JP2013104212A - Power generation method for tunnel under construction and power generation system for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は施工中トンネルの発電方法および施工中トンネルの発電システムに関する。 The present invention relates to a power generation method for a tunnel under construction and a power generation system for the tunnel under construction.
施工中のトンネルにおいては、切羽近傍で発生する塵埃を含んだ汚れた空気をトンネルの外に排気する必要がある。
したがって、従来から、切羽近傍から抗口外側までトンネルの坑道に沿って延在する排気風管を設け、送風機を用いて切羽近傍の空気を排気風管を通して坑道の外部に排気する換気システムが用いられている(特許文献1参照)。
また、施工中のトンネルにおいては、坑道内での作業を行うために照明装置などの電力を消費する様々な設備が設けられている。
In the tunnel under construction, it is necessary to exhaust the dirty air containing dust generated near the face to the outside of the tunnel.
Therefore, conventionally, a ventilation system has been used in which an exhaust wind pipe extending along the tunnel tunnel from the vicinity of the face to the outside of the tunnel is provided and the air near the face is exhausted to the outside of the tunnel through the exhaust wind pipe using a blower. (See Patent Document 1).
Moreover, in the tunnel under construction, various facilities for consuming electric power such as a lighting device are provided in order to perform work in the tunnel.
ところで、これら換気システムの送風機や照明装置などの設備は、トンネルの規模が大きくなるほど多大な電力を消費するため、近年の省エネルギー化、CO2排出量の抑制の観点から如何にして電力消費量を抑制するかが重要となっている。
一方、上述した換気システムにおいて流通する空気に着目すると、この空気の流れのエネルギーは何ら利用されておらず、空気の流れのエネルギーを有効に再利用することが考えられる。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、施工中のトンネルにおける換気に伴う空気の流れを利用して発電を行うことにより施工中のトンネルにおける設備の省電力化を図ることができる施工中トンネルの発電方法および施工中トンネルの発電システムを提供することにある。
By the way, the equipment such as the blower and the lighting device of these ventilation systems consumes a large amount of power as the size of the tunnel increases, so how can the power consumption be reduced from the viewpoint of energy saving in recent years and suppression of CO 2 emissions? It is important to suppress it.
On the other hand, paying attention to the air circulating in the ventilation system described above, the energy of the air flow is not used at all, and it is considered that the energy of the air flow is effectively reused.
The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to reduce the power consumption of equipment in the tunnel under construction by generating power using the air flow accompanying ventilation in the tunnel under construction. An object is to provide a power generation method for a tunnel under construction and a power generation system for a tunnel under construction that can be achieved.
上述の目的を達成するため、本発明の施工中トンネルの発電方法は、トンネルの切羽近傍の空気をトンネルの抗口外側に排気するに際して、前記排気の流れによりファンを回転駆動して発電を行うことを特徴とする。
また、本発明の施工中トンネルの風力発電システムは、トンネルの坑道に沿って切羽近傍から抗口外側まで延在する排気風管と、前記切羽近傍の空気を前記排気風管を通して前記坑道の外部に排気する送風機と、前記排気風管を流通する空気により回転駆動されるファンおよび前記ファンの回転により発電する発電機を有する発電装置とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the tunnel power generation method according to the present invention performs power generation by rotating the fan by the flow of the exhaust when exhausting the air in the vicinity of the face of the tunnel to the outside of the tunnel entrance. It is characterized by that.
In addition, the wind power generation system for the tunnel under construction of the present invention includes an exhaust wind pipe extending from the vicinity of the face along the tunnel tunnel to the outer side of the tunnel, and air near the face through the exhaust wind pipe to the outside of the tunnel. And a power generator including a fan that is rotationally driven by the air flowing through the exhaust air pipe and a generator that generates power by the rotation of the fan.
本発明によれば、従来、何ら利用されることが無かった、施工中のトンネルにおける換気に伴う空気の流れのエネルギーを有効に再利用して発電を行うことにより施工中のトンネルにおける設備の省電力化を図ることができる。 According to the present invention, conventionally, there is no use of equipment in the tunnel under construction by effectively reusing the energy of the air flow accompanying ventilation in the tunnel under construction, which has never been used. Electricity can be achieved.
(第1の実施の形態)
次に本発明の実施の形態の施工中トンネルの発電システムと施工中トンネルの発電方法について図1を参照して説明する。
図1に示すように、地山10を水平方向に掘削することによりトンネル12が施工される。
トンネル12の坑道14は、抗口16を介して野外に面しており、坑道14の前端は切羽18となっている。
施工中トンネルの発電システム20は、排気風管22と、送風機24と、発電装置26とを含んで構成されている。
(First embodiment)
Next, a power generation system for the tunnel under construction and a power generation method for the tunnel under construction according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the
The
The
排気風管22は、坑道14に沿って切羽18近傍から抗口16の外側まで延在して設けられている。
排気風管22は、切羽18近傍に位置する吸気口2202と、抗口16の外側に位置する排気口2204とを有している。
排気風管22の内径は、例えば1500mm程度であり、合成樹脂など従来公知の様々な材料で構成されており、坑道14の天井に対して不図示の取り付け部材を介して取り付けられている。
The
The
The inner diameter of the
送風機24は、切羽18近傍の空気を排気風管22を通して坑道14の外部に排気するものである。
本実施の形態では、送風機24は、吸気口2202近傍の排気風管22の内部に組み込まれており、送風機24は、モータと該モータによって回転駆動されるファンとを備えている。
モータを駆動する電力は、例えば、トンネル外に設けられた受電設備から供給される。
なお、送風機24を設ける位置は限定されるものではなく、例えば、送風機24を排気風管22の中間箇所に設けても、吸気口2202の直前に設けてもよい。
The
In the present embodiment, the
The electric power for driving the motor is supplied from, for example, a power receiving facility provided outside the tunnel.
The position where the
発電装置26は、ファン2602と、発電機2604とを含んで構成されている。
ファン2602は、排気風管22を流通する空気により回転駆動されるものである。
発電機2604は、回転軸を介してファン2602に連結され、ファン2602の回転により発電するものである。発電機2604の発電量は例えば600KWである。
このような発電装置26として、従来公知の風力発電に使用されている水平軸風車型などの様々な発電装置26が使用可能である。
本実施の形態では、図1に示すように、発電機2604が、抗口16に設けられた支持柱28に取着された支持アーム30によって支持されており、これにより発電装置26は、ファン2602が排気口2204から排出される空気によって回転駆動される位置に設けられている。より詳細には、ファン2602の回転中心と排気口2204の中心とが一致あるいは略一致するように設けられている。
The
The
The
As such a
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
坑道14内部には、制御盤32と、バッテリー34と、複数の照明装置36とが設けられている。
制御盤32は、発電機2604、バッテリー34および複数の照明装置36にそれぞれケーブル38、40、42を介して接続されており、発電機2604から供給される電力をバッテリー34に供給すると共に、バッテリー34の電力を照明装置36に配電するものである。
なお、制御盤32は、バッテリー34が満充電である場合には、発電機2604に制御信号を与えることでブレーキをかけて発電動作を停止させる機能を備えており、バッテリー34の過充電防止が図られている。
バッテリー34は、発電機2604によって発電された電力を充電するものである。
照明装置36は、バッテリー34から制御盤32およびケーブル38を介して供給される電力により坑道14内に照明光を照射するものであり、本実施の形態では、発光ダイオード(LED)を用いており、例えば消費電力は40Wである。
照明装置36は、発光ダイオード以外を用いたものであってもよいが、発光ダイオードを用いると、省電力化を図る上で有利となる。
Inside the
The
In addition, when the
The
The
The
次に、発電システム20の作用効果について説明する。
送風機24が動作すると、切羽18近傍の塵埃などを含んだ空気が吸引口2202から吸引され、排気風管22を通して排気口2204から抗口2204の外側に排気される。
発電装置26のファン2602は抗口2204から排気される空気の流れによって回転駆動され、これにより発電機2604が電力を発電する。
発電された電力は、ケーブル38、配電盤32、ケーブル40を介してバッテリー24に充電される。バッテリー24に蓄えられた電力は配電盤32からケーブル42を介して各照明装置36に供給され、これにより照明装置36が動作して坑道14内を照明する。
なお、発電した電力は、照明装置36以外にも、トンネル12の施工にまつわる様々な設備の電力として使用することができる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、トンネル12の切羽18近傍の空気をトンネル12の抗口16外側に排気するに際して、排気の流れによりファン2602を回転駆動して発電を行うようにした。
したがって、従来、何ら利用されることが無かった、施工中のトンネル16における換気に伴う空気の流れのエネルギーを有効に再利用して発電を行うことにより施工中のトンネル16における設備の省電力化を図ることができる。
Next, the effect of the
When the
The
The generated power is charged to the
The generated power can be used as power for various facilities related to the construction of the
As described above, according to the present embodiment, when the air in the vicinity of the
Therefore, power saving of equipment in the
(第2の実施の形態)
次に第2の実施の形態について説明する。
図2に示すように、第2の実施の形態は、発電装置26を排気風管22の内部の箇所に設けた点が第1の実施の形態と異なり、それ以外は第1の実施の形態と同様である。
なお、以下の実施の形態において、第1の実施の形態と同様の部分、部材については同一の符号を付してその説明を省略し、あるいは、簡単に行う。
第2の実施の形態では、発電装置26を排気口2204近傍の排気風管22の内部の箇所に設けている。
この場合、発電機2604は支持部材44を介して排気風管22の内部に支持されている。
したがって、排気風管22の内部を流れる空気がファン2602から外れることなく確実にファン2602に向かって流れ、この空気の流れによりファン2602が回転駆動され、発電機2604によって発電がなされる。
第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、空気の流れを無駄にすることなくファン2602を回転駆動させることができるので、空気の流れのエネルギーを効率良く電力に変換する上でより有利となる。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
As shown in FIG. 2, the second embodiment is different from the first embodiment in that the
In the following embodiments, the same parts and members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simply performed.
In the second embodiment, the
In this case, the
Therefore, the air flowing inside the
According to the second embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained, and the
(第3の実施の形態)
次に第3の実施の形態について説明する。
第3の実施の形態は、第2の実施の形態の変形例であり、発電装置26が排気風管22の内部で、かつ、排気風管22の延在方向の中間の箇所に設けられている点が第2の実施の形態と異なっている。
このような第3の実施の形態においても第2の実施の形態と同様の効果が奏される。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described.
The third embodiment is a modification of the second embodiment, in which the
In the third embodiment, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.
(第4の実施の形態)
次に第4の実施の形態について説明する。
図4に示すように、排気風管22は、複数の管体46と、管体46同士を接続する複数の接続部48とを有している。
図5(A)、(B)に示すように、接続部48は、例えば、合成樹脂などによって管体46と同様の断面形状を有する筒状に形成され、管体46と同一あるいはほぼ同じ内径を有している。
本実施の形態では、接続部48と管体46とは、面ファスナーを用いて脱着可能に接続される。接続部48と管体46とを接続する構造としては、面ファスナーを用いる他、接続部48と管体46とをはめ込む構造など、従来公知の様々な接続構造が使用可能である。
複数の接続部48には発電装置26がそれぞれ設けられている。
図5(A)、(B)に示すように、発電装置26は、発電機2604と接続部48とが複数の接続部材50によって接続されることで、接続部48に取着されている。
このように、複数の接続48に発電装置26が設けられることによって、発電装置26は、排気風管22に沿って間隔をおいて複数配置される。
また、本実施の形態では、図4に示すように、発電装置26毎に、制御盤32と、バッテリー34と、複数の照明装置36とが設けられている。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described.
As shown in FIG. 4, the
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
In the present embodiment, connecting
The
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
As described above, the
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, a
第4の実施の形態によれば、第2の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、管体46を接続する接続部48に発電装置26を設けるようにしたので、専用の支持部材を用意する必要がなく、発電装置26の設置を低コストで簡単に行う上で有利となる。
また、管体46に接続部48を介して管体46を接続することで排気風管22を延長する作業と同時に発電装置26の増設を行うことができるため、作業工数の低減を図る上でも有利となる。
また、坑道14が延びるに従って、発電装置26を増設することで発電量を増やすことができるため、坑道14内に設置される設備の増設に的確に対応することができる。
また、発電装置26毎に、制御盤32と、バッテリー34と、複数の照明装置36と、ケーブル38、40、42とを含むひとまとまりのグループが構成されるため、1つのグループにおいて故障が生じても、他のグループには影響が生じないため、故障発生時のリスクを分散する上で有利となる。
According to the fourth embodiment, it is a matter of course that the same effect as that of the second embodiment is achieved, and since the
Further, since the
Further, since the amount of power generation can be increased by adding the
In addition, since a group of a group including the
(第5の実施の形態)
次に第5の実施の形態について説明する。
上述した第1乃至第4の実施の形態では、発電装置26によって発電した電力を供給する設備が照明装置36である場合について説明した。
図6に示すように、第5の実施の形態は第1の実施の形態の変形例であり、発電装置26で発電した電力を照明装置36と送風機24とに供給するようにしたものである。
すなわち、バッテリー34に蓄えられた電力は、制御盤32からケーブル42を介して照明装置36に供給されると共に、制御盤32からケーブル52を介して送風機24のモータに供給される。
送風機24は、前述したように図外の受電設備から供給される電力で動作するものであるが、このように発電装置26で発電した電力が供給されると、その分だけ受電設備から送風機24に供給する電力が低減される。
第5の実施の形態によれば、第1の実施の形態の効果が奏されることは無論のこと、前記受電設備から送風機24に供給する電力を節約することができ、省電力化を図ることができる。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described.
In the above-described first to fourth embodiments, the case where the facility for supplying the power generated by the
As shown in FIG. 6, the fifth embodiment is a modification of the first embodiment, in which the power generated by the
That is, the electric power stored in the
As described above, the
According to the fifth embodiment, the effect of the first embodiment can be obtained, and the power supplied from the power receiving equipment to the
(第6の実施の形態)
次に第6の実施の形態について説明する。
図7に示すように、第6の実施の形態は第1の実施の形態の変形例であり、発電装置26で発電した電力を照明装置36とトンネル12の施工に用いる様々な設備とに供給するようにしたものである。
すなわち、バッテリー34に蓄えられた電力は、制御盤32からケーブル42を介して照明装置36に供給されると共に、制御盤32からケーブル54を介して各種設備に供給される。
各種設備としては、坑内作業用の電動工具56(切削工具、溶接工具など)、坑内排水ポンプ58などが例示される。
もともと、電動工具56や坑内排水ポンプ58は、前述したように図外の受電設備から供給される電力で動作するものであるが、このように発電装置26で発電した電力が供給されると、その分だけ受電設備からそれら設備に供給する電力が低減される。
第6の実施の形態によれば、第1の実施の形態の効果が奏されることは無論のこと、前記受電設備から各種設備に供給する電力を節約することができ、省電力化を図ることができる。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described.
As shown in FIG. 7, the sixth embodiment is a modification of the first embodiment, and the power generated by the
That is, the electric power stored in the
Examples of the various facilities include an underground power tool 56 (cutting tool, welding tool, etc.), an
Originally, the
According to the sixth embodiment, the effects of the first embodiment can be achieved, and the power supplied from the power receiving facility to various facilities can be saved, thereby saving power. be able to.
(第7の実施の形態)
次に第7の実施の形態について説明する。
図8に示すように、第7の実施の形態は、第1の実施の形態の変形例であり、発電装置26のファン2602を、排気風管22の排気口2204から排出される空気と、坑道外の野外を流れる外気との何れかを選択して回転駆動させるようにしたものである。
すなわち、発電装置26を、ファン2602が排気口2204から排出される空気によって回転駆動される第1の位置P1と、ファン2602が坑道14外の野外を流れる外気によって回転駆動される第2の位置P2との間で移動させる発電装置用移動機構60が設けられている。
発電装置用移動機構60は、支持アーム30と発電機2604との間に設けられている。
発電装置用移動機構60は、例えば、鉛直方向に延在する送りねじと、送りねじを正逆回転させるモータと、送りねじに螺合された雌ねじを有し発電機2604に結合されたスライド部材などを含んで構成されている。
発電装置用移動機構60は、モータを正逆回転させることにより発電装置26を第1の位置P1と第2の位置P2とにわたって移動させる。
そして、トンネル12の施工中は、送風機24が稼働しているので、発電装置用移動機構60を用いて発電装置を第1の位置P1に位置させて排気風管22の排気口2204から排気される空気を利用して発電装置26による発電を行う。
トンネル12の施工が停止されている期間(休日など)は、送風機24が休止しているので、発電装置用移動機構60を用いて発電装置を第2の位置P2に位置させて坑道外の野外を流れる外気を利用して発電装置26による発電を行う。
第7の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、送風機24が休止している場合であっても野外の空気の流れのエネルギーを利用して発電を行うことができるため、送風機24が休止していても、設備に対する電力供給を維持しつつ設備の省電力化を図ることができる。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment will be described.
As shown in FIG. 8, the seventh embodiment is a modification of the first embodiment, in which the
That is, the
The power
The power generation
The power
During construction of the
During the period when the construction of the
According to the seventh embodiment, it is natural that the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Even when the
10……地山、12……トンネル、14……坑道、16……抗口、18……切羽、20……施工中トンネルの発電システム、22……排気風管、2202……吸入口、2204……排気口、26……発電装置、2602……ファン、2604……発電機、36……照明装置、46……管体、48……接続部、56……電動工具、58坑内排水ポンプ、60……発電装置用移動機構。 10 ... Ground mountain, 12 ... Tunnel, 14 ... Tunnel, 16 ... Proof, 18 ... Face, 20 ... Power generation system of tunnel under construction, 22 ... Exhaust wind pipe, 2202 ... Inlet, 2204 ... Exhaust port, 26 ... Power generation device, 2602 ... Fan, 2604 ... Generator, 36 ... Lighting device, 46 ... Tube, 48 ... Connection, 56 ... Power tool, 58 underground drainage Pump, 60 ... Movement mechanism for power generator.
Claims (10)
前記排気の流れによりファンを回転駆動して発電を行う、
ことを特徴とする施工中トンネルの発電方法。 When exhausting the air near the tunnel face to the outside of the tunnel entrance,
The fan is rotated by the exhaust flow to generate power,
A power generation method for a tunnel under construction characterized by this.
ことを特徴とする請求項1記載の施工中トンネルの発電方法。 Supplying power generated by the flow of exhaust to the equipment in the tunnel;
The power generation method for a tunnel under construction according to claim 1.
前記切羽近傍の空気を前記排気風管を通して前記坑道の外部に排気する送風機と、
前記排気風管を流通する空気により回転駆動されるファンおよび前記ファンの回転により発電する発電機を有する発電装置と、
を備えることを特徴とする施工中トンネルの風力発電システム。 An exhaust wind pipe extending from the vicinity of the face to the outside of the entrance along the tunnel tunnel,
A blower that exhausts the air in the vicinity of the face to the outside of the tunnel through the exhaust wind pipe,
A power generator having a fan that is rotationally driven by the air flowing through the exhaust wind pipe and a generator that generates electric power by the rotation of the fan;
A wind power generation system for a tunnel under construction, characterized by comprising:
前記発電装置は、前記ファンが前記排気口から排出される空気によって回転駆動される位置に設けられている、
ことを特徴とする請求項3記載の施工中トンネルの風力発電システム。 The exhaust wind pipe has an intake port located in the vicinity of the face and an exhaust port located outside the anti-opening,
The power generator is provided at a position where the fan is rotationally driven by the air discharged from the exhaust port.
The wind power generation system for a tunnel under construction according to claim 3.
ことを特徴とする請求項3記載の施工中トンネルの風力発電システム。 The power generator is provided at a location inside the exhaust wind pipe,
The wind power generation system for a tunnel under construction according to claim 3.
前記複数の接続部に前記発電装置がそれぞれ設けられ、前記発電装置は、前記排気風管に沿って間隔をおいて複数配置されている、
ことを特徴とする請求項3記載の施工中トンネルの風力発電システム。 The exhaust wind pipe has a plurality of pipes and a plurality of connecting portions that connect the pipes,
The power generation devices are respectively provided in the plurality of connection portions, and a plurality of the power generation devices are arranged at intervals along the exhaust wind pipe.
The wind power generation system for a tunnel under construction according to claim 3.
前記発電装置を、前記ファンが前記排気口から排出される空気によって回転駆動される第1の位置と、前記ファンが前記坑道外の野外を流れる外気によって回転駆動される第2の位置との間で移動させる発電装置用移動機構が設けられている、
ことを特徴とする請求項3記載の施工中トンネルの風力発電システム。 The exhaust wind pipe has an intake port located in the vicinity of the face and an exhaust port located outside the anti-opening,
Between the first position where the fan is rotationally driven by the air exhausted from the exhaust port and the second position where the fan is rotationally driven by outside air flowing outside the tunnel. A moving mechanism for the power generator to be moved at is provided,
The wind power generation system for a tunnel under construction according to claim 3.
ことを特徴とする請求項3乃至7に何れか1項記載の施工中トンネルの風力発電システム。 The electric power generated by the generator is supplied to equipment provided in the tunnel.
The wind power generation system for a tunnel under construction according to any one of claims 3 to 7.
前記電力の前記設備への電力の供給は前記バッテリーを介してなされる、
ことを特徴とする請求項8記載の施工中トンネルの風力発電システム。 A battery for charging power generated by the generator;
The supply of power to the facility is performed via the battery.
The wind power generation system for a tunnel under construction according to claim 8.
ことを特徴とする請求項8または9記載の施工中トンネルの風力発電システム。 The facility is a lighting device provided in the tunnel.
The wind power generation system for a tunnel under construction according to claim 8 or 9, wherein
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