JP2016507720A - 環境修復のための複合システムのネットワーク及びそのネットワークを制御するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】環境修復のための複合システムのネットワーク及びそのネットワークを制御するための方法を提供する。特には、環境修復のための相互に接続された複合システムの高密度強度空間ネットワークを提供する。【解決手段】環境修復及び汚染吸収に適した一又は複数の複合システム（ＢＡＴ）であって、三次元空間分布と一時的に相関し、かつ、相互接続された複合システムと、ネットワーク及び該一又は複数の複合システムを制御するよう構成される中央オペレーティングシステム（ＣＯＳ）と、を含み、該複合システムは、一又は複数のクラスタで構成され、各クラスタは、マスタとしての複合システム及びスレーブとしての複合システムを含み、全てのスレーブは対応するマスタに報告し、全てのマスタは前記中央オペレーティングシステムに報告する、環境修復のためのネットワーク。【選択図】図１

Description

本発明は、環境修復のための複合システムのネットワーク及びそのネットワークを制御するための方法に関する。特には、環境修復のための相互に接続された複合システムの高密度強度空間ネットワークに関する。

大気汚染は、少なくとも地球汚染、それに続く健康や温暖化の副次的影響の実質的な減少のために、近い将来、迅速な解決を必要とする深刻な問題である。
大気汚染の主な原因は、輸送システム（約４０％）、住宅（約３０％）、他の原因（３０％）である。これらのうち、人間の７０％が住んでいる市街地では、輸送及び約５７％の住宅生活に起因する汚染の蓄積を被っている。
大気汚染減少のための方法は、良く知られ、また深く研究されており、主に分子吸収あるいは化学変換、すなわち、汚染排出あるいは生成を低減させるためのシステムあるいは方法の発見に基づいている。
これらの方法及びシステム応用の戦略は、例えば、総汚染源のわずか２５％に付随的に影響を及ぼす工業施設の非常に高価なアップグレードを伴なって、源あるいは上流でそれを捕獲することにより排出を解決する方向に向かっている。
これらの工場施設における、高コスト、複雑な介入、長期間の活動の中断、そして、結果として起こる事業損失により、世界のいたるところで、汚染は無くならないか若しくは少ししか削減されていない。

輸送は、道路網という大きな面積に、密に分布し、かつ、移動する汚染排出源を生成する。密度の規制（通行停止）や輸送装置に備えられた汚染減少装置では汚染問題を十分に解決できない。
住宅は、人々が生活し、働いている町の建物の共有ネットワークである大きな容積に、密に分布された汚染物質の排出源を生成する。自宅における、台所の火は、完全に未処理の非常に深刻な汚染排出源である。サーマルボイラは、通常、衛生的な用途や暖房システムのために、水の温度を室温から６０℃へ上昇させる際に使用される。これらのシステムは、ガスやガソリン、すなわち、化石燃料を燃やす。この住宅用のものには減少装置はない。習慣は、その環境で生成された汚染を強制的に外に出すことである。
そのため現在では、これらの方法は有効性を保証するものではない。

従って、上述の問題、制限及び欠点を解決する、環境修復のための複合システムのネットワーク及び該ネットワークを制御するための方法を提案することが本発明の主な目的である。
特に、本発明は、大気中に存在する汚染を吸収することをテーマにした、高密度三次元空間分布と一時的に相関し、かつ、相互接続された、環境修復のための相互接続複合システムのネットワークを提案する。
本発明の環境修復のためのネットワークの特殊目的は、環境修復及び汚染吸収に適した一又は複数の複合システムであって、一時的に三次元空間分布と相関し、かつ、相互接続された複合システムと、ネットワーク及び前記一又は複数の複合システムを制御するよう構成される中央オペレーティングシステムと、を含み、該複合システムは、一又は複数のクラスタで構成され、各クラスタはマスタとしての複合システム及びスレーブとしての複合システムを含み、全てのスレーブは対応するマスタに報告し、全てのマスタは前記中央オペレーティングシステムに報告することである。

これら及び他の目的は、本記載に不可欠な要素を形成する、添付の特許請求の範囲に記載の通り、環境修復のための複合システムのネットワーク及び該ネットワークを制御するための方法によって達成される。

本発明は、添付の図面を参照して読まれることで、単なる例示で非限定的な例として与えられる以下の詳細な説明から完全に明らかになる。
図１は、本発明による環境修復のためのネットワークの空間分布の概略図を示す。 図２は、該ネットワークの階層構造の概略図を示す。 図中において、同一の数字参照及び文字参照は、同一又は機能的に同等の部分を示す。

図１に示すように、本発明のネットワークは、大気中に存在する汚染を吸収することをテーマにした、高密度三次元空間分布と一時的に相関し、かつ相互接続された、環境修復のための相互接続複合システムの構造を示す。
特に、本発明は、人為的及び自然的な汚染、すなわち、人間及び自然のライフサイクル健康にとって危険を伴う汚染に対処する。
このネットワークシステムは、表面(x, y)においてだけでなく、第三の空間次元(z)においても、三次元空間構造を発現する。つまり、ネットワークのノードで、当該複合システムは、地下（例えば、地下鉄システムの管内）だけでなく、地表面に、そして高い高さ（例えば、建物の上層階）に配置される。

図２にも示すように、当該ネットワークは、一又は複数のクラスタによって形成され、全てのクラスタは、マスタ（２）と名付けられた一の複合システム及びスレーブ（３）と名付けられた複数の複合システムによって形成され、スレーブの数は、０からＮの範囲にある。全てのスレーブは対応するマスタに報告し、全てのマスタは中央オペレーティングシステム（ＣＯＳ）に報告する。
特に、図１中の四角いフレームワークはＣＯＳ（１）によって制御されるネットワークを示しており、三次元クラスタは円形あるいは楕円形の線で表示されており、全てのクラスタは一のマスタ（２）及び複数のスレーブ（３）を含んでいる。
図１は、クラスタが、三次元、二次元あるいは一次元であっても良いことを示している。クラスタメッシュ、及び、通常、システム全体のメッシュは一定ではなく、一のシステムと第一の周辺との距離が一定ではないことを意味する。
当該ネットワークのノード内の複合システムは、ＢＡＴユニット、すなわち、環境修復のための利用可能な最善の手法のユニットによって実装される。
利用可能な最善の手法（ＢＡＴ）の概念は、良く知られており、例えば、環境保全のためのＩＰＰＣ指令96/61/ECに定義されている通りである。

ＢＡＴは、「活動の発展及びその操業方法の最も効果的及び高度な段階で、排出物及び環境全体に与える影響を、原則として抑制あるいは除外するため、あるいはそれが実行可能でない場合には一般に減少させるために設けられた排出物制限値の基準を提供するための特定の手法のうち実質的適合性を示すもの」として定義され、
これらの手法に関して、「最善の（best）」は、全体として、高度で一般的な環境保全レベルを達成するのに最も効果的であることを意味し、
「利用可能な手法（available techniques）」は、経済的・技術的に実行可能である状況の下、費用及び利点を考慮した上で、その活動を行う者がそれを合理的に利用できる限りは、一の国あるいはいくつかの国でその手法が利用又は生産されているかどうかを問わず、関係する活動分野での実施が可能であるような規模で開発された手法を意味し、
「手法（technique）」は、設備が設計・建設・管理・維持・操業・廃止されるに際して、用いられる技術と方法の両方を包含する。

ＢＡＴユニットは、その周囲の雰囲気中に存在する発生した汚染を吸収するが、主要な汚染の発生あるいは集中領域に含まれる汚染物質の生産又は発生を減少させない。
ＢＡＴユニットは、１０ｍ^３／ｈｏｕｒより高い空気の流れを処理することができる。
実施態様の非限定的な例として、ＢＡＴユニットは、誘導された静電気の力を使用して流動気体（例えば、空気など）から粒子を除去する、粒子状物質の捕集装置である、静電気集塵装置あるいは静電気空気清浄器を含んでいても良い。静電気集塵装置は、該装置を介してガスの流れを最小限に妨げ、空気の流れによる粉塵や煙などの微粒子物質を容易に除去することができる非常に効率的なろ過装置である。
最も基本的な集塵装置は、細い垂直ワイヤの列と、続いて、垂直に配向された大きく平たい金属プレートの束を含む。空気流あるいはガス流は、ワイヤ間の空間を通って水平に流れ、その後、プレートの束を通過する。
数ｋＶ／ｃｍの強力な電界を発生させるために、ワイヤとプレートとの間に負電圧が印加され、電極の周囲のガスをイオン化する。マイナスイオンがプレートへ流れ、ガス流粒子を帯電させる。
電界に続き、イオン化された粒子は接地したプレートに移動する。
粒子は、捕集プレート上に蓄積し、層を形成する。当該層は、静電圧のおかげで崩壊しない。

ＢＡＴユニットは、また、湿式スクラバを含んでいても良い。当該湿式スクラバとしては、燃焼排ガス流あるいは他のガス流からの汚染物質を除去する種々の装置が挙げられる。湿式スクラバでは、汚染されたガス流は、汚染物質を除去するために、汚染物質に液体を噴霧することによって、汚染物質を液体のプールに強制的に通すことによって、あるいは、他の接触方法によって、洗浄液と接触させられる。
湿式スクラバ又はいかなるガス汚染制御装置の設計は、工程条件及び含まれるガス汚染物質の種類に依存する。入口ガス特性及び粉塵特性が最も重要である。スクラバは、粒子状物質及び／又はガス状の汚染物質を捕集するように設計することができる。湿式スクラバの汎用性は、それらが、液体と汚染されたガス流との良好な接触を提供するよう設計された多数の構成を盛り込むことを許容する。

ＢＡＴの三次元空間分布は、汚染源の分布及び濃度を分析することに依存する。
典型的な分布としては、隣接した複合システム間の最小距離は、次元（ｚ）に沿って２メートル及び次元（ｘ）あるいは（ｙ）に沿って１０メートルである。
メッシュネットワークのダイナミックレンジは、特に、建築物特性がメッシュを強制する垂直方向（次元ｚ）において、インフラ制約を伴なう。一般に、メッシュは、汚染濃度C_iデータの予備のセットを考慮して計算される。我々は、通常の関数変換を次のように考える：

当該汚染物質濃度C_iは、スカラー場として次のように定義される：

C_iは、PM₁₀、PM₅、PM_2,5、NO_x、SO_x、O₃などの大気汚染物質を示す。ターゲット汚染物質を考慮すれば、我々は、濃度を分析し、ゼロ勾配ポイントの座標(x₀, y₀, z₀)を計算する：

ＢＡＴの汚染減少特性に応じて、ネットワーク内における周囲のＢＡＴ間の距離D_hkは、ゼロ勾配ポイント(x₀, y₀, z₀)における汚染物質濃度を目標閾値以下に減少させるために次のように計算される：

都市構造において、ＢＡＴユニットは、国内法に応じ、法律的に、音響レベルの要請に従わなければならない。一般的に、出される騒音は、周辺環境の平均騒音レベルより、dBA換算で５％低くなければならない。
複合システムのネットワークは、管理及び運営のためのいくつかのレベルで組織されるよう構成される。

Ａ）ネットワーク管理者のためのレベル。
当該ネットワークは、中央オペレーティングシステム（ＣＯＳ）によって集中管理され；
当該ネットワークは、ＣＯＳ‐Ｍ‐Ｓの階層を備え；
一つ一つの複合システムは、測定された汚染の度合いに応じて、その貢献レベルを制御するように制御され；
当該ＣＯＳは、完全集中型構造をとっても良いし、あるいは、マスタに位置してその一部を構成しても良い。

Ｂ）化学的・物理学的・生物学的な、継続的環境モニタリングのためのレベル。
一つ一つの複合システムは、次のものを測定可能な測定装置を含む：
温度、圧力、湿度、風速及び風向などの環境パラメータ；
酸化炭素、酸化窒素、酸化硫黄、オゾン、メタン、ベンゼン、アルコール、ＰＡＨ（多環式芳香族炭化水素）化合物、粒子状物質；Ｈ_２、Ｈ_２Ｓ、炭素、酸素、硫黄などの流体中の濃度；
粒子状物質の粒径範囲。
全ての測定は、同一の測定期間において、一時的に相関し、一致する。当該測定は、ネットワーク管理者のためのレベルでも使用され、また、統計及び調査目的のために維持され、中央オペレーティングシステムＣＯＳへ伝達されうる。
密な環境パラメータモニタリングによって、使用された空気の品質モデルを検証すること、及び、実験的・継続的測定に基づいて新たなものを遂行することができる。

Ｃ）メンテナンスのために可能な警告を伴なう、あらゆるＢＡＴについての効率的な、化学的・物理学的・生物学的システム制御のためのレベル。
一つ一つの複合システムは、ＢＡＴの内部構成に依存する、以下に示す一又は複数のパラメータを測定可能な測定装置を含む：
液面；
空気の流れ；
液体の流れ；
空気、液体又はＢＡＴ電気機械部品の使用温度；
動作電圧；
動作電流；
あらゆる種類の物質及び量の全体的なエネルギー供給；
音波；
光波；
ＴＡＧ‐ＲＦＩＤ装置を備えたオペレータの識別及び使用可能性のためのＲＦＩＤ信号読取。

Ｄ）ネットワーク複合システム伝達のためのレベル。
一つ一つのスレーブ（Ｓ）複合システムは、その直接のマスタ（Ｍ）複合システムとコミュニケーションし；
一つ一つのマスタ（Ｍ）複合システムは、中央オペレーティングシステム（ＣＯＳ）とコミュニケーションし；
ＣＯＳは、一つ一つの複合システムを制御し；
当該システムは、クラスタで構成され；
ＣＯＳは、複合システムから（すなわち、直接マスタから、及び、マスタを介してスレーブから）伝達される信号を測定することに基づいて、継続的に（例えば、１分毎に）、全ての環境測定及び環境適応、環境変化あるいは環境変動を測定し；
ＣＯＳは、一つ一つの複合システムによって受信された、データベース内の日付及び時刻を含む、全てのデータを格納する。

Ｅ）ネットワーク複合システム操作のためのレベル。
一つ一つの複合システムは、配電網、あるいは、直接スタンドアロンの再生可能エネルギー源を動力としている。総エネルギー消費量は、再生可能エネルギー源によって生成される。
ＣＯＳは、一つ一つの複合システムのスイッチオン及びスイッチオフを調整し；
ＣＯＳは、複合システムの内側の空気と、外側の空気と、空気のスループットに関して、空気の流れを制御し；
ＣＯＳは、一つ一つの複合システムのための緊急事態を管理し；
ＣＯＳは、保守手順と、プレゼンス（ＲＦＩＤ）、音声及び画像通信を含む

オペレータの操作と、を制御及び管理する。
本発明により、多くの利点が達成される。
主な利点は、排出源を減らす可能性がないネットワーク内部の大気汚染の減少である。ネットワーク内部において、空気質は、排出源の性質と位置に全く依存しない。
本発明における、多くの変更、修正、変形並びにその他の使用及び用途は、その好ましい実施態様を開示する明細書及び添付の図面を考慮することで、当業者に明らかになるであろう。本発明の範囲から逸脱しない全てのそのような変更、修正、変形並びにその他の使用及び用途は、本発明に含まれるものとみなされる。
好ましい実施態様の種々の形態で説明された要素及び特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、相互に組み合わせることができる。
さらには、上記説明の教示を発端として当業者が本発明を実施することができるような実施の詳細は省略する。
具体的には、複合システムの機能の上記で示した説明を発端として、当業者は、そのような機能を得るための手段を含むＢＡＴユニットを実施することができる。

Claims (7)

1. 環境修復及び汚染吸収に適した一又は複数の複合システム（ＢＡＴ）であって、三次元空間分布と一時的に相関し、かつ、相互接続された複合システムと、
   ネットワーク及び前記一又は複数の複合システムを制御するよう構成される中央オペレーティングシステム（ＣＯＳ）と、を含み、
   前記複合システムは、一又は複数のクラスタで構成され、各クラスタは、マスタとしての複合システム及びスレーブとしての複合システムを含み、全てのスレーブは対応するマスタに報告し、全てのマスタは前記中央オペレーティングシステムに報告する、
   ことを特徴とする、環境修復のためのネットワーク。
2. 複合システムは、汚染を吸収するよう構成される、環境修復のための利用可能な最善の手法（ＢＡＴ）である、
   請求項１に記載のネットワーク。
3. 複合システムは、
   環境パラメータ、温度、圧力、湿度、風速及び風向；
   一又は複数の酸化炭素、酸化窒素、酸化硫黄、オゾン、メタン、ベンゼン、アルコール、ＰＡＨ（多環式芳香族炭化水素）化合物、粒子状物質；Ｈ_２、Ｈ_２Ｓ、炭素、酸素、硫黄の流体中の濃度；
   粒子状物質の粒径範囲、
   を測定するよう構成される第一の測定手段、を含む、
   請求項１に記載のネットワーク。
4. 複合システムは、以下に示す一又は複数のパラメータを測定するよう構成される第二の測定手段、を含む、請求項１に記載のネットワーク、
   液面；空気の流れ；液体の流れ；空気、液体又はＢＡＴ電気機械部品の使用温度；動作電圧；動作電流；あらゆる種類の物質及び量の全体的なエネルギー供給；音波；光波；ＲＦＩＤ信号読取。
5. 一つ一つのスレーブ（Ｓ）によって、その直接のマスタ（Ｍ）複合システムとコミュニケーションするステップと、
   一つ一つのマスタ（Ｍ）によって、前記中央オペレーティングシステム（ＣＯＳ）とコミュニケーションするステップと、
   前記中央オペレーティングシステム（ＣＯＳ）が各複合システムを制御するステップと、
   前記中央オペレーティングシステム（ＣＯＳ）が前記複合システムによってコミュニケーションされる信号を測定することに基づいて、継続的に、環境測定及び環境適応、環境変化あるいは環境変動を測定するステップと、
   前記中央オペレーティングシステム（ＣＯＳ）が各複合システムによって受信された全てのデータを格納するステップと、
   前記中央オペレーティングシステム（ＣＯＳ）が各複合システムによって受信された全てのデータをオンラインで分析するステップと、
   を含む、先行する請求項のいずれかに記載の環境修復のためのネットワークを制御するための方法。
6. 各複合システムを制御する前記中央オペレーティングシステム（ＣＯＳ）は、
   各複合システムのためのスイッチオン及びスイッチオフを調節するステップと、
   前記複合システムの内側の空気と、外側の空気と、空気のスループットに関して、空気の流れを制御するステップと、
   一つ一つの複合システムのための緊急事態を管理するステップと、
   保守手順を制御するステップと、
   を含む、請求項５に記載の環境修復のためのネットワークを制御するための方法。
7. 複合システム（ＢＡＴ）の前記三次元空間分布は、ゼロ勾配ポイント(x₀, y₀, z₀)における汚染物質の濃度を目標閾値C_threshold以下に低減するために、周辺の複合システム間の距離D_hkを計算することによって決定される、
   

   

   ここで、前記ゼロ勾配ポイント(x₀, y₀, z₀)の座標は下式により得られる、
   

   

   請求項１に記載の環境修復のためのネットワーク。

Images