JP2019136646A - 帯電水粒子散布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】貫通した工事中のトンネル空間の道路地盤の構築工事に伴い浮遊する粉塵の除去を全工事区間に亘り効率良く行うことを可能とする。【解決手段】シールド工法により貫通した工事中のトンネル１０内の路盤１２の構築工事による未舗装道路を、帯電水粒子生成設備１５を作業車１４に搭載して走行させる。作業車１４に搭載された帯電水粒子生成設備１５は、送風機の送風口の周囲に環状に配置された複数の帯電水粒子生成手装置により、水誘導帯電方式により帯電させた帯電水粒子を送風機からの空気流に乗せて後方に噴出させることにより、帯電水粒子とトンネル内に浮遊する粉塵との間に作用するグラディエント力によって、粉塵を帯電水粒子に捕捉させて落下除去させる。【選択図】図１

Description

本発明は、工事中のトンネル空間に浮遊する粉塵を除去する帯電水粒子散布方法に関する。

従来、トンネル工事等を行なう際には、極力粉塵の発生を抑えるようにし、また、発生した粉塵を空気中から効率的に除去することが重要でありこのため掘削作業等を散水しながら行って、粉塵の発生を抑え、また、発生した粉塵は除去するようにしている。

一方、噴出ノズルから霧状の水を噴出し、空気中に浮遊する粉塵に微細な水粒子を付着させ、粉塵を水粒子とともに落下させることによって空気中から除去する手法が提案され実用化されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。この手法においては、単に散水を行う場合と比較し、少量の水で効率的に粉塵を除去することが可能になる。

また、帯電した水粒子を噴出して粉塵を除去する手法も提案され実用化されている（特許文献３、特許文献４）。この手法においては、水粒子が帯電していることにより、帯電水粒子と粉塵を電気的に吸着させることができ、より効率的に粉塵を除去することが可能になる。

しかしながら、このような帯電水粒子を噴出して粉塵を捕捉除去する手法においては、帯電水粒子が数十〜数百μｍの粒径の微粒子であるため、水圧を大きくして噴出ノズルから帯電水粒子を噴出させたとしても、空間の空気抵抗によって噴出後すぐに失速して遠方に到達せず、しかも到達した距離において例えば噴出ノズルを中心とした半径１ｍ程度の範囲にしか帯電水粒子を散布することができない。このため、トンネル掘削現場など、広範の空気中に浮遊する粉塵を除去したい場合に、適用できないという問題があった。

この問題を解決するため本願発明者等にあっては、一方向に向けて流れる空気流を生成する空気流生成手段と、水粒子を生成し、水粒子を誘導帯電方式で帯電させて帯電水粒子を生成しつつ噴出させる帯電水粒子生成手段とを備え、帯電水粒子生成手段で生成して噴出した帯電水粒子を、空気流生成手段で生成した空気流にのせて一方向に給送するように構成された帯電水粒子散布装置を提案している（特許文献５）。

このような帯電水粒子散布装置により、空気流の流れ方向である一方向を所望の方向に向けることで、所望の方向の空気中に浮遊した粉塵を帯電水粒子で捕捉して除去することができ、また、空気流によって遠方まで帯電水粒子が給送されることで広範の粉塵を除去することができる。

また、不整地走行車や高所作業車等の移動体に支持構造体と共に帯電水粒子生成装置を設置し、帯電水噴霧装置を任意の位置に容易に移動、設置して粉塵の除去や発生抑制を行う方法も知られている（特許文献６）。

特許第４０１４１２２号公報 特開２００２−２６３６０４号公報 特開２００３−２４０２２４号公報 特開２００３−２７５６１７号公報 特開２０１３−２２７８０６号公報 特開２０１３−２２６５１７号公報

ところで、自動車専用道路等のシールド工法を用いたトンネル工事にあっては、シールドマシンによりトンネルの貫通工事が終了した場合、ダンプカーにより運び込んだ土をトンネル内の下部に入れて路面地盤を構築するシールド坑内路盤工事が行われる。

このようなシールド坑内路盤工事にあっては、工事が進むにつれ、ダンプカーが通過する度に土が舞い上がってトンネル空間に粉塵が滞留して視界が悪化し、また、トンネル壁面となるセグメント表面に粉塵が付着する問題がある。

この問題を解決するためにトンネル内の走行速度を２０ｋｍ／ｈ以下に制限したり、定期的に散水車を走行させて散水しているが、この段階ではトンネル内は換気なしのためトンネル内に充満した粉塵を十分に除去することは困難であり、散水車により頻繁に散水を行うと路盤品質が低下する問題もある。

そこで、トンネル内に従来の帯電水粒子散布装置を設置し、帯電水粒子を空気流に乗せてトンネル空間に噴出させることにより、トンネル空間の粉塵を除去することが考えられる。

しかしながら、従来の帯電水粒子散布装置は、粉塵発生源又はその近傍に設置して使用するものであり、これに対しシールド坑内路盤工事はトンネル全長や工事区間長に対応した長い区間となり、１台の帯電水粒子散布装置でカバーできる区間は数十メートル以下に制限され、粉塵発生区間を全てカバーするためには多数の帯電水粒子散布装置の設置が必要となる。また、移動体により帯電水粒子散布装置の設置場所を変更するようにしても、粉塵発生区間を全てカバーするには手間と時間がかかる問題がある。

本発明は、所定の閉鎖空間、例えば工事中のトンネル空間の道路地盤の構築工事（シールド坑内路盤工事）に伴い浮遊する粉塵の除去を全工事区間に亘り効率良く行うことを可能とする帯電水粒子散布方法を提供することを目的とする。

（帯電水粒子散布方法）
本発明は、トンネル空間を含む所定の閉鎖空間に浮遊する粉塵の除去に使用される帯電水粒子散布方法であって、
閉鎖空間に構築された未舗装道路を走行する移動体に搭載された送風機の送風口近傍に配置された帯電水粒子生成手段により、移動体を走行させながら、水粒子を生成し、水粒子を誘導帯電方式で帯電させて帯電水粒子を生成しつつ送風機からの空気流に乗せて所定方向に噴出させることにより、帯電水粒子と空気中に浮遊する粉塵との間に作用するグラディエント力によって粉塵を帯電水粒子に捕捉して落下除去させることを特徴とする。

（移動体の搭載機器）
移動体に水タンク、ポンプ及び電源部を搭載し、発電機からの電源供給により駆動されるポンプにより水タンクに貯留された水を複数の帯電水粒子生成手段に供給して水粒子を生成させると共に電源部からの電源供給により水粒子を誘導帯電方式で帯電させて帯電水粒子を生成させ、帯電水粒子を発電機からの電源供給により駆動される送風機からの空気流に乗せて噴出させる。

（移動体の走行速度）
移動体を粉塵濃度、地盤の濡れ具合及び他の移動体の速度に応じて時速２０キロメートル以下の所定速度で走行しながら帯電水粒子生成手段により帯電水粒子を空気流に乗せて噴出させる。

（帯電水粒子の散布量）
帯電水粒子生成ユニットは、移動体を走行させながら、５Ｌ／ｍｉｎ乃至５０Ｌ／ｍｉｎの範囲の所定水量の帯電水粒子を空気流に乗せて噴出させる。ダンプカーの走行台数に応じて、たとえばダンプカーの走行台数が多くなれば巻き上げ粉塵量が多くなるので、前記移動体の投入台数を増加することで調整する。

（帯電水粒子の噴出方向）
帯電水粒子生成手段と送風機とからなる帯電水粒子生成ユニットによる帯電水粒子を含む空気流の噴出方向を、水平方向に対し２０°乃至４５°の範囲の所定の上向き角度とする。

（噴出方向の調整）
帯電水粒子生成手段と送風機とからなる帯電水粒子生成ユニットを、移動体に固定された架台に対し上下回り及び左右回りに回動自在に支持することにより、送風機からの帯電水粒子を含む空気流の方向を調整自在とする。

（帯電水粒子の空気流に対する噴出方向）
帯電水粒子生成手段は、帯電水粒子の噴出方向を空気流中心軸の下流方向に対し４５°乃至９０°の範囲の所定の角度とする。

（帯電水粒子生成手段の構成）
帯電水粒子生成手段は、
加圧供給された水を噴出しつつ水粒子を生成する噴出ノズル部と、
所定の電圧が印加されて所定の電界を形成し、噴出ノズル部で生成した水粒子を電界によって帯電させて帯電水粒子にする誘導電極部と、
誘導電極部に印加する電圧の基準電位を与える水側電極部と、
を備えて構成されている。

（帯電水粒子のサイズ）
帯電水粒子生成手段は、粒径が５０μｍ乃至３００μｍとなる様々な粒径の水粒子を生成するように構成されている。

（基本的な効果）
本発明は、トンネル空間を含む所定の閉鎖空間に浮遊する粉塵の除去に使用される帯電水粒子散布方法であって、閉鎖空間に構築された未舗装道路を走行する移動体に搭載された送風機の近傍に配置された帯電水粒子生成手段により、移動体を走行させながら、水粒子を生成し、水粒子を誘導帯電方式で帯電させて帯電水粒子を生成しつつ送風機からの空気流に乗せて所定方向に噴出させることにより、帯電水粒子と空気中に浮遊する粉塵との間に作用するグラディエント力によって粉塵を帯電水粒子に捕捉して落下除去させるようにしたため、所定の閉鎖空間、例えばトンネル空間に浮遊した粉塵を帯電水粒子で捕捉して除去することができ、また、移動体により走行ながら帯電水粒子を空気流に乗せて噴出することで、換気されていない長い工事区間であっても、効率良く粉塵を除去することができ、シールド坑内路盤工事の作業環境が改善され、また、セグメント表面への粉塵の付着が防止されて美観を確保すると共に清掃の手間を低減して生産性を向上し、また、トンネル空間の湿度を上昇させることで作業環境の改善に寄与すると共に車両の通行に伴う粉塵の巻き上げが抑制され、更に、従来の散水車による散水に比べると散布され水量は僅かであることから路盤が過剰に湿気を含むといった路盤品質の低下を起こすこともない。

（移動体の搭載機器による効果）
また、移動体に水タンク、ポンプ及び電源部を搭載し、発電機からの電源供給により駆動されるポンプにより水タンクに貯留された水を複数の帯電水粒子生成手段に供給して水粒子を生成させると共に電源部からの電源供給により水粒子を誘導帯電方式で帯電させて帯電水粒子を生成させ、帯電水粒子を発電機からの電源供給により駆動される送風機からの空気流に乗せて噴出させるようにしたため、送風機からの空気流に乗せて帯電水粒子を噴出させるために必要な水タンク、ポンプ及び電源部を含む全ての設備機器か中型トラック等の移動体に搭載されており、移動体によりシールド坑内路盤工事の未舗装路に沿って走行するだけで、工事区間となるトンネル空間に滞留している粉塵を効率良く除去することができる。

（移動体の走行速度による効果）
また、移動体を粉塵濃度、地盤の濡れ具合及び他の移動体の速度に応じて時速２０キロメートル以下の所定速度で走行させながら帯電水粒子生成ユニットにより帯電水粒子を空気流に乗せて噴出させるようにしたため、シールド坑内路盤工事の区間を走行しながら帯電水粒子を空気流に乗せて走行方向と反対方向となる後方のトンネル空間に均一且つ十分に噴出するができる。

この場合、トンネル内の走行制限速度以下の速度で走行しているダンプカー等の他の作業車両と同程度の速度で移動体を走行しながら空気流に乗せて帯電水粒子を噴出させることで、他の作業車両の通行を妨げることなく、粉塵の除去作業をすすめることができる。

（帯電水粒子の散布量による効果）
また、帯電水粒子生成ユニットは、移動体を走行しながら、５Ｌ／ｍｉｎ乃至５０Ｌ／ｍｉｎの範囲の所定水量の帯電水粒子を空気流に乗せて噴出させるようにしたため、例えば１ｋｍの工事区間であれば時速１０ｋｍ／ｈで走行すると約６分かかることから、２０Ｌ／ｍｉｎとすると約１２０Ｌ（０．１２トン）の散布量となり、少ない水量であっても、帯電水粒子を空気流に乗せて噴出することで、トンネル空間に滞留する粉塵を効率良く除去できる。

（帯電水粒子の噴出方向及び噴射方向の調整による効果）
また、帯電水粒子生成手段と送風機とからなる帯電水粒子生成ユニットによる帯電水粒子を含む空気流の噴出方向を、水平方向に対し２０°乃至４５°の範囲の所定の上向き角度とし、更に、帯電水粒子生成ユニットを、移動体に固定された架台に対し上下回り及び左右回りに回動自在に支持することにより、送風機からの帯電水粒子を含む空気流の方向を調整自在としたため、シールド坑内路盤の工事区間における粉塵の滞留状況に合わせ噴出方向を仰角を２０°乃至４５°の範囲で、水平角を移動体上の帯電水粒子生成ユニットをトンネル中央側に向けることで最適な噴出方向に調整した方向の空気流に帯電水粒子を乗せて噴出することができ、トンネルの横断面方向から見て帯電水粒子の散布空間割合を大きくすることができることから、トンネル空間全体の粉塵濃度を効率よく下げることができる。

（帯電水粒子を乗せた空気流の噴出方向の調整による効果）
また、帯電水粒子生成手段は、帯電水粒子の噴出方向を空気流中心軸の下流方向に対し４５°乃至９０°の範囲の所定の角度としたため、送風機からの空気流に対し最適な噴出方向に設定された帯電水噴霧生成手段から空気流に向けて帯電水粒子が噴出され、帯電水粒子を確実に空気流に乗せて噴出させることができる。

（帯電水粒子生成手段の構成による効果）
また、帯電水粒子生成手段は、加圧供給された水を噴出しつつ水粒子を生成する噴出ノズル部と、所定の電圧が印加されて所定の電界を形成し、噴出ノズル部で生成した水粒子を電界によって帯電させて帯電水粒子にする誘導電極部と、誘導電極部に印加する電圧の基準電位を与える水側電極部とを備えて構成されているため、帯電水粒子生成手段の噴出ノズル部で生成した水粒子を誘導電極部によって形成された電界によって帯電させることができ、容易に且つ確実に帯電水粒子を生成して噴出させることができる。

（帯電水粒子のサイズによる効果）
また、帯電水粒子生成手段は、粒径が５０μｍ乃至３００μｍとなる様々な粒径の水粒子を生成するように構成されているため、水粒子の粒径が５０μｍよりも小さいと、湿度が低いと水粒子を帯電させた後の帯電水粒子が蒸発しやすくなり、粉塵の除去効果が発揮され難くなり、また、生成する水粒子の粒径が３００μｍよりも大きいと、帯電水粒子生成手段で水粒子を帯電させて生成し噴出する帯電水粒子の数が少なくなるとともに自重が大きいことから沈降速度も大きく空間に滞留する時間が少なくなってしまい、やはり、粉塵の除去や粉塵の発生抑止効果が十分に発揮されなくなってしまうことから、粒径が５０〜３００μｍの水粒子を生成することで、ひいては放出後の空間中にて、粒径が３００μｍ以下であってクーロン力の作用によりさらに細かく分裂した様々な粒子径の帯電水粒子が生成されることで、さらに確実且つ効果的に、空気中に浮遊した粉塵の除去を行なうことが可能になる。

トンネル内のシールド坑内路盤工事で発生した粉塵を除去する本発明の帯電水粒子散布方法による作業及び帯電水粒子の散布空間を示した説明図 作業車に搭載された帯電水粒子散布設備を示した説明図 空気流に帯電水粒子を乗せて噴出する帯電水粒子生成ユニットの構成を示した説明図 作業車に搭載された帯電水粒子散布設備の設備構成を示した説明図 帯電水粒子生成ユニットに設けられる複数の帯電水粒子生成手段に対する電気系統を示した回路ブロック図 帯電水粒子生成ユニットに設けられる帯電水粒子生成手段の構造を示した説明図 図６（Ｂ）のＸ−Ｘ断面により帯電水粒子生成手段の内部構造を示した断面図 シールド掘進工事で使用するバッテリーロコにより牽引する台車に電水粒子生成設備を搭載した実施形態を示した説明図

［帯電水粒子散布方法を実施する設備構成］
（帯電水粒子散布作業の概要）
図１はトンネル内のシールド坑内路盤工事で発生した粉塵を除去する本発明の帯電水粒子散布方法による作業を示した説明図である。

図１に示すように、シールド工法により貫通したトンネル１０はトンネル壁面がリング状のセグメント１０ａの連結構造により構築されており、貫通したトンネル１０内には路盤１２を入り口側から構築するためのシールド坑内路盤工事としてダンプカーにより土を運び込んでトンネル下部に敷き詰める作業が行われている。

このようにシールド坑内路盤工事により構築された路盤１２は、路面に土が露出した未舗装路であり、土を運び込むダンプカーが頻繁に行きかうことで土が巻き上げられ、トンネル内に粉塵が多量に滞留した状態となる。

本発明にあっては、シールド坑内路盤工事が行われているトンネル１０内に、帯電水粒子生成設備１５を移動体として機能する例えば２トントラック等の作業車１４に搭載し、作業車１４をトンネル内の制限速度以下の例えば時速５乃至１０キロメートルの間の所定速度で走行させながら、搭載している帯電水粒子生成設備１５を作動させることで水粒子を生成し、生成した水粒子を誘導帯電方式で帯電させて帯電水粒子を生成しつつ送風機からの空気流に乗せてトンネル空間に噴出させて帯電水粒子散布空間１９を形成することにより、帯電水粒子と空気中に浮遊する粉塵との間に作用するグラディエント力によって粉塵を帯電水粒子に捕捉させて落下除去させる作業を行う。

なお、作業車１４の走行速度は、トンネル内を走行しているダンプカー等の他の車両と同じ走行速度とすることが望ましい。これはダンプカー等の他の作業車により遅い速度で走行していると、他の作業車の通行を妨げたり、追い越しを受けたりするが、同じ速度で走行することで、シールド坑内路盤工事を妨げることなく粉塵を除去させることができる。

（帯電水粒子生成設備の概要）
図２は作業車に搭載された帯電水粒子散布設備を示した説明図である。図２に示すように、作業車１４の荷台１４ａには、帯電水粒子散布設備１５として、帯電水粒子生成ユニット１６、ポンプユニット２２、水タンク２４、操作盤２６及び電源部として機能するディーゼル発電機２８が搭載され、帯電水粒子生成ユニット１６は送風機１８と送風機１８の送風口の周囲に環状に配置された複数の帯電水粒子生成手段２０により構成される。

帯電水粒子生成ユニット１６は、ポンプユニット２２から加圧水の供給を受けて水粒子を生成し、水粒子を誘導帯電方式で帯電させて帯電水粒子を生成しつつ送風機１８からの空気流に乗せて噴出させる。この場合、加圧水ユニット１６は、作業車１４を走行させながら、５Ｌ／ｍｉｎ乃至５０Ｌ／ｍｉｎの範囲の所定水量の帯電水粒子を空気流に乗せて噴出させる。

ポンプユニット２２はポンプモータにより駆動されるポンプを備え、水タンク２４に貯留している水を吸い込んで帯電水粒子生成手段２０に対し１．０ＭＰａ程度の圧力で供給する。

操作盤２６には帯電水粒子生成ユニット１６を動作させるための各種の操作スイッチが設けられている。ディーゼル発電機２８は帯電水粒子散布設備１５で使用する電力をディーゼルエンジンによる例えば交流発電機の回転駆動により発電して各部に供給する。

また、ディーゼル発電機２８は漏電対策としてアースをとる必要があるが、作業車１４の荷台１４ａに搭載されているためアースをとることができず、そこでディーゼル発電機２８の下に絶縁体として機能するゴムマット２７を敷くことにより漏電対策をとっている。

また、ディーゼル発電機２８の漏電対策として、日常的な維持点検により荷台１４ａを常にドライな状態に保つようにする。更に、帯電水粒子生成ユニット１６から体水粒子が空気流に乗せて噴出されると、水が荷台１４ａに滴り落ちて濡らすことから、例えば帯電水粒子生成ユニット１６の噴出側の荷台１４ａに板部材を斜め下向きに配置した落水ガイド１７を設けることで荷台１４ａが濡れないようにしている。

（帯電水噴霧生成ユニットの構成）
図３は空気流に帯電水粒子を乗せて噴出する帯電水粒子生成ユニットの構成を示した説明図であり、図３（Ａ）に側面を示し、図３（Ｂ）に送風口からを見た正面を示す。

図３に示すように、送風機１８は円筒状の風胴の内部にファンモータで回転されるファン３０を配置しており、ファン３０の回転により、風胴の後部から吸い込んだ空気を前方の送風口から噴出中心軸線４０の方向に噴出させることで、空気流１８ａが生成される。本実施形態の送風機１８としては、例えば最大風量が４００ｍ³／ｍｉｎ程度の送風機が使用される。

また送風機１８は架台３６に対し回動軸３８により上下方向に回動自在に支持されており、軸方向に伸縮する角度調整機構３５により水平方向に対する空気流１８ａの噴出中心軸線４０とのなす仰角θを調整可能としている。なお、上下角度調整機構３５は、これに限定されず、適宜の上下角度調整機構が適用できる。さらに架台３６は架台受け３７上に左右旋回軸３９により左右に旋回自在に支持されており、左右角度調整機構に４１より左右角度を調整できる。

トンネル空間全体の粉塵濃度を下げる目的のときには、角度調整機構３５は、送風機１８の噴出中心軸線４０により噴出方向を決める仰角θを水平方向に対し２０°〜４５°の範囲で調整可能としている。

ここで、噴出方向がθ＝２０°を下回ると空気流に乗せた帯電水粒子の到達距離が短くなると共にトンネル空間の上層に滞留している粉塵の除去効果が薄れ、また、θ＝４５°を超えると空気流に乗せた帯電水粒子の到達距離が短くなると共にトンネル下層に滞留している粉塵の除去効果が薄れることから、噴出方向をθ＝２０°〜４５°の範囲とすることで、空気流に乗せた帯電水粒子の到達距離の確保とトンネル内空間の全域に滞留する粉塵の除去とを両立させることが可能となり、図１（Ｂ）に模式的に示すように、トンネルの横断面方向から見て帯電水粒子の散布空間割合を非常に大きくすることができ，この状態で作業車を所定の速度で走行させることで、トンネル空間全体の粉塵を効率よく除去することができる。

送風機１８の送風口の周囲には、図３（Ｂ）に示すように、支持リング３４により例えば１０台の帯電水粒子生成手段２０が配置されている。

本実施形態においては、図３（Ａ）に示すように、複数の帯電水粒子生成手段２０から噴出する帯電水粒子の噴出中心軸線４２が、送風機１８からの空気流１８ａの噴出中心軸線４０上のＰ点で交差するように、複数の帯電水粒子生成手段２０が送風機１８の送風口の周囲に配設されている。

このときの噴出中心軸線４０に対する噴出中心軸線４２交差角度は、帯電水粒子生成手段２０からの帯電水粒子の噴出速度と噴出拡がり角度、送風機１８からの空気流１８ａの流速等を考慮して、噴出された帯電水粒子が空気流１８ａに良好に取り込まれる角度である４５°乃至９０°とする。

更に、本実施形態では、送風機１８の送風口の周囲に環状に配置された１０台の帯電水粒子生成手段２０について、１０台の全てを動作して帯電水粒子を噴出させるフルモードと、例えば１０台の帯電水粒子生成手段２０の内の５台を一つ置きに動作させて帯電水粒子を噴出させるハーフモードとを切替えることができる。

ここで、帯電水粒子生成手段２０の１台当りの帯電水粒子の散布量は例えば１Ｌ／ｍｉｎであり、１０台が動作するフルモードでの帯電水粒子の合計散布量は１０Ｌ／ｍｉｎとなり、また、５台が動作するハーフモードでの帯電水粒子の合計散布量は５Ｌ／ｍｉｎとなる。

また、作業車を時速１０ｋｍ／ｈの走行速度で帯電水粒子を空気流に乗せて噴出しながら走行した場合の単位時間当りの散布量は、１０台が動作するフルモードでは６００Ｌ／ｈとなり、また、５台が動作するハーフモードでの帯電水粒子の合計散布量は３００Ｌ／ｈとなる。

従って、水タンク２４の容量を２ｍ³（＝２０００Ｌ）とすると、帯電水粒子の連続散布時間は、１０台が動作するフルモードでは３時間２０分程度となり、また、５台が動作するルハーフモードで６時間４０分程度となり、十分な連続作業時間が確保できる。

（帯電水粒子散布設備の機能構成）
図４は作業車に搭載された帯電水粒子散布設備の機能構成を示した説明図である。図４に示すように、帯電水粒子生成ユニット１６に設けられた送風機１８にはファンモータ３２により回転駆動されるファン３０が風洞の中に配置されており、送風機１８の送風口には１０台の帯電水粒子生成手段２０が環状に配置されている。

ポンプユニット２２にはポンプモータ４４とポンプ４６が設けられ、水タンク２４に貯留した水を吸い込んで配管４８に１．０ＭＰａ程度の圧力で供給している。ポンプユニット２２からの配管４８は配管４８ａ，４８ｂに分岐されている。

分岐された配管４８ａは制御弁５０ａを介して帯電水粒子生成ユニット１６に配置された１０台の帯電水粒子生成手段２０の内の一つ置きとなる５台に連結されて加圧された水を供給する。また、分岐された配管４８ｂは制御弁５０ｂを介して帯電水粒子生成ユニット１６に配置された１０台の帯電水粒子生成手段２０の内の一つ置きとなる残りの５台に連結されて加圧された水を供給する。

ディーゼル発電機２８で発電された電力は操作盤２６に供給され、操作盤２６のスイッチ操作に基づき、電圧信号Ｅ１，Ｅ２を１０台の帯電水粒子生成手段２０に交互に供給し、また、制御信号Ｅ３，Ｅ４により制御弁５０ａ，５０ｂの開閉制御を行い、また、駆動信号Ｅ５によりポンプモータ４４を駆動し、更に、駆動信号Ｅ６によりファンモータ３２を駆動するようにしている。

なお、ポンプモータ４４とファンモータ３２については、操作盤２６を経由せず、ディーゼル発電機２８に電源ケーブルを接続し、ディーゼル発電機２８の給電操作により直接電力を供給して動作させるようにしても良い。

操作盤２６でフルモードの操作を行うと、制御信号Ｅ３，Ｅ４により制御弁５０ａ，５０ｂを開制御してポンプユニット２２により加圧された水を１０台の全ての帯電水粒子生成手段２０に供給し、同時に、電圧信号Ｅ１，Ｅ２の供給により１０台の全ての帯電水粒子生成手段２０に所定の印加電圧を供給し、１０台の全ての帯電水粒子生成手段２０により生成された帯電水粒子を送風機１８からの空気流に乗せて噴出させる。

これに対し操作盤２６でハーフモードの操作を行うと、例えば制御信号Ｅ３により制御弁５０ａを開制御してポンプユニット２２により加圧された水を５台の帯電水粒子生成手段２０に供給し、同時に、電圧信号Ｅ１の供給により同じ５台の帯電水粒子生成手段２０に所定の印加電圧を供給し、１つ置きとなる５台の帯電水粒子生成手段２０により生成された帯電水粒子を送風機１８からの空気流に乗せて噴出させる。

このように本実施形態にあっては、必要に応じてフルモードとハーフモードを選択して帯電水粒子生成ユニット１６からの帯電水粒子の散布量を切り替えることができる。

［帯電水粒子生成ユニットの電気系統］
図５は帯電水粒子生成ユニットに設けられる複数の帯電水粒子生成手段に対する電気系統を示した回路ブロック図である。

図５に示すように、帯電水粒子生成ユニット１６に設けられた１０台の帯電水粒子生成手段２０には、誘導電極１２０と水側電極部１１７が設けられている。帯電水粒子生成手段２０の誘導電極部１２０は例えば電流制限抵抗を用いた電流制限器５２を介して１つ置きに電圧印加ケーブル５６ａ，５６ｂに接続され、また、水側電極部１１７は同じく電流制限抵抗を用いた電流制限器５４を介して１つ置きにアースケーブル５８ａ，５８ｂに接続されている。

電圧印加ケーブル５６ａ，５６ｂは操作盤２６に設けられた制御スイッチ６２ａ，６４ｂを介して電源部６０の一方に接続され、アースケーブル５８ａ，５８ｂは制御スイッチ６４ａ，６４ｂ介して電源部６０の他方に接続される。制御スイッチ６２ａ，６４ａは連動スイッチであり、制御スイッチ６２ｂ，６４ｂも連動スイッチである。

フルモードの場合には操作盤２６の制御スイッチ６２ａ，６２ｂ，６４ａ，６４ｂがオン操作され、電源部６０から１０台となる全ての帯電水粒子生成手段２０における誘導電極部１２０と水側電極部１１７の間に所定の電圧が印加され、生成された水粒子に帯電させるための電界が形成され、誘導帯電方式で帯電させて帯電水粒子が生成される。

ハーフモードの場合には、操作盤２６の例えば制御スイッチ６２，６４ａがオン操作され、電源部６０から１つ置きとなる電圧印加ケーブル５６ａとアースケーブル５８ａが接続された５台の帯電水粒子生成手段２０における誘導電極部１２０と水側電極部１１７の間に所定の電圧が印加され、生成された水粒子に帯電させるための電界が形成され、誘導帯電方式で帯電させて帯電水粒子が生成される。

なお、電流制限器５２，５４は、電流制限抵抗以外に、トランジスタやＭＯＳＦＥＴのような３端子の能動素子を用いた電流制限回路で構成したり、定電流ダイオードを用いるなどしてもよい。

［帯電水粒子生成手段］
図６は帯電水粒子散布手段を示した説明図であり、図６（Ａ）は正面を示し、図６（Ｂ）は平面を示す。図７は図６（Ｂ）のＸ−Ｘ断面により帯電水粒子散布手段の内部構造を示した断面図である。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図７に示すように、本実施形態の帯電水粒子散布手段２０は、装置ボディー１１２、ボディーカバー１１４、液体導管部１１６，水側電極部１１７、噴射ノズル部１１８、誘導電極部１２０、誘導電極保持部１２４で構成されている。

装置ボディー１１２、ボディーカバー１１４、液体導管部１１６、噴射ノズル部１１８及び誘導電極保持部１２４は絶縁材質で作られており、この絶縁材質は、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ウレタン樹脂、ポリテトラフロオロエチレン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂、セラミックス（アルミナセラミックス）、ガラス琺瑯の少なくとも１種を絶縁材質に用いて形成されている。

装置ボディー１１２の内部には軸心線１３６の方向に貫通穴が形成され、下側から水側電極部１１７が嵌め込まれ、その上側に液体導管部１１６が嵌め込まれ、水側電極部１１７には電極連結部１１９が接続されている。電極連結部１１９にはねじ穴１１９ａが設けられ、装置ボディー１１２の横方向に形成された水側電極ケーブル接続穴１２２から挿入されたアースケーブルの接続が行われる。

また、液体導管部１１６の上部はボディーカバー１１４を介して外部に取出され、外部のポンプユニット２２で加圧された水が供給される。

水側電極部１１７及び電極連結部１１９は金属の導電材質で作られている。水側電極部１１７及び電極連結部１１９の導電材質は、金属以外に、導電性を有する樹脂、繊維束、ゴム等を用いて形成されてもよく、また、これらを組み合わせた複合体を用いて形成されていてもよい。

装置ボディー１１２の軸方向に配置された水側電極部１１７の先端側には噴射ノズル部１１８が設けられている。噴射ノズル部１１８は、平均粒子径が１００〜３００μｍの水粒子を放出させる。

噴射ノズル１１８の先端側の開放空間には、誘導電極保持部１２４により誘導電極部１２０が配置される。誘導電極部１２０は、導電性のある電極心材１２０ｂを絶縁被覆１２０ｃにて被覆して形成され、上下方向に配置された支持部１２０ｄの下部先端にリング形状のリング部１２０ａが形成されている。

誘導電極部１２０の電極心材１２０ｂは導電性を持つ金属であり、金属以外に、導電性を有する樹脂、繊維束、ゴム等を用いて形成されてもよく、また、これらを組み合わせた複合体を用いて形成されていてもよい。

また、誘導電極部１２０における絶縁被覆１２０ｃの絶縁材質としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ウレタン樹脂、ポリテトラフロオロエチレン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂、セラミックス（アルミナセラミックス）、ガラス琺瑯の少なくとも１種を絶縁材質に用いて形成されている。

水側電極部１１７と誘導電極部１２０に対しては、図５に示した操作盤２６に設けられた電源部６０からアースケーブルと電圧印加ケーブルが接続され、水側電極部１１７と誘導電極部１２０の間に＋０．５ｋＶ〜＋２０ｋＶまたは−０．５Ｋｖ〜−２０ｋＶの範囲の直流（交流またはパルス状）の所定電圧を印加すると、誘導電極部１２０のリング部１２０ａの周囲に所定の外部電界が形成され、噴射ノズル部１１８からの噴出水が分裂点Ａ付近で分裂して水粒子が生成されることから、分裂点Ａで生成された水粒子に帯電させ、帯電された水粒子の噴霧流を放出させる。

例えば、誘導電極部１２０に直流電圧を印加した場合には、誘導電極部１２０の極性に応じて、正電荷と負電荷の何れか一方の帯電した水粒子が生成される。また、交流、パルス状で電圧を印加すると、交互に切り替わる誘導電極部１２０の極性に応じて、選択的に正電荷あるいは負電荷で帯電した水粒子が生成される。

また、図５の電源部６０による誘導電極部１２０に印加する電圧を、＋０．５ｋＶ〜＋２０ｋＶまたは−０．５Ｋｖ〜−２０ｋＶの範囲で一定電圧としてもよいし、変動させてもよい。そして、このように＋０．５ｋＶ〜＋２０ｋＶまたは−０．５Ｋｖ〜−２０ｋＶの範囲にすると、火花放電の発生が防止され、安全を確保しながら帯電した水粒子の噴霧流が生成される。

なお、帯電水粒子生成手段２０の構造は図６、図７の実施形態に限定されず、水粒子を生成すると共に生成した水粒子を誘導帯電方式で帯電させて帯電水粒子を生成させる適宜の構造の帯電水粒子生成手段を用いることができる。

［バッテリーロコの牽引台車に搭載した実施形態］
図８はシールド掘進工事で使用するバッテリーロコにより牽引する台車に帯電水粒子生成設備を搭載した実施形態を示した説明図であり、図８（Ａ）はボックスカルバート運搬用編成を示し、図８（Ｂ）はセグメント搬送用編成を示す。

図８（Ａ）のボックスカルバート運搬用編成にあっては、レール軌道７０を走行するバッテリーロコ７２には３台の台車７４が連結されており、先頭から２台の台車７４にはボックスカルバート７６が搭載され、３台目となる最後尾の台車７４には帯電水粒子生成設備１５が搭載されている。

これによりバッテリーロコ７２によりトンネル内を例えば時速５乃至１０キロメートルの間の所定速度で走行しながら、最後尾の台車７４に搭載している帯電水粒子生成設備１５を作動させることで、帯電水粒子を生成しつつ送風機からの空気流に乗せてトンネル空間に噴出させて帯電水粒子散布空間１９を形成することにより、帯電水粒子と空気中に浮遊する粉塵との間に作用するグラディエント力によって粉塵を帯電水粒子に捕捉して落下除去させる作業を行う。

また、図８（Ｂ）に示すセグメント搬送用編成にあっては、レール軌道７０を走行するバッテリーロコ７２には２台の台車７８が連結されてセグメント７６が搭載され、３台目となる最後尾の台車７４には帯電水粒子生成設備１５が搭載されている。

これによりバッテリーロコ７２によりトンネル内を例えば時速５乃至１０キロメートルの間の所定速度で走行しながら、最後尾の台車７４に搭載している帯電水粒子生成設備１５を作動させることで、帯電水粒子を生成しつつ送風機からの空気流に乗せてトンネル空間に噴出させて帯電水粒子散布空間１９を形成することにより、帯電水粒子と空気中に浮遊する粉塵との間に作用するグラディエント力によって粉塵を帯電水粒子に捕捉して落下除去させる作業を行う。

［本発明の変形例］
（閉鎖空間）
上記の実施形態は、本発明の帯電水粒子散布方法により粉塵を除去する空間としてトンネル空間を例にとっているが、本発明はこれに限定されず、粉塵が存在する適宜の閉鎖空間での本発明の帯電水粒子散布方法の適用が含まれる。

（シールド掘進時等粉塵除去）
上記の実施形態は、シールド坑内路盤工事で発生する粉塵の除去を例にとっているが、これに限定されない。例えば、シールド掘進時に掘削した土砂をトンネル外に搬送する連続ベルトコンベアで発生する粉塵を本発明の帯電水粒子散布方法の適用により除去する。

また、シールドマシンでの掘削が困難な岩盤を掘り進める山岳トンネルにあっては、岩盤にドリルで穴を開けてダイナマイトで発破して掘り進める工事が行われ、シールドマシンの掘削より多くの粉塵が発生しており、このような山岳トンネルにおける坑内粉塵の除去にも、本発明の帯電水粒子散布方法を適用して粉塵を除去する。

（帯電水粒子生成手段の配置）
上記の実施形態は、送風機の送風口の周囲に帯電水粒子生成手段を配置しているが、これに限定されない。例えば、帯電水粒子生成手段を送風機の正面の空気流が通る中に配置してもよいし、横一列に配置してもよいし、更に、アーチ状に配置してもよい。

また、帯電水粒子生成手段は、送風機の送風口の近傍に１つ配置してもよいし、複数配置した帯電水粒子生成手段の中の１つのみを動作するようにしてもよい。

（移動体による帯電水粒子の噴霧）
上記の実施形態は、移動体を所定速度で移動しながら帯電水粒子を空気流に乗せて噴霧しているが、トンネル内の他の場所に比べ粉塵が多い場所であれば、移動体の速度を低下あるいは一時的に停止して噴霧してもよい。

（帯電水粒子の散布方向）
上記の実施形態は、移動体の走行方向とは反対方向に帯電水粒子を空気流に乗せて噴霧しているが、帯電水粒子生成手段を移動体の側面に配置し、トンネルの側面寄りを走行しながら帯電水粒子を空気流に乗せて噴霧するようにしてもよい。

また、帯電水粒子生成手段を移動体の両方の側面に配置し、トンネルの中心寄り、例えば２車線であればセンターライン上を走行しながら帯電水粒子を空気流に乗せて噴霧するようにしてもよい。

更に、移動体の前にダンプカーなどの粉塵を巻き上げる作業車両が走行している場合の対応として、帯電水粒子生成手段から移動体の前方に向けて帯電水粒子を空気流に乗せて散布してもよい。この場合、帯電水粒子生成手段は送風機と共に、運転席スペースの上に配置するか、又は、荷台から運転席スペース以上の高さに配置して帯電水粒子を空気流に乗せて前方に噴霧する。

（移動体の設備機器搭載）
上記の実施形態は、移動体として機能する１台の作業車に帯電水粒子生成設備の構成機器の全てを搭載しているが、例えば水タンクについては、給水車を別に準備して並走させることで、走行しながら行う帯電水粒子の散布時間を長くすることができる。

（帯電水粒子生成ユニットの動作モード）
上記の実施形態は、送風機における送風口の周囲に環状に配置した複数の帯電水粒子生成手段の全体を動作するフルモードと、１つ置きとなる半分を動作させるハーフモードを選択可能としているが、各帯電水粒子生成手段毎に給水を開閉する制御弁と電圧印加をオン、オフする制御スイッチを設けることで、必要に応じて動作させる帯電水粒子生成手段の数及び位置を任意に選択できるようにしても良い。

（帯電水粒子の噴霧方向の調整）
上記の実施形態にあっては、送風機からの噴出中心軸線の仰角θを調整可能としているが、送風機からの噴出中心軸線を水平回りに調整可能としてもよい。これにより帯電水粒子生成設備を搭載した作業車は、トンネル内で片側通行路を走行することから、送風機からの噴出中心軸線をトンネル中央側に向けてオフセットさせることで、片側通行路を走行しながらトンネル空間全体に帯電水粒子を空気流に乗せて噴出させることができる。

また、たとえばトンネルのベルトコンベアが施設され，コンベアにて土砂を搬送しているときの粉塵発生の抑制に用いるときには，コンベアベルト及びベルト上の土砂に直接向けて、噴出方向を１０°乃至−１０°程度とすることもできる。

（送風機なしの帯電水粒子の噴霧）
上記の実施形態は、移動体を走行しながら帯電水粒子生成手段からの帯電水粒子を送風機による空気流に乗せて噴霧しているが、移動体の荷台に搭載したゲート（橋脚）の上部に帯電水粒子生成手段を設け、ゲートの高さをトンネルに接触しない程度に高くし、移動体を走行しながらゲート上部に設けた帯電水粒子生成手段から帯電水粒子を噴霧し、噴霧した帯電水粒子を移動体自身が走行するときの風に乗せて散布するようにしてもよい。この場合、ゲートはアーチ状としてもよい。

（その他）
また本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

１０：トンネル
１０ａ：セグメント
１２：路盤
１４：作業車
１４ａ：荷台
１６：帯電水粒子生成ユニット
１７：落水ガイド
１８：送風機
２０：帯電水粒子生成手段
２２：ポンプユニット
２４：水タンク
２６：操作盤
２７：ゴムマット
２８：ディーゼル発電機
３０：ファン
３２：ファンモータ
３４：支持リング
３５：角度調整機構
３６：架台
３８：回動軸
４０，４２：噴出中心軸線
４４：ポンプモータ
４６：ポンプ
４８ａ，４８ｂ：配管
５０ａ，５０ｂ：制御弁
５２，５４：電流制限器
５６ａ，５６ｂ：電圧印加ケーブル
５８ａ，５８ｂ：アースケーブル
６０：電源部
６２ａ，６２ｂ，６４ａ，６４ｂ：制御スイッチ
７０：レール軌道
７２：バッテリーロコ
７４，７８：台車
７６：ボックスカルバート
８０：セグメント

Claims (9)

1. トンネル空間を含む所定の閉鎖空間に浮遊する粉塵の除去に使用される帯電水粒子散布方法であって、
   前記閉鎖空間を走行する移動体に搭載された送風機の近傍に配置された帯電水粒子生成手段により、前記移動体を走行させながら、水粒子を生成し、当該水粒子を誘導帯電方式で帯電させて帯電水粒子を生成しつつ前記送風機からの空気流に乗せて所定方向に噴出させることにより、前記帯電水粒子と空気中に浮遊する粉塵との間に作用するグラディエント力によって当該粉塵を前記帯電水粒子に捕捉して落下除去させることを特徴とする帯電水粒子散布方法。
   
2. 請求項１記載の帯電水粒子散布方法に於いて、
   前記移動体に水タンク、ポンプ及び電源部を搭載し、前記電源部からの電源供給により駆動される前記ポンプにより前記水タンクに貯留された水を前記帯電水粒子生成手段に供給して前記水粒子を生成させると共に前記電源部からの電源供給により前記水粒子を前記誘導帯電方式で帯電させて前記帯電水粒子を生成させ、前記帯電水粒子を前記電源部からの電源供給により駆動される前記送風機からの前記空気流に乗せて噴出させることを特徴とする帯電水粒子散布方法。
   
3. 請求項１記載の帯電水粒子散布方法に於いて、
   前記移動体を時速２０キロメートル以下の所定速度で走行させながら前記帯電水粒子生成手段により前記帯電水粒子を前記空気流に乗せて噴出させることを特徴とする帯電水粒子散布方法。
   
4. 請求項１記載の帯電水粒子散布方法に於いて、
   前記帯電水粒子生成手段は、前記移動体を走行させながら、５Ｌ／ｍｉｎ乃至５０Ｌ／ｍｉｎの範囲の所定水量の前記帯電水粒子を前記空気流に乗せて噴出させることを特徴とする帯電水粒子散布方法。
   
5. 請求項１記載の帯電水粒子散布方法に於いて、
   前記帯電水粒子生成手段と前記送風機とからなる帯電水粒子生成ユニットによる前記帯電水粒子を含む前記空気流の噴出方向を、水平方向に対し２０°乃至４５°の範囲の所定の上向き角度としたことを特徴とする帯電水粒子散布方法。
   
6. 請求項５記載の帯電水粒子散布方法に於いて、
   前記帯電水粒子生成ユニットを、前記移動体に固定された架台に対し上下回り及び左右回りに回動自在に支持することにより、前記送風機からの前記帯電水粒子を含む前記空気流の方向を調整自在としたことを特徴とする帯電水粒子散布方法。
   
7. 請求項１記載の帯電水粒子散布方法に於いて、
   前記帯電水粒子生成手段は、前記帯電水粒子の噴出方向を前記送風機による空気流中心軸の下流方向に対し４５°乃至９０°の範囲の所定の角度としたことを特徴とする帯電水粒子散布方法。
   
8. 請求項１に記載の帯電水粒子散布方法において、
   前記帯電水粒子生成手段は、
   加圧供給された水を噴出しつつ前記水粒子を生成する噴出ノズル部と、
   所定の電圧が印加されて所定の電界を形成し、前記噴出ノズル部で生成した前記水粒子を前記電界によって帯電させて前記帯電水粒子にする誘導電極部と、
   前記誘導電極部に印加する電圧の基準電位を与える水側電極部と、
   を備えて構成されていることを特徴とする帯電水粒子散布方法。
   
9. 請求項１記載の帯電水粒子散布方法において、前記帯電水粒子生成手段は、粒径が５０μｍ乃至３００μｍとなる様々な粒径の前記水粒子を生成するように構成されていることを特徴とする帯電水粒子散布方法。

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