JP4640226B2 - トンネル換気装置 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル内に設置された吊下型トンネルファン、例えば、ジェットファンやブースタファン等により、トンネル内の換気を行う換気装置に関する。

一般に、高速道路等の道路トンネルにおいては、自動車からの排気ガス等によりトンネル内が汚染されるため、汚染濃度を許容値以下に維持するために、機械換気が行なわれている。換気方式には種々のものがあり、例えば、トンネル内にジェットファンやブースタファン等を複数台配設して、トンネルの入口から出口に向かう空気流を形成する縦流換気方式が採用されることが多い。
そして、これらジェットファン等の運転を制御する換気動力盤は、トンネルの一端部に設けられた電気室に収容され、各ジェットファン等に対して電力ケーブルを介して電力を供給される。ジェットファン等の正常な運転を維持するためには、電力ケーブルにおける電圧降下を考慮して、ケーブルサイズを選定する必要がある。特に、全長の長いトンネルにおいては、電力ケーブルにおける電圧降下が大きくなるので、断面積の大きい電力ケーブルを選定する必要とあり、設備コスト及び工事費が上昇してしまうという問題があった。

また、このようなトンネル換気装置においては、換気制御装置によって、トンネル内部の各種環境成分値に基づいてトンネル内部に設置されたジェットファン等の運転台数を調整することが行われている。すなわち、トンネル内部には、例えば、煤煙、一酸化炭素、交通量、または風向風速等の環境成分値を測定する環境成分測定器が設置され、これらの環境成分測定器の計測値に基づいて、必要な換気量を確保するのに必要な台数だけジェットファン等を運転し、これによって汚染物質濃度を予め設定されている許容値以下にして、トンネル利用者の安全性、快適性を確保している。
しかしながら、ジェットファン等の台数制御を行っているだけなので、ジェットファン等を希望する回転速度で駆動することができず、したがって、換気風量を最適な値に設定することができず、必要な換気風量よりも大きい換気風量が達成されるようにジェットファン等を運転する必要が生じる等、不経済な運転になってしまうという問題があった。

このような問題を解決するために、実開平７−８５００号公報に開示されるように、各ジェットファン等をインバータ制御することにより、経済的で適切な運転を行うことが提案されている。
実開平７−８５００号公報

しかしながら、上述した技術においても、各ジェットファン等とインバータ制御盤との距離は変わらないので、長いケーブルを用意する必要がある。このため、高周波ノイズ等の影響を受け易くなり、所望の性能を得られないという問題がある。
また、インバータ制御盤等の制御機器を煤塵等から保護するために密閉容器内に収容する場合には、インバータ制御盤等の発熱を抑える必要がある。しかしながら、冷却ファン等を用いたしても密閉容器内であるために、所望の冷却効率を得ることができないというという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、トンネル内に設置されたジェットファン等のインバータ制御を行う際に、所望の性能を得ることができるトンネル換気装置を提供することを目的とする。
また、インバータ制御盤を煤塵等から保護しつつ、効率よく冷却することができるトンネル換気装置を提供することを目的とする。

本発明に係るトンネル換気装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明は、トンネルの天井部に設けられたトンネルファンにより、トンネル内の換気を行うトンネル換気装置において、トンネルファンの駆動を制御するインバータ制御盤を収容容器に収容すると共に、収容容器をトンネル内に配置するようにした。
この発明によれば、インバータ制御盤からトンネルファンまでのケーブルの長さを短くすることができるので、高周波ノイズ等の影響を抑えることができる。
また、トンネルファンの近傍に収容容器を配置したものでは、確実に高周波ノイズ等の影響を抑えることができる。
また、収容容器が、前面に開口が設けられると共に、開口を扉体で被覆した手元開閉器であるものでは、メンテンナンス性が確保される。

また、本発明は、トンネルの天井部に設けられたトンネルファンにより、トンネル内の換気を行うトンネル換気装置において、トンネルファンの駆動を制御するインバータ制御盤を収容する収容容器と、トンネルファンからの送風を収容容器内に導入する第一流路とを備えるようにした。
この発明によれば、収容容器に収容されたインバータ制御盤の発熱をトンネルファンの送風を利用して冷却することができるので、専用の冷却ファン等が不要となり、設備コストを低減することができる。特に、インバータ制御盤を収容する収容容器をトンネルファンの近傍に配置した場合には、インバータ制御盤の発熱を効率的に抑えることができる。

また、収容容器内に導入された送風をトンネルファンに排出する第二流路を備えるものでは、収容容器内に導入された送風がトンネルファンに戻されるので、トンネルファンの効率を低下させずにインバータ制御盤の発熱を抑えることができる。
また、トンネルファンの上流と下流の圧力差を利用して、第一流路及び第二流路に送風を流通させるものでは、収容容器内に導入された送風が特別な動力を必要とせずに流通可能となるので、更に効率的にインバータ制御盤の発熱を抑えることができる。
また、トンネルファンは、送風方向が反転可能に構成され、第一流路及び第二流路は、逆方向の送風も流通可能に構成されるものでは、いわゆるジェットファンと呼ばれる反転可能なトンネルファンであっても適用可能となる。
また、第一流路及び／又は前記第二流路は、トンネルファンとインバータ制御盤とを接続するケーブルが収容されるコンジットであるものでは、既存の設備を利用できるので、設備コストを抑えることができる。
また、収容容器は、インバータ制御盤の冷却を補助する冷却用ファンを備えるものでは、トンネルファンの送風量が少ない場合であっても、インバータ制御盤の冷却を確実に行うことができる。

本発明によれば以下の効果を得ることができる。
インバータ制御盤からトンネルファンまでのケーブルの長さを短くすることができるので、高周波ノイズ等の影響を抑えることができ、これにより、トンネルファンのインバータ制御を高性能に行うことができる。
また、収容容器に収容されたインバータ制御盤の発熱をトンネルファンの送風を利用して冷却することができるので、インバータ制御盤の性能を充分に発揮することができる。

以下、本発明のトンネル換気装置の実施形態について図面を参照して説明する。
自動車が走行するトンネル内においては、ドライバーの視環境の確保、自動車から排出される一酸化炭素や亜硫酸ガス等の有害物質の希釈、火災時の避難路の確保等を目的として、換気を行う必要があり、このためトンネルの天井部にはトンネルファン（軸流ファン）が設けられる。
トンネルファンのうち、トンネル天井面に配設され、噴流の力を利用するものをジェットファン等と称し、噴流の吐出方向が両方向であるファンをジェットファン、原則的に片方向のみであるファンをブースタファンと称している。
ジェットファン等は電気集じん機や大形の送排風機を用いる他の換気設備と比較して、設備費、維持費の両面で大きなコストメリットがある。さらに、電気集じん機や送排風機を用いる換気設備には、機械室や換気立坑等の土木・建築工事が必要であるので、工期と建築費の点においても、ジェットファン等は他の換気設備と比較して、メリットが多い。

図１は、トンネル内の換気装置を示す図である。
トンネルＴ内の換気装置Ｅとしては、図１（ａ）に示すように、トンネル内の天井に複数のジェットファン１を所定間隔で設置し、縦流風を発生させて換気する方式が一般的である。更に、図１（ｂ）に示すように、トンネルＴの中央付近に集中立坑排気口を設け、トンネルＴの入口及び出口の両坑口から導入した換気風を集中的に排気する方式等もある。
なお、トンネルＴの全長が長い場合には、十分な換気能力を確保するため、上述したジェットファン１による縦流換気方式と集中立坑排気方式とが併用される場合もある。

図２は、ジェットファン１の一例を示す斜視図である。
ジェットファン１は、トンネルＴの天井部に取り付けられる円筒状のケーシング２内に、支持脚３により同心状となるよう両軸モータ４を配設し、両軸モータ４の各軸にそれぞれ、複数枚の動翼５を有するファン６を嵌着してなる構成を有する。
このような構成において、両軸モータ４を正転させたときには正方向の気流７が発生する。一方、両軸モータ４を逆転させたときには逆方向の気流８が発生するようになっている。
また、ジェットファン１の両軸モータ４は、電力ケーブル１０を介してジェットファン１の近傍に設置される手元開閉器１１内のインバータ盤９に接続される（図３参照）。そして、更に電力ケーブル１０を介してトンネルＴの入口或いは出口に設けられた電気室内の電源（いずれも不図示）に接続される。なお、電気室内には、トンネルＴ内の複数のジェットファン１の運転を制御する制御盤等も収容される。

インバータ盤９がジェットファン１の近傍に設置される手元開閉器１１に収容されるのは、インバータ盤９とジェットファン１との距離が長くなると、インバータ制御を良好に行うことが困難となってしまうからである。すなわち、インバータ盤９とジェットファン１の間の電力ケーブル１０が長いと、インバータ盤９の出力電圧よりジェットファン１の電圧の方が大きな電圧（過電圧）となって、ジェットファン１の絶縁破壊の原因となってしまう場合があるからである。

図３は、ジェットファン１と手元開閉器１１の接続関係を示す図である。
上述したように、インバータ盤９は、ジェットファン１の近傍に設置される手元開閉器１１に収容される。手元開閉器１１は、前面に開口が設けられると共に、その開口を扉体で被覆した収容容器である。また、手元開閉器１１は、インバータ盤９をトンネルＴ内の煤塵、水分から保護するために、防塵、防滴構造を備えるものが用いられる。
手元開閉器１１が防塵、防滴構造であるため、インバータ盤９が過熱しやすくなって所定の性能を発揮できなくなってしまうので、効率的に冷却する必要がある。
このため、手元開閉器１１には、ジェットファン１からの送風を導入するコンジット１５が接続されている。コンジット１５は、図３に示すように、ジェットファン１のケーシング２における一端に接続される。そして、コンジット１５の開口１６は、ジェットファン１の中心部を向くように設置される。
また、手元開閉器１１には、ジェットファン１から導入された送風を外部に排出するためのコンジット１７も接続されている。コンジット１７は、図３に示すように、ジェットファン１のケーシング２における他端に接続される。そして、コンジット１７の開口１８は、ジェットファン１の中心部を向くように設置される。
すなわち、ジェットファン１のケーシング２における両端には、コンジット１５，１７が接続され、それぞれのコンジット１５，１７の開口１６，１８が対向するように配置される。つまり、コンジット１５，１７及び開口１６，１８は、対称的に配置されている。
なお、コンジット１５，１７内には、適宜、フィルタ（不図示）を設ける。インバータ盤９を煤塵から保護するためである。

次に、上述のジェットファン１を作用させた場合について説明する。
まず、電気室内の制御盤からの指令により、インバータ盤９を介してジェットファン１の両軸モータ４に駆動電圧が与えられる。両軸モータ４を正転させた場合には、正方向の気流７が発生する。ジェットファン１のケーシング２の一端には、コンジット１５の開口１６が設けられているので、発生した気流７の一部がコンジット１５を介して手元開閉器１１に導入される。
そして、手元開閉器１１に導入された気流７は、手元開閉器１１に接続されたコンジット１７を介してジェットファン１のケーシング２の他端に向けて排出される。このように、気流７が手元開閉器１１内を通過する際に、インバータ盤９から熱を奪い、インバータ盤９を冷却する。
なお、ジェットファン１の上流側と下流側との間には、気圧差が発生している。すなわち、ファン６の回転により発生した気流７により、上流側は負圧となり、下流側は正圧となる。そして、正圧となるジェットファン１の下流側にコンジット１５の開口１６を配置し、負圧となるジェットファン１の上流側にコンジット１７の開口１８を配置しているので、コンジット１５から手元開閉器１１に気流７を導入し、更にコンジット１７から気流７を排出する作用がジェットファン１に発生した気圧差によって良好に維持される。

このように、ジェットファン１の下流側に手元開閉器１１に気流７を導入するコンジット１５を設け、上流側に手元開閉器１１に導入された気流７を排出するコンジット１７を設けることにより、手元開閉器１１内のインバータ盤９を良好に冷却することができる。しかも、ジェットファン１の作用による気圧差を利用して手元開閉器１１への気流７の導入と排出を良好に維持できるので、ランニングコストを殆どかけずにインバータ盤９を冷却することが可能となる。

次に、ジェットファン１の両軸モータ４を逆転させた場合には、逆方向の気流８が発生する。この場合には、気流８は、ジェットファン１の下流側に設けたコンジット１７の開口１８から手元開閉器１１に導入され、ジェットファン１の上流側に設けたコンジット１５の開口１６からジェットファン１に排出される。すなわち、両軸モータ４を正転させた場合と逆方向に手元開閉器１１内に気流が導入される。コンジット１５，１７及び開口１６，１８が、対称的に配置されているからである。
このように、ジェットファン１の両軸モータ４を逆転させた場合であっても、手元開閉器１１内のインバータ盤９を良好に冷却することが可能である。
つまり、本発明によれば、ジェットファン１の両軸モータ４の回転方向に関わらず、手元開閉器１１内のインバータ盤９を良好に冷却することが可能である。しかも、ジェットファン１からの気流を用いると共に、ジェットファン１により発生する気圧差を利用するので、特別な設備等が必要とせず、またランニングコストを殆どかけずに、手元開閉器１１内のインバータ盤９を冷却することが可能である。

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、コンジット１５，１７には、ジェットファン１の両軸モータ４とインバータ盤９とを接続する電力ケーブル１０を通してもよい。コンジット１５，１７を気流の流通と電力ケーブル１０の設置に兼用することにより、設備コストを抑えることができる。

また、手元開閉器１１内には、補助冷却ファン１８を設けてもよい。ジェットファン１の両軸モータ４の運転が低速回転の場合には、インバータ盤９の冷却効率が低下するので、それを補うためである。

上述した実施形態では、ジェットファンの場合について説明したが、いわゆるブースタファンであってもよい。
また、手元開閉器１１内に導入した気流をジェットファン１に向けて排出する場合について説明したが、これに限らない。例えば、トンネルＴ外に排出するようにしてもよい。

トンネルＴ内の換気装置を示す図である。 ジェットファン１の一例を示す斜視図である。 ジェットファン１と手元開閉器１１の接続関係を示す図である。

符号の説明

Ｔ…トンネル
Ｅ…トンネル換気装置
１…ジェットファン（トンネルファン）
２…ケーシング
４…両軸モータ
６…ファン
７，８…気流（送風）
９…インバータ盤（インバータ制御盤）
１１…手元開閉器（収容容器）
１５…コンジット（第一流路）
１７…コンジット（第二流路）
１８…補助冷却ファン

Claims (8)

1. トンネルの天井部に設けられたトンネルファンにより、前記トンネル内の換気を行うトンネル換気装置において、
   前記トンネルファンの駆動を制御するインバータ制御盤を収容容器に収容すると共に、前記収容容器を前記トンネル内に配置し、
   前記収容容器は、前記トンネルファンからの送風を前記収容容器内に導入する第一流路を備えることを特徴とするトンネル換気装置。
2. 前記トンネルファンの近傍に前記収容容器を配置したことを特徴とする請求項１に記載のトンネル換気装置。
3. 前記収容容器は、前面に開口が設けられると共に、該開口を扉体で被覆した手元開閉器であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネル換気装置。
4. 前記収容容器は、前記収容容器内に導入された送風を前記トンネルファンに排出する第二流路を備えることを特徴とする請求項１に記載のトンネル換気装置。
5. 前記トンネルファンの上流と下流の圧力差を利用して、前記第一流路及び前記第二流路に送風を流通させることを特徴とする請求項４に記載のトンネル換気装置。
6. 前記トンネルファンは、送風方向が反転可能に構成され、
   前記第一流路及び前記第二流路は、逆方向の送風も流通可能に構成される
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のトンネル換気装置。
7. 前記第一流路及び／又は前記第二流路は、前記トンネルファンと前記インバータ制御盤とを接続するケーブルが収容されるコンジットであることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載のトンネル換気装置。
8. 前記収容容器は、前記インバータ制御盤の冷却を補助する冷却用ファンを備えることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載のトンネル換気装置。

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