JP4670016B2 - トンネル内換気装置及びそれを用いた地下施設 - Google Patents

Description

本発明は、長大なトンネル状の地下空間或いは広大な地下空間に、低酸素のトレーニング施設或いは高酸素の治療施設を設ける際のトンネル内換気装置、及びそれを用いた地下施設に関する。

各種スポーツ訓練において、人体内の酸素運搬能力を高めるため標高の高い高地に滞在してトレーニングが行われている。従来、適切な高地トレーニング環境を求めるためには海外遠征が必要であり、多額の費用と時間を要していた。

一方、練習中のけがやコンデションを崩した選手の治療や、病気治療に対しては、高圧或いは常圧で高濃度の酸素治療が施されていた。

いずれにしても、選手や治療対象者の住居地域に近い環境で低酸素トレーニング或いは高酸素治療が行える施設及び環境の提供が望まれていた。しかし、マラソンやアイススケートのように長距離走行する競技などのトレーニング施設は大規模な大型施設となることから、その空間の気密性保持や、大空間の構造的課題や空気交換のための空気供給、排気の設備が大規模となる問題があった。

大規模な大型施設を効率よく低酸素環境にする技術として特許文献１が開示されている。この発明は、トラック状の大型施設の大空間を移動壁で仕切り、仕切られた１区画毎に低酸素空気を入替え、移動壁を次の区画に移動させて順次大型施設全体を低酸素環境にする低酸素トレーニング施設である。

しかし、大型施設及び区画のための移動壁の設備費用が大掛かりとなる問題があった。

これに対し、地下トンネルなどの利用されていない長大な地下空間が数多く存在している。しかし、従来の送排気方法では、トンネル内に過度の風速の風が生じるなど、長大なトンネルを密閉して内部を均一な酸素濃度、温度及び湿度に保つことが難しい問題があった。

特開２００４−６５３７６号公報（第２、３頁、第１図）

本発明は、前述の問題に鑑みてなされたもので、利用されていないトンネル状の地下空間を利用して低酸素環境のトレーニング施設或いは高酸素環境の治療施設とするための低酸素空気又は高酸素空気の供給、排気を行うトンネル内換気装置およびそれを用いた地下施設の提供を課題とする。

本発明のトンネル内換気装置は、出入口が密閉されたトンネル状の長大な地下空間或いは広大な地下空間を一定の温度、湿度、及び所望の酸素濃度の環境とし、低酸素濃度状態及び／又は低気圧状態のトレーニング施設、或いは高酸素濃度状態及び／又は高気圧状態の治療施設における換気装置であって、酸素富化膜を備え、吸入された外気を低酸素濃度空気と高酸素濃度空気に区分して、低酸素濃度空気を前記トレーニング施設に供給し、高酸素濃度空気を前記治療施設に供給する酸素濃度調節装置と、トンネルの入り口からトンネルの最深部まで延設され、所定間隔で複数の送気口が設けられ、所望の酸素濃度に調整された空気をトンネルの入り口から最深部まで偏ることなく送気する送気管と、トンネルの最深部から入り口まで延設され、所定間隔で複数の吸気口が設けられた、トンネルの先端深部から入り口まで偏ることなく排気を吸引する吸気管と、を備え、前記送気口及び吸気口は、入り口から最深部先端に向けて距離が遠くなるに従い一定間隔あたりの開口孔面積が徐々に大きくなるように前記送気口及び吸気口が形成されると共に、前記送気口及び吸気口には、開口孔のトンネル奥部側を覆うように管内部に突設され、突設の高さが前記送気管及び前記吸気管の入り口から最深部先端に向けて距離が遠くなるに従い徐々に高くされた気流ガイド部が設けられ、前記送気管では送り込まれた管内気流の一部を気流ガイド部で開口孔方向に導きトンネル内に供給し、前記吸気管ではトンネル内空気を開口孔から吸引して気流ガイド部により出口方向に導き排出させることを特徴とする。

本発明によるトンネル内換気装置を用いた地下施設は、長大な地下空間のトレーニング施設又は治療施設であって、地下水又は地下空間近傍に湧出又は周辺に集まる地下水を貯水する湧水槽と、外気を取入れる換気装置（コントラファン）と、換気装置（コントラファン）で取入れられた外気を前記湧水槽の一定温度の地下水を利用して除湿及び温度調節する温湿度調節装置と、請求項１に記載のトンネル内換気装置と、排気を吸引して外部に排出する換気装置（コントラファン）と、が備えられることを特徴とする。

本発明のトンネル内換気装置によれは、長大なトンネル状の地下空間或いは広大な地下空間の空気を、偏ることなく排気して、新たな低酸素濃度空気或いは高酸素濃度空気との入れ替えを効率よく行うことができる。また、トレーニング施設或いは治療施設として運用した場合、利用者の呼気による炭酸ガスを含む排気を効率よく排出し、新鮮な所望の低酸素或いは高酸素空気と換気することができる。

また、従来利用されていなかった各地の地下トンネルなどの広大な地下空間を利用し、低コストでトレーニング施設或いは治療施設を提供することができる。

以下、本発明のトンネル内換気装置およびトンネル内換気装置を用いた地下施設の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明のトンネル内換気装置の模式図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は断面図である。

図１は、長大な地下空間であるトンネル１の模式図であり、左側はトンネル１の最深部、右側はトンネル１の入り口方向を示している。

この実施例では、トンネル１の内部の天井１ａに近い上部に送気管１０が左右にそれぞれ１本ずつ配置されている。（図１（ｃ）参照）

また、トンネル１の両側面の側壁１ｂには吸気管２０がそれぞれ１本ずつ配置されている。１ｃは、トンネル１の床面を示す。なお、送気管１０の配置はこの実施例に限るものではなく、送気管１０と吸気管２０を離して設ければ、それぞれの配置は上下左右いずれの部分でも良い。

図１において、矢印は送気管１０からトンネル１内に供給される送気流（黒矢印）１１及び、吸気管２０に吸い込まれて排出される吸気流（白矢印）２１を示し、トンネル１の出入り口から深部まで偏ることなく新鮮空気が供給され、トンネル１内の排気が吸引排出されていることを示す。

この送気流（黒矢印）１１は、送気管１０に一定間隔で設けられた送気口１０ａ（図２参照）からトンネル１内に供給される。

図２は、送気管１０の下面を示し、送気管１０に設けられた送気口１０ａの模式図である。

図２に示すように、送気管１０の送気口１０ａは、出入り口側から、深部に向けて開口孔面積（孔径）が徐々に大きくなるように形成されている。

図においては、送気口１０ａ１、１０ａ２、１０ａ３・・・・１０ａｎ−１、１０ａｎの順に開口孔面積（孔径）が大きく形成されている。

出入り口から送られた送気流は、深部に行くにつれて圧力が弱くなるが、送気口の開口孔面積（孔径）が徐々に大きく形成されているため、送気流は入り口から深部までほぼ均一量がトンネル１内に供給される。

トンネル出入り口または深部に新鮮空気を送り込んでいた従来のトンネル内の給気では、トンネル１内に大量の空気を数少ない送気口で送り込んだりするため、気流が起きていたが、本発明では、数多くの送気口より弱い風速で送気する。このため、トンネル１内を、ほぼ無風状態のトレーニング施設とすることができる。

また、偏り無く新鮮空気を供給することができる。このため、新鮮空気を低酸素濃度とすれば、トンネル内全体を一定条件の低酸素トレーニング環境とすることができる。

図１（ｂ）は、トンネル１に配置された送気管、吸気管と、気流を示しており、トンネルの入り口から深部まで偏り無く送気、吸気されている状態を矢印の気流で示している。

図１（ｃ）は、トンネル１の断面を示し、トンネル天井１ａの左右に送気管１０が配置され、下向きに新鮮空気を供給し、トンネル１の側壁１ｂの左右に吸気管２０が配置され、床面１ｃ方向から排気を吸い込んで排出している状態を示す。なお、送気管１０、吸気管２０の配置及びその送気口１０ａ、吸気口２０ａの向きは、この例に限ることはなく、トンネル内の換気設計に合わせて任意に設けることができる。

図３は、本発明の第２の実施例の送気管の構造を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

図３（ａ）において、１０Ａは送気管を示し、一定間隔で設けられた送気口１０ａから１０ａｎは、入り口から最深部に向けて距離が長くなるに従い徐々に大きな開口孔面積（孔径）の開口孔１５となるように形成されている。

図３（ｂ）〜（ｄ）に示すように、送気口１０ａは、開口孔１５を覆ように送気管１０Ａ内部に突設された気流ガイド１６が設けられている。

この実施の形態では、送気管１０Ａの周壁に、管軸と直角方向に切り込みを入れ、トンネル奥部方向の周壁を管内側に折り込み、開口孔１５を形成した構造としている。

この実施例では、送気管１０Ａの周壁そのものを用いて気流ガイド１６と、開口孔１５を形成することとしたが、図２に示した円形の送気口１０ａ或いは三角、方形などの送気口として、管内に気流ガイドを別途に設けることとしても良い。

図４は、吸気管の側面を示し、吸気管に設けられた吸気口の模式図である。

図４に示すように、吸気管２０の吸気口２０ａは、出入り口側から深部に向けて開口孔面積（孔径）が徐々に大きくなるように形成されている。

図において、吸気口２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３・・・・２０ａｎの順に孔径面積が大きくなるように形成されている。

出入り口側で吸引された吸気流２１は、深部の吸気口２０ａｎから入り口の吸気口２０ａ１まで、それぞれの孔からほぼ均一に吸い込まれ排出される。

吸気により排出されたトンネル１内には、前記送気管１０の送気口１０ａから新鮮空気が供給されて置き換えられる。

以上の実施例では、送気管１０及び吸気管２０に一定間隔で設けた送気口１０ａ、吸気口２０ａの開口孔面積を変化させる形態を示したが、
送気口１０ａ、吸気口２０ａの開口孔面積は一定とし、入り口から最深部先端に向けて距離が遠くなるに従い一定間隔あたりの送気口１０ａ、吸気口２０ａの配置数を変化させ、一定間隔あたりの総開口孔面積が徐々に大きくなるようにする方法、

又は、送気管１０においては、送気口１０ａの開口孔面積と一定間隔あたりの配置数は変えず、前記気流ガイド１６のサイズを入り口から最深部先端に向けて距離が遠くなるに従い徐々に大きくなるように変化させる方法で、一定間隔あたりの総開口面積が同じでもあっても、送気流の圧力が徐々に低くなっても入り口と深部がほぼ同量の給気となるように排出させ、結果として実施の形態と同様の効果を得ることもできる。

次に、本発明のトンネル内換気装置を用いた地下施設について説明する。

図５は、本発明のトンネル内換気装置を用いた地下施設の構成を示す模式図である。

１は、長大な地下空間トレーニング施設１であって、低圧低酸素または常圧低酸素環境とする。一方、２は、地下空間治療施設であって、高圧、高圧高酸素または常圧高酸素環境とする。

地下空間トレーニング施設１は、競技練習用の直線トラックなどが設けられる長大なトンネルが望ましい。一方、地下空間治療施設２は、ベッド、リハビリ機器、治療機器、フィットネス機材等を設ける一定の広さの空間であれば良い。共に入り口は扉１ａ、２ａで出入り可能な密閉構造としておく。また、常圧以外の環境とする場合は、気圧調整部屋を設け、出入し易くすると共に、気圧変化による人体への影響をなくする設備を設ける。

これらの地下施設は、地下空間近傍に湧出する地下水を貯水する湧水槽５と、外気を取入れる換気装置（送気用コントラファン）４と、換気装置（送気用コントラファン）４で取入れられた外気を前記湧水槽の一定温度の地下水を利用して外気の湿度、温度調整を行う温湿度調節装置７と、取り入れられた外気８を所望の酸素濃度にする酸素濃度調節装置６と、を備える。

取り入れられた外気８を酸素濃度調節装置６により所望の酸素濃度に調整した空気は、地下空間の入り口からトンネル最深部まで延設された送気管１０により、トンネル１の先端深部から入り口まで偏ることなく送られる。

酸素濃度調節装置６は、酸素富化膜等を備え吸入された外気８を低酸素濃度空気Ａと高酸素濃度空気Ｂに区分して排出し、排出された低酸素濃度空気Ａを低気圧状態または常圧のトレーニング施設１に供給すると共に、高酸素濃度空気Ｂを高気圧状態または常圧の治療施設に供給する。

酸素富化膜は、酸素と窒素を分離する膜で、空気を通すと窒素より酸素が多く透過する特徴を利用したものである。この実施の形態では、酸素富化膜を用いた酸素濃度調節装置６を用いたが、トンネル１を密閉状態とするため低圧低酸素として実施しても良い。また酸素濃度調節装置としては、酸素富化膜以外を用いた酸素濃度調節装置を用いてもよい。

また、この実施の形態の配置順に限ることなく、コントラファン４及び温湿度調節装置７を酸素濃度調節装置６の前段に設けても良い。

地下空間トレーニング施設１で消費された排気は、トンネル１内に設けられた吸気管２０に接続された換気装置（吸引用コントラファン）３により吸引されて、トンネル１最深部から、入り口まで一定間隔で設けられた吸気口２０ａから偏りなく吸引されて外部に排出される。

本発明のトンネル内換気装置の模式図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は断面図である。 送気管に設けられた送気口の模式図である。 本発明の第２の実施例の送気管の構造を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 吸気管に設けられた吸気口の模式図である。 本発明のトンネル内換気装置を用いた地下施設の構成を示す模式図である。

符号の説明

１ トンネル、地下空間トレーニング施設
１ａ 天井
１ｂ 側壁
１ｃ 床面
１ｄ 扉
２ 地下空間治療施設
２ｄ 扉
３ 換気装置（吸引用コントラファン）
４ 換気装置（送気用コントラファン）
５ 湧水槽
６ 酸素濃度調節装置
７ 温湿度調節装置
８ 外気
１０ 送気管
１０Ａ 送気管
１０ａ 送気口
１０ａ１〜１０ａｎ 送気口
１５ 開口孔
１６ 気流ガイド
２０ 吸気管
２０ａ 吸気口
２０ａ１〜２０ａｎ 吸気口

Claims (2)

1. 出入口が密閉されたトンネル状の長大な地下空間或いは広大な地下空間を一定の温度、湿度、及び所望の酸素濃度の環境とし、低酸素濃度状態及び／又は低気圧状態のトレーニング施設、或いは高酸素濃度状態及び／又は高気圧状態の治療施設における換気装置であって、
   酸素富化膜を備え、吸入された外気を低酸素濃度空気と高酸素濃度空気に区分して、低酸素濃度空気を前記トレーニング施設に供給し、高酸素濃度空気を前記治療施設に供給する酸素濃度調節装置と、
   トンネルの入り口からトンネルの最深部まで延設され、所定間隔で複数の送気口が設けられ、所望の酸素濃度に調整された空気をトンネルの入り口から最深部まで偏ることなく送気する送気管と、
   トンネルの最深部から入り口まで延設され、所定間隔で複数の吸気口が設けられた、トンネルの先端深部から入り口まで偏ることなく排気を吸引する吸気管と、を備え、
   前記送気口及び吸気口は、入り口から最深部先端に向けて距離が遠くなるに従い一定間隔あたりの開口孔面積が徐々に大きくなるように前記送気口及び吸気口が形成されると共に、前記送気口及び吸気口には、開口孔のトンネル奥部側を覆うように管内部に突設され、突設の高さが前記送気管及び前記吸気管の入り口から最深部先端に向けて距離が遠くなるに従い徐々に高くされた気流ガイド部が設けられ、前記送気管では送り込まれた管内気流の一部を気流ガイド部で開口孔方向に導きトンネル内に供給し、前記吸気管ではトンネル内空気を開口孔から吸引して気流ガイド部により出口方向に導き排出させることを特徴とするトンネル内換気装置。
   
2. 長大な地下空間のトレーニング施設又は治療施設であって、
   地下水又は地下空間近傍に湧出又は周辺に集まる地下水を貯水する湧水槽と、
   外気を取入れる換気装置（コントラファン）と、
   換気装置（コントラファン）で取入れられた外気を前記湧水槽の一定温度の地下水を利用して除湿及び温度調節する温湿度調節装置と、
   請求項１に記載のトンネル内換気装置と、
   排気を吸引して外部に排出する換気装置（コントラファン）と、が備えられることを特徴とするトンネル内換気装置を用いた地下施設。
   

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