JP6280555B2 - 大気汚染を制御する装置及び方法 - Google Patents

Description

［関連出願］
本出願は、２０１２年１０月１０日に出願された、「APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING AIRBORNE POLLUTION」という発明の名称のカナダ国特許出願第２，７９１，９６５号の優先権を主張する。この特許出願の内容全体が、引用することによりあらゆる目的で本明細書の一部をなす。

本明細書における１つ又は複数の実施形態は、大気汚染を制御する装置及び方法に関し、より詳細には、道路付近の大気汚染を制御する装置及び方法に関する。

［序説］
大気汚染は現在進行しつつある環境問題である。大気汚染の１つの特徴的な例は、高速道路等の道路を走行している車両からの排出物質の結果として生じる道路汚染である。これらの排出物質は、道路の周辺のエリア、特に道路の３００メートル以内の大気質に大きく影響を及ぼす可能性がある。これは、道路が住宅街の近くに位置する場合に特に問題となる可能性がある。

道路汚染を制御する試みにおいて幾つかの技術が開発された。例えば、特許文献１（Qiu他）は、汚染された大気をより汚染の少ない大気と混合して中程度に汚染された大気を生成する方法を開示している。特に、Qiu他の方法は、道路の近くの大気を、汚染度が高い傾向にある「下側部分」と、より汚染が少ない傾向にある「上側部分」とに分割することを含む。下側部分からの汚染された大気は、２つの壁間を上方に押し進められ、次に壁の最上部を出て、そこで上側部分からの汚染が少ない大気と交わる。この交わりにより、２つの気流が合わせて混合され、壁の上方に中程度に汚染された大気がもたらされる。その後、この中程度に汚染された大気は風下に流れ続ける。

事実上、Qiu他は、汚染された大気をより汚染が少ない大気と混合し、それにより大気汚染物質の濃度を低減することによって、大気汚染物質の総量を低減せずに汚染された大気を希釈することを記載している。

米国特許第８，０４８，２０４号

幾つかの実施形態によれば、大気汚染を制御する装置が提供される。この装置は、汚染領域の近くに位置する風下側の壁と、風下側の壁と汚染領域との間に位置する風上側の壁とを備える。風下側の壁及び風上側の壁は、それらの間に気流の流路を画定するように離間される。風上側の壁は、第１の壁高まで上方に延在する。風下側の壁は、第１の壁高よりも上に延在する上部を含む。この上部は、気流の流路から気流を排出するために、第１の壁高よりも下に位置する少なくとも１つの開口部に向けて、気流の流路を通して下方向に気流を向けるように構成される。

少なくとも１つの開口部は、風下側の壁の風下にある風下側の領域に向けて気流を排出するように構成することができる。

風下側の壁は、第１の壁高よりも下に位置する下部を有することができ、少なくとも１つの開口部は下部を貫通して位置することができる。

風下側の壁の上部は、気流を下方に向けて気流の流路内に入れる偏流板により形成することができる。偏流板は少なくとも部分的に気流の流路に張り出すことができる。偏流板は角度を付けることができるか、又は湾曲することができる。

装置は、気流から汚染物質を取り除く少なくとも１つの汚染物除去デバイスを備えることができる。汚染物除去デバイスは、少なくとも１つの開口部から風下に位置することができる。汚染物除去デバイスは風下側の壁に隣接して位置することができる。汚染物除去デバイスは植物材料を含むことができる。

幾つかの実施形態によれば、大気汚染を制御する装置が提供される。この装置は、汚染領域の近くに配置される風下側の壁と、第１の壁高まで上方に延在するように風下側の壁と汚染領域との間に配置される風上側の壁とを備える。風下側の壁は、風下側の壁と風上側の壁との間に気流の流路を設けるように風上側の壁から離間される。風下側の壁は、第１の壁高よりも上に延在する上部を含む。この上部は、気流の流路から気流を排出するために、第１の壁高よりも下に位置する少なくとも１つの開口部に向けて、気流の流路を通して下方向に気流を向けるように構成される。

幾つかの実施形態によれば、大気汚染を制御する方法が提供される。本方法は、汚染領域の近くに風上側の壁及び風下側の壁のうちの少なくとも一方を位置決めすることを含む。風上側の壁は、風下側の壁と汚染領域との間に位置している。風下側の壁は、風下側の壁と風上側の壁との間に気流の流路を設けるように風上側の壁から離間している。本方法は、気流の流路から気流を排出するために、少なくとも１つの開口部に向けて、気流の流路を通して下方向に気流を向けることも含む。

本方法は、気流を、風下側の壁の風下にある風下側の領域に向けて排出することも含むことができる。

気流は、風上側の壁よりも上に延在する風下側の壁の上部によって下方に向けられ、気流の流路に入ることができる。気流は、風下側の壁の上部に形成される偏流板によって下方に向けることができ、気流の流路に入る。

幾つかの例において、位置決めステップは、風上側の壁及び風下側の壁の双方を位置決めすることを含むことができる。また、風上側の壁及び風下側の壁は同時に位置決めすることができる。代替的に、風上側の壁及び風下側の壁のうちの一方は、風上側の壁及び風下側の壁のうちの他方に続いて位置決めすることができる。

他の例において、位置決めステップは、風上側の壁及び風下側の壁のうちの一方のみを位置決めすることを含むことができる。例えば、風上側の壁及び風下側の壁のうちの一方は、風上側の壁及び風下側の壁のうちの他方に対する改造の一部として位置決めすることができる。

幾つかの例示的な実施形態の以下の説明を読めば、当業者には他の態様及び特徴が明らかになるであろう。

本明細書に含まれる図面は、本明細書の物品、方法及び装置の様々な例を示すためのものであり、教示されているものの範囲を限定することを意図するものではない。

汚染された大気を２つの壁間で上方に押し出して、汚染がより少ない大気と混合する、Qiu他の参考文献からの従来技術の壁組立体の側面図である。 １つの実施形態による、大気汚染を制御する装置の側面図である。 植物を含む汚染物除去デバイスを有する、図２の装置の概略側面図である。 （ａ）壁がない場合、（ｂ）真っ直ぐな壁の場合、及び（ｃ）本明細書における教示のうちの少なくとも幾つかによる例示的な装置の場合の、道路付近の低速気流内のシミュレートされた平均汚染物質濃度を比較する一連の図表である。 （ａ）壁がない場合、（ｂ）真っ直ぐな壁の場合、及び（ｃ）本明細書における教示のうちの少なくとも幾つかによる例示的な装置の場合の、道路付近のより高速な気流内のシミュレートされた平均汚染物質濃度を比較する一連の図表である。 （ａ）壁がない場合、（ｂ）真っ直ぐな壁の場合、及び（ｃ）本明細書における教示のうちの少なくとも幾つかによる例示的な装置の場合の、横切って移動する低速気流について、シミュレートされた平均気流速度を比較する一連の図表である。 （ａ）壁がない場合、（ｂ）真っ直ぐな壁の場合、及び（ｃ）本明細書における教示のうちの少なくとも幾つかによる例示的な装置の場合の、横切って移動するより高速な気流について、シミュレートされた平均気流速度を比較する一連の図表である。 （ａ）ＣＦＤモデルにおける真っ直ぐな壁の場合、（ｂ）風洞における真っ直ぐな壁の場合、（ｃ）ＣＦＤモデルにおける本明細書における教示のうちの少なくとも幾つかによる例示的な装置の場合、及び（ｄ）風洞における本明細書における教示のうちの少なくとも幾つかによる例示的な装置の場合の、横切って移動する低速な気流について、累積平均汚染物質濃度を比較する一連の図表である。 （ａ）ＣＦＤモデルにおける真っ直ぐな壁の場合、（ｂ）風洞における真っ直ぐな壁の場合、（ｃ）ＣＦＤモデルにおける本明細書における教示のうちの少なくとも幾つかによる例示的な装置の場合、及び（ｄ）風洞における本明細書における教示のうちの少なくとも幾つかによる例示的な装置の場合の、横切って移動するより高速な気流について、累積平均汚染物質濃度を比較する一連の図表である。 別の実施形態による、風下側の壁を貫通して位置する開口部を備える風下側の壁を有する、大気汚染を制御する装置の側面図である。 別の実施形態による、湾曲した偏流板を備える風下側の壁を有する、大気汚染を制御する装置の側面図である。 別の実施形態による、ほぼ真っ直ぐな上部を備える風下側の壁を有する、大気汚染を制御する装置の側面図である。 別の実施形態による、大気汚染を制御する方法を示すフローチャートである。

図１を参照すると、特許文献１（Qiu他）において包括的に記載されているような、従来技術の壁組立体１０が示されている。従来技術の壁組立体１０は、壁組立体１０の上方で中程度に汚染された大気をもたらすように、汚染された大気１２を上方に押し出して、壁組立体１０の上方で汚染がより少ない大気１４と混合する。汚染がより少ない大気１４は通常、気流においてより高い高度にあり、道路汚染物質を幾らか含む傾向にあるものの、通常、汚染された大気１２と比較して濃度が低い。

壁組立体１０は、道路領域１６の近くに位置する外壁２０と、道路領域１６と外壁２０との間に位置決めされた内壁２２とを備える。内壁２２及び外壁２０は、それらの間にチャネル２４を画定するように離間される。

内壁２２は、垂直に延在する下部３０を備える。下部３０は、汚染された大気１２の下側部分４０をチャネル２４に向けた後に、壁組立体１０の上方で汚染がより少ない大気１４と混合するように、汚染された大気をチャネル２４を通して上方に押し出すための穴３４を有する。この混合によって、壁組立体１０の上方で中程度に汚染された大気が生成される。

内壁２２は、下部３０の上に位置決めされた偏流板３２も備える。偏流板３２は、道路領域１６に向かって延在する。Qiu他によれば、汚染された大気１２の上側部分４２が下部３０にぶつかると、汚染がより少ない大気１４と混合するように、汚染された大気１２の上側部分４２を偏流板３２を超えて上方に向ける、高圧領域が生じる。

概して、従来技術の壁組立体１０は、壁組立体１０の風下に位置する風下側の領域１８の近くの低い高度において汚染物質濃度を低減するように設計される。しかしながら、より高い高度における汚染濃度が増大する。これは、より高い高度に位置する汚染物質は、風下側の領域１８を超えて更に風下に運ばれる傾向があり、最終的に地面（例えば、住宅地全体にわたる）に積もる場合があるので問題である。このため、壁組立体１０は、壁組立体１０の近くで風下側の領域１８における汚染濃度を低減するのに有用である場合があるが、汚染物質の全体的な量は変わらない。代わりに、汚染物質は単に、より大きなエリアにわたって分散される。

次に、図２及び図３を参照すると、本明細書における教示のうちの少なくとも幾つかによる、大気汚染を制御する装置１００が示されている。

概して、装置１００は、汚染された大気を、対向する壁間の気流の流路を通して下方に向けるように構成される。この下方の動きは、汚染された大気の制御に役立つことができる。例えば、下方気流は、混入した汚染物質が装置１００の基部の近くの地表面１０２に落下し、積もることを促すことができる。これは、装置１００から更に風下における大気汚染物質量を低減するのに役立つことができ、結果として大気中の汚染を全体的に低減することができる。

幾つかの場合、壁の基部の近くの汚染された大気を、汚染物除去デバイス１６０を用いて収集又は捕捉することができ、これによって大気汚染物質の除去を増強することができる。

幾つかの場合、装置１００は、装置１００の風下側の基部又はその近くにおける大気汚染物質の濃度を増大させることができる。これによって、汚染物除去デバイス１６０の全体効率を増大させることができ、装置１００の更に風下における大気汚染物質の量を低減することができる。

再び図２に戻ると、図示される実施形態において、装置１００は風上側の壁１１０（内壁とも呼ばれる）と風下側の壁１１２（外壁とも呼ばれる）とを備える。壁１１０、１１２は、地表面１０２上に又は地表面１０２の上方に配置することができる。例えば、壁１１０、１１２は、フーチング又は別のタイプの基礎によって支持することができる。

壁１１０、１１２は通常、汚染領域１０６の近くに位置する。例えば、壁１１０、１１２は、道路又は別の汚染領域１０６の５０メートル以内に位置することができる。他の例では、壁１１０、１１２は、汚染領域１０６のより近く又は汚染領域１０６から更に離れて位置し得る。

幾つかの例では、壁１１０、１１２は、汚染領域１０６から「風下に」配置することができる。例えば、図２及び図３に示すように、「風下」方向は、通常、矢印ＤＷによって示すように、左から右に延びる方向を指すように定義されてきたが、実際の風の方向は現実には変動する場合があることが理解されよう。

より一般的には、壁１１０、１１２は、汚染領域１０６と、汚染の制御が望ましいエリア（例えば住宅地）との間に配置することができる。

幾つかの例では、汚染領域１０６は高速道路等の道路とすることができる。したがって、汚染領域１０６は、車両からの排出物質、沿道の塵又は破片等の道路汚染物質を含む場合がある。

幾つかの実施形態では、装置１００は、必ずしも道路の近くに位置していない他のタイプの大気汚染を制御するのにも用いられ得る。例えば、装置１００は、産業施設の近くに位置し、施設から放出される大気汚染物質を制御するのに用いられ得る。装置１００は、建築現場、鉄道又は空港等の塵又は破片が生じやすいエリアの近くにも配備され得る。

図２及び図３に示すように、風上側の壁１１０は、風下側の壁１１２と汚染領域１０６との間に位置する。さらに、風下側の壁１１２及び風上側の壁１１０は、それらの間に気流の流路１１６（又はチャネル）を設けるように離間される。

気流の流路１１６は通常、そこを通る気流を促進するように選択された流路幅Ｗを有する。例えば、幾つかの実施形態では、流路幅Ｗは、約１０センチメートルと約１００センチメートルとの間とすることができる。他の例では、流路幅Ｗはより大きく又はより小さくし得る。

図２に示すように、風下側の壁１１２は通常、風上側の壁１１０よりも高い。例えば、この例における風上側の壁１１０は、地表面（「支持面」とも呼ばれる）の上方の第１の壁高Ｈ１まで上方に延在するのに対し、風下側の壁１１２は、第１の壁高Ｈ１よりも大きい第２の壁高Ｈ２まで上方に延在する。

壁高Ｈ１、Ｈ２は、汚染領域１０６の特定の特性、及び周辺環境又は動作状況の他の特性に基づいて選択することができる。幾つかの場合、壁高Ｈ１、Ｈ２は、様々な高さにおける汚染物質の相対的濃度に依拠して、大気中の汚染物質の特定の割合を制御することを目的に選択することができる。

幾つかの例では、第１の壁高Ｈ１は、およそ２メートルと８メートルとの間とすることができる。幾つかの特定の例では、第１の壁高Ｈ１は約５メートルとすることができる。

幾つかの例では、第２の壁高Ｈ２は、約０．２メートルから約１メートルの間で第１の壁高Ｈ１よりも高くすることができる。幾つかの特定の例では、第２の壁高Ｈ２は、第１の壁高Ｈ２よりも約０．５メートル高くすることができる（例えば、第１の壁高Ｈ１が５メートルのとき、第２の壁高Ｈ２は約５．５メートルとすることができる）。他の例では、第１の壁高と第２の壁高との差は、より大きく又はより小さくすることができる。

幾つかの例示的な壁高Ｈ１、Ｈ２について説明したが、他の例において、壁高Ｈ１、Ｈ２は、より大きく又はより小さくし得る。

示すように、風下側の壁１１２は、第１の壁高Ｈ１よりも上に上方に延在する上部１２０を含む。図３を参照すると、上部１２０は、気流の少なくとも一部分１２３を気流の流路１１６を通って下方に向けるように構成される。気流のその一部分１２３は、気流の他の部分（特に、より高い高度にある気流の部分）と比較して、高い汚染物質濃度を有する場合がある。

下方に向けられ、気流の流路１１６に入れられた気流の一部分１２３は、次に、１つ又は複数の開口部１２２に向かって流れる。開口部１２２は通常、第１の壁高Ｈ１よりも下に位置し、より詳細には、開口部１２２は風下側の壁１１２の基部又はその近くに位置することができる。

上述したように、気流の流路１１６内で気流を開口部１２２に向かって下方に向けることは、大気汚染の制御に役立つことができる。例えば、下方気流は、混入した汚染物質を地表面１０２に向けて下方に運び、この場所で汚染物質が集まり、積もることができる。さらに、気流を下方に向けることにより、風下側の壁の風下側の基部又はその近くに汚染物質を集中させることができ、これは、汚染物除去デバイス１６０を用いて汚染物質を収集するのに役立つことができる。

幾つかの例では、風下側の壁１１２の上部１２０は、偏流板１４０により形成することができる。偏流板１４０は、気流の流路１１６を通って気流を下方に向けるか又は導くのに役立つように構成することができる。例えば、偏流板１４０は、気流内を上流に向かって（例えば風上側の壁１１０に向かって）延在することができ、少なくとも部分的に、又は更には完全に、気流の流路１１６に張り出すことができる。この上流偏流板１４０は、気流の流路１１６内へと気流を下方に向けるか又は導くのに役立つことができる。

幾つかの例では、偏流板１４０の角度を付けることができる。例えば、図２に示すように、風下側の壁１１２は、主要本体部分１４２（この実施形態では概ね垂直）を有することができ、偏流板１４０は、主要本体部分１４２とともに角度１４４を形成することができる。角度１４４は、気流を下方に向けて気流の流路１１６内に入れるための任意の適切な角度とすることができる。例えば、角度１４４は、約９０度よりも大きい鈍角とすることができる。より詳細には、角度１４４は、約９０度と約１８０度との間とすることができる。幾つかの特定の例では、角度１４４は約１３５度とすることができる。他の例では、角度１４４はより大きく又はより小さくすることができる。

角度を付けた偏流板１４０は通常、偏流板長Ｌを有する。幾つかの例では、偏流板長Ｌは、約０．２メートルと約２メートルとの間とすることができる。他の例では、偏流板長Ｌはより大きく又はより小さくし得る。

図２及び図３は、角度が付いた偏流板を示しているが、幾つかの例では、偏流板１４０は、湾曲した偏流板（例えば図１１に示すもの）等の他の形状及び構成を有することができる。

気流の一部分１２３は、気流の流路１１６を通って下方に流れた後、開口部１２２を通って（例えば排気流１２５として）出る。幾つかの例では、開口部１２２は、風下側の壁１１２の基部に又はその近くに配置された風下側の領域１０８の第１の領域１０９に向かって気流を排出するように構成することができる。

風下側の領域１０８に向かって気流を排出することは、風下側の壁１１２の風下の汚染物質濃度を低減するのに役立つことができる。例えば、幾つかの例では、排気流１２５は、ベンチュリ効果をもたらすように十分高い速度を有することができる。特に、高速の排気流１２５は、地表面の近くに低圧の乱流領域を生じることができる。これによって、任意の残った大気汚染物質を希釈して風下の汚染物質濃度を更に低減するのに役立つことができる垂直混合を生成することができる。

速度が増大し、地表面１０２に沿った乱流を伴う排気流１２５は、風下側の壁１１２の後ろの伴流を低減するのにも役立つことができる。これによって、そうでなければ大気汚染物質が風下側の壁１１２の近傍において高い濃度で集まることを許し得る戻り流のエリアを低減することができる。

幾つかの例では、開口部１２２は風下側の壁１１２内に位置することができる。例えば、風下側の壁１１２は、第１の壁高Ｈ１よりも下に位置する下部１３０を有することができ、開口部１２２は下部１３０内に位置することができる。

図２に示すように、開口部１２２は、風下側の壁１１２の下部１３０の底部に沿った切り欠きによって画定することができる。開口部１２２は、下部１３０の上縁１３２から下に地表面１０２まで延在することができる。幾つかの実施形態では、開口部１２２のサイズは、約０．２メートルと約２メートルとの間にすることができる。他の例では、開口部１２２のサイズはより大きく又はより小さくし得る。

開口部１２２を地表面１０２の近くに設けることは有益であり得る。例えば、気流が開口部１２２を出るとき、汚染物質は領域１０９において地表面１０２に近く、汚染物質は、開口部１２２がより高い高度に位置する場合よりも素早く落下し、地表面１０２に積もることができる。

図示される例は単一の開口部１２２を示しているが、幾つかの例では、２つ以上の開口部１２２が存在することができる。例えば、壁１１０、１１２は、地表面に沿って（例えば道路に沿って）或る距離にわたって延在することができる。そのような例では、風下側の壁１１２に沿って断続的に位置する複数の開口部が存在することができる。さらに、開口部１２２は、風下側の壁１１２を支持する垂直材１５０間に位置することができる。

図示される例は、風下側の壁１１２に沿って位置する開口部１２２を示しているが、他の例では、開口部１２２は、地表面１０２内（例えば地下配管を介する）等の他の位置を有することができる。

上記で説明したように、装置１００は、気流から汚染物質を除去する汚染物除去デバイス１６０を備えることができる。幾つかの例では、汚染物除去デバイス１６０は、生物ろ過器を含むことができる。例えば、図３に示すように、生物ろ過器は、灌木、生け垣、低木又は他の植物材料等の１つ又は複数の植物を含むことができる。植物は、粒子をろ過するか、又は他の形で汚染物質を捕捉若しくは収集することによって、気流から汚染物質を取り除くのに役立つことができる。植物はまた、手がかからない傾向にあり、人手による相互作用（interaction）をほとんど又は全く必要としないことができる。さらに、植物は、気流の速度を著しく制限することなく、気流が通過して風下側の領域１０８内に入るのを可能にする傾向にある。

他の例では、汚染物除去デバイス１６０は、能動的散水システム（active spray system）、電気式集塵装置（ＥＳＰ）、壁１１０、１１２に加えられる化学的処理（二酸化チタン等）、他のタイプの大気ろ過器等を含み得る。

幾つかの実施形態では、汚染物除去デバイス１６０は開口部１２２から風下に位置することができる。例えば、図２に示すように、汚染物除去デバイス１６０は開口部１２２の風下の地表面１０２上（例えば領域１０９内）に位置することができる。幾つかの例では、汚染物除去デバイス１６０は、（例えば図２に示すように）開口部１２２から離間させることができる。他の例では、汚染物除去デバイス１６０は、（図３に示すように）開口部１２２から風下に、風下側の壁１１２に概ね隣接して位置することができる。

幾つかの例では、汚染物除去デバイス１６０は、（例えば図１０に示すように）気流の流路１１６内、開口部１２２内、地表面内等の他の位置を有することができる。

壁１１０、１１２は、任意の適切な材料から作製することができる。例えば、壁は、コンクリート、金属、レンガ、ガラス若しくは他の材料、又はそれらの組み合わせから作製することができる。幾つかの例では、壁１１０、１１２は、騒音吸収材料又は騒音反射材料等の騒音減衰材料から作製するか又はそれを含むことができる。

図示される例は、（例えば道路の一方の側に沿って）汚染領域１０６の一方の側に位置する装置１００を示しているが、幾つかの例では、（例えば道路の対向する側に沿って）汚染領域１０６の２つ以上の側に位置する２つ以上の装置１００が存在することができる。例えば、汚染領域１０６が矩形の建築現場である場合、装置１００は、塵による汚染の制御を助けるように、その現場の４つ全ての側に配置することができる。

幾つかの例では、風上側の壁１１０又は風下側の壁１１２の一方は既存の壁とすることができ、他の壁は、既存の壁への改造（retrofit）の一部として加えることができる。例えば、風上側の壁１１０又は風下側の壁１１２の一方は、壁構造間で大気を下方に向けるように既存の壁構造に取り付けるように構成することができる。

次に図４〜図９を参照すると、コンピューターシミュレーション及び物理的試験が、図２及び図３に示す装置に類似した例示的な装置において行われた。

コンピューターシミュレーションにおいて、試験された例示的な装置は、約４．３メートルの高さを有する風上側の壁と、約５．５メートルの高さを有する風下側の壁とを備えていた。壁は、約３５センチメートルの流路幅を与えるように離間されていた。偏流板は、約１２５度の角度を付けられ、０．８メートルの長さを有していた。風下側の壁の底部の開口部は、約１メートルのサイズを有していた。例示的な装置は汚染物除去デバイスを備えなかった。装置なし（すなわち壁なし）のシミュレーション、及び５メートルの高さを有する標準的な真っ直ぐな壁によるシミュレーションも行われた。

コンピューターシミュレーションは、１０００×６００のメッシュを有する２次元環境内で流体力学計算ソフトウェアを用いて行われた。シミュレーションにおいて、例示的な装置が、汚染領域から２０メートル風下に配置された。汚染領域は、地表面の１メートル上方に位置する汚染源を含み、汚染物は０．０２５ｋｇ／ｓの速度で放出された。１．３９ｍ／ｓ及び２．７８ｍ／ｓの上流気流を用いて別個のシミュレーション及び試験が行われた。装置の６０メートル風下にわたってデータが追跡された。

コンピューターシミュレーションにおいて用いられるものと同等なスケーリングされたパラメーターに基づいて、１：１３．５のスケールモデルを用いて、風洞内で物理的試験が行われた。

図４及び図５を参照すると、１．３９ｍ／ｓ及び２．７８ｍ／ｓの上流気流について、（ａ）壁がない場合、（ｂ）標準的な真っ直ぐな壁の場合、及び（ｃ）例示的な装置の場合の、シミュレートされた平均汚染物質濃度がそれぞれ示されている。グラフ表現に基づいて、例示的な装置は、装置の風下の平均汚染物質濃度を、（ａ）壁がない場合、及び（ｂ）標準的な真っ直ぐな壁の場合と比較して低減する。

例えば、図４（ｃ）に示すように、１．３９ｍ／ｓの気流を用いると、平均汚染物質濃度は通常、装置の約１２メートルを超えて風下の距離において、２５００ｐｍを下回る。対照的に、図４（ｂ）に示すように、平均濃度は、標準的な真っ直ぐな壁の約２０メートルを超えて風下になるまで、その低さに降下しない。

同様に、図５（ｃ）に示すように、２．７８ｍ／ｓの気流によれば、平均汚染物質濃度は通常、装置の約１５メートルを超えて風下の距離において、１０００ｐｍを下回る。対照的に、図５（ｂ）に示すように、平均濃度は、標準的な真っ直ぐな壁の約３０メートルを超えて風下になるまで、その低さに降下しない。

図６及び図７を参照すると、それぞれ１．３９ｍ／ｓ及び２．７８ｍ／ｓの上流気流について、（ａ）壁がない場合、（ｂ）標準的な真っ直ぐな壁の場合、及び（ｃ）例示的な装置の場合の、シミュレートされた平均気流速度が示されている。グラフ表現に基づいて、例示的な装置は、標準的な真っ直ぐな壁と比較して、装置の風下における伴流がより小さい。

例えば、図６（ｂ）に示すように、標準的な真っ直ぐな壁を超えて１．０ｍ／ｓ未満で移動する停滞気流の１０メートル長のポケットが存在する。対照的に、図６（ｃ）に示すように、例示的な装置の後ろには停滞気流の僅かな１メートル長のポケットしか存在しない。

同様に、図７に示すように、標準的な真っ直ぐな壁と比較して、例示的な装置を超えてより低速に移動する大気のより小さいポケットが存在する。

上記で説明したように、風下側の壁の後ろの伴流の大きさを減少させることにより、汚染物質濃度を低減することができると考えられる。例えば、より小さな伴流は、大気汚染物質がその中に集まる停滞領域をより少なくすることができる。さらに、風下側の領域を通る気流の速度を高くすることによって、垂直混合を増大させ、それによって、新鮮な空気を残った汚染物質で希釈し、地表面の濃度を更に低減するのに役立つことができる。

図８及び図９を参照すると、それぞれ１．３９ｍ／ｓ及び２．７８ｍ／ｓの上流気流について、標準的な真っ直ぐな壁及び例示的な装置から風下の様々な高さ及び距離における平均汚染物質濃度を示すチャートが存在する。チャートは、コンピューターシミュレーション及び物理的試験の双方からの結果を示している。

ほとんど全ての場合に、例示的な装置は、標準的な真っ直ぐな壁と比較して低い平均汚染物質濃度をもたらす。さらに、例示的な装置は、標準的な真っ直ぐな壁に対し、最大約５０％の平均汚染物質濃度の低減を示す。この低減は、（ａ）装置によって生成された乱流混合、又は（ｂ）風下側の領域を通る気流速度の増大の一方又は双方に起因し得ると考えられる。

次に図１０を参照すると、別の実施形態による、大気汚染を制御する別の装置２００が示されている。装置２００は、幾つかの点において上記で説明した装置１００と類似しており、類似した要素は、類似した符号に１００だけ増分した符号を与えられる。例えば、装置は風上側の壁２１０及び風下側の壁２１２を備え、それらの間に気流の流路２１６を有する。さらに、風下側の壁２１２は、気流の流路２１６を通して開口部２２２に向かって気流を下方に向ける、角度を付けられた偏流板２４０により形成された上部２２０を含む。

この実施形態では、開口部２２２は、オフセット距離ＯＤだけ地表面２０２からオフセットされる。より詳細には、開口部２２２は下部２３０の上縁２３２から、オフセット距離ＯＤだけ地表面２０２の上方に位置する下縁２３４まで下方に延在する。幾つかの実施形態では、オフセット距離ＯＤは約０．２メートルと約１メートルとの間とすることができる。

この構成によれば、壁２１０、２１２間に位置する収集エリア２５０内に、地表面２０２に沿って幾らかの大気汚染物質を収集することができると考えられる。例えば、下方気流に混入した固体粒子を、気流が開口部２２２から排出される間に収集エリア２５０内に進ませることができる。

幾つかの実施形態では、装置２００は、汚染物除去デバイス１６０に類似していてもよい汚染物除去デバイス２６０を備えることができる。この実施形態に示すように、汚染物除去デバイス２６０は気流の流路２１６内に位置することができる。

次に図１１を参照すると、大気汚染を制御する別の装置３００が示されている。装置３００は、幾つかの点において、上記で説明した装置１００と類似しており、類似した要素は、類似した符号に２００だけ増分した符号を与えられる。例えば、装置３００は風上側の壁３１０及び風下側の壁３１２を備え、それらの間に気流の流路を有する。さらに、風下側の壁３１２は、気流の流路を通して開口部３２２に向かって気流３２３を下方に向ける偏流板３４０を備える上部３２０を含む。

この実施形態では、偏流板３４０は湾曲している。例えば、示されるように、偏流板３４０は、気流の流路に少なくとも部分的に張り出す湾曲した形状を有することができる。湾曲した偏流板３４０を設けることは、気流を除々に下方に気流の流路内へ下方に誘導し、乱流を増大させる可能性がある表面の不連続性（surface discontinuities）を回避するのに役立つ。

この実施形態では、風下側の壁３１２は風上側の壁３１０によって支持される。例えば、示すように、１つ又は複数の取付けブラケット３７０を用いて、風上側の壁３１０から風下側の壁３１２を吊り下げることができる。取付けブラケット３７０は、ボルト、ねじ、接着剤等の固定具を用いてそれぞれの壁３１０、３１２に固定することができる。

風上側の壁３１０から風下側の壁３１２を吊り下げることの１つの利点は、開口部３２２が風下側の壁３１２の下に、連続したチャネルとして形成されることである。これは、気流３２３の制限されない排出をもたらすのに役立つことができる。

幾つかの実施形態では、取付けブラケット３７０は、風下側の壁３１２を既存の真っ直ぐな壁（例えば風上側の壁３１０）に加える改造キットの一部として用いることもできる。

図１２を参照すると、大気汚染を制御する別の装置４００が示されている。装置４００は、幾つかの点において上記で説明した装置３００と類似しており、類似した要素は、類似した符号に１００だけ増分した符号を与えられる。例えば、装置４００は風上側の壁４１０及び風下側の壁４１２を備え、それらの間に気流の流路を有する。さらに、風下側の壁４１２は、気流の流路を通して開口部４２２に向かって気流４２３を下方に向ける上部４２０を含む。

この実施形態では、上部４２０は、偏流板を有することなく下部から上方に概ね真っ直ぐ延在する。この構成はより容易に制作することができる。さらに、上部４２０にぶつかる気流の部分は、（例えば図１２に示すように）依然として気流の流路内に下方に向けられると考えられる。

図１３を参照すると、大気汚染を制御する方法５００を示すフローチャートが示されている。本方法はステップ５１０及び５２０を含む。

ステップ５１０は、風上側の壁及び風下側の壁のうちの少なくとも一方を汚染領域の近くに位置決めすることを含む。壁は、風上側の壁が風下側の壁と汚染領域との間に位置するように位置決めされる。さらに、風下側の壁は、風下側の壁と風上側の壁との間に気流の流路を設けるように風上側の壁から離間される。

幾つかの例では、ステップ５１０は、双方の壁を位置決めすることを含むことができる。例えば、風上側の壁及び風下側の壁の双方を同時に位置決めすることができる。他の例では、壁のうちの一方は、他の壁に続いて位置決めすることができる。

幾つかの例では、ステップ５１０は、壁のうちの一方のみを位置決めすることを含むことができる。例えば、壁のうちの一方は、既存の壁とすることができる他の壁に対する改造の一部として位置決めすることができる。

幾つかの例では、ステップ５１０は、既存の壁を変更し、次に他の壁を追加することを含むことができる。例えば、既存の真っ直ぐな壁は、壁の底部に開口部を形成することによって風下側の壁を形成するように変更することができ、次に、より短い風上側の壁を、風下側の壁と汚染領域との間に配置することができる。

ステップ５２０は、気流の流路から気流を排出する少なくとも１つの開口部に向けて、気流の流路を通して下方向に気流を向けることを含む。

幾つかの例では、気流は、風上側の壁よりも上に上方に延在する風下側の上部によって、気流の流路を通して下方に向けることができる。例えば、上部は、気流を（例えば図２、図３、図１０及び図１１の例に示すように）下方に向けて気流の流路に入れる偏流板により形成することができる。代替的に、上部はほぼ真っ直ぐにすることができ、（例えば図１２に示すように）偏流板を含まない場合がある。

方法５００は、風下側の壁の風下にある風下側の領域に向けて気流を排出するステップ５３０も含むことができる。そのような場合、開口部は、風下側の領域に向けて気流を排出するように構成することができる。例えば、開口部は風下側の壁に沿って又は風下側の壁を貫通して位置することができる。

上記の説明は１つ又は複数の装置、方法又はシステムの例を提供しているが、当業者によって理解されるように、他の装置、方法又はシステムが特許請求の範囲内に存在することができる。

Claims (31)

1. 大気汚染を制御する装置であって、
   （ａ）汚染領域の近くに位置する風下側の壁と、
   （ｂ）前記風下側の壁と前記汚染領域との間に位置し、第１の壁高まで上方に延在する風上側の壁と、
   を備え、
   （ｃ）前記風下側の壁及び前記風上側の壁は、前記風下側の壁と前記風上側の壁との間に気流の流路を画定するように離間され、
   （ｄ）前記風下側の壁は、前記第１の壁高よりも上に延在する上部を含み、前記上部は、前記気流の流路から気流を排出するために、前記第１の壁高よりも下に位置する少なくとも１つの開口部に向けて、前記気流の流路を通して下方向に前記気流を向ける、装置。
2. 前記少なくとも１つの開口部は、前記風下側の壁の風下にある風下側の領域に向けて前記気流を排出する、請求項１に記載の装置。
3. 前記風下側の壁は、前記第１の壁高よりも下に位置する下部を有し、前記少なくとも１つの開口部は前記下部を貫通して位置する、請求項２に記載の装置。
4. 前記上部は、前記気流を下方に向けて前記気流の流路内に入れる偏流板により形成される、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の装置。
5. 前記偏流板は少なくとも部分的に前記気流の流路に張り出す、請求項４に記載の装置。
6. 前記偏流板は角度を付けられている、請求項５に記載の装置。
7. 前記偏流板は湾曲している、請求項５に記載の装置。
8. 前記気流から汚染物質を取り除く少なくとも１つの汚染物除去デバイスを更に備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記汚染物除去デバイスは、前記少なくとも１つの開口部から風下に位置する、請求項８に記載の装置。
10. 前記汚染物除去デバイスは前記風下側の壁に隣接して位置する、請求項９に記載の装置。
11. 前記汚染物除去デバイスは植物材料を含む、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 大気汚染を制御する装置であって、
    （ａ）汚染領域の近くに配置する風下側の壁と、
    （ｂ）第１の壁高まで上方に延在するように、前記風下側の壁と前記汚染領域との間に配置する風上側の壁と、
    を備え、
    （ｃ）前記風下側の壁は、前記風下側の壁と前記風上側の壁との間に気流の流路を設けるように前記風上側の壁から離間され、
    （ｄ）前記風下側の壁は、前記第１の壁高よりも上に延在する上部を含み、前記上部は、前記気流の流路から気流を排出するために、前記第１の壁高よりも下に位置する少なくとも１つの開口部に向けて、前記気流の流路を通して下方向に前記気流を向ける、装置。
13. 前記少なくとも１つの開口部は、前記風下側の壁の風下にある風下側の領域に向けて前記気流を排出する、請求項１２に記載の装置。
14. 前記風下側の壁は、前記第１の壁高よりも下に位置する下部を有し、前記少なくとも１つの開口部は前記下部を貫通して位置する、請求項１３に記載の装置。
15. 前記上部は、前記気流を下方に向けて前記気流の流路内に入れる偏流板により形成される、請求項１２〜１４のうちのいずれか１項に記載の装置。
16. 前記偏流板は少なくとも部分的に前記気流の流路に張り出す、請求項１５に記載の装置。
17. 前記偏流板は角度を付けられている、請求項１６に記載の装置。
18. 前記偏流板は湾曲している、請求項１６に記載の装置。
19. 前記気流から汚染物質を取り除く少なくとも１つの汚染物除去デバイスを更に備える、請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の装置。
20. 前記汚染物除去デバイスは、前記少なくとも１つの開口部から風下に位置する、請求項１９に記載の装置。
21. 前記汚染物除去デバイスは前記風下側の壁に隣接して位置する、請求項２０に記載の装置。
22. 前記汚染物除去デバイスは植物材料を含む、請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の装置。
23. 大気汚染を制御する方法であって、
    （ａ）汚染領域の近くに風上側の壁及び風下側の壁のうちの少なくとも一方を位置決めすることであって、前記風上側の壁は、前記風下側の壁と前記汚染領域との間に位置し、前記風下側の壁は、前記風下側の壁と前記風上側の壁との間に気流の流路を設けるように前記風上側の壁から離間される、位置決めすることと、
    （ｂ）前記気流の流路から気流を排出するために、少なくとも１つの開口部に向けて、前記気流の流路を通して下方向に前記気流を向けることと、
    を含む、方法。
24. 前記気流を、前記風下側の壁の風下にある風下側の領域に向けて排出することを更に含む、請求項２３に記載の方法。
25. 前記気流は、前記風上側の壁よりも上に延在する前記風下側の壁の上部によって下方に向けられ、前記気流の流路に入る、請求項２３又は２４に記載の方法。
26. 前記気流は、前記風下側の壁の前記上部に形成される偏流板によって下方に向けられ、前記気流の流路に入る、請求項２５に記載の方法。
27. 前記位置決めのステップは、前記風上側の壁及び前記風下側の壁の双方を位置決めすることを含む、請求項２３〜２６のいずれか１項に記載の方法。
28. 前記風上側の壁及び前記風下側の壁は同時に位置決めされる、請求項２７に記載の方法。
29. 前記風上側の壁及び前記風下側の壁のうちの一方は、前記風上側の壁及び前記風下側の壁のうちの他方に続いて位置決めされる、請求項２７に記載の方法。
30. 前記位置決めのステップは、前記風上側の壁及び前記風下側の壁のうちの一方のみを位置決めすることを含む、請求項２３〜２６のいずれか１項に記載の方法。
31. 前記風上側の壁及び前記風下側の壁のうちの一方は、前記風上側の壁及び前記風下側の壁のうちの他方に対する改造の一部として位置決めされる、請求項３０に記載の方法。