JP6420711B2 - 換気システム - Google Patents
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Description
ところが、従来の中継方式では、風管103から放出された空気を中継送風機104が取り込むため、中継ロスが大きい。
このような観点から、本発明は、中継による換気効率の低下を抑制することを可能とした換気システムを提案することを課題とする。
また、中継ロスが大きい場合には送風量が大きい設備を備える必要があるが、中継ロスを最小限に抑えることで主送風機の送風量を最小限に抑えることが可能となるので、効率的な送風が可能となる。
また、前記制御装置が、前記測定圧力値および前記目標圧力値に基づいて、前記主送風機の動力源に対してPID制御を実行するものであれば、タンクの内部圧力を目標圧力値に近づけることができる。
すなわち、前記タンクが排気弁(タンクの内部圧力が前記目標圧力値よりも大きな許容最大圧力を超えたときに開弁するもの)を備えていれば、タンクや主風管の内部圧力が必要以上に高まることを防ぐことができるので、タンクや主風管の軽構造化を図ることができる。また、前記タンクが吸気弁(内部圧力が大気圧を下回ったときに開弁するもの)を備えていれば、タンクや主風管の内部圧力が負圧になるリスクを低減することができる。
この場合、前記タンクから前記中継送風機に至る管路に開閉弁を設けておけば複数の中継送風機のうちの一部を停止させた場合であっても、漏気することなく、他の中継送風機を作動させることができる。
本実施形態の換気システム1は、図1に示すように、主送風機2と、主風管3と、タンク4と、圧力センサ5と、中継送風機6と、延長風管7と、制御装置(制御盤)8とを備えている。
主送風機2の送風量(モータの回転数)は、制御装置8によって制御される。
主風管3は、軟管(ビニール管)である。主風管3の上流端(坑口側の端部)は、主送風機2の胴体の排気口に接続されており、主風管3の下流端(切羽側の端部)は、タンク4に接続されている。主風管3により、主送風機2からタンク4に至る区間が密閉されている。
主風管3の内径は限定されるものではなく、送風量等に応じて適宜設定すればよい。
タンク4は、鋼板により箱型に形成されている。なお、タンク4の形状寸法は適宜設定すればよい。また、タンク4の内部に整流板を配設し、主送風機2から送り込まれた空気が、タンク4内において乱れることなく中継送風機6に誘導されるように構成するのが望ましい。なお、整流板は必要に応じて設ければよい。また、タンク4を構成する材料は鋼板に限定されないが、タンク4の内部圧力を正しく計測することができるように、圧力変動によっても内部空間(圧力を計測する空間)の体積が変動しない剛な構造体を形成することが可能な材料とする。
主送風機2から送気された新鮮な空気は、タンク4を経由して中継送風機6により各トンネルの切羽近傍へと送気される。
排気弁41は、タンク4の内部圧力が高くなり過ぎるのを防止するために設けられた圧力調整弁(リリーフ弁)であり、タンク4の内部圧力が許容最大圧力を超えたときに開弁する。許容最大圧力は、目標圧力値よりも大きい値(例えば、目標圧力値+1.0kPa以上)に設定する。 排気弁41が開弁すると、タンク4内の空気が排出され、タンク4の内部圧力が許容最大圧力よりも小さくなる。
一方、吸気弁42は、タンクの内部圧力が負圧(大気圧よりも小さい圧力)になることを防止するために設けられた圧力調整弁であり、タンク4の内部圧力が大気圧を下回ったときに開弁する。吸気弁42が開弁すると、タンク4内に外気が取り込まれ、タンク4および主風管3の内部圧力が負圧になることが防止される。
なお、排気弁41および吸気弁42は、所定の開弁圧で開弁するばね式の弁でもよいし、圧力センサ5の計測値に基づいて開閉する電動式あるいは電磁式の弁でもよい。
圧力センサ5は、制御装置8に接続されていて、圧力センサ5の計測値は制御装置8に読み込まれる。
本実施形態では、切羽(分岐トンネル)の数に応じて2つの中継送風機6がタンク4に接続されているが、タンク4の下流側に設けられる中継送風機6の数は限定されるものではない。中継送風機6の数は、分岐トンネルの数や、各中継送風機6の能力等に応じて適宜設定すればよく、例えば、1つでもよいし、3つ以上であってもよい。
接続管61には、接続管61内の流路を開閉する開閉弁62が設けられている。本実施形態の開閉弁62は、手動により開閉する弁であるが、制御装置8や図示せぬスイッチ盤からの制御信号に基づいて開閉する電動式または電磁式の弁でもよい。なお、開閉弁62には、開閉状態を検知する検知手段が取り付けられても良い。このような検知手段が取り付けられている場合は、開閉弁62が開弁しているか否かの電気信号を、検知手段が中継送風機の制御盤(制御装置8とは別に設けた中継送風機用の制御盤)に送信する。
なお、延長風管7の内径等は、中継送風機6の送風量や能力等に応じて適宜設定すればよい。
本実施形態の中継送風機6は、その上流側に位置する開閉弁62が開弁し、且つ、主送風機2が起動している場合(当システム運転(制御)中)にのみ起動するように構成されている。すなわち、中継送風機6は、その上流側に位置する開閉弁62が閉弁している場合および主送風機2が停止している場合には起動しない。
より具体的に説明すると、制御装置8は、圧力センサ5の測定圧力値と目標圧力値との偏差、偏差の積分値、測定圧力値の変化率を演算し、主送風機2のモータ(動力源)のインバータ出力周波数に対してPID制御を実行することにより、主送風機2の送風量を制御する。なお、主送風機2の送風量の制御はPID制御に限定されるものではない。
まず、制御装置8(制御プログラム)にタンク4の目標圧力値および中継送風機の設定風量を入力する。
続いて、開閉弁62,62が閉弁しているか否かを確認し、開閉弁62,62が開弁している場合には、手動で閉弁させる。
主送風機2の運転が開始されると、圧力センサ5によるタンク4の内部圧力の測定が開始される。圧力センサ5の測定圧力値は、制御装置8に入力される。制御装置8は、圧力センサ5の測定圧力値と目標圧力値に基づいて主送風機2の送風量(モータのインバータ出力周波数)をPID制御する。つまり、制御装置8によって、タンク4の内部圧力が目標圧力値になるように主送風機2のモータのインバータ出力周波数が制御され、例えばタンク4の内部圧力が目標圧力値よりも高い場合には主送風機2の周波数(風量)が下げられ、低い場合には主送風機2の周波数(風量)が上げられる。
なお、中継送風機6と開閉弁62との間に吸気弁を備えている場合には、中継送風機6を起動させた後に、開閉弁62を開弁してもよい。
主送風機2の送風量の増減速度は、一方の中継送風機6の送風量の増減速度より早くすることが好ましい。
漏風によるロスを抑制することで、中継送風機6の消費電力を抑えることも可能となり、経済的である。
Yt=Ym+Ys1+Ys2 ・・・ 式1
なお、1.25倍にした場合の消費電力は、各送風機を単独運転した場合に得られた風量−消費電力の関係の近似式から算出した。
また、換気システム1は、タンク4の内部圧力が、大気圧よりもわずかに高い目標圧力値となるように制御されているため、風管3,7やタンク4の耐圧性能を必要以上に高める必要がない。そのため、製造コストの低減化を図ることができる。
このように、本実施形態の換気システム1によれば、タンク4や風管3,7の内部圧力を予め想定した範囲にコントロールすることができるので、タンク4や風管3,7の軽構造化を図ることができる。
また、タンク4の下流側に開閉弁62を備えているので、二つの中継送風機6,6の一方のみを起動している際にタンク4内が負圧になったとしても、他方の中継送風機6の切羽側から新鮮ではない空気が流入することはない。
前記実施形態では、坑内で分岐するトンネルに本発明の換気システムを採用する場合について説明したが、トンネルは必ずしも分岐している必要はなく、例えば一本の長大トンネルにおいて本発明の換気システムを採用してもよい。
前記実施形態では、タンクが排気弁と吸気弁を備えている場合について説明したが、排気弁および吸気弁は、必要に応じて設置すればよい。
なお、本実施形態の中継送風機6は、主送風機2が起動している場合にのみ起動するように構成されているが、いずれか一つの中継送風機6のスイッチをオンにした際に、主送風機2が起動するように構成してもよい。すなわち、主送風機2が停止している状態で中継送風機6のスイッチをオンにした場合に、主送風機2が先に運転を開始し、その後に中継送風機6が運転を開始するように構成してもよい。
2 主送風機
3 主風管
4 タンク
41 排気弁
42 吸気弁
5 圧力センサ
6 中継送風機
61 接続管
62 開閉弁
7 延長風管
8 制御装置
Claims (7)
- 主送風機と、
前記主送風機の下流側に設けられたタンクと、
前記主送風機から前記タンクに至る主風管と、
前記タンクの下流側に配置された中継送風機と、
前記タンク内の圧力を計測する圧力センサと、
前記主送風機の送風量を制御する制御装置と、を備える換気システムであって、
前記主送風機から前記中継送風機に至る区間が密閉構造であり、
前記制御装置は、前記圧力センサで得られた測定圧力値に基づいて、前記主送風機の送風量を制御することを特徴とする、換気システム。 - 前記制御装置は、前記タンクの内部圧力が大気圧よりも大きい目標圧力値になるように前記主送風機の送風量を制御することを特徴とする、請求項1に記載の換気システム。
- 前記制御装置は、前記測定圧力値および前記目標圧力値に基づいて、前記主送風機の動力源に対してPID制御を実行することを特徴とする、請求項2記載の換気システム。
- 前記タンクが、排気弁を備えており、
前記排気弁は、前記タンクの内部圧力が前記目標圧力値よりも大きな許容最大圧力を上回ったときに開弁することを特徴とする、請求項2または請求項3に記載の換気システム。 - 前記タンクが、吸気弁を備えており、
前記吸気弁は、前記タンクの内部圧力が大気圧を下回ったときに開弁することを特徴とする、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の換気システム。 - 前記タンクに複数の前記中継送風機が接続されていることを特徴とする、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の換気システム。
- 前記タンクから前記中継送風機に至る管路に開閉弁が設けられていることを特徴とする、請求項6に記載の換気システム。
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