JP7407317B1

JP7407317B1 - 環境制御システム

Info

Publication number: JP7407317B1
Application number: JP2023028526A
Authority: JP
Inventors: 晋相角田; 均修相羽; 弘幸榊原; 規行小堺; 貴上河内; 亮丞田渕
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2023-02-27
Filing date: 2023-02-27
Publication date: 2023-12-28
Anticipated expiration: 2043-02-27

Abstract

【課題】トンネルの坑内の二酸化炭素濃度の上昇を簡単な制御で効率的に抑制する。【解決手段】トンネル１０の坑内１１に配置される送風管２と、送風管２に対して気流を発生させる第１ファン３と、坑内１１に配置され、酸化カルシウムを含む水溶液Ｌを噴霧する噴霧部４と、を備え、坑内１１の少なくとも一部は、噴霧部４から噴霧された酸化カルシウムを含む水溶液Ｌが坑内１１の二酸化炭素と反応するための空間である反応空間１３と、噴霧部４から噴霧された酸化カルシウムを含む水溶液Ｌが至ることが抑制される車両通路１４と、に区画されている環境制御システム１。【選択図】図１

Description

本発明は、環境制御システムに関する。

従来から、様々な場所でトンネル工事が行われている。トンネル工事においては、トンネルの坑内での作業に使用する車両や機器などから多量の二酸化炭素が排出される。トンネルの坑内で二酸化炭素の濃度が高くなりすぎると、工事に従事する作業者の健康に多大な影響を与える虞がある。そこで、例えば、特許文献１には、トンネルの坑内での作業に使用する作業重機の稼働状況に基づいて作業モードを確認し、確認された作業モードに基づいて換気装置を駆動する換気システムが開示されている。また、地球規模で問題となっている温室効果ガスである二酸化炭素の回収及び削減することも望まれているという背景もある。

特開２０１２－１０２４８４号公報

ここで、トンネル工事においては、トンネルの坑内での作業に使用する車両などから二酸化炭素が排出される。二酸化炭素は一酸化炭素やメタンなどと比べ毒性は低いものの二酸化炭素濃度が高くなると工事に従事する作業者の健康に影響を与える虞がある。しかしながら、特許文献１の換気システムのような従来の環境制御システムにおいては、トンネルの坑内での作業に使用する車両や機器などの稼働状況に基づいて換気装置を駆動するなど、複雑な制御を伴うことが一般的であった。一方、本発明者らは、鋭意検討し、化学反応を利用して、簡単な制御でトンネルの坑内での二酸化炭素の濃度を低下させることについて見出した。しかしながら、単純に、化学反応などを利用して、簡単な制御でトンネルの坑内での二酸化炭素の濃度を低下させようとしても、二酸化炭素濃度の上昇を効率的に抑制することは難しい場合がある。

そこで、本発明は、トンネルの坑内の二酸化炭素濃度の上昇を簡単な制御で効率的に抑制することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の第１の態様に係る環境制御システムは、トンネルの坑内に配置される送風管と、前記送風管に対して気流を発生させる第１ファンと、前記坑内に配置され、酸化カルシウムを含む水溶液を噴霧する噴霧部と、を備え、前記坑内の少なくとも一部は、前記噴霧部から噴霧された前記酸化カルシウムを含む水溶液が前記坑内の二酸化炭素と反応するための空間である反応空間と、前記噴霧部から噴霧された前記酸化カルシウムを含む水溶液が至ることが抑制される車両通路と、に区画されていることを特徴とする。

本態様によれば、酸化カルシウムを含む水溶液を噴霧する噴霧部を坑内に備える。このため、化学反応を利用して簡単な制御でトンネルの坑内での二酸化炭素の濃度を低下させることができる。また、坑内の少なくとも一部は、噴霧部から噴霧された酸化カルシウムを含む水溶液が坑内の二酸化炭素と反応するための空間である反応空間と、噴霧部から噴霧された酸化カルシウムを含む水溶液が至ることが抑制される車両通路と、に区画されている。このため、二酸化炭素濃度の高い気体を反応空間に効率的に送ることで車両通路の二酸化炭素濃度を抑制しつつ反応空間で効率的に二酸化炭素を回収することができ、トンネルの坑内の二酸化炭素濃度の上昇を効率的に抑制することができる。また、反応空間と車両通路とが区画されていることで、車両通路に酸化カルシウムを含む水溶液が至ることを抑制でき、車両通路が泥濘化することも抑制することができる。

本発明の第２の態様に係る環境制御システムは、前記第１の態様に従属する態様であって、前記第１ファンを駆動することにより、前記坑内において、前記坑内の奥側から前記坑内の手前側に向かって送風され、前記車両通路内部において前記手前側から前記奥側に向かって送風する第２ファンを備えることを特徴とする。

本態様によれば、車両通路内部において手前側から奥側に向かって送風する第２ファンを備える。このため、反応空間と車両通路とが区画される奥側端部よりもさらに奥側から手前側に流れてくる気体を効率的に反応空間に導くことができ、反応空間で特に効率的に二酸化炭素を回収することができることでトンネルの坑内の二酸化炭素濃度の上昇を特に効率的に抑制することができる。また、例えば噴霧部が反応空間と車両通路とが区画される奥側端部よりもさらに奥側に設けられていた場合であっても、車両通路内部において奥側から手前側に向かって第１ファンから送られた気体に乗って酸化カルシウムを含む水溶液などが流入することを抑制でき、車両通路内部が泥濘化することを効果的に抑制することができる。

本発明の第３の態様に係る環境制御システムは、前記第２の態様に従属する態様であって、前記第２ファンは、前記車両通路における前記奥側の端部における前記第２ファンによる前記手前側から前記奥側に向かう気流の風速が、前記車両通路における前記奥側の端部における前記第１ファンによる前記奥側から前記手前側に向かう気流の風速以上となるように構成されていることを特徴とする。

本態様によれば、第２ファンは、車両通路における奥側の端部における第２ファンによる手前側から奥側に向かう気流の風速が、車両通路における奥側の端部における第１ファンによる奥側から手前側に向かう気流の風速以上となるように構成されている。このため、反応空間と車両通路とが区画される奥側端部よりもさらに奥側から手前側に流れてくる気体のほとんど全てを反応空間に導くことができ、反応空間でさらに効率的に二酸化炭素を回収することができることでトンネルの坑内の二酸化炭素濃度の上昇をさらに効率的に抑制することができる。また、例えば噴霧部が反応空間と車両通路とが区画される奥側端部よりもさらに奥側に設けられていた場合であっても、車両通路内部において奥側から手前側に向かって第１ファンから送られた気体に乗って酸化カルシウムを含む水溶液などが流入することを特に効果的に抑制でき、車両通路内部が泥濘化することを特に効果的に抑制することができる。

本発明の第４の態様に係る環境制御システムは、前記第１から第３のいずれか１つの態様に従属する態様であって、前記噴霧部から噴霧された前記酸化カルシウムを含む水溶液と前記坑内の二酸化炭素とが反応して生成された炭酸カルシウムを回収する回収機構を備えることを特徴とする。

本態様によれば、噴霧部から噴霧された酸化カルシウムを含む水溶液とトンネルの坑内の二酸化炭素とが反応して生成された炭酸カルシウムを回収する回収機構を備える。このため、車両通路だけでなく反応空間も泥濘化することを抑制することができる。

本発明の第５の態様に係る環境制御システムは、前記第４の態様に従属する態様であって、前記回収機構は、気液分離フィルタであることを特徴とする。

本態様によれば、回収機構は気液分離フィルタである。このため、作業の邪魔になりにくい場所に回収機構を配置することができる。

本発明の第６の態様に係る環境制御システムは、前記第４の態様に従属する態様であって、前記回収機構は、液体を受ける受け皿であることを特徴とする。

本態様によれば、回収機構は液体を受ける受け皿である。このため、回収機構を簡単かつ低コストに形成することができる。

トンネルの坑内の作業状態を示すとともに本発明の一実施例の環境制御システムを表す概要側面図。本発明の一実施例の環境制御システムを表す概要正面図。トンネルの坑内における反応空間と車両通路との配置を表す概要斜視図。

以下、本発明の実施の形態としてのトンネル１０の坑内１１における環境制御システム１について、図面を参照して説明する。本実施例の環境制御システム１は、トンネル工事において坑内１１で発生する車両２０などから排出される排ガスとしての二酸化炭素を効率よく簡単な制御で分離回収する技術である。

図１から図３で表されるように、本実施例の環境制御システム１は、トンネル１０の坑内１１に配置される送風管２と、送風管２に対して気流を発生させる第１ファン３と、坑内１１に配置され、酸化カルシウムを含む水溶液Ｌを噴霧する噴霧部４と、を備えている。また、図１から図３で表されるように、坑内１１の少なくとも一部は、噴霧部４から噴霧された酸化カルシウムを含む水溶液Ｌが坑内１１の二酸化炭素と反応するための空間である反応空間１３と、噴霧部から噴霧された酸化カルシウムを含む水溶液Ｌが至ることが抑制される車両通路１４と、に型枠１２により区画されている。なお、車両通路１４は、車両２０の通路であるとともに人やその他の搬入物の通路を兼ねる意味である。また、本明細書において酸化カルシウムを含む水溶液とは、少なくとも酸化カルシウムを含む水溶液であればよく、酸化カルシウム以外の組成物を含んでいてもよい。

このように、本実施例の環境制御システム１は、酸化カルシウムを含む水溶液Ｌを噴霧する噴霧部４を坑内１１に備える。酸化カルシウムを含む水溶液は安価で入手性もよいため、化学反応（二酸化炭素を酸化カルシウムを含む水溶液において化学反応させて炭酸カルシウムとする）を利用して簡単な制御でトンネル１０の坑内１１での二酸化炭素の濃度を低下させることができる。また、坑内１１の少なくとも一部は、噴霧部４から噴霧された酸化カルシウムを含む水溶液Ｌが坑内１１の二酸化炭素と反応するための空間である反応空間１３と、噴霧部４から噴霧された酸化カルシウムを含む水溶液Ｌが至ることが抑制される車両通路１４と、に区画されている。このため、二酸化炭素濃度の高い気体を反応空間１３に効率的に送ることで車両通路１４の二酸化炭素濃度を抑制しつつ反応空間１３で効率的に二酸化炭素を回収することができ、トンネル１０の坑内１１の二酸化炭素濃度の上昇を効率的に抑制することができる。また、車両通路１４に酸化カルシウムを含む水溶液Ｌが至ることを抑制でき、車両通路１４が泥濘化することも抑制することができる。

なお、上記について別の表現をすると、本実施例の環境制御システム１は、効率よく坑内１１の二酸化炭素を反応させるための空間である反応空間１３を構築し、坑内１１の二酸化炭素を分離回収する技術である。坑内１１の大気中に含まれる二酸化炭素は、生コンクリート（酸化カルシウム含有物）のスラッジ水である酸化カルシウムを含む水溶液Ｌと反応させることで、炭酸カルシウムとして固定化できる。トンネル１０の坑内１１の反応空間１３でスラッジ水をミスト状で噴霧し、坑内１１の大気中に含まれる二酸化炭素と反応させて炭酸カルシウム化してこれを分離回収する。

また、図１で表されるように、本実施例の環境制御システム１においては、送風管２は、坑内１１の手前側１１Ａから坑内１１の奥側１１Ｂまで延びており、第１ファン３は、坑内１１の手前側１１Ａに設けられ、気流Ｂ１で表されるように、送風管２を介して坑内１１の手前側１１Ａから坑内１１の奥側１１Ｂに向けて気体（大気）を送ることが可能な構成となっている。そして、第１ファン３から送風管２を介して坑内１１の手前側１１Ａから坑内１１の奥側１１Ｂに送られた気体は、気流Ｂ１で表されるように、坑内１１において、坑内１１の奥側１１Ｂから坑内１１の手前側１１Ａに向かって送風される。

本実施例の環境制御システム１は、このような送風方向とすることで、効率的に坑内１１の二酸化炭素をトンネル１０の坑外に排出することができ、坑内１１の二酸化炭素濃度の上昇を効率的に抑制することができる。なお、本実施例の環境制御システム１においては、送風管２の奥側１１Ｂの端部から坑内１１の奥側１１Ｂに向けて気体を送るが、該気体が坑内１１の奥側１１Ｂに跳ね返ることで坑内１１の奥側１１Ｂから坑内１１の手前側１１Ａに向かって送風される。ただし、このような構成に限定されず。送風管２の奥側１１Ｂの端部が、坑内１１の奥側１１Ｂから坑内１１の手前側１１Ａに向かうように屈曲している構成などとしてもよい。

ここで、図３で表されるように、本実施例においては、トンネル１０の坑内１１のうちの一部のみが型枠１２により反応空間１３と車両通路１４とに区画されている。ただし、このような構成に限定されず、坑内１１のうちの凡そ全ての領域が型枠１２により反応空間１３と車両通路１４とに区画されていてもよい。

また、第１ファン３は、２０００ｍ^３／分で気流Ｂ１を送ることが可能な構成となっている。そして、図２で表される反応空間１３と車両通路１４とが型枠１２により区画される部分のトンネル１０の断面においては、反応空間１３の断面積が凡そ５０ｍ^２となり、車両通路１４の断面積が凡そ２０ｍ^２となり、合計凡そ７０ｍ^２となっている。このため、気流Ｂ１のうちの５／７が気流Ｂ２として坑内１１の奥側１１Ｂから坑内１１の手前側１１Ａに向かって反応空間１３に向けて流入し、気流Ｂ１のうちの２／７が気流Ｂ３として坑内１１の奥側１１Ｂから坑内１１の手前側１１Ａに向かって車両通路１４に向けて流入することとなる。

上記のように、反応空間１３には酸化カルシウムを含む水溶液Ｌを噴霧する噴霧部４が設けられているが、噴霧部４から噴霧された酸化カルシウムを含む水溶液Ｌが車両通路１４に大量に流入すると車両通路１４が泥濘化してトンネル工事の妨げとなりかねない。そこで、本実施例の環境制御システム１は、気流Ｂ３に乗って噴霧部４から噴霧された酸化カルシウムを含む水溶液Ｌが車両通路１４に流入することが抑制される構成としている。

具体的には、図１で表されるように、本実施例の環境制御システム１は、型枠１２の手前側１２Ａの近傍に、気流Ｂ４で表されるように、型枠１２の手前側１２Ａから型枠１２の奥側１２Ｂに向けて気体（大気）を送ることが可能な第２ファン５を備えている。別の表現をすると、本実施例の環境制御システム１は、車両通路１４内部において坑内１１の手前側１１Ａから坑内１１の奥側１１Ｂに向かって送風する第２ファン５を備えている。このため、反応空間１３と車両通路１４とが区画される奥側端部（型枠１２の奥側１２Ｂ）よりもさらに奥側１１Ｂから手前側１１Ａに流れてくる気体を効率的に反応空間１３に導くことができ、反応空間１３で特に効率的に二酸化炭素を回収することができることで坑内１１の二酸化炭素濃度の上昇を特に効率的に抑制することができる。また、例えば噴霧部４が反応空間１３と車両通路１４とが区画される奥側端部（型枠１２の奥側１２Ｂ）よりもさらに奥側１１Ｂに設けられていた場合であっても、本実施例の環境制御システム１は、車両通路１４の内部において奥側１１Ｂから手前側１１Ａに向かって第１ファン３から送られた気体に乗って酸化カルシウムを含む水溶液Ｌなどが流入することを抑制でき、車両通路１４の内部が泥濘化することを効果的に抑制することができる。

ただし、本発明は、型枠１２の手前側１２Ａから型枠１２の奥側１２Ｂに向けて気体（大気）を送ることが可能な第２ファン５を備えていることを必ずしも要しない。噴霧部４が反応空間１３と車両通路１４とが区画される奥側端部（型枠１２の奥側１２Ｂ）よりもさらに手前側１１Ａにのみ設けられている限り、このような第２ファン５を備えていなくても、車両通路１４は型枠１２により反応空間１３に対して区画されており、車両通路１４内に酸化カルシウムを含む水溶液Ｌが流入する量は少なく抑えることができるためである。

ここで、本実施例の環境制御システム１においては、第２ファン５は、車両通路１４における奥側１１Ｂの端部（型枠１２の奥側１２Ｂ）における第２ファン５による手前側１１Ａから奥側１１Ｂに向かう気流Ｂ４の風速が、車両通路１４における奥側１１Ｂの端部（型枠１２の奥側１２Ｂ）における第１ファン３による奥側１１Ｂから手前側１１Ａに向かう気流Ｂ３の風速と同等となるように構成されている。このため、反応空間１３と車両通路１４とが区画される奥側端部（型枠１２の奥側１２Ｂ）よりもさらに奥側１１Ｂから手前側１１Ａに流れてくる気体のほとんど全てを反応空間１３に導くことができ、反応空間１３でさらに効率的に二酸化炭素を回収することができることで坑内１１の二酸化炭素濃度の上昇をさらに効率的に抑制することができる。また、例えば噴霧部４が反応空間１３と車両通路１４とが区画される奥側端部（型枠１２の奥側１２Ｂ）よりもさらに奥側１１Ｂに設けられていた場合であっても、本実施例の環境制御システム１は、車両通路１４の内部において奥側１１Ｂから手前側１１Ａに向かって第１ファン３から送られた気体に乗って酸化カルシウムを含む水溶液Ｌなどが流入することを特に効果的に抑制でき、車両通路１４の内部が泥濘化することを特に効果的に抑制することができる。

なお、上記のように、本実施例では、第２ファン５による手前側１１Ａから奥側１１Ｂに向かう気流Ｂ４の風速が第１ファン３による奥側１１Ｂから手前側１１Ａに向かう気流Ｂ３の風速と同等となるように構成されているが、このような構成に限定されない。第２ファン５による手前側１１Ａから奥側１１Ｂに向かう気流Ｂ４の風速が第１ファン３による奥側１１Ｂから手前側１１Ａに向かう気流Ｂ３の風速以上であれば、車両通路１４の内部に第１ファン３から送られた気体に乗って酸化カルシウムを含む水溶液Ｌなどが流入することを特に効果的に抑制できる。

本実施例では、第２ファン５による手前側１１Ａから奥側１１Ｂに向かう気流Ｂ４により、車両通路１４における奥側１１Ｂの端部（型枠１２の奥側１２Ｂ）にエアカーテンが形成される。このため、第１ファン３による奥側１１Ｂから手前側１１Ａに向かう気流Ｂ３は、このエアカーテンではじき返されて図１中の気流Ｂ５で表されるように、反応空間１３に向かうこととなる。気流Ｂ４によるエアカーテンの効果により、車両通路１４への気流Ｂ３の流入を遮断することで、坑内１１で発生した排ガスなどを反応空間１３に効率的に送り込め、二酸化炭素の回収効率を高めることができる。第２ファン５により車両通路１４の内部の気体を反応空間１３に向かわせることができれば、車両通路１４の内部の二酸化炭素も特に効率的に回収することができる。

ただし、このような構成の環境制御システム１に限定されない。第１ファン３を送風管２の内部の気体を吸引する吸引ファンとし、第１ファン３を駆動することにより、坑内１１において、坑内１１の手前側１１Ａから坑内１１の奥側１１Ｂに向かって送風される構成としてもよい。このような送風方向とすることで、二酸化炭素濃度の低い大気を坑内１１に送ることができ、坑内１１の二酸化炭素濃度の上昇を効率的に抑制することができる。

ここで、本実施例の環境制御システム１は、噴霧部４から噴霧された酸化カルシウムを含む水溶液Ｌとトンネル１０の坑内１１の二酸化炭素とが反応して生成された炭酸カルシウムを回収する回収機構６を備えている。このため、本実施例の環境制御システム１は、車両通路１４だけでなく反応空間１３も泥濘化することを抑制することができる。

具体的には、本実施例の環境制御システム１は、回収機構６として、図１で表されるように、気液分離フィルタ６Ａを備えている。回収機構６として気液分離フィルタ６Ａを備えることで、作業の邪魔になりにくい場所に回収機構６を配置することができる。

さらに、本実施例の環境制御システム１は、回収機構６として、図２で表されるように、液体を受ける受け皿６Ｂを備えている。回収機構６として液体を受ける受け皿６Ｂを備えることで回収機構６を簡単かつ低コストに形成することができる。

また、本実施例のような構成とすることで、トンネル工事現場で発生するスラッジ水を用いて二酸化炭素を回収することが可能になるので、二酸化炭素回収の地産地消が行える
。また、車路や通路である車両通路１４と反応空間１３とを物理的に分けることで、車両通路１４の二酸化炭素濃度が高まることを抑制でき、安全性が高まる。さらに、特殊な機材を用いることなく、簡単に、トンネル１０の坑内１１の大量の気体から二酸化炭素を回収することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。

１…環境制御システム、２…送風管、３…第１ファン、４…噴霧部、５…第２ファン、６…回収機構、６Ａ…気液分離フィルタ、６Ｂ…受け皿、１０…トンネル、１１…坑内、１１Ａ…手前側、１１Ｂ…奥側、１２…型枠、１２Ａ…手前側、１２Ｂ…奥側、１３…反応空間、１４…車両通路、２０…車両、Ｌ…酸化カルシウムを含む水溶液

Claims

トンネルの坑内に配置される送風管と、
前記送風管に気流を発生させる第１ファンと、
前記坑内に配置され、酸化カルシウムを含む水溶液を噴霧する噴霧部と、
を備え、
前記坑内の少なくとも一部は、型枠により、前記噴霧部から噴霧された前記酸化カルシウムを含む水溶液が前記坑内の二酸化炭素と反応するための空間である反応空間と、前記噴霧部から噴霧された前記酸化カルシウムを含む水溶液が至ることが抑制される車両通路と、に区画されていることを特徴とする環境制御システム。
請求項１に記載の環境制御システムにおいて、
前記第１ファンを駆動することにより、前記坑内において、前記坑内の奥側から前記坑内の手前側に向かって送風され、
前記車両通路内部において前記手前側から前記奥側に向かって送風する第２ファンを備えることを特徴とする環境制御システム。
請求項２に記載の環境制御システムにおいて、
前記第２ファンは、前記車両通路における前記奥側の端部における前記第２ファンによる前記手前側から前記奥側に向かう気流の風速が、前記車両通路における前記奥側の端部における前記第１ファンによる前記奥側から前記手前側に向かう気流の風速以上となるように構成されていることを特徴とする環境制御システム。
請求項１から３のいずれか１項に記載の環境制御システムにおいて、
前記噴霧部から噴霧された前記酸化カルシウムを含む水溶液と前記坑内の二酸化炭素とが反応して生成された炭酸カルシウムを回収する回収機構を備えることを特徴とする環境制御システム。
請求項４に記載の環境制御システムにおいて、
前記回収機構は、気液分離フィルタであることを特徴とする環境制御システム。
請求項４に記載の環境制御システムにおいて、
前記回収機構は、液体を受ける受け皿であることを特徴とする環境制御システム。