JPH01247700A - 道路トンネルの換気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、換気風量を調整することにより道路トンネル
内の汚染濃度が予め設定される目標値となるように制御
する道路トンネルの換気制御装置に関する。

（従来の技術） 道路トンネルでは、自動車の排気ガスによってトンネル
内が汚染されるため汚染濃度を許容値以下に維持するよ
うに換気が行われている。汚染物質には各種あるが、一
般には煤煙濃度と一酸化炭素濃度（以下ＣＯ濃度と呼ぶ
）に対して制御が行われる。

換気方式の一つである緩流換気方式は交通流と平行に換
気風を一方の坑口から他方の坑口へ換気風を流す方式で
ある。この方式では上流側の汚染物質が下流側に移流す
るため下流側はど濃度が高くなる。したがって近年の長
大トンネルでは換気風を流すジェットファンの他に、ト
ンネルの途中で煤煙を除去する電気集塵機を設置するも
のが多くなってきている。

汚染濃度が高くなる時にはほとんどの場合、ＣＯ濃度よ
り先に煤煙濃度が許容値に達するので、通常は煤煙濃度
に対して制御が行われ、ＣＯａ度については一定値以上
になった時に割り込み的に制御が行われる。

電気集塵機付きの縮流換気方式トンネルに対して従来か
ら試みられて来た煤煙に対する制御装置の構成例を第５
図に示す。第５図において、符号１がトンネルであり、
換気装置としては電気集塵機２とジェットファン３（４
台）が設置されている。電気集塵機２は前述したように
煤煙を除去するためのもので、処理風量を連続的に変え
ることができる。

煤煙濃度は一般に煙霧透過率（％）（以下、ＶＩ値と呼
ぶ）として計測される。ＶＩ値は１００（％）に近いほ
ど視界が良く煤煙濃度が低いことを意味する。このＶＩ
値を計ｎ１する装置が煤煙濃度計Ｋｌｊ計（以下、ＶＩ
計ともいう）４ａ。

４ｂである。第５図に示すように西側坑口から東側坑口
方向に換気が行われ、電気集塵機２が１か所に設置され
ている場合、定常的には煤煙濃度のピークが電気集塵機
２の直前と東側坑口の直前に現われるので、これらの地
点にれぞれＶｌ計４ａ。

４ｂが設置されるのである。

集塵機風量制御装置５０は、設定された目標値とＶｌ計
４ｂの計測値の偏差に基づいて、Ｖｌ計４ｂの計測値■
Ｉ２を目標値近くに維持するために電気集塵機２の処理
風量を制御する。集塵機風量制御にはＰＩＤ制御や、−
度風量を操作したらその効果がＶｌ計４ｂの計測値■Ｉ
２に現われるまでの時間（以下効果待ち時間と呼ぶ）だ
け待って次の操作を行う制御方法等が行われている。ま
たＶｌ計４ａの計測値Ｖ　Ｉ　ｔを制御するためにジェ
ットファン台数制御装置６０がある。ジェットファン台
数制御は、Ｖ■計４ａの計ｎ１値Ｖ１１が設定された範
囲内に入るようにジｘ　ットファンの運転台数を増減さ
せる。この制御にはほとんど前述の効果待ち時間を持た
せた方法が採用されている。

電気集塵機２からＶＩ計４ｂまでは一般に数百ｍ以上離
れている。煤煙は車道風速と同程度の速度で下流に移動
すると考えられるので、電気集塵機２の風量を制御した
ことによるＶＩ値の変化がＶｌ計４ｂによって検出され
るまでにはかなりの時間がかかる。例えば、９００ｍの
距離があり車道風速が３ｍ／ｓｅｅの時には５分もかか
ってしまう。またジェットファンを操作することによっ
て西側坑口からの新鮮空気の流入量が変化するが、それ
によるＶＩ値の変化がＶｌ計４ａに達するまでにも前記
集塵機の場合と同程度の時間がかかる。

このようにトンネルの換気プロセスは非常にむだ時間が
大きいために前述の効果待ち時間を持った制御がよく行
われている。

（発明が解決しようとする課題） 一般に、トンネルの換気プロセスでは、むだ時間が車道
風速によって大きく変化する。車道風速が半分になれば
むだ時間はほぼ２倍になってしまうのである。一方交通
の場合、車道風速はＯｍ／Ｓｅｅから１０ｍ／ｓｅｅ近
くまで変化するのでむだ時間の変化も非常に大きい。

しかし従来のトンネル換気制御では、むだ時間の変化に
合わせてＰＩＤのパラメータや効果待ち時間等の制御パ
ラメータを自動的に変更することは行われていなかった
。そして安定性を確保するためにむだ時間の大きい場合
に合わせて制御パラメータを設定するごとが多かった。

このため応答が遅くなり、しばしば汚染濃度が許容値を
超えてしまうという問題があった。

本発明は上記問題点を考慮してなされたものであって、
道路トンネル内の汚染濃度を精度良く、安定に維持する
道路トンネルの換気制御装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明による道路トンネルの換気制御装置は、換気手段
によって換気が行われる道路トンネル内の汚染濃度を計
測する汚染濃度計測手段と、道路トンネル内の風速を計
測する風速計Δｐ＋手段と、この風速計測手段の計１１
１１ｊ値に基づいて道路トンネル内の換気プロセスのむ
だ時間を推定するむだ時間推定手段と、汚染濃度計測手
段によって計測された道路トンネル内の汚染濃度が予め
設定された目標値となるように、推定されたむだ時間に
基づいて換気手段を操作して換気風量を制御する換気風
量制御手段とを備えていることを特徴とする。

（作　用） このように構成された本発明による道路トンネルの換気
制御装置によれば、風速計測手段の計測値に基づいて道
路トンネル内の換気プロセスのむだ時間がむだ時間推定
手段によって推定される。

そして、この推定されたむだ時間に基づいて換気手段を
操作して計測された汚染濃度が予め設定された目標値と
なるように換気風量が換気風量制御手段によって制御さ
れることにより道路トンネル内の汚染濃度は精度良く、
安定に維持されることになる。

（実施例） 本発明による道路トンネルの換気制御装置（以下、換気
制御装置という）の第１の実施例を第１図、第２図、お
よび第３図を用いて説明する。この第１の実施例の換気
制御装置の構成を第１図に示す。第１図において、符号
１が道路トンネル、符号２が電気集塵機、符号３がジェ
ットファン（４台）、符号４ａ、４ｂが汚染濃度計測計
（ＶＩ計）、符号５が風速計を示す。換気方向は西側坑
口から東側坑口の方向である。また西側坑口からＶｌ計
４ａまでの距離をｆｌ　１（ｍ）　、電気集塵機２から
Ｖｌ計４ｂまでの距離をｌ’ｚ（ｍ）とする。

符号６はむだ時間推定手段であって、風速計５の計測値
ｖ　　（、ｍ／ｓｅｅ　）に基づいて、電気集塵「 機２から下流側の換気プロセスのむだ時間”Ｌ２（ｓｅ
ｅ　）を によって推定する。ただし、ｋ２はむだ時間補正係数で
ある。

符号７は集塵機風量制御手段７であって、ＶＩ計４ｂの
計測値ＶＩ２（％）を予め設定された目標値Ｖｌ　　　
（％）近くに維持するために、上記ｒｃｆ 推定されたむだ時間”Ｌ２に基づいて電気集塵機２の風
量を増減させる。

符号８はむだ時間推定手段であって、風速計５の計１１
１１値Ｖ　　（ｍ／５ｅｅ）に基づイテ、電気集塵「 機２から上流側の換気プロセスのむだ時間ＴＬ２（ｓｅ
ｅ　）を ｒ によって推定する。ただし、ｋｌはむだ時間補正係数で
ある。

符号９はジェットファン台数制御手段であって、ＶＩ計
４ａの計測値Ｖ１１　（％）を予め設定された目＊１ｉ
ａＶＩ　　　（％）近くに維持するために、１ｒｅ（’ 上記推定されたむだ時間ＴＬｌに基づいてジェットファ
ンの運転台数を増減させる制御を行う。

次に第２図および第３図を用いて第１の実施例の作用を
説明する。第２図は第１図に示した第１の実施例の集塵
機風量制御の系統図である。第２図において、集塵機風
量制御手段７は加算手段７ａ、７ｅと、不感帯処理手段
７ｂと、ゲイン乗算手段７ｃと、効果待ち処理手段７ｄ
とを有している。トンネルの換気プロセス１３において
、Ｖｌ計４ｂによって計測された計測値ｖ１２　（％）
と目標値Ｖｌ　　　（％）との制御偏差Δｖ１２２ｒｅ
ｌ’ （％）が加算手段７ａにおいて演算される。二二でΔｖ
Ｉ２は ΔｖＩ２−ｖ１２ｒｅｒ−ｖＩ２　・・・・・・（３）
と表わされる。この演算された制御偏差ΔｖＩ２の大き
さに応じて下記（４）式によって決定される信号ｅ２が
不感帯処理手段７ｂから出力される。

ここでδは不感帯幅と呼ばれる正の数であって、計測値
Ｖｌ　　が目標値■ｌ２ｒｅｆの近くにあるときは、電
気集塵機２の風量を操作しないようにするためのもので
ある。次に、ゲイン乗算手段７Ｃ１；おいて、信号ｅ２
にゲインｋが乗算されて電気集塵機２の補正風量ΔＱ　
　（′Ｗｌ／５ｅｅ）が求められる。

ΔＱ　　＝　Ｋ−ｅ　２　　　　　　・・・・・・（５
）また、むだ時間推定手段６によって電気集塵機２から
下流側の換気プロセスのむだ時間”Ｌ２が求められる。

なお、上記補正風量ΔＱ　およびむだ時間ＴＬ２を求め
る演算は数分程度の定周期で実行される。そして、推定
されたむだ時間”Ｌ２に基づいて効果待ち時間Ｔ　、す
なわち−変風量を操作したらその効果が現われるまでの
時間が効果待ち手段７ｄにおいて求められる。一般に、
効果待ち時間Ｔ　は、むだ時間”Ｌ２にほぼ等しいかま
たは若干大きな値が選定される。そして、効果待ち時間
Ｔ　の決定時からこの効果待ち時間Ｔ。の経過後最初に
推定されるむだ時間ＴＬ２が送出されてくるまでの期間
、補正出力ΔＱ　　（ｒｒｌ／５ｅｅ）（−ΔＱ　）が
効果待ち手段７ｄから出力される。

なお、上記期間中補正出力Ｑ　は一定とする。

そして、この補正出力ΔＱ　と前回の制御タイミングに
おける換気風量Ｑ　との和Ｑ　（尻／５ｅｅ）Ｃ が加算器７ｅにおいて演算される。

すなわち、 である。そして、電気集塵機２の換気風量が制御出力Ｑ
　となるように制御される。

ジェットファン台数制御手段９の制御方法も集塵機風量
制御手段７と同様である。ただし操作量がジェットファ
ンの運転台数であるから制御出力を離散化（実数を四捨
五入等により整数化する）する処理が必要となる。また
台数制御のためにＶｌ値の変動が大きいので、不感帯幅
δも集塵機風量制御手段７の場合より広くする。

第３図（ａ）および（ｂ）は、第２図に示す集塵機風量
制御手段７を用いた場合の集塵機風量制御結果を示すグ
ラフである。第３図（ａ）および（ｂ）のグラフの横軸
はともに時間（１ｎ）を示す。第３図（ａ）のグラフは
ＶＩ計４ｂの計測値ｖＩ２の変化を示すもので縦軸がＶ
ｌ値（％）でアル。ｖｒ　　　−δ〈ｖＩ＜ＶＩ２ｒｏ
ｒ＋６の間２ｒｃｆ　　　　　　　　２ が不感帯である。第３図（ｂ）のグラフは電気集塵機２
の風量の変化を示すグラフで、縦軸が電気集塵機２の風
量Ｑ　（ｍ／ｓｅｅ　）を示す。

集塵機風量制御手段はτ（ａｋｉｎ　）毎に実行されて
いる。時刻ｔ　においてＶｌ　　が■１２ｒｅｌ’−δ
を下回っているので、集塵機風量制御手段７によって電
気集塵機２の風量がΔＱ１だけ増加される。

その後、効果待ち時間Ｔ　ｅ　、（１ｎ）の間は電気集
塵機２の風量は増減されていない。

制御周期の時刻ｔ２においては、効果待ち時間Ｔ　は経
過しているが、計Δｐ１値Ｖ■２は依然としてＶ　Ｉ　
２ｒ。ｒ−δを下回っているので、再び電気集塵機２の
風量をΔＱ２だけ増加させている。その後効果待ち時間
Ｔ。２　（ｌＩｉｎ　）間は効果待ちである。

制御周期の時刻ｔ３においては、効果待ちが終了し、し
かもＶ　Ｉ　２は不感帯の範囲内に入っているので電気
集塵機２の風量は変更されない。

以上述べたことにより第１の実施例によれば道路トンネ
ル内の汚染濃度を精度良く、安定に維持することができ
る。

なお前述の第１の実施例の集塵機風量制御においては、
効果待ち時間を持たせた方法が用いられているが、電気
集塵機２の風量は連続的に操作できるのでＰＩＤ制御や
ＰＩ制御を用いることかできる。この場合、ＰＩＤ制御
の伝達関数は下式の通りである。

Ｇ（ｓ）：ＰＩＤ動作の伝達関数 Ｓ　ニラプラス演算子 Ｋｐ、ＴＩ、Ｔｏ：制御パラメータ そして推定されたむだ時間を用い、集塵機風量制御手段
７において制御パラメータをジーグラ・ニコルスの公式
等で更新する方法が考えられる。ジーグラ・ニコルスの
公式は下記の通りである。

Ｔ、−２Ｌ　　　　　　　　　・・・・・・（９）ＴＤ
−０，５Ｌ　　　　　　　・・・・・・（１０）Ｒ；プ
ロセス反応速度 Ｌ：むだ時間 このようにしても第１の実施例と同様の効果を得ること
ができる。

第４図に本発明による道路トンネルの換気制御装置の第
２の実施例を示す。この実施例の換気制御装置は、縦坑
送排気式のトンネルに用いたものである。排風機１６は
トンネル内の汚染された空気を立坑１５より外に排気す
る。また送風機１７はトンネル外の新鮮な空気を立坑１
５を通してトンネル内に送り込む。

立坑送排気式の場合、通常電気集塵機も併設されるが、
電気集塵機に対する本発明の実施例は前述したので、こ
こでは電気集塵機が停止しているものとする。

排風機風量制御手段２２はＶｌ計１８ａの計測値が設定
された目標値近くになるように排風機１６の風量を制御
する。一方、送風機風量制御手段２３はＶｌ計１８ｂの
計ｉｌＮ値が設定された目標値近くになるように送風機
１７の風量を制御する。

この排風機風量制御手段２２と送風機風量制御手段２３
は、第１図で説明した集塵機風量制御手段７と同様の方
法によって制御する。

また、むだ時間推定手段２０および２１も第１図に示す
第１の実施例のむだ時間推定手段６と同様の方法を用い
て換気プロセスのむだ時間を推定する。むだ時間の推定
方法は以下の通りである。

むだ時間推定手段２０においては、Ｖｌ計１８８から上
流側の換気プロセスのむだ時間ＴＬ３（ｓｅｅ）を下式
により推定する。

ここで、 Ω３　：西側坑口からＶｌ計１８ａまでの距離（ｍ） ｖｒｌ’風速計１９ａにより計測された車道風速（ｍ／
５ｅｅ） ｋ３：むだ時間補正係数 を示す。

また、むだ時間推定手段２１においては、立坑より下流
側換気プロセスのむだ時間’ｌ’　Ｌ４　（ｓｅｅ）を
下式により推定する。

ここで、 ｇ４：立坑からＶｌ計１８ｂまでの距離（ｍ） ■ｒ２：風速計１９ｂにより計測した車道風速（ｍ／ｓ
ｅｅ　） ｋ４：むだ時間補正係数 を示す。

以上により第２の実施例も第１の実施例と同様の効果を
得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、風速計ｎ１手段の計測値に基づいて換
気プロセスのむだ時間を推定し、このむだ時間に基づい
て換気手段を操作して計測された汚染濃度が予め設定さ
れた目標値となるように換気風量を換気風量制御手段に
よって制御することにより道路トンネル内の汚染濃度は
精度良く安定に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による道路トンネルの換気制御装置の第
１の実施例を示すブロック図、第２図は第１図に示す換
気制御装置の集塵機風量制御の制御系統図、第３図は、
第１図に示す換気制御装置の集塵機風量制御の制御結果
を示すグラフ、第４図は本発明による道路トンネルの換
気制御装置の第２の実施例を示すブロック図、第５図は
従来の道路トンネルの換気制御装置を示すブロック図で
ある。 １・・・電気集塵機付きトンネル、２・・・電気集塵機
、３・・・ジェットファン、４ａ、４ｂ・・・Ｖｌ計、
５・・・風速計、６．８・・・むだ時間推定手段、７・
・・集塵機風量制御手段、９・・・ジェットファン台数
制御手段。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 （ｂン ノ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 換気手段によって換気が行われる道路トンネル内の汚染
   濃度を計測する汚染濃度計測手段と、前記道路トンネル
   内の風速を計測する風速計測手段と、この風速計測手段
   の計測値に基づいて前記道路トンネル内の換気プロセス
   のむだ時間を推定するむだ時間推定手段と、前記汚染濃
   度計測手段によって計測された道路トンネル内の汚染濃
   度が予め設定された目標値となるように、前記推定され
   たむだ時間に基づいて前記換気手段を操作して換気風量
   を制御する換気風量制御手段とを備えていることを特徴
   とする道路トンネルの換気制御装置。