JPH04309700A - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車用道路トンネル
の換気を効果的に制御するトンネルの換気制御装置に関
するものである。

【０００３】

【従来の技術】道路トンネルは、自動車の排気ガスによ
ってトンネル内が汚染されるので、長いトンネルや交通
量の多いトンネルでは、汚染濃度を許容値以下に維持す
るために換気が行われている。現在、道路トンネルの換
気方式は縦流換気方式が主流であり、縦流換気方式のト
ンネルでは車道そのものを換気ダクトとして車道に換気
風を流し、汚染物質の希釈を行っている。換気風を流す
ための装置としては、車道の天井に設置されたジェット
ファンが多く使用されている。

【０００４】換気制御の対象となるのは、煤煙濃度や一
酸化素濃度（ＣＯ濃度）である。煤煙濃度が高くなると
視界が低下するので、安全な走行環境を確保するには煤
煙濃度をある値以下に維持する必要がある。なおトンネ
ルでは通常、煤煙濃度を測定するのではなく、光の透過
率を測定し、その透過率を換気制御の対象としている。 この透過率は、煙霧透過率とかＶＩ値と呼ばれており、
ＶＩ値はＶＩ計によって測定される。

【０００５】従来の換気制御では、ＶＩ値の目標値また
は目標値の範囲を設定し、ＶＩ値を目標値近く、あるい
は目標の範囲内に維持するように測定ＶＩ値に基づいた
フィードバック制御が行われることが多い。フィードバ
ック制御の方法としては、ＰＩＤ（比例・積分・微分）
制御を用いる方法や、ＶＩ目標域の上側と下側に数段階
のレベル値を設定し、その設定レベルをＶＩ値が超えた
時に換気ファンの台数や風量の増減操作を行ってＶＩ値
を目標領域内に制御する方法などがある。

【０００６】ＶＩ値を許容値範囲に制御すれば、ＣＯ濃
度を許容濃度以下に維持できるので、通常はＶＩ値を主
体に制御が行われており、ＣＯ濃度については異常に濃
度が高くなって設定された上限値を超えた時に割り込み
制御を行うのが普通である。

【０００７】また対面交通の縦流換気式のトンネルでは
、両坑口から車両が進入してくるので車道内の風速が乱
れ易く、風速の低下がＶＩ値の低下につながるのでＶＩ
値の制御の他に風速の制御を行うことが多い。この場合
は、車道内に風向風速計を設け、風速の設定方法として
は、汚染濃度を許容値以下に維持するのに必要な車道内
の風速目標値を予測交通量に基づいてモデル式から計算
して設定する方法や、一定の目標値を予め手動で設定し
ておく方法などがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】トンネル換気プロセス
では、プロセスの時定数および無駄時間が長く、換気機
を操作してからその効果がＶＩ値の変化として現れるま
でに５分程度以上を必要とすることが多い。従って、Ｖ
Ｉ値に基づくフィードバック制御を短周期で実行するこ
とはむづかしく、急激なＶＩ値の低下を防ぐことが困難
であり、特に、急激に交通量が増加する時間帯や大型車
の車群が通過することの多い時間帯は、ＶＩ値の悪化頻
度が高くなる。

【０００９】またＶＩ値の他に風速のフィードバック制
御を行っているトンネルで、風速目標値を予測交通量か
らモデル式に基づいて算出している場合、急激な交通量
増加のある時間帯や、交通量は少ないが大型車が車群と
なって通過することが多いような時間帯には、交通量の
正確な予測ができないので適切な目標風速の設定も困難
である。

【００１０】ＶＩ悪化頻度を低下させるために、ＶＩ目
標値や風速目標値を常に高めに設定することも行われて
いるが、その場合は必要以上に換気機を運転する時間帯
が長くなるので電力消費の点で経済的な運転とは言いが
たい。

【００１１】本発明は上記の問題を考慮してなされたも
ので、汚染濃度の悪化頻度を抑え、かつ所要電力の点で
も経済的な換気機の運転を実現できる合理的なトンネル
の換気制御装置を提供することを目的としている。 ［発明の構成］

【００１２】

【課題を解決するための手段と作用】上記の目的を達成
するために本発明は、トンネル内の汚染濃度を計測する
汚染濃度計測手段の計測値とトンネル内の風速を計測す
る風速計測手段の計測値に基づいてトンネル内に設置さ
れている換気機を操作し、汚染濃度を制御するトンネル
の換気制御装置において、汚染濃度計測手段の計測値か
ら汚染濃度の悪化頻度の高い時間帯を検出する汚染濃度
悪化時間帯検出手段と、汚染濃度悪化時間帯検出手段で
検出された時間帯について風速目標値の補正量を設定す
る風速目標値補正量設定手段と、予め設定された風速目
標値に風速目標値の補正量を加算した値と予め設定され
た汚染濃度目標値と風速計測手段の計測値と汚染濃度計
測手段の計測値とを入力して風速制御偏差と汚染濃度制
御偏差を算出する制御偏差演算手段と、制御偏差演算手
段で算出された風速制御偏差と汚染濃度制御偏差に基づ
いて汚染濃度を目標値に近づけるように換気機の操作量
を演算するフィードバック制御演算手段とを備え、汚染
濃度計測手段で計測したトンネル内汚染濃度の計測値を
汚染濃度悪化時間帯検出手段に入力して汚染濃度の悪化
頻度の高い時間帯を検出し、風速目標値補正量設定手段
では上記検出された時間帯については風速目標値に対し
て正の補正量を設定し、上記の時間帯以外については補
正量を零とし、制御偏差演算手段では、風速および汚染
濃度の計測値を取り込み、補正された風速目標値および
汚染濃度目標値からのそれぞれの制御偏差を算出し、フ
ィードバック制御手段では、上記算出された風速制御偏
差および汚染濃度制御偏差に基づいて汚染濃度を目標値
に近づける換気機に対する制御出力を演算し、これによ
って汚染濃度の悪化頻度を低減させると共に、換気機の
電力消費を低減させるようにしたものである。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を図１に示す。図２は本発
明が適用される道路トンネルの概略構成を示したもので
ある。図２において、道路トンネル１は対面交通で、坑
口１ａと両坑口１ｂの両坑口からトンネル内に車両が進
入してくる。換気機としては、ジェットファン２−１〜
２−ｎが設置されており、このジェットファンにより坑
口１ａから坑口１ｂの方向に換気風を流している。風速
計３の計測値とＶＩ計４−１〜４−３の計測値は換気制
御装置５に取り込まれ、換気制御装置５ではＶＩ値を目
標値近くに維持するようにジェットファン２−１〜２−
ｎに対して運転停止の制御信号を出力している。

【００１４】図１は本実施例の制御機能構成を示したも
ので、汚染濃度計測手段６がＶＩ計４−１〜４−３に対
応し、風速計測手段７が風向風速計３に対応している。 また汚染濃度悪化時間帯検出手段８、風速目標値補正量
設定手段９、および制御偏差演算手段１０とフィードバ
ック制御演算手段１１が図２の換気制御装置５に組み込
まれている。換気制御装置５はマイクロコンピュータや
ミニコンピュータにより実現される。トンネル換気プロ
セス１２は、換気機およびトンネル内の換気現象をまと
めて表示したものである。

【００１５】図１において、汚染濃度計測手段６（ＶＩ
計）で計測された汚染値（ＶＩ値）は定周期で汚染濃度
悪化時間帯検出手段８に与えられ、汚染濃度悪化時間帯
検出手段は１時間単位でＶＩ値の悪化回数をカウントす
る。ＶＩ悪化の判定は、ＶＩ値がある設定値を一定時間
以上継続して下回ったときＶＩ悪化と判定する。ＶＩ悪
化回数を１時間単位で数日間分積算し、悪化回数がある
設定された回数より多い時間帯をＶＩ悪化時間帯と判定
する。また平日と休日では悪化の時間帯が異なることが
あるので、その場合は区別して悪化時間帯を判定する。

【００１６】風速目標値補正量設定手段９は風速目標値
に対する補正量を設定する機能であり、汚染濃度悪化時
間帯検出手段８で検出された悪化時間帯に対して予め設
定された補正量を設定し、悪化時間帯以外の時間帯に対
しては補正量をゼロとする。また悪化時間帯に対する補
正方法としては補正量を一定値として設定する方法や、
補正量を数段階に分けて悪化回数のレベルに応じて異っ
た段階を設定する方法などを用いることができる。

【００１７】図３は汚染濃度悪化時間帯の検出例と、そ
れに対する風速目標値の補正例を示したもので、上側が
１時間単位のＶＩ悪化回数を積算したグラフ、下側が風
速目標値を示すグラフである。この例では、ＶＩ悪化回
数がＮｍａｘ　以上の時間帯の汚染濃度悪化時間帯とし
ており、７〜９時と１７〜２０時が汚染濃度悪化時間帯
となっている。ＶＩ悪化時間帯には、下側のグラフに示
すように、風速の目標値を高くするように補正している
。なお、補正前の風速目標値は２４時間一定である。

【００１８】制御偏差演算手段１０は、風速目標値に補
正量を加えた値、汚染濃度目標値（ＶＩ目標値）、汚染
濃度計測手段６（ＶＩ計）の計測値、および風速計測手
段７（風向風速計）の計測値を入力し、風速制御偏差Δ
ＶｒとＶＩ値制御偏差ΔＶＩを下式を用いて計算する。 　　ΔＶｒ　＝Ｖｒｒｅｆ＋ΔＶｒｒｅｆ−Ｖｒ　　　
ΔＶＩ＝ｍａｘ（ＶＩｒｅｆ１−ＶＩ１　，ＶＩｒｅｆ
２−ＶＩ２　，ＶＩｒｅｆ３−ＶＩ３　）ここで　　Ｖ
ｒｒｒｅｆ　：風速目標値［ｍ／ｓ］ΔＶｒｒｅｆ：風
速目標値補正量［ｍ／ｓ］Ｖｒ　　　　　：風速計測値
［ｍ／ｓ］ΔＶｒ　　　：風速制御偏差［ｍ／ｓ］ＶＩ
ｒｅｆｉ：第ｉＶＩ計に対するＶＩ目標値［％］ＶＩｉ
　　　：第ｉＶＩ計の計測値［％］ΔＶＩ　　：ＶＩ制
御偏差［％］

【００１９】フィードバック制御演算手段１１は、上記
制御偏差演算手段１０で算出された風速制御偏差ΔＶｒ
とＶＩ制御偏差ΔＶＩを入力し、ＶＩ値を目標値に近づ
けるようにジェットファンの運転台数を演算し、ジェッ
トファンに対して制御出力を行う。このフィードバック
制御演算手段の演算方法としては種々の方法があり、例
えば、特願昭６２−３０９９６８「道路トンネルの換気
制御装置」に記載されている方法（ファジィ制御）を用
いることが可能である。

【００２０】上述のように本実施例では、ＶＩ値の悪化
しやすい時間帯を自動的に検出し、その時間帯について
のみ車道内風速の目標値を高めに補正するようにしてい
るので、ＶＩ値の悪化頻度を従来より低減でき、さらに
悪化時間帯以外では無駄に換気機を運転しないので電力
消費の点でも経済的な制御が実現できる。

【００２１】なお上記の実施例では、換気機としてジェ
ットファンだけが設置されているトンネルの場合を説明
したが、集塵機や立坑のあるようなトンネルに対しても
図１に示す制御機能構成を適用することが可能であり、
特に本発明の最も重量な機能である汚染濃度悪化時間帯
検出機能および風速目標値補正量設定機能はそのまま利
用することが可能である。

【００２２】また、汚染濃度悪化時間帯に対して、風速
目標値の補正の代りに、汚染濃度目標値の補正を行うこ
とも可能であり、この場合の補正量の設定方法としては
、風速の補正の場合と同様に、一定の補正量を設定する
方法や、数段階の補正量を換気制御装置を記憶しておき
汚染濃度悪化回数のレベルに応じて異る段階の補正量を
設定する方法などを用いることができる。なおこの場合
の補正は汚染濃度目標値が補正前より低くなるようにす
る。このように汚染濃度目標値を補正する方法を用いる
場合にも、悪化時間帯の汚染磨度目標値が低くなるよう
に補正されるので、汚染磨度が悪化レベルまで上がりに
くくなり、汚染濃度の悪化頻度を従来より低減すること
が可能となる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、汚
染濃度の悪化しやすい時間帯を自動的に検出し、その時
間帯についてのみ車道内風速の目標値を高めに補正する
ようにしたので、ＶＩ値の悪化頻度を従来より低減でき
ると同時に悪化時間帯以外では無駄に換気機を運転しな
いので所要電力の点でも経済的な制御を可能とするトン
ネルの換気制御装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるトンネルの換気制御装置の一実施
例を示す機能構成図。

【図２】本発明の対象となる道路トンネルの概略構成を
示す図。

【図３】汚染濃度悪化時間帯の検出例と風速目標値の補
正例を示すグラフ図。

【符号の説明】

１…道路トンネル、２−１〜２−ｎ…ジェットファン、
３…風向風速計、４−１〜４−３…ＶＩ計、５…換気制
御装置、６…汚染濃度計測手段、７…風速計測手段、８
…汚染濃度悪化時間帯検出手段、９…風速目標値補正量
設定手段、１０…制御偏差演算手段、１１…フィードバ
ック制御演算手段、１２…トンネル換気プロセス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　トンネル内の汚染濃度および風速を検
   出し、検出された汚染濃度を設定された目標汚染濃度と
   比較すると共に、検出された風速を設定された目標風速
   と比較し、これらの偏差に応じてトンネルの換気機の運
   転を制御するトンネルの換気制御装置において、検出さ
   れた汚染濃度の時間的分布から各々時間帯における汚染
   濃度の悪化頻度を積算して統計的な汚染濃度悪化時間帯
   を算出する汚染濃度悪化時間帯検出手段と、上記時間帯
   ごとに上記風速目標値を所定の補正量だけ高める風速目
   標値補正量設定手段を備えたことを特徴とするトンネル
   の換気制御装置。