道路トンネル換気制御装置

【課題】低濃度脱硝装置のＮＯ₂除去方式には吸収式と吸着式があるが、いずれの方式においても装置のＮＯ₂除去性能を維持するために低濃度脱硝装置を構成する吸収剤または吸着剤を再生処理する必要がある。再生処理の周期はＮＯ₂の処理量によるため、ＮＯ₂を含む空気の処理風量が設備保全のための維持管理コストに大きく影響する。
【解決手段】トンネル空気の排出口より排出するＮＯ₂量が環境基準を満たすように換気装置の処理風量を決定したとき、バイパス用ダンパーの風量を調整することで、低濃度脱硝装置へ流入する風量が最小となるよう制御し、低濃度脱硝装置を構成する吸収剤または吸着剤の再生処理周期の長期化を図る。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル空気の排出口より排出する空気の有害物質を浄化する装置として、電気集じん機、低濃度脱硝装置を備え、かつバイパス用ダンパーを備えた道路トンネルにおける換気制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、道路トンネルにおける換気の目的は、トンネル利用者の安全で快適な通行を確保すること、およびトンネル内における各種の管理業務のための環境を確保することであった。このためには、自動車の排出ガス中に含まれる有害物質が利用者および保守作業員などに生理的な悪影響を与えないようにすること、および良好な視野環境を確保することが必要である。（非特許文献１）。
【０００３】
近年は、トンネル内を走行する車両における環境性能の向上により、車両がトンネル内で排出する有害物質の量は低下しており、トンネル内環境の改善を目的とした換気装置を備えた道路トンネルは減少している。一方、都市交通は周辺の住環境への配慮から地下化が進んでいるが、トンネル空気の排出口より排出する空気に含まれる有害成分である浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）や二酸化窒素（ＮＯ₂）がトンネル空気の排出口周辺における環境に影響を及ぼすことが懸念されている。このようなトンネル空気の排出口より排出する空気に含まれる有害成分を環境基準内に浄化する装置として、ＳＰＭに対しては電気集じん機、ＮＯ₂に対しては低濃度脱硝装置が挙げられる。そのうち低濃度脱硝装置には吸収式および吸着式があり、吸収式はトンネル内の空気に含まれるＮＯ₂をアルカリ性の吸収剤により中和して吸収することにより除去し、一方吸着式はトンネル内の空気に含まれるＮＯ₂を吸着剤により吸着することにより除去する。いずれの方式においても装置の性能を維持するために吸収剤または吸着剤を再生処理する必要があり、再生処理が低濃度脱硝装置の設備保全のための維持管理コストの多くを占める。
【０００４】
また、低濃度脱硝装置のＮＯ₂除去性能を長期に渡り維持するために低濃度脱硝装置の入口側には電気集じん機を設置することが提案されている。（特許文献１）現在、低濃度脱硝装置が備えられた道路トンネルでは低濃度脱硝装置と共に電気集じん機を設置することが一般的である。
【０００５】
低濃度脱硝装置を含む窒素酸化物除去装置の運転制御については、排風機やジェットファンなどの換気機の運転または停止などの状態により窒素酸化物濃度が最も高くなると考えられるトンネル内の複数の位置に窒素酸化物除去装置を設置して運転制御する方法が提案されている。（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１２７４００号公報
【特許文献２】特開２００８−５７１６８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】社団法人日本道路協会編集，“道路トンネル技術基準（換気編）・同解説平成２０年改訂版”，丸善株式会社，平成２０年，Ｐ１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されたような構成において、車両の排出するＳＰＭ量とＮＯ₂量の違いとＳＰＭ量とＮＯ₂量に対する環境基準の違いにより、電気集じん機と低濃度脱硝装置に要求される処理風量は必ずしも同一とならない。また、特許文献２に記載されたような運転制御においては、トンネル空気の排出口より排出する空気のＳＰＭ除去や低濃度脱硝装置を構成する吸収剤や吸着剤の再生処理周期に対する考慮がされていないことから、低濃度脱硝装置の設備保全のための維持管理コストをより低減することができない。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するため、トンネル空気の排出口より排出する空気の有害物質を浄化する装置として電気集じん機および低濃度脱硝装置を備えたトンネルにおいて、低濃度脱硝装置の性能を長期に渡り維持し、低濃度脱硝装置を構成する吸収剤または吸着剤の再生処理周期の長期化を図るための換気制御を行う道路トンネル換気制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の道路トンネル換気制御装置における電気集じん機および低濃度脱硝装置を含む換気装置の制御は、上記課題を解決するためトンネル空気の排出口より排出されるＳＰＭ量およびＮＯ₂量が環境基準より決定され道路トンネル換気制御装置において設定されるしきい値より小さくなるような換気装置の処理風量のうち、バイパス用ダンパーの風量を調整することで、低濃度脱硝装置へ流入する風量が最小となるように制御する換気制御方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、低濃度脱硝装置の性能を長期に渡り維持し、低濃度脱硝装置を構成する吸収剤または吸着剤の再生処理周期の長期化を図ることができ、低濃度脱硝装置の維持管理コストをより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に記載の換気装置の構成図
【図２】同車両台数予測ブロック図
【図３】同電気集じん機処理風量算出フローチャート
【図４】同脱硝装置処理風量算出フローチャート
【図５】同換気装置の設置例を示す図
【図６】同換気装置の他の設置例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明における換気装置５０の構成である。図１によれば、換気装置５０は電気集じん機１、脱硝装置２、バイパス用ダンパー３、ファン４および換気風路５で構成される。換気装置５０に流入する空気６は、電気集じん機１でＳＰＭを除去され、脱硝装置２に流入する空気７とバイパス用ダンパー３に流入する空気８に分けられる。脱硝装置２に流入する空気７は、脱硝装置２でＮＯ₂を除去された後、バイパス用ダンパー３に流入する空気８と合流し、ファン４により換気装置５０より流出する空気６ｂとして排出される。
【００１５】
図２は、車両台数予測ブロック図である。図２によれば、トンネル坑口付近に設けられる車両台数計測装置１０より得られる車両台数の実測データは、車両台数データベース１１に大型車および小型車の車種別に時系列データとして蓄積される。この車種別の時系列データと実測された直近車両台数データ１２より自己回帰モデルやパターンマッチの手法を用いて車種別の予測車両台数１３を算出する。ＳＰＭ量またはＮＯ₂量はこの車種別の予測車両台数を用いて算出する。
【００１６】
図３は、電気集じん機１の処理風量算出フローである。図３によれば、まず、車種別の予測車両台数を用いてトンネル内に排出するＳＰＭ量を算出する。そして、電気集じん機１の処理風量を一定風量ごと段階的（図３の場合には２５ｍ³／ｓごと）に増加させたとき、換気装置５０より流出する空気６ｂに含まれるＳＰＭ量を算出する。この空気６ｂに含まれるＳＰＭ量が、環境基準を基に道路トンネル換気制御装置で設定されるＳＰＭしきい値より小さくなるときの電気集じん機１の最小の処理風量を求めるのである。この処理風量によりファン４を運転するのである。なお、図３によれば、電気集じん機１の処理風量を２５ｍ³／ｓごとに算出しているが、これは電気集じん機１の最大処理風量より決定すればよい。
【００１７】
また、車両が排出するＳＰＭ量は以下の式で算出される。

車両が排出するＳＰＭ量＝（大型車車両台数×大型車ＳＰＭ排出係数＋
小型車車両台数×小型車ＳＰＭ排出係数）×トンネル長

ここで、大型車ＳＰＭ排出係数、小型車ＳＰＭ排出係数は環境影響評価等で使用される値を基に道路トンネル換気制御装置で設定される値であり、車両１台当たりが単位距離を走行したときに排出する値とする。
【００１８】
また、換気装置５０より流出する空気６ｂに含まれるＳＰＭ量は以下の式で算出される。

換気装置５０から排出するＳＰＭ量＝車両が排出するＳＰＭ量×（１−ｋｅｐ）

ここで、ｋｅｐは電気集じん機１のＳＰＭ捕集係数を示す。
【００１９】
図４は、脱硝装置２の処理風量算出フローである。図４に示すとおり、まず、車種別の予測車両台数を用いてトンネル内に排出するＮＯ₂量を算出する。そして、脱硝装置２の処理風量を一定風量ごとに段階的に増加させたとき、換気装置５０より流出する空気６ｂに含まれるＮＯ₂量を算出する。この空気６ｂに含まれるＮＯ₂量が、環境基準を基に換気装置５０で設定されるＮＯ₂しきい値より小さくなる最小の脱硝装置２の処理風量を求めるのである。なお、図４によれば、脱硝装置２の処理風量を２５ｍ³／ｓごとに算出しているが、これは脱硝装置２の最大処理風量より決定すればよい。
【００２０】
また、車両が排出するＮＯ₂量は以下の式で算出される。

車両が排出するＮＯ₂量＝（大型車車両台数×大型車ＮＯ₂排出係数＋
小型車車両台数×小型車ＮＯ₂排出係数）×トンネル長

ここで、大型車ＮＯ₂排出係数、小型車ＮＯ₂排出係数は環境影響評価等で使用される値を基に換気装置５０で設定される値であり、車両１台当たりが単位距離を走行したときに排出する値とする。また、換気装置５０より流出する空気６ｂに含まれるＮＯ₂量は以下の式で算出される。

換気装置５０より排出するＮＯ₂量＝
トンネル内ＮＯ₂量／電気集じん機１の処理風量×
｛脱硝装置２の処理風量×（１−ｋｎｏ）＋バイパス用ダンパー３の風量｝

ただし、電気集じん機１の処理風量＝脱硝装置処理風量＋バイパス用ダンパー風量

ここで、ｋｎｏは脱硝装置２のＮＯ₂除去係数を示す。
【００２１】
図５は、トンネル本坑２０に電気集じん機１ａ、低濃度脱硝装置２ａおよびファン４ａを設置した換気装置５０ａの構成例である。バイパス用ダンパー（図示せず）は図１と同様、低濃度脱硝装置２ａと並列に設置される。このような換気装置５０ａによれば、トンネル内空気の一部（空気６）が換気装置５０ａに流入し、換気装置５０ａより浄化した空気６ｂとして排出される。このような換気装置５０ａにおいて、図４に示したフローにより低濃度脱硝装置２ａでの処理風量を最小に抑えることができる。
【００２２】
図６は、トンネル本坑２０と別にトンネル排気塔２１を設け、トンネル排気塔２１に電気集じん機１ｂ、低濃度脱硝装置２ｂおよびファン４ｂを設置した換気装置５０ｂの構成例である。バイパス用ダンパー（図示せず）は図１と同様低濃度脱硝装置２ｂと並列に設置される。このような換気装置５０ｂによれば、トンネル内空気を集中的にトンネル排気塔２１に導入することでトンネル内空気を浄化する。そして、換気装置５０ｂより浄化した空気６ｂが排出される。このような換気装置５０ｂによれば、図４で示したフローにより低濃度脱硝装置２ｂでの処理風量を最小に抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、トンネル空気の排出口より排出する空気を浄化する装置として電気集じん機および低濃度脱硝装置が設置された道路トンネルの換気制御に用いることができる。
【符号の説明】
【００２４】
１電気集じん機
１ａ、１ｂ電気集じん機
２脱硝装置
２ａ、２ｂ低濃度脱硝装置
３バイパス用ダンパー
４ファン
４ａ、４ｂファン
５換気風路
６（換気装置に流入する）空気
６ｂ（換気装置より流出する）空気
７（脱硝装置に流入する）空気
８（バイパス用ダンパーに流入する）空気
１０車両台数計測装置
１１車両台数データベース
１２直近車両台数データ
１３予測車両台数
２０トンネル本坑
２１トンネル排気塔

【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内を走行する単位時間当たりの車両台数を予測する手段と、車種ごとのＳＰＭ排出係数を設定する手段と、予測した車両台数にＳＰＭ排出係数を乗じて単位時間当たりにトンネル内で排出されるＳＰＭ量を算出する手段を有する道路トンネル換気制御装置。
【請求項２】
トンネル内を走行する単位時間当たりの車両台数を予測する手段と、ＮＯ₂排出係数を設定する手段と、予測した車両台数にＮＯ₂排出係数を乗じて単位時間当たりにトンネル内で排出されるＮＯ₂量を算出する手段を有する道路トンネル換気制御装置。
【請求項３】
環境基準より決定されるＳＰＭしきい値を設定する手段と、前記単位時間当たりにトンネル内で排出されるＳＰＭ量をトンネル空気の排出口より排出する際にはＳＰＭしきい値より小さくするような電気集じん機の最小処理風量を決定する手段を有する道路トンネル換気制御装置。
【請求項４】
環境基準より決定されるＮＯ₂しきい値を設定する手段と、前記単位時間当たりにトンネル内で排出されるＮＯ₂量をトンネル空気の排出口より排出する際にはＮＯ₂しきい値より小さくするような低濃度脱硝装置の最小処理風量を選択する手段を有する道路トンネル換気制御装置。
【請求項５】
前記ＮＯ₂量がしきい値より小さくするような低濃度脱硝装置の最小処理風量を選択する手段より得られる低濃度脱硝装置の処理風量で制御するため、バイパス用ダンパーの風量を調整することで、低濃度脱硝装置へ流入する風量を制御する手段を有する道路トンネル換気制御装置。

【図１】