長距離道路トンネル用換気制御システム
【課題】 省電力化を可能とし、制御信号に含まれるサージを抑えたインバータ制御によるジェットファン運転を可能とした縦流換気システムを提供する。
【解決手段】 複数のジェットファン１１０が設置される長距離道路トンネル用換気制御システム１００である。長距離道路トンネル２００内に適正間隔で複数のジェットファン１１０配設されている。制御部１３０、変電設備１４０、インバータ１５０をトンネル入口または出口に配設し、ケーブル１６０を敷設する。すべてのジェットファン１１０に対してインバータ１５０によりケーブル１６０を介して同一の可変周波数電力を供給し、一体的にインバータ駆動する。インバータ１５０を入口および出口の２カ所に設置し、入口側のジェットファン１１０と、出口側のジェットファン１１０に分けてインバータ駆動したり、ｎ台のインバータによりジェットファン１１０をｎ系統のグループに分けて制御することも可能である。
【解決手段】 複数のジェットファン１１０が設置される長距離道路トンネル用換気制御システム１００である。長距離道路トンネル２００内に適正間隔で複数のジェットファン１１０配設されている。制御部１３０、変電設備１４０、インバータ１５０をトンネル入口または出口に配設し、ケーブル１６０を敷設する。すべてのジェットファン１１０に対してインバータ１５０によりケーブル１６０を介して同一の可変周波数電力を供給し、一体的にインバータ駆動する。インバータ１５０を入口および出口の２カ所に設置し、入口側のジェットファン１１０と、出口側のジェットファン１１０に分けてインバータ駆動したり、ｎ台のインバータによりジェットファン１１０をｎ系統のグループに分けて制御することも可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長距離道路トンネル用の換気制御システム、特に複数のジェットファンをトンネル内に設置した縦流換気方式による長距離道路トンネルの換気技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路トンネルにおいては、人体に対して有害な自動車のエンジンからの排出物質や塵埃などが浮遊しており、そのままではトンネル内の汚染物質濃度が高まってゆく。そこで、トンネル内の良好な環境を確保するためトンネル内の汚染物質を排気する必要がある。トンネル内の汚染物質を排気するには自然換気力や交通換気力による換気では不十分であり、トンネル内に設置された換気機を用いた強制換気が行われている。
【０００３】
「縦流換気方式」とは、トンネル断面全体を換気ダクトとして利用する方式の換気方式であり、用いる換気装置としては、道路トンネル内の空気をトンネル外に押し出すジェットファン、道路トンネル内の空気を浄化する電気集塵機などがあり、適切にこれらを組み合わせてトンネルの入口から出口に向かう空気流を形成して排気する。道路トンネルの中央付近に立抗を設けて道路トンネル内の空気を道路トンネル外の空気と交換する集中排気方式を組み合わせることもある。 従来の「縦流換気方式」でのジェットファンモータは起動電流が定格電流の数倍の誘導モータである。
短いトンネルであればジェットファンをトンネル入口か出口の１カ所に配設する構成例もあるが、長距離トンネルであれば、複数台のジェットファンを複数個所に配設することとなる。
【０００４】
従来の一般的なジェットファンを用いた縦流換気方式の対面通行道路トンネルを図２８に示す。このトンネル２００は、交通方向が両方向の対面通行トンネルと呼ばれるタイプである。このような対面通行道路トンネル２００では、内部に縦流方向の換気を行なうジェットファンが複数台配設されている。図２８の例ではジェットファン１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの４台が描かれている。長距離のトンネルであればさらに多くの台数のジェットファンを稼働することがあるが、この例では４台としている。
図２８において、対面通行道路トンネル内２００には図右から図左にかけて縦流の空気流Ａが発生し、右から左方向にトンネル内の汚染空気が排気される。換気制御装置によりジェットファンの運転を制御する。
【０００５】
従来の縦流換気方式によるジェットファンを用いた換気制御は、台数ごとにオンオフを切り替えて運転する台数制御が基本である。
図２８の例ではトンネル２００内の入口近く、中央部近く、出口近くの各場所に風向風速計（ＡＶ）がそれぞれ設置されており、排気抗の入口近くには、汚染濃度計である煙霧透過率計（ＶＩ計）、一酸化炭素濃度計（ＣＯ計）が設置されている（図示せず）。ここで、煙霧透過率計（ＶＩ計）は物質中を透過する光の割合から汚染濃度を計測する装置であり、また、一酸化炭素濃度計（ＣＯ計）は一酸化炭素の濃度を測定する装置である。交通量計測装置は対面通行道路トンネル２００内を通過する車の交通量を計測する装置である。このように対面通行道路トンネル２００内部には、例えば、煤煙、一酸化炭素、交通量、風向風速等の環境成分値を測定する環境成分測定器が設置されている。
【０００６】
従来のジェットファンを用いた縦流換気方式では、対面通行道路トンネル２００内部の風向風速計、煙霧透過率計、一酸化炭素濃度計、交通量計測装置から得られた各種環境成分値に基づいて、換気制御装置（図示せず）により対面通行道路トンネル２００内部に設置されたジェットファン１０ａ〜１０ｄの運転台数を調整することが行われている。すなわち、トンネル内に設置している各種センサ類の計測結果などに基づいて、必要な換気量を確保するのに必要な台数だけジェットファン１０ａ〜１０ｄを運転し、これによって汚染物質濃度を予め設定されている許容値以下にして、トンネル利用者の安全性、快適性を確保している。
このように、従来の対面通行トンネルでは費用対効果からジェットファンの運転台数をオンオフで切り替えることにより、台数運転制御を行っている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１９２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の縦流換気方式には以下の問題があった。
第１の問題は、従来のジェットファンを用いた台数制御の換気方式では電力量が大きくなってしまうという問題である。従来の対面通行トンネルでは費用対効果から台数運転が採用されてきた。
図２９は、従来のジェットファンの台数運転時における、ジェットファン全体の吹き出し風速とジェットファン全体の消費電力との関係を示す図である。ジェットファンを台数運転しつつ、トンネル内に必要となるジェットファンの吹き出し風速を得るためには、図２９に示すようなジェットファンの稼働台数を確保する必要があり、ジェットファン全体の消費電力は階段状に変化するものとなってしまい、ジェットファン全体の消費電力量が最適なものとならないという問題があった。
また、トンネル内に設置したセンサ類の計測値を基にしたフィードバックによる後追い制御となると過剰換気、換気不足となるケースが多いのが実情である。つまり、対面通行トンネルの縦流換気方式は一定せず複雑な交通換気力や自然風の影響でＶＩ値やＣＯ値が変動しやすいため換気制御が頻繁に変更されるため換気制御電力量が大きくなってしまうという問題がある。
交通換気力については、対面通行トンネルでは走行車両による換気力は期待できず、逆に換気上の抵抗として考えられる場合が多かった。また、ＶＩ、ＣＯのフィードバックが主流ということで交通量計なども設置されず交通換気力を把握できない場合が多かった。
自然風は換気方向に対して順風であったり、逆風であったりするため、換気動力費に大きな影響を与えることは知られていたが、トンネル周辺の気象状況によって風向や風速が常に変化しているため、自然換気力の積極的な利用は困難であり、あくまで機械換気が主で自然風は従と考えられてきた。こうして補助的に利用する場合も、自然風の把握には、トンネル両坑口に微気圧計を設置する必要があり、初期費用ならびに保守費用が増大するという問題があった。
【０００９】
第２の問題は、トンネルのように制御信号や電力を長距離伝送する場合、信号や電力波形に高電圧のサージが増大するという問題である。通常の一般の駆動制御においてもサージという問題は知られているが、通常の一般の駆動制御では制御対象が比較的近い場合が殆どである。しかし、トンネルという制約された特殊な空間においてジェットファンを駆動するため、制御信号や電力を長距離に伝送するという特殊な環境が生じる。そのため信号送出端と制御要素の間にインピーダンス整合がとりにくくなり、信号や電力に高電圧のサージが増大するという問題が発生する。サージは正常駆動電圧の約２倍の高電圧成分を含むため、絶縁破壊や機能劣化などの影響を与えてしまう。特に、トンネルが長距離になればジェットファンに対する制御信号や電力の長距離伝送が必要となり、サージの問題が大きくなる。
【００１０】
上記問題点に鑑み、本発明は、省電力化を可能とし、制御信号や電力に発生するサージを抑えたインバータ制御によるジェットファン運転を可能としたトンネル換気制御システムを提供することを目的とする。
また、本発明は、上記トンネル換気制御システムの一形態として、インバータと複数のジェットファンを接続する構成においてケーブル敷設量の節約、ケーブル敷設作業の省力化ができる構成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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明にかかるトンネル換気制御システムは、
複数のジェットファンが設置される長距離道路トンネル用換気制御システムであって、
前記長距離道路トンネル内に適正間隔で配設された複数のジェットファンと、
複数の前記ジェットファンを駆動制御するインバータを備え、
前記インバータにより前記複数のジェットファンに対してケーブルを介して同一の可変周波数電力を供給し、一体的にインバータ駆動することを特徴とするものである。
上記構成により、長距離トンネル内に適正間隔をおいて配設された複数のジェットファンに対して同一の可変周波数電力を供給し、全てのジェットファンを一つの共通した可変周波数電力にてインバータ駆動することにより全てのジェットファン回転数を揃えて運転することができ、長距離トンネル全体にわたり一体的にインバータ駆動することができる。
ここで、ジェットファンの回転数はインバータに供給される電力周波数に比例し、ジェットファン全体の吹き出し風速はジェットファンの回転数に比例する。また、ジェットファンの推力はジェットファン全体の吹き出し風速の２乗に比例し、ジェットファン全体の消費電力はジェットファン全体の吹き出し風速の３乗に比例する。そのため、従来のジェットファンの台数運転によるジェットファン全体の消費電力と、ジェットファンのインバータ運転によるジェットファン全体の消費電力を図示すれば図１のようになる。図１に示すように、トンネル内に求められるジェットファン全体の吹き出し風速Ｆに対して、従来のジェットファンの台数運転によるジェットファン全体の消費電力Ｐ０は階段状に変化するが、本発明のインバータ運転によるジェットファン全体の消費電力Ｐ１は、ジェットファン全体の吹き出し風速Ｆの３乗に比例した曲線となる。このＰ０とＰ１の差分が従来技術と比較した本発明の省エネ効果として捉えることができる。
【００１２】
次に、長距離道路トンネルに適正間隔をもって配設されている複数のジェットファンに対してケーブルを介して同一の可変周波数電力を供給する方式として下記に示す構成がある。
【００１３】
第１のインバータ可変周波数電力は、変電設備およびインバータを前記長距離道路トンネルの入口付近または出口付近の１カ所に設置し、当該インバータにより複数の前記ジェットファンを一体的にインバータ駆動する方式である。
トンネルという制約された特殊な空間では変電設備やインバータを設置する場所が確保しにくいため、変電設備およびインバータを長距離道路トンネルの入口付近または出口付近の１カ所に設置すれば大きなインバータであっても設置できる。なおこの場合、ジェットファンを駆動するためにインバータ可変周波数電力を長距離に伝送するという特殊な環境が生じることとなるが後述するようにサージ発生を抑える工夫を行う。
【００１４】
次に、第２のインバータ可変周波数電力供給方式は、変電設備およびインバータを前記長距離道路トンネルの入口付近と、出口付近の２か所に設置し、前記入口付近の前記インバータと前記出口付近の前記インバータが連動してそれぞれ同一の周波数を前記ジェットファンに供給する連動手段を備えるとともに、前記入口付近に設置した前記インバータにより、前記入口近くに配設された複数の前記ジェットファンを一体的にインバータ駆動し、前記出口付近に設置した前記インバータにより、前記出口近くに配設された複数の前記ジェットファンを一体的にインバータ駆動する方式である。
つまり、第２のインバータ可変周波数電力供給方式では、長距離道路トンネルの入口付近と出口付近の２か所に変電設備およびインバータを設置するものである。長距離のトンネルとなると３０００ｍを超えるものも多く、全てのジェットファンをトンネルの入口か出口の一方から制御するのではなく、長距離道路トンネルの入口付近と出口付近の２方向からジェットファンを制御する方式である。
【００１５】
次に、第３のインバータ可変周波数電力供給方式は、複数系統化して供給する方式である。例えば、前記ジェットファンがｎ系統にグループ分けされており、各々の前記ジェットファンのグループを制御する前記インバータが１台ずつ定められた構成であり、ｎ台の前記インバータによる前記ｎ系統のジェットファンの制御を行う方式である。具体的には、インバータを前記長距離道路トンネルの入口付近または出口付近の１カ所にｎ台設置し、前記ｎ台のインバータ同士が連動してそれぞれ同一の周波数を前記ジェットファンに供給する連動手段を備え、前記ｎ台のインバータにより前記ｎ系統のジェットファンを一体的にインバータ駆動する。つまり、ｎ台のインバータによりｎ系統にてジェットファンを制御するとしてもすべてのジェットファンが同一可変周波数でインバータ駆動されるようにｎ系統すべてに同一の可変周波数が供給されるようにｎ台のインバータが連動できるように連動手段を備えているものである。
【００１６】
第４のインバータ可変周波数電力供給方式は、複数系統化して供給する方式であるが、入口と出口の２カ所から制御するものである。例えば、ジェットファンがｎ＋ｍ系統にグループ分けされており、各々の前記ジェットファンのグループを制御する前記インバータが１台ずつ定められた構成であり、ｎ＋ｍ台の前記インバータによる前記ｎ＋ｍ系統のジェットファンの制御を行う方式である。具体的には、インバータを前記長距離道路トンネルの入口付近にｎ台設置し、出口付近にｍ台設置し、前記ｎ＋ｍ台のインバータ同士が連動してそれぞれ同一の周波数を前記ジェットファンに供給する連動手段を備え、前記入口側に配設された前記ｎ系統のジェットファンと前記出口側に配設された前記ｍ系統のジェットファンを一体的にインバータ駆動する。つまり、ｎ＋ｍ台のインバータによりｎ＋ｍ系統にてジェットファンを制御し、すべてのジェットファンが同一可変周波数でインバータ駆動されるようにｎ＋ｍ系統すべてに同一の可変周波数が供給されるようにｎ＋ｍ台のインバータが連動できるように連動手段を備えているものである。
特に、ジェットファンを複数系統に分けて運転する方式を採用することにより、トンネル内に必要な風圧を発生させることができるとともに、故障時や火災時に一部のジェットファンの運転が停止した場合でも他の系統のジェットファンの運転が確保され、ジェットファンの全面停止という事態を回避し、リスク分散を行うことができるというメリットが得られる。例えば、火災時には煙や熱の拡散を防止するために発火点付近のジェットファンを停止するように運用されるが、ジェットファンを複数系統に分けて運転できれば、発火点付近のジェットファンを制御している系統をすみやかに停止し、他の系統のジェットファンの運転により煙と熱を発火点付近に閉じ込めることができるという優れたリスク分散を実現したジェットファン運転が可能となる。
【００１７】
なお、上記の第１から第３のインバータ可変周波数電力供給方式において、ケーブルの配線に工夫を加えることができる。
第１のケーブル配線の工夫は、長距離道路トンネル内にある複数のジェットファンに対して同一の可変周波数が供給されるようにケーブルを介してインバータ可変周波数電力を伝達するが、前記インバータから各々の前記ジェットファンに対する前記可変周波数電力の前記ケーブルのうち一部を共用化し、前記ケーブルを前記共用化にかかる幹線と前記幹線以外の支線を備えた構成とすることができる。
上記の第１のケーブル配線の工夫により、トンネル内に配線するケーブルをまとめることができ、配線工事がシンプルになる。
【００１８】
第２のケーブル配線の工夫は、長距離道路トンネル用のジェットファンの保全作業時の安全を確保する手元開閉器を収納する手元開閉器箱内に、前記ケーブルの前記幹線と前記支線との分岐部分を設ける工夫である。
上記の第２のケーブル配線の工夫により、トンネルを貫く幹線に対して、ジェットファンの近辺に設けられる手元開閉器箱を利用して支線を引き出す構成とすれば、配線工事がシンプルになる。
【００１９】
次に、インバータ可変周波数電力の長距離伝送に際してのサージの問題について述べる。インバータにおいては、制御信号だけでなく、主回路電力の波形がＰＷＭ(パルス幅変調方式)による、パルス電力波形になっており、これの長距離伝送においてもサージ発生の問題がある。結果としてジェットファンの駆動モータが絶縁破壊し故障に至る恐れがある。制御信号のサージの問題は、装置の中で対策されたものを選定し、従来から行われてきた公知の技術で工事を行うことで対応が可能である。しかるに、電力回路における可変周波数パルス電力(可変周波数電力と同義語である)のサージ問題の解決方法は一般的にはまだ確立していない。可変周波数パルス電力のサージ問題の本質は、インバータからケーブルを介してジェットファンに供給される前記可変周波数パルス電力の伝送経路において、前記ケーブルとジェットファン駆動モータの特性インピーダンスの不整合によって前記可変周波数パルス電力の電圧波に含まれる高調波が反射し、その反射波がもとの電圧波に重畳して、電圧波の波高値を定格の２倍程度に高めてしまうことである。本発明では、特性インピーダンスの不整合を解消して、高調波の反射を抑制する機能を持つサージ抑制装置を、各々の前記ジェットファンに対する前記ケーブルへの接続点に設けた構成とすることで対応している。長距離道路トンネル内において前記高調波が反射する特性インピーダンスの不整合点は、前記ケーブルとジェットファン駆動モータの接続点であり、ジェットファンに対するケーブルの接続点にサージを抑えるサージ抑制装置を設ける構成とすれば、確実にジェットファンに対してサージが抑えられた良好なインバータ可変周波数電力を供給することができる。具体的には、サージ抑制装置の設置個所として、手元開閉器箱内とする構成が好ましい。手元開閉器箱に幹線から支線の引き出しとサージ抑制装置によるサージの抑制を行う構成とすれば、確実にジェットファンに対してサージが抑えられた良好なインバータ可変周波数電力を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ、本発明のインバータ駆動ジェットファンによるトンネル換気制御システムの実施例を説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施例に示した具体的な用途、形状、個数などには限定されないことは言うまでもない。
なお、以下の各実施例の構成において、道路トンネルの入口側に設けられている構成として説明したものが出口側に設けられていても構わない。また、入口側と出口側の双方に設備等が設けられている例では、入口側の構成と出口側の構成が相互に入れ替わって逆になっても構わない。
以下の実施例の説明では、トンネルは、例えば３０００ｍ以上の長距離道路トンネルとして説明する。トンネル内は対面交通となっている例とした。つまり、トンネル内には外界から吹き込む自然風による自然換気力と、通行車両のピストン効果により生じる各車両の通行方向に生じる風圧が合成されて生じる交通風による交通換気力が生じている。ここに、本発明のトンネル換気制御システムによる機械換気力、つまり、ジェットファンの駆動による機械換気力を加えるものである。
【実施例１】
【００２１】
実施例１にかかる本発明のトンネル換気制御システムの例を示す。
図２は実施例１にかかるトンネル換気制御システム１００のブロック図である。
図３は、インバータ１５０ａ〜１５０ｄとジェットファン１１０との個別的な接続構成を分かりやすく模式的に示した図（インバータ個別駆動型）である。
図４は、インバータ１５０とジェットファン１１０との一体的な接続構成を分かりやすく模式的に示した図（インバータ一体駆動型）である。
図５はトンネル換気制御システム１００の制御部１３０の構成を中心に見たブロック図である。
【００２２】
図２に示すように、トンネル換気制御システム１００は、ジェットファン１１０と、センサ類１２０と、制御部１３０と、変電設備１４０と、インバータ１５０と、ケーブル１６０とを備えた構成となっている。
【００２３】
ジェットファン１１０は、トンネル２００内の空気を換気する機器であり、誘導モータが組み込まれ、インバータ駆動により運転されるジェットファンである。本発明ではジェットファンの構造などは特に限定されず、インバータ駆動により運転できるものであれば多様なジェットファンを適用することができる。
ジェットファン１１０は、長距離道路トンネル２００内に適切な間隔で配設されている。この構成例では、図示の関係から１セット２台で、４セット配置した例となっているが、トンネルが長距離になればさらに複数のジェットファン１１０が配設される。
【００２４】
図３は、インバータ１５０とジェットファン１１０との個別的な接続構成（インバータ個別駆動型）を分かりやすく模式的に示した図である。本発明では、ジェットファン１１０に対してインバータ１５０が同一の可変周波数電力を供給する構成となっている。つまり、全てのジェットファン１１０が同一の可変周波数電力を受けて同一条件にてインバータ駆動するものとなっている。図３の構成ではジェットファン４台に対してインバータも４台あり、ジェットファン１１０ａ〜１１０ｄが個別のインバータ１５０ａ〜１５０ｄにより駆動される構成となっている。ここではこの構成を「インバータ個別駆動型」と呼んでいる。
一方、図４は、インバータ１５０とジェットファン１１０との一体的な接続構成（インバータ一体駆動型）を分かりやすく模式的に示した図である。図４の構成でも、ジェットファン１１０に対してインバータ１５０が同一の可変周波数電力を供給する構成となっており、全てのジェットファン１１０が同一の可変周波数電力を受けて同一条件にてインバータ駆動するものとなっている。しかし、図４の構成ではジェットファン４台に対してインバータは１台であり、ジェットファン１１０ａ〜１１０ｄが共通のインバータ１５０により一体的に駆動される構成となっている。ここではこの構成を「インバータ一体駆動型」と呼んでいる。
図３の構成例でも図４の構成例でも、受電設備２１０と、変電設備１４０とインバータ１５０と制御部１３０とを収めた換気制御装置２２０とを併せ持つ電気室２３０を長距離道路トンネル２００の入口付近の１カ所に設置し、このトンネル入口付近に設置された電気室２３０内の換気制御装置２２０から全てのジェットファン１１０に対して同一の周波数を持つ電力を供給し、インバータ駆動する構成となっている。なお、この例では入口付近の１カ所に１台設置したが出口付近の１カ所に１台設置しても構成は同じである。
【００２５】
なお、ケーブルに関しては、図３の構成でも図４の構成でも、４つのジェットファン１１０ａ，ｂ，ｃ，ｄに対して換気制御装置２２０から４本のケーブル１６０ａ，ｂ，ｃ，ｄが並列に出ており、４つのジェットファン１１０が並列に接続されている構成となっている。
図３以外の他の構成も可能であるが、それら構成はあらためて実施例２以下において適宜説明する。
【００２６】
センサ類１２０は、実測データを収集する各種センサや計測器を備えている。この例では、図５に示すように、トンネル２００内の煙霧透過率データと、一酸化炭素濃度データと、断面風速データと、トンネル内の車両交通量データとを含むトンネル内データを計測・収集する部分である。この構成例では、トラフィックカウンタ１２１、煙霧透過率データ計測器(ＶＩ計測器)１２２、一酸化炭素濃度データ計測器(ＣＯ計測器１２３)、風向風速計(ＡＶ計)１２４を備えている。各センサはトンネル２００内に適宜配置されているものでとする。
【００２７】
トラフィックカウンタ１２１は、トンネル２００を通過する車両の台数や速度を計測するセンサであり、トンネル２００の入口近くまたは出口近くに設置される。トラフィックカウンタ１２１によりトンネル２００を通過する車両に関して必要なデータを得ることができる。
【００２８】
煙霧透過率データ計測器１２２は、レーザー照射部とレーザー受光部を備え、レーザー照射部とレーザー受光部間の空気中を透過するレーザー光の割合から塵などによる汚染濃度を計測する装置である。
【００２９】
一酸化炭素濃度データ計測器１２３は、トンネル２００内の一酸化炭素の濃度を測定する装置である。
【００３０】
風向風速計１２４は、縦流換気の流れを計測するために適した位置、例えば、トンネル２００の中央部近く及び出口近くに設置されている。
なお、センサ類１２０の各センサからの計測データは、ケーブル１６１（図５には図示せず）を通じて制御部１３０に渡される。
【００３１】
制御部１３０は、センサ類１２０の計測結果を受け、縦流換気を行うためにトンネル内に必要とされる機械風速を算出し、算出した機械風速を得るためにトンネル内に配設しているジェットファン１１０の運転回転数を算出し、インバータ１５０に対してジェットファン１１０の運転回転数を制御するための周波数を持つ電力を供給するように指示・制御する部分である。
【００３２】
制御部１３０による制御方式は特に限定されない。この実施例の構成は一例である。この構成例では、センサ類１２０から得られた計測値と、運用や法規制などで定められている目標値との間で行うフィードバック補正制御と予測制御とを行う例となっている。
図５の構成例では、制御部１３０はフィードバック補正部１３１を備え、センサ類１２０でトンネル２００内から得た各種検出データに基づいて汚染濃度基準を遵守するためのジェットファン１１０の回転数のフィードバック制御を行う構成例となっている。
【００３３】
また、図５の構成例では、制御部１３０は、モデル記憶部１３２、モデルパラメータ推定部１３３、予測部１３４を備え、予測制御を行う構成例となっている。
【００３４】
モデル記憶部１３２内に、トンネル２００の諸元データに基づいたトンネル２００内を流れる風をモデル化した風速モデルと、トンネル２００内の車両交通をモデル化した交通モデルと、トンネル２００内を通過する車両により発生する汚染物質の濃度をモデル化した汚染濃度モデルを保持記憶する。これら各種モデルが適したものであれば、後述する各種の予測精度が高くなる。
【００３５】
モデルパラメータ推定部１３３は、センサ部１１０から取得したトンネル内データを入力とし、トンネル２００内データの変化に合わせ、モデル記憶部１３２の風速モデルと交通モデルと汚染濃度モデルのパラメータを推定して更新する部分である。
【００３６】
予測部１３４は、センサ部１１０から取得したトンネル内データより、風速モデルと交通モデルと汚染濃度モデルを用いて、自然風予測ＡＶｎと交通風予測ＡＶｔと汚染発生量予測とを行う予測機能を備えた部分であり、自然風予測、交通風予測、汚染発生量予測などが可能となっている。
【００３７】
予測部１３４は、自然風予測手段１３４１を備えている。自然風予測手段１３４１は、トンネル外界の自然風の日量変化、週変化、月変化、年変化などの諸データに基づく自然風の予測と当該自然風によりトンネル内に生じる風向風速の予測機能と、トンネル内に吹く風の風向風速からトンネル２００内における自然換気力を予測する機能を備えており、トンネル２００内の風向風速の実測データと自然風により生じる風向風速の予測データとから所定時間経過後の自然風を予測する部分である。
【００３８】
また、予測部１３４は、交通風予測手段１３４２を備えている。交通風予測手段１３４２は、交通量の日量変化、週変化、月変化、年変化などの諸データに基づく交通量の予測機能と、交通量と車種別等価抵抗面積に基づいてトンネル２００内で発生する交通風を予測する機能を備え、トラフィックカウンタ１１１による交通量の実測データと交通量の予測機能から得られた交通量予測データから、所定時間経過後の交通風を予測する。
【００３９】
また、予測部１３４は、汚染発生量予測１３４３を備えている。汚染発生量予測１３４３は、トラフィックカウンタ１１１による交通量の実測データと交通量の予測機能から得られた交通量予測データと、車種別の汚染発生量予測データから所定時間経過後の汚染発生量を予測する。
【００４０】
制御部１３０は、ハイブリッド適用制御部１３５により、フィードバック補正部１３１によるフィードバック補正量と、予測部１３４による予測に基づく自然風予測と対面交通風予測と汚染発生量予測を利用した予測量に基づき、ジェットファン１１０の回転数を決定する。
【００４１】
ここで、受電設備２１０は、長距離道路トンネル内にはジェットファン１１０のみならず多数の照明設備や防災設備などがあり大容量の電力を必要とするため、電気事業者から直接、特別高圧ないしは高圧で受電し、施設内の装置向けに変圧して電気を供給する設備である。
変電設備１４０は、構内配電電圧が高圧の場合、インバータ１５０に供給するために４００Ｖに降圧するために変圧器を含む。
【００４２】
インバータ１５０は、制御部１３０が定めたジェットファン１１０の運転回転数を実現するため、ジェットファン１１０の運転回転数を制御する可変周波数電力を作り出して供給する装置であり、変電設備１４０が変圧した電力を一旦、交流／直流変換して直流とした後、制御部１３０の指定した周波数の交流に変換してケーブル１６０を介して供給する。
【００４３】
ケーブル１６０は、トンネル内のジェットファン１１０にまで配線された電力ケーブルであり、各々のジェットファン１１０に対してインバータ１５０が創り出した周波数の電力を供給する。
【００４４】
次に、本発明の長距離道路トンネル２００内におけるトンネル換気制御システム１００の接続構成について説明する。
図６はトンネル２００内の様子を模式的に示した図である。
トンネル２００は、この構成例では長距離道路トンネルとなっており、例えば３０００ｍ以上のトンネルなどが想定される。トンネル２００内は対面交通となっている。トンネル２００内には外界から吹き込む自然風による自然換気力（ＡＶｎ）と、通行車両のピストン効果により生じる各車両の通行方向に生じる風圧が合成されて生じる交通風による交通換気力（ＡＶｔ）が生じている。ここにジェットファンのインバータ駆動による機械換気力（ＡＶｊ）が加わり、長距離道路トンネル２００内の縦流換気が実行される。
【００４５】
次に、上記構成の本発明のトンネル換気制御システム１００の動作や特徴を、従来型のオンオフ制御の誘導モータ駆動によるトンネル換気制御システム２００と比較しつつ説明する。
図７は、本発明のインバータ制御によるトンネル換気制御システム１００と、従来型のオンオフ型制御によるトンネル換気システムとの動作の違いを分かりやすく説明する図である。
図８は実施例１にかかるトンネル換気制御システム１００の処理の流れを示すフローチャートである。
【００４６】
まず、ある時刻Ｔ１において、センサ部１２０の各センサであるトラフィックカウンタ１２１、ＶＩ計測器１２２、ＣＯ計測器１２３、ＡＶ計１２４により、トンネル２００内からデータを取得する（図８ステップ１）。トラフィックカウンタ１２１によりトンネル内を通行中の車両の数、大型車か小型車かという車種の違い、スピード等の種々の車両交通に関するトラフィックデータを取得する。ＶＩ計測器１２２によりトンネル内の煙霧透過率データ、ＣＯ計測器１２３によりトンネル３００内の一酸化炭素濃度データ、ＡＶ計により風向風速データを得てトンネル３００内の汚染レベルの諸データを取得する。
【００４７】
センサ類１２０で得られたトラフィックデータ、煙霧透過率データ、一酸化炭素濃度データは、制御部１３０のフィードバック補正部１３１、モデルパラメータ推定部１３３、予測部１３４にそれぞれ入力される。
【００４８】
予測部１３４は、センサ部１１０で得たトラフィックデータ、煙霧透過率データ、一酸化炭素濃度データを基にモデル記憶部１３２のモデルを用いて、少なくとも、自然風予測、交通風予測、汚染発生量予測の各々の予測データを計算する（図８ステップ２）。例えば、各々１０分後の予測データを計算する。
【００４９】
自然風予測は予測部１３４が備える自然風予測手段により行う。例えば、自然風予測手段は現在の時刻より１０分後のトンネル外界から吹く自然風によりモデル記憶部１３２の風速モデルを用いてトンネル内に生じる風向風速を予測し、ＡＶ計１２４より得たトンネル２００内の風向風速の現在の実測データと１０分後の自然風予測データとから１０分後の自然風ＡＶｎを予測する。
【００５０】
交通風予測は予測部１３４が備える交通風予測手段により行う。例えば、交通風予測手段は過去の交通量の諸データに基づいて現在の時刻より１０分後の交通量を予測し、モデル記憶部１３２の交通モデルを用いてトンネル２００内で発生する交通風を予測し、トラフィックカウンタ１２１による交通量の実測データと交通量予測データから１０分後の交通風ＡＶｔを予測する。
【００５１】
汚染発生量予測は予測部１３４が備える汚染発生量予測手段により行う。交通風予測で得た交通量予測データと汚染濃度モデルを用いて汚染発生量予測データを予測し、トラフィックカウンタ１２１による交通量の実測データと汚染発生量予測データから１０分後の汚染発生量を予測する。
【００５２】
予測部１３４による自然風予測ＡＶｎと交通風予測ＡＶｔと汚染発生量予測を利用し、汚染濃度基準を遵守するための４台のジェットファン１１０の並列運転の回転数Ｃを予測する（図８ステップ３）。
例えば、汚染発生量予測により必要なトンネル内の風向風速ＡＶａが決まる。その風向風速に対して予想される自然風予測ＡＶｎと交通風予測ＡＶｔの差し引きにより、ジェットファン１１０により供給しなければならない機械風速ＡＶｊが求まる。
【００５３】
一方、フィードバック補正部１３１はセンサ部１２０の計測と目標値に基づいてフィードバック制御量を算出する（図８ステップ４）。
制御部１３０は、フィードバック補正部１３１によるフィードバック補正と、予測制御を組み合わせてジェットファン１１０に対して回転数Ｃとなるようインバータ可変周波数電力を与え、ジェットファン１１０の省エネ駆動を行う（図８ステップ５）。すべてのジェットファン１１０に対してインバータ１５０により同一周波数のインバータ可変周波数電力で運転制御するため、省エネルギー効果が如何なく発揮される。なお、図３のインバータ個別駆動型であれば、ジェットファン１１０とインバータ１５０が一対一に対応してインバータ駆動され、図４のインバータ一体駆動型であれば、すべてのジェットファンに対して１台の共通のインバータが対応してインバータ駆動されるが、どちらの方式でもすべてのジェットファンが同一周波数のインバータ可変周波数電力で運転されるため、省エネルギー効果が得られる点では同じである。
【００５４】
一方、従来のオンオフ型の誘導モータ運転を前提とすれば、稼動するジェットファン１１０は全速回転Ｃ(Top)にて使用することが前提となるため、全速回転するジェットファン１１０が何台あればＡＶｊとなるかを割り出す。例えば３台のジェットファン１１０を全速回転Ｃ(Top)にて運転すればＡＶｊを満たしたとする。
【００５５】
図７（ｂ）は従来のオンオフ型の誘導モータ運転による制御の様子を分かりやすく図示したものである。図７（ｂ）に示すように、目標値に向けてオンオフ型で制御すると制御によるＶＩ値変化の振れ幅が大きくなりオーバーシュート量が大きいため、精度良く目標値に安定させた制御が難しいことが分かる。
【００５６】
しかし、本実施例１のトンネル換気制御システム１００では、ジェットファン１１０はインバータ運転制御を行うものであり、ジェットファン１１０を省エネルギー運転で有利な低速回転Ｃ(Low)にて運転することも可能であるため、４台すべてのジェットファン１１０を低速回転Ｃ(Low)で運転してＡＶｊを得るように選定する。このように制御部１３０は省エネルギーを実現するジェットファン１１０の運転を行うことができる。
【００５７】
図７（ａ）は本発明のインバータ制御運転による制御の様子を分かりやすく図示したものである。図７（ａ）に示すように、目標値に向けてインバータ制御運転すると制御によるＶＩ値変化の振れ幅が小さくて済み、オーバーシュートが少なく、精度良く目標値に安定させた制御が可能となることが分かる。
【００５８】
なお、モデルパラメータ推定部１３３は、モデル記憶部１３２に記憶されている風速モデル、交通モデル、汚染濃度モデルのパラメータが最適となるようにパラメータを推定し、各モデルのパラメータを当該推定値に更新しておく（図８ステップ６）。予測部１３４はモデル記憶部１３２に記憶されている各モデルを用いて予測を行うため、予測精度を高く維持するためには各モデルとして最適なパラメータを持つものを用意しておく必要がある。そこで、実際にセンサ部１１０から得られるトンネル２００の諸データと予測部１３４による予測結果が合致するようにモデルのパラメータをチューニングしておく。
【００５９】
以上、本発明のトンネル換気制御システム１００は、インバータ１５０を用いてトンネル内に配置したすべてのジェットファン１１０を同じ周波数により一体的に運転制御することができる。
【実施例２】
【００６０】
次に、実施例２にかかるトンネル換気制御システム１００ａについて説明する。
図９は、実施例２にかかるトンネル換気制御システム１００ａのブロック図である。
図１０は、実施例２におけるインバータ１５０とジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図である。
【００６１】
図１０に示すように、トンネル換気制御システム１００ａは、ジェットファン１１０と、センサ類１２０と、制御部１３０と、変電設備１４０と、インバータ１５０と、ケーブル１６０に加え、サージ抑制装置１７０、手元開閉器箱１８０を備えた構成となっている。
この例では受電設備２１０と換気制御装置２２０は道路トンネル入口付近の１カ所に設けられている。
【００６２】
実施例２のトンネル換気制御システム１００ａにおけるインバータ１５０とジェットファン１１０との接続構成は、図１０に示すように、インバータ１５０から幹線１６０１がトンネル２００内を貫通し、インバータ１５０から供給された可変周波数電力は幹線１６０１を伝達して行く。各々のジェットファン１１０は幹線から引き込まれた支線１６０２に接続されている。つまり、ケーブル１６０のうち一部が幹線１６０１という形で共用化された構成となっている。
また、ケーブル１６０を介して供給される可変周波数パルス電力に混入するサージを抑制するサージ抑制装置１７０を備えた構成となっている。
【００６３】
サージ抑制装置１７０は、ケーブル１６０とジェットファン１１０の誘導モータの特性インピーダンスの不整合を整合して可変周波数パルス電力に混入している高調波の反射を抑制することによりマイクロサージを抑制する終端装置である。
手元開閉器箱１８０は、保守作業員が保守点検時などにジェットファンへの電力供給を停止するためのマニュアルのオンオフスイッチである手元開閉器１８１を収納した器具箱であり、この手元開閉器箱１８０はもともとトンネル２００内のジェットファン１１０の設置個所に必ず配置されているものである。本実施例２ではこの手元開閉器箱１８０を利用して、ケーブルの幹線１６０１と支線１６０２との分岐部分を設けている。また、手元開閉器１８１に加え、火災時開閉器１８２、サージ抑制装置１７０が収められている。
【００６４】
図１１（ａ）は、サージ抑制装置１７０を用いない場合における、サージ信号が重畳した状態のインバータ１５０からのパルス電力の電圧波形を示す図である。図１１（ａ）に示すように、インバータ１５０からのパルス電力の電圧には本来の電圧に対して、誘導モータからの高調波の反射波が重畳されてマイクロサージが発生している。図１１（ａ）の例ではサージ部分は本来の電圧の２倍程度のサージとなっている。この高電圧のサージが未処理のままジェットファン１１０に供給されると絶縁耐電圧を超える場合もあり、ジェットファン１１０の誘導モータが絶縁劣化を起こして、ついには絶縁破壊を起こして故障に至るおそれがある。
【００６５】
以下にマイクロサージが生じる理由に触れておく。
道路トンネルのようにきわめて長い距離を伝送されるケーブル１６０の長さは、可変周波数パルス電力に混入している高調波にとっては分布定数回路として取り扱わなければならないものであることが知られている。一般に交流回路においては波長もしくは周波数と線路長の相対的な関係において、線路長が交流波形の波長の１／４を超えると分布定数回路として取り扱う必要がある。ちなみに、本発明で考慮してきたケーブル長は、短い場合でも３００〜３５０ｍ程度はあり、長い場合では１０００ｍ以上にもおよぶ。３００ｍでは波長の１／４となる交流の周波数は約２５０ｋＨｚであり、１０００ｍでは約７５ｋＨｚである。これらの値は、可変周波数パルス電力の周波数帯域内の周波数であり、通常、インバータ１５０の出力側に挿入されインバータ１５０の一部の機能として、インバータ１５０と一体化して設置されるノイズ除去フィルタ（図示せず）では除去できない高調波成分である。この場合、これらの高調波成分に対しては特性インピーダンスがその伝搬に関わるため、誘導モータが接続される接続点のように特性インピーダンス値が異なる不整合点では、特性インピーダンスの比率によって一定の反射が起きる。ジェットファン１１０の誘導モータのインピーダンス値とケーブル１６０のインピーダンス値では前者が圧倒的に大きいので反射率は１に近くなり、反射波が入力波に重畳すると合成波の波高値は入力波の波高値の２倍近くになる。図１１（ａ）ではその様子が示されている。
一方、図１１（ｂ）は、サージ抑制装置１７０を用いた場合における、サージが抑制された状態のパルス電力の電圧波形を示す図である。サージ抑制装置１７０によりインピーダンスが整合されて反射波が抑制されるため、パルス電力の電圧波形にはサージが重畳していない。
【００６６】
ここで、サージ抑制装置１７０を設ける箇所が問題となる。
図１０に示す例では、インバータ１５０から出たケーブル１６０は、途中でジェットファン１１０ａ、ｂ、ジェットファン１１０ｃ、ｄ、ジェットファン１１０ｅ、ｆが接続され、ジェットファンｇ、ｈが接続されている。途中のジェットファン１１０ａ〜ｆにおいては、モータに分流しながら電流は下流へと流れていくが、分流して誘導モータに流入する電流については、モータ端子の接続点が前記のインピーダンス不整合点となる。そこで、このインピーダンス不整合をなくすため、後述する図１２に示すように、接続点に至る直前に、手元開閉器箱１８０の中にサージ抑制装置１７０を設置して、幹線１６０１の接続点においてサージ抑制装置１７０を接続する工夫を採用している。終端のジェットファン１１０ｇ、ｈにも同様に前記サージ抑制装置１７０を設置して幹線１６０１の終端処理を行っている。このように本発明においては全てのジェットファン駆動モータにサージ抑制装置１７０を設置することにより誘導モータ１１０の接続点での特性インピーダンスの不整合をなくして反射の発生を防ぎ、マイクロサージを抑制している。
【００６７】
図１２は、手元開閉器箱１８０内で幹線１６０１と支線１６０２の分岐部分を設け、さらにサージ抑制装置１７０を設けた構成例を模式的に示した図である。
手元開閉器箱１８０内には、手元開閉器１８１と、火災時開閉器１８２、サージ抑制装置１７０が設けられている。手元開閉器１８１は保守作業員が保守点検時などにジェットファンへの電力供給を停止するためのマニュアルのオンオフスイッチであるが、火災時開閉器１８２は、制御装置１３０からのオンオフ制御信号により自動的にジェットファンへの電力供給を停止するオンオフスイッチである。
なお、火災時開閉器１８２は火災時に用いるものであり、後述する実施例６において説明することとし、ここでの説明は省略する。
【００６８】
この構成例では、手元開閉器箱１８０の中で幹線１６０１と支線１６０２の分岐部分を設け、当該部分にサージ抑制装置１７０を設けたので、手元開閉器箱１８０は各々のジェットファン１１０に対するケーブルへの接続点に設けられた構成となっている。つまり、幹線１６０１には、サージ抑制装置１７０が設けられないときは、図１１（ａ）に示すように、反射波が重畳して本来の電圧より高くなっているサージ成分が含まれるが、サージ抑制装置１７０が設置されることにより反射波の重畳がなくなり、図１１（ｂ）に示すようにサージ抑制装置１７０によりサージが抑制されたパルス電力となっており、良好なジェットファン１１０のインバータ駆動が可能となる。
【実施例３】
【００６９】
次に、実施例３にかかるトンネル換気制御システム１００ｂについて説明する。
実施例３のトンネル換気制御システム１００ｂは、２台のインバータ１５０ａ，１５０ｂを長距離トンネル２００の入口と出口の２カ所におき、当該２台のインバータ１５０ａ，１５０ｂによりそれぞれが担当するジェットファン１１０をインバータ駆動する構成とした例である。また、実施例２と同様、ケーブル１６０を介して供給される可変周波数パルス電力に混入するサージを抑制するサージ抑制装置１７０を手元開閉器箱１８０の中に備えた構成となっている。
【００７０】
図１３は、実施例３におけるインバータ１５０ａ，１５０ｂとジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図である。
トンネル換気制御システム１００ｂの各構成要素は、ジェットファン１１０と、センサ類１２０と、制御部１３０と、変電設備１４０と、インバータ１５０と、ケーブル１６０に加え、サージ抑制装置１７０、手元開閉器箱１８０を備えた構成となっている。それぞれの構成要素は実施例１、実施例２と同様であるのでここでの説明は省略する。
【００７１】
インバータは長距離道路トンネルの入口付近と、出口付近の２か所に設置されている。図１３の例では、入口付近にインバータ１５０ａが設置され、出口付近にインバータ１５０ｂが設置されている。両者の間にはケーブル１６３が敷設され、両者間で可変周波数が一致するように情報をやり取りできるようになっている。
入口付近に設置されたインバータ１５０ａと出口付近に設置されたインバータ１５０ｂの両者が連動してそれぞれ同一の周波数信号をジェットファン１１０に供給できるように連動する構成となっている。インバータ１５０ａとインバータ１５０ｂの間で連動する手段は限定されないが、この構成例では、入口付近に設置されたインバータ１５０ａと出口付近に設置されたインバータ１５０ｂとの間に通信線１５１が敷設されており、両者に対して制御部１３０からの指示が伝達され、インバータ１５０ａとインバータ１５０ｂが連動する構成となっている。
【００７２】
また、この構成例では、受電設備２１０は入口付近の１カ所であり、入口側の換気制御装置２２０とともに電気室２３０に設置される。この入口の受電設備２１０から入口の換気制御装置２２０の変電設備１４０と出口の屋外型キュービクル２４０内の変電設備１４０に対して電力が供給されている。出口側の換気制御装置２２０は出口側の変電設備１４０とともに前記屋外型キュービクル２４０に収納される。さらにこの構成例では受電設備２１０から出口側の換気制御装置２２０に送られる電力はケーブル１６４を通じて送電される。この場合、トンネルの入口から出口までの間の長距離の送電となるためケーブル１６４の充電電流による受電設備２１０の保護リレーの誤作動を防ぐためにタイトランス２１１を設置している。
【００７３】
図１３に示すように、複数のジェットファン１１０を２台のインバータで駆動しているが、この構成例では、トンネル２００の入口付近に設置したインバータ１５０ａとトンネル２００の入口側にあるジェットファン４つ（１１０ａ〜１１０ｄ）が接続されており、それら４つのジェットファン１００（１１０ａ〜１１０ｄ）が一体的にインバータ駆動され、また、トンネル２００の出口近くのインバータ１５０ｂとトンネル２００の出口側にあるジェットファン４つ（１１０ｅ〜１１０ｈ）が接続されており、それら４つのジェットファン１００（１１０ｅ〜１１０ｈ）が一体的にインバータ駆動される。結局、すべてのジェットファン１１０が一体的にインバータ駆動される。
【００７４】
以上、実施例３に示した本発明のトンネル換気制御システム１００ｂは、トンネル２００の入口側と出口側に設置したインバータ１５０を用いてトンネル２００の前後からトンネル２００内に配置したすべてのジェットファン１１０を同じ周波数により一体的にインバータ運転制御することができ、長距離道路トンネルにジェットファンが多数配設されている環境であっても最適運転を行うことができる。
【実施例４】
【００７５】
次に、実施例４にかかるトンネル換気制御システム１００ｃについて説明する。
実施例４のトンネル換気制御システム１００ｃは、ｎ台のインバータ１５０を長距離トンネル２００の入口の１カ所におき、当該ｎ台のインバータ１５０によりそれぞれが担当するジェットファン１１０をｎ系統にてインバータ駆動する構成とした例である。また、実施例４と同様、ケーブル１６０を介して供給される可変周波数パルス電力に混入するサージを抑制するサージ抑制装置１７０を備えた構成となっている。
ここでは、ｎ＝２、つまり、２台のインバータ１５０ａ、１５０ｂを配設して２系統にてジェットファン１１０をインバータ駆動する構成例を挙げる。
【００７６】
図１４は、実施例４における２台のインバータ１５０ａ，１５０ｂと２系統に駆動されるジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図（その１）である。ジェットファンを２系統に分けているが、入口側に近いジェットファンと出口側に近いジェットファンの２系統に分けた例となっている。
【００７７】
図１５は、実施例４における２台のインバータ１５０ａ，１５０ｂと２系統に駆動されるジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図（その２）である。ジェットファンを２系統に分けているが、左右２列のジェットファンのうち左型のジェットファン列と右側のジェットファン列の２系統に分けた例となっている。
いずれの場合も系統を２分することで故障確率が減じて信頼性を向上させることができる。さらに今まで出てきた図４、図９、図１０、図１３、図１４の構成と図１５の構成を組み合わせれば信頼性を向上することが可能である。
【００７８】
実施例４のトンネル換気制御システム１００ｃは、ジェットファン１１０と、センサ類１２０と、制御部１３０と、変電設備１４０と、インバータ１５０と、ケーブル１６０に加え、サージ抑制装置１７０、手元開閉器１８０を備えた構成となっている。それぞれの構成要素は実施例１、実施例２と同様であるのでここでの説明は省略する。
なお、図１４の構成の手元開閉器１８０の構造は、２つのジェットファンに分岐させるものであり図１２に示したもので良いが、図１５の構成の手元開閉器１８０の構造は、１つのジェットファンに分岐させるものであり図１６に示したものとなる。
【００７９】
インバータ１５０ａ，１５０ｂは長距離道路トンネルの入口付近に設置されている。なお、出口付近に設置していても同様である。図１４の例では、受電設備２１０は入口付近の１カ所であり、入口側の換気制御装置２２０とともに電気室２３０に設置される。この入口の受電設備２１０から換気制御装置２２０の変電設備１４０に対して電力が供給されている。換気制御装置２２０の中にインバータ１５０ａとインバータ１５０ｂの２つが設置されている。
【００８０】
実施例４のジェットファンは２系統にグループ分けされており、各々のジェットファンのグループを制御するインバータが１台ずつ定められている。
図１４の構成例では、入口側に近いジェットファンと出口側に近いジェットファンの２系統に分けた例となっており、２台のインバータによる２系統のジェットファンの制御が可能となっている。２台のインバータ同士が連動してそれぞれ同一の周波数をジェットファンに供給し、２系統のジェットファンを一体的にインバータ駆動する構成となっている。
【００８１】
図１４に示す構成例では、インバータ１５０ａと入口側の４台のジェットファン（１１０ａ〜１１０ｄ）が接続されており、インバータ１５０ａによりそれら４つのジェットファン１００（１１０ａ〜１１０ｄ）が一体的にインバータ駆動され、インバータ１５０ｂと出口側の４台のジェットファン（１１０ｅ〜１１０ｈ）が接続されており、インバータ１５０ｂによりそれら４つのジェットファン１００（１１０ｅ〜１１０ｈ）が一体的にインバータ駆動される構成となっている。
【００８２】
図１５の構成例では、左右２列のジェットファンのうち、左型のジェットファン列と右側のジェットファン列の２系統に分けた例となっており、２台のインバータによる２系統のジェットファンの制御が可能となっている。２台のインバータ同士が連動してそれぞれ同一の周波数をジェットファンに供給し、２系統のジェットファンを一体的にインバータ駆動する構成となっている。
【００８３】
図１５に示す構成例では、インバータ１５０ａと左側（図中上側）の４台のジェットファン（１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅ、１１０ｇ）が接続されており、インバータ１５０ａによりそれら４つのジェットファン（１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅ、１１０ｇ）が一体的にインバータ駆動され、インバータ１５０ｂと右側（図中下側）の４台のジェットファン（１１０ｂ、１１０ｄ、１１０ｆ、１１０ｈ）が接続されており、インバータ１５０ｂによりそれら４つのジェットファン（１１０ｂ、１１０ｄ、１１０ｆ、１１０ｈ）が一体的にインバータ駆動される構成となっている。
【００８４】
以上、実施例４に示した本発明のトンネル換気制御システム１００ｃは、ｎ台のインバータ１５０を用いてトンネル２００内に配置したすべてのジェットファン１１０をｎ系統で同じ周波数により一体的にインバータ運転制御することができ、長距離道路トンネルにジェットファンが多数配設されている環境であっても最適運転を行うことができる。
【実施例５】
【００８５】
次に、実施例５にかかるトンネル換気制御システム１００ｄについて説明する。
実施例５のトンネル換気制御システム１００ｄは、ジェットファン１１０と、センサ類１２０と、制御部１３０と、変電設備１４０と、インバータ１５０と、ケーブル１６０に加え、サージ抑制装置１７０、手元開閉器箱１８０を備えた構成となっている。それぞれの構成要素は実施例１、実施例２と同様であるのでここでの説明は省略する。
また、入口側に電気室２３０、出口側に屋外型キュービクル２４０を設置した点については実施例３と同様であるのでここでの説明は省略する。
【００８６】
実施例５のトンネル換気制御システム１００ｄは、ｎ台のインバータ１５０を長距離トンネル２００の入口の１カ所におき、当該ｎ台のインバータ１５０によりそれぞれが担当するジェットファン１１０をｎ系統にてインバータ駆動する構成とし、ｍ台のインバータ１５０を長距離トンネル２００の出口の１カ所におき、当該ｍ台のインバータ１５０によりそれぞれが担当するジェットファン１１０をｍ系統にてインバータ駆動する構成となっている。つまり、ｎ＋ｍ台のインバータにより、トンネル２００の入口と出口の２カ所からｎ＋ｍ系統にてインバータ駆動するものとなっている。
【００８７】
図１７は、実施例５におけるｎ＋ｍ台のインバータ１５０とｎ＋ｍ系統に駆動されるジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図（その１）である。 ここでは、ｎ＝２、つまり、入口付近に２台のインバータ１５０ａ、１５０ｂを配設して２系統にてジェットファン１１０をインバータ駆動し、ｍ＝２、つまり、出口付近にも２台のインバータ１５０ｃ、１５０ｄを配設して２系統にてジェットファンをインバータ駆動する構成例となっている。
【００８８】
インバータは長距離道路トンネルの入口付近に２台、出口付近にも２台設置されている。
図１７の構成例では、入口側には電気室２３０の換気制御装置２２０の中にインバータ１５０ａ，１５０ｂが設けられ、出口側には屋外型キュービクル２４０の中にインバータ１５０ｃ、１５０ｄが設けられている。
この構成例では長距離道路トンネル２００の入口付近の２台のインバータと、出口付近の２台インバータ同士が連動してそれぞれ同一の周波数をジェットファンに供給する連動手段を備えており、４系統のジェットファンを一体的にインバータ駆動する構成例となっている。ここでは情報をやり取りする信号線１６３が設けられている。
【００８９】
ジェットファンは４系統にグループ分けされており、各々のジェットファンのグループを制御するインバータが１台ずつ定められており、４台の前記インバータによる４系統のジェットファンの制御が可能となっている。
【００９０】
図１７の例では、入口側にもっとも近いジェットファン２つ（１１０ａ，１１０ｂ）と、入口側に２番目に近いジェットファン２つ（１１０ｃ，１１０ｄ）と、出口側に２番目に近いジェットファン２つ（１１０ｅ，１１０ｆ）と、出口側にもっとも近いジェットファン２つ（１１０ｇ，１１０ｈ）の４系統に分けた例となっている。
図１７に示す構成例では、入口側では、インバータ１５０ａと２台のジェットファン（１１０ａ〜１１０ｂ）が接続されており、インバータ１５０ｂと２台のジェットファン（１１０ｃ〜１１０ｄ）が接続されている。また、出口側ではインバータ１５０ｃと２台のジェットファン（１１０ｅ〜１１０ｆ）が接続されており、インバータ１５０ｄと２台のジェットファン（１１０ｇ〜１１０ｈ）が接続されている。この８台のジェットファンが一体的にインバータ駆動される構成となっている。
【００９１】
次に、図１８は、実施例５におけるｎ＋ｍ台のインバータ１５０とｎ＋ｍ系統に駆動されるジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図（その２）である。ここでも、ｎ＝２、つまり、入口付近に２台のインバータ１５０ａ、１５０ｂを配設して２系統にてジェットファン１１０をインバータ駆動し、ｍ＝２、つまり、出口付近にも２台のインバータ１５０ｃ、１５０ｄを配設して２系統にてジェットファンをインバータ駆動する構成例となっている。
【００９２】
図１８の構成例でも、入口側には電気室２３０の換気制御装置２２０の中にインバータ１５０ａ，１５０ｂが設けられ、出口側には屋外型キュービクル２４０の中にインバータ１５０ｃ、１５０ｄが設けられている。
ジェットファンは、入口側に近いジェットファン４つのうち左側の列のジェットファン２つ（１１０ａ，１１０ｃ）と右側の列のジェットファン２つ（１１０ｂ，１１０ｄ）と、出口側に近いジェットファン４つのうち左側の列のジェットファン２つ（１１０ｅ，１１０ｇ）と右側の列のジェットファン２つ（１１０ｆ，１１０ｈ）の４系統に分けた例となっている。
【００９３】
図１８に示す構成例では、入口側では、インバータ１５０ａと２台のジェットファン（１１０ａ，１１０ｃ）が接続されており、インバータ１５０ｂと２台のジェットファン（１１０ｂ〜１１０ｄ）が接続されている。また、出口側ではインバータ１５０ｃと２台のジェットファン（１１０ｅ，１１０ｇ）が接続されており、インバータ１５０ｄと２台のジェットファン（１１０ｆ，１１０ｈ）が接続されている。この８台のジェットファンが４系統で一体的にインバータ駆動される構成となっている。
【００９４】
以上、実施例５に示した本発明のトンネル換気制御システム１００ｄは、長距離道路トンネルの入口側と出口側に合計ｎ＋ｍ台のインバータ１５０を設置し、トンネルの前後からトンネル２００内に配置したすべてのジェットファン１１０をｎ＋ｍ系統にて同じ周波数により一体的にインバータ運転制御することができ、長距離道路トンネルにジェットファンが多数配設されている環境であっても最適運転を行うことができる。
【実施例６】
【００９５】
本発明のトンネル換気制御システムは火災時おいても優れた制御を実現できる。
本発明のトンネル換気制御システムは、平常時には実施例１〜実施例５に示したように、汚染濃度基準を遵守しつつ如何に省エネルギーにてジェットファン１１０をインバータ運転制御するが、火災時には、長距離道路トンネル２００内の空気の流れを制御して如何に素早く発生する煙と熱の流れを火点に閉じ込めるかという即応性の観点を重視してジェットファンの回転数を決めることができるものである。
【００９６】
図１９は火災時におけるトンネル内の熱と煙の移動に関する制御の様子を模式的に示した図である。図２０は実施例６にかかる本発明のトンネル換気制御システム１００ｅのブロック図である。図２１は実施例６にかかる本発明のトンネル換気制御システム１００ｅの処理の流れを示すフローチャートである。
【００９７】
図１９に示すように、火災時にはトンネル内の熱と煙の移動をできるだけ止めて火点近くに閉じ込めるように制御する。その際にはジェットファン１１０の省エネルギー運転という観点は重視せずに、如何に早く熱と煙を火点近くに閉じ込める観点からジェットファン１１０を運転する。なお、本発明のトンネル換気制御システム１００ｅは、実施例１〜実施例５に示したように、ジェットファンをインバータ運転とすると素早くまた細やかにジェットファン１１０の回転数を制御できるので、火災で生じる熱と煙を火点近くに閉じ込めるための即応性ある細やかな運転が可能となる。
特に、実施例４や実施例５に示したように、ジェットファンを複数系統に分けて運転する方式を採用した場合は、火災時に発火点付近のジェットファンの運転を停止させた場合でも他の系統のジェットファンの運転が確保され、ジェットファンの全面停止という事態を回避し、リスク分散を行うことができるというメリットが得られる。つまり、発火点付近のジェットファンを制御している系統をすみやかに停止し、他の系統のジェットファンの運転により煙と熱を発火点付近に閉じ込めることができる。
【００９８】
トンネル換気制御システム１００ｅは、ジェットファン１１０と、センサ類１２０ｅと、制御部１３０ｅと、変電設備１４０と、インバータ１５０と、ケーブル１６０に加え、サージ抑制装置１７０、手元開閉器箱１８０を備えた構成となっている。それぞれの構成要素は実施例１、実施例２と同様であるのでここでの説明は省略する。
【００９９】
センサ部１２０ｅは、実施例１と同様、実測データを収集する各種センサや計測器を備えているが、実施例１の構成に加え、トンネル２００内に実際に発生した火災を検知して実際の火災諸元データを収集する火災検知部１２５を備えている。火災検知部１２５の構成や検知データの内容は限定されないが、火災発生地点、煙の流れ、熱の流れ等を検知するものである。例えば、火災で発生する熱をとらえるサーモグラフィーや熱赤外線センサ、複数箇所から収集した煙霧透過率データの差分から煙の流れを追う煙センサ、火や煙の流れを画像としてとらえるビデオカメラなど多様なセンサ類を適用することができる。また、風の移動に応じて煙と熱も移動するためＡＶ計１２４も煙と熱の風向と風速を推測するセンサとして応用することも可能である。
【０１００】
制御部１３０ｅは、実施例１に示した風速モデル、交通モデル、汚染濃度モデルの各種モデルに加え、火災モデルも記憶している。ここで火災モデルとは、トンネル２００内の風速モデルと火災の諸元データに基づいて火災が発生した場合の煙と熱の流れを予測するモデルである。
【０１０１】
予測部１３４ｅは、実施例１の各種予測に加え、火災予測手段を備えている。
火災予測手段は、トンネル２００内の火災発生地点と火災規模、現在のトンネル内の風向風速、外界の自然風の変化、トンネル内車両の交通の変化による交通風の変化などから長距離道路トンネル２００内における熱と煙の流れを予測する機能を備えており、所定時間経過後の熱と煙の移動ＡＶｆを予測する部分である。
【０１０２】
制御部１３０ｅは、平常時には最適選定計画を定めるが、火災時にはセンサ部１２０ｅの火災検知機能により収集した火災諸元データと火災モデルとに基づいて、実際に発生する煙と熱を火点に閉じ込めるようにするため火災時のジェットファン１１０の回転数を決める。
【０１０３】
次に、手元開閉器箱１８０内には、図１２および図１６に示すように、手元開閉器１８１と、火災時開閉器１８２、サージ抑制装置１７０が設けられている。手元開閉器１８１は保守作業員が保守点検時などにジェットファンへの電力供給を停止するためのマニュアルのオンオフスイッチであるが、火災時開閉器１８２は、制御装置１３０からのオンオフ制御信号により自動的にジェットファンへの電力供給を停止するオンオフスイッチである。
【０１０４】
手元開閉器１８１に加え、火災時開閉器１８２を設けている理由は以下のとおりである。
本発明のジェットファンは台数運転ではなく、インバータにより一体運転を前提としている。火災時は火点近くのジェットファンは火や熱や煙の拡散を防止するために停止しなければならない。その一方、火点近く以外のジェットファンは、火や熱や煙を火点近くに閉じ込めるため、自然風や交通風に対向して風速ゼロ化を図るために運転が必要である。つまり、ジェットファンはトンネル内において全体として運転しつつ、火点近くのジェットファンのみ離脱させて自動的に運転停止する必要がある。ここで、ジェットファンの系統が細かく分かれている場合、発火点近くのジェットファンを制御している系統のみを全面停止し、他の系統のジェットファンを運転させるという運用で対処できるが、ジェットファンの系統が大まかにしか分かれておらず、一つの系統の中に、発火点近くのジェットファンのみならず発火点付近ではないジェットファンまでも含まれている場合、当該系統を全面停止すると、発火点付近のジェットファンのみならず、煙や熱を発火点に閉じ込めるために運転すべき周囲のジェットファンまでもが停止してしまう。そこで、同じ系統に属するジェットファンであっても個別に運転を離脱できるように別途、オンオフ制御用の火災時開閉器１８２を設けるという工夫を施しているわけである。
【０１０５】
次に、火災時における本発明のトンネル換気制御システム１００ｅの動作や特徴を、従来型のオンオフ制御の誘導モータ駆動によるトンネル換気制御システム２００と比較しつつ説明する。
まず、ある時刻Ｔ１において、センサ部１２０ｅの火災検知部１２５により火災に関するデータを取得する（図２１ステップ１）。火災検知部１２５によりトンネル２００内に発生した火災発生点、熱や煙の移動の様子に関する火災諸元データを取得する。
この例では、ジェットファン１１０ａ，１１０ｂの近くで火災が発生したとする。
【０１０６】
センサ部１２０ｅの火災検知部１２５で得られた火災諸元データは、制御部１３０に渡され、モデルパラメータ推定部１３３ｅ、予測部１３４ｅ、フィードバック補正部１３１ｅにそれぞれ入力される。
【０１０７】
予測部１３４ｅは、火災検知部１２５で得た火災諸元データを基にモデル記憶部１３２ｅの自然風モデルと火災モデルを用いて、少なくとも、自然風予測と、火災予測を行って予測データを計算する（図２１ステップ２）。例えば、各々１分後の予測データを計算する。
【０１０８】
自然風予測は実施例１と同様、自然風予測手段により行う。例えば、自然風予測手段は現在の時刻より１分後のトンネル外界から吹く自然風によりモデル記憶部１３２ｅの風速モデルを用いてトンネル内に生じる風向風速を予測し、ＡＶ計１２４より得たトンネル２００内の風向風速の現在の実測データと１分後の自然風予測データとから１分後の自然風ＡＶｎを予測する。
【０１０９】
火災予測は火災予測手段により行う。火災による熱と煙の移動をモデル化した火災モデルを用いて火災予測データを予測し、１分後の火災により発生する熱と煙の移動を予測する。
なお、交通風予測については、火災時にはトンネル内の車両交通が止まると仮定される場合は交通風予測手段は交通風をゼロと予測しても良い。
【０１１０】
次に、制御部１３０ｅは、予測部１３４ｅによる自然風予測ＡＶｎと火災予測を利用し、熱と煙を火点に閉じ込めるためのジェットファン１１０の回転数を含む火災時運転計画を決める（図２１ステップ３）。
例えば、火災発生箇所において自然風予測ＡＶｎと対向せしめるためにジェットファン１１０により供給しなければならない風向風速ＡＶｊが求まる。制御部１３０はＡＶｊをもたらすジェットファン１１０の回転数Ｃの運転計画を決定する。
なお、火点直近のジェットファンは火炎や煙を煽ってしまうことになるので停止する。ここでは、火点近くのジェットファン１１０ａ，１１０ｂを制御している手元開閉器箱１８０内の火災時開閉器１８２に対して停止信号を送って電力供給を遮断して運転停止することが重要な要件である。
【０１１１】
従来のオンオフ型の誘導モータ運転を前提とすれば、稼動するジェットファン１１０は全速回転Ｃ(Top)にて使用することが前提となるため、全速回転するジェットファン１１０が何台あればＡＶｊとなるかを割り出す。しかし、一台ごとのオンオフ制御では細かい設定ができず、完全には火災により生じている熱と煙を火点に閉じ込めることは難しく、トンネル２００のいずれかの方向に熱と煙が流れてしまう結果となることが予想される。
【０１１２】
図２２（ｂ）は従来のオンオフ型の誘導モータ運転による制御の様子を分かりやすく図示したものである。図２２（ｂ）に示すように、目標値に向けてオンオフ型で制御すると制御によるＶＩ値変化の振れ幅が大きくなりオーバーシュート量が大きいため、精度良く目標値に安定させた制御が難しいことが分かる。
【０１１３】
しかし、本実施例６のトンネル換気制御システム１００ｅでは、ジェットファン１１０はインバータ運転制御を行うものであり、ジェットファン１１０を最短運転かつ細かく風量を調整するために有利な最適回転Ｃ(Appropriate)にて運転することも可能であるため、すべてのジェットファン１１０を最適回転Ｃ(Appropriate)で運転してＡＶｊを得るように選定する。このように制御部１３０ｅは最短で火災で生じる熱と煙を火点に閉じ込めるジェットファンの火災時運転計画を立てることができる。
【０１１４】
図２２（ａ）は本発明のインバータ運転制御運転による制御の様子を分かりやすく図示したものである。図２２（ａ）に示すように、目標値に向けてインバータ制御運転すると制御によるＶＩ値変化の振れ幅が小さくて済み、すみやかかつ精度良く目標値に安定させた制御が可能となることが分かる。
【０１１５】
次に、フィードバック補正部１３１ｅは、センサ部１２０ｅでトンネル２００内から得た各種検出データに基づいて火災で生じる熱と煙を火点に閉じ込めるジェットファン１１０の回転数のフィードバック制御量の計算を行う（図２１ステップ４）。
【０１１６】
制御部１３０ｅは、フィードバック補正部１３１によるフィードバック補正と、予測制御部１３４ｅの予測制御を組み合わせてジェットファン１１０に対して回転数Ｃとなるようインバータ可変周波数電力を与え、ジェットファン１１０の省エネ駆動を行う（図２１ステップ５）。
なお、モデルパラメータ推定部１３３ｅのパラメータ推定・更新は同様である（図２１ステップ６）。
以上が火災時のトンネル換気制御システムの動作例である。なお、上記の説明において、発火点がいずれの場所であっても同様に考えることができる。また上記の説明では発火点直近のジェットファンを停止させる例であったが、発火点の場所によっては停止させるジェットファンがない場合もありえる。
【０１１７】
以上、本発明のトンネル換気制御システム１００ｅは、火災時には、トンネル内の空気の流れを制御して如何に素早く発生する煙と熱の流れを火点に閉じ込めるかという即応性の観点を重視してジェットファンの回転数Ｃを決めることができる。
【実施例７】
【０１１８】
次に、電気室２３０内の換気制御装置２２０の複数系統化の工夫について説明する。上記の実施例１から実施例６では、換気制御装置２２０は、電気室２３０の中に一つという構成例で説明したが、実施例７の構成は電気室２３０の中に複数の換気制御装置２２０を設けた構成となっている。
【０１１９】
図２３は電気室２３０の中に複数の換気制御装置２２０を設けた構成例を示す図である。図２３の構成例は換気制御装置２２０が２つ設けられている例となっているが、３つ以上の構成もあり得る。なお、図２３では、電気室２３０内の構成要素のみを図示しており、インバータ１５０以降のトンネル内のジェットファン１１０の制御系統などの図示は省略している。また、それぞれの換気制御装置２２０の中に含まれるインバータ１５０の台数についても１台のみしか図示していないが、実施例４や実施例５に示したように換気制御装置２２０内にインバータ１５０を複数台備え、トンネル内のジェットファン１１０を複数の系統に分けて制御する構成もあり得る。
【実施例８】
【０１２０】
次に、電気室２３０には受電設備しか設けず、換気制御装置２２０を屋外キュービクル２４０という形で外に設ける構成例について説明する。上記の実施例１から実施例６では、トンネル入口または出口に電気室２３０が設けられている場合、換気制御装置２２０は、電気室２３０の中に設けられている構成例として説明したが、実施例８の構成はトンネル入口または出口に電気室２３０が設けられていても、当該トンネルの入口または出口において、電気室２３０とは別に設けた屋外キュービクル２４０の中に換気制御装置２２０を設けた構成となっている。
【０１２１】
図２４および図２５はトンネルの入口または出口において、電気室２３０とは別に設けた屋外キュービクル２４０の中に換気制御装置２２０を設けた構成例を示す図である。図２４の構成例はトンネルの入口または出口側に屋外キュービクル２４０を一つ設けてその中に換気制御装置２２０を一つ設けた構成例となっているが、図２５の構成例はトンネルの入口または出口側に屋外キュービクル２４０を２つ設けた例となっている。もちろん、図２５において屋外キュービクル２４０を３つ以上設けた構成もあり得る。
【０１２２】
また、図２６は、電気室２３０内に換気制御装置２２０を設けるとともに、別途、屋外キュービクル２４０を設けて別の系統を制御する換気制御装置２２０を設けた例である。つまり、図２４または図２５のパターンにおいて、電気室２３０内にも換気制御装置を設けた構成となっている。
【０１２３】
なお、図２４、図２５、図２６の構成において、電気室２３０や屋外キュービクル２４０内の構成要素のみを図示しており、インバータ１５０以降のトンネル内のジェットファン１１０の制御系統などの図示は省略している。また、それぞれの換気制御装置２２０の中に含まれるインバータ１５０の台数についても１台のみしか図示していないが、実施例４や実施例５に示したように換気制御装置２２０内にインバータ１５０を複数台備え、トンネル内のジェットファン１１０を複数の系統に分けて制御する構成もあり得る。
【０１２４】
このように、電気室２３０が設けられている側において、別途、屋外キュービクル２４０という形で換気制御装置２２０を設ける構成では以下のようなメリットが考えられる。
一般に電気室２３０はトンネルの入口付近または出口付近に設けられる。電気室２３０内の受電設備２１０から換気制御装置２２０内の変電設備１４０までの間は、高い電圧（例えば６ｋＶ）で伝送され、換気制御装置２２０内の変電設備１４０内において４００Ｖに降圧されるため、換気制御装置２２０を電気室２３０内に設ける構成では、４００ｋＶに降圧された形で構内の伝送距離が長くなる。６ｋＶと４００Ｖでは明らかに６ｋＶの方が電流値が小さくて済むためケーブルの太さが細くて済む。一般にケーブルの太さが細い方が敷設工事がやりやすいため、電気室２３０よりもトンネル構内に引き込んだ位置に屋外キュービクル２４０を設けておけば、その位置までのケーブル敷設工事が簡単で済むというメリットが得られるわけである。
【実施例９】
【０１２５】
次に、電気室２３０内の複数系統化の工夫について説明する。上記の実施例１から実施例６では、電気室２３０はトンネルの入口または出口のいずれかに一つという構成例で説明したが、実施例９の構成は電気室２３０をトンネルの入口と出口の双方に設けた構成となっている。
【０１２６】
図２７はトンネルの電気室２３０をトンネルの入口と出口の双方に設けた構成例を示す図である。図２７の構成例は、トンネルの入口と出口のそれぞれに、電気室２３０が１つ設けられ、その電気室２３０の中には換気制御装置２２０が１つ設けられている例となっているが、実施例７や実施例８のように１つの電気室の中に複数個の換気制御装置２２０が設けられたり、電気室２３０とは別途、屋外キュービクル２４０が設けられたりする構成が可能である。つまり、実施例９に対して実施例７や実施例８が組み合わすことが可能である。
【０１２７】
なお、図２７では、電気室２３０内の構成要素のみを図示しており、インバータ１５０以降のトンネル内のジェットファン１１０の制御系統などの図示は省略している。また、それぞれの換気制御装置２２０の中に含まれるインバータ１５０の台数についても１台のみしか図示していないが、実施例４や実施例５に示したように換気制御装置２２０内にインバータ１５０を複数台備え、トンネル内のジェットファン１１０を複数の系統に分けて制御する構成もあり得る。
【０１２８】
以上、本発明の好ましい実施形態を図示して説明してきたが、トンネル換気制御システムに向けて広く適用することができる。
本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。従って本発明の技術的範囲は添付された特許請求の範囲の記載によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明のジェットファンのインバータ運転によるジェットファン全体の消費電力と、従来のジェットファンの台数運転によるジェットファン全体の消費電力とを比較した図
【図２】実施例１にかかるトンネル換気制御システム１００のブロック図
【図３】インバータ１５０ａ〜１５０ｄとジェットファン１１０との個別的な接続構成を分かりやすく模式的に示した図（インバータ個別駆動型）
【図４】インバータ１５０とジェットファン１１０との一体的な接続構成を分かりやすく模式的に示した図（インバータ一体駆動型）
【図５】トンネル換気制御システム１００の制御部１３０の構成を中心に見たブロック図
【図６】トンネル２００内の様子を模式的に示した図
【図７】本発明のインバータ制御によるトンネル換気制御システム１００と、従来型のオンオフ型制御によるトンネル換気システムとの動作の違いを分かりやすく説明する図
【図８】実施例１にかかるトンネル換気制御システム１００の処理の流れを示すフローチャート
【図９】実施例２にかかるトンネル換気制御システム１００ａのブロック図である。
【図１０】実施例２におけるインバータ１５０とジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図
【図１１】サージが生じる原理とサージを抑制した場合のパルス電力の電圧波形を示す図
【図１２】手元開閉器箱１８０内の構成例を模式的に示した図
【図１３】実施例３におけるインバータ１５０ａ，１５０ｂとジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図
【図１４】実施例４における２台のインバータ１５０ａ，１５０ｂと２系統に駆動されるジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図（その１）
【図１５】実施例４における２台のインバータ１５０ａ，１５０ｂと２系統に駆動されるジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図（その２）
【図１６】手元開閉器箱１８０内の構成例を模式的に示した図実施例５にかかるトンネル換気制御システム１００ｄのブロック図
【図１７】実施例５におけるｎ＋ｍ台のインバータ１５０とｎ＋ｍ系統に駆動されるジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図（その１）
【図１８】実施例５におけるｎ＋ｍ台のインバータ１５０とｎ＋ｍ系統に駆動されるジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図（その２）
【図１９】火災時におけるトンネル内の熱と煙の移動に関する制御の様子を模式的に示した図
【図２０】実施例６の本発明のトンネル換気制御システム１００ｅのブロック図
【図２１】実施例６にかかる本発明のトンネル換気制御システム１００ｅの処理の流れを示すフローチャート
【図２２】火災時における本発明のインバータ制御によるトンネル換気制御システム１００による処理と、従来型のオンオフ型制御によるトンネル換気システムによる処理との動作の違いを分かりやすく説明する図
【図２３】実施例７における電気室２３０の中に複数の換気制御装置２２０を設けた構成例を示す図
【図２４】実施例８におけるトンネルの入口または出口側に屋外キュービクル２４０を一つ設けてその中に換気制御装置２２０を一つ設けた構成例を示す図
【図２５】実施例８におけるトンネルの入口または出口側に屋外キュービクル２４０を２つ設けた例を示す図
【図２６】実施例８における電気室２３０内に換気制御装置２２０を設けるとともに別途、屋外キュービクル２４０を設けて別の系統を制御する換気制御装置２２０を設けた例を示す図
【図２７】実施例９におけるトンネルの電気室２３０をトンネルの入口と出口の双方に設けた構成例を示す図
【図２８】従来の台数運転により制御の仕組みを説明する図
【図２９】従来のジェットファンの台数運転時における、ジェットファン全体の吹き出し風速とジェットファン全体の消費電力との関係を示す図
【符号の説明】
【０１３０】
１００ トンネル換気制御システム
１１０ ジェットファン
１２０ センサ類
１２１ トラフィックカウンタ
１２２ 煙霧透過率データ計測器(ＶＩ計測器)
１２３ 一酸化炭素濃度データ計測器(ＣＯ計測器)
１２４ 風向風速計(ＡＶ計)
１２５ 火災検知部
１３０ 制御部
１３１ フィードバック補正部
１３２ モデル記憶部
１３３ モデルパラメータ推定部
１３４ 予測部
１４０ 変電設備
１５０ インバータ
１６０ ケーブル
１７０ サージ抑制装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長距離道路トンネル用の換気制御システム、特に複数のジェットファンをトンネル内に設置した縦流換気方式による長距離道路トンネルの換気技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路トンネルにおいては、人体に対して有害な自動車のエンジンからの排出物質や塵埃などが浮遊しており、そのままではトンネル内の汚染物質濃度が高まってゆく。そこで、トンネル内の良好な環境を確保するためトンネル内の汚染物質を排気する必要がある。トンネル内の汚染物質を排気するには自然換気力や交通換気力による換気では不十分であり、トンネル内に設置された換気機を用いた強制換気が行われている。
【０００３】
「縦流換気方式」とは、トンネル断面全体を換気ダクトとして利用する方式の換気方式であり、用いる換気装置としては、道路トンネル内の空気をトンネル外に押し出すジェットファン、道路トンネル内の空気を浄化する電気集塵機などがあり、適切にこれらを組み合わせてトンネルの入口から出口に向かう空気流を形成して排気する。道路トンネルの中央付近に立抗を設けて道路トンネル内の空気を道路トンネル外の空気と交換する集中排気方式を組み合わせることもある。 従来の「縦流換気方式」でのジェットファンモータは起動電流が定格電流の数倍の誘導モータである。
短いトンネルであればジェットファンをトンネル入口か出口の１カ所に配設する構成例もあるが、長距離トンネルであれば、複数台のジェットファンを複数個所に配設することとなる。
【０００４】
従来の一般的なジェットファンを用いた縦流換気方式の対面通行道路トンネルを図２８に示す。このトンネル２００は、交通方向が両方向の対面通行トンネルと呼ばれるタイプである。このような対面通行道路トンネル２００では、内部に縦流方向の換気を行なうジェットファンが複数台配設されている。図２８の例ではジェットファン１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの４台が描かれている。長距離のトンネルであればさらに多くの台数のジェットファンを稼働することがあるが、この例では４台としている。
図２８において、対面通行道路トンネル内２００には図右から図左にかけて縦流の空気流Ａが発生し、右から左方向にトンネル内の汚染空気が排気される。換気制御装置によりジェットファンの運転を制御する。
【０００５】
従来の縦流換気方式によるジェットファンを用いた換気制御は、台数ごとにオンオフを切り替えて運転する台数制御が基本である。
図２８の例ではトンネル２００内の入口近く、中央部近く、出口近くの各場所に風向風速計（ＡＶ）がそれぞれ設置されており、排気抗の入口近くには、汚染濃度計である煙霧透過率計（ＶＩ計）、一酸化炭素濃度計（ＣＯ計）が設置されている（図示せず）。ここで、煙霧透過率計（ＶＩ計）は物質中を透過する光の割合から汚染濃度を計測する装置であり、また、一酸化炭素濃度計（ＣＯ計）は一酸化炭素の濃度を測定する装置である。交通量計測装置は対面通行道路トンネル２００内を通過する車の交通量を計測する装置である。このように対面通行道路トンネル２００内部には、例えば、煤煙、一酸化炭素、交通量、風向風速等の環境成分値を測定する環境成分測定器が設置されている。
【０００６】
従来のジェットファンを用いた縦流換気方式では、対面通行道路トンネル２００内部の風向風速計、煙霧透過率計、一酸化炭素濃度計、交通量計測装置から得られた各種環境成分値に基づいて、換気制御装置（図示せず）により対面通行道路トンネル２００内部に設置されたジェットファン１０ａ〜１０ｄの運転台数を調整することが行われている。すなわち、トンネル内に設置している各種センサ類の計測結果などに基づいて、必要な換気量を確保するのに必要な台数だけジェットファン１０ａ〜１０ｄを運転し、これによって汚染物質濃度を予め設定されている許容値以下にして、トンネル利用者の安全性、快適性を確保している。
このように、従来の対面通行トンネルでは費用対効果からジェットファンの運転台数をオンオフで切り替えることにより、台数運転制御を行っている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１９２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の縦流換気方式には以下の問題があった。
第１の問題は、従来のジェットファンを用いた台数制御の換気方式では電力量が大きくなってしまうという問題である。従来の対面通行トンネルでは費用対効果から台数運転が採用されてきた。
図２９は、従来のジェットファンの台数運転時における、ジェットファン全体の吹き出し風速とジェットファン全体の消費電力との関係を示す図である。ジェットファンを台数運転しつつ、トンネル内に必要となるジェットファンの吹き出し風速を得るためには、図２９に示すようなジェットファンの稼働台数を確保する必要があり、ジェットファン全体の消費電力は階段状に変化するものとなってしまい、ジェットファン全体の消費電力量が最適なものとならないという問題があった。
また、トンネル内に設置したセンサ類の計測値を基にしたフィードバックによる後追い制御となると過剰換気、換気不足となるケースが多いのが実情である。つまり、対面通行トンネルの縦流換気方式は一定せず複雑な交通換気力や自然風の影響でＶＩ値やＣＯ値が変動しやすいため換気制御が頻繁に変更されるため換気制御電力量が大きくなってしまうという問題がある。
交通換気力については、対面通行トンネルでは走行車両による換気力は期待できず、逆に換気上の抵抗として考えられる場合が多かった。また、ＶＩ、ＣＯのフィードバックが主流ということで交通量計なども設置されず交通換気力を把握できない場合が多かった。
自然風は換気方向に対して順風であったり、逆風であったりするため、換気動力費に大きな影響を与えることは知られていたが、トンネル周辺の気象状況によって風向や風速が常に変化しているため、自然換気力の積極的な利用は困難であり、あくまで機械換気が主で自然風は従と考えられてきた。こうして補助的に利用する場合も、自然風の把握には、トンネル両坑口に微気圧計を設置する必要があり、初期費用ならびに保守費用が増大するという問題があった。
【０００９】
第２の問題は、トンネルのように制御信号や電力を長距離伝送する場合、信号や電力波形に高電圧のサージが増大するという問題である。通常の一般の駆動制御においてもサージという問題は知られているが、通常の一般の駆動制御では制御対象が比較的近い場合が殆どである。しかし、トンネルという制約された特殊な空間においてジェットファンを駆動するため、制御信号や電力を長距離に伝送するという特殊な環境が生じる。そのため信号送出端と制御要素の間にインピーダンス整合がとりにくくなり、信号や電力に高電圧のサージが増大するという問題が発生する。サージは正常駆動電圧の約２倍の高電圧成分を含むため、絶縁破壊や機能劣化などの影響を与えてしまう。特に、トンネルが長距離になればジェットファンに対する制御信号や電力の長距離伝送が必要となり、サージの問題が大きくなる。
【００１０】
上記問題点に鑑み、本発明は、省電力化を可能とし、制御信号や電力に発生するサージを抑えたインバータ制御によるジェットファン運転を可能としたトンネル換気制御システムを提供することを目的とする。
また、本発明は、上記トンネル換気制御システムの一形態として、インバータと複数のジェットファンを接続する構成においてケーブル敷設量の節約、ケーブル敷設作業の省力化ができる構成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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明にかかるトンネル換気制御システムは、
複数のジェットファンが設置される長距離道路トンネル用換気制御システムであって、
前記長距離道路トンネル内に適正間隔で配設された複数のジェットファンと、
複数の前記ジェットファンを駆動制御するインバータを備え、
前記インバータにより前記複数のジェットファンに対してケーブルを介して同一の可変周波数電力を供給し、一体的にインバータ駆動することを特徴とするものである。
上記構成により、長距離トンネル内に適正間隔をおいて配設された複数のジェットファンに対して同一の可変周波数電力を供給し、全てのジェットファンを一つの共通した可変周波数電力にてインバータ駆動することにより全てのジェットファン回転数を揃えて運転することができ、長距離トンネル全体にわたり一体的にインバータ駆動することができる。
ここで、ジェットファンの回転数はインバータに供給される電力周波数に比例し、ジェットファン全体の吹き出し風速はジェットファンの回転数に比例する。また、ジェットファンの推力はジェットファン全体の吹き出し風速の２乗に比例し、ジェットファン全体の消費電力はジェットファン全体の吹き出し風速の３乗に比例する。そのため、従来のジェットファンの台数運転によるジェットファン全体の消費電力と、ジェットファンのインバータ運転によるジェットファン全体の消費電力を図示すれば図１のようになる。図１に示すように、トンネル内に求められるジェットファン全体の吹き出し風速Ｆに対して、従来のジェットファンの台数運転によるジェットファン全体の消費電力Ｐ０は階段状に変化するが、本発明のインバータ運転によるジェットファン全体の消費電力Ｐ１は、ジェットファン全体の吹き出し風速Ｆの３乗に比例した曲線となる。このＰ０とＰ１の差分が従来技術と比較した本発明の省エネ効果として捉えることができる。
【００１２】
次に、長距離道路トンネルに適正間隔をもって配設されている複数のジェットファンに対してケーブルを介して同一の可変周波数電力を供給する方式として下記に示す構成がある。
【００１３】
第１のインバータ可変周波数電力は、変電設備およびインバータを前記長距離道路トンネルの入口付近または出口付近の１カ所に設置し、当該インバータにより複数の前記ジェットファンを一体的にインバータ駆動する方式である。
トンネルという制約された特殊な空間では変電設備やインバータを設置する場所が確保しにくいため、変電設備およびインバータを長距離道路トンネルの入口付近または出口付近の１カ所に設置すれば大きなインバータであっても設置できる。なおこの場合、ジェットファンを駆動するためにインバータ可変周波数電力を長距離に伝送するという特殊な環境が生じることとなるが後述するようにサージ発生を抑える工夫を行う。
【００１４】
次に、第２のインバータ可変周波数電力供給方式は、変電設備およびインバータを前記長距離道路トンネルの入口付近と、出口付近の２か所に設置し、前記入口付近の前記インバータと前記出口付近の前記インバータが連動してそれぞれ同一の周波数を前記ジェットファンに供給する連動手段を備えるとともに、前記入口付近に設置した前記インバータにより、前記入口近くに配設された複数の前記ジェットファンを一体的にインバータ駆動し、前記出口付近に設置した前記インバータにより、前記出口近くに配設された複数の前記ジェットファンを一体的にインバータ駆動する方式である。
つまり、第２のインバータ可変周波数電力供給方式では、長距離道路トンネルの入口付近と出口付近の２か所に変電設備およびインバータを設置するものである。長距離のトンネルとなると３０００ｍを超えるものも多く、全てのジェットファンをトンネルの入口か出口の一方から制御するのではなく、長距離道路トンネルの入口付近と出口付近の２方向からジェットファンを制御する方式である。
【００１５】
次に、第３のインバータ可変周波数電力供給方式は、複数系統化して供給する方式である。例えば、前記ジェットファンがｎ系統にグループ分けされており、各々の前記ジェットファンのグループを制御する前記インバータが１台ずつ定められた構成であり、ｎ台の前記インバータによる前記ｎ系統のジェットファンの制御を行う方式である。具体的には、インバータを前記長距離道路トンネルの入口付近または出口付近の１カ所にｎ台設置し、前記ｎ台のインバータ同士が連動してそれぞれ同一の周波数を前記ジェットファンに供給する連動手段を備え、前記ｎ台のインバータにより前記ｎ系統のジェットファンを一体的にインバータ駆動する。つまり、ｎ台のインバータによりｎ系統にてジェットファンを制御するとしてもすべてのジェットファンが同一可変周波数でインバータ駆動されるようにｎ系統すべてに同一の可変周波数が供給されるようにｎ台のインバータが連動できるように連動手段を備えているものである。
【００１６】
第４のインバータ可変周波数電力供給方式は、複数系統化して供給する方式であるが、入口と出口の２カ所から制御するものである。例えば、ジェットファンがｎ＋ｍ系統にグループ分けされており、各々の前記ジェットファンのグループを制御する前記インバータが１台ずつ定められた構成であり、ｎ＋ｍ台の前記インバータによる前記ｎ＋ｍ系統のジェットファンの制御を行う方式である。具体的には、インバータを前記長距離道路トンネルの入口付近にｎ台設置し、出口付近にｍ台設置し、前記ｎ＋ｍ台のインバータ同士が連動してそれぞれ同一の周波数を前記ジェットファンに供給する連動手段を備え、前記入口側に配設された前記ｎ系統のジェットファンと前記出口側に配設された前記ｍ系統のジェットファンを一体的にインバータ駆動する。つまり、ｎ＋ｍ台のインバータによりｎ＋ｍ系統にてジェットファンを制御し、すべてのジェットファンが同一可変周波数でインバータ駆動されるようにｎ＋ｍ系統すべてに同一の可変周波数が供給されるようにｎ＋ｍ台のインバータが連動できるように連動手段を備えているものである。
特に、ジェットファンを複数系統に分けて運転する方式を採用することにより、トンネル内に必要な風圧を発生させることができるとともに、故障時や火災時に一部のジェットファンの運転が停止した場合でも他の系統のジェットファンの運転が確保され、ジェットファンの全面停止という事態を回避し、リスク分散を行うことができるというメリットが得られる。例えば、火災時には煙や熱の拡散を防止するために発火点付近のジェットファンを停止するように運用されるが、ジェットファンを複数系統に分けて運転できれば、発火点付近のジェットファンを制御している系統をすみやかに停止し、他の系統のジェットファンの運転により煙と熱を発火点付近に閉じ込めることができるという優れたリスク分散を実現したジェットファン運転が可能となる。
【００１７】
なお、上記の第１から第３のインバータ可変周波数電力供給方式において、ケーブルの配線に工夫を加えることができる。
第１のケーブル配線の工夫は、長距離道路トンネル内にある複数のジェットファンに対して同一の可変周波数が供給されるようにケーブルを介してインバータ可変周波数電力を伝達するが、前記インバータから各々の前記ジェットファンに対する前記可変周波数電力の前記ケーブルのうち一部を共用化し、前記ケーブルを前記共用化にかかる幹線と前記幹線以外の支線を備えた構成とすることができる。
上記の第１のケーブル配線の工夫により、トンネル内に配線するケーブルをまとめることができ、配線工事がシンプルになる。
【００１８】
第２のケーブル配線の工夫は、長距離道路トンネル用のジェットファンの保全作業時の安全を確保する手元開閉器を収納する手元開閉器箱内に、前記ケーブルの前記幹線と前記支線との分岐部分を設ける工夫である。
上記の第２のケーブル配線の工夫により、トンネルを貫く幹線に対して、ジェットファンの近辺に設けられる手元開閉器箱を利用して支線を引き出す構成とすれば、配線工事がシンプルになる。
【００１９】
次に、インバータ可変周波数電力の長距離伝送に際してのサージの問題について述べる。インバータにおいては、制御信号だけでなく、主回路電力の波形がＰＷＭ(パルス幅変調方式)による、パルス電力波形になっており、これの長距離伝送においてもサージ発生の問題がある。結果としてジェットファンの駆動モータが絶縁破壊し故障に至る恐れがある。制御信号のサージの問題は、装置の中で対策されたものを選定し、従来から行われてきた公知の技術で工事を行うことで対応が可能である。しかるに、電力回路における可変周波数パルス電力(可変周波数電力と同義語である)のサージ問題の解決方法は一般的にはまだ確立していない。可変周波数パルス電力のサージ問題の本質は、インバータからケーブルを介してジェットファンに供給される前記可変周波数パルス電力の伝送経路において、前記ケーブルとジェットファン駆動モータの特性インピーダンスの不整合によって前記可変周波数パルス電力の電圧波に含まれる高調波が反射し、その反射波がもとの電圧波に重畳して、電圧波の波高値を定格の２倍程度に高めてしまうことである。本発明では、特性インピーダンスの不整合を解消して、高調波の反射を抑制する機能を持つサージ抑制装置を、各々の前記ジェットファンに対する前記ケーブルへの接続点に設けた構成とすることで対応している。長距離道路トンネル内において前記高調波が反射する特性インピーダンスの不整合点は、前記ケーブルとジェットファン駆動モータの接続点であり、ジェットファンに対するケーブルの接続点にサージを抑えるサージ抑制装置を設ける構成とすれば、確実にジェットファンに対してサージが抑えられた良好なインバータ可変周波数電力を供給することができる。具体的には、サージ抑制装置の設置個所として、手元開閉器箱内とする構成が好ましい。手元開閉器箱に幹線から支線の引き出しとサージ抑制装置によるサージの抑制を行う構成とすれば、確実にジェットファンに対してサージが抑えられた良好なインバータ可変周波数電力を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ、本発明のインバータ駆動ジェットファンによるトンネル換気制御システムの実施例を説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施例に示した具体的な用途、形状、個数などには限定されないことは言うまでもない。
なお、以下の各実施例の構成において、道路トンネルの入口側に設けられている構成として説明したものが出口側に設けられていても構わない。また、入口側と出口側の双方に設備等が設けられている例では、入口側の構成と出口側の構成が相互に入れ替わって逆になっても構わない。
以下の実施例の説明では、トンネルは、例えば３０００ｍ以上の長距離道路トンネルとして説明する。トンネル内は対面交通となっている例とした。つまり、トンネル内には外界から吹き込む自然風による自然換気力と、通行車両のピストン効果により生じる各車両の通行方向に生じる風圧が合成されて生じる交通風による交通換気力が生じている。ここに、本発明のトンネル換気制御システムによる機械換気力、つまり、ジェットファンの駆動による機械換気力を加えるものである。
【実施例１】
【００２１】
実施例１にかかる本発明のトンネル換気制御システムの例を示す。
図２は実施例１にかかるトンネル換気制御システム１００のブロック図である。
図３は、インバータ１５０ａ〜１５０ｄとジェットファン１１０との個別的な接続構成を分かりやすく模式的に示した図（インバータ個別駆動型）である。
図４は、インバータ１５０とジェットファン１１０との一体的な接続構成を分かりやすく模式的に示した図（インバータ一体駆動型）である。
図５はトンネル換気制御システム１００の制御部１３０の構成を中心に見たブロック図である。
【００２２】
図２に示すように、トンネル換気制御システム１００は、ジェットファン１１０と、センサ類１２０と、制御部１３０と、変電設備１４０と、インバータ１５０と、ケーブル１６０とを備えた構成となっている。
【００２３】
ジェットファン１１０は、トンネル２００内の空気を換気する機器であり、誘導モータが組み込まれ、インバータ駆動により運転されるジェットファンである。本発明ではジェットファンの構造などは特に限定されず、インバータ駆動により運転できるものであれば多様なジェットファンを適用することができる。
ジェットファン１１０は、長距離道路トンネル２００内に適切な間隔で配設されている。この構成例では、図示の関係から１セット２台で、４セット配置した例となっているが、トンネルが長距離になればさらに複数のジェットファン１１０が配設される。
【００２４】
図３は、インバータ１５０とジェットファン１１０との個別的な接続構成（インバータ個別駆動型）を分かりやすく模式的に示した図である。本発明では、ジェットファン１１０に対してインバータ１５０が同一の可変周波数電力を供給する構成となっている。つまり、全てのジェットファン１１０が同一の可変周波数電力を受けて同一条件にてインバータ駆動するものとなっている。図３の構成ではジェットファン４台に対してインバータも４台あり、ジェットファン１１０ａ〜１１０ｄが個別のインバータ１５０ａ〜１５０ｄにより駆動される構成となっている。ここではこの構成を「インバータ個別駆動型」と呼んでいる。
一方、図４は、インバータ１５０とジェットファン１１０との一体的な接続構成（インバータ一体駆動型）を分かりやすく模式的に示した図である。図４の構成でも、ジェットファン１１０に対してインバータ１５０が同一の可変周波数電力を供給する構成となっており、全てのジェットファン１１０が同一の可変周波数電力を受けて同一条件にてインバータ駆動するものとなっている。しかし、図４の構成ではジェットファン４台に対してインバータは１台であり、ジェットファン１１０ａ〜１１０ｄが共通のインバータ１５０により一体的に駆動される構成となっている。ここではこの構成を「インバータ一体駆動型」と呼んでいる。
図３の構成例でも図４の構成例でも、受電設備２１０と、変電設備１４０とインバータ１５０と制御部１３０とを収めた換気制御装置２２０とを併せ持つ電気室２３０を長距離道路トンネル２００の入口付近の１カ所に設置し、このトンネル入口付近に設置された電気室２３０内の換気制御装置２２０から全てのジェットファン１１０に対して同一の周波数を持つ電力を供給し、インバータ駆動する構成となっている。なお、この例では入口付近の１カ所に１台設置したが出口付近の１カ所に１台設置しても構成は同じである。
【００２５】
なお、ケーブルに関しては、図３の構成でも図４の構成でも、４つのジェットファン１１０ａ，ｂ，ｃ，ｄに対して換気制御装置２２０から４本のケーブル１６０ａ，ｂ，ｃ，ｄが並列に出ており、４つのジェットファン１１０が並列に接続されている構成となっている。
図３以外の他の構成も可能であるが、それら構成はあらためて実施例２以下において適宜説明する。
【００２６】
センサ類１２０は、実測データを収集する各種センサや計測器を備えている。この例では、図５に示すように、トンネル２００内の煙霧透過率データと、一酸化炭素濃度データと、断面風速データと、トンネル内の車両交通量データとを含むトンネル内データを計測・収集する部分である。この構成例では、トラフィックカウンタ１２１、煙霧透過率データ計測器(ＶＩ計測器)１２２、一酸化炭素濃度データ計測器(ＣＯ計測器１２３)、風向風速計(ＡＶ計)１２４を備えている。各センサはトンネル２００内に適宜配置されているものでとする。
【００２７】
トラフィックカウンタ１２１は、トンネル２００を通過する車両の台数や速度を計測するセンサであり、トンネル２００の入口近くまたは出口近くに設置される。トラフィックカウンタ１２１によりトンネル２００を通過する車両に関して必要なデータを得ることができる。
【００２８】
煙霧透過率データ計測器１２２は、レーザー照射部とレーザー受光部を備え、レーザー照射部とレーザー受光部間の空気中を透過するレーザー光の割合から塵などによる汚染濃度を計測する装置である。
【００２９】
一酸化炭素濃度データ計測器１２３は、トンネル２００内の一酸化炭素の濃度を測定する装置である。
【００３０】
風向風速計１２４は、縦流換気の流れを計測するために適した位置、例えば、トンネル２００の中央部近く及び出口近くに設置されている。
なお、センサ類１２０の各センサからの計測データは、ケーブル１６１（図５には図示せず）を通じて制御部１３０に渡される。
【００３１】
制御部１３０は、センサ類１２０の計測結果を受け、縦流換気を行うためにトンネル内に必要とされる機械風速を算出し、算出した機械風速を得るためにトンネル内に配設しているジェットファン１１０の運転回転数を算出し、インバータ１５０に対してジェットファン１１０の運転回転数を制御するための周波数を持つ電力を供給するように指示・制御する部分である。
【００３２】
制御部１３０による制御方式は特に限定されない。この実施例の構成は一例である。この構成例では、センサ類１２０から得られた計測値と、運用や法規制などで定められている目標値との間で行うフィードバック補正制御と予測制御とを行う例となっている。
図５の構成例では、制御部１３０はフィードバック補正部１３１を備え、センサ類１２０でトンネル２００内から得た各種検出データに基づいて汚染濃度基準を遵守するためのジェットファン１１０の回転数のフィードバック制御を行う構成例となっている。
【００３３】
また、図５の構成例では、制御部１３０は、モデル記憶部１３２、モデルパラメータ推定部１３３、予測部１３４を備え、予測制御を行う構成例となっている。
【００３４】
モデル記憶部１３２内に、トンネル２００の諸元データに基づいたトンネル２００内を流れる風をモデル化した風速モデルと、トンネル２００内の車両交通をモデル化した交通モデルと、トンネル２００内を通過する車両により発生する汚染物質の濃度をモデル化した汚染濃度モデルを保持記憶する。これら各種モデルが適したものであれば、後述する各種の予測精度が高くなる。
【００３５】
モデルパラメータ推定部１３３は、センサ部１１０から取得したトンネル内データを入力とし、トンネル２００内データの変化に合わせ、モデル記憶部１３２の風速モデルと交通モデルと汚染濃度モデルのパラメータを推定して更新する部分である。
【００３６】
予測部１３４は、センサ部１１０から取得したトンネル内データより、風速モデルと交通モデルと汚染濃度モデルを用いて、自然風予測ＡＶｎと交通風予測ＡＶｔと汚染発生量予測とを行う予測機能を備えた部分であり、自然風予測、交通風予測、汚染発生量予測などが可能となっている。
【００３７】
予測部１３４は、自然風予測手段１３４１を備えている。自然風予測手段１３４１は、トンネル外界の自然風の日量変化、週変化、月変化、年変化などの諸データに基づく自然風の予測と当該自然風によりトンネル内に生じる風向風速の予測機能と、トンネル内に吹く風の風向風速からトンネル２００内における自然換気力を予測する機能を備えており、トンネル２００内の風向風速の実測データと自然風により生じる風向風速の予測データとから所定時間経過後の自然風を予測する部分である。
【００３８】
また、予測部１３４は、交通風予測手段１３４２を備えている。交通風予測手段１３４２は、交通量の日量変化、週変化、月変化、年変化などの諸データに基づく交通量の予測機能と、交通量と車種別等価抵抗面積に基づいてトンネル２００内で発生する交通風を予測する機能を備え、トラフィックカウンタ１１１による交通量の実測データと交通量の予測機能から得られた交通量予測データから、所定時間経過後の交通風を予測する。
【００３９】
また、予測部１３４は、汚染発生量予測１３４３を備えている。汚染発生量予測１３４３は、トラフィックカウンタ１１１による交通量の実測データと交通量の予測機能から得られた交通量予測データと、車種別の汚染発生量予測データから所定時間経過後の汚染発生量を予測する。
【００４０】
制御部１３０は、ハイブリッド適用制御部１３５により、フィードバック補正部１３１によるフィードバック補正量と、予測部１３４による予測に基づく自然風予測と対面交通風予測と汚染発生量予測を利用した予測量に基づき、ジェットファン１１０の回転数を決定する。
【００４１】
ここで、受電設備２１０は、長距離道路トンネル内にはジェットファン１１０のみならず多数の照明設備や防災設備などがあり大容量の電力を必要とするため、電気事業者から直接、特別高圧ないしは高圧で受電し、施設内の装置向けに変圧して電気を供給する設備である。
変電設備１４０は、構内配電電圧が高圧の場合、インバータ１５０に供給するために４００Ｖに降圧するために変圧器を含む。
【００４２】
インバータ１５０は、制御部１３０が定めたジェットファン１１０の運転回転数を実現するため、ジェットファン１１０の運転回転数を制御する可変周波数電力を作り出して供給する装置であり、変電設備１４０が変圧した電力を一旦、交流／直流変換して直流とした後、制御部１３０の指定した周波数の交流に変換してケーブル１６０を介して供給する。
【００４３】
ケーブル１６０は、トンネル内のジェットファン１１０にまで配線された電力ケーブルであり、各々のジェットファン１１０に対してインバータ１５０が創り出した周波数の電力を供給する。
【００４４】
次に、本発明の長距離道路トンネル２００内におけるトンネル換気制御システム１００の接続構成について説明する。
図６はトンネル２００内の様子を模式的に示した図である。
トンネル２００は、この構成例では長距離道路トンネルとなっており、例えば３０００ｍ以上のトンネルなどが想定される。トンネル２００内は対面交通となっている。トンネル２００内には外界から吹き込む自然風による自然換気力（ＡＶｎ）と、通行車両のピストン効果により生じる各車両の通行方向に生じる風圧が合成されて生じる交通風による交通換気力（ＡＶｔ）が生じている。ここにジェットファンのインバータ駆動による機械換気力（ＡＶｊ）が加わり、長距離道路トンネル２００内の縦流換気が実行される。
【００４５】
次に、上記構成の本発明のトンネル換気制御システム１００の動作や特徴を、従来型のオンオフ制御の誘導モータ駆動によるトンネル換気制御システム２００と比較しつつ説明する。
図７は、本発明のインバータ制御によるトンネル換気制御システム１００と、従来型のオンオフ型制御によるトンネル換気システムとの動作の違いを分かりやすく説明する図である。
図８は実施例１にかかるトンネル換気制御システム１００の処理の流れを示すフローチャートである。
【００４６】
まず、ある時刻Ｔ１において、センサ部１２０の各センサであるトラフィックカウンタ１２１、ＶＩ計測器１２２、ＣＯ計測器１２３、ＡＶ計１２４により、トンネル２００内からデータを取得する（図８ステップ１）。トラフィックカウンタ１２１によりトンネル内を通行中の車両の数、大型車か小型車かという車種の違い、スピード等の種々の車両交通に関するトラフィックデータを取得する。ＶＩ計測器１２２によりトンネル内の煙霧透過率データ、ＣＯ計測器１２３によりトンネル３００内の一酸化炭素濃度データ、ＡＶ計により風向風速データを得てトンネル３００内の汚染レベルの諸データを取得する。
【００４７】
センサ類１２０で得られたトラフィックデータ、煙霧透過率データ、一酸化炭素濃度データは、制御部１３０のフィードバック補正部１３１、モデルパラメータ推定部１３３、予測部１３４にそれぞれ入力される。
【００４８】
予測部１３４は、センサ部１１０で得たトラフィックデータ、煙霧透過率データ、一酸化炭素濃度データを基にモデル記憶部１３２のモデルを用いて、少なくとも、自然風予測、交通風予測、汚染発生量予測の各々の予測データを計算する（図８ステップ２）。例えば、各々１０分後の予測データを計算する。
【００４９】
自然風予測は予測部１３４が備える自然風予測手段により行う。例えば、自然風予測手段は現在の時刻より１０分後のトンネル外界から吹く自然風によりモデル記憶部１３２の風速モデルを用いてトンネル内に生じる風向風速を予測し、ＡＶ計１２４より得たトンネル２００内の風向風速の現在の実測データと１０分後の自然風予測データとから１０分後の自然風ＡＶｎを予測する。
【００５０】
交通風予測は予測部１３４が備える交通風予測手段により行う。例えば、交通風予測手段は過去の交通量の諸データに基づいて現在の時刻より１０分後の交通量を予測し、モデル記憶部１３２の交通モデルを用いてトンネル２００内で発生する交通風を予測し、トラフィックカウンタ１２１による交通量の実測データと交通量予測データから１０分後の交通風ＡＶｔを予測する。
【００５１】
汚染発生量予測は予測部１３４が備える汚染発生量予測手段により行う。交通風予測で得た交通量予測データと汚染濃度モデルを用いて汚染発生量予測データを予測し、トラフィックカウンタ１２１による交通量の実測データと汚染発生量予測データから１０分後の汚染発生量を予測する。
【００５２】
予測部１３４による自然風予測ＡＶｎと交通風予測ＡＶｔと汚染発生量予測を利用し、汚染濃度基準を遵守するための４台のジェットファン１１０の並列運転の回転数Ｃを予測する（図８ステップ３）。
例えば、汚染発生量予測により必要なトンネル内の風向風速ＡＶａが決まる。その風向風速に対して予想される自然風予測ＡＶｎと交通風予測ＡＶｔの差し引きにより、ジェットファン１１０により供給しなければならない機械風速ＡＶｊが求まる。
【００５３】
一方、フィードバック補正部１３１はセンサ部１２０の計測と目標値に基づいてフィードバック制御量を算出する（図８ステップ４）。
制御部１３０は、フィードバック補正部１３１によるフィードバック補正と、予測制御を組み合わせてジェットファン１１０に対して回転数Ｃとなるようインバータ可変周波数電力を与え、ジェットファン１１０の省エネ駆動を行う（図８ステップ５）。すべてのジェットファン１１０に対してインバータ１５０により同一周波数のインバータ可変周波数電力で運転制御するため、省エネルギー効果が如何なく発揮される。なお、図３のインバータ個別駆動型であれば、ジェットファン１１０とインバータ１５０が一対一に対応してインバータ駆動され、図４のインバータ一体駆動型であれば、すべてのジェットファンに対して１台の共通のインバータが対応してインバータ駆動されるが、どちらの方式でもすべてのジェットファンが同一周波数のインバータ可変周波数電力で運転されるため、省エネルギー効果が得られる点では同じである。
【００５４】
一方、従来のオンオフ型の誘導モータ運転を前提とすれば、稼動するジェットファン１１０は全速回転Ｃ(Top)にて使用することが前提となるため、全速回転するジェットファン１１０が何台あればＡＶｊとなるかを割り出す。例えば３台のジェットファン１１０を全速回転Ｃ(Top)にて運転すればＡＶｊを満たしたとする。
【００５５】
図７（ｂ）は従来のオンオフ型の誘導モータ運転による制御の様子を分かりやすく図示したものである。図７（ｂ）に示すように、目標値に向けてオンオフ型で制御すると制御によるＶＩ値変化の振れ幅が大きくなりオーバーシュート量が大きいため、精度良く目標値に安定させた制御が難しいことが分かる。
【００５６】
しかし、本実施例１のトンネル換気制御システム１００では、ジェットファン１１０はインバータ運転制御を行うものであり、ジェットファン１１０を省エネルギー運転で有利な低速回転Ｃ(Low)にて運転することも可能であるため、４台すべてのジェットファン１１０を低速回転Ｃ(Low)で運転してＡＶｊを得るように選定する。このように制御部１３０は省エネルギーを実現するジェットファン１１０の運転を行うことができる。
【００５７】
図７（ａ）は本発明のインバータ制御運転による制御の様子を分かりやすく図示したものである。図７（ａ）に示すように、目標値に向けてインバータ制御運転すると制御によるＶＩ値変化の振れ幅が小さくて済み、オーバーシュートが少なく、精度良く目標値に安定させた制御が可能となることが分かる。
【００５８】
なお、モデルパラメータ推定部１３３は、モデル記憶部１３２に記憶されている風速モデル、交通モデル、汚染濃度モデルのパラメータが最適となるようにパラメータを推定し、各モデルのパラメータを当該推定値に更新しておく（図８ステップ６）。予測部１３４はモデル記憶部１３２に記憶されている各モデルを用いて予測を行うため、予測精度を高く維持するためには各モデルとして最適なパラメータを持つものを用意しておく必要がある。そこで、実際にセンサ部１１０から得られるトンネル２００の諸データと予測部１３４による予測結果が合致するようにモデルのパラメータをチューニングしておく。
【００５９】
以上、本発明のトンネル換気制御システム１００は、インバータ１５０を用いてトンネル内に配置したすべてのジェットファン１１０を同じ周波数により一体的に運転制御することができる。
【実施例２】
【００６０】
次に、実施例２にかかるトンネル換気制御システム１００ａについて説明する。
図９は、実施例２にかかるトンネル換気制御システム１００ａのブロック図である。
図１０は、実施例２におけるインバータ１５０とジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図である。
【００６１】
図１０に示すように、トンネル換気制御システム１００ａは、ジェットファン１１０と、センサ類１２０と、制御部１３０と、変電設備１４０と、インバータ１５０と、ケーブル１６０に加え、サージ抑制装置１７０、手元開閉器箱１８０を備えた構成となっている。
この例では受電設備２１０と換気制御装置２２０は道路トンネル入口付近の１カ所に設けられている。
【００６２】
実施例２のトンネル換気制御システム１００ａにおけるインバータ１５０とジェットファン１１０との接続構成は、図１０に示すように、インバータ１５０から幹線１６０１がトンネル２００内を貫通し、インバータ１５０から供給された可変周波数電力は幹線１６０１を伝達して行く。各々のジェットファン１１０は幹線から引き込まれた支線１６０２に接続されている。つまり、ケーブル１６０のうち一部が幹線１６０１という形で共用化された構成となっている。
また、ケーブル１６０を介して供給される可変周波数パルス電力に混入するサージを抑制するサージ抑制装置１７０を備えた構成となっている。
【００６３】
サージ抑制装置１７０は、ケーブル１６０とジェットファン１１０の誘導モータの特性インピーダンスの不整合を整合して可変周波数パルス電力に混入している高調波の反射を抑制することによりマイクロサージを抑制する終端装置である。
手元開閉器箱１８０は、保守作業員が保守点検時などにジェットファンへの電力供給を停止するためのマニュアルのオンオフスイッチである手元開閉器１８１を収納した器具箱であり、この手元開閉器箱１８０はもともとトンネル２００内のジェットファン１１０の設置個所に必ず配置されているものである。本実施例２ではこの手元開閉器箱１８０を利用して、ケーブルの幹線１６０１と支線１６０２との分岐部分を設けている。また、手元開閉器１８１に加え、火災時開閉器１８２、サージ抑制装置１７０が収められている。
【００６４】
図１１（ａ）は、サージ抑制装置１７０を用いない場合における、サージ信号が重畳した状態のインバータ１５０からのパルス電力の電圧波形を示す図である。図１１（ａ）に示すように、インバータ１５０からのパルス電力の電圧には本来の電圧に対して、誘導モータからの高調波の反射波が重畳されてマイクロサージが発生している。図１１（ａ）の例ではサージ部分は本来の電圧の２倍程度のサージとなっている。この高電圧のサージが未処理のままジェットファン１１０に供給されると絶縁耐電圧を超える場合もあり、ジェットファン１１０の誘導モータが絶縁劣化を起こして、ついには絶縁破壊を起こして故障に至るおそれがある。
【００６５】
以下にマイクロサージが生じる理由に触れておく。
道路トンネルのようにきわめて長い距離を伝送されるケーブル１６０の長さは、可変周波数パルス電力に混入している高調波にとっては分布定数回路として取り扱わなければならないものであることが知られている。一般に交流回路においては波長もしくは周波数と線路長の相対的な関係において、線路長が交流波形の波長の１／４を超えると分布定数回路として取り扱う必要がある。ちなみに、本発明で考慮してきたケーブル長は、短い場合でも３００〜３５０ｍ程度はあり、長い場合では１０００ｍ以上にもおよぶ。３００ｍでは波長の１／４となる交流の周波数は約２５０ｋＨｚであり、１０００ｍでは約７５ｋＨｚである。これらの値は、可変周波数パルス電力の周波数帯域内の周波数であり、通常、インバータ１５０の出力側に挿入されインバータ１５０の一部の機能として、インバータ１５０と一体化して設置されるノイズ除去フィルタ（図示せず）では除去できない高調波成分である。この場合、これらの高調波成分に対しては特性インピーダンスがその伝搬に関わるため、誘導モータが接続される接続点のように特性インピーダンス値が異なる不整合点では、特性インピーダンスの比率によって一定の反射が起きる。ジェットファン１１０の誘導モータのインピーダンス値とケーブル１６０のインピーダンス値では前者が圧倒的に大きいので反射率は１に近くなり、反射波が入力波に重畳すると合成波の波高値は入力波の波高値の２倍近くになる。図１１（ａ）ではその様子が示されている。
一方、図１１（ｂ）は、サージ抑制装置１７０を用いた場合における、サージが抑制された状態のパルス電力の電圧波形を示す図である。サージ抑制装置１７０によりインピーダンスが整合されて反射波が抑制されるため、パルス電力の電圧波形にはサージが重畳していない。
【００６６】
ここで、サージ抑制装置１７０を設ける箇所が問題となる。
図１０に示す例では、インバータ１５０から出たケーブル１６０は、途中でジェットファン１１０ａ、ｂ、ジェットファン１１０ｃ、ｄ、ジェットファン１１０ｅ、ｆが接続され、ジェットファンｇ、ｈが接続されている。途中のジェットファン１１０ａ〜ｆにおいては、モータに分流しながら電流は下流へと流れていくが、分流して誘導モータに流入する電流については、モータ端子の接続点が前記のインピーダンス不整合点となる。そこで、このインピーダンス不整合をなくすため、後述する図１２に示すように、接続点に至る直前に、手元開閉器箱１８０の中にサージ抑制装置１７０を設置して、幹線１６０１の接続点においてサージ抑制装置１７０を接続する工夫を採用している。終端のジェットファン１１０ｇ、ｈにも同様に前記サージ抑制装置１７０を設置して幹線１６０１の終端処理を行っている。このように本発明においては全てのジェットファン駆動モータにサージ抑制装置１７０を設置することにより誘導モータ１１０の接続点での特性インピーダンスの不整合をなくして反射の発生を防ぎ、マイクロサージを抑制している。
【００６７】
図１２は、手元開閉器箱１８０内で幹線１６０１と支線１６０２の分岐部分を設け、さらにサージ抑制装置１７０を設けた構成例を模式的に示した図である。
手元開閉器箱１８０内には、手元開閉器１８１と、火災時開閉器１８２、サージ抑制装置１７０が設けられている。手元開閉器１８１は保守作業員が保守点検時などにジェットファンへの電力供給を停止するためのマニュアルのオンオフスイッチであるが、火災時開閉器１８２は、制御装置１３０からのオンオフ制御信号により自動的にジェットファンへの電力供給を停止するオンオフスイッチである。
なお、火災時開閉器１８２は火災時に用いるものであり、後述する実施例６において説明することとし、ここでの説明は省略する。
【００６８】
この構成例では、手元開閉器箱１８０の中で幹線１６０１と支線１６０２の分岐部分を設け、当該部分にサージ抑制装置１７０を設けたので、手元開閉器箱１８０は各々のジェットファン１１０に対するケーブルへの接続点に設けられた構成となっている。つまり、幹線１６０１には、サージ抑制装置１７０が設けられないときは、図１１（ａ）に示すように、反射波が重畳して本来の電圧より高くなっているサージ成分が含まれるが、サージ抑制装置１７０が設置されることにより反射波の重畳がなくなり、図１１（ｂ）に示すようにサージ抑制装置１７０によりサージが抑制されたパルス電力となっており、良好なジェットファン１１０のインバータ駆動が可能となる。
【実施例３】
【００６９】
次に、実施例３にかかるトンネル換気制御システム１００ｂについて説明する。
実施例３のトンネル換気制御システム１００ｂは、２台のインバータ１５０ａ，１５０ｂを長距離トンネル２００の入口と出口の２カ所におき、当該２台のインバータ１５０ａ，１５０ｂによりそれぞれが担当するジェットファン１１０をインバータ駆動する構成とした例である。また、実施例２と同様、ケーブル１６０を介して供給される可変周波数パルス電力に混入するサージを抑制するサージ抑制装置１７０を手元開閉器箱１８０の中に備えた構成となっている。
【００７０】
図１３は、実施例３におけるインバータ１５０ａ，１５０ｂとジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図である。
トンネル換気制御システム１００ｂの各構成要素は、ジェットファン１１０と、センサ類１２０と、制御部１３０と、変電設備１４０と、インバータ１５０と、ケーブル１６０に加え、サージ抑制装置１７０、手元開閉器箱１８０を備えた構成となっている。それぞれの構成要素は実施例１、実施例２と同様であるのでここでの説明は省略する。
【００７１】
インバータは長距離道路トンネルの入口付近と、出口付近の２か所に設置されている。図１３の例では、入口付近にインバータ１５０ａが設置され、出口付近にインバータ１５０ｂが設置されている。両者の間にはケーブル１６３が敷設され、両者間で可変周波数が一致するように情報をやり取りできるようになっている。
入口付近に設置されたインバータ１５０ａと出口付近に設置されたインバータ１５０ｂの両者が連動してそれぞれ同一の周波数信号をジェットファン１１０に供給できるように連動する構成となっている。インバータ１５０ａとインバータ１５０ｂの間で連動する手段は限定されないが、この構成例では、入口付近に設置されたインバータ１５０ａと出口付近に設置されたインバータ１５０ｂとの間に通信線１５１が敷設されており、両者に対して制御部１３０からの指示が伝達され、インバータ１５０ａとインバータ１５０ｂが連動する構成となっている。
【００７２】
また、この構成例では、受電設備２１０は入口付近の１カ所であり、入口側の換気制御装置２２０とともに電気室２３０に設置される。この入口の受電設備２１０から入口の換気制御装置２２０の変電設備１４０と出口の屋外型キュービクル２４０内の変電設備１４０に対して電力が供給されている。出口側の換気制御装置２２０は出口側の変電設備１４０とともに前記屋外型キュービクル２４０に収納される。さらにこの構成例では受電設備２１０から出口側の換気制御装置２２０に送られる電力はケーブル１６４を通じて送電される。この場合、トンネルの入口から出口までの間の長距離の送電となるためケーブル１６４の充電電流による受電設備２１０の保護リレーの誤作動を防ぐためにタイトランス２１１を設置している。
【００７３】
図１３に示すように、複数のジェットファン１１０を２台のインバータで駆動しているが、この構成例では、トンネル２００の入口付近に設置したインバータ１５０ａとトンネル２００の入口側にあるジェットファン４つ（１１０ａ〜１１０ｄ）が接続されており、それら４つのジェットファン１００（１１０ａ〜１１０ｄ）が一体的にインバータ駆動され、また、トンネル２００の出口近くのインバータ１５０ｂとトンネル２００の出口側にあるジェットファン４つ（１１０ｅ〜１１０ｈ）が接続されており、それら４つのジェットファン１００（１１０ｅ〜１１０ｈ）が一体的にインバータ駆動される。結局、すべてのジェットファン１１０が一体的にインバータ駆動される。
【００７４】
以上、実施例３に示した本発明のトンネル換気制御システム１００ｂは、トンネル２００の入口側と出口側に設置したインバータ１５０を用いてトンネル２００の前後からトンネル２００内に配置したすべてのジェットファン１１０を同じ周波数により一体的にインバータ運転制御することができ、長距離道路トンネルにジェットファンが多数配設されている環境であっても最適運転を行うことができる。
【実施例４】
【００７５】
次に、実施例４にかかるトンネル換気制御システム１００ｃについて説明する。
実施例４のトンネル換気制御システム１００ｃは、ｎ台のインバータ１５０を長距離トンネル２００の入口の１カ所におき、当該ｎ台のインバータ１５０によりそれぞれが担当するジェットファン１１０をｎ系統にてインバータ駆動する構成とした例である。また、実施例４と同様、ケーブル１６０を介して供給される可変周波数パルス電力に混入するサージを抑制するサージ抑制装置１７０を備えた構成となっている。
ここでは、ｎ＝２、つまり、２台のインバータ１５０ａ、１５０ｂを配設して２系統にてジェットファン１１０をインバータ駆動する構成例を挙げる。
【００７６】
図１４は、実施例４における２台のインバータ１５０ａ，１５０ｂと２系統に駆動されるジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図（その１）である。ジェットファンを２系統に分けているが、入口側に近いジェットファンと出口側に近いジェットファンの２系統に分けた例となっている。
【００７７】
図１５は、実施例４における２台のインバータ１５０ａ，１５０ｂと２系統に駆動されるジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図（その２）である。ジェットファンを２系統に分けているが、左右２列のジェットファンのうち左型のジェットファン列と右側のジェットファン列の２系統に分けた例となっている。
いずれの場合も系統を２分することで故障確率が減じて信頼性を向上させることができる。さらに今まで出てきた図４、図９、図１０、図１３、図１４の構成と図１５の構成を組み合わせれば信頼性を向上することが可能である。
【００７８】
実施例４のトンネル換気制御システム１００ｃは、ジェットファン１１０と、センサ類１２０と、制御部１３０と、変電設備１４０と、インバータ１５０と、ケーブル１６０に加え、サージ抑制装置１７０、手元開閉器１８０を備えた構成となっている。それぞれの構成要素は実施例１、実施例２と同様であるのでここでの説明は省略する。
なお、図１４の構成の手元開閉器１８０の構造は、２つのジェットファンに分岐させるものであり図１２に示したもので良いが、図１５の構成の手元開閉器１８０の構造は、１つのジェットファンに分岐させるものであり図１６に示したものとなる。
【００７９】
インバータ１５０ａ，１５０ｂは長距離道路トンネルの入口付近に設置されている。なお、出口付近に設置していても同様である。図１４の例では、受電設備２１０は入口付近の１カ所であり、入口側の換気制御装置２２０とともに電気室２３０に設置される。この入口の受電設備２１０から換気制御装置２２０の変電設備１４０に対して電力が供給されている。換気制御装置２２０の中にインバータ１５０ａとインバータ１５０ｂの２つが設置されている。
【００８０】
実施例４のジェットファンは２系統にグループ分けされており、各々のジェットファンのグループを制御するインバータが１台ずつ定められている。
図１４の構成例では、入口側に近いジェットファンと出口側に近いジェットファンの２系統に分けた例となっており、２台のインバータによる２系統のジェットファンの制御が可能となっている。２台のインバータ同士が連動してそれぞれ同一の周波数をジェットファンに供給し、２系統のジェットファンを一体的にインバータ駆動する構成となっている。
【００８１】
図１４に示す構成例では、インバータ１５０ａと入口側の４台のジェットファン（１１０ａ〜１１０ｄ）が接続されており、インバータ１５０ａによりそれら４つのジェットファン１００（１１０ａ〜１１０ｄ）が一体的にインバータ駆動され、インバータ１５０ｂと出口側の４台のジェットファン（１１０ｅ〜１１０ｈ）が接続されており、インバータ１５０ｂによりそれら４つのジェットファン１００（１１０ｅ〜１１０ｈ）が一体的にインバータ駆動される構成となっている。
【００８２】
図１５の構成例では、左右２列のジェットファンのうち、左型のジェットファン列と右側のジェットファン列の２系統に分けた例となっており、２台のインバータによる２系統のジェットファンの制御が可能となっている。２台のインバータ同士が連動してそれぞれ同一の周波数をジェットファンに供給し、２系統のジェットファンを一体的にインバータ駆動する構成となっている。
【００８３】
図１５に示す構成例では、インバータ１５０ａと左側（図中上側）の４台のジェットファン（１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅ、１１０ｇ）が接続されており、インバータ１５０ａによりそれら４つのジェットファン（１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅ、１１０ｇ）が一体的にインバータ駆動され、インバータ１５０ｂと右側（図中下側）の４台のジェットファン（１１０ｂ、１１０ｄ、１１０ｆ、１１０ｈ）が接続されており、インバータ１５０ｂによりそれら４つのジェットファン（１１０ｂ、１１０ｄ、１１０ｆ、１１０ｈ）が一体的にインバータ駆動される構成となっている。
【００８４】
以上、実施例４に示した本発明のトンネル換気制御システム１００ｃは、ｎ台のインバータ１５０を用いてトンネル２００内に配置したすべてのジェットファン１１０をｎ系統で同じ周波数により一体的にインバータ運転制御することができ、長距離道路トンネルにジェットファンが多数配設されている環境であっても最適運転を行うことができる。
【実施例５】
【００８５】
次に、実施例５にかかるトンネル換気制御システム１００ｄについて説明する。
実施例５のトンネル換気制御システム１００ｄは、ジェットファン１１０と、センサ類１２０と、制御部１３０と、変電設備１４０と、インバータ１５０と、ケーブル１６０に加え、サージ抑制装置１７０、手元開閉器箱１８０を備えた構成となっている。それぞれの構成要素は実施例１、実施例２と同様であるのでここでの説明は省略する。
また、入口側に電気室２３０、出口側に屋外型キュービクル２４０を設置した点については実施例３と同様であるのでここでの説明は省略する。
【００８６】
実施例５のトンネル換気制御システム１００ｄは、ｎ台のインバータ１５０を長距離トンネル２００の入口の１カ所におき、当該ｎ台のインバータ１５０によりそれぞれが担当するジェットファン１１０をｎ系統にてインバータ駆動する構成とし、ｍ台のインバータ１５０を長距離トンネル２００の出口の１カ所におき、当該ｍ台のインバータ１５０によりそれぞれが担当するジェットファン１１０をｍ系統にてインバータ駆動する構成となっている。つまり、ｎ＋ｍ台のインバータにより、トンネル２００の入口と出口の２カ所からｎ＋ｍ系統にてインバータ駆動するものとなっている。
【００８７】
図１７は、実施例５におけるｎ＋ｍ台のインバータ１５０とｎ＋ｍ系統に駆動されるジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図（その１）である。 ここでは、ｎ＝２、つまり、入口付近に２台のインバータ１５０ａ、１５０ｂを配設して２系統にてジェットファン１１０をインバータ駆動し、ｍ＝２、つまり、出口付近にも２台のインバータ１５０ｃ、１５０ｄを配設して２系統にてジェットファンをインバータ駆動する構成例となっている。
【００８８】
インバータは長距離道路トンネルの入口付近に２台、出口付近にも２台設置されている。
図１７の構成例では、入口側には電気室２３０の換気制御装置２２０の中にインバータ１５０ａ，１５０ｂが設けられ、出口側には屋外型キュービクル２４０の中にインバータ１５０ｃ、１５０ｄが設けられている。
この構成例では長距離道路トンネル２００の入口付近の２台のインバータと、出口付近の２台インバータ同士が連動してそれぞれ同一の周波数をジェットファンに供給する連動手段を備えており、４系統のジェットファンを一体的にインバータ駆動する構成例となっている。ここでは情報をやり取りする信号線１６３が設けられている。
【００８９】
ジェットファンは４系統にグループ分けされており、各々のジェットファンのグループを制御するインバータが１台ずつ定められており、４台の前記インバータによる４系統のジェットファンの制御が可能となっている。
【００９０】
図１７の例では、入口側にもっとも近いジェットファン２つ（１１０ａ，１１０ｂ）と、入口側に２番目に近いジェットファン２つ（１１０ｃ，１１０ｄ）と、出口側に２番目に近いジェットファン２つ（１１０ｅ，１１０ｆ）と、出口側にもっとも近いジェットファン２つ（１１０ｇ，１１０ｈ）の４系統に分けた例となっている。
図１７に示す構成例では、入口側では、インバータ１５０ａと２台のジェットファン（１１０ａ〜１１０ｂ）が接続されており、インバータ１５０ｂと２台のジェットファン（１１０ｃ〜１１０ｄ）が接続されている。また、出口側ではインバータ１５０ｃと２台のジェットファン（１１０ｅ〜１１０ｆ）が接続されており、インバータ１５０ｄと２台のジェットファン（１１０ｇ〜１１０ｈ）が接続されている。この８台のジェットファンが一体的にインバータ駆動される構成となっている。
【００９１】
次に、図１８は、実施例５におけるｎ＋ｍ台のインバータ１５０とｎ＋ｍ系統に駆動されるジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図（その２）である。ここでも、ｎ＝２、つまり、入口付近に２台のインバータ１５０ａ、１５０ｂを配設して２系統にてジェットファン１１０をインバータ駆動し、ｍ＝２、つまり、出口付近にも２台のインバータ１５０ｃ、１５０ｄを配設して２系統にてジェットファンをインバータ駆動する構成例となっている。
【００９２】
図１８の構成例でも、入口側には電気室２３０の換気制御装置２２０の中にインバータ１５０ａ，１５０ｂが設けられ、出口側には屋外型キュービクル２４０の中にインバータ１５０ｃ、１５０ｄが設けられている。
ジェットファンは、入口側に近いジェットファン４つのうち左側の列のジェットファン２つ（１１０ａ，１１０ｃ）と右側の列のジェットファン２つ（１１０ｂ，１１０ｄ）と、出口側に近いジェットファン４つのうち左側の列のジェットファン２つ（１１０ｅ，１１０ｇ）と右側の列のジェットファン２つ（１１０ｆ，１１０ｈ）の４系統に分けた例となっている。
【００９３】
図１８に示す構成例では、入口側では、インバータ１５０ａと２台のジェットファン（１１０ａ，１１０ｃ）が接続されており、インバータ１５０ｂと２台のジェットファン（１１０ｂ〜１１０ｄ）が接続されている。また、出口側ではインバータ１５０ｃと２台のジェットファン（１１０ｅ，１１０ｇ）が接続されており、インバータ１５０ｄと２台のジェットファン（１１０ｆ，１１０ｈ）が接続されている。この８台のジェットファンが４系統で一体的にインバータ駆動される構成となっている。
【００９４】
以上、実施例５に示した本発明のトンネル換気制御システム１００ｄは、長距離道路トンネルの入口側と出口側に合計ｎ＋ｍ台のインバータ１５０を設置し、トンネルの前後からトンネル２００内に配置したすべてのジェットファン１１０をｎ＋ｍ系統にて同じ周波数により一体的にインバータ運転制御することができ、長距離道路トンネルにジェットファンが多数配設されている環境であっても最適運転を行うことができる。
【実施例６】
【００９５】
本発明のトンネル換気制御システムは火災時おいても優れた制御を実現できる。
本発明のトンネル換気制御システムは、平常時には実施例１〜実施例５に示したように、汚染濃度基準を遵守しつつ如何に省エネルギーにてジェットファン１１０をインバータ運転制御するが、火災時には、長距離道路トンネル２００内の空気の流れを制御して如何に素早く発生する煙と熱の流れを火点に閉じ込めるかという即応性の観点を重視してジェットファンの回転数を決めることができるものである。
【００９６】
図１９は火災時におけるトンネル内の熱と煙の移動に関する制御の様子を模式的に示した図である。図２０は実施例６にかかる本発明のトンネル換気制御システム１００ｅのブロック図である。図２１は実施例６にかかる本発明のトンネル換気制御システム１００ｅの処理の流れを示すフローチャートである。
【００９７】
図１９に示すように、火災時にはトンネル内の熱と煙の移動をできるだけ止めて火点近くに閉じ込めるように制御する。その際にはジェットファン１１０の省エネルギー運転という観点は重視せずに、如何に早く熱と煙を火点近くに閉じ込める観点からジェットファン１１０を運転する。なお、本発明のトンネル換気制御システム１００ｅは、実施例１〜実施例５に示したように、ジェットファンをインバータ運転とすると素早くまた細やかにジェットファン１１０の回転数を制御できるので、火災で生じる熱と煙を火点近くに閉じ込めるための即応性ある細やかな運転が可能となる。
特に、実施例４や実施例５に示したように、ジェットファンを複数系統に分けて運転する方式を採用した場合は、火災時に発火点付近のジェットファンの運転を停止させた場合でも他の系統のジェットファンの運転が確保され、ジェットファンの全面停止という事態を回避し、リスク分散を行うことができるというメリットが得られる。つまり、発火点付近のジェットファンを制御している系統をすみやかに停止し、他の系統のジェットファンの運転により煙と熱を発火点付近に閉じ込めることができる。
【００９８】
トンネル換気制御システム１００ｅは、ジェットファン１１０と、センサ類１２０ｅと、制御部１３０ｅと、変電設備１４０と、インバータ１５０と、ケーブル１６０に加え、サージ抑制装置１７０、手元開閉器箱１８０を備えた構成となっている。それぞれの構成要素は実施例１、実施例２と同様であるのでここでの説明は省略する。
【００９９】
センサ部１２０ｅは、実施例１と同様、実測データを収集する各種センサや計測器を備えているが、実施例１の構成に加え、トンネル２００内に実際に発生した火災を検知して実際の火災諸元データを収集する火災検知部１２５を備えている。火災検知部１２５の構成や検知データの内容は限定されないが、火災発生地点、煙の流れ、熱の流れ等を検知するものである。例えば、火災で発生する熱をとらえるサーモグラフィーや熱赤外線センサ、複数箇所から収集した煙霧透過率データの差分から煙の流れを追う煙センサ、火や煙の流れを画像としてとらえるビデオカメラなど多様なセンサ類を適用することができる。また、風の移動に応じて煙と熱も移動するためＡＶ計１２４も煙と熱の風向と風速を推測するセンサとして応用することも可能である。
【０１００】
制御部１３０ｅは、実施例１に示した風速モデル、交通モデル、汚染濃度モデルの各種モデルに加え、火災モデルも記憶している。ここで火災モデルとは、トンネル２００内の風速モデルと火災の諸元データに基づいて火災が発生した場合の煙と熱の流れを予測するモデルである。
【０１０１】
予測部１３４ｅは、実施例１の各種予測に加え、火災予測手段を備えている。
火災予測手段は、トンネル２００内の火災発生地点と火災規模、現在のトンネル内の風向風速、外界の自然風の変化、トンネル内車両の交通の変化による交通風の変化などから長距離道路トンネル２００内における熱と煙の流れを予測する機能を備えており、所定時間経過後の熱と煙の移動ＡＶｆを予測する部分である。
【０１０２】
制御部１３０ｅは、平常時には最適選定計画を定めるが、火災時にはセンサ部１２０ｅの火災検知機能により収集した火災諸元データと火災モデルとに基づいて、実際に発生する煙と熱を火点に閉じ込めるようにするため火災時のジェットファン１１０の回転数を決める。
【０１０３】
次に、手元開閉器箱１８０内には、図１２および図１６に示すように、手元開閉器１８１と、火災時開閉器１８２、サージ抑制装置１７０が設けられている。手元開閉器１８１は保守作業員が保守点検時などにジェットファンへの電力供給を停止するためのマニュアルのオンオフスイッチであるが、火災時開閉器１８２は、制御装置１３０からのオンオフ制御信号により自動的にジェットファンへの電力供給を停止するオンオフスイッチである。
【０１０４】
手元開閉器１８１に加え、火災時開閉器１８２を設けている理由は以下のとおりである。
本発明のジェットファンは台数運転ではなく、インバータにより一体運転を前提としている。火災時は火点近くのジェットファンは火や熱や煙の拡散を防止するために停止しなければならない。その一方、火点近く以外のジェットファンは、火や熱や煙を火点近くに閉じ込めるため、自然風や交通風に対向して風速ゼロ化を図るために運転が必要である。つまり、ジェットファンはトンネル内において全体として運転しつつ、火点近くのジェットファンのみ離脱させて自動的に運転停止する必要がある。ここで、ジェットファンの系統が細かく分かれている場合、発火点近くのジェットファンを制御している系統のみを全面停止し、他の系統のジェットファンを運転させるという運用で対処できるが、ジェットファンの系統が大まかにしか分かれておらず、一つの系統の中に、発火点近くのジェットファンのみならず発火点付近ではないジェットファンまでも含まれている場合、当該系統を全面停止すると、発火点付近のジェットファンのみならず、煙や熱を発火点に閉じ込めるために運転すべき周囲のジェットファンまでもが停止してしまう。そこで、同じ系統に属するジェットファンであっても個別に運転を離脱できるように別途、オンオフ制御用の火災時開閉器１８２を設けるという工夫を施しているわけである。
【０１０５】
次に、火災時における本発明のトンネル換気制御システム１００ｅの動作や特徴を、従来型のオンオフ制御の誘導モータ駆動によるトンネル換気制御システム２００と比較しつつ説明する。
まず、ある時刻Ｔ１において、センサ部１２０ｅの火災検知部１２５により火災に関するデータを取得する（図２１ステップ１）。火災検知部１２５によりトンネル２００内に発生した火災発生点、熱や煙の移動の様子に関する火災諸元データを取得する。
この例では、ジェットファン１１０ａ，１１０ｂの近くで火災が発生したとする。
【０１０６】
センサ部１２０ｅの火災検知部１２５で得られた火災諸元データは、制御部１３０に渡され、モデルパラメータ推定部１３３ｅ、予測部１３４ｅ、フィードバック補正部１３１ｅにそれぞれ入力される。
【０１０７】
予測部１３４ｅは、火災検知部１２５で得た火災諸元データを基にモデル記憶部１３２ｅの自然風モデルと火災モデルを用いて、少なくとも、自然風予測と、火災予測を行って予測データを計算する（図２１ステップ２）。例えば、各々１分後の予測データを計算する。
【０１０８】
自然風予測は実施例１と同様、自然風予測手段により行う。例えば、自然風予測手段は現在の時刻より１分後のトンネル外界から吹く自然風によりモデル記憶部１３２ｅの風速モデルを用いてトンネル内に生じる風向風速を予測し、ＡＶ計１２４より得たトンネル２００内の風向風速の現在の実測データと１分後の自然風予測データとから１分後の自然風ＡＶｎを予測する。
【０１０９】
火災予測は火災予測手段により行う。火災による熱と煙の移動をモデル化した火災モデルを用いて火災予測データを予測し、１分後の火災により発生する熱と煙の移動を予測する。
なお、交通風予測については、火災時にはトンネル内の車両交通が止まると仮定される場合は交通風予測手段は交通風をゼロと予測しても良い。
【０１１０】
次に、制御部１３０ｅは、予測部１３４ｅによる自然風予測ＡＶｎと火災予測を利用し、熱と煙を火点に閉じ込めるためのジェットファン１１０の回転数を含む火災時運転計画を決める（図２１ステップ３）。
例えば、火災発生箇所において自然風予測ＡＶｎと対向せしめるためにジェットファン１１０により供給しなければならない風向風速ＡＶｊが求まる。制御部１３０はＡＶｊをもたらすジェットファン１１０の回転数Ｃの運転計画を決定する。
なお、火点直近のジェットファンは火炎や煙を煽ってしまうことになるので停止する。ここでは、火点近くのジェットファン１１０ａ，１１０ｂを制御している手元開閉器箱１８０内の火災時開閉器１８２に対して停止信号を送って電力供給を遮断して運転停止することが重要な要件である。
【０１１１】
従来のオンオフ型の誘導モータ運転を前提とすれば、稼動するジェットファン１１０は全速回転Ｃ(Top)にて使用することが前提となるため、全速回転するジェットファン１１０が何台あればＡＶｊとなるかを割り出す。しかし、一台ごとのオンオフ制御では細かい設定ができず、完全には火災により生じている熱と煙を火点に閉じ込めることは難しく、トンネル２００のいずれかの方向に熱と煙が流れてしまう結果となることが予想される。
【０１１２】
図２２（ｂ）は従来のオンオフ型の誘導モータ運転による制御の様子を分かりやすく図示したものである。図２２（ｂ）に示すように、目標値に向けてオンオフ型で制御すると制御によるＶＩ値変化の振れ幅が大きくなりオーバーシュート量が大きいため、精度良く目標値に安定させた制御が難しいことが分かる。
【０１１３】
しかし、本実施例６のトンネル換気制御システム１００ｅでは、ジェットファン１１０はインバータ運転制御を行うものであり、ジェットファン１１０を最短運転かつ細かく風量を調整するために有利な最適回転Ｃ(Appropriate)にて運転することも可能であるため、すべてのジェットファン１１０を最適回転Ｃ(Appropriate)で運転してＡＶｊを得るように選定する。このように制御部１３０ｅは最短で火災で生じる熱と煙を火点に閉じ込めるジェットファンの火災時運転計画を立てることができる。
【０１１４】
図２２（ａ）は本発明のインバータ運転制御運転による制御の様子を分かりやすく図示したものである。図２２（ａ）に示すように、目標値に向けてインバータ制御運転すると制御によるＶＩ値変化の振れ幅が小さくて済み、すみやかかつ精度良く目標値に安定させた制御が可能となることが分かる。
【０１１５】
次に、フィードバック補正部１３１ｅは、センサ部１２０ｅでトンネル２００内から得た各種検出データに基づいて火災で生じる熱と煙を火点に閉じ込めるジェットファン１１０の回転数のフィードバック制御量の計算を行う（図２１ステップ４）。
【０１１６】
制御部１３０ｅは、フィードバック補正部１３１によるフィードバック補正と、予測制御部１３４ｅの予測制御を組み合わせてジェットファン１１０に対して回転数Ｃとなるようインバータ可変周波数電力を与え、ジェットファン１１０の省エネ駆動を行う（図２１ステップ５）。
なお、モデルパラメータ推定部１３３ｅのパラメータ推定・更新は同様である（図２１ステップ６）。
以上が火災時のトンネル換気制御システムの動作例である。なお、上記の説明において、発火点がいずれの場所であっても同様に考えることができる。また上記の説明では発火点直近のジェットファンを停止させる例であったが、発火点の場所によっては停止させるジェットファンがない場合もありえる。
【０１１７】
以上、本発明のトンネル換気制御システム１００ｅは、火災時には、トンネル内の空気の流れを制御して如何に素早く発生する煙と熱の流れを火点に閉じ込めるかという即応性の観点を重視してジェットファンの回転数Ｃを決めることができる。
【実施例７】
【０１１８】
次に、電気室２３０内の換気制御装置２２０の複数系統化の工夫について説明する。上記の実施例１から実施例６では、換気制御装置２２０は、電気室２３０の中に一つという構成例で説明したが、実施例７の構成は電気室２３０の中に複数の換気制御装置２２０を設けた構成となっている。
【０１１９】
図２３は電気室２３０の中に複数の換気制御装置２２０を設けた構成例を示す図である。図２３の構成例は換気制御装置２２０が２つ設けられている例となっているが、３つ以上の構成もあり得る。なお、図２３では、電気室２３０内の構成要素のみを図示しており、インバータ１５０以降のトンネル内のジェットファン１１０の制御系統などの図示は省略している。また、それぞれの換気制御装置２２０の中に含まれるインバータ１５０の台数についても１台のみしか図示していないが、実施例４や実施例５に示したように換気制御装置２２０内にインバータ１５０を複数台備え、トンネル内のジェットファン１１０を複数の系統に分けて制御する構成もあり得る。
【実施例８】
【０１２０】
次に、電気室２３０には受電設備しか設けず、換気制御装置２２０を屋外キュービクル２４０という形で外に設ける構成例について説明する。上記の実施例１から実施例６では、トンネル入口または出口に電気室２３０が設けられている場合、換気制御装置２２０は、電気室２３０の中に設けられている構成例として説明したが、実施例８の構成はトンネル入口または出口に電気室２３０が設けられていても、当該トンネルの入口または出口において、電気室２３０とは別に設けた屋外キュービクル２４０の中に換気制御装置２２０を設けた構成となっている。
【０１２１】
図２４および図２５はトンネルの入口または出口において、電気室２３０とは別に設けた屋外キュービクル２４０の中に換気制御装置２２０を設けた構成例を示す図である。図２４の構成例はトンネルの入口または出口側に屋外キュービクル２４０を一つ設けてその中に換気制御装置２２０を一つ設けた構成例となっているが、図２５の構成例はトンネルの入口または出口側に屋外キュービクル２４０を２つ設けた例となっている。もちろん、図２５において屋外キュービクル２４０を３つ以上設けた構成もあり得る。
【０１２２】
また、図２６は、電気室２３０内に換気制御装置２２０を設けるとともに、別途、屋外キュービクル２４０を設けて別の系統を制御する換気制御装置２２０を設けた例である。つまり、図２４または図２５のパターンにおいて、電気室２３０内にも換気制御装置を設けた構成となっている。
【０１２３】
なお、図２４、図２５、図２６の構成において、電気室２３０や屋外キュービクル２４０内の構成要素のみを図示しており、インバータ１５０以降のトンネル内のジェットファン１１０の制御系統などの図示は省略している。また、それぞれの換気制御装置２２０の中に含まれるインバータ１５０の台数についても１台のみしか図示していないが、実施例４や実施例５に示したように換気制御装置２２０内にインバータ１５０を複数台備え、トンネル内のジェットファン１１０を複数の系統に分けて制御する構成もあり得る。
【０１２４】
このように、電気室２３０が設けられている側において、別途、屋外キュービクル２４０という形で換気制御装置２２０を設ける構成では以下のようなメリットが考えられる。
一般に電気室２３０はトンネルの入口付近または出口付近に設けられる。電気室２３０内の受電設備２１０から換気制御装置２２０内の変電設備１４０までの間は、高い電圧（例えば６ｋＶ）で伝送され、換気制御装置２２０内の変電設備１４０内において４００Ｖに降圧されるため、換気制御装置２２０を電気室２３０内に設ける構成では、４００ｋＶに降圧された形で構内の伝送距離が長くなる。６ｋＶと４００Ｖでは明らかに６ｋＶの方が電流値が小さくて済むためケーブルの太さが細くて済む。一般にケーブルの太さが細い方が敷設工事がやりやすいため、電気室２３０よりもトンネル構内に引き込んだ位置に屋外キュービクル２４０を設けておけば、その位置までのケーブル敷設工事が簡単で済むというメリットが得られるわけである。
【実施例９】
【０１２５】
次に、電気室２３０内の複数系統化の工夫について説明する。上記の実施例１から実施例６では、電気室２３０はトンネルの入口または出口のいずれかに一つという構成例で説明したが、実施例９の構成は電気室２３０をトンネルの入口と出口の双方に設けた構成となっている。
【０１２６】
図２７はトンネルの電気室２３０をトンネルの入口と出口の双方に設けた構成例を示す図である。図２７の構成例は、トンネルの入口と出口のそれぞれに、電気室２３０が１つ設けられ、その電気室２３０の中には換気制御装置２２０が１つ設けられている例となっているが、実施例７や実施例８のように１つの電気室の中に複数個の換気制御装置２２０が設けられたり、電気室２３０とは別途、屋外キュービクル２４０が設けられたりする構成が可能である。つまり、実施例９に対して実施例７や実施例８が組み合わすことが可能である。
【０１２７】
なお、図２７では、電気室２３０内の構成要素のみを図示しており、インバータ１５０以降のトンネル内のジェットファン１１０の制御系統などの図示は省略している。また、それぞれの換気制御装置２２０の中に含まれるインバータ１５０の台数についても１台のみしか図示していないが、実施例４や実施例５に示したように換気制御装置２２０内にインバータ１５０を複数台備え、トンネル内のジェットファン１１０を複数の系統に分けて制御する構成もあり得る。
【０１２８】
以上、本発明の好ましい実施形態を図示して説明してきたが、トンネル換気制御システムに向けて広く適用することができる。
本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。従って本発明の技術的範囲は添付された特許請求の範囲の記載によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明のジェットファンのインバータ運転によるジェットファン全体の消費電力と、従来のジェットファンの台数運転によるジェットファン全体の消費電力とを比較した図
【図２】実施例１にかかるトンネル換気制御システム１００のブロック図
【図３】インバータ１５０ａ〜１５０ｄとジェットファン１１０との個別的な接続構成を分かりやすく模式的に示した図（インバータ個別駆動型）
【図４】インバータ１５０とジェットファン１１０との一体的な接続構成を分かりやすく模式的に示した図（インバータ一体駆動型）
【図５】トンネル換気制御システム１００の制御部１３０の構成を中心に見たブロック図
【図６】トンネル２００内の様子を模式的に示した図
【図７】本発明のインバータ制御によるトンネル換気制御システム１００と、従来型のオンオフ型制御によるトンネル換気システムとの動作の違いを分かりやすく説明する図
【図８】実施例１にかかるトンネル換気制御システム１００の処理の流れを示すフローチャート
【図９】実施例２にかかるトンネル換気制御システム１００ａのブロック図である。
【図１０】実施例２におけるインバータ１５０とジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図
【図１１】サージが生じる原理とサージを抑制した場合のパルス電力の電圧波形を示す図
【図１２】手元開閉器箱１８０内の構成例を模式的に示した図
【図１３】実施例３におけるインバータ１５０ａ，１５０ｂとジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図
【図１４】実施例４における２台のインバータ１５０ａ，１５０ｂと２系統に駆動されるジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図（その１）
【図１５】実施例４における２台のインバータ１５０ａ，１５０ｂと２系統に駆動されるジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図（その２）
【図１６】手元開閉器箱１８０内の構成例を模式的に示した図実施例５にかかるトンネル換気制御システム１００ｄのブロック図
【図１７】実施例５におけるｎ＋ｍ台のインバータ１５０とｎ＋ｍ系統に駆動されるジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図（その１）
【図１８】実施例５におけるｎ＋ｍ台のインバータ１５０とｎ＋ｍ系統に駆動されるジェットファン１１０との接続構成を分かりやすく模式的に示した図（その２）
【図１９】火災時におけるトンネル内の熱と煙の移動に関する制御の様子を模式的に示した図
【図２０】実施例６の本発明のトンネル換気制御システム１００ｅのブロック図
【図２１】実施例６にかかる本発明のトンネル換気制御システム１００ｅの処理の流れを示すフローチャート
【図２２】火災時における本発明のインバータ制御によるトンネル換気制御システム１００による処理と、従来型のオンオフ型制御によるトンネル換気システムによる処理との動作の違いを分かりやすく説明する図
【図２３】実施例７における電気室２３０の中に複数の換気制御装置２２０を設けた構成例を示す図
【図２４】実施例８におけるトンネルの入口または出口側に屋外キュービクル２４０を一つ設けてその中に換気制御装置２２０を一つ設けた構成例を示す図
【図２５】実施例８におけるトンネルの入口または出口側に屋外キュービクル２４０を２つ設けた例を示す図
【図２６】実施例８における電気室２３０内に換気制御装置２２０を設けるとともに別途、屋外キュービクル２４０を設けて別の系統を制御する換気制御装置２２０を設けた例を示す図
【図２７】実施例９におけるトンネルの電気室２３０をトンネルの入口と出口の双方に設けた構成例を示す図
【図２８】従来の台数運転により制御の仕組みを説明する図
【図２９】従来のジェットファンの台数運転時における、ジェットファン全体の吹き出し風速とジェットファン全体の消費電力との関係を示す図
【符号の説明】
【０１３０】
１００ トンネル換気制御システム
１１０ ジェットファン
１２０ センサ類
１２１ トラフィックカウンタ
１２２ 煙霧透過率データ計測器(ＶＩ計測器)
１２３ 一酸化炭素濃度データ計測器(ＣＯ計測器)
１２４ 風向風速計(ＡＶ計)
１２５ 火災検知部
１３０ 制御部
１３１ フィードバック補正部
１３２ モデル記憶部
１３３ モデルパラメータ推定部
１３４ 予測部
１４０ 変電設備
１５０ インバータ
１６０ ケーブル
１７０ サージ抑制装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のジェットファンが設置される長距離道路トンネル用換気制御システムであって、
前記長距離道路トンネル内に適正間隔で配設された複数のジェットファンと、
複数の前記ジェットファンを駆動制御するインバータを備え、
前記インバータにより前記複数のジェットファンに対してケーブルを介して同一の可変周波数電力を供給し、一体的にインバータ駆動することを特徴とする長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項２】
前記インバータを前記長距離道路トンネルの入口付近または出口付近の１カ所に設置し、当該インバータにより複数の前記ジェットファンを一体的にインバータ駆動することを特徴とする請求項１に記載の長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項３】
前記インバータを前記長距離道路トンネルの入口付近と、出口付近の２か所に設置し、前記入口付近の前記インバータと前記出口付近の前記インバータが連動してそれぞれ同一の周波数を前記ジェットファンに供給する連動手段を備えるとともに、前記入口付近に設置した前記インバータにより、前記入口近くに配設された複数の前記ジェットファンを一体的にインバータ駆動し、前記出口付近に設置した前記インバータにより、前記出口近くに配設された複数の前記ジェットファンを一体的にインバータ駆動することを特徴とする請求項１に記載の長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項４】
前記ジェットファンがｎ系統にグループ分けされており、各々の前記ジェットファンのグループを制御する前記インバータが１台ずつ定められた、ｎ台の前記インバータによる前記ｎ系統のジェットファンの制御が可能であり、
前記インバータを前記長距離道路トンネルの入口付近または出口付近にｎ台設置し、前記ｎ台のインバータ同士が連動してそれぞれ同一の周波数を前記ジェットファンに供給する連動手段を備え、前記ｎ台のインバータにより前記ｎ系統のジェットファンを一体的にインバータ駆動することを特徴とする請求項２に記載の長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項５】
前記ジェットファンがｎ＋ｍ系統にグループ分けされており、各々の前記ジェットファンのグループを制御する前記インバータが１台ずつ定められた、ｎ＋ｍ台の前記インバータによる前記ｎ＋ｍ系統のジェットファンの制御が可能であり、
前記インバータを前記長距離道路トンネルの入口付近にｎ台設置し、出口付近にｍ台設置し、前記ｎ＋ｍ台のインバータ同士が連動してそれぞれ同一の周波数を前記ジェットファンに供給する連動手段を備え、前記ｎ＋ｍ台のインバータにより前記入口側に配設された前記ｎ系統のジェットファンと前記出口側に配設された前記ｍ系統のジェットファンを一体的にインバータ駆動することを特徴とする請求項３に記載の長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項６】
前記インバータから各々の前記ジェットファンに対する前記可変周波数電力の前記ケーブルのうち一部を共用化し、前記ケーブルを前記共用化にかかる幹線と前記幹線以外の支線を備えた構成とすることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項７】
前記長距離道路トンネル用の前記ジェットファンの保全作業時の安全を確保する手元開閉器を収納した手元開閉器箱内に、前記ケーブルの前記幹線と前記支線との分岐部分を設けたことを特徴とする請求項６に記載の長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項８】
前記ケーブルを介して供給される前記可変周波数パルス電力において、前記ケーブルとジェットファン駆動モータの特性インピーダンスの不整合によって発生し、前記可変周波数パルス電力の電圧波に重畳する高調波の反射波のマイクロサージを抑制するサージ抑制装置を、各々の前記ジェットファンに対する前記ケーブルへの接続点に設けたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項９】
前記サージ抑制装置の設置個所を前記手元開閉器箱内としたことを特徴とする請求項７に記載の長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項１】
複数のジェットファンが設置される長距離道路トンネル用換気制御システムであって、
前記長距離道路トンネル内に適正間隔で配設された複数のジェットファンと、
複数の前記ジェットファンを駆動制御するインバータを備え、
前記インバータにより前記複数のジェットファンに対してケーブルを介して同一の可変周波数電力を供給し、一体的にインバータ駆動することを特徴とする長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項２】
前記インバータを前記長距離道路トンネルの入口付近または出口付近の１カ所に設置し、当該インバータにより複数の前記ジェットファンを一体的にインバータ駆動することを特徴とする請求項１に記載の長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項３】
前記インバータを前記長距離道路トンネルの入口付近と、出口付近の２か所に設置し、前記入口付近の前記インバータと前記出口付近の前記インバータが連動してそれぞれ同一の周波数を前記ジェットファンに供給する連動手段を備えるとともに、前記入口付近に設置した前記インバータにより、前記入口近くに配設された複数の前記ジェットファンを一体的にインバータ駆動し、前記出口付近に設置した前記インバータにより、前記出口近くに配設された複数の前記ジェットファンを一体的にインバータ駆動することを特徴とする請求項１に記載の長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項４】
前記ジェットファンがｎ系統にグループ分けされており、各々の前記ジェットファンのグループを制御する前記インバータが１台ずつ定められた、ｎ台の前記インバータによる前記ｎ系統のジェットファンの制御が可能であり、
前記インバータを前記長距離道路トンネルの入口付近または出口付近にｎ台設置し、前記ｎ台のインバータ同士が連動してそれぞれ同一の周波数を前記ジェットファンに供給する連動手段を備え、前記ｎ台のインバータにより前記ｎ系統のジェットファンを一体的にインバータ駆動することを特徴とする請求項２に記載の長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項５】
前記ジェットファンがｎ＋ｍ系統にグループ分けされており、各々の前記ジェットファンのグループを制御する前記インバータが１台ずつ定められた、ｎ＋ｍ台の前記インバータによる前記ｎ＋ｍ系統のジェットファンの制御が可能であり、
前記インバータを前記長距離道路トンネルの入口付近にｎ台設置し、出口付近にｍ台設置し、前記ｎ＋ｍ台のインバータ同士が連動してそれぞれ同一の周波数を前記ジェットファンに供給する連動手段を備え、前記ｎ＋ｍ台のインバータにより前記入口側に配設された前記ｎ系統のジェットファンと前記出口側に配設された前記ｍ系統のジェットファンを一体的にインバータ駆動することを特徴とする請求項３に記載の長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項６】
前記インバータから各々の前記ジェットファンに対する前記可変周波数電力の前記ケーブルのうち一部を共用化し、前記ケーブルを前記共用化にかかる幹線と前記幹線以外の支線を備えた構成とすることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項７】
前記長距離道路トンネル用の前記ジェットファンの保全作業時の安全を確保する手元開閉器を収納した手元開閉器箱内に、前記ケーブルの前記幹線と前記支線との分岐部分を設けたことを特徴とする請求項６に記載の長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項８】
前記ケーブルを介して供給される前記可変周波数パルス電力において、前記ケーブルとジェットファン駆動モータの特性インピーダンスの不整合によって発生し、前記可変周波数パルス電力の電圧波に重畳する高調波の反射波のマイクロサージを抑制するサージ抑制装置を、各々の前記ジェットファンに対する前記ケーブルへの接続点に設けたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の長距離道路トンネル用換気制御システム。
【請求項９】
前記サージ抑制装置の設置個所を前記手元開閉器箱内としたことを特徴とする請求項７に記載の長距離道路トンネル用換気制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２０１０−２６５６５５（Ｐ２０１０−２６５６５５Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１７０９３（Ｐ２００９−１１７０９３）
【出願日】平成２１年５月１３日（２００９．５．１３）
【出願人】（５０１１７００８０）株式会社創発システム研究所 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１３日（２００９．５．１３）
【出願人】（５０１１７００８０）株式会社創発システム研究所 (10)
【Ｆターム（参考）】
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