特許 5951510 トンネル用換気装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5951510

(24)【登録日】2016年6月17日

(45)【発行日】2016年7月13日

(54)【発明の名称】トンネル用換気装置

(51)【国際特許分類】

   E21F 1/00 20060101AFI20160630BHJP

【ＦＩ】

   E21F1/00 A

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-5947(P2013-5947)

(22)【出願日】2013年1月17日

(65)【公開番号】特開2014-136907(P2014-136907A)

(43)【公開日】2014年7月28日

【審査請求日】2015年3月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000173784

【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100095957

【弁理士】

【氏名又は名称】亀谷 美明

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 実俊

【審査官】 越柴 洋哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−２７１５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５１−０９４１５０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特公昭４３−０２０５１０（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｆ １／００−１／１８

Ｆ２４Ｆ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネル内での火災時に当該トンネル内を換気する換気装置であって、
トンネル両側の坑口にそれぞれ設けられ、当該坑口よりも少なくとも上方に大きいフードと、
前記各フードの上部に設けられ、トンネル内の雰囲気を吸引して排出する換気機構と、
トンネル両側の坑口にそれぞれ設けられ、当該坑口を開閉可能な開閉機構と、
火災時において、一の坑口側からトンネル内の雰囲気を排出するように当該一の坑口における前記換気機構を制御すると共に、前記一の坑口を閉鎖するように当該一の坑口における前記開閉機構を制御する制御部と、を有することを特徴とする、トンネル用換気装置。

【請求項2】

前記フードにおいて、前記換気機構が設置された上部領域と、その下方の下部領域とは隔壁によって区画され、
前記開閉機構は、平常時に前記隔壁の一部を構成し、火災時に降下して前記一の坑口を閉鎖することを特徴とする、請求項１に記載のトンネル用換気装置。

【請求項3】

トンネル内の火災を検知する火災検知器をさらに有し、
前記制御部は、前記火災検知器による火災の検知に基づいて、前記換気機構と前記開閉機構を制御することを特徴とする、請求項１又は２に記載のトンネル用換気装置。

【請求項4】

トンネル内の車両を検知する車両検知器をさらに有し、
前記制御部は、前記車両検知器によって車両の停止が検知された際、前記換気機構と前記開閉機構を制御することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のトンネル用換気装置。

【請求項5】

前記一の坑口と他の坑口は、火災時におけるトンネル内の車両位置に基づいて決定されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のトンネル用換気装置。

【請求項6】

前記換気機構と前記開閉機構は、既存のトンネルに設置されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のトンネル用換気装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル内での火災時に当該トンネル内を換気する換気装置に関する。

【背景技術】

【0002】

トンネル内で火災が発生すると、人的被害を避けるため、燃焼ガスや煙等がトンネル内に充満するのを回避する必要がある。そして、これら燃焼ガスや煙等を速やかにトンネル外に排出するため、トンネルには換気扇等の換気機構が設置される場合がある。

【0003】

例えば道路トンネルの場合、トンネル内を走行する自動車車両の断面積がトンネルの短手方向の断面積に比べて小さいため、トンネル内に余剰な空間が存在しており、換気機構を設置する場所の自由度は高い。このため、特許文献１に記載されているように換気機構はトンネルの種々の場所に設置され得るが、一般的には換気機構は例えばトンネル内の天井付近に設置されることが多い。

【0004】

一方、例えば鉄道トンネルにおいても、特許文献２に記載されているとおりトンネル内の天井付近に換気機構を設置することが提案されている。しかしながら、トンネル内を走行する鉄道車両の断面積はトンネルの断面積に近い大きさであるため、トンネル内に換気機構等を設置する余剰空間がほとんどない。そこで青函トンネルや欧州の長大トンネルでは、トンネルに換気用の立坑を設け、当該立坑内に換気機構を設置している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００−７３６９９号公報

【特許文献2】実開平６−８２１９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、現状の鉄道トンネルの多くはこのような換気機構を有していない。このような換気機構を追加で設置するためには、トンネル断面を拡幅するか、或いは立坑を新規で掘削する等を行うことが考えられるが、いずれの場合でも多大な設備費用がかかる。

【0007】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、換気装置の設置費用を低廉化しつつ、当該換気装置を用いて火災時のトンネル内の換気を適切に行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記の目的を達成するため、本発明は、トンネル内での火災時に当該トンネル内を換気する換気装置であって、トンネル両側の坑口にそれぞれ設けられ、当該坑口よりも少なくとも上方に大きいフードと、前記各フードの上部に設けられ、トンネル内の雰囲気を吸引して排出する換気機構と、トンネル両側の坑口にそれぞれ設けられ、当該坑口を開閉可能な開閉機構と、火災時において、一の坑口側からトンネル内の雰囲気を排出するように当該一の坑口における前記換気機構を制御すると共に、前記一の坑口を閉鎖するように当該一の坑口における前記開閉機構を制御する制御部と、を有することを特徴としている。

【0009】

本発明の換気装置では、トンネル内で火災が発生すると、一の坑口側の換気機構を作動させると共に、開閉機構によって当該一の坑口を閉鎖する。そうすると、トンネル内の火災発生地点から一の坑口側に向けて、燃焼ガスや煙を含む雰囲気が流れ、当該雰囲気が一の坑口側から排出される。このとき、開閉機構によって一の坑口を閉鎖しているので、当該一の坑口の外部から内部に空気が流入するのを抑制することができ、トンネル内の雰囲気を効率よく排出することができる。一方このとき、他の坑口側の換気機構は作動させず、当該他の坑口も開放のままとする。そして、上述のようにトンネル内の雰囲気は一の坑口側から排出されるので、燃焼ガスや煙を含む雰囲気が他の坑口側に流れず、トンネル内にいる人は他の坑口側から避難することができる。このように本発明によれば、火災時のトンネル内の換気を適切に行うことができる。

【0010】

またトンネル内の余剰空間が小さい狭小トンネルに対しても、本発明の換気装置では換気機構をフードの上部に設置することができる。したがって、このような狭小トンネルに対して、本発明の換気装置は特に有用である。

【0011】

しかも、本発明の換気装置はフード、換気機構及び閉鎖機構を有していればよく、例えばトンネル断面を拡幅したり、或いは立坑を新規で掘削する等の大規模な工事を行う必要が無いので、換気装置の設置費用を低廉化することができる。

【0012】

なお、一の坑口は開閉機構によって完全に密封される必要はなく、一の坑口の外部から内部への空気の流入を抑制できればよい。より具体的には、開閉機構による圧力損失がトンネル内における圧力損失より大きくなればよい。

【0013】

また前記フードにおいて、前記換気機構が設置された上部領域と、その下方の下部領域とは隔壁によって区画され、前記開閉機構は、平常時に前記隔壁の一部を構成し、火災時に降下して前記一の坑口を閉鎖してもよい。

【0014】

前記換気装置は、トンネル内の火災を検知する火災検知器をさらに有し、前記制御部は、前記火災検知器による火災の検知に基づいて、前記換気機構と前記開閉機構を制御してもよい。

【0015】

前記換気装置は、トンネル内の車両を検知する車両検知器をさらに有し、前記制御部は、前記車両検知器によって車両の停止が検知された際、前記換気機構と前記開閉機構を制御してもよい。

【0016】

前記一の坑口と前記他の坑口は、火災時におけるトンネル内の車両位置に基づいて決定されるようにしてもよい。

【0017】

前記換気機構と前記開閉機構は、既存のトンネルに設置されてもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、換気装置の設置費用を低廉化しつつ、当該換気装置を用いて火災時のトンネル内の換気を適切に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施の形態にかかる換気装置と、当該換気装置が設置されたトンネルとの断面図である。

【図2】図１に示した換気装置のＡ−Ａ断面図である。

【図3】図１に示した換気装置のＢ−Ｂ断面図である。

【図4】換気装置の構成を模式的に示した斜視図である。

【図5】トンネル内での火災時に換気装置によって当該トンネル内を換気する様子を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0021】

本実施の形態では、図１に示すように車両としての列車１が走行するためのトンネル１０に設けられる換気装置２０について説明する。より具体的には、換気装置２０は、トンネル１０内で火災が発生した際に当該トンネル１０内を換気する。なお図１の例では、列車１として１両の鉄道車両しか図示されていないが、実際には複数の鉄道車両が連結されている。

【0022】

本実施の形態の換気装置２０は、フード２１、換気機構２２、及び開閉機構２３を有している。

【0023】

フード２１は、トンネル１０の両側の坑口１１にそれぞれ設けられている。フード２１は、坑口１１からトンネル１０の外側に張り出して設けられている。またフード２１は、図１〜図４に示すように坑口１１よりも少なくとも上方に大きくなるように設けられている。

【0024】

フード２１の内部は、隔壁２４によって上部領域２５と下部領域２６に区画されている。隔壁２４は、トンネル１０の頂部とほぼ同じ高さにおいて水平方向（図中のＹ方向）に延伸して設けられている。上部領域２５内には後述するように換気機構２２が設置されるが、このようにフード２１の内部を隔壁２４によって区画することで、列車１の走行に伴って発生する圧力変動や列車風から換気機構２２を保護することができる。例えば列車１が新幹線等の高速列車の場合、圧力変動や列車風は大きくなるため、隔壁２４による区画は特に有用となる。また下部領域２６内は、列車１が走行できるようになっている。

【0025】

フード２１の上部領域２５には、トンネル１０内の雰囲気を吸引して排出する換気機構２２が設けられている。換気機構２２は、上部領域２５の開口部２７側の隔壁２４上に設置されている。なお換気機構２２は、トンネル１０内の雰囲気を吸引して排出する構成であれば種々の構成を取り得るが、本実施の形態において換気機構２２には例えば換気扇が用いられる。

【0026】

フード２１の隔壁２４の一部は開口し、当該開口に開閉機構２３が設けられている。開閉機構２３は、トンネル１０の坑口１１と換気機構２２との間の隔壁２４の一部を構成している。また開閉機構２３は、例えばモータなどを備えた駆動部（図示せず）を内蔵し、換気機構２２側においてフード２１の短手方向（図中のＹ方向）に延伸する回動軸２８を中心に回動自在に構成されている。そして、開閉機構２３はフード２１の下部領域２６を開閉可能になっている。具体的には開閉機構２３は、平常時には隔壁２４の一部を構成する（図１の実線、図４の実線参照）。一方、開閉機構２３は、火災時に降下して下部領域２６を閉鎖する（図１の点線、図４の一点鎖線）。

【0027】

なお、開閉機構２３は、下部領域２６を完全に密封する必要は無く、フード２１の外部から内部への空気の流入を抑制できればよい。より具体的には、開閉機構２３による圧力損失がそのトンネル１０側における圧力損失より大きくなればよい。

【0028】

また本発明における坑口は、トンネル１０の坑口１１に加えて、トンネル１０を短手方向に見た側面視において坑口１１を覆う下部領域２６も含む。したがって、本発明における坑口を開閉可能な開閉機構には、本実施の形態のように下部領域２６を閉鎖可能な開閉機構２３が含まれる。

【0029】

トンネル１０の内部には、図１に示すようにトンネル１０内の火災を検知する火災検知器３０が複数設けられている。複数の火災検知器３０は、例えばトンネル１０の長手方向（図１中のＸ方向）に等間隔に配置されている。なお火災検知器３０は、火災を検知するものであれば種々の形態を取り得る。

【0030】

またトンネル１０の内部には、トンネル内１０の列車１を検知する車両検知器３１が複数設けられている。複数の車両検知器３１は、例えばトンネル１０の長手方向（図１中のＸ方向）に等間隔に配置されている。なお車両検知器３１は、列車１を検知するものであれば種々の形態を取り得る。

【0031】

換気装置２０は、換気機構２２と開閉機構２３を制御する制御部４０を有している。制御部４０は、後述するように火災検知器３０による火災の検知に基づいて、換気機構２２と開閉機構２３を制御する。さらに制御部４０は、車両検知器３１による列車１の停止が検知された際、当該列車１の位置に基づいて、換気機構２２と開閉機構２３を制御する。

【0032】

また制御部４０は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、換気装置２０の換気機構２２と開閉機構２３を制御するプログラムが格納されている。なお、換気機構２２、開閉機構２３、火災検知器３０及び車両検知器３１と、制御部４０との信号の送受信は有線を介して行ってもよいし、無線で行ってもよい。

【0033】

本実施の形態にかかる換気装置２０は以上のように構成されており、次にこの換気装置２０を用いたトンネル１０内の換気方法について説明する。

【0034】

図５に示すようにトンネル１０内で火災が発生すると、火災検知器３０によって当該火災が検知される。またこのとき、列車１は停止し、車両検知器３１によって列車１の停止位置が検知される。そして制御部４０では換気装置２０を制御し、２つの坑口１１、１１のうち、トンネル１０内の雰囲気を一の坑口１１ａから吸引して排出し、列車１の乗客等、トンネル１０内にいる人を他の坑口１１ｂから避難させる。このとき、例えばトンネル１０に設置された誘導灯（図示せず）によって他の坑口１１ｂに向かう避難経路を示して、トンネル１０内の人を避難させる。

【0035】

なお上記一の坑口１１ａと他の坑口１１ｂは、種々の要因によって決定されるが、例えばトンネル１０内の列車１の停止位置に基づいて決定される。列車１の遠い側（図５中のＸ方向負方向側）の一の坑口１１ａがトンネル１０内の排気用の坑口１１ａと決定され、列車１の近い側（図５中のＸ方向正方向側）の他の坑口１１ｂが避難用の坑口１１ｂと決定される。これは、トンネル１０内の人の安全確保を最優先した決定方法である。

【0036】

一の坑口１１ａ側では、換気機構２２ａを作動させ、トンネル１０内の雰囲気を吸引して排出すると共に、開閉機構２３ａを降下させてフード２１ａの下部空間２６ａを閉鎖する。

【0037】

一方、他の坑口１１ｂ側では、換気機構２２ｂは作動させず、当該他の坑口１１ｂも開放のままとする。

【0038】

そうすると、トンネル１０の内部には、他の坑口１１ｂから一の坑口１１ａに向かう気流が生じる。そしてトンネル１０内において、火災発生地点から生じた燃焼ガスや煙を含む雰囲気は他の坑口１１ｂ側に流れず、一の坑口１１ａ側のみから排出される。

【0039】

ここで、一の坑口１１ａ側において開閉機構２３ａによって下部領域２６ａを封鎖しない場合、図５中の点線矢印に示すように下部領域２６ａの外部から内部に空気が流入し、換気機構２２ａから排出される雰囲気のほとんどは、下部領域２６ａの外部から流入する雰囲気になるおそれがある。この場合、トンネル１０内の雰囲気が換気機構２２ａから排出され難くなる。

【0040】

この点、本実施の形態では、一の坑口１１ａ側において開閉機構２３ａにより下部領域２６ａを封鎖しているので、下部領域２６ａの外部から内部への気流が抑制される。そうすると、坑口１１ａから排出されるトンネル１０内の雰囲気は、上部領域２５ａを通って換気機構２２ａから効率よく排出される。

【0041】

一方、他の坑口１１ｂからはトンネル１０内の雰囲気が流出せず、外部から新鮮な空気が流入する。すなわち、他の坑口１１ｂには燃焼ガスや煙は存在しない。そうすると、他の坑口１１ｂにおいてトンネル１０内の人が一酸化炭素等の有毒ガスや煙に巻き込まれることがなく、当該他の坑口１１ｂからの人の避難が適切に行われる。

【0042】

以上の実施の形態によれば、トンネル１０内で火災が発生すると、一の坑口１１ａ側の換気機構２２ａを作動させると共に、開閉機構２３ａによって下部領域２６ａを閉鎖する。そうすると、トンネル１０内の火災発生地点から一の坑口１１ａ側に向けて、燃焼ガスや煙を含む雰囲気が流れ、当該雰囲気が一の坑口１１ａ側から排出される。このとき、開閉機構２３ａによって下部領域２６ａを閉鎖しているので、当該一の坑口１１ａの外部から内部に空気が流入するのを抑制することができ、トンネル１０内の雰囲気を効率よく排出することができる。そしてトンネル１０内の雰囲気は一の坑口１１ａ側から排出されるので、燃焼ガスや煙が他の坑口１１ｂ側に流れず、トンネル１０内にいる人は他の坑口１１ｂ側から適切に避難することができる。このように本実施の形態によれば、火災時のトンネル１０内の換気を適切に行うことができる。

【0043】

また本実施の形態において図示したように、トンネル１０が例えば単線用でトンネル１０内の余剰空間が小さい狭小トンネルの場合であっても、換気装置２０では換気機構２２をフード２１の上部領域２５内に設置することができる。したがって、このような狭小トンネルに対して、換気装置２０は特に有用である。

【0044】

また開閉機構２３は、平常時に隔壁２４の一部を構成するので、その収容場所を別途設ける必要が無く、装置を小型化することができる。

【0045】

さらに換気装置２０は火災検知器３０と車両検知器３１を有しているので、火災の発生と、停止車両の位置とを確実に把握することができ、トンネル１０内の換気をより適切に行うことができる。

【0046】

しかも、換気装置２０は少なくともフード２１、換気機構２２及び閉鎖機構２３を有していればよく、例えば既存のトンネル１０に別途設置することができる。この際、例えばトンネル断面を拡幅したり、或いは立坑を新規で掘削する等の大規模な工事を行う必要が無いので、換気装置２０の設置費用を低廉化することができる。また、例えば新幹線等の高速列車用のトンネルであれば、トンネル微気圧波を低減させるためにトンネルの坑口には、フード状構造物が既に設置されている。このフード状構造物を本実施の形態におけるフード２１として活用すれば、換気装置２０の設置費用をさらに低廉化することができる。

【0047】

以上の実施の形態では、トンネル１０は単線用のトンネルであり、火災時に当該トンネル１０内に１つの列車１が残された場合について説明したが、本実施の形態の換気装置２０は複線用のトンネルにも適用できる。かかるトンネル１０で火災が発生した場合、トンネル１０内のすべての列車１が停止したことを車両検知器３１で検知した後、一の坑口１１ａ側の換気機構２２ａを作動させ、トンネル１０内の雰囲気を吸引して排出すると共に、開閉機構２３ａを降下させてフード２１ａの下部空間２６ａを閉鎖する。一方、他の坑口１１ｂ側では、開閉機構２３ｂを降下させずにフード２１ｂの下部空間２６ｂを開放したままとする。そうすると、上記実施の形態と同様に火災時にトンネル１０内が適切に換気される。

【0048】

このように複線用のトンネル１０に対しても、当該トンネル１０に換気装置２０を設置することにより、上記実施の形態と同様の効果を享受することができる。

【0049】

なお本実施の形態のように、トンネル１０内の火災時に複数の列車１が残っていた場合の一の坑口１１ａと他の坑口１１ｂは、これら列車１の停止位置に基づいて決定される。具体的には、例えば列車１の遠い側の一の坑口１１ａがトンネル１０内の排気用の坑口１１ａと決定され、列車１の近い側の他の坑口１１ｂが避難用の坑口１１ｂと決定される。

【0050】

以上の実施の形態では、開閉機構２３は平常時に隔壁２４の一部を構成するように設けられていたが、開閉機構２３は下部領域２６を開閉する構成であれば任意の構成を取ることができ、また任意の位置に設置できる。例えば開閉機構２３は隔壁２４の一部を構成する板形状を有していてもよいし、或いは幕状の構造を有していていてもよい。

【0051】

また以上の実施の形態では、フード２１の内部は隔壁２４によって区画されていたが、当該隔壁２４を省略してもよい。かかる場合、換気機構２２は単にフード２１の上部に設けられ、開閉機構２３はフード２１内を開閉するように設けられる。かかる場合でも、上記実施の形態と同様の効果を享受でき、火災時にトンネル１０内を適切に換気できるが、換気機構２２の保護という観点からは隔壁２４を設けた方が好ましい。

【0052】

以上の実施の形態では、火災検知器３０と車両検知器３１はそれぞれトンネル１０の長手方向に複数設けられていたが、これら火災検知器３０と車両検知器３１はトンネル１０の任意の位置に設置できる。或いは火災検知器３０と車両検知器３１は、トンネル１０内を走行する列車１に設けてもよい。或いは火災検知器や車両検知器がなく、列車１の乗務員によって換気機構２２と開閉機構２３を制御してもよい。

【0053】

以上の実施の形態では、トンネル１０が鉄道トンネルである場合について説明したが、本実施の形態の換気装置２０は、例えば道路トンネルや洞道等、他のトンネルにも適用できる。

【0054】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本発明は、例えばトンネル内での火災時に当該トンネル内を換気する際に有用である。

【符号の説明】

【0056】

１ 列車
１０ トンネル
１１ 坑口
２０ 換気装置
２１ フード
２２ 換気機構
２３ 開閉機構
２４ 隔壁
２５ 上部領域
２６ 下部領域
２７ 開口部
２８ 回動軸
３０ 火災検知器
３１ 車両検知器
４０ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】