JP2013200062A - クリーンルームにおける省エネルギー空調制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】室内に人が存在するとき、あるいは、同室内に薬剤が存在するとき、少なからず空気浄化処理を施すとともに、製剤装置稼働中にあっては極めて厳密な空気浄化と温度管理を実施して、省エネルギーを徹底した薬剤製造用のクリーンルームを安価に提供すること。
【解決手段】空調機と、温湿度を検知する温湿度センサと、在室人数を検知する人検知センサと、前記空調機と前記温湿度センサと前記人検知センサと繋がる制御装置と、から構成された省エネルギー空調システムにおいて、前記制御装置は、前記人検知センサが人の存在を検知せず、かつ、医薬の配給信号を受信しないとき、前記クリーンルーム室内空気の換気回数を不在時最小必要回数に制御し、前記人検知センサが人の存在を検知したとき、あるいは、医薬の配給信号を受信したときは、前記クリーンルーム室内空気の換気回数を存在時最小必要回数に制御して、適切な清浄度に空調することとした。
【選択図】図２

Description

本発明は、医薬系のクリーンルームにおける省エネルギー空調制御システムに関する。

図６に示されるような、医薬系製造工場のクリーンルームでは、室内の生産設備機器の稼働状況及び人の在・不在に関わらず、室内顕熱除去等から決定される最大換気回数により、空調機を定風量で連続運転することが一般的である。

クリーンルームにおける室内の生産設備機器の稼働状況や人の存在状況等を度外視して、空調機を定風量で連続運転することは特に必要としないときに空調負荷をかけ、多分にしてエネルギーの浪費であることがある。

そこで、室内の生産設備機器の稼働状況に応じて空気清浄度を変更する、複数個の生産装置と、複数個の空気清浄器とを備えたクリーンルームの風量制御システムであって、前記生産装置の稼動情報に基づいて、前記空気清浄器毎に風量を制御する空気清浄器制御手段を備えていることを特徴とするクリーンルームの風量制御システムが提案された（特許文献1参照）。

一方、クリーンルーム内の基板処理装置の稼働数、および、クリーンルーム内への作業員の入室数が、空気調整装置を制御する空調コントローラにより取得され、取得された稼働数および入室数の双方が０であるときには、温度および湿度の調整範囲が、通常範囲より厳密でない省電力範囲に設定され、クリーンルーム内の空気の循環回数が、通常回数よりも小となる最小必要回数に設定され、これにより、空気状態の調整の必要性が少ないときに、空気調整装置を最大能力で動作させることがなくなり、ランニングコストの低減および省エネルギー化を図ることができるクリーンルームの空調方法が提案された（特許文献２参照）。

しかしこの空調方法は、入室管理システムが複雑であり、また、基板処理装置用のクリーンルームに適するものの、非稼働中ではあるが薬剤がクリーンルーム内に存在するときに対応すべきことのある医薬系クリーンルームとしては必ずしも適合しない。

特開２００５−０９８６６１号公報 特開２００４−１９０９７２号公報

本発明は、上述した種々の課題を解決するために創作されたもので、クリーンルーム内に人が存在するとき、あるいは、同室内に薬剤が存在するとき、少なからず空気浄化処理を施すとともに、生産機器稼働中にあっては極めて厳密な空気浄化と温度管理を実施して、省エネルギーを徹底した上質の医薬品薬剤製造用のクリーンルームを安価に提供することを目的としている。

請求項１に係る発明は、空調機と、温湿度を検知する温湿度センサと、在室人数を検知する人検知センサと、前記空調機と前記温湿度センサと前記人検知センサと繋がる制御装置と、から構成された省エネルギー空調システムにおいて、前記制御装置は、前記人検知センサが人の存在を検知せず、かつ、医薬の配給信号を受信しないとき、前記クリーンルーム室内空気の換気回数を不在時最小必要回数に制御し、前記人検知センサが人の存在を検知したとき、あるいは、医薬の配給信号を受信したときは、前記クリーンルーム室内空気の換気回数を存在時最小必要回数に制御して、適切な清浄度に空調することとした。

請求項２に係る発明は、省エネルギー空調システムは、さらに生産機器稼動状況判断機器を備え、制御装置は、生産機器稼動状況判断機器からの生産機器稼動情報に基づいて最適換気回数を導出して、クリーンルームの換気回数を最適換気回数に制御して、適切な清浄度に空調することを特徴としている。

請求項３に係る発明は、制御装置は、温度設定上限値あるいは同下限値を超過したとき、設定されている送風量を強制的に増減変更する送風量変更手段を備えていることを特徴としている。

請求項４に係る発明は、生産機器稼動状況判断機器は、電流値等の電力供給状況、生産機器のサーモパイルによる発熱量、生産管理システムからの情報、人検知センサからの人数情報等のうち少なくとも１つを制御装置に送信することを特徴としている。

請求項５に係る発明は、人検知センサが人の存在の検知状態から非検知状態に移行したとき、所定時間現状の清浄度を維持することを特徴としている。

請求項１に係る発明によれば、制御装置は、人検知センサが人の存在を検知せず、かつ、製剤検知センサが製剤の存在を検知しないとき、クリーンルーム室内空気の換気回数を６回/ｈ程度の不在時最小必要回数に制御し、人検知センサと製剤検知センサのいずれかがその存在を検知したとき、クリーンルーム室内空気の換気回数を１０回/ｈ程度の存在時最小必要回数に制御して、適切な清浄度に空調しつつ、省エネルギーを実現することができる。

請求項２に係る発明によれば、省エネルギー空調システムは、さらに生産機器稼動状況判断機器を備えているから、制御装置は、生産機器稼動状況判断機器からの生産機器稼動情報に基づいて最適換気回数を導出して、クリーンルームの換気回数を最適換気回数に制御して、適切な清浄度に空調することが可能でありながら、省エネルギーに資することができる。

請求項３に係る発明によれば、制御装置は、温度設定上限値あるいは同下限値を超過したとき、設定されている送風量を強制的に増減変更する送風量変更手段を備えているので、硬直的な運転を回避して柔軟に対処することができる。

請求項４に係る発明によれば、生産機器稼動状況判断機器は、電流値等の電力供給状況、生産機器のサーモパイルによる発熱量、生産管理システムからの情報、人検知センサからの人数情報等のうち少なくとも１つを制御装置に送信することができるので、柔軟なシステム構築が可能となる。

請求項５に係る発明によれば、人検知センサが人の存在の検知状態から非検知状態に移行したとき、所定時間現状の清浄度を維持することとしているので、急激な空気清浄化機能の低下を防止することができる。

本発明の省エネルギー空調システムの構成略図である。 本発明の制御装置のフローチャートである。 本発明の人検知センサを示した図面代用写真である。 本発明の人検知センサの機能ブロック図である。 本発明の人検知センサの対象エリア全域を６つの単位検知対象エリアに分割していることを示す検知エリア概観図である。 従来技術の空調システムの構成略図である。

≪システム構成≫
このクリーンルーム省エネルギー空調システムは、空調機及び在室人数を演算する１．８ｍ平方毎に１台設置された人検知センサと天井内に配設された制御装置とを基本的な構成としている。

外部空気導入管路ＯＡと室内空気循環路ＲＡとは、給気管ＳＡによりＨＥＰＡフイルターを介してクリーンルームに給気されている。
この省エネルギー空調システムは、在室人数を演算する人検知センサを備えていることを特徴の１つとしている。
さらに、図１に示されるように外気処理ユニットと前記室内機と前記人検知センサと室内温湿度を検知する室内温湿度センサと繋げられた図示を省略する制御装置を備えている。

≪高精度人検知センサ≫
この高精度人検知センサの詳細は特開２０１０−２５６０４５号公報に記載されているが、その概要は図３に示されているように、２面以上からなる多面反射ミラーあるいは多面レンズと３素子以上からなるサーモパイルアレイにより構成される赤外線検出部と、防塵用のカバーや筐体の表面温度あるいはセンサ設置場所周辺の空気温度を計測する補正用温度センサと、それらアナログ信号の処理を行う信号処理部と、処理された信号を取り込みオフィス向け人体検知アルゴリズムによるデータ解析により人体検知信号や熱源判別信号（OA機器判別信号）などの情報を演算判定する演算処理部（ＣＰＵ）と、外部機器との情報の送受信を行う入出力部とから構成される。

図４と図５を参照して、本実施例の赤外線検出部は、６素子のサーモパイルアレイ丸数字１〜６と６面反射ミラーＡ〜Ｆとから構成されている。
この６面反射ミラーの各面Ａ〜Ｆは、図５に示されるＡ〜Ｆゾーンの６つの単位検知対象エリアに対応していて、反射ミラー各面Ａ〜Ｆ内において、６つの各素子に対して赤外線を集光するミラー面を有している。
つまり、本実施例の検知対象エリアは、Ａ〜Ｆゾーンの６つの単位検知対象エリアに分割されている。これにより、人体検知センサの検知対象エリアを広域化するとともに検知精度を高度化している。
よって、各素子には６つの単位検知対象エリアＡ〜Ｆから検出信号が入力されているが、６つの単位検知対象エリアからの検出信号の総和を各素子サーモパイルアレイの検出信号としている。
なお、検出信号の出力レベルは、温度が高く赤外線が多いほど低下する。
また、本実施例においては、集光体を６面反射ミラーにて構成しているが、６つの素子に集光するレンズにて構成してもよい。

図５に示されるように、各単位検知対象エリアＡ〜Ｆに対応する素子は、丸数字１〜３と丸数字４〜６の２組６個の素子から構成されていて、各組の素子は、中央の主素子丸数字２、５と、両側の副素子丸数字１、３及び４、６から構成されている。
このように、３素子１組とし、中央を主素子、両側を副素子としているのは、中央に位置する素子は、感度が高く、また、図５をみて理解できるように、中央位置の素子は、監視エリア以外の他のエリアの温度情報信号をほとんど受けないからである。
したがって、本発明は、少なくとも３つの素子を備えることを要する。
そして、これを増設するときは、３つの素子を１つの組として行うことから、３の倍数の素子を備えることとなる。
本実施例にあっては、２組の素子を備えているということである。
なお、各組の素子数は、奇数個である必要はなく、偶数個とすることも可能である。このときは、中央側２つの素子の検出値の平均を主素子の検出値とすればよい。

信号処理部は、このサーモパイルアレイの各素子が検出した信号を、ハードウェアフィルタでフィルタリングし、図４に示した補正用温度センサからの信号を受けて各素子の検出値を補正し、出力レベルの調整をするものである。
この補正用温度センサからの信号を受けて各素子の検出値を補正する処理は、演算処理部においても実行可能である。
よって、以降においては、演算処理部において補正処理を行うものとして記載している。

そして、センサからの検知信号と補正用温度センサからの信号が、上記演算処理部（ＣＰＵ）に入力され、演算処理部において演算されるパラメータは、次のものである。
・各素子の検出値の単位時間当たりの変動量、すなわち検出値の傾き
・各素子の検出値の増減（増加／減少）
・各素子の検出値の変化量
・検出値に変化が見られる素子（主素子であるか副素子であるかの区分）
・検出値に変化が見られる素子の数
・各素子間の検出値の変化開始時刻の差異
・各素子間の検出値の変化量の差異
・素子間の検出値の差異（例えば、素子１と素子３の素子間差分）

また、ＣＰＵにおいて演算され、図示を省略する記憶部に記憶保持されて、各検知エリアの現時点における状態の判定に用いられるものは次のものである。
・不在ベース値
・人体動作前検出値
・補正判定値
・人体検出値（大まかな人数または一人／複数の検出に使用）
・想定人数（大まかな人数または一人／複数の検出に使用）
・余熱判定値（人体が退去した後に残る余熱の影響の除外に使用）

≪高精度人検知センサの機能≫
本発明の高精度人検知センサは、進入状態と退去状態を検知するのみならず、静止した滞在状態をも検知し続けることができるものである。
この結果、検知エリア内で人が長い間全く動かないで完全に静止状態を続けていても、滞在していると判断することができる。
そしてこの高精度人検知センサは、空調制御などによる短時間（数分〜数十分単位）での温度変化の影響、外部環境やエリア全体における長時間（1〜数時間単位）での温度変化の影響、ペリメータゾーンにおける日射の影響を除去する。
このため、人体と薬剤製造装置など他の熱源との判別及び人体と椅子や机や床などに残る人体の余熱との判別をすることができ、図示を省略するが人体の不在／滞在／進入／退去状態及び人体動作検知状態を判別し、静止人体の長時間にわたる検出および完全静止人体の検出ができ、検知エリア内に滞在する人数が一人か複数かを把握でき、人体温度が周囲温度や床面温度より低い場合の非定常時において人体を検出できるものである。

本発明の実施例について、図２のフローチャートに基づいて制御手順を説明する。
このフローチャートは、空調ゾーンとして設定された単位区画毎に実行されるルーチンを示している。

制御装置は、室内温度設定器（図示省略）から設定された設定温度を空調ゾーン毎に記憶しており、製造室内に製剤が存在するか否か判断する（ステップ１）。製造室内に製剤が存在するか否かについては、制御装置が生産管理システムからの例えば配給信号に基づいて判断する。

製造室内に製剤が存在していると判断されたときは、さらに生産機器が稼働しているか否か判断する（ステップ２）。
生産機器が稼働中であるか否かは、生産機器稼動状況判断機器が、電流値等の電力供給状況や前記生産機器のサーモパイルによる発熱量や生産管理システムからの情報や人検知センサからの人数情報等のうち少なくとも１つを前記制御装置に送信することにより、制御装置が稼働中かどうか判断する。

ステップ２において、制御装置が生産機器が稼働中であると判断したときは、生産機器の稼働情報、すなわち前の段落００３３に記載された情報のうちの一部、を取得する（ステップ３）。

ステップ３において取得した生産機器の稼働情報に基づいて最適換気回数を演算し導出する（ステップ４）。制御装置はクリーンルームの換気回数が導出した最適換気回数となるようＳＡの送風量を制御する。

制御装置は当該最適換気回数を設定時間、例えば１０分程度、経過するまで当該制御を無限ループ的に繰り返し（ステップ７）、ステップ３に戻って再度生産機器の稼働情報を取得し、上記の無限ループを繰り返し実行する。

ステップ７において設定時間が経過したとき、ステップ１に戻ってあらためてクリーンルーム内に製剤が存在するか否か判断する。製剤が存在す場合は、上記の制御を継続して実行する。

ステップ１に戻って逆に、クリーンルーム内に製剤が存在しないと判断したときは、ステップ８においてＳＡの風量を一定にしてクリーンルーム内の空気の換気量を最も少ないａ回、本実施例では６回/ｈ、に設定する。

ここで本発明の特徴である人検知センサより情報を取得する。
その結果、クリーンルーム内に人が存在することが判明したときは、人による発塵で清浄度が悪化する虞があることから、先ほど設定したクリーンルーム内の空気の換気回数をｂ回/ｈ、本実施例では１０回/ｈ、に増加させることとしている。
もちろん、人が不在であれば換気回数を変更することはない。

なお、制御装置がステップ１０において、人がクリーンルーム内に存在していた状態から不在状態に変化したときは、塵埃が製剤に飛散・付着することを防止するために、所定時間現状の清浄度を維持することは極めて有効である。

他方、人がクリーンルーム内に存在するか否かに関わらず、前述したステップ１とステップ２において、クリーンルーム内に製剤が存在するけれども生産機器が稼働していないときも、クリーンルーム内の空気の換気回数をｂ回/ｈ、本実施例では１０回/ｈ、に増加させることとしている。
これは、人からの塵埃の飛散・付着の影響と同様に、製剤が存在するときには、確実にクリーンルーム内の清浄度を確保するためである。

以上の実施例のように、完全自動化もある意味で有効な措置ではあるが、生産機器稼動状況判断機器からの信号が非稼働信号に変化した後において、手動にて風量回数の増加を可能とする手動ボタンを設けてもよい。
さらには、自動制御盤、中央監視盤等による遠隔操作による設定もあり得る。

また、現在制御中の換気回数または換気風量を目視できるモニター機能を備えていても良い。
そして、このモニター機能は生産機器非稼働中は自動的に解除するようにすると省エネルギーにさらに寄与し得る。

さらに制御装置が、温度設定上限値あるいは同下限値を超過したとき、設定されている送風量を強制的に増減変更する送風量変更手段を備えていることも有効である。この付帯機能として、上限値，下限値の前に設定値を設けて、プレアラーム機能も有することもできる。

人検知センサ、生産機器等の稼働状況により室内設定温度、相対湿度等を変更する機能を有することもできる。
そして、非製造時等には、温湿度を記録する環境モニタリングを自動的に解除する自動解除機能を備えることもできる。また、このようなときには、送風設定温度、送風露点温度、送風量等を自動で設定値に切り替える機能を有することが有効である。

本発明に係る制御による各種省エネルギー効果、エネルギー使用量等について表示するモニター装置を併設することも可能であり、さらには、本発明の制御状態に応じて生産機器及び生産機器の自動搬送設備に運転を制御する信号を発することができる機能を付加することもできる。

なお、本発明によるプログラムは、医薬品製造施設に必要なコンピューター化システムバリデーション(CSV)対応を可能なものとすることが好ましい。

Claims (5)

1. 空調機と、
   温湿度を検知する温湿度センサと、
   在室人数を検知する人検知センサと、
   前記空調機と前記温湿度センサと前記人検知センサと繋がる制御装置と、
   から構成された省エネルギー空調システムにおいて、
   前記制御装置は、
   前記人検知センサが人の存在を検知せず、かつ、医薬の配給信号を受信しないとき、前記クリーンルーム室内空気の換気回数を不在時最小必要回数に制御し、
   前記人検知センサが人の存在を検知したとき、あるいは、医薬の配給信号を受信したときは、前記クリーンルーム室内空気の換気回数を存在時最小必要回数に制御して、適切な清浄度に空調することを特徴とする省エネルギー空調システム。
2. 前記省エネルギー空調システムは、さらに生産機器稼動状況判断機器を備え、
   前記制御装置は、前記生産機器稼動状況判断機器からの生産機器稼動情報に基づいて最適換気回数を導出して、前記クリーンルームの換気回数を前記最適換気回数に制御して、適切な清浄度に空調することを特徴とする請求項１に記載された省エネルギー空調システム。
3. 前記制御装置は、温度設定上限値あるいは同下限値を超過したとき、設定されている送風量を強制的に増減変更する送風量変更手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれかに記載された省エネルギー空調システム。
4. 前記生産機器稼動状況判断機器は、電流値等の電力供給状況、前記生産機器のサーモパイルによる発熱量、生産管理システムからの情報、前記人検知センサからの人数情報等のうち少なくとも１つを前記制御装置に送信することを特徴とする請求項２乃至請求項３のいずれかに記載された省エネルギー空調システム。
5. 前記人検知センサが人の存在の検知状態から非検知状態に移行したとき、所定時間現状の清浄度を維持することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された省エネルギー空調システム。