JP2014073457A - 安全キャビネット - Google Patents
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Abstract
安全キャビネットにおいて、作業空間に組み込む装置の位置、大きさ、機器の操作、例えば遠心分離機のような蓋を開閉する操作により流入気流が影響されない安全キャビネットを提供する。
【解決手段】
作業者が作業をする作業空間と、作業空間の前面に形成する前面シャッタと、前面シャッタ下部の作業空間に連接する作業開口部と、作業開口部から空気を吸い込み、作業空間の空気を空気清浄手段を介して安全キャビネット外へ送風機により排気する排気手段とを有する安全キャビネットであって、前面シャッタの下側に作業空間の内側方向に傾斜した前面シャッタ整流板を形成し、作業空間内の左右の側壁面を設け、側壁面と安全キャビネットの側面とで側面排気流路を形成し、左右の側壁面にスリットを形成し、作業空間の空気をスリットを介して側面排気流路に送り、空気清浄手段を介して排気することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
以上の構成により、バイオハザード対策用クラスIキャビネットでは、作業開口部のエアバリアと排気用HEPAフィルタにより、作業空間内で取り扱う感染物質が安全キャビネット外に漏れないように構成している。
この構成により、遠心分離機上方の作業空間の清浄空気を維持し、かつ、シャッタ下の通気孔によるエアバリアで、作業空間と安全キャビネット外部を隔離している。エアバリアのための気流は、作業空間下面に形成した遠心分離機下方を通り、リターンダクトに導かれている。
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1を示す遠心分離機を搭載したクラスIタイプの安全キャビネットの外観斜視図及びその縦断面図を示し、図2は、図1の安全キャビネットの正面断面図及び側面断面図を示す。
クラスIタイプの安全キャビネットは、一般に作業者の保護を目的に、全面開口部から空気を流入させてエアロゾルの排出を防止する構造となっており、室内の空気を直接流入し、排気はHEPAフィルタを通して排出する構成である。
図1、図2に示す本発明の安全キャビネットは、このクラスIの構成をベースにし改良したものである。
24は作業空間の左右に配置した側面排気通路、25は作業空間から側面排気通路24にスリット20(第1のスリットという)を介して流れる空気の流れで、26は側面排気通路24内を流れる空気の流れを示す。
27は作業空間内が負圧であることを示し、28は作業空間の天井板41の奥側に配置したスリット(第2のスリットという)、29はキャスタで、30は作業空間の左右の側壁面のスリット20及び天井板41の奥側のスリット28より排気される空気が集まるチャンバ(第1のチャンバという)、31は作業空間の左右の側壁面、32はHEPAフィルタ14通過後の空気を送風機15により排気するためのチャンバ(第2のチャンバという)で、33はキャビネット本体の上部前面部、50はキャビネット本体の下部前面部、51はキャビネット本体の側面部である。
この前面シャッタ整流板13を形成せず、固定式前面シャッタ12のみの場合、作業空間への空気の流入気流19は固定式前面シャッタ12の下面と作業空間の開口部18の全周側壁に沿って風速が高くなり、作業空間18の中央付近の風速が低くなるという風速分布ができる可能性がある。
この風速分布におけるアンバランスを解消するため、前面シャッタ整流板13を配置している。この効果については後で説明する。
また、作業空間11内の空気は、作業空間の左右の壁面に形成したスリットを通過して側面排気流路24に流れる。なお、図1及び図2には、作業空間の左右の側壁面に垂直方向に細長い縦長のスリットの孔を形成しているが、パンチング孔でも楕円形の孔でも構わない。
また、天井板41の奥の方には幅方向に細長い第2のスリット28を複数個配置し、作業空間内の奥側の空気が上方に流れるように形成している。
また、キャビネット10の下部前面板50は、両側をねじ留めして固定しても、片側にヒンジを設け、扉として固定しても良い。安全キャビネットの脚部にはキャスタ29を設け、移動時に軽い力で動かせるようにしている。
また、スリット20は、100mm×10mmの孔を片側に60ヶ形成した構成である。
図3Bは解析する条件を示し、図3B(a)は断面計算の設定を表す入力部を示し、図3B(b)は解析する範囲を示している。図3B(a)において、安全キャビネットの解析用簡易モデルの高さ方向をy方向、幅方向をx方向、奥行方向をz方向とすると、y方向に断面数を300とし、z方向を175、x方向を175に分割して解析とすると、ボクセルサイズ表示は約920万セルとなり、解析範囲は図3B(b)に示すようにキャビネット全体を包括する範囲である。
図3Cは、図3A(b)に示す安全キャビネットの縦断面の部分の空気の流れを示す。図3Cにおいて、100は作業空間の開口部の下側の空気の流れを示し、120は天井板41上部のチャンバ30の空気の流れを示し、130は排気用チャンバ32の空気の流れを示す。この100〜130の領域が風速の高い部分で、図では風速を矢印の線で表しており、黒い束となっている部分は風速が高いことを表している。そして、この図において、平均風速0.5m/sに対し、1m/s程度の空気の流れである。また、作業空間内において、矢印で表しているように流入した空気は、開口部より流入し奥の方へ流れ、前面シャッタ整流板を有していないため作業空間の開口部上側端部で巻き込むように流れたりして乱流を生じて、左右の側壁面のスリット20より排気される。
図4Aは、固定式前面シャッタ12の先端に前面シャッタ整流板13を作業空間側に傾斜して配置した構成を示す。作業空間内の左右の側壁に形成したスリット20は、図3Aと同じで、100mm×10mmの孔を60ヶ(両側)形成している。この図4Aの構成における空気の流れを図4Bに示す。図4Bにおいて、風速が高い箇所は丸(点線)で囲んだ部分で、140は作業空間の開口部の下側の空気の流れを示し、150は作業空間の開口部の上側の空気の流れを示し、160は天井板上部のチャンバ30の空気の流れで、170は排気用のチャンバ32の空気の流れを示す。
すなわち、左右の側面壁のスリット20の配置を同じとし、前面シャッタ整流板13を配置した場合、スリット20の形成が図3Aの構成と同じであるため作業空間における空気の流れはほぼ同じと判断する。
図5Bにおいて、風速が高い部分は、丸(点線)で囲んだ箇所で、180は作業空間の開口部の下側の空気の流れを示し、190は作業空間の開口部の上側の空気の流れを示し、200は天井板41上部のチャンバ30の空気の流れを示し、210は排気用チャンバ32の空気の流れを示す。
また、この構成において、作業空間内の空気の流れをみると、開口部より流入した空気の中で前面シャッタ整流板13に沿って流入した空気は、上側への巻き込まれは小さく、前面シャッタ整流板13の延長線方向の下側に配置したスリット20に集中し、排気される。そして、図4Bのスリット20全体の配置が矩形状の場合の空気の流れと比較すると、図5Bのスリット20全体の配置が整流板13の延長線より下側に配置し、略三角形の空気の流れの場合の方がスリット20における風速が高くなっている。
図5Cにおいて、作業空間からスリット20を通過し、側面排気流路24内を風速の高い空気が多く流れ、作業空間内は中央の風速が低く、両側の風速が高くなっている。また、作業空間の奥側は風速が低く、淀む可能性がある。
図5Dにおいて、作業空間の開口部から中央付近の空気の流れは作業空間の中央の風速が低く、左右の側壁に近づくにつれて風速は高くなり、スリット20のある箇所はさらに高くなっている。すなわち、スリット20を3列垂直方向に配置しているが、その部分の風速が高いことが分かる。また、側面排気流路24及び天井板上のチャンバ30内は、風速が高く、排気用のチャンバ32の排気ダクトの部分の風速が高い。また、作業空間の中央上部の風速は低い。
図6Aは、スリット28を配置した安全キャビネットの解析用簡易モデルの縦断面斜視図及び天井板41の平面図を示す。
この解析用簡易モデルは、作業空間の開口部上部に前面シャッタ整流板13を配置し、整流板13の延長線方向より下側にスリット20を配置し、この整流板13の延長線方向より下側に複数のスリット20を縦に3列配置し、スリット全体の範囲を略三角形状とし、天井面41の奥側に幅方向にスリット28を配置した構成である。また、この構成で丸Aの部分が空気が淀み易い箇所である。
図6Bにおいて、作業空間の開口部より流入した空気は、直進し、左右の側壁面31のスリット20より排気する流れがあり、整流板13に沿って流入する空気は、左右の側壁面のスリット20の方向に向かうものと、作業空間の天井板の奥側のスリット28に向かうものが存在することが分かる。
そして、作業空間の奥側上方に空気が淀み易かったが、天井板の奥側に配置したスリット28により淀みは解消されている。
次に、本発明の実施例2の前面シャッタ整流板13を先端に配置した前面シャッタ80を上下にスライドできるように形成し、作業者が安全キャビネットの開口部の高さを作業内容に応じて調整できる構成を図8に示す。
図8において、前面シャッタ80は、安全キャビネットの上部前面部33と上部前面部裏板42とで挟むように形成し、スライドできる構成とする。
また、作業者が作業する際、前面シャッタ整流板13が作業の妨げになる場合は外すことができるように着脱自在にすることもできる。
また、前面シャッタ80は作業空間内が見えるように透明とする。実施例1の場合においては固定式にしているため不透明でも良い。
また、前面シャッタ80の外側の中央には作業者の手で上下スライド操作ができるように取手を形成する。
次に、本発明の実施例3の遠心分離機21を蓋22が開いたら排気の送風機15の回転数を増加し、遠心分離機21内のエアロゾルが作業空間の開口部より放出されない構成について、図9を用いて説明する。
図9において、21は遠心分離機、22は遠心分離機の蓋、60は遠心分離機の蓋22の開閉を検知するセンサ、61は蓋開閉センサ入力回路、62は蓋の開閉を検知する検知回路、63はモータをコントロールするコントローラ、64は送風機15を駆動するモータ、15は送風機である。
遠心分離器の蓋が開となったことを検知すると、モータのコントローラ63が回転しているパワーを一時的に所定時間増加し、モータ64の回転数を上げ、送風機15の風力を増加する。
従って、作業者の安全性はより向上する。
また、遠心分離機21と安全キャビネット10は一体となっていないので、コネクタを介して接続するか、ワイヤレスでセンサ出力をキャビネット本体に送信するなどして接続する。
また、遠心分離機の蓋の開閉を検知するセンサには、光センサを用い、蓋の一部の面に発光し、蓋の面の反射を受光して蓋の開閉を検知する方法や、磁束でON−OFFするリードスイッチを内蔵したものや、μスイッチなどメカスイッチなどがある。
次に、本発明の実施例4の安全キャビネットの開口面と作業空間の左右の側壁面のスリット20の最適な面積比及び風速について説明する。
本発明の遠心分離機用クラスIタイプの安全キャビネットにおいて、作業空間の左右の側壁に配置したスリット20の全体の最適な開口面積を求める。
この左右側壁のスリット20の開口の大きさを求める方法として、安全キャビネットの機内抵抗において、作業空間から排気しスリット20を通過するときの速度変化による抵抗を、送風機15の特性により2〜3Paになるように定める。
このような抵抗によれば、送風機の能力を上げる必要もなく、効率良く排気することができる。また、この抵抗値が高すぎる場合は送風機の能力を上げる必要があり、逆に抵抗値が低すぎる場合はスリット20の1ヶ当たりの風速が低く、作業空間中央に発生するエアロゾルをスリット20に引きつける力が弱く、効率良く排気できない。
(数1)において、ηは圧力損失係数、ρは流体の密度(空気の場合は1.2)、V1は速度が変化する前の速度、V2は速度が変化した後の速度を表す。
また、圧力損失係数ηは流路内の材質、流体速度等で変わってくるが、大型の場合1以上になることはないため概略的な計算では1を使用しても良い。
作業空間の開口部すなわち空気流入の開口部の面積SINは、
SIN=0.65m(横幅)×0.55m(縦)=0.36m2
である。
SOUT=0.1m×0.01mm×40ヶ×2=0.08m2
となる。
従って、本発明の構成において、最適な作業空間の開口面積と左右の側壁のスリットの総面積との比は、SIN/SOUT=0.22‥ となる。よって、最適な作業空間の開口面積と左右の側壁のスリットの総面積との比は0.1〜0.3の範囲であれば良い。
先ず、作業空間内の風量Qは、開口部に流入する空気の速度が通常0.5m/sであるから開口部の面積との積により、
Q=0.36(m2)×0.5(m/s)×60(s)
=10.7(m3/min)
となり、Qは10.7m3/sとなる。
従って、作業空間内の左右の側壁面のスリットの風速Vは、
V=10.7(m3/min)/0.08(m2)/60(s)=2.23(m/s) となる。
従って、作業空間内の左右の側壁面のスリットの風速と開口部に流入する空気の風速の比は4.4となる。よって、作業空間内の左右の側壁面のスリットの風速と開口部に流入する空気の風速の比は概略4倍強程度あれば良い。
11‥作業空間
12‥固定式前面シャッタ
13‥前面シャッタ整流板
14‥HEPAフィルタ
15‥送風機
16‥排気ダクト
17‥排気空気の流れ
18‥作業開口部
19‥キャビネット外からの流入気流
20‥作業空間内の左右側壁面のスリット(第1のスリット)
21‥遠心分離機
22‥遠心分離機の蓋
23‥感染物質
24‥側面排気流路
25‥側面排気流路24内の空気の流れ
28‥作業空間の天井板の奥側に形成したスリット(第2のスリット)
29‥キャスタ
30‥天井板とHEPAフィルタ間のチャンバ(第1のチャンバ)
31‥作業空間の左右側壁面
32‥排気用チャンバ(第2のチャンバ)
40‥前面シャッタ整流板の延長線
41‥作業空間の天井板
51‥安全キャビネットの側面部
60‥遠心分離機の蓋開閉センサ
62‥蓋開閉センサの検知回路
63‥モータコントローラ
64‥送風機用モータ
80‥可動式前面シャッタ
Claims (8)
- 作業者が作業をする作業空間と、
該作業空間の前面に形成する前面シャッタと、
該前面シャッタ下部の前記作業空間に連接する作業開口部と、
該作業開口部から空気を吸い込み、前記作業空間の空気を空気清浄手段を介して安全キャビネット外へ送風機により排気する排気手段と、を有する安全キャビネットであって、
前記作業開口部の上方の前面シャッタを固定し、
該前面シャッタの下側に前記作業空間の内側方向に傾斜した前面シャッタ整流板を形成し、
前記作業空間内の左右の側壁面を設け、該側壁面と前記安全キャビネットの側面とで側面排気流路を形成し、
前記左右の側壁面に第1のスリット又はパンチング孔を形成し、
前記作業空間の空気を該スリット又はパンチング孔を介して前記側面排気流路に送り、前記空気清浄手段を介して排気することを特徴とする安全キャビネット。 - 請求項1記載の安全キャビネットにおいて、
前記前面シャッタ整流板の延長線方向の下側に、前記第1のスリット又はパンチング孔を形成することを特徴とする安全キャビネット。 - 請求項1又は2記載の安全キャビネットにおいて、
前記作業空間の天井板と前記空気清浄手段のHEPAフィルタとの間にチャンバを設け、前記側面排気流路は該チャンバに接続され、
前記天井板の奥側に横方向に第2のスリットを形成したことを特徴とする安全キャビネット。 - 請求項1乃至3記載の安全キャビネットにおいて、
遠心分離機を前記作業空間の下部に搭載し、
該遠心分離機の蓋を開けたとき、前記送風機の出力を所定時間増加することを特徴とする安全キャビネット。 - 請求項4記載の安全キャビネットにおいて、
前記遠心分離器の蓋を開け、前記送風機の回転数を増加するシステムは、
前記遠心分離機の蓋及び該遠心分離機本体に設置した蓋開閉センサと、
該蓋開閉センサにより前記蓋の開状態を検知する検知回路と、
該検知回路により前記蓋が開状態と判断されたら、前記送風機の回転数を上げるモータコントローラを備えることを特徴とする安全キャビネット。 - 請求項1乃至3記載の安全キャビネットにおいて、
前記作業空間の開口面積と前記左右の側壁面に形成した第1のスリット又はパンチング孔の開口面積との比は0,1〜0.3の値であることを特徴とする安全キャビネット。 - 請求項6記載の安全キャビネットにおいて、
前記左右の側壁面の第1のスリット又はパンチング孔を通過する風速は、前記作業空間の開口部に流入する空気の風速の概略4倍とすることを特徴とする安全キャビネット。 - 作業者が作業をする作業空間と、
該作業空間の前面に形成する前面シャッタと、
該前面シャッタ下部の前記作業空間に連接する作業開口部と、
該作業開口部から空気を吸い込み、前記作業空間の空気をHEPAフィルタを介して安全キャビネット外へ排気する送風機と、
前記作業空間の下部に設置する遠心分離機と、を有する安全キャビネットであって、
前記作業開口部の上方の前面シャッタを可動可能とし、
該前面シャッタの下側に前記作業空間の内側方向に傾斜した前面シャッタ整流板を形成し、
前記作業空間内の左右の側壁面を設け、該側壁面と前記安全キャビネットの側面とで側面排気流路を形成し、
前記左右の側壁面で、前記前面シャッタ整流板の延長線方向の下側に、前記第1のスリットを形成して、前記作業空間の空気を該第1のスリットより前記側面排気流路へ排気し、
前記作業空間の天井板の奥側に横方向に第2のスリットを形成し、
前記作業空間の空気を前記第1のスリット及び第2のスリットを通過させ、前記HEPAフィルタを介して排気することを特徴とする安全キャビネット。
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