JP2014193463A

JP2014193463A - 安全キャビネット

Info

Publication number: JP2014193463A
Application number: JP2014078301A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Ono; 小野恵一
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2014-04-07
Filing date: 2014-04-07
Publication date: 2014-10-09
Anticipated expiration: 2026-12-20
Also published as: JP5842027B2

Abstract

【課題】安全キャビネットで作業する作業者の身長の高さに対応した安全キャビネットを、すなわち前面シャッタの開口寸法を変化させても、作業空間内に外部の雑菌を侵入させず、かつ、作業室内の微生物・病原体を外部に出さない使い勝手に優れた安全キャビネットの提供。
【解決手段】前面シャッタ９の開口寸法１０を検出し、それに応じて作業室内への清浄気流吹き出し風速、前面開口部の流入風速を、感染を防止する物理的隔離性能を維持できる所定の風速を維持する様に風速を制御するシステムを備えた安全キャビネット。
【選択図】図２

Description

本発明は、医療、製薬などの遺伝子操作や、感染症の研究など病原体等の研究において、微生物・病原体などの取り扱いにより発生する災害を防止する清浄作業台、いわゆるバイオハザード対策用安全キャビネットに関する。

従来、微生物・病原体などを取り扱う場合、取り扱う微生物・病原体を人・環境から物理的に隔離する一次バリアとして安全キャビネットが用いられている。安全キャビネットの隔離性能を維持するためには、作業空間に供給する清浄空気の吹き出し風速と、前面開口部から吸込むエアバリアの流入風速の維持が重要である。従来技術による安全キャビネットを特許文献１（特開昭６２−１３２５５０号公報）に示す。従来技術による安全キャビネットは、前面開口部から吸込まれる流入風速を一定に維持するため、前面開口部の開口寸法は、固定位置で使用される。従来技術では、安全キャビネットを使用した場合は、清浄手段であるHEPAフィルタが目詰まりし、その圧損抵抗が変化した場合でも、性能維持に必要な風速を風速検知センサーにより検知し、その風速が設定値内に収まるようにブロア（送風機）を制御している。

特開昭６２−１３２５５０号公報

従来技術の安全キャビネットは、日本工業規格 JIS K3800:2000に示すように、作業空間内の微生物・病原体を入れ、内部の微生物・病原体を外部の雑菌から保護するとともに、作業空間内部の微生物・病原体が外に漏洩しないよう、作業空間内に吹き出す清浄空気の風速と、前面開口部から吸込む流入風速を一定の値に維持することで、作業空間内部と外部を物理的に隔離する性能を維持している。従来技術による安全キャビネットでは、この前面開口部の流入風速を一定に保つために、前面開口部寸法は、２００ｍｍなど一定の開口寸法に固定し、使用していた。使用者は、この前面開口部から腕を作業空間内に挿入し、微生物・病原体の取り扱いを行う。また、前面開口部の上部の前面シャッタを通し、作業空間内を覗き込む形となる。

従来技術による安全キャビネットでは、微生物・病原体取り扱い時の前面開口部寸法が固定寸法であるため、作業空間に挿入した手の動作範囲が制限されるという問題があった。また、作業空間に手を挿入する前面開口部寸法が、通常の２００ｍｍより広い、２５０ｍｍ〜３００ｍｍなど安全キャビネットの場合、身長の低い人は作業がしずらいという欠点があった。

本発明の目的は、作業者の身長の高さに対応した使い勝手に優れた安全キャビネットを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、送風手段により第一の空気清浄手段を通して作業空間に清浄空気を供給する給気系と、作業空間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前面開口部と、前面開口部から空気を吸込み、第二の空気清浄手段を介して装置外へ空気を排出する排気系と、第一及び第二の空気清浄手段と送風手段に連接する圧力チャンバを有する安全キャビネットにおいて、前面開口部の開口寸法に応じて、作業空間に供給する吹き出し風速と、前面開口部から吸込む吸込み風速を制御したことを特徴とする。

また、安全キャビネットにおいて、前面開口部の開口寸法に応じて、作業空間に供給する吹き出し風速と、前面開口部から吸込む、流入風速を個別に制御することを特徴とする。

さらに、安全キャビネットにおいて、作業者の身長の高さに応じて、前面開口部の床からの位置を変更可能にすることを特徴とするものである。

本発明により、あらゆる身長の高さの使用者が、自分が使いやすい安全キャビネットの前面開口寸法で使用でき、使い勝手の優れた安全キャビネットを提供する。

本発明の第１実施の形態を示す安全キャビネットを示す斜視図である。本発明の第１実施の形態を示す安全キャビネットを示す断面構造図である。本発明の第１実施の形態を示す、前面開口部寸法検出手段の斜視図である。本発明の第２実施の形態を示す安全キャビネットを示す断面構造図である。本発明の第３実施の形態を示す安全キャビネットを示す断面構造図である。本発明の第４実施の形態を示す安全キャビネットを示す断面構造図である。本発明の第５実施の形態を示す安全キャビネットを示す斜視図である。本発明の作業者の身長の高低と安全キャビネットの関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図７により説明する。

図１は、本発明の第１実施の形態を示す安全キャビネットを示す構造図である。
作業者は、安全キャビネット１の前面開口部１０から腕を挿入し、前面シャッタ９から作業空間３を覗き込み、作業空間３内で細菌・ウイルスを取り扱った作業を行う。

図２は、本発明の第１実施の形態を示す安全キャビネットを示す断面構造図である。

安全キャビネット１の作業空間３には、HEPAフィルタ５を通過した空気が整流板２０を介して、作業空間3内に清浄空気が送り込まれる。

そして、前面開口部１０から吸い込まれた空気１３は、作業台２下部、作業空間３背面の循環流路７を通り、送風機６に吸い込まれる。送風機６に吸い込まれた空気は、圧力チャンバ１８で加圧される。圧力チャンバ１８には、排気用HEPAフィルタ４と給気用HEPAフィルタ５が連接され、前面開口部１０から吸い込まれた空気は、排気用HEPAフィルタ４で細菌・ウイルス１５を濾過され、清浄空気として排気口２３から排気される。排気口２３から排出されない他の空気は、給気用HEPAフィルタ５を通り、清浄空気として作業空間３に吹き出される。作業空間３に吹き出される吹き出し空気１２は、細菌・ウイルス１５を含まない清浄な空気のため、作業空間３内で取り扱う細菌・ウイルス１５は、外の雑菌や、他の細菌・ウイルス１５に汚染されることなく、保護される。

作業台２の前面開口部１０側には、前面吸い込みスリット１６を形成している。この前面吸い込みスリット１６から、外気と一部の作業空間３内の空気を吸い込むことにより、エアカーテン１１を形成し、作業空間３と安全キャビネット１外の空気との汚染物質のやり取りを遮断している。この作業空間３内の吹き出し気流１２と前面開口部１０の流入気流１３により、安全キャビネット１は、作業空間３内で取り扱う細菌・ウイルス１５を安全キャビネット１外の雑菌から保護するとともに、細菌・ウイルス１５を作業空間３内に閉じ込め、作業者への感染を防止している。

この試料を外の雑菌から保護しつつ、作業者への感染を防止する性能を維持するには、作業空間３に吹き出す気流の吹き出し風速１２ａと前面開口部１０から吸い込む空気の流入風速１３ａを所定の速さにすることが重要である。流入風速１３ａが遅すぎると、作業空間３内部で取り扱っている細菌・ウイルス１５が、作業空間３の吹き出し気流１２に押し出され、前面開口部１０から外に漏洩する場合がある。従来の安全キャビネットでは、送風機６が運転している風量は一定である。したがって、従来の安全キャビネットでは、前面開口部１０の開口寸法を大きくすると、そこから吸い込まれる流入風速１３ａが遅くなるため、使用者は、前面開口部１０の広さを一定にして使用している。

図８に、作業者が安全キャビネットを使用している状態を示す。

前面開口部１０が狭い場合、そこから手を入れて作業している研究作業者が、腕を動かす範囲が狭くなり、作業し辛くなるため、手を動かす上下方向に寸法の大きい前面開口部１０が要求される。前面開口部１０の寸法を大きくした場合、排気用HEPAフィルタ４から排気される排気風量を大きくすることにより、前面開口部１０から流入する吸い込み風量が多くなり、作業空間３内の細菌・ウイルス１５を安全キャビネット１外に出さない流入風速１３ａは維持することは可能である。しかし、図８（c）に示すように、前面開口部１０の上下方向寸法が大きい安全キャビネット１を身長の低い作業者が使用する場合、作業空間３を覗き込む視線が前面シャッタ下端９ａと重なり、作業台２上が見えにくかったりする場合があった。

図８（a）に示すように、身長の低い作業者の場合、前面シャッタ９を閉め、前面開口部１０寸法を小さくすると、作業者の作業のし辛さはなくなるが、同一の流入風量で開口面積が小さくなるため、流入風速１３ａが速くなりすぎ、安全キャビネット１外の雑菌が、前面吸い込みスリット１６を通り越し、作業空間３内まで入り込み、作業空間３内の試料を汚染する可能性がある。このように安全キャビネットでは、流入風速を所定の値の維持することが、性能維持には重要である。

図３は、本発明の第１実施の形態を示す前面開口部寸法検出手段の斜視図である。

前面開口部１０の上下方向寸法を変化させるには、前面シャッタ９を上下させる。本実施例では、前面シャッタ９横に、リミットスイッチ１９を設け、前面開口寸法１０ａに合わせて、流入風速１３ａが所定の風速となるよう、送風機６の運転風量を制御している。表１に前面開口寸法２５０ｍｍと２００ｍｍに変化させた場合の制御の一例を示す。

作業空間幅寸法1300mm、作業空間幅寸法600mmの場合

作業空間３の幅寸法は１３００ｍｍ、奥行き寸法は、６００ｍｍとし、前面開口寸法２５０ｍｍの状態で安全キャビネットの性能が出る場合。平均流入風速１３ａが０．５５ｍ／ｓでエアカーテン１１の機能が満足する所定の風速とすると、前面開口部１０から吸い込まれる空気＝排気口２３から排気される風量は、１０．７ｍ^３／ｍｉｎとなる。また、作業空間３に吹き出される吹き出し風速１２ａが、０．３５ｍ／ｓの場合、吹き出し風量が、１６．４ｍ^３／ｍｉｎとなる。この場合、送風機６が運転している総風量は、１０．７ｍ^３／ｍｉｎ＋１６．４ｍ^３／ｍｉｎ＝２７．１ｍ^３／ｍｉｎとなる。安全キャビネットの場合、作業空間３に吹き出している風量は、再び、圧力チャンバ１８に入り、作業空間３に吹き出しているので、循環している。この循環している風量を送風機６が運転している全体風量で割ったものを、循環気率と言い、安全キャビネットでは需要な指標となっている。この循環気率は、排気用HEPAフィルタ４と給気用HEPAフィルタ５を通っている空気の比率を表していることになる。表３の前面開口寸法２５０ｍｍ運転での循環気率は、６０．５％となる。この前面開口寸法１０ａが２５０ｍｍの場合は、図３に示す、下部のリミットスイッチ１９ｂがＯＮの状態で、上部のリミットスイッチ１９ａがＯＮの状態となり、前面開口寸法を２５０ｍｍと判断している。

同じ装置で前面シャッタ９を下げ、前面開口寸法２００ｍｍとした場合、上部のリミットスイッチ１９ｂがＯＦＦとなり、リミットスイッチ１９ａのみがＯＮとなるため、前面開口部寸法が２００ｍｍであると判断する。当然、前面開口寸法２５０ｍｍと２００ｍｍの位置には、前面シャッタが不用意に上下に移動しないよう、ストッパを設けている。表３に示すように、前面開口寸法を２００ｍｍの状態をリミットスイッチ１９で検出すると、送風機６は運転風量を２１．７ｍ^３／ｍｉｎまで下げる。図２の安全キャビネット１は循環気率が変わらないので、前面開口部１０の流入風量、作業空間３の吹き出し風量も同じ比率で下がり、流入風量は、８．６ｍ^３／ｍｉｎ、作業空間吹き出し風量は、１３．１ｍ^３／ｍｉｎに落ちる。当然その風速も低下し、流入風速１３ａは、０．５５ｍ／ｓ、吹き出し風速１２ａは、０．２８ｍ／ｓとなる。この制御が無く、前面開口寸法を２００ｍｍにした場合、流入風量１０．７ｍ^３／ｍｉｎに対し、前面開口寸法１０ａが２００ｍｍであるため、流入風速１３ａは、０．６８ｍ／ｓまで上昇し、場合によっては、外の雑菌が作業空間３内に侵入する場合がある。

この制御は一例であり、安全キャビネット１の作業空間３の形状と前面吸い込みスリット１６の形状、位置によっては単純に流入風速１３ａ＝０．５５ｍ／ｓを維持するだけでは性能が出ず、前面開口寸法１０ａが２００ｍｍの場合は、流入風速１３ａを０．５７ｍ／ｓに設定するなどのケースも生じる。しかし、この場合もリミットスイッチ１９により前面開口寸法１０ａを検出することによる、送風機６の運転風量を所定の風量に制御することが可能であるので、安全キャビネット１の感染を防止する性能が出る所定の風速に設定することが可能となる。

これにより、安全キャビネット１使用者の身長の高低、作業台２を覗き込む視線、作業者の腕の動作に合わせて、前面開口寸法１０ａを変化させても、安全キャビネット１の感染を防止する性能を維持することが可能となる。

図４は、本発明の第２実施の形態を示す安全キャビネットを示す断面構造図で、その安全キャビネットの概観図は図１に示す通りである。

圧力チャンバ１８内にチャンバ内ダンパー２５を設けている。送風機６から吹き出された空気は、圧力チャンバ１８を加圧する。圧力チャンバ１８には、排気用HEPAフィルタ４と給気用HEPAフィルタ５が連接されているので、空気は、排気口２３側と作業空間３側に振り分けられる。チャンバ内ダンパー２５は、圧力チャンバ１８内で、排気用HEPAフィルタ４側に向かう空気を制御する目的で取り付けられている。チャンバ内ダンパー２５が開くと排気用HEPAフィルタ４側に向かう風量が増え、逆にチャンバ内ダンパー２５が閉じると給気用HEPAフィルタ５に向かう風量が増える。前面開口寸法１０ａに応じて、送風機６の総風量を制御するだけでは無く、チャンバ内ダンパー２５を動かすことにより、流入風速１３ａと吹き出し風速１２ａの循環気率も制御することが可能となる。

表２のその制御例を示している。

作業空間幅寸法1300mm、作業空間幅寸法600mmの場合

作業空間３のサイズは、表１の場合と同様、幅方向が１３００ｍｍ、奥行きが６００ｍｍの場合である。前面開口寸法１０ａが２５０ｍｍの場合、流入風速１３ａ＝０．５５ｍ／ｓ、吹き出し風速１２ａ＝０．３５ｍ／ｓで安全キャビネットの性能が出る気流状態とする。前面開口寸法１０ａを２００ｍｍにし、循環気率一定で総風量を低下させた場合、作業空間３内の吹き出し風速１２ａも低下し、安全キャビネット１の形状によっては、流入風速１３ａに乗って、外の雑菌が作業空間３内に入り込む場合がある。その場合、作業空間３の吹き出し風速１２ａを増やす必要がある。表２では、前面シャッタ９の位置に合わせ、前面開口寸法１０ａが２００ｍｍになったとき、チャンバ内ダンパー２５を閉め、排気用HEPAフィルタ４側に向かう空気を制限し、流入風量を８．６ｍ^３／ｍｉｎに減らし、循環気率も６０．５％から６５．６％に変更することにより、作業空間３の吹き出し風速１２ａは、０．３５ｍ／ｓを維持することが可能となり、安全キャビネット１の感染防止性能を維持することが可能となる。

表３は、表２の安全キャビネットの他の制御例を示している。

作業空間幅寸法1300mm、作業空間幅寸法600mmの場合

安全キャビネットの場合は、排気口２３から排気する空気を、安全キャビネット１が設置されている部屋のダクトを通して、屋外に排気する場合がある（必ず、屋外に排気するわけではない）。その場合、ダクトには排気用のファンが設けられている。その場合、安全キャビネット１の排気風量が前面開口寸法１０ａの変化に応じて、変化しても、ダクトの排気ファンの風量が制御するように設けられていない場合が多い。その場合、安全キャビネット１の排気風量は一定にする必要がある。その場合、前面開口寸法１０ａを２５０ｍｍから２００ｍｍに変化させたとき、排気風量＝流入風量を一定のため、流入風速１３ａは、０．５５ｍ／ｓから０．６９ｍ／ｓと作業空間３の吹き出し風速１２ａに対して速くなりすぎる場合がある。その場合、吹き出し風速１２ａを維持すべく、総風量を２７．１ｍ^３／ｍｉｎから２８．０ｍ^３／ｍｉｎに上げ、循環気率を６０．５％から６１．８％に変化させることにより、排気風量＝流入風量を一定にしつつ、外の雑菌が作業空間３内の入り込まないように、作業空間３内の吹き出し風速１２ａを０．３７ｍ／ｓに維持することが可能となる。

これらの感染を防止するのに必要な所定の風速は、安全キャビネットの形状により異なってくる。この数値は、あらかじめ把握していき、送風機６の運転風量、チャンバ内ダンパー２５の動作角度も設定しておく必要がある。

図５は、本発明の第３実施の形態を示す安全キャビネットを示す断面構造図で、その安全キャビネットの概観図は図１に示す通りである。
前面吸い込みスリット１６の開口率を制御するため、吸い込みスリットダンパー２１を
けている。吸い込みスリットダンパー２１を開くと、前面開口部１０から吸い込む風量
排気口２３から排気する風量は増加し、逆に吸い込みスリットダンパー２１を閉じると、前面開口部１０から吸い込む風量を減らすことが可能となる。この構成で、前面シャッタ部９の位置を検出するリミットスイッチ１９のＯＮ／ＯＦＦ信号に合わせ、前面開口部１０から吸い込まれる風量を制御することが可能となる。

表４に実施例３の制御例を示す。

作業空間幅寸法1300mm、作業空間幅寸法600mmの場合

制御する作業空間３サイズの例は、実施例１，２と同一である。前面開口寸法２５０ｍｍの場合は、吸い込みスリットダンパー２１は開いた状態である。前面開口寸法を２００ｍｍに閉めたとき、リミットスイッチ１９の信号を受けて、送風機６の風量を２７．１ｍ^３／ｍｉｎから２５．０ｍ^３／ｍｉｎに下げ、前面開口部１０から吸い込まれる流入風量を減らし、循環気率を６０．５％から６５．６％に変化させることにより、作業室内３の吹き出し風速１２ａと流入風速１３ａを、安全キャビネットの感染防止性能の出る所定の風量に制御することが可能となる。

図６は、本発明の第４実施の形態を示す安全キャビネットを示す断面構造図である。
排気用HEPAフィルタ４の下流側に、排気ファン２２を設けている。安全キャビネット１の運転状態で排気ファン２２をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、圧力チャンバ１８で加圧された空気が、排気用HEPAフィルタ４と給気用HEPAフィルタ５に振り分けられる量を制御することができる。排気ファン２２を運転すると排気用HEPAフィルタ４側に排気される風量が増える。これは、排気用HEPAフィルタ４側の圧力が下がるため、空気が排気用HEPAフィルタ４側に向かうためである。前面シャッタ９の位置を検出するリミットスイッチ１９と組み合わせた制御例を以下に示す。通常は、前面開口寸法１０ａが２００ｍｍの状態で運転している場合は、排気ファン２２は停止している。前面シャッタ９を上げ、前面開口寸法２５０ｍｍであることをリミットスイッチ１９ａが検出すると排気ファン２２を可動させる。このとき排気風量＝流入風量が増え、所定の流入風速１３ａを維持することが可能となる。

以上、実施例１乃至実施例４では、前面開口寸法２００ｍｍと２５０ｍｍの２段階の制御例を示したが、本発明により、前面開口寸法３００ｍｍでの制御や、２００ｍｍ〜３００ｍｍ間での無段階での制御も可能である。無段階制御の場合、前面シャッタ９の開口位置を電気抵抗、電圧、電流など無段階の信号に変換し、前面シャッタ９位置に対応して、送風機６ファンの回転数を無段階に制御することにより、風量の無段階制御が可能である。また、リミットスイッチ１９を複数設置することにより、多段階の制御も可能である。

図７は、本発明の第５実施の形態を示す安全キャビネットを示す斜視図である。

実施例１から４の前面開口寸法１０ａに変化による送風機６の制御、循環気率の制御に合わせ、作業台２の床からの高さ（作業台高さ２４）も可変にする。これにより、安全キャビネット１を使用する体格身長、視線、腕の動作に合わせ、作業台２の高さ、前面開口寸法１０ａを変化させても、作業空間３内の細菌・ウイルス１５を外の雑菌から保護しつつ、研究作業者への感染を防止する安全キャビネット１を提供することが可能となる。

本発明は、作業者の身長の高さに対応し、作業台を覗く視野、作業する腕の動きにも対応した使い易いバイオハザード対策用安全キャビネットを提供する。

１…安全キャビネット
１ａ…本体ケース
２…作業台
２ａ…作業空間底面
３…作業空間
４…排気用HEPAフィルタ
５…給気用HAPAフィルタ
６…送風機
７…循環流路
８…作業空間側壁面
９…前面シャッタ
９ａ…前面シャッタ下端
１０…前面開口部
１０ａ…前面開口寸法
１１…エアカーテン
１２…吹き出し気流
１２ａ…吹き出し風速
１３…流入気流
１３ａ…流入風速
１４…負圧汚染プレナム
１５…細菌・ウイルス
１６…前面吸込みスリット
１７…背面空気吸込み口
１８…圧力チャンバ
１９ａ…上部リミットスイッチ
１９ｂ…下部リミットスイッチ
２０…整流板
２１…吸い込みスリットダンパー
２２…排気ファン
２３…排気口
２４…作業台高さ
２５…チャンバ内ダンパー

Claims

送風手段により第一の空気清浄手段を通して作業空間に清浄空気を供給する給気系と、
前記作業空間前面に形成する前面シャッタと、前記前面シャッタ下部の作業空間に連接する前面開口部と、前記前面開口部から空気を吸込み、第二の空気清浄手段を介して装置外へ空気を排出する排気系と、前記第一及び第二の空気清浄手段と前記送風手段に連接する圧力チャンバを有する安全キャビネットにおいて、
前面開口部の開口寸法に応じて作業空間に供給する吹き出し風速と、前面開口部から吸込む吸込み風速を制御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、前面開口部の開口寸法に応じて、作業空間に供給する吹き出し風速と前面開口部から吸込む流入風速を、個別に制御した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、作業者の身長の高さに応じて、前面開口部の床からの位置を変更可能にすることを特徴とする安全キャビネット。