JP4775595B2

JP4775595B2 - エアーカーテン式生物学的安全性キャビネット

Info

Publication number: JP4775595B2
Application number: JP2007330290A
Authority: JP
Inventors: 黄榮芳; 石東生; 張振平; 陳春萬; 洪振雄
Original assignee: 行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: JP2008295448A; EP2014365A3; EP2014365A2; EP2014365B1; TWM326441U

Description

本発明は、エアーカーテン式生物学的安全性キャビネットに関し、特に調風戸の開口にエアーカーテンが形成され、有効にキャビネット内とキャビネット外の気流を隔離し、また、キャビネット内に回転流がない効果が得られ、そして、該キャビネット内の気流も発散しなく、更に、キャビネット内の汚染物の漏れを確実に防止できるものに関する。

生物学的安全性キャビネット（ｂｉｏｓａｆｅｔｙｃａｂｉｎｅｔ、ＢＳＣ）の研発設計の主な目的は、細胞培養の時、細胞株の無菌化過程を維持して、作業員と細胞株との交互汚染を防止するためである。多くの微生物試験や微生物を媒介とする製程において、生物性危害のリスクが隠れられ、作業員の健康や安全に悪影響を与え、そのため、生物学的安全性キャビネットの発展は、細胞株無菌化の他に、操作者が生物学的安全性キャビネットを使用する時、キャビネット内の反応物によれ感染されることを防止する。

微生物実験室において、汚染物が生物学的安全性キャビネット内に隔離されることを要求するが、生物学的安全性キャビネットの作業員が細菌感染による死ぬ事故が発生し、また、類似する事故が繰り返して発生する現状であり、それにより、従来の生物学的安全性キャビネットは、多い問題点がある。実際の操作において、有害物発散の状況は、おおざっぱに、
（１）設計が最適状況ではない：例えば、ガス抜き量不足やガス抜きスリットの位置が適当ではないこと、エアー補給ガス抜きの配置が不適であること、前あき（ｆｒｏｎｔｏｐｅｎｉｎｇ）の風速分布が均一ではないこと及び開口辺縁の設計が適当ではないこと等と、
（２）最適ではない状況下で操作する：例えば、有害物の放出量が多すぎることや戸の開度面積が大きすぎること及びガス抜き量を操作状況に応じて調整していないこと等との２種類がある。

様々の生物学的安全性キャビネットは、適用される生物危害レベルに従って、３階段に分けられる。その中、第二級の生物学的安全性キャビネットは、米国２００２年に訂正された第二級生物学的安全性キャビネット標準ＮＳＦ／ＡＮＳＩ４９によれば、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２の４種類がある。

ＣｌａｒｋａｎｄＭｕｌｌａｎ、Ｒａｋｅ、Ｋｅｎｎｅｄｙ、Ｋｒｕｓｅにより、生物学的安全性キャビネットが汚染物を排除する性能についてテストを行い、全ての第二級生物学的安全性キャビネットは、汚染物を排除する能力が突然の室内圧力変化に対処できず、そのため、生物学的安全性キャビネットの汚染を排除する能力を強化しなければならない。

第二級Ｂ２型の生物学的安全性キャビネットは、１００％全排気で、循環気流無しのものである。気体を室外へ排出する前、全ての気体を高効率エアーフィルターを介して排気することが必要であり、また、安全キャビネットの排気を建物の排気系統に連結することが必要である。その上端に、高濾過効果である高効率エアーフィルターが設置され、ブロワーで高効率エアーフィルターを介して、エアーをキャビネット内へ補給し、また、キャビネット内の前後（或いは、他の位置）に、それぞれ凹槽を形成し、排気ファンで大量にガスを抜き（少なくとも、０．５７ｍ３／ｓ）、キャビネット内を負圧に形成して、汚染物をキャビネットから排出し、また、キャビネットの上部においてエアーが不足になる場合、サッシ（ｓａｓｈ）の開口から自然エアーで、キャビネット内にエアーを補給する。しかしながら、キャビネット内の汚染物は、サッシの開口において、外部の干渉気流及び／或いはサッシの開閉作動による影響により漏れる。そのため、従来の生物学的安全性キャビネットは、側流干渉とサッシの開閉動作に対応する能力が不足である。

本発明の主な目的は、生物学的安全性キャビネット内の有害物が外部に発散することを防止でき、また、キャビネット内の気流が互いに交流しないエアーカーテン式生物学的安全性キャビネットを提供する。

本発明は、上記の目的を達成するため、少なくとも、キャビネットと調風戸、送風機、吸込み槽、ガス抜き機、貫流ファン及び高効率エアーフィルター（ＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＡｉｒ（ＨＥＰＡ）Ｆｉｌｔｅｒ）が備えられるエアーカーテン式生物学的安全性キャビネットである。該キャビネットは、内部に有害ガスを排除するための収納空間が設けられ、一側と上方に開放空間が形成され、該調風戸は可動的に該キャビネットの一側に結合され、上に貫流ファンが設置され、該送風機は該キャビネットの上端に設置され、クリーンなエアーを供給する給気口が接続され、該吸込み槽は該キャビネットの先端の下縁に設けられ、また、該調風戸のパージポートに対応する吸込みスリットが設けられ、該ガス抜き機は該吸込み槽の出口端に設けられ、有害ガスを排除し、該高効率エアーフィルターは該キャビネットの上方に設置され、該送風機でエアーを補給し、これにより、調風戸の開口にエアーカーテンが形成され、有効にキャビネット内とキャビネット外の気流を隔離でき、安全キャビネット内の汚染性気体が発散することないため、作業員の健康に危害することがなく、また、キャビネット外の汚染性気体が生物学的安全性キャビネットを操作する時、キャビネット内へ入って製品を汚染することがない。

図１〜図３は、それぞれ、本発明の立体概念図や本発明の側面概念図及び本発明の設備と装置の配置概念図である。図のように、本発明は、少なくとも、キャビネット１１と調風戸１２、送風機１３、吸込み槽１４、ガス抜き機１５、貫流ファン２０及び高効率エアーフィルター（ＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＡｉｒ（ＨＥＰＡ）Ｆｉｌｔｅｒ）１６から構成される。これにより、有効にキャビネット内とキャビネット外の気流を隔離でき、また、キャビネット内において回転流がなく、そして、該キャビネット内の気流も発散しなくて、更にキャビネット内の汚染物の漏れを確実に防止できる。

該キャビネット１１は、内部に、有害ガスを排除するための収納空間が設けられ、また、その一側と上方に開放空間が形成される。

該調風戸１２は、可動的に該キャビネット１１の一側に結合され、また、該調風戸１２を移動するための取っ手１２１が設けられ、これにより、調風戸の開度を制御できる。該調風戸１２は、上に貫流ファン２０が設けられ、二段式の引き戸機構であり、エアー吹き口の位置がサッシの開度に応じて変化できる。該調風戸１２から吹出された気体は、主として、パージポート上に安定な気流を提供するための一列の貫流ファン（ｃｒｏｓｓｆｌｏｗｆａｎｓ）２０が設けられ、貫流ファン２０が貫流ファン制御器２によって制御され、気流が該調風戸１２の上端を介して、整流段（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂｓ）１２３に到達した後、更に、安定区１２４により一部の乱流エネルギーを打ち消しながら、該調風戸１２の開口区１２５に到達する。

下吹き気流は、主として、インバータ１７ａ（ｉｎｖｅｒｔｅｒ）で送風機１３を制御し、可撓性パイプを介して、該高効率エアーフィルター１６の上端に設置された給気口１１１に接続され、クリーンなエアーを供給し、該吸込み槽１４は、該キャビネット１１の先端の下縁に設置され、また、該調風戸１２に対応する吸込みスリット１４１が設けられる。

該ガス抜き機１５は、該吸込み槽１４の出口端に設置され、有害ガスを排除し、インバータ１７ｂでガス抜き機１５の回転数や吸込み断面平均速度を制御する。

また、該ガス抜き機１５と吸込み槽１４の出口端との間に吸込み速度を測定するベンチュリ管（ｖｅｎｔｕｒｉｆｌｏｗｍｅｔｅｒ）１８が設置され、また、該ベンチュリ管１８に合わせて、圧差を測定する圧力変換器１９（ｐｒｅｓｓｕｒｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）が設置される。

該高効率エアーフィルター１６は、該キャビネット１１の上方に設置され、エアーを補給し、また、該送風機１３を通すことにより均一的な速度でエアー補給を行う。上記の構造により、新規のエアーカーテン式生物学的安全性キャビネット１が構成される。

本発明の特徴として、該調風戸１２が可動的に該キャビネット１１の一側に結合され、該調風戸１２の上に貫流ファン２０が設けられ、また、インバータ１７ａで送風機１３を制御し、また、可撓性パイプを介して給気口１１１に接続され、給気口１１１が高効率エアーフィルター１６の上端に設置され、気流を高効率エアーフィルター１６としてからエアーを補給する。調風戸１２は、上に貫流ファン２０が設けられ、二段式の引き戸機構であり、エアー吹き口の位置がサッシの開度に応じて変化できる。該調風戸１２から吹出された気体は、主として、パージポート上に、安定な気流を提供するための一列の貫流ファン（ｃｒｏｓｓｆｌｏｗｆａｎｓ）２０が設けられ、貫流ファン２０が貫流ファン制御器２によって制御され、気流が該調風戸１２の上端を介して、整流段（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂｓ）１２３に到達した後、更に、安定区１２４により、一部の乱流エネルギーを打ち消しながら、該調風戸１２の開口区１２５に到達し、また、該吸込み槽１４の該キャビネット１１の先端の下縁に、該調風戸１２に対応する吸込みスリット１４１が設けられ、これにより、プッシュプル式（ｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ）のエアーカーテン（ａｉｒ−ｉｓｏｌａｔｏｒ）が形成される。流れ視覚化により生物学的安全性キャビネットの流れの場を検知して、異なる吹き吸い速度下のエアーカーテンの流れの場モードを認識でき、更に、有効に生物学的安全性キャビネットの流れの場を制御して、キャビネット内の汚染物の漏れを確実に防止でき、また、ガス抜きの位置を変化してキャビネット内の汚染源に接近し、有効に局部のガス抜きを行い、また、該キャビネット１１の上方に設置された高効率エアーフィルター１６で適当なクリーンな気流を供給し、ガス抜きとエアー補給の物理メカニズムを利用でき、これにより、エアーカーテン式生物学的安全性キャビネット１はガス抜きとエアー補給の機能を両立でき、また、汚染源の近くで、即時に有効に局部のガス抜きを行え、また、エアーカーテンを形成して、有効に汚染物の漏れを防止でき、そのため、本発明は快速的に有害ガスを排除や隔離でき、また、エネルギーを節約できる効果が得られ、その実用性や便利性及び安全性が向上される。

図４〜図７Ｃは、それぞれ本発明の異なる吹き吸い比のストレートカーテンの概念図や本発明の異なる吹き吸い比の僅か内凹カーテンの概念図、本発明の異なる吹き吸い比の大きく内凹カーテンの概念図及び本発明の異なる吹き吸い比の搖動カーテンの時効変遷の概念図である。図のように、流れの場モードの判別について、流れ視覚化により検知した流れの場形態とそれに対応する吹き吸い速度を記録して、それを、カーテン区分の基準とする。プッシュプル式エアーカーテンモード区分を生物学的安全性キャビネットに適用する場合、主として、４種類のモードに区分され、それぞれは、ストレートカーテン（ｓｔｒａｉｇｈｔｃｕｒｔａｉｎ）７１や僅か内凹カーテン（ｓｌｉｇｈｔｌｙｃｏｎｃａｖｅｃｕｒｔａｉｎ）７２、大きく内凹カーテン（ｓｅｖｅｒｅｌｙｃｏｎｃａｖｅｃｕｒｔａｉｎ）７３及び搖動カーテン（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇｃｕｒｔａｉｎ）７４である。これらの４種類のカーテンを定義する条件は、異なる吹き吸い速度とエアー補給速度による異なるエアーカーテンの流れの場形態の他に、生物学的安全性キャビネットの上部において、高効率エアーフィルターにより下吹き気流を創出することと吸込み位置が前下吸うこと、調風戸１２により噴出気流を創出することを、これらの異なる流れの場のモードの付属条件として定義する。

使用する時、該キャビネット１１の内部の流れの場は、
（ａ）僅か内凹カーテン（ｓｌｉｇｈｔｌｙｃｏｎｃａｖｅｃｕｒｔａｉｎ）７２：エアー吹き速度やエアー補給速度及び吸込み速度を適当な比例に調整する時、調風戸１２から吹出されたエアーカーテンは、キャビネット内へ向かって僅かに内凹するようになり、気流が吸込み端に近付く時、下吸いの吸力によりキャビネット内へもキャビネット外へもならず、
（ｂ）ストレートカーテン（ｓｔｒａｉｇｈｔｃｕｒｔａｉｎ）７１：吸込み速度が上記より比較的に小さい時、吸込みの力が不足であるため、調風戸１２が吹出したエアーカーテンの流れの場は内凹しなく、比較的にストレートの状態になり、キャビネット内に回転流を生成せず、
（ｃ）大きく内凹カーテン（ｓｅｖｅｒｅｌｙｃｏｎｃａｖｅｃｕｒｔａｉｎ）７３：吸込み速度が大きくすることにより、エアーカーテンの気流がキャビネット内へ移動し、また、大きく内凹になり、キャビネット内において回転流が生成され、
（ｄ）搖動カーテン（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇｃｕｒｔａｉｎ）７４：キャビネット内とキャビネット外において回転流が生成され、また、時間に従って、左右へ搖動する現象が起こる。

以上の４種類のエアーカーテンの流れの場モードから、生物学的安全性キャビネットは吹き吸い速度を操作することを前提とする場合、僅か内凹カーテン７２が好ましい。

ところが、エアーカーテン式生物学的安全性キャビネット１の吹き吸い速度を変化すると、エアーカーテンとキャビネット内において、数多い異なる流れの場形態が形成される。これらの異なる形態の流れの場は把握し難いため、多数の実験とパラメータにより、システム的な流れの場モードを整えることにより、各種類の吹き吸い速度と調風戸の開度下のエアーカーテンの流れの場形態を確定でき、また、適用できる特性領域と範囲が決められる。

以上のように、本発明は、エアーカーテン式生物学的安全性キャビネットであり、有効に従来の諸欠点を改善でき、調風戸の開口において、エアーカーテンを形成することにより、有効にキャビネット内とキャビネット外の気流を隔離でき、これにより、安全キャビネット内の汚染性気体が発散することないため、作業員の健康に危害することがなく、また、キャビネット外の汚染性気体が生物学的安全性キャビネットを操作する時、キャビネット内へ入って製品を汚染することがないから、本発明はより進歩的かつより実用的で、法に従って特許請求を出願する。

以上は、ただ、本発明のより良い実施例であり、本発明はそれによって制限されることが無く、本発明に係わる特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や訂正は、全てが本発明の特許請求の範囲内に含まれる。

本発明の立体概念図本発明の側面概念図本発明の設備と装置の配置概念図本発明の異なる吹き吸い比のストレートカーテンの概念図本発明の異なる吹き吸い比の僅か内凹カーテンの概念図本発明の異なる吹き吸い比の大きく内凹カーテンの概念図本発明の異なる吹き吸い比の搖動カーテンの時効変遷の概念図本発明の異なる吹き吸い比の搖動カーテンの時効変遷の概念図本発明の異なる吹き吸い比の搖動カーテンの時効変遷の概念図

符号の説明

１エアーカーテン式生物学的安全性キャビネット
１１キャビネット
１１１給気口
１２調風戸
１２１取っ手
１２３整流段
１２４安定区
１２５開口区
１３送風機
１４吸込み槽
１４１吸込みスリット
１５ガス抜き機
１６高効率エアーフィルター
１７ａインバータ
１７ｂインバータ
１８ベンチュリ管
１９圧力変換器
２０貫流ファン
２貫流ファン制御器
７１ストレートカーテン
７２僅か内凹カーテン
７３大きく内凹カーテン
７４搖動カーテン

Claims

内部に、有害ガスを排除するための収納空間が設けられ、一側と上方に、開放空間が形成されるキャビネットと、
可動的に該キャビネットの一側に結合され、貫流ファンとエアーカーテンを形成するためのエアーを流す中空部分と整流段とパージポートとが設けられる調風戸と、
該キャビネットの上方に設置され、エアーを補給する高効率エアーフィルターと、
該高効率エアーフィルターの上端に設置された給気口に接続され、クリーンなエアーを供給する送風機と、
該キャビネットの先端の下縁に設けられ、また調風戸のパージポートに対応する吸込みスリットが設けられる吸込み槽と、
該吸込み槽の出口端に設けられ、有害ガスを排除するガス抜き機と、
該吸い込み槽と該ガス抜き機との間に設けられたベンチュリー管と圧差を測定する圧力変換器とを有し、
予め実験的に得られた、調風戸の開度とエアーの吹き吸い速度のパラメータにより定まるエアーカーテンの流れ場に基づき、エアーカーテンの流れ場が該エアーカーテンの内外に渦流を生じないで、僅かにキャビネットの内側に偏って前記吸い込み槽に吸い込まれるようなカーテンの場になるように、前記貫流ファンと前記送風機と前記ガス抜き機の制御を行うことを特徴とする、エアーカーテン式生物学的安全性キャビネット。
該調風戸は、多段式であることを特徴とする、請求項１に記載のエアーカーテン式生物学的安全性キャビネット。
該調風戸の上方の入口に設置された送風機によりエアーが供給され、吹出し風量や吹出し口風速は、インバータによって制御されて調整されることを特徴とする、請求項１に記載のエアーカーテン式生物学的安全性キャビネット。
該調風戸には、調風戸を移動して、調風戸の開度を制御する取っ手が設けられることを特徴とする、請求項１に記載のエアーカーテン式生物学的安全性キャビネット。
ガス抜き機の吸込み風量や吸入口風速は、インバータにより調整されることを特徴とする、請求項１に記載のエアーカーテン式生物学的安全性キャビネット。
送風機から高効率エアーフィルターを通して均一的な速度でエアー補給を行うことを特徴とする請求項１に記載のエアーカーテン式生物学的安全性キャビネット。