JP5190764B2 - 換気風量制御方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉体を換気するための換気風量制御方法および装置に関するものである。

粉体を扱う箇所には、例えば医薬品工場等がある。この医薬品工場のうち、特に固形製剤工場等では、造粒、打錠等の製剤製造に伴う空気中への薬塵漏洩に起因するクロスコンタミネーションを防止するため、また工場従事者の薬害を防止するため、薬塵の発生を防止・制御し、製造室を常に清浄に保つ必要がある。このため高い封じ込めバルブ等の機器を採用するとともに、製造室をクリーンルームとして２次的な封じ込めを行っている。そして通常は、クリーンルームを所定の清浄度に保つために、取り扱う薬剤に応じて平均の換気回数を設定して、目標とするグレードに対応する室内空気の清浄度を平均的に確保している。

また特許文献１には、クリーンルーム内の微粒子数の分布を把握して、それを適正数に抑制できるようにする設計方法が記載されている。すなわち特許文献１に記載されたクリーンルームの設計方法は、空気齢によって微粒子数を把握できるので、クリーンルーム内に設置機器を配設するときに、空気齢が局所的に高くならないような条件をシミュレーションによって求め、それを設計条件の１つとするものである。
特開２００４−２８５１８号公報

前述した固形製剤工場等において、実際の薬塵飛散によるコンタミネーションのタイミングは、バルブの分割時や薬剤粉体が入った密閉コンテナの移送時、メンテナンスのための分解時などに多く起因するものと考えられる。このことから、薬塵によるコンタミネーションは経時的に大きく変動していると考えられる。言い換えれば、空気中の薬塵濃度は所定の清浄度以上の場合もあれば、それ以下の場合もあり、常に室内換気を行うことは効率的と言い難い。したがって所定の清浄度レベルに応じた効率的な室内換気が望まれる。

また特許文献１に記載された発明は、クリーンルームの設計段階で微粒子数を考慮するものであり、稼働しているクリーンルームの微粒子数を測定して換気を制御するものでない。すなわち特許文献１に記載された発明は、事前の設計により装置、給排気口を決定しており、オンラインモニタリングをしていないため、非定常的な場合に対応不可能である。このため特許文献１に記載された発明では、クリーンルーム内の微粒子数が多くなった場合でも、換気を行って室内の清浄度を迅速に所定のレベルに戻すことができない。

本発明は、粉体の飛散をリアルタイムで検知して、粉体の換気を効率的に行う換気風量制御方法および装置を提供することを目的とする。

本発明に係る換気風量制御方法は、粉体毎の短期許容暴露量データベースから使用する粉体に対応する短期許容暴露量を求めておき、粉体の取り扱い中に前記粉体の飛散量を測定し、飛散する前記粉体の基準となる前記短期許容暴露量に相応する目標濃度と前記測定の結果とを比較し、前記測定の結果が前記目標濃度以上のときに、目標時間内に換気する風量を求めて、当該換気風量で換気を行い、前記測定の結果が前記目標濃度未満のときに、前記目標濃度以上のときに比べて前記換気風量を減少するとともに、かつ、前記換気風量の制御を室圧が一定の陰圧となるように給排気同時に制御を行う、ことを特徴としている。
また、本発明に係る換気風量制御装置は、粉体を取り扱う室に空気をインバータにより調節された風量で供給する送風機と、前記室内から空気をインバータにより調節された風量で排気する排風機と、粉体の取り扱い中に前記室内で粉体飛散量を測定するセンサと、前記室内に配置され前記室内の圧力と外部の圧力との差圧を検出する差圧センサと、粉体毎の短期許容暴露量を格納するデータベースと、前記粉体飛散量の測定センサによる測定結果と前記データベースから求められる取り扱う粉体の短期許容暴露量に相応する基準目標濃度と前記測定の結果とを比較し、前記測定の結果が前記目標濃度以上のときに、目標時間内に換気する風量を求めて、当該換気風量で換気を行い、前記測定の結果が前記目標濃度未満のときに、前記目標濃度以上のときに比べて前記換気風量を減少する制御信号を前記インバータに送って制御すると同時に、前記差圧センサの計測値に基づき前記室内が陰圧となるように前記インバータを駆動させる制御部と、を備えてなることを特徴とする。

この場合、前記粉体は、微粒子カウンタ、臭気センサおよびカラーセンサのうち少なくともいずれか１つで粉体量を測定することができる。

前述した換気風量制御方法および装置によれば、室内空気の粉体によるコンタミネーションのレベルをリアルタイムに検知して、換気風量を制御しているので、効率的に粉体に起因するクロスコンタミネーションを防止できる。また粉体を扱っている工場の従事者が、粉体によって悪影響を受けるのを防止できる。さらに換気風量制御方法が用いられる部屋（クリーンルーム等）の運転の省エネルギ化を図ることができる。

また微粒子カウンタを用いた場合には、粉体をカウントすることができる。臭気センサを用いた場合には、臭気を発する粉体を検知できる。カラーセンサを用いた場合には、特異な色を有する粉体を検知できる。このため粉体の特徴に合わせて微粒子カウンタや臭気センサ、カラーセンサの粉体センサを用いることができる。

以下に、本発明に係る換気風量制御方法および装置の最良の実施形態について説明する。なお本発明に係る換気風量制御方法は、粉体を扱う箇所に用いることができる。このため以下の実施形態では、医薬品製造工程のうち、特に粉状の医薬品を扱う製造工程での製造室の換気風量制御方法を例にして説明する。図１は風量制御方法が用いられる製造室の構成を説明する図である。

換気風量制御方法が用いられる換気風量制御装置１０は、製造室１２に取り付けることができる。この換気風量制御装置１０は、薬塵センサ１４（粉体センサ）、医薬品の製造装置１６、送風機１８、排風機２４、制御部３０およびこの制御部３０に接続した警報器３６を主に備えている。送風機１８は、製造室１２に設けた第１ＨＥＰＡフィルタ２２を介して、この製造室１２に空気を供給するようになっている。この送風機１８に第１インバータ２０が接続しており、この第１インバータ２０は制御部３０に接続している。また排風機２４は、製造室１２に設けた第２ＨＥＰＡフィルタ２８を介して、この製造室１２から空気を排気するようになっている。この排風機２４に第２インバータ２６が接続しており、この第２インバータ２６は制御部３０に接続している。

また製造装置１６は、製造室１２の内部に設けてある。そして製造装置１６の上部には、密閉コンテナ３２を接続するように分割可能な粉体バルブ３４が設けてある。密閉コンテナ３２には薬剤粉体が入っており、前工程から搬送された製造装置１６に粉体バルブ３４を介して接続される。この粉体バルブ３４は、封じ込め性の優れたバルブを通常採用している。そしてこの後、粉体バルブ３４を開くことで、薬剤粉体は製造装置１６内に重力で移送される。

なお取り扱っている薬剤粉体が超微粒子の場合、この薬剤粉体が漏洩飛散する可能性がある。また密閉コンテナ３２は、次に搬送されて来る密閉コンテナ３２のために移動されることになるが、粉体バルブ３４に薬剤粉体が残留・付着していた場合には飛散の可能性がある。このため薬塵センサ１４を製造装置１６の近くに配設して、薬塵の飛散量または飛散量に関連した検知量を検知（測定）している。この薬塵センサ１４は、例えば微粒子カウンタ、臭気センサおよびカラーセンサのうち少なくともいずれか１つを適宜選択して用いればよい。

なお薬塵センサ１４が臭気センサの場合には、薬塵が臭気を発生するもので、バックグランドの浮遊塵埃濃度が高く浮遊薬塵を検知する手段として薬塵粒子数を微粒子カウンタでは有意な数値を示さない場合に適用することができる。また薬塵センサ１４がカラーセンサの場合には、薬塵が得意な色を有するもので、バックグランドの浮遊塵埃濃度が高く浮遊薬塵を検知する手段として薬塵粒子数を微粒子カウンタでは有意な数値を示さない場合に適用することができる。そして複数の種類の薬塵センサ１４を組み合わせることで、複数の種類の薬塵が発生する可能性があるときでも確実に薬塵を検知できる。このような薬塵センサ１４は、検知結果を制御部３０に出力するようになっている。

制御部３０は、決定や演算、信号の出力等の制御を行う制御手段３０ａと、設定した時間の計時等を行うタイマー３０ｂと、製造装置１６で使用される薬剤のデータを入力する手段（入力手段３０ｄ）と、薬剤毎の短期許容暴露量ＳＴＥＬデータベース３０ｃを有している。

ここで製造装置１６は、製造工程または製造日（時間）毎に取り扱う薬剤（粉体）が異なる場合がある。そして最終製品を製造するためには、その製造過程において、数種類の毒性の異なる薬剤が存在する。本実施形態の換気風量制御方法は、特に高薬理活性である薬剤を対象とするときに好適となっている。

制御手段３０ａは、入力手段３０ｄを用いて薬剤が入力されるので、これに基づいて製造室１２の薬塵の目標値（所定値）である短期許容暴露量ＳＴＥＬを決定し、必要な目標濃度Ｃ１や換気風量、換気回数を算出している。ところで薬塵の発塵量は経時的に変化するため、薬塵センサ１４によるリアルタイムモニタリングを行い、微粒子濃度から薬塵濃度に換算して、設定した目標濃度（例えば、短期許容暴露量ＳＴＥＬの９０％）を超えた場合に、第１インバータ２０と第２インバータ２６のインバータ周波数を自動変更し、換気風量を制御すればよい。その場合、所定の差圧は維持するように給排気同時に制御する。

そして短期許容暴露量ＳＴＥＬは、許容暴露管理量ＯＥＬから決定される。一般的には、ＳＴＥＬ＜３×ＯＥＬ（１５分平均）の関係を満たすような値に設定される。そして具体的な一例としては、劇毒性の高い「高薬理活性」の薬塵であれば、目標濃度Ｃ１は、ＳＴＥＬの９０％として通常２．７〜２７［μｇ／ｍ^３］以下に設定すればよい。より好ましくは、２．７［μｇ／ｍ^３］以下に設定すればよい。目標時間は、ＳＴＥＬの定義である１５分以下に設定すればよい。

なお許容暴露管理量ＯＥＬ［ｍｇ／ｍ^３］は、薬剤の特有のＡＤＩ（許容１日摂取量［ｍｇ／体重ｋｇ／日］のことで、人が一生涯にわたって毎日摂取し続けても、健康に影響を及ぼさないと判断される量）から算定される。これは作業員が１日当たりの平均作業時間（８時間）あるいは１週間当たり４０時間、対象となる物質が存在する雰囲気で一般的な負荷で作業を行っても、何ら身体に影響がないと想定される許容暴露量のことである。

さらに制御部３０は、製造室１２内の薬塵飛散量を定量するために、薬塵センサ１４からの信号の強度とその薬塵濃度との関係を予め求めて記憶しておく。例えば、薬塵センサ１４が微粒子カウンタであれば、この微粒子のカウント数と薬塵濃度は比例関係となっていればよい。なお密閉コンテナ３２の移送前および／または空の密閉コンテナ３２をテスト的に移動させ、薬塵以外の一般塵埃濃度を事前に測定しておき、その値を薬塵濃度から差し引いてもよい。そして制御部３０は、薬塵センサ１４から入力した信号と前記関係とから薬塵濃度（粉体量）を求める。

ここで、ある室内の必要な換気風量、送風機１８と排風機２４の運転時間、およびその室内において飛散する粉体の基準となる目標濃度Ｃ１（所定の薬塵濃度）の関係は、図２に示す清浄度回復曲線となる。なお図２の縦軸は薬塵濃度の対数を示し、横軸は経過時間を示している。一般に、発生塵埃濃度は、部屋（エリア）を換気することで、図２の破線（完全混合時の理論線）で示すように、初期濃度Ｃ０が片対数で直線的に減衰する。これは部屋の空気内の塵埃が完全混合で、且つ、初期濃度Ｃ０が一定（その後の発塵がないとき）とした場合の理論値である。しかし実際には、発塵は経時的に変化したり、吹き出し口や吸い込み口等の影響を受けたりするので、発生塵埃濃度は図２の実線で示すようになる。この実際の発生塵埃濃度は、実験的に求めればよい。そして図２は、送風機１８と排風機２４の風量を大きくしたとき、風量を中程度にしたとき、および風量を小さくしたときのそれぞれにおいて、部屋内の薬塵濃度と、この薬塵濃度（粉体濃度）の減少との関係を示している。

そして、このように製造室１２で取り扱う薬剤における目標濃度Ｃ１が決まれば、制御部３０は、前述したように求めた薬塵濃度と目標濃度Ｃ１とを比較する。比較した結果、薬塵濃度が目標濃度Ｃ１以上であれば、製造室１２の薬塵濃度が目標濃度Ｃ１未満にするのに必要な換気風量を算出する。すなわち製造室１２の大きさに応じて、前述した目標時間（所定時間）内に換気するための風量（換気風量）を算出する。

そして制御部３０は、算出結果に基づいて排風機２４および送風機１８の風量を変更するために、制御信号を各インバータ２０，２６に出力する。これにより排風機２４および送風機１８は、回転数を増減して風量を変動する。製造室１２内の薬塵濃度が目標濃度Ｃ１以上の場合は、排風機２４および送風機１８の回転数を増加させて風量を増す。そして薬塵濃度が目標濃度Ｃ１未満になった場合は、排風機２４および送風機１８の回転数を減少させて風量を減ずる。このようにして第１ＨＥＰＡフィルタ２２を介して製造室１２に送られる清浄空気の量、および第２ＨＥＰＡフィルタ２８を介して製造室１２から排出される空気の量が制御され、製造室１２の室圧が一定に保たれる。すなわち製造室１２の圧力は、薬塵が外部に漏洩することのないように、製造室に配する不図示の差圧計により陰圧に保持される。

図３は換気風量制御装置の動作フローである。まず入力手段３０ｄを用いて使用する薬剤を制御部３０に入力する（Ｓ１００）。そしてデータベース３０ｃには、薬剤毎の短期許容暴露量のデータが記憶されているので、Ｓ１００で入力した薬剤とデータとを対比する（Ｓ１０２）。このＳ１０２の結果、入力した薬剤に対応した短期許容暴露量と目標濃度Ｃ１を制御部に設定する（Ｓ１０４）。この後、薬塵センサ１４を用いて製造室１２の薬塵を検知する（Ｓ２００）。なお図３に示すフローの場合は、薬塵センサ１４は微粒子カウンタとなっている。そして制御部３０は、薬塵センサ１４からの信号強度と薬塵濃度との関係を予め記憶しているので、薬塵センサ１４の検知結果（信号強度）に基づいて微粒子（薬塵）を計数する（Ｓ２０２）。このＳ２０２の結果から薬塵濃度を換算し、算出する（Ｓ２０４）。

この後、Ｓ１０４で求めた短期許容暴露量と薬塵濃度とを比較して、薬塵濃度が短期許容暴露量を超えているか否か判断する（Ｓ２０６）。このＳ２０６の結果、超えている（Ｙｅｓ）ならば、制御部３０から警報器３６に警報出力信号を送り、警報を出力する（Ｓ２０８）。また制御部３０から第１インバータ２０および第２インバータ２６に制御信号を出力して、各インバータ２０，２６の周波数を高くする変更を行う（Ｓ２１０）。これにより送風機１８および排風機２４の換気風量が増加して、製造室１２の換気を速く行う。この場合、製造室１２の所定の差圧を維持するように給排気を同時に制御している。そしてＳ２０２からＳ２０６を繰り返し実行し、Ｓ２０６の判断でＹｅｓの場合はＳ２０８およびＳ２１０を行う。

前述したＳ２０６の結果、超えていない（Ｎｏ）ならば、Ｓ１０４で求めた目標濃度Ｃ１と薬塵濃度とを比較して、薬塵濃度が目標濃度Ｃ１未満であるか判断する（Ｓ２１２）。このＳ２１２の結果、目標濃度Ｃ１未満でない（Ｎｏ）ならば、制御部３０から第１インバータ２０および第２インバータ２６に制御信号を出力して、各インバータ２０，２６の周波数を高くする変更を行う（Ｓ２１０）。そしてＳ２０２からＳ２１２を繰り返し実行する。

前述したＳ２１２の結果、目標濃度Ｃ１未満（Ｙｅｓ）ならば、タイマー３０ｂを作動させて、このタイマー３０ｂに設定された時間を経過した後、第１インバータ２０および第２インバータ２６の周波数を低くする。これにより排風機２４および送風機１８を定常運転（省エネモード）にして、換気風量を通常状態に戻す（Ｓ２１４）。この場合も、製造室１２の所定の差圧を維持するように給排気を同時に制御している。

この後、換気風量の制御を終了（作業終了）するか否かの判断を行い（Ｓ２１６）、終了しない（Ｎｏ）ならばＳ２０２を実行する。これに対し、終了する（Ｙｅｓ）ならば、換気風量の制御を終了する。

図４は薬塵濃度および換気風量と経過時間との関係を示すグラフである。ここで上側のグラフの縦軸は薬塵濃度、下側のグラフの縦軸は換気風量、各グラフの横軸は経過時間を示している。そして各グラフの実線は本実施形態（本発明）の場合、破線は従来技術の場合を示している。

密閉コンテナ３２の移動等の薬剤移送が行われると製造室１２に薬塵が飛散する可能性があるが、これは予め想定できる範囲の薬塵飛散となる。そして薬塵が飛散した場合は、製造室１２の薬塵濃度が高くなり（経過時間Ａ）、目標濃度Ｃ１よりも高くなる場合があるが（経過時間Ｂ）、排風機２４および送風機１８の換気風量を増加させている。そして前述したように、薬塵濃度が目標濃度Ｃ１未満になったら（経過時間Ｃ）、タイマー３０ｂを作動させて設定された時間の経過後、換気風量を通常の状態に戻している。

また前述した場合の他に、予め想定されない範囲の薬塵飛散が発生する可能性がある。このような場合でも、製造室１２の薬塵濃度が高くなり（経過時間Ｄ）、目標濃度Ｃ１よりも高くなると（経過時間Ｅ）、排風機２４および送風機１８の換気風量を増加させている。これにより薬塵濃度が短期許容暴露量ＳＴＥＬよりも大きくなることを防止している。そして薬塵濃度が目標濃度Ｃ１未満になったら（経過時間Ｆ）、タイマー３０ｂを作動させて設定された時間の経過後、換気風量を通常の状態に戻して、過剰な薬塵濃度の低下も無くクリーンルームの省エネ運転が可能にしている。

これに対し、従来では薬塵濃度にかかわらず換気風量が一定なので、予め想定できる範囲内の薬塵飛散であれば、薬塵濃度を短期許容暴露量ＳＴＥＬ以下に抑えられる（経過時間Ａ〜Ｃ）。しかしながら、予め想定されない範囲の薬塵飛散であれば換気風量が一定なので、薬塵濃度を短期許容暴露量ＳＴＥＬ以下に抑えることができない（経過時間Ｄ〜Ｆ）。

このような換気風量制御方法は、薬塵飛散量が多くなったことを薬塵センサ１４でリアルタイムで検知し、薬塵の飛散を防止・制御するために換気風量を増加しているので、速やかに製造室１２の薬塵濃度を目標濃度Ｃ１未満に低減できる。また製造室１２の薬塵濃度が目標濃度Ｃ１未満に低減したことをリアルタイムで検知できるので、この低減した後は換気風量を低下させて省エネルギ運転を行うことができる。

なお前述した実施形態では、短期許容暴露量と薬塵濃度とを比較して、薬塵濃度が短期許容暴露量を超えているか否か判断して（Ｓ２０６）、処理を行った後、目標濃度Ｃ１と薬塵濃度とを比較して、薬塵濃度が目標濃度Ｃ１未満であるか判断して（Ｓ２１２）、処理を行っている。しかしながら本発明の変形例としては、Ｓ２０２の結果から薬塵濃度を換算、算出を行い（Ｓ２０４）、この後、Ｓ２０６の判断を行うことなく、薬塵濃度が目標濃度Ｃ１未満であるか判断して（Ｓ２１２）、処理を行ってもよい。

風量制御方法が用いられる製造室の構成を説明する図である。 回復曲線を示すグラフである。 換気風量制御装置の動作フローである。 薬塵濃度および換気風量と経過時間との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０…換気風量制御装置、１２…製造室、１４…薬塵センサ（粉体センサ）、１６…製造装置、１８…送風機、２０…第１インバータ、２４…排風機、２６…第２インバータ、３０…制御部。

Claims (3)

1. 粉体毎の短期許容暴露量データベースから使用する粉体に対応する短期許容暴露量を求めておき、
   粉体の取り扱い中に前記粉体の飛散量を測定し、
   飛散する前記粉体の基準となる前記短期許容暴露量に相応する目標濃度と前記測定の結果とを比較し、
   前記測定の結果が前記目標濃度以上のときに、目標時間内に換気する風量を求めて、当該換気風量で換気を行い、
   前記測定の結果が前記目標濃度未満のときに、前記目標濃度以上のときに比べて前記換気風量を減少するとともに、
   かつ、前記換気風量の制御を室圧が一定の陰圧となるように給排気同時に制御を行う、
   ことを特徴とする換気風量制御方法。
2. 前記粉体は、微粒子カウンタ、臭気センサおよびカラーセンサのうち少なくともいずれか１つで粉体量を測定することを特徴とする請求項１に記載の換気風量制御方法。
3. 粉体を取り扱う室に空気をインバータにより調節された風量で供給する送風機と、
   前記室内から空気をインバータにより調節された風量で排気する排風機と、
   粉体の取り扱い中に前記室内で粉体飛散量を測定するセンサと、
   前記室内に配置され前記室内の圧力と外部の圧力との差圧を検出する差圧センサと、
   粉体毎の短期許容暴露量を格納するデータベースと、
   前記粉体飛散量の測定センサによる測定結果と前記データベースから求められる取り扱う粉体の短期許容暴露量に相応する基準目標濃度と前記測定の結果とを比較し、前記測定の結果が前記目標濃度以上のときに、目標時間内に換気する風量を求めて、当該換気風量で換気を行い、前記測定の結果が前記目標濃度未満のときに、前記目標濃度以上のときに比べて前記換気風量を減少する制御信号を前記インバータに送って制御すると同時に、前記差圧センサの計測値に基づき前記室内が陰圧となるように前記インバータを駆動させる制御部と、
   を備えてなることを特徴とする換気風量制御装置。
   

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