JP5451963B2 - 安全キャビネット - Google Patents

Description

本発明は、病原体の取り扱い、遺伝子操作を行う、医療、製薬などの産業分野において、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、バイオハザード対策の人・環境と生物材料・病原体を物理的に隔離する一次バリアとしてＪＩＳ Ｋ３８００に適合或いは準拠するバイオハザード対策用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基本性能として実験者の病原体への感染を防止する「作業者の安全性」機能がある。これは作業空間正面の前面開口部を流れる流入気流が所定の風速を維持することによって得られる機能である。この前面開口部を流れる空気は、安全キャビネット内を通り排気用空気清浄手段により病原体などを除去され、安全キャビネット外へ放出される。この空気清浄手段は病原体と一緒に補修される塵埃を蓄積することにより空気は流れにくくなり、排気用空気清浄手段を流れる空気が少なくなることにより、前面開口部を流れる所定の風速が低下していた。

従来技術による空気清浄手段に塵埃が蓄積しフィルタの目詰まりを検出する方法は、特許文献１（特開２０００−１７１３８５号公報）に示すように、フィルタの気流の２次側に風速センサーを設け、その風速センサー電気信号の変化の具合から、フィルタが目詰まりし、風速が低下しているかを判断していた。

特開２０００−１７１３８５号公報

前記従来技術の安全キャビネットのＨＥＰＡフィルタ目詰まり検出方法を図９に示す。従来技術では、ＨＥＰＡフィルタを加圧する圧力チャンバ１８と、ＨＥＰＡフィルタの空気吹き出し側の差圧を測定する差圧計（図示せず）を設け、その圧力を測定し安全キャビネットのファン特性とＨＥＰＡフィルタ差圧の変化から、風量の変化の具合を推定していた。

図２に示すように、安全キャビネットで感染を防止するために最も需要なエアバリア１１の空気は、排気用ＨＥＰＡフィルタ４を通り排出される。したがって、エアバリア１１の変化の度合いは、排気用ＨＥＰＡフィルタ４の変化の度合いを見ることによっても確認することが可能となる。近年の風速センサーを利用した従来技術によるＨＥＰＡフィルタ目詰まり検出方法では、排気用ＨＥＰＡフィルタ４直下に風速センサー２０を形成し、風速の低下具合を直接見ることにより、ＨＥＰＡフィルタ４の目詰まりを検出するものである。風速の変化を検出する方法は、排気用ＨＥＰＡフィルタ４の吹き出し側に風速センサー２０を設ける方法の他に、前面開口部１０から排気用ＨＥＰＡフィルタ４への流れる気流の変化を検出するもあるが、前面開口部１０から排気用ＨＥＰＡフィルタ４へ流れる気流の中には、実験に取り扱っている細菌・ウイルス１５が存在している可能性があるため、塵埃を除去され清浄空気となった排気ＨＥＰＡフィルタ４の空気吹き出し側に風速センサー２０を設けるのが一般的である。

しかし、安全キャビネットに於いては、実験中に前面シャッタ９を閉め、前面開口寸法１０aが小さくされる可能性が有る。前面開口寸法１０aが小さくなると、前面開口部１０から流入する空気は少なくなるため、排気ＨＥＰＡフィルタ４から排出される空気も少なくなる。

前記従来技術による風速センサー２０による排気用ＨＥＰＡフィルタ４の風速を検出し、ＨＥＰＡフィルタ４の目詰まり程度を判定する方法では、前面シャッタ９を閉めたことによる風速低下をＨＥＰＡフィルタ目詰まりと誤判断する可能性があった。

本発明の目的は、如何なる安全キャビネットの取り扱い方法においても、ＨＥＰＡフィルタの目詰まりを誤判断せず、的確にエアバリアである流入風速の低下を検出し、ＨＥＰＡフィルタの目詰まりを警告するバイオハザード対策用安全キャビネットを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、送風手段により排気用空気清浄手段を通して、作業空間から装置外へ空気を排出する排気系と、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を有する安全キャビネットにおいて、前面シャッタの開口部を検出する開口部寸法検出器を設け、さらに排気用空気清浄手段に対して風下側または風上側に風速センサーを設け、前面シャッタ下部の前面開口部寸法と排気用空気清浄手段に流れる風速から風量を演算し、その風量の変化から、排気用空気清浄手段の目詰まり状況を判断することを特徴とする。

本発明の実施により、空気清浄手段の目詰まり状況を的確に判断し、エアバリアを維持し感染を防止するバイオハザード対策用安全キャビネットを提供する。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図８により説明する。

図１は、本発明の第１、第２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１５を取り扱った作業を行う。前面開口部１０から吸い込まれた空気は、ＨＥＰＡフィルタにより細菌・ウイルス１５を除去され、排気口２２より排気される。

図２は、本発明の第１、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。

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。この汚染された空気が通り送風機６の吸込み側の領域を負圧汚染プレナム１４と言う。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、一部は給気用ＨＥＰＡフィルタ５により濾過され、清浄空気として作業空間３内に、他の一部は排気用ＨＥＰＡフィルタ４により濾過され、清浄空気として装置外に排出される。作業空間３内に供給される吹き出し気流１２は、作業空間３内を清浄化し、一部は前面吸込みスリット１６から、他の一部は背面空気吸込み口１７から吸い込まれ、循環流路７を通り、送風機６に吸い込まれる。

安全キャビネットの性能として、作業者が内部で取り扱っている細菌・ウイスル１５に感染しないことが重要であるが、この機能は、エアバリア１１により作業空間３と安全キャビネット１外との空気を隔離することによって得られる。エアバリア１１の気流は、前面吸い込みスリット１６から吸い込まれ、循環流路７を通り、最終的には排気用ＨＥＰＡフィルタ４から排出される。したがって、外の空気中の塵埃と、安全キャビネット内で取り扱う細菌・ウイルス１５は排気用ＨＥＰＡフィルタ４に補修される。このことにより排気用ＨＥＰＡフィルタ４は目詰まりしてくることとなる。送風機６の性能は限られているので、排気用ＨＥＰＡフィルタ４が目詰まりした場合、排気空気２１の風量は低下してくる。安全キャビネット１から排気される風量＝安全キャビネットに吸い込まれる風量であるので、このとき、流入風速１３aが低下し、エアバリア１１が崩れ、作業空間３内の細菌・ウイルス１５が外に出る可能性が出ることとなる。

このエアバリア１１の状態を監視するために、第１実施の形態では、排気用ＨＥＰＡフィルタ４の風下側に、風速センサー２０を設け、排気風量＝流入風量の変化を監視している。この風速低下の具合から排気用ＨＥＰＡフィルタ４の目詰まり具合を判断するものである。
風速センサーの信頼性と寿命を維持するため、排気用ＨＥＰＡフィルタ４の吹き出しの清浄空気側に風速センサー２０を設けているが、寿命などを意識しない場合、細菌・ウイルス１５が流れてくる可能性がある循環流路７に風速センサー２０を設置し、流れる風速を監視することも可能である。

すなわち、風速センサー２０は、安全キャビネットの空気を取り込む前面吸い込みスリット１６から循環経路７を通り、送風機６を介して排気用ＨＥＰＡフィルタ４までに設置して風速の変化を計測しても良い。

また、上記に排気風量と記載している通り、本発明は、風速センサー２０からの風速を計測し、風速に面積を積算して風量を演算して求め、その風量の変化をみている。

図３は、本発明の第１、第２実施の形態に於ける前面シャッタを閉めた状態を示す安全キャビネットを示す断面構造図である。

エアバリア１１である流入風速１３ａを排気ＨＥＰＡフィルタ４の吹き出し側で監視しているため、前面シャッタ９を閉めた場合、流入気流１３が低下し、排気空気２１も低下することとなる。この状態では排気用ＨＥＰＡフィルタ4が目詰まりし、風速が低下したのか、前面シャッタ９を閉めたことのより風速が低下したのか判断できないこととなる。
図４は、本発明の第１実施の形態を示す安全キャビネット運転性能曲線である。

排気用ＨＥＰＡフィルタ４の初期抵抗+安全キャビネット機内抵抗と安全キャビネットファン特性の交点が、運転ポイントである。フィルタ初期状態に対し、ＨＥＰＡフィルタが目詰まりしてくると、圧力抵抗が増え風量が低下してくる。前面シャッタを閉めた場合でも、同様に圧力抵抗が増し、風量が低下している。

図５は、本発明の第１、第２実施の形態を示す前面開口寸法検出方法構造図である。
前面シャッタ９側面にリミットスイッチ１９を儲け、前面シャッタ９の開閉状態を監視している。リミットスイッチＡ１９aは、大きく（例：２５０mm）前面開口寸法１０a以上に前面シャッタ９を開いた場合を検出し、リミットスイッチＢ１９bは、通常の（例：２００mm）前面開口寸法１０a以上に前面シャッタ９を開いた場合を検出する。この他に、リミットスイッチＣ１９c（図示せず）を儲け、前面シャッタ９が閉まった状態を検出する場合もある。通常の安全キャビネットでは、リミットスイッチＢ１９bの、通常の（例：２００mm）前面開口寸法１０a以上に前面シャッタ９を開いた場合を検出している。

図６は、本発明の第１、第２実施の形態を示すＨＥＰＡフィルタ目詰まり判定のフローチャートである。

風速センサー２０が風速低下と判断しない場合は、通常の運転を続ける。風速センサー２０が風速低下と判断した場合は、次に前面シャッタ９の状態を判断する。前面シャッタ９が閉まった状態を検出するリミットスイッチＣ１９cが、前面シャッタ９が閉じていると判断した場合、風速が低下しても排気用ＨＥＰＡフィルタ４の目詰まりとは判断せず。通常の運転を続ける。前面シャッタ９が閉まった状態を検出するリミットスイッチＣ１９cが、前面シャッタ９が空いていると判断した場合は、排気用ＨＥＰＡフィルタ４の目詰まりを警告することにより、的確な排気用ＨＥＰＡフィルタ４の目詰まり警告、エアバリア１１の維持が可能となる。

図７は、本発明の第２実施の形態を示す安全キャビネット運転性能曲線である。

図５に、前面開口寸法１０a ２５０ｍｍ以上を検出する、リミットスイッチＡ１９aと、通常の前面開口寸法１０a ２００ｍｍ以上を検出する、リミットスイッチ１９ｂを示している。このリミットスイッチＢ１９ｂが、前面開口寸法１０ａが２００ｍｍ以上と判断した場合、安全キャビネット１の送風機６の性能を上昇されるのが、図７の安全キャビネット運転性能曲線である。前面開口寸法１０ａによりファン性能を変化させることは、小さい前面開口寸法１０ａで速すぎる流入気流１３では、外の雑菌が病原体の実験をしている作業空間３に突入してくることの防止や、小さい前面開口寸法１０ａ時の省エネなどに役立つ機能である。

フィルタが目詰まりしてきた場合、フィルタの圧力抵抗とファン性能曲線から、風量が低下することがわかる。第２実施の形態では、前面開口寸法１０ａに応じて風量を変化させているため、フィルタ目詰まりによる風速低下なのか、前面開口寸法を変化させたことによる風速低下が判断できない可能性がある。

図８は、本発明の第２実施の形態を示すＨＥＰＡフィルタ目詰まり判定基準値である。
リミットスイッチ１９ａ、１９ｂ、１９ｃにより前面開口寸法１０ａの状態は検出できる。したがって、前面開口寸法１０ａと風速センサー２０の検出する風速に関係式を持たせ、排気用ＨＥＰＡフィルタ４の目詰まりを判断することが可能である。前面開口寸法１０ａが、２００ｍｍの場合と２５０ｍｍの場合では、排気用ＨＥＰＡフィルタ初期の風速値は異なっている。また、目詰まり判定値も異なっている。如何なる前面開口寸法１０ａでも風速が目詰まり判定値を下回った場合に初めて、フィルタ目詰まりを警告するので、誤警告を防止することが可能となる。また、前面シャッタ９全閉時のリミットスイッチＣ１９ｃにより、前面シャッタ９全閉時でも、フィルタ目詰まりを誤判断することが無い。

第２実施の形態では、前面開口寸法２５０ｍｍと２００ｍｍの２段階のリミットスイッチ１９を設け、送風機の風量制御を行ったが、リミットスイッチによる段階制御ではなく、センサーによる前面開口寸法１０ａのリニアの位置検出、風量のリニア制御を行った場合でも、図８に示す判定基準の関係式を持っていれば、前面シャッタ９の位置に関わらず、的確はフィルタ目詰まり警告が可能となる。

また、第１実施の形態、第２実施の形態とも風速低下時のフィルタ目詰まり警告だけだったが、風速低下を検出した場合、ファン性能を上昇し、風速低下を補正される場合でも、誤判断無く、的確に風速を上昇し、感染を防止するエアバリアを確保することが可能となる。

図４に示す排気用ＨＥＰＡフィルタ４の目詰まり判断は、安全キャビネット１運転中の常時監視するのではなく、運転開始から30分の間の数分間のみ風速低下を判断することとした場合、使用中に故意に前面吸込みスリット１６を塞がれたことによる排気風量の低下なども誤判断することなく、安全キャビネットを使用することが可能となる。

本発明は、病原菌検体を取り扱う上で、外部と作業空間の隔離性能維持に必要なフィルタの目詰まりを的確に判断するバイオハザード対策用安全キャビネットを提供する。

本発明の第１、第２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。 本発明の第１、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１、第２実施の形態に於ける前面シャッタを閉めた状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実施の形態を示す安全キャビネット運転性能曲線である。 本発明の第１、第２実施の形態を示す前面開口寸法検出方法構造図である。 本発明の第１、第２実施の形態を示すＨＥＰＡフィルタ目詰まり判定のフローチャートである。 本発明の第２実施の形態を示す安全キャビネット運転性能曲線である。 本発明の第２実施の形態を示すＨＥＰＡフィルタ目詰まり判定基準値である。 従来技術によるの安全キャビネットを示す断面構造図である。

符号の説明

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ＨＥＰＡフィルタ、 ６…送風機、 ７…循環流路
７ａ…作業台下部循環流路、 ８…作業空間側壁面、 ９…前面シャッタ
１０…前面開口部、 １０ａ…前面開口寸法、 １１…エアバリア
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…リミットスイッチＡ、 １９ｂ…リミットスイッチＢ
１９ｃ…リミットスイッチＣ、 ２０…風速センサー
２１…排気空気、 ２２…排気口

Claims (4)

1. 作業空間と、
   前記作業空間の前面に設ける前面シャッタと、
   前記前面シャッタ下部の前記作業空間に連接する前面開口部と、
   前記作業空間の前面開口部を流れる流入空気が所定の風速を有し、
   送風手段により排気用空気清浄手段を通して、前記作業空間から装置外へ前記流入空気を排出する排気系と、
   前記前面シャッタの閉状態を検知する機構とを有する安全キャビネットにおいて、
   前記前面シャッタの開口部の開口される寸法を検出する開口部寸法検出器を設け、
   前記排気用空気清浄手段に対して風下側または風上側に風速センサーを設け、
   前記風速センサーは、風速センサー検出値を検出し、
   前記風速センサーで検出される排気用空気清浄手段目詰まり時の風速センサー検出値よりも大きな値を目詰まり判定値とし、
   前記風速センサー検出値の風速の値が前記目詰まり判定値よりも下回った場合に、
   前記排気用空気清浄手段の目詰まりを警告し、
   前記前面シャッタの閉状態を検知する機構が前記前面シャッタの閉状態を検知した場合は、前記目詰まりの警告をしないことを特徴とする安全キャビネット。
2. 請求項１記載の安全キャビネットにおいて、
   前記前面シャッタの開口部の開口される寸法として、第１の前面開口寸法と第２の前面開口寸法とを有し、
   前記第１の前面開口寸法よりも前記第２の前面開口寸法が小さいものとし、
   前記第１の前面開口寸法の目詰まり判定値よりも前記第２の前面開口寸法の目詰まり判定値が小さいものとし、
   前記前面シャッタの開口部が前記第１の前面開口寸法の場合は、前記風速センサー検出値の風速の値が前記第１の前面開口寸法の目詰まり判定値を下回った場合に前記排気用空気清浄手段の目詰まりを警告し、
   前記前面シャッタの開口部が前記第２の前面開口寸法の場合は、前記風速センサー検出値の風速の値が前記第２の前面開口寸法の目詰まり判定値を下回った場合に前記排気用空気清浄手段の目詰まりを警告することを特徴とする安全キャビネット。
3. 請求項２記載の安全キャビネットにおいて、
   前記第１の前面開口寸法の場合に前記風速センサーで検出される排気用空気清浄手段目詰まり時の風速センサー検出値よりも
   前記第２の前面開口寸法の目詰まり判定値が大きいことを特徴とする安全キャビネット。
4. 請求項２又は３記載の安全キャビネットにおいて、
   前記風速センサーで検出される排気用空気清浄手段目詰まり時の風速センサー検出値とは、前記流入風速が低下し、前記作業空間と前記安全キャビネット外との空気を隔離するエアバリアが崩れる風速の値であることを特徴とする安全キャビネット。

Images