JP5579115B2 - 高度安全施設の給排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、予備の給気ファンや排気ファンを設備しなくても、給気ファンや排気ファンが故障した場合のフェールセーフを確保することが可能であって、予備のファンを設置しない分コストダウンを達成することができる高度安全施設の給排気装置に関する。

高度安全施設は、動物実験などを行う作業室と作業室に立ち入るための前室を備えていて、作業室内の空気が、直接外部へあるいは前室を介して外部へ漏洩すること、あるいは無菌状態の作業室内へ前室から空気が流入してしまうことを防止する目的で、これら作業室や前室に対し強制的に空気を供給し排出する給排気装置が設備されている。この種の高度安全施設における給排気設備については、特許文献１や特許文献２が知られている。

特許文献１の「高度安全施設とその制御方法」では、高度安全施設の前室、作業室及び実験用キャビネット間の室圧差を制御せずに、各室からの排気風量を制御することによって、各室間の空気の流れを一方向に維持すべく直接的に制御する高度安全施設とその制御方法を提供することを課題として、高度安全施設は、前室と、前室と扉で接続する作業室及び作業室の内部に在って作業室と開度調整可能な扉で連通し汚染物質を内在している実験用キャビネットから構成され、前室と作業室に接続する固定式ダンパーと前室に接続する定風量装置及び作業室と実験用キャビネットに接続する可変風量型定風量装置を装備して、作業室と実験用キャビネットとの合計排気風量を一定値に維持しながら、作業室と安全キャビネットとの排気風量の比率を実験用キャビネットの扉の開度調整に連動させて制御するようにしている。

特許文献２の「高度安全施設とその制御方法」では、複数の動物飼育室と支援室間の差圧を所定の圧力に保持して、動物飼育室と付属する支援室間の空気の流れを一方向に維持しながら、各動物飼育室の稼働状況に応じて給・排気ファンの回転数を制御することで給・排気ファンの安全と省エネルギーを図る高度安全施設とその制御方法を提供することを課題とし、複数の動物飼育室と動物飼育室に付属する支援室から成り、全動物飼育室の風量制御装置を全て可変風量型定風量装置で構成し、各可変風量型定風量装置の稼働に連動させて給気ファンと排気ファンを制御するファン制御装置を設けることで、各動物飼育室と支援室間の空気の流れを一方向に維持しながら、可変風量型定風量装置の稼働制御に追随させて給・排気ファンを制御するようにしている。

特開２００２−１４７８２７号公報 特開２００３−２３８９２号公報

従来、高度安全施設の稼働時、給気も排気も、それぞれ１台の給気ファン及び排気ファンで行っている一方で、これらファンに不具合が発生した場合に給・排気を維持できるように、同性能の予備の給気ファン及び排気ファンを設備している。すなわち、非常時を考慮して、常時は使用しないファンを１台ずつ余計に設置している。このように、常時は使用しないファンを設置することは、高度安全施設のコストアップになってしまうという課題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、予備の給気ファンや排気ファンを設備しなくても、給気ファンや排気ファンが故障した場合のフェールセーフを確保することが可能であって、予備のファンを設置しない分コストダウンを達成することができる高度安全施設の給排気装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる高度安全施設の給排気装置は、前室と該前室に対し開閉扉で開閉される作業室の双方へ給気するための給気系及びこれら前室と作業室の双方から排気するための排気系を有し、これら給気系及び排気系により、これら前室及び作業室の双方に対し給排気を行いつつ、給気が該前室と該作業室との間でいずれか一方向に向かって流通するようにした高度安全施設の給排気装置であって、上記前室及び上記作業室それぞれに設けられ、上記給気系と連通される給気口と、上記前室及び上記作業室それぞれに設けられ、上記排気系と連通される排気口と、これら各給気口及び各排気口個々に対し、上記給気系及び排気系に設けられ、給気量や排気量を調節するための可変風量型定風量装置と、上記給気系に２台設けられ、これら２台で必要給気総量を給気する給気ファンと、上記排気系に２台設けられ、これら２台で必要排気総量を排気する排気ファンと、これら給気ファン及び排気ファンを個別に運転制御しつつ、給気が上記前室と上記作業室との間でいずれか一方向に向かって流通するように、上記可変風量型定風量装置を個別に制御する制御装置を備えたことを特徴とする。

前記各給気ファン及び前記各排気ファンそれぞれの異状を検出して検出信号を出力するセンサが備えられ、前記制御装置は、上記センサから検出信号が入力されることにより、上記ファンのうち、異状が検出されたものを停止し、いずれかの上記給気ファンを停止したときには、給気量の減少に応じて、上記各排気口の上記可変風量型定風量装置を制御して排気量を減少させると共に上記排気ファンの運転速度を減速し、他方、いずれかの上記排気ファンを停止したときには、排気量の減少に応じて、上記各給気口の上記可変風量型定風量装置を制御して給気量を減少させると共に上記給気ファンの運転速度を減速することを特徴とする。

前記作業室には、実験用のキャビネットが設けられ、該キャビネットには、前記排気系と連通されるキャビネット用排気口が設けられると共に、該排気系には、上記キャビネット用排気口に対し、前記制御装置で制御されて排気量が調節される可変風量型定風量装置が設けられることを特徴とする。

前記給気系は、前記給気ファンが２台設けられる単一系統であることを特徴とする。

前記給気系は、前記給気ファンが１台ずつ設けられる２系統であることを特徴とする。

前記排気系は、前記排気ファンが２台設けられる単一系統であることを特徴とする。

前記排気系は、前記排気ファンが１台ずつ設けられる２系統であることを特徴とする。

前記給気系は、前記前室のみに給気する前室用給気系と、前記作業室のみに給気する作業室用給気系とから構成され、これら前室用給気系及び作業室用給気系それぞれに前記給気ファンが２台ずつ設けられると共に、前記排気系は、前記前室のみから排気する前室用排気系と、前記作業室のみから排気する作業室用排気系とから構成され、これら前室用排気系及び作業室用排気系それぞれに前記排気ファンが２台ずつ設けられることを特徴とする。

本発明にかかる高度安全施設の給排気装置にあっては、予備の給気ファンや排気ファンを設備しなくても、給気ファンや排気ファンが故障した場合のフェールセーフを確保することができ、予備のファンを設置しない分コストダウンを達成することができる。

本発明に係る高度安全施設の給排気装置の好適な一実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る高度安全施設の給排気装置の変形例を示す概略構成図である。

以下に、本発明にかかる高度安全施設の給排気装置の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１には、本実施形態にかかる高度安全施設の給排気装置の概略構成が示されている。

高度安全施設１は、動物実験などを行う作業室２と、作業室２へ立ち入るための前室３とを備え、通常は閉じられている開閉扉４を開いて、前室３と作業室２との間を行き来するようになっている。開閉扉４周囲の隙間を介して、前室３と作業室２との間で空気が流通し得る。

図示例にあっては、高度安全施設１は、単一の前室３と単一の作業室２で構成されているが、これを一つのユニットとして、複数のユニットを備えて構成するようにしてもよい。あるいは、高度安全施設１は、複数の作業室２と単一の前室３とを備えるようにし、各作業室２それぞれに出入りする各開閉扉４を開閉することで一つの前室３に行き来できるようにした構成としてもよい。

また本実施形態にあっては、作業室２内には、例えば通気性のあるメッシュ５で封鎖されて、動物などを収容しておいたり、その中で実験を行ったりする実験用のキャビネット６が設けられている。キャビネット６内へは、作業室２内の空気が流通する。キャビネット６は、設けなくてもよい。

前室３には、給気口７ａと排気口８ａが設けられる。作業室２にも、給気口７ｂと排気口８ｂが設けられる。キャビネット６を設ける場合には、キャビネット６内部から直接排気するキャビネット用排気口８ｃが設けられる。

前室３及び作業室２の給気口７ａ，７ｂには、これら前室３及び作業室２双方へ給気するための給気系９が接続される。本実施形態では、給気系９は、単一系統９ａで構成され、二股に分岐された一端が各給気口７ａ，７ｂに連通されると共に、二股に分岐された他端に２台の給気ファン１０ａ，１０ｂが設けられる。

通常時２台の給気ファン１０ａ，１０ｂ双方が運転され、これら給気ファン１０ａ，１０ｂから前室３及び作業室２の給気口７ａ，７ｂに給気される。２台の給気ファン１０ａ，１０ｂにより、前室３と作業室２に対して必要とされる必要給気総量が給気される。従って、必要給気総量を１台の給気ファンで確保する場合よりも、本実施形態の各給気ファン１０ａ，１０ｂは小容量に設定される。２台の給気ファン１０ａ，１０ｂは、同じ性能、すなわち、共に必要給気総量の５０％を給気するようにしても、異なる性能、すなわち一方で５０％以上を給気し、他方で５０％未満を給気するようにしてもよい。

前室３及び作業室２の排気口８ａ，８ｂ、並びにキャビネット用排気口８ｃには、これら前室３及び作業室２（キャビネット６を含む）双方から排気するための排気系１１が接続される。本実施形態では、排気系１１は、単一系統１１ａで構成され、三ツ股に分岐された一端が各排気口８ａ〜８ｃに連通されると共に、二股に分岐された他端に２台の排気ファン１２ａ，１２ｂが設けられる。

通常時２台の排気ファン１２ａ，１２ｂ双方が運転され、これら排気ファン１２ａ，１２ｂにより、前室３、作業室２及びキャビネット６の排気口８ａ〜８ｃから排気される。２台の排気ファン１２ａ，１２ｂにより、前室３と作業室２（キャビネット６を含む）に対して必要とされる必要排気総量が排気される。従って、必要排気総量を１台の排気ファンで確保する場合よりも、本実施形態の各排気ファン１２ａ，１２ｂは小容量に設定される。２台の排気ファン１２ａ，１２ｂも、同じ性能、すなわち、共に必要排気総量の５０％を排気するようにしても、異なる性能、すなわち一方で５０％以上を排気し、他方で５０％未満を排気するようにしてもよい。

給気系９及び排気系１１には、各給気口７ａ，７ｂ及び各排気口８ａ〜８ｃ個々に対して、前室３や作業室２（キャビネット６を含む）への給気量や排気量を調節するための可変風量型定風量装置１３ａ〜１３ｅが設けられる。

これら可変風量型定風量装置１３ａ〜１３ｅ、給気ファン１０ａ，１０ｂ及び排気ファン１２ａ，１２ｂは、制御装置１４に接続されて制御される。制御装置１４は、作業室２内に前室３の空気が流入してしまうことを防止すべく、給気が開閉扉４周囲の隙間や開閉扉４を開いたときの開口を介して作業室２から前室３へ一方向に流通する（図中、実線矢印Ａ参照）ように、すなわち作業室２内圧よりも前室３内圧が僅かながら低くなる差圧が生じるように、各可変風量型定風量装置１３ａ〜１３ｅや給気ファン１０ａ，１０ｂ、排気ファン１２ａ，１２ｂを制御する。

具体的には、制御装置１４は、２台の給気ファン１０ａ，１０ｂを併用する運転制御を行うだけでなく、一方の給気ファン１０ａ，１０ｂを単独で運転制御したり、それらの運転速度を調整する制御を行う。排気ファン１２ａ，１２ｂについても同様である。また、各可変風量型定風量装置１３ａ〜１３ｅの風量制御を行う。

制御装置１４は、例えば、給気ファン１０ａ，１０ｂ及び排気ファン１２ａ，１２ｂを定格運転して必要給気総量及び必要排気総量１００％を満たしているとき、各可変風量型定風量装置１３ａ〜１３ｅを制御して、作業室２に６０％、前室３に４０％を給気させ、作業室２から５５％、前室３から４５％を排気させる。このような給排気の配分により、作業室２内圧が前室３内圧よりも高められ、給気は作業室２から前室３へ向かって一方向に流通される。

キャビネット６については、制御装置１４は、作業室２を経由することなくキャビネット６内部から直接排気系１１へ排気するために、キャビネット用排気口８ｃに対して設けられる可変風量型定風量装置１３ｅを、作業室２の排気口８ｂに対して設けられる可変風量型定風量装置１３ｄよりも多めに排気するように調節を行う。

さらに本実施形態では、自動制御のために、各給気ファン１０ａ，１０ｂ及び各排気ファン１２ａ，１２ｂには、それぞれの異状を検出して検出信号を出力するセンサ１５ａ〜１５ｄが設けられる。センサ１５ａ〜１５ｄは、制御装置１４に接続され、検出信号は制御装置１４に入力される。制御装置１４は、検出信号が入力されたことに応じて、警報を発するようにしてもよい。制御装置１４は、センサ１５ａ〜１５ｄから検出信号が入力されると、異状が検出されたファン１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂを停止する。

制御装置１４は、異状が検出されて停止したファンが一方の給気ファン１０ａである場合、給気量が減少することに応じて、各排気口８ａ〜８ｃの可変風量型定風量装置１３ｃ〜１３ｅを制御して排気量を減少させると共に排気ファン１２ａ，１２ｂの運転速度を減速する制御を行う。

他方、制御装置１４は、異状が検出されて停止したファンが一方の排気ファン１２ａである場合、排気量が減少することに応じて、各給気口７ａ，７ｂの可変風量型定風量装置１３ａ，１３ｂを制御して給気量を減少させると共に給気ファン１０ａ，１０ｂの運転速度を減速する制御を行う。

次に、本実施形態に係る高度安全施設の給排気装置の作用について説明する。通常時にあっては、制御装置１４は、必要給気総量及び必要排気総量１００％を確保すべく、２台の給気ファン１０ａ，１０ｂ及び２台の排気ファン１２ａ，１２ｂを運転制御すると共に、前室３及び作業室２に設定すべき差圧に応じて各可変風量型定風量装置１３ａ〜１３ｅを制御し、これにより給気は作業室２から前室３へ一方向に流通される。

例えば、上述した作業室２が６０％、前室３が４０％の給気状態で、一方の給気ファン１０ａに異状が発生した場合には、当該給気ファン１０ａを停止する。これにより、給気総量が仮に４０％となったとき、給気については同じ割合として、作業室２へ２４％、前室３へ１６％の給気が継続されつつ、排気口８ａ〜８ｃの可変風量型定風量装置１３ｃ〜１３ｅを調節することにより、作業室２から２２％、前室３から１８％を排気させることができる。

このような給排気の配分により、必要給気総量及び必要排気総量を得ることができない高度安全施設１の危急状態において、作業室２での作業の継続は困難であるものの、作業室２内圧が前室３内圧よりも高い状態を維持することができ、給気を作業室２から前室３へ向かって一方向に流通させることができる。

このような操作は手動で制御装置１４を操作することで行うことができると共に、上記センサ１５ａ〜１５ｄを用いることで制御装置１４による自動制御で行うこともできる。

同様に、一方の排気ファン１２ａに異状が発生した場合には、当該排気ファン１２ａを停止する。これにより、排気総量が仮に４０％となったとき、排気については同じ割合として、作業室２から２２％、前室３から１８％の排気が継続されつつ、給気口７ａ，７ｂの可変風量型定風量装置１３ａ，１３ｂを調節することにより、作業室２へ２４％、前室３へ１６％を給気させることができ、給気を作業室２から前室３へ向かって一方向に流通させることができる。排気ファン１２ａ，１２ｂに異状が発生した場合の操作も、手動・自動制御の双方で行うことができる。

すなわち、本実施形態に係る高度安全施設の給排気装置は、従来のように稼働用と予備用として同じ性能の２台のファンを設備することに代えて、２台で必要給気総量や必要排気総量を満たす小容量のファン１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂを通常運転で使用するようにし、いずれかのファンに異状が発生した場合には、給気総量や排気総量の減少を見込んで、可変風量型定風量装置１３ａ〜１３ｅやファン１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂを制御し、これにより前室３から作業室２に向かって一方向に給気を流通させ得るに足りる風量制御を確保するようにしたので、予備の給気ファンや排気ファンを設備しなくても、給気ファン１０ａ，１０ｂや排気ファン１２ａ，１２ｂが故障した場合のフェールセーフを確保することができ、また小容量のファン２台１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂを採用して予備のファンを設置しない分、高度安全施設１のコストダウンを達成することができる。

センサ１５ａ〜１５ｄを備えることで、上記風量制御を制御装置１４によって自動制御することができる。作業室２にキャビネット６を設ける場合に、キャビネット用排気口８ｃに対し、専用の可変風量型定風量装置１３ｅを設けるようにしたので、ファン１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂに異状が発生した場合でも、キャビネット６内の空気を排気系１１へ直接排気することができ、安全性を確保できる。

さらに、給気系９及び排気系１１では、運転停止したファンを除き、その他のファンが継続して運転されているので、従来のように予備のファンに接続を切り替えて起動させかつ必要給・排気総量が得られるようになった段階で給・排気のバランスをとる場合に比べて、危急状態に対する迅速な対応を確保することができるので、前室３から作業室２に向かって給気が逆流するおそれを低くすることができる。

図２には、上記実施形態の変形例が示されている。この変形例は、給気系９が、給気ファン１０ａ，１０ｂを１台ずつ備える２系統９ｂ，９ｂで構成されると共に、排気系１１も、排気ファン１２ａ，１２ｂを１台ずつ備える２系統１１ｂ，１１ｃで構成される。

さらに、図示しないけれども、給気系９を２系統とし、排気系１１を単一系統としても、またその反対の構成としても良いことはもちろんである。

さらに、図示しないけれども、給気系９を、前室３のみに給気する前室用給気系と、作業室２のみに給気する作業室用給気系とから構成し、これら前室用給気系及び作業室用給気系それぞれに給気ファンを２台ずつ設けると共に、排気系１１を、前室３のみから排気する前室用排気系と、作業室２のみから排気する作業室用排気系とから構成し、これら前室用排気系及び作業室用排気系それぞれに排気ファンを２台ずつ設けらるようにしてもよい。

さらに、上記実施形態にあっては、給気を、作業室２から前室３へ向かって一方向に流通させる場合を例示して説明したが、給気を、前室３から作業室２へ向かって一方向に流通させる（図１及び図２中、破線矢印Ｂ参照）ようにしても良いことはもちろんである。

このような変形例にあっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

１ 高度安全施設
２ 作業室
３ 前室
４ 開閉扉
６ キャビネット
７ａ，７ｂ 給気口
８ａ〜８ｃ 排気口
９ 給気系
９ａ 単一系統の給気系
９ｂ，９ｃ ２系統の給気系
１０ａ，１０ｂ 給気ファン
１１ 排気系
１１ａ 単一系統の排気系
１１ｂ，１１ｃ ２系統の排気系
１２ａ，１２ｂ 排気ファン
１３ａ〜１３ｅ 可変風量型定風量装置
１４ 制御装置
１５ａ〜１５ｄ センサ

Claims (8)

1. 前室と該前室に対し開閉扉で開閉される作業室の双方へ給気するための給気系及びこれら前室と作業室の双方から排気するための排気系を有し、これら給気系及び排気系により、これら前室及び作業室の双方に対し給排気を行いつつ、給気が該前室と該作業室との間でいずれか一方向に向かって流通するようにした高度安全施設の給排気装置であって、
   上記前室及び上記作業室それぞれに設けられ、上記給気系と連通される給気口と、
   上記前室及び上記作業室それぞれに設けられ、上記排気系と連通される排気口と、
   これら各給気口及び各排気口個々に対し、上記給気系及び排気系に設けられ、給気量や排気量を調節するための可変風量型定風量装置と、
   上記給気系に２台設けられ、これら２台で必要給気総量を給気する給気ファンと、
   上記排気系に２台設けられ、これら２台で必要排気総量を排気する排気ファンと、
   これら給気ファン及び排気ファンを個別に運転制御しつつ、給気が上記前室と上記作業室との間でいずれか一方向に向かって流通するように、上記可変風量型定風量装置を個別に制御する制御装置を備えたことを特徴とする高度安全施設の給排気装置。
2. 前記各給気ファン及び前記各排気ファンそれぞれの異状を検出して検出信号を出力するセンサが備えられ、
   前記制御装置は、上記センサから検出信号が入力されることにより、上記ファンのうち、異状が検出されたものを停止し、いずれかの上記給気ファンを停止したときには、給気量の減少に応じて、上記各排気口の上記可変風量型定風量装置を制御して排気量を減少させると共に上記排気ファンの運転速度を減速し、他方、いずれかの上記排気ファンを停止したときには、排気量の減少に応じて、上記各給気口の上記可変風量型定風量装置を制御して給気量を減少させると共に上記給気ファンの運転速度を減速することを特徴とする請求項１に記載の高度安全施設の給排気装置。
3. 前記作業室には、実験用のキャビネットが設けられ、該キャビネットには、前記排気系と連通されるキャビネット用排気口が設けられると共に、該排気系には、上記キャビネット用排気口に対し、前記制御装置で制御されて排気量が調節される可変風量型定風量装置が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の高度安全施設の給排気装置。
4. 前記給気系は、前記給気ファンが２台設けられる単一系統であることを特徴とする請求項１〜３いずれかの項に記載の高度安全施設の給排気装置。
5. 前記給気系は、前記給気ファンが１台ずつ設けられる２系統であることを特徴とする請求項１〜３いずれかの項に記載の高度安全施設の給排気装置。
6. 前記排気系は、前記排気ファンが２台設けられる単一系統であることを特徴とする請求項１〜５いずれかの項に記載の高度安全施設の給排気装置。
7. 前記排気系は、前記排気ファンが１台ずつ設けられる２系統であることを特徴とする請求項１〜５いずれかの項に記載の高度安全施設の給排気装置。
8. 前記給気系は、前記前室のみに給気する前室用給気系と、前記作業室のみに給気する作業室用給気系とから構成され、これら前室用給気系及び作業室用給気系それぞれに前記給気ファンが２台ずつ設けられると共に、前記排気系は、前記前室のみから排気する前室用排気系と、前記作業室のみから排気する作業室用排気系とから構成され、これら前室用排気系及び作業室用排気系それぞれに前記排気ファンが２台ずつ設けられることを特徴とする請求項１〜７いずれかの項に記載の高度安全施設の給排気装置。

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