JP6027377B2 - 室圧制御システムおよび一斉シャットオフ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、室内への給気風量や排気風量の制御により室圧を一定に保つ室圧制御システムに係り、特に風量制御に用いるバルブを一斉にシャットオフ位置まで閉める技術に関するものである。

化学実験では、実験作業過程において、人体に有害なガスや粉塵等が発生する場合が多い。これら有害物質の室内への拡散を防止し、人体への汚染を防ぐ装置の１つにヒュームフードがある。一般に、ヒュームフードは、上下または左右に開閉可能なサッシドア付きの囲い（エンクロージャ）を備えており、実験室の作業者はこのサッシドアからエンクロージャ内にアクセスすることができる。ヒュームフードで作業中の作業者が有害なガスや粉塵等に曝されないようにするために、エンクロージャは有害物質を除去する局所排気ダクトに接続されている（例えば、非特許文献１参照）。

室圧制御システムは、ヒュームフード内で有害物質を扱う実験をする場合に、有害物質が部屋内に逆流しないようにサッシ面の面風速を所定の速度に維持するよう局所排気ダクトの風量を調整すると共に、有害物質が部屋の外に漏れ出したり外からの不純物等が部屋内に流入したりしないように部屋の圧力を一定に保つシステムである（例えば、非特許文献２参照）。

図１は本発明の実施の形態に係る室圧制御システムの構成を示す図であるが、従来においてもシステムの概要は図１と同様であるので、図１を用いて従来の室圧制御システムについて説明する。室圧制御システムは、部屋１００内に設置されたヒュームフード１０１と、ヒュームフード１０１に接続された局所排気ダクト１０２と、部屋１００に給気を供給する給気ダクト１０３と、部屋１００の空気を排気する一般排気ダクト１０４と、局所排気ダクト１０２の風量を調整する局所排気バルブＥＸＶと、給気ダクト１０３の風量を調整する給気バルブＭＡＶと、一般排気ダクト１０４の風量を調整する一般排気バルブＧＥＸとから構成される。ヒュームフード１０１は、開閉可能なサッシ１１１と、サッシ１１１の開度を検出するサッシセンサ１１２と、検知範囲に人がいるかどうかを検出する人検知センサ１１３と、ヒュームフード１０１を使用する作業者に情報を通知するためと緊急時に強制的にフード内の空気を排気できるようにするためのヒュームフードモニタ１１４とを備えている。

このような室圧制御システムでは、部屋１００の圧力を設定値に維持するため、給気ダクト１０３の給気風量と一般排気ダクト１０４の排気風量と局所排気ダクト１０２の局所排気風量とが、「給気風量＝一般排気風量＋局所排気風量＋オフセット風量」の関係を満たすように、給気バルブＭＡＶと一般排気バルブＧＥＸと局所排気バルブＥＸＶの開度を制御している。また、サッシ１１１の開度に応じて局所排気バルブＥＸＶを調節して局所排気風量を変化させて、省エネルギーを図っている。あるいは、人検知センサ１１３で人がいるかどうかを検出し、ヒュームフード１０１の前に人がいるときには局所排気バルブＥＸＶを調節して局所排気風量を増やし、人がいないときには安全な待機レベルまで局所排気風量を低下させるようにして、省エネルギーを図っている（特許文献１参照）。また、更なる省エネルギーを実現するために、部屋１００を使用しないときには、給気バルブＭＡＶと一般排気バルブＧＥＸと局所排気バルブＥＸＶを一斉にシャットオフ位置まで閉めるようにしている。

特開２０１０−１２２９３９号公報

松村 昭男，「研究施設環境管理支援システムの開発」，Savemation Review ２００４年２月号，株式会社山武，２００４年 石原正也，斉藤英弥，「室圧・風量制御の最新技術−クリティカル環境システム−」，Savemation Review ２００４年２月号，株式会社山武，２００４年

従来の室圧制御システムでは、全てのバルブを一斉にシャットオフ位置まで閉めてしまうと、バルブの制御速度の違い（閉めるまでの時間の違い）、バルブのサイズ（容量）の違い、給気バルブと排気バルブの設置数の違い等により、給気と排気のバランスが崩れてしまう場合があり、室内外の圧の変化により、機器やドアなどに破損が生じてしまう可能性があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、風量制御に用いるバルブを一斉にシャットオフ位置まで閉める際に、部屋に破損を生じさせることなくバルブを安全に閉めることができる室圧制御システムおよび一斉シャットオフ制御方法を提供することを目的とする。

本発明の室圧制御システムは、対象部屋へ吹き出す給気の風量を調節する給気バルブと、前記対象部屋から吸い出す排気の風量を調節する一般排気バルブと、前記給気バルブと前記一般排気バルブとを一斉に閉める一斉シャットオフ制御動作を始めるときに、前記給気バルブと前記一般排気バルブとを制御して、前記給気バルブによって調節される給気風量と前記一般排気バルブによって調節される排気風量との差の風量を常に一定値に維持しつつ、前記給気風量と前記排気風量とを減らす風量制御手段と、前記給気風量と前記排気風量とがそれぞれシャットオフ位置に安全に移行させることが可能な所定の最小風量以下となったときに、前記給気バルブと前記一般排気バルブとを一斉にシャットオフ位置まで閉めるシャットオフ制御手段とを備え、前記シャットオフ位置に安全に移行させることが可能な、給気風量と排気風量のそれぞれの最小風量は、この給気風量と排気風量との差の風量が前記一定値になるように予め設定されることを特徴とするものである。

また、本発明の室圧制御システムの１構成例は、さらに、前記対象部屋に設置された局所排気装置と、この局所排気装置の排気風量を調節する局所排気バルブとを備え、前記風量制御手段は、前記給気バルブと前記一般排気バルブと前記局所排気バルブとを一斉に閉める一斉シャットオフ制御動作を始めるときに、前記給気バルブと前記一般排気バルブと前記局所排気バルブとを制御して、前記排気風量と前記局所排気バルブによって調節される局所排気風量との和を前記給気風量から引いた差の風量を、常に一定値に維持しつつ、前記給気風量と前記排気風量と前記局所排気風量とを減らし、前記シャットオフ制御手段は、前記給気風量と前記排気風量と前記局所排気風量とがそれぞれシャットオフ位置に安全に移行させることが可能な所定の最小風量以下となったときに、前記給気バルブと前記一般排気バルブと前記局所排気バルブとを一斉にシャットオフ位置まで閉めるものであり、前記シャットオフ位置に安全に移行させることが可能な、給気風量と排気風量と局所排気風量のそれぞれの最小風量は、この排気風量と局所排気風量との和を給気風量から引いた差の風量が前記一定値になるように予め設定されることを特徴とするものである。

また、本発明の一斉シャットオフ制御方法は、対象部屋へ吹き出す給気の風量を調節する給気バルブと前記対象部屋から吸い出す排気の風量を調節する一般排気バルブとを一斉に閉める一斉シャットオフ制御動作を始めるときに、前記給気バルブと前記一般排気バルブとを制御して、前記給気バルブによって調節される給気風量と前記一般排気バルブによって調節される排気風量との差の風量を常に一定値に維持しつつ、前記給気風量と前記排気風量とを減らす風量制御ステップと、前記給気風量と前記排気風量とがそれぞれシャットオフ位置に安全に移行させることが可能な所定の最小風量以下となったときに、前記給気バルブと前記一般排気バルブとを一斉にシャットオフ位置まで閉めるシャットオフ制御ステップとを含み、前記シャットオフ位置に安全に移行させることが可能な、給気風量と排気風量のそれぞれの最小風量は、この給気風量と排気風量との差の風量が前記一定値になるように予め設定されることを特徴とするものである。

また、本発明の一斉シャットオフ制御方法の１構成例において、前記風量制御ステップは、前記給気バルブと前記一般排気バルブと前記対象部屋に設置された局所排気装置の排気風量を調節する局所排気バルブとを一斉に閉める一斉シャットオフ制御動作を始めるときに、前記給気バルブと前記一般排気バルブと前記局所排気バルブとを制御して、前記排気風量と前記局所排気バルブによって調節される局所排気風量との和を前記給気風量から引いた差の風量を、常に一定値に維持しつつ、前記給気風量と前記排気風量と前記局所排気風量とを減らし、前記シャットオフ制御ステップは、前記給気風量と前記排気風量と前記局所排気風量とがそれぞれシャットオフ位置に安全に移行させることが可能な所定の最小風量以下となったときに、前記給気バルブと前記一般排気バルブと前記局所排気バルブとを一斉にシャットオフ位置まで閉めるステップを含み、前記シャットオフ位置に安全に移行させることが可能な、給気風量と排気風量と局所排気風量のそれぞれの最小風量は、この排気風量と局所排気風量との和を給気風量から引いた差の風量が前記一定値になるように予め設定されることを特徴とするものである。

本発明によれば、給気と排気の風量のバランスを維持しながら給気風量と排気風量を減らし、給気風量と排気風量が所定の最小風量以下となってから全バルブをシャットオフ位置まで閉めるようにしたので、部屋に破損を生じさせることなくバルブを安全に閉めることができ、省エネルギーおよび省コストを実現することができる。

本発明の実施の形態に係る室圧制御システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る室圧制御システムのコントローラの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態の一斉シャットオフ制御動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る室圧制御システムの構成を示す図である。本実施の形態の室圧制御システムは、部屋１００内に設置されたヒュームフード１０１と、局所排気ダクト１０２と、給気ダクト１０３と、一般排気ダクト１０４と、局所排気バルブＥＸＶと、給気バルブＭＡＶと、一般排気バルブＧＥＸとから構成される。

図２は局所排気バルブＥＸＶ、給気バルブＭＡＶ、および一般排気バルブＧＥＸを制御する本実施の形態のコントローラの構成を示すブロック図である。
コントローラ１は、局所排気バルブＥＸＶを制御する局所排気風量制御部２と、給気バルブＭＡＶを制御する給気風量制御部３と、一般排気バルブＧＥＸを制御する排気風量制御部４と、部屋１００に破損を生じさせることなく局所排気バルブＥＸＶをシャットオフ位置に安全に移行させることが可能な局所排気風量の最小値を予め記憶する局所排気最小風量記憶部５と、部屋１００に破損を生じさせることなく給気バルブＭＡＶをシャットオフ位置に安全に移行させることが可能な給気風量の最小値を予め記憶する給気最小風量記憶部６と、部屋１００に破損を生じさせることなく一般排気バルブＧＥＸをシャットオフ位置に安全に移行させることが可能な排気風量の最小値を予め記憶する排気最小風量記憶部７と、局所排気バルブＥＸＶをシャットオフ位置まで閉めるシャットオフ制御部８と、給気バルブＭＡＶをシャットオフ位置まで閉めるシャットオフ制御部９と、一般排気バルブＧＥＸをシャットオフ位置まで閉めるシャットオフ制御部１０とを備えている。

次に、本実施の形態の室圧制御システムの通常時の風量バランス制御動作について説明する。ここでは、給気ダクト１０３から吹き出す給気の風量をＶｍａｖ、一般排気ダクト１０４で吸い出す排気の風量をＶｇｅｘ、局所排気ダクト１０２で吸い出す排気の風量をＶｅｘｖとする。

コントローラ１の局所排気風量制御部２は、ヒュームフード１０１のサッシ開口面積に基づいて、サッシ面の面風速が規定値（通常０．５ｍ／ｓ）となるように風量Ｖｅｘｖを定め、局所排気ダクト１０２の排気風量がＶｅｘｖとなるように局所排気バルブＥＸＶの開度を制御する。なお、ヒュームフード１０１のサッシ開口面積は、サッシセンサ１１２が検出するサッシ開度から求めることができるサッシ１１１の開口部高さと、既知のサッシ幅との乗算により決定することができる。

コントローラ１の排気風量制御部４は、総排気風量（Ｖｇｅｘ＋Ｖｅｘｖ）が一定となるように、サッシ開閉による排気風量Ｖｅｘｖの変動分だけ、風量Ｖｇｅｘを増減させ、一般排気ダクト１０４の排気風量がＶｇｅｘとなるように制御出力値を出して一般排気バルブＧＥＸの開度を制御する。

コントローラ１の給気風量制御部３は、部屋１００の使用時の最低換気風量を満足させるよう、少なくとも最低風量を常に吹き出すように風量Ｖｍａｖを決定し、給気ダクト１０３の給気風量がＶｍａｖとなるように制御出力値を出して給気バルブＭＡＶの開度を制御する。部屋１００の最低換気風量を確保するため、Ｖｍａｖは最低換気風量以上に設定される。

以上のような風量の設定の仕方により、ヒュームフード１０１が使用されていないとき（すなわち、サッシ１１１が全閉のとき）、式（１）が成立する。
Ｖｍａｖ＝Ｖｇｅｘ＋α ・・・（１）

定数αは、部屋１００から漏れていく風量を決定すると共に、部屋１００を正圧にするか負圧にするかを決定するためのオフセット風量である。
次に、ヒュームフード１０１が使用されているときには、式（２）が成立する。
Ｖｍａｖ＝Ｖｇｅｘ＋Ｖｅｘｖ＋α ・・・（２）

以上の風量バランス制御動作によれば、ヒュームフード１０１のサッシ１１１の開閉に伴って局所排気風量Ｖｅｘｖが変更されたときに、この変更に伴って給気風量Ｖｍａｖと排気風量Ｖｇｅｘが変更されることになる。

次に、一時的に不使用になった部屋１００を省コストで運用するため、あるいは部屋１００を減菌・消毒するために、給気バルブＭＡＶと一般排気バルブＧＥＸと局所排気バルブＥＸＶとを一斉にシャットオフ位置まで閉める一斉シャットオフ制御動作について説明する。図３は一斉シャットオフ制御動作を説明するフローチャートである。

室圧制御システムは、一斉シャットオフ制御動作開始信号が発生したときに（図３ステップＳ１においてＹＥＳ）、一斉シャットオフ制御動作を始める。上記のとおり、一斉シャットオフ制御動作が開示されるのは、一時的に不使用になった部屋１００を省コストで運用しようとするときや、部屋１００を減菌・消毒しようとするときである。一斉シャットオフ制御動作開始信号は、例えばヒュームフード１０１のサッシ１１１が一定時間以上全閉の状態のときに、図示しない生成手段によって生成されるようにしてもよいし、ヒュームフード１０１の人検知センサ１１３が一定時間以上人の存在を検知しないときに、生成手段によって生成されるようにしてもよいし、部屋１００内に人が存在するか否かを示す在室情報を入退室管理システムから取得して、部屋１００の在室人数が一定時間以上０のときに、生成手段によって生成されるようにしてもよいし、部屋１００を減菌・消毒する作業者が作業開始を示す所定の操作を行ったときに、生成手段によって生成されるようにしてもよい。入退室管理システムは、人が所持している無線タグ等を利用して人の入退室を管理するものである。このような入退室管理システムは周知であるので、詳細な説明は省略する。

コントローラ１の局所排気風量制御部２は、一斉シャットオフ制御動作を始める場合、局所排気バルブＥＸＶの開度を制御して、局所排気風量Ｖｅｘｖが局所排気最小風量記憶部５に記憶されている局所排気最小風量になるように局所排気風量Ｖｅｘｖを徐々に減らす（ステップＳ２）。

コントローラ１の給気風量制御部３は、一斉シャットオフ制御動作を始める場合、給気バルブＭＡＶの開度を制御して、給気風量Ｖｍａｖが給気最小風量記憶部６に記憶されている給気最小風量になるように給気風量Ｖｍａｖを徐々に減らす（ステップＳ３）。

コントローラ１の排気風量制御部４は、一斉シャットオフ制御動作を始める場合、一般排気バルブＧＥＸの開度を制御して、排気風量Ｖｇｅｘが排気最小風量記憶部７に記憶されている排気最小風量になるように排気風量Ｖｇｅｘを徐々に減らす（ステップＳ４）。このとき、排気風量制御部４は、排気風量Ｖｇｅｘが式（２）を満たすようにする。このように、排気風量Ｖｇｅｘが式（２）を満たすように制御することにより、給気と排気の風量のバランスを維持したまま可能な限り部屋全体の風量を絞ることができる。

ステップＳ２〜Ｓ４の処理を実行するうちに、局所排気風量Ｖｅｘｖが局所排気最小風量以下となり、給気風量Ｖｍａｖが給気最小風量以下となり、排気風量Ｖｇｅｘが排気最小風量以下となったときに（ステップＳ５においてＹＥＳ）、給気バルブＭＡＶと一般排気バルブＧＥＸと局所排気バルブＥＸＶとを一斉にシャットオフ位置（全閉位置）まで閉める（ステップＳ６）。すなわち、シャットオフ制御部８は、局所排気バルブＥＸＶをシャットオフ位置まで閉め、シャットオフ制御部９は、給気バルブＭＡＶをシャットオフ位置まで閉め、シャットオフ制御部１０は、一般排気バルブＧＥＸをシャットオフ位置まで閉める。なお、局所排気最小風量、給気最小風量、および排気最小風量は、予め式（２）を満たすように設定されていることが望ましい。

以上のように、本実施の形態では、給気と排気の風量のバランスを維持しながら、給気風量と排気風量を減らし、給気風量と排気風量が所定の最小風量以下となってから全バルブをシャットオフ位置まで閉めるようにしたので、部屋に破損を生じさせることなくバルブを安全に閉めることができる。

なお、一斉シャットオフ制御動作を開始しようとする時点で、ヒュームフード１０１を使用しておらず、局所排気バルブＥＸＶが既に全閉状態となっている場合、排気風量制御部４は、ステップＳ４において排気風量Ｖｇｅｘが式（１）を満たすようにすればよい。そして、給気風量Ｖｍａｖが給気最小風量以下となり、排気風量Ｖｇｅｘが排気最小風量以下となったときに（ステップＳ５においてＹＥＳ）、シャットオフ制御部９は、給気バルブＭＡＶをシャットオフ位置まで閉め、シャットオフ制御部１０は、一般排気バルブＧＥＸをシャットオフ位置まで閉めるようにすればよい。

本実施の形態で説明したコントローラ１は、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。
本実施の形態では、局所排気装置の１つとしてフュームフードを示したが、安全キャビネットなど、フュームフードと同様の役割を果たす装置にも適用可能である。

本発明は、室圧制御システムに適用することができる。

１…コントローラ、２…局所排気風量制御部、３…給気風量制御部、４…排気風量制御部、５…局所排気最小風量記憶部、６…給気最小風量記憶部、７…排気最小風量記憶部、８，９，１０…シャットオフ制御部、１００…部屋、１０１…ヒュームフード、１０２…局所排気ダクト、１０３…給気ダクト、１０４…一般排気ダクト、ＥＸＶ…局所排気バルブ、ＭＡＶ…給気バルブ、ＧＥＸ…一般排気バルブ。

Claims (4)

1. 対象部屋へ吹き出す給気の風量を調節する給気バルブと、
   前記対象部屋から吸い出す排気の風量を調節する一般排気バルブと、
   前記給気バルブと前記一般排気バルブとを一斉に閉める一斉シャットオフ制御動作を始めるときに、前記給気バルブと前記一般排気バルブとを制御して、前記給気バルブによって調節される給気風量と前記一般排気バルブによって調節される排気風量との差の風量を常に一定値に維持しつつ、前記給気風量と前記排気風量とを減らす風量制御手段と、
   前記給気風量と前記排気風量とがそれぞれシャットオフ位置に安全に移行させることが可能な所定の最小風量以下となったときに、前記給気バルブと前記一般排気バルブとを一斉にシャットオフ位置まで閉めるシャットオフ制御手段とを備え、
   前記シャットオフ位置に安全に移行させることが可能な、給気風量と排気風量のそれぞれの最小風量は、この給気風量と排気風量との差の風量が前記一定値になるように予め設定されることを特徴とする室圧制御システム。
2. 請求項１記載の室圧制御システムにおいて、
   さらに、前記対象部屋に設置された局所排気装置と、
   この局所排気装置の排気風量を調節する局所排気バルブとを備え、
   前記風量制御手段は、前記給気バルブと前記一般排気バルブと前記局所排気バルブとを一斉に閉める一斉シャットオフ制御動作を始めるときに、前記給気バルブと前記一般排気バルブと前記局所排気バルブとを制御して、前記排気風量と前記局所排気バルブによって調節される局所排気風量との和を前記給気風量から引いた差の風量を、常に一定値に維持しつつ、前記給気風量と前記排気風量と前記局所排気風量とを減らし、
   前記シャットオフ制御手段は、前記給気風量と前記排気風量と前記局所排気風量とがそれぞれシャットオフ位置に安全に移行させることが可能な所定の最小風量以下となったときに、前記給気バルブと前記一般排気バルブと前記局所排気バルブとを一斉にシャットオフ位置まで閉めるものであり、
   前記シャットオフ位置に安全に移行させることが可能な、給気風量と排気風量と局所排気風量のそれぞれの最小風量は、この排気風量と局所排気風量との和を給気風量から引いた差の風量が前記一定値になるように予め設定されることを特徴とする室圧制御システム。
3. 対象部屋へ吹き出す給気の風量を調節する給気バルブと前記対象部屋から吸い出す排気の風量を調節する一般排気バルブとを一斉に閉める一斉シャットオフ制御動作を始めるときに、前記給気バルブと前記一般排気バルブとを制御して、前記給気バルブによって調節される給気風量と前記一般排気バルブによって調節される排気風量との差の風量を常に一定値に維持しつつ、前記給気風量と前記排気風量とを減らす風量制御ステップと、
   前記給気風量と前記排気風量とがそれぞれシャットオフ位置に安全に移行させることが可能な所定の最小風量以下となったときに、前記給気バルブと前記一般排気バルブとを一斉にシャットオフ位置まで閉めるシャットオフ制御ステップとを含み、
   前記シャットオフ位置に安全に移行させることが可能な、給気風量と排気風量のそれぞれの最小風量は、この給気風量と排気風量との差の風量が前記一定値になるように予め設定されることを特徴とする一斉シャットオフ制御方法。
4. 請求項３記載の一斉シャットオフ制御方法において、
   前記風量制御ステップは、前記給気バルブと前記一般排気バルブと前記対象部屋に設置された局所排気装置の排気風量を調節する局所排気バルブとを一斉に閉める一斉シャットオフ制御動作を始めるときに、前記給気バルブと前記一般排気バルブと前記局所排気バルブとを制御して、前記排気風量と前記局所排気バルブによって調節される局所排気風量との和を前記給気風量から引いた差の風量を、常に一定値に維持しつつ、前記給気風量と前記排気風量と前記局所排気風量とを減らし、
   前記シャットオフ制御ステップは、前記給気風量と前記排気風量と前記局所排気風量とがそれぞれシャットオフ位置に安全に移行させることが可能な所定の最小風量以下となったときに、前記給気バルブと前記一般排気バルブと前記局所排気バルブとを一斉にシャットオフ位置まで閉めるステップを含み、
   前記シャットオフ位置に安全に移行させることが可能な、給気風量と排気風量と局所排気風量のそれぞれの最小風量は、この排気風量と局所排気風量との和を給気風量から引いた差の風量が前記一定値になるように予め設定されることを特徴とする一斉シャットオフ制御方法。

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