JP7390857B2 - 空気清浄システム - Google Patents

Description

本発明は、区画内の空気を清浄化する空気清浄システムに関する。

半導体や精密機器を製造するクリーンルームでは高い空気清浄度が求められるが、過剰な空気清浄度によって運転コストが高まることは好ましくない。そこで本出願人は特許文献１および特許文献２に記載のシステムを提案している。

特許文献１に記載のシステムでは、熱交換装置と空気清浄装置とを別体化して、温度調整と空気清浄化とを個別かつ必要限度で行うことが可能となり、いずれか一方が他方の影響によって過剰な能力で運転されてしまうことがない。また、空気の流れはクリーンルーム内を循環・対流させることが可能になり、床下や天井裏の空気流路が不要となる。

特許文献２に記載のシステムでは、クリーンルーム内で複数の生産装置および複数の空気清浄装置が設けられている場合で、特に高い空気清浄度が求められる生産装置に対しては専用の空気清浄装置を設けて局所的に清浄化させることができる。そして他の生産装置が設けられている箇所に対しては過剰な空気清浄化がなされることがない。

また、クリーンルームでは人間の存在が清浄度低下の要因となり得る。特許文献３に記載のシステムでは、クリーンルームの入口に人感センサを設け、この人感センサにより人間の有無を検知して空気清浄装置の運転状態を変化させている。

特許第４２７５９６９号公報 特許第４６０９６９９号公報 特開２０１２－１４９７８７号公報

特許文献１では空気清浄装置が熱交換装置から独立的になるが、定常運転時に空気清浄装置自体の運転コストを低減することは考慮されていない。また、特許文献２および特許文献３は、所定の生産装置がある特定の場所や人が存在する特定の時間に関して空気清浄装置の運転状態を変化させるものであるが、それ以外の定常時における運転コストを低減することに関しては考慮されていない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、運転コストを低減することのできる空気清浄システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる空気清浄システムは、区画内の空気を清浄化する出力可変型で複数の空気清浄装置と、前記区画内の粒子濃度を検出するパーティクルセンサと、前記パーティクルセンサで検出される粒子濃度に基づいて前記空気清浄装置を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記区画内の粒子濃度が第１閾値またはそれ以下となるように２以上である規定数の前記空気清浄装置を動作させる第１制御モードと、前記区画内の粒子濃度が前記第１閾値以下であって、所定の安定状態基準が満たされるときに、運転中の前記空気清浄装置を所定台数まで順次停止させる第２制御モードと、を実行することを特徴とする。

前記区画内における人間の有無を検出する人感センサを備え、前記制御部は、前記人感センサが人間を検出したときに前記規定数以上の前記空気清浄装置を所定の第１出力以上で運転する第３制御モードを実行してもよい。このような第３制御モードによれば、区画内に発塵源となる人が入ってきた場合にも粒子濃度を適切に維持することができる。

前記第３制御モードの実行中で前記人感センサが人間の存在を検出している場合で、前記区画内の粒子濃度が所定値以下となったときに、前記空気清浄装置の出力を徐々に減少させて前記第１制御モードに移行してもよい。これにより運転が安定する。

前記第３制御モードから前記空気清浄装置の出力を徐々に減少させ、前記第１制御モードで規定される最大出力まで減少させてから前記第１制御モードに移行してもよい。

前記第３制御モードから前記空気清浄装置の出力を徐々に減少させ、前記パーティクルセンサで検出される粒子濃度をもとに到達すべきと判断されるモード移行出力まで減少させてから前記第１制御モードに移行してもよい。

前記第３制御モードから前記第１制御モードに移行するまでの間を移行モードとして実行してもよい。

前記第３制御モードから前記第１制御モードまで規定時間をかけて前記空気清浄装置の出力を減少させるように制御してもよい。

前記第３制御モードから前記第１制御モードを経て前記第２制御モードに移行して該第２制御モードを実行している場合、前記人感センサによる人間の検出の有無またはその人数により、前記第２制御モードから前記第１制御モードへ移行する条件が異なってもよい。これにより、人間による発塵で粒子濃度が上昇することを抑制できる。

前記制御部は、前記区画内の粒子濃度が前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上となったとき、または前記区画内の粒子濃度が所定の増加速度閾値を超えたときに全数の前記空気清浄装置を所定の第２出力以上で運転する第４制御モードを実行してもよい。このように粒子濃度が増加傾向にある場合には、全数の空気清浄装置を所定の第２出力以上で運転することにより、粒子濃度を速やかに低下させることができる。

前記第４制御モードから前記第１制御モードに移行する際、前記空気清浄装置の出力を徐々に減少させて前記第１制御モードに移行してもよい。

人感センサにより前記区画内に人間が不在であると判断される場合で、前記パーティクルセンサで検出される粒子濃度が所定値以上であるときに、撮像手段により前記区画の少なくとも一部を撮像して記録してもよい。これにより、無人であるはずの区画内で発生した事象を事後的にまたは遠隔的に確認することができる。

本発明にかかる空気清浄システムでは、通常の第１制御モードとは別に、所定の安定状態基準が満たされるときには運転中の空気清浄装置を順次停止させる第２制御モードを実行することにより運転コストを低減することができる。

図１は、本発明の実施形態である空気清浄システムを示す側面図である。 図２は、空気清浄システムの制御ブロック図である。 図３は、空気清浄システムが設けられたクリーンルーム内に人間が存在する状態を示す図である。 図４は、空気清浄システムで実行される４つの制御モードとその移行関係を示すブロック図である。 図５は、第１の対処例における空気清浄装置の出力と、粒子濃度と、モードの区分を示すグラフであり、（ａ）は移行モードに規定時間Ｔをかける場合のグラフであり、（ｂ）は規定時間Ｔに達する以前に移行モードから基本モードに移行する場合のグラフである。 図６は、設けられるセンサの種類による制御区分を示す表であり、（ａ）はパーティクルセンサだけで人感センサが設けられていない場合に実行される制御区分を示し、（ｂ）は人感センサだけでパーティクルセンサが設けられていない場合に実行される制御区分を示し、（ｃ）は人感センサとパーティクルセンサとを備えている場合に実行される制御区分を示す。

以下に、本発明にかかる空気清浄システムの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態である空気清浄システム１０を示す側面図である。図２は、空気清浄システム１０の制御ブロック図である。図３は、空気清浄システム１０が設けられた区画１２内に人間Ｈが存在する状態を示す図である。人間Ｈは主に作業者である。

空気清浄システム１０は区画１２の空気を清浄化するシステムである。区画１２はクリーンルームの全体またはその一部である。区画１２は他の区画とパーテーションやカーテンで仕切られていてもよいし、条件によっては特に仕切がなくてもよい。区画１２には、半導体や精密機器の生産装置１４が設けられており、空気が清浄化された環境が必要となっている。

図１および図２に示すように、空気清浄システム１０は、空気清浄装置１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、人感センサ１８ａ，１８ｂ，１８ｃと、パーティクルセンサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、熱交換装置２２ａ，２２ｂと、撮像手段２３ａ，２３ｂ，２３ｃと、制御部２８とを有する。空気清浄装置１６ａ～１６ｃ、人感センサ１８ａ～１８ｃ、パーティクルセンサ２０ａ～２０ｃ、熱交換装置２２ａ，２２ｂ、撮像手段２３ａ～２３ｃはそれぞれ代表的に空気清浄装置１６、人感センサ１８、パーティクルセンサ２０、熱交換装置２２、撮像手段２３とも呼ぶ。

空気清浄装置１６は、区画１２内の上方で、天面１２ａよりはやや下方に配置されており、上部に設けられたファン２４と、下部に設けられたＨＥＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｉｒ）２６とを有する。空気清浄装置１６は、ファン２４により上方から吸い込んだ空気をＨＥＰＡ２６で清浄化して下方に向けて吹き出す。ファン２４は回転数可変駆動式である。空気清浄装置１６は制御部２８の作用下に状況に応じてファン２４の回転数を制御し出力調整ができる。空気清浄装置１６はＦＦＵ（Ｆａｎ Ｆｉｌｔｅｒ Ｕｎｉｔ）とも呼ばれる。

人感センサ１８は、対応する監視領域に人間Ｈが存在するか否かを検出するセンサであり、例えば赤外センサ、電磁センサまたはカメラが挙げられる。人感センサ１８がカメラである場合には、画像解析によって人間Ｈの有無を推定可能である。人感センサ１８は領域に存在する人間Ｈの人数を検出することも可能である。また、人感センサ１８は人間Ｈの人数だけでなく動作を検出することができるとともに、その動作の種類や頻度に基づいて作業種別を判断することができる。検知可能な動作には歩行も含まれる。人感センサ１８ａ～１８ｃは空気清浄装置１６ａ～１６ｃと一体的に固定されており、それぞれ制御部２８に検出信号を供給する。人感センサ１８ａ～１８ｃで区画１２をカバーしている。

パーティクルセンサ２０は、対応する領域の清浄度、つまり粒子濃度を検出するセンサであり、たとえば、天面１２ａの近傍、空気清浄装置１６とほぼ同じ位置、または空気清浄装置１６の直下位置などに配置される。パーティクルセンサ２０は、設計条件や区画１２におけるレイアウト上の制約などを考慮して配置される。粒子濃度が低い場合は空気の清浄度が高い。パーティクルセンサ２０には温度センサが併設されていてもよい。パーティクルセンサ２０ａ～２０ｃは、それぞれ制御部２８に検出信号を供給する。温度センサが設けられている場合、温度の信号は熱交換装置２２ａ，２２ｂに供給される。

熱交換装置２２は空気清浄装置１６よりも上方で、天面１２ａの近傍に配置されており、下方から吸い込んだ空気を熱交換（熱除去）して側方に向けて吹き出す。熱交換装置２２は、各空気清浄装置１６の中間位置に設けられている。熱交換装置２２は温度センサの信号や状況に応じて設定温度や風速を調整可能である。熱交換装置２２が吹出す処理後の空気は、熱交換装置２２の空気吸込口へ短絡せず、且つ、空気清浄装置１６の空気吸込口へ十分に吸込まれる風速とする。熱交換装置２２はＦＣＵ（Ｆａｎ Ｃｏｉｌ Ｕｎｉｔ）とも呼ばれる。

撮像手段２３は静止画や動画を撮像する装置である。撮像手段２３は区画１２の少なくとも一部（たとえば生産装置１４を含む領域）を撮像して制御部２８などに記録することができる。撮像手段２３ａ～２３ｃは、たとえば人感センサ１８ａ～１８ｃの監視領域に個別に対応して設けられている。撮像手段２３の数は人感センサ１８の数とは異なってもよい。人感センサ１８はカメラである場合、撮像手段２３を兼ねることも可能である。

このように構成される空気清浄システム１０では、区画１２内の空気は、空気清浄装置１６ａ～１６ｃの上方から吸い込まれて清浄化されて下方に吹き出され、生産装置１４や人間Ｈなどの熱源によって加温された後に床面１２ｂで折り返して上昇する。上昇した空気は各空気清浄装置１６の中間に配置されている熱交換装置２２ａ，２２ｂに吸い込まれ、熱交換された後に側方に吹出されて再び空気清浄装置１６ａ～１６ｃに吸い込まれて対流することになる。なお、図１および図３では区画１２内の空気の流れを矢印で示している。

空気清浄システム１０では、空気清浄装置１６と熱交換装置２２とが別体化していることから、温度調整と空気清浄化とを個別かつ必要限度で行うことが可能となり、いずれか一方が他方の影響によって過剰な能力で運転されてしまうことがない。また、空気の流れは区画１２内を循環・対流させることが可能になり、床下や天井裏の空気流路が不要となる。

なお図２では、各制御対象および各検出器が制御部２８に対して直列状に接続されている例を示すが、各個が制御部２８に直接接続されていてもよい。制御部２８は、例えばＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）であって、区画１２内に設けられている。空気清浄システム１０では、室外に大掛かりな中央処理装置、例えばＦＥＭＳ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）を設ける必要がなく、室内の小型な制御部２８で制御処理をすることができてシステム構築コストを低減することができる。また、空気清浄装置１６と熱交換装置２２とは機能的に独立しているが、熱交換装置２２についても制御部２８で制御してもよい。この場合、制御部２８は区画１２の温度に基づいて熱交換装置２２を制御するとよい。

空気清浄装置１６は出力可変型である。制御部２８は粒子濃度（例えば、パーティクルセンサ２０ａ～２０ｃによる検出値の平均値）や温度に基づき、図示しないインバータを介して空気清浄装置１６の出力制御（つまり、ファン２４の回転数制御および送風量制御）を行う。空気清浄装置１６の出力とは、回転数および送風量と実質的に同義である。制御部２８が空気清浄装置１６に対して行う制御とは広義であって定速運転、変速運転および停止を含む。停止とは電源オンのままファン２４の風量を０にする場合と、電源オフの場合とを含む。

次に、空気清浄システム１０で実行される制御について説明する。

図４は、空気清浄システム１０で実行される４つの制御モードとその移行関係を示すブロック図である。空気清浄システム１０では、制御部２８が図４に示す基本モード（第１制御モード）、間引きモード（第２制御モード）、人感モード（第３制御モード）および最大モード（第４制御モード）の合計４つのモードを実行する。モードの移行は後述する条件にしたがって自動的に行われる。

基本モードは定常運転ともいうべきモードであり、粒子濃度が目標濃度（第１閾値）またはそれ以下となるように出力を制御する。この制御は、例えば比例制御やＰＩＤ制御である。基本モードでは区画１２内の全数の空気清浄装置１６を同じ出力で運転する。基本モードで運転する空気清浄装置１６の台数は基本的には全数であるが、条件によっては規定数Ｎ（Ｎ≧２）としてもよい。

なお、空気清浄システム１０では、空気清浄装置１６からの清浄気流が生産装置１４の作業エリア（例えば、床から１０００ｍｍ程度の位置）まで到達する必要がある。したがって、基本モードでは運転中の空気清浄装置１６について、清浄気流が作業エリアに届くように最低回転速度が規定されている。この最低回転速度は、空気清浄装置１６の下部の熱負荷状況および空気清浄装置１６の設置高さなどに基づいて個別に規定するとよい。なお、この最低回転速度は基本的に人間Ｈが存在せず発塵負荷が十分に小さい状態を想定して規定されており、十分に低い値であって省エネルギー効果がある。

間引きモードは、区画１２内にある空気清浄装置１６を全数動かす必要がないと判断されたときに実行されるモードであり、基本モードから移行する。具体的には、区画１２内の粒子濃度が目標濃度以下であって、所定の安定状態基準が満たされるときに、運転中の空気清浄装置１６を所定台数（０台を含む）まで順次停止させる。この場合、例えばまず空気清浄装置１６ａを止め、所定時間経過しても目標濃度を下回っていた場合、空気清浄装置１６ｂを止める。以降、これを繰り返して所定の台数まで順次止めていく。間引きモードにおける空気清浄装置１６の運転は、例えば基本モードと同様であって粒子濃度が目標濃度またはそれ以下となるように出力を制御する。

人感モードは人間Ｈからの発塵に対応するモードであり、ファン２４を所定の第１出力またはそれ以上で運転させる。この第１出力は、基本モードにおける通常の出力範囲の最大値以上として規定されている。人感センサ１８によって人間Ｈを検知した際に、基本モードまたは間引きモードから人感モードへ移行する。人感モードへの移行基準の詳細は後述する。人感モードで運転する空気清浄装置１６の台数は基本モードで運転する規定数Ｎ以上（全数を含む）とする。

最大モードは、粒子濃度が所定の監視濃度（第２閾値）を超えた場合に移行するモードである。監視濃度は上記の目標濃度よりも高い値であり、生産装置１４による生産に影響を与えてしまう濃度よりは低い値だが、速やかな清浄化が望まれる状態の値である。また、最大モードは、粒子濃度が所定の増加速度閾値を超えた場合にも移行する。最大モードは他のすべての制御モードから同じ条件によって移行し、全数の空気清浄装置１６を第２出力で運転させる。この第２出力は基本的には最大定格出力であるが、条件によっては上記の第１出力より大きい規定出力としてもよい。

次に、４つの制御モード間の移行条件について詳細に説明する。以下、制御モード間の移行条件を図４の移行矢印に付した小文字アルファベットに従って説明する。制御モード間の移行は以下の条件に基づくが、条件成立後に所定の移行猶予時間を設けてもよい。

ａ．基本モードから間引きモードへ移行する条件
以下の第１安定状態基準または第２安定状態基準が満たされるときに基本モードから間引きモードへ移行する。

第１安定状態基準：空気清浄装置１６の出力設定範囲における最低出力運転が所定時間続いた場合に間引きモードへ移行する。

第２安定状態基準：粒子濃度が上記の目標濃度よりも小さい過剰清浄濃度をさらに下回る状態が所定時間続いた場合に間引きモードへ移行する。これらの２つの条件以外にも粒子濃度が十分低い値に安定していて、増加する見込みがないと推定される状態を安定状態基準としてもよい。

ｂ．基本モードから人感モードへ移行する条件
以下の第１人感モード条件または第２人感モード条件が成立したときに基本モードから人感モードへ移行する。

第１人感モード条件：区画１２内に人間Ｈが存在しない状態で基本モードを実行しているときに人間Ｈが区画１２内に立ち入った場合で、ｘ人の人間Ｈが立ち入って所定時間経過すると人感モードへ移行する。ｘは１以上の定数である。

第２人感モード条件：区画１２には人間Ｈが存在するが、発塵の影響が小さい場合（例えば、人間Ｈが少数であり、または人間Ｈの動きが少ない場合。以下、低発塵状態という。）で基本モードを実行しているときに人間Ｈが新たに立ち入った場合で、現在いるｙ人の人間Ｈに対して所定割合（例えば５０％）以上の人数が新たに立ち入って所定時間経過すると人感モードへ移行する。

ｃ．基本モードから最大モードへ移行する条件
基本モードの実行中に粒子濃度が監視濃度を超えたとき、または粒子濃度が所定の増加速度閾値を超えたときに最大モードへ移行する。

ｄ．人感モードから基本モードへ移行する条件
以下の第１基本モード条件または第２基本モード条件が成立したときに人感モードから基本モードへ移行する。なお、人感モード中で粒子濃度が低い場合には、まず比例制御を行う基本モードへ移行する。間引きモードでは、基本モードに移行しても問題がない（例えば、粒子濃度が比例制御における回転数下限値でも粒子濃度が目標濃度を下回らない）、と判断された場合に移行する。したがって、人感モードから間引きモードへの移行は必ず基本モードを経由するものとする。なお、ｄ．およびｉ．の途中で実行される移行モードについては後述する。

第１基本モード条件：低発塵状態で人感モードを実行しているとき、所定時間を経過しても粒子濃度が目標濃度を下回っていた場合に基本モードへ移行する。

第２基本モード条件：低発塵状態で人感モードを実行しているとき、人間Ｈが区画１２外へ出て所定時間経過し（人感センサ１８が人間Ｈ不在の信号を所定時間出力し）、かつ粒子濃度が目標濃度以下であった場合に基本モードへ移行する。

ｅ．人感モードから最大モードへ移行する条件
人感モードの実行中に粒子濃度が監視濃度を超えた場合に最大モードへ移行する。これは、上記のｃ．の条件（基本モードから最大モードへの移行）と同じ考え方である。

ｆ．間引きモードから基本モードへ移行する条件
間引きモードの実行中に、粒子濃度が目標濃度を超えた場合に基本モードへ移行する。この場合の移行途中においては、間引いて停止させた空気清浄装置１６も含め、規定数Ｎ以上の空気清浄装置１６を基本モードの最低回転速度で動かす。その後、基本モードに則って運転をする。

ｇ．間引きモードから人感モードへ移行する条件
上記のｂ．の条件（基本モードから人感モードの移行）と同じで第１人感モード条件または第２人感モード条件が成立したときに間引きモードから人感モードへ移行する。

ｈ．間引きモードから最大モードへ移行する条件
人感モードの実行中に粒子濃度が監視濃度を超えた場合に所定出力で運転する最大モードへ移行する。これは、上記のｃ．の条件（基本モードから最大モードへの移行）と同じ考え方である。

ｉ．最大モードから基本モードへ移行する条件
最大モードの実行中に、粒子濃度が目標濃度を下回った場合に基本モードへ移行する。なお、最大モードから間引きモードへは移行しないものとする。なぜなら、最大モードは基本的に緊急時に発動するものであり、そのような状況下で省エネルギーが目的の間引きモードへ移行することは適切でないためである。

ｊ．最大モードから人感モードへ移行する条件
最大モードが解除されるのは粒子濃度が目標濃度まで下がってきたことを検知した場合であり通常は基本モードへ移行することになるが、環境条件やシステム仕様などによっては、人間Ｈの存在が検出されているときには基本モードを経由せずに最大モードから人感モードへ移行してもよい。

上述したように、本実施の形態にかかる空気清浄システム１０においては、制御部２８は、区画１２内の粒子濃度が目標濃度以下となるように規定数Ｎ以上の空気清浄装置１６を動作させる基本モードと、区画１２内の粒子濃度が目標濃度以下であって、所定の安定状態基準が満たされるときに、運転中の空気清浄装置１６を所定台数まで順次停止させる間引きモードとを実行する。このように、通常の基本モードとは別に間引きモードを実行することにより運転コストを低減するとともに省エネルギー化を図ることができる。また、間引きモードでは、特定の場所や特定の時間に関して集中的に空気浄化するのではなく、定常時における基本モードから移行することにより運転コストを一層低減することができる。

また、制御部２８は、人感センサ１８が人間Ｈを検出したときに規定数Ｎ以上の空気清浄装置１６を所定の第１出力以上で運転する人感モードを実行する。人感モードによれば、区画１２内に人間Ｈが入ってきた場合にも粒子濃度を適切に維持することができる。

さらに制御部２８は、区画１２内の粒子濃度が監視濃度以上となったときに全数の空気清浄装置１６を所定の第２出力以上で運転する最大モードを実行する。このように粒子濃度が監視濃度以上となった場合には、全数の空気清浄装置１６を所定の第２出力以上で運転することにより、粒子濃度を速やかに低下させることができる。

上記の４つの制御モードについては、すべてを使用する必要はない。例えば、人感センサ１８を設けない場合には人感モードは使用しない。また、区画１２の全体に上記の制御モードを一律に適用する必要もなく、部分的に常に最大モードや間引きモードで動かしてもよい。さらに、人感センサ１８による人間Ｈの有無および粒子濃度以外にも、区画１２の温度や生産装置１４の稼働状況などによって制御モードの移行に反映させてもよい。

次に、上記の制御モードの一部について更に拡張して柔軟な対応を可能にする手段を説明する。

上記の４つの制御モードは、パーティクルセンサ２０によって検出される粒子濃度および人感センサ１８によって検出される人間Ｈの有無によって移行条件が規定されているが、これは端的には以下の４つのケースに区分することができる。
ケースＡ：区画１２内に人間Ｈが存在していて、粒子濃度が高い場合
ケースＢ：区画１２内に人間Ｈが存在していて、粒子濃度が低い場合
ケースＣ：区画１２内に人間Ｈが存在せず、粒子濃度が高い場合
ケースＤ：区画１２内に人間Ｈが存在せず、粒子濃度が低い場合

ケースＡおよびケースＤは人間Ｈの有無が粒子濃度に影響を与えていると考えられる通常の場合である。このうち、ケースＡは、上記の人感モードによって対応し粒子濃度を低下させることができる。また、ケースＤは、上記の基本モードまたは間引きモードによって対応し送風量を低下させることができる。

一方、ケースＢのように区画１２内に人間Ｈが存在していても、粒子濃度が低いという状況もあり得る。これは、たとえば上記の第１基本モード条件が成立している場合であり、人感モードであっても低発塵状態で粒子濃度が目標濃度を下回っていれば基本モードに移行する。また、上記の第１安定状態基準や第２安定状態基準が成立すれば基本モードから間引きモードに移行する。つまり、人間Ｈが存在していても基本モードに移行する場合があり、さらには基本モードを経て間引きモードに移行する場合があり得る。

このように、基本モードおよび間引きモードでは人間Ｈが存在する状況と不在の状況とがあることから、人間Ｈによる発塵の可能性を考慮すれば場合分けをして適切な対処をすることが一層好ましい。さらに、ケースＣは通常の運用時には想定されないものであり、このような状況についても対処をすることが好ましい。以下、このような対処について３つの対処例を説明する。

まず、第１の対処例としては、人感モードの実行中で人感センサ１８が人間Ｈの存在を検出しているときに、区画１２内の粒子濃度が所定閾値以下となった場合、つまり上記の第１基本モード条件が成立した場合には、空気清浄装置１６の出力を数段階に分けて徐々に減少させて基本モードに移行する。この場合の出力減少の方式は、例えば以下に説明する第１態様または第２態様を取り得る。

第１の対処例における出力減少の第１態様としては、人感モードにおける上記の第１出力から、基本モードにおける出力範囲の最大値（つまり第１制御モードで規定される最大出力）まで徐々に減少させ、その後、基本モードに則って運転をする。

人感モードにおいて粒子濃度が目標濃度に比べて十分に低い場合、基本モードで通常のＰＩＤ制御を行うと空気清浄装置１６の風量が極端に低下する不安定な運転となり得るが、上記のとおり出力を徐々に減少させることにより、風量の急減を防止して安定的でスムーズな運転となる。空気清浄装置１６の不安定な運転とは、例えば人感モードで対処できていた発塵状況が基本モードの最低回転速度では対処できず、結局基本モードのＰＩＤ制御により回転数・風量が最大近くまで上昇し、または最大モードに移行するといった現象であるが、風量を徐々に減少させれば安定的な運転が可能となる。また、このモード移行中において仮に人間Ｈに起因して粒子濃度が上昇する状況となった場合には、人感モードに戻りまたは最大モードに移行するなどの対応を迅速に行うことができる。

このモード移行中には、たとえば、段階ごとに個別の目標粒子濃度を設定しておき、この目標粒子濃度に達するたびに出力を次の段階まで絞る。空気清浄装置１６の出力を減少させる段階数はステップ的な有限回でなく、連続的に減少させてもよい。

人感制御モードから基本制御モードに移行するまでの間は移行モード(図４参照)として実行する。移行モードは人感制御モードおよび基本制御モードとは異なる独立的なモードである。このような独立的な移行モードを設けることにより、例えば回転数の上昇が必要になった場合の対処（ステップ的に上昇させるのか、一気に人感モードの回転数まで戻すのか、基本モードのようなＰＩＤ制御とするのかなど）を詳細に規定しやすい。また、人感制御モードから基本制御モードに移行するまでの時間が長くなる場合において、例えば所定の表示部に移行モードである旨を表示すると作業者やシステム管理者が状況を把握しやすい。さらに、人感制御モードと基本制御モードとの間でいずれのモードにも属さない不明確な状態をなくすことができる。移行モードは後述する第２態様や最大モードからの移行にも対応する。

人感制御モードから基本制御モードまでは規定時間Ｔをかけて空気清浄装置１６の出力を徐々に減少させるとよい。移行モードの規定時間Ｔの適切な値に関しては、事前のＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析やＦＦＵの運転状態をもとにした換気回数計算で推定することができる。例えば、定格運転時で換気回数１５回／ｈ程度であれば規定時間Ｔは数分にすればよい。

図５は、第１の対処例における空気清浄装置１６の出力と、粒子濃度と、制御モードの区分を示すグラフであり、（ａ）は移行モードに規定時間Ｔをかける場合のグラフであり、（ｂ）は規定時間Ｔに達する以前に移行モードから基本モードに移行する場合のグラフである。図５において、細線５０は空気清浄装置１６の出力（回転数または送風量と実質的同義）であり、太線５２は粒子濃度であり、鎖線５４は目標濃度である。また図５で、横軸は経過時間であり、縦軸は細線５０、太線５２、鎖線５４に対応している。

図５（ａ）に示すように、人感モードと基本モードとの間の移行モードでは規定時間Ｔをかけて、現状の高い出力から、基本制御モードで規定される最大出力まで規定時間Ｔをかけて出力を調整する。この際、到達出力までの下げ方は図示のような線型的なものでもよいし、複数段階のステップ的なものでもよい。この方式では出力を徐々に減少させるため、粒子濃度は徐々に増加していく。この際、発塵源からの粒子の拡散ならびにそれに付随した粒子濃度の上昇に対し、適切な時間で出力を下げていった場合、パーティクルセンサ２０の値は制御目標とした粒子濃度５４に到達し、これをトリガーに移行モードから基本モードへ移行する。この方法により、粒子濃度の不適切な上昇や出力、粒子濃度のハンチングを防ぐことができる。

なお仮に、移行モードを設けずに仮想線５０ａで示すように出力を急減させると、粒子濃度は仮想線５２ａで示すように急上昇し目標濃度である鎖線５４を超えてしまい、これにより、図示の通り出力も再び上昇させることになり、粒子濃度がハンチングする懸念がある。これに対して上記の方式では粒子濃度のハンチングを防ぐことができる。

図５（ａ）は、出力を基本モードのレベルまで落としても粒子濃度が目標濃度を超えない場合である。図５（ｂ）は、鎖線５０ｂで示すように出力を基本モードのレベルまで時間をかけて落とそうとしていたところ、途中で粒子濃度が目標濃度付近となり、移行モードから基本モードへ移行して最適な出力にとどまる様子を示している。すなわち、移行モードでは徐々に出力を落としていくが、その最中に目標濃度に達した（または上回った）場合には、即座に基本モードに切り替わるものとする。このように、移行モードでは状況に応じた柔軟な対応が可能となっている。

また、出力を徐々に変化させる方式は出力低下時だけでなく上昇時でも使用することが可能である。本来、出力を増加させる場合は粒子濃度の上昇が懸念される状況にあるため、時間をかけるよりも迅速な制御による対応が望ましいが、区画１２に対する要求清浄度に対し十分に安全なレベルで制御を行っている場合などにおいて、出力増加時のハンチングを防ぐ意味で、出力上昇時にもこの移行モードを適用する制御が可能である。この場合もスムーズなモードの移行が実現できる。

次に、第１の対処例における出力減少の第２態様としては、人感制御モードから空気清浄装置１６の出力を所定のモード移行出力まで規定時間Ｔをかけて徐々に減少させてから基本制御モードに移行する。具体的には、移行モードに突入する段階でＰＩＤ制御に則って目標回転数を定め，その値になるように規定時間Ｔをかけて送風量を下げていく。このモード移行出力は、その時点のパーティクルセンサ２０で検出される粒子濃度をもとに到達すべきと判断した送風量に相当し、基本モードの制御則に沿って設定される。上記の第１態様では出力を基本モードの最大出力まで減少させるが、設計条件によっては「基本モードの最大出力」≧「人感モードの出力」となることもあり得る。

第２態様では、人感モードや最大モードの実行中に出力を下げる余地が生じた場合に、モード移行出力に合わせるよう現在の出力を徐々に落としていくことから、基本モードの制御則がＰＩＤ制御であればこの場合の移行モードの出力の下げ方もＰＩＤ制御ということになる。この第２態様によれば、現在の出力＞目標の出力の条件が常に成立し、設定上の不都合がない。基本モードの最低出力≧人感モードの設定出力という設定状況はあり得ないためである。また、この第２態様では上記の第１態様と同様に出力を徐々に減少させることにより、風量の急減を防止して安定的でスムーズな運転となる。

最大制御モードから基本制御モードに移行する際に上記と同様の移行モードを経由し、空気清浄装置１６の出力を徐々に減少させて基本制御モードに移行してもよい（図４参照）。これにより、最大制御モードから基本制御モードに移行する際にも安定したスムーズな移行が可能となる。

次に、第２対処例について説明する。

第２の対処例としては、人感モードから基本モードを経て間引きモードに移って該間引きモードを実行しているとき、人感センサ１８による人間Ｈの検出の有無により、間引きモードから基本モードへ移行する条件が異なるものとする。すなわち、人間Ｈが不在の場合には、上記の「ｆ」で示したように、粒子濃度が目標濃度を超えた場合に間引きモードから基本モードへ移行するが、人間Ｈが存在する場合はこのトリガーとしての移行閾値を目標濃度より低い値に設定する。

間引きモードでは空気清浄装置１６の運転台数が間引かれていることから、区画１２内で空気の流れが遅くなり又は不均一となっている可能性があり、人間Ｈに起因して生産装置１４付近の粒子濃度が多少高くなった場合に、やや離れた位置（たとえば、天面１２ａの近傍）のパーティクルセンサ２０で検出するまでにタイムラグが発生し、制御にも遅れが生ずる懸念がある。また、上記の通り空気清浄装置１６の最低回転速度は発塵負荷が十分に小さい状態を想定して規定されていて、人間Ｈが多い場合で潜在的な発塵負荷が大きいと判断される場合には当初規定の最低回転速度は低すぎて妥当ではない状況もあり得る。これに対して、空気清浄システム１０においては上記のように人間Ｈが存在する場合には基本モードへの移行閾値を低い値に設定することにより、早めに移行するように促進され、人間Ｈによる発塵で粒子濃度が上昇することを抑制できる。

この変更されたトリガー条件によって間引きモードから基本モードに戻った場合には、その後の所定時間、変更された移行閾値をそのまま基本モードにおける運転の目標濃度としてもよい。また、人間Ｈが多い場合には最低回転速度を高めに設定してもよい。

また、上記の場合は人間Ｈの有無により移行のためのトリガー条件を変えているが、人間Ｈの人数によってトリガー条件を変えると一層高精度の制御が可能である。例えば移行の閾値を考える際，人間Ｈの人数ｚに対して以下のような式で設定することが考えられる。
移行閾値Ｃ_ｔ＝３０００－３００ｚ ｚ：区画１２内の検知人数（０≦ｚ≦１０）

この式では人間Ｈの検知人数ｚが０人の場合には移行閾値を３０００として制御し、検知人数ｚが増えることで移行閾値をより低くして厳しめの条件としている。区画１２内にいる人数ｚは１０人以下（Ｃ_ｔ≧０）としているが、仮に１０人以上の場合はｚ＝１０とすればよい。この式の場合は、検知人数が１０人以上で目標濃度Ｃｔが０となるので、１０人を超えるような状況では人感モードから基本モードへは移行しないこととなる。

次に、第３の対処例について説明する。

第３の対処例は上記のケースＣに対応するものである。ケースＣは、区画１２内に人間Ｈが存在しないにもかかわらず粒子濃度が高い場合であり、例えば最大モードに移行して粒子濃度の低下を図る。一方、ケースＣは通常の運用時には想定されないものであり、装置・機器・センサ類の故障なども考えられることから、警報（注意報を含む）を出力するとともに状況を記録するために撮像手段２３により画像（静止画や動画）を取得して記録する。これにより、無人であるはずの区画１２内で発生した事象を事後的にまたは遠隔的に確認することができる。

この場合、区画１２の全体を撮像してもよいし、複数のパーティクルセンサ２０のうち特に粒子濃度が高い箇所の周辺を撮像してもよい。警報は区画１２内または遠隔の監視箇所に対して表示、発光、音響、音声などにより報知する。撮像手段２３は区画１２を常時撮像し記録するものであってもよい。この場合、ケースＣの状況が発生した時刻やその前後の画像を特定可能な手段を有するとよい。

上述した対処例は、空気清浄システム１０が人感センサ１８およびパーティクルセンサ２０を備え、双方を有効に活用することによって実現される。仮にパーティクルセンサ２０だけで人感センサ１８が設けられていない場合には、実行される制御区分は図６（ａ）に示すように２種類のみとなる。つまり、粒子濃度が高いときには最大運転（例えば最大モード）で対応し、低いときには省エネルギー運転（例えば間引きオード）で対応する。また、仮に人感センサ１８だけでパーティクルセンサ２０が設けられていない場合には、実行される制御区分は図６（ｂ）に示すように２種類のみとなる。つまり、人間Ｈが存在するときには最大運転で対応し、不在であるときには省エネルギー運転で対応することになる。

これに対して、本実施例のように人感センサ１８とパーティクルセンサ２０とを併用している場合には、実行される制御区分は図６（ｃ）に示すように４種類となり、しかもより緻密な制御が可能となっている。つまり、粒子濃度が高い場合には最大運転で対応するが、このうち人間Ｈが存在する場合（ケースＡ）では通常の最大運転を行うのに対し、人間Ｈが不在の場合（ケースＣ）では警報を発するとともに画像を記録する。

また、粒子濃度が低い場合には省エネルギー運転で対応するが、このうち人間Ｈが存在する場合（ケースＢ）では基本モードに戻りやすくする限定的な適用であるのに対し、人間Ｈが不在の場合（ケースＤ）ではそのような限定のない通常の適用となる。

このように、空気清浄システム１０では人感センサ１８およびパーティクルセンサ２０を備えていることから、区画１２内の人間Ｈの行動により突発的な発塵が生じた場合にも迅速に対応でき、また人感モードから基本モード、間引きモードへと移行するとき又は移行した後に、より慎重な制御が可能となる。また通常の運用で想定されない状況を検知し、それを警報として出力し、画像などの情報を記録することで、管理者の早急かつ適切な対策を可能にする。

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

１０ 空気清浄システム
１２ 区画
１４ 生産装置
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 空気清浄装置
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ 人感センサ
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ パーティクルセンサ
２２，２２ａ，２２ｂ 熱交換装置
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 撮像手段
２４ ファン
２８ 制御部
Ｈ 人間

Claims (11)

1. 区画内の空気を清浄化する出力可変型で複数の空気清浄装置と、
   前記区画内の粒子濃度を検出するパーティクルセンサと、
   前記パーティクルセンサで検出される粒子濃度に基づいて前記空気清浄装置を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記区画内の粒子濃度が第１閾値またはそれ以下となるように２以上である規定数の前記空気清浄装置を動作させる第１制御モードと、
   前記区画内の粒子濃度が前記第１閾値以下であって、所定の安定状態基準が満たされるときに、運転中の前記空気清浄装置を所定台数まで順次停止させる第２制御モードと、
   を実行し、
   前記安定状態基準は、前記空気清浄装置の出力設定範囲における最低出力運転が所定時間続くこと、又は、前記区画内の粒子濃度が前記第１閾値よりも小さい過剰清浄濃度をさらに下回る状態が所定時間続くこと
   であることを特徴とする空気清浄システム。
2. 請求項１に記載の空気清浄システムにおいて、
   前記区画内における人間の有無を検出する人感センサを備え、
   前記制御部は、前記人感センサが人間を検出したときに前記規定数以上の前記空気清浄装置を所定の第１出力以上で運転する第３制御モードを実行することを特徴とする空気清浄システム。
3. 請求項２に記載の空気清浄システムにおいて、
   前記第３制御モードの実行中で前記人感センサが人間の存在を検出している場合で、前記区画内の粒子濃度が所定値以下となったときに、前記空気清浄装置の出力を徐々に減少させて前記第１制御モードに移行することを特徴とする空気清浄システム。
4. 請求項３に記載の空気清浄システムにおいて、
   前記第３制御モードから前記空気清浄装置の出力を徐々に減少させ、前記第１制御モードで規定される最大出力まで減少させてから前記第１制御モードに移行することを特徴とする空気清浄システム。
5. 請求項３に記載の空気清浄システムにおいて、
   前記第３制御モードから前記空気清浄装置の出力を徐々に減少させ、前記パーティクルセンサで検出される粒子濃度をもとに到達すべきと判断されるモード移行出力まで減少させてから前記第１制御モードに移行することを特徴とする空気清浄システム。
6. 請求項３～５のいずれか１項に記載の空気清浄システムにおいて、
   前記第３制御モードから前記第１制御モードに移行するまでの間を移行モードとして実行することを特徴とする空気清浄システム。
7. 請求項３～６のいずれか１項に記載の空気清浄システムにおいて、
   前記第３制御モードから前記第１制御モードまで規定時間をかけて前記空気清浄装置の出力を減少させるように制御することを特徴とする空気清浄システム。
8. 請求項２～７のいずれか１項に記載の空気清浄システムにおいて、
   前記第３制御モードから前記第１制御モードを経て前記第２制御モードに移行して該第２制御モードを実行している場合、前記人感センサによる人間の検出の有無またはその人数により、前記第２制御モードから前記第１制御モードへ移行する条件が異なることを特徴とする空気清浄システム。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載の空気清浄システムにおいて、
   前記制御部は、前記区画内の粒子濃度が前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上となったとき、または前記区画内の粒子濃度が所定の増加速度閾値を超えたときに全数の前記空気清浄装置を所定の第２出力以上で運転する第４制御モードを実行することを特徴とする空気清浄システム。
10. 請求項９に記載の空気清浄システムにおいて、
    前記第４制御モードから前記第１制御モードに移行する際、前記空気清浄装置の出力を徐々に減少させて前記第１制御モードに移行することを特徴とする空気清浄システム。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載の空気清浄システムにおいて、
    人感センサにより前記区画内に人間が不在であると判断される場合で、前記パーティクルセンサで検出される粒子濃度が所定値以上であるときに、撮像手段により前記区画の少なくとも一部を撮像して記録することを特徴とする空気清浄システム。

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