JPH02150643A - クリーンルーム室系制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、クリーンルーム室系における換気量および室
圧を制御するクリーンルーム室系制御システムに関する
ものである。

〔従来の技術〕

近年、マイクロエレクトロニクス、バイオテクノロジな
どの最先端産業において、クリーンルームの需要が増大
しつつある。クリーンルームは、大別して、手術室や実
験用動物飼育室、生物工学研究室のような無菌状態の要
求されるバイオロジカルクリーンルームと、電子工業や
精密機械工業の工場のように室内の浮遊微粒子の少ない
清浄状態の要求されるインダストリアルクリーンルーム
とに分けられる。

このようなりリーンルームにおいて、その室圧および換
気量は設定値に常に維持されていることが望まれ、設定
値の変更に対してはその応答が早いことが要求される。

第３図は、従来のクリーンルーム室系制御システムの概
略構成図であり、バイオロジカルクリーンルームへの適
用例として示している。

バイオロジカルクリーンルームにおいて、例えばバクテ
リアを培養する場合には、バクテリアを室外へ逃がさな
いようにするために、クリーンルーム内を負圧に設定す
る。また、室外からの細菌などの侵入を防ぐためには、
クリーンルーム内を正圧に設定する。一方、クリーンル
ーム内で動物を飼育する場合などには、換気量を増大し
て供給することが望まれる。同図に示された室系制御シ
ステムにおいては、その設定室圧を所望の一定値とし、
設定換気量のみをクリーンルームの使用・未使用に応じ
て変化させるものとし２ている。すなわち、クリーンル
ームを使用する場合には設定換気量を増大させ、未使用
の場合には減少させるものとしている。

同図において、■はクリーンルーム、２はこのクリーン
ルーム１への給気通路に設けられた給気ダンパ、３はク
リーンルーム１からの運気通路に設けられた還気ダンパ
、４は給気風速を検出する給気側風速計、５は運気風速
を検出する運気側風速計、６は送風機、７は排風機、８
は送気ダクト、９は排気ダクト、１０はクリーンルーム
１における室圧を検出する差圧発信器、１１はこの差圧
発信器１０の検出する検出室圧Ｙ、を入力とし予め定め
られる設定室圧Ｙ　１ｓｅｔと比較のうえその室圧差に
応じて還気ダンパ３への設定運気風速Ｘ１を可変するコ
ントローラ、１２はクリーンルームＩの使用・未使用に
応じて給気ダンパ２への設定給気風速Ｙ　Ｚｓａｔ値の
設定変更を可能とする設定器である。

給気ダンパ２への設定器１２を介する設定給気１１Ｌ　
速Ｙ　２　Ｓ　ｅ　ｔは、クリーンルーム１を使用する
場合には大きく、使用しない場合には小ａ＜設定される
。そして、この設定給気風速Ｙ　２ｓ、、ｔに基づきこ
の設定風速Ｙ　２ｓａＬと風速計４を介して与えられる
検出給気風速Ｙ２との差が零となるように、給気ダンパ
２の開度調整（ＶＡＶ制御）が行われるものとなってい
る。一方、還気ダンパ３は、設定運気風速Ｘ１に基づき
この設定還気風速Ｘ、と風速計５を介して与えられる検
出運気風速との差が零となるように、その開度調整（Ｖ
ＡＶ制御ＩＩ）が行われるものとなっている。

次にこのように構成された室系制御システムの動作につ
いて説明する。すなわち、今、クリーンルーム１が未使
用状態にあるものとする。このとき、給気ダンパ２に対
しては小さな値の給気風速Ｙ２□１が設定されており、
この設定給気風速Ｙ２８、ｔに基づき給気ダンパ２がＶ
ＡＶ制御されることにより、クリーンルーム１における
換気量はその設定給気風速Ｙ２．１に応じた小さな値を
維持している。一方、クリーンルーム１における室圧も
、設定還気風速Ｘｌに基づく還気ダンパ３のＶＡＶ制御
により、設定室圧Ｙ　＋　ｒ、□を維持している。

このような状態から、クリーンルーム１を使用状態とす
べく給気ダンパ２への給気風速Ｙ　Ｚ　ｓ　ｅ　ｔの値
を大きく設定すると、この設定給気風速Ｙ　２　ｓ　ｅ
　ｔの増大に応答して給気ダンパ２の開度が開く方向へ
ＶＡＶ制御され、クリーンルームｌへの給気風量が増加
し始める。この給気風量の増加により、クリーンルーム
１における室圧すなわちコントローラ１１への検出室圧
Ｙ、が設定室圧Ｙ　Ｉｓ＠ｔに対して上昇するものとな
り、この室圧差に応じて還気ダンパ３への設定運気風速
Ｘ１の値が増大するものとなる。そして、この設定運気
風速ＸＩの増大に応答して還気ダンパ３の開度が開く方
向へＶＡＶ制御され始め、この還気ダンパ３のＶＡＶ制
御と給気ダンパ２のＶＡＶ制御との組み合わせにより、
やがてクリーンルーム１における換気量が、室圧を設定
室圧ＹＩｉ、を一定として、設定風速Ｙ２５８ｔに応じ
た大きな値に維持されるものとなる。

第４図は、この室系制御システムにおける室圧制御系を
示すブロック線図であり、設定室圧ＹＩｓｌに対して検
出室圧Ｙ、に差が生じれば、その設定室圧Ｙ１□ｔと検
出室圧Ｙ、との差に応じて還気ダンパ３への設定運気風
速ＸＩが可変され、この設定運気風速Ｘ、と風速計５を
介して得られる検出還気風速との差に応じて還気ダンパ
３がＶＡＶ制御され、クリーンルーム１の室圧が設定室
圧Ｙ１ｓ□に合致すべく制御されるものとなる。ここで
、図示−点鎖線で示すブロックにおいて、ＶＡＶカスケ
ードループが構築されるものとなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の室系制御システムによ
ると、給気ダンパ２に対する設定給気風速Ｙ　２ｓｅｔ
の設定変更に対し、室圧Ｙ　ｌ５ｅｔ一定としてその設
定風速Ｙ２５゜に応じた換気量を実際に確保するまでに
、かなりの時間を要するという問題がある。発明者の調
査では、この時間はその条件などによってまちまちでは
あるが、５〜１０分を必要としている。この問題は、室
圧制御系において、その室系主ループ内にＶ　Ａ、　Ｖ
カスケードルプを構築することを大きな要因として生ず
るものである。

すなわち、設定風速に応じてダンパをＶ　Ａ、　Ｖ制御
する場合、そのＶＡＶカスケードループの時定数は、ダ
ンパの開度を変化するモータスピードと実際の風速を検
出する風速計の検出（応答）スピードとによりはｙ′定
まり、風速計の応答スピードの遅れがネックとなってそ
の時定数が大きくなる。

そして、還気ダンパ３をＶ　Ａ　Ｖ　＄Ｊ御する場合、
そのＶＡＶカスケードループの時定数は室系主ループの
時定数よりも大きく　　（ＶＡＶカスケードループ時定
数〉室系主ループ時定数）、結果的にＶＡＶカスケード
ループでのＶＡＶ制御時間が長くなってしまう。つまり
、室圧制御系において、設定給気風速Ｙ　２　ｓ　ｅ　
ｔの設定変更により検出室圧Ｙ１が増大し始めると、そ
の室圧差に応じて還気ダンパ３に対する運気風速ｘ１の
設定値が上昇する。この設定還気風速Ｘ、を受けて還気
ダンパ３がＶＡＶ制御されるものとなるが、そのＶＡＶ
カスケードループの時定数が室系主ループの時定数より
も大きいことにより、さらに増大し続ける検出室圧Ｙ、
に応じた値の運気風速Ｘ、が還気ダンパ３に設定される
ものとなり、室系主ループ内に構築されたＶＡＶカスケ
ードループでのＶＡＶ制御時間が長びき、設定換気量を
室圧Ｙ　１ｓａＬ一定として確保するまでの時間が長く
なってしまうものとなる。

また、従来の室光制御システムによると、外乱などによ
って例えば室圧が変化すると、その室圧を設定室圧Ｙ　
ｌ５ｅｔに戻すためにかなりの時間がかかり、そのあい
だ換気量も設定値に対して乱れ不安定な状態が続くとい
う不具合が生ずる。

例えば、運気側のフィルタ１３に目詰まりが生じ、この
フィルタ１３を交換する場合を想定してみる。このとき
、クリーンルーム１が使用状態にあり、室圧Ｙ　ｌ５ｅ
ｔ一定として換気量が設定給気風速Ｙ　２　ｓ　ｅ　ｔ
に応じた大きな値に維持されているものとする。このよ
うな状態から、目詰まりしたフィルタ１３を交換すると
、このフィルタ１３での空気抵抗値が小となるために、
クリーンルーム１における室圧が低下すると共に換気量
が増大する。

このため、給気ダンパ２は増大する換気量を減少させる
ために閉じる方向へＶＡＶ制御され、還気ダンパ３は減
少する室圧を上昇させるために閉じる方向へＶＡＶ制御
されるものとなる。

ここで、給気ダンパ２におけるＶＡＶ制御と還気ダンパ
３におけるＶＡＶ制御に着目してみるに、給気ダンパ２
でのＶＡＶ制御による換気量の確保の方が還気ダンパ３
でのＶＡＶ制御による室圧の確保よりも速く完了する。

このとき、室圧は設定室圧Ｙ　１ｉａｔに対して低下し
ており、還気ダンパ３が引き続き閉じる方向へＶＡＶ制
御され、設定室圧Ｙ１□、を確保しようとする。しかし
、還気ダンパ３における空気抵抗値の増大により換気量
が減少するものとなり、減少する換気量を設定値に戻。

すべく給気ダンパ２が開く方向へＶＡＶ制御されるよう
になる。これにより、再び換気量が設定値に戻されるも
のとなるが、今度は室圧が逆に上昇し過ぎてしまうこと
になり、この室圧を設定室圧Ｙ　ｌ５ｅｔに戻すべく還
気ダンパ３が開く方向へＶＡＶ制御されるようになる。

以下、この繰り返しにより、最終的には設定換気量を確
保したうえ室圧が設定室圧Ｙ　ｌ５ｅｔに落ち着くもの
となる。このようなメカニズムで、設定換気量を確保し
たうえ設定室圧Ｙ１□１一定とするまでの制御時間が長
くなり、そのあいだ換気量も乱れ不安定な状態が続くこ
とになる（最悪の場合には、ハンチングを起こすことも
ある）。

この問題は、給気ダンパ２が還気ダンパ３に対して独立
してＶＡＶ制御されることに起因している。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
で、設定室圧に基づきこの設定室圧と実際の室圧との差
に応じて還気ダンパの）開度および給気ダンパの開度を
同時に制御する一方、設定給気風速に基づきこの設定給
気風速と実際の給気風速との差に応じて給気ダンパの開
度および還気ダンパの開度を同時に制御するようにした
ものである。

〔作用〕

したがってこの発明によれば、給気ダンパの開度および
還気ダンパの開度を同時に制御する際の制御パタメータ
を適当に定めれば、給気ダンパの開度ならびに還気ダン
パの開度を適値として、実際の給気風速および実際の室
圧を設定給気風速および設定室圧に一度に合わせ込むこ
とが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明に係るクリーンルーム室系制御システムを
詳細に説明する。第１図はこの学系制御システムの一実
施例を示す概略構成図であり、第２図はその室圧・給気
風速制御系を示すブロック線図である。同図において、
第３図および第４図と同一符号は同一構成要素を示しそ
の説明は省略する。

この学系制御システムにおいて、給気側風速計４の検出
する検出給気風速Ｙ２＋差圧発信器１０の検出する検出
室圧Ｙ、はコントローラ１１Ａに与えられ、コントロー
ラＩＩＡに対してクリーンルーム１の使用・未使用に応
じて設定給気風速Ｙ２□、が与えられるものとなってい
る。そして、コントローラＩＩＡにおいて、検出室圧Ｙ
、と設定室圧Ｙ　ｌ５ｅｔとが比較されたうえ、その室
圧差に応じた開度変化値Ｕ、およびＵ２が給気ダンパ２
Ａおよび還気ダンパ３Ａへ与えられると共に、検出給気
風速Ｙ２と設定給気風速Ｙｚｓ□とが比較されたうえ、
その給気風速差に応した開度変化値Ｕ１およびＵ２が給
気ダンパ２Ａおよび還気ダンパ３Ａへ与えられるものと
なっている。すなわち、コントローラ１１Ａより、室圧
差と給気風速差との両値に基づき決定される開度変化値
Ｕ１およびＵ２が、給気ダンパ２Ａおよび還気ダンパ３
Ａへ与えられるものとなっている。

下記式は、コントローラＩＩＡにおいてその開度変化値
Ｕ、およびＵ２を決定する行列式であり、ＦｌはＰ（比
例）成分としての制御パラメータ、Ｆ２はＩ　（積分）
成分としての制御パラメータであり、本実施例において
は、 として与えられている。

上記式において、その制御パラメータＦ＋、Ｆｚの値は
、システムの規模などによって異なるものであるが、基
本的には、次のような動作が行われることを前提条件と
して、計算によって定められる。すなわち、設定変更さ
れる給気風速Ｙ　２　ｓ　ｅ　ｔを室圧Ｙ　Ｉｓ４を一
定として確保し得るダンパ開度に給気ダンパ２Ａおよび
還気ダンパ３Ａが一度に合わせ込まれるように、また外
乱などによって変化する室圧を給気風速Ｙ　２ｓｅｔ一
定として設定室圧Ｙ、ｓ■に維持し得るダンパ開度に給
気ダンパ２Ａおよび還気ダンパ３Ａが一度に合わせ込ま
れるように、制御パラメータｐ＋、ｐｇの値を計算によ
って定めるものとしている。

なお、送気ダクト８と排気ダクト９との間には、クリー
ンルーム１に対して並設して、同様に構成されたクリー
ンルームが多数設けられている。

次にこのように構成された学系制御システムの動作を説
明する。

すなわち、今、クリーンルーム１が未使用状態にあるも
のとする。このとき、クリーンルーム１における換気量
はその設定給気風速Ｙ　Ｚ　ｍ　ａ　ｔに応じた小さな
値に維持され、クリーンルーム１における室圧は設定室
圧Ｙ　１ｓｅｔに維持されている。このような状態から
、クリーンルーム１を使用状態とすべくコントローラＩ
ＩＡへの設定給気風速Ｙ２５１の値を大きくすると、こ
の設定給気風速Ｙ　、、、、と検出給気風速Ｙ２とが比
較されたうえ、その給気風速差に応じた開度変化値Ｕ、
およびＵ２が給気ダンパ２Ａおよび還気ダンパ３Ａへ与
えられ、この開度変化値Ｕ１およびＵ２を受けて、給気
ダンパ２Ａおよび還気ダンパ３Ａの開度調整が同時に行
われるものとなる。すなわち、給気風速を増大させるよ
うに給気ダンパ２Ａの開度が開く方向へ制御され、この
給気風速の増大による室圧アップを抑制するように還気
ダンパ３Ａの開度が開く方向へ制御されるものとなる。

そして、給気ダンパ２Ａおよび還気ダンパ３Ａがその開
度変化値Ｕ。

およびＵ２に応じた値の開度変化をおこせば、ここでバ
ランスして、室圧Ｙ　Ｉｓ＠を一定とする給気風速の設
定給気風速Ｙ２゜、への確保が図られるものとなる。す
なわち、設定変更された給気風速Ｙ２ｓｉを設定室圧Ｙ
ｌｓｅｔ一定として確保し得るダンパ開度に給気ダンパ
２Ａおよび還気ダンパ３Ａが一度に合わせ込まれるもの
となり、極めて素早い給気風速の設定変更が行われるも
のとなる。しかも、還気ダンパ３Ａの開度調整は従来の
ような風速に基づ＜ＶＡＶ制御ではないので、風速計の
応答スピードの遅れによる制御時間の長期化が避けられ
るものとなり、その室圧制御系における制御時間の大幅
な短縮が図れるものとなる。本実施例においては、設定
給気風速Ｙ　２　ｓ　ｅ　ｔを室圧Ｙ１□１一定として
確保するまでの時間が１分程度となり、従来の５〜１０
分を要していた室系制御システムに比して、格段の効果
があることが認められた。

また、本実施例による室系制御システムによれば、外乱
などによって例えば室圧が変化した場合、その室圧を設
定室圧Ｙｌｓｅｔに戻すための時間が短くて済み、この
ため室圧と換気量とが乱れる不安定な状態が長く続くこ
とがなく、変動時間の短い極めて安定した室圧および換
気量の制御がなされるものとなる。

例えば、運気側のフィルタ１３に目詰まりが生じ、この
フィルタ１３を交換する場合を想定してみる。すなわち
、クリーンルーム１が使用状態にあり、室圧ＹＩ＊ａｔ
一定として換気量が設定給気風速Ｙ　２　ｓ　ｅ　ｔに
応じた大きな値に維持されており、このような状態から
フィルタ１３を交換するものとする。この場合、フィル
タ１３での空気抵抗値が小となるために、クリーンルー
ム１における室圧が低下すると共に換気量が増大する。

すると、この室圧の低下および換気量の増大に応じてコ
ントローラＩＩＡへ与えられる検出室圧Ｙ１および検出
給気風速Ｙ２の値が変化し、コントローラ１１Ａは、こ
の変化する室圧および換気量を打ち消すように、給気ダ
ンパ２Ａおよび還気ダンパ３Ａへ開度変化値Ｕ、および
Ｕ２を与える。そして、この開度変化値Ｕ、およびＵ２
に基づき、給気ダンパ２Ａおよび還気ダンパ３Ａの開度
が同時に制御され、給気風速Ｙ２□、一定として室圧を
設定室圧Ｙ　ｌ５ｅＬに維持し得る開度に、給気ダンパ
２Ａおよび還気ダンパ３Ａが一度に合わせ込まれるもの
となる。この場合、前記した式に基づく計算結果により
、給気ダンパ２Ａの開度をほとんどそのままとして、還
気ダンパ３Ａの開度が閉じる方向へ制御されるようにな
り、このようにして短時間の間に給気風速Ｙ　２ｓｅｔ
一定として室圧Ｙｌｓｅｔが確保されるようになる。

なお、本実施例においては、設定室圧Ｙ　ｌ５ｅｔの値
を一定としたが、任意の値に変更可能に構成したとして
も、同様の効果が得られるものとなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によるクリーンルーム室系制
御システムによると、設定室圧に基づきこの設定室圧と
実際の室圧との差に応じて還気ダンパの開度および給気
ダンパの開度を同時に制御する一方、設定給気風速に基
づきこの設定給気風速と実際の給気風速との差に応じて
給気ダンパの開度および還気ダンパの開度を同時に制御
するようにしたので、給気ダンパの開度および還気ダン
パの開度を同時に制御する際の制御パタメータを適当に
定めれば、給気ダンパの開度ならびに還気ダンパの開度
を適値として、実際の給気風速および実際の室圧を設定
給気風速および設定室圧に一度に合わせ込むことが可能
となり、換気量の設定変更（変化）、室圧の設定変更（
変化）に対し、その制御時間を従来に比して大幅に短縮
することができるようになり、変動時間の短い極めて安
定した室圧および換気量の制御を行うことができるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るクリーンルーム室系制御システム
の一実施例を示す概略構成図、第２図はこの室系制御シ
ステムにおける室圧・給気風速制御系を示すブロック線
図、第３図は従来のクリーンルーム室系制御システムを
示す概略構成図、第４図はこの学系制御システムにおけ
る室圧制御系を示すブロック線図である。 １・・・クリーンルーム、２Ａ・・・給気ダンパ、３Ａ
・・・還気ダンパ、４・・・給気側風速計、１０・・・
差圧発信器、ＩＩＡ・・・コントローラ、１２・・・設
定器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. クリーンルーム室系における換気量および室圧を制御す
   るクリーンルーム室系制御システムにおいて、設定室圧
   に基づきこの設定室圧と実際の室圧との差に応じて還気
   ダンパの開度および給気ダンパの開度を同時に制御する
   手段と、設定給気風速に基づきこの設定給気風速と実際
   の給気風速との差に応じて給気ダンパの開度および還気
   ダンパの開度を同時に制御する手段とを備えてなるクリ
   ーンルーム室系制御システム。