(57)【要約】【課題】計測される圧力値の変動を簡便な構成で抑え得る圧力計測装置およびシステムを提供する。【解決手段】計測対象空間２に配置された中空の計測管２２により、計測対象空間２における空気の圧力を計測する圧力計測装置２０に関し、内径を０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とする小径部２２ａを計測管２２に備える。計測対象空間２に配置された計測管２２の先端を収容し、且つ周囲の空間と連通する内部空間を有する計測箱２３を備えても良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象空間に配置された中空の計測管により、計測対象空間における空気の圧力を計測する圧力計測装置であって、
内径を０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とする小径部を前記計測管に備えたことを特徴とする圧力計測装置。
【請求項２】
計測対象空間に配置された前記計測管の先端を収容し、且つ周囲の空間と連通する内部空間を有する計測箱を備えたことを特徴とする請求項１に記載の圧力計測装置。
【請求項３】
前記計測管が分岐し、前記計測管の複数の先端が計測対象空間に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力計測装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧力計測装置を適用したことを特徴とする圧力計測システム。
【請求項５】
前記圧力計測装置により計測された計測対象空間の圧力値に連動し、制御対象空間における空気の圧力を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧力計測システム。
【請求項６】
前記制御対象空間はクリーンルームであり、前記計測対象空間は室外の空間であることを特徴とする請求項５に記載の圧力計測システム。
【請求項７】
前記制御対象空間はエレベータホールであり、前記計測対象空間はエレベータシャフトであることを特徴とする請求項５に記載の圧力計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気の圧力を計測する装置、およびこれを適用したシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば工場等のクリーンルームや、病院の陽圧室、陰圧室といった空間においては、室内と、外の空間との間で空気の圧力差を所定以上に保つ必要がある。そこで、こうした設備においては、外の空間における空気の圧力を計測し、その計測値に応じて室内の圧力を制御するような仕組みが設置される。
【０００３】
図１２はこのような圧力計測システムの一例を示しており、クリーンルーム等である制御対象空間１と、計測対象空間２（ここに示した例では、屋外を計測対象としている）との間の差圧を圧力計測装置３で計測するようになっている。圧力計測装置３は、本体４と、該本体４から延びる２本の計測管５を備えている。計測管５は、内径が４ｍｍ〜２０ｍｍ程度の中空の管であり、一方の計測管５の先端は制御対象空間１に、他方の計測管５の先端は計測対象空間２に配置されている。そして、計測対象空間２における空気の圧力を、制御対象空間１における空気の圧力との差圧として検出する。
【０００４】
建物内の一室として設置された制御対象空間１には、該制御対象空間１に空気を供給する給気ファン６と、制御対象空間１から空気を排出する排気ファン７が設けられている。給気ファン６は、給気ダクト８を通して制御対象空間１の天井裏に空気を供給し、排気ファン７は、排気ダクト９を通して制御対象空間１の床下から空気を排出するようになっている。排気ダクト９における排気ファン７より上流側の位置にはダンパ１０が設けられており、排気ダクト９を流通する空気の流量を調節できるようになっている。
【０００５】
給気ファン６や排気ファン７、ダンパ１０といった機器の動作は、制御装置１１により制御される。制御装置１１は、制御対象空間１の各部を監視し、設置された各機器の動作を制御する装置である。制御装置１１には、圧力計測装置３において検出された圧力値が圧力信号３ａとして入力される。制御装置１１においては、圧力信号３ａの示す圧力値に基づいてダンパ１０に対し開度信号１０ａを入力し、ダンパ１０の開度を必要に応じて変更することで排気ダクト９から排出される空気の量を制御する。
【０００６】
ここに示した例の場合、制御対象空間１としてクリーンルームを想定しており、制御対象空間１は陽圧に調整される。制御装置１１は、圧力信号３ａとして入力される差圧の絶対値が基準値以上の場合にはダンパ１０の開度を大きめにして制御対象空間１内の圧力を下げ、差圧の絶対値が基準値を下回る場合にはダンパ１０の開度を絞って圧力を上げる制御を行う。
【０００７】
圧力の計測を行うこの種の装置やシステムに関連する先行技術文献としては、例えば、下記の特許文献１、２等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−２４４５０号公報
【特許文献２】特開２０１３−２４６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、計測対象空間２が屋外である場合、圧力計測装置３において測定される圧力値は、自然風の風向きや風速等、種々の要因で頻繁に変動する。このため、制御装置１１は、差圧を保つために圧力値の変動に追従してダンパ１０の開度を頻繁に変更することになり、制御対象空間１内の圧力が安定しないという問題があった。
【００１０】
同様の事情は、クリーンルーム等の圧力制御を目的として屋外の圧力を計測する上記のような場合に限らず、空気の圧力が変動しやすい場所で圧力を計測することが要求される局面で広く存在する。
【００１１】
このような問題に対応し得る技術として、上記特許文献１、２には、圧力の計測に用いる中空管を長く延ばし、圧力の変動に対する計測値の応答を遅延させる技術が提案されている。しかしながら、このような方法では５０ｍ以上もの長大な中空管を用意する必要があり、装置の重量化や大型化を招いてしまう。
【００１２】
本発明は、斯かる実情に鑑み、計測される圧力値の変動を簡便な構成で抑え得る圧力計測装置およびシステムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、計測対象空間に配置された中空の計測管により、計測対象空間における空気の圧力を計測する圧力計測装置であって、内径を０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とする小径部を前記計測管に備えたことを特徴とする圧力計測装置にかかるものである。
【００１４】
本発明の圧力計測装置は、計測対象空間に配置された前記計測管の先端を収容し、且つ周囲の空間と連通する内部空間を有する計測箱を備えることができる。
【００１５】
本発明の圧力計測装置においては、前記計測管を分岐させ、前記計測管の複数の先端を計測対象空間に配置することができる。
【００１６】
また、本発明は、上述の圧力計測装置を適用したことを特徴とする圧力計測システムにかかるものである。
【００１７】
本発明の圧力計測システムは、前記圧力計測装置により計測された計測対象空間の圧力値に連動し、制御対象空間における空気の圧力を制御するよう構成することができる。
【００１８】
本発明の圧力計測システムにおいては、前記制御対象空間はクリーンルームとし、前記計測対象空間は室外の空間とすることができる。
【００１９】
本発明の圧力計測システムにおいては、前記制御対象空間はエレベータホールとし、前記計測対象空間はエレベータシャフトとすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の圧力計測装置およびシステムによれば、計測される圧力値の変動を簡便な構成で抑え得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施による圧力計測システムの全体構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施による圧力計測装置の形態の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施による圧力計測装置の作動を検証するための実験機の構成を示す模式図である。
【図４】実験機において計測された圧力値の変動を示すグラフである。
【図５Ａ】実験機における計測管の長さおよび径と、圧力値の応答時間の関係を示すグラフである。
【図５Ｂ】実験機における計測管の径と圧力値の応答時間の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施による圧力計測システムにおいて計測された圧力値の変動を示すグラフである。
【図７】本発明の実施による圧力計測装置の形態の別の一例を示す模式図である。
【図８】本発明の実施による圧力計測装置の適用例を示す模式図である。
【図９】本発明の実施による圧力計測装置の別の適用例を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施による圧力計測装置の形態のさらに別の一例を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施による圧力計測装置の形態のさらに別の一例を示す模式図である。
【図１２】従来における圧力計測システムの構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は本発明の実施による圧力計測システムの形態の一例を示している。図中、図１２と同一の符号を付した部分は同一物を表しており、基本的な構成は図１２に示す従来例と同様である。
【００２４】
制御対象空間１には、給気ファン６から給気ダクト８を通して空気が供給され、排気ダクト９を通して排気ファン７により空気が排出されるようになっている。排気ダクト９における排気ファン７より上流側の位置にはダンパ１０が設けられ、制御装置１１から入力される開度信号１０ａにより開度が調節される。クリーンルーム等である制御対象空間１は、室外の空間（ここでは、屋外）である計測対象空間２に対して陽圧に調整される。
【００２５】
本実施例の場合、計測対象空間２における空気の圧力を計測する圧力計測装置２０の構成が、図１２に示した従来例の圧力計測装置３と一部異なっている。
【００２６】
圧力計測装置２０は、本体２１から延びる２本の中空の計測管２２を備え、計測対象空間２における空気の圧力を、制御対象空間１における空気の圧力との差圧として検出するようになっている点は上記従来例の圧力計測装置３と共通しているが、図２に示す如く、計測管２２のうち、計測対象空間２に配置される側の計測管２２に、内径を小さく設定した小径部２２ａを設けている点が上記従来例と異なる。
【００２７】
通常、圧力計測装置の計測管としては、内径が４ｍｍ〜２０ｍｍの中空管が用いられることが一般的である。本実施例の圧力計測装置２０の場合、計測対象空間２側の計測管２２の一部を、内径が０．５ｍｍの中空管により構成される小径部２２ａとしている。本実施例では、圧力計測装置２０の本体２１として市販されているような一般的な製品を使用しており、こうした製品は通常、計測管として内径が４ｍｍ〜２０ｍｍの中空管を使用しているので、その一部を０．５ｍｍの中空管に置き換え、小径部２２ａとしている。小径部２２ａと、その他の部分との間は、継手２２ｂにより接続されている。尚、ここでは市販品を用いた簡便な実施例として、一般的な径の中空管に細い中空管を継手２２ｂにより接続した場合を例示したが、計測対象空間２側の計測管２２の全部を細い中空管により構成しても構わない。
【００２８】
このように、計測管２２に小径部２２ａを設けると、計測対象空間２における圧力の変動や空気の動きに対し、本体２１において計測される圧力値の応答を遅らせ、圧力値の変動を抑えて値を安定させることができる。
【００２９】
図３は、本実施例の如き圧力計測装置２０の性能を検証するために組み立てた実験機としての圧力計測装置３０の構成を示している。圧力の計測対象として空気を封入した空気袋３１を設置し、該空気袋３１に対しＴ字管３２を介して２本の計測管３３を接続する。２本の計測管３３はそれぞれ、内径を４ｍｍとする大径管３３ａと、内径を０．５ｍｍとする小径管３３ｂである。大径管３３ａ、小径管３３ｂの長さはいずれも５ｍである。大径管３３ａと小径管３３ｂのＴ字管３２とは反対側の端部には、それぞれ本体３４が接続されており、各本体３４は、それぞれ大径管３３ａまたは小径管３３ｂを介し、同一の計測対象（空気袋３１の内部）の圧力を計測するようになっている。
【００３０】
このような実験機３０の空気袋３１に対し、錘３５を載せて加重をかけ、各本体３４において圧力の変動を計測した。この計測の結果を図４に示す。大径管３３ａ側の本体３４においては、図４の上側に示す如く、錘３５を空気袋３１に載せ、また空気袋３１から除く操作を行うと、該操作に伴い、測定される圧力値が瞬時に変化した。一方、小径管３３ｂ側の本体３４においては、図４の下側に示す如く、錘３５の載置・除去に伴って計測される圧力値の応答に遅れが見られた。
【００３１】
さらに、小径管３３ｂを長さや内径の異なる中空管に交換し、小径管３３ｂの長さおよび径と、圧力値の応答時間の関係を検証する実験を行った。その結果を図５Ａ、図５Ｂに示す。応答時間の指標としては、錘３５を空気袋３１に載置する前の圧力値をゼロ（相対値）とし、載置した後の最終的な圧力値を１００（相対値）とした場合に、錘３５を載置してから本体３４における圧力値が９０を示すまでの時間を用いた。
【００３２】
図５Ａは、長さおよび径の異なる中空管をそれぞれ小径管３３ｂとして用いた装置に関して応答時間を測定し、長さを横軸に、応答時間を縦軸に取って測定結果をプロットしたグラフである。応答時間は、内径を０．５ｍｍとした場合（図中、正方形のシンボルで示す）において１０秒前後、１．０ｍｍとした場合（円形のシンボル）において０．５秒前後、２．０ｍｍとした場合（三角形のシンボル）において０．０５秒前後を示し、小径管３３ｂの内径が応答時間に大きく影響することがわかった。一方、小径管３３ｂの径が同じである場合、長さを変更しても応答時間にさほどの違いは見られなかった。すなわち、内径を０．５ｍｍとした場合、１．０ｍｍとした場合、２．０ｍｍとした場合のそれぞれにおいて、長さが０．５ｍの場合の応答時間と、５ｍの場合の応答時間に大きな違いはなかった。尚、内径を０．５ｍｍとした場合と１．０ｍｍとした場合において、長さを１ｍとした場合の応答時間が、他の長さ（０．５ｍまたは５ｍ）での応答時間より長くなっているが、これは実際の測定現場において加わった何らかの別の要素に起因する誤差であると考えられる。
【００３３】
図５Ｂでは、径を同じくする各条件での応答時間の平均値を縦軸に取り、横軸に小径管３３ｂの内径を取って、径と応答時間の関係を検討した。応答時間は、小径管３３ｂの内径を細くするほど長く、また、太くするほど短くなり、２ｍｍ以上ではほとんど遅れは観察されなかった。尚、内径をｘ、応答時間をｙとすると、両者の関係は以下の式にて表すことができる。
ｙ＝０．６９ｘ−３．８２
【００３４】
実用面を考えると、内径が２ｍｍ程度以上だと十分な遅れが得られない一方、内径をあまり細くすると応答の遅れが大きすぎ、計測の正確性に支障を生じる懸念がある。したがって、図２に示す如き実機において適当な応答の遅れを得るには、小径部２２ａの内径を０．２ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下とすることが好適である。さらに、小径部２２ａの内径を０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以下とすると、応答時間が約０．５〜１０秒の範囲内に収まり、室圧変動のパワースペクトルの大部分を占める０．１〜２Ｈｚの範囲のピークを効果的に緩和できる。また、応答時間がこの範囲に収まれば、ダンパ１０に一般的に要求される開閉速度能力や制御速度にも合致するので、いっそう好適である。
【００３５】
図２に示す如き圧力計測装置２０を設置した圧力計測システム（図１参照）において、本体２１で計測される圧力値の変動を図６に示す。図６中、破線は計測管として内径４ｍｍの中空管を用いた場合の圧力値の変化を示しており、計測対象空間における空気の状態の変動に伴い、計測される圧力値が大きく上下している。一方、実線は計測管２２に内径０．５ｍｍの小径部２２ａを用いた場合の圧力値の変化を示しており、変動が抑えられて緩やかに平均化された値が計測されている。
【００３６】
また、本実施例の場合、図１、図２に示す如く、計測対象空間２に配置された計測管２２の先端を取り囲むように計測箱２３を設置している。計測箱２３は、内部空間に計測管２２の先端を収容するように設置され、また、側面や下面には穴２３ａが設けられて内部空間が周囲の空間と連通している。こうすることにより、計測対象空間２の圧力を計測管２２を介して計測しつつ、風が計測管２２の先端に当たること等による計測値のぶれをいっそう効果的に抑えることができる。
【００３７】
こうして圧力計測装置２０において計測される圧力値の変動を緩やかに抑えることにより、図１に示す如き圧力計測システムにおいては、圧力信号２０ａに応じて制御されるダンパ１０の開度のように、圧力値に連動して変化する機器の運転状況を安定させ、制御対象空間１内の圧力を安定させることができる。この際、上記特許文献２に記載されている技術のように、数十ｍもの中空管を設置するような必要はなく、計測管２２の長さは最低数１０ｃｍもあれば十分であり、装置全体を軽量でコンパクトな構成とすることができる。
【００３８】
また、図３に示す実験機３０においては、図５Ａに示したように、小径管３３ｂの長さを１ｍ〜０．５ｍ程度にまで短くしても、応答の遅れに大きな変化は見られなかった。したがって、図２に示すように計測対象空間２側の計測管２２のほぼ全体を小径部２２ａとする必要は必ずしもなく、例えば図７に示す如く一部のみを小径部２２ａとしても、同様の効果が得られる。また、図７では計測管２２の先端部を小径部２２ａに設定しているが、計測対象空間２側の計測管２２であれば、小径部２２ａを設定する位置はどこでも良い。
【００３９】
ただし、建物の壁等を貫通する部分、あるいは、圧力計測装置２０の設置にあたって構造物等に干渉し得る部分を小径部２２ａとすると、壁に開ける穴が小さく済んだり、細い隙間を通すことができるので、圧力計測装置２０の設置に伴い建物の構造やレイアウトに加える変更が最小限で済む。例えば、図８に示す如く、建物４０のスライドドア４１の細い隙間を通すように、計測管２２の小径部２２ａを設置したり、あるいは図示は省略するが、建物の細い通風孔を通して小径部２２ａを設置するといったことも可能である。
【００４０】
また、上ではクリーンルーム等である制御対象空間１を陽圧に保つ目的で圧力計測装置２０を使用する場合を例に説明したが、これに限らず、圧力の計測を必要とする局面であれば、本発明は種々の用途に適用することができる。例えば図９に示す如く、建物のエレベータシャフト５０内の圧力を計測する目的でも、本実施例の圧力計測装置２０を設置することができる。高層ビル等においては、エレベータシャフト内で煙突効果による気流が生じることがあり、これを抑える目的でエレベータホールにファン等を設置し、エレベータシャフト内の圧力に応じてエレベータホールに対し給排気を行って圧力を調整する場合がある。そのような場合に、例えば図９に示す如く本実施例の圧力計測装置２０を設置し、計測対象空間であるエレベータシャフト５０内の圧力を計測しつつ、圧力値に連動して制御対象空間であるエレベータホール５１内の圧力を制御するのである。このとき、外扉５２の隙間の大きさ等によっては、小径部２２ａを外扉５２の隙間を通して設置することもできる。
【００４１】
図１０は圧力計測装置の別の例を示しており、ここに示した圧力計測装置２０では、計測対象空間２側の計測管２２の途中にＴ字継手２４を取り付け、分岐した２つの先端部にそれぞれ小径部２２ａを設け、該小径部２２ａの各先端を計測対象空間２に配置している。屋外等である計測対象空間２には多数のごみや埃が舞っていることが想定されるが、計測対象空間２側に計測管２２の先端が露出していると、ごみや埃が前記先端に付着したり、あるいは計測管２２の内部に侵入することが考えられる。ここで、計測管２２に小径部２２ａを設けていると、計測管２２の全体が通常の内径の中空管で構成されている場合と比較して閉塞が生じやすい。そこで、図１０に示す如く、小径部２２ａを備えた計測管２２を分岐させ、複数の先端を設けておけば、小径部２２ａを設けることで増加する閉塞のリスクに対し、正確な計測が不能にならないよう冗長性を持たせることができる。すなわち、一方の先端が閉塞しても、他方の先端が開通していれば圧力の計測に支障はない。尚、ここでは２つに分岐させた場合を例示したが、分岐の数をこれより多くしても構わない。
【００４２】
図１１は圧力計測装置のさらに別の例を示しており、ここに示した圧力計測装置では、計測対象空間２側の計測管２２の途中にＴ字継手２５を取り付けて先端側を２つに分岐させ、分岐した計測管２２の各先端を計測対象空間２の別々の位置に設置している。屋外等では、風向き等により、建物に対する位置によって空気の圧力が異なっている場合がある。そこで、図１１に示す如く計測対象空間２の別々の箇所に計測管２２の先端を設置し、それらをまとめて一個の本体２１に接続すると、各先端における空気の圧力が異なった場合に、本体２１において計測される圧力値はそれらの間の数値となる。建物の周辺全体における圧力を概算値として把握したい場合等に有効である。
【００４３】
以上のように、上記各実施例においては、計測対象空間２，５０に配置された中空の計測管２２により、計測対象空間２，５０における空気の圧力を計測する圧力計測装置２０に関し、内径を０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とする小径部２２ａを計測管２２に備えている。このようにすれば、計測対象空間２，５０における圧力の変動に対し、計測される圧力値の応答が遅れることで圧力値の変動が抑えられ、緩やかに平均化された値を計測することができる。
【００４４】
また、上記実施例の圧力計測装置２０は、計測対象空間２，５０に配置された計測管２２の先端を収容し、且つ周囲の空間と連通する内部空間を有する計測箱２３を備えることができ、このようにすれば、計測対象空間２，５０の圧力を計測管２２を介して計測しつつ、風が計測管２２の先端に当たること等による計測値のぶれをいっそう効果的に抑えることができる。
【００４５】
また、上記実施例の圧力計測装置２０においては、計測管２２を分岐させ、計測管２２の複数の先端を計測対象空間２に配置することができ、このようにすれば、小径部２２ａを設けることで増加する閉塞のリスクに対し、正確な計測が不能にならないよう冗長性を持たせることができる。
【００４６】
また、上記実施例においては、上述の圧力計測装置２０を圧力計測システムに適用している。
【００４７】
上記実施例の圧力計測システムは、圧力計測装置２０により計測された計測対象空間２，５０の圧力値に連動し、制御対象空間１，５１における空気の圧力を制御するよう構成されている。
【００４８】
上記実施例の圧力計測システムにおいては、前記制御対象空間はクリーンルーム１とし、前記計測対象空間は室外の空間２とすることができる。
【００４９】
上記実施例の圧力計測システムにおいては、前記制御対象空間はエレベータホール５１とし、前記計測対象空間はエレベータシャフト５０とすることができる。
【００５０】
したがって、上記本実施例によれば、計測される圧力値の変動を簡便な構成で抑え得る。
【００５１】
尚、本発明の圧力計測装置およびシステムは、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５２】
１    制御対象空間（クリーンルーム）
２    計測対象空間（室外の空間）
２０    圧力計測装置
２２    計測管
２２ａ  小径部
２３    計測箱
５０    計測対象空間（エレベータシャフト）
５１    制御対象空間（エレベータホール）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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