(57)【要約】【課題】任意のヒュームフード使用率を基に設計最大排気風量を算出する。【解決手段】設計最大排気風量演算装置１０は、設計対象個所に属するヒュームフード毎の最大排気風量から最大排気風量の合計値を算出する最大排気風量合計値算出部１３と、最大排気風量が登録されたヒュームフードの台数とヒュームフード使用率とデザインファクターとに基づいて、設計対象個所に属するヒュームフードの最大同時利用台数を算出する最大同時利用台数算出部１４と、最大同時利用台数をヒュームフード台数で割ることにより、設計対象個所に属するヒュームフードの最大同時利用率を算出する最大同時利用率算出部１５と、最大排気風量合計値に最大同時利用率を掛けることにより、設計対象個所における設計最大排気風量を算出する設計最大排気風量算出部１６とを備える。【選択図】  図２
2010133632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設計対象個所に属するヒュームフード毎の最大排気風量の値と、単位時間あたりのヒュームフード使用率と、稼働時間のうち設備に求められる条件が満たされる設計点であるデザインファクターとをパラメータとして外部から受け取るパラメータ入力手段と、
前記最大排気風量から設計対象個所に属する各ヒュームフードの最大排気風量の合計値を算出する最大排気風量合計値算出手段と、
前記最大排気風量が登録されたヒュームフードの台数と前記ヒュームフード使用率と前記デザインファクターとに基づいて、設計対象個所に属するヒュームフードの最大同時利用台数を算出する最大同時利用台数算出手段と、
前記最大同時利用台数を前記ヒュームフード台数で割ることにより、設計対象個所に属するヒュームフードの最大同時利用率を算出する最大同時利用率算出手段と、
前記最大排気風量合計値に前記最大同時利用率を掛けることにより、設計対象個所における設計最大排気風量を算出する設計最大排気風量算出手段とを備えることを特徴とする環境制御システムの設計最大排気風量演算装置。
【請求項２】
請求項１記載の環境制御システムの設計最大排気風量演算装置において、
前記最大同時利用台数算出手段は、前記ヒュームフード台数をｎ、前記ヒュームフード使用率をｐ、前記デザインファクターｑとしたとき、
【数１】
2010133632.tif 000005
を満たす最小の整数値を前記最大同時利用台数とすることを特徴とする環境制御システムの設計最大排気風量演算装置。
【請求項３】
設計対象個所に属するヒュームフード毎の最大排気風量の値と、単位時間あたりのヒュームフード使用率と、稼働時間のうち設備に求められる条件が満たされる設計点であるデザインファクターとをパラメータとして外部から受け取るパラメータ入力手順と、
前記最大排気風量から設計対象個所に属する各ヒュームフードの最大排気風量の合計値を算出する最大排気風量合計値算出手順と、
前記最大排気風量が登録されたヒュームフードの台数と前記ヒュームフード使用率と前記デザインファクターとに基づいて、設計対象個所に属するヒュームフードの最大同時利用台数を算出する最大同時利用台数算出手順と、
前記最大同時利用台数を前記ヒュームフード台数で割ることにより、設計対象個所に属するヒュームフードの最大同時利用率を算出する最大同時利用率算出手順と、
前記最大排気風量合計値に前記最大同時利用率を掛けることにより、設計対象個所における設計最大排気風量を算出する設計最大排気風量算出手順とを備えることを特徴とする環境制御システムの設計最大排気風量演算方法。
【請求項４】
請求項３記載の環境制御システムの設計最大排気風量演算方法において、
前記最大同時利用台数算出手順は、前記ヒュームフード台数をｎ、前記ヒュームフード使用率をｐ、前記デザインファクターｑとしたとき、
【数２】
2010133632.tif 000006
を満たす最小の整数値を前記最大同時利用台数とすることを特徴とする環境制御システムの設計最大排気風量演算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研究施設、工場、病院など、作業者の安全や製造物に対して危険を伴う環境において、発生する有毒ガス等を局所排気するヒュームフードの排気風量を制御する環境制御システムに係り、特に部屋および排気マニフォ−ルド別の設計最大排気風量を算出する設計最大排気風量演算装置および演算方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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排気装置に接続されている。
【０００３】
このようなヒュームフードと排気装置とを備えた環境制御システムでは、ダイバーシティ（同時利用率）という考え方を給排気設備設計に用いている。ダイバーシティとは、個別実験装置のピーク負荷の合算値よりも小さい容量に合わせて設備を設計することである。ダイバーシティを用いた設計の利点は、小規模な給排気設備で多くのヒュームフードを設置できることである。このように環境制御システムでは、ダイバーシティを考慮した設備設計が行われており、想定される同時利用率から部屋および排気マニフォ−ルド別の設計最大排気風量が計算され、その設計値に合わせて設備規模が決定される（非特許文献１参照）。
【０００４】
設計最大排気風量の具体的な設計手順は以下のようになる。
（Ａ）ダイバーシティ曲線から、設計対象個所の部屋および排気マニフォールドに属するヒュームフードの台数に対応する最大同時利用率を読み取る。
（Ｂ）設計対象箇所の部屋および排気マニフォールドに属するヒュームフードの最大排気風量を合計する。
（Ｃ）手順（Ｂ）で算出した最大排気風量の合計値に手順（Ａ）で決定した最大同時利用率を掛けた値を、設計対象個所の設計最大排気風量とする。
【０００５】
図４に米国フェニックス・コントロールズ社が提供するダイバーシティ曲線を示す。このダイバーシティ曲線は、１日の作業時間が１０時間でヒュームフード前面での作業時間が１時間（ヒュームフード使用率１０％）とした場合に、ヒュームフード台数がある台数の時、ヒュームフード前面で作業中の研究員の人数を統計的に示したものである。例えば、ヒュームフード１０台の研究施設では、いつの時間をとってもヒュームフード前面で作業中の研究員は４人、すなわち最大同時利用率は４０％となる。ただし、図４に示したダイバーシティ曲線はヒュームフード使用率が１０％のときのものであり、ヒュームフード使用率が変わればダイバーシティ曲線も変化する。
【０００６】
【非特許文献１】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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来提供されているダイバーシティ曲線は、全作業時間に対するヒュームフード使用率が１０％のものであり、すべての実験施設がこの使用率に当てはまるわけではない。運用後の実データから求めると、最大同時利用率１０％で設計された設備が、実際には最大同時利用率が３０％や５％になっていることがあった。特に実運用時の最大同時利用率が設計時の最大同時利用率よりも大きい場合は、安全面に多大に影響を及ぼす。したがって、任意のヒュームフード使用率を基に設計最大排気風量を算出する手法が必要であったが、従来はそのような手法が確立されていないという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、任意のヒュームフード使用率を基に設計最大排気風量を算出することができる環境制御システムの設計最大排気風量演算装置および演算方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の環境制御システムの設計最大排気風量演算装置は、設計対象個所に属するヒュームフード毎の最大排気風量の値と、単位時間あたりのヒュームフード使用率と、稼働時間のうち設備に求められる条件が満たされる設計点であるデザインファクターとをパラメータとして外部から受け取るパラメータ入力手段と、前記最大排気風量から設計対象個所に属する各ヒュームフードの最大排気風量の合計値を算出する最大排気風量合計値算出手段と、前記最大排気風量が登録されたヒュームフードの台数と前記ヒュームフード使用率と前記デザインファクターとに基づいて、設計対象個所に属するヒュームフードの最大同時利用台数を算出する最大同時利用台数算出手段と、前記最大同時利用台数を前記ヒュームフード台数で割ることにより、設計対象個所に属するヒュームフードの最大同時利用率を算出する最大同時利用率算出手段と、前記最大排気風量合計値に前記最大同時利用率を掛けることにより、設計対象個所における設計最大排気風量を算出する設計最大排気風量算出手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の環境制御システムの設計最大排気風量演算装置において、前記最大同時利用台数算出手段は、前記ヒュームフード台数をｎ、前記ヒュームフード使用率をｐ、前記デザインファクターｑとしたとき、
【数１】
2010133632.tif 000003
を満たす最小の整数値を前記最大同時利用台数とすることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の環境制御システムの設計最大排気風量演算方法は、設計対象個所に属するヒュームフード毎の最大排気風量の値と、単位時間あたりのヒュームフード使用率と、稼働時間のうち設備に求められる条件が満たされる設計点であるデザインファクターとをパラメータとして外部から受け取るパラメータ入力手順と、前記最大排気風量から設計対象個所に属する各ヒュームフードの最大排気風量の合計値を算出する最大排気風量合計値算出手順と、前記最大排気風量が登録されたヒュームフードの台数と前記ヒュームフード使用率と前記デザインファクターとに基づいて、設計対象個所に属するヒュームフードの最大同時利用台数を算出する最大同時利用台数算出手順と、前記最大同時利用台数を前記ヒュームフード台数で割ることにより、設計対象個所に属するヒュームフードの最大同時利用率を算出する最大同時利用率算出手順と、前記最大排気風量合計値に前記最大同時利用率を掛けることにより、設計対象個所における設計最大排気風量を算出する設計最大排気風量算出手順とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、任意のヒュームフード使用率、任意のデザインファクターを適用して設計対象個所における設計最大排気風量を算出することができる。これにより、本発明では、実運用時に近い最大同時利用率を用いて配管やバルブなどの設備を設計することが可能になり、設計想定と運用実績で乖離の少ない設備設計が可能になる。また、本発明では、作業特性や施設種別（生産、研究所、大学）に応じて設計に用いる最大同時利用率を使い分けることができる。さらに、設備改修時の再設計では、実データを基に、施設に則したヒュームフード使用率を準備して設備を設計することが可能になる。その結果、本発明では、安全で信頼性の高い環境制御システムを提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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環境制御システムの構成を示すブロック図である。環境制御システムは、複数のヒュームフード１と、各ヒュームフード１から稼働状態を表すデータを収集し、ヒュームフード１の排気バルブ６を制御する複数の排気バルブコントローラ２と、収集されたデータに基づいて作業者にとって安全な作業環境かどうかを判断する監視装置３と、各排気バルブコントローラ２と監視装置３とを接続するネットワーク４とを有する。図１に示した各ヒュームフード１は、全て同一の排気マニフォ−ルド７に接続され、排気されるものとし、排気マニフォ−ルド７の末端には排気ファン８が設けられている。
【００１３】
各排気バルブコントローラ２は、それぞれ対応するヒュームフード１から稼働状態を示すデータを収集する。データは、瞬時排気風量のみの場合、瞬時排気風量とサッシ開度とからなる場合、瞬時排気風量とサッシ開度と人検知センサの検知結果（作業者の在／不在）とからなる場合などがあり、ヒュームフード１の形式によって収集可能なデータが異なる。
【００１４】
各排気バルブコントローラ２は、それぞれ対応するヒュームフード１から収集したデータに基づいて排気風量を制御する。サッシ開度に応じてヒュームフード１の排気風量を変化させる変風量（VAV:Variable Air Volume ）方式の場合、各排気バルブコントローラ２は、それぞれ対応するヒュームフード１のサッシ５の開度を基にサッシ開口部の面風速が例えば０．５ｍ／ｓとなるようにヒュームフード１の排気バルブ６を調節して排気風量を制御する。
【００１５】
また、作業者がいない場合は排気風量を低下させるＵＢＣ（Usage Based Controls（登録商標））方式の場合、各排気バルブコントローラ２は、それぞれ対応するヒュームフード１に設置された人検知センサ（不図示）により、ヒュームフード１の前に作業者がいるかどうかを確認し、作業者がいるときには排気バルブ６を調節して排気風量を増やし、作業者がいないときには安全な待機レベルまで排気風量を低下させる。
【００１６】
監視装置３は、各排気バルブコントローラ２から受信したデータに基づいて、例えば各ヒュームフード１の瞬時排気風量の合計値を算出し、この瞬時排気風量の合計値と設計最大排気風量とを比較することにより、作業者にとって安全な作業環境かどうかを判断し、危険が迫っていると判断すれば、警報を発する。
【００１７】
以上のような環境制御システムの設備設計を行うために設計最大排気風量を算出する設計最大排気風量演算装置の構成を図２に示す。設計最大排気風量演算装置１０は、パラメータ入力部１１と、ヒュームフード台数計数部１２と、最大排気風量合計値算出部１３と、最大同時利用台数算出部１４と、最大同時利用率算出部１５と、設計最大排気風量算出部１６と、記憶部１７と、設計最大排気風量出力部１８とを有する。
【００１８】
次に、設計最大排気風量演算装置１０の動作を図３を用いて説明する。まず、パラメータ入力部１１は、例えばオペレータから入力されたパラメータを受け取り、パラメータを記憶部１７に格納する（図３ステップＳ１）。設計最大排気風量を算出するために必要なパラメータとしては、設計対象個所の部屋および排気マニフォールド７に属する各ヒュームフード１毎の最大排気風量（設計値）Ｔと、単位時間あたりのヒュームフード使用率ｐと、デザインファクターｑとがある。
【００１９】
１日の作業時間が１０時間でヒュームフードの使用時間が１時間の場合、単位時間あたりのヒュームフード使用率ｐは１０％となる。デザインファクターｑは、稼働時間のうち設備に求められる条件が満たされる設計点（または信頼率）である。言い換えると、デザインファクターｑは、決められた割合の時間はシステムに求められる条件が満たされるような設計点（すなわち、信頼度）であり、統計的な安全率である。９９％のデザインファクターｑは、使用時間（企業でいう定時間内）に占める９９％の時間帯で、ヒュームフード１の排気風量の合計値が設計された排気風量よりも低くなるということを意味する。具体的には、一日の作業時間を８時間（＝４８０分）とすると、９９％にあたる７時間５５分（＝４７５．２分）の時間帯では、ヒュームフード１の排気風量の合計値が設計された排気風量（設計最大排気風量）よりも低くなることになる。つまり、使用時間のうち９９％の安全率（デザインファクター）から算出した設計値が設計排気風量となる。
【００２０】
続いて、ヒュームフード台数計数部１２は、最大排気風量Ｔが登録されたヒュームフード１の台数ｎ、すなわち設計対象個所の部屋および排気マニフォールド７に属するヒュームフード１の台数ｎを数える（ステップＳ２）。算出されたヒュームフード台数ｎは、記憶部１７に格納される。
【００２１】
最大排気風量合計値算出部１３は、設計対象個所の部屋および排気マニフォールド７に属する各ヒュームフード１の最大排気風量Ｔの合計値Ｔａｌｌを算出する（ステップＳ３）。算出された最大排気風量合計値Ｔａｌｌは、記憶部１７に格納される。
【００２２】
次に、最大同時利用台数算出部１４は、設計対象個所の部屋および排気マニフォールド７に属するヒュームフード１の台数ｎと単位時間あたりのヒュームフード使用率ｐとデザインファクターｑに基づいて、設計対象個所の部屋および排気マニフォールド７に属するヒュームフード１の最大同時利用台数Ｒを算出する（ステップＳ４）。最大同時利用台数算出部１４は、以下の式（１）を満たす最小の整数値Ｒを求める。このＲがデザインファクターｑを満たす、ヒュームフード１の最大同時利用台数である。算出された最大同時利用台数Ｒは、記憶部１７に格納される。
【００２３】
【数２】
2010133632.tif 000004
【００２４】
最大同時利用率算出部１５は、ステップＳ４で算出された最大同時利用台数ＲをステップＳ２で算出されたヒュームフード台数ｎで割ることにより、設計対象個所の部屋および排気マニフォールド７に属するヒュームフード１の最大同時利用率ｒを算出する（ステップＳ５）。算出された最大同時利用率ｒは、記憶部１７に格納される。
ｒ＝Ｒ／ｎ                                                      ・・・（２）
【００２５】
設計最大排気風量算出部１６は、ステップＳ３で算出された最大排気風量合計値ＴａｌｌにステップＳ５で算出された最大同時利用率ｒを掛けることにより、設計対象個所の部屋および排気マニフォールド７における設計最大排気風量Ｔｍａｘを算出する（ステップＳ６）。算出された設計最大排気風量Ｔｍａｘは、記憶部１７に格納される。
Ｔｍａｘ＝Ｔａｌｌ×ｒ                                          ・・・（３）
【００２６】
設計最大排気風量出力部１８は、設計最大排気風量算出部１６が算出した設計最大排気風量Ｔｍａｘの値を例えば表示することによりオペレータに通知する（ステップＳ７）。
以上で、設計最大排気風量演算装置１０の動作が終了する。
【００２７】
次に、本実施の形態の設計最大排気風量演算装置１０による設計最大排気風量Ｔｍａｘの算出例を示す。
まず、第１の例として、最大排気風量Ｔが１５００ｍ3／ｈのヒュームフード１が１０台ある部屋において、ヒュームフード使用率ｐが２０％、デザインファクターｑ（３σ）が９９．７４％の場合の設計最大排気風量Ｔｍａｘを算出する。この場合、ヒュ−ムフード台数ｎが１０台で、最大排気風量合計値Ｔａｌｌが１５００ｍ3／ｈ×１０＝１５０００ｍ3／ｈ、式（１）より最大同時利用台数Ｒが６台となり、最大同時利用率ｒが６台／１０台＝０．６（６０％）となるので、設計最大排気風量Ｔｍａｘは１５０００ｍ3／ｈ×０．６＝９０００ｍ3／ｈとなる。
【００２８】
次に、第２の例として、最大排気風量Ｔが１５００ｍ3／ｈのヒュームフード１が１０台ある部屋において、ヒュームフード使用率ｐが１０％、デザインファクターｑ（３σ）が９９．７４％の場合の設計最大排気風量Ｔｍａｘを算出する。この場合、ヒュ−ムフード台数ｎが１０台で、最大排気風量合計値Ｔａｌｌが１５００ｍ3／ｈ×１０＝１５０００ｍ3／ｈ、式（１）より最大同時利用台数Ｒが４台となり、最大同時利用率ｒが４台／１０台＝０．４（４０％）となるので、設計最大排気風量Ｔｍａｘは１５０００ｍ3／ｈ×０．４＝６０００ｍ3／ｈとなる。
【００２９】
以上のように、本実施の形態では、任意のヒュームフード使用率、任意のデザインファクターを適用して設計対象個所における設計最大排気風量を算出することができる。これにより、本実施の形態では、実運用時に近い最大同時利用率を用いて配管やバルブなどの設備を設計することが可能になり、設計想定と運用実績で乖離の少ない設備設計が可能になる。また、本実施の形態では、作業特性や施設種別（生産、研究所、大学）に応じて設計に用いる最大同時利用率を使い分けることができる。さらに、設備改修時の再設計では、実データを基に、施設に則したヒュームフード使用率を準備して設備を設計することが可能になる。その結果、本実施の形態では、安全で信頼性の高い環境制御システムを提供することが可能になる。
【００３０】
なお、本実施の形態において設計最大排気風量演算装置１０は、ＣＰＵ、メモリ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、メモリ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。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、ヒュームフードの排気風量を制御する環境制御システムにおいて設計最大排気風量を算出する技術に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係る環境制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る設計最大排気風量演算装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る設計最大排気風量演算装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】ダイバーシティ曲線の１例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…ヒュームフード、２…排気バルブコントローラ、３…監視装置、４…ネットワーク、５…サッシ、６…排気バルブ、７…排気マニフォ−ルド、８…排気ファン、１０…設計最大排気風量演算装置、１１…パラメータ入力部、１２…ヒュームフード台数計数部、１３…最大排気風量合計値算出部、１４…最大同時利用台数算出部、１５…最大同時利用率算出部、１６…設計最大排気風量算出部、１７…記憶部、１８…設計最大排気風量出力部。
【図１】
2010133632.tif 000007
【図２】
2010133632.tif 000008
【図３】
2010133632.tif 000009
【図４】
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