(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワーク化された屋内の空気測定システムであって、
空気サンプルの特性を測定することが可能である、空気吸込みポートを持つセンサと、
前記センサの空気吸込みポートと連通し且つ建物内を通り配設された基幹チューブと、
建物内の距離に関係して相互に遠隔位置に配置され、複数の吸気弁の１つを介して導入された空気が前記基幹チューブに連通させられるように前記基幹チューブと連通する複数の吸気弁と、
前記センサと各吸気弁とに接続され、前記基幹チューブを介して前記センサへ連通した前記複数の吸気弁の各々から個々の空気サンプルを形成する個々に規定された時間に、前記複数の吸気弁の各々を開閉する制御シーケンスを実行するコントローラと、
前記コントローラはデジタル通信ネットワークを介して前記吸気弁のひとつに対し指令を通知できるように、前記コントローラを前記吸気弁に接続する該デジタル通信ネットワークと、
を備えるネットワーク化された屋内の空気測定システム。
【請求項２】
前記基幹チューブと対応する吸気弁との間に接続され、該吸気弁を前記基幹チューブと連通状態にする第１の分岐管と、
前記基幹チューブと前記分岐管との間に接続された空気サンプル経路指向装置と、をさらに備え、
前記コントローラが更に、前記第１の分岐管、前記経路指向装置および前記基幹チューブを経て前記センサへ移動するように空気サンプルを対応する吸気弁内へ取込ませるよう空気サンプルの動作を制御する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
追跡物質の存在を測定することにより、煙霧フード汚染テストを実施するため、
前記吸込み弁のひとつは空気サンプルを受ける煙霧フード汚染領域の外側の第１の場所で吸込みポートを有し、
前記空気サンプルは前記システムを介して前記第１の場所から前記追跡物質を感知する前記センサへ搬送され、
前記制御シーケンスは複数の煙霧フードの選択された煙霧から空気サンプルを受けるように前記センサに作用する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
空気経路指向弁と、
前記空気経路指向弁を介して相互接続されたチューブ・セグメントのネットワークと、をさらに含み、
前記コントローラは前記空気経路指向弁に結合されて前記空気経路指向弁を制御し、ひとつのチューブ・セグメントと他のチューブ・セグメントの間の空気の通信のために前記空気経路指向弁を設定し、
前記チューブ・セグメントは少なくともひとつのセグメントのツイン・チューブを含む、
請求項１に記載のネットワーク化された空気測定システム。
【請求項５】
前記コントローラはデジタル通信ネットワークを介して前記センサと各吸気弁とに接続され、該コントローラにより実行される制御シーケンスが更に前記デジタル通信ネットワークを介して指令を送る、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記コントローラが、第１のモードにおいて前記複数の吸気弁の各々を個々に規定された時間に開閉する制御シーケンスを実行して前記基幹チューブを介して前記センサに連通される前記複数の吸気弁の各々からの個々の空気サンプルを形成する、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラが、第２のモードにおいて、前記複数の吸気弁から選択された複数の弁を同時に開閉する制御シーケンスを実行し、空気を導入して前記センサに連通された混合空気サンプルを形成する、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラが前記第２のモードに入る制御シーケンスを実行し、混合サンプルの測定がセンサにより行われ、混合サンプルの測定が予め定めた基準を満たすときにのみ前記第１のモードに入る、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
経路指向弁と、
前記経路指向弁により前記基幹チューブに接続された複数の分岐管と、を更に備え、
前記コントローラは前記経路指向弁に結合され、前記複数の分岐管の任意のものを前記基幹チューブと連通状態にするように前記経路指向弁を制御する、
請求項５記載のシステム。
【請求項１０】
経路指向弁と、
前記経路指向弁を介して相互接続された複数のチューブと、
前記経路指向弁に結合され、前記複数のチューブの任意の１つと基幹チューブを該複数のチューブと基幹チューブの他の１つと連通状態にするように前記経路指向弁を制御するコントローラと、
を更に備える請求項５記載のシステム。
【請求項１１】
前記基幹チューブと対応グループの吸気弁との間に接続され、各々が対応グループの吸気弁の各吸気弁を前記基幹チューブと連通状態にする複数の分岐管を更に備える、請求項５記載のシステム。
【請求項１２】
測定が前記センサにより行われ、前記コントローラが測定を監視して安定な空気サンプルが得られたときを判定する、請求項５記載のシステム。
【請求項１３】
前記基幹チューブと連通状態にある空気伝搬物質の発生源と、を更に備え、
前記センサは前記空気伝搬物質を検出することができ、
前記コントローラが前記発生源と前記センサと前記複数の弁とに結合され、該コントローラが、前記発生源と前記センサと前記複数の弁とをシーケンスで動作させ、排出部として働く複数の吸気弁の１つを介して該発生源から前記空気伝搬物質を排出し、空気サンプルを前記複数の吸気弁の１つから前記センサへ搬送する、
請求項５記載のシステム。
【請求項１４】
前記空気伝搬物質がトレーサ・ガスである、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記空気伝搬物質が粒子である、請求項１３記載のシステム。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記複数の吸気弁の各々ごとに個々に規定される予め定めた間隔後に、安定空気サンプルが得られたことを判定するため前記コントローラにより監視されるタイマを更に含む、請求項５記載のシステム。
【請求項１７】
測定が前記センサにより行われ、前記コントローラは安定空気サンプルが得られたことを判定するため前記所定の間隔後に測定を監視する、請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
現測定の所定の間隔と安定性は、安定空気サンプルが得られた後に以前に記録された間隔に応答する方法により調整される、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
空気流から時間的に平均化されたサンプルを取得する空気弁を更に備える、請求項５記載のシステム。
【請求項２０】
前記コントローラは、ディジタル通信ネットワークを介して遠隔位置に配置された吸気弁に接続される、請求項５記載のシステム。
【請求項２１】
前記基幹チューブと対応する吸気弁との間に接続され、該吸気弁を前記基幹チューブと連通状態にする第１の分岐管と、
前記基幹チューブと前記分岐管との間に接続された空気サンプル経路指向装置と、をさらに備え、
前記コントローラが更に、前記第１の分岐管、前記経路指向装置および前記基幹チューブを経て前記センサへ移動するように空気サンプルを対応する吸気弁内へ取込ませるよう空気サンプルの動作を制御する、請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
前記コントローラは、デジタル通信ネットワークを介して前記センサと各吸気弁と空気サンプル経路指向弁に接続され、該コントローラにより実行される制御シーケンスが更に前記デジタル通信ネットワークを介して前記センサと各吸気弁と空気サンプル経路指向弁へ指令を送る、請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
前記空気サンプル経路指向装置と第２の分岐管に対応する別の吸気弁との間に接続された該第２の分岐管を更に備える、請求項２２記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１の分岐管と前記基幹チューブとの間に接続された別の空気サンプル経路指向装置を更に備える、請求項２２記載のシステム。
【請求項２５】
前記空気サンプル経路指向装置は、前記基幹チューブとリング状構造を形成するように該基幹チューブにその異なる端部で接続される、請求項２４記載のシステム。
【請求項２６】
分岐管および前記空気サンプル経路指向装置とを介して前記基幹チューブと連通する第２のセンサを更に備え、前記コントローラが更に、開いた吸気弁内へ取込まれた空気サンプルを前記第２のセンサに連通させるように前記空気サンプル経路指向装置の動作を制御する、
請求項２２記載のシステム。
【請求項２７】
空気流から平均的サンプルを提供する吸気弁を更に備える、請求項２２記載のシステム。
【請求項２８】
少なくともひとつの吸気弁は、
高圧吸込みポートと、
前記高圧吸込みポートと連通する平均化チャンバと、ある時間間隔にわたり前記吸込みポートを介して導入された空気は前記平均化チャンバ内で混合され、
前記平均化チャンバと連通する低圧排出ポートを含み、空気は前記平均化チャンバから前記低圧排出ポートを介して排気され、
前記平均化チャンバと前記基幹チューブとに連通するソレノイド弁を含み、該ソレノイド弁を介して前記平均化チャンバからの空気が前記基幹チューブへ導入される、
請求項２２記載のシステム。
【請求項２９】
前記吸込みポートと排出ポートは、空気流制御装置の高圧側と低圧側とにそれぞれ配置される、請求項２８記載のシステム。
【請求項３０】
前記空気流制御装置は室内排気弁である、請求項２９記載のシステム。
【請求項３１】
前記空気流制御装置が室内構造空気供給弁である請求項２９記載のシステム。
【請求項３２】
前記吸込みポートは室の空間内に配置される、請求項２９記載のシステム。
【請求項３３】
前記コントローラは、ディジタル通信ネットワークを介して遠隔位置に配置された吸気弁に接続される、請求項２２記載のシステム。
【請求項３４】
前記第１の分岐管は、前記空気サンプル経路指向弁と複数の対応する吸気弁の間に接続された複数の分岐管のひとつである、請求項２２に記載のシステム。
【請求項３５】
ネットワーク化された屋内の空気測定システムであって、
空気サンプルの特性を測定することが可能である、空気吸込みポートを持つセンサと、
前記センサの空気吸込みポートと連通し且つ建物内を通り配設された基幹チューブと、
建物内の距離に関係して相互に遠隔位置に配置され、前記複数の吸気弁の１つを介して導入された空気が前記基幹チューブに連通させられるように前記基幹チューブと連通する複数の吸気弁と、
前記センサと各吸気弁とに接続され、個々に規定された時間に前記複数の吸気弁の各々を開閉して前記基幹チューブを介して前記センサへ連通した前記複数の吸気弁の各々からの個々の空気サンプルを形成する制御シーケンスを実行するコントローラと、前記コントローラはデジタル通信ネットワークを介してセンサおよび各吸気弁に接続され、前記制御シーケンスは前記デジタル通信ネットワークを通して指令を伝送するために前記コントローラにより実行され、
空気流から時間平均されたサンプルを得る空気弁と、
を備え、
前記空気弁はさらに、
高圧吸込みポートと、
前記高圧吸込みポートと連絡する平均化チャンバとを含み、ある時間間隔にわたり前記吸込みポートを介して導入された空気が前記平均化チャンバ内で混合され、
前記平均化チャンバと連絡する低圧排出ポートとを含み、空気が前記平均化チャンバから前記低圧排出ポートを介して排出され、
前記平均化チャンバと基幹チューブとに連絡し、前記平均化チャンバからの空気が基幹チューブへ導入される、ソレノイド弁と、
含むネットワーク化された屋内の空気測定システム。
【請求項３６】
前記吸込みポートと排出ポートとが空気流制御装置の高圧側と低圧側とにそれぞれ配置される、請求項３５記載のシステム。
【請求項３７】
前記空気流制御装置は室内排出弁である、請求項３６記載のシステム。
【請求項３８】
前記空気流制御装置は室内構造空気供給弁である請求項３６記載のシステム。
【請求項３９】
前記吸込みポートは室の空間内に配置される、請求項３６記載のシステム。
【請求項４０】
中央の場所において、建物内で距離に関して相互に遠隔位置に配置された屋内の複数のサイトから空気のパラメータを測定する方法であって、
複数の個々の空気サンプルを複数のサイトから、対応する個々の取込みチューブを介して建物内を通り配設された共通の基幹チューブ内に取込むステップと、
空気サンプルを相互に実質的に混合することなく、遠隔位置に配置された複数のサイトから共通の基幹チューブを介して共通のセンサへ複数の空気サンプルを移動させるステップと、
前記複数の空気サンプルの各々におけるパラメータ値を測定するステップと、を含み、
前記測定ステップは、前記複数の空気サンプルの少なくとも１つにおける粒状の物質の濃度を決定するステップを更に含む、空気のパラメータを測定する方法。
【請求項４１】
ネットワーク化された屋内空気測定システムであって、
空気サンプルの特性を測定することができる、空気吸込みポートを持つセンサと、
複数の吸込みポートを更に有する、前記センサの空気吸込みポートと連通する排出ポートを持つ第１の経路指向弁と、
前記吸込みポートの少なくとも１つとそれぞれ連通する複数の分岐管と、
複数の吸気弁の１つを介して導入された空気が前記分岐管の１つに連通させられるように、屋内の距離に関して相互に遠隔位置に前記分岐管と連通するよう配置された該複数の吸気弁と、
前記センサと前記経路指向弁と前記各吸気弁とに接続され、前記経路指向弁を制御することにより分岐管を選択し、かつ開いた各吸気弁からの個々の空気サンプルを形成する個々に規定された時間で吸気弁を開閉する制御シーケンスを実行するコントローラと、前記個々の空気サンプルは分岐管を介して前記センサへと連通し、
前記コントローラがデジタル通信ネットワークを介して前記吸気弁のひとつへ指令を通知することができるように、前記吸気弁へ前記コントローラを接続する該デジタル通信ネットワークと、
を備えるネットワーク化屋内の空気測定システム。
【請求項４２】
前記コントローラは、デジタル通信ネットワークを介して前記センサと各吸気弁とに接続され、該コントローラにより実行される制御シーケンスは更に前記デジタル通信ネットワークを介して指令を送る、請求項４１記載のシステム。
【請求項４３】
前記吸気弁は複数の吸込みポートを有する経路指向弁型であり、該経路指向弁の前記吸込みポートが検知される環境空気と連通状態にある、請求項４２記載のシステム。
【請求項４４】
分岐管の１つが前記第２の経路指向弁部分に接続された第２の経路指向弁と、
任意の１つが前記分岐管の１つに接続することができるように前記経路指向弁に接続された複数の更に他の分岐管と
を更に備える請求項４２記載のシステム。
【請求項４５】
前記コントローラが、ディジタル通信ネットワークを介して遠隔位置に配置された吸気弁に接続される、請求項４２記載のシステム。
【請求項４６】
屋内の個々の空間内に配置された複数の吸気弁と、
センサと、
前記複数の吸気弁を相互に接続し且つ建物内を通り配設された基幹チューブを含み、前記複数の吸気弁と前記センサとの間に空気を連通させる配管システムと、
前記センサに接続されたコントローラと、
前記コントローラを各吸気弁に接続し、前記コントローラは複数の吸気弁のひとつに指令を通知するように前記コントローラを複数の吸気弁に接続するデジタル通信ネットワークと
を備え、
前記コントローラは、順次にデジタル通信ネットワーク上で指令を送信し、所望の空気サンプルを形成させかつ前記吸気弁からセンサへ連絡させる、
ネットワーク化屋内空気測定システム。
【請求項４７】
前記ディジタル通信ネットワークは、トポロジ上は配管システムに並列である、請求項４６記載のシステム。
【請求項４８】
前記配管システムと前記デジタル通信ネットワーク・トポロジは共にツリー構造である、請求項４７記載のシステム。
【請求項４９】
前記配管システムが、
経路指向弁と、
前記経路指向弁に接続された複数の分岐管と、
前記経路指向弁に接続された基幹チューブと、
を更に含み、
前記コントローラは、前記分岐管の任意の１つを前記基幹チューブと連通状態にするように指令を前記経路指向弁へ通信する、
請求項４８記載のシステム。
【請求項５０】
前記コントローラは、前記センサにより行われた測定に応答して前記制御ネットワークによって送信される指令を選択する、請求項４６記載のシステム。
【請求項５１】
建物内の個々の空気内に配置された複数の吸気弁と、
センサと、
前記複数の吸気弁を相互に接続し且つ建物内を通り配設された基幹チューブを含み、前記複数の吸気弁と前記センサとの間に空気を連通させる配管システムと、
前記センサに接続されたコントローラと、
前記コントローラを各吸気弁に接続する制御ネットワークと、を備え、
前記コントローラは順次に制御ネットワーク上で指令を送信し、所望の空気サンプルを形成させかつ前記吸気弁からセンサへ連絡させ、前記制御ネットワークはデジタル通信ネットワークであり、
前記デジタル通信ネットワークは配管システムとトポロジ的に並列であり、前記配管システムと制御ネットワーク・トポロジは共にツリー構造であり、
前記コントローラは、前記分岐管の任意の１つを前記分岐管の１つと連通状態にするように指令を前記経路指向弁へ通信する、
ネットワーク化された屋内空気測定システム。
【請求項５２】
ネットワーク化された屋内の空気測定システムであって、
空気サンプルの特性を測定することが可能である、空気吸込みポートを持つセンサと、
前記センサの空気吸込みポートと連通し且つ建物内を通り配設された基幹チューブと、
建物内の距離に関係して相互に遠隔位置に配置され、複数の吸気弁の１つを介して導入された空気が前記基幹チューブに連通させられるように前記基幹チューブと連通する複数の吸気弁と、
前記センサと各吸気弁とに接続され、前記基幹チューブを介して前記センサへ連通した前記複数の吸気弁の各々から個々の空気サンプルを形成する個々に規定された時間に、前記複数の吸気弁の各々を開閉する制御シーケンスを実行するコントローラと、
空気経路指向弁と、
前記空気経路指向弁を介して相互接続されたチューブ・セグメントのネットワークと、を備え、
前記コントローラは前記空気経路指向弁に結合されて前記空気経路指向弁を制御し、ひとつのチューブ・セグメントと他のチューブ・セグメントの間の空気の通信のために前記空気経路指向弁を設定し、
前記システムの第２の場所に接続された追跡物質のソースを更に含み、追跡物質は煙霧フード汚染領域内の第３の場所の排気ポートへ前記ソースから前記システムにより導かれ、
前記システムは複数の煙霧フードの選択された煙霧フードへ追跡物質を供給するための選択手段を与える、
ネットワーク化された屋内の空気測定システム。
【請求項５３】
チューブ・セグメントは少なくともひとつのツイン・チューブを含む、請求項５２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、周囲の空気管理および制御システムの分野に関する。特に、本発明は、例えば、化学的組成、温度および圧力を含む周期的あるいは継続的な品質の測定を行うため室内の環境空気をサンプルするシステムに関する。
関連技術
７０年代、８０年代および９０年代の数十年にわたり、人々は以前よりもはるかにエネルギ認識が高まってきた。とりわけ、このことは、建設産業を空気の漏洩に関して従前の構造よりもはるかに「空気漏れのない」建築構造へと駆り立てた。建築設計は、正確に計測された室内と室外間の空気の交換を住人に提供するために慎重になされた。室内と室外間の空気の交換は、導入される室外空気の加熱あるいは冷却のための最小限のエネルギ使用により室内空気の健康によい品質を提供するように選定される。しかし、妥協がやむを得ず受入れ難い室内空気質をしばしばもたらす結果となる。更に、古い建築と新たな構造物の両方の改革における多くの優れかつ望ましい特性を持つ新規な建築材料の使用は、これらが望ましくない物質を結果としてもたらすゆえに、時に空気質問題を深刻化する。室内の空気質問題が建物の住人の健康に対して直接的な影響を有するので、いまや様々な構造物における空気質の決定に大きな関心が存在する。
例えば、化学研究所、生化学研究所および半導体製造研究所を含む研究施設では、多くの有害な化学物質が用いられている。実験あるいは処理により室内へ導入され得る任意の有害な化学物質を包囲し除去するために、煙霧フードが用いられる。煙霧フードは、人間のオペレータを空気中に導入された有害物質から遠ざけて排気するため空気流が設定される特別に設計された密閉構造である。煙霧フードの適正な使用は、例えば、フード内で装置を操作するためオペレータが必要とする開口の寸法、煙霧フードが配置される研究室内に対する補給空気の供給量、材料およびフード内で行われる実験の種類を含む種々のパラメータに、空気流の設定が適することを要求する。従って、煙霧フードは、種々の設定に応答しフードを介する適正な空気流を決定するコントローラを典型的に含む。当該コントローラは、所望の空気流の設定を達成するため、適切な弁位置、ファンの設定、などを設定する。しかし、人間オペレータがコントローラにおけるパラメータを不適正に設定するか、あるいはコントローラまたは制御される要素が故障するならば、適正な空気流は設定できず、その結果煙霧フード内部から人間オペレータの室内空気への幾つかの物質の「溢れ」が生じることになる。このような溢れは、溢れた物質の性質および溢れの大きさに従って、室内空気の質に小さな影響を及ぼすか、あるいは非常に危険となり得る。必要に応じて、時宜に即した方法で領域の抜気を行うか、あるいは最初の場所に溢れを生じた問題を補正するかの両面から、溢れを迅速に検出することが重要である。
先に述べた問題の両面は、室内の空気質を測定する領域において大量の作業をもたらす結果となった。温度、湿度、ＣＯ2、ＣＯ、揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）、煙霧、他の様々な化学的汚染物、特定のレベル、塵埃、ねずみの尿蛋白（ＲＵＰｓ）などにより生じる如き動物臭を測定するために、広範囲のセンサが利用可能である。
室内の空気質を測定する問題に対する図１０に示される従来の１つの試みにおいて、測定されることが要求される室内の空気質の物質またはパラメータのそれぞれに対する遠隔センサが、構造物内の各問題地点に設置される。１つの変更例では、センサは、後で収集するためその測定値を単に局部的に記録し、別の変更例では、電気配線を介して中央データ収集システムへ接続される。
局部的なデータ収集における１つの主な問題は、収集されたときを除いてデータが得られないため、リアルタイム制御には役立たないことである。中央データ収集を行う遠隔センサ・システムでは、中央システムが特定の各センサを呼出すとき常にデータが入手可能である。しかし、遠隔センサ・システムにおける別の主な問題は、測定すべき個々の場所における多数の高価なセンサの使用を必要とすることである。経費は非常に高くつき、システムはやや柔軟性に欠ける。構造物全体にわたり新たなパラメータが測定される必要があるならば、多数の新たなセンサを全ての関連する場所に設置する必要がある。
図１１に示される当該問題に対する別の試みは、中空チューブを介して問題となる各室に接続される複数の入力ポートを持つ中央のコンピュータ化検知システムを含む多地点順次型システムである。各室からチューブを介して中央検知システムへ空気サンプルを取り込むため真空システムが用いられ、この場合単一センサ組が、取得した空気サンプルの各々について逐次測定を行う。当該システムは、１組のみのセンサを使用するため、先に述べたシステムよりはるかに安価である。また、当該システムは、所要の測定を変更すべき場合に１組のセンサを変更するだけで済むため、１つの意味ではるかに柔軟性に富む。
しかし、かかる試みは、依然として、中央検知地点からサンプルが要求される各地点への大量の個々の検知チューブのゆえに、設置するのに比較的柔軟性に欠けかつ高価である。また、更に多くのサンプリング地域を必要とする構造への潜在的変更が行われるならば、中央コンピュータ化検知システムにおける更に多くの検知チューブを収受するため予備に保持される使用されない容量と関連するコストもまた存在する。このような変更は、組織の目標と作業が変化するに伴って空気がしばしば分割統合されるオフィスと研究施設の双方において一般的である。
かかる問題に対する更に別のこれまでの試みは、単一のサンプル・チューブを有する集中化された検知サンプリングである。サンプル・チューブは、空気サンプルを取ることが要求される各空間に対して建物内で蛇行する。空気サンプルが取り込まれるよう要求される各地点においてサンプル・チューブには穴が作られる。しかし、システムがサンプル・チューブにおける穴を介して取り込まれる空気の１つの「混合した」測定を行うため、このようなシステムは非常に制約される。換言すれば、当該システムは、前記穴を介して取り込まれる空気が単一のサンプル中に混合あるいは均質化される混合チャンバとしてサンプル・チューブを使用する。このシステムは、各個の穴を介して取り込まれる空気の個々の測定を行う能力を欠く。むしろ、所望のパラメータの平均化された測定が行われる。
発明の概要
従って、上記の諸問題を解決する空気サンプリング・システムを提供することが求められる。データを中央システムに提供する空気サンプリング・システムを提供することにより、サンプリング地点に近い空気流に影響を及ぼす建物の諸要素が局部的な空気質における変化に応答して制御され得ることが望ましい。設置コストが比較的少なく柔軟性が比較的高い空気サンプリング・システムを提供することが望ましい。
本発明の実施形態は、近代的な構造においてこれまで使用されてきた電気式および空圧作動式ネットワークと並列に組込むことができる。従って、組込むコストは安く保持される。多くの施設において、Ｐｈｏｅｎｉｘ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ社の電気的に制御される弁、あるいは多の電子的に制御される弁、あるいは空気流制御装置が各所に用いられる。このような場合、本発明の実施の一形態は、接合地点の如き弁サイトを使用する。一部の安価なシステム構成要素を、将来の拡張を予期して他の接合地点に予め組込むことさえ可能である。これを実施することにより、最小限のコストで大きな柔軟性が達成される。
以下に述べる本発明の種々の特質は、上記の関心事および当業者にとって明らかになるであろう他の問題に対処するものである。
本発明の１つの特質によれば、空気サンプルの特性を測定することができるセンサを含むネットワーク化された空気測定システムが提供される。適切なセンサは、典型的に、測定されるべき少量の空気を含む空気サンプルがセンサに進入する吸気ポートと、空気サンプルがセンサから出る排出ポートとを備える。かかるセンサ測定は、これに限定されるものでないが、温度、湿度、圧力、特定のレベル、および汚染レベル（例えば、ＣＯ、ＣＯ2、ＶＯＣｓ、ＲＵＰｓ、など）を含み得る。基幹チューブは、センサの吸気ポートと連絡している。基幹チューブは、例えばプラスチックまたは金属のある長さの空圧配管である。基幹チューブと連絡する複数の吸気弁が、空気を基幹チューブへ導入する。吸気弁は、任意の適切な遠隔制御される吸気弁でよい。これら吸気弁は、例えば、ソレノイド弁またはポペット弁、空圧作動弁、ゲート弁、蝶形弁、あるいは他の実質的に２位置弁でよい。システム内の空気と連絡する空気流の導入装置は、空気を複数の吸気弁から基幹チューブを経てセンサへ移動させる。空気流導入装置は、例えば、センサの排出ポートに低圧を生じるように接続された排気ブロワ、空気圧縮機、あるいは真空ポンプでよい。基幹チューブとセンサの吸込みポート間に接続されたダクト付きブロワのような他の空気導入装置を使用することができる。センサと各吸気弁とに接続されたコントローラは、空気を導入しセンサと連絡するサンプルを形成するように吸気弁を開閉する制御シーケンスを実行する。適切なコントローラは、例えば、特殊目的ソフトウェアを実行するパーソナル・コンピュータあるいはマイクロプロセッサ装置でよい。かかる基本的システムは、多くの有効な変更に従う。
システムの配管部分に対する補強が可能である。例えば、システムは更に、基幹チューブと複数の吸気弁の各々との間に接続される複数の分岐チューブを含むことができ、複数の吸気弁の各々を基幹チューブと連絡状態にする。コントローラに対する更なる補強が可能である。例えば、コントローラは、複数の吸気弁の各々が個々に規定される時間に開閉されてその結果複数の吸気弁の各々からの個々の空気サンプルが基幹チューブを介してセンサへ連絡される制御シーケンスを実行することができる。更に、コントローラは、予め規定された吸気弁グループが実質的に一致して開閉され、センサによる測定が行われ、複数の吸気弁の各々が個々に測定が予め規定された基準に一致する規定時点で開閉される制御シーケンスを実行することができる。コントローラの別の変更例においては、測定がセンサにより行われ、安定した空気サンプルが達成されるときを判定するためコントローラが測定を監視することができる。コントローラにおける更に別の変更例においては、コントローラは、複数の吸気弁の各々ごとに個々に規定される予め定めた間隔後に安定した空気サンプルが達成されることを判定するため、コントローラによって監視されるタイマを含み得る。最後に、コントローラは、予め定めた間隔後にセンサにより行われる測定を監視することができ、当該コントローラは安定した空気サンプルが達成されることを測定から判定する。
他の変更例においては、取られた空気がシステムを通して指向される。例えば、基幹チューブと複数の分岐チューブ・グループとの間に接続される空気サンプル・経路指向装置がある。当該空気サンプル経路指向装置と空気流導入装置とは、複数の吸気弁の１つを経て行き先へ導入される空気を指向させるようにコントローラにより制御することができる。更に他の変更例においては、分岐チューブと空気サンプル経路指向装置とを介して基幹チューブと連絡する第２のセンサがあり、複数の吸気弁の１つを経て導入される空気の行き先が第２のセンサである。
吸気弁の一部の変更例が考えられる。吸気弁は、空気流から平均的なサンプルを提供する。このような弁は、高圧吸込みポートと、高圧吸込みポートと連絡する平均化チャンバと、平均化チャンバ内で混合される間隔にわたり吸込みポートを経て導入される空気と、平均化チャンバと連絡する低圧排出ポートと、平均化チャンバから低圧排出ポートを介して排出される空気と、平均化チャンバからの空気が基幹チューブへ導入される。空気チャンバおよび基幹チューブと連絡するソレノイド弁とを含む。このような形式の弁においては、吸込みポートと排出ポートとは、室内排出弁あるいは室内補給空気供給弁の如き空気流制御装置の高圧側と低圧側とにそれぞれ配置される。あるいはまた、吸込みポートは、室内排出弁が用いられるとき室内空気スペース内に配置される。
本発明の別の特質によれば、複数の地点における空気質を測定する方法が、複数の地点から共通の吸込みチューブへの複数の空気サンプルを取出し、サンプルの時間的シーケンスにより空気サンプルを相互に実質的に混合することなく、複数の空気サンプルを複数の地点から共通吸込みチューブを経て固定場所における共通センサへ移動させ、複数の個々の空気サンプルの各々のパラメータを測定するステップを含み得る。サンプルを取出すステップは更に、ある期間にわたり１つの空気サンプルを取出すことを含み、これにより１つの空気サンプルが取出される期間にわたりパラメータを平均化する。
【図面の簡単な説明】
図面において、同じ参照番号が類似の要素を指す。
図１は、本発明の一部の特質を示す空気サンプリング・システムの実施の一形態の概略図、
図２は、本発明の別の特質を示す空気サンプリング・システムの別の実施の形態の概略図、
図３Ａないし図３Ｃは、本発明の一部の実施の形態において有効な平均化吸気弁の概略図、
図４Ａないし図４Ｃは、本発明の一部の実施の形態において有効な空気パケット経路指向装置の概略図、
図５は、有効な代替的なネットワーク・トポロジを示す空気サンプリング・システムの実施の一形態の部分概略図、
図６は、別の有効な代替的ネットワーク・トポロジを示す空気サンプリング・システムの実施の一形態の部分概略図、
図７は、本発明の一部の実施の形態において有効な２方向性の圧力または流量ブースタの概略図、
図８は、直列ネットワーク・トポロジを示す空気サンプリング・システムの実施の一形態の部分概略図、
図９はタップ化管路ネットワーク・トポロジを示す空気サンプリング・システムの実施の一形態の部分概略図、
図１０は、従来の遠隔検知システムであり、
図１１は、複数の吸込みチューブを用いる従来の中央検知システムである。
発明の詳細な説明
本発明については、図面に関して発明の実施の形態の以降の記述を読めばよく理解されよう。
図１に示されるように、本発明の幾つかの特質を具現した簡単なシステムが、配管網１０５を介して複数の吸気弁１０３ａ〜１０３ｄに接続された中央検知および制御システム１０１を含んでいる。配管網１０５は、吸気弁１０３ａ〜１０３ｄの各々に対応しかつ接続された主管部１０５ｅと分岐部１０５ａ〜１０５ｄとを有する。中央検知および制御システム１０１は、配管主管部１０５ｅの配管終端に接続された組センサ１０７と、システムに流れる空気を取出すため組センサ１０７に接続された空気ポンプ１０９と、組センサ１０７、吸気弁１０３ａ〜１０３ｄおよび空気ポンプ１０９の動作を制御すると共に組センサ１０７および外部設備と連絡する制御および連絡装置１１１とを含んでいる。制御および連絡装置１１１は、入出力機能に対するネットワーク装置アダプタ１１５と制御ネットワーク内の連絡を制御する制御ネットワーク経路指向装置１１７とを含む、光ファイバ、電子素子あるいは空圧制御ネットワーク１１３を介して、種々の要素を制御することができる。あるいはまた、ネットワーク装置アダプタ１１５および制御ネットワーク経路指向装置１１７は、制御および連絡装置１１１が弁１０３の如き被制御要素と直接連絡することにより、省くことができる。本発明の実施の形態は、一般に、制御ネットワーク１１３としてディジタル連絡ネットワークを用いる。例えば、当該ネットワークは、１９９５年１１月１７日に出願され継続中の発明者の米国特許出願第０８／５５９，８２２号「分散された環境プロセス制御システム（ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ  ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＳＹＳＴＥＭ）」に記載されたものでよい。イーサネット、アークネット（Ａｒｃｎｅｔ）あるいはＥｃｈｅｌｏｎ  Ｌｏｎｗｏｒｋｓを用いる試みの如き他の公知のネットワーク形式もまた使用することができる。
空気ポンプ１０９はシステム中の空気を取出すが、制御および連絡装置１１１は、吸気弁１０３ａ〜１０３ｄを逐次動作させ、他の弁（例えば、弁１０３ｂ〜１０３ｄ）が閉じられる間各弁（例えば、弁１０３ａ）がある期間開かれるようにし、これにより開いた弁（例えば、弁１０３ａ）が配置されるサンプル地点から空気サンプルをシステム内へ取入れる。図１の形態においては、複数の弁（例えば、弁１０３ａ〜１０３ｄ）からの空気サンプルは、１つの主管部１０５ｅを介して中央検知および制御システム１０１に取入れられる。組センサ１０７は、このように配管の主管部１０５ｅが接続される唯一の吸込みポートを有する。
組センサ１０７は、内部を通過する空気サンプルの種々のパラメータを測定する。組センサ１０７内部の個々のセンサは、センサの流量要件、圧力要件およびサンプルの化学的特性あるいは他の特性に対する影響に応じて逐次あるいは並行的に吸込み部から空気を受取るように構成される。並列接続においては空気サンプルが各並列接続センサを同時に通過するが、直列接続では空気サンプルは各直列接続センサを逐次通過する。制御および連絡装置１１１は、組センサ１０７により行われる測定値を読取り、読取り値を建物の空気流制御装置、煙霧フード・コントローラなどの如き外部設備（図示せず）へ連絡する。制御および連絡装置１１１あるいは外部設備のいずれかが、限定されるわけではないが受動型データ収集を含む種々の方法で集められたデータを使用し、指定された条件下で警報機溝を付勢し、指定された条件下で安全機構を付勢し、空気流制御装置へ指令を発することにより局部あるいは全体の空気流パラメータを変更する。このように、本発明の当該実施の形態は空気質の測定、制御および管理に対する統合化された全面的試みの一部をなす。
本発明の上記および他の実施の形態に関連する特質において、制御および連絡装置１１１は、組センサ１０７により測定されるサンプルが実際に外気吸込み弁（例えば、１０３ａ）を介して取入れられたサンプルであることを保証するため、ソフトウェアまたはファームウエアあるいは特化したハードウェアを実行するコンピュータあるいはマイクロプロセッサのいずれかを含んでいる。当業者には、システムにおける空気流の速度が有限であることが理解されよう。従って、特定の吸気弁（例えば、１０３ａ）が開かれる時点とこれにより取得されるサンプルが組センサ１０７に達する時点との間に有限の遅延がある。従来の趣旨におけるサンプル間でのシステムのパージは不要である。各サンプルは、ちょうど情報ネットワークが時間的序列のシーケンスでパケットを移動するように、「パケット」として考えることができる。かかる形式のシーケンスにおいては、連続するサンプル間の界面における小さな度合いを除いて、充分なサイズの空気サンプルが相互に顕著に混合することがないものと考えられる。このため、サンプル自体は、安定したサンプルを取得するのに必要な程度にシステムをパージする。
サンプルの測定が連続するサンプル間の界面において生じないことを保証するために、幾つかの技術が利用可能である。１つの技術においては、システムの異なる部分間を移動するサンプルの既知の時間的遅れに依存する。別の技術においては、サンプルの流れは、測定がサンプル間で取られることを示す特性について連続的に監視される。最後に、これらの技術は、それぞれの利点を探求するために組合わせることができる。
第１の技術によれば、吸気弁１０３ａ〜１０３ｄの各々は、１０３ｄ→１０３ｃ→１０３ｂ→１０３ａのシーケンスで開かれて、４つの対応するサンプルＤ、Ｃ、ＢおよびＡを組センサ１０７へ取込む。各弁を開く時点と期間は、吸気弁１０３ａ〜１０３ｄを介して取得されるサンプル間の界面量より大きな安定サンプルに対して充分に長くなるように選択され、これにより当該シーケンスで開かれる次の上流側吸気弁１０３ａ〜１０３ｄがあるかどうかに拘わらず良好なサンプルが組センサ１０７に達することを保証する。サンプルＡが外気吸込み弁１０３ａから組センサ１０７へ移動する時間ＴAは、例えば前の測定によって知られると見なされる。外気吸込み弁１０３ａの開口から時間ＴAに、センサ装置１０７におけるサンプルＡの部分をサンプルＡおよび隣接する前のサンプル間の界面を越えて移動させるに必要な更なる時間を加えたものが経過すると、センサ装置１０７はこれが装備される測定を実施する。
第２の技術によれば、吸気弁１０３ａ〜１０３ｄの各々がシーケンス１０３ａ→１０３ｂ→１０３ｃ→１０３ｄで開かれて、４つの対応するサンプルＡ、Ｂ、ＣおよびＤをセンサ装置１０７へ取込む。また、先に述べたように、各弁は、安定サンプルが前記シーケンスで開かれる次の下流側の吸気弁を通過して取込まれるのに充分な時間開かれた状態に保持される。この時間は、サンプル間の界面量より大きな安定サンプルが吸気弁１０３ａ〜１０３ｄを介して取得されるに充分なように再び選択され、これにより次の下流側の吸気弁１０３ａ〜１０３ｄが前記シーケンスにおいて開かれるかどうかに拘わらず、良好なサンプルがセンサ装置１０７に達することを保証する。先に述べたように、測定は、吸気弁１０３ａ〜１０３ｄの各々が開いてセンサ装置１０７の界面量の通過時間後、既知の移動時間（ＴA−ＴD）により規定される時間に生じるように調時される。
調時の代わりに、第３の技術は、数ミリ秒ないし数秒の範囲の実質的な期間にわたり安定な測定を生じるに充分な大きさのサンプルＡ〜Ｄの測定に依存する。センサ装置１０７は、内部に含まれるセンサを通過する空気流の動的特性を決定するため、連続的に動作され監視される。測定が変化する時間中は、サンプル間の界面がセンサ装置１０７を通過する。測定が実質的に安定する時間中は、サンプルの有効な安定部分がセンサ装置１０７を通過している。センサ装置１０７は、将来の各サンプルが有効であるときを推定するため通過測定データを用いる制御装置１１１に接続される。上記の諸方法は、ソフトウエア・プログラムを実行するコンピュータに基くデータ処理システムがセンサ装置１０７により行われる測定を監視して、例えば、前のサンプル測定により決定されたサンプル移動時間とその時の測定の安定性との双方に依存する発見的方法を用いて、サンプルの安定部分の有効な測定であるときの決定を行う本発明の実施の一形態において組合わせることができる。
タイミングのみに依存する技術は、測定の安定性および過去の性能を付加する技術はサンプルの最も安定な部分に対する測定の密な同調を行うが、サンプルがセンサ装置１０７を通過することについての粗な情報を提供する。サンプルの適正部分の粗および密な決定を組合わせることにより、サンプルがいつセンサ装置１０７を通過するかの事前知識（ｐｒｉｏｒｉ  ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）を有するゆえに各サンプルの正確な測定が取得され続けるが、例えば、シーケンスの順序は変化し得る。更に、空気ポンプ１０９に対する動力変動あるいは他の環境的変動がシステムにおける遅延時間を少量変動させるならば、第２の技術の密な同調特性は測定する各サンプルの適切な部分を正しく識別することができる。また、複数の吸気弁を同時に開いて混合したサンプルを生じることもあり得る。センサが混合サンプルにおいて予め定めた特性、例えば過剰レベルの汚染を検出するならば、先に述べたようなシーケンス動作（ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ）が実施され得る。
上記技術の１つの使用において、火災あるいは化学的物質の溢れの突発を迅速に識別し、隔離し、対処することができる。各混合サンプルは、建物の環境において蓄積されあるいは用いられることが知られる燃焼生成物あるいは化学的汚染を検出するように選定される複数のセンサによって推定することも可能である。かかる燃焼生成物あるいは汚染物の一方が混合サンプルにおいて検出されると、最初の警報レベルがトリガーされる。最初の警報レベルをトリガーしたセンサは、各吸気弁から逐次取込まれる個々のサンプルを測定するために用いられる。当該システムは、どの建物の空間が燃焼生成物または汚染物の供給源であるかを識別する。影響を受けた空間に対して第２の警報レベルがトリガーされる。第２の警報レベルは、例えば火災沈静システム、換気／パージ・システム、抜気警報および緊急事態出動要員を発動するために、制御装置によって連絡される。
上に述べた技術は、複数のパラメータに対するセンサを用いるシステムにおいて短縮したサイクル時間を達成するために特に有効である。混合サンプルは、同じ空気サンプルについて逐次あるいは同時に動作する複数のセンサによって評価される。最初のレベル警報がトリガーされるときにのみ、あるいは更に低い頻度において、各吸気弁からの個々のサンプルが取込まれることになろう。各吸気弁からのサンプルを各センサにより常に測定する必要がないので警報がトリガーされない期間中は、はるかに少ないサンプルが要求される。警報中でさえ、システムは、１つ以上の影響を受けたセンサおよび１つ以上の影響を受けた吸気弁における測定に集中することができる。
上記システムにおいて、システム全体で使用される配管は、取付けが容易であるように弾性に富み、かつ据付けサイトで見出され得る種々の化学薬品に耐える材料製でなければならない。一部の装置において、望ましい配管は、弾性に富むと共に化学的抵抗力が高いゆえに、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）から形成される。粒子の検出を含む用途においては、接地が可能な導電性プラスチックまたは銅が望ましい。粒子の検出が含まれるとき、サンプルからの粒子に影響を及ぼし得、測定誤差を導く静電荷を形成し得る配管を避けることが望ましい。当業者は、例えば、建物環境、環境温度および圧力、測定すべきパラメータ、およびコストにおいて予測される材料の如き諸因子に従って、特定の装置に対して適切な配管材料を選定することができよう。
配管１０５において達成し得る最大サンプル速度は、介在する連続運転時間に基くシステムに対する最小サイクル時間を確立する。一例として、１０秒の時間内の空気質における変化に対して応動するよう設計されたシステムについて考察しよう。ここで、各サンプルは、測定および応動のためには１０秒より短い時間内にセンサ装置１０７に到達しなければならない。空気サンプル流の最大速度は、システムの許容圧力低下、結果として生じるサンプル密度の許容変化、チューブおよび吸気弁の直径および抵抗力、および吸気弁１０３に対する所望のサンプル流量の関数である。１５ＰＳＩ（１０３ｋＰａ）の大気圧は、許容圧力低下の上限となる。しかし、実施においては、圧力低下がサンプルに及ぼす影響のゆえに許容圧力低下は小さい。例えば、圧力低下は、サンプルの相対湿度あるいは温度に影響を及ぼし、あるいは指標汚染物をサンプルから沈殿させる。他の多くの悪影響もまた見出される。発明者は、１０ＰＳＩ（６９ｋＰａ）の（絶対値で５ＰＳＩ（３４ｋＰａ）までの）圧力低下が多くの目的に対する許容最大値であることを発見した。例えば、３〜５ＰＳＩ（２１−３４ｋＰａ）の範囲内の比較的低い圧力低下を呈するシステムは、圧力低下がサンプルに悪影響を及ぼす前に比較的大きなマージンがあるので、より大きな柔軟性を有する。更に、かかるシステムにおける遷移時間は、サンプル速度がサンプルの圧力と反対に変動するので、更に容易に計算可能である。より大きな圧力低下を持つシステムにおいては、サンプルが開かれた吸気弁から配管全長を介し、おそらくは経路指向装置を介し、最後に組センサまで移動するとき、サンプルにおける圧力は著しく低下する。サンプル圧力における変動は、サンプルがどこから移動し始めかつどのシステム要素を通過するかに従って、サンプル速度における対応する変動を生じてシステムにおける全速度を変更可能にする。圧力低下および移動時間に対する距離の影響の一例が、約２５０ＳＣＩＭ（立法インチ／分規格：４．１ ｌｐｍ）の吸気弁体積流量で動作しかつ０．１７インチ（４．３ｍｍ）のチューブの内径を持つシステムに対して下記の表１に示される。このようなシステムは、５００フィート（１５２ｍ）以上でない推奨有効連続運転長さを有する。比較すると、同じシステムが１２５ＳＣＩＭ（２．０ ｌｐｍ）で稼動されるならば、最大連続運転長さは、表２に示されるように、１０００フィート（３０５ｍ）を越える。
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多くの測定形式においては、流量、密度および測定されたサンプル量が測定に影響を及ぼす。例えば、特定の内容を測定するシステムにおいて、約１２００ＦＰＭ（６．１ｍ／ｓ）を越える移送速度はチューブ壁面上の特定物質の析出を防止するように設計される。従って、システム内の流量は一般に調整されるべきである。ベンチュリ弁、圧力調整弁あるいは質量流量制御弁は、流量を調整するために用いることができる。図１、１１９参照。質量流量制御弁は、サンプル密度の制御を助け得るという更なる利点を有する。あるいはまた、組センサあるいはポンプにおける真空は、ポンプまたはブロワの速度、空気流スロットル位置、ダンパー位置、などを変えることにより能動的に調整される。このことは、制御可能度を最適化するため組センサの吸込み部または排出部あるいはシステムにおける他の地点における圧力を測定する絶対圧力センサあるいは真空圧力センサ（図１、１２１参照）を用いることにより行うことができる。低い真空度、例えば１０〜１２ ＰＳＩ（６９−８３ｋＰａ）の絶対圧力が、サンプルの密度を最大化しサンプル体積を最小化した。高い真空度、例えば５ＰＳＩ（３４ｋＰａ）の絶対圧力が、移動時間を最小化した。圧力あるいは流量の制御あるいはその組合わせの選択が、測定されるパラメータおよび実行すべき機能に依存する設計の選択肢であり、システム設計者にとって最善のものである。当業者は、有効な最大速度を計算しあるいはかかる有効速度をモデル化手法により決定する方法を理解されよう。
表１および表２において判るように、使用可能な最大連続運転時間が、所望の速度および最大許容圧力低下に依存する。当業者は、特定目的のため設計を最適化するためこれらのパラメータ間で妥協することになろう。このような最大連続運転時間は、図１のシステムの適用範囲を制限し得るが、発明者は大型システムに対するこのような問題を克服する図２に示される如きシステムを堤案してきた。図２に示された実施の形態は、次に論述される幾つかの更なる利点を有する。
本発明の更なる特質を示す図２の更に長大なシステムは、先に述べたように、中央検知および制御システム１０１を含んでいる。更に、中央検知および制御システム１０１は、以下に述べるように、配管網１０５を介して複数の外気吸込み弁１０３に接続されている。
当該実施の形態において、幾つかのサブネットワークが、配管網１０５のセグメント１０５ｅ〜１０５を含む基幹チューブに経路指向装置２０１を介してそれぞれ接続された基幹チューブ部１０５ｆ〜１０５ｋによって画定される。経路指向装置２０１は、例えば、中央検知および制御システム１０１の制御および連絡装置１１１により電子的あるいは空圧作動的に制御される空気流スイッチである。図４Ａないし図４Ｃに更に詳細に示される経路指向装置２０１を以下に述べる。あるいはまた、当該実施の形態の経路指向装置２０１と外気吸込み弁１０３の両者を動作さぇる外部制御システム（図示せず）が存在する。最後に、当該システムは、配管１０５の少なくとも一部の分岐部（例えば、１０５ａ〜１０５ｃ）に接続された分散型ソーシング／検知パッケージ２０３を含むことができる。分散ソーシング／検知パッケージ２０３は、配管１０５の分岐部から空気を取込むようセンサを介して接続された１つ以上のセンサと１つの空気ポンプとを含む。
図２のシステムは、顕著な柔軟性および冗長度をもたらす。経路指向装置２０１の各々によりなされた接続を選択的に設定することにより、かつ吸気弁１０３の１つを選択的に開くことによって、空気サンプルが任意の吸気弁１０３サイトからセンサ１０１または２０３へ送られる。このような構造の１つの利用法は、分散型ソーシング／検知パッケージ２０３に対して臨界パラメータに対する１つ以上の冗長度センサを組込むことである。このように、（例えば、中央検知および制御システム１０１における）臨界パラメータに対する主要センサが万一故障する場合、有効な測定を達成するためサンプルを冗長度センサへ送ることができる。同様に、経路指向装置２０１における適切な接続を行うことによって、異なる装置１０１および２０３からセンサを用いて多数の同時測定を行うことができる。臨界パラメータに対して冗長度センサを用いることにより、更に大きなセンサの可用性の結果として臨界パラメータに対するサイクル時間を低減することができる。
図２のシステムを用いる別の方法は、例えば、センサ２０３において適度の精度あるいは問題となる１つ以上のパラメータを省いて連続的な測定を行い、かつ中央検知システム１０１において更に正確あるいは更に完全な測定を行うことである。かかるより正確あるいはより完全な測定は、警告条件を検証するためセンサ２０３の１つが前記警告条件を検出するときに行うことができる。より完全な、おそらくは更に高価なセンサのセットは、センサ２０３において完全に二重化される必要はない。
図２のシステムは、部分的に分散化されるが、従来の遠隔センサ・システムに勝る幾つかの利点を有する。例えば、当該システムは、測定が要求される場所ごとに組センサを必要とすることはない。このシステムは、必要な場合に経路指向装置、配管および弁を単に付加するだけで容易に拡張される。データが転送され制御が達成される電子ネットワークを空気配管網と並列に設置してもよい。
図２に関して先に述べたシステムは、変更例において、トレーサ・ガスを１つ以上のサイトへ注入し、１つ以上のサイトへのトレーサ・ガスの分散を測定するために用いられる。分散型ソーシング／検知パッケージ２０３は、トレーサ・ガスおよび粒子を分散型ソーシング／検知パッケージ２０３からの圧力下で配管網を介してトレーサ・ガスまたは粒子をトレーサ・ガスまたは粒子の排出弁として動作する吸気弁１０３へ吹き込むため接続された空気ポンプを含む、トレーサ・ガスあるいは粒子の発生源を含むこともできる。トレーサ・ガスまたは粒子流を注入した後で発生源が遮断され、当該システムはどの吸気弁１０３へトレーサ・ガスまたは粒子がある期間にわたり出てくるかを検出する検知システムとして働いた。あるいはまた、配管１０５ａ〜１０５ｉは、空気管理システムにおいて一般に使用される二重管形式のものでよい。二重配管は、周知の既製製品である。この二重管装置は、２つの異なるサンプルがシステム内で異なる方向に同時に移動することを許容する。例えば、トレーサ・ガスまたは粒子は、サンプルが二重管の一方のチューブを介して採られる間、二重管の他方を介して注入することができる。二重管ネットワーク・システムは、空気パケットを同時に異なる組センサに対して異なる方向に独立的に送らせることによって、サイクル時間を著しく低減するように構成することができる。更に、二重管の分岐部の隣接チューブ間でソーシング／サンプリング機能を切換えることにより、システム無いにトレーサ・ガスを供給する方法と類似の方法で清浄なフラッシング剤を用いて、測定サイクル間でチューブから望ましくない汚染物を無くすことができる。また、校正された追跡剤、例えば既知の濃度の指定汚染物を含む追跡剤を一方のチューブを介して注入し、これを遠隔センサ装置２０３へ送ることにより、システムから取外したりあるいは直接接近することなく、遠隔センサ装置２０３を自動的に校正することができる。
これまで述べたシステムのある変更例および適用例について、次に論述する。
研究所の所有者にとって重要な環境空気の品質監視の一形式は、煙霧フードの汚染性能を監視するものである。米国国家規格協会（ＡＮＳＩ）は、産業協議会（ＡＳＨＲＡＥ）と共に、とりわけ煙霧フード汚染性能を確立するための標準的処置として、ＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥ  １１０−１９９５（ＡＳＨＲＡＥ  １１０）テストを確立した。ＡＳＨＲＡＥ  １１０仕様の１９９５年版は、参考のため本文に援用される。
ＡＳＨＲＡＥ  １１０テストは、フード・サッシュ付近の研究所領域へのトレーサ・ガスの分散が監視される間の研究所の煙霧フードの内部作業空間に対するトレーサ・ガスの装入を規定している。フード付近における更に現実的な空気流パターンを生成するため、用いられるセンサは、研究所員が典型的にフード・サッシュの前方に立入る場所に置かれたマネキンに取付けられる。これまでは、ＡＳＨＲＡＥ  １１０テストは、１０，０００ＵＳドル以上かかる特殊な装置を用いる習熟したコンサルタントによって行われていた。研究所のサイトにおける各フードにおいて行われる各テストは、設定、撤去、コンサルタント費用、（コンサルタントの）移動コスト、などを含め、５００ないし１，０００ＵＳドルかかり得る。
本発明によるシステムは、約１５０ないし２００ＵＳドルの著しく安いコストで同じテストあるいは類似のテストを行うことができる。本発明の二重管形態は、各煙霧フードの付近から空気サンプルを同時に取込み測定しながら、トレーサ・ガスを少数の中央発生源から建物全体における多数の煙霧フードへ搬送することが可能であるネットワークである。
標準的なＡＳＨＲＡＥ  １１０煙霧フード汚染テストを実施するシステムは、煙霧フード内部の弁において１本のチューブを終端する。このチューブおよび弁は、トレーサ・ガスをＡＳＨＲＡＥ  １１０規格に規定された流量で搬送するように操作される。
このようなシステムは、煙霧フードのサッシュの付近に適当に配置されたリセプタクルで第２のチューブを終端する。ＡＳＨＲＡＥ  １１０仕様により規定される場所における吸込みチューブが装備されたマネキンは指定位置に立たされ、吸込みチューブが前記リセプタクルに差込まれる。このため、空気サンプルは、ＡＳＨＲＡＥ  １１０により規定されるように吸込みチューブを介して採られ、トレーサ・ガスに対するセンサを含む中央に配置されるセンサへ送られる。
本発明によるシステムはまた、以下のように連続的あるいは頻繁な周期的煙霧フード汚染テストを行うように構成することもできる。トレーサ・ガスは、先に述べたように搬送することができる。空気サンプルは、煙霧フードのサッシュ付近に適当に配置された吸込み弁を介して取込むことができる。吸込み弁は、ＡＳＨＲＡＥ  １１０規格に規定されるようにマネキンに配置する必要はないが、例えば煙霧フードのサッシュの前方フレームならびにサッシュの底部に取付けられた適当に配置された吸込み部が、充分かつ有効なテスト結果を提供する。このような連続的あるいは頻繁な周期的テストは、煙霧フード使用の直接的な制御と関連して、あるいは年間のＡＳＨＲＡＥ  １１０テストにより達成され得る安全要件の良好な遵守を保証するように使用することができる。また、本発明は、ＡＳＨＲＡＥ  １１０に規定される特定のトレーサ・ガスまたは流量に限定されるものではない。かかるシステムにおいては、当業者には周知のように、他のガスおよび流量が有効であろう。このような代替物を用いることにより、ＡＳＨＲＡＥ  １１０により規定されるガスおよびセンサとして実質的に類似の感度性能を提供し得るより安価なトレーサ・ガスとセンサの組合わせの使用によって、更なる著しいコスト節減を実現できよう。
トレーサ・ガスを環境内へ放出する本発明の実施の形態の部分的適用については、既に述べた。しかし、材料を環境内へ放出するための本発明の適用は、トレーサ・ガスあるいはこれまでに述べた用とに限定されるものではない。例えば、クリーン・ルーム・フィルタにより清浄化されねばならないテスト粒子を注入することにより、クリーン・ルーム・システムをテストすることができる。組センサは、かかる用途に対する粒子カウンタ測定を含み得る。別の事例においては、システムは、発臭剤または汚染除去薬剤を周期的に、あるいは測定された条件が悪臭をマスクしあるいは領域を汚染除去する必要を呈示するときに、単に注入することができる。薬剤は任意の発生源からネットワークにおける任意の行き先へ送ることができるので、薬剤の注入および結果の測定を単一のネットワークにより行うことができる。
本発明により達成し得る別の用途は、遠隔場所における圧力の測定である。このような測定は、真空ポンプ１０９に伸びる任意の配管の弁の遮断あるいは他の任意の弁の大気への開放の間、ネットワークにおける１つの吸込み弁を開くことを必要とするだけである。次いで、ネットワークの任意の場所の圧力センサが開いた吸込み弁における圧力を呈示する。大きなネットワークにおいては、圧力が均衡されねばならない配管の体積を低減することが安定化および測定を加速するので、かかる測定中にネットワークの使用されない部分を遮断するため搬送弁を用いることが有利である。この理由から、圧力センサが遠隔センサ２０３のサイトに配置された図２に示される如きネットワーク形態が、圧力の検知状況において有利である。
弁間、建物内の空間、１つの室と隣接室間の差圧測定を行うように本発明の実施もまた構成することができる。先に述べたように、第１の場所において圧力測定を行い、これまた先に述べたように、その後第２の場所における圧力測定を行うことによって、差圧を測定することができる。ある吸込み部に近い遠隔組センサ２０３における圧力センサは、圧力多くのを行うため必要な部分からの経路指向装置により、測定が中央の組センサ１０１により行われる場合より更に多くのネットワークを遮断することができるので、このような形式の測定に対してより早い圧力の読みを提供することができる。
中央の組センサ１０１および遠隔の組センサ２０３に配置される複数の圧力センサは、各センサにより共通の吸込み部あるいは共通の既知圧力源の圧力測定を行い結果を比較することによって校正することができる。
本発明を具現するある有効なシステムにおいては、あるパラメータの空気流の平均値内で測定することが望ましい。平均化吸気弁は、図３Ａないし図３Ｃに関して示され記述される。図１において１０３ａないし１０３ｃ、および図２において１０３ａないし１０３ｆで示される任意の弁は、図３Ａないし図３Ｃに略図的に示される平均化形式の弁でよい。
図３Ａは、排気ダクトの流れにおける平均的サンプルを採るための形態を示している。平均化吸気弁３０１は、１対の圧力タップ３０３、３０５を介して、サンプルが採られる排気ダクトにおける排気弁３００に跨がる。排気弁３００に跨がる代わりに、平均化吸気弁３０１は、空気流内の圧力低下を生じる別の装置に跨がるように接続することもできる。例えば、平均化吸気弁３０１は、空気流コントローラ、ダンパー、オリフィス・リング、エルボー、あるいは単に限定長のダクトに跨がることもできる。平均化吸気弁３０１は、圧力タップ３０３、３０５間でサンプリング・チャンバまたはバッグ３０７を含んでいる。排気弁３００を流れる空気流が方向Ｆであるものとすると、圧力タップ３０３に高い相対空気圧が、また圧力タップ３０５には低い相対空気圧が生じる。従って、排気弁３００における少量の空気流が圧力タップ３０３により通気され、サンプリング・チャンバ３０７へ分けられる。既にサンプリング・チャンバ３０７内にある空気の一部は、排気弁３００のすぐ下流側で排気流へ戻される。サンプリング・チャンバ３０７におけるサンプルは、ある期間サンプリング・チャンバ３０７に保留される空気流からの空気の混合物を保有する。このように、サンプルは、前記期間における空気流の内容物の平均値をなす。サンプリング・チャンバは、ソレノイド弁３０９を介して配管１０５に、あるいはサンプルがシステム内に取入れられるときを制御する他の適切な装置に接続される。このように構成された平均化吸気弁３０１は、先に述べた吸気弁１０３ａないし１０３ｆのいずれかを置換することもできる。
図３Ｂに示されるように、平均化吸気弁３０１は、圧力タップ３０３の代わりに、空気質が重要である空間内に配置されるサンプリング・ヘッド３１１を有する。かかる形態は、排気弁３００から排出される空間、例えば１つの室における空気に運ばれる物質の平均流量を測定する。
更に別の変更例では、図３Ｃにおいて、空気供給弁３５０または空気流における圧力低下を生じる別の要素に跨がって接続された平均化吸気弁３０１が示される。当該システムは、図３Ａに関して先に述べたものと同様に動作するが、排気ダクトではなく供給ダクトにおける空気流を測定し平均化する。これは、空気管理システムの他の部分からの相互汚染、空気供給システムにおける欠陥を発見するために有効であり、かつ他の場所で検出される緊急状態に応答して空気補給を制御するために有効である。
本発明の実施の形態における用途に適する経路指向装置が、図４Ａないし図４Ｃに示される如き幾つかの形態において得られる。
図４Ａにおいて、１つの出力ポート４０１と３つの入力ポート４０３、４０５、４０７とを有する経路指向装置２０１が略図的に示される。電子式あるいは空圧式の弁制御装置４０９もまた含まれる。この弁制御装置は、弁４１３、４１５、４１７が設定される位置を表わす制御信号を受取る制御入力４１１を有する。弁４１３、４１５、４１７が無いか、あるいは１つ以上が、出力ポート４０１に対する入力ポート４０３、４０５、４０７のゼロ、１つあるいはそれ以上の接続を閉路することができる。無論、当業者には、経路指向装置２０１の全ての記述において、入出力の表示は任意であり、要求される空気流および論理的な接続に応じて逆になり得ることが理解されよう。
図４Ｂにおいて、１つの出力ポート４０１と３つの入力ポート４０３、４０５、４０７とを有する別の経路指向装置が示される。かかる経路指向装置は、３つの入力ポート４０３、４０５、４０７の１つを空気流スイッチ４１９を介して出力ポート４０１に接続する。空気流スイッチ４１９は、先に述べたように、制御信号４１１を用いて弁制御装置４０９により制御される。
最後に、図４Ｃは、４つのポートの任意の１つとの、４つの入力ポート４０１、４０３、４０５、４０７の任意のものの相互接続を行うように構成された経路指向装置を示している。弁制御装置４０９は、制御信号４１１い応答して所望の接続を行うように弁４２１を動作させる。
図２のネットワークは簡単な「魚の骨」形態であるが、更に複雑な形態もまた可能である。
図５の形態は、１つの形態の「自己治療型」トポロジである。図示のように、ループ５０１における任意の点の破断または閉塞は、吸気弁１０３ａないし１０３ｄのたかだか１つの動作を損じる。例えば、破断が点Ａにおいて生じるものと仮定しよう。吸気弁１０３ｄは経路指向装置２０１ｂを介してサンプルされるが、吸気弁１０３ａおよび１０３ｂは経路指向装置２０１ａを介してサンプルされる。弁５０３ｂは経路指向装置２０１ａに対する吸気弁１０３ｂの接続を閉路するが、弁５０３ａおよび５０３ｃは点Ａにおける破断を隔離するように開路する。
代替的な自己治療型トポロジは、図６に示される。このトポロジは、基幹チューブセグメント１０５ｏおよび１０５ｐにおける２重管手法を探求することができる。配管網１０５における任意の一箇所の破断は、たかだか１つの吸気弁１０３ａ、１０３ｂの動作を損じる。経路指向装置２０１ｃ、２０１ｄおよび弁６０１は、経路指向装置２０１ｅと共に配管網１０５における任意の場所の破断を隔離するように構成することができる。
本発明の実施の形態の多数のトポロジおよび変態について述べたが、システムにおける圧力低下の問題に戻る。先に述べた任意の変態では、システムにおける安全動作圧力および流量を維持するため、図７に示される如きブースタ７００を設けることができる。
図７のブースタは２方向性であり、ブースタ機能全体を迂回するために用いることができる分路弁７１３を含む。これらのブースタは、望ましくは大型ネットワークの経路指向装置２０１に含まれか、あるいは圧力または流量の増進から利益を蒙る配管網１０５の任意のチューブと直列に配置されてもよい。
ブースタ７００の機能については、図７に関して述べる。ブースタ７００は、圧力または流量の増進を行うポンプ７０１を含む。提供される増進量は、ポンプ電動機の速度を制御する制御装置７０３により、例えば流量あるいは圧力低下の測定に応答してポンプと直列のスロットルまたはダンパーによって制御される。弁７０５、７０７が開き弁７０９、７１１が閉じられると、ブースタ７００は順方向に動作する。ブースタ７００は、弁７０９、７１１を開く間弁７０５、７０７を閉じることにより逆方向に動作するようにできる。
先に述べた本発明の種々の特質は、詳細には述べなかった幾つかの理由により有利である。
先に述べた各システムでは、センサ、トレーサ・ガス発生源および経路指向装置あるいは弁の相対的位置に従って、空気サンプルは別の開いた弁からの負圧下で採られるが、ネットワークの各部は正圧のトレーサ・ガスを開いた弁へ送ることができる。例えば、サンプルはサブネットワークの基幹チューブ１０５ｇ、１０５ｈ、１０５ｊおよび１０５ｋにおける任意の開いた弁１０３から中央検知および制御システム１０１へ取入れられるが、サブネットワークの基幹チューブ１０５ｆは、トレーサ・ガスをサブネットワークの基幹チューブ１０５ｆまたは１０５ｉの任意の弁１０３へ送ることができる。
先に述べた各システムは、柔軟な空気流経路操作を有するネットワークと関連する１つの中央検知および制御システム１０１を使用することにより、従来のシステムより柔軟に構成される。配管網１０５と並列に伸びる光ファイバ、電子式あるいは空圧式の制御ネットワークの使用によって、柔軟性は更に支持される。制御ネットワークは、分散型制御形態でよい。多数の検知および制御装置１０１、２０３をシステム全体にわたり分散することができる。これらの装置は、配管ネットワーク１０５と並列に伸びる電子式制御ネットワークによりネットワーク１０５の使用を関連付けることができる。無論、電子式制御ネットワークは、代替的に基礎になる配管ネットワーク１０５のトポロジと異なるトポロジを持つことができる。吸気弁１０３から中央検知および制御装置への柔軟な空気の供給は、経路付け指令を変更することによって、吸気弁の形態だけを変更することを可能にする。また、システムを新たな汚染の如き新たなパラメータを検出するように適用することは、検出される各室ごとに１つのセンサの代わりに、唯一つのセンサ・パッケージを変更することによって行われる。
更にまた、本発明によるネットワーク空気測定システムは、他の屋内の空気処理設備と共に建物の空間の安価な「事前配線」に特に適するものである。事前配線および柔軟性は、多数の検出サイトを配管網１０５と共に、並列に伸びる電子式あるいは空圧式の制御ネットワークを用いて、中央検知および制御装置へ戻る多数の個々の配管を必要とすることなく事前配線することができる基幹チューブが複数の分岐またはループに供する本発明の特質によるシステムにおいて強化される。経路指向装置、吸気弁および配管、電子式制御ネットワーク・ノード、配線および電子式入出力装置は全て、他の空気処理および空気流制御装置と共に、予め設備することができる。経路指向装置、スイッチおよび制御装置に使用可能な電子式制御ネットワーク・ノード、配線および電子式入出力装置を含む電子式通信要素は、配管と共に予め設置することもできる。実際に、制御ネットワークに対する光ケーブルまたはワイヤは、設置前に配管に対して接着あるいは他の方法で固定することができ、従って両者を同じ空間において同時に設置することができる。ネットワーク要素の設置および接続は、このように著しく簡素化される。建物における他の空気処理および空気流制御装置は建設が完了した後に既にある程度の接近を必要とするので、ネットワーク化された空気測定システムの修正のため接近が行われる。
例えば、Ｐｈｏｅｎｉｘ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ社から作られる装置を含む空気処理および制御設備を含むように設計された建物は、本発明の考慮された用途に含まれる。このような建物においては、取入れ弁、空気サンプル経路指向装置および配管を空気弁、ダンパー、電子制御装置およびデータ・ネットワーク経路指向装置、および空気処理および制御設備設計に従来とおり含まれる他の装置と関連して配置することもできる。中央の場所からの空気処理設備の電子的制御が考慮される場合、電子制御ネットワークは既に建築設計の一部となる。空気弁、ダンパー、電子制御装置およびデータ・ネットワーク経路指向装置、および他のネットワーク化された空気測定装置は、考慮済みの電子制御データ・ネットワークにより制御することができる。あるいはまた、基礎になるネットワーク化された空気管理システムのトポロジと並列の物理的トポロジを備える専用の電子制御ネットワークを初期装置の一部として作ることもできる。
本発明の少なくとも１つの特質は、対応数の取入れ弁を制御するため多数の制御配線を必要とする問題を回避する。本発明の特質によるネットワーク化される試みにおいては、例えば、先に述べた如き「自己治療型」のトポロジにおける高度の柔軟性を維持しながら冗長度を減じることができる。例えば、図１のネットワークにおいては、基幹チューブ部１０５ｅは、１０３ａないし１０３ｄに示された４つの取入れ弁の全てからのサンプルの搬送に共通している。このため、組センサ１０７に対して伸びる４つの個々の配管を設けない経済性が達成される。図１のネットワークは、多くのハードウェアを付加することなく図５または図６に示された構造を用いて自己治療型にすることができる。制御および連絡装置１１１が吸気弁１０３ａないし１０３ｄを開閉することによる制御ネットワークは、同様な柔軟性と共に同様な経済性を達成する。
ネットワークの分岐部は、任意に基幹チューブ部に接続することができ、あるいは吸込みチューブは、図８および図９の弁装置を介して分岐部に接続することができる。図８は、ネットワークのある部分を隔離するように動作させる必要がある弁数を最小化する形態を示し、図９は、低い圧力低下形態を示している。これらの形態は共に、ネットワークの１つの分岐部、および取入れ弁が遮断されるネットワークの使用されない分岐部を介して取込まれるサンプル間の相互汚染を減じ、前記の使用されない分岐部を前のサンプルからの滞留空気を保持する終端部にする。
図８の形態は、サンプルが取込まれるネットワークの各部とネットワークの動作中の異なる時点に接近されないネットワークの各部との間に弁を配置する弁とネットワーク部の直列接続によって相互汚染を減じる。例えば、弁８０５は、サンプルが分岐管８０７から取込まれるとき（領域Ａを含む）領域Ｂにおけるシステムの全ての要素を隔離するが、弁８０３は、サンプルが分岐管８０１から取込まれるとき領域Ａにおけるシステムの全ての要素を隔離する。しかし、このような形態は、遠隔分岐部、例えば分岐部８０１からセンサ装置に対する、例えば図９の形態より大きな圧力低下を生じる。
図９の形態においては、基幹チューブへの各取入れ弁からの圧力低下は、各サンプルが通過しなければならない弁数を最小化することによって最小化される。相互汚染からのサンプルの隔離は、分岐管９０５および９０７が使用されないときこれらを弁９０１および９０３によりそれぞれ隔離することによって減じることができる。
本発明については、１つの実施の形態および幾つかの変更例に関して示し記述したが、これらに限定されることを意図するものではない。例えば、チューブ１０５などの各々は、空圧作動用途において共通な２重管材料を用いて延長する。２重管材料を用いることにより、例えば図６のトポロジを用いることにより、更に大きな空気サンプル経路の柔軟性が達成される。更にまた、先に述べた方法と平行して空気の監視を維持しながら、追跡物質を含む空気パケットを発生源からシステムにおける行き先へ送ることもできる。例えば、弁１０３を煙霧フード付近に設置しかつ弁１０３を煙霧フードの排気ダクト内に設置することにより、煙霧フード付近にトレーサ・ガスを注入して排気流に見出されるトレーサ・ガスの汚染を測定することにより、臨界空気質装置の性能を監視することができる。粒子の検出を必要としない用途において環境空気からの粒子でチューブが閉塞することことを防止するために、管内粒子フィルタを用いることができる。比較的小さな粒子を検出する用途において大きな粒子を濾過することもまた可能である。
更なる変更は、当業者には明らかであり、本文に添付される請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲および相当内容に当該するものと見なされる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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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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