(57)【要約】【課題】作業ゾーンの酸素濃度を維持しながら、容易に低酸素ブース内部の酸素濃度を所望の濃度以下に制御することを目的とする。【解決手段】作業ブース１０４に差圧ダンパ１０３を設け、各低酸素ブース（４０４，４０５）の定常化の際に、各低酸素ブース（４０４，４０５）の定常状態での気圧を基準にしたしきい値より作業ブース１０４の気圧が高くなった場合に差圧ダンパ１０３を作動させ、作業ブース１０４内の気圧を減圧制御することにより、酸素富化ガス１０６を投入しても、容易に作業ブース１０４の圧力上昇を防止し、低酸素ブース（４０４，４０５）内部の酸素濃度を所望の濃度以下に維持することが可能となる。【選択図】図１
2014020634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業ブースに酸素富化ガスを供給しながら前記作業ブース内に設けられる複数のブースに窒素富化ガスを供給するガス供給を行って、前記作業ブースおよび前記ブースの酸素濃度を定常状態に制御する際に、
あらかじめ前記各ブースを単独で定常状態にしたときの気圧の中で最小の気圧をしきい値として決定する工程と、
前記ブースを順番にあるいは一括で前記ガス供給を行って前記しきい値を境に前記作業ブースに設ける差圧ダンパを作動させて前記作業ブース内の気圧を維持する工程と
を有することを特徴とするブース内の酸素濃度の制御方法。
【請求項２】
酸素富化ガスが供給される作業ブースと、
前記作業ブース内に設けられ窒素富化ガスが供給される複数のブースと、
それぞれの前記ブースに接続されて前記窒素富化ガスの流量を調整する流量調整ダンパと、
前記作業ブースに設けられ前記作業ブース内部の気圧がしきい値となる気圧より高くなると前記作業ブース内のガスを放出する差圧ダンパと
を有し、前記しきい値が前記ブースの定常状態での気圧の内の最小の前記気圧であることを特徴とするブース内の酸素濃度の制御装置。
【請求項３】
空気から前記窒素富化ガスおよび前記酸素富化ガスを分離生成する窒素発生装置をさらに有することを特徴とする請求項２記載のブース内の酸素濃度の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低酸素環境の必要な製造装置における、ブース内の酸素濃度の制御方法および酸素濃度の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ものづくりの現場において、製品を製造する工程は、酸素濃度の低い環境（低酸素環境と呼ぶ）で実施しなければならないことがある。そのため、生産に用いられる製造装置は、低酸素環境のブースに設置されなければならない。設置されるブースを低酸素環境に実現する手段としては、コストや安全性の面から考慮するとブースに窒素を供給することが一般的である。なお、ここでいう低酸素環境とは、短時間（３０分程度）の曝露で人体への影響が表れる、酸素濃度１２％以下のものを想定する。
【０００３】
窒素の供給手段としては、液体窒素を利用するものと、空気から窒素富化ガスを分離生成する窒素発生装置を利用するものが一般的である。そして、製造装置を設置するブースに用いる大量の窒素を使用する場合には、ランニングコストを考慮し、窒素発生装置が使われることが多い。
【０００４】
窒素発生装置を利用したもののうち、従来の酸素濃度の制御方法としては、酸素選択性の高い気体分離膜を用い、気体分離膜を透過した酸素富化ガスと、透過しなかった窒素富化ガスとを分離し、透過しなかった窒素富化ガスを利用するものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、低酸素環境を利用する製造工程においては、製造装置が設置される低酸素ブースに窒素富化ガスを投入すると、その外部に位置する一般作業ゾーンへ低酸素ブースの窒素富化ガスが漏出する。そこで一般作業ゾーンの空気は、窒素の割合が空気よりも増加する。窒素富化ガスの漏出防止の対策として低酸素ブースに排出用のポンプを設置する手段も考えられるが、排出した窒素富化ガスを有効活用できない。そこで別の手段として前述の気体分離膜を透過した酸素富化ガスを有効活用して一般作業ゾーンへ投入する方法が考えられる。
【０００６】
具体的には図７のように、窒素発生装置４０１にて、酸素選択性の高い気体分離膜４０２へコンプレッサ４０３から圧縮空気を投入し、気体分離膜４０２を透過しなかった窒素富化ガスを第１低酸素ブース４０４と第２低酸素ブース４０５へ投入していた。それと同時に、気体分離膜４０２を透過した酸素富化ガスを一般作業ゾーンである作業ブース４０６へ投入していた。
【０００７】
この時、酸素富化ガスを投入することにより作業ブース４０６内部の気圧が上昇し、低酸素ブース４０４内部の気圧よりも高くなってしまうと、作業ブース４０６から低酸素ブース４０４へ空気が逆流し、低酸素ブース４０４内部の酸素濃度を所望の濃度以下に維持できなくなる。そのため、低酸素ブース４０４を所定の酸素濃度に維持しながら、作業ブース４０６と低酸素ブース４０４との気圧を監視し、常に作業ブース４０６が低酸素ブース４０４より低圧になるように制御していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２３２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、低酸素ブースが1つの場合は容易に気圧を管理できるが、低酸素ブースが複数ある場合、制御が複雑になるという問題点を有していた。
本発明は、前記従来の問題点を解決するもので、作業ゾーンの酸素濃度を維持しながら、容易に低酸素ブース内部の酸素濃度を所望の濃度以下に制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の酸素濃度の制御方法は、作業ブースに酸素富化ガスを供給しながら前記作業ブース内に設けられる複数のブースに窒素富化ガスを供給するガス供給を行って、前記作業ブースおよび前記ブースの酸素濃度を定常状態に制御する際に、あらかじめ前記各ブースを単独で定常状態にしたときの気圧の中で最小の気圧をしきい値として決定する工程と、前記ブースを順番にあるいは一括で前記ガス供給を行って前記しきい値を境に前記作業ブースに設ける差圧ダンパを作動させて前記作業ブース内の気圧を維持する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の酸素濃度の制御装置は、酸素富化ガスが供給される作業ブースと、前記作業ブース内に設けられ窒素富化ガスが供給される複数のブースと、それぞれの前記ブースに接続されて前記窒素富化ガスの流量を調整する流量調整ダンパと、前記作業ブースに設けられ前記作業ブース内部の気圧がしきい値となる気圧より高くなると前記作業ブース内のガスを放出する差圧ダンパとを有し、前記しきい値が前記ブースの定常状態での気圧の内の最小の前記気圧であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、作業ブースに差圧ダンパを設け、各低酸素ブースの定常化の際に、各低酸素ブースの定常状態での気圧を基準にしたしきい値より作業ブースの気圧が高くなった場合に差圧ダンパを作動させ、作業ブース内の気圧を減圧制御することにより、酸素富化ガスを投入しても、容易に作業ブースの圧力上昇を防止し、低酸素ブース内部の酸素濃度を所望の濃度以下に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の酸素濃度の制御方法を説明する概略図
【図２】差圧制御を行わない場合の酸素濃度の制御方法における動作を説明する図
【図３】本発明の差圧制御を行う酸素濃度の制御方法の動作を説明する図
【図４】本発明の差圧制御を行う酸素濃度の制御方法を説明するフローチャートを示す図
【図５】複数台の低酸素ブースをあらかじめしきい値を決定して差圧制御を行う酸素濃度の制御方法を説明するフローチャートを示す図
【図６】しきい値を順次更新しながら差圧制御を行う酸素濃度の制御方法を説明するフローチャートを示す図
【図７】従来の酸素濃度の制御方法を説明する概略図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ポリマー型リチウム電池の製造ラインやリフロー炉などの低酸素環境が必要な製造工程において、酸素濃度の制御が行われる。
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
ここでは、酸素濃度が低減された環境として、空気より窒素濃度を高めたガスが供給される空間を低酸素ブースと称す。空気は一般的な外気を想定し、酸素と窒素の成分比は概ね２１：７９であるとして説明する。低酸素ブースの酸素濃度は空気より低くし、例えば、酸素濃度が１２％以下とする。また、一般的な空気より窒素濃度を高めたガスを窒素富化ガスと称し、空気より窒素濃度が高く酸素濃度が低いガスである。一般的な空気より酸素濃度を高めたガスを酸素富化ガスと称し、空気より酸素濃度が高く窒素濃度が低いガスである。作業ブースは作業者が作業するブースであるので、一般的な空気の酸素濃度に近い酸素濃度に制御される。そして、作業ブース内に低酸素ブースが配置される。低酸素ブースには窒素富化ガスが供給され、同時に作業ブースには酸素富化ガスが供給され、このように、作業ブースおよび低酸素ブースにガスを供給することをガス供給と称す。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態における酸素濃度の制御方法を示す図である。図１において、図７と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図１において、窒素発生装置４０１は、酸素選択性の高い気体分離膜４０２へ、コンプレッサ４０３から圧縮空気を送り込むように構成され、窒素富化ガス１０５と酸素富化ガス１０６に分かれる。そして、気体分離膜４０２を透過しなかった窒素富化ガス１０５を、低酸素ブースへ送り込むように構成される。
【００１７】
窒素富化ガス１０５の供給量の配分は、コンプレッサ４０３から送り込まれる圧縮空気の投入量と、低酸素ブースへの窒素富化ガス１０５の投入経路にそれぞれ設けられた第１流量調整ダンパ１０１および第２流量調整ダンパ１０２の開度を調整することによりなされる。
【００１８】
それと同時に、気体分離膜４０２を透過した酸素富化ガス１０６を、一般作業ゾーンである作業ブース１０４へ投入するよう構成される。
また、作業ブース１０４には、作業ブース１０４の内部と外気との間に差圧ダンパ１０３が備えられている。差圧ダンパ１０３は作動しきい値を任意に設定可能であり、作業ブース１０４外部より作業ブース１０４内部の気圧が作動しきい値以上高くなったときに差圧ダンパ１０３が開き、作業ブース１０４内のガスを放出して作業ブース１０４の気圧を一定値以下になるように制御できるよう構成される。なお、図１では、低酸素ブースとして第１低酸素ブース４０４および第２低酸素ブース４０５を示しているが、低酸素ブースの数は任意である。
【００１９】
ここで、差圧ダンパ１０３の作動しきい値は、例えば、クリーンルームに利用される一般的な差圧ダンパにて制御可能な、１〜５０［Ｐａ］程度の圧力を想定する。
また、第１低酸素ブース４０４および第２低酸素ブース４０５は、少ない窒素富化ガス１０５で所定の低酸素環境を維持管理され、基本的に密閉状態になるよう構成される。さらに、作業ブース１０４は、人が作業できる空気であり、温湿度やクリーン度を適切に維持管理できるよう、基本的に密閉状態になるよう構成される。
【００２０】
しかしながら、第１低酸素ブース４０４および第２低酸素ブース４０５については、ワークの出し入れ用の開閉扉、構成する部品の繋ぎ目、メンテナンス口など、その製作や運用上の便宜のために、いくらかの開口部が発生する。また作業ブース１０４についても、作業者の出入口、設備の搬入口や換気窓の隙間など、いくらかの開口部が発生する。そして、それぞれに投入された窒素富化ガス１０５および酸素富化ガス１０６は、これらの開口部からある一定量が漏出する。
【００２１】
ここでは、第１低酸素ブース４０４および第２低酸素ブース４０５内を流れる窒素富化ガス１０５の流量と各ブースの圧力との関係を予め測定し、把握しているものとして説明する。
【００２２】
次に、かかる構成において本発明の動作を説明するために、第１低酸素ブース４０４、第２低酸素ブース４０５、作業ブース１０４における、窒素富化ガス１０５の流量および各ブース内の気圧の関係について説明する。
【００２３】
第１低酸素ブース４０４の内容積をＶ１［ｍ３］、第２低酸素ブース４０５の内容積をＶ２［ｍ３］、作業ブース１０４の内容積をＶ［ｍ３］とする。本実施の形態では、例えば、第１低酸素ブース４０４および第２低酸素ブース４０５は、それぞれＶ１＝Ｖ２＝幅２［ｍ］×奥行２［ｍ］×高さ２［ｍ］＝内容積８［ｍ３］を持ち、また作業ブース１０４は、Ｖ＝幅８［ｍ］×奥行３［ｍ］×高さ３［ｍ］＝７２［ｍ３］の内容積とすることができる。
【００２４】
ここで気圧について、作業ブース１０４外部の気圧をＰ０（ｔａ）［Ｐａ］とし、Ｐ０（ｔａ）［Ｐａ］は大気圧と同等であるとする。そして、これをゲージ圧力における零点とし、Ｐ０（ｔａ）＝０［Ｐａ］として、以降の説明における気圧とは、すべてゲージ圧力を指すものとして説明する。
【００２５】
時刻ｔａにおいて、第１低酸素ブース４０４の気圧をＰ１（ｔａ）［Ｐａ］、第１低酸素ブース４０４への窒素富化ガス投入流量をＱ１（ｔａ）［ｍ３／ｓ］、第１低酸素ブース４０４の酸素濃度をＸ１（ｔａ）［％］、第２低酸素ブース４０５の気圧をＰ２（ｔａ）［Ｐａ］、第２低酸素ブース４０５への窒素富化ガス投入流量をＱ２（ｔａ）［ｍ３／ｓ］、第２低酸素ブース４０５の酸素濃度をＸ２（ｔａ）［％］とする。
【００２６】
また、作業ブース１０４の気圧をＰ（ｔａ）［Ｐａ］、作業ブース１０４への酸素富化ガス投入流量をＱ（ｔａ）［ｍ３／ｓ］とする。
さらに、時刻ｔａにおいて、作業ブース１０４より第１低酸素ブース４０４が何気圧低いかを示す差圧をΔＰ１（ｔａ）［Ｐａ］、作業ブース１０４より第２低酸素ブース４０５が何気圧低いかを示す差圧をΔＰ２（ｔａ）［Ｐａ］、作業ブース１０４外部より作業ブース１０４内部が何気圧高いかを示す差圧をΔＰ（ｔａ）［Ｐａ］とする。なお、Ｐ０（ｔａ）＝０［Ｐａ］なので、ΔＰ（ｔａ）＝Ｐ（ｔａ）となる。
【００２７】
ここで、時刻ｔａにおいて、第１低酸素ブース４０４、第２低酸素ブース４０５および作業ブース１０４の気圧変動が０、すなわち定常状態になっていれば、各ブースに関して、投入流量と漏出流量は等しくなっている。
【００２８】
このとき、第１低酸素ブース４０４および第２低酸素ブース４０５へは、それぞれＱ１（ｔａ）［ｍ３／ｓ］およびＱ２（ｔａ）［ｍ３／ｓ］の窒素富化ガス１０５が投入されており、作業ブース１０４へは、Ｑ（ｔａ）［ｍ３／ｓ］の酸素富化ガス１０６に加えて、第１低酸素ブース４０４および第２低酸素ブース４０５から漏出したそれぞれＱ１（ｔａ）［ｍ３／ｓ］およびＱ２（ｔａ）［ｍ３／ｓ］の窒素富化ガス１０５等の漏出ガスが投入されていることになる。これは、第１低酸素ブース４０４および第２低酸素ブース４０５が定常状態になっているため、それぞれに供給されるＱ１（ｔａ）［ｍ３／ｓ］およびＱ２（ｔａ）［ｍ３／ｓ］の窒素富化ガス１０５の分だけ、第１低酸素ブース４０４および第２低酸素ブース４０５から作業ブース１０４へ漏出するためである。
【００２９】
すなわち、定常状態において、第１低酸素ブース４０４から作業ブース１０４への漏出流量をＱ１´（ｔａ）［ｍ３／ｓ］、第２低酸素ブース４０５から作業ブース１０４への漏出流量をＱ２´（ｔａ）［ｍ３／ｓ］、作業ブース１０４から作業ブース１０４外部への漏出流量をＱ´（ｔａ）［ｍ３／ｓ］とすると、定常状態においては流入流量と漏出流量が同じになるので、下記の関係式が成立する。
Ｑ１´（ｔａ）＝Ｑ１（ｔａ）          …（１）
Ｑ２´（ｔａ）＝Ｑ２（ｔａ）          …（２）
Ｑ´（ｔａ）＝Ｑ１（ｔａ）＋  Ｑ２（ｔａ）＋Ｑ（ｔａ）          …（３）
また、差圧と漏出流量に関して、ベルヌーイの定理より下記の関係式が成立する。ここでＫ１、Ｋ２、Ｋは、空気の比重、重力加速度および漏出ガスの通過面積によって決定される固有値であり、ブースごとに実験的に求められるものである。
【００３０】
【数１】
2014020634.tif 000003
【００３１】
【数２】
2014020634.tif 000004
【００３２】
【数３】
2014020634.tif 000005
また、作業ブース１０４の外部の気圧Ｐ０（ｔａ）＝０［Ｐａ］なので、気圧に関して、下記の関係式が成立する。
Ｐ１（ｔａ）＝ΔＰ１（ｔａ）＋ΔＰ（ｔａ）          …（７）
Ｐ２（ｔａ）＝ΔＰ２（ｔａ）＋ΔＰ（ｔａ）          …（８）
Ｐ（ｔａ）＝ΔＰ（ｔａ）          …（９）
また、本実施の形態においては、第１低酸素ブース４０４と第２低酸素ブース４０５は同等のものであるとして説明する。すなわち（４）（５）式におけるＫ１およびＫ２について、下記の関係式が成立する。
Ｋ１＝Ｋ２          …（１０）
ここで一般に、窒素発生装置４０１における窒素富化ガス１０５と酸素富化ガス１０６の流量比は、取り出そうとする窒素富化ガス１０５の酸素濃度により決まる。一例を挙げると、ある窒素発生装置において、酸素濃度１％の場合で窒素富化ガス１０５：酸素富化ガス１０６＝１：２、酸素濃度０．１％の場合で富化ガス１０５：酸素富化ガス１０６＝１：３、０．０１％の場合で窒素富化ガス１０５：酸素富化ガス１０６＝１：４．５である。本実施の形態においては、酸素濃度１％の窒素富化ガス１０５を使用するものとし、すなわち常に流量比は、窒素富化ガス１０５：酸素富化ガス１０６＝１：２であるとして説明する。
【００３３】
次に、本発明の動作について、図１，図２を用い、具体的数値を例にあげて説明する。ここで、比較のために従来例における動作、すなわち図１において、差圧制御手段である差圧ダンパ１０３を作動させない場合をケース（Ａ）とし、その後、本発明における動作をケース（Ｂ）として説明することで、本発明の作用、および効果を明らかにする。
【００３４】
まず、ケース（Ａ）について、その動作を説明する。
図２は差圧制御を行わない場合の酸素濃度の制御方法における動作を説明する図であり、本実施の形態における、ケース（Ａ）の動作を説明する図である。
【００３５】
時刻ｔ１において、第１低酸素ブース４０４および第２低酸素ブース４０５は、低酸素環境に維持されておらず、窒素富化ガス１０５は投入されていない。このとき、第１低酸素ブース４０４および第２低酸素ブース４０５の酸素濃度は、大気中の酸素濃度と同じとなり、Ｘ１（ｔ１）＝Ｘ２（ｔ１）＝２１％である。
【００３６】
その後、まず、第１低酸素ブース４０４を定常状態にするために、時刻ｔ２において、第１低酸素ブース４０４に対して窒素富化ガス１０５の投入が開始され、同時に作業ブース１０４に対して、酸素富化ガス１０６の投入が開始される。
【００３７】
またこの時点では、第２低酸素ブース４０５への窒素富化ガス１０６の投入は開始されないものとする。そしてその流量配分は、第１流量制御ダンパ１０１を開き、第２流量制御ダンパ１０２を閉じることによってなされ、このとき、Ｑ１（ｔ２）＝１．０［ｍ３／ｓ］であるならば、上記のように窒素富化ガス１０５：酸素富化ガス１０６＝１：２であるので、Ｑ（ｔ２）＝２．０［ｍ３／ｓ］となる。
【００３８】
そして時刻ｔ３において、第１低酸素ブース４０４および作業ブース１０４の気圧が定常状態となる。このとき、（１）（３）式より、Ｑ１´（ｔ３）およびＱ´（ｔ３）は下記のとおりになる。
Ｑ１´（ｔ３）＝１．０［ｍ３／ｓ］          …（１１）
Ｑ´（ｔ３）＝３．０［ｍ３／ｓ］          …（１２）
この状態で、定常状態におけるＫ１およびＫを求めるために、ΔＰ１（ｔ３）およびΔＰ（ｔ３）を測定する。実測値でΔＰ１（ｔ３）＝１００［Ｐａ］、ΔＰ（ｔ３）＝２５［Ｐａ］であったとすると、
（７）（９）式より、Ｐ１（ｔ３）およびＰ（ｔ３）は、下記のとおりになる。
Ｐ１（ｔ３）＝１２５［Ｐａ］          …（１３）
Ｐ（ｔ３）＝２５［Ｐａ］          …（１４）
そして、（４）（６）（１１）（１２）式より、Ｋ１、Ｋは、下記のとおりになる。
Ｋ１＝０．１          …（１５）
Ｋ＝０．６          …（１６）
Ｘ１（ｔａ）が所定値（本実施の形態では、例えば１％とする）以下となり、置換が完了すれば、第１低酸素ブース４０４へは、ブース内を正圧に保持し、Ｘ１（ｔａ）を１％以下に保持するために必要な量の窒素富化ガス１０６を供給すればよく、時刻ｔ４において、窒素発生装置４０１の運転状態を切り替え、窒素富化ガス１０５の供給量を低減させる。
【００３９】
このとき、窒素富化ガス１０５の必要量がＱ１（ｔ４）＝０．２［ｍ３／ｓ］であるならば、酸素富化ガス１０６の発生量Ｑ（ｔ４）＝０．４［ｍ３／ｓ］となる。そして時刻ｔ５において、第１低酸素ブース４０４および作業ブース１０４の気圧が定常状態となる。このとき、（１）（３）式より、Ｑ１´（ｔ５）およびＱ´（ｔ５）は下記のとおりになる。
Ｑ１´（ｔ５）＝０．２［ｍ３／ｓ］            …（１７）
Ｑ´（ｔ５）＝０．６［ｍ３／ｓ］            …（１８）
また、（４）（６）（１５）（１６）（１７）（１８）式より、ΔＰ１（ｔ５）およびΔＰ１（ｔ５）は下記のとおりになる。
ΔＰ１（ｔ５）＝４［Ｐａ］            …（１９）
ΔＰ（ｔ５）＝１［Ｐａ］            …（２０）
よって、（７）（９）（１９）（２０）式より、Ｐ１（ｔ５）およびＰ（ｔ５）は下記のとおりになる。
Ｐ１（ｔ５）＝５［Ｐａ］            …（２１）
Ｐ（ｔ５）＝１［Ｐａ］            …（２２）
そして、時刻ｔ６において、第１低酸素ブース４０４は、所定の酸素濃度に達したため、生産が開始される。
【００４０】
この様に、低酸素ブースが第１低酸素ブース４０４の１台の場合、第１低酸素ブース４０４が定常状態になると、Ｐ１（ｔ５）＝５［Ｐａ］，Ｐ（ｔ５）＝１［Ｐａ］となるので、作業ブース１０４より第１低酸素ブース４０４が何気圧低いかを示す差圧をΔＰ１（ｔａ）［Ｐａ］は４［Ｐａ］となり、作業ブース１０４より第１低酸素ブース４０４の方が気圧が高くなり、第１低酸素ブース４０４に酸素濃度の高いガスが流入せず、第１低酸素ブース４０４の酸素濃度を維持することができる。
【００４１】
低酸素ブースとして第２低酸素ブース４０５を有する場合には、その後、第２低酸素ブース４０５についても生産を開始するために、時刻ｔ７において、第２低酸素ブース４０５に対して窒素富化ガス１０５の投入を開始し、同時に作業ブース１０４に対して、酸素富化ガス１０６の投入を開始する。
【００４２】
このとき、窒素発生装置４０１は、第１低酸素ブース４０４および第２低酸素ブース４０５へそれぞれ所定量の窒素富化ガス１０５を供給できるように運転状態が切り替えられ、その窒素富化ガス１０５の流量配分は、第１流量調整ダンパ１０１と第２流量調整ダンパ１０２の開度を調整することによってなされる。
【００４３】
そして、時刻ｔ８において、第２低酸素ブース４０５および作業ブース１０４の気圧が定常状態となる。ここで簡略化のため、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの間については、第２低酸素ブース４０５および作業ブース１０４についてのみを考え、Ｑ２（ｔ８）＝１．０［ｍ３／ｓ］、Ｑ（ｔ８）＝２．０［ｍ３／ｓ］であるとする。このとき、（４）（６）（１０）（１５）（１６）式より、ΔＰ２（ｔ８）およびΔＰ（ｔ８）は下記のとおりとなる。
ΔＰ２（ｔ８）＝１００［Ｐａ］            …（２３）
ΔＰ（ｔ８）＝２５［Ｐａ］            …（２４）
よって、（７）（９）（２３）（２４）式より、Ｐ２（ｔ８）、Ｐ（ｔ８）は下記のとおりになる。
Ｐ２（ｔ８）＝１２５［Ｐａ］            …（２５）
Ｐ（ｔ８）＝２５［Ｐａ］            …（２６）
また、第１低酸素ブース４０４に関しては時刻ｔ５の時点から運転状況に変化がなく、気圧についても変動がないものとすると、（２１）式よりＰ１（ｔ８）は下記のとおりになる。
Ｐ１（ｔ８）＝Ｐ１（ｔ５）＝５［Ｐａ］            …（２７）
このとき（２６）（２７）式を比較すると、第１低酸素ブース４０４の気圧よりも作業ブース１０４の気圧のほうが高くなってしまい、図２中の斜線部Ａに示すように、第１低酸素ブース４０４に対して、作業ブース１０４から酸素ガス等のガスが逆流する可能性が生じる。その可能性のある領域を、図２中の斜線部Ｂにて示す。そしてこのとき、図２中の斜線部Ｃのように、Ｘ１（ｔａ）が一時的に上昇し、所定の低酸素環境（本実施例の場合１％以下）を維持できなくなる可能性が生じる。
【００４４】
その後、第１低酸素ブース４０４について、作業ブース１０４からの逆流と窒素富化ガス１０５の投入によって、第１低酸素ブース４０４内部の圧力は次第に上昇し、やがて時刻ｔ９において、第１低酸素ブース４０４、第２低酸素ブース４０５および作業ブース１０４の気圧が定常状態になる。
【００４５】
時刻ｔ９において、Ｑ１（ｔ９）＝０．２［ｍ３／ｓ］、Ｑ２（ｔ９）＝１．０［ｍ３／ｓ］、Ｑ（ｔ９）＝２．４［ｍ３／ｓ］であるので、（１）（２）（３）式より、Ｑ１´（ｔ９）、Ｑ２´（ｔ９）およびＱ´（ｔ９）は下記のとおりになる。
Ｑ１´（ｔ９）＝０．２［ｍ３／ｓ］            …（２８）
Ｑ２´（ｔ９）＝１．０［ｍ３／ｓ］            …（２９）
Ｑ´（ｔ９）＝３．６［ｍ３／ｓ］            …（３０）
よって、（４）（５）（６）（１０）（１５）（１６）（２８）（２９）（３０）式より、ΔＰ１（ｔ９）、ΔＰ１（ｔ９）およびΔＰ（ｔ９）は下記のとおりになる。
ΔＰ１（ｔ９）＝４［Ｐａ］            …（３１）
ΔＰ２（ｔ９）＝１００［Ｐａ］            …（３２）
ΔＰ（ｔ９）＝３６［Ｐａ］            …（３３）
さらに、（７）（８）（９）（３１）（３２）（３３）式よりＰ１（ｔ９）、Ｐ２（ｔ９）およびＰ（ｔ９）は下記のとおりになる。
Ｐ１（ｔ９）＝４１［Ｐａ］            …（３４）
Ｐ２（ｔ９）＝１３６［Ｐａ］            …（３５）
Ｐ（ｔ９）＝３６［Ｐａ］            …（３６）
以上のように、ケース（Ａ）においては、お互いの低酸素ブースの運転状態によって、低酸素ブースが作業ブース１０４よりも気圧が低くなる可能性があり、作業ブース１０４から低酸素ブースにガスが流入するために常に正圧状態を保持できるとは限らず、安定的に低酸素環境を維持できない可能性がある。つまり、第１低酸素ブース４０４が定常状態になった後、第２低酸素ブース４０５を定常状態にする過程で、第２低酸素ブース４０５に窒素富化ガス１０５を供給することに応じて、作業ブース１０４にさらに酸素富化ガス１０６が供給される。このため、作業ブース１０４内部の気圧Ｐ（ｔａ）が増加し、第１低酸素ブース４０４の気圧Ｐ１（ｔａ）より高くなる可能性がある。第１低酸素ブース４０４の気圧Ｐ１（ｔａ）より作業ブース１０４内部の気圧Ｐ（ｔａ）が高くなることにより、作業ブース１０４の酸素濃度の高いガスが第１低酸素ブース４０４に流入し、第１低酸素ブース４０４内部の酸素濃度を所望の濃度以下に維持することができなくなる。
【００４６】
ケース（Ａ）における問題点を解決するためには、時刻ｔ８における作業ブース１０４の気圧を、第１低酸素ブース４０４の気圧以下に抑えなければならない。本実施の形態の場合、作業ブース１０４の気圧を５［Ｐａ］以下に抑えればよく、差圧ダンパ１０３のしきい値を５［Ｐａ］に設定することにより、作業ブース１０４の気圧が５［Ｐａ］になると作業ブース１０４内部のガスを外部に放出し、作業ブース１０４の気圧を、第１低酸素ブース４０４の気圧以下に抑えることができる。例えば、各ブースの開口度等のマージンを見越して、差圧ダンパ１０３の作動しきい値を３［Ｐａ］に設定することができ、以下、差圧ダンパ１０３の作動しきい値を３［Ｐａ］に設定した状態をケース（Ｂ）として、その動作を図１，図３，図４を用いて説明する。
【００４７】
図３は本発明の差圧制御を行う酸素濃度の制御方法の動作を説明する図であり、本実施の形態における、ケース（Ｂ）の動作を説明する図である。図４は本発明の差圧制御を行う酸素濃度の制御方法を説明するフローチャートを示す図である。
【００４８】
ここでは、あらかじめ定常状態における第１低酸素ブース４０４の気圧Ｐ１（ｔａ）を測定しておく。そして、定常状態における第１低酸素ブース４０４の気圧Ｐ１（ｔａ）が５［Ｐａ］であり、２［Ｐａ］のマージンを見込んで差圧ダンパ１０３のしきい値を３［Ｐａ］と定めたとして以下に例示する。
【００４９】
まず、第１低酸素ブース４０４を定常状態にするために、第１低酸素ブース４０４に窒素富化ガス１０６を供給する。時刻ｔ１および時刻ｔ２における動作は、ケース（Ａ）と同様であり、その説明を省略する（図４ステップ１）。
【００５０】
時刻ｔ２から時刻ｔ３にいたる過程において、作業ブース１０４内部と、外部の差圧ΔＰ（ｔ３）つまり作業ブース１０４内部の気圧Ｐ（ｔａ）が３［Ｐａ］まで上昇すると、差圧ダンパ１０３が開き、その差圧を３［Ｐａ］より大きい状態に保持する。また、第１低酸素ブース４０４と、作業ブース１０４との間には、ケース（Ａ）と同様の差圧が発生する。基本的には、作業ブース１０４内部の気圧Ｐ（ｔａ）が作業ブース１０４の気圧Ｐ０（ｔａ）より、定常状態における第１低酸素ブース４０４の気圧のぶんだけ大きくなった時に差圧ダンパ１０３が作動すれば良いが、ここでは、３［Ｐａ］マージンをもって、作業ブース１０４内部の気圧Ｐ（ｔａ）が３［Ｐａ］以上になったときに差圧ダンパ１０３を作動させる（図４ステップ２，３）。
【００５１】
時刻ｔ３において、第１低酸素ブース４０４が定常状態になると、ΔＰ１（ｔ３）およびΔＰ（ｔ３）は下記のとおりになる（図４ステップ４）。
ΔＰ１（ｔ３）＝１００［Ｐａ］            …（３７）
ΔＰ（ｔ３）＝３［Ｐａ］            …（３８）
よって、（７）（９）（３７）（３８）式より、Ｐ１（ｔ３）およびＰ（ｔ３）は、下記のとおりになる。
Ｐ１（ｔ３）＝１０３［Ｐａ］          …（３９）
Ｐ（ｔ３）＝３［Ｐａ］          …（４０）
時刻ｔ４から時刻ｔ５にいたる過程で、作業ブース１０４内部と、外部の差圧ΔＰ（ｔａ）が３［Ｐａ］以下に下がる。すると、差圧ダンパ１０３が閉じる。
【００５２】
時刻ｔ５、時刻ｔ６および時刻ｔ７における動作は、ケース（Ａ）と同様であり、その説明を省略する。
次に、ケース（Ａ）と同様に、第２低酸素ブース４０５を定常状態にするために第２低酸素ブース４０５に窒素富化ガス１０５の供給を開始し、作業ブース１０４への酸素富化ガス１０６の供給量を増加させる（図４ステップ５）。時刻ｔ７から時刻ｔ９にいたる過程において、作業ブース１０４への酸素富化ガス１０６の供給量の増加により作業ブース１０４内部の気圧が定常状態の第１低酸素ブース４０４の気圧以上に上昇することもあるが、作業ブース１０４内部と、外部の差圧ΔＰ（ｔａ）つまり作業ブース１０４内部の気圧Ｐ（ｔａ）が３［Ｐａ］まで上昇すると、差圧ダンパ１０３が作動し、その差圧を３［Ｐａ］に保持する（図４ステップ６，７）。
【００５３】
このように、第１低酸素ブース４０４を定常状態にした後、第２低酸素ブース４０５を定常状態にする際に、作業ブース１０４に供給される酸素富化ガス１０６が増量されて作業ブース１０４内部の気圧が上昇したとしても、定常状態の第１低酸素ブース４０４の気圧より作業ブース１０４内部の気圧が低くなるように差圧ダンパ１０３を動作させながら第２低酸素ブース４０５を定常状態にすることにより、第１低酸素ブース４０４および第２低酸素ブース４０５が作業ブース１０４内部の気圧より高い状態を維持し、第１低酸素ブース４０４および第２低酸素ブース４０５への酸素濃度の高いガスの流入を防止し、作業ブースの酸素濃度を維持しながら、容易に低酸素ブース内部の酸素濃度を所望の濃度以下に制御することができる。
【００５４】
そして時刻ｔ９において定常状態になると（図４のステップ８））、第１低酸素ブース４０４と作業ブース１０４との間、および第２低酸素ブース４０５と作業ブース１０４との間には、ケース（Ａ）と同様の差圧が発生する。
【００５５】
よって、ΔＰ１（ｔ８）、ΔＰ２（ｔ８）およびΔＰ（ｔ８）は下記のとおりになる。
ΔＰ１（ｔ８）＝４［Ｐａ］            …（４１）
ΔＰ２（ｔ８）＝１００［Ｐａ］            …（４２）
ΔＰ（ｔ８）＝３［Ｐａ］            …（４３）
また、（７）（８）（９）（４１）（４２）（４３）式より、Ｐ１（ｔ８）、Ｐ２（ｔ８）およびＰ（ｔ３）は、下記のとおりになる。
Ｐ１（ｔ８）＝７［Ｐａ］          …（４４）
Ｐ２（ｔ８）＝１０３［Ｐａ］          …（４５）
Ｐ（ｔ８）＝３［Ｐａ］          …（４６）
その後、このように差圧ダンパ１０３で酸素濃度を制御しながら、定常状態を維持する（図４ステップ９）
以上のように、ケース（Ｂ）においては、お互いの低酸素ブースの運転状態によらず、作業ブース１０４内部と作業ブース１０４外部の差圧、つまり作業ブース１０４内部の気圧が一定の値以上になった時に差圧ダンパ１０３を作動させて作業ブース１０４の気圧を調整し、第１低酸素ブース４０４および第２低酸素ブース４０５を常に作業ブース１０４に対して正圧状態を保持することができるため、安定的に低酸素環境を維持することができる。
【００５６】
なお、以上の説明からわかるとおり、作業ブース１０４に対して低酸素ブースの正圧状態を維持するという目的に対して、作業ブース１０４と低酸素ブースの内容積を考慮する必要はなく、ケース（Ｂ）の構成および動作により、その目的は達成できる。また、通常、気圧を制御して、隣接するブース間のガス漏出を抑制する場合には、各ブースの気圧を測定し、測定値に基づいて機械的あるいは電気的な処理を行った上で、ガスの排出等の物理的制御を行う必要がある。しかし、本発明では、作業ブースに差圧ダンパを設け、定常状態における低酸素ブースの気圧を基準として、差圧ダンパを動作させることのみで、容易に、ガスの流入を防止し、作業ブースの酸素濃度を維持しながら、低酸素ブース内部の酸素濃度を所望の濃度以下に制御することができる。
【００５７】
以上の説明では、あらかじめ第１低酸素ブース４０４の定常状態における気圧を測定してしきい値の基準としたが、第１低酸素ブース４０４を定常状態した際の気圧を算出し、その後の第２低酸素ブース４０５を定常状態にする際に、差圧ダンパをその気圧を基準としたしきい値で動作させても良い。
【００５８】
ここで、本実施の形態において、仕様が同等である２台の低酸素ブースについて、その動作を具体的な数値を用いて説明したが、これを一般化し、ブースの大きさや開口部の総量、保持すべき酸素濃度などが各々異なる複数台の低酸素ブースがある場合に、差圧制御手段である差圧ダンパの作動しきい値を決定する方法を以下に図５を用いて述べる。
【００５９】
図５は複数台の低酸素ブースをあらかじめしきい値を決定して差圧制御を行う酸素濃度の制御方法を説明するフローチャートを示す図である。
まず、Ｎ台（Ｎは２以上の自然数）の低酸素ブースを単独運転して定常状態にする。このとき、低酸素ブースの酸素濃度を各々が必要とする所定値以下に保持するために、最低限必要な流量の窒素富化ガスを投入している状態で、低酸素ブースと作業ブースの差圧および作業ブース内部と作業ブース外部の差圧を計測し、各低酸素ブースの定常状態での気圧である低酸素ブースの気圧Ｐ１、Ｐ２、・・・、ＰＮ［Ｐａ］を把握する（図５ステップ１）。
【００６０】
そしてＰ１、Ｐ２、・・・、ＰＮ［Ｐａ］のうち最小のものを基準としてしきい値を決定し（図５ステップ２）、作業ブースの気圧が上回らないように差圧ダンパを作動させながら、各低酸素ブースに対して、順に、あるいは一括して窒素富化ガスを供給し定常状態にする（図５ステップ３）。すると、稼働中Ｎ台の低酸素ブースについて、常に作業ブースに対する正圧状態が保持される。すなわち、差圧ダンパの作動しきい値Ｐ［Ｐａ］を、以下の条件を満たす範囲で設定すればよい。
Ｐ≦ｍｉｎ（Ｐ１、Ｐ２、…、ＰＮ）          …（４７）
ただし、（Ｐ１、Ｐ２、…，ＰＮ）は稼動中の低酸素ブースのみを示す。
【００６１】
また、図５の説明ではあらかじめ各低酸素ブースの定常状態での気圧を測定してから、各低酸素ブースを定常状態にしたが、各低酸素ブースを順番に定常状態にしながら、しきい値を決定しても良い。以下、図６を用いてこの工程について説明する。
【００６２】
図６はしきい値を順次更新しながら差圧制御を行う酸素濃度の制御方法を説明するフローチャートを示す図である。
まず、１つ目の低酸素ブースを定常状態にし（図６ステップ１）、その時の気圧Ｐ１を基準にしきい値を決定する（図６ステップ２）。
【００６３】
次に、この状態で２つ目の低酸素ブースを定常状態にしてその時の気圧Ｐ２を求める。そして、Ｐ１とＰ２を比較して小さい方の値を基準にしきい値を決定する。
その後、この動作を繰り返し、Ｎ番目の低酸素ブースを定常状態にしてその時の気圧ＰＮを求め（図６ステップ３）、過去最小の気圧ＰｍｉｎとＰＮを比較し（図６ステップ４）、Ｐｍｉｎの方が小さければ現状のしきい値の基準を維持する（図６ステップ５）。ＰＮの方が小さければしきい値の基準をＰＮに更新し、（図６ステップ６）各低酸素ブースの定常化を継続する。
【００６４】
以上の動作を全ての低酸素ブースについて繰り返し（図６ステップ７）、全ての低酸素ブースを定常状態に維持する。
以上の方法においても、作業ゾーンの酸素濃度を維持しながら、容易に低酸素ブース内部の酸素濃度を所望の濃度以下に制御することができる。
【００６５】
また、本実施の形態において、１台の窒素発生装置から２台の低酸素ブースに対して窒素富化ガスを供給したが、本発明はその構成に限定されるものではなく、例えば、１台の低酸素ブースに対してそれぞれ１台の窒素発生装置を対応させるなど、他の供給システムを採用してもよい。１台の低酸素ブースに対してそれぞれ１台の窒素発生装置を対応させる場合においても、作業ブースに差圧ダンパを設け、作業ブースの気圧を各低酸素ブースの定常状態での気圧を基準に設けたしきい値で差圧ダンパにより作業ブースの気圧を調整する。
【００６６】
また、本実施の形態として、もっとも簡易的な差圧制御手段として差圧ダンパを用いたが、ブース間の差圧をリアルタイムで計測し、差圧制御手段として電気的に作動するバルブなどを設け、計測データをフィードバック制御することによって気圧制御しても酸素濃度の維持は可能である。
【００６７】
また、窒素発生装置で発生した窒素富化ガスおよび酸素富化ガスを用いる場合を例に説明したが、窒素富化ガスおよび酸素富化ガスは窒素発生装置で発生したものを用いる場合に限らず、任意の方法で生成あるいは準備した窒素富化ガスおよび酸素富化ガスを用い、低酸素ブースに窒素富化ガスを供給し、作業ブースに酸素富化ガスを供給する構成とすることもできる。
【００６８】
また、上記説明では、各ブースの圧力は、あらかじめ測定したガス流入量との関係から求め、ガス流入量から求めた各ブースの圧力により、差圧を算出して作業ブースの圧力を制御する場合について説明したが、各ブースの圧力は実測値を用いても良い。この場合、各ブースには、さらに圧力計を設ける。例えば、図１に示すように、第１低酸素ブース４０４，第２低酸素ブース４０５，作業ブース１０４内にそれぞれ圧力計１０７，圧力計１０８，圧力計１０９を設ける。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、作業ゾーンの窒素濃度を維持しながら、低酸素ブース内部の酸素濃度を所望の濃度以下に制御することができ、低酸素環境の必要な製造装置における、酸素濃度の制御方法および酸素濃度の制御装置等に有用である。
【符号の説明】
【００７０】
１０１    第１流量調整ダンパ
１０２    第２流量調整ダンパ
１０３    差圧ダンパ
１０４    作業ブース
１０５    窒素富化ガス
１０６    酸素富化ガス
１０７    圧力計
１０８    圧力計
１０９    圧力計
４０１    窒素発生装置
４０２    気体分離膜
４０３    コンプレッサ
４０４    第１低酸素ブース
４０５    第２低酸素ブース
４０６    作業ブース
【図１】
2014020634.tif 000006
【図２】
2014020634.tif 000007
【図３】
2014020634.tif 000008
【図４】
2014020634.tif 000009
【図５】
2014020634.tif 000010
【図６】
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【図７】
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