(57)【要約】【課題】被空調室の内部圧力を精度よく制御することのできる室圧制御装置を提供する。【解決手段】本発明の室圧制御装置を用いた空調システム１０は、給気ダクト１４が分岐して被空調室１２の給気口２０、２０に接続されている。給気ダクト１４の分岐した部分には、送風量が固定されるＣＡＶ２２と、送風量が調節されるＶＡＶ２４が配設されている。ＶＡＶ２４は、被空調室１２の内部圧力に応じて送風量が制御される。【選択図】　図１
2004138270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送風量を調節可能な変風量ユニットと、送風量が一定の定風量ユニットとを用いて被空調室の給気と排気を行うとともに、前記変風量ユニットの送風量を調節して前記被空調室の内部圧力を制御する制御ユニットを備えた室圧制御装置において、
前記排気側に前記定風量ユニットを設けるとともに、前記給気側に前記定風量ユニットと前記変風量ユニットとを並列に設けたことを特徴とする室圧制御装置。
【請求項２】
送風量を調節可能な変風量ユニットと、送風量が一定の定風量ユニットとを用いて被空調室の給気と排気を行うとともに、前記変風量ユニットの送風量を調節して前記被空調室の内部圧力を制御する制御ユニットを備えた室圧制御装置において、
前記給気側に前記定風量ユニットを設けるとともに、前記排気側に前記定風量ユニットと前記変風量ユニットとを並列に設けたことを特徴とする室圧制御装置。
【請求項３】
前記並列に設けた定風量ユニットと変風量ユニットの併用運転と、前記変風量ユニットのみの単独運転とを切り替える切替手段を備え、前記制御ユニットは、前記被空調室への送風量に応じて前記切替手段を操作することを特徴とする請求項１または２に記載の室圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は室圧制御装置に係り、特にバイオセーフティールームや半導体などを扱うクリーンルームの室圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クリーンルームの空調システムでは、ＶＡＶ（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ａｉｒ　Ｖｏｌｕｍｅ）　と呼ばれる変風量ユニットが一般的に使用される（例えば、特許文献１参照）。図５に示す従来の空調システムは、被空調室１に接続される給気ダクト２に変風量ユニット（以下、ＶＡＶと称する）３が配設されており、排気ダクト４には、ＣＡＶ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ａｉｒ　Ｖｏｌｕｍｅ）　と呼ばれる定風量ユニット（以下、ＣＡＶと称する）５が配設されている。ＶＡＶ３は、被空調室１の内部圧力などに応じて、送風量を変える装置であり、ＣＡＶ５は、被空調室１に対して風量一定のまま送風する装置である。また、図６に示す空調システムは、排気ダクト４にＶＡＶ３が配設されており、給気ダクト２にＣＡＶ５が配設されている。
【０００３】
バイオセーフティールームの空調システムの場合には、被空調室１内の微生物が外部に流出することを防止するため、被空調室１の内部が負圧になるように制御する必要がある。そこで、被空調室１の内部圧力を圧力発信器６で測定し、この測定値に基づいて調節計７はＶＡＶ３を制御している。これにより、ＶＡＶ３の送風量が調節されるので、被空調室１の内部圧力を所望の値に制御することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２２９４６４号公報（第２頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、被空調室１の給気と排気は空調と換気を主な目的として行われており、その風量は換気回数５〜２０回／ｈに相当する。これに対し、被空調室１の内部圧力を制御する際に調節する風量は、その数分の一程度である。したがって、図５や図６の空調システムでは、ＶＡＶ３で扱う送風量が大きいため、被空調室１の内部圧力を細かく調節することができないという問題があった。また、ＶＡＶ３やＣＡＶ５には数％の不感帯があるため、追従性の良い制御を行うことができないという問題があった。このため、図８に示すように、室圧の目標値に対して室圧が大きく変動し、不安定になるという問題があった。
【０００６】
さらに従来の空調システムは、入退室のために被空調室１の扉を開閉するなどにより外乱の影響を受けると、図９に示すように、ハンチングという制御不能の状態に陥ることがあった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、被空調室の内部圧力を精度良く制御することのできる室圧制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、送風量を調節可能な変風量ユニットと、送風量が一定の定風量ユニットとを用いて被空調室の給気と排気を行うとともに、前記変風量ユニットの送風量を調節して前記被空調室の内部圧力を制御する制御ユニットを備えた室圧制御装置において、前記排気側に前記定風量ユニットを設けるとともに、前記給気側に前記定風量ユニットと前記変風量ユニットとを並列に設けたことを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載の発明は前記目的を達成するために、送風量を調節可能な変風量ユニットと、送風量が一定の定風量ユニットとを用いて被空調室の給気と排気を行うとともに、前記変風量ユニットの送風量を調節して前記被空調室の内部圧力を制御する制御ユニットを備えた室圧制御装置において、前記給気側に前記定風量ユニットを設けるとともに、前記排気側に前記定風量ユニットと前記変風量ユニットとを並列に設けたことを特徴としている。
【００１０】
請求項１及び２に記載の発明によれば、給気側または排気側の一方において、変風量ユニットと定風量ユニットを設けて並列に接続するようにした。このため、変風量ユニットで扱う送風量が、変風量ユニットを単独で用いた場合よりも減少するので、送風量を細かく調節することができる。これにより、被空調室の内部圧力を細かく制御することができる。
【００１１】
また、変風量ユニットと定風量ユニットとを併用することによって、不感帯となる範囲が小さくなるので、追従性の良い制御を行うことができる。さらに、変風量ユニットと定風量ユニットを併用することによって、両者のヒステリス特性が打ち消され、被空調室の内部圧力が非常に安定する。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、前記並列に設けた定風量ユニットと変風量ユニットの併用運転と、前記変風量ユニットのみの単独運転とを切り替える切替手段を備え、前記制御ユニットは、前記被空調室への送風量に応じて前記切替手段を操作することを特徴としている。本発明によれば、例えば被空調室への送風量が著しく少ない場合でも、変風量ユニットのみの単独運転に切り替えることにより、内部圧力をきめ細かく制御することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る室圧制御装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１４】
図１は、本発明に係る室圧制御装置を用いた空調システム１０の構成を模式的に示す図である。同図に示すように、空調システム１０の被空調室１２には、給気ダクト１４と排気ダクト１６が接続されている。
【００１５】
排気ダクト１６は被空調室１２の排気口１８に接続されるとともに、途中にＣＡＶ２２が配設されている。ＣＡＶ２２は通過風量を一定に制御する装置である。したがって、被空調室１２のエアは排気ダクト１６を介して一定風量で排気される。
【００１６】
一方、給気ダクト１４は途中で分岐して、その先端がそれぞれ給気口２０、２０に接続される。分岐した部分の給気ダクト１４にはそれぞれＣＡＶ２２、ＶＡＶ２４が配設されている。
【００１７】
ＶＡＶ２４は、被空調室１２の送風量を弁の開閉度を変えて調節する装置である。ＶＡＶ２４を流れる送風量は、調節計２６によって調節される。調節計２６は、被空調室１２の内部圧力を測定する圧力発信器２８に接続されており、この圧力発信器２８の測定値に基づいてＶＡＶ２４の送風量が調節計２６によって調節される。ＶＡＶ２４を流れる送風量は、給気ダクト１４を流れる全送風量の２０％〜８０％が好ましく、４０〜６０％がより好ましい。
【００１８】
上記の如く構成した給気側では、給気エアは分岐されてＣＡＶ２２とＶＡＶ２４を通過した後に被空調室１２に給気される。このとき、ＣＡＶ２２を通過する給気エアの送風量は一定なので、ＶＡＶ２４を通過する給気エアの送風量を調節することによって、給気エアの全送風量が調節される。一方で、排気側では、排気ダクト１６に設けたＣＡＶ２２によって一定の送風量で排気される。したがって、給気側のＶＡＶ２４の送風量を調節することによって、被空調室１２の内部圧力が調節される。
【００１９】
被空調室１２の内部圧力は、圧力発信器２８の測定値に基づいて行われ、この測定値が所定の目標値になるように制御される。例えば、圧力発信器２８による測定値が目標値よりも大きい場合には、ＶＡＶ２４の送風量を小さくし、給気エアの全送風量を減少させる。これにより、被空調室１２の内部圧力を減少させることができる。逆に、圧力発信器２８による測定値が目標値よりも小さい場合には、ＶＡＶ２４の送風量を大きくし、給気エアの全送風量を増加させる。これにより、被空調室１２の内部圧力を増加させることができる。このように、空調システム１０は、調節計２６と圧力発振器２８からなる制御ユニットによって、被空調室１２の内部圧力を制御することができる。
【００２０】
次に上記の如く構成された空調システム１０の作用について説明する。
【００２１】
給気ダクト１４には、ＶＡＶ２４とＣＡＶ２２が並列に設けられている。したがって、ＶＡＶ２４で扱う送風量は、給気ダクト１４にＶＡＶ２４を単独で設けた場合（図５参照）よりも非常に小さくなる。このため、ＶＡＶ２４として小型で容量の小さなものを採用できるので、被空調室１２に給気される給気エアの送風量を細かく調節することができる。例えば給気エアの全送風量を１０００ｍ３／ｈとし、制御する送風量を５０ｍ３／ｈとするとともに、ヒステリシスを送風量の３％とした場合、従来は、ＶＡＶで１０００ｍ３／ｈを扱うために、５０（ｍ３／ｈ）／１０００（ｍ３／ｈ）×１００＝５％が制御代であり、また、誤差要因は３０ｍ３／ｈになる。しかし、本実施形態の場合、ＶＡＶ２４が全送風量の半分の５００ｍ３／ｈ程度を扱えばよいので、誤差要因が１５ｍ３／ｈと半分になるとともに、５０（ｍ３／ｈ）／５００（ｍ３／ｈ）×１００＝１０％が制御代であるので、細かい制御が可能になる。
【００２２】
ところで、被空調室１２の内部圧力は、被空調室１２の空調と換気を目的とした送風量の数分の一の風量を調節すれば十分に制御することができる。したがって、上述のように給気エアの送風量を細かく調節することによって、被空調室１２の内部圧力を精度良く制御することができる。
【００２３】
このように本実施の形態によれば、給気ダクト１４にＣＡＶ２２とＶＡＶ２４とを並列に設けたので、被空調室１２の内部圧力を細かく制御することができる。
【００２４】
また、被空調室１２の給気側でＣＡＶ２２とＶＡＶ２４とを併用するようにしたので、ＣＡＶ２２とＶＡＶ２４の両方において不感帯となる範囲が小さくなる。これにより、被空調室１２の内部圧力の変動に対する追従性が向上するので、被空調室１２の内部圧力を精度良く制御することができる。その結果、図８に示すように、室圧の目標値に対して室圧の変動量が小さい、安定した制御を行うことができる。
【００２５】
さらに、ＣＡＶ２２とＶＡＶ２４とを組み合わせて使用することによって、互いのヒステリシス特性を打ち消す作用が発生し、被空調室１２の内部圧力が非常に安定する。これにより、被空調室１２の扉（不図示）の開閉などの外乱に対処可能となり、ハンチングすることを防止できる。
【００２６】
以下にヒステリシス特性を打ち消す作用について詳しく説明する。
【００２７】
図１に示した構成において被空調室１２の内部圧力が急激に低下して給気エアの全送風量を増加させる場合を想定する。この状況下では、ＶＡＶ２４は内部圧力の低下に応じて弁開度を大きくする方向に制御される。しかし、ヒステリシス特性により、図７（ａ）に示すように当初の送風量Ｖ１　の時刻Ｔ１　からΔｔ１　までは、制御信号が出ても風量が変化しない不感時間帯Δｔ１　が存在する。したがって、ＶＡＶ２４はこのΔｔ１　経過後のΔｔ２　の間に制御信号に基づき、所定の送風量Ｖ２　に到達するように弁開度が制御される。
【００２８】
一方、この状況下でＣＡＶ２２は、内部圧力の低下によっても一定の送風量を確保するように作動する。しかし、図７（ｂ）に示すように、ヒステリシス特性によって当初の不感時間帯Δｔ１　´（≒Δｔ１　）では送風量が増加するように作動し、その後、Δｔ２　´（≒Δｔ２　）の経過後に元の定送風量Ｖ３　となるように作動する。
【００２９】
被空調室１２への送風量は、ＶＡＶ２４とＣＡＶ２２からの合計送風量であり、図７（ｃ）に示すように、互いのヒステリシス特性を打ち消して、滑らかな送風量の増加傾向を示す。この結果、内部圧力の変動に対する追従性と、外乱に対するハンチング防止に寄与する。
【００３０】
上記の作用は、被空調室１２の内部圧力が急激に上昇して、給気エアの全送風量を減少させる場合にも当てはまる。また、後述の第２実施形態においても当てはまる。
【００３１】
図２に示すように、第２実施形態の空調システムは、給気ダクト３２が分岐せずに給気口２０に接続され、この給気ダクト３２にはＣＡＶ２２のみが配設される。また、排気ダクト３４は分岐して排気口１８、１８に接続されるとともに、排気ダクト３４の分岐部分にはＣＡＶ２２とＶＡＶ２４が配設される。ＶＡＶ２４の送風量は、圧力発信器２８で測定した被空調室１２の内部圧力に基づいて、調節計２６によって調節される。
【００３２】
上記の如く構成された第２実施形態の空調システムによれば、排気ダクト３４にＣＡＶ２２とＶＡＶ２４が並列に設けられているので、ＶＡＶ２４で扱う排気エアの送風量が減少し、被空調室１２の内部圧力を細かく制御することができる。また、ＣＡＶ２２とＶＡＶ２４を排気側で併用しているので、被空調室１２の内部圧力を安定させることができる。
【００３３】
図３に示す空調システムは、図１の空調システムと比較して、給気ダクト１４が一つの給気口２０に接続される点で異なっている。すなわち、分岐した給気ダクト１４が合流して給気口２０に接続されている。この空調システムによれば、従来の空調システム（図５参照）に対して、分岐用の給気ダクトとＣＡＶ２２を増設するだけでよく、非常に低コストである。
【００３４】
同様に、図４に示す空調システムは、図２の空調システムと比較して、排気ダクト３４が一つの排気口１８に接続される点で異なっている。したがって、従来の空調システムに対して、分岐用の排気ダクトとＣＡＶ２２を配設するだけでよいので、非常に低コストである。
【００３５】
上述した様々な実施の形態において、並列に設置したＶＡＶ２４とＣＡＶ２２を併用する併用運転と、ＶＡＶ２４のみの単独運転とを切り替えられるようにすることが好ましい。例えば、給気ダクト１４のＣＡＶ２２設置側の分岐部分（図１、図３）、或いは排気ダクト３４のＣＡＶ２２設置側の分岐部分（図２、図４）に開閉弁を配設し、この開閉弁を被空調室１２の必要換気回数に応じて開閉制御するとよい。この場合、被空調室１２が夜間などで空調負荷が小さく、換気回数が少ない時に、開閉弁を閉じるように制御する。これにより、換気回数が少なく、送風量が少ない時でも、ＶＡＶ２４による被空調室１２の内部圧力をきめ細かく制御することができる。なお、昼間の定常時は、開閉弁を開くように制御する。これにより、ＶＡＶ２４とＣＡＶ２２の両方にエアが流れて併用運転が行われ、上述したように精度のよい制御を行うことができる。
【００３６】
また、上述した実施の形態において、ＶＡＶ２４は内部に風速計を備えており、被空調室１２の内部圧力が一定になるようにその風量を調節するものであるが、この代わりにバルブを設置し、被空調室１２の内部圧力が一定となるようにバルブを開閉し、間接的に風量を調節するようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る室圧制御装置によれば、変風量ユニットと定風量ユニットを並列に設けるようにしたので、変風量ユニットで扱う送風量が減少し、被空調室の内部圧力を細かく制御することができる。
【００３８】
また、変風量ユニットと定風量ユニットとを併用することによって、不感帯となる範囲が小さくなるので、追従性の良い制御を行うことができる。さらに、変風量ユニットと定風量ユニットを併用によって、両者のヒステリス特性が打ち消され、被空調室の内部圧力が非常に安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る室圧制御装置を用いた空調システムの第１実施形態を示す構成図
【図２】本発明に係る室圧制御装置を用いた空調システムの第２実施形態を示す構成図
【図３】図１と異なる構成の空調システムを示す構成図
【図４】図２と異なる構成の空調システムを示す構成図
【図５】従来の室圧制御装置を用いた空調システムを示す構成図
【図６】従来の室圧制御装置を用いた空調システムを示す構成図
【図７】本発明の作用を説明する図
【図８】本実施例と従来例との比較を示す図
【図９】従来の室内圧力の制御例を示す図
【符号の説明】
１０…空調システム、１２…被空調室、１４…給気ダクト、１６…排気ダクト、１８…排気口、２０…給気口、２２…ＣＡＶ、２４…ＶＡＶ、２６…調節計、２８…圧力発信器、３２…給気ダクト、３４…排気ダクト
【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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