(57)【要約】【課題】扉の開閉に伴って発生する圧力変動を抑制できる室圧制御方法及びシステムを提供する。【解決手段】室圧制御システム１０は、扉３０Ｘを有する対象室１２Ａと、排気風量を調節するダンパ２４Ａと、圧力センサ２８Ａと、扉３０Ｘの開閉動作を検知する開閉センサ３４Ｘと、扉３０Ｘの開閉動作の加速度を測定する加速度センサ３６Ｘと、圧力センサ２８Ａ、開閉センサ３４Ｘ、加速度センサ３６Ｘに基づいてダンパ２４Ａの開度を制御する制御装置２６Ａと、を備える。制御装置２６Ａは、扉３０Ｘが閉じていることを検知している間、圧力の測定値に応じてダンパ２４Ａの開度を調節するフィードバック制御を行い、扉３０Ｘを開く動作を検知した際、加速度に応じてダンパ２４Ａをフィードフォワード制御に切り替える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
扉を有する対象室の圧力を、給気又は排気の風量を調節することによって、周囲と異なる設定圧力に制御する室圧制御方法において、
前記扉が閉じている間、前記対象室の圧力値に応じて前記風量を調節するフィードバック制御を行い、
前記扉が開く動作を検出した際に、該扉が開く加速度を測定し、該加速度に応じた前記風量のフィードフォワード制御に切り替えることを特徴とする室圧制御方法。
【請求項２】
扉を有する対象室と、
該対象室に対して給気又は排気の風量を調節するダンパと、
前記対象室の圧力を測定する圧力センサと、
前記扉の開閉動作を検知する開閉センサと、
前記扉の開閉動作の加速度を測定する加速度センサと、
前記圧力センサ、前記開閉センサ、前記加速度センサに基づいて前記ダンパの開度を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記扉が閉じていることを前記開閉センサによって検知している間、前記圧力センサの測定値に応じて前記ダンパの開度を調節するフィードバック制御を行い、
前記扉を開く動作を前記開閉センサによって検知した際、前記加速度センサで測定した加速度に応じて前記ダンパをフィードフォワード制御に切り替えることを特徴とする室圧制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は室圧制御方法及びシステムに係り、特にクリーンルーム、環境試験室、バイオハザード施設、ケミカルハザード施設、原子力施設などで用いる室圧制御方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
クリーンルームやバイオハザード施設などでは、圧力管理が必要な部屋（以下、対象室という）が多数設けられている。対象室は、圧力（または差圧）がセンシングされ、その圧力値に応じて給気風量や排気風量が調節されており、これによって各対象室が所定の圧力値に制御されている。
【０００３】
このような室圧制御システムでは、対象室間の扉を開閉することによって対象室の圧力が大きく変動するという問題が生じる。そこで、対象室の圧力変動を抑制するために様々な室圧制御システムが提案されている。たとえば、特許文献１には、扉を開いた際に室圧コントローラの作動を一旦停止させるようにした室圧制御システムが提案されている。また、特許文献２には、扉を開く際に、給気風量の調整用ダンパの開度可能調整範囲を縮小させた室圧制御システムが記載されている。さらに、特許文献３には、扉を開く際に、二つの対象室のうちの一方の目標室圧を他方の目標室圧に変更するようにした室圧制御システムが記載されている。これらの室圧制御システムによれば、扉の開閉時における室圧変動を抑制することができる。
【特許文献１】特開昭６３−２４７５４２号公報
【特許文献２】特開２００６−７８０８６号公報
【特許文献３】特開平１０−８３２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これら従来の室圧制御システムは、室圧変動の抑制効果が不十分であり、低圧設定の対象室から高圧設定の対象室へエアが逆流する逆流現象が瞬間的に発生するおそれがあった。
【０００５】
また、従来の室圧制御システムは、扉が開いている間、十分な室圧制御が行われないため、各対象室が不安定な圧力状態になるという問題があった。
【０００６】
さらに、従来の室圧制御システムは、各作業者の扉の開き方によって室圧変動が異なるため、室圧変動を十分に抑制することができないという問題もあった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、扉の開閉に伴って発生する圧力変動を抑制することのできる室圧制御方法及びシステム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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、扉を有する対象室の圧力を、給気又は排気の風量を調節することによって、周囲と異なる設定圧力に制御する室圧制御方法において、前記扉が閉じている間、前記対象室の圧力値に応じて前記風量を調節するフィードバック制御を行い、前記扉が開く動作を検出した際に、該扉が開く加速度を測定し、該加速度に応じた前記風量のフィードフォワード制御に切り替えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は前記目的を達成するために、扉を有する対象室と、該対象室に対して給気又は排気の風量を調節するダンパと、前記対象室の圧力を測定する圧力センサと、前記扉の開閉動作を検知する開閉センサと、前記扉の開閉動作の加速度を測定する加速度センサと、前記圧力センサ、前記開閉センサ、前記加速度センサに基づいて前記ダンパの開度を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記扉が閉じていることを前記開閉センサによって検知している間、前記圧力センサの測定値に応じて前記ダンパの開度を調節するフィードバック制御を行い、前記扉を開く動作を前記開閉センサによって検知した際、前記加速度センサで測定した加速度に応じて前記ダンパをフィードフォワード制御に切り替えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、扉を閉じている間はフィードバック制御を行い、扉を開く際にフィードフォワード制御に切り替えるので、扉を開いた際の急激な圧力変動に迅速に対応することができる。
【００１１】
さらに本発明によれば、扉が開く加速度を測定し、その加速度に応じて給気または排気の風量を制御するので、扉の開け方に伴う誤差を吸収することができ、扉を開いた際の圧力変動を確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、扉を閉じている間はフィードバック制御を行い、扉を開く際に扉の加速度に応じたフィードフォワード制御に切り替えるので、扉を開いた際の圧力変動を極力抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下添付図面に従って本発明に係る室圧制御方法及びシステムの実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態の室圧制御システムの構成を模式的に示す構成図である。同図に示す室圧制御システム１０は、三つの対象室１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃをそれぞれ所定の圧力範囲に制御するシステムである。
【００１５】
対象室１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃのうち、対象室１２Ｂは、医薬品製造や細菌を用いた実験などを行う細胞調整室であり、細菌が他の部屋へのコンタミを防止する必要がある。一方、対象室１２Ａは、専用服を着衣するための前室であり、対象室１２Ｃは専用服を脱衣するための後室である。以下は、対象室１２Ｂの容積が対象室１２Ａ、１２Ｃの容積に比べて非常に大きく形成された例で説明する。なお、対象室１２Ａ〜１２Ｃなどのシステム構成は、本実施の形態に限定されるものではない。また、対象室１２Ａ〜１２Ｃの数も３つに限定するものではなく、２つまたは４つ以上であってもよい。
【００１６】
各対象室１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃにはそれぞれ、給気ダクト１４の分岐管１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃが接続されている。給気ダクト１４は空調機１６に接続されており、この空調機１６のファンを駆動することによって、空調機１６で温湿度が調節された空調エアが、各対象室１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに給気される。
【００１７】
給気ダクト１４の分岐管１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃにはそれぞれ、ダンパ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃが設けられている。このダンパ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃの開度を調整することによって各対象室１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃへの給気風量が調節される。なお、本実施の形態では、ダンパ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃの開度は固定され、一定風量で給気が行われる。
【００１８】
また、各対象室１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃにはそれぞれ、排気ダクト２０の分岐管２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃが接続されている。排気ダクト２０は排気ファン２２を介して外部に連通されている。したがって、排気ファン２２を駆動することによって対象室１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ内のエアが排気ダクト２０を介して外部に排出される。
【００１９】
排気ダクト２０の分岐管２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃには、モータダンパ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ（以下、単にダンパという）が設けられており、このダンパ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの開度を調節することによって、各対象室１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃからの排気風量が調節される。各ダンパ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃは、制御装置２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃに接続されており、この制御装置２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃによってダンパ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの開度が制御される。
【００２０】
制御装置２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃは、各対象室１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに設けられた差圧センサ２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃに接続されている。差圧センサ２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃは対象室１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの内外の差圧を測定するセンサであり、その測定値に応じて制御装置２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃがダンパ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの開度を制御する。これにより、各対象室１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの圧力がそれぞれ設定圧力（目標値）になるようなＰＩＤ制御を行うことができる。なお、本実施の形態では、各対象室１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは設定圧力が異なり、対象室１２Ｂの設定圧力は外部との差圧が０Ｐａに設定され、対象室１２Ａの設定圧力は差圧が陽圧（たとえば＋１５Ｐａ）に設定され、対象室１２Ｃの設定圧力は差圧が陰圧（たとえば−１５Ｐａ）に設定される。
【００２１】
対象室１２Ａ、１２Ｂの間には、仕切り壁３２Ｘが設けられ、この仕切り壁３２Ｘに開き戸である扉３０Ｘが設けられている。したがって、扉３０Ｘを開くことによって対象室１２Ａと対象室１２Ｂとが連通される。
【００２２】
同様に、対象室１２Ｂ、１２Ｃの間には、仕切り壁３２Ｙが設けられ、この仕切り壁３２Ｙに開き戸である扉３０Ｙが設けられている。したがって、扉３０Ｙを開くことによって対象室１２Ｂと対象室１２Ｃが連通される。
【００２３】
また、対象室１２Ａ、１２Ｃにはそれぞれ、扉３０Ａ、３０Ｃが設けられており、この扉３０Ａ、３０Ｃを開くことによって対象室１２Ａ、１２Ｃが室外空間（たとえば廊下など）に連通される。
【００２４】
各扉３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ａ、３０Ｃにはそれぞれ、開閉センサ３４Ｘ、３４Ｙ、３４Ａ、３４Ｃが設けられている。開閉センサ３４Ｘ、３４Ｙ、３４Ａ、３４Ｃは、扉３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ａ、３０Ｃを開閉した際にこれを検知するように構成される。たとえば、扉３０Ｘと仕切り壁３２Ｘにそれぞれ端子を設けておき、扉３０Ｘを閉めた際に端子同士が接触して導通されるように構成される。なお、開閉センサの別の実施形態として、たとえば扉３０Ｘなどの把手にセンサを設け、把手が回動されたことや、把手を作業者が握ったことを検知するようにしてもよい。
【００２５】
また、扉３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ａ、３０Ｃにはそれぞれ、加速度センサ３６Ｘ、３６Ｙ、３６Ａ、３６Ｃが設けられ、この加速度センサ３６Ｘ、３６Ｙ、３６Ａ、３６Ｃによって、扉３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ａ、３０Ｃを開く加速度が測定される。
【００２６】
開閉センサ３４Ｘ、３４Ａ及び加速度センサ３６Ｘ、３６Ａは、制御装置２６Ａに接続されており、制御装置２６Ａは、開閉センサ３４Ｘ、３４Ａからの開閉信号と加速度センサ３６Ｘ、３６Ａからの加速度信号とを受信し、その信号に基づいて対象室１２Ａの圧力制御方法をフィードバック制御とフィードフォワード制御とで後述の如く切り替えるように構成される。
【００２７】
同様に、開閉センサ３４Ｙ、３４Ｃ及び加速度センサ３６Ｙ、３６Ｃは、制御装置２６Ｃに接続されており、制御装置２６Ｃは、開閉センサ３４Ｙ、３４Ｃからの開閉信号と加速度センサ３６Ｙ、３６Ｃからの加速度信号とを受信し、その信号に基づいて対象室１２Ｃの圧力制御方法をフィードバック制御とフィードフォワード制御とで切り替えるように構成される。
【００２８】
なお、本実施の形態では、対象室１２Ｂの容積が対象室１２Ａ、１２Ｃに比べて大きく、圧力変動が小さいため、制御装置２６Ｂでは切替制御を行わない構成としたが、制御装置２６Ｂも制御装置２６Ａ、２６Ｃと同様に切替制御を行うようにしてもよい。
【００２９】
次に制御装置２６Ａによる切替制御について説明する。なお、制御装置２６Ｃによる切替制御も同様であり、説明を省略する。
【００３０】
扉３０Ｘ及び３０Ａが閉じていることを開閉センサ３４Ｘ及び３４Ａによって検知している場合、制御装置２６Ａは、差圧センサ２８Ａの測定値に応じてダンパ２４Ａの開度を調節し、差圧センサ２８Ａの測定値が設定圧力になるようなＰＩＤ制御を行う。これにより、対象室１２Ａの圧力が設定圧力に維持される。
【００３１】
そして、扉３０Ｘ又は３０Ａが開かれる動作を開閉センサ３４Ｘ又は３４Ａによって検知した際、扉３０Ｘ又は３０Ａの開閉に対応したフィードフォワード制御に切り替える。その際、制御装置２６Ａは、扉３０Ｘ又は３０Ａが開かれる際の加速度を加速度センサ３６Ｘ又は３６Ａによって検出し、その加速度を扉開閉の伝達関数としてフィードフォワード制御を行う。これにより、扉３０Ｘ又は３０Ａが開かれた際、その影響が表われる前にそれを見越した制御信号が出力され、扉３０Ｘ又は３０Ａを開いた際の圧力変動を極力抑制することができる。
【００３２】
次に上記の如く構成された室圧制御システム１０の作用について比較例をあげて説明する。比較例は、上述の室圧制御システム１０において、常に（すなわち扉３０Ｘを開閉した際も）ＰＩＤ制御を行った例である。図２は室圧制御システム１０において扉３０Ｘを開いた際の結果であり、図３は比較例において扉３０Ｘを開いた際の結果である。なお、図２、図３において、αは扉３０Ｘを開いた瞬間を示しており、βは扉３０Ｘを閉じた瞬間を示している。
【００３３】
図３に示すように、比較例では、扉３０Ｘを開いた瞬間αから、対象室１２Ａの圧力が急激且つ大幅に低下し、その後、不規則に上昇している。そして、この急激な圧力変化に伴い、ダンパ２４Ａの開度が大きくなった後、不規則に小さくなっている。その際、ダンパ２４Ａの開度の制御は対象室１２Ａの圧力変動に対して遅れが生じるため、対象室１２Ａの圧力が下がり過ぎてしまい、隣接する対象室１２Ｂの圧力を下回る状況が発生する。このため、比較例では、低圧設定の対象室１２Ｂから高圧設定の対象室１２Ａへエアが流れる逆流現象が発生する。
【００３４】
また、比較例では、扉３０Ｘを閉じる直前（すなわち扉３０Ｘを閉じる動作を始めた直後）から、対象室１２Ａの圧力が急激に上昇し、閉じた後に急激に低下して目標値よりも小さくなり、さらにその後に目標値よりも上昇する。ダンパ２４Ａの開度は、圧力変動に追従して変動し、一旦大幅に小さくなった後、大きくなり、さらに小さく変動している。その際、ダンパ２４Ａの開度の制御は対象室１２Ａの圧力変動に対して遅れが生じるため、対象室１２Ａの圧力変動がかえって大きくなり、非常に不安定になるという問題が生じる。
【００３５】
これに対して、本実施の形態では、図２に示すように、扉３０Ｘを開く瞬間αにＰＩＤ制御からフィードフォワード制御に切り替える。すなわち、扉３０Ｘを開いたことによって発生する圧力変動を抑制するように予め決められた制御方法（本実施例では、二段階の固定制御方法）で、ダンパ２４Ａの開度を制御する。その際、扉３０Ｘが開かれる加速度に応じたフィードフォワード制御を行い、扉３０Ｘの加速度が大きい場合にはダンパ２４Ａの開度を大きくし、扉３０Ｘの加速度が小さい場合はダンパ２４Ａの開度を小さくする。これにより、扉３０Ｘを開く際の加速度のバラツキに対応することができ、且つ、扉３０Ｘを開くことによって発生する圧力変動に迅速に対応することができるので、圧力変動を極力小さくすることができる。
【００３６】
また、本実施の形態では、扉３０Ｘを閉じる直前（すなわち扉３０Ｘを閉じる動作を始めた直後）に、ダンパ２４Ａの開度が小さくなるようなフィードフォワード制御を行っている。したがって、扉３０Ｘを閉じる際の圧力変動を抑制することができる。なお、扉３０Ｘを閉じる際にも、扉３０Ｘの加速度を伝達関数として用いるとよい。
【００３７】
扉３０Ｘを開いた瞬間αから一定時間が経った後（具体的には、扉３０Ｘを閉じて圧力が落ち着いた後）、フィードフォワード制御からＰＩＤ制御に戻す切替制御を行う。
【００３８】
なお、以上は扉３０Ｘを開く際の説明であるが、扉３０Ａを開いた際も同様に制御するとよい。また、扉３０Ｙ、３０Ｃを開く際も同様に、ダンパ２４Ｃの開度を扉３０Ｙの加速度に応じたフィードフォワード制御に切り替えるとよい。
【００３９】
このように本実施の形態によれば、扉３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ａ、３０Ｃを開いた際に扉３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ａ、３０Ｃの加速度に応じたフィードフォワード制御に切り替えるので、扉３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ａ、３０Ｃを開いた際の圧力変動を極力抑制することができる。
【００４０】
なお、上述した実施形態は、排気側のダンパ２４Ａ、２４Ｃを制御する例で説明したが、これに限定するものではなく、給気側のダンパ１８Ａ、１８Ｃを制御するようにしてもよい。この場合にも、扉３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ａ、３０Ｃを開いた際にダンパ１８Ａ、１８Ｃをフィードフォワード制御に切り替えることによって、圧力変動を抑制することができる。
【００４１】
また、上述した実施形態は、ダンパ２４Ａ、２４Ｃの開度を制御するようにしたが、風量を制御する方法はこれに限定するものではなく、たとえばファンを制御することによって排気風量（または給気風量）を制御するようにしてもよい。すなわち、各対象室１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに対してそれぞれ排気用（または給気用）のファンを設け、このファンの回転数を個別に制御するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る室圧制御システムを模式的に示す構成図
【図２】本発明の室圧制御システムの制御例を示す図
【図３】比較例の室圧制御システムの制御例を示す図
【符号の説明】
【００４３】
１０…室圧制御システム、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ…対象室、１４…給気ダクト、１６…空調機、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ…ダンパ、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ…ダンパ、２２…排気ファン、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ…ダンパ、２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ…制御装置、２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ…差圧センサ、３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ａ、３０Ｃ…扉、３２Ｘ、３２Ｙ…仕切り壁、３４Ｘ、３４Ｙ、３４Ａ、３４Ｃ…開閉センサ、３６Ｘ、３６Ｙ、３６Ａ、３６Ｃ…加速度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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