クリーンルーム用設備及びクリーンルームの空調方法
【課題】運転条件の変化に柔軟に対応可能なクリーンルーム用設備及びクリーンルームの空調方法を提供する。
【解決手段】クリーンルーム６への給気風量とクリーンルーム６内の圧力を制御するクリーンルーム用設備１００であって、クリーンルーム６への給気風量を制御する風量制御手段３，９と、クリーンルーム６内の圧力を制御する圧力制御手段４，１０と、風量制御手段３，９と圧力制御手段４，１０とを制御する演算部１４，１５と、を備え、クリーンルーム６には、クリーンルーム６に供給されるエアが流通する給気ダクト１２と、クリーンルーム６から排出されるエアが流通する排気ダクト１３と、が接続され、風量制御手段３，９は、給気ダクト１２と排気ダクト１３とにそれぞれ備えられ、圧力制御手段４，１０は、給気ダクト１２と排気ダクト１３とにそれぞれ備えられているクリーンルーム用設備１００。
【解決手段】クリーンルーム６への給気風量とクリーンルーム６内の圧力を制御するクリーンルーム用設備１００であって、クリーンルーム６への給気風量を制御する風量制御手段３，９と、クリーンルーム６内の圧力を制御する圧力制御手段４，１０と、風量制御手段３，９と圧力制御手段４，１０とを制御する演算部１４，１５と、を備え、クリーンルーム６には、クリーンルーム６に供給されるエアが流通する給気ダクト１２と、クリーンルーム６から排出されるエアが流通する排気ダクト１３と、が接続され、風量制御手段３，９は、給気ダクト１２と排気ダクト１３とにそれぞれ備えられ、圧力制御手段４，１０は、給気ダクト１２と排気ダクト１３とにそれぞれ備えられているクリーンルーム用設備１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリーンルーム用設備及びクリーンルームの空調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば手術、製薬、動物飼育、遺伝子工学実験、蓄電池や半導体の製造等、幅広い分野でクリーンルームが使用されている。中でも、手術や製薬等の医学分野、動物飼育、遺伝子工学実験に好適に使用されるバイロジカルクリーンルームにおいては、主に、（１）病原体や遺伝子材料の施設外部への漏出或いは施設内部での拡散防止、（２）室内の清浄度維持、（３）温度及び湿度の維持、等が特に重要である。
【０００３】
クリーンルームには、通常は必要に応じて、クリーンルームに付随して、清浄廊下、前室、後室等も併設されている。具体的には、非清浄廊下に対して、後室、クリーンルーム、前室及び清浄廊下の順で併設されていることがある。そして、これらは、扉等に通じて相互に入室可能な構成となっている。そのため、特に（１）に関する目的を達成するために、クリーンルームと各室との間、或いはクリーンルームと清浄廊下若しくは非清浄廊下との間等において一定の静圧差を生じるように、クリーンルーム内の圧力が制御されている。具体的には、従来、クリーンルームに供給される空気の給気風量、及び、クリーンルームから排出される排気風量を制御することが行われている。そして、これらの制御が、前記静圧差を維持するために重要である。
【０００４】
図９は従来のクリーンルーム用設備の構成を模式的に示す図である。図９に示すクリーンルーム用設備３００は、主に、空調機１と、クリーンルーム６への給気風量を制御する給気側風量制御ダンパ３と、排気風量を制御することでクリーンルーム６内の圧力（室圧）を制御する排気側圧力制御ダンパ１０と、排気ファン１１と、を備えている。
【０００５】
また、これらの他にも、クリーンルーム用設備３００は、風量センサ２、クリーンルーム６内外の圧力を測定する圧力センサ７ａ，７ｂ、圧力センサ７ａ，７ｂに接続される差圧計７、ＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air Filter）フィルタ５，８、給気風量及び圧力についての設定値が入力される操作部１６，１７、調整用ダンパ１８を備えている。調整用ダンパ１８の詳細については後記する。
【０００６】
空調機１とクリーンルーム６とは給気ダクト１２によって接続されている。また、クリーンルーム６と排気ファン１１とは排気ダクト１３によって接続されている。そして、給気側風量制御ダンパ３の開度は風量コントローラ１４によって制御されるようになっている。さらに、排気側圧力制御ダンパ１０の開度は圧力コントローラ１５によって制御されるようになっている。
【０００７】
従って、従来のクリーンルーム用設備３００においては、給気ダクト１２の途中に設けられている給気側風量制御ダンパ３によって、クリーンルーム６に給気される風量が制御されるようになっている。また、排気ダクト１３の途中に設けられている排気側圧力制御ダンパ１０によって、クリーンルーム６内の圧力が制御されるようになっている。
【０００８】
従来のクリーンルーム用設備３００においては、通常運転時、一定の給気風量及び圧力が維持されることを想定してクリーンルーム用設備３００が運転される。即ち、試運転時に所望の給気風量及び圧力に対応する開度に各ダンパの開度が設定された後、当該開度が維持されて通常運転が行われる。そして、その結果、クリーンルーム６に初期設定した風量のエア（空気）が給気され、初期設定したクリーンルーム６内の圧力が維持されるようになっている。
【０００９】
なお、試運転時の各ダンパの開度を設定する際、当該開度が最適なものとなるように、調整用ダンパ１８を用いて微調整が行われる。この微調整は、作業者が試運転時に実測される給気風量及び圧力を参照しながら行われる。それとともに、風量コントローラ１４及び圧力コントローラ１５の制御パラメータも調整される。そして、これらの調整が完了した後、通常運転が行われることになる。
【００１０】
試運転時に設定する給気風量及び圧力（室内圧力）と各ダンパ開度との関係を図１０に示す。（ａ）は給気側風量制御ダンパ３に関するもの、（ｂ）は排気側圧力制御ダンパ１０に関するものである。図１０（ａ）に示すように、クリーンルーム６への給気風量を多くする場合には、給気側風量制御ダンパ３の開度を大きくするようになっている。一方、クリーンルーム６への給気風量を少なくする場合には、給気側風量制御ダンパ３の開度を小さくするようになっている。
【００１１】
さらに、図１０（ｂ）に示すように、クリーンルーム６内の圧力を高くする場合には、排気側圧力制御ダンパ１０の開度を小さくするようになっている。一方、クリーンルーム６内の圧力を低くする場合には、排気側圧力制御ダンパ１０の開度を大きくするようになっている。
【００１２】
また、このような従来のクリーンルーム用設備として図９に示すもののほかにも、例えば特許文献１に記載の技術が挙げられる。即ち、特許文献１には、流量調整用ダンパと空調対象空間との間に、さらに、空調対象空間と圧力調整用ダンパとの間に遮断弁が備えられる空調装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−２６３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前記のように、図９や特許文献１に記載のクリーンルームにおいては、クリーンルームの上流と下流側（即ち給気側と排気側）とにそれぞれ備えられている一組のダンパが給気風量の制御と圧力の制御とを行っている。そして、例えば図９に示すクリーンルーム用設備３００においては、これらの制御に先だって、前記一組のダンパとは別に備えられる調整用ダンパ１８によって試運転時に調整が行われるようになっている（この際、調整用ダンパ１８の開度は固定される。）。
【００１５】
従って、給気風量や圧力を試運転時に設定したものから変更したい場合には、変更の都度調整用ダンパによる調整が通常は必要になる。この調整は時間を要するものであり、風量変更や圧力変更に際して利便性が高くないという課題がある。即ち、例えばクリーンルームの運用条件（給気風量や圧力等）や用途（他室との圧力関係等）を一度設定すると、設定した条件や用途からの変更作業が煩雑になることがある。
【００１６】
また、例えばＨＥＰＡフィルタの目詰まり、給気ファン及び排気ファンの経時的な性能低下によって、ユーザの意図しない条件変化が生じる場合がある。例えば、給気ファンの性能が低下して、クリーンルームへの給気風量が意図せず減少することがある。その結果、意図しないクリーンルーム６内の圧力変化が生じることがある。そして、このような圧力変化の結果、例えば別のクリーンルーム等の各室や各廊下に対する圧力関係に変化が生じ、例えば封じ込め等が困難になる可能性がある。即ち、クリーンルームの安定的な運用が困難になる可能性があるという課題がある。
【００１７】
本発明は前記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、運転条件の変化に柔軟に対応可能なクリーンルーム用設備及びクリーンルームの空調方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、給気風量及び圧力を独立して制御可能な手段をそれぞれ設けることにより前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に拠れば、運転条件の変化に柔軟に対応可能なクリーンルーム用設備及びクリーンルームの空調方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係るクリーンルーム用設備を示す図である。
【図２】ダンパの開度とダンパの抵抗係数との関係を示すグラフである。
【図３】本実施形態に係るクリーンルーム用設備における、給気風量及び圧力とダンパ開度との関係を示すグラフである。
【図４】本実施形態に係るクリーンルーム用設備における制御に係るフローチャートである。
【図５】給気風量変更時の測定圧力変化を示すグラフである。
【図６】設定圧力変更時の測定圧力変化を示すグラフである。
【図７】圧力損失が生じた際の測定圧力変化を示すグラフである。
【図８】本実施形態に係るクリーンルーム用設備の適用例である。
【図９】従来のクリーンルーム用設備を示す図である。
【図１０】従来のクリーンルーム用設備における、給気風量及び圧力とダンパ開度との関係を示すグラフである
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、適宜図面を参照しながら本発明を実施するための形態（本実施形態）を説明するが、本実施形態は以下の内容に制限されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変更して実施可能である。
【００２２】
［１．構成］
はじめに、本実施形態に係るクリーンルーム用設備１００の構成について、図１を参照しながら説明する。図１中、破線は電気信号線を表している。また、破線の矢印は、信号の伝達される向きを表している。
【００２３】
クリーンルーム用設備１００は、クリーンルーム６に適用されるものである。クリーンルーム用設備１００の具体的な構成としては、図１に示すように、空調機１と、風量センサ２と、給気側風量制御ダンパ３と、給気側圧力制御ダンパ４と、ＨＥＰＡフィルタ５と、を備えている。そして、これらは、給気ダクト１２の途中に備えられ、クリーンルーム６に対して給気ダクト１２によって接続されている。
【００２４】
また、クリーンルーム用設備１００は、ＨＥＰＡフィルタ８と、排気側風量制御ダンパ９と、排気側圧力制御ダンパ１０と、排気ファン１１と、を備えている。そして、これらは、排気ダクト１３の途中に備えられ、クリーンルーム６に対して排気ダクト１３によって接続されている。
【００２５】
なお、給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９が、クリーンルーム６への給気風量を制御する「風量制御手段」に相当する。さらに、給気側圧力制御ダンパ４及び排気側圧力制御ダンパ１０が、クリーンルーム６内の圧力を制御する「圧力制御手段」に相当する。
【００２６】
なお、本実施形態におけるクリーンルーム６には差圧計７が備えられている。そして、差圧計７に電気的に接続された圧力センサ７ａ，７ｂがクリーンルーム６内の圧力とクリーンルーム６外の圧力とをそれぞれ測定し、これにより差圧が測定されるようになっている。
【００２７】
さらに、クリーンルーム用設備１００は、給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９を制御する風量コントローラ１４を備えている。そして、風量コントローラ１４には風量センサ２と操作部１６とが接続されている。従って、作業者が操作部１６を操作することにより、クリーンルーム６への給気風量が制御されるようになっている。なお、風量コントローラ１４が、前記した「風量制御手段」を制御する「演算部」に相当する。
【００２８】
またさらに、クリーンルーム用設備１００は、給気側圧力制御ダンパ４及び排気側圧力制御ダンパ１０を制御する圧力コントローラ１５を備えている。そして、圧力コントローラ１５には差圧計７と操作部１７とが接続されている。従って、作業者が操作部１７を操作することにより、クリーンルーム６の圧力が制御されるようになっている。なお、圧力コントローラ１５が、前記した「圧力制御手段」を制御する「演算部」に相当する。
【００２９】
本実施形態におけるクリーンルーム用設備はこのような構成を有するため、給気風量及び圧力は、試運転時のみならず、通常運転時の任意のタイミングで変更可能である。即ち、クリーンルーム用設備１００に拠れば、給気風量や設定圧力を通常運転時に変更しても、クリーンルーム６内の圧力が乱れることがない。また、給気風量や設定圧力を変更しても調整用ダンパ１８による調整も必要が無いため、変更に際しての利便性が向上する。これらについては、後記する［２．制御］において詳述する。
【００３０】
空調機１は、冷却コイル１ａと、加熱コイル１ｂと、加除湿ユニット１ｃと、給気ファン１ｄと、を備えている。冷却コイル１ａと、加熱コイル１ｂと、加除湿ユニット１ｃと、により、外部からのエアが適切な温度及び湿度に制御された後、給気ファン１ｄによって当該エアがクリーンルーム６に給気されるようになっている。
【００３１】
風量センサ２は、空調機１から排出されて給気ダクト１２を流通するエアの流量を測定するものである。風量センサ２の構成は特に制限されず、任意の風量センサを用いることができる。そして、風量センサ２は、前記のように風量コントローラ１４に接続されている。そのため、風量センサ２において測定された風量は、電気信号線を通じて風量コントローラ１４に送信されるようになっている。
【００３２】
給気側風量制御ダンパ３は、クリーンルーム６に給気されるエアの風量（即ち給気風量）を制御するダンパである。給気側風量制御ダンパ３は任意のダンパを用いることができる。ただし、本実施形態においては、給気側風量制御ダンパ３としてモータダンパが用いられている。そして、給気側風量制御ダンパ３は、風量コントローラ１４に接続されている。従って、風量コントローラ１４が、排気側風量制御ダンパ９（後記する）とともに給気側風量制御ダンパ３を制御することにより、クリーンルーム６への給気風量を制御できるようになっている。
【００３３】
なお、空調機１に備えられる給気ファン１ｄとしてインバータ制御されるファンを用いる場合、給気側風量制御ダンパ３は設置しないことも可能である。このような場合には、インバータ制御される給気ファン１ｄが「風量制御手段」に相当する。
【００３４】
給気側圧力制御ダンパ４は、クリーンルーム６の圧力を制御するダンパである。給気側圧力制御ダンパ４として、任意のダンパを用いることができる。ただし、本実施形態においては、給気側圧力制御ダンパ４としてモータダンパが用いられている。そして、給気側圧力制御ダンパ４は、圧力コントローラ１５に接続されている。従って、圧力コントローラ１５が、排気側圧力制御ダンパ１０（後記する）とともに給気側圧力制御ダンパ４を制御することにより、クリーンルーム６内の圧力を制御できるようになっている。
【００３５】
なお、給気側風量制御ダンパ３及び給気側圧力制御ダンパ４の作動により生じた余剰のエア（余剰エア）は、図示しない還気ダクトを流通して空調機１に戻るようになっている。ちなみに、インバータ制御されて給気ファン１ｄの回転速度が可変の場合には、余剰エアの発生を避けることが可能である。
【００３６】
ＨＥＰＡフィルタ５は、クリーンルーム６に給気されるエアからちりや埃、微生物等を除去するものである。従って、ＨＥＰＡフィルタ５によって、クリーンルーム６へのちりや埃、微生物等の侵入を防止することができるようになっている。
【００３７】
クリーンルーム６は、清浄な環境で作業者が作業等を行う部屋である。具体的には、クリーンルーム６内では例えば、手術、製薬、遺伝子工学実験、蓄電池や半導体の製造等が行われる。また、作業者の作業を伴わなくとも、クリーンルーム６は例えばラット、マウス等の動物飼育室としても適用可能である。クリーンルーム６の具体的な構成は特に制限されず、任意のクリーンルームが適用可能である。
【００３８】
クリーンルーム６と図示しない他の部屋（例えば各室や各廊下等）との圧力関係は、差圧計７によって把握可能となっている。即ち、クリーンルーム６内に設けられている圧力センサ７ａと、クリーンルーム６外（例えば各室や各廊下等）に設けられている圧力センサ７ｂとによって、前記圧力関係を管理することができるようになっている。このような差圧計７及び圧力センサ７ａ，７ｂとしては、任意のものを用いることができる。なお、クリーンルーム６内の圧力を測定する圧力計のみが設けられるようにしてもよい。
【００３９】
ＨＥＰＡフィルタ８は、クリーンルーム６から排出されるエアからちりや埃、微生物等を除去するものである。従って、ＨＥＰＡフィルタ８によって、クリーンルーム６からのちりや埃、微生物等の外部への漏出を防止することができるようになっている。
【００４０】
排気側風量制御ダンパ９は、クリーンルーム６から排出されるエアの風量（即ち排気風量）を制御するダンパである。排気側風量制御ダンパ９は任意のダンパを用いることができる。ただし、本実施形態においては、排気側風量制御ダンパ９としてモータダンパが用いられている。そして、排気側風量制御ダンパ９は、風量コントローラ１４に接続されている。従って、風量コントローラ１４が、前記した給気側風量制御ダンパ３とともに排気側風量制御ダンパ９を制御することにより、クリーンルーム６への給気風量を制御できるようになっている。
【００４１】
なお、排気ファン１１（後記する）としてインバータ制御されるファンを用いる場合、排気側風量制御ダンパ９は設置しないことも可能である。このような場合には、インバータ制御される排気ファン１１が「風量制御手段」に相当する。
【００４２】
排気側圧力制御ダンパ１０は、クリーンルーム６内の圧力を制御するダンパである。排気側圧力制御ダンパ１０として、任意のダンパを用いることができる。ただし、本実施形態においては、排気側圧力制御ダンパ１０としてモータダンパが用いられている。そして、排気側圧力制御ダンパ１０は、圧力コントローラ１５に接続されている。従って、圧力コントローラ１５が、前記した給気側圧力制御ダンパ４とともに排気側圧力制御ダンパ１０を制御することにより、クリーンルーム６内の圧力を制御できるようになっている。
【００４３】
排気ファン１１は、クリーンルーム６からの排出されるエアを外部へ排出するものである。このような排気ファン１１としては、任意のファンを用いることができる。また、前記したように、給気ファン１１としてインバータ制御されるファンを用いることもできる。そして、このような場合には、排気側風量制御ダンパ９を設けないことが可能となる。
【００４４】
風量コントローラ１４は、給気側風量制御ダンパ３、排気側風量制御ダンパ９及び操作部１６に接続されている。そして、風量コントローラ１４は、操作部１６によって入力された風量設定値に基づいてＰＩＤ（Proportional, Integral and Derivative Control）制御を行い、給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９の制御を行うようになっている。この点についての詳細な制御は後記する。なお、風量コントローラ１４の具体的な構成は特に制限されず、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成される。ちなみに、ＰＩＤ制御はクローズドループによるフィードバック制御であるが、ステッピングモータ等を用いたオープンループによるフィードフォワード制御が適用されてもよい。
【００４５】
圧力コントローラ１５は、給気側圧力制御ダンパ４、排気側圧力制御ダンパ１０及び操作部１７に接続されている。そして、圧力コントローラ１５は、操作部１７によって入力された圧力設定値に基づいてＰＩＤ制御を行い、給気側圧力制御ダンパ４及び排気側圧力制御ダンパ１０の制御を行うようになっている。この点についての詳細な制御は後記する。なお、圧力コントローラ１５の具体的な構成は特に制限されず、例えばＣＰＵ等により構成される。ちなみに、圧力コントローラ１５についても風量コントローラ１４と同様に、ＰＩＤ制御とは異なるオープンループによるフィードフォワード制御が適用されてもよい。
【００４６】
［２．制御］
次に、本実施形態に係るクリーンルーム用設備１００、並びに、従来のクリーンルーム用設備の具体例として図９に示すクリーンルーム用設備３００を挙げて、各設備における制御を図２〜図４を参照しながら説明する。
【００４７】
［２−１．はじめに］
図１に示すクリーンルーム用設備１００や図９に示すクリーンルーム用設備３００において用いられる通常のダンパ（モータダンパ）は、図２に示すように、開度と抵抗係数とが非線形の関係にある。即ち、図２に示す例えば開度ａと開度ｂとでは、ダンパ操作量に対する抵抗係数の変化量（図２中、太矢印の傾き）が大きく異なる。具体的には、例えば開度ａの状態からは、開度を少し大きくしただけで抵抗係数は大きく減少する。一方、開度ｂの状態からは、開度を少し大きくしても、抵抗係数の減少量は小さい。
【００４８】
つまり、開度ａと開度ｂとでは制御の特性が大きく異なることになる。従って、開度ａの状態で試運転調整を行った場合、通常運転時に開度ｂで運転すると、満足な制御を行うことができない。具体的には例えば、試運転時に決定された抵抗係数の減少量に対応する開度の変化を開度ｂから行っても、通常運転時には抵抗係数の変化が小さいことになる。その結果、給気風量や圧力制御が十分に行えないことになる。
【００４９】
また、逆に、開度ｂの状態で試運転調整を行った場合、通常運転時に開度ａで運転すると、制御が不安定になることがある。具体的には例えば、試運転時に決定された抵抗係数の減少量に対応する開度の変化を開度ａから行うと、抵抗係数の減少量が試運転時のものよりも著しく大きなものとなる。その結果、給気風量や圧力の制御が極めて大雑把なものとなり、精度良く制御を行うことができない。
【００５０】
特に圧力は、開度の変化に対する追従性が給気風量と比べて高いため、圧力制御を高精度に行うことがとりわけ重要である。換言すれば、給気風量が変化した場合に、特に圧力維持が不安定になりやすい。そのためダンパの開度制御の精度や試運転時の各制御パラメータの調整、調整用ダンパによる調整が重要である。
【００５１】
しかしながら、例えばＨＥＰＡフィルタの目詰まり、給気ファンや排気ファンの等経時的な性能低下等により、作業者が意図せず、給気風量が変化（減少）することがある。また、作業者の希望により、通常運転時に給気風量や設定圧力を変更する場合もある。そうすると、試運転調整した状態とは異なるダンパ開度や各コントローラの制御パラメータを用いて、給気風量及び圧力が制御されることになる。特に前者の場合、給気風量の減少を補うべく、給気側風量制御ダンパの開度を試運転時のものよりも大きくすることが避けられないものとなる。そして、それらの結果、圧力制御が不安定なものになったり、不正確なものになったりする。
【００５２】
即ち、従来の設備においては、経時的な性能低下や運転条件の変更により、給気風量や圧力の正確な制御が行えなくなる可能性がある。そして、このような性能低下後に正確な制御を行おうとすると、再度、調整用ダンパによる調整や、各コントローラの制御パラメータの調整を行わなければならず、操作が煩雑になる。また、設備をいったん停止しなければならないという手間も生じる。
【００５３】
また、クリーンルームの中でもバイオロジカルクリーンルームは、通常のクリーンルームと比べて空調に要求されるエネルギ量が大きい傾向にある。具体的には、特にエアの供給に関するエネルギ消費量が多い傾向にある。これは、主に、エアの湿度及び温度の調節に要する電力、並びに、給気ファンの消費電力等に基づく。
【００５４】
従って、例えばクリーンルーム内で作業が行われないとき等には給気風量を減少させて消費電力を低下させることも考えられる。しかしながら、給気風量を減少させると、前記のようにクリーンルーム内の圧力維持が不安定なものになり、圧力を所望のものに制御できなくなる可能性がある。そのため、給気風量を容易に減少させることができず、常に最大風量で運転を行わなければならないことになる。そして、その結果、消費エネルギの削減が困難になることになる。
【００５５】
また、例えばクリーンルーム内の圧力が外部よりも高い状態で使用した後、逆に外部よりも低い状態でクリームルームを使用したい場合、具体的には、クリーンルームの用途を例えば「医薬の製造」用途から「病原体微生物実験」用途に変更する場合にも同様のことが生じる。つまり、このような用途変更には、クリーンルーム内の圧力の変更が伴う。しかしながら、前記のように圧力を変更する場合には調整用ダンパの制御や制御パラメータの設定を行わなければならない。そのため、クリーンルーム用途の変更の利便性が低いという課題がある。
【００５６】
ここで、図９に示す従来（比較例）のクリーンルーム用設備３００における制御方法を説明する。クリーンルーム用設備３００において給気風量を低下させる場合、給気側風量制御ダンパ３を閉方向に変化させ（即ち開度を絞り）、抵抗係数を大きくしている。しかし、給気ダクト１２における抵抗係数のみを大きくすると、クリーンルーム６内の圧力は低下する（これにより差圧が低下する）。そこで、クリーンルーム６内の圧力（差圧）を維持するために、排気側圧力制御ダンパ１０も閉方向に変化させ、抵抗係数を大きくしている。さらに、ＨＥＰＡフィルタ５等の目詰まりや外乱等が発生した場合、給気側風量制御ダンパ３の開度も変化させている。そして、それにあわせて、排気側圧力制御ダンパ１０の開度も変化させるようにしている。
【００５７】
このように、従来のクリーンルーム用設備３００においては、給気風量の制御時に排気側圧力制御ダンパ１０もあわせて駆動させている。そして、圧力制御時にも、給気側風量制御ダンパ３もあわせて駆動させている。即ち、給気側風量制御ダンパ３及び圧力制御ダンパ１０が同時に駆動するようになっている。そして、このようなときには、中でも排気側圧力制御ダンパ１０の開度が特に大きく変化する。その理由は、主に、給気風量条件や風量制御に対応して駆動する給気側風量制御ダンパ３の動作に対応するためである。さらには、給気風量制御と圧力制御とが相互に依存しているためである。
【００５８】
そして、これらの事情の下、本発明者らが検討を行って本発明を完成させたのである。即ち、前記の構成を有するクリーンルーム用設備を用いて、以下で詳細に説明する制御を行うことにより、柔軟に運転可能なクリーンルーム用設備を提供することができた。その結果、本実施形態に係るクリーンルーム用設備に拠れば、給気風量制御と圧力制御とにおける相互依存を弱めることにより、排気側圧力制御ダンパ１０の開度の変化を小さくすることができる。そして、その結果、給気風量制御及び圧力制御を安定して行うことができる。
【００５９】
［２−２．制御方法］
クリーンルーム用設備１００における、具体的な制御方法を説明する。図１に示すクリーンルーム用設備１００においては、前記のように、風量制御手段としての給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９、並びに、圧力制御手段としての給気側圧力制御ダンパ４及び排気側圧力制御ダンパ１０が備えられている。さらには、これらを制御する風量コントローラ１４及び圧力コントローラ１５が備えられている。即ち、クリーンルーム６の給気側と排気側とのそれぞれに、給気風量を制御する一組のダンパ及びクリーンルーム６内の圧力を制御する一組のダンパが備えられている。そして、それぞれの一組のダンパの開度を制御する２つのコントローラが備えられている。
【００６０】
そして、それぞれの一組のダンパは、図３に示す制御が行われる。図３（ａ）に示すように、クリーンルーム６への給気風量を多くする場合には、給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９の開度をともに大きくする。一方、給気風量を少なくする場合には、給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９の開度をともに小さくする。即ち、給気側風量制御ダンパ３と排気側風量制御ダンパ９との開度が同位相になるように駆動される。
【００６１】
そして、これらの制御は、前記のように、風量コントローラ１４が行うようになっている。なお、これらの制御の際、クリーンルーム６内の圧力を一定に維持する場合には、給気側圧力制御ダンパ４及び排気側圧力制御ダンパ１０の開度は一定のままとする。
【００６２】
一方、図３（ｂ）に示すように、クリーンルーム６内の圧力を高くする場合には、給気側圧力制御ダンパ４の開度を大きくする一方、排気側圧力制御ダンパ１０の開度を小さくする。また、クリーンルーム６内の圧力を低くする場合には、給気側圧力制御ダンパ４の開度を小さくする一方、排気側圧力制御ダンパ１０の開度を大きくする。即ち、給気側圧力制御ダンパ４と排気側圧力制御ダンパ１０との開度が逆位相になるように駆動される。
【００６３】
そして、これらの制御は、前記のように、圧力コントローラ１５が行うようになっている。なお、これらの制御の際、クリーンルーム６への給気風量を一定に維持する場合には、給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９の開度は一定のままとする。
【００６４】
次に、図４に示すフローチャートを参照しながら、クリーンルーム用設備１００における制御をより詳細に説明する。
【００６５】
作業者が操作部１６を操作する等して給気風量の変更設定が行われ（ステップＳ１０１のＹｅｓ方向）、現在の風量よりも多い給気風量に変更された場合（ステップＳ１０２のＹｅｓ方向）、増加する風量に応じて、風量コントローラ１４が給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９の開度をそれぞれ大きくする。
【００６６】
なお、給気風量と開度との具体的な対応関係（制御パラメータ）は、空調機１やダンパの性能、給気ダクト１２の太さ、クリーンルーム６の大きさ等によって異なるため、試運転時に決定される。そして、決定された対応関係が通常運転前に風量コントローラ１４に入力され、風量コントローラ１４に予め記憶されている。従って、風量コントローラ１４がこの制御パラメータに基づいて、変更後の開度を決定するようになっている。
【００６７】
また、現在の給気風量よりも少ない給気風量に変更する場合（ステップＳ１０２のＮｏ方向）、風量コントローラ１４が給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９の開度をそれぞれ小さくする。変更後の具体的な開度も、風量コントローラ１４が前記の制御パラメータに基づいて決定するようになっている。
【００６８】
なお、ステップＳ１０１で給気風量が変更されない場合には（ステップＳ１０１のＮｏ方向）、給気風量を変更せずに圧力変更制御に移行する（ステップＳ１０５以降）。
【００６９】
次に、作業者が操作部１７を操作する等してクリーンルーム６内の圧力の変更設定が行われ（ステップＳ１０５のＹｅｓ方向）、現在の圧力よりも高い室内圧力に変更された場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ方向）、圧力コントローラ１５が給気側圧力制御ダンパ４の開度を大きくし、排気側圧力制御ダンパ１０の開度を小さくする（ステップＳ１０７のＹｅｓ方向）。
【００７０】
なお、クリーンルーム６内の圧力と開度との具体的な対応関係（制御パラメータ）も、空調機１やダンパの性能、給気ダクト１２の太さ、クリーンルーム６の大きさ等によって異なるため、試運転時に決定される。そして、決定された対応関係が通常運転前に圧力コントローラ１５に入力され、圧力コントローラ１５に予め記憶されている。従って、圧力コントローラ１５がこの制御パラメータに基づいて、変更後の開度を決定するようになっている。
【００７１】
また、現在の圧力よりも低い圧力に変更する場合（ステップＳ１０６のＮｏ方向）、圧力コントローラ１５が給気側圧力制御ダンパ４の開度を小さくし、排気側圧力制御ダンパ１０の開度を大きくする（ステップＳ１０８）。変更後の具体的な開度も、圧力コントローラ１５が前記の制御パラメータに基づいて決定するようになっている。
【００７２】
なお、ステップＳ１０５で圧力の変更がされない場合には（ステップＳ１０５のＮｏ方向）、圧力を変更せずに一連のフローが終了する。
【００７３】
［３．効果］
次に、図５〜図７を参照しながら、本発明により奏される効果を説明する。
【００７４】
空調機１の出口側静圧と排気ファン１１の入口側静圧とが一定であれば、クリーンルーム６への給気風量は給気ダクト１２の抵抗係数と排気ダクト１３の抵抗係数との合計に基づいて決定される。一方、同様の場合において、クリーンルーム６内の圧力は給気ダクト１２の抵抗係数と排気ダクト１３の抵抗係数との比に基づいて決定される。ここで、図１に示す例における給気ダクト１２の抵抗係数は、給気側風量ダンパ３の抵抗係数と給気側圧力制御ダンパ４の抵抗係数との合計値となる。また、排気ダクト１３の抵抗係数は、排気側風量制御ダンパ９の抵抗係数と排気側圧力制御ダンパ１０の抵抗係数との合計値となる。なお、各ダンパの抵抗係数は、各ダンパの開度によって決定される値である（図２参照）。
【００７５】
従って、クリーンルーム６への給気風量の制御時、給気ダクト１２の抵抗係数と排気ダクト１３の抵抗係数との比率を変更せずに（変更を少なくし）合計を変更する制御が行われる。一方、クリーンルーム６内の圧力制御時には、給気ダクト１２の抵抗係数と排気ダクト１３の抵抗係数との合計を変更せずに（変更を少なくし）比率を変更する制御が行われる。そして、これらの制御が行われることにより、風量変更と圧力変更とが相互に影響せず独立して変更可能となり、安定した変更が可能になる。
【００７６】
このように、２つの風量制御ダンパ、並びに、２つの圧力制御ダンパによって制御が行われるため、個々のダンパの操作量が従来よりも小さくなる。その結果、ダンパ開度の相違による制御特性の変化も小さくなる。そのため、従来よりも幅広い運転条件下で安定した給気風量及び圧力制御を行うことができる。
【００７７】
図５及び図６に、本実施形態に係るクリーンルーム用設備１００と、従来のクリーンルーム用設備３００とにおける、給気風量変更時（図５）及び設定圧力変更時（図６）の測定圧力（測定室圧）の変化を示す。なお、図５及び図６は、本発明者らの検討により得られた結果である。ただし、説明の簡略化のために、図示を一部簡略化して示している。また、破線は設定値、実線は測定値を示している。
【００７８】
図５（ａ）に示すタイミングで給気風量Ｖ１からＶ２に変更し、さらにＶ１に給気風量を戻した場合の測定圧力の変化を、図５（ｂ）及び（ｃ）に示す。図５（ｂ）は本実施形態に係るクリーンルーム用設備１００を適用したもの、（ｃ）は図９に示す従来のクリーンルーム用設備３００を適用したものである。
【００７９】
図５に示すように、任意の時刻で給気風量を変更しても、クリーンルーム用設備１００を適用したクリーンルーム６内の測定圧力は、Ｐ１で略一定に維持されている（図５（ａ））。一方で、従来技術であるクリーンルーム用設備３００を適用したクリーンルーム内の測定圧力は、給気風量の変化に伴って大きな乱れが生じている（図５（ｂ））。即ち、クリーンルーム用設備１００を適用した場合には、給気風量の変更が圧力に影響をほとんど及ぼしていない。しかし、クリーンルーム用設備３００を適用した場合には、給気風量が変更されると、クリーンルーム６内の圧力が大きく変化している。
【００８０】
また、図６（ａ）は、設定圧力を時刻ｔ５においてＰ２からＰ３に変更し、さらに、時刻ｔ６において設定圧力をＰ２に戻した場合を示している。図６（ａ）に示すように、クリーンルーム用設備１００を適用した場合には、設定圧力の変更に追従して測定圧力も減少し、その後は略一定状態となっている。そして、時刻ｔ６で設定圧力を変更してもそれに追従して測定圧力も増加し、測定圧力は再び略一定状態となる。
【００８１】
しかしながら、クリーンルーム用設備３００を適用した場合には、設定圧力の変更に追従して測定圧力も減少するものの、その後は測定圧力に乱れが生じている。さらに、時刻ｔ６において測定圧力も増加し、圧力Ｐ２で略一定状態となる。即ち、設定圧力が初期設定時のもの（試運転時に設定したもの）から変更されると、測定圧力に乱れが生じることがわかる。
【００８２】
さらに、図７に、運転時に例えばＨＥＰＡフィルタ５等に目詰まりが生じ、給気ダクト１３の圧力損失が継時的に増加した場合を示す。図７は、図５及び図６同様、本発明者らの検討により得られた結果である。図７（ａ）に示すように、圧力損失が徐々に増加しているが、時刻ｔ７で新たなＨＥＰＡフィルタに交換する（即ち、バックアップ用のＨＥＰＡフィルタに切り替える）ことにより、圧力損失が再び減少している様子を示している。
【００８３】
このような場合、本実施形態においては、圧力損失が増加しても、測定圧力は設定圧力Ｐ４で略一定となっている（図７（ｂ））。しかしながら、従来技術においては、圧力損失の増加とともに測定圧力にも乱れが生じ、時刻ｔ７で新たなＨＥＰＡフィルタに交換した後の測定圧力の乱れは非常に大きなものとなる（図７（ｃ））。
【００８４】
図５〜図７を参照して説明したように、これらのような室内圧力の乱れは、例えば他の部屋（例えば各室や各廊下等）との圧力の相対関係を維持できないことにつながる。その結果、封じ込め機能の低下や清浄度の低下といった事態が生じることがある。
【００８５】
しかし、本実施形態に係るクリーンルーム用設備に拠れば、給気風量や設定圧力を変化させても、室内圧力に大きな乱れが生じることは無い。従って、クリーンルーム６内の圧力を安定して制御可能となり、従来よりも圧力制御が確実なクリーンルームを提供することができる。
【００８６】
また、条件に応じて風量変更を安定して行えるため、クリーンルーム及びクリーンルーム用設備の運転時の消費エネルギを削減することができる。さらに、室内圧力の変更も安定して行えるため、クリーンルームの用途を柔軟に変更することが可能となる。即ち、これらの変更を行っても室内圧力の乱れが極めて少ないため、より緩やかな条件にて変更が容易に可能である。
【００８７】
そして、本実施形態における給気風量及び圧力の制御は、通常運転時の任意のタイミングで変更可能である。即ち、クリーンルーム用設備１００に拠れば、給気風量や設定圧力を通常運転時に変更しても、クリーンルーム内の圧力が乱れることがない。また、給気風量や設定圧力を変更しても調整用ダンパ１８による調整も特に必要無いため、変更に際しての利便性が向上する。
【００８８】
［４．用途］
本実施形態に係るクリーンルーム用設備は、任意の用途に適用することができる。図７に、本実施形態に係るクリーンルーム用設備を適用した一例を示す。なお、図８において、図１と同じ符号を付すものは図１に示すものと同じものを示すものとし、その詳細な説明を省略する。また、図示の簡略化のために、図８においては風量コントローラ１４、圧力コントローラ１５、操作部１６及び操作部１７、並びにそれらを接続する電気信号線は図示していない。
【００８９】
図８に示すクリーンルーム用設備２００は、３つのクリーンルーム６Ａ，６Ｂ，６Ｃに対して適用されている。特に、図８に示す例においては、クリーンルーム６Ａが後室、クリーンルーム６Ｂがバイオロジカルクリーンルーム、クリーンルーム６Ｃが清浄廊下である。そして、各クリーンルーム６Ａ，６Ｂ，６Ｃ間は、図示しない扉を介して相互に行き来が可能なようになっている。
【００９０】
即ち、作業者は、非清浄廊下（図示しない）から後室であるクリーンルーム６Ａに入室し、クリーンルーム６Ａにて着替えた後身体を清浄にする。その後、作業者は扉を通じてバイオロジカルクリーンルームであるクリーンルーム６Ｂに入室し、クリーンルーム６Ｂにて作業を行う。そして、必要に応じて、清浄廊下であるクリーンルーム６Ｃを通って別のクリーンルーム（図示しない）に入室することが可能になっている。
【００９１】
図８に示す例において、各クリーンルーム６Ａ，６Ｂ，６Ｃ内の圧力は、所定の関係になるように維持されている。即ち、クリーンルーム６Ｃの圧力が最も高く、次いでクリーンルーム６Ｂ、クリーンルーム６Ａの順で圧力が低くなる。このような圧力関係を維持することにより、例えば後室（クリーンルーム６Ａ）からのちりや埃がバイオロジカルクリーンルーム（クリーンルーム６Ｂ）に混入することが無い。
【００９２】
また、このような運用をしている状態において、例えばクリーンルーム６Ｂから作業者が退室した場合には室内を飛散する塵埃等が減少すると考え、給気風量を減少させる制御を行うことができる。前記のように従来は、単純に給気風量を減少させると室内圧力に乱れが生じているため、このような運用が困難であった。しかしながら、本実施形態に拠れば、このような乱れなく自由に給気風量を減少させることができる。そして、その結果、消費エネルギの削減を図ることができる。
【００９３】
さらに、このような運用をしているクリーンルーム用設備２００において、例えば微生物等の封じ込めが必要な運用を行う場合、クリーンルーム６Ｂの上流側と下流側とに備えられる給気側圧力制御ダンパ４及び排気側圧力制御ダンパ１０を操作して、クリーンルーム６Ｂの圧力を最も低くすればよい。或いは、クリーンルーム６Ａ，６Ｃの圧力を高くするようにしてもよい。そして、このような圧力変更時にも各室の圧力の乱れなく、しかも新たな調整を要しないため、異なる運用を効率よく行うことができる。
【００９４】
［５．変更例］
以上、具体的な実施形態を挙げて本発明を説明したが、本実施形態は前記の内容に何ら制限されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更して実施可能である。
【００９５】
例えば、クリーンルーム内に人の存在を検知する人感センサを設けてもよい。そして、クリーンルーム内に人がいる時（人感センサがオンの時）は埃等が飛散し易いため給気風量を多く制御し、人がいないとき（人感センサがオフの時）は埃等が飛散しにくいため給気風量を少なくする制御を行ってもよい。このような制御を行うことにより、室内圧力は維持されつつも無人時の給気風量を抑制することができ、省エネルギ化を図ることができる。
【００９６】
さらに、同様に、クリーンルーム内に塵埃センサ（例えばパーティクルカウンタ等）を設けてもよい。そして、クリーンルーム内の塵埃数が所定数を超えた場合に給気風量を多くし、所定数以下の場合には給気風量を減らす制御を行ってもよい。このようにしても、室内圧力は維持されつつもクリーンルーム内を清浄に保つことができる。しかも、クリーンルーム内が清浄時（即ち塵埃数が所定値以下）の場合には給気風量を減らすことができるため、省エネルギ化を図ることができる。
【００９７】
また、例えば、図１等で説明した例においては、風量コントローラ１４及び圧力コントローラ１５を独立して設けているが、これらをまとめて一つのコントローラとして設けてもよい。そして、このコントローラに対して、給気風量及び圧力を指示する操作部を接続するようにしてもよい。
【００９８】
さらに、例えば、図４に示すフローチャートにおいては、風量制御の後に圧力制御を行うようにしているが、圧力制御を先に行って、その後に風量制御を行うようにしてもよい。
【００９９】
また、例えば、図８に示すクリーンルーム用設備２００において設けられるクリーンルームの数は３つであるが、２つであってもよく、４つ以上であってもよい。
【０１００】
さらに、例えば、排気側圧力制御ダンパ１０を通過したエアが、図示しない還気ダクトを流通して空調機１に戻るように構成してもよい。
【０１０１】
また、各ダンパは、４つとも同じ仕様のものを用いることもできるし、異なる仕様のものを適宜組み合わせて用いることもできる。また、前記のように給気ファン１ｄや排気ファン１１をインバータ化して回転速度を可変化することにより、ダンパの数を減らすこともできる。例えば、これらのファンのうちの１つのファンをインバータ化することにより、ダンパの数を１つ減らすことができる。また、両方のファンをインバータ化することにより、ダンパの数を２つ減らすことができる。つまり、給気ファン１ｄや排気ファン１１を給気風量制御手段とすることができる。
【符号の説明】
【０１０２】
３ 給気側風量制御ダンパ（風量制御手段）
４ 給気側圧力制御ダンパ（圧力制御手段）
６ クリーンルーム
９ 排気側風量制御ダンパ（風量制御手段）
１０ 排気側圧力制御ダンパ（圧力制御手段）
１２ 給気ダクト
１３ 排気ダクト
１４ 風量コントローラ（演算部）
１５ 圧力コントローラ（演算部）
１００，２００ クリーンルーム用設備
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリーンルーム用設備及びクリーンルームの空調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば手術、製薬、動物飼育、遺伝子工学実験、蓄電池や半導体の製造等、幅広い分野でクリーンルームが使用されている。中でも、手術や製薬等の医学分野、動物飼育、遺伝子工学実験に好適に使用されるバイロジカルクリーンルームにおいては、主に、（１）病原体や遺伝子材料の施設外部への漏出或いは施設内部での拡散防止、（２）室内の清浄度維持、（３）温度及び湿度の維持、等が特に重要である。
【０００３】
クリーンルームには、通常は必要に応じて、クリーンルームに付随して、清浄廊下、前室、後室等も併設されている。具体的には、非清浄廊下に対して、後室、クリーンルーム、前室及び清浄廊下の順で併設されていることがある。そして、これらは、扉等に通じて相互に入室可能な構成となっている。そのため、特に（１）に関する目的を達成するために、クリーンルームと各室との間、或いはクリーンルームと清浄廊下若しくは非清浄廊下との間等において一定の静圧差を生じるように、クリーンルーム内の圧力が制御されている。具体的には、従来、クリーンルームに供給される空気の給気風量、及び、クリーンルームから排出される排気風量を制御することが行われている。そして、これらの制御が、前記静圧差を維持するために重要である。
【０００４】
図９は従来のクリーンルーム用設備の構成を模式的に示す図である。図９に示すクリーンルーム用設備３００は、主に、空調機１と、クリーンルーム６への給気風量を制御する給気側風量制御ダンパ３と、排気風量を制御することでクリーンルーム６内の圧力（室圧）を制御する排気側圧力制御ダンパ１０と、排気ファン１１と、を備えている。
【０００５】
また、これらの他にも、クリーンルーム用設備３００は、風量センサ２、クリーンルーム６内外の圧力を測定する圧力センサ７ａ，７ｂ、圧力センサ７ａ，７ｂに接続される差圧計７、ＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air Filter）フィルタ５，８、給気風量及び圧力についての設定値が入力される操作部１６，１７、調整用ダンパ１８を備えている。調整用ダンパ１８の詳細については後記する。
【０００６】
空調機１とクリーンルーム６とは給気ダクト１２によって接続されている。また、クリーンルーム６と排気ファン１１とは排気ダクト１３によって接続されている。そして、給気側風量制御ダンパ３の開度は風量コントローラ１４によって制御されるようになっている。さらに、排気側圧力制御ダンパ１０の開度は圧力コントローラ１５によって制御されるようになっている。
【０００７】
従って、従来のクリーンルーム用設備３００においては、給気ダクト１２の途中に設けられている給気側風量制御ダンパ３によって、クリーンルーム６に給気される風量が制御されるようになっている。また、排気ダクト１３の途中に設けられている排気側圧力制御ダンパ１０によって、クリーンルーム６内の圧力が制御されるようになっている。
【０００８】
従来のクリーンルーム用設備３００においては、通常運転時、一定の給気風量及び圧力が維持されることを想定してクリーンルーム用設備３００が運転される。即ち、試運転時に所望の給気風量及び圧力に対応する開度に各ダンパの開度が設定された後、当該開度が維持されて通常運転が行われる。そして、その結果、クリーンルーム６に初期設定した風量のエア（空気）が給気され、初期設定したクリーンルーム６内の圧力が維持されるようになっている。
【０００９】
なお、試運転時の各ダンパの開度を設定する際、当該開度が最適なものとなるように、調整用ダンパ１８を用いて微調整が行われる。この微調整は、作業者が試運転時に実測される給気風量及び圧力を参照しながら行われる。それとともに、風量コントローラ１４及び圧力コントローラ１５の制御パラメータも調整される。そして、これらの調整が完了した後、通常運転が行われることになる。
【００１０】
試運転時に設定する給気風量及び圧力（室内圧力）と各ダンパ開度との関係を図１０に示す。（ａ）は給気側風量制御ダンパ３に関するもの、（ｂ）は排気側圧力制御ダンパ１０に関するものである。図１０（ａ）に示すように、クリーンルーム６への給気風量を多くする場合には、給気側風量制御ダンパ３の開度を大きくするようになっている。一方、クリーンルーム６への給気風量を少なくする場合には、給気側風量制御ダンパ３の開度を小さくするようになっている。
【００１１】
さらに、図１０（ｂ）に示すように、クリーンルーム６内の圧力を高くする場合には、排気側圧力制御ダンパ１０の開度を小さくするようになっている。一方、クリーンルーム６内の圧力を低くする場合には、排気側圧力制御ダンパ１０の開度を大きくするようになっている。
【００１２】
また、このような従来のクリーンルーム用設備として図９に示すもののほかにも、例えば特許文献１に記載の技術が挙げられる。即ち、特許文献１には、流量調整用ダンパと空調対象空間との間に、さらに、空調対象空間と圧力調整用ダンパとの間に遮断弁が備えられる空調装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−２６３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前記のように、図９や特許文献１に記載のクリーンルームにおいては、クリーンルームの上流と下流側（即ち給気側と排気側）とにそれぞれ備えられている一組のダンパが給気風量の制御と圧力の制御とを行っている。そして、例えば図９に示すクリーンルーム用設備３００においては、これらの制御に先だって、前記一組のダンパとは別に備えられる調整用ダンパ１８によって試運転時に調整が行われるようになっている（この際、調整用ダンパ１８の開度は固定される。）。
【００１５】
従って、給気風量や圧力を試運転時に設定したものから変更したい場合には、変更の都度調整用ダンパによる調整が通常は必要になる。この調整は時間を要するものであり、風量変更や圧力変更に際して利便性が高くないという課題がある。即ち、例えばクリーンルームの運用条件（給気風量や圧力等）や用途（他室との圧力関係等）を一度設定すると、設定した条件や用途からの変更作業が煩雑になることがある。
【００１６】
また、例えばＨＥＰＡフィルタの目詰まり、給気ファン及び排気ファンの経時的な性能低下によって、ユーザの意図しない条件変化が生じる場合がある。例えば、給気ファンの性能が低下して、クリーンルームへの給気風量が意図せず減少することがある。その結果、意図しないクリーンルーム６内の圧力変化が生じることがある。そして、このような圧力変化の結果、例えば別のクリーンルーム等の各室や各廊下に対する圧力関係に変化が生じ、例えば封じ込め等が困難になる可能性がある。即ち、クリーンルームの安定的な運用が困難になる可能性があるという課題がある。
【００１７】
本発明は前記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、運転条件の変化に柔軟に対応可能なクリーンルーム用設備及びクリーンルームの空調方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、給気風量及び圧力を独立して制御可能な手段をそれぞれ設けることにより前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に拠れば、運転条件の変化に柔軟に対応可能なクリーンルーム用設備及びクリーンルームの空調方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係るクリーンルーム用設備を示す図である。
【図２】ダンパの開度とダンパの抵抗係数との関係を示すグラフである。
【図３】本実施形態に係るクリーンルーム用設備における、給気風量及び圧力とダンパ開度との関係を示すグラフである。
【図４】本実施形態に係るクリーンルーム用設備における制御に係るフローチャートである。
【図５】給気風量変更時の測定圧力変化を示すグラフである。
【図６】設定圧力変更時の測定圧力変化を示すグラフである。
【図７】圧力損失が生じた際の測定圧力変化を示すグラフである。
【図８】本実施形態に係るクリーンルーム用設備の適用例である。
【図９】従来のクリーンルーム用設備を示す図である。
【図１０】従来のクリーンルーム用設備における、給気風量及び圧力とダンパ開度との関係を示すグラフである
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、適宜図面を参照しながら本発明を実施するための形態（本実施形態）を説明するが、本実施形態は以下の内容に制限されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変更して実施可能である。
【００２２】
［１．構成］
はじめに、本実施形態に係るクリーンルーム用設備１００の構成について、図１を参照しながら説明する。図１中、破線は電気信号線を表している。また、破線の矢印は、信号の伝達される向きを表している。
【００２３】
クリーンルーム用設備１００は、クリーンルーム６に適用されるものである。クリーンルーム用設備１００の具体的な構成としては、図１に示すように、空調機１と、風量センサ２と、給気側風量制御ダンパ３と、給気側圧力制御ダンパ４と、ＨＥＰＡフィルタ５と、を備えている。そして、これらは、給気ダクト１２の途中に備えられ、クリーンルーム６に対して給気ダクト１２によって接続されている。
【００２４】
また、クリーンルーム用設備１００は、ＨＥＰＡフィルタ８と、排気側風量制御ダンパ９と、排気側圧力制御ダンパ１０と、排気ファン１１と、を備えている。そして、これらは、排気ダクト１３の途中に備えられ、クリーンルーム６に対して排気ダクト１３によって接続されている。
【００２５】
なお、給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９が、クリーンルーム６への給気風量を制御する「風量制御手段」に相当する。さらに、給気側圧力制御ダンパ４及び排気側圧力制御ダンパ１０が、クリーンルーム６内の圧力を制御する「圧力制御手段」に相当する。
【００２６】
なお、本実施形態におけるクリーンルーム６には差圧計７が備えられている。そして、差圧計７に電気的に接続された圧力センサ７ａ，７ｂがクリーンルーム６内の圧力とクリーンルーム６外の圧力とをそれぞれ測定し、これにより差圧が測定されるようになっている。
【００２７】
さらに、クリーンルーム用設備１００は、給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９を制御する風量コントローラ１４を備えている。そして、風量コントローラ１４には風量センサ２と操作部１６とが接続されている。従って、作業者が操作部１６を操作することにより、クリーンルーム６への給気風量が制御されるようになっている。なお、風量コントローラ１４が、前記した「風量制御手段」を制御する「演算部」に相当する。
【００２８】
またさらに、クリーンルーム用設備１００は、給気側圧力制御ダンパ４及び排気側圧力制御ダンパ１０を制御する圧力コントローラ１５を備えている。そして、圧力コントローラ１５には差圧計７と操作部１７とが接続されている。従って、作業者が操作部１７を操作することにより、クリーンルーム６の圧力が制御されるようになっている。なお、圧力コントローラ１５が、前記した「圧力制御手段」を制御する「演算部」に相当する。
【００２９】
本実施形態におけるクリーンルーム用設備はこのような構成を有するため、給気風量及び圧力は、試運転時のみならず、通常運転時の任意のタイミングで変更可能である。即ち、クリーンルーム用設備１００に拠れば、給気風量や設定圧力を通常運転時に変更しても、クリーンルーム６内の圧力が乱れることがない。また、給気風量や設定圧力を変更しても調整用ダンパ１８による調整も必要が無いため、変更に際しての利便性が向上する。これらについては、後記する［２．制御］において詳述する。
【００３０】
空調機１は、冷却コイル１ａと、加熱コイル１ｂと、加除湿ユニット１ｃと、給気ファン１ｄと、を備えている。冷却コイル１ａと、加熱コイル１ｂと、加除湿ユニット１ｃと、により、外部からのエアが適切な温度及び湿度に制御された後、給気ファン１ｄによって当該エアがクリーンルーム６に給気されるようになっている。
【００３１】
風量センサ２は、空調機１から排出されて給気ダクト１２を流通するエアの流量を測定するものである。風量センサ２の構成は特に制限されず、任意の風量センサを用いることができる。そして、風量センサ２は、前記のように風量コントローラ１４に接続されている。そのため、風量センサ２において測定された風量は、電気信号線を通じて風量コントローラ１４に送信されるようになっている。
【００３２】
給気側風量制御ダンパ３は、クリーンルーム６に給気されるエアの風量（即ち給気風量）を制御するダンパである。給気側風量制御ダンパ３は任意のダンパを用いることができる。ただし、本実施形態においては、給気側風量制御ダンパ３としてモータダンパが用いられている。そして、給気側風量制御ダンパ３は、風量コントローラ１４に接続されている。従って、風量コントローラ１４が、排気側風量制御ダンパ９（後記する）とともに給気側風量制御ダンパ３を制御することにより、クリーンルーム６への給気風量を制御できるようになっている。
【００３３】
なお、空調機１に備えられる給気ファン１ｄとしてインバータ制御されるファンを用いる場合、給気側風量制御ダンパ３は設置しないことも可能である。このような場合には、インバータ制御される給気ファン１ｄが「風量制御手段」に相当する。
【００３４】
給気側圧力制御ダンパ４は、クリーンルーム６の圧力を制御するダンパである。給気側圧力制御ダンパ４として、任意のダンパを用いることができる。ただし、本実施形態においては、給気側圧力制御ダンパ４としてモータダンパが用いられている。そして、給気側圧力制御ダンパ４は、圧力コントローラ１５に接続されている。従って、圧力コントローラ１５が、排気側圧力制御ダンパ１０（後記する）とともに給気側圧力制御ダンパ４を制御することにより、クリーンルーム６内の圧力を制御できるようになっている。
【００３５】
なお、給気側風量制御ダンパ３及び給気側圧力制御ダンパ４の作動により生じた余剰のエア（余剰エア）は、図示しない還気ダクトを流通して空調機１に戻るようになっている。ちなみに、インバータ制御されて給気ファン１ｄの回転速度が可変の場合には、余剰エアの発生を避けることが可能である。
【００３６】
ＨＥＰＡフィルタ５は、クリーンルーム６に給気されるエアからちりや埃、微生物等を除去するものである。従って、ＨＥＰＡフィルタ５によって、クリーンルーム６へのちりや埃、微生物等の侵入を防止することができるようになっている。
【００３７】
クリーンルーム６は、清浄な環境で作業者が作業等を行う部屋である。具体的には、クリーンルーム６内では例えば、手術、製薬、遺伝子工学実験、蓄電池や半導体の製造等が行われる。また、作業者の作業を伴わなくとも、クリーンルーム６は例えばラット、マウス等の動物飼育室としても適用可能である。クリーンルーム６の具体的な構成は特に制限されず、任意のクリーンルームが適用可能である。
【００３８】
クリーンルーム６と図示しない他の部屋（例えば各室や各廊下等）との圧力関係は、差圧計７によって把握可能となっている。即ち、クリーンルーム６内に設けられている圧力センサ７ａと、クリーンルーム６外（例えば各室や各廊下等）に設けられている圧力センサ７ｂとによって、前記圧力関係を管理することができるようになっている。このような差圧計７及び圧力センサ７ａ，７ｂとしては、任意のものを用いることができる。なお、クリーンルーム６内の圧力を測定する圧力計のみが設けられるようにしてもよい。
【００３９】
ＨＥＰＡフィルタ８は、クリーンルーム６から排出されるエアからちりや埃、微生物等を除去するものである。従って、ＨＥＰＡフィルタ８によって、クリーンルーム６からのちりや埃、微生物等の外部への漏出を防止することができるようになっている。
【００４０】
排気側風量制御ダンパ９は、クリーンルーム６から排出されるエアの風量（即ち排気風量）を制御するダンパである。排気側風量制御ダンパ９は任意のダンパを用いることができる。ただし、本実施形態においては、排気側風量制御ダンパ９としてモータダンパが用いられている。そして、排気側風量制御ダンパ９は、風量コントローラ１４に接続されている。従って、風量コントローラ１４が、前記した給気側風量制御ダンパ３とともに排気側風量制御ダンパ９を制御することにより、クリーンルーム６への給気風量を制御できるようになっている。
【００４１】
なお、排気ファン１１（後記する）としてインバータ制御されるファンを用いる場合、排気側風量制御ダンパ９は設置しないことも可能である。このような場合には、インバータ制御される排気ファン１１が「風量制御手段」に相当する。
【００４２】
排気側圧力制御ダンパ１０は、クリーンルーム６内の圧力を制御するダンパである。排気側圧力制御ダンパ１０として、任意のダンパを用いることができる。ただし、本実施形態においては、排気側圧力制御ダンパ１０としてモータダンパが用いられている。そして、排気側圧力制御ダンパ１０は、圧力コントローラ１５に接続されている。従って、圧力コントローラ１５が、前記した給気側圧力制御ダンパ４とともに排気側圧力制御ダンパ１０を制御することにより、クリーンルーム６内の圧力を制御できるようになっている。
【００４３】
排気ファン１１は、クリーンルーム６からの排出されるエアを外部へ排出するものである。このような排気ファン１１としては、任意のファンを用いることができる。また、前記したように、給気ファン１１としてインバータ制御されるファンを用いることもできる。そして、このような場合には、排気側風量制御ダンパ９を設けないことが可能となる。
【００４４】
風量コントローラ１４は、給気側風量制御ダンパ３、排気側風量制御ダンパ９及び操作部１６に接続されている。そして、風量コントローラ１４は、操作部１６によって入力された風量設定値に基づいてＰＩＤ（Proportional, Integral and Derivative Control）制御を行い、給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９の制御を行うようになっている。この点についての詳細な制御は後記する。なお、風量コントローラ１４の具体的な構成は特に制限されず、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成される。ちなみに、ＰＩＤ制御はクローズドループによるフィードバック制御であるが、ステッピングモータ等を用いたオープンループによるフィードフォワード制御が適用されてもよい。
【００４５】
圧力コントローラ１５は、給気側圧力制御ダンパ４、排気側圧力制御ダンパ１０及び操作部１７に接続されている。そして、圧力コントローラ１５は、操作部１７によって入力された圧力設定値に基づいてＰＩＤ制御を行い、給気側圧力制御ダンパ４及び排気側圧力制御ダンパ１０の制御を行うようになっている。この点についての詳細な制御は後記する。なお、圧力コントローラ１５の具体的な構成は特に制限されず、例えばＣＰＵ等により構成される。ちなみに、圧力コントローラ１５についても風量コントローラ１４と同様に、ＰＩＤ制御とは異なるオープンループによるフィードフォワード制御が適用されてもよい。
【００４６】
［２．制御］
次に、本実施形態に係るクリーンルーム用設備１００、並びに、従来のクリーンルーム用設備の具体例として図９に示すクリーンルーム用設備３００を挙げて、各設備における制御を図２〜図４を参照しながら説明する。
【００４７】
［２−１．はじめに］
図１に示すクリーンルーム用設備１００や図９に示すクリーンルーム用設備３００において用いられる通常のダンパ（モータダンパ）は、図２に示すように、開度と抵抗係数とが非線形の関係にある。即ち、図２に示す例えば開度ａと開度ｂとでは、ダンパ操作量に対する抵抗係数の変化量（図２中、太矢印の傾き）が大きく異なる。具体的には、例えば開度ａの状態からは、開度を少し大きくしただけで抵抗係数は大きく減少する。一方、開度ｂの状態からは、開度を少し大きくしても、抵抗係数の減少量は小さい。
【００４８】
つまり、開度ａと開度ｂとでは制御の特性が大きく異なることになる。従って、開度ａの状態で試運転調整を行った場合、通常運転時に開度ｂで運転すると、満足な制御を行うことができない。具体的には例えば、試運転時に決定された抵抗係数の減少量に対応する開度の変化を開度ｂから行っても、通常運転時には抵抗係数の変化が小さいことになる。その結果、給気風量や圧力制御が十分に行えないことになる。
【００４９】
また、逆に、開度ｂの状態で試運転調整を行った場合、通常運転時に開度ａで運転すると、制御が不安定になることがある。具体的には例えば、試運転時に決定された抵抗係数の減少量に対応する開度の変化を開度ａから行うと、抵抗係数の減少量が試運転時のものよりも著しく大きなものとなる。その結果、給気風量や圧力の制御が極めて大雑把なものとなり、精度良く制御を行うことができない。
【００５０】
特に圧力は、開度の変化に対する追従性が給気風量と比べて高いため、圧力制御を高精度に行うことがとりわけ重要である。換言すれば、給気風量が変化した場合に、特に圧力維持が不安定になりやすい。そのためダンパの開度制御の精度や試運転時の各制御パラメータの調整、調整用ダンパによる調整が重要である。
【００５１】
しかしながら、例えばＨＥＰＡフィルタの目詰まり、給気ファンや排気ファンの等経時的な性能低下等により、作業者が意図せず、給気風量が変化（減少）することがある。また、作業者の希望により、通常運転時に給気風量や設定圧力を変更する場合もある。そうすると、試運転調整した状態とは異なるダンパ開度や各コントローラの制御パラメータを用いて、給気風量及び圧力が制御されることになる。特に前者の場合、給気風量の減少を補うべく、給気側風量制御ダンパの開度を試運転時のものよりも大きくすることが避けられないものとなる。そして、それらの結果、圧力制御が不安定なものになったり、不正確なものになったりする。
【００５２】
即ち、従来の設備においては、経時的な性能低下や運転条件の変更により、給気風量や圧力の正確な制御が行えなくなる可能性がある。そして、このような性能低下後に正確な制御を行おうとすると、再度、調整用ダンパによる調整や、各コントローラの制御パラメータの調整を行わなければならず、操作が煩雑になる。また、設備をいったん停止しなければならないという手間も生じる。
【００５３】
また、クリーンルームの中でもバイオロジカルクリーンルームは、通常のクリーンルームと比べて空調に要求されるエネルギ量が大きい傾向にある。具体的には、特にエアの供給に関するエネルギ消費量が多い傾向にある。これは、主に、エアの湿度及び温度の調節に要する電力、並びに、給気ファンの消費電力等に基づく。
【００５４】
従って、例えばクリーンルーム内で作業が行われないとき等には給気風量を減少させて消費電力を低下させることも考えられる。しかしながら、給気風量を減少させると、前記のようにクリーンルーム内の圧力維持が不安定なものになり、圧力を所望のものに制御できなくなる可能性がある。そのため、給気風量を容易に減少させることができず、常に最大風量で運転を行わなければならないことになる。そして、その結果、消費エネルギの削減が困難になることになる。
【００５５】
また、例えばクリーンルーム内の圧力が外部よりも高い状態で使用した後、逆に外部よりも低い状態でクリームルームを使用したい場合、具体的には、クリーンルームの用途を例えば「医薬の製造」用途から「病原体微生物実験」用途に変更する場合にも同様のことが生じる。つまり、このような用途変更には、クリーンルーム内の圧力の変更が伴う。しかしながら、前記のように圧力を変更する場合には調整用ダンパの制御や制御パラメータの設定を行わなければならない。そのため、クリーンルーム用途の変更の利便性が低いという課題がある。
【００５６】
ここで、図９に示す従来（比較例）のクリーンルーム用設備３００における制御方法を説明する。クリーンルーム用設備３００において給気風量を低下させる場合、給気側風量制御ダンパ３を閉方向に変化させ（即ち開度を絞り）、抵抗係数を大きくしている。しかし、給気ダクト１２における抵抗係数のみを大きくすると、クリーンルーム６内の圧力は低下する（これにより差圧が低下する）。そこで、クリーンルーム６内の圧力（差圧）を維持するために、排気側圧力制御ダンパ１０も閉方向に変化させ、抵抗係数を大きくしている。さらに、ＨＥＰＡフィルタ５等の目詰まりや外乱等が発生した場合、給気側風量制御ダンパ３の開度も変化させている。そして、それにあわせて、排気側圧力制御ダンパ１０の開度も変化させるようにしている。
【００５７】
このように、従来のクリーンルーム用設備３００においては、給気風量の制御時に排気側圧力制御ダンパ１０もあわせて駆動させている。そして、圧力制御時にも、給気側風量制御ダンパ３もあわせて駆動させている。即ち、給気側風量制御ダンパ３及び圧力制御ダンパ１０が同時に駆動するようになっている。そして、このようなときには、中でも排気側圧力制御ダンパ１０の開度が特に大きく変化する。その理由は、主に、給気風量条件や風量制御に対応して駆動する給気側風量制御ダンパ３の動作に対応するためである。さらには、給気風量制御と圧力制御とが相互に依存しているためである。
【００５８】
そして、これらの事情の下、本発明者らが検討を行って本発明を完成させたのである。即ち、前記の構成を有するクリーンルーム用設備を用いて、以下で詳細に説明する制御を行うことにより、柔軟に運転可能なクリーンルーム用設備を提供することができた。その結果、本実施形態に係るクリーンルーム用設備に拠れば、給気風量制御と圧力制御とにおける相互依存を弱めることにより、排気側圧力制御ダンパ１０の開度の変化を小さくすることができる。そして、その結果、給気風量制御及び圧力制御を安定して行うことができる。
【００５９】
［２−２．制御方法］
クリーンルーム用設備１００における、具体的な制御方法を説明する。図１に示すクリーンルーム用設備１００においては、前記のように、風量制御手段としての給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９、並びに、圧力制御手段としての給気側圧力制御ダンパ４及び排気側圧力制御ダンパ１０が備えられている。さらには、これらを制御する風量コントローラ１４及び圧力コントローラ１５が備えられている。即ち、クリーンルーム６の給気側と排気側とのそれぞれに、給気風量を制御する一組のダンパ及びクリーンルーム６内の圧力を制御する一組のダンパが備えられている。そして、それぞれの一組のダンパの開度を制御する２つのコントローラが備えられている。
【００６０】
そして、それぞれの一組のダンパは、図３に示す制御が行われる。図３（ａ）に示すように、クリーンルーム６への給気風量を多くする場合には、給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９の開度をともに大きくする。一方、給気風量を少なくする場合には、給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９の開度をともに小さくする。即ち、給気側風量制御ダンパ３と排気側風量制御ダンパ９との開度が同位相になるように駆動される。
【００６１】
そして、これらの制御は、前記のように、風量コントローラ１４が行うようになっている。なお、これらの制御の際、クリーンルーム６内の圧力を一定に維持する場合には、給気側圧力制御ダンパ４及び排気側圧力制御ダンパ１０の開度は一定のままとする。
【００６２】
一方、図３（ｂ）に示すように、クリーンルーム６内の圧力を高くする場合には、給気側圧力制御ダンパ４の開度を大きくする一方、排気側圧力制御ダンパ１０の開度を小さくする。また、クリーンルーム６内の圧力を低くする場合には、給気側圧力制御ダンパ４の開度を小さくする一方、排気側圧力制御ダンパ１０の開度を大きくする。即ち、給気側圧力制御ダンパ４と排気側圧力制御ダンパ１０との開度が逆位相になるように駆動される。
【００６３】
そして、これらの制御は、前記のように、圧力コントローラ１５が行うようになっている。なお、これらの制御の際、クリーンルーム６への給気風量を一定に維持する場合には、給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９の開度は一定のままとする。
【００６４】
次に、図４に示すフローチャートを参照しながら、クリーンルーム用設備１００における制御をより詳細に説明する。
【００６５】
作業者が操作部１６を操作する等して給気風量の変更設定が行われ（ステップＳ１０１のＹｅｓ方向）、現在の風量よりも多い給気風量に変更された場合（ステップＳ１０２のＹｅｓ方向）、増加する風量に応じて、風量コントローラ１４が給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９の開度をそれぞれ大きくする。
【００６６】
なお、給気風量と開度との具体的な対応関係（制御パラメータ）は、空調機１やダンパの性能、給気ダクト１２の太さ、クリーンルーム６の大きさ等によって異なるため、試運転時に決定される。そして、決定された対応関係が通常運転前に風量コントローラ１４に入力され、風量コントローラ１４に予め記憶されている。従って、風量コントローラ１４がこの制御パラメータに基づいて、変更後の開度を決定するようになっている。
【００６７】
また、現在の給気風量よりも少ない給気風量に変更する場合（ステップＳ１０２のＮｏ方向）、風量コントローラ１４が給気側風量制御ダンパ３及び排気側風量制御ダンパ９の開度をそれぞれ小さくする。変更後の具体的な開度も、風量コントローラ１４が前記の制御パラメータに基づいて決定するようになっている。
【００６８】
なお、ステップＳ１０１で給気風量が変更されない場合には（ステップＳ１０１のＮｏ方向）、給気風量を変更せずに圧力変更制御に移行する（ステップＳ１０５以降）。
【００６９】
次に、作業者が操作部１７を操作する等してクリーンルーム６内の圧力の変更設定が行われ（ステップＳ１０５のＹｅｓ方向）、現在の圧力よりも高い室内圧力に変更された場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ方向）、圧力コントローラ１５が給気側圧力制御ダンパ４の開度を大きくし、排気側圧力制御ダンパ１０の開度を小さくする（ステップＳ１０７のＹｅｓ方向）。
【００７０】
なお、クリーンルーム６内の圧力と開度との具体的な対応関係（制御パラメータ）も、空調機１やダンパの性能、給気ダクト１２の太さ、クリーンルーム６の大きさ等によって異なるため、試運転時に決定される。そして、決定された対応関係が通常運転前に圧力コントローラ１５に入力され、圧力コントローラ１５に予め記憶されている。従って、圧力コントローラ１５がこの制御パラメータに基づいて、変更後の開度を決定するようになっている。
【００７１】
また、現在の圧力よりも低い圧力に変更する場合（ステップＳ１０６のＮｏ方向）、圧力コントローラ１５が給気側圧力制御ダンパ４の開度を小さくし、排気側圧力制御ダンパ１０の開度を大きくする（ステップＳ１０８）。変更後の具体的な開度も、圧力コントローラ１５が前記の制御パラメータに基づいて決定するようになっている。
【００７２】
なお、ステップＳ１０５で圧力の変更がされない場合には（ステップＳ１０５のＮｏ方向）、圧力を変更せずに一連のフローが終了する。
【００７３】
［３．効果］
次に、図５〜図７を参照しながら、本発明により奏される効果を説明する。
【００７４】
空調機１の出口側静圧と排気ファン１１の入口側静圧とが一定であれば、クリーンルーム６への給気風量は給気ダクト１２の抵抗係数と排気ダクト１３の抵抗係数との合計に基づいて決定される。一方、同様の場合において、クリーンルーム６内の圧力は給気ダクト１２の抵抗係数と排気ダクト１３の抵抗係数との比に基づいて決定される。ここで、図１に示す例における給気ダクト１２の抵抗係数は、給気側風量ダンパ３の抵抗係数と給気側圧力制御ダンパ４の抵抗係数との合計値となる。また、排気ダクト１３の抵抗係数は、排気側風量制御ダンパ９の抵抗係数と排気側圧力制御ダンパ１０の抵抗係数との合計値となる。なお、各ダンパの抵抗係数は、各ダンパの開度によって決定される値である（図２参照）。
【００７５】
従って、クリーンルーム６への給気風量の制御時、給気ダクト１２の抵抗係数と排気ダクト１３の抵抗係数との比率を変更せずに（変更を少なくし）合計を変更する制御が行われる。一方、クリーンルーム６内の圧力制御時には、給気ダクト１２の抵抗係数と排気ダクト１３の抵抗係数との合計を変更せずに（変更を少なくし）比率を変更する制御が行われる。そして、これらの制御が行われることにより、風量変更と圧力変更とが相互に影響せず独立して変更可能となり、安定した変更が可能になる。
【００７６】
このように、２つの風量制御ダンパ、並びに、２つの圧力制御ダンパによって制御が行われるため、個々のダンパの操作量が従来よりも小さくなる。その結果、ダンパ開度の相違による制御特性の変化も小さくなる。そのため、従来よりも幅広い運転条件下で安定した給気風量及び圧力制御を行うことができる。
【００７７】
図５及び図６に、本実施形態に係るクリーンルーム用設備１００と、従来のクリーンルーム用設備３００とにおける、給気風量変更時（図５）及び設定圧力変更時（図６）の測定圧力（測定室圧）の変化を示す。なお、図５及び図６は、本発明者らの検討により得られた結果である。ただし、説明の簡略化のために、図示を一部簡略化して示している。また、破線は設定値、実線は測定値を示している。
【００７８】
図５（ａ）に示すタイミングで給気風量Ｖ１からＶ２に変更し、さらにＶ１に給気風量を戻した場合の測定圧力の変化を、図５（ｂ）及び（ｃ）に示す。図５（ｂ）は本実施形態に係るクリーンルーム用設備１００を適用したもの、（ｃ）は図９に示す従来のクリーンルーム用設備３００を適用したものである。
【００７９】
図５に示すように、任意の時刻で給気風量を変更しても、クリーンルーム用設備１００を適用したクリーンルーム６内の測定圧力は、Ｐ１で略一定に維持されている（図５（ａ））。一方で、従来技術であるクリーンルーム用設備３００を適用したクリーンルーム内の測定圧力は、給気風量の変化に伴って大きな乱れが生じている（図５（ｂ））。即ち、クリーンルーム用設備１００を適用した場合には、給気風量の変更が圧力に影響をほとんど及ぼしていない。しかし、クリーンルーム用設備３００を適用した場合には、給気風量が変更されると、クリーンルーム６内の圧力が大きく変化している。
【００８０】
また、図６（ａ）は、設定圧力を時刻ｔ５においてＰ２からＰ３に変更し、さらに、時刻ｔ６において設定圧力をＰ２に戻した場合を示している。図６（ａ）に示すように、クリーンルーム用設備１００を適用した場合には、設定圧力の変更に追従して測定圧力も減少し、その後は略一定状態となっている。そして、時刻ｔ６で設定圧力を変更してもそれに追従して測定圧力も増加し、測定圧力は再び略一定状態となる。
【００８１】
しかしながら、クリーンルーム用設備３００を適用した場合には、設定圧力の変更に追従して測定圧力も減少するものの、その後は測定圧力に乱れが生じている。さらに、時刻ｔ６において測定圧力も増加し、圧力Ｐ２で略一定状態となる。即ち、設定圧力が初期設定時のもの（試運転時に設定したもの）から変更されると、測定圧力に乱れが生じることがわかる。
【００８２】
さらに、図７に、運転時に例えばＨＥＰＡフィルタ５等に目詰まりが生じ、給気ダクト１３の圧力損失が継時的に増加した場合を示す。図７は、図５及び図６同様、本発明者らの検討により得られた結果である。図７（ａ）に示すように、圧力損失が徐々に増加しているが、時刻ｔ７で新たなＨＥＰＡフィルタに交換する（即ち、バックアップ用のＨＥＰＡフィルタに切り替える）ことにより、圧力損失が再び減少している様子を示している。
【００８３】
このような場合、本実施形態においては、圧力損失が増加しても、測定圧力は設定圧力Ｐ４で略一定となっている（図７（ｂ））。しかしながら、従来技術においては、圧力損失の増加とともに測定圧力にも乱れが生じ、時刻ｔ７で新たなＨＥＰＡフィルタに交換した後の測定圧力の乱れは非常に大きなものとなる（図７（ｃ））。
【００８４】
図５〜図７を参照して説明したように、これらのような室内圧力の乱れは、例えば他の部屋（例えば各室や各廊下等）との圧力の相対関係を維持できないことにつながる。その結果、封じ込め機能の低下や清浄度の低下といった事態が生じることがある。
【００８５】
しかし、本実施形態に係るクリーンルーム用設備に拠れば、給気風量や設定圧力を変化させても、室内圧力に大きな乱れが生じることは無い。従って、クリーンルーム６内の圧力を安定して制御可能となり、従来よりも圧力制御が確実なクリーンルームを提供することができる。
【００８６】
また、条件に応じて風量変更を安定して行えるため、クリーンルーム及びクリーンルーム用設備の運転時の消費エネルギを削減することができる。さらに、室内圧力の変更も安定して行えるため、クリーンルームの用途を柔軟に変更することが可能となる。即ち、これらの変更を行っても室内圧力の乱れが極めて少ないため、より緩やかな条件にて変更が容易に可能である。
【００８７】
そして、本実施形態における給気風量及び圧力の制御は、通常運転時の任意のタイミングで変更可能である。即ち、クリーンルーム用設備１００に拠れば、給気風量や設定圧力を通常運転時に変更しても、クリーンルーム内の圧力が乱れることがない。また、給気風量や設定圧力を変更しても調整用ダンパ１８による調整も特に必要無いため、変更に際しての利便性が向上する。
【００８８】
［４．用途］
本実施形態に係るクリーンルーム用設備は、任意の用途に適用することができる。図７に、本実施形態に係るクリーンルーム用設備を適用した一例を示す。なお、図８において、図１と同じ符号を付すものは図１に示すものと同じものを示すものとし、その詳細な説明を省略する。また、図示の簡略化のために、図８においては風量コントローラ１４、圧力コントローラ１５、操作部１６及び操作部１７、並びにそれらを接続する電気信号線は図示していない。
【００８９】
図８に示すクリーンルーム用設備２００は、３つのクリーンルーム６Ａ，６Ｂ，６Ｃに対して適用されている。特に、図８に示す例においては、クリーンルーム６Ａが後室、クリーンルーム６Ｂがバイオロジカルクリーンルーム、クリーンルーム６Ｃが清浄廊下である。そして、各クリーンルーム６Ａ，６Ｂ，６Ｃ間は、図示しない扉を介して相互に行き来が可能なようになっている。
【００９０】
即ち、作業者は、非清浄廊下（図示しない）から後室であるクリーンルーム６Ａに入室し、クリーンルーム６Ａにて着替えた後身体を清浄にする。その後、作業者は扉を通じてバイオロジカルクリーンルームであるクリーンルーム６Ｂに入室し、クリーンルーム６Ｂにて作業を行う。そして、必要に応じて、清浄廊下であるクリーンルーム６Ｃを通って別のクリーンルーム（図示しない）に入室することが可能になっている。
【００９１】
図８に示す例において、各クリーンルーム６Ａ，６Ｂ，６Ｃ内の圧力は、所定の関係になるように維持されている。即ち、クリーンルーム６Ｃの圧力が最も高く、次いでクリーンルーム６Ｂ、クリーンルーム６Ａの順で圧力が低くなる。このような圧力関係を維持することにより、例えば後室（クリーンルーム６Ａ）からのちりや埃がバイオロジカルクリーンルーム（クリーンルーム６Ｂ）に混入することが無い。
【００９２】
また、このような運用をしている状態において、例えばクリーンルーム６Ｂから作業者が退室した場合には室内を飛散する塵埃等が減少すると考え、給気風量を減少させる制御を行うことができる。前記のように従来は、単純に給気風量を減少させると室内圧力に乱れが生じているため、このような運用が困難であった。しかしながら、本実施形態に拠れば、このような乱れなく自由に給気風量を減少させることができる。そして、その結果、消費エネルギの削減を図ることができる。
【００９３】
さらに、このような運用をしているクリーンルーム用設備２００において、例えば微生物等の封じ込めが必要な運用を行う場合、クリーンルーム６Ｂの上流側と下流側とに備えられる給気側圧力制御ダンパ４及び排気側圧力制御ダンパ１０を操作して、クリーンルーム６Ｂの圧力を最も低くすればよい。或いは、クリーンルーム６Ａ，６Ｃの圧力を高くするようにしてもよい。そして、このような圧力変更時にも各室の圧力の乱れなく、しかも新たな調整を要しないため、異なる運用を効率よく行うことができる。
【００９４】
［５．変更例］
以上、具体的な実施形態を挙げて本発明を説明したが、本実施形態は前記の内容に何ら制限されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更して実施可能である。
【００９５】
例えば、クリーンルーム内に人の存在を検知する人感センサを設けてもよい。そして、クリーンルーム内に人がいる時（人感センサがオンの時）は埃等が飛散し易いため給気風量を多く制御し、人がいないとき（人感センサがオフの時）は埃等が飛散しにくいため給気風量を少なくする制御を行ってもよい。このような制御を行うことにより、室内圧力は維持されつつも無人時の給気風量を抑制することができ、省エネルギ化を図ることができる。
【００９６】
さらに、同様に、クリーンルーム内に塵埃センサ（例えばパーティクルカウンタ等）を設けてもよい。そして、クリーンルーム内の塵埃数が所定数を超えた場合に給気風量を多くし、所定数以下の場合には給気風量を減らす制御を行ってもよい。このようにしても、室内圧力は維持されつつもクリーンルーム内を清浄に保つことができる。しかも、クリーンルーム内が清浄時（即ち塵埃数が所定値以下）の場合には給気風量を減らすことができるため、省エネルギ化を図ることができる。
【００９７】
また、例えば、図１等で説明した例においては、風量コントローラ１４及び圧力コントローラ１５を独立して設けているが、これらをまとめて一つのコントローラとして設けてもよい。そして、このコントローラに対して、給気風量及び圧力を指示する操作部を接続するようにしてもよい。
【００９８】
さらに、例えば、図４に示すフローチャートにおいては、風量制御の後に圧力制御を行うようにしているが、圧力制御を先に行って、その後に風量制御を行うようにしてもよい。
【００９９】
また、例えば、図８に示すクリーンルーム用設備２００において設けられるクリーンルームの数は３つであるが、２つであってもよく、４つ以上であってもよい。
【０１００】
さらに、例えば、排気側圧力制御ダンパ１０を通過したエアが、図示しない還気ダクトを流通して空調機１に戻るように構成してもよい。
【０１０１】
また、各ダンパは、４つとも同じ仕様のものを用いることもできるし、異なる仕様のものを適宜組み合わせて用いることもできる。また、前記のように給気ファン１ｄや排気ファン１１をインバータ化して回転速度を可変化することにより、ダンパの数を減らすこともできる。例えば、これらのファンのうちの１つのファンをインバータ化することにより、ダンパの数を１つ減らすことができる。また、両方のファンをインバータ化することにより、ダンパの数を２つ減らすことができる。つまり、給気ファン１ｄや排気ファン１１を給気風量制御手段とすることができる。
【符号の説明】
【０１０２】
３ 給気側風量制御ダンパ（風量制御手段）
４ 給気側圧力制御ダンパ（圧力制御手段）
６ クリーンルーム
９ 排気側風量制御ダンパ（風量制御手段）
１０ 排気側圧力制御ダンパ（圧力制御手段）
１２ 給気ダクト
１３ 排気ダクト
１４ 風量コントローラ（演算部）
１５ 圧力コントローラ（演算部）
１００，２００ クリーンルーム用設備
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリーンルームへの給気風量と前記クリーンルーム内の圧力を制御するクリーンルーム用設備であって、
前記クリーンルームへの給気風量を制御する風量制御手段と、
前記クリーンルーム内の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記風量制御手段と前記圧力制御手段とを制御する演算部と、
を備え、
前記クリーンルームには、前記クリーンルームに給気されるエアが流通する給気ダクトと、前記クリーンルームから排気されたエアが流通する排気ダクトと、が接続され、
前記風量制御手段は、前記給気ダクトと前記排気ダクトとにそれぞれ備えられ、
前記圧力制御手段は、前記給気ダクトと前記排気ダクトとにそれぞれ備えられている
ことを特徴とする、クリーンルーム用設備。
【請求項２】
前記クリーンルームへの給気風量を増加させる場合には、前記演算部が、前記給気ダクトを流通して給気される前記エアの流量と、前記排気ダクトを流通して排気される前記エアの流量と、の両方を増加させるように前記２つの風量制御手段を制御し、
前記クリーンルームへの給気風量を減少させる場合には、前記演算部が、前記給気ダクトを流通して給気される前記エアの流量と、前記排気ダクトを流通して排気される前記エアの流量と、の両方を減少させるように前記２つの風量制御手段を制御する
ことを特徴とする、請求項１に記載のクリーンルーム用設備。
【請求項３】
前記クリーンルーム内の圧力を上昇させる場合には、前記演算部が、前記給気ダクトを流通して給気される前記エアの流量を増加させるとともに前記排気ダクトを流通して排気される前記エアの流量を減少させるように前記２つの圧力制御手段を制御し、
前記クリーンルーム内の圧力を低下させる場合には、前記演算部が、前記給気ダクトを流通して給気される前記エアの流量を減少させるとともに前記排気ダクトを流通して排気される前記エアの流量を増加させるように前記２つの圧力制御手段を制御する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のクリーンルーム用設備。
【請求項４】
クリーンルームに対する少なくとも給気風量を制御するクリーンルームの空調方法であって、
前記クリーンルームへの前記給気風量を増加させる場合には、前記クリーンルームに給気されるエアの流量と、前記クリーンルームから排気されるエアの流量と、の両方を増加させ、
前記クリーンルームへの給気風量を減少させる場合には、前記クリーンルームに給気される前記エアの流量と、前記クリーンルームから排気される前記エアの流量と、の両方を減少させる
ことを特徴とする、クリーンルームの空調方法。
【請求項５】
さらに前記クリーンルーム内の圧力を制御するクリーンルームの空調方法であって、
前記クリーンルーム内の圧力を上昇させる場合には、前記クリーンルームに給気される前記エアの流量を増加させるとともに、前記クリーンルームから排気される前記エアの流量を減少させ、
前記クリーンルーム内の圧力を低下させる場合には、前記クリーンルームに給気される前記エアの流量を減少させるとともに、前記クリーンルームから排気される前記エアの流量を増加させる
ことを特徴とする、請求項４に記載のクリーンルームの空調方法。
【請求項１】
クリーンルームへの給気風量と前記クリーンルーム内の圧力を制御するクリーンルーム用設備であって、
前記クリーンルームへの給気風量を制御する風量制御手段と、
前記クリーンルーム内の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記風量制御手段と前記圧力制御手段とを制御する演算部と、
を備え、
前記クリーンルームには、前記クリーンルームに給気されるエアが流通する給気ダクトと、前記クリーンルームから排気されたエアが流通する排気ダクトと、が接続され、
前記風量制御手段は、前記給気ダクトと前記排気ダクトとにそれぞれ備えられ、
前記圧力制御手段は、前記給気ダクトと前記排気ダクトとにそれぞれ備えられている
ことを特徴とする、クリーンルーム用設備。
【請求項２】
前記クリーンルームへの給気風量を増加させる場合には、前記演算部が、前記給気ダクトを流通して給気される前記エアの流量と、前記排気ダクトを流通して排気される前記エアの流量と、の両方を増加させるように前記２つの風量制御手段を制御し、
前記クリーンルームへの給気風量を減少させる場合には、前記演算部が、前記給気ダクトを流通して給気される前記エアの流量と、前記排気ダクトを流通して排気される前記エアの流量と、の両方を減少させるように前記２つの風量制御手段を制御する
ことを特徴とする、請求項１に記載のクリーンルーム用設備。
【請求項３】
前記クリーンルーム内の圧力を上昇させる場合には、前記演算部が、前記給気ダクトを流通して給気される前記エアの流量を増加させるとともに前記排気ダクトを流通して排気される前記エアの流量を減少させるように前記２つの圧力制御手段を制御し、
前記クリーンルーム内の圧力を低下させる場合には、前記演算部が、前記給気ダクトを流通して給気される前記エアの流量を減少させるとともに前記排気ダクトを流通して排気される前記エアの流量を増加させるように前記２つの圧力制御手段を制御する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のクリーンルーム用設備。
【請求項４】
クリーンルームに対する少なくとも給気風量を制御するクリーンルームの空調方法であって、
前記クリーンルームへの前記給気風量を増加させる場合には、前記クリーンルームに給気されるエアの流量と、前記クリーンルームから排気されるエアの流量と、の両方を増加させ、
前記クリーンルームへの給気風量を減少させる場合には、前記クリーンルームに給気される前記エアの流量と、前記クリーンルームから排気される前記エアの流量と、の両方を減少させる
ことを特徴とする、クリーンルームの空調方法。
【請求項５】
さらに前記クリーンルーム内の圧力を制御するクリーンルームの空調方法であって、
前記クリーンルーム内の圧力を上昇させる場合には、前記クリーンルームに給気される前記エアの流量を増加させるとともに、前記クリーンルームから排気される前記エアの流量を減少させ、
前記クリーンルーム内の圧力を低下させる場合には、前記クリーンルームに給気される前記エアの流量を減少させるとともに、前記クリーンルームから排気される前記エアの流量を増加させる
ことを特徴とする、請求項４に記載のクリーンルームの空調方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−２６５３（Ｐ２０１３−２６５３Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１０７１（Ｐ２０１１−１３１０７１）
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
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