JP2006329440A - 圧力制御ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 僅かな風量条件下であっても室内の圧力を効果的に制御することを目的としている。
【解決手段】 室内４０の空気が流通するダクト１２の途中に形成したケーシング１４内に直列配置して前記空気の吐出圧を可変とするとともに、前記ケーシング１４内に並列配置して前記空気の風量を可変に構成した複数の送風機１６と、前記送風機１６を組み合わせて前記吐出圧若しくは前記風量を調整して前記室内の圧力を制御するコントロールユニット１８を備えている。この場合において、コントロールユニット１８には、室内４０の圧力センサ５０の検出値が入力し、前記検出値に基づいて前記送風機１６の出力を調整する構成としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特にクリーンルーム等の室内あるいは密閉空間の室内圧力を効果的に制御する圧力制御ユニットに関する。

半導体製造工場、手術室、食品工場等に用いられるクリーンルームは、要求される清浄度に応じて複数の性能レベルが設定されている。このクリーンルームには給気ダクトと排気ダクトからなる空気の通気経路が形成されている。通気経路の給気ダクトにはフィルタが設置され、外部から供給する空気中に含まれる塵埃、微生物等を除去し、浄化された空気が室内に供給されて室内の清浄度を保持している。

ところで上記クリーンルームは室内が陰圧になると、室外から汚染された空気が流入し、室内を汚染してしまうことがある。このため室内に配置した差圧計でクリーンルームの内部と外部の差圧を測定し、室内が陰圧にならないように室内の圧力を制御する必要がある。

図４は従来の圧力制御システムの構成概略を示す図である。図示のように圧力制御システム１は、室内２への給気風量を給気ダクト３に取り付けた多翼送風機４で調整するシステムである。室内２の室圧は圧力モニタリング点５で検出する圧力を予め設定してある基準圧力となるようにコントローラ６で多翼送風機４を操作することによって制御される。

このような圧力制御システムとして、例えば特許文献１には、クリーンルームに空調装置と排気装置を設け、クリーンルーム内と外部の差圧を測定するセンサの検出値に基づいて、クリーンルーム内に負圧が生じないように、送風ファンの稼動を制御することが開示されている。
特開平６−９４２６１号公報

しかしながら上記圧力制御システムに用いる多翼送風機は、給気風量を強・中・弱など多段階に設定変更できる構成であり、省エネルギー化あるいはシステムの稼動コストを低減化する観点から僅かな給気風量を室内に供給して室内の圧力制御を行うことがある。

僅かな給気風量にするためには、ダクトに設置した多翼送風機の流量を絞って運転する必要がある。そうすると例えば１台で室内の風量を調整できる多翼送風機の場合、供給能力が大きいため、流量を絞ることによって振動及び騒音が発生し、流量、圧力回転速度等が変動してダクトの変形あるいは機器の圧力脈動などで正常な給気運転ができなくなる、いわゆるサージング現象が発生することがある。この場合最も小型の多翼送風機を用いても、サージングを起こしてしまい、室内の圧力が不安定になり陽圧に保つことが困難になるという問題があった。

そこで本発明は従来技術の問題点を解決するため、僅かな風量条件下でも室内の圧力を効果的に制御することを目的としている。

本発明の圧力制御ユニットは、室内の空気が流通するダクトの途中に形成したケーシング内に直列配置して前記空気の吐出圧を可変とするとともに、前記ケーシング内に並列配置して前記空気の風量を可変に構成した複数の送風機と、前記送風機を組み合わせて前記吐出圧若しくは前記風量を調整して前記室内の圧力を制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
この場合において、前記制御手段には、前記室内の圧力センサの検出値が入力し、前記検出値に基づいて前記送風機の出力を調整することを特徴としている。

上記のごとくなっている本発明は、従来空調装置に用いられている多翼送風機よりも送風量・吐出圧が小さいが、僅かな風量でもサージングが発生せず運転状態が安定化している送風機をダクト上に直列あるいは並列に複数台設置した構成としている。また制御手段には、前記室内の圧力センサの検出値を入力させている。このため室内の測定圧力に基づいて、送風機の台数を組み合わせて各送風機の運転周波数を制御することにより、送風機の僅かな風量でも安定した室内の圧力制御を行うことができる。

本発明の圧力制御ユニットの実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１は実施形態に係る圧力制御ユニットの構成概略を示す図である。
図示のように圧力制御ユニット１０は、クリーンルーム等の室内あるいは密閉容器に接続するダクト１２の途中に形成してある。なお圧力制御ユニット１０を形成するダクト１２は、給気ダクトあるいは排気ダクトのどちらでもよい。

圧力制御ユニット１０は、ケーシング１４と、このケーシング１４中に設置した送風機１６と、送風機１６を制御する制御手段となるコントロールユニット１８と、風量の微調整が可能なボリュームダンパ２０とを基本的な構成としている。

ケーシング１４は、室内の空気が流通するダクト１２の管路途中に形成し、ダクト１２よりも大径の略直方体状に形成して内部に空気を流通させている。ケーシング１４の両端部はダクト１２の開口部に接続するように略ロート状に形成してある。またケーシング１４両端部の一対の開口部１４ａ、１４ｂは、それぞれダクト１２に接続している。なおケーシング１４の形状は直方体状のほか楕円形状、円筒状などに形成することもできる。

実施形態に係る送風機１６は、例えば軸流ファンを用いることができる。軸流ファンは気体を羽根車の軸方向に通過させている。このため軸流ファンは多軸送風機よりも据付スペースが小さくコンパクトであるが、多翼送風機よりも送風量・吐出圧が小さい。しかしながら軸流ファンは１００ｍ^３／ｈ以下の僅かな風量を供給する場合であってもサージングが発生せず運転状態が安定している。

送風機１６はケーシング１４内部に、空気の流通方向に対して直列あるいは並列に複数設置してある。本実施形態では送風機１６をケーシング１４内部に直列に２台配置し、さらに、２台並列に配置した送風機１６を２箇所設置し、計６台設置している。なお送風機１６は説明の便宜上、同図右から左の順に１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆとする。また送風機１６の数量はこれに限定されるものではなく、室内の処理空気量に応じて任意に設定数を変更することができる。
送風機１６ｃ、１６ｄあるいは１６ｅ、１６ｆを２台並列に配置した場合には、ケーシング１４断面を覆う大きさになり、隙間が生じることがない。

一方、送風機１６ａあるいは１６ｂを直列に配置した場合には、送風機１６はケーシング１４断面よりも小さいため、ケーシング１４との間に隙間が生じる。この隙間に空気の流通を遮断する閉止壁２２を形成してある。これによりケーシング１４内の空気は送風機１６を介して通気することになり、送風機１６の周囲から空気が逆流するのを防止することができる。

コントロールユニット１８は、ケーシング１４内に複数配置した送風機１６に接続して、送風機１６の運転台数と各送風機１６の運転周波数の制御をなす構成としている。コントロールユニット１８はケーシング１４の外側に形成してある。コントロールユニット１８には後述する室内の圧力を検出する圧力センサが接続している。

ここでコントロールユニット１８による複数の送風機１６の制御を行った際の風量と吐出圧の関係を図２に示す。同図のグラフは縦軸に送風機の吐出圧を、横軸に送風機の風量を示し、送風機１６の運転台数を制御したときの制御限界を表示している。送風機１６の運転周波数（出力）制御を行ったときには、制御限界よりも低い風量と吐出圧で運転させることができる。

まず線Ａは送風機１６ａあるいは１６ｂのみ稼動させたときの制御限界を示す。本圧力制御ユニット１０の最小の制御範囲を示している。
線Ｂは並列配置した送風機１６ｃ，１６ｄあるいは１６ｅ，１６ｆを稼動させた場合の制御限界を示す。このとき吐出圧の最大値は線Ａと略同じであるが、風量は２倍の値を示している。これは送風機１６を並列に配置したことにより送風面積が２倍になったことが影響したものと考えられる。

線Ｃは直列配置した送風機１６ａおよび１６ｂを稼動させた場合の制御限界を示す。このとき風量の最大値は線Ａと略同じであるが、吐出圧は２倍の値を示している。これは送風機１６を直列に配置したことにより一定の送風面積に対して出力が２倍になったためと考えられる。
線Ｄは並列及び直列配置した送風機１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆを稼動させた場合の制御限界を示している。図示のように線Ａと比べ吐出圧及び風量のいずれも略２倍の値を示している。

本発明に用いる送風機１６は多翼送風機に比べて風量、吐出圧はともに小さいため、直列あるいは並列配置した複数の送風機１６を組み合わせて制御するとともに各送風機１６の運転周波数制御を行うことで、風量と吐出圧を細かく制御することが可能になる。なお送風機１６は、送風機１６ａ，１６ｂの単体稼動、直列配置した送風機１６ａ，１６ｂの２台稼動、並列配置した送風機１６ｃ，１６ｄあるいは送風機１６ｅ，１６ｆの稼動、並列配置した送風機１６ｃ，１６ｄ及び送風機１６ｅ，１６ｆの稼動、直列配置した送風機１６ａ若しくは１６ｂと並列配置した１６ｃ，１６ｄ若しくは１６ｅ，１６ｆの稼動、送風機１６ａ〜１６ｆの全稼動、の組み合わせの中から任意に選択することができる。

ボリュームダンパ２０は、ケーシング１４の両端部のいずれか一方に設置してあり、ケーシング１４内部を流通する空気の風量を微調整することができる調整弁である。またボリュームダンパ２０はコントロールユニット１８に接続し、コントロールユニット１８により風量を制御可能に構成してある。

次に本発明の圧力制御ユニット１０を用いた圧力制御システム３０の構成概略を図３に示す。図示のように圧力制御システム３０には、室内４０に空気を供給する給気ダクト１２ａ及び排気する排気ダクト１２ｂを接続してある。この給気ダクト１２ａの管路途中には前述の圧力制御ユニット１０が設置してある。なお圧力制御ユニット１０は排気ダクト１２ｂに配置した構成とすることもできる。

室内４０には圧力を検知する圧力センサ５０が設置してある。圧力センサ５０はコントロールユニット１８に検知信号を出力可能に形成してある。なお圧力センサ５０は室外の圧力も検知して、室内４０の圧力との差をコントロールユニット１８に出力する機能を付加させることもできる。

次に上記構成による圧力制御方法を以下説明する。室内４０に設置した圧力センサ５０により室内の圧力あるいは外部の圧力との差圧を検知する。そして圧力センサ５０の検出値がコントロールユニット１８に出力される。コントロールユニット１８では、予め室内４０が負圧となる基準値が設定してあり、この基準値及び検出値に基づいて、空気の流通経路に直列あるいは並列に配置した複数の送風機の組み合わせを制御する。送風機１６の組み合わせは、例えば風量を調整する場合には、並列配置した送風機１６を稼動させる。また吐出圧を調整する場合には、直列配置した送風機１６を稼動させる。さらに選択した送風機１６の運転周波数を制御することによって小風量に微調整することができる。これにより室内の圧力を基準圧力となるように制御することができる。なおボリュームダンパ２０によりケーシングを流通する空気の風量を制御するようにしてもよい。

実施形態に係る圧力制御ユニットの構成概略を示す図である。 圧力制御ユニットの吐出圧と風量の関係を示す図である。 圧力制御ユニットを用いた圧力制御システムの構成概略を示す図である。 従来の圧力制御システムの構成概略を示す図である。

符号の説明

１………圧力制御システム、２………室内、３………給気ダクト、４………多翼送風機、５………圧力モニタリング点、６………コントローラ、１０………圧力制御ユニット、１２………ダクト、１４………ケーシング、１６………送風機、１８………コントロールユニット、２０………ボリュームダンパ、２２………閉止壁、３０………圧力制御システム、４０………室内、５０………圧力センサ。

Claims (2)

1. 室内の空気が流通するダクトの途中に形成したケーシング内に直列配置して前記空気の吐出圧を可変とするとともに、前記ケーシング内に並列配置して前記空気の風量を可変に構成した複数の送風機と、
   前記送風機を組み合わせて前記吐出圧若しくは前記風量を調整して前記室内の圧力を制御する制御手段と、
   備えたことを特徴とする圧力制御ユニット。
2. 前記制御手段には、前記室内の圧力センサの検出値が入力し、前記検出値に基づいて前記送風機の出力を制御することを特徴とする請求項１に記載の圧力制御ユニット。
   

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