JP6996937B2

JP6996937B2 - 囲い式フード装置及びその排気風量制御方法

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Publication number: JP6996937B2
Application number: JP2017207089A
Authority: JP
Inventors: 聡植村; 浩一新村; 将士中岡; 佑紀杉浦
Original assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Current assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2022-01-17
Anticipated expiration: 2037-10-26
Also published as: JP2019078503A

Description

本発明は、化学薬品の取り扱い等に用いられる囲い式フード装置の排気風量を制御するための方法、及びこれを適用した囲い式フード装置に関する。

従来、有機溶媒や化学薬品等を取り扱う際には、作業者の安全のために囲い式フード装置が用いられる場合がある。囲い式フード装置は、作業台の上など所定の空間を囲うと共に該空間からの排気を行う装置であり、局所排気装置やドラフトチャンバ、ヒュームフード等とも呼称される。囲いの一部は上下に開閉する扉になっており、作業者は、前記扉の下方の開口部から前記作業台の上に腕を差し入れて作業を行う。囲いの内側の前記空間からは排気が行われるので、前記空間内に置かれた化学薬品等から有害なガス等が生じても、前記空間から排出することができる。また、排気に伴い、前記扉の開口部には外部から前記空間に向かう気流が生じるので、空間内のガス等が前記開口部から外部に漏れてしまうような事態は防止される。

ここで、開口部において前記空間に向けて通過する風に関しては、取り扱う物質によって必要な風速が規定されており、前記扉の開度にかかわらず一定以上の通過風速を保たなくてはならない。

前記開口部における通過風速は、前記空間からの排気風量と、前記開口部の面積すなわち前記扉の開度によって決まる。したがって、所定の通過風速を保つためには、扉の開度に応じて排気風量を変化させる必要がある。

一方、扉の開閉は、作業者によって１秒未満からせいぜい数秒程度の短時間で行われ、扉の開度は急激に変化することが通常である。このため、扉の開度が急に変化しても所定の通過風速を保つことができるよう、排気風量を速やかに変化する機構が必要となる。

こうした風量制御に関連する先行技術文献としては、例えば、下記の特許文献１等がある。

特開２０１０－２２３５４０号公報

上述の如き囲い式フード装置における風量制御には、例えば、可変開度式の羽根を備えた変風量装置が用いられる。しかしながら、この種の変風量装置はそれ自体が複雑な機構を有する高額な機器である上、風量制御の機能を十分に発揮させるためには前記変風量装置の前後の差圧を高く保つ必要があり、圧力損失のためにランニングコストが嵩んでしまう。

本発明は、斯かる実情に鑑み、扉の開閉への排気風量の好適な追従性をシンプル且つ低コストで実現し得る囲い式フード装置及びその排気風量制御方法を提供しようとするものである。

本発明は、壁と扉とにより囲まれた空間と、該空間からの排気が流通する排気管と、該排気管を通じて前記空間から排気を行うファンとを備えた囲い式フード装置の排気風量制御方法であって、前記排気管の途中にモータにより開度を操作可能なダンパを備え、前記排気管内の前記ダンパの上流側における実測圧力値が、前記扉の開度に基づき算出される設定圧力値に近づくよう、前記ダンパの開度を前記モータへ実測圧力値と設定圧力値との差に応じた開度信号により調整するフィードバック制御を実行すると共に、前記扉の開度変化が０．５秒以上３秒以下の値である所定の時間以内に開度２０％以上の所定値以上あった場合に、前記扉の開閉動作が加えられたと検出し、前記ダンパに対し所定の操作量の開度操作を前記モータへ開度に応じ固定された開度信号により行うフィードフォワード制御を実行することを特徴とする囲い式フード装置の排気風量制御方法にかかるものである。

本発明の囲い式フード装置の排気風量制御方法において、前記フィードフォワード制御において前記ダンパに対して行う開度操作の単位時間当たりの操作量は、前記囲い式フード装置において前記フィードバック制御だけを実行しつつ前記扉の開閉動作が加えられた場合における前記ダンパの開度の前記モータへ実測圧力値と設定圧力値との差に応じた開度信号での変化量に基づき別途決定することができる。

本発明の囲い式フード装置の排気風量制御方法において、前記フィードフォワード制御において前記ダンパに対して行う開度操作の単位時間当たりの操作量は、前記ダンパの開度の前記モータへ実測圧力値と設定圧力値との差に応じた開度信号での変化量に基づき仮に決定されたあと、さらに前記囲い式フード装置において前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御を実行しつつ前記扉の開閉動作が加えられた場合における、前記ダンパの開度の変化量に基づき別途決定することができる。

本発明の囲い式フード装置の排気風量制御方法においては、複数の前記囲い式フード装置の排気管を合流させ、各囲い式フード装置において、前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御を実行すると共に、一の囲い式フード装置のダンパに対し、他の囲い式フード装置の扉に開閉動作が加えられた際に所定の操作量の開度操作を行うフィードフォワード制御を実行することができる。

また、本発明は、壁と扉とにより囲まれた空間と、該空間からの排気が流通する排気管と、該排気管を通じて前記空間から排気を行うファンと、該排気管の途中にモータにより開度を操作可能に設置されるダンパと、前記扉の開度を検出する開度センサと、前記ダンパの上流側における前記排気管内の圧力を検出する圧力センサとを備え、前記排気管内の前記ダンパの上流側における実測圧力値が、前記扉の開度に基づき算出される設定圧力値に近づくよう、前記ダンパの開度を前記モータへ実測圧力値と設定圧力値との差に応じた開度信号により調整するフィードバック制御を実行すると共に、前記扉の開度変化が０．５秒以上３秒以下の値である所定の時間以内に開度２０％以上の所定値以上あった場合に、前記扉に開閉動作が加えられたと検出した際に、前記ダンパに対し所定の操作量の開度操作を前記モータへ開度に応じ固定された開度信号により行うフィードフォワード制御を実行するよう構成されていることを特徴とする囲い式フード装置にかかるものである。

本発明の囲い式フード装置は、複数の前記囲い式フード装置の排気管が合流し、各囲い式フード装置は、前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御を実行すると共に、一の囲い式フード装置のダンパに対し、他の囲い式フード装置の扉に開閉動作が加えられた際に所定の操作量の開度操作を行うフィードフォワード制御を実行するよう構成することができる。

本発明の囲い式フード装置及びその排気風量制御方法によれば、扉の開閉への排気風量の好適な追従性をシンプル且つ低コストで実現し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の第一実施例による囲い式フード装置の形態を示す概要図である。囲い式フード装置を通過する空気の抵抗係数と、扉の開度やダンパ開度との関係の一例を説明するグラフである。ダンパ開度のフィードバック制御に関し、設定圧力値と実測圧力値の差と、ダンパに対して加える開度操作の操作量の関係の一例を説明するグラフである。ダンパ開度に対するフィードバック制御の手順の一例を説明するフローチャートである。ダンパ開度のフィードフォワード制御において、ダンパに対して加えられる開度操作の一例を説明するグラフである。ダンパ開度に対するフィードフォワード制御の手順の一例を説明するフローチャートである。本発明の第一実施例において、扉の開動作に伴う差圧の変動の一例を説明するグラフである。フィードフォワード制御におけるダンパ開度の操作量を決定するための試験の一工程において、フィードバック制御のみを実行した場合の扉の開動作に伴う差圧及びダンパ開度の変動の一例を説明するグラフである。フィードフォワード制御におけるダンパ開度の操作量を決定するための試験の別の一工程における差圧の変動の一例を説明するグラフである。フィードフォワード制御におけるダンパ開度の操作量を決定するための試験の手順の一例を説明するフローチャートである。本発明の第二実施例による囲い式フード装置の形態を示す概要図である。本発明の第二実施例における差圧の変動の一例を説明するグラフである。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施による囲い式フード装置の形態の一例を示している。本第一実施例の囲い式フード装置１は、作業台２の上方に壁３と扉４とに囲まれた空間Ｓを形成している。空間Ｓの上方には排気管６が接続され、該排気管６の下流側に設けたファン５により空間Ｓ内のガスを排気するようになっている。排気管６のファン５より上流側の位置にはモータ７ａを備えたダンパ７が配置されており、モータ７ａの動作によりダンパ７の開度を変更することで、排気管６における排気風量を調節できるようになっている。ダンパ７の開度は、制御装置８からモータ７ａに対し入力される操作信号７ｂに従って制御される。

囲い式フード装置１の前面にあたる扉４の開度は、開度センサ９により検出され、開度信号９ａとして制御装置８に入力される。また、排気管６におけるダンパ７の上流側の位置には圧力センサ１０が設置されており、排気管６内の圧力を外部との差圧として検出するようになっている。圧力センサ１０の検出値は、圧力信号１０ａとして制御装置８に入力されるようになっている。

次に、上記した本第一実施例の作動を説明する。

囲い式フード装置１の稼働時、排気風量はダンパ７の開度を調整することで制御される。空間Ｓから排気管６を通して排気される実際の排気風量（実風量）は、以下の式により求められる。
［式１］
ΔＰ＝ξ×ρｕ^２／２
［式２］
Ｑ＝３６００×Ａｖ
［式３］
Ｑ＝３６００×Ｂｕ
［式４］
ξ＝ａ×ｅ^ｂＡ

Ａは扉４の開口部の面積［ｍ^２］であり、開度センサ９の検出値から得られる。Ｂは排気管６の断面積［ｍ^２］であり、定数である。ΔＰは圧力センサ１０の検出値として得られる圧力値であり、排気管６内と外部との差圧［Ｐａ］である。ρは空気の密度［ｋｇ／ｍ^３］であり、定数である。Ｑは排気管６内を流れる排気の風量［ｍ^３／ｈ］、ｕは排気管６を流通する風の風速［ｍ／ｓ］、ｖは扉４の開口部を通過する風の風速［ｍ／ｓ］である。ξは空気が囲い式フード装置１を通過する際の抵抗係数であり、扉４の開度やダンパ７の開度（ダンパ開度θとする）の関数である。抵抗係数ξは、扉４の開度やダンパ開度θに対し、例えば図２に示す如き関係を示す。そして、このような関係を予め囲い式フード装置１の実機にて測定して各条件における上記式４の係数ａや指数ｂを決定し、関数やテーブルとして制御装置８に入力しておくことで、扉４の開度やダンパ開度θから算出できる。

ファン５が一定の出力により作動し、扉４の開度及びダンパ開度θが一定である場合、ｕ、ｖの値、及びＱ、ΔＰ、ξの値は一定である。ここで、扉４に対し作業者によって開閉動作が加えられると、扉４における開口面積が変わるため、囲い式フード装置１に要求される排気風量（設定風量）が変動し、実風量が設定風量と乖離する。同時に、差圧ΔＰの実測値や、実際の風速ｕ、ｖや風量Ｑも影響を受けて変動する。そこで、実風量と設定風量との乖離を解消するために、ダンパ開度θを操作して風量Ｑを調整する必要がある。

本第一実施例では、設定風量から算出される必要な差圧ΔＰの値（設定圧力値ＳＰとする）と、圧力センサ１０において検出される差圧ΔＰの値（実測圧力値ＰＶとする）とに基づき、ダンパ７の開度に対してフィードバック制御を行うようにしている。具体的には、制御装置８において、まず設定圧力値ＳＰを求める。設定圧力値ＳＰは、開度センサ９から得られる扉４の開度と、設定風量とを用い、上記式１～式４により算出できる。そして、例えば図３に示す如く、設定圧力値ＳＰと実測圧力値ＰＶとの差に応じてダンパ開度θを調整する。ＳＰ－ＰＶの値が正であれば（すなわち、設定圧力値ＳＰに対して実測圧力値ＰＶが小さければ）ダンパ開度θを大きくし、ＳＰ－ＰＶの値が負であれば（すなわち、設定圧力値ＳＰより実測圧力値ＰＶの方が大きければ）ダンパ開度θを小さくするようダンパ７を操作する。ダンパ７の操作量は、ＳＰ－ＰＶの絶対値が大きいほど大きくする。こうして、実測圧力値ＰＶが設定圧力値ＳＰに近づくよう、ダンパ開度θを調整する。この調整操作は実測圧力値ＰＶが設定圧力値ＳＰの近傍に収束するまで行い、実測圧力値ＰＶが設定圧力値ＳＰに対して所定の範囲に入ったら（例えば、実測圧力値ＰＶが設定圧力値ＳＰの０．９倍以上１．１倍以下となったら、あるいは、実測圧力値ＰＶが設定圧力値ＳＰと一致したら）、モータ７ａの動作を停止する。これにより、ダンパ開度θや差圧ΔＰ及び実風量が整定される。尚、ここではダンパ開度θの操作量がＳＰ－ＰＶの値に比例するような制御を例示したが、これは一例であって、ダンパ７の開度制御には、フィードバック制御として用いられる通常の方法を適宜用いることができる。

こうしたフィードバック制御に係る手順は、図４に示す如きフローチャートにて表される。まずステップＳ１として、開度センサ９の検出値と設定風量から設定圧力値ＳＰを算出する。ステップＳ２として、圧力センサ１０の検出値として実測圧力値ＰＶを取得し、ステップＳ３として設定圧力値ＳＰと実測圧力値ＰＶとを比較する。実測圧力値ＰＶが設定圧力値ＳＰに対して所定の範囲内にあれば、ステップＳ４としてモータ７ａの動作を停止し、ステップＳ１に戻る。ステップＳ３において、実測圧力値ＰＶが設定圧力値ＳＰに対して所定の範囲外にあった場合は、ステップＳ５に進み、ＳＰ－ＰＶの値に応じてモータ７ａを動作させ、ダンパ７の開度を調整したうえで再度ステップＳ１へ戻る。こうして、整定に至るまでダンパ７の開度調整を繰り返す。

上述の如きフィードバック制御に加え、本第一実施例では、開度センサ９の検出値に応じ、ダンパ７に対してフィードフォワード制御を行う。このフィードフォワード制御は、扉４に対し一定以上の大きさの開閉動作が行われた場合に、ダンパ開度θを所定の量だけ速やかに変更するものである。

フィードフォワード制御は、所定の時間以内における扉４の開度変化が所定値以上であった場合に実行される。ここで、「所定の時間」とは例えば０．５秒以上３秒以下の適当な値であり、扉４の開度変化に関する「所定値」とは例えば２０％以上１００％以下の適当な値である。そして、扉４の開度を制御装置８において開度センサ９からの開度信号９ａとして時々刻々把握しておき、例えば１秒以内の間に開度が例えば５０％以上大きくなった場合、扉４の開動作を検出したと判定し、ダンパ７に対し所定の角度の開操作を行って風量を増大させる（図５参照）。反対に、扉４の閉動作が検出された場合、すなわち、１秒以内の間に開度が５０％以上小さくなった場合には、ダンパ７を所定の角度だけ閉じる操作を行って風量を減少させる。尚、フィードフォワード制御は、扉４が開動作された場合にのみ実行し、閉動作の場合には行わないようにしても良い。

フィードフォワード制御に係る手順は、図６に示す如きフローチャートにて表される。ステップＳ１１として、開度センサ９の検出値から扉４の開度を取得する。ステップＳ１２として、所定時間前から現在までの間に扉４の開度が所定値以上変化したか否かを判断する。所定時間前から現在までの間における開度センサ９の検出値の変化量が所定値未満であった場合にはステップＳ１１へ戻る。変化量が所定値以上であった場合にはステップＳ１３へ進み、図５に示す如きダンパ７の開度操作を行う。ダンパ７の開度を操作した後はステップＳ１１に戻り、以下のステップを繰り返す。

囲い式フード装置１の稼働時、制御装置８では、上述の如きフィードバック制御（図３、図４参照）とフィードフォワード制御（図５、図６参照）とが平行して実行される。こうすることにより、風量の素早い操作を行い、整定までの時間を大幅に短縮することができる。

フィードバック制御のみを実行することを仮定した場合における差圧ΔＰの変化を図７に破線で示す。扉４をある開度としておくと、フィードバック制御により、実風量や差圧ΔＰ、ダンパ開度θは所定の値に整定される。この状態から、例えば扉４を引き上げる開操作を行うと、設定風量が上がると共に該設定風量から算出される設定圧力値ＳＰが上がり、フィードバック制御によって実測圧力値ＰＶが設定圧力値ＳＰ付近に達するまでダンパ７が操作される。差圧ΔＰは、破線で示す如く時間をかけて上昇し、実測圧力値ＰＶが要求圧力値ＳＰ付近まで上昇したところで整定される。また、図示は省略するが、扉４を引き下げる閉動作を行った場合には、これとは逆に実測圧力値ＰＶが設定圧力値ＳＰ付近まで低下し、差圧ΔＰが整定されるという変化を示す。尚、ここでは説明の都合上、差圧ΔＰの変動を滑らかな線として図示しているが、実際には差圧ΔＰの値は微視的に見て細かく上下する（後の図８や図９、図１２に図示される差圧ΔＰや、ダンパ開度θに関しても同様である）。

このように、実測値を監視しながら微調整を繰り返すフィードバック制御では、差圧ΔＰや実風量の整定までに時間を要する。すなわち、扉４の開閉動作の後、しばらくの間は実風量が設定風量と乖離してしまうことになる。そこで、本第一実施例では、フィードバック制御に加えてフィードフォワード制御を行うことで（図５、図６参照）、整定までの時間を大幅に短縮するようにしている。上述の如く、フィードフォワード制御では、扉４の開閉動作を検知すると即ダンパ開度θを操作する。これにより、開閉動作を検知した直後に、ダンパ７が最終的に整定された状態における開度（以下、「目標開度」とする）付近まで操作されることになる。つまり、フィードバック制御のみであればダンパ７は微調整により時間をかけて整定状態のダンパ開度θまで操作されるところ、フィードフォワード制御により即時的に開度操作を加えることで、ダンパ開度θを目標開度付近まで素早く操作するようにしているのである。

こうして、フィードバック制御にフィードフォワード制御を併用することで、図７に実線で示す如き速やかな整定が可能になる。ダンパ７を駆動するモータ７ａとして高速モータを用いれば、整定までの時間を１秒以内に抑えることができる。

この際、開度センサ９が、フィードバック制御において扉４の開度を検出する開度検出機構として機能するほか、フィードフォワード制御において扉４の開閉動作を検知する開閉動作検知機構としても機能することになる。このように、開度センサ９を兼用化することで、特別な構成を追加することなく、シンプルな構成によりフィードバック制御にフィードフォワード制御を併用することができる。

ここで、フィードフォワード制御の場合、扉４の開度に基づき、その都度設定風量に即したダンパ開度θを算出してダンパ７を操作するわけではないため、フィードフォワード制御により、ダンパ開度θが必ずしも正確に目標開度付近に達するとは限らない。例えば、扉４を小さめに（つまり、フィードフォワード制御を行う閾値である前記「所定値」よりも少し大きい程度に）開動作した場合、該開動作の大きさに対して必要なダンパ開度θの操作量よりも大きい操作がフィードフォワード制御によりダンパ７に加わることで、ダンパ７の開度が目標開度より大きくなり、設定風量を実風量が超過するオーバーシュートが起こり得る。逆に、フィードフォワード制御によるダンパ開度θの操作量が、扉４の動作量に対して必要な操作量を下回った場合には、ダンパ７の開度が目標開度より小さくなり、設定風量を実風量が下回るアンダーシュートとなる。

オーバーシュートやアンダーシュートが発生した場合、フィードバック制御によってダンパ開度θが微調整され、いずれ目標開度付近に整定されることになる。そして、オーバーシュートやアンダーシュートの量が過大でなければ、フィードフォワード制御直後のダンパ開度θは、フィードフォワード制御を行わない場合と比較すれば目標開度に近づくことになるため、やはり整定までの時間は短縮される。

ただし、フィードフォワード制御時におけるオーバーシュートやアンダーシュートの量が大きすぎると、そこからフィードバック制御によりダンパ７を目標開度まで操作するのに結局、時間がかかってしまう。そこで、オーバーシュートやアンダーシュートの量が過大にならないよう、フィードフォワード制御におけるダンパ開度θの操作量は、予め適当な量に調整しておく必要がある。

フィードフォワード制御におけるダンパ開度θの操作量（操作量Ｘ_１とする）は、例えば以下の如き手順による試験を行うことで決定することができる。囲い式フード装置１の実機（図１参照）を稼働させ、制御装置８においてはダンパ７に対し上述のフィードバック制御（図３、図４参照）を実行させる。この状態で扉４を最小開度としておくと、フィードバック制御により、実風量や実測圧力値ＰＶ、ダンパ開度θは所定の値に整定される。そこから扉４を最大開度まで引き上げると、設定風量が増大し、図８に示す如く、フィードバック制御によりダンパ開度θは徐々に大きく調整され（破線参照）、差圧ΔＰは徐々に上昇し（実線参照）、実測圧力値ＰＶが設定圧力値ＳＰ付近に達したところで差圧ΔＰが整定される。

そして、扉４を開動作してからフィードバック制御により差圧ΔＰが整定されるまでの間におけるダンパ開度θの変化量（Ｘ_０とする）に基づき、フィードフォワード制御におけるダンパ開度θの操作量Ｘ_１を決定する。

ただし、変化量Ｘ_０を必ずしもそのまま操作量Ｘ_１として採用できるわけではない。上述の如くフィードバック制御において取得した変化量Ｘ_０を、フィードフォワード制御のステップＳ１３（図６参照）における操作量Ｘ_１としてそのまま用いると、大きなオーバーシュートやアンダーシュートが生じる可能性があるため、以下の手順にてさらに微調整を行う。

囲い式フード装置１の実機を稼働させ、制御装置８においては上述のフィードバック制御（図３、図４参照）に加え、フィードフォワード制御（図５、図６参照）を実行する。扉４を最小開度とした状態で、実風量や差圧ΔＰ、ダンパ開度θを整定させる。この状態から、扉４を最大開度まで引き上げると、フィードフォワード制御が実行される。この際、フィードフォワード制御によるダンパ７の操作量Ｘ_１として、上で得た変化量Ｘ_０を用いる。ここで、変化量Ｘ_０の分だけ操作を加えたダンパ開度θが、結果的に整定時におけるダンパ開度θの値と近ければ、図９に実線で示す如く、差圧ΔＰは速やかに整定される。一方、変化量Ｘ_０が、扉４の開動作に対するダンパ開度θの操作量Ｘ_１として大きすぎれば破線で示す如く実風量のオーバーシュートが起こり、小さすぎれば一点鎖線で示す如くアンダーシュートが生じて、整定までに時間がかかる動作遅れが生じてしまう。

オーバーシュートやアンダーシュートは、ある程度の範囲内であればその後、あまり時間をおかずにフィードバック制御により整定されるため問題ないが、もしオーバーシュートやアンダーシュートの量が大きければ、フィードフォワード制御に用いるダンパ７の操作量Ｘ_１の値を、変化量Ｘ_０からオーバーシュートやアンダーシュートが小さくなる（整定までの時間が短くなる）方向に適宜増減させ、再度囲い式フード装置１にて扉４を開動作してフィードバック制御とフィードフォワード制御を実行させる試験を行う。こうした工程を繰り返し、最終的に採用する操作量Ｘ_１を決定すれば良い。

このとき、繰り返しの過程においてちょうど最適な操作量Ｘ_１が偶々得られればその値を採用すれば良いが、最適な操作量Ｘ_１が得られるまで試験を何度も繰り返すには手間がかかる。そこで、オーバーシュートが生じた時の操作量Ｘ_１を、オーバーシュートの度合に応じて適宜加減した量を最終的な操作量Ｘ_１として採用しても良い。すなわち、一旦、若干オーバーシュート気味になるように操作量Ｘ_１を設定して試験を行ってから、当該試験の結果に応じて加減した操作量を最終的な操作量Ｘ_１とするのである。このようにすれば、試験を何度も繰り返す手間を省きつつ、操作量Ｘ_１の調整を行うことが可能である。

あるいは、実風量の整定までのダンパ開度θの変化量Ｘ_０に所定量（αとする）を加えた量を最終的な操作量Ｘ_１としても良い。つまり、Ｘ_１＝Ｘ_０＋αとするのである。この際、所定量αの値は、例えば変化量Ｘ_０の１０分の１以上且つ変化量Ｘ_０未満とする。この場合、扉４の開動作の度にダンパ７の動作が若干オーバーシュート気味にはなるものの、操作量Ｘ_１の調整に係る手順が大幅に簡略化され、あるいは不要になる。

尚、ここでは扉４を最小から最大まで開く場合を例として試験の手順を説明したが、扉４の閉動作時にフィードフォワード制御を実行する場合も、同様の手順にて操作量Ｘ_１を決定することができる（このとき、図８や図９に示す如き変化は上下が逆になる）。

また、操作量Ｘ_１として最適な値は、厳密には扉４に対して加えられる開閉動作の大きさによって異なる。このため、例えば上述の試験において、扉４の開閉動作に関し複数の条件にてそれぞれ変化量Ｘ_０を取得し、フィードフォワード制御においては、検出された扉４の開閉量に応じて異なる操作量Ｘ_１を設定するようにしても良い。ただし、このように複数の条件下で上述の試験を何度も繰り返すことは非常に煩雑である。また、囲い式フード装置１の使用時において、扉４が細かく開閉されることはあまりない。仮にあったとしても、細かい開閉であればフィードバック制御のみによる調整で十分対応し得る。このため、通常は、上述の試験は扉４の開度を最小から最大、あるいは最大から最小へ変更する条件でのみ変化量Ｘ_０を取得し、且つその後の調整により変化量Ｘ_０を適宜増減させた量を操作量Ｘ_１に設定するという手順で十分であると思われる。しかしながら、実際に囲い式フード装置１を運用するにあたり、扉４の開閉時、開閉動作の大きさによってオーバーシュートやアンダーシュートが頻繁にあるいは過度に発生するようであれば、例えば扉４の動作量に応じ、操作量Ｘ_１として複数の値を使い分けるようにしても良いことは勿論である。

上述の如き操作量Ｘ_１の決定に係る試験の手順は、例えば図１０に示す如きフローチャートで表される。ステップＳ２１として、囲い式フード装置１にてフィードバック制御のみを実行させつつ、扉４の開閉動作（例えば、最小開度から最大開度までの開動作）を行う。次に、ステップＳ２２として、実風量の整定までのダンパ開度θの変化量Ｘ_０を算出する。ステップＳ２３として、囲い式フード装置１にてフィードバック制御とフィードフォワード制御とを実行させつつ、扉４の開閉動作を行う。フィードフォワード制御の際の操作量Ｘ_１としては、ステップＳ２２で取得した変化量Ｘ_０を用いる。ステップＳ２４として、ステップＳ２３におけるオーバーシュートやアンダーシュートの有無及び大きさを判定する。オーバーシュートやアンダーシュートが生じていないか、生じたとしても所定の範囲内であった場合（つまり、ステップＳ２３において、扉の開閉動作から整定までの時間が許容し得る範囲内であった場合）には、直前のステップＳ２３で用いた操作量Ｘ_１を、フィードフォワード制御時の操作量として採用し（ステップＳ２５）、試験を終了する。オーバーシュート又はアンダーシュートが生じ、且つその値が所定の範囲を超えていた場合には、先のステップＳ２３で用いた操作量Ｘ_１を適宜増減したうえで（ステップＳ２６）、再度ステップＳ２３の工程と、ステップＳ２４の判定を実行する。こうして、フィードフォワード制御時に最終的に採用する操作量Ｘ_１が決定される。

尚、ステップＳ２３～Ｓ２４においては、上述の如く、若干オーバーシュート気味になるように操作量Ｘ_１を設定して試験を行ってから、当該試験の結果に応じて加減した操作量を最終的な操作量Ｘ_１として採用しても良いし、また、実風量の整定までのダンパ開度θの変化量Ｘ_０に所定量αを加えた量を最終的な操作量Ｘ_１としても良い。

こうして、本第一実施例の囲い式フード装置１では、扉４の開閉に伴う風量の操作に関し、フィードバック制御にフィードフォワード制御を併用することで、ダンパ開度θないし差圧ΔＰや実風量を短い時間で整定することができる。そして、フィードフォワード制御の際、ダンパ７に対して加えられる操作量Ｘ_１は、フィードバック制御におけるダンパ開度θの変化量Ｘ_０に基づき、過大なオーバーシュートやアンダーシュートが生じないよう、適宜設定することができる。

この際、フィードバック制御やフィードフォワード制御は、排気管６内の圧力及び扉４の開度に基づき、ダンパ７を操作することで実行されるため、変風量装置は不要である。高価な変風量装置を設置することなく、モータ７ａを備えたダンパ７により風量を好適に制御することができ、設備投資を抑えることができる。しかも、変風量装置により風量操作を行う場合、前記変風量装置の前後には大きな差圧が要求されるが、本第一実施例の如くダンパ７により風量操作を行う場合には、前後差圧はさほど大きくなくて良く、ランニングコストも抑えられることになる。

また、扉４の開度に基づいてダンパ７の開度に対しフィードバック制御を行う方式は、例えば排気管に備えた変風量装置の前後における差圧に基づいて風量制御を行う方式等と比較して必要な演算が簡単であるというメリットもある。

以上のように、上記本第一実施例においては、壁３と扉４とにより囲まれた空間Ｓと、該空間Ｓからの排気が流通する排気管６と、該排気管６を通じて空間Ｓから排気を行うファン５とを備えた囲い式フード装置の排気風量制御方法に関し、排気管６の途中に開度を操作可能なダンパ７を備え、排気管６内のダンパ７の上流側における実測圧力値が、扉４の開度に基づき算出される設定圧力値に近づくよう、ダンパ７の開度を調整するフィードバック制御を実行すると共に、扉４に開閉動作が加えられた際に、ダンパ７に対し所定の操作量の開度操作を行うフィードフォワード制御を実行するようにしている。フィードバック制御に加え、フィードフォワード制御により即時的に開度操作を行うことで、ダンパ７の開度を目標開度付近まで素早く操作し、風量を速やかに整定することができる。

また、本第一実施例において、フィードフォワード制御において前記ダンパ７に対して行う開度操作の操作量は、囲い式フード装置１において前記フィードバック制御を実行しつつ扉４の開閉動作を行った場合におけるダンパ７の開度の変化量に基づき決定することができる。

したがって、第一実施例によれば、扉の開閉への排気風量の好適な追従性をシンプル且つ低コストで実現し得る。

図１１は本発明の実施による囲い式フード装置の形態の別の一例を示している。本第二実施例においては、複数（ここでは３台）の囲い式フード装置１０１，２０１，３０１を備えた構成を取っており、これら３台の囲い式フード装置１０１，２０１，３０１の各排気管１０６，２０６，３０６は、下流で一本に合流して外部に連通している。排気管１０６，２０６，３０６の合流点より下流の位置には、ファン５が設置されている。

各囲い式フード装置１０１，２０１，３０１の構成は、上記第一実施例の囲い式フード装置１（図１参照）と同様であり、それぞれ作業台１０２，２０２，３０２の上方に壁１０３，２０３，３０３と扉１０４，２０４，３０４に囲まれた空間Ａ，Ｂ，Ｃを形成している。空間Ａ，Ｂ，Ｃの上方には排気管１０６，２０６，３０６がそれぞれ接続され、各空間Ａ，Ｂ，Ｃからファン５により排気を行うようになっている。

排気管１０６，２０６，３０６の途中にはそれぞれモータ１０７ａ，２０７ａ，３０７ａを備えたダンパ１０７，２０７，３０７が配置され、各制御装置１０８，２０８，３０８からモータ１０７ａ，２０７ａ，３０７ａに対してそれぞれ入力される操作信号１０７ｂ，２０７ｂ，３０７ｂに従って開度が制御される。

各扉１０４，２０４，３０４の開度は、それぞれ開度センサ１０９，２０９，３０９により検出され、開度信号１０９ａ，２０９ａ，３０９ａとして各制御装置１０８，２０８，３０８に入力される。また、各排気管１０６，２０６，３０６におけるダンパ１０７，２０７，３０７より上流の位置にはそれぞれ圧力センサ１１０，２１０，３１０が設置されている。各圧力センサ１１０，２１０，３１０の検出値は、それぞれ圧力信号１１０ａ，２１０ａ，３１０ａとして各制御装置１０８，２０８，３０８に入力される。

ここで、開度センサ１０９，２０９，３０９の開度信号１０９ａ，２０９ａ，３０９ａは、それぞれが制御装置１０８，２０８，３０８のいずれもに入力されるようになっている。後述するように、他の囲い式フード装置の扉の開度情報に基づき、一の囲い式フード装置のダンパの開度を操作するための構成である。

操作信号１０７ｂ，２０７ｂ，３０７ｂに関しては、制御装置１０８からモータ１０７ａへ、制御装置２０８からモータ２０７ａへ、制御装置３０８からモータ３０７ａへ、それぞれ個別に入力される。また、圧力信号１１０ａ，２１０ａ，３１０ａに関しても、圧力センサ１１０から制御装置１０８へ、圧力センサ２１０から制御装置２０８へ、圧力センサ３１０から制御装置３０８へ、それぞれ入力されるようになっていれば十分である。

各囲い式フード装置においては、上記第一実施例（図１参照）と同様のフィードバック制御やフィードフォワード制御が実行されるようになっている。

ここで、本第二実施例の如く、複数の囲い式フード装置１０１，２０１，３０１間で排気管１０６，２０６，３０６同士が連結されている場合、ある囲い式フード装置における排気管内の圧力や排気風量が、別の囲い式フード装置における扉の開閉動作の影響を受ける。例えば、囲い式フード装置１０１の扉１０４を開動作すると、排気管１０６内の圧力の絶対値が上がるのに連動して他の囲い式フード装置２０１，３０１の排気管２０６，３０６内の圧力も影響を受け、囲い式フード装置１０１の風量のみならず囲い式フード装置２０１，３０１の風量も変動する。こうした囲い式フード装置間における扉の開閉動作の影響は、各囲い式フード装置においてそれぞれフィードバック制御（図３、図４参照）を実行していれば自動的に是正されるものではあるが、フィードバック制御のみに頼ると整定までに時間がかかってしまう。

そこで、本第二実施例では、一の囲い式フード装置において、該一の囲い式フード装置における扉の開閉に応じてダンパ開度に対しフィードバック制御やフィードフォワード制御を実行することに加え、他の囲い式フード装置における扉の開閉をも検知し、一の囲い式フード装置のダンパ開度に対しフィードバック制御やフィードフォワード制御を実行するようにしている。

例えば、各囲い式フード装置において、他の囲い式フード装置における扉の開閉動作に対し、フィードバック制御のみによりダンパの開閉操作を行う場合を仮定する。この場合、例えば囲い式フード装置２０１の扉２０４が開動作されると、排気管２０６内における差圧ΔＰが増加する一方、その他の囲い式フード装置１０１の排気管１０６内では差圧ΔＰは一旦低下する（図１２中の破線参照）。その後、囲い式フード装置１０１において実行されるフィードバック制御により、排気管１０６内の差圧ΔＰは時間をかけて回復することになる。尚、ここでは囲い式フード装置１０１の排気管１０６における圧力変動を説明しているが、囲い式フード装置３０１の排気管３０６内の圧力にも同様の変動が生じる。

ここで、囲い式フード装置１０１において、囲い式フード装置２０１の扉２０４の開閉動作を検知してフィードフォワード制御（図５、図６参照）を実行させるようにする。囲い式フード装置２０１における扉２０４の開閉は、開度センサ２０９から制御装置１０８に入力される開度信号２０９ａにより検知することができる。フィードフォワード制御におけるダンパ１０７の操作量が適切であれば、例えば図１２中に実線で示す如く、扉２０４の開動作が行われた際の囲い式フード装置２０１における差圧ΔＰの変動は最小限に抑えられる。こうして、一の囲い式フード装置において、他の囲い式フード装置における扉の開閉により差圧ΔＰや実風量が受ける影響を抑え、速やかに実風量を整定することができる。

扉２０４の開閉動作に伴う囲い式フード装置１０１でのフィードフォワード制御において要求されるダンパ１０７の操作量は、扉１０４の開閉動作に伴うフィードフォワード制御において要求される操作量とは異なる。ダンパ１０７の操作量が適切でない場合、図１２中に一点鎖線や二点鎖線で示す如く、オーバーシュートやアンダーシュートが生じ、この量が過大であれば実風量と設定風量とが乖離する時間が長く生じてしまうことになる。そこで、他の囲い式フード装置の扉の開閉動作に伴う一の囲い式フード装置のフィードフォワード制御におけるダンパの操作量を決定するにあたっては、各囲い式フード装置同士の組み合わせ毎に個別に決定すべきである。

ダンパの操作量を決定するための試験の手順は、基本的に図１０に示す手順と同様で良い。具体的には、本第二実施例の場合、まず囲い式フード装置１０１に関し、フィードバック制御を実行しながら囲い式フード装置２０１の扉２０４の開閉を行い（ステップＳ２１）、整定までのダンパ１０７の開度の変化量Ｘ_０を算出する（ステップＳ２２）。次に、フィードバック制御のほか、フィードフォワード制御を囲い式フード装置１０１で実行しながら、囲い式フード装置２０１の扉２０４の開閉動作を行う（ステップＳ２３）。この際、ダンパ１０７の操作量Ｘ_１としては、ステップＳ２２で得た変化量Ｘ_０を用いる。ステップＳ２４における判定に応じ、ステップＳ２５に進むか、ステップＳ２６に進んで操作量Ｘ_１を増減しながら再度ステップＳ２３やステップＳ２４を繰り返し、最終的なダンパ１０７の操作量Ｘ_１を決定する。

続いて同様に、囲い式フード装置１０１の制御を実行しながら囲い式フード装置３０１の扉３０４を開閉し、操作量Ｘ_１を決定する。さらに、その他の囲い式フード装置についても同様の試験を行う。囲い式フード装置２０１の制御を実行しながら囲い式フード装置１０１の扉１０４を開閉し、同様の手順で操作量Ｘ_１を決定する。さらに、囲い式フード装置２０１の制御を実行しながら囲い式フード装置３０１の扉３０４を開閉し、同様の手順で操作量Ｘ_１を決定する。囲い式フード装置３０１に関しても、囲い式フード装置１０１，２０１の扉１０４，２０４を開閉する試験を行い、同様の手順で操作量Ｘ_１を決定すれば良い。

以上のように、上記本第二実施例においては、複数の囲い式フード装置１０１，２０１，３０１の排気管１０６，２０６，３０６を合流させ、各囲い式フード装置１０１，２０１，３０１において、前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御を実行すると共に、一の囲い式フード装置のダンパに対し、他の囲い式フード装置の扉に開閉動作が加えられた際に所定の操作量の開度操作を行うフィードフォワード制御を実行するようにしている。一の囲い式フード装置において、他の囲い式フード装置における扉の開閉を検知してフィードフォワード制御を実行することで、他の囲い式フード装置における扉の開閉により一の囲い式フード装置の実風量が受ける影響を抑え、速やかに実風量を整定することができる。

本発明の囲い式フード装置の排気風量制御方法において、前記他の囲い式フード装置の扉の開閉動作に伴い前記一の囲い式フード装置で実行される前記フィードフォワード制御における前記ダンパの開度に対する操作量は、前記一の囲い式フード装置において前記フィードバック制御を実行しつつ前記他の囲い式フード装置の扉の開閉動作を行った場合における前記一の囲い式フード装置の前記ダンパの開度の変化量に基づき決定することができる。

その他の構成や作用効果については上記第一実施例と同様であるため説明を省略するが、本第二実施例によっても、扉の開閉への排気風量の好適な追従性をシンプル且つ低コストで実現し得る。

尚、本発明の囲い式フード装置及びその排気風量制御方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１囲い式フード装置
３壁
４扉
５ファン
６排気管
７ダンパ
９開度センサ
１０圧力センサ
１０１囲い式フード装置
１０３壁
１０４扉
１０６排気管
１０７ダンパ
１０９開度センサ
１１０圧力センサ
２０１囲い式フード装置
２０３壁
２０４扉
２０６排気管
２０７ダンパ
２０９開度センサ
２１０圧力センサ
３０１囲い式フード装置
３０３壁
３０４扉
３０６排気管
３０７ダンパ
３０９開度センサ
３１０圧力センサ
Ｓ空間
Ａ空間
Ｂ空間
Ｃ空間

Claims

壁と扉とにより囲まれた空間と、該空間からの排気が流通する排気管と、該排気管を通じて前記空間から排気を行うファンとを備えた囲い式フード装置の排気風量制御方法であって、
前記排気管の途中にモータにより開度を操作可能なダンパを備え、
前記排気管内の前記ダンパの上流側における実測圧力値が、前記扉の開度に基づき算出される設定圧力値に近づくよう、前記ダンパの開度を前記モータへ実測圧力値と設定圧力値との差に応じた開度信号により調整するフィードバック制御を実行すると共に、
前記扉の開度変化が０．５秒以上３秒以下の値である所定の時間以内に開度２０％以上の所定値以上あった場合に、前記扉の開閉動作が加えられたと検出し、前記ダンパに対し所定の操作量の開度操作を前記モータへ開度に応じ固定された開度信号により行うフィードフォワード制御を実行することを特徴とする囲い式フード装置の排気風量制御方法。
前記フィードフォワード制御において前記ダンパに対して行う開度操作の単位時間当たりの操作量は、前記囲い式フード装置において前記フィードバック制御だけを実行しつつ前記扉の開閉動作が加えられた場合における前記ダンパの開度の前記モータへ実測圧力値と設定圧力値との差に応じた開度信号での変化量に基づき別途決定されることを特徴とする請求項１に記載の囲い式フード装置の排気風量制御方法。
前記フィードフォワード制御において前記ダンパに対して行う開度操作の単位時間当たりの操作量は、前記ダンパの開度の前記モータへ実測圧力値と設定圧力値との差に応じた開度信号での変化量に基づき仮に決定されたあと、さらに前記囲い式フード装置において前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御を実行しつつ前記扉の開閉動作が加えられた場合における、前記ダンパの開度の変化量に基づき別途決定されることを特徴とする請求項２に記載の囲い式フード装置の排気風量制御方法。
複数の前記囲い式フード装置の排気管を合流させ、
各囲い式フード装置において、前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御を実行すると共に、
一の囲い式フード装置のダンパに対し、他の囲い式フード装置の扉に開閉動作が加えられた際に所定の操作量の開度操作を行うフィードフォワード制御を実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の囲い式フード装置の排気風量制御方法。
壁と扉とにより囲まれた空間と、
該空間からの排気が流通する排気管と、
該排気管を通じて前記空間から排気を行うファンと、
該排気管の途中にモータにより開度を操作可能に設置されるダンパと、
前記扉の開度を検出する開度センサと、
前記ダンパの上流側における前記排気管内の圧力を検出する圧力センサとを備え、
前記排気管内の前記ダンパの上流側における実測圧力値が、前記扉の開度に基づき算出される設定圧力値に近づくよう、前記ダンパの開度を前記モータへ実測圧力値と設定圧力値との差に応じた開度信号により調整するフィードバック制御を実行すると共に、
前記扉の開度変化が０．５秒以上３秒以下の値である所定の時間以内に開度２０％以上の所定値以上あった場合に、前記扉に開閉動作が加えられたと検出した際に、前記ダンパに対し所定の操作量の開度操作を前記モータへ開度に応じ固定された開度信号により行うフィードフォワード制御を実行するよう構成されていることを特徴とする囲い式フード装置。
複数の前記囲い式フード装置の排気管が合流し、
各囲い式フード装置において、前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御を実行すると共に、
一の囲い式フード装置のダンパに対し、他の囲い式フード装置の扉に開閉動作が加えられた際に所定の操作量の開度操作を行うフィードフォワード制御を実行するよう構成されていることを特徴とする請求項５に記載の囲い式フード装置。