JP2009058191A - バイオ処理施設の空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】再生医療施設の細胞培養・調製室、バイオハザード対策室、遺伝子操作室など正圧または負圧維持が必要な作業室が、地震などの災害による損傷、あるいは機器の故障により室内の圧力制御が困難となった場合でも、正圧あるいは負圧を維持して、作業室内の清浄度の保持や汚染の拡大を最小限に留め、人や環境への安全性を確保できる設備を提供する。
【解決手段】細胞培養・調製室やバイオハザード対策室の圧力制御設備や壁が損傷し、圧力制御が困難となった場合、細胞培養・調製室やバイオハザード対策室に隣接する部屋の給排気設備を使って、細胞培養・調製室やバイオハザード対策室を正圧あるいは負圧に維持する。これにより周囲に対して細胞培養・調製室を正圧に、バイオハザード室を負圧に維持でき、作業室の清浄度の保持あるいは汚染の拡大を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、再生医療施設の細胞培養・調製室、バイオハザード対策室、遺伝子操作室などバイオ調製作業室を有する施設向けの空調システムに係り、自然災害や事故などの緊急事態の発生に起因して本来作業室が維持されるべき圧力範囲を逸脱することを防止するために、作業室と周囲環境の間に圧力差を生じるように給排気量を制御できるバイオ処理施設の空調システムに関する。

再生医療施設の細胞培養・調製室は、外部からの非清浄な空気の流入を防ぐために正圧となるように制御し、一方、バイオハザード対策室、遺伝子操作室などのバイオ調製作業室では、作業室内が周囲に対して負圧となるように制御し、作業室から生物材料や病原体などの物質が周囲に流出することを防止している。その正圧あるいは負圧環境に対する外乱であるドアの開閉に伴う室内圧力の制御・維持方法として、室内の給気量、排気量をダンパなどで調整する方式がある（特許文献１、２）。

細胞培養・調製、バイオハザード対策、遺伝子操作に用いられるバイオ調製作業室を有する設備の例を図１０に示す。一般に作業室１は作業内容に応じて複数（１ａ、１ｂ、………）ある。作業単位ごとに一組ユニットとして作業室１、着衣室２、脱衣室３がある。作業室１の前室となる着衣室２で無菌服を着てから作業室内に入り、作業を実行する。作業の終了後は後室である脱衣室３に入り、無菌服を脱いで外部に出る。各作業ユニットに共通する管理廊下４があり、建屋の出入口では前室５を介してから建屋外部に出入することができる。バイオハザード対策室の場合は、作業室１、着衣室２、脱衣室３、管理廊下４の圧力は、管理廊下４の圧力を±０として、着衣室２を正圧に、作業室１を負圧に、脱衣室３を作業室１よりも更に負圧に設定される。着衣室２、脱衣室３を介して入退室することで作業室１内を負圧に維持し生物材料や病原体が管理廊下４や設備周囲に流出することを防止しつつ、管理廊下４から作業室１内への塵埃の侵入を防ぎ、作業室１内の清浄度を維持できるようになっている。作業室１、着衣室２、脱衣室３、管理廊下４、前室５には、図１１に示しているように、それぞれ独立した給気系統、排気系統があり、給気量、排気量をダンパ７、８で調整して設定圧力を維持している。通常、バイオ調製作業室がバイオハザード対策室である場合には、上述のように負圧維持が行われ(図１２参照)、再生医療用の細胞調製作業室の場合は逆に正圧維持が行われる。このため、各ユニットの入口には給気ファン６が置かれ、これが分岐して作業室１へ給気するようにしている。給気量、排気量の調整は、各室の給気系統に設けたダンパ７と排気系統に設けたダンパ８の開度調整やファンの回転数制御によって行われる。
特開昭６３−２４７５４２号公報 特開２００６−２２３２０７号公報

ところが、従来のバイオ処理施設の空調システムでは、地震などの災害や事故により、バイオ調製作業室の給気、排気系統が破損したり、作業室壁が破損すると、図１３に示されているように、作業室を規定の負圧（または正圧）に維持できなくなり、生物材料や病原体などの有害物質が他の作業室や周囲に流出して汚染が拡大したり、あるいは管理している細胞が逆に汚染されたりして、細胞利用ができなくなる可能性がある。

本発明は、上記従来の問題点に着目し、再生医療施設の細胞培養・調製室、バイオハザード対策室、遺伝子操作室など正圧または負圧維持が必要なバイオ調製作業室が、地震などの災害による損傷、あるいは機器の故障により室内の圧力制御が困難となった場合でも、正圧あるいは負圧を維持して、作業室内の清浄度の保持や汚染の拡大を最小限に留め、人や環境への安全性を確保できる空調システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、作業室の給気、排気系統が破損したり、作業室壁が破損する事態になった場合は、破損した作業室用の着衣室、脱衣室の圧力制御設定を変更し、着衣室、脱衣室の圧力を通常より高く、または低くして作業室圧力を正圧または負圧に維持することを基本とする。

すなわち、本発明は、バイオ調製作業室と当該作業室への出入室と、各々の室内圧の独立制御手段とを有してなるバイオ処理施設の空調システムであって、前記バイオ調製作業室と前記出入室とを導通弁を介して連通可能としておき、前記バイオ調製作業室内圧力が規定値を超えた場合に、前記導通弁を開放するとともに、前記出入室の圧力制御を変更して空調空気の給排制御を行うことにより前記バイオ調製作業室内圧力を規定値内に維持させる制御手段を備えてなることを特徴とする。

また、本発明は、バイオ調製作業室と当該作業室への出入室と、各々の室内圧の独立制御手段とを有してなるユニットを複数備えたバイオ処理施設の空調システムであって、前記各ユニットのバイオ調製作業室と前記出入室とを導通弁を介して連通可能としておくとともに、各ユニット間をダンパを介在したバイパス路により連通可能としておき、少なくとも１つの前記バイオ調製作業室内圧力が規定値を超えた場合に、当該ユニットにおける前記導通弁を開放して前記出入室の圧力制御を変更して空調空気の給排制御をなすとともに、各ユニット間に介在する前記ダンパを通じて隣接ユニットによる付加的給排制御を可能として前記バイオ調製作業室内圧力を規定値内に維持させる制御手段を備えてなる構成としてもよい。
この場合、前記ユニット間のバイパス路はユニットの排気側に設定し、あるいはユニットの給気側に設定するようにしてよい。もちろん、同時に構成することも可能である。

より具体的には、バイオ調製作業室と、当該作業室への出入りするための着衣室および脱衣室と、前記着衣室および脱衣室に接続する管理廊下と、前記管理廊下に出入りするための前室と、作業室、着衣室、脱衣室、管理廊下、前室の圧力を独立して維持・制御する空調設備とを有してなるユニットを複数備えたバイオ処理施設の空調システムであって、前記作業室と着衣室、脱衣室とを連通できる緊急用導通弁を設けておき、前記作業室の圧力を検出してこの設定圧力が維持できなくなったか否かを判断する手段を設け、維持できないとの判断結果に基づき隣接する着衣室、脱衣室との間の前記緊急導通弁を開き、通常より大きな負圧または正圧に各室の圧力を制御することで作業室圧力を設定圧力に維持させる。

この場合、作業室の圧力の異常を感知して、着衣室、脱衣室の空調設備運転を自動的に切り替える制御手段を有する構成とすればよい。また、着衣室、脱衣室の給排気系統を利用するだけでは故障が発生した作業室の圧力を維持できなかった場合に、管理廊下、前室、周囲の別の作業室、着衣室、脱衣室の給排気系統を利用して故障が発生した作業室の圧力を設定値に維持するようにしてもよい。

上記構成とすることにより、災害や事故発生時に細胞培養・調製室への外気の流入や、バイオハザード対策室や遺伝子操作室などのバイオ調製作業室から生物材料や病原体などの有害物質が流出し、汚染が拡大することを抑制できるようになり、より安全な設備を提供できるものとなる。

以下に、本発明に係るバイオ処理施設の空調システムについての具体的実施形態を、図面を参照して、詳細に説明する。
実施形態に係るバイオ処理施設の空調システムを図１に、施設の構成を図２に示す。この例は、バイオ処理施設として再生医療用施設に適用するためのもので、安全キャビネットなどが収容される細胞調製作業室１１に対し、前室としての着衣室１２、後室としての脱衣室１３を１つの作業ユニットとし、これが作業内容に応じて複数ユニット（実施形態では３ユニット）併設されている（付記号ａ、ｂ、ｃで区別表示している。以下同様）。各ユニットの着衣室１２と脱衣室１３に対しての出入通路となる管理廊下１４が設けられ、この管理廊下１４からは前室１５を介して建屋外部と出入できるようになっているのは従来（図１３参照）と同様である。

各ユニットには、それぞれ独立した給気系統、排気系統があり、給気ファン１６によって送り出される空調空気が各室内に供給され、各室内入口に設けられた給気量調整ダンパ１７（１７_1a、１７_2a、１７_3a）と出口の排気量調整ダンパ１８（１８_1a、１８_2a、１８_3a）で出口流量が調整される。両ダンパ１７，１８の開度制御によって各室内圧が独立して調整されるようになっている。各室内への空調空気の出入口にはフィルタ５０が配置され、室内外に出入する空調空気の浄化を行わせている。

なお、管理廊下１４と建屋の前室１５にも同様に給気ファン１６ｄによって同時に空調空気を送り込むことができるようになっており、分岐して給気量調整ダンパ１７₁₄、１７₁₅を介して給気され、出口の排気量調整ダンパ１８₁₄、１８₁₅によって排気量が調整される。これらの合流部分には排気ファン１９ｄが設けられている。

ここで、本実施形態では、特に、前記バイオ調製作業室１１ａは隣接している出入室としての着衣室１２ａと、脱衣室１３ａとに対して導通弁２０₁₂、２０₁₃を介在させた連通路２１によって連通し、この導通弁２０を開閉制御することで、緊急時において、バイオ調製作業室１１の内圧を規定値に維持するように制御するものとしている。このため、バイオ調製作業室１１の内圧が規定値を超えた場合に、前記導通弁２０を開放するとともに、前記出入室である着衣室１２ａと脱衣室１３ａの圧力制御を変更して空調空気の給排制御を行うことにより前記バイオ調製作業室１１内の圧力を規定値内に維持させる制御手段(図示せず)を備えている。

図３は上記制御手段による制御フローチャート、図６は制御手段の動作に応じて圧力が変化する様子を表したタイムチャートを示している。すなわち、再生医療（正圧維持）では、図２に示しているように、正常状態では、着衣室１２は（＋１５Pa）の圧力（記号＋＋）、作業室１１は大気圧に近い（＋５Pa）の圧力（記号＋）、脱衣室１３は（−１５Pa）の圧力（記号−）に維持するように制御される（ステップ１００）。このようなファン１６、１９及びダンパ１７，１８などの通常設定範囲内の制御が行われる。この制御過程で、地震や事故により作業室１１ａが破損した場合、室内の圧力が変動し、作業室１１ａの圧力が０(大気圧)に近づく異常信号を検出した場合（ステップ１１０）、最初、ファン１６、１９及びダンパ１７，１８などから異常信号が出力されていないかの検出を行う（ステップ１２０）。この異常信号が検出されていた場合、各機器の検査を行う（ステップ１２１）。異常がない場合には、作業室１１ａの内圧異常が一定時間（例えば１分間）継続しているか否かを確認し（ステップ１３０）、継続時間が短ければ扉の開閉等に起因する一時的現象として捉え、これを表示させるなどの適宜手段をとる（ステップ１３１）。圧力異常が規定時間の１分以上も継続して、かつ閾値（＋２Pa）以下になったか否かを検出し（ステップ１４０）、閾値を超えていなければ初期警告表示を行い（ステップ１４１）、超えていれば、緊急作業に入る。これは、作業室１１ａ内の圧力の正常値復帰動作を行うもので、作業室１１ａへの給気量を通常の給気範囲を超えて増加させるとともに、排気量を減少させればよい（ステップ１５０）。個別にダンパ１７_1a、１８_1aの開閉制御をなせばよい。これによって復帰すれば警告表示を終了する（ステップ１６１）。復帰しなければ、規定圧力以内に収束させるべく、着衣室１２ａと作業室１１ａ間の導通弁２０_12aを開にし、着衣室１２ａへの給気量を増加して作業室１１ａの正圧を維持させる（ステップ１７０）。

その後、作業室１１ａの圧力が正常に復帰したか否かを評価し（ステップ１８０）、復帰していれば第２次警告表示をなす（ステップ１８１）。それでも復帰しない場合には、脱衣室１３ａと作業室１１ａ間の導通弁２０_13aを開にし、排気量調整ダンパ１８_3aを閉じ、同時に危険警告表示を行うのである（ステップ１９０）。このような一連の処理により、作業室１１ａ内の圧力は正圧に保持され、外気が内部に侵入することが有効に防止される。

図５にバイオ調製作業室１１がバイオハザード対策室として利用される場合の制御フローチャートを示し、図６にタイムチャートを示す。この場合には、作業室１１ａを負圧に維持する制御が行われる。図５に示されるように、ステップ２００〜２３０までは図３の正圧維持制御のステップ１００〜１３０と同一である。ステップ２４０では、閾値（−５Pa）との比較が行われ、規定圧力（−１５Pa、図２の記号−）よりも圧力が上昇してきた場合には、作業室排気ダンパ１８_1aの開度を増加する処理が行われる（ステップ２５０）。圧力が復帰すれば警告表示を中止し（ステップ２６１）、そうでなければ脱衣室１３ａと作業室１１ａ間の導通弁２０_13aを開にし、排気量調整ダンパ１８_3aの開度を増加させる（ステップ２７０）。そして、圧力が復帰しているかどうかを見て（ステップ２８０）、復帰していれば２次警告表示をなし(ステップ２８１)、復帰しなければ、今度は、着衣室１２ａと作業室１１ａ間の導通弁２０_12aを開にし、着衣室１２ａの排気量調整ダンパ１８_2aの開度を増加し、作業室１１ａの負圧を維持させる（ステップ２７０）。次いで作業室圧力が復帰したか否かを見て（ステップ３００）、復帰していれば３次警告をなし（ステップ３０１）、そうでなければ作業室１１ａの給気ダンパ１７_1aを閉じ、最終警告をなすのである（ステップ３０１）。

次に、図７に第２実施形態に係るバイオ処理施設の空調システムの構成図を示す。この第２実施形態に係る空調システムは、作業室１１を正圧に維持する場合の変形例で、１系統の給気量で追いつかない場合、隣接するユニットの給気系と併せることで、正圧維持を図ろうとするものである。

すなわち、バイオ調製作業室と当該作業室への出入室と、各々の室内圧の独立制御手段とを有してなるユニットを複数備えたバイオ処理施設の空調システムを対象としている。図７に示すように、各ユニットに対応して給気ファン１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄが設けられているが、当該実施形態では、これら給気ファン１６から各ユニットへの給気管路を短絡するバイパス路２２_ab、２２_bc、２２_cdを設け、かつこれらに流路を開閉できるダンパ２３_ab、２３_bc、２３_cdを設けたものである。その他の構成は図１と同様である。これにより、少なくとも１つの前記バイオ調製作業室内圧力が規定値を超えた場合に、図示しない制御手段によって、当該ユニットにおける前記導通弁２０を開放して前記出入室である着衣室１２や脱衣室１３の圧力制御を変更して空調空気の給排制御をなすとともに、各ユニット間に介在する前記ダンパ２３（２３_ab、２３_bc、２３_cd）を通じて隣接ユニットによる付加的給排制御を可能として前記バイオ調製作業室１１内の圧力を規定値内の正圧に維持させることができる。

図８は第３実施形態に係るバイオ処理施設の空調システムの構成図を示す。この第３実施形態に係る空調システムは、作業室１１を負圧に維持する場合の変形例で、１系統の排気量で追いつかない場合、隣接するユニットの排気系と併せることで、破損した作業室１１の負圧維持を図ろうとするものである。

この第３実施形態に係る空調システムは、第２実施形態のバイパス路とこれに介在するダンパとを各ユニットから排気ファン１に至る排気管路に設けた点が異なるのみである。すなわち、各ユニットから排気ファン１９に至る排気管路同士を短絡するバイパス路路３２_ab、３２_bc、３２_cdを設け、かつこれらに流路を開閉できるダンパ３３_ab、３３_bc、３３_cdを設けたものである。この実施形態でも、少なくとも１つの前記バイオ調製作業室内圧力が規定値の負圧を超えて上昇した場合に、図示しない制御手段によって、当該ユニットにおける前記導通弁２０を開放して前記出入室である着衣室１２や脱衣室１３の圧力制御を変更して空調空気の給排制御をなすとともに、各ユニット間に介在する排気経路のバイパス路３２_ab、３２_bc、３２_cdに設けた前記ダンパ３３（３３_ab、３３_bc、３３_cd）を通じて隣接ユニットによる付加的給排制御を可能として前記バイオ調製作業室１１内の圧力を規定値内の負圧に維持させることができる。

更に、図９には、第３実施形態に係る空調システムを示す。これは作業室１１、着衣室１２、脱衣室１３の各出入口に設けてある給排ダンパ１７、１８に代えて給気ファン４７、排気ファン４８を配置し、給排能力を高めたものである。この実施形態では、ダンパ開度の調整ではなく、ファンの動力制御によって圧力制御できるので、大きな給排能力により給排制御を行える。

このように本実施形態では、バイオ調製作業室の内部圧力は再生医療用の細胞調製作業室である場合には規定された正圧に、バイオハザード対策室の場合には負圧にそれぞれ制御する必要があるが、災害や事故発生時において、作業室の圧力異常を感知した場合、着衣室、脱衣室の圧力制御設定を変更し、給気量、排気量を調整して着衣室、脱衣室の圧力を通常より高く（再生医療の細胞調製作業の場合）、または、低くし（バイオハザード対策室の場合）、作業室の空気を隣接する着衣室、脱衣室を通して給気または排気させることで、作業室圧力を正圧または負圧に維持する。これにより、細胞調製作業室への外気流入による汚染防止が可能となり、あるいは、生物材料や病原体などによる汚染の拡大を一組の作業室、着衣室、脱衣室のみに抑えることができ、周囲や他の作業室への汚染を防止できる。

なお、負圧維持の場合、通常作業室の空気は、入退室用のドアの隙間を通って着衣室、脱衣室から排気できる。しかし、必要な排気量が大きい場合や、ドアの気密性が非常に高い場合には、十分な排気量が取れず、負圧を維持し難いことが予想される。このため、着衣室、脱衣室と作業室の間に、通常は閉じているが、作業室の圧力異常を感知した場合に開く導通弁を設けると良い。導通弁が開くことで、作業室から着衣室、脱衣室へ気流が流れやすくなり、作業室を負圧に維持できるようになる。

上記の方式によっても作業室の圧力維持ができない場合、管理廊下や隣接する別の着衣室、脱衣室、作業室の圧力を下げて故障した作業室の圧力維持を図る。このように順次隣接した室の圧力を下げることで、生物材料や病原体などによる汚染の拡大を可能な限り抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係るバイオ処理施設の空調システムの構成図である。 実施形態に係る空調システムが適用されるバイオ処理施設の平面構成図と圧力調整の説明図である。 本発明の第１実施形態に係るバイオ処理施設の空調システムの正圧制御フローチャートである。 図３の制御のタイムチャートである。 本発明の第１実施形態に係るバイオ処理施設の空調システムの負圧制御フローチャートである。 図５の制御のタイムチャートである。 本発明の第２実施形態に係るバイオ処理施設の空調システムの構成図である。 本発明の第３実施形態に係るバイオ処理施設の空調システムの構成図である。 本発明の第４実施形態に係るバイオ処理施設の空調システムの構成図である。 従来のバイオ処理施設のレイアウト図と人の動線図である。 従来のバイオ処理施設の空調システム構成図である。 従来のバイオ処理施設の室内圧力と気流の流れの説明図である。 従来のバイオ処理施設の災害時の汚染拡大状態を示す説明図である。

符号の説明

１１………バイオ調製作業室、１２………着衣室、１３………脱衣室、１４………管理廊下、１５………前室、１６………給気ファン、１７、１８………ダンパ、２０………導通弁。

Claims (7)

1. バイオ調製作業室と当該作業室への出入室と、各々の室内圧の独立制御手段とを有してなるバイオ処理施設の空調システムであって、
   前記バイオ調製作業室と前記出入室とを導通弁を介して連通可能としておき、前記バイオ調製作業室内圧力が規定値を超えた場合に、前記導通弁を開放するとともに、前記出入室の圧力制御を変更して空調空気の給排制御を行うことにより前記バイオ調製作業室内圧力を規定値内に維持させる制御手段を備えてなることを特徴とするバイオ処理施設の空調システム。
2. バイオ調製作業室と当該作業室への出入室と、各々の室内圧の独立制御手段とを有してなるユニットを複数備えたバイオ処理施設の空調システムであって、
   前記各ユニットのバイオ調製作業室と前記出入室とを導通弁を介して連通可能としておくとともに、各ユニット間をダンパを介在したバイパス路により連通可能としておき、少なくとも１つの前記バイオ調製作業室内圧力が規定値を超えた場合に、当該ユニットにおける前記導通弁を開放して前記出入室の圧力制御を変更して空調空気の給排制御をなすとともに、各ユニット間に介在する前記ダンパを通じて隣接ユニットによる付加的給排制御を可能として前記バイオ調製作業室内圧力を規定値内に維持させる制御手段を備えてなることを特徴とするバイオ処理施設の空調システム。
3. 前記ユニット間のバイパス路はユニットの排気側に設定されていることを特徴とする請求項２に記載のバイオ処理施設の空調システム。
4. 前記ユニット間のバイパス路はユニットの給気側に設定されていることを特徴とする請求項２に記載のバイオ処理施設の空調システム。
5. バイオ調製作業室と、当該作業室への出入りするための着衣室および脱衣室と、前記着衣室および脱衣室に接続する管理廊下と、前記管理廊下に出入りするための前室と、作業室、着衣室、脱衣室、管理廊下、前室の圧力を独立して維持・制御する空調設備とを有してなるユニットを複数備えたバイオ処理施設の空調システムであって、
   前記作業室と着衣室、脱衣室とを連絡できる緊急用導通弁を設けておき、前記作業室の圧力を検出してこの設定圧力が維持できなくなったか否かを判断する手段を設け、維持できないとの判断結果に基づき隣接する着衣室、脱衣室との間の前記緊急導通弁を開き、通常より大きな負圧または正圧に各室の圧力を制御することで作業室圧力を設定圧力に維持させることを特徴とするバイオ処理施設の空調システム。
6. 請求項５に記載のバイオ処理施設の空調システムにおいて、作業室の圧力の異常を感知して、着衣室、脱衣室の空調設備運転を自動的に切り替える制御手段を有することを特徴とするバイオ処理施設の空調システム。
7. 請求項５または６に記載のバイオ処理施設の空調システムにおいて、着衣室、脱衣室の給排気系統を利用するだけでは故障が発生した作業室の圧力を維持できなかった場合に、管理廊下、前室、周囲の別の作業室、着衣室、脱衣室の給排気系統を利用して故障が発生した作業室の圧力を設定値に維持することを特徴とするバイオ処理施設の空調システム。

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