JP2010255898A - 送風制御パターン作成装置、送風制御装置、送風制御パターン作成方法、送風制御パターン作成プログラム、送風制御方法、および風量制御システム - Google Patents

送風制御パターン作成装置、送風制御装置、送風制御パターン作成方法、送風制御パターン作成プログラム、送風制御方法、および風量制御システム Download PDF

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Abstract

【課題】クリーンルームC1,C2の設備2A,2Bに使用する消費電力を低コストかつ容易に削減する。
【解決手段】クリーンルームC1,C2の清浄度を取得する清浄度取得部71と、クリーンルームC1,C2の風量を取得する風量取得部72と、取得した前記清浄度と風量とに基づいて必要風量を算出する必要送風量算出部76と、該必要風量に基づいて送風を制御するパターンデータを作成する送風制御パターン生成部77とを備えた送風制御パターン作成装置3を提供する。
【選択図】図4

Description

この発明は、例えばクリーンルームの風量を制御するような送風制御パターン作成装置、送風制御装置、送風制御パターン作成方法、送風制御パターン作成プログラム、送風制御方法、および風量制御システムに関する。
従来、室内の塵埃等を排除するクリーンルームは、半導体集積回路、液晶パネル、プラズマパネル、マイクロマシン等の製造工場に用いる工業用途、手術室、医薬品や滅菌医療機器の製造所に用いる医療用途、食品製造工場にて細菌、異物、虫などの混入を防止する食品用途など、様々な用途に利用されている。
このクリーンルームには、例えば天井から送気して床面から排気するなど室内に清浄空気を一方向に流す一方向流クリーンルーム、このような一方向に流す構成とせずに清浄空気を室内に流す非一方向流クリーンルーム、およびこれらの両方式を併用する併用クリーンルームなどの方式が存在している。
これらのクリーンルームの給気ファンの送風量は、クリーンルームの室内設計条件に基づいて規定された一定値となっている。この一定値は、クリーンルーム内の清浄度を確保するために、必要な送風量よりも余裕をもった条件で設定されている。
詳述すると、従来のクリーンルームでは、狙いの清浄度に応じた換気回数を経験的に設定する、一般的な外気の塵埃濃度や人・機械の発塵量を用いて室内発塵量を計算して送風量を算出するなど、必要な送風量を最初に算出している。
しかし、このような方法は、外気の塵埃濃度や機器の発塵量をクリーンルームの設計時に正確に設定することが難しく、また、実際の発塵量が増えた場合の対応も難しい。このため、余裕を持った送風量を設定することが多く、結果として基準よりもはるかに高いレベルの清浄度が維持されている。これにより、必要以上にクリーンルーム内の塵埃を除去することになり、無駄な動力が消費されている。
また、機器が停止し、人も居ない非稼働時でも、一定の送風量で給気を行っているクリーンルームが多い。このため、人がおらず機器が停止している状態でも無駄な動力が消費されている。
このようなクリーンルームの動力を削減する方法として、吸気ファンの回転を最適化する空調システムが提案されている(特許文献1参照)。この空調システムは、実際の負荷状況をセンシングし、このセンシング結果をフィードバックして給気ファンを制御することで、消費電力の削減を図っている。
しかし、この空調システムは、建物に適合した制御方法の設計が必要であり、また、給気ファン(以下FFUという)のインバータ化などの設備改造が必要になる。このため、大きな投資が必要であり、さらにセンサ類のメンテナンスによる維持コストが必要となって、費用が過大になるという問題点があった。
特開2005−249243号公報
この発明は、上述の問題に鑑み、クリーンルームの空調設備に使用する消費電力を低コストで容易に削減できる送風制御パターン作成装置、送風制御装置、送風制御パターン作成方法、送風制御パターン作成プログラム、送風制御方法、および風量制御システムを提供することを目的とする。
この発明は、クリーンルームの清浄度を取得する清浄度取得手段と、クリーンルームの風量を取得する風量取得手段と、取得した前記清浄度と風量とに基づいて必要風量を算出する必要風量算出手段と、該必要風量に基づいて送風を制御するパターンデータを作成する送風制御パターン作成手段とを備えた送風制御パターン作成装置であることを特徴とする。
前記清浄度取得手段は、パーティクルセンサなどの清浄度を測定できるセンサ、あるいはこのようなセンサで測定した測定データを取得する接続インタフェースや通信手段といったデータ取得手段で構成することができる。
前記風量取得手段は、MEMS風量センサ(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)などの風量を検知するセンサ、ファンの回転数を取得して風量を推測する風量検出装置、あるいはこれらの装置で測定した風量データを取得する接続インタフェースや通信手段といったデータ取得手段で構成することができる。
前記必要風量算出手段は、CPU(Central Processing Unit)やマイクロコンピュータなどの適宜の演算手段により構成することができる。
前記パターンデータは、風量を切り替えるタイミングと風量レベルとで構成することができる。タイミングは、時刻で定める、あるいは室内照明のON/OFFで定めるなど、適宜のタイミングとすることができる。風量レベルは、送風装置(ファンなど)の稼働台数を定める、あるいは送風装置のファン回転数を定めるなど、適宜の方法により定めることができる。
前記送風制御パターン作成手段は、CPU(Central Processing Unit)やマイクロコンピュータなどの適宜の演算手段により構成することができる。
この発明により、クリーンルームの空調設備に使用する消費電力を低コストで容易に削減できる。
この発明の態様として、前記パターンデータは、風量を変更する時刻と、該時刻から送風すべき送風量を示す送風レベルとで構成することができる。
前記風量を変更する時刻は、日時、時、時分、時分秒など、適宜の時刻に設定することができ、曜日別や月別に構成することもできる。
この態様により、時刻によって送風レベルを切り替えることが可能となり、消費電力を削減することができる。
またこの発明の態様として、前記送風レベルは、前記クリーンルームに備えられた送風装置の稼働台数を定める構成とすることができる。
これにより、送風装置の風量を制御しなくとも、風量装置の稼働台数を制御することで、クリーンルームの室内の風量を容易に制御することができる。
またこの発明の態様として、前記送風レベルは、前記クリーンルームに備えられた送風装置に供給する動力を定める構成とすることができる。
これにより、送風装置に供給する動力を制御することで、送風装置による送風のON/OFFを容易に制御でき、クリーンルーム内の風量を制御することができる。
またこの発明の態様として、前記パターンデータは、前記クリーンルームに設置された作業用設備が稼働している稼働時と該作業用設備が稼働していない非稼働時とで前記送風レベルを切り替える構成とすることができる。
前記作業用設備は、半導体集積回路の製造設備、液晶パネルの製造設備、プラズマパネルの製造設備、マイクロマシンの製造設備、手術室の手術設備、医薬品や滅菌医療機器の製造設備、食品の製造など、クリーンルーム内での作業に用いられる適宜の設備とすることができる。
この態様により、クリーンルームに設置された作業用設備の稼働状況に対応して送風レベルを切り替えることができ、消費電力を削減することができる。
またこの発明の態様として、前記クリーンルームに備えられた送風装置の動力を取得する動力取得手段と、前記パターンデータに従った送風レベルの制御を行った場合の前記送風装置の動力を推定する制御後動力推定手段と、前記動力取得手段により取得した動力と前記制御後動力推定手段により推定した動力に基づいて動力削減余地を算出する動力削減余地算出手段とを備えることができる。
前記制御後動力推定手段は、前記送風装置の使用電力の仕様と前記パターンデータに従って稼働させた際の稼働時間や稼働レベル(例えば強、中、弱など)に基づいて算出する、あるいは実際の送風装置の使用電力を取得して該使用電力と前記パターンデータに従って稼働させた際の稼働時間とに基づいて算出するなど、適宜の計算によって推定する構成とすることができる。
前記動力取得手段は、送風装置が使用している電力を取得する電力センサなど、送風装置の動力を取得する手段で構成することができる。
前記動力削減余地算出手段は、前記動力取得手段で取得した動力と前記制御後動力推定手段により取得した動力の差に基づいて動力削減余地を算出する構成とすることができる。
これにより、動力削減余地を事前に算出することができ、動力制御による動力削減効果を認識した上で導入するか否かを判断することができる。
またこの発明の態様として、前記クリーンルーム内の環境に関する環境情報を取得する環境情報取得手段と、前記パターンデータを採用した場合の前記環境情報を推定し、該パターンデータを採用するか否か判定する採用判定手段とを備えることができる。
これにより、パターンデータを採用するか否か事前に判定することができ、消費電力の削減によってクリーンルームに要求される環境を維持できなくなるといったことを防止できる。
この発明の態様として、前記環境情報は、温度、湿度、室間差圧、またはこれらの複数とすることができる。
これにより、温度、湿度、室間差圧、またはこれらの複数からなる環境について、クリーンルームに要求される値を維持できるようにパターンデータの採用/不採用を決定することができる。
またこの発明の態様として、前記クリーンルームとして非一方向流方式のクリーンルームを対象とし、前記清浄度取得手段は、前記清浄度として前記クリーンルームに入ってくる外気塵埃量と前記クリーンルームから出て行く室内塵埃量とを取得する構成であり、前記風量取得手段は、前記風量として外気量と換気風量と排気量とを取得する構成であり、前記必要風量算出手段は、前記室内塵埃量と前記排気量と前記外気塵埃量と前記外気量と前記換気風量とに基づいて室内発塵量を算出し、該室内発塵量と前記外気塵埃量と前記外気量と前記室内塵埃量と前記排気量とに基づいて必要風量を算出する構成とすることができる。
これにより、非一方向流方式のクリーンルームの塵埃に影響を与える要素のデータを取得し、このデータに基づいて適切な必要風量を算出することができる。従って、非一方向流方式のクリーンルームに要求する清浄度レベルを維持した上で送風に要する消費電力を削減することができる。
またこの発明の態様として、前記クリーンルームとして一方向流方式のクリーンルームを対象とし、前記清浄度取得手段は、前記清浄度として前記クリーンルーム内で循環する換気塵埃量と前記クリーンルームから出て行く室内塵埃量とを取得する構成であり、前記風量取得手段は、前記風量として換気風量を取得する構成であり、前記必要風量算出手段は、前記換気風量と前記室内塵埃量と前記換気塵埃量とにより室内発塵量を算出し、該室内発塵量と前記室内塵埃量と前記換気塵埃量とにより前記必要風量を算出する構成とすることができる。
これにより、一方向流方式のクリーンルームの塵埃に影響を与える要素のデータを取得し、このデータに基づいて適切な必要風量を算出することができる。従って、一方向流方式のクリーンルームに要求する清浄度レベルを維持した上で送風に要する消費電力を削減することができる。
またこの発明は、送風を制御するパターンデータの入力を受け付けるパターンデータ入力受付手段と、該パターンデータを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶した前記パターンデータに従って送風装置の送風量を所定時点で所定風量に切替制御する送風量制御手段とを備えた送風制御装置とすることができる。
前記パターンデータ入力受付手段は、送風を制御するパターンデータを取得する接続インタフェースや通信手段といったデータ取得手段、記憶媒体からパターンデータを読み取る記憶媒体処理装置、または、人によるパターンデータの操作入力を受け付ける押下ボタンやキーボードやマウスやタッチパネルといった操作入力手段など、送風制御データを取得する適宜の手段により構成することができる。
前記記憶手段は、ハードディスクや不揮発性メモリなど、データを記憶できる適宜の手段により構成することができる。
前記送風装置は、クリーンルームに設置される送風システムや送風機など、送風を行う装置を対象とすることができる。
前記所定時点は、送風制御データにより定められるタイミングとすることができる。
前記所定風量は、送風制御データにより定められる風量とすることができ、稼働させるファンの数で定める、ファンの回転数で定めるなど、適宜の方法によって定めることができる。
前記送風量制御手段は、前記送風制御データに従って前記送風装置を制御するコントローラなどの適宜の手段により構成することができる。
この発明により、従来の送風装置を制御し、クリーンルームの性能を維持した上で消費電力を削減することを容易に実行できる。
またこの発明は、クリーンルームの清浄度を清浄度取得手段により取得し、クリーンルームの風量を風量取得手段により取得し、取得した前記清浄度と風量とに基づいて必要風量を算出し、該必要風量に基づいて送風を制御するパターンデータを作成するクリーンルームの送風制御パターン作成方法とすることができる。
これにより、クリーンルームの空調設備に使用する消費電力を低コストで容易に削減できる送風制御パターンを作成することができる。
またこの発明は、コンピュータを、クリーンルームの清浄度を取得する清浄度取得手段と、クリーンルームの風量を取得する風量取得手段と、取得した前記清浄度と風量とに基づいて必要風量を算出する必要風量算出手段と、該必要風量に基づいて送風を制御するパターンデータを作成する送風制御パターン作成手段として機能させる送風制御パターン作成プログラムとすることができる。
前記コンピュータは、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、携帯情報端末(PDAや携帯電話機)など、演算処理を実行可能な適宜の装置により構成することができる。
この発明により、送風制御パターン作成プログラムをコンピュータにインストールして送風制御パターン作成装置とすることができ、クリーンルームの空調設備に使用する消費電力を低コストで容易に削減できる。
またこの発明は、送風を制御するパターンデータの入力をパターンデータ入力受付手段により受け付け、該パターンデータを記憶手段に記憶し、送風を行う送風装置に送風装置接続手段を接続し、前記記憶手段に記憶した前記パターンデータに従って送風量制御手段により前記送風装置の送風量を所定時点で所定風量に切替制御する送風制御方法とすることができる。
前記送風装置接続手段は、送風装置の空調制御盤や配電盤などに接続してON/OFF制御または電力制御を実施可能な適宜の手段により構成することができる。
この発明により、従来の送風装置を制御してクリーンルームの性能を維持した上で消費電力を削減することを容易に実行できる。
またこの発明は、クリーンルームの清浄度を取得する清浄度取得手段と、クリーンルームの風量を取得する風量取得手段と、取得した清浄度と風量とに基づいて必要風量を算出する必要風量算出手段と、該必要風量に基づいて送風を制御するパターンデータを作成する送風制御パターン作成手段と、該パターンデータを出力する出力手段とを有する送風制御パターン作成装置と、前記送風制御パターン作成装置からパターンデータの入力を受け付けるパターンデータ入力受付手段と、該パターンデータを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶した前記パターンデータに従って送風装置の送風量を所定時点で所定風量に切替制御する送風量制御手段とを有する送風制御装置とを備え、作成したパターンデータに従ってクリーンルームの風量制御を行う風量制御システムとすることができる。
前記出力手段は、外部装置へデータ送信する接続インターフェースや通信手段、データ表示を行う表示手段、データを印刷する印刷手段、あるいは記憶媒体(不揮発性メモリやCDやDVDやフレキシブルディスク等)にデータを書込む記憶媒体処理装置など、データを出力する適宜の手段により構成することができる。
これにより、クリーンルームの風量を適切の制御して消費電力を削減することができる。
この発明により、クリーンルームの空調設備に使用する消費電力を低コストで容易に削減することができる。
非一方向流のクリーンルームの設備の構成を説明する構成図。 非一方向流のクリーンルームの風量制御システムのブロック図。 送風制御パターン作成装置の演算制御部の動作のフローチャート。 送風制御パターン作成装置の機能を示す機能ブロック図。 計算式を説明する説明図。 計算式を説明する説明図。 清浄度と室内発塵量とを時系列に現すグラフ。 電力制御を時系列に表すタイミングチャート。 送風制御前と送風制御後の電力量の関係を示すグラフ。 分析用に表示するグラフ画面の説明図。 一方向流のクリーンルームの設備の構成を説明する構成図。 一方向流のクリーンルームの風量制御システムのブロック図。 計算式を説明する説明図。 計算式を説明する説明図。
この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
まず、非一方向流クリーンルームの空調設備の消費電力を削減する実施例1について説明する。
図1は、非一方向流のクリーンルームC1の設備2Aの構成を説明する構成図であり、図2は、クリーンルームC1の風量を制御する風量制御システム1Aのブロック図を示す。
図1に示すように、クリーンルームC1には、設備2Aとして空調システム5(送風装置)が設けられている。この空調システム5は、クリーンルームC1の天井に設けられたFFU52(送気部)と、クリーンルームC1の側面下部に設けられた排気ファン53(排気部)等が設けられている。これにより、空調システム5は、室外から取り込む外気からフィルタにて塵埃を除去して清浄空気を生成し、この清浄空気をFFU52からクリーンルームC1内に流す。
図2に示すように、設備2Aと、送風制御パターン作成装置3と、ファン制御装置4(送風制御装置)と、空調システム5とで、クリーンルームC1内の送風を制御するための風量制御システム1Aが構成されている。
設備2Aには、外気清浄度センサ20、清浄度センサ22、温湿度センサ23(環境情報取得手段)、排気風量センサ24、換気風量センサ25、給気風量センサ26、および電力センサ27が設けられている。
外気清浄度センサ20および清浄度センサ22は、パーティクルセンサなどの塵埃を検知できるセンサであり、検知した塵埃量を演算制御部31へ伝達する。
温湿度センサ23は、クリーンルームC1内の温度と湿度を検知するセンサであり、検知した温度および湿度を演算制御部31へ伝達する。
排気風量センサ24、換気風量センサ25および給気風量センサ26は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)風量センサなどの風量を検知するセンサであり、検知した風量を演算制御部31へ伝達する。
電力センサ27は、空調システム5の消費電力を検知するセンサであり、検知した電力量を演算制御部31へ伝達する。
これらのセンサ類20〜27は、外気清浄度センサ20のみがクリーンルームC1の外に設けられており、それ以外はクリーンルームC1に設けられている。
また、これらのセンサ類20〜27は、クリーンルームC1の設備2Aとして予め設置されているものを利用できるが、設置されていなければ、センサ類20〜27を別途取り付けてもよい。また、図示の例ではセンサ類20〜27から送風制御パターン作成装置3の演算制御部31に検知データを伝達しているが、別途の記憶装置に検知データを時系列に蓄積しておき、この蓄積した検知データを送風制御パターン作成装置3に別途送信する構成としてもよい。いずれの場合であっても、送風制御パターン作成装置3が必要なデータを取得すればよい。
送風制御パターン作成装置3は、演算制御部31、操作部32、表示部33、記憶部34、およびI/F部35が設けられているコンピュータである。
演算制御部31は、センサ類20〜27から受け取る検知データに基づいて発塵量や必要送風量や風力制御パターン等を演算する各種演算処理、表示部33や記憶部34やI/F部35に接続された他の装置などを適宜動作制御する制御処理など、適宜の処理を実行する。
操作部32は、ユーザの操作入力を受け付け、入力された入力信号を演算制御部31に伝達する。この操作入力で、クリーンルームC1に求める清浄度、風力制御の段階数などの入力を受け付ける。求める清浄度は、例えばクラス1000やクラス100など、1キュービクルフィート中に0.5μmの粒子が存在する数の入力を受け付けると良い。
表示部33は、演算制御部31の制御信号に従って各種の画面を表示する。
記憶部34は、必要風量・動力制御対比データや動力制御パターンデータや動力削減余地グラフデータなどの各種データ、および送風制御パターン作成プログラムなどの各種プログラムを記憶している。
I/F部35は、ファン制御装置4などの他の装置を接続するインタフェースであり、演算制御部31の制御信号に従って接続された他の装置との信号の送受信を行う。
ファン制御装置4は、コントローラ41(送風量制御手段)と記憶部42(記憶手段)と、I/F部43(パターンデータ入力受付手段および送風装置接続手段)とで構成されているコンピュータである。
コントローラ41は、送風制御プログラムに従って制御処理を行うCPUなどの装置であり、I/F部43を介して送風制御パターン作成装置3から動力制御パターンデータを取得し記憶部42に記憶する処理、記憶部42の動力制御パターンデータに従ってI/F部43を介して空調システム5の駆動を制御する処理を実行する。
記憶部42は、動力制御パターンデータなどの各種データと、送風制御プログラムなどの各種プログラムを記憶する。この送風制御プログラムは、送風制御パターン作成装置3が送風制御パターン作成プログラムにより作成した動力制御パターンデータを取得しておき、この動力制御パターンデータに従って送風を制御するためのプログラムである。
I/F部43は、外部装置と接続するためのインタフェースであり、送風制御パターン作成装置3のI/F部35や、空調システム5の空調制御盤51と接続される。ここで、送風制御パターン作成装置3のI/F部35は、動力制御パターンデータを受け取る際にI/F部43に接続され、その後に取り外されるように構成してもよい。空調システム5の空調制御盤51は、I/F部43に接続された状態でファン制御装置4による風量制御(動力制御により風量を制御)を受け付ける。
なお、ファン制御装置4は、動力制御パターンデータを送風制御パターン作成装置3から直接受け取る構成にしているが、これに限らず適宜の記憶媒体処理装置を備えて記憶媒体を介して動力制御パターンデータを受け取る構成にしてもよい。
空調システム5は、空調制御盤51、複数のFFU52、および排気ファン53により構成されている。
空調制御盤51は、複数のFFU52および排気ファン53への電力供給を制御する。この電力供給の制御は、ファン制御装置4によってコントロールされる。すなわち、ファン制御装置4から風量レベルを切り替えるための電力切替信号を受け取ると、この電力切替信号に従って複数のFFU52および排気ファン53への電力供給量を変更し、風量および消費電力を切替制御する。
FFU52は、フィルタつきのファンであり、空調制御盤51の制御に従ってクリーンルームC1内に送風を行う。
排気ファン53は、排気を行うファンであり、空調制御盤51の制御に従ってクリーンルームC1内の空気を排気する。
図3は、送風制御パターン作成装置3の演算制御部31が送風制御パターン作成プログラムに従って実行する動作のフローチャートであり、図4は、送風制御パターン作成装置3の機能を示す機能ブロック図であり、図5および図6は、計算式を説明する説明図であり、図7は清浄度と室内発塵量とを時系列に現すグラフであり、図8は電力制御を時系列に表すタイミングチャートであり、図9は送風制御前と送風制御後の電力量の関係を示すグラフであり、図10は分析用に表示するグラフ画面の説明図である。
まず、図3のフローチャートに示すように、送風制御パターン作成装置3の演算制御部31は、清浄度取得手段としての清浄度取得部71(図4参照)により、クリーンルームC1の清浄度を取得する(ステップS1)。
この清浄度を測定する清浄度取得部71は、送風制御パターン作成プログラムに従って動作する演算制御部31が外気清浄度センサ20と清浄度センサ22とから測定データを取得する機能ブロックである。
これにより、図5に示す清浄度としての室内塵埃濃度Nr、および外気汚染度としての外気塵埃濃度Nfaを取得する。取得した清浄度は、図7(A)のグラフに示すように、時系列に並べて把握できる。このグラフは、縦軸が清浄度(個/m)を示し、横軸が時間(h:m:s)を示す。
演算制御部31は、風量取得手段としての風量取得部72(図4参照)により、クリーンルームC1の風量を取得する(ステップS2)。
この風量を測定する風量取得部72は、送風制御パターン作成プログラムに従って動作する演算制御部31が排気風量センサ24と換気風量センサ25と給気風量センサ26とから測定データを取得する機能ブロックである。
これにより、図5に示す外気量Qf、送風量Qs、換気風量Qr、および排気量Qeを取得する。
演算制御部31は、室内発塵量算出部75(図4参照)により、クリーンルームC1の室内で発生する室内発塵量Gを算出する(ステップS3)。
この室内発塵量算出部75は、送風制御パターン作成プログラムに従って動作する演算制御部31が、清浄度取得部71と風量取得部72とで取得した測定データに基づいて室内発塵量Gを算出する機能ブロックである。
クリーンルームC1の室内発塵量や清浄度や必要な送風量は、公知の方法によって算出することができる(例えば、平成20年3月25日 日本工業出版株式会社発行 月刊「クリーンテクノロジー」別冊号 早分かりQ&Aクリーンルームの設計・施工マニュアル第34頁から第35頁)。この実施例1では、次のように算出する。
まず、室内発塵量Gは、クリーンルームC1に入ってくる塵埃量と出て行く塵埃量が等しいことから、次の式1の等式を導き、これを変形した次の式2により求められる。算出した室内発塵量は、図7(B)のグラフに示すように時系列に把握される。このグラフは、縦軸が室内発塵量(個/m)を示し、横軸が時間(h:m:s)を示す。
[式1]
NrQe+NrQr
=NfaQf×(1−η1)×(1−η2)+NrQr(1−η2)+G
※Nfa:外気塵埃濃度(個/m), Nr:室内塵埃濃度(個/m),
Qe:排気量(m/min), Qf:外気量(m/min),
Qr:換気風量(m/min), G:室内発塵量(個/min),
η1:プレフィルタ効率(%), η2:HEPAフィルタ効率(%)
[式2]
G=NrQe−NfaQf(1−η1)(1−η2)+NrQrη2
演算制御部31は、必要風量算出手段としての必要送風量算出部76(図4参照)により、クリーンルームC1の室内に必要な必要送風量Qsを算出する(ステップS4)。
この必要送風量算出部76は、送風制御パターン作成プログラムに従って動作する演算制御部31が、室内発塵量算出部75により算出した室内発塵量と清浄度取得部71と風量取得部72とで取得した測定データとに基づいて必要風量を算出する機能ブロックである。
必要送風量Qsは、クリーンルームC1に入ってくる送風量Qsが、出て行く風量(排気量および換気風量)に等しいことから、次の式3の等式を導き、これを前述の式2を用いて変形した次の式4により求められる。
[式3]
Qs=Qr+Qf
※Qf:外気量(m/min),Qr:換気風量(m/min)
[式4]
Qs
={NfaQf(1−η1)(1−η2)+G}/Nrη2−Qe/η2+Qf
※Nfa:外気塵埃濃度(個/m), Nr:室内塵埃濃度(個/m),
Qe:排気量(m/min), G:室内発塵量(個/min),
η1:プレフィルタ効率(%), η2:HEPAフィルタ効率(%)
演算制御部31は、送風制御パターン作成手段としての送風制御パターン生成部77(図4参照)により、クリーンルームC1の室内に供給する風量の制御パターンを算出する(ステップS5)。
この送風制御パターン生成部77は、送風制御パターン作成プログラムに従って動作する演算制御部31が、必要送風量算出部76で算出した必要風量に応じて送風制御を行うための送風制御パターンを作成する機能ブロックである。
演算制御部31は、時系列に並んだ必要送風量に基づいて、どの時点でどの風量に切り替えるかを設定する。この設定は、算出した必要風量に基づいて、非稼働/稼働の最大値により求めるとよい。
この非稼働の期間と稼働の期間は、それぞれ生産計画(運用計画)などから決定する、あるいは生産設備や機器の動力データから判定するなど、適宜の方法によって定めることができる。
そして、特に非稼働時は、生産設備や機器が停止していて発塵量が少ないため、風量制御後の風量を稼働時より少なく設定できる。
具体的に説明すると、例えば、図8(A)に示す第1パターンの例は、稼働期間か非稼働期間かという2期間に区切って風量レベルを切り替える構成としている。AM8時頃には、生産設備や機器が稼働状態になるため80%(10段階のレベル8)の風量供給に切り替え、17時頃になると非稼働状態になるため60%(10段階のレベル6)に切り替える設定としている。ここで、図示の縦軸は、FFU52を台数制御するために10段階で設定して表示している。すなわち、この例ではFFU52が10台設けられており、非稼働時の最大値は60%で6台が稼働し、稼働時の最大値は80%で8台が稼働する設定になっている。なお、このグラフは、縦軸左側がFFU52の稼働率(%)を示し、縦軸右側が必要風量(m/h)を示し、横軸が時間(h:m:s)を示す。
また、図8(B)に示す第2パターンのように、第1パターンより細かい単位の複数期間に区切って風量レベルを切り替える構成としてもよい。この場合、1時間単位毎などの所定の単位時間ごとに必要風量の最大値を求め、この最大値に基づいて風量レベル(10段階中のどのレベルか)を設定している。ここで、所定の単位時間は、ある程度外乱が発生した場合でも十分に清浄度を回復できる時間とすることが好ましく、この例では1時間としている。この場合、短い間隔で風量レベルを設定でき、少ない風量とする時間をなるべく増加させることができる。なお、このグラフは、縦軸左側がFFU52の稼働率(%)を示し、縦軸右側が必要風量(m/h)を示し、横軸が時間(h:m:s)を示す。
なお、これらの例では、クリーンルームC1内の風量をゼロとすることがなく、また必要送風量の強さ(室内発塵量の多さ)に対応して風量レベルの強弱を設定している。従って、従来であれば図8(A),(B)に2点鎖線で示すように常に10台全てのFFU52が稼働して100%であったところを、実測値に基づいて風量レベルを矢印Yに示すように下げることができ、送風量および使用電力を削減することができる。
演算制御部31は、環境取得部73(図4参照)により環境情報を取得し、採用判定手段としての送風制御パターン採用判定部78により、生成した送風制御パターンを採用しても問題がないか確認する(ステップS6〜S7)。
ここで環境情報には、温度、湿度、室間差圧などが含まれる。ここでの室間差圧は、例えばクレーンルームが隣接する場合におけるクリーンルームとクリーンルーム間の圧力差や、クリーンルームとクリーンルーム外との圧力差である。
また、送風制御パターンを採用することによる問題には、例えば生産設備が熱を発する場合に風量を減少させると室内温度が高くなって生産設備に不具合が生じる場合や、クリーンルームC1内の湿度を生産設備に必要な値に維持できない場合や、クリーンルームC1内の気圧を適切な気圧に保てない場合などが該当する。
この環境取得部73は、送風制御パターン作成プログラムに従って動作する演算制御部31が、温湿度センサ23などから測定データを取得する機能ブロックである。
また、送風制御パターン採用判定部78は、送風制御パターン作成プログラムに従って動作する演算制御部31が、環境取得部73で取得した環境情報と、操作部32で入力された判定基準となる環境情報とに基づいて、室内温度、湿度、および室間差圧のすべてが正常値を維持できるか判定する機能ブロックである。
演算制御部31は、生成した送風制御パターンを採用すると、室内温度/湿度に影響を与えると判断するか(ステップS6:No)、室間差圧に影響を与えると判断すれば(ステップS7:No)、ステップS5に処理を戻して送風制御パターンを再生成する。
ここで、室内温度/湿度の影響の有無は、操作部32での入力等によって適宜指定された温度や湿度を保てるか否かにより判断するとよい。
また、室間差圧の影響の有無は、クリーンルームC1の内側と外側の気圧差を、操作部32での入力等によって適宜指定された気圧差以上に保てるか否かにより判断するとよい。
なお、本実施例では、環境情報の影響の有無を、操作部32から入力された温度、湿度、室間差圧を基準に判断する構成としたが、温度、湿度、室間差圧について予め閾値を定めておき、この閾値の範囲内に存在するかいなかで判断してもよい。また、温度、湿度、室間差圧の基準値を設け、基準値からの変動幅を決めておき、その幅を超えた場合に異常と判断するように構成してもよい。
演算制御部31は、生成した送風制御パターンを採用しても室内温度/湿度に影響を与えず(ステップS6:Yes)、室間差圧に影響を与えない(ステップS7:Yes)と判断すれば、送風制御パターンをこの生成したものに決定する(ステップS8)。
演算制御部31は、送風動力取得部74(図4参照)により、クリーンルームC1に送風する際に必要な動力を取得する(ステップS9)。
この送風動力取得部74は、送風制御パターン作成プログラムに従って動作する演算制御部31が、電力センサ27から測定データを取得する機能ブロックである。電力センサ27は、空調システム5のFFU52や排気ファン53の駆動による消費電力を検知するセンサである。なお、この実施例では消費電力を動力として取得しているが、電流値や振動データを取得する構成にしてもよい。
演算制御部31は、図9に示すように動力削減余地を示す画面を表示部33に表示し、動力制御パターン生成部79により空調システム5の空調制御を行うための動力制御パターンを生成し、この制御パターンを出力手段としての生成データ出力部80(図4参照)により記憶部34に記憶するかI/F部35からファン制御装置4のコントローラ41へ送信し(ステップS10)、処理を終了する。
動力制御パターン生成部79は、送風制御パターン作成プログラムに従って動作する演算制御部31が、送風動力取得部74で取得した測定データと送風制御パターン生成部77により生成した送風制御パターンとに基づいて動力制御パターンを生成する機能ブロックである。また、この動力制御パターン生成部79は、送風制御パターンに従って動作した際の動力を推定する制御後動力推定手段、この推定した動力と送風制御前の動力との比較から動力削減余地を算出する動力削減余地算出手段としても機能し、必要風量・動力制御対比データ、動力制御パターンデータ82、および動力削減余地グラフデータ83も作成する。
生成データ出力部80は、送風制御パターン作成プログラムに従って動作する演算制御部31が、表示部33、記憶部34、およびI/F部35に対して必要風量・動力制御対比データ81、動力制御パターンデータ82、および動力削減余地グラフデータ83を出力(表示、記憶、送信)させる機能ブロックである。
必要風量・動力制御対比データ81は、図8(A),(B)に説明した必要風量81aと動力量81bのグラフに表示され、動力制御パターンデータ82は、図8(A),(B)に説明した動力量81bのグラフに表示される。ここで表示する動力量81bは、FFU52の稼働率により示している。また、動力削減余地グラフデータ83は、図9に示す従来電力量83aと第1パターン電力量83bと第2パターン電力量83cのグラフに表示される。
図9に示す動力削減余地グラフデータ83に基づく動力削減余地を示す画面イメージは、送風制御パターン作成装置3による送風制御を行う前の消費電力(従来電力量83aとして図示)と、送風制御パターン作成装置3による送風制御を行った後の消費電力(第1パターン電力量83bおよび第2パターン電力量83cとして図示)を対比可能に表示しており、これにより動力削減余地をユーザが明瞭に認識できるようにしている。
このようにして求めた各種の値は、図10の画面イメージ図に示すように、表示部33の画面に表示する構成にしてもよい。この場合、温湿度、各種風量、清浄度、および消費電力をそれぞれ時系列に表示することで、分析に利用することができる。
分析内容としては、例えば、温湿度表示部33aに表示される温度と湿度、または清浄度表示部33bに表示される清浄度が、クリーンルームC1に要求される値を大きく下回っているか否か分析することで、動力削減の余地がないか検討するといったことができる。
他にも、送風制御パターン作成装置3による送風制御の前後で、温湿度表示部33aに表示される温度および湿度、または清浄度表示部33bに表示される清浄度に問題が現れていないか、あるいは風量表示部33cに表示される風量や消費電力表示部33dに表示される消費電力を削減できているかを確認するといったことができる。
そして、作成された動力制御パターンデータ82は、I/F部35を通じてファン制御装置4に送信される。ファン制御装置4は、この動力制御パターンデータ82を記憶部42に記憶し、送風制御プログラムがこの動力制御パターンデータ82を参照して、空調システム5の空調制御盤51に対してFFU52のON/OFF制御を行う。
以上の構成および動作により、クリーンルームC1の空調システム5に使用する消費電力を低コストで容易に削減できる。すなわち、清浄度や風量を常時センサで監視して風量制御にフィードバックする従来方式であれば、センサ類の設置と維持メンテナンスが必要になってコスト増となる上に、風量の変更頻度が高くなってその分の消費電力が発生するが、上述した実施例により、フィードフォワードで送風制御パターンおよびこれに基づく動力制御パターンを決定し、その後はセンサやインバータを用いることなく空調システム5の風量を簡単に制御できるため、低コストで導入でき消費電力も削減できる。
また、センサ類20〜27の検知結果と演算によって送風制御パターンを自動生成し、生成した送風制御パターンに基づく動力制御パターンを適用したファン制御装置4を設置するだけでよいため、クリーンルームC1や空調システム5に詳しくない利用者であっても、クリーンルームC1内の品質に影響を与えることなく省エネを実現できる。特に、室内温度、室内湿度、および室内差圧などの室内環境がクリーンルームC1に要求されるレベルを確保できるように送風制御パターンの検証、再生成を行うため、風量制御を行うことによってクリーンルームC1内での作業に必要な室内環境が崩れることを防止できる。
また、センサ類20〜27により、実際の清浄度、熱負荷、および空調設備能力を測定するため、現実に近い室内塵埃量を算出し、必要送風量を適切に算出できる。
また、風量制御をFFU52の稼働台数制御(所定台数のFFU52のON/OFF制御)によって実施するため、クリーンルームC1に備えられているFFU52に風量調節機能がなくとも、ファン制御装置4によって風量制御を実施することができる。なお、本実施例では台数制御を行う例で説明したが、これに限らず、風量調整機能により風量を制御するよう構成してもよい。この場合、各FFU52が送風する風量を制御することで、風量制御を実行することができる。
また、風量制御を行うタイミングを1時間単位や稼働時間単位など任意に設定できるため、クリーンルームC1の用途や目的に応じた風量制御の設定を行うことができる。
また、送風制御パターンの作成に使用したセンサ類20〜27をクリーンルームC1から撤去し、別のクリーンルームC1の送風制御パターンの作成に利用するといった運用ができるため、クリーンルームC1の消費電力削減のためのサービス提供料金を安価にした上で、高価なパーティクルセンサ等を用いた精度のよい風量制御を提供することができる。
また、送風制御パターンを定期または不定期に確認更新する運用を行う場合でも、更新の際にセンサ類20〜27をクリーンルームC1に設置し、送風制御パターンの適切性確認と更新が終わればセンサ類20〜27をクリーンルームC1が撤去できるため、このセンサ類20〜27を別のクリーンルームC1でも使用することができる。
次に、一方向流クリーンルームの空調設備の消費電力を削減する実施例2について説明する。
図11は、一方向流のクリーンルームC2の設備2Bの構成を説明する構成図であり、図12は、クリーンルームC2の風量を制御する風量制御システム1Bのブロック図を示す。
クリーンルームC2は、図11に示すように、天井に設けたFFU52から室内下方へ送風し、室内の床面に設けられた通気孔(図示省略)から中間層Lに換気して垂直一方向の送風を行う構成になっている。なお、図示する例は垂直一方向式(ダウンフロー方式)の一方向流クリーンルームC2であるが、これに限らず水平一方向式(クロスフロー方式)など適宜の方式としてもよい。
図12に示すように、風量制御システム1Bは、設備2Bに、換気清浄度センサ21が設けられており、中間層L(図11参照)の塵埃量である換気塵埃量Nfbを測定できるように構成されている。
その他の構成は、実施例1と同一であるので、同一要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。また、送風制御パターン作成装置3の演算制御部31が送風制御パターン作成プログラムに従って実行する動作は、実施例1で図3および図4と共に説明したもの計算方法を除いて同一であるため、その詳細な説明を省略する。
図13および図14は、計算式を説明する説明図である。
この計算式により計算するために、図3に説明したステップS1で、清浄度取得部71により、図13に示す清浄度としての室内塵埃濃度Nr、および換気清浄度としての換気塵埃濃度Nfbを取得する。
ステップS2では、風量取得部72により、換気風量Qsn、および排気量Qeを取得する。
ステップS3では、室内発塵量算出部75により、次の式5により室内発塵量Gを算出する。
[式5]
Gn=Qsn×{Nrn−(1−η)×Nfb}
※Nr:室内塵埃濃度(個/m), Nfb:換気塵埃濃度 (個/m
Qe:排気量(m/min), Qsn:換気風量(m/min)
Gn:室内発塵量(個/min)
ステップS4では、必要送風量算出部76により、図14に示すように、次の式6により必要送風量Qsを算出する。
[式6]
Qsn=Gn/{Nrn−Nfb×(1−η)}
※Gn:室内発塵量(個/min), Nrn:室内塵埃濃度(個/m
Nfb:換気塵埃濃度(個/m), Qsn:必要風量(m/min)
以降のステップS4〜S10は、実施例1と同一であるためその詳細な説明を省略する。
以上の構成および動作により、一方向流のクリーンルームC2に対して、実施例1と同一の作用効果を得ることができる。
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
この発明は、非一方向流方式、一方向流方式、および併用方式など種々のクリーンルームの送風制御に利用することができ、工業用途、医療用途、食品用途など、様々な用途のクリーンルームに利用できる。
1A,1B…風量制御システム、3…送風制御パターン作成装置、4…ファン制御装置、5…空調システム、41…コントローラ、42…記憶部、43…I/F部、71…清浄度取得部、72…風量取得部、76…必要送風量算出部、77…送風制御パターン生成部、80…生成データ出力部、82…動力制御パターンデータ、C1,C2…クリーンルーム、Nfa…外気塵埃量、Nfb…換気塵埃量、Nr…室内塵埃量、Qf…外気量、Qr…換気風量、Qe…排気量、G…室内発塵量

Claims (15)

  1. クリーンルームの清浄度を取得する清浄度取得手段と、
    クリーンルームの風量を取得する風量取得手段と、
    取得した前記清浄度と風量とに基づいて必要風量を算出する必要風量算出手段と、
    該必要風量に基づいて送風を制御するパターンデータを作成する送風制御パターン作成手段とを備えた
    送風制御パターン作成装置。
  2. 前記パターンデータは、
    風量を変更する時刻と、該時刻から送風すべき送風量を示す送風レベルとで構成されている
    請求項1記載の送風制御パターン作成装置。
  3. 前記送風レベルは、前記クリーンルームに備えられた送風装置の稼働台数を定める構成である
    請求項2記載の送風制御パターン作成装置。
  4. 前記送風レベルは、前記クリーンルームに備えられた送風装置に供給する動力を定める構成である
    請求項2または3記載の送風制御パターン作成装置。
  5. 前記パターンデータは、前記クリーンルームに設置された作業用設備が稼働している稼働時と該作業用設備が稼働していない非稼働時とで前記送風レベルを切り替える構成である
    請求項2、3または4記載の送風制御パターン作成装置。
  6. 前記クリーンルームに備えられた送風装置の動力を取得する動力取得手段と、
    前記パターンデータに従った送風レベルの制御を行った場合の前記送風装置の動力を推定する制御後動力推定手段と、
    前記動力取得手段により取得した動力と前記制御後動力推定手段により推定した動力に基づいて動力削減余地を算出する動力削減余地算出手段とを備えた
    請求項2から5のいずれか1つに記載の送風制御パターン作成装置。
  7. 前記クリーンルーム内の環境に関する環境情報を取得する環境情報取得手段と、
    前記パターンデータを採用した場合の前記環境情報を推定し、該パターンデータを採用するか否か判定する採用判定手段とを備えた
    請求項2から6のいずれか1つに記載の送風制御パターン作成装置。
  8. 前記環境情報は、温度、湿度、室間差圧、またはこれらの複数である
    請求項7記載の送風制御パターン作成装置。
  9. 前記クリーンルームとして非一方向流方式のクリーンルームを対象とし、
    前記清浄度取得手段は、前記清浄度として前記クリーンルームに入ってくる外気塵埃量と前記クリーンルームから出て行く室内塵埃量とを取得する構成であり、
    前記風量取得手段は、前記風量として外気量と換気風量と排気量とを取得する構成であり、
    前記必要風量算出手段は、
    前記室内塵埃量と前記排気量と前記外気塵埃量と前記外気量と前記換気風量とに基づいて室内発塵量を算出し、
    該室内発塵量と前記外気塵埃量と前記外気量と前記室内塵埃量と前記排気量とに基づいて必要風量を算出する構成である
    請求項1から8のいずれか1つに記載の送風制御パターン作成装置。
  10. 前記クリーンルームとして一方向流方式のクリーンルームを対象とし、
    前記清浄度取得手段は、前記清浄度として前記クリーンルーム内で循環する換気塵埃量と前記クリーンルームから出て行く室内塵埃量とを取得する構成であり、
    前記風量取得手段は、前記風量として換気風量を取得する構成であり、
    前記必要風量算出手段は、
    前記換気風量と前記室内塵埃量と前記換気塵埃量とにより室内発塵量を算出し、
    該室内発塵量と前記室内塵埃量と前記換気塵埃量とにより前記必要風量を算出する構成である
    請求項1から8のいずれか1つに記載の送風制御パターン作成装置。
  11. 送風を制御するパターンデータの入力を受け付けるパターンデータ入力受付手段と、
    該パターンデータを記憶する記憶手段と、
    前記記憶手段に記憶した前記パターンデータに従って送風装置の送風量を所定時点で所定風量に切替制御する送風量制御手段とを備えた
    送風制御装置。
  12. クリーンルームの清浄度を清浄度取得手段により取得し、
    クリーンルームの風量を風量取得手段により取得し、
    取得した前記清浄度と風量とに基づいて必要風量を算出し、
    該必要風量に基づいて送風を制御するパターンデータを作成する
    クリーンルームの送風制御パターン作成方法。
  13. コンピュータを、
    クリーンルームの清浄度を取得する清浄度取得手段と、
    クリーンルームの風量を取得する風量取得手段と、
    取得した前記清浄度と風量とに基づいて必要風量を算出する必要風量算出手段と、
    該必要風量に基づいて送風を制御するパターンデータを作成する送風制御パターン作成手段として機能させる
    送風制御パターン作成プログラム。
  14. 送風を制御するパターンデータの入力をパターンデータ入力受付手段により受け付け、
    該パターンデータを記憶手段に記憶し、
    送風を行う送風装置に送風装置接続手段を接続し、
    前記記憶手段に記憶した前記パターンデータに従って送風量制御手段により前記送風装置の送風量を所定時点で所定風量に切替制御する
    送風制御方法。
  15. クリーンルームの清浄度を取得する清浄度取得手段と、
    クリーンルームの風量を取得する風量取得手段と、
    取得した清浄度と風量とに基づいて必要風量を算出する必要風量算出手段と、
    該必要風量に基づいて送風を制御するパターンデータを作成する送風制御パターン作成手段と、
    該パターンデータを出力する出力手段とを有する
    送風制御パターン作成装置と、
    前記送風制御パターン作成装置からパターンデータの入力を受け付けるパターンデータ入力受付手段と、
    該パターンデータを記憶する記憶手段と、
    前記記憶手段に記憶した前記パターンデータに従って送風装置の送風量を所定時点で所定風量に切替制御する送風量制御手段とを有する
    送風制御装置とを備え、
    作成したパターンデータに従ってクリーンルームの風量制御を行う
    風量制御システム。
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