JP2012149787A - クリーンルームおよびその風量制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
クリーンルーム内の清浄度と温度環境とを両立させながら、クリーンルームで使用するFFUの運転の省エネルギー化を図る。
【解決手段】
クリーンルーム200内の区画された室190は、その室の天井面に取り付けた複数のFFU10a〜10nで清浄環境に保たれる。室内の各部の温度を検出する複数の温度センサ20a〜20nと、室内の各部の清浄度を検出する複数の清浄度検出手段40a〜40nとが設けられている。複数の温度センサと複数の清浄度検出手段との検出結果に基づいて、複数のFFUのそれぞれが備える送風手段の回転数を制御装置180が制御する。制御装置は、各FFUに対応した温度センサが検出した温度と清浄度検出手段が検出した清浄度とを用いてそのFFUが有する送風手段が送風すべき許容最小風量を求め、いずれか大きい風量を送風するよう前記FFUに指令する。
【選択図】 図1

Description

本発明はクリーンルームに係り、特に風量制御することにより省エネルギとなるクリーンルームに関する。
従来のクリーンルームの例が、特許文献1に記載されている。この公報では、クリーンルーム内に適当な層流が確保されるようにクリーンルームに存在する複数個の空気清浄器の風量を制御し、クリーンルームのランニングコストを低減させることが提案されている。具体的には、1個または複数個の生産装置と、複数個の空気清浄器とをクリーンルームが備え、生産装置の稼動情報に基づいて、空気清浄器ごとに風量を制御する空気清浄器制御手段を備えている。
従来のクリーンルームの他の例が、特許文献2に記載されている。この公報に記載のクリーン環境では、対象とする空間の環境要素を複数の計測装置で計測し、各計測装置の計測出力を容易に関連付けて制御できるようにし、システム構成を簡素化するために、次のような構成としている。第1、第2の局所クリーンルーム内のパーティクルを、第1ないし第4のパーティクルセンサで計測し、制御ユニットは第1、第2のパーティクルセンサの計測データを、平均値演算や最大値演算等の演算処理によって関連付け、演算処理結果に基づいて、第1のファンユニットを制御して清浄な空気の供給を制御する一方、第3、第4のパーティクルセンサの計測データを同様に演算処理して関連付けて、第2のファンユニットを制御している。
特開2005−098661号公報 特開2007−327724号公報
上記特許文献1に記載のクリーンルームでは、生産計画に応じて個々のファンフィルタユニット(以下FFUと称す)の回転数を制御するので、性浄土を保ちながら消費電力の省エネルギ化が期待できる。しかしながら、この公報に記載のクリーンルームでは熱負荷については全く考慮されていない。そのため、生産設備の種類によっては非稼動時でも熱負荷が大きかったり、また稼動時であっても比較的熱負荷が少なく、どちらかといえば季節変動の要因が大きかったりする。このように熱負荷があると、FFUの稼動体系も全く異なってくる。
清浄度のみをセンシングしてFFUの回転数を制御するだけでは、クリーンルーム内の熱負荷を処理する風量が足りなくなる場合がある。そのため、一般的には温度を清浄度とは独立に制御して、生産設備の異常高温や異常低温による製品の不具合の発生を防止している。この温度制御方法として、多くの場合、室内の温度と空調手段の風量を用いて制御している。この方法では、温度をセンシングする位置により空調手段から吐出される空調された空気の温度が変化する。通常は、空調の余裕を見て、最大熱負荷近辺でセンシングするが、その場合、クリーンルーム全体では冷えすぎの事態となり、無駄なエネルギーを消費することとなる。また、空調手段からの集中的な吐出風量を使用すると、クリーンルーム内に温度差が生じて、温度分布にむらが生じるおそれもある。
これに対して、特許文献2では、異種のセンサーの組み合わせから、FFUの回転数を制御することが開示されている。そして、それらセンサーの出力から求めたFFUの回転数で、最大の回転数を使用することにより、常に安全サイドでFFUを運転することも記載されている。
しかしながら、この公報に記載のクリーンルームにおいても、清浄度とクリーンルーム内の温度とを制御指標として組み合わせて、FFUの最適な運転方法を得ることの具体的な方策までは考慮されていない。上述したように、クリーンルーム内の温度およびその分布は、生産設備にあっては生産物の品質に影響するので、単一の方法で両立させるのが困難であった。そのため、従来これら2つの指標を独立に制御するか、電力消費は増大するが安全を図って過大な能力でFFUを運転していた。
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的はクリーンルーム内の清浄度と温度環境とを両立させながら、クリーンルームで使用するFFUの運転の省エネルギー化を図ることにある。
上記目的を達成する本発明の特徴は、クリーンルーム内の区画された室を、その室の天井面に取り付けた複数のFFUで清浄環境に保つクリーンルームにおいて、前記室内の各部の温度を検出する複数の温度センサと、前記室内の各部の清浄度を検出する複数の清浄度検出手段とを設け、この複数の温度センサと複数の清浄度検出手段との検出結果に基づいて、前記複数のFFUのそれぞれが備える送風手段の回転数を設定する制御装置を有することにある。
そしてこの特徴において、前記複数の温度センサと複数の清浄度検出手段は、それぞれ複数のFFUに対応して設けられており、前記制御装置は、各FFUに対応した温度センサが検出した温度と清浄度検出手段が検出した清浄度とを用いてそのFFUが有する送風手段が送風すべき許容最小風量を求め、いずれか大きい風量を送風するよう前記FFUに指令するのが好ましく、前記室の近傍に人感センサを設け、この人感センサの出力に基づいて前記清浄度検出手段が検出した清浄度に基づいて設定された前記FFUの回転数を前記制御装置が修正するようにしてもよい。
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、クリーンルーム内の区画された空間を所定の清浄度と所定の温度に保つために、区画された空間の天井部に設けた複数のFFUを用いてこの空間に送風するFFUの風量制御方法において、前記複数のFFUに対応して前記空間内に設けた複数の清浄度検出手段と温度センサとを用いて前記空間内の各部の清浄度と温度とを求め、この求められた清浄度に対する前記各FFUが有する送風手段の第1の許容最低速度と、求められた温度に対する前記各FFUが有する送風手段の第2の許容最低速度とを求め、この第1、第2の許容最低速度のいずれか大きい方を前記FFUの送風手段の運転速度とすることにある。
そしてこの特徴において、前記空間の近傍に人感センサを設け、この人感センサが前記空間内に作業者を検出したら、前記複数のFFUの第1の許容最低速度をすべて同一の速度とし、その速度は、前記複数の清浄検出手段が検出した値に基づいて求めた個々のFFUの第1の許容最低速度の中で最大の値としてもよい。
本発明によれば、清浄度検出手段と温度センサをクリーンルームに形成した室内に複数個設けて区画された領域ごとに温度および清浄度を制御するようにしたので、クリーンルーム内の清浄度と温度環境とを両立させながら、クリーンルームで使用するFFUの運転の省エネルギー化が可能となる。
本発明に係るクリーンルームの一実施例の模式図。 図1に示したクリーンルームの上面図。 クリーンルームにおける風量制御のフローチャート。 風量に対する清浄度および温度の関係を説明する図。
以下、本発明にかかるクリーンルーム200の一実施例を、図面を用いて説明する。図1は、半導体やFPDなどを製造または研究するためのクリーンルーム200の一実施例の模式図であり、図2はその上面図である。また、図3はこのクリーンルーム200が備える複数個のFFU10a、10b、…、10nの制御方法の一例を示すフローチャートであり、図4はFFU10a、10b、10c、…と清浄度、室内温度との関係を説明する図である。
クリーンルーム200内には、複数の製造装置または洗浄装置等である生産設備150a、150b、150cが配置されている。これら複数の生産設備150a、150b、150cの環境を維持するために、クリーンルーム200内に生産設備150a、150b、150cを収容するように環境制御室(または室)190が設けられている。
すなわち、気密に形成されたクリーンルーム200内の上下方向中間部に、多数の貫通孔が形成されたグレーチング115が敷設されている。このグレーティング115の上面であって室190内に、生産設備150a、150b、150cが配設される。グレーティングの下方は、床下チャンバ120になっている。室190の側壁とクリーンルーム200の内面間には、リターンシャフト50が形成されている。また、室190の天井壁とクリーンルーム200の内面間には、天井チャンバ110が形成されている。
床下チャンバ120内には、一対の冷却コイル60a、60bが配置されており、この冷却コイルは冷却水配管70により、クリーンルーム200外に配置された熱交換器100に導かれている。熱交換器100は例えば冷却塔や空調機の蒸発器であり、大気や冷媒との間で熱交換する。なお、本実施例では冷却コイル60a、60bを2個としているが、冷却コイルはこの数に限らず、室190内の冷却負荷やクリーンルーム200の大きさにより適宜定められる。
冷却水配管70の途中には、3方弁80a、80bとポンプ90が配設されている。ポンプ90はインバータ駆動のポンプであってもよいし、その他のポンプであってもよい。ただし、インバータ駆動ポンプであれば回転数制御可能となり、冷却水配管内を流れる流量を変化させることが可能になる。また、ポンプ90の回転数と3方弁60a、60bの開度方向を変化させることにより、冷却コイル60a、60bの冷却能力を変化させることが可能になる。
室190の天井面の外壁には、複数個のファンフィルタユニット(FFU)10a〜10nが取り付けられている。各FFU10a〜10nには、例えばHEPAフィルタのような高性能なフィルタとインバータ駆動のファンが備えられている。
したがって、室190の床面を構成するグレーティング115を経た空気は、冷却コイル60a、60bで冷却された後、リターンシャフト50を上昇して天井チャンバ110に入り込み、天井チャンバに配置した複数個のFFU10a〜10nのフィルタでフィルタリングされて清浄化され、FFU10a〜10nのファンで室190内の各所に送風される。この送風が、室190内のダウンフローを形成する。以下、この動作を繰り返して、循環流を形成する。
このように、床下チャンバ120、リターンシャフト50、天井チャンバ110によって形成される循環系路と室190との間に空気を循環させるとともに、循環させた空気を冷却コイル60a、60bで冷却し、さらにFFU10a〜10nで除塵して、室190内が、適切な清浄度および温度に維持される。
ここで、本実施例の特徴として、各冷却コイル60a、60bに対応して温度センサ30a、30bをリターンシャフト50内に設けるとともに、各FFU10a〜10nに対応して、温度センサ20a〜20nとパーティクルセンサ40a〜40nを対にして配置している。温度センサ30a〜30nおよびパーティクルセンサ40a〜40nの出力は、一旦コンソール180aに集められた後、制御装置180に入力される。温度センサ30a、30bの出力は、直接制御装置180に入力される。
リターンシャフト50内に設けた温度センサ30a、30bの出力が所定値になるように、3方弁80a、80bの開度とポンプの回転数90を用いて、冷却コイル60a、60bに供給する冷却水の量を制御装置180が制御する。これにより、天井チャンバ110に戻る循環空気が所定の一定温度に制御され、室190の天井に配置したどのFFU10a〜10nからも、一定温度の冷却風を室190内に送風できる。また、FFU10a〜10nを個々に制御することで、FFU10a〜10nに応じて室10内を区画した領域Aa〜Anごとに、送風量を変化させることができる。
温度センサ10a〜10nおよびパーティクルセンサ40a〜40nについては、以下のように設置場所を決める。温度センサ10aとパーティクルセンサ40aの出力は、FFU10aの回転速度を決定するのに用いられる。そこで、FFU10aのファンが送風する範囲内であって、最も他のFFUの影響がないところ、つまりFFU10aの直下に取り付けるのが望ましい、と考えられる。
ただし、FFU10aの真下であってもFFU10aに近すぎると、負荷である生産設備150a〜150cの影響が現れず、またファンの送風量が大きすぎると、風速の影響を受けるおそれがあるので、床面(グレーティング115の面)からの高さは適宜の距離とする。当然、生産設備150a〜150cの稼動に影響する範囲には、設置できない。
この設置場所については、室190内に配置する生産設備150a〜150cの発熱状況を予め計測するか、または室190内の気流と温度をシミュレーションして、最適な位置とする。他の温度センサ30b〜30nやパーティクルセンサ40b〜40nの取り付けも同様である。
温度センサ10a〜10n、30a、30bおよびパーティクルセンサ40a〜40nの出力は、制御装置180に入力されている。一方、制御装置180は、3方弁80a、80bやポンプ90、FFU10a〜10nに制御指令を出力する。
このように構成した本実施例に示すクリーンルーム200の制御方法を、図3に示したフローチャートを援用して説明する。室190内には、室190内に作業者が立ち入っているかいないかを感知する人感センサ130が、入口160に取り付けられている。人感センサ130は、たとえば赤外線センサや電磁センサである。また、FFU10a〜10nの消費動力を検出する電力検出手段140a〜140nが各FFU10a〜10nに設けられており、各電力検出手段140a〜140nの出力は制御装置180に入力される。
クリーンルーム200のFFU10a〜10nは、室190内を清浄に保つため連続運転されており、今適宜の回転数で運転されているものとする。クリーンルーム200が例えば研究用の設備であって、就業時間帯は室190内に作業者が立ち入っている場合には、人感センサ130が室190内の作業者を検知する(ステップ300)と、室190内の清浄度を維持するために、制御装置180は全FFU10a〜10nのファンを一旦最大回転数(100%回転数)で運転するよう全FFU10a〜10nに指令する(ステップ310)。
一方夜間等の時間帯では、人感センサ130が室190内に作業者の立ち入りを検出しない。この場合は、パーティクルセンサ40a〜40nを用いて、所定時間間隔で室190内の各部の塵埃濃度を計測する。また、一旦最大回転数に設定されたFFU10a〜10nを運転して所定時間経過したら、所定時間間隔で室190内の各部の塵埃濃度をパーティクルセンサ40a〜40nを用いて計測する(ステップ320)。
予め図4(a)に示すような清浄度と風量の関係を求めておき、この関係から制御装置180は各パーティクルセンサ40a〜40nの出力に基づいて、要求される清浄度に対する各FFU10a〜10nの許容最小運転回転数を演算する(ステップ330)。ここで、各バーティクルセンサ40a〜40nと各FFU10a〜10nとは、1対1に対応しているものとする。人感センサ130が、室190内が無人であることを検知しているときは、各FFU10a〜10nごとに演算された許容最小運転回転数を、各FFU10a〜10nの設定第1運転回転数Na〜Nnに割り当てる(ステップ350)。
室190内に作業者が立ち入っていることを人感センサ130が検知しているときは、作業者は室190内を移動する可能性があるので、FFU10a〜10nについて演算された許容最小回転数の中で最大の回転数を各FFU10a〜10nについての設定第1運転回転数Na〜Nnを割り当てる。この場合、すべてのFFU10a〜10nの設定第1運転回転数Na〜Nnは同一の回転数Nとなる(ステップ340)。
次いで、各温度センサ20a〜20nを用いて、各領域Aa〜Anの温度を計測する(ステップ360)。各温度センサ20a〜20nが測定した温度計測データから、制御装置180が室190内の熱負荷を演算する。また、許容最高温度となる全FFU10a〜10nの許容最小運転回転数を、図4(b)に示すような予め求めた温度と風量の関係を用いて、演算する(ステップ370)。この図4(b)で冷力1〜冷力3は、冷却コイル60a、60bの冷却能力をパラメータとすることを表している。
求めた熱負荷から、すべてのFFU10a〜10nの回転数を100%回転数に設定しても、熱負荷が大きく許容最高温度を超える(ステップ380)ときは、3方弁80a、80bおよびポンプ90を制御して冷却コイル60a、60bの冷力を増大させる(ステップ390)。その後、各温度センサ20a〜20nを用いて各領域Aa〜Anの温度を再び計測し、全FFU10a〜10nの許容最小運転回転数を演算する。この反対に、冷却コイル60a、60bの冷力に大幅な余裕がある場合は、ポンプ90および3方弁80a、80bを制御して冷力を低下させる(ステップ390)。
生産装置150a〜150cに比べて作業員の発熱は少ないものと想定されるので、作業員が室190内に居ても居なくても、室190内における温度分布の変化は少ない。この場合、各FFU10a〜10nについて演算された100%以下の回転数を、設定第2運転回転数Na〜Nnとする(ステップ400)。
制御装置180は、求めた設定第1運転回転数Na〜Nnと設定第2運転回転数Na〜Nnを各FFU10a〜10nについて比較し(ステップ410)、いずれか大きい方を指令回転数Nda〜Ndnとして各FFU10a〜10nに指令する(ステップ420〜440)。
本実施例では、クリーンルームが備えるFFUの処理風量のみを増減させている。したがって、パーティクルセンサが検出した塵埃濃度が必要以上に小さい(即ち、必要以上に低清浄度である)場合、FFUのファンの回転数を減少させて、FFUの処理風量のみを減少させることができる。これにより、室内の温度を変えることなく、室内の清浄度を低下させることができ、クリーンルームのランニングコストを削減できる。
上記実施例では、各FFU10a〜10nに対応して、パーティクルセンサ40a〜40nを設けているが、パーティクルセンサ40a〜40nを各FFU10a〜10nに対応して設けることが困難な場合がある。その場合は、パーティクルセンサのデータを、FFUに応じて区画した領域に合うように補間して用いればよい。同様に温度計測点がFFUの個数よりも少ないときには、FFUに応じて区画した領域に合うように温度データを補間して用いればよい。
また、冷却コイルの制御に使用する温度測定点をリターンシャフト内に設けたが、FFUの制御に用いる温度測定点を用いてもよい。この場合多数の測定点のデータを利用できるので、冷却コイル側の動力を低減できる可能性がある。さらに、上記実施例では、FFUの風量と温度や清浄度の相関からFFUの回転数を制御しているが、必要な風量以上となる条件化で最小電力消費となるようにFFUの回転数を制御してもよい。FFUの消費電力は、理論的には回転数の3乗に比例するから、回転数を低下させれば消費電力が減少する。ここのFFUのファンの回転数の低下による節電量と冷却コイルの冷却能力の増大による電力量とを考慮して、最小電力消費になるようにすることが好ましい。
また、上記実施例ではFFUの数をn個、生産設備の数を3個、冷却コイルの数を2個としているが、これらの数は例示的なものであって、記載した数に限るものではない。さらに、クリーンルーム内に室が複数個あっても同様に本発明を適用できることは言うまでもない。さらにまた、クリーンルーム内の温度分布に基づくFFUの回転数制御では、温度センサの出力に基づいて各FFUを回転数制御しているが、この場合も人感センサと組み合わせて室内の作業者の有無を求め、作業者が居る場合には全FFUの回転数を同一にするようにしてもよい。また、予め作業パターンが決まっており、塵埃の発生が見込まれない領域については、FFUの回転速度を低下させるようにしてもよい。ただしこの場合、気流によりそのような領域に塵埃が運び込まれないことを確認する必要がある。
10a〜10n…FFU(ファンフィルタユニット)、20a〜20n…温度センサ、30a、30b…温度センサ、40a〜40n…パーティクルセンサ、50…リターンシャフト、60a、60b…冷却コイル、70…冷却水配管、80a、80b…三方弁、90…ポンプ、100…熱交換器、110…天井チャンバ、115…グレーティング、120…床下チャンバ、130…人感センサ、140a〜140n…電力検出手段、150a、150b、150c…生産設備、160…入口、180…制御装置、180a…コンソール、190… 室(空間)、200…クリーンルーム、Aa〜An…領域、n…FFUの配置個数、Na〜Nn…設定第1運転回転数(第1の許容最低速度)、Na〜Nn…設定第2運転回転数(第2の許容最低速度)。

Claims (5)

  1. クリーンルーム内の区画された室を、その室の天井面に取り付けた複数のFFUで清浄環境に保つクリーンルームにおいて、前記室内の各部の温度を検出する複数の温度センサと、前記室内の各部の清浄度を検出する複数の清浄度検出手段とを設け、この複数の温度センサと複数の清浄度検出手段との検出結果に基づいて、前記複数のFFUのそれぞれが備える送風手段の回転数を設定する制御装置を有することを特徴とするクリーンルーム。
  2. 前記複数の温度センサと複数の清浄度検出手段は、それぞれ複数のFFUに対応して設けられており、前記制御装置は、各FFUに対応した温度センサが検出した温度と清浄度検出手段が検出した清浄度とを用いてそのFFUが有する送風手段が送風すべき許容最小風量を求め、いずれか大きい風量を送風するよう前記FFUに指令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。
  3. 前記室の近傍に人感センサを設け、この人感センサの出力に基づいて前記清浄度検出手段が検出した清浄度に基づいて設定された前記FFUの回転数を前記制御装置が修正することを特徴とする請求項2に記載のクリーンルーム。
  4. クリーンルーム内の区画された空間を所定の清浄度と所定の温度に保つために、区画された空間の天井部に設けた複数のFFUを用いてこの空間に送風するFFUの風量制御方法において、前記複数のFFUに対応して前記空間内に設けた複数の清浄度検出手段と温度センサとを用いて前記空間内の各部の清浄度と温度とを求め、この求められた清浄度に対する前記各FFUが有する送風手段の第1の許容最低速度と、求められた温度に対する前記各FFUが有する送風手段の第2の許容最低速度とを求め、この第1、第2の許容最低速度のいずれか大きい方を前記FFUの送風手段の運転速度とすることを特徴とする風量制御方法。
  5. 前記空間の近傍に人感センサを設け、この人感センサが前記空間内に作業者を検出したら、前記複数のFFUの第1の許容最低速度をすべて同一の速度とし、その速度は、前記複数の清浄検出手段が検出した値に基づいて求めた個々のFFUの第1の許容最低速度の中で最大の値としたことを特徴とする請求項4に記載の風量制御方法。
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