JP2017219219A - クリーンルーム用空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】壁面に生産装置や動力盤や制御盤などが並ぶレイアウトでも対応可能なクリーンルーム用空調システムを提供する。【解決手段】本発明に係るクリーンルーム用空調システム１０は、温度制御し、フィルタを通過させて浄化した空気を、クリーンルーム天井面からクリーンルーム１内に給気する給気開口部６０と、クリーンルーム内の空気を還気として吸い込む吸い込み開口部７０と、を有し、前記給気開口部６０からクリーンルーム１内に給気される清浄空気の風速が１ｍ／ｓ以下であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、クリーンルーム室内の冷房に好適なクリーンルーム用空調システムに関する。

近年、クリーンルームにおける空調においては、ファンフィルタユニット（ＦＦＵ；Ｆａｎ Ｆｉｌｔｅｒ Ｕｎｉｔ）を設置して清浄空気を吹出し、室内を清浄にするクリーン空調方式を採用することで、コストを抑制することが行われる。

例えば、特許文献１（特願２０１５−１４６５６７）には、空気の温度制御を行うファンコイルユニットと、前記ファンコイルユニットからの空気を採り入れ、フィルタを通過させて清浄空気とするファンフィルタユニットと、クリーンルーム壁面に設けられ、前記ファンフィルタユニットからの清浄空気をクリーンルーム室内に給気する壁面給気開口部を有するクリーンルーム用空調システムが記載されている。
特願２０１５−１４６５６７

特許文献１記載のものにおいては、クリーンルーム室内に給気する給気開口部は壁面に設けられる構成を採用していた。

しかしながら、クリーンルームの壁面には、生産装置や動力盤や制御盤などが並ぶようなレイアウトが多く、壁面に空調用の吹き出し口を設けることができず、必ずしも特許文献１記載のようなクリーンルーム用空調システムを採用することができない、という問題があった。

この発明は、上記のような問題を解決するものであって、本発明に係るクリーンルーム用空調システムは、温度制御し、フィルタを通過させて浄化した空気を、クリーンルーム天井面からクリーンルーム内に給気する給気開口部と、クリーンルーム内の空気を還気として吸い込む吸い込み開口部と、を有し、前記給気開口部からクリーンルーム内に給気される清浄空気の風速が１ｍ／ｓ以下であることを特徴とするクリーンルーム用空調システムである。

また、本発明に係るクリーンルーム用空調システムは、前記吸い込み開口部がクリーンルーム天井面に配されることを特徴とする。

また、本発明に係るクリーンルーム用空調システムは、前記吸い込み開口部がクリーンルーム壁面に配されることを特徴とする。

また、本発明に係るクリーンルーム用空調システムは、前記吸い込み開口部の最下端の高さが、クリーンルームの天井の高さの半分以上であることを特徴とする。

本発明に係るクリーンルーム用空調システムは、温度制御し、フィルタを通過させて浄化した空気を、クリーンルーム天井面からクリーンルーム内に給気する給気開口部を有し、前記給気開口部からクリーンルーム内に給気される清浄空気の風速が１ｍ／ｓ以下であり、このような本発明に係るクリーンルーム用空調システムによれば、壁面に生産装置や動力盤や制御盤などが並ぶレイアウトでも対応可能なクリーンルーム用空調システムを提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係るクリーンルーム用空調システム１０の概要を模式的に示す図である。 本発明の他の実施形態に係るクリーンルーム用空調システム１０の概要を模式的に示す図である。 シミュレーション条件を示す図である。 シミュレーション結果を示す図である。 シミュレーション条件を示す図である。 シミュレーション結果を示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係るクリーンルーム用空調システム１０の好ましい実施の形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係るクリーンルーム用空調システム１０の概要を模式的に示す図である。また、図１では、クリーンルーム１内に生産装置Ａ及び人Ｍが存在している場合を例に挙げている。

本発明に係るクリーンルーム用空調システム１０は、特にクリーンルーム１に設けられ、クリーンルーム１内に清浄な空気を供給することを想定している。なお、図１では、給気開口部６０と吸い込み開口部７０とが一対で設けられているクリーンルーム１を例に説明するが、給気開口部６０と吸い込み開口部７０を設ける数については任意である。

クリーンルーム用空調システム１０は、主として、ファンコイルユニット（ＦＣＵ；Ｆａｎ Ｃｏｉｌ Ｕｎｉｔ、不図示）とファンフィルタユニット（ＦＦＵ；Ｆａｎ Ｆｉｌｔｅｒ Ｕｎｉｔ、不図示）とで構成されている。

ファンコイルユニット（ＦＣＵ）はクリーンルーム１内に供給する空気の温度制御を行い、ファンフィルタユニット（ＦＦＵ）はクリーンルーム１内に供給する空気をフィルタ（不図示）により浄化する。ファンコイルユニット（ＦＣＵ）及びファンフィルタユニット（ＦＦＵ）を通過した空気は、クリーンルーム１の天井面３に設けられた給気開口部６０に導かれる。

ファンコイルユニット（ＦＣＵ）は、採り入れた空気の温度制御を行い、これを吹き出すようになっている。このようなファンコイルユニッ（ＦＣＵ）トとしては、従来周知のものを適宜利用することができる。また、ファンコイルユニット（ＦＣＵ）における温度制御としては、本発明においては、冷房が想定されている。

また、ファンフィルタユニット（ＦＦＵ）は、ファンコイルユニット（ＦＣＵ）からの空気を採り入れ、ＨＥＰＡフィルタ（不図示）を通過させて清浄空気として、これを給気開口部６０に吹き出すようになっている。ファンフィルタユニット（ＦＦＵ）としては、従来周知のものを適宜利用することができる。

給気開口部６０はクリーンルーム用空調システム１０からクリーンルーム１内へ温度制御された清浄空気である給気ＳＡを供給する、クリーンルーム１の天井面３に設けられた開口部である。このような給気開口部６０をクリーンルームに適用することは、埃を舞い上がらせる可能性があり、従来は行われていなかった。

しかしながら、比較的低清浄度のクリーンルーム（０．３μｍ、１０００〜１０００００個／ｃｆ）に対しては、給気ＳＡの風速を適切に制御することで、給気開口部６０を採用し得ることが、発明者らによるシミュレーションや実験により明らかになった。給気開口部６０を採用するメリットは、このような開口部から給気ＳＡをクリーンルーム１内に供給することで、置換空調を実現することができることである。

また、クリーンルーム１の天井面３には、クリーンルーム１内の空気を還気ＲＡとして吸い込む吸い込み開口部７０が設けられている。この開口部７０は天井面３の壁付近に設けられていても良い。なお、還気ＲＡを吸い込むための具体的な構成については図示省略している。

ただし、吸い込み開口部７０を壁面５に設ける場合には、吸い込み開口部７０の最下端の高さが、クリーンルーム１の天井の高さの半分以上の高さとなるように設定することが好ましい。このような関係を有すると、吸い込み開口部７０を壁面５に設ける場合においても、生産装置Ａや人Ｍなどの発熱体によって温められた給気ＳＡの上昇気流を効率的に吸い込むことが可能となる。

ここで、給気開口部６０から吹き出す給気ＳＡの風速を１ｍ／ｓ以下とすることで、比較的低清浄度のクリーンルーム１に対して、本発明に係るクリーンルーム用空調システム１０を適用することが可能であることを発明者らは確認した。給気開口部６０から吹き出す給気ＳＡの風速が１ｍ／ｓより速いと、従来の乱流型クリーン空調と同じとなってしまうが、風速を１ｍ／ｓ以下とすると置換空調を実現することができる。

本発明に係るクリーンルーム用空調システム１０においては、給気開口部６０からの給気ＳＡは、置換空調を実現することができ、冷房におけるエネルギー効率を向上させることができる。クリーンルーム１内に供給された給気ＳＡは、クリーンルーム１内の装置、生産装置Ａや人Ｍなどの発熱体で、上昇気流となり、還気ＲＡとして吸い込み開口部７０から吸い込まれる。

本発明が適用できるクリーンルーム１の条件は、年間冷房のクリーンルームであり、比較的低清浄度のクリーンルーム（０．３μｍ、１０００〜１０００００個／ｃｆ）で、発熱量が少ないクリーンルーム（１００Ｗ／ｍ²以下）である。

本発明に係るクリーンルーム用空調システム１０では、クリーンルーム１に供給する冷気（給気ＳＡ）を、置換空調（空気の比重差を利用して空気を循環）の特徴を利用して供給する。

具体的には、天井面３における給気開口部６０から清浄冷気（給気ＳＡ）をゆっくり吹き出し、床面を這うようにクリーンルーム１内に供給する。生産装置Ａや人Ｍなどの発熱体の表面近傍では上昇気流が発生するため、その上昇気流を補うように床面から清浄冷気が発熱体に沿って上昇する。これにより発熱体周囲を清浄で温調された空間とすることができクリーン空調が成立する。

まとめると、本発明に係るクリーンルーム用空調システム１０においては、清浄冷気は給気開口部６０からクリーンルーム１に供給され、密度差（温度差）によって下方に流れる。その後、床に衝突して床面に沿ってクリーンルーム１内に広がっていく。生産装置Ａや人Ｍなどの発熱体の近傍では上昇気流が発生しているため、この気流により微小粒子を空間の上部に搬送し排出する。これにより、図１に示すように、清浄冷気をクリーンルーム１内各所に供給でき、クリーンルーム１としての清浄化と熱処理ができるようになっている。

図２は本発明の他の実施形態に係るクリーンルーム用空調システム１０の概要を模式的に示す図である。図２は、クリーンルーム１の天井面３の３箇所に給気開口部６０を設け、給気開口部６０の間の２箇所に吸い込み開口部７０を設けた例を示している。

クリーンルーム１の空間が大きい場合（床面に沿って広がりきれない場合）には、給気開口部６０を壁面５の近くではなく、図２に示すように、クリーンルーム１の中央部に設置することもできる。その場合には、図２に示すように、給気開口部６０の下方には、生産装置Ｍを設置しないようにし、吸い込み開口部７０を生産装置Ｍの上部の天井面に設置するとより換気効率が高いシステムとすることができる。

次に、本発明に係るクリーンルーム用空調システム１０を用いたときの、クリーンルーム１内のシミュレーション例について説明する。図３はシミュレーション条件を示す図であり、図３（Ａ）はクリーンルーム１の平面図を、また、図３（Ｂ）はクリーンルーム１の正面図を示している。

図３に示すシミュレーション条件では、クリーンルーム１の一方端の天井面３に給気開口部６０を設け、前記一方端と対向する他方端の壁面５に吸い込み開口部７０を設けるようにしている。また、クリーンルーム１内には２台の生産装置Ａを設置することを想定している。

クリーンルーム１、給気開口部６０、吸い込み開口部７０及び生産装置Ａの寸法、生産装置Ａの発熱量などについては図３に記載されている通りである。

図３に対応するシミュレーション結果を示す図４に示す。図４（Ａ）は空気齢（age of air、吹き出し空気が室内の各点に到達するまでにかかる時間）のシミュレーション結果を示す図であり、図４（Ｂ）は風速分布のシミュレーション結果を示す図である。

図４に示すシミュレーション結果によれば、給気開口部６０から遠いクリーンルーム１内の右側で空気齢の値が高くなってしまうものの、空気齢及び風速分布の観点から、概ねクリーンルーム１の空調の条件を充足するものであった。

次にクリーンルーム１内の他のシミュレーション例について説明する。図５はシミュレーション条件を示す図であり、図５（Ａ）はクリーンルーム１の平面図を、また、図５（Ｂ）はクリーンルーム１の正面図を示している。

図５に示すシミュレーション条件では、クリーンルーム１の天井面３の中央に給気開口部６０を設け、両端における壁面５にそれぞれ吸い込み開口部７０を設けるようにしている。また、クリーンルーム１内には２台の生産装置Ａを設置することを想定している。

クリーンルーム１、給気開口部６０、吸い込み開口部７０及び生産装置Ａの寸法、生産装置Ａの発熱量などについては図５に記載されている通りである。

図５に対応するシミュレーション結果を示す図６に示す。図６（Ａ）は空気齢（age of air、吹き出し空気が室内の各点に到達するまでにかかる時間）のシミュレーション結果を示す図であり、図６（Ｂ）は風速分布のシミュレーション結果を示す図である。

図６に示すシミュレーション結果によれば、クリーンルーム１内の平均的な空気齢は０．５程度であり、非常に良好である。また、給気開口部６０から供給された清浄冷気が床面で左右に広がり、生産装置Ａで上昇しているのが確認できる。図６に示すシミュレーション結果も、クリーンルーム１の空調の条件を充足するものある。

以上、本発明に係るクリーンルーム用空調システム１０は、温度制御し、フィルタを通過させて浄化した空気を、クリーンルーム天井面からクリーンルーム内に給気する給気開口部６０を有し、前記給気開口部６０からクリーンルーム１内に給気される清浄空気の風速が１ｍ／ｓ以下であり、このような本発明に係るクリーンルーム用空調システム１０によれば、壁面５に生産装置や動力盤や制御盤などが並ぶレイアウトでも対応可能なクリーンルーム用空調システム１０を提供することが可能となる。

１・・・クリーンルーム
３・・・天井面
５・・・壁面
１０・・・クリーンルーム用空調システム
６０・・・給気開口部
７０・・・吸い込み開口部
Ａ・・・生産装置
Ｍ・・・人

Claims (4)

1. 温度制御し、フィルタを通過させて浄化した空気を、クリーンルーム天井面からクリーンルーム内に給気する給気開口部と、
   クリーンルーム内の空気を還気として吸い込む吸い込み開口部と、を有し、
   前記給気開口部からクリーンルーム内に給気される清浄空気の風速が１ｍ／ｓ以下であることを特徴とするクリーンルーム用空調システム。
2. 前記吸い込み開口部がクリーンルーム天井面に配されることを特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム用空調システム。
3. 前記吸い込み開口部がクリーンルーム壁面に配されることを特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム用空調システム。
4. 前記吸い込み開口部の最下端の高さが、クリーンルームの天井の高さの半分以上であることを特徴とする請求項３に記載のクリーンルーム用空調システム。