JP2023146664A - クリーンルームの空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース且つ安価にて好適にクリーンルームを実現し得るクリーンルームの空調システムを提供する。【解決手段】対象空間Ｓの一部の領域に、送風ユニット２を配した下天井１１を設け、平面視で下天井１１の縁にあたる位置には下天井１１と上天井１０との間に天井側壁１４を設けて下がり天井の内部空間を区画する。下天井１１に線状に配置された送風ユニット２から床１３に向かって下向きに送り出した空気Ａ１の流れを、床１３に沿って送風ユニット２の配列方向と直交する目的の向きに誘導する。送風ユニット２から見て、平面視で空気の誘導される目的の向きに当たる位置の床１３より上方には還気口１５が位置し、送風ユニット２から目的の向きに誘導された空気Ａ１は、平面視において還気口１５を超えた位置へ到達して上昇し、還気口１５へ取り込まれる。【選択図】図４

Description

本発明は、クリーンルームの空調システムに関する。特にクリーンルームの中で温度成層を形成する成層空調システムに関する。

図１５はクリーンルームにおける空調システムの一例を示している。対象空間Ｓはボールルーム方式の工業用クリーンルームとして構成されており、天井１には複数の送風ユニット２が設置されている。送風ユニット２は、筐体の上側にファンが、下側にＨＥＰＡフィルタが設けられたファン・フィルタ・ユニット（ＦＦＵ）等と称される装置であり、天井１の上方の空気をファンにより筐体内に吸い込んでフィルタに吹き付け、該フィルタを通って浄化された空気を室内空気Ａ１として下方の対象空間Ｓへ概ね下向きに送り出しながら一方向押し出し流ではなく、室内発生塵埃を清浄空気にて希釈混合するような非一方向流の室内気流を形成するようになっている。

対象空間Ｓの床３は、パンチングパネルやグレーチング等を素材とする上げ床として構成されている。送風ユニット２から対象空間Ｓに室内空気Ａ１として送り込まれた空気は、床３の開孔を通って還気Ａ２として床下の空間に抜け、床下と天井裏を連通するレタンシャフト４を通って天井裏の空間へ送られ、再度送風ユニット２から室内空気Ａ１として対象空間Ｓに供給される。

工業用クリーンルームである対象空間Ｓでは生産装置等の機器５が稼働しており、室内空気Ａ１は、機器５の排熱を受け取り昇温した状態となって還気Ａ２として床下へ抜ける。昇温した還気Ａ２は、床下から天井裏へ戻って再度送風ユニット２から送り出されるまでの間に、機器５の稼働に適した温度まで冷却される必要がある。ここに示した例では、レタンシャフト４の入口付近にドライコイルである冷却ユニット６を備え、対象空間Ｓの床３を抜けた後の還気Ａ２を冷却するようになっている。

こうして、図１５に示す空調システムでは、対象空間Ｓにおいては清浄な空気を送風ユニット２から概ね下向きの気流として供給しつつ、対象空間Ｓを含む設備全体で空気を循環させるようになっている。

尚、ここに示した例は模式化した図であって、実際の工業用クリーンルームには、図示されている以外に、例えば外調機や加湿器といった設備がさらに設けられることが通常であるが、ここでは図示を省略している。

この種のクリーンルームの空調システム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２００８－１２８６１８号公報

ところで、上述の如き従来のクリーンルームでは、空気の循環やメンテナンス等のため、対象空間Ｓの周囲にある程度の仕切られた空間が要求される。多数の送風ユニット２が設置された天井１の上方には、送風ユニット２への空気の流れを確保し、且つ送風ユニット２のメンテナンスを可能とするために天井裏の空間が必要であるし、上げ床として設置された床３の下方にも、空気の流路として、また用力スペースあるいはメンテナンス用のスペースとして、ある程度の高さの床下空間を設ける必要がある。また、床下から天井裏へ還気Ａ２を送るレタンシャフト４を設置するための面積も必要である。結果として、クリーンルームとして利用し得る領域が制限され、また設備全体の巨大化も招いていた。

また、対象空間Ｓに広く、概ね下向きで室内発生の塵埃を希釈する非一方向気流を供給するためには、たとえまばらであっても一定間隔に送風ユニット２を天井設置する関係上、広い面積の天井１をセル天井として構築し、そこに送風ユニット２とブランクパネルとを配置する必要がある。さらに、送風ユニット２の稼働及び送風ユニット２の筐体下側のフィルタに吹き付けるファンの静圧と、室内でのわずかな正圧を保持するためのバランサダンパによる大気との圧力差の形成と、前記フィルタの圧力損失により、送風ユニット２のファン吸込み口に、つまり天井裏の空間には陰圧が生じるので、ここに外部から塵埃が侵入することを防ぐような仕組みが躯体側に必要となる。また、床下も空気の流路となるので、ここにも空気の清浄度を保つための防塵対策が必要であり、これらが対象空間Ｓをクリーンルームとして構築するための費用が増大する要因となっていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、省スペース且つ安価にて好適にクリーンルームを実現し得るクリーンルームの空調システムを提供しようとするものである。

本発明は、対象空間の一部の領域に、送風ユニットを配した下天井を設け、平面視で前記下天井の縁にあたる位置には前記下天井と上天井との間に天井側壁を設けて前記下天井と前記天井側壁により下がり天井の内部空間を区画し、前記下天井に線状に配置された送風ユニットから空気を床に向かって下向きに送り出し、前記送風ユニットから前記床に向かって送り出された空気の流れは、前記床に沿って前記送風ユニットの配列方向と直交する目的の向きに誘導され、前記送風ユニットから見て、平面視で空気の誘導される目的の向きに当たる位置の前記床より上方には、下がり天井の内部空間とその外側の空間を連通する還気口が位置し、前記送風ユニットから目的の向きに誘導された空気は、平面視において前記還気口を超えた位置へ到達して上昇し、前記還気口へ取り込まれるよう構成されていることを特徴とするクリーンルームの空調システムにかかるものである。

本発明のクリーンルームの空調システムにおいて、前記還気口は前記天井側壁に設けることができる。

本発明のクリーンルームの空調システムは、前記送風ユニットから前記床に向かって送り出され、前記床に沿って誘導される空気の流れが、別の送風ユニットから送り出される空気の流れまたは壁により水平方向の向きを遮られることで目的の向きに誘導されるよう構成することができる。

本発明のクリーンルームの空調システムは、前記送風ユニットから前記床に向かって送り出され、前記床に沿って目的の向きに誘導された空気の流れが、前記還気口を超えた位置へ到達した後、別の送風ユニットから送り出される空気の流れまたは壁に衝突して上昇するよう構成することができる。

本発明のクリーンルームの空調システムは、前記上天井が上階の床スラブまたは屋根スラブである直天井であるよう構成することができる。

本発明のクリーンルームの空調システムによれば、省スペース且つ安価にて好適にクリーンルームを実現し得る。

本発明の実施によるクリーンルームの空調システムの形態の一例（第一実施例）を示す概略立面図である。 図１の空調システムの概略平面図である。 本発明の実施によるクリーンルームの空調システムの形態の別の一例（第二実施例）を示す概略立面図である。 図３の空調システムの概略平面図である。 本発明の実施によるクリーンルームの空調システムの形態のさらに別の一例（第三実施例）を示す概略立面図である。 図５の空調システムの概略平面図である。 本発明の実施によるクリーンルームの空調システムの形態のさらに別の一例（第四実施例）を示す概略立面図である。 図７の空調システムの概略平面図である。 本発明の実施によるクリーンルームの空調システムにおける空気の状態をシミュレートした結果を示す図であり、（Ａ）は機器の位置に沿った空間の断面に分布する空気の温度、（Ｂ）は機器間の位置に沿った空間の断面に分布する空気の温度をそれぞれ示している。 本発明の実施によるクリーンルームの空調システムにおける空気の流れをシミュレートした結果を示す図であり、（Ａ）は機器の位置に沿った空間の断面に分布する空気の流速、（Ｂ）は機器間の位置に沿った空間の断面に分布する空気の流速をそれぞれ示している。 本発明の実施によるクリーンルームの空調システムにおける空気の状態をシミュレートした結果を示す図であり、（Ａ）は機器の位置に沿った空間の断面に分布する空気の空気齢、（Ｂ）は機器間の位置に沿った空間の断面に分布する空気の空気齢をそれぞれ示している。 本発明の参考例（対照例）によるクリーンルームの空調システムにおける空気の状態をシミュレートした結果を示す図であり、（Ａ）は機器の位置に沿った空間の断面に分布する空気の温度、（Ｂ）は機器間の位置に沿った空間の断面に分布する空気の温度をそれぞれ示している。 本発明の参考例（対照例）によるクリーンルームの空調システムにおける空気の流れをシミュレートした結果を示す図であり、（Ａ）は機器の位置に沿った空間の断面に分布する空気の流速、（Ｂ）は機器間の位置に沿った空間の断面に分布する空気の流速をそれぞれ示している。 本発明の参考例（対照例）によるクリーンルームの空調システムにおける空気の状態をシミュレートした結果を示す図であり、（Ａ）は機器の位置に沿った空間の断面に分布する空気の空気齢、（Ｂ）は機器間の位置に沿った空間の断面に分布する空気の空気齢をそれぞれ示している。 従来のクリーンルームの空調システムの一例を示す概略立面図である。

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、図２は本発明の実施によるクリーンルームの空調システムの形態の一例（第一実施例）を示しており、図中、図１５と同一の符号を付した部分は同一物を表している。

対象空間Ｓのうち、平面視における一部の領域には、躯体の構造物（上階の床スラブなど）に沿って設けられた天井１０の下方に天井１１が吊られた二重天井構造となっており、下側の天井１１には送風ユニット２が適当な台数、設置されている（尚、以下では便宜上、送風ユニット２の配された天井１１を「下天井」、該下天井１１の上方に位置する天井１０を「上天井」と、それぞれ必要に応じて称することとする）。図１５に示した従来例では、対象空間Ｓの平面視における全域の天井が二重天井として構成されていたが、本第一実施例では一部のみが二重天井となっている形、つまり下がり天井の形である。

下天井１１に設置された送風ユニット２は、筐体にファンとＨＥＰＡフィルタを備えたファン・フィルタ・ユニット（ＦＦＵ）等と称される装置であり、下天井１１の上方の空気をファンにより筐体内に吸い込んでフィルタに吹き付け、浄化された空気を室内空気Ａ１として下方の対象空間Ｓへ下向きに送り出すようになっている。

尚、本明細書では空気の流れ等に関し、「下向き」や「横向き」といった表現を用いるが、これらは鉛直方向や水平方向と正確に一致する向きのみを指すのではなく、通常の感覚において、あるいは本発明のような空調システムにおいて、一般的に「下向き」「横向き」と考えて差し支えない範囲の向きを指す。また、「床に沿って」といった表現も、その向きが床のなす面と正確に一致することのみを指すのではなく、床のなす面に概ね沿っている、程度の意味である。「直交する」という表現も同様で、ある向きと別の向きが正確に直角をなすことのみを意味せず、実用上、「直交」と表して差し支えない程度の角度をなしていることを指す。

対象空間Ｓは、平面視において下天井１１の設けられた領域と設けられていない領域に分けられるが、それらの領域の境にあたる位置、すなわち下天井１１の縁にあたる位置には下天井１１と上天井１０の間に壁１４が設けられ、この壁１４と下天井１１により、下天井１１の上方の空間（下がり天井の内部空間）はそれ以外の領域と区画されている（以下、この下がり天井の内部空間を区画する壁を「天井側壁」と称し、対象空間Ｓを含む部屋全体の壁７と区別する）。天井側壁１４には、該天井側壁１４を厚み方向に貫通するように還気口１５が設けられ、下がり天井の内部空間と、その外側の空間とが還気口１５で連通している。還気口１５には、ドライコイルである冷却ユニット６が配置されている。

対象空間の床１３は、図１５に示した上記従来例における床３とは異なり、パンチングパネルやグレーチングとして構成されていない。本第一実施例における床１３は、原則として全面が閉塞された構造であり、床下は空気の流路として想定されず、空気は後述するように専ら床１３の上方を流通する（尤も、必要に応じてケーブル等の何らかの部材を通すための孔等を、空気の流通に支障を生じない程度に一部に設けることは可能である）。また、床１３は必要に応じて上げ床にし、床下を用力スペース等として利用しても良いが、図１５の従来例のように空気が流通するほどの高さは必要ない（図１では、床下の空間を用力スペースとして利用することを想定し、床１３を僅かに上げ床にした場合を例示している）。床１３の上面には、生産装置等の機器５が配置され、稼働する。機器５は、例えば半導体集積回路を形成する母材のウエハや、フラットパネルディスプレイの基板、あるいはそれらの物品を複数収納できる容器等の物体を加工する生産装置である。

二重天井として構成する領域の設定、および送風ユニット２の配置について説明する。本第一実施例において、下天井１１は図２に示す如く、平面視で全体として略方形をなす部屋の両端にあたる壁７に沿うように、細長く２列が設けられている。この下天井１１に、送風ユニット２が長手方向に沿って線状に１列ずつ、計２列設けられている。壁７に沿って細長く設けられた下天井１１の幅方向に関して一方には壁７が位置し、その反対側には天井側壁１４が位置し、中央部に送風ユニット２が配置されている。送風ユニット２から見ると、平面視において複数の送風ユニット２が配列する向きと直交する向きに関し、一側に壁７が位置し、他側に天井側壁１４が位置し、該天井側壁１４に還気口１５と冷却ユニット６が位置している。

図１に示す如く、送風ユニット２からは清浄な空気が対象空間Ｓの床１３に向かって下向きに室内空気Ａ１として送り込まれる。下向きの室内空気Ａ１は、床１３に衝突し、該床１３の表面に沿って流れの向きを変えるが、本第一実施例の場合、送風ユニット２から送り出された室内空気Ａ１にとって水平４方向のうち１方向には壁７が位置し、別の２方向には、隣接する別の送風ユニット２から送り出される下向きの室内空気Ａ１の流れが存在する。送風ユニット２から下向きに送り出され、床１３に沿って向きを変えられる室内空気Ａ１の大部分は、３方向をそれらに遮られ、目的の向きである残りの１方向へ誘導されることになる（尚、複数台が線状に配列した送風ユニット２のうち、両端に位置する送風ユニット２から送り出される室内空気Ａ１に関しては、２方向に壁７が位置し、１方向に隣接する送風ユニット２から送り出される室内空気Ａ１の流れが存在するので、結果、同様に残りの１方向へ流れることになる）。ここで、「目的の向き」とは、送風ユニット２から見て室内空気Ａ１を供給したい領域のある方向であり、本第一実施例の如きクリーンルームの場合、機器５の配置されている領域のある方向である。図面に即して述べれば、図中左列に配置されている送風ユニット２にとっては右、右列に配置されている送風ユニット２にとっては左である。また、平面視で送風ユニット２から見て目的の向きにあたる位置には、近傍に還気口１５と冷却ユニット６が位置している。

こうして向きを変えた室内空気Ａ１は、機器５の配置された対象空間Ｓの中央部に向かって進む。このとき、室内空気Ａ１の主流はコアンダ効果によって床１３の上面を這うように進みつつ、機器５からの排熱を受け取る。これによって温度が上昇した一部の室内空気Ａ１は、温度差によって生じる密度差により上方へ移動し、床１３の上には高い位置ほど温度が高く、低い位置ほど温度が低い温度成層が形成される。

本第一実施例では、平面視における部屋の両側の壁７に沿って下天井１１と送風ユニット２が設けられているが、これら両側の送風ユニット２の各々について、上述の如き空気の動きが生じる。床１３に沿った室内空気Ａ１の流れは、対象空間Ｓの両側の壁７に沿った位置から、壁７と反対側（送風ユニット２から見て天井側壁１４が設けられ、還気口１５が位置する向き）に流れるので、床１３から見れば、対象空間Ｓの両端から中央に向かう室内空気Ａ１の流れが形成されることになる。

対象空間Ｓの両端から床１３に沿って流れる室内空気Ａ１の主流は、中央部において互いに衝突し、ここで上昇に転じる。室内空気Ａ１が上昇に転じる位置は、室内空気Ａ１を送り出す送風ユニット２から見て目的の方向であり、且つ、該目的の方向に関し、平面視で近傍の還気口１５を超えた位置である。

室内空気Ａ１の主流が流れてきた床１３より上方には、対象空間Ｓの両側に天井側壁１４が位置し、ここに還気口１５が設けられている。天井側壁１４と下天井１１によって区画された下がり天井の内部空間には、送風ユニット２の作動によって陰圧が生じているので、床１３より上に上昇した室内空気Ａ１は、還気口１５から還気Ａ２として下がり天井の内部空間へ吸い込まれる。このとき、還気Ａ２は、還気口１５に設けられた冷却ユニット６により適当な温度に冷却される。下がり天井の内部空間に戻った還気Ａ２は、送風ユニット２により再び室内空気Ａ１として対象空間Ｓに供給される。

こうして、本第一実施例の空調システムでは、図１に示す如く、対象空間Ｓの端に設置された送風ユニット２から下方へ送り出された室内空気Ａ１が床１３の上面に沿って流れ、一部は中央部に行き着く前に途中の機器５の排熱を受け取って昇温して上昇し、そのほかの部分は、中央部に到達すると互いに衝突して上昇した後、前記一部の室内空気と合流し、還気口１５から吸い込まれて還気Ａ２として下がり天井の内部空間へ戻り、再び送風ユニット２から室内空気Ａ１として下方へ送り出される、という形の空気の循環が形成される。途中の機器５の排熱を受け取って昇温し周囲空気よりも密度が小さくなって上昇する気流によって、あとから送風ユニット２によって送り出された気流はコアンダ効果により動圧を保って流れてくるところ、上昇した空気により吸い寄せられることで、熱駆動が発生する。この現象も利用した到達距離の長い空調システムとなっている。

尚、ここに示した例は模式化した図であって、実際の工業用クリーンルームには、図示されている以外に、例えば外調機や加湿器、さらに生産物を搬送するためのレールや搬送車といった各種の設備が必要に応じて設けられることが通常であるが、そういった本発明の要旨と直接関係しない構成については、ここでは図示を適宜省略している。

図１、図２に示した上記第一実施例の如き空調システムは、まず空間の利用効率の点で図１５に示したような従来例と比較して有利である。図１５の従来例の場合、対象空間Ｓに広くダウンフローを供給するため、まばらであっても一定間隔に送風ユニット２を天井設置する関係上、広い面積の天井１をセル天井として構築し、そこに送風ユニット２とブランクパネルとを配置する必要がある。図１、図２に示す本第一実施例では、送風ユニット２を設置する領域は部屋の両側に限られ、この領域のみを二重天井とすればよく、その他の領域に下天井１１は不要である。下天井１１を設けない領域は、上天井１０までの高さを利用できるので、図１５の例と比較して、より多くの空間をクリーンルームとして利用でき、例えば高さのある装置や設備なども配置しやすい。本第一実施例においても、下がり天井の内部空間に空気の流路としてある程度の高さは必要であるし、送風ユニット２の近傍にはメンテナンス等のために下天井１１の面積もある程度は確保する必要があるが、図１５に示した従来例と比較すれば、空間の高さ方向を有効利用し得る領域の面積は格段に広くできるのである。

また、対象空間Ｓの上方全域にセル天井を設置する必要はなく、限られた領域のみに下天井１１を設置すればよいので、二重天井の設置にかかる費用は限定的である。陰圧の生じる下がり天井の内部空間も、図１５の例と比較すれば小さいので、躯体側に防塵のための処置を施す領域も最小限でよい。

また、図１５の従来例では、床下を空気の流路として利用するためにある程度の高さが必要であったが、本第一実施例では床１３の上に空気を流すので、空気の流通という観点からは床１３を上げ床とする必要はなく、上げ床とする場合もさほどの高さは必要ない。床に関しても、本第一実施例では空間の高さ方向を有効に活用し、クリーンルームとして利用し得る空間を大きく確保することができる。また、床下には空気を流通させないので、ここには空気の清浄度を高く保つような対策は必要ない。さらに、対象空間Ｓ内では温度成層が形成され、昇温した室内空気Ａ１は密度差により上昇して還気Ａ２として天井裏に吸い込まれるので、床下から下がり天井の内部空間へ還気を送るためのレタンシャフトのような構造は不要であり、設備の面積をいっそう有効に活用できる。

また本第一実施例は、温度成層を利用し、特に空調の必要な対象空間Ｓの床１３に近い高さを効率的に冷却するので、空調の効率という観点においても有利である。図１５に示した従来例では、対象空間Ｓの全領域に対しダウンフローで室内空気Ａ１を供給するため、送風ユニット２の設置された天井１から下の全体を適当な温度に調整する必要があったが、本第一実施例の場合、機器５の配置された床１３より上方の上天井１０付近に形成される熱溜まりから還気Ａ２を回収し、これを冷却すればよい。温度の高い空気を冷却対象とするので、冷却ユニット６における熱交換の効率が高い。

さらに、室内空気Ａ１は温度成層を形成し、温度調整の必要な昇温した空気は密度差によって還気口１５のある高さまで自動的に上昇するが、この動きが上述した空気の循環の一部を駆動するので、空気の搬送に係るエネルギーも節減できる。

また、本第一実施例では、コアンダ効果を有効に利用することで、送風ユニット２から供給される空気を遠くまで到達させるようにもなっている。送風ユニット２から対象空間Ｓに供給される室内空気Ａ１は、まず下方に送り出されて床１３に衝突する。送風ユニット２は壁７に沿うように細長く設けられた下天井に、壁７に沿う長手方向に沿って線状に一列で設けられるので、線状に並ぶ複数の送風ユニット２から供給される室内空気Ａ１は、お互いの気流の側面をも下向きの流れとして床１３に衝突する。衝突した室内空気Ａ１は、床１３の上面に沿って向きを変更されるので、以後は コアンダ効果によって送風ユニット２から離れた位置まで長く到達し、送風ユニット２の直下に位置する機器５以外にも清浄な空気を効率よく届けることができる。これにより、例えばクラス６前後の清浄度であれば十分に実現し得る。尚、対象空間Ｓにおける空気の流通については、後に改めて詳述する。

図３、図４は、本発明の実施による空調システムの機器配置の別の一例（第二実施例）を示している。図１、図２に示した第一実施例では、送風ユニット２を配置した下天井１１を、平面視で全体的に方形をなす部屋の互いに対向する壁７に沿って設け、部屋の両端から中央に向かって室内空気Ａ１を送り出すようにしていたが、本第二実施例では、部屋の一辺をなす壁７に沿って下天井１１を設け、そこに配置した送風ユニット２から、下天井１１や送風ユニット２の設置されていない反対側の壁７に向かって室内空気Ａ１を送り出すようになっている。平面視で送風ユニット２から見て室内空気Ａ１を送り出す側には、天井側壁１４と、そこに設けられた還気口１５および冷却ユニット６が位置している。

このように下天井１１と送風ユニット２を配置した場合、送風ユニット２から下向きに送り出される室内空気Ａ１は、床１３と衝突し、図１、図２に示した第一実施例の場合と同様に、水平方向における１方向に位置する壁７と、２方向に位置する下向きの空気の流れの存在（または、２方向に位置する壁７と、１方向に位置する下向きの空気の流れの存在）により３方向を遮られ、目的の向きである残りの１方向（送風ユニット２から見て近傍の天井側壁１４と還気口１５が位置する向きであり、反対側の壁７が位置する向き）に誘導される。目的の向きに床を這って送られる室内空気Ａ１の一部は、途中に位置する機器５の排熱を受け取って昇温し周囲との密度差により上昇していく。前述のようにこのため熱駆動が生じる。一方、下天井１１および送風ユニット２が配置されていない反対側の壁７付近の領域では、送風ユニット２側から送り出されて床１３に沿って移動してきた室内空気Ａ１の流れが壁７と衝突して上昇に転じる。上昇した室内空気Ａ１は、機器５の排熱で昇温した一部の室内空気Ａ１と合流し、天井側壁１４の還気口１５から再び下がり天井の内部空間に吸い込まれる。こうして図３に示す如く、第一実施例における空気の流れ（図１参照）を概ね半分にした形と同じ空気の循環が形成され、第一実施例と同様にクリーンルームである対象空間Ｓが実現される。

図５、図６は、本発明の実施による空調システムの機器配置のさらに別の一例（第三実施例）を示している。本第三実施例では、平面視で全体的に方形をなす部屋のうち、互いに対向する壁７に沿ってそれぞれ下天井１１および送風ユニット２が計２列配置されている点は第一実施例と同様であるが、それに加え、部屋の中央部にあたる領域に第３列の下天井１１および送風ユニット２が設けられている。尚、図６では、図面が煩雑になることを避けるため、機器５の図示を省略している（後に説明する第四実施例の図８も同様である）。

この第３列の下天井１１と送風ユニット２は、部屋の両端に位置する第１列および第２列の下天井１１と送風ユニット２に対し平行に配列しており、その位置は、図５、図６中の左側の下天井１１と送風ユニット２を第１列、右側の下天井１１と送風ユニット２を第２列とすると、第１、第２列の送風ユニット２が配列する向きに直交する方向に関し、中央よりも第２列寄りにあたる。第３列の下天井１１の幅方向に関して両側（送風ユニット２が配列される第３列の下天井１１の長手方向に直交する向きに関して両端部）には天井側壁１４が設けられ、その他の空間と区画されている。第３列の両側の天井側壁１４のうち、一方（第１列に対向する側）には、還気口１５と冷却ユニット６が設けられている。

第１列（左側）の送風ユニット２から送り出される室内空気Ａ１は、床１３と衝突し、図１、図２に示した第一実施例の場合と同様、水平方向における３方向を壁７および隣接する送風ユニット２からの室内空気Ａ１の流れで遮られ、目的の向きである残りの１方向（右向き）に誘導される。また、第２列（右側）の送風ユニット２から送り出される室内空気Ａ１も同様に、水平方向における３方向を壁７および隣接する送風ユニット２からの室内空気Ａ１の流れで遮られ、目的の向きである残りの１方向（左向き）に誘導される。

そして、第３列（中央）の送風ユニット２から送り出される室内空気Ａ１は、やはり床１３と衝突して向きを変更されるが、その際、室内空気Ａ１の流れから見て水平４方向のうち１方向には、第２列の送風ユニット２から送り出されて左へ流れてきた室内空気Ａ１の流れが存在し、２方向には、同じ第３列の隣接する送風ユニット２から送り出される下向きの室内空気Ａ１の流れが存在する（第３列の両端に位置する送風ユニット２から送り出される室内空気Ａ１に関しては、第２列の送風ユニット２から流れてきた室内空気Ａ１の流れが１方向に存在し、第３列の隣接する送風ユニット２から送り出される下向きの室内空気Ａ１の流れが１方向に存在し、さらに１方向には壁７が位置する）。床１３に沿って向きを変更される室内空気Ａ１の流れは、これらに遮られ、目的の向きである残りの１方向（左向き）に誘導される。この向きは、第３列の送風ユニット２から見て近傍の還気口１５が位置する向きでもある。

第１列の送風ユニット２から送り出され、床１３の上面に沿って右向きに進む室内空気Ａ１の流れと、第３列の送風ユニット２から送り出され、床１３の上面に沿って左向きに進む室内空気Ａ１の流れは、第１列と第３列の中間にあたる位置で互いに衝突して上昇に転じる。上昇した気流は床１３の上方でさらに向きを変え、第１列および第３列の還気口１５に向かって流れ、該還気口１５から下がり天井の内部空間に還気Ａ２として吸い込まれる。

第２列の送風ユニット２から送り出され、床１３の上面に沿って左向きに進む室内空気Ａ１の流れが第３列の送風ユニット２の近傍に到達すると、その先には第３列の送風ユニット２から下向きに送り出される室内空気Ａ１の流れが存在する。そこで、第２列の送風ユニット２から送り出された室内空気Ａ１の流れはここで向きを変えて上昇に転じる。上昇した気流は床１３の上方でさらに向きを変え、第２列の還気口１５に向かって流れ、該還気口１５から下がり天井の内部空間に還気Ａ２として吸い込まれる。

こうして、第１列と第３列の送風ユニット２から送り出される室内空気Ａ１に関しては、図１、図２に示した第一実施例と概ね同様の循環が形成され、第２列の送風ユニット２から送り出される室内空気Ａ１に関しては、図３、図４に示した第二実施例と概ね同様の循環が形成される。これにより、上記した第一、第二実施例と同様、クリーンルームである対象空間Ｓが実現される。

図７、図８は、本発明の実施による空調システムの機器配置のさらに別の一例（第四実施例）を示している。本第四実施例では、上記第三実施例と同様、平面視で全体的に方形をなす部屋の両端と中央部にそれぞれ第１～第３列の下天井１１および送風ユニット２が配置されているのに加え、部屋の中央部にさらに第４列の下天井１１と送風ユニット２が配置されている。

本第四実施例において、第３列、第４列の下天井１１と送風ユニット２は、部屋の両端に位置する第１列および第２列の下天井１１と送風ユニット２に対し平行に配列しており、その位置は第１、第２列の下天井１１および送風ユニット２の中央である。第４列は、第３列に対し右側に隣接する領域に位置している。尚、図示は省略するが、第３列と第４列の間に、気流をより確実に誘導するための垂れ壁等を設けてもよい。また、ここでは第３列の下がり天井の内部空間と第４列の下がり天井の内部空間に仕切りを設けた例を示しているが、場合によってはこの仕切りは設けなくともよい。

第３列の下天井１１から見て第１列側（左側）の縁、および第４列の下天井から見て第２列側（右側）の縁にはそれぞれ天井側壁１４が設けられ、その他の空間と区画されている。これらの天井側壁１４には、還気口１５と冷却ユニット６が設けられている。

第３列の送風ユニット２から下向きに送り出される室内空気Ａ１の流れは、床１３と衝突した際、水平４方向のうち２方向を、隣接する送風ユニット２から同様に下向きに送り出される室内空気Ａ１の流れに遮られる（両端に位置する送風ユニット２から送り出される室内空気Ａ１に関しては、１方向を隣接する送風ユニット２から送り出される室内空気Ａ１の流れに遮られ、反対側の１方向を壁７に遮られる）。さらに、１方向を右側に隣接する第４列の送風ユニット２から下向きに送り出される室内空気Ａ１の流れに遮られ、目的の向きである残りの１方向（左側）へ誘導される。左側へ流れた室内空気Ａ１は、第１列の送風ユニット２から送り出されて右向きに流れる室内空気Ａ１と衝突して上昇に転じ、床１３の上方でさらに方向を転換して天井側壁１４の還気口１５に吸い込まれる。

同様に、第４列の送風ユニット２から下向きに送り出される室内空気Ａ１の流れは、床１３と衝突した際、水平４方向のうち２方向を、隣接する送風ユニット２から同様に下向きに送り出される室内空気Ａ１の流れに遮られる（両端に位置する送風ユニット２から送り出される室内空気Ａ１に関しては、１方向を隣接する送風ユニット２から送り出される室内空気Ａ１の流れに遮られ、反対側の１方向を壁７に遮られる）。さらに、１方向を左側に隣接する第３列の送風ユニット２から下向きに送り出される室内空気Ａ１の流れに遮られ、目的の向きである残りの１方向（右側）へ誘導される。右側へ流れた室内空気Ａ１は、第２列の送風ユニット２から送り出されて左向きに流れる室内空気Ａ１と衝突して上昇に転じ、床１３の上方でさらに方向を転換して天井側壁１４の還気口１５に吸い込まれる。

尚、第１列および第２列の送風ユニット２から送り出される室内空気Ａ１の流れに関しては、上記第一、第三実施例と概ね同様であるので説明を省略する。

こうして、上記した第一～第三実施例と同様、クリーンルームである対象空間Ｓが実現される。

上記各実施例のような空気の循環は、送風ユニット２から送り出される室内空気Ａ１の流れに対し、別の空気の流れや壁７をうまく配置してこれを誘導することで達成される。具体的には、まず室内空気Ａ１を下向きに送り出す送風ユニット２を線状に配列することにより、床１３に対して吹き付けられて変更される室内空気Ａ１の主流の向きを、送風ユニット２の配列する向きと直交する２方向に限定する。下向きの気流同士を隣接させることで、その後に流れる向きを互いに制限するのである。さらに、その２方向のうち１方向を壁７または別の気流（別の送風ユニット２から送り出される下向き、あるいは横向き、上向きの気流）でさらに遮ることにより、室内空気Ａ１の向きを目的の方向へ誘導する。

そのようにして送り出された室内空気Ａ１は、床１３の上面に沿ってある程度の距離まで到達するが、そこでさらに壁７または別の気流（別の送風ユニット２から送り出される下向き、あるいは横向き、上向きの気流）に衝突して上昇し、床１３の上方に設けられた還気口１５に吸い込まれる。室内空気Ａ１の到達する位置にも壁７や気流を適宜配置することで、室内空気Ａ１の流れが到達した先でも流れがうまく誘導され、還気口１５から還気Ａ２として好適に取り込まれ、これにより、図１、図３、図５、図７に示すような空気の循環が形成される。送風ユニット２から室内空気Ａ１を下向きに送り出して床１３に衝突させ、コアンダ効果を利用して室内空気Ａ１の流れを遠くまで到達させることが本発明の主要な特徴であるが、その際、下向きの室内空気Ａ１の流れを単に床１３に衝突させるだけでは流れは床１３に沿って四方へ散逸してしまう。そこで、送風ユニット２や壁７、還気口１５の配置を工夫することで室内空気Ａ１の流れを誘導し、上述の如き循環を形成しているのである。このようなコアンダ効果を利用して遠くまで到達させることも主要ではあるが、コアンダ効果によって床を這う室内空気Ａ１のうち、一部が機器５の排熱を受け取って昇温し周囲の空気より密度が小さくなって上昇することで、後からやってくる気流を吸い寄せる「熱駆動効果」も発生させ、遠くまでの到達距離を有する温度成層も形成する循環の流れを作り出しつつ、一部の一定量の室内空気Ａ１を遠くまで到達させるように働いている。

ここで、各送風ユニット２の近傍に位置する還気口１５は、送風ユニット２から見て、それぞれ平面視で室内空気Ａ１が送り出される方向に位置しているので、送風ユニット２から送り出された室内空気Ａ１は、方向を転換して床１３の上方に達した後、還気口１５から還気Ａ２としてスムーズに取り込まれる。このような送風ユニット２と還気口１５の位置関係も、上述した空気の循環がうまく形成される要因として作用する。尚、還気口１５を設ける位置は天井側壁１４とすると、空気の循環にとって好適な位置に還気口１５を簡単に設けることができる。下がり天井の内部空間を区画する天井側壁１４は、通常、送風ユニット２から見て平面視で目的の方向に位置し、且つ送風ユニット２の近傍で、しかも床１３および送風ユニット２の上方に位置するからである。

このように送風ユニット２や還気口１５、壁７等をうまく配置することにより、簡単な構成で室内空気Ａ１の流れを目的の向きに好適に誘導したり、上昇させて還気口１５へ取り込ませることができる。また、大面積のクリーンルームであっても、これらを適宜組み合わせることで清浄な適温の空気を対象空間の隅々まで供給することができる。その際、例えば下天井１１と送風ユニット２を５列以上備えてもよい。尚、気流や壁７以外に、別の物体や構造物（例えば衝立状の物体など）を設けて室内空気Ａ１の流れを誘導し、あるいは衝突させて上昇させるようにすることも可能である。

図９～図１１は、上述の技術思想によって設計したクリーンルームにおける空気の流れや状態についてシミュレーションを行った結果（実施例のシミュレーション）を示す図であり、図９は空気の温度の分布、図１０は空気の流速、図１１は空気齢の分布をそれぞれ示している。また、各図の（Ａ）は機器が配列している位置における空間の断面を、（Ｂ）は機器が配列している間の位置における空間の断面をそれぞれ示している。

ここに示した例では、クリーンルームである対象空間Ｓ内に、左右方向に８台の機器５が配列した場合を想定している。尚、奥行方向（紙面と直交する方向）にも複数台の機器５が配列しているが、図示は省略している。

対象空間Ｓの左右端部における上方には下天井１１と天井側壁１４により下がり天井の内部空間が区画されており、下天井１１に配置された送風ユニット２から下向きに空気が送り出され、床１３に衝突して対象空間Ｓの中央へ向かって進むようになっている。床１３の上方に位置する左右の天井側壁１４には、それぞれ還気口１５が設けられ、対象空間Ｓの中央で衝突した空気は、床１３の上方へ上昇してから左右の還気口１５へ取り込まれるようになっている。

一方、図１２～図１４は、本発明の参考例（対照例）として想定したクリーンルームにおける空気の流れや状態についてシミュレーションを行った結果（参考例（対照例）のシミュレーション）を示す図である。図１２は空気の温度の分布、図１３は空気の流速、図１４は空気齢の分布をそれぞれ示している。また、各図の（Ａ）は機器が配列している位置における空間の断面を、（Ｂ）は機器が配列している間の位置（機器が存在しない位置）における空間の断面をそれぞれ示している。

図９～図１１と同様、クリーンルームである対象空間Ｓ内には、左右方向に８台の機器５が配列し、奥行方向にも複数台の機器５が配列している（奥行方向に配列する機器５の図示は省略する）。

本参考例の場合、下天井と天井側壁により区画される下がり天井の内部空間はなく、左右の壁７に備えた送風ユニット２から、対象空間Ｓの中央に向かって横向きに空気が送り出されるようになっている。すなわち、コアンダ効果や温度成層を利用するようなことはせず、ある程度の高さ（清浄な適温の空気を利用したい空間に相当する高さ）に送風ユニット２から空気を横向きに送り出すことで、その流れを対象空間Ｓの中央まで直接到達させるという設計の空調システムである。壁７における送風ユニット２の上方には、天井付近の高さに還気口１５が備えられている。左右の送風ユニット２から送り出された空気同士は、対象空間Ｓの中央で衝突して上昇に転じ、床１３の上方でさらに向きを変え、左右の還気口１５から取り込まれる。

図９および図１２では、空気の温度が高い領域ほど白く、低い領域ほど黒く表示している。まず実施例のシミュレーションを示した図９の（Ｂ）を参照すると、機器５の存在しない断面においては空気は良く流通し、色の濃い（温度が低い）空気が対象空間Ｓの中央部まで到達していることが見て取れる。対象空間Ｓの上方には色の薄い（温度が高い）空気が熱溜まりを形成し、これが還気として還気口１５から取り込まれている。また、図９の（Ａ）を参照すると、空気の流通する向きに機器５が配列していても、空気はその間をすり抜け、対象空間Ｓの中央部まで色の濃い（温度が低い）空気が到達していることがわかる。色の濃い（温度が低い）空気は機器５同士の間にも分布しており、機器５の間にもうまく回り込んで低温の空気が供給されていることがわかる。また、（Ａ）では対象空間Ｓの中央部において色の濃い領域が上天井１０付近まで到達しており、中央部で互いに衝突した低温の空気同士がそれによって上昇していることが見て取れる。

続いて参考例を示す図１２を参照すると、（Ｂ）では図９の（Ｂ）と同様、色の濃い（温度が低い）空気が中央まで分布していることが見て取れ、また（Ａ）では図９の（Ａ）と同様、機器５の間にも色の濃い（温度が低い）空気が分布していることがわかる。すなわち参考例でも、空気の温度に関しては実施例と概ね同じように、対象空間Ｓの全体にわたり、機器５の間であっても良好な条件を保ち得る。ただし参考例の場合、このように対象空間Ｓ内の温度状況を良好に保つためには、次に述べるように、実施例と比較して供給風量を大きくする必要がある。

空気の流速を示した図１０と図１３を比較検討する。図１０および図１３中の矢印は空気の流速のベクトルを示しており、矢印の向きは流れの向きを、矢印の長さは流れの速さを示している。まず実施例のシミュレーションを示した図１０の（Ｂ）を参照すると、機器５の存在しない断面においては全体的に空気の流速は速く、例えば図１に示したのと同様の循環が形成されていることがわかる。続いて図１０の（Ａ）を参照すると、機器５同士の間では機器５に遮られるため、（Ｂ）の断面ほどスムーズに空気が循環するわけでは当然ないが、そうであっても機器５同士の間にもある程度の長さの矢印が存在し、空気の流れが保たれていることが見て取れる。

これに対し参考例では、図１３の（Ｂ）を参照すると、機器５のない断面でも中央部付近では空気の流れがかなり失速していることがわかる。さらに（Ａ）を見ると、機器５の間などに流速がほぼゼロに近い領域も存在してしまっている。

これは、参考例のように壁７に配置した送風ユニット２から空気を横向きに送り出した場合、そのうち少なからぬ割合が、その上方に位置する還気口１５へそのまま吸い込まれてしまい（ショートサーキット）、対象空間Ｓの中央へ向かう空気の流れが少なくなってしまうことが原因であると考えられる。図１３の（Ａ）（Ｂ）における左右両側では、送風ユニット２からその上の還気口１５へ向かう空気の流れを示す矢印が大きく表示されている。これでは、空気を対象空間Ｓの中央まで到達させるために風量を大きく設定せざるを得ず、送風に必要なエネルギーが大きくなる（実際、送風ユニット２付近の矢印を参照すると、参考例（図１３）における矢印の長さは、実施例（図１０）における矢印よりも長く、すなわち風量が大きい。参考例では、このように供給風量を大きくすることで、ようやく図１２に示すように対象空間Ｓの全体を適温に冷却し得るということである）。また、冷却の対象とする空気のうち、熱溜まりから取り込んだ空気の割合が比較的少なく、送風ユニット２から吹き出したばかりの低温の空気をも取り込んで冷却することにもなるので、空気の冷却に係る効率も低下してしまう。図９、図１０に示した実施例のように、送風ユニット２から空気を下向きに吹き出し、コアンダ効果と温度成層を利用して空気の流れを供給する方式によれば、より少ない風量で空気を遠くまで到達させることができるうえ、熱溜まりの空気を効率的に取り込むので冷却の効率も高めることができる。

続いて、図１１と図１４を比較検討する。図１１および図１４では、送風ユニット２から送り出された空気に関し、空気齢が高い領域ほど白く、低い領域ほど黒く表示している。（Ａ）同士、（Ｂ）同士を比較すると、全体的に図１１の方が図１４より色が薄く、実施例では対象空間Ｓ全体で空気齢が低く保たれている（すなわち、空気が効率良く循環されている）ことがわかる。参考例においては、特に図１４の（Ｂ）を参照すると、対象空間Ｓの左右の天井付近の高さに色の濃い領域が存在しており、ここに空気齢の高い空気が滞留してしまっていることがわかる。また、図１４の（Ａ）（Ｂ）いずれにおいても、送風ユニット２の近傍にある色の薄い（空気齢の低い）領域が還気口１５の近傍まで延びており、送風ユニット２から送り出されたばかりの空気齢の低い空気がそのまま還気口１５へ取り込まれてしまっていることも読み取れる。これに対し、図１１の（Ｂ）では、比較的色の濃い（空気齢の高い）領域が還気口１５に面しており、実施例では空気齢の高い空気が優先的に還気口１５へ取り込まれていることがわかる。図１１の（Ａ）では、送風ユニット２から送り出された空気の流れが近くの機器５に妨げられる結果、送風ユニット２近傍の色の薄い（空気齢の低い）領域が還気口１５の位置まで延びてしまっているが、そうであっても、図１４の（Ａ）と比較すれば還気口１５から取り込まれる白い（空気齢の低い）空気の割合は少ない。

このように、参考例では、図１２に示す如き良好な温度状況を保つために図１３に示す如く供給風量を大きくする必要があるうえ、そのようにしても、図１４に示す如く対象空間Ｓ内に空気齢の比較的高い領域が残存してしまう。これに対し、本発明を適用した図９～図１１のシステムでは、比較的少ない供給風量でも空気が良く循環され、送風ユニット２から送り出されて間もない新鮮な空気が対象空間Ｓの全体に常に効率良く供給される。

以上のように、上記各実施例のクリーンルームの空調システムは、対象空間Ｓの一部の領域に、送風ユニット２を配した下天井１１を設け、平面視で下天井１１の縁にあたる位置には下天井１１と上天井１０との間に天井側壁１４を設けて下天井１１と天井側壁１４により下がり天井の内部空間を区画し、下天井１１に線状に配置された送風ユニット２から空気Ａ１を床１３に向かって下向きに送り出し、送風ユニット２から床１３に向かって送り出された空気Ａ１の流れは、床１３に沿って送風ユニット２の配列方向と直交する目的の向きに誘導され、送風ユニット２から見て、平面視で空気の誘導される目的の向きに当たる位置の床１３より上方には、下がり天井の内部空間とその外側の空間を連通する還気口１５が位置し、送風ユニット２から目的の向きに誘導された空気Ａ１は、平面視において還気口１５を超えた位置へ到達して上昇し、還気口１５へ取り込まれるよう構成されている。このようにすれば、コアンダ効果と温度成層を利用し、送風ユニット２から送り出される空気Ａ１を対象空間Ｓ内へ好適に供給することができる。

また、各実施例において、還気口１５は天井側壁１４に設けられている。このようにすれば、還気口１５を好適な位置に簡単に設けることができる。

また、各実施例は、送風ユニット２から床１３に向かって送り出され、床１３に沿って誘導される空気Ａ１の流れが、別の送風ユニット２から送り出される空気Ａ１の流れまたは壁７により水平方向の向きを遮られることで目的の向きに誘導されるよう構成されている。このようにすれば、簡単な構成で空気Ａ１の流れを目的の向きに好適に誘導することができる。

また、各実施例は、送風ユニット２から床１３に向かって送り出され、床１３に沿って目的の向きに誘導された空気の流れが、還気口１５を超えた位置へ到達した後、別の送風ユニット２から送り出される空気Ａ１の流れまたは壁７に衝突して上昇するよう構成されている。このようにすれば、簡単な構成で床１３に沿って流れてきた空気Ａ１の流れを上昇させ、還気口１５に好適に取り込むことができる。

また、各実施例は、上天井１０は、下天井１１のようにセル天井またはパネル天井として塵埃を発生するコンクリート打設面を隠して防塵対策しても良いが、上天井１０に防塵塗装を施して防塵対策したうえで、上階の床スラブ下、または屋根のスラブ下を上天井１０とする直天井としても良い。さらに建屋がＳ造の場合、デッキプレート合成床など床下面が鋼板の場合でも、隙間処理などの防塵対策を施して床下面鋼板をそのまま直天井１０としても良い。このようにすることで、内装材である上天井１０の設置コストを削減することができる。

したがって、上記各実施例によれば、省スペース且つ安価にて好適にクリーンルームを実現し得る。

尚、本発明のクリーンルームの空調システムは、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。

２ 送風ユニット
７ 壁
１０ 天井（上天井）
１１ 天井（下天井）
１３ 床
１４ 天井側壁
１５ 還気口
Ａ１ 空気（室内空気）

Claims (5)

1. 対象空間の一部の領域に、送風ユニットを配した下天井を設け、
   平面視で前記下天井の縁にあたる位置には前記下天井と上天井との間に天井側壁を設けて前記下天井と前記天井側壁により下がり天井の内部空間を区画し、
   前記下天井に線状に配置された送風ユニットから空気を床に向かって下向きに送り出し、
   前記送風ユニットから前記床に向かって送り出された空気の流れは、前記床に沿って前記送風ユニットの配列方向と直交する目的の向きに誘導され、
   前記送風ユニットから見て、平面視で空気の誘導される目的の向きに当たる位置の前記床より上方には、下がり天井の内部空間とその外側の空間を連通する還気口が位置し、
   前記送風ユニットから目的の向きに誘導された空気は、平面視において前記還気口を超えた位置へ到達して上昇し、前記還気口へ取り込まれるよう構成されていること
   を特徴とするクリーンルームの空調システム。
2. 前記還気口は前記天井側壁に設けられていること
   を特徴とする請求項１に記載のクリーンルームの空調システム。
3. 前記送風ユニットから前記床に向かって送り出され、前記床に沿って誘導される空気の流れは、別の送風ユニットから送り出される空気の流れまたは壁により水平方向の向きを遮られることで目的の向きに誘導されるよう構成されていること
   を特徴とする請求項１または２に記載のクリーンルームの空調システム。
4. 前記送風ユニットから前記床に向かって送り出され、前記床に沿って目的の向きに誘導された空気の流れは、前記還気口を超えた位置へ到達した後、別の送風ユニットから送り出される空気の流れまたは壁に衝突して上昇するよう構成されていること
   を特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のクリーンルームの空調システム。
5. 前記上天井が上階の床スラブまたは屋根スラブである直天井により構成されていること
   を特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のクリーンルームの空調システム。

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