JP3561191B2 - クリーンルーム - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品の製造、組立て等に適切な環境を提供するクリーンルームに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子部品の製造・組立作業を行うために、空気をファンで循環して、浮遊粒子フィルタで除去するクリーンルームが知られている。クリーンルームの空気循環方式によって、一方向流クリーンルーム(層流クリーンルーム)と非一方向流クリーンルーム(乱流クリーンルーム)とに大別されるが、通常、清浄度クラス1000程度にして、それほど高度な清浄度レベルを要しない場合は、循環回数が少ない非一方向流クリーンルームが一般的に用いられている。なお、要求される清浄度等の要求度合いに応じて非一方向流クリーンエリア(非層流クリーンエリア)と一方向流クリーンエリア(層流クリーンエリア)とが併設されたものもある。
【0003】
クリーンルームでは、安定した清浄度と温度とを維持できることが要求される。電子部品を組立等して製造する際、製造装置や作業者(オペレータ)からの発熱や発塵が生じるため、クリーンルームに設けられた空調機は、クリーンルームの所定位置に設置された温度センサで冷却コイル内の冷水流量を制御して冷風を供給する。循環させる風量は、最大の発塵量を想定した上で、フィルタの除塵効率と必要な清浄度とによって決定される。
【0004】
以下、例を挙げ、添付図面を用いて従来のクリーンルームを説明する。図4は、従来の非一方向流クリーンルームの一例を示す正面図である。このようなクリーンルーム10の空調設備は一般に以下のような構成とされている。すなわち、天井パネル32の吹出口に載せられた高性能フィルタ12と、高性能フィルタ12を囲むフィルタボックス14と、循環する空気をフィルタボックス14に供給するダクト16とを有し、フィルタボックス14へ循環した空気を高性能フィルタ12を通じて清浄な空気として非一方向流クリーンエリア18へ吹出す。
【0005】
非一方向流クリーンエリア18の側壁の下部には吸込口20が形成され、吸込口20の下流側には空調機22が設けられており、空調機22内にはドライコイル(冷却コイル)24及びその下流側に循環ファン30が設けられている。ドライコイル24には、冷媒(例えば冷水)の循環量を調節する調節バルブ26が設けられている。なお、非一方向流クリーンエリア18の吸込口の近くには温度センサ28が設置されている。
【0006】
ドライコイル24で冷却された空気は、循環ファン30により、空調機22の下流側に接続しているダクト16から分岐されてフィルタボックス14へ供給される。
【0007】
このように、空気を強制的に循環させるには、空調機22内又は空調機22とダクト16との間に大型又は中型の循環ファン30を設けるか、又は、高性能フィルタ12とその上に設けられたファン(図示せず)とが一体になった、いわゆるファンフィルタユニット(図示せず)を天井パネル32に設ける必要がある。
【0008】
ところで、クリーンエリアでは、平面的な観点で、製造装置の配置によっては発塵及び発熱の分布が生じ、この分布は製造装置の稼動状況によって変動する。このため、クリーンルーム内の清浄度分布や温度分布は、この負荷変動の影響を受けて変化する。
【0009】
また、クリーンルーム10では、クリーンエリア全体の発塵量と循環させる空気の風量とに基づいて清浄度を設定している。このため、発塵量の少ないエリアでは循環させる風量(以下、循環風量という)が過剰になり、発塵量の多いエリアでは所定の清浄度を確保できないという事態が生じる。この対策として、要求される清浄度がクリーンエリア内で一様でない場合、一般に、空調機を系統分けすると共に、クリーンエリア内を間仕切りにより区画して複数のエリアを形成し、高い清浄度が要求されるエリアには循環風量を多くしている。しかし、循環風量が多いと、ファンを回転させるモータの寸法が大きくなるので、クリーンルームの有効面積、すなわち、クリーンエリアの面積が相対的に小さくなり、しかも経済的でない。
【0010】
更に、熱負荷の小さい区域では、クリーン度を維持するために必要な吹き出し風量でそのまま吹き出すと、室温が下がりすぎるという事態が生じる。この対策としては、ドライコイル24による空気の冷却温度を上げる以外に特にない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮して、広いクリーンルーム内で、発塵、発熱の分布があったり、その分布が変動したりしても、清浄度、温度分布を均一に制御することが可能で、小型空調機による循環風量で足りるクリーンルームを提供することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明では、クリーンエリアの天井の吹出口に設けられた清浄手段と、クリーンエリアの吸込口から空気を排出して前記清浄手段へ空気を循環させる循環手段と、クリーンエリアの吸込口から前記循環手段へ排出された空気を所定の温湿度に空調する空調手段と、を有するクリーンルームにおいて、前記空調手段で空調する空気の温度を、クリーンエリアの熱負荷処理可能な温度にまで下げる空調制御手段と、前記清浄手段の上流側にそれぞれ設けられ、前記循環手段により送風された空気を前記清浄手段を経由させてクリーンエリアの各エリアに個別に吹き出す個別エリア用送風手段と、エリア内の空気の一部を前記個別エリア用送風手段に還流させる短絡送風手段と、を備え、前記短絡送風手段は、前記吹出口の近傍に設けられた空気導入口と、前記天井の吹出口外縁から天井と略平行に張出し、前記空気導入口近傍との間に空気流入路を形成する風向板と、を有することを特徴とする。
【0013】
これにより、天井の吹出口から出た空気が空気導入口を通じて直接個別エリア用チャンバに送風されることを防止できるので、効率良く温度制御できる。また、天井に滞留する浮遊粒子や熱を少なくすることができる。
また、空調制御手段では、空気の温度を、例えば露点温度に達しない程度にまで下げる。この空気の温度は従来に比べて低く、個別エリア用送風手段により清浄手段を経由して、クリーンエリアの各エリアへ個別に吹き出される。
【0014】
ここで、所定エリア内の製造装置等の発熱負荷が所定外エリアに比べて少ない場合、例えば所定エリアのエリア毎に設けられた短絡送風手段によりエリア内の空気を個別エリア用チャンバに還流させて送ることができる。これにより、所定エリアでは、個別エリア用送風手段から送風される清浄な空気の温度が所定外エリアに比べて高く、従来に比べて少ない循環風量でクリーンエリア内の温度分布を均一にすることができる。
【0015】
請求項2に記載の発明は、前記個別エリア用送風手段が、前記清浄手段の上流側に設けられた個別エリア用チャンバと、前記個別エリア用チャンバに設けられたファンと、で構成されたことを特徴とする。
【0016】
個別エリア用チャンバ内はクリーンエリアに対して負圧であるので、短絡送風手段によりクリーンエリアから還流された空気は、循環手段により個別エリア用チャンバ内に送風された空気と混合して温度が調整されてファンにより各エリアへ吹き出される。
【0017】
請求項3に記載の発明は、前記循環手段により送風された空気の前記個別エリア用チャンバへの流入量を制御する風量制御手段を有し、かつ、前記短絡送風手段を前記各エリアに設けて各エリアの空気を前記個別エリア用チャンバに送ることを特徴とする。
【0018】
これにより、各エリアの発熱負荷が変動しても、この変動に応じて、循環手段による搬送空気と短絡送風手段による搬送空気との混合比を風量制御手段で調節することにより温度調整し、クリーンエリア内の温度を一様に維持することが可能になる。
【0019】
請求項4に記載の発明は、前記短絡送風手段が、前記風向板と、前記空気導入口を有して前記個別エリア用チャンバに連通する連通路と、で構成されたことを特徴とする。
【0022】
請求項5に記載の発明は、前記風量制御手段が、前記個別エリア用チャンバの上流側に設けられた開度可変バルブであることを特徴とする。
【0023】
これにより、ファンのように回転数を制御する必要がなく、構造がシンプルなので、制御機構を簡略化できる。
【0024】
請求項6に記載の発明は、前記短絡送風手段が、前記風向板と、前記空気導入口を有して各エリアと前記個別エリア用チャンバとを接続するダクトと、前記ダクト内の通過風量を調節する風量制御手段と、で構成されたことを特徴とする。
【0025】
これにより、各エリアの発熱負荷が変動しても、この変動に応じて、循環手段による搬送空気とダクト経由による搬送空気との混合比を風量制御手段で調節することにより温度調整し、クリーンエリア内の温度を一様に維持することが可能になる。
【0026】
請求項7に記載の発明は、前記風量制御手段が、開度可変バルブであることを特徴とする。
【0027】
請求項8に記載の発明は、前記風量制御手段が、前記各エリア内に設けられた温度センサと、前記温度センサの検出結果に基づき、前記開度可変バルブの開度を制御する開度制御手段と、を有することを特徴とする。
【0028】
この構成は、熱負荷変動の大きいエリアでも、精度良く温度制御できる。
【0029】
【発明の実施の形態】
第1形態に係るクリーンルームを説明する。
【0030】
図1に示すように、クリーンルーム40は、非一方向流クリーンエリア42(以下、クリーンエリア42という)を有しており、クリーンエリア42の床に配設された格子パネル50は、図示しない支持サポートで支持され、これにより、床スラブ52との間が床下チャンバ54とされている。
【0031】
また、クリーンエリア42を形成する天井パネル56の上には、クリーンゾーンユニット58が設けられている(図1、図2参照)。クリーンゾーンユニット58は、一定の間隔で、例えば約30平方メートルにつき1台の割合で配設されている。更に、天井パネル56の上方に、クリーンゾーンユニット58へ空気を供給するダクト66が設けられている。ダクト66から分岐した枝管68は、クリーンゾーンユニット58の下流側(例えば上壁)に接続されている。また、クリーンゾーンユニット58内には、除塵のためのフィルタ70と、ダクト66から供給された空気をフィルタ70を経由してクリーンエリア42に吹き出すファン72とが設けられている。
【0032】
床下チャンバ54とダクト66とは、それぞれ、クリーンエリア42を形成している側壁80とクリーンルーム40の壁部82との間に構成された空調機84につながっており、クリーンエリア42から排出された空気が床下チャンバ54、空調機84、ダクト66の順に循環される構成である。これにより、製造装置付近の鉛直気流を確保し、浮遊粒子の周辺拡散を防止している。
【0033】
空調機84には、フィルタ70を通過させて外気を導入する外気導入部90が設けられている。また、空調機84内の上流側には、冷却用のドライコイル92が設けられている。ドライコイル92は、温度センサ94からの信号によりコントローラ96で制御され、製造エリアにより熱負荷密度が大きく異なるクリーンエリア42の熱負荷処理を可能とするために、ドライコイル92の出口側の空気の温度を15℃程度に冷却する。この温度は、空調機84内で結露しない温度であり、空調機84内の露点温度に比べて1℃から2℃程度高い温度である。
【0034】
更に、ドライコイル92の下流側には、従来の循環ファン30(図4参照)に比べて容量の小さい循環ファン100が設けられており、循環ファンはコンパクト化されている。循環ファン100は、風量センサ(図示せず)、及び、ダクト66内に設けられた圧力センサ102で検出された検出結果に基づき、コントローラ104で回転数が制御されつつ、清浄に必要な風量をダクト66へ送る。
【0035】
一方、クリーンゾーンユニット58は、図2に示すように、外フレーム110と内フレーム112とでボックス化されており、外フレーム110と内フレーム112との間が、クリーンゾーンユニット58の設けられたエリアの空気が還流される連通路114となっている。この連通路114へは、パンチングフェイス116を介してクリーンエリア42へ供給された清浄な空気が、床下チャンバ54、空調機84、ダクト66を循環することなくダイレクトにクリーンゾーンユニット58へ還気されるので、空気循環経路を短縮することができ、空気抵抗を低減することができる。
【0036】
また、クリーンゾーンユニット58からクリーンエリア42へ供給された清浄空気が連通路114へショートサーキットすることを防止するため、連通路114の空気導入口118を覆うように、パンチングフェイス116の外縁から天井パネル56に沿って水平パネル(気流制御板)120が張り出している。これにより、天井パネル56に沿った吸い込みの気流を形成することができ、浮遊粒子の量、及び、熱の滞留しているゾーンを低減させることができる。
【0037】
更に、枝管68には、枝管68内を通過する風量を可変にする開度可変バルブ126が設けられている。また、天井パネル56の下面側には温度センサ128が配置されており、温度センサ128からの検出信号がコントローラ74へ送信され、開度可変バルブ126の開度が調整される。
【0038】
以下、クリーンルーム40の作用について具体的に述べる。
【0039】
ドライコイル92によって例えば15℃に冷却された空気が、ダクト66を経由して各クリーンゾーンユニットに配分される。このとき、各クリーンゾーンユニットに1個配設した温度センサ128により、開度可変バルブ126の開度(以下、VAV開度という)を制御して、冷風をクリーンゾーンユニットに必要量だけ送風する。
【0040】
すなわち、クリーンエリア42のうち熱負荷の大きいエリア42Aでは、温度センサ128からの信号を受けたコントローラ74が、開度可変バルブ126の開度を大きくし、ダクト66からクリーンゾーンユニット58及びフィルタ70を経由してエリア42Aに吹き出される冷風量が比較的多くなる。
【0041】
クリーンエリア42のうち熱負荷の小さいエリア42Bでは、コントローラ74が開度可変バルブ126の開度を小さくし、エリア42Bに吹き出される冷風量が比較的小さくなる。この結果、空気導入口118から連通路114、ファン72、フィルタ70を順次経由して、すなわちエリア42Bからクリーンゾーンユニット58にショートサーキットして天井の吹出口から吹き出される空気量が多くなる。
【0042】
これにより、熱負荷の大きいエリア42Aへの空気の循環回数を、従来に比べて大幅に、例えば50〜60%程度に低減することができ、かつ、熱負荷の小さいエリア42Bでは、クリーンゾーンユニット58からの吹き出し量を充分に維持しつつエリア42Bの冷え過ぎを防止することができる。すなわち、従来に比べて非常に低温の冷風をダクト66に送風することができるので、ダクト66への送風量を大きく減らすことができ、従って、循環ファン100の駆動に必要なファン動力を大幅に低減することができる。
【0043】
また、製造レイアウトの変更や熱負荷の増減に容易に対応することができ、その際、空気の循環風量を増やすことなく熱負荷の処理とクリーン度の維持とを併せて実施することが可能になる。
【0044】
クリーンゾーンユニット58のファン72にもインバータを取り付けてもよい。これにより、製造装置のレイアウト変更など必要な清浄度に応じて回転数を任意に設定することができ、また、従来のように間仕切りしなくても済む。
【0045】
次に、第2形態に係るクリーンルーム150を説明する。
【0046】
図3に示すように、クリーンルーム150は、クリーンルーム40のダクト66に代えて天井プレナムチャンバ152を、また、クリーンゾーンユニット58に代えてクリーンゾーンユニット154を備えており、冷却された空気は空調機84から天井プレナムチャンバ152へ循環される。第2形態では、第1形態と同じものには同じ符号を付してその説明を省略する。
【0047】
クリーンルーム150では、非一方向流クリーンエリア160(以下、クリーンエリア160という)内の空気を天井パネル56側からクリーンゾーンユニット154の吸込口側に送風するダクト162が設けられている。すなわち、ダクト162の空気導入口164は天井パネル56側に形成され、ダクト162の空気導出口170は、クリーンゾーンユニット154内のファン72上流側に形成されている。ダクト162の中には、ダクト内を通過する風量を調節する開度可変バルブ172が設けられている。開度可変バルブとしては、例えばVAV(変風量ユニット)又は電動ダンパである。また、天井パネル56の下面側に配置された温度センサ128からの検出信号がコントローラ74へ送信され、開度可変バルブ172の開度が調整される。
【0048】
天井プレナムチャンバ152はクリーンエリア160に対し、通常、3から5mmAq程度負圧になる。従って、クリーンエリア160の空気はクリーンゾーンユニット154に導入されてユニット内の空気と混合する。
【0049】
クリーンルーム150では、空調機84を通じて天井プレナムチャンバ152へ戻る空気の温度を、クリーンエリア160で設定された室温よりも8〜10℃程度低い温度にまで冷却する。この温度差は、従来に比べて2倍近く大きい。クリーンエリア160には、清浄にされた冷気がクリーンゾーンユニット154から吹出す。
【0050】
これにより、従来のようにクリーン度維持のために循環風量を多くすることなく、熱負荷が大きいエリア160A内の空気の一部をクリーンゾーンユニット154の吸い込み側にショートサーキットさせ、天井プレナムチャンバ152からクリーンゾーンユニット154に供給される低温の空気と混合して吹き出し温度を調整することが可能になる。このため、空気の循環風量を従来に比べて大きく低減すること、例えば50%程度低減することができ、熱負荷処理及びクリーン度維持の両者を経済的に実現することができる。
【0051】
クリーンエリア160のうち熱負荷が大きいエリア160Aでは、コントローラ74により開度可変バルブ172の開度が小さくされ、エリア160Aからクリーンゾーンユニット154内に導入される空気量が少なく、天井から吹き出される空気の温度は比較的低い。
【0052】
クリーンエリア160のうち熱負荷の小さいエリア160Bでは、コントローラ74により開度可変バルブ172の開度が大きくされ、エリア160Bからクリーンゾーンユニット154内に導入される空気量が多く、天井から吹き出される空気の温度は比較的高い。
【0053】
また、クリーンエリア160のうち熱負荷変動が大きいエリアでは、温度センサ128の検出結果に基づき、ファン72を駆動する電動機の回転数をインバータ又は直流モータにより制御し、ダクト162内を通過する風量を、熱負荷によって決まる最大量からクリーン度維持によって決まる最小量までの範囲内で変動させることにより、天井からの空気の吹き出し温度を調整して室温を所定範囲内に維持する。
【0054】
これにより、各エリアの温度を、製造装置の発熱分布によらず均一に維持できる。
【0055】
なお、クリーンエリア160のうち熱負荷変動が小さいエリアでは、開度可変バルブ172として、オリフィス、ダンパ又はベーンを設けてこれを手動により調整しても、クリーンエリア160の温度を所定範囲内に維持することが可能である。
【0056】
クリーンエリア160の隣に壁等で区画された非一方向流クリーンエリアが併設されていてもよい。この非一方向流クリーンルーム内で熱負荷の大小が異なるエリアが混在している場合、熱負荷の大きいエリアと小さいエリアとを垂れ壁等で区分けすることにより、上述したことと同様の作用、効果を奏することができる。
【0057】
また、循環ファン100を設けないことも可能である。この場合、クリーンゾーンユニット154の吸い込み側は、クリーンエリア160に対して通常7から10mmAq程度負圧になる。
【0058】
また、クリーンゾーンユニット154には、ファンフィルタとファンとが一体になったファンフィルタユニット(FFU)を設けてもよい。この場合、従来に比べてFFUの設置台数を低減でき、しかも、FFUのファン回転に必要な動力を小さくすることができる。
【0059】
なお、クリーンゾーンユニット154の吹出口に、第1形態と同様の配慮で水平パネル(気流制御板)を設けてもよい。
【0060】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、クリーンエリア内の各エリアの熱負荷に応じて、そのエリア内の空気の一部を天井から直接クリーンゾーンユニット内に吸引することができる。これにより、クリーンエリアの温度を均一に維持するとともに、クリーンルエリア全体の空気を循環させる空調機のコンパクト化、運転に必要な動力の低減化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1形態に係るクリーンルームの正面図である。
【図2】図1の拡大図である。
【図3】第2形態に係るクリーンルームの部分正面拡大図である。
【図4】従来のクリーンルームの正面図である。
【符号の説明】
12 高性能フィルタ(清浄手段)
14 フィルタボックス(循環手段)
16 ダクト(循環手段)
18 非一方向流クリーンエリア(クリーンエリア)
20 吸込口
24 ドライコイル(空調手段、冷却コイル)
26 調節バルブ(空調手段)
30 循環ファン(循環手段)
32 天井パネル(天井)
42 非一方向流クリーンエリア(クリーンエリア)
42A エリア
42B エリア
50 格子パネル(吸込口)
56 天井パネル(天井)
58 クリーンゾーンユニット(個別エリア用チャンバ)
66 ダクト(循環手段)
68 枝管(循環手段)
70 フィルタ(清浄手段)
72 ファン(循環手段)
74 コントローラ(開度制御手段)
92 ドライコイル(空調制御手段、冷却コイル)
94 温度センサ
100 循環ファン(循環手段)
114 連通路(短絡送風手段、連通路)
116 パンチングフェイス(吹出口)
118 空気導入口
120 水平パネル(風向板)
126 開度可変バルブ
152 天井プレナムチャンバ(循環手段)
154 クリーンゾーンユニット(個別エリア用チャンバ)
160 非一方向流クリーンエリア(クリーンエリア)
160A エリア
160B エリア
162 ダクト(短絡送風手段、連通路)
164 空気導入口
172 開度可変バルブ

Claims (8)

  1. クリーンエリアの天井の吹出口に設けられた清浄手段と、クリーンエリアの吸込口から空気を排出して前記清浄手段へ空気を循環させる循環手段と、クリーンエリアの吸込口から前記循環手段へ排出された空気を所定の温湿度に空調する空調手段と、を有するクリーンルームにおいて、
    前記空調手段で空調する空気の温度を、クリーンエリアの熱負荷処理可能な温度にまで下げる空調制御手段と、
    前記清浄手段の上流側にそれぞれ設けられ、前記循環手段により送風された空気を前記清浄手段を経由させてクリーンエリアの各エリアに個別に吹き出す個別エリア用送風手段と、
    エリア内の空気の一部を前記個別エリア用送風手段に還流させる短絡送風手段と、
    を備え、
    前記短絡送風手段は、前記吹出口の近傍に設けられた空気導入口と、
    前記天井の吹出口外縁から天井と略平行に張出し、前記空気導入口近傍との間に空気流入路を形成する風向板と、
    を有することを特徴とするクリーンルーム。
  2. 前記個別エリア用送風手段が、前記清浄手段の上流側に設けられた個別エリア用チャンバと、前記個別エリア用チャンバに設けられたファンと、で構成されたことを特徴とする請求項1に記載のクリーンルーム。
  3. 前記循環手段により送風された空気の前記個別エリア用チャンバへの流入量を制御する風量制御手段を有し、かつ、前記短絡送風手段を前記各エリアに設けて各エリアの空気を前記個別エリア用チャンバに送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. 前記短絡送風手段が、前記風向板と、
    前記空気導入口を有して前記個別エリア用チャンバに連通する連通路と、
    で構成されたことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のクリーンルーム。
  5. 前記風量制御手段が、前記個別エリア用チャンバの上流側に設けられた開度可変バルブであることを特徴とする請求項2〜請求項4の何れかに記載のクリーンルーム。
  6. 前記短絡送風手段が、前記風向板と、
    前記空気導入口を有して各エリアと前記個別エリア用チャンバとを接続するダクトと、
    前記ダクト内の通過風量を調節する風量制御手段と、
    で構成されたことを特徴とする請求項2に記載のクリーンルーム。
  7. 前記風量制御手段が、開度可変バルブであることを特徴とする請求項6に記載のクリーンルーム。
  8. 前記風量制御手段が、前記各エリア内に設けられた温度センサと、前記温度センサの検出結果に基づき、前記開度可変バルブの開度を制御する開度制御手段と、を有することを特徴とする請求項5又は請求項7に記載のクリーンルーム。
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