JP5361140B2 - 非層流方式のクリーンルーム装置 - Google Patents

Description

本発明は、非層流方式のクリーンルーム装置に関する。

例えば半導体の製造分野などにおいて、クリーンルーム装置が広く利用されている。クリーンルーム装置の方式には、気流によってクリーンルーム内の空気を混合・希釈させる非層流方式（コンベンショナル方式）と、クリーンルーム内の空気を一方向に層流状態で押し流しつつ塵埃を排気させる層流方式がある。これらのうち、非層流方式のクリーンルーム装置は、層流方式のクリーンルーム装置よりも建設費、運転費などの面で経済的であるといった利点がある。かかる非層流方式のクリーンルーム装置としては、例えば本出願人が開示したように、クリーンルーム内全体の空気を一様に混合・希釈させるのが一般的である（特許文献１参照）。

また一方で、室の下部において０．２ｍ／ｓ程度の誘引を抑えた給気を行い、天井面あるいは室の高い位置の壁面から還気を行う置換換気方式が知られている（特許文献２、３参照）。この置換換気方式の空調対象域は、床から高さ２ｍ程度までの居住域であり、混合方式よりも換気回数の削減が期待できる空調システムである。
特公平２−４８７７０号公報 特開２００２−３７２２６８号公報 特開２００５−２８２８９２号公報

上記のように、従来の非層流方式のクリーンルーム装置は、天井までのクリーンルーム内全体の空気を一様に混合・希釈させることを意図したものである。クリーンルーム内の浮遊粒子（塵埃）発生量や室内発熱量から、清浄度と温度均一度の設計値を満足する必要換気回数が設計されるが、ＪＩＳによるとＩＳＯクラス６（０．５μｍ以上の粒子を１０００個／ｆｔ^３以下）で３０〜９０回／ｈ、ＩＳＯクラス８（０．５μｍ以上の粒子を１００、０００個／ｆｔ^３以下）で１０〜２０回／ｈと多くの換気回数を必要とする。クリーンルーム装置の空調エネルギーは、空気搬送系が大きな割合を占める。このため、エネルギー削減のためには、浮遊粒子発生量や室内発熱量に応じた空調風量で運転を行い、換気回数を削減することが有効である。

少ない換気回数で設計値を満足できれば建設費、運転費の面で大きなメリットが得られるが、一般には作業域がクリーンルーム内の床から２ｍ程度の高さまでであるにもかかわらず、従来の非層流方式のクリーンルーム装置では、天井までのクリーンルーム内全体を混合させてしまうために換気回数を大きく削減することができない。例えば浮遊粒子発生量から換気回数を設計する場合には、理論値である完全混合を仮定した換気回数より下回ることはできない。また、クリーンルーム内発熱量から換気回数を設計する場合、クリーンルーム内全体の空気を一様に混合・希釈させる従来の非層流方式のクリーンルーム装置では、給排気温度差が８℃〜１０℃よりも大きくなる換気回数で設計することができない。

一方、置換換気システムは、発熱体から生じる熱上昇流および床面に沿って流れる吹き出し空気が活発に流動し、それ以外の場所では空気の流動が少ないことが室内流れ場の特長である。浮遊粒子の発生源が発熱体であり、発熱体から生じる熱上昇流によって浮遊粒子が居住域上部に搬送される場合には、居住域を極めて清浄な状態に保つことができ、混合方式よりも少ない換気回数で清浄度を保つことができる。しかし、浮遊粒子の発生源が発熱を伴わない場合や、熱上昇流が小さくて居住域上部まで浮遊粒子を搬送できない場合には、空気の流動が少ないために浮遊粒子を希釈することができない欠点がある。また、置換換気システムでは、居住域下部と居住域上部の温度差がつきやすく、居住域空間の温度偏差を設定値以下に保つためには給排気温度差を混合方式よりも大きくした運転ができなかった。

本発明の目的は、少ない換気回数で作業域の清浄度を確保し、かつ作業域温度差を小さくできる非層流方式のクリーンルーム装置を提供することにある。

本発明によれば、クリーンルームに清浄空気を供給し、希釈することによってクリーンルームの内部を清浄に保つ非層流方式のクリーンルーム装置であって、高性能フィルタでろ過された室内温度より低温の清浄空気に対して旋回成分を与え、クリーンルームの下部に形成される作業域に向けて横向きに給気する給気口と、作業域よりも上部においてクリーンルームの内部の空気を排気する排気口とを有し、作業域に向けて清浄空気を給気する給気チャンバを複数台設置し、給気チャンバの前面に前記給気口が配置され、送風量を減少させる場合は、清浄空気を供給する給気チャンバの台数を減らすことによって、清浄空気の流速が０．５ｍ／ｓ未満になることを防止するように構成され、前記給気口から清浄空気を室内への吐出面での平均流速が０．５ｍ／ｓ以上、１．２ｍ／ｓ以下で給気して、前記作業域のみを希釈することを特徴とする、クリーンルーム装置が提供される。

本発明のクリーンルーム装置にあっては、クリーンルームの下部に形成される作業域のみを希釈して清浄に保つことができる。前記給気口に、清浄空気に対して旋回成分を与えるフィンを設けても良い。また、前記排気口から排気したクリーンルームの内部の空気を、前記給気口からクリーンルーム内に戻すように構成されていても良い。なお、高性能フィルタとは、少なくとも比色法９９以上、より望ましくはＤＯＰ０．３μｍ９９．９７以上、更に望ましくはＤＯＰ０．１μｍ９９．９９９以上の空気ろ過フィルタである。清浄空気を給気口からクリーンルーム下部の作業域に向けて給気するために、給気経路のいずれかに高性能フィルタを設ける。この場合、給気経路とは、例えば全外気方式の場合は外気取り入れ口から空調処理を行った後、給気口に至るまでの給気路であり、取り入れ外気に還気を混合して給気する方式の場合は、外気取り入れ口または還気口の少なくとも一方、例えば外気と還気の合流地点を一端とする。そして、取り入れ外気に還気を混合して空調処理を行った後、給気口に至るまでの給気路である。

本発明によれば、気流によってクリーンルーム内の空気を混合・希釈させる非層流方式のクリーンルーム装置において、従来よりも少ない換気回数で作業域の清浄度を確保することができる。このため、エネルギー削減が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照にして説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかるクリーンルーム装置１の説明図である。このクリーンルーム装置１は、気流によってクリーンルーム１０内の空気を混合・希釈させる非層流方式（コンベンショナル方式）である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

クリーンルーム１０の内部は、天井１０ａ、床１０ｂ及び側壁１０ｃで区画された閉鎖空間になっている。かかるクリーンルーム１０は、例えば半導体の製造分野などにおいて広く利用される。クリーンルーム１０内の下部には、半導体の製造などを行うための作業域１１が形成されている。作業域１１は、床から２ｍ程度の高さまでの領域であり、作業域１１には、各種作業を行うために人間１２が存在している。本発明においては、この作業域１１における空気中の浮遊粒子ａが所定の濃度以下の清浄度となるように管理されている。

クリーンルーム１０の下部には、複数の給気口１５が設けられ、クリーンルーム１０の上部には、複数の排気口１６が設けられている。給気口１５は作業域１１の高さ（床から２ｍ程度の高さまで）に配置されており、排気口１６は、作業域１１よりも上方に配置されている。図示の例では、クリーンルーム１０の側壁１０ｃの下部に給気口１５を開口させ、天井１０ａに排気口１６を開口させている。

クリーンルーム１０の側壁１０ｃの下部背面側には、給気チャンバ２０が設けられている。給気チャンバ２０の高さは、クリーンルーム１０内に形成される作業域１１の高さにほぼ等しくなっている。この給気チャンバ２０の前面２１が、クリーンルーム１０の側壁１０ｃの下部に露出した状態になっている。換言すれば、側壁１０ｃと給気チャンバ２０の前面２１（給気面）はほぼ同一面上にあり、給気チャンバ２０自体は、クリーンルーム１０外に配置されている。なお、給気チャンバ２０の前面２１（給気面）は、必ずしも側壁１０ｃと同一面上でなくても良い。

こうしてクリーンルーム１０の側壁１０ｃ下部に露出した給気チャンバ２０の内部は空洞になっており、その前面２１には、図２に示すように、複数の給気口１５が縦横に並べて配置されている。給気チャンバ２０には、外気ＯＡおよび還気ＲＡを空調機２２で処理することにより作られた給排気温度差を例えば１０℃以上とする低温に調整された清浄空気（給気）ＳＡが、給気ダクト２３を経て供給されている。これにより、給気チャンバ２０の前面２１に形成された複数の給気口１５から、クリーンルーム１０下部の作業域１１に向けて横向きに清浄空気ＳＡが供給されるようになっている。この場合、作業域１１全体の空気を攪拌させるために、給気口１５から平均で０．５ｍ／ｓ以上、１．２ｍ／ｓ以下（例えば０．９ｍ／ｓ以下）の流速で清浄空気ＳＡが作業域１１に向けて供給される。なお、このように０．５ｍ／ｓ以上、１．２ｍ／ｓ以下の流速とされる清浄空気ＳＡの基準位置は、給気口１５を出た直後、即ち、後述のフィン４０を経た直後の給気チャンバ２０の前面２１（給気面）の室内側である。なお、給気チャンバ２０の前面２１（給気面）の室内側における清浄空気ＳＡの平均流速は吹き出し風量を吹き出しフェース面積（給気口１５の総面積）で除した値である。

クリーンルーム１０の天井１０ａに配置された複数の排気口１６のうち、一部の排気口１６は、還気ダクト２５を経て空調機２２に連通し、他の排気口１６は、排気ダクト２６を経て外部に連通している。これにより、複数の排気口１６を通じてクリーンルーム１０内から排気された空気の一部が、還気ＲＡとなって還気ダクト２５を経て空調機２２に戻されると共に、残りの空気が、排気ＥＡとなって外部に排出されるようになっている。

空調機２２は、粗フィルタ３０、冷却器３１、送風機３２、高性能フィルタ３３を備えている。粗フィルタ３０の上流側には、外気ＯＡを取り入れる外気ダクト３４および前述の還気ダクト２５が接続されており、送風機３２の動力によって、外気ＯＡと還気ＲＡが、空調機２２内において、粗フィルタ３０、冷却器３１、送風機３２、高性能フィルタ３３の順に通過するようになっている。これにより、空調機２２内において、外気ＯＡと還気ＲＡは先ず粗フィルタ３０を通過して予備的に浮遊粒子が除去された後、冷却器３１で室内温度より低温に冷却され、更に、高性能フィルタ３３によって浮遊粒子が除去されて清浄空気ＳＡにされる。高性能フィルタ３３は例えばＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ等で構成される。

こうして空調機２２内処理されて作られた低温の清浄空気（給気）ＳＡが、給気ダクト２３、給気チャンバ２０を経てクリーンルーム１０下部の作業域１１に供給されるようになっている。この場合、送風機３２の動力は、給気チャンバ２０の前面２１の各給気口１５から、クリーンルーム１０下部の作業域１１に向けて吐出面での平均流速が０．５ｍ／ｓ以上、１．２ｍ／ｓ以下（例えば０．９ｍ／ｓ以下）の流速で清浄空気ＳＡを供給するように制御されている。

給気チャンバ２０の前面２１の各給気口１５は、板状体の前面２１に複数設けられた開口である。前面２１は給気ユニットのフェース部であり、給気口１５はパンチングやスリット等の開口として形成されていてもよく、また前面２１の全部をフィルタ面とし、給気の全量を前面２１全体から吹き出してもよい。前面２１の背後（給気チャンバ２０の奥側）には、図３、４に示すように、複数のフィン４０がそれぞれ装着されている。各給気口１５の中央に支持部材４１が設けてあり、各フィン４０は、この支持部材４１の周りに適当な等間隔で放射状に取り付けてある。給気口１５からクリーンルーム１０（作業域１１）に向かって吹き出す清浄空気ＳＡに旋回成分を与えるべく、各フィン４０は給気口１５の中心軸１５’に対してそれぞれ傾斜して配置されており、図３と図４では、フィン４０の傾斜方向が逆向きの関係になっている。

このように、各給気口１５に傾斜したフィン４０を放射状に取り付けたことにより、給気チャンバ２０の内部から給気口１５に向かって流れ込んできた清浄空気ＳＡを、給気口１５に通過させる際に、各フィン４０に沿わせて強制的に流すことができる。これにより、給気口１５からクリーンルーム１０下部の作業域１１に向かって吹き出す清浄空気ＳＡに、中心軸１５’を中心とする旋回成分を与えるようになっている。

ここで、図３、４では、フィン４０の傾斜方向が互いに逆向きであり、図３に示したフィン４０によれば、給気口１５を通過する際に、給気チャンバ２０の前面２１をクリーンルーム１０（作業域１１）の室内側から見た場合において、反時計回転方向の旋回成分が清浄空気ＳＡに与えられる。一方、図４に示したフィン４０によっては、給気口１５を通過する際に、給気チャンバ２０の前面２１をクリーンルーム１０（作業域１１）の室内側から見た場合において、時計回転方向の旋回成分が清浄空気ＳＡに与えられる。

前述のように給気チャンバ２０の前面（クリーンルーム１０の側壁１０ｃの下部）２１には、複数の給気口１５が縦横に並べて配置されているが、隣り合う給気口１５から吹き出される清浄空気ＳＡの旋回成分は、互いに逆の回転方向の関係になっている。即ち、例えば図５に示すように上下方向に並んだ４つの給気口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを例にして説明すると、１番上の給気口１５ａと上から３番目の給気口１５ｃでは、フィン４０の傾斜方向が図３で説明した状態であり、これら給気口１５ａと給気口１５ｃからは、反時計回転方向の旋回成分を与えられた清浄空気ＳＡが吹き出される。一方、上から２番目の給気口１５ｂと４番目の給気口１５ｄでは、フィン４０の傾斜方向が図４で説明した状態であり、これら給気口１５ｂと給気口１５ｄからは、時計回転方向の旋回成分を与えられた清浄空気ＳＡが吹き出される。このように、隣り合う給気口１５ａと給気口１５ｂ、給気口１５ｂと給気口１５ｃ、給気口１５ｃと給気口１５ｄの間において、それぞれ互いに逆の回転方向に旋回する清浄空気ＳＡを吹き出すようになっている。

即ち、図６に示すように、上下方向に並んだ４つの給気口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄからいずれも同じ回転方向に旋回する清浄空気ＳＡ（図６に示す例では、いずれも反時計回転方向に旋回する清浄空気ＳＡ)を吹き出した場合、給気口１５ａと給気口１５ｂの間、給気口１５ｂと給気口１５ｃの間及び給気口１５ｂと給気口１５ｃの間において、互いに打ち消しあう方向に清浄空気ＳＡが吹き出されることとなる。そうすると、各給気口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄから吹き出される清浄空気ＳＡの旋回成分が相殺されてしまう。

一方、図５で説明したように、各給気口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄから吹き出す清浄空気ＳＡの旋回成分を交互に逆の回転方向とすれば、給気口１５ａと給気口１５ｂの間、給気口１５ｂと給気口１５ｃの間及び給気口１５ｂと給気口１５ｃの間のいずれにおいても、互いに同じ方向に清浄空気ＳＡが吹き出されることとなるので、各給気口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄから吹き出される清浄空気ＳＡの旋回成分が相殺されず、お互いに旋回運動を助長しあうようになる。

なお、図５では、上下に配列された給気口１５の関係について説明したが、先に図２で説明したように、給気チャンバ２０の前面２１には複数の給気口１５が縦横に並べて配置されている。そこで図７に示すように、上下に配列された給気口１５の関係のみならず、横に配置された給気口１５の間においても、隣り合う給気口１５から吹き出される清浄空気ＳＡの旋回成分が、互いに逆の回転方向の関係となるように、各給気口１５に設けられたフィン４０の傾斜方向が設定されている。

さて、以上のように構成されたクリーンルーム装置１において、空調機２２で作った低温の清浄空気ＳＡを、給気ファン３２の稼動により、給気ダクト２３および給気チャンバ２０を経てクリーンルーム１０下部の作業域１１に向けて横向きに供給する。この場合、送風機３２の動力制御により、各給気口１５からは、クリーンルーム１０下部の作業域１１に向けて吐出面での平均流速が０．５ｍ／ｓ以上、１．２ｍ／ｓ以下の流速で清浄空気ＳＡが供給される。具体的には、給気口１５を通過する際に、フィン４０の作用により、清浄空気ＳＡに対して旋回成分が与えられる。ここでの流速は例えば１．８ｍ／ｓであり、前面２１の給気口１５から吐出される時点では昇圧されて低速となり０．９ｍ／ｓとなる。換言すれば吹出風量を前面２１の面積で除すと、本例では流速０．９ｍ／ｓが得られた。もっとも、後述の図８のような構成でフィン４０から直接室内に給気する時は、その位置で０．５〜１．２ｍ／ｓの平均流速が得られるように送風機３２や不図示のダンパを調整する。こうして、クリーンルーム１０下部の作業域１１に向かって、各給気口１５から旋回しながら清浄空気ＳＡが０．５ｍ／ｓ以上、１．２ｍ／ｓ以下の流速で横向きに給気される。

これにより、作業域１１に存在する空気に対して清浄空気ＳＡが混合されて、希釈効果により作業域１１全体の浮遊粒子ａの濃度を下げ、作業域１１を清浄に保つことができるようになる。この場合、給気ユニット２０近傍の誘引量は吹出しフェース面速度の二乗に比例する。各給気口１５から０．５ｍ／ｓ、１．２ｍ／ｓ以下以上の流速で清浄空気ＳＡを給気することにより、給気流速の小さい置換換気ではできなかった作業域１１全体の希釈混合ができ、熱上昇流に直接乗らない浮遊粒子ａの除去もできるようになる。そして、給気ユニット２０からの給気は給気面の高さと同じ距離の位置（例えば前面２１の高さが２．１ｍのとき、前面２１から室内側に２．１ｍの地点）では減速されて置換換気と略同等の風速、ここでは０．３ｍ／ｓの風速となる。また、作業域１１に向かって清浄空気ＳＡを横向きに給気しているので、クリーンルーム１０内において作業域１１よりも上部に存在している空気に対しては清浄空気ＳＡが混合されず、清浄空気ＳＡは作業域１１に存在する空気のみに対して清浄空気ＳＡが混合され、作業域１１のみを清浄に保つことができる。

また、各給気口１５から吹き出した清浄空気ＳＡは、フィン４０の作用により旋回成分を与えられて吹き出すので、クリーンルーム１０下部の作業域１１の空気が清浄空気ＳＡに誘引されて一緒に移動する誘引作用がはたらく。これに伴い、運動量保存則に従って清浄空気ＳＡの速度は、各給気口１５から吹き出した後、速やかに減速することとなる。

一方、クリーンルーム１０内の作業域１１には、発熱体としての人間１１などが存在しているので、作業域１１内に供給されて人間１１やその他の発熱機器類などに熱的に接触した清浄空気ＳＡは、やがて加熱され、緩やかに上昇する。その上昇流により、作業域１１において人間１１の周りに生じた浮遊粒子ａなどの汚染物質をクリーンルーム１０内において作業域１１の上方に搬送することができる。

そして、クリーンルーム１０内において作業域１１よりも上部に溜まった空気（加熱された空気)は、排気口１６を経て、クリーンルーム１０外に排出される。こうして、清浄空気ＳＡを作業域１１に横向きに０．５ｍ／ｓ以上、１．２ｍ／ｓ以下の流速で給気供給しつつ、クリーンルーム１０の上部から、加熱空気と共に浮遊粒子ａなどの汚染物質を排気することにより、クリーンルーム１０内の換気が行われ、作業域１１は清浄な環境に保たれる。

このクリーンルーム装置１によれば、天井までのクリーンルーム全体を希釈混合させていた従来の一般的な非層流方式のクリーンルーム装置に比べて、クリーンルーム１０下部の作業域１１のみを希釈混合して清浄に保つことにより、換気回数（クリーンルーム１０全体の容積を基準とした換気回数）を従来よりも少なくして、作業域１１の清浄度を確保することができる。このため、エネルギー削減が可能となる。

また、旋回流の誘引作用によって、単純円形開口の場合の３倍以上も給気ユニット２０近傍の空気を誘引することができる。給気ユニット２０近傍の誘引量を増加することによって、下流側への気流速度を速やかに減速させ、作業域１１で生じる熱上昇流を乱すことを抑制し、作業域１１への浮遊粒子の移流と発熱負荷の移流を抑制することができる。清浄空気ＳＡで作業域１１全体を希釈混合することにより、作業域１１の内部においては上下温度差を小さくできる。一方、クリーンルーム１０内における作業域１１よりも上部では、空気の混合が行われないため、上下温度差が相対的に大きくなる。

ここで、図１中のグラフ線４５は、クリーンルーム１０内における高さ方向の温度変化を示しており、図１において右向きに行くほど温度が高い状態を示している。このグラフ線４５で示されるように、作業域１１においては上下温度差が小さいので高さ方向に対して温度変化が小さく、作業域１１よりも上部では上下温度差が小さいので高さ方向に対して温度変化が大きくなる。このクリーンルーム装置１によれば、グラフ線４５で示されるように、作業域１１よりも上部における高さ方向の温度変化が大きくなるので、クリーンルーム１０内に給気する清浄空気ＳＡと、クリーンルーム１０内から排出される空気の温度差（給排気温度差）を例えば１０℃以上とした運転も可能である。

以上、本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。例えば排気口１６をクリーンルーム１０の上部において側壁１０ｃに形成してもよい。

また図３、４では、支持部材４１に複数のフィン４０を放射状に取り付けた構成の吹出部材を、各給気口１５にそれぞれ装着した例を説明したが、この形態に限定されない。例えば本出願人が先に特開平９-２５０８０３号の図５で開示した旋回流形成板の如き、平板からフィンを打ち抜いて形成し、また後出の図８の円筒４２のような気流安定器を加えた構成で、この端面を室内側に露出させても良い。この場合、給気口１５での吹出風量を０．５〜１．２ｍ／ｓとする必要がある。また、給気チャンバ２０の前面２１に縦横に並べて配置された複数の給気口１５において、上下に配列された給気口１５の間では、隣り合う給気口１５から吹き出される清浄空気ＳＡの旋回成分が、互いに逆の回転方向の関係となるが、横に配置された給気口１５の間では、隣り合う給気口１５から吹き出される清浄空気ＳＡの旋回成分が、互いに同じ回転方向の関係となるように設定されていてもよい。また逆に、横に配列された給気口１５の間では、隣り合う給気口１５から吹き出される清浄空気ＳＡの旋回成分が、互いに逆の回転方向の関係となるが、上下に配置された給気口１５の間では、隣り合う給気口１５から吹き出される清浄空気ＳＡの旋回成分が、互いに同じ回転方向の関係となるように設定されていてもよい。また、全部の給気口１５から吹き出される清浄空気ＳＡの旋回成分が、いずれも同じ回転方向の関係となるように設定されていてもよい。更に、各給気口１５から吹き出される清浄空気ＳＡの旋回成分が、不規則に同じ回転方向となったり逆の回転方向となるように設定されていても良い。各給気口１５から吹き出される清浄空気ＳＡの旋回成分の回転方向は、任意に設定できる。

また、図８に示すように、各給気口１５に装着される複数枚のガイドフィン４０の周囲に、円筒４２を取付けても良い。このように、給気口１５において、複数枚のガイドフィン４０の外周を円筒４２の内壁面４３（給気口１５の中心軸１５’を中心軸とする円筒形状の内壁面４３）によって囲むことにより、清浄空気ＳＡに時計回転方向または反時計回転方向の旋回成分をより強制的に与えらることができる。この場合、給気口１５の中心軸１５’に沿った方向における円筒４２の長さＬは、同じく給気口１５の中心軸１５’に沿った方向におけるガイドフィン４０の幅ｌの半分以上に設定すると良い。これを室内側に露出させ（例えば前面２１と接する端面を露出させて）、フィルタやパンチング等のフェース部を設けずに設置してもよい。ただしフィン４０を通過した直後の室内への給気の風速が０．５〜１．２ｍ／ｓに抑えられている必要がある。

高性能フィルタ３３は、図１に示したように空調機２２内に設けても良いが、給気ダクト２３内や、給気チャンバ２０内に設けても良い。給気ユニット２０内に設ける場合、高性能フィルタ３３の通風速度を遅くして圧力損失を抑えること、および、高性能フィルタ３３への流入風量を均一化する理由から、空気の流れ方向に対して直角方向に高性能フィルタ３３を設けずに、図９に示すように、下流側ほどフィルタ流入部の流路断面積を小さくするように、斜めに高性能フィルタ３３を設けても良い。

給気チャンバ２０は、図１に示すように、クリーンルーム１０の側壁１０ｃの外側に設けても良いが、図１０に示すように、クリーンルーム１０の内部に給気チャンバ２０を設けても良い。給気チャンバ２０をクリーンルーム１０の内部に設ける場合には、粉塵が堆積しないように給気チャンバ２０を壁体などでカバーリングしても良い。つまり、クリーンルーム１０の側壁１０ｃと間隔をおいて室内側に壁体を建て込み、これにより形成される二重壁内に給気チャンバ２０と給気ダクト２３、ダンパ類を収納する。また、外フランジのない給気ダクト２３をクリーンルーム１０内に導き、その給気ダクト２３の床から２ｍ以下の高さの室内対向面に旋回ガイドベーン（フィン４０）を設けた吹出しフェースを取り付けても良い。つまり、内フランジ式の矩形の竪ダクトをクリーンルーム１０の上部から床部に立ち下げ、作業域１１に相当する高さの室内側一面を開放面または通気面として構成しても良い。

このクリーンルーム装置１は、上述のように給気チャンバ２０前面の給気口１５からクリーンルーム１０下部の作業域１１に向けて０．５ｍ／ｓ以上、１．２ｍ／ｓ以下の流速で清浄空気ＳＡを給気することにより、作業域１１全体を混合・希釈させて清浄に保つことを特徴としている。しかし、省エネルギーのためには、クリーンルーム１０内の発熱負荷や浮遊粒子発生量に応じ、作業域１１の清浄度が所望のレベルとなる範囲内で、清浄空気ＳＡの給気量をなるべく小さくすることが望ましい。そこで、送風機３２にインバータなどを設けて送風機３２の動力を可変にし、全体の換気回数が変えられる構成とすることが望ましい。

但し、作業域１１に向けて給気される清浄空気ＳＡの流速が０．５ｍ／ｓ未満になると、清浄空気ＳＡによって作業域１１全体を混合・希釈させることができなくなり、浮遊粒子を作業域１１から十分に除去できなくなって、清浄な作業環境が得られなくなる心配がある。また、清浄空気ＳＡの流速が０．５ｍ／ｓ未満では、給気チャンバ２０近傍での誘引風量が減少して従来の置換換気システムの室内流れ場に近似した現象となり、作業域１１の浮遊粒子個数のばらつきや、作業域１１における温度ばらつきを大きくしてしまう。

そこで、図１１に示すように、作業域１１に向けて清浄空気ＳＡを給気する給気チャンバ２０を複数台設置し、給気ダクト２３から清浄空気ＳＡを供給する給気チャンバ２０の台数を、給気量に応じて切り替えるように構成すると良い。図示の例では、４つの給気チャンバ２０のうち、１台目の給気チャンバ２０に対しては給気ダクト２３から清浄空気ＳＡをそのまま供給するが、２〜４台目の給気チャンバ２０に対しては給気ダクト２３の途中に開閉ダンパ４６を設け、これら２〜４台目の給気チャンバ２０に対する給気を制御できるようになっている。開閉ダンパ４６は可変ダンパ（ＶＤ）あるいはモータダンパ（ＭＤ）などを用いることができる。クリーンルーム１０内の発熱負荷や浮遊粒子発生量の変動によって換気回数を変化させる場合、インバータで送風機３２の送風量を変化させると共に、開閉ダンパ４６を適宜開閉させて清浄空気ＳＡを供給する給気チャンバ２０の台数を変化させる。例えば、送風機３２の送風量を減少させる場合は、開閉ダンパ４６の一部または全部を閉じ、清浄空気ＳＡを供給する給気チャンバ２０の台数を減らすことによって、清浄空気ＳＡの流速が０．５ｍ／ｓ未満になることを防止できる。

実際のクリーンルームを用いて本発明のクリーンルーム装置を構築し、浮遊粒子個数の分布、および、温度分布の実測を行った。使用したクリーンルームは、ＩＳＯクラス８（０．５μｍ以上の粒子を１００、０００個／ｆｔ^３以下）の仕様である。クリーンルームの大きさおよび測定点を図１２に示す。高さ２ｍの旋回流誘引型の給気チャンバを、奥行き１９ｍのクリーンルームの一つの側壁に４台設けた。給気チャンバ単体の誘引量を変えるため、換気回数と吹出し運転台数を変更することによって吹出し風速を４例に変化させた。クリーンルーム内の室中央（Ａ）、吹出しから遠方側（Ｂ）、吹出し側（Ｃ）の３つの測定位置において、高さ別の浮遊粒子個数（粒径０．５μｍ〜５μｍ）と温度を実測し、３時間平均値を比較した。給排気温度差および給排気の浮遊粒子個数から求めた室内顕熱負荷量および発塵量を図１３（ａ）、（ｂ）に示す。

図１４において、運転風速別の高さ方向の温度および粉塵粒子個数を比較した。この図１４から、非作業域である床上３ｍの浮遊粒子個数と比較して、作業域の代表高さである床上１ｍの浮遊粒子個数は少なく抑えられていることが確認できる。クリーンルーム内の機器および人体（無塵服着用）から発生した浮遊粒子は、非作業域に押し上げられたためである。しかし、運転風速が遅く、吹出し誘引量が少なくなるほど、床上１ｍの浮遊粒子個数のばらつきは大きく、かつ作業域内の温度ばらつきが大きくなることが確認できる。

本発明は、種々の産業分野で利用されるクリーンルーム装置に広く適用できる。

本発明の実施の形態にかかるクリーンルーム装置を説明するための概略構成図である。 給気チャンバの前面図である。 作業域側から見て反時計回転方向の旋回成分を低温空気に与えるようにフィンを取り付けた給気口の正面図である。 作業域側から見て時計回転方向の旋回成分を低温空気に与えるようにフィンを取り付けた給気口の正面図である。 隣り合う給気口から吹き出される低温空気の旋回成分を交互に逆の回転方向とした給気口の説明図である。 隣り合う給気口から吹き出される低温空気の旋回成分を同じ回転方向とした給気口の説明図である。 上下に配列された給気口と横に配置された給気口のいずれの間においても、隣り合う給気口から吹き出される低温空気の旋回成分が、互いに逆の回転方向の関係となるように設定された給気口の説明図である。 ガイドフィンの周囲に円筒を取付けた給気口の縦断面図である。 下流側ほどフィルタ流入部の流路断面積を小さくするように斜めに高性能フィルタを設けた給気チャンバの縦断面図である。 クリーンルームの内部に給気チャンバを設けた実施の形態の説明図である。 給気量に応じて給気チャンバの稼働台数を切り替えるように構成した実施の形態の説明図である。 実施例におけるクリーンルーム内の測定点の説明図である。 給排気温度差および給排気の浮遊粒子個数から求めた室内顕熱負荷量（ａ）および発塵量（ｂ）を示すグラフである。 運転風速別の高さ方向の温度および粉塵粒子個数を比較したグラフである。

符号の説明

ＯＡ 外気
ＲＡ 還気
ＳＡ 清浄空気
１ クリーンルーム装置
１０ クリーンルーム
１１ 作業域
１５ 給気口
１６ 排気口
２０ 給気チャンバ
２２ 空調機
２３ 給気ダクト
２５ 還気ダクト
２６ 排気ダクト
３３ 高性能フィルタ
４０ フィン

Claims (3)

1. クリーンルームに清浄空気を供給し、希釈することによってクリーンルームの内部を清浄に保つ非層流方式のクリーンルーム装置であって、
   高性能フィルタでろ過された室内温度より低温の清浄空気に対して旋回成分を与え、クリーンルームの下部に形成される作業域に向けて横向きに給気する給気口と、作業域よりも上部においてクリーンルームの内部の空気を排気する排気口とを有し、
   作業域に向けて清浄空気を給気する給気チャンバを複数台設置し、給気チャンバの前面に前記給気口が配置され、
   送風量を減少させる場合は、清浄空気を供給する給気チャンバの台数を減らすことによって、清浄空気の流速が０．５ｍ／ｓ未満になることを防止するように構成され、
   前記給気口から清浄空気を室内への吐出面での平均流速が０．５ｍ／ｓ以上、１．２ｍ／ｓ以下で給気して、前記作業域のみを希釈することを特徴とする、クリーンルーム装置。
2. 前記給気口に、清浄空気に対して旋回成分を与えるフィンを設けたことを特徴とする、請求項１のクリーンルーム装置。
3. 前記排気口から排気したクリーンルームの内部の空気を、前記給気口からクリーンルーム内に戻すように構成されていることを特徴とする、請求項１または２のクリーンルーム装置。

Images