JP5540538B2 - ファンフィルターユニット - Google Patents

Description

本発明は、半導体、液晶、およびプラズマディスプレイパネルなどの、清浄空間を必要とする製造装置で使用されるファンフィルターユニットに関する。

従来、この種のファンフィルターユニットにおいて、吸込口は吸込板形状の最適化により、ファンの最大効率を引き上げているが、吸込気流の乱れ改善に特別な手段を用いてはいない。（例えば特許文献１参照）。

特開平９−９４４１９号公報（段落００１２〜００１８、図１）

従来のファンフィルターユニットでは、ファン効率の最大化を追求して吸込口形状を決定しているが、吸込気流の乱れ改善について考慮されていないため、ファンに吸込まれる気流が乱れていることによって生じるファン効率のロスや、吸込気流により生じた小さな複数の渦が衝突し吸込み側で発生する騒音、またファンと吸込板の隙間を逆流することにより笛音を発生させている。

本発明のファンフィルターユニットは上記目的を達成するために、箱型状のチャンバー内の上部に前記チャンバーに固定された吸込板の吸込口を有し、ターボファンとモーターからなるファンユニットを、前記チャンバー内部に有し、このファンユニットの吹出側にファイルターを設け、前記吸込板の上部に吸込み側に突出した吸込補助ダクトを設け、気流が前記吸込補助ダクトに流入してから前記吸込口まで流れる距離は、前記吸込補助ダクトの下流端と前記ターボファンとの距離より長いことを特徴としたものである。

本発明のファンフィルターユニットは上記目的を達成するために、箱型状のチャンバー上部に吸込口を有し、ターボファンとモーターからなるファンユニットを、前記チャンバー内部に有し、このファンユニットの吹出側にファイルターを設け、前記吸込口よりも上
流側に、前記ファンの回転軸方向に前記チャンバーの前記吸込口から突出した吸込補助ダクトを備えたものである。

また他の手段は、吸込補助ダクトが正多角筒状であり、その正多角形の内接円の中心が前記ファンの回転軸上にあることを特徴としたものである。

また他の手段は、吸込補助ダクトが円筒状であり、前記ファンと同心軸であることを特徴としたものである。

また他の手段は、チャンバー上面と同一の平面と、吸込補助ダクトの側面と同一の平面が、チャンバー上面側から見て鋭角となるように交差するように、吸込補助ダクトに傾斜を備えたことを特徴としたものである。

また他の手段は、吸込補助ダクトの開口面積が、上流側ほど大きくなり、吸込補助ダクトの垂直断面形状は、一定の曲率を有していることを特徴としたものである。

また他の手段は、吸込補助ダクト側面の内側にチャンバー上部の吸込口の開口中心へ伸びる錐体型の送風ガイドを備えたことを特徴としたものである。

また他の手段は、吸込補助ダクト内部をファン回転軸と平行に分割する仕切り板を備えたことを特徴としたものである。

また他の手段は、前記仕切り板を平行に複数枚設けたことを特徴としたものである。

また他の手段は、前記仕切り板を格子状に複数枚設けたことを特徴としたものである。

また他の手段は、吸込補助ダクト内の仕切り板の上流側端面エッジ部にＲ形状を備えたことを特徴としたものである。

また他の手段は、吸込補助ダクトに全体を覆う天面部を設け、その天面部に複数の孔を並べて配置することを特徴としたものである。

また他の手段は、前記吸込補助ダクトに設けた前記天面部の複数の孔の上部端面エッジ部に、Ｒ形状を備えたことを特徴としたものである。

これらの手段により、吸込口の気流の乱れを低減しファン効率を上昇させ、吸込側の気流の衝突などに起因する騒音を低減させたファンフィルターユニットが得られる。

本発明の請求項１記載の発明は、箱型状のチャンバーと、そのチャンバー内の上部に前記チャンバーに固定された吸込板の吸込口を有し、ターボファンとモーターからなるファンユニットを、前記チャンバー内部に有し、このファンユニットの吹出側にフィルターを設けたファンフィルターユニットにおいて、前記吸込口よりも上流側に、前記ターボファンの回転軸方向に前記チャンバーの前記吸込板の上部に吸込み側に突出した吸込補助ダクトを設け、気流が前記吸込補助ダクトに流入してから前記吸込口まで流れる距離は、前記吸込補助ダクトの下流端と前記ターボファンとの距離より長いことを特徴としたものであり、吸込補助ダクトを備えることにより、吸込口において気流が衝突することと共に、それにより生ずる乱れや衝突音を防ぎ、ファン効率をより高めるという作用を有するものである。

本発明の実施の形態１のファンフィルターユニットの縦断面図 （ａ）本発明の実施の形態２のファンフィルターユニットの吸込口平面図、（ｂ）縦断面図 （ａ）本発明の実施の形態３のファンフィルターユニットの吸込口平面図、（ｂ）縦断面図 本発明の実施の形態４のファンフィルターユニットの縦断面図 本発明の実施の形態５のファンフィルターユニットの縦断面図 本発明の実施の形態６のファンフィルターユニットの縦断面図 本発明の実施の形態７のファンフィルターユニットの縦断面図 （ａ）本発明の実施の形態８のファンフィルターユニットの吸込口平面図、（ｂ）縦断面図 （ａ）本発明の実施の形態９のファンフィルターユニットの吸込口平面図、（ｂ）縦断面図 （ａ）本発明の実施の形態１０のファンフィルターユニットの吸込口平面図、（ｂ）縦断面図、（ｃ）仕切り板拡大図 （ａ）本発明の実施の形態１１のファンフィルターユニットの吸込口平面図、（ｂ）縦断面図 （ａ）本発明の実施の形態１２のファンフィルターユニットの吸込口平面図、（ｂ）縦断面図、（ｃ）天面部拡大図 チャンバー高さを大きくとった場合の風の流れを示す図

本発明の請求項１記載の発明は、箱型状のチャンバーと、そのチャンバー上部に吸込口を有し、ターボファンとモーターからなるファンユニットを、前記チャンバー内部に有し、このファンユニットの吹出側にフィルターを設けたファンフィルターユニットにおいて、前記吸込口よりも上流側に、前記ファンの回転軸方向に前記チャンバーの前記吸込口から突出した吸込補助ダクトを備えたものであり、吸込補助ダクトを備えることにより、吸込口において気流が衝突することと共に、それにより生ずる乱れや衝突音を防ぎ、ファン効率をより高めるという作用を有するものである。

また、吸込補助ダクトが正多角筒状であり、その正多角形の内接円の中心が前記ファンの回転軸上にあることを特徴としたものである。仮に吸込口中心に対し吸込補助ダクトの設置位置がずれると仮定すると、吸込補助ダクトに部分的に吸込力のバラつきが起こり、吸込気流が多くなる部分と少なくなる部分ができる。これにより吸込み気流の偏りと乱れが発生することとなる。本発明では、ファンの回転軸と正多角形の内接円の中心とを一致させることにより、吸込み気流の偏りと乱れの発生を防ぎ、気流が満遍なく吸込口中心に流れるように風向きを制御することができ、吸込口の乱れをより低減し、それにより生ずる乱れや衝突音を防ぎ、ファン効率を高めるという作用を有するものである。

また、吸込補助ダクトが円筒状であり、前記ファンと同心軸であることを特徴としたものであり、円筒状にすることにより吸込補助ダクトの吸込気流流入部と吸込口との距離が等しくなり、吸込補助ダクトの流入部の全周に等しい吸込力を加えることができる。これにより吸込気流の偏りと乱れの発生をより少なくし、それにより生ずる渦や衝突音を防ぎ、ファン効率を高めるという作用を有するものである。

また、チャンバー上面と同一の平面と、吸込補助ダクトの側面と同一の平面が、チャンバー上面側から見て鋭角となるように交差するように、吸込補助ダクトに傾斜を備えたものであり、吸込気流が傾斜に沿って滑らかに流れていき、気流の衝突や滞留、よどみを低減し整流効果をうながし、吸込気流の乱れや衝突音を防ぎ、ファン効率を高めるという作用を有するものである。

また、吸込補助ダクトの開口面積が、上流側ほど大きくなり、吸込補助ダクトの垂直断面形状は、一定の曲率を有していることを特徴としたものであり、吸込補助ダクトに気流が沿って流れることにより、より滑らかに気流を吸込むことを促すことができる。また、吸込補助ダクトでの風向きを滑らかに変えることができ、吸込補助ダクト内での吸込気流の乱れや衝突音をさらに防ぎ、ファン効率を高めるという作用を有するものである。

また、吸込補助ダクト側面の内側にチャンバー上部の吸込口の開口中心へ伸びる錐体型の送風ガイドを備えたものであり、吸込補助ダクトの径を大きくし、より多くの吸込風量を確保する際に、広い範囲からの吸込であっても、吸込気流の滞留やよどみをなくすことができる。さらに滑らかに気流を吸込口へ促し、吸込補助ダクト内部で気流が衝突することにより生ずる乱れや衝突音を防ぎ、ファン効率を高めるという作用を有する。

また、吸込補助ダクト内部をファン回転軸と平行に分割する仕切り板を備えたことを特徴としたものであり、特に大きな吸引力を備え吸込補助ダクトへ大量の気流が流入する際に、大きな吸込力によって全方向から吸引される気流が一気に中心部に集まり、中心部で衝突することによって生じる気流の乱れと衝突音を防ぐという作用を有する。

また、前記仕切り板を平行に複数枚設けたことを特徴とするものであり、吸込補助ダクト内部の仕切り板に沿って気流を流すことにより、気流の整流効果を高めるとともに、吸込補助ダクト内での渦の発生を小さくすることにより、ファン効率を高めるという作用を有する。

また、前記仕切り板を格子状に複数枚設けたことを特徴とするものであり、吸込補助ダクト内を細分化することにより、気流が沿って流れる仕切り板部分をふやすことができ、それにより気流の整流化と渦の発生の抑制を図り、吸込み気流の乱れをより低減し、ファン効率を高めるという作用を有する。

また、前記吸込補助ダクト内の仕切り板の上流側端面エッジ部にＲ形状を備えたものであり、仕切り板の上流側端面エッジ部を通過する際に、鋭利なエッジがある場合、風切音が発生するとともに、渦も発生する。しかし仕切り板のエッジにＲ形状の丸みをもたせることによって、気流の仕切り板への衝突を滑らかにすることによって、より吸込気流の乱れを低減し、ファン効率を高めるとともに、吸込騒音を小さくするという作用を有する。

また、吸込補助ダクトに吸込補助ダクト全体を覆う天面部を設け、その天面部に複数の孔を並べて配置することを特徴としたものであり、吸込補助ダクトに気流が流れ込む前に、複数の孔による整流効果を気流に与え、なだらかに吸込み補助ダクトに気流が流れ込み、さらに吸込補助ダクトを通ることによって整流され、吸込み気流の乱れを低減し、ファン効率を高める作用を有する。

また、前記吸込補助ダクトに設けた前記天面部の複数の孔の上部端面エッジ部に、Ｒ形状を備えたことを特徴とするものであり、天面の孔の上部端面エッジ部に丸みをもたせることにより、風切音と渦の発生を抑制し、整流効果をさらに高め、より吸込気流の乱れを低減しファン効率を高めるとともに、吸込騒音を小さくするという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に示すように、第１の実施の形態のファンフィルターユニットは、ターボ型のファン２とモーター３からなるファンユニット４を箱形状のチャンバー５に内蔵している。吸込板８はチャンバー５に固定されており、ファンユニット４はブリッジ形状のサポート７によりチャンバー５に固定されている。ファンユニット４の吹出側となる下方にはフィルター６を設けている。吸込口１の吸込板８の上部には、吸込み側に突出するように吸込補助ダクト９が取り付けられている。

上記構成において、ファンユニット４を運転することによって、吸込補助ダクト９を気
流が通過し、吸込口１より空気が吸込まれ、チャンバー５内に送り込まれる（矢印で空気の流れを示す）。

このとき、吸込補助ダクトがなければ、吸込口１には幅広い範囲から気流が流れてくるため、吸込口１では吸込まれた多くの気流が衝突を起こし、乱れた気流がファン２に吸込まれていく。これにより吸込口１での吸込み気流の衝突音が大きくなる。さらに、ファン２に吸込まれるときに吸込み気流は多くの渦を有することとなり、ファン２の抵抗が大きくなり、ファン効率を悪化させる要因となる。また、図１３に示すように、吸込板８からファン２までの距離を長くし、その間で吸込み気流の整流化を図る構成とした場合には、チャンバー５そのものの高さが高くなり、ファン２上部にスペースが生まれる。ファン２から吐き出された気流の一部は、チャンバー５側面にあたり、そのスペースに流れ込み、そこで滞留やよどみを引き起こす。このため、ファン２から吐き出された気流は損失することとなり、フィルター６を通過する気流は減少する。

本実施の形態では、吸込補助ダクト９を取り付けることによって、吸込気流を制限することができ、さらに吸込み気流の風向を鉛直下向きに変えるため、水平方向での気流の衝突が減少する。同時に吸込口１付近での気流の衝突による騒音も減少する。また気流が吸込補助ダクト９に流入してから吸込口１まで流れるのに距離があるため、その分気流は整流されより層流状態に近づき、渦の発生が少ない状態でファン２に吸込まれる。そのため、ファン２の抵抗成分が減少し、ファン効率が上昇するとともに、気流がファン２から流れ出る際の流体騒音も減少させることができるという効果がある。

（実施の形態２）
第２の実施の形態のファンフィルターユニットは、図２に示すように、吸込補助ダクト９が正多角筒状であり、その正多角形の内接円の中心が前記ファン２の回転軸上にあるようにチャンバー５に取り付ける。

上記構成において、ファン２の回転軸と正多角形の内接円の中心とが一致することにより、吸込補助ダクト９へ吸込まれる気流は満遍なく吸込口１の中心に流れるように風向きを制御することができる。仮に吸込口１中心に対し吸込補助ダクト９の設置位置がずれると仮定すると、吸込補助ダクト９に部分的に吸込力のバラつきが起こり、吸込気流が多くなる部分と少なくなる部分ができる。これにより吸込み気流の偏りと乱れが発生することとなる。上記構成をとることにより、これら吸込み気流の偏りと乱れの発生を防ぐことができる。さらに、これらにより生ずる渦や衝突音を防ぎ、ファン効率を高めることができる。

（実施の形態３）
第３の実施の形態のファンフィルターユニットは、図３に示すように、吸込補助ダクト９が円筒状であり、前記ファン２と同心軸であるように取り付ける。

上記構成において、吸込補助ダクト９の形状を円筒状にすることにより、吸込補助ダクト９の吸込気流流入部と吸込口１との距離が等しくなり、吸込補助ダクト９の流入部の全周に等しい吸込力を加えることができる。これにより吸込補助ダクト９の流入部の吸込気流の偏りをなくすことができ、渦や衝突音の発生を防ぎ、ファン効率を高めることができる。

（実施の形態４）
第４の実施の形態のファンフィルターユニットは、図４に示すように、チャンバー５上面と同一の平面と、吸込補助ダクト９の側面と同一の平面が、チャンバー５上面側から見て鋭角となるように交差するように、吸込補助ダクト９に傾斜を備えた構造を有する。

上記構成において、吸込補助ダクト９の流入部面積を大きな構造とすることができ、より多くの気流を吸込むことができる。さらに、吸込補助ダクト９の側面に傾斜を備えることで、傾斜に沿って滑らかに気流が吸込まれていくため、気流の衝突や滞留、よどみを低減し整流効果を促すことができる。さらに気流の風向きを変えるための負荷が低減できるとともに、気流の衝突を低減でき、整流効果を促すことができるため、よりファン効率を改善することができる。また吸込補助ダクト９への流入部で生ずる衝突音などを防ぐことができる。

（実施の形態５）
第５の実施の形態のファンフィルターユニットは、図５に示すように、吸込補助ダクト９の開口面積が、上流側ほど大きくなり、吸込補助ダクト９の垂直断面形状は、一定の曲率を有している構造を有する。

上記構成において、吸込補助ダクト９を通過する気流は、吸込補助ダクト９の上流側開口部にて幅広い範囲から吸込まれ、吸込口１に向かい壁面を沿って滑らかに送られる。さらに吸込補助ダクト９の垂直断面形状は一定の曲率を有しているため、その滑らかな勾配に沿って吸込み気流が流れることによって、吸込補助ダクト内での気流の風向きを滑らかに吸込口１方向へ変えることができる。また吸込補助ダクト９の持つ一定の曲率形状は、エッジ部がないため、曲率の大小を調節することによって風向きを調整する際に、気流の剥離による渦の発生を抑制できる。これらの効果により、吸込補助ダクト９内での気流の乱れと衝突音などを防ぎ、ファン効率を高めるという作用を有するものである。

（実施の形態６）
第６の実施の形態のファンフィルターユニットは、図６に示すように吸込補助ダクト９側面の内側にチャンバー５上部の吸込口１の開口中心へ伸びる錐体型の送風ガイド１０を備えた構造を持つ。

上記構成において、吸込補助ダクト９の径を大きくしより多くの吸込風量を確保する際に、広い範囲からの吸込であっても錐体型の送風ガイド１０により吸込口１に気流を滑らかに流すことによって、吸込気流の滞留やよどみをなくすことができる。また、送風ガイド１０に沿って吸込み気流が流れることにより、吸込口１に気流が到達する前での吸込気流の衝突と乱れを防ぐことにより、吸込補助ダクト９内の気流をより整流した状態で吸込口１に気流を流すことができる。このため、吸込補助ダクト９内の衝突音、乱れを防ぎ、ファン効率を高めることができる。

（実施の形態７）
第７の実施の形態のファンフィルターユニットは、図７に示すように、吸込補助ダクト９内部をファン２回転軸と平行に分割する仕切り板１１を備えた構造を持つ。

上記構成において、吸込補助ダクト９へ気流が流入する際に、特に大風量の吸込気流が流れる際には、大きな吸込力によって様々な方向からくる気流が仕切り板１１に衝突し、そのまま仕切り板１１に沿って整流されて吸込口１に流れていく。仕切り板１１がない場合は、吸込気流が一気に吸込口１上部に集まり、そこで衝突することによって気流の乱れと衝突音が生じる。従って仕切り板１１により吸込口１上部の気流の乱れと衝突音を防ぐことができ、ファン効率を高めるという作用を有する。

（実施の形態８）
第８の実施の形態のファンフィルターユニットは、図８に示すように、前記仕切り板１１を平行に複数枚設けた仕切り板１２を備えた構造を持つ。

上記構成において、吸込補助ダクト９へ気流が流入する際に、吸込補助ダクト９内部の仕切り板１２に沿って気流を流すことにより気流の整流効果を高めるとともに、様々な方向からくる気流が中心部に集まり衝突することを防ぐことができる。これにより吸込気流の渦の発生による損失と衝突音を防ぎ、ファン効率を高めるという作用を有する。

（実施の形態９）
第９の実施の形態のファンフィルターユニットは、図９に示すように、前記仕切り板１１を格子状に複数枚設けた仕切り板１３が設けられている。

上記構成において、吸込補助ダクト９内を格子状に細分化することにより、気流が沿って流れることができる面積を増やすことができ、より吸込気流の整流効果を高めることができる。これにより吸込気流の層流化を図ることができ、乱れや衝突音を低減し、ファン効率を高めることができる。

（実施の形態１０）
第１０の実施の形態のファンフィルターユニットは、図１０に示すように、吸込補助ダクト９内の仕切り板１２の上流側端面エッジ部にＲ形状を備えた構造を持つ。

上記構成において、仕切り板１２の上流側端面エッジ部を通過する際に、鋭利なエッジがある場合、風切音が発生するとともに、剥離による渦も発生するが、図１０のＡ部のように仕切り板１２のエッジに丸みをもたせることによって、気流の仕切り板への衝突を滑らかにし剥離を低減することによって、より吸込気流の乱れを低減し、ファン効率を高めるとともに、吸込騒音を小さくすることができる。

（実施の形態１１）
第１１の実施の形態のファンフィルターユニットは、図１１に示すように、吸込補助ダクト９に吸込補助ダクト９全体を覆う天面部１４を設け、その天面部１４に複数の孔１５を並べて配置する構造を持つ。

上記構成において、吸込補助ダクト９に気流が流れ込む前に、複数の孔１５による整流効果を気流に与えることにより気流を滑らかに吸込み、さらに吸込補助ダクト９を通ることによって整流され、吸込口１に到達する際の気流の乱れを低減することができるため、ファン効率を高めることができる。

（実施の形態１２）
第１２の実施の形態のファンフィルターユニットは、図１２に示すように、前記吸込補助ダクト９に設けた前記天面部１４の複数の孔１５の上部端面エッジ部に、Ｒ形状を備えた構造を持つ。

上記構成において、天面部１４の複数の孔１５の上部端面エッジ部に丸みをもたせることにより、エッジ部における気流の剥離を防ぎ風切音と渦の発生を抑制して気流をより滑らかに流し、整流効果をさらに高め、より吸込気流の乱れを低減し、ファン効率を高めるとともに、吸込騒音を小さくすることができる。

吸込気流を整流し、ファン効率の改善と騒音の低減を確保することによって、半導体工場、食品工場などの清浄空間を必要とするスペースのランニングコストを削減するとともに、作業環境の改善を図ることができる。

１ 吸込口
２ ファン
３ モーター
４ ファンユニット
５ チャンバー
６ フィルター
７ サポート
８ 吸込板
９ 吸込補助ダクト
１０ 送風ガイド
１１ 仕切り板
１２ 仕切り板
１３ 仕切り板
１４ 天面部
１５ 複数の孔

Claims (12)

1. 箱型状のチャンバーと、そのチャンバー内の上部に前記チャンバーに固定された吸込板の吸込口を有し、ターボファンとモーターからなるファンユニットを、前記チャンバー内部に有し、
   このファンユニットの吹出側にフィルターを設けたファンフィルターユニットにおいて、前記吸込口よりも上流側に、前記ターボファンの回転軸方向に前記チャンバーの前記吸込板の上部に吸込み側に突出した吸込補助ダクトを設け、気流が前記吸込補助ダクトに流入してから前記吸込口まで流れる距離は、前記吸込補助ダクトの下流端と前記ターボファンとの距離より長いことを特徴としたファンフィルターユニット。
2. 吸込補助ダクトが正多角筒状であり、その正多角形の内接円の中心が前記ファンの回転軸上にあることを特徴とした請求項１に記載のファンフィルターユニット。
3. 吸込補助ダクトが円筒状であり、前記ファンと同心軸であることを特徴とした請求項１に記載のファンフィルターユニット。
4. チャンバー上面と同一の平面と、吸込補助ダクトの側面と同一の平面が、チャンバー上面側から見て鋭角となるように交差するように、吸込補助ダクトに傾斜を備えたことを特徴とした請求項２，３に記載のファンフィルターユニット。
5. 吸込補助ダクトの開口面積が、上流側ほど大きくなり、吸込補助ダクトの垂直断面形状は、一定の曲率を有していることを特徴とした請求項４に記載のファンフィルターユニット。
6. 吸込補助ダクト側面の内側にチャンバー上部の吸込口の開口中心へ伸びる錐体型の送風ガイドを備えたことを特徴とした請求項２，３に記載のファンフィルターユニット。
7. 吸込補助ダクト内部をファン回転軸と平行に分割する仕切り板を備えたことを特徴とする請求項４，５に記載のファンフィルターユニット。
8. 前記仕切り板を平行に複数枚設けたことを特徴とする請求項７に記載のファンフィルターユニット。
9. 前記仕切り板を格子状に複数枚設けたことを特徴とする請求項７に記載のファンフィルターユニット。
10. 前記吸込補助ダクト内の仕切り板の上流側端面エッジ部にＲ形状を備えた、請求項７，８，９いずれかひとつに記載のファンフィルターユニット。
11. 吸込補助ダクトに吸込補助ダクト全体を覆う天面部を設け、その天面部に複数の孔を並べて配置することを特徴とした請求項４〜６いずれかひとつに記載のファンフィルターユニット。
12. 前記吸込補助ダクトに設けた前記天面部の複数の孔の上部端面エッジ部に、Ｒ形状を備えたことを特徴とする請求項１１に記載のファンフィルターユニット。

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