JP7292093B2 - クリーンルーム空調システム - Google Patents

Description

本発明は、クリーンルームの空調システムに係り、特に半導体工場、フラットパネルディスプレイに使うフィルムや液晶、有機ＥＬなどを製造する工場、あるいは精密機械工場などに用いられる大空間クリーンルームの空調システムに関する。特に、クリーンルームの室内に温度むらが発生しないように室内温度をきめ細かく制御しつつ、ランニングコストも小さくする空調システムに関する。

半導体工場、フラットパネルディスプレイに使うフィルムや液晶、有機ＥＬなどを製造する工場、あるいは精密機械工場などでは、わずかでも浮遊微粒子があると、製造中の製品に付着して製品不良を起こすために、工場全体または作業室を必要に応じて清浄な状態とし、製品の品質と信頼性を高め、歩留りの向上に努めている。
最近では、半製品や製品を製造したり工程間を搬送したりする領域だけを局所的に清浄化するミニエンバイロメントやマイクロエンバイロメントといわれる考え方が浸透している。実際は、半製品や製品が暴露される空間を小空間として他から隔離し、該小空間内を局所的に高清浄に保つという技術思想であり、生産装置や工程間搬送等に導入されている。この方式では、クリーンルーム内でも特に高い清浄度を確保する領域は局所に限定され、その他の領域には昔ほど高清浄度は要求されないため、室全体としてはある程度の清浄度を保てばよいことになる。こうして、大空間（ボールルーム）が工業用クリーンルームの主流となっている。
このような大空間（ボールルーム）式のクリーンルームでも、昔の電力のかさむ全域ダウンフローとは異なるが、空気の流れは概ね上から下へ流れるよう天井の一部にＨＥＰＡフィルタを最終とする天井吹出部と、床はパンチングパネルなどで形成した上げ床の開孔から、スラブ床と上げ床との間の床下に空気を吸い込み、その空気を温調して再び天井から除塵して吹出す空気流れを形成している。こうして、室内で発生した塵埃をいち早く排除するようになっている。

従来のクリーンルームは、図５に示すように、半導体工場等のある程度気密性の高い建物Ｋ内に設けられ、建物Ｋの天井スラブＫ１とＴバーやチャンネル材で格子が形成されるクリーンルーム１の天井２との間で構成される天井プレナムチャンバ５と、クリーンルーム１の床４と建物Ｋの床スラブＫ２との間で構成される床下チャンバ６と、建物Ｋの気密を確保した壁Ｋ３とボードやパネルで形成されるクリーンルーム１の側壁３との間で構成されるレタンシャフト１１と、前記クリーンルーム１の天井２の格子にまばらに設けられたファンフィルタユニット（ＦＦＵ）７と、そのほかの格子に嵌められるブランクパネルとクリーンルーム１内の空気を冷却する空気冷却手段８から構成されている。
そして、天井プレナムチャンバ５内の空気は、ファンフィルタユニット７で気中の塵埃を除去し所定の清浄度を確保するため、一定風量が確保できるよう新設時に風量調整された後はその風量でずっと動き続けて清浄されてクリーンルーム１内へ吹出され、クリーンルーム１内へ吹出された空気Ａ１は、床スラブＫ２の上に上げ床を構成する床４のパンチングパネルの開孔などである排出口から排出され、空気冷却手段８で冷却された後レタンシャフト１１を通り、前記天井プレナムチャンバ５へ、ファンフィルタユニット（ＦＦＵ）７のファンの搬送力によって流れて行く。
図ではわかりにくいが、大空間（ボールルーム）クリーンルームの空間は大きく、図１に記載した空気冷却手段８一つについて前記ファンフィルタユニット７が３台の長さ受け持ちのイメージは、実際は２５～３０ｍの長さとなっている。つまり、ドライコイルである空気冷却手段８ごとにクリーンルーム１内を横方向に複数のエリアに分割し、その大きなエリアには一つの空気冷却手段８にて冷却された空気が循環することとなる。

クリーンルーム室内の温度は、ボールルーム方式となったので昔の製品が暴露する室と比較すると少し緩和されたが、それでも、例えば２３℃設定値に対し許容誤差は±１℃程度と厳しい場合がある。この室内温度は生産装置などが稼働して熱負荷として室内に発熱物があったとしても、室のどこでも２３℃設定値が保てるように、最大負荷が発生した熱に対して冷却した後で、つまり還気として床４の排出口から出る際に２３℃が保てるように設備側の能力を備えるのである。
よって、天井吹き出しの空気温度は室内熱負荷が大きければ２３℃よりもずっと低温になり、負荷が小さいと２３℃に近くづく低温となる。
このように、従来のクリーンルームの空調システムでは、実際は２５～３０ｍの奥行である横方向分割の大きなエリアにひとつの空気冷却手段８が受け持ち、その空気冷却手段８は一つの比例制御弁にて流量制御されるので、大きなエリアに１点の検出温度センサの計測値と温度設定値（例えば２３℃設定値）との偏差に基づく演算信号により比例制御弁の熱媒の流量制御を行うこととなる。

特許文献１には、まず従来のクリーンルームの空調システムにおいて、１点又は複数点の室内温度を温度センサによって検出し、複数点でも平均処理するなどしたあと一つの発生信号を送信し、その信号に応じて空調機の冷却熱交換量を制御し、給気する空調エアの温度を変更して室内温度を制御するにあたって、１点又は複数点を平均した検出温度を代表温度として空調エアの温度を変更するため、クリーンルームの大きなエリア内の温度むらを更に促進してしまうという欠点があることに着目している。
例えば、発熱を伴う装置が設置されている大きなエリア内の部分と、発熱装置が設置されていない部分が混在しているため、必ず温度センサで検出された温度よりも高い温度または低い温度を呈するエリア、即ち温度むらが存在している。
従って、従来の空調システムでは、温度が高いエリア部分ではさらに温度が高くなり、温度が低いエリア部分ではさらに温度が低くなるため、室内エリア内の温度むらがさらに促進されてしまう。と問題提起している。
そこで、特許文献１では、ファンフィルタユニットによる循環気流とは別に、床下から空気を吸い込んで、天井裏空間に空調空気を吹き出す空調機を別に備え、室内の空調機ごとの大きなエリアを縦方向に小さなエリアに分割し、小さなエリアごとに空調機からの主給気ダクトを分岐させた天井裏空間にある分岐給気ダクトそれぞれに風量調整ダンパを備え、小さなエリアごとに設けた室内空気センサの温度計測値と設定値との偏差に基づいて、風量調整ダンパの開閉率を制御し、さらに、床下の空間にも小さなエリアごとに空調機への主還気ダクトを分岐させた床下空間にある分岐還気ダクトそれぞれに風量調整ダンパを備え、小さなエリアごとに設けた室内空気センサの温度計測値と設定値との偏差に基づいて、床下の風量調整ダンパの開閉率をも制御することで温度むらを解消する技術が開示されている。（特許文献１）。

特許３５０３２６５号公報

特許文献１での前記クリーンルームにおいては、室内を清浄な状態に維持するための空気の流れは、天井に多数設置されたファンフィルタユニットが搬送力を形成して搬送し、すべてのファンフィルタユニットから一斉にクリーンルーム内へ同じ風速（風量）で空気を吹き出している。これとは別に、ファンを内蔵した空調機が別な風量で別な搬送力を持って温調空気のもとを流している。分岐給気ダクトから吹き出す温調空気のもとと、ファンフィルタユニットが循環させ天井裏空間へもたらされた循環空気とを、ファンフィルタユニットの吸い込み口でミックスして室内に吹出すので、小さなエリア内ではそこに位置する各ファンフィルタユニットとも同じ吹き出し温度を狙っているが、温調空気と循環空気とのミックスがファンフィルタユニットごとに異なる場合があり、温度むらが発生する恐れが排除できていない。
図５の従来のクリーンルームを生かそうとすると、特許文献１が備える空調機１２や給気ダクト２０、還気ダクト５０の追加は大きな改造を伴い、現実的ではない。
通常のボールルーム方式クリーンルームでは、ファンフィルタユニット７の搬送力のみで、ドライコイルである空気冷却手段８にも通風して搬送し循環する必要がある。ところが、天井チャンバ内を流れている空気の温度は実際には、空気冷却手段８を通る際に伝熱面積全体のうちの通過風速の不均一さや、空気冷却手段８の熱交換の伝熱部分による冷媒温度の不均一などが起因となって、レタンシャフトを通った後の天井内の気流温度は場所ごとに均一にならず、空気が流れやすいところと滞留するところなど、場所によって気流の温度が異なるため、多数のファンフィルタユニットは、その異なった温度の空気を吹出すことになり、クリーンルーム内の空気の温度むらが生じていて、代表温度である温度センサ設定点ではよくても、クリーンルーム内で生産している製品へその温度むらの影響を及ぼしている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、前記クリーンルーム内全体の温度のばらつきを均一にするために、前記クリーンルーム内を、空気冷却手段ごとに大きなエリアとして区分するだけでなく、ひとつの冷却手段が受け持つ大きなエリアをさらに縦方向に複数のグループからなる小エリアに区分けし、当該小エリアの各グループ内の温度を各々測定する室内温度センサを設け、室内温度センサの測定値に基づいて前記各グループへ送るファンフィルタユニットの風速を制御することで各グループ内を流れる空気の温度を均一にするとともに、空気冷却手段の出口空気温度を計測する冷却手段用温度センサを設けて、冷却手段用温度センサの測定値に基づいて前記空気冷却手段の制御弁の開度を制御することで大きなエリア全体の熱負荷を賄うとともに、
前記各グループへ送る各ファンフィルタユニットのファンモータ周波数から風速の平均値を演算し、当該平均風速を減らすべく前記冷却手段用温度センサの設定値を下げていくことで省エネルギーのクリーンルーム空調システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、クリーンルーム内の空気の温度を均一にするためのクリーンルーム空調システムであって、以下の構成としたことを特徴とする。
〈１〉天井プレナムチャンバ５と、前記天井プレナムチャンバ５からの空気が流入する生産装置２０が配置されるクリーンルーム１と、前記クリーンルーム１からの空気が流入する床下チャンバ６と、を備え、前記床下チャンバ６から排出される空気をレタンシャフト１１を介して前記天井プレナムチャンバ５へ還流させるクリーンルーム空調システムであって、
前記クリーンルーム１の天井２に設けられ清浄空気を前記クリーンルーム１に供給し、床下チャンバ６から空気をレタンシャフト１１を介して天井プレナムチャンバ５へ還流する搬送力を空気に与えるファンフィルタユニット７と、
前記床下チャンバ６から排出されレタンシャフトを還流する空気が通過できる位置に設けられ、前記天井プレナムチャンバ５に還流される空気を冷却する空気冷却手段８と、
前記クリーンルーム１内へ吹出される空気の天井プレナムチャンバ５を進行する方向を縦方向とし前記クリーンルーム１を縦方向に分割した小エリアを設定して、その小エリアごとに室内温度を計測する室内小エリア温度センサ１２と、
前記空気冷却手段８の熱交換量を調整する操作器に対して１対１で対応し空気冷却手段８の出口空気温度を計測する給気温度センサ１３と、
縦方向に区切った各小エリアのうち、それぞれの小エリア内の室内温度を計測する前記室内小エリア温度センサ１２ごとに計測した計測値に基づいて、該当する小エリアの天井２に設けられたファンフィルタユニット７のグループの吹き出し風速を制御するとともに、給気温度センサ１３の温度計測値に基づいて、前記空気冷却手段８の出口温度を設定値との偏差に応じて制御する制御装置３３と
を備えたことを特徴とするクリーンルーム空調システム。

〈２〉前記制御装置は、各前記室内小エリア温度センサ１２でそれぞれの小エリア内の室内温度を計測した計測値に基づいて、該当する小エリアの天井２に設けられたファンフィルタユニット７のグループへファンモータのインバータを操作器としてその周波数を吹き出し風速の信号として出力するとともに、さらに各小エリアすべての吹き出し風速を、各小エリアの面積を乗じて合算し、その平均吹き出し風速を別に演算して、その平均吹き出し風速値を、目的の平均風速になるように空気冷却手段８の熱交換量を調整する操作器を別に制御することで給気温度を可変制御することを特徴とする前記〈１〉に記載のクリーンルーム空調システム。
〈３〉前記室内小エリア温度センサ１２は、無線で計測値信号を送信できて、天井側に受信親機を備えており、前記給気温度センサ１３は計測信号を有線で送信することを特徴とする前記〈１〉または前記〈２〉に記載のクリーンルーム空調システム。
〈４〉前記風速の平均値の演算が、下記式によりなされることを特徴とする前記〈２〉に記載のクリーンルーム空調システム。

〈５〉前記風速の平均値の演算が、下記式によりなされることを特徴とする前記〈２〉に記載のクリーンルーム空調システム。

本発明にかかるクリーンルーム空調システムは、天井プレナムチャンバと、天井プレナムチャンバからの空気が流入する生産装置が配置されるクリーンルームと、前記クリーンルームからの空気が流入する床下チャンバとを備え、前記床下チャンバから排出される空気をレタンシャフトを介して前記天井プレナムチャンバへ還流させるクリーンルーム空調システムであって、前記クリーンルームの天井に設けられ清浄空気を前記クリーンルームに供給し、床下チャンバから空気をレタンシャフトを介して天井プレナムチャンバへ還流する搬送力を空気に与えるファンフィルタユニット７と、前記床下チャンバから排出されレタンシャフトを還流する空気が通過できる位置に設けられ、前記天井プレナムチャンバに還流される空気を冷却する空気冷却手段と、前記クリーンルーム内へ吹出される空気の天井プレナムチャンバを進行する方向を縦方向とし前記クリーンルームを縦方向に分割した小エリアを設定して、その小エリアごとに室内温度を計測する室内小エリア温度センサと、前記空気冷却手段の熱交換量を調整する操作器に対して１対１で対応し空気冷却手段の出口空気温度を計測する給気温度センサ１３と、縦方向に区切った各小エリアのうち、それぞれの小エリア内の室内温度を計測する前記室内小エリア温度センサごとに計測した計測値に基づいて、該当する小エリアの天井に設けられたファンフィルタユニットのグループの吹き出し風速を制御するとともに、給気温度センサの温度計測値に基づいて、前記空気冷却手段の出口温度を設定値との偏差に応じて制御する制御装置を備えてなるので、
前記室内小エリア温度センサの温度測定データに基づいて、各ファンフィルタユニットの回転数をＰＩＤ演算結果により制御し、当該ファンフィルタユニットからクリーンルーム内へ吹き込む風の風速もＰＩＤ制御することで、空気冷却手段ごとに気流がおおよそ区切られたクリーンルーム内の大エリア内で、実は平面的に温度分布が存在していたクリーンルーム内室内温度について、その温度を完全に均一に制御することができ、クリーンルーム内で生産している製品に及ぼす影響を防ぐことができる。

また、本発明にかかるクリーンルーム空調システムは、前記制御装置は、各前記室内小エリア温度センサでそれぞれの小エリア内の室内温度を計測した計測値に基づいて、該当する小エリアの天井に設けられたファンフィルタユニットのグループへファンモータのインバータを操作器としてその周波数を吹き出し風速の信号として出力するとともに、さらに各小エリアすべての吹き出し風速を、各小エリアの面積を乗じて合算し、その平均吹き出し風速を別に演算して、その平均吹き出し風速値を、目的の平均風速になるように空気冷却手段の熱交換量を調整する操作器を別に制御することで給気温度を可変制御するので、各ファンフィルタユニットのグループからクリーンルーム内へ吹き出す風が温度の均一化の面では各小エリアごとに変化をつけて温度均一化ができていても、クリーンルーム全体としては吹きすぎている風量で落ち着いてしまって消費電力が多くなってしまう弊害が生じることを、省エネ的に別に定めている目的の平均風速に下げても上記クリーンルーム内の温度が維持できるように空気冷却手段で前記天井プレナムチャンバに還流される空気をさらに冷却するべく給気温度の設定値を下げることで、単位風量での搬送冷熱量を上げて、結果各ファンフィルタユニットから前記クリーンルーム内へ吹き込む清浄空気の平均風速を減らすことができ、省エネルギーを達成することができる。
そして、室内小エリア温度センサは、無線で計測値信号を送信できて、天井側に受信親機を備えているので、最近は電池電源内蔵の無線送信付き温度センサが安価に出回っているので、多数設置する室内小エリア温度センサにこれを用いると、室内温度センサに関する制御用の配線工事が一切不要となるのでイニシャルコストは省略でき、受信親機は一台で複数の室内小エリア温度センサをまとめて処理できるので天井内の制御配線も簡単に施工可能となる。

本発明の実施の形態に係るクリーンルームの概略構成図である。 本発明の実施形態に係るクリーンルームの平面図である。 本発明の実施の形態に係るクリーンルームにおける風量制御を説明する説明図である。 本発明の実施の形態に係るクリーンルームの制御構成図である。 従来のクリーンルームの概略構成図である。

図１は本発明の実施形態に係るクリーンルームの概略構成図、図２は本発明の実施形態に係るクリーンルームの平面図であり、（ａ）はクリーンルーム全体の平面図、（ｂ）は１エリアの説明用拡大平面図である。図３はクリーンルームにおける風量制御の説明図である。
図１～３において、Ｋは半導体工場、フラットパネルディスプレイに使うフィルムや液晶、有機ＥＬなどを製造する工場、あるいは精密機械工場などに用いられる大空間クリーンルームを備える建物、Ｋ１は建物Ｋの天井スラブ（あるいは上階の床スラブ）、Ｋ２は建物Ｋの床スラブ、Ｋ３は建物Ｋの外壁や室内の耐火区画壁、１クリーンルーム、２は天井、３は側壁、４は床、５は天井プレナムチャンバ、６は床下チャンバ、７はファンフィルタユニット（ＦＦＵ）、８は空気冷却手段（ドライコイル）、９は配管、１０は比例制御弁（２方弁）、１１はレタンシャフト、１２は室内小エリアに設けられた温度センサ（以下、室内小エリア温度センサ）、１３は給気温度センサ、１４は大エリア、２０は生産装置である。
なお、本発明の実施形態においては、無線の室内小エリア温度センサを用いている

本実施例において、クリーンルーム１は、半導体工場、フラットパネルディスプレイに使うフィルムや液晶、有機ＥＬなどを製造する工場、あるいは精密機械工場等の建物Ｋ内に設置され使用される。
そして、天井プレナムチャンバ５は、建物Ｋの天井スラブＫ１とクリーンルーム１の天井２との間に構成され、床下チャンバ６は、クリーンルーム１の床４と建物Ｋの床スラブＫ２との間に構成される。
前記クリーンルーム１には、当該工場で製品やその途中の半製品を製造する生産装置２０が配置され、前記天井プレナムチャンバ５からの清浄空気が供給される周囲環境に立設されながらも、周囲空気を取り入れてさらに浄化する機構を備えた、半製品や製品が暴露される空間を小空間として他から隔離し、該小空間内を局所的に高清浄に保つ機構を備えた構成だったりする。
また、前記クリーンルーム１の空気は、クリーンルーム１の床を構成する例えばパンチングパネルやグレーチングの開孔から床下チャンバ６へ流入するよう構成される。クリーンルーム１から前記床下チャンバ６へ流入した空気は、排出され前記クリーンルーム１の側壁３と前記建物Ｋの壁Ｋ３とで構成されるレタンシャフト１１を介して前記天井プレナムチャンバ５へ、後述するファンフィルタユニット７のファンの搬送力により還流させる。
本実施例において、前記クリーンルーム１の床４は、クリーンルーム１内の空気Ａ１を通過させるために多孔材で形成されているが、多孔材の床でなくとも、別途空気Ａ１の排出口をまとめた形で設置してもよい。

本発明において、クリーンルーム１は、上記したように天井プレナムチャンバ５と床下チャンバ６との間に配置されている。
そして、前記クリーンルーム１の天井２は、例えばＴバーやチャンネル材で格子が形成され、その格子の開口部２ａには、ケーシング内にファンと、ファンを駆動させインバータなどで可変速にされたモータと、ＨＥＰＡフィルタなどの高性能フィルタをその下部に内蔵され、天井プレナムチャンバ２内の空気をケーシング内に取り入れ、塵埃等を高性能フィルタによって除去して清浄化した清浄空気をクリーンルーム１内への供給するファンフィルタユニット７が、格子全体ではなくまばらではあるが多数設けられている。なお、Ｔバーやチャンネル材で格子を形成した場合は、残りの格子にブランクパネルを嵌めて塞いでいる。

本発明において、空気冷却手段８は、クリーンルームのように大風量を循環しながら冷却する際に、前記クリーンルーム１の側壁３と前記建物Ｋの壁Ｋ３とで風路を作ってその途中に設置したむき出しの空気―水熱交換器であるドライコイル（表面で結露しない温度の熱交換器）であることが多く、ドライコイルのチューブ側には冷凍機にて冷水を冷却してポンプで循環することで冷熱媒を供給している。
空気冷却手段８は、床下チャンバ６から排出されレタンシャフト１１へ還流される空気が通過できる位置に設置される。
そして、本実施の形態においては、クリーンルーム１の床下チャンバ６から排出された気流が流れるレタンシャフト１１内の床４と同じレベルに前記冷却手段８が設置されている。
前記冷却手段（ドライコイル）８には、配管９が接続され、当該配管９には、前記ドライコイル７へ供給する冷水量を弁の開閉によって制御可能な比例制御弁１０が設けられている。

本実施の形態においては、レタンシャフト（風道）１１が、建物Ｋの壁Ｋ３とクリーンルーム１の側壁３との間に形成されていて、クリーンルーム１の床４を通過して床下チャンバ６内に流れた空気Ａ１はレタンシャフト１１から遠いところから徐々に床下チャンバ６内で合流し（Ａ２）、その後建物Ｋの壁Ｋ３にぶつかって方向を変えてレタンシャフト１１内を、文字通り還り空気として持ち上がったのち、前記天井プレナムチャンバ５へ流れて行く（Ａ３）。
また、本発明においては、クリーンルーム１内の各小エリアに一つずつ無線の室内小エリア温度センサ１２が、大エリア１４に対応した有線の給気温度センサ１３が備えられる。

そして、外気調和機（図示しない）からは、温調され除塵されダクトを介して送給された外気が、例えば、前記建物Ｋの天井プレナムチャンバ５に図示しない外気ダクトにて供給され、あるいは例えば、レタンシャフト１１もしくは床下チャンバ６に図示しない外気ダクトにて供給され、ファンフィルタユニット７のファンの搬送力により周囲の循環空気と混合されて、クリーンルーム１の室内に浄化された空気Ａ１が供給されるようになっている。
前記クリーンルーム１の室内に供給された空気Ａ１は、床４を介して床下チャンバ６に排出される。床下チャンバ６に排出された空気Ａ２は、レタンシャフト１１を通り天井プレナムチャンバ５へ送出され、再びファンフィルタユニット７によって清浄化されて、クリーンルーム１内へ供給される。
このように、建物Ｋ内の空気Ａ１、Ａ２、Ａ３は所定の清浄度を維持したまま、天井プレナムチャンバ５、クリーンルーム１、床下チャンバ６、レタンシャフト１１を一方向に循環する空気循環系を形成している。

図２は、本発明の実施形態に係るクリーンルームの平面図であり、（ａ）はクリーンルーム全体の平面図、（ｂ）は１エリアの説明用拡大平面図である。
本発明の実施態様においては、クリーンルーム１は、複数の大エリア１４（エリアａ、エリアｂ、エリアｃ、・・・）に、外壁Ｋ３近くに配置される空気冷却手段（８）であるドライコイルのグループごとに区分けされ、各大エリア１４はさらに天井プレナムチャンバ（５）内をドライコイルから離れるように流れる気流の向きに縦方向に分割される複数の小エリア（小エリア１、小エリア２、小エリア３）に区分けされ構成される。この大エリア１４の区分け、小エリアの区分けは、特に全く同一面積に限定されるわけではなく、発熱負荷の異なる工程ごとにグルーピングしたドライコイルごとにクリーンルーム１内における温度変化傾向で区分けしており、さらに、小エリアについては、レタンシャフトでの気流状況やドライコイルの伝熱面積の大きさや形状などによるグループ状況で区分けすることで、より高い精度で温度変化に対応できるので好適である。
そして、区分けされた大エリア１４ごとにさらに区分けされた小エリアには、小エリアごとに無線の室内小エリア温度センサ１２が設置され、各小エリアの温度を測り、後述する親機３１を経由して制御装置３３に温度の計測データを送る。
そして、有線の前記給気温度センサ１３は、前記レタンシャフト１１の空気冷却手段８の空気後流側に設置されていて、大エリア１４への空気冷却手段８通過後の温度を測り前記無線の室内小エリア温度センサ１２と同様に制御装置３３に温度の計測データを送る。

図３は、本発明の実施の形態に係るクリーンルームにおける風量制御を説明する説明図、図４は、本発明の実施の形態に係るクリーンルームの空調システムの制御手段を表す図である。
同図において、３１は無線温度センサの親機、３３は制御装置である。
以下に、図３及び図４に基づいて、本発明の実施の形態に係るクリーンルームの空調システムの制御の一例を説明する。

本発明の実施形態においては、室内設計条件の一例としてとしてクリーンルーム１内の設定温度を２３℃±１．５℃（許容範囲）とする。
大エリア１４を構成する各小エリア（小エリア１～４）に設置した無線の室内小エリア温度センサ１２は、前記各小エリア（１～４）それぞれの温度を所定の間隔で（例えば数μ秒から数分のいずれか）毎に検出し、それを電波やその他の波である無線通信手段に乗せて、その温度の計測データを親機３１に送る。前記親機３１からは、有線で制御装置３３へ温度の計測データが送られる。
制御装置３３は、送られてきた各室内小エリア温度の計測データと、制御装置３３の記録部に記録されている各小エリアにおける室内温度設定値（例えば、ＳＰ＝２３℃）との偏差に基づいて、下記式１のＹｎ（ｎ＝１、２・・）を用いて演算し、それぞれの小エリアの温度が温度設定値に近づくようにその小エリア毎のファンフィルタユニット７のファンモータのインバータ周波数をＰＩＤ制御し、ファンフィルタユニット７から吹き込む風の風速を制御する。ここでいうＰＩＤ制御は、少なくともＰ（比例帯）を含む、Ｐ動作のほかにＩ（積分時間）やＤ（微分時間）の少なくともどちらかを含んで演算した結果の出力信号によって操作器を制御することをいう。
上記のフローを大エリア（１４）内の小エリア１～４に対して行う。

例えば、小エリア１においては、ＳＰ＝２３℃になるように、当該グループのファンフィルタユニット７ａの回転数をＰＩＤ制御し、この小エリア1では、天井プレナムチャンバ内の空気温度が比較的高い、あるいは室内発熱負荷が高い場合となり、例えば、吹き込む空気の風速を0.45m/sにする。
同様に、小エリア２においては、ＳＰ＝２３℃になるように、当該グループのファンフィルタユニット７ｂの回転数をＰＩＤ制御し、この小エリア２では、天井プレナムチャンバ内の空気温度が小エリア１より低いが比較的高い、あるいは室内発熱負荷が小エリア1より低いが比較的高い場合となり、例えば、吹き込む空気の風速を0.35m/sにする。
そして、小エリア３においては、ＳＰ＝２３℃になるように、当該グループのファンフィルタユニット７ｃの回転数をＰＩＤ制御し、この小エリア３では、天井プレナムチャンバ内の空気温度が小エリア２より少し低い、あるいは室内発熱負荷が小エリア２より比較的低い場合となり、例えば、吹き込む空気の風速を0.30m/ sにする。
さらに、小エリア４においては、ＳＰ＝２３℃になるように、当該グループのファンフィルタユニット７ｄの回転数をＰＩＤ制御し、この小エリア４では、天井プレナムチャンバ内の空気温度が比較的低い、あるいは室内発熱負荷が比較的低い場合となり、例えば、吹き込む空気の風速を0.25m/sとする。
このような手順で、各小エリア内の温度をそれぞれ２３℃に維持する。

ところで、前記制御装置３３は、ファンフィルタユニット７の回転制御とはべつに、空気冷却手段８の熱交換量を調整する操作器である比例制御弁１０に対して１対１で対応し空気冷却手段８の出口空気温度を計測する給気温度センサ１３の温度計測値に基づいて、前記空気冷却手段８の出口温度を設定値との偏差に応じて制御することで、大エリア全体の循環空気に小エリア１～４の発熱負荷を処理できる冷熱を与えている。

一方、前記制御装置３３は、ファンフィルタユニット７のファンモータのインバータ周波数制御を行うので、当該周波数に基づいて各ファンフィルタユニット７の吹き出し速度（風速）が分かり、各ファンフィルタユニットの平面積ごとで乗じた値を合算し、再び平面積合計で除することで平均風速がわかる。これにより、前記大エリア１４内の小エリア１～４に吹き込まれる風速の平均値を求め、例えば、ある単位時間の当初、上記大エリア１４の風速の平均値が0.34m/sであった場合に、実際に要求される大エリア１４の清浄度を実現するための最低限の風速の平均値が0.30m/s（目標値）であるのに、それよりも多く吹いてしまっている。循環風量が過大でありファンフィルタユニットのファンの搬送力が過大で省エネルギーに反することとなる。大エリア１４の小エリア１～４内のそれぞれの温度がせっかく設定値（例えば、ＳＰ＝２３℃）となっていることを保ちながら大エリア１４の風速の平均値を下げるには、循環空気の空気冷却手段８前後の温度差をとる、つまり比例制御弁１０を開けて冷熱を与えれば、室内小エリア温度センサ１２それぞれのファンフィルタユニットの風量制御が独立して制御されるので、実現が可能である。ある単位時間の間に、比例制御弁１０のＰＩＤ制御を行う給気温度センサ１３の温度設定値を低い側へ少しずつ（例えば０．５℃／３分などの勾配）で変化をさせて、上記大エリア１４の風速の平均値が0.30m/sになった時点で給気温度センサ１３の温度設定値変化を停止する。
このようにすることで、小エリア１～４それぞれの室内温度を２３℃に均一に保ちながら、ファンフィルタユニット７の風量を適正に制御することが可能となる。
これにより大エリア１４へ送る風量を下げることができ省エネを図ることができる。

上記実施例では、各グループに吹き込む空気の風速の平均値（0.34m/s）を求め、当該風速の平均値（0.34m/s）を、清浄度を保てる最低限の風速である0.30m/s（仮）になるように、前記給気温度センサ１３の設定値を徐々に低下させるよう変化させ、比例制御弁１０を開く側に操作しつつ、平均風速が0.30m/sになったところで設定値変化を停止させていたが、式２を用いて各小エリア１～４に吹き込む空気の風速をあらかじめ0.30m/sに制御することで、前記給気温度センサ１３の設定値をあらかじめ低下させておき、結果的に上記大エリア１４の風速平均がより早く0.30m/s（仮）になるように前記比例制御弁１０を開閉操作することとしてもよい。

Ｋ 建物
１ クリーンルーム
２ 天井
３ 側壁
４ 床
５ 天井プレナムチャンバ
６ 床下チャンバ
７ ファンフィルタユニット（ＦＦＵ）
８ 空気冷却手段
９ 配管
１０ 比例制御弁
１１ レタンシャフト
１２ 室内小エリア温度センサ
１３ 給気温度センサ
１４ 大エリア
２０ 生産装置
３１ 無線温度センサの親機
３３ 制御装置

Claims (3)

1. 天井プレナムチャンバ（５）と、前記天井プレナムチャンバ（５）からの空気が流入する生産装置（２０）が配置されるクリーンルーム（１）と、前記クリーンルーム（１）からの空気が流入する床下チャンバ（６）と、前記床下チャンバ（６）から排出される空気を前記天井プレナムチャンバ（５）へ還流させるレタンシャフト（１１）と、
   前記クリーンルーム（１）の天井（２）に設けられ清浄空気を前記クリーンルーム（１）に供給し、前記床下チャンバ（６）から空気をレタンシャフト（１１）を介して天井プレナムチャンバ（５）へ還流する搬送力を空気に与えるファンフィルタユニット（７）と、
   前記床下チャンバ（５）から排出されレタンシャフト（１１）を還流する空気が通過できる位置に設けられ、前記天井プレナムチャンバ（５）に還流される空気を冷却する空気冷却手段（８）、
   を備えるクリーンルーム空調システムであって、
   前記クリーンルーム（１）内へ吹出される空気の天井プレナムチャンバ（５）を進行する方向を縦方向とし前記クリーンルーム（１）を縦方向に分割した小エリアを設定して、その小エリアごとに室内温度を計測する室内小エリア温度センサ（１２）と、
   前記空気冷却手段（８）の熱交換量を調整する比例制御弁（１０）に対して１対１で対応し空気冷却手段の出口空気温度を計測する給気温度センサ（１３）と、
   縦方向に区切った各小エリアのうち、それぞれの小エリア内の室内温度を計測する前記室内小エリア温度センサ（１２）ごとに計測した計測値に基づいて、前記室内小エリア温度センサ（１２）の温度設定値との偏差に応じて該当する小エリアの天井（２）に設けられたファンフィルタユニット（７）のグループの吹き出し風速を制御することによって、天井の格子寸法で揃えた前記ファンフィルタユニット（７）のグループの風量に関して制御する制御演算とともに、
   前記空気冷却手段（８）の出口温度つまり給気温度を、前記給気温度センサ（１３）の温度設定値と温度計測値との偏差に基づいて前記比例制御弁（１０）の開度を制御する、給気温度に関する空気冷却手段（８）の制御演算も行う制御装置（３３）と、
   を備え、
   前記各小エリアの天井（２）の格子にまばらに設けられたファンフィルタユニット（７）のグループへファンフィルタユニットのファンモータのインバータを操作器とし、該インバータの周波数を吹き出し風速の信号として出力するとともに、各小エリアに設けられるすべてのファンフィルタユニット（７）のグループの吹き出し風速にファンフィルタユニット（７）合計の面積を乗じた値を、ほかの格子に嵌められるブランクパネルを含む各小エリアの面積にて除した平均吹き出し風速が、清浄度を実現する最小限の目的の平均吹き出し風速と比べて大きい場合には、
   前記空気冷却手段（８）の熱交換量を調整する前記比例制御弁（１０）の開度を制御する前記給気温度センサ（１３）の温度設定値を、低い側へ所定の勾配値である時間による温度勾配で変化をさせ、前記目的の平均吹き出し風速になった時点で、前記給気温度センサ（１３）の温度設定値を変化させることを停止する
   ことを特徴とするクリーンルーム空調システム。
2. 前記各々の小エリアを小エリア１から小エリア4の４つとした場合の、
   ４つの小エリア内の各前記室内小エリア温度センサ（１２）ごとの計測値と各室内小エリア温度センサ（１２）の温度設定値との偏差に応じて該当する小エリアのファンフィルタユニット（７）のグループの吹き出し風速を制御することによって前記ファンフィルタユニット（７）のグループの風量に関して制御する制御演算Ｙｎ＝ｆ（Δｔｎ）と、
   前記空気冷却手段（８）の給気温度を、前記給気温度センサ（１３）の温度設定値と温度計測値との偏差に基づいて前記比例制御弁（１０）の開度を制御する給気温度に関する空気冷却手段（８）の制御演算Ｙｗ＝ｆ（ΔＶ平均）と、
   ４つの前記各小エリアの天井に設けられたファンフィルタユニット（７）のグループへ各ファンフィルタユニット（７）の操作器であるファンモータのインバータの周波数を吹き出し風速の信号として出力するとともに、４つの各小エリアすべての各々の吹き出し風速を各小エリアの面積を乗じて合算した平均吹き出し風速と設定風速Ｖ０との差（ΔＶ平均）を
   下記式によりなされること
   を特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム空調システム。
   

   
3. 前記室内小エリア温度センサ（１２）は、無線で計測値信号を送信できて、天井側に受信親機を備えており、
   前記給気温度センサ（１３）は計測信号を有線で送信することを特徴とする請求項１又は２に記載のクリーンルーム空調システム。
   

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