KR102163175B1 - 모바일 클린룸 장치 - Google Patents

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KR102163175B1
KR102163175B1 KR1020187018444A KR20187018444A KR102163175B1 KR 102163175 B1 KR102163175 B1 KR 102163175B1 KR 1020187018444 A KR1020187018444 A KR 1020187018444A KR 20187018444 A KR20187018444 A KR 20187018444A KR 102163175 B1 KR102163175 B1 KR 102163175B1
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우도 고멜
탄자 메이어
프랭크 베르거
악셀 뮐러
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프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베.
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Abstract

기술된 클린룸 장치는, 직접 또는 간접적으로 바닥 영역에 인접하는 공간을 주변으로부터 분리하는 하우징을 구비하고, 공기 흡입 영역과 공기 배출 영역을 가지며 공간 외부 주변에 배치되는 모바일 필터-환기 장치를 구비하며, 그리고 공기 배출 영역과 하우징에 의해 경계가 정해진 공간을 연결하는 공급 라인을 구비한다. 본 발명은, 전적으로 적어도 하나의 클린룸-호환 재료로 제조되며 공간과 직접 직면하는 신축성의 접을 수 있는 쉘 벽을 포함하며, 바닥 영역 상에 놓이는 적어도 하나의 지지 요소 및/또는 쉘 벽 상에 제공된 적어도 하나의 교수형 장치를 포함하는 돔-형의 연속적인 방식으로 공간을 에워싸는 텐트-형 쉘 벽 장치인 하우징을 특징으로 한다; 적어도 하나의 클린룸-호환 재료는 DIN ISO/FDIS 14644-1:2015-08에 따른 클린룸의 ISO 등급 1 내지 9에 직접 한정되는데 적합하다;
쉘 벽은 공간 영역으로부터 주변으로의 공기 제어된 유출을 위해, 적어도 소정의 섹션에서 바닥 영역으로부터 이격되어 있거나, 또는 바닥 영역에 간접적으로 또는 직접 인접하게 쉘 벽에 적어도 하나의 개구 또는 쉘 벽의 나머지 부분의 공기 투과성 보다 높은 투과성의 적어도 하나의 쉘 벽 섹션을 제공한다;
그리고, 모바일 필터-환기 장치는 상기 표준에 따라 외기로부터 초순수 공기를 제공하게끔 설계되고, 공급 라인은 상기 표준에 따라 클린룸-호환 재료로 만들어진 중공 덕트로서 제작되는데, 이는 공간 내에서 수직하게 하향-지향된 순수한 공기의 흐름이 제어된 방식으로 바닥 영역에 가까운 공간을 빠져나가는 것을 확립하도록 상부 쉘 벽 영역의 공간으로 배출한다.

Description

모바일 클린룸 장치
본 발명은 간접 또는 직접적으로 바닥 영역(floor region)에 인접하고 주변 대기(ambient atmosphere)로부터 공간을 분리하는 하우징을 제공하는 클린룸 장치에 관한 것이다. 공기 흡입 영역 및 공기 배출 영역을 가지며 공간 외부 주변 대기에 배치되는 모바일 필터-환기장치(mobile filter-ventilator unit)가 또한 제공된다. 모바일 필터 환기장치의 공기 배출 영역은 공급라인을 통해 하우징에 의해 경계가 정해진(구획된) 공간에 연결된다.
"클린룸 또는 울트라-클린룸"이라는 용어는 주변 대기로부터 격리되어 룸 내부에서 수행해야 할 공정이나 활동에 따라 공기 매개 입자(airborne particles)의 농도를 가능한 한 낮게 유지하는 룸을 말한다. 클린룸은, 소수의 응용 분야 몇가지만 들자면 반도체 생산, 광학 및 레이저 기술, 생물 과학, 의학 연구, 항공 및 우주 공학 분야에서 폭넓게 사용된다.
기술적 표면들의 바람직하지 않은 오염 물질을 유발할 수 있는 공기 매개 입자의 농도 측면 외에도, 특히 화학적으로 민감하고 또한 미생물학적으로 민감한 절차가 수행되는 응용 분야에서 정의된 룸 영역 내에서 화학적 및/또는 미생물학적 오염(물)을 배제할 수 있는 적절한 사전 예방 조치(precautionary measures)를 실시하는 것이 가장 중요하다.
클린룸 및 울트라 클린룸은 일반적으로 다양한 슬루스 시스템(sluice systems)을 통해 가장 자주 접근하게 되는 복잡하고 기술적으로 정교한 영역이다. 클린룸은 오염 물질이 즉시 공기에서 제거되게끔 보장하는 특수하게 제작된 공조 장치(air conditioning units)를 통해 공급된다. 이 목적을 위해, 상응하는 여과된 변위 흐름(용적 유량,displacement flow)이 클린룸 내부로 도입되어 그 내부의 공기 순도가 실질적인 공기 처리량(air throughput)의 방식으로 보장되어야 한다. 클린룸에 직면하는 모든 표면 뿐 아니라 클린룸에 위치한 물체는 클린룸 공기를 오염시키는 가스 방출(outgassing), 입자 배출(particle emissions) 또는 유사한 프로세스로 인한 공기 오염을 피하기 위해 클린룸 특정 요구 사항의 적용을 받는다. 가장 중요한 입자 방출원은 일반적으로 사람이므로 적응된 작업복, 특수 작업 장비 및 도구는 클린룸 내부에서 유지되어야 하는 표준화된 클린룸 등급(cleanroom classes)에서 정의된 대로 클린룸 품질을 보존(유지)하는 데 도움을 준다. 예를 들어, 보푸라기가 없는 특수 소재로 만든 작업복, 후드 및 오버 슈즈(overshoes) 등이 이런 용도로 사용된다.
반도체 마이크로 전자 공학, 항공 및 우주 기술 등에서 요구되는 것과 같은 울트라 클린룸은 복잡한 인프라(infrastructures)가 있는 대부분의 경우 대형 구조물이며 제어된 순수한 공기를 전달하기 위해 강력한 환기장치 및 필터 시스템이 필요하고, 이러한 시스템은 일반적으로 건물의 인접한 영역에 수용된다.
클린룸을 가동하기 전에 분류 및 품질 테스트를 위해 입자 측정이 수행되며,이를 통해 룸의 순도(순수성)(purity of the room)를 분류할 수 있다. 따라서 2015년 8월의 독일 산업 표준인 DIN EN ISO 14644-1은 9가지 다른 청결도 등급, ISO 1에서 ISO 9까지를 제공하는데, 이는 도 2a에서 도시된 표에서 예시되어 있다. 예를 들어, 클린룸 등급 7의 클린룸에서는 입방 미터 당 최고 0.5㎛ 직경을 지닌 352,000개 이상의 입자, 최고 1㎛ 직경을 지닌 83,200개 이상의 입자, 최고 5㎛ 직경을 지닌 2,930개 이상의 입자가 없어야 한다. 도 2a에 예시된 표에서, 클린룸 등급 번호가 낮아짐에 따라 청결도 요구 사항이 더욱 엄격해 진다. 예를 들어, 최고 0.1㎛ 입자 직경을 지닌 10개 이하의 입자 및 최고 0.2㎛ 입자 직경을 지닌 2개 이하의 입자가 클린룸 등급 ISO 1의 클린룸에서 입방 미터 당 존재할 수 있다.
공기의 입방 미터당 식품에 대한 함의(implications)가 있는 미생물에 관한 해당 클린룸 품질 요구 사항은 지침 VDI 2083에 명시되어 있다. 도 2b에 포함되어 있는 더 많은 정보에 관한, 제약 클린룸 어플리케이션에 대한 중요한 콜로니 형성 단위(CFUs)의 표준화된 수는 EU-GMP 지침 부록 1에 따른 클린룸 분류에 정의되어 있다. 클린룸 분류는 GMP 등급 A 내지 D로 나누어지며, 각각은 입방 미터당 허용되는 각 입자 직경을 지닌 입자의 최대 갯수를 명기한다.
DE 36 21 452 A1은 반도체 생산을 위한 높은 수준의 청결을 제공하는 일반적인 클린룸에 대한 설명을 포함하는데, 여기에서 다른 작업 영역은 교수형 벽(hanging wall)으로 나누어져 있으며, 한편으로 높은 수준의 청결도를 요구하는 작업 영역이 있는 룸들이 층류 경계 영역 유동 시스템(laminar boundary area flow systems)의 형태로 구성되어 있다. 전형적인 클린룸 영역의 레이아웃 및 배치는 고정된 시설(stationary facilities)의 형태로 클린룸을 만들기 위해 극복해야 할 기술적인 어려움을 명확하게 예시한다.
반면에, 이전에 기술된 클린룸 요구 사항 중 어느 것도 룸 영역(room areas)을 주변 대기로부터 분리하는 것이 필요하지 않으면, 특별히 조절된 룸(specially conditioned room)을 주변 대기로부터 분리하기 위한 텐트형 구조를 구현하는 많은 다양한 종류의 많은 해결책이 알려져있다.
DE 198 36 896 A1은, 예를 들어 유아용 침대가 수용되어 있고, 공기 조화 장치의 도움으로 공기가 온도 및 대기 습도에 관하여 조절될 수 있는 룸 영역 위에 텐트형 상부 구조를 형성하는 유아용 침대를 위한 공기-조절 캐노피(air-conditioned canopy)를 설명하고 있다.
산소 불투과성 쉘 벽(oxygen-impermeable shell wall)으로 입방 체적(cubic volume)을 에워싸는 치료용 산소 텐트를 제공하기 위한 유사한 장치가 US 제 2,664,890 호에 개시되어 있는데, 여기에서 순수한 산소가 가스 공급 라인을 거쳐서 쉘 벽을 통해 체적 내부로 공급된다.
US 2014/0148089 A1은 더스트(dust)를 설명하는데, 본질적으로 물체 주위에 배치되고, 그의 측벽 요소가 롤러 블라인드 형 커튼의 형태로 개별적으로 구성되는 입방체 프레임워크 구조물이다. 측벽으로 배출되는 4개의 공기 배출 라인이 있는 환기 장치가 프레임 구조의 천장 영역에 장착된다. 배출 라인 밖으로 흘러나가는 공급 공기는 각각 3개의 층으로 구성된 측벽 요소를 통해 흐르는데, 이를 통해 공급 공기가 측벽 요소를 통과하면서 필터링되어, 더스트로부터 보호되고 측벽 요소에 의해 둘러싸여진 내부 체적으로 들어갈 때 더 적은 더스트를 포함한다. 과도한 공기는, 이 목적을 위해, 롤러 블라인드의 인접한 벽과 보호 수단의 바닥 영역(floor region) 사이에 수직으로 제공된 갭을 통해 주변 대기로 빠져나갈 수 있다.
EP 0 224 505 B1은 오염이 없는 대기를 제공하는, 수술에 사용하기 위한 아이솔레이터(isolator)를 개시한다. 이것은 특히 압축 공기에 의해 지지되는 쉘이며, 팬에 의해 여과된 공기가 공급되는데, 공기는 배출구를 통해 챔버로부터 다시 빠져 나간다. 또한, 챔버는 상부 검사 창을 가지며, 이를 통해 조작자는 외부로부터 챔버의 내부를 볼수 있다. 챔버는, 예를 들어 외과 수술이 수행될 수 있는 무균 실 기능을 한다. 챔버의 내부로의 진입 또는 접근은 챔버에 유체 기밀 방식으로 부착된 다수의 "슬리브"에 의해 제공되는 것이 바람직하다.
DE 603 07 945 T2는 공기가 조절될 수 있고 공간을 둘러싸고 공기가 능동적으로 흐르는 공기 셀(air cell)을 포함하는 벽 및 천장 섹션을 가지는 캐리어 공기 구조물을 개시하는데, 공간에서 공기 셀들의 개구를 통한 공기 흐름의 도움으로 공기가 조절된다.
EP 2 601 927 B1에는 클린룸의 천장에 부착되고, 서로 나란히 있고 평행하게 연장되는 다수의 공기 공급 챔버가 설치된 클린룸 용 환기 장치가 개시되어 있는데, 이를 통해 공기가 흐르고, 클린룸의 원통 형상은 압축 공기에 의해 안정화된다.
EP 1 229 187 A1은 팽창식 텐트(inflatable tent)를 개시하는데, 그 외피(outer skin)는 지지 프레임에 부착된다.
본 발명의 근간을 이루는 문제점은 간접적으로 또는 직접적으로 바닥 영역에 인접하며 주변 대기로부터 공간을 분리하는 하우징, 공기 흡입 영역과 공기 배출 영역을 가지며 공간 외부 주변 대기에 배치되는 모바일 필터-환기 장치와, 상기 공기 배출 영역과 상기 하우징에 의해 경계가 정해진 공간을 연결하는 공급 라인을 지닌 클린룸 장치를 구성하는데, 이러한 방식은 저렴하고 신속하게 클린룸이 제공될 수 있다. 특히 고가이며, 기술적으로 정교하며 움직이지 않는 하우징의 일반적인 설계에서 벗어나, 가장 엄격한 클린룸 사양, 즉 ISO 등급의 클린룸 1 내지 9, 에도 불구하고 어느 위치에서나 저렴하고 신속하게 다시 설치 및 분해할 수 있는 클린 룸을 생산하는데 목적이 있다. 이것에 필요한 구성 요소는 가능한 한 가볍고 휴대(이동) 가능하도록 설계되어야 한다. 휴대(이동)성과 가벼운 특징은, 몇가지만 예로 들자면 반도체 기술, 마이크로전자공학, 항공 및 우주 공학의 제조 분야에서 클린룸과 울트라 클린룸의 가능한 사용법을 완전히 고쳐서 접근하게끔 의도된다.
본 발명의 기본적인 문제에 대한 해결책이 청구항 1에 기재되어있다. 해결책이 기반이 되는 방안을 유리하게 전개하는 특징은 종속 청구항의 목적이며, 특히 예시적인 실시예의 설명을 참조하여 하기의 설명으로부터 명백해질 것이다.
청구항 1항의 전제부의 특징을 갖는 해결책에 따른 클린룸 장치는, 직접적으로 공간에 직면하며 전적으로 적어도 하나의 클린룸-호환 재료 제조되고 신축성 있고 접을 수 있는 쉘 벽을 포함하며, 바닥 영역에 대해 고정된(braced) 적어도 하나의 지지 요소(support element) 및/또는 쉘 벽에 제공된 적어도 하나의 교수형 수단(hanging means)을 포함하는 돔-형(dome-like)의 연속적인 방식으로 공간을 에워싸는 텐트-형 쉘 벽 장치(tent-like shell wall arrangement)인 하우징을 특징으로 한다.
"돔-형의 연속적인 방식으로 공간을 에워싸는 텐트-형 쉘 벽 장치" 란 문구는 쉘 벽이 어떤 분리 지점 없이 제조됨을 의미하는 것으로 이해되는데, 즉, 공기가 통과할 수 있는 어떤 개방 지점이 없으며 한쪽이 개방된 측면이 바닥 영역을 향해서 정렬된 오목한 인클로저(concave enclosure)와 유사하게 공간을 향한다.
그 이외에, 공간으로 직접 향하는 신축성 있고 접을 수 있는 쉘 벽은 DIN ISO/FDIS 14644-1:2015-08에 따라 ISO 등급 1 내지 9를 준수하는 클린룸을 직접 범위가 정해지도록 설계된 클린룸 호환 재료로 만들어진다. 따라서, 쉘 벽 재료는 내마모성이며, 물질 마찰에 노출되더라도 주변 대기로 임의의 입자를 방출할 수 없다. 특히 유리하게는, 화학적 및/또는 생물학적으로 민감한 적용이 클린룸 내에서 수행되는 경우, 특히, 쉘 벽 재료는 화학적으로 및 생물학적으로 비활성이다. 모든 경우에, 쉘 벽 장치에 의해 돔-형의 방식으로 에워싸인 공간으로 쉘 벽으로부터 오염물이나, 적어도 중대한 오염물이 발산하지 않도록 하는 것이 중요하다.
또한, 주변 대기 중 공기로부터 DIN ISO / FDIS 14644-1:2015-08에 따라 ISO 등급 1 내지 9를 반영하도록 클린룸 품질을 미리 정해서 조정할 수 있는 초고순도의 공기를 생산하기 위해 모바일 필터 - 환기 장치가 제공된다. 모바일 필터 - 환기 장치는, 중공 덕트로 구현되고, 또한 클린룸 - 호환 재료로 제조된 공급 라인을 통해 쉘 벽에 연결되고, 순수한 공기의 스트림이 공간 내부에 수직 하향으로 지향되게 형성되는 방식으로 쉘 벽의 상부 영역의 공간으로 배출되며, 제어된 방식으로 바닥 영역에 가까운 공간 밖으로 흘러나간다.
이 목적을 위해, 쉘 벽은 적어도 그 섹션에서, 바닥 영역으로부터 일정 거리를 두고 있거나, 또는 쉘 벽이 바닥 영역 상에 직접 놓여 있다면, 상기 쉘 벽의 바닥 영역에 간접적으로 또는 직접적으로 인접한 적어도 하나의 개구가 있거나 상기 쉘 벽의 나머지 부분보다 더 큰 공기 투과성을 갖는 적어도 하나의 쉘 벽 섹션이 있으며, 이를 통해 공기의 제어된 유출이 공간 영역으로부터 주변 대기로 일어날 수 있다.
청결도 사양 및 놓여질 클린룸 장치의 용도에 따라, 공간 내부에 형성되는 공기 흐름의 일정 부분이 쉘 벽을 통해 내부로부터 주변 대기로 방사상으로 빠져나갈 수 있도록 정의된 공기 투과성(침투성) 또는 적어도 제한된 공기 투과성을 갖는 쉘 벽 용 재료를 선택하는 것이 유리할 수 있다. 공간적으로 지향되고 바람직하게는 거의 층류로 형성된 공기 흐름의 영향은 가능한 공기 매개 오염 물질(airborne contaminants)을 막 모양의 쉘 벽(membrane-like shell wall)을 통해 외부로 지속적으로 이동시키는 것이다. 이것은 인력들 및/또는 기계들이 오래 지속되는 클린룸 조건에서 저하된 상태를 초래하지 않으면서 쉘의 내부 영역에 머물 수 있게 한다.
쉘 벽에 의해 돔-형 방식으로 에워싸인 공간에 초순수 공기의 연속적인 공급은 주변 대기와 비교하여 공간 내부에 양압(positive pressure)을 발생시켜, 주변 대기에 대한 장벽 효과(barrier effect)를 일으킨다. 범위가 정해진 공간 영역에 초순수 공기를 도입하면 미립자, 화학적 및 미생물학적 오염 물질에 대한 세척 기술에 의해 제어되는 내부 영역을 생성하는 효과를 가진다. 따라서, 순수한 공기의 흐름은 범위가 정해진 내부 공간 영역에 존재하는 오염 물질을 적어도 하나의 개구를 통해 그리고 임의로 제어된 방식으로 반투과성 쉘 벽 전체를 통해 연속해서 멀리 이동시키는 기능을 수행한다. 공기는 특히 흐름 목적을 위해 정의된 바닥에 가까운 영역에서 제어된 방식으로 배출되는데, 즉 쉘 벽의 바닥에 근접하게 제공된 적어도 하나의 개구에 의해 배출된다. 추가로 선택적으로 반투과성 쉘 벽을 사용하는 경우, 이는 일종의 전반적인 공간 장벽으로 기능하여, 공간 내부의 양압으로 인해 공기가 내부에서 밖으로 한 방향으로 이동되게 한다.
쉘 벽에 의해 돔-형 방식으로 둘러싸인 공간 내부의 클린룸 조건을 유지하기 위해, 주변 대기에 대한 양압은 2 내지 40 파스칼 사이의 범위로, 바람직하게는 15 파스칼로 설정된다. 바람직한 설계 변경에서, 클린룸 장치의 내부에 축적되는 내부 압력은 센서에 의해 포착되고 현재 외부 대기압에 대해 조정된다. 필터-환기 장치는 상응하여 제공된 분석(evaluation) 및 제어 장치의 도움으로 작동되어 원하는 압력 차(차압,pressure differential)가 유지되도록 한다.
초순수 공기의 연속적인 스트림이 공간으로 공급될 때 주변 대기에 대해 일정한 양압이 공간 내부에 생성되는 방식으로, 적어도 하나의 개구 또는 공기 투과성이 더 큰 적어도 쉘 벽 섹션 및 하우징에 의해 에워싸인 공간 체적(spatial volume) 및 모바일 필터-환기 장치의 순수한 공기 전달 속도(pure air delivery rate)가 서로 조화를 이루면 압력 측정 센서 및 관련 평가 및 제어 장치를 사용하는 것을 피할 수 있다. 이러한 맥락에서, 한정할 수 있고, 일정한 전달 속도의 순수 공기를 지니게 필터-환기 장치를 작동시키는 것이 중요하다.
쉘 벽은 바람직하게는 하나의 층을 갖고 직물 또는 포일 재료(foil material) 또는 전술한 재료의 층을 이룬 조합으로 이루어지며, 이들은 모두 클린 룸-호환(가능한) 재료로 제조된다. 쉘 벽의 단일-층(single-layer) 구조는 손이나 기계로 쉽고 안전하게 쉘 벽을 세척하고 소독할 수 있게 한다.
바람직한 실시 예에서, 쉘 벽은 단일 부품으로 제작되는데, 즉 단일 재료로 만들어 진다. 쉘 벽은 또한 예를 들어 통상적인 이음매 또는 본딩에 의해 연결되는 다수의 개별 쉘 벽 웹(individual shell wall webs)으로부터 조립될 수 있다. DIN ISO/FDIS14644-1:2015-08에 따라 클린룸-호환 재료에 대한 요구사항을 모두 충족하는 다른 쉘 벽 재질들을 결합할 수도 있다. 따라서, 특히 투명하지 않은 재료가 클린룸 장치의 내부로의 시야 확보 및 일광의 진입을 가능하게 하는 시스루 필름(see-through film)과 같은 투명한 재료로 된 영역에 결합될 수 있다.
쉘 벽 내부의 쉘 벽 세그먼트에 적절한 착탈 가능한 분리 메카니즘(detachable separating mechanisms)을 더 제공할 수 있으며, 세그먼트는 클린룸-호환 재료로 구성된 투명한 시스루 포일 세그먼트의 형태로 쉘 벽에, 예를 들어, 지퍼 클로저(zip closure)로 삽입될 수 있다. 이러한 종류의 쉘 벽 세그먼트는 인력이 공간의 내부로 접근할 수 있게 고루게 잘 이용될 수 있는데, 예를 들어 지퍼 클로저로 작동 가능한 쉘 벽 세그먼트의 방식으로 구성될 수 있다. 국부적으로 착탈 가능하도록 설계된 작은 치수의 쉘 벽 세그먼트는 또한 국부적 접근 슬루스(local access sluices)로서 기능할 수 있으며, 이를 통해 공간 내부의 안쪽 및/또는 바깥쪽으로부터 보다 작은 장치를 취급할 수 있다.
상기 해결책에 따라 설계된 클린룸 장치의 바람직한 실시 예는 텐트-폴과 유사한 신축적인 만곡 지지 요소에 의해 고정되고 지지되는 돔의 방식으로 구성된 쉘벽을 제공한다. 신축성의 텐트-폴 형의 지지 요소는 바람직하게는 돔-형 쉘 벽의 외부로 연장되고, 대응하는 재료 끈(material straps)을 통해 쉘 벽에 각각 연결된다. 적어도 2개의 신축성의 텐트-폴 형 지지 요소가 십자형 배열형태(criss-cross configuration)로 돔-형 쉘 벽을 둘러싸서 바닥 상에 직접 고정(braced)된다. 상기 텐트-폴 형 지지 요소는 운송을 위한 작은 팩 크기로 가능하게끔 단일의 연동 세그먼트(interlocking segments)로 구성되는 것이 바람직하다.
일 실시 예에서, 쉘 벽은 바닥보다 수 센티미터 위에 종료되며, 쉘 벽에 의해 경계가 정해지는 클린룸으로 공급되는 순수한 공기가 바닥 영역과 함께 형성된 에어 갭을 통해 모든 방향으로 빠져나갈수 있다.
추가 실시 예에서, 쉘 벽은 단일 부품으로써 또는 신축성 재료로 만들어진 바닥 요소(floor element)에 착탈 가능하게 연결되고, 바닥 요소는 쉘 벽과 함께 내부 클린룸 체적을 기밀하게 밀봉한다. 쉘 벽과 마찬가지로, 바닥 요소도 위에서 언급 한 DIN 규정에 따라 클린룸-호환 재료로 만들어진다. 제어된 공기 배출을 위해, 쉘 벽 및/또는 바닥 요소는 하나 이상의 특정하게 형성된 공기 배출 개구를 가지거나 바닥 영역에 가깝게 형성된 공기 투과성 쉘 벽 영역을 제공한다.
이전에 설명한 바와 같이, 신축성의 텐트-폴 형 지지 스트럿(tent-pole like support struts)을 구현하는 대신, 룸 내의 체결 지점(fastening point)에서 가능한 중앙에 매달려있는 교수형 수단(hanging means)으로 쉘 벽을 고정하는 것도 실용적이다. 이를 위해, 쉘 벽에 상응하는 형태-유지 십자 부재 및/또는 재료 보강재를 보충하여 돔-형 쉘 형태가 가능한 한 자체 중량 및 형태를 유지(지탱)할 수 있도록 하는 것이 유리하다.
다른 실시 예에서, 지지 요소는 쉘 벽에 일체로 연결되는 팽창식 자체-지지 베어링 구조물(self-supporting bearing structures)로서 설계되며 각각 내부 베어링 체적을 기밀 방식(airtight manner)으로 에워싼다. 팽창식 자체-지지 베어링 구조물은 특히 유리하게 기존의 모바일 필터-환기 장치의 도움으로 팽창된다. 가장 간단한 경우, 그러한 설계 변경은 단일의 클린룸-호환 재료로부터 만들어질 수 있다.
쉘 벽 장치에 의해 에워싸인 클린룸 내부의 동적 흐름 사점(flow dynamic dead points)을 피하기 위해, 상기 클린룸은 바닥 영역으로부터의 수직 거리가 증가함에 따라 계단식(stepped manner)으로 또는 점진적으로 테이퍼지는 수평의 룸 단면을 가진다. 순수한 공기가 최상부 쉘 벽 영역에 가능한 한 가깝게, 바람직하게는 접선 수평(tangentially horizontally)으로 지향되거나 수평에 대해 하향으로 경사지는 공기 유입을 통해 쉘 장치로 공급되기 때문에, 어느 정도 순수한 공기의 나선형 흐름(helical flow)이 형성되는데, 이는 순수한 공기가 바닥 영역에 제공된 배출 개구 및/또는 공기-투과성 쉘 벽 영역을 통해 주변 대기로 빠져나가기 전에 공간 내부에서 수직 하향으로 정렬되고 지향된다.
모바일 필터-환기 장치는 그 자체로 공지된 종류의 압력-밀폐 하우징을 가지며, 여기서 환기 장치 및 2개의 부유 물질 필터, "사전 필터" 및 최종 필터가 장착된다. 환기 장치는 사전 필터를 통해 공기를 흡인하고, 흡인된 공기 흐름이 최종 필터를 통과하는 상태에서 하우징 내부에 양압이 생성된다. 두 필터는 부유 물질 필터로 설계되는 것이 바람직하다. 이와 관련해서, 사전 필터는 E10 내지 H13 범주를 따르고, 최종 필터는 H14 내지 U17 범주를 따른다. 모바일 필터-환기 장치에 화학적 정화를 위한 활성탄/이온 교환 필터를 장착하는 것이 옵션으로 권장된다. 이러한 방식으로 주변 대기에서 흡인된 공기는 모바일 필터-환기 장치 내부에서 정화되는데, 즉 먼지, 입자, 세균, 기체 중의 분자 물질과 같은 모든 공기 중 부유 물질이 모바일 필터-환기 장치 내부에서 분리되는 것을 의미하므로, 모바일 필터-환기 장치에서 초순수 공기가 방출되어 즉시 클린룸-호환 재료로 만든 신축성의 기밀식 직물 호스의 형태로 된 밀폐 공급 라인을 통해 직접 쉘 벽을 통과해 클린룸으로 들어간다.
추가적인 바람직한 설계 변경은 클린룸-호환 재료로 제작된 공기 분배 구조를 제공하며, 바람직하게는 공기 분배 구조는 쉘 벽과 동일한 재료로 이루어지며,순수한 공기가 클린룸으로 진입하는 곳 가까이에 위치되고, 이로 인해 클린룸으로들어가는 순수한 공기의 흐름이 개별적으로 영향을 받을 수 있다. 특히 유입되는 초순수 공기를 층류로서의 공기 스트림으로 변환하고 가능한 한 맨 위의 쉘 벽 영역으로 지향되는 공기 분배 구조가 선호되는데, 이는 공기 스트림을 공간 내부에서 수직 하향으로 이동시킨다.
상기 해결책에 따른 클린룸 장치는 임의의 모양과 크기로 구체화될 수 있으며 신속한 설치 및 분해(해체) 특성을 겸비할 수 있는데, 이는 쉘 벽을 텐트-폴 형 지지 요소와는 별도로 조립 및 보관할 수 있기 때문에 결국 어느 곳에서나 전개할 수 있고 중량이 가볍고 포장 보관 크기가 작다는 것을 의미한다. 유익한 실시 예에서, 클린룸-호환 재료로 제조된 공급 라인은 쉘 벽에 일체로 연결되고, 모바일 필터-환기 장치에 착탈 가능하고 단단히 유체 기밀 방식으로 연결될 수 있다.
다음에서, 본 발명은 예시적인 목적을 위해, 그리고 실시 예를 기초로 하고 도면을 참조하여 일반적인 독창적인 사상을 제한하지 않고 설명될 것이다. 도면에 있어서,
도 1은 모바일 필터-환기 장치를 구비한 돔-형 쉘 벽 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2a는 DIN　EN ISO 14644-1에 따른 클린룸 등급의 리스트이다.
도 2b는 GMP 등급 리스트이다.
도 2c는 DIN　EN ISO 14644-8에 따른 공기 순도 등급 리스트이다.
도 3은 투명한 세그먼트를 구비한 돔-형 쉘 벽 장치를 도시한다.
도 4는 팽창식 지지 스트럿을 구비한 돔-형 쉘 벽 장치를 도시한다.
도 5는 교수형 수단(hanging means)을 구비한 해결책에 따른 쉘 벽 장치를 도시한다.
도 6a, 6b 는 대안적인 쉘 벽 형태를 도시한다.
도 7은 적어도 2개의 쉘 벽 장치를 결합하기 위한 모듈식 구성 방법을 도시한다.
도 1은 "이글루 텐트"와 유사한 형태를 갖는 돔-형이며, 클린룸-호환 재료(cleanroom-compatible material)로 만들어지는 텐트 벽 또는 쉘 벽(2,shell wall)을 가지는 연속적으로, 둘러싸는 텐트-형 쉘 벽 장치(1,tent-like shell wall arrangement)를 도시한다. 신축성의 텐트-폴 형 지지 요소(3)는 돔을 형성하게끔 대향하는 십자형 배열형태로 쉘 벽(2)을 둘러싸고, 지지 요소 단부(31)가 바닥 영역(4) 상에 놓여서 쉘 벽(2)에 형태 및 공간적인 지지를 제공하는데 이용된다.
도시된 실시 예에서, 각각의 쉘 벽(2)은 바닥 영역(4) 위로 일정 거리를 두고 위치된 모두 합쳐 4개의 하부 쉘 벽 경계 에지(21,lower shell wall boundary edge)를 가진다. 이러한 방식으로, 상기 쉘 벽 에지(21)는 바닥 영역(4)과 결합하여 환기 갭(5,venting gap)을 형성한다. 모바일 필터-환기 장치(7)는 DIN ISO/FDIS 14644-1:2015-08(도 2a)에 따라 초순수 공기(ultrapure air)를 생성하기 위해 쉘 벽 장치(1)에 바로 인접한 주변 대기(6)에 제공된다. 모바일 필터-환기 장치(7)는 휴대식으로 이동 가능하도록 설계된다. 필터-환기 장치(7)는 부유 물질 사전 필터(8,suspended matter prefilter), 환기 유닛(9) 및 부유 물질 최종 필터(10)를 포함한다. 모바일 필터-환기 장치(7)의 공기 배출 영역(11)은 중공 덕트의 형태인 공급 라인(12)에 유체-기밀 방식으로 연결되는데, 중공 덕트는 쉘 벽(2)을 통해 쉘 벽 장치(1)의 상부 영역(20)으로 공개적으로 공기를 배출한다.
쉘 벽(2) 및 중공 덕트 형태인 공급 라인(12)이 만들어지는 재료는 포일(foil) 또는 직물 재료(woven material)로 구성된 클린룸-호환 재료로 제작된다. 클린룸-호환 재료는 화학적으로나 생물학적으로 비활성이며, 이례적으로 높은 내마모성을 가지므로 물질 마찰에 노출되어도 입자 방출을 초래하지 않는다. 이 체계(order)의 클린룸-호환 재료 특성을 갖는 재질은 DIN ISO/FDIS 14644-1:2015-8, 도 2a에 따른 ISO 등급 1 내지 9에 정의된 클린룸 조건을 준수함을 보장한다.
도 3은 도 1에 도시된 실시 예와 유사한 공간적 형태를 갖는 돔-형 쉘 벽 장치(1)의 또 다른 예시적인 실시 예를 도시한다. 쉘 벽(2)의 4개의 측벽 표면 각각은, 예를 들어 종래의 이음매 또는 접착 이음매의 도움으로 쉘 벽(2)의 나머지 부분에 영구적으로 포함되거나, 또는 예를 들어 지퍼 클로저(zip closure)에 의해 쉘 벽(2) 나머지 부분에 단단히 착탈 가능하게 연결되는 광 투과성 시야 창(13,ight-transparent viewing window )을 포함한다. 시야 창(13) 대신에 예를 들어 사람 또는 소규모 장치를 위한 출입문(access door) 또는 접근 슬루스(access sluice) 형태의 기능적 벽 요소가 삽입될 수도 있다. 설계 및 적용을 가능한 한 간단하게 유지하기 위해, 공간의 내부로 인력에 의한 접근(출입)은 주어진 지점에서 하부 쉘 벽 경계 에지(21)를 단순히 들어 올림으로써 또한 수행될 수 있다.
돔-형 쉘 벽 장치(1)의 바람직한 치수는 2 내지 4미터 사이이며, 개별 쉘 벽 에지(21)의 길이와 돔의 전체 높이 모두를 참조한다.
대안적으로 또는 부가적으로, 도 1에 설명된 신축성의 텐트-폴 형 지지 요소 (3)의 도움으로 돔-형 쉘 벽 장치(1)를 지지하기 위해, 중앙 교수형 수단(14,central hanging means)의 도움으로 쉘 벽 장치(1)를 지지하는 것이 또한 가능한데, 교수형 수단은 룸 내의 고정된 체결 지점(15,fastening point)에 단단히, 바람직하게는 착탈 가능하게 체결된다.
도 3에 도시된 실시 예는 또한 내부 클린룸을 완전히 에워싸게끔 하부 쉘 벽 에지(21)에 단단히(고정적으로) 연결되고 쉘 벽(2)과 쉘 벽 내에 포함되는 쉘 벽 세그먼트(13)와 결합하는 바닥 요소(16)를 가진다. 바닥 영역에 제공된 개구들(17)은 필터-환기 장치(7)에 의해 발생되어 공급 라인(12)을 통해 쉘 벽 장치의 내부로 흘러들어가는 초순수 공기의 제어된 배출을 보장하는데 이용된다. 쉘 벽(2)의 나머지 부분보다 더 큰 공기 투과성을 지닌 쉘 벽 섹션(17')이 개구들(17) 대신 또는 개구들과 결합하여 사용될 수 있다.
도 4는 해결책에 따라 구성되는 클린룸 장치를 제작하기 위한 또 다른 실시 예를 도시하는데, 클린룸-호환 재료로 만들어진 쉘 벽(2)은 자체-지지(self-supporting)될수 있도록 팽창식 베어링 구조물(18,inflatable bearing structures)에 의해 지지된다. 팽창식 베어링 구조물(18)은 쉘 벽(2) 자체와 동일한 클린룸-호환 재료로 제조되는 것이 바람직하다.
모바일 필터-환기 장치(7)에는 팽창식 자체-지지 베어링 구조물을 팽창시키기 위한 적절한 공급 라인(19)이 설치되며, 팽창식 베어링 구조물(18)을 팽창시키는데 유리하게 사용될 수 있다. 동시에 모바일 필터-환기 장치(7)는 순수한 공기를 클린룸에 공급하기 위한 공급 라인(12)에 연결될 수 있다.
도 5는 임의의 베어링 또는 지지 요소를 제공하지 않는 텐트-형 쉘 벽 장치(2)의 실시 예를 도시한다. 이 경우, 2개의 외부 체결 지점(15)은 쉘 벽(2)의 외부에 부착된 2개의 교수형 수단(14,hanging means) 상에 쉘 벽 장치(1)를 걸어주는데 이용된다. 텐트-형 쉘 벽 장치(2)는, 예들 들어 코드(cords)와 같은 적절한 클램핑 수단(20)의 도움으로 제1 공간 지점(15,first spatial points)에 대해 개별적으로 클램핑 될 수 있다. 이전 실시 예에서와 같이, 모바일 필터-환기 장치(7)는 공급 라인(12)을 통해 쉘 벽 장치(1)의 상부 영역 내로 흘러들어가는 초순수 공기를 생산하는데 사용된다.
도 6a 및 도 6b는 쉘 벽 장치(1)에 대한 대안적인 기하학적 배열형태 옵션을 도시한다. 도 6a의 경우, 쉘 벽 장치(1)는 바닥을 향해 직선 벽 섹션(22,straight wall section)이 되는 상부 돔-형 쉘 벽 섹션(21)을 가진다.
도 6b는 4개 측면의, 수직 쉘 벽 측면 부재(24)에 인접하는 본질적으로 돔-형 쉘 벽 루프(23)를 갖는 쉘 벽 장치(1)에 대한 대안적 공간 형태를 도시한다. 쉘 벽 장치(1)를 만들어내기 위한 도 6b에 도시된 공간 형태는, 특히, 도 7에 도시된 바와 같이, 다수의 인접하게 배치된 쉘 벽 장치의 모듈식 조합을 가능하게 한다. 2개의 분리된 쉘 벽 장치(1,1')는, 대응하는 바람직하게는 기밀(air-tight)하고 착탈 가능한 고정 연결 구조(25)를 통해 유체-기밀 방식으로 결합되어 초순수 공기 공급을 위한 모듈을 형성할 수 있다. 원칙적으로, 모듈식 개념은 자유롭게 확장될 수 있다.
해결책에 따른 쉘 벽 장치에 대해 특히 중요한 점은 클린룸 그 자체를 한정하기 위한 클린룸-호환 재료의 선택이다. 입자의 클린룸 분류의 목적을 위해, 사용된 재료는 도 2에 나타난 등급 1 내지 9에 해당하는 ISO/FDIS 14644-1:2015-08의 요구 사항을 충족해야 한다. 화학적 청결도 요구 사항과 관련하여, 사용되는 재료는 도 2c에 나타난 DIN EN ISO 14644-8:2013-06에 따라 등급 0 내지 12로 정의된 화학 물질 농도에 따른 공기 순도 분류에 부합해야 한다. 의료 기기의 공정 지침을 충족시키기 위해 장치가 필요하다면, 도 2b에 나타난 EU GMP 지침 제4권 부록 1 (등급 A 내지 D)에 명시된 사양을 준수해야 한다.
상기 해결책에 따른 클린룸 장치는 특히 다음 분야 중 적어도 하나의 분야에서 사용하기에 적합하다; 항공 및 우주 여행, 광학, 생명 과학, 생화학, 생물 정보학, 생물학, 생물 의학, 생물 물리학, 생명 및 유전 공학, 영양 과학, 식품 기술, 의학, 의학 공학, 약학 및 약리학, 환경 관리 및 환경 과학, 화학, 자동차 공학, 마이크로 시스템 기술, 반도체 기술, 자동화 기술 및 에너지 산업.
1.쉘 벽 장치 2.쉘 벽
21.쉘 벽 경계 에지 3.버팀 지지요소(bracing support elements)
31.지지요소 단부 4.바닥 영역
5.환기 갭 6.주변 대기
7.필터-환기 장치 8.부유 물질 사전필터
9.환기 유닛 10.부유 물질 최종필터
11.공기 배출 영역 12.공급 라인, 중공 덕트
13.시야 창 14.교수형 수단
15.외부 체결 지점 16.바닥 요소(floor element)
17.공기 배출 개구 17'.더 큰 공기 투과성을 지닌 쉘 벽 섹션
18.팽창식의, 자체-지지 베어링 구조물
19.공급 라인 20.클램핑 수단
21.쉘 벽 경계 에지 21.상부 쉘 벽 섹션
22.하부 쉘 벽 섹션 23.쉘 벽 루프
24.쉘 벽 측면 부재 25.연결 구조

Claims (12)

  1. 바닥 영역에 직접 또는 간접적으로 인접하며 주변 대기로 부터 공간을 분리하는 하우징,
    공기 흡입 영역 및 공기 배출 영역을 가지며 공간의 외부 주변 대기에 배치되는 모바일 필터-환기 장치, 및
    하우징에 의해 경계가 정해지는 공간 및 배출 영역을 연결하는 공급 라인을 지닌 클린룸 장치에서,
    하우징은, 전적으로 적어도 하나의 클린룸-호환 재료로 제조되고, 직접적으로 공간에 직면하는 신축성의 접을 수 있는 쉘 벽을 포함하며, 그리고 바닥 영역 상에 고정되는(braced) 적어도 하나의 지지 요소 및/또는 쉘 벽 상에 제공되는 적어도 하나의 교수형 수단을 포함하는 돔-형의 연속적인 방식으로 공간을 에워싸는 텐트-형 쉘 벽 장치이고, 적어도 하나의 클린룸-호환 재료는 DIN ISO/FDIS 14644-1:2015-08에 따른 클린룸의 ISO 등급 1 내지 9에 직접 한정되게끔 설계되며, 공간 영역으로부터 주변 대기로의 공기의 제어된 유출을 위해, 적어도 쉘 벽의 섹션은 바닥 영역으로부터 거리를 두고 배치되거나 쉘 벽에 적어도 하나의 개구 또는 바닥 영역에 간접적으로 또는 직접적으로 인접한 쉘 벽의 나머지 부분보다 더 큰 공기 투과성을 지닌 적어도 하나의 쉘 벽 섹션을 제공하며, 그리고 모바일 필터-환기 장치는 상기의 DIN를 준수하여 주변 대기 공기로부터 초순수 공기를 생산하게끔 설계되며, 그리고 상기의 DIN에 따른 클린룸-호환 재료로부터 중공 덕트 형태인 공급 라인이 제작되고, 순수한 공기 스트림이 공간 내부에 수직 하향으로 지향되게 형성되는 방식으로 상부 쉘 벽 영역의 공간으로 통하고(opens into), 상기 스트림은 제어된 방식으로 바닥 영역에 가까운 공간 밖으로 흘러 나가는데, 상기 쉘 벽은 적어도 하나의 클린룸-호환(cleanroom-compatible) 및 공기-투과성으로 규정된 재료로 만 이루어지는 것을 특징로 하는 클린룸 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    적어도 하나의 개구 또는 적어도 하나 이상의 공기-투과성 쉘 벽 섹션, 모바일 필터-환기 장치에 할당된 순수한 공기 전달 속도 및 하우징에 의해 에워싸인 공간 체적은 공간에 초순수 공기의 연속적으로 유입되면서 주변 대기에 대해 공간 내부에 일정한 양압이 확립되는 방식으로 서로 조화를 이루는 것을 특징으로 하는 클린룸 장치.
  3. 제 1항 또는 제2 항에 있어서,
    쉘 벽은 직물 또는 포일 재료 또는 상기 재료들의 층을 이룬 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 클린룸 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한항에 있어서,
    쉘 벽은 단일 층으로 이어지는 것을 특징으로 하는 클린룸 장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한항에 있어서,
    쉘 벽은 단일 부품으로서 또는 신축성 재료로 만들어진 바닥 요소에 착탈 가능하게 연결되고 공간을 완전히 에워싸는 것을 특징으로 하는 클린룸 장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한항에 있어서,
    적어도 하나의 지지 요소는 쉘 벽에 느슨하게 그리고 간접적으로 또는 직접적으로 연결될 수 있도록 설계되고, 단일 부품 또는 다중 폴 세그먼트로부터 조립 될 수 있는 단단한 또는 신축적 텐트 폴의 형태 및 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 클린룸 장치.
  7. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한항에 있어서,
    적어도 하나의 지지 요소는 쉘 벽에 일체로 연결되고 팽창식 자체-지지 베어링 구조물로 설계되며 내부 베어링 체적을 기밀 방식으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 클린룸 장치.
  8. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한항에 있어서,
    모바일 필터-환기 장치는 하나의 압력-밀폐 하우징 내의 환기 유닛 및 필터 유닛을 포함하고, 상기 필터 유닛은 부유 물질 사전 필터 및 부유 물질 최종 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 클린룸 장치.
  9. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한항에 있어서,
    적어도 쉘 벽 장치의 섹션은 돔-형으로 연속적인 방식으로 공간을 에워싸며,텐트-형 수평 공간 십자 부재를 가지며, 바닥 영역으로부터의 수직 거리가 증가함에 따라 계단식(stepped manner)으로 또는 점진적으로 테이퍼지는 단면 영역(cross-sectional areas)을 가지는 것을 특징으로 하는 클린룸 장치.
  10. 삭제
  11. 하기의 분야들;
    항공 및 우주 여행, 광학, 생명 과학, 생화학, 생물 정보학, 생물학, 생물 의학, 생물 물리학, 생명 및 유전 공학, 영양 과학, 식품 기술, 의학, 의학 공학, 약학 및 약리학, 환경 관리 및 환경 과학, 화학, 자동차 공학, 마이크로 시스템 기술, 반도체 기술, 자동화 기술 및 에너지 산업 중 적어도 하나의 분야에서 사용되는 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한항에 따른 클린룸 장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    쉘 벽은 공기-투과성이 형성된 재료로 이루어지는 것을 특징을 하는 클린룸 장치.
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