JP2020060366A - クリーンルーム装置および空気循環ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡単な設備でありながら、少ない換気回数で空調領域の清浄度を確保することができる、非層流方式のクリーンルーム装置を提供する。【解決手段】クリーンルーム１０内に配置され、クリーンルーム１０内の空気を循環させる空気循環ユニット３０を備え、空気循環ユニット３０には、クリーンルーム１０の内部であって空調領域１１よりも上方の位置でクリーンルーム１０内の空気を吸い込む吸気口３１と、空気循環ユニット３０の前面において空調領域１１と向かい合う高さまでの領域に分布して配置されて、空調領域１１に向けて横向きに給気する複数の給気口３２が設けられ、空気循環ユニット３０の内部には、冷却器３５および高性能フィルタ３６と、クリーンルーム１０内の空気を吸気口３１から吸い込み、冷却器３５および高性能フィルタ３６を通過させて給気口３２に向けて送風するファン３７を備えることを特徴とする、クリーンルーム装置。【選択図】図１

Description

本発明は、クリーンルーム装置に関し、さらに当該クリーンルーム装置に好適に用いられる空気循環ユニットに関する。

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、例えば本出願人が特許文献１に開示したように、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をクリーンルームの下部に形成される空調領域に向けて横向きに給気し、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ものが知られている。

特許第５３６１１４０号公報

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、従来の非層流方式のクリーンルーム装置では、例えば２０回／ｈと比較的多くの換気回数を必要とするのが一般的である。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、一般には空調が必要とされる領域がクリーンルーム内の床から限られた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。

一方、上記特許文献１のクリーンルーム装置によれば、低温の清浄空気に旋回成分を与えてクリーンルームの下部に形成される空調領域に向けて横向きに給気することにより、クリーンルーム下部の空調領域に存在する空気に対して清浄空気が混合されて、希釈効果により空調領域を清浄に保つことができるようになる。この非層流方式のクリーンルーム装置により、従来の非層流方式のクリーンルーム装置に比べてより少ない換気回数で空調領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。

しかしながら、いずれの場合も、従来のクリーンルーム装置では、クリーンルームに給気する大型の外調機や、クリーンルーム内から外調機に還気を戻すレタンシャフトなどの設置が必要な大掛かりな装置であり、ダクトの設置距離も全体的に長くなっており、工期に長期間を要していた。

本発明の目的は、比較的簡単な設備でありながら、少ない換気回数で空調領域の清浄度を確保することができる、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。

この目的を達成するために、本発明によれば、クリーンルームの下部に形成される空調領域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、前記クリーンルーム内に配置され、前記クリーンルーム内の空気を循環させる空気循環ユニットを備え、前記空気循環ユニットには、前記クリーンルームの内部であって前記空調領域よりも上方の位置で前記クリーンルーム内の空気を吸い込む吸気口と、前記空気循環ユニットの前面において前記空調領域と向かい合う高さまでの領域に分布して配置されて、前記空調領域に向けて横向きに給気する複数の給気口が設けられ、前記空気循環ユニットの内部には、冷却器および高性能フィルタと、前記クリーンルーム内の空気を前記吸気口から吸い込み、前記冷却器および前記高性能フィルタを通過させて前記給気口に向けて送風するファンを備えることを特徴とする、クリーンルーム装置が提供される。

このクリーンルーム装置において、前記複数の給気口には、前記空調領域に向けて横向きに給気される空気に対して旋回成分を与えるフィンが設けられていても良い。また、前記冷却器および高性能フィルタは、前記複数の給気口の内側全体を覆う位置に配置されていても良い。

また、本発明によれば、クリーンルームの下部に形成される空調領域を清浄に保つ非層流方式のクリーンルーム内に配置され、前記クリーンルーム内の空気を循環させる空気循環ユニットであって、前記クリーンルームの内部であって前記空調領域よりも上方の位置で前記クリーンルーム内の空気を吸い込む吸気口と、前記空気循環ユニットの前面において前記空調領域と向かい合う高さまでの領域に分布して配置されて、前記空調領域に向けて横向きに給気する複数の給気口が設けられ、冷却器および高性能フィルタと、前記クリーンルーム内の空気を前記吸気口から吸い込み、前記冷却器および前記高性能フィルタを通過させて前記給気口に向けて送風するファンを内部に備えることを特徴とする、空気循環ユニットが提供される。

この空気循環ユニットにおいて、前記複数の給気口には、前記空調領域に向けて横向きに給気される空気に対して旋回成分を与えるフィンが設けられていても良い。また、前記冷却器および高性能フィルタは、前記複数の給気口の内側全体を覆う位置に配置されていても良い。

本発明によれば、クリーンルームの下部に形成される空調領域を清浄に保つ非層流方式のクリーンルーム装置において、クリーンルーム内の空気を空気循環ユニットで循環させることにより、極めて少ない換気回数で空調領域の清浄度を確保することができるようになる。また、クリーンルーム内の空気をクリーンルーム内に配置した空気循環ユニットで循環させることにより、外調機に還気を戻すレタンシャフトなどの設置を省略することが可能となる。その結果、比較的短い工期で構築できる簡単な設備でありながら、少ない換気回数で空調領域の清浄度を確保することができるクリーンルーム装置が得られるようになる。また、天井までのクリーンルーム内全体の空気を一様に混合・希釈させる従来の非層流方式のクリーンルーム装置に比べて、少ない換気回数で空調領域の清浄度を確保することができ、エネルギー削減が可能となる。

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。 空気循環ユニットの内部構造を示す側方図である。 クリーンルームの内部から見た空気循環ユニットの正面図である。 クリーンルームの内部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。 クリーンルームの内部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。 複数の空気循環ユニットを並べて配置し、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。 従来の非層流方式のクリーンルーム装置の温度分布を示すグラフである。 従来の非層流方式のクリーンルーム装置の浮遊粒子個数の分布を示すグラフである。 本発明のクリーンルーム装置の温度分布を示すグラフである。 本発明のクリーンルーム装置の浮遊粒子個数の分布を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態の一例を、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（床スラブ）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に清浄に保たれた空調領域１１が形成されている。空調領域１１は、床１０ｂから所定の高さまでの領域であり、空調領域１１には、半導体製造装置などの各種の機器１２が存在している。空調領域１１の高さは機器１２よりも高く、この実施の形態では、機器１２の高さが約３ｍに対し、空調領域１１の高さは約３．４〜４ｍ程度に設定されている。本発明においては、この空調領域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る。

機器１２には、機器１２自体から発生した汚染物質を局地的に排気する局排ダクト１３が接続されている。局排ダクト１３には、クリーンルーム１０の外部において排気ファン１４が取り付けられており、この排気ファン１４により、機器１２自体から発生した汚染物質が、局排ダクト１３を通じて局地的に吸引され、排気ＥＡとして外部に排出される。

クリーンルーム１０の天井１０ａには、清浄空気ＣＡの給気口２０が設けられている。清浄空気ＣＡの給気口２０は、後述する空気循環ユニット３０の真上に位置している。給気口２０には、外調機２１で作られた低温の清浄空気ＣＡが給気ダクト２２を通じて供給されている。外調機２１は、粗フィルタ２３、冷却器２４、給気ファン２５、高性能フィルタ２６を備えている。粗フィルタ２３の上流側には、外気ＯＡが取り入れられており、給気ファン２５の動力によって、外気ＯＡが外調機２１内において、粗フィルタ２３、冷却器２４、給気ファン２５、高性能フィルタ２６の順に通過するようになっている。これにより、外調機２１内において、外気ＯＡは先ず粗フィルタ２３を通過して予備的に濾過された後、冷却器２４で室内温度より低温に冷却され、更に、高性能フィルタ２６によって浮遊粒子が除去されて清浄空気ＣＡにされる。高性能フィルタ２６は例えばＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ等で構成される。こうして外調機２１内で処理されて作られた低温の清浄空気ＣＡが、給気ダクト２２、給気口２０を経てクリーンルーム１０において、空調領域１１よりも上方に供給されるようになっている。

クリーンルーム１０の内部には、クリーンルーム１０の内部の空気を循環させる複数の空気循環ユニット３０が配置されている。各空気循環ユニット３０は、クリーンルーム１０内に置かれている機器１２を周囲から囲むように、側壁１０ｃに沿って配置されている。

空気循環ユニット３０の高さは、空調領域１１の高さよりも高くなっており、例えば空調領域１１の高さが約３．４〜４ｍ程度であるのに対して、空気循環ユニット３０の高さは約５ｍに設定されている。このため、空気循環ユニット３０の下部は空調領域１１内にあるが、空気循環ユニット３０の上部は、クリーンルーム１０内において空調領域１１よりも上方の空間に突出している。

図２、３に示されるように、空気循環ユニット３０の上面には、クリーンルーム１０内の空気を吸い込む吸気口３１が設けられている。また、空気循環ユニット３０の前面（クリーンルーム１０の内部に向かう面）には、複数の給気口３２が設けられている。

空気循環ユニット３０の内部には、冷却器３５および高性能フィルタ３６と、クリーンルーム１０内の空気を吸気口３１から空気循環ユニット３０の内部に吸い込み、冷却器３５および高性能フィルタ３６を通過させた後、空気循環ユニット３０の前面に設けた給気口３２からクリーンルーム１０内に横向きに送風させるファン３７を備えている。高性能フィルタ３６は例えばＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ等で構成される。この高性能フィルタ３６は、例えば、日本ケンブリッジフィルター株式会社製の低有機低ボロンＵＬＰＡフィルタを用い、定格風速１．２ｍ／ｓで圧力損失は１９０Ｐａ以下とされる。

上述したように、空気循環ユニット３０の上部は空調領域１１よりも上方の空間に突出しているので、ファン３７の動力により、クリーンルーム１０内における空調領域１１よりも上方の空気が、吸気口３１から空気循環ユニット３０の内部に吸い込まれる。

一方、複数の給気口３２は、空気循環ユニット３０の前面において、クリーンルーム１０の床１０ｂから空調領域１１とほぼ同じ高さまでの領域に全体に分布して配置されている。このため、複数の給気口３２からは、空調領域１１の高さ方向の全体に渡って横向きに送風が行われる。

空気循環ユニット３０の内部に設けられた冷却器３５および高性能フィルタ３６は、空気循環ユニット３０の前面に設けられた複数の給気口３２の内側全体を覆う位置に配置されている。また、空気循環ユニット３０の内部において、複数の給気口３２のすぐ内側（クリーンルーム１０の中心部から見たら外側）に高性能フィルタ３６があり、さらに高性能フィルタ３６の内側（クリーンルーム１０の中心部から見たら外側）に冷却器３５が配置されている。

一方、ファン３７は、空気循環ユニット３０の内部において、これら冷却器３５および高性能フィルタ３６の上方に配置されている。また、ファン３７とこれら冷却器３５および高性能フィルタ３６の間には、空気循環ユニット３０の内部空間を部分的に上下に仕切る邪魔板４０が設けられている。邪魔板４０には、冷却器３５よりも内側（クリーンルーム１０の中心部から見たら外側）に対応する位置に開口部４１が設けられており、邪魔板４０の位置においては、空気循環ユニット３０の内部空間は、開口部４１が設けられた冷却器３５よりも内側（クリーンルーム１０の中心部から見たら外側）に対応する位置においてのみ連通している。吸気口３１には風量調整機構（図示しない）を設け、ファン３７により吸い込まれる空調領域上方の空気の流入量を調整可能としても良い。

このため、ファン３７の動力によって空気循環ユニット３０上面の吸気口３１から空気循環ユニット３０の内部に吸い込まれた空気は、邪魔板４０の位置において開口部４１を通過して、冷却器３５よりも内側（クリーンルーム１０の中心部から見たら外側）の空間に入り込んだ後、冷却器３５、高性能フィルタ３６の順に通過し、給気口３２からクリーンルーム１０内に横向きに送風される。冷却器３５および高性能フィルタ３６は、複数の給気口３２の内側全体を覆う位置に配置されているので、こうして給気口３２からは、必ず冷却器３５、高性能フィルタ３６の順に通過した空気（給気ＳＡ）が吹出されることになる。

また、高性能フィルタ３６は圧力損失が高いため、ファン３７により送り込まれた空気は、高性能フィルタ３６の内側（クリーンルーム１０の中心部から見たら外側）で圧力が均一となる。このため、ファン３７により吸い込まれた空気は、縦横に配列された複数個の給気口３２の縦方向及び横方向の全域に渡って設けられた冷却器３５を通過する際に均一に冷却され、各給気口３２をほぼ同じ流速で通過する。すなわち、各給気口３２を均一な温度且つ均一な流速で空気が通過するので、各給気口３２のフィン４５により与えられる旋回成分にばらつきが生じない。これにより、空調領域１１の全体に渡って、流速、温度、旋回成分にばらつきのない清浄空気ＣＡが吹出されるので、非層流方式による空調領域１１全体の希釈混合効果に影響を与えることがない。このようにして、クリーンルーム１０全体の省エネルギー化が図られる。また、空気循環ユニット３０の各給気口３２から空調領域１１の全体に渡って、流速、温度、旋回成分にばらつきのない清浄空気ＣＡが吹出されるので、従来のように外調機で作られた清浄空気を給気ダクトを介してクリーンルーム内に供給していた構成に比べて、給気ダクトを省略でき、装置の簡素化が図られ、比較的短い工期で構築できる簡単な設備を提供できる。

図４、５に示すように、空気循環ユニット３０の前面の各給気口３２には、クリーンルーム１０内の空調領域１１に向けて横向きに給気される空気に対して旋回成分を与える複数枚のフィン４５が装着されている。

各フィン４５は、給気口３２の中央を中心に適当な等間隔で放射状に取り付けてあり、また、クリーンルーム１０（空調領域１１）に向かって吹き出す空気に旋回成分を与えるべく、各フィン４５は給気口３２の中心軸３２’に対してそれぞれ傾斜して配置されている。図４と図５では、フィン４５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３２に傾斜したフィン４５が放射状に取り付けられていることにより、給気口３２からクリーンルーム１０内の空調領域１１に向けて横向きに給気される空気に対し、給気口３２を通過させる際に、各フィン４５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３２からクリーンルーム１０内の空調領域１１に向かって吹き出す空気に、中心軸３２’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４と図５では、フィン４５の傾斜方向が逆向きであり、図４に示したフィン４５によれば、給気口３２を通過する際に、空気循環ユニット３０の前面をクリーンルーム１０内から見た場合において、反時計回転方向の旋回成分が空気に与えられる。一方、図５に示したフィン４５によれば、給気口３２を通過する際に、空気循環ユニット３０の前面をクリーンルーム１０内から見た場合において、時計回転方向の旋回成分が空気に与えられる。

上述のように、空気循環ユニット３０の前面には、空調領域１１とほぼ同じ高さまでの領域に複数の給気口３２が全体に分布して配置されている。そのため、隣り合う給気口３２から吹き出される空気の旋回成分により、互いの干渉作用が生ずる。

例えば図６に示すように上下方向に並んだ４つの給気口３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを例にして説明すると、図６に示した例では、隣り合う給気口３２から吹き出される空気の旋回成分が、互いに逆の回転方向の関係になっている。即ち、図６に示した例では、１番上の給気口３２ａと上から３番目の給気口３２ｃでは、フィン４５の傾斜方向が図４で説明した状態であり、これら給気口３２ａと給気口３２ｃからは、反時計回転方向の旋回成分を与えられた空気が吹き出される。一方、上から２番目の給気口３２ｂと４番目の給気口３２ｄでは、フィン４５の傾斜方向が図５で説明した状態であり、これら給気口３２ｂと給気口３２ｄからは、時計回転方向の旋回成分を与えられた空気が吹き出される。このように、隣り合う給気口３２ａと給気口３２ｂ、給気口３２ｂと給気口３２ｃ、給気口３２ｃと給気口３２ｄの間において、それぞれ互いに逆の回転方向に旋回する空気を吹き出すようになっている。

この図６に示した例のように、各給気口３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄから吹き出す空気の旋回成分を交互に逆の回転方向とすれば、給気口３２ａと給気口３２ｂの間、給気口３２ｂと給気口３２ｃの間及び給気口３２ｃと給気口３２ｄの間のいずれにおいても、互いに同じ方向に空気が吹き出されることとなるので、各給気口３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄから吹き出される空気の旋回成分をお互いに助長しあうように作用させることができる。

一方、図７に示した例のように、上下方向に並んだ４つの給気口３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄからいずれも同じ回転方向に旋回する空気（図７に示す例では、いずれも反時計回転方向に旋回する空気)を吹き出した場合、給気口３２ａと給気口３２ｂの間、給気口３２ｂと給気口３２ｃの間及び給気口３２ｃと給気口３２ｄの間において、互いに打ち消しあう方向に空気が吹き出されることとなる。このように、各給気口３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄから吹き出す空気の旋回成分をいずれも同じ回転方向とすれば、各給気口３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄから吹き出される空気の旋回成分を相殺させるように作用させることができる。

なお、図６、７では、上下に配列された給気口３２の関係について説明したが、上下に配列された給気口３２同志の関係のみならず、横に隣接して配置された給気口３２同志や斜めに隣接して配置された給気口３２同志の間においても、互い隣り合う給気口３２から吹き出される空気の旋回成分により、旋回成分をお互いに助長しあう関係、旋回成分をお互いに相殺させる関係を適宜設定できる。

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、外調機２１で作られた低温の清浄空気ＣＡが、給気ダクト２２から給気口２０を通じてクリーンルーム１０内の上部に供給される。給気口２０は空気循環ユニット３０の真上に位置しているので、外調機２１で作られた低温の清浄空気ＣＡは、空調領域１１よりも上方の空間であって、空気循環ユニット３０の真上に供給される。

そして、クリーンルーム１０の内部では、空気循環ユニット３０により、空気の循環が行われる。すなわち、空気循環ユニット３０に設けられたファン３７の動力により、クリーンルーム１０内における空調領域１１よりも上方の空気が、給気口２０から空気循環ユニット３０の真上位置に供給された清浄空気ＣＡと一緒に、吸気口３１から空気循環ユニット３０の内部に吸い込まれる。そして、これらの空気（空気循環ユニット３０の内部に吸い込まれた空調領域１１よりも上方の空気と清浄空気ＣＡ）は、空気循環ユニット３０の内部において、冷却器３５および高性能フィルタ３６を通過して低温で清浄な給気ＳＡとされて、給気口３２からクリーンルーム１０内に横向きに送風される。この場合、冷却器３５および高性能フィルタ３６は、複数の給気口３２の内側全体を覆う位置に配置されているので、給気口３２からは、必ず冷却器３５、高性能フィルタ３６の順に通過した低温で清浄な給気ＳＡが吹出されることになる。

こうして、各給気口３２から吹き出される給気ＳＡには、フィン４５の作用により旋回成分が与えられ、クリーンルーム１０下部の空調領域１１の空気が給気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給気ＳＡの速度は、各給気口３２から吹き出された後、速やかに減速することとなる。

また、このように空気循環ユニット３０前面の各給気口３２からクリーンルーム１０内に横向きに給気ＳＡを供給する場合、ファン３７の動力制御により、各給気口３２からは、クリーンルーム１０下部の空調領域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（好ましくは、０．６ｍ／ｓ以上、１．１ｍ／ｓ以下）の流速で給気ＳＡが旋回しながら吹出される。

これにより、空調領域１１に存在する空気に対して低温で清浄な給気ＳＡが混合されて、希釈効果により空調領域１１全体の浮遊粒子ａの濃度を下げ、空調領域１１を清浄に保つことができるようになる。各給気口３２から０．５ｍ／ｓ以上、１．２ｍ／ｓ以上の流速で給気ＳＡを吹き出すことにより、給気流速の小さい置換換気ではできなかった空調領域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、各給気口３２から吹出された給気ＳＡは速やかに減速し、さらに、空調領域１１に向かって給気ＳＡを横向きに供給しているので、クリーンルーム１０内において空調領域１１よりも上部に存在している空気に対しては給気ＳＡが混合されず、空調領域１１に存在する空気のみに対して清浄で低温な給気ＳＡが混合され、空調領域１１のみを清浄で低温の状態に保つことができる。

また、クリーンルーム１０内に置かれている半導体製造装置などの各種の機器１２から発生した汚染物質は、排気ファン１４の動力によって局排ダクト１３を通じて局地的に吸引され、排気ＥＡとして外部に排出される。この場合、外調機２１に設けられた給気ファン２５の給気量を、排気ファン１４の排気量よりも多く設定しておくことにより、クリーンルーム１０内を常に正圧に保つことができ、外部からの汚染物質の侵入を防ぐことができる。

また、空調領域１１において機器１２や人間などの周りに生じた浮遊粒子ａなどの汚染物質は、機器１２や人間などの熱的影響によってやがて加熱され、緩やかに上昇する。その上昇流により、空調領域１１に生じた浮遊粒子ａなどの汚染物質は、クリーンルーム１０内において空調領域１１よりも上方に搬送される。

そして、クリーンルーム１０内において空調領域１１よりも上部に溜まった空気（加熱された空気)は、清浄空気ＣＡと一緒に、吸気口３１から空気循環ユニット３０の内部に吸い込まれ、空気循環ユニット３０の内部において、冷却器３５および高性能フィルタ３６を通過して低温で清浄な給気ＳＡとされ、給気口３２からクリーンルーム１０内の空調領域１１に横向きに送風される。その結果、空調領域１１は常に清浄で低温の環境に保たれることとなる。

このクリーンルーム装置１によれば、クリーンルーム１０内の空気を空気循環ユニット３０で循環させることにより、クリーンルーム１０下部の空調領域１１のみを希釈混合して清浄に保つことができ、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、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）を極めて少なくして、空調領域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、給気ＳＡで空調領域１１全体を希釈混合することにより、空調領域１１の内部においては上下温度差を小さくできる。

また、クリーンルーム１０内の空気をクリーンルーム１０内に配置した空気循環ユニット３０で循環させることにより、外調機２１に還気を戻すレタンシャフトなどの設置を省略することが可能となる。その結果、比較的短い工期で構築できる簡単な設備でありながら、少ない換気回数で空調領域１１の清浄度を確保することができるクリーンルーム装置１が得られるようになる。

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、フィン４５は、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た構成を採用することもできる。

図１、２に示すように、床１０ｂの下方に機械室５０を形成し、この機械室５０に配置した制御機器５１からケーブル５２を介して空気循環ユニット３０のファン３７に電力を供給させても良い。また、制御機器５１から配管５３を介して冷却器３５に冷媒を供給させても良い。例えば、空気循環ユニット３０のファン３７に電力を供給するケーブル５２を、空気循環ユニット３０の内部を通して床１０から機械室５０に引き込むことにより、クリーンルーム１０の内部に晒されるケーブル５２の長さを短くでき、ケーブル５２による分子汚染を最小限にすることができる。また、空気循環ユニット３０の底面にドレインパン５５を設け、このドレインパン５５で受け取ったドレンを、機械室５０に速やかに回収できるようにしても良い。

上述のように、空気循環ユニット３０前面の給気口３２からクリーンルーム１０下部の空調領域１１に向けて０．５ｍ／ｓ以上、１．２ｍ／ｓ以下の流速で給気ＳＡを供給することにより、空調領域１１全体を混合・希釈させて清浄に保つことができる。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、空調領域１１の清浄度が所望のレベルとなる範囲内で、給気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、空気循環ユニット３０の内部に設けたファン３７にインバータなどを設けて、ファン３７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。

なお、空調領域１１に向けて給気される給気ＳＡの流速が０．５ｍ／ｓ未満になると、給気ＳＡによって空調領域１１全体を混合・希釈させることができなくなり、浮遊粒子を空調領域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。そこで、図８に示すように、空調領域１１に向けて給気ＳＡを給気する空気循環ユニット３０を複数台設置し、空気循環ユニット３０の稼働台数を、給気量に応じて切り替えるように構成すると良い。例えば、給気ＳＡの供給量を減らす場合は、空気循環ユニット３０の稼働台数を減らすことによって、給気ＳＡの流速が０．５ｍ／ｓ未満になることを防止できる。

さらに、図１では、空気循環ユニット３０が側壁１ｃに設置される例を示したが、大空間のクリーンルームの場合には、二つの空気循環ユニット３０を背中合わせにしてクリーンルームの側壁１ｃと側壁１ｃ１ｃとの間に、空気循環ユニット３０を配置しても良い。言い換えれば、二つの空気循環ユニット３０がそれぞれの給気口３２が向かい合わないように、その背面同士を密着させて配置しても良い。

天井までのクリーンルーム内全体の空気を一様に混合・希釈させる従来の非層流方式のクリーンルーム装置と、本発明のクリーンルーム装置をそれぞれ構築し、温度分布、および、浮遊粒子個数の分布の実測を行った。使用したクリーンルームは、高さ４ｍであり、高さ２ｍまでを空調領域とした。各温度、浮遊粒子個数は、３か所の平均値である。浮遊粒子個数は、０．３μｍ以上の粒子の個数（個／ｆｔ^３）である。従来の非層流方式のクリーンルーム装置では、換気回数を２０回／ｈとした。本発明のクリーンルーム装置では、換気回数を１２．７回／ｈとした。

図９に従来の非層流方式のクリーンルーム装置の温度分布、図１０に従来の非層流方式のクリーンルーム装置の浮遊粒子個数の分布を示す。図１１に本発明のクリーンルーム装置の温度分布、図１２に本発明のクリーンルーム装置の浮遊粒子個数の分布を示す。空調領域に関しては、本発明のクリーンルーム装置は、少ない換気回数でありながら、従来の非層流方式のクリーンルーム装置と同等の温度分布となった。また、浮遊粒子個数は、従来の非層流方式のクリーンルーム装置よりも低減できた。

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。

ＯＡ 外気
ＳＡ 給気
ＥＡ 排気
ＣＡ 清浄空気
１ クリーンルーム装置
１０ クリーンルーム
１１ 空調領域
１２ 機器
１３ 局排ダクト
１４ 排気ファン
２０ 給気口（清浄空気ＣＡ）
２１ 外調機
２２ 給気ダクト
２３ 粗フィルタ
２４ 冷却器
２５ 給気ファン
２６ 高性能フィルタ
３０ 空気循環ユニット
３１ 吸気口
３２ 給気口
３５ 冷却器
３６ 高性能フィルタ
３７ ファン
４０ 邪魔板
４１ 開口部４１
４５ フィン
５０ 機械室
５１ 制御機器
５２ ケーブル
５３ 配管
５５ ドレインパン

この目的を達成するために、本発明によれば、クリーンルームの下部に形成される空調領域を清浄に保つクリーンルーム装置であって、前記クリーンルーム内に配置され、前記クリーンルーム内の空気を循環させる空気循環ユニットを備え、前記空気循環ユニットには、前記クリーンルームの内部であって前記空調領域よりも上方の位置で前記クリーンルーム内の空気を吸い込む吸気口と、前記空気循環ユニットの前面において前記空調領域と向かい合う高さまでの領域に分布して配置されて、前記空調領域に向けて横向きに給気する複数の給気口が設けられ、前記空気循環ユニットの内部には、冷却器および高性能フィルタと、前記クリーンルーム内の空気を前記吸気口から吸い込み、前記冷却器および前記高性能フィルタを通過させて前記給気口に向けて送風するファンを備え、前記クリーンルーム外からの清浄空気を前記吸気口の真上の室内空間に給気するための前記清浄空気の給気口が設けられていることを特徴とする、クリーンルーム装置が提供される。

このクリーンルーム装置において、前記空気循環ユニットの上面に前記吸気口が設けられていても良い。また、前記複数の給気口には、前記空調領域に向けて横向きに給気される空気に対して旋回成分を与えるフィンが設けられていても良い。また、前記冷却器および高性能フィルタは、前記複数の給気口の内側全体を覆う位置に配置されていても良い。

また、本発明によれば、クリーンルームの下部に形成される空調領域を清浄に保つクリーンルーム内に配置され、前記クリーンルーム内の空気を循環させる空気循環ユニットであって、前記クリーンルームの内部であって前記空調領域よりも上方の位置で前記クリーンルーム内の空気を吸い込む吸気口と、前記空気循環ユニットの前面において前記空調領域と向かい合う高さまでの領域に分布して配置されて、前記空調領域に向けて横向きに給気する複数の給気口が設けられ、冷却器および高性能フィルタと、前記クリーンルーム内の空気を前記吸気口から吸い込み、前記冷却器および前記高性能フィルタを通過させて前記給気口に向けて送風するファンを内部に備え、前記空気循環ユニットの上面に前記吸気口が設けられていることを特徴とする、空気循環ユニットが提供される。

Claims (6)

1. クリーンルームの下部に形成される空調領域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、
   前記クリーンルーム内に配置され、前記クリーンルーム内の空気を循環させる空気循環ユニットを備え、
   前記空気循環ユニットには、前記クリーンルームの内部であって前記空調領域よりも上方の位置で前記クリーンルーム内の空気を吸い込む吸気口と、前記空気循環ユニットの前面において前記空調領域と向かい合う高さまでの領域に分布して配置されて、前記空調領域に向けて横向きに給気する複数の給気口が設けられ、
   前記空気循環ユニットの内部には、冷却器および高性能フィルタと、前記クリーンルーム内の空気を前記吸気口から吸い込み、前記冷却器および前記高性能フィルタを通過させて前記給気口に向けて送風するファンを備えることを特徴とする、クリーンルーム装置。
2. 前記複数の給気口には、前記空調領域に向けて横向きに給気される空気に対して旋回成分を与えるフィンが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のクリーンルーム装置。
3. 前記冷却器および高性能フィルタは、前記複数の給気口の内側全体を覆う位置に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のクリーンルーム装置。
4. クリーンルームの下部に形成される空調領域を清浄に保つ非層流方式のクリーンルーム内に配置され、前記クリーンルーム内の空気を循環させる空気循環ユニットであって、
   前記クリーンルームの内部であって前記空調領域よりも上方の位置で前記クリーンルーム内の空気を吸い込む吸気口と、前記空気循環ユニットの前面において前記空調領域と向かい合う高さまでの領域に分布して配置されて、前記空調領域に向けて横向きに給気する複数の給気口が設けられ、
   冷却器および高性能フィルタと、前記クリーンルーム内の空気を前記吸気口から吸い込み、前記冷却器および前記高性能フィルタを通過させて前記給気口に向けて送風するファンを内部に備えることを特徴とする、空気循環ユニット
5. 前記複数の給気口には、前記空調領域に向けて横向きに給気される空気に対して旋回成分を与えるフィンが設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の空気循環ユニット。
6. 前記冷却器および高性能フィルタは、前記複数の給気口の内側全体を覆う位置に配置されていることを特徴とする、請求項４または５に記載の空気循環ユニット。

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