JP2012202558A - クリーンルーム空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】 発熱温度の異なる製造装置が混在するクリーンルームにおいて、局所冷却手段を設けずに、製造装置の発熱温度に応じて冷却する。
【解決手段】 天井フレームに配設されたＦＦＵ４０と、天井フレームに配設され、クリーンルーム１から天井プレナムチャンバ４に還気する開口手段３０と、クリーンルーム１の床部に配設され、クリーンルーム１から床下チャンバ３に排気するグレイチング床と、送風機を備えたＦＣＵ５０と、を備え、ＦＦＵ４０と開口手段３０とは、クリーンルームに設置されている各製造装置１０、２０の発熱温度に対応して、配置位置及び配置数が設定され、ＦＦＵ４０は、各製造装置１０、２０の周辺の温度が所定温度に維持されるように送風量を調節可能で、クリーンルーム１には、床下チャンバ３から還流される室内空気と、ＦＣＵで冷却されて室内温度より低温の空気とが混合されて供給される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、発熱温度の異なる製造装置が混在するクリーンルームに関し、とくに生産装置の近傍に局所冷却手段を設けることなく、クリーンルーム内の温度を均一化することが可能なクリーンルーム空調システムに関する。

半導体などの電子部品や電子材料、その他工業製品の生産に用いるクリーンルームでは、１つの室内に多種の工程が混在し、例えば露光装置や拡散炉のように稼働時に発熱する製造装置が使用される工程もある。こうした場合に、最も機器発熱の小さい工程に合わせて冷却された空気を室内に供給しようとすると、そのままでは機器発熱の大きい工程では冷却が不十分となり、製造装置自身の発熱によって温度上昇に起因した故障が生じやすくなり、製造プロセスに支障をきたすおそれがある。

しかし、製造装置の近傍に局所冷却装置を設けると、当該工程のスペースが増えるばかりでなく、設備費が高騰してしまう。また、最も機器発熱の大きい工程に合わせて冷却された空気を室内に供給しようとすると、冷却装置の運転費が高騰するばかりでなく、機器発熱の小さい工程では、温度低下のため相対湿度が上昇し、例えば相対湿度が５０％を超えると製造装置の機器内部で結露を生じるため故障の原因となり、製造プロセスに支障を引き起こすおそれがある。

このような製造装置の故障は、当該工程の生産が停止して製造工程全体に影響を及ぼすとともに、製造装置が高価であるので経済的な損失が甚大である。

近年は、全域を高清浄域する方式ではなく、小さい空間内を清浄にすることにより低コストで清浄度を保つミニエンバイラメント方式が用いられるようになってきている。例えば、電子部品や電子材料などを製造する工業用クリーンルームであっても、高度な清浄度を要さない被処理物の搬送空間や作業者の歩行空間などは、乱流式クリーンルームを採用し、真に高度な清浄度を有する空間に限定して高度な清浄度を提供することも可能である。このように、室内全体を清浄に維持するのでなく真に必要な空間のみに層流の空気を供給するクリーンルームは、ボールルームクリーンルームと呼ばれて実施されている。しかし、この乱流式クリーンルームでは、設備費が安価である一方、熱だまりが不可避とされこの熱だまりには塵埃が滞留することも知られている。

クリーンルーム室内温度の上昇対策に言及したクリーンルームの構築に関する技術として、レイアウト変更に柔軟に対処でき、室温設定の変更にも対処できるクリーンルーム構築システムに関する技術（例えば、特許文献１参照。）や、汚染物質を捕捉し、周辺への温度影響を防止することを目的としたクリーンルームに関する技術（例えば、特許文献２参照。）が知られている。また、ブリードイン式冷気混合供給方法のクリーンルーム構造に関する技術（例えば、特許文献３参照。）が知られている。

特許第２５１５５９３号公報 特開平８−２４７５１２号公報 特許第２６２７６１３号公報

しかしながら、特許文献１では、局所冷却装置としての「ドライコイルユニット」の採用と、この天井設置が必須とされている。また、特許文献２では、製造装置の熱気を吸い込んで室内に吐出するが、気流の乱れ防止を目的としたものであり、室内温度を補償するために局所冷却装置としての冷却コイルを天井裏に設けることが必要となる。さらに、特許文献３では、室内において発熱温度の異なる製造装置が混在する場合や、異なる温度の空気が混合される場合については、温度を均一にできないという問題がある。つまり、例えばリタンプレナムエリアから冷却コイルを通った気流と、バイパス路を通った気流とが、ダクトシャフト内で混合されずに温度の偏在が生じ、外側壁面・中央部・内側壁面においては外側ほど温度が低くなるので、ファンフィルタユニット（ＦＦＵ）からクリーンルーム内に供給される空気も、位置によって温度が異なるおそれがある。

この発明は、前記の課題を解決し、発熱温度の異なる製造装置が混在するクリーンルームにおいて、局所冷却手段を設けことなく、クリーンルーム内の温度を均一化することが可能なクリーンルーム空調システムを提供することを目的としている。

前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、天井プレナムチャンバと、発熱温度が異なる生産装置が混在して配置され前記天井プレナムチャンバからの空気が流入す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リターン風道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、前記天井プレナムチャンバの天井部に設けられ清浄空気を前記クリーンルームに供給するファンフィルタユニットと、前記天井部に形成され前記クリーンルーム内の上方の空気を前記ファンフィルタユニットの吸引力を利用して前記天井プレナムチャンバに吸い戻す開口手段と、前記床下チャンバと前記リターン風道のいずれかに設けられ、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、を備え、前記ファンフィルタユニットは、前記クリーンルームの前記製造装置の発熱温度に対応して配置位置および配置数が設定されており、前記ファンフィルタユニットは、前記製造装置の周辺の温度が所定温度に維持されるように前記クリーンルームへの送風量が調節可能であり、前記クリーンルームには、前記床下チャンバから前記天井プレナムチャンバへ還流される空気と、前記空気冷却手段で冷却され前記クリーンルームの室内温度よりも低温の空気とが混合されて供給される、ことを特徴とするクリーンルーム空調システムである。

この発明によれば、クリーンルームに配置された生産装置には、発熱温度に応じた適量の冷却空気がファンフィルタユニットから供給される。そして、クリーンルームの上方に位置する温度の高い空気は、一部が開口手段を介して天井プレナムチャンバに吸い戻される。

請求項２の発明は、請求項1記載のクリーンルーム空調システムにおいて、前記ファンフィルタユニットは、前記製造装置の稼動量を計測する稼働量計測手段または前記開口手段の近傍に設けられた温度計測手段からの計測値に基づき前記クリーンルームへの送風量を制御する、ことを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項1または２記載のクリーンルーム空調システムにおいて、前記空気冷却手段は、有圧扇と熱交換器とを有し、前記熱交換器へ供給する冷却水量を制御可能な空調機から構成されており、前記クリーンルーム内に設けられた室内温度計測手段で計測された室内温度に基づき前記熱交換器へ供給する冷却水量を制御する、ことを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項３に記載のクリーンルーム空調システムにおいて、前記リターン風道には、外調機によって温度と湿度が調整された外気が供給されており、前記クリーンルーム内の圧力に基づいて前記外調機の供給外気量を制御することにより、前記クリーンルーム内の圧力を陽圧に維持する、ことを特徴としている。

請求項５の発明は、請求項４に記載のクリーンルーム空調システムにおいて、前記空気冷却手段からの温度調整された空気と前記外調機からの空気は、前記リターン風道にて対向流で衝突するとともに、前記開口手段を介して前記天井プレナムチャンバに戻された前記クリーンルームからの室内空気と混合し、前記ファンフィルタユニットを介して前記クリーンルームに吹き出される、ことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、クリーンルームに設置されている製造装置には、発熱温度を考慮して配置位置および配置数が設定されたファンフィルタユニットから冷却された適量の空気が供給されるので、クリーンルームにおける生産装置の周辺の温度は均一化される。また、クリーンルームの上方に位置する温度の高い空気は、一部が開口手段を介して天井プレナムチャンバに吸い戻されるので、クリーンルーム内の温度が均一化される。したがって、発熱温度の異なる生産装置がクリーンルームに配置される場合でも、従来のように生産装置を冷却するための局所冷却手段を設ける必要がなくなり、クリーンルームの温度を均一化するためのコストを低減することができる。

請求項２に記載の発明によれば、ファンフィルタユニットは、製造装置の稼動量を計測する稼働量計測手段または開口手段の近傍に設けられた温度計測手段からの計測値に基づきクリーンルームへの送風量を制御するので、製造装置の発熱温度の差異に基づくクリーンルームの室内温度のムラを解消する調和空気の分配が可能となる。これにより、クリーンルーム内の温度の均一度をさらに高めることができる。

請求項３に記載の発明によれば、空調機で冷却した空気を、有圧扇の攪拌作用によってリターンプレナム内において室内空気と効率的に混合できるので、風路断面での異なる空気温度の偏在を防止し、温度を均一にすることができる。また、空気を還流させており、換気回数が少なく外気の混合率が低いため、外気の混合に伴う熱損失を低減することができるので、空気冷却手段の熱交換器の小型化し、運転費を低減することができる。また、熱交換器へ供給する冷水量を制御して、空気温度を制御することができるので、発熱温度の大きい製造装置が設置されている生産エリアに、適切な温度に冷却された空気を供給することができる。

請求項４に記載の発明によれば、クリーンルーム内の圧力に基づいて外調機の供給外気量を制御することにより、クリーンルーム内の圧力を陽圧（正圧）に維持するので、外部からクリーンルーム内へ微細な異物が侵入するのを確実に防止することができる。

請求項５に記載の発明によれば、空気冷却手段からの温度調整された空気と外調機からの空気は、リターン風道にて対向流で衝突するとともに、開口手段を介して天井プレナムチャンバに戻されたクリーンルームからの室内空気と混合するので、天井プレナムチャンバに均一な温度、湿度の空気を偏在なく行き渡らせることができる。したがって、クリーンルームには、均一な温度、湿度の空気を供給することができ、クリーンルーム内の温度および湿度を均一させることができる。

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。 図１のクリーンルームの外気混合シミュレーション結果を示す特性図である。 図２のクリーンルームの外気混合シミュレーションの対象領域を示す斜視図である。

図１ないし図３は、この発明の実施の形態を示している。図１に示すように、例えば、精密機器や医薬品などの工場の建物Ｒは、クリーンルーム１と、天井プレナムチャンバ２と、床下チャンバ３と、リターン風道４と、外気調整室５と、補機収納室６を有している。天井プレナムチャンバ２の上面は、天井スラブＣ１から構成されている。床下チャンバ３は、建物Ｒの床スラブＦ１とクリーンルーム１の床部Ｆ２との間に位置し、後述する空気冷却手段としてのファンコイルユニット（ＦＣＵ）５０などが設置されている。床下チャンバ３の下方には、補機収納室６が形成されている。床下チャンバ３と補機収納室６は、床スラブＦ１によって区画されている。外気調整室５は、上下方向に延びる壁部Ｆ３によってクリーンルーム１と天井プレナムチャンバ２と床下チャンバ３に対して区画されている。

クリーンルーム１は、天井プレナムチャンバ２と床下チャンバ３との間に位置している。クリーンルーム１の下部に位置する床部Ｆ２は、調和空気Ａ３を通過させるために、グレイチング材などの多孔材を水平方向に張り渡して形成されている。クリーンルーム１の天井部Ｃ２は、天井プレナムチャンバ２の天井スラブＣ１から所定距離だけ下方に位置しており、水平方向に張り渡された天井フレームから構成されている。この実施の形態では、クリーンルーム１の室内は間仕切りのない大空間を構成し、搬送装置（図示略）が各工程間を連結している。さらに、クリーンルーム１からの空気の排気量は、外調機１０１からの取入外気量（供給外気量）と同量であり、クリーンルーム１内の圧力は常に一定に保持されている。

リターン風道４は、クリーンルーム１の長手方向の両端部の外方に形成されている。リターン風道４は、天井プレナムチャンバ２と床下チャンバ３とを連通している。これにより、建物Ｒにはクリーンルーム１に空気Ａ３を供給する空気循環系が形成されている。

クリーンルーム１の床Ｆ２には、発熱温度が異なる第１の生産装置１０と第２の生産装置０が設置されている。第１の製造装置１０および第２の製造装置２０には、排気を外部に排出させるための排気ダクトをそれぞれ備えている。ここでは、第１の製造装置１０は、発熱温度の高い高発熱機器であり、第２の製造装置２０は、発熱温度の低い低発熱機器である。

開口手段３０は、天井部Ｃ２の格子状開口に設けられている。開口手段３０は、例えば多数の通気穴を有するパンチング板から構成されている。パンチング板からなる開口手段３０は、外周にシール機能を有するパッキンが設けられおり、自重によって天井部Ｃ２の格子状開口に装着されている。開口手段３０は、ＦＦＵ４０の吸引力により室内空気Ａ３を吸い込むためのものあり、吸込量が調節可能なシャッタ付の吸込口を有している。つまり、開口手段３０は、例えばシャッタ付きのグリル型吸い込み口やＨＳ型で構成されており、シャッタ開度（吸込量）は試運転時に手動で調整するようになっている。この開口面積は各製造装置１０、２０の発熱の程度を応じて設計され、試運転時に調整自在となるように、開口率可変の構造となっている。また、この開口手段３０の設置数および配置位置は、後述するようにクリーンルーム１に設置された各製造装置１０、２０の発熱温度によって決定される。例えば、第１の製造装置１０のように高発熱機器の上方には少数の開口手段３０を設置し、第２の製造装置２０のように低発熱機器の上方には多数の開口手段３０を設置する。

ファンフィルタユニット（ＦＦＵ）４０は、製造装置の周辺の温度が所定温度に維持されるようにクリーンルーム１への送風量が調節可能であり、天井部Ｃ２の格子状開口に設けられている。ＦＦＵ４０は、高性能フィルタと送風機を有し、上方（上面側）から空気Ａ３を吸い込み、下方（底面側）から空気Ａ３を吹き出す構成となっている。ＦＦＵ４０は、具体的には、ケーシング内に、ファンと、ファンを駆動させる可変速モータ（ＤＣブラシレスモータ）と、高性能フィルタとが内蔵され、天井プレナムチャンバ２内の空気Ａ３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、クリーンルーム１内に供給する機能を有している。ＦＦＵ４０は、送風機（ファン）の回転数によって、送風量を調節可能となっている。このＦＦＵ４０の設置台数および配置位置は、後述するようにクリーンルーム１に設置された各製造装置１０、２０の発熱温度によって決定される。例えば、第１の製造装置１０のように高発熱機器の上方には多数のＦＦＵ４０を設置し、第２の製造装置２０のように低発熱機器の上方には少数のＦＦＵ４０を設置する。

天井部Ｃ２の格子状開口を塞ぐためのブランクパネル（図示略）は、外周にシール機能を有するパッキンが設けられおり、自重によって天井部Ｃ２の格子状開口に装着されている。また、ブランクパネルは、天井部Ｃ２の開口手段３０やＦＦＵ４０が設置されない箇所に設置されることで、天井プレナムチャンバ２とクリーンルーム１との隙間を塞ぎ、清浄化されていない空気がクリーンルーム１内等に侵入することを防ぐようになっている。さらに、クリーンルーム１の稼動時には、クリーンルーム１内の圧力は天井プレナムチャンバ２の圧力より高くなるので、天井フレーム１１に載置されるブランクパネルなどの部材は、ＦＦＵ４０の吸引力によって浮上しないように、質量や固定方法が考慮された構造となっている。

空気冷却手段としての空調機であるＦＣＵ（ファンコイルユニット）５０は、リターン風道４に設置されている。ＦＣＵ５０は定速送風機としての有圧扇５０Ａと、熱媒ここでは冷水が内部を流れる熱交換器５０Ｂとを備えている。このＦＣＵ５０は、熱交換器５０Ｂへ供給する冷却水量を弁によって制御可能であり、クリーンルーム１内に設けられた温度計で計測された室内温度に基づき熱交換器５０Ｂへ供給する冷却水量を制御する。ここでは、冷却水量は、各製造装置１０、２０の中で最も発熱温度が高い製造装置の生産エリアが適温となるように調節されている。熱交換器５０Ｂは、冷凍機や蓄熱槽などの熱源を有し、例えば７℃の冷水が供給されると、１４℃で返送されるように設定されている。また、熱交換器５０Ｂに導かれる往管には、自動弁が設けられている。有圧扇５０Ａは、床下チャンバ３の空気Ａ４を吸ってリターン風道４の上部に吐出する程度の静圧で設計され、ＦＣＵ５０の天面に対して羽根の軸線を水平にして設けられる。このＦＣＵ５０は、建物Ｒ外から外気を取り込むとともに、空気を建物Ｒ外へ排出する機能を有している。

温度計測手段としての温度計（図示略）は、各製造装置１０、２０の稼働量、すなわち、発熱温度を計測するためのもので、各製造装置１０、２０の近傍に設置されている。また、温度計で計測された温度にもとづいて、ＦＦＵ４０の風量（または風速）は指示されるようになっている。ここで、温度計は、各製造装置１０、２０の近傍に設置するのではなく、ＦＦＵ４０の直下に設け、この領域の各製造装置１０、２０の発熱温度を見込んだ演算値でＦＦＵ４０の送風量の制御するようにしてもよい。

気圧計（図示略）は、室内に設置され、室内圧力を計測するものである。気圧計は、計測値を外調機１０１のＭＤを操作するためのコントローラ（図示略）に随時出力する。この気圧計の設置位置は、クリーンルーム１内であれば設置場所は限定されないが、ここでは例えば、リターンプレナム４に最も近いＦＦＵ４０の下部に設けられており、この気圧計によって計測される室内圧力は、ＦＦＵ４０の下部における室内圧力である。

外調機１０１は、クリーンルーム１の空気循環系の系外の外気調整室５に設置され、室内からの排気量に応じて取入量が設定され、屋外から取り入れた新鮮外気を除塵、調温、調湿してリターンプレナム４内に供給するものである。ここで、除塵はフィルタによって、調温はコイル等で構成される加熱器や冷却器の温調装置によって、調湿は除湿の場合は前記冷却器によって、加湿の場合は加湿器によって行われる。なお、これらの機器は外調機１０１に一体に組み込まれていなくとも、各々独立した別体で構成されていても良い。この外調機１０１は、モータダンパ（以下「ＭＤ」という）が介装されたダクト１０２（ここでは、外調機１０１への外気取入ダクト）を介して、吐出口１０３に接続されている。吐出口１０３は、リターンプレナム４の中間部に下向きに配設されている。ここで、ＭＤは、開度を調節するコントローラを有し、コントローラはクリーンルーム1の室内の圧力にもとづいて開度を制御するようになっている。例えば、コントローラに気圧計によって計測された室内圧力が入力されると、コントローラは、入力された計測値を室全体の圧力に換算し、室全体の圧力が低くなったと判断した場合はＭＤの開度を大とし、室全体の圧力が高くなったと判断した場合はＭＤの開度を小とするように制御している。

また、外調機１０１からの外気の取入量と、空気循環系からの排気量とは、クリーンルーム1内が陽圧（正圧）に保持されるように設定されている。このため、天井プレナムチャンバ２からＦＦＵ４０を介してクリーンルーム１の室内に、浄化された空気Ａ３が供給されるようになっている。これにより、クリーンルーム１の室内に供給された空気Ａ３は、床部Ｆ２を介して床下チャンバ３に排出される。床下チャンバ３に排出された空気Ａ４は、リターン風道４を介して天井プレナムチャンバ２へ送出され、再びＦＦＵ４０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Ｒ内の空気Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は所定の清浄度を維持したまま、天井プレナムチャンバ２、クリーンルーム１、床下チャンバ３、レターン風道４を一方向に循環する空気循環系を形成している。

次に、このような構成のクリーンルーム１の温度制御方法について説明する。

まず、天井プレナムチャンバ２に設置されたＦＦＵ４０によって清浄化された空気Ａ３が、クリーンルーム１内に供給される。クリーンルーム１内の空気Ａ３は、生産エリアの各製造装置１０、２０の発熱によって温度が上昇する。

このクリーンルーム１内の上方に位置する空気Ａ３の一部は、床部Ｆ２を通過して床下チャンバ３へ排出される。そして、床下チャンバ３に排出された空気Ａ４は、ＦＣＵ５０によって冷却される。さらに、冷却空気Ａ２は、有圧扇５０Ａによってレターン風道４上方へ吹き出される。また、クリーンルーム１内の空気Ａ３の一部は、開口手段３０を介して天井プレナムチャンバ２へ吸い戻される。

建物Ｒの外側の外気ＯＡは、外調機１０１によって除塵、調温、調湿され、ＭＤが介装されたダクト１０２を介して、レターン風道４に設置された吐出口１０３から下方に外気Ａ１となって吹き出される。そして、レターン風道４においては、ＦＣＵ５０からの冷却空気Ａ２と外調機１０１で調温調湿された外気Ａ１とが対向流となって衝突し、冷却空気Ａ２と外気Ａ１とは混合される。また、天井プレナムチャンバ２においては、レターン風道４から供給される冷気が混合された空気Ａ３と、開口手段３０から吸い戻されたクリーンルーム１からの空気Ａ３とが、拡散しながら混合し、空気Ａ３は温度、湿度が調整された状態でＦＦＵ４０によって吸い込まれ清浄化されて、クリーンルーム１に吹き出される。

このようにして、建物Ｒ内の空気Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は、所定の清浄度を維持したまま、天井プレナムチャンバ２、クリーンルーム１、床下チャンバ３、レターン風道４を一方向に循環するようになっている。

つぎに、各製造設備１０、２０の発熱温度に対応したクリーンルーム１の温度制御方法について説明する。

発熱温度の高い第１の製造装置１０の上方の天井フレームには、ＦＦＵ４０は多く、開口手段３０は少なく設置されている。このため、製造装置１０の周辺においては、温度が高い空気Ａ３の天井プレナムチャンバ２への戻し量が少なくなる。また、発熱温度の低い第２の製造装置２０の上方の天井部Ｃ２には、ＦＦＵ４０の設置数は少なく、開口手段３０は多く設置されている。このため、第２の製造装置２０の周辺においては、温度が高い空気Ａ３の天井プレナムチャンバ２への戻し量が多くなる。このようにして、開口手段３０から戻された空気Ａ３は、天井プレナムチャンバ２において、レターン風道４から供給される冷気が混合された空気Ａ３と混合されて、それぞれの位置において所定の温度となり、隣接するＦＦＵ４０からクリーンルーム１内に吹き出される。

このようにして、クリーンルーム１内の各製造装置１０、２０の各生産エリアに吹き出される空気Ａ３の温度は、各製造装置１０、２０の発熱温度に対応してそれぞれ適正値に調節される。

クリーンルーム１においては、（１）室内の発熱温度が最大の（負荷が最大の）製造装置の生産エリアの温度を計測し、室内に供給する空気Ａ３の温度を調整する制御と、（２）室内圧力を計測し、外気の取入量を調整する制御と、（３）ＦＦＵの下部領域の温度またはＦＦＵの吹出温度を計測し、ＦＦＵの送風機の風量または風速を調整する制御と、を行うことができる。そして、これらの制御の中で、最も優先されるのは（２）の外気取入量制御であり、これを前提として（１）の空気Ａ３の温度の制御が行われ、さらに、（３）ＦＦＵの可変風量（風速）制御が行われる。なお、ＦＦＵ４０の風量は、クリーンルーム１内の清浄度を維持するために必要な所定の風量以上となるように制御されている。

図２は、発熱温度が最大の製造装置の生産エリアを適温に保つようにＦＣＵ５０の熱交換器５０Ｂを制御して空気冷却をする場合であって、開口手段３０がない場合のシミュレーション結果を示している。図３に示すように、この実施の形態における建物Ｒの全長はＬ１であるが、図２のシミュレーションは、図３における切断面Ｋの領域（長さＬ２）に限定したものである。

例えば、１５℃の冷気がＦＣＵ５０の有圧扇５０Ａによって吐出され、２５℃の床下チャンバ３からの還気と混合し、さらに、この混合空気に、外調機１０１からの１３℃の空気が混合される場合は、各ＦＦＵ４０からクリーンルーム１には２０℃で給気される。この場合の風量比は、熱交換器５０Ｂで冷却された循環空気が３５とすると、熱交換器５０Ｂで冷却されずに混合に付される循環空気（排気）が４５、外調機１０１によって調温調湿された外気が２０である。このとき、混合されて１９℃となった空気は、各ＦＦＵ４０に吸引され、モータで熱を付与され２０℃で給気されることになる。また、発熱温度が最大の製造装置の生産エリアは２３℃、床下チャンバ３における排気は２５℃となっている。

この結果が示すように、ＦＣＵ５０は、循環空気の一部のみを１０℃の温度差、つまり、吸込温度２５℃、吹出温度１５℃で冷却する。このように温度差が１０℃あるということは、熱媒としての冷水の搬送動力が大幅に改善されることを意味する。ここで、熱交換器５０Ｂへの熱源からの送水温度は７℃であり、熱交換器５０Ｂを出た冷水還り温度は１４℃となっている。

また、発熱温度が最少の製造装置の生産エリアは２１℃となり、生産エリアの相対湿度が上昇し、製造装置の内部に結露が生じてしまうことが予測される。そこで、ＦＦＵ４０の送風機を低速で、例えば送風機の回転数が最大のときを１００％としたときに、クリーンルーム１内の清浄度を維持できる所定風量以上である５０％まで回転数を下げて運転するとともに、開口手段３０から室内の昇温した空気を吸い込んで混合すればよいことがわかる。すなわち、発熱温度が低い製造装置の上方のＦＦＵ４０には、例えば可変風量機構としてインバータを用いればよく、さらにまた、電磁ノイズを低減するために、ブラシレスモータを連結してもよい。ここで、この生産エリアにおけるＦＦＵ４０からの供給風量と、開口手段３０からの還気量の比は約９：２（例えば、９００ＣＭＨに対して２００ＣＭＨ）である。

以上のように、この実施の形態１に係る発明によれば、クリーンルーム１に設置されている各製造装置１０、２０には、発熱温度を考慮して配置位置および配置数が設定されたＦＦＵ４０から冷却された適量の空気Ａ３が供給されるので、クリーンルーム１における各生産装置１０、２０の周辺の温度は均一化される。また、クリーンルーム１の上方に位置する温度の高い空気Ａ３は、一部が開口手段３０を介して天井プレナムチャンバ２に吸い戻されるので、クリーンルーム１内の温度が均一化される。したがって、発熱温度の異なる各生産装置１０、２０がクリーンルーム１に配置される場合でも、従来のように各生産装置１０、２０を冷却するための局所冷却手段を設けたり、各生産装置１０、２０に供給したい空気Ａ３の温度に合わせて複数のＦＣＵを設置したりする必要がなくなり、クリーンルーム１の温度を均一化するためのコストを低減することができる。

また、ＦＦＵ４０は、各製造装置１０、２０の稼動量を計測する稼働量計測手段または開口手段３０の近傍に設けられた温度計からの計測値に基づきクリーンルーム１への送風量を制御するので、各製造装置１０、２０の発熱温度の差異に基づくクリーンルーム１の室内温度のムラを解消する調和空気Ａ３の分配が可能となる。これにより、クリーンルーム１内の温度の均一度をさらに高めることができる。

また、発熱温度の最も大きい生産エリアでは、ＦＦＵ４０が可変風量機構の最大風量（風速）で運転されて熱と塵埃の滞留が排除され、空気余命（室内への給気が室内に滞在する期間）を短縮できる。また、発熱温度の最も小さい生産エリアでは、室内からの空気Ａ３を混合して昇温した空気Ａ３を相対的に少量供給することとなり、当該生産エリアも設定温度を維持できるので、機器内部結露などの心配が無くなる。

また、ＦＣＵ５０で冷却した空気Ａ２を、有圧扇５０Ａの攪拌作用によってリターン風道４内において空気Ａ１と効率的に混合できるので、風路断面での異なる空気温度の偏在を防止し、温度を均一にすることができる。また、空気Ａ４を還流させており、換気回数が少なく外気の混合率が低いため、外気の混合に伴う熱損失を低減することができるので、ＦＣＵ５０の熱交換器５０Ｂを小型化し、運転費を低減することができる。また、熱交換器５０Ｂへ供給する冷水量を制御して、空気温度を制御することができるので、発熱温度の大きい製造装置１０が設置されている生産エリアに、適切な温度に冷却された空気Ａ３を供給することができる。

また、クリーンルーム１内の圧力に基づいて各外調機１０１の供給外気量を制御することにより、クリーンルーム１内の圧力を陽圧（正圧）に維持することができる。これにより、外部からクリーンルーム１内へ微細な異物が侵入するのを確実に防止することができる。

さらにまた、ＦＣＵ５０からの温度調整された空気Ａ２と、外調機１０１からの空気Ａ１は、リターン風道４にて対向流で衝突するとともに、開口手段３０を介して天井プレナムチャンバ２に吸い戻されたクリーンルーム１からの室内空気Ａ３と混合するので、天井プレナムチャンバ２に均一な温度、湿度の空気Ａ３を偏在なく行き渡らせることができる。したがって、クリーンルーム１には、均一な温度、湿度の空気Ａ３を供給することができ、クリーンルーム１内の温度および湿度を均一させることができる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、開口手段３０は、シャッタ付の吸込口として説明したが、ＭＤ付きの開口とし、ＦＦＵ４０からの吹出空気Ａ３の風速を計測し、その計測結果に基づいてＭＤの開度を調整するようにしてもよい。また、すべてのＦＦＵ４０を可変風量（風速）機構付きのものにする必要は無く、発熱温度の大きな製造装置１０の生産エリアの天井部には、所要の風量の能力をもつＦＦＵを設置して常時、定風量運転するようにしてもよい。

また、各製造装置１０、２０の稼働量を測定する手段を温度計として説明したが、製造装置の稼動量自体を計測してもよい。製造装置の稼働量とは、例えば、製造装置のモータ回転数や装置発熱冷却水の流量、あるいは、製造装置の使用電力量などによって測定することができる。そして、稼働量が大きい生産エリアには、稼働量が小さい生産エリアより低温の空気Ａ３を供給するようにしてもよい。

また、天井プレナムチャンバ２の陽圧制御は、室内外の差圧を計測する差圧計の計測値を入力値としてもよく、さらには、ＭＤ１の開度制御ではなく、外調機の送風機をインバータ付きとし、開度制御するようにしてもよい。

さらに、空気冷却手段は、ヒートポンプを採用して、直膨方式としてもよい。この場合、室内温度の計測値によって圧縮機の回転数が制御されるようになる。

さらにまた、開口手段３０の設置数は、各製造装置１０、２０の上方で同数とし、高発熱機器の上方で開口面積を小さく（開度を小、全閉も含む）、低発熱機器の上方で開口面積を大きく（開度を大）としてもよい。

本発明は、電気電子機器工場、精密機械などの機械工場や大規模な研究実験施設等のクリーンルームに好適に適用できる。

１ クリーンルーム
２ 天井プレナムチャンバ
３ 床下チャンバ
４ リターン風道
１０ 第１の製造装置
２０ 第２の製造装置
３０ 開口手段
４０ ＦＦＵ（ファンフィルタユニット）
５０ ＦＣＵ（空気冷却手段）
５０Ａ 有圧扇（送風機）
５０Ｂ 熱交換器
１０１ 外調機
１０３ 吐出口

Claims (5)

1. 天井プレナムチャンバと、発熱温度が異なる生産装置が混在して配置され前記天井プレナムチャンバからの空気が流入す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リターン風道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、
   前記天井プレナムチャンバの天井部に設けられ清浄空気を前記クリーンルームに供給するファンフィルタユニットと、
   前記天井部に形成され前記クリーンルーム内の上方の空気を前記ファンフィルタユニットの吸引力を利用して前記天井プレナムチャンバに吸い戻す開口手段と、
   前記床下チャンバと前記リターン風道のいずれかに設けられ、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、
   を備え、
   前記ファンフィルタユニットは、前記クリーンルームの前記製造装置の発熱温度に対応して配置位置および配置数が設定されており、
   前記ファンフィルタユニットは、前記製造装置の周辺の温度が所定温度に維持されるように前記クリーンルームへの送風量が調節可能であり、
   前記クリーンルームには、前記床下チャンバから前記天井プレナムチャンバへ還流される空気と、前記空気冷却手段で冷却され前記クリーンルームの室内温度よりも低温の空気とが混合されて供給される、
   ことを特徴とするクリーンルーム空調システム。
2. 前記ファンフィルタユニットは、前記製造装置の稼動量を計測する稼働量計測手段または前記開口手段の近傍に設けられた温度計測手段からの計測値に基づき前記クリーンルームへの送風量を制御する、
   ことを特徴とする請求項1記載のクリーンルーム空調システム。
3. 前記空気冷却手段は、有圧扇と熱交換器とを有し、前記熱交換器へ供給する冷却水量を制御可能な空調機から構成されており、前記クリーンルーム内に設けられた室内温度計測手段で計測された室内温度に基づき前記熱交換器へ供給する冷却水量を制御する、
   ことを特徴とする請求項1または２記載のクリーンルーム空調システム。
4. 前記リターン風道には、外調機によって温度と湿度が調整された外気が供給されており、前記クリーンルーム内の圧力に基づいて前記外調機の供給外気量を制御することにより、前記クリーンルーム内の圧力を陽圧に維持する、
   ことを特徴とする請求項３に記載のクリーンルーム空調システム。
5. 前記空気冷却手段からの温度調整された空気と前記外調機からの空気は、前記リターン風道にて対向流で衝突するとともに、前記開口手段を介して前記天井プレナムチャンバに吸い戻された前記クリーンルームからの室内空気と混合し、前記ファンフィルタユニットを介して前記クリーンルームに吹き出される、
   ことを特徴とする請求項４に記載のクリーンルーム空調システム。