クリーン ルーム機器用の適切な換気システムを設計することは、クリーン ルーム環境のパフォーマンス、安全性、効率に直接影響を与える重要な作業です。クリーンルーム機器のサプライヤーとして、私は適切に設計された換気システムの重要性を直接目の当たりにしてきました。このブログでは、クリーン ルーム機器に適切な換気システムを設計するための重要な考慮事項と手順をいくつか紹介します。
クリーンルームの要件を理解する
換気システムの設計に入る前に、クリーン ルームの特定の要件を理解することが重要です。クリーン ルームごとに異なる清浄度レベルがあり、ISO 14644 などの国際規格に従って分類されています。たとえば、半導体製造のクリーン ルームは、一般的な実験室のクリーン ルーム (ISO クラス 5 ～ 8) と比較して、はるかに高いレベルの清浄度 (ISO クラス 1 ～ 4) を必要とする場合があります。
クリーンルーム機器の種類も重要な役割を果たします。みたいな装備サンプリングブース、バイオセーフティキャビネット、 そしてクリーンルームパスボックス換気の必要性が異なります。サンプリング ブースでは、サンプリングされた物質が外気によって汚染されていないことを確認する必要があり、一方、バイオセーフティ キャビネットでは、環境への有害な生物剤の放出を防止する必要があります。
エアフロー要件の計算
換気システムの設計における主な手順の 1 つは、必要な空気流量を計算することです。この計算は、クリーン ルームのサイズ、機器の数と種類、望ましい空気交換率などのいくつかの要因に基づいています。
空気交換率は、クリーンルーム内の全空気が1時間以内に入れ替わる回数として定義されます。より高い清浄度要件が要求されるクリーン ルームでは、通常、より高い空気交換率が必要になります。たとえば、ISO クラス 5 のクリーン ルームでは 1 時間あたり 20 ～ 60 回の空気交換が必要ですが、ISO クラス 8 のクリーン ルームでは 1 時間あたり 10 ～ 20 回しか必要ありません。
必要な空気流量 (Q) の計算式は次のとおりです。
[Q = V\times]
ここで、(V) はクリーン ルームの容積 ((m^3))、(n) は空気交換率 (1 時間あたり) です。
たとえば、クリーン ルームの容積が (100 m^3) で、空気交換率が 1 時間あたり 30 回の場合、必要な空気流量は (Q = 100\times30=3000 m^3/h) となります。
適切な換気装置の選択
通気要件が決定したら、次のステップは適切な換気装置を選択することです。クリーン ルーム換気システムの主なコンポーネントには、エア ハンドリング ユニット (AHU)、ファン、フィルター、ダクトが含まれます。
- エアハンドリングユニット (AHU): AHU は、暖房、冷房、加湿、除湿などの空気調整を担当します。また、空気から粒子や汚染物質を除去するフィルターも収容されています。 AHU を選択するときは、その容量、エネルギー効率、および対応できるフィルターの種類を考慮してください。
- ファン: 換気システム内で空気を移動させるためにファンが使用されます。ファンには遠心ファンや軸流ファンなどさまざまな種類があります。遠心ファンは抵抗の高いシステムに適していますが、軸流ファンは抵抗の低いシステムにより効率的です。
- フィルター: フィルターはクリーンルーム換気システムの心臓部です。クリーン ルームでは、高効率微粒子空気 (HEPA) フィルターと超低透過空気 (ULPA) フィルターが一般的に使用されます。 HEPA フィルターはサイズ 0.3 マイクロメートルの粒子を少なくとも 99.97% 除去でき、ULPA フィルターはサイズ 0.12 マイクロメートルの粒子を少なくとも 99.999% 除去できます。フィルターの選択は、クリーンルームの清浄度レベルによって異なります。
- ダクト工事: クリーンルーム全体に空調空気を分配するためにダクトが使用されます。空気漏れと圧力降下を最小限に抑えるように設計する必要があります。粒子の蓄積を減らすには、滑らかな壁のダクトが好ましい。
空気分配システムの設計
空気分配システムは、均一かつ効率的な方法で調整された空気をクリーン ルームに供給する役割を果たします。空気分配システムには、主に層流と非層流の 2 つのタイプがあります。
- 層流: 層流システムは、垂直または水平方向の一方向の空気の流れを提供します。垂直層流は装置が床に配置されるクリーンルームでよく使用され、水平層流は装置が壁に沿って配置されるクリーンルームに適しています。層流システムは、高精度の製造プロセスや繊細な生物学的実験を行うクリーン ルームに最適です。
- 非層流: 乱流システムとしても知られる非層流システムは、よりランダムな空気の分布を提供します。層流システムに比べて設置と運用が安価であり、清浄度要件が低いクリーン ルームに適しています。
圧力と温度の制御
クリーンルームが適切に動作するには、クリーンルーム内を適切な圧力と温度に維持することが不可欠です。通常、クリーンルームでは外部汚染物質の侵入を防ぐために陽圧が維持されます。クリーンルームと隣接するエリア間の圧力差は注意深く制御する必要があります。たとえば、製薬用のクリーン ルームでは、廊下に対して 5 ～ 10 Pa の陽圧が維持される場合があります。
特に機器やプロセスが温度変化に敏感なクリーン ルームでは、温度管理も重要です。クリーンルーム内の温度は通常、(20 - 24^{\circ}C) などの狭い範囲内に維持されます。換気システムは、希望の温度を達成するために、加熱および冷却システムと連携して動作するように設計する必要があります。
監視とメンテナンス
適切に設計された換気システムは、長期的なパフォーマンスを保証するために定期的な監視とメンテナンスを必要とします。監視パラメータには、気流、圧力、温度、湿度、粒子数が含まれます。継続的な監視により、システム内のあらゆる異常を検出し、タイムリーな是正措置が可能になります。
メンテナンス作業には、フィルターの交換、ダクトの清掃、ファンやその他の機器の検査が含まれます。フィルターは、メーカーの推奨に従って、またはフィルター全体の圧力降下が特定のレベルに達したときに交換する必要があります。
結論
クリーンルーム機器用の適切な換気システムを設計することは、複雑ですが不可欠な作業です。クリーンルームの要件を理解し、空気流を計算し、適切な機器を選択し、空気分配システムを設計し、圧力と温度を制御し、定期的な監視とメンテナンスを実施することで、高性能の換気システムを実現できます。
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参考文献
- ISO 14644 - 1:2015、クリーンルームおよび関連する管理環境 - パート 1: 空気清浄度の分類。
- ASHRAE ハンドブック - HVAC システムと機器、米国暖房、冷凍、空調技術者協会。
- クリーン ルームの設計と運用: 実践ガイド、ジョン ワイリー & サンズ。