(57)【要約】【課題】対象空間内において要求される温度と清浄度を満足しつつ、コストの増大を抑え、省エネルギーと共に対象空間の有効利用を図り得るクリーンルームの空調システムを提供する。【解決手段】対象空間Ｓのうち、他の領域に比べて高い清浄度の要求される領域を高度清浄域Ｓ１に設定すると共に、該高度清浄域Ｓ１以外の領域を非高度清浄域Ｓ２に設定し、対象空間Ｓに浄化した空気Ａを供給する送風ユニット８は、高度清浄域Ｓ１の上方に位置する天井３に設置され、且つ送風ユニット８から供給される空気Ａは高度清浄域Ｓ１に集中して供給され、高度清浄域Ｓ１に供給された空気Ａは床１上を通って非高度清浄域Ｓ２に至り、該非高度清浄域Ｓ２内を上昇するよう構成される。【選択図】図４
2019090547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象空間のうち、他の領域に比べて高い清浄度の要求される領域を高度清浄域に設定すると共に、該高度清浄域以外の領域を非高度清浄域に設定し、
対象空間に浄化した空気を供給する送風ユニットは、高度清浄域の上方に位置する天井に設置され、且つ前記送風ユニットから供給される空気は前記高度清浄域に集中して供給され、
前記高度清浄域に供給された空気は床上を通って前記非高度清浄域に至り、該非高度清浄域内を上昇するよう構成されていること
を特徴とするクリーンルームの空調システム。
【請求項２】
前記天井の高さレベルから上方に、空気を冷却する冷却ユニットが配置されることを特徴とする請求項２に記載のクリーンルームの空調システム。
【請求項３】
前記高度清浄域と前記非高度清浄域との間における床より上方の位置に、鉛直方向に沿って延びる垂壁を設けること
を特徴とする請求項２に記載のクリーンルームの空調システム。
【請求項４】
前記高度清浄域の上方には、前記送風ユニットの設置された天井と、該天井より上方に位置するスラブ面が位置し、
前記高度清浄域の上方における前記天井と前記スラブ面に挟まれた空間は、天井側壁により天井内空間として画成され、
前記送風ユニットは、前記天井内空間から前記高度清浄域へ下向きに空気を供給するよう前記天井に設置され、
前記非高度清浄域内の空気は、前記天井内空間を経由すると共に、前記天井高さレベルから上で冷却されて前記送風ユニットから前記高度清浄域に供給されること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のクリーンルームの空調システム。
【請求項５】
前記天井は、構成材を格子状に組んだ天井セルを備えて構成されること
を特徴とする請求項４に記載のクリーンルームの空調システム。
【請求項６】
前記天井高さレベルから上方に空気を冷却する冷却ユニットが配置され、該冷却ユニットにより冷却された空気が前記天井内空間から前記送風ユニットにより前記高度清浄域に供給されること
を特徴とする請求項４又は５に記載のクリーンルームの空調システム。
【請求項７】
前記非高度清浄域の上方には、前記スラブ面と、該スラブ面の一部の下方に位置する第二の天井が位置し、
前記非高度清浄域の上方における前記スラブ面と前記第二の天井に挟まれた空間は、第二の天井側壁により吸込チャンバとして画成され、
前記非高度清浄域から前記天井内空間へ移動する空気は、前記第二の天井側壁の開口から前記吸込チャンバを経由すると共に、該吸込チャンバから前記天井内空間へ至る経路に設置された前記冷却ユニットで冷却された上で前記送風ユニットにより前記高度清浄域に供給されること
を特徴とする請求項６に記載のクリーンルームの空調システム。
【請求項８】
前記第二の天井は、前記天井と同じ高さで連続し、前記吸込チャンバは、前記天井内空間と隣接する、請求項７に記載のクリーンルームの空調システム。
【請求項９】
前記天井側壁に連通口を設けると共に、該連通口に前記冷却ユニットを設置し、
前記非高度清浄域内の空気は、前記連通口から前記天井内空間へ導かれること
を特徴とする請求項６に記載のクリーンルームの空調システム。
【請求項１０】
前記対象空間には、前記高度清浄域の上方に設置され、被加工物を搬送する天井搬送装置を構成する搬送レールが設置されており、
前記高度清浄域として、前記搬送レールの周辺の領域を設定することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のクリーンルームの空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリーンルームの空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体やフラットパネルディスプレイの製造工場などに設けられる工業用クリーンルームは、大きな空間の中を間仕切り等で区切った型式のものが２０００年前後までの国内外における主流であった。間仕切りにより仕切られたエリア毎に清浄度を区別し、半製品や製品への汚染度合いを管理する一方で省エネルギーを図る設計である。この種のクリーンルームでは、天井全面にＨＥＰＡフィルタを敷設し、温調された給気を天井の上方からＨＥＰＡフィルタを通して室内へ鉛直下向きに給気する。一方、床はパンチングパネルやグレーチングで形成した上げ床となっており、床面を通しても空気が下向きに流れることで室内全体における空気の流れがダウンフローになる。
【０００３】
このようなクリーンルームでは、ＨＥＰＡフィルタで繰り返しろ過した空気を室内で循環するようになっており、換気回数は低い清浄度のエリアで３０回以上、高清浄度エリアでは１５０回以上にのぼる。こうして、特に高清浄度エリアでは、半製品や製品がエリア内のどこで暴露されても塵埃などが付着しないようにし、不具合等の発生を防止していた。しかしながら、こうした古い型のクリーンルームでは、ろ過循環風量が膨大となり、ＨＥＰＡフィルタ等の設置や維持、空気の循環のためのファンの稼働等に莫大なイニシャルコストやランニングコストがかかっていた。
【０００４】
その後、半製品や製品を製造したり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呼ばれる考え方が生まれ、実際に生産装置や工程間搬送等に導入された。これは、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、その他の領域にはさほどの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良いことになる。こうして、２００７年前後には、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った。
【０００５】
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、空気の流れは概ね上述した古い型のクリーンルームと同様であり、パンチングパネル等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き出すようにしている。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。
【０００６】
上述の如き古い型のクリーンルームに対する大空間式のクリーンルームの利点としては、ろ過循環風量を大幅に減らして空気の清浄化にかかるコスト（ＨＥＰＡフィルタやファンの設置や維持にかかるコスト）を低減できることは勿論であるが、その他に間仕切りの削減が挙げられる。古い型のクリーンルームでは、清浄度を領域毎に分けるため、例えば半製品や製品が暴露される作業域と、暴露されない生産装置のメンテナンス域等との間を間仕切りで仕切る必要があった。すなわち、生産装置の外郭に合わせた開口を有する間仕切りを特製してクリーンルームに設置し、前記開口に生産装置を嵌め込むことで、生産装置を間仕切りによって輪切りにするような形で前記作業域と前記メンテナンス域とを別の空間に区分していたのであるが、このような室内の間仕切りは、製品工程の見直しなどの際に邪魔になってしまう。一方、大空間式のクリーンルームでは、高い清浄度を確保すべき領域は局所に限定され、それ以外の領域では清浄度を細かく分ける必要がない。このため、古い型のクリーンルームと比較して間仕切り（生産装置を輪切りにする形で設置されるため、クリーンルーム内のレイアウト変更等に際し邪魔になってしまうような間仕切り）が不要となる部分が多いのである。こうして、クリーンルームを大空間として構成し、機器２の配置に関して自由度を確保することができる。
【０００７】
図８〜図１０はこうした従来の大空間式の工業用クリーンルームにおける空調システムの一例を示している。半導体の生産設備の作業室等である対象空間Ｓの上げ床１ａには、各種の生産装置等である機器２が載置されており、上階の床スラブから吊下げ設置された天井３の下面には、被加工物４を搬送するための天井搬送装置５が装備されている。被加工物４は、例えば半導体集積回路を形成する母材のウエハや、フラットパネルディスプレイの基板といった基板状の物品、あるいはそれらの基板状の物品を複数枚収納自在な基板収納容器等である。天井搬送装置５は、天井３に沿って配置された搬送レール６と、該搬送レール６に沿って移動可能な搬送車７とを備えており、搬送車７は、被加工物４を積み込んで搬送レール６に沿って移動しつつ、機器２との間で被加工物４の受け渡しを行うようになっている。搬送レール６は、天井３の構成材、あるいは上階の床スラブから吊られるようにして、天井３に沿って取り付けられる。機器２と搬送車７との間で被加工物４の受け渡しが行われる領域や、天井搬送装置５、機器２の内部などは、被加工物４が周囲の空気に暴露されないように特に隔離されている。例えば被加工物４が収納容器等である場合、被加工物４の受け渡しが行われる領域では被加工物４の隔離蓋が開放されるので、こうした措置が必要となる。
【０００８】
天井３には、さらに対象空間Ｓに空気Ａを送り出すための送風ユニット８が設置されている。送風ユニット８は、ファン・フィルタ・ユニット（ＦＦＵ）等と称される装置であり、筐体の上側にファンが、下側にはＨＥＰＡフィルタが設けられている。そして、天井３の上方の空気Ａをファンにより筐体内に吸い込んでフィルタに吹き付け、該フィルタを通って浄化された空気Ａを下方の対象空間Ｓへ下向きに送り出すようになっている。上げ床１ａは、床スラブの上方にパンチングパネルやグレーチング等により形成されており、対象空間Ｓに送り込まれた空気Ａは、パンチングパネルやグレーチング等である床１の開孔９から上げ床１ａと床スラブとの間に形成された床下の空間に抜け、床下と天井裏を連通するレタンシャフト１０を通って上階の床スラブと天井３の間の天井裏へ送られ、再度送風ユニット８から対象空間Ｓに供給される。
【０００９】
ここに示した例では、図９に示す如く、天井３に送風ユニット８を疎らに配置している。上述した古い型のクリーンルームであれば、平面視で天井のほとんどの面積に送風ユニットを載置する必要があったが、ミニエンバイロメントやマイクロエンバイロメントの考え方を導入したクリーンルームでは古い型のクリーンルームと比較して風量を大きく減じることができる。具体的には、古い型のクリーンルームでは、対象空間のうちでも特に清浄度を高く保つべき領域全体を清浄度クラス３〜４に保つために１５０回〜３００回の換気が必要であったところ、ここに示したクリーンルームでは、対象空間Ｓ全体の清浄度はクラス５〜６程度で良く、換気回数は５０回以上１００回以下程度で済む。このため、送風ユニット８の数を大幅に減らすことができるのである。また、クラス５〜６程度の清浄度を達成するためには、要求される風量が比較的小さくて済むということも送風ユニット８の台数の削減に寄与している。つまり、目標の清浄度がクラス５〜６程度であれば、室内における空気Ａの流れは厳密なダウンフローでなくても良く、空気Ａが全体として下方向に流れていれば十分である。
【００１０】
送風ユニット８の設置にあたっては、例えば各送風ユニット８の平面寸法を１グリッドとする天井セルを天井３に備え、２〜６グリッドにつき１台の送風ユニット８を載置し、他のグリッドは閉鎖パネルを設置して塞ぐようにしている。ここで、送風ユニット８の配置がある程度以上疎らであると、閉鎖パネルの設置されたグリッドの下方の空間に、隣接する送風ユニット８からの吹出し気流が広がるように流れ込み、場所によってはダウンフローが保たれなくなることがあるが、上述の如く、ここに示したような大空間式のクリーンルームの場合、所定の清浄度（クラス５〜６）を保つ上では問題ない。
ただし、機器２の発熱量が多いなど、風量が多く要求される場合には、さらに閉鎖パネルグリッドの一部を送風ユニット８に代替して風量を稼ぐことになる。被加工物４である基板等の製品の集積度は近年においても未だに向上しており、その生産装置である機器２内において化学反応等により生じる熱も増えている。こうした発熱への対応のため、機器２の種類によってはエリア毎に送風ユニット８の数を増減させる必要があり、場合によっては、天井構成材としての天井セルは天井３の全面に必要になる。
【００１１】
床下からレタンシャフト１０を通って天井裏に至る経路のいずれかの位置（ここでは、レタンシャフト１０の入口）には冷却ユニット１１が設置されており、レタンシャフト１０から天井裏へ向かう空気Ａを冷却するようになっている。冷却ユニット１１は、例えば内部に冷水等である冷媒Ｗが流通するドライコイルであり、外部の冷熱源（図示せず）から冷媒往き配管１２を通して低温の冷媒Ｗを引き込み、前記ドライコイルの周囲を流通する空気Ａとの間で間接的に熱交換させてから、温度の上昇した冷媒Ｗを冷媒還り配管１３を通して前記冷熱源へ戻すようになっている。図示しない前記冷熱源にはポンプが備えられており、冷媒Ｗは前記ポンプの搬送力により冷媒往き配管１２を通して冷却ユニット１１のコイルチューブ内に導入される。該コイルチューブ内を通過して温度の上昇した冷媒Ｗは、前記ポンプの搬送力で冷熱源に戻される。空気Ａは、前記コイルチューブの外側を送風ユニット８の静圧により搬送される。
【００１２】
冷却ユニット１１としてドライコイルを用いているのは、不必要な除湿を防止するためである。上述した古い型のクリーンルームと比較すれば風量をかなり少なくできるとはいえ、ここに例示したようなクリーンルームではやはり相当の風量を冷却ユニット１１にて冷却することになる。ここで、冷却ユニット１１で空気Ａを除湿してしまうと、レタンシャフト１０や天井裏などで空気Ａを別途加湿する必要が生じる。これを避けるため、冷却ユニット１１は出口における空気温度を冷媒往き温度よりある程度高く保つドライコイルとしている。コイル出口における空気を露点温度近くまで低下させないことで、コイル表面で空気Ａ中の水分が凝縮しないようにしているのである。
【００１３】
こうして、対象空間Ｓから床下、さらにレタンシャフト１０から天井裏へと空気Ａが循環し、対象空間Ｓへ送られる空気Ａは送風ユニット８にて浄化され、機器２の排熱を含んだ空気Ａは冷却ユニット１１にて冷却されるようになっている。
【００１４】
尚、図示は省略するが、被加工物４を原料から製品にまで加工するにあたり、製造装置である機器２内で行われる化学処理等に伴い、生じる排気を処理するために室内から空気Ａの排出を行うことが多い。一方、室内の清浄度を維持するには、外部からの塵埃の侵入を防止するために作業空間Ｓや天井裏などを正圧に保つ必要がある。このため、排気量を上回る量の外気を、図示しない外調機などで清浄化し、温調して室内に押し込んでいる。
【００１５】
この種のクリーンルームの空調システムに関連する先行技術文献としては、例えば、下記の特許文献１等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２０１２−２０２５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述の如き空調システムにおいては、例えば対象空間Ｓ全体における排熱量を基準として空気Ａの吹出温度が決定される。図８〜図１０に示す空調システムを例に、各所における空気Ａの温度分布の一例を説明すると、生産装置（ここでは、機器２）における製品工程等によって決まる室内空気条件は、例えば２３℃乾球、４５％相対湿度である。この場合、対象空間Ｓへ送られる空気Ａの温度は、送風ユニット８の近傍において１５℃（つまり、吹出温度は１５℃）であり、ここから床下へ抜けるまでの間に、機器２の排熱を受け取って２３℃程度（すなわち、室内空気条件の温度）まで上昇する。そして、冷却ユニット１１において１５℃まで冷却され、再度送風ユニット８へ送られる。
【００１８】
冷却ユニット１１における空気Ａの吹出温度は、室内における空気条件と、図示しない冷熱源の冷媒往き設定温度と熱負荷により決定される。冷却ユニット１１に送られる冷媒Ｗの温度（往き冷媒温度）は、この吹出温度と、熱交換器である冷却ユニット１１の経済的な能力に基づいて決定される。往き冷媒温度が高いほど、図示しない冷熱源の稼働は高効率、省エネルギーとなる。１５℃の吹出温度を満足しようとすれば、冷媒Ｗの温度は１５℃よりさらに低くする必要があり、具体的には、冷媒往き配管１２では例えば１０℃である。一般的な冷熱源における往き冷媒温度は７℃であるが、往き冷媒温度をこれより高温の１０℃に設定すれば、冷熱源での成績係数はより良好となる。また、冷媒往き温度を１０℃まで上げても、冷媒還り配管１３における冷媒Ｗの温度（冷媒還り温度）を１５℃〜１７℃として温度差を５〜７℃としても、冷熱源での流量を十分に確保できるので冷熱源の運転に支障ない。
【００１９】
空気Ａの温度に関するこうした設定は、機器２の周辺における温度を適温（２３℃程度）に保つことは勿論、上に説明したように、冷却ユニット１１において空気Ａ中の水分が凝縮しないことをも考慮されたものである。上述の如く、１気圧の条件下で、作業空間（ここでは、機器２やその周辺）における空気温度が２３℃、相対湿度が４５％の場合を想定すると、空気Ａの露点温度は約１０．５℃である。冷却ユニット１１での吹出温度は上述の如く１５℃であるが、この温度では相対湿度７５％程度であり、冷却ユニット１１のコイル部分において凝縮は発生せず、ドライコイルが実現できる。
【００２０】
尤も、コイル部分の表面温度は一様ではない。冷媒往き配管１２における冷媒Ｗの温度（入口水温）は１０℃であるので、冷却ユニット１１においても冷媒往き配管１２付近では１０℃程度にまで温度が低下する。２３℃で相対湿度が４５％の空気Ａが１２℃程度まで冷却されると、相対湿度は９０％にまで至り、さらに熱交換器である冷却ユニット１１の温度の低いところに接触すると部分的に露点温度を下回り、冷却ユニット１１の冷却コイル表面で空気中の水分が凝縮を生じる。しかしながら、１５℃における相対湿度が７５％程度の空気Ａであれば、吹出温度が１５℃の冷却ユニット１１において水分は凝縮し難く、予期しない除湿が行われてしまうことはない。１０℃という入口水温は、熱交換器である冷却ユニット１１における温度差を確保すると同時に、２３℃で相対湿度４５％の空気の露点温度１０．５℃と同等であるためにコイル表面での凝縮が生じにくいという効果を考慮した設定温度である。
【００２１】
ここで、冷媒往き配管１２における冷媒Ｗの温度（入口水温）は上述の如く１０℃程度であるが、冷媒Ｗをこのような低温に保とうとすれば、前記冷熱源においても相応の低温が必要となり、ある程度大きい量の電気やガスなどのエネルギー消費が要求されることになる。また、一般に中間期や冬期においては冷媒Ｗの冷却に冷却塔フリークーリング（冷凍サイクルを利用する冷凍機、あるいは吸収式の冷凍機の作動によらず、外気の冷熱を利用する冷却形式）が行われることがあるが、入口水温を１０℃に設定した場合、フリークーリングを行うためには外気温１０℃を大きく下回る条件下での熱交換が必要になり、フリークーリングの利用可能な期間は短い。このように、上述の如き空調システムでは、自ずと温度管理の省エネルギー化に限界が生じていた。
【００２２】
また、上述の如き空調システムは、対象空間Ｓ内の全体を均一にクリーン化するように設計されており、古い型のクリーンルームと比較すれば必要な風量は減った（上に説明したように、換気回数は古い型のクリーンルームでは１５０〜３００回ほど必要であったところ、本例では５０回以上１００回以下程度で済む）とはいえ、やはり大量の空気Ａを浄化する必要がある。このため、送風ユニット８に関して相応の設置台数や、フィルタの交換頻度が必要である。また、冷却ユニット１１にも大きな熱交換面積が要求される（循環風量は冷却ユニット１１のコイルを通過する空気Ａの面速に律速されるため、要求される風量に応じた面積が必要となる）等、コストの増大を招いていた。
【００２３】
また、求められる清浄度や風量が古い型のクリーンルームと比較して減少した結果、送風ユニット８の設置台数を減らすことでコストの削減を図ることができるようになった一方、発熱量の多い機器２を設置する場合等への対応を考えた場合、結局、送風ユニット８を設置するための枠組みである天井セルを天井３全体に敷設することになる。このため、天井３の構築工事に係るコストはあまり減らず、送風ユニット８の台数減少によるイニシャルコストの削減効果は限定的とならざるを得ない。
【００２４】
しかも、上述の如き被加工物４の製品集積度の向上により、クリーンルーム内における機器２からの発熱は増加傾向にある。上述のように達成すべき清浄度の低下に合わせて下向きの風量を少なくすると、機器２の発熱に由来する上昇気流が送風ユニット８からの下向きの気流と拮抗し、機器２周辺に空気Ａの淀みが生じ、清浄度も温熱も処理が不十分となる虞がある。これを避けるには結局、ある程度の風量が要求され、そのために送風ユニット８の台数を増やすなど、当初意図したコストの削減とは結果的に逆のことを行うような事態も部分的に生じていた。
【００２５】
さらに、上述の従来例では、送風ユニット８から対象空間Ｓに供給した空気Ａの全量を上げ床１ａの開孔９を通して床下へ導き、冷却ユニット１１で冷却したうえで天井３の上方へ戻すようにしている。このため、床下と天井裏の両空間を連通するレタンシャフト１０が必要であり、このレタンシャフト１０の分だけ利用可能な平面積及び立面積が狭められ、空間に大きな無駄が生じ、利用効率が低下していた。
また、従来例においては、大空間(ボールルーム)全体を必要最小限の循環風量で浄化するため、パンチングパネル等により構成した上げ床１ａの開孔９から床下の空間に空気Ａを引き込んで下向きの気流を形成していた。古い型のクリーンルームより少ない風量で空気Ａを確実に循環させるためであるが、このことが床下の空間の用途に制限を生じさせることにもなっていた。
【００２６】
本発明は、斯かる実情に鑑み、対象空間内において要求される温度と清浄度を満足しつつ、コストの増大を抑え、省エネルギーと共に対象空間の有効利用を図り得るクリーンルームの空調システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は、対象空間のうち、他の領域に比べて高い清浄度の要求される領域を高度清浄域に設定すると共に、該高度清浄域以外の領域を非高度清浄域に設定し、対象空間に浄化した空気を供給する送風ユニットは、高度清浄域の上方に位置する天井に設置され、且つ前記送風ユニットから供給される空気は前記高度清浄域に集中して供給され、前記高度清浄域に供給された空気は床上を通って前記非高度清浄域に至り、該非高度清浄域内を上昇するよう構成されていることを特徴とするクリーンルームの空調システムにかかるものである。
【００２８】
本発明のクリーンルームの空調システムにおいては、前記天井高さから上方に、空気を冷却する冷却ユニットを配置することができる。
【００２９】
本発明のクリーンルームの空調システムにおいては、前記高度清浄域と前記非高度清浄域との間における床より上方の位置に、鉛直方向に沿って延びる垂壁を設けることができる。
【００３０】
本発明のクリーンルームの空調システムにおいて、前記高度清浄域の上方には、前記送風ユニットの設置された天井と、該天井より上方に位置するスラブ面が位置し、前記高度清浄域の上方における前記天井と前記スラブ面に挟まれた空間は、天井側壁により天井内空間として画成され、前記送風ユニットは、前記天井内空間から前記高度清浄域へ下向きに空気を供給するよう前記天井に設置され、前記非高度清浄域内の空気は、前記天井内空間を経由すると共に、前記天井高さから上で冷却されて前記送風ユニットから前記高度清浄域に供給されるようにすることができる。
【００３１】
本発明のクリーンルームの空調システムにおいて、前記天井は、構成材を格子状に組んだ天井セルを備えて構成することができる。
【００３２】
本発明のクリーンルームの空調システムにおいては、前記天井高さから上方に空気を冷却する冷却ユニットを配置し、該冷却ユニットにより冷却された空気が前記天井内空間から前記送風ユニットにより前記高度清浄域に供給されるようにすることができる。
【００３３】
本発明のクリーンルームの空調システムにおいては、前記非高度清浄域の上方には、前記スラブ面と、該スラブ面の一部の下方に位置する第二の天井が位置し、前記非高度清浄域の上方における前記スラブ面と前記第二の天井に挟まれた空間は、第二の天井側壁により吸込チャンバとして画成され、前記非高度清浄域から前記天井内空間へ移動する空気は、前記第二の天井側壁の開口から前記吸込チャンバを経由すると共に、該吸込チャンバから前記天井内空間へ至る経路に設置された前記冷却ユニットで冷却された上で前記送風ユニットにより前記高度清浄域に供給されるようにすることができる。
【００３４】
本発明のクリーンルームの空調システムにおいて、前記第二の天井は、前記天井と同じ高さで連続し、前記吸込チャンバは、前記天井内空間と隣接させることができる。
【００３５】
本発明のクリーンルームの空調システムにおいては、前記天井側壁に連通口を設けると共に、該連通口に前記冷却ユニットを設置し、前記非高度清浄域内の空気は、前記連通口から前記天井内空間へ導かれるようにすることができる。
【００３６】
本発明のクリーンルームの空調システムにおいて、前記対象空間には、前記高度清浄域の上方に設置され、被加工物を搬送する天井搬送装置を構成する搬送レールを設置し、前記高度清浄域として、前記搬送レールの周辺の領域を設定することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明のクリーンルームの空調システムによれば、対象空間内において要求される温度と清浄度を満足しつつ、コストの増大を抑え、省エネルギーと共に対象空間の有効利用を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施によるクリーンルームの空調システムの一例を示す概略立面図である。
【図２】本発明の実施によるクリーンルームの空調システムの一例を示す概略平面図である。
【図３】本発明の実施によるクリーンルームの空調システムの一例を示す概略側断面図であり、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視相当図である。
【図４】本発明の実施によるクリーンルームの空調システムの一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施によるクリーンルームの空調システムの一例を示す斜視図であり、図４とは別の方向から見た図である。
【図６】本発明の実施によるクリーンルームの空調システムの別の一例を示す概略平面図である。
【図７】本発明の実施によるクリーンルームの空調システムのさらに別の一例を示す概略平面図である。
【図８】従来のクリーンルームにおけるクリーンルームの空調システムの一例を示す概略立面図である。
【図９】従来のクリーンルームにおけるクリーンルームの空調システムの一例を示す概略平面図である。
【図１０】従来のクリーンルームにおけるクリーンルームの空調システムの一例を示す概略側断面図であり、図８のＸＩ−ＸＩ矢視相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００４０】
図１〜図５は本発明の実施によるクリーンルームの空調システムの形態の一例を示しており、図中、図８〜図１０と同一の符号を付した部分は同一物を表している。尚、図１〜図５に示した構成は、例えば空調システムを備えた対象空間Ｓにおける一部分であり、同様の構成が平面視で縦横に複数連続していても良い。また、説明の便宜上、一部の図では各構成要素の一部または全部について図示を省略している。例えば、図２では被加工物４や搬送車７の図示を省略しており、図４、図５ではこれらに加えて搬送レール６をも省略している。また、図１や図４、図５では送風ユニット８を一部のみ記載している。機器２についても、図４や図５では一部のみ記載している。また、後に説明する図６、図７においても、被加工物４や搬送車７の図示を省略している。この他にも、幾つかの構成要素について、図が煩雑になることを避けるため、各図で適宜図示を省略している。
【００４１】
対象空間Ｓの床１には機器２が載置されており、上階の床スラブから吊下げ設置された天井３の下面には、被加工物４を搬送するための天井搬送装置５が装備されている。被加工物４は、例えば半導体集積回路を形成する母材のウエハや、フラットパネルディスプレイの基板といった基板状の物品、あるいはそれらの基板状の物品を複数枚収納自在な基板収納容器等である。天井搬送装置５は、天井３の下方に取り付けられた搬送レール６と、該搬送レール６に沿って移動可能な搬送車７とを備えており、搬送車７は、被加工物４を積み込んで搬送レール６に沿って移動しつつ、機器２との間で被加工物４の受け渡しを行うようになっている。搬送レール６は、天井３の構成材、あるいは上階の床スラブから吊られるようにして、天井３に沿って取り付けられる。機器２と搬送車７との間で被加工物４の受け渡しが行われる領域や、天井搬送装置５、機器２の内部などは、被加工物４が周囲の空気に暴露されないように隔離されている。天井３には送風ユニット８が設置されており、該送風ユニット８からクリーンな空気Ａが下方の対象空間Ｓに送り出される。
【００４２】
以上の構成については図８〜図１０に示す上記従来例と概ね共通しているが、本実施例の場合、送風ユニット８の配置に特徴があり、これに伴いレタンシャフト１０が省略されているほか、全体的な空気Ａの流れも従来例と大きく相違している。また、床１は、従来例における上げ床１ａとは異なり、空気Ａが通過する開孔９は必須ではなく、パンチングパネルやグレーチングではない全面閉鎖の床面として構成して良い。以下、説明する。
【００４３】
本実施例では、送風ユニット８を上記従来例（図９参照）の如く対象空間Ｓの上方全体に満遍なく配置するのではなく、図２に示す如く、天井搬送装置５の搬送レール６の上方にあたる位置に集中して配置し、送風ユニット８からの空気Ａを高度清浄域Ｓ１に集中して供給するようにしている。これは、対象空間Ｓの中でも、他の領域に比べて高い清浄度の要求される領域に集中して清浄な空気Ａを供給するための措置である。すなわち、例えば対象空間Ｓとして工業用クリーンルームを想定する場合、対象空間Ｓ内において最も清浄度を確保すべき領域は、基板等の物品やその収納容器である被加工物４が露出する可能性のある場所である。具体的には、本実施例の場合、被加工物４が搬送車７によって搬送され、搬送車７と機器２との間で被加工物４の受け渡しが行われる場所、すなわち搬送レール６の周辺の領域である。被加工物４自体に塵埃等の異物が到達しない限り、被加工物４が存在しない場所にはさほどの清浄度は要求されない。また、機器２の内部は対象空間Ｓから構造的に隔離されて清浄度が保たれるので、送風ユニット８による清浄な空気Ａの供給が最も必要とされる領域は、平面視で搬送レール６の周辺にあたる領域ということになるのである。
【００４４】
より具体的に詳述すると、被加工物４が基板等の収納容器である場合、機器２との受け渡し時に前記収納容器の蓋が開閉されて内部に収容された基板等が露出するため、被加工物４の受け渡しが行われる場所に特に高い清浄度が要求される。また、クリーンルームによっては、被加工物４の受け渡し場所の近傍に搬送レール６を余分に引き回し、搬送車７のストック場所としている場合もあり、そういった場合は、ストック中に搬送車７の被加工物４上に塵埃が積もらないよう、ストック場所の周囲もクリーン化することが望ましい。よって、被加工物４の受け渡し場所やストック場所を含む搬送レール６の周辺の領域の清浄度を高く保つべきである。尚、こうした領域は、通常のクリーンルームにおいてはもとより隔離されており、基本的に塵埃が流入する機会は少ない。しかしながら、例えば被加工物４が受け渡される機器２の図示しないロード部等、空気Ａの気流とは別の、隔離のために別途形成される気流と空気Ａがわずかに混合したり、あるいは被加工物４の収納容器である場合、その蓋が何らかの要因により開閉し、生じた隙間から空気Ａが流入するような機会がないとは言えない。
【００４５】
以下、対象空間Ｓのうち、被加工物４の搬送路や、被加工物４の受け渡しが行われる場所など、「他の領域と比較して高い清浄度が要求される領域」のことを、高度清浄域Ｓ１と称する。また、それ以外の領域を非高度清浄域Ｓ２と称することとする。高度清浄域Ｓ１の設定清浄度は、例えばクラス５〜６であるが、その場合、実態としては設定清浄度よりも清浄な空間となる。非高度清浄域Ｓ２については、設定清浄度はクラス６程度で良い。尚、これは一例であって、各領域の清浄度については本発明を実施するにあたり適宜設定し得る。各領域の設定清浄度はここに例示したより高く設定しても、低く設定しても十分成立し得る。
【００４６】
非高度清浄域Ｓ２の平面積は、高度清浄域Ｓ１の平面積と同等以上とすることが好ましい。後述する空気Ａの循環のためである。
【００４７】
機器２にとっては、搬送車７との間で被加工物４の受け渡しを行う前面部２ａで特に清浄度が要求される。このため、図２、図３に示す如く、機器２は前面部２ａのみが搬送レール６下方の高度清浄域Ｓ１へわずかに突出するように配置され、前面部２ａ以外は非高度清浄域Ｓ２内に位置する。尚、機器２からの排熱は、前面部２ａ以外（背面部２ｂなど）から排出される。
【００４８】
このように、本実施例では、搬送レール６の周辺を高度清浄域Ｓ１に設定し、該高度清浄域Ｓ１に隣接する領域（ここでは、上方の天井３）に送風ユニット８を集中して配置している。これに伴い、本実施例では、高度清浄域Ｓ１の上方には天井３を設置し、該天井３の上側に天井裏の空間を有する構造としているが、非高度清浄域Ｓ２の上方は天井３の設置されない直天井となっており、ここでは上階の床スラブ下面（スラブ面１５）が露出している。また、天井３の縁にあたる部分の上側、すなわち高度清浄域Ｓ１と非高度清浄域Ｓ２との境界の上方には天井側壁１４を設け、天井３の設置された高度清浄域Ｓ１の上方の領域を非高度清浄域Ｓ２の上方の領域と区画している。これは、非高度清浄域Ｓ２の上方には送風ユニット８を設置する必要がないからでもあるが、後述する空気Ａの循環のための構成でもある。尚、以下では天井３とスラブ面１５に挟まれ、且つ天井側壁１４により画成された領域を天井内空間Ｃと称することとする。
【００４９】
また、高度清浄域Ｓ１と非高度清浄域Ｓ２との間には垂壁１６が設置されている。垂壁１６は、天井３の縁にあたる部分から下方に向かって鉛直方向に沿って延びる垂壁部材であり、高度清浄域Ｓ１と非高度清浄域Ｓ２との間を、両空間の下方が連通するように不完全に隔てている。尚、垂壁１６を配置する位置は必ずしもここに示すように平面視で天井３の縁でなくとも良く、高度清浄域Ｓ１と非高度清浄域Ｓ２の間に配置されていれば良い。例えば、平面視で機器２の縁に沿った位置に配置しても良い。
【００５０】
天井３から垂壁１６の下端までの寸法は、以下のように設定すべきである。まず、垂壁１６の下端の位置は、床１における機器２の移設の妨げとならないよう、床１よりは上方とする。また、垂壁１６が機器２に接すると、やはり機器２の移設の妨げとなるため、垂壁１６の下端は機器２の上端よりは上方に位置していることが好ましい。一方、後述する空気Ａの循環の観点から、床１と垂壁１６の下端とは一定の距離を保ちながらある程度近接させ、垂壁１６の下方を流れる空気Ａの流速をある程度小さく保つのが良い。空気Ａの循環と機器２の移設自由度の両立のためには、垂壁１６は下端が機器２の上端より１０ｃｍ前後高い位置に来る程度の寸法とするのが最も好適である。本実施例では、垂壁１６の下端は機器２の上端から垂直方向に距離を保って同じ高さで連続しており、機器２同士の間を遮るものはない。垂壁１６は、パネルのような硬質の素材で構成しても良いし、また、ビニールシートのような軟質の素材であっても良い。尚、垂壁１６に関し、「鉛直方向に沿って延びる」とは必ずしも正確な鉛直面を有することを指すものではなく、垂壁１６は鉛直方向に対して傾きを有していても良い。鉛直方向に沿った向きとは、鉛直方向を成分として含む向きといった程度の意味である。
【００５１】
本実施例の場合、図２、図４、図５に示す如く、対象空間Ｓにおいて搬送レール６が平面視でＨ型に設置されている。ここに示した例では、対象空間Ｓに設置された機器２のうち、図２中における上側の４台が同種であり、下側の４台が同種である。そして、例えば被加工物４に対し、上側の４台の機器２においてある工程の加工を施した後、下側の４台の機器２において次の工程の加工を施すようになっている。そして、上側の４台の機器２に被加工物４を搬送するための搬送レール６が平面視で上側の４台の機器２同士の間を渡すように横方向に沿って配置されると共に、下側の４台の機器２に被加工物４を搬送するための搬送レール６が平面視で下側の４台の機器２同士の間を渡すように横方向に沿って配置される。さらに、上側の４台の機器２が配置されたエリアから、下側の４台の機器２が配置されたエリアへ被加工物４を搬送するための搬送レール６が図中左右の通路に平面視で上下方向に配置されて前記左右方向の搬送レール６に接続され、全体として平面視でＨ型をなしている（尚、図２中、右側に上下方向に延びる搬送レール６が設置された領域は中央通路、左側に上下方向に延びる搬送レール６が設置された領域は壁際の通路であるまた、該壁際の通路のうち、搬送レール６及び上方（図面に関して手前）に送風ユニット８が設置された右側の領域は高度清浄域Ｓ１の通路、搬送レール６や送風ユニット８が設置されない左側の領域は非高度清浄域Ｓ２の通路である。そして、該搬送レール６に沿ったＨ型の領域を高度清浄域Ｓ１に設定し、該高度清浄域Ｓ１の上側の空間を天井内空間Ｃとしている。天井側壁１４、及び垂壁１６は、Ｈ型の高度清浄域Ｓ１と、非高度清浄域Ｓ２との境界に、平面視で一対のコの字型となるよう配置される。
【００５２】
高度清浄域Ｓ１の上方にあたる天井内空間Ｃには、天井３に送風ユニット８が設置される。送風ユニット８を設置する領域には、アルミ等を材料とする構成材を平面視で格子状に組んで天井セルを形成し、スラブ面１５の下面から吊下げ設置する（こうした天井セルの構造を、図４における天井３の一部に示す）。そして、構成材によって組まれた格子の開口であるグリッドに、送風ユニット８を適宜な配置により設置する。残りのグリッドは、閉鎖パネルを設置して塞いでいる。天井側壁１４や垂壁１６も、例えば平面視で前記天井セルの構成材に沿って配置するなど、天井セルを利用して設置することができる。
【００５３】
このほか、本実施例の空調システムには、空気Ａを冷却するための構成が設けられる。本実施例においては、上述の如く高度清浄域Ｓ１の上方に天井３を設置し、該天井３の上側の空間を天井内空間Ｃとして画成しているが、天井３の構成部材は同じ高さで非高度清浄域Ｓ２の一部（ここでは、図２中における左端の壁際の通路のうち、左側にあたる部分）の上方まで延長しており、その延長した部分の上方を天井空間Ｃとは別の第二の天井内空間（以下、吸込チャンバＣ１と称する）として画成している。そして、非高度清浄域Ｓ２内の空気Ａが一旦吸込チャンバＣ１を経由してから天井内空間Ｃに送り込まれ、空気Ａはその過程で冷却されるようになっている。具体的には、非高度清浄域Ｓ２の上方の領域（図２における左側の領域）を天井内空間Ｃから隔てるように、天井側壁（第一の天井側壁）１４とは別の側壁（第二の天井側壁）１７を設け、天井３から非高度清浄域Ｓ２の上方へ延長した部分と共に吸込チャンバＣ１を画成している。吸込チャンバＣ１は天井内空間Ｃと連通され、その連通箇所に冷却ユニット１１を設置している。尚、冷却ユニット１１の設置位置は天井３の高さより上であれば良く、吸込チャンバＣ１から天井内空間Ｃに至る経路の何処に設置しても良い。
【００５４】
ここで、非高度清浄域Ｓ２の上方でスラブ面１５の一部の下方（本実施例の場合、図２左端の壁際の通路のうち、左側の部分）に位置する天井を、第二の天井２０と称することとする。この第二の天井２０は、非高度清浄域Ｓ２の天井をなすと共に吸込チャンバＣ１の床部分を構成する部分である。本実施例においては、第二の天井２０は天井３と同じ高さで連続しているが、第二の天井２０の役割は非高度清浄域Ｓ２の上方に吸込みチャンバＣ１を画成することであり、この役割を果たす限りにおいて種々の構成や配置を取り得る。例えば、第二の天井２０は天井３とは異なる高さに設置されていても良いし、天井３から水平方向に離間した位置に設置されていても良い。ただし、本実施例の如く天井３と第二の天井２０とが同じ高さで連続した構成とすることが、第二の天井２０にかかる設置の手間やコストの面で最も簡便である。
【００５５】
吸込チャンバＣ１は、こうして天井内空間Ｃと隣接するように画成されるが、吸込チャンバＣ１には送風ユニット８は設置されない。また、天井内空間Ｃにおいて吸込チャンバＣ１を区画する第二の天井側壁１７は第一の天井側壁１４と直接連続していない。吸込チャンバＣ１は、天井内空間Ｃの一部（図２中、左端にあたる部分）を挟んで非高度清浄域Ｓ２と隣接した形となっており、吸込チャンバＣ１を画成する第二の天井側壁１７は、天井内空間Ｃを画成する第一の天井側壁１４と、天井内空間Ｃを挟んで向かい合っている。そして、互いに向かい合う第一の天井側壁１４と第二の天井側壁１７との間には開口としての吸込ダクト１８が設置され、天井内空間Ｃの一部を貫いて非高度清浄域Ｓ２と吸込チャンバＣ１とを連通している。
【００５６】
本実施例の場合、吸込ダクト１８は互いに向かい合う第二の天井側壁１７と第一の天井側壁１４の間を水平方向に繋ぐダクト状の部材として構成される。上述の如く、吸込チャンバＣ１は非高度清浄域Ｓ２と水平方向に直に隣接してはいないが、両空間が吸込ダクト１８により天井内空間Ｃの一部を通して連結される形である。ダクト状の吸込ダクト１８の内部は、天井内空間Ｃとは隔絶されている。
【００５７】
吸込ダクト１８の設置位置は、第一の天井側壁１４ないし第二の天井側壁１７のなるべく上方（スラブ面１５の直下）とすることが好ましい。後述するように、温度成層による上昇気流を用いて空気Ａを効率よく循環させるためである。
【００５８】
また、第二の天井側壁１７における吸込ダクト１８とは別の箇所には連通口１９が設けられており、この連通口１９において、吸込チャンバＣ１と、天井内空間Ｃとが連通している。そして、連通口１９には、空気Ａを冷却するための冷却ユニット１１が備えられており、吸込チャンバＣ１から天井内空間Ｃへ流れる空気Ａの全量が冷却ユニット１１を通過するようになっている。冷却ユニット１１は、例えば上述の従来例（図８〜図１０参照）における冷却ユニット１１と同様の装置であり、内部に冷水等の冷媒Ｗが流通する冷却コイルを備えている。外部の冷熱源（図示せず）から、冷媒往き配管１２を通して低温の冷媒Ｗを引き込み、周囲の空気Ａとの間で間接的に熱交換させてから、温度の上昇した冷媒Ｗを冷媒還り配管１３を通して前記冷熱源へ戻すようになっている。図示しない前記冷熱源にはポンプが備えられており、冷媒Ｗは前記ポンプの搬送力により冷媒往き配管１２を通して冷却ユニット１１のコイルチューブ内に導入される。該コイルチューブ内を通過して温度の上昇した冷媒Ｗは、前記ポンプの搬送力で冷熱源に戻される（尚、冷媒往き配管１２と冷媒還り配管１３は、図２〜図５においては図示を省略している）。
【００５９】
このようにすると、空気Ａが非高度清浄域Ｓ２から天井内空間Ｃへ移動する際には、非高度清浄域Ｓ２から吸込ダクト１８を通って一旦吸込チャンバＣ１に入り、そこから冷却ユニット１１の設置された連通口１９を通って天井内空間Ｃに到達する。そして、空気Ａは送風ユニット８から高度清浄域Ｓ１に送り込まれる前に、必ず経由する連通口１９において冷却ユニット１１で冷却されることになる。こうして、天井内空間Ｃから送風ユニット８を介して高度清浄域Ｓ１に供給された空気Ａは、機器２の排熱を回収しつつ非高度清浄域Ｓ２に流れ、さらに吸込ダクト１８から吸込チャンバＣ１を経由し、連通口１９にて冷却ユニット１１で冷却されて天井内空間Ｃへ戻る。こうした空気Ａの循環にかかる搬送力は、送風ユニット８の静圧により賄われ、冷却ユニット１１における空気Ａの通過や、吸込チャンバＣ１における空気Ａの流通等に関し、特に別途送風のための機構を配置する必要はない（ただし、本発明を実施するにあたり、送風ユニット８だけで搬送力が不足するような場合には、冷却ユニット１１や吸込チャンバＣ１等に送風のための機構を設置し、搬送力を補っても良い）。
【００６０】
尚、ここでは天井内空間Ｃの一端側を第二の天井側壁１７により画成して吸込チャンバＣ１を形成した場合を例に説明したが、吸込チャンバＣ１を設置する位置や形式はこれに限定されない。吸込チャンバＣ１の役割は、上述の通り送風ユニット８から空気Ａを送り出すにあたり、空気Ａを冷却ユニット１１に確実に通過させることにあるので、この役割を好適に果たし得る限りにおいて、吸込チャンバＣ１としては種々の形式を採用し得る。
【００６１】
例えば、図６に別の実施例として示す如く、搬送レール６の配置が異なる場合には、それに合わせて高度清浄域Ｓ１の配置も変更され得る。図６に示す例では、搬送レール６が平面視でＴ字状に配置されており、上方に送風ユニット８の設置された高度清浄域Ｓ１の形状も平面視でＴ字状になっている。つまり、図中左側に上下方向に沿って延びる通路の上方（図面から見て手前側）には、送風ユニット８が設置されない。本別の実施例では、この領域には搬送レール６が設置されないために相対的に高い清浄度は要求されない。よって、ここは非高度清浄域Ｓ２と設定され、送風ユニット８は設置されない。そして、吸込チャンバＣ１が非高度清浄域Ｓ２と第一の天井側壁１４を介して直接隣接している。非高度清浄域Ｓ２内の上方で熱溜まりを形成する空気Ａは、第一の天井側壁１４に設けた吸込口１８ａ（ここでは、第一の天井側壁１４のみを貫通すれば吸込チャンバＣ１と非高度清浄域Ｓ２とが連通するため、開口として吸込ダクト１８の代わりに吸込口１８ａを設けている）から吸込チャンバＣ１に流れ、冷却ユニット１１で冷却されつつ第二の天井側壁１７に位置する連通口１９から天井内空間Ｃに送られるようになっている。
【００６２】
図７はさらに別の実施例を示しており、ここに示す例では、吸込チャンバＣ１や第二の天井側壁１７、第二の天井２０を省略し、非高度清浄域Ｓ２と天井内空間Ｃとを直接連通している。連通口１９は非高度清浄域Ｓ２と天井内空間Ｃとを隔てる第一の天井側壁１４に備えられ、冷却ユニット１１はコイル部分が天井内空間Ｃ内に位置するように連通口１９に設置されている（尚、冷却ユニット１１はここに示すように天井内空間Ｃ内ではなく、大部分が非高度清浄域Ｓ２側に位置するように設置しても良い）。非高度清浄域Ｓ２の上方で熱溜まりを形成する空気Ａは、第一の天井側壁１４に設けられた連通口１９を通り、冷却ユニット１１で冷却されつつ天井内空間Ｃに送られる。
【００６３】
この他に、天井内空間Ｃ内に複数箇所の吸込チャンバＣ１を設け、各吸込チャンバＣ１毎に冷却ユニット１１を備えることもできる。あるいは、天井内空間Ｃ以外の場所に吸込チャンバＣ１を設置しても良いし、また例えば、ダクトもしくはチューブ状の空間として吸込チャンバＣ１を構成することもできる。こうした配置は、高度清浄域Ｓ１への適切な送風や、空気Ａの冷却効率等を考慮して適宜決定すべきである。ただし、対象空間Ｓ内における床１上のスペースの有効利用や、冷却ユニット１１における経済的な熱交換（コイルの熱交換面積や列数、空気Ａの圧力損失）といった観点からは、本明細書や図面に示した各実施例の如く、吸込チャンバＣ１を天井内空間Ｃと同じ高さに形成すると共に吸込ダクト１８や連通口１９により空気Ａの流路を形成し、連通口１９に備えた冷却ユニット１１で空気Ａを冷却することが最も好ましく、且つ簡便である。
【００６４】
上記した本実施例における空気Ａの循環について、より詳しく説明する。高度清浄域Ｓ１の上方の天井３には、送風ユニット８がある程度の密度で設置されており、該送風ユニット８から下向きに吹き出される清浄な空気Ａは、ほぼダウンフローとなって高度清浄域Ｓ１に流れる。空気Ａは、被加工物４の受け渡しが行われる機器２の前面部２ａを下向きに流れ、塵埃を除去しながら垂壁１６の下端や機器２の端面を迂回し、側方流れとなって非高度清浄域Ｓ２ヘ押し出される。非高度清浄域Ｓ２では、空気Ａは天井３より上方に位置する吸込ダクト１８の入口に向かうアップフローとなる。
【００６５】
本実施例では、送風ユニット８における吹出温度は、例えば２０℃とする。すなわち、冷却ユニット１１で冷却されたうえで送風ユニット８のフィルタ（ＨＥＰＡ面）から吹き出される空気Ａの温度が２０℃である。天井内空間Ｃから送風ユニット８を通って２０℃で供給される空気Ａは、下方の高度清浄域Ｓ１へ送り込まれ、被加工物４が搬送される搬送レール６や、被加工物４の受け渡しが行われる機器２の前面部２ａへ吹き付けられる（図１及び図３〜図５参照）。高度清浄域Ｓ１を搬送車７により搬送される被加工物４は、送風ユニット８で浄化されて間のない清浄な空気Ａを吹き付けられ、クリーンに保たれる。
【００６６】
次に、空気Ａは、機器２同士の間や、機器２と垂壁１６との間、垂壁１６と床１面との間をすり抜けて非高度清浄域Ｓ２へ移る。非高度清浄域Ｓ２では被加工物４の受け渡しや搬送が行われないため、仮に高度清浄域Ｓ１から非高度清浄域Ｓ２へ至る途中で空気Ａの清浄度が低下したとしても、その状態の空気Ａが被加工物４に直接接触する虞はない。
【００６７】
上述の如く、機器２は前面部２ａが高度清浄域Ｓ１へわずかに突出する配置となっており、空気Ａは、高度清浄域Ｓ１から非高度清浄域Ｓ２へ移動するまでの間に機器２の前面部２ａから排熱を受け取る。この過程で前面部２ａから空気Ａが受け取る排熱は、機器２全体の発熱の例えば３割程度である。
【００６８】
空気Ａは、非高度清浄域Ｓ２に向かう間、機器２の前面部２ａ以外の部分（背面部２ｂ等）から排熱を受け取って昇温する。非高度清浄域Ｓ２は天井３が設置されず、スラブ面１５が露出した直天井構造となっているため、高温の空気Ａは非高度清浄域Ｓ２をスラブ面１５の近傍まで上昇し、熱溜まりを形成する。熱溜まりにおける空気Ａの温度は３０℃程度である。すなわち、機器２全体の排熱を受け取った結果、空気２は吹出温度の２０℃から１０℃程度昇温する計算である。前述のように、高度清浄域Ｓ１において空気Ａが機器２から受け取る排熱は機器２全体の発熱の３割程度なので、非高度清浄域Ｓ２へ移行する直前における空気Ａの温度は２３℃である。これは、基板等である被加工物品４にとって適正な温度である。冷却ユニット１１では、この機器２の前面部２ａにおける適正温度２３℃を保つため、非高度清浄域Ｓ２へ移行する直前の空気Ａの温度を制御点として計測し、冷媒Ｗからの熱交換量を制御する。尚、制御点の温度を計測するために、高度清浄域Ｓ１の下部における非高度清浄域Ｓ２との境目付近には温度センサが設置されるが、ここでは図示を省略している。
【００６９】
昇温した空気Ａが非高度清浄域Ｓ２を上昇する際、非高度清浄域Ｓ２の上方と、天井内空間Ｃとの間に設けられた第一の天井側壁１４が非高度清浄域Ｓ２を囲んで鉛直の逆向き槽のような役割を果たし、アップフローに機器２の発熱による上昇流が加わった空気Ａは、この逆向き槽状の空間で温度成層を形成しながらゆっくりと上方へ運搬されることになる。併せて、第一の天井側壁１４の下方に設けられた垂壁１６も同様の役割を果たす。ここで、非高度清浄域Ｓ２の平面積が高度清浄域Ｓ１の平面積と同等以上に設定されていると、全体としてゆっくりした空気Ａの流れが形成されやすく、安定した温度成層が形成されやすい。
この温度成層の下方における空気Ａの温度は、機器２からの排熱を受け取りつつも周辺の冷えた空気Ａと混合するため、２５℃前後である。温度成層の上方においては、上述の如く３０℃程度である。
【００７０】
また、垂壁１６は、高度清浄域Ｓ１と非高度清浄域Ｓ２との間を隔てることで、送風ユニット８から高度清浄域Ｓ１に供給されて間もない清浄且つ比較的低温の空気Ａに、非高度清浄域Ｓ２内の空気Ａが混合することを抑える機能をも担っている。送風ユニット８から下方へ向かう空気Ａの流れと、機器２の近傍から上方へ向かう空気Ａの流れを垂壁１６により分割することで、非高度清浄域Ｓ２内の空気Ａの状態（温度や清浄度）が、高度清浄域Ｓ１内の空気Ａの状態に大きく影響することを防いでいるのである。
【００７１】
尤も、高度清浄域Ｓ１にある程度の数の送風ユニット８を配置し、送風ユニット８のＨＥＰＡ面から下へ向かう空気Ａの送風量を確保すれば、仮に垂壁１６を設置しないとしても、高度清浄域Ｓ１においてはある程度強いダウンフローが形成されるので、一定の清浄度を保つことは可能である。ただし、高度清浄域Ｓ１における清浄度をより確実に保持するためには、やはり垂壁１６を設置することが好ましい。また、垂壁１６は、高度清浄域Ｓ１と非高度清浄域Ｓ２との空気Ａの温度差を確保するという点においても有用である。後述するように、空気Ａの循環の観点から、両領域間における空気Ａの温度差はある程度高く保たれている方が有利である。
【００７２】
非高度清浄域Ｓ２の上方を囲む第一の天井側壁１４の一部には、吸込チャンバＣ１に連通する吸込ダクト１８の入口が設けられており、非高度清浄域Ｓ２の上方で熱溜まりを形成する３０℃程度の空気Ａは、吸込ダクト１８を通って吸込チャンバＣ１へ移動する。空気Ａは、吸込チャンバＣ１から連通口１９を通過するにあたり、該連通口１９に設置された冷却ユニット１１にて冷却される。冷却ユニット１１に供給される冷媒Ｗの温度は、冷媒往き配管１２で１５℃であり、空気Ａは冷媒Ｗと熱交換して２０℃の吹出温度あるいはそれ以下まで冷却される。冷媒Ｗは、空気Ａとの熱交換の結果、温度が上昇し、冷媒還り配管１３では２０℃程度となる。この冷却性能は、冷却ユニット１１を構成するドライコイル内を流れる冷媒Ｗと、前記ドライコイルの表面を通過する空気Ａとの流れ方向を逆流にしておけば、前記ドライコイルの列数が少なくても実現可能である。こうして、空気Ａは２０℃程度の温度で天井内空間Ｃへ戻され、送風ユニット８から高度清浄域Ｓ１へ再度供給される。尚、空気Ａは送風ユニット８においてファンの発熱を受け取ることになり、その熱量は微々たるものであるが昇温し、送風ユニット８における吹出温度は２０℃（冷却ユニット１１における吹出温度よりわずかに高い）となる。
【００７３】
以上の如き空気Ａの循環は、上述の如く主に送風ユニット８におけるファンの動作により駆動されるが、このほかに、空気Ａの比重差も機能する。すなわち、高度清浄域Ｓ１には２０℃程度の空気Ａが供給される一方、非高度清浄域Ｓ２には２５℃前後〜３０℃程度の相対的に高温で比重の小さい空気Ａが位置することになり、こうした比重の差が手伝って、高度清浄域Ｓ１から垂壁１６の下方を回り込んだ空気Ａが、非高度清浄域Ｓ２において垂壁１６や第一の天井側壁１４に囲まれた空間内を上昇することになるのである。
【００７４】
このように、本実施例の空調システムでは、図８〜図１０に示す上記従来例とは各所における空気Ａの温度や冷媒Ｗの温度が異なっており、空調システム全体の平均温度を上記従来例と比較して底上げしつつ、機器２周囲の温度は非高度清浄域Ｓ２においては２５℃前後とし、高度清浄域Ｓ１に面する前面部２ａでは２３℃程度の適温を保つような制御が可能となっている。こうした温度設定は、対象空間Ｓ全体における排熱量を基準として設定温度を決め、対象空間Ｓ全体の温度を一律に管理するのではなく、対象空間Ｓ内に空気Ａの温度が相対的に高い領域と低い領域を設定し、特に冷却を要する領域（本実施例の場合は、機器２の周辺、特に前面部２ａ付近）をその他の領域（本実施例の場合は、非高度清浄域Ｓ２の上方）よりも上流側とすることで実現されている。換言すれば、冷却された空気Ａの供給対象を精密な温度制御が必要な高度清浄域Ｓ１に限定し、全体の温度場を温度に関する制約が緩やかな非高度清浄域Ｓ２の許容温度まで上昇させることで、冷却に必要な冷熱量を小さくしているのである。
【００７５】
こうすることにより、図示しない冷熱源では冷媒往き配管１２における冷媒Ｗの設定温度を上記従来例と比較して高くすることができるため（従来例では入口温度が１０℃、出口温度が１５℃。本実施例では入口温度が１５℃、出口温度が２０℃）、冷熱源における冷媒Ｗの冷却効率が向上し、冷却に必要なエネルギーが小さくなる。また、冷熱源においてフリークーリング（冷凍サイクルないし冷凍機によらず、外気の冷熱を利用する冷却形式）の可能な期間も拡大される（すなわち、従来例では外気が１０℃を大幅に下回る条件でのみ熱交換が可能であったのが、本実施例では１０℃以上１３℃未満の条件下でも可能になる）ため、併せて大幅な省エネルギー効果を見込める。また、冷媒往き温度を１５℃まで上げても、温度差を５℃として冷媒還り配管１３における冷媒Ｗの温度（冷媒還り温度）は２０℃となるので、凝縮器との温度差も問題なく、冷熱源での流量を十分に確保できるので冷熱源の運転に支障ない。
【００７６】
空気Ａの循環を駆動するエネルギーに関しても、本実施例では空気Ａの比重差により駆動される割合が大きくなっており、ここでも省エネルギー効果を得ることができる。すなわち、上記従来例では空気Ａの吹出温度は約１５℃、機器２の排熱を受け取った後の温度は２３℃前後であり、温度差は８℃程度であったが、本実施例では、空気Ａの吹出温度は約２０℃、非高度清浄域Ｓ２の上方で熱溜まりを形成する空気Ａの温度は３０℃程度であり、温度差は１０℃程度である。空気Ａの比重差は温度差に比例するため、本実施例の場合、上述の如き空気Ａの比重差による駆動力が大きくなる分、送風ユニット８において、空気Ａの循環に必要なファンの駆動エネルギーが小さく済む。
【００７７】
ここで、上述の如く吸込ダクト１８がスラブ面１５の直下に設置されていると、非高度清浄域Ｓ２の上方で熱溜まりを形成する３０℃程度の温度の高い空気Ａを吸込ダクト１８から定常的に吸い込み、冷却することになる。冷熱を運搬する空気Ａの温度差が、上記従来例では８℃だったところ、本実施例では１０℃の大温度差となるので、同じ熱量を運搬するのに必要な風量は８／１０となり、送風量を２割も減らすことができる。また、比重差による駆動力を得る上でもより有利である。
【００７８】
また、全体的に空気Ａの温度が高くなっていることは、空気Ａの除湿を防止する上でも好都合である。上に説明したように、１気圧の条件下で２３℃における相対湿度が４５％の空気Ａを想定した場合、露点温度は１０℃程度であるが、本実施例の空調システムでは、最も温度が低い冷却ユニット１１における冷媒Ｗの入口温度が１５℃であるので、冷却ユニット１１を構成するコイルチューブの表面温度が空気Ａの温度が露点温度を下回ることはなく、前記コイルチューブの表面で空気Ａ中の水蒸気が凝縮して空気Ａが除湿されるような事態はほぼ生じなくなる。
【００７９】
また、上述の如き温度管理に関するエネルギー面での利点と同時に、本実施例の空調システムは、清浄度の管理においても品質及びコストの面で利点を有している。すなわち、本実施例では、上述の如く対象空間Ｓのうち高度清浄域Ｓ１に送風ユニット８からの空気Ａを集中して供給することで、大きい空間内の空気Ａを一律に清浄化する場合と比較して必要な送風ユニット８の設置台数を減らすことも可能である。こうして、空気の清浄化にかかるコストを節減すると共に、高度清浄域Ｓ１では高い清浄度を実現しているのである。
【００８０】
この際、空気清浄の対象空間Ｓとして、仕切りのない大空間を設定できることも本実施例における利点の一つである。送風ユニット８の集中配置により、床１上に仕切りがなくとも局所的に清浄度の高い高度清浄域Ｓ１を設定することができ、大空間である対象空間Ｓを利用する上で高い清浄度と自由度を両立できるのである。ここで、高度清浄域Ｓ１と非高度清浄域Ｓ２との境界の床１や機器２よりも上の位置に垂壁１６を設置すれば、高度清浄域Ｓ１においては清浄度に関して一層高い信頼性を保ちつつ、床１上における機器２のレイアウト変更等には柔軟に対応することができる。
【００８１】
ここで、クリーンルームにおける被加工物の加工においては、各工程間における時間のミスマッチング等のために、一時的に被加工物を対象空間内の一部にストックする必要がある場合がある。この被加工物のストック場所に関し、間仕切り式の古い型のクリーンルームでは、例えば垂直棚式のストッカーを対象空間の床上に備えるようにしていたが、上記従来例や本実施例の如き天井搬送装置５を採用したクリーンルームの場合、搬送レール６に天井搬送のストック用待避線を設け、ストッカーの機能を天井搬送装置５に代替させることが可能である。こうすることで、床上に間仕切りを備えることによる機器配置自由度の低下や、高価な床上搬送のイニシャルコストを削減することに成功している。
【００８２】
尤も、天井搬送装置５にも移設に関する不自由さがあることは否めない。つまり、搬送レール６は天井構造物やスラブ面１５から吊られて強固に固定されており、これを清浄度に影響しないよう配置を変更したり、移設する工事には手間やコストが嵩み、工場としての工程を停止する期間も長く生産に影響する。このため、結局、被加工物４の搬送ルートはある程度固定化されるし、また、機器２の配置も搬送レール６の配置によって影響される。したがって、本発明に限らず大空間の天井搬送を用いるクリーンルームは、対象空間Ｓにおける高度清浄域Ｓ１の位置はある程度固定されることになる。ところが、本発明においては大空間のクリーンルームを実現するにあたり、ある程度位置が固定される対象空間Ｓにおける高度清浄域Ｓ１の位置を逆手に取り、本実施例では、ある程度固定された高度清浄域Ｓ１に対し、送風量に応じた台数の送風ユニット８を発熱も考慮しながら自在に設置できるという点で、上記従来例と比較して有利である。また、非高度清浄域Ｓ２の中では、機器２の配置転換は自由にできる。
【００８３】
さらに、本実施例では、上記従来例の如きレタンシャフト１０（図８、図９参照）を不要とし、対象空間Ｓをより有効に利用することができるようになっている。すなわち、上記従来例においては、対象空間Ｓに供給した空気Ａを床下から天井３の上方へ戻すためのレタンシャフト１０が必要であり、このレタンシャフト１０の分だけ空間に無駄が生じて利用効率が低下していた。一方、本実施例の場合、対象空間Ｓのうち高度清浄域Ｓ１に送られた空気Ａは、同じ対象空間Ｓ内の別の領域である非高度清浄域Ｓ２内を上昇して天井内空間Ｃへ戻る。いわば、第一の天井側壁１４や垂壁１６、及びそれらに囲まれた非高度清浄域Ｓ２がレタンシャフト１０の代わりをする形であるが、第一の天井側壁１４や垂壁１６は上述の如く床１より上にあり、垂壁１６の寸法は機器２の移動を妨げないように設定されている。よって、これらが対象空間Ｓの利用に関して自由度を下げることはない。こうして、本実施例においては、維持に高い費用を要するクリーン空間の利用効率を高めている。
【００８４】
また、実施例の空調システムでは、高度清浄域Ｓ１での強いダウンフローの後、側方流れから非高度清浄域Ｓ２におけるアップフローへ転換する流れにより、床下の空間を経ることなく空気Ａが循環される。上記従来例においては、古い型のクリーンルームと比べれば少ない風量で、空気Ａを確実に循環させるために、上げ床１ａの開孔９から床下の空間に空気Ａを引き込んで下向きの気流を形成していた。これに対し、本実施例では空気Ａの循環に床下の空間を利用する必要がない。よって、床下の空間を別の用途、例えば機器２の補機を設置する専用のエリアや、何らかの作業用の空間等として利用することができる。あるいは、図１〜図３では床１を上げ床として図示しているが、クリーンルームの用途等によっては上げ床を設けず、スラブ床の床面、あるいは上げ床とせずにスラブ床の床面に沿って設けた床面をそのまま床１として利用することも可能である。また、上記従来例では開孔９からの吸込み気流の調整に手間がかかっていたが、こうした操作も不要となる。
【００８５】
また、本実施例では特に清浄度を高く保つべき対象として半導体ウエハや基板等である被加工物４を想定し、該被加工物４の搬送や受け渡しが行われる搬送レール６に沿った領域を高度清浄域Ｓ１と設定しているが、高度清浄域Ｓ１の形状や構成はこれに限定されるものではない。本明細書中では上述の如く、「対象空間Ｓのうち、他の領域と比較して高い清浄度が要求される領域」を高度清浄域Ｓ１と定義しているが、対象空間Ｓの用途等によっては、本実施例の如き搬送レール６の周辺以外にも種々の「他の領域と比較して高い清浄度が要求される領域」を高度清浄域Ｓ１として設定し得る。また、高度清浄域Ｓ１の配置は当然、対象空間Ｓ自体の形状によっても異なってくる。高度清浄域Ｓ１の配置や構成等は、こうした様々な場合に応じて設定されるものであって、図１〜図５や図６、図７に示した各実施例とは異なる種々の高度清浄域Ｓ１が想定され得ることは勿論である。
【００８６】
以上のように、上記各実施例においては、対象空間Ｓのうち、他の領域に比べて高い清浄度の要求される領域を高度清浄域Ｓ１に設定すると共に、該高度清浄域Ｓ１以外の領域を非高度清浄域Ｓ２に設定し、対象空間Ｓに浄化した空気Ａを供給する送風ユニット８は、高度清浄域Ｓ１の上方に位置する天井３に設置され、且つ送風ユニット８から供給される空気Ａは高度清浄域Ｓ１に集中して供給され、高度清浄域Ｓ１に供給された空気Ａは床１上を通って非高度清浄域Ｓ２に至り、該非高度清浄域Ｓ２内を上昇するよう構成されている。こうすることにより、空気Ａの清浄化に係るコストを節減すると共に、高度清浄域Ｓ１では高い清浄度を実現することができる。また、高度清浄域Ｓ１に対し空気Ａをダウンフローにて供給することができ、且つ空気Ａの循環に床下の空間を利用する必要がない。
【００８７】
また、各実施例においては、天井３高さから上方に、空気Ａを冷却する冷却ユニット１１を配置しているので、対象空間Ｓ内のスペースを有効利用する上で好適である。
【００８８】
また、各実施例においては、高度清浄域Ｓ１と非高度清浄域Ｓ２との間における床１より上方の位置に、鉛直方向に沿って延びる垂壁１６を設けているので、高度清浄域Ｓ１を送風ユニット８から下方へ向かう空気Ａの流れと、非高度清浄域Ｓ２を上方へ向かう空気Ａの流れを垂壁１６で分割することにより、非高度清浄域Ｓ２内の空気Ａの状態が、高度清浄域Ｓ１内の空気Ａの状態に大きく影響することを防ぐことができる。
【００８９】
また、各実施例において、高度清浄域Ｓ１の上方には、送風ユニット８の設置された天井３と、該天井３より上方に位置するスラブ面１５が位置し、高度清浄域Ｓ１の上方における天井３とスラブ面１５に挟まれた空間は、天井側壁１４により天井内空間Ｃとして画成され、送風ユニット８は、天井内空間Ｃから高度清浄域Ｓ１へ下向きに空気Ａを供給するよう天井３に設置され、非高度清浄域Ｓ２内の空気Ａは、天井内空間Ｃを経由すると共に、天井３高さから上で冷却されて送風ユニット８から高度清浄域Ｓ１に供給されるようになっているので、冷却された空気Ａの供給対象を精密な温度制御が必要な高度清浄域Ｓ１に限定し、全体の温度場を温度に関する制約が緩やかな非高度清浄域Ｓ２の許容温度まで上昇させることで、冷却に必要な冷熱量を小さくすることができる。
【００９０】
また、各実施例において、天井３は、構成材を格子状に組んだ天井セルを備えて構成することができ、このようにすれば、送風ユニット８を天井３に設置するにあたり好適である。
【００９１】
また、各実施例においては、天井３高さから上方に空気Ａを冷却する冷却ユニット１１を配置し、該冷却ユニット１１により冷却された空気Ａが天井内空間Ｃから送風ユニット８により高度清浄域Ｓ１に供給されるようにしているので、対象空間Ｓ内のスペースを有効利用する上でさらに好適である。
【００９２】
また、上記実施例の一部において、非高度清浄域Ｓ１の上方には、スラブ面１５と、該スラブ面１５の一部の下方に位置する第二の天井２０が位置し、非高度清浄域Ｓ２の上方におけるスラブ面１５と第二の天井２０に挟まれた空間は、第二の天井側壁１７により吸込チャンバＣ１として画成され、非高度清浄域Ｓ２から天井内空間Ｃへ移動する空気Ａは、前記第二の天井側壁の開口から吸込チャンバＣ１を経由すると共に、該吸込チャンバＣ１から天井内空間Ｃへ至る経路に設置された冷却ユニット１１で冷却された上で送風ユニット８により高度清浄域Ｓ１に供給されるようにしているので、対象空間Ｓ内のスペースを有効利用する上で一層好適である。
【００９３】
また、上記実施例の一部において、第二の天井２０は、天井３と同じ高さで連続し、吸込チャンバＣ１は、天井内空間Ｃと隣接させているので、第二の天井２０にかかる設置の手間やコストの面で簡便である。
【００９４】
また、上記実施例の一部においては、天井側壁１４に連通口１９を設けると共に、該連通口１９に冷却ユニット１１を設置し、非高度清浄域Ｓ２内の空気Ａは、連通口１９から前記天井内空間へ導かれるようにすることができる。
【００９５】
また、各実施例において、対象空間Ｓには、高度清浄域Ｓ１の上方に設置され、被加工物４を搬送する天井搬送装置５を構成する搬送レール６を設置し、高度清浄域Ｓ１として、搬送レール６の周辺の領域を設定することができる。
【００９６】
したがって、上記各実施例によれば、対象空間内において要求される温度と清浄度を満足しつつ、コストの増大を抑え、省エネルギーと共に対象空間の有効利用を図り得る。
【００９７】
尚、本発明のクリーンルームの空調システムは、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００９８】
１    床
３    天井
４    被加工物
５    天井搬送装置
６    搬送レール
８    送風ユニット
１１    冷却ユニット
１４    天井側壁
１５    スラブ面
１６    垂壁
１７    第二の天井側壁
１９    連通口
２０    第二の天井
Ａ    空気
Ｃ    天井内空間
Ｃ１  吸込チャンバ（第二の天井内空間）
Ｓ    対象空間
Ｓ１  高度清浄域
Ｓ２  非高度清浄域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2019090547.tif 000007
【図６】
2019090547.tif 000008
【図７】
2019090547.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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