クリーンルームのコア分析

導入

クリーンルームは汚染防止の基礎です。クリーンルームがなければ、汚染に敏感な部品を大量生産することはできません。 FED-STD-2では、クリーンルームは、空気ろ過、配布、最適化、建設材料および機器を備えた部屋として定義されています。ここでは、適切な粒子清浄度レベルを達成するために、空中粒子の濃度を制御するために特定の定期的な動作手順が使用されます。

クリーンルームで良好な清潔効果を達成するためには、合理的な空調浄化措置を講じることに焦点を当てる必要があります。また、対応する測定を行うためにプロセス、建設、その他の専門分野を要求する必要があります。仕様に従って設置、およびクリーンルームと科学的メンテナンスと管理の正しい使用。クリーンルームで良い効果を達成するために、多くの国内および外国の文献がさまざまな視点から説明されています。実際、さまざまな専門分野間の理想的な調整を実現することは困難であり、設計者が建設と設置の質、特に後者、特に使用と管理の質を把握することは困難です。クリーンルームの浄化措置に関する限り、多くの設計者、または建設者でさえ、必要な条件に十分な注意を払わないことが多く、不十分な清潔効果をもたらします。この記事では、クリーンルームの浄化措置で清潔さの要件を達成するために必要な4つの条件について簡単に説明します。

1。空気供給の清潔さ

空気供給の清潔さが要件を満たすことを確認するために、キーは浄化システムの最終フィルターのパフォーマンスと設置です。

フィルター選択

精製システムの最終フィルターは、一般にHEPAフィルターまたはサブヘパフィルターを採用しています。私の国の基準によれば、HEPAフィルターの効率は4つのグレードに分割されます。クラスAは99.9％以上、クラスBは99.9％以上、クラスCは99.99％以上、クラスDは（粒子≥0.1μm）≥99.999です。 ％（Ultra-Hepaフィルターとも呼ばれます）;サブヘパフィルターは（粒子≥0.5μmの場合）95〜99.9％です。効率が高いほど、フィルターはより高価です。したがって、フィルターを選択するときは、空気供給の清潔さの要件を満たすだけでなく、経済的合理性を考慮する必要があります。

清潔さの要件の観点から見ると、原則は、低レベルのクリーンルームに低パフォーマンスフィルターを使用し、高レベルのクリーンルームには高性能フィルターを使用することです。一般的に言えば、100万レベルに高および中程度の効率フィルターを使用できます。サブヘパまたはクラスA HEPAフィルターは、クラス10,000未満のレベルに使用できます。クラスBフィルターは、クラス10,000〜100に使用できます。クラスCフィルターはレベル100から1に使用できます。各清浄度レベルに選択できるフィルターには2つのタイプがあるようです。高性能または低パフォーマンスのフィルターを選択するかどうかは、特定の状況に依存します。環境汚染が深刻な場合、または屋内排気比が大きい場合、またはクリーンルームが特に重要であり、これらまたは1つでより大きな安全因子が必要です。これらの場合、高級フィルターを選択する必要があります。それ以外の場合、低パフォーマンスフィルターを選択できます。 0.1μmの粒子を制御する必要があるクリーンルームの場合、制御された粒子濃度に関係なく、クラスDフィルターを選択する必要があります。上記は、フィルターの観点からのみです。実際、適切なフィルターを選択するには、クリーンルーム、フィルター、浄化システムの特性も完全に考慮する必要があります。

フィルターインストール

空気供給の清潔さを確保するには、適格なフィルターのみを持つだけでなく、次のことを確保するだけでは十分ではありません。輸送や設置中にフィルターは損傷していません。 b。インストールはタイトです。最初のポイントを達成するには、浄化システムの設置と熟練したインストールスキルの両方に関する知識の両方で、建設と設置の担当者を十分に訓練する必要があります。それ以外の場合は、フィルターが損傷しないようにすることは困難です。この点で深い教訓があります。第二に、取り付けの緊張の問題は、主に設置構造の品質に依存します。デザインマニュアルは通常、次のことをお勧めします。単一のフィルターの場合、オープンタイプのインストールが使用されているため、漏れが発生しても部屋に漏れません。完成したHEPAエアアウトレットを使用すると、タイトネスも簡単に保証できます。複数のフィルターの空気の場合、近年ゲルシールと陰圧シーリングがよく使用されています。

ゲルシールは、液体タンクのジョイントが狭くなり、全体のフレームが同じ水平面上にあることを確認する必要があります。負圧シーリングは、フィルターと静的圧力ボックスの間の関節の外側周辺を、負圧状態のフレームにすることです。オープンタイプのインストールのように、たとえ漏れがあったとしても、部屋に漏れません。実際、インストールフレームがフラットで、フィルターエンドフェイスがインストールフレームと均一に接触している限り、フィルターを任意のインストールタイプのインストールタイトネス要件を簡単に満たすことができます。

2。空気流

クリーンルームの空気流の組織は、一般的な空調部屋の組織とは異なります。最初に最もきれいな空気を動作エリアに届ける必要があります。その機能は、処理されたオブジェクトへの汚染を制限し、減らすことです。この目的のために、気流組織を設計する際には、次の原則を考慮する必要があります。渦電流を最小限に抑えて、作業エリアの外側からの汚染を職場に持ち込むことを避けます。粉塵がワークピースを汚染する可能性を減らすために、二次塵が飛ぶのを防ぐようにしてください。作業エリアの気流はできるだけ均一でなければならず、その風速はプロセスと衛生要件を満たす必要があります。エアフローが戻りエアアウトレットに流れると、空気中のほこりが効果的に取り除かれます。さまざまな清潔さの要件に従って、さまざまな空気配送モードとリターンモードを選択します。

さまざまなエアフロー組織には、独自の特性とスコープがあります。

（1）。垂直方向の流れ

均一な下向きの気流を取得し、プロセス機器の配置を促進し、強力な自己浄化能力を促進し、個人浄化施設などの一般的な施設を簡素化するという一般的な利点に加えて、4つの空気供給方法には独自の利点と欠点があります。覆われたHEPAフィルターには、低抵抗と長いフィルター置換サイクルの利点がありますが、天井構造は複雑でコストが高くなります。サイドで覆われたHEPAフィルターのトップ配信とフルホールプレートのトップ配信の利点と短所は、フルカバーされたHEPAフィルタートップ配信の利点とは反対です。その中で、フルホールプレートのトップ配信は、システムが継続的に動作していない場合、オリフィスプレートの内面にほこりを簡単に蓄積でき、メンテナンスが不十分な場合、清潔さにある程度の影響があります。密なディフューザーのトップ配達には混合層が必要なため、4mを超える背の高いクリーンルームにのみ適しています。その特性は、フルホールプレートのトップ配信に似ています。両側にグリルを備えたプレートの戻り空気方法と、反対側の壁の底に均等に配置された返品空気の出口は、両側に6m未満のネット間隔を持つクリーンルームにのみ適しています。シングルサイドの壁の底に配置された返品のアウトレットは、壁の間に小さな距離（≤<2〜3mなど）のクリーンルームにのみ適しています。

（2）。水平方向の一方向の流れ

最初の作業領域のみが100の清潔さレベルに達することができます。空気が反対側に流れると、粉塵濃度が徐々に増加します。したがって、同じ部屋の同じプロセスの清潔さが異なるクリーンルームにのみ適しています。空気供給壁にHEPAフィルターのローカル分布は、HEPAフィルターの使用を減らし、初期投資を節約できますが、ローカルエリアには渦があります。

（3）。乱流気流

オリフィスプレートのトップデリバリーの特性と高密度ディフューザーの最上位配信は、上記のものと同じです。サイドデリバリーの利点はパイプラインを簡単に配置できます。 。欠点は、作業領域の風速が大きく、風下側のほこりの濃度が風上側の粉濃度よりも高いことです。 HEPAフィルターアウトレットの最上位配信には、単純なシステムの利点があり、HEPAフィルターの背後にあるパイプラインはなく、クリーンエアフローは作業エリアに直接送達されますが、きれいな気流はゆっくりと拡散し、作業エリアのエアフローはより均一です。ただし、複数の空気が均等に配置されている場合、またはディフューザーを備えたHEPAフィルターエアコンセントを使用すると、作業エリアの気流をより均一にすることもできます。しかし、システムが継続的に実行されていない場合、ディフューザーはほこりの蓄積を起こしやすいです。

上記の議論はすべて理想的な状態であり、関連する国家仕様、基準、または設計マニュアルによって推奨されています。実際のプロジェクトでは、エアフロー組織は、客観的な条件やデザイナーの主観的な理由により、十分に設計されていません。一般的なものは次のとおりです。垂直一方方向の流れは、隣接する2つの壁の下部からの返品空気を採用し、ローカルクラス100は上位の配達と上位のリターンを採用します（つまり、地元の航空コンセントの下にハンギングカーテンは追加されません）、乱流のクリーンルームは採用されますHEPAフィルターエアアウトレットトップデリバリーとアッパーリターンまたはシングルサイドの低いリターン（壁の間の大きな間隔）など。これらの気流組織の方法が測定されており、それらの清潔さのほとんどは満たされません設計要件。空の受け入れまたは静的な受け入れのための現在の仕様により、これらのクリーンルームのいくつかは、空または静的な条件で設計された清潔さレベルにほとんど到達しませんが、汚染防止干渉能力は非常に低く、クリーンルームが作業状態に入ると、要件を満たしていません。

正しいエアフロー組織は、現地の作業エリアの高さまでカーテンを貼り付けて設定する必要があり、クラス100,000は上位の配達と上位のリターンを採用すべきではありません。さらに、ほとんどの工場では、現在、ディフューザーを備えた高効率のエアコンセントを生産しており、そのディフューザーは装飾的なオリフィスプレートのみであり、拡散気流の役割を果たしていません。デザイナーとユーザーは、これに特別な注意を払う必要があります。

3。空気供給量または空気速度

十分な換気量は、屋内汚染された空気を希釈して除去することです。さまざまな清潔さの要件によれば、クリーンルームの正味の高さが高い場合、換気頻度を適切に増やす必要があります。その中で、100万レベルのクリーンルームの換気量は、高効率精製システムに従って考慮され、残りは高効率精製システムに従って考慮されます。クラス100,000のクリーンルームのHEPAフィルターが機械室に集中するか、システムの終わりにサブヘパフィルターが使用されると、換気頻度を10〜20％増加させることができます。

上記の換気量の推奨値については、著者は次のように信じています。一方向の流れのクリーンルームの部屋のセクションを通る風速は低く、乱流のクリーンルームには十分な安全係数がある推奨値があります。垂直一方向の流量≥0.25m/s、水平方向の一方向の流れ≥0.35m/s。空の条件または静的条件でテストすると、清潔さの要件を満たすことができますが、汚染防止能力は低くなります。部屋が作業状態に入ると、清潔さは要件を満たさない可能性があります。このタイプの例は、孤立したケースではありません。同時に、私の国の人工呼吸器シリーズには、浄化システムに適したファンはいません。一般的に、設計者はしばしばシステムの空気抵抗を正確に計算しないか、選択したファンが特性曲線のより好ましい作業ポイントにあるかどうかに気付かないため、空気量または風速が設計値に到達することに失敗します。システムが動作した後。米国連邦標準（FS209A〜B）は、クリーンルームの断面を通る一方向のクリーンルームの気流速度が通常90フィート/min（0.45m/s）に維持されており、速度の不均一性は±20％以内であることを規定しています。部屋全体に干渉がない状態で。気流速度の大幅な減少は、作業位置間の自己洗浄時間と汚染の可能性を高めます（1987年10月のFS209Cの公布後、ダスト濃度以外のすべてのパラメーターインジケーターについては規制は行われませんでした）。

このため、著者は、単方向の流速の現在の国内設計価値を適切に増やすことが適切であると考えています。私たちのユニットは実際のプロジェクトでこれを行っており、その効果は比較的良いです。乱流のクリーンルームには、比較的十分な安全因子を備えた推奨価値がありますが、多くのデザイナーはまだ保証されていません。特定のデザインを作成するとき、クラス100,000のクリーンルームの換気量を20〜25回/h、クラス10,000クリーンルームに30〜40回/h、クラス1000クリーンルームを60〜70回/hに増やします。これにより、機器の容量と初期投資が増加するだけでなく、将来のメンテナンスと管理コストも増加させます。実際、そうする必要はありません。私の国の航空清掃技術対策を編集するとき、中国のクラス100以上のクリーンルームが調査され、測定されました。多くのクリーンルームが動的な条件下でテストされました。結果は、クラス100,000の換気量が10回以上/h、クラス10,000のクリーンルーム≥20回/h、およびクラス1000のクリーンルームが50回以上/hが要件を満たすことを示しました。米国連邦標準（FS2O9a〜b）が規定：非統合的なクリーンルーム（クラス100,000、クラス10,000）、客室の高さ8〜12フィート（2.44〜3.66m）は、通常、3分ごとに少なくとも1回は部屋全体を換気することを検討してください（すなわち20回/h）。したがって、設計仕様は大きな余剰係数を考慮しており、設計者は換気量の推奨値に従って安全に選択できます。

4。静的圧力差

クリーンルームで特定のポジティブプレッシャーを維持することは、設計された清潔さを維持するためにクリーンルームが汚染されていないことを保証するための重要な条件の1つです。ネガティブプレッシャークリーンルームであっても、一定の陽性を維持するために、清潔さレベルよりも低くない清潔さのある部屋またはスイートがなければなりません。そうすれば、負圧クリーンルームの清潔さを維持できるようにします。

クリーンルームの陽圧値は、すべてのドアと窓が閉じているときの屋内静的圧力が屋外の静圧よりも大きい場合の値を指します。浄化システムの空気供給量は、復帰空気量と排気空気量よりも大きいという方法によって達成されます。クリーンルームのポジティブ圧力を確保するために、供給、返品、排気ファンが介入されることが好ましいです。システムがオンになると、最初に供給ファンが開始され、次にリターンと排気ファンが開始されます。システムがオフになると、排気ファンが最初にオフになり、その後、システムがオン /オフになったときにクリーンルームが汚染されないように、返品と供給ファンがオフになります。

クリーンルームの陽圧を維持するために必要な空気量は、主にメンテナンス構造の気密性によって決定されます。私の国のクリーンルームの建設の初期には、エンクロージャー構造の気密性が低いため、5pa以上の陽圧を維持するのに2〜6倍/hの空気供給が必要でした。現在、メンテナンス構造の気密性は大幅に改善されており、同じ陽圧を維持するために必要な空気供給は1〜2回/hのみです。 10pa以上を維持するには、空気供給の2〜3回のみが必要です。

私の国の設計仕様[6]は、異なるグレードのクリーンルームと清潔な領域と非クリーンエリアの間の静圧差は0.5mm H2O（〜5pa）、および清潔な領域間の静的圧力差が必要であると規定しています。屋外は1.0mm H2O（〜10pa）以上でなければなりません。著者は、この価値が3つの理由で低すぎるように見えると考えています。

（1）陽圧とは、ドアと窓の間の隙間を介した屋内大気汚染を抑制する能力、またはドアと窓が短時間開かれたときに部屋に浸透する汚染物質を最小限に抑える能力を指します。陽圧のサイズは、汚染抑制能力の強度を示しています。もちろん、陽圧が大きいほど、より良い（後で説明します）。

（2）陽圧に必要な空気体積は限られています。 5PAの陽圧と10PAの陽圧に必要な空気体積は、約1時間/h異なります。どうしてそれをしないの？明らかに、陽圧の下限を10Paとして取る方が良いです。

（3）米国連邦標準（FS209A〜B）は、すべての入り口と出口が閉じられている場合、クリーンルームと隣接する低清浄度エリアとの間の最小の陽圧差が0.05インチの水柱（12.5pa）であると規定しています。この価値は多くの国で採用されています。しかし、クリーンルームのポジティブプレッシャー値は、それが高くなることはありません。 30年以上にわたるユニットの実際のエンジニアリングテストによると、陽圧値が30pa以上の場合、ドアを開けることは困難です。不注意にドアを閉めると、それは強打されます！それは人々を怖がらせるでしょう。陽圧値が50〜70pa以上の場合、ドアと窓の間の隙間は口whiを吹き、弱い症状や不適切な症状のあるものは不快に感じるでしょう。ただし、国内外の多くの国の関連する仕様または基準は、陽圧の上限を指定していません。その結果、多くのユニットは、上限の量に関係なく、下限の要件を満たすことのみを求めています。著者が遭遇した実際のクリーンルームでは、陽性の値は100pa以上高く、その結果、非常に悪い影響があります。実際、陽圧を調整することは難しいことではありません。特定の範囲内でそれを制御することは完全に可能です。東ヨーロッパの特定の国が陽圧値を1-3mm H20（約10〜30pa）と規定するという文書がありました。著者は、この範囲がより適切であると考えています。