JP2015014433A - ファンフィルターユニット - Google Patents

Abstract

【課題】
清浄空間を必要とする装置やクリーンルーム等の密閉空間の天井部に用いられるファンフィルターユニットにおいて、ファン直下の風速低下を改善して、ファンの下方に配置されるフィルターから吹き出される風速を均一化する。
【解決手段】
ファンフィルターユニット８０は、清浄空間の上部に配置され遠心ファン１４を有するターボファンユニット１０とこのターボファンユニットの下方に配置されるフィルター３０とを有する。遠心ファンの吐出口１４ｄよりも外径側であって周囲部に、遠心ファンの吐出口に対し上下方向が部分的に重なるように、断面凹型の風向偏向板２０を配置した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、清浄空間を必要とする装置や室内環境で使用されるファンフィルターユニットに関する。

従来のファンフィルターユニットの例が、特許文献１や特許文献２に記載されている。特許文献１に記載のものでは、薄型で風速分布を均一にするために、ファンフィルターユニットの箱体状のチャンバー内にファンを設け、フィルターをファンの下流及びチャンバーに隣接して設けている。そして、ファンの外周部に誘導板を設け、誘導板を空気が流れるにつれ、フィルターと誘導板との距離が小さくなるようにしている。特許文献２に記載のファンフィルターユニットでは、ファン軸に回転対称に２個のダクトを設け、ファンから吐出される流れをファン中心側に導いている。

特開２００６−２７５３１２号公報 特開２００７−１０１１４７号公報

従来のファンフィルターユニットでは、遠心ファンから吐出される清浄空気が、一旦この遠心ファンを収容するファンケース内壁に衝突してから内壁に沿ってフィルターへ向かっていた。そのため、ファンケース内部では、遠心ファン軸にほぼ垂直に配置されたフィルターに清浄空気が均一に流入せず、フィルターから流出する風速に大小が生じ、ファンフィルターから均一で清浄な風を得たいという市場要望に応えることが困難であった。

この不具合を解消するため、上記特許文献１や特許文献２に記載のファンフィルターユニットでは、遠心ファンから吐出される清浄空気の一部を、ファンケース内壁近傍に形成した誘導板や、ファン軸から僅かに偏心して対称配置したダクトを用いて、ファンの中心部へも清浄空気を導くようにしている。これらのファンでも流速分布は改善されるが、市場からの流速の均一性の要求はさらに高まっている。また、部分流量時における流速の不均一性については、十分には考慮されていない。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、清浄空間を必要とする装置やクリーンルーム等の密閉空間の天井部に用いられるファンフィルターユニットにおいて、ファン直下の風速低下を改善して、ファンの下方に配置されるフィルターから吹き出される風速を均一化することにある。本発明の他の目的は、上記ファンフィルターユニットにおいて、部分流量時においてもファンから吐出される流れを均一化することにある。

上記目的を達成する本発明のファンフィルターユニットは、清浄空間の上部に配置され、ターボファンとこのターボファンの下方に配置されるフィルターとを有している。そして、前記ターボファンの吐出口よりも外径側であって周囲部に、前記ターボファンの吐出口に対し上下方向が部分的に重なるように、断面凹形の風向偏向板を配置したことを特徴とする。

本発明によれば、清浄空間を必要とする装置やクリーンルーム等の清浄空間の天井部に用いられるファンフィルターユニットにおいて、遠心ファンの出口に近接してこの遠心ファンから吐出される空気を低抵抗でファン軸中心部へ導く風向偏向板をほぼ全周にわたり設けたので、ファン直下の風速低下が改善され、ファン下方に配置されるフィルターから吹き出される風速を均一化できる。また、この構成により部分流量時においても、風速が均一化される。

本発明に係るファンフィルターユニットを備えたクリーンルームの一実施例の正面断面図及び上面図である。 図１に示したファンフィルターユニットの正面断面図である。 図２に示したファンフィルターユニットの要部の分解斜視図である。 試験条件を説明する図である。 試験結果の一例を示す図である。 本発明に係るファンフィルターユニットの他の実施例の要部斜視図である。 本発明に係るファンフィルターユニットのさらに他の実施例の要部斜視図である。

以下、本発明に係るファンフィルターユニットのいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。図１は、本発明に係るファンフィルターユニット８０を備える清浄空間を必要とする装置１００の一実施例の上面図(図１(ａ)及び正面断面図(図１(ｂ))である。図２は、図１(ｂ)の拡大詳細図であり、ファンフィルターユニット８０部を示す図である。図３は、図２に示したファンフィルターユニット８０の要部の分解斜視図である。

清浄空間を必要とする装置１００は、４隅に上下方向に延びる支持柱１２ｂを有し、この支持柱１２ｂの上面を覆うように天板１２ａが配設されている。天板１２ａには、その長手方向３か所に、ほぼ等ピッチで詳細を後述するファンユニット１０を取り付けるための孔が形成されている。この３個の孔のそれぞれを中心として、ほぼ正方形で中央部に孔が形成されたファン取付板１６が天板１２ａの上面に取り付けられている。清浄空間を必要とする装置１００の長手方向であって各ファンユニット１０間に、各ファンユニット１０から吐出される空気同士が衝突して流れを乱さないように、清浄空間を必要とする装置１００の幅方向全体にわたって延びる仕切板２８が設けられている。仕切板２８の上端は、天板１２ａに接続している。仕切板２８の下端は、後述するファンベース１３の高さよりやや下の高さに位置している。

ファン取付板１６に形成された孔に、ファンユニット１０のベルマウス１５が嵌合して取り付けられている。ベルマウス１５は、ファンユニット１０のターボファン(遠心ファン)１４の吸込み口に連接する。ターボファン１４は、モータ１８の回転軸に取り付けられ、モータ１４により回転駆動される。モータ１８は、ファンベース１３に固定されている。このファンベース１３を保持するために、ファンベース１３とファン取付板１６とを、複数のステー１７で上下方向に接続している。

ファンユニット１０の下方には、所定距離だけ離れて、清浄空間を必要とする装置１００の敷地面積とほぼ同じ大きさのフィルターユニット３０が天板１２ａにほぼ平行に配設されている。フィルターユニット３０はファンユニット１０とともに、ファンフィルターユニット８０を構成する。フィルターユニット３０は、清浄空間を必要とする装置１００の外郭とほぼ同じ形状のフィルターケース３１と、このフィルターケース３１に保持された高性能なフィルター３２、いわゆるＵＬＰＡフィルターやＨＥＰＡフィルターとで構成されている。清浄空間を必要とする装置１００の外周部は、本体装置内部壁面１２ｃや仕切り壁で覆われている。なお、正常空間を必要とする装置の大きさに応じて、ファンユニット１０の個数を増減可能である。

ここで本発明の特徴的構成として、図３に示すようにターボファン１４の周囲であって複数個所に、ほぼ等ピッチでターボファン１４から吐出される流れの一部を偏向させる風向偏向板２０を設けている。風向偏向板２０はファンベース１３の下面に配置された風向偏向板取付板２１に保持されており、風向偏向板取付板２１はファンベース１３と一緒にモータ１８にねじ２１ｆで固定されている。

ファンベース１３は、ターボファン１４から吐出される流れが乱されないように、モータ１８を載置しモータ１８の占有面積とほぼ同じ面積のモータ台座部１３ｃと、このモータ台座部から４方に延びる横梁部１３ａとから構成されている。横梁部１３ａの先端部は、ステー１７の下端を取り付けるステー取付部１３ｄとなっている。このようにファンベース１３を構成したので、ターボファン１４から吐出される空気は、ステー１７部を除いて流れを邪魔されずに半径方向外側に流れ出る。

風向偏向板２０は、薄板を「く」の字または「Λ」字状に折り曲げた形状になっている。図３では円周方向４か所に、ターボファン１４の吐出口１４ｄからそれほど離れていない場所に風向偏向板２０を配置している。

風向偏向板２０を保持する風向偏向板取付板２１は塵埃の発生を抑制するためにステンレス製であり、ファンベース１３と同様にほぼモータ１８の占有面積と同じ面積の台座部２１ｅと、この台座部２１ｅから四方に延びる横梁部２１ａとを有している。横梁部２１ａの先端は、風向偏向板２０ａの下折り曲げ部２０ｂとほぼ同じ折り曲げ角で折り曲げられており、保持部２１ｂを形成している。

風向偏向板取付板２１の保持部２１ｂには、複数の取付孔２１ｄが形成されている。一方、風向偏向板２０にもこの取付孔２１ｄに対応する位置に、取付孔２０ｃが形成されており、図示しないねじ等で両者を固定する。なお、本実施例では、ねじ止めで風向偏向板２０を風向偏向板取付板２１に固定しているが、ねじ止めの代わりにろう付けや溶接等で両者を固定してもよい。その場合、流れを乱す程度がより低くなる。

ファンベース１３のモータ台座部１３ｃには、複数の取付孔１３ｂが形成されている。同様に、風向偏向板取付板２１の台座部２１ｅにも、モータ台座部１３ｃの取付孔１３ｂと対応する位置に、取付孔２１ｃが形成されている。ここで、ファンベース１３の横梁部１３ａと風向偏向板取付板２１の横梁部２１ａとはその周方向位置が互いに異なるように、両取付孔１３ｂ、２１ｃを形成する。図３では、両横梁部１３ａ、２１ａは、互いに４５度の位置になるようにしている。なお、本実施例では、ファンベース１３と風向偏向板取付板２１とを別ピースとしているが、これらを一体に形成して部品点数を低減するようにしてもよい。その場合であっても、２つの横梁部１３ａ、２１ａの周方向位相を異ならせることは言うまでもない。これにより、ステー１７の位置と風向偏向板２０の位置が干渉するのを防止できる。

上述したように、風向偏向板２０は「く」の字または「Λ」字状に折り曲げた形状であるから、上折り曲げ部２０ａは上端側に行くにつれて、ターボファン１４の吐出口１４ｄに近くなる。そのため、この上折り曲げ部２０ａに衝突する流れは、下折り曲げ部２０ｂに導かれてターボファン１４からの流れをこのターボファン１４の真下側に導く。この詳細を、図２の流れ図を用いて説明する。

図２において、矢印で示したのは、ターボファン１４の上流から下流までの流れである。ターボファン１４を起動すると、周囲空気はベルマウス１５からほぼ上下方向の吸込み流れ４１としてターボファン１４に流入する。ターボファン１４に吸込まれた流れは、ターボファン１４内でその流れ方向をほぼ９０度変え、横方向の外向き流れ４２として吐出される。

ここで、ターボファン１４の外周側に、ターボファン１４とはその高さ位置を異ならせて風向偏向板２０が配置されている。すなわち、ターボファン１４の吐出口１４ｄの幅ｂに対して、上下方向に高さｈだけオーバーラップするように風向偏向板２０を配置している。これにより、ターボファン１４から吐出される風の大部分はそのまま直進し、一部が清浄空間を必要とする装置１００の壁面を構成するシート１２ｃや仕切り板２８に衝突し、その他はその流れに沿って流れ方向をほぼ９０度変えて下向きの流れ(内壁に沿って進む風)４３を形成する。

一方、ターボファン１４から吐出され風の中で下側の風は、風向偏向板２０に衝突し、「く」の字または「Λ」字状に形成された凹面の内壁面に沿って斜め下の中心向きの流れ(ターボファン１４の直下に向かう風)４４となる。なお、ターボファン１４の出口と風向偏向板２０の軸方向のオーバーラップ量ｈは、ターボファン１４の出口幅ｂの半分程度に設定すれば、ターボファン１４の直下に向かう風が多すぎることも少な過ぎることもないことが実験的に求められた。

このように、ターボファン１４から吐出される風を内壁に沿って進む風４３とターボファン１４の直下に向かう風４４の２系統に分けることで、ファンユニット１０の下方に配置されるフィルターユニット３０にほぼ均一な風速分布で風を供給できる。また、ターボファン１４の直下に向かう風４４を、「く」の字または「Λ」字状に形成された凹面に導いているので、流れの流体損失が少なくしてファンフィルターユニット３０に導くことができる。

図４及び図５に、上記実施例に示した風向偏向板２０を有するファンフィルターユニット１０を、図１に示した清浄空間を必要とする装置１００に取り付けて、フィルターユニット３０から吹き出る風の流れの速度を測定した例を示す。測定にはセンサー部５１と制御・演算部５２とからなる熱線風速計５０を用いた（図１参照）。

図４は、測定範囲を示す斜視図である。清浄空間を必要とする装置１００の長手方向（ｘ方向）を５等分し、幅方向（ｙ方向）を３等分した１５の領域、丸１〜丸１５の中心部に、熱線風速計５０のセンサー部５１が位置するようにした。なお、高さ方向は、高性能フィルター３２から下方にｄだけ離れた位置に測定面６１を設定した。比較のために、風向偏向板２０を有しない場合についても、高性能フィルター３２から吹き出される風の流速を測定した。

図５に、熱線風速計５０による測定結果の一例を示す。高性能フィルター３２から熱線風速計５０のセンサー部５１までの距離ｄは、ｄ＝１００ｍｍとした。図５（ａ）は、ターボファン１４から吐出される風量が設計点風量（１００％風量）の場合であり、図５（ｂ）は、ターボファン１４から吐出される風量が設計点風量の半分（５０％風量）の場合である。いずれの図においても、上段（αで示した図）は本発明に係る風向偏向板２０を備えた場合であり、下段（βで示した図）は風向偏向板を備えない従来のファンフィルターユニットを使用した場合である。

風向偏向板２０を有しないファンフィルターユニットでは、設計点風量（１００％風量）において、ターボファン１４の直下に位置する測定点、丸６、丸８、丸１０における風速が周囲の風速に比べて遅く、大きな谷となって表わされている。これに対して、本発明に係る風向偏向板２０を使用した場合には、ターボファン１４の直下に位置するこれらの測定点、丸６、丸８、丸１０においてもターボファン１４の周囲の風速に比べて風速の違いは少なくなっており、高性能フィルター３２から吹き出される清浄空気の流れが均一化されていることが分かる。

部分風量（５０％風量）時の測定においては、風量自体が減っているので風の流速の絶対値が低下している。そのため、風向偏向板２０を有しない従来のファンフィルターユニットでも、ターボファン１４の直下に位置する測定点丸６、丸８、丸１０の風速の低下量は小さくなっている。しかしながら、本発明に係る風向偏向板２０を備えた場合に比べて、その風速の低下は明白であり、谷状のグラフとなっている。すなわち、風向偏向板２０を備えることにより、部分流量においても高性能フィルター３２から吹き出す清浄空気の風速を均一化できる。

なお、部分風量においてはターボファン１４から吹き出される風は、設計点風量でターボファン１４から吹き出される風よりも下側に変位した流れとなる。この現象は、風量が低下すればするほど顕著になる。そのため、部分風量では風向偏向板２０に、より多くの割合でターボファン１４から吐出される風が当たるようになる。そこで、風向偏向板２０とターボファン１４の吐出口１４ｄのオーバーラップ量ｈは、部分風量での運転割合を考慮して定めるのがよい。つまり、部分風量での運転時間が長い場合にはオーバーラップ量ｈを少なめにして、ターボファン１４の真下に向かう流れを制限し、設計点風量付近での運転が多ければオーバーラップ量ｈを多くして、ターボファン１４の真下に向かう流れを相対的に多くする。

本実施によれば、清浄空間を必要とする装置に使用されるファンフィルターユニットにおいて、ターボファンの出口側にその出口と軸方向に一部オーバーラップするように「く」の字または「Λ」字状に形成された風向偏向板を設けたので、ターボファンの直下に導く流れを発生させることができ、ファンフィルターユニットから均一な速度分布を有する清浄風をクリーンルーム内に供給できる。また、ターボファンの一部だけにオーバーラップさせているので、部分風量においても良好な風速分部が得られる。なお、断面形状は必ずしも「く」の字または「Λ」字状に限るものではなく、ターボファンの真下側に風を導くことができる形状であれば、円弧型や滑らかな曲面等であってもよい。

さらに、風向偏向板取付板をファン取付板と別ピースにして、モータに共締めできるようにしたので、既存のファンフィルター装置に対しても容易に風向偏向板を取り付けることが可能になる。また、風向偏向板は薄板を折り曲げた単純な形状であるので、製作および組み立てが容易になるとともに、ターボファンの吐出流れを極力乱さない形状であるのでターボファンの性能低下を抑制できる。なお上述したように、風向偏向板取付板とファン取付板を一体にすれば部品点数が減り、製作および組み立てコストを低下できる。

上記実施例においては、ターボファンの周囲に配置する風向偏向板の個数を４個としているが、個数は４に限るものではない。ただし、ターボファン固定保持用のステーと干渉しないようにするためには、ステーの数である４個かその倍数が好ましい。

次に本発明に係る風向偏向板の他の実施例を、図６及び図７を用いて説明する。これらの図は、ターボファン１４と風向偏向板２２のみを取り出した斜視図である。図６は、風向偏向板２２を４分割形状とした場合であり、図７は風向偏向板２３を一体形状としたものである。風向偏向板取付板２１等は、上記実施例と同じものを使用できる。

図６に示した風向偏向板２２は、ステンレス等の薄板を折り曲げて上折り曲げ部２２ａ及び下折り曲げ部２２ｂを構成し、その後円周方向に曲げ加工して形成したものである。加工工数は増加するが、風向偏向板２２とターボファン１４の吐出口１４ｄまでの距離がターボファン１４の周方向に一定であるから、ターボファン１４からの流れを上記実施例に比べさらに一様化できる。従って、ターボファン１４の効率低下が抑制され、ターボファン１４の消費動力も低減できる。

本実施例では、風向偏向板２２を弧状に形成して金属の折り曲げ加工を使用したが、プラスチック材料で成型加工することも可能である。その場合、風向偏向板２２の内周面形状の加工はより自由度が増すので、必ずしも折り曲げ形状に限られずターボファンの真下に風を導くことができる滑らかな曲面や円弧面等の凹面形状であればよい。この場合、より効率よくターボファンの中心に向かう流れを形成できる。

図７に示した風向偏向板２３は、さらにターボファン１４の周方向に流れを均一化するようにしたもので、周方向に切れ目のないリング状にしたものである。この場合、上記各実施例同様に折り曲げ形状として上折り曲げ部２３ａと下折り曲げ部２３ｂとを形成した後に周方向に折り曲げて端部を接続するか、樹脂一体成型するかする。樹脂一体成型であれば図６に示した風向偏向板２２と同様に、折り曲げ形状以外の凹面を有する形状として、ターボファンの真下に風を導くことができるようにすることが容易になる。本実施例の場合には、部品点数が減るので、組み立てに係る工数が低減する。

１０…ファンユニット、１２…ファンケース、１２ａ…天板、１２ｂ…支持柱、１２ｃ…本体装置内部壁面、１３…ファンベース、１３ａ…横梁部、１３ｂ…取付孔、１３ｃ…モータ台座部、１３ｄ…ステー取付部、１４…ターボファン(遠心ファン)、１４ａ…心板部、１４ｂ…側板部、１４ｃ…羽根、１４ｄ…吐出口、１５…ベルマウス、１６…ファン取付板、１７…ステー、１８…モータ、１８ａ…モータ軸(回転軸)、２０…風向偏向板、２０ａ…上折り曲げ部、２０ｂ…下折り曲げ部、２０ｃ…取付孔、２１…風向偏向板取付板、２１ａ…横梁部、２１ｂ…保持部、２１ｃ…取付孔、２１ｄ…取付孔、２１ｅ…台座部、２１ｆ…締結手段(ねじ)、２８…仕切板、３０…フィルターユニット、３１…フィルターケース、３２…フィルター（ＵＬＰＡフィルター、ＨＥＰＡフィルター）、４１…吸込み空気、４２…ファン吐出風、４３…内壁に沿って進む風、４４…ファン直下へ向かう風、５０…熱線風速計、５１…センサー部、５２…制御演算部、６１…測定面、８０…ファンフィルターユニット、１００…清浄空間を必要とする装置、ｂ…出口幅、ｄ…フィルターからの距離、ｈ…オーバーラップ高さ。

Claims (7)

1. 清浄空間の上部に配置されターボファンとこのターボファンの下方に配置されるフィルターとを有し、前記ターボファンの吐出口よりも外径側であって周囲部に、前記ターボファンの吐出口に対し上下方向が部分的に重なるように、断面凹形の風向偏向板を配置したことを特徴とするファンフィルターユニット。
2. 前記風向偏向板は折り曲げ形状に形成され、この風向偏向板を複数個、前記ターボファンの周方向にほぼ等ピッチで配置したことを特徴とする請求項１に記載のファンフィルターユニット。
3. 前記風向偏向板は折り曲げ状に形成されるとともに周方向に連続したリング状をなしていることを特徴とする請求項１に記載のファンフィルターユニット。
4. 複数個配置される前記風向偏向板は、断面が円弧状または「く」の字状であることを特徴とする請求項２に記載のファンフィルターユニット。
5. 前記ターボファンを駆動する原動機を保持するファンベースと前記風向偏向板を保持する保持部材とを設け、前記ファンベースと前記風向偏向板保持部材とを共通する締結手段で前記原動機に取り付けたことを特徴とする請求項１に記載のファンフィルターユニット。
6. 前記ファンベースと前記風向偏向板保持部材とを同一部材で構成したことを特徴とする請求項５に記載のファンフィルターユニット。
7. 前記ファンフィルターユニットは前記清浄空間の天井面に複数個配置されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のファンフィルターユニット。

Images