クリーンルームの空気流レイアウト設計:汚染制御をマスター

詳細は、クリーンルーム・パフォーマンスの基礎を参照のこと

クリーンルームのエアフローは、制御された環境における効果的な汚染制御の基礎となります。優れた設計のクリーンルームのエアフローレイアウトにより、空気中の粒子を継続的に希釈、除去し、重要なプロセスから遠ざけることができます。最適化されたクリーンルームのエアフローがなければ、最先端の濾過システムでさえ、敏感な製品や製造工程を完全に保護することはできません。

医薬品、電子機器、医療施設では、クリーンルームのエアフロー設計が製品品質、規制遵守、長期的な運用効率に直接影響します。汚染制御戦略を策定する際には、クリーンルームのエアフローを最初の最も重要な防御線として扱う必要があります。

wiskindの業界専門家は、クリーンルームのエアフロー設計を成功させるには、機械システム、部屋のレイアウト、および運用ワークフロー間の緊密な調整が必要であることを強調しています。クリーンルームのエアフロー計画をクリーンルーム設計の初期段階に統合することで、設備は安定した清浄性能を達成しながら、エネルギー消費と運転上のリスクを最小限に抑えることができます。

第1部:クリーンルームの汚染とクリーンルームの気流制御の原理を理解する

クリーンルームの効果的なエアフロー設計は、汚染源とエアフロー制御メカニズムを明確に理解することから始まります。汚染は、人員、機器、材料、外部環境への浸潤に起因する可能性があります。適切に設計されたクリーンルーム用エアフローシステムは、汚染物質の希釈、除去、分離という3つの中核戦略によってこれらのリスクに対処します。

クリーンルームのエアフローは、異なる清浄度レベルの領域間の二次汚染を防止しながら、粒子を継続的に重要な領域から遠ざけるように設計する必要があります。これは、制御された気流方向、圧力差、および空気変化率によって達成されます。

クリーンルームのエアフローに影響を与える主なパラメータと規格

• クリーンルームの分類(iso 14644):最大許容粒子濃度を定義し、クリーンルームのエアフロー要件を推進します

• 1時間あたりの空気の変化(ach):クリーンルームの空気流が汚染物質をどの程度希釈するかを決定します

• 圧力差:隣接する部屋間のクリーンルームのエアフローの方向性を確保します

• 温度と湿度の制御:クリーンルームの気流の安定性を損なう可能性のある結露、微生物の増殖、静電気放電を防止します

高い空気変化率は低い粒子濃度と密接に関連しているため、achはクリーンルームの気流性能において重要な変数となります。

空気清浄機を搭載している

クリーンルームの気流レイアウトを適切に設計するには、1時間あたりの空気変化を正確に計算することが不可欠です。例えば:

• isoクラス7クリーンルームのエアフロー:通常30 - 70 achが必要です

• isoクラス5クリーンルームのエアフロー:多くの場合、200 ~ 600 achが必要です

1時間あたりの空気の変化を計算するための標準的な式は次のとおりです。

ach =(クリーンルーム総流量(m³/時間)×60)/部屋容積(m³)

wiskindのエンジニアリングチームは、この計算を正確に適用して、クリーンルームの空気流レイアウトが規制基準と運用効率目標の両方を満たすことを保証します。例えば、isoクラス7規格に準拠して設計された100 m³のクリーンルームでは、50 achを必要とするクリーンルームの空気流量は毎分約83.3 m³である。

パート2:クリーンルームの気流パターンの種類とその選択方法

クリーンルームのレイアウト設計においては、クリーンルームの気流パターンを適切に選択することが重要です。最適な汚染制御を実現するためには、アプリケーションによって異なるクリーンルームのエアフロー戦略が必要です。業界のベストプラクティスに基づいて、クリーンルームの気流パターンは一般的に3つの主なカテゴリに分類されます。

2.1片方向クリーンルーム気流(層流)

一般的に層流として知られる片方向クリーンルームのエアフローは、最高レベルの汚染制御を提供します。このクリーンルームのエアフロー構成では、空気は平行な流れの中で均一な速度で移動し、敏感な生産エリアから効率的に粒子を除去します。

• 垂直層流クリーンルームのエアフロー:天井hepaまたはulpaフィルターから供給され、床を通って排出されます

• 水平層クリーンルーム気流:一方の壁から供給され、反対側の壁を通って排出されます

このクリーンルームのエアフローパターンは、isoクラス5以上のクリーンルームで一般的に使用されています。

2.2非片方向クリーンルーム気流(乱流)

一方向でないクリーンルームの気流は、空気の混合と頻繁な空気交換によって汚染を希釈します。このアプローチは、層流クリーンルームのエアフローほど正確ではありませんが、中程度の清浄度が要求されるアプリケーションに対して費用対効果の高いソリューションを提供します。

• 乱流クリーンルームのエアフロー:空気は部屋全体に供給され、混合されるため、予測しにくいエアフロー経路が生成されます

このタイプのクリーンルームのエアフローは、isoクラス7およびisoクラス8環境で一般的に使用されます。

2.3混合クリーンルーム気流/ゾーニング層流

混合クリーンルーム風流システムは、クリティカルゾーンの層流と周辺エリアの乱流を組み合わせます。このハイブリッドクリーンルーム気流戦略は、高い汚染制御とコストおよびエネルギー効率を両立させています。

• ゾーニングされたクリーンルームのエアフロー:層流エアフローは乱流背景内の主要なプロセス領域を保護します

wiskind社のkeiven wei氏は、クリーンルームのエアフローパターンを選択するには、清潔度要件、予算の制約、将来の拡張性のバランスを取る必要があると指摘しています。よく計画されたクリーンルームの気流レイアウトは、現在の運転と将来の拡張の両方をサポートします。

パート3:クリーンルームの気流レイアウト設計における主な考慮事項

クリーンルームのエアフローレイアウト設計は、エアフローパターンだけではありません。これには、ゾーニング、人員移動、機器配置、およびhvacシステムを統合したクリーンルームのエアフロー戦略に統合する包括的なアプローチが必要です。

3.1クリーンルームのゾーニングと圧力カスケード設計

圧力カスケードは、クリーンルームのエアフローの方向性を維持するための基本です。空気がクリーンなゾーンからクリーンでないゾーンに確実に流れることで、汚染の移行が効果的に制御されます。

• 圧力カスケード設計:クリーンルームの空気の流れを高品位エリアから外に向けます

3.2人と材料の流れクリーンルームの空気の流れに影響を与えます

不適切な人員や材料の流れはクリーンルームの空気の流れを乱し、汚染を引き起こす可能性があります。

• 人員の流れ:適切なエアロックを備えた低グレードから高グレードのエリアに移動する

• 物質の流れ:受信→洗浄→移動→貯蔵→準備→処理

明確に定義された流路は、クリーンルームの空気流の安定性を維持するのに役立ちます。

3.3供給とリターン空気の設計

供給および送風口の配置は、クリーンルームのエアフローの有効性において重要な役割を果たします。

• ラミネールクリーンルームエアフローシステム:hepa / ulpaフィルターは通常天井の60% ~ 100%をカバーします

• 乱流クリーンルーム気流システム:フィルターのカバー率は通常20 ~ 40%です

出口を適切に配置することで、クリーンルーム内の空気の流れが均一になり、デッドゾーンが最小限に抑えられます。

3.4機器のレイアウトとクリーンルームの気流の乱れ

機器の配置が適切でないと、クリーンルームの空気の流れが妨げられ、乱気流や淀んだエリアが発生する可能性があります。大型機器は、クリーンルームの一次エアフロー経路に合わせて配置し、壁やエアフロー経路から18 ~ 24インチのクリアランスを維持します。

3.5クリーンルームのエアフローを備えたhvacシステム統合

hvacシステムはクリーンルームのエアフロー制御のバックボーンです。空気処理ユニット(ahu)は、気流量、ろ過効率、温度制御、および湿度要件に基づいて選択する必要があります。

典型的なisoクラス7クリーンルーム用エアフローシステムでは、30 ~ 40%の新鮮な空気で10,000 ~ 50,000 cfmを処理できます。deiiang™の技術者は、クリーンルームのエアフローを最適化することで、厳しい汚染管理を維持しながらエネルギー消費を15 ~ 25%削減できることを実証した。

パート4:クリーンルームのエアフロー設計における業界横断的なケーススタディ

ケーススタディ1:アセプティック医薬品製造

eu gmp規格に準拠して建設された医薬品施設では、クリーンルームのエアフロー設計に、isoクラス5ゾーンの垂直層流とisoクラス7サポートエリアの乱流が組み込まれています。圧力差は慎重に制御され、クリーンルーム間の安定したエアフローを維持しました。

第2期:電子工学専攻

isoクラス4の清浄度が要求される半導体製造施設では wiskindは、垂直層流が500 achを超える高性能クリーンルーム気流ソリューションを実装しました。この設計により、精密な温度制御(±0.1°c)が可能になり、クリーンルーム内の空気の流れが非常に安定し、高度な微細加工プロセスが可能になりました。