一方向流方式

クリーンブースの気流方式の一つに「一方向流方式（層流）」があります。しかし、「清浄度が高そうだから」という理由だけで導入すると、「空調や電力のランニングコストが膨大になった」「レイアウト変更ができず作業効率が落ちた」といった失敗を招く設備です。

この記事では、オーバースペックによる無駄な投資や運用トラブルを防ぐために、一方向流方式の仕組みや特徴、導入を検討する際のポイントを実務視点で解説します。

一方向流方式とは

クリーンブース内に設置されたフィルターから清浄な空気が一定の速度で一方向に流れる仕組みです。通常、この気流は天井から床へ向かうように設計されています。一方向の空気流のため、微粒子や有害物質の拡散を最小限に抑えられることが特徴のひとつです。作業領域や特定のエリアを清浄な状態に保つことができます。設定基準となる換気回数は250〜650回/時と高頻度です。運転開始後、数分で定常状態に戻ります。

一方向流とは？

一方通行の気流のことを、一方向流といいます。空調や換気による気流は、粘性や摩擦が引き起こす渦状の乱流を発生させますが、摩擦の小さな平滑な内面を持つダクト内を低速で流れる気流の場合、流体全体がほとんど乱れずに、平行移動する流れのことです。

この平行移動するような流れのことを層流といいます。クリーンルームでは、天井から床に平行に空気を移動させるように換気しているため、全体が層流となります。局所的に乱流が発生することもありますが、巨視的には確実な換気が可能です。

安易な方式選びが招くNG事例

一方向流方式は高い清浄度を実現できる反面、運用やコストを考慮せずに導入すると、以下のような失敗に陥るケースが見受けられます。

• 過剰投資と高額な維持費：一部の局所的なクリーン化で済む工程に対して、部屋全体を一方向流方式にしてしまい、莫大な初期費用と電気代が発生し続ける。
• 障害物による気流の乱れ：ブース内に大型の装置や作業台を配置したことで、せっかくの一方向流（層流）が乱れて乱流となり、想定した清浄度クラスを維持できない。

一方向流方式の選定は、目標とする清浄度だけでなく、内部の熱源や障害物、イニシャル・ランニングコストのバランスを総合的に評価して設計する必要があります。間違った設備を導入して後悔する前に、専門知識を持つプロに現場を診断してもらうのが賢明です。

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特徴

一方向の空気流によって、クリーンルーム内の微粒子や有害物質の侵入を防ぐことが可能です。また、一方向流が作業領域や特定のエリアを清浄に保ち、特定のプロセスや実験の場面で微粒子や異物の混入をより少なく抑えられます。

一方向流方式は、フィルターからの送風によって空気を一方向に流す仕組みです。エネルギー消費が比較的高くなる場合があります。送風機やフィルターの運転には、一定の電力が必要とされます。鉛直・水平・斜め・放射方向や、屈曲など、さまざまな計画が可能です。

サーバールームや手術室に用いられる置換空調・換気システム、キッチン・ドラフトチャンバーに用いられる局所排気システムも一方向流を利用しています。

気流の調整

吹出（給気）、吸込（排気）で流れを作り出します。それぞれの気流の性質を理解してコントロールすることで、連続的でスムーズな流れを誘導し、乱れにくい一方向流を作ることが可能です。吹出（給気）の気流は、影響範囲が大きいため、汚染空気を拡散させます。吸込（排気）は影響範囲が小さいため、汚染空気を排気します。