클린룸 중앙풍도의 성능개선 효과 = Effect of Central Return Duct on Cleanroom Airflow Performance

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 FFU type 클린룸과 개선 모델들에 대해서 전산유체역학 기법을 도입하여 기류 해석을 수행하였다. 계산에서 구해진 기류분포 결과들을 이용하여 편향각, 기외정압, 공기나이의 평가지표를 사용하여 비교하고 분석하였다.
일반적인 형태의 FFU type의 클린룸을 기준으로 파티션이 설치된 경우와 중앙풍도가 설치된 경우를 개선 모델로 하여 성능을 비교했을 때, 파티션은 기류 개선에 효과가 있고 중앙풍도는 기외정압을 감소시켜 에너지 절감에 효과가 있는 것을 확인하였다. 파티션에 의해 공기나이가 증가하지만 클린룸 등급에 영향을 주지 않는 정도로 판단하였다.
중앙풍도의 설치 개수가 증가할수록 편향각을 감소시키는 효과가 있지만 기류 개선을 목적으로 하기는 어려운 것으로 판단된다. 또한 중앙풍도의 증가는 기외정압이 선형적으로 감소하고 설치 위치가 Return duct에서 멀리 떨어질수록 기외정압 개선에 유리한 것을 확인하였다.
편향각 개선에 유리한 파티션과 기외정압 감소에 효과적인 중앙풍도를 같이 사용한 복합 모델을 구성하여 기류 해석을 수행하였다. 그 결과 기류 개선과 기외 정압 감소에 모두 효과적인 것을 확인하였다. 파티션에 의해 공기나이가 증가하지만 클린룸 등급에 영향을 주지 않는 정도로 판단하였다.
이상의 결과로부터 클린룸의 성능을 향상시키는 방법으로 기류 개선에 효과적인 파티션과 기외정압 감소에 효과적인 중앙풍도를 함께 사용하는 것이 유리할 것이라고 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A numerical study was conducted to analyze the characteristics of airflow, energy consumption, and cleanliness in the fan filter unit (FFU) type cleanroom. However, FFU type cleanroom has some weak points. The airflow deflection has been taken place with closing to the return duct of the cleanroom. In order to improve the cleanroom performance, two different improved models including partitions and central return duct (CRD) in the fab were suggested. The airflow pattern, deflection angle, external pressure, and air age were examined as the cleanroom performance.
Firstly, the performance comparison among the FFU type cleanroom and two improved cleanrooms was carried out. The cleanroom with partitions is effective in improving the deflection angle, while the cleanroom with CRDs has a strong point in reducing the external pressure and saving the fan energy in the FFU type cleanroom.
Secondly, the effect of CRDs on the reduction of the external pressure in the FFU type cleanroom was investigated. As the number of CRD increases, the external pressure is linearly decreased. Especially, the external pressure is more reduced as the distance between return duct and CRDs increases. However, the deflection angle and the air age in the fab is hardly affected by CRDs.
Finally, the CFD simulation was carried out in order to find out the optimal design concept, that is the combined model including both partitions and CRDs in the FFU type cleanroom. The combined model is effective in both improving airflow pattern and reducing external pressure without affecting the cleanliness.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 기존 연구 2
• 1.3 연구 내용 3
• 2. 이론 및 수치해석 방법 4
• 2.1 지배 방정식 4
• 2.2 수치해석 방법 5
• 2.3 평가 방법 5
• 2.3.1 편향각 6
• 2.3.2 기외정압 6
• 2.3.3 공기나이 6
• 3. 클린룸 모델 9
• 3.1 FFU type 클린룸 9
• 3.2 FFU type 클린룸 성능개선 모델 11
• 3.2.1 Partition type 클린룸 11
• 3.2.1 중앙풍도(CRD) type 클린룸 11
• 3.3 해석 대상 모델 14
• 3.3.1 기준 클린룸 14
• 3.3.2 개선 모델 클린룸 17
• 3.4 격자 구성 및 경계조건 21
• 3.5 격자 의존성 검증 22
• 4. 결과 및 고찰 24
• 4.1 클린룸 모델 별 성능비교 24
• 4.1.1 기류분포 24
• 4.1.2 기외정압 32
• 4.1.3 공기나이 33
• 4.2 중앙풍도의 성능개선 효과 35
• 4.2.1 기류분포 35
• 4.2.2 기외정압 40
• 4.2.3 공기나이 42
• 4.3 복합 모델의 성능개선 효과 44
• 4.3.1 기류분포 44
• 4.3.2 기외정압 48
• 4.3.3 공기나이 48
• 5. 결론 49
• 참고문헌 51
• 영문초록 53