乱流の低減：フラッシュマウント型クリーンルーム窓の影響

病院の手術室、製薬工場、半導体クリーンルームなどの重要環境において、気流の乱れは見過ごされがちな危険要因です。粒子は乱流渦に捕捉され、滞留領域を形成し、ファンフィルタユニット（FFU）の効率を低下させます。乱れの原因として最も見落とされがちなものの一つがクリーンルーム用窓であり、FFUやディフューザー、返気グリルの配置には多くの注意が払われていますが、窓枠の外向き突出部、深い窓 sill（ sill は日本語で「窓台」または「窓下部の構造部」として使用）、あるいは不規則な窓面は層流を確保しません。フラッシュマウント型のクリーンルーム用窓を採用すれば、気流の乱れは生じません。

1. 突出する枠や段差の排除

壁面からの窓の典型的な突出量は10～30 mmである。この突出部では剥離が生じ、その結果、延長部における壁面のプロファイルが変化する。天井から高速で下降する気流がこの障害物に衝突すると、気流は壁面から後退し、渦を伴う「ウェイク」が形成される。これらの渦は、窓下流方向に最大200～500 mmまで及び、排気グリルへと粒子が運ばれない乱流領域を生じさせる可能性がある。この問題を解決するため、華奥（Huaao）社のフラッシュマウント式窓は、クリーンルームのパネル表面と同一平面に配置される。フラッシュマウント構造により、華奥社製の窓枠を取り付ける際に段差、段、または凹みを設ける必要がない。パネルとガラスの間には滑らかな接続が実現される。華奥社のフラッシュマウント式窓について実施した計算流体力学（CFD）シミュレーションによると、窓と壁面の境界における気流速度は5％未満であり、従来型窓の20～30％と比較して非常に低い。ISOクラス5クリーンルーム（0.2～0.5 m／sの単向流）では乱流が極めて小さいため、乱流の低減は粒子の除去効率の向上と直接比例し、汚染リスクが低減される。

2. 亀裂のない、ガラスとフレームの滑らかな接合

乱流は、大きな突起によっても引き起こされる。また、ガラスとフレームの接合部における小さな隙間、亀裂、でこぼこした表面でも微小な渦が発生する。特に壁面近傍で発生するこれらの微小渦は、粒子の付着が最も起こりやすい領域であり、問題となる。時間の経過とともに、粒子がこうした亀裂に堆積し、その後清掃できなくなり、継続的な汚染源となる可能性がある。

華澳（Huaao）社のクリーンルーム用窓は、壁パネルと面一に設置されており、高精度押出アルミニウムフレームを採用し、窓ガラスとフレームの間の平滑な面一仕上げを実現するため、連続シリコンまたはEPDMガスケットが装着されています。このガスケットは圧縮されており、隙間が0.5mmを超えないように設計されています。ガラスの端面は滑らかで、引っかかりや粗さが生じず、強化ガラスまたは積層ガラスが使用されています。この滑らかさにより、医薬品製造用クリーンルームにおいて残留物や化学薬品の滞留が抑えられ、過酸化水素蒸気やアルコールワイプによる消毒作業が容易になります。また、層流（ラミナーフロー）の確保と清浄性の維持にも寄与します。

3. 層流空気流形成のための均一な壁面

層流では、境界層が壁面全体にわたり均一に発達する必要があります。窓やドア、電源コンセントなどの障害物が生じると、その下流側に新たな遷移流領域が形成されます。従来の窓は、同一の壁面上に複数設置された場合、壁面に沿って多数の境界層乱れを引き起こす可能性があり、空気が返気グリルに到達するまでに完全に発達した層流が実現しないことがあります。

フラッシュマウント式窓は、窓同士の間に連続した壁面を有します。華澳（ファーオー）社のクリーンルームに採用されている窓は、他のクリーンルームパネルと同一の表面仕上げ（粉体塗装アルミニウムフレームおよび滑らかなガラス）を採用しています。摩擦係数および表面粗さが整合されており、気流の乱れを最小限に抑えます。さらに、クリーンルームが非常に長く狭い場合、および全天井にFFU（ファンフィルターユニット）が設置されている場合、フラッシュマウント式窓を採用することで層流効果を活用でき、クリーンルーム全体にわたって層流を形成・維持することが可能となり、FFUの供給側および排気側の両方において粒子除去効率が最大化されます。

4. 高換気回数への対応性

病院内のクリーンルームにおける典型的な空気交換率は、1時間あたり20～300回（ACH）である。通常、手術室では20～25 ACHに設定され、一般的な医薬品用クリーンルームでは50～150 ACHに設定される。高い風速では、表面にわずかな凹凸がある場合、乱流が発生する。例えば、わずかな突出（5 mmの突出した窓枠）がある場合、100 ACHで大きな渦が発生することがある。華奥社が試験に使用した窓はフラッシュマウント方式であり、風速1.0 m/s（天井高3メートルの室内では約200 ACHに相当）まで試験が実施された。

ホットワイヤー風速計を用いた測定により、フラッシュ・プロファイルでは、固体壁面と比較して乱流強度の増加が認められないことが示された。ホットワイヤー風速計による速度分布測定によって、このフラッシュ・プロファイルが確認され、固体壁面と比較して測定可能な範囲での乱流強度の増加は生じないことが明らかになった。既存の窓開口部を改修工事で再利用する必要がある場合、華奥（ファーオー）社の窓サッシを用いて、粗い開口部の内側表面を100％滑らかに仕上げた窓を設置できる。

要約

埋込式クリーンルーム用窓が乱流を低減する4つの方法は、突出したフレームの撤去、ガラスとフレーム間のシームレスな接合、層流に適した均一な壁面、および高換気回数への対応性です。当社の埋込式窓は、国家認定ハイテク企業である華澳クリーンテクノロジーグループ（Huaao Clean Technology Group）が製造しています。同社は6つの工場を有し、総延床面積は25万m²、熟練技術者800名、年間売上高は10億元（人民元）です。当社は、クリーンルーム用サンドイッチパネル、ドア・ウィンドウ、アルミニウム押出成形材、PVC床材、浄化装置、無影灯、換気バルブなどのサプライヤーです。クリーンルームの改修プロジェクトにおいて、窓による乱流制御性能を向上させる方法について、ぜひ華澳（Huaao）までお問い合わせください。