クリーンルーム・実験室の加湿、除湿および湿度管理

クリーンルームでの湿度管理は、最も極限な環境下でも湿度によって結露が発生しないようにすることが重要です。結露によって細菌の増殖や腐食が促進される可能性があるからです。一方で湿度が低すぎる場合 （通常は相対湿度40%未満）、静電気が発生する可能性があります。すると、材料が互いに付着したり、人に不快な静電気放電 （火花） が発生してしまう可能性があります。

クリーンルームで使用される材料や製造中の製品も、空気の水分含有量の影響を直接受けることがあります。材料が吸湿したり乾燥したりすると材料の特性が低下し、生産や研究活動の妨げになります。

中程度の湿度は、高湿度レベルでも低湿度レベルでも、そこで働く人の快適さや健康にとって重要です。そのために、通常は相対湿度40 ～ 60%が推奨されています。

湿度を高める加湿器は、室内への直接加湿とセントラル・エア・ハンドリング・ユニット (AHU) による加湿の２種類があります。クリーンルームの室内装置は室内に湿気を直接送り込みますが、AHU加湿システムは部屋やグローブボックス（外気と遮断された状況下で作業が可能となるように、内部に手だけが入れられるよう設計された密閉容器）など、または建物全体に供給される空気の湿度を管理します。

除湿システムは室内、もしくは集中型空気処理のいずれかを選択して、空気の相対湿度を下げます。

空気の相対湿度は、その温度に依存します。 一定量の水分を含む特定の体積の空気は、温度に基づいて相対湿度が変化します。暖かい空気は冷たい空気よりも多くの水分を保持できるため、空気が加熱されると同じ量の水が含まれていても相対湿度が低下します。したがって、クリーンルーム内の相対湿度を適切に制御するには、一貫した温度管理が不可欠です。

クリーンルームでは、非常に正確な湿度管理が必要になることがよくあります。多くの場合、逆浸透（RO）水で動作する抵抗蒸気加湿器がクリーンルームに最も適したタイプの加湿システムです。

この技術は、やかんに似た抵抗発熱体を使用して水を沸騰させます。 通常の水道水ではなく逆浸透（ミネラルフリー）水を使用することで、沸騰チャンバー内のミネラルの蓄積が事実上なくなります。 これによりミネラル濃度と水垢の蓄積を抑えるための定期的な洗い流しが不要になります。

洗い流しのサイクルは冷水を沸騰チャンバーに導入するため、水温の低下や蒸気出力が変動し、湿度出力の低下につながります。 そのため、RO水によって非常に安定した加湿器の動作と正確な湿度管理が可能になります。

除湿技術には、主に凝縮と乾燥剤の2つのタイプがあります。凝縮除湿器は冷たい表面全体に空気を取り込み、形成された結露を排水します。 乾燥剤除湿器は、一般的にゆっくりと動くホイールで乾燥剤を通して水分を吸収します。 ホイールの一部が熱風で「再生」され、乾燥剤が乾燥し、水分を継続的に吸収できるようになります。

どちらの技術を使用するかは、処理する空気の温度と必要な制御レベルに大きく依存します。 凝縮技術はより暖かい条件だと最も効率的で、凝縮がより容易になります。したがってより寒い環境では乾燥剤技術がより優れた方法となることがよくあります。 標準的な凝縮システムが通常相対湿度±10%を提供するのに対し、調節できるヒーターバッテリーを備えた乾燥剤除湿器は相対湿度±2%が可能であり、より精度が高いです。

いずれのタイプの除湿器も、乾燥プロセス中に熱を発生します。 除湿システムの設計では、温度管理を考慮する必要があります。温度管理のために冷却と加熱オプションを備えた除湿器、もしくは排熱する設備から離れた場所に配置された凝縮器を備えたシステムもあります。

クリーンルームでの研究や製造プロセスでは、非常に正確な湿度管理が必要になることがよくあります。 これはしばしば「厳密な湿度管理」と呼ばれ、相対湿度±1%程度の一貫性を保たなくてはいけません。つまり湿度が設定値から1% 以下、または1%以上逸脱してはならないことを意味します。

このために加湿器や除湿器は、加湿器からの制御信号に迅速に応答できなければならず、その出力も完全に調整できなければなりません。オン/オフ操作のみが可能な設備は、複数段階の操作や0～100%の調節ができる設備のように詳細な管理ができません。

センサーの精度も重要です。湿度管理システムが相対湿度±2%で非常に厳密な制御が可能でも、調湿器が相対湿度±5%の精度しかない場合、湿度レベルは設備の必要な要件に合わせられません。

厳密な湿度管理には、一貫した温度管理も不可欠です。 流入空気温度のくるいは、湿度管理システムが供給する空気の相対湿度に影響します。