클린룸과 무균 구역을 운영하는 데 가장 중요한 요소 중 하나는 HEPA 필터의 사용이다.
HEPA 필터는 거의 모든 크기의 입자를 효과적으로 포집할 수 있다. 그러나 시간이 지나면서 HEPA 필터는 여과 능력이 감소하여 클린룸과 무균 구역의 청결도가 저하되고,
운영 비용이 증가할 수 있다. 따라서 필터 교체가 필수적이다. 문제는 교체의 시기이다. 정확한 답은 없지만, KleanLabs의 클린룸 전문가들이 유용한 경험을 공유한다.
KleanLabs는 2015년부터 클린룸 구축에 참여해왔다. 그들은 지속적으로 자사 제품을 평가하는 수백 명의 고객과 협력한다.
엔지니어들은 이 피드백을 바탕으로 제품을 계속 개선해 나간다. 본 기사에서는 운영 비용을 불필요하게 증가시키지 않고, 클린룸과 클린룸 패스박스의 청결을 보장하기 위해
적절한 HEPA 필터 교체 시기에 대한 경험을 공유한다.
클린룸과 무균 구역
우선, 클린룸은 공기 중 입자 및 오염 물질의 수, 온도, 습도 및 압력 등이 엄격하게 통제되는 실내 환경으로,
마이크로미터 및 마이크로미터 미만의 입자 수를 포함한 다양한 요소들이 사전 정의된 기준에 의해 규제된다.
실제로, 청정 환경으로 유입되는 공기는 HEPA 필터가 장착된 공조기를 사용하여 이러한 매개변수에 따라 여과 및 모니터링된다.
무균 환경은 한 단계 더 나아가 박테리아와 미생물이 전혀 없다. 무균 제조는 일반적으로 백신 충전과 같은 매우 특정한 작업에 필요하다.
HEPA 필터 및 응용 분야
클린룸의 적절한 운영을 보장하기 위해 특수 HEPA 필터를 사용해야 한다. HEPA 공기필터는 거의 모든 크기의 입자를 포집하는 데 매우 효과적이기 때문에 특히 중요하다.
이 공기필터는 플라스틱(PP + PET) 또는 유리 섬유로 만들어지며 나노 입자도 효과적으로 포집할 수 있다.
- 바이러스
- 박테리아
- 꽃가루
- PM2.5 입자,
- 알레르기 유발 물질
활성탄 또는 촉매가 포함된 필터는 휘발성 유기 화합물이나 오존과 같은 기체 오염 물질과 악취를 제거할 수 있다.
HEPA 필터는 또한 모든 공기 청정기의 가장 중요한 구성 요소이다.
HEPA 필터에 대한 규제
HEPA 필터는 엄격한 요구사항을 충족해야 한다. 유럽(ISO 기준)에서는 HEPA 필터가 입자를 99.95% 제거해야 하는 반면,
미국에서는 0.3μm 이상의 입자를 99.97% 제거해야 한다. 85% 초과 99.95% 미만의 입자를 포집하는 필터를 EPA 필터 또는 효율적인 미립자 공기필터라고 한다.
이 공기필터는 HEPA 필터의 여과 요구사항을 충족하지 않는다. 반대로, HEPA 요구사항을 초과하여 입자를 99.999% 이상 포집하는 필터를 ULPA 필터 또는 초저침투 공기필터라고 한다.
이는 더 높은 효율성과 적당한 저항 수준으로 인해 더 비싸다.
HEPA 필터를 보호하기 위해 일반적으로 F7 및 F9 필터(EN779)와 같은 미세 입자 필터와 같은 프리 필터가 사용된다.
이러한 필터는 정기적으로 교체해야 하며, HEPA 필터가 막히지 않도록 보호한다.
클린룸의 청정도 등급은 필터의 수명에도 영향을 미칠 수 있는데, "오염된" 환경일수록 필터에 더 큰 부하가 가해지기 때문이다.
HEPA 필터는 얼마나 자주 교체해야 할까?
HEPA 필터의 완전성은 클린룸과 패스박스 모두에서 요구되는 청정도 수준을 보장하는 데 필수적이다. 그러나 필터 교체 주기를 결정할 때 다른 관련 요소들도 고려해야 한다.
여기에는 필터 부하 및 압력 강하가 포함된다. 압력 강하가 너무 높아지면, 필요한 공기 교환 속도를 유지하기 위해 환기 시스템이 빠른 속도로 작동하여 에너지 수요가 높아진다.
운영 비용 증가가 관찰되면 HEPA 필터를 교체하는 것이 좋다.
HEPA 필터의 완전성은 클린룸 및 패스박스에 필요한 청정도 수준을 보장하는 데 필수적이다.
HEPA 필터의 완전성은 클린룸 및 패스박스에 필요한 청정도 수준을 보장하는 데 필수적이다.
GMP 및 ISO 가이드라인
HEPA 필터의 최대 수명은 GMP 및 ISO 가이드라인에 명시되어 있지 않다. 그러나 GMP 및 ISO 14644-3 가이드라인 모두 최소 6-12개월마다 누설 시험(leak test)을 의무화하고 있다.
GMP에 따르면 필터는 누설이 없어야 한다. 누설 시험은 ISO 1-5 영역에서 6개월마다, ISO 6-9 환경에서는 매년 실시해야 한다. 필터가 시험에 실패하면 교체해야 한다.
HEPA 필터의 실용적인 교체
클린룸의 오염 정도를 파악해야 한다. HEPA 필터의 권장 교체 주기는 클린룸의 오염 수준에 따라 크게 달라진다.
예를 들어, ISO 8 클린룸은 탈의실이 필요하지 않으므로 ISO 5 청정실보다 오염되며, 청정도 등급 측면에서 가장 덜 깨끗한 환경이다.
필터 부하는 ISO 5 환경보다 ISO 8 클린룸에서 더 높다. 일부 클린룸에서는 이러한 추가적인 부하로 인해 HEPA 필터를 매년 교체해야 할 수 있다.
또한, 필터 부하가 증가하면 환기 시스템이 이를 보상하기 위해 더 높은 속도로 작동해야 하므로 에너지 수요가 증가할 수 있다.
일반 교체 규칙
일부 회사는 3년마다 HEPA 필터를 교체를 고수한다. 자사 고객들이 보고한 HEPA 필터의 최대 수명은 약 8년이며, 이는 필터가 최대 수명에 도달했다는 의미는 아니다.
필터를 정기적으로 점검하고 효율성이 입증되면 교체할 필요가 없다.
필터 수명 연장
필터 수명에 영향을 미치는 요인은 다음과 같다.
- 여과된 외부 공기의 양과 오염 정도
- 재순환 공기 여과량
- 에어로졸 노출의 빈도와 기간
- 적용된 사전 여과 방법의 효과
필터를 맞춤 제작하는 경우, 주문 후 배송 시간이 오래 걸리고 비용이 더 많이 들 수 있다. 따라서 정기적인 검사와 예방 조치는 장기적으로 가치가 있다.
최근 몇 년 동안 제조 산업은 예방적 유지보수에서 상태 기반 유지보수(Condition-based maintenance)로 전환했다.
여러 센서가 다양한 부품 상태를 모니터링하며, 특정 지표가 성능 저하 또는 고장을 나타내는 경우에만 유지보수가 수행된다. 이 기술은 공기필터를 최적으로 사용될 수 있도록 한다.
교체 추적
필터를 교체하는 작업자는 명확한 작업 흐름을 위해 항상 필터에 서명하고 날짜를 기입해야 한다. 이렇게 하면 교체를 새로 담당하는 작업자가 투명하게 데이터를 확인할 수 있다.
클린룸 운영자는 예방적 유지보수에서 보다 경제적인 상태 기반 유지보수로 전환하고 있다.
HEPA 필터 시스템 테스트
청정 구역에서 공기필터 시스템의 성능을 테스트하는 것은 제조 환경의 청정도를 유지하는 데 매우 중요하다.
필터 완전성 시험 또는 누설 시험이라고도 하는 DOP(Dispersed Oil Particulate) 스캔 시험은 산업 표준에 따라 가장 일반적으로 사용되는 방법 중 하나이다.
필터의 지속적인 효율성을 보장하기 위해 시험을 정기적으로 반복해야 한다. 시험하는 동안 필터는 에어로졸 챌린지를 받게 되는데, 이는 입자가 공기 중으로 유입되고 출력이 측정됨을 의미한다.
에어로졸 챌린지의 공간적 균일성
정확한 필터 누설 시험을 위해서는 에어로졸 농도가 테스트된 필터의 전체 상부 표면에 걸쳐 균일해야 한다. 즉, 에어로졸 시험은 공간적 균일성을 가져야 한다.
그렇지 않으면 높거나 낮은 국소 농도로 인해 시험이 실패하거나 성공할 수 있습니다. ISO 14644-3 가이드라인은 에어로졸 농도의 시간적 변화가 ±15%를 초과하지 않아야 한다고 권장한다.
필터 프레임과 하우징(housing) 사이의 누설 시험
필터 프레임과 하우징 사이에 간격이 있다. 필터 프레임과 하우징 씰(seal) 사이의 누설 시험에서 프로브는 이 영역에 배치하고 해당 영역을 스캔하여 구역별 수집 효율성을 측정한다.
이러한 측정을 기반으로, 누설률과 필터의 효율성(적분값)이 계산된다. 필터에서 누설이 발견되면 패칭(patching) 절차를 사용하여 수리할 수 있다.
궁금한 점이 있으면
이 기사에서는 HEPA 필터 교체와 관련된 모든 문제를 다루려고 했지만, 개별 사례가 있을 수 있다.
추가 질문이 있는 경우, KleanLabs의 전문가에게 10년의 경험을 공유 및 도움을 받을 수 있다.
