CN1329696C

CN1329696C - 洁净室的空气调节、净化系统

Info

Publication number: CN1329696C
Application number: CNB2005100940094A
Authority: CN
Inventors: 李曙光; 邹宗骐; 顾振建; 周伟民
Original assignee: Wuxi China Resources Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Wuxi China Resources Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2025-08-22
Also published as: CN1731032A

Abstract

洁净室的空气调节、净化系统流型，涉及空气调节系统，具体地说是一种专用于洁净室的空气调节与净化系统。按照本发明所提供的设计方案，在洁净室与其下面的下夹层间设置带孔的活动地板隔开，洁净室的上面为静压箱层，在洁净室与静压箱层间即洁净室的顶部布置装有高效过滤器。洁净室的两侧为回风夹道，其特征是：在洁净室上面的静压箱层内安装若干台自循环风机，每台自循环风机依次设有中效过滤段、表冷段、风机段及出风段。出风段利用风管将处理后的风分配给多个高效送风口，然后，经过高效过滤器进入洁净室。每个高效送风口由高效过滤器及扣置在其上方的外壳组成。在外壳上设置接风口，以便连接风管。在外壳内设置均流板，以便送风均匀地通过高效过滤器进入洁净室。

Description

洁净室的空气调节、净化系统

技术领域

本发明涉及空气调节系统，具体地说是一种专用于洁净室的空气调节与净化系统。

背景技术

随着现代工业及科学技术的不断发展，为保证产品的高质量、高精度、高纯度和高成品率，需有高洁净程度的生产环境。例如对食品加工、医疗卫生设施、医药、微电子芯片等生产制造工艺都要求在恒温恒湿且洁净的环境中进行。这种恒温恒湿且高洁净度的环境称为洁净室或洁净厂房。为满足洁净室要求所配置的空气调节、净化系统称为洁净室空调、净化系统。所谓的恒温恒湿就是温度和相对湿度是在一个很小的范围内变化。洁净度是洁净空间内单位体积的空气中悬浮粒子量的多少的程度。通常空气中含尘浓度高，则空气洁净度低，含尘浓度低，则空气洁净度高。洁净度等级划分标准是以洁净区域内空气中悬浮粒子大于或等于被考虑粒径的粒子的最大浓度限值(个/立方米)来表示的，各国都相应制定了洁净度等级标准。2001年国际标准化组织发布了ISO14644-1的洁净室洁净度等级标准。

近几年来，空气调节技术、空气净化技术也在不断飞速发展，特别是大规模集成电路生产厂房，对洁净室的要求不断提高，如Ф6英寸晶圆生产线的洁净室的一般温度、湿度要求为：

温度： 23℃±0.5℃；

相对湿度：45％±5％；

洁净度：颗粒(粒径≥0.1μm)≤100个/立方英尺；

颗粒(粒径≥0.3μm)≤100个/立方英尺；

颗粒(粒径≥0.5μm)≤10000个/立方英尺等。

随着晶圆片加工直径的不断增大，对洁净室的洁净度等级的要求将会越来越高。洁净室的空气调节、净化系统流型对于能否满足洁净度等级要求是至关重要的。随着科学技术的不断发展，洁净室的要求不断提高，洁净室的空气调节、净化系统流型也在不断改进和创新。

洁净室的空气净化处理就是根据其不同的洁净度等级要求，采用不同方式送入经过处理的数量不等的清洁空气，同时排走相应数量的在室内所产生的污染物质沾污的脏空气(称为排风)，靠这样的动态平衡，使室内环境维持在所需的空气洁净度等级。为简单起见，以下洁净室的空调、净化系统流型中将排风省略不提。洁净空气是经过过滤而获得的。由特殊滤料按不同形式组成，用来过滤空气中的悬浮粒子和微生物的过滤装置，称为空气过滤器。空气过滤器按其在额定风量下对大气尘粒径的计数效率可分为粗效过滤器(粒径≥5μm，效率：80％-20％)；中效过滤器(粒径≥1.0μm，效率：99％-20％)；亚高效过滤器(粒径≥0.5μm，效率：99.9％-95％)；高效过滤器(粒径≥0.1μm，效率：≥99.999％)。根据不同的洁净度等级来选用不同的空气过滤器。

几种传统的洁净室空调、净化系统流型如图1的A、B、C、D所示：

其中图1的A表明：高效过滤器箱与洁净室2相比为正压，高效过滤器箱与高效过滤器1和顶板的密封为机械密封。此种形式的洁净室洁净度等级不会太高；图1的B表明：静压箱层9与洁净室2相比为正压，高效过滤器1与龙骨框架20的密封是液槽22的形式，只有灌密封胶23才能确保洁净度；图1的C表明：静压箱层9与洁净室2相比为正压，高效过滤器1与龙骨框架20的密封同样是液槽22的形式，只有灌密封胶23才能确保洁净度；图1的D表明：全部采用FFU(即风机与高效过滤器组成一个整体单元)形式，虽然静压箱层9与洁净室2相比为负压，但由于其风机较小，风量、风压受到局限，调节余地较小，影响高效过滤器1的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于设计一种洁净室的空气调节、净化系统，利用这种系统流型来调节与净化洁净室的空气时，效率与洁净度都比较高。

按照本发明所提供的设计方案，在洁净室与其下面的下夹层间设置带孔的活动地板隔开，洁净室的上面为静压箱层，在洁净室与静压箱层间即洁净室的顶部布置装有高效过滤器。洁净室的两侧为回风夹道，新风由新风空调机组送入回风夹道并与回风混合后(称为循环风)进入静压箱层，在静压箱层内的自循环风机(专门处理循环风的装置)的作用下，经过高效过滤器送入洁净室内，在洁净室内形成由上而下的垂直层流，再穿过洁净室活动地板上的孔进入下夹层内，然后再从下夹层作为回风进入两侧的回风夹道内，与送入的新风混合再进入静压箱层内，就这样循环往复，使进入洁净室的空气一次又一次的经过调节、净化，确保洁净室的空气达到洁净要求。如图5所示流程及图7流型剖面示意图所示。其特征是：在洁净室上面的静压箱层内安装若干台自循环风机，每台自循环风机依次设有中效过滤段、表冷段、风机段及出风段。其中，中效过滤段用于对循环风进行初步净化处理。表冷段用于调节循环风的温度。风机段用于对循环风进行增压。出风段利用风管将处理后的风分配给多个高效送风口，然后，经过高效过滤器进入洁净室。

每个高效送风口由高效过滤器及扣置在其上方的外壳组成。在外壳上设置接风口，以便连接风管。在外壳内设置均流板，以便送风均匀地通过高效过滤器进入洁净室。这种流型其静压箱层相对于洁净室为负压。

本发明与传统典型的洁净空调系统流型相比较，在安装结构方面的主要区别在于：静压箱层的送风方式不同。

新流型采用若干台自循环风机分别作为气流循环的动力，取代了FFU系统中的小风机，自循环风机则安装吊挂于静压箱层内。自循环风机具有功能段依次为：中效过滤段、表冷段、风机段和出风段。其中的风机采用直联式无蜗壳风机，不易产尘，噪声小。并配有变频器，可以调节风机的转速，从而调节风机的风量、风压。

新风、回风混合后经过自循环风机中效过滤段净化处理后，又经过表冷段温度处理(根据洁净室内的温度传感器发出信号来调节冷水阀门开度，从而调节送风温度)，再经过风机加压后通过一段送风风管分别送至若干台高效送风口(安装在龙骨框架上)。每个高效送风口由高效过滤器及扣置在其上方的外壳组成。在外壳上设置接风口，以便连接风管。在外壳内设置均流板，以便送风均匀地通过高效过滤器进入洁净室。这样的高效送风口，可以满布，也可间隔布置(根据下部洁净室的洁净要求而定)。每台自循环风机的风量、风压、表冷器的大小，供几个高效送风口都可根据需要来设计、配置。

本发明的流型与传统空调系统流型相比较具有如下特点：

(1)自循环风机采用无蜗壳直联式变频风机，不易产尘，噪声小。通过变频可调节风机转速，从而调节风量、风压，调节余量较大。确保流过高效过滤器的断面风速，从而确保洁净度(FFU系统中由于风机小，因此在风量、风压方面有局限性)。由于自循环风机的风量、风压较大，又可调节，从而充分发挥高效过滤器的潜力，节约运行成本；

(2)可根据洁净室不同的要求，配置自循环风机及高效过滤器的数量，以达到不同的洁净度等级；

(3)静压箱层相对于洁净室为负压，实现了负压密封，有利于洁净室的洁净度。同时也简化了高效过滤器与龙骨框架的密封形式，使更换高效过滤器更加方便快捷；

(4)自循环风机吸口装有中效过滤器，进一步保护了高效过滤器；延长其使用寿命。

(5)自循环风机带有表冷器，可以根据洁净室要求调节冷水量，从而调节送风温度，调节洁净室温度。比表冷器放在回风区调节温度更有针对性，效果更好。

(6)每个高效送风口由高效过滤器及扣置在其上方的外壳组成。在外壳上不但有连接风管的风口，内部还设有均流板，提高了高效过滤器送风均匀性。

附图说明

图1中的A、B、C、D分别为4种传统的洁净室空调、净化系统流型剖面示意图。

图2为传统的高效过滤器的安装示意图。

图3为传统的FFU的安装示意图。

图4为传统典型的洁净空气调节、净化流程。

图5为本发明的洁净空气调节、净化流程。

图6为组合式新风空调机组各功能段图。

图7为本发明的洁净室空调、净化系统流型剖面示意图。

图8为本发明的洁净室顶部高效送风口安装示意图。

具体实施方式

1、高效过滤器，2、洁净室，3、回风口，4、回风，5、新风空调机组，6、新风，7、循环风机，8、进风，9、静压箱层，10、下夹层，11、自循环风机，12、带孔的活动地板，14、设备区或回风区，15、回风夹道，16、表冷器，17、吊杆，18、壁板，19、洁净照明灯，20、龙骨框架，22、液槽，23、密封胶，25、风口，26、风机，27、风管，28、外壳，29、密封垫。

如图7所示：在洁净室2与其下面的下夹层10间设置带孔的活动地板12隔开，洁净室2的上面为静压箱层9，在洁净室2与静压箱层9间即洁净室2的顶部布置有高效过滤器1。洁净室2的两侧为回风夹道15，新风6由新风空调机组5送入回风夹道15，并与回风4混合后(称为循环风)进入静压箱层9，在静压箱层9内的自循环风机11(一种专门处理循环风的装置)的作用下，经过高效过滤器1送入洁净室2内，在洁净室2内形成由上而下的垂直层流，再穿过洁净室2下的带孔的活动地板12上的孔进入下夹层11内，然后再从下夹层11作为回风4进入两侧的回风夹道15内，与送入的新风6混合后再进入静压箱层9内，就这样循环往复，使进入洁净室2的空气一次又一次的经过调节、净化，确保洁净室2的空气达到洁净要求。在洁净室2上面的静压箱层9内安装若干台自循环风机11，每台自循环风机11依次设有中效过滤段、表冷段、风机段及出风段。其中，中效过滤段用于对循环风进行初步净化处理；表冷段用于调节循环风的温度；风机段用于对循环风进行增压；出风段利用风管27将处理后的风分配给多个高效送风口。

静压箱层9相对于洁净室2为负压，实现了负压密封，有利于洁净室2的洁净度，同时也简化了高效过滤器1与龙骨框架20的密封形式，使更换高效过滤器1时更加方便快捷。

自循环风机11采用无蜗壳直联式变频风机，不易产尘，噪声小。通过变频可调节风机的转速，从而调节风量、风速，调节范围较大，确保流过高效过滤器1的断面风速，从而确保洁净度。同时也充分发挥高效过滤器1的潜力，节约运行成本。

在自循环风机11的吸口设置中效过滤器，形成中效过滤段。以进一步保护高效过滤器1，延长其使用寿命。

在自循环风机11内设置表冷器16，表冷器16内通有冷水，可以根据洁净室2内的温度要求调节冷水量，以调节送风温度。这种方式与将表冷器16放在回风夹道15内的方式相比，其调节温度时更有针对性，效果更好。

每个高效送风口由高效过滤器1及扣置在其上方的外壳28组成。在外壳28上不但设置有连接风管的风口25，在外壳28内还设置均流板，以提高送风的均匀性。

要建造一个满足恒温恒湿且洁净要求的洁净室2，要从建筑结构、空气调节、空气净化等几方面来综合考虑，现分述如下：

1、洁净室2的构成，为了确保达到高洁净度、恒温恒湿的环境要求，必须建造一个密封区域，在此区域内，门、窗都应能关严密，既能做到空气的净化，又能合理组织气流循环，确保温度、湿度的调节。如图7所示：洁净室2四周都用特制的壁板18围成，包括门、窗都是将玻璃直接密封嵌在壁板18上的。这种壁板18是用不产尘的双面彩钢板(有的有防静电要求)、中间夹有保温层并且具有一定强度的骨架组合而成的，这样的壁板18拼装成洁净室2的四壁。

在本发明中，洁净室2的顶部安装多个长×宽×高为1200mm×600mm×250mm的高效送风口。每只高效送风口由高效过滤器1及扣置在其上方的外壳28组成，在外壳28上设置风口25。如图8所示。根据洁净度要求，可以满布，也可以间隔布置。这些高效送风口安装在特制的铝合金龙骨框架20上，而铝合金龙骨框架20又吊挂固定在建筑物的梁上。静压箱层9相对于洁净室2为负压时，静压箱层9的空气不会漏入洁净室2，高效过滤器1的边框与铝合金龙骨框架20之间，只要有密封垫29密封即可，这种密封比较简单，不会影响洁净室2的洁净度，且更换也方便。因此在洁净室2顶部实现负压密封这种流型是比较先进的。

图2所示为传统流型中洁净室2顶部的结构，是静压箱层9相对于洁净室2为正压时的情形。为防止静压箱9的空气不经过高效过滤器1漏入洁净室2，高效过滤器1与龙骨框架20之间的密封必须采用液槽22的形式。在液槽22内灌注密封胶23，高效过滤器1的边框插入液槽22内，从而达到密封的效果。这种密封形式比较繁琐，对密封胶23的要求高，配制难。在更换高效过滤器1时，还要重新灌注密封胶23。

图3所示为另一种传统的洁净室2的顶部结构，是静压箱层9相对于洁净室2为负压时的情形。静压箱层9的空气不会漏入洁净室2内。这里采用的FFU与龙骨框架20之间只要有密封垫29密封即可，不会影响洁净室2的洁净度。这种密封比较简单，更换也方便。但FFU系统的风机在风量、风压方面相对本发明中应用的自循环风机11来说有很大的局限性。

图7中，洁净室2的地面是用600mm×600mm的铝合金压铸板拼装而成的带孔活动地板12。表面贴有1mm厚的防静电PVC板，为了能让气流顺利通过，在每块带孔活动地板12上开有占总面积17％-25％的圆孔。每块带孔活动地板12下部安装支架立柱固定。带孔的活动地板12承重可达1000kg/m²，甚至更大，支架承重2000kg/单柱。支架立柱安装在下部的钢筋混凝土的网格梁上，气流可以从带孔活动地板12的圆孔中穿过，再穿过网格梁进入下夹层13。

下夹层13有建筑的立柱、网格梁、地面、回风夹道15两侧的墙面等。都要求防尘处理，使其不产尘。静压箱层9及回风夹道15的顶部也要用特制的壁板作为顶板铺满，并密封好。使整个室内的气流不能外流，以减少损失。

这样整个建筑是个密封的区域，区域内部又能形成空气的流通。另外洁净室2还要考虑合理的人流、物流路线，消防、安全设施等。在这里不再累述。

2、洁净室2气流的循环流向。一般由上而下送入洁净室2的空气称为送风。流出洁净室2至下夹层13、回风夹道15、静压箱层9的空气称为回风4。经过新风空调机组5处理后的空气，称为新风6。

新风6由新风空调机组5通过风管27进入洁净室2内，在回风夹道15或静压箱内9与回风4混合后，由自循环风机11将其初步净化、调节温度、加压后，送至洁净室2顶部的高效送风口，通过高效过滤器1将空气进一步净化后，送入洁净室2。洁净室2内的送风是由上而下的垂直层流。洁净室2内放置设备，还有操作人员，当然这些设备都是洁净的。人员穿洁净衣服工作。照明灯19也是洁净灯，不产尘，外形不能影响垂直层流。垂直向下的送风确保设备工作面及以上部分是洁净的。使工艺操作及产品形成、产品流通始终在满足洁净要求的空气中进行。但经过设备、人员后空气会受到一定的污染。这时气流穿过带孔的活动地板12、网格梁进入下夹层13。下夹层13的空气已是回风4，其洁净度已低了一些，但可以放置对洁净度要求较低的设备以及敷设动力管线等。回风4从下夹层13两侧进入回风夹道15及静压箱层9，与新风6混合后再由自循环风机11将其初步净化、调节温度、加压后，经高效过滤器1净化后又送入洁净室2。就这样循环往复，使进入洁净室2的空气一次又一次的经过高效过滤器1得到净化，确保洁净室2的空气达到洁净要求。如图7所示。

整个封闭区域利用调节送入新风6的数量相对于外界保持处于正压，即空气只能从封闭区域向外流，外界的脏空气不能流入。在这封闭区域内部，洁净度要求高的区域相对于洁净度要求低的区域也要保持正压，使得洁净度要求低的区域的空气不能流入洁净度要求高的区域。

3、空气调节及净化系统。从图6中所示组合式新风空调机组5的各功能段可以看出，室外空气依次经过初效过滤器、用来吸附空气中的有机元素及异味的活性碳过滤器、中效过滤器、亚高效过滤器后，已得到了必要的净化。再经过自循环风机11的中效过滤器、洁净室顶部的高效过滤器1，将空气进一步净化，使送入洁净室2的空气满足其洁净度要求。根据不同的洁净要求，可以选择不同规格的过滤器来满足。

此外，新风空调机组5的其他各功能段的作用为：预热器主要功能是对冬天零度以下的冷空气进行预热处理，防止表冷段冻坏；1级、2级表冷器16的主要功能是将空气冷却降温，使空气的温度降至露点以下，这时空气中的水分凝结成水滴而排出，成为干燥的冷空气：再热器的主要功能是将经过表冷器16后的干燥冷空气再加热到露点以上所需要的温度；加湿器的主要功能是对一定温度的干空气用蒸汽加湿到所需的湿度。

洁净室2内安装有温度、相对湿度的传感器，它能根据洁净室2内的温度、相对湿度发出电信号，通过自动控制系统，调节新风空调机组5的表冷器、加热器、加湿器的冷水、蒸汽阀门开度，从而调节进入表冷器的冷水量、进入加热器、加湿器的蒸汽量。以此达到预先设定的满足洁净室2要求的温度和相对湿度。

洁净室2的相对湿度是靠新风空调机组5来调节控制的。由于洁净室2、下夹层13放置的设备、工作人员都会发出较多的热量。洁净室2的温度仅有新风空调机组5的调节还不够，在自循环风机11内设置表冷器16，仍由对应的洁净室2内的温度传感器发出的电信号来调节其冷水阀门的开度，从而调节送入洁净室2的送风温度，确保洁净室2的温度控制在要求的范围内。

以上就是洁净室2的空气净化与调节的整个过程。

Claims

1、洁净室的空气调节、净化系统，在洁净室与其下面的下夹层间利用带孔的活动地板隔开，洁净室的上面为静压箱层，在洁净室与静压箱层间布置高效过滤器，洁净室的两侧为回风夹道，新风由新风空调机组送入回风夹道与回风混合后进入静压箱层，在静压箱层内的自循环风机的作用下，经过高效过滤器进入洁净室内，在洁净室内形成由上而下的垂直层流，再穿过活动地板上的孔进入下夹层内，然后再从下夹层作为回风进入两侧的回风夹道内，与新进入的新风混合后再进入静压箱层内，循环往复，其特征是：在洁净室上面的静压箱层内安装若干台自循环风机，每台自循环风机依次设有中效过滤段、表冷段、风机段及出风段，其中，中效过滤段用于对循环风进行初步净化处理，表冷段用于调节循环风的温度，风机段用于对循环风进行增压，出风段利用管道将处理后的风分配给多个高效送风口，然后，经过高效过滤器进入洁净室。

2、根据权利要求1所述洁净室的空气调节、净化系统，其特征是：静压箱层相对于洁净室为负压。

3、根据权利要求1所述洁净室的空气调节、净化系统，其特征是：自循环风机为无蜗壳直联式变频风机。

4、根据权利要求1所述洁净室的空气调节、净化系统，其特征是：在自循环风机的吸口设置中效过滤器，形成中效过滤段。

5、根据权利要求1所述洁净室的空气调节、净化系统，其特征是：在表冷段内设置表冷器，在表冷器内通有冷水。

6、根据权利要求1所述洁净室的空气调节、净化系统，其特征是：每个高效送风口由高效过滤器及扣置在其上方的外壳组成，在外壳上设置连接风管的风口，在外壳内设置均流板。

7、根据权利要求1所述洁净室的空气调节、净化系统，其特征是：洁净室的四壁用壁板围成，洁净室的门、窗由玻璃直接密封嵌在壁板上形成；壁板由双面彩钢板、位于双面彩钢板中间的保温层及骨架组合而成。

8、根据权利要求1所述洁净室的空气调节、净化系统，其特征是：洁净室内安装有温度与相对湿度的传感器。

9、根据权利要求1所述洁净室的空气调节、净化系统，其特征在于，新风空调机组依次具有如下功能段：过滤器、预热器、1级与2级表冷器、再热器、加湿器；各功能段的作用为：过滤器包括初效过滤器、活性碳过滤器、中效过滤器、亚高效过滤器，用于对进入新风空调机组的空气进行过滤；预热器用于对冬天零度以下的冷空气进行预热处理，防止表冷段冻坏；1级与2级表冷器用于将空气冷却降温，使空气的温度降至露点以下，这时空气中的水分凝结成水滴而排出，成为干燥的冷空气；再热器用于将表冷器后的干燥冷空气再加热到露点以上所需要的温度；加湿器用于对一定温度的干空气用蒸汽加湿到所需的湿度。