CN1512075A - 风机-过滤机组风量反馈控制方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种风机－过滤机组风量反馈控制方法与装置，可应用在半导体制造工厂的无尘车间的风机－过滤机组上，用以控制该风机－过滤机组恒定地保持在一预设的固定送风量。此风机－过滤机组风量反馈控制方法与装置的特点在于以送风量为反馈控制参数，而不是如现有技术那样以马达转速为反馈控制参数，因此可控制风机－过滤机组恒定地保持在预设的固定送风量。此风机－过滤机组风量反馈控制方法与装置因此比现有技术具有更佳的进步性及实用性。

Description

风机-过滤机组风量反馈控制方法与装置

技术领域

本发明是关于一种反馈控制技术，特别是关于一种风机-过滤机组风量反馈控制方法与装置，可应用在半导体制造工厂的无尘车间的风机-过滤机组(Fan Filter Unit)上，用以控制该风机-过滤机组恒定地保持在一预设的固定送风量。

背景技术

风机-过滤机组(Fan Filter Unit)为半导体制造工厂的无尘车间(clean room)常采用的一种除尘装置，通常是安装在无尘车间的天花板，产生一由上往下的气流吹除室内的灰尘颗粒，提供一洁净、无尘的工作环境。

图1即显示一现有的风机-过滤机组10的剖面结构形态，其基本结构包括一风扇11和一钟状入口12(也就是其截面积是由内向外逐渐变大)；且其中该钟状入口12具有一圆弧状的内壁13。当风扇11转动时，它可将周围的空气由钟状入口12上方的进气端21吸入，再接着经由钟状入口12下方的出气端22(也就是其截面积最窄的处)而向下送出，因此而产生一由上往下的除尘气流。

基本上，无尘车间中的风机-过滤机组的一项重要要求就是送风量必须能恒定地保持在一预设的固定送风量，以确保无尘车间无法无尘品质。此外，对于以成套方式安装的多台风机-过滤机组而言，若相邻的二台风机-过滤机组的送风量不一致，会导致横向流动的气流，影响除尘效果。

为达到二台机组送风量的一致，常用的方法是将风机-过滤机组的风扇转速设定为一固定的转速，使得其送风量可保持不变。然而这咱作法的缺点在于，不易将多台不具信号反馈控制的风机-过滤机组均精确地设定至同一风扇转速。

上述的问题的一种解决方法即为采用一定转速式反馈控制方法使得每一台风机-过滤机组的马达转速，均可恒定地保持在预设的固定转速。然而在实际应用时，纵使风机-过滤机组的风扇转速可恒定地保持在预设的固定转速，其所产生的送风量仍会受到周围环境的气压变动因素的影响而有所变动。这些气压变动因素，例如包括无尘车间内的设备或工作人员数量改变、室内空间重新规划、过滤更换等等。因此定转速式反馈控制方法仍无法完全符合实际情况的需求。

发明内容

为克服现有技术的缺点，本发明的主要目的便是在于提供一种新的风机-过滤机组风量反馈控制方法与装置，可应用在搭配至一风机-过滤机组，用以控制该风机-过滤机组在周围环境气压变动时，仍可保持在预设的固定风量值。

本发明的风机-过滤机组风量反馈控制方法，实现过程括下列步骤：(1)测量该风机-过滤机组的进气端和出气端之间的气压差；(2)依据上述气压差，求出该气压差所对应的风量值；(3)将上述的风量值与该预设的固定风量值做一比较，并据此产生一风量差值信号；(4)利用上述的风量差值信号，调整该风机-过滤机组的风扇转速，借此调整该风机-过滤机组的送风量；并进而再以该风机-过滤机组的送风量所导致的气压差为反馈控制参数，直至该风机-过滤机组的送风量大致等于该预设的固定风量值为止。

本发明的风机-过滤机组风量反馈控制装置，该控制装置可应用在一风机-过滤机组，该风机-过滤机组至少包括一风扇和一钟状喷嘴，该钟状喷嘴具有一进气端和一出气端，用以控制该风机-过滤机组的送风量保持在一预设的固定风量值，该风机-过滤机组风量反馈控制装置至少包括：一气压差测量模块，可测量出该风机-过滤机组的进气端和出气端之间的气压差；一风量计算模块，可依据该气压差测量模块测量出的气压差，计算出该气压差所对应的风量值；一比较模块，可将该风量计算模块所计算出的风量值与该预设的固定风量值作一比较，并据此产生一风量差值信号；以及一风扇驱动模块，可响应该比较模块产生的风量差值信号，调整该风机-过滤机组的风扇转速，借此而调整该风机-过滤机组的送风量，直至该风机-过滤机组的送风量大致等于该预设的固定风量值为止。

本发明的风机-过滤机组风量反馈控制装置，该控制装置可应用在搭配至一风机-过滤机组，该风机-过滤机组包括一钟状喷嘴，而该钟状喷嘴具有一进气端和一出气端、以及一椭圆状的内壁，用以控制该风机-过滤机组保持在-预设的固定风量值；该风机-过滤机组风量反馈控制装置至少包括：一气压差测量模块，可测量出该风机-过滤机组的进气端和出气端之间的气压差；一风量计算模块，可将该气压差测量模块测量出的气压差作为参数，并根据一预先经过实验记录的气压差与风量值对应曲线图，计算出该气压差所对应的风量值；一比较模块，可将该风量计算模块计算出的风量值与该预设的固定风量值作一比较，并据此产生一风量差值信号；以及一风扇驱动模块，可响应该比较模块产生的风量差值信号，调整该风机-过滤机组的风扇转速，借此调整该风机-过滤机组的送风量，直至该风机-过滤机组的送风量大致等于该预设的固定风量值为止。

本发明的风机-过滤机组风量反馈控制方法与装置的特点在于利用钟型喷嘴作为风量测量装置，并以送风量作为反馈控制参数，而不是以马达转速作为反馈控制参数，因此可控制风机-过滤机组恒定地保持在预设的固定送风量。本发明因此经现有技术具有更佳的进步性及实用性。

附图说明

图1(现有技术)是一结构示意图，显示现有的风机-过滤机组的剖面结构形态；

图2是一应用架构示意图，显示本发明的风机-过滤机组风量反馈控制装置搭配至单一一台风机-过滤机组的应用架构；

图3是一系统架构示意图，显示本发明的风机-过滤机组风量反馈控制装置的内部基本架构；

图4是一特性曲线图，显示风机-过滤机组的进气端和出气端之间的气压差与送风量之间的关系特性曲线的一个实验结果范例。

具体实施方式

实施例

以下配合附图中的图2至图4，详细说明本发明的风机-过滤机组风量反馈控制方法与装置的实施例。

图2显示本发明的风机-过滤机组风量反馈控制装置(如标号100所指的虚线框所包含的部分)搭配至单一台风机-过滤机组10的应用架构。此风机-过滤机组10与图1大致相同；但由于经本发明的实验结果发现，特定形状的钟型入口可提供较精确的风量反馈效果，因此此处的风机-过滤机组10中的钟状入口改为具有一椭圆形状或圆弧形状内壁14的喷嘴12，可提供风量测量功能。在实际应用时，本发明的风机-过滤机组风量反馈控制装置100是搭配至该风机-过滤机组10，用以控制该风机-过滤机组10保持在预设的固定风量值。

如图2所示，本发明的风机-过滤机组风量反馈控制装置100的内部基本架构至少包括：(a)一钟型入口做为风量喷嘴使用，并附有气压差测量模块110；(b)一风量计算模块120；(c)一比较模块130；以及(d)一风扇驱动模块140。

气压差测量模块110用以测量风机-过滤机组10的钟状喷嘴12的进气端21和出气端22之间的气压差ΔP。在此实施例中，气压差测量模块110，例如是由一气压传感器111、一模拟/数字(Analog-to-digitalA/D)转换器112和一减法器113所组成；其中该气压传感器111是安装在风机-过滤机组10的钟状喷嘴12上，并尽量接近出气端22的位置上(如标号30所指的气压差测量点上)。此气压传感器111可将其所感测到的气压值P1，转换成对应的模拟电子信号，并进而借由A/D转换器112将该模拟电子信号转换成数字信号；再进而借由减法器113计算出气压差ΔP，ΔP＝P1-P0，其中P0是进气端的气压。气压差测量模块110接着将其计算出的气压差ΔP传递给风量计算模块120作进一步的处理。

风量计算模块120以上述的气压差测量模块110测量到的气压差ΔP为参数，计算出该气压差ΔP所对应的风量值Q。此风量值Q的计算方法有二种：(1)当钟型入口的形状与工业用标准喷嘴相同时，可利用下列(公式A)所示的风量与压力差的关系式；以及(2)根据一预先经实验记录的气压差与风量值的对应曲线图，来计算出各种气压差所对应的风量值。 $Q=265.7*Y*\sqrt{\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\ρ}}\mathrm{Cn}*\mathrm{An}}$ ...............(公式A)

其中

Q：风量值(cmm)

Y：扩散系数

ΔP：进气端21与出气端22之间的气压差(mmAq)

ρ：进气端21的空气密度(Kg/m³)

Cn：流量系数

An：出气端22的截面积(m²)

然而由于上述(公式A)所示的风量与压力差的关系式是一个理论性的公式，实际情况可能有许多变异因素(例如Cn与Y的系数值均可能视实际情况而会有所变动)，因此其结果可能有所差异而不太精确。因此本发明的最佳实施方式是采用预先经实验，记录的气压差与风量值的对应曲线图，使得计算的风量值更为精确。

图4即显示风机-过滤机组10的进气端21和出气端22之间的气压差ΔP与送风量Q之间的关系特性曲线的一个实验结果范例。不同的钟型喷嘴造型与不同的风机-过滤机组可能有不同的Q-ΔP特性曲线，因此图4的特性曲线图仅提供作为参考。当风量计算模块120接收到气压差测量模块110测量到的气压差ΔP时，即可将该气压差ΔP作为参数，从图4所示的Q-Δp特性曲线中找出与其对应的风量值Q，并接着将其得出的风量值Q传递给比较模块130作进一步的处理。

比较模块130可将上述的气压差测量模块110得出的风量值Q与预设的固定风量值Qo作一比较，据此产生一风量差值信号ΔQ，ΔQ＝Q-Q0。若此风量差值信号ΔQ为正值，则其表示风机-过滤机组10的风扇转速过快，使得送风量过多；反之，若此风量差值信号ΔQ为负值，则其表示风机-过滤机组10的风扇转速过慢，使得送风量过少；而若此风量差值信号ΔQ的值为零，则表示风机-过滤机组10的风扇转速正好可送出所需要的风量。

风扇驱动模块140可响应上述的比较模块130产生的风量差值信号ΔQ，调整风机-过滤机组10的风扇转速，借此调整该风机-过滤机组10的送风量。也就是，若风量差值信号ΔQ为正值(代表风机-过滤机组10的风扇转速过快，使得送风量过多)，则风扇驱动模块140将减小风机-过滤机组10的风扇转速；反之，若风量差值信号ΔQ为负值(代表风机-过滤机组10的风扇转速过慢，使得送风量过少)，则风扇驱动模块140将增大风机-过滤机组10的风扇转速。风机-过滤机组10的风扇转速经调整之后，它所增加或减小的送风量会导致的气压变化，又被气压差测量模块110测量到，再接着经由风量计算模块120和比较模块130的处理而形成对风扇驱动模块140的反馈控制，直至风量差值信号ΔQ的值等于零为止，也就是直至风机-过滤机组10的送风量大致等于预设的固定风量值为止。此反馈控制可使风机-过滤机组10在周围环境气压变动时仍可保持在预设的固定风量值。

总而言之，本发明提供了一种新颖的风机-过滤机组风量反馈控制方法与装置，其特点在于以送风量为反馈控制参数，而不是以马达转速作为反馈控制参数，因此可控制风机-过滤机组恒定地保持在预设的固定送风量。本发明因此比现有技术具有更佳的进步性及实用性。

Claims (11)

1.一种风机-过滤机组风量反馈控制方法，其特征在于，该控制方法包括下列步骤：

(1)测量该风机-过滤机组的进气端和出气端之间的气压差；

(2)依据上述气压差，求出该气压差所对应的风量值；

(3)将上述的风量值与该预设的固定风量值做一比较，并据此产生一风量差值信号；以及

(4)利用上述的风量差值信号，调整该风机-过滤机组的风扇转速，借此调整该风机-过滤机组的送风量；并进而再以该风机-过滤机组的送风量所导致的气压差为反馈控制参数，直至该风机-过滤机组的送风量大致等于该预设的固定风量值为止。

2.如权利要求1所述的风机-过滤机组风量反馈控制方法，其特征在于，在步骤(1)中，是将一气压传感器安装在该风机-过滤机组的出气端，用以检测该风机-过滤机组出气端的气压值；并将所检测到的气压值与固定的大气压力值作比较，计算出该风机-过滤机组的进气端和出气端之间的气压差。

3.如权利要求1所述的风机-过滤机组风量反馈控制方法，其特征在于，在步骤(2)中，是根据一理论性的风量对压力差关系式，计算出该气压差所对应的风量值。

4.如权利要求1所述的风机-过滤机组风量反馈控制方法，其特征在于，在步骤(2)中，是根据一预先经过实验记录的气压差与风量值对应曲线图，计算出该气压差所对应的风量值。

5.一种风机-过滤机组风量反馈控制装置，其特征在于，该控制装置可应用在一风机-过滤机组，该风机-过滤机组至少包括一风扇和一钟状喷嘴，而该钟状喷嘴具有一进气端和一出气端，用以控制该风机-过滤机组的送风量保持在一预设的固定风量值，该风机-过滤机组风量反馈控制装置至少包括：

一气压差测量模块，可测量出该风机-过滤机组的进气端和出气端之间的气压差；

一风量计算模块，可依据该气压差测量模块测量出的气压差，计算出该气压差所对应的风量值；

一比较模块，可将该风量计算模块所计算出的风量值与该预设的固定风量值作一比较，并据此产生一风量差值信号；以及

一风扇驱动模块，可响应该比较模块产生的风量差值信号，调整该风机-过滤机组的风扇转速，借此而调整该风机-过滤机组的送风量，直至该风机-过滤机组的送风量大致等于该预设的固定风量值为止。

6.如权利要求5所述的风机-过滤机组风量反馈控制装置，其特征在于，该钟状喷嘴具有一椭圆状的内壁。

7.如权利要求5所述的风机-过滤机组风量反馈控制装置，其特征在于，该气压差测量模块包括一气压传感器、且该气压传感器是安装在该钟状喷嘴上靠近该风扇之处。

8.如权利要求5所述的风机-过滤机组风量反馈控制装置，其特征在于，该风量计算模块是根据一理论性的风量与压力差的公式，计算出该气压差所对应的风量值。

9.如权利要求5所述的风机-过滤机组风量反馈控制装置，其特征在于，该风量计算模块是根据一预先经过实验记录的气压差与风量值对应曲线图，计算出该气压差所对应的风量值。

10.一种风机-过滤机组风量反馈控制装置，其特征在于，该控制装置可应用在搭配至一风机-过滤机组，该风机-过滤机组包括一钟状喷嘴，-而该钟状喷嘴具有一进气端和一出气端、以及一椭圆状的内壁，用以控制该风机-过滤机组保持在一预设的固定风量值；该风机-过滤机组风量反馈控制装置至少包括：

一气压差测量模块，可测量出该风机-过滤机组的进气端和出气端之间的气压差；

一风量计算模块，可将该气压差测量模块测量出的气压差作为参数，并根据一预先经过实验记录的气压差与风量值对应曲线图，计算出该气压差所对应的风量值；

一比较模块，可将该风量计算模块计算出的风量值与该预设的固定风量值作一比较，并据此产生一风量差值信号；以及

一风扇驱动模块，可响应该比较模块产生的风量差值信号，调整该风机-过滤机组的风扇转速，借此调整该风机-过滤机组的送风量，直至该风机-过滤机组的送风量大致等于该预设的固定风量值为止。

11.如权利要求10所述的风机-过滤机组风量反馈控制装置，其特征在于，该气压差测量模块包括一气压传感器、且该气压传感器是安装在该钟状喷嘴上靠近该风扇之处。

Images