DE19653135A1

DE19653135A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Testen von Filtern zur Luftreinigung

Info

Publication number: DE19653135A1
Application number: DE1996153135
Authority: DE
Inventors: Erich Heindl; Bogdan Biskup; Thomas Dipl Ing Ehmann; Laszlo Dipl Chem Dr Fabry; Ludwig Dipl Ing Kotz; Siegfried Dipl Ing Pahlke
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 1998-06-25

Description

Gegegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Testen von Filtern zur Luftreinigung, insbesondere von Filtern, die hoch reine Luft für Prozesse der Halbleiterverarbeitung bereitstel len. Von Filtern für derartige Zwecke wird erwartet, daß sie noch geringste Mengen an Verunreinigungen zurückhalten. Gegen stand der Erfindung ist auch ein Verfahren, bei dem die Vor richtung verwendet wird.

Über die Leistungsfähigkeit (performance) von Filtern ist man bisher überwiegend auf Herstellerangaben angewiesen, wobei je der Hersteller die Leistungsmerkmale seiner Filter durch selbst entworfene Tests nachzuweisen versucht. Die Testbedin gungen, beispielsweise die Zusammensetzung und die Konzentra tion der Verunreinigungen, die dem Testfilter zugeführt wer den, und die Dauer der Filterbelastung entsprechen regelmäßig nicht den Bedingungen, unter denen der Kunde die Filter einzu setzen beabsichtigt. Es gibt daher kaum verläßliche Kriterien, aus dem Angebot von Filtern die optimale Filtertype für eine bestimmte Anwendung zu finden. Dies ist besonders nachteilig, wenn hochreine Luft für ganze Fabriken oder Prozeßstraßen be reitgestellt werden muß und die Beschaffung der Filter hohe Investitionskosten erfordert.

Wegen dieser unbefriedigenden Situation ist daher bereits der Vorschlag gemacht worden, die Testbedingungen näher an die re al vorherrschenden Bedingungen anzupassen und zu standardisie ren (O.P. Kishkovich, M.A. Joffe, MICRO, June 1996, S. 83-93). Doch auch dieser Vorschlag läßt unberührt, daß beim Filtertest die realen Bedingungen nur nachgestellt und Testfilter mit Verunreinigungen belastet werden, deren Konzentrationen über dem Niveau liegen, das unter realen Bedingungen maßgeblich ist. Die Konzeption der vorgeschlagenen Testvorrichtung be rücksichtigt ferner nicht, daß die Belastung durch Verunreini gungen stark ortsabhängig sein kann und sogar innerhalb eines Gebäudes erheblich variieren kann.

Die Erfindung löst die Aufgabe, eine verbesserte Vorrichtung zum Testen von Filtern zur Luftreinigung bereitzustellen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Testen von Filtern zur Luftreinigung, umfassend:

a) eine Anordnung zum Durchleiten eines Stroms von mit Verun reinigungen beladener Umgebungsluft durch mindestens einen Testfilter,
b) eine Anordnung zur Probenentnahme aus dem Luftstrom vor und nach dem Durchtritt des Luftstroms durch den Testfilter, und c) eine Anordnung zur Erfassung und Aufzeichnung physikali scher Daten des Luftstroms, gekennzeichnet durch
d) ein verfahrbares Gestell, das die Anordnungen a)-c) trägt.

Im Vergleich mit bekannten Vorrichtungen der Gattung wird bei dieser darauf verzichtet, Mittel zum Anreichern des Luftstroms mit Verunreinigungen bereitzustellen. Während die Probenent nahme noch mit der Vorrichtung vorgenommen wird, sind Geräte zur chemischen Analyse der Proben nicht mehr Bestandteil der Vorrichtung. Dadurch und insbesondere wegen ihrer Verfahrbar keit eignet sich die Vorrichtung bestens für Tests unter Be dingungen, die vollkommen den Bedingungen entsprechen, unter denen die getesteten Filter gegebenenfalls später betrieben werden sollen. Das Ergebnis von Tests verschiedener Filterty pen und von Filtern verschiedener Hersteller zeigt dem Anwen der der Vorrichtung zuverlässig auf, welcher Filter oder wel che Filterkombination in der vorgesehenen Arbeitsumgebung die beste performance aufweist, beispielsweise keine Imprägnie rungsmittel abgibt und daher am geeignetsten ist.

Die Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Testen von Aktiv kohlefiltern und chemischen Filtern auf Aktivkohle-Basis. Be sonders bevorzugt ist, mit der Vorrichtung Filter zu testen, die gereinigte Luft für die Halbleitermaterial verarbeitende Industrie bereitstellen. Da insbesondere Halbleiterscheiben von chemischen Verbindungen, wie HCl, HF, NO₂, SO₂, NH₃ und chlororganischen Verbindungen geschädigt werden, wird die Vorrichtung insbesondere verwendet, um Filter zu testen, die diese Verbindungen zurückhalten und gegebenenfalls chemisch unschädlich machen. Die Vorrichtung ist so ausgelegt, daß da mit Filter unter natürlichen Bedingungen getestet werden kön nen, wobei die Konzentrationen einzelner Verunreinigungen in der angesaugten Luft typischerweise geringer als 1 µg/m³ sind.

Die Vorrichtung wird nachfolgend an Hand von Figuren näher be schrieben. Die Figuren zeigen schematische Darstellungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Zunächst wird auf die Fig. 1a und 1b Bezug genommen. Unver zichtbares Merkmal der Vorrichtung ist ein verfahrbares Ge stell 1, beispielsweise ein mit lenk- und arretierbaren Rollen 2 versehener Transportwagen. Auf dem Gestell 1 sind mehrere Anordnungen untergebracht. Diese werden nachfolgend an Hand der Fig. 2 beschrieben.

Die Anordnung zum Durchleiten eines Stroms von Umgebungsluft durch einen Testfilter umfaßt ein Kammersystem aus zwei oder mehreren, aneinanderliegenden Kammern und einen Ventilator 8, der einen Luftstrom durch das Kammersystem hindurchsaugt und in einer Ventilatorkammer IV untergebracht ist. Damit der Luftstrom ungehindert durch das Kammersystem strömen kann, sind die Begrenzungswände der Kammern, die im Weg des Luft stroms liegen, entsprechend perforiert. Der Luftstrom wird durch eine Eintrittsöffnung 3 in das Kammersystem eingesaugt und durch eine Austrittsöffnung 4 wieder an die Umgebungsluft abgegeben (Fig. 1a). Das Kammersystem besteht vorzugsweise aus Kunststoff und ist bis auf die Ein- und Austrittsöffnungen von der Umgebungsluft luftdicht abgetrennt. Der Ventilator befin det sich stromabwärts bei der Austrittsöffnung 4. Ein Absor berfilter 6 ist stromaufwärts in einer Absorberfilterkammer 11 untergebracht und beispielsweise durch genormte Bajonett-Ver schlüsse an der lufteitrittseitigen Begrenzungsplatte dieser Kammer fixiert. Dieser Absorberfilter wird vorzugsweise als Testfilter eingesetzt. Statt eines einzigen Testfilters können auch mehrere Testfilter nebeneinander oder hintereinander an geordnet sein. Es ist ferner zweckmäßig, weitere Kammern mit Filtern vorzusehen, durch die gegebenenfalls im Luftstrom an wesende Partikel zurückgehalten werden. Im dargestellten Aus führungsbeispiel befindet sich an der Lufteintrittseite des Kammersystems eine Partikelfilterkammer I, die einen Partikel filter 5 beherbergt, der an der lufteintrittseitigen Begren zungswand dieser Kammer fixiert ist. Zwischen der Absorberfil terkammer II und der Ventilatorkammer IV ist eine zweite Par tikelfilterkammer III angeordnet. An der lufteintrittseitigen Begrenzungswand dieser Kammer ist ebenfalls ein Partikelfilter 7 fixiert.

Die Anordnung zur Probenentnahme umfaßt ein sogenanntes Impin gersystem mit baugleichen, aber unabhängig voneinander betrie benen Luftwaschstationen 9 und 10 und Mitteln zur Entnahme und Zuführung von Proben aus dem Luftstrom in die Luftwaschstatio nen. In den Luftwaschstationen werden von den Proben stammende Verunreinigungen für eine spätere Analyse in einer Waschflüs sigkeit angereichert. Jede Luftwaschstation beherbergt gegen äußere Einflüsse luftdicht abgedichtete Gefäße, die ausge tauscht werden können und mit der Waschflüssigkeit gefüllt sind. Je nach Löslichkeit der zu analysierenden Verunreinigung wird als Waschflüssigkeit Reinstwasser, eine wässerige Lösung oder ein organisches Lösemittel verwendet. Die Entnahme und Zuführung von Proben aus dem Luftstrom erfolgt durch elektrisch betriebene Probenahme-Pumpen 11 und 12. Jede Probenahme-Pumpe saugt Proben aus dem Luftstrom in ein ihr zugeordnetes Gefäß und durch die Waschflüssigkeit, die sich in diesem Gefäß be findet. Die Probe wird von einer Probenahme-Pumpe zunächst durch ein Edelstahlröhrchen, das in den Luftstrom gerichtet ge bogen ist, in ein Schlauchsystem und anschließend weiter in das entsprechende Gefäß mit der Waschflüssigkeit gesaugt. Vor zugsweise können die angesaugte Probemenge und die Ansaugzeit direkt an den Probenahme-Pumpen eingestellt werden. Probenent nahmestellen befinden sich zweckmäßigerweise hinter den Parti kelfiltern 5 und 7 in den Partikelfilterkammern I und III.

Die Anordnung zur Erfassung und Aufzeichnung physikalischer Daten des Luftstroms umfaßt im wesentlichen ein elektronisches Datenaufzeichnungsgerät V, welches eine PC-Schnittstelle zur Datenauswertung besitzt,und Sensoren, die verschiedene physi kalische Daten über den Luftstrom erfassen und an das Daten aufzeichnungsgerät übermitteln. Es ist bevorzugt, Sensoren be reitzustellen, die laufend oder in regelmäßigen Abständen die Luftstrom-Temperatur, die Luftstrom-Feuchte, die Luftstrom-Ge schwindigkeit und den Druckabfall im Luftstrom bei dessen Durchtritt durch den Testfilter erfassen. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Druckabfall mit Hilfe von Druck sensoren 13, 14 und 15, 16 bestimmt, die in den Kammern I und III jeweils vor und hinter den Partikelfiltern 5 und 7 ange ordnet sind. Die Bezugszahl 17 bezeichnet einen Betriebsstundenzähler.

Nachfolgend wird ein Verfahren beschrieben, bei dem die Vor richtung verwendet wird. Es ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Die betriebsbereite Vorrichtung, die sich sowohl für den Ein satz innerhalb als auch außerhalb geschlossener Gebäude eig net, wird mit eingesetztem Testfilter zunächst zum vorgesehe nen Meßort gefahren. Zum Betreiben elektrischer Verbraucher, insbesondere des Ventilators, ist die Vorrichtung mit einem Anschluß 18 an eine externe Stromquelle ausgerüstet. Gegebe nenfalls wird die Verbindung zur Stromquelle durch ein im Ge stell integriertes Verlängerungskabel hergestellt. Anschlie ßend wird der Ventilator eingeschaltet und auf eine gewünschte Drehzahl geregelt. Nach einer Funktionsüberprüfung der Senso ren werden die Probenahme-Pumpen und das Datenaufzeichnungsge rät in Betrieb genommen.

Der vom Ventilator durch das Kammersystem gesaugte Luftstrom ist nur mit den in der Umgebungsluft natürlicherweise vorkom menden Verunreinigungen beladen. Zur Beurteilung der Lei stungsfähigkeit des Testfilters werden dem Luftstrom über die Probenahme-Pumpen Proben entnommen, wobei eine Entnahmestelle vor und die andere hinter dem Testfilter liegt. Die Proben werden getrennt durch die Gefäße mit der Waschflüssigkeit ge saugt, wobei die Verunreinigungen herausgewaschen werden. Nach dem Ablauf der vorbestimmten Dauer der Probennahme werden die Gefäße verschlossen und der Vorrichtung entnommen. Die aufge zeichneten Meßdaten werden aus dem Datenaufzeichnungsgerät ausgelesen und beispielsweise mit einem Rechner aufbereitet.

Die chemische Analyse der gegebenenfalls aufkonzentrierten Waschflüssigkeiten, beispielsweise die Untersuchung mit spek troskopischen Analyseverfahren, ist vollkommen unabhängig vom weiteren Betrieb der Vorrichtung. Da für die Probengewinnung identische Vorrichtungsteile verwendet werden, liefert das Er gebnis der chemischen Analyse eine genaue Übersicht über die Leistungsmerkmale des Testfilters, beispielsweise über seine Rückhaltefähigkeit (removal efficiency), Betriebsdauer (ser vice life) und den verursachten Druckabfall (pressure drop).

Die Vorrichtung steht nach dem Einsetzen neuer Gefäße und ge gebenenfalls dem Austausch des Testfilters für einen neuen Testzyklus, der gegebenenfalls an einem neuen Meßort durchge führt wird, zur Verfügung.

Claims

1. Vorrichtung zum Testen von Filtern zur Luftreinigung, umfassend:

a) eine Anordnung zum Durchleiten eines Stroms von mit Verun reinigungen beladener Umgebungsluft durch mindestens einen Testfilter,
b) eine Anordnung zur Probenentnahme aus dem Luftstrom vor und nach dem Durchtritt des Luftstroms durch den Testfilter und c) eine Anordnung zur Erfassung und Aufzeichnung physikali scher Daten des Luftstroms, gekennzeichnet durch
d) ein verfahrbares Gestell, das die Anordnungen a)-c) trägt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Probenentnahme zwei unabhängig voneinander betriebene Luftwaschstationen umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das verfahrbare Gestell ein Transportwagen mit lenk- und arretierbaren Rollen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Testfilter durch genormte Verschlüsse in einer Filterkammer fixiert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Anordnung zur Erfassung und Aufzeichnung physikalischer Daten Sensoren umfaßt, die die Feuchtigkeit, die Temperatur, die Geschwindigkeit und den Druck des Luft stroms messen.

6. Verfahren zum Testen von Filtern zur Luftreinigung, bei dem ein Luftstrom, der mit Verunreinigungen beladen ist, durch mindestens einen Testfilter geleitet wird, physikalische Daten des Luftstroms aufgezeichnet werden und Proben vom Luftstrom vor und nach dessen Durchtritt durch den Testfilter gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom ausschließlich der Umgebungsluft entnommen wird und daher nur mit natürlicherweise in der Umgebungsluft vorkommenden Verun reinigungen beladen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentrationen einzelner Verunreinigungen im Luftstrom typi scherweise geringer als 1 µg/m³ sind.