DE202005020907U1

DE202005020907U1 - Anordnung zur Luftführung und Druckregelung in einem Isolator mit einer gegen die äußere Umgebung abgeschirmten Arbeitskammer

Info

Publication number: DE202005020907U1
Application number: DE202005020907U
Authority: DE
Original assignee: SKAN AG
Current assignee: SKAN AG
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2015-02-11
Also published as: WO2005084835A1

Abstract

Anordnung zur Luftführung und Druckregelung in einem Isolator (1) mit:
a) einer Arbeitskammer (14) mit zumindest einem Zugang zum Einbringen und Ausbringen des zu behandelnden Produkts;
b) einem an die Arbeitskammer (14) angrenzenden Umluftfilter (5);
c) einem dem Umluftfilter (5) vorgesetzten Ventilator (4), der vorzugsweise steuerbar ist;
d) einem zwischen dem Ventilator (4) und dem Umluftfilter (5) liegenden Umluftplenum (131);
e) einem Ansaugbereich (130), der dem Umluftplenum (131) abgewandt, strömungsseitig vor dem Ventilator (4) liegt, welcher zur Luftförderung durch den Umluftfilter (5) in Richtung der Arbeitskammer (14) bestimmt ist;
f) einem Rückluftkanal (2), welcher aus der Arbeitskammer (14) austritt und zum Ansaugbereich (130) führt;
g) einer von der äusseren Umgebung (U) in den Ansaugbereich (130) des Isolators (1) einmündenden Zuleitung (63); und
h) einer aus dem Isolator (1) in die äusseren Umgebung (U) austretenden Ableitung (73), dadurch gekennzeichnet, dass
i) der...

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Isolator mit einer Arbeitskammer, die mit gereinigter, turbulenzarmer Verdrängungsströmung versorgt wird. Hierbei sind verschiedene Anwendungen zu unterscheiden. Im ersten Fall ist in der Arbeitskammer ein darin gehandhabtes Produkt vor Verunreinigungen aus der Umgebung des Isolators zu schützen, wie z.B. bei der Durchführung von Sterilitätstests von pharmazeutischen Produkten. Um dieses abzusichern, wird die Arbeitskammer hermetisch mit einem gegenüber der Umgebung erhöhten Druck betrieben. Im zweiten Fall werden in der Arbeitskammer toxisch belastete Produkte gehandhabt, wobei keine schädlichen Substanzen aus der Kammer in die Umgebung gelangen dürfen, wie z.B. beim Abfüllen von Giftstoffen oder bei Forschungsexperimenten. Zur Absicherung dieser Verhältnisse wird die Arbeitskammer unter einen gegenüber der Umgebung verringerten Druck gesetzt. Speziell befasst sich die Erfindung mit einer Anordnung zur Druckregelung in der Arbeitskammer und der Luftführung im gesamten Isolator.

Stand der Technik

Vorrichtungen zur Erzeugung eines gereinigten, turbulenzarmen Luftstromes in einem Arbeitsbereich sind hinlänglich auf dem Markt vorhanden. So offenbart z.B. die EP 1 147 826 A2 eine Werkbank, bei welcher der Arbeitsbereich durch eine verschiebbare Scheibe von der äusseren Umgebung abgegrenzt ist. Der Zugriff in den Arbeitsbereich durch den Benutzer erfolgt durch das Aufschieben der Scheibe. Das Eindringen von Verunreinigungen in den Arbeitsbereich von aussen bzw. die Vermeidung der Emission toxischer Stoffe aus dem Arbeitsbereich in die Umgebung und damit der Gefährdung, insbesondere der Bedienperson, wird durch Erzeugung einer permanenten Luftschleuse in Form eines gereinigten laminaren Luftstromes, der das Produkt und die Umgebung voneinander abschirmt, gewährleistet.

Für die noch intensivere Abschirmung bei höherem Gefährdungsgrad – zwischen Arbeitsbereich und Umgebung – wurde die Isolatortechnologie entwickelt. Ein Isolator ist im Prinzip ein gegen die Umgebung dicht geschlossenes Gehäuse, in dem eine Arbeitskammer abgeteilt ist, worin Produkte gehandhabt – z.B. verpackt, abgefüllt oder dekontaminiert – werden. Zum Schutz des Produkts bzw. des Benutzers vor einer Kontamination reguliert man zunächst den Druck im Inneren des Isolators. Herrscht darin gegenüber der äusseren Umgebung ein höherer Druck, so würde im Falle eines Lecks Luft aus dem Isolator nach aussen strömen, so dass keinesfalls Aussenluft mit ihren typischen Verunreinigungen an das steril zu haltende Produkt gelangen kann. Muss man dagegen sicherstellen, dass keinesfalls toxisch belastete Substanzen aus dem Arbeitsbereich in die äussere Umgebung gelangen, wird der Isolator mit einem gegenüber der Umgebung verminderten Druck betrieben. Im Fall eines Lecks könnte durch das Druckgefälle – zum Schutz des Bedienpersonals und der Umgebung – Luft nur von aussen nach innen strömen. Der manuelle Zugang in die Arbeitskammer erfolgt über an der Frontscheibe des Isolators in Manschetten befestigten Handschuhen, in welche der Bediener von aussen eingreift und in die Arbeitskammer bis zum zu handhabenden Produkt gelangt, ohne dabei den Isolator öffnen zu müssen.

Als weitere Massnahme zum Schutz von Produkt bzw. Benutzer wird kontinuierlich ein gereinigter Luftstrom durch die Arbeitskammer geführt. Besonders vorteilhaft ist ein turbulenzarmer, quasi laminarer Luftstrom, um Aufwirbelungen weitestgehend zu vermeiden. Dies macht jedoch einen relativ hohen Luftdurchsatz durch die Arbeitskammer und damit einen separaten Ventilator als Umluftgebläse erforderlich. Der turbulenzarme Luftstrom wird nach Durchströmen der Arbeitskammer in den Umwälzkreislauf zur Zufuhr von Frischluft in den Isolator bzw. zur Abfuhr von Luft aus dem Isolator rückgeführt. Zum Betrieb des Isolators wird mindestens ein weiterer Ventilator benötigt, häufig auch ein Ventilator zum Ansaugen von Frischluf und ein weiterer zum Abführen von partiell verbrauchtem Luftgemisch. Isolatoren sind damit typischerweise mit drei Ventilatoren und hierfür vorgesehenen Steuereinrichtung ausgestattet. Ein derartig aufgebauter Isolator wird z.B. in der GB 2 286 986 A offenbart, der eine innere Arbeitsammer und eine diese umgebende, den Isolator nach aussen begrenzende mantelförmige Kam mer aufweist. Der Druck in der Mantelkammer wird dabei sowohl geringer als der äussere Umgebungsdruck als auch geringer als der Druck in der inneren Arbeitskammer gehalten. Verunreinigungen, die aus der Arbeitskammer und im Leckfall aus der äusseren Umgebung in die Mantelkammer gelangen, werden von der darin zirkulierenden Luft abgeführt und Luftfiltern zugeleitet. Isolatoren mit drei separaten Ventilatoren für die Zuführung von Frischluft, den Umluftkreislauf und die Abfuhr von partiell verbrauchtem Luftgemisch werden seit Jahren auch von der Anmelderin in Verkehr gebracht, wie z.B. in den Firmenschriften dokumentiert: "Skan Isolator-Systeme", Druckvermerk IT/d/6-97; "Weisung Designrichtlinie zur Projektierung und Konstruktion von Isolatorsystemen", Seite 2 von 2, 005/98, Druckvermerk 3.08.1998/RSch; beide Skan AG, CH-4123 Allschwil/Schweiz.

Die bisherigen Isolatoren mit den zumeist drei Ventilatoren haben sich in der Praxis durchaus bewährt. Im Bestreben nach Vervollkommnung wird jedoch der hohe apparateseitige Aufwand mit entsprechend komplizierter Regeleinrichtung zur Ansteuerung von drei Ventilatoren als nachteilig angesehen. Ferner reagieren die heutigen Isolatoren mit ihrer kostenseitig noch akzeptablen Regeleinrichtung bei Druckschwankungen – z.B. hervorgerufen bei plötzlichem Eingriff oder Rückzug der Handschuhe aus der Arbeitskammer – verhältnismässig träge.

Aufgabe der Erfindung

Angesichts der Unvollkommenheiten der bis dato existierenden Isolatoren liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Isolator mit verringertem apparativen Aufwand vorzuschlagen, wobei eine hohe Zu- und Abluftrate erreicht werden soll. Ferner gilt es, eine positive und negative Druckdifferenz zwischen der Arbeitskammer und der äusseren Umgebung einstellen zu können. Selbst bei abrupten Druckstörungen sollen stabile Druckverhältnisse erhalten bleiben.

Übersicht über die Erfindung

Die Anordnung zur Luftführung und Druckregelung in einem Isolator weist zunächst eine Arbeitskammer mit zumindest einem Zugang zum Einbringen und Ausbringen des zu behandelnden Produkts auf. An die Arbeitskammer grenzt ein Umluftfilter an, dem ein vorzugsweise steuerbarer Ventilator vorgesetzt ist. Zwi schen dem Ventilator und dem Umluftfilter befindet sich ein Umluftplenum. Ein dem Umluftplenum abgewandter Ansaugbereich liegt strömungsseitig vor dem Ventilator, welcher zur Luftförderung durch das Umluftfilter in Richtung der Arbeitskammer bestimmt ist. Von der Arbeitskammer erstreckt sich ein Rückluftkanal zum Ansaugbereich. Von der äusseren Umgebung mündet eine Zuleitung in den Ansaugbereich des Isolators ein. In die äussere Umgebung tritt aus dem Isolator eine Ableitung aus. Das Wesen der Anordnung besteht darin, dass der Ansaugbereich nur über den Ventilator und das Umluftplenum mit der Ableitung strömungsmässig in Verbindung steht, ansonsten jedoch zumindest im Prinzip gasdicht gegenüber der Ableitung abgegrenzt ist, wobei die Ableitung aus dem Umluftplenum abgeht. Ferner ist zur Abfuhr von Luft aus der Arbeitskammer diese zumindest im Prinzip nur mit dem Ansaugbereich verbunden, was über den Rückluftkanal geschieht.

Die nachfolgenden Merkmale beziehen sich auf spezielle Ausführungen der Erfindung: Ein Rückluftstellorgan, z.B. eine Klappe, ist im Rückluftkanal zur Beeinflussung des Strömungswiderstands angeordnet. Das Rückluftstellorgan kann mit einem Rückluftstellantrieb versehen sein.

In der Zuleitung befindet sich ein erstes Zuluftstellorgan, z.B. eine Blende, welches zur Beeinflussung des Strömungswiderstands dient, und mit einem ersten Zuluftstellantrieb in Verbindung steht. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist in der Ableitung ein erstes Abluftstellorgan, z.B. eine Blende, angeordnet, welches zur Beeinflussung des Strömungswiderstands dient, und mit einem ersten Abluftstellantrieb in Verbindung steht.

Zur Reinigung der aus der äusseren Umgebung in den Ansaugbereich strömenden Luft ist in der Zuleitung ein Zuluftfilter eingesetzt, welches ein Zuluftplenum aufweisen kann. Ein zweites Zuluftstellorgan, welches dem gasdichten Absperren dient und mit einem zweiten Zuluftstellantrieb in Verbindung steht, ist in der Zuleitung dem Zuluftfilter in Richtung der äusseren Umgebung vorgesetzt. In der Ableitung sitzt ein Abluftfilter, welches jeweils mit einem beidseits angeordneten Plenum versehen sein kann, und zur Reinigung der aus dem Umluftplenum in die äussere Umgebung abzuführenden Luft dient. In der Ableitung ist in Richtung der äusseren Umgebung ein zweites Abluftstellorgan dem Abluftfilter vorgesetzt, welches dem gasdichten Absperren dient und mit einem zweiten Abluftstellantrieb in Verbindung steht.

In der Zuleitung ist das erste Zuluftstellorgan dem zweiten Zuluftstellorgan in Richtung der äusseren Umgebung vorgesetzt und steht mit einem ersten Zuluftstellantrieb in Verbindung. Ebenso ist in der Ableitung das erste Abluftstellorgan dem zweiten Abluftstellorgan in Richtung der äusseren Umgebung vorgesetzt und steht mit einem ersten Abluftstellantrieb in Verbindung.

Eine Parallelzuleitung mündet vorzugsweise zwischen dem ersten Zuluftstellorgan und dem Zuluftplenum in die Zuleitung ein, wobei diese Parallelzuleitung auch direkt in den Ansaugbereich einmünden kann. In die Parallelzuleitung ist ein mit einem dritten Zuluftstellantrieb in Verbindung stehendes drittes Zuluftstellorgan, z.B. ein Ventil, eingesetzt. Eine Parallelableitung zweigt vorzugsweise zwischen dem zweiten Abluftstellorgan und dem angrenzenden Abluftfilter aus der Ableitung ab oder die Parallelableitung geht direkt aus dem Umluftplenum ab. In die Parallelableitung ist ein drittes Abluftstellorgan, z.B. ein Ventil, eingesetzt, das mit einem dritten Abluftstellantrieb in Verbindung steht.

Zwischen der Zuleitung und der Ableitung erstreckt sich zwecks Zuluftfilterprüfung eine Kurzschlussleitung, welche einerseits zwischen dem zweiten Zuluftstellorgan und dem Zuluftplenum und andererseits zwischen dem zweiten Abluftstellorgan und dem angrenzenden Plenum einmündet. In der Kurzschlussleitung ist ein viertes Kurzschlussstellorgan, z.B. ein Ventil, angeordnet. Bei Vorhandensein einer Parallelzuleitung und einer Parallelableitung liegen die Anschlüsse der Kurzschlussleitung vorzugsweise einerseits zwischen der Einmündung der Parallelzuleitung in die Zuleitung und dem Zuluftplenum, und andererseits zwischen der Einmündung der Parallelableitung in die Ableitung und dem benachbarten Abluftplenum.

Am Isolator sind Mittel zur Regelung des Drucks in der Arbeitskammer vorhanden.

Dazu ist ein Drucksensor in der Arbeitskammer positioniert, der mit einem Druckregler verbunden ist. Der Druckregler wirkt auf das erste Abluftstellorgan in der Ableitung und/oder auf das erste Zuluftstellorgan in der Zuleitung ein, oder der Druckregler wirkt auf das im Rückluftkanal sitzende Rückluftstellorgan ein. Der Ansaugbereich liegt räumlich oberhalb des Umluftplenums und die Arbeitskammer befindet sich unterhalb des Umluftplenums. Der Zugang in den Rückluftkanal ist im unteren Bereich der Arbeitskammer vorgesehen. Zur Beeinflussung der durch die Arbeitskammer strömenden Luft, welche vorzugsweise laminarer Art ist, können im Umluftplenum Leitelemente angebracht sein.

Der Isolator stellt ein gegenüber der äusseren Umgebung abgegrenztes Gehäuse dar. Der Ansaugbereich und das Umluftplenum sind durch eine Umluftplenumswand voneinander abgegrenzt. Rückseitig weist die Arbeitskammer eine Trennwand auf, hinter der sich der Rückluftkanal erstreckt, welcher von der äusseren Umgebung durch die Rückwand des Gehäuses abgeteilt ist. Im Inneren des Isolators, vorzugsweise im Ansaugbereich, ist ein Dekontaminations-System mit einem Verdampfer vorhanden.

Kurzbeschreibung der beigefügten Zeichnungen
Es zeigen:
1A – eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemässen Isolators, in Frontansicht;
1B – die Darstellung gemäss 1A, in Seitenansicht;
2A – den Isolator gemäss 1A im detaillierteren Aufbau, in Frontansicht;
2B – die Darstellung gemäss 2A, mit zusätzlichem Dekontaminations-System, in Seitenansicht;
3A – ein Funktionsschema des Isolators in Basisausführung;
3B – ein Funktionsschema des Isolators gemäss 3A, mit zusätzlicher Parallelzu- und -ableitung sowie jeweils einem weiteren Stellorgan in der Zu- bzw. Ableitung; und
3C – ein Funktionsschema des Isolators gemäss 3B, mit zusätzlicher Kurzschlussleitung zwischen dem Zuleitungs- und Ableitungsstrang sowie Messung des Wirkungsgrads der vorhandenen Luftfilter.
Ausführungsbeispiel
Anhand der beiliegenden Zeichnungen erfolgt nachstehend die detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zur erfindungsgemässen Anordnung zur Luftführung und Druckregelung in einem Isolator mit bevorzugten Modifikationen.
Für die gesamte weitere Beschreibung gilt folgende Festlegung. Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugsziffern enthalten, aber im unmittelbar zugehörigen Beschreibungstext nicht erläutert, so wird auf deren Erwähnung in vorangehenden Figurenbeschreibungen Bezug genommen. Im Interesse der Übersichtlichkeit wird auf die wiederholte Bezeichnung von Bauteilen in nachfolgenden Figuren zumeist verzichtet, sofern zeichnerisch eindeutig erkennbar ist, dass es sich um "wiederkehrende" Bauteile handelt.
1A bis 2B
Die für die Behandlung von Produkten unter Reinraumbedingungen vorgesehene Arbeitskammer 14 befindet sich im Inneren eines Gehäuses 10, welches den Isolator 1 gegen die äussere Umgebung U begrenzt. Zum Einbringen und Ausbringen des zu behandelnden Produkts hat die Arbeitskammer 14 zumindest einen Zugang (hier nicht dargestellt). Die Umluftzone 13 umfasst den Ansaugbereich 130, den unterhalb einer Umluftplenumswand 135 liegenden Ventilator 4 und das den Ventilator 4 umgebende Umluftplenum 131. Das Umluftfilter 5 – vorzugsweise ein HEPA-Luftfilter – trennt die Arbeitskammer 14 vom Umluftplenum 131. Die gesamte Umluftzone 13 wird vom Gehäuseoberteil 11 umschlossen. Im Betrieb befördert der Ventilator 4 Luft aus dem Ansaugbereich 130 in das Umluftplenum 131 und weiter durch den Umluftfilter 5 in die Arbeitskammer 14. Der Ventilator 4 sitzt auf einer Basisplatte 40, von der sich beidseits schräg nach oben Leitbleche 41 erstrecken, welche die seitlich aus dem Ventilator 4 austretende Luft in eine abwärts gerichtete, turbulenzarme Verdrängungsströmung – auch als laminare Luftströmung bezeichnet – zwingen.
Die Arbeitskammer 14 wird vom Gehäuseunterteil 12 umschlossen, dessen Boden 120 die Arbeitskammer 14 nach unten begrenzt. Rückseitig hat die Arbeitskammer 14 eine Trennwand 126, hinter der sich der Rückluftkanal 2 erstreckt, den die Gehäuserückwand 125 von der äusseren Umgebung U abteilt. Der Zugang 20 in den Rückluftkanal 2 befindet sich im unteren Bereich der Arbeitskammer 14, wobei der Rückluftkanal 2 aufwärts verläuft und über den in Höhe des Umluftfilters 5 liegenden Ausgang 21 in den Ansaugbereich 130 mündet. Im Rückluftkanal 2 ist zur Beeinflussung des Strömungswiderstands ein Rückluftstellorgan 22, z.B. eine Klappe, angeordnet. Ist der Isolator 1 für die Bedienung von der Frontscheibe 121 ausgelegt, sind in Manschetten 122 befestigte Handschuhe 123 als Handeingriff 124 in die Arbeitskammer 14 vorhanden. Somit kann eine am Isolator 1 tätige Bedienperson 3 mit ihren Armen 30, geschützt durch die Handschuhe 123 in die Arbeitskammer 14 hineinlangen und zu behandelnde Produkte erfassen.
Oben auf dem Isolator 1 befindet sich eine Zulufteinheit 6 und eine Ablufteinheit 7. Von der äusseren Umgebung U mündet in den Ansaugbereich 130 eine Zuleitung 63 zur Zuführung von Frischluft ein, und aus dem Isolator 1 erstreckt sich eine Ableitung 73 als Auslass für partiell belastete Luft – ein Gemisch von aus der Arbeitskammer 14 rückgeführter und zugegebener Frischluft – in die äussere Umgebung U. In die Zuleitung 63 ist zur Reinigung der aus der äusseren Umgebung U in den Ansaugbereich 130 strömenden Frischluft ein Zuluftfilter 60 mit einem darüber liegenden Zuluftplenum 61 eingesetzt. Ein zweites Zuluftstellorgan 64 ist in der Zuleitung 63 dem Zuluftfilter 60 in Richtung der äusseren Umgebung U vorgesetzt, welches dem gasdichten Absperren dient und mit einem zweiten Zuluftstellantrieb 65 in Verbindung steht.
Bevor das partiell belastete Luftgemisch aus dem Umluftplenum 131 in die äussere Umgebung U gelangt, durchströmt es die Durchleitung 134 hin zum unteren Abluftplenum 71, weiter zwecks Reinigung durch den Abluftfilter 70 und fliesst danach in das obere Abluftplenum 72 und von hier in die Ableitung 73 ein. Ein zweites Abluftstellorgan 74 ist in der Ableitung 73 dem Abluftfilter 70 in Richtung der äusseren Umgebung U vorgesetzt, welches dem gasdichten Absperren dient und mit einem zweiten Abluftstellantrieb 75 in Verbindung steht. In der Ableitung 73 ist ein erstes Abluftstellorgan 76, z.B. eine Blende, dem benachbarten zweiten Abluftstellorgan 74 in Richtung der äusseren Umgebung U vorgesetzt, welches zur Beeinflussung des Strömungswiderstands dient und mit einem zugehörigen ersten Abluftstellantrieb 77 in Verbindung steht.
Im Inneren des Isolators 1, vorzugsweise im Ansaugbereich 130, ist ein an sich bekanntes Dekontaminations-System 132 mit einem Verdampfer 133 vorhanden, mit dem in herkömmlicher Weise der Isolator 1 – bei speziellen Arbeitsprozessen zusammen mit dem eingebrachten Produkt – sterilisiert wird. Dazu wird dem Verdampfer 133 ein geeignetes Dekontaminationsmittel, wie z.B. Wasserstoffperoxyd, zugeführt. Während der Phase der Dekontamination sind die Zu- und Abluftleitung 63, 73 durch das jeweilige zweite Zuluft- bzw. Abluftstellorgan 64, 74 gasdicht verschlossen.
Zusammengefasst ist für die Funktion der Anordnung wesentlich, dass der Ansaugbereich 130 nur über den Ventilator 4 und das Umluftplenum 131 mit der Ableitung 73 strömungsmässig verbunden, ansonsten jedoch zumindest im Prinzip gasdicht gegenüber der Ableitung 73 abgegrenzt ist, welche direkt aus dem Umluftplenum 131 abgeht. Ferner ist zur Abfuhr von Luft aus der Arbeitskammer 14 letztere zumindest im Prinzip nur mit dem Ansaugbereich 130 verbunden, nämlich durch den Rückluftkanal 2.
3A
Anhand dieses Funktionsschemas wird das Prinzip der Luftführung und der Druckregelung im Isolator 1 erläutert. Die Zirkulation der Luft wird erreicht, indem der Ventilator 4 zuerst Luft aus dem Ansaugbereich 130 zieht und in das Umluftplenum 131 fördert. Vom Umluftplenum 131 wird die Luft durch den Umluftfilter 5 in die Arbeitskammer 14 gezwängt, durchströmt diese abwärts, vorzugsweise la minar, und gelangt über den Zugang 20 in den Rückluftkanal 2, worin das Rückluftstellorgan 22 sitzt. Im Rückluftkanal 2 strömt die Luft aufwärts und kehrt über den Ausgang 21 in den Ansaugbereich 130 zurück. Der Ventilator 4 wird vom Ventilatormotor 42 angetrieben, welchen die Stromversorgung 43 speist. Als Sicherung gegen Überhitzung ist der Ventilatormotor 42 mit einer Temperaturabschaltung 44 versehen.
Mittels des Rückluftstellorgans 22 lässt sich der Strömungswiderstand des Rückluftkanals 2 einstellen. Eine Erhöhung des Strömungswiderstands bewirkt eine Verringerung des Drucks im Ansaugbereich 130, so dass eine vermehrte Luftmenge aus der äusseren Umgebung U über die Zuleitung 63, durch das erste Zuluftstellorgan 66, in das Zuluftplenum 61 und durch den Zuluftfilter 60 in den Ansaugbereich 130 gezogen wird. Gleichzeitig wird aufgrund des grösseren Strömungswiderstands im Rückluftkanal 2 Luft in der Arbeitskammer 14 zurückgestaut. Als Folge nimmt die Luftmenge in der Arbeitskammer 14 zu und der darin herrschende Druck steigt an. Eine Verringerung des Strömungswiderstands im Rückluftkanal 2 hingegen bewirkt eine Erhöhung des Drucks im Ansaugbereich 130, so dass weniger Luft aus der äusseren Umgebung U in den Ansaugbereich 130 gesogen wird. Gleichzeitig strömt aufgrund des reduzierten Strömungswiderstands im Rückluftkanal 2 mehr Luft aus der Arbeitskammer 14 in den Rückluftkanal 2 ab. Als Konsequenz verringern sich die Luftmenge und somit auch der Druck in der Arbeitskammer 14.
Durch die erfindungsgemässe Luftführung wird eine Autokorrektur auch bei schneller Druckänderung in der Arbeitskammer 14 erreicht. Eine positive Druckstörung in der Arbeitskammer 14 – z.B. durch verdrängendes Hineinschieben der Handschuhe 123 mit Volumenverringerung in der Arbeitskammer 14 – setzt sich als Druckwelle über den Rückluftkanal 2 in den Ansaugbereich 130 fort, wodurch weniger Frischluft aus der äusseren Umgebung U angesaugt wird. Zugleich wird eine erhöhte Luftmenge über den Ventilator 4 in das Umluftplenum 131 eingebracht und von hier über die Durchleitung 134 und die Ablufteinheit 7 in die äus sere Umgebung U ausgestossen. Somit wird die positive Druckstörung ausgeglichen.
Im Falle einer negativen Druckänderung – z.B. durch Herausziehen der Handschuhe 123 mit Volumenvergrösserung in der Arbeitskammer 14 – setzt sich eine Unterdruckwelle über den Rückluftkanal 2 in den Ansaugbereich 130 fort, wodurch mehr Frischluft aus der äusseren Umgebung U angesaugt wird. Zugleich gelangt eine verringerte Luftmenge über den Ventilator 4 in das Umluftplenum 131 und von hier über die Durchleitung 134 und die Ablufteinheit 7 in die äussere Umgebung U. Somit wird die negative Druckstörung kompensiert.
In der Arbeitskammer 14 ist ein Drucksensor 80 angeordnet, der mit einem Druckregler 8 verbunden ist, wobei sich vom Druckregler 8 eine Signalleitung 81 zum ersten Abluftstellantrieb 77 in der Ablufteinheit 7 erstreckt. Mittels des Druckreglers 8 lässt sich ein vorgegebener Drucksollwert in der Arbeitskammer 14 konstant halten, indem bei einer Druckunterschreitung das erste Abluftstellorgan 76, z.B. eine Irisblende, weniger geöffnet wird, so dass hierüber eine geringere Luftmenge abfliessen kann. Analog öffnet sich das erste Abluftstellorgan 76 bei einer Drucküberschreitung weiter, so dass sich der Abluftdurchsatz erhöht.
3B
In Erweiterung des bisherigen Aufbaus gemäss 3A ist jetzt ein zweites Zuluftstellorgan 64 zwischen dem bereits vorhanden ersten Zuluftstellorgan 66 und dem Zuluftplenum 61 in die Zuleitung 63 eingesetzt, welches dem gasdichten Absperren dient und mit einem zweiten Zuluftstellantrieb 65 in Verbindung steht. In der Ablufteinheit 7 ist analog ein zweites Abluftstellorgan 74, zwischen dem ebenfalls bereits vorhanden ersten Abluftstellorgan 76 und dem oberen Abluftplenum 72 in die Ableitung 73 eingesetzt, welches dem gasdichten Absperren dient und mit einem zugehörigen zweiten Abluftstellantrieb 75 in Verbindung steht.
Ferner ist in der Zulufteinheit 6 eine Parallelzuleitung 68 vorgesehen, die zwischen dem zweiten Zuluftstellorgan 64 und dem Zuluftplenum 61 in die Zuleitung 63 einmündet. In die Parallelzuleitung 68 ist ein drittes Zuluftstellorgan 69, z.B. ein Ventil, das mit einem dritten Zuluftstellantrieb 690 in Verbindung steht, eingesetzt. In gleicher Weise ist in der Ablufteinheit 7 eine Parallelableitung 78 vorhanden, die zwischen dem zweiten Abluftstellorgan 74 und dem angrenzenden oberen Plenum 72 in die Ableitung 73 einmündet. Ein drittes Abluftstellorgan 79, z.B. ein Ventil, das mit einem dritten Abluftstellantrieb 790 in Verbindung steht, ist in die Parallelableitung 78 eingebaut. Das erste Abluftstellorgan 76 hat eine träge Charakteristik und dient dazu, unabhängig von abrupten Druckstörungen, dem Abdriften eines eingeregelten Zustands entgegenzuwirken. Will man in der Arbeitskammer 14 einen gegenüber der äusseren Umgebung U erhöhten Druck, als +Δp, einstellen, wird das erste Abluftstellorgan 76 in der Ablufteinheit 7 zur Steuerung benutzt. Soll hingegen in der Arbeitskammer 14 ein gegenüber der äusseren Umgebung U verringerter Druck, als –Δp, herrschen, verwendet man das erste Zuluftstellorgan 66 in der Zulufteinheit 6 zur Steuerung.
3C
In Ergänzung des bereits erweiterten Aufbaus gemäss der 3B erstreckt sich eine zweite Signalleitung 82 vom Druckregler 8 zum ersten Zuluftstellantrieb 67 in der Zulufteinheit 7. Das Rückluftstellorgan 22 ist nun mit einem Rückluftstellantrieb 23 versehen, welcher über eine dritte Signalleitung 83 mit dem Druckregler 8 verbunden ist. Die hier gezeigten Verknüpfung aller drei Stellantriebe 23, 67, 77 mit dem Druckregler 8 über drei zugehörige Signalleitungen 81, 82, 83 ist eine maximal ausgelegte Verschaltung. Neben der in den 3A und 3B gezeigten Verschaltung zwischen dem Druckregler 8 und dem ersten Abluftstellantrieb 77 über die Signalleitung 81 und der in 3C dargestellten Maximalverschaltung, könnte man alternativ einen der beiden Stellantriebe 23, 67 alleine oder eine beliebige Zweierkombination aus den drei Stellantrieben 23, 67, 77 mit dem Druckregler 8 über die jeweils zugehörigen Signalleitungen 81, 82, 83 verbinden.
Ferner verläuft zusätzlich zum Aufbau gemäss 3B eine bei der Zuluftfilterprüfung 61 verwendete Kurzschlussleitung 90 zwischen der Zuleitung 63 und der Ableitung 73. Auf Seiten der Zulufteinheit 6 mündet die Kurzschlussleitung 90 zwischen dem Anschlusspunkt der Parallelzuleitung 68 in die Zuleitung 63 und dem Zuluftplenum 61 ein. Auf Seiten der Ablufteinheit 7 mündet die Kurzschlussleitung 90 zwischen dem Anschlusspunkt der Parallelableitung 78 in die Zuleitung 73 und dem oberen Abluftplenum 72 ein. In der Kurzschlussleitung 90 ist ein viertes Kurzschlussstellorgan 91, z.B. ein Ventil, angeordnet.
Am Zuluftplenum 61, Abluftplenum 71 und Umluftplenum 13 ist jeweils ein Abgangsstutzen 93 angeordnet und strömungsseitig vor diesen Plenen 61, 71, 131 sind Zugangsstutzen 92 vorgesehen, welche der Überprüfung der Wirksamkeit des im Isolators 1 vorhanden Umluftfilters 5, Zuluftfilters 60 und Abluftfilters 70 dienen. Strömungsseitig hinter dem Umluftfilter 5, Zuluftfilter 60 und Abluftfilter 70 wird jeweils eine Messstelle 94 definiert.
Bei der Prüfung wird zuerst durch die Zugangsstutzen 92 dem Luftstrom ein geeignetes, an sich bekanntes Aerosol zugeführt. An den Abgangsstutzen 93 entnimmt man eine Referenzprobe zur Ermittlung der Aerosolkonzentration der Luftströme vor dem Passieren des jeweiligen Umluftfilters 5, Zuluftfilters 60 bzw. Abluftfilters 70. Schliesslich ermittelt man an den Messstellen 94 erneut die Aerosolkonzentration der die Filter 5, 60, 70 passierten Luftströme als Ergebnisprobe. Aus dem Vergleich zwischen Referenzprobe und Ergebnisprobe ergibt sich die Wirksamkeit des getesteten Umluftfilters 5, Zuluftfilters 60 bzw. Abluftfilters 70.
Mit der Kurzschlussleitung 90 ergibt sich die Möglichkeit den Zuluftfilter 60 zu testen. Dies geschieht nach folgendem Ablauf:

a) der Ventilator 4 ist eingeschaltet;
b) das zweite und dritte Zuluftstellorgan 64, 69 sowie das zweite und dritte Abluftstellorgan 74, 79 sind geschlossen; und
c) das vierte Kurzschlussstellorgan 91 ist geöffnet.
d) In diesem Zustand zirkuliert ein Luftstrom von der Zuleitung 63, über das Zuluftplenum 61, durch das Zuluftfilter 60, zum Ansaugbereich 130, über den Ventilator 4, weiter in das Umluftplenum 131, über die Durchleitung 134, zum unteren Abluftplenum 71, durch den Abluftfilter 70, in das obere Abluftplenum 72, zur Ableitung 73 und schliesslich über die Kurzschlussleitung 90 wieder zurück in die Zuleitung 63.
e) Über den Zugangsstutzen 92 wird Aerosol in die Zuleitung 63 eingespeist und über den am Zuluftplenum 61 vorhandenen Abgangsstutzen 93 die Referenzprobe entnommen. An der Messstelle 94, strömungsseitig hinter dem Zuluftfilter 60, entnimmt man die Ergebnisprobe zur Ermittlung der nach der Filtration im Luftstrom verbliebenen Aerosolkonzentration.

Abschliessend wird ein in drei Phasen verlaufender Dekontaminations-Zyklus am Isolator 1 beschrieben:
1. Phase: Lecktest
Wird der Isolator 1 auf Dichtheit in einem Lecktest überprüft, schliesst man vor dem Einschalten des Ventilators 4 in der Zulufteinheit 6 und Ablufteinheit 7 das zweite Zuluftstellorgan 64 sowie das zweite und das dritte Abluftstellorgan 74, 79. Das dritte Zuluftstellorgan 69 bleibt geöffnet. Hat sich der vorgegebene Prüfdruck im Isolator 1 eingestellt, schaltet der Ventilator 4 ab, gleichzeitig schliesst man das dritte Zuluftstellorgan 69 und beginnt mit der Drucküberwachung. Der Druckabfall über die Zeit ist ein Mass für die Dichtheit des Isolators 1.
2. Phase: Sterilisation
Nach bestandenem Lecktest wird der Ventilator 4 wieder eingeschaltet und die Luft beginnt im Isolator 1 zu zirkulieren. Gleichzeitig werden, um eine Luftumwälzung zu erreichen, das dritte Zuluftstellorgan 69 sowie das dritte Abluftstellorgan 79 geöffnet. Nun führt man dem Verdampfer 133 im Ansaugbereich 130 eine bestimmte Menge an Dekontaminationsmittel zu, das sich mit der zirkulierenden Luft mischt und die Sterilisation bewirkt.
3. Phase: Spülen
Während eines Spülvorgangs öffnet man zu dem bereits offenen dritten Zuluftstellorgan 69 und offenen dritten Abluftstellorgan 79, welche in der Parallelzuleitung 68 bzw. Parallelableitung 78 angeordnet sind, wieder die zweiten Zu- bzw. Abluftstellorgane 64, 74 sowie auch die ersten Zu- bzw. Abluftstellorgane 66, 76, die in der Zu- und Ableitung 63, 73 eingebaut sind.

Claims

Anordnung zur Luftführung und Druckregelung in einem Isolator (1) mit: a) einer Arbeitskammer (14) mit zumindest einem Zugang zum Einbringen und Ausbringen des zu behandelnden Produkts; b) einem an die Arbeitskammer (14) angrenzenden Umluftfilter (5); c) einem dem Umluftfilter (5) vorgesetzten Ventilator (4), der vorzugsweise steuerbar ist; d) einem zwischen dem Ventilator (4) und dem Umluftfilter (5) liegenden Umluftplenum (131); e) einem Ansaugbereich (130), der dem Umluftplenum (131) abgewandt, strömungsseitig vor dem Ventilator (4) liegt, welcher zur Luftförderung durch den Umluftfilter (5) in Richtung der Arbeitskammer (14) bestimmt ist; f) einem Rückluftkanal (2), welcher aus der Arbeitskammer (14) austritt und zum Ansaugbereich (130) führt; g) einer von der äusseren Umgebung (U) in den Ansaugbereich (130) des Isolators (1) einmündenden Zuleitung (63); und h) einer aus dem Isolator (1) in die äusseren Umgebung (U) austretenden Ableitung (73), dadurch gekennzeichnet, dass i) der Ansaugbereich (130) nur über den Ventilator (4) und das Umluftplenum (131) mit der Ableitung (73) strömungsmässig verbunden, ansonsten jedoch zumindest im Prinzip gasdicht gegenüber der Ableitung (73) abgegrenzt ist; j) zur Abfuhr von Luft aus der Arbeitskammer (14) letztere zumindest im Prinzip nur mit dem Ansaugbereich (130) verbunden ist, nämlich durch den Rückluftkanal (2); und k) die Ableitung (73) aus dem Umluftplenum (131) abgeht.
Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückluftstellorgan (22), z.B. eine Klappe, im Rückluftkanal (2) zur Beeinflussung des Strömungswiderstands angeordnet ist, wobei das Rückluftstellorgan (22) mit einem Rückluftstellantrieb (23) versehen sein kann.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein erstes Zuluftstellorgan (66), z.B. eine Blende, in der Zuleitung (63) angeordnet ist, welches zur Beeinflussung des Strömungswiderstands dient, und mit einem ersten Zuluftstellantrieb (67) in Verbindung steht; und/oder b) ein erstes Abluftstellorgan (76), z.B. eine Blende, in der Ableitung (73) angeordnet ist, welches zur Beeinflussung des Strömungswiderstands dient, und mit einem ersten Abluftstellantrieb (77) in Verbindung steht.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein Zuluftfilter (60), welches ein Zuluftplenum (61) aufweisen kann, zur Reinigung der aus der äusseren Umgebung (U) in den Ansaugbereich (130) strömenden Luft in der Zuleitung (63) eingesetzt ist; b) ein zweites Zuluftstellorgan (64) in der Zuleitung (63) dem Zuluftfilter (60) in Richtung der äusseren Umgebung (U) vorgesetzt ist, welches dem gasdichten Absperren dient und mit einem zweiten Zuluftstellantrieb (65) in Verbindung steht; c) ein Abluftfilter (70), welches jeweils mit einem beidseits angeordneten Plenum (71,72) versehen sein kann, zur Reinigung der aus dem Umluftplenum (131) in die äussere Umgebung (U) abzuführenden Luft in der Ableitung (73) eingesetzt ist; und d) ein zweites Abluftstellorgan (74) in der Ableitung (73) dem Abluftfilter (70) in Richtung der äusseren Umgebung (U) vorgesetzt ist, welches dem gasdichten Absperren dient und mit einem zweiten Abluftstellantrieb (75) in Verbindung steht.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass a) in der Zuleitung (63) das erste Zuluftstellorgan (66) dem zweiten Zuluftstellorgan (64) in Richtung der äusseren Umgebung (U) vorgesetzt ist und mit einem ersten Zuluftstellantrieb (67) in Verbindung steht; b) in der Ableitung (73) das erste Abluftstellorgan (76) dem zweiten Abluftstellor gan (74) in Richtung der äusseren Umgebung (U) vorgesetzt ist und mit einem ersten Abluftstellantrieb (77) in Verbindung steht.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine Parallelzuleitung (68) vorgesehen ist, welche aa) vorzugsweise zwischen dem zweiten Zuluftstellorgan (64) und dem Zuluftfilter (60) in die Zuleitung (63) einmündet; oder ab) direkt in den Ansaugbereich (130) führt; b) ein drittes Zuluftstellorgan (69), z.B. ein Ventil, das mit einem dritten Zuluftstellantrieb (690) in Verbindung steht, in die Parallelzuleitung (68) eingesetzt ist; c) eine Parallelableitung (78) vorgesehen ist, welche ca) vorzugsweise zwischen dem zweiten Abluftstellorgan (74) und dem angrenzenden Abluftfilter (70) aus der Ableitung (73) abzweigt; oder cb) direkt aus dem Umluftplenum (131) abgeht; und d) ein drittes Abluftstellorgan (79), z.B. ein Ventil, das mit einem dritten Abluftstellantrieb (790) in Verbindung steht, in die Parallelableitung (78) eingesetzt ist.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass a) sich eine Kurzschlussleitung (90) zwischen der Zuleitung (63) und der Ableitung (73) zwecks Zuluftfilterprüfung (60, 61) erstreckt, welche einerseits zwischen dem zweiten Zuluftstellorgan (64) und dem Zuluftplenum (61) und andererseits zwischen dem zweiten Abluftstellorgan (74) und dem angrenzenden Plenum (72) einmündet; b) ein viertes Kurzschlussstellorgan (91), z.B. ein Ventil, in der Kurzschlussleitung (90) angeordnet ist; und c) bei Vorhandensein einer Parallelzuleitung (68) und einer Parallelableitung (78) die Anschlüsse der Kurzschlussleitung (90) vorzugsweise ca) einerseits zwischen der Einmündung der Parallelzuleitung (68) in die Zuleitung (63) und dem Zuluftplenum (61); und cb) andererseits zwischen der Einmündung der Parallelableitung (78) in die Ableitung (73) und dem benachbarten Abluftplenum (72) liegen.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass a) am Isolator (1) Mittel zur Regelung des Drucks in der Arbeitskammer (14) vorhanden sind; und hierzu: b) ein Drucksensor (80) in der Arbeitskammer (14) positioniert ist; c) ein Druckregler (8) mit dem Drucksensor (80) verbunden ist; und d) der Druckregler (8) auf das erste Abluftstellorgan (76) in der Ableitung (73) und/oder auf das erste Zuluftstellorgan (66) in der Zuleitung (63) einwirkt; oder e) der Druckregler (8) das Rückluftstellorgan (22) im Rückluftkanal (2) einwirkt.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Ansaugbereich (130) räumlich oberhalb des Umluftplenums (131) liegt; b) sich die Arbeitskammer (14) räumlich unterhalb des Umluftplenums (131) befindet; c) der Zugang (20) in den Rückluftkanal (2) im unteren Bereich der Arbeitskammer (14) vorgesehen ist; und d) zur Beeinflussung der durch die Arbeitskammer (14) strömenden Luft, vorzugsweise mit laminarem Charakter, im Umluftplenum (131) Leitelemente (41) angebracht sein können.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Isolator (1) ein gegenüber der äusseren Umgebung (U) abgegrenztes Gehäuse (10) darstellt; b) der Ansaugbereich (130) und das Umluftplenum (131) durch eine Umluftplenumswand (135) voneinander abgegrenzt sind; und c) die Arbeitskammer (14) rückseitig eine Trennwand (126) aufweist, hinter der sich der Rückluftkanal (2) erstreckt, welcher von der äusseren Umgebung (U) durch die Rückwand (125) des Gehäuses (10) abgeteilt ist.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Isolators (1), vorzugsweise im Ansaugbereich (130), ein Dekontaminations-System (132) mit einem Verdampfer (133) vorhanden ist.