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Die
Erfindung betrifft eine Lüftungseinrichtung
für den
Einsatz in der Reinraumtechnik nach dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Zahlreiche
Produktionsprozesse werden aus verschiedenen Gründen in abgeschlossenen Bereichen unter
kontrollierten Bedingungen durchgeführt. Diese Bereiche (einzelne
Räume,
Raumgruppen oder gesamte Gebäude)
sind kontrollierte Bereiche da durch technische Einrichtungen je
nach Erfordernis des Produktionsprozesses verschiedene Parameter
gezielt beeinflusst werden. Beispielhaft können dies Lufttemperatur, Luftfeuchte,
Differenzdruck, Partikel- und Keimzahl sein. Diese kontrollierten
Bereiche können
allgemein als Reinräume
bezeichnet und entsprechend der zulässigen Partikel- und Keimzahlen
klassifiziert werden.
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Die
wesentliche Aufgabe eines Lüftungssystems
für Reinraumbereiche
besteht in der Aufrechterhaltung eines oder mehrerer eindeutig zu
definierender Zustände,
charakterisiert durch Vorgabewerte für z.B. Temperatur, Feuchte
und Druck sowie der Einhaltung der zulässigen Partikel- und Keimzahlen.
Das Lüftungssystem
muss die Einhaltung der Vorgabewerte trotz auftretender Störgrößen, wie
z.B. veränderlicher
Wärme-, Feuchte-
und Stofflasten gewährleisten.
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In
Reinräumen
werden zwei verschiedene Luft-Strömungsarten unterschieden.
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Die
erforderliche Partikelfreiheit entsprechend ISO1 bis ISO5 (nach
DIN ISO 14644) wird mittels einer turbulenzarmen Verdrängungsströmung erreicht
welche durch laminar ausblasende Kompaktgeräte erzeugt wird. Bei dieser
Art der Raumbelüftung
wird die gesamte in einem Raum befindliche Luft durch die vollflächige Zufuhr
gefilterter Luft, wie mit einem Kolben aus dem Raum geschoben und
durch aufbereitete, gefilterte Luft ersetzt. Diese Kompaktgeräte bestehen
aus einer Einheit von mindestens einem Filter und einem Ventilator. Die
Geräte
werden vollflächig
direkt in der Decke des Reinraumes eingebaut und saugen Luft aus
dem als Plenum bezeichneten Raum oberhalb der Reinraumdecke an.
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Die
Belüftung
von Reinräumen
der Reinraumklassen der ISO-Klassen 6 bis 9 erfolgt mittels einer
turbulenten Mischströmung,
welche einen Verdünnungseffekt
auf die in der Luft befindlichen Verunreinigungen hat. Diese Strömung wird
durch Drallauslässe
mit oder ohne eingebautem Schwebstofffilter erzeugt.
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Die
erforderliche Zuluft wird in zentralen Lüftungsgeräten aufbereitet und mittels
eines verzweigten Kanalnetzes zum belüfteten Bereich transportiert,
innerhalb des zu belüftenden
Bereiches verteilt und den einzelnen Drallauslässen zugeführt. Die Erfassung der Abluft
erfolgt bei diesem System über
Ablufteinlässe
welche bodennah oder in der Decke eingebaut werden und mittels eines
Abluftkanalnetzes mit dem zentralen Lüftungsgerät verbunden sind. Der Transport
der Luft erfolgt bei Zu- und Abluft durch die im zentralen Lüftungsgerät eingebauten
Ventilatoren.
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Dieses
Lüftungssystem
ist mit einem erheblichen Platzbedarf verbunden, bedingt durch die
Notwendigkeit zur Installation und Betrieb der zentralen Lüftungsgeräte sowie
eines voluminösen
Kanalnetzes im Gebäude.
Bei Aufstellung der Lüftungsgeräte in einem
separaten Technikraum sind außerdem
oft Installationsschächte
erforderlich.
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Eine
Sonderform bilden Umluftgeräte
welche eine untrennbare Einheit aus Kühlregister, Ventilator und Filter
bilden und in der Decke eines Raumes eingebaut werden können.
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Bedingt
durch unterschiedliche Produktionskonzepte, Maschinen, Produkte
und regulatorische Anforderungen stellt jeder Reinraum bezüglich seiner
Anforderungen an die Raumklimatisierung sehr individuelle Anforderungen.
Weiterhin bestehen aufgrund der kurzen Innovationszyklen in den
bevorzugten Zielbranchen Forderungen nach der Erhaltung der flexiblen
Nutzung, welche Möglichkeiten
zum Umbau oder zur Aufrüstung der
Anlagen beinhaltet. Systembedingt ist eine individuelle Konfiguration
der vorgenannten Kompaktgeräte
jedoch nicht möglich,
so dass diese Systeme in vielen Fällen nicht einsetzbar sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die gattungsgemäße Lüftungseinrichtung
so auszubilden, dass die erforderlichen Luftbehandlungsfunktionen
je nach Bedarf individuell in einem Kompaktgerät kombiniert werden können. Durch
die Kombination unterschiedlicher Funktionsmodule können die
Funktionen jedes einzelnen Gerätes dem
jeweiligen Bedarf angepasst werden. Auch bereits installierte Geräte können nachträglich aufgerüstet und
um zusätzliche
Funktionen erweitert werden.
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Die
Aufbereitung der Zuluft kann somit entsprechend der individuellen
Anforderungen des einzelnen Raumes dezentral in unmittelbarer Nähe des jeweiligen
Reinraumes mit minimalem Energieaufwand für die Luftförderung erfolgen.
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Diese
Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Lüftungseinrichtung
erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lüftungseinrichtung
sind alle für
die Luftbehandlung benötigten
Bauteile in separaten Funktionsmodulen angeordnet, welche zu einem
kompakten Gerät
kombiniert werden können.
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Die
Zusammenstellung der Funktionsmodule erfolgt entsprechend des individuellen
Bedarfs. Nicht benötigte
Funktionsmodule werden nicht installiert und verursachen somit auch
keine Druckverluste. Ein zusätzliches
Kanalnetz ist nicht erforderlich. Damit verbundene Druckverluste
fallen systembedingt nicht an. Die Einbringung der Zuluft in den
Reinraum erfolgt über
einen Drallauslass welcher aus den symmetrisch um eine Rückluftöffnung herum
angeordneten Lamellenschlitzen gebildet wird.
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Die
Reduzierung der Druckverluste innerhalb des Systems ermöglicht die
Einsparung von Elektroenergie.
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Die
Erfindung wird im Weiteren anhand einer bevorzugten Konfiguration
näher erläutert.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lüftungseinrichtung mit zusätzlichem Kühler-/Erhitzermodul
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2 eine
Draufsicht als horizontaler Schnitt in Ebene D-D durch eine erfindungsgemäße Lüftungseinrichtung.
Die Schnittebene liegt im Bereich des Ventilatormoduls knapp unterhalb
des Gehäusedeckels (1.3).
Zur besseren Übersicht
wird Dämmung
(1.2) nicht dargestellt.
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3 eine
Draufsicht als horizontaler Schnitt in Ebene E-E durch eine erfindungsgemäße Lüftungseinrichtung.
Die Schnittebene liegt im Bereich des Filtermoduls am oberen Rand
des Moduls.
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4 eine
Draufsicht als horizontaler Schnitt in Ebene F-F durch eine erfindungsgemäße Lüftungseinrichtung.
Die Schnittebene liegt im Bereich des Auslassmoduls am oberen Rand
des Moduls.
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5 einen
senkrechten Schnitt in Richtung A-A durch das Zentrum einer erfindungsgemäßen Lüftungseinrichtung
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6 einen
senkrechten Schnitt in Richtung B-B durch eine erfindungsgemäße Lüftungseinrichtung
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7 einen
senkrechten Schnitt in Richtung C-C durch das Zentrum einer erfindungsgemäßen Lüftungseinrichtung
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Entsprechend
der schematischen Darstellung (1) wird die
aus dem Raum angesaugte Rückluft mittels
des an eine Rückluftöffnung (4.5)
anschließenden
Rückluftschachtes
(F, G) dem Ventilatormodul mit integriertem Ventilator (1.5)
zugeführt.
Im Rückluftschacht
(F, G) können
je nach Bedarf verschiedene Einbauteile integriert sein. Dies können z.B.
Filter, Klappen, Schalldämmkulissen
sowie Anschlussstutzen für
Fortluft oder Frischluft sein. Vom Ventilator (1.5) strömt die Luft
zum Kühler-/Erhitzermodul
(2). Abhängig
vom Leistungsbedarf können
mehrere Kühler-/Erhitzermodule
(2) kombiniert werden (siehe 1). Im Anschluss
an die thermische Konditionierung im Kühler-/Erhitzermodul (2)
durchströmt
die Zuluft das Filtermodul (3) mit den eingebauten Luftfiltern
(3.2). Abhängig
vom Bedarf können
mehrere Filtermodule (3) kombiniert werden (nicht dargestellt).
Die gefilterte Luft wird über
den Drallauslass (4.2) in den Raum abgegeben. Der Drallauslass
(4.2) und die Rückluftöffnung (4.5)
sind im Auslassmodul (4) zusammengefasst.
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Die
einzelnen Funktionsmodule der erfindungsgemäßen Lüftungseinrichtung sind konstruktiv
so ausgebildet, dass entsprechend der Anforderungen des jeweiligen
Reinraumes eine individuelle Kombination von Funktionsmodulen hergestellt
werden kann. Bereits installierte Geräte können durch Ergänzung um
zusätzliche
Funktionsmodule aufgerüstet
und um weitere Gerätefunktionen
erweitert werden, so dass größtmögliche Flexibilität für die nachträgliche Veränderung
der Raumklimabedingungen erhalten bleibt. Die bereits installierten
Funktionsmodule bleiben dabei erhalten. Änderungen an den Schnittstellen
zum Reinraum sind nicht erforderlich.
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Im
Betrieb der vollständig
ausgerüsteten
Lüftungseinrichtung
durchströmt
die Luft nacheinander die folgenden Luftbehandlungs-Bauteile. Selbstverständlich können aufgrund
des modularen Aufbaus einzelne Schritte entfallen oder zusätzliche
eingefügt
werden.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der
Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen.
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Die
modulare Lüftungseinrichtung
ist zum Einsatz in Lüftungsanlagen
zur Erzeugung kontrollierter Raumklimabedingungen vorgesehen. Die
Anwendung der Lüftungseinrichtung
erfolgt in Reinräumen
der Reinraumklassen B, C und D gem. EU-GMP Leitfaden bzw. in Räumen der
ISO-Klassen 6 bis 9 gemäß DIN ISO 14644.
Die Lüftungseinrichtung
besteht aus verschiedenen, bedarfsweise kombinierbaren Funktionsmodulen. Die
Funktionsmodule sind übereinander
angeordnet.
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Im
Folgenden werden die einzelnen Funktionsmodule separat beschrieben.
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Funktionsmodul 1 – Ventilatormodul
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Als
oberstes Funktionsmodul wird das Ventilatormodul (1) angeordnet.
Das Ventilatormodul (1) besteht aus einem umlaufenden Gehäuserahmen
(1.1) welcher nach oben mit einem Deckel (1.3)
verschlossen ist. Auf einer zentral angeordneten Tragplatte (1.7)
ist der Ventilator befestigt. Die Tragplatte verschließt im zusammengesetzten
Zustand den Rückluftschacht
des jeweils unter dem Ventilatormodul liegenden Funktionsmoduls.
Die Tragplatte (1.7) hat eine Öffnung unterhalb der Einströmdüse (1.4)
des Ventilators (1.5). Es kommen Radialventilatoren zum
Einsatz. Aufgrund des radialen Funktionsprinzips des Ventilators
saugt dieser die Rückluft
senkrecht durch die Einströmdüse (1.4)
aus der Ventilator-Saugkammer (G) nach oben und bläst allseitig
waagerecht in die Ventilator-Druckkammer (A) aus. In der Ventilator-Druckkammer
(A) befinden sich Schalldämmkulissen
(1.9) welche am Gehäuse
befestigt sind. Im Gehäuse
des Ventilatormoduls sind Luftleiteinrichtungen (1.8) angeordnet,
welche sich im zusammengebauten Zustand direkt oberhalb der Wärmetauscher
(2.3) oder Filter (3.2) des darunter liegenden
Funktionsmoduls befinden.
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Diese
werden von zwei mit 45° abgewinkelten
Blechen gebildet, welche sich über
die gesamte Breite des Gehäuses
(1.1) erstrecken. Das Gehäuse des Ventilatormoduls (1)
wird außerdem
mit einer Schalldämmung
(1.2) ausgekleidet.
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Funktionsmodul 2 – Kühler-/Erhitzermodul
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Das
Kühler-/Erhitzermodul
(2) besteht wie das Ventilatormodul (1) aus einem
umlaufenden Gehäuserahmen
(2.1) und einem zentral angeordneten Rückluftschacht der als Ventilator-Saugkammer
(G) wirkt. Auf zwei Seiten der vier Seiten des Rückluftschachtes, im zusammengesetzten
Zustand direkt unterhalb der Luftleitelemente (1.8) befinden
sich zwei Luftkühler
(2.3). Diese liegen auf dem umlaufenden Flansch (2.8)
am unteren Rand des Gehäuses
(2.1) auf. Der zentrale Rückluftschacht (G) kann verschiedene
Einbauten wie z.B. Filter, Schalldämpfer, Klappen oder Stutzen
für den
Anschluss an ein Fortluft- bzw. Frischluft-Kanalnetz erhalten.
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Kühler- und
Erhitzermodul sind identisch aufgebaut, stapeflfähig und werden bedarfsgerecht
kombiniert.
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Funktionsmodul 3 – Filtermodul
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Das
Filtermodul (3) besteht aus einem umlaufenden Gehäuserahmen
(3.1) und einem zentral angeordneten Rückluftschacht. Auf zwei der
vier Seiten des Rückluftschachtes
befinden sich, über
die gesamte Gehäusebreite
verlaufende Filteraufnahmerahmen (3.3) mit U-förmigem Querschnitt,
welche als Widerlager und Dichtfläche für die von der Raumseite her
einsetzbaren und in eingebauten Zustand wechselbaren Filterelemente
(3.2) dienen. In Abhängigkeit
der erforderlichen Partikelreinheit der Zuluft kommen Filter verschiedener Filterklassen
zum Einsatz.
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Der
zentrale Rückluftschacht
wird horizontal von einer Drosselklappe (3.7) geteilt,
welche die genaue Einregulierung der Volumenströme ermöglicht. Unterhalb der Drosselklappe
(3.7) befindet sich in der Seitenwand des Rückluftschachtes
eine Öffnung
zur Fortluftkammer (E). Oberhalb der Drosselklappe (3.7)
befindet sich in der gegenüberliegenden
Seitenwand des Rückluftschachtes
eine Öffnung
zur Frischluftkammer (D).
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Funktionsmodul 4 – Auslassmodul
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Das
Auslassmodul (4) besteht aus einem Einbaurahmen (4.1)
welcher direkt in das Deckenprofil (5) der Reinraumdecke
eingebaut wird und einer universellen Auslassplatte (4.6),
mit quadratischem oder rechteckigem Grundriss, in welcher sich die
verschieden geformten Zuluft- und Abluftöffnungen befinden. Im Zentrum
der Auslassplatte (4.6) befindet sich ein Bereich mit einer
Vielzahl von Öffnungen
welche als Rückluftöffnung (4.5)
dienen. Dieser Bereich befindet sich direkt unterhalb der Fortluftseite
des Rückluftschachtes
(F).
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Die
Dichtheit zwischen Auslassplatte (4.6) und Rückluftschacht
(F) wird durch einen Schiebestutzen (4.4) hergestellt,
welcher fest an der Auslassplatte (4.6) befestigt ist und
sich je nach Deckensystem unterschiedlich tief in den Rückluftschacht
(F) einschiebt. Je nach Bedarf wird dieser Schiebestutzen (4.4)
mit einem Grobfilter (4.8) bestückt, um Verunreinigungen vom
Gerät fernzuhalten.
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Die
Ansaugung der Luft aus dem Raum erfolgt durch die Öffnungen
im Zentrum der Auslassplatte (4.6). Diese Rückluftöffnung(4.5)
ist allseitig von schlitzförmigen Öffnungen
umgeben, welche unmittelbar an die Auslass-Druckkammer (K) anschließen. Über diese Öffnungen
wird die Zuluft in den Raum eingeblasen. Diese Schlitzöffnungen
sind gleichmäßig um die
Rückluftöffnung (4.5)
herum angeordnet und bilden den Deckenauslaß (4.2). Die Öffnungen
erhalten Luftleiteinrichtungen (4.3) in Form von Leitschaufeln
zur Erzielung einer turbulenten Luftströmung im Reinraum. Aufgrund
der symmetrischen Anordnung und der nahezu strahlenförmigen Ausrichtung
der Luftleiteinrichtungen (4.3) ergibt sich eine symmetrisch
geformte, turbulente Wirbelströmung
im Raum, welche eine optimale Raumdurchspülung und Luftdurchmischung
gewährleistet.
Ein Kurzschluss zwischen Zuluft und Abluft wird durch die Anordnung
der Luftleiteinrichtungen (4.3) sicher vermieden.
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Die
vorstehend beschriebenen Lüftungseinrichtungen
verbinden die besten Eigenschaften der beiden klassischen Lüftungssysteme
für den
Reinraum. Der Raumbedarf ist je nach Art und Anzahl der kombinierten Funktionsmodule
gleich oder geringer als bei bisher bekannten Kompaktgeräten. Die
Variabilität
durch die Möglichkeit
der individuellen Kombination verschiedener Funktionsmodule ist
vergleichbar mit klassischen Raumlufttechnischen Anlagen, bestehend
aus zentralen Lüftungsgeräten und
voluminösem
Kanalnetz mit angeschlossenen Luftauslässen.
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Durch
die große
Variabilität
und Wartungsfreundlichkeit bei gleichzeitig minimalem Raumbedarf
sowie durch die symmetrische Strömungsausprägung im
Raum sind die Geräte
hervorragend für
den Einsatz in Reinräumen
verschiedenster Branchen geeignet. Mittels Temperaturregelung, Volumenstromanpassung
und Luftmischung können
komplexeste Anforderungen an das Raumklima erfüllt und der Energieaufwand
für die
Klimatisierung auf ein Minimum begrenzt werden.
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- A
- Ventilator,
Druckkammer
- B
- Einbauschacht,
ELT/Steuerung
- C
- Einbauschacht,
Hydraulik
- D
- Frischluftkammer
- E
- Fortluftkammer
- F
- Rückluftschacht,
Forfluftseite
- G
- Ventilator,
Saugkammer
- H
- Kühler-, Erhitzerkammer
- J
- Filterkammer
- K
- Auslaß-, Druckkammer
- 1
- Ventilatormodul
- 1.1
- Ventilatormodul,
Gehäuse
- 1.2
- Ventilatormodul,
Gehäusedämmung
- 1.3
- Ventilatormodul,
Gehäusedeckel
- 1.4
- Ventilator,
Einströmdüse
- 1.5
- Ventilatormodul,
Ventilator
- 1.6
- Ventilator,
Antrieb
- 1.7
- Tragplatte
- 1.6
- Ventilator,
Antrieb
- 1.7
- Tragplatte
- 1.8
- Luftleiteinrichtungen
- 1.9
- Schalldämmkulissen
- 2
- Kühler-, Erhitzermodul
- 2.1
- Kühler-, Erhitzermodul,
Gehäuse
- 2.2
- Kühler-, Erhitzermodul,
Gehäusedämmung
- 2.3
- Kühler-, Erhitzer-Register
- 2.4
- Kühler-, Erhitzer,
Rahmen
- 2.5
- Kühler-, Erhitzer,
Rücklaufsammler
- 2.6
- Kühler-, Erhitzer,
Vorlaufverteiler
- 2.7
- Steuerung,
Elektroanschluß
- 2.8
- Kühler-, Erhitzermodul,
Gehäuseflansch
- 3
- Filtermodul
- 3.1
- Filtermodul,
Gehäuse
- 3.2
- Filtermodul,
Filter
- 3.3
- Filtermodul,
Filteraufnahmerahmen
- 3.4
- Filtermodul,
Filterrahmen
- 3.5
- Filtermodul,
Anschlußstutzen
Frischluft
- 3.6
- Filtermodul,
Anschlußstutzen
Forfluft
- 3.7
- Filtermodul,
Drosselklappe
- 3.8
- Öffnung zur
Frischluftkammer
- 3.9
- Öffnung zur
Fortluftkammer
- 4
- Auslaßmodul,
Deckeneinbaurahmen
- 4.1
- Auslaßmodul,
Deckeneinbaurahmen
- 4.2
- Auslaßmodul,
Deckenauslaß
- 4.3
- Auslaßmodul,
Leitschaufeln
- 4.4
- Auslaßmodul,
Rückluftschacht,
Schiebestutzen
- 4.5
- Auslaßmodul,
Rückluftöffnung
- 4.6
- Auslaßmodul,
Auslaßplatte
- 4.7
- Auslaßmodul,
Aufkantung, Auslaßplatte
- 4.8
- Auslaßmodul,
Grobfilter
- 5
- Reinraumdecke,
Deckenprofil