DE4133093A1 - Filter-ventilator-einrichtung zur verwendung bei reinraeumen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Filter-Ventilator-Einrichtung zur Verwendung bei Reinräumen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei diesen bekannten Filter-Ventilator-Einrichtungen wird die aus dem Reinraum bodenseitig aus tretende Rückluft durch den Ventilator angesaugt und erneut in den Reinraum gelenkt. Vor dem Eintritt in den Reinraum wird die Rückluft gekühlt, wozu bei diesen bekannten Einrichtungen ein hoher zusätzlicher Energiebedarf für den Durchtritt durch die Kühleinrichtung erforderlich ist. Die Kühleinrichtung stellt eine separate Einrichtung mit zusätzlichen Kosten dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Filter-Ventilator-Einrichtung so auszubilden, daß für den Durchtritt der Rückluft durch die Kühleinrichtung nur ein geringer Energiebedarf erforderlich ist und keine zusätzliche Einrichtung für die Kühlung benötigt wird.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Filter-Ventilator- Einrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die vom Ventilator angesaugte Rückluft strömt, bevor sie den Ventilator erreicht, über den Wärmetauscher und gibt hierbei Wärme ab. Dadurch wird die Rückluft vor dem Eintritt in den Reinraum, der sich im Bereich unterhalb der Filter-Ventilator- Einrichtung befindet, in ausreichendem Maße gekühlt. Vorteil­ haft ist der Wärmetauscher im Bereich der Eintrittsöffnung für eine Rückluftführung der erfindungsgemäßen Einrichtung angeordnet. Dann sind die Druckverluste aufgrund der hier herrschenden geringen Anströmgeschwindigkeiten gering, so daß nur ein geringer Energiebedarf der Einrichtung nötig ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen darge­ stellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Reinraum mit erfindungsgemäßen Filter-Ventilator-Einheiten,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Filter-Ventilator-Einheit,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2.

Die Filter-Ventilator-Einheiten können bei allen Reinrauman­ wendern eingesetzt werden, z. B. in der Medizin, in der Pharmazie, in der Biotechnik, in der Elektronik und in der Halbleitertechnik. Die Filtereinheiten eignen sich ins­ besondere für kleine Reinraumbereiche, für eine Nachinstal­ lation schon vorhandener Reinraumbereiche und für lokale Reinräume. Mit den Einheiten lassen sich Reinräume modular und damit flexibel aufbauen, so daß die Reinraumbereiche jederzeit, beispielsweise infolge des technischen Fort­ schrittes, geändert und/oder ergänzt werden können. Auf diese Weise lassen sich schnell und kostengünstig Er­ weiterungen, Umbauten oder Verbesserungen der Reinraum­ klasse durchführen.

Fig. 1 zeigt einen Reinraum 1, der einen für Luft durch­ lässigen Boden 2 aufweist. Er liegt mit Abstand oberhalb eines luftundurchlässigen Bodens 3, der zusammen mit dem durchlässigen Boden 2 eine Rückluftführung 4 begrenzt. Im Reinraum 1 befindet sich ein Prozeßgerät 5. Der Rein­ raum 1 ist nach oben durch eine Decke 6 begrenzt, die rasterförmig von Filtern 7 der Filter-Ventilator-Einheiten 8 gebildet ist. Sie sind als Module ausgebildet, die neben- und hintereinander zur Bildung der Rasterdecke 6 angeordnet werden. Die einzelnen Filter-Ventilator-Einheiten 8 lassen sich vorteilhaft einzeln schnell auswechseln, so daß evtl. Reparaturen oder Wartungen einfach und schnell durchgeführt werden können.

Jede Einheit 8 hat mindestens einen Ventilator 9, mit dem Rückluft 25 (Fig. 1 und 2) angesaugt und durch das Filter 7 in den Reinraum 1 gefördert wird. Die gefilterte Luft strömt im dargestellten Ausführungsbeispiel zumindest annähernd laminar senkrecht nach unten zum Boden 2, tritt durch ihn hindurch und wird am unteren, geschlossenen Boden 3 umgelenkt und strömt in der Rückluftführung 4 nach außen (vgl. Pfeil in Fig. 1). Die gefilterte Luft kann selbstverständlich auch turbulent durch den Reinraum 1 strömen.

Vorteilhaft sind die als Module ausgebildeten Filter-Ventilator- Einheiten 8 jeweils gleich ausgebildet. Sie sollen anhand der Fig. 2 und 3 im einzelnen erläutert werden. Die Einheit 8 hat im Ausführungsbeispiel etwa quadratischen Umriß, kann aber auch rechteckigen oder jeden anderen geeigneten, bei­ spielsweise runden Umriß haben. Die quadratische bzw. recht­ eckige Umrißform hat den Vorteil, daß die Decke des Rein­ raumes 1 rasterförmig aus nur wenigen Einheiten 8 aufge­ baut werden kann.

Die Einheit 8 hat eine Außenwand 13, die aus vier recht­ winklig aneinandergesetzten (nicht dargestellten) Wandteilen gebildet wird. Sie erstrecken sich von einer Auflage 14 (Fig. 2) aus aufwärts. Die Auflage 14 kann durch Profil­ schienen, Stangen oder dgl. gebildet sein. Auf die Wand­ teile der Außenwand 13 ist ein horizontales Deckenteil 15 aufgesetzt, das gleichen Umriß hat wie die Einheit 8. Mittig weist das Deckenteil 15 eine Öffnung 16 auf (Fig. 2 und 3), in die der Ventilator 9 eingesetzt ist. Er ragt nach unten über das Deckenteil 15. Mit Abstand oberhalb des Deckenteils 15 ist ein weiteres Deckenteil 17 vorge­ sehen, das parallel zum Deckenteil 15 liegt und mit diesem zusammen eine Rückluftführung 18 begrenzt. Das Deckenteil 17 kann gleichen Umriß wie das Deckenteil 15 haben und ist im Bereich seines Umfanges durch Abstandhalter 19 (Fig. 3) auf Abstand zum Deckenteil 15 gehalten. Bei rechteckigem Umriß der Einheiten 8 sind die Abstandhalter 19 an den Ecken des Deckenteiles 17 vorgesehen und vorzugsweise durch hochkant stehende Winkelstücke gebildet. Selbstverständlich können die Abstandhalter 19 auch jede andere geeignete Ausbildung haben. Bevorzugt ist das Deckenteil 17 gering­ fügig kleiner als das Deckenteil 15. Dadurch wird die An­ saugung der Rückluft erleichtert. Das Deckenteil 17 kann selbstverständlich auch anderen Umriß haben als das Decken­ teil 15.

Der Ventilator 9 ragt vorteilhaft nicht in die Rückluftführung 18, sondern liegt bündig mit der dem Deckenteil 17 zugewandten Oberseite des Deckenteils 15.

Mit Abstand zur Außenwand 13 ist eine Zwischenwand 20 vor­ gesehen, die parallel zur Außenwand 13 verläuft und sich ebenfalls von der Auflage 14 aus aufwärts erstreckt. Die Zwischenwand 20 wird bei eckiger Ausbildung der Einheit 8 ebenfalls durch aneinanderstoßende Wandteile gebildet. Die Zwischenwand 20 endet mit Abstand vom Deckenteil 15 (Fig. 2). Die Zwischenwand 20 hat über ihren Umfang gleiche Höhe und ist im Ausführungsbeispiel dicker als die Außen­ wand 13. Zwischen der Zwischenwand 20 und der Außenwand 13 wird ein Ringkanal 21 gebildet, in dem die vom Ventilator 9 angesaugte Luft nach unten in Richtung auf den Filter 7 strömt.

Auf der von der Außenwand 13 abgewandten Seite ist mit Ab­ stand zur Zwischenwand 20 eine Innenwand 22 angeordnet, die sich ebenfalls von der Auflage 14 aus aufwärts und parallel zur Zwischenwand 20 erstreckt. Sie hat geringere Höhe als die Zwischenwand 20 (Fig. 2). Die Innenwand 22 wird von aneinanderstoßenden Wandteilen gebildet, die zusammen mit der Zwischenwand 20 einen weiteren Ringkanal 23 be­ grenzen. Die Innenwand 22 umgibt, in Draufsicht auf die Filter-Ventilator-Einheit 8 gesehen, den Ventilator 9 mit geringem Abstand.

Der von der Innenwand 22 umschlossene Raum ist durch eine Platte 24 in Richtung auf den Filter 7 verschlossen. Die Platte 24 füllt den von der Innenwand 22 umschlossenen Innenraum aus. Wie Fig. 2 zeigt, ist die Platte 24 etwa in halber Höhe an der Innenseite der Innenwand 22 be­ festigt.

Sämtliche Wandteile der Außenwand 13, der Zwischenwand 20 und der Innenwand 22 sind auf der Auflage 14 befestigt. Es ist auch möglich, diese Wandteile hängend am Decken­ teil 15 zu befestigen, beispielsweise mit Gewindestangen. Mit Abstand unterhalb der Wände 13, 20, 22 ist das Filter 7 vorgesehen, das entweder Bestandteil der Filter-Ventilator- Einheit 8 oder ein gesondertes Bauteil ist, das bei der Montage mit der Einheit verbunden wird.

Im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen sämtliche Wände 13, 20 und 22 aus schalldämmendem Material, wie Mineralwolle, Schaumstoff oder dgl. Vorteilhaft be­ stehen auch die Deckenteile 15 und 17 aus schalldämmendem Material. Dadurch ergibt sich eine sehr hohe Geräuschdämmung der Filter-Ventilator-Einheit 8. Auch die Platte 24 besteht vorteilhaft aus schalldämmendem Material. Da die einzelnen Wände 13, 20 und 22 aus Wandteilen zusammengesetzt sind, können sie aus vorgefertigten Teilen zusammengebaut werden. Dadurch lassen sich bei Bedarf auch nur einzelne Wandteile auswechseln, so daß nicht die gesamte Wand bei Beschädigung oder Verschleiß nur eines Wandteiles ausgewechselt werden muß. Selbstverständlich können die Wandteile der Wände 13, 20 und 22 jeweils auch einteilig miteinander ausgebildet sein.

Bei der Filter-Ventilator-Einheit 8 müssen die Wände selbst­ verständlich nicht aus schalldämmendem Material bestehen. So können für die Wände herkömmliche Materialien, wie Bleche oder dgl., eingesetzt werden.

Das Filter 7 besteht aus herkömmlichem Material. Damit können die Einheiten 8 für alle Klassen von Reinräumen eingesetzt werden.

Vom Ventilator 9 wird über die Rückluftführung 18 die Rückluft 25 vom Ventilator 9 angesaugt. Die angesaugte Luft wird vom Ventilator 9 in Richtung der Pfeile in Fig. 2 in die Ring­ kanäle 21 und 23 geleitet und in ihnen senkrecht nach unten zum Filter 7 gelenkt. Nach dem Durchtritt durch das Filter 7 gelangt die gereinigte Luft in den Reinraum 1 (Fig. 1). Die Abstufung der Wände 13, 20 und 22 nach innen ist so ge­ wählt, daß eine gleichförmige Geschwindigkeit über die Filterfläche erreicht wird. Somit zeichnet sich diese Filter- Ventilator-Einheit 8 durch eine gleichmäßige Strömungsver­ teilung bei kompakter Bauweise und hoher Geräuschdämmung aus. Die Strömungswege vom Ventilator 9 zum Filter 7 sind infolge der Ringkanäle 21, 23 äußerst kurz, so daß sich nur geringe Strömungsverluste und damit auch nur ein sehr ge­ ringer Energiebedarf ergeben. Infolge der Ringkanäle 21, 23 können die Wände verhältnismäßig niedrig sein, so daß außer dem Vorteil der geringen Strömungsverluste auch eine äußerst kompakte Ausbildung der Einheit 8 erreicht wird. Da der Ventilator 9 zentrisch angeordnet ist, ergibt sich über den Umfang der Ringkanäle 21 und 23 eine gleichmäßige Strömung.

Die Filter-Ventilator-Einheit 8 kann an der Decke abgehängt oder in eine Rasterdecke eingesetzt werden. Die Einheiten 8 lassen sich sowohl einzeln einsetzen als auch modular zu Reinräumen beliebiger Größe zusammenfügen. Wartungs­ arbeiten an den Einheiten 8 beeinträchtigen den Reinraum­ betrieb nur geringfügig. Die einzelnen Einheiten 8 können einzeln schnell von unten oder von oben ausgewechselt werden. Der Wechsel der Filter 7 ist von unten möglich. Die Ventilatoren 9 sind von unten, aber auch von oben zugänglich. Dadurch können über begehbare Einheiten Wartungsarbeiten durchgeführt werden, ohne den gesamten Reinraum 1 stillzulegen. Mit den einzelnen Einheiten 8 können kleinere und größere Reinräume kosten­ günstig aufgebaut werden. Insbesondere sind auch Nach­ rüstungen mit den als Modulen ausgebildeten Einheiten 8 kostengünstig möglich. Infolge ihrer kompakten Ausbildung haben die Einheiten 8 auch nur geringes Gewicht, so daß eine einfache Montage möglich ist. Zudem ist die Deckenbelastung verhältnismäßig gering.

Da das Deckenteil 17 lediglich in den Eckbereichen über die Abstandhalter 19 auf dem Deckenteil 15 abgestützt ist, wird die Rückluft 25, wie Fig. 3 zeigt, an allen Seiten vom Ventilator 9 in die Rückluftführung 18 angesaugt. Zwischen den Abstandhaltern 19 befinden sich somit Eintrittsöffnungen 26 in die Rückluftführung 18. In diesen Eintrittsöffnungen 26 befindet sich ein Wärmetauscher 27, über den die Rückluft 25 beim Eintritt in die Rückluftführung 18 geführt wird. Der Wärmetauscher 27 wird vorzugsweise durch ein mit Kühlmedium durchflossenes Rohr gebildet, auf dem mit Abständen vonein­ ander und senkrecht zur Rohrachse sich erstreckende Lamellen sitzen. Das Rohr hat ein Anschlußende 28 (Fig. 3), über das das jeweilige Kühlmedium in das Rohr des Wärmetauschers 27 strömt. Dieses Rohr erstreckt sich über den gesamten Umfang des Deckenteils 15 bzw. 17 und hat benachbart zum Anschluß­ ende 28 ein Austrittsende 29, durch das das Kühlmedium aus dem Rohr strömt. Als Kühlmedium wird vorteilhaft Kühlwasser verwendet. Selbstverständlich können aber auch andere Kühl­ medien eingesetzt werden, wie beispielsweise Kühlsole oder Kältemittel. Strömt die Rückluft 25, die aus der boden­ seitigen Rückluftführung 4 strömt, beim Eintritt in die Rückluftführung 18 über den Wärmetauscher 27, wird sie optimal abgekühlt. Da sich der Wärmetauscher 27 am Umfang der Einheit 8 befindet und somit den größten Abstand vom Ventilator 9 hat, tritt hier die geringste Anströmgeschwin­ digkeit auf. Dadurch sind die Druckverluste ebenfalls sehr gering. Die Einheit 8 hat somit trotz Einsatzes des Wärme­ tauschers 27 nur geringen Energiebedarf.

Je nach den Einbauverhältnissen kann der Wärmetauscher 27 auch mit Abstand von den Eintrittsöffnungen 26 innerhalb der Rückluftführung 18 angeordnet sein. In diesem Falle treten aber höhere Anströmgeschwindigkeiten und damit höhere Druckverluste auf, wodurch der Energiebedarf dieser Einheit erhöht wird.

Grundsätzlich ist es möglich, die Rückluft 25 nicht von allen Seiten aus anzusaugen. So kann nur an einer Seite der Ein­ heit 8 eine Eintrittsöffnung 26 für die Rückluft vorgesehen sein, während an den übrigen Seiten zwischen den beiden Decken­ teilen 15 und 17 eine geschlossene Wand oder ein reduzierter freier Querschnitt vorgesehen ist. In diesem Falle ist der Wärmetauscher 27 nur an einer Seite der Einheit 8 vorgesehen.

Die Rückluftführung kann auch so ausgebildet sein, daß die Rückluft 25 nicht seitlich in die Rückluftführung 18 ange­ saugt wird, sondern daß das Deckenteil 17 wenigstens eine Ansaugöffnung für die Rückluft 25 aufweist. In diesem Falle befinden sich diese Ansaugöffnungen vorteilhafter Weise im Randbereich des Deckenteils 17. Der Wärmetauscher 27 ist dann so angeordnet, daß die Rückluft 25 bei ihrem Weg zum Ventilator 9 durch den Wärmetauscher strömen muß.

Beim Vorbeiströmen am Wärmetauscher 27 gibt die Rückluft 25 Wärme an den Wärmetauscher 27 ab und wird hierbei entsprechend gekühlt. Der Grad der Abkühlung der Rückluft 25 wird durch die entsprechende Temperatur des Kühlmediums eingestellt, das durch den Wärmetauscher fließt.

Anstelle eines Kühlmediums kann auch ein Wärmemedium durch den Wärmetauscher 27 strömen, wenn dies für den jeweiligen Einsatzfall der Filter-Ventilator-Einheit 8 notwendig sein sollte.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Filter-Ventilator Einheit 8 zwei Ringkanäle 21 und 23. Bei einer einfachsten Ausführung ist nur ein einziger Ringkanal vorgesehen, der von der Außenwand 13 und der Innenwand 22 begrenzt wird. Eine solche Einheit 8 ist äußerst kompakt ausgebildet und weist dennoch alle Vorteile hinsichtlich der gleichförmigen Strömungs­ verteilung, der geringen Strömungsverluste und des sehr ge­ ringen Energiebedarfes auf. Wird auf eine hohe Geräuschdämmung Wert gelegt, bestehen wiederum beide Wände 13 und 22 aus schall­ dämmendem Material. Bei geringeren Anforderungen hinsichtlich der Geräuschdämmung reicht es aus, wenn nur die eine Begrenzungs­ wand 13 oder 20 aus schalldämmendem Material hergestellt ist.

Die Filter-Ventilator-Einheit 8 kann auch mehr als zwei Ring­ kanäle aufweisen. In diesem Falle sind entsprechend mehr Wände vorgesehen, die in ihrer Höhe wiederum so aufeinander abgestimmt sind, daß von außen nach innen die Wandhöhe ab­ nimmt. Diese Abstufung wird so gewählt, daß eine gleichförmige Strömungsgeschwindigkeit der Luft über die Filterfläche er­ reicht wird.

Die Einheiten 8 lassen sich somit sehr einfach an die jeweiligen Einsatzfälle anpassen. Alle Varianten zeichnen sich durch die gleichförmige Strömungsverteilung, die kompakte Bauweise, den geringen Strömungsverlust, das geringe Gewicht und durch einen sehr geringen Energiebedarf aus.

Das Deckenteil 17 kann auf dem Wärmetauscher 27 aufliegen, so daß auf gesonderte Abstandhalter 19 verzichtet werden kann. Damit der Wärmetauscher 27 leicht ausgewechselt werden kann bzw. für Wartungsarbeiten leicht zugänglich ist, ist das Deckenteil 17 lösbar angeordnet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur ein einziger Wärmetauscher 27 vorgesehen. Es ist aber auch möglich, mehrere Wärmetauscher über den Umfang der Einheit 8 vorzusehen. Diese Wärmetauscher können in Serie hintereinander geschaltet sein, aber auch parallel betrieben werden. Bei Parallelbetrieb hat jeder Wärmetauscher einen Zu- und einen Abgang für das Kühl- oder Wärmemedium.

Claims (13)

1. Filter-Ventilator-Einrichtung zur Verwendung bei Rein­ räumen, mit mindestens einem Ventilator, dessen Druck­ seite einem Luftströmungsraum zugewandt ist und der Rückluft aus dem Reinraum ansaugt, dadurch gekennzeichnet, daß im Ansaugbereich des Ventilators (9) mindestens ein Wärmetauscher (27) liegt, über den die Rückluft (25) strömt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (27) in einer Rückluftführung (18) der Einrichtung (8) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückluftführung (18) im Bereich oberhalb des Ventilators (9) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (27) an einer Eintrittsöffnung (26) der Rückluftführung (18) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wärmetauscher (27) über den Umfang der Einrichtung (8) erstreckt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückluftführung (18) von zwei mit Abstand übereinander liegenden Deckenteilen (15, 17) der Einrichtung (8) begrenzt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (27) am Rand der Deckenteile (15, 17) in der Rückluftführung (18) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückluft (25) vor und hinter dem Wärmetauscher (27) in gleicher Richtung strömt.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückluft vor und hinter dem Wärmetauscher (27) in unterschiedlichen Richtungen strömt.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (27) im Bereich unterhalb einer Eintrittsöffnung für die Rück­ luft (25) in die Rückluftführung (18) innerhalb der Rückluftführung angeordnet ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (27) ein Luftkühler ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (27) von einem Kühlmedium durchströmt ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (27) von einem Wärmemedium durchströmt ist.