DE69107950T2

DE69107950T2 - Reinraum.

Info

Publication number: DE69107950T2
Application number: DE69107950T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Abe; Shigeo Honda; Kazutomo Isono
Original assignee: Asahi Kogyosha Co Ltd
Current assignee: Asahi Kogyosha Co Ltd
Priority date: 1990-10-11
Filing date: 1991-10-09
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2011-10-10
Also published as: DE69107950D1; EP0480407A1; EP0480407B1; JP2561749B2; JPH04148139A; US5169418A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reinraumanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im allgemeinen haben Reinraumanordnungen einen Reinraum, eine in einem oberen Bereich des Reinraumes ausgebildete Luftzufuhrkammer und eine in einem unteren Bereich des Reinraumes ausgebildete Luftrückführungskammer. Die Luftzufuhrkammer hat ein Filter und führt dem Reinraum durch das Filter saubere Luft zu. Die Rückführungskammer hat ein Gitter und saugt die saubere Luft durch das Gitter ab. Somit strömt die saubere Luft, die aus der Luftzufuhrkammer durch das Filter in den Reinraum eingeleitet wird, nach unten und gelangt in die Rückführungskammer. Die saubere Luft wird dann wieder in die Luftzufuhrkammer zurückgeleitet. Auf dem Weg zur Luftzufuhrkammer wird der zirkulierenden sauberen Luft gegebenenfalls Außenluft zur Belüftung zugeführt und diese Mischung erneut in den Reinraum geleitet.
Es sind verschiedene Arten von Reinraumanordnungen vorgeschlagen worden. Die Figur 5 der beigefügten Zeichnungen zeigt eine derartige Anordnung. Eine Klimaanlage a ist außerhalb eines Reinraumes f angeordnet und dient zur Rückführung der sauberen Luft. Ein Filter e ist in einem oberen Bereich einer Reinraumanordnung 1 angeordnet und begrenzt eine Luftzufuhrkammer d oberhalb des Filters e. Unterhalb des Filters e liegt ein Reinraum f. Anders ausgedrückt dient das Filter e als Decke des Reinraumes f. Ein Gitter g ist in einem unteren Bereich der Reinraumanordnung 1 angeordnet und dient als Boden des Reinraumes f. Unterhalb des Gitters g liegt eine Rückführungskammer h, während der Reinraum f oberhalb des Gitters g liegt. Eine Auslaßöffnung der Rückführungskammer h ist über eine Rückführungsleitung i mit einer Einlaßöffnung der Klimaanlage a verbunden. Eine Auslaßöffnung der Klimaanlage a ist über eine Luftzufuhrleitung c mit der Luftzufuhrkammer d verbunden. Ein Gebläse b der Klimaanlage a treibt die Luft durch die Luftzufuhrleitung c in die Luftzufuhrkammer d, und die Luft gelangt, nachdem sie durch das Filter e gefiltert wurde, in den Reinraum f. Die in den Reinraum f eintretende saubere Luft bewegt sich nach unten in die Rückführungs- oder Luftrückgewinnungskammer h, wie durch die Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist. Die saubere Luft strömt beim Eintreten in die Rückführungskammer h durch das Gitter g. Über die Rückführungsleitung i gelangt dann die saubere Luft wieder zur Klimaanlage a.
Figur 6 zeigt eine weitere herkömmliche Reinluftanordnung. Die Klimaanlage a ist an den Reinraum f angegliedert. Die saubere Luft aus dem Gebläse b gelangt von der Auslaßöffnung der Klimaanlage a direkt in die Luftzufuhrkammer d. Die Auslaßöffnung der Klimaanlage a steht mit dem oberen Bereich des oberen Bereiches des Reinraumes f in Verbindung. Analog gelangt die saubere Luft aus der Rückführungskammer h direkt in die Einlaßöffnung der Klimaanlage a. Der untere Bereich des Reinraumes steht mit der Einlaßöffnung der Klimaanlage a in Verbindung.
Figur 7 zeigt eine Anordnung, die ein mit Filtern ausgerüstetes Gebläse j hat. In der Reinraumanordnung 1 wird der Reinraum f durch den Rückführungsraum k begrenzt, der den Reinraum f umgibt. Die saubere Luft wird durch das mit Filtern ausgerüstete Gebläse j direkt in den Reinraum f eingeleitet und dann aus dem Reinraum f durch das Gitter g in die Rückführungskammer h ausgestoßen. Die saubere Luft strömt dann in der Rückführungskammer h nach oben und gelangt zurück in die Luftzufuhrkammer d.
Diese herkömmlichen Anordnungen haben die folgenden Nachteile:
Wird die Luftströmungsgeschwindigkeit des Gebläses erhöht, um einen hohen Reinheitsgrad im Reinraum f zu erreichen, wird der Druckverlust am Filter groß, und das Gebläse verbraucht viel Energie. Daüber hinaus erzeugt die Rückführung der sauberen Luft durch das Gebläse ein uneinheitliches Druckprofil im Rückführungssystem, welches wiederum eine Driftströmung im Reinraum erzeugt. Wird andererseits die Luftströmungsgeschwindigkeit des Gebläses gesenkt und soll ein hoher Reinheitsgrad im Reinraum erreicht werden, so kommt es im Reinraum zur Wirbelbildung und lokal zu einer aufsteigenden Luft-Strömung. Ein hoher Reinheitsgrad ist demnach nicht zu erwarten.
Eine Reinraumanordnung, bei der am Eingang zum Reinraum eine Luftschleuse vorgesehen ist, um eine Kontamination des Reinraumes mit Partikeln zu verhindern, ist aus der DE-U-8 910 036 bekannt. Die Luft im Inneren des Reinraumes wird durch einen Ventilator abgesaugt. Von dort wird die Luft durch eine Heizvorrichtung geleitet und über eine Klimaanlage in den Reinraum geblasen. Die Luftzirkulation wird somit durch mechanische Gebläsemittel erzeugt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Reinraumanordnung anzugeben, bei der ohne Gebläse ein umlaufender sauberer Luftstrom erreicht wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich eine kalte Wärmequelle vorgesehen, die in der Luftzufuhrkammer oder in der Rückführungskammer montiert oder angeordnet ist, um eine konstantere Luftströmung im Reinraum zu erreichen.
Da die Luftrückführungsleitung mit der warmen Wärmequelle ausgerüstet ist, wird die Luft in den Luftrückführungsleitungen erhitzt und der aufsteigende Luftstrom erzeugt, der in die Luftzufuhrkammer strömt. Ist die Luftzufuhrkammer oder die Rückführungskammer mit der kalten Wärmequelle ausgestattet, so wird in der Luftrückführungsleitung wie auch im Reinraum ein konstanterer aufsteigender Luftstrom erzeugt und aufrechterhalten.
Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittansicht einer Reinraumanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 3 eine Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 4 einen Schnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 5 eine Schnittansicht einer herkömmlichen Reinraumanordnung,
Figur 6 eine Schnittansicht einer anderen herkömmlichen Reinraumanordnung, und
Figur 7 eine Schnittansicht einer weiteren herkömmlichen Reinraumanordnung.
Anhand der beigefügten Zeichnungen sollen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. In der folgenden ausführlichen Beschreibung sind einander entsprechende Elemente in den verschiedenen Figuren mit demselben Bezugszeichen bezeichnet.
Unter Bezugnahme auf Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Reinraum, wie er in einer Fabrik oder einem Labor verwendet wird. Eine Reinraumanordnung ist allgemein mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. In einem oberen Bereich des Reinraumes 1 ist eine Luftzufuhrkammer 4 ausgebildet. Ein Filter 3, das sich im oberen Bereich des Reinraumes 1 im wesentlichen in einer horizontalen Richtung erstreckt, begrenzt die Luftzufuhrkammer 4. In einem unteren Bereich des Reinraumes 1 ist eine Rückführungskammer 6 ausgebildet. Ein Gitter 5, das im unteren Bereich des Reinraumes 1 angeordnet ist, begrenzt die Rückführungskammer 6.
Die Luftkammer 4 und die Rückführungskammer 6 sind über eine Luftrückführungsleitung 7 miteinander verbunden. Die Luftrückführungsleitung 7 ist mit einem Wärmeaustauscher 8 (warme Wärmequelle) versehen. Ein Einlaßrohr 9 ist mit dem Wärmeaustauscher 8 so verbunden, daß ein Wärmemedium mit hoher Temperatur wie z.B. warmes Wasser und Dampf in den Wärmeaustauscher 8 eingeleitet werden kann. Weiterhin ist ein Auslaßrohr 10, das mit einem Ventil 11 zur Steuerung der Durchflußmenge des Wärmemediums versehen ist, mit dem Wärmeaustauscher 8 verbunden.
Eine Außenluftleitung 12 ist mit einer Rückführungsrohrleitung 7a der Rückführungsleitung 7 verbunden, die die Rückführungskammer 6 mit dem Wärmeaustauscher 8 verbindet, so daß sich Außenluft mit der umlaufenden Luft mischen kann. Eine Abzugsleitung 18 ist mit der Rückführungskammer 6 verbunden, so daß die Luft in der Kammer 6 aus der Reinraumanordnung ausgestoßen werden kann. Die Abzugsleitung 18 ist mit einem Schieber (nicht dargestellt) versehen, um eine bestimmte Abluftmenge einzustellen. Vorzugsweise ist eine Luftzufuhrrohrleitung 7b, die den Wärmeaustauscher 8 mit der Luftzufuhrkammer 4 verbindet, mit einem wärmeisolierenden Material beschichtet.
Die Luft im Wärmeaustauscher 8 wird erhitzt, wenn das Wärmemedium durch das Zufuhrrohr 9 in den Wärmeaustauscher 8 eingeleitet wird. Die erwärmte Luft steigt dann durch ihren eigenen Auftrieb in der Zufuhrrohrleitung 7b der Luftrückführungsleitung 7 nach oben und gelangt in die Luftzufuhrkammer 4. Gleichzeitig steigt die Luft in der Rückführungsrohrleitung 7a nach oben zum Wärmeaustauscher 8. Somit findet in der Reinraumanordnung eine Luftzirkulation statt. Dabei wird die Warmluft, die in die Luftzufuhrkammer 4 strömt, durch das Filter 3 zu sauberer Luft gereinigt und gelangt dann in den Reinraum 1. Diese saubere Luft strömt im Reinraum 1 nach unten, wie durch die Pfeile 13 angedeutet. Die saubere Luft wird dann von der Rückführungskammer 6 über das Gitter 5 zurückgewonnen und strömt über die Rückführungsrohrleitung 7a zurück in den Wärmeaustauscher 8.
Die Strömungsgeschwindigkeit der umlaufenden Luft kann mittels des Ventils 11 zur Steuerung der Durchflußmenge eingestellt werden. Dabei wird die Strömungsgeschwindigkeit der umlaufenden Luft eingestellt, indem man die Durchflußmenge des Wärmemediums, z.B. des heißen Wassers, das in den Wärmeaustauscher 8 fließt, steuert, d.h. durch Steuerung der Wärmemenge, die zwischen der Luft und dem Wärmemedium ausgetauscht wird.
Der abwärtsgerichtete Luftstrom im Reinraum 1 entsteht aufgrund der natürlichen Luftkonvektion, die durch den Luftauftrieb bedingt ist. Somit ist eine konstante abwärtsgerichtete Luftströmung gewährleistet.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Gegensatz zu der Reinraumanordnung 2 gemäß Figur 1, bei der die außerhalb vorgesehene Luftrückführungsleitung 7 mit dem Reinraum 1 über die Rohrleitungen 7a und 7b verbunden ist, hat die Anordnung 2 gemäß Figur 2 eine integrierte Rückführungsleitung 7. Die Leitung 7 erstreckt sich vertikal neben dem Reinraum 1, wobei eine obere Auslaßöffnung der Leitung 7 direkt mit dem oberen Bereich der Luftzufuhrkammer 4 in Verbindung steht und eine untere Einlaßöffnung des Leitung 7 direkt mit dem unteren Bereich der Luftrückführungskammer 6 in Verbindung steht.
Gemäß Figur 2 kann ein Abschnitt der Luftrückführungsleitung 7 beliebig gestaltet sein. Gemäß Figur 1 werden im allgemeinen Standard-Rohre als Rohre 7a und 7b verwendet. Dies bedeutet, daß bei der Ausgestaltung der Reinraumanordnung ein vorgefertigtes Rohr gewählt werden sollte. Weiterhin kann die Wärmeübertragungsfläche des in der Luftleitung 7 vorgesehenen Wärmeaustauschers bei der Anordnung nach Figur 1 beliebig gewählt werden. Somit wird eine präzisere natürliche Konvektion erreicht und eine präzisere Steuerung der Luftströmungsgeschwindigkeit ermöglicht.
Die Figuren 3 und 4 zeigen jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Anordnungen gemäß diesen Figuren entsprechen im wesentlichen der Anordnung gemäß Figur 1. Ein wichtiger Unterschied ist ein Kühlwärmeaustauscher 14 (kalte Wärmequelle). In Figur 3 ist der Kühlwärmeaustauscher 14 in der Luftzufuhrkammer 4 vorgesehen und erstreckt sich unmittelbar oberhalb und entlang des Filters 3. In der Figur 4 ist der Kühlwärmeaustauscher 14 in der Luftrückführungskammer 6 vorgesehen und erstreckt sich unmittelbar unterhalb und entlang des Gitters 5. Ein Kühlmedium, wie z.B. kaltes Wasser, wird über ein Zufuhrrohr 15 in den Kühlwärmeaustauscher 14 eingeleitet und über ein Ablaufrohr 16 aus dem Wärmeaustauscher 14 abgeleitet. Das Ablaufrohr 16 ist mit einem Ventil 17 zur Steuerung der Durchflußmenge ausgestattet, um eine Durchflußmenge des Kühlmediums einzustellen.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 und 2 wird die Strömungsgeschwindigkeit der umlaufenden Luft im wesentlichen durch die im Wärmeaustauscher 8 ausgetauschte Wärmemenge, durch die Senkung der Lufttemperatur aufgrund einer Wärmeabstrahlung vom Reinraum 2 nach außen und durch die Menge der von außen zur Belüftung zugeführten Luft bestimmt. Diese Strömungsgeschwindigkeit wird jedoch leicht beeinflußt, z.B. durch die Außenlufttemperatur. Im Gegensatz dazu kann bei den Anordnungen nach den Figuren 3 und 4, da die Luft in der Luftzufuhrkammer 4 oder der Luftrückführungskammer 6 durch den Wärmeaustauscher 14 gekühlt wird, um eine durch den Auftrieb bedingte natürliche Konvektion hervorzurufen, die Temperatur der Luft, die in den anderen Wärmeaustauscher 8 strömt, präziser gesteuert werden, wodurch eine effektivere auftriebsbedingte Luftzirkulation erreicht wird. Bei dem Beispiel gemäß Figur 3 wird die Warmluft, die in die Luftzufuhrkammer 4 gelangt, dort abgekühlt, bevor sie in den Reinraum 1 eingeleitet wird. Bei dem Beispiel gemäß Figur 4 wird die Warmluft, die in die Luftzufuhrkammer 4 gelangt, als saubere Warmluft in den Reinraum 1 eingeleitet und in der Rückführungskammer 6 gekühlt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Anordnungen beschränkt. Beispielsweise kann ein Kühlwärmeaustauscher 14 sowohl in der Luftzufuhrkammer 4 als auch in der Luftrückführungskammer 6 angeordnet sein. Das Ventil 17 zur Steuerung der Durchflußmenge kann an dem Zuführrohr 15 statt an dem Ablaufrohr 16 vorgesehen sein. Anstelle des Wärmeaustauschers 8 kann als warme Wärmequelle auch eine elektrische Heizvorrichtung verwendet werden.
Wie oben erwähnt hat die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile:
(1) Da keine Gebläse verwendet werden, kommt es beim Absinken der Luft im Reinraum nicht zur Wirbelbildung.
(2) Darüber hinaus wird weniger Energie für die Luftzirkulation aufgewandt als bei einer Anordnung, bei der die Luftzirkulation durch Gebläse erzeugt wird, und
(3) eine konstante abwärts gerichtete Luftströmung im Reinraum ist gewährleistet, selbst wenn das Druckprofil im Luftzirkulationssystem nicht gesteuert wird.

Claims

1. Reinraumanordnung (2) mit einem Reinraum (1), der einen oberen Bereich (4) und einen unteren Bereich (6) hat, wobei von dem oberen Bereich (4) Reinluft in den Reinraum (1) geleitet wird, die nach unten strömt und aus dem unteren Bereich (6) des Reinraums ausgestoßen wird; mit einer Luftrückführungsleitung (7) zum Rückführen der Luft aus dem unteren Bereich (6) des Reinraums (1) in den oberen Bereich (4) des Reinraums (1) und mit einer warmen Wärmequelle (8), dadurch gekennzeichnet, daß die warme Wärmequelle (8) in der Nähe des unteren Bereichs der Rückführungsleitung (7) angeordnet ist und ohne Verwendung von Gebläsen einen aufsteigenden Luftstrom in der Luftrückführungsleitung (7) erzeugt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinraum (1) ein in seinem oberen Bereich (4) angeordnetes Filter (3) und ein in seinem unteren Bereich (6) angeordnetes Gitter (5) hat und daß das Filter (3) als Decke des Reinraums (1) und das Gitter (5) als Boden des Reinraums (1) dient.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luftzufuhrkammer (4) über dem Filter (3) in dem oberen Bereich des Reinraums (1) gebildet ist, daß eine Luftrückführungskammer (6) unter dem Gitter (5) in dem unteren Bereich des Reinraums (1) gebildet ist, daß die Luftrückführungsleitung (7) eine Rohrleitung (7a,7b) enthält, die die Luftzufuhrkammer (4) mit der Luftrückführungskammer (6) verbindet, und daß die warme Wärmequelle einen an der Rohrleitung (7a,7b) vorgesehenen Wärmeaustauscher (8) enthält.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Wärmemediums, vorzugsweise eine Warmwasserzuleitungsvorrichtung (9,10), an den Wärmeaustauscher (8) angeschlossen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Zufuhr des Wärmemediums ein Durchflußregelventil (11) zur Einstellung einer Durchflußmenge des in den Wärmeaustauscher, (8) geleiteten Wärmemediums enthält, um die Geschwindigkeit der aufsteigenden Luft in der Rohrleitung (7a,7b) zu ändern.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Außenluftzufuhrleitung (12) stromaufwärts des Wärmeaustauschers (8) an die Rohrleitung (7a) angeschlossen ist, so daß der Umluft Luft von außen hinzugefügt werden kann.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftrückführungsleitung (7) neben dem Reinraum (1) gebildet ist, um die Luft aus dem unteren Bereich (6) des Reinraums (1) in dessen oberen Bereich (4) zurückzuleiten.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnete daß eine kalte Wärmequelle (14) in der Luftzufuhrkammer (4) oder in der Luftrückführungskammer (6) vorgesehen ist, um die Bildung der Abwärtsströmung der aus der Luftzufuhrkammer (4) in den Reinraum (1) geleiteten Luft zu unterstützen.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kalte Wärmequelle einen sich über dem und entlang des Filters (3) oder unter dem und entlang des Gitters (5) erstreckenden Kühlwärmeaustauscher (14) enthält, der mit einer Kühlmediumzufuhrvorrichtung (15,16) zur Zufuhr eines Kühlmediums zu dem Kühlwärmeaustauscher (14) versehen ist, und daß die Kühlmediumzufuhrvorrichtung (15,16) Mittel (17) zur Regelung einer Durchflußmenge des Kühlmediums hat.