專利名稱：潔凈室的空氣調節、凈化系統流型的制作方法
技術領域：
本發明涉及空氣調節系統，具體地說是一種專用于潔凈室的空氣調節與凈化系統。
背景技術：
隨著現代工業及科學技術的不斷發展，為保證產品的高質量、高精度、高純度和高成品率，需有高潔凈程度的生產環境。例如對食品加工、醫療衛生設施、醫藥、微電子芯片等生產制造工藝都要求在恒溫恒濕且潔凈的環境中進行。這種恒溫恒濕且高潔凈度的環境稱為潔凈室或潔凈廠房。為滿足潔凈室要求所配置的空氣調節、凈化系統稱為潔凈室空調、凈化系統。所謂的恒溫恒濕就是溫度和相對濕度是在一個很小的范圍內變化。潔凈度是潔凈空間內單位體積的空氣中懸浮粒子量的多少的程度。通常空氣中含塵濃度高，則空氣潔凈度低，含塵濃度低，則空氣潔凈度高。潔凈度等級劃分標準是以潔凈區域內空氣中懸浮粒子大于或等于被考慮粒徑的粒子的最大濃度限值(個/立方米)來表示的，各國都相應制定了潔凈度等級標準。2001年國際標準化組織發布了ISO14644-1的潔凈室潔凈度等級標準。
近幾年來，空氣調節技術、空氣凈化技術也在不斷飛速發展，特別是大規模集成電路生產廠房，對潔凈室的要求不斷提高，如Φ6英寸晶圓生產線的潔凈室的一般溫度、濕度要求為溫度23℃±0.5℃；相對濕度45％±5％；潔 凈 度顆粒(粒徑≥0.1μm)≤100個/立方英尺；顆粒(粒徑≥0.3μm)≤100個/立方英尺；顆粒(粒徑≥0.5μm)≤10000個/立方英尺等。
隨著晶圓片加工直徑的不斷增大，對潔凈室的潔凈度等級的要求將會越來越高。潔凈室的空氣調節、凈化系統流型對于能否滿足潔凈度等級要求是至關重要的。隨著科學技術的不斷發展，潔凈室的要求不斷提高，潔凈室的空氣調節、凈化系統流型也在不斷改進和創新。
潔凈室的空氣凈化處理就是根據其不同的潔凈度等級要求，采用不同方式送入經過處理的數量不等的清潔空氣，同時排走相應數量的在室內所產生的污染物質沾污的臟空氣(稱為排風)，靠這樣的動態平衡，使室內環境維持在所需的空氣潔凈度等級。為簡單起見，以下潔凈室的空調、凈化系統流型中將排風省略不提。潔凈空氣是經過過濾而獲得的。由特殊濾料按不同形式組成，用來過濾空氣中的懸浮粒子和微生物的過濾裝置，稱為空氣過濾器。空氣過濾器按其在額定風量下對大氣塵粒徑的計數效率可分為粗效過濾器(粒徑≥5μm，效率80％-20％)；中效過濾器(粒徑≥1.0μm，效率99％-20％)；亞高效過濾器(粒徑≥0.5μm，效率99.9％-95％)；高效過濾器(粒徑≥0.1μm，效率≥99.999％)。根據不同的潔凈度等級來選用不同的空氣過濾器。
幾種傳統的潔凈室空調、凈化系統流型如圖1的A、B、C、D所示其中圖1的A表明高效過濾器箱與潔凈室2相比為正壓，高效過濾器箱與高效過濾器1和頂板的密封為機械密封。此種形式的潔凈室潔凈度等級不會太高；圖1的B表明靜壓箱層9與潔凈室2相比為正壓，高效過濾器1與龍骨框架20的密封是液槽22的形式，只有灌密封膠23才能確保潔凈度；圖1的C表明靜壓箱層9與潔凈室2相比為正壓，高效過濾器1與龍骨框架20的密封同樣是液槽22的形式，只有灌密封膠23才能確保潔凈度；圖1的D表明全部采用FFU(即風機與高效過濾器組成一個整體單元)形式，雖然靜壓箱層9與潔凈室2相比為負壓，但由于其風機較小，風量、風壓受到局限，調節余地較小，影響高效過濾器1的使用壽命。
發明內容
本發明的目的在于設計一種潔凈室的空氣調節、凈化系統流型，利用這種系統流型來調節與凈化潔凈室的空氣時，效率與潔凈度都比較高。
按照本發明所提供的設計方案，在潔凈室與其下面的下夾層間設置帶孔的活動地板隔開，潔凈室的上面為靜壓箱層，在潔凈室與靜壓箱層間即潔凈室的頂部布置裝有高效過濾器。潔凈室的兩側為回風夾道，新風由新風空調機組送入回風夾道并與回風混合后(稱為循環風)進入靜壓箱層，在靜壓箱層內的自循環風機(專門處理循環風的裝置)的作用下，經過高效過濾器送入潔凈室內，在潔凈室內形成由上而下的垂直層流，再穿過潔凈室活動地板上的孔進入下夾層內，然后再從下夾層作為回風進入兩側的回風夾道內，與送入的新風混合再進入靜壓箱層內，就這樣循環往復，使進入潔凈室的空氣一次又一次的經過調節、凈化，確保潔凈室的空氣達到潔凈要求。如圖5所示流程及圖7流型剖面示意圖所示。其特征是在潔凈室上面的靜壓箱層內安裝若干臺自循環風機，每臺自循環風機依次設有中效過濾段、表冷段、風機段及出風段。其中，中效過濾段用于對循環風進行初步凈化處理。表冷段用于調節循環風的溫度。風機段用于對循環風進行增壓。出風段利用風管將處理后的風分配給多個高效送風口，然后，經過高效過濾器進入潔凈室。
每個高效送風口由高效過濾器及扣置在其上方的外殼組成。在外殼上設置接風口，以便連接風管。在外殼內設置均流板，以便送風均勻地通過高效過濾器進入潔凈室。這種流型其靜壓箱層相對于潔凈室為負壓。
本發明與傳統典型的潔凈空調系統流型相比較，在安裝結構方面的主要區別在于靜壓箱層的送風方式不同。
新流型采用若干臺自循環風機分別作為氣流循環的動力，取代了FFU系統中的小風機，自循環風機則安裝吊掛于靜壓箱層內。自循環風機具有功能段依次為中效過濾段、表冷段、風機段和出風段。其中的風機采用直聯式無蝸殼風機，不易產塵，噪聲小。并配有變頻器，可以調節風機的轉速，從而調節風機的風量、風壓。
新風、回風混合后經過自循環風機中效過濾段凈化處理后，又經過表冷段溫度處理(根據潔凈室內的溫度傳感器發出信號來調節冷水閥門開度，從而調節送風溫度)，再經過風機加壓后通過一段送風風管分別送至若干臺高效送風口(安裝在龍骨框架上)。每個高效送風口由高效過濾器及扣置在其上方的外殼組成。在外殼上設置接風口，以便連接風管。在外殼內設置均流板，以便送風均勻地通過高效過濾器進入潔凈室。這樣的高效送風口，可以滿布，也可間隔布置(根據下部潔凈室的潔凈要求而定)。每臺自循環風機的風量、風壓、表冷器的大小，供幾個高效送風口都可根據需要來設計、配置。
本發明的流型與傳統空調系統流型相比較具有如下特點(1)自循環風機采用無蝸殼直聯式變頻風機，不易產塵，噪聲小。通過變頻可調節風機轉速，從而調節風量、風壓，調節余量較大。確保流過高效過濾器的斷面風速，從而確保潔凈度(FFU系統中由于風機小，因此在風量、風壓方面有局限性)。由于自循環風機的風量、風壓較大，又可調節，從而充分發揮高效過濾器的潛力，節約運行成本；(2)可根據潔凈室不同的要求，配置自循環風機及高效過濾器的數量，以達到不同的潔凈度等級；(3)靜壓箱層相對于潔凈室為負壓，實現了負壓密封，有利于潔凈室的潔凈度。同時也簡化了高效過濾器與龍骨框架的密封形式，使更換高效過濾器更加方便快捷；(4)自循環風機吸口裝有中效過濾器，進一步保護了高效過濾器；延長其使用壽命。
(5)自循環風機帶有表冷器，可以根據潔凈室要求調節冷水量，從而調節送風溫度，調節潔凈室溫度。比表冷器放在回風區調節溫度更有針對性，效果更好。
(6)每個高效送風口由高效過濾器及扣置在其上方的外殼組成。在外殼上不但有連接風管的風口，內部還設有均流板，提高了高效過濾器送風均勻性。
圖1中的A、B、C、D分別為4種傳統的潔凈室空調、凈化系統流型剖面示意圖。
圖2為傳統的高效過濾器的安裝示意圖。
圖3為傳統的FFU的安裝示意圖。
圖4為傳統典型的潔凈空氣調節、凈化流程。
圖5為本發明的潔凈空氣調節、凈化流程。
圖6為組合式新風空調機組各功能段圖。
圖7為本發明的潔凈室空調、凈化系統流型剖面示意圖。
圖8為本發明的潔凈室頂部高效送風口安裝示意圖。
具體實施例方式
1、高效過濾器，2、潔凈室，3、回風口，4、回風，5、新風空調機組，6、新風，7、循環風機，8、進風，9、靜壓箱層，10、下夾層，11、自循環風機，12、帶孔的活動地板，14、設備區或回風區，15、回風夾道，16、表冷器，17、吊桿，18、壁板，19、潔凈照明燈，20、龍骨框架，22、液槽，23、密封膠，25、風口，26、風機，27、風管，28、外殼，29、密封墊。
如圖7所示在潔凈室2與其下面的下夾層10間設置帶孔的活動地板12隔開，潔凈室2的上面為靜壓箱層9，在潔凈室2與靜壓箱層9間即潔凈室2的頂部布置有高效過濾器1。潔凈室2的兩側為回風夾道15，新風6由新風空調機組5送入回風夾道15，并與回風4混合后(稱為循環風)進入靜壓箱層9，在靜壓箱層9內的自循環風機11(一種專門處理循環風的裝置)的作用下，經過高效過濾器1送入潔凈室2內，在潔凈室2內形成由上而下的垂直層流，再穿過潔凈室2下的帶孔的活動地板12上的孔進入下夾層11內，然后再從下夾層11作為回風4進入兩側的回風夾道15內，與送入的新風6混合后再進入靜壓箱層9內，就這樣循環往復，使進入潔凈室2的空氣一次又一次的經過調節、凈化，確保潔凈室2的空氣達到潔凈要求。在潔凈室2上面的靜壓箱層9內安裝若干臺自循環風機11，每臺自循環風機11依次設有中效過濾段、表冷段、風機段及出風段。其中，中效過濾段用于對循環風進行初步凈化處理；表冷段用于調節循環風的溫度；風機段用于對循環風進行增壓；出風段利用風管27將處理后的風分配給多個高效送風口。
靜壓箱層9相對于潔凈室2為負壓，實現了負壓密封，有利于潔凈室2的潔凈度，同時也簡化了高效過濾器1與龍骨框架20的密封形式，使更換高效過濾器1時更加方便快捷。
自循環風機11采用無蝸殼直聯式變頻風機，不易產塵，噪聲小。通過變頻可調節風機的轉速，從而調節風量、風速，調節范圍較大，確保流過高效過濾器1的斷面風速，從而確保潔凈度。同時也充分發揮高效過濾器1的潛力，節約運行成本。
在自循環風機11的吸口設置中效過濾器，形成中效過濾段。以進一步保護高效過濾器1，延長其使用壽命。
在自循環風機11內設置表冷器16，表冷器16內通有冷水，可以根據潔凈室2內的溫度要求調節冷水量，以調節送風溫度。這種方式與將表冷器16放在回風夾道15內的方式相比，其調節溫度時更有針對性，效果更好。
每個高效送風口由高效過濾器1及扣置在其上方的外殼28組成。在外殼28上不但設置有連接風管的風口25，在外殼28內還設置均流板，以提高送風的均勻性。
要建造一個滿足恒溫恒濕且潔凈要求的潔凈室2，要從建筑結構、空氣調節、空氣凈化等幾方面來綜合考慮，現分述如下
1、潔凈室2的構成，為了確保達到高潔凈度、恒溫恒濕的環境要求，必須建造一個密封區域，在此區域內，門、窗都應能關嚴密，既能做到空氣的凈化，又能合理組織氣流循環，確保溫度、濕度的調節。如圖7所示潔凈室2四周都用特制的壁板18圍成，包括門、窗都是將玻璃直接密封嵌在壁板18上的。這種壁板18是用不產塵的雙面彩鋼板(有的有防靜電要求)、中間夾有保溫層并且具有一定強度的骨架組合而成的，這樣的壁板18拼裝成潔凈室2的四壁。
在本發明中，潔凈室2的頂部安裝多個長×寬×高為1200mm×600mm×250mm的高效送風口。每只高效送風口由高效過濾器1及扣置在其上方的外殼28組成，在外殼28上設置風口25。如圖8所示。根據潔凈度要求，可以滿布，也可以間隔布置。這些高效送風口安裝在特制的鋁合金龍骨框架20上，而鋁合金龍骨框架20又吊掛固定在建筑物的梁上。靜壓箱層9相對于潔凈室2為負壓時，靜壓箱層9的空氣不會漏入潔凈室2，高效過濾器1的邊框與鋁合金龍骨框架20之間，只要有密封墊29密封即可，這種密封比較簡單，不會影響潔凈室2的潔凈度，且更換也方便。因此在潔凈室2頂部實現負壓密封這種流型是比較先進的。
圖2所示為傳統流型中潔凈室2頂部的結構，是靜壓箱層9相對于潔凈室2為正壓時的情形。為防止靜壓箱9的空氣不經過高效過濾器1漏入潔凈室2，高效過濾器1與龍骨框架20之間的密封必須采用液槽22的形式。在液槽22內灌注密封膠23，高效過濾器1的邊框插入液槽22內，從而達到密封的效果。這種密封形式比較繁瑣，對密封膠23的要求高，配制難。在更換高效過濾器1時，還要重新灌注密封膠23。
圖3所示為另一種傳統的潔凈室2的頂部結構，是靜壓箱層9相對于潔凈室2為負壓時的情形。靜壓箱層9的空氣不會漏入潔凈室2內。這里采用的FFU與龍骨框架20之間只要有密封墊29密封即可，不會影響潔凈室2的潔凈度。這種密封比較簡單，更換也方便。但FFU系統的風機在風量、風壓方面相對本發明中應用的自循環風機11來說有很大的局限性。
圖7中，潔凈室2的地面是用600mm×600mm的鋁合金壓鑄板拼裝而成的帶孔活動地板12。表面貼有1mm厚的防靜電PVC板，為了能讓氣流順利通過，在每塊帶孔活動地板12上開有占總面積17％-25％的圓孔。每塊帶孔活動地板12下部安裝支架立柱固定。帶孔的活動地板12承重可達1000kg/m2，甚至更大，支架承重2000kg/單柱。支架立柱安裝在下部的鋼筋混凝土的網格梁上，氣流可以從帶孔活動地板12的圓孔中穿過，再穿過網格梁進入下夾層13。
下夾層13有建筑的立柱、網格梁、地面、回風夾道15兩側的墻面等。都要求防塵處理，使其不產塵。靜壓箱層9及回風夾道15的頂部也要用特制的壁板作為頂板鋪滿，并密封好。使整個室內的氣流不能外流，以減少損失。
這樣整個建筑是個密封的區域，區域內部又能形成空氣的流通。另外潔凈室2還要考慮合理的人流、物流路線，消防、安全設施等。在這里不再累述。
2、潔凈室2氣流的循環流向。一般由上而下送入潔凈室2的空氣稱為送風。流出潔凈室2至下夾層13、回風夾道15、靜壓箱層9的空氣稱為回風4。經過新風空調機組5處理后的空氣，稱為新風6。
新風6由新風空調機組5通過風管27進入潔凈室2內，在回風夾道15或靜壓箱內9與回風4混合后，由自循環風機11將其初步凈化、調節溫度、加壓后，送至潔凈室2頂部的高效送風口，通過高效過濾器1將空氣進一步凈化后，送入潔凈室2。潔凈室2內的送風是由上而下的垂直層流。潔凈室2內放置設備，還有操作人員，當然這些設備都是潔凈的。人員穿潔凈衣服工作。照明燈19也是潔凈燈，不產塵，外形不能影響垂直層流。垂直向下的送風確保設備工作面及以上部分是潔凈的。使工藝操作及產品形成、產品流通始終在滿足潔凈要求的空氣中進行。但經過設備、人員后空氣會受到一定的污染。這時氣流穿過帶孔的活動地板12、網格梁進入下夾層13。下夾層13的空氣已是回風4，其潔凈度已低了一些，但可以放置對潔凈度要求較低的設備以及敷設動力管線等。回風4從下夾層13兩側進入回風夾道15及靜壓箱層9，與新風6混合后再由自循環風機11將其初步凈化、調節溫度、加壓后，經高效過濾器1凈化后又送入潔凈室2。就這樣循環往復，使進入潔凈室2的空氣一次又一次的經過高效過濾器1得到凈化，確保潔凈室2的空氣達到潔凈要求。如圖7所示。
整個封閉區域利用調節送入新風6的數量相對于外界保持處于正壓，即空氣只能從封閉區域向外流，外界的臟空氣不能流入。在這封閉區域內部，潔凈度要求高的區域相對于潔凈度要求低的區域也要保持正壓，使得潔凈度要求低的區域的空氣不能流入潔凈度要求高的區域。
3、空氣調節及凈化系統。從圖6中所示組合式新風空調機組5的各功能段可以看出，室外空氣依次經過初效過濾器、用來吸附空氣中的有機元素及異味的活性碳過濾器、中效過濾器、亞高效過濾器后，已得到了必要的凈化。再經過自循環風機11的中效過濾器、潔凈室頂部的高效過濾器1，將空氣進一步凈化，使送入潔凈室2的空氣滿足其潔凈度要求。根據不同的潔凈要求，可以選擇不同規格的過濾器來滿足。
此外，新風空調機組5的其他各功能段的作用為預熱器主要功能是對冬天零度以下的冷空氣進行預熱處理，防止表冷段凍壞；1級、2級表冷器16的主要功能是將空氣冷卻降溫，使空氣的溫度降至露點以下，這時空氣中的水分凝結成水滴而排出，成為干燥的冷空氣；再熱器的主要功能是將經過表冷器16后的干燥冷空氣再加熱到露點以上所需要的溫度；加濕器的主要功能是對一定溫度的干空氣用蒸汽加濕到所需的濕度。
潔凈室2內安裝有溫度、相對濕度的傳感器，它能根據潔凈室2內的溫度、相對濕度發出電信號，通過自動控制系統，調節新風空調機組5的表冷器、加熱器、加濕器的冷水、蒸汽閥門開度，從而調節進入表冷器的冷水量、進入加熱器、加濕器的蒸汽量。以此達到預先設定的滿足潔凈室2要求的溫度和相對濕度。
潔凈室2的相對濕度是靠新風空調機組5來調節控制的。由于潔凈室2、下夾層13放置的設備、工作人員都會發出較多的熱量。潔凈室2的溫度僅有新風空調機組5的調節還不夠，在自循環風機11內設置表冷器16，仍由對應的潔凈室2內的溫度傳感器發出的電信號來調節其冷水閥門的開度，從而調節送入潔凈室2的送風溫度，確保潔凈室2的溫度控制在要求的范圍內。
以上就是潔凈室2的空氣凈化與調節的整個過程。
權利要求
1.潔凈室的空氣調節、凈化系統流型，在潔凈室與其下面的下夾層間利用帶孔的活動地板隔開，潔凈室的上面為靜壓箱層，在潔凈室與靜壓箱層間布置高效過濾器，潔凈室的兩側為回風夾道，新風由新風空調機組送入回風夾道與回風混合后進入靜壓箱層，在靜壓箱層內的自循環風機的作用下，經過高效過濾器進入潔凈室內，在潔凈室內形成由上而下的垂直層流，再穿過活動地板上的孔進入下夾層內，然后再從下夾層作為回風進入兩側的回風夾道內，與新進入的新風混合后再進入靜壓箱層內，循環往復，其特征是在潔凈室上面的靜壓箱層內安裝若干臺自循環風機，每臺自循環風機依次設有中效過濾段、表冷段、風機段及出風段，其中，中效過濾段用于對循環風進行初步凈化處理，表冷段用于調節循環風的溫度，風機段用于對循環風進行增壓，出風段利用管道將處理后的風分配給多個高效送風口，然后，經過高效過濾器進入潔凈室。
2.根據權利要求1所述潔凈室的空氣調節、凈化系統流型，其特征是靜壓箱層相對于潔凈室為負壓。
3.根據權利要求1所述潔凈室的空氣調節、凈化系統流型，其特征是自循環風機為無蝸殼直聯式變頻風機。
4.根據權利要求1所述潔凈室的空氣調節、凈化系統流型，其特征是在自循環風機的吸口設置中效過濾器，形成中效過濾段。
5.根據權利要求1所述潔凈室的空氣調節、凈化系統流型，其特征是在自循環風機內設置表冷器，在表冷器內通有冷水。
6.根據權利要求1所述潔凈室的空氣調節、凈化系統流型，其特征是每個高效送風口由高效過濾器及扣置在其上方的外殼組成，在外殼上設置連接風管的風口，在外殼內設置均流板。
7.根據權利要求1所述潔凈室的空氣調節、凈化系統流型，其特征是潔凈室的四壁用壁板圍成，潔凈室的門、窗由玻璃直接密封嵌在壁板上形成；壁板由雙面彩鋼板、位于雙面彩鋼板中間的保溫層及骨架組合而成。
8.根據權利要求1所述潔凈室的空氣調節、凈化系統流型，其特征是潔凈室內安裝有溫度與相對濕度的傳感器。
9.根據權利要求1所述潔凈室的空氣調節、凈化系統流型，其特征在于，新風空調機組依次具有如下功能段過濾器、預熱器、1級與2級表冷器、再熱器、加濕器；各功能段的作用為過濾器包括初效過濾器、活性碳過濾器、中效過濾器、亞高效過濾器，用于對進入新風空調機組的空氣進行過濾；預熱器用于對冬天零度以下的冷空氣進行預熱處理，防止表冷段凍壞；1級與2級表冷器用于將空氣冷卻降溫，使空氣的溫度降至露點以下，這時空氣中的水分凝結成水滴而排出，成為干燥的冷空氣；再熱器用于將表冷器后的干燥冷空氣再加熱到露點以上所需要的溫度；加濕器用于對一定溫度的干空氣用蒸汽加濕到所需的濕度。
全文摘要
潔凈室的空氣調節、凈化系統流型，涉及空氣調節系統，具體地說是一種專用于潔凈室的空氣調節與凈化系統。按照本發明所提供的設計方案，在潔凈室與其下面的下夾層間設置帶孔的活動地板隔開，潔凈室的上面為靜壓箱層，在潔凈室與靜壓箱層間即潔凈室的頂部布置裝有高效過濾器。潔凈室的兩側為回風夾道，其特征是在潔凈室上面的靜壓箱層內安裝若干臺自循環風機，每臺自循環風機依次設有中效過濾段、表冷段、風機段及出風段。出風段利用風管將處理后的風分配給多個高效送風口，然后，經過高效過濾器進入潔凈室。每個高效送風口由高效過濾器及扣置在其上方的外殼組成。在外殼上設置接風口，以便連接風管。在外殼內設置均流板，以便送風均勻地通過高效過濾器進入潔凈室。
文檔編號F24F3/16GK1731032SQ200510094009
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月22日 優先權日2005年8月22日
發明者李曙光, 鄒宗騏, 顧振建, 周偉民 申請人:無錫華潤微電子有限公司