洁净室之分类原理及其特点

第1章 第四章 潔淨室之分類原理及其特點 1.室內氣流組織： 潔淨室一般按照室內的氣流形態進行分類。室內氣流的基本形態，可分為非層流方式(Conventional Airflow Type)、層流方式(Laminar Airflow Type)和混合方式(Mined Airflow Type)三種。潔淨室的分類見4-1。這些方式只是基本方案，設計時要在考慮各自特點的基礎上，對各種方式進行組合，改進，以便選定與所要求的潔淨度、管理方武、建設費、運行費相適應的方式。 表4-1 潔淨室的分類 非層流方式，非層流方式又稱為亂流方式(Turbulent Airflow Type)。亂流方式實現淨化的基本考慮是稀釋混合，是在污染產生的瞬間進行擴散混合。反過來說，就是把從污染源散發出來的塵埃向室內擴散作為前提來考慮的。用通過過濾器的潔淨空氣將污染沖淡，從而使室內保持潔淨。因此，所需要的換氣次數是隨著要求的潔淨度和室內的發塵情況不同而變化很大。圖4-1、2是一般非層流潔淨室的流程圖。潔淨度低於100,000級的潔淨室，發塵量小時，可以不用HEPA過濾器，而用中效或亞高效空氣過濾器就可以了。如圖4-2所示，回風口設在地板上，考濾室內氣流狀況適當地布置回風口，可以較好地控制塵埃的擴散，達到1000級左右的潔淨度是完全可能的。另外，對於要求潔淨度高，但面積小且位置确定的場合，往往是在亂流潔淨室內設置潔淨工作台、層流罩等，以確保局部實現高潔淨度。 圖4-1 非層流方式(側回風)(10,000-100,000萬級) 圖4-2 非層流方式(地板回風)(1,000~1萬級) 層流方式，圖4-3為層流潔淨室防止污染擴散的示意圖。在層流潔淨室中氣流被調整得非常好，從室內一側平穩地流向其相對應的另一測。因此，層流方式具有兩個特點，一是可以將污染源散發出來的塵埃在未向室內擴散以前就被壓出室外，二是潔淨的空氣對于污染源有隔離作用，隔斷塵埃向空間的擴散。要充分發揮這兩個特點，最重要的是整流。如何整流好，如何不產生亂流，是層流潔淨室的關鍵所在。 圖4-3 層流潔淨室防止污染擴散原理 垂直層流方式垂直層流方式垂直層流方式是從頂棚全面送風，回風從地板或接近地板的牆面上吸入的一種形式，因為氣流均勻地向下流動，在室內空間產生的塵埃直接被壓向下風側。層流方式一般用於100級及以下的潔淨室。圖4-4是醫院生物潔淨手術室的空氣處理流程。這種場合，如果就手術區而言可以說是全面層流，但從整個房間而言，就很難說是全面層流。作為全面層流方式的定義，必須明确層流送風面積佔房間全部頂棚面積的比率，然而至今尚沒有公認的定義比率。美國環境科學學會(lnstiute or Environmental Sci-ences)把層流送風面積在80％以上的層流方式稱為全面層流方式。圖4-5、6是全面垂直層流方式中室內潔淨度、溫濕度條件的示例。 (1)卷繞濾網＋中效濾網 (2)空調箱 (3)加壓風機 (4)定風量裝置(CVA) (5)高效空氣濾網(HEPA) 圖4-4 生物潔淨手術室系統圖 圖4-5 全面垂直層流(地板回風) 圖4-6 全面垂直層流(地板回風)+小室 b..斜流方式這種方式的稱呼現在還沒有在日本基本上也未見到實際應用但在美國卻是常用的一種方式，一般稱為斜流方式圖4-7表示斜流方式的氣流流型。送風口和回風口布置在上、下對角線上，潔淨空氣從斜上角送出，沿對角線流動，雖然說不上是完全的層流，卻近似層流向一個方向流動，性能上接近水平層流方式，施工比較簡單。 圖4-7 斜流潔淨室 c.混合方式，混合方式是亂流式和層流式在同一房間內組合使用的方式，全室層流方式的設備費和運行費很高。但就潔淨室使用上看，往往只是部分要求高潔淨度，而不是整個房間。因此，將層流部分晝量減小，其他部分用亂流方式替代，可以使淨化設備更有效地發揮作用。對於在亂流方式中布置部分層流的島嶼方式、沿生產線布置的潔淨隧道方式、將潔淨工作台連接起來布置的潔淨工作台方式等各種淨化隧道方式，其相應的潔淨度溫溼度條件見圖4-8~4-11。 圖4-8 隊道A (A)通道 0.3μm 100級 25±1℃ 40±5% (B)工作區 0.1μm 10級 ±1℃ ±5% 圖4-9 隊道B (A)通道 0.3μm 100級 25±1℃ 40±5% (B)工作區 0.1μm 10級 ±1℃ ±5% 圖4-10 隊道C (A)通道 0.3μm 100級 25±1℃ 40±5% (B)工作區 0.1μm 10級 ±1℃ ±5% 圖4-11 隊道D (A)通道 0.3μm 100級 25±1℃ 40±5% (B)工作區 0.1μm 10級 ±1℃ ±5% 2. 空氣淨化系統的分類： 空氣淨化成式A是潔淨室空氣淨化系統的基本形式，而S是由A演變來的。也就是說，B的回風過濾器F，與F：合而為一就是A。但是，空氣淨化系統必須考慮空調器和循環風機的位置，或者說必須考慮風量的分配。 圖4-12 空氣淨化系統的基本形式 空氣淨化系統的分類，空調箱與風機串聯所推動的風壓大，所以可以推動比較高阻力的過濾器，或者用於風管較長的場合下。空調箱與風機並聯使RA獨立用風機來回風，形成短循環現象，使得空調箱風扇可以縮小。 空調箱與風機串聯 空調箱與風機並聯 基本型A 基本型B 3.按空氣循環方式分類 (1).潔淨室分類 1.空調箱集中風箱式 – PLENUM TYPE FAN MVDULE SYSTEM 2.空調箱分散風管式 – DUCTED FAN MODULE SYSTEM 3.中央處理式 – FAN BAY SYSTEM 4.風機濾網式 – FAN FILTER UNIT (FFU) SYSTEM 5.迷你型潔淨室 – Minienvironment (2).系統之比較 以LCM無塵室廠房為例，LCM製程特性為: 高設備機台發熱量，操作人員眾多(高人員潛熱)，大製程排氣量，需要大量循環冷卻空氣以帶走無塵室內部所產生之熱量，同時又需維持穩定的溫度(232C)及相對濕度(605%)。 為了因應LCM產業製程需求，本篇將針對功能性、操作性、及成本方面比較2種主要無塵室設計，一為FFU/Dry Coil系統，另一為PCC系統，以提供業主作為選擇系統的參考。 a. FFU/DRY COIL 系統 (詳圖4-13) ˙FFU: Filter Fan Unit w/ HEPA，無塵室高效率過濾循環風機;作為無塵室內部空氣循環的動力，及發生精密過濾的機構單元。 ˙D.C: Dry Coil，無塵室冷卻用乾盤管;為了冷卻無塵室內空氣及維持一定的相對濕度，乾盤管只用作除去室內顯熱之用，也就是在冷卻過程中不會產生凝結水。 ˙OA/MA : Outside Air，新鮮空氣補充，又稱MA: Make-up Air;為了補償無塵室內製程排氣，提供操作人員新鮮空氣，及維持室內正壓及一定濕度，經外氣空調箱(Make-Up Air Handling Unit: MAU)處理過後外氣，再送入無塵室內的回風道中。 圖4-13 FFU/DRY COIL 系統 b. PCC 系統(詳圖二) ˙PCC: Packaged Cooling Coil，無塵室室內循環空調機;作為無塵室內部空氣循環的動力，及冷卻無塵室空氣用。 ˙HEPA Box: 高效率過濾器;銜接經PCC冷卻後的室內空氣風管，並精密過濾。 ˙OA/MA : Outside Air，新鮮空氣補充，又稱MA: Make-up Air;為了補償無塵室內製程排氣，提供操作人員新鮮空氣，及維持室內正壓及一定濕度，經外氣空調箱(Make-Up Air Handling Unit: MAU)處理過後外氣，再送入無塵室內。 圖4-14 PCC系統 FFU/DC及PCC系統比較(詳表4-2) 基本上兩系統均適用於LCM製程，最主要是前者FFU設備本身單價較高，保留較大因應系統變動彈性;而後者須配置較多風管(包括PCC送風管，銜接HEPA Box的軟管，及OA風管)及較多的PCC控制迴路。以下為兩系統特性比較表: 表4-2 Items FFU/DC System PCC System 風管(天花板上) 少(OA only) 多(PCC,OA,HEPA) 配管 單純(Aligned) 複雜(Scattered) 控制閥 少(DC Group) 多(PCC Individual) 風車數量 多(FFU No’s) 少(PCC No’s) 控制元件 少(DC Group) 多(PCC Individual) 濕度控制 普通 優 溫度控制 優 優 噪音 低 高 系統可變彈性 優 劣 系統升級性 易 難 系統穩定性 優 優 操作維護 易 普通 排水管 不需要 需要(PCC除濕) 初設成本 較高 較低 運轉成本 較低 較高 二次冰水 需要 不需要 佔用室內面積 無 大