減少淨化室頂上渦流的方法和裝置的製作方法
2023-06-15 01:47:51 4
專利名稱：減少淨化室頂上渦流的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種淨化室結構，具體說，涉及淨化室頂及其框架，包括支承梁或橫構件上的頂板和/或HEPA空氣過濾器的安裝以及對照明支架、導線管或其他過濾器間橫構件以外構件的懸掛。本發明特別涉及一種減少在橫構件下形成的渦流，並能使用較寬的橫構件以便在頂板內容納大量燈光系統的一種齊平安裝頂結構。
電子工業的持續進展已不斷地對生產敏感性零件的淨化室提出更嚴格的淨化要求。幾年前，等級100的淨化室(在受控制的一立方英尺空氣空間中平均不多於100個0.5微米直徑的顆粒)曾經是可以接受的，而今天的要求常常要超過以0.1微米直徑顆粒為基準的等級11。例如，請看，揭示各種淨化室結構的已有技術的專利就包括有美國專利3，158，457;3，638，404;4，667，579及4，693，173。因此淨化室的頂、牆和地板必須以這樣一種方式建造，使對流和渦流、空氣死角、以及其他易於聚集灰塵及顆粒物質和/或幹擾在淨化室內均勻空氣流動的區域減小到最低限度。由於在淨化室內的移動空氣，對流和死角都趨向於在頂附近形成小的空氣旋渦囊在此都被稱為渦流。這些旋渦囊能吸收住顆粒料並將這種雜汙積聚起來，導致對淨化室等級要求的破壞。
一般，淨化室建成能產生從室頂向地板且穿過地板的均勻流動過濾空氣。空氣流來源於安裝在位於支承結構上，室頂上的鼓風機。來自鼓風機的空氣流強制通過形成淨化室頂的HEPA空氣過濾器並從頂向下輸送通過淨化室通過地板離去。室頂過濾器一般安裝在頂支承梁或橫構件的柵格上，梁件的底面與過濾器的底面靠得很近。
雖然擴散屏幫助離開過濾器的空氣產生層流流動，但是所需要的均勻流動方式在頂面下立即被在橫構件下的渦流區中止。由於在橫構件下缺乏空氣流動產生低壓，這些渦流區便形成顆粒料可以積聚的死區空間。根據橫構件的寬度和從相鄰的過濾板流出的空氣流速，渦流區的實際尺寸和幾何形狀將是變化的。
這種均勻流動的方式還可被燈光支架和其他橫構件上懸掛的附件幹擾。例如，用淨化室內的高亮度照明系統通常是由通過淨化室頂的寬度和/或長度方向延伸線性排列的螢光燈管所組成。支撐梁的底面一般用於固定這些燈架並還用於連接支撐組合牆和類似構件的固定裝置。這些固定附件從由頂過濾器和梁所形成的頂平面延伸入淨化室中，於是產生了對流和破壞淨化室的淨化度的灰塵和別種顆粒物質的集合點。
把燈架置放在橫構件內的努力由於需要通過減小橫構件的寬度使渦流減至最低限度而不能實現。以要將燈架置放在橫構件內，就必須增大其寬度以提供完全容納支架的合適容積。因此一般做法是繼續應用一種將燈具懸掛在橫構件下面那樣一種淚珠形式照明。
然而，使淨化室內的汙染減至最低限度的日益嚴格要求會使得將淨化室頂結構改變成一種齊平安裝系統成為必要。布勞得、麥克賴-佩思公司(Brod Moclung-Pace Co.)曾介紹了一種如圖2中所示的平頂系統，圖2示出一種具有容納燈座12的擴大通道11的加寬橫構件10。一種膠體容道將HEPA過濾器14支承在位於通道11之上的位置上。佩思曾以這樣一種方式將一個屏件15固定在過濾器14下面。它的特徵是使在橫構件下的渦流區16減小到齊平表面17的2英寸以內。正常情況下，渦流可擴大到3至4倍的柵格寬度。所建議與佩思設計有關的渦流的實際深度僅為在相鄰過濾板間距的一半。因此，4英寸的過濾板間隔距離就會產生2英寸深度的渦流區。雖然一個2英寸的渦流區可以體現出超過已有技術的一個改進，但是，對得到未來淨化室系流的所要求的空氣純淨水平來說，它還具有一個難以克服的限制。此外，這種佩思結構產生一個在頂下第一個7至8英尺不可消除的空氣擾動新問題。這是從圍繞著它們的屏周邊的大開口處發生。這些很顯然要產生足夠的擾動以幹擾沿這個基本長度方向的層流。
與佩思構形有關的一個另外區域是在橫構件10之上設置膠體容道13。這種結構使得顆粒物質能在橫向空間18內遷移。這不僅存在著汙染洩漏到淨化室的可能，而且它還使實際檢測洩漏位置複雜化。的確，顆粒在逸出至淨化室內前可以在交叉的通道內移動數米。雖然對這個逸出點的檢測會是一個簡單程序，但是孤立實際的內部洩漏源卻會相當困難。
另一方面，在橫構件的相對側上設置相應膠體容道會加大濾板之間的分開空間至1英寸。這將趨向於使在傳統頂結構下的渦流區在橫梁下多延長3至4英寸。因此，工業界陷入一種搖擺兩難的做法(1)將膠體容道置放在橫構件之上以使過濾板的分開間距變窄以及(2)將膠體容道安置在橫構件底上以把來自在該頂結構中如開口室間18內流動遷移顆粒的汙染減少到最小限度。沒有一種選擇能把汙染顆粒的遷移縮小到所要求的最低限度。在一種情況中，遷移發生在頂支承系統的通道內。在另一個例子中，這種遷移是沿著一個位於淨化室內橫構件或燈架的下表面處的渦流延伸。
作為另一相關點，現還沒有開發出合適的淨化室頂固定附件的布置方式，它使無汙染空氣流得到最大限度的均勻性，同時又提供與常規淨化室頂結構相容性，例如在過濾板底上帶有下安裝緣或刃的常規的HEPA過濾板。請注意，佩思「下懸掛」結構要求使用一種特殊的濾板14，它的安裝緣15定位在過濾板的上部19上。這種常規的下安裝緣或刃結構的合用性不僅從建築的經濟性觀點看很重要，而且帶有下安裝緣的常規過濾板提供一種在工業界中所熟悉和信賴的具有更好密封性的眾所周知的優點。因此，與大家所了解和接受的過濾板結構相比，使用常規的HEPA過濾板就避免了必須使市場再認識並接受新過濾板結構的棘手問題。
還沒有開發出這樣一種通用於非淨化室環境的頂內平齊照明的系統，例如隆塞思(Lonseth)的美國專利4，175，281，利珀斯考姆(Lipscomb)的美國專利3，173，616所述的那樣系統。迄今為止，申請人意識到，還未研究出能滿足淨化室特殊要求的合適固定布置，包括使橫構件下面渦流形成的消極影響減至最低限度而不產生強的紊流。
本發明的一個目的是通過產生較低的基本平坦的頂以使幹擾減小到最低限度，過濾空氣均勻地通過淨化室。
本發明還有另一個目的是將淨化室的全部照明固定架安置在頂結構的橫構件內使基本平坦的室頂附近的各種小物品和晶片輸送系統有地方安置。
本發明的再一個目的是提供一種齊平裝設的頂結構，包括帶有在過濾板下周邊流動通道的擴散屏用以改善層流並使渦流形成減到最小程度。
上述這些和別的目的在淨化室內的一個頂結構中得到實現，它包括有支承在一柵格支承結構的開口內的標準HEPA過濾板矩陣。在大致與HEPA過濾板向淨化室內部暴露的表面平齊的柵格支承結構內每一開口的最低內周邊附近聯有一膠體容道。每一塊HEPA過濾板包括有連接在HEPA過濾板的暴露表面附近的一個周緣或刃緣，還包括懸掛在膠體容道內與頂面水平大致對準的一個密封邊。還提供裝置用來在緊鄰柵格支承結構下部和柵格結構的相應開口之間，衝出一個帶有一用以消除顆粒汙染的通道空氣流的渦流空間。
這些目的還在用以從緊靠橫構件下的一個渦流空間去除顆粒料的方法中得到具體體現，這種橫構件形成一個柵架矩陣支承在淨化室圍牆之上的HEPA過濾板。這個方法包括這樣一些步驟a)通過將HEPA過濾板的一周邊支承緣放進連在橫構件底側的一個膠體容道支承槽內使HEPA過濾板懸置在柵格矩陣的開口內和橫構件之間;b)把一個屏定置在HEPA過濾板下以形成屏和過濾板之間的集氣室。c)圍繞著屏的周邊和在膠體容道支承槽之間形成一個傾斜的周邊通道，所述通道引向在一個相鄰橫構件下的渦流;以及d)驅使空氣通過HEPA過濾板並進入集氣室，而空氣流的主方向部分與通道對準並從斜通道通入渦流空間。
根據下面的詳細說明結合附圖對熟悉本技術領域的人來說，本發明的其他目的和特點將是越來越明顯的。
圖1示出一個淨化室圍牆的切開的透視圖;圖中表示一個帶有根據本發明製造的帶有一HEPA過濾板系統的齊平的照明安裝頂;
圖2表示已有技術結構的一橫剖面，圖中示出在一頂支承柵格的橫構件下，渦流區發生的情況;
圖3示出圖1室頂的橫構件的齊平結構的剖面，它是用於將HEPA過濾板與擴散屏組合固定於橫構件的結構的放大視圖;
圖4為一替換實例示出橫構件和連帶的周邊屏結構的剖面。
圖1示出一個常用的圍牆的淨化室，包括地板結構20、側壁21和頂部壓力通訊系統22。地板結構20是一種使空氣流能排出的柵格結構。這個空氣流動可以或再循環通向壓力通風系統或被排向大氣中。雖然僅在一個柵格部分24上表示出開口23但應理角，在一般的應用中，所有的柵格部分都設有空氣通風口以有助於獲得從壓力通風系統22向著並通過地板20的一種均勻層流的空氣流動方式。
壓力通風系統22和側壁結構未詳細示出，而僅僅表示可提供最大密封以達到所要求的淨化室的狀態的傳統的圍牆結構。這種閉合的結構可以由地面支撐或用其他方式懸置。壓力通風系統22通過壓力能風口25接收空氣，通風口25可以在頂板26上也可在側壁27上。為了簡化起見，壓力通風系統22內用於支撐和擴散空氣的結構都未示出。例如，典型地會在壓力通風系統內設置一折流板或其他空氣分配結構以便在整個壓力通風統的容積內提供空氣壓力的擴散。一個空氣處理裝置28連接於開口25並提供使壓力通風系統增壓的空氣。此外，還有許多可以用傳統的技術應用於根據本發明的淨化室的空氣控制系統。
一種齊平安裝的頂結構30包括支撐在一柵格支承結構33的開口32內的一組HEPA過濾板31。組成淨化室頂的柵格支承結構及其相聯部件的詳細構造則更清楚地表示在圖3上。
橫構件33形成一個柵格矩陣並提供支承整個頂結構30的承載部件，該承載部件包括懸置在柵格開口32內的HEPA過濾板。典型地說，組成柵格支承結構的這些橫構件是剛性地交連、具有一種結構形狀和支承圖示頂結構承載能力的鋁擠壓製件。具體地說，在圖3中示出的實施例提供了一種具有頂壁35和相對的側壁36和37的橫構件。這些側壁向下延伸在該橫構件側壁36和37的最下部36a和37a間形成的一個膠體容道98。這些最下部36a和37a與底側39和40及相對的側壁41和42相連接。
相應地，這一膠體容道38與在柵格支承結構的各開口32的下部內周邊附近的側壁36和37整體擠壓成形而結合於橫構件的。膠體容道的構形和它在開口最下部內周邊附近的定位使得與淨化室的內頂齊平的構形得以實現。
膠體容道38的作用是提供用於容納一種密封膠的溝槽，密封膠體則接納支撐HEPA過濾材料45的周緣或刃緣44。這個周緣44包括一個在頂水平面50靠近的懸置在膠體容道內的密封邊46。
在最佳實施例中，內、側壁36a和37a形成各側壁36和37的一個垂直延伸部並提供用於整體連接底側39、40和其餘側壁41和42的安裝底部。這些其餘的側壁41和42將在以後稱作斜側壁，其原因下文將予以說明。
該斜側壁41和42確定了一個用於柵格支承結構的各開口32的內周邊。具體地說，傾斜側壁41和42不僅為膠體容道38提供了封閉結構，而且還提供了一個從側壁48頂緣向側壁49的底邊傾斜的壁面47，在其上，各相應側壁41和42與底側39和40就在此底邊處交界。正是這個傾斜結構為湧出一渦流空間或區域(下文稱渦流)51的手段。如前所指出的，這個渦流形成於緊靠柵格支承結構的下面和柵格結構各開口之間形成，由於擠壓成形的鋁支承結構的不透氣性不發生向下的空氣流。
傾斜側壁面47的具體作用為提供產生一股向著渦流51的空氣流52，它有效地把顆粒物質隨同通過各柵格開口產生的其餘空氣流吹成所要求的層流，該側壁面47的傾斜程度使它向下延伸入渦流區51。
傾斜側壁41和42提供了一個從過濾板來的空氣流的重要並且是主要的導向部件。在一些常規的系統中，空氣是從過濾板向下引導，或直接進入淨化室或通過一個擴散屏。雖然在常規系統中會在橫構件的下部伸延出某些空氣的橫向運動，但仍維持相當大的渦流，俘獲最終能汙染淨化室中所製造的重要物品的細小顆粒物質。
膠體容道的傾斜側壁提供了基本上平行於主要的引導部件的部分橫向移動途徑和通過它將過濾空氣導向渦流區。過濾空氣還會以高速度運動，使它通過底側39和40的產生一個把空氣直接吸進渦流區(見線53，圖3和4)的臨界低壓區，結果便可大大地增加能湧出顆粒料的渦流區的吹掃效果。這與從過濾板或通過一個屏部分地分散成渦流，但沒有任何顯著的低壓作用來最大限度地增大這一湧出作用的空氣流恰成對比。
因而使用一種擴散屏的最佳實施例中，屏的結構60是將其周邊做成類似和相對的斜壁61的形狀，其作用是將空氣流52從過濾板引向傾斜側壁並進入渦流區。
在圖1和3中標號為60的這種屏的具體結構如下所述。屏的大平面部分61具有一種加強排出空氣過濾板空氣的層流流動的均勻散布穿孔。這個平面部分與具有類似作用的常規擴散屏並無不同。這個平面部分基本上與頂的水平面齊平，也與柵格支撐結構的底側相一致。
從圖1可以注意到，在該頂部內的每個柵格部分包括看上去是一個代表由傾斜側壁41和42及屏件60的傾斜周邊之間所確定的空氣流動通道52的圍繞槽64部分。具體地說，這個屏周邊包括一個從屏向上延伸其形狀是將空氣流從濾板沿著並引入傾斜側壁41和42的第一周緣61。在本較佳實施例中，屏件的這個周緣以一個與傾斜側壁41和42相同的傾斜角度傾斜。如圖1中所示，在這兩構成部件間形成的通道給出了前面指出的圍繞各屏件的開槽通道的外形。從這個通道發散出的空氣流流進該渦流區51中，把顆粒料吹掃開並減少渦流的發生。
用於這種氣流通道的傾斜角度範圍根據橫構件和下面的渦流區51的寬度而變化。相對於垂直軸線的一般較佳範圍在40度至70度之間，而較佳的傾斜角度約在50度至60度之間。這個角度範圍由標號65表示。
是用一第二周緣67相對於膠體容道和過濾支撐結構66安置，形成一個「Z形結構。這個第二周緣67從該第一周緣橫向地延伸，以提供一個可用一鉗夾或其他可移去的固定裝置與過濾器支撐結構66相連的支承平板。這就能使屏以與頂平齊的關係懸在柵格支承結構上大致處在室頂水平面50上，並能從過濾板的室側取下。
可通過第二周緣上的各開孔68使空氣流進入膠體容道和屏間的流道。一般地說，這些開口提供噴嘴效應，具有比穿過各屏的一般表面的穿孔更大的空氣流量，有利於通過流道的較高速空氣流，從而產生一個將空氣流吸進渦流區低壓區。由於這一空氣流膨脹進入這個渦流區內，其空氣速度減小，使它能呈現與由頂的擴散屏向地面的一般空氣層流相一致的層流速度。現已注意到，可以調節通過通道的流速使之與一般層流流速相匹配並還解決了大部分的渦流問題。這就有利於最大限度地減少紊流，否則，如果在橫構件下的空氣流速超過一般層流流速很多的話，就會形成這種紊流。
使用通過第一周邊的開口70可以將附加的橫向力提供給這個空氣流。在屏起作用形成過濾板45和穿孔屏材料60之間的一個集氣室時，一個比淨化室內的壓力較高壓力便實現了。這個較高壓可以用來引導橫向空氣流通過第一周緣和它的開口70，從而加強向內的流型52，不然它是由橫構件下的低壓區效應產生的。根據本實施例，橫向空氣流供入流道內並一步將這個空氣流導向渦流區。此外，通過第一周緣的開口尺寸將取決於在膠體容道和擴散屏的第一周緣間流動的空氣流所要求的偏移程度，據信，第二周緣上的開口一般大於第一周緣上的來保證空氣流的適當速度產生把空氣流吸入緊鄰於橫構件下的渦流中所要求的低壓區效應。
對於熟悉本技術領域的人員來說，很明顯，可以開發用於該第一和第二周緣61和67有別於圖3所示Z形的其他幾何形狀。例如，圖4示出了一個折角Z構形的周邊壁結構73。這個折角Z構形是在穿孔屏71的底上形成並連接在基本上與膠體容道的斜壁74平行的第一屏周壁72上。第一周壁72和斜壁74之間的空間形成了如前面討論的流道。其餘的折角Z結構包括由與通過傾斜流道的空氣流76的方向大致垂直的一個上斜坡所組成的部分屏壁75。該上斜坡75包括足夠大小和孔形的開孔78，可提供進入該傾斜流道的一個較流經穿孔屏71並進入淨化室的更高的空氣流量。這些開孔可以是類似於如圖3中標號68的拉長橢圓形的，或者可以是能在接橫構件81及連接的燈架82和蓋板83的下方建立低壓區80所要求的空氣流速的別種的幾何形狀。可以看到在圖4中所示的實施例使得第二傾斜周側壁72和上斜坡間有近似的垂直關係。此外，這第二斜側壁72可以有穿孔，用來提供使空氣流進一步向低壓區80推進的橫向力。
折角Z形周邊結構的最後部分包括結合在上斜坡75的另一邊處並從那裡橫向伸出的一周邊支承緣85。這個周邊支承緣的形狀作成用來接在HEPA過濾板的周邊支撐結構86上。這種連接可以採用一鉗夾(未圖示)或別種可移去的固定機械裝置。
正如在圖3中所示的前面的實施例那樣，這種結構可用來在HEPA過濾板下和在屏71之上的空間內形成一個集氣室。這個集氣室配同周緣結構72和75以及開孔78，把具有足夠速度的空氣流引向渦流空間以產生將空氣流吸過在橫構件81下渦流區的所要求的低壓區80。
表示本發明的各種實施例的這些代表性結構可以用作從緊鄰於33和81下方的渦流空間中消除顆粒粒料的部分方法，而橫構件33和81形成用於在淨化室圍牆之上支承標準HEPA過濾板的一個柵格矩陣。這種方法包括的步驟首先，通過把HEPA過濾板的一周邊支承緣或刃緣47和90安放在連接於橫構件底側上的膠體容道支承槽38和91內，將HEPA過濾板懸置和密封在橫構件33和81間的柵格矩陣的開口32和88內。下一步驟包括將屏71定位在HEPA過濾板下以形成屏和過濾板間的集氣室。其次，在屏73的周邊和膠體容道支承槽鋼91形成一傾斜的周邊通道，該傾斜的周邊通道引向相鄰橫構件下的渦流區。通過將空氣強制吹過HEPA過濾板並進入集氣室來完成方法，空氣流的主導向部分對齊通道並從傾斜通道進入渦流空間。
應該理解，本說明書中所提出的這些具體實施例和方法的揭示並不是要對本發明的範圍的限制，本發明的範圍是在下述的權利要求書中予以闡述。
權利要求
1.一種在一淨化室內的頂部結構，它包括支承在一柵格支承結構開口內的一組HEPA過濾板，所述的頂部結構包括有一個膠體容道，它在所述柵格支承結構的至少一個開口的一最低內周邊附近與淨化室內頂的暴露表面相結合；以及至少一個所述的HEPA過濾板，它包括一個結合在HEPA過濾板的暴露的表面附近並具有懸置在接近室頂水平面處膠體容道內的密封邊的周緣。
2.一種在一淨化室內的頂部結構，它包括支承在一個柵格支承結構的開口內的一組HEPA過濾板，所述的頂部結構包括在緊鄰柵格支承結構下和在該柵格結構的開口間，用一空氣流衝出一渦流來從中去除顆粒雜汙的裝置。
3.根據權利要求2的室頂結構，其特徵在於，它還包括有一膠體容道，它在該柵格支承結構的至少一個開口的最低內周邊附近處與淨化室內頂的一暴露表面相接;以及至少一個所述的HEPA過濾板，它包括結合在HEPA過濾板的暴露表面附近並具有懸置在與頂水平面接近的膠體容道內的一密封邊的一個周緣。
4.根據權利要求2的頂部結構，其特徵在於，該用於衝出渦流的裝置包括一個限定在所述頂部結構內被構成用於將空氣流導入渦流區的通道。
5.根據權利要求4的頂部結構，其特徵在於，所述的通道是沿著具有與垂直方向相傾斜的一移動方向的路徑引導所述的空氣流。
6.根據權利要求5的頂部結構，其特徵在於，該路徑的移動的方向是以在40度至70度的範圍間的一個角度相對垂直方向傾斜。
7.根據權利要求4的頂部結構，其特徵在於，所述的通道被構成得使空氣流從至少一個所述的HEPA過濾板引向所述的渦流區。
8.根據權利3、4、5、6或7的頂部結構，其特徵在於，確定多個開孔的屏設置在所述HEPA過濾板和所述通道的第一開口端之間。
9.根據權利要求8的頂部結構，其特徵在於，所述的通道包括一側壁，所述側壁確定多個在其內設置的開孔以便利空氣流從至少一個HEPA過濾板進入該通道。
10.根據權利要求9的頂部結構，其特徵在於，在側壁上的多個開口是沿所述側壁的一個長度方向設置的。
11.根據權利要求9或10的頂部結構，其特徵在於，在所述側壁內的這些開孔構成以產生一種噴嘴效應提供較通常的從HEPA過濾板向下引導的空氣流速大的一個進入通道並流向渦流區的較高空流速。
12.一種用於從緊鄰在形成一個柵格矩陣用以支承在淨化室圍牆上HEPA過濾板的橫構件之下的渦流空間中去除顆粒料的方法，所述的方法包括下列步驟a)在所述的柵格矩陣中形成一通道，所述的通道確定一條路徑，該路徑具有與垂直方向傾斜並引向在相鄰橫構件下渦流區的一個輸送方向;以及b)驅使空氣通過HEPA過濾板並進入通道內，並將合成空氣流引入所述的渦流空間。
13.根據權利要求12的方法，其特徵在於，它還包括調整通過傾斜的周邊通道的空氣流速的步驟，以便在該通道內獲得一個比通過屏的空氣流速大的一個空氣流動速度。
14.根據權利要求12或13的方法，其特徵在於，它還包括通過在連接於鄰近淨化室內頂的一個暴露表面處的所述橫構件上的一個膠體容道內安放一個所述HEPA過濾板的周邊支承緣，以達到至少有一個所述HEPA過濾板懸置在柵格矩陣的相應開口內的步驟。
15.根據權利要求12或14的方法，它還包括調整通過傾斜的周邊通道的空氣流動速度的步驟，使緊鄰在渦流空間下形成的空氣流速基本上匹配流經屏的空氣流速。
全文摘要
一種淨化室內的頂結構，包括支承在一柵格支承結構的開口內的一組常規HEPA過濾板。其特點是頂結構包括一個結合在該柵格支承結構的各開口最下面內周邊附近的膠體容道。通過使周緣的頂邊浸沒在接近頂水平面的膠體容道內，使包括一周緣的HEPA過濾板懸置在頂結構內。沿膠體容道的斜壁形成一傾斜通道，使斜壁的向下延伸部突入柵格支承結構下面的渦流區。從HEPA過濾板通過的經過濾的空氣隨後以使顆粒雜汙衝離渦流區的足夠速度引入這個流道內。
文檔編號F24F13/072GK1094806SQ9311433
公開日1994年11月9日 申請日期1993年11月6日 優先權日1992年11月6日
發明者彼得·斯帕然悉 申請人:陶氏技術股份有限公司