DE19807889C1

DE19807889C1 - Verfahren und Einrichtung zur Regelung eines Abluftstromes

Info

Publication number: DE19807889C1
Application number: DE19807889A
Authority: DE
Inventors: Kummer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 1999-09-09
Anticipated expiration: 2018-02-26

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zur Regelung eines Abluftstromes in Produktionsräumen in denen mehrere separate Abluftströme über einzelne Abluft kanäle in mindestens einen Sammelkanal einmünden und abgeleitet werden mit den in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2 bzw. 5 und 8 angegebenen Merkmalen.

Nach dem Stand der Technik gibt es verschiedene Lösungen zur Regelung eines Abluftstromes bzw. mehrerer Abluft ströme. Grundsätzlich ist dabei zu unterscheiden zwischen den Systemen, bei denen die separaten Abluftströme unre gelmäßig, d. h. je nach Bedarf, zu- oder abgeschaltet werden und Systemen, bei denen die separaten Abluftströme, z. B. aus Sicherheitsgründen, permanent anliegen.

Die EP 0 667 495 A1 gibt eine Laborbe- und entlüftungs anlage an, bei der mehrere Luftverbraucher, z. B. Abzüge oder belüftete Sehränke, angeschlossen sind. Ein Zuluft strang ist mit einer Zuluftregeleinrichtung zum Regeln der zugeführten Luftmenge versehen. Die Luftverbraucher sind jeweils mit einem eigenen Abluftregler versehen und etwa auf gleichen Druckverlust eingestellt, so daß sie mit einem einzigen Abluftstrang verbunden werden können. Lin Lüftungsregler, an dem die Werte der Luftmengen aller Luftverbraucher liegen, bildet daraus eine Stellgröße für die Zuluftregeleinrichtung des Zuluftkanals, so daß jeder zeit die zugeführte Zuluftmenge der von den Luftverbrau chern benötigten Abluftmenge entspricht.

Die Systeme bei denen die Abluftströme verschiedener Quellen permanent anliegen, haben meist keine besondere Regelung. Derartige Systeme werden insbesondere in Produk tionsräumen mit Maschinen eingesetzt, in denen mit sensi blen Gassen oder Flüssigkeiten bzw. Dämpfen sowie Stäuben gearbeitet wird. Diese sensiblen Stoffe können toxisch, korrosiv oder brennbar sein. Derartige Produktionsräume gibt es beispielsweise in der Mikroelektronik. Dort stehen in meist großen Hallen eine Vielzahl von Maschinen. Diese sind grundsätzlich so konzipiert, daß die sensiblen Gase oder Flüssigkeiten bzw. Dämpfe nicht in die Umgebung gelangen können. Dennoch gibt es in der Praxis geringfügi ge Leckagen oder die Gefahr dafür. Zum Schutz des Bedie nungspersonals wie auch der gesamten Produktionseinrich tung wird nach dem Stand der Technik jede einzelne der betreffenden Maschinen mit einem Spülluftschleier umgeben der permanent als Abluft abgesaugt wird. Bei entsprechend großen Produktionsräumen mit einer Vielzahl von Maschinen müssen dann erhebliche Abluftmengen meist in die Atmosphä re abgeführt werden. Da in der Regel auch noch ein gleich mäßiger Luftstrom ohne Wirbelbildung gefordert wird, sind zur Steuerung des Abluftstromes aufwendige vorzugsweise flächige Luftzuführungen und räumlich große Abluftleitun gen erforderlich. Die Abluftleitungen können dabei Quer schnitte von über 1 m² aufweisen. Teilweise liegen auch mehrere Abluftleitungen parallel.

Danach erfordern die Lösungen des Standes der Technik einen sehr hohen Raumbedarf um die großen permanenten Abluftmengen abzuführen sowie hohe Investitionen. In der Folge sind auch erhebliche elektrische Leistungen zur Erzeugung des Zuluft- bzw. Abluftstromes erforderlich.

Der Erfindung liegt damit als Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren und eine Einrichtung zur Regelung eines Abluft stromes der eingangs genannten Art anzugeben, die den technischen, räumlichen und ökonomischen Aufwand einer derartigen Anlage wesentlich senken.

Die Erfindung löst die Aufgabe für das Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkma le. Der Anspruch 2 löst die Aufgabe für ein Verfahren bei dem der Abluftstrom vor der Ableitung in die Atmosphäre zusätzlich gereinigt wird bzw. gereinigt werden kann.

Die Aufgabe für die Einrichtung wird durch die im kenn zeichnenden Teil des Anspruchs 5 genannten Merkmale ge löst. Der Anspruch 8 löst die Aufgabe für eine Einrichtung bei der der Abluftstrom vor der Ableitung in die Atmosphä re zusätzlich gereinigt wird bzw. gereinigt werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung, einschließlich der Zeichnung, näher dargestellt.

Der Kern der Erfindung besteht darin, daß die Lösung des Standes der Technik verlassen wird, wonach stets die Abluftmenge der Summe aller maximalen Abluftströme der Abluftquellen entsprechen muß. Nach den Regeln der Wahr scheinlichkeit, in Verbindung mit dem heute erreichten Grad der Sicherungstechnik für Maschinen mit sensiblen Medien, ist es praktisch ausgeschlossen, daß gleichzeitig alle Maschinen einer größeren Produktionseinrichtung aus dem Normalzustand in einen Gefahrenzustand fallen.

Die Erfindung gibt eine Lösung an, wonach ein Spülluft strom für die einzelnen Maschinen auf ein real vertret bares Minimum eingestellt wird und der die Maschine ver lassende separate Abluftstrom auf spezifische Prozeßme dien, d. h. auf solche Medien, die in der Maschine anlie gen, überprüft wird. Erst dann, wenn die Überprüfung eine Überschreitung eines vorgegebenen zulässigen maximalen Wertes der Konzentration des spezifischen Prozeßmediums signalisiert, wird nur der Abluftstrom für diese einzelne Maschine auf einen maximalen Wert eingestellt. In der Praxis kann der minimale Abluftstrom auf 20 bis 80% eingestellt werden. In der Folge kann erfindungsgemäß auch der Querschnitt der Sammelleitung für den Gesamt-Abgas strom in entsprechender Weise ausgelegt werden, der we sentlich unterhalb der Summe aller maximalen einzelnen Ab luftströme, die gleichzeitig durch alle einzelnen Abluft kanäle geleitet werden können, liegt.

Bei der Lösung nach Anspruch 2 wird der Abluftstrom nur dann über eine Reinigungsanlage geleitet, wenn nachweis lich eine bestimmte vorgegebene Konzentration der kon trollierten Prozeßmedien nachgewiesen wird. Damit wird der Aufwand für die Wartung der meist sehr aufwendigen Reini gung wesentlich verringert werden.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung insgesamt bestehen darin, daß die gesamte Zu- und Abluftanlage räumlich und leistungsmäßig erheblich minimiert werden kann. Bei Ein haltung weiterhin hoher Sicherheitsforderungen können erfindungsgemäß Verringerungen des Gesamt-Abluftstromes auf die Hälfte bis zu 20% realisiert werden.

Andererseits wird jede einzelne Maschine in effektiver Weise ständig auf Leckagen überwacht. Die hohe Effektivi tät dieser Überwachung ergibt sich daraus, daß die Konzen tration eines Prozeßgase in dem erfindungsgemäßen mini mierten Abluftstrom wesentlich höher ist und damit ein Prozeßgas wesentlich einfacher nachweisbar ist, als bei einem maximalen Abluftstrom. Vorzugsweise in der Mikro elektronik können Lecks verschiedener Art auch zu Produk tionsstörungen führen, die oftmals nur schwer ermittelt werden können. Durch die erfindungsgemäße Überwachung jeder einzelnen Maschine von einer parallel arbeitenden Vielzahl kann die Maschine mit dem Leck sehr schnell eliminiert und gewartet bzw. repariert werden.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbei spiel näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer Einrichtung zur Regelung der Abluftströme in einer Produk tionsstätte der Mikroelektronik.

Die Zeichnung zeigt eine Einrichtung 1 und eine Einrich tung 2 als Beispiele einer Vielzahl von Einrichtungen einer Fertigungsstätte der Mikroelektronik, die die Zahl 100 überschreiten kann. Die Einrichtungen 1 und 2 sind an eine in der Zeichnung nicht dargestellte Spülluftzuführung angeschlossen und ummantelt, so daß der jeweilige Abluft strom über die einzelnen Abluftkanäle 3 bzw. 4 konzen triert abgeleitet werden kann. Erfindungsgemäß ist in jedem Abluftkanal 3 bzw. 4 ein Sensor 7 bzw. 8 einer entsprechenden Meßeinrichtung 5 bzw. 6 vorhanden. Das Meßsignal der jeweiligen Meßeinrichtung 5 bzw. 6 wird dem zugehörigen Regler 9 bzw. 10 zugeleitet, der entsprechend seiner Programmierung das Signal auswertet und im Falle der Überschreitung der zulässigen Konzentration eines Prozeßmediums die Drosselklappe 11 bzw. 12 öffnet. Die Abluftkanäle 3 bzw. 4 münden in einen Sammelkanal 13.

Verfahrensgemäß befinden sich im Normalbetrieb die Dros selklappen 11 und 12 in der dargestellten Ruhestellung, bei der ein minimierter Abluftstrom den Abluftkanal 3 durchströmt. Dabei wird der Abluftstrom über einen ent sprechenden Unterdruck in der Sammelleitung 13 erzeugt. Die Zuführung der Spülluft zur Einrichtung 1 erfolgt aus der Raumluft, die ihrerseits als laminarer vertikaler Luftstrom über die Decke dem Raum zugeführt wird.

Der minimierte Abluftstrom im Abluftkanal 3 wird empirisch für die spezifische einzelne Einrichtung 1 festgelegt. Dabei ist der Abluftstrom, d. h. dessen Unterdruck, so groß, daß mit Sicherheit jede Leckage über den zugehörigen Abluftkanal 3 abgeführt wird und nicht in den Raum gelan gen kann. Die Spülluft strömt weitgehend allseitig in das Gehäuse um der Einrichtung 1 ein und gelangt als Abluft ausschließlich über den Abluftkanal 3 in den Sammelkanal 13. Dabei passiert der Abluftstrom den Sensor 7, der spezifisch an das mögliche Prozeßgas angepaßt ist. Erfor derlichenfalls können auch mehrere Sensoren 7 für mehrere spezifische Prozeßgase in den Abluftkanal 3 eingesetzt werden.

Sollte in der Einrichtung 1 ein Leck auftreten und das entsprechende Prozeßgas austreten so wird dieses zwangs weise am Sensor 7 vorbei geleitet. Sofort nach Überschrei tung einer vorgegebenen Konzentration des Prozeßgases im Abluftstrom betätigt der Regler 9 die Drosselklappe 11 derart, daß ein maximaler Vollast-Abluftstrom eingestellt wird. Gegebenfalls kann gleichzeitig auch Alarm ausgelöst werden und/oder die Einrichtung abgeschaltet werden.

Durch diese Regelung wird mit hoher Sicherheit gewähr leistet, daß kein Prozeßmedium ungewollt in den Arbeits raum gelangt und das Betriebspersonal geschädigt wird. Andererseits kann die Sammelleitung 13 wesentlich geringer dimensioniert werden als nach dem Stand der Technik, da nach der realen Wahrscheinlichkeit von 100 Einrichtungen 1 bis n gleichzeitig nur eine Einrichtung n' ein Leck auf weisen wird.

Wenn die Sammelleitung 13 z. B. für 10 Vollast-Abluftströme und entsprechend 90 Minimal-Abluftströme auslegt wird, ist praktisch eine 10-fache Sicherheit gewährleistet. Neben der erheblichen Raumeinsparung, treten Einsparungen von einmaligen Investitionen und dauerhaften Energieaufwendun gen. Von besonderer Bedeutung ist auch der weitere wesent liche Effekt, wonach sofort die spezifische Einrichtung n' ermittelt wird, bei der ein Defekt aufgetreten ist.

Nicht dargestellt ist in der Zeichnung die Lösung nach Anspruch 2, bei der der Abluftstrom des einzelnen Abluft kanals 3 im Falle der Signalisierung eines Prozeßgases im Abluftstrom in eine Abluft-Reinigungsanlage umgeleitet wird. In diesem Fall befindet sich vor dem Eintritt des Abluftkanals 3 in die Sammelleitung 13 ein entsprechendes Ventil. Erst der gereinigte Abluftstrom wird wieder in die Sammelleitung 13 und nachfolgend in die Atmosphäre gelei tet.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das be schriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es ohne weiteres möglich, eine andere Zuluftzuführung zu wählen, die Einrichtungen 1 bis n gruppenweise zur Sammelleitung 13 zu positionieren oder andere für den Fachmann wählbare Einrichtungen zur Veränderung des Abluftstromes zu ver wenden als die Drosselklappen 1 bis n.

Insbesondere ist die Anwendung der Erfindung nicht auf die Mikroelektronik begrenzt, sondern kann in allen Industrie bereichen, einschließlich der Forschung, angewendet wer den, bei denen mehrere Abluftströme in eine Sammelleitung abgeführt werden.

Bezugszeichenliste

1

Einrichtung

2

Einrichtung

3

Abluftkanal

4

Abluftkanal

5

Meßeinrichtung

6

Meßeinrichtung

7

Sensor

8

Sensor

9

Regler

10

Regler

11

Drosselklappe

12

Drosselklappe

13

Sammelleitung

Claims

1. Verfahren zur Regelung eines Abluftstromes in Produk tionsräumen, wobei mehrere Spülluftströme als separate Abluftströme über einzelne Abluftkanäle in mindestens einen Sammelkanal einmünden, dadurch gekennzeichnet, daß

1. der einzelne separate Abluftstrom im Normalbetrieb auf einen Minimalwert eingestellt wird,
2. daß die einzelnen Abluftströme auf spezifische Prozeßmedien überprüft werden, und
3. daß, bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenz wertes für den zulässigen Anteil der überprüften Prozeßmedien in einem einzelnen Abluftstrom, die ser Abluftstrom auf einen Maximalwert erhöht wird.

2. Verfahren zur Regelung eines Abluftstromes in Produk tionsräumen, wobei mehrere Spülluftströme als separate Abluftströme über einzelne Abluftkanäle in mindestens einen Sammelkanal einmünden, mit mindestens einer Reinigungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß

1. daß die einzelnen Abluftströme auf spezifische Prozeßmedien überprüft werden und im Falle der Unterschreitung eines der für jeden einzelnen Abluftstrom vorgegebenen Grenzwerte für den zu lässigen Anteil der Prozeßmedien unter Umgehung der Reinigungsanlage in den Sammelkanal einmünden und
2. daß bei Überschreitung eines der vorgegebenen Grenzwerte für den zulässigen Anteil der überprüf ten Prozeßmedien in dem einzelnen Abluftstrom, dieser Abluftstrom oder der gesamte Abluftstrom über die Reinigungsanlage geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß als Prozeßmedien in einem separaten Abluft strom jeweils spezifisch, je nach den eingesetzten Prozeßmedien, einzelne oder mehrere Medien überprüft werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Prozeßmedien toxische, kor rosive oder brennbare Medien überprüft werden.

5. Einrichtung zur Regelung eines Abluftstromes in Pro duktionsräumen, wobei mehrere Spülluftströme als sepa rate Abluftströme über einzelne Abluftkanäle in minde stens einen Sammelkanal einmünden, dadurch gekenn zeichnet, daß

1. die einzelnen Abluftkanäle (3, 4) mindestens je einen Sensor (7, 8) einer Meßeinrichtung (5, 6) zur Bestimmung spezifischer Prozeßmedien aufwei sen,
2. daß ein Regler (9, 10) vorhanden ist, der durch ein Signal von der Meßeinrichtung (5, 6) angesteu ert werden kann und
3. daß Mittel vorhanden sind, mit denen der einzelne Abluftstrom auf einen minimalen und einen maxima len Wert eingestellt werden kann, wobei im Ruhezu stand, wenn der zulässige Anteil der Prozeßmedien im einzelnen Abluftstrom unterschritten wird, der minimale Wert eingestellt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelkanal (13) so bemessen ist, daß die maximale Abluftmenge, die je Zeiteinheit durch den Sammelkanal (13) geleitet werden kann, 20 bis 80% der Summe aller maximalen einzelnen Abluftmengen beträgt, die gleichzeitig durch alle einzelnen Abluftkanäle (3, 4) geleitet werden können.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß als Mittel zur Erhöhung des Abluftstro mes in einem einzelnen Abluftkanal (3, 4) Leistungs regler für den Ablufterzeuger und/oder Drosselklappen (11, 12) vorhanden sind.

8. Einrichtung zur Regelung eines Abluftstromes in Pro duktionsräumen, wobei mehrere Spülluftströme als sepa rate Abluftströme über einzelne Abluftkanäle in minde stens einen Sammelkanal einmünden, dadurch gekenn zeichnet, daß

1. die einzelnen Abluftkanäle (3, 4) mindestens je einen Sensor (7, 8) einer Meßeinrichtung (5, 6) zur Bestimmung spezifischer Prozeßmedien aufwei sen,
2. daß ein Regler (9, 10) vorhanden ist, der durch ein Signal von der Meßeinrichtung (5, 6) angesteu ert werden kann und
3. daß Mittel vorhanden sind, mit denen der einzelne Abluftstrom oder der gesamte Abluftstrom über eine Reinigungsanlage umgeleitet werden kann, wenn ein vorgegebenen Grenzwert für den Anteil der Prozeß medien im einzelnen Abluftstrom überschritten wird.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Abluftkanälen (3, 4) Senso ren (7, 8) von Meßeinrichtungen (5, 6) für die jeweils möglichen unterschiedlichen Prozeßmedien vorhanden sind, deren Meßergebnisse gemeinsam in einer zentralen Regeleinrichtung ausgewertet werden.