DE3718318A1 - Verfahren und vorrichtung zum schadstoff- und rueckstandsfreien sichtbarmachen von stroemungen in reinstluft-arbeitsraeumen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schadstoff- und rückstandsfreien Sichtbarmachen von Strömungen in Reinstluft-Arbeits­ räumen oder an Reinstluft-Arbeitsplätzen.

Reinsträume werden mit sehr großem Aufwand konzipiert, errichtet, eingerichtet und betrieben. Diese Reinsträume werden in der Medizin, in der Gen- oder Biotechnik und beispielsweise in der Entwicklung und Fertigung hoch­ integrierter elektronischer Schaltkreise benötigt. Die Luft in diesen Räumen wird im Umlauf gereinigt, gefiltert, befeuchtet, erwärmt, gekühlt und von allen Partikeln freigehalten. In den in diesem Kreislauf liegenden Nutzräumen wird ein laminarer Luftstrom von der Decke zum Boden aufrechterhalten, und Einbauten, arbeitende Personen und Einrichtungen im Nutzraum sollen möglichst wenig Turbulenzen auslösen.

Da die Arbeitsplätze in Reinsträumen vielfach oft umge­ staltet werden müssen, um sich der neuesten Technik anpassen zu können, sind Messungen des Laminarstroms zur Optimierung der Einrichtung erforderlich. Die Messung bedingt ein Sichtbarmachen der tatsächlichen Strömung. Nur durch das Sichtbarmachen lassen sich die Erkennt­ nisse für eine optimale Einrichtung und Ausrichtung der Arbeitsplätze erzielen.

Die normalen Methoden und Möglichkeiten zum Sichtbar­ machen von Strömungen, nämlich der Einsatz von Rauch oder Ölnebel, führt zu Verschmutzungen, die in diesen Reinsträumen nicht hingenommen werden können. Lediglich zum Simulieren in Modellräumen, die nicht selbst als Reinst-Arbeitsräume benutzt werden, können diese konven­ tionellen Methoden eingesetzt werden, was sehr aufwendig ist.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Sichtbarmachen der Strömung in Reinst­ räumen verfügbar zu machen, welches rückstandsfrei in allen Reinsträumen direkt einsetzbar ist.

Die allgemeine Lösung der Aufgabe liegt gemäß der Erfindung in der Verwendung eines Wassernebels aus reinstem Wasser, wobei das Wasser nicht erhitzt oder verdampft, sondern mittels Ultraschall zerstäubt wird.

Für das Einmischen des auf diese Weise zerstäubten Reinstwassers in die sichtbar zu machende Reinstluft wird die den Nebel tragende Luft beschleunigt und auf diese Weise in den Reinstraum abgegeben.

Bei zerstäubtem Wasser ergibt sich der Nachteil, daß beim Eintritt solcher Nebel in die umgebende Luft dieser Umgebungsluft Wärme entzogen wird. Diese Wärmeaufnahme führt zu Eigenbewegungen der Nebel infolge von Wärme­ zuführung. Zumeist sinken die feinverteilten Wasser­ partikel sehr schnell unter der Einwirkung der Erd­ beschleunigung ab. Diese Eigenbewegung der Luftpartikel würde das Strömungsbild der sichtbar zu machenden Strömung verfälschen. Deshalb gehört es zum Erfindungs­ gedanken, daß die von dem Ultraschallzerstäuber aufge­ nommene Luft zuvor erwärmt wird.

Verneblungsgeräte mit Ultraschallzerstäuber sind an sich bekannt. So beschreibt die DE-OS 32 34 480 ein Verneblungsgerät für kosmetische Gesichtsvorbehandlung, wobei in einem Düsenkopf stromaufwärts des Gebläses eine Heizung für die Gebläseluft angeordnet ist. Hierbei dient die Heizung jedoch ausschließlich dem Zweck, eine angenehme Wirkung auf der menschlichen Hand zu erzeugen. Es findet eine Angleichung an die Körpertemperatur statt, da das Verneblungsgerät unmittelbar für die kosmetische Gesichtsbehandlung eingesetzt wird. Auch eine in der DE-OS 30 40 244 vorbeschriebene Vorrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeitsnebels mittels Ultra­ schall, bei der ebenfalls eine Heizvorrichtung vorge­ sehen ist, kann in Richtung der vorliegenden Erfindung keine Anregung abgeben, da auch diese Vorrichtung zu therapeutischen Zwecken, insbesondere zu Inhalations­ zwecken am menschlichen Körper, bestimmt ist.

Demgegenüber werden in der Reinstraumlufttechnik zumeist Ölnebel benutzt, um die Luftströmung sichtbar zu machen, wobei die Ölnebel Rückstände bilden, die in Reinstluft­ räumen nicht hingenommen werden können.

Weitere Erwägungen, Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgen­ den Beschreibung von zeichnerisch dargestellten Aus­ führungs- und Anwendungsbeispielen.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Übersichtsskizze eines Reinstluft-Arbeitsraumes, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 in schematischer Perspektive ein Anwendungs­ beispiel,

Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes und

Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild zur Verdeutlichung des Geräteaufbaus.

In Fig. 1 ist ein typischer Reinstluft-Arbeitsraum 10 schematisch dargestellt. Neben der sorgfältigen Reini­ gung aller in den Raum 10 eingebrachten Gegenstände, dem Tragen von Reinstraumkleidung aller im Raum 10 tätigen Personen 11 wird der Raum 10 durch eine turbulenzarme Verdrängungsströmung (laminar flow) ständig mit Reinst­ luft versorgt, wobei zumeist die Reinstluft von oben über einen Deckenraum 12 zugeführt wird. Die Verteilung und Einführung erfolgt über Luftdüsen 14, welche über die Decke verteilt sind. Unterhalb dieser Luftdüsen 14 entsteht ein laminarer Strom reinster Luft, welcher durch parallele Pfeile 16 in der Zeichnung angedeutet ist. Der Boden besteht aus einer Lochplatte 18, durch welche der ungestörte Reinstluftstrom im Idealfall wieder aus dem Reinstluft-Arbeitsraum 10 austritt. In einem Unterraum 20 wird die Luft gesammelt, einer nicht dargestellten Aufbereitungsanlage zugeführt, in welcher die Luft gereinigt, erwärmt, gekühlt und jeder anderen Weise behandelt und gegebenenfalls mit reinster Frisch­ luft ergänzt über dem Deckenraum 12 wieder rückgeführt werden kann.

Das Innere eines Reinstluftraumes 10 muß so ausgerichtet werden, daß alle notwendigen Arbeitseinrichtungen und Vorrichtungen sowie die im Reinstluftraum 10 tätigen Personen die laminare Luftströmung möglichst wenig stören. So werden Arbeitstische 22 besonders gestaltet, mit gelochter Tischplatte 24 versehen und im Abstand von einer Wand 26 aufgestellt, um die Strömung 28 möglichst wenig zu verwirbeln. Wirbelzonen 30 sind soweit wie möglich zu vermeiden. Da aber gerade in Reinstlufträumen komplizierte Arbeitsprozesse durchgeführt werden, lassen sich Wirbelzonen 30 nicht vollständig vermeiden. So kann beispielsweise auf einem Arbeitstisch 24 eine Wärme­ platte 32 aufgestellt werden, auf der ein zu behandeln­ der Gegenstand 34 während einer Aufwärmphase bearbeitet wird. Es liegt auf der Hand, daß bei solchen Einrichtun­ gen außer der mechanischen Ablenkung allein in diesem einfachen Beispiel von einer Wärmequelle 32 zusätzliche Verwirbelungen 30 thermischer Art erzeugt werden. Die notwendigen Arbeitseinrichtungen erzeugen Stauzonen und die Verwirbelungen 30 nicht sichtbare Toträume, welche die Reinstraumbedingungen sehr nachteilig beeinflussen und Schmutzzonen mit Rückstands- und Schadstoff­ anhäufungen begünstigen oder ermöglichen. Deshalb ist es wichtig, jede Einrichtung in einem Reinstluftraum auf deren beeinträchtigende Wirkung hin zu untersuchen und überprüfen zu können.

Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Reinstluftströmung sichtbar gemacht werden kann. Die übliche Methode, Luft­ strömungen dadurch sichtbar zu machen, daß Verunreini­ gungen in Form von Rauch oder Ölnebel beigegeben werden, bringt erhebliche Nachteile mit sich, die in Reinst­ lufträumen nicht hingenommen werden können, weil die Beseitigung dieser Verschmutzung die Filter in der Umluftanlage zu sehr beanspruchen würde. Außerdem würde Rauch oder Ölnebel zu Rückstandsbildungen führen konnen, die sich nicht mehr im Luftstrom abführen lassen. Diese Methoden, mit Rauch oder Ölnebel die Luftströmungen sichtbar zu machen, lassen sich nur in Modellräumen anwenden, aber nicht an wirklich dem Zweck entsprechend eingerichteten und genutzten realen Reinstlufträumen.

Als Ausweg würde sich aus Reinstwasser erzeugter Wasser­ dampf oder Wassernebel anbieten. Die Dampferzeugung ist aber energieaufwendig, und die verhältnismäßig hohe Mindesttemperatur von Reinst-Wasserdampf kollidiert mit dem Raumklima in Reinstlufträumen 10, wodurch nicht die tatsächlichen ungestörten, sondern nur die bereits durch den heißen Wasserdampf gestörten Strömungsverhältnisse sichtbar gemacht werden können. Außerdem lassen sich die empfindlichen Einrichtungen in Reinstlufträumen nicht mit heißem Dampf anstrahlen, ohne Schaden zu nehmen. An den Flächen dieser Einrichtungen würden zudem unerwünschte Kondensationen stattfinden.

Einfach kalt zerstäubter Wassernebel hat die Folge, daß sofort aus der Reinstluftumgebung Wärme in den Wasser­ nebel aufgenommen werden würde, was eigene Strömungs­ komponenten in den sichtbar zu machenden Luftstrom ein­ bringen würde und deshalb wiederum nicht die tatsächlichen Strömungsverhältnisse, sondern durch die Meßmethode selbst verfälschte Strömungsbilder sichtbar machen würde.

Aus dieser Erkenntnis entstand als Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Meßmethode, die aus folgen­ den Stufen besteht:
Reinstwasser, was völlig rückstandsfrei ist, wird mit einem Ultraschallzerstäuber aus einem begrenzten Vorrat reinsten Wassers heraus vernebelt;
Reinstluft, welche in Strömungsrichtung dem Reinst­ luftstrom entnommen ist, wird zunächst um die Temperaturdifferenz erwärmt, die der möglichen Aufnahmewärme des abgegebenen Nebels entspricht und
von einem Luftbeschleuniger beschleunigt;
die beschleunigte Luft nimmt vom Ultraschall­ zerstäuber zerstäubten Nebel mit und
über ein Verteilungsorgan wird der erwärmte Wasser­ nebel in den Reinstluftstrom abgegeben, wodurch die vom Wassernebel durchsetzte Reinstluftströmung sichtbar wird.

Ein Gerät 40, welches diesem Zweck dient, ist in den Fig. 2 bis 4 schematisch angegeben. Dieses Gerät 40 (Fig. 3) wird im Betriebszustand (Fig. 2) von einer Bedienungsperson 42 so gehalten, daß ein Luftstrom 16 reinster Luft parallel zu deren normalen Strömungs­ richtung aufgenommen und über einen Luftbeschleuniger 44 einem Ultraschallzerstäuber 46 zugeführt, welcher sich im Inneren des Gerätes 40 befindet. Die derart aufge­ nommene Luft wird zuvor über eine geregelte oder ungeregelte elektrische Widerstandsheizung 48 aufgeheizt. Zur Temperaturkontrolle kann ein Thermostat 50 vorgesehen werden, welcher über einen Schalter 54 die Widerstandsheizung 48 bei Überhitzung abschalten kann. Eine Leuchtanzeige 56 kann den Betriebszustand der Heizung 48 und eine Leuchtanzeige 58 den Betriebszustand des Luftbeschleunigers 44 anzeigen. Ein Hauptschalter 60 vor oder hinter einer Steuer- und Kontrolleinheit 62 dient zur Inbetriebnahme des Gerätes 40.

Der Ultraschallzerstäuber 46 steht mit einem Vorrat 64 reinsten Wassers, welcher sich im Gerät 40 befindet, über eine Leitung 66 so in Verbindung, daß ständig Reinstwasser zum Vernebeln zur Verfügung steht. Die Menge des Reinstwassers zwischen einem oberen Pegel 67 und einem unteren Pegel 68 wird von einer Schaltung 70 überwacht, welche zunächst eine Wassermangelwarnlampe 72 und später über eine elektrische Leitung 74 ein Signal an die Kontrolleinheit 62 abgibt, welches das Gerät 40 bei Wassermangel stillsetzt. Damit das Gerät 40 leicht am Körper einer Bedienungsperson 42 getragen werden kann, ist die Stromversorgungseinheit 76 über ein genügend langes, abriebfestes Kabel 78 mit dem Gerät 40 verbunden. Die Versorgungsspannung von beispielsweise 48 Volt kann entweder dem Netz über ein Kabel 80 oder einer Pufferbatterie in der Stromversorgungseinheit 76 entnommen werden. Ein Auslaß 92 am Ultraschallzerstäuber führt zu einer aufsteckbaren Verteilungseinheit 84 mit einer Mündung 86, aus welcher der erwärmte Wassernebel 88 sichtbar so austritt, daß er von Hand von der Bedienungsperson 42 an die zu untersuchenden Stellen im Reinstluftraum 10 gelenkt werden kann. Turbulenzzonen oder Toträume 30 lassen sich so schadstoff- und rückstandsfrei sichtbar machen und fotografieren. Damit wird eine Methode und ein Gerät verfügbar gemacht, mit dem sich Einrichtungen in Reinstluft-Arbeitsräumen oder an Reinstluft-Arbeitsplätzen in einfacher Weise und kostengünstig optimieren lassen.

Das Gerät 40 kann bei abgenommenem Luftbeschleuniger 44 und Verteilerorgan 84 in einem Gerätekoffer 90 neben der Stromversorgungseinheit 76 mit allen Kabel usw. leicht untergebracht werden und wird dadurch zu einer transportablen Einheit.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der innere Wasservorrat 64 eine Naßzelle aus Edelstahl und bildet eine Einheit mit einem Ultraschallschwingkörper. Die elektronische Steuerung und Frequenzumrichtung befindet sich auf einer Platine in der Steuereinheit 62. Die Verdampfungsleistung liegt bei einer praktischen Ausführungsform etwa zwischen 0,4 bis 0,6 kg pro Stunde. Die elektrische Leistungsaufnahme kann auf etwa 85 VA begrenzt werden. Der Ultraschallschwingkörper wird mit einer Betriebsspannung von 48 Volt betrieben und arbeitet mit einer Frequenz von 1,65 MHz. Das Reinst­ wasser hat einen elektrischen Leitwert von weniger als 20 us. Im Koffer 90 kann noch ein Kunststoffbehälter für Vorratswasser mitgeführt werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum schadstoff- und rückstandsfreien Sicht­ barmachen von Strömungen in Reinstluft-Arbeitsräumen oder an Reinstluft-Arbeitsplätzen, dadurch gekennzeichnet, daß Reinstwasser in einem vorgewärmten Luftstrom, welcher parallel zur laminaren Reinstluftströmung dieser entnommen wird, mittels Ultraschall zerstäubt und über ein von Hand ausrichtbares Verteilungsorgan in den Reinstluftraum abgegeben wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem geschlossenen, am Körper einer Bedienungsperson (42) tragbaren Gerät (40) ein Reinstwasservorrat (64) mit einem Ultraschall­ zerstäuber (46) in Verbindung steht, dem aus der Richtung des laminaren Stromes (16) der Reinstluft über einem Beschleuniger (44) und einer elektrischen Widerstandsheizung (48) entnommene Luft zuführbar ist, wobei der zerstäubte Nebel (88) aus einer flexiblen Abgabeeinheit (84, 86) austritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (40) über ein abriebfreies Kabel (78) mit einer gesondert aufstellbaren Stromversorgungs­ einheit (76) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftbeschleuniger (44) und die Widerstands­ heizung (48) eine auf das Gerät (40) aufsteckbare Einheit sind.