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洁净室内空气流分析
来源: | 作者:LiLi | 发布时间: 2025-02-26 | 94 次浏览 | 分享到:

 在洁净室各规范中,最重要者即是洁净度,但洁净度往往受到气流的影响。换言之,即是工作人员、设备隔间、建筑结构等所产生的尘埃移动和扩散受到气流的支配。表1-29所示乃单位密度粒子的重力与布朗(Brown)运动所引起的移动量。由表中可知,粒径0.1μm以下,布朗运动引起的移动比重力引起的沈降还大,反之则相反。

  1. 洁净室空气在经HEPA、ULPA 和FFU过滤以后,其尘埃之收集率可达99.97%~99.99995%之多,因此在此情况之下的空气可说十分干净。然而洁净室除了人以外,尚有设备等之发尘源,这些微尘粒子一旦扩散,即无法保持洁净空间,因此必须利用气流将发生的尘埃迅速排出室外。洁净室内之气流是左右洁净室性能的重要因素。一般洁净室气流速度约在0.25~0.5m/s之间,此气流速度属微风区域,易受人、机器等的动作干扰而趋于混乱,提高风速可抑制此一干扰而维持良好洁净度,但因风速的提高,将影响运转成本的增加及噪音度的提高,所以当洁净度已达标准之时,应以最适当之风速供应,以达控制成本之经济性效果。另一方面均匀气流速度之保持是达到洁净室洁净度稳定效果的重要因素,均一气流若无法保持,即表示风速有异,特别是在墙壁面,气流会沿着壁面发生涡流作用,此时若欲维持高洁净度事实上很困难。在垂直层流方面要保持均匀气流必须(a)吹出之风速不可有速度上之差异,(b)地板回风板吸入面之风速不可有速度上之差异。如图1-28(a)(b)(c)三图所示为三种不同风速时之气流状况,由图可看出速度过低或过高(0.2m/s,0.7m/s)均有涡流之现象发生,而0.5m/s时其气流则较均匀,故目前一般洁净室之风速均取在0.25m/s~0.5m/s之间。而地板吸入之风速另一重要因素,如图1-29 所示,在高架地板下之空间,靠近回风口管连接部份之风速Ve尽可能要降低,宜在5m/s以下,其改善方式是将d、e处之开孔板部份用盲板予以封闭以增加阻抗。或加装风量调节器(Damper)予以改善。

  2. 查核气流形状之方法有三,分别为:①气流的目视法,②直接测定法,电脑数值模拟分析法。目视法易于理解流动场所的整个状况,但必须花上较多时间和精神,才能取得气流动态资料。直接测定法虽然定量性之资料较确实,但投入之心力与其所取得数据的正确性有着密不可分之关系。至于运用电脑之数值模拟分析法,其推算结果和实际状况之搭配对照和组合是重要之关键。因此如能充份地考虑这些方法的优缺点,经由适当之组合,将可获得相当多可贵资料。1. 气流的目视法:洁净室中最常用且简易的方法,是取适当之长度的细线置于洁净室过滤器或FFU之下方,观察细线的摆动现象,即可知气流形状流向,此是最不会污染洁净室最佳目视法。另外尚常见使者是利用烟雾产生器置于过滤器或FFU 下方,观察烟雾的形状流向即可知气流的动态,唯此方式有污染洁净室之虞。

  3. 2.直接测定法:是使用风速计实测气流流动场所,并以电脑处理所测资料,将资料定量化表现其气流。使用之风速计须连方向均可测定者,如串联型热线风速计、电热调节器型风速计与烟测试器组合及超音波风速计等。图1-30 乃是利用三次元超音波风速计(Three Dimensional Ultrasonic Anemometer,图 1-31)和电脑处理所得之资料图。图中箭头表示风速向量,圆圈大小表示乱流之强度。由图上可知制程设备前之乱流较大,在制程区及缓冲区间过滤器下方之接触面乱流较小,此结果显示了洁净室内气流之定量特性。图1-32为三位元超音波风速计流场量测配置图。

  4. 3.电脑数值模拟法:气流的量测方式,除以上所谈的二种方法外,尚有以电脑做数值模拟(Simulation)之方法,其是利用粒子的质量、运动量、热量等之物理性法则及状态方程式或称统御方程式,Governing Equations)如连续方程式、动量方程式、能量方程式、浓度方程式、涡流动能与涡流动能耗散率的传递方程式(Transport Equation)和Navier-Stokes方程式以及温度扩散式等偏微分方程式,再利用电脑软体(如 FLUENT 公司所发展的FLUENT 套装软体),以计算微尘粒子之轨迹路线,模拟微尘粒子之运动情形而做气流分布之分析。图1-33 为利用电脑数值模拟法所得之微环境型洁净室之流场分布。由图中可看出在制程区与缓冲区均为层流,而在周围区则有很大之涡流产生,此过流对缓冲区与制程区之气流和污染将造成影响。图1-34 为电脑数值模之微环境三视图,此微环境分为制程区、缓冲区与周围区三个区域,可与图1-33做为对应。而图1-35则为IC生产线自走运送机器人运动时所产生的气流模拟化图。图中所示为机器人A向图左方向行走时,后方出现的涡流状况,由此图中可证明任何运动均会造成气流分布的变化,当然也影响了微尘粒子的排出率和洁净度,故生产线上的所有作业人员于工作中走动时不得不慎。