CN209348273U - 超净层流系统及具有其的无尘室、手套箱和设备 - Google Patents

Abstract

一种超净层流系统及具有其的无尘室、手套箱和设备，该系统包括具有排气口的超净腔室；布置于超净腔室上方并具有进气口的密封的气体混合室，其中气体混合室与超净腔室由超净腔室的顶板隔离；一个或多个洁净过滤器，其布置于超净腔室的顶板中的开口处，并使得超净腔室与气体混合室流体连通；布置于气体混合室中的第一和第二动力风机，其中第一和第二动力风机设置成产生动力以驱动气流通过洁净过滤器流入超净腔室；均流膜，其在超净腔室中布置于超净腔室的顶板下方，并设置成使得流入超净腔室的气流形成为层流，从而在超净腔室中产生均匀的单向循环气流。本实用新型解决了现有超净间技术存在的气流死角、振动、噪音、温控精细度不足等多重问题。

Description

超净层流系统及具有其的无尘室、手套箱和设备

技术领域

本实用新型属于超净环境领域，具体地涉及一种超净层流系统及具有其的无尘室、手套箱和设备。

背景技术

在生产和研发中的大量制造工艺和工序都不能在普通的环境条件下进行，而是需要特殊的气氛。这种制造工艺可以是镀层过程、例如在半导体制造中；在LCD或OLED制造中的包封步骤或高纯度原材料的制造工艺、例如在医学和制药领域中；以及在焊接应用中、例如钛焊接。这些工艺例如会要求净室条件、低湿度、惰性气体气氛或各种的这类条件以及其他条件的组合。

已知的是，这种制造工艺或工序在封闭的空间中进行，在封闭的空间中可根据所需条件设定气氛。

这种空间可根据需要构造成不同尺寸的超净环境，例如可构造成大至整个厂房或房间大小的无尘车间，也可构造成多工位或单工位的手套箱。此外，这样的空间也可以构造成为一个或多个生产或实验设备提供超净环境的定制系统，或者构造成设备的一部分以提供局部的超净环境。

不同的行业应用中对环境洁净度的要求不同。例如，食品工业以及制药行业一般要求ISO 6至8级的洁净度。在OLED面板研发和生产制造、半导体制造、纳米颗粒等研发和生产中，特别需要这样的超净环境，例如具有ISO 2至5级洁净度的超净环境，并且在一些关键工艺环节中甚至要求ISO 1级的洁净度。

当前市场中的主流洁净室技术主要是通过风机过滤机组(FFU)在封闭的空间内产生循环单向气流(UDF)，从而达到去除空间内的灰尘目的，形成洁净空间。例如，本申请的图1示出了现有技术中的一种基于FFU的超净层流系统的简化示意图。本申请的图2示出了现有技术中的一种基于FFU 的无尘室的立体示意图。再例如，中国发明专利申请CN1651831A公开了一种风扇过滤器单元控制系统和具有该系统的无尘室。而中国发明专利申请CN102889249A公开了一种风机滤器单元和无尘室空气净化系统。又例如，中国发明专利申请CN105666528A公开了一种无尘室循环过滤装置、无尘室及手套箱。这些系统均采用了基于FFU的方案。

然而，这些基于FFU的技术目前仍然存在多方面的缺陷，例如包括：

1.由于FFU结构的限制，在不规则形状的空间内会有气流死角，无法满足使用要求；

2.多个FFU布置于封闭超净空间的天花板或顶板上，造成超净空间内振动较大，且有噪音，影响其内部设备使用；

3.现有系统中的冷却单元或温控装置通常设置在FFU风机上游，然而 FFU风机长时间工作后会使得出风温度升高，对于温度敏感的超净空间应用造成损害；

4.FFU风机的出风方向通常设置为垂直向下的方向，FFU的数量与所覆盖的超净空间的面积成正比，增加整个系统的建设和维护成本；另一方面，如果设置的FFU数量不足，又难以在整个超净空间中产生均匀的层流；以及

5.对于FFU系统，若需要针对具体应用搭配或调整不同等级的洁净过滤器，需要拆卸FFU以更换其中的过滤器，这影响了整体系统的可定制性同时带来了额外的维护成本。

因此，在本领域中需要一种改进的超净层流系统，其能够克服现有洁净室层流系统的缺陷。应理解，上述所列举的技术问题仅作为示例而非对本实用新型的限制，本实用新型并不限于同时解决上述所有技术问题的技术方案。本实用新型的技术方案可以实施为解决上述或其他技术问题中的一个或多个。

实用新型内容

针对行业内现有超净间技术存在的气流死角、振动、噪音、温控精细度不足等多重问题，本实用新型的超净间技术提供一整套完备的解决方案，为用户提供稳定、高效的高洁净度超净环境。具体地，为了解决上述以及相关联的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种超净层流系统，包括：超净腔室，其具有排出气体的排气口；布置于超净腔室上方的密封的气体混合室，其具有输入气体的进气口，其中气体混合室与超净腔室由超净腔室的顶板隔离；一个或多个洁净过滤器，其布置于超净腔室的顶板中的开口处，并使得超净腔室与气体混合室流体连通；布置于气体混合室中的第一动力风机和第二动力风机，其中第一动力风机和第二动力风机设置成产生动力以驱动气流通过洁净过滤器流入超净腔室；均流膜，其在超净腔室中布置于超净腔室的顶板下方，并设置成使得流入超净腔室的气流形成为层流，从而在超净腔室中产生均匀的单向循环气流。与现有技术中采用FFU 的超净层流系统不同，本实用新型的方案将风机与洁净过滤器分离设置，为超净层流系统的定制提供了极大的灵活性。

在本实用新型的一个优选技术方案中，所述第一动力风机的出风方向和所述第二动力风机的出风方向与垂直方向成角度。可选地，所述第一动力风机和所述第二动力风机彼此对置设置。在一个优选技术方案中，第一动力风机和第二动力风机可以沿气体混合室内的对角线方向设置于气体混合室的角落处，从而利于气体在气体混合室中的流动性，同时利于动力风机的固定。不同于采用FFU的方案，本实用新型超净层流系统所采用的风机的出风方向不必设置为垂直向下的方向，为超净层流系统的定制提供了进一步的灵活性。

在本实用新型的一个优选技术方案中，所述均流膜为HPL膜。

优选地，本实用新型的超净层流系统还包括一个或多个冷却单元，其设置于一个或多个洁净过滤器上方，以使得气流通过冷却单元之后流入洁净过滤器。可选地，所述一个或多个洁净过滤器中的每个洁净过滤器上方设置有所述一个或多个冷却单元中的一个。根据本实用新型，冷却单元位于风机下游以及洁净过滤器上游，消除了风机出风温度随工作时间而升高的影响，特别适合于温度敏感应用。

在本实用新型的一个优选技术方案中，所述第一动力风机和第二动力风机固定地布置于气体混合室的侧壁和/或顶壁上。应理解，“固定地布置”包括直接或间接固定，并且作为非限制性示例，可以使用紧固件、焊接、阻尼器、减震器、托架、支架、悬架等现有方式进行固定。与采用FFU的方案不同，本实用新型的风机并不固定到封闭超净空间的天花板或顶板上，因此其工作时产生的振动对超净空间影响大幅减小，特别适合于对振动敏感的应用场合。

在本实用新型的一个优选技术方案中，第一动力风机的入口经由第一回流通道与超净腔室的下部流体连通，第二动力风机的入口经由第二回流通道与超净腔室的下部流体连通。以此方式，层流通过超净空间的气体经由回流通道回到气体混合室进行循环过滤，从而进一步增加过滤效果。

在本实用新型的一个优选技术方案中，本实用新型的超净层流系统还可以包括多孔板，其布置于超净腔室内以将超净腔室分隔为超净腔室上部和超净腔室下部。进一步，本实用新型的超净层流系统还可以包括处理装置，其至少部分地布置于超净腔室上部中，以在超净环境中进行生产或实验处理。另外，本实用新型的超净层流系统还可以包括通过所述进气口与气体混合腔室流体连通的进气管和通过所述排气口与超净腔室的下部流体连通的排气管。

可选地，所述进气管和所述排气管连接到气体管理系统。因此，本实用新型的超净层流系统可以由气体管理系统按照应用的需求而设置为处于各种气氛，例如惰性气体气氛，并由气体管理系统控制气体的各种参数，例如湿度、露点、浓度等等。

优选地，所述超净腔室的水平横截面不具有直角多边形的形状。现有技术中的FFU通常为矩形，难以覆盖不不规则形状的空间。而异形FFU需要定制生产，会增加系统制造和维护成本。相比之下，本实用新型的超净腔室不受此限制，为超净层流系统的定制提供了进一步的灵活性。

在本实用新型的另一方面，提供一种无尘室，其包括上述的超净层流系统。

在本实用新型的又一方面，提供一种手套箱，其包括上述的超净层流系统。

在本实用新型的另一方面，提供一种具有超净腔室的设备，其包括上述的超净层流系统。例如，具有超净腔室的设备可以实施为各种隔离体系统、

与现有的超净层流系统相比，本实用新型所提供的优点包括但不限于：

a)利用高密度均流膜的分散作用，对于不规则形状的空间也可以无死角覆盖，提供一个稳定、高效的单向气流(UDF)；

b)超净空间振动较小、噪音低；

c)通过控制冷却单元，可更好地实现洁净空间内的温度控制，维持恒温环境；

d)通过控制风机的转速，在工作空间内形成流速为0.3m/s～0.5m/s的均匀气流；

e)洁净过滤器便于更换，提高了系统的可定制性，通过搭配不同等级的洁净过滤器，最高可以达到ISO1(ISO 14644-1)的洁净度；

f)所产生的超洁净环境，可确保空间内的设备和加工时产生的灰尘不会沉降在基板表面；以及

g)可有效控制空间内的灰尘数量。

附图说明

图1是根据现有技术的基于FFU的超净层流系统的简化示意图。

图2是根据现有技术的一种基于FFU的无尘室的立体示意图。

图3是根据本实用新型一个实施例的超净层流系统的示意图。

图4是根据本实用新型一个实施例的手套箱的示意立体图。

图5是根据本实用新型一个实施例的超净层流系统的示意立体图。

附图标记说明

100 超净层流系统

200 超净腔室

201 均流膜

205 超净腔室上部

202 多孔板

206 超净腔室下部

203 处理装置

204 排气口

300 气体混合室

301 第一动力风机

302 第二动力风机

303a、303b、303c 冷却单元

304a、304b、304c 洁净过滤器

305 进气口

401 第一回流通道

402 第二回流通道

503 进气管

504 排气管

具体实施方式

在下文中将参考附图更全面地描述本实用新型，附图构成本实用新型公开的一部分并通过图示的方式示出示例性的实施例。应理解，附图所示以及下文所述的实施例仅仅是说明性的，而不作为对本实用新型的限制。示例性的附图仅仅是为了说明本实用新型的原理而提供的，且不必按比例绘制。

如图3所示的示例实施例，本实用新型的超净间技术的主要结构由动力风机、冷却单元、洁净过滤器、均流膜和多孔板组成，其工作原理是通过动力风机驱动密封腔室内的气流经过冷却单元、过滤器、均流膜和多孔板，在腔室内的形成一个单向匀速的循环气流，并将灰尘从腔室底部经外置回风管带到过滤器上方，利用过滤器去除灰尘，均流膜可以实现腔室内单向匀速的循环气流无死角覆盖，最终在工作空间内形成流速为0.3～0.5m/s的超净气流，为客户的工作区域形成实时稳定的超净环境。

根据搭配不同等级的洁净过滤器和均流膜，可以满足用户不同的洁净度要求(ISO14644-1：Class ISO 1～ISO 9)。

如图3所示，根据本实用新型实施例的超净层流系统100包括位于下方的超净腔室200和布置于超净腔室上方的密封的气体混合室300，两者由超净腔室200的顶板隔离。应理解，作为非限制性示例，超净腔室200的顶板可以包括板材、龙骨框架之一和/或其组合，并且可以为具有一层或多层的结构。气体混合室300具有输入气体的进气口305，而超净腔室200具有排出气体的排气口204。另外，本实用新型的超净层流系统还可以包括通过进气口305与气体混合室300流体连通的进气管503和通过排气口204 与超净腔室200的下部流体连通的排气管504。可选地，进气管503和排气管504连接到气体管理系统(未示出)，以便由气体管理系统按照应用的需求将超净腔室内的超净空间设置为处于各种气氛，例如惰性气体气氛，并由气体管理系统控制气体的各种参数，例如湿度、露点、浓度等等。

如图3所示，一个或多个洁净过滤器304a、304b、304c布置于超净腔室200的顶板中的开口处，并使得超净腔室200与气体混合室300流体连通。根据本实用新型，洁净过滤器的级别可以根据具体应用的要求来选择，例如可以为HEPA过滤器、ULPA过滤器等等。在半导体等精密应用中，优选使用ULPA过滤器。

在本实施例中，第一动力风机301和第二动力风机302布置于气体混合室300中，其中第一动力风机301和第二动力风机302设置成产生动力以驱动气流通过洁净过滤器304a、304b、304c流入超净腔室。应理解，虽然图3中示出了三个洁净过滤器，但本实用新型的实施并不仅限于此，本领域技术人员在阅读本公开之后可以根据具体应用的需要采用少于或多于三个洁净过滤器。

不同于采用FFU的方案，在本实施例中，动力风机和洁净过滤器并不集成在一个壳体内而制造成一个整体的单元。因此，本实用新型中的洁净过滤器的形状并不受限于FFU单元的外形，而是可以定制地制造为具有各种各样的形状，例如矩形、圆形、多边形和/或其他由直线和/或曲线构成的规则和/或不规则的形状。结果，超净腔室200的水平横截面可以不具有直角多边形的形状。相比之下，现有技术中的FFU通常为矩形，通过多个FFU 的平铺只能覆盖直角多边形的形状，而难以覆盖不不规则形状的空间，进而导致超净腔室中层流有死角或不均匀的缺陷。

图3所示的超净层流系统100还包括均流膜201，其在超净腔室200中布置于超净腔室的顶板下方，并设置成使得流入超净腔室200的气流形成为层流，从而在超净腔室200中产生均匀的单向循环气流。优选地，该均流膜为HPL膜。HPL膜是一种高密度均流膜。利用高密度均流膜的分散作用，对于不规则形状的空间也可以无死角覆盖，提供一个稳定、高效的单向气流(UDF)。另一方面，在本实施例中，第一动力风机302的出风方向和第二动力风机的出风方向302与垂直方向成角度，而并非如同在采用FFU 的方案中那样沿着垂直方向向下出风。相比之下，在采用FFU的方案中，动力风机的数量与洁净过滤器的数量相对应。在本实用新型的实施例中，动力风机的数量可以远少于过滤器的数量。

另外，在本实施例中，第一动力风机301和第二动力风机302彼此对置设置。与仅设置有单个第一动力风机301而没有第二动力风机302的系统相比，这样的对置设置有利于在气体混合室300中产生流速更加均匀的气流，进而有利于在超净腔室200中产生更加均匀的层流。

进一步如图3所示，超净层流系统100还包括分别设置于洁净过滤器 304a、304b、304c上方的冷却单元303a、303b、303c。动力风机吹出的气流通过303a、303b、303c冷却单元之后流入洁净过滤器304a、304b、304c。如图3所示，冷却单元可以邻接于洁净过滤器上方设置。以此方式，消除了风机出风温度随工作时间而升高的影响。应理解，冷却单元可以实施为金属翅片、盘管、水冷或液冷装置或者任何其他合适的冷却装置。还应理解，冷却单元可以电连接到并受控于温度控制系统(未示出)，并且本实用新型的超净层流系统可以设置有相应的温度传感器和其他类型的传感器以用于冷却单元的控制。同时，风机与冷却单元以及超净层流系统的各组件可由中央控制系统(未示出)统一控制。

图3中示出每个洁净过滤器上方设置有一个冷却单元。然而，本领域技术人员应理解，本实用新型的实施方式并不局限于此，可以在多个洁净过滤器上方设置一个冷却单元，也可以由多个冷却单元对一个洁净过滤器的进入气流进行冷却，只要能够均匀地冷却洁净过滤器的进入气流即可。

在图3所示的实施例中，第一动力风机301和第二动力风机302固定地布置于气体混合室300的侧壁上。与采用FFU的方案不同，本实用新型的风机并不固定到封闭超净空间的天花板或顶板上，因此其工作时产生的振动对超净空间影响大幅减小。应理解，本实用新型的实施方式不限于此，第一动力风机301和/或第二动力风机302可以固定地布置于气体混合室的侧壁和/或顶壁上。此外，与动力风机设置于气体混合室之外的方案相比，本实用新型一方面具备动力风机到洁净过滤器/冷却单元的出风路径较短从而降低风机能耗的优点，另一方面具备超净层流系统整体尺寸紧凑的优点。

如图3所示，第一动力风机301的入口经由第一回流通道401与超净腔室200的下部流体连通，第二动力风机302的入口经由第二回流通道402 与超净腔室200的下部流体连通。以此方式，层流通过超净腔室200的气体经由回流通道回到气体混合室进行循环过滤，从而进一步增加过滤效果。

图3中还示出多孔板202，其布置于超净腔室200内以将超净腔室200 分隔为超净腔室上部205和超净腔室下部206。进一步，超净层流系统100 还包括处理装置203，其至少部分地布置于超净腔室上部205中，以在超净环境中进行生产或实验处理。处理装置可以是用于进行生产或实验的手动处理装置，例如与操作人员通过手套箱的手套操作的处理装置，或者自动处理装置，例如机械手或其他自动生产设备。虽然图3所示处理装置203 穿过多孔板202从超净腔室下部206延伸至超净腔室上部205，但应理解，本实用新型不局限于此，处理装置203可以整个地设置于超净腔室上部205 中。

本领域技术人员应理解，本实用新型的方案可以应用于无尘室，其包括根据本实用新型原理的超净层流系统。

另外本实用新型的方案可以应用于手套箱。例如，图4示出了一种示例的手套箱，其可包括根据本实用新型的超净层流系统。

本实用新型的方案还可以应用于具有超净腔室的设备，其包括上述的超净层流系统。例如，图5示出了一种具有超净腔室的设备，其可以包括根据本实用新型的超净层流系统。

虽然出于本公开的目的已经描述了各种实施例，但是不应理解为将本公开的教导限制于这些实施例。例如，在具体实施例中仅示出了两个动力风机，但本实用新型不限于此，而是应理解为包括采用两个以上动力风机的方案。在一个具体实施例中公开的特征并不限于该实施例，而是可以和不同实施例中公开的特征进行组合。本领域技术人员应理解，还存在可能的更多可选实施方式和变型，可以对上述部件和构造进行各种改变和修改，而不脱离由本实用新型权利要求所限定的范围。

Claims (16)

1.一种超净层流系统，其特征在于，包括：

超净腔室(200)，其具有排出气体的排气口(204)；

布置于超净腔室(200)上方的密封的气体混合室(300)，其具有输入气体的进气口(305)，其中气体混合室(300)与超净腔室(200)由超净腔室的顶板隔离；

一个或多个洁净过滤器(304a，304b，304c)，其布置于超净腔室(200)的顶板中的开口处，并使得超净腔室(200)与气体混合室(300)流体连通；

布置于气体混合室(300)中的第一动力风机(301)和第二动力风机(302)，其中第一动力风机(301)和第二动力风机(302)设置成产生动力以驱动气流通过洁净过滤器(304a，304b，304c)流入超净腔室(200)；

均流膜(201)，其在超净腔室(200)中布置于超净腔室的顶板下方，并设置成使得流入超净腔室(200)的气流形成为层流，从而在超净腔室(200)中产生均匀的单向循环气流。

2.根据权利要求1所述的超净层流系统，其特征在于，所述第一动力风机(301)的出风方向和所述第二动力风机(302)的出风方向与垂直方向成角度。

3.根据权利要求1所述的超净层流系统，其特征在于，所述第一动力风机(301)和所述第二动力风机(302)彼此对置设置。

4.根据权利要求1所述的超净层流系统，其特征在于，所述均流膜为HPL膜。

5.根据权利要求1所述的超净层流系统，其特征在于，还包括一个或多个冷却单元(303a，303b，303c)，其设置于一个或多个洁净过滤器(304a，304b，304c)上方，以使得气流通过冷却单元(303a，303b，303c)之后流入洁净过滤器(304a，304b，304c)。

6.根据权利要求5所述的超净层流系统，其特征在于，所述一个或多个洁净过滤器(304a，304b，304c)中的每个洁净过滤器上方设置有所述一个或多个冷却单元(303a，303b，303c)中的一个。

7.根据权利要求1所述的超净层流系统，其特征在于，所述第一动力风机(301)和第二动力风机(302)固定地布置于气体混合室(300)的侧壁和/或顶壁上。

8.根据权利要求1所述的超净层流系统，其特征在于，所述第一动力风机(301)的入口经由第一回流通道(401)与超净腔室(200)的下部流体连通，第二动力风机(302)的入口经由第二回流通道(402)与超净腔室(200)的下部流体连通。

9.根据权利要求1所述的超净层流系统，其特征在于，还包括多孔板(202)，其布置于超净腔室(200)内以将超净腔室分隔为超净腔室上部(205)和超净腔室下部(206)。

10.根据权利要求9所述的超净层流系统，其特征在于，还包括处理装置(203)，其至少部分地布置于超净腔室上部(205)中，以在超净环境中进行生产或实验处理。

11.根据权利要求1所述的超净层流系统，其特征在于，还包括通过进气口(305)与气体混合室(300)流体连通的进气管(503)和通过排气口(204)与超净腔室的下部流体连通的排气管(504)。

12.根据权利要求11所述的超净层流系统，其特征在于，所述进气管(503)和所述排气管(504)连接到气体管理系统。

13.根据权利要求1所述的超净层流系统，其特征在于，所述超净腔室(200)的水平横截面不具有直角多边形的形状。

14.一种无尘室，其特征在于，包括根据权利要求1至13中任一项所述的超净层流系统。

15.一种手套箱，其特征在于，包括根据权利要求1至13中任一项所述的超净层流系统。

16.一种具有超净腔室的设备，其特征在于，包括根据权利要求1至13中任一项所述的超净层流系统。