Способ обеспыливания рабочего объема технологической пылезащитной камеры Советский патент 1993 года по МПК F24F7/06 

Изобретение относится к средствам создания технологического микроклимата, в частности к оборудованию рабочих мест, используемых для выполнения технологических операций с выделением пыли и вредных веществ в условиях обеспыленной атмосферы, например, при производстве электронных микроэлементов, интегральных схем, а также высокочувствительных приборов в радиоэлектронной и приборостроительной промышленности.

Известны способы обеспыливания рабочего объема пылезащитных камер путем создания в этих объемах малотурбулентных (ламинарных) потоков чистого воздуха, которые, проходя через рабочий объем камеры, удаляют (выносят) из него пылевые частицы, как случайно оказавшиеся в этом- объеме при размещении в ней подлежащих технологическому воздействию деталей и изделий, так и выделяющиеся непосредственно при осуществлении предусмотренных технологических операций. Известны также и конструктивные решения пылезащитных камер, реализующие известные способы пылеудаления.

При ранее существовавших требовани-; ях к степени чистоты технологического микроклимата, допускающих содержание в 10 л воздуха не более 30-40 пылинок диаметром

ю

СА)

ы

0,5 мкм и более, известные способы обеспы- ливания рабочего объема пылезащитных ка- мер обеспечивали необходимую для промышленных условий степень очистки. Однако современные условия миниатюризации радиоэлектронных элементов в сочетании с высокими требованиями к их эксплуатационной стабильности и надежности ставят более жесткие требования к технологическим процессам их производства. Так , в ряде случаев степень чистоты технологического микроклимата поднимается до содержания в 10 л воздуха не более 3-4 пылинок размером 0,1 мкм и более.

Известны способы обеспыливания рабочего объема технологических пылезащитных камер, в том числе использующих для удаления пылевых частиц два малотурбулентных потока чистого воздуха, не способны обеспечить столь высокие требования по причинам, которые будут раскрыты ниже.

Так, в известном способе, раскрытом в описании конструкции и работы пылезащитной камеры по авт.св. СССР № 1320609, используются два малотурбулентных потока чистого воздуха. Один из них проходит через рабочий объем камеры сверху вниз, осуществляя продувку зоны выполнения технологической операции. Другой поток воздуха проходит в рабочей полости камеры непосредственно вблизи открытого проема камеры снизу вверх, создавая воздушную завесу открытого проема, Таким образом, первый и второй потоки подаваемого воздуха, проходя параллельно друг другу, практически не взаимодействуют между собой.

Способ обеспыливания рабочего объема пылезащитной камеры, раскрытый в описании изо&ретения по патенту Франции NS 2045223, использует также два малотурбулентных потока чистого воздуха. Один из этих потоков, проходящий от одной боковой стенки к другой в горизонтальном направлении, омывает зону выполнения технологической операции. Другой поток подается в рабочую полость камеры непосредственно у ее открытого проема, направлен сверху вниз, вертикально и также выполняет функцию воздушной завесы открытого проема, препятствуя как проникновению частиц из наружного воздуха внутри рабочего объема пылезащитной камеры, так и выходу вредных веществ из рабочей полости камеры в атмосферу помещения. Подаваемые в рабочую полость камеры упомянутые потоки чистого воздуха взаимно перпендикулярны по направлению, но практически не взаимодействуют друг с другом, так как находятся на некотором расстоянии друг от друга в горизонтальной плоскости. Этот известный

способ обеспыливания рабочей полости пылезащитной камеры по совокупности сходных признаков принят за прототип изобретения.

Известные способы обеспыливания рабочего объема технологических пылезащитных камер, включая и известный способ, принятый за прототип изобретения (патент Франции № 2045223), обладают общим не0 достатком: зона рабочей полости камеры, в которой осуществляется операция или операции, т.е. именно то место, где размещено технологическое оборудование камеры, омывается только одним малотурбулентным

5 потоком чистого воздуха, подаваемого в рабочую полость камеры. При набегании этого потока воздуха на технологическое оборудование вблизи некоторых поверхностей оборудования неизбежно образуются аэро0 динамические тени и сопутствующие им локальные объемы замкнутой циркуляции воздуха, располагающиеся, в частности, вблизи поверхности технологического оборудования, находящейся в аэродинамиче5 ской тени.

Попадающие в локальные объемы замкнутой циркуляции воздуха пылевые части-, цы, образующиеся при осуществлении технологической операции или занесенные

0 в камеру на поверхности размещаемых в ней обрабатываемых деталей и изделий, практически не удаляются из рабочего объема камеры, могут накапливаться в упомянутых локальных объемах, образуя участки

5 загрязненной среды внутри рабочего объема пылезащитной камеры. Наличие подобных загрязнений неизбежно отражается на качестве изделий. Загрязнение образуется именно в тех местах рабочего объема

0 камеры, где они более всего нежелательны, а иногда недопустимы.

Во всех известных способах обеспыливания рабочего объема пылезащитных камер второй, дополнительный поток

5 подаваемого в ее рабочий объем чистого воздуха используется только для создания . воздушных завес в открытых проемах этих камер без какого-либо существенного воздействия этого потока именно на ту зону

0 рабочего объема камеры, в которой расположено ее технологическое оборудование, где осуществляется технологическое воздействие на деталь или изделие.

Целью изобретения является повыше5 ние степени чистоты (степени обеспыливания) рабочего объема пылезащитной камеры за счет устранения возможности образования в рабочем объеме камеры локаль- ных загрязненных участков путем предотвращения возникновения в камере

локальных обьемов замкнутой циркуляции воздуха. Повышение степени чистоты атмосферы камеры обеспечивает и повышение качества деталей и изделий, подвергающихся технологическому воздействию в пылезащитной камере, обеспечиваетвозможность проведения технологических операций в условиях более высоких требований к чистоте микроклимата.

В соответствии с изобретением цель достигается тем, что при осуществлении способа обеспыливания рабочего объема пылезащитной камеры, включающего создание в этом объеме по крайней мере двух малотурбулентных потоков чистого воздуха путем подачи чистого воздуха в рабочий объем камеры через отдельные для каждого потока воздухораспределительные решетки и последующего удаления воздуха из камеры в вытяжную систему, упомянутые два малотурбулентных потока воздуха подают в рабочий объем камеры одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях, пересекающихся внутри рабочего объ- ема камеры в зоне размещения ее технологического оборудования, а удаление воздуха осуществляют через одну общую для обоих потоков воздуха вытяжную решетку.

При подаче чистого воздуха в рабочий объем пылезащитной камеры двумя потоками, направленными перпендикулярно относительно друг друга, с пересечением этих потоков в зоне расположения технологического оборудования камеры осуществляется взаимодействие перемещающихся в рабочем объеме масс воздуха этих потоков.

Принимая, например, за основной малотурбулентный поток воздуха, направленный горизонтально, устанавливают выбором высоты воздухораспределительной решетки, через которую осуществляется подача этого потока в рабочий объем камеры, размер потока в вертикальном измерении (толщину потока), превышающий на некоторую величину высоту смонтированного в камере технологического оборудования.

При обтекании, омывании этим основным малотурбулентным потоком размещенного в рабочем объеме технологического оборудования, а в некоторых случаях и подлежащих технологическому воздействию изделий (в зависимости от их геометрических форм и размеров) имеет место аэродинамическое искажение малотурбулентного набегающего потока. .

Вблизи поверхностей технологического оборудования, направленных навстречу набегающему потоку, имеет место некоторое понижение скорости потока, а вблизи верхних и тыловых (по отношению к направлению воздушного потока) поверхностей 5 технологического оборудования образуются зоны аэродинамической тени (см., например, Максимкин Н.Г. К обтеканию зданий ветром, в тематическом сборнике Промышленная вентиляция. Всесоюзный ЦНИИ ох0 раны труда ВЦСПС, М.. 1973, с. 176-186). Именно в зонах аэродинамических теней и возникают условия для образования участков замкнутой циркуляции воздуха, являющихся, как было упомянуто выше, очагами

5 локальных загрязнений воздушной среды в рабочем объеме пылезащитных камер. Однако все это имеет место при подаче в рабочий объем камеры только основного (в рассматриваемом случае горизонтального)

0 потока воздуха.

При одновременной подаче в рабочую полость камеры второго, направленного перпендикулярно первому (в рассматриваемом случае ниспадающего вертикального)

5 малотурбулентного потока воздуха, в результате взаимодействия обоих воздушных потоков характер обтекания воздухом технологического оборудования или изделия, размещенного в рабочем объеме пылеза0 щитной камеры, изменяется.

Второй, вертикальный поток воздуха по отношению к первому, основному, сносящий. Аэродинамическое давление этого сносящего потока, воздействуя на основ5 ной, горизонтальный поток, прижимает последний к верхним поверхностям техно- логического оборудования, заставляя основной поток обтекать омывать не только верхние, но и тыловые его поверхности,

0 устраняя или уменьшая на несколько порядков зоны аэродинамической тени, а следовательно, предотвращая образование участков замкнутой циркуляции воздуха, т.е. локальных объемов загрязнения воз5 душной среды в рабочем объеме пылезащитной камеры.

После прохождения воздушными потоками зоны размещения технологического оборудования и осуществления вышеопи0 санного взаимодействия обоих воздушных потоков воздух удаляют из камеры в вытяжную систему через одну (общую для обоих потоков) вытяжную решетку.

5 Выбор величин скоростей подаваемых в рабочий объем камеры потоков чистого воздуха осуществляют по тем же известным условиям, что и у широкоизвестных пылезащитных камер аналогичного назначения, реализующих известные способы обеспыливания их рабочего обьема, в пределах 0,2- 0,4 м/с.

Характер взаимодействия горизонтального и вертикального малотурбулентных потоков воздуха определяется не только величинами их скоростей, но и толщиной ; части горизонтального потока, обтекающей верхние поверхности технологического оборудования, т.е. толщиной слоя воздушного потока, направление движения которого требуется изменить воздействием на него воздушным потоком с ниспадающим вертикальным направлением движения. Расчеты (см. например, Бикмуллин P.P. Расчет системы воздухораспределения при локальной вентиляции рабочих мест. В сборнике Оздоровление условий труда на горно-обо- гатительных предприятиях цветной металлургии. Труды ЦНИИПП, 1972, вып. 6, Свердловск) показывают, что при равных величинах скоростей горизонтального и вертикального потоков воздуха, лежащих в вышеуказанных пределах, толщина слоя горизонтального потока, направление движе- ния которого изменяется, не должно превышать 0,08 м. Модельные испытания взаимодействия двух взаимно перпендикулярных потоков при обтекании основным их них тела, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда (200x100x200 мм), показывают, что требуемый эффект уменьшения зоны аэродинамической тени может быть достигнут при обтекающем слое основного потока, имеющем толщину от 0,02 до 0,06 м. При этом локальные зоны замкнутой циркуляции воздуха вблизи поверхности любой из граней параллелепипеда не наблюдались.

Таким образом, именно новые признаки, приведенные в формуле изобретения за- являемого способа обеспыливания рабочего объема технологической пылезащитной камеры, а именно малотурбулентные потоки чистого воздуха подают Ё рабочий обьем камеры одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях, пересекающихся внутри рабочего объема камеры в зоне размещения ее технологического оборудования, а удаление воздуха из рабочего объема камеры осуществляют через одну, общую для обоих потоков, вытяжную решетку. Создают новое свойство, присущее только заявляемому способу, - устраняют возможность образования в процессе обеспыливания рабочего объема пылезащитной камеры локальных зон загрязнения находящегося в ней воздуха. Это свойство позволяет достигнуть при использовании заявляемого способа обеспыливания степень чистоты рабочего объема

пылезащитной камеры на порядок выше, чем при использовании в тех же условиях, ранее известных способов того же назначения,

Пример осуществления заявляемого способа.

Заявляемый способ обеспыливания рабочего объема технологической пылезащитной камеры может быть использован как в

0 пылезащитных камерах закрытого типа, имеющих герметичный люк для перемещения подлежащих технологическому воздействию деталей и изделий в рабочий обьем камеры, так и в пылезащитных камерах с

5 открытым проемом, более удобных по сравнению с камерами закрытого типа, в частности, в случаях, когда технологическая операция осуществляется с непосредственным применением ручного труда оператора.

0 В настоящем примере рассмотрено осуществление заявляемого способа на варианте пылезащитной камеры с открытым проемом. Схема пылезащитной камеры показана на чертеже.

5Пылезащитные камеры выполнены в ви- де рабочего стола 1, снабженного пылезащитным кожухом 2 с открытым проемом Зс передней стороны кожуха 2. Часть задней стенки 4 кожуха 2 образует сотовая воздухо0 распределительная решетка 5 со шторкой 6, регулирующей высоту активной зоны этой решетки. Потолок 7 камеры образован верхней сотовой воздухораспределительной решеткой 8, Воздухораспределитель- 5 ные решетки 5 и 8 соединены с фильтрами 9 и 10 тонкой очистки, которые снабжены камерами 11 и 12 подвода воздуха к ним, соединенными с вентилятором 13 через устройство 14 для регулирования расхода

0 воздуха через каждую из воздухораспределительных решеток 5 и 8. Боковые стенки пылезащитного кожуха сплошные. В столешнице 15 рабочего стола 1 вблизи открытого проема 3 кожуха 2 размещена

5 воздуховытяжная решетки 16, занимающая всю ширину кожуха, подключенная к вытяжному коробу 17, соединенному через регулировочное устройство 18 с системой удаления воздуха (на чертеже не показана).

0 Внутри пылезащитного кожуха на столешнице 15 рабочего стола 1 смонтировано технологическое оборудование 19 плохооб- текаемой формы для проведения технологических операций по производству изделий

5 электронной техники (например, больших интегральных схем), требующих повышенной чистоты воздушной среды.

Перед началом работы перед размещением изделия внутри камеры производятее настройку.

Включают подачу чистого воздуха и осуществляют регулировку активной зоны воз- духораспределительной решетки 5, создающей горизонтальный поток подаваемого воздуха.

Посредством шторки 6 задают такую высоту активной зоны этой решетки, чтобы толщина слоя горизонтального потока воздуха, огибающего верхнюю поверхность технологического оборудования 19, лежала в пределах 15-20 мм.

Регулировочным устройством 14 воздухораспределительных решеток 5 и 8 задают скорости горизонтального и вертикального (ниспадающего) потоков подаваемого чистого воздуха, равного 0,25-0,3 м/с. а также с помощью регулированного устройства 18 обеспечивают заданный инструкцией на данную пылезащитную камеру расход воздуха через вытяжную решетку 16 системы удаления воздуха. После настройки подачи и отвода воздуха из камеры последняя готова к использованию.

В камере размещают изделия, подлежащие технологическому воздействию. После этого в течение заданного времени осуществляют продувку рабочего объема камеры чистым воздухом для удаления пылевых частиц, внесенных совместно с изделием. По истечении требуемого времени предварительного обеспыливания камеры, приступают к выполнению технологической операции, в процессе которой продувку камеры продолжают до конца операции.

При взаимодействии двух подаваемых в рабочий объем камеры потоков чистого воздуха происходит вышеописанное изменение характера обтекания подаваемыми потоками чистого воздуха поверхностей технологического оборудования 19, при котором практически отсутствуют аэродинамические тени вблизи поверхности оборудования 19. Взаимодействуя друг с другом, воздушные потоки, как было описано выше, следуя геометрическим формам поверхности технологического оборудования 19, огибают эти поверхности практически без зон аэродинамических теней. Этим предотвращается возможность образования вблизи указанных поверхностей локальных зон замкнутой циркуляции воздуха, обеспечивается непосредственный вынос пылевых частиц из раьочего ооъема камеры вместе с удаляемым воздухом. Устраняется возможность задержки пылевых частиц и их накапливания в локальных зонах замкнутой циркуляции воздуха.

Экономическая эффективность промышленного использования изобретения зависит от целого ряда факторов реальных условий его применения, из которых следу5 ет указать только основные, а именно требуемую по конструкторско-технологическим условиям степень обеспыливания среды осуществления технологической операции, сущность самой технологической операции,

0 .сущность самой технологической операции, включая факторы возможного пылеоб- разования в процессе проведения операции, свойств пылевых частиц в зависимости от их физико-химического состава.

5 степени влияния возможных нарушений к чистоте среды осуществления технологической операции на работоспособность и надежность изделия, и ряда других, в связи с чем величина стоимостного экономического

0 эффекта от использования изобретения на момент подачи заявки определена быть не может.

Техническая эффективность изобретения заключается в обеспечении возможно5 сти достижения при использовании заявляемого способа.обеспыливания рабочего объема технологических пылезащитных камер, степени чистоты, соответствующей содержанию в 10 л возду0 ха не более 3-4 пылевых частиц с диаметром менее 0,0005 мм,

Известные способы обеспыливания рабочих объемов технологических пылезащитных камер способны обеспечить степень

5 чистоты на порядок ниже, т.е. с содержанием в 10 л воздуха до 35-40 пылевых частим указанного размера.

Формула изобретения

0 Способ обеспыливания рабочего объема технологической пылезащитной камеры созданием в нем по крайней мере двух малотурбулентных потоков чистого воздуха путем подачи чистого воздуха в рабочий

5 объем камеры через отдельные для каждого потока воздухораспределительные решетки и последующего удаления воздуха из камеры в вытяжную систему, от л и ч а ю щ и и с я тем, что два малотурбулентных потока чис0 того воздуха подают в рабочий объем камеры одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях, пересекающихся внутри камеры в зоне размещения ее технологического оборудования, а

5 удаление воздуха из камеры осуществляют через одну общую для обоих потоков вытяжную решетку.

Сущность изобретения: в рабочем обье- ме создают малотурбулентные потоки чистого воздуха. Чистый воздух подают через отдельные для каждого потока воздухораспределительные решетки, Воздух удаляют из камеры в вытяжную систему. Два малотурбулентных потока воздуха подают в рабочий объем камеры одновременно в двух взаимоперпендикулярных направляющих, пересекающихся внутри камеры в зоне размещения ее технологического оборудования. Удаление воздуха из камеры осуществляют через одну, общую для обоих потоков вытяжную решетку, i ил.