2017年中国洁净室工程行业发展概况分析

文章来源:http://www.iwuchen.com/  2018年02月25日  点击数:2030

1、起源于军事工业,发展于产业升级

    洁净室是指将一定空间范围内的空气中的微粒子、有害气体、细菌等污染物排除,并将室内的温度、湿度、洁净度、压力、气流速度与气流流向、噪音振动及照明、静电控制在某一需求范围内,而所给予特别设计的空间。不论外界空气条件如何变化,洁净室内均能维持原设定的洁净度、温度及压力等性能,以满足使用需求。洁净室最主要的作用在于控制在其内生产的产品所接触的空气的洁净度及湿度等各项指标符合标准,使产品能在一个具有良好条件和高度稳定性的环境空间中生产制造。

洁净室是生产条件特别设计的空间

数据来源:公开资料整理

    洁净室行业的发展有5个阶段,每个阶段的发展和进步都源于制造业技术升级带来的对生产环境要求的提高。第一阶段是 1950 年代美国军工的需要;第二阶段是苏联和美国航天事业,特别是登月工程中精密机器加工和电子仪器的发展,出现了层流技术和百级洁净室;第三阶段是 1970 年代集成电路开始进入发展期,使得洁净技术得以腾飞;第四阶段是 1980 年代大规模和超大规模集成电路的发展带来对洁净室要求的进一步提高;第五阶段则是从 1990 年代开始到现在,半导体技术进一步发展,生产线精度的进一步提高,对生产空间的洁净度提出新的要求,同时,传统领域如医疗制药、精密仪器等、食品工业等对洁净技术的要求也逐步提高。

洁净室5个阶段的发展历程

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    2、洁净室技术原理:流体力学的艺术

    (1)洁净室的原理(气流组织方式)

    洁净室的主要原理即利用流体力学的相关性质来控制室内污染源 。洁净室控制污染源的途径主要有 3 种:1、控制污染源,减少污染发生量;2、迅速排出室内已经发生的污染;3、有效阻止室外的污染侵入。第 1 点和第 3 点都可以通过封闭性和化学设备等解决,而核心的第 2 点则需要利用流体力学的物理原理。在流体力学中,按照运动要素流速、加速度等有无时间因素可以分为稳定流与不稳定流,按照流线形状可以分为渐变流和突变流,按照有无质点交换可以分为层流和紊流。

    按照气流组织方式,洁净室分为非单向流洁净室和层流洁净室。

    非单向流洁净室的主要特点为从来流到出流之间气流的流通断面是变化的,也称乱流,非单向流的原理为稀释作用。非单向流洁净室一般采用孔板顶送,有全孔板顶送与局部孔板顶送之分,全孔板顶送风速小,气流分布均匀,可达到 1000 级洁净度,局部孔板顶送与全孔板顶送相比,风速大,在墙侧有涡流并部分沿测墙向上翻卷,经顶棚到中间,随洁净气流向下流,混入和污染洁净气流,其洁净度可达 10000 级。而高效过滤器风口顶送则将高效过滤器放置在送风口,一般带扩散板,是一种常见的气流组织形式。非单向流洁净室的作用原理是:当一股干净气流从送风口送入室内时,迅速向四周扩散、混合,同时把差不多同样数量的气流从回风口排走,这股干净气流稀释室内污染的空气,把原来含尘浓度很高的室内空气冲淡,一直达到平衡。所以气流扩散的越快,越均匀,那么稀释的效果越好。

非层流洁净室原理为稀释作用

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    层流洁净室的主要特点为气流的流通断面是不变的,原理为靠推出作用将室内污染的空气沿整个断面排至室外,从而达到净化室内空气的目的。层流洁净室的进风面布满高效过滤器,整个送风面是一个大送风口,送风气流经静压箱和高效过滤器的均压均流作用,从送风口到回风口气流流线彼此平行,充满全室断面,以均速向前推进,就像个大活塞,把室内原污染空气排入回风口,从而达到净化室内空气的目的。由于气流的流线始终是平行的,无涡流,因此层流亦称平行流洁净室,根据气流组织形式分垂直层流洁净室和水平直层流洁净室。

    垂直单向流洁净室是比较典型的层流 洁净室 。垂直单向流的优点是可获得均匀向下的单向气流,因而自净能力强,能够达到最高的洁净度级别,缺点是顶棚结构较复杂,造价和维护费用高,高效过滤器堵漏较困难。

垂直流洁净室原理为活塞作用

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双垂直层流洁净室示意图

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    (2)灰尘和化学物质的去除

    洁净室过滤灰尘的仪器主要有高效空气过滤器,超高效空气过滤器。HEPA 它对直径为 0.3 微米(头发直径的 1/200)以上的微粒去除效率可达到99.7%以上,是烟雾、灰尘以及细菌等污染物最有效的过滤媒介,而 ULPA 对于直径 0.15微米以上的微粒去除效率达到 99.999%以上。

高效空气过滤器(HPEA)

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    洁净室的灰尘大部分都不是从外部带入,而是从内部产生。空气中的灰尘主要由设备运转、生产过程、人员因素产生,这 3 种途径共计产生了 85%的灰尘。洁净室关于灰尘的原则包括 4 条:不将灰尘带入,不让灰尘产生,不让灰尘堆积,迅速排除灰尘,因此,洁净室内,对作业人员的洁净服装,对带入的工具、材料等,对于设备的清理和通风都要严格的要求。

洁净室灰来源分析

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微粒直径对比(um)

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    除了灰尘以外,化学物质也是洁净室需要重点考虑和去除的。化学物质主要分为酸性物质,碱性物质,有机物,掺杂性气体等,主要来源为大气、生产中使用的化学用品,建材等,在车间生产过程中要使用大量的化学物质,而杂质化学物质很容易和生产用化学物质产生反应,影响产品质量,故化学物质的去除同样是洁净室需要重点考虑的一个方面。

洁净室化学物质的产生和危害

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