Odborné články

06.08.2021

EC centrifugální ventilátory pro filtrační jednotky čistých prostor

Rychlé zprovoznění, energeticky efektivní operace.

Podmínky čistých prostor jsou nyní povinné pro mnoho výrobních procesů, nejen pro výrobu polovodičů. Mezi typické příklady patří optická a laserová technologie, letecká a kosmická technologie, biologické vědy, lékařský výzkum a léčba, výroba potravin a léčiv a nanotechnologie. Čisté prostory mají zvláštní požadavky na ventilační systémy. Mezi tyto požadavky patří dostatečný průtok a tlak vzduchu, přesná regulace teploty a vlhkosti a také konstantní čistota vzduchu dosažená odfiltrováním i těch nejmenších nečistot. Filtr-ventilační jednotky (FFU) určené pro stropní instalaci kombinují ventilátory s filtrační technologií, což umožňuje tyto požadavky optimálně splnit. Existuje však ještě jedno důležité kritérium, zejména ve velkých čistých prostorech: pokud se používá několik set nebo dokonce několik tisíc FFU, mělo by být uvedení do provozu provedeno rychle a snadno. V současné době se objevují nové oblasti použití pro jednotlivé FFU. Jsou založeny na čištění aerosolů ze vzduchu filtrační technologií, čímž se snižuje virová zátěž, např. v učebnách.

Provoz čistých prostor s FFU je nejekonomičtější možností, jak zajistit čistý přívod vzduchu. Jádrem těchto FFU jsou kompaktní, modulární, vestavěné ventilátory, které jsou pokud možno s co nejnižší výškou, což znamená, že vyžadují malý instalační prostor a pracují s vysokou energetickou účinností. Stále důležitější je však také integrace systémů do sítě. Přívod vzduchu v čisté místnosti (obr. 1) obvykle není samostatným řešením. Místo toho je integrován do celého automatizačního procesu a jeho PLC a SCADA systémů. Stejně jako všechny ostatní informace o senzorech musí být ventilátory FFU integrovány do systémové sítě a jejich stavové informace musí být poskytovány řídicím a vizualizačním systémům. Počáteční uvedení systému čistých prostor do provozu vyžaduje značný čas a peníze. Na základě uživatelských zpráv je čas potřebný k ručnímu připojení datového bodu FFU přibližně pět až deset minut. Čím více ventilátorů se používá, tím větší je potenciál k úsporám. Specialista na ventilátory a motory společnost ebm-papst na to zareagovala a nabízí radiální EC ventilátory, které jsou speciálně navrženy pro instalaci do FFU a mají digitální rozhraní MODBUS RTU s automatickým adresováním, což může výrazně snížit náklady na uvedení do provozu (obr.2).

MODBUS RTU s automatickým adresováním

Sběrnice typu master / slave vždy vyžaduje jedinečné adresy slave. Ventilátory se obvykle dodávají s adresou nastavenou ve výrobním závodě, která je vždy stejná (např. Slave ID = 1). Proto musí být adresám při uvádění do provozu pro provoz ve skupině sítí přidělena jedinečná adresa, nejlépe v pořadí kabeláže MODBUS. Tento časově náročný proces je nyní automatizován pomocí adresování „DCI“ (daisy-chain interface).

Ventilátor vybavený DCI je adresován hardwarovým signálem (15 V / 24 VDC) prostřednictvím pozici Init na síťové zástrčce RJ45, a tak se dočasně stane podřízenou adresou 247. Pouze takto aktivovaná jednotka „poslouchá“ zprávy odeslané na tuto adresu DCI 247 a přijme novou adresu MODBUS odeslanou hlavním ovladačem tomuto podřízenému. Po úspěšném přesměrování tohoto ventilátoru se zapne jeho DCI relé a hardwarový signál (15 V / 24 VDC) se zapne na pin Init dalšího modulu ventilátoru v řetězci. Tento ventilátor je nyní aktivován hardwarovým signálem (počáteční pin) a adresování pokračuje, jak je popsáno výše. Pokud je kabelové schéma známé, lze polohu jednotky ventilátoru ve stropě čistého prostoru určit pomocí pořadí adres nebo kabelové trasy. Místo instalace lze identifikovat pomocí pořadí, ve kterém jsou adresy přiděleny. Ruční přiřazení již není nutné; hlavní řídicí jednotka je schopna řídit celý postup adresování spolu s lokalizací zařízení FFU, která jsou instalována ve stropu čisté místnosti. Došlo k výraznému snížení času a nákladů na uvedení do provozu.

Energeticky účinné a tiché

Po uvedení do provozu se energetická účinnost ventilátorů stává důležitým prvkem provozu. V dnešní době musí výrobci FFU garantovat u aplikací v čistých prostorách celkovou úroveň účinnosti nejméně 50%. Proto existuje velká poptávka nejen po ventilátorech s nejmenší výškou, ale také po energeticky efektivních ventilátorech. Technologie EC má tedy na tomto poli co nabídnout, protože FFU s ní vybavené může dosáhnout úrovně účinnosti více než 50%. Ventilátory EC lze také použít ke splnění přísných požadavků na hlukové emise. K tomuto účelu se obzvláště dobře hodí radiální ventilátory RadiCal (obr. 3), protože jejich oběžná kola byla optimalizována podle nejmodernějších aerodynamických kritérií. Přispívají tedy k výraznému snížení hluku až o 7 dB (A) ve srovnání s konvenčním průmyslovým standardem. Jen pro zajímavost, útlum hlučnosti o 7dB(A) je vnímán lidským sluchem méně jak poloviční hlasitost. Tiché a energeticky úsporné ventilátory v designu FFU jsou k dispozici s průměrem 250, 310, 355, 400 mm a pokrývají úrovně výkonu vzduchu v rozmezí 500- 2500 m³/h s protitlakem až 300 Pa. Díky své konstrukci vnějšího rotoru jsou velmi kompaktní a především s malou výškou 190 až 275 mm, což znamená, že je lze snadno integrovat do stejně kompaktních FFU.

Oběžná kola z plastových kompozitních materiálů již byla úspěšně zavedena pro použití v mnoha prostředích čistých prostor a ukázala se jako účinná. Společnost ebm-papst přesto nechala příslušné materiály otestovat na kompatibilitu čistých prostor v externí laboratoři. Ventilátory z produktové řady RadiCal byly důkladně zkontrolovány na přítomnost látek, které jsou v provozu v čistých prostorách zakázány, a byly hodnoceny podle standardů polovodičového průmyslu. Odpovídajícím testům vyhověly, protože použité materiály jsou neškodné. To znamená, že i v technologii čistých prostor mohou uživatelé těžit z energeticky úsporného inovativního designu plastových oběžných kol. Koneckonců, plast nabízí mnohem širší škálu konstrukčních možností ve srovnání s plechovými materiály. Výsledkem je, že konstrukce celého ventilátoru vede ke zlepšení proudění vzduchu skrze oběžné kolo, což výrazně zvyšuje aerodynamickou účinnost.

Široký napěťový vstup s aktivním PFC

EC ventilátory lze snadno integrovat do FFU (obr. 4). Jsou dodávány jako systémy připravené k připojení, které byly testovány ve výrobě, buď jako EC radiální ventilátory s kabelem a připojovacím panelem, nebo jako plně smontované instalační moduly ventilátoru s montážní deskou a sací dýzou, nosnou deskou motoru, profilovými vzpěrami a ochrannou mřížkou. Díky širokému napěťovému vstupu jsou vhodné pro mezinárodní použití s širokou škálou síťových napětí a síťových frekvencí. Aktivní PFC (Power Factor Correction) funkce zabraňuje překročení přípustných harmonických mezních hodnot během paralelního provozu mnoha EC ventilátorů, což by jinak zatěžovalo napájecí síť. Všechny komponenty distribuce energie, jako jsou síťové transformátory, pojistky, spínače a kabely, mohou být díky aktivnímu PFC navrženy tak, aby byly mnohem menší a nákladově efektivnější. Další externí harmonické filtry nejsou nutné. Netýká se to jen velkých čistých prostor. Ebm-papst také nabízí vhodné komponenty a systémovou technologii pro provoz FFU a monitorování pro menší čisté prostory.

Technologie čistých prostor pro čističky vzduchu

V současné době vznikají zcela nové oblasti použití pro zařízení a dodavatele technologií pro čisté prostory, kteří se specializují na prevenci a ředění koncentrací částic v místnostech. A to je přesně to, co je požadováno pro prevenci a ředění koncentrací aerosolu, které způsobují například virovou zátěž ve třídách. Tuto virovou zátěž lze snížit recirkulací vzduchu pomocí stejné filtrační technologie jako v čistých prostorách. Koncentrace vnitřního aerosolu se snižuje oddělením aerosolů ve filtru HEPA. Tiché ventilátory společnosti ebm-papst tak poskytují praktická řešení.

Svatava Dofková
E-Mail: svatava.dofkova@cz.ebmpapst.com