Air cooling device for clean rooms has air coolers mounted inside ceiling casing on pressure side of circulating fans

Die Erfindung betrifft eine Luftkühlungseinrichtung von mit einem Zu- bzw. Umluft-deckengehäuse ausgebildeten Reinräumen, insbesondere Operationsräumen, umfassend Ventilatoren, Schalldämpfer und Filter sowie als Luftkühler eingesetzte Wärmetauscher und ein im Deckeninneren angeordnetes Mischsystem für die gleichmäßige Vermischung von Um- und Außenluft.
Unter Reinräumen sind abgegrenzte Bereiche zu verstehen, in denen definierte Grenzwerte der Konzentration an luftgetragenen Kontaminationen auch unter Ar-beitsbedingungen eingehalten werden. Hierbei gilt vor allem Staub und Schweb-stoffen ein besonderes Interesse. Dabei ist für die pharmazeutische und medizin-technische Industrie, anders als beispielsweise in der Halbleiterindustrie, die Ab-wesenheit von mikrobiologischen Kontaminationen wie Bakterien, Pilzen und Spo-ren oft noch entscheidender als die Abwesenheit von Schwebstoffen. Die Lüf-tungstechnik spielt daher eine entscheidende Rolle im Reinraum. Eine geeignete und übliche Maßnahme besteht darin, durch den Aufbau von definierten Druckdif-ferenzen in verschiedene Reinheitszonen unterschiedliche Reinheitszonen ge-geneinander abzutrennen. Bei einem höheren Druck im reineren Bereich wird ge-währleistet, daß die Luft stets von der Zone höchster Reinheitsanforderungen zum angrenzenden Bereich niedrigerer Reinheit strömt. Die Druckdifferenz ist dabei mit 5 bis 20 Pa verhältnismäßig hoch, während das durch Spalte und Leckagen über-strömende Luftvolumen relativ gering ist.




Wegen der im pharmazeutischen und medizintechnischen Bereich besonderen einzuhaltenden Bedingungen ist es dort bekannt, reine Bereiche gegenüber an-grenzenden Bereichen mittels turbulenzarmer Verdrängungsströmung abzuschir-men. Bei geringer Druckdifferenz ist hier aber das strömende Luftvolumen gleich-wohl sehr groß. Die somit erreichte Abschottung mittels der strömenden Luft ver-hindert, daß Kontaminationen von weniger reinen in reine Zonen gelangen.
In Reinräumen, insbesondere Operationsräumen, sind daher sogenannte La-minar-Flow-Zuluftdecken mit Luftkühlungseinrichtungen der eingangs genannten Art grundsätzlich bekannt. Sie erzeugen eine weitestgehend keimfreie, laminare Verdrängungsströmung mit leichter Untertemperatur, was im Operationsbereich gleichbedeutend mit einer niedrigen Keimzahl und einer geringen Schadgaskon-zentration im Arbeitsbereich des OP-Personals ist. Bei im Umluftbetrieb mit einem minimalen Außenluftanteil betriebenen Laminar-Flow-Decken ist eine Bauweise bekannt, die außerhalb des Umluftdeckengehäuses angeordnete Umluftmodule, welche mit Ventilatoren sowie Schalldämpfern ausgerüstet sind, zur Umluftförde-rung und ein im Deckeninneren liegendes Mischsystem für die gleichmäßige Mi-schung der Um- und Außenluft aufweist.
Da es häufig vorkommt, daß der minimale Außenluftanteil nicht für die notwendige Abfuhr der Raumkühllasten ausreicht, wird das Deckensystem zusätzlich mit ei-nem Kühler ausgestattet. Hierzu sind Lamellenrohr-Wärmeaustauscher gebräuch-lich, die bei den bekannten Luftkühlungseinrichtungen außerhalb des Deckenfel-des bzw. -gehäuses auf der Saugseite der Umluftventilatoren angeordnet werden. Eine solche Ausführung bringt neben Platzproblemen oftmals den Nachteil er-höhter Strömungswiderstände mit sich, wodurch sich ein höherer Energiever-brauch und eine größere Beeinträchtigung durch Geräusche einstellen. Dies um so mehr, je größer der durch Laminar-Flow einzukapselnde Bereich ist, wie in Operationsräumen, in denen auch die Umgebung des OP-Tisches reingehalten werden muß, um nicht nur die Instrumentierung sondern auch das gesamte Ope-

rationsteam zu schützen. Die einzukapselnde Fläche kann dabei bis 10 m² mit ei-nem entsprechend großen Luftbedarf betragen, was großbauende Zentralgeräte und Leitungen erfordert. Dies bringt vor allem beim Umbau häufig große Platzpro-bleme mit sich, die die ohnehin notwendige umfassende Planung und sachge-rechte Ausführung zusätzlich erschweren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Luftkühlungseinrichtung der eingangs genannten Art ohne die beschriebenen Nachteile zu schaffen, die auch bei durch Zuströmung über das Deckengehäuse zu schützenden großen Berei-chen eine kleine Bauweise ermöglicht und dazu beiträgt, bei einem Umbau Platz-probleme zu verringern.
Diese Aufgabe wird in verblüffender Weise dadurch gelöst, daß die Luftkühler im Inneren des Deckengehäuses auf der Druckseite der Umluftventilatoren angeord-net sind. Die von der bisher ausschließlich üblichen Anordnung der Kühler, vorzugsweise ausgeführt als Lamellenrohr-Wärmetauscher, außerhalb des Zu- bzw. Umluftdeckengehäuses nunmehr erfindungsgemäß völlig abweichende Un-terbringung der Luftkühler im Inneren des Deckengehäuses bringt mehrere Vor-teile mit sich. Durch die Ausnutzung des im Deckengehäuse ohnehin vorhandenen Raums für die Anordnung der Luftkühler wird eine kompakte, keinen zusätzlichen Raumbedarf erfordernde Bauweise erreicht. Gleichzeitig ist eine großzügigere Di-mensionierung der Luftkühler und damit eine Absenkung des Druckverlustes mög-lich. Schließlich wird die Betriebsweise aufgrund der Abfuhr der Ventilator-Verlustwärme auf der Druckseite des Umluftventilators wirtschaftlicher.
Die Bauweise der Luftkühlungseinrichtung mit im Deckengehäuse angeordneten Kühlern läßt sich nach Vorschlägen der Erfindung in der Weise realisieren, daß die Luftkühler zwischen den Umluftventilatoren und den sich in Strömungsrichtung anschließenden Schalldämpfern, alternativ in Strömungsrichtung hinter den Schalldämpfern angeordnet sind.




Eine andere Ausführung der Erfindung sieht vor, daß die Luftkühler als ein inte-grierter Bestandteil der Schalldämpfer ausgebildet sind. In diesem Fall wird nicht einmal zusätzlicher Platz im Deckengehäuse beansprucht, sondern der in den Schalldämpfern in den luftführenden Kanälen vorhandene freie Raum zur Unter-bringung der Kühler genutzt, ohne daß hierdurch die Wirkung des Schalldämpfers herabgesetzt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführung bei im Inneren des Schalldämpfers integrier-ten Luftkühlern sind in den luftführenden Kanälen der Schalldämpfer Kapillarrohr-Kühlmatten angeordnet. Diese in der Klimatechnik an sich bekannten, vorzugs-weise aus Polypropylen bestehenden Kapillarrohr-Kühlmatten sind im Gegensatz zu Lamellenrohr-Wärmetauschern sehr viel einfacher zu reinigen und unterstützen somit die hohen Reinheitsansprüche.
Es wird vorgeschlagen, daß die Kapillarrohr-Kühlmatten als mehrfach gewundene Einsätze mit außerhalb der Schalldämpfer liegendem Ein- und Auslaß ausgebildet sind. Hierdurch ist einerseits ein einfacheres Verlegen möglich, weil die Kühlmat-ten als Paket vorliegen, andererseits läßt sich der gesamte freie Schalldämpfer-Querschnitt mit den Kühlmatten ausfüllen.
Weitere Vorschläge der Erfindung sehen vor, daß als Kapillarrohr-Kühlmatten ausgebildete Luftkühler zumindest einlagig entlang der oberen Deckengehäuse-fläche verlegt sind, alternativ oder ergänzend einem an der Luftaustrittsseite des Deckengehäuses angeordneten Schwebstoffilter in Strömungsrichtung vorge-schaltet sind. Während bei der Auskleidung der Innenfläche des Deckengehäuses zur Kühlung ein großer Strahlungsanteil wirksam werden muß, ist bei der alterna-tiven Ausführung der Konvektionsanteil höher, weil bei der Anordnung vor dem Schwebstoffilter der Kühler in der Luftströmung selbst angeordnet ist.




Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Aus-führungsbeispielen der Erfindung. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung am Beispiel eines OP-Raumes einen Reinraum mit einem darin angeordneten Zu- bzw. Umluftdecken-Gehäuse;
Fig. 2 als Einzelheit des Raumes nach Fig. 1 eine Teilansicht des Dec-kengehäuses mit einem darin hinter dem Schalldämpfer angeordne-ten Luftkühler;
Fig. 3 eine der Darstellung nach Fig. 2 entsprechende Ansicht mit dem-gegenüber zwischen einem Umluftventilator und dem Schalldämpfer angeordneten Luftkühler;
Fig. 4 eine der Darstellung nach Fig. 2 entsprechende Ansicht mit dem-gegenüber im Inneren des Schalldämpfers angeordnetem Luftkühler;
Fig. 5 eine Darstellung wie in Fig. 4 mit demgegenüber anderer Ausfüh-rung des im Schalldämpfer angeordneten Luftkühlers;
Fig. 6 eine der Darstellung nach Fig. 2 entsprechende Ansicht mit dem-gegenüber anders ausgebildetem und angeordnetem Luftkühler; und
Fig. 7 eine Darstellung wie Fig. 6 mit demgegenüber in Luftrichtung vor und parallel zur Ebene eines Schwebstoffilters angeordnetem Luft-kühler.




Ein im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als Reinraum dargestellter OP-Raum 1 besitzt einen durch eine Laminar-Flow-Decke 2 unter Einschluß seiner näheren Umgebung durch einen Luftvorhang eingeschotteten OP-Tisch 3 mit darüber im Abstand aufgehängten Leuchten 4 . Die Laminar-Flow-Decke 2 ist oberhalb des OP-Tisches 3 mit einem Zu- bzw. Umluftdeckengehäuse 5 ausgebildet, das seit-lich durch nach unten hin verlaufende, gleichzeitig den durch Pfeile 6 verdeutlich-ten Laminarstrom leitende Medienbrücken 7 begrenzt ist. Darin sind die Versor-gungsleitungen wie für Strom, Gaszu- und abfuhr etc. untergebracht. Außerhalb des Deckengehäuses 5 sind mehrere (in der Regel vier) im Raum 1 verteilt ange-ordnete und an der Laminar-Flow-Decke 2 außerhalb des Deckengehäuses 2 be-festigte Umluftmodule 8 der Luftkühlungseinrichtung vorgesehen; sie besitzen als Vorfilter einen Feinstaubfilter 9 , eine saugseitige Schalldämpfung 10 und einen Umluftventilator 11 . Dieser fördert die angesaugte Umluft in einen im Inneren des Deckengehäuses 5 , d. h. druckseitigen Schalldämpfer 12 , dem sich in Strömungs-richtung (Pfeil 13 ) ein als Lamellenrohr-Wärmetauscher, vorzugsweise in der Ausführung Kupfer-Aluminium, ausgeführter Luftkühler 14 anschließt. Zwischen den beiden Luftkühlern 14 mündet im Deckengehäuse 5 eine von außen gekühlte Frischluft zuführende Luftleitung 15 , wobei das Mündungsende als Mischkanal 16 ausgebildet ist. Bevor die über das Deckengehäuse 5 zugeführte Luft dem OP-Tisch 3 zuströmt, passiert sie einen Nach- bzw. Schwebstoffilter 17 , der am luft-austrittsseitigen Ende des Deckengehäuses 5 angeordnet ist.
Die im Innenraum des Deckengehäuses 5 auf der Druckseite des Umluftventila-tors 11 vor dem Schalldämpfer 12 angeordneten Luftkühler 14 zeigt in verein-fachter Darstellung die Fig. 2. Eine davon abweichende Variante ist in Fig. 3 dargestellt, und zwar ist hier der Luftkühler 14 im Inneren des Deckengehäuses 5 dem Schalldämpfer 12 vorgeschaltet, d. h. er ist zwischen diesem und dem Um-luftventilator 11 angeordnet.




Bei ansonsten unveränderter Bauweise der Luftkühlungseinrichtung des Reinrau-mes 1 , d. h. mit im Inneren des Deckengehäuses 5 vorgesehenen Luftkühlern, sind in den Fig. 3 bis 6 verschiedene Ausführungsvarianten dargestellt. So ist nach Fig. 4 ein Luftkühler in Form einer Kapillarrohr-Kühlmatte 114 unmittelbar in dem luftführenden Kanal 18 des Schalldämpfers 12 verlegt. Das gleiche gilt für die Ausführung nach Fig. 5, mit dort allerdings in mehrlagiger Paketform ausgeführ-ter Bauweise der Kapillarrohr-Kühlmatten 114 a. Abweichend von der Fig. 4 en-den hier allerdings die mehrlagigen Kapillarrohr-Kühlmatten-Einsätze 114 a mit ihrem Ein- bzw. Auslaß 19 bzw. 20 in Strömungsrichtung vor dem Schalldämper 12 und liegen somit außerhalb des luftführenden Kanals 18 .
Eine andere Art der Verlegung von Kapillarrohr-Kühlmatten 214 im Inneren des Deckengehäuses 5 zeigen die Fig. 6 und 7. Nach Fig. 6 ist eine Kapillarröhr-Kühlmatte 214 einlagig an der oberen Innenfläche des Deckengehäuses 5 verlegt. Bei der Variante nach Fig. 7 ist eine einlagige Kapillarrohr-Kühlmatte 214 unmit-telbar in der Luftströmung oberhalb des Schwebstoffilters 17 und in einer dazu parallelen Ebene verlegt.
Allen Varianten ist gemeinsam, und zwar unabhängig von der jeweiligen Gestal-tung des Luftkühlers 14 , 114 , 114 a bzw. 214 , daß zu ihrer Unterbringung der Platz im Inneren des Deckengehäuses 5 ausgenutzt wird, so daß sich für die Luftküh-lungseinrichtung des Reinraumes 1 eine äußerst kompakte Bauweise ergibt, die insbesondere die Nachrüstung vorhandener Reinräume ermöglicht, weil kein zu-sätzlicher Platz erforderlich ist. Die Luftkühler lassen sich dabei unter Ausschöp-fung des im Inneren des Deckengehäuses 5 zur Verfügung stehenden Raumes großzügig dimensionieren, wodurch der Druckverlust entscheidend verringert wird.