Ламинарный шкаф
LAMINAR FLOW CABINET

Изобретение относится к средствам для защиты исследуемого продукта, например, для использования в областях науки и техники, требующих особой чистоты и стерильных условий, например, для микроэлектроники; транспорта; здравоохранения, в частности для организации стерильного бокса или очистки воздуха после инфекционных отделений; ветеринарии; систем аспирации зданий и сооружений; сельского хозяйства или микробиологии, в частности при микроклонировании растений.
Основной функцией устройства является создание ламинарного потока стерильного воздуха в рабочей камере, в которой проводятся работы, требующие стерильной чистоты, а также недопущение попадания в данную камеру загрязненного (контаминированного) воздуха извне.
Известен ламинарный шкаф, корпус которого выполнен в виде замкнутой объемной фигуры с образованием в нем внутренней рабочей камеры и содержит, по крайней мере, столешницу, лицевую полупрозрачную панель и боковые крышки, при этом внутри корпуса размещен воздуховод с расположенными в нем фильтрами, устройствами обеззараживания воздуха, управляющими заслонками, а также всасывающим вентилятором, установленным на выходе из воздуховода, причем воздуховод связан с окружающей средой посредством выходного канала и, по меньшей мере, одного входного канала, а лицевая панель снабжена откидной крышкой с возможностью проведения работ внутри рабочей камеры (RU 164789 U1, опуб., 20.09.2016).
Недостатками известного шкафа являются низкая степень защиты его внутренней полости от проникновения в нее нежелательных продуктов, а также защиты окружающей среды от попадания в нее исследуемых продуктов из рабочей камеры.
Технической проблемой является устранение отмеченного недостатка.
Технический результат заключается в повышении степени защиты как внутренней рабочей камеры шкафа от проникновения в нее нежелательных продуктов, так и внешней среды.
Проблема решается, а технический результат достигается тем, что ламинарный шкаф, корпус которого выполнен в виде замкнутой объемной фигуры с образованием в нем внутренней рабочей камеры и содержит, по крайней мере, столешницу, лицевую полупрозрачную панель и боковые крышки, при этом внутри корпуса размещен воздуховод с расположенными в нем фильтрами, устройствами обеззараживания воздуха, регулируемыми заслонками, а также всасывающим вентилятором, установленным на выходе из воздуховода, причем воздуховод связан с окружающей средой посредством выходного канала и, по меньшей мере, одного входного канала, а лицевая панель снабжена откидной крышкой с возможностью проведения работ внутри рабочей камеры, при этом согласно изобретению во входном канале воздуховода установлена входная регулируемая заслонка, воздуховод сообщен с рабочей камерой посредством всасывающего канала с установленной в нем дополнительной регулируемой заслонкой, на выходе всасывающего канала установлен генератор озона, воздуховод сообщен с рабочей камерой при помощи дополнительного всасывающего канала с установленной в нем сеткой, имеющей на ее поверхности со стороны рабочей камеры покрытие, отражающее ультрафиолетовое излучение, в воздуховоде перед вентилятором последовательно установлены ультрафиолетовый бактерицидный излучатель, фильтр грубой очистки, ультрафиолетовый бактерицидный излучатель, на выходе вентилятора установлен фильтр-стерилизатор, а на выходе из фильтра-стерилизатора образован ресивер стерильного воздуха, сообщенный с рабочей камерой посредством выравнивающего давление фильтра, а также с окружающей средой посредством выходного канала с установленной в нем выходной регулируемой заслонкой, причем в рабочей камере установлен ультрафиолетовый бактерицидный излучатель, с возможностью периодической стерилизации ее внутреннего объема при закрытой откидной крышке, на выходе вентилятора в конфузоре установлен ультрафиолетовый бактерицидный излучатель с возможностью непрерывного облучения входной поверхности фильтра-стерилизатора, а в ресивере установлен ультрафиолетовый бактерицидный излучатель с возможностью непрерывного облучения выходной поверхности фильтра-стерилизатора.
Выравнивающий давление фильтр может быть выполнен в виде потолочной панели рабочей камеры, отделяющей камеру от полости ресивера. Всасывающий канал может быть сообщен с рабочей камерой при помощи вентиляционной сетки, расположенной у края столешницы вдоль ее стыка с откидной крышкой. Вентиляционная сетка дополнительного всасывающего канала расположена вдоль столешницы в перегородке, разделяющей рабочую камеру и воздуховод. Входной канал может быть снабжен воздухозаборной сеткой. Шкаф может быть снабжен датчиками, измеряющими давление в рабочей камере, во всасывающем канале, ресивере, а также замеряющими перепад давления на входе и выходе фильтров и входе и выходе вентилятора. В рабочей камере может быть установлен датчик скорости воздуха. Шкаф может быть снабжен системой импульсной регенерации фильтра грубой очистки стерильным воздухом из ресивера стерильного воздуха, дополнительно сжатого внешним компрессором. На входе всасывающего канала может быть установлено устройство кондиционирования входящего потока для подогрева, охлаждения, осушения и влажной фильтрации через водный раствор озона забираемого извне контаминированного воздуха.
На фиг. 1 показана объемная схема ламинарного шкафа;
На фиг. 2 - схема на виде сбоку.
Корпус ламинарного шкафа 1 выполнен в виде замкнутой объемной фигуры с образованием в нем внутренней рабочей камеры 2 и содержит, по крайней мере, столешницу 3, лицевую полупрозрачную панель 4 и боковые крышки 5 и 6. Лицевая панель 4 снабжена откидной крышкой 7 с возможностью проведения работ внутри рабочей камеры 2. Внутри корпуса размещен воздуховод 8. Во входном канале 9 воздуховода 8, посредством которого он сообщается с атмосферой, установлена входная регулируемая заслонка 10. Воздуховод 8 сообщен с рабочей камерой 2 посредством всасывающего канала 11 с установленной в нем дополнительной регулируемой заслонкой 12. Всасывающий канал 11 может быть сообщен с рабочей камерой 2 при помощи вентиляционной сетки 13, расположенной у края столешницы 3 вдоль ее стыка с откидной крышкой 7. На выходе всасывающего канала 11 установлен генератор 14 озона.
Воздуховод 8 сообщен с рабочей камерой 2 также при помощи дополнительного всасывающего канала 15 с установленной в нем сеткой 16, имеющей на ее поверхности со стороны рабочей камеры 2 покрытие, отражающее ультрафиолетовое излучение. В воздуховоде 8 установлен вентилятор 17, перед которым последовательно установлены ультрафиолетовый бактерицидный излучатель 18, фильтр грубой очистки 19, ультрафиолетовый бактерицидный излучатель 20. На выходе вентилятора 17 установлен фильтр-стерилизатор 21. На выходе из фильтра-стерилизатора 21 образован ресивер 22 стерильного воздуха, сообщенный с рабочей камерой 2 посредством выравнивающего давление фильтра 23, а также с окружающей средой посредством выходного канала 24 с установленной в нем выходной регулируемой заслонкой 25. Причем в рабочей камере 2 установлен ультрафиолетовый бактерицидный излучатель 26 с возможностью периодической стерилизации ее внутреннего объема при закрытой откидной крышке 7, на выходе вентилятора 17 в конфузоре 27 установлен ультрафиолетовый бактерицидный излучатель 28 с возможностью непрерывного облучения входной поверхности фильтра-стерилизатора 21, а в ресивере 22 установлен ультрафиолетовый бактерицидный излучатель 29 с возможностью непрерывного облучения выходной поверхности фильтра-стерилизатора 21.
Выравнивающий давление фильтр 23 может быть выполнен в виде потолочной панели рабочей камеры 2, отделяющей камеру 2 от полости ресивера 22. Вентиляционная сетка 16 дополнительного всасывающего канала 15 расположена вдоль столешницы 3 в перегородке 30, разделяющей рабочую камеру 2 и воздуховод 8. Входной канал 9 может быть снабжен воздухозаборной сеткой 31.
Шкаф снабжен датчиками, измеряющими давление, в частности, датчиком 32 в рабочей камере 2, датчиком 33 во всасывающем канале 11, датчиком 34 в ресивере 22, а также датчиками, замеряющими перепад давления на входе и выходе фильтров 19, 21, 23, а также на входе и выходе вентилятора 17. Так, датчик 35 замеряет перепад давления на фильтре грубой очистки 19, датчик 36 - на фильтре-стерилизаторе 21, датчик 37 - на выравнивающем давление фильтре 23, датчик 38 - на входе и выходе вентилятора 17. Кроме того может быть установлен датчик 39 разрежения перед фильтром грубой очистки 19.
В рабочей камере 2 также установлен датчик 40 скорости воздуха.
Для контроля движения воздушных масс на участке с наибольшей вероятностью загрязнения (в зазоре между столешницей 3 и лицевой панелью 4 могут устанавливаться индикаторы 41 потока в виде бахромы (гибких легких нитей или лент), расположенной вдоль указанного зазора. За счет малого веса и эластичности данные нити указывают направление потоков воздуха, позволяя оперативно определить вероятное попадание загрязненного воздуха через щель между столешницей 3 и лицевой панелью 4 в рабочую камеру 2.
Ультрафиолетовые бактерицидные излучатели (УФ-излучатели), применяемые в устройстве, могут быть выполнены на основе светодиодов различной длины волны, газоразрядных ламп и/или их комбинаций.
Для регенерации фильтра грубой очистки 19 могут быть установлены дополнительная регулируемая заслонка 43, отсекающая выход фильтра грубой очистки 19 от воздуховода, регулируемая заслонка 44, перекрывающая дополнительный всасывающий канал 15, патрубок 42 и предусмотрена импульсная подача стерильного воздуха из ресивера 22 дополнительно сжатого компрессором (на чертеже не показан) через патрубок 42, при этом регулируемая заслонки 43, отсекающая выход фильтра грубой очистки 19 от воздуховода, регулируемая заслонка 44, перекрывающая дополнительный всасывающий канал 15, регулируемая заслонка 12, перекрывающая всасывающий канал 11 закрываются, а регулируемая заслонка 10 открывается. Таким образом, сброс пыли из входа фильтра грубой очистки 19 происходит через канал 9. Во избежание загрязнения окружающего воздуха при регенерации на сетку 31 может быть одет фильтр-мешок или подсоединен рукав для сброса во специальный сбросной воздуховод (на чертеже не показаны).
Описываемый ламинарный шкаф работает следующим образом. Нестерильный воздух через отверстия в сетках 13, 31, и воздух из потенциально застойных зон рабочей камеры 2 через отверстия в сетке 16 попадает в воздуховод 8 (на чертежах показан пунктиром), где подвергается воздействию излучения от ультрафиолетового бактерицидного излучателя 18. Заслонки 10, 12 позволяют регулировать скорость всасывания воздуха через сетки 13 и 31.
При полностью закрытой регулируемой заслонке 12 и частично или полностью открытой регулируемой заслонке 10 в воздушном балансе устройства создаются излишки, которые выводятся через щель между столешницей 3 и лицевой панелью 4 при открытой крышке 7, препятствуя тем самым попаданию контаминированного воздуха извне в рабочую камеру.
При открытой регулируемой заслонке 12 загрязненный воздух, попадающий в щель между лицевой панелью 4 и столешницей 3 при открытой крышке 7 втягивается в систему вентиляции через сетку 13 и затем попадает в систему очистки и стерилизации, где облучается ультрафиолетовым бактерицидным излучателем 18.
Затем, частично стерилизованный ультрафиолетовым излучением воздух проходит через фильтр грубой очистки 19, в котором происходит очистка его от механических частиц (пыль и т.п.). При этом поверхность фильтра грубой очистки 19 непрерывно облучается ультрафиолетовым бактерицидным излучателем 18 на входе и 20 на выходе.
После прохождения фильтра грубой очистки 19 предварительно очищенный и стерилизованный воздух проходит дополнительное облучение от ультрафиолетового бактерицидного излучателя 20 и попадает на всас вентилятора 17. Нагнетаемый вентилятором воздух проходит через конфузор 27, где облучается ультрафиолетовым бактерицидным излучателем 28 и попадает на фильтр-стерилизатор 21, в котором задерживаются бактерии, вирусы, споры грибков. После прохождения фильтра-стерилизатора 21 стерильный воздух попадает в герметизированную камеру-ресивер 22, в которой он также подвергается дополнительному облучению от ультрафиолетового бактерицидного излучателя 29. При этом, поверхность фильтра-стерилизатора 21 непрерывно облучается ультрафиолетовым бактерицидным излучателем 28 на входе и 29 на выходе. На выходе из ресивера 22 установлен выравнивающий давление фильтр 23, задачей которого является выравнивание давления по всей площади входа в рабочую камеру 2 через потолочную панель, функции которой выполняет выравнивающий давление фильтр 23. После прохождения выравнивающего давление фильтра 23 и выравнивания давления, ламинарный поток стерильного воздуха попадает в рабочую камеру 2, создавая избыточное относительно окружающего устройство воздуха давление.
Стерильный воздух попадает в рабочую камеру 2, где проводятся манипуляции, требующие стерильных и особо чистых условий.
Для исключения образования застойных зон в рабочей камере организован воздухооборот, с этой целью воздух из потенциально застойных зон откачивается через сетку 16.
Генератор 14 озона используется для стерилизации с целью предотвращения образования возможных колоний микроорганизмов в фильтрах 19, 21, 23. Режим его работы - периодический. При выполнении озон-стерилизации, во избежание негативного воздействия на человека, крышка 7 должна быть закрыта, причем установленный датчик определения закрытой крышки 7 блокирует запуск генератора 14 озона при незакрытой крышке 7 (датчик на чертежах не показан). В режиме озон-стерилизации регулируемая заслонка 10 закрывается, перекрывая поступление дополнительного объема воздуха. При этом регулируемая заслонка 12 также закрыта. Озон генерируется из кислорода, имеющегося в объеме рабочей камеры 2, ресивера 22 и системы воздуховодов. Осуществляется циркуляция озона в замкнутом пространстве.
По завершении цикла озон-стерилизации происходит продувка ламинарного шкафа для удаления озона, при этом регулируемая заслонка 12 частично открывается, обеспечивая поступление некоторого количества свежего воздуха, регулируемая заслонка 25 открывается, осуществляя сброс избыточных объемов озона через выходной канал 24 и специальный воздуховод в окружающую среду.
Одновременно с озон-стерилизацией происходит периодическая стерилизация рабочей камеры УФ-излучением от ультрафиолетового бактерицидного излучателя 26 при закрытой крышке 7.
Для устранения неосвещаемых УФ-излучателями зон, все изгибы исполняются с углом не более 30 град или в виде плавных скруглений радиусом не менее 15 мм, а внутренняя поверхность воздуховода 8, ресивера 22, рабочей камеры 2 покрывается слоем, отражающим УФ-излучение в спектре работы установленных ультрафиолетовых бактерицидных излучателей.
Стерильность рабочей камеры обеспечивается путем исключения попадания загрязненного (контаминированного) воздуха через негерметичности корпуса путем создания и избыточного давления стерильным воздухом, подаваемым через выравнивающий давление фильтр 23, при этом загрязненный воздух, попадающий в щель между лицевой панелью 4 и столешницей 3 при открытой крышке 7, втягивается в систему вентиляции через сетку 13 и затем проходит через систему очистки и стерилизации.
Повышение степени защиты как рабочей камеры 2, так и окружающей среды достигается также за счет повышения надежности устройства путем контроля за состоянием фильтрующих элементов 19, 21 и 23, производительности вентилятора 17 и величиной избыточного давления в рабочей камере 2 при помощи датчиков давления.
Для повышения контролируемости процесса стерилизации устройство снабжено датчиками давления, позволяющими контролировать процесс и сигнализировать о проблемах в случае выхода значений давления за установленный диапазон.
Датчик 32 осуществляет контроль избыточного давления стерильного воздуха в рабочей камере 2 относительно давления окружающей среды;
датчик 33 - контроль разрежения после сетки 13 относительно давления окружающей среды;
датчик 39 - контроль разрежения на входе в фильтр грубой очистки 19;
датчик 35 - контроль перепада давления на фильтре грубой очистки 19 (при этом в случае низкого перепада давления возможен разрыв фильтра или его негерметичность, а также в случае высокого перепада давления возможно, что фильтр загрязнен и требует очистки или замены);
датчик 38 - контроль перепада давления на вентиляторе 17, при этом в случае низкого перепада давления возможны негерметичность или выход из строя вентилятора;
датчик 36 - контроль перепада давления на фильтре-стерилизаторе 21, при этом в случае низкого перепада давления возможен разрыв фильтра или его негерметичность, а в случае высокого перепада давления возможно, что фильтр загрязнен и требует очистки или замены;
датчик 34 - контроль избыточного давления в ресивере 22 стерильного воздуха относительно окружающей среды, при этом в случае низкого давления возможна негерметичность ресивера или выравнивающего давление фильтра 23;
датчик 37 - контроль перепада давления на выравнивающем давление фильтре 23, при этом в случае низкого перепада давления возможен разрыв фильтра или его негерметичность, а в случае высокого перепада давления возможно, что фильтр загрязнен и требует очистки или замены.
Также с целью контроля скорости ламинарного потока стерильного воздуха в рабочей камере 2 установлен датчик 40 скорости воздуха.
Для регенерации фильтра грубой очистки 19 может быть предусмотрена импульсная подача стерильного воздуха из ресивера 22 сжатого компрессором (на чертеже не показан) через патрубок 42, при этом регулируемая заслонка 43, отсекающая выход фильтра грубой очистки 19 от воздуховода, регулируемая заслонка 44, перекрывающая дополнительный всасывающий канал 15, регулируемая заслонка 12, перекрывающая всасывающий канал 11, закрываются, а регулируемая заслонка 10 открывается. Таким образом сброс пыли происходит через канал 9. Во избежание запыления окружающего воздуха при регенерации на сетку 31 одевается фильтр-мешок или подсоединяется рукав для сброса в специальный сбросной воздуховод (на чертеже не показаны).
Таким образом, предлагаемое устройство для очистки и стерилизации воздуха позволяет повысить эффективность его работы за счет повышения степени защиты как внутренней рабочей камеры 2 шкафа от проникновения в нее нежелательных продуктов, так и защиты внешней среды от попадания в нее нежелательных или вредных продуктов, полученных в процессе проводимых в рабочей камере 2 исследований. Эффективность защиты повышается за счет предложенной расстановки оборудования и приборов в заданной последовательности с многоэтапной стерилизацией воздуха и обеспечением ламинарного его течения с целью недопущения перемешивания, что повышает качество его стерилизации. При этом обеспечивается самодиагностика каждого элемента системы, что позволяет эффективно реагировать на ухудшение качества стерилизации.