DE2716317A1

DE2716317A1 - Verfahren und vorrichtung zur belueftung einer mit biologischen und/oder giftigen stoffen belegbaren arbeitsflaeche

Info

Publication number: DE2716317A1
Application number: DE19772716317
Authority: DE
Inventors: Jerome J Landy
Original assignee: Individual
Current assignee: Germfree Laboratories Inc
Priority date: 1976-04-08
Filing date: 1977-04-07
Publication date: 1977-10-27
Also published as: GB1530867A; DE2716317C2; JPS52126281A; CA1102609A; FR2347115A1; US4098174A; FR2347115B1; JPS60168545U

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

Jerome J. Landy 246/90

Verfahren und Vorrichtung zur Belüftung einer mit biologischen und/ oder giftigen Stoffen belegbaren Arbeitsfläche

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Belüftung einer mit biologischen und/oder giftigen Stoffen belegbaren Arbeitsfläche innerhalb eines mit einer Öffnung zur Handhabung der Stoffe versehenen Abzuges, und sie erstreckt sich ebenso auf eine besonders zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

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Mit derartigen Anlagen werden in Laboratorien biologische Proben untersucht. Dabei kann es sich speziell um krebserregende Substanzen, oder um andere, giftige Materialien handeln, die im allgemeinen von geschulten Pathologen oder Labortechnikern zu untersuchen sind. Wegen der von diesen Stoffen ausgehenden Gefahr dürfen sich auf keinen Fall innerhalb einer solchen Anlage explosive Dämpfe, z.B. Ätherdämpfe, ansammeln, damit scheidet eine Anlage mit zirkulierender Luftführung aus.

Es müssen darüber hinaus aber noch andere Bedingungen erfüllt sein. Nachfolgend werden in einer Zusammenfassung alle Bedingungen genannt, die bisher teilweise, jedoch nie in ihrer Gesamtheit von bisher bekannten Anlagen erfüllt werden:

1. Die Abschirmung des Bedienungspersonals gegen die Kontaminierung durch potentiell ansteckende Partikel, wie z.B. Bakterien, Viren, Parasiten, Pilze und dergleichen,

2. Aufrechterhalten einer sterilen, laminaren Luftströmung über eine Arbeitsfläche als Schutz für die darauf abgelegten Stoffe,

3. Abschirmen des Bedienungspersonals gegen schädliche Dämpfe, potentiell krebserregende und explosive Flüssigkeiten und Gase, sowie gegen radioaktives Material und

4. Aufrechterhalten eines jederzeit freien Zuganges für die Hände der Bedienungsperson zu der Arbeitsfläche.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Belüftung einer solchen Arbeitsfläche zu schaffen, die alle vorgenannten Bedingungen restlos erfüllt.

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Die Erfindung besteht darin, daß die Arbeitsfläche von oben mit einem laminaren, gefilterten Luftstrom angeblasen wird, daß in einer Kammer unterhalb der Arbeitsfläche ein Unterdruck aufrechterhalten wird, dessen Saugwirkung den gefilterten Luftstrom seitlich an der Arbeitsfläche vorbei nach unten zieht sowie einen durch die Handhabungsöffnung einströmenden Umgebungsluftstrom ausschließlich vor der Arbeitsfläche nach unten zieht, und daß diese beiden Luftströme aus der Unterdruckkammer herausgesaugt und ggfs. unter Zuhilfenahme einer Reinigungseinrichtung aus einem von der Öffnung entfernt liegenden Auslaß heraus in die Umgebung geblasen werden.

Das erfindungsgeinäße Verfahren sieht also vor, daß die Arbeitsfläche fortlaufend von einem sterilen, laminaren Luftstrom angeblasen wird, wodurch sichergestellt ist, daß die auf der Arbeitsfläche abgelegten Stoffe nicht durch Einflüsse aus der Umgebungsluft verändert werden. Dennoch bleibt die Arbeitsfläche von der Umgebung her durch eine entsprechende Öffnung zugänglich, wobei dafür gesorgt wird, daß die durch die Öffnung einströmende Umgebungsluft vor der Arbeitsfläche durch eine zwischen der Öffnung und der Arbeitsfläche vorgesehene Luftdurchführung nach unten abgesaugt wird, so daß keine Kontaminierung der auf der Arbeitsfläche abgelegten Stoffe durch die eindringende Umgebungsluft eintreten kann.

Der über die Arbeitsfläche geleitete, laminare, sterile Luftstrom wird ebenfalls an der Arbeitsfläche vorbei teilweise durch dieselben Luftdurchführungen unter die Arbeitsfläche gesaugt, von wo aus beide hier angelangten Luftströme ggfs. unter Einschaltung einer Reinigungsanlage wieder der Umgebung zugeführt werden. Die innerhalb der Anlage befindliche Luft wird also stets gänzlich aus der Anlage herausgebracht.

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Trotz der Nähe der öffnung an der Arbeitsfläche kann die durch die öffnung eindringende Umgebungsluft nicht auf die Arbeitsfläche gelangen, da sie einmal durch den darauf gerichteten, sterilen Luftstrom gewissermaßen abgeschirmt ist, und zum anderen durch den Unterdruck unterhalb der Arbeitsfläche die Umgebungsluft sofort eine vertikal nach unten gerichtete Strömungsrichtung einnimmt.

Die insgesamt abgesaugte Luftmenge sollte gegenüber der sterilen Luftmenge mindestens das Verhältnis 2 : 1 aufweisen, wobei ein Verhältnis von 3 : 1 optimale Ergebnisse liefert. Verhältnisse von weniger als 2 : 1 beinhalten das Risiko, daß bei bestimmten Bewegungen der Arme bzw. der Hände der Bedienungsperson ein Teil der kontaminierten Luft über der Arbeitsfläche beim Auftreffen auf die Arme bzw. Hände abgelenkt und durch die öffnung in die Umgebung geleitet wird. Das jeweils günstigste Verhältnis kann empirisch unter Zuhilfenahme von Rauch oder anderen Informatoren in Abhängigkeit von der jeweiligen Handhabung gewählt werden.

Zur Durchführung des Verfahrens geht die Erfindung von einer Vorrichtung aus, die aus einem geschlossenen, mit einem Sichtfenster und einer öffnung versehenen Gehäuse besteht, in dem eine mit einer Arbeitsfläche versehene Platte an einer Halterung befestigt ist, wobei ein Abluftgebläse an einem mit der Umgebung über einen Auslaß verbundenen Sammelkanal angeschlossen ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, daß oberhalb der Platte in dem Gehäuse ein Zuluftgebläse mit Blasrichtung auf die Platte und zwischen dem Zuluftgebläse und der Platte ein Filter angeordnet ist und daß die Halterung mit Luftdurchführungen versehen ist, die in einer mit der Saugseite des Abluftgebläses verbundenen Unterdruckkammer münden.

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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Frontansicht der

erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der linken

Hälfte der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung und

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie

3-3 in Fig. 2 in einem kleineren Maßstab.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Gesamtansicht dargestellt. Ihr Gehäuse 10 ist an seiner Frontwand mit einem durchsichtigen Fenster 11 versehen. Unterhalb des Fensters 11 befindet sich eine öffnung 14, die über die gesamte Breite des Gehäuses 10 verläuft und in vertikaler Richtung relativ schmal ausgeführt ist. Unterhalb der öffnung 14 ist eine Aussparung 12 vorgesehen, in die die Bedienungsperson, wenn sie vor dem Gehäuse 10 Platz nimmt, ihre Knie j hineinschieben kann, so daß sie sehr nahe an das Fenster 11 herankommen kann, ihre Knie aber nicht durch den unteren Teil des Gehäuses 10 behindert werden.

Das Gehäuse 10 besitzt außerdem noch zwei Seitenwände 16 und ein Oberteil 18, auf daß eine Abluftfilter-Einheit 15

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aufgesetzt ist. Außerdem befindet sich hier noch ein Zuluftgebläse 20, das von einem Antriebsmotor 30 in Bewegung gesetzt werden kann.

Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, befindet sich an der Rückseite des Gehäuses 10 ein Sammelkanal 21 für Abluft, der an die Druckseite eines Abluftgebläses 25 angeschlossen ist, das die hinter einer Rückwand 22 der Aussparung 12 angesammelte Luft ansaugt. Zum Antrieb des Gebläses 25 ist ein Antriebsmotor 27 vorgesehen. Am Ende des Sammelkanals 21 ist innerhalb der Abluftfilter-Einheit 15 ein den HEPA-Vorschriften genügender Filter 17 angeordnet, und von dort aus gelangt die Luft entweder zu einer Reinigungsanlage (z.B. Verbrennungsofen und/oder Wascheinheit) oder zu einer außerhalb des Gehäuses 10 gelegenen Stelle, die von der Bedienungsperson vollständig abgeschirmt ist.

In der seitlichen Schnittansicht in Fig. 2 ist eine Platte 28 mit einer oberen Arbeitsfläche dargestellt, die von einer darunter befindlichen Halterung 29 gestützt wird und an ihrer Vorder- und Rückseite perforiert ist, wobei jedoch die Enden jeweils unperforiert sind. Zusätzlich zu der Halterung 29 ist eine überlaufpfanne 31 angeordnet, die ebenfalls von der Halterung 29 gestützt wird, wodurch Flüssigkeiten, die von der Platte 28 ablaufen, von der Uberlaufpfanne 31 aufgefangen werden. Die aus der Platte 28,der Halterung 29 und der Überlaufpfanne 31 gebildete Einheit ist an ihrem vorderen Bereich unmittelbar unterhalb der öffnung 14 mit einer weiteren Halterung 32 versehen, deren anderes Ende an der Frontwand des Gehäuses 10 befestigt ist. In der Nähe der hinteren Plattenseite ist diese Einheit im Bereich der Uberlaufpfanne 31 an der einen Wand 39 befestigt, die die Rückwand einer Arbeitskammer 45

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und zugleich die Vorderwand des Sammelkanals 21 bildet.

Der von dem Zuluftgebläse 20 nach unten gerichtete Luftstrom gelangt über eine Sammelkammer 48 zu einem den HEPA-Vorschriften genügenden Filter 35 unterhalb der Sammelkammer 48. Der Filter 35 für den Zuluftstrom wird mit Hilfe eines Rahmens 36 in seiner Position gehalten. Sowohl der Abluftfilter 17 als auch der Zuluftfilter 35 sind in jedem Fall nach Art einer Versiegelung in eingebautem Zustand abgedichtet, so daß die von dem Zuluftgebläse 20 in das Gehäuse 1O gelangende Luft und alle aus dem Gehäuse herausgeblasene Luft durch die entsprechenden Filter hindurchgeht.

Zur sicheren Führung der Luft innerhalb des Gehäuses sind dessen rückseitige Abschlußwand 38 ebenso wie auch die Rückwand 39 der Arbeitskammer 45 doppelwandig ausgebildet, damit im Falle irgendwelcher Leckstellen aus dem unter überdruck stehenden Sammelkanal 21 heraus die austretende Luft rezirkuliert und wieder in Richtung auf den Auslaß geleitet wird und nicht im Inneren des Gehäuses 10 zur Arbeitskammer 45 gelangen kann. In diesem Zusammenhang ist noch eine Trennwand 40 zu erwähren, die im oberen Bereich quer über das ganze Gehäuse 10 verläuft und den Sammelkanal 21 an der Sammelkammer 48 unmittelbar oberhalb des Filters 35 für den Zuluftstrom trennt.

Der geschlossene Innenraum des Gehäuses 10 wird durch die Rückwand 22 an der hinteren Seite der Aussparung 12 und einen Boden 42 vervollständigt. Die Luftführung innerhalb des Gehäuses 10 beginnt mit dem Zuluftgebläse 22, aus dem der austretende Luftstrom über die Sammelkammer 48 und den Filter 35 in die Arbeitskammer 45 gelangt. Aus der Arbeitskammer 45 gelangt der Luftstrom an der Platte 28 vorbei in eine darunterliegende Unterdruckkammer 46, die an die Saugseite des Abluft-

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gebläses 25 angeschlossen ist. Von hier gelangt die aus der Unterdruckkammer 46 herausgesaugte Luft in den Sammelkanal 21, von dort zu dem Abluftfilter 17 und schließlich in eine weitere Station, deren Ausbildung von der jeweiligen Aufstellung des Gehäuses abhängt. Wegen des Unterdrucks in der Unterdruckkammer 46 wird außer der über die Platte 28 strömenden Luft aus dem Filter 35 auch noch Umgebungsluft durch die öffnung 14 in die Kammer 46 gesaugt.

Zur leichteren Beobachtung der Vorgänge innerhalb der Arbeitskammer 45, speziell auf der Arbeitsfläche der Platte 28, ist innerhalb eines Lampengehäuses 24 eine Lichtquelle angeordnet, die die gesamte Arbeitskammer 4 5 ausleuchtet. Für besondere Anlässe, beispielsweise eine Revision oder eine Reparatur kann das Fenster 11, wie in strichpunktierten Linien dargestellt ist, nach vorne geschwenkt werden, so daß der Zugang zur Arbeitskammer 45 erheblich verbessert wird.

Bei einem typischen Ausführungsbeispiel beträgt der Volumenstrom durch die Sammelkammer 48 hindurch etwa 8,5 m³ pro Minute. Der Volumenstrom durch die öffnung 14 liegt in der Grössenordnung zwischen 12,7 und 14m³ pro Minute. Dadurch ergibt sich ein Abluft-Volumenstrom von etwa 21,2 bis 22,6 m³ pro Minute, der durch den Abluftfilter 17 hindurchgeht. Bei einer Fläche der öffnung 14 von etwa 0,2 m² beträgt die Geschwindigkeit in der öffnung annähernd 70 m pro Minute.

Das Gehäuse 10 besteht vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen Stahl mit der Kennummer 304, obwohl auch Stähle mit den Kennummern 316 oder 316 L verwendet werden können. Die äußeren Abmessungen betragen 1,3 m in der Breite, 2,2 m in der Höhe und 0,8 m in der Tiefe. Der Abluftfilter 17 und der zu-

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gehörige Rahmen 19 können ebenso wie das Zuluftgebläse 20 für Einbauarbeiten entfernt werden. Der Abluftfilter 17 ist mit seiner Längsachse parallel zu der Längsachse des Gehäuses in der Mitte auf seiner Oberseite angeordnet. Seine Abmessungen betragen ungefähr 0,9 m in der Länge, 0,3 m in der Breite und annähernd 0,3 m in der Tiefe. Bezüglich seiner Spezifikation entspricht er der Kennummer 209 B der HEPA-Vorschriften für Filter. Es ist erkennbar, daß beide Filter parallel zueinander ausgerichtet sind. Der Zuluftfilter 35 ist ungefähr 1,2 m breit, 0,5 m tief und etwa 8 cm dick. Derartige Filter sind zu 99,99% wirksam und, wie oben bereits erwähnt , mit einer wirksamen Abdichtung versehen.

Zwischen dem Antriebsmotor 27 des Abluftgebläses 25 und dem Antriebsmotor 30 für das Zuluftgebläse 20 besteht eine derartige Verbindung, daß im Falle des Versagens oder der Geschwindigkeitsverminderung des Abluft-Antriebsmotors 27 im Vergleich zum Zuluft-Antriebsmotor 30 ein Alarmsignal betätigt und die gesamte Anlage zwecks Entseuchung mit Hilfe eines Schalters 50 abgestellt wird. Vorzugsweise wird zuerst der Zuluft-Antriebsmotor 30 und danach erst der Abluft-Antriebsmotor 27 außer Betrieb gesetzt.

Zusammenfassend sieht die Erfindung also vor, daß ein Luftstrom mit einem sehr hohen ümwäIzvermögen ständig in einer einzigen Richtung aufgebracht wird, der die Arbeitsfläche auf der Platte mit Hilfe des Filters 35 in außerordentlich reine Luft taucht. Im Anschluß daran vereinigt sich dieser Luftstrom mit dem ümgebungsluftstrom, der durch die öffnung in genügend großer Geschwindigkeit eintritt, so daß sichergestellt ist, daß alle durch die Luft in Schwebe gehaltenen,

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gefährlichen Partikel innerhalb des Gehäuses 10 verbleiben. Der Umgebungsluftstrom wird nach dem Eindringen in das Gehäuse 10 nach unten gerichtet, so daß er nicht über die Arbeitsfläche hinwegstreichen kann und so auch nicht die dort abgelegten Partikel verunreinigen kann. Andererseits schirmt er die über die Arbeitsfläche strömende, zunächst sehr reine, dann aber möglicherweise kontaminierte Luft gegen ein Austreten aus der öffnung 14 ab.

Die ohne jegliche Rezirkulation 100 %ig aus dem Gehäuse abgesaugte Luft gelangt durch den Sammelkanal 21 und den Filter 15 ins Freie. Danach können noch weitere Einrichtungen zur Reinigung der abgesaugten Luft vorgesehen sein, z.B. kann sie über Aktivkohle oder andere absorbierende Materialien geleitet werden, oder es können chemische Waschvorrichtungen, Verbrennungsofen für Luft usw. vorgesehen sein. Diese Maßnahmen hängen jeweils von dem innerhalb des Gehäuses 10 gehandhabten Material ab.

Die einzelnen Gebläse- und Filterkapazitäten sind so aufeinander abgestimmt, daß der Volumenstrom durch die öffnung 14 gleich oder, bei optimalen Bedingungen, größer ist als der durch den Zuluftfilter und darüber hinaus ausreicht, die Zuluft innerhalb des Bereiches der Arbeitsfläche mit ihren ggfs. biologischen Gefährdungen zu halten. Wenn z.B. die Geschwindigkeit des Zuluftstromes annähernd 15 m pro Minute beträgt, dann sollte die Geschwindigkeit des durch die öffnung 14 eindringenden Luftstromes mindestens annähernd 45 m pro Minute betragen. Beide Luftströme treten danach durch den perforierten Abschnitt der Halterung 29 hindurch, die zu 50 % ihrer Oberfläche perforiert ist.

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Die Volumenströme und damit die Geschwindigkeiten der entsprechenden Luftströme der beiden Gebläse 20 und 25 werden nach Erfahrungsdaten geregelt, wobei im Normalfall die Regelung so vorgenommen wird, daß die oben genannten Verhältnisse sich einstellen. Zur Vereinfachung der Regelung, die z.B. in Anpassung an den gerade ablaufenden Handhabungsprozeß vorgenommen wird, können Rauch oder andere Indikationsverfahren verwendet werden. Auch kann z.B. ein Windmesser oder ein Geschwindigkeits-Meßrohr innerhalb des Gehäuses untergebracht sein, so daß die Volumenströme unabhängig von der eingestellten Geschwindigkeit der Antriebsmotoren und 27 ständig überwacht werden können.

Als Material für die erfindungsgemäße Vorrichtung sind neben dem schon genannten hochgradig korrionsfesten Stahl auch andere Materialien geeignet, wie z. B. glasfaserverstärkter Kunststoff, Polypropylen und andere undurchlässige Werkstoffe. Falls das Auftreten von explosiven Stoffen zu befürchten ist, sind für die Antriebsmotoren explosionsgeschützte Exemplare zu verwenden. Für den Fall, daß an die Abluftfilter-Einehit 15 noch weitere Leitungen angeschlossen sind, kann es erforderlich sein, ein weiteres, explosionsgeschütztes Gebläse mit abwärtsgerichteter Blasrichtung zu verwenden, damit jegliche Reste von explosiven oder anderen, gefährdenden Materialien mit konstanter Beschleunigung abgeführt werden.

- Patentansprüche -

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Leerseite

Claims

-vt- Patentansprüche

1.) Verfahren zur Belüftung einer mit biologischen und/oder giftigen Stoffen belegbaren Arbeitsfläche innerhalb eines mit einer öffnung zur Handhabung der Stoffe versehenen Abzuges, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche von oben mit einem laminaren, gefilterten Zuluftstrom angeblasen wird, daß in einer Kammer unterhalb der Arbeitsfläche ein Unterdruck aufrechterhalten wird, dessen Saugwirkung den Zuluftstrom seitlich an der Arbeitsfläche vorbei nach unten zieht sowie einen durch die Handhabungsöffnung einströmenden Umgebungsluftstrom ausschließlich vor der Arbeitsfläche nach unten zieht, und daß diese beiden Luftströme aus der Unterdruckkammer herausgesaugt und ggfs. unter Zuhilfenahme einer Reinigungseinrichtung aus einem von der öffnung entfernt liegenden Auslaß heraus in die Umgebung geblasen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Umgebungsluftstromes und des Zuluftstromes in einem Verhältnis von mindestens 2:1 gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom pro Zeiteinheit des Umgebungsluftstromes gleich oder größer als der des Zuluftstromes gehalten wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus einem geschlossenen.

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mit einem Sichtfenster und einer öffnung versehenen Gehäuse, in dem eine mit einer Arbeitsfläche versehene Platte an einer Halterung befestigt ist, wobei ein Abluftgebläse an einem mit der Umgebung über einen Auslaß verbundenen Sammelkanal angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Platte

(28) in dem Gehäuse (10) ein Zuluftgebläse (20) mit Blasrichtung auf die Platte und zwischen dem Zuluftgebläse und der Platte ein Filter (35) angeordnet ist, und daß die Halterung

(29) mit Luftdurchführungen versehen ist, die in einer mit der Saugseite des Abluftgebläses (25) verbundenen Unterdruckkammer (46) münden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß des Sammelkanals (21) mit einem Filter (17) versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abluftgebläse (25) unterhalb der Platte (28) angeordnet ist und daß der Sammelkanal (21) bis zum oberen Ende des Gehäuses geführt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Druckseite des Zuluftgebläses (20) und dem Sammelkanal (21) eine schrägstehende Trennwand (40) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (28) rechteckig ausgebildet ist

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und daß die öffnung (14) in der Nähe einer Plattenkante verläuft.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet» daß die Halterung (29) der Platte (28) auf der der öffnung

(14) zugewandten und auf der ihr abgewandten Seite jeweils zur Hälfte perforiert ist, wobei die Enden jeweils ohne Perforierung ausgebildet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe (27, 28) des Zuluftgebläses (20) und des Abluftgebläses (25) mit Steuermitteln derart verbunden sind, daß bei einem Absinken der Leistung des Abluftgebläses unter einen vorbestimmten, mit der Leistung des Zuluftgebläses in Zusammenhang stehenden Wert beide Abtriebe abge s cha1te t we rden.

Wr.dm.hk

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