早期的工業(yè)潔凈室

在工程制造業(yè)中也取得了相似的進(jìn)展。第一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)用潔凈室是在第二次世界大戰中投入使用的，其主要目的是提高槍械、坦克、飛機用儀器的質(zhì)量和可靠性。那時(shí)人們認識到，必須提高生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度，否則投彈瞄準器這樣的裝置就會(huì )出現故障。但當時(shí)只要假定潔凈室要保持得象人們的住房那樣清潔，于是便使用了不產(chǎn)生粒子的不銹鋼做表面裝修并保持其清潔。但人們還沒(méi)有認識到，由機器和人員產(chǎn)生的大量懸浮粒子之擴散，應由大量的潔凈送風(fēng)使之降至最低。比如對于藥品生產(chǎn)車(chē)間，當時(shí)的主流思想就是必須大量使用消毒劑使其不含微生物。為便于消毒，墻體使用帖面，地面則用水磨石鋪面，并帶有排水槽和下水口，以便排出消毒劑。通風(fēng)也很原始，每小時(shí)換氣僅幾次。在室內或在生產(chǎn)區與外部區域之間，還談不上氣流控制。人員穿的棉服衣著(zhù)與哪個(gè)時(shí)代手術(shù)室使用的相似。那時(shí)即便有更衣區，也是非常簡(jiǎn)陋的。

1939年至1945年二次大戰期間開(kāi)展的生化戰爭研究以及核子裂變的餓付諸使用，使隔離危險微生物或隔離放射性污染所必須的高效過(guò)濾器應運而生。從此，在潔凈室中即可獲得非常潔凈的空氣，低度的空氣污染成為現實(shí)。

1955年至該世紀60年代早期已建造出了具有這種通風(fēng)的潔凈室：充分過(guò)濾了的空氣經(jīng)吊頂的散流器送出。20世紀50年代早期，美國北卡羅來(lái)州云絲頓-塞倫市的西電公司在生產(chǎn)導彈用陀螺儀時(shí)總是出問(wèn)題，其產(chǎn)品合格率僅為1%。后來(lái)發(fā)現，問(wèn)題就出在塵埃上。于是決定建造一個(gè)“無(wú)塵”生產(chǎn)車(chē)間。該車(chē)間由AC公司設計并于1955年完成。圖4.1是該車(chē)間剛投產(chǎn)后不久的情形。

圖4.1 西電公司的陀螺儀生產(chǎn)車(chē)間

這恐怕就是世界上第一個(gè)考慮了潔凈室所以基本要求的潔凈生產(chǎn)車(chē)間。人員穿著(zhù)合成纖維服并戴著(zhù)帽子，還為他們配備了更衣室。選擇了便于清潔而粒子產(chǎn)生又最少的建材，并盡量減少接縫與彎角，地板上滿(mǎn)鋪乙烯樹(shù)脂直至墻面。照明采取平裝式，使積塵最少。在照片右側后部可看到使用了傳遞窗?？照{送風(fēng)經(jīng)“絕對”過(guò)濾器（對0.3μm粒子慮除效率打99.95％），房間維持正壓。

圖 4.2 維利斯威特菲爾在其原創(chuàng )的層流潔凈室中

1961年，迎來(lái)了潔凈室發(fā)展史上的分水嶺，即美國新墨西哥州阿爾伯克基圣地亞實(shí)驗室發(fā)明了"單向流或"層流"通風(fēng)理念。這是集體智慧的結晶，但首功則非威利斯懷特菲爾德莫屬。圖4.2是他在其原創(chuàng )的潔凈室中的照片。

這是一間小房間，10英尺長(cháng)，6英尺寬，7英尺高（3米×1.8米×2.1米）。其送風(fēng)不是經(jīng)吊頂的散流器送出后以隨機流的形式在室內運動(dòng)，它是經(jīng)由一系列高效過(guò)濾器送出。這就能確?？諝鈴倪^(guò)濾器送出后以單向流流經(jīng)室內并從地板格柵排出。圖4.3顯示的是原單向流潔凈室的剖面圖。從圖中可以看出，室內工作臺前的工作人員不污染放置在其前面的物品，因為人員所產(chǎn)生的污染被吹開(kāi)了。

圖 4.3 原單向流潔凈室剖面圖

1962年4月13日，《時(shí)代》周刊發(fā)表了一篇文章公布了圣地亞實(shí)驗室的發(fā)明，該篇文章引起了廣泛的注意。其文如下：

位于阿爾伯克基——設計、總裝原子武器的地方——圣地亞公司的科學(xué)家們對潔凈室情有獨鐘，但他們也是身不由己。武器部件產(chǎn)生得越來(lái)越小，一顆粒子造成的問(wèn)題就越來(lái)越大。在整個(gè)圣地亞，維克薩斯出生在威利斯·懷特菲爾德——懷特菲爾德超凈室的發(fā)明人——是最苛刻的管家。他略微拉長(cháng)了嗓音說(shuō)道：“我在想那些塵埃粒子——這些不法之徒來(lái)自何方？所去何處？”物理學(xué)家懷特菲爾德在找到了自己?jiǎn)?wèn)題的答案后認定，傳統潔凈室有原則錯誤。

一般的潔凈室系統——越來(lái)越多的工業(yè)生產(chǎn)仰仗于它——是止住塵埃粒子使之不被釋放出來(lái)。潔凈室內禁止吸煙，禁止使用一般鉛筆——因鉛筆會(huì )釋放鉛粒子。潔凈室的工作人員被“包裝”在特殊的靴子、帽子、連體服之中，進(jìn)入潔凈室前還要經(jīng)受真空清潔。房間本身則不停地用真空吸塵器清潔。盡管采取了所有這些預防性措施，空氣中每立方英尺大于等于0.3微米（0.000012）的塵埃粒子至少還有1百萬(wàn)個(gè)。雖然對比著(zhù)普通空氣而言，這已是長(cháng)足的進(jìn)步，但懷特菲爾德相信他還可以更上一層樓。他把制止粒子產(chǎn)生這一想法拋在腦后，而是在粒子一出現就予以清除。

懷特菲爾德的超凈室看上去象是一輛小的沒(méi)有輪子的金屬拖車(chē)屋。地板是金屬格柵，以不銹鋼鋪面。工作臺面對的是4英尺乘10英尺的“絕對過(guò)濾器”組——可過(guò)濾除低速空氣中所有大于0.3微米的粒子。大多數潔凈室使用過(guò)濾器僅僅是為了使送風(fēng)潔凈，而懷特菲爾德的過(guò)人之處在于用過(guò)濾器制造潔凈空氣，使該房間保持潔凈。潔凈空氣以7英里/小時(shí)的風(fēng)速（很輕的微風(fēng)）流過(guò)工作臺、穿過(guò)臺前工作人員。工人穿著(zhù)普通服裝，還允許吸煙。頭皮屑、抽煙的煙氣、鉛筆產(chǎn)生的塵埃以及其他粒子，都由潔凈空氣帶走，吹進(jìn)格柵地板，并排出室外。每隔6秒鐘，房間的超凈空氣就換氣1次。粒子因此無(wú)法在室內循環(huán)。結果，物理學(xué)家懷特菲爾德的潔凈室比其競爭對手最潔凈的房間還潔凈至少1000倍。因為各工業(yè)部門(mén)急需高質(zhì)量的潔凈室，因此，各式各樣的工業(yè)生產(chǎn)中立即采用了懷特菲爾德潔凈室通風(fēng)中的單向流原理。