洪銀志(2000)提出控制風速(control velocity)就是將飛散或擴散之有害 物質或污染空氣自某點位置有效地導入氣罩開口面所需得最小流速或抑制 其不致從氣罩開口逸失之最低風速。影響局部排氣裝置性能最重要的參數是 控制風速。對包圍式氣罩或崗亭式氣罩而言,控制風速為不使污染物逸失氣 罩開口面最低風速;對外裝式氣罩為足以捕集污染物在污染源最低吸氣速 度。控制風速主要決定於氣罩型式、有害物質物理特性(如粒徑、比重)、發 生源及捕集點附近之氣動條件(包括大小與方向)、捕集點與氣罩之相關位 置。若污染物以較緩之速度發散,其控制風速為0.5~1.0 m/s;若在氣體流動 較高之作業場所,污染物飛散較活躍時,控制風速為1.0~2.5 m/s 。
勞工安全研究所(1997)在研究噴漆作業所使用崗亭式氣罩之控制風速 與勞工個人暴露濃度的相關性時,發現控制風速並不能真實反應且有效表現 出氣罩性能;而影響氣罩性能除了控制風速以外,尚有干擾氣流的方向大 小、補充空氣量、氣罩內部污染源位置、污染物散發量及其速度方向、氣罩 開口幾何形狀等。
Fuller et al. (1979) 以 R-12 作為追蹤氣體來評估實驗室抽氣櫃之效能
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Hampl et al. (1986) 研究以追蹤氣體 SF6來評估工業廢氣抽氣罩之抽氣 效率,實驗方式則以不同管線的種類與不同量測追蹤氣體點,進行評估,
實驗結果發現在直管中追蹤氣體量測點應至少距SF6釋放處有50 倍管線直 徑的距離,才能使SF6在該量測點前形成完成發展流 (fully developed flow) 而混合成均勻的濃度,才能有效地評估抽氣罩效率。
Williams et al. (1995) 提出局部排氣罩之有效與否,直接與排氣罩和污 染源逸散工作區之緊密度相關,並建議4~6 吋排氣罩之煙霧捕集速度為 0.25 m/s;而在工作臺之抽氣捕集速度則建議最好設計為 100 fpm (0.5 m/s)。所 設計之局部排氣系統形成該區域為負壓環境包圍污染逸散源,以捕集污染 物並安全地輸送危害性與毒性物質至處理設施。局部排氣罩可以運用追蹤 氣體(tracer gas) 來評估效率,而所使用之偵測器偵測靈敏度則需要至 ppb 級。
Sik et al. (1990) 在評估痲醉病床上病人頭部區笑氣局部排氣設施的排 氣效率,以Infra-red gas analyzer 量測抽氣風扇管中笑氣濃度方式進行,當 5 l/min 固定流量的笑氣直接在抽氣盤以被抽氣之抽氣效率為 100 %,而在頭部 呼吸點與直接在抽氣盤內釋放相同固定流量的笑氣,而在抽氣風扇管中兩者
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笑氣濃度的比值來定出抽氣效率;實驗之抽氣盤銜接直徑10 cm 抽氣管,抽 氣量為365 cm3/h,實驗結果顯示笑氣被捕集之效率為 84.5%、笑氣背景空氣 中濃度為34 ppm 。
Ellenbecker et al. (1993) 評估局部抽氣系統捕集效率時,其所運用捕集 效率定義為局部抽氣系統所捕集空氣污染物量與空氣污染物產生量之比 值;將污染產生器置入最接近排氣管之局部抽氣罩內部,在此處所釋放污染 物而被捕集之總量則定義為100 %的捕集效率。
Peck (1982) 研究抽氣罩性能,以污染物逸散至工作人員呼吸帶之濃度 與污染物釋放濃度之比值來進行評估。Flynn et al. (1986) 則以 900 ppm 六 氟化硫( SF6)當追蹤氣體來評估局部排氣罩之捕集效率,實驗方式以 SF6在排 氣罩面釋放,捕集效率評估方式為連接排氣罩之排氣管中SF6濃度與排氣罩 面SF6濃度比值。Qingyan et al. (1988) 評估室內排氣效率時,其方式以 釋放固定流量的氦氣並量測室內控制點及排氣至室外的氦氣濃度,其濃度減 去進氣氦氣濃度之比值定義為室內排氣效率。
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Heinonen et al. (1996) 在長 4.8 m、寬 3.6 m、高 3.6 m 的房間之工作桌 上所產生粉末之局部排氣效率評估,則以設置側向與垂直向局部排氣時房間 內所降低之粉末濃度與未設置前之粉末濃度比值為評估方式,研究結果顯示 工作桌之側向與外側垂直向局部抽氣量0.1 m3/s 並在工作桌上方局部提供向 下空氣流量0.14 m3/s 時局部排氣效率可達 99.8 %。
Geissert (1995) 在半導體爐管機台之危害氣體排氣效率評估時,於抽 氣口外側釋放液態氮或乾冰來目視觀察其捕集效率;若所觀察之現象為層流 時,則其抽氣效率為不良 。
黃榮芳(2000)等人研究外裝型抽氣罩在不同寬長比的矩形開口氣罩在 不同抽氣量與側風干擾時的捕集區範圍研究時,其實驗結果顯示側風速度對 氣罩抽氣速度比值越大,則捕集區範圍越小;不同寬長比之相同開口面積之 氣罩,只要在側風速度對氣罩抽氣速度比相近,都會得到相近之捕集區範 圍 。
Ivany et al. (1989) 研究實驗室抽氣罩抽氣效率評估,以 SF6 4lpm 固定
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流量在抽氣罩內釋放並在抽氣罩下方左右兩邊人員呼吸帶量測抽氣罩所洩 漏之SF6濃度。所評估抽氣罩效率共有四種狀態(1)無干擾活動、(2)加入熱 負載:抽氣罩開口處放置1 公升燒杯且已沸騰之水、(3) 加入空氣擾動:以 風扇吹向抽氣罩、(4)手臂重複自抽氣罩內外移動;實驗參數為抽氣罩開口 面之風速、SF6釋放點距抽氣罩開口面之距離、抽氣罩開口大小、補助供應 空氣流量。研究結果發現在有加入空氣擾動時需要較高之抽氣速度來克服擾 動;SF6釋放點距抽氣罩開口面10cm 時之呼吸帶 SF6濃度為距抽氣罩開口面 20cm 3~4 倍,並建議工作人員應在氣罩開口面之後面;當抽氣罩開口由 74cm 降低至36cm 時呼吸帶 SF6濃度低於偵測下限(< 5 ppb);在固定抽氣速度 0.5m/s 時,補助供應空氣流量佔總排氣量 50%以下時呼吸帶 SF6濃度接近偵 測下限,但若將補助供應空氣流量由50%提高至 65%時 SF6會自抽氣罩洩漏 而造成呼吸帶SF6濃度快速上升,這個發現支持補助供應空氣流量應在總排 氣量之65%以下。其研究結果推論抽氣罩開口接近最小開度時,會對抽氣罩 內之穩定渦漩流產生足夠擾動,而可能會導致氣態污染物自抽氣罩內洩漏出 來,而降低氣態污染物自抽氣罩內洩漏量之方式,則可將抽氣罩開口調整至 接近最大開度時,對呼吸帶之濃度有則有降低之效用。在手臂自抽氣罩內外 移動之影響部份,當手臂自抽氣罩抽出時會產生高濃度氣態污染物自抽氣罩 內洩漏出來。
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Orcutt (1989) 在危害性氣體洩漏模擬中,以 SF6為追蹤氣體進行實驗;
SF6在密閉抽氣空間或廢氣風管中定量釋放時,定義出稀釋因子:
稀釋因子 = G ÷ ( SF6 測量值 ﹣背景值) (2.2)
G:SF6 釋放濃度(%)
在區段時間內SF6停止釋放後,SF6濃度降低所需之時間則為去除速率 (clearing rate)。在 Intel 晶圓製造廠之 CVD (chemical vapor deposition) 製程 中以1 % SF6 進行模擬製程氣體洩漏狀況試驗,結果在3 倍及 10 倍風管直 徑之風管處稀釋率為7.5x107。並認為在半導體製造廠中運用追蹤氣體之技術 可以有效地找出危害性氣體洩漏特性、洩漏點及危害性氣體之控制方式;於 污染物去除率、廢氣風管量測、流動中氣體都可以運用追蹤氣體來找出其特 性及特徵,對於任何氣體濃度及分佈在動態變動時亦可以使用追蹤氣體進行 模擬與量測。
張振平(2000)所設計抽氣罩,以透明壓克力為材質,厚度為 5mm 之環 型氣罩,高7 英吋,內徑為 13 英吋,內環開口直徑為 6 英吋,利用螺絲及 一片同材質環寬1 英吋之壓克力固定破碎片,破碎片作法係將一片 7 英吋 厚2mm 之透明 PVC 圓片中心切一個直徑 2 英吋的圓孔,再由圓心向邊緣 以放射狀的方式切成10 片,但不要完成切斷再固定於氣罩之內環上。抽氣
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罩效率評估則以全程使用抽氣罩、擦拭反應腔前段未使用抽氣罩與後段使 用抽氣罩、前段使用抽氣罩與後段未使用抽氣罩等方式,來驗證勞工呼吸 帶污染物濃度有效降低並低於FTIR 偵測下限。在某半導體廠 C4 機台全程 加上氣罩進行預防保養作業,在勞工呼吸帶之所有可能的污染物濃度均低 於偵測下限;C5 機台則先以未使用此抽風氣罩進行預防保養作業,在以去 離子水擦拭反應腔後立即加上抽氣罩後在勞工呼吸帶之污染物濃度明顯下 降,濃度變化圖如圖2.6。
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圖2.6 局部排氣罩評估濃度變化圖 資料來源:張建新,民國92 年。
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高馨儀(1999)在半導體廠離子植入機的離子源室反應腔於保養時使用 抽氣罩來控制擦拭反應腔所使用之雙氧水、異丙醇的逸散;離子源室反應腔 有兩個開口,一個開口由保養人員使用,另一開口則以抽氣罩密封並以地板 上所設置之移動式抽風管抽氣,抽氣速度約1.8~2.4 m/s;以 FTIR 檢測在未 使用抽氣罩時維修區異丙醇濃度最高為139 ppm,使用抽氣罩後維修區異丙 醇最高濃度則降低為9 ppm。
張建新(2003)在半導體廠所設計使用金屬蝕刻機台及外裝抽氣罩圖如 圖2.7。評估抽氣效率方式為機台裝上抽風氣罩進行維修保養時,使用FTIR 來分析量測反應腔擦拭所用異丙醇在抽風氣罩外部與抽風氣罩內部的濃度 比值來驗證抽風氣罩抽氣效率,FTIR 量測點如圖 2.8。研究結果顯示槽外呼 吸區的IPA 濃度最高值 12.6 ppm,槽內 IPA 濃度最高時可達到 1707.5 ppm,
抽氣效率達99%以上,抽氣罩系統可以明顯有效降低氣罩外部的濃度,並證 實氣罩可以有效的帶走內部的殘留有危害性的氣體,量測結果濃度趨勢圖如 圖2.9。
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圖2.7 抽氣罩圖
資料來源:張建新,民國92 年。
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槽內取樣點 槽外取樣點 (距旋轉蓋開口 15cm)
圖2.8 FTIR 採樣點圖:抽氣罩內部與抽氣罩外部 資料來源:張建新,民國92 年。
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14:09:36 14:16:48 14:24:00 14:31:12 14:38:24 14:45:36 14:52:48
Time
Chamber打開 D.I Water擦拭 IPA擦拭
圖2.9 抽氣罩效能評估圖:內部與外部異丙醇濃度趨勢圖 資料來源:張建新,民國92 年。