HEPA filter (HighEfficiency Particulate Air Filter)

HEPA filter เป็น filterชนิดแห้งยึดติดกับกรอบที่แข็งแรงซึ่งมีประสิทธิภาพในการดักจับอนุภาคไม่น้อยกว่า 99.97 % ที่อนุภาค 0.3 ไมครอน ซึ่งได้จาก thermally-generateddioctylphthalate และHEPA filter ที่สะอาดต้องมีค่าความดันตกไม่เกิน 1 นิ้วน้ำเมื่อทดสอบที่อัตราการไหลของอากาศตามต้องการ

แผ่นกรอง HEPAFilter ถือเป็นหัวใจของตู้ปลอดเชื้อ Biological Safety Cabinet (ตู้ไบโอฮาาร์ด) และ Laminar FlowClean Bench (ตู้ลามินาร์) รวมทั้งห้องปลอดเชื้อ(Cleanroom)ซึ่งเกิดจากการนำวัตถุดิบที่เรียกว่า BorosilicateMicrofiber มาขึ้นรูปเป็นแผ่น ด้วยเทคนิคระหว่างกระบวนการผลิตทำให้ HEPAFilter มีความสามารถที่จะดักจับฝุ่นละอองต่างๆรวมทั้งสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กๆที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า แต่อย่างไรก็ตาม HEPAFilter ไม่สามารถกักเก็บก๊าซหรือสาร VOCs ต่างๆได้เนื่องจากขนาดที่เล็กกว่ามาก

ประเภทรวมทั้งระดับประสิทธิภาพของHEPA Filter ถูกแบ่งตามความสามารถในการกรองอนุภาคเล็กๆขนาด0.3 ไมครอนการตรวจสอบนี้สามารถทำได้โดยการทดสอบจ่ายสารละอองขนาดเล็ก (Aerosol) เช่น สาร DOP (Dioctyl Phthalate) หรือ PAO(Polyalpha Olefin) ซึ่งมีขนาดใกล้เคียงกับ 0.3 ไมครอน เข้าไปสู่ด้าน Upstream ของแผ่นกรองจากนั้นจึงทดสอบประสิทธิที่ด้านDownstream โดยทั่วไป ประสิทธิภาพของ HEPAFilter มักจะเริ่มตั้งแต่ 99.95% ไปจนถึง99.99%ที่ขนาดอนุภาค 0.3 ไมครอน ขึ้นอยู่กับผู้ผลิต

เราไม่สามารถกำหนดอายุการใช้งานของHEPA Filter ได้อย่างชัดเจนซึ่งจะแดกต่างกันออกไปขึ้นอยู่กับ ระยะเวลาการใช้งาน (Operating Hours) ความสะอาดของห้อง รวมทั้งลักษณะของงานที่เกี่ยวข้อง โดยมากอายุของ HEPAFilter จะอยู่ในช่วง 3-5 ปีก่อนที่จะต้องทำการเปลี่ยนใหม่

Structure of HEPA filter

HEPA filter ประกอบด้วย filter media, separators,กรอบ, ประเก็นที่ติดยึดกับกรอบนอก กาว(adhesieve)จะยึดรอยต่อระหว่างกรอบนอกและ filter media และ separators

Filter media จะถูกพับเป็นรูป pleated shape และ corrugated separators จะถูกเสียบเข้าไปใน pleats เพื่อให้เกิดช่องว่างให้อากาศผ่านโครงสร้างของ filter ลักษณะนี้ทำให้ filter media เพิ่มพื้นที่ผิวขึ้นอย่างมากมาย พื้นผิว filter media ของ HEPA filter ขนาดมาตรฐาน 610 mm x 610 mm x 290 mm จะเท่ากับ 50 เท่าของพื้นที่หน้าตัดที่อากาศผ่านทะลุได้ ผลจากการประกอบ filter media ในลักษณะนี้ทำให้ pressure drop ของ HEPA filter ลดลงและเพิ่มความจุในการรับอนุภาคฝุ่นได้มากขึ้น ทำให้ HEPA filter มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น

ลักษณะทั่วไปของ HEPA filter ควรเป็นดังนี้

1. มีประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอทั่วพื้นที่ผิวของ filter filter ไม่มีรูหรือลมรั่วไหลได้

2. กาวที่ยึดระหว่าง filter material และกรอบควรสมบูรณ์ เพื่อป้องกันการรั่วของ filter ที่ขอบ

3. พื้นที่ผิวของ filter material จะมีเพิ่มขึ้น ถ้าใช้ separators มากขึ้น

4. Filter material ควรผ่านการฆ่าเชื้อก่อนใช้ เพื่อที่จุลินทรีย์ไม่สามารถเจริญเติบโตใน filter ได้

5. Filter material ไม่ควรเป็นชนิดไหม้ไฟได้

Particle Removal Mechanisms

การจับอนุภาคของ HEPA filter จะทำงานด้วยกลไกดังต่อไปนี้

1. Straining effect (Sieving) อนุภาคขนาด 5ไมครอน เกิดจากอนุภาคที่มีขนาดใหญ่วิ่งไปติดระหว่าง fibre ของ filter(pre-filter)

2. Inertia effect (Impaction) อนุภาคขนาด ไมครอน เกิดจากอนุภาคที่มีขนาดใหญ่พอสมควรเคลื่อนที่ชนตรงๆและติดกับ fibre ของ filter

3. Interception effect อนุภาคขนาด 0.5-3ไมครอน เกิดจากอนุภาคเคลื่อนที่เฉียด fibre ของ filter และถูกดูดจับติดไว้

4. Diffusion effect อนุภาคขนาด ไมครอน เกิดจากอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากๆเคลื่อนไหวอย่างไม่แน่นอน สุดท้ายจะมาติดอยู่กับ fibre ของ filter โดยที่อนุภาคยิ่งเล็กจะยิ่งถูกจับได้มาก

5. Electrostatic effect อนุภาคขนาด ไมครอน เกิดการชาร์จประจุเข้าไปในเส้นใย ซึ่งจะจับฝุ่นที่มีประจุตรงข้ามกับเส้นใย ซึ่งเป็นการดูดจับไม่ใช่การกรอง

MPPS(Most Penetrating Particle Size) คือขนาดของอนุภาคที่มีความสามารถทะลุทะลวงได้มากที่สุด สามารถหลุดผ่านกระบวนการกรองของแผ่นกรองได้มาก จะมีขนาดอนุภาคประมาณ 0.1-0.2 ไมครอน จึงได้มีการทดสอบประสิทธิภาพของ HEPA filter ด้วยอนุภาคขนาด 0.3 ไมครอน

MPPS ขึ้นอยู่กับชนิดของ fibre และ ความเร็วอากาศที่ผ่าน

ประสิทธิภาพของกระบวนการกรองขึ้นอยู่กับ

- ความเร็วลมที่ผ่านตัวกรอง

- ขนาดของเส้นใย

- ความหนาแน่นของแผ่นกรอง

- ขนาดของอนุภาค

- การชาร์จประจุ

· HEPA: High Efficiency Particulate Air

โดยทั่วไป HEPA Filter สามารถกรองอนุภาค 0.3 ไมครอนได้ที่ระดับ 99.99% ซึ่งแผ่นกรองประเภทนี้เป็นที่นิยมใช้งานแพร่หลายในตู้ปลอดเชื้อ Biological Safety Cabinet (ตู้ไบโอฮาซาร์ด) หรือ Laminar Flow Clean Bench (ตู้ลามินาร์) และห้องปลอดเชื้อ (Cleanroom)

· ULPA: Ultra Low Penetration Air

โดยทั่วไป ULPA Filter สามารถกรองอนุภาคขนาด 0.12 ไมครอน ได้ที่ระดับ 99.999%

แผ่นกรองระดับพิเศษนี้มักพบเจอในห้องปลอดเชื้อ (Cleanroom) ที่เกี่ยวกับอุตสาหกรรมแผงวงจรและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งต้องการความสะอาดสูง

Clean Room Accessories

เนื่องจากพนักงาน เครื่องจักร วัสดุอุปกรณ์ต่างๆต้องผ่านเข้าออกในห้อง อากาศใน clean room ไม่สามารถแยกออกจากอากาศภายนอกได้แม้ว่าจะมี HEPA filter ในการจ่ายลมที่สะอาดก็ตาม Clean Room Accessories จึงมีความจำเป็นที่ต้องนำมาใช้เพื่อป้องกันการปนเปื้อนของอากาศที่ไม่สะอาดจากภายนอก

1. Air shower

ใช้ติดตั้งก่อนเข้า clean room โดย air shower สามารถทำหน้าที่เป็น air lock room ได้ เมื่อคนเดินผ่าน air shower จะมีอากาศที่สะอาดวิ่งจากผนังทั้ง 2 ด้านด้วยความเร็ว 10-30 เมตร/วินาทีมาที่ตัวคน ซึ่งจะทำให้อนุภาคที่มีขนาดมากกว่า 5 ไมครอนหลุดออกมา ควรหมุนร่างกายให้เสื้อผ้าถูกอากาศอย่างทั่วถึงประมาณ 10 -20 วินาทีขณะอยู่ใน air shower

2. Air lock

เป็นห้องที่อยู่ทางเข้า clean room เพื่อลดการปนเปื้อนของอนุภาคฝุ่นจากภายนอกซึ่งเกิดจากคนและสิ่งของผ่านเข้าไปใน clean room ให้เกิดน้อยที่สุด air lock จะเป็นที่กักกัน positive pressure ของ clean room ขณะที่เปิดประตู

3. Pass box

เป็นกล่อง air locked ใช้สำหรับส่งของเข้าและออกระหว่างห้อง เพื่อลดการเคลื่อนที่ของคนให้น้อยที่สุดภายใน clean room ประตูทั้งสองด้านของ pass box ทำด้วยกระจกและไม่สามารถเปิดพร้อมกัน การติดต่อระหว่างห้องสองด้านของ pass box ใช้ interphone

4. Air pressure damper หรือ Barometric damper

Damper เป็นตัวช่วยควบคุม positive pressure ภายในห้องให้สูงกว่าภายนอกตามค่าที่ต้องการ โดยปรับตัว setting indicator

5. HEPA filter unit

Specification ที่สำคัญของ HEPA filter unit ควรเป็นดังนี้

- ไม่มีการรั่วไหลระหว่าง HEPA filter และกรอบของ HEPA filter unit

- ติดตั้งและเปลี่ยน HEPA filter ได้ง่าย

- น้ำหนักเบา ต้นทุนต่ำ

- ไม่มีเสียงรบกวนขณะปฏิบัติงาน

 Clean room garments

อนุภาคจากเสื้อผ้าจะทำให้เกิดการปนเปื้อนกับ clean room products ได้ จึงมีการออกแบบชุดพิเศษเพื่อใช้กับ clean room โดยเฉพาะ ได้มีการนำผ้าประเภท nylon และ tetron ซึ่งป้องกันการจับเกาะของอนุภาคฝุ่น และการหลุดของเส้นใยมาใช้ในการตัดชุด clean room ซึ่งประกอบด้วย เสื้อ กางเกง เสื้อคลุม หมวก หน้ากาก ถุงเท้า ถุงมือ ชุด clean room ต้องซักและทำความสะอาดด้วยน้ำ D.I.(deionization water) และอบให้แห้งภายในบริเวณห้องสะอาดเพื่อหลีกเลี่ยงอนุภาคที่ติดมากับน้ำประปาและอากาศทั่วไป

Cleaning tools

แม้ว่าจะมีการออกแบบระบบ clean room ด้วยวิธีการต่างๆ ก็ตาม การทำความสะอาดห้องอย่างสม่ำเสมอเป็นสิ่งที่จะป็น ระบบการทำความสะอาดสามารถใช้ระบบ central vacuum cleaning ซึ่งตัวพัดลมดูดฝุ่นและที่เก็บฝุ่นต้องติดตั้งแยกจากห้อง clean room หรือใช้เครื่องดูดฝุ่นชนิดที่มี HEPA filter และมีการใช้ sticky mat วางที่ทางเข้าออก clean room เพื่อกำจัดฝุ่นที่ติดจากรองเท้า