Strömungsvisualisierung in Reinräumen
Die Führung von Reinstluft in Reinräumen jeglicher Klasse ist nach wie vor der wesentliche Parameter für die Aufrechthaltung der partikulären Reinheit der Räume.
Für die Sichtbarmachung der tatsächlich entstehenden Luftbewegungen bleibt nur die Visualisierung der Strömungen im Raum. Insbesondere bei der Qualifizierung von pharmazeutisch genutzten Reinräumen wird gemäß Annex 1 die reale Strömungsvisualisierung unter Betriebsbedingungen (PQ – Performance Qualification) gefordert. Die sich nach und nach entwickelnde numerische Strömungssimulation ist nur bei stationären Zuständen möglich. Dynamische Vorgänge, wie beispielsweise das Öffnen von Türen oder Personenbewegungen im Raum, etc. lassen sich noch nicht real abbilden. Somit bleibt nur die Verwendung von Tracerteilchen, um die Strömungen sichtbar zu machen. Als Tracerteilchen lassen sich unter Reinraumbedingungen nur wenige Materialien einsetzen, die eine geringe Kontamination erzeugen. Oftmals werden ölige Substanzen eingesetzt, die aber deutliche Kontaminationen auf den Oberflächen hinterlassen und deren Verwendung somit lediglich in leeren Räumen, also Reinräume ohne Einrichtungen (Zustand as built – ISO 14644-1) noch vertretbar sind, denn nur so lassen sich die Oberflächen noch gut zur Reinigung erreichen. Sobald der Reinraum mit Betriebsmitteln eingerichtet ist, wird eine vollständige Reinigung und somit Beseitigung der Substanzen schwierig bis unmöglich.
Nebel mit Reinstwasser
Somit bleibt nach jetzigem Stand der Technik nur die Verwendung von reinem Wasser, in Form von Nebel als verwendbare Substanz. Hierbei verbleibt lediglich die Restkontamination aus dem Wasser auf den Oberflächen. Bei der Erzeugung des Nebels, also des Aerosols, sind zwei Methoden bekannt. Zum einen die Erzeugung per Ultraschallschwingern und zum anderen das Mischen der Gasströme Wasserdampf und Kaltgas.
Die Erzeugung von Wassernebel per Ultraschall ist eine seit Jahrzehnten bekannte Methode. Derartige Ultraschallschwinger sind seit langem auf dem Markt verfügbar und in der entsprechenden Konstellation auch für die Erzeugung von Aerosol aus Wasser in hoher Konzentration einsetzbar. Das Prinzip ist einfach, der Ultraschallschwinger erzeugt die Tröpfchen und ein Luftstrom, erzeugt durch einen Ventilator, trägt die Tröpfchen aus dem Gerät aus. Die 2. Methode ist apparativ deutlich aufwändiger, da hier Wasserdampf mit Kaltgas gemischt wird. Das Kaltgas kann aus flüssigem Stickstoff oder flüssiger Luft erzeugt werden. Bei der Zusammenführung des Kaltgases von ca. minus 120 °C und mischen mit dem Wasserdampf entstehen sehr kleine Tröpfchen in hoher Konzentration. Beide Erzeugungsarten führen zu Wassertröpfchen, die der Luftströmung folgen. Natürlich haben beide Methoden auch Nachteile. Generell trocknen die Wassertropfen in der Reinraumluft nach und nach weg, das bereits nach einer gewissen Wegstrecke die Konzentration verringert. Weiterhin kühlen die Wassertröpfchen beim Trocknen ab, was zu einem physikalisch einfach zu erklärenden Absinken der Tröpfchen führt.
Bei den Tröpfchen der Ultraschallerzeugung ist diese physikalische Eigenschaft ausgeprägter als bei den Tröpfchen aus dem Kaltgas und Wasserdampf. Unter Zugrundelegung dieser Tatsache kann der Nebel aus der Ultraschallerzeugung nur bei Luftgeschwindigkeiten von größer als ca. 0,2 m/sec eingesetzt werden. Das heißt überall dort, wo eine Luftgeschwindigkeit z. B. in sogenannten Laminar Floweinheiten, Werkbänken, bei Rückluftauslässen oder auch bei Zulufteinlässen und an Türen als Übergänge von einer in die nächster Druckstufe mit entsprechend hoher Luftgeschwindigkeit vorherrscht. Wird der Nebel frei in einem Reinraum der Klassen 6 bis 9 eingesetzt, entsteht zwar ein scheinbar schöner Effekt, wenn der Nebel zu Boden sinkt, das sicherlich jeden Anwender freut, aber in Wirklichkeit auf den Abkühleffekt der Töpfchen und nicht auf die wahre Strömungsrichtung der Luft zurückzuführen ist.
Eine Visualisierung in turbulent durchströmten Bereichen, bspw. in oder an Maschinen läßt sich somit nur mit dem Nebel aus Kaltgas und Wasserdampf realisieren. Der gerätetechnische Aufwand ist hierbei deutlich größer als bei der Ultraschallmethode, da mit dem flüssigen Medium Stickstoff mit minus 196 °C sicher umgegangen werden muss. Derartige Handhabungen sind zwar seit Jahrzenten im Einsatz und bekannt, aber einige Unternehmen scheuen sich jedoch das Kaltgas aus Sicherheitsgründen zuzulassen. Eine Gefahr der Anreichung des Stickstoffs in einem Reinraum ist jedoch nahezu auszuschließen, da die Räume permanent aktiv belüftet sind. Verwendet man hingegen die Ultraschallmethode, so ist diese denkbar einfach anzuwenden, da hierzu das Nebelgerät lediglich mit Wasser befüllt werden muss um es umgehend einsetzen zu können.
Minimax
Über die Jahre hat sich die Akkutechnik erfreulicherweise deutlich weiter entwickelt, so dass derartige Geräte heutzutage mit Akkubetrieb realisierbar sind. Auf dieser Basis hat die Firma CCI ein neues, leichtes tragbares Gerät, den MiniMax mit einer Betriebszeit von rund 40 Minuten entwickelt, das überall und durch den Akkubetrieb auch an unzugänglichen Stellen einsetzbar ist.
