узел коммутирования вязкостных газовых потоков, предназначенных для анализа

Формула изобретения

Узел коммутирования вязкостных газовых потоков, предназначенных для анализа, содержащий герметический корпус с по меньшей мере двумя входными патрубками, одним выходным патрубком и коммутирующий элемент, расположенный внутри корпуса и выполненный виде трубопровода с возможностью подведения входного его конца к каждому из входных патрубков корпуса, а другого к выходному патрубку корпуса, причем на корпусе закреплен дополнительный выходной патрубок для откачки газов, поступающих в незанятую коммутирующим элементом полость корпуса, отличающийся тем, что входной конец коммутирующего элемента установлен с возможностью бесконтактного подведения к любому из входных патрубков корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области техники управления и регулирования неэлектрических величин, в частности, техники коммутирования газовых потоков, и может быть использовано в тех случаях, когда с помощью одного анализатора требуется проводить анализ газов, проходящих по нескольким линиям. Такая задача встречается, например, в конвертерном и доменом производстве, при получении слитков чистых металлов, выращивании кристаллов, когда требуется оперативно контролировать состав газа, отбираемого в различных точках агрегата в течение всего цикла его работы, причем агрегатов может быть несколько.

Известен узел коммутирования газовых потоков, содержащий несколько (не менее двух) входных патрубков и один выходной патрубок, использующий в качестве коммутирующего элемента клапана (ов) с тем или иным, в зависимости от конкретной специфики использования, приводом (ручной, электромагнитный, пневматический) [1] Недостатком коммутаторов подобного типа является отсутствие надежной гарантии исключения смешивания газов от разных линий на выходе узла коммутирования, что приводит в случае анализа газов к искажению результатов анализа.

Известен также узел коммутирования газовых потоков, предназначенных для анализа состава, содержащий два входных патрубка, один выходной патрубок и коммутирующий элемент, выполненный из двух клапанов [2] Недостатком этого узла является наличие смешивания газов от двух линий на выходе узла коммутирования. В случае, когда клапаны в хорошем состоянии, это смешивание - незначительное. Однако, в процессе эксплуатации происходит неизбежный износ в результате механического или (и) химического взаимодействия уплотнительных элементов клапанов и смешивание становится существенным, что снижает достоверность анализа. Следует также отметить, что при увеличении количества линий (например, при контроле газовой фазы установок по выращиванию кристаллов кремния, которых в цехе 100, количество линий тоже 100) требования к герметичности клапанов увеличиваются в соответствии с увеличением числа линий, и возможна ситуация, когда даже герметичности исправного клапана может быть недостаточно для осуществления точного анализа.

В качестве прототипа взято техническое решение, представляющее собой узел коммутирования, включающий герметичный корпус с наличием не менее двух входных патрубков, с одним выходным патрубком и коммутирующим элементом, расположенным в корпусе и имеющим вид трубопровода, входной конец которого имеет возможность подведения к каждому входному патрубку, а выходной конец к выходному патрубку корпуса, и на корпусе устройства укреплен дополнительный выходной патрубок для откачки газов [3]

Основным недостатком прототипа является то, что в нем в результате применения уплотнителей происходит смешивание газов от разных линий, т.к. уплотнители (резина, пластмассы, фторопласт, смазочные материалы) представляют собой "губку" для газов с большой внутренней поверхностью, на которой происходят процессы сорбции и десорбции атомов и молекул газов от разных входных патрубков, приводящие к искажению состава газового потока от входного патрубка, подаваемого через коммутирующий элемент на анализ, что ухудшает достоверность анализа.

Недостатком является также невозможность анализа газовых сред, конденсирующихся при комнатной температуре, т.к. для такого анализа необходим прогрев устройства, что приводит к разрушению уплотнителей. Это существенно для анализа химически активных газов.

Задачей изобретения является повышение достоверности анализа за счет исключения возможности смешивания газов от разных линий подачи газа на выходе узла коммутирования.

Эта задача решается тем, что в известном узле коммутирования вязкостных газовых потоков, предназначенных для анализа, содержащем герметичный корпус с, по меньшей мере, двумя входными патрубками, одним выходным патрубком и коммутирующий элемент, расположенный внутри корпуса и выполненный в виде трубопровода с возможностью подведения входного его конца к каждому из входных патрубков, а другого к выходному патрубку корпуса, причем на корпусе закреплен дополнительный выходной патрубок для откачки газов, поступающих в незанятую коммутирующим элементом полость корпуса, согласно формуле изобретения, входной конец коммутирующего элемента установлен с возможностью бесконтактного подведения к любому из входных патрубков корпуса.

Возможность бесконтактного подведения входного конца коммутирующего элемента к любому из входных патрубков корпуса позволяет части газового потока из входного патрубка, к которому подведен трубопровод, поступающей вследствие разрежения внутри корпуса через зазор между патрубком и трубопроводом в полость коммутатора, отталкивать газы от других входных патрубков. Это принципиально обеспечивает прохождение газов от входных патрубков к выходному патрубку без перемешивания, что создает условия для их достоверного анализа, а также обеспечивает возможность в узле коммутирования условий бесконтактного регулирования газовых потоков, при котором на выходной патрубок от соответствующего входного патрубка поступает газ, не содержащий в качестве примеси газы, поступающие в коммутатор от других патрубков. Роль "уплотнителя" при этом выполняет часть потока этого газа. Все это приводит к решению поставленной задачи.

На фиг. 1 представлен апробированный вариант узла коммутирования газовых потоков, а на фиг. 2 представлена схема проведения испытаний этого узла.

Узел коммутирования вязкостных газовых потоков, пpедназначенных для анализа (фиг. 1), содержит герметический корпус 1 с, по меньшей мере, двумя входными патрубками 2 и 3, одним выходным патрубком 4 и коммутирующий элемент 5, расположенный внутри корпуса и выполненный в виде трубопровода с возможностью подведения входного 6 его конца к каждому из входных патрубков корпуса, а другого 7 к выходному патрубку корпуса, причем, на корпусе закреплен дополнительный выходной патрубок 8 для откачки газов, поступающих в незанятую коммутирующим элементом полость корпуса, входной 6 конец коммутирующего элемента 5 установлен с возможностью бесконтактного подведения к любому из входных патрубков 2 и 3 корпуса.

Устройство работает следующим образом.

Потоки газа от различных линий проходят через соответствующие входные патрубки коммутатора 5, по меньшей мере, два 2 и 3. Один из концов трубопровода подводится к тому входному патрубку, проходящий из которого газ требуется вывести из коммутатора через выходной патрубок 4 для подачи на анализатор.

Благодаря откачке корпуса 1 коммутатора 5 через дополнительный выходной патрубок 8, в полости коммутатора создается разрежение. Часть потока газа, предназначенного для анализа, поступает в откачиваемую полость коммутатора через зазор между входным патрубком и концом трубопровода, препятствуя попаданию из полости в трубопровод газов от других входных патрубков. Остальная часть газа, предназначенного для анализа, по трубопроводу поступает на выходной патрубок 4 и далее на анализатор (что обеспечивается установкой соответствующего перепада давления), что при этом полностью исключено присутствие примесей газов от других входных патрубков, и тем самым повышается достоверность анализа.

Схема испытаний этого узла приведена на фиг. 2.

К выходному патрубку 4 корпуса посредством линий 9 подключен газоанализатор 10 (масс-рефлектрон ФТИАН) с линией 11 прохождения газа внутри него и в камеру 12 анализатора 10. Дозирующий вентиль 13 пропускает в камеру 12 для анализа приблизительно одну миллиардную долю потока, проходящего по линии 11. Эжекторный насос 14 соединен линией 15 с анализатором 10, а линией 16 с дополнительным патрубком 8.

При проведении испытаний на входной патрубок 2 подавался аргон (99,93% - Ar, примеси 0,007 об. на входной патрубок 3 воздух. Давление Ar и воздуха на соответствующих входных патрубках составляло 1 атм.

Давление внутри корпуса 1 и в линии 16 практически совпадало с давлением на входе насоса 14, что достигалось выбором проводимости линии 16 и производительности насоса 14, и составляло 0,5 атм. При подаче газа через узел коммутирования на анализатор от одного из входных патрубков давление в линии 11 составляло 0,7 атм, что определялось проводимостями входного патрубка, подвижного трубопровода узла коммутирования, выходного патрубка, линий 9, 11, 15, а также давлением аргона, подаваемого на входной патрубок 2 (что определялось при непосредственной подачей аргона на газоанализатор).

Аналогичный результат был зафиксирован при подаче через входной патрубок 3 узла коммутирования воздуха на газоанализатор. Результаты анализа этого воздуха совпадали с результатами анализа воздуха при непосредственной его подаче на газоанализатор. Выполнение устройства (фиг. 1) из химически стойкого материала (нержавеющей стали) также обеспечивает повышение достоверности анализа газа в случае его высокой химической активности, так как при этом уменьшается взаимодействие газа с материалом узла коммутирования.