DE10206135A1

DE10206135A1 - Analysesystem und -Verfahren

Info

Publication number: DE10206135A1
Application number: DE10206135A
Authority: DE
Inventors: Akira Nishina; Tsutomu Kikuchi; Tetsuya Kimijima
Original assignee: Japan Oxygen Co Ltd
Current assignee: Japan Oxygen Co Ltd
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2003-02-13
Also published as: CN1370996A; US20020111747A1; GB2376296A; JP2002243593A; GB0203645D0; TW496953B; KR20020067618A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Analysesystem und ein Analyseverfahren zum konstanten Überwachen von Gasen bereit, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in dem Fall, in dem eine Datendiskrepanz in einem Analysiergerät auftritt, der konstante und kontinuierliche Überwachungszustand aufrechterhalten werden kann, während gleichzeitig die Untersuchung der Ursache des Problems ausgeführt werden kann. DOLLAR A Jeder der Proben-Einleitabschnitte der Analysiergeräte (11, 21, 31) zum Analysieren der Gase von den betreffenden Probenahmepunkten (10a, 20a, 30a) ist mit einer Routen-Umschalteinheit versehen, wie zum Beispiel einem Dreiweg-Ventil oder Vierweg-Ventil (13, 23, 33) oder dergleichen. DOLLAR A Mit dem vorliegenden System kann in dem Fall, in dem das Analyseergebnis nicht ordnungsgemäß ist oder das Analysiergerät nicht ordnungsgemäß funktioniert, durch Steuern der Routen-Umschalteinheit ein Gas von einem anormalen Probenahmepunkt in einem anderen Analysegerät kontinuierlich oder in Zeitintervallen analysiert werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Analysesystem und -verfahren und insbesondere auf ein System und ein Verfahren für das konstante, kontinuierliche Überwachen und Analysieren mehrerer Proben mit den Proben entsprechenden Analysiergeräten.

Beschreibung des Standes der Technik

Ein Gasversorgungssystem, wie zum Beispiel ein Luftzerleger oder eine Gas- bzw. Luftreinigungsvorrichtung, ist beispielsweise mit einem Analysiergerät an einer relevanten Stelle versehen, um den Reinheits- und Verunreinigungsbetrag des zuzuführenden Gases konstant und kontinuierlich zu überwachen und zu analysieren. Ein Gas anwendendes System, wie zum Beispiel ein Halbleiter- Herstellungssystem, ist auch so ausgestaltet, dass es eine kontinuierlich überwachende Analyse des Prozessgases ausführt.

Wenn in solchen Fällen mehrere Gasspezien zugeführt oder verwendet werden, werden mehrere den Gasen entsprechende Analysiergeräte bereitgestellt, so dass jedes der Probegase von seinem entsprechenden Probenahmepunkt aufgefangen bzw. gesammelt wird und seinem entsprechenden Analysegerät zugeführt wird, um einer vorbestimmten Analyse in diesem unterzogen zu werden.

Außerdem verwendet ein Gasversorgungssystem, wie zum Beispiel ein Luftzerleger, oft ein Analysiergerät, welches Verunreinigungen in einem zuzuführenden Gas an mehreren Stellen kontinuierlich analysiert und Blockierfunktionen (inter-lock functions) aufweist, die in dem Fall, in dem die Menge an Verunreinigungen über dem normalen Pegel liegt, die Gasversorgung von dem Luftzerleger abschirmt und stattdessen auf eine Zufuhr eines Reservoirgases als Reserve bzw. Ersatz umschaltet.

Da das Reservegas bzw. Ersatzgas nur für den Notfall dient und damit in der Menge begrenzt ist, ist es in einem solchen Fall erforderlich, die Ursachen des Anstiegs der Verunreinigung zu untersuchen und zu beseitigen und diese auf ihren normalen Zustand zurückzuführen, so dass die Gasversorgung von dem Luftzerleger so bald wie möglich wieder aufgenommen werden kann.

Da sich die Zunahme der Verunreinigung jedoch auch aus einer Störung des Analysiergeräts statt des Luftzerlegers ergeben könnte, ist es erforderlich, zu untersuchen, ob der aus dem Rahmen fallende Output von dem Analysiergerät für das Gas durch tatsächlich erhöhte Verunreinigungen in dem Gas oder durch Fehlinformation des Analysiergeräts verursacht wird.

Für eine solche Untersuchung ist es für gewöhnlich erforderlich, eine Probe des Gases mit einem Probenehmer zu entnehmen und den Probenehmer an ein Analyselabor zu senden, welches das Gas genau analysieren kann.

Für eine solche Analyse sollte jedoch ein leerer und sauberer Probenehmer von dem Labor geschickt und dann einer Probenahme unterzogen werden, und dann sollte der Probenehmer mit dem Probegas an das Labor zur Analyse zurückgesandt werden, was mindestens mehrere Tage von der Analyseanfrage bis zum Erhalt des Ergebnisses in Anspruch nimmt.

In dem Fall, in dem das Analysiergerät selbst nicht ordnungsgemäß funktioniert, wird ferner eine gleiche Art Analysiergerät ersatzweise gestellt und anstelle des Analysiergeräts installiert, so dass das Ersatz- Analysiergerät den Überwachungsvorgang kontinuierlich ausführt, bis das ausgefallene Analysiergerät repariert ist.

Man benötigt jedoch viel Zeit, um das Ersatz- Analysiergerät zu bekommen, zu liefern, zu installieren und umzustellen bzw. zu modulieren, weshalb der Analysevorgang über mehrere Tage hinweg nicht ausgeführt werden kann.

Insbesondere im Fall der Halbleiter-Herstellungsindustrie, in der nur eine geringe Menge an Unreinheiten bzw. Verunreinigungen auf ppb-Niveau in dem Prozessgas erlaubt ist, sollte ein hochsensibles und genaues Analysiergerät, das viel teuerer ist als gewöhnliche Analysiergeräte ist, zum Einsatz kommen, womit ein Ersatz-Analysiergerät vom ökonomischen Standpunkt her nicht vorteilhaft ist.

Der Neustart des Luftzerlegers beansprucht oft etwa eine Woche, obwohl die Menge an Ersatzgas für gewöhnlich nur einen Tag reicht und damit nicht ausreichend ist. In einem solchen Fall ist es erforderlich, ein verflüssigtes Gas von einem anderen Luftzerleger an ein Reservoir für die kontinuierliche Zuführung zu liefern.

Wie vorher erwähnt wurde, sollte der Luftzerleger bei einem aus dem Rahmen fallenden Ergebnis etwa eine Woche lang angehalten werden, was viel Umstände und Kosten erfordert. Auch hinsichtlich anderer Gas anwendender Anlagen, wie zum Beispiel Halbleiter-Herstellungssystemen, nimmt dies bei Auftreten eines solchen Datenproblems die gleiche Zeitdauer zum Untersuchen der Störung des Analysiergeräts in Anspruch, was viel Zeit und Kosten erfordert.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung beschäftigte die Tatsache, dass, obwohl ein Gasversorgungssystem oder Gas anwendendes System wie die obigen mehrere Arten von Gasen analysiert oder ein Gas an mehreren Analysepunkten analysiert, die Arten von Verunreinigungen oft ähnlich sind und einander überlappen.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, eine Analysesystem und ein Analyseverfahren bereitzustellen, das genau untersuchen kann, ob im Fall des Auftretens einer Diskrepanz in einem Analysiergerät die Datendiskrepanz vom Analysiergerät oder vom Gas selbst herrührt, und das im Fall, dass das Analysiergerät nicht ordnungsgemäß funktioniert, das Gasversorgungssystem oder Gas anwendende System in einer kurzen Zeitspanne wieder einsetzen kann.

ABRISS DER ERFINDUNG

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Analysesystem bereitgestellt mit: mehreren Analysiergeräten, die entsprechend an mehreren Probenahmepunkten angebracht sind, von denen Proben jeweils durch die entsprechenden Analysiergeräte analysiert werden, Analysewege bzw. -routen zum jeweiligen Einführen der Proben von den Probenahmepunkten in die entsprechenden Analysiergeräte, Ersatz-Analysewegen auf der Zuführ- oder Sendeseite zum Zuführen bzw. Senden der Proben an die Analysiergeräte, die in der Lage sind, die gleichen Arten von Analyseobjekten wie die Proben aus den Analysiergeräten zu analysieren, Weg-Umschaltmitteln, welche jeweils die Analysewege und die Ersatz-Analysewege zu den Analysiergeräten umschaltbar verbinden, wobei ein Ersatz- Analyseweg auf der Empfangsseite, der mit mindestens einem der Analysiergeräte verbunden ist und die Proben empfängt, die von den anderen Analysiergeräten über das Weg- Umschaltmittel gesendet werden.

In dem Analysesystem ist das Weg- bzw. Routen- Umschaltmittel entweder ein Dreiweg-Ventil oder ein Vierweg- Ventil. Die Ersatz-Analyseroute umfasst auch ein Sperrventil für deren Abschirmung, eine Austragsroute zur Verbindung von der Ersatz-Analyseroute des Systems nach außen und ein Sperrventil zum Abschirmen der Austragsroute. Darüber hinaus sind die Ersatz-Analyse-Routen zwischen den die nicht miteinander reagierenden Proben analysierenden Analysiergeräten verbunden.

Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Analysesystem bereitgestellt mit: mehreren Analysiergeräten, die entsprechend an mehreren Probenahmepunkten angebracht sind, von denen Proben jeweils durch entsprechende Analysiergeräte analysiert werden, einem gemeinsamen Analysiergerät, das in der Lage ist, Analyseobjekte in jedem der Analysiergeräte zu analysieren, Analysewegen bzw. -routen zum Einführen der Proben von den Probenahmepunkten in die entsprechenden Analysiergeräte, Ersatz-Analysewege bzw. -routen zum Einführen der Proben in das gemeinsame Analysiergerät, Routen-Umschaltmitteln, welche die Analyse-Routen und die Ersatz-Analyse-Routen jeweils mit den Analysiergeräten umschaltbar verbinden. Das gemeinsame Analysiergerät ist ferner mit einer äußeren Probe- Einführungsroute versehen, um eine Probe von außen in dieses einzuführen, und zwar zusätzlich zu den Ersatz-Analyse- Routen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Analyseverfahren zum Analysieren jeder Probe von mehreren Probenahmepunkten in mehreren Analysiergeräten bereitgestellt, die entsprechend relativ zu den Probenahmepunkten angebracht sind, wobei im Fall des Auftretens einer Diskrepanz in einem der Analysiergeräte eine Probe, die dazu bestimmt ist, durch das Analysiergerät analysiert zu werden, in ein Ersatz-Analysiergerät eingeführt wird, welches in der Lage ist, die gleiche Art von Analyseobjekt aus den anderen Analysiergeräten zu analysieren, während eine Ersatz-Analyse durch das Ersatz- Analysiergerät ausgeführt wird. Das Ersatz-Analysiergerät analysiert alternativ die Probe, die zur Analyse durch dieses bestimmt ist, sowie die Probe, die zur Analyse in dem Analysiergerät mit der Diskrepanz bestimmt ist.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird ein Analyseverfahren zum Analysieren jeder Probe von mehreren Probenahmepunkten in mehreren Analysiergeräten bereitgestellt, welche entsprechend relativ zu den Probenahmepunkten angebracht sind, wobei ein gemeinsames Analysiergerät, das in der Lage ist, Analyseobjekte der mehreren Analysiergeräte zu analysieren, ferner zusätzlich zu den mehreren Analysiergeräten vorgesehen ist, und wobei die in den Analysiergeräten zu analysierenden Proben der Reihe nach auf das gemeinsame Analysiergerät, welches die Proben umschaltbar analysiert, geschaltet und in dieses eingeführt werden. Wenn eine Diskrepanz in einem der Analysiergeräte auftritt, analysiert das gemeinsame Analysiergerät bevorzugt eine Probe, die dazu bestimmt ist, in dem Analysiergerät mit der Diskrepanz analysiert zu werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Für ein volleres Verständnis der Art und der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist auf die folgende detaillierte Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen Bezug zu nehmen, in denen zeigen:
Fig. 1 ein Systemdiagramm zur Darstellung der ersten Ausführungsform eines Analysesystems gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ein Systemdiagramm zur beispielhaften Darstellung eines Analyseverfahrens in einem Normalzustand mit kontinuierlicher Überwachungsanalyse,
Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht in einem Reinigungsvorgangszustand,
Fig. 4 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht in einem Ersatz- Analysezustand,
Fig. 5 ein Systemdiagramm zur Darstellung der zweiten Ausführungsform eines Analysesystems gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 ein Systemdiagramm zur Darstellung der dritten Ausführungsform eines Analysesystems gemäß der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 7 ein Systemdiagramm zur Darstellung der vierten Ausführungsform eines Analysesystems gemäß der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 ist ein Systemdiagramm zur Darstellung der ersten Ausführungsform eines Analysesystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Analysesystem analysiert drei Arten von Gasen, beispielsweise Stickstoff (N₂), Wasserstoff (H₂) und (Ar), die in einem Gasreinigungssystem gereinigt werden, und die durch drei Gas-Routen 10, 20, 30 in drei betreffende Analysiergeräte (einem Stickstoff-Analysiergerät 11, einem Wasserstoff-Analysiergerät 21 und einem Argon-Analysiergerät 31) strömen.
In dem Analysesystem sind zwischen jedem der Probenahmepunkt 10a, 20a, 30a der Gas-Routen 10, 20, 30 und jedem der Analysiergeräte 11, 21, 31, Analyse-Routen 12a, 12b, 22a, 22b, 32a, 32b zum Einführen der an den Probenahmepunkten 10a, 20a, 30a genommenen Proben in die Analysiergeräte 11, 21, 31 jeweils über Vierweg-Ventile 13, 23, 33 gebildet, von denen jedes an der Probeeinführungsseite des betreffenden Analysiergeräts installiert ist.
Die Vierweg-Ventile 13, 23, 33 sind zusätzlich zu der Analyse-Route jeweils mit der Ersatz-Analyse-Route 14, 24, 34 auf der Sendeseite zum Senden von Proben zu den anderen Analysiergeräten und mit Ersatz-Analyse-Routen 15, 25, 35 auf der Empfangsseite zum Empfangen von Proben von den anderen Analysiergeräten verbunden, während die Routen 14, 24, 34, 15, 25, 35 mit einer gemeinsamen Ersatz-Analyse-Route 100 über betreffende Sperrventile 14a, 24a, 34a, 15a, 25a, 35a verbunden sind.
Die Vierweg-Ventile 13, 23, 33 können interne Durchgangswege 13a, 13b, 23a, 23b, 33a, 33b schalten und damit eine Route zum Einleiten eines von den Probenahmepunkten 10a, 20a, 30a den Analyse-Routen 12a, 22a, 32a zur Probe zugeführten Probegases in die Analysiergeräte 11, 21, 31 über die Analyse-Routen 12b, 22b, 32b, eine Route zum Einleiten des den Analyse-Routen 12a, 22a, 32a zur Probe zugeführten Probegases in die Ersatz-Analyse-Routen 14, 24, 34 auf der Sendeseite, und eine Route zum Einleiten von von den anderen Analysiergeräten über die Ersatz-Routen 15, 25, 35 empfangenen Probegasen auf der Empfangsseite in die Analysiergeräte 11, 21 bzw. 31 bilden.
Mit anderen Worten stehen die obigen Analyse-Routen miteinander über einen Teil der internen Durchgangswege 13a, 23a, 33a in Verbindung, und die Ersatz-Analyse-Routen 14, 24, 34 auf der Sendeseite stehen mit den Ersatz-Analyse-Routen 15, 25, 35 auf der Empfängerseite jeweils über die gegenüberliegenden bzw. entgegengesetzten internen Durchgangswege 13b, 23b, 33b in Verbindung.
Die obigen Analysiergeräte 11, 21, 31 können aus beliebigen Analysevorrichtungen gewählt werden, sofern sie für das entsprechende Analyseobjekt bzw. die Analyseaufgabe geeignet sind. Beispielsweise kann im Fall der Analyse eines zur Verwendung in einer Halbleiter-Herstellungsvorrichtung gereinigten Gases ein Ionisations-Massenspektrometer unter atmosphärischem Druck verwendet werden.
Da ein Ionisations-Massenspektrometer unter atmosphärischem Druck fast alle Komponenten in einem Gas mit hoher Genauigkeit und Sensibilität analysieren kann, kann die gleiche Funktion auf Stickstoff, Wasserstoff und Argon zur Analyse von Unreinheiten angewandt werden.
Als nächstes wird ein repräsentatives Analyseverfahren mit dem vorliegenden Analysesystem im Fall eines nicht ordnungsgemäß funktionierenden Analysiergeräts, beispielsweise des Wasserstoff-Analysiergeräts 21, auf der Basis der Fig. 2 bis 4 erläutert.
In den obigen Figuren geben die schwarz markierten Ventile einen geschlossenen Zustand und die mit der breiten Linie markierten Routen einen Gasströmungszustand an.
Zunächst zeigt Fig. 2 den Normalzustand, in dem die konstante, kontinuierliche Überwachungsanalyse durchgeführt wird. Ein Teil des in die Gas-Route 10 strömenden Stickstoffgases strömt von dem Probenahmepunkt 10a über die Analyse-Route 12a und den internen Durchgangsweg 13a des Vierwege-Ventils 13 in die Analyse-Route 12b und wird dann in das Stickstoff-Analysiergerät 11 eingeleitet.
Auf ähnliche Weise strömt ein Teil des in der Gas-Route 20 strömenden Wasserstoffgases vom Probenahmepunkt 20a über die Analyse-Route 22a und den internen Durchgangsweg 23a des Vierwege-Ventils 23 in die Analyse-Route 22b und wird dann in das Wasserstoff-Analysiergerät 21 eingeleitet, und ein Teil des in der Gas-Route 30 strömenden Argongases strömt von dem Probenahmepunkt 30a über die Analyse-Route 32a und den internen Durchgangsweg 33a des Vierwege-Ventils 33 in die Analyse-Route 32b und wird dann in das Argon-Analysiergerät 31 eingeleitet.
Demgemäß analysieren die Analysiergeräte 11, 21, 31 Stickstoff, Wasserstoff bzw. Argon.
Gemäß Fig. 3 wird jedoch in dem Fall, in dem das Wasserstoff-Analysiergerät 21 nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert und den Wasserstoff nicht analysiert, der Durchgangsweg des Vierwege-Ventils 23 zwischen den Analyse- Routen 22a, 22b durchgeschaltet, während das Sperrventil 24a der Ersatz-Analyse-Route 24 auf der Sendeseite, das Sperrventil 15a der Ersatz-Analyse-Route 15 auf der dem eine Stickstoffanalyse durchführenden Stickstoff-Analysiergerät 11 zugeordneten Empfängerseite und das Sperrventil 15c der Austrags-Route 15b jeweils geöffnet werden, so dass die Einleitung von Wasserstoffgas in das Wasserstoff- Analysiergerät 21 angehalten wird und das von dem Probenahmepunkt 20a der Gas-Route 20 zur Probenahme in die Analyse-Route 22a geleitete Wasserstoffgas in die Austrags- Route 15b über den internen Durchgangsweg 23a des Vierwege- Ventils 23, die Ersatz-Analyse-Route 24 auf der Sendeseite, die Ersatz-Analyse-Route 100 und die Ersatz-Analyse-Route 15 auf der Empfängerseite ausgetragen wird. Im Ergebnis werden diese Routen durch den Wasserstoffstrom gereinigt bzw. gespült.
Zu dieser Zeit strömt das in der Gas-Route 10 strömende Stickstoffgas durch die Analyse-Route 12a, den internen Durchgangsweg 13a des Vierwege-Ventils 13 und die Analyse- Route 12b in das Stickstoff-Analysiergerät 11 und wird darin wie gewöhnlich analysiert, während das in der Gas-Route 30 strömende Argongas ebenfalls durch die Analyse-Route 32a, den internen Durchgangsweg 33a des Vierwege-Ventils 33 und die Analyse-Route 32b in das Argon-Analysiergerät 31 strömt und dann in diesem wie gewöhnlich analysiert wird.
Nachdem die Route von der Ersatz-Analyse-Route 24 auf der Sendeseite des Wasserstoff-Analysiergeräts 21 zu der Ersatz-Analyse-Route 15 auf der Empfängerseite des Stickstoff-Analysiergeräts 11 genügend gereinigt wurde, wird das Vierwege-Ventil 13 des Stickstoff-Analysiergeräts 11 umgeschaltet, während das Sperrventil 14c der Austrags-Route 14b geöffnet und das Sperrventil 15c der Austrags-Route 15b geschlossen wird, wie Fig. 4 zeigt.
Demgemäß strömt das Wasserstoffgas, das in die Ersatz- Analyse-Route 15 auf der Empfangsseite von der Ersatz- Analyse-Route 100 strömte, durch den internen Durchgangsweg 13b des Vierwege-Ventils 13 und die Analyse-Route 12b und wird dann in das Stickstoff-Analysiergerät 11 eingeleitet. Der Systemzustand wird so geschaltet, dass die Analyse des Wasserstoffs, die durch Probenahme von der Gas-Route 20 zu der Analyse-Route 22a vorgenommen wurde, ersatzweise durch das Stickstoff-Analysiergerät 11 erfolgt, womit Verunreinigungen im Wasserstoffgas in dem Stickstoff- Analysiergerät 11 analysiert werden.
In diesem Stadium strömt das von der Gas-Route 10 zu der Analyse-Route 12a einer Probenahme unterzogene Stickstoffgas durch den internen Durchgangsweg 13a des Vierwege-Ventils 13, das Sperrventil 14 und die Austrags-Route 14b und wird dann aus dem System ausgetragen. Zusätzlich wird das durch die Gas-Route 30 strömende Argongas in das Argon-Analysiergerät 31 eingeleitet und dann wie gewöhnlich darin analysiert.
In dem Ersatz-Analysezustand gemäß Fig. 4 kann durch Schalten des Vierwege-Ventils das Stickstoffgas der Analyse- Route 12a von der internen Route 13a des Vierwege-Ventils 13 zur Analyse-Route 12b geleitet und dann in das Stickstoff- Analysiergerät 11 eingeleitet werden, so dass dort die Stickstoffanalyse wie gewöhnlich ausgeführt wird.
Da die Analyse von Stickstoff und die Ersatz-Analyse von Wasserstoff durch Betätigen des Vierwege-Ventils durch Umschalten des Vierwege-Ventils in einem relevanten Zeitintervall von beispielsweise 30 Minuten geschaltet werden kann, können Stickstoff und Wasserstoff abwechselnd analysiert werden.
Während dieser Zeit wird der ordnungsgemäße Zustand des Wasserstoff-Reinigungsapparats oder -analysiergeräts überprüft, während der Wasserstoff durch Verwenden von Ersatzgas kontinuierlich zugeführt wird. Wenn das Reinheitsniveau (Menge an Verunreinigungen) des in der Gas- Route 20 strömenden Wasserstoffs nicht ordnungsgemäß ist, so gibt dies an, dass die Ursache des Datenproblems in dem Wasserstoff-Reinigungsapparat selbst liegt, womit der Apparat einer Reparatur unterzogen wird.
Wenn andererseits kein Problem im Reinigungsniveau des Wasserstoffgases besteht, so bedeutet dies, dass das Wasserstoff-Analysiergerät nicht in Ordnung ist, und somit wird das Wasserstoff-Analysiergerät einer Reparatur unterzogen.
Wenn die Überprüfung und die Reparatur abgeschlossen sind, werden die betreffenden Vierweg-Ventile und Sperrventile so geschaltet, dass die konstante, kontinuierliche Überwachungsanalyse in dem gewöhnlichen Zustand von Fig. 1 wieder ausgeführt werden kann. Solche Arbeitsgänge für eine Ersatzanalyse können durch manuelles Schalten der betreffenden Vierweg-Ventile und Sperrventile durchgeführt werden, oder sie können automatisch mittels eines pneumatischen Ventils oder eine elektronischen Ventils, das extern gesteuert werden kann, in einer vorbestimmten Sequenz durchgeführt werden.
Wie oben erklärt wurde, kann das System Ersatz-Analysen lediglich durch Schalten der Vierweg-Ventile oder der Sperrventile durchführen, ohne das nicht betriebsbereite bzw. gesperrte Analysiergerät zu verwenden. Wenn daher eines der Analysiergeräte (im Fall dieser Ausführungsform das Wasserstoff-Analysiergerät 21) nicht ordnungsgemäß funktioniert, wird die zu analysierende Probe in dem Analysiergerät (Wasserstoffgas im Fall dieser Ausführungsform) in ein Analysiergerät eingeleitet (im Fall dieser Ausführungsform in das Stickstoff-Analysiergerät 11), das in der Lage ist, den gleichen Typ von Probegas aus den anderen Analysiergeräten zu analysieren, so dass das Stickstoff-Analysiergerät 11 eine Ersatzanalyse für Wasserstoff ausführen kann. Im Ergebnis können das Wasserstoffgas und das Stickstoffgas kontinuierlich überwacht, analysiert und zugeführt werden.
Da die Analyse-Routen durch ein Vierweg-Ventil und nicht durch mehrere Ventile geschaltet werden können, kann insbesondere der tote bzw. ungenutzte Raum minimiert werden.
Ferner können die in den Ersatz-Analyse-Routen vorgesehenen Sperrventile verhindern, dass die Probe in die anderen Analysiergeräte strömt, welche die Ersatz-Analyse nicht ausführen, und die in den Austrags-Routen vorgesehenen Sperrventile ermöglichen es, die Routen durch die Probe hinreichend zu reinigen.
Das heißt, dass bei dem Reinigungsvorgang gemäß Fig. 3 das in die Ersatz-Analyse-Route 15 auf der Empfangsseite eingeleitete Wasserstoffgas über das Absperrventil 15c und die Austrags-Route 15b ausgetragen wird. Alternativ jedoch kann das in die Ersatz-Analyse-Route 15 auf der Empfangsseite eingeleitete Wasserstoffgas auch über den internen Durchgangsweg 13b des Vierweg-Ventils 13, das Sperrventil 14c und die Austrags-Route 14b unter Ausschluss der Austrags- Route 15b ausgetragen werden.
Wenn ein Analysiergerät ohne ein internes Kalibriersystem verwendet wird, kann ferner die Kalibrierung des Analysiergeräts, beispielsweise des Stickstoff- Analysiergeräts 11, durch Schalten des internen Durchgangswegs 13b des Vierweg-Ventils 13 in den in Fig. 4 gezeigten Zustand ausgeführt werden, so dass die Austrags- Route 15b und die Analyse-Route 12b über den internen Durchgangsweg 13b des Vierweg-Ventils 13 miteinander in Verbindung stehen, und durch anschließendes serielles Einleiten eines Kalibrierungsgases in das Stickstoff- Analysiergerät 11 über die Austrags-Route 15b.
In diesem Fall können die betreffenden Analysiergeräte sukzessive nur durch ein Korrektursystem unter Verwendung der Austrags-Routen 25b, 35b der Reihe nach kalibriert werden, womit das teuere Kalibriersystem für mehrere Analysiergeräte verwendet werden kann.
Für das Ersatz-Analysiergerät kann ein beliebiges Analysiergerät gewählt werden. Beispielsweise kann die Ersatz-Analyse für Stickstoff entweder von dem Wasserstoff- Analysiergerät 21 oder dem Argon-Analysiergerät 31 durchgeführt werden.
Fig. 5 ist ein Systemdiagramm zur Darstellung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden die gleichen Bestandteile wie in der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugsziffern erläutert.
In diesem Analysesystem können einige der vier durch die vier Gas-Routen strömenden Gase miteinander reagieren; beispielsweise entsprechen die Gas-Routen 10, 20, 30 Stickstoff, Wasserstoff bzw. Argon, und das Gas in der vierten Gas-Route 40 entspricht Sauerstoff (O₂), das mit Wasserstoffgas reagiert.
In dieser Ausführungsform wird die Ersatz-Analyse auf eine Art und Weise ausgeführt, dass die Ersatz-Analysen für Wasserstoff und Sauerstoff jeweils in dem Stickstoff- Analysiergerät 11 bzw. dem Argon-Analysiergerät 31 stattfindet, so dass Wasserstoff und Sauerstoff nicht vermischt werden können.
Das heißt, dass zwischen dem Vierweg-Ventil 13 des Stickstoff-Analysiergeräts 11 und dem Vierweg-Ventil 23 des Wasserstoff-Analysiergeräts 21 eine Stickstoff-Ersatz- Analyse-Route 101 zum Einleiten des in der Analyse-Route 12a einer Probenahme unterzogenen Stickstoffgases in das Wasserstoff-Analysiergerät 21 besteht, und eine Wasserstoff- Ersatz-Analyse-Route 102 zum Einleiten des in der Analyse- Route 22a einer Probenahme unterzogenen Wasserstoffgases in das Stickstoff-Analysiergerät 11 besteht, welche jeweils Sperrventile 101a, 102a bzw. Austragsventile 101b, 102b enthalten.
Ferner besteht zwischen dem Vierweg-Ventil 33 des Argon- Analysiergeräts 31 und dem Vierweg-Ventil 43 des Sauerstoff- Analysiergeräts 41 eine Argon-Ersatz-Analyse-Route 103 zum Einleiten des in der Analyse-Route 32 einer Probenahme unterzogenen Argongases in das Sauerstoff-Analysiergerät 41, und eine Sauerstoff-Ersatz-Analyse-Route 104 zum Einleiten des in der Analyse-Route 42a einer Probenahme unterzogenen Sauerstoffgases in das Argon-Analysiergerät 31, welche jeweils Sperrventile 103a, 104a bzw. Austragsventile 103b, 104b enthalten.
Daher kann gemäß Fig. 5 durch Schalten des Vierweg- Ventils 13 des Stickstoff-Analysiergeräts 11 derart, dass dessen interner Durchgangsweg 13a in Verbindung mit der Analyse-Route 12a und der Stickstoff-Ersatz-Route 101 in Verbindung steht, das in dem Stickstoff-Analysiergerät 11 zu analysierende Stickstoffgas durch die Stickstoff-Ersatz-Route 101 zu dem Vierweg-Ventil 23 des Wasserstoff-Analysiergeräts 21 geleitet werden. Daraufhin kann nach Abschluss des Reinigungsvorgangs, um das Stickstoffgas von dem Austragsventil 101b auszutragen, durch Schließen des Austragsventils 101b, Öffnen des Sperrventils 101a und Umschalten des Vierweg-Ventils 23 des Wasserstoff- Analysiergeräts 21 das Stickstoffgas in das Wasserstoff- Analysiergerät 21 eingeleitet und darin analysiert werden.
Auf ähnliche Weise wird durch Steuern der betreffenden Vierweg-Ventile, Sperrventile und Austragsventile jede Ersatz-Analyse des Wasserstoffgases, des Argongases und des Sauerstoffgases in dem Stickstoff-Analysiergerät 11, dem Sauerstoff-Analysiergerät 41 und dem Argon-Analysiergerät 31 durchgeführt.
Da nach obiger Beschreibung die Probegase miteinander reagieren können, wie zum Beispiel Sauerstoff und Wasserstoff, werden das Stickstoff-Analysiergerät 11 und das Argon-Analysiergerät 31 als Ersatz-Analysiergeräte für die betreffenden Reaktionsgase gewählt, um so zu verhindern, dass sich die Reaktionsgase miteinander vermischen, was eine Verbesserung des Gasschutzes und der Genauigkeit der Analyse ergibt.
Fig. 6 ist ein Systemdiagramm zur Darstellung der dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Analysesystems, in dem das Argon-Analysiergerät 31 keine Ersatz-Analyse für irgendwelche anderen Proben ausführt oder ausführen kann. Das heißt, dass nur eine Argon-Zuführ-Route 105 vom Vierweg-Ventil 33 des Argon-Analysiergeräts 31 angebracht ist, die mit dem Vierweg-Ventil des Wasserstoff- Analysiergeräts 21 über das Sperrventil 105a verbunden ist.
Außerdem sind gemäß der in Fig. 5 gezeigten zweiten Ausführungsform das Vierweg-Ventil 13 des Stickstoff- Analysiergeräts 11 und das Vierweg-Ventil 23 des Wasserstoff- Analysiergeräts 21 jeweils mit der Stickstoff-Ersatz-Analyse- Route 101 mit dem Sperrventil 101a und dem Austragsventil 101b sowie der Wasserstoff-Ersatz-Analyse-Route 102 mit dem Sperrventil 102a und dem Austragsventil 102b versehen, während die Stickstoff-Ersatz-Analyse-Route 101 mit dem Vierweg-Ventil 23 verbunden ist, nachdem sie sich mit der Argon-Zuführ-Route 105 verbunden hat.
Daher kann die Ersatz-Analyse des von der Gas-Route 10 zur Analyse-Route 12a einer Probenahme unterzogenen Stickstoffgases in dem Wasserstoff-Analysiergerät 21 durch Betätigen des Vierweg-Ventils 13, des Sperrventils 101a, des Austragsventils 101b und des Vierweg-Ventils 23 ausgeführt werden, die Ersatz-Analyse des von der Gas-Route 20 zur Analyse-Route 22a einer Probenahme unterzogenen Wasserstoffgases kann in dem Stickstoff-Analysiergerät 11 durch Betätigen des Vierweg-Ventils 23, des Sperrventils 102a, des Austragsventils 102b und des Vierweg-Ventils 13 ausgeführt werden, und die Ersatz-Analyse des von der Gas- Route 30 zur Analyse-Route 32a einer Probenahme unterzogenen Argongases kann in dem Wasserstoff-Analysiergerät 21 durch Betätigen des Vierweg-Ventils 33, des Sperrventils 105a und des Vierweg-Ventils 23 ausgeführt werden.
Ferner kann durch Bilden der betreffenden internen Durchgangswege der Vierweg-Ventile 13, 23, 33 das von der Gas-Route 30 zur Analyse-Route 32a einer Probenahme unterzogene Argongas durch den internen Durchgangsweg 33a des Vierweg-Ventils 33, die Ersatz-Analyse-Route auf der Sendeseite 105, das Sperrventil 105a, den internen Durchgangsweg 23b des Vierweg-Ventils 23, die Wasserstoff- Ersatz-Analyse-Route 102, das Sperrventil 102a, den internen Durchgangsweg 13b des Vierweg-Ventils 13 und die Analyse- Route 12b in das Stickstoff-Analysiergerät 11 geleitet werden.
Fig. 7 ist ein Systemdiagramm zur Darstellung der vierten Ausführungsform eines Analysesystems gemäß der Erfindung, in dem Stickstoff, Wasserstoff, Argon und Helium (He), die jeweils in den Gas-Routen 10, 20, 30, 50 strömen, in den vier Analysiergeräten, nämlich dem Stickstoff- Analysiergerät 11, dem Wasserstoff-Analysiergerät 21, dem Argon-Analysiergerät 31 und dem Helium-Analysiergerät 51 konstant und kontinuierlich überwacht und analysiert werden, und in dem zusätzlich ein gemeinsames Analysiergerät 61 vorgesehen ist, das in der Lage ist, die Analyseobjekte in jedem Analysiergerät zu analysieren.
Die betreffenden Analysiergeräte 11, 21, 31, 51 zum Ausführen einer konstanten, kontinuierlichen Überwachung und Analyse messen die Konzentration von Sauerstoffgas-Spuren in jedem Gas, und das gemeinsame Analysiergerät 61 ist ein Analysiergerät, das zumindest in der Lage ist, die Konzentration von Sauerstoffgas-Spuren zu messen, beispielsweise ein Ionisations-Massenspektrometer unter atmosphärischem Druck.
Jede der Analyse-Routen 12a, 22a, 32a, 52a zum Sammeln von Probenahmen von jeder der Gas-Routen 10, 20, 30, 50 ist mit zwei verbundenen Dreiweg-Ventilen (2 connected 3 way valves) 16, 26, 36, 56 als jeweilige Routen-Umschaltmittel versehen. Einseitige Ventile 16a, 26a, 36a, 56a der zwei verbundenen Dreiweg-Ventile sind jeweils mit den Analysiergeräten 11, 21, 31, 51 über die Analyse-Routen 12b, 22b, 32b, 52b verbunden, und ihre anderen Seitenventile 16b, 26b, 36b, 56b sind jeweils mit dem gemeinsamen Analysiergerät 61 über die Ersatz-Analyse-Routen 17, 27, 37, 57 verbunden.
Zusätzlich sind die Ventile 16b, 26b, 36b, 56b auf der Seite des gemeinsamen Analysiergeräts, die durch die Sequenzschaltung 62 automatisch gesteuert werden, jeweils so eingestellt, dass nur eines davon geöffnet ist.
In einem normalen Zustand sind die Ventile 16a, 26a, 36a, 56a immer geöffnet, und Stickstoff, Wasserstoff, Argon und Helium, die von den betreffenden Probenahmepunkten 10a, 20a, 30a, 50a zu der Analyse-Route 12a, 22a, 32a bzw. 52a einer Probenahme unterzogen werden, werden jeweils in die Analysiergeräte 11, 21, 31, 51 über die Ventile 16a, 26a, 36a, 56a und die Analyse-Routen 12b, 22b, 32b, 52b eingeleitet, wo die kontinuierliche Überwachung und Analyse auf Sauerstoff als Verunreinigung ausgeführt wird.
Zusätzlich werden die Ventile 16b, 26b, 36b, 56b auf der Seite des gemeinsamen Analysiergeräts in einer vorbestimmten Sequenz in regelmäßigen Zeitintervallen geöffnet und ein Teil der Probe von dem geöffneten Ventil strömt durch die Ersatz- Analyse-Route und wird in das gemeinsame Analysiergerät 61 eingeleitet, in dem verschiedene Verunreinigungen einschließlich Sauerstoff, wie zum Beispiel Sauerstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan, Stickstoff, Wasserstoff und dergleichen im Fall von Helium analysiert werden. Desgleichen wird im Fall von anderen Gasen eine identische Analyse für die anderen Gase ausgeführt.
Infolgedessen ist das gemeinsame Analysiergerät 61 in der Lage, die Analyse jedes beliebigen der Gase auszuführen.
Wenn bei der konstanten, kontinuierlichen Überwachung und Analyse irgendeines der Analysiergeräte, beispielsweise das Stickstoff-Analysiergerät 11, keine ordnungsgemäßen Daten ausgibt, wird das von der Gas-Route 10 zugeführte Stickstoffgas zunächst auf Stickstoffgas für Ersatz geschaltet, und das Ventil 16b des zweifach verbundenen Dreiwegs (2 connected 3 way) auf der Seite des gemeinsamen Analysiergeräts wird vor den anderen Ventilen 26b, 36b, 56b geöffnet, was zu dem Zustand führt, in dem das Stickstoffgas bevorzugt analysiert wird.
Darüber hinaus wird das Stickstoffgas mit den nicht ordnungsgemäßen Ausgabedaten in das gemeinsame Analysiergerät 61 von dem äußeren Proben-Einleitventil 63 über die separate Route eingeleitet und in der Gas-Route 10 auf Stickstoffgas für den Ersatz geschaltet, wobei es analysiert wird, wobei es der Analyse gestattet, die Ursache des Datenproblems zu untersuchen.
Entsprechend kann eine kreuzweise Überprüfung stattfinden, ob sich Sauerstoff in das Stickstoffgas gemischt hat. Ferner kann dieser Vorgang dazu verwendet werden, die Ursache eines Entweichens von Luft durch Analyse der anderen Komponenten zu untersuchen.
Falls die Ursache der Vermischung von Sauerstoff in das Stickstoffgas gefunden wurde, wird die gleiche Analyse nach Beseitigung der Ursache fortgesetzt, wobei dann, falls in den Ergebnisdaten kein Problem auftritt, die Gaszufuhr von dem Ersatz-Stickstoffgas-Zufuhrzustand zu dem normalen Stickstoffgas-Zufuhrzustand geschaltet werden kann.
Außerdem kann selbst dann, wenn das Stickstoff- Analysiergerät 11 nicht in Ordnung ist, durch öffnen des Ventils 16b und Ausführen einer Ersatz-Analyse von Stickstoff in dem gemeinsamen Analysiergerät 61, das eine konstante, kontinuierliche Überwachung und Analyse ausführen kann, das Stickstoffgas wie gewöhnlich kontinuierlich zugeführt werden. Mittlerweile kann dadurch, dass das Ventil 16a in einem geschlossenen Zustand gehalten wird, die Entfernung des Stickstoff-Analysiergeräts 11 für Reparaturen und die Montage des Stickstoff-Analysiergeräts 11 nach Reparaturen ebenso wie ein Austausch des Analysiergeräts selbst einfach vorgenommen werden.
Wie oben beschrieben wurde, kann das gemeinsame Analysiergerät 61, welches jede Probe sukzessive und umschaltbar analysiert, nicht nur zur kreuzweisen Überprüfung der Analysiergeräte jeweils für eine konstante, kontinuierliche Überwachung und Analyse verwendet werden, sondern auch als Ersatz-Analysiergerät durch promptes Beheben eines Ausfalls oder einer anormalen Funktion der Analysiergeräte.
Durch Installieren von äußeren Gaseinleit-Sperrventilen 18, 28, 38, 58 am Einleitteil des betreffenden Analysiergeräts können ferner selbst im Fall der Durchführung einer Kalibrierung durch Einleiten eines Kalibrierungsgases in die betreffenden Analysiergeräte von den Absperrventilen die zwei verbundenen Dreiweg-Ventile gesteuert werden, die es ermöglichen, dass das gemeinsame Analysiergerät 61 die Analyse ersatzweise ausführt, während das Analysiergerät kalibriert wird, was eine Unterbrechung der Gaszufuhr und der konstanten, kontinuierlichen Überwachung und Analyse verhindert.
In den obigen jeweiligen Ausführungsformen sind die Zahl der Probenahmepunkte und Analysiergeräte und die Arten oder Eigenschaften der Proben nicht beschränkt, und somit kann das System auf eine Art und Weise aufgebaut werden, dass das gleiche Gas durch mehrere Routen strömt.
Außerdem kann für jedes der Analysiergeräte ein beliebiges Analysiergerät verwendet werden.
Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn das konstant und kontinuierlich überwachende Analysiergerät keine ordnungsgemäßen Daten erzeugt oder nicht ordnungsgemäß funktioniert, ein vorübergehendes Hilfssystem bzw. Ersatzsystem schnell eingesetzt, so dass die Ursache des Problems schnell entdeckt werden kann. Ferner kann die Zeitspanne, während der die Überwachung an einem Probenahmepunkt, der dem Analysiergerät mit der Datendiskrepanz nicht ausgeführt werden kann, verkürzt werden, was zu einer Minimierung des toten bzw. ungenutzten Raums zur Gasanalyse führt.
Da ferner ein gemeinsamer Kalibrierapparat verwendet werden kann, besteht keine Notwendigkeit, separate Kalibrierapparate für die betreffenden Analysiergeräte bereitzustellen.

Claims

1. Analysesystem mit:
mehreren Analysegeräten, die entsprechend an mehreren Probenahmepunkten angebracht sind, und wobei Proben jeweils durch die entsprechenden Analysiergeräte analysiert werden,
Analyse-Routen zum Einleiten der Proben von den Probenahmepunkten jeweils in die entsprechenden Analysiergeräte,
Ersatz-Analyse-Routen auf der Sendeseite zum Senden der Proben an Analysiergeräte, die in der Lage sind, die gleichen Arten von Analyseobjekten wie die Proben aus den genannten Analysiergeräten zu analysieren,
Routen-Umschaltmittel, die jeweils umschaltbar die Analyse-Routen und Ersatz-Analyse-Routen mit den Analysiergeräten verbinden,
Ersatz-Analyse-Routen auf der Empfangsseite, die mit mindestens einem der Analysiergeräte verbunden sind und die von den anderen Analysiergeräten über die Routen- Umschaltmittel gesendeten Proben empfangen.

2. Analysesystem gemäß Anspruch 1, wobei das Routen- Umschaltmittel entweder ein Dreiweg-Ventil oder ein Vierweg- Ventil ist.

3. Analysesystem gemäß Anspruch 1, wobei die Ersatz- Analyse-Route ein Sperrventil zu ihrer Abschirmung, eine Austrags-Route, die von der Ersatz-Analyse-Route des Systems nach außen eine Verbindung herstellt, sowie ein Sperrventil zum Abschirmen der Austrags-Route umfasst.

4. Analysesystem gemäß Anspruch 1, wobei die Ersatz- Analyse-Routen zwischen den Analysiergeräten, welche die Proben, die nicht miteinander reagieren, analysieren, verbunden sind.

5. Analysesystem mit:
mehreren Analysiergeräten, die entsprechend an mehreren Probenahmepunkten angebracht sind, und wobei Proben jeweils durch die entsprechenden Analysiergeräte analysiert werden,
einem gemeinsamen Analysiergerät, das in der Lage ist, Analyseobjekte in jedem der Analysiergeräte zu analysieren,
Analyse-Routen zum Einleiten der Proben von den Probenahmepunkten in die entsprechenden Analysegeräte,
Ersatz-Analyse-Routen zum Einleiten der Proben in das gemeinsame Analysiergerät,
Routen-Umschaltmittel, welche die Analyse-Routen und die Ersatz-Analyse-Routen jeweils umschaltbar mit den Analysiergeräten verbinden.

6. Analysesystem gemäß Anspruch 5, wobei das gemeinsame Analysiergerät zusätzlich zu den Ersatz-Analyse-Routen ferner mit einer äußeren Probe-Einleit-Route versehen ist, um in dieses eine Probe von außen einzuleiten.

7. Analyseverfahren zum Analysieren jeder Probe von mehreren Probenahmepunkten in mehreren Analysegeräten, die entsprechend relativ zu den Probenahmepunkten angebracht sind,
wobei im Fall des Auftretens einer Diskrepanz in einem der Analysiergeräte eine Probe, die dazu bestimmt ist, durch das Analysiergerät analysiert zu werden, in ein Ersatz- Analysiergerät eingeleitet wird, das in der Lage ist, eine gleiche Art von Analyseobjekt von den anderen Analysiergeräten zu analysieren, während eine Ersatz-Analyse durch das Ersatz-Analysegerät ausgeführt wird.

8. Analyseverfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Ersatz- Analysegerät alternativ die Probe, die für eine Analyse durch dieses bestimmt ist, sowie die Probe, die dazu bestimmt ist, in dem Analysiergerät mit der Diskrepanz analysiert zu werden, analysiert.

9. Analyseverfahren zum Analysieren jeder Probe von einer Mehrzahl von Probenahmepunkten in mehreren Analysiergeräten, die entsprechend relativ zu den Probenahmepunkten angebracht sind,
wobei ein gemeinsames Analysiergerät, das in der Lage ist, Analyseobjekte der mehreren Analysiergeräte zu analysieren, ferner zusätzlich zu den mehreren Analysegeräten vorgesehen ist, und wobei die in den Analysiergeräten zuanalysierenden Proben nacheinander geschaltet und in das gemeinsame Analysiergerät eingeleitet werden, welches die Proben umschaltbar analysiert.

10. Analyseverfahren gemäß Anspruch 9, wobei im Fall des Auftretens einer Diskrepanz in einem Anälysiergerät aus den Analysiergeräten das gemeinsame Analysiergerät bevorzugt eine Probe analysiert, die dazu bestimmt ist, in dem Analysiergerät mit der Diskrepanz analysiert zu werden.