用于周围环境空气监测和主动控制与响应的实时现场气体分析网络的制作方法
【专利说明】用于周围环境空气监测和主动控制与响应的实时现场气体分析网络
[0001]优先权声明
[0002]本申请案在专利合作协定(PCT)第8条下主张2013年2月28日提出申请的美国临时专利申请案61/770，978和2014年2月26日提出申请的美国专利申请案第14/190，816号的优先权。
技术领域
[0003]本发明大体来说涉及气体分析网络并且具体来说(但不排他地)用于周围环境空气监测和主动控制与响应的即时现场气体分析网络。
【背景技术】
[0004]图1A-1B图解说明即时气体分析的设备和方法的实施例。图1A显示使用多重气相色谱/质谱(GC/MS)系统的方法。常规GC/MS系统不可现场安装用于直接气体分析，此意指使用特别气体取样管以在所关注区(例如区1-4)处提供空气入口。每一气体取样管将从其各别区取样的气体携带到保留于中心实验室中的相应GC/MS系统。尽管GC/MS系统可提供优异检测敏感性和对多气体分析的专一性，但所述设置维持起来可相当昂贵。
[0005]图1B图解说明可用于降低成本的替代方法。在特定区(例如区1-4)中使用简单可携式单一气体检测器进行直接气体检测。随后采集所检测气体浓缩物并存储于数据中心处。在一些实施例中，单一气体检测器不能单独检测多种气体，并且还可能一直遭受场中其它气体的交叉干扰影响。这些和其它特性使得所阐释配置不适于获得主动周围环境空气监测和控制的可靠气体浓度信息。
【附图说明】
[0006]参照以下图描述本发明的非限制性和非穷举性实施例，其中除非另有说明，否则贯穿各个视图，相同参考编号指代相同部件。
[0007]图1A-1B是气体监测系统的实施例的示意图。
[0008]图2A-2C是室内气体监测和控制系统的实施例的示意图。
[0009]图3A-3B是室外气体监测和控制系统的实施例的示意图。
[0010]图4是设定和操作室内或室外气体监测和控制系统的工艺的实施例的流程图。
[0011]图5A-5B是可用于图2-3的室内和室外气体监测和控制系统中的多气体分析系统的实施例的侧视图和平面图示意图。
[0012]图6A-6B是可用于图2-3的室内和室外气体监测和控制系统中的多气体分析系统的其它实施例的平面图示意图。
[0013]图7-8是可用于图2-3的室内和室外气体监测和控制系统中的多气体分析系统的其它实施例的图示意图。
【具体实施方式】
[0014]描述用于周围环境空气监测和主动控制与响应的即时现场气体分析网络的设备、系统和方法的实施例。描述特定细节以提供对实施例的透彻理解，但所属领域技术人员将认识到，可在无所述特定细节中的一或多者的情况下或利用其它方法、组件、材料等实践本发明。在一些情况下，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作，但其仍涵盖于本发明的范围内。
[0015]贯穿本说明书提及“一个实施例”或“实施例”意指所描述特征、结构或特性可包含于至少一个所述实施例中，以使出现的“在一个实施例中”或“在实施例中”并不必均指相同实施例。此外，特定特征、结构或特性可以任一适合方式组合于一个或多个实施例中。
[0016]下文揭示通过组合使用现场多气体分析装置的网络与任选风速计即时监测和控制周围环境空气质量的实施例。所述实施例可适于各种室内或室外环境设置。在半导体设施中，例如，所述实施例可用于确保净室空气不含空气性分子污染(AMC)，随着半导体处理技术达到低于40nm节点，此变得至关重要，这是因为AMC会影响装置产率。在钢制造设施中，所述实施例可用于监测焦炉气体副产物泄漏和工艺最佳化。在石油化学设施中，所述实施例可用于鉴别泄漏气体并定位泄漏的来源，其可提供即刻警报和紧急响应行动。
[0017]图2A图解说明用于室内应用(例如半导体制作设施、公共建筑物等)的环境监测和控制系统200的实施例。多气体分析装置和风速计的系统位于各个室内位置以形成即时气体分析网络以监测气体浓度和空气流速或风速和其方向。气体分析装置和风速计(如果存在)连接到控制器/服务器/信息中心用于即时数据通信和控制。
[0018]在系统200中，一或多个多气体分析装置(还称作多气体检测器或MGD)安装于封闭设施202 (例如建筑物)内的位置处，以检测所关注用于建筑物的特定应用的气体。尽管本文中描述为建筑物，但在其它实施例中，设施202可为建筑物的亚组(例如建筑物内的室或封闭空间)，并且在又一些实施例中，可包含多个建筑物。建筑物202可具有多个地板(例如第一地板204和第二地板206)，并且每一地板可具有一些种类的工艺设备或工艺设施:在所阐释实施例中，第一地板204具有工艺设施210并且第二地板206具有工艺设施212。在其它实施例中，当然，可存在比所展示多或少的地板，每一地板无需包含工艺设施，每一地板可具有比所展示多或少的工艺设施，并且工艺设施的定位可与所展示不同。
[0019]在所阐释实施例中，MGD位于建筑物的不同地板上，其中MGD 1_3位于第一地板204上并且MGD 4-5位于第二地板206上。在MGD定位的每一地板上，MGD可垂直位于自地板到天花板的任何位置，并且给定地板上的所有M⑶都可具有(但无需具有)相同垂直定位。MGD(例如MGD6)可位于建筑物202的外部上，例如在通风孔208附近。如果内部中的MGD(MGD1-MGD5)检测设施内部的污染，则外部MGD6可有助于评定任何污染物是逸出或进入设施。
[0020]多气体检测器MGD1-MGD6能够检测有机或非有机气体化合物以及用于现场监测的所关注气体的组合(有机或非有机气体化合物)。在一个实施例中，MGD中的一或多者可为利用微-预-浓缩器(微-PC)、微-气相色谱(微-GC)和用于多气体检测的检测器阵列的组合的小型化气体分析系统，如下文结合图5A-8所述。
[0021]建筑物202中可任选地安装一或多个风速计以获得关于建筑物内的空气流速、速度和方向以及空气的其它特性(例如温度、湿度和压力)的信息。在所阐释实施例中，每一MGD与风速计配对并且MGD与风速计之间存在一对一对应(也就是，每一 MGD具有相应风速计)。举例来说，MGDl与风速计Al配对，MGD2与风速计A2配对，等等。但在系统200的其它实施例中，多气体检测器与风速计之间的对应可为多对一，而非一对一。多对一对应可存在两种方式:在一些实施例中，每一多气体检测器可与多个风速计配对，但在其它实施例中，每一风速计可与多个多气体检测器配对。
[0022]在所阐释实施例中，每一 MGD具有附近风速计，以使每一风速计测量紧靠其相应MGD附近的空气速度、方向等。但在其它实施例中，此无需为以下情形:风速计(如果存在)可远离MGD定位，以使其在除紧靠MGD附近外的建筑物中的位置处测量速度、方向等。
[0023]多气体检测器MGD1-MGD6和风速计A1-A6 (如果存在)通过有线或无线通信以通信方式耦合到数据/控制中心。所有MGD和风速计(如果存在)无需以相同方式以通信方式耦合到数据/控制中心；一些可通过线以通信方式耦合，其它无线耦合。通过将MGD和风速计以通信方式耦合到数据中心，仪器可提供具有即时数据和更新的数据和控制中心。
[0024]数据和控制中心中的一或多个服务器采集并分析MGD和风速计的读数以确定设施内的不同位置处的即时现场气体浓度。数据和控制中心可提供信息分析、数据存储和相应终端系统回馈和控制。控制中心分析MGD的气体浓度数据以及空气流速、风速等和周围障碍物(或形貌)并衍生整个所关注区域的即时气体浓度分布地图。数据中心可确定存在污染物的异常增加或气体泄漏并且可触发即刻警报并且进一步鉴别(例如)可能引起空气质量变化的特定机器或管的位置。
[0025]除以通信方式耦合到MGD和风速计(如果存在)外，数据和控制中心还可通过有线或无线连接以通信方式耦合到建筑物202内的工艺设施210和212或工艺设施内的特定组件。另外，数据和控制中心可以通信方式耦合到建筑物的通风系统，并且耦合到紧急响应组。
[0026]如果以通信方式耦合到建筑物202内的工艺设施210和212或工艺设施内的元件，则数据和控制系统可确定发生气体泄漏的工艺设施或机器并且关闭系统以减少或停止泄漏。举例来说，控制中心可连接并且可将经确定不合格的设施或系统远程调节回其最佳情况以产生最佳工艺产率。如果连接到通风系统，则数据和控制中心可控制通风系统或通风系统内的特定元件(例如栗、排风扇、个别通风孔、管封闭等)以立刻降低污染物浓度并防止任何由于污染物气体增加可发生的灾变事件或后果。
[0027]如果连接到紧急响应系统，则在检测到污染物后，数据和控制中心可提供即刻警报和相应行动。数据和控制中心随后可通知响应组并且将其引导到污染来源的位点。响应组可派遣人员到异常气体喷发的位点以进一步测试并确认，随后可将所述测试和确认返回到控制中心用于闭合环路数据分析验证和改良。
[0028]图2B图解说明用于室内应用的环境监测和控制系统225的另一实施例。系统225在大多数方面与系统200的特征和功能类似。系统225与200之间的主要差异在于在系统225中，每一 MGD位于不同空气过滤器的输出处或其附近，所述过滤器可用于过滤从建筑物外部进入的空气或离开建筑物的输出空气。在一个实施例中，过滤器是建筑物202的空气质量/通风系统的部件，但在其它实施例中，过滤器可为不管是否与建筑物有关的另一系统的部件。在系统225中，每一过滤器位于MGD上方，但在其它实施例中，过滤器无需位于上方，而是相反可位于MGD下方或侧方。MGD (例如MGD6)可位于建筑物202的外部，例如在靠近穿过通风孔208离开建筑物的地方。过滤器F6可位于通风孔208上方以过滤离开建筑物202的空气，并且M