Система циркуляции с замкнутым контуром перчаточного бокса, по сути, представляет собой прецизионную систему с замкнутым контуром, объединяющую очистку газа, мощность циркуляции и контроль давления. Его основная цель — не просто «удалить воздух», а обеспечить постоянную циркуляцию и самоочищение инертного газа внутри камеры, чтобы уровни воды и кислорода могли оставаться на чрезвычайно низком уровне (<1 ppm) в течение длительного времени. Замкнутая система циркуляции перчаточного бокса «Микруна» состоит из пяти этапов работы: мощность циркуляции и подача газа, очистка от примесей, логическое управление давлением и клапанами, регенерация колонны очистки и контрольно-обратная связь.
Шаг 1: Циркуляционная мощность и подача газа
Замкнутая циркуляция представляет собой полностью замкнутый контур. Рабочий газ — аргон или азот высокой чистоты, а источником питания всей системы служит циркуляционный вентилятор с регулируемой частотой. Вентилятор Микроуна имеет производительность 90 м⊃3;/ч, в то время как разные модели могут обеспечивать более высокие скорости потока, например, 145 или 180 м⊃3;/ч, в зависимости от необходимости. Вентилятор всасывает инертный газ из камеры перчаточного бокса и транспортирует его по трубам из нержавеющей стали в блок очистительной колонны. После очистки чистый инертный газ возвращается в камеру перчаточного бокса, образуя замкнутый контур. Газ циркулирует только внутри системы, а не выбрасывается непосредственно наружу, что позволяет максимально сохранить инертный газ высокой чистоты.
Циркуляционные трубопроводы перчаточного бокса могут доходить до соединенных технологических камер, позволяя газу внутри этих камер одновременно участвовать в циркуляции и обеспечивая удаление воды и кислорода. Циркуляционный контур оснащен пневматическими угловыми клапанами и встроенными электромагнитными клапанами. ПЛК автоматически включает и выключает клапаны в зависимости от условий эксплуатации, изолируя колонну очистки во время регенерации, обеспечивая при этом бесперебойную циркуляцию основного перчаточного бокса.
Шаг 2. Удаление воды и кислорода внутри колонны очистки
Газовая смесь, выталкиваемая вентилятором, поступает в сосуд колонны очистки, который заполнен 5 кг медного катализатора и 5 кг молекулярного сита. Газ сначала проходит через слой молекулярного сита, где микропористая структура физически адсорбирует молекулы воды из газового потока, завершая обезвоживание. Затем газ проходит через слой медного катализатора, где элементарная медь вступает в химическую реакцию с кислородом в газовом потоке для удаления кислорода. Очищенный инертный газ высокой чистоты затем возвращается по трубопроводу в камеру перчаточного бокса, снижая концентрацию воды и кислорода внутри камеры.
После повторной циркуляции вода и кислород внутри камеры постоянно захватываются наполнителями, и уровень воды и кислорода постепенно снижается до диапазона 1 ppm. В то же время фильтр 0,3 мкм внутри перчаточного бокса может фильтровать порошок и пыль из циркулирующего газа, предотвращая попадание порошка наполнителя обратно в камеру и загрязнение образцов.
Шаг 3: Скоординированное управление давлением и клапаном
Замкнутая система циркуляции не является полностью жестко герметизированной. Система постоянно контролирует давление в камере и поддерживает слегка положительное давление. Работа циркуляционного вентилятора вызывает колебания давления, поэтому система автоматически подает небольшое количество инертного газа для компенсации потери давления. Когда давление слишком высокое, система автоматически открывает вентиляционное отверстие для сброса давления; когда давление слишком низкое, срабатывает сигнализация, указывающая на возможную проблему с уплотнением.
Шаг 4: Регенерация колонны очистки для восстановления производительности очистки
После непрерывной циркуляции молекулярное сито насыщается адсорбированной водой, а медный катализатор в значительной степени превращается в оксид меди, что снижает производительность очистки. Система отключает регенерируемую колонну очистки от основного циркуляционного контура и вводит 5–10% смесь водорода и инертного газа. Колонна очистки нагревается, и водород восстанавливает оксид меди обратно до активной элементарной меди. Молекулярное сито выделяет адсорбированную влагу при высокой температуре, и влага выводится из системы с отходящими газами регенерации.
После завершения восстановления и десорбции нагрев прекращают и используют инертный газ для продувки и охлаждения колонны очистки. Наполнители восстанавливают свою способность удалять воду и кислород, а клапаны переключаются на повторное подключение колонны к замкнутому контуру циркуляции. Весь процесс регенерации автоматически контролируется ПЛК и не требует ручного управления.
Шаг 5: Мониторинг, обратная связь и регулирование с обратной связью
Интерфейсы отбора проб устанавливаются в трубопроводах с замкнутым контуром. Анализатор воды и кислорода непрерывно отбирает пробы циркулирующего газа и передает данные о воде и кислороде в ПЛК в режиме реального времени. Если уровни воды и кислорода повышаются из-за того, что материалы выделяют примеси или из-за утечки через уплотнение, система поддерживает высокую скорость вентилятора и увеличивает циркуляционный поток для ускорения удаления примесей. Когда показатели остаются стабильными и в пределах спецификации в течение длительного периода, вентилятор с регулируемой частотой снижает скорость, чтобы снизить потребление энергии.
Система замкнутого цикла циркуляции перчаточного бокса Mikrouna основана на многократном прохождении инертного газа через замкнутый контур, очистительной среде, непрерывно улавливающей примеси, регенерации, восстанавливающей среду после насыщения, и регулировании с обратной связью на основе датчиков. Вместе эти функции гарантируют, что камера перчаточного бокса и связанные с ним технологические камеры, интегрированные с перчаточным боксом, могут поддерживать высокочистую, безводную, бескислородную инертную атмосферу в течение длительного времени.
