(57)【要約】  移動する気体流内の極微細粒子の混合物を抽出する抽出装置は、吸気生成器と、少なくとも１つのサンプル回収要素と、サンプル回収要素を吸気生成器に接続する導管構造体とを備える。幾つかの実施の形態では、吸気生成器は、吸気によって、複数の極微細粒子を含む気体流の一部を分離し、動力流体に同伴させ、生成混合物を生成する。幾つかの実施の形態では、導管は、極微細粒子を含む気体流を引き込み、回収要素に供給する。
2008515626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体流から粒子を抽出及び回収する抽出装置において、
ａ．動力流体を流通させ、気体流の選択された粒子を含む部分を分離し、該粒子を含む部分を動力流体／粒子混合物に同伴させる流通手段と、
ｂ．上記動力流体／粒子混合物を選択された回収要素に供給する導管と、
ｃ．上記流通手段及び上記導管内から残留物を取り除く清掃手段とを備える抽出装置。
【請求項２】
上記流通手段は、ベンチュリー形エダクタであることを特徴とする請求項１記載の抽出装置。
【請求項３】
上記清掃手段は、その内表面及び導管の表面に対して上記動力流体／粒子混合物を流すように設計されたベンチュリー形エダクタを含むことを特徴とする請求項１記載の抽出装置。
【請求項４】
上記回収要素は、フィルタ及び容器のうちの１つ以上を含むことを特徴とする請求項１記載の抽出装置。
【請求項５】
移動する気体流内の極微細粒子の混合物を抽出する抽出装置において、
ａ．複数の極微細粒子を含む気体流の一部を吸気によって分離し、動力流体で同伴し、生成混合物を形成する吸気生成器と、
ｂ．上記吸気生成器に連結され、上記生成混合物を流通させる導管構造体と、
ｃ．上記導管構造体を介して上記吸気生成器に接続され、上記生成混合物の選択された部分を収容する少なくとも１つのサンプル回収要素とを備える抽出装置。
【請求項６】
上記吸気生成器は、動力流体流入口と、吸気流入口と、排出口とを有するベンチュリー形エダクタであり、上記動力流体は、該動力流体流入口を介して、該排出口に流れ、該吸気流入口において、吸気を形成することを特徴とする請求項５記載の抽出装置。
【請求項７】
上記吸気生成器に連結され、吸気を生成することなく、スイープ流体を流すように構成されたスイープ流体リザーバを更に備える請求項５記載の抽出装置。
【請求項８】
動力流体リザーバを更に備え、
上記吸気生成器は、動力流体流入口、吸気流入口及び排出口を有するベンチュリー形エダクタであり、
上記スイープ流体リザーバは、吸気流入口を介して、排出口にスイープ流体を流し、動力流体リザーバは、動力流体流入口を介して排出口に動力流体を流し、吸気流入口に吸気を生成することを特徴とする請求項７記載の抽出装置。
【請求項９】
上記サンプル回収要素は、フィルタ及び容器の１つ以上を含むことを特徴とする請求項５記載の抽出装置。
【請求項１０】
気体流内の極微細粒子の移動する混合物の一部を分離する分離装置において、
ａ．上記移動する混合物の粒子を含む部分を、動力流体内に同伴させ、生成混合物を生成する吸気生成器と、
ｂ．上記吸気生成器に接続され、該吸気生成器にスイープ流体を流すスイープ流体リザーバと、
ｃ．排出口に切り離し可能に接続され、上記生成混合物の選択された部分を回収する１つ以上の回収要素とを備え、
上記吸気生成器は、スイープ流体によって、及び生成混合物によって、残留物を除去するように構成されている分離装置。
【請求項１１】
吸気生成器に動力流体を流す動力流体リザーバを更に備え、上記吸気生成器によって吸気が生成されることを特徴とする請求項１０記載の分離装置。
【請求項１２】
上記動力流体リザーバ及びスイープ流体リザーバは、それぞれ動力流体及びスイープ流体を不可逆的に供給することを特徴とする請求項１１記載の分離装置。
【請求項１３】
上記残留物は、先の使用時における先の生成混合物からの残留物であることを特徴とする請求項１０記載の分離装置。
【請求項１４】
上記１又は複数の回収要素は、フィルタ及び容器のうちの１つ以上を含むことを特徴とする請求項１記載の請求項１０記載の分離装置。
【請求項１５】
気体流内の極微細粒子の移動する混合物の一部を分離する分離装置において、
ａ．動力流体流入口と、気体流内の極微細粒子の移動する混合物に接続される吸気流入口と、排出口とを有し、該吸気流入口から該排出口にバイアスされた負圧流を生成し、該動力流体流入口から該排出口に動力流体が流されると、極微細粒子の移動する混合物の一部を気体流に同伴させるベンチュリー形エダクタ弁と、
ｂ．上記動力流体流入口を介して、動力流体を不可逆的に流す動力流体リザーバと、
ｃ．上記吸気流入口を介して、上記排出口にスイープ流体を不可逆的に流すスイープ流体リザーバと、
ｄ．上記排出口に接続され、上記生成混合物によって、及び上記スイープ流体によって、残留物を除去するように構成された導管構造体と、
ｅ．上記導管構造体に密閉可能に接続され、生成混合物の少なくとも一部が供給される１つ以上の回収要素とを備え、該回収要素の少なくとも１つは、上記導管構造体からバルク回収チャンバへのフローのみを流すようにバイアスされた一方弁を介して上記導管構造体に接続されたバルク回収チャンバである分離装置。
【請求項１６】
超微細粉末を含む気体流から粉末を抽出する抽出方法において、
ａ．吸気によって、上記気体流からターゲット粉末を含む気体の一部を分離し、ターゲット粉末が同伴される動力流体の混合物を形成するステップと、
ｂ．導管構造体を実質的に清掃するために十分な所定の期間、導管構造体を介して混合物の第１の部分を流すステップと、
ｃ．所定の期間経過後に上記導管構造体を介して、回収要素に混合物の第２の部分を流すステップとを有する抽出方法。
【請求項１７】
上記吸気は、動力流体がベンチュリー形エダクタを介して流れることによって生成される負圧流によって生成されることを特徴とする請求項１６記載の抽出方法。
【請求項１８】
上記吸気は、真空発生器によって生成される請求項１６記載の抽出方法。
【請求項１９】
上記導管構造体を介してスイープ流体を流し、ターゲット粉末の実質的な吸込みを維持するステップを更に有する請求項１６記載の抽出方法。
【請求項２０】
上記第１の部分を流すステップと、上記第２の部分を流すステップとを繰り返すステップを更に有する請求項１６記載の抽出方法。
【請求項２１】
上記回収要素は、フィルタ及び容器のうちの１つ以上を含むことを特徴とする請求項１６記載の抽出方法。
【請求項２２】
単一のソースから少なくとも２つの混合物の高純度抽出を実現する抽出方法において、
ａ．ベンチュリー形エダクタ弁を介して動力流体を流し、負圧流を生成するステップと、
ｂ．ソースからの第１のターゲット粉末を含む第１の気体流に上記負圧流を適用し、その一部を分離し、第１のターゲット混合物に同伴させるステップと、
ｃ．導管網を介して、第１の回収要素に上記第１のターゲット混合物を供給するステップと、
ｄ．負圧流を生成することなく、上記ベンチュリー形エダクタ弁を介して、及び上記導管網を介してスイープガスを流し、残留する第１のターゲット混合物の少なくとも一部を除去するステップと、
ｅ．上記ベンチュリー形エダクタ弁を介して動力流体を流し、負圧流を生成するステップと、
ｆ．ソースからの第２のターゲット粉末を含む第２の気体流に上記負圧流を適用し、その一部を分離し、第２のターゲット混合物に同伴させるステップと、
ｇ．上記導管網から残留する第１のターゲット混合物を除去するために実質的に十分な期間、該導管網を介して、第２のターゲット混合物を流すステップと、
ｈ．上記導管網を介して、第２の回収要素に、第２のターゲット混合物の更なる一部を供給するステップとを有する抽出方法。
【請求項２３】
上記「動力流体を流す」ステップ及び「スイープガスを流す」ステップは、処理の期間中、導管網内の第１及び第２のターゲット粉末の実質的な吸込みを維持するように調整されることを特徴とする請求項２２記載の抽出方法。
【請求項２４】
上記第１の回収要素及び第２の回収要素は、フィルタ及び容器のうちの１つ以上を含むことを特徴とする請求項２２記載の抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、２００４年１０月８日に出願された係属中の合衆国仮特許出願第６０／６１７，５８６号の優先権を主張する。この文献は、引用により本願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、粉末抽出の分野に関し、詳しくは、流通する気体流から超微細粉末を分離し、回収する抽出方法及び抽出装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
気体流からの粒子の抽出には、幾つかの困難が伴う。従来の抽出法は、気相極微細粒子の回収には適さない。多くの粉末は、集塊を形成し、小さな構造及び狭い間隙に閉塞を生じさせる特性を有している。有効径が１００ナノメートル以下の超微粉末は、その小さなサイズのために、最も僅かな分子間力にさえ影響を受ける。このため、超微粉末は、取扱い及び運搬が困難であり、また、このような超微粉末は、互いに付着して塊を形成しやすく、又は機械的デバイスの表面又は微細な部品に付着しやすい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
微粉末を抽出するための装置の設計においては、上述したような問題を解決する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る抽出装置は、気体流内で移動する粒子を抽出し、回収する。また、本発明に係る抽出方法は、粒子を含む気体流から、粒子を抽出し、回収する。本発明に基づく抽出装置及び抽出方法は、吸気によって、気体流の粒子を含む部分を分離し、例えば、フィルタ、容器又はこれらの組合せである回収要素を用いて、粒子を回収する。例示的な構成では、真空ポンプが、フィルタ要素を介して粒子を含む部分を吸い込む。他の例示的な構成では、他の種類の吸気生成器が、フィルタを含む選択された回収要素に、粒子を含む部分を供給する。
【０００６】
第１の側面では、本発明に係る抽出装置は、導管に接続され、動力流体を流す流通手段と、流通手段及び導管を清掃する清掃手段とを備える。
【０００７】
流通手段は、動力流体を流通させ、気体流の選択された粒子を含む部分を分離し、粒子を含む部分を動力流体／粒子混合物に同伴させる。抽出装置が気体流内に配置されると、流通手段は、気体流の一部を分離するために十分な力を提供する。導管は、流通手段に接続され、動力流体／粒子混合物を選択された回収要素に供給する。清掃手段は、流通手段及び導管内から残留物を取り除く。
【０００８】
１つのモードでは、抽出装置の動作は、数ステップのみを含む。抽出装置は、粒子を含有する移動する気体流を含む導管又は他の構造に接続されている。動力流体は、流通手段を介して流れ、気体流から選択された粒子を含む部分を分離し、動力流体／粒子混合物を形成する。動力流体／粒子混合物は、流通手段から導管を介して流れる。動力流体／粒子混合物を流通手段及び導管に流すことによって、流通手段及び導管から残留物を取り除くように構成された清掃手段が有効になる。導管は、動力流体／粒子混合物の一部を選択された回収要素に供給するように構成される。
【０００９】
更に、本発明は、移動する気体流内の極微細粒子の混合物を抽出する抽出装置を提供する。抽出装置は、複数の極微細粒子を含む気体流の一部を吸気によって分離し、動力流体で同伴し、生成混合物を形成する吸気生成器と、生成混合物を流通させる導管構造体と、導管構造体を介して吸気生成器に接続され、生成混合物の選択された部分を収容する少なくとも１つのサンプル回収要素とを備える。
【００１０】
好適な実施の形態においては、抽出装置は、吸気生成器に連結され、吸気を生成することなく、スイープ流体を流すように構成されたスイープ流体リザーバを更に備える。更に、吸気生成器は、好ましくは、動力流体流入口と、吸気流入口と、排出口とを有するベンチュリー形エダクタである。スイープ流体リザーバは、吸気生成器に接続され、吸気を生成することなく、吸気生成器にスイープ流体を流し、動力流体リザーバは、動力流体流入口を介して、アウトレットに動力流体を流し、吸気流入口に吸気を生成する。
【００１１】
本発明の他の側面では、気体流から、極微細粒子の移動する混合物の一部を分離するための分離装置を提供する。分離装置は、移動する混合物の粒子を含む部分を、動力流体内に同伴させ、生成混合物を生成する吸気生成器と、吸気生成器に接続され、吸気生成器にスイープ流体を流すスイープ流体リザーバと、排出口に切り離し可能に接続され、生成混合物の選択された部分を回収する１つ以上の回収要素とを備える。吸気生成器は、スイープ流体によって、及び生成混合物によって、残留物を除去するように構成されている。回収要素は、フィルタを含んでいてもよい。
【００１２】
吸気生成器は、移動する混合物から密閉可能であることが望ましい。分離装置は、吸気生成器に動力流体を流す動力流体リザーバを更に備え、吸気生成器によって吸気が生成されてもよい。具体的には、動力流体リザーバ及びスイープ流体リザーバは、それぞれ動力流体及びスイープ流体を不可逆的に提供してもよい。吸気生成器から取り除かれる残留物は、好ましくは、先の使用時における先の生成混合物からの残留物である。
【００１３】
本発明は、更なる側面として、気体流内の極微細粒子の移動する混合物の一部を分離する分離装置を提供する。分離装置は、動力流体流入口、吸気流入口及び排出口を備えるベンチュリー形エダクタ弁と、動力流体流入口に接続された動力流体リザーバと、吸気流入口に接続されたスイープ流体リザーバと、排出口に接続された導管構造体と、導管構造体に密閉可能に接続された１つ以上の回収要素とを備える。ベンチュリー形エダクタ弁は、動力流体流入口から排出口に動力流体が流されると、吸気流入口から排出口にバイアスされる負圧流を生成するように構成される。生成される負圧流は、極微細粒子の移動する混合物の一部を気体流内に同伴させる。吸気流入口は、気体流内の極微細粒子の移動する混合物に接続される。
【００１４】
更に、動力流体リザーバは、動力流体流入口を介して、動力流体を不可逆的に流し、スイープ流体リザーバは、吸気流入口を介して、排出口にスイープ流体を不可逆的に流す。導管構造体を１つ以上の回収要素に接続する導管は、生成混合物によって、及び上記スイープ流体によって、導管構造体から残留物を除去するように構成されている。１つ以上の回収要素は、生成混合物の少なくとも一部が供給される。回収要素の少なくとも１つは、導管構造体からバルク回収チャンバへのフローのみを流すようにバイアスされた一方弁を介して導管構造体に接続されたバルク回収チャンバである。回収要素は、フィルタを含んでいてもよい。
【００１５】
更に、本発明は、超微細粉末を含む気体流から粉末を抽出する抽出方法を提供する。抽出方法は、吸気によって、気体流からターゲット粉末を含む気体の一部を分離し、ターゲット粉末が同伴される動力流体の混合物を形成するステップと、導管構造体を実質的に清掃するために十分な所定の期間、導管構造体を介して混合物の第１の部分を流すステップと、所定の期間経過後に導管構造体を介して、回収要素に混合物の第２の部分を流すステップとを有する。
【００１６】
吸気は、好ましくは、動力流体がベンチュリー形エダクタを介して流れることによって生成される負圧流によって生成される。また、抽出方法は、導管構造体を介してスイープ流体を流し、ターゲット粉末の実質的な吸込みを維持するステップを更に有していてもよい。これに代えて、例えば、真空ポンプ、標準的な掃除機等の真空発生器によって吸気を提供してもよい。幾つかの実施の形態では、回収要素は、フィルタを含み、幾つかの実施の形態では、回収要素は、容器を含む。
【００１７】
本発明の好適なステップにおいては、気体流から粉末を抽出する抽出方法は、繰り返される。詳しくは、好ましくは異なるターゲット粉末について、第１の部分を流すステップと、第２の部分を流すステップとが繰り返される。この場合、所定のターゲット粉末によって導管構造体内に残る全ての残留物は、その後のターゲット粉末のサンプリングの間、導管構造体からターゲット粉末の第２の部分を回収する前に「第１の部分を流す」ステップによって、実質的に除去される。
【００１８】
更に、本発明は、単一のソースから少なくとも２つの混合物の高純度抽出を実現する抽出方法を提供する。この抽出方法は、２組の類似するステップを含み、各ステップの組は、好ましくは、それぞれ異なるターゲット混合物について動作する。第１のステップの組では、ベンチュリー形エダクタ弁を介して動力流体を流し、負圧流を生成し、ソースからの第１のターゲット粉末を含む第１の気体流に負圧流を適用し、その一部を分離し、第１のターゲット混合物に同伴させ、導管網を介して第１の回収要素に第１のターゲット混合物を供給する。第２のステップの組の前に行われる中間的な清掃ステップでは、負圧流を生成することなく、ベンチュリー形エダクタ弁を介して、及び導管網を介してスイープガスを流し、残留する第１のターゲット混合物の少なくとも一部を除去する。第２のステップの組では、ベンチュリー形エダクタ弁を介して動力流体を流し、負圧流を生成し、ソースからの第２のターゲット粉末を含む第２の気体流に負圧流を適用し、その一部を分離し、第２のターゲット混合物に同伴させ、導管網から残留する第１のターゲット混合物を除去するために実質的に十分な期間、導管網を介して、第２のターゲット混合物を流し、導管網を介して、第２の回収要素に、第２のターゲット混合物の更なる一部を供給する。
【００１９】
本発明の好適な応用例では、それぞれが固有の更なる混合物を用いて、処理を繰り返してもよい。この繰返しによって、サンプル間の相互汚染を生じさせることなく、個別の材料の複数の高純度サンプルを回収することができる。更に、好適な実施の形態においては、「動力流体を流す」ステップ及び「スイープガスを流す」ステップは、処理の期間中、導管網内の第１及び第２のターゲット粉末の実質的な吸込みを維持するように調整される。この調整によって、本発明において用いる導管及びベンチュリー形エダクタ内でのターゲット粉末の堆積が最小化される。
【００２０】
本発明は、不活性ガス凝縮、パルスレーザアブレーション、スパーク放電、イオンスパッタリング、化学蒸気合成、噴霧熱分解、レーザー熱分解／光熱合成、熱プラズマ合成、燃焼合成、燃焼噴霧熱分解、低温反応合成等の気相生成法によって生成される同伴する粉末を抽出するために設計される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下の説明では、当業者が本発明を生成及び使用できるように開示し、及び特許出願の明細書及びその要件を満たすものである。当業者は、好ましい実施の形態の変形例を容易に想到することができ、ここに説明する全般的な原理は、他の実施の形態にも適用できるものである。したがって、本発明は、ここに説明する実施の形態に限定されるものではなく、ここに開示する原理及び特徴に矛盾しない最も広い範囲を有するものである。
【００２２】
図１は、本発明を適用した抽出装置１００を示している。抽出装置１００は、吸気生成器１１０を備え、吸気生成器１１０は、導管構造体１２０を介して、サンプル回収要素１３０、１３０’に接続されている。吸気生成器１１０に接続された動力流体リザーバ１４０は、吸気生成器１１０に動力流体及び吸気生成力を提供する機構の一例である。
【００２３】
吸気生成器１１０は、吸気流入口１１５と、動力流体流入口１１６と、排出口１１７とを備える。図１に示すように、サンプル導管１１２は、吸気流入口１１５に連結され、動力流体リザーバ１４０は、動力流体流入口１１６に連結され、排出口１１７は、導管構造体１２０に連結されている。
【００２４】
吸気生成器１１０によって、吸気流入口１１５において生成された吸気は、サンプル導管１１２を介して、気体流内に流れる粉末を含む粉末源（図示せず）に適用される。生成された吸気は、粉末を含む気体の一部を粉末源から分離し、吸気流入口１１５を介して流通させる。吸気生成器１１０内では、粉末を含む一部は、動力流体内に同伴される。動力流体は、好ましくは、動力流体リザーバ１４０から動力流体流入口１１６を介して供給される。そして、吸気生成器１１０は、粉末が同伴された生成混合物を排出口１１７から排出する。排出口１１７に連結された導管構造体１２０は、生成混合物を選択された場所に供給する。導管構造体１２０は、好ましくは、図１に示すように、複数の可能な場所から選択された場所に生成混合物をルーティングするための複数の弁構造１２２を備える。本発明では、選択される場所には、サンプル回収要素１３０、１３０’及びバルク回収チャンバ１３５等が含まれる。
【００２５】
後に更に詳細に説明する本発明を適用した抽出装置１００の使用方法では、選択された期間、排出口１１７から導管構造体１２０を介してバルク回収チャンバ１３５に生成混合物の一部を供給し、導管構造体１２０、吸気生成器１１０及びサンプル導管１１２を清掃する。清掃ステップの後、生成混合物の更なる一部が、排出口１１７から導管構造体１２０を介して、選択されたサンプル回収要素１３０’に供給される。このようなサンプルの１つが回収された後、抽出装置１００を用いて、更なるサンプルを回収することができる。例えば、異なる粉末を含有する気体について、上述したステップを繰り返してもよく、この場合、サンプル回収要素１３０を選択し、ここにサンプルを回収する。本発明に基づく抽出装置１００の構造によって、複数の固有の材料を繰り返し抽出しても、各サンプルを固有のサンプル回収要素に回収する限り、サンプル内で相互汚染が生じない。サンプル回収要素１３０、１３０’は、フィルタ、容器又はこれらの組合せを含んでいてもよい。例えば、一実施の形態では、サンプル回収要素１３０は、高効率微粒子空気（high efficiency particulate air：ＨＥＰＡ）フィルタを含む容器であり、サンプル回収要素１３０’は、真空チャンバに接続されたＨＥＰＡフィルタである。
【００２６】
また、図１には、抽出装置１００の更なる側面も示されている。動力流体リザーバ１４０は、好ましくは、一方弁１４２を有する導管１４４を介して動力流体流入口１１６に接続されている。一方弁１４２により、動力流体は、動力流体リザーバ１４０から動力流体流入口１１６への方向のみに流れ、逆方向には流れない。更に、抽出装置１００は、好ましくは、導管１５４を介してサンプル導管１１２に接続され、したがって、吸気生成器１１０の吸気流入口１１５に接続されたスイープ流体リザーバ１５０を備える。図１に示すように、導管１５４は、スイープ流体をスイープ流体リザーバ１５０からサンプル導管１１２への方向のみに流すための一方弁１５２を備える。サンプル導管１１２は、好ましくは、粉末源からサンプル導管１１２を密閉するための弁構造１１４を備える。
【００２７】
先に簡潔に説明し、後により詳細に説明する抽出装置１００の実際の動作では、スイープ流体リザーバは、好ましくは、余分な粉末の吸込みを維持するために用いられる。詳しくは、上述のように、回収が終了しても、弁構造１２２の１つを用いて、選択されたサンプル回収要素１３０’が導管構造体１２０から密閉されるまで、動力流体は、動力流体リザーバ１４０から流れ続ける。このように、回収が終了しても、動力流体を継続的に流すことによって、（短時間であるが）吸込みが維持される。好ましくは、スイープ流体リザーバ１５０からスイープ流体が流れ始めると、動力流体のフローが一時的に中断される。これらのステップは、回収後に抽出装置１００に残っている粉末の実質的な吸込みを維持するために実行される。好ましくは、スイープ流体は、バルク回収チャンバ１３５に流され、サンプル導管１１２、吸気生成器１１０及び導管構造体１２０から動力流体及び粉末を実質的に除去する。
【００２８】
以下、図２を参照して、本発明に基づく吸気生成器の例示的な実施の形態を詳細に説明する。例示的な吸気生成器は、吸引器、真空発生器、Ｔ字型ミキサ、ベンチュリー真空ポンプ、サンプリングジェット等、様々な呼び名があるベンチュリー形エダクタ２００である。これらの用語は、それぞれ、ベルヌーイの定理を利用して動作するポンプの種類を意味する。ベルヌーイの定理によれば、流体から所定の表面に加えられる圧力は、その表面に対する流体速度が増加すると減少する。ベンチュリー形エダクタ及びこれに類するデバイスは、流体のフローを制限し、これによって、流体速度を高め、圧力差を生成する構造を有する。
【００２９】
実際の原理にかかわらず、ベンチュリー形エダクタ２００は、エダクタ本体２０５を備え、エダクタ本体２０５は、動力流体流入口２１０と、排出口２３０とを有する。動力流体流入口２１０は、エダクタ本体２０５の外側表面に位置する比較的広い開口から、狭いアパーチャ２１２に向かって狭くなる円錐状のノズルを有する。狭いアパーチャ２１２は、ノズル２１４を介して、狭いチャネル２１６に接続されており、狭いチャネル２１６は、排出口２３０に接続され、動力流体流入口２１０からの唯一の出口を形成している。流体２１５は、動力流体流入口２１０を通過した後、狭いチャネル２１６を通過するため、動力流体流入口２１０に一定の流量で供給されていれば、加速される。
【００３０】
この設計によって、流体２１５は、狭いチャネル２１６から、混合チャンバ２４０を介して、排出口２３０に向かって比較的速い速度で流れる。流体２１５の慣性及びジャンクション２４５の徐々に狭くなる構造によって、混合チャンバ２４０と、排出口２３０との間に吸気が生成される。ジャンクション２４５は、径が徐々に滑らかに小さくなり、流体２１５内の乱流を最小化するように設計されているので、流体２１５の層流の加速が高められる。したがって、流体２１５の流入によって、混合チャンバ２４０から、排出口２３０にバイアスされた負圧流が生成される。
【００３１】
吸気流入口２２０は、エダクタ本体２０５を介して、混合チャンバ２４０に接続され、この間には、流体が流れることができる。吸気流入口２２０は、エダクタ本体２０５内で、混合チャンバ２４０との連結部分に向けて徐々に狭くなる漏斗形の空隙を形成する吸込みチャンバ２２２に接続されている。上述したように、動力流体流入口２１０に流体２１５を流し込むことによって、混合チャンバ２４０から排出口２３０にバイアスされた負圧流が生成される。この負圧流は、混合チャンバ２４０、吸込みチャンバ２２２を介して、吸気流入口２２０に繋がっている。吸気流入口２２０から排出口２３０にバイアスされるこの負圧流は、視点を変えれば、吸気流入口２２０から排出口２３０に材料を引き込む吸引力とみなすこともできる。
【００３２】
本発明では、吸気流入口２２０からは、添加流体２２５が供給される。流体２１５が動力流体流入口２１０を介して排出口２３０に流されると、吸気流入口２２０から排出口２３０にバイアスされた負圧流が、添加流体２２５を混合チャンバ２４０に引き込み、流体２１５と混合して生成混合物２３５を形成し、生成混合物２３５が排出口２３０から排出される。
【００３３】
本発明は、好ましくは、ターゲット粉末を含む移動する混合気体の一部を分離するために使用される。ベンチュリー形エダクタ２００の吸込みチャンバ２２２、混合チャンバ２４０、ノズル２１４及び他の部分は、好ましくは、このタスクを実現するために十分な吸気を提供するように形成される。添加流体２２５に含まれているターゲット粉末の粒子は、流体と共に、吸込みチャンバ２２２から混合チャンバ２４０に搬送され、ここで、添加流体２２５と流体２１５とが混合され、生成混合物２３５が生成され、粒子は、生成混合物２３５に同伴されて、搬送される。更に、混合チャンバ２４０及び狭いチャネル２１６は、狭いチャネル２１６には、粒子が実質的に導入されないようないに設計される。
【００３４】
図３は、本発明に基づく、動力流体及びスイープ流体の両方を提供する好適な構造を有する例示的な流体供給システム３００を示している。流体供給システム３００は、複数の流体供給リザーバ３１０を備える。好ましい実施の形態では、これらの複数のリザーバは、全てが共通の流体を収容しているが、本発明では、様々な用途に応じて、一々補給を行う必要がないように、これらに複数の異なる流体を収容してもよい。例えば、動力流体の供給の場合、数十ナノメートルのスケールのサイズを有する粒子の吸引に適する１つの動力流体と、数百ナノメートルのスケールのサイズを有する別の粒子の吸引に適する他の動力流体とを個別に収容してもよい。いずれの場合も、好ましくは、複数の流体供給リザーバ３１０には、流体の供給の有無及び流速の両方を制御するための流量制御システム３２０が接続される。更に、流量制御システム３２０は、所定の期間、どのリザーバからの流体を流すかを選択してもよい。流量制御システム３２０から流体は、導管３２５によって、好ましくは、複数の調整器を介して、選択された宛先に向かって流される。ここに示す実施の形態では、これらの調整器には、除湿装置３３０及び粒子フィルタ３４０等が含まれる。
【００３５】
スイープ流体及び動力流体のいずれにおいても、粒子の含有量を制限し、及び流体を除湿することが望ましい。動力流体は、徐々に狭くなるノズルを介して流され、デバイス動作に使用される吸気を生成する。なお、スイープ流体は、粉末の吸込みを維持し、この結果、装置を清掃する。粉末／気体混合物の湿度は、多くの要因の１つとして、粉末の集塊化及びこれに続く混合気体からの沈殿を増進し、したがって湿度の変化を避けることが望ましく、このため、スイープ流体も除湿することが望ましい。同様に、粉末／気体混合物内の粒子の性質の突然の又はこの他の変化によっても集塊化が進み及び他の望ましくない作用があるため、このような変化も回避することが好ましい。
【００３６】
再び図１を参照して本発明に基づく抽出方法について説明する。本発明は、超微細粉末を含む気体流から粉末を抽出する抽出方法を提供する。ここでは、汎用の代表的な分離システムとして、例示的なサンプリング抽出装置１００を用いて、この抽出方法を説明する。抽出方法は、吸気によって、気体流からターゲット粉末を含む気体の一部を分離し、ターゲット粉末が同伴される動力流体の混合物を形成するステップを有する。例示的な抽出装置１００では、このステップは、複数のサブステップを含む。あるサブステップでは、吸気生成器１１０内で吸気を生成する。例示的な抽出装置１００では、吸気生成器は、図２を参照して上述したベンチュリー形エダクタであるが、本発明では、以下に限定されるものではないが、電気機械式ポンプ及び真空ポンプ等、他の吸気生成器を用いてもよい。吸気生成器１１０において、動力流体は、動力流体リザーバ１４０から吸気生成器１１０を介して排出口１１７に流され、吸気流入口１１５において吸気を生成する。更なるサブステップにおいて、生成された吸気は、吸気流入口１１５に連結されたサンプル導管１１２を介して、ターゲット粉末を含むメインの気体流に適用される。気体流は、吸気の生成によって吸気に自動的に曝されてもよく、又は吸気を生成した後、弁又は同様の機構を開くことによって、気体流を吸気に曝してもよい。
【００３７】
更なるステップにおいて、導管構造体１２０を実質的に清掃するために十分な期間、排出口１１７から導管構造体１２０を介して、混合物の第１の部分を流す。第１の部分は、好ましくは、導管構造体１２０から、実際にサンプル回収要素１３０に流れ込むわけではないが、サンプル回収要素１３０に接続された経路１２５を介して流れる。そして、次のステップにおいて、混合物の第２の部分が、所定の期間経過後に、導管構造体１２０を介してサンプル回収要素１３０に流れる。好ましくは、第１の部分と第２の部分との間では、フローは実質的に中断されず、単にサンプル回収要素１３０の動きによって、サンプル回収要素１３０がフローをブロックし及び第２の部分を回収する。ここでは、第１の部分が、導管構造体から全ての残留物を実質的に除去するため、第２の部分は、キャリアガスの気体流、ターゲット粉末及び（ベンチュリー形吸気生成器の場合）吸気を生成するために用いられる動力流体のみを含む。
【００３８】
好ましくは、更なるステップが実行される。具体的には、スイープ流体リザーバ１５０から、吸気生成器１１０及び導管構造体１２０を介してスイープ流体を流し、ターゲット粉末の実質的な吸込みを維持する。このステップは、好ましくは、混合物の第２の部分の回収に続いて実行され、これにより、抽出装置１００内で残留する粉末の吸込みを維持し、好ましくは、残留する粉末をバルク回収チャンバ１３５に回収する。このステップは、異なるターゲット粉末を含む異なる混合物を用いて処理が繰り返される場合に有益である。この繰返しは、好ましくは、本発明の抽出方法に含まれる。「流体を流す」ステップから、「第２の部分を流す」ステップまでの繰返しに続いて、「スイープ流体を流す」ステップを行うことによって、サンプル間で混合又は相互汚染を生じさせることなく、複数のターゲット粉末を個別に抽出することができる。
【００３９】
本発明に基づき、単一のソースから少なくとも２つの混合物の高純度サンプリングを実現する処理のフローチャートを図４に示す。この処理は、２つの同様のステップの組と、１つの中間ステップとを含む。第１のステップの組４１０は、ベンチュリー形エダクタ弁を介して動力流体を流し、負圧流を生成するステップ４１１と、ソースからの第１のターゲット粉末を含む第１の気体流に負圧流を適用し、その一部を分離し、第１のターゲット混合物に同伴させるステップ４１２と、導管網を介して、第１の回収要素に第１のターゲット混合物を供給するステップ４１３とを含む。中間ステップ４２０では、負圧流を生成することなく、ベンチュリー形エダクタ弁を介して、及び導管網を介してスイープガスを流し、残留する第１のターゲット混合物の少なくとも一部を除去する。第２のステップの組４３０は、ベンチュリー形エダクタ弁を介して動力流体を流し、負圧流を生成するステップ４３１と、ソースからの第２のターゲット粉末を含む第２の気体流に負圧流を適用し、その一部を分離し、第２のターゲット混合物に同伴させるステップ４３２と、導管網から残留する第１のターゲット混合物を除去するために実質的に十分な期間、導管網を介して、第２のターゲット混合物を流すステップ４３３と、導管網を介して、第２の回収要素に、第２のターゲット混合物の更なる一部を供給するステップ４３４とを含む。
【００４０】
好ましくは、「動力流体を流す」ステップ４１１、４３１及び「スイープガスを流す」ステップ４２０は、処理の期間中、導管網内の第１及び第２のターゲット粉末の実質的な吸込みを維持するように調整される。
【００４１】
本発明の構成及び動作原理を明瞭に説明するために、様々な詳細を含む特定の実施の形態を用いて本発明を説明した。このような特定の実施の形態及びその詳細は、特許請求の範囲を制限するものではない。本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、例示的に選択された実施の形態を変更できることは、当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に基づく抽出装置の概略図である。
【図２】本発明で用いられるベンチュリー形エダクタの断面図である。
【図３】本発明に含まれる流体供給システムの構成を示す図である。
【図４】本発明に基づく抽出方法のフローチャートである。
【図１】
2008515626.tif 000003
【図２】
2008515626.tif 000004
【図３】
2008515626.tif 000005
【図４】
2008515626.tif 000006
【国際調査報告】
2008515626.tif 000007
2008515626.tif 000008