(57)【要約】【課題】  少なくとも第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子をこれらが存在する周囲流体（例えば、ガス状媒体）から分離するための分離器を開示する。【解決手段】  第１の範囲の粒子は、第２の範囲の粒子より概ね大きいサイズ／質量のものである。分離器は、特に、細菌、ウイルス、病原菌などのような微生物を急速に検出するように設計されている空気監視装置に使用するように設計されており、この空気監視装置は、一般市民の環境および軍事環境の両方に容易に且つ急速に展開されることができ、室内および室外で使用されることができるように持運び可能であるように設計されており、また、人が使用するように設計されることもできる。【選択図】      図１
2008500163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子を、これらが存在する周囲の流体媒体から分離するための分離器を具備しており、第１の範囲の粒子は、第２の範囲の粒子よりほぼ大きいサイズ／質量であり、前記分離器は、
前記周囲の流体媒体が分離器に吸入される際に通る複数の入口ポートにより設けられた入口を有するボディを備えており、各入口ポートは、夫々の第１のチャンバに通じており、この第１のチャンバは、第１の範囲の粒子がチャンバをほぼ軸方向に通る間、次の収集のために分離器の作動中に第２の範囲の粒子が通されることができる、チャンバから通じている複数の出口ポートをチャンバの周囲に有しており、各チャンバは、入口から離れた出口を有しており、前記第１の範囲の粒子は、この出口を通って分離器から排出されることが可能な分離器。
【請求項２】
第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子を、これらが存在する周囲のガス状媒体から分離するための分離器を具備しており、第１の範囲の粒子は、第２の範囲の粒子よりほぼ大きいサイズ／質量であり、前記分離器は、
軸線と、ガス状媒体が分離器に吸入される際に通る複数の入口ポートにより設けられた軸方向入口とを有するボディを備えており、各入口ポートは、夫々の第１のチャンバに通じており、この第１のチャンバは、第１の範囲の粒子がチャンバをほぼ軸方向に通る間、次の収集のために分離器の作動中に第２の範囲の粒子が通されることができる、チャンバから通じている複数の出口ポートをチャンバの周囲に有しており、各チャンバは、入口から離れた出口を有しており、前記第１の範囲の粒子は、この出口を通って分離器から排出されることが可能な分離器。
【請求項３】
前記複数の入口ポートのポートは、ほぼ同様なサイズおよび形状を有し、ほぼ共通の配向で同心に配列されている請求項１または２に記載の分離器。
【請求項４】
各チャンバは、容器の軸線と平行な軸線を有しており、各チャンバの周囲の出口ポートは、夫々のチャンバの軸線のまわりに同心配列で配置されている請求項２または請求項２に従属した請求項３に記載の分離器。
【請求項５】
前記出口ポートの同心配列は、夫々のチャンバの床領域の上方の環状ギャラリーに配置されている請求項４に記載の分離器。
【請求項６】
前記出口ポートの各々は、ギャラリーの下に形成された環状空間に通じる通路により形成されており、前記環状空間は、チャンバから隔離されている請求項５に記載の分離器。
【請求項７】
１つまたはそれ以上のダクトが前記環状空間から通じており、前記ダクトは、分離器が粒子収集器に連結されるときに粒子収集器と整合および連結可能に配置される請求項６に記載の分離器。
【請求項８】
第２の環状空間が、前記環状空間の下方に設けられており、この第２の環状空間は、前記環状空間に連結されており、この連結により粒子は、前記環状空間から前記第２の環状空間まで通ることができ、前記第２の環状空間は、分離器が前記粒子収集器に連結されると、前記粒子は、前記粒子収集器に差し向けられることができる出口を有している請求項７に記載の分離器。
【請求項９】
前記第２の範囲の粒子は、別個の第３および第４のサイズ／質量範囲の粒子を含み、第３の範囲の粒子は、第４の範囲より大きいサイズ／質量のものであり、分離器は、前記環状空間内の第４の範囲の粒子および第２の環状空間に進行している第３の範囲の粒子を取り出すことが可能である請求項１ないし８のうちのいずれか１つの項に記載の分離器。
【請求項１０】
複数の環状空間が、前記第２の環状空間の下方に設けられており、これら複数の環状空間の各々は、すぐ上の環状空間に連結されて、粒子が前記すぐ上の環状空間から前記各環状空間へ通ることができ、各環状空間は、分離器が前記粒子収集器に連結されると、前記粒子は、前記粒子収集器に差し向けられることができる出口を有している請求項８または請求項９に記載の分離器。
【請求項１１】
前記入口ポートの各々は、床を有しており、前記複数の環状空間のうちの最も下側の環状空間は、前記床の下の出口に通じる孔と連結されている請求項１０に記載の分離器。
【請求項１２】
前記環状空間を、第１の環状空間と第２の環状空間とにこれら環状空間の間に隔壁を設けて分離し、第２の環状空間が第１の環状空間により出口ポートから分離されるようにすることによって、第４の範囲粒子は、第３の範囲の粒子から分離されることができ、前記第１の環状空間は、夫々のチャンバの軸線に対して横方向である出口を有しており、第４の範囲の粒子は、収集のためにこの出口を通されることができ、一方、第３の範囲の粒子は、別の収集のために更なる出口を通して差し向けられる、請求項８もしくは請求項８に従属した請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の分離器。
【請求項１３】
実質的に添付図面を参照して前述されたように、第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子をこれらが存在する周囲のガス状媒体から分離するための分離器。
【請求項１４】
前記全ての請求項のいずれか１に記載の分離器と、この分離器に装着された粒子検出器と、この粒子検出器による収集のために分離器を通して空気を吸い込むための手段とを有する、空気中の汚染物質並びに他の粒子を監視するのに使用されるための監視装置。
【請求項１５】
持運び可能である請求項１４に記載の監視装置。
【請求項１６】
分離器を通して空気を吸い込むための手段が設けられている請求項１４または１５の監視装置。
【請求項１７】
前記手段は、バッテリ駆動式ファンにより設けられている請求項１６に記載の監視装置。
【請求項１８】
相互に積層されている複数のウエーハから分離器を作製することを有する請求項１ないし１３のいずれか１に記載の分離器を作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
操作容易であり、大量に製造されることができ、雰囲気中のできるだけ多くの危険な剤を検出し、且つ確認することができ、そして必要とされるとこでも、およびいつでも、容易に発展されることができるように非常に持運び可能であり、且つ大気中、および建物の内側、航空機、船、列車およびバスのような大量移送車両中の選択された粒子の存在に非常に敏感であることができ、ならびに人による使用のために有効である空気監視装置の現在の緊急の必要性があることがわかっている。また、軍事および非軍事環境の両方において、いずれかの深刻な影響を有する前に治療作用が取られることができるのに十分に短い時間枠内でこれらの危険な剤を確認することができる装置が、要望されている。
【０００２】
以前の提案は、サブミクロンレベルほどに小さい粒子についての粒子分離を行うために提出されてきた（例えば、Ｌ.Ｒ.ヒュアング等による「タンゴ（the Tango）を行う粒子分離器」生物工学、２００４、７月、「決定的横方向変位による連続的な粒子の分離」科学、２００４、５月１４日、を参照せよ）。特に、更なる研究が、アメリカンケミカルソサイエティによる環境科学＆技術に１９８０年に発行されたＶ.Ａ.マープル＆Ｃ.Ｍ.による「バーチャルインパクター：理論研究」に見られるであろう。
【０００３】
このような分離器は、知られており、そして極めて小さい粒子を分離するために提案されたが、これらの分離器は、微生物学的粒子、細菌学的粒子または同様な粒子の分離および確認のために必要とされる監視装置の分離器として適しておらず、または多くは容易に発展可能ではない。
【０００４】
その基本的な理由は、公知の粒子分離器が、実質的であり、所定の時間枠内で少量の空気または他のガスに対処するだけであり、そして主に分離と関連されているが、このような粒子が分離され、収集されているときの粒子の衝突に因り、病原菌、ウイルス、細菌などが後に確認されることができるように、そのように分離された粒子の集結性の保存とは関連されているとは必ずしも限らないと言う点である。実際、従来技術では、衝突は、分離器の構造および作動の明確な結果であると確認されている。
【０００５】
衝突は、粒子の流れ中に、或いは公知の分離器の壁部に対して、或いはそれらの両方に生じてもよい。これが細菌などを分離する際に生じるなら、その細菌を確認する能力は、
細菌自身の構造を潜在的に変える細菌に対する損傷に因り、或いは相互汚染に因り、深刻に損なわれる。その結果、公知の粒子分離器は、衝撃により損傷されることがある粒子を分離し、収集する際の使用に適していない。
【０００６】
従って、このような損傷の潜在的な恐れが最小にされる粒子分離器および粒子収集器を開発した。これは、サイズおよび質量に関する細菌、ウイルスなどの範囲を分析し、そしていずれの衝突もなしにこのような粒子の分離を許容する空気の流れの最適化を理解することにより達成された。
【０００７】
一般に、周囲の空気中には、５０ミクロン未満の範囲の粒子が存在している。大気中の大きい粒子は、一般に、沈降する傾向があり、大気中に留まらない。５０ミクロンレベル未満では、雰囲気粒子は、通常、３つのサイズ範囲、つまり、２０ないし５０ミクロン、２ないし２０ミクロンおよび２ミクロン未満の範囲に分類されることができる。細菌、菌、ウイルスなどのような微生物は、普通、全体範囲の下端部にあるものと考えられているが、幾つかの有害および有毒な物質が４０ミクロン以下、特に、２ないし２０ミクロンの範囲で存在することがある。この理由で、中心範囲が１つより多いサブ範囲よりなるものと考えることは不利であることもある。化学剤および／または生物学剤の「万能」検出器の分離器では、できるだけ多くの病原菌および／または毒性物質が、これらを確認する能力を無くすような損傷ないしに検出されることが最も重要である。
【０００８】
このために、本発明は、第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子を、これらが存在する周囲の流体媒体から分離するための分離器を提供しており、第１の範囲の粒子は、第２の範囲の粒子よりほぼ大きいサイズ／質量であり、前記分離器は、周囲の流体媒体が分離器に吸入される際に通る複数の入口ポートにより設けられた入口を有するボディを備えており、各入口ポートは、夫々の第１のチャンバに通じており、この第１のチャンバは、第１の範囲の粒子がチャンバをほぼ軸方向に通る間、次の収集のために分離器の作動中に第２の範囲の粒子が通されることができる、チャンバから通じている複数の出口ポートをチャンバの周囲に有しており、各チャンバは、入口から離れた出口を有しており、前記第１の範囲の粒子は、この出口を通って分離器から排出されることができる。
【０００９】
本発明は、第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子を、これらが存在する周囲のガス状媒体から分離するための分離器をさらに提供しており、第１の範囲の粒子は、第２の範囲の粒子よりほぼ大きいサイズ／質量であり、前記分離器は、軸線と、ガス状媒体が分離器に吸入される際に通る複数の入口ポートにより設けられた軸方向入口とを有するボディを備えており、各入口ポートは、夫々の第１のチャンバに通じており、この第１のチャンバは、第１の範囲の粒子がチャンバをほぼ軸方向に通る間、次の収集のために分離器の作動中に第２の範囲の粒子が通されることができる、チャンバから通じている複数の出口ポートをチャンバの周囲に有しており、各チャンバは、入口から離れた出口を有しており、前記第１の範囲の粒子は、この出口を通って分離器から排出されることができ、
周囲のガス状媒体、特に、空気が、入口ポート、チャンバ、並びに導管の配列と、空気が分離器中に吸引される流量の制御とにより、粒子（例えば、細菌）の衝突の可能性を最小にする分離器中に吸入され、吹き込まれないことに注意すべきである。
【００１０】
本発明に従った分離器を有する好ましい監視装置は、持運び可能であり、ほぼ２００リットル／分の監視装置を通る空気の流量を受入れるように設計されており、これは、戦場環境および一般市民環境の両方における周囲の空気を試料採取するのに適しているものと考えられる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この空気の流れを行うために、限定されないが、理想的には円筒形の形状のものである監視装置は、ほぼ１００ｍｍの直径のものであり、従って、手に容易に保持されることができる。本発明による装置の分離器が、任意の従来の形状およびサイズのものであるように構成されることができ、円筒形のものである必要がないことは、容易に理解されるであろう。
【００１２】
添付図面を参照して以後に説明される好適な実施の形態において、その複数の入口ポートのポートは、一般にほぼ同様なサイズおよび形状のものであり、軸線のまわりに同心に配列されている。図示の実施の形態では、入口ポートはそのように配列され、且つ寸法決めされているが、これは、主として設計上の考慮問題であり、従って、ポートは、ほかの方法で配列されることができ、それらの夫々のサイズ、寸法（即ち、横断面、長さなど）および互いに対する位置は、収集されるべき粒子のサイズおよび／または質量に関する要件に応じて変えられることができる。
【００１３】
好ましくは、各室チャンバは、容器の軸線と平行な軸線を有しており、各室チャンバの周囲の出口ポートは、夫々の室チャンバの軸線のまわりに同心配列で配置されており、出口ポートの同心配列は、好ましくは、夫々の室チャンバの床領域の上方の環状ギャラリーに配置されている。
【００１４】
出口ポートの各々は、ギャラリーの下に形成された環状空間に通じる通路により設けられてもよく、この環状空間は、室チャンバから隔離されている。１つまたはそれ以上のダクトが環状空間から通じており、このダクトは、分離器が粒子収集器に連結されるときに粒子収集器と整合および連結可能に配置されている。
【００１５】
本発明による好適な実施の形態では、第２の環状空間が、前記環状空間の下に設けられており、この第２の環状空間は、前記環状空間に連結されており、それにより、粒子は、前記環状空間から前記第２の環状空間まで通ることができ、前記第２の環状空間は、出口を有しており、それにより、分離器が前記粒子収集器に連結されると、前記粒子は、前記粒子収集器に差し向けられることができる。
【００１６】
前記第２の範囲の粒子は、好ましくは、別個の第３および第４のサイズ／質量範囲の粒子を含み、第３の範囲の粒子は、第３の範囲より大きいサイズ／質量のものであり、分離器は、前記環状空間における第４の範囲の粒子および第２の環状空間に進行している第３の範囲の粒子を取り出すことが可能である。
【００１７】
本発明による更なる分離器において、複数の環状空間が、前記第２の環状空間の下に設けられてもよく、前記複数の環状空間のうちの各々は、すぐ上の環状空間に連結されており、それにより、粒子が前記すぐ上の環状空間から前記各環状空間へ通ることができ、各環状空間は、それからの出口を有しており、それにより、分離器が前記粒子収集器に連結されると、前記粒子は、前記粒子収集器に差し向けられることができる。入口ポートの各々は、床を有しており、前記複数の環状空間のうちの最も下側の環状空間は、前記床の下の出口に通じる孔と連結されている。
【００１８】
前記環状空間を間に隔壁を設けて第１の環状空間と第２の環状空間とに分離して第２の環状空間が第１の環状空間により出口ポートから分離されるようにすることによって、第４の範囲粒子は、第３の範囲の粒子から分離されることができ、前記第１の環状空間は、夫々の室チャンバの軸線に対して横方向である出口を有しており、第４の範囲の粒子は、収集のためにこの出口を通されることができ、その一方、第３の範囲の粒子は、別の収集のために更なる出口を通して差し向けられる。
【００１９】
本発明は、また、空気中の汚染物質並びに他の粒子を監視するのに使用するための監視装置を提供しており、この監視装置は、本発明に従った分離器と、この分離器に装着された粒子検出器と、この粒子検出器により収集され、分離器を通る空気を吸引するための手段とを有している。
【００２０】
このような装置は、理想的には、持運び可能であり、壁部取付け可能であってもよい。また、この装置は、空気を分離器を通して吸入するための手段を有してもよい。このような手段は、好ましくは、バッテリ駆動式ファンであるが、固定装着で使用されるものと提案された場合（例えば、長期間基準で空気含有分を監視するように使用される場合）、幹線電源のような電源に接続されてもよい。また、本発明による監視装置は、軍要員、医療要員またはセキュリティ要員のような個人の着用者により使用されるようになってもよく、このような目的で、クリップなどを備えてもよく、それによりこの装置はベルトに取付けられることができる。
【００２１】
更に、本発明は、相互に積層されている複数のウエーハから分離器を作製することを備えている本発明による分離器を製造する方法を提供する。変形例として、本発明による分離器は、例えば、レーザー穴あけにより適当なプラスチック材料から製造されることができる。
【００２２】
本発明の追加の特徴は、添付図面に例として示されている本発明の下記の説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
まず図１を参照すると、粒子分離器を組み入れている本発明による持運び可能な空気監視装置１０が示されている。この装置１０は、ほぼ円筒形であり（しかし先に述べたように、これは不可欠ではない）、そして分離器１２を備えており、この分離器１２は、装置１０の上部分と、装置を作動させ、収集し、周囲の雰囲気からの収集された粒子を分析するための手段が中に設けられている第２の部分即ち中央の部分１４と、作動されると、装置を通して空気を吸入するためのファンが設けられている第３の部分即ち基部分１６とを設けている。図示の装置は、ほぼ円筒形であるが、平坦部１９を有しており、中央部分１４は、平坦部に取着されたクリップ１８を有しており、これにより装置は装着者のベルトまたは衣類に取り付けられることができ、或いは壁部または他の適切な固定部に装着されることができる。
【００２４】
本発明は、分離器を有する上部分１２と主に接続されている。
【００２５】
この分離器１２は、上述されたように、粒子の種類およびサイズを考慮すると、粒子の夫々の質量範囲に同等する３つの引用サイズ範囲に雰囲気からの粒子を分離するのに使用されるようになっている。図示の実施の形態を粒子サイズについて以下に説明するが、本発明が、粒子の質量に関して或いは質量およびサイズの両方に関して粒子を分離するのに同等に有用であることは明確に理解されるであろう。
【００２６】
図示の実施の形態の分離器１２は、複数の入口ポート２０を有するボディ１３の形態である。図示の実施の形態では、３７個の入口ポート２０が設けられている。装置、従って分離器は、図１に示されるように、一般的な軸線２２を有しており、ポートは、３つの同心的な配列２０Ｂ，２０Ｃ、２０Ｄで中央のポート２０Ａのまわりに配列されており、最も内側の円２０Ｂには、６つのポートがあり、中間の円２０Ｃには、１２個のポートがあり、最も外側の円２０Ｄには、１８個のポートがある。図２では、ポートのこれらの同心の配列が点線により示されている。（本発明の別の実施の形態では、ポートはこのように配列されることは必要ではない。しかし、ポートの配列が望まれる空気流を取り込む複数のポートの能力を最適にすることは重要である。）各ポートは、ほぼ円筒形であるが、その深さに伴って非常に僅かにテーパ状になっており、そして分離器のボディ１３における凹部として形成されており、その円筒軸線（図示せず）が軸線２２と平行である。分離器の構成および配置の概略図であって、図４に近似する図８をも参照すると、各ポート２０は、深さＬＡおよび直径ＤＡ１の下端部を有し、室２３（チャンバ）に通じており、この室２３は、ポート２０よりも大きい直径Ｄのものであり、管状の開放ルーフ２３Ａ（図３）を有しており、このルーフ２３Ａは、ほぼ円筒形の壁部２５まで降下している球体の円錐台の形状を有している。室２３は、床２４を有しており、この床の上方には、ギャラリー２６が形成されており、このギャラリー２６は、５つの同心円で出口ポート２９が形成されている管状のプレート状構造体２８により形成されている。図示の実施の形態では、各構造体２８には、おおよそ６５７個のオーダの出口ポートが設けられている。かくして、３７個の入口ポートは、各々が直径ＤＢ１および深さＬＢ（図８参照）を有する合計ほぼ２４３０９個の出口ポートが設けられている。これらのポートの正確な数およびそれらのサイズおよび深さは、分離器のこの段階および後の段階で分離されるべき粒子のサイズまたは質量および分離器に吸入される粒子の速度により決まる。
【００２７】
周囲空気からの約２０ミクロン以下のサイズの粒子を分離し、次いでこれらの粒子をサブグループに分離するように設計された図１に示されるような持運び可能な装置では、装置の外径はほぼ１００ｍｍであり、各入口ポート２０の内径ＤＡ１は１０.２７ｍｍであり、各出口ポート２９の内径ＤＢ１は１８３μｍである。このようなデイメンションでは、後述のような、所望の条件下で装置を通る約１８５ないし２００リットル／分の流量を誘発することが可能であることを測定した。
【００２８】
径方向外方では、ギャラリー２６は、室２３の周囲を規定する管状壁部２５により境界決めされており、径方向内方では、ギャラリーは、その平面から下降し、そして床２４からのギャラリー２６の垂直方向の離隔距離のほぼ３分の１の床２４の上方の高さの所で終端している連続したカーテンウォール３０により境界決めされている。このカーテンウォールの頂部には、上方に突出しているリム３２が設けられている。
【００２９】
カーテンウォールの背後（即ち、カーテンウォールの径方向外方）でギャラリー２６の下には、カーテンウォールにより室２３から隔離されている環状の空間３４が形成されている。この環状の空間３４は、装置１０の外側ボディ１３と一体の環状の基部３６を有している。この環状の基部３６の上面は、カーテンウォール３０の頂部と底部とのほぼ中間に位置されており、そしてカーテンウォールの底部まで延びるような厚さを有している。
【００３０】
前記ギャラリー２６と外面３８との間の前記環状の空間３４は、環状の中間の床４４により第１の上側環状空間４０と、第２の下側環状空間４２とに分離されている。この環状の床は、２つの環状の空間４０、４２間の隔壁部をなしており、そして環状の床４６に形成された孔５０により与えられた複数の更なる出口４８を有しており、これらの孔は、各々、上方への煙突状延長部５２を有しており、これらの延長部の各々は、内径ＤＢ２（図８参照）を有しており、距離ＳＢだけギャラリー２６の下側から間隔を隔てられている。出口２９と同じ数の孔５０およびこれに関連された延長部５２が設けられており、これらの孔５０および延長部５２は、出口２９と軸方向に整合されている。
【００３１】
複数のダクト５４（図４および図６参照）が、第１の環状空間４０から径方向外方に延びており、これらのダクトのうちの１つのみが図６に示されている。これらのダクトは、後述のように、装置１０の制御部分１４に設けられている粒子収集器に通じている。この粒子収集器は、本発明の不可欠な部分を本質的に形成しておらず、従って、さらに説明されない。
【００３２】
軸線２２と平行な軸線を有する複数の円筒形のシャフト５６が、環状基部３６の環状上面３８から基部を通って下方に延びている。これらのシャフトは、床２４の下側と、中央の孔６２が形成されている下側床６０との間に形成されている浅い円筒形の空間５８と接続している。図４に示されるように、思い出されるように、３７個の孔のうちの１つであるこの中央の孔６２は、前述の粒子収集器に通じている。
【００３３】
前記室２３の下部分は、シャフト５６の環状の柱列６４により境界決めされて、隣り合う柱の間に隙間６６を規定している。隙間６６を規定する間隔は、３７個の入口ポート２０の各々の下側の同様な間隔まで延びており、一体の空間を形成している。この空間は、図示されていないが、必要に応じて、排気口または装置の粒子収集器に連結されることができる。
【００３４】
分離器の機能および作動は、下記の如きである。
【００３５】
粒子の単一の流れを、これらの重量に応じて２つの流れに分離するのに、慣性質量が使用される。大きい粒子は、前方方向に連続し、小さく軽い粒子は、側方へ引き離される。この原理は、図８に示されている。
【００３６】
本発明の本実施の形態では、装置の基部分１６に設けられたバッテリ作動式ファンである吸引手段の作動により、空気が装置に吸込まれて通される。このファンは、粒子分離器からファンに通じて、装置の中央部分１４に設けられた粒子収集器を迂回してもよいししなくてもよいダクト（図示せず）を経て空気を装置に吸入することができる。空気が装置の中央部分および基部分に吸い込まれる方法は、本発明にとって重要ではなく、従ってこれ以上説明しない。
【００３７】
もちろん、粒子収集器自身は、径方向ダクト５４と中央の孔６２とを連結されており、従って、空気は、シャフト５６間の柱列状間隔６６からこれらの径方向ダクト５４および中央の孔６２に通される。
【００３８】
空気は、図８に概略的に示されるようにポート２０を通って装置１０に入る。この空気は、出口２９および空間６６に通される。空間６６の中を通る空気は、排気のために取出されることができる。他方、出口２９を通る空気は、ギャラリー２６の下の第１の環状の空間４０に入り、粒径に応じて、径方向のダクト５４を通して押出されるか、或いは延長部５２を通って中間床構造体４４の下の第２の環状の空間４２に入り、そこから中央の孔６２に引き込まれる。そして、ダクト５４および孔６２に通された空気は粒子収集器に導かれる。
【００３９】
分離器の設計、幾何形状およびプロポーションは、所定サイズの範囲の粒子のみが収集されるように算出されている。かくして、例えば、図示の実施の形態では、例えば２０ミクロン未満のサイズであって、ファンの速度に分部的に依存している所定の慣性で分離器に吸入される粒子が、図８に示されるように、自身の運動量により進行する、より大きいサイズの粒子よりも容易にファンの吸引作用により影響される。分離器が粒子の質量のみに応じて粒子を分離するように設計されている場合、同様のことが当てはまる。
【００４０】
ファンの吸引作用は、出口２９および空間６６を通して及ぼされる。これは、通路２９および垂直な通路６６Ａにより図８に概略的に表されている。図８からわかるように、粒子のサイズ／質量の上側範囲にある比較的重い粒子は、分離器に入るのとほぼ同じ方向に流れ続け、他方、軽いサイズ／質量範囲の比較的軽い粒子は、通路２９を通して取り出される。軽い質量範囲の上端側の幾つかの粒子は、通路６６Ａに沿って流れ続けることがあるが、非常に大きい割合で通路２９中に引き込まれる。十分な量のこのような粒子は、通路の中へ取出されて収集器がそれらの存在を検出し、且つ確認を許容するならば、粒子の正確な量は重要ではない。
【００４１】
次いで、次の分離において、より軽い粒子は、それら自身、１つまたはそれ以上の分離段階で副範囲に更に分離される。
【００４２】
粒子の分離は、入口ポート２０の各々の内径ＤＡ１により、初めに定められ、本発明者達が定めた内径は、本発明が主に関する粒子の分離では、１０.２７ｍｍの最小直径までテーパ状であって、その入口で最大１２ｍｍであるべきである。これらの大きさでは、空気流の９５％が主な流れで継続し、次の分離および分析のために粒子分離器へ送られることを本発明者達は定めた。
【００４３】
通路２９により表される複数の出口（各々、直径ＤＢ１のものであることが思い出されるであろう）の全体の合計面積とともに入口ポートの深さＬＡ（図８）もまた、空気の流量が望む通りであるために決定的なものである。表されるような空気流が、各出口で同様であるが、これは、必ずしもそうであるとは限らなく、分離されるべき粒子の種類および性質に依存している、ことは容易に判るであろう。ギャラリー２６の内縁部には、（図３に示されており、図８では誇張形態で示されているが、単に明確のために残りの図から省かれている）周囲リム、即ち壁部３１が設けられている。この壁部３１は、ルーフ２３Ａからの壁部３１の垂直方向の分離ＳＡにより正しいサイズ（即ち、興味あるサイズの範囲）の粒子が同伴されて出口ポート２９に入るような高さである。壁部３１が設けられていない場合には、粒子が、カーテンウォール３０の上縁部と衝突して悪影響を受け、しかも、一緒になって出口２９に流入することが可能である。壁部３１を設けることにより、これが起こることを防いでいる。
【００４４】
分析されるべきではない空気を大気に排出し得る横断面積を表すディメンションＤＡ２は、空気の未制限の分散を許容するような寸法である。
【００４５】
粒子は、速度Ｖ１で分離器１０に吸入されて、大きい容積の室２３に入ると、室の床まで降下する粒子は速度Ｖ２となり、出口ポート２９の方に転じる粒子は速度Ｖ３となる。後者の粒子が出口ポート２９に入ると、速度は速度Ｖ４に変り、孔５０および延長部５２を通過する粒子はこの速度を維持し、上側空間４０へ転じられる粒子は速度Ｖ５となる。
【００４６】
分離器の製造は、実質的に、二酸化シリコンのような不活性材料から製造された一連のウエーハから分離器の部材を形成し、これらのウエーハを適切なシーケンスで組付けることによる。
【００４７】
以上の説明から、本発明を３つのサイズ／質量範囲への空気中浮遊粒子の分離のための対策を有する分離器について説明したが、分離箇所の数を増やすことにより３つより多い範囲の分離に対処するように本発明を容易に発展することができることは明らかに理解されるであろう。例えば、図６に示された出口の幾何形状への適切な変更と、環状空間４０、４２（適切な入口および出口を有する）に対応する１つまたはそれ以上のレベルの追加とにより、使用された製造方法では、一部を構成する監視装置の持運び可能な特性を保持しながら、かなり多数の分離段階で空気中浮遊粒子の分離を行なうことが可能である。また、正しい幾何形状では、本発明による分離器は、液体と、液体中に存在する粒子とを分離するように容易に適合されることができる。
【００４８】
更に、監視／検出装置の一部としての分離器が使用されるかもしれない環境および条件によっては、装置自身が、保護容器内に密閉されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による粒子分離器を有する空気監視装置の斜視図である。
【図２】図１に示される分離器のより詳細な斜視図である。
【図３】分離器の上部分の部分切取り斜視図である。
【図４】図２に示される分離器の上部分の平面図である。
【図５】分離器の上部分のより詳細な斜視図である。
【図６】分離器の上部分の切取り部分断面図である。
【図７】分離器の拡大切取り部分断面図である。
【図８】分離器を通る空気の流れを示している概略図である。
【００５０】
概略横断面図である。
【図１】
2008500163.tif 000003
【図２】
2008500163.tif 000004
【図３】
2008500163.tif 000005
【図４】
2008500163.tif 000006
【図５】
2008500163.tif 000007
【図６】
2008500163.tif 000008
【図７】
2008500163.tif 000009
【図８】
2008500163.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月24日(2006.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子を、これらが存在する周囲の流体媒体から分離するための分離器を具備しており、第１の範囲の粒子は、第２の範囲の粒子よりほぼ大きいサイズ／質量であり、前記分離器は、
前記周囲の流体媒体が分離器に吸入される際に通る複数の入口ポートにより設けられた入口を有するボディを備えており、各入口ポートは、夫々の第１のチャンバに通じており、この第１のチャンバは、第１の範囲の粒子がチャンバをほぼ軸方向に通る間、次の収集のために分離器の作動中に第２の範囲の粒子が通されることができる、チャンバから通じている複数の出口ポートをチャンバの周囲に有しており、各チャンバは、入口から離れた出口を有しており、前記第１の範囲の粒子は、この出口を通って分離器から排出されることが可能であり、前記複数の入口ポートのところでの所定の圧力変化によって、前記粒子は、これら粒子の慣性質量に依存して差し向けられ、従って、これら粒子は、ほとんど物理的に接触することなく、分離器によって分離されることが可能である分離器。
【請求項２】
第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子を、これらが存在する周囲のガス状媒体から分離するための分離器を具備しており、第１の範囲の粒子は、第２の範囲の粒子よりほぼ大きいサイズ／質量であり、前記分離器は、
軸線と、ガス状媒体が分離器に吸入される際に通る複数の入口ポートにより設けられた軸方向入口とを有するボディを備えており、各入口ポートは、夫々の第１のチャンバに通じており、この第１のチャンバは、第１の範囲の粒子がチャンバをほぼ軸方向に通る間、次の収集のために分離器の作動中に第２の範囲の粒子が通されることができる、チャンバから通じている複数の出口ポートをチャンバの周囲に有しており、各チャンバは、入口から離れた出口を有しており、前記第１の範囲の粒子は、この出口を通って分離器から排出されることが可能であり、前記複数の入口ポートのところでの所定の圧力変化によって、前記粒子は、これら粒子の慣性質量に依存して差し向けられ、従って、これら粒子は、ほとんど物理的に接触することなく、分離器によって分離されることが可能である分離器。
【請求項３】
前記複数の入口ポートのポートは、ほぼ同様なサイズおよび形状を有し、ほぼ共通の配向で同心に配列されている請求項１または２に記載の分離器。
【請求項４】
各チャンバは、容器の軸線と平行な軸線を有しており、各チャンバの周囲の出口ポートは、夫々のチャンバの軸線のまわりに同心配列で配置されている請求項２または請求項２に従属した請求項３に記載の分離器。
【請求項５】
前記出口ポートの同心配列は、夫々のチャンバの床領域の上方の環状ギャラリーに配置されている請求項４に記載の分離器。
【請求項６】
前記出口ポートの各々は、ギャラリーの下に形成された環状空間に通じる通路により形成されており、前記環状空間は、チャンバから隔離されている請求項５に記載の分離器。
【請求項７】
１つまたはそれ以上のダクトが前記環状空間から通じており、前記ダクトは、分離器が粒子収集器に連結されるときに粒子収集器と整合および連結可能に配置される請求項６に記載の分離器。
【請求項８】
第２の環状空間が、前記環状空間の下方に設けられており、この第２の環状空間は、前記環状空間に連結されており、この連結により粒子は、前記環状空間から前記第２の環状空間まで通ることができ、前記第２の環状空間は、分離器が前記粒子収集器に連結されると、前記粒子は、前記粒子収集器に差し向けられることができる出口を有している請求項７に記載の分離器。
【請求項９】
前記第２の範囲の粒子は、別個の第３および第４のサイズ／質量範囲の粒子を含み、第３の範囲の粒子は、第４の範囲より大きいサイズ／質量のものであり、分離器は、前記環状空間内の第４の範囲の粒子および第２の環状空間に進行している第３の範囲の粒子を取り出すことが可能である請求項１ないし８のうちのいずれか１つの項に記載の分離器。
【請求項１０】
複数の環状空間が、前記第２の環状空間の下方に設けられており、これら複数の環状空間の各々は、すぐ上の環状空間に連結されて、粒子が前記すぐ上の環状空間から前記各環状空間へ通ることができ、各環状空間は、分離器が前記粒子収集器に連結されると、前記粒子は、前記粒子収集器に差し向けられることができる出口を有している請求項８または請求項９に記載の分離器。
【請求項１１】
前記入口ポートの各々は、床を有しており、前記複数の環状空間のうちの最も下側の環状空間は、前記床の下の出口に通じる孔と連結されている請求項１０に記載の分離器。
【請求項１２】
前記環状空間を、第１の環状空間と第２の環状空間とにこれら環状空間の間に隔壁を設けて分離し、第２の環状空間が第１の環状空間により出口ポートから分離されるようにすることによって、第４の範囲粒子は、第３の範囲の粒子から分離されることができ、前記第１の環状空間は、夫々のチャンバの軸線に対して横方向である出口を有しており、第４の範囲の粒子は、収集のためにこの出口を通されることができ、一方、第３の範囲の粒子は、別の収集のために更なる出口を通して差し向けられる、請求項８もしくは請求項８に従属した請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の分離器。
【請求項１３】
実質的に添付図面を参照して前述されたように、第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子をこれらが存在する周囲のガス状媒体から分離するための分離器。
【請求項１４】
前記全ての請求項１ないし１３のいずれか１に記載の分離器と、この分離器に装着された粒子検出器と、この粒子検出器による収集のために分離器を通して空気を吸い込むための手段とを有する、空気中の汚染物質並びに他の粒子を監視するのに使用されるための監視装置。
【請求項１５】
持運び可能である請求項１４に記載の監視装置。
【請求項１６】
分離器を通して空気を吸い込むための手段が設けられている請求項１４または１５の監視装置。
【請求項１７】
前記手段は、バッテリ駆動式ファンにより設けられている請求項１６に記載の監視装置。
【請求項１８】
相互に積層されている複数のウエーハから分離器を作製することを有する請求項１ないし１３のいずれか１に記載の分離器を作製する方法。
【国際調査報告】
2008500163.tif 000011
2008500163.tif 000012
2008500163.tif 000013