(57)【要約】  大気圧を有する環境内で動作するガス供給システムは、プラズマ流と、粉末粒子と、調整流体とを混合して、粉末粒子を変質し、混合物流を形成する反応器と、反応器に接続された供給チャンバと、反応器のアウトレットにおいて、吸引圧を発生する吸気発生器と、元の圧力で調整流体を供給する流体供給モジュールと、調整流体供給モジュールから調整流体が元の圧力で供給され、反応器の混合物アウトレットにおける吸引圧の如何なる変化にも拘わらず、調整流体の圧力を、元の圧力から、大気圧に対して選択された選択圧力に下げ、選択圧力の調整流体を供給チャンバに供給する圧力調整モジュールとを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧を有する環境内で動作するガス供給システムにおいて、
処理ガスインレットと、調整流体インレットと、粉末供給口と、混合物アウトレットとを有する反応器であって、
（ａ）上記処理ガスインレットを介して処理ガスが供給され、
（ｂ）上記処理ガスを励起してプラズマ流を形成し、
（ｃ）上記粉末供給口を介して粉末粒子が供給され、
（ｄ）上記調整流体インレットを介して調整流体が供給され、
（ｅ）上記プラズマ流、上記粉末粒子及び上記調整流体を結合して、該粉末粒子を変質し、該変質粉末粒子を飛沫同伴する混合物流を形成し、
（ｆ）上記混合物流を上記混合物アウトレットに供給する反応器と、
上記調整流体インレットを介して上記反応器と流体的に接続された供給チャンバと、
上記反応器に流体的に接続され、上記反応器の混合物アウトレットにおいて吸引圧を発生する吸気発生器と、
上記調整流体を元の圧力で供給する調整流体供給モジュールと、
上記調整流体供給モジュールと上記供給チャンバとの間に流体的に接続された圧力調整モジュールであって、
（ａ）上記調整流体供給モジュールから上記調整流体が元の圧力で供給され、
（ｂ）上記調整流体の圧力を、上記元の圧力から、大気圧に対して選択された選択圧力に下げ、該調整流体の圧力の低下を、上記反応器の混合物アウトレットにおける吸引圧の如何なる変化にも拘わらず、該選択圧力に維持し、
（ｃ）上記選択圧力の調整流体を供給チャンバに供給する圧力調整モジュールとを備えるガス供給システム。
【請求項２】
上記調整流体供給モジュールは、
上記調整流体を液体の形態で貯蔵及び供給する調整流体タンクと、
上記調整流体タンクと上記圧力調整モジュールの間に流体的に接続され、該調整流体タンクから上記調整流体が液体の形態で供給され、該調整流体を蒸発させ、上記元の圧力で、該調整流体を気体の形態で上記圧力調整モジュールに供給する蒸発器とを備えることを特徴とする請求項１記載のガス供給システム。
【請求項３】
上記調整流体供給モジュールは、
第１の調整流体を、液化ガスとして貯蔵及び供給する第１の調整流体タンクと、
第２の調整流体を、液化ガスとして貯蔵及び供給する第２の調整流体タンクと、
上記第１及び第２の調整流体タンクに流体的に接続され、上記第１及び第２の調整流体が供給され、これらを混合し、上記調整流体を液化ガスとして形成する混合弁と、
上記混合弁と上記圧力調整モジュールの間に流体的に接続され、上記混合弁から上記調整流体が液化ガスとして供給され、該調整流体を蒸発させ、上記元の圧力で、該調整流体を気体として上記圧力調整モジュールに供給する蒸発器とを備えることを特徴とする請求項１記載のガス供給システム。
【請求項４】
上記圧力調整モジュールは、調整流体供給モジュールと供給チャンバの間に流体的に接続された減圧弁を備えることを特徴とする請求項１記載のガス供給システム。
【請求項５】
上記減圧弁は、ダイヤフラム式減圧弁であることを特徴とする請求項４記載のガス供給システム。
【請求項６】
上記圧力調整モジュールは、上記減圧弁と上記供給チャンバの間に流体的に接続され、該減圧弁から上記調整流体が供給され、該調整流体の一部を上記環境に排気して、該調整流体の圧力を、上記供給チャンバに入る前に低減する圧力逃しモジュールを更に備えることを特徴とする請求項４記載のガス供給システム。
【請求項７】
上記圧力調整モジュールは、上記調整流体供給モジュールと供給チャンバの間に直列構成で流体的に接続された複数の減圧弁を備えることを特徴とする請求項１記載のガス供給システム。
【請求項８】
上記複数の減圧弁のそれぞれは、ダイヤフラム式減圧弁であることを特徴とする請求項７記載のガス供給システム。
【請求項９】
上記複数の減圧弁は、
上記調整流体供給モジュールから上記調整流体が供給され、該調整流体の圧力を上記元の圧力から第２の圧力に下げる第１の減圧弁と、
上記第１の減圧弁から上記調整流体が供給され、該調整流体の圧力を上記第２の圧力から第３の圧力に下げる第２の減圧弁と、
上記第２の減圧弁から上記調整流体が供給され、該調整流体の圧力を上記第３の圧力から第４の圧力に下げる第３の減圧弁とを備える請求項７記載のガス供給システム。
【請求項１０】
上記圧力調整モジュールは、上記複数の減圧弁と上記供給チャンバ間に流体的に接続され、上記複数の減圧弁から下流の上記調整流体が供給され、上記調整流体の一部を上記環境に排気して、上記調整流体の圧力を、上記供給チャンバに入る前に低減する圧力逃しモジュールを更に備える請求項７記載のガス供給システム。
【請求項１１】
上記反応器は、
処理ガスインレットと、プラズマアウトレットとを有し、該処理ガスインレットを介して処理ガスが供給され、該処理ガスを励起して、プラズマ流を形成し、該プラズマ流をプラズマアウトレットに供給するプラズマトーチと、
上記プラズマアウトレットに流体的に接続され、上記調整流体インレット、上記粉末供給口及び上記混合物アウトレットを有し、上記プラズマアウトレットを介して上記プラズマ流が供給され、上記粉末供給口を介して上記粉末粒子が供給され、上記調整流体インレットを介して上記調整流体が供給され、該プラズマ流、該粉末粒子及び該調整流体を結合し、上記混合物流を形成し、該混合物流を上記混合物アウトレットに供給する反応チャンバとを備えることを特徴とする請求項１記載のガス供給システム。
【請求項１２】
上記反応チャンバの混合物アウトレットと上記吸気発生器の間に流体的に接続され、該反応チャンバから上記混合物流が供給され、該混合物流から、上記変質粉末粒子を分離及び回収する回収装置を更に備える請求項１１記載のガス供給システム。
【請求項１３】
上記回収装置は、上記圧力調整モジュールから、上記調整流体が上記選択圧力で供給されることを特徴とする請求項１２記載のガス供給システム。
【請求項１４】
上記反応器における上記粉末粒子の変質は、該粉末粒子を蒸発させ、該蒸発粉末粒子を凝固することを含むことを特徴とする請求項１記載のガス供給システム。
【請求項１５】
大気圧を有する環境内で動作し、処理ガスインレットと、調整流体インレットと、粉末供給口と、混合物アウトレットとを有する粒子生成反応器に過圧ガスを供給するガス供給方法において、
吸気発生器によって、上記粒子生成反応器の混合物アウトレットにおいて様々な吸気を発生するステップと、
調整流体供給モジュールから元の圧力で圧力調整モジュールに調整流体を供給するステップと、
上記圧力調整モジュールによって、上記調整流体の圧力を、上記元の圧力から、大気圧に対して選択された選択圧力に下げ、該調整流体の圧力の低下を、上記粒子生成反応器の混合物アウトレットにおける吸引圧の如何なる変化にも拘わらず、該選択圧力に維持するステップと、
上記圧力調整モジュールから、上記調整流体を、上記粒子生成反応器の上記調整流体インレットに流体的に接続された供給チャンバに、上記選択圧力で供給するステップと、
上記処理ガスインレットを介して上記粒子生成反応器に、処理ガスを供給するステップと、
上記粒子生成反応器によって、上記処理ガスを励起し、プラズマ流を形成するステップと、
上記粉末供給口を介して、上記粒子生成反応器に粉末粒子を供給するステップと、
上記供給チャンバから、上記調整流体インレットを介して、上記粒子生成反応器に上記調整流体を供給するステップと、
上記粒子生成チャンバによって、上記プラズマ流、上記粉末粒子及び上記調整流体を結合して、該粉末粒子を変質し、該変質粉末粒子を飛沫同伴する混合物流を形成するステップと、
上記混合物流を上記粒子生成反応器の上記混合物アウトレットに流すステップとを有するガス供給方法。
【請求項１６】
上記調整流体供給モジュールは、調整流体タンクと、蒸発器とを備え、
当該ガス供給方法は、
上記調整流体を、上記調整流体タンクに液化ガスとして貯蔵するステップと、
上記調整流体タンクから、上記調整流体を液化ガスとして上記蒸発器に供給するステップと、
上記蒸発器によって、上記調整流体を蒸発させ、気体としての上記調整流体を生成するステップと、
上記蒸発器から、上記元の圧力で、上記圧力調整モジュールに上記調整流体を気体として供給するステップとを有することを特徴とする請求項１５記載のガス供給方法。
【請求項１７】
上記調整流体供給モジュールは、第１の調整流体タンクと、第２の調整流体タンクと、混合弁と、蒸発器とを備え、
当該ガス供給方法は、
第１の調整流体を、液化ガスとして上記第１の調整流体タンクに貯蔵するステップと、
第２の調整流体を、液化ガスとして上記第２の調整流体タンクに貯蔵するステップと、
上記第１の調整流体タンクから、上記第１の調整流体を液化ガスとして上記混合弁に供給し、上記第２の調整流体タンクから、上記第２の調整流体を液化ガスとして該混合弁に供給するステップと、
上記混合弁によって、上記第１の調整流体と上記第２の調整流体を混合して、上記調整流体を液化ガスとして形成するステップと、
上記混合弁から、上記調整流体を液化ガスとして上記蒸発器に供給するステップと、
上記蒸発器によって、上記調整流体を蒸発させ、気体としての上記調整流体を生成するステップと、
上記蒸発器から、上記元の圧力で、上記調整流体を気体として上記圧力調整モジュールに供給するステップとを有することを特徴とする請求項１５記載のガス供給方法。
【請求項１８】
上記圧力調整モジュールは、上記調整流体供給モジュールと上記供給チャンバの間に流体的に接続された減圧弁を備えることを特徴とする請求項１５記載のガス供給方法。
【請求項１９】
上記減圧弁は、ダイヤフラム式減圧弁であることを特徴とする請求項１８記載のガス供給方法。
【請求項２０】
上記圧力調整モジュールは、上記減圧弁と上記供給チャンバの間に流体的に接続された圧力逃しモジュールを更に備え、当該ガス供給方法は、
上記減圧弁から上記圧力逃しモジュールに上記調整流体を供給するステップと、
上記圧力逃しモジュールによって、上記調整流体の一部を上記環境に排気して、該調整流体の圧力を、上記供給チャンバに入る前に低減するステップとを有することを特徴とする請求項１８記載のガス供給方法。
【請求項２１】
上記圧力調整モジュールは、上記調整流体供給モジュールと供給チャンバの間に直列構成で流体的に接続された複数の減圧弁を備えることを特徴とする請求項１５記載のガス供給方法。
【請求項２２】
上記複数の減圧弁のそれぞれは、ダイヤフラム式減圧弁であることを特徴とする請求項２１記載のガス供給方法。
【請求項２３】
上記複数の減圧弁は、第１の減圧弁、第２の減圧弁及び第３の減圧弁を備え、当該ガス供給方法は、
上記調整流体供給モジュールから上記第１の減圧弁に、上記元の圧力で上記調整流体を供給するステップと、
上記第１の減圧弁によって、上記調整流体の圧力を上記元の圧力から第２の圧力に下げるステップと、
上記第１の減圧弁から上記第２の減圧弁に、上記第２の圧力で上記調整流体を供給するステップと、
上記第２の減圧弁によって、上記調整流体の圧力を上記第２の圧力から第３の圧力に下げるステップと、
上記第２の減圧弁から上記第３の減圧弁に、上記第３の圧力で上記調整流体を供給するステップと、
上記第３の減圧弁によって、上記調整流体の圧力を上記第３の圧力から第４の圧力に下げるステップとを有する請求項２１記載のガス供給方法。
【請求項２４】
上記圧力調整モジュールは、上記複数の減圧弁と上記供給チャンバの間に流体的に接続された圧力逃しモジュールを更に備え、
当該ガス供給方法は、
上記圧力逃しモジュールに、上記複数の減圧弁から下流の上記調整流体を供給するステップと、
上記圧力逃しモジュールによって、上記調整流体の一部を上記環境に排気して、上記調整流体の圧力を、上記供給チャンバに入る前に低減するステップとを有する請求項２１記載のガス供給方法。
【請求項２５】
上記反応器は、プラズマトーチ及び反応チャンバを備え、該プラズマトーチは、処理ガスインレットと、プラズマアウトレットとを有し、上記反応チャンバは、上記プラズマアウトレットに流体的に接続され、調整流体インレット、粉末供給口及び混合物アウトレットを備え、
当該ガス供給方法は、
上記処理ガスインレットを介して上記プラズマトーチに上記処理ガスを供給するステップと、
上記プラズマトーチによって、上記処理ガスを励起し、上記プラズマ流を形成するステップと、
上記プラズマトーチよって、上記プラズマ流を上記プラズマアウトレットに供給するステップと、
上記プラズマアウトレットを介して、上記反応チャンバに上記プラズマ流を供給するステップと、
上記粉末供給口を介して、上記反応チャンバに上記粉末粒子を供給するステップと、
上記調整流体インレットを介して、上記反応チャンバに上記調整流体を供給するステップと、
上記反応チャンバによって、上記プラズマ流、上記粉末粒子及び上記調整流体を結合して、上記混合物流を形成するステップと、
上記反応チャンバによって、上記混合物流を上記混合物アウトレットに供給するステップとを有することを特徴とする請求項１５記載のガス供給方法。
【請求項２６】
上記反応チャンバの混合物アウトレットと上記吸気発生器の間に回収装置が流体的に接続されており、当該ガス供給方法は、
上記反応チャンバから上記回収装置に上記混合物流を供給するステップと、
上記回収装置によって、上記混合物流から、変質粉末粒子を分離及び回収するステップとを有することを特徴とする請求項２５記載のガス供給方法。
【請求項２７】
上記回収装置は、上記圧力調整モジュールに流体的に接続されており、
当該ガス供給方法は、上記圧力調整モジュールから、上記調整流体を上記選択圧力で、上記回収装置に供給するステップを更に有する請求項２６記載のガス供給方法。
【請求項２８】
上記プラズマ流、上記粉末粒子及び上記調整流体を結合し、上記粉末粒子を変質し、上記混合物流を形成するステップは、
上記粒子生成反応器において、上記プラズマ流によって上記粉末粒子を蒸発させるステップと、
上記粒子生成チャンバにおいて、上記蒸発粉末粒子を凝固するステップとを有することを特徴とする請求項１５記載のガス供給方法。
【請求項２９】
上記圧力調整モジュールは、第１の減圧弁と、第２の減圧弁と、第３の減圧弁とを備え、
上記調整流体供給モジュールは、調整流体タンクと、蒸発器とを備え、
当該ガス供給方法は、
液体アルゴンである上記調整流体を、上記調整流体タンクに貯蔵するステップと、
上記調整流体タンクから、上記調整流体を上記蒸発器に供給するステップと、
上記蒸発器によって上記調整流体を蒸発させ、気体の形態の上記調整流体を生成するステップと、
上記蒸発器から、元の圧力で、上記第１の減圧弁に上記調整流体を供給するステップと、
上記第１の減圧弁によって、上記調整流体の圧力を、上記元の圧力から第２の圧力に下げるステップと、
上記第１の減圧弁から、上記第２の圧力で、上記第２の減圧弁に上記調整流体を供給するステップと、
上記第２の減圧弁によって、上記調整流体の圧力を、上記第２の圧力から第３の圧力に下げるステップと、
上記第２の減圧弁から、上記第３の圧力で、上記第３の減圧弁に上記調整流体を供給するステップと、
上記第３の減圧弁によって、上記調整流体の圧力を、上記第３の圧力から第４の圧力に下げるステップとを有することを特徴とする請求項１５記載のガス供給方法。
【請求項３０】
上記選択圧力は、上記大気圧に対して２水柱インチ以下であることを特徴とする請求項２９記載のガス供給方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００５年４月１９日に出願され、係属中の米国特許出願番号第１１／１１０，３４１号、発明の名称「HIGH THROUGHPUT DISCOVERY OF MATERIALS THROUGH VAPOR PHASE SYNTHESIS」及び２００７年５月１１日出願され、係属中の米国仮特許出願番号第６０／９２８，９４６号、発明の名称「MATERIAL PRODUCTION SYSTEM AND METHOD」の優先権を主張し、これらは何れも、引用することによって、本願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、様々な内圧を有するシステムに一定の過圧ガス（constant overpressure gas）を供給するガス供給システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
幾つかの粒子生産システム（particle production system）は、反応器領域から、粒子含有混合物を回収領域に搬送するために、真空吸引圧（vacuum suction force）を利用している。しかしながら、このような粒子生産システムを用いる場合、条件に敏感な物質又は反応物質を生成するために、注意を払わなければならない。
【０００４】
大気圧環境で動作する場合、粒子生産システムの内圧が大気圧より低くなると、汚染が起こることがある。有効な１つの解決策は、粒子生産システムを密封することである。しかしながら、完全な気密シールは、利用可能であっても、非常に高価である。
【０００５】
粒子生産システム内の圧力が大気圧より高いレベルに維持される場合には、より安いシールを、多くの場合、用いることができる。しかしながら、粒子生産システム内の圧力と大気圧の間の差が大きすぎると、粒子生産システムからの漏洩が助長され、これも望ましくない。したがって、圧力差は、最小にすべきである。
【０００６】
しかしながら、一定でない真空吸引圧を用いるシステムにおいては、システムに一定の過圧（overpressure）を加えても、システムの圧力と大気圧間の圧力差を、事実上最小にすることはできない。
【０００７】
そこで、様々な真空吸引圧（varying vacuum suction）を有するシステムにおいて、圧力差を十分に最小にすることができるガス供給システム及び方法が望まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一側面として、大気圧を有する環境内で動作するガス供給システム（gas delivery system）を提供する。
【０００９】
ガス供給システムは、反応器（reactor）と、供給チャンバ（supply chamber）と、吸気発生器（suction generator）と、調整流体供給モジュール（conditioning fluid supply module）と、圧力調整モジュール（pressure regulation module）とを備える。反応器は、処理ガスインレット（working gas inlet）と、調整流体インレット（conditioning fluid inlet）と、粉末供給口（powder supply port）と、混合物アウトレット（mixture outlet）とを有する。反応器は、処理ガスインレットを介して処理ガスが供給され、処理ガスを励起してプラズマ流（plasma stream）を形成し、粉末供給口を介して粉末粒子が供給され、調整流体インレットを介して調整流体が供給され、プラズマ流と、粉末粒子と、調整流体とを混合して、粉末粒子を変質（alter）し、混合物流（mixture stream）を形成し、混合物流を混合物アウトレットに供給する。変質粉末粒子（altered powder particles）は、混合物流内に飛沫同伴される（entrained）。供給チャンバは、調整流体インレットを介して反応器と流体連通している（fluid communication）。吸気発生器は、反応器に流体的に接続され、反応器の混合物アウトレットにおいて吸引圧を発生する。調整流体供給モジュールは、調整流体を元の圧力で供給するように構成されている。圧力調整モジュールは、調整流体供給モジュールと供給チャンバとの間に流体的に接続されている。圧力調整モジュールは、調整流体供給モジュールから、調整流体が元の圧力で供給される。圧力調整モジュールは、調整流体の圧力を、元の圧力から、大気圧に対して選択された選択圧力（selected pressure relative to the ambient pressure）に下げ、調整流体の圧力の低下を、反応器の混合物アウトレットにおける吸引圧の如何なる変化にも拘わらず、選択圧力に維持し、調整流体を選択圧力で供給チャンバに供給する。
【００１０】
本発明は、他の側面として、粒子生成反応器（particle producing reactor）に過圧ガス（overpressure gas）を供給するガス供給方法を提供する。粒子生成反応器は、処理ガスインレットと、調整流体インレットと、粉末供給口と、混合物アウトレット（mixture outlet）とを有する。吸気発生器は、粒子生成反応器の混合物アウトレットにおいて様々な吸気（varying suction）を発生する。調整流体供給モジュールから元の圧力で圧力調整モジュールに調整流体を供給する。圧力調整モジュールによって、調整流体の圧力を、元の圧力から、大気圧に対して選択された選択圧力に下げ、調整流体の圧力の低下を、粒子生成反応器の混合物アウトレットにおける吸引圧の如何なる変化にも拘わらず、選択圧力に維持する。粒子生成反応器の調整流体インレットには、供給チャンバが流体的に接続されており、供給チャンバは、圧力調整モジュールから、調整流体が選択圧力供給される。粒子生成反応器は、処理ガスが、処理ガスインレットを介して供給される。粒子生成反応器は、処理ガスを励起して、プラズマ流を形成する。粒子生成反応器は、粉末粒子が、粉末供給口を介して供給される。粒子生成反応器は、供給チャンバから、調整流体が、調整流体インレットを介して供給される。粒子生成反応器は、プラズマ流と、粉末粒子と、調整流体とを混合して、粉末粒子を変質し（alter）、混合物流を形成する。変質粉末粒子は、混合物流内に飛沫同伴される。混合物流を粒子生成反応器の混合物アウトレットに流す。
【００１１】
好ましい実施の形態においては、調整流体供給モジュールは、調整流体タンク（conditioning fluid reservoir）と、蒸発器（evaporator）とを備える。調整流体タンクは、調整流体を液化ガスとして貯蔵する。調整流体タンクから蒸発器に調整流体を液化ガスとして供給する。そして、蒸発器によって、調整流体を蒸発させ、気体状の調整流体を生成する。蒸発器から、元の圧力で、圧力調整モジュールに調整流体を気体として供給する。
【００１２】
幾つかの実施の形態においては、調整流体供給モジュールは、第１の調整流体タンクと、第２の調整流体タンクと、混合弁（mixing valve）と、蒸発器とを備え、第１の調整流体タンクは、第１の調整流体を液化ガスとして貯蔵する。第２の調整流体タンクは、第２の調整流体を液化ガスとして貯蔵する。混合弁には、第１の調整流体タンクから、第１の調整流体が液化ガスとして供給され、第２の調整流体タンクから、第２の調整流体が液化ガスとして供給される。そして、混合弁は、第１の調整流体と第２の調整流体を混合して、調整流体を液化ガスとして形成する。蒸発器は、混合弁から、調整流体が液化ガスとして供給され、調整流体を蒸発させ、気体状の（in gaseous form）調整流体を生成する。そして、圧力調整モジュールは、蒸発器から、気体状の調整流体が元の圧力で供給される。
【００１３】
圧力調整モジュールは、好ましくは、調整流体供給モジュールと供給チャンバの間に流体的に接続された減圧弁（pressure regulator）を備える。幾つかの実施の形態においては、減圧弁は、ダイヤフラム式減圧弁（diaphragm-based pressure regulator）である。
【００１４】
好ましい実施の形態においては、圧力調整モジュールは、減圧弁と供給チャンバの間に流体的に接続された圧力逃しモジュール（pressure relief module）を更に備える。圧力逃しモジュールは、減圧弁から調整流体が供給され、この調整流体の一部を環境に排気（vents）して、調整流体の圧力を、供給チャンバに入る前に減圧する。
【００１５】
圧力調整モジュールは、好ましくは、調整流体供給モジュールと供給チャンバの間に直列構成で流体的に接続された複数の減圧弁を備える。複数の減圧弁のそれぞれは、ダイヤフラム式減圧弁であってもよい。好ましい実施の形態においては、複数の減圧弁は、第１の減圧弁、第２の減圧弁及び第３の減圧弁を備える。第１の減圧弁は、調整流体供給モジュールから元の圧力で調整流体が供給され、調整流体の圧力を元の圧力から第２の圧力に下げる。第２の減圧弁は、第１の減圧弁から第２の圧力で調整流体が供給され、調整流体の圧力を第２の圧力から第３の圧力に下げる。第３の減圧弁は、第２の減圧弁から第３の圧力で調整流体が供給され、調整流体の圧力を第３の圧力から第４の圧力に下げる。
【００１６】
好ましい実施の形態では、反応器は、プラズマトーチ（plasma torch）と、反応チャンバとを備える。プラズマトーチは、処理ガスインレット及びプラズマアウトレットを有する。反応チャンバは、プラズマアウトレットに流体的に接続され、調整流体インレットと、粉末供給口と、混合物アウトレットとを有する。プラズマトーチは、処理ガスインレットを介して処理ガスが供給され、処理ガスを励起して、プラズマ流を形成する。そして、プラズマトーチは、プラズマ流をプラズマアウトレットに供給する。反応チャンバは、プラズマアウトレットを介してプラズマ流が供給され、粉末供給口を介して粉末粒子が供給され、調整流体インレットを介して調整流体が供給される。反応チャンバは、プラズマ流と、粉末粒子と、調整流体とを混合して、混合物流を形成する。そして、反応チャンバは、混合物流を混合物アウトレットに供給する。
【００１７】
好ましい実施の形態では、反応チャンバの混合物アウトレットと吸気発生器の間に、回収装置が流体的に接続されている。回収装置は、反応チャンバから混合物流が供給される。そして、回収装置は、混合物流から、変質粉末粒子を分離及び回収する。回収装置は、好ましくは、圧力調整モジュールに流体的に接続されており、圧力調整モジュールから調整流体が選択圧力で供給される。
【００１８】
幾つかの実施の形態においては、プラズマ流と、粉末粒子と、調整流体とを混合して、粉末粒子を変質し、混合物流を形成するステップは、粒子生成反応器において、プラズマ流によって粉末粒子を蒸発させるステップと、粒子生成チャンバにおいて、蒸発粉末粒子を凝固するステップとを有する。
【００１９】
幾つかの実施の形態では、調整流体は、アルゴンである。更に、圧力調整モジュールが調整流体を供給する選択圧力は、好ましくは、大気圧に対して２水柱インチ（2 inches of water）以下であり、ガス供給システム内の圧力差を十分に最小にするとともに、反応器のアウトレットの吸引圧の如何なる変化にも拘わらず、一定の過圧を提供し続ける。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】様々な内圧を有する粒子生産システムに組み込まれる本発明に基づくガス供給システムの一実施の形態の略図である。
【図２】本発明の原理に基づくガス供給システムによって気体が供給される粒子処理システムの一実施の形態の略図である。
【図３】本発明の原理に基づくガス供給システムによって気体が供給される粒子生産システムの一実施の形態の略図である。
【図４】本発明の原理に基づく粉末処理システムにおいて使用されるガスタンクの一実施の形態の略図である。
【図５】本発明の原理に基づく粉末処理システムにおいて使用される調整流体供給装置の一実施の形態の略図である。
【図６】本発明の原理に基づく、様々な内圧を有する粒子生産システムに一定の過圧ガスを供給するガス供給方法の一実施の形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下の説明は、本発明の幾つかの実施の形態に関するものである。好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。しかしながら、本発明の範囲は、図示する実施の形態にも、説明する実施の形態にも制限されず、本発明の範囲は、特許請求の範囲の文言に基づいて、可能な限り広く解釈される。
【００２２】
以下の説明では、説明の目的のために、数多くの詳細及び代替を説明する。なお、本発明が、これらの具体的詳細を使用することなく、実施できることは当業者には明らかである。他の例では、不要な詳細によって本発明の説明が不明瞭になることを避けるために、周知の構造及び機器は、ブロック図の形式で示している。
【００２３】
この説明では、粒子（particles）及び粉末（powders）の両方について言及する。この２つの用語は、単一の「粉末」が粒子の集合を示すとの特別な記載がある場合を除き、同義である。本発明は、様々な粉末及び粒子に適用することができる。本発明の範囲に含まれる粉末としては、以下に限定されるものではないが、例えば、以下のような粉末がある。（ａ）平均粒径が２５０ｎｍ未満、アスペクト比が１〜１００万のナノ構造粉末（nano-structured powders、ナノ粉末）。（ｂ）平均粒径が１μｍ未満、アスペクト比が１〜１００万のサブミクロン粉末（submicron powders）。（ｃ）平均粒径が１００μｍ未満、アスペクト比が１〜１００万の超微粉末（ultra-fine powders）。（ｄ）平均粒径が５００μｍ未満、アスペクト比が１〜１００万の微粉末（fine powders）。
【００２４】
本発明で使用する好ましい粒子生成反応器では、様々な種類及び形態の物質を処理することができる。本発明は、特に、固体、液体及び気体の形態の区別なく、物質を供給する。
【００２５】
例示的な粒子生産システム（particle production system）は、後述する例示的な実施の形態に含まれるプラズマ粉末生成反応器（plasma powder production reactor）である。通常、プラズマ粉末生成反応器は、ガス流（gas stream）に飛沫同伴された粒子を含む出力を生成する。粒子生成は、好ましくは、混合（combination）と、反応（reaction）と、調整（conditioning）との処理を含む。本発明は、２００５年４月１９日に出願された米国特許出願番号第１１／１１０，３４１号、発明の名称「HIGH THROUGHPUT DISCOVERY OF MATERIALS THROUGH VAPOR PHASE SYNTHESIS」に開示されているナノ粉末生産システム（nano-powder production system）において使用されている概念と同様の概念を採用し、この文献は、米国特許公開番号第２００５−０２３３３８０Ａ号として公開されている。このようなナノ粉末生産システムでは、処理ガスが、ガス源からプラズマ反応器に供給される。プラズマ反応器内では、処理ガスにエネルギが供給され、これによって、プラズマが生成される。このエネルギを供給するために、以下に限定されるものではないが、直流結合、容量結合、誘導結合及び共振結合を含む様々な異なる手段を用いることができる。１つ以上の材料投入装置（material dispensing device）は、少なくとも１つの材料を、好ましくは粉末の形態でプラズマ反応器に導入する。プラズマ反応器内におけるプラズマと、材料投入装置によって導入された材料との混合により、反応性が非常に高く、粉末を蒸発できる高いエネルギの混合物が形成される。この蒸発粉末（vaporized powder）の混合物は、プラズマ反応器内で処理ガスの流れ方向に移動する。混合物は、移動しながら冷却され、そこに粒子が形成される。高温ガス及び高エネルギ粒子を含む未だエネルギが高い出力混合物は、プラズマ反応器から放出される。
【００２６】
図１に示すガス供給システム１００は、様々な内圧を有する粒子生産（又は処理）システム１７０にガスを供給するように構成されている。粒子生産システム１７０は、好ましくは、導管を介して、真空ポンプ等の吸気発生器（suction generator）１７４に流体的に接続された供給チャンバ１７２を備える。
【００２７】
好ましい実施の形態では、ガス供給システム１００は、蒸発器（evaporator）１２０に流体的に接続された流体（好ましくは、気体）タンク１１０を備え、蒸発器１２０は、圧力調整モジュール（pressure regulation module）に流体的に接続されている。圧力調整モジュールは、好ましくは、複数の減圧弁（pressure regulator）を備える。図１では、圧力調整モジュールは、直列の形式で互いに流体的に接続された減圧弁１３０、１４０、１５０を備える。圧力調整モジュールのアウトレットは、供給チャンバ１７２に流体的に接続されている。好ましい実施の形態では、減圧弁１３０、１４０、１５０のうちの少なくとも１つは、ダイヤフラム式減圧機構（diaphragm-based regulation mechanism）を用いている。ダイヤフラム式減圧機構は、好ましくは、ダイヤフラム式デマンド弁（diaphragm-based demand valve）からなる。
【００２８】
圧力調整モジュールは、更に、減圧弁１５０と供給チャンバ１７２間に流体的に接続された圧力逃しモジュール（pressure relief module）１６０を備えていてもよい。圧力逃しモジュール１６０は、好ましくは、圧力逃し弁（pressure relief valve）１６２、１６４を備える。圧力逃し弁１６２、１６４は、減圧弁１５０のアウトレットと供給チャンバ１７２のインレットの間にそれぞれ独立して接続されている。圧力逃しモジュール１６０は、気体を周囲環境に排気するように構成されている。
【００２９】
圧力調整モジュールは、元の圧力を有する流体（好ましくは、気体）が供給され、流体の圧力を、元の圧力から、大気圧に対して選択された選択圧力に下げる。圧力調整モジュールは、吸気発生器１７４が発生する吸引圧の如何なる変化にも拘わらず、流体圧力の選択圧力への低下を維持するように構成されており、吸引圧が増加しても、減少しても、同じに留まっていても、供給チャンバ１７２に、同じ選択圧力の流体が供給される。
【００３０】
ガス供給システム１００の好ましい動作においては、流体タンク１１０は、圧力Ｐ０（例えば、約３６０ｐｓｉ）の液化ガス（例えば、液体アルゴン）を蒸発器１２０に供給する。蒸発器１２０は、液化ガスを蒸発させ、圧力Ｐ１（例えば、約３００ｐｓｉ）の気体を生成し、圧力調整モジュールに供給する。圧力Ｐ０、Ｐ１は、流体タンク１１０及び蒸発器１２０を設定することによって選択される。通常、これらの圧力Ｐ０、Ｐ１は、ガス供給システム１００が動作する大気圧より遙かに高い。なお、圧力Ｐ１、Ｐ０は、通常、大気圧に直接依存していない。
【００３１】
圧力調整モジュールは、ガス圧を、圧力Ｐ１から、大気圧に対して設定された出口圧力（outlet pressure）Ｐ４に下げる。圧力調整モジュールは、供給チャンバ１７２に供給する気体の圧力を、要求に拘わらず、大気に対して固定された圧力に調整する。幾つかの実施の形態では、出口圧力Ｐ４は、大気圧より固定量だけ高い圧力である。幾つかの実施の形態では、出口圧力Ｐ４は、大気圧に対して固定比率を有する圧力である。通常、大気圧と出口圧力Ｐ４の間の特定の関係は、圧力調整モジュールの構成に依存する。出口圧力Ｐ４は、大気圧より僅かな量だけ高くすることが好ましい。好ましい実施の形態では、圧力調整モジュールは、大気圧に対して、２水柱インチ（2 inches of water）以下にガス圧を下げる。好ましくは、圧力は、大気圧に対して１水柱インチに減圧される。
【００３２】
圧力逃しモジュール１６０には、気体が出口圧力Ｐ４で供給される。出口圧力Ｐ４が選択された閾値より高い場合、圧力逃しモジュール１６０は、気体を周囲環境に排気して、供給チャンバ１７２に対する入口圧力（inlet pressure）を低減する。標準動作の下では、圧力逃しモジュール１６０が動作しないように、閾値は、好ましくは、大気に対して比較的高い値が選択される。上述のように、圧力逃しモジュール１６０は、好ましくは、複数の圧力逃し弁を備える。図１に示すように、圧力逃しモジュール１６０は、第１の圧力逃し弁１６２と、第２の逃し弁１６４とを備える。幾つかの実施の形態では、第１の圧力逃し弁１６２及び第２の逃し弁１６４は、異なる感度（sensitivity）を有し、異なる閾値を有するように設定される。
【００３３】
好ましい動作に戻って説明すると、第１の減圧弁１３０は、蒸発器１２０から気体が、入口圧力Ｐ１（例えば、約３００ｐｓｉ）で供給され、気体を、減圧された出口圧力Ｐ２（例えば、約５０ｐｓｉ）で出力する。第１の減圧弁１３０は、通常、制御部（control portion）１３４と、弁部（valve portion）１３２とを含んでいる。制御部１３４は、出口圧力Ｐ２を決定する際に、入口圧力Ｐ１及び／又は大気圧からの入力を用いる。
【００３４】
第２の減圧弁１４０は、第１の減圧弁１３０から、気体が出口圧力Ｐ２で供給され、気体を減圧された出口圧力Ｐ３（例えば、約２ｐｓｉ）で気体を出力する。第２の減圧弁１４０は、通常、制御部１４４と、弁部１４２とを含んでいる。制御部１４４は、出口圧力Ｐ３を決定する際に、出口圧力Ｐ２及び／又は大気圧からの入力を用いる。
【００３５】
第３の減圧弁１５０は、第２の減圧弁１４０から、気体が出口圧力Ｐ３で供給され、気体を、減圧された出口圧力Ｐ４（例えば、大気圧に対して約１水柱インチ）で出力する。第３の減圧弁１５０は、通常、制御部１５４と、弁部１５２とを含んでいる。制御部１５４は、出口圧力Ｐ４を決定する際に、出口圧力Ｐ３及び／又は大気圧からの入力を用いる。
【００３６】
本発明では、上述したような実施の形態のガス供給システムは、様々な真空負荷を有する様々な粒子生産又は処理システムに組み込まれる。以下、図２及び図３を参照して、本発明に基づく粉末処理システムの幾つかの実施の形態を説明する。
【００３７】
図２は、粉末処理システム（powder processing apparatus）２００の実施の形態を示している。粉末処理システム２００は、プラズマトーチ（plasma torch）２１０と、ガス供給チャンバ（gas supply chamber）２１５と、反応チャンバ２５０と、粉末投入装置（powder dispensing device）２４０と、調整ガス供給装置（conditioning gas supply system）２３０と、処理ガス供給装置（working gas supply system）２２０と、回収装置（collection system）２６０と、吸気発生器（suction generator）２７０とを備える。
【００３８】
プラズマトーチ２１０は、処理ガス供給装置２２０から処理ガスが供給される。処理ガスは、好ましくは、選択可能な比率の不純物結合原子（impurity-binding atom）及び希ガス原子（noble gas atom）から構成される。動作時には、プラズマトーチ２１０は、好ましくは、処理ガスにエネルギを供給することによって、処理ガスからプラズマを形成する。
【００３９】
反応チャンバ２５０は、その入力口（input port）２５２からその出力口（output port）２５８への経路を定義する。入力口２５２は、プラズマトーチ２１０に接続されており、出力口２５８は、導管装置２８０に接続されている。プラズマトーチ２１０は、好ましくは、プラズマを、入力口２５２を介して反応チャンバ２５０に供給するように構成されている。好ましい実施の形態では、反応チャンバ２５０は、プラズマトーチ２１０から截頭円錐部（frusto-conical portion）に延びる略円筒状の円筒部を有し、截頭円錐部は、プラズマトーチ側の広い端部から出力口２５８側の狭い端部に向かって、徐々に細くなりながら延びている。反応チャンバ２５０の広い端部は、好ましくは、入力口２５２が配置される環状面（annular surface）を有する。環状面は、好ましくは、プラズマ流がプラズマトーチ２１０から反応チャンバ２５０に入るときに通過する入力口２５２の大きさに比べて大きな直径を有し、これにより、プラズマ流が反応チャンバ２５０に流入した後に起こるプラズマ流の膨張を収容する。好ましい実施の形態では、截頭円錐面は、出力口２５８に向かって反応チャンバ２５０を流れる流体を不必要に圧縮しないように十分に滑らかに変化している。
【００４０】
粉末投入装置２４０は、供給チャンネル２４２及び供給口２４４を介して反応チャンバ２５０に流体的に接続されている。粉末投入装置２４０は、粉末を選択可能な速度で、供給チャンネル２４２から供給口２４４を介して反応チャンバ２５０に供給することができる。供給チャンネル２４２は、好ましくは、反応チャンバ２５０内の選択可能な位置に粉末を配送するように構成できる。
【００４１】
好ましい実施の形態では、反応チャンバ２５０は、導管装置２８０を介して、回収装置２６０及び吸気発生器２７０に流体的に接続されている。吸気発生器２７０は、出力口２５８において、吸引圧を発生するように構成されている。導管装置２８０は、反応チャンバ２５０から、混合物流が出力口２５８を介して供給されるように構成されている。
【００４２】
ガス供給チャンバ２１５は、好ましくは、１つ以上のインレット２５４を介して反応チャンバ２５０に流体的に接続されている。これによって、ガス供給チャンバ２１５は、流体、例えば調整流体を反応チャンバ２５０に供給することができる。
【００４３】
調整ガス供給装置２３０は、調整ガス（conditioning gas）を、大気圧に対して選択された選択圧力でガス供給チャンバ２１５に及び回収装置２６０に供給するように構成されている。これに関連して、調整ガス供給装置２３０には、上述したように、流体タンク及び蒸発器と同様に、圧力調整モジュールを組み込むことができる。上述したように、ガス供給チャンバ２１５は、反応チャンバ２５０に流体的に接続されており、回収装置２６０は、導管装置２８０に流体的に接続されている。調整ガス供給装置２３０は、好ましくは、吸気発生器２７０からの要求に拘わらず、調整ガスを、大気圧に対して一定の圧力で反応チャンバ２５０及び回収装置２６０の両方に供給する。これに代えて、これとは別であるが、同様の調整ガス供給装置が、調整ガスを回収装置２６０に供給してもよい。他の実施の形態では、２つの調整ガス供給装置が、好ましくは、同じ種類の調整ガスを同じ圧力で供給する。なお、２つの調整ガス供給装置の間で、過圧又は供給するガスの種類の何れかを変更してもよい。粉末処理システム２００は、更に、ガス供給口２９２を介して反応チャンバ２５０に流体的に接続された還元ガス供給装置（reducing gas supply system）２９０を備えていてもよい。
【００４４】
更に、粉末処理システム２００は、それぞれ、反応チャンバ２５０の出力口２５８に、及び導管装置２８０内の回収装置２６０近傍に配設されたゲッタポンプ（getter pump）２８２、２８４を備えていてもよい。更に、粉末処理システム２００は、導管装置２８０の一部及び／又は反応チャンバ２５０の一部に接続され、導管装置２８０及び／又は反応チャンバ２５０の一部の温度を調整するように構成されている温度調整装置（temperature control system）２８６を備えていてもよい。
【００４５】
粉末処理システム２００の好ましい動作においては、プラズマトーチ２１０は、処理ガス供給装置２２０から、例えば、水素とアルゴンの混合物である処理ガスが供給され、処理ガスにエネルギを供給して、プラズマ流を形成する。吸気発生器２７０は、出力口２５８において吸引圧を発生する。反応チャンバ２５０は、粉末投入装置２４０から粉末が供給され、調整ガス供給装置２３０から調整ガスがガス供給チャンバ２１５を介して供給され、プラズマトーチ２１０からプラズマ流が供給される。上述のように、調整ガス供給装置２３０の圧力調整モジュールは、出力口２５８における吸引圧の如何なる変化にも拘わらず、調整ガスを、（好ましくは、大気圧より僅かに高い）選択圧力でガス供給チャンバ２１５に供給する。
【００４６】
粉末と、調整ガスと、プラズマ流は、反応チャンバ２５０内で混合され、好ましくは、粉末を変質させ、反応チャンバ２５０内に混合物流を形成する。混合物流は、好ましくは、混合物流内に飛沫同伴された変質粉末（altered powder）を含む。混合物流は、吸気発生器２７０によって、出力口２５８及び回収装置２６０に流される。
【００４７】
還元ガス供給装置２９０は、好ましくは、供給チャンネル２９２を介して反応チャンバ２５０に還元ガスを供給する。供給チャンネル２９２は、反応チャンバ２５０内の選択可能な位置に還元ガスを配送するように、移動可能であることが好ましい。更に、還元ガス供給装置２９０は、好ましくは、選択可能な速度で還元ガスを供給する。動作の間、還元ガスは、反応チャンバ２５０の選択可能な一部を還元ガスで満たし、還元を促進し、及びその領域内の材料を冷却する。例えば、プラズマプルーム（plasma plume）の特定の部分に対応する位置を還元ガスで満たし、高速還元反応を可能にする高い温度を利用してもよい。
【００４８】
ゲッタポンプ２８２、２８４は、処理の間、粉末から遊離した不純物を吸収し、冷却の間、これらが粉末に再び結合することを防止するために配設されている。動作時には、粉末が反応チャンバ２５０に導入されると、粉末の粒子は、高温気体及びプラズマに曝される。粉末が加熱されると、粉末の粒子からある不純物が分離する。これらの不純物は、分離されたまま残ることもあり、粒子及び気体が冷却されるに従って、後に再結合することもある。ゲッタポンプ２８２は、これらの不純物を吸着し、これらが粉末の粒子に再結合することを防ぐように配設されている。更に、ゲッタポンプ２８４は、導管装置２８０内に解放された不純物及び混合物が反応チャンバ２５０から導管装置２８０を介して移動する際に混合物が冷却されるときに形成される他のあらゆる不純物を吸着するように配設されている。
【００４９】
温度調整装置２８６は、反応チャンバ２５０と回収装置２６０の間の導管装置２８０の壁の温度を調整するように構成されている。更に、温度調整装置２８６は、反応チャンバ２５０の幾つかの壁の温度も制御できる。壁の温度は、好ましくは導管装置２８０及び反応チャンバ２５０の汚染（例えば、粒子蒸着）を最小にするように、制御される。他の実施の形態では、汚染を最小にするように、導管装置２８０の内面（interior surface）をコーティングする。もちろん、コーティング及び温度制御を共に用いてもよい。
【００５０】
混合物流は、好ましくは、導管装置２８０から回収装置２６０を流れる。回収装置２６０は、混合物流から粉末粒子を分離及び回収し、混合物流の残りを吸気発生器２７０に向かって流す。好ましくは、回収装置２６０には、吸気発生器２７０による吸引圧が働く。なお、幾つかの実施の形態では、回収装置２６０に更なる原動力を提供する。回収装置２６０は、好ましくは、混合物流の本体から、混合物流内で輸送される粒子の一部を分離し、粒子の除去及び解析を可能にするように構成されている。更に、回収装置２６０は、選択された時刻において、複数のサンプルを取ることができ、これにより、時間によって組成が変化する場合がある気体粒子流（gas-particle stream）から、前の生成物から汚染されることなく、不連続な抽出を行うことができる。
【００５１】
回収装置２６０は、様々な手法で構成できる。一実施の形態においては、回収装置２６０は、抽出構造を有し、抽出構造には、少なくとも１つの埋められた開口（filled aperture）と、少なくとも１つの埋められていない開口（unfilled aperture）とが形成されている。各埋められた開口は、例えば、フィルタを用いて、混合物流から粒子を回収するように構成されている。抽出構造は、通過構成と回収構成との間で調整されるように構成される。通過構成は、例えば、導管装置２８０等の導管と流体的に揃えられた埋められていない開口を含み、これにより、導管から埋められていない開口に混合物流を供給し、混合物流の粒子含有物を事実上変質することなく、抽出構造を通過させて流すことができる。回収構成は、導管と流体的に揃えられた埋められた開口を含み、これにより、混合物流を埋められた開口に供給し、埋められた開口を介して混合物流が流れている間、粒子を回収することができる。
【００５２】
抽出構造は、様々な手法によって、通過構成と回収構成との間で調整できる。一実施の形態においては、抽出構造は、開口の環状アレーを含むディスク状構造を有し、環状アレーは、複数の埋められた開口と、複数の埋められていない開口とを含む。この場合、抽出構造は、ベースに回転可能に取り付けられ、抽出構造の回転運動によって、抽出構造が通過構成と回収構成の間で調整される。他の実施の形態においては、抽出構造は、開口の線形アレーを含む長方形の構造を有し、線形アレーは、複数の埋められた開口と、複数の埋められていない開口とを含む。この場合、抽出構造は、ベースに摺動可能に取り付けられ、抽出構造の摺動運動によって、抽出構造が通過構成と回収構成の間で調整される。
【００５３】
図３は、本発明の原理に基づくガス供給システムによって気体が供給される粒子生産システム３００の一実施の形態の略図である。粉末生産システム３００は、図２の粉末処理システム２００と同様であり、プラズマトーチ３１０と、ガス供給チャンバ３１５と、反応チャンバ３５０と、粉末投入装置３４０と、調整ガス供給装置３３０と、処理ガス供給装置３２０と、回収装置３６０と、吸気発生器３７０とを備える。
【００５４】
プラズマトーチ３１０は、処理ガス供給装置３２０から処理ガスが供給される。処理ガスは、好ましくは、選択可能な比率の不純物結合原子及び希ガス原子から構成される。動作時には、プラズマトーチ３１０は、好ましくは、処理ガスにエネルギを供給することによって、処理ガスからプラズマを生成する。
【００５５】
反応チャンバ３５０は、入力口３５２から出力口３５８への経路を定義する。入力口３５２は、プラズマトーチ３１０に接続され、出力口３５８は、導管３８０に接続されている。プラズマトーチ３１０は、好ましくは、入力口３５２を介して反応チャンバ３５０にプラズマを供給するように構成されている。好ましい実施の形態では、反応チャンバ３５０は、プラズマトーチ３１０から截頭円錐部に延びる略円筒状の円筒部を備え、截頭円錐部は、プラズマトーチ側の広い端部から出力口３５８側の狭い端部に向かって、徐々に細くなりながら延びている。反応チャンバ３５０の広い端部は、好ましくは、入力口入力口３５２が配置される環状面を有する。環状面は、好ましくは、プラズマ流がプラズマトーチ３１０から反応チャンバ３５０に入るときに通過する入力口３５２の大きさに比べて大きな直径を有し、これにより、プラズマ流が反応チャンバ３５０に流入した後に起こるプラズマ流の膨張を収容する。好ましい実施の形態では、截頭円錐面は、出力口３５８に向かって反応チャンバ３５０を流れる流体を不必要に圧縮しないように十分に滑らかに変化している。
【００５６】
粉末投入装置３４０は、供給チャンネル３４２を介して、プラズマトーチ３１０に流体的に接続されており、これにより、図２のように、粉末を反応チャンバに直接流すのではなく、粉末をプラズマトーチに流す。粉末投入装置３４０は、選択可能な速度で粉末を供給できる。供給チャンネル３４２は、好ましくは、反応チャンバ３５０内の選択可能な位置に粉末を配送するように構成できる。
【００５７】
好ましい実施の形態では、反応チャンバ３５０は、導管３８０を介して回収装置３６０及び吸気発生器３７０に流体的に接続されている。吸気発生器３７０は、出力口３５８において、吸引圧を発生するように構成されている。導管３８０は、反応チャンバ３５０から出力口３５８を介して混合物流が供給されるように構成されている。
【００５８】
ガス供給チャンバ３１５は、好ましくは、１つ以上のインレット３５４を介して反応チャンバ２５０に流体的に接続されている。これによって、ガス供給チャンバ３１５は、反応チャンバ３５０に調整流体等の流体を供給できる。
【００５９】
調整ガス供給装置３３０は、調整ガスを、大気圧に対して選択された選択圧力でガス供給チャンバ３１５及び回収装置３６０に供給するように構成されている。これに関連して、調整ガス供給装置３３０には、上述したように、流体タンク及び蒸発器と同様に、圧力調整モジュールを組み込むことができる。上述したように、ガス供給チャンバ３１５は、反応チャンバ３５０に流体的に接続されており、回収装置３６０は、導管３８０に流体的に接続されている。調整ガス供給装置３３０は、好ましくは、吸気発生器３７０からの要求に拘わらず、大気圧に対して一定の圧力で反応チャンバ３５０及び回収装置３６０の両方に調整ガスを供給する。これに代えて、これとは別であるが、同様の調整ガス供給装置が回収装置３６０に調整ガスを供給してもよい。他の実施の形態では、２つの調整ガス供給装置が、好ましくは、同じ種類の調整ガスを同じ圧力で供給する。なお、２つの調整ガス供給装置の間で、過圧又は供給するガスの種類の何れかを変更してもよい。
【００６０】
更に、粒子生産システム３００は、例えば、図２に関して説明したものと同様のゲッタポンプ及び／又は温度調整装置を備えていてもよい。
【００６１】
粒子生産システム３００の好ましい動作においては、プラズマトーチ３１０は、処理ガス供給装置３２０から、例えば、水素とアルゴンの混合物である処理ガスが供給され、粉末投入装置３４０から粉末が供給される。プラズマトーチ３１０は、処理ガスにエネルギを供給して、プラズマ流を形成する。プラズマ流は、プラズマトーチ内で粉末に印加され、この結果、粉末を変質し、変質粉末を飛沫同伴する混合物流を形成する。好ましい実施の形態では、プラズマ流は、粉末を蒸発させる。
【００６２】
吸気発生器３７０は、出力口３５８において吸引圧を発生する。反応チャンバ３５０には、調整ガス供給装置３３０から、調整ガスがガス供給チャンバ３１５を介して供給され、プラズマトーチ３１０から、混合物流が供給される。上述のように、調整ガス供給装置３３０の圧力調整モジュールは、出力口３５８における吸引圧の如何なる変化にも拘わらず、調整ガスを、（好ましくは、大気圧より僅かに高い）選択圧力で供給チャンバ３１５に供給する。反応チャンバ３５０内では、プラズマトーチ３１０から供給された混合物流内の分子種が凝固し、粒子を形成する。
【００６３】
調整ガスは、反応チャンバ３５０内で混合物流と混合される。一実施の形態では、調整流体は、混合物流を冷却する役割を果たす。そして、混合物流は、吸気発生器３７０によって、出力口３５８を介して、導管３８０を通過して、回収装置３６０に流される。回収装置３６０は、図２に関して上述した回収装置２６０の全ての特徴と同様の特徴を有する。
【００６４】
本発明の幾つかの実施の形態において用いられる流体タンクは、流体の混合物を供給するように構成してもよい。ここで、図４を参照して、本発明のガス供給システムの一実施の形態で使用される混合ガスタンクシステム（mixed gas reservoir system）４００について説明する。混合ガスタンクシステム４００は、第１のガスを含む第１のガスタンク４１０と、第２のガスを含む第２のガスタンク４２０とを備える。第１のガスタンク４１０及び第２のガスタンク４２０は、それぞれ、調整器４１５、４２５を介して、混合弁４３０及びアウトレット導管４４０に流体的に接続されている。動作の間、混合弁４３０と共に調整器４１５、４２５を調整することによって、第１のガス及び第２のガスの所望の比率を生成できる。なお、これらのタンクは、流体を気体又は液化ガスの形態で貯蔵及び供給することができる。
【００６５】
図５は、例えば、上述したような粉末処理又は生産システムにおいて使用される調整ガス供給装置５００を示している。調整ガス供給装置５００は、気体又は液化ガスの形態で、供給チャンバ内の異なる吸気条件の範囲に対して、略一定の圧力で、供給チャンバに調整ガスを供給できる。調整ガス供給装置５００は、調整ガスタンク５１０を備え、調整ガスタンク５１０は、マニホルド５１５を介して、図２の蒸発器１２０等の蒸発器５２０に流体的に接続されている。蒸発器５２０は、例えば、図１に関して説明した圧力調整モジュール等の圧力調整モジュール５３０に流体的に接続されている。動作の間、調整流体タンク５１０からマニホルド５１５を介して供給された気体は、蒸発器５２０において蒸発され、圧力調整モジュール５３０を通る。そして、制圧された気体は、圧力調整モジュール５３０から供給チャンバに供給され、上述した粉末処理又は生産システムにおいて使用することができる。圧力調整モジュール５３０は、供給チャンバに供給される気体の圧力を制御し、要求に拘わらず、大気圧に対して固定された圧力を維持する。幾つかの実施の形態では、図５の粉末処理又は生産システムは、図１に関して説明した圧力調整モジュールを含む。
【００６６】
図６は、大気圧を有する環境内で動作する粒子生産システムに過圧ガスを供給する方法６００の一実施の形態を示している。粒子生産システムは、好ましくは、処理ガスインレットを有するプラズマトーチと、調整流体インレット、粉末供給口及び混合物アウトレットを有する反応チャンバとを備える。
【００６７】
ステップ６１０において、プラズマトーチは、第１の期間において、プラズマ流を生成する。好ましい実施の形態では、プラズマトーチは、処理ガスインレットを介して処理ガスが供給され、処理ガスを励起して、プラズマ流を形成する。ステップ６２０において、プラズマ流が反応チャンバに流れる。第１の期間では、ステップ６３０ａにおいて、吸気発生器が反応チャンバの混合物アウトレットにおいて第１の吸引圧を発生する。ステップ６４０において、調整ガス供給モジュールが元の圧力で圧力調整モジュールに調整流体を供給する。一実施の形態においては、調整流体は、純粋なアルゴンである。ステップ６５０において、圧力調整モジュールが調整流体の圧力を、元の圧力から、大気圧に対して選択された選択圧力に下げる。選択圧力は、例えば、大気に対して約２水柱インチ以下等、大気圧を僅かに超える範囲の圧力であってもよく、又は例えば、大気に対して約１水柱インチ等、特定のレベルであってもよい。ステップ６６０において、圧力調整モジュールから、調整流体が選択圧力で、供給チャンバに流れ、更に、任意ではあるが、反応チャンバから下流側に流体的に接続された回収装置に流れる。供給チャンバは、反応チャンバの調整流体インレットに流体的に接続されている。ステップ６７０において、反応チャンバが、プラズマトーチからのプラズマ流と、粉末供給口からの粉末粒子と、調整流体供給チャンバからの調整流体とを結合し、この結果、粉末粒子を変質させ、混合物流を形成する。粉末粒子は、（図２のように）反応チャンバに直接供給してもよく、（図３のように）先にプラズマトーチに供給してもよい。変質粉末粒子は、混合物流内に飛沫同伴される。ステップ６８０において、混合物流が反応チャンバの混合物アウトレットに流れる。そして、混合物流は、システムの残りの部分、例えば回収装置に流入してもよい。
【００６８】
圧力調整モジュールは、調整流体の圧力の低下を、反応器の混合物アウトレットにおける吸引圧の如何なる変化にも拘わらず、同じ選択圧力に維持する。これに関して、処理は、吸引圧の変化によって定義される他の期間において繰り返され、同じステップが実行される。図６に示すように、吸気発生器は、ステップ６３０ａにおいて第１の吸引圧を発生することに代えて、ステップ６３０ｂにおいて第２の吸引圧を発生する。第２の吸引圧は、第１の吸引圧とは異なるが、圧力調整モジュールは、ここでも、調整流体の圧力を調整し、調整流体を、好ましくは大気圧に対する１〜２水柱インチの同じ選択圧力で、供給チャンバに供給する。
【００６９】
当業者にとって明らかなように、ここに、説明するプロトコル、処理及び手順は、必要に応じて、継続的に繰り返してもよく、何回繰り返してもよい。更に、ここでは、各ステップを特定の順序で示しているが、幾つかの一定のステップを同時に実行してもよく、図に示すものとは異なる順序で実行してもよい。例えば、反応器には、処理ガス及び／又は粉末の供給の前、最中又はその後の期間に調整流体を供給してもよい。したがって、本発明の処理ステップは、特許請求の範囲において、明示的又は暗示的に指定している場合を除き、如何なる特定の順序にも限定されない。これに関連して、要素の見出しとして用いた文字（例えば、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）等）は、実際の特許請求の範囲における文言によって要求されている場合を除き、特許請求の範囲を何らかの特定の順序に限定するものとは解釈されない。
【００７０】
本発明の構造及び動作の原理を明瞭にするために、詳細を組み込んだ特定の実施の形態に関連して本発明を説明した。したがって、ここにおける特定の実施の形態及び詳細な説明は、特許請求の範囲を限定するものではない。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、ここに例示し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１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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