(57)【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、上記気体流内の選択粒子含有部分を分離し、該選択粒子含有部分を動力流体／粒子混合物内に噴出する流通手段と、
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．上記流通手段とともに、動力流体流入口と、吸気流入口と、排気口とを有するベンチュリ型エダクタを構成し、上記流通手段内及び上記導管内から残留物を除去する清掃手段と、
ｄ．上記吸気流入口に連結され、該吸気流入口を介して上記排気口に上記掃除流体を流す掃除流体リザーバと、
ｅ．上記動力流体流入口に連結され、該動力流体流入口を介して上記排気口に上記動力流体を流して、上記吸気流入口内に吸気を生成する動力流体リザーバとを備える抽出装置。
【請求項２】
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３】
気体流内を移動する極微細粒子の混合物を抽出する抽出装置において、
ａ．動力流体流入口と、吸気流入口と、排気口とを有するベンチュリ型エダクタであって、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、動力流体に噴出し、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連結され、上記生成混合物の選択された部分が供給される少なくとも１つのサンプル回収要素と、
ｄ．上記吸気流入口に連結された掃除流体リザーバと、
ｅ．上記動力流体流入口に連結された動力流体リザーバとを備え、
上記掃除流体リザーバは、上記吸気流入口を介して上記排気口に掃除流体を流し、
上記動力流体リザーバは、上記動力流体流入口を介して上記排気口に上記動力流体を流して、上記吸気流入口内に吸気を生成することを特徴とする抽出装置。
【請求項４】
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３記載の抽出装置。
【請求項５】
気体流内を移動する極微細粒子の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、吸気流入口と、排気口とを有するベンチュリ型エダクタを構成し、上記気体流内を移動する混合物の粒子含有部分を動力流体内に噴出して、生成混合物を生成する吸気生成器と、
ｂ．上記吸気流入口に連結され、該吸気流入口に掃除流体を流す掃除流体リザーバと、
ｃ．動力流体流入口に連結された動力流体リザーバと、
ｄ．上記排気口に切り離し可能に連結され、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、上記掃除流体によって、及び上記生成混合物によって、当該吸気生成器内から残留物を除去し、上記掃除流体リザーバは、上記吸気流入口を介して上記排気口に上記掃除流体を流し、上記動力流体リザーバは、上記動力流体流入口を介して上記排気口に上記動力流体を流して、上記吸気流入口内に吸気を生成することを特徴とする分離装置。
【請求項６】
上記動力流体リザーバ及び上記掃除流体リザーバは、それぞれ上記動力流体及び上記掃除流体を不可逆的に供給することを特徴とする請求項５記載の分離装置。
【請求項７】
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５記載の分離装置。
【請求項８】
上記１つ以上の回収要素は、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５記載の分離装置。
【請求項９】
気体流内を移動する極微細粒子の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、上記気体流内を移動する極微細粒子の混合物が流入するように連結される吸気流入口と、排気口とを有し、該動力流体流入口から該排気口に動力流体が流されたとき、該吸気流入口から該排気口にバイアスされた負圧流を形成し、該気体流内を移動する極微細粒子の混合物の一部を気体流に噴出することができるベンチュリ型エダクタ弁と、
ｂ．上記動力流体流入口を介して上記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気口に掃除流体を不可逆的に流す掃除流体リザーバと、
ｄ．上記排気口に連結され、上記生成混合物によって、及び上記掃除流体によって、残留物を除去する導管構造体と、
ｅ．上記導管構造体に密閉可能に連結され、上記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、
上記回収要素の少なくとも１つは、上記導管構造体からの流れのみを流すようにバイアスされた一方弁を介して該導管構造体に連結されたバルク回収チャンバであることを特徴とする分離装置。
【請求項１０】
極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、ターゲット粉末が噴出される動力流体の混合物を形成するステップと、
ｂ．導管構造体を清掃するのに十分な所定の期間、該導管構造体を介して上記混合物の第１の部分を流すステップと、
ｃ．上記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上記混合物の第２の部分を流すステップと、
ｄ．上記吸気は、動力流体流入口と、吸気口と、排気口とを有するベンチュリ型エダクタを介して上記動力流体を流すことによって形成される負圧流によって得られ、上記吸気口を介して上記排気口に流された掃除流体を、上記導管構造体を介して流し、上記ターゲット粉末の噴出を維持するステップと、
ｅ．上記吸気は、動力流体リザーバから、動力流体流入口と、吸気流入口と、排気口とを有するベンチュリ型エダクタを介して上記動力流体を流すことによって形成される負圧流によって得られ、掃除流体リザーバから、上記吸気流入口を介して上記排気口に流された掃除流体を、上記導管構造体を介して流し、上記ターゲット粉末の噴出を維持するステップと
を有する抽出方法。
【請求項１１】
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１０記載の抽出方法。
【請求項１２】
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１０記載の抽出方法。
【請求項１３】
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行う抽出方法において、
ａ．動力流体リザーバからベンチュリ型エダクタ弁を介して動力流体を流し、負圧流を形成するステップと、
ｂ．上記負圧流を、上記ソースからの第１のターゲット粉末を含む第１の気体流に供給して、その一部を分離して、第１のターゲット混合物に噴出させるステップと、
ｃ．上記第１のターゲット混合物を、導管網を介して、第１の回収要素に供給するステップと、
ｄ．負圧流を形成することなく、掃除ガスを、掃除流体サーバから上記ベンチュリ型エダクタ弁を介し、及び上記導管網を介して流し、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．動力流体を、上記ベンチュリ型エダクタ弁を介して流し、負圧流を形成するステップと、
ｆ．上記負圧流を、上記ソースからの第２のターゲット粉末を含む第２の気体流に供給し、その一部を分離して、第２のターゲット混合物に噴出させるステップと、
ｇ．上記導管網から上記残留する第１のターゲット混合物を除去するのに十分な期間、該導管網を介して上記第２のターゲット混合物の一部を流すステップと、
ｈ．上記第２のターゲット混合物の更なる一部を、上記導管網を介して、第２の回収要素に供給するステップとを有し、
上記動力流体を流すステップ及び掃除ガスを流すステップは、処理の期間中、上記導管網内の上記第１及び第２のターゲット粉末の噴出を維持するように調整されることを特徴とする抽出方法。
【請求項１４】
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１３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、流動する気体流から極微細粉末を分離し、回収する抽出方法及び抽出装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
気体流内の粒子の抽出には、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していない。多くの粉末は、集塊を形成し、小さな構造及び狭い開口を詰まらせる特性を有している。有効径が１００ナノメートル以下の極微細粉末は、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、極微細粉末は、取扱い及び運搬が困難であり、また、このような極微細粉末は、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、気体流内を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、気体流の粒子含有部分を分離し、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、フィルタを介して粒子含有部分を吸い込む。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、粒子含有部分を供給する。
【０００６】
第１の側面では、本発明に係る抽出装置は、導管に連結され、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、吸気流入口に連結され、吸気流入口を介して排気口に掃除流体を流す掃除流体リザーバと、動力流体流入口に連結され、動力流体流入口を介して排気口に動力流体を流して、吸気流入口内に吸気を生成する動力流体リザーバとを備える。
【０００７】
流通手段は、動力流体を流通させ、気体流内の選択粒子含有部分を分離し、粒子含有部分を動力流体／粒子混合物内に噴出する。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、流通手段に連結され、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、流通手段とともに、動力流体流入口と、吸気流入口と、排気口とを有するベンチュリ型エダクタを構成しており、流通手段及び導管内から残留物を除去する。
【０００８】
１つのモードでは、抽出装置の動作は、数ステップのみからなる。抽出装置は、含有する粒子が移動する気体流が流通する導管又は他の構造に連結されている。動力流体は、流通手段を介して流れ、気体流から選択粒子含有部分を分離し、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除去する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、気体流内を移動する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、動力流体流入口と、吸気流入口と、排気口とを有するベンチュリ型エダクタであって、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、動力流体によって噴出し、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連結され、生成混合物の選択された部分が供給される少なくとも１つのサンプル回収要素と、吸気流入口に連結された掃除流体リザーバと、動力流体流入口に連結された動力流体リザーバとを備え、掃除流体リザーバは、吸気流入口を介して排気口に掃除流体を流し、動力流体リザーバは、動力流体流入口を介して排気口に動力流体を流して、上記吸気流入口内に吸気を生成する。
【００１０】
掃除流体リザーバは、吸気生成器に連結され、吸気を生成することなく、吸気生成器に掃除流体を流し、動力流体リザーバは、動力流体流入口を介して、排気口に動力流体を流し、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、気体流内を移動する極微細粒子の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、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型エダクタを構成し、気体流内を移動する混合物の粒子含有部分を、動力流体内に噴出して、生成混合物を生成する吸気生成器と、吸気流入口に連結され、吸気流入口に掃除流体を流す掃除流体リザーバと、動力流体流入口に連結された動力流体リザーバと、排気口に切り離し可能に連結され、生成混合物の選択部分を回収する１つ以上の回収要素とを備える。吸気生成器は、掃除流体によって、及び生成混合物によって、当該吸気生成器内から残留物を除去し、掃除流体リザーバは、吸気流入口を介して排気口に掃除流体を流し、動力流体リザーバは、動力流体流入口を介して排気口に動力流体を流して、吸気流入口内に吸気を生成する。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、気体流内を移動する混合物を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備え、吸気生成器によって吸気が生成される。動力流体リザーバ及び掃除流体リザーバは、それぞれ動力流体及び掃除流体を不可逆的に供給してもよい。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、気体流内を移動する極微細粒子の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、吸気流入口及び排気口とを有するベンチュリ型エダクタ弁と、動力流体流入口に連結された動力流体リザーバと、吸気流入口に連結された掃除流体リザーバと、排気口に連結された導管構造体と、導管構造体に密閉可能に連結された１つ以上の回収要素とを備える。ベンチュリ型エダクタ弁は、動力流体流入口から排気口に動力流体が流されると、吸気流入口から排気口にバイアスされる負圧流を形成するように構成される。生成される負圧流は、気体流内を移動する極微細粒子の混合物の一部を気体流内に噴出し、この噴出して形成されたものを生成混合物とする。吸気流入口は、気体流内を移動する極微細粒子の混合物が流入するように、ベンチュリ型エダクタに連結される。
【００１４】
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、掃除流体リザーバは、吸気流入口を介して、排気口に掃除流体を不可逆的に流す。１つ以上の回収要素に連結された導管構造体は、生成混合物及び掃除流体によって、導管構造体から残留物を除去する。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、導管構造体からの流れ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連結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、極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、ターゲット粉末が噴出される動力流体の混合物を形成するステップと、導管構造体を清掃するの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、動力流体が動力流体流入口と、吸気流入口と、排気口とを有するベンチュリ型エダクタを介して流れることによって形成される負圧流によって提供される。また、抽出方法は、導管構造体を介して吸気流入口を介して排気口に流される掃除流体を流し、ターゲット粉末の噴出を維持するステップを有する。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回収の間、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行う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、動力流体リザーバからベンチュリ型エダクタ弁を介して動力流体を流し、負圧流を形成してソースからの第１のターゲット粉末を含む第１の気体流にその一部を分離し、第１のターゲット混合物に噴出させ、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、負圧流を形成することなく、掃除流体サーバからベンチュリ型エダクタ弁を介し、及び導管網を介して掃除ガスを流し、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、ベンチュリ型エダクタ弁を介して動力流体を流して負圧流を形成し、負圧流を、ソースからの第２のターゲット粉末を含む第２の気体流に供給してその一部を分離し、第２のターゲット混合物に噴出させ、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のに十分な期間、導管網を介して第２のターゲット混合物の一部を流し、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。動力流体を流すステップ及び掃除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噴出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型エダクタ内でのターゲット粉末の堆積が最小化される。
【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。
【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噴出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】
以下の説明は、当業者が本発明を生成及び使用できるように開示し、また、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’に連結されている。吸気生成器１１０に連結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、排気口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、排気口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に生成される吸気は、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）に印加される。この生成される吸気は、粉末含有気体の一部を粉末源から分離し、吸気流入口１１５を介して吸気生成器１１０内に流通させる。吸気生成器１１０内において、この粉末含有気体の一部は、動力流体内に噴出される。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、噴出された粉末を含む生成混合物を排気口１１７から排出する。排気口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、複数の選択可能な場所のうちの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。本発明において、可能な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が含まれる。
【００２５】
後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、排気口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、排気口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て抽出しても、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ることはない。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、高性能微粒子空気（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、真空チャンバに連結された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に連結されている。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に連結され、したがって、吸気生成器１１０の吸気流入口１１５に連結された掃除流体リザーバ１５０を備える。図１に示すように、導管１５４は、掃除流体を掃除流体リザーバ１５０からサンプル導管１１２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、掃除流体リザーバ１５０は、好ましくは、残りの粉末の噴出を維持するために用いられる。詳しくは、上述のように、回収が一旦完了しても、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、動力流体リザーバ１４０から動力流体が流れ続ける。このように、回収が完了しても、動力流体を継続的に流すことによって、（短時間であるが）噴出が維持される。好ましくは、掃除流体リザーバ１５０から掃除流体が流れ始めると、動力流体の流れ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噴出を維持するために実行される。好ましくは、掃除流体は、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十分に除去する。
【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、真空生成器、Ｔ字型ミキサ、ベンチュリ真空ポンプ、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型エダクタ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。ベンチュリ型エダクタ及びこれに類するデバイスは、流体の流れを制限し、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、ベンチュリ型エダクタ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、排気口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、狭い開口２１２に向かって狭くなる円錐状のノズルを有する。狭い開口２１２は、ノズル２１４を介して、狭いチャネル２１６に連結されており、狭いチャネル２１６は、排気口２３０に連結され、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る場合、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、排気口２３０に向かって比較的速い速度で流れる。流体２１５の慣性及び接合部２４５の徐々に狭くなる構造によって、混合チャンバ２４０と、排気口２３０との間に吸気が生成される。接合部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、排気口２３０にバイアスされた負圧流が形成される。
【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に連結され、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に連結されている。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から排気口２３０にバイアスされた負圧流が形成される。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の外に及ぶ。吸気流入口２２０から排気口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から排気口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を介して排気口２３０に流されると、吸気流入口２２０から排気口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が排気口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。ベンチュリ型エダクタ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に噴出されて、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、粒子が実質的に導入されないように設計される。
【００３４】
図３は、本発明に基づく、動力流体及び掃除流体の両方を提供する最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、これらの複数の流体供給リザーバ３１０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動制御システム３２０が連結される。更に、流動制御システム３２０は、所定の期間、どの流体供給リザーバ３１０からの流体を流すかを選択してもよい。流動制御システム３２０からの流体は、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が含まれる。
【００３５】
掃除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、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、掃除流体は、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つではあるが、粉末の集塊化及びこれに続く混合気体からの析出を増進するものであり、したがって、湿度の変化を避けることが望ましく、同様の理由から、掃除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、極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、ターゲット粉末が噴出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内で吸気を形成する。例示的な抽出装置１００では、吸気生成器１１０は、図２を参照して上述したベンチュリ型エダクタであるが、本発明では、以下に限定されるものではなく、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を介して排気口１１７に流され、吸気流入口１１５において吸気を形成する。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暴露されてもよく、又は吸気を形成した後、弁又は同様の機構を開くことによって、気体流を吸気に暴露してもよい。
【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、排気口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、直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に連結された経路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、流れ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が流れをブロックし、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１２０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、搬送ガスの気体流、ターゲット粉末及び（ベンチュリ型吸気生成器の場合）吸気を形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、掃除流体リザーバ１５０から、吸気生成器１１０及び導管構造体１２０を介して掃除流体を流し、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内に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。「流体の第１の部分を流す」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、「掃除流体を流す」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抽出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、ベンチュリ型エダクタ弁を介して動力流体を流し、負圧流を形成するステップ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供給し、その一部を分離し、第１のターゲット混合物に噴出させるステップ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、負圧流を形成することなく、ベンチュリ型エダクタ弁を介して、及び導管網を介して掃除ガスを流し、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、ベンチュリ型エダクタ弁を介して動力流体を流し、負圧流を形成するステップ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供給し、その一部を分離し、第２のターゲット混合物に噴出させるステップ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「掃除ガスを流す」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型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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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