JP2016522734A - High-throughput particle production using a plasma system - Google Patents

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マクシミリアン エー. ビーバーガー,
マクシミリアン エー. ビーバーガー,
デイビッド リーモン,
デイビッド リーモン,
フレデリック ピー. レイマン,
フレデリック ピー. レイマン,
ポール レフィブレ,
ポール レフィブレ,
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エスディーシーマテリアルズ, インコーポレイテッド
エスディーシーマテリアルズ, インコーポレイテッド
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    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/42Plasma torches using an arc with provisions for introducing materials into the plasma, e.g. powder, liquid

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Abstract

本開示は、ナノ粒子産生システムおよび本システムを使用する方法に関する。本ナノ粒子産生システムは、オス型電極と、メス型電極と、プラズマ発生領域を横断して、作業ガスを渦螺旋流方向に送達するように構成される、作業ガス供給源とを含む、プラズマガンを含む。本システムはまた、連続給送システムと、急冷チャンバと、層流撹乱器を含む冷却導管と、システム過圧モジュールと、調質流体浄化および再循環システムとを含む。連続給送システムは、少なくとも9グラム/分の率で材料をプラズマガンの中に給送するように構成される。The present disclosure relates to nanoparticle production systems and methods of using the systems. The nanoparticle production system includes a plasma including a male electrode, a female electrode, and a working gas source configured to deliver a working gas in a vortex spiral direction across the plasma generation region. Includes cancer. The system also includes a continuous delivery system, a quench chamber, a cooling conduit that includes a laminar flow disruptor, a system overpressure module, and a conditioned fluid purification and recirculation system. The continuous feed system is configured to feed material into the plasma gun at a rate of at least 9 grams / minute.

Description

(関連出願への相互参照)
本出願は、2013年3月14日に出願された米国特許出願第61/784,299号、2013年8月9日に出願された米国特許出願第61/864,350号、2013年10月2日に出願された米国特許出願第61/885,988号、2013年10月2日に出願された米国特許出願第61/885,990号、2013年10月2日に出願された米国特許出願第61/885,996号、および2013年10月2日に出願された米国特許出願第61/885,998号の優先権利益を主張する。それらの出願の全部の内容は、ここにおいて参照することによって本明細書に援用される。
(Cross-reference to related applications)
This application is based on US patent application No. 61 / 784,299, filed Mar. 14, 2013, US patent application No. 61 / 864,350, filed Aug. 9, 2013, October 2013. US Patent Application No. 61 / 885,988 filed on the 2nd, US Patent Application No. 61 / 885,990 filed on the 2nd October 2013, US Patent filed on the 2nd October 2013 No. 61 / 885,996, and US Patent Application No. 61 / 885,998 filed Oct. 2, 2013, claiming priority benefit. The entire contents of those applications are hereby incorporated by reference herein.

(発明の分野)
本発明は、プラズマを使用して、高処理量粒子産生を提供するためのシステムおよび方法に関する。
(Field of Invention)
The present invention relates to systems and methods for providing high throughput particle production using plasma.

(発明の背景)
ナノ粒子は、1つ以上の原材料が、作業ガスを使用してプラズマを発生させる、プラズマガンの中に給送される、プラズマ産生システムを使用して形成されることができる。プラズマは、原材料を蒸発させ、これは、次いで、凝縮され、急冷反応においてナノ粒子を形成する。ナノ粒子は、次いで、収集され、種々の産業用途のために使用されることができる。
(Background of the Invention)
Nanoparticles can be formed using a plasma production system in which one or more raw materials are fed into a plasma gun that uses a working gas to generate a plasma. The plasma evaporates the raw material, which is then condensed and forms nanoparticles in a quenching reaction. The nanoparticles can then be collected and used for various industrial applications.

典型的プラズマベースの粒子産生システムは、一貫した材料処理量を伴ったまま連続動作をとどめるその能力が限定されており、典型的には、実験規模およびパイロットプラント規模設計に基づく。これらのシステムは、典型的には、質量/体積処理量が著しく限定される。これは、一貫した品質およびサイズのナノ粒子の産業規模の産生を非効率的なものにする。   Typical plasma-based particle production systems are limited in their ability to remain in continuous operation with consistent material throughput and are typically based on experimental and pilot plant scale designs. These systems are typically very limited in mass / volume throughput. This makes inefficient industrial scale production of consistent quality and size nanoparticles.

(発明の要約)
説明されるのは、ナノ粒子産生システム、そのようなシステム内で使用されるデバイス、ならびにシステムおよびデバイスを使用する方法である。ナノ粒子産生システムは、オス型電極と、メス型電極と、プラズマ発生領域を横断して、作業ガスを渦螺旋流方向に送達するように構成される、作業ガス供給源とを含む、プラズマガンを含んでもよい。本システムはまた、連続給送システム、急冷チャンバ、層流撹乱器を含む冷却導管、システム過圧モジュール、および調質流体浄化および再循環システムのうちの1つ以上を含んでもよい。これらの特徴の種々の組み合わせを組み込む本システムもまた、想起され、ある場合には、これらの特徴の組み合わせを有するシステムは、システムが継続的に動作され得る時間の長さの改良、産生される粒子の品質または数量の改良、および/または産生システムの効率の改良等、別々の技術的利点を提供する。これらのシステムを使用してナノ粒子を製造する方法もまた、本提案の一部を形成する。
(Summary of the Invention)
Described are nanoparticle production systems, devices used in such systems, and methods of using the systems and devices. The nanoparticle production system includes a male electrode, a female electrode, and a working gas source configured to deliver a working gas in a spiral flow direction across the plasma generation region. May be included. The system may also include one or more of a continuous feed system, a quench chamber, a cooling conduit including a laminar flow disruptor, a system overpressure module, and a conditioned fluid purification and recirculation system. This system incorporating various combinations of these features is also recalled, and in some cases, a system having a combination of these features is produced, improving the length of time that the system can be operated continuously. It provides separate technical advantages, such as improved particle quality or quantity, and / or improved production system efficiency. Methods of producing nanoparticles using these systems also form part of the proposal.

いくつかの実施形態では、ナノ粒子産生システムは、プラズマガンと、少なくとも9グラム/分の率で材料をプラズマガンの中に給送するように構成される、連続給送システムとを含む。   In some embodiments, the nanoparticle production system includes a plasma gun and a continuous delivery system configured to deliver material into the plasma gun at a rate of at least 9 grams / minute.

実施形態のいずれかでは、連続給送システムは、詰まることなく、少なくとも336時間、材料をプラズマガンに給送するように構成されてもよい。実施形態のいずれかでは、連続給送システムは、原材料をプラズマガンに供給するための複数の材料給送供給チャネルを含んでもよい。実施形態のいずれかでは、連続給送システムは、ナノ粒子産生システムの動作の間、材料給送供給チャネルを連続して一掃するための往復運動部材を含んでもよい。実施形態のいずれかでは、往復運動部材は、少なくとも2回/秒の率で往復運動してもよい。   In any of the embodiments, the continuous feed system may be configured to feed material to the plasma gun for at least 336 hours without clogging. In any of the embodiments, the continuous feed system may include a plurality of material feed supply channels for supplying raw material to the plasma gun. In any of the embodiments, the continuous feed system may include a reciprocating member for continuously sweeping the material feed supply channel during operation of the nanoparticle production system. In any of the embodiments, the reciprocating member may reciprocate at a rate of at least 2 times / second.

実施形態のいずれかでは、連続給送システムは、ナノ粒子産生システムの動作の間、材料給送供給チャネルを連続して一掃するためのパルス状ガス噴霧を含んでもよい。   In any of the embodiments, the continuous delivery system may include a pulsed gas spray to continuously sweep the material delivery supply channel during operation of the nanoparticle production system.

実施形態のいずれかでは、プラズマガンは、オス型電極と、メス型電極と、オス型電極とメス型電極との間に形成されるプラズマ発生領域を横断して、作業ガスを渦螺旋流方向に送達するように構成される作業ガス供給源とを含んでもよい。   In any of the embodiments, the plasma gun has a working gas flow in a spiral flow direction across the plasma generation region formed between the male electrode, the female electrode, and the male electrode and the female electrode. And a working gas source configured to deliver to.

実施形態のいずれかでは、作業ガス供給源は、プラズマ発生領域の前に位置付けられ、渦螺旋流方向を生成する、注入リングを含んでもよい。実施形態のいずれかでは、注入リングは、複数の注入ポートを含んでもよい。実施形態のいずれかでは、注入ポートは、オス型電極の周囲に環状形態で配置されてもよい。実施形態のいずれかでは、注入ポートは、オス型電極に向かって角度付けられてもよい。   In any of the embodiments, the working gas supply may include an injection ring that is positioned in front of the plasma generation region and generates a vortex spiral flow direction. In any of the embodiments, the injection ring may include a plurality of injection ports. In any of the embodiments, the injection port may be arranged in an annular form around the male electrode. In any of the embodiments, the injection port may be angled toward the male electrode.

実施形態のいずれかでは、注入ポートは、オス型電極から離れるように角度付けられてもよい。実施形態のいずれかでは、ナノ産生システムは、オス型電極またはメス型電極の交換なしに、少なくとも336時間、動作可能であってもよい。   In any of the embodiments, the injection port may be angled away from the male electrode. In any of the embodiments, the nanoproduction system may be operable for at least 336 hours without replacement of the male or female electrode.

実施形態のいずれかでは、ナノ粒子産生システムはさらに、プラズマガンの後に位置付けられ、少なくとも1つの反応混合物入力および少なくとも1つの調質流体入力を含む、急冷チャンバを含んでもよい。実施形態のいずれかでは、急冷チャンバは、円錐台状形状を有してもよく、動作の間、1000を上回るレイノズル係数を伴う乱流を生成するように構成されてもよい。   In any of the embodiments, the nanoparticle production system may further include a quench chamber positioned after the plasma gun and including at least one reaction mixture input and at least one conditioned fluid input. In any of the embodiments, the quench chamber may have a frustoconical shape and may be configured to generate turbulence with a Ray nozzle coefficient greater than 1000 during operation.

実施形態のいずれかはさらに、調質流体流中に同伴されたナノ粒子を急冷チャンバからコレクタに伝導させるように構成される、冷却導管を含んでもよい。実施形態のいずれかでは、冷却導管は、層流撹乱器を含んでもよい。実施形態のいずれかでは、層流撹乱器は、ブレード、バッフル、螺旋ねじ、リッジ、またはバンプを含んでもよい。実施形態のいずれかでは、粒子産生システムは、冷却導管内に詰まりが生じることなく、少なくとも6時間、継続的に動作するように構成されてもよい。実施形態のいずれかはさらに、調質流体流中に同伴されたナノ粒子を急冷チャンバからコレクタに伝導させるように構成される、冷却導管を含んでもよい。実施形態のいずれかでは、冷却導管は、層流撹乱器を含んでもよい。実施形態のいずれかでは、層流撹乱器は、ブレード、バッフル、螺旋ねじ、リッジ、またはバンプを含んでもよい。実施形態のいずれかでは、粒子産生システムは、冷却導管内に詰まりが生じることなく、少なくとも336時間、継続的に動作するように構成されてもよい。   Any of the embodiments may further include a cooling conduit configured to conduct nanoparticles entrained in the conditioned fluid stream from the quench chamber to the collector. In any of the embodiments, the cooling conduit may include a laminar flow disruptor. In any of the embodiments, the laminar flow disruptor may include a blade, baffle, helical screw, ridge, or bump. In any of the embodiments, the particle production system may be configured to operate continuously for at least 6 hours without clogging in the cooling conduit. Any of the embodiments may further include a cooling conduit configured to conduct nanoparticles entrained in the conditioned fluid stream from the quench chamber to the collector. In any of the embodiments, the cooling conduit may include a laminar flow disruptor. In any of the embodiments, the laminar flow disruptor may include a blade, baffle, helical screw, ridge, or bump. In any of the embodiments, the particle production system may be configured to operate continuously for at least 336 hours without clogging in the cooling conduit.

実施形態のいずれかはさらに、測定された周囲圧力を上回る圧力をシステム内に維持する、システム過圧モジュールを含んでもよい。実施形態のいずれかでは、システム内の圧力は、測定された周囲圧力を少なくとも1水柱インチ上回る圧力に維持されてもよい。実施形態のいずれかはさらに、測定された周囲圧力を上回る圧力をシステム内に維持する、システム過圧モジュールを含んでもよい。   Any of the embodiments may further include a system overpressure module that maintains a pressure in the system above the measured ambient pressure. In any of the embodiments, the pressure in the system may be maintained at a pressure that is at least one inch of water above the measured ambient pressure. Any of the embodiments may further include a system overpressure module that maintains a pressure in the system above the measured ambient pressure.

実施形態のいずれかはさらに、調質流体浄化および再循環システムを含んでもよい。実施形態のいずれかでは、ナノ粒子産生システムの中に導入された調質流体の少なくとも80%は、浄化および再循環されてもよい。   Any of the embodiments may further include a conditioned fluid purification and recirculation system. In any of the embodiments, at least 80% of the conditioned fluid introduced into the nanoparticle production system may be purified and recycled.

いくつかの実施形態では、ナノ粒子産生システムは、オス型電極と、メス型電極と、オス型電極とメス型電極との間に形成されるプラズマ発生領域を横断して、作業ガスを渦螺旋流方向に送達するように構成される作業ガス供給源を含むプラズマガンと、少なくとも9グラム/分の率で材料をプラズマガンの中に給送するように構成される、連続給送システムと、プラズマガンの後に位置付けられ、少なくとも1つの反応混合物入力および少なくとも1つの調質流体入力を含む、急冷チャンバと、調質流体流中に同伴されたナノ粒子を急冷チャンバからコレクタに伝導させるように構成される、冷却導管であって、層流撹乱器を備える、冷却導管と、測定された周囲圧力を上回る圧力をシステム内に維持する、システム過圧モジュールと、調質流体浄化および再循環システムとを含む。   In some embodiments, the nanoparticle production system vortexes a working gas across a plasma generation region formed between a male electrode, a female electrode, and a male electrode and a female electrode. A plasma gun including a working gas source configured to deliver in a flow direction; and a continuous feed system configured to deliver material into the plasma gun at a rate of at least 9 grams / minute; A quench chamber positioned after the plasma gun and comprising at least one reaction mixture input and at least one conditioned fluid input and configured to conduct nanoparticles entrained in the conditioned fluid stream from the quench chamber to the collector A cooling conduit comprising a laminar flow disruptor and a system overpressure module for maintaining a pressure in the system above the measured ambient pressure. And a fluid purification and recirculation system.

図1は、ナノ粒子を生成するために有用なプラズマシステムの一実施形態の略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of a plasma system useful for producing nanoparticles. 図2Aは、材料給送ポートを伴う、プラズマガンの一実施形態の略図である。FIG. 2A is a schematic diagram of one embodiment of a plasma gun with a material delivery port. 図2Bは、面板および冷却リングを伴う、プラズマガンの一実施形態の略図である。FIG. 2B is a schematic illustration of one embodiment of a plasma gun with a face plate and a cooling ring. 図2Cは、プラズマガン面板および冷却リングを伴う、プラズマガンの代替実施形態の略図である。FIG. 2C is a schematic illustration of an alternative embodiment of a plasma gun with a plasma gun faceplate and cooling ring. 図2Dは、図2Bに図示される、プラズマガン面板および冷却リングを伴う、プラズマガンの実施形態の接線方向図の略図である。FIG. 2D is a schematic illustration of a tangential view of an embodiment of a plasma gun with the plasma gun faceplate and cooling ring illustrated in FIG. 2B. 図2Eは、縮小されたプラズマガン面板、冷却リング、およびより広く、耐熱伝導性金属で裏打ちされたプラズマチャネルを伴う、プラズマガンの一実施形態の略図である。FIG. 2E is a schematic illustration of one embodiment of a plasma gun with a reduced plasma gun faceplate, cooling ring, and a wider, refractory conductive metal lined plasma channel. 図2Fは、図2Eに図示される、縮小されたプラズマガン面板、冷却リング、およびより広く、耐熱伝導性金属で裏打ちされたプラズマチャネルを伴う、プラズマガンの実施形態の接線方向図の略図である。2F is a schematic illustration of a tangential view of an embodiment of a plasma gun with a reduced plasma gun faceplate, a cooling ring, and a wider, heat resistant conductive metal lined plasma channel illustrated in FIG. 2E. is there. 図3Aは、連続材料給送を可能にする、作業ガス注入リングおよび交互材料注入ポートを伴う、高処理量粒子産生システムのために有用なプラズマガンの一実施形態の略図である。FIG. 3A is a schematic illustration of one embodiment of a plasma gun useful for a high-throughput particle production system with a working gas injection ring and alternating material injection ports that allow continuous material delivery. 図3Bは、連続材料給送を可能にする、作業ガス注入リングおよび往復運動プランジャデバイスを伴う、高処理量粒子産生システムのために有用なプラズマガンの一実施形態の略図である。FIG. 3B is a schematic illustration of one embodiment of a plasma gun useful for a high-throughput particle production system with a working gas injection ring and a reciprocating plunger device that allows continuous material delivery. 図3Cは、連続材料給送を可能にする、作業ガス注入リングおよびパルス状空気噴霧システムを伴う、高処理量粒子産生システムのために有用なプラズマガンの一実施形態の略図である。FIG. 3C is a schematic illustration of one embodiment of a plasma gun useful for a high throughput particle production system with a working gas injection ring and a pulsed air atomization system that allows continuous material delivery. 図3Dは、連続材料給送を可能にする、縮小されたプラズマガン面板、冷却リング、より広く、耐熱伝導性金属で裏打ちされたプラズマチャネル、作業ガス注入リング、および交互材料注入ポートを伴う、高処理量粒子産生システムのために有用なプラズマガンの一実施形態の略図である。FIG. 3D includes a reduced plasma gun faceplate, cooling ring, wider, refractory metal-lined plasma channel, working gas injection ring, and alternating material injection port that allow continuous material delivery. 1 is a schematic illustration of one embodiment of a plasma gun useful for a high throughput particle production system. 図3Eは、連続材料給送を可能にする、縮小されたプラズマガン面板、冷却リング、より広く、耐熱伝導性金属で裏打ちされたプラズマチャネル、作業ガス注入リング、および往復運動プランジャデバイスを伴う、高処理量粒子産生システムのために有用なプラズマガンの一実施形態の略図である。FIG. 3E includes a reduced plasma gun faceplate, cooling ring, wider, refractory conductive metal lined plasma channel, working gas injection ring, and reciprocating plunger device that allow continuous material delivery. 1 is a schematic illustration of one embodiment of a plasma gun useful for a high throughput particle production system. 図3Fは、連続材料給送を可能にする、縮小されたプラズマガン面板、冷却リング、より広く、耐熱伝導性金属で裏打ちされたプラズマチャネル、作業ガス注入リング、およびパルス状空気噴霧システムを伴う、高処理量粒子産生システムのために有用なプラズマガンの一実施形態の略図である。FIG. 3F involves a reduced plasma gun faceplate, cooling ring, wider, refractory conductive metal lined plasma channel, working gas injection ring, and pulsed air atomization system that allows continuous material delivery. 1 is a schematic illustration of one embodiment of a plasma gun useful for a high throughput particle production system. 図4Aは、超乱流急冷チャンバおよび乱流誘発噴霧を伴う、高処理量粒子産生システムの一実施形態の略図である。図4Bは、超乱流急冷チャンバおよび乱流誘発噴霧を伴う、高処理量粒子産生システムの代替実施形態の略図であって、乱流誘発噴霧は、リング構造において相互接続される。FIG. 4A is a schematic diagram of one embodiment of a high throughput particle production system with a super turbulent quench chamber and a turbulence induced spray. FIG. 4B is a schematic illustration of an alternative embodiment of a high throughput particle production system with a super turbulent quench chamber and a turbulence induced spray, where the turbulence induced spray is interconnected in a ring structure. 図5は、図4Bに図示される、リング構造において相互接続された乱流誘発噴霧の詳細な略図である。FIG. 5 is a detailed schematic diagram of the turbulence inducing spray interconnected in the ring structure illustrated in FIG. 4B. 図6Aは、層流撹乱器を伴う、高処理量粒子産生システムの一実施形態の略図である。FIG. 6A is a schematic diagram of one embodiment of a high throughput particle production system with a laminar flow disruptor. 図6Bは、層流撹乱器を伴う、高処理量粒子産生システムの代替実施形態の略図である。FIG. 6B is a schematic diagram of an alternative embodiment of a high throughput particle production system with a laminar flow disruptor. 図6Cは、空気噴霧を使用する層流撹乱器を伴う、高処理量粒子産生システムの代替実施形態の略図である。FIG. 6C is a schematic illustration of an alternative embodiment of a high throughput particle production system with a laminar flow disruptor using air atomization. 図6Dは、回転式の軸方向に配列されたロッドを使用する層流撹乱器を伴う、高処理量粒子産生システムの代替実施形態の略図である。FIG. 6D is a schematic illustration of an alternative embodiment of a high throughput particle production system with a laminar flow disruptor that uses rotating axially arranged rods. 図7は、図6Dに図示される、回転式の軸方向に配列されたロッドを使用する層流撹乱器の一実施形態の接線方向概略図である。FIG. 7 is a tangential schematic diagram of one embodiment of a laminar flow disruptor using the rotating axially arranged rods illustrated in FIG. 6D. 図8は、一定過圧を伴うガス送達システムを伴う、高処理量粒子産生システムの一実施形態の略図である。FIG. 8 is a schematic illustration of one embodiment of a high throughput particle production system with a gas delivery system with constant overpressure. 図9は、調質流体浄化および再循環システムを伴う、高処理量粒子産生システムの一実施形態の略図である。FIG. 9 is a schematic diagram of one embodiment of a high throughput particle production system with a conditioned fluid purification and recirculation system. 図10は、一定過圧を伴うガス送達システムのシステム過圧モジュールの中に統合される調質流体浄化および再循環システムを伴う、高処理量粒子産生システムの一実施形態の略図である。FIG. 10 is a schematic illustration of one embodiment of a high throughput particle production system with a conditioned fluid purification and recirculation system integrated into a system overpressure module of a gas delivery system with constant overpressure. 図11は、収集デバイス内のフィルタ要素の詰まりを取り除くために有用なフィルタバックパルスシステムを伴う、高処理量粒子産生システムの一実施形態の略図である。FIG. 11 is a schematic diagram of one embodiment of a high-throughput particle production system with a filter back pulse system useful for removing clogging of filter elements in the collection device.

(発明の詳細な説明)
典型的ナノ粒子産生システムは、材料をプラズマ流の中に給送し、それによって、材料を蒸発させ、産生された反応性プラズマ混合物が、冷却し、ナノ粒子および複合物または「ナノオンナノ(nano−on−nano)」粒子に凝固することを可能にすることによって、ナノ粒子を発生させることができる。粒子は、次いで、種々の用途において使用するために収集されることができる。好ましいナノ粒子および「ナノオンナノ」粒子は、米国出願第13/801,726号に説明されており、その説明は、参照することによって全体として本明細書に組み込まれる。
(Detailed description of the invention)
A typical nanoparticle production system feeds material into a plasma stream, thereby evaporating the material, and the reactive plasma mixture produced cools the nanoparticles and composites or “nano-nano”. On-nano) "nanoparticles can be generated by allowing them to solidify. The particles can then be collected for use in various applications. Preferred nanoparticles and “nano-on-nano” particles are described in US application Ser. No. 13 / 801,726, the description of which is hereby incorporated by reference in its entirety.

本開示は、粒子および粉末の両方を指す。これらの2つの用語は、均等物であるが、単数形「粉末」は、粒子の集合を指す。本発明は、多様な粉末および粒子に適用されることができる。用語「ナノ粒子」および「ナノサイズ粒子」は、概して、約ナノメートル直径、典型的には、約0.5nm〜500nm、約1nm〜500nm、約1nm〜100nm、または約1nm〜50nmの粒子を包含することが当業者によって理解される。好ましくは、ナノ粒子は、平均粒度250ナノメートル未満および縦横比1〜100万を有する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、平均粒度約50nmまたはそれ未満、約30nmまたはそれ未満、あるいは約20nmまたはそれ未満を有する。付加的実施形態では、ナノ粒子は、平均直径約50nmまたはそれ未満、約30nmまたはそれ未満、あるいは約20nmまたはそれ未満を有する。粒子の最短寸法によって除算される粒子の最長寸法として定義される、粒子の縦横比は、好ましくは、1〜100、より好ましくは、1〜10、さらにより好ましくは、1〜2である。「粒度」は、ASTM(American Society for Testing and Materias)規格(ASTME112−10参照)を使用して測定される。粒子の直径を計算する際、その最長および最短寸法の平均が、求められる。したがって、長軸20nmおよび短軸10nmを伴う卵形粒子の直径は、15nmとなるであろう。粒子の集合の平均直径は、個々の粒子の直径の平均であって、当業者に公知の種々の技法によって測定されることができる。   The present disclosure refers to both particles and powders. These two terms are equivalent, but the singular “powder” refers to a collection of particles. The present invention can be applied to a wide variety of powders and particles. The terms “nanoparticle” and “nanosize particle” generally refer to particles of about nanometer diameter, typically about 0.5 nm to 500 nm, about 1 nm to 500 nm, about 1 nm to 100 nm, or about 1 nm to 50 nm. It is understood by those skilled in the art to include. Preferably, the nanoparticles have an average particle size of less than 250 nanometers and an aspect ratio of 1 to 1 million. In some embodiments, the nanoparticles have an average particle size of about 50 nm or less, about 30 nm or less, or about 20 nm or less. In additional embodiments, the nanoparticles have an average diameter of about 50 nm or less, about 30 nm or less, or about 20 nm or less. The aspect ratio of the particles, defined as the longest dimension of the particles divided by the shortest dimension of the particles, is preferably 1-100, more preferably 1-10, and even more preferably 1-2. “Granularity” is measured using the ASTM (American Society for Testing and Materials) standard (see ASTM E112-10). When calculating the diameter of a particle, the average of its longest and shortest dimensions is determined. Thus, the diameter of an oval particle with a major axis of 20 nm and a minor axis of 10 nm will be 15 nm. The average diameter of a collection of particles is the average of the diameters of individual particles and can be measured by various techniques known to those skilled in the art.

付加的実施形態では、ナノ粒子は、粒度約50nmまたはそれ未満、約30nmまたはそれ未満、あるいは約20nmまたはそれ未満を有する。付加的実施形態では、ナノ粒子は、直径約50nmまたはそれ未満、約30nmまたはそれ未満、あるいは約20nmまたはそれ未満を有する。   In additional embodiments, the nanoparticles have a particle size of about 50 nm or less, about 30 nm or less, or about 20 nm or less. In additional embodiments, the nanoparticles have a diameter of about 50 nm or less, about 30 nm or less, or about 20 nm or less.

複合ナノ粒子は、2つの異なるナノ粒子の結合によって形成される。本結合は、ナノ相産生方法の急冷相の間に生じ得る。例えば、触媒が、「ナノオンナノ」複合ナノ粒子を形成するための支持ナノ粒子に付着された触媒ナノ粒子を含んでもよい。複数のナノオンナノ粒子が、次いで、複合マイクロ/ナノ粒子、すなわち、複合ナノ粒子を担持するマイクロ粒子を形成するために、ミクロンサイズの搬送粒子に結合され得る。   Composite nanoparticles are formed by the joining of two different nanoparticles. This binding can occur during the quench phase of the nanophase production method. For example, the catalyst may comprise catalyst nanoparticles attached to supporting nanoparticles to form “nano-on-nano” composite nanoparticles. A plurality of nano-on nanoparticles can then be combined with micron-sized carrier particles to form composite micro / nanoparticles, ie, microparticles carrying composite nanoparticles.

図1に示されるように、ナノ粒子を生成するために有用なプラズマシステム100が、プラズマガン102と、材料入力給送システム104と、冷却導管108に流動的に接続される急冷チャンバ106と、出力収集システム110とを含む。作業ガス112が、プラズマガン102を通して流動し、プラズマを発生させる一方、調質流体114が、ガンボックス116の中に、次いで、急冷チャンバ106の中に流動する。負圧が、真空または送風機118を使用して、プラズマ産生システムの収集端に印加され、調質流体および材料出力の指向性流動を提供することができる。   As shown in FIG. 1, a plasma system 100 useful for producing nanoparticles includes a plasma gun 102, a material input delivery system 104, a quench chamber 106 fluidly connected to a cooling conduit 108, Output collection system 110. A working gas 112 flows through the plasma gun 102 and generates a plasma, while a conditioned fluid 114 flows into the gun box 116 and then into the quench chamber 106. A negative pressure can be applied to the collection end of the plasma production system using a vacuum or blower 118 to provide a directional flow of conditioned fluid and material output.

図2Aは、粒子産生のために使用され得る、プラズマガンの実施形態を図示する。プラズマガン200が、オス型電極202と、メス型電極204とを含み、内部チャンバが、オス型電極202とメス型電極204との間に形成される。内部チャンバは、一端に流入領域206と、反対端にプラズマ領域208とを備える。いくつかの実施形態では、流入領域206は、円筒形形状を有する一方、プラズマ領域208は、円錐台状形状を有する。内部チャンバは、作業ガスをその流入領域206の中に導入させ、次いで、プラズマ領域208の中に流動させるように構成される。いくつかの実施形態では、作業ガスは、不活性ガス、例えば、アルゴンである。いくつかの実施形態では、水素または他のガスが、アルゴンに添加され、ナノ粒子酸化を還元させてもよい。   FIG. 2A illustrates an embodiment of a plasma gun that can be used for particle production. The plasma gun 200 includes a male electrode 202 and a female electrode 204, and an internal chamber is formed between the male electrode 202 and the female electrode 204. The internal chamber includes an inflow region 206 at one end and a plasma region 208 at the opposite end. In some embodiments, the inflow region 206 has a cylindrical shape while the plasma region 208 has a frustoconical shape. The internal chamber is configured to introduce working gas into its inflow region 206 and then flow into the plasma region 208. In some embodiments, the working gas is an inert gas, such as argon. In some embodiments, hydrogen or other gas may be added to argon to reduce nanoparticle oxidation.

例えば、いくつかの実施形態では、作業ガスは、比率30:1〜3:1におけるアルゴンおよび水素の混合物である。いくつかの実施形態では、作業ガスは、20:1比率におけるアルゴンおよび水素の混合物である。いくつかの実施形態では、作業ガスは、12:1比率におけるアルゴンおよび水素の混合物である。いくつかの実施形態では、作業ガスは、8:1比率におけるアルゴンおよび水素の混合物である。いくつかの実施形態では、作業ガスは、5:1比率におけるアルゴンおよび水素の混合物である。ガス入口210は、作業ガスを流入領域206に供給するように構成される。高処理量プラズマベースの粒子産生システムの動作の間、作業ガスは、流入領域206を通して、プラズマ領域208に、そして出口212から外に流動する。電力供給源が、オス型電極202およびメス型電極204に接続され、電流をプラズマ領域208内のオス型電極202とメス型電極204との間の間隙を横断して通過させることによって、電力をプラズマガン200を通して送達する。プラズマ領域208内の間隙を横断する電流アークが、作業ガスを励起させ、プラズマ流を形成し、これは、出口212から外に流動する。   For example, in some embodiments, the working gas is a mixture of argon and hydrogen in a ratio of 30: 1 to 3: 1. In some embodiments, the working gas is a mixture of argon and hydrogen in a 20: 1 ratio. In some embodiments, the working gas is a mixture of argon and hydrogen in a 12: 1 ratio. In some embodiments, the working gas is a mixture of argon and hydrogen in an 8: 1 ratio. In some embodiments, the working gas is a mixture of argon and hydrogen in a 5: 1 ratio. The gas inlet 210 is configured to supply working gas to the inflow region 206. During operation of the high throughput plasma-based particle production system, working gas flows through the inflow region 206, into the plasma region 208, and out from the outlet 212. A power supply is connected to the male electrode 202 and female electrode 204 to pass power by passing current across the gap between the male electrode 202 and female electrode 204 in the plasma region 208. Delivered through plasma gun 200. A current arc across the gap in the plasma region 208 excites the working gas and creates a plasma stream that flows out of the outlet 212.

蒸発された材料が、プラズマガンから排出されるにつれて、放射熱が、プラズマガンの一部を損傷させ得る。図2B−Dに図示されるように、冷却リング218が、メス型電極204内に位置付けられ、出口212を中心として環状に配置され、メス型電極204および他のプラズマガン200構成要素への熱誘発損傷を防止または減速させることができる。冷却流体、例えば、水が、冷却リング218を通して再循環され、システムの動作の間、プラズマによって発生される熱の一部を放散させることができる。面板220が、冷却リングに継合されることができる。面板220は、プラズマガン200の外面上に配置され、メス型電極204を定位置に保持し、冷却リング218を密閉するために使用されてもよい。図2Dでは、破線は、冷却リング218を表し、これは、面板220によって被覆される。冷却流体は、冷却リング流入ポート234を通して流入し、冷却リング流出ポート236を通して流出することによって、冷却リング218を通して循環される。冷却流体は、ポンプを使用して再循環される、または別様に配置されてもよい。プラズマが、プラズマ領域208内で発生され、メス型電極204内の円筒形チャネル209を通して進行し、出口を通して流出するにつれて、プラズマによって発生される放射熱は、冷却流体によって消散されることができる。   As the evaporated material is exhausted from the plasma gun, radiant heat can damage a portion of the plasma gun. As illustrated in FIGS. 2B-D, a cooling ring 218 is positioned within the female electrode 204 and is annularly disposed about the outlet 212 to provide heat to the female electrode 204 and other plasma gun 200 components. Induced damage can be prevented or slowed down. A cooling fluid, such as water, can be recirculated through the cooling ring 218 to dissipate some of the heat generated by the plasma during system operation. A face plate 220 can be joined to the cooling ring. The face plate 220 may be disposed on the outer surface of the plasma gun 200 and used to hold the female electrode 204 in place and seal the cooling ring 218. In FIG. 2D, the dashed line represents the cooling ring 218, which is covered by the face plate 220. The cooling fluid is circulated through the cooling ring 218 by flowing in through the cooling ring inflow port 234 and out through the cooling ring outflow port 236. The cooling fluid may be recirculated using a pump or otherwise arranged. As the plasma is generated in the plasma region 208 and travels through the cylindrical channel 209 in the female electrode 204 and exits through the outlet, the radiant heat generated by the plasma can be dissipated by the cooling fluid.

材料注入ポート214が、材料給送チャネル216を円筒形チャネル209に連結する、メス型電極204上に配置されることができる。原材料が、円筒形チャネル209の中に材料給送チャネル216を通して給送され、出口212から急冷チャンバの中に流動する前に、プラズマによって蒸発されることができる。粒子核生成および表面成長が、エネルギー送達直後、円筒形チャネル209内で生じ、粒子は、急冷チャンバ内でサイズを成長し続ける。粒子は、収集システムによって収集される前に、急冷チャンバおよび冷却導管内で冷却される。粒子収集後、調質流体が、概して、周囲の中に通気される、または別様に配置される。   A material injection port 214 can be disposed on the female electrode 204 that connects the material feed channel 216 to the cylindrical channel 209. The raw material can be fed through the material feed channel 216 into the cylindrical channel 209 and evaporated by the plasma before flowing from the outlet 212 into the quench chamber. Particle nucleation and surface growth occurs in the cylindrical channel 209 immediately after energy delivery, and the particles continue to grow in size in the quench chamber. The particles are cooled in the quench chamber and cooling conduit before being collected by the collection system. After particle collection, the conditioned fluid is generally vented into the environment or otherwise disposed.

ナノ粒子の費用効果的大規模産生のために、ナノ粒子産生システムの高材料処理量および連続動作が、好ましい。以前のプラズマベースのナノ粒子産生システムは、詰まったチャネルを一掃し、摩耗した部品を交換するために、頻繁なシャットダウンによる問題を抱えていた。例えば、プラズマガンの熱は、頻繁に、原材料を溶融させ、材料給送チャネルを詰まらせ、システムがシャットダウンされた場合のみ、詰まりが取り除かれ得る。プラズマガン電極は、動作の間、孔食し、システムは、これらの部品を交換するためにシャットダウンされる必要があるであろう。プラズマガン面板も、連続動作の間、溶融し、冷却流体を冷却リングから漏出させ得、面板を交換するためにシステムのシャットダウンをもたらし得る。粒子が、冷却導管の壁に沿って蓄積することがあり、システムは、冷却導管を清掃するためにシャットダウンする必要があるであろう。さらに、ナノ粒子サイズは、一貫せず、システム圧力および材料流率の変動のため、制御が困難であった。例えば、急冷チャンバ内の圧力が、周囲圧力を下回る場合、不純物が、システムの中に漏出し、産生されたナノ粒子の品質を劣化させ得る。加えて、急冷チャンバ内の非制御冷却および材料流率は、非一貫サイズの粒子につながっていた。別の懸念は、使用済み調質流体の廃棄が、大規模産生のために費用効果的ではないことであった。そのような障害物は、平均処理量スピード、費用効果、およびプラズマベースのナノ粒子産生システムによって産生される粒子の一貫性を妨害する。   For cost effective large scale production of nanoparticles, high material throughput and continuous operation of the nanoparticle production system is preferred. Previous plasma-based nanoparticle production systems suffered from frequent shutdowns to clear clogged channels and replace worn parts. For example, the heat of the plasma gun frequently melts the raw material, clogs the material delivery channel, and the clogging can only be removed if the system is shut down. The plasma gun electrode pits during operation and the system will need to be shut down to replace these parts. The plasma gun faceplate can also melt during continuous operation, allowing cooling fluid to leak out of the cooling ring, resulting in system shutdown to replace the faceplate. Particles may accumulate along the walls of the cooling conduit and the system will need to be shut down to clean the cooling conduit. Furthermore, the nanoparticle size was inconsistent and difficult to control due to variations in system pressure and material flow rate. For example, if the pressure in the quench chamber is below ambient pressure, impurities can leak into the system and degrade the quality of the produced nanoparticles. In addition, uncontrolled cooling and material flow rates within the quench chamber led to inconsistent sized particles. Another concern was that disposal of spent conditioned fluid was not cost effective for large scale production. Such obstacles interfere with average throughput speed, cost effectiveness, and consistency of particles produced by plasma-based nanoparticle production systems.

説明されるシステム、装置、および方法は、システムの動作不能状態を減少させ、より大量のより一貫した処理量を産生し、高処理量粒子産生システムを使用して、より一貫したナノ粒子を生成する。そのような高処理量システム、装置、および方法は、システム内の停止および変動を減少させることによって、連続かつ一貫した流動を産生する。高処理量粒子産生システムは、少なくとも9グラム/分、好ましくは、30グラム/分、より好ましくは、60グラム/分の材料処理量を伴って、少なくとも6時間、少なくとも12時間、少なくとも24時間、少なくとも48時間、少なくとも72時間(3日)、少なくとも336時間(14日)、少なくとも672時間(28日)、または少なくとも1344時間(56日)動作可能なままであることができる。   The described systems, devices, and methods reduce the inoperability of the system, produce a larger amount of more consistent throughput, and use a high-throughput particle production system to produce more consistent nanoparticles To do. Such high throughput systems, devices, and methods produce a continuous and consistent flow by reducing outages and variability in the system. The high throughput particle production system has at least 6 grams, at least 12 hours, at least 24 hours, with a material throughput of at least 9 grams / minute, preferably 30 grams / minute, more preferably 60 grams / minute, It can remain operational for at least 48 hours, at least 72 hours (3 days), at least 336 hours (14 days), at least 672 hours (28 days), or at least 1344 hours (56 days).

粒子産生システム処理量は、一定材料流に依拠する。低速または非一貫材料流は、システム渋滞を生じさせ、不均等粒子サイズ分布をもたらす。説明されるシステム、装置、および方法は、連続入力原材料流、プラズマガン電極上の有意な摩耗の回避、急冷チャンバ内の粒子を急冷却する制御された方法、新しく形成されたナノ粒子が冷却導管の壁に粘着しないように回避するための機構、周囲圧力と比較して、一定であるが、最小限のシステム過圧、および/または使用された調質流体の再循環を使用して、効率的高処理量粒子産生システムの連続動作を提供する。   Particle production system throughput depends on a constant material flow. Slow or inconsistent material flows cause system congestion and result in uneven particle size distribution. The described system, apparatus, and method include a continuous input raw material flow, avoidance of significant wear on the plasma gun electrode, a controlled method of quenching particles in the quench chamber, and the newly formed nanoparticles are cooled by a conduit. Mechanism to avoid sticking to the walls of the chamber, efficiency compared to ambient pressure, but constant but minimal system overpressure and / or recirculation of conditioned fluid used The continuous operation of a high throughput particle production system is provided.

プラズマガン面板の摩耗の減少
典型的プラズマベースのナノ粒子産生システムの長期動作は、プラズマガン面板の溶融および歪曲をもたらし得、システムシャットダウンが、それを交換するために要求され得る。プラズマガンが動作している間、高温の蒸発された材料および新しく発生されたナノ粒子は、プラズマガン出口を通して急冷チャンバの中に排出される。粒子がプラズマガン出口を通して通過するにつれて、有意な熱が、面板に放散され、それを溶融および/または歪曲させ得る。面板の適切な形状が、冷却リングを形成または密閉するために使用されるため、面板の歪曲は、冷却流体の漏出をもたらし得る。冷却リングは、システムの温度を制御するために使用されるため、面板のいかなる溶融または歪曲も、システムシャットダウンおよび産生性の損失をもたらし得る。
Reduced Plasma Gun Faceplate Wear Long-term operation of a typical plasma-based nanoparticle production system can result in melting and distortion of the plasma gun faceplate, and a system shutdown can be required to replace it. While the plasma gun is operating, hot vaporized material and newly generated nanoparticles are exhausted into the quench chamber through the plasma gun outlet. As the particles pass through the plasma gun exit, significant heat is dissipated into the faceplate, which can melt and / or distort it. Since the proper shape of the faceplate is used to form or seal the cooling ring, distortion of the faceplate can lead to cooling fluid leakage. Since the cooling ring is used to control the temperature of the system, any melting or distortion of the faceplate can result in system shutdown and lost productivity.

高温プラズマガン蒸気出口への面板の暴露が最小限にされるような面板開口部の直径の増加は、面板の溶融および歪曲を防止することが分かっている。冷却リングは、次いで、面板から独立して、耐熱材料で密閉されることができる。面板の温度は、好ましくは、24時間超、48時間超、72時間超、160時間超、336時間超、672時間超、または1344時間超のプラズマガンの連続動作の間、900℃を下回って、450℃を下回って、または100℃を下回って保たれる。図2E−Fは、修正されたプラズマガン面板230および独立して密閉された冷却リング218の一実施形態を図示する。修正されたプラズマガン面板230は、メス型電極204を正しい位置に保定することができるが、連続システム動作の間、溶融または歪曲されるほどプラズマガン出口212に近接しないように配置される。独立して、密閉された冷却リング218は、耐熱プラグ232を使用して密閉される。耐熱プラグは、任意の耐熱材料、例えば、ステンレス鋼、チタン、セラミック、または同等物から作製されてもよい。   It has been found that increasing the diameter of the faceplate opening such that exposure of the faceplate to the hot plasma gun vapor outlet is minimized prevents melting and distortion of the faceplate. The cooling ring can then be sealed with a refractory material independent of the faceplate. The faceplate temperature is preferably below 900 ° C. during continuous operation of the plasma gun for more than 24 hours, more than 48 hours, more than 72 hours, more than 160 hours, more than 336 hours, more than 672 hours, or more than 1344 hours. , Kept below 450 ° C or below 100 ° C. 2E-F illustrate one embodiment of a modified plasma gun faceplate 230 and an independently sealed cooling ring 218. The modified plasma gun faceplate 230 is positioned so that the female electrode 204 can be held in place but not so close to the plasma gun outlet 212 that it is melted or distorted during continuous system operation. Independently, the sealed cooling ring 218 is sealed using a heat resistant plug 232. The heat resistant plug may be made from any heat resistant material, such as stainless steel, titanium, ceramic, or the like.

高処理量粒子産生システムの本構成は、プラズマガン面板をそれほど頻繁に交換する必要はないという結果をもたらし、高処理量粒子産生システムの連続使用を可能にする。説明されるシステムは、粒子産生システムが、面板の交換なしに、少なくとも6時間、少なくとも12時間、少なくとも24時間、少なくとも48時間、少なくとも72時間(3日)、少なくとも336時間(14日)、少なくとも672時間(28日)、または少なくとも1344時間(56日)、少なくとも9グラム/分、少なくとも30グラム/分、または少なくとも60グラム/分の流率で継続的に動作することを可能にする。   This configuration of the high throughput particle production system results in the need to replace the plasma gun faceplate less frequently and allows continuous use of the high throughput particle production system. The system described is such that the particle production system is at least 6 hours, at least 12 hours, at least 24 hours, at least 48 hours, at least 72 hours (3 days), at least 336 hours (14 days), at least without faceplate replacement. Allows continuous operation at a flow rate of 672 hours (28 days), or at least 1344 hours (56 days), at least 9 grams / minute, at least 30 grams / minute, or at least 60 grams / minute.

連続材料給送システム
ナノ粒子産生システムでは、粉末、ペレット、ロッド、または他の形態であり得る、入力材料が、材料給送チャネルを介して、プラズマチャネル近傍のプラズマガンの中に給送される。プラズマチャネルに流入する材料は、プラズマ流によって蒸発され、急冷チャンバの中に排出される。しかしながら、プラズマガンを使用するほとんどの粒子産生システムでは、プラズマの熱は、プラズマチャネルに到達する前に、プラズマガンの中に給送される粉末粒子を溶融させる。溶融または部分的に溶融された原材料は、原材料の凝集および材料給送チャネルの詰まりをもたらすことが分かっている。その結果、プラズマガンの動作は、清掃されるまで停止させられなければならず、産生性の損失および長時間システムを継続的に稼働させることの不能性をもたらす
Continuous Material Feeding System In a nanoparticle production system, input material, which can be in powder, pellet, rod, or other form, is fed through a material feed channel into a plasma gun near the plasma channel. . Material flowing into the plasma channel is evaporated by the plasma stream and discharged into the quench chamber. However, in most particle production systems that use a plasma gun, the heat of the plasma melts the powder particles that are fed into the plasma gun before reaching the plasma channel. It has been found that melted or partially melted raw material results in agglomeration of the raw material and clogging of the material delivery channel. As a result, the operation of the plasma gun must be stopped until it is cleaned, resulting in lost productivity and the inability to run the system continuously for extended periods of time.

高処理量システムでは、材料の一定流が、プラズマチャネルの中に給送され、連続材料給送システムを使用して、連続システム動作を可能にし、入力原材料流の中断を回避する。説明されるシステムは、プラズマガンの連続動作が継続する間、自動的に、給送チャネル内の任意の原材料を一掃する、または給送チャネルが一掃されることを可能にする、デバイスを提供する。一実施形態では、給送チャネル内の原材料の溶融に起因する、プラズマガンの中への入力原材料流の中断は、動作時、交互清掃または使用される、交互材料注入ポートを採用することによって防止または低減されることができる。加えて、または代替として、往復運動プランジャデバイスが、プラズマガンに取着され、入力原材料を材料注入ポートを通してプラズマガンの中に押動させ、給送チャネルの有意な原材料凝集および詰まりを回避することができる。加えて、または代替として、パルス状空気噴霧システムが、一掃流体を材料給送システムの中に吹送し、材料を一掃し、チャネルの詰まりを防止するために使用されることができる。   In high throughput systems, a constant flow of material is fed into the plasma channel and a continuous material feed system is used to allow continuous system operation and avoid interruption of the input raw material flow. The described system provides a device that automatically wipes out any raw material in the feed channel or allows the feed channel to be swept out while the continuous operation of the plasma gun continues. . In one embodiment, interruption of the input raw material flow into the plasma gun due to melting of the raw material in the feed channel is prevented by employing an alternating material injection port that is alternately cleaned or used in operation. Or it can be reduced. In addition or alternatively, a reciprocating plunger device is attached to the plasma gun to force the input raw material through the material injection port and into the plasma gun, avoiding significant raw material aggregation and clogging of the feed channel Can do. Additionally or alternatively, a pulsed air atomization system can be used to blow a sweep fluid into the material delivery system to clear material and prevent clogging of the channels.

図3A−Cは、連続材料給送システムのいくつかの実施形態を図示する。図3A−Cに図示されるように、プラズマガン300は、プラズマ領域308内のある場所における内部チャンバの中に原材料を導入するように構成される、1つ以上の材料注入ポート314を含む。1つ以上の材料供給チャネル316は、材料供給源318を材料注入ポート314に接続するために、メス型電極304内に提供されることができる。いくつかの実施形態では、複数の材料注入ポート314および材料供給チャネル316が、内部チャンバの周囲に環状形態で配置される。いくつかの実施形態では、単一材料注入ポート314および材料供給チャネル316が、使用される。いくつかの実施形態では、2つ以上の材料注入ポート314および材料供給チャネル316が、使用される。いくつかの実施形態では、材料注入ポート314および材料供給チャネル316は、プラズマ流が形成される場所より、作業ガスが流入領域306の中に導入される場所に近接して配置される場所において、内部チャンバの中に原材料を導入するように構成される。いくつかの実施形態では、材料注入ポート314および材料供給チャネル316は、プラズマガン出口312により近接して配置される場所において、内部チャンバの中に原材料を導入するように構成される。連続材料給送システム内の材料注入ポート314の直径は、約1ミリメートル〜約20ミリメートルの範囲であることができる。より広い材料注入ポート314は、より狭い材料注入ポートと比較して、詰まりの頻度が低下される。好ましくは、材料注入ポート314の最小直径は、少なくとも3ミリメートルであって、連続材料流および連続システム動作を可能にする。   3A-C illustrate some embodiments of a continuous material delivery system. As illustrated in FIGS. 3A-C, the plasma gun 300 includes one or more material injection ports 314 configured to introduce raw materials into an internal chamber at a location within the plasma region 308. One or more material supply channels 316 can be provided in the female electrode 304 to connect the material source 318 to the material injection port 314. In some embodiments, a plurality of material injection ports 314 and material supply channels 316 are arranged in an annular configuration around the inner chamber. In some embodiments, a single material injection port 314 and a material supply channel 316 are used. In some embodiments, more than one material injection port 314 and material supply channel 316 are used. In some embodiments, the material injection port 314 and the material supply channel 316 are located closer to where the working gas is introduced into the inflow region 306 than where the plasma flow is formed. Configured to introduce raw materials into the internal chamber. In some embodiments, material injection port 314 and material supply channel 316 are configured to introduce raw material into the internal chamber at a location that is located closer to plasma gun outlet 312. The diameter of the material injection port 314 in the continuous material delivery system can range from about 1 millimeter to about 20 millimeters. The wider material injection port 314 is less clogged compared to the narrower material injection port. Preferably, the minimum diameter of the material injection port 314 is at least 3 millimeters to allow continuous material flow and continuous system operation.

図3Aは、交互材料注入ポートを使用する、連続材料給送システムの一実施形態を図示する。そのような実施形態は、2つ以上の材料注入ポート314および材料供給チャネル316を含む。各材料供給チャネル316内には、材料供給源318を材料注入ポート314に接続する、可撤性材料供給管320が配置される。随意に、可撤性材料供給管320は、一時的に、ねじ山付きコネクタまたは掛け留め機構を使用して、定位置に固定されることができる。高処理量粒子産生システムの動作の間、1つ以上の材料供給チャネル316は、アクティブであることができ、1つ以上の材料供給チャネル316は、非アクティブであることができる。材料供給チャネル316が非アクティブである間、原材料は、その材料供給チャネル316を通してプラズマガンの中に流動しない。材料供給チャネル316がアクティブである間、原材料は、材料供給源318から、可撤性材料供給管320および材料供給チャネル316を通して、材料注入ポート314から、プラズマガンの中に流動する。高処理量粒子産生システムの長期連続使用の間、高温プラズマの放射熱は、原材料を部分的に溶融させ、原材料の凝集および可撤性材料供給管320の詰まりを生じさせ得る。可撤性材料供給管320が詰まり始めていることが検出されると、非アクティブ材料供給チャネル316は、アクティブ化されてもよく、アクティブ材料供給チャネル316は、非アクティブ化されてもよい。材料供給チャネル316が非アクティブである間、可撤性材料供給管320は、材料供給チャネル316から除去され、詰まりが取り除かれる、清掃される、または交換されてもよい。可撤性材料供給管320は、次いで、材料供給チャネル316の中に再嵌合され、必要に応じて、または別様に所望に応じて、アクティブ化されることができる。材料供給チャネル316のアクティブ化状態の本切替は、少なくとも1つの材料供給チャネル316が高処理量粒子産生システムの動作の間、アクティブ状態のままであることを確実し、かつ連続材料給送流を確実にする。   FIG. 3A illustrates one embodiment of a continuous material delivery system that uses alternating material injection ports. Such an embodiment includes two or more material injection ports 314 and a material supply channel 316. Disposed within each material supply channel 316 is a removable material supply tube 320 that connects the material source 318 to the material injection port 314. Optionally, the removable material supply tube 320 can be temporarily secured in place using a threaded connector or a latching mechanism. During operation of the high throughput particle production system, one or more material supply channels 316 can be active and one or more material supply channels 316 can be inactive. While the material supply channel 316 is inactive, the raw material does not flow through the material supply channel 316 and into the plasma gun. While the material supply channel 316 is active, the raw material flows from the material source 318, through the removable material supply tube 320 and the material supply channel 316, from the material injection port 314 and into the plasma gun. During long-term continuous use of a high-throughput particle production system, the radiant heat of the high temperature plasma can partially melt the raw material, causing the raw material to coagulate and the removable material supply tube 320 to become clogged. When it is detected that the removable material supply tube 320 is beginning to clog, the inactive material supply channel 316 may be activated and the active material supply channel 316 may be deactivated. While the material supply channel 316 is inactive, the removable material supply tube 320 may be removed from the material supply channel 316 to clear clogs, be cleaned, or replaced. The removable material supply tube 320 can then be re-fitted into the material supply channel 316 and activated as needed or otherwise desired. This switching of the activated state of the material supply channel 316 ensures that at least one material supply channel 316 remains active during operation of the high-throughput particle production system and allows continuous material feed flow. to be certain.

図3Bは、往復運動プランジャデバイス322を使用する、連続材料給送システムの一実施形態を図示する。往復運動プランジャデバイス322は、プランジャ324と、プランジャ筐体326と、制御機構とを含む。プランジャ324は、プランジャ324が、図3Bに図示されるように、延在位置にあるとき、材料供給チャネル316を通して延在するように配置される。プランジャ324はまた、制御機構によって制御されるように、プランジャ筐体326の中に後退されることができる。制御機構は、プランジャ324が延在位置と後退位置との間で往復運動することを可能にする、任意の機構であってもよい。いくつかの実施形態では、制御機構は、クランクシャフトまたは油圧制御システムであってもよい。図3Bに図示される実施形態では、制御機構は、ガスをガス源330から4方直動式ソレノイド弁332に適用することによってアクティブ化される、ガス駆動式ピストン328である。直動式ばね復帰ソレノイド弁332が、交互に、プランジャ筐体326の上部および底部にガスを適用し、それによって、ピストン328をアクティブ化し、プランジャ324が往復運動することを可能にする。いくつかの実施形態では、使用されるガスは、アルゴンである。いくつかの実施形態では、プランジャは、少なくとも2回/秒、より好ましくは、少なくとも6回/秒、または少なくとも8回/秒の率で往復運動する。いくつかの実施形態では、プランジャは、近傍プラズマの熱に起因する、減弱および汚染を回避するために、セラミックである。他の実施形態では、プランジャは、タングステンから作製される、またはそれによって裏打ちされる。   FIG. 3B illustrates one embodiment of a continuous material delivery system that uses a reciprocating plunger device 322. The reciprocating plunger device 322 includes a plunger 324, a plunger housing 326, and a control mechanism. Plunger 324 is arranged to extend through material supply channel 316 when plunger 324 is in the extended position, as illustrated in FIG. 3B. Plunger 324 can also be retracted into plunger housing 326 as controlled by a control mechanism. The control mechanism may be any mechanism that allows the plunger 324 to reciprocate between an extended position and a retracted position. In some embodiments, the control mechanism may be a crankshaft or a hydraulic control system. In the embodiment illustrated in FIG. 3B, the control mechanism is a gas driven piston 328 that is activated by applying gas from the gas source 330 to the four-way direct acting solenoid valve 332. Direct acting spring return solenoid valve 332 alternately applies gas to the top and bottom of plunger housing 326 thereby activating piston 328 and allowing plunger 324 to reciprocate. In some embodiments, the gas used is argon. In some embodiments, the plunger reciprocates at a rate of at least 2 times / second, more preferably at least 6 times / second, or at least 8 times / second. In some embodiments, the plunger is ceramic to avoid attenuation and contamination due to the heat of the nearby plasma. In other embodiments, the plunger is made of or lined with tungsten.

粒子産生システムの動作の間、プランジャ324が後退位置にあるとき、原材料が、材料供給源318から、プランジャヘッド334にわたって流動することが可能にされる。往復運動プランジャ制御機構は、プランジャ324を材料供給チャネル316終点を通して延在させ、材料注入ポート314を介して、粉末を内部チャンバに送達する。材料供給チャネル316を通したプランジャ324の挿入は、原材料の凝集によって生じる材料供給チャネル316および材料注入ポート314の詰まりを緩和させる。プランジャ324は、次いで、初期後退位置に往復運動し、サイクルを再開する。プランジャ324のその初期後退位置への往復運動に応じて、原材料は、再び、材料供給源318からプランジャヘッド334にわたって流動することができる。プランジャ324は、本運動を規則的間隔で繰り返し、原材料のプラズマガン300の内部チャンバの中への一定流動を可能にすることができる。   During operation of the particle production system, raw material is allowed to flow from the material source 318 across the plunger head 334 when the plunger 324 is in the retracted position. A reciprocating plunger control mechanism extends the plunger 324 through the material supply channel 316 end point and delivers powder to the internal chamber via the material injection port 314. Insertion of plunger 324 through material supply channel 316 alleviates clogging of material supply channel 316 and material injection port 314 caused by agglomeration of raw materials. Plunger 324 then reciprocates to the initial retracted position and restarts the cycle. In response to the reciprocation of the plunger 324 to its initial retracted position, the raw material can again flow from the material source 318 across the plunger head 334. Plunger 324 can repeat this movement at regular intervals to allow a constant flow of raw material into the interior chamber of plasma gun 300.

図3Cは、パルス状ガス噴霧システム334を使用する、連続材料給送システムの一実施形態を図示する。パルス状ガス噴霧システム334では、ガス噴霧源336は、注入供給源ポート314に向かって指向される材料供給チャネル316内に配置される。ガス供給源338は、ガス、好ましくは、アルゴンをガス噴霧源336に供給する。ガスの流動は、2方直動式ソレノイド弁340によって制御され、パルス状ガスが、ガス噴霧源336から材料供給チャネル316の中に放出されることを可能にしてもよい。圧力調整器342および圧力解放弁344が、ガス供給源338と2方直動式ソレノイド弁340との間に配置され、放出されるガスの圧力を調整することができる。高圧パルス状ガスは、材料供給チャネル316内のいかなる凝集された原材料も一掃し、高処理量粒子産生システムの動作の間、詰まりを防止することができる。   FIG. 3C illustrates one embodiment of a continuous material delivery system that uses a pulsed gas spray system 334. In the pulsed gas spray system 334, the gas spray source 336 is disposed in a material supply channel 316 that is directed toward the infusion source port 314. The gas supply source 338 supplies a gas, preferably argon, to the gas spray source 336. The gas flow may be controlled by a two-way direct acting solenoid valve 340 to allow pulsed gas to be released from the gas spray source 336 into the material supply channel 316. A pressure regulator 342 and a pressure release valve 344 are disposed between the gas supply source 338 and the two-way direct acting solenoid valve 340 to adjust the pressure of the released gas. The high pressure pulsed gas can clear any agglomerated raw material in the material supply channel 316 and prevent clogging during operation of the high throughput particle production system.

連続材料給送システムをナノ粒子産生システムに提供することは、システムが、材料供給チャネルを詰まらせている凝集された原材料を一掃するために、シャットダウンされる必要がないことを確実にする。これは、高処理量粒子産生システムの中への原材料の連続流を可能にし、長期システム動作および処理量を可能にする。説明されるシステムは、粒子産生システムが、少なくとも6時間、少なくとも12時間、少なくとも24時間、少なくとも48時間、少なくとも72時間(3日)、少なくとも336時間(14日)、少なくとも672時間(28日)、または少なくとも1344時間(56日)、少なくとも9グラム/分、少なくとも30グラム/分、または少なくとも60グラム/分の原材料の流率で継続的に動作することを可能にする。   Providing a continuous material delivery system to the nanoparticle production system ensures that the system does not need to be shut down to clear the agglomerated raw material clogging the material supply channel. This allows a continuous flow of raw material into the high throughput particle production system, allowing long term system operation and throughput. The system described is such that the particle production system is at least 6 hours, at least 12 hours, at least 24 hours, at least 48 hours, at least 72 hours (3 days), at least 336 hours (14 days), at least 672 hours (28 days). , Or at least 1344 hours (56 days), allowing continuous operation at a raw material flow rate of at least 9 grams / minute, at least 30 grams / minute, or at least 60 grams / minute.

プラズマガン電極の不均等摩耗の減少
典型的プラズマベースのナノ粒子産生システムの長期動作は、プラズマガン電極の過剰孔食および侵食をもたらし、これらの摩耗部品を交換するために、システムシャットダウンを余儀なくすることが分かっている。プラズマガンが動作している間、作業ガスが、流入領域の中に導入され、オス型電極とメス型電極との間に形成されるプラズマチャネルを通して流動し続ける。オス型とメス型電極との間の作業ガスに印加される電流は、プラズマ流の中へのガスを励起させ、電極間の定常プラズマアーク形成をもたらす。定常プラズマアークによって生じる不均等熱分布は、プラズマガン電極への不均等摩耗を生じさせる。特に、電極は、動作の間、孔食される。不均等電極孔食および摩耗は、作業ガスのある部分が、電極孔食または他の摩耗内に捕捉され、それによって減速され、プラズマチャネルを通して均等に流動不能であるため、プラズマ領域内の作業ガスの非一貫流動をもたらす。粒子形成の間の非一貫流動は、非制御および不均等粒子癒合をもたらすため、望ましくない。不均等孔食は、したがって、電極の交換につながり、システムシャットダウンおよび産生性の損失を余儀なくする。
Reduced non-uniform wear of plasma gun electrodes The long-term operation of a typical plasma-based nanoparticle production system results in excessive pitting and erosion of the plasma gun electrode, necessitating a system shutdown to replace these worn parts I know that. While the plasma gun is in operation, working gas is introduced into the inflow region and continues to flow through the plasma channel formed between the male and female electrodes. The current applied to the working gas between the male and female electrodes excites the gas into the plasma stream, resulting in steady plasma arc formation between the electrodes. The uneven heat distribution caused by the steady plasma arc causes uneven wear on the plasma gun electrode. In particular, the electrodes are pitting during operation. Uneven electrode pitting and wear is caused by the working gas in the plasma region because some portion of the working gas is trapped within the electrode pitting or other wear and is thereby decelerated and cannot flow evenly through the plasma channel. Inconsistent flow of Inconsistent flow during particle formation is undesirable because it results in uncontrolled and uneven particle coalescence. Non-uniform pitting therefore leads to electrode replacement, resulting in system shutdown and lost productivity.

プラズマガン電極の不均等摩耗は、電極を横断して、作業ガスの非線形バルク流動方向、好ましくは、実質的渦螺旋流を印加することによって、回避または減速されることができることが分かっている。作業ガスの実質的渦螺旋流は、作業ガスを均等に分散させることによって、定常プラズマアークを防止する。これはまた、電極の孔食および結果として生じるシステム動作の中断を防止し、高処理量粒子産生システムの連続使用を可能にする。一実施形態では、プラズマ領域に先立って、プラズマガンの中に設置される作業ガス注入リングは、必要な渦を提供することができる。作業ガス注入リングは、好ましくは、オス型電極の周囲に環状に位置付けられる、1つ以上のポートを含有し、均等なガス流動分布を発生させる。   It has been found that uneven wear of the plasma gun electrode can be avoided or slowed by applying a non-linear bulk flow direction of the working gas, preferably a substantial vortex spiral flow, across the electrode. The substantial vortex spiral flow of the working gas prevents a steady plasma arc by distributing the working gas evenly. This also prevents electrode pitting and the resulting interruption of system operation, allowing continuous use of high throughput particle production systems. In one embodiment, a working gas injection ring installed in the plasma gun prior to the plasma region can provide the necessary vortices. The working gas injection ring preferably contains one or more ports positioned annularly around the male electrode to generate an even gas flow distribution.

図3A、3B、および3Cはそれぞれ、作業ガス注入リング346を伴う、プラズマガン300を図示する。作業ガス注入リング346は、オス型電極302およびメス型電極304によって形成されるチャネル内に配置され、流入領域306をプレナムチャンバ348から分離する。プレナムチャンバ348は、好ましくは、作業ガスをガス入口310から受け取り、注入リング364を通して、作業ガスをチャネルの流入領域306に供給する。作業ガスは、好ましくは、作業ガス注入リング346を通した逆流を回避するために、流入領域306内より、プレナムチャンバ348内に高い圧力で供給される。いくつかの実施形態では、注入リング346は、セラミックである。好ましくは、注入リング346は、それを通して作業ガスが流入領域306に供給される、1つ以上の注入ポート350を備える。いくつかの実施形態では、複数の注入ポート350が、オス型電極302の周囲に環状形態で配置され、好ましくは、均一に離間される。一実施形態では、注入ポート350は、実質的渦状螺旋パターンにおいて、作業ガスを流入領域306に、最終的には、プラズマ領域308に供給するように構成される。いくつかの実施形態では、注入ポート350は、実質的渦状螺旋パターンを誘発するために、オス型電極302に向かって角度付けられる。いくつかの実施形態では、注入ポート350は、実質的渦状螺旋パターンを誘発するために、オス型電極302から離れるように角度付けられる。ガスが全ノズルから流出することを確実にするために、プレナムチャンバ348内の圧力は、プレナムチャンバ348およびガス注入リング346の下流の圧力より高い。注入リング346の設置に起因して、作業ガスが、螺旋パターンにおいて、実質的に渦状である結果、プラズマ領域308内で発生されたプラズマアークは、オス型電極302およびメス型電極304上の種々の場所に動き回り、それによって、実質的に、オス型電極302およびメス型電極304の孔食または不均等摩耗を回避する。   3A, 3B, and 3C each illustrate a plasma gun 300 with a working gas injection ring 346. FIG. A working gas injection ring 346 is disposed in the channel formed by the male electrode 302 and the female electrode 304 and separates the inflow region 306 from the plenum chamber 348. The plenum chamber 348 preferably receives working gas from the gas inlet 310 and supplies working gas to the channel inlet region 306 through the inlet ring 364. The working gas is preferably supplied at a higher pressure in the plenum chamber 348 than in the inflow region 306 to avoid backflow through the working gas injection ring 346. In some embodiments, the injection ring 346 is ceramic. Preferably, the injection ring 346 includes one or more injection ports 350 through which working gas is supplied to the inflow region 306. In some embodiments, a plurality of injection ports 350 are disposed in an annular configuration around the male electrode 302 and are preferably spaced evenly. In one embodiment, the injection port 350 is configured to supply working gas to the inlet region 306 and ultimately to the plasma region 308 in a substantially spiral spiral pattern. In some embodiments, the injection port 350 is angled toward the male electrode 302 to induce a substantially spiral spiral pattern. In some embodiments, the injection port 350 is angled away from the male electrode 302 to induce a substantially spiral spiral pattern. The pressure in the plenum chamber 348 is higher than the pressure downstream of the plenum chamber 348 and the gas injection ring 346 to ensure that gas flows out of all nozzles. Due to the placement of the injection ring 346, the working gas is substantially vortexed in a spiral pattern, so that the plasma arc generated in the plasma region 308 is different on the male electrode 302 and the female electrode 304. , Thereby substantially avoiding pitting or uneven wear of male electrode 302 and female electrode 304.

電極摩耗はまた、オス型電極302またはメス型電極304を産生するために、耐熱伝導性金属を利用することによって低減されてもよい。代替として、オス型電極302またはメス型電極304の全部または一部は、タングステン、ニオブ、モリブデン、タンタル、またはレニウム等の耐熱伝導性金属で裏打ちされてもよい。いくつかの実施形態では、耐熱伝導性金属は、タングステンである。オス型電極302およびメス型電極304は、同一耐熱伝導性材料から作製される、またはそれで裏打ちされる必要はない。いくつかの実施形態では、オス型電極302のみ、耐熱伝導性金属で裏打ちされる。別の実施形態では、メス型電極304のみ、耐熱伝導性金属で裏打ちされる。いくつかの実施形態では、メス型電極304に沿った円筒形チャネル309のみ、耐熱伝導性金属で裏打ちされる。耐熱伝導性金属は、電極が、より長時間、プラズマによって産生される高温に耐えることを可能にし、それによって、真鍮または銅等のプラズマガン電極においてより頻繁に使用される伝導性金属と比較して、摩耗を低減させる。   Electrode wear may also be reduced by utilizing a heat conductive metal to produce a male electrode 302 or a female electrode 304. Alternatively, all or part of male electrode 302 or female electrode 304 may be lined with a heat resistant conductive metal such as tungsten, niobium, molybdenum, tantalum, or rhenium. In some embodiments, the refractory conductive metal is tungsten. The male electrode 302 and the female electrode 304 need not be made of, or lined with, the same heat conductive material. In some embodiments, only the male electrode 302 is lined with a refractory conductive metal. In another embodiment, only the female electrode 304 is lined with a refractory conductive metal. In some embodiments, only the cylindrical channel 309 along the female electrode 304 is lined with a refractory conductive metal. Refractory conductive metals allow the electrodes to withstand the high temperatures produced by the plasma for longer periods of time, thereby comparing to the more frequently used conductive metals in plasma gun electrodes such as brass or copper. Reduce wear.

高処理量粒子産生システムの本構成は、プラズマガン電極を交換される頻度が低くなる結果をもたらし、高処理量粒子産生システムの連続使用を可能にする。説明されるシステムは、粒子産生システムが、電極の交換なしに、少なくとも6時間、少なくとも12時間、少なくとも24時間、少なくとも48時間、少なくとも72時間(3日)、少なくとも336時間(14日)、少なくとも672時間(28日)、または少なくとも1344時間(56日)、少なくとも9グラム/分、少なくとも30グラム/分、または少なくとも60グラム/分の流率で継続的に動作することを可能にする。   This configuration of the high-throughput particle production system results in less frequent replacement of the plasma gun electrode, allowing continuous use of the high-throughput particle production system. The system described is such that the particle production system is at least 6 hours, at least 12 hours, at least 24 hours, at least 48 hours, at least 72 hours (3 days), at least 336 hours (14 days), at least without electrode replacement. Allows continuous operation at a flow rate of 672 hours (28 days), or at least 1344 hours (56 days), at least 9 grams / minute, at least 30 grams / minute, or at least 60 grams / minute.

滞留時間増加を通した狭粒子サイズ分布
粒子核生成および表面成長が、エネルギー送達およびプラズマガンの円筒形チャネル309内における材料蒸発直後に生じる。粒子が凝固および癒合し続ける滞留時間は、蒸発後、粒子が急冷チャンバの中に排出され、十分に冷却されるまでの時間を形成し続ける。より長い滞留時間は、より狭い粒子サイズ分布をもたらし、これは、ナノ粒子の産生において望ましい。滞留時間は、プラズマガンを通る作業ガス流率を低下させることによって増加され得るが、これは、材料処理量の全体的低下をもたらし、高処理量ナノ粒子産生システムにおいて望ましくない。
Narrow particle size distribution through increased residence time Particle nucleation and surface growth occurs immediately after energy delivery and material evaporation in the cylindrical channel 309 of the plasma gun. The residence time during which the particles continue to solidify and coalesce continues to form a time after evaporation, until the particles are exhausted into the quench chamber and fully cooled. Longer residence times result in a narrower particle size distribution, which is desirable in the production of nanoparticles. Residence time can be increased by reducing the working gas flow rate through the plasma gun, but this results in an overall reduction in material throughput, which is undesirable in high throughput nanoparticle production systems.

メス型電極304内の円筒形チャネル309を広げることは、狭粒子分布を伴うナノ粒子を産生するための全体的材料処理量に影響を及ぼすことなく、粒子形成の間の滞留時間を十分に増加させることができることが分かっている。いくつかの実施形態では、円筒形チャネル309の直径は、約3ミリメートル〜約20ミリメートルである。好ましくは、円筒形チャネル309の直径は、少なくとも4ミリメートルである。プラズマガン内の粒子の平均滞留時間は、少なくとも3ms、少なくとも10ms、または少なくとも40msである。   Widening the cylindrical channel 309 in the female electrode 304 sufficiently increases the residence time during particle formation without affecting the overall material throughput to produce nanoparticles with a narrow particle distribution I know you can. In some embodiments, the diameter of the cylindrical channel 309 is about 3 millimeters to about 20 millimeters. Preferably, the diameter of the cylindrical channel 309 is at least 4 millimeters. The average residence time of the particles in the plasma gun is at least 3 ms, at least 10 ms, or at least 40 ms.

説明されるシステムは、粒子産生システムが、十分に狭いサイズ分布を伴うナノ粒子を産生しながら、少なくとも6時間、少なくとも12時間、少なくとも24時間、少なくとも48時間、少なくとも72時間(3日)、少なくとも336時間(14日)、少なくとも672時間(28日)、または少なくとも1344時間(56日)、少なくとも9グラム/分、少なくとも30グラム/分、または少なくとも60グラム/分の流率で継続的に動作することを可能にする。   The described system is at least 6 hours, at least 12 hours, at least 24 hours, at least 48 hours, at least 72 hours (3 days), while the particle production system produces nanoparticles with a sufficiently narrow size distribution. Continuously operating at a flow rate of 336 hours (14 days), at least 672 hours (28 days), or at least 1344 hours (56 days), at least 9 grams / minute, at least 30 grams / minute, or at least 60 grams / minute Make it possible to do.

超乱流急冷チャンバ
プラズマガンから急冷チャンバの中への出射後、粒子は、冷却プロセスの間に蒸発された材料の凝固および癒合に起因して、成長し続ける。本冷却プロセスは、急冷チャンバ内で生じる。いくつかの事例では、反応性混合物をあまりに高温にあまりに長い時間維持することは、最終生成物中における過度に凝集された粒子につながり得る。新しく形成されたナノ粒子を冷却する典型的方法は、高温反応性混合物と調質流体を円錐台状急冷チャンバ内で混合することを含む。急冷チャンバの円錐台状形状は、流体流を再指向することによって、調質流体の乱流の増加を可能にし、これはさらに、粒子冷却を加速させる。付加的乱流は、急冷チャンバに提供される調質流体の率を加速させることによって提供されてもよい。急冷チャンバの円錐台状形状および高調質流体流率は、ある付加的乱流を提供するが、高処理量システムによって産生されるより小さく、かつより良好に制御されたナノ粒子のために、超乱流急冷チャンバが、望ましい。超乱流急冷チャンバのいくつかの実施形態は、米国特許公開第2008/0277267号に提供されており、その内容は、参照することによって、その全体として本明細書に組み込まれる。
Super Turbulent Quench Chamber After exiting from the plasma gun into the quench chamber, the particles continue to grow due to solidification and coalescence of the material evaporated during the cooling process. This cooling process occurs in the quench chamber. In some cases, maintaining the reactive mixture at too high a temperature for too long can lead to over-agglomerated particles in the final product. An exemplary method for cooling newly formed nanoparticles involves mixing the high temperature reactive mixture and conditioned fluid in a frustoconical quenching chamber. The frustoconical shape of the quench chamber allows for increased turbulence of the conditioned fluid by redirecting the fluid flow, which further accelerates particle cooling. Additional turbulence may be provided by accelerating the rate of conditioned fluid provided to the quench chamber. The frustoconical shape of the quench chamber and the harmonic fluid flow rate provide some additional turbulence, but because of the smaller and better controlled nanoparticles produced by the high throughput system, A turbulent quench chamber is desirable. Some embodiments of super turbulent quench chambers are provided in US Patent Publication No. 2008/0277267, the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety.

高処理量粒子産生システムでは、乱流誘発噴霧が、急冷チャンバ内に提供され、乱流をさらに増加させ、超乱流急冷チャンバを産生してもよい。図4Aは、乱流誘発噴霧を使用する、超乱流急冷チャンバの一実施形態を図示する。プラズマガン402からプラズマガン出口404を通した反応混合物の出射に応じて、反応混合物は、急冷チャンバ406に流入する。高温反応混合物が、急冷チャンバ406の中に移動するにつれて、急速に膨張し、冷却し始める。新しく形成された粒子は、本冷却プロセスの間、材料の温度が閾値温度を下回るまで、急冷チャンバ内で凝集し、サイズを成長させる。急冷チャンバ406内の圧力勾配は、急冷チャンバ出口410において、急冷チャンバ406から、冷却導管412の中へと粒子を流出させる。圧力勾配は、急冷チャンバの下流に配置される吸引力発生器408によって提供されてもよい。吸引力発生器408は、限定ではないが、真空または送風機であってもよい。吸引力発生器408の代替として、またはそれに加え、圧力勾配が、調質流体が、急冷チャンバ出口410を通して流出するより高い圧力で、急冷チャンバ406の中に流動することによって提供されてもよい。調質流体は、ガンボックス414に提供されることができ、これは、1つ以上のポート416によって、急冷チャンバ406に流動的に接続される。   In a high throughput particle production system, turbulence-induced spray may be provided in the quench chamber to further increase turbulence and produce a super turbulent quench chamber. FIG. 4A illustrates one embodiment of a super turbulent quench chamber using turbulence induced spray. In response to exit of the reaction mixture from the plasma gun 402 through the plasma gun outlet 404, the reaction mixture flows into the quench chamber 406. As the hot reaction mixture moves into the quench chamber 406, it rapidly expands and begins to cool. Newly formed particles agglomerate and grow in size during the cooling process until the temperature of the material falls below the threshold temperature. The pressure gradient in quench chamber 406 causes particles to flow out of quench chamber 406 into cooling conduit 412 at quench chamber outlet 410. The pressure gradient may be provided by a suction force generator 408 located downstream of the quench chamber. The suction generator 408 may be, but is not limited to, a vacuum or a blower. As an alternative to or in addition to the suction generator 408, a pressure gradient may be provided by flowing the conditioned fluid into the quench chamber 406 at a higher pressure that flows out through the quench chamber outlet 410. Conditioned fluid can be provided to the gun box 414, which is fluidly connected to the quench chamber 406 by one or more ports 416.

付加的乱流および加速された冷却を提供するために、1つ以上の乱流誘発噴霧源420が、乱流流体を急冷チャンバ406の中に注入する。いくつかの実施形態では、乱流流体は、調質流体と同一タイプである。いくつかの実施形態では、乱流流体は、アルゴンであるが、また、異なる不活性ガスであってもよい。いくつかの実施形態では、複数の乱流誘発噴霧源420は、プラズマガン出口404の周囲に環状形態で配置される。好ましくは、複数の乱流誘発噴霧源420を使用する、いくつかの実施形態では、乱流誘発噴霧源420は、均一に離間される。複数の乱流誘発噴霧源420が採用される、いくつかの実施形態では、乱流誘発噴霧源420は、独立して、乱流流体が供給されてもよい。いくつかの実施形態では、乱流誘発噴霧源420は、単一乱流流体供給源と流動的に相互接続されてもよい。いくつかの実施形態では、乱流誘発噴霧源420は、管422および噴霧ノズル424を装備する。しかしながら、いくつかの実施形態では、噴霧ノズル424は、提供されず、乱流流体は、直接、管422から放出される。   One or more turbulence inducing spray sources 420 inject turbulent fluid into quench chamber 406 to provide additional turbulence and accelerated cooling. In some embodiments, the turbulent fluid is the same type as the conditioned fluid. In some embodiments, the turbulent fluid is argon, but may also be a different inert gas. In some embodiments, the plurality of turbulence inducing spray sources 420 are arranged in an annular configuration around the plasma gun outlet 404. Preferably, in some embodiments using multiple turbulence inducing spray sources 420, the turbulence inducing spray sources 420 are uniformly spaced. In some embodiments where multiple turbulence induced spray sources 420 are employed, the turbulence induced spray source 420 may be independently supplied with turbulent fluid. In some embodiments, the turbulence inducing spray source 420 may be fluidly interconnected with a single turbulent fluid source. In some embodiments, the turbulence inducing spray source 420 is equipped with a tube 422 and a spray nozzle 424. However, in some embodiments, the spray nozzle 424 is not provided and turbulent fluid is discharged directly from the tube 422.

乱流流体は、圧力100〜300PSIで乱流誘発噴霧源420に供給され、急冷チャンバ内で乱流を誘発することができる。いくつかの実施形態では、乱流流体は、圧力200PSIで供給される。いくつかの実施形態では、乱流流体は、圧力120PSIで供給される。いくつかの実施形態では、乱流流体は、圧力260PSIで供給される。好ましくは、発生される乱流は、1000を上回るレイノズル係数であるべきである。乱流誘発噴霧源420は、角度が90度を上回るとき、調質流体の流動が反応性反応混合物の流動に対抗するように、プラズマガン出口404を通る反応性反応混合物の流動に対して20〜120度で調質流体を出射することができる。いくつかの実施形態では、乱流誘発噴霧源420は、図4Aに図示されるように、プラズマガン出口404を通る反応性反応混合物の流動に垂直に乱流流体を出射することができる。複数の乱流誘発噴霧源420を伴う実施形態では、乱流誘発噴霧源420は、乱流誘発噴霧源420が乱流流体を直接任意の他の乱流誘発噴霧源420に向かって放出しないように、環状形態の中心から離れるように角度付けられてもよい。いくつかの実施形態では、乱流誘発噴霧源420は、環状形態の中心から2〜15度離れるように角度付けられる。いくつかの実施形態では、乱流誘発噴霧源420は、環状形態の中心から12度離れるように角度付けられる。いくつかの実施形態では、乱流誘発噴霧源420は、環状形態の中心から8度離れるように角度付けられる。いくつかの実施形態では、乱流誘発噴霧源420は、環状形態の中心から5度離れるように角度付けられる。いくつかの実施形態では、乱流誘発噴霧源420は、環状形態の中心から2度離れるように角度付けられる。   Turbulent fluid can be supplied to the turbulence inducing spray source 420 at a pressure of 100-300 PSI to induce turbulence in the quench chamber. In some embodiments, the turbulent fluid is supplied at a pressure of 200 PSI. In some embodiments, the turbulent fluid is supplied at a pressure of 120 PSI. In some embodiments, the turbulent fluid is supplied at a pressure of 260 PSI. Preferably, the turbulence generated should have a Ray nozzle coefficient greater than 1000. The turbulence inducing spray source 420 is 20 relative to the flow of reactive reaction mixture through the plasma gun outlet 404 such that when the angle is greater than 90 degrees, the flow of conditioned fluid opposes the flow of reactive reaction mixture. The conditioned fluid can be emitted at ˜120 degrees. In some embodiments, the turbulence inducing spray source 420 can emit turbulent fluid perpendicular to the flow of the reactive reaction mixture through the plasma gun outlet 404, as illustrated in FIG. 4A. In embodiments with multiple turbulence induced spray sources 420, the turbulence induced spray source 420 prevents the turbulence induced spray source 420 from releasing turbulent fluid directly toward any other turbulence induced spray source 420. And may be angled away from the center of the annular form. In some embodiments, the turbulence inducing spray source 420 is angled 2-15 degrees away from the center of the annular form. In some embodiments, the turbulence inducing spray source 420 is angled 12 degrees away from the center of the annular form. In some embodiments, the turbulence inducing spray source 420 is angled 8 degrees away from the center of the annular form. In some embodiments, the turbulence inducing spray source 420 is angled 5 degrees away from the center of the annular form. In some embodiments, the turbulence inducing spray source 420 is angled 2 degrees away from the center of the annular form.

乱流誘発噴霧源420によって発生される乱流は、調質流体と反応混合物の混合を助長し、それによって、急冷率を増加させる。急冷率は、乱流誘発噴霧源420によって発生される乱流の量を改変することによって調節されてもよい。例えば、乱流誘発噴霧は、材料流動流により垂直に、または乱流誘発噴霧によって放出される調質流体の流率を増加させることによって、角度付けられてもよい。   The turbulence generated by the turbulence induced spray source 420 facilitates mixing of the conditioned fluid and the reaction mixture, thereby increasing the quench rate. The quench rate may be adjusted by modifying the amount of turbulence generated by the turbulence inducing spray source 420. For example, the turbulence induced spray may be angled either vertically by the material flow or by increasing the flow rate of the conditioned fluid released by the turbulence induced spray.

超乱流急冷チャンバ406内に乱流増加を産生する代替実施形態が、図4Bおよび5に図示される。本実施形態では、乱流誘発噴霧は、リング構造426および500を使用して相互接続される。リング構造426は、プラズマガン出口404を通してプラズマガン402から流出する反応性材料の流動が、リング構造426を通して通過するように、急冷チャンバ406内に配置されることができる。図5を参照すると、リング構造500が乱流流体をリング構造に供給し得る、乱流流体供給導管504に流動的に接続される、内側チャネル502を備える。内側チャネル502は、リング構造500全体を通してほぼ均等に乱流流体を分散させるように構成される。1つ以上の出口ポート506が、リング構造500に沿って環状に配置され、乱流流体を急冷チャンバの中に放出する。出口ポート506は、角度が90度を上回るとき、乱流流体の流動が反応性反応混合物の流動に対抗するように、プラズマガン出口404を通る反応性反応混合物の流動に対して20〜120度で乱流流体を出射することができる。いくつかの実施形態では、出口ポート506は、プラズマガン出口404を通る反応性反応混合物の流動に垂直に乱流流体を出射することができる。複数の出口ポート506を伴う実施形態では、出口ポート506は、出口ポート506が、直接、任意の他の出口ポート506に向かって乱流流体を放出しないように、環状形態の中心から離れるように角度付けられてもよい。いくつかの実施形態では、出口ポート506は、環状形態の中心から2〜15度離れるように角度付けられる。いくつかの実施形態では、出口ポート506は、環状形態の中心から約12度離れるように角度付けられる。いくつかの実施形態では、出口ポート506は、環状形態の中心から約8度離れるように角度付けられる。いくつかの実施形態では、出口ポート506は、環状形態の中心から約5度離れるように角度付けられる。いくつかの実施形態では、出口ポート506は、環状形態の中心から約2度離れるように角度付けられる。   An alternative embodiment that produces a turbulent flow increase in the super turbulent quench chamber 406 is illustrated in FIGS. 4B and 5. In this embodiment, turbulence inducing sprays are interconnected using ring structures 426 and 500. The ring structure 426 can be disposed in the quench chamber 406 such that a flow of reactive material exiting the plasma gun 402 through the plasma gun outlet 404 passes through the ring structure 426. Referring to FIG. 5, the ring structure 500 comprises an inner channel 502 that is fluidly connected to a turbulent fluid supply conduit 504 that can supply turbulent fluid to the ring structure. Inner channel 502 is configured to distribute turbulent fluid substantially evenly throughout ring structure 500. One or more outlet ports 506 are annularly disposed along the ring structure 500 to discharge turbulent fluid into the quench chamber. The outlet port 506 is 20-120 degrees relative to the flow of reactive reaction mixture through the plasma gun outlet 404 so that when the angle is greater than 90 degrees, the flow of turbulent fluid counteracts the flow of reactive reaction mixture. Can emit a turbulent fluid. In some embodiments, the outlet port 506 can emit turbulent fluid perpendicular to the flow of the reactive reaction mixture through the plasma gun outlet 404. In embodiments with multiple outlet ports 506, the outlet port 506 is spaced away from the center of the annular configuration so that the outlet port 506 does not release turbulent fluid directly toward any other outlet port 506. It may be angled. In some embodiments, the outlet port 506 is angled 2-15 degrees away from the center of the annular form. In some embodiments, the outlet port 506 is angled about 12 degrees away from the center of the annular form. In some embodiments, the outlet port 506 is angled about 8 degrees away from the center of the annular form. In some embodiments, the outlet port 506 is angled about 5 degrees away from the center of the annular form. In some embodiments, the outlet port 506 is angled about 2 degrees away from the center of the annular form.

乱流流体は、圧力約100〜300PSIで出口ポート506に供給され、急冷チャンバ内に乱流を誘発することができる。いくつかの実施形態では、乱流流体は、圧力約200PSIで供給される。いくつかの実施形態では、乱流流体は、圧力約120PSIで供給される。いくつかの実施形態では、乱流流体は、圧力約260PSIで供給される。好ましくは、発生される乱流は、1000を上回るレイノズル係数であるべきである。   Turbulent fluid can be supplied to the outlet port 506 at a pressure of about 100-300 PSI to induce turbulence in the quench chamber. In some embodiments, the turbulent fluid is supplied at a pressure of about 200 PSI. In some embodiments, the turbulent fluid is supplied at a pressure of about 120 PSI. In some embodiments, the turbulent fluid is supplied at a pressure of about 260 PSI. Preferably, the turbulence generated should have a Ray nozzle coefficient greater than 1000.

超乱流急冷チャンバは、より典型的急冷チャンバと比較して、新しく形成された粒子の冷却時間を加速させ、より小さく、かつより制御された粒子をもたらす。超乱流急冷チャンバは、最適かつ均一サイズの粒子を継続的に産生するために、高処理量粒子産生システムに望ましい。   Super turbulent quenching chambers accelerate the cooling time of newly formed particles compared to more typical quenching chambers, resulting in smaller and more controlled particles. Super turbulent quenching chambers are desirable for high throughput particle production systems in order to continuously produce optimal and uniform size particles.

冷却導管内の層流撹乱器
典型的プラズマベースの粒子産生システムでは、調質流体中に同伴される新しく形成された粒子は、流動的に接続された冷却導管を介して、急冷チャンバからコレクタに流動する。急冷チャンバからの排出に応じて、粒子および調質流体の混合物は、急冷チャンバ内に乱流があり得る場合でも、典型的冷却導管内にある間、層流に安定化することができる。冷却導管内にある間、粒子は、依然として、暖かく、冷却導管の壁上に凝集し得る。典型的粒子産生システムのある動作周期後、冷却導管壁に沿った粒子の蓄積は、望ましくないサイズの粒子または冷却導管の詰まりをもたらし得る。望ましくないシステムシャットダウンが、したがって、冷却導管を手動で清掃し、システムを適切な機能に戻るために要求されるであろう。連続高処理量プラズマベースの粒子産生システムは、好ましくは、冷却導管内の粒子蓄積を回避する。
Laminar flow disruptor in a cooling conduit In a typical plasma-based particle production system, newly formed particles entrained in a conditioned fluid are passed from a quench chamber to a collector via a fluidly connected cooling conduit. To flow. In response to discharge from the quench chamber, the mixture of particles and conditioned fluid can be stabilized in a laminar flow while in a typical cooling conduit, even if there may be turbulence in the quench chamber. While in the cooling conduit, the particles are still warm and can agglomerate on the walls of the cooling conduit. After a certain cycle of operation of a typical particle production system, the accumulation of particles along the cooling conduit wall can lead to undesirable sized particles or clogging of the cooling conduit. Undesirable system shutdowns will therefore be required to manually clean the cooling conduit and return the system to proper function. A continuous high throughput plasma based particle production system preferably avoids particle accumulation in the cooling conduit.

冷却導管の壁に沿った新しく形成されたナノ粒子の蓄積は、層流撹乱器を冷却導管内に提供することによって、防止または減速されることができる。層流撹乱器は、調質流体および新しく形成された粒子の中に混合物の層流を非層流に変換する。非層流は、粒子を再指向させ、同伴された粒子を導管壁に付着する粒子と衝突させる。これらの衝突は、付着された粒子を冷却導管壁から取り除き、取り除かれた粒子がシステム流に再流入することを可能にする。これは、冷却導管内の粒子蓄積を防止し、冷却導管内の粒子蓄積に起因するシステムシャットダウンの必要性を排除する。冷却導管内の層流撹乱器は、したがって、一貫した材料処理量を伴う高処理量粒子産生システムの連続動作のために望ましい。   Accumulation of newly formed nanoparticles along the wall of the cooling conduit can be prevented or slowed down by providing a laminar flow disruptor in the cooling conduit. Laminar flow disrupters convert a laminar flow of a mixture into a non-laminar flow in a conditioned fluid and newly formed particles. Non-laminar flow redirects the particles and causes the entrained particles to collide with particles that adhere to the conduit wall. These collisions remove the deposited particles from the cooling conduit wall and allow the removed particles to re-enter the system stream. This prevents particle accumulation in the cooling conduit and eliminates the need for system shutdown due to particle accumulation in the cooling conduit. A laminar flow disruptor in the cooling conduit is therefore desirable for continuous operation of high throughput particle production systems with consistent material throughput.

層流撹乱器のいくつかの実施形態が、図6A−Dおよび7に図示される。組み合わせられた調質流体、乱流流体、および反応混合物は、急冷チャンバ602から急冷チャンバ出射ポート604を通して冷却導管606の中に流動する。いくつかの実施形態では、層流撹乱器608は、冷却導管606内に存在する。層流撹乱器608は、限定ではないが、1つ以上のブレード、バッフル、螺旋ねじ(図6A)、リッジ、バンプ(図6B)、空気噴霧(図6C)、回転式または定常の軸方向に配列されたロッドまたはブレード(図6Dおよび7)、あるいは他の空気流動再指向デバイスを含んでもよい。いくつかの実施形態は、1つを上回るタイプの層流撹乱器を使用してもよい。いくつかの実施形態では、層流撹乱器608は、移動または回転してもよい。いくつかの実施形態では、層流撹乱器608は、静的である。   Several embodiments of laminar flow disruptors are illustrated in FIGS. 6A-D and 7. The combined conditioned fluid, turbulent fluid, and reaction mixture flow from quench chamber 602 through quench chamber exit port 604 and into cooling conduit 606. In some embodiments, a laminar flow disruptor 608 is present in the cooling conduit 606. The laminar flow disruptor 608 includes, but is not limited to, one or more blades, baffles, helical screws (FIG. 6A), ridges, bumps (FIG. 6B), air spray (FIG. 6C), rotary or steady axial An array of rods or blades (FIGS. 6D and 7), or other airflow redirecting devices may be included. Some embodiments may use more than one type of laminar flow disruptor. In some embodiments, the laminar flow disruptor 608 may move or rotate. In some embodiments, the laminar flow disruptor 608 is static.

層流撹乱器608が、図6Aに図示されるように、螺旋ねじであるとき、螺旋ねじは、冷却導管606の全長を通して延在してもよく、または冷却導管の長さの一部のみに延在してもよい。螺旋ねじが、冷却導管の長さの一部のみに延在するとき、複数の螺旋ねじ区画が、冷却導管606を通して使用されてもよい。螺旋ねじの各区画は、好ましくは、螺旋軸を中心として少なくとも1旋回を成すが、しかしながら、層流撹乱器608の螺旋ねじ形態のいくつかの実施形態は、そうである必要はない。調質流体および粒子の混合物が、冷却導管606に流入するとき、層流が、螺旋ねじによって再指向されることによって中断され、非層流を誘発する。   When the laminar flow disruptor 608 is a helical screw, as illustrated in FIG. 6A, the helical screw may extend through the entire length of the cooling conduit 606 or only a portion of the length of the cooling conduit. It may extend. Multiple helical thread sections may be used through the cooling conduit 606 when the helical screw extends only a portion of the length of the cooling conduit. Each section of the helical screw preferably makes at least one turn about the helical axis, however, some embodiments of the helical screw form of the laminar flow disruptor 608 need not be. As the conditioned fluid and particle mixture flows into the cooling conduit 606, the laminar flow is interrupted by being redirected by the helical screw to induce non-laminar flow.

層流撹乱器608が、図6Bに図示されるように、1つ以上のバンプであるとき、バンプは、冷却導管を通して、ランダムに分布される、または均等に分布されてもよい。いくつかの実施形態では、バンプは、冷却導管606のある区分において別の区分より密集または集中してもよい。層流撹乱器608が、一連のバンプから成るとき、バンプは、隣接してもよいが、そうである必要はない。   When the laminar flow disruptor 608 is one or more bumps, as illustrated in FIG. 6B, the bumps may be randomly distributed or evenly distributed through the cooling conduit. In some embodiments, the bumps may be more dense or concentrated in one section of the cooling conduit 606 than in another section. When the laminar flow disrupter 608 consists of a series of bumps, the bumps may be adjacent, but need not be.

層流撹乱器608が、図6Cに図示されるように、1つ以上の空気噴霧源を備えるとき、層流撹乱器流体源610が、供給チャネル612に流動的に接続され、これは、層流撹乱流体注入ポート614を介して、層流撹乱流体を冷却導管606に注入することができる。好ましくは、層流撹乱流体は、調質流体と同一タイプの流体であるが、任意の他の不活性ガスであってもよい。複数の空気噴霧源が、使用される場合、層流撹乱流体注入ポート614が、冷却導管606に沿って、種々の点に環状に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、層状流体注入ポート614が、急冷チャンバ602から指向される。いくつかの実施形態では、層状流体注入ポート614は、冷却導管606の壁に垂直に、または急冷チャンバ602の方向に指向される。高処理量粒子産生システムが動作しているとき、冷却導管606の中に注入された層流撹乱流体の力は、冷却導管606内の調質流体および粒子の混合物の軌道を改変し、非層流を生じさせることができる。本非層流は、粒子が、冷却導管606の壁に沿って蓄積しないように防止する。   When the laminar flow disruptor 608 comprises one or more air spray sources, as illustrated in FIG. 6C, the laminar flow disruptor fluid source 610 is fluidly connected to the supply channel 612, which Laminar flow disturbing fluid can be injected into the cooling conduit 606 via the flow disturbing fluid injection port 614. Preferably, the laminar disturbing fluid is the same type of fluid as the conditioned fluid, but may be any other inert gas. If multiple air atomization sources are used, laminar turbulent fluid injection ports 614 may be annularly disposed at various points along the cooling conduit 606. In some embodiments, the laminar fluid injection port 614 is directed from the quench chamber 602. In some embodiments, the laminar fluid injection port 614 is oriented perpendicular to the wall of the cooling conduit 606 or in the direction of the quench chamber 602. When the high throughput particle production system is in operation, the force of the laminar turbulent fluid injected into the cooling conduit 606 alters the trajectory of the conditioned fluid and particle mixture in the cooling conduit 606, and A flow can be generated. This non-laminar flow prevents particles from accumulating along the walls of the cooling conduit 606.

層流撹乱器が、図6Dに図示されるように、軸方向に配列されたバーまたはブレードによって具現化されるとき、1つ以上の層流撹乱器608が、調質流体および粒子の混合物がバーまたはブレード間を流動するように、冷却導管606内に設置されてもよい。ブレードまたはバーは、調質流体によって同伴された粒子がバーまたはブレードを通して通過するとき、実質的螺旋渦状パターンが発生され得るように回転してもよい。複数の層流撹乱器608が、回転式バーまたはブレードを備える場合、バーまたはブレードは、同一方向または異なる方向に回転してもよい。ブレードが使用される場合、ブレードは、冷却導管606の軌道に垂直から平行の任意の配向にあってもよい。図7は、軸を中心として回転するバーを備える、層流撹乱器の一実施形態を図示する。本実施形態では、モータ702が、層流撹乱器700の中心に配置される。モータ702に取着される2つ以上のバー704は、モータ702を中心として環状に配置され、それによって制御される。高処理量粒子産生システムの動作の間、モータ702は、バー704を中心軸を中心として回転させる。随意に、安定化リム706が、層流撹乱器700の円周を中心として位置付けられ、バー702の変位を制限してもよい。バー704の回転は、冷却導管606内の調質流体中に同伴された粒子の回転を生じさせ、非層流を発生させることができる。非層流は、冷却導管606の壁に付着された粒子の取り除きを生じさせることができる。   When the laminar flow disruptor is embodied by an axially arranged bar or blade, as illustrated in FIG. 6D, one or more laminar flow disruptors 608 may be used to mix the conditioned fluid and particles. It may be installed in the cooling conduit 606 to flow between the bars or blades. The blade or bar may rotate such that a substantially spiral vortex pattern can be generated when particles entrained by the conditioned fluid pass through the bar or blade. If multiple laminar flow disruptors 608 comprise rotating bars or blades, the bars or blades may rotate in the same direction or in different directions. If a blade is used, the blade may be in any orientation perpendicular to and parallel to the trajectory of the cooling conduit 606. FIG. 7 illustrates one embodiment of a laminar flow disruptor comprising a bar that rotates about an axis. In the present embodiment, the motor 702 is disposed at the center of the laminar flow disturber 700. Two or more bars 704 attached to the motor 702 are annularly arranged around the motor 702 and controlled thereby. During operation of the high throughput particle production system, the motor 702 rotates the bar 704 about the central axis. Optionally, stabilizing rim 706 may be positioned about the circumference of laminar flow disruptor 700 to limit the displacement of bar 702. The rotation of the bar 704 can cause rotation of the particles entrained in the conditioned fluid in the cooling conduit 606 and can generate a non-laminar flow. Non-laminar flow can cause removal of particles attached to the walls of the cooling conduit 606.

層流撹乱器608は、冷却導管606内の材料指向性流を再指向することによって、冷却導管606の壁に沿った粒子凝集を制限する。いくつかの粒子は、依然として、導管壁に付着し得る。しかしながら、一定流動再指向は、ガス流内の粒子を壁に付着する粒子と衝突させることによって、付着された粒子を取り除く。層流撹乱器は、結果として、冷却導管606の詰まりを防止し、高処理量粒子産生システムをシャットダウンし、冷却導管606を清掃する必要性を緩和することによって、連続材料流を可能にする。高処理量粒子産生システムの冷却導管内の層流撹乱器は、したがって、連続かつ一貫した動作および材料処理量のために望ましい。   Laminar flow disruptor 608 limits particle agglomeration along the wall of cooling conduit 606 by redirecting the material directed flow in cooling conduit 606. Some particles can still adhere to the conduit wall. However, constant flow redirection removes attached particles by causing the particles in the gas stream to collide with particles that adhere to the wall. The laminar flow disrupter results in continuous material flow by preventing clogging of the cooling conduit 606, shutting down the high throughput particle production system, and alleviating the need to clean the cooling conduit 606. A laminar flow disruptor in the cooling conduit of a high throughput particle production system is therefore desirable for continuous and consistent operation and material throughput.

説明されるシステムは、粒子産生システムが、冷却導管内に詰まりが生じることなく、少なくとも6時間、少なくとも12時間、少なくとも24時間、少なくとも48時間、少なくとも72時間(3日)、少なくとも336時間(14日)、少なくとも672時間(28日)、または少なくとも1344時間(56日)、少なくとも9グラム/分、少なくとも30グラム/分、または少なくとも60グラム/分の流率で継続的に動作することを可能にする。   The described system is such that the particle production system is at least 6 hours, at least 12 hours, at least 24 hours, at least 48 hours, at least 72 hours (3 days), at least 336 hours (14 hours without clogging in the cooling conduit. Capable of continuously operating at a flow rate of at least 9 grams / minute, at least 30 grams / minute, or at least 60 grams / minute, at least 672 hours (28 days), or at least 1344 hours (56 days) To.

一定過圧を伴うガス送達システム
典型的粒子産生システムでは、材料処理量は、概して、圧力勾配を使用して維持され、粒子が、プラズマガンから収集デバイスに流動することを可能にする。圧力勾配は、吸引力を収集デバイスの下流に印加し、上流プラズマガンおよび急冷チャンバに対して負圧を発生させることによって、確立されることができる。粒子は、多くの場合、フィルタを使用して、収集デバイス内に収集される。しかしながら、典型的粒子産生システムの動作の間、フィルタは、詰まり、所望の圧力勾配を産生し、連続粒子処理量を確実にするために、より大きな吸引力を要求し得る。フィルタが交換されると、所望の圧力勾配を産生するために、吸引力が低下される必要がある。しかしながら、吸引力は、プラズマガンまたは急冷チャンバの内部圧力を周囲圧力を下回って降下させ、粒子形成の間の周囲ガスの流入に起因して、汚染をもたらし得る。漏出は、プラズマガンを囲繞するガンボックスおよび急冷チャンバ内に、周囲圧力と比較して過圧を産生することによって緩和されることができる。しかしながら、高すぎる過圧は、システムから周囲環境への過剰漏出をもたらし、したがって、過圧が最小限にされることが好ましい。固定過圧をシステムの中に提供することは、吸引力の変動に起因する、システム圧力と周囲圧力との間の圧力差を効果的に最小限にしないであろう。高処理量粒子産生システムを使用した一貫した処理量のために、システムと周囲環境との間の圧力差は、好ましくは、周囲圧力と比較して一定過圧を維持しながら、最小限にされる。
Gas delivery system with constant overpressure In a typical particle production system, the material throughput is generally maintained using a pressure gradient, allowing the particles to flow from the plasma gun to the collection device. The pressure gradient can be established by applying a suction force downstream of the collection device and generating a negative pressure for the upstream plasma gun and quench chamber. The particles are often collected in a collection device using a filter. However, during operation of a typical particle production system, the filter can clog, produce the desired pressure gradient, and require greater suction to ensure continuous particle throughput. When the filter is changed, the suction force needs to be reduced to produce the desired pressure gradient. However, suction forces can cause the internal pressure of the plasma gun or quench chamber to drop below ambient pressure, resulting in contamination due to the inflow of ambient gas during particle formation. Leakage can be mitigated by producing an overpressure in the gun box and quench chamber surrounding the plasma gun as compared to the ambient pressure. However, an overpressure that is too high results in excessive leakage from the system to the surrounding environment, and thus it is preferred that the overpressure be minimized. Providing a fixed overpressure in the system will not effectively minimize the pressure difference between system pressure and ambient pressure due to variations in suction force. For consistent throughput using high throughput particle production systems, the pressure differential between the system and the ambient environment is preferably minimized while maintaining a constant overpressure compared to the ambient pressure. The

周囲圧力に対する事実上一定システム過圧は、周囲圧力に敏感なシステム過圧モジュールを伴うガス供給システムの使用を通して、維持されることができることが分かっている。システム過圧モジュールによって発生されるシステム過圧は、周囲圧力を上回る固定量で調質流体をガンボックスに供給するように構成されるため、システム漏出および汚染を最小限にすることができる。いくつかの実施形態では、ガス供給システムは、周囲圧力を最小限に上回るが、圧力勾配を維持するために十分な圧力で、調質流体をガンボックスおよび収集システムの両方に送達する。代替として、独立ガス供給システムは、調質流体をガンボックスおよび収集システムに送達する。別の代替では、調質流体は、ガンボックスのみに、供給され、収集デバイスには供給されない。本システムは、高処理量粒子産生システムが、ガンボックスおよび急冷チャンバ内に一定であるが、最小のシステム過圧を維持することを可能にする。好ましくは、システムは、少なくとも1水柱インチ周囲圧力を上回る、または少なくとも2水柱インチ周囲圧力を上回る過圧を維持する。好ましくは、システムは、10水柱インチ未満周囲圧力を上回る、5水柱インチ未満周囲圧力を上回る、または3水柱インチ未満周囲圧力を上回る過圧を維持する。   It has been found that a virtually constant system overpressure relative to ambient pressure can be maintained through the use of a gas supply system with a system overpressure module that is sensitive to ambient pressure. The system overpressure generated by the system overpressure module is configured to supply conditioned fluid to the gun box in a fixed amount above ambient pressure, thus minimizing system leakage and contamination. In some embodiments, the gas supply system delivers conditioned fluid to both the gun box and the collection system at a pressure that is minimally above ambient pressure but sufficient to maintain a pressure gradient. Alternatively, an independent gas supply system delivers conditioned fluid to the gun box and collection system. In another alternative, conditioned fluid is supplied only to the gun box and not to the collection device. The system allows a high throughput particle production system to remain constant within the gun box and quench chamber, but to maintain minimal system overpressure. Preferably, the system maintains an overpressure above at least one water column inch ambient pressure or at least two water columns inch ambient pressure. Preferably, the system maintains an overpressure greater than ambient pressure less than 10 inches of water, greater than ambient pressure less than 5 inches of water, or greater than ambient pressure less than 3 inches of water.

図8は、一定過圧を伴う、ガス送達システム800の一実施形態を図示する。圧力勾配が、調質流体がガンボックス802の中に流動し、吸引力が冷却導管806の下流の吸引力発生器804によって印加されると形成される。いくつかの実施形態では、吸引力発生器804は、真空ポンプである。いくつかの実施形態では、吸引発生器804は、送風機である。いくつかの実施形態では、吸引発生器は、収集デバイス808内に提供される。吸引発生器804は、使用済み調質流体を収集デバイス808を通して、好ましくは、フィルタ要素810を通して引き込む。フィルタ要素810は、調質流体流内の残りの粒子を除去し、濾過された出力を産生するように構成される。高処理量粒子産生システムの連続動作の間、フィルタ要素810は、詰まり得、吸引力を増加する必要性をもたらし得る。システム過圧は、ガンボックス802を介して、調質流体を急冷チャンバ814に供給する、システム過圧モジュール812を利用することによって維持されることができる。   FIG. 8 illustrates one embodiment of a gas delivery system 800 with constant overpressure. A pressure gradient is formed when conditioned fluid flows into the gun box 802 and suction is applied by a suction generator 804 downstream of the cooling conduit 806. In some embodiments, the suction generator 804 is a vacuum pump. In some embodiments, the suction generator 804 is a blower. In some embodiments, a suction generator is provided in collection device 808. Aspiration generator 804 draws used conditioned fluid through collection device 808, preferably through filter element 810. Filter element 810 is configured to remove residual particles in the conditioned fluid stream and produce a filtered output. During continuous operation of a high throughput particle production system, the filter element 810 can become clogged, resulting in the need to increase suction. System overpressure can be maintained by utilizing a system overpressure module 812 that supplies conditioned fluid to quench chamber 814 via gun box 802.

ガス送達システム800の一実施形態では、1つ以上の調質流体リザーバ816が、ガス供給システムの中に統合され、システム過圧モジュール812に流動的に接続される。いくつかの実施形態では、1つ以上の調質流体供給弁818が、随意に、任意の調質流体リザーバ816とシステム過圧モジュール812との間に設置されてもよい。1つを上回る調質流体リザーバ816が使用される、ある実施形態では、流体タイプは、同一タイプまたは異なるタイプであってもよい。一実施形態では、調質流体リザーバ816は、アルゴンを含有する。調質流体は、調質流体供給導管820を介して、調質流体リザーバ816からシステム過圧モジュール812に流動する。   In one embodiment of the gas delivery system 800, one or more conditioned fluid reservoirs 816 are integrated into the gas supply system and fluidly connected to the system overpressure module 812. In some embodiments, one or more conditioned fluid supply valves 818 may optionally be installed between any conditioned fluid reservoir 816 and the system overpressure module 812. In certain embodiments where more than one conditioned fluid reservoir 816 is used, the fluid types may be the same type or different types. In one embodiment, the conditioned fluid reservoir 816 contains argon. Conditioned fluid flows from the conditioned fluid reservoir 816 to the system overpressure module 812 via the conditioned fluid supply conduit 820.

システム過圧モジュール812は、調質流体リザーバ816からガンボックス802への流動を調整する。システム過圧モジュール812は、調質流体が、一定であるが、周囲圧力に対して最小の過圧でガンボックス802に供給されることを確実にする。いくつかの実施形態では、システム過圧モジュール812は、単一格納式ユニット内に含有される。いくつかの実施形態では、システム過圧モジュール812は、単一格納式ユニット内に含有されない。いくつかの実施形態では、システム過圧モジュール812は、任意のユニット内に格納されず、代わりに、導管、弁、および圧力調整器網であってもよい。システム過圧モジュール812は、直列形態において流動的に結合される、1つ以上の圧力調整器822、824、および826を備える。いくつかの実施形態では、システム過圧モジュール812はまた、1つ以上の圧力解放弁828および830を備える。   System overpressure module 812 regulates flow from conditioned fluid reservoir 816 to gun box 802. System overpressure module 812 ensures that conditioned fluid is supplied to gun box 802 with a constant but minimal overpressure relative to ambient pressure. In some embodiments, the system overpressure module 812 is contained within a single retractable unit. In some embodiments, the system overpressure module 812 is not contained within a single retractable unit. In some embodiments, the system overpressure module 812 is not stored in any unit, but may instead be a conduit, valve, and pressure regulator network. The system overpressure module 812 includes one or more pressure regulators 822, 824, and 826 that are fluidly coupled in a series configuration. In some embodiments, the system overpressure module 812 also includes one or more pressure release valves 828 and 830.

ガス送達システム800の一実施形態では、調質流体は、調質流体供給導管820を介して、システム過圧モジュール812に輸送される。調質流体リザーバ816は、オリジナル圧力P(約250−350PSI等)で、調質流体を調質流体供給導管820およびシステム過圧モジュール812に供給する。システム過圧モジュール812は、入口圧力Pから、周囲圧力と比較して設定される、出口圧力Pまで調質流体圧力を減少させる。いくつかの実施形態では、出口圧力Pは、周囲圧力を固定量上回る。いくつかの実施形態では、出口圧力Pは、周囲圧力と比較して固定比率を有する。いくつかの実施形態では、システム過圧モジュール812は、周囲圧力を約1〜12水柱インチ上回る出口圧力範囲で、調質流体をガンボックス802に供給する。いくつかの実施形態では、システム過圧モジュール812は、周囲圧力を約4水柱インチ上回る出口圧力で、調質流体をガンボックス802に供給する。いくつかの実施形態では、システム過圧モジュール812は、周囲圧力を約8水柱インチ上回る出口圧力で、調質流体をガンボックス802に供給する。いくつかの実施形態では、システム過圧モジュール812は、周囲圧力約2水柱インチを上回る出口圧力で、調質流体をガンボックス802に供給する。いくつかの実施形態では、システム過圧モジュール812は、周囲圧力を約1水柱インチ上回る出口圧力範囲で、調質流体をガンボックス802に供給する。 In one embodiment of the gas delivery system 800, conditioned fluid is transported to the system overpressure module 812 via a conditioned fluid supply conduit 820. The conditioned fluid reservoir 816 supplies conditioned fluid to the conditioned fluid supply conduit 820 and the system overpressure module 812 at the original pressure P 1 (such as about 250-350 PSI). System overpressure module 812, the inlet pressure P 1, is set as compared to ambient pressure, it reduces the tempering fluid pressure to the outlet pressure P 4. In some embodiments, the outlet pressure P 4 is above ambient pressure fixed amount. In some embodiments, the outlet pressure P 4 has a fixed ratio as compared to the ambient pressure. In some embodiments, the system overpressure module 812 supplies conditioned fluid to the gun box 802 at an outlet pressure range that is approximately 1-12 inches of water above ambient pressure. In some embodiments, the system overpressure module 812 supplies conditioned fluid to the gun box 802 at an outlet pressure that is about 4 inches of water above ambient pressure. In some embodiments, the system overpressure module 812 supplies conditioned fluid to the gun box 802 at an outlet pressure that is about 8 inches of water above ambient pressure. In some embodiments, the system overpressure module 812 supplies conditioned fluid to the gun box 802 at an outlet pressure that is greater than about 2 inches of ambient pressure. In some embodiments, the system overpressure module 812 supplies conditioned fluid to the gun box 802 at an outlet pressure range that is approximately one inch of water above ambient pressure.

いくつかの実施形態では、各圧力調整器822、824、および826は、制御部分832、834、および836と、弁部分838、840、および842とを備える。いくつかの実施形態では、圧力調整器のうちの少なくとも1つは、ダイヤフラムベースの調整機構を使用する。好ましくは、ダイヤフラムベースの調整機構は、ダイヤフラムベースのデマンド弁を備える。典型的には、第1の直列に位置する圧力調整器822は、Pで、調質流体を調質流体供給導管820から受容する。制御部分838は、Pからの入力および周囲圧力を使用して、弁部分832を制御し、出口圧力P(周囲圧力を約50PSI上回る等)で調質流体を放出する。いくつかの実施形態では、第2の直列に位置する圧力調整器824は、Pで調質流体を受容する。制御部分840は、入力圧力Pおよび周囲圧力を使用して、弁部分834を制御し、出口圧力P(周囲圧力を約2PSI上回る等)で調質流体を放出する。いくつかの実施形態では、第3の直列に位置する圧力調整器826は、Pで調質流体を受容する。制御部分842は、入力圧力Pおよび周囲圧力を使用して、弁部分836を制御し、出口圧力Pで調質流体を放出する。 In some embodiments, each pressure regulator 822, 824, and 826 includes a control portion 832, 834, and 836 and a valve portion 838, 840, and 842. In some embodiments, at least one of the pressure regulators uses a diaphragm-based adjustment mechanism. Preferably, the diaphragm based adjustment mechanism comprises a diaphragm based demand valve. Typically, a first in-line pressure regulator 822 receives conditioned fluid from conditioned fluid supply conduit 820 at P 1 . The control portion 838 uses the input from P 1 and the ambient pressure to control the valve portion 832 and release conditioned fluid at the outlet pressure P 2 (such as about 50 PSI above ambient pressure). In some embodiments, a pressure regulator 824 positioned in the second series, for receiving a tempering fluid at P 2. Control portion 840 uses the input pressure P 2 and the ambient pressure, to control the valve portion 834, to release the tempering fluid at outlet pressure P 3 (such as greater than about 2PSI ambient pressure). In some embodiments, a pressure regulator 826 positioned in the third series, for receiving a tempering fluid at P 3. Control portion 842 uses the input pressure P 3 and the ambient pressure, to control the valve portion 836, to release the tempering fluid at outlet pressure P 4.

いくつかの実施形態では、システム過圧モジュール812は、随意に、最終圧力調整器826とガンボックス802との間に流動的に結合される、1つ以上の独立圧力解放弁828および830を備えてもよい。いくつかの実施形態では、圧力解放弁828および830は、受容された圧力が選択された圧力を上回る場合、ガスを周囲環境に通気するように構成される。いくつかの実施形態では、第1の圧力解放弁828は、最終直列圧力調整器826から、圧力Pでガスを受容する。いくつかの実施形態では、Pが選択された閾値を上回る場合、圧力解放弁828は、ガスを周囲環境に通気し、ガンボックス802への入口圧力を減少させる。いくつかの実施形態では、選択された閾値は、通常動作下、圧力解放弁828がアクティブ化されないように、周囲圧力と比較して比較的に高い。いくつかの実施形態では、システム過圧モジュール812は、異なる感度を有する複数の圧力解放弁828および830を備え、異なる閾値に設定される。好ましくは、第2の直列に配置された圧力解放弁830は、第1の直列に配置された圧力解放弁828より低い閾値を有する。 In some embodiments, the system overpressure module 812 optionally includes one or more independent pressure relief valves 828 and 830 that are fluidly coupled between the final pressure regulator 826 and the gun box 802. May be. In some embodiments, pressure release valves 828 and 830 are configured to vent gas to the surrounding environment when the received pressure is above the selected pressure. In some embodiments, the first pressure release valve 828 receives gas from the final series pressure regulator 826 at pressure P 4 . In some embodiments, if P 4 is above a selected threshold, the pressure release valve 828 vents gas to the surrounding environment and reduces the inlet pressure to the gun box 802. In some embodiments, the selected threshold is relatively high compared to ambient pressure so that, under normal operation, pressure release valve 828 is not activated. In some embodiments, the system overpressure module 812 includes a plurality of pressure release valves 828 and 830 having different sensitivities and set to different thresholds. Preferably, the second series pressure relief valve 830 has a lower threshold than the first series pressure relief valve 828.

連続かつ一貫した材料処理量を伴う、高処理量粒子産生システムでは、プラズマガンおよび急冷チャンバの圧力を周囲圧力を最小限に上回るように維持することによって、汚染を回避することが望ましい。システムと周囲環境との間の圧力差を減少させながら、調質流体をガンボックスに周囲圧力と比較して一定過圧で送達するように、ガス送達システムを構成することによって、継続的に動作される高処理量粒子産生システムの汚染は、最小限にされるであろう。これは、一貫した材料処理量および高品質ナノ粒子の産生を可能にする。   In high throughput particle production systems with continuous and consistent material throughput, it is desirable to avoid contamination by maintaining the pressure of the plasma gun and quench chamber to be above ambient pressure. Continuous operation by configuring the gas delivery system to deliver conditioned fluid to the gun box at a constant overpressure compared to the ambient pressure, while reducing the pressure differential between the system and the ambient environment Contamination of the resulting high throughput particle production system will be minimized. This allows for consistent material throughput and production of high quality nanoparticles.

調質流体浄化および再循環システム
ナノ粒子産生システムを通して一定材料流を確実にするために、大量の高純度調質流体が、使用されてもよい。典型的粒子産生システムでは、使用済み調質流体は、概して、周囲環境の中に通気される。本解決策は、より小さい規模の粒子産生において効果的であり得るが、周囲環境の中への使用済み調質流体の通気は、連続動作に保たれる高処理量粒子産生システムにとって、費用効果的ではなく、または環境的に望ましくない。さらに、使用済み調質流体の通気は、調質流体供給源タンクの頻繁な交換に起因して、粒子産生を減速または停止させ得る。浄化を伴わない、使用済み調質流体の再循環は、システム、原材料、または調質流体と異なる任意の二次流体(作業ガスまたは乱流流体等)内への漏出に起因して、粒子産生システムの中に導入され得る、不純物の蓄積をもたらすであろう。そのような不純物として、限定ではないが、反応性酸化不純物、水素ガス、塩化物化合物、または水が挙げられ得る。費用効果的高処理量粒子産生システムは、調質流体純度を維持しながら、調質流体を再循環させる。これは、より少ない廃棄流体をもたらし、より高い品質粒子産生を確実にし、空の供給タンクを交換するときに生じ得る、システムシャットダウンを回避する。
Conditioned fluid purification and recirculation system A large amount of high purity conditioned fluid may be used to ensure a constant material flow through the nanoparticle production system. In a typical particle production system, spent conditioned fluid is generally vented into the surrounding environment. While this solution may be effective in producing smaller scale particles, venting of spent conditioned fluid into the surrounding environment is cost effective for high throughput particle production systems that are kept in continuous operation. Undesired or environmentally undesirable. Further, venting of spent conditioned fluid may slow or stop particle production due to frequent replacement of the conditioned fluid source tank. Recirculation of used conditioned fluid without purification results in particle production due to leakage into the system, raw material, or any secondary fluid (such as working gas or turbulent fluid) that is different from the conditioned fluid It will result in an accumulation of impurities that can be introduced into the system. Such impurities can include, but are not limited to, reactive oxidizing impurities, hydrogen gas, chloride compounds, or water. A cost effective high throughput particle production system recycles the conditioned fluid while maintaining the conditioned fluid purity. This results in less waste fluid, ensures higher quality particle production, and avoids a system shutdown that can occur when replacing an empty supply tank.

調質流体は、高処理量粒子産生システム内で再循環され、コストがかかる調質流体の無駄を低減させることができる。不純物はまた、調質流体浄化システムを使用した調質流体の再循環の間、除去され、一貫した純調質流体が、システムの中に再循環されることを可能にすることができることが分かっている。調質流体浄化および再循環システムは、再循環および浄化された調質流体を伴う高処理量粒子産生システムの継続的動作を提供し、高処理量粒子産生システムの連続動作のために、費用効果的解決策を提供することができる。   The conditioned fluid can be recirculated in the high throughput particle production system to reduce costly conditioned fluid waste. It has been found that impurities can also be removed during recirculation of conditioned fluid using a conditioned fluid purification system, allowing a consistent pure conditioned fluid to be recirculated into the system. ing. The conditioned fluid purification and recirculation system provides continuous operation of the high throughput particle production system with recirculated and purified conditioned fluid and is cost effective for continuous operation of the high throughput particle production system. Solution can be provided.

図9は、高処理量粒子産生システムとの動作時の調質流体浄化および再循環システムの一実施形態を図示する。高処理量粒子産生システムが動作している間、作業ガス902および原材料904が、プラズマガン906に導入される。プラズマガン906は、急冷チャンバ908の中に排出される前に、プラズマを発生させ、導入された原材料および作業ガスとの高温反応性混合物を形成する。いったん急冷チャンバ908内に入ると、高温反応性混合物は、調質流体によって冷却される。調質流体流中に同伴された冷却粒子は、収集デバイス912によって収集される前に、冷却導管910を通して通過する。使用済み調質流体は、任意の不純物とともに、調質流体浄化システム916に導入される前に、真空または送風機等の吸引力発生器914によって、システムを通して引き込まれる。   FIG. 9 illustrates one embodiment of a conditioned fluid purification and recirculation system in operation with a high throughput particle production system. While the high throughput particle production system is operating, working gas 902 and raw material 904 are introduced into plasma gun 906. The plasma gun 906 generates a plasma before it is exhausted into the quench chamber 908 to form a high temperature reactive mixture with the introduced raw materials and working gas. Once in the quench chamber 908, the hot reactive mixture is cooled by the conditioned fluid. Cooling particles entrained in the conditioned fluid stream pass through the cooling conduit 910 before being collected by the collection device 912. Spent conditioned fluid, along with any impurities, is drawn through the system by a suction generator 914, such as a vacuum or blower, before being introduced into the conditioned fluid purification system 916.

調質流体浄化システム916は、使用済み調質流体を受け取り、より浄化された調質流体を放出するように構成される、任意のシステムであってもよい。図9は、調質流体浄化および再循環システムの一実施形態を図示する。調質流体浄化システム916の中への使用済み調質流体の流入に応じて、コンプレッサ918が、使用済み調質流体をガス浄化器920の中に押勢する。ガス浄化器920は、限定ではないが、加熱または周囲温度ゲッタ、乾燥器、重力分離、水酸化物系の集塵器、または他の化学触媒を含む、不純物をガスから除去する、任意の公知のシステムを含んでもよい。いくつかの実施形態では、除去されたガス状不純物は、解放通気口922を通して、周囲環境内に廃棄されてもよい。いくつかの実施形態では、不純物は、交換可能カートリッジ上に捕捉されてもよい。   The conditioned fluid purification system 916 may be any system configured to receive a used conditioned fluid and release a more purified conditioned fluid. FIG. 9 illustrates one embodiment of a conditioned fluid purification and recirculation system. In response to the flow of spent conditioned fluid into conditioned fluid purification system 916, compressor 918 forces spent conditioned fluid into gas purifier 920. The gas purifier 920 removes impurities from the gas, including but not limited to heating or ambient temperature getters, dryers, gravity separations, hydroxide-based dust collectors, or other chemical catalysts. The system may also be included. In some embodiments, removed gaseous impurities may be disposed in the ambient environment through the open vent 922. In some embodiments, impurities may be trapped on a replaceable cartridge.

いくつかの実施形態では、圧力解放弁924、温度制御モジュール926、またはフィルタ928がそれぞれ、随意に、吸引力発生器914とコンプレッサ918との間に配置され、流動的に接続されてもよい。圧力解放弁924は、圧力が所定の閾値を上回る場合、使用済み調質流体を周囲の中に放出するように構成されてもよい。温度制御モジュール926は、好ましくは、熱交換器であって、浄化に先立って、使用済み調質流体の温度を低下させる役割を果たしてもよい。フィルタ928は、限定ではないが、粒子フィルタまたは化学フィルタであってもよい。   In some embodiments, a pressure release valve 924, a temperature control module 926, or a filter 928 may each optionally be disposed between the suction generator 914 and the compressor 918 and fluidly connected. The pressure release valve 924 may be configured to release spent conditioned fluid into the surroundings when the pressure exceeds a predetermined threshold. The temperature control module 926 is preferably a heat exchanger and may serve to reduce the temperature of the used conditioned fluid prior to purification. Filter 928 may be, but is not limited to, a particle filter or a chemical filter.

ガス浄化器920の下流には、1つ以上の圧力調整器930が、浄化された調質流体がガンボックス934に指向され、再循環サイクルを完了する前に、配置されてもよい。圧力調整器930は、浄化された調質流体を所定の出口圧力で放出するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、圧力調整器930の出口圧力は、周囲圧力を上回る固定量である。いくつかの実施形態では、圧力調整器930の出口圧力は、周囲圧力と比較して、固定比率を有する。いくつかの実施形態では、圧力調整器930は、周囲圧力を約1〜250水柱インチ上回る出口圧力範囲で、調質流体を放出する。調質流体浄化システム916が、図9に図示されるように、浄化された調質流体を直接ガンボックス934に再循環させるように構成されるとき等、いくつかの実施形態では、圧力調整器930は、周囲圧力を約1〜12水柱インチ上回る出口圧力範囲で、浄化された調質流体を放出するように構成されてもよい。調質流体浄化および再循環システム916が、システム過圧モジュールの中に統合される(以下および図10に説明されるように)とき等、代替実施形態では、圧力調整器930は、周囲圧力を約12〜250水柱インチ上回る出口圧力範囲で、浄化された調質流体を放出するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、1つ以上の圧力解放弁932が、圧力調整器930の下流かつガンボックス934に先立って、配置されてもよい。存在する場合、圧力解放弁932は、浄化された調質流体を所定の圧力で放出するように構成されることができる。   One or more pressure regulators 930 may be positioned downstream of the gas purifier 920 before the purified conditioned fluid is directed to the gun box 934 to complete the recirculation cycle. The pressure regulator 930 may be configured to release the purified conditioned fluid at a predetermined outlet pressure. In some embodiments, the outlet pressure of the pressure regulator 930 is a fixed amount that exceeds the ambient pressure. In some embodiments, the outlet pressure of the pressure regulator 930 has a fixed ratio compared to the ambient pressure. In some embodiments, the pressure regulator 930 releases conditioned fluid in an outlet pressure range that is about 1-250 inches of water above ambient pressure. In some embodiments, such as when the conditioned fluid purification system 916 is configured to recirculate clarified conditioned fluid directly to the gun box 934, as illustrated in FIG. 930 may be configured to release purified conditioned fluid at an outlet pressure range that is about 1-12 inches of water above ambient pressure. In an alternative embodiment, such as when the conditioned fluid purification and recirculation system 916 is integrated into a system overpressure module (as described below and in FIG. 10), the pressure regulator 930 can adjust the ambient pressure. It may be configured to release the purified conditioned fluid in an outlet pressure range of about 12 to 250 inches of water. In some embodiments, one or more pressure release valves 932 may be disposed downstream of the pressure regulator 930 and prior to the gun box 934. If present, the pressure relief valve 932 can be configured to release the purified conditioned fluid at a predetermined pressure.

いくつかの実施形態では、調質流体浄化システム916は、1つ以上の背圧調整器938を含み得る、背圧流ループ936を含んでもよい。背圧流ループは、浄化された調質流体の一部をガス浄化器920の出力からコンプレッサ918の上流のシステムの主導管に迂回させる。概して、高処理量粒子産生システムの動作の間、背圧流ループ936は、非アクティブである。しかしながら、圧力が、システム内で時に高まり得、ガンボックス934への超高圧力の送達は、高処理量粒子産生システムの敏感な構成要素を損傷させ得る。圧力は、浄化された調質流体を周囲環境の中に通気させることによって解放され得る。しかしながら、調質流体の無駄を回避することが、好ましい。調質流体の一部を、圧力が、概して、より低い、コンプレッサの上流に迂回させることによって、本調質流体は、回収され得る。背圧調整器938は、圧力が所定の圧力を上回るとき、背圧流ループ936をアクティブ化するように構成されることができる。   In some embodiments, the conditioned fluid purification system 916 may include a back pressure flow loop 936 that can include one or more back pressure regulators 938. The back pressure flow loop diverts a portion of the purified conditioned fluid from the output of the gas purifier 920 to the main conduit of the system upstream of the compressor 918. In general, during operation of a high throughput particle production system, the back pressure flow loop 936 is inactive. However, pressure can sometimes increase within the system, and delivery of ultra high pressure to the gun box 934 can damage sensitive components of the high-throughput particle production system. The pressure can be relieved by venting the purified conditioned fluid into the surrounding environment. However, it is preferable to avoid waste of conditioned fluid. The conditioned fluid can be recovered by diverting a portion of the conditioned fluid upstream of the compressor, where the pressure is generally lower. Back pressure regulator 938 can be configured to activate back pressure flow loop 936 when the pressure exceeds a predetermined pressure.

高処理量粒子産生システムの動作の間、一貫した処理量は、概して、ほぼ純粋である調質流体の連続流動に依存する。粒子産生プロセスの間に導入される作業ガスおよび原材料もまた、頻繁に、不純物を導入し、システム内に蓄積される場合、産生されるナノ粒子の品質を劣化させ得る。使用済み調質流体の廃棄は、不純物の蓄積を最小限にするが、しかしながら、連続動作における高処理量粒子産生システムにとって、コスト効果的ではない。調質流体浄化および再循環システムは、使用済み調質流体を浄化し、それをシステムの中に再循環させ、高処理量粒子産生システムの費用効果的連続使用を可能にすることができる。好ましくは、ナノ粒子産生システムの中に導入された少なくとも50、少なくとも80重量%、少なくとも90重量%、または少なくとも99重量%の調質流体が、浄化され、再循環される。   During operation of a high throughput particle production system, consistent throughput generally depends on a continuous flow of conditioned fluid that is nearly pure. Working gases and raw materials introduced during the particle production process also frequently introduce impurities and can degrade the quality of the produced nanoparticles if accumulated in the system. Disposal of spent conditioned fluid minimizes the accumulation of impurities, however, is not cost effective for high throughput particle production systems in continuous operation. A conditioned fluid purification and recirculation system can purify spent conditioned fluid and recirculate it through the system, enabling cost-effective continuous use of the high-throughput particle production system. Preferably, at least 50, at least 80 wt%, at least 90 wt%, or at least 99 wt% conditioned fluid introduced into the nanoparticle production system is purified and recycled.

一定過圧を伴うガス送達システムと調質流体浄化および再循環システムの統合
高処理量粒子産生システムの好ましい実施形態では、一定過圧を伴うガス送達システムと調質流体浄化および再循環システムの両方が、利用される。ガス送達システムと調質流体浄化および再循環システムの出力は、異なる圧力を有し得るため、両システムは、調質流体のガンボックスへの送達に先立って、統合されることが好ましい。両システムの同時使用を通して、浄化および再循環された調質流体が、周囲圧力と比較して最小限の加圧で、ガンボックスに提供され、廃棄される調質流体、不純物、およびシステム漏出を制限することができる。さらに、ガス送達システムと調質流体浄化および再循環システムの同時使用は、粒子産生または再循環プロセスの間、調質流体のある程度の損失がある場合でも、十分な調質流体が、高処理量粒子産生システムの連続使用の間、システムに供給されることを確実にする。
Integration of a gas delivery system with constant overpressure and a conditioned fluid purification and recirculation system In a preferred embodiment of a high throughput particle production system, both a gas delivery system with constant overpressure and a conditioned fluid purification and recirculation system Is used. Since the output of the gas delivery system and the conditioned fluid purification and recirculation system can have different pressures, it is preferred that both systems be integrated prior to delivery of the conditioned fluid to the gun box. Through simultaneous use of both systems, the purified and recirculated conditioned fluid is provided to the gunbox with minimal pressure compared to ambient pressure to eliminate conditioned fluid, impurities, and system leaks that are discarded. Can be limited. In addition, the simultaneous use of the gas delivery system and the conditioned fluid purification and recirculation system ensures that sufficient conditioned fluid has a high throughput even if there is some loss of conditioned fluid during the particle production or recirculation process. Ensure that the system is supplied during continuous use of the particle production system.

図10は、調質流体浄化および再循環システム1004と統合されたシステム過圧モジュール1002の一例示的実施形態を図示する。本統合されたシステムでは、吸引力発生器1006、好ましくは、真空または送風機は、使用済み調質流体を調質流体浄化システム1004に送達する。使用済み調質流体の流体浄化システム1004の中への流入に応じて、コンプレッサ1008は、使用済み調質流体をガス浄化器1010の中に押勢する。いくつかの実施形態では、圧力解放弁1012、温度制御モジュール1014、またはフィルタ1016がそれぞれ、随意に、吸引力発生器1006とコンプレッサ1008との間に配置され、そこに流動的に接続されてもよい。   FIG. 10 illustrates one exemplary embodiment of a system overpressure module 1002 integrated with a conditioned fluid purification and recirculation system 1004. In this integrated system, a suction generator 1006, preferably a vacuum or blower, delivers used conditioned fluid to the conditioned fluid purification system 1004. In response to the spent conditioned fluid entering the fluid purification system 1004, the compressor 1008 urges the used conditioned fluid into the gas purifier 1010. In some embodiments, each of the pressure relief valve 1012, the temperature control module 1014, or the filter 1016 is optionally disposed between the suction generator 1006 and the compressor 1008 and may be fluidly connected thereto. Good.

システム過圧モジュール1002は、周囲圧力と比較して設定される、出口圧力Pで、調質流体をガンボックス1018に送達するように構成される。いくつかの実施形態では、出口圧力Pは、周囲圧力を上回る固定量である。いくつかの実施形態では、出口圧力Pは、周囲圧力と比較して固定比率を有する。いくつかの実施形態では、システム過圧モジュール1002は、周囲圧力を約1〜12水柱インチ上回る出口圧力範囲で、調質流体をガンボックス1018に供給する。システム過圧モジュール1002が、調質流体浄化および再循環システムと統合されると、システム過圧モジュール1002は、調質流体を2つ以上の源から受容する。いくつかの実施形態では、システム過圧モジュール1002は、圧力Pで、調質流体を1つ以上の調質流体リザーバ1020から、圧力Pで、調質流体浄化および再循環システム1004から受容する。いくつかの実施形態では、1つ以上の調質流体供給弁1022が、随意に、任意の調質流体リザーバ1020とシステム過圧モジュール1002との間に設置されてもよい。 The system overpressure module 1002 is configured to deliver conditioned fluid to the gun box 1018 at an outlet pressure P 4 set relative to the ambient pressure. In some embodiments, the outlet pressure P 4 is a fixed amount above the ambient pressure. In some embodiments, the outlet pressure P 4 has a fixed ratio as compared to the ambient pressure. In some embodiments, the system overpressure module 1002 supplies conditioned fluid to the gun box 1018 at an outlet pressure range that is approximately 1-12 inches of water above ambient pressure. When system overpressure module 1002 is integrated with a conditioned fluid purification and recirculation system, system overpressure module 1002 receives conditioned fluid from more than one source. In some embodiments, the system overpressure module 1002, a pressure P 1, the tempering fluid from one or more tempering fluid reservoir 1020, at a pressure P 5, receiving from the temper fluid purification and recirculation system 1004 To do. In some embodiments, one or more conditioned fluid supply valves 1022 may optionally be installed between any conditioned fluid reservoir 1020 and the system overpressure module 1002.

いくつかの実施形態では、システム過圧モジュール1002は、調質流体供給導管1024に沿って直列に配置される、1つ以上の圧力調整器を備える。図10に図示されるように、圧力調整器1026、1028、および1030はそれぞれ、制御部分1032、1034、および1036と、弁部分1038、1040、および1042とを備える。いくつかの実施形態では、圧力調整器のうちの少なくとも1つは、ダイヤフラムベースの調整機構を使用する。好ましくは、ダイヤフラムベースの調整機構は、ダイヤフラムベースのデマンド弁を備える。第1の直列に位置する圧力調整器1026は、初期圧力Pで、調質流体を1つ以上の調質流体リザーバ1020から受容する。制御部分1032は、Pからの入力および周囲圧力を使用して、弁部分1038を制御し、出口圧力P(周囲圧力を約50PSI上回る等)で、調質流体を放出する。いくつかの実施形態では、第2の直列に位置する圧力調整器1028は、入力圧力Pで調質流体を受容する。制御部分1034は、入力圧力Pおよび周囲圧力を使用して、弁部分1040を制御し、出口圧力P(周囲圧力を約2PSI上回る等)で調質流体を放出する。 In some embodiments, the system overpressure module 1002 includes one or more pressure regulators arranged in series along the conditioned fluid supply conduit 1024. As illustrated in FIG. 10, pressure regulators 1026, 1028, and 1030 include control portions 1032, 1034, and 1036 and valve portions 1038, 1040, and 1042, respectively. In some embodiments, at least one of the pressure regulators uses a diaphragm-based adjustment mechanism. Preferably, the diaphragm based adjustment mechanism comprises a diaphragm based demand valve. A first in-line pressure regulator 1026 receives conditioned fluid from one or more conditioned fluid reservoirs 1020 at an initial pressure P 1 . The control portion 1032 uses the input from P 1 and the ambient pressure to control the valve portion 1038 to release conditioned fluid at an outlet pressure P 2 (such as about 50 PSI above ambient pressure). In some embodiments, a pressure regulator 1028 which is located in the second series, for receiving a tempering fluid at the input pressure P 2. Control portion 1034 uses the input pressure P 2 and the ambient pressure, to control the valve portion 1040, to release the tempering fluid at outlet pressure P 3 (such as greater than about 2PSI ambient pressure).

ガス浄化器1010の下流には、1つ以上の圧力調整器1044が、ガス浄化器1010とシステム過圧モジュール1002との間に配置されてもよい。圧力調整器1044は、制御部分1046と、弁部分1048とを備える。圧力調整器1044は、浄化された調質流体をガス浄化器1010から受容し、浄化された調質流体を所定の出口圧力で放出するように構成されてもよい。制御部分1046は、入力圧力からの入力および周囲圧力を使用して、弁部分1048を制御し、出口圧力P(周囲圧力を約100水柱インチ上回る等)で調質流体を放出する。随意に、圧力解放弁1050が、圧力調整器1044の下流に配置され、Pが所定の閾値を上回るとき、浄化された調質流体を周囲の中に放出するように構成されてよい。 One or more pressure regulators 1044 may be disposed between the gas purifier 1010 and the system overpressure module 1002 downstream of the gas purifier 1010. The pressure regulator 1044 includes a control portion 1046 and a valve portion 1048. The pressure regulator 1044 may be configured to receive the purified conditioned fluid from the gas cleaner 1010 and release the purified conditioned fluid at a predetermined outlet pressure. The control portion 1046 uses the input from the input pressure and the ambient pressure to control the valve portion 1048 and release the conditioned fluid at the outlet pressure P 5 (such as about 100 inches of water above ambient pressure). Optionally, the pressure relief valve 1050 is disposed downstream of the pressure regulator 1044, when P 5 is above a predetermined threshold value, it may be configured to release the cleaned temper fluid into the surrounding.

調質流体浄化システム1004は、再循環導管1052を介して、浄化された調質流体をシステム過圧モジュール1002に放出する。再循環導管1052は、接合部1054において、調質流体供給導管1024と接続する。図10は、第2の直列に配置される圧力調整器1028と第3の直列に配置される圧力調整器1030との間に配置された接合部1054を図示するが、接合部は、調質流体供給導管1024に沿った任意の位置に配置されてもよい。好ましくは、Pは、接合部1054のすぐ上流の調質流体供給導管1024内の圧力より高い圧力にある。例えば、図10に図示されるように、Pは、Pを上回ることが好ましい。 The conditioned fluid purification system 1004 releases the purified conditioned fluid to the system overpressure module 1002 via the recirculation conduit 1052. Recirculation conduit 1052 connects to conditioned fluid supply conduit 1024 at junction 1054. FIG. 10 illustrates a joint 1054 disposed between a second pressure regulator 1028 arranged in series and a third pressure regulator 1030 arranged in series, the joint being tempered. It may be located at any location along the fluid supply conduit 1024. Preferably, P 5 is at a pressure that is higher than the pressure in the conditioned fluid supply conduit 1024 immediately upstream of the junction 1054. For example, as illustrated in FIG. 10, P 5 is preferably greater than P 3 .

図10に図示される実施形態では、システム過圧モジュール1002内の第3の直列に配置される圧力調整器1030は、PおよびPに依存する圧力で、調質流体を受容する。制御部分1036は、入力圧力および周囲圧力を使用して、弁部分1042を制御し、出口圧力Pで調質流体を放出する。 In the embodiment illustrated in FIG. 10, a third in-line pressure regulator 1030 in system overpressure module 1002 receives conditioned fluid at a pressure that depends on P 3 and P 5 . Control portion 1036 uses the input pressure and ambient pressure, to control the valve portion 1042, to release the tempering fluid at outlet pressure P 4.

いくつかの実施形態では、調質流体浄化システム1004は、1つ以上の背圧調整器1058を含み得る、背圧流ループ1056を含んでもよい。背圧流ループは、ガス浄化器1010の出力から浄化された調質流体の一部をバックコンプレッサ1008の上流のシステムの主導管に迂回させる。概して、高処理量粒子産生システムの動作の間、背圧流ループ1056は、非アクティブである。背圧調整器1058は、圧力が所定の圧力を上回ると、背圧流ループ1056をアクティブ化するように構成されることができる。   In some embodiments, the conditioned fluid purification system 1004 may include a back pressure flow loop 1056, which can include one or more back pressure regulators 1058. The back pressure flow loop diverts a portion of the conditioned fluid purified from the output of the gas purifier 1010 to the main conduit of the system upstream of the back compressor 1008. In general, during operation of the high throughput particle production system, the back pressure flow loop 1056 is inactive. Back pressure regulator 1058 can be configured to activate back pressure flow loop 1056 when the pressure exceeds a predetermined pressure.

いくつかの実施形態では、システム過圧モジュール1002は、随意に、最終圧力調整器1030とガンボックス1018との間に流動的に結合される、1つ以上の独立圧力解放弁1060および1062を備えてもよい。いくつかの実施形態では、圧力解放弁1060および1062は、受容された圧力が選択される圧力を上回る場合、ガスを周囲環境に通気するように構成される。いくつかの実施形態では、第1の圧力解放弁1060は、最終直列圧力調整器1030から圧力Pでガスを受容する。いくつかの実施形態では、Pが選択された閾値を上回る場合、圧力解放弁1060は、ガスを周囲環境に通気し、ガンボックス1018への入口圧力を減少させる。いくつかの実施形態では、選択された閾値は、通常動作下、圧力解放弁1060がアクティブ化されないように、周囲圧力と比較して比較的に高い。いくつかの実施形態では、システム過圧モジュール1002は、異なる感度を有する、複数の圧力解放弁1060および1062を備え、異なる閾値に設定される。好ましくは、第2の直列に配置される圧力解放弁1062は、第1の直列に配置される圧力解放弁1060より低い閾値を有する。 In some embodiments, the system overpressure module 1002 includes one or more independent pressure release valves 1060 and 1062 that are optionally fluidly coupled between the final pressure regulator 1030 and the gun box 1018. May be. In some embodiments, pressure release valves 1060 and 1062 are configured to vent gas to the surrounding environment when the received pressure is above the selected pressure. In some embodiments, the first pressure relief valve 1060 receives gas at the pressure P 4 from the final series pressure regulator 1030. In some embodiments, if P 4 is above the selected threshold, the pressure release valve 1060 vents gas to the surrounding environment and reduces the inlet pressure to the gun box 1018. In some embodiments, the selected threshold is relatively high compared to ambient pressure so that pressure release valve 1060 is not activated under normal operation. In some embodiments, the system overpressure module 1002 includes a plurality of pressure release valves 1060 and 1062 having different sensitivities and set to different thresholds. Preferably, the second series pressure relief valve 1062 has a lower threshold than the first series pressure relief valve 1060.

説明されるように構成されることによって、ガス供給システムと調質流体浄化および再循環システムは、吸引力発生器によって生じる圧力変動または周囲圧力の変動にかかわらず、ガンボックス内の周囲圧力と比較して一定過圧で、浄化された調質流体を供給するように統合される。連続使用における高処理量粒子産生システムは、実質的量の調質流体を利用するため、周囲圧力を最小限に上回る圧力で、使用済み調質流体を浄化および再循環させることができる、システムを有することが好ましい。   By being configured as described, the gas supply system and the conditioned fluid purification and recirculation system can be compared to the ambient pressure in the gun box, regardless of pressure fluctuations or ambient pressure fluctuations caused by the suction generator. Thus, it is integrated to supply a purified conditioned fluid at a constant overpressure. The high throughput particle production system in continuous use utilizes a substantial amount of conditioned fluid so that the conditioned fluid can be purified and recirculated at a pressure that is minimally above ambient pressure. It is preferable to have.

フィルタバックパルス
典型的粒子産生システムでは、新しく産生された粒子は、システム出力を1つ以上のフィルタ要素を通して流動させることによって、収集デバイス内に収集される。使用済み調質流体によって同伴された粒子は、使用済み調質流体がフィルタ要素を通して通過し、排気または再循環される間、フィルタ要素によって留保される。しかしながら、高処理量粒子産生システムの連続動作の間、フィルタ要素は、新しく発生された粒子の蓄積によって詰まり得る。システム動作および材料処理量は、収集デバイスの下流に増加した吸引力を印加することによって、比較的に短時間の間、維持されることができるが、システムシャットダウンが、最終的に、粒子出力を収集し、フィルタ要素を清掃および/または交換するために要求される。
Filter Back Pulse In a typical particle production system, newly produced particles are collected in a collection device by flowing the system output through one or more filter elements. Particles entrained by the used conditioned fluid are retained by the filter element while the used conditioned fluid passes through the filter element and is evacuated or recirculated. However, during continuous operation of a high throughput particle production system, the filter element can become clogged with the accumulation of newly generated particles. System operation and material throughput can be maintained for a relatively short period of time by applying an increased suction force downstream of the collection device, but system shutdown eventually results in particle output. It is required to collect and clean and / or replace the filter element.

詰まりフィルタ要素の詰まりに起因するシステムシャットダウンは、1つ以上のバックパルスをフィルタに印加し、粒子を放出させ、次いで、収集容器内に収集され得ることによって、通常システム動作および処理量を中断せずに、高処理量粒子産生システム内で最小限にされることができることが分かっている。各バックパルスは、流体、好ましくは、調質流体のバーストを使用して生成されてもよい。本バーストは、比較的に短時間間隔および収集デバイスの動作圧力と比較して高圧力で生じ得る。各バックパルスの圧力は、フィルタ要素から粒子を取り除き、粒子が収集容器の中に落下することを可能にするために十分に高くあるべきである。いくつかの実施形態では、バックパルスは、フィルタを反転させ得るが、フィルタ要素の反転は、本発明に必要ではない。バックパルスは、手動で、定期的間隔で、あるいはセンサが材料流率の降下を検出すると、または所望の流率を維持するために必要な吸引力が所定の閾値を超えて増加すると、印加されてもよい。いくつかの実施形態では、センサは、圧力センサまたは流率センサであってもよい。いくつかの実施形態では、単一バックパルスが、使用されてもよい一方、他の実施形態では、バックパルスは、一連の2つ以上のバーストにおいて生じてもよい。   A system shutdown due to a clogged clogging filter element can interrupt normal system operation and throughput by applying one or more back pulses to the filter, causing particles to be released and then collected in a collection vessel. Without being found, it can be minimized within a high throughput particle production system. Each back pulse may be generated using a burst of fluid, preferably a conditioned fluid. This burst can occur at relatively short intervals and high pressures compared to the operating pressure of the collection device. The pressure of each back pulse should be high enough to remove particles from the filter element and allow the particles to fall into the collection container. In some embodiments, the back pulse may invert the filter, but inversion of the filter element is not necessary for the present invention. The back pulse is applied manually, at regular intervals, or when the sensor detects a decrease in material flow rate or when the suction force required to maintain the desired flow rate increases beyond a predetermined threshold. May be. In some embodiments, the sensor may be a pressure sensor or a flow rate sensor. In some embodiments, a single back pulse may be used, while in other embodiments, the back pulse may occur in a series of two or more bursts.

図11は、フィルタバックパルスシステムを伴う、高処理量粒子産生システムの一実施形態を図示する。粒子産生の間、新しく発生された粒子は、プラズマガン1102から、急冷チャンバ1104および冷却導管1106を通して、収集デバイス1108の中に流動する。使用済み調質流体は、フィルタ要素1110を通して通過し、新しく産生された粒子は、フィルタ要素1110の表面上に蓄積し得る。いくつかの実施形態では、新しく産生された粒子の大部分または実質的に全部が、フィルタ要素1110の表面上に蓄積する。使用済み調質流体は、吸引力発生器1112によって、収集デバイス1108から引き込まれ続け、再循環される、周囲圧力に通気される、または別様に配置されてもよい。吸引力発生器1112は、例えば、真空または送風機であってもよい。いったん粒子がフィルタ要素1110上に蓄積し始めると、吸引力は、吸引力発生器1112によって、継続して増加され、固定材料流率を維持し得る。吸引力発生器1112は、吸引力を永続的に増加不能であるため、かつ一貫した流率が望ましいため、いったん材料流率が、所定の閾値を下回って、例えば、所望の材料流率の95%を下回って、または例えば、所望の材料流率の90%を下回って、または例えば、所望の材料流率の80%を下回って低下すると、あるいは吸引力発生器1112が、所定の閾値、例えば、容量の95%、または例えば、容量の90%、または例えば、容量の80%を上回る吸引力を印加すると、フィルタバックパルスシステムは、圧力蓄積を解放し、通常システム動作を回復するように動作してもよい。いくつかの実施形態では、センサ1114、例えば、流率センサまたは圧力センサが、吸引力発生器1112に固定され、フィルタバックパルスの動作をトリガしてもよい。   FIG. 11 illustrates one embodiment of a high throughput particle production system with a filter back pulse system. During particle production, newly generated particles flow from the plasma gun 1102 through the quench chamber 1104 and the cooling conduit 1106 and into the collection device 1108. Spent conditioned fluid passes through the filter element 1110 and newly produced particles may accumulate on the surface of the filter element 1110. In some embodiments, most or substantially all of the newly produced particles accumulate on the surface of the filter element 1110. Spent conditioned fluid may continue to be drawn from the collection device 1108 by the suction generator 1112, recirculated, vented to ambient pressure, or otherwise disposed. The suction force generator 1112 may be, for example, a vacuum or a blower. Once the particles begin to accumulate on the filter element 1110, the suction force can be continuously increased by the suction force generator 1112 to maintain a fixed material flow rate. Since the suction force generator 1112 cannot permanently increase the suction force and a consistent flow rate is desired, once the material flow rate falls below a predetermined threshold, for example, 95% of the desired material flow rate. %, Or, for example, below 90% of the desired material flow rate or, for example, below 80% of the desired material flow rate, or the suction generator 1112 When applying a suction force of 95% of volume, or for example, 90% of volume, or for example, greater than 80% of volume, the filter back pulse system operates to relieve pressure buildup and restore normal system operation May be. In some embodiments, a sensor 1114, such as a flow rate sensor or a pressure sensor, may be fixed to the suction generator 1112 and trigger the operation of the filter back pulse.

フィルタバックパルスシステムの一実施形態では、バックパルス流体リザーバ1116が、第1の圧力調整器1118に流動的に接続され、これは、順に、バックパルスタンク1120に流動的に接続される。いくつかの実施形態では、バックパルス流体リザーバ1116は、調質流体、例えば、アルゴンを含有する。第1の圧力調整器1118は、バックパルスシステムが動作していないとき、バックパルスタンク1120が、所定の圧力で、調質流体で加圧されるように、所定の圧力で調質流体をバックパルスタンク1120に放出するように構成される。いくつかの実施形態では、第1の圧力調整器1118は、約80psi〜約140psiで調質流体をバックパルスタンク1120に放出するであろう。いくつかの実施形態では、第1の圧力調整器1118は、約100psi〜約120psiで調質流体をバックパルスタンク1120に放出するであろう。   In one embodiment of the filter backpulse system, a backpulse fluid reservoir 1116 is fluidly connected to the first pressure regulator 1118, which in turn is fluidly connected to the backpulse tank 1120. In some embodiments, the back pulse fluid reservoir 1116 contains a conditioned fluid, such as argon. The first pressure regulator 1118 backs the conditioned fluid at a predetermined pressure so that the back pulse tank 1120 is pressurized with the conditioned fluid at the predetermined pressure when the back pulse system is not operating. It is configured to discharge to the pulse tank 1120. In some embodiments, the first pressure regulator 1118 will release conditioned fluid to the back pulse tank 1120 at about 80 psi to about 140 psi. In some embodiments, the first pressure regulator 1118 will discharge conditioned fluid to the back pulse tank 1120 at about 100 psi to about 120 psi.

いくつかの実施形態では、バックパルスタンク1120は、第2の圧力調整器1122に流動的に接続され、これは、バックパルス放出導管1124に接続される。第2の圧力調整器は、所定の圧力で調質流体を放出するように構成される。いくつかの実施形態では、第2の圧力調整器1122は、第1の圧力調整器1118が調質流体を放出するように構成される同一圧力で、調質流体を放出するように構成される。他の実施形態では、第2の圧力調整器1122は、第1の圧力調整器1118より低い圧力で調質流体を放出するように構成される。バックパルス放出導管1124は、バックパルスシステムによって放出される調質流体が、通常システム動作の間の使用済み調質流体流と反対軌道において、フィルタ要素1110に向かって指向されるように配置される。   In some embodiments, the back pulse tank 1120 is fluidly connected to the second pressure regulator 1122, which is connected to the back pulse discharge conduit 1124. The second pressure regulator is configured to release the conditioned fluid at a predetermined pressure. In some embodiments, the second pressure regulator 1122 is configured to release conditioned fluid at the same pressure that the first pressure regulator 1118 is configured to release conditioned fluid. . In other embodiments, the second pressure regulator 1122 is configured to release conditioned fluid at a lower pressure than the first pressure regulator 1118. Backpulse discharge conduit 1124 is arranged such that the conditioned fluid released by the backpulse system is directed toward filter element 1110 in a trajectory opposite to the used conditioned fluid flow during normal system operation. .

いくつかの実施形態では、2方直動式ソレノイド弁1126が、バックパルス放出導管1124に沿って配置される。2方直動式ソレノイド弁1126は、フィルタバックパルスシステムのためのトリガ機構として作用することができる。フィルタバックパルスシステムの動作に係合するための信号、例えば、手動信号またはセンサ1114からの信号の受信に応じて、2方直動式ソレノイド弁1126は、調質流体を加圧されたバックパルスタンク1120からバックパルス放出導管1124に放出することができ、そこで、フィルタ要素1110に送達されることができる。いくつかの実施形態では、2方直動式ソレノイド弁1126は、調質流体の単一パルスを放出する。他の実施形態では、2方直動式ソレノイド弁1126は、一連の2つ以上のパルスを放出することができる。パルス長は、任意の時間長さであることができるが、典型的には、約0.1秒〜約0.5秒の長さである。2方直動式ソレノイド弁1126が、一連の2つ以上のパルスを放出するとき、典型的には、パルス間に約0.1秒〜約0.5秒の遅延が存在する。   In some embodiments, a two-way direct acting solenoid valve 1126 is disposed along the back pulse discharge conduit 1124. The two-way direct acting solenoid valve 1126 can act as a trigger mechanism for the filter back pulse system. In response to receiving a signal to engage the operation of the filter back pulse system, eg, a manual signal or a signal from sensor 1114, the two-way direct acting solenoid valve 1126 causes the conditioned fluid to be pressurized with a back pulse. From the tank 1120 can be discharged to the back pulse discharge conduit 1124 where it can be delivered to the filter element 1110. In some embodiments, the two-way direct acting solenoid valve 1126 releases a single pulse of conditioned fluid. In other embodiments, the two-way direct acting solenoid valve 1126 can emit a series of two or more pulses. The pulse length can be any length of time, but is typically about 0.1 seconds to about 0.5 seconds long. When the two-way direct acting solenoid valve 1126 emits a series of two or more pulses, there is typically a delay of about 0.1 seconds to about 0.5 seconds between the pulses.

いったんバックパルスシステムが最小されると、フィルタ要素1110の表面上に蓄積された粒子は、取り除かれる。典型的には、取り除かれた粒子は、収集容器1128の中に落下し、留保されることができる。詰まりが取り除かれたフィルタ要素1110は、次いで、高処理量粒子産生システムのシャットダウンを要求せずに、使用され続けることができる。説明されるシステムは、収集デバイス1108内のフィルタ要素1110を交換する必要なく、粒子産生システムが、少なくとも6時間、少なくとも12時間、少なくとも24時間、少なくとも48時間、少なくとも72時間(3日)、少なくとも336時間(14日)、少なくとも672時間(28日)、または少なくとも1344時間(56日)、少なくとも9グラム/分、少なくとも30グラム/分、または少なくとも60グラム/分の流率で継続的に動作することを可能にする。   Once the back pulse system is minimized, particles that have accumulated on the surface of the filter element 1110 are removed. Typically, the removed particles can fall into the collection container 1128 and be retained. The clogged filter element 1110 can then continue to be used without requiring shutdown of the high throughput particle production system. The described system requires that the particle production system be at least 6 hours, at least 12 hours, at least 24 hours, at least 48 hours, at least 72 hours (3 days), without having to replace the filter element 1110 in the collection device 1108. Continuously operating at a flow rate of 336 hours (14 days), at least 672 hours (28 days), or at least 1344 hours (56 days), at least 9 grams / minute, at least 30 grams / minute, or at least 60 grams / minute Make it possible to do.

「実施形態」に関連する前述の特徴および選好は、別々の選好であって、その特定の実施形態のみに限定されない。すなわち、それらは、技術的に実行可能である場合、他の実施形態からの特徴と自由に組み合わせられてもよく、特徴の好ましい組み合わせを形成してもよい。   The aforementioned features and preferences associated with “embodiments” are separate preferences and are not limited to only that particular embodiment. That is, they may be freely combined with features from other embodiments if technically feasible and may form a preferred combination of features.

説明は、当業者が、本発明を作製および使用することを可能にするために提示され、特許出願およびその要件の文脈において提供される。説明される実施形態の種々の修正が、当業者に容易に明白となり、本明細書の一般原理は、他の実施形態に適用されてもよい。したがって、本発明は、示される実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に説明される原理および特徴と一貫した最広範囲であると見なされるべきである。最後に、本願に参照される特許および刊行物の開示全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる。   The description is presented to enable one skilled in the art to make and use the invention and is provided in the context of a patent application and its requirements. Various modifications to the described embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles herein may be applied to other embodiments. Accordingly, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown, but is to be considered the broadest consistent with the principles and features described herein. Finally, the entire disclosures of the patents and publications referred to in this application are hereby incorporated by reference.

Claims (113)

ナノ粒子産生システムであって、
オス型電極と、メス型電極と、作業ガス供給源とを備えるプラズマガンであって、前記作業ガス供給源は、前記オス型電極と前記メス型電極との間に形成されているプラズマ発生領域を横断して、作業ガスを渦螺旋流方向に送達するように構成されている、プラズマガンと、
少なくとも9グラム/分の率で材料を前記プラズマガンの中に給送するように構成されている連続給送システムと、
前記プラズマガンの後に位置付けられ、少なくとも1つの反応混合物入力および少なくとも1つの調質流体入力を含む、急冷チャンバと、
調質流体流中に同伴されたナノ粒子を前記急冷チャンバからコレクタに伝導させるように構成されている冷却導管であって、前記冷却導管は、層流撹乱器を備える、冷却導管と、
測定された周囲圧力を上回る圧力を前記システム内に維持するシステム過圧モジュールと、
調質流体浄化および再循環システムと
を備える、ナノ粒子産生システム。
A nanoparticle production system,
A plasma gun comprising a male electrode, a female electrode, and a working gas supply source, wherein the working gas supply source is formed between the male electrode and the female electrode A plasma gun configured to deliver a working gas in a spiral flow direction across the
A continuous feed system configured to feed material into the plasma gun at a rate of at least 9 grams / minute;
A quench chamber positioned after the plasma gun and including at least one reaction mixture input and at least one conditioned fluid input;
A cooling conduit configured to conduct nanoparticles entrained in a conditioned fluid stream from the quench chamber to a collector, the cooling conduit comprising a laminar flow disruptor;
A system overpressure module that maintains a pressure in the system above the measured ambient pressure;
A nanoparticle production system comprising a conditioned fluid purification and recirculation system.
前記連続給送システムは、前記ナノ粒子産生システムの動作の間、材料給送供給チャネルを連続して一掃するための往復運動部材を備える、請求項1に記載のナノ粒子産生システム。   The nanoparticle production system of claim 1, wherein the continuous delivery system comprises a reciprocating member for continuously sweeping a material delivery supply channel during operation of the nanoparticle production system. 前記往復運動部材は、少なくとも2回/秒の率で往復運動する、請求項2に記載のナノ粒子産生システム。   The nanoparticle production system according to claim 2, wherein the reciprocating member reciprocates at a rate of at least 2 times / second. 前記連続給送システムは、前記ナノ粒子産生システムの動作の間、材料給送供給チャネルを連続して一掃するためのパルス状ガス噴霧を備える、請求項1に記載のナノ粒子産生システム。   The nanoparticle production system of claim 1, wherein the continuous delivery system comprises a pulsed gas spray for continuously sweeping a material delivery supply channel during operation of the nanoparticle production system. ナノ産生システムは、前記オス型電極またはメス型電極の交換なしに、少なくとも336時間、動作可能である、請求項1に記載のナノ粒子産生システム。   The nanoparticle production system of claim 1, wherein the nanoproduction system is operable for at least 336 hours without replacement of the male or female electrode. 前記急冷チャンバは、円錐台状形状を有し、動作の間、1000を上回るレイノズル係数を伴う乱流を生成するように構成されている、請求項1に記載のナノ粒子産生システム。   The nanoparticle production system of claim 1, wherein the quench chamber has a frustoconical shape and is configured to generate turbulent flow with a Ray nozzle coefficient greater than 1000 during operation. 前記層流撹乱器は、ブレード、バッフル、螺旋ねじ、リッジ、またはバンプを備える、請求項1に記載のナノ粒子産生システム。   The nanoparticle production system of claim 1, wherein the laminar flow disruptor comprises a blade, a baffle, a helical screw, a ridge, or a bump. 粒子産生システムは、前記冷却導管内に詰まりが生じることなく、少なくとも336時間、継続的に動作するように構成されている、請求項1に記載のナノ粒子産生システム。   The nanoparticle production system of claim 1, wherein the particle production system is configured to operate continuously for at least 336 hours without clogging in the cooling conduit. 前記システム内の圧力は、前記測定された周囲圧力を少なくとも1水柱インチ上回る圧力に維持されている、請求項1に記載のナノ粒子産生システム。   The nanoparticle production system of claim 1, wherein the pressure in the system is maintained at a pressure that is at least one inch of water above the measured ambient pressure. 前記ナノ粒子産生システムの中に導入された前記調質流体の少なくとも80%は、浄化および再循環される、請求項1に記載のナノ粒子産生システム。   The nanoparticle production system of claim 1, wherein at least 80% of the conditioned fluid introduced into the nanoparticle production system is purified and recycled. ナノ粒子産生システムであって、
オス型電極と、メス型電極と、作業ガス供給源とを備えるプラズマガンであって、前記作業ガス供給源は、前記オス型電極と前記メス型電極との間に形成されているプラズマ発生領域を横断して、作業ガスを渦螺旋流方向に送達するように構成されている、プラズマガンと、
少なくとも9グラム/分の率で材料を前記プラズマガンの中に給送するように構成されている連続給送システムと、
前記プラズマガンの後に位置付けられ、少なくとも1つの反応混合物入力および少なくとも1つの調質流体入力を含む、急冷チャンバと、
調質流体流中に同伴されたナノ粒子を前記急冷チャンバからコレクタに伝導させるように構成されている冷却導管であって、前記冷却導管は、層流撹乱器を備える、冷却導管と、
測定された周囲圧力を上回る圧力を前記システム内に維持するシステム過圧モジュールと、
フィルタと、ポンプとを備える粒子収集デバイスであって、前記ポンプは、前記ナノ粒子産生システムの動作の間、前記調質流体が、前記フィルタを通して引き込まれ、ナノ粒子が、前記フィルタの表面上に収集されるように、吸引力を前記フィルタに印加するように構成されている、粒子収集デバイスと、
前記ナノ粒子産生システムの動作の間に1つ以上のバックパルスを前記フィルタに印加し、前記フィルタの表面上に収集されたナノ粒子を解放するように構成されているバックパルスシステムと、
調質流体浄化および再循環システムと
を備える、システム。
A nanoparticle production system,
A plasma gun comprising a male electrode, a female electrode, and a working gas supply source, wherein the working gas supply source is formed between the male electrode and the female electrode A plasma gun configured to deliver a working gas in a spiral flow direction across the
A continuous feed system configured to feed material into the plasma gun at a rate of at least 9 grams / minute;
A quench chamber positioned after the plasma gun and including at least one reaction mixture input and at least one conditioned fluid input;
A cooling conduit configured to conduct nanoparticles entrained in a conditioned fluid stream from the quench chamber to a collector, the cooling conduit comprising a laminar flow disruptor;
A system overpressure module that maintains a pressure in the system above the measured ambient pressure;
A particle collection device comprising a filter and a pump, wherein the pump draws the conditioned fluid through the filter during operation of the nanoparticle production system and the nanoparticles are on the surface of the filter A particle collection device configured to apply a suction force to the filter to be collected;
A backpulse system configured to apply one or more backpulses to the filter during operation of the nanoparticle production system to release nanoparticles collected on the surface of the filter;
A conditioned fluid purification and recirculation system.
前記連続給送システムは、前記ナノ粒子産生システムの動作の間、材料給送供給チャネルを連続して一掃するための往復運動部材を備える、請求項11に記載のナノ粒子産生システム。   The nanoparticle production system of claim 11, wherein the continuous delivery system comprises a reciprocating member for continuously sweeping a material delivery supply channel during operation of the nanoparticle production system. 前記往復運動部材は、少なくとも2回/秒の率で往復運動する、請求項12に記載のナノ粒子産生システム。   13. The nanoparticle production system according to claim 12, wherein the reciprocating member reciprocates at a rate of at least 2 times / second. 前記連続給送システムは、前記ナノ粒子産生システムの動作の間、材料給送供給チャネルを連続して一掃するためのパルス状ガス噴霧を備える、請求項11に記載のナノ粒子産生システム。   12. The nanoparticle production system of claim 11, wherein the continuous delivery system comprises a pulsed gas spray for continuously sweeping a material delivery supply channel during operation of the nanoparticle production system. ナノ産生システムは、前記オス型電極またはメス型電極の交換なしに、少なくとも336時間、動作可能である、請求項11に記載のナノ粒子産生システム。   12. The nanoparticle production system of claim 11, wherein the nanoproduction system is operable for at least 336 hours without replacement of the male or female electrode. 前記急冷チャンバは、円錐台状形状を有し、動作の間、1000を上回るレイノズル係数を伴う乱流を生成するように構成されている、請求項11に記載のナノ粒子産生システム。   12. The nanoparticle production system of claim 11, wherein the quench chamber has a frustoconical shape and is configured to generate turbulent flow with a Ray nozzle coefficient greater than 1000 during operation. 前記層流撹乱器は、ブレード、バッフル、螺旋ねじ、リッジ、またはバンプを備える、請求項11に記載のナノ粒子産生システム。   The nanoparticle production system of claim 11, wherein the laminar flow disruptor comprises a blade, a baffle, a helical screw, a ridge, or a bump. 粒子産生システムは、前記冷却導管内に詰まりが生じることなく、少なくとも336時間、継続的に動作するように構成されている、請求項11に記載のナノ粒子産生システム。   12. The nanoparticle production system of claim 11, wherein the particle production system is configured to operate continuously for at least 336 hours without clogging in the cooling conduit. 前記システム内の圧力は、前記測定された周囲圧力を少なくとも1水柱インチ上回る圧力に維持されている、請求項11に記載のナノ粒子産生システム。   12. The nanoparticle production system of claim 11, wherein the pressure in the system is maintained at a pressure that is at least one inch of water above the measured ambient pressure. 前記ナノ粒子産生システムの中に導入された前記調質流体の少なくとも80%は、浄化および再循環される、請求項11に記載のナノ粒子産生システム。   12. The nanoparticle production system of claim 11, wherein at least 80% of the conditioned fluid introduced into the nanoparticle production system is purified and recirculated. 前記プラズマガンは、前記プラズマガンの出口を中心として環状に配置されている冷却リングを備える、請求項11に記載のナノ粒子産生システム。   The nanoparticle production system according to claim 11, wherein the plasma gun includes a cooling ring arranged in an annular shape around the outlet of the plasma gun. 前記プラズマガンは、面板を備え、前記面板は、前記プラズマガンの外部表面上に配置され、前記冷却リングに継合されている、請求項12に記載のナノ粒子産生システム。   13. The nanoparticle production system according to claim 12, wherein the plasma gun includes a face plate, and the face plate is disposed on an outer surface of the plasma gun and joined to the cooling ring. 前記面板は、160時間を上回る前記プラズマガンの連続動作の間、900℃を下回って保たれている、請求項22に記載のナノ粒子産生システム。   23. The nanoparticle production system of claim 22, wherein the face plate is maintained below 900 ° C. during continuous operation of the plasma gun for more than 160 hours. 前記連続給送システムは、少なくとも1mmの最小直径を有する複数の材料注入ポートを備える、請求項11に記載のナノ粒子産生システム。   12. The nanoparticle production system of claim 11, wherein the continuous feed system comprises a plurality of material injection ports having a minimum diameter of at least 1 mm. 前記オス型電極またはメス型電極は、タングステンで裏打ちされている、請求項11に記載のナノ粒子産生システム。   The nanoparticle production system according to claim 11, wherein the male electrode or the female electrode is lined with tungsten. 前記プラズマガン内の粒子の平均滞留時間は、少なくとも3msecである、請求項11に記載のナノ粒子産生システム。   12. The nanoparticle production system according to claim 11, wherein the average residence time of the particles in the plasma gun is at least 3 msec. 前記バックパルスシステムは、センサが、所定の閾値を下回る材料流中の降下を検出すると、1つ以上のバックパルスを前記フィルタに自動的に印加するように構成されている、請求項11に記載のナノ粒子産生システム。   12. The back pulse system is configured to automatically apply one or more back pulses to the filter when a sensor detects a drop in a material flow below a predetermined threshold. Nanoparticle production system. 前記バックパルスシステムは、前記フィルタを通る吸引力が、所定の閾値を上回って増加すると、1つ以上のバックパルスを前記フィルタに自動的に印加するように構成される、請求項11に記載のナノ粒子産生システム。   12. The back pulse system is configured to automatically apply one or more back pulses to the filter when a suction force through the filter increases above a predetermined threshold. Nanoparticle production system. 前記バックパルスシステムは、100psi〜120psiの圧力を伴う1つ以上のバックパルスを印加するように構成されている、請求項11に記載のナノ粒子産生システム。   12. The nanoparticle production system of claim 11, wherein the back pulse system is configured to apply one or more back pulses with a pressure of 100 psi to 120 psi. 前記バックパルスシステムは、アルゴンを含む1つ以上のバックパルスを印加するように構成されている、請求項11に記載のナノ粒子産生システム。   12. The nanoparticle production system of claim 11, wherein the back pulse system is configured to apply one or more back pulses comprising argon. ナノ粒子を産生するために有用なプラズマガンであって、
オス型電極およびメス型電極であって、前記オス型電極または前記メス型電極のいずれかは、伝導性耐熱金属から成る、オス型電極およびメス型電極と、
前記オス型電極と前記メス型電極との間に形成されているプラズマ発生領域を横断して、作業ガスを渦螺旋流方向に送達するように構成されている作業ガス供給源と、
冷却リングから分離された前記プラズマガンの外部表面上に配置されている面板と
を備える、プラズマガン。
A plasma gun useful for producing nanoparticles,
A male electrode and a female electrode, wherein either the male electrode or the female electrode is made of a conductive refractory metal; and
A working gas supply configured to deliver a working gas in a spiral flow direction across a plasma generation region formed between the male electrode and the female electrode;
And a face plate disposed on an outer surface of the plasma gun separated from a cooling ring.
前記プラズマガン内の粒子の平均滞留時間は、少なくとも3msecである、請求項31に記載のプラズマガン。   32. The plasma gun of claim 31, wherein an average residence time of particles in the plasma gun is at least 3 msec. 前記オス型電極または前記メス型電極は、タングステンで裏打ちされている、請求項31に記載のプラズマガン。   32. The plasma gun according to claim 31, wherein the male electrode or the female electrode is lined with tungsten. 前記面板は、160時間を上回る前記プラズマガンの連続動作の間、900℃を下回って保たれている、請求項31に記載のプラズマガン。   32. The plasma gun of claim 31, wherein the faceplate is maintained below 900 [deg.] C. during continuous operation of the plasma gun for more than 160 hours. 請求項31−34のいずれかに記載のプラズマガンを備えるナノ粒子産生システム。   A nanoparticle production system comprising the plasma gun according to any one of claims 31 to 34. ナノ粒子産生システムであって、
プラズマガンと、
少なくとも9グラム/分の率で材料を前記プラズマガンの中に給送するように構成されている連続給送システムと
を備える、システム。
A nanoparticle production system,
With plasma gun,
A continuous feed system configured to feed material into the plasma gun at a rate of at least 9 grams / minute.
前記連続給送システムは、詰まることなく、少なくとも336時間、材料を前記プラズマガンに給送するように構成されている、請求項36に記載のナノ粒子産生システム。   37. The nanoparticle production system of claim 36, wherein the continuous delivery system is configured to deliver material to the plasma gun for at least 336 hours without clogging. 前記連続給送システムは、原材料を前記プラズマガンに供給するための複数の材料給送供給チャネルを備える、請求項36に記載のナノ粒子産生システム。   37. The nanoparticle production system of claim 36, wherein the continuous feed system comprises a plurality of material feed supply channels for supplying raw materials to the plasma gun. 前記連続給送システムは、前記ナノ粒子産生システムの動作の間、材料給送供給チャネルを連続して一掃するための往復運動部材を備える、請求項36に記載のナノ粒子産生システム。   38. The nanoparticle production system of claim 36, wherein the continuous delivery system comprises a reciprocating member for continuously sweeping a material delivery supply channel during operation of the nanoparticle production system. 前記往復運動部材は、少なくとも2回/秒の率で往復運動する、請求項39に記載のナノ粒子産生システム。   40. The nanoparticle production system of claim 39, wherein the reciprocating member reciprocates at a rate of at least 2 times / second. 前記連続給送システムは、前記ナノ粒子産生システムの動作の間、材料給送供給チャネルを連続して一掃するためのパルス状ガス噴霧を備える、請求項36に記載のナノ粒子産生システム。   38. The nanoparticle production system of claim 36, wherein the continuous delivery system comprises a pulsed gas spray for continuously sweeping a material delivery supply channel during operation of the nanoparticle production system. 前記プラズマガンは、前記プラズマガンの出口を中心として環状に配置されている冷却リングを備える、請求項36に記載のナノ粒子産生システム。   37. The nanoparticle production system according to claim 36, wherein the plasma gun comprises a cooling ring arranged in an annular shape around the outlet of the plasma gun. 前記プラズマガンは、面板を備え、前記面板は、前記プラズマガンの外部表面上に配置され、前記冷却リングに継合されている、請求項42に記載のナノ粒子産生システム。   43. The nanoparticle production system of claim 42, wherein the plasma gun comprises a face plate, the face plate being disposed on an outer surface of the plasma gun and being joined to the cooling ring. 前記面板は、160時間を上回る前記プラズマガンの連続動作の間、900℃を下回って保たれている、請求項43に記載のナノ粒子産生システム。   44. The nanoparticle production system of claim 43, wherein the faceplate is maintained below 900 ° C. during continuous operation of the plasma gun for more than 160 hours. 前記プラズマガンはさらに、少なくとも1mmの最小直径を有する複数の材料注入ポートを備える、請求項36に記載のナノ粒子産生システム。   37. The nanoparticle production system of claim 36, wherein the plasma gun further comprises a plurality of material injection ports having a minimum diameter of at least 1 mm. 前記プラズマガン内の粒子の平均滞留時間は、少なくとも3msecである、請求項36に記載のナノ粒子産生システム。   37. The nanoparticle production system according to claim 36, wherein the average residence time of particles in the plasma gun is at least 3 msec. 前記プラズマガンの後に位置付けられ、前記プラズマガンによって産生されたナノ粒子を調質流体から分離する粒子収集デバイスをさらに備える、請求項36に記載のナノ粒子産生システム。   38. The nanoparticle production system of claim 36, further comprising a particle collection device positioned after the plasma gun and separating nanoparticles produced by the plasma gun from a conditioned fluid. 粒子産生デバイスは、フィルタと、ポンプとを備え、前記ポンプは、前記ナノ粒子産生システムの動作の間、前記調質流体が、前記フィルタを通して引き込まれ、ナノ粒子が、前記フィルタの表面上に収集されるように、吸引力を前記フィルタに印加するように構成されている、請求項47に記載のナノ粒子産生システム。   The particle production device comprises a filter and a pump, wherein the conditioned fluid is drawn through the filter and the nanoparticles are collected on the surface of the filter during operation of the nanoparticle production system. 48. The nanoparticle production system of claim 47, wherein the nanoparticle production system is configured to apply suction to the filter. 粒子産生デバイスはさらに、バックパルスシステムを備え、前記バックパルスシステムは、前記ナノ粒子産生システムの動作の間に1つ以上のバックパルスを前記フィルタに印加し、前記フィルタの表面上に収集されたナノ粒子を解放するように構成されている、請求項48に記載のナノ粒子産生システム。   The particle production device further comprises a back pulse system, wherein the back pulse system applies one or more back pulses to the filter during operation of the nanoparticle production system and is collected on the surface of the filter. 49. The nanoparticle production system of claim 48, configured to release nanoparticles. 前記バックパルスシステムは、センサが、所定の閾値を下回る材料流中の降下を検出すると、1つ以上のバックパルスを前記フィルタに自動的に印加するように構成されている、請求項49に記載のナノ粒子産生システム。   50. The back pulse system is configured to automatically apply one or more back pulses to the filter when a sensor detects a drop in the material flow below a predetermined threshold. Nanoparticle production system. 前記バックパルスシステムは、前記フィルタを通る吸引力が、所定の閾値を上回って増加すると、1つ以上のバックパルスを前記フィルタに自動的に印加するように構成されている、請求項49に記載のナノ粒子産生システム。   50. The back pulse system is configured to automatically apply one or more back pulses to the filter when a suction force through the filter increases above a predetermined threshold. Nanoparticle production system. 前記バックパルスシステムは、100psi〜120psiの圧力を伴う1つ以上のバックパルスを印加するように構成されている、請求項49に記載のナノ粒子産生システム。   50. The nanoparticle production system of claim 49, wherein the back pulse system is configured to apply one or more back pulses with a pressure of 100 psi to 120 psi. 前記バックパルスシステムは、アルゴンを含む1つ以上のバックパルスを印加するように構成されている、請求項49に記載のナノ粒子産生システム。   50. The nanoparticle production system of claim 49, wherein the back pulse system is configured to apply one or more back pulses comprising argon. 前記プラズマガンは、オス型電極と、メス型電極と、作業ガス供給源とを備え、前記作業ガス供給源は、前記オス型電極と前記メス型電極との間に形成されているプラズマ発生領域を横断して、作業ガスを渦螺旋流方向に送達するように構成されている、請求項36に記載のナノ粒子産生システム。   The plasma gun includes a male electrode, a female electrode, and a working gas supply source, and the working gas supply source is formed between the male electrode and the female electrode. 38. The nanoparticle production system of claim 36, wherein the nanoparticle production system is configured to deliver a working gas in a vortex spiral direction across. 前記オス型電極またはメス型電極は、タングステンで裏打ちされている、請求項54に記載のナノ粒子産生システム。   55. The nanoparticle production system of claim 54, wherein the male or female electrode is lined with tungsten. 前記作業ガス供給源は、注入リングを備え、前記注入リングは、前記プラズマ発生領域の前に位置付けられ、前記渦螺旋流方向を生成する、請求項54に記載のナノ粒子産生システム。   55. The nanoparticle production system of claim 54, wherein the working gas supply source comprises an injection ring, the injection ring being positioned in front of the plasma generation region and generating the vortex spiral direction. 前記注入リングは、複数の注入ポートを備える、請求項56に記載のナノ粒子産生システム。   57. The nanoparticle production system of claim 56, wherein the injection ring comprises a plurality of injection ports. 前記注入ポートは、前記オス型電極の周囲に環状形態で配置されている、請求項57に記載のナノ粒子産生システム。   58. The nanoparticle production system according to claim 57, wherein the injection port is arranged in an annular shape around the male electrode. 前記注入ポートは、前記オス型電極に向かって角度付けられている、請求項58に記載のナノ粒子産生システム。   59. The nanoparticle production system of claim 58, wherein the injection port is angled toward the male electrode. 前記注入ポートは、前記オス型電極から離れるように角度付けられている、請求項58に記載のナノ粒子産生システム。   59. The nanoparticle production system of claim 58, wherein the injection port is angled away from the male electrode. ナノ産生システムは、前記オス型電極またはメス型電極の交換なしに、少なくとも336時間、動作可能である、請求項54に記載のナノ粒子産生システム。   55. The nanoparticle production system of claim 54, wherein the nanoproduction system is operable for at least 336 hours without replacement of the male or female electrode. 前記プラズマガンの後に位置付けられ、少なくとも1つの反応混合物入力および少なくとも1つの調質流体入力を含む急冷チャンバをさらに備える、請求項36に記載のナノ粒子産生システム。   37. The nanoparticle production system of claim 36, further comprising a quench chamber positioned after the plasma gun and including at least one reaction mixture input and at least one conditioned fluid input. 前記急冷チャンバは、円錐台状形状を有し、動作の間、1000を上回るレイノズル係数を伴う乱流を生成するように構成されている、請求項62に記載のナノ粒子産生システム。   64. The nanoparticle production system of claim 62, wherein the quench chamber has a frustoconical shape and is configured to generate turbulent flow with a Ray nozzle coefficient greater than 1000 during operation. 前記プラズマガンの後に位置付けられ、少なくとも1つの反応混合物入力および少なくとも1つの調質流体入力を含む急冷チャンバをさらに備える、請求項54に記載のナノ粒子産生システム。   55. The nanoparticle production system of claim 54, further comprising a quench chamber positioned after the plasma gun and including at least one reaction mixture input and at least one conditioned fluid input. 前記急冷チャンバは、円錐台状形状を有し、動作の間、1000を上回るレイノズル係数を伴う乱流を生成するように構成されている、請求項64に記載のナノ粒子産生システム。   65. The nanoparticle production system of claim 64, wherein the quench chamber has a frustoconical shape and is configured to generate turbulent flow with a Ray nozzle coefficient greater than 1000 during operation. 調質流体流中に同伴されたナノ粒子を前記急冷チャンバからコレクタに伝導させるように構成されている冷却導管をさらに備える、請求項62に記載のナノ粒子産生システム。   64. The nanoparticle production system of claim 62, further comprising a cooling conduit configured to conduct nanoparticles entrained in the conditioned fluid stream from the quench chamber to a collector. 前記冷却導管は、層流撹乱器を備える、請求項66に記載のナノ粒子産生システム。   68. The nanoparticle production system of claim 66, wherein the cooling conduit comprises a laminar flow disruptor. 前記層流撹乱器は、ブレード、バッフル、螺旋ねじ、リッジ、またはバンプを備える、請求項67に記載のナノ粒子産生システム。   68. The nanoparticle production system of claim 67, wherein the laminar flow disruptor comprises a blade, baffle, helical screw, ridge, or bump. 粒子産生システムは、前記冷却導管内に詰まりが生じることなく、少なくとも6時間、継続的に動作するように構成されている、請求項67に記載のナノ粒子産生システム。   68. The nanoparticle production system of claim 67, wherein the particle production system is configured to operate continuously for at least 6 hours without clogging in the cooling conduit. 調質流体流中に同伴されたナノ粒子を前記急冷チャンバからコレクタに伝導させるように構成されている冷却導管をさらに備える、請求項64に記載のナノ粒子産生システム。   65. The nanoparticle production system of claim 64, further comprising a cooling conduit configured to conduct nanoparticles entrained in a conditioned fluid stream from the quench chamber to a collector. 前記冷却導管は、層流撹乱器を備える、請求項70に記載のナノ粒子産生システム。   72. The nanoparticle production system of claim 70, wherein the cooling conduit comprises a laminar flow disruptor. 前記層流撹乱器は、ブレード、バッフル、螺旋ねじ、リッジ、またはバンプを備える、請求項71に記載のナノ粒子産生システム。   72. The nanoparticle production system of claim 71, wherein the laminar flow disruptor comprises a blade, baffle, helical screw, ridge, or bump. 粒子産生システムは、前記冷却導管内に詰まりが生じることなく、少なくとも336時間、継続的に動作するように構成されている、請求項71に記載のナノ粒子産生システム。   72. The nanoparticle production system of claim 71, wherein the particle production system is configured to operate continuously for at least 336 hours without clogging in the cooling conduit. 測定された周囲圧力を上回る圧力を前記システム内に維持するシステム過圧モジュールをさらに備える、請求項36に記載のナノ粒子産生システム。   38. The nanoparticle production system of claim 36, further comprising a system overpressure module that maintains a pressure in the system above the measured ambient pressure. 前記システム内の圧力は、前記測定された周囲圧力を少なくとも1水柱インチ上回る圧力に維持されている、請求項74に記載のナノ粒子産生システム。   75. The nanoparticle production system of claim 74, wherein the pressure in the system is maintained at a pressure that is at least one inch of water above the measured ambient pressure. 測定された周囲圧力を上回る圧力を前記システム内に維持するシステム過圧モジュールをさらに備える、請求項54に記載のナノ粒子産生システム。   55. The nanoparticle production system of claim 54, further comprising a system overpressure module that maintains a pressure in the system above a measured ambient pressure. 測定された周囲圧力を上回る圧力を前記システム内に維持するシステム過圧モジュールをさらに備える、請求項62に記載のナノ粒子産生システム。   64. The nanoparticle production system of claim 62, further comprising a system overpressure module that maintains a pressure in the system above a measured ambient pressure. 測定された周囲圧力を上回る圧力を前記システム内に維持するシステム過圧モジュールをさらに備える、請求項67に記載のナノ粒子産生システム。   68. The nanoparticle production system of claim 67, further comprising a system overpressure module that maintains a pressure above the measured ambient pressure in the system. 調質流体浄化および再循環システムをさらに備える、請求項76に記載のナノ粒子産生システム。   77. The nanoparticle production system of claim 76, further comprising a conditioned fluid purification and recirculation system. 前記ナノ粒子産生システムの中に導入された前記調質流体の少なくとも80%は、浄化および再循環される、請求項79に記載のナノ粒子産生システム。   80. The nanoparticle production system of claim 79, wherein at least 80% of the conditioned fluid introduced into the nanoparticle production system is purified and recycled. 入力材料をナノ粒子産生システムの中に継続的に給送する方法であって、
第1の交換可能材料供給管を通して入力材料をプラズマガンの中に給送することと、
前記第1の交換可能材料供給管を通した入力材料の減少流率後、第2の交換可能材料供給管を通して入力材料を前記プラズマガンの中に給送することと、
前記第1の交換可能材料供給管を通した入力材料の流動を停止させることと、
前記第1の交換可能材料供給管を清掃または交換した後、前記第1の交換可能材料供給管を通して入力材料が前記プラズマガンの中へ流動することを再開始させることと
を含む、方法。
A method of continuously feeding input material into a nanoparticle production system,
Feeding input material into the plasma gun through a first replaceable material supply tube;
After a reduced flow rate of the input material through the first replaceable material supply tube, feed the input material through the second replaceable material supply tube into the plasma gun;
Stopping the flow of input material through the first exchangeable material supply tube;
Reinitiating flow of input material through the first replaceable material supply tube into the plasma gun after cleaning or replacing the first replaceable material supply tube.
入力材料をナノ粒子産生システムの中に継続的に給送する方法であって、
材料給送供給チャネルを通して入力材料をプラズマガンの中に給送することと、
少なくとも9グラム/分の率で原材料を前記プラズマガンの中に押勢することによって、材料給送供給チャネルを継続的に一掃することと
を含む、方法。
A method of continuously feeding input material into a nanoparticle production system,
Feeding the input material into the plasma gun through the material feed supply channel;
Continuously sweeping the material delivery channel by forcing raw material into the plasma gun at a rate of at least 9 grams / minute.
原材料は、往復運動部材を前記材料給送供給チャネルの中に挿入することによって、前記プラズマガンの中に押勢される、請求項81に記載の方法。   82. The method of claim 81, wherein raw material is forced into the plasma gun by inserting a reciprocating member into the material delivery supply channel. 往復運動部材は、少なくとも2回/秒の率で往復運動する、請求項82に記載の方法。   83. The method of claim 82, wherein the reciprocating member reciprocates at a rate of at least 2 times / second. 原材料は、ガスを前記材料給送供給チャネルの中にパルス化することによって、前記プラズマガンの中に押勢される、請求項81に記載の方法。   84. The method of claim 81, wherein raw material is forced into the plasma gun by pulsing gas into the material delivery supply channel. ナノ粒子産生システムであって、
プラズマガンと、
前記プラズマガンの後に位置付けられ、少なくとも1つの乱流流体入力を含む急冷チャンバと、
調質流体流中に同伴されたナノ粒子を前記急冷チャンバからコレクタに伝導させるように構成されている冷却導管と
を備え、
前記冷却導管は、層流撹乱器を備え、前記ナノ粒子産生システムは、詰まることなく、少なくとも6時間、継続的に動作するように構成されている、システム。
A nanoparticle production system,
With plasma gun,
A quench chamber positioned after the plasma gun and including at least one turbulent fluid input;
A cooling conduit configured to conduct nanoparticles entrained in the conditioned fluid stream from the quenching chamber to a collector; and
The cooling conduit comprises a laminar flow disruptor and the nanoparticle production system is configured to operate continuously for at least 6 hours without clogging.
前記急冷チャンバは、円錐台状形状を有し、動作の間、1000を上回るレイノズル係数を伴う乱流を生成するように構成されている、請求項86に記載のナノ粒子産生システム。   87. The nanoparticle production system of claim 86, wherein the quench chamber has a frustoconical shape and is configured to generate turbulent flow with a Ray nozzle coefficient greater than 1000 during operation. 前記層流撹乱器は、ブレード、バッフル、螺旋ねじ、リッジ、またはバンプを備える、請求項86に記載のナノ粒子産生システム。   87. The nanoparticle production system of claim 86, wherein the laminar flow disruptor comprises a blade, baffle, helical screw, ridge, or bump. 粒子産生システムは、前記冷却導管内に詰まりが生じることなく、少なくとも336時間、継続的に動作するように構成されている、請求項86に記載のナノ粒子産生システム。   90. The nanoparticle production system of claim 86, wherein the particle production system is configured to operate continuously for at least 336 hours without clogging in the cooling conduit. 前記乱流流体入力は、反応混合物入力を中心として環状に配置されている、請求項86に記載のナノ粒子産生システム。   87. The nanoparticle production system of claim 86, wherein the turbulent fluid input is arranged in a ring around the reaction mixture input. 1つ以上の乱流流体入力は、乱流誘発噴霧である、請求項90に記載のナノ粒子産生システム。   94. The nanoparticle production system of claim 90, wherein the one or more turbulent fluid inputs are turbulence induced sprays. 前記乱流誘発噴霧は、反応混合物入力に向かって指向されている、請求項91に記載のナノ粒子産生システム。   92. The nanoparticle production system of claim 91, wherein the turbulence induced spray is directed toward a reaction mixture input. 前記乱流誘発噴霧は、反応混合物入力から離れるように指向されている、請求項91に記載のナノ粒子産生システム。   92. The nanoparticle production system of claim 91, wherein the turbulence inducing spray is directed away from the reaction mixture input. 前記乱流誘発噴霧は、反応混合物入力に垂直に指向されている、請求項91に記載のナノ粒子産生システム。   92. The nanoparticle production system of claim 91, wherein the turbulence inducing spray is directed perpendicular to the reaction mixture input. 前記乱流流体入力は、相互接続リングを形成する、請求項90に記載のナノ粒子産生システム。   94. The nanoparticle production system of claim 90, wherein the turbulent fluid input forms an interconnect ring. ナノ粒子産生システムであって、
プラズマガンと、
フィルタと、ポンプとを備える粒子収集デバイスであって、前記ポンプは、前記ナノ粒子産生システムの動作の間、前記調質流体が、前記フィルタを通して引き込まれ、ナノ粒子が、前記フィルタの表面上に収集されるように、吸引力を前記フィルタに印加するように構成されている、粒子収集デバイスと、
前記ナノ粒子産生システムの動作の間に1つ以上のバックパルスを前記フィルタに印加し、前記フィルタの表面上に収集されたナノ粒子を解放するように構成されているバックパルスシステムと
を備える、システム。
A nanoparticle production system,
With plasma gun,
A particle collection device comprising a filter and a pump, wherein the pump draws the conditioned fluid through the filter during operation of the nanoparticle production system and the nanoparticles are on the surface of the filter A particle collection device configured to apply a suction force to the filter to be collected;
A back pulse system configured to apply one or more back pulses to the filter during operation of the nanoparticle production system and to release the nanoparticles collected on the surface of the filter; system.
前記バックパルスシステムは、センサが、所定の閾値を下回る材料流中の降下を検出すると、1つ以上のバックパルスを前記フィルタに自動的に印加するように構成されている、請求項96に記載のナノ粒子産生システム。   99. The back pulse system is configured to automatically apply one or more back pulses to the filter when a sensor detects a drop in a material flow that is below a predetermined threshold. Nanoparticle production system. 前記バックパルスシステムは、前記フィルタを通る吸引力が、所定の閾値を上回って増加すると、1つ以上のバックパルスを前記フィルタに自動的に印加するように構成されている、請求項96に記載のナノ粒子産生システム。   97. The back pulse system is configured to automatically apply one or more back pulses to the filter when a suction force through the filter increases above a predetermined threshold. Nanoparticle production system. 前記バックパルスシステムは、100psi〜120psiの圧力を伴う1つ以上のバックパルスを印加するように構成されている、請求項96に記載のナノ粒子産生システム。   99. The nanoparticle production system of claim 96, wherein the back pulse system is configured to apply one or more back pulses with a pressure of 100 psi to 120 psi. 前記バックパルスシステムは、アルゴンを含む1つ以上のバックパルスを印加するように構成されている、請求項96に記載のナノ粒子産生システム。   99. The nanoparticle production system of claim 96, wherein the back pulse system is configured to apply one or more back pulses comprising argon. 前記ナノ粒子産生システムは、前記フィルタの交換なしに、少なくとも6時間、動作するように構成されている、請求項96に記載のナノ粒子産生システム。   99. The nanoparticle production system of claim 96, wherein the nanoparticle production system is configured to operate for at least 6 hours without replacing the filter. 測定された周囲圧力を上回る圧力を前記システム内に維持するシステム過圧モジュールをさらに備える、請求項96に記載のナノ粒子産生システム。   99. The nanoparticle production system of claim 96, further comprising a system overpressure module that maintains a pressure in the system above a measured ambient pressure. 前記システム内の圧力は、前記測定された周囲圧力を少なくとも1水柱インチ上回る圧力に維持されている、請求項102に記載のナノ粒子産生システム。   105. The nanoparticle production system of claim 102, wherein the pressure in the system is maintained at a pressure that is at least one inch of water above the measured ambient pressure. 調質流体浄化および再循環システムをさらに備える、請求項96に記載のナノ粒子産生システム。   99. The nanoparticle production system of claim 96, further comprising a conditioned fluid purification and recirculation system. 前記ナノ粒子産生システムの中に導入された前記調質流体の少なくとも80%は、浄化および再循環される、請求項104に記載のナノ粒子産生システム。   105. The nanoparticle production system of claim 104, wherein at least 80% of the conditioned fluid introduced into the nanoparticle production system is purified and recycled. ナノ粒子産生システムであって、
プラズマガンと、
測定された周囲圧力を上回る圧力を前記システム内に維持するシステム過圧モジュールと、
調質流体浄化および再循環システムと、
フィルタと、ポンプとを備える粒子収集デバイスであって、前記ポンプは、前記ナノ粒子産生システムの動作の間、前記調質流体が、前記フィルタを通して引き込まれ、ナノ粒子が、前記フィルタの表面上に収集されるように、吸引力を前記フィルタに印加するように構成されている、粒子収集デバイスと、
前記ナノ粒子産生システムの動作の間に1つ以上のバックパルスを前記フィルタに印加し、前記フィルタの表面上に収集されたナノ粒子を解放するように構成されているバックパルスシステムと
を備える、システム。
A nanoparticle production system,
With plasma gun,
A system overpressure module that maintains a pressure in the system above the measured ambient pressure;
A conditioned fluid purification and recirculation system;
A particle collection device comprising a filter and a pump, wherein the pump draws the conditioned fluid through the filter during operation of the nanoparticle production system and the nanoparticles are on the surface of the filter A particle collection device configured to apply a suction force to the filter to be collected;
A back pulse system configured to apply one or more back pulses to the filter during operation of the nanoparticle production system and to release the nanoparticles collected on the surface of the filter; system.
前記バックパルスシステムは、センサが、所定の閾値を下回る材料流中の降下を検出すると、1つ以上のバックパルスを前記フィルタに自動的に印加するように構成されている、請求項106に記載のナノ粒子産生システム。   107. The back pulse system is configured to automatically apply one or more back pulses to the filter when a sensor detects a drop in a material flow that is below a predetermined threshold. Nanoparticle production system. 前記バックパルスシステムは、前記フィルタを通る吸引力が、所定の閾値を上回って増加すると、1つ以上のバックパルスを前記フィルタに自動的に印加するように構成されている、請求項106に記載のナノ粒子産生システム。   107. The back pulse system is configured to automatically apply one or more back pulses to the filter when a suction force through the filter increases above a predetermined threshold. Nanoparticle production system. 前記バックパルスシステムは、100psi〜120psiの圧力を伴う1つ以上のバックパルスを印加するように構成されている、請求項106に記載のナノ粒子産生システム。   107. The nanoparticle production system of claim 106, wherein the back pulse system is configured to apply one or more back pulses with a pressure of 100 psi to 120 psi. 前記バックパルスシステムは、アルゴンを含む1つ以上のバックパルスを印加するように構成されている、請求項106に記載のナノ粒子産生システム。   107. The nanoparticle production system of claim 106, wherein the back pulse system is configured to apply one or more back pulses comprising argon. 前記ナノ粒子産生システムは、前記フィルタの交換なしに、少なくとも6時間、動作するように構成されている、請求項106に記載のナノ粒子産生システム。   107. The nanoparticle production system of claim 106, wherein the nanoparticle production system is configured to operate for at least 6 hours without replacing the filter. 前記システム内の圧力は、前記測定された周囲圧力を少なくとも1水柱インチ上回る圧力に維持されている、請求項106に記載のナノ粒子産生システム。   107. The nanoparticle production system of claim 106, wherein the pressure in the system is maintained at a pressure that is at least one inch of water above the measured ambient pressure. 前記ナノ粒子産生システムの中に導入された前記調質流体の少なくとも80%は、浄化および再循環される、請求項106に記載のナノ粒子産生システム。   107. The nanoparticle production system of claim 106, wherein at least 80% of the conditioned fluid introduced into the nanoparticle production system is purified and recycled.
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