JP2023503582A - 流体中の粒子を分離するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

マイクロ流体チャネルを含む分離要素は、流体中の粒子を分離するために流体力学的セパレータ又はフロールーティング要素を使用することができる。各マイクロ流体チャネル内の粒子をカウントするために粒子センサを使用することができる。一意のオリフィスパターンを使用して、複数のマイクロ流体チャネルのための共有粒子センサの使用を容易にすることができる。分離要素は、エンジン燃料システム、バルク燃料システム、油圧粒子フィルタ、及び油圧脱気エンハンサなど様々なシステムで使用することができる。

Description

本出願は、２０１９年１１月２９日出願の米国仮出願第６２／９４２，００９号の利益を主張し、その開示全体を参照により本明細書に援用する。

本開示は、粒子の分離に関する。特に、本開示は、流体中の粒子の分離に関する。

流体に分散された粒子は、エンジン燃料システム、バルク燃料システム、油圧システム、又は流体を処理若しくは貯蔵するための他のシステムなど、特定のシステムにおいて問題となり得る。例えば、燃料中の水（又は水滴）の粒子は、内燃機関のエンジン燃料システムにおいて問題となり得る。燃料中の水は、燃焼中の腐食又は気化により燃料インジェクタを損傷することがある。インジェクタの損傷は、使用地域の排出基準に準拠することができなくなるなど、エンジンの動作に様々な問題を引き起こすおそれがある。燃料インジェクタが損傷されると、修理又はメンテナンスが必要となり得る。運転時間が減らされることは、商用車又は産業用車両にとって特にコストとなり得る。一般に、流体中に分散された気体、液体、又は固体粒子の存在は、バルク燃料システムや油圧システムなど様々な流体システムで問題を引き起こす可能性がある。従来の流体フィルタは、媒体構造内で粒子を捕捉する。媒体構造が経時的に詰まる可能性があり、メンテナンス又はフィルタ交換が必要になる。

本開示の技法は、一般に、様々な流体システム内の流体中の特定の粒子を集束させ、それらの特定の粒子を流体又は他のサイズの粒子から分離することに関する。一般に、流体システムは、特定のサイズ範囲内の粒子を集束させるために、流体力学的分離要素などの粒子分離要素を含むことがある。粒子分離要素は、入口、及び少なくとも２つの流れ分岐を有する出口を含むことがある。特定のサイズ範囲の粒子を、２つの流れ分岐の一方に集束することができる。いくつかの実施形態では、閾値サイズ範囲を超える粒子が、２つの流れ分岐の一方に集束される。残りの粒子は、少なくとも２つの流れ分岐を通って流れることができる。いくつかの実施形態では、粒子分離要素を使用して、流体フィルタを補完する又は流体フィルタの代替とすることができる。

一態様では、本開示は流体力学的セパレータに関する。システムが、流体連通する湾曲したマイクロ流体チャネルをそれぞれ画定する１つ又は複数の流体力学的セパレータを有する流体力学的分離要素を含む。各マイクロ流体チャネルは、流体、及びその流体に分散された粒子を受け入れるように構成された入口であって、粒子が、流体とは異なる組成を有する、入口と、第１の流れ分岐及び第２の流れ分岐を含む出口とを画定する。所定の流量で、各マイクロ流体チャネルは、対応する閾値サイズを超える任意の粒子を第２の流れ分岐に向け、任意の残りの粒子を第１の流れ分岐と第２の流れ分岐との両方に向けるように構成される。システムは、１つ又は複数の流体力学的セパレータに沿って位置決めされ、流体、及びその流体中の粒子に対応する信号を表す信号データを提供するように構成された粒子センサも含む。システムは、さらに、信号データを受信するために粒子センサに動作可能に結合され、流体力学的分離要素と流体連通して流体ポンプに動作可能に結合可能な制御装置を含む。制御装置は、流体ポンプを制御して、流体を流体力学的分離要素に通し、粒子センサからの信号データに基づいて、閾値レベルの粒子が少なくとも１つのマイクロ流体チャネルに存在するかどうかを決定し、閾値レベルの粒子が少なくとも１つのマイクロ流体チャネルに存在するという決定に応答して、流体力学的分離要素を通る流量を制御して、所定の流量で流体を流体力学的分離要素に通し、対応する閾値サイズを超える任意の粒子を少なくとも１つのマイクロ流体チャネルの第２の流れ分岐に集束させるように構成される。

別の態様では、本開示は、粒子ダイバータに関する。システムが、粒子分離要素を含む。粒子分離要素は、並列流体連通する１つ又は複数のマイクロ流体チャネルを含む。各マイクロ流体チャネルが、流体、及びその流体に分散された粒子を受け入れるように構成された入口であって、粒子が、流体とは異なる組成を有する、入口と、第１の流れ分岐及び第２の流れ分岐を含む出口とを画定する。システムは、少なくとも１つの出口の少なくとも１つの流れ分岐に沿って位置決めされたフロールーティング要素も含む。システムは、さらに、１つ又は複数のマイクロ流体チャネルに沿って位置決めされ、流体、及びその流体に分散された粒子に対応する信号を表す信号データを提供するように構成された粒子センサをさらに含む。システムは、少なくとも１つのフロールーティング要素に動作可能に結合され、信号データを受信するように粒子センサに動作可能に結合された制御装置を含む。制御装置は、フロールーティング要素を制御して、流体流を少なくとも１つのマイクロ流体チャネルの少なくとも１つの出口の第１の流れ分岐に向け、粒子センサからの信号データに基づいて、閾値レベルの粒子が少なくとも１つのマイクロ流体チャネルに存在するかどうかを決定し、閾値レベルの粒子が少なくとも１つのマイクロ流体チャネルに存在するという決定に応答して、フロールーティング要素を制御して、流体流を少なくとも１つのマイクロ流体チャネルの第２の流れ分岐に向ける。

別の態様では、本開示は粒子分類機に関する。システムは、異なるサイズ範囲の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体分離チャネルをそれぞれ画定する少なくとも第１の流体力学的セパレータ及び第２の流体力学的セパレータを含む、直列流体連通する複数の流体力学的セパレータを有する流体力学的分離要素を含む。各マイクロ流体分離チャネルは、粒子を含む流体を受け入れるように構成された入口と、第１の流れ分岐及び第２の流れ分岐を含む出口とを画定する。特定の流量で、各マイクロ流体分離チャネルが、対応する閾値サイズを超える任意の粒子を第２の流れ分岐に向け、任意の残りの粒子を第１の流れ分岐と第２の流れ分岐との両方に向けるように構成され、第１の流体力学的セパレータの第１の流れ分岐が、第２の流体力学的セパレータの入口と流体連通する。システムは、流体力学的分離要素と流体連通するマイクロ流体感知要素も含む。マイクロ流体感知要素は、流体力学的分離要素の異なる流れ分岐とそれぞれ流体連通する複数のマイクロ流体感知チャネルを含む。複数のマイクロ流体感知チャネルは、少なくとも、第１の閾値サイズを超える任意の粒子を受け入れるために、第１の流体力学的セパレータの第２の流れ分岐と流体連通する第１のマイクロ流体感知チャネルと、第２の閾値サイズを超える任意の粒子を受け入れるために、第２の流体力学的セパレータの第２の流れ分岐と流体連通する第２のマイクロ流体感知チャネルであって、第１の閾値サイズが第２の閾値サイズよりも大きい、第２のマイクロ流体感知チャネルとを含む。

さらに別の態様では、本開示は、オリフィスパターンに関する。システムが、流体及びその流体に分散された粒子の流れを受け入れるようにそれぞれ構成された複数のマイクロ流体感知チャネルを含む。粒子は、流体とは異なる組成を有する。システムは、複数のマイクロ流体感知チャネルを通る経路に沿って周波数帯域内の光ビームを向けるように構成された光源も含む。周波数帯域は、粒子による吸光度が流体による吸光度とは異なるように選択される。システムは、各マイクロ流体感知チャネルに並べられた異なる光アパーチャセットを有する複数の光アパーチャを画定するアパーチャ要素をさらに含む。各光アパーチャセットが、対応するマイクロ流体感知チャネルに沿った一意の間隔パターンを画定する。システムは、アパーチャ要素の複数の光アパーチャ、及び複数のマイクロ流体感知チャネルを通過した後、感知領域で光ビームを受信するように位置決めされた光検出器も含む。光検出器は、複数のマイクロ流体感知チャネルを通過した後に残る周波数帯域内の光の量を表す信号を提供するように構成される。さらに、システムは、光検出器に動作可能に結合され、光検出器からの信号に基づいて信号データを決定し、信号データに基づいて、粒子が感知領域を通過したかどうかを決定し、信号データに基づいて、感知領域を通された粒子に関連する一意の間隔パターンを決定するように構成された制御装置を含む。

さらに別の態様では、本開示は、水滴の検出に関する。システムは、本開示によるシステムを含み、粒子は、流体とは異なる第２の流体を含む。

さらなる態様では、本開示は、エンジン燃料システムに関する。システムは、燃料インジェクタシステムに燃料を送達するように構成された燃料ラインを含む。システムは、燃料中の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体チャネルをそれぞれ画定する１つ又は複数の流体力学的セパレータを有する流体力学的分離要素も含む。各マイクロ流体チャネルは、燃料ラインと流体連通し、燃料を受け入れるための入口と、燃料インジェクタシステムに燃料を供給するために燃料ラインと流体連通する第１の流れ分岐、及び特定のサイズ範囲内の粒子を受け入れるための第２の流れ分岐を含む出口とを画定する。

別の態様では、本開示は、バルク燃料システムに関する。システムが、バルク燃料貯蔵タンクから車両燃料タンクに燃料を送達するように構成された燃料ラインを含む。システムは、燃料中の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体チャネルをそれぞれ画定する１つ又は複数の流体力学的セパレータを有する流体力学的分離要素も含む。各マイクロ流体チャネルは、燃料ラインと流体連通し、燃料を受け入れるための入口と、車両燃料タンクに燃料を供給するために、燃料ラインと流体連通する第１の流れ分岐、及び特定のサイズ範囲内の粒子を受け入れるための第２の流れ分岐を含む出口とを画定する。

さらに別の態様では、本開示は、油圧粒子フィルタに関する。システムが、油圧ポンプから油圧構成要素に油圧流体を送達するように構成された油圧流体ラインを含む。システムは、油圧流体中の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体チャネルをそれぞれ画定する１つ又は複数の流体力学的セパレータを有する流体力学的分離要素も含む。各マイクロ流体チャネルは、油圧流体ラインと流体連通し、油圧ポンプから油圧流体を受け入れるための入口と、油圧流体ラインと流体連通し、油圧構成要素に油圧流体を提供するための第１の流れ分岐、及び特定のサイズ範囲内の粒子を受け入れるための第２の流れ分岐を含む出口とを画定する。

さらに別の態様では、本開示は、油圧脱気の向上に関する。システムが、油圧構成要素から油圧ポンプに油圧流体を送達するように構成された油圧流体リターンラインを含む。システムは、油圧流体中の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体チャネルをそれぞれ画定する１つ又は複数の流体力学的セパレータを有する流体力学的分離要素を含む。各マイクロ流体チャネルは、油圧流体ラインと流体連通し、油圧ポンプから油圧流体を受け入れるための入口と、油圧流体ラインと流体連通し、油圧ポンプに油圧流体を提供するための第１の流れ分岐、及び特定のサイズ範囲内の粒子を受け入れるための第２の流れ分岐を含む出口とを画定する。

本開示の様々な実施形態は図面に示されており、図面は以下のように要約される。

本開示による流体源から流体の流れを受け入れるように構成された粒子分離要素を含む流体システムの一例を示す概念図である。 図１の粒子分離要素と共に使用可能な機械で燃料を処理するために使用することができる流体システムの一例を示す概念図である。 図１の粒子分離要素と共に使用可能なバルク燃料を処理するために使用することができる流体システムの一例を示す概念図である。 図１の粒子分離要素と共に使用可能な油圧流体を送達するために使用することができる流体システムの一例を示す概念図である。 図１の粒子分離要素と共に使用可能な油圧流体を脱気するために使用することができる流体システムの一例を示す概念図である。 図１の粒子センサで使用可能であり得る光学的又は光ベースの粒子センサの一例を示す概念図である。 マイクロ流体チャネルに対して図１の粒子センサを使用するための構成の一例を示す概念図である。 マイクロ流体チャネルに対して図１の粒子センサを使用するための構成の別の例を示す概念図である。 粒子分離要素及びマイクロ流体感知要素と共に図１の粒子センサを使用するための別の構成を示す概念図である。 粒子分離要素及びマイクロ流体感知要素と共に図１の粒子センサを使用するための別の構成を示す概念図である。 図１の粒子センサと共に使用可能な、共有光検出器を使用して複数のマイクロ流体チャネル内の粒子の数をカウントするための技法の一例を示す概念図である。 図１の粒子センサと共に使用可能な、共有光検出器を使用して複数のマイクロ流体チャネル内の粒子の数をカウントするための技法の一例を示す概念図である。 図１の粒子分離要素と共に使用可能な、粒子を除去するために使用することができる流体システムの一例を示す概念図である。 それぞれ流体力学的セパレータデバイス及びピクセル強度対チャネル位置を示す画像及びプロットである。 それぞれ流体力学的セパレータデバイス及びピクセル強度対チャネル位置を示す画像及びプロットである。 それぞれ流体力学的セパレータデバイス及びピクセル強度対チャネル位置を示す画像及びプロットである。 それぞれ流体力学的セパレータデバイス及びピクセル強度対チャネル位置を示す画像及びプロットである。 図１３Ａ～Ｄの流体力学的セパレータデバイスの周りでの角度の相対位置を示す概念図である。 図１３Ａ～Ｄの流体力学的セパレータデバイスに関する集束率対チャネル長を示すプロットである。

以下の詳細な説明では、いくつかの具体的な実施形態を参照する。他の実施形態も企図され、本開示の範囲又は精神から逸脱することなく形成することができることを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈すべきではない。

本開示は、様々な流体システムにおいて流体中の特定の粒子を集束させ、それらの特定の粒子を流体又は他のサイズの粒子から分離するための技法を提供する。一般に、流体システムは、特定のサイズ範囲内の粒子を集束させるために、流体力学的分離要素などの粒子分離要素を含むことがある。粒子分離要素は、入口、及び少なくとも２つの流れ分岐を有する出口を含むことがある。特定のサイズ範囲の粒子を、２つの流れ分岐の一方に集束することができる。いくつかの実施形態では、閾値サイズ範囲を超える粒子が、２つの流れ分岐の一方に集束される。残りの粒子は、少なくとも２つの流れ分岐を通って流れることができる。いくつかの実施形態では、粒子分離要素を使用して、流体フィルタを補完する又は流体フィルタの代替とすることができる。

流体力学的分離要素を含むことがある粒子分離要素は、フィルタの代替物又は補完物として使用することができる。特に、粒子分離要素を使用して、臨界サイズを超える粒子を流体流の一部に集中させることができる。流体流のこの部分をシステムから除去し、それにより、閾値サイズを超えるほとんどの粒子を除去することができる。いくつかの場合には、これは、フィルタの機能の一部又は全てを代替することができる。粒子分離要素の性能は、経時的に変化しないことがあり、定期的な交換を必要としないことがある。いくつかの実施形態では、フィルタを粒子分離要素の下流で使用して、閾値サイズ未満の粒子を除去することができる。さらに、いくつかの実施形態では、粒子分離要素によって集束された粒子が濾過される。これは、粒子分離要素を備えないシステムよりも低い面速度で行うことができ、したがってフィルタの圧力降下がより低くなり、フィルタの寿命がより長くなる。

流体力学的分離要素を含むことがある粒子分離要素を使用して、異なるサイズの粒子を選別することもできる。いくつかの用途では、閾値サイズが決定されることがある。粒子分離要素は、閾値サイズを超える粒子を流体流の集中流体部分に集中させるように設計することができる。流体流の集中部分をシステムから除去することができる。この技法を使用して、粒子カウントのために粒子を集中させることができる。また、この技法を使用して、様々なタイプの粒子を分離すること、又は収集のために特定の材料を集中させることもできる。

液体ストリームなど流体中の個々の汚染物質を検出するために、マイクロ流体粒子センサ又はマイクロ流体感知要素を使用することができる。粒子センサの上流に、セパレータ又はセグメンテーション段階を位置決めすることができる。セグメンテーション段階又は粒子分離要素は、粒子サイズに基づいて粒子を異なる流体ストリームラインに分離することができる。これは、例えばディーンフロー分離を使用して達成することができる。粒子が粒子サイズに基づいていくつかのストリームラインに入ると、各ストリームラインは、マイクロ流体感知要素の異なる感知チャネルに送られる。感知チャネルは、粒子の数をカウントする粒子センサに関連付けられる。各感知チャネル内の粒子の数を知ることにより、おおよその粒子サイズ分布を決定することができる。センサは、光学センサ、静電容量センサ、磁気センサ、又は他のセンサでよい。代替として、粒子センサは、マイクロ流体チャネル及びセンサのみを含むこともある。マイクロ流体チャネルの使用は、ミー散乱など他の技法に比べて、個々の汚染物質に対する感度を高めることができる。信号処理を使用して、汚染物質のタイプを同定することもできる。

さらに、流体力学的分離要素を含むことがある粒子分離要素は、選択的な粒子廃棄物除去に使用することができる。いくつかの場合には、特定のサイズを超える粒子のみがシステムからの除去の対象とされることがある。選択的な粒子廃棄物除去の使用は、限定はしないが、牛乳中の脂肪の除去又は濃縮（脂肪は通常０．１～１５マイクロメートルの凝集体である）、オレンジジュースパルプの除去又は濃縮、半導体処理流体中の汚染物質の除去、及び産業用インク処理でのインク凝集体の除去を含むことがある。ウェハ研磨スラリに関係する一例では、粒子分離要素は、凝集体又は不純物であり得る閾値サイズを超える粒子を除去し、閾値サイズ未満の粒子を通過させるように設計することができる。

定義
粒子
本明細書で使用するとき、「粒子」という用語は、様々な流体に分散されていることがある離散量の物質を表す。粒子を形成し得る物質の非限定的な例としては、汚れ、金属、気泡、及び水滴が挙げられる。１つの特定の例では、ガソリン又はディーゼル燃料などの炭化水素流体に水滴が分散されて、エマルジョンを生成することがある。別の例では、油圧流体に気泡が分散されることがある。

上流／下流
本明細書で使用するとき、「下流」という用語は、流体流に沿った方向を表す。「上流」という用語は、下流の反対向き、又は流体流と反対の方向を表す。

マイクロ流体チャネル
本明細書で使用するとき、「マイクロ流体チャネル」という用語は、１ミリメートル（１０００マイクロメートル）未満の少なくとも１つの寸法を有するチャネルを表す。マイクロ流体チャネルは、１０００マイクロメートル未満のチャネル幅、１０００マイクロメートル未満のチャネル高さ（又は深さ）、又はその両方を有することがある。いくつかの実施形態では、より高い流量の用途の場合、マイクロ流体チャネルの少なくとも１つの寸法は、１ミリメートルよりも大きくすることもできる。いくつかの実施形態では、マイクロ流体チャネルの少なくとも１つの寸法は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、若しくは１０ミリメートル以上、又は１０、９、８、７、６、５、４、３、若しくは２ミリメートル以下である。一般に、チャネルは、適切な粒子集束とのバランスが取れた適切な圧力降下を提供するために任意の適切な長さを有することができる。

マイクロ流体チャネルは、断面積、すなわち幅×高さで表すことができる。いくつかの実施形態では、マイクロ流体チャネルの断面積は、１０、９、８、７、６、５、４、３、又は２ミリメートル平方未満でよい。

マイクロ流体チャネルは、水力直径で表すこともできる。例えば、長方形断面を有するマイクロ流体チャネルの場合、水力直径は以下のように計算することができる。

ここで、Ｄ_Ｈは水力直径である。他の断面形状は、本開示の利益を得る当業者に知られている技法に従って計算することができる。いくつかの実施形態では、マイクロ流体チャネルの水力直径は、５、４、３、２、又は１ミリメートル未満でよい。少なくとも１つの実施形態では、マイクロ流体チャネルのマイクロ流体チャネルの水力直径は、１ミリメートル未満でよい。

流体力学的セパレータ
本明細書で使用するとき、「流体力学的セパレータ」という用語は、少なくとも、流体流を受け入れるための入口と、流体流を分割するための少なくとも２つの分岐を含む出口とを含む湾曲した流体チャネルを表す。流体チャネルは、マイクロ流体チャネルであり得る。入口は、様々なサイズの粒子を含むことがある流体を受け入れることができる。特定の流量で、流体力学的セパレータは、閾値サイズを超える粒子を１つの分岐に集束させるように構成される。残りの粒子は、流体流に集束されない。残りの粒子は、例えば各分岐に関連する体積分率又は出口流量比に基づいて、すべての分岐に分割することができる。流体力学的セパレータは、以下のパラメータの少なくとも１つ又は複数に基づいて設計することができる：ディーン数、レイノルズ数、水力直径、曲率半径、目標流量、目標圧力降下、臨界粒子サイズ、流体粘性、動作温度（流体粘性に影響を及ぼすことがある）、出口流量比、又はこれらの任意の組合せ。流体力学的セパレータは、ディーンフローセパレータとも呼ばれることがある。

一般に、流体力学的セパレータは、閾値サイズを超える粒子を湾曲部の内壁に集束させるように設計された湾曲したマイクロ流体チャネルを含む。マイクロ流体チャネルの断面積は、マイクロ流体チャネルに入ることができる最大粒子サイズを制限する。このデバイスは、特定の流量又は流量範囲で既知の流体中の粒子を集束させるように設計された幾何形状（幅、高さ、曲率半径、チャネル長など）を画定する。次いで、内壁の近くの流体の一部を除去することによって、内壁の近くの集束された粒子をシステムから除去することができる。他の実施形態では、デバイスの幾何形状及び動作条件に応じて、代替として、粒子及び廃棄物ストリームが外壁の近くに集束されることがある。デバイスの設計は、用途での流量、流体特性（粘性や密度など）、及び閾値粒子サイズに依存することがある。流体力学的セパレータは、システム内のフィルタ又はプレフィルタとして機能することがある。

湾曲したマイクロ流体チャネルを使用して、適切な流れ条件下で所定のサイズの粒子を集束させることができる。層流条件下での湾曲したチャネル又はパイプでは、流体の慣性により、チャネルにわたって圧力勾配が生じる。圧力勾配を緩和するために、ディーンフロー（二次流と呼ばれることもある）として知られる２つの螺旋状の流れが生じることがある。ディーンフローは、流体中の任意の粒子に対して抗力を示すことがある。より大きいチャネルでは、粒子は、螺旋運動でチャネルに沿って掃引されることがある。マイクロ流体チャネルのようにチャネルが小さくなると、ディーンフローは、２つの追加の力とバランスを取ることができ、それにより粒子を捕捉して湾曲チャネルの内壁に集束することができる。これらの力は、壁に向かって揚力を引き起こすせん断誘発揚力、及び粒子が壁に近づくときに流体流の跳ね返りにより粒子を壁から押し離す壁誘発揚力として表すことができる。粒子は、湾曲チャネル内で特定のストリームラインに集束させることができる。このように粒子を集束させることは、流体力学的分離又はディーンフロー分離と呼ばれることがある。

フロールーティング要素
本明細書で使用するとき、「フロールーティング要素」は、流体チャネルから出る流体流の選択的なルーティングを可能にするように構成された構成要素を表す。フロールーティング要素の構成要素の非限定的な例としては、弁又はソレノイドが挙げられる。一例では、フロールーティング要素は、任意の適切な方法で流れを１つ又は複数の分岐に分流するように構成された１つ又は複数の弁を含むことがある。

ディーン数
ディーン数は、湾曲したパイプ内の流体挙動を表し、流体に作用する慣性力、向心力、及び粘性力を考慮に入れる。様々な実施形態において、システムは、５～２５のディーン数を有するように構成される。ディーン数は、以下のように定義される。

ここで、Ｒｅはレイノルズ数であり、Ｒｃは流体チャネルの曲率半径である。

レイノルズ数
レイノルズ数は、慣性力と粘性力との比を表し、以下のように定義される。

ここで、ρは流体密度であり、Ｕは平均流体速度であり、μは流体の動的粘性である。

次に、本開示で述べる１つ又は複数の態様を示す図面を参照する。しかし、図面に示されていない他の態様も本開示の範囲内にあることを理解されたい。図中で使用される同様の番号は、同様の構成要素やステップなどを表す。しかし、所与の図中の要素に言及するための参照符号の使用は、同じ参照符号を付された別の図中の要素を限定することを意図されていないことを理解されたい。さらに、異なる図中の要素に言及するために異なる参照符号を使用することは、異なる参照符号を付された要素が同一又は同様ではあり得ないことを示すことは意図されていない。

図１は、流体源１０４から流体の流れを受け取るように構成された粒子分離要素１０２を含む流体システム１００の一例を示す概念図である。流体システム１００は、エンジン燃料システム、バルク燃料システム、又は油圧システムなど、粒子分離要素１０２の使用から利益を得ることができる任意の適切なタイプのシステムでよい。流体源１０４は、粒子を含むことがある流体を収容するように構成することができる。粒子分離要素１０２は、流体から特定のサイズ範囲内の粒子を容易に除去できるようにフィルタとして使用することができる。例えば、汚染物質又は廃棄物とみなされる粒子を除去することができる。追加として又は代替として、異なるサイズの粒子を容易に選別できるように粒子分離要素１０２を使用することができる。異なるサイズの粒子の選別により、流体システム１００は、異なるサイズ範囲内にある粒子の数を決定することができる。

粒子分離要素１０２は、流体源１０４と、任意選択の流体供給先１０６、１０８などの流体供給先との間に流体結合することができる。粒子分離要素１０２は、流体源１０４の下流に位置決めすることができる。粒子分離要素１０２は、流体供給先１０６、１０８の上流に位置決めすることができる。流体供給先１０６は、エンジンによって消費される燃料などの流体を貯蔵、使用、又は消費する流体システム１００の構成要素であり得る。流体供給先１０８は、油圧ピストンで使用される油圧流体などの流体を使用し、その流体を流体源１０４に戻す流体システム１００の構成要素であり得る。粒子分離要素１０２は、流体を流体供給先１０６、１０８の一方に提供する前に、特定のサイズ範囲内の粒子を流体から除去することができる。

粒子分離要素１０２は、流体中の粒子を除去する又は粒子を選別するために使用可能な任意の適切な構成要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、粒子分離要素１０２は、流体力学的分離要素を含む。一般に、流体力学的分離要素を含むことがある粒子分離要素１０２は、粒子の負荷を受けないことがあり、経時的に性能が変わらない又は定期的な交換を必要としないことがある。

流体力学的分離要素は、１つ又は複数の流体力学的セパレータを含むことがある。いくつかの実施形態では、流体力学的セパレータは並列に配置される。流体力学的セパレータのチャネル長及び配置は、目標圧力降下を提供するように設計することができる。

いくつかの実施形態では、粒子分離要素１０２は、フロールーティング要素を含む。フロールーティング要素は、粒子分離要素１０２の出口に配設することができる。フロールーティング要素は、流体の流れを分流するための１つ又は複数の弁又はソレノイドを含むことがある。

一般に、粒子分離要素１０２は、少なくとも２つの異なる分岐を有する出口を含む。流体流は、異なる分岐間で分割されることがある。いくつかの実施形態では、流体力学的分離要素を使用して、特定のサイズ範囲内のすべての粒子を分岐の１つに集束させることができる。各分岐は、異なるサイズ範囲内の粒子に関連付けることができる（図９～１０を参照）。

各分岐は、異なる流体供給先に向けられる又は異なる流体供給先と流体連通することがある。いくつかの実施形態では、１つの分岐は流体供給先１０６に向けられることがあり、別の分岐は流体供給先１０８に向けられることがある。

流体ポンプ１１４を使用して、粒子分離要素１０２を通る流体の流量を制御することができる。流体ポンプ１１４は、流量の制御を容易にするために、粒子分離要素１０２に対して任意の適切な位置に、例えば粒子分離要素の上流に、粒子分離要素の下流に、又は粒子分離要素と統合して位置決めすることができる。図示される実施形態では、流体ポンプ１１４は、粒子分離要素１０２の上流に位置決めされている。

粒子センサ１１２を使用して、流体流中の任意の粒子を検出することができる。粒子センサ１１２は、特定の粒子の検出を容易にするために、粒子分離要素１０２に対して任意の適切な位置に、例えば粒子分離要素の上流に、粒子分離要素の下流に、又は粒子分離要素と統合して位置決めすることができる。いくつかの実施形態では、粒子センサ１１２は、粒子分離要素１０２の入口と出口との間に位置決めすることができる。粒子センサ１１２は、流体中の粒子を検出するために任意の適切なタイプの機構を使用することができる。例えば、粒子センサ１１２は、光ベースの粒子センサ２００（図６）又は静電容量ベースのセンサを含むことがあり、又はそのようなセンサであり得る。

マイクロ流体感知要素１１６を使用して、粒子分離要素１０２の１つ又は複数の分岐からの異なるサイズの粒子を感知することができる。マイクロ流体感知要素１１６は、粒子分離要素１０２の下流に位置決めされて示されている。いくつかの実施形態では、マイクロ流体感知要素１１６は、粒子分離要素１０２の一部として表されることがある。マイクロ流体感知要素１１６は、１つ又は複数のマイクロ流体感知チャネルを含むことがある。いくつかの実施形態では、マイクロ流体感知チャネルは並列に配置される。マイクロ流体感知チャネルのチャネル長及び配置は、目標圧力降下及び粒子集束を提供するように設計することができる。

各マイクロ流体チャネルは、粒子分離要素１０２の分岐の１つに流体結合することができる。マイクロ流体感知要素１１６は、粒子分離要素１０２によって選別された異なるサイズの粒子を検出するために、１つ又は複数の粒子センサ１１２を含むこともある。マイクロ流体感知要素１１６を使用して、粒子分離要素１０２が特定のサイズ範囲内の一部又はすべての粒子を適切に除去したかどうかを決定することもできる。マイクロ流体感知要素１１６は、フロールーティング要素を含むこともある。フロールーティング要素を使用して、特定のサイズ範囲内の粒子の除去を容易にすることができる。

流体サブシステム１２０を画定することができ、流体サブシステム１２０は、粒子分離要素１０２、流体ポンプ１１４、マイクロ流体感知要素１１６、及び制御装置１１０のうちの１つ又は複数を含むことがある。制御装置１１０を使用して、本明細書で述べる流体サブシステム１２０の様々な機能を容易に実現することができる。

流体システム１００の様々な構成が企図される。流体システム１００のさらなる構成及び様々な構成要素の非限定的な例を図示し、本明細書でより詳細に述べる。

キドニーループフィルタ（図示せず）として表されることもある一例では、流体ポンプ１１４を使用して、流体源１０４又は供給源リザーバから、流体力学的セパレータ要素を含むことがある粒子分離要素１０２を通して流体流を提供することができ、粒子分離要素１０２は、フィルタを通して主流を流体源１０４に戻す。液体流体を使用する産業用システムは、キドニーループ濾過システムを使用して粒子を除去することができる。粒子分離要素１０２は、流体ポンプ１１４とフィルタとの間で使用することができる。粒子分離要素１０２は、主出口流を流体源１０４に提供し、特定の粒子を含む副出口流をフィルタに戻すことができ、これは、粒子を集中させ、濾過する必要のある流体の体積を最小限に抑え、面速度を低下させることができ、フィルタの圧力降下を減少することができる。

本明細書で述べる制御装置、センサ、検出器、又はシステムなどの構成要素の１つ又は複数は、プロセッサ、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）、コンピュータ、論理アレイ、又はデータを構成要素に出し入れできるようにする他のデバイスを含むことがある。プロセッサは、メモリ、処理、及び通信ハードウェアを有する１つ又は複数のコンピューティングデバイスを含むことがある。プロセッサは、制御装置の様々な構成要素を一体に結合する、又は制御装置に動作可能に結合された他の構成要素と結合するために使用される回路を含むことがある。プロセッサの機能は、ハードウェアによって、及び／又は非一時的なコンピュータ可読記憶媒体にあるコンピュータ命令として実施することができる。

プロセッサは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、及び／又は同等のディスクリート又は集積論理回路構成の任意の１つ又は複数を含むことがある。いくつかの例では、プロセッサは、１つ若しくは複数のマイクロプロセッサ、１つ若しくは複数の制御装置、１つ若しくは複数のＤＳＰ、１つ若しくは複数のＡＳＩＣ、及び／又は１つ若しくは複数のＦＰＧＡ、並びに他のディスクリート若しくは集積論理回路構成の任意の組合せなど、複数の構成要素を含むことがある。本明細書におけるプロセッサに起因する機能は、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、又はそれらの任意の組合せとして具現化することができる。

１つ又は複数の実施形態では、プロセッサの機能は、コンピューティング装置を使用する１つ又は複数のコンピュータプログラムを使用して実装することができ、コンピューティング装置は、１つ又は複数のプロセッサ及び／又はメモリを含むことがある。本明細書で述べるプログラムコード及び／又は論理を入力データ／情報に適用して、本明細書で述べる機能を実施し、所望の出力データ／情報を生成することができる。出力データ／情報は、本明細書で述べるように又は既知の様式で適用されるように、１つ又は複数の他のデバイス及び／又は方法への入力として適用することができる。以上のことに鑑みて、本明細書で述べる制御装置機能は、当業者に知られている任意の方法で実装することができることが容易に明らかであろう。

図２は、粒子分離要素１０２を使用して機械で燃料を処理するために使用することができる流体システムの一例を示す概念図である。流体力学的セパレータ要素を含むことがある粒子分離要素１０２は、エンジン燃料システムなどの流体システム１２０で使用することができ、主燃料ライン１２２に沿った一次フィルタの使用の代わりとなり得る。エンジン燃料システムでは、リフトポンプが燃料タンクから流体を引き出し、流体を高圧コモンレールに押し込む。一部の燃料は、燃料リターンライン１２８で燃料インジェクタシステムから燃料タンクに戻すことができる。

図示されるように、燃料ポンプ又はリフトポンプなどの流体ポンプ１１４を使用して、主燃料ライン１２２を通して、燃料タンクなどの流体源１０４から粒子分離要素１０２を通して燃料などの流体流を提供することができる。粒子分離要素１０２は、主燃料ライン１２２に沿って、第１の流れ分岐１２３を使用して、高圧コモンレールを含むことがある燃料インジェクタシステムなどの流体供給先１０６に主出口流を提供し、第２の流れ分岐１２４に沿って、特定の粒子を含む副出口流を流体源１０４に戻すことができる。粒子の非限定的な例として、汚れ及び水滴が挙げられる。

粒子分離要素１０２は、流体ポンプ１１４の上流又は下流に位置決めすることができる。図示される実施形態では、粒子分離要素１０２は、流体ポンプ１１４の下流に位置決めされている。主燃料ライン１２２に沿って粒子分離要素１０２の下流に、フィルタ１２６を位置決めすることができる。フィルタ１２６又は燃料フィルタは、ガソリン又はディーゼル燃料から粒子を濾過するように構成することができる。流体システム１２０は、流体供給先１０６から流体源１０４への燃料リターンライン１２８も含むことがある。他の実施形態（図示せず）では、フィルタ１２６を第２の流れ分岐１２４に沿って位置決めすることができ、又は別のフィルタ１２６を第２の流れ分岐１２４に沿って位置決めすることもでき、フィルタ１２６は、より低い流量及び圧力降下で粒子を濾過することができる。

粒子分離要素１０２は、直径の特定の閾値サイズを超える、すなわちその閾値サイズよりも大きい粒子を主燃料ライン１２２から除去するように構成することができ、流体ポンプ１１４は、エンジン動作のために特定の流量で燃料を提供し、そのような粒子を第２の流れ分岐１２４に提供する。特定の閾値サイズの非限定的な例として、１、２、５、１０、１５、又は２０マイクロメートルが挙げられる。

粒子分離要素１０２の出口は、２つの出口流を有するものとして述べることができる。すなわち、第１の流れ分岐１２３に沿った主燃料ライン１２２への「清浄な」出口流と、第２の流れ分岐１２４に沿った「汚れた」出口流とである。清浄な出口流は、主に、閾値サイズを超える粒子を含まないことがある。清浄な出口流は、フィルタ１２６に送ることができ、最終的には、燃料インジェクタシステムの高圧コモンレールとして示されている流体供給先１０６に送ることができる。汚れた出口流は、臨界サイズを超える粒子のほとんどを含むことがある。汚れたストリームは、燃料タンクとして示されている流体源１０４に送り返すことができる。他の実施形態では、汚れた出口流は、高圧コモンレールシステムから延びる燃料リターンラインと組み合わせることができる。言い換えると、第２の流れ分岐１２４は、流体源１０４に戻る前に燃料リターンライン１２８に流体結合することができる。粒子分離要素１０２は、弁（図示せず）など、第２の流れ分岐１２４に沿った汚れた出口流を制御するための機構を有することがあり、第１の流れ分岐１２３に沿ったフィルタ１２６の負荷によりフィルタ圧力制限が経時的に増加するときに容易に動作できるようにする。

図３は、粒子分離要素１０２を使用してバルク燃料を処理するために使用することができる流体システムの一例を示す概念図である。流体力学的セパレータ要素を含むことがある粒子分離要素１０２は、燃料定量供給ステーションなどの流体システム１４０で使用することができ、車両などの流体供給先１０６に燃料を提供する前に粒子を除去するために使用することができる。

図示されているように、流体ポンプ１１４を使用して、バルク燃料貯蔵タンクなどの流体源１０４から主燃料ライン１４２に、燃料などの流体流を粒子分離要素１０２を通して提供することができる。粒子分離要素１０２は、主燃料ライン１４２に沿って、第１の流れ分岐１４３を使用して車両などの流体供給先１０６に主出口流を提供し、第２の流れ分岐１４４に沿って流体源１０４に戻すために又は二次貯蔵タンクなどの流体供給先１０８に送るために特定の粒子を含む副出口流を提供することがある。粒子の非限定的な例としては、汚れ及び水滴が挙げられる。

粒子分離要素１０２は、流体ポンプ１１４の上流又は下流に位置決めすることができる。図示される実施形態では、粒子分離要素１０２は、流体ポンプ１１４の下流に位置決めされている。主燃料ライン１２２に沿って粒子分離要素１０２の下流に、フィルタ１４６を位置決めすることができる。フィルタ１４６又は燃料フィルタは、ガソリン又はディーゼル燃料から粒子を濾過するように構成することができる。流体システム１２０は、流体供給先１０６から流体源１０４への燃料リターンライン１２８も含むことがある。他の実施形態（図示せず）では、フィルタ１４６を第２の流れ分岐１４４に沿って位置決めすることができ、又は別のフィルタ１４６を第２の流れ分岐１４４に沿って位置決めすることもでき、フィルタ１４６は、より低い流量及び圧力降下で粒子を濾過することができる。

粒子分離要素１０２は、特定の直径閾値サイズよりも大きい粒子を主燃料ライン１２２から除去するように構成することができ、流体ポンプ１１４は、燃料定量供給ステーションに適した特定の流量で燃料を提供し、そのような粒子を第２の流れ分岐１４４に提供する。

粒子分離要素１０２の出口は、２つの出口流を有するものとして述べることができる。すなわち、第１の流れ分岐１４３に沿った主燃料ライン１４２への「清浄な」出口流と、第２の流れ分岐１４４に沿った「汚れた」出口流とである。清浄な出口流は、主に、閾値サイズを超える粒子を含まないことがある。清浄な出口流は、フィルタ１２６に送ることができ、最終的には、高圧コモンレールとして示されている流体供給先１０６に送ることができる。汚れた出口流は、臨界サイズを超える粒子のほとんどを含むことがある。汚れた出口流は、バルク燃料貯蔵タンクとして示される流体源１０４に送り返されることがあり、又は汚れた若しくは汚染された燃料を収容するための別個のタンクとして示される流体供給先１０８に送られることがある。粒子分離要素１０２は、弁（図示せず）など、第２の流れ分岐１４４に沿った汚れた出口流を制御するための機構を有することがあり、第１の流れ分岐１４３に沿ったフィルタ１４６の負荷によりフィルタ圧力制限が経時的に増加するときに容易に動作できるようにする。

図４は、粒子分離要素１０２を使用して油圧流体を送達するために使用することができる流体システムの一例を示す概念図である。流体力学的セパレータ要素を含むことがある粒子分離要素１０２は、油圧シリンダシステムなどの流体システム１６０で使用することができ、作動シリンダなどの油圧構成要素に油圧流体を供給する前に粒子を除去して、油圧構成要素を粒子から保護するために使用することができる。

図示されるように、燃料ポンプなどの流体ポンプ１１４を使用して、油圧流体リザーバなどの流体源１０４から粒子分離要素１０２を通して主燃料ライン１６２に流体流を提供することができる。流体源１０４は、流体ポンプ１１４の入口と流体連通することができる。粒子分離要素１０２は、主燃料ライン１６２に沿って、第１の流れ分岐１６３を使用して、アクチュエータシリンダを含むことがある油圧構成要素などの流体供給先１０６に主出口流を提供し、第２の流れ分岐１６４に沿って、特定の粒子を含む副出口流を流体源１０４に戻すことができる。粒子の非限定的な例としては、汚れ、気泡、及び水滴が挙げられる。流体システム１６０は、流体供給先１０６から流体源１０４への流体リターンライン１６８も含むことがある。第２の流れ分岐１６４は、流体源１０４に戻る前に流体リターンライン１６８に流体結合することができる。

粒子分離要素１０２は、流体ポンプ１１４の上流又は下流に位置決めすることができる。図示される実施形態では、粒子分離要素１０２は、流体ポンプ１１４の下流に位置決めされている。油圧流体フィルタ１６６は、第２の流れ分岐１６４、流体リターンライン１６８、又はその両方に沿って粒子分離要素１０２の下流に位置決めすることができる。図示されているように、第２の流れ分岐１６４と流体リターンライン１６８とは、フィルタ１６６に到達する前に組み合わされる。フィルタ１６６は、流体源１０４と流体連通することができる。

粒子分離要素１０２の出口は、２つの出口流を有するものとして述べることができる。すなわち、第１の流れ分岐１６３に沿った主燃料ライン１６２への「清浄な」出口流と、第２の流れ分岐１６４に沿った「汚れた」出口流とである。清浄な出口流は、油圧構成要素として示されている流体供給先１０６に進むことができる。汚れた出口流は、流体リターンライン１６８に合流することができ、流体リターンライン１６８は、流体リザーバとして示される流体源１０４に戻る前にフィルタ１６６を通過することになる。粒子分離要素１０２は、様々な温度、流れ、及びシステム構成（例えば油圧シリンダの拡張）にわたって動作するように設計することができる。

図５は、粒子分離要素１０２を使用して油圧流体を脱気するために使用することができる流体システムの一例を示す概念図である。流体力学的セパレータ要素を含むことがある粒子分離要素１０２は、油圧シリンダシステムなどの流体システム１８０で使用することができ、油圧流体を主油圧流体リザーバなどの流体源１０４に戻す前に核生成された気泡を除去して、油圧構成要素などの流体供給先１０６を気泡から保護するために使用することができる。

図示されるように、油圧流体ポンプなどの流体ポンプ１１４を使用して、主油圧流体リザーバなどの流体源１０４から主流体ライン１８２に沿って、アクチュエータシリンダを含むことがある油圧構成要素などの流体供給先１０６への流体流を提供することができる。リターン流体流は、流体リターンライン１８８に沿って流体供給先１０６から核生成フィルタ１６９に提供されて、流体中の気泡を核生成することができる。粒子分離要素１０２は、核生成フィルタ１６９の下流に位置決めすることができる。核生成フィルタ１６９は、粒子分離要素１０２の入口及び流体の供給先１０６と流体連通することができる。粒子分離要素１０２は、流体リターンライン１８８に沿って、第１の流れ分岐１８３を使用して流体源１０４に主出口流を提供し、第２の流れ分岐１８４に沿って、沈降リザーバ又は曝気オイル収集体積などの流体供給先１０８に、特定の粒子を含む副出口流を提供することがある。流体供給先１０８は、曝気された油圧流体が集まって沈降することを可能にするために、制限された流れで流体源１０４と流体連通することができる。

油圧流体システム１８０内の流体は、流体ポンプ１１４によって加圧される。高圧にされた流体は、より多くの空気を溶解することができる。流体が流体リターンライン１８８で減圧されると、流体は空気で過飽和になることがあり、これは、流体ストリーム中での気泡の核生成及び形成をもたらすことがある。流体が流体ポンプ１１４によって再び引き上げられる前に、気泡を除去することができる。流体ポンプ１１４に到達する気泡はキャビテーションを引き起こすことがあり、キャビテーションは騒音を生じ、流体ポンプを損傷するおそれがある。核生成フィルタ１６９を使用して、気泡を核生成及び成長させることができる。気泡を含んだ流体は、流体力学的セパレータを含むことがある粒子分離要素１０２を通して送ることができる。気泡は、第２の流れ分岐１８４に沿った「曝気されたオイルリターン」出口流に集中させることができる。曝気されたオイルリターン出口流は、自然な気泡沈降を可能にする体積で流体供給先１０８又は沈降リザーバに戻すことができる。流体供給先１０８は、流体供給先１０６と同じ容器内の別個の区画でもよい。気泡を有さない出口流に沿った「主リターン」は、流体リターンライン１８８に沿って流体供給先１０６に送られ、流体システム１８０が使用するためにすぐに利用可能であり得る。

図６は、粒子センサ１１２（図１）において又は粒子センサ１１２として使用することができる光学的又は光ベースの粒子センサ２００の一例を示す概念図である。一般に、例えば参照により援用する２０１９年５月３１日出願のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０３４８０９号明細書に記載されているものを含む任意の適切なタイプの粒子センサを使用することができる。粒子センサ２００が流体の液滴を検出するために使用されるとき、粒子センサ２００は液滴センサと呼ばれることもある。粒子センサ２００は、制御装置１１０に動作可能に結合し、マイクロ流体チャネル２０１に光学的に結合することができ、マイクロ流体チャネル２０１は、粒子分離要素１０２（図１）の流体力学的セパレータの一部又はマイクロ流体感知要素１１６（図１）の一部でよい。

図示されるように、粒子センサ２００は、光源２０２、光アパーチャ２０４、及び光検出器２０６を含む。制御装置１１０は、光検出器２０６に動作可能に接続することができ、光源２０２にも動作可能に接続することができる。

マイクロ流体チャネル２０１は、流体２０８の流れを受け入れるように構成される。マイクロ流体チャネル２０１は、長方形、円形、又は卵形など任意の適切な断面形状を有することができる。粒子センサ２００は、マイクロ流体チャネル２０１を通って流れることができる流体２０８の流れ中の液滴、気泡、汚れ、金属などの粒子２１０を検出する及び特徴付けるように構成することができる。

粒子２１０は、マイクロ流体チャネル２０１内の流体２０８に分散されていることがある。例えば、粒子２１０は、別個の相で流体２０８に懸濁されることがあり、又は異なる組成物若しくは物質から成ることがある。言い換えると、液体であり得る粒子２１０は、流体２０８に溶解されない。一例では、粒子２１０は、流体２０８とは異なる流体を含むことがある。

一般に、マイクロ流体チャネル２０１は、一度に１つ又は複数の粒子２１０を受け入れるようにサイズ設定される。いくつかの実施形態では、マイクロ流体チャネル２０１は、一度に所定のサイズの１つの粒子２１０を受け入れるようにサイズ設定された断面積を有する。特に、マイクロ流体チャネル２０１の断面積は、粒子２１０の断面積とほぼ同じサイズであり得、これは、一度に１つの粒子２１０をカウントすることを容易にして、粒子２１０の正確なカウント及びサイズ決定を容易にすることができる。

断面積は、流体２０８の流れの方向に直交するものと定義することができる。言い換えると、断面積は、流体２０８の長手方向の流れを横切るものとして表すことができる。断面積は、チャネル高さ（又は深さ）にチャネル幅を掛けた積として定義することができる。チャネル高さとチャネル幅とはどちらも、流体２０８の流れの方向に直交であり得る。いくつかの実施形態では、チャネル深さは、チャネル幅以下である。比較的浅いチャネル深さを使用することにより、粒子がマイクロ流体チャネル２０１を通って流れるときに、粒子２１０が光源２０２と光検出器２０６との間で積み重なる又は互いの裏に隠れることを防ぐことができ、これにより各粒子が検出される機会が増える。

光源
図示される実施形態では、光源２０２は、マイクロ流体チャネル２０１の外側に位置決めされる。少なくとも１つの光アパーチャ２０４が、光源２０２と光検出器２０６との間に位置決めされる。いくつかの実施形態では、光アパーチャ２０４は、マイクロ流体チャネル２０１の前に、例えば光源２０２とマイクロ流体チャネル２０１との間に位置決めされる。いくつかの実施形態では、光アパーチャ２０４は、マイクロ流体チャネル２０１の後に、例えばマイクロ流体チャネル２０１と光検出器２０６との間に位置決めされる。

光源２０２は、光２１２を光アパーチャ２０４を通して向けて光ビーム２１４を形成するように構成される。光ビーム２１４は、マイクロ流体チャネル２０１を通過するように向けられる。光ビーム２１４は、少なくともマイクロ流体チャネル２０１を通る光ビーム２１４の経路長にわたって、光アパーチャ２０４によってコリメートする又は実質的にコリメートすることができる。光ビーム２１４は、マイクロ流体チャネル２０１を通って延びるビーム軸を定義することができる。マイクロ流体チャネル２０１の壁は、少なくとも光源２０２によって提供される光２１２に対する光透過性材料で形成することができる。

マイクロ流体チャネル２０１と交差する光ビーム２１４の経路は、感知領域２１６を画定し、感知領域２１６は、粒子２１０を検出することができる感知体積と呼ばれることもある。光ビーム２１４は、マイクロ流体チャネル２０１を通過した後、マイクロ流体チャネル２０１の外側に位置決めすることができる光検出器２０６によって受け入れられる。粒子２１０及び流体２０８が感知領域２１６にあるとき、光検出器２０６を使用して、粒子２１０及び流体２０８による光ビーム２１４の吸光度を決定して、粒子２１０を検出する、サイズ決定する、又は他の方法で特徴付けることができる。

本明細書で使用するとき、「経路長」という用語は、光源２０２からの光が測定対象の流体中を移動する距離を表す。いくつかの実施形態では、経路長は、マイクロ流体チャネル２０１の幅又は深さにほぼ等しいことがある。粒子２１０に対する感度を改良するために、経路長を短くすることもできる。いくつかの実施形態では、経路長は、２０００、１０００、５００、３００、２５０、２００、１５０、又は１００マイクロメートル以下である。１つ又は複数の実施形態では、経路長は１０００マイクロメートル以下である。

光源２０２は、選択された周波数帯域内の光を生成するように構成され、その選択された周波数帯域内で粒子２１０が流体２０８とは異なる吸光度を有するようにする。１つ又は複数の実施形態では、例えば液体が水であり、流体２０８が炭化水素流体であるとき、粒子２１０は流体２０８よりも高い吸光度を有する。燃料システムの用途では、例えば、光源２０２は、少なくとも近赤外（ＮＩＲ）周波数帯域内で光２１２を生成することがある。いくつかの実施形態では、ＮＩＲ光２１２は、１４００～１６００ナノメートルの範囲内の発光ピークを含む、又は少なくともその範囲内の周波数を含むことがある。特に、ＮＩＲ光２１２は、１５５０ナノメートル又はその付近を中心とする発光ピークを含むことがある。いくつかの実施形態では、ＮＩＲ光２１２は、９００～１１００ナノメートルの範囲内の発光ピークを含む、又は少なくともその範囲内の周波数を含むことがある。特に、ＮＩＲ光２１２は、１０００ナノメートル又はその付近を中心とする発光ピークを含むことがある。

光源２０２は、選択された周波数帯域内で光２１２を提供することができる任意の適切なタイプの光源を含むことができる。いくつかの実施形態では、光源２０２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。ＬＥＤ光源２０２は、低電力ＬＥＤでよい。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ光源は、発光接合部から全方位に又は全方向に発光する。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ光源は、主に一方向に発光する。いくつかの実施形態では、光源２０２は、光をマイクロ流体チャネル２０１に向ける光ファイバケーブルとペアリングされる又は光ファイバケーブルを含むことがある。光アパーチャ２０４は、細い光ビーム２１４がマイクロ流体チャネル２０１を通るのを可能にするために使用されることがあり、これは、例えば散乱及び反射によるノイズ又は誤信号の除去を容易にすることができる。

光アパーチャ２０４は、アパーチャ要素２１８にある少なくとも１つの開口部でよく、又は開口部を含むことがある。本明細書で使用するとき、「アパーチャ」は、アパーチャ要素２１８の開口部又は空隙を表す。光アパーチャ２０４は、流体２０８中の粒子２１０を検出するための最適な感度を容易に実現するために、マイクロ流体チャネル２０１及び光検出器２０６に対してサイズ設定された幅を有することができる。いくつかの実施形態では、光アパーチャ２０４の幅は、マイクロ流体チャネル２０１のチャネル幅と同じ又は実質的に同じである。

追加として又は代替として、光アパーチャ２０４は、対象の所定の粒子サイズに対してサイズ設定されることがある。例えば、いくつかの実施形態では、光アパーチャ２０４の幅は、対象の粒子サイズの２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０倍以下になるように設計されることがある。いくつかの実施形態では、光アパーチャ２０４の幅は、対象の粒子サイズの１、２、３、４、５、６、７、８、又は９倍以上になるように設計されることがある。

光アパーチャ２０４は、任意の適切な幾何形状を有することができる。いくつかの実施形態では、光アパーチャ２０４は、円又は楕円などの丸い又は円形の形状を有する。いくつかの実施形態では、光アパーチャ２０４は、三角形、正方形、台形、又は長方形などの多角形を有する。光アパーチャ２０４は、流体２０８の流れと同じ方向に沿って延びることがある長さを有することができる。１つ又は複数の実施形態では、光アパーチャ２０４の長さは、光アパーチャ２０４の幅と同じ又は実質的に同じでよい。

光検出器
光検出器２０６は、ＮＩＲ周波数帯域であり得る選択された周波数帯域に対して高感度の任意の適切なタイプの光検出器でよい。光検出器２０６はまた、マイクロ流体チャネル２０１を通過した後に残っている光ビーム２１４からの光の量を表す信号を提供するように構成される。特に、光検出器２０６は、選択された周波数帯域内の光の受信に応答して、電流、電圧、又は電力信号などの電気信号を生成するように構成することができる。光検出器のタイプの非限定的な例としては、インジウム－ガリウム－ヒ素（ＩｎＧａＡｓ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、又はシリコン（Ｓｉ）フォトダイオードが挙げられる。例えば、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードは、１１００～１７００ナノメートルの周波数帯域内の光２１２に対して高感度であり得る。Ｇｅフォトダイオードは、１５５０ナノメートルでのピーク感度を有することがある。可視光にはＳｉフォトダイオードを使用することができる。

制御装置
制御装置１１０は、光検出器２０６からの信号に基づいて、流体２０８の流れ中に分散された１つ又は複数の粒子２１０を検出する、サイズ決定する、又は他の方法で特徴付けるように構成することができる。いくつかの実施形態では、制御装置１１０は、流体２０８の流れに分散された１つの粒子２１０、特に所定のサイズの粒子を一度に検出するように構成することができる。

一般に、粒子２１０が流体であるとき、粒子は液滴と呼ばれることもある。粒子２１０が液体であるとき、信号を使用して、流体に溶解された液体を除く、流体２０８（例えば炭化水素流体）の単位体積あたりの液体（例えば水）の量を決定することができる。

いくつかの実施形態では、制御装置１１０は、感知領域２１６を通る粒子速度を決定するように構成される。例えば、光検出器２０６からの信号に基づいて検出される吸光度の変化は、粒子２１０が感知領域２１６に出入りしていることを示すことがある。代替として又は追加として、制御装置１１０は、粒子サイズを決定するように構成することができる。いくつかの実施形態では、制御装置１１０は、信号内に含まれるパルスの大きさ、信号内に含まれるパルスの幅、感知領域内で最小サイズの粒子を検出するための第１の閾値信号レベル、感知領域を満たす粒子を検出するための第２の閾値信号レベル、及び閾値信号レベル交差率のうちの少なくとも１つに基づいて粒子速度又は粒子サイズを決定することができる。粒子が流体であるとき、制御装置１１０は、粒子速度、粒子サイズ、又はその両方に基づいて、粒子濃度など流体２０８の単位体積あたりの液滴形態での粒子２１０の量を決定することができる。エンジン以外の用途などのいくつかの用途では、粒子速度が一定又は実質的に一定であるとき、粒子速度を使用して、粒子サイズ又は濃度を推定又は決定することができる。

いくつかの実施形態では、制御装置１１０は、液滴速度及び液滴サイズに基づいて、流体２０８の単位体積あたりの液滴形態での粒子２１０の量を決定するようにさらに構成される。制御装置１１０は、信号が第２の閾値信号レベルを超えていないことに応答して、信号データに含まれるパルスの大きさに基づいて粒子サイズを決定するように構成することもできる。さらに、制御装置１１０は、信号が第２の閾値信号レベルを超えていることに応答して、信号データに含まれるパルスの幅に基づいて粒子サイズを決定するように構成することもできる。さらに、制御装置１１０は、粒子速度に基づいて粒子サイズを決定するように構成することもできる。

静電容量ベースのセンサ
他の実施形態では、静電容量ベースのセンサ（図示せず）を粒子センサ１１２として使用することができる。単一の粒子を検出し、燃料の清浄度を査定するために、静電容量センサをマイクロ流体チャネル２０１内に、例えば出口の近くに作製することができる。静電容量センサを使用して、水若しくは他の液滴又は金属粒子などの粒子２１０を検出することができる。静電容量センサは、平坦なコンデンサを形成するために櫛形電極を含むことがある。このチャネルの静電容量は、以下の式から計算することができる。

ここで、ε_ｆはマイクロ流体チャネル内の流体の誘電率であり、ｌ、ｗ、及びａは電極の幾何学的寸法である。粒子がマイクロ流体チャネルを通過するとき、静電容量の変化は、以下のように単純化する（以下にほぼ比例する）ことができる。

ここで、ε_ｐは粒子の誘電率であり、Ａ_ｐは粒子の面積である。

静電容量センサは、例えば粒子材料と流体との誘電率の差が重要な信号を生成するのに十分であるとき、流体中の様々な粒子を感知するために使用することができる。以下の表１は、様々な粒子及び流体に関する誘電定数を示す。バックグラウンド流体との誘電率の差がより大きい粒子材料は、より大きい信号差を生成することができる。一般に、信号は、粒子とバックグラウンド流体との誘電率の差に加えて、粒子サイズにも関係していることがある。サイズが既知である（又はほぼ既知である）場合（サイズは、粒子分離要素３０２（図９～１０を参照）を使用することによって決定することができる）、信号を使用して、誘電定数の差、及び場合により汚染物質を決定することができる。

図７は、マイクロ流体チャネル２２１に対して粒子センサ１１２を使用するための構成２２０の一例を示す概念図である。マイクロ流体チャネル２２１は、入口２２２と、少なくとも第１の流れ分岐２２６及び第２の流れ分岐２２８を有する出口２２４とを含むことがある。

流体２０８の流れ、及び流体の流れ中の粒子２１０は、入口２２２で受け入れられることがある。任意の粒子２１０を、マイクロ流体チャネル２２１に沿って位置決めされた粒子センサ１１２によって検出して、流体２０８及び流体中に分散された粒子２１０に対応する信号を表す信号データを提供することができる。制御装置１１０は、粒子センサ１１２に動作可能に結合されて、粒子２１０が検出されたという標示を受信することができる。

制御装置１１０は、出口２２４の少なくとも１つの流れ分岐２２６、２２８に沿って位置決めされたフロールーティング要素２３０に動作可能に結合することができる。図示される実施形態では、フロールーティング要素２３０は、流体流を一方の分岐又は他方の分岐に選択的に分流するために、第１の流れ分岐２２６と第２の流れ分岐２２８との間に位置決めされた単一の弁２３２を含む。制御装置１１０は、例えば、閾値レベルの粒子２１０がマイクロ流体チャネル２２１内の粒子センサ１１２によって検出されるまで、流体流を第１の流れ分岐２２６に向けるようにフロールーティング要素を制御するように構成することができる。制御装置１１０は、粒子センサ１１２からの信号データに基づいて、閾値レベルの粒子２１０がマイクロ流体チャネル２２１に存在するかどうかを決定するように構成されることもある。閾値レベルの粒子２１０がマイクロ流体チャネル２２１に存在するという決定に応答して、制御装置１１０は、流体流を第２の流れ分岐２２８に向けるようにフロールーティング要素２３０を制御することができる。

閾値レベルの粒子２１０は、任意の適切な方法で決定することができる。非限定的な例としては、閾値サイズを超える１つ又は複数の粒子の検出、閾値数を超える粒子の数の検出、粒子の閾値速度（又は頻度）の検出、又は流体中の粒子の閾値濃度の検出が挙げられる。

制御装置１１０は、マイクロ流体チャネル２２１内の流体２０８の流量を決定することもできる。流量を使用して、流体を第２の流れ分岐２２８に向けるように流体ルーティング要素２３０を制御する適切なタイミングと、流体を第１の流れ分岐２２６に戻すように流体ルーティング要素を制御する期間とを決定することができる。

フロールーティング要素２３０は、１つ、２つ、又は３つ以上の弁２３２、ソレノイド、又は流体２０８の流れを分流するための他の任意の適切な機構を含むことができる。いくつかの実施形態（図示せず）では、フロールーティング要素２３０は、それぞれが流れ分岐２２６、２２８の１つに沿って位置決めされた２つの弁２３２を含む。弁２３２は、流体２０８が第１の流れ分岐２２６又は第２の流れ分岐２２８を通って流れることを可能にするために、交互に開閉することができる。

水滴の除去
いくつかの実施形態では、構成２２０は、炭化水素流体から粒子２１０などの水滴を除去するために使用することができる水滴除去システム又はマイクロ流体水滴ダイバータシステムとして表すことができる。ダイバータシステムは、マイクロ流体液滴ダイバータ、又はフロールーティング要素２３０と、マイクロ流体チャネル２２１内の個々の水滴を検出することができる粒子センサ１１２（例えば光学タイプ又は静電容量タイプ）とを含むことがある。マイクロ流体チャネル２２１が水滴を含む場合、流体は、バルブスイッチ又は弁２３２などの他の機構を介して、第２の流れ分岐２２８などの廃棄物ストリームに分流することができる。廃棄物ストリームは、廃棄物収集領域に送る、水除去フィルタ（バリアや合体フィルタなど）に送る、又は主燃料タンクに戻すことができる。流体が分流される時間は、マイクロ流体チャネルの幾何形状（寸法、及びセンサとダイバータ弁との間の長さなど）及び流量から決定することができる。水滴が廃棄物ストリームに送られた後、ダイバータ弁を切り替えることができ、流体が第１の流れ分岐２２６などの主出口に送られる。主出口は清浄であるとみなされ（例えば水滴を含まない燃料）、粒子除去フィルタ、高圧コモンレールシステム、又は燃料システムの別の部分に送ることができる。

別の構成では、マイクロ流体水滴ダイバータは２つの弁を含むことがある。一方の弁は、第１の流れ分岐２２６などの主出口チャネルに位置することがあり、他方の弁は、廃棄物出口チャネル又は第２の流れ分岐２２８に位置することがある。弁は、入口フローチャネル、廃棄物出口チャネル、及び主出口チャネルが合流する接合部の近くに位置し、したがってマイクロ流体デバイスに組み込まれることがある。代替として、弁は接合部から離れており、マイクロ流体デバイスから独立している（例えばデバイスから出るチューブ又は配管内にある）ことがある。水滴センサによって水滴が感知されると、主出口弁が閉じることがあり、廃棄物出口弁が開くことがある。

ダイバータシステムは、総スループットを高めるために２つ以上のマイクロ流体チャネルを含むことがある。複数のチャネルは、同じ粒子センサ１１２を共有しても共有しなくてもよい。水滴を含むチャネルは、センサ出力をそのチャネルに特有のものすることによって検出することができる（図１１Ａ～Ｂを参照）。

ダイバータシステムは、２つの合体要素を並列に備えた燃料システムと共に使用することもできる。第１の合体要素の下流に位置決めされた水センサが水を検出すると、１つ又は複数の弁が、流れを第１の合体要素から第２の合体要素に切り替えることができる。これにより、ドライバは、より長い間隔又はより都合の良い時間にフィルタを切り替えることができる。

図８は、マイクロ流体分離チャネルと呼ばれることもある流体力学的セパレータ２６０のマイクロ流体チャネル２４１に対して粒子センサ１１２を使用するための構成２４０の別の例を示す概念図である。マイクロ流体チャネル２４１は、入口２４２と、少なくとも第１の流れ分岐２４６及び第２の流れ分岐２４８を有する出口２４４とを含むことがある。図示されるように、流体力学的セパレータ２６０のマイクロ流体チャネル２４１は湾曲している。湾曲は円形状に沿うことがある。他の実施形態では、マイクロ流体チャネル２４１は湾曲しており、複数のＳ字形状を有することがある。任意の適切な湾曲形状を使用して、特定のサイズ範囲内の粒子を特定の流量で集束させるのに十分な慣性力を提供することができる。入口２４２は、一方の端部又は端部領域に位置決めすることができ、出口２４４は、反対側の端部又は端部領域に位置決めすることができる。

流体力学的セパレータ２６０は、流体２０８の所定の流量で、マイクロ流体チャネル２４１が、対応する閾値サイズを超える粒子２１０を第２の流れ分岐２４８に向け、残りの粒子を出口２２４の第１の流れ分岐２４６と第２の流れ分岐２４８との両方に向けるように構成されるように設計することができる。

流体２０８の流れ、及び流体の流れ中の粒子２１０は、入口２４２で受け入れられることがある。任意の粒子２１０を、マイクロ流体チャネル２４１に沿って位置決めされた粒子センサ１１２によって検出して、流体２０８及び流体中に分散された粒子２１０に対応する信号を表す信号データを提供することができる。制御装置１１０（図１）は、粒子センサ１１２に動作可能に結合されて、粒子２１０が検出されたという標示を受信することができる。

制御装置１１０は、流体力学的セパレータ２６０のマイクロ流体チャネル２４１と流体連通して流体ポンプ１１４（図１）に動作可能に結合することができる。流体ポンプ１１４は、流体を１つ又は複数の流体力学的セパレータ２６０のマイクロ流体チャネル２４１に通すように構成することができる。制御装置１１０は、流体ポンプを制御して、流体力学的分離要素を通して入口２４２から出口２４４に流体を流すように構成することができる。制御装置１１０は、粒子センサ１１２からの信号データに基づいて、閾値レベルの粒子２１０がマイクロ流体チャネル２４１に存在するかどうかを決定するように構成されることもある。閾値レベルの粒子２１０がマイクロ流体チャネル２４１に存在するという決定に応答して、制御装置１１０は、流体ポンプ１１４を制御して、流体２０８の所定の流量で流体を流体力学的セパレータ２６０のマイクロ流体チャネルに通して、対応する閾値サイズを超える粒子を第２の流れ分岐２４８に集束させることができる。

粒子センサ１１２ａ、ｂは、マイクロ流体チャネル２４１に沿った任意の適切な位置に位置決めすることができる。いくつかの実施形態では、粒子センサ１１２ａ、ｂは、入口２４２と出口２４４との間に位置決めされることがある。いくつかの実施形態では、粒子センサ１１２ａは、入口２４２のより近くに位置決めされることがある。入口２４２のより近くでは、閾値サイズを超える粒子２１０は、流体力学的セパレータ２６０の内壁２６２に沿って集束されていないことがある。粒子センサ１１２ａは、内壁２６２から外壁２６４までのマイクロ流体チャネル２４１の幅のほとんど又はすべてをカバーする感知領域（実線で概略的に示されている）を画定することができる。出口２４４のより近くでは、閾値サイズを超える粒子２１０は、流体力学的セパレータ２６０の内壁２６２に沿って集束されていることがある。出口２４４に向かって位置決めされた粒子センサ１１２ｂは、内壁２６２から外壁２６４までのマイクロ流体チャネル２４１の幅のいくらか又は半分未満をカバーする感知領域（実線で概略的に示されている）を画定することができる。

一般に、液滴が感知されると、構成２４０は、流体流を変化させて、液滴を廃棄物ストリームに集束させることができる。流れは、粒子センサ１１２ａ、ｂからのサイズ決定情報に基づいて、特定のサイズの液滴又は粒子を除去するように較正されることがある。流れは、圧力パルス、ディップ、又は流路の変更（出口２４４に位置決めされた１つ又は複数の弁の開放又は弁位置の変更など）によって変更することができる。

いくつかの実施形態では、第２の流れ分岐２４８などの廃棄物ストリームは、フローストリーム全体のサイズの一部のみであり得る。これにより、液滴を除去するときのフローストリーム全体への影響を最小限に抑えることができる。

図９～１０は、粒子分離要素３０２及びマイクロ流体感知要素１１６を備える、粒子センサ１１２を使用するための別の構成３００を示す概念図である。構成３００を使用して、粒子２１０を選別し、異なるサイズ範囲内の粒子の数を計算することができる。粒子を３つのサイズ範囲に分離するために２段分離要素３０２が示されているが、任意の適切な段数（ｎ）を使用して、粒子を異なるサイズ範囲（ｎ＋１個のサイズ範囲）に分離することができる。

図示される実施形態では、粒子分離要素３０２は、第１のサイズ範囲内、第２のサイズ範囲内、及び第３のサイズ範囲内の粒子２１０を、第１の出口流３０４（第１のサイズ範囲内、第２のサイズ範囲内、及び第３のサイズ範囲内の粒子を含む）、第２の出口流３０６（第２のサイズ範囲内及び第３のサイズ範囲内の粒子を含む）、及び第３の出口流３０８（第３のサイズ範囲内の粒子を含む）に選別して、マイクロ流体感知要素１１６によって感知するように構成される。粒子センサ１１２は、マイクロ流体感知要素１１６に沿って位置決めされて、各出口流３０４、３０６、３０８内の粒子の数を検出することができる。制御装置１１０（図１）は、粒子分離要素３０２の流れ分岐に関連する体積分率に基づいて、各サイズ範囲に関連する粒子の数を決定することができる。

図１０で見られるように、粒子分離要素３０２は、少なくとも第１の流体力学的セパレータ３２０及び第２の流体力学的セパレータ３２２を含むことがある。各流体力学的セパレータ３２０、３２２は、異なるサイズ範囲の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体チャネルを画定することができ、このチャネルは、マイクロ流体分離チャネルと呼ばれることもある。第１の流体力学的セパレータ３２０の出口は、第１の流れ分岐３２６及び第２の流れ分岐３２８を含むことがある。第２の流体力学的セパレータ３２２の出口は、第１の流れ分岐３３０及び第２の流れ分岐３３２を含むことがある。

第１の流体力学的セパレータ３２０の第２の流れ分岐３２８は、第１の出口流３０４を提供するように構成されることがある。第２の流体力学的セパレータ３２２の第２の流れ分岐３３２は、第２の出口流３０６を提供するように構成されることがある。第２の流体力学的セパレータ３２２の第１の流れ分岐３３０は、第３の出口流３０８を提供するように構成されることがある。第１の流体力学的セパレータ３２０の第１の流れ分岐３２６は、第２の流体力学的セパレータ３２２の入口に流体連通し又は流体結合されて、第４の流体流３１０を提供することができる。

第１の流体力学的セパレータ３２０は、第１のサイズ範囲内のすべての粒子を第２の流れ分岐３２８に集束させるように構成することができる。第１のサイズ範囲は、第１の閾値サイズを超える任意の粒子を含むことがある。第１の閾値サイズを超えない残りの粒子は、第１の流れ分岐３２６と第２の流れ分岐３２８との両方に提供されることがある。残りの粒子は、均一に分散されているとみなすことができる。各分岐３２６、３２８に提供される残りの粒子の比率は、各分岐３２６、３２８に関連する体積分率に基づいて決定することができる。一般に、第１の流れ分岐３２６は、第１の閾値サイズを超えない残りの粒子の第１の部分を受け入れることができ、第２の流れ分岐３２８は、第２の部分を受け入れることができる。図９で見られるように、第２の分岐３２８からの第１の出口流３０４は、あらゆるサイズ範囲の粒子を含む。他の出口流３０６、３０８はいずれも、第１の閾値サイズを超える粒子を含まない。

第２の流体力学的セパレータ３２２は、第１の閾値サイズを超えない残りの粒子の第２の部分を含む第１の分岐３２６からの流れを受け入れることができる。第２の流体力学的セパレータ３２２は、第２のサイズ範囲内のすべての粒子を第２の流れ分岐３３２に集束させるように構成することができる。第２のサイズ範囲は、第２の閾値サイズを超える任意の粒子を含むことがある。第２の閾値サイズを超えない残りの粒子は、第１の流れ分岐３３０と第２の流れ分岐３３２との両方に提供されることがあり、第３のサイズ範囲内の粒子のみであり得る。残りの粒子は、均一に分散されているとみなすことができる。各分岐３３０、３３２に提供される残りの粒子の比率は、各分岐３３０、３３２に関連する体積分率に基づいて決定することができる。一般に、第１の流れ分岐３３０は、第１の部分を受け入れることができ、第２の流れ分岐３３２は、第２の閾値サイズを超えない残りの粒子の第２の部分を受け入れることができる。図９で見られるように、第２の出口流３０６は、第１の閾値サイズを超えない両方の粒子サイズ範囲の粒子を含み、第３の出口流３０８は、第２の閾値サイズを超えない粒子のみを含む。

マイクロ流体感知要素１１６は、粒子分離要素３０２と流体連通することができる。マイクロ流体感知要素１１６は、マイクロ流体感知チャネルと呼ばれることもある複数のマイクロ流体チャネル３４０を含むことがあり、各マイクロ流体チャネル３４０は、粒子分離要素３０２の異なる流れ分岐と流体連通している。マイクロ流体チャネル３４０は、並列に配置することができる。特に、各マイクロ流体チャネル３４０は、異なる出口流３０４、３０６、３０８を受け入れる。粒子センサ１１２は、各マイクロ流体チャネル３４０を通って流れる粒子の数を検出するように位置決め及び構成することができる。

制御装置１１０は、マイクロ流体チャネル３４０内の各出口流３０４、３０６、３０８中の任意のサイズ範囲の粒子の数をカウントすることによって、各サイズ範囲内の粒子の数を決定することができる。例示のために、流れ分岐の各対間の体積比が１：１であり、残りの粒子の数（粒子閾値サイズを超えない粒子の数）が２つの分岐に均等に分割されると仮定すると、各出口流中の粒子の数は、以下のように計算することができる。

ここで、ｎ_１は第１のサイズ範囲、ｎ_２は第２のサイズ範囲、ｎ_３は第３のサイズ範囲、ｄ_１は第１の閾値サイズ、ｄ_２は第２の閾値サイズ、ｃ_１は、第１の出口流３０４でカウントされた粒子の数、ｃ_２は、第２の出口流３０６でカウントされた粒子の数、ｃ_３は、第３の出口流３０８でカウントされた粒子の数である。

一般に、粒子分離要素３０２の入口は、粒子２１０のランダムな分布を受け入れることができる。粒子分離要素３０２は、粒子２１０を異なる出口流３０４、３０６、３０８に選別することができる。出口流３０４、３０６、３０８は、マイクロ流体感知要素１１６によって受け入れられることがある。粒子センサ１１２は、マイクロ流体感知要素１１６の各マイクロ流体チャネル３４０内の粒子の数をカウントし、各サイズ範囲内の粒子の数を決定することができる。

いくつかの実施形態では、粒子センサ１１２は、各チャネル内の粒子の数をカウントするために、各マイクロ流体チャネル３４０に並べられた検出器を含むことがある。他の実施形態では、粒子センサ１１２は、各チャネル内の粒子の数をカウントするために、複数のチャネルにわたる共有の検出器を使用することがある。

構成３００は、液体用途において流体清浄度レベルを測定するために使用することができるマイクロ流体粒子センサとして表すことができる。一例では、マイクロ流体粒子センサは、流体の清浄度を測定するためにディーゼル燃料濾過システムで使用することができる。センサは、フィルタの上流に、フィルタの下流に、又はフィルタに対してバイパスとして配置されることがある。センサは、例えばＩＳＯ清浄度コードに基づいて粒子をストリームラインに分割するセグメンテーション段階又は粒子分離要素３０２を含むことがあり、ストリームラインは、第１のストリームに４～６マイクロメートルの粒子、第２のストリームに６～１４マイクロメートルの粒子、第３のストリームに１４マイクロメートルを超える粒子を含むことがある。４マイクロメートル未満の粒子サイズはカウントされないことがあり、又は、４マイクロメートル未満、４～６マイクロメートル、６～１４マイクロメートル、及び１４マイクロメートル超の粒子を捕捉するために追加の段階（４つの段階）が追加されることがある。マイクロ流体粒子センサは、油圧又は潤滑の用途にも使用することができる。

センサは、２つの段階を有するものとして表すことができる。第１の段階は、粒子分離要素３０２などの「セグリゲータ段階」と呼ばれることもあり、粒子サイズに基づいて粒子を特定のストリームラインに集束させる。第２の段階は、マイクロ流体感知要素１１６など複数の感知チャネルを含む「感知段階」と呼ばれることもあり、特定の粒子を含むストリームラインが異なるチャネルに送られる。個々のチャネルはそれぞれ、粒子センサ又は粒子カウンタを有する。セグリゲータ段階の設計は、各チャネルにどの粒子サイズ範囲が入るかを示すことがある。感知チャネル内の粒子をカウントする又は他の方法で検出することによって、粒子サイズ分布を決定することができる。

粒子がそれらの粒子サイズに基づいてストリームラインに集束されると、ストリームラインは、マイクロ流体チャネル３４０など異なる感知チャネルに送られることがある。各感知チャネルは、（セグリゲータ段階の設計及び性能に基づいて）特定の粒子サイズ範囲に対応する。各感知チャネルは、粒子センサに関連付けられることがある。粒子センサは、感知チャネル内の粒子の通過を検出又はカウントすることができる。粒子センサは、光学的（吸光、蛍光、散乱、又は他の光学的方法を使用する）、電子的（容量センサ又はインピーダンスセンサを使用する）、又は磁気的であり得る。各チャネルから出力される信号が一意であるとき、感知チャネルは、単一の粒子センサを共有することができる。

粒子カウンタの上流にある受動粒子集束スキームを使用するそのようなマイクロ流体粒子センサは、粒子がカウントされるときに較正を必要としないことがある。これにより、製造が容易になり得る。マイクロ流体粒子センサは、電子的又は磁気的特性など異なる特性を有する様々な異なるタイプの粒子に関して機能するように設計することもできる。マイクロ流体粒子センサは、バルク流体の読取りの代わりに、個々の粒子を１つずつカウントすることもでき、これは感度の増加をもたらすことがある。マイクロ流体チャネルの使用は、バックグラウンド又はキャリア流体の影響を最小限に抑えることもできる。

図１１Ａ～Ｂは、光検出器２０６（図６）などの共有光検出器を使用して、複数のマイクロ流体チャネル３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ内の粒子の数をカウントするための技法の一例を示す概念図である。アパーチャ要素３５０はアパーチャ要素２１８（図６）と同様であり得るが、アパーチャ要素３５０は、各マイクロ流体チャネル３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃに並べられた複数のアパーチャ２０４を含む点が異なる。アパーチャ２０４の各セットは、対応するマイクロ流体感知チャネル３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃに沿った一意の間隔パターンを定義することができる。一意の間隔パターンは、一意のオリフィスパターンと呼ばれることもある。

制御装置１１０（図６参照）は、光検出器２０６からの信号に基づいて信号データを決定し、信号データに基づいて粒子が感知領域２１６を通過したかどうかを決定するように構成することができる。制御装置１１０は、信号データに基づいて、感知領域２１６を通された粒子に関連する一意の間隔パターンを決定することができる。特に、マイクロ流体感知チャネル３４０ａを通過する粒子は、第１の一意の信号データ３４２ａを提供することがあり、マイクロ流体感知チャネル３４０ｂを通過する粒子は、第２の一意の信号データ３４２ｂを提供することがあり、マイクロ流体感知チャネル３４０ｃを通過する粒子は、第３の一意の信号データ３４２ｃを提供することがある。制御装置１１０による信号処理又はパターン認識処理は、これらの一意のパターンを区別して、対応するマイクロ流体感知チャネル３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、及び対応するマイクロ流体感知チャネル内の粒子の数を識別するように構成することができる。

一般に、一意の間隔パターンは、特定のマイクロ流体感知チャネル３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃを通って進む液滴に対して異なる時間プロファイルを提供する。図示される実施形態では、一連の穴が互いに異なる距離に配置され、それにより、チャネルを通って進む液滴がいくつかの信号ディップを与え、ディップの時間的パターンがチャネルに特有のものになる。異なる信号プロファイルを与えるオリフィスパターン（異なる形状のオリフィス穴など）を使用して一意の信号を作成することもできる。一意の間隔と一意の形状とを併用することもできる。チャネルに複数の液滴が存在する場合、信号デコンボリューションアルゴリズムを使用して、個々のチャネルを区別することができる。

いくつかの実施形態では、回折格子を使用して、チャネルに入る光を制御することもできる。回折格子は、チャネル内にある又はチャネル内に閉じ込められることがあり、検出器のアレイ内の特定の検出器に光路を向けることができる。

本開示の様々な態様の理解は、フィルタを補完する又はフィルタの代用とするために粒子分離を提供する以下に提供される特定の実施例及び例示的実施形態の議論を通じて得られる。しかし、本開示はそれに限定されない。実施例及び例示的実施形態の様々な修正形態、並びに本開示の追加の実施形態は、本明細書において明らかになろう。

図１２は、粒子分離要素１０２を使用して粒子を除去するために使用することができる流体システム３６０の一例を示す概念図である。流体力学的セパレータ要素を含むことがある粒子分離要素１０２は、流体システム３６０で主フローライン３６２に沿って使用されることがある。

図示されるように、流体ポンプ１１４を使用して、流体源１０４から粒子分離要素１０２を通して主フローライン３６２への流体流を提供することができる。粒子分離要素１０２は、第１の流れ分岐３６３を使用する主出口流と、第２の流れ分岐３６４を使用する副出口流とを提供することができる。第１の流れ分岐３６３と第２の流れ分岐３６４とは、システム３６０の残りを含むことがある流体供給先１０６の上流で、主フローライン３６２に沿って再結合されることがある。

副出口流は、主出口流との再結合の上流で、第２の流れ分岐３６４に沿ってフィルタ３６６に提供されることがある。任意選択のフィルタ３６８が、例えば第１の流れ分岐３６３に沿って再結合の上流に、又は主フローライン３６２に沿って再結合の下流に位置決めされることがある。

粒子分離要素１０２は、流体ポンプ１１４の上流又は下流に位置決めすることができる。図示される実施形態では、粒子分離要素１０２は、流体ポンプ１１４の下流に位置決めされている。

粒子分離要素１０２は、直径の特定の閾値サイズよりも大きい粒子を主フローライン３６２から除去するように構成することができ、流体ポンプ１１４は、特定の流量で燃料を提供する。

セパレータ要素１０２を使用して、特定の閾値サイズを超える粒子を全流体流の一部に集束させることができる。集中された粒子ストリームは、粒子を除去するために、第２の分岐３６４に沿って、デッドエンドフィルタと呼ばれることもあるフィルタ３６６に提供されることがある副出口流に集束される又は向けられることがある。フィルタ３６６を通過した後、第２の流れ分岐３６４からの集中された粒子ストリームからの流体は、第１の流れ分岐３６３からの流体の残りと組み合わされ、流体供給先１０６として示されるシステムの残りに送達されることがある。臨界サイズを超える粒子は、流体供給先１０６に提供される流体全体から大部分除去することができる。

システム３６０では、全流体流の一部のみがフィルタ３６６を通して濾過される。いくつかの実施形態では、第２の流れ分岐３６４に提供される集中された粒子ストリームは、総流体体積の５０％未満、総流体体積の２５％未満、又は総流体体積の１０％未満を含むことがある。フィルタ３６６を通る流量は、例えば粒子分離要素１０２が使用されなかったシステムよりも低いことがある。より低い流量は、より低いフィルタ圧力降下、より長いフィルタ寿命、又はその両方をもたらすことができる。

例えば、第１の流れ分岐３６３に沿った「清浄なストリーム」ラインに沿って、又は流体ストリームラインが結合した後に主フローライン３６２に沿って追加のフィルタ３６８を使用して、臨界サイズ未満の粒子を除去することができる。第１の流れ分岐３６３に沿った清浄なストリーム内で流量計測又は可変圧力物体を使用して、セパレータ要素１０２を出る２つのストリーム間で適切に流れのバランスを取ることができる。

セパレータ要素１０２をフィルタに結合する技法は、エンジン燃料、エンジンオイル、エンジン油圧、及び固定油圧など多くの用途で使用することができる。この技法は、流体がフィルタシステムを通して再循環されるエンジンオイル、エンジン油圧装置、又は固定油圧装置で特に有用となり得る。

デバイス作製
実施例１では、流体力学的セパレータを、標準的なソフトフォトリソグラフィ技法を使用して、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からマイクロ流体デバイスとして作製した。簡潔には、ＤｒａｆｔＳｉｇｈｔを使用してフォトマスクを用意し、２００００ｄｐｉで印刷した（ＣＡＤ／ＡｒｔＳｅｒｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．；Ｂｒａｎｄｏｎ，Ｏｒｅｇｏｎ）。ＳＵ－８ ２１００フォトレジスト（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ，Ｉｎｃ．；Ｎｅｗｔｏｎ，ＭＡ）を使用して、ＳＵ－８モールドを用意した。プロセスパラメータは、ＭｉｃｒｏＣｈｅｍによって提供されるＳＵ－８ ２１００データシートに記載されている。ＰＤＭＳ（Ｓｙｌｇｕａｒｄ １８４；Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ；１０：１ ｗ／ｗ 塩基：硬化剤）をモールドに注ぎ、３０分間脱気し、オーブンで８５℃で一晩硬化させた。ウェハからＰＤＭＳを除去した後、生検針で入口穴及び出口穴を開けた。スコッチテープを使用して、ＰＤＭＳから粒子と繊維を除去した。Ｈａｒｒｉｃｋ Ｐｌａｓｍａクリーナを８００ミクロン（ｍｔｏｒｒ）で１分間使用して、ＰＤＭＳをスライドガラスにプラズマ結合することによって、最終的なデバイスを用意した。完成したデバイスを、約１００℃でのホットプレートに１５分間置いた。一定の曲率半径、チャネル幅、及びチャネル深さでデバイスを設計した。

粒子撮像
実施例２では、試験のために蛍光粒子を脱イオン水に懸濁した（表１）。２、１０、及び２０マイクロメートル（μｍ）の粒子を水性懸濁液中に提供した。これらの試料を希釈して直接試験した。

２５μｍ及び３０μｍの粒子を粉末として提供した。これらの試料をドデシル硫酸ナトリウム界面活性剤（ＳＤＳ）と共に脱イオン水に添加して、試験溶液を調製した。

典型的な混合物は、５０ｍｇの粒子、１００ｍｇのＳＤＳ、及び５００ｍＬの脱イオン水を含んでいた。粒子サイズ分布を、レーザ回折粒子選別機（Ｂｅｃｋｍａｎ－Ｃｏｕｌｔｅｒ ＬＳ－３２０）で確認した。

実施例１に従って形成された流体力学的セパレータに、圧力駆動式フローシステム（ＥｌｖｅＦｌｏｗ ＯＢ１－Ｍｋ３；Ｅｌｖｅｓｙｓ；Ｐａｒｉｓ，Ｆｒａｎｃｅ）を使用して粒子を供給した。システムは、リアルタイムで流れを測定するためのインライン流量計を含んでいた（Ｅｌｖｅｆｌｏｗ ＦＳ４（０～１ｍＬ／ｍｉｎ）又はＦＳ５（０．２～５ｍＬ／ｍｉｎ）；Ｅｌｖｅｓｙｓ；Ｐａｒｉｓ，Ｆｒａｎｃｅ）。流れは、ＥＳＩソフトウェアパッケージ内で圧力又は流量によって制御可能であった。

Ｏｌｙｍｐｕｓ ＩＸ－７３倒立顕微鏡（Ｏｌｙｍｐｕｓ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ；Ｗａｌｔｈａｍ，ＭＡ）と水銀蒸気ショートアークランプ（Ｕ－ＨＧＬＧＰＳ、Ｏｌｙｍｐｕｓ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ；Ｗａｌｔｈａｍ，ＭＡ）とを組み合わせて使用して、流体力学的セパレータ内の粒子集束を光学的に測定した。蛍光粒子の吸光度及び発光特性に合致するように蛍光フィルタキューブを選択した。１０倍の対物レンズを用いて画像を撮影した。ＭｉｃｒｏＭａｎａｇｅｒ（バージョン１．４；ｈｔｔｐｓ：／／ｍｉｃｒｏ－ｍａｎａｇｅｒ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｍｉｃｒｏ－Ｍａｎａｇｅｒ）を使用するＰｒｉｍｅ ＢＳＩ ｓＣＭＯＳカメラ（Ｔｅｌｅｄｙｎｅ Ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃｓ；Ｔｕｓｃａｎ，ＡＺ）を用いて画像をキャプチャした。

粒子を注入する前に、脱イオン（ＤＩ）水を使用して各流体力学的セパレータに関して圧力－流量較正を決定し、粒子含有溶液に関する低信頼性の流量計読取値を較正した。データを２次多項式に当てはめ、所望の実験流量に関する動作圧力を決定するために使用した。

粒子実験中、システム圧力を制御し、圧力－流量データを記録した。実験時間枠にわたって圧力－流量データが減衰を示した場合、粒子がデバイスのどこかに集まっていると考え、データを記録しなかった。

実験後、デバイスを半分に切断し、Ｋｅｙｅｎｃｅ ＶＨＸデジタル顕微鏡（Ｋｅｙｅｎｃｅ；Ｉｔａｓｃａ，ＩＬ）でチャネル深さを光学的に測定した。

デバイスの圧力－流量関係が較正された後、単一の蛍光粒子溶液を用いて一定のディーン数又は流量で実験を実行した。長さの関数（Ｌ＝αＲ_ｃ、ここで、αは、ラジアン単位のデバイスを通る角度、Ｒは、内壁で測定された曲率半径である）として粒子集束を測定するために、デバイスを通して様々な角度で蛍光画像を撮影した。例えば図１４に示されるように、各流体力学的セパレータの円形状の周りで角度を定義した。図１４は、入口１０°（Ａ）、１８０°（Ｂ）、２７０°（Ｃ）、及び出口３５０°（Ｄ）で、流体力学的セパレータ４００の周りでの角度の相対位置を示す概念図である。ｃＭＯＳカメラの積分時間は、ピクセルを飽和させることなく信号差を最大化するように設定した。

ＩｍａｇｅＪオープンソースソフトウェアでの画像分析を使用して、粒子集束の程度を決定した。デバイスの各撮像位置でチャネルにわたってピクセル強度を測定した。ピクセル強度は、平均粒子濃度に比例すると想定される。出口画像から粒子集束の位置を決定した（３４０°又は３５０°）。各画像について、チャネル全体の積分ピクセル強度に対する集束領域での積分ピクセル強度の比として集束率を以下のように決定した。

図１３Ａは、１０度でのデバイス入口３８０からの代表的な画像を示す。図１３Ｂは、３５０度でのデバイス出口３８２からの代表的な画像を示す。図１３Ｃは、図１３Ａの線３８４によって示されるチャネルにわたるピクセル強度対チャネル位置（ピクセル単位）のプロット３９０である。図１３Ｄは、図１３Ｂの線３８６によって示されるチャネルにわたるピクセル強度対チャネル位置（ピクセル単位）のプロット３９２である。ボックス３９４、３９６を集束領域とみなした。

集束研究：同じデバイス、異なるディーン数（１４０μｍの深さ：２５μｍの粒子）
実施例３では、２つのディーン数で流体力学的セパレータ（チャネル幅：５００μｍ、チャネル深さ：１４０μｍ、曲率半径：２０ｍｍ）内で２５μｍの粒子を集束させた。１０１０ｍｂａｒの圧力（３．９７ｍＬ／ｍｉｎ）で、ディーン数１５について、集束率対チャネル長のデータを示すプロット４１０が図１５に示されている。プロット４１０は、３つの異なる領域を示す。すなわち、粒子が集束されていない初期領域４１２、粒子が集束されている領域４１４、及び粒子が完全に集束されている領域４１６である。

デバイス入口では、粒子は約３５％集束される。チャネル長の最初の１４ｍｍでは、集束の量は増加しない。これは、せん断揚力によるチャネルの中心からチャネルの縁部への粒子移動に起因し得る。デバイスのこの領域４１２は、粒子移動領域と呼ばれることもあり、長さＬ_０を有する。この長さは、粒子サイズ、流体特性、及び流量に依存することがある。

粒子移動領域の後、集束される粒子の割合は、チャネル長に対して線形増加することがある。デバイスのこの領域４１４は、線形集束領域と呼ばれることもある。直線当てはめの傾きは、線形集束率（ｒ_ｆ）と呼ばれることもある。集束される粒子の割合は、通常、最大値まで線形増加する。

粒子集束の最大値に達すると、粒子集束はほぼ一定を保つことがある。デバイスのこの領域４１６は、完全集束領域と呼ばれることもある。この実施例では、完全集束領域での最大集束率（ｆ_ｍ）は約９０％である（すなわち、粒子の９０％が集束される）。

目標集束率に到達するために使用することができる流体力学的セパレータの長さは、以下のように表すことができる。

ここで、Ｌ_Ｄは、目標集束率に到達するのに必要な流体力学的セパレータチャネル長であり、Ｌ_０は粒子移動領域の長さであり、ｒ_ｆは線形集束率であり、ｆ_０は入口（及び粒子移動領域４１４中）での粒子集束率であり、ｆ_ｔは目標集束率である。この式は、特に、ｆ_０＜ｆ_ｔ＜ｆ_ｍのときに使用することができる。

表３は、同じデバイスを異なるディーン数で実行した集束実験に関するデータを示す。粒子移動領域の長さと、９０％の集束に到達するのに必要な長さとは同様であり、ほぼ同一である。

同じディーン数、異なるデバイスでの実験（１０４μｍの深さ：３０μｍの粒子）
実施例４では、実施例３と同様の実験を、ほぼ同じディーン数で、しかし２つの異なる曲率半径を有するデバイスで行った。３０μｍの粒子を使用した。実験の結果を表４に示す。粒子移動領域の長さは、より小さい曲率半径を有するデバイスのほうが短かった。さらに、線形集束率は、より小さい曲率半径を有するデバイスのほうが高かった。これらの結果に基づいて、例えば、粒子を５０％まで集束させるのに必要な長さは、より小さい曲率半径を有するデバイスのほうが短かった。

一般に、より小さい曲率半径を有するデバイスは、より大きい曲率半径を有するデバイスよりも低い流量で目標ディーン数を実現することがある。粒子を集束するのに必要な圧力降下を比較すると、より小さい曲率半径は、より短いチャネル及びより低い流量をもたらすことがあり、これは圧力降下に大きな影響を与える可能性がある。

一例として、表４のデータ及び印加した実験圧力から、粒子の５０％を集束するように設計された流体力学的セパレータに関連する圧力降下を以下の式から計算した。

ここで、Ｐ_ａｐｐは、実験的に印加した圧力であり、Ｌ_Ｄは、５０％集束に到達するのに必要な長さ（表４）であり、Ｒ_ｃは、デバイスの曲率半径（表４）であり、項

は、入口ポート及び出口ポートを提供可能にするために、円弧長の３５０°のみをデバイスがカバーする実験的なデバイス設計を表す。計算された圧力降下が表４に示されている。より小さい曲率半径を有するデバイスを使用して、はるかに低い圧力降下で粒子を集束させた。

線形集束領域の長さ
近年、最大の粒子集束（８５％～９５％の粒子集束）を実現するのに必要な線形集束領域の長さを以下の関係によって表すことができることが発見された。

ここで、Ｒｅはレイノルズ数であり、Ｄｅはディーン数であり、Ｄ_Ｈは流体力学的セパレータの水力直径であり、ｗはチャネル幅であり、Ｒ_ｃは流体力学的セパレータの曲率半径である。より具体的には、関係は以下のように表される。

さらに、特定の粒子サイズに関して最大の粒子集束を実現するのに必要な線形集束領域の長さは、以下の関係によって表すことができる。

ここで、ａは粒子直径である。粒子直径は、０．５よりも大きい球形度を有する粒子に関しては同等の球直径にすることができる。この式は、チャネル水力直径の８％よりも大きく、チャネル高さの５０％以下の直径を有する粒子に関する線形集束領域の長さの予測因子となり得る。

流体力学的セパレータの全長は、以下のように決定又は計算することができる。
Ｌ_Ｄ＝Ｌ_０＋Ｌ_ｆ （式１３）

この式を使用して、様々な用途に関して最大の粒子集束を実現するのに必要な最小流体力学的セパレータチャネル長を計算することができる。実験結果から、粒子移動領域の長さＬ_０が、最大粒子集束を実現するのに必要な流体力学的セパレータＬ_Ｄの全長の０％～２９％の範囲であることが示されている。さらに、データから、粒子移動領域の長さＬ_０が、線形集束領域Ｌ_ｆの長さの０％～４０％の範囲であることが示されている。したがって、最大の粒子集束を実現するために、流体力学的セパレータチャネルの長さＬ_Ｄを線形集束領域Ｌ_ｆの長さ以上にすることができる。流体力学的セパレータチャネル長Ｌ_Ｄは、チャネルにわたる圧力降下の最小化とのバランスを取られた粒子集束を実現するために、線形集束領域Ｌ_ｆの長さよりも４０％以下だけ大きいことがある。

例示的実施形態
いくつかの実施形態は、流体力学的セパレータに関する。

実施形態Ａ１では、システムが、
流体連通する湾曲したマイクロ流体チャネルをそれぞれ画定する１つ又は複数の流体力学的セパレータを備える流体力学的分離要素であって、各マイクロ流体チャネルが、
流体及び上記流体に分散された粒子を受け入れるように構成された入口であって、粒子が、流体とは異なる組成を有する、入口と、
第１の流れ分岐及び第２の流れ分岐を備える出口と
を画定し、
所定の流量で、各マイクロ流体チャネルが、対応する閾値サイズを超える任意の粒子を第２の流れ分岐に向け、任意の残りの粒子を第１の流れ分岐と第２の流れ分岐との両方に向けるように構成される、流体力学的分離要素と、
１つ又は複数の流体力学的セパレータに沿って位置決めされ、流体及び上記流体中の粒子に対応する信号を表す信号データを提供するように構成された粒子センサと、
信号データを受信するために粒子センサに動作可能に結合され、流体力学的分離要素と流体連通して流体ポンプに動作可能に結合可能な制御装置であって、
流体ポンプを制御して、流体を流体力学的分離要素に通し、
粒子センサからの信号データに基づいて、閾値レベルの粒子が少なくとも１つのマイクロ流体チャネルに存在するかどうかを決定し、
閾値レベルの粒子が少なくとも１つのマイクロ流体チャネルに存在するという決定に応答して、流体力学的分離要素を通る流量を制御して、所定の流量で流体を流体力学的分離要素に通し、対応する閾値サイズを超える任意の粒子を少なくとも１つのマイクロ流体チャネルの第２の流れ分岐に集束させるように構成された制御装置と
を備える。

実施形態Ａ２では、システムは、粒子センサが、
少なくとも１つの流体力学的セパレータを通る経路に沿って周波数帯域内の光ビームを向けるように構成された光源であって、周波数帯域が、粒子による吸光度が流体による吸光度とは異なるように選択される、光源と、
光源からの光ビームの経路に位置決めされた光アパーチャを画定するアパーチャ要素と、
少なくとも１つの流体力学的セパレータ及び光アパーチャを通過した後、感知領域で光ビームを受信するように位置決めされた光検出器であって、少なくとも１つの流体力学的セパレータを通過した後に残る上記周波数帯域内の光の量を表す信号データを提供するように構成された光検出器と
を備える、実施形態Ａ１に記載のシステムを含む。

実施形態Ａ３では、システムは、粒子センサが静電容量センサを備える、実施形態Ａ１に記載のシステムを含む。

実施形態Ａ４では、システムは、入口及び第２の流れ分岐と流体連通する供給源リザーバをさらに備え、流体及び粒子を、供給源リザーバから流体力学的分離要素に圧送することができ、且つ第２の流れ分岐を通して供給源リザーバに選択的に戻るように圧送することができる、上記のＡ実施形態のいずれか１つに記載のシステムを含む。

いくつかの実施形態は、粒子ダイバータに関する。

実施形態Ｂ１では、システムが、
並列流体連通する１つ又は複数のマイクロ流体チャネルを備える粒子分離要素であって、各マイクロ流体チャネルが、
流体、及び上記流体に分散された粒子を受け入れるように構成された入口であって、粒子が、流体とは異なる組成を有する、入口と、
第１の流れ分岐及び第２の流れ分岐を備える出口とを画定する、粒子分離要素と、
少なくとも１つの出口の少なくとも１つの流れ分岐に沿って位置決めされたフロールーティング要素と、
１つ又は複数のマイクロ流体チャネルに沿って位置決めされ、流体、及び上記流体に分散された粒子に対応する信号を表す信号データを提供するように構成された粒子センサと、
少なくとも１つのフロールーティング要素に動作可能に結合され、信号データを受信するように粒子センサに動作可能に結合された制御装置であって、
フロールーティング要素を制御して、流体流を少なくとも１つのマイクロ流体チャネルの少なくとも１つの出口の第１の流れ分岐に向け、
粒子センサからの信号データに基づいて、閾値レベルの粒子が少なくとも１つのマイクロ流体チャネルに存在するかどうかを決定し、
閾値レベルの粒子が少なくとも１つのマイクロ流体チャネルに存在するという決定に応答して、フロールーティング要素を制御して、流体流を少なくとも１つのマイクロ流体チャネルの第２の流れ分岐に向けるように構成された制御装置と、
を備える。

実施形態Ｂ２では、システムは、粒子分離要素が、１つ又は複数の流体力学的セパレータを含む流体力学的セパレータ要素を備え、１つ又は複数の流体力学的セパレータが、１つ又は複数のマイクロ流体チャネルを備え、各マイクロ流体チャネルが湾曲している、実施形態Ｂ１に記載のシステムを含む。

実施形態Ｂ３では、粒子センサが、
少なくとも１つのマイクロ流体チャネルを通る経路に沿って周波数帯域内の光ビームを向けるように構成された光源であって、上記周波数帯域が、粒子による吸光度が流体による吸光度とは異なるように選択される、光源と、
光源からの光ビームの経路に位置決めされた光アパーチャを画定するアパーチャ要素と、
少なくとも１つのマイクロ流体チャネル及び光アパーチャを通過した後、感知領域内で光ビームを受信するように位置決めされた光検出器であって、少なくとも１つのマイクロ流体チャネルを通過した後に残る周波数帯域内の光の量を表す信号データを提供するように構成された光検出器と
を備える、実施形態Ｂ１又はＢ２に記載のシステムを含む。

実施形態Ｂ４では、システムは、粒子センサが静電容量センサを備える、実施形態Ｂ１又はＢ２に記載のシステムを含む。

実施形態Ｂ５では、システムは、入口及び第２の流れ分岐と流体連通する供給源リザーバをさらに備え、流体及び粒子を供給源リザーバから流体力学的分離要素に圧送することができ、且つ第２の流れ分岐を通して供給源リザーバに選択的に戻るように圧送することができる、上記のＢ実施形態のいずれか１つに記載のシステムを含む。

いくつかの実施形態は、粒子分類機に関する。

実施形態Ｃ１では、システムが、
異なるサイズ範囲の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体分離チャネルをそれぞれ画定する少なくとも第１の流体力学的セパレータ及び第２の流体力学的セパレータを含む、直列流体連通する複数の流体力学的セパレータを備える流体力学的分離要素であって、各マイクロ流体分離チャネルが、
粒子を含む流体を受け入れるように構成された入口と、
第１の流れ分岐及び第２の流れ分岐を備える出口と
を画定し、
特定の流量で、各マイクロ流体分離チャネルが、対応する閾値サイズを超える任意の粒子を第２の流れ分岐に送り、任意の残りの粒子を第１の流れ分岐と第２の流れ分岐との両方に向けるように構成され、第１の流体力学的セパレータの第１の流れ分岐が、第２の流体力学的セパレータの入口と流体連通する、流体力学的分離要素と、
流体力学的分離要素と流体連通するマイクロ流体感知要素であって、流体力学的分離要素の異なる流れ分岐とそれぞれ流体連通する複数のマイクロ流体感知チャネルを備え、複数のマイクロ流体感知チャネルが、少なくとも、
第１の閾値サイズを超える任意の粒子を受け入れるために、第１の流体力学的セパレータの第２の流れ分岐と流体連通する第１のマイクロ流体感知チャネルと、
第２の閾値サイズを超える任意の粒子を受け入れるために、第２の流体力学的セパレータの第２の流れ分岐と流体連通する第２のマイクロ流体感知チャネルであって、第１の閾値サイズが第２の閾値サイズよりも大きい、第２のマイクロ流体感知チャネルとを備える、マイクロ流体感知要素と
を備える。

実施形態Ｃ２では、システムは、複数のマイクロ流体分離チャネルが、第２の流体力学的セパレータの第１の流れ分岐と流体連通する第３の流体力学的セパレータを備える、実施形態Ｃ１に記載のシステムを含む。

実施形態Ｃ３では、システムは、
複数のマイクロ流体感知チャネルに沿って位置決めされ、流体中の粒子に対応する信号を表す信号データを提供するように構成された粒子センサと、
信号データを受信するために粒子センサに動作可能に結合された制御装置であって、信号データに基づいて、流れ分岐に関連する体積分率に基づいて各サイズ範囲に関連する粒子の数を決定するように構成された制御装置と
をさらに備える、実施形態Ｃ１又はＣ２に記載のシステムを含む。

実施形態Ｃ４では、システムは、少なくとも１つのマイクロ流体分離チャネルが、第１の出口分岐及び第２の出口分岐を備える出口を備え、少なくとも１つのマイクロ流体感知チャネルの出口に沿って位置決めされた少なくとも１つのフロールーティング要素をさらに備え、制御装置が、少なくとも１つのフロールーティング要素に動作可能に結合され、対応するマイクロ流体感知チャネル内の粒子の検出に応答して流体流を第２の出口分岐に向けるように、少なくとも１つのフロールーティング要素を制御するようにさらに構成される、実施形態Ｃ３に記載のシステムを含む。

実施形態Ｃ５では、システムは、粒子センサが静電容量センサを含む、実施形態Ｃ３又はＣ４に記載のシステムを含む。

実施形態Ｃ６では、システムは、粒子センサが、
少なくとも１つのマイクロ流体感知チャネルを通る経路に沿って周波数帯域内の光ビームを向けるように構成された光源であって、上記周波数帯域が、粒子による吸光度が流体による吸光度とは異なるように選択される、光源と、
光源からの光ビームの経路に位置決めされた光アパーチャを画定するアパーチャ要素と、
光アパーチャ及び少なくとも１つのマイクロ流体感知チャネルを通過した後、感知領域内で光ビームを受信するように位置決めされた光検出器であって、少なくとも１つのマイクロ流体感知チャネルを通過した後に残る上記周波数帯域内の光の量を表す信号データを提供するように構成された光検出器と
を備える、実施形態Ｃ３又はＣ４に記載のシステムを含む。

実施形態Ｃ７では、システムは、アパーチャ要素が、光源からの光ビームの経路に位置決めされた光アパーチャを含む複数の光アパーチャを備え、複数の光アパーチャが、各マイクロ流体感知チャネルに並べられた異なる光アパーチャセットを備え、各光アパーチャセットが、対応するマイクロ流体感知チャネルに沿って一意の間隔パターンを画定し、光検出器が、複数の光アパーチャ及び複数のマイクロ流体感知チャネルを通過した後に、感知領域で光ビームを受信するように位置決めされ、制御装置が、一意の間隔パターンに基づいて各サイズ範囲に関連する粒子の数を決定するように構成される、実施形態Ｃ６に記載のシステム。

いくつかの実施形態は、オリフィスパターンに関する。

実施形態Ｄ１では、システムが、
流体及び上記流体に分散された粒子の流れを受け入れるようにそれぞれ構成された複数のマイクロ流体感知チャネルであって、粒子が、流体とは異なる組成を有する、複数のマイクロ流体感知チャネルと、
複数のマイクロ流体感知チャネルを通る経路に沿って周波数帯域内の光ビームを向けるように構成された光源であって、上記周波数帯域が、粒子による吸光度が流体による吸光度とは異なるように選択される、光源と、
各マイクロ流体感知チャネルに並べられた異なる光アパーチャセットを備える複数の光アパーチャを画定するアパーチャ要素であって、各光アパーチャセットが、対応するマイクロ流体感知チャネルに沿った一意の間隔パターンを画定する、アパーチャ要素と、
アパーチャ要素の複数の光アパーチャ、及び複数のマイクロ流体感知チャネルを通過した後、感知領域で光ビームを受信するように位置決めされた光検出器であって、複数のマイクロ流体感知チャネルを通過した後に残る上記周波数帯域内の光の量を表す信号を提供するように構成された光検出器と、
光検出器に動作可能に結合され、
光検出器からの信号に基づいて信号データを決定し、
信号データに基づいて、粒子が感知領域を通過したかどうかを決定し、
信号データに基づいて、感知領域を通された粒子に関連する一意の間隔パターンを決定するように構成された制御装置と
を備える。

実施形態Ｄ２では、システムは、各マイクロ流体感知チャネルが、異なるサイズ範囲内の粒子を受け入れるように構成され、制御装置が、各サイズ範囲に関連する粒子の数を決定するようにさらに構成される、実施形態Ｄ１に記載のシステムを含む。

実施形態Ｄ３では、システムは、複数のマイクロ流体感知チャネルの上流に位置決めされた流体力学的分離要素をさらに備え、流体力学的分離要素が、異なるサイズ範囲の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体分離チャネルをそれぞれ画定する少なくとも第１の流体力学的セパレータ及び第２の流体力学的セパレータを含む直列流体連通した複数の流体力学的セパレータを備え、各マイクロ流体分離チャネルが、
流体、及び上記流体に分散された粒子を受け入れるように構成された入口と、
第１の流れ分岐及び第２の流れ分岐を備える出口と
を画定し、
特定の流量で、各マイクロ流体分離チャネルが、対応する閾値サイズを超える任意の粒子を第２の流れ分岐に向け、任意の残りの粒子を第１の流れ分岐と第２の流れ分岐との両方に向けるように構成され、第１の流体力学的セパレータの第１の流れ分岐が、第２の流体力学的セパレータの入口と流体連通する、
実施形態Ｄ１又はＤ２に記載のシステムを含む。

実施形態Ｄ４では、システムは、制御装置が、信号データに基づく流れ分岐に関連する体積分率に基づいて、各サイズ範囲に関連する粒子の数を決定するようにさらに構成される、実施形態Ｄ３に記載のシステムを含む。

実施形態Ｄ５では、システムは、制御装置が、流体力学的分離要素と流体連通して流体ポンプに動作可能に結合され、制御装置が、流体ポンプを制御して、特定の流量で流体を流体力学分離要素に通すように構成される、実施形態Ｄ３又はＤ４に記載のシステムを含む。

実施形態Ｄ６では、システムは、少なくとも１つのマイクロ流体感知チャネルが、第１の出口分岐及び第２の出口分岐を備える出口を備え、少なくとも１つのマイクロ流体感知チャネルの出口に沿って位置決めされた少なくとも１つのフロールーティング要素をさらに備え、制御装置が、少なくとも１つのフロールーティング要素に動作可能に結合され、対応するマイクロ流体感知チャネル内の粒子の検出に応答して流体流を第２の出口分岐に向けるようにフロールーティング要素を制御するようにさらに構成される、実施形態Ｄ３～Ｄ５のいずれか１つに記載のシステムを含む。

いくつかの実施形態は、水滴の検出に関する。

実施形態Ｅ１では、システムは、粒子が、上記流体とは異なる第２の流体を含む、任意のＡ実施形態、任意のＢ実施形態、実施形態Ｃ４～Ｃ８のいずれか１つ、又は任意のＤ実施形態に記載のシステムを含む。

実施形態Ｅ２では、システムは、制御装置が、信号データに基づいて、流体の単位体積あたりの液滴形態での第２の流体の量を決定するようにさらに構成される、実施形態Ｅ１に記載のシステムを含む。

実施形態Ｅ３では、システムは、上記量が、上記流体に溶解された第２の流体を除外する、実施形態Ｅ２に記載のシステムを含む。

実施形態Ｅ４では、システムは、制御装置が、信号データに基づいて、上記流体の流れに分散された第２の流体の１つ又は複数の液滴の液滴速度又は液滴サイズを決定するように構成される、上記のＥ実施形態のいずれか１つに記載のシステムを含む。

実施形態Ｅ５では、システムは、制御装置が
信号データに含まれるパルスの大きさと、
信号データに含まれるパルスの幅と、
感知領域内の最小サイズの液滴を検出するための第１の閾値信号レベルと、
感知領域を満たす液滴を検出するための第２の閾値信号レベルと、
閾値信号レベル交差率と
のうちの少なくとも１つに基づいて液滴速度又は液滴サイズを決定するように構成される、実施形態Ｅ４に記載のシステムを含む。

実施形態Ｅ６では、システムは、制御装置が、
液滴速度及び液滴サイズに基づいて、流体の単位体積あたりの液滴形態での第２の流体の量を決定すること、
信号が第２の閾値信号レベルを超えていないことに応答して、信号データに含まれるパルスの大きさに基づいて、液滴サイズを決定すること、
信号が第２の閾値信号レベルを超えていることに応答して、信号データに含まれるパルスの幅に基づいて、液滴サイズを決定すること、及び
液滴速度に基づいて、液滴サイズを決定すること
のうちの少なくとも１つを行うようにさらに構成される、実施形態Ｅ５に記載のシステムを含む。

実施形態Ｅ７では、システムは、流体が炭化水素流体を含み、第２の流体が水を含む、上記のＥ実施形態のいずれか１つに記載のシステムを含む。

いくつかの実施形態は、エンジン燃料システムに関する。

実施形態Ｆ１では、システムが、
燃料インジェクタシステムに燃料を送達するように構成された燃料ラインと、
燃料中の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体チャネルをそれぞれ画定する１つ又は複数の流体力学的セパレータを備える流体力学的分離要素であって、各マイクロ流体チャネルが、
燃料ラインと流体連通し、燃料を受け入れるための入口と、
燃料インジェクタシステムに燃料を供給するために、燃料ラインと流体連通する第１の流れ分岐、及び特定のサイズ範囲内の粒子を受け入れるための第２の流れ分岐を備える出口とを画定する、流体力学的分離要素と
を備える。

実施形態Ｆ２では、システムは、粒子が、燃料中に分散された水滴を含む、実施形態Ｆ１に記載のシステムを含む。

実施形態Ｆ３では、システムは、各入口と流体連通し、各第２の流れ分岐と流体連通する燃料タンクをさらに備える、実施形態Ｆ１又はＦ２に記載のシステムを含む。

実施形態Ｆ４では、システムは、燃料ラインに沿って位置決めされたガソリン又はディーゼル燃料から粒子を濾過するように構成された燃料フィルタをさらに備える、上記のＦ実施形態のいずれか１つに記載のシステムを含む。

実施形態Ｆ５では、システムは、燃料ラインと流体連通する燃料ポンプをさらに備え、燃料ポンプが、燃料ラインに沿って燃料インジェクタシステムに燃料流を提供するように構成され、燃料インジェクタシステムが、高圧コモンレールを備える、上記のＦ実施形態のいずれか１つに記載のシステムを含む。

いくつかの実施形態は、バルク燃料システムに関する。

実施形態Ｇ１では、システムが、
バルク燃料貯蔵タンクから車両燃料タンクに燃料を送達するように構成された燃料ラインと、
燃料中の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体チャネルをそれぞれ画定する１つ又は複数の流体力学的セパレータを備える流体力学的分離要素であって、各マイクロ流体チャネルが、
燃料ラインと流体連通し、燃料を受け入れるための入口と、
車両燃料タンクに燃料を供給するために、燃料ラインと流体連通する第１の流れ分岐、及び特定のサイズ範囲内の粒子を受け入れるための第２の流れ分岐を備える出口とを画定する、流体力学的分離要素と
を備える。

実施形態Ｇ２では、システムは、入口と流体連通し、任意選択で第２の流れ分岐と流体連通する、燃料を貯蔵するためのバルク燃料貯蔵タンクをさらに備える、実施形態Ｇ１に記載のシステムを含む。

実施形態Ｇ３では、システムは、第２の流れ分岐と流体連通する、燃料を貯蔵するための二次貯蔵タンクをさらに備える、実施形態Ｇ１又はＧ２に記載のシステムを含む。

実施形態Ｇ４では、システムは、燃料ラインに沿って位置決めされたガソリン又はディーゼル燃料から粒子を濾過するように構成された燃料フィルタをさらに備える、上記のＧ実施形態のいずれか１つに記載のシステムを含む。

実施形態Ｇ５では、システムは、燃料ラインと流体連通する燃料ポンプをさらに備え、燃料ポンプが、燃料ラインに沿って車両燃料タンクに燃料流を提供するように構成される、上記のＧ実施形態のいずれか１つに記載のシステムを含む。

いくつかの実施形態は、油圧粒子フィルタに関する。

実施形態Ｈ１では、システムが、
油圧ポンプから油圧構成要素に油圧流体を送達するように構成された油圧流体ラインと、
油圧流体中の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体チャネルをそれぞれ画定する１つ又は複数の流体力学的セパレータを備える流体力学的分離要素であって、各マイクロ流体チャネルが、
油圧流体ラインと流体連通し、油圧ポンプから油圧流体を受け入れるための入口と、
油圧流体ラインと流体連通し、油圧構成要素に油圧流体を提供するための第１の流れ分岐、及び特定のサイズ範囲内の粒子を受け入れるための第２の流れ分岐を備える出口と
を画定する、流体力学的分離要素と
を備える。

実施形態Ｈ２では、システムは、第２の流れ分岐と油圧流体リザーバとの間に流体連通して油圧流体リターンラインに沿って位置決めされた、油圧流体から粒子を濾過するための油圧流体フィルタをさらに備え、油圧流体リザーバが、油圧ポンプの入口と流体連通する、実施形態Ｈ１に記載のシステムを含む。

いくつかの実施形態は、油圧脱気の向上に関する。

実施形態Ｉ１では、システムが、
油圧構成要素から油圧ポンプに油圧流体を送達するように構成された油圧流体リターンラインと、
油圧流体中の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体チャネルをそれぞれ画定する１つ又は複数の流体力学的セパレータを備える流体力学的分離要素であって、各マイクロ流体チャネルが、
油圧流体ラインと流体連通し、油圧ポンプから油圧流体を受け入れるための入口と、
油圧流体ラインと流体連通し、油圧ポンプに油圧流体を提供するための第１の流れ分岐、及び特定のサイズ範囲内の粒子を受け入れるための第２の流れ分岐を備える出口と
を画定する、流体力学的分離要素と
を備える。

実施形態Ｉ２では、システムは、粒子が気泡を含む、実施形態Ｉ１に記載のシステムを含む。

実施形態Ｉ３では、システムは、油圧構成要素と入口との間に流体連通し、油圧流体中の気泡を核生成するための核生成フィルタをさらに備える、実施形態Ｉ２に記載のシステムを含む。

実施形態Ｉ４では、システムは、
第１の流れ分岐と油圧ポンプとの間に流体連通する主リザーバと、
第２の流れ分岐と主リザーバとの間に流体連通する沈降リザーバと
をさらに備える、実施形態Ｉ３に記載のシステムを含む。

以上、炭化水素流体中の粒子を分離するためのシステム及び方法の様々な実施形態を開示した。本明細書では、本開示の一部を成す一連の添付図面を参照するが、本明細書で述べる実施形態の様々な適合及び修正が本開示の範囲内にある、又は本開示の範囲から逸脱しないことを当業者は理解されよう。例えば、本明細書で述べる実施形態の態様は、様々な形で互いに組み合わせることができる。したがって、添付の特許請求の範囲の範囲内で、特許請求される発明を、本明細書に明示的に記載されている以外の形で実施することができることを理解されたい。

本明細書で引用されているすべての参考文献及び出版物は、任意の態様が本開示と直接矛盾する場合を除き、あらゆる目的のためにその全体を参照により本明細書に援用する。

本明細書で使用しているすべての科学的及び技術的用語は、特に明記しない限り、当技術分野で一般に使用されている意味を有する。本明細書で提供される定義は、本明細書で頻繁に使用される特定の用語の理解を容易にするためのものであり、本開示の範囲を限定することを意味するものではない。

特に明記されていない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される特徴のサイズ、量、及び物理的特性を表すすべての数字は、「正確に」又は「約」という用語のいずれかによって修飾されると理解することができる。したがって、そうでないことが示されない限り、前述の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本明細書に開示される教示を利用する当業者によって得られることが求められる所望の特性に応じて異なることがある近似であり、又は例えば実験誤差の典型的な範囲内にある。

端点による数値範囲の列挙は、その範囲に含まれる及びその範囲内の任意の範囲に含まれるすべての数を含む（例えば、１～５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）。本明細書において、ある数「まで」又は「以下」（例えば５０まで）という用語は、その数（例えば５０）を含み、ある数「以上」（例えば５以上）という用語は、その数（例えば５）を含む。

「上流」及び「下流」など向きに関連する用語は、構成要素の相対位置を述べるために使用され、企図される実施形態の絶対的な向きを限定することは意図されていない。

「結合され」又は「接続され」という用語は、要素が直接（互いに直接接触して）又は間接的に（２つの要素の間にあり、それらをつなぐ１つ又は複数の要素を有して）互いに取り付けられていることを表す。どちらの用語も、「動作可能に」及び「動作上」によって修飾されることがあり、これらの用語は交換可能に使用されることがあり、構成要素が相互作用して機能を実施できるように結合又は接続が構成されていることを表す。

本明細書で使用するとき、「構成され」という用語は、本開示の文脈上そうでないことが明らかな場合を除き、「適合され」又は「構造化され」という用語と交換可能に使用されることがある。

「又は」という用語は、一般にその包括的な意味で採用され、例えば、文脈上そうでないことが明らかな場合を除き、「及び／又は」を意味する。「及び／又は」という用語は、列挙される要素の１つ若しくはすべて、又は列挙される要素のうちの少なくとも２つの組合せを意味する。

列挙の後に続く「のうちの少なくとも１つ」、「のうちの少なくとも１つを備え」、及び「のうちの１つ又は複数」という語句は、列挙内の項目の任意の１つ、及び列挙内の２つ以上の項目の任意の組合せを表す。

Claims (66)

1. 流体連通する湾曲したマイクロ流体チャネルをそれぞれ画定する１つ又は複数の流体力学的セパレータを備える流体力学的分離要素であって、各マイクロ流体チャネルが、
   第１の流体、及び前記第１の流体に分散された粒子を受け入れるように構成された入口であって、前記粒子が、前記第１の流体とは異なる組成を有する、入口と、
   第１の流れ分岐及び第２の流れ分岐を備える出口と
   を画定し、
   所定の流量で、各マイクロ流体チャネルが、対応する閾値サイズを超える任意の粒子を前記第２の流れ分岐に向け、任意の残りの粒子を前記第１の流れ分岐と前記第２の流れ分岐との両方に向けるように構成される、流体力学的分離要素と、
   前記１つ又は複数の流体力学的セパレータに沿って位置決めされ、前記第１の流体、及び前記第１の流体中の前記粒子に対応する信号を表す信号データを提供するように構成された粒子センサと、
   前記信号データを受信するために前記粒子センサに動作可能に結合され、前記流体力学的分離要素と流体連通して流体ポンプに動作可能に結合可能な制御装置であって、
   前記流体ポンプを制御して、前記第１の流体を前記流体力学的分離要素に通し、
   前記粒子センサからの前記信号データに基づいて、閾値レベルの粒子が少なくとも１つのマイクロ流体チャネルに存在するかどうかを決定し、
   前記閾値レベルの粒子が前記少なくとも１つのマイクロ流体チャネルに存在するという決定に応答して、前記流体力学的分離要素を通る流量を制御して、前記所定の流量で前記第１の流体を前記流体力学的分離要素に通し、前記対応する閾値サイズを超える任意の粒子を前記少なくとも１つのマイクロ流体チャネルの前記第２の流れ分岐に集束させるように構成された制御装置と
   を備えるシステム。
2. 前記粒子センサが、
   少なくとも１つの流体力学的セパレータを通る経路に沿って周波数帯域内の光ビームを向けるように構成された光源であって、前記周波数帯域が、前記粒子による吸光度が前記第１の流体による吸光度とは異なるように選択される、光源と、
   前記光源からの前記光ビームの前記経路に位置決めされた光アパーチャを画定するアパーチャ要素と、
   前記少なくとも１つの流体力学的セパレータ及び前記光アパーチャを通過した後、感知領域で前記光ビームを受信するように位置決めされた光検出器であって、前記少なくとも１つの流体力学的セパレータを通過した後に残る前記周波数帯域内の光の量を表す前記信号データを提供するように構成された光検出器と
   を備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記粒子センサが静電容量センサを備える、請求項１に記載のシステム。
4. 前記入口及び第２の流れ分岐と流体連通する供給源リザーバをさらに備え、前記第１の流体及び前記粒子を、前記供給源リザーバから前記流体力学的分離要素に圧送することができ、且つ前記第２の流れ分岐を通して前記供給源リザーバに選択的に戻るように圧送することができる、請求項１～３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記粒子が、前記第１の流体とは異なる第２の流体を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記制御装置が、前記信号データに基づいて、前記第１の流体の単位体積あたりの液滴形態での前記第２の流体の量を決定するようにさらに構成される、請求項５に記載のシステム。
7. 前記量が、前記第１の流体に溶解された前記第２の流体を除く、請求項６に記載のシステム。
8. 前記制御装置が、前記信号データに基づいて、前記第１の流体の前記流れに分散された前記第２の流体の１つ又は複数の液滴の液滴速度又は液滴サイズを決定するように構成される、請求項５～７のいずれか一項に記載のシステム。
9. 前記制御装置が、
   前記信号データに含まれるパルスの大きさと、
   前記信号データに含まれるパルスの幅と、
   感知領域内の最小サイズの液滴を検出するための第１の閾値信号レベルと、
   前記感知領域を満たす液滴を検出するための第２の閾値信号レベルと、
   閾値信号レベル交差率と
   のうちの少なくとも１つに基づいて前記液滴速度又は前記液滴サイズを決定するように構成される、請求項８に記載のシステム。
10. 前記制御装置が、
    前記液滴速度及び液滴サイズに基づいて、前記第１の流体の単位体積あたりの液滴形態での第２の流体の量を決定すること、
    前記信号が前記第２の閾値信号レベルを超えていないことに応答して、前記信号データに含まれるパルスの前記大きさに基づいて、前記液滴サイズを決定すること、
    前記信号が前記第２の閾値信号レベルを超えていることに応答して、前記信号データに含まれるパルスの前記幅に基づいて、前記液滴サイズを決定すること、及び
    前記液滴率に基づいて、前記液滴サイズを決定すること
    のうちの少なくとも１つを行うようにさらに構成される、請求項９に記載のシステム。
11. 前記第１の流体が炭化水素流体を含み、前記第２の流体が水を含む、請求項５～１０のいずれか一項に記載のシステム。
12. 並列流体連通する１つ又は複数のマイクロ流体チャネルを備える粒子分離要素であって、各マイクロ流体チャネルが、
    第１の流体、及び前記第１の流体に分散された粒子を受け入れるように構成された入口であって、前記粒子が、前記第１の流体とは異なる組成を有する、入口と、
    第１の流れ分岐及び第２の流れ分岐を備える出口と
    を画定する、粒子分離要素と、
    少なくとも１つの出口の少なくとも１つの流れ分岐に沿って位置決めされたフロールーティング要素と、
    前記１つ又は複数のマイクロ流体チャネルに沿って位置決めされ、前記第１の流体、及び前記第１の流体に分散された前記粒子に対応する信号を表す信号データを提供するように構成された粒子センサと、
    前記フロールーティング要素に動作可能に結合され、前記信号データを受信するように前記粒子センサに動作可能に結合された制御装置であって、
    前記フロールーティング要素を制御して、流体流を少なくとも１つのマイクロ流体チャネルの前記少なくとも１つの出口の前記第１の流れ分岐に向け、
    前記粒子センサからの前記信号データに基づいて、閾値レベルの粒子が少なくとも１つのマイクロ流体チャネルに存在するかどうかを決定し、
    前記閾値レベルの粒子が前記少なくとも１つのマイクロ流体チャネルに存在するという決定に応答して、前記フロールーティング要素を制御して、流体流を前記少なくとも１つのマイクロ流体チャネルの前記第２の流れ分岐に向ける
    ように構成された制御装置と、
    を備えるシステム。
13. 前記粒子分離要素が、１つ又は複数の流体力学的セパレータを含む流体力学的セパレータ要素を備え、前記１つ又は複数の流体力学的セパレータが、前記１つ又は複数のマイクロ流体チャネルを備え、各マイクロ流体チャネルが湾曲している、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記粒子センサが、
    少なくとも１つのマイクロ流体チャネルを通る経路に沿って周波数帯域内の光ビームを向けるように構成された光源であって、前記周波数帯域が、前記粒子による吸光度が前記第１の流体による吸光度とは異なるように選択される、光源と、
    前記光源からの前記光ビームの前記経路に位置決めされた光アパーチャを画定するアパーチャ要素と、
    前記少なくとも１つのマイクロ流体チャネル及び前記光アパーチャを通過した後、感知領域内で前記光ビームを受信するように位置決めされた光検出器であって、前記少なくとも１つのマイクロ流体チャネルを通過した後に残る前記周波数帯域内の光の量を表す前記信号データを提供するように構成された光検出器と
    を備える、請求項１２又は１３に記載のシステム。
15. 前記粒子センサが静電容量センサを備える、請求項１２又は１３に記載のシステム。
16. 前記入口及び第２の流れ分岐と流体連通する供給源リザーバをさらに備え、前記第１の流体及び前記粒子を前記供給源リザーバから前記分離要素に圧送することができ、且つ前記第２の流れ分岐を通して前記供給源リザーバに選択的に戻るように圧送することができる、請求項１２～１５のいずれか一項に記載のシステム。
17. 前記粒子が、前記第１の流体とは異なる第２の流体を含む、請求項１２～１６のいずれか一項に記載のシステム。
18. 前記制御装置が、前記信号データに基づいて、前記第１の流体の単位体積あたりの液滴形態での前記第２の流体の量を決定するようにさらに構成される、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記量が、前記第１の流体に溶解された前記第２の流体を除く、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記制御装置が、前記信号データに基づいて、前記第１の流体の前記流れに分散された前記第２の流体の１つ又は複数の液滴の液滴速度又は液滴サイズを決定するように構成される、請求項１７～１９のいずれか一項に記載のシステム。
21. 前記制御装置が、
    前記信号データに含まれるパルスの大きさと、
    前記信号データに含まれるパルスの幅と、
    感知領域内の最小サイズの液滴を検出するための第１の閾値信号レベルと、
    前記感知領域を満たす液滴を検出するための第２の閾値信号レベルと、
    閾値信号レベル交差率と
    のうちの少なくとも１つに基づいて前記液滴速度又は前記液滴サイズを決定するように構成される、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記制御装置が、
    前記液滴速度及び液滴サイズに基づいて、前記第１の流体の単位体積あたりの液滴形態での第２の流体の量を決定すること、
    前記信号が前記第２の閾値信号レベルを超えていないことに応答して、前記信号データに含まれるパルスの前記大きさに基づいて、前記液滴サイズを決定すること、
    前記信号が前記第２の閾値信号レベルを超えていることに応答して、前記信号データに含まれるパルスの前記幅に基づいて、前記液滴サイズを決定すること、及び
    前記液滴率に基づいて、液滴サイズを決定すること
    のうちの少なくとも１つを行うようにさらに構成される、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記第１の流体が炭化水素流体を含み、前記第２の流体が水を含む、請求項１７～２２のいずれか一項に記載のシステム。
24. 異なるサイズ範囲の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体分離チャネルをそれぞれ画定する少なくとも第１の流体力学的セパレータ及び第２の流体力学的セパレータを含む、直列流体連通する複数の流体力学的セパレータを備える流体力学的分離要素であって、各マイクロ流体分離チャネルが、
    粒子を含む第１の流体を受け入れるように構成された入口と、
    第１の流れ分岐及び第２の流れ分岐を備える出口と
    を画定し、
    特定の流量で、各マイクロ流体分離チャネルが、対応する閾値サイズを超える任意の粒子を前記第２の流れ分岐に向け、任意の残りの粒子を前記第１の流れ分岐と前記第２の流れ分岐との両方に向けるように構成され、前記第１の流体力学的セパレータの前記第１の流れ分岐が、前記第２の流体力学的セパレータの前記入口と流体連通する、流体力学的分離要素と、
    前記流体力学的分離要素と流体連通するマイクロ流体感知要素であって、前記流体力学的分離要素の異なる流れ分岐とそれぞれ流体連通する複数のマイクロ流体感知チャネルを備え、前記複数のマイクロ流体感知チャネルが、少なくとも、
    第１の閾値サイズを超える任意の粒子を受け入れるために、前記第１の流体力学的セパレータの前記第２の流れ分岐と流体連通する第１のマイクロ流体感知チャネルと、
    第２の閾値サイズを超える任意の粒子を受け入れるために、前記第２の流体力学的セパレータの前記第２の流れ分岐と流体連通する第２のマイクロ流体感知チャネルであって、前記第１の閾値サイズが前記第２の閾値サイズよりも大きい、第２のマイクロ流体感知チャネルとを備える、マイクロ流体感知要素と
    を備えるシステム。
25. 前記複数のマイクロ流体感知チャネルが、前記第２の流体力学的セパレータの前記第１の流れ分岐と流体連通する第３の流体力学的セパレータを備える、請求項２４に記載のシステム。
26. 前記複数のマイクロ流体感知チャネルに沿って位置決めされ、前記第１の流体中の前記粒子に対応する信号を表す信号データを提供するように構成された粒子センサと、
    前記信号データを受信するために前記粒子センサに動作可能に結合された制御装置であって、前記信号データに基づいて、各流れ分岐に関連する体積分率に基づいて各サイズ範囲に関連する前記粒子の数を決定するように構成された制御装置と
    をさらに備える、請求項２４又は２５に記載のシステム。
27. 少なくとも１つのマイクロ流体分離チャネルが、第１の出口分岐及び第２の出口分岐を備える出口を備え、少なくとも１つのマイクロ流体感知チャネルの前記出口に沿って位置決めされた少なくとも１つのフロールーティング要素をさらに備え、前記制御装置が、前記少なくとも１つのフロールーティング要素に動作可能に結合され、対応するマイクロ流体感知チャネル内の粒子の検出に応答して流体流を前記第２の出口分岐に向けるように前記少なくとも１つのフロールーティング要素を制御するようにさらに構成される、請求項２６に記載のシステム。
28. 前記粒子センサが静電容量センサを含む、請求項２６又は２７に記載のシステム。
29. 前記粒子センサが、
    少なくとも１つのマイクロ流体感知チャネルを通る経路に沿って周波数帯域内の光ビームを向けるように構成された光源であって、前記周波数帯域が、前記粒子による吸光度が前記第１の流体による吸光度とは異なるように選択される、光源と、
    前記光源からの前記光ビームの前記経路に位置決めされた光アパーチャを画定するアパーチャ要素と、
    前記光アパーチャ及び前記少なくとも１つのマイクロ流体感知チャネルを通過した後、感知領域内で前記光ビームを受信するように位置決めされた光検出器であって、前記少なくとも１つのマイクロ流体感知チャネルを通過した後に残る前記周波数帯域内の光の量を表す前記信号データを提供するように構成された光検出器と
    を備える、請求項２６又は２７に記載のシステム。
30. 前記アパーチャ要素が、前記光源からの前記光ビームの前記経路に位置決めされた前記光アパーチャを含む複数の光アパーチャを備え、前記複数の光アパーチャが、各マイクロ流体感知チャネルに並べられた異なる光アパーチャセットを備え、各光アパーチャセットが、対応するマイクロ流体感知チャネルに沿って一意の間隔パターンを画定し、前記光検出器が、前記複数の光アパーチャ及び前記複数のマイクロ流体感知チャネルを通過した後に、前記感知領域で前記光ビームを受信するように位置決めされ、前記制御装置が、前記一意の間隔パターンに基づいて各サイズ範囲に関連する粒子の数を決定するように構成される、請求項２９に記載のシステム。
31. 前記粒子が、前記第１の流体とは異なる第２の流体を含む、請求項２７～３０のいずれか一項に記載のシステム。
32. 前記制御装置が、前記信号データに基づいて、前記第１の流体の単位体積あたりの液滴形態での前記第２の流体の量を決定するようにさらに構成される、請求項３１に記載のシステム。
33. 前記量が、前記第１の流体に溶解された前記第２の流体を除く、請求項３２に記載のシステム。
34. 前記制御装置が、前記信号データに基づいて、前記第１の流体の前記流れに分散された前記第２の流体の１つ又は複数の液滴の液滴速度又は液滴サイズを決定するように構成される、請求項３１～３３のいずれか一項に記載のシステム。
35. 前記制御装置が、
    前記信号データに含まれるパルスの大きさと、
    前記信号データに含まれるパルスの幅と、
    感知領域内の最小サイズの液滴を検出するための第１の閾値信号レベルと、
    前記感知領域を満たす液滴を検出するための第２の閾値信号レベルと、
    閾値信号レベル交差率と
    のうちの少なくとも１つに基づいて前記液滴速度又は前記液滴サイズを決定するように構成される、請求項３４に記載のシステム。
36. 前記制御装置が、
    前記液滴速度及び液滴サイズに基づいて、前記第１の流体の単位体積あたりの液滴形態での第２の流体の量を決定すること、
    前記信号が前記第２の閾値信号レベルを超えていないことに応答して、前記信号データに含まれるパルスの前記大きさに基づいて、前記液滴サイズを決定すること、
    前記信号が前記第２の閾値信号レベルを超えていることに応答して、前記信号データに含まれるパルスの前記幅に基づいて、前記液滴サイズを決定すること、及び
    前記液滴率に基づいて、前記液滴サイズを決定すること
    のうちの少なくとも１つを行うようにさらに構成される、請求項３５に記載のシステム。
37. 前記第１の流体が炭化水素流体を含み、前記第２の流体が水を含む、請求項３１～３６のいずれか一項に記載のシステム。
38. 第１の流体及び前記第１の流体に分散された粒子の流れを受け入れるようにそれぞれ構成された複数のマイクロ流体感知チャネルであって、前記粒子が、前記第１の流体とは異なる組成を有する、複数のマイクロ流体感知チャネルと、
    前記複数のマイクロ流体感知チャネルを通る経路に沿って周波数帯域内の光ビームを向けるように構成された光源であって、前記周波数帯域が、前記粒子による吸光度が前記第１の流体による吸光度とは異なるように選択される、光源と、
    各マイクロ流体感知チャネルに並べられた異なる光アパーチャセットを備える複数の光アパーチャを画定するアパーチャ要素であって、各光アパーチャセットが、対応するマイクロ流体感知チャネルに沿った一意の間隔パターンを画定する、アパーチャ要素と、
    前記アパーチャ要素の前記複数の光アパーチャ、及び前記複数のマイクロ流体感知チャネルを通過した後、感知領域で前記光ビームを受信するように位置決めされた光検出器であって、前記複数のマイクロ流体感知チャネルを通過した後に残る前記周波数帯域内の光の量を表す信号を提供するように構成された光検出器と、
    前記光検出器に動作可能に結合され、
    前記光検出器からの前記信号に基づいて信号データを決定し、
    前記信号データに基づいて、粒子が前記感知領域を通過したかどうかを決定し、
    前記信号データに基づいて、前記感知領域を通された前記粒子に関連する前記一意の間隔パターンを決定する
    ように構成された制御装置と
    を備えるシステム。
39. 各マイクロ流体感知チャネルが、異なるサイズ範囲内の粒子を受け入れるように構成され、前記制御装置が、各サイズ範囲に関連する粒子の数を決定するようにさらに構成される、請求項３８に記載のシステム。
40. 前記複数のマイクロ流体感知チャネルの上流に位置決めされた流体力学的分離要素をさらに備え、前記流体力学的分離要素が、異なるサイズ範囲の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体分離チャネルをそれぞれ画定する少なくとも第１の流体力学的セパレータ及び第２の流体力学的セパレータを含む直列流体連通した複数の流体力学的セパレータを備え、各マイクロ流体分離チャネルが、
    前記第１の流体、及び前記第１の流体に分散された粒子を受け入れるように構成された入口と、
    第１の流れ分岐及び第２の流れ分岐を備える出口と
    を画定し、
    特定の流量で、各マイクロ流体分離チャネルが、対応する閾値サイズを超える任意の粒子を前記第２の流れ分岐に向け、任意の残りの粒子を前記第１の流れ分岐と前記第２の流れ分岐との両方に向けるように構成され、前記第１の流体力学的セパレータの前記第１の流れ分岐が、前記第２の流体力学的セパレータの前記入口と流体連通する、
    請求項３８又は３９に記載のシステム。
41. 前記制御装置が、信号データに基づく各流れ分岐に関連する体積分率に基づいて、各サイズ範囲に関連する粒子の数を決定するようにさらに構成される、請求項４０に記載のシステム。
42. 前記制御装置が、前記流体力学的分離要素と流体連通して流体ポンプに動作可能に結合され、前記制御装置が、前記流体ポンプを制御して、前記特定の流量で前記第１の流体を前記流体力学分離要素に通すように構成される、請求項４０又は４１に記載のシステム。
43. 少なくとも１つのマイクロ流体感知チャネルが、第１の出口分岐及び第２の出口分岐を備える出口を備え、前記少なくとも１つのマイクロ流体感知チャネルの前記出口に沿って位置決めされた少なくとも１つのフロールーティング要素をさらに備え、前記制御装置が、前記少なくとも１つのフロールーティング要素に動作可能に結合され、対応するマイクロ流体感知チャネル内の粒子の検出に応答して流体流を前記第２の出口分岐に向けるように前記少なくとも１つのフロールーティング要素を制御するようにさらに構成される、請求項４０～４２のいずれか一項に記載のシステム。
44. 前記粒子が、前記第１の流体とは異なる第２の流体を含む、請求項３８～４３のいずれか一項に記載のシステム。
45. 前記制御装置が、前記信号データに基づいて、前記第１の流体の単位体積あたりの液滴形態での前記第２の流体の量を決定するようにさらに構成される、請求項４４に記載のシステム。
46. 前記量が、前記第１の流体に溶解された前記第２の流体を除外する、請求項４５に記載のシステム。
47. 前記制御装置が、前記信号データに基づいて、前記第１の流体の前記流れに分散された前記第２の流体の１つ又は複数の液滴の液滴速度又は液滴サイズを決定するように構成される、請求項４４～４６のいずれか一項に記載のシステム。
48. 前記制御装置が、
    前記信号データに含まれるパルスの大きさと、
    前記信号データに含まれるパルスの幅と、
    前記感知領域内の最小サイズの液滴を検出するための第１の閾値信号レベルと、
    前記感知領域を満たす液滴を検出するための第２の閾値信号レベルと、
    閾値信号レベル交差率と
    のうちの少なくとも１つに基づいて前記液滴速度又は前記液滴サイズを決定するように構成される、請求項４７に記載のシステム。
49. 前記制御装置が、
    前記液滴速度及び液滴サイズに基づいて、前記第１の流体の単位体積あたりの液滴形態での第２の流体の量を決定すること、
    前記信号が前記第２の閾値信号レベルを超えていないことに応答して、前記信号データに含まれるパルスの前記大きさに基づいて、前記液滴サイズを決定すること、
    前記信号が前記第２の閾値信号レベルを超えていることに応答して、前記信号データに含まれるパルスの前記幅に基づいて、前記液滴サイズを決定すること、及び
    前記液滴率に基づいて、前記液滴サイズを決定すること
    のうちの少なくとも１つを行うようにさらに構成される、請求項４８に記載のシステム。
50. 前記第１の流体が炭化水素流体を含み、前記第２の流体が水を含む、請求項４４～４９のいずれか一項に記載のシステム。
51. 燃料インジェクタシステムに燃料を送達するように構成された燃料ラインと、
    前記燃料中の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体チャネルをそれぞれ画定する１つ又は複数の流体力学的セパレータを備える流体力学的分離要素であって、各マイクロ流体チャネルが、
    前記燃料ラインと流体連通し、燃料を受け入れるための入口と、
    前記燃料インジェクタシステムに燃料を供給するために前記燃料ラインと流体連通する第１の流れ分岐、及び特定のサイズ範囲内の粒子を受け入れるための第２の流れ分岐を備える出口とを画定する、流体力学的分離要素と
    を備えるシステム。
52. 前記粒子が、前記燃料中に分散された水滴を含む、請求項５１に記載のシステム。
53. 各入口と流体連通し、各第２の流れ分岐と流体連通する燃料タンクをさらに備える、請求項５１又は５２に記載のシステム。
54. 前記燃料ラインに沿って位置決めされたガソリン又はディーゼル燃料から粒子を濾過するように構成された燃料フィルタをさらに備える、請求項５１～５３のいずれか一項に記載のシステム。
55. 前記燃料ラインと流体連通する燃料ポンプをさらに備え、前記燃料ポンプが、前記燃料ラインに沿って前記燃料インジェクタシステムに燃料流を提供するように構成され、前記燃料インジェクタシステムが、高圧コモンレールを備える、請求項５１～５４のいずれか一項に記載のシステム。
56. バルク燃料貯蔵タンクから車両燃料タンクに燃料を送達するように構成された燃料ラインと、
    前記燃料中の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体チャネルをそれぞれ画定する１つ又は複数の流体力学的セパレータを備える流体力学的分離要素であって、各マイクロ流体チャネルが、
    前記燃料ラインと流体連通し、燃料を受け入れるための入口と、
    前記車両燃料タンクに燃料を供給するために、前記燃料ラインと流体連通する第１の流れ分岐、及び特定のサイズ範囲内の粒子を受け入れるための第２の流れ分岐を備える出口とを画定する、流体力学的分離要素と
    を備えるシステム。
57. 前記入口と流体連通し、任意選択で前記第２の流れ分岐と流体連通する、燃料を貯蔵するためのバルク燃料貯蔵タンクをさらに備える、請求項５６に記載のシステム。
58. 前記第２の流れ分岐と流体連通する、燃料を貯蔵するための二次貯蔵タンクをさらに備える、請求項５６又は５７に記載のシステム。
59. 前記燃料ラインに沿って位置決めされたガソリン又はディーゼル燃料から粒子を濾過するように構成された燃料フィルタをさらに備える、請求項５６～５８のいずれか一項に記載のシステム。
60. 前記燃料ラインと流体連通する燃料ポンプをさらに備え、前記燃料ポンプが、前記燃料ラインに沿って前記車両燃料タンクに燃料流を提供するように構成される、請求項５６～５９のいずれか一項に記載のシステム。
61. 油圧ポンプから油圧構成要素に油圧流体を送達するように構成された油圧流体ラインと、
    前記油圧流体中の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体チャネルをそれぞれ画定する１つ又は複数の流体力学的セパレータを備える流体力学的分離要素であって、各マイクロ流体チャネルが、
    前記油圧流体ラインと流体連通し、前記油圧ポンプから油圧流体を受け入れるための入口と、
    前記油圧流体ラインと流体連通し、前記油圧構成要素に油圧流体を提供するための第１の流れ分岐、及び特定のサイズ範囲内の粒子を受け入れるための第２の流れ分岐を備える出口とを画定する、流体力学的分離要素と
    を備えるシステム。
62. 前記第２の流れ分岐と油圧流体リザーバとの間に流体連通して油圧流体リターンラインに沿って位置決めされた、油圧流体から粒子を濾過するための油圧流体フィルタをさらに備え、前記油圧流体リザーバが、前記油圧ポンプの入口と流体連通する、請求項６１に記載のシステム。
63. 油圧構成要素から油圧ポンプに油圧流体を送達するように構成された油圧流体リターンラインと、
    前記油圧流体中の粒子を分離するために湾曲したマイクロ流体チャネルをそれぞれ画定する１つ又は複数の流体力学的セパレータを備える流体力学的分離要素であって、各マイクロ流体チャネルが、
    前記油圧流体リターンラインと流体連通し、前記油圧ポンプから油圧流体を受け入れるための入口と、
    前記油圧流体リターンラインと流体連通し、前記油圧ポンプに油圧流体を提供するための第１の流れ分岐、及び特定のサイズ範囲内の粒子を受け入れるための第２の流れ分岐を備える出口とを画定する、流体力学的分離要素と
    を備えるシステム。
64. 前記粒子が気泡を含む、請求項６３に記載のシステム。
65. 前記油圧構成要素と前記入口との間に流体連通し、前記油圧流体中の気泡を核生成するための核生成フィルタをさらに備える、請求項６４に記載のシステム。
66. 前記第１の流れ分岐と前記油圧ポンプとの間に流体連通する主リザーバと、
    前記第２の流れ分岐と前記主リザーバとの間に流体連通する沈降リザーバと
    をさらに備える請求項６５に記載のシステム。

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