KR20220034262A

KR20220034262A - 광학 챔버용 커튼 유동 설계

Info

Publication number: KR20220034262A
Application number: KR1020227007734A
Authority: KR
Inventors: 히-슈 한; 제레미 젠스 콜브
Original assignee: 티에스아이 인코포레이티드
Priority date: 2019-08-13
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2022-03-17
Also published as: KR102479361B1; JP2022535160A; US11604122B2; EP4014022A1; WO2021029902A1; JP7214038B2; EP4014022A4; US20220268674A1

Abstract

다양한 실시예는 입자 검출 기구의 광학 챔버 내의 오염 레벨을 감소시키기 위한 시스템 및 장치를 포함한다. 일 실시예에서, 입자 검출 기구의 광학 챔버 내의 오염을 감소시키기 위한 장치가 설명된다. 장치는 입자 검출 기구의 에어로졸 집속 노즐을 적어도 부분적으로 둘러싸고 필터링된 가스 유동을 수용하는 플레넘 챔버를 포함한다. 커튼 유동 집중 노즐이 에어로졸 유동을 실질적으로 둘러싸기 위해 광학 챔버 내로 커튼 유동을 생성하도록 플레넘 챔버에 결합된다. 다른 방법 및 시스템이 개시되어 있다.

Description

광학 챔버용 커튼 유동 설계

우선권 주장

본 출원은 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는, 2019년 8월 13일에 출원되고, 발명의 명칭이 "광학 챔버용 커튼 유동 설계(Curtain Flow Design for Optical Chambers)"인 미국 특허 출원 제62/885,952호에 대한 우선권 이익을 청구한다.

기술분야

본 명세서에 개시된 주제는 광학 입자 계수기(optical particle counters)에 관한 것으로, 더 구체적으로는 입자 검출 기구의 광학 챔버 내의 오염 레벨을 감소시키기 위한 설계에 관한 것이다.

가장 널리 사용되는 에어로졸 입자 기구 중 2개는 광학 입자 계수기(OPC)와 응축 입자 계수기(CPC)이다. OPC는 에어로졸 입자의 크기 및 수농도(number concentration)의 모두를 측정하는 데 빈번히 사용된다. OPC는 이들의 비교적 저비용 및 관심 에어로졸에 대한 실시간 정보를 제공하는 능력 때문에 가치 있는 도구인 것이 입증되었다.

OPC 기구는 일반적으로 광원, 렌즈, 미러 및 광 검출기로 구성된 광학 검출 시스템을 통해 에어로졸 유동을 끌어내어 입자를 측정한다. 광학 검출 시스템은 통상적으로 광학 챔버 또는 검출기 챔버라 칭한다. 강렬한 광원(예를 들어, 고상 레이저 다이오드)이 하나 이상의 광학 렌즈에 의해 성형되고 집속되어 집속된 광빔(예를 들어, 아마도 단축에서 약 100 ㎛ 미만 내지 회절이 제한되는 정도로 작음)을 형성하여, 광도(light intensity)가 작은 관측 체적(viewing-volume)에서 실질적으로 균일하고 집속되게 된다. 모든 또는 실질적으로 모든 입자가 이 작은 관측 체적을 통과하는 것을 보장하기 위해, 집속 노즐이 작은 직경의 유동 스트림으로 에어로졸 유동을 협소화하는 데 사용된다. 입자가 관측 체적에 진입할 때, 입자는 집속된 광빔에 의해 조명되고 광을 산란시킨다. 산란된 광은 하나 이상의 콜렉터 렌즈 및/또는 미러로 수집되고 이어서 광 검출기에 의해 수용된다. 광 검출기는 수용된, 산란된 광을 전기 펄스로 변환한다. 입자 수(수농도)는 펄스의 계수율로부터 유도된다. 입자의 크기는 펄스 높이에 비례하는 산란된 광의 강도로부터 해석된다.

응축 입자 계수기(CPC)는 또한 이들의 높은 감도와 높은 신호 대 노이즈비 때문에 널리 사용된다. CPC는 입자 상에 응축되는 과포화 증기에 입자를 노출시킴으로써 입자를 검출하여, OPC와 관련하여 전술된 광 산란의 원리와 동일하거나 유사한, 광 산란에 의해 쉽게 검출될 수 있는 통상적으로 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛의 크기로 조합된 응축물 및 입자가 성장할 수 있게 한다. 과포화 증기를 발생하는 데 사용되는 유체는 통상적으로 작동 유체라 칭한다.

OPC 및 CPC 기구는 상이한 측정 기술을 사용하고 에어로졸 입자의 상이한 특성을 측정하지만, 기구는 종종 유사한 광학 검출 시스템 설계를 공유한다. 양 유형의 기구에서, 측정 정확도는 생성되는 양호하고 일관된 광학 신호에 의존한다. 그러나, 실제로, 광학 신호는 민감한 광학 구성요소의 오염으로 인해 시간 경과에 따라 저하될 수도 있다. OPC의 경우, 오염물은 주로 에어로졸 유동 스트림 내의 입자로부터 유래한다.

CPC의 경우, 에어로졸 유동 내의 액적 이외에, 미사용 작동 유체 증기가 또한 오염에 기여할 수도 있다. 소정량의 이들 오염물이 민감한 광학 구성요소에 도달하는 것을 방지하거나 감소시키는 것은 쉬운 작업이 아니다. 광학 챔버 내부의 임의의 유동 교란은 입자 또는 증기가 유동 스트림으로부터 일탈하거나 표류하게 할 수도 있다. 이들 표류 입자 또는 증기는 챔버 내부에서 재순환될 수도 있고 이들 중 일부는 이후에 챔버를 나가기 전에 유동 스트림에 이후에 재진입할 수도 있다. 그러나, 이들 오염물의 대부분은 광학 챔버의 벽과, 렌즈, 미러 및 광 검출기와 같은 광학 구성요소에 퇴적될 가능성이 있을 것이다. 광학 구성요소 상의 임의의 오염은 산란된 광의 광도를 감소시키고 광학 신호의 품질을 저하시킬 수도 있다. 다수의 경우에, 저하는 사용 후 하루 이내에 발생할 수 있고, 기구는 일주일 이내에 동작 불능이 될 수도 있다.

필터링된 공기 유동 설계는 작동 유체 증기가 CPC의 광학 구성요소에 도달하는 것을 방지하기 위해 콜링스(Collings) 등(2014)에 의해 사용되었다. 그러나, 본 명세서에 설명된 개시된 주제의 커튼 유동과는 달리, 종래 기술 작업에서 필터링된 공기 유동은 에어로졸 유동에 직교하여 도입되었다. 따라서, 직교 필터링된 공기 유동 설계는 필터링된 유동을 광학 챔버 내로 도입했고, 필터링된 공기 유동은 에어로졸 유동과 병합하기 전에 90도 회전되도록 요구된다. 따라서, 필터링된 공기 유동은 에어로졸 유동을 균일하게 둘러싸지 않았다.

또한, 일부 OPC 기구는 입자 산란된 광도 및 균일성을 향상시키기 위해 필터링된 공기의 외장 유동(sheath flow)을 사용한다. 일부 고성능 CPC 기구는 또한 더 작은 입자 크기의 검출을 위해 외장 유동 설계를 특징으로 한다. 외장 유동 설계는 광학 오염을 감소시키는 데 도움이 될 수도 있지만, 본 명세서에 설명된 개시된 주제의 동축 커튼 유동 설계와 비교할 때 몇 가지 단점을 갖는다. 예를 들어, 종래 기술의 외장 유동 설계는 집속 노즐 전에 에어로졸 유동과 병합된다. 결과적으로, 조합된 에어로졸 유동과 외장 유동은 작은 노즐 개구에 의해 발생된 높은 공기 속도로 인해 집속 노즐의 하류에서 난류를 나타낼 가능성이 있다. 전술된 바와 같이, 임의의 유동 교란은 표류 입자 및/또는 증기로 인해 광학 요소에 오염을 유발할 수도 있다. 부가적으로, 외장 유동과 에어로졸 유동의 조합은 광학 챔버를 빠져나가기 전에 더 긴 거리를 이동해야 한다. 조합된 유동의 긴 체류 시간은 2개의 유동이 혼합되기 시작하게 하여, 일부 입자 또는 증기가 외장 유동으로 이동하게 할 수도 있다. 외장 유동 스트림 내의 임의의 입자 및 증기는 결국 광학 구성요소에 퇴적될 수도 있다. 따라서, 외장 유동 설계 자체만으로는 광학 오염 문제를 제거하기에 충분하지 않다.

챔버 벽 상의 오염은 통상적으로 중요한 문제는 아니다. 그러나, 과도하게 높은 레벨의 오염물 퇴적은 유동 스트림을 적어도 부분적으로 차단하고 입자 계수 기구의 오계수율을 증가시킬 수도 있다. 따라서, 광학 챔버를 오염이 없게 유지하는 것은 정확한 OPC 및 CPC 측정을 보장하는 하나의 단계이다. 광학 챔버의 세정은 기구가 입자를 정확하게 계수하고(OPC 및 CNC의 경우) 입자를 정확하게 크기 설정하는(OPC의 경우) 능력을 회복할 수도 있지만, 빈번한 세정은 기구의 측정 및 동작을 중단할 수도 있다. 기구가 서비스를 위해 제조자에 반환되어야 하면, 상당한 측정 중지 시간과 동작 중단은 비용이 많이 들고 허용 불가능할 수 있다.

도 1a는 개시된 주제의 다양한 실시예에 따른 입자 계수 기구의 광학 챔버 및 커튼 유동 디바이스를 갖는 에어로졸 노즐의 단면도를 도시하고 있다.
도 1b는 도 1의 섹션 A-A에서 입자 계수 기구의 광학 챔버 및 커튼 유동 디바이스를 갖는 에어로졸 노즐의 단면도를 도시하고 있다.
도 2a는 도 1a 및 도 1b의 커튼 유동 디바이스의 일 실시예의 부분 평면도를 도시하고 있다.
도 2b는 도 2a의 커튼 유동 디바이스의 단면도를 도시하고 있다.
도 2c는 도 1a 및 도 1b의 커튼 유동 디바이스의 부분 평면도의 대안 실시예를 도시하고 있다.
도 2d는 도 2a 및 도 2b의 커튼 유동 디바이스와는 별도로 또는 함께 사용될 수도 있는 커튼 유동 개구의 실시예를 도시하고 있다.

이어지는 설명은 개시된 주제를 구체화하는 예시적인 예, 디바이스 및 장치를 포함한다. 이하의 설명에서, 설명의 목적으로, 수많은 특정 상세가 본 발명의 주제의 다양한 실시예의 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 본 발명의 주제의 다양한 실시예가 이들 특정 상세 없이 실시될 수도 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 또한, 공지의 구조, 재료 및 기술은 다양한 예시된 실시예를 불명료하게 하지 않기 위해, 상세히 도시되어 있지 않다.

본 명세서에 사용될 때, 용어 "또는"은 포괄적 또는 배타적인 의미로 해석될 수도 있다. 부가적으로, 이하에 설명되는 다양한 예시적인 실시예는 입자 검출 기구(예를 들어, 광학 입자 계수기(OPC) 및 응축 입자 계수기(CPC))의 광학 챔버 내의 오염을 감소시키거나 최소화하기 위한 특정 방식에 초점을 맞추고 있다. 그러나, 본 명세서에 제공된 개시내용의 숙독 및 이해시에, 통상의 기술자는 기술 및 예의 다양한 조합이 모두 연속적으로 또는 다양한 조합으로 적용될 수도 있다는 것을 즉시 이해할 수 있을 것이다. 주제에 대한 소개로서, 몇개의 실시예가 이하의 단락에서 간략하고 일반적으로 설명될 것이고, 이어서 도면을 참조하여 더 상세한 설명이 속행될 것이다.

본 명세서에 상세히 설명된 바와 같이, 개시된 주제의 일 목적은 입자 계수 및/또는 크기 설정 정확도에 영향을 미치는 상당한 광학 오염 문제 없이 OPC 및 CPC 기구가 장시간 기간(예를 들어, 종래 기술 하에서 경험한 바와 같이 1주일 훨씬 초과) 동안 동작할 수 있게 하는 설계의 다양한 실시예를 개시하는 것이다.

본 명세서에 개시된 다양한 예시적인 실시예는 에어로졸 유동 스트림 내의 입자 및/또는 작동 유체 증기와 같은 오염물이 민감한 광학 구성요소에 도달하는 것을 실질적으로 방지하거나 최소화하기 위해 커튼 유동을 이용한다.

이제 도 1을 참조하면, 개시된 주제의 다양한 실시예에 따른 입자 계수 기구의 광학 챔버(100) 및 커튼 유동 디바이스를 갖는 에어로졸 집속 노즐(107)의 단면도가 도시되어 있다. 광학 챔버(100) 및 에어로졸 집속 노즐(107)에 추가하여, 도 1은 한 쌍의 수집 렌즈(103), 집광 렌즈(117), 에어로졸 입구 포트(101), 및 에어로졸 출구 포트(105)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이, 수집 렌즈(103) 및 집광 렌즈(117)는 다양한 형태 및 형상을 취할 수 있다.

에어로졸 집속 노즐(107)은 상부 부분(113) 및 에어로졸 노즐 출구(115)를 갖는다. 실시예에서, 커튼 유동 디바이스는 플레넘 챔버(109A) 및 커튼 유동 집중 노즐(109B)을 포함한다. 입자 계수 동작 동안, 플레넘 챔버(109A)와 커튼 유동 집중 노즐(109B)의 조합은 에어로졸 집속 노즐(107)의 상부 부분(113) 및 개방 영역(111)을 통해 청결한 공기 유동의 외장을 제공한다.

플레넘 챔버(109A) 및 커튼 유동 집중 노즐(109B)은, 이하에서 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 더 상세히 도시되고 설명된 바와 같이, 에어로졸 집속 노즐(107)의 상부 부분(113) 주위에 실질적으로 환형 또는 부분적으로 환형으로 형성된다. 따라서, 플레넘 챔버(109A) 및 커튼 유동 집중 노즐(109B)은 환상면체 형상을 갖는 것으로 고려될 수도 있다.

플레넘 챔버(109A) 및 커튼 유동 집중 노즐(109B)은 기계 가공되거나 다른 방식으로 형성된 알루미늄, 스테인리스 강, 다양한 플라스틱, 및 관련 기술분야에 알려진 다른 기계 가공 가능하거나 성형 가능한 재료를 포함하는 다양한 재료로부터 형성될 수도 있다. 실시예에서, 플레넘 챔버(109A) 및 커튼 유동 집중 노즐(109B)은 단일 재료 단편으로부터 기계 가공되거나 형성될 수도 있다. 다른 실시예에서, 플레넘 챔버(109A) 및 커튼 유동 집중 노즐(109B)은 함께 결합된(예를 들어, 화학적 접착제, 납땜, 용접, 기계적 체결구, 또는 통상의 기술자에게 알려진 다른 기술에 의해) 유사한 또는 다른 2개의 재료로부터 기계 가공되거나 형성될 수도 있다.

도 1b는 도 1의 섹션 A-A에서 입자 계수 기구의 광학 챔버(100) 및 커튼 유동 디바이스를 갖는 에어로졸 노즐의 단면도(150)를 도시하고 있다. 가스 라인 커넥터(151)는 가스 라인 배관(도시되어 있지 않음)이 청결한(예를 들어, 필터링된) 커튼 가스를 플레넘 챔버(109A)에 대한 가스 유동 입구(153)에 제공할 수 있게 한다. 특정 예시적인 실시예에서, 가스 라인 커넥터(151)는 미늘 커넥터(도시되어 있는 바와 같이)이다. 그러나, 다른 실시예에서, 가스 라인 커넥터(151)는 관련 기술분야에 알려진 임의의 유형의 가스 라인 커넥터일 수도 있다(예를 들어, 미국 오하이오주 솔론 소재의 Swagelok Company로부터 입수 가능한 Swagelok® 튜브 피팅). 가스 라인 배관은 나일론 배관, 스테인리스 강 배관, 황동 배관, 또는 관련 기술분야에 알려진 다른 유형의 배관을 포함하는 다양한 유형의 배관을 포함할 수도 있다. 청결한 가스는 공기(예를 들어, 청결한 건조 공기(CDA)), 아르곤 또는 수소와 같은 불활성 가스, 또는 실질적으로 입자가 없는 다른 유형의 필터링된 가스를 포함할 수도 있다.

도 1a 및 도 1b를 동시에 참조하면, 입자 계수 기구의 동작 중에, 커튼 가스의 유동이 가스 라인 커넥터(151)를 통해 광학 챔버(100)로 진입한다. 커튼 가스가 광학 챔버(100)에 실질적으로 균일하게 진입하는 것을 보장하기 위해, 커튼 가스는 플레넘 챔버(109A)를 통해 그리고 예를 들어 커튼 유동 집중 노즐(109B)의 최상부 부분에 있는 좁은 개구(예를 들어, 슬릿)를 통해 광학 챔버(100) 내로 지향된다. 좁은 개구는, 예를 들어, 이하에 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 더 상세히 설명되는 단일 연속 슬릿 또는 일련의 또는 원형 또는 세장형 슬릿을 포함할 수도 있다.

플레넘 챔버(109A)와 커튼 유동 집중 노즐(109B)의 조합의 일 기능은, 커튼 유동(가스 유동 입구(153)로부터의)이 커튼 유동 집중 노즐(109B) 내의 좁은 개구(이하에 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명됨)로부터 좁은 개구를 통해, 상부 부분(113)을 둘러싸는 개방 영역(111) 내로 통과하기 전에 에어로졸 집속 노즐(107)의 상부 부분(113) 주위에 실질적으로 균일하게 분배될 수 있도록 유동 압력을 실질적으로 균등화하는 것이다.

유동 균일성을 더 향상시키기 위해, 커튼 유동은 또한 접선 방향으로(예를 들어, 플레넘 챔버(109A)의 원주방향에 관하여 소정 각도로) 플레넘 챔버(109A) 내로 도입될 수 있다. 커튼 유동이 접선 방향으로 도입될 때, 유동의 소용돌이 운동은 플레넘 챔버(190A)와 커튼 유동 집중 노즐(109B)을 신속하게 충전한다. 일단 광학 챔버(100) 내부에 있으면, 커튼 유동은 이어서 에어로졸 노즐 출구(115)로부터 나오는 에어로졸 유동과 동축으로 또는 거의 동축으로 병합된다. 결과적으로, 에어로졸 유동은 중단되지 않고 커튼 유동에 의해 실질적으로 균일하게 둘러싸인다. 따라서, 잠재적인 오염물(예를 들어, 입자 및 증기)의 모두 또는 거의 모두가 에어로졸 유동 내부에 포함된다. 조합된 에어로졸 유동과 커튼 유동은 이어서 전술된 집속된 광빔을 통과하고, 여기서 입자는 에어로졸 출구 포트(105)에서 나오기 전에 조명되고 계수된다.

에어로졸 출구 포트(105)의 위치는 집속된 광빔의 하류에 위치되는 한, 광학 챔버(100) 내의 임의의 위치일 수 있다. 그러나, 일 실시예에서, 에어로졸 출구 포트(105)의 위치는 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있는 바와 같이, 에어로졸 집속 노즐(107)의 반대쪽에 있다. 이 위치는 에어로졸 집속 노즐(107)과 에어로졸 출구 포트(105) 사이의 최단 거리를 제공한다. 에어로졸 출구 포트(105)가 에어로졸 집속 노즐(107)의 반대쪽에 있을 때, 민감한 광학 구성요소에 도달하기 위해 커튼 유동을 횡단하는 오염물의 확률이 감소되거나 최소화된다. 에어로졸 집속 노즐(107)로부터 에어로졸 출구 포트(105)까지의 직선 유로는 또한 유동 방향의 임의의 변화를 회피하는데, 이는 잠재적으로 유동 교란을 도입하여 입자 및/또는 작동 유체 증기가 유로로부터 일탈하고 광학 요소(예를 들어, 수집 렌즈(103) 및/또는 집광 렌즈(117)의 하나 이상의 표면)를 포함하는 광학 챔버(100)를 오염시키는 더 높은 확률을 야기할 수 있다.

광학 챔버(100) 내의 오염을 감소시키거나 최소화하는 것에 추가하여, 커튼 유동은 또한 광학 챔버(100)의 벽에 대한 입자 충돌 손실을 감소시키는 추가의 이점을 제공한다. 커튼 유동에 의해, 입자는 조합된 에어로졸 유동과 커튼 유동의 중간부로 실질적으로 제한된다. 예를 들어, CPC 기구에서, 따뜻한 작동 유체 증기가 더 차가운 배관 벽 상에 응축되어 "안개(foggy" tubing)" 배관 시나리오를 야기할 때 통상의 문제가 발생한다. 과도한 응축물이 형성되면, CPC 유량이 영향을 받게 되고, 이에 의해 더 높은 측정 불확실성을 야기할 수도 있다. 개시된 주제의 커튼 유동 설계는 커튼 유동이 따뜻한 작동 유체 증기를 차가운 배관 벽으로부터 분리하는 동안, 따뜻한 증기가 유동의 중간부에서 계속 냉각되게 함에 따라 안개 배관 문제를 감소시키고, 최소화하거나, 방지하는 데 도움이 된다.

개시된 주제의 동축 또는 거의 동축 커튼 유동 설계는 전술된 종래 기술의 직교 필터링된 공기 유동 설계에 비해 다수의 장점을 갖는다. 예를 들어, 동축 또는 거의 동축 커튼 유동은 모두 동일한 방향으로 유동하기 때문에 에어로졸 유동과 원활하게 병합된다. 이에 비교하여, 직교 필터링된 공기 유동은 에어로졸 유동과 병합되기 전에 90도 회전해야 한다. 유동 방향으로 90도 회전은 유동 난류를 발생할 가능성이 있는데, 이는 커튼 유동의 효율성을 감소시킬 수 있다. 부가적으로, 광학 챔버(100)의 오염을 감소시키거나 최소화하기 위해, 입자 함유 또는 증기 함유 에어로졸 유동은 커튼 유동에 의해 실질적으로 완전하고 균일하게 둘러싸일 수 있다.

이제 도 2a를 참조하면, 도 1a 및 도 1b의 커튼 유동 디바이스의 일 실시예의 부분 평면도(200)가 도시되어 있다. 부분 평면도(200)는 중심선(203)에 대해 경면 대칭되어 커튼 유동 디바이스의 평면도를 완전히 시각화할 수 있다. 도 2a는 커튼 유동 집중 노즐(109B)의 최상부 부분을 횡단하는 원형 슬릿(201)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 가스 유동 입구(153)(도 1b)로부터의 필터링된 가스 유동은 가스 유동 입구(205)에서 플레넘 챔버(109A)에 진입한다. 도 2b는 도 2a의 커튼 유동 디바이스의 단면도(230)(도 2a의 섹션 B-B)를 도시하고 있다.

특정 예시적인 실시예에서, 플레넘 챔버(109A)와 커튼 유동 집중 노즐(109B)의 조합 내로의 체적 유량은 분당 약 1 리터(lpm)일 수도 있다. 원형 슬릿(201)의 개구(도 2b의 단면을 따라 볼 때)는 약 0.50 mm(대략 0.020 인치)일 수도 있다. 다른 실시예에서, 원형 슬릿(201)의 체적 유량은 샘플링된 에어로졸이 에어로졸 입구 포트(101)(도 1)를 통해 끌어당겨지는 체적 유량, 특정 용례를 위한 입자의 허용 가능한 동시 손실 레벨, 플레넘 챔버(109A)의 전체 체적, 접선 유동의 각도(존재하면), 및 통상의 기술자에게 알려진 다수의 다른 인자를 포함하는 인자에 기초하여 상당히 더 크거나 상당히 더 작을 수도 있다.

도 2c는 도 1a 및 도 1b의 커튼 유동 디바이스의 부분 평면도(250)의 대안 실시예를 도시하고 있다. 도 2a에서와 같이, 부분 평면도(250)는 중심선(253)에 대해 경면 대칭되어 커튼 유동 디바이스의 평면도를 완전히 시각화할 수 있다. 본 실시예에서, 도 2a의 원형 슬릿(201)의 연속적인 버전을 갖는 것보다는, 부분 평면도(250)는 복수의 개구(251)를 도시하고 있다. 개구(251)가 원형인 것으로 도시되어 있지만, 개구(251)는 정사각형, 직사각형, 타원형 등, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 거의 임의의 형상을 취할 수 있다. 부가적으로, 개구는 균등하게 이격된 것으로 도시되어 있지만, 개구(251)는 불균일하게 이격되어 있을 수도 있다. 통상의 기술자는 개시된 주제를 숙독 및 이해시에, 얼마나 많은 개구, 어떤 크기의 개구, 어떤 체적 유량, 개구를 통해 유동하는 가스의 상대 속도 등을 어떻게 결정하는지를 인식할 수 있을 것이다. 예를 들어, 통상의 기술자는 개구(251)의 크기, 형상 및 간격을 결정하기 위해 전산 유체 역학(CFD) 분석을 사용할 수도 있다.

도 2d는 도 2a 및 도 2c의 커튼 유동 디바이스와는 별도로 또는 함께 사용될 수도 있는 커튼 유동 개구(270)의 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예에서, 커튼 유동 개구(270)는 예를 들어, 에어로졸 노즐 출구(115)의 중심의 중간점으로부터 주어진 반경(예를 들어, 커튼 유동 집중 노즐(109B)의 최상부 부분의 중간점을 따라)으로 설정된 소형 엔드밀(예를 들어, 약 0.50 mm의 직경을 가짐)에 의해 형성될 수도 있다.

본 명세서에 제공된 개시된 주제에는 커튼 유동 설계의 다양한 실시예를 설명하는 다양한 시스템 및 장치 도면이 포함된다. 따라서, 상기 설명은 개시된 주제를 구체화하는 예시적인 예, 디바이스, 시스템 및 장치를 포함한다. 설명에서, 설명의 목적으로, 수많은 특정 상세가 본 발명의 주제의 다양한 실시예의 이해를 제공하기 위해 설명되었다. 그러나, 본 발명의 주제의 다양한 실시예가 이들 특정 상세 없이 실시될 수도 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 또한, 공지의 구조, 재료 및 기술은 다양한 예시된 실시예를 불명료하게 하지 않기 위해, 상세히 도시되어 있지 않다.

본 명세서에 사용될 때, 용어 "또는"은 포괄적 또는 배타적인 의미로 해석될 수도 있다. 부가적으로, 본 명세서에서 설명된 다양한 예시적인 실시예가 커튼 유동 설계를 생성하기 위한 특정 방식에 초점을 맞추고 있지만, 다른 실시예는 제공된 개시내용의 숙독 및 이해시에 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 명세서에 제공된 개시내용의 숙독 및 이해시에, 통상의 기술자는 본 명세서에 제공된 기술 및 예의 다양한 조합이 모두 다양한 조합으로 적용될 수도 있다는 것을 즉시 이해할 수 있을 것이다.

다양한 실시예가 개별적으로 설명되었지만, 이들 개별 실시예는 독립적인 기술 또는 설계로서 고려되도록 의도되지 않는다. 상기에 나타낸 바와 같이, 다양한 부분의 각각은 상호 관련될 수도 있고, 각각은 별도로 또는 본 명세서에 설명된 다른 미립자 물질 센서 캘리브레이션 시스템 실시예와 조합하여 사용될 수도 있다.

결과적으로, 본 명세서에 제공된 개시내용의 숙독 및 이해시에 통상의 기술자에게 명백할 것인 바와 같이, 다수의 수정 및 변형이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 열거된 것들에 추가하여, 본 개시내용의 범주 내의 기능적으로 등가의 디바이스 및 장치가 상기 설명으로부터 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 몇몇 실시예의 부분 및 특징은 다른 실시예의 것들에 포함되거나 대체될 수도 있다. 이러한 수정 및 변형은 첨부된 청구범위의 범주에 속하는 것으로 의도된다. 따라서, 본 개시내용은 이러한 청구범위가 자격 부여되는 등가물의 전체 범주와 함께, 첨부된 청구범위의 용어에 의해서만 한정되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예만을 설명하기 위한 것이며, 제한하려는 의도는 아니라는 것을 이해해야 한다.

요약서는 독자가 기술적 개시내용의 성질을 신속하게 확인할 수 있게 하도록 제공된 것이다. 요약서는 청구범위를 해석하거나 한정하는 데 사용되지 않을 것이라는 이해를 갖고 제출된다. 게다가, 상기 상세한 설명에서, 다양한 특징이 본 개시내용을 합리화하기 위해 단일의 실시예에서 함께 그룹화될 수도 있다는 것을 알 수도 있다. 이 개시 방법은 청구범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 따라서, 이하의 청구범위는 이에 의해 상세한 설명에 합체되어 있고, 각각의 청구항은 그 자신이 개별 실시예로서 자립한다.

Claims

입자 검출 기구의 광학 챔버 내의 오염을 감소시키기 위한 장치이며,
입자 검출 기구의 에어로졸 집속 노즐을 적어도 부분적으로 둘러싸고, 필터링된 가스 유동을 수용하는 플레넘 챔버; 및
에어로졸 유동을 실질적으로 둘러싸기 위해 광학 챔버 내로 커튼 유동을 생성하도록 플레넘 챔버의 출력부에 결합된 커튼 유동 집중 노즐을 포함하는, 장치.
제1항에 있어서, 커튼 유동 집중 노즐의 출력부에 결합되고 에어로졸 집속 노즐을 적어도 부분적으로 둘러싸는 개방 영역을 더 포함하는, 장치.
제2항에 있어서, 플레넘 챔버, 커튼 유동 집중 노즐, 및 개방 영역의 조합은 에어로졸 유동 주위에 청결한 공기 유동의 외장을 제공하도록 배열되는, 장치.
제2항에 있어서, 플레넘 챔버와 커튼 유동 집중 노즐의 조합은, 커튼 유동이 커튼 유동 집중 노즐의 출구로부터 상부 부분을 둘러싸는 개방 영역 내로 출구를 통해 통과하기 전에, 에어로졸 집속 노즐의 상부 부분 주위에 실질적으로 균일하게 분배되도록 유동 압력을 실질적으로 균등화하기 위한 것인, 장치.
제1항에 있어서, 플레넘 챔버 및 커튼 유동 집중 노즐은 에어로졸 집속 노즐의 상부 부분 주위에서 적어도 부분적으로 환형인, 장치.
제1항에 있어서, 플레넘 챔버 및 커튼 유동 집중 노즐은 환상면체 형상을 갖는, 장치.
제1항에 있어서, 커튼 유동은 커튼 유동 집중 노즐의 출구 상의 연속적인 단일 슬릿에 의해 커튼 유동 집중 노즐로부터 공급되는, 장치.
제1항에 있어서, 커튼 유동은 커튼 유동 집중 노즐의 출구 상의 일련의 슬릿에 의해 커튼 유동 집중 노즐로부터 공급되는, 장치.
제8항에 있어서, 일련의 슬릿은 원형 슬릿 및 세장형 슬릿을 포함하는 적어도 하나의 형상으로부터 선택되는, 장치.
제1항에 있어서, 오염은 입자 오염 및 작동 유체 증기 오염을 포함하는 적어도 하나의 유형의 오염을 포함하는, 장치.
입자 검출 기구 내의 오염을 감소시키기 위한 장치이며, 장치는 필터링된 가스 유동을 수용하고 입자 검출 기구의 광학 챔버 내로 커튼 유동을 생성하도록 결합된 커튼 유동 집중 노즐을 포함하고, 커튼 유동은 입자 검출 기구 내의 입자 함유 에어로졸 유동을 실질적으로 둘러싸는, 장치.
제11항에 있어서, 필터링된 가스 유동과 커튼 유동 집중 노즐 사이에 결합된 플레넘 챔버를 더 포함하는, 장치.
제12항에 있어서, 플레넘 챔버는 입자 검출 기구의 에어로졸 집속 노즐을 적어도 부분적으로 둘러싸는, 장치.
제12항에 있어서, 커튼 유동은 플레넘 챔버의 원주방향에 관하여 소정 각도로 접선 방향으로 도입되어 플레넘 챔버 내에 커튼 유동의 소용돌이 운동을 생성하도록 구성되는, 장치.
제11항에 있어서, 오염은 입자 오염 및 작동 유체 증기 오염을 포함하는 적어도 하나의 유형의 오염을 포함하는, 장치.
제11항에 있어서, 커튼 유동은 커튼 유동 집중 노즐의 출구 상의 연속적인 단일 슬릿에 의해 커튼 유동 집중 노즐로부터 공급되는, 장치.
제11항에 있어서, 커튼 유동은 커튼 유동 집중 노즐의 출구 상의 일련의 슬릿에 의해 커튼 유동 집중 노즐로부터 공급되는, 장치.
제17항에 있어서, 일련의 슬릿은 정사각형 슬릿, 직사각형 슬릿, 및 타원형 슬릿을 포함하는 적어도 하나의 형상으로부터 선택되는, 장치.
제11항에 있어서, 커튼 유동은 입자 검출 기구 내의 작동 유체 증기를 적어도 실질적으로 둘러싸도록 또한 구성되는, 장치.
입자 검출 기구의 오염을 감소시키기 위한 장치이며,
입자 검출 기구의 에어로졸 집속 노즐을 둘러싸고, 필터링된 가스 유동을 수용하는 플레넘 챔버;
에어로졸 유동을 실질적으로 둘러싸기 위해 광학 챔버 내로 커튼 유동을 생성하도록 플레넘 챔버의 출구에 결합된 커튼 유동 집중 노즐; 및
커튼 유동 집중 노즐의 출력부에 결합되고 입자 오염물 및 작동 유체 증기 중 적어도 하나를 감소시키기 위해 에어로졸 집속 노즐을 적어도 부분적으로 둘러싸는 개방 영역을 포함하는, 장치.
제20항에 있어서, 플레넘 챔버 및 커튼 유동 집중 노즐은 환상면체 형상을 갖는, 장치.
제20항에 있어서, 커튼 유동은 커튼 유동 집중 노즐의 출구 상의 연속적인 단일 슬릿에 의해 커튼 유동 집중 노즐로부터 공급되는, 장치.
제20항에 있어서, 커튼 유동은 커튼 유동 집중 노즐의 출구 상의 일련의 슬릿에 의해 커튼 유동 집중 노즐로부터 공급되는, 장치.