KR20010053297A - 입자 수집 장치 및 관련 방법 - Google Patents

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KR20010053297A
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가드너제임스티
필립스사무엘알
비시앙신
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캠베 노부유키
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Abstract

입자 수집 장치(100)는 챔버(102)와, 하나 이상의 필터(104)와, 배압 장치(110)을 포함한다. 필터(104)는 입자 수집 장치(100)를 통과하는 흐름 경로 내에 위치하여 입력 가스의 흐름으로부터 입자를 수집한다. 배압 장치(110)는 입자 수집 장치(100)를 통과하는 흐름에 대항해서 가스 펄스를 인가함으로써 필터(104)에 수집된 입자를 분리시킨다. 분리된 입자는 입자 배출구(114)로 하강해서 입자 수집 장치(100) 외부로 제거된다. 입자 수집 장치(100)는 입자 합성 장치(400)에 연결될 수 있다. 입자 수집 장치(100)와 입자 합성 장치(400)는 감소된 압력에서 작동할 수 있다.

Description

입자 수집 장치 및 관련 방법{PARTICLE COLLECTION APPARATUS AND ASSOCIATED METHODS}
다방면에서 걸친 발달로 인해서 많은 형태의 새로운 재료에 대한 요구가 창출되어 왔다. 특히, 다양한 화학적 분말이 여러 상이한 처리 공정 중에 사용될 수 있다. 화학적 분말에 대한 이러한 요구로 인해서 화학적 분말의 복잡한 제조 기법이 개발되어 왔다. 이들 기법 중 일부는 가스의 흐름 중에서 분말을 형성시키는 흐름 반응을 포함한다. 이러한 입자 생성 공정을 실용적인 규모에서 상업적으로 이용하기 위해서는, 그러한 입자 생성 공정으로 적정 기간 내에 다량의 입자를 효율적으로 생성할 수 있어야 한다. 이 다량의 입자는 그것들이 생성된 가스의 흐름으로부터 회수되어야 한다.
가스의 흐름으로부터 입자를 제거하려는 시도의 하나는 공기의 정화를 위해 분진과 다른 오염 물질을 제거하려는 노력으로부터 개발되어 왔다. 일반적으로, 공기의 정화를 위한 입자의 수준은 매우 낮다. 더러운 공기로부터 제거된 물질은 폐기물이다. 이들 장치는 상당 기간 동안 연속적으로 작동하도록 설계된다.
본 발명은 가스의 흐름으로부터 입자를 수집하는 장치에 관한 것이다. 보다 상세히 말하면, 본 발명은 가스의 흐름으로부터 입자를 연속적으로 수집 및 제거하는 장치 및 관련 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 입자 수집 장치는 입자 합성 장치와 함께 유리하게 사용될 수 있다.
도 1은 레이저 열분해 장치에 연결되어 있는 입자 수집 장치의 한 실시예의 정면도로서, 숨겨진 부분를 보여주기 위해 구조의 일부가 제거되어 있다. 선택적인 제2 레이저 열분해 장치와, 수집 챔버의 제2 위치가 가상선으로 도시되어 있다.
도 2는 도 1의 입자 수집 장치의 측면도이다. 카트의 다른 위치와 수집 챔버의 제2 위치가 가상선으로 도시되어 있다.
도 3은 도 2의 입자 수집 장치를 3-3선을 따라 취한 단면도.
도 4는 도 2의 입자 수집 장치를 4-4선을 따라 취한 단면도.
도 5는 도 1의 입자 수집 장치의 평면도.
도 6은 도 1의 입자 수집 장치를 구성하는 필터의 측단면도로서, 주름진 여과 물질의 외면의 일부를 포함시켜서 필터의 노출면 상의 주름진 여과 물질을 보여주고 있으며, 가상선은 필터를 고정하는 데에 사용되는 스터드의 경로를 지시한다.
도 7은 도 1의 입자 수집 장치의 입자 배출구에 부착된 폴리머 백의 개략적인 측면도로서, 폴리머 백의 목부가 부착을 위해 접혀지는 가늘고 긴 부분을 포함하는 실시예를 보여주기 위해 클램프(308)가 풀려져 있다.
도 8은 입자 수집 장치의 입자 배출구가 운반 장치로 연결되는 또 다른 실시예의 개략적인 측면도이다. 운반 장치의 일부를 보여주기 위해 구조의 일부가 제거되어 있다.
도 9는 도 1에 도시된 입자 수집 장치와 함께 사용될 수 있는 레이저 열분해 장치의 사시도.
본 발명의 일 태양에 따르면, 입자 합성 장치와 입자 수집 장치를 포함하는 입자 생성 장치가 제공된다. 상기 입자 합성 장치는 주위 대기로부터 고립된 반응 챔버를 포함하고, 이 반응 챔버는 그 내부로 반응물을 공급하는 반응물 유입구와, 생성 입자가 반응 챔버를 탈출하는 생성물 유출구를 포함한다. 상기 입자 수집 장치는 챔버와, 필터와, 입자 제거 장치를 포함한다. 상기 챔버는 유입구와, 가스 유출구와, 입자 배출구와, 상기 가스 유출구를 상기 유입구 및 입자 배출구로부터 분리하는 제한된 흐름 구역을 포함한다. 상기 필터가 챔버 내에서 상기 제한된 흐름 구역에 연결됨으로써 유입구로부터 가스 유출구까지 연장되는 흐름 경로가 필터에 의해 차단되고, 또한 필터로부터 분리된 입자가 입자 배출구로 흐르게 된다. 상기 입자 제거 장치가 필터에 힘을 인가함으로써 필터로부터 입자가 분리된다. 상기 입자 합성 장치의 유출구는 상기 입자 수집 장치의 유입구와 유체 연통한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 챔버와, 필터와, 입자 제거 장치를 포함하는 입자 수집 장치가 제공된다. 상기 챔버는 유입구와, 가스 유출구와, 입자 배출구와, 상기 가스 유출구를 상기 유입구 및 입자 배출구로부터 분리하는 제한된 흐름 구역을 포함한다. 상기 챔버는 대략 700 Torr 미만의 압력에서 작동한다. 상기 필터가 챔버 내에서 상기 제한된 흐름 구역에 연결됨으로써 필터 내의 물질이 유입구로부터 가스 유출구까지 연장되는 흐름 경로를 차단하고, 또한 필터로부터 분리된 입자가 입자 배출구로 흐르게 된다. 상기 입자 제거 장치가 필터에 힘을 인가함으로써 필터로부터 입자가 분리된다.
본 발명의 제3의 태양에 따르면, 수집 챔버를 이용해서 가스의 흐름으로부터 입자를 수집하는 방법이 제공된다. 상기 수집 챔버는 챔버와, 이 챔버 내에 위치하는 필터와, 배압 장치를 포함한다. 이 배압 장치는 가스 펄스를 필터에 인가해서 필터로부터 입자를 분리한다. 본 입자 수집 방법은,
상기 챔버 내에 대략 700 Torr 미만의 압력을 발생시키는 공정과,
입자를 포함하는 가스의 흐름을 상기 챔버 내로 유입시켜서 상기 챔버 내의 압력을 대략 700 Torr 미만으로 유지하는 공정과,
상기 가스의 흐름으로부터 입자를 수집하는 공정을 포함한다.
개선된 입자 생성 장치는 연속적으로 고용량의 작동을 행하는 입자 수집 장치를 포함한다. 입자 생성 장치 전체가 입자 생성 공정을 위해 요구되는 감소된 압력에서 작동하는 것이 일반적이다. 입자 합성 장치 내의 압력은 입자 수집 장치 내의 압력보다 낮을 수 있다. 입자 수집 장치는 연속 작동 조건 하에서 고농도의 입자를 함유하는 가스의 흐름으로부터 입자를 제거할 수 있다. 입자 수집 장치로 유입되는 입력 흐름의 입자 농도는 대략 1 중량% 보다 클 수 있으며, 5 중량% 보다 큰 것이 바람직하다. 이는 공기 정화 장치로 도입시키는 환기 장치의 고체 농도 보다 상당히 높은 값이다.
일반적으로, 입자 생성 장치에서 출력부는 입자 수집 장치의 입력부로 직접 이송된다. 연속적인 입자의 생성은 입자 합성 장치로부터 상업적인 규모로 입자를 수집하기 위한 중요한 특징이다. 특히, 연속적으로 생성되는 나노 입자, 즉 평균 직경이 대략 1 미크론 미만인 입자가 본 발명에 따른 입자 수집 장치에 의해 수집될 수 있다.
입자 수집 장치의 챔버 내에서, 하나 이상의 필터가 수집될 입자를 포함하는 가스 흐름의 흐름 경로를 차단한다. 필터는 기상(氣相)의 배출물은 통과시키고 기상이 아닌 물질은 대부분 포획하는 위상 판별기의 역할을 한다. 예정된 시간 간격으로 필터에 힘을 인가하여 필터와 관련된 입자를 분리한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 배압 펄스를 필터에 인가함으로써 입자를 분리한다. 이 실시예에 대해서는 후술하기로 한다. 이의 대안으로서, 필터에 기계적 진동을 인가해서 입자를 분리할 수 있다.
제거된 입자는 중력에 의해 하강하며, 특정 방식으로 설계된 챔버의 경우에는 가스의 흐름으로부터 입자가 수집되는 입자 배출구로 향하도록 초기에 도움을 받을 수 있다. 입자는 용기에 수집되거나, 추가적인 처리를 위해 일정 장소로 운반될 수 있다.
상기 하나 이상의 필터는 적절한 크기의 필터를 여러 개 포함하는 것이 바람직하다. 2개 이상의 필터가 사용되는 경우, 바람직하게는 몇 개의 필터에, 보다 바람직하게는 각각의 필터에 임의의 시간에 배압이 인가됨으로써 입자 수집 장치의 유입구로 유입되는 가스의 흐름이 크게 방해받지 않게 된다. 입자 수집 챔버로 입력되는 가스의 흐름에 있어서 교란이 감소하는 것은 입자 합성 장치와 함께 사용되는 경우에는 중요한 고려 사항이 될 수 있다. 필터의 개수와 크기를 적절하게 선택하고 배압 장치와 적당히 통합시킴으로써, 입자 농도가 매우 높은 경우에도 대량의 가스 흐름으로부터 입자를 제거할 수 있게 된다.
수집 용기와 함께 사용되기 위해서는, 입자 수집 장치 내의 감소된 압력을 절충시키지 않고 수집 용기를 용이하게 교환할 수 있도록 폐쇄될 수 있는 밸브가 입자 출력부에 마련되는 것이 바람직하다. 따라서, 밸브를 폐쇄하고 빈 용기를 교환함으로써 연속 작동 중에 수집 용기를 교환할 수 있게 된다. 바람직한 수집 용기로는 플라스틱 백을 들 수 있다. 플라스틱 백이 사용되는 경우에는, 밀봉 장치를 사용해서 운반할 입자를 수용하고 있는 플라스틱 백을 밀봉할 수 있다. 그리고, 다른 플라스틱 백으로 밀봉된 플라스틱 백을 대체한다. 플라스틱 백을 사용하는 경우, 플라스틱 백은 입자 수집 중에 입자 수집 장치의 내부 압력 이하의 압력으로 배기되었을 때 그 형상을 유지시키는 외골격 내에 배치되어야 한다.
이의 대안으로서, 입자 출력 장치는 수집된 입자를 운반 장치로 도입할 수 있다. 운반 장치는 입자를 편리한 곳에 위치하는 용기나 처리 장치로 이동시킬 수 있다. 처리 장치가 입자 수집 장치와 다른 압력에서 작동하는 경우에는, 상이한 압력 사이에서 전환 작용을 행하는 에어 로크(air lock)가 운반 장치에 포함되어야 한다.
유체의 흐름 및/또는 엔트레인먼트(entrainment)를 사용하는 입자 합성 장치는 감소된 압력 조건에서 작동할 수 있다. 그러면, 입자 수집 장치의 챔버도 비슷한 감소된 압력에서 작동한다. 입자 수집 장치와 입자 합성 장치의 감소된 압력 조건은 입자 수집 장치의 출력부에 펌프를 부착함으로써 달성될 수 있다. 바람직한 입자 합성 장치는 비평형 조건에서 미세 입자를 생성하는 화학 작용제의 레이저 열분해를 포함한다.
요약하면, 입자 생성 장치는 입자 수집 장치와, 입자 합성 장치와, 저장/운반 장치와, 임의의 펌프 또는 다른 흡입 장치를 포함한다. 이들 구성 장치들은 서로 협동해서 작동하여 상당 기간 동안 연속적으로 작동할 수 있게 된다. 다음으로, 특정 실시예를 자세히 설명한다.
A. 입자 수집 장치
본 발명의 특정 실시예에 따르면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 입자 수집 장치(100)는 챔버(102)와, 필터(104)와, 배압 장치(110)와, 입자 배출 밸브(112)와, 입자 수집 장치(100)의 위치를 조정하는 위치 조정 장치(114)를 포함한다. 입자 수집 장치(100)는, 후술하는 바와 같이 입자 배출 밸브(112)에서 저장/운반 장치 및 입자 합성 장치와 연결된다.
상기 챔버(102)는 일반적으로 주위 대기로부터 밀봉되어 있는 탱크(120)를 포함한다. 이 탱크(120)는 후술하는 바와 같이 여러 포트를 통해 접근 가능하다. 탱크(120)에는 입자 배출 밸브(112)로 통하며 휴지 각도(angle of repose) 보다 큰 각도를 갖는 경사벽을 포함하는 깔때기부(122)가 포함되는 것이 바람직하다. 이 깔때기부(122)는 입자가 입자 배출 밸브(112)로 이동하는 것을 촉진하기 위한 음향 셰이커 또는 기계적 셰이커(118)를 포함할 수 있다. 탱크(120)는 유체와 탱크 안을 흐르는 입자에 대해 비활성이면서, 또한 탱크 내의 감소된 압력을 지탱할 수 있는 임의의 적절한 재료로 이루어질 수 있다. 탱크(120)용의 바람직한 재료에는, 예를 들면 스테인레스강이 있다. 탱크(120)의 내면에 표면 마무리를 행함으로써 평활성, 내식성 및/또는 전기 전도성을 향상시켜 입자가 정전기력으로 달라붙는 것을 억제할 수 있다. 적절한 마무리의 예로는 전해 연마, 광택 달굼(bright anneal), 비점착 폴리머, 전도성 폴리머, 알루미늄 및 기타 금속을 들 수 있다.
탱크(120)에는 내부의 감소된 압력이 유지되도록 투명한 재료로 이루어진 창문(124)을 탱크의 벽에 밀봉하여 부착할 수 있다. 이 창문(124) 근처에는 탱크(120)의 내부를 들여다보기 위해 빛을 비출 수 있는 램프(126)를 배치할 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에 의하면, 탱크(120)는 내부를 들여다 볼 수 있는 2개의 창문(124)을 포함한다. 필요에 따라서, 창문과 램프의 개수 및/또는 위치를 다양하게 구성할 수 있다.
탱크(120)의 상부에는 파열판(130)을 갖는 상부 압력 탭(128)을 부착하는 것이 바람직하다. 탱크(120) 내의 압력이 지나치게 상승하면, 파열판(130)이 파괴되어 탱크(120)나 입자 수집 장치(100)의 다른 부품의 파손을 방지한다. 특히, 파열판(130)은 가스 펄스 장치로부터의 압력의 누설을 직접 초래하는 다이어프램 밸브의 파손으로 인한 누설이나, 탱크 내의 입자가 탱크 내로 누설되는 공기와 반응하는 것과 같은 예상 밖의 반응을 함으로써 생기는 폭발성 연소로 인한 손상을 방지하기 위해 사용된다.
탱크(120)는 연결구(132)로 연결되는 2개 부분으로 구성될 수 있다. 연결구(132)는 볼트 서클(bolt circle) 또는 다양한 설계의 클램프로 고정된 플랜지일 수 있다. 패스너(130)에서 탱크(120)의 각 부분의 밀봉구는 주위 공기가 탱크(120) 내로 유입되는 것을 억제하는 것을 돕는 가스켓을 포함할 수 있다. 연결구(132)를 분리함으로써 탱크(120) 내부를 보수 목적으로 노출시킬 수 있으며, 그러한 경우로는 필터(104)가 더 이상 적절히 작동하지 않을 때 교체하는 경우와, 다른 형태의 입자를 수집하기 전에 내부를 청소하는 경우 등을 들 수 있다. 탱크(120)를 2개 부분으로 구성하는 것의 대안으로, 탱크(120) 내부에 접근할 수 있는 하나 이상의 문을 탱크(120)에 형성할 수 있다. 탱크(120)는 하나 이상의 유입구(152)(도 2 참조)와 배출구(154)(도 5 참조)를 추가로 포함한다.
챔버(102)는 탱크(120)의 내부를 수집부(142)와 여과된 충만실(144)로 나누는 튜브 시트(140) 등에 의해 형성되는 제한된 흐름 구역을 포함한다. 이 제한된 흐름 구역은 청정 공간[여과된 충만실(144)]과 입자로 채워진 공간[수집부(142)]을 분리시킨다. 도 1 및 도 4에 도시된 실시예에 있어서, 튜브 시트(140)는 대체로 평면인 평면부(146)와, 원통형부 또는 트렁크(148)를 포함한다. 원통형부(148)는 필터(104)가 부착되는 립(lip)(150)을 포함한다. 튜브 시트(140)는 탱크(120)와 동일한 재료로 이루어지거나, 상응하는 기계적 특성을 갖는 하나 이상의 다른 재료로 이루어질 수 있다. 챔버(102)는 수집부(142)용의 압력 게이지(156)와 여과된 충만실(144)용의 압력 게이지(158)를 포함하는 것이 바람직하다. 이들 압력 게이지(156 및 158) 대신에 단일의 압력 게이지를 사용해서 수집부(142)와 여과된 충만실(144) 사이의 압력차를 측정할 수 있다.
도 6을 참고하면, 필터(104)는 전체적으로 원통형부(170)와, 상단 캡(172)과, 하단 캡(174)을 포함한다. 도 6의 단면도에서, 필터의 길이 방향으로 연장되는 선은 여과 물질의 내부 경계를 지시한다. 필터 표면의 주름진 필터 물질의 일부가 도시되어 있다. 필터의 설계에는 다양한 변형을 가할 수 있다. 도 6에 도시된 실시예에서, 원통형부(170)는 주름진 여과 매체를 포함한다. 여과 매체(176) 또한 다양한 재료로 이루어질 수 있다. 필터(104)의 원통형부(170)에 포함되는 바람직한 필터 매체로는, 공기는 흐르게 하지만 나노 규모의 입자 또는 다른 크기의 입자의 흐름은 차단하는 폴리머 재료 시트를 들 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 여과 매체(176)는 스펀 본드(spun-bonded) 폴리머 기재 상에 위치하는, 미국 펜실베니아주 피스터빌(Feasterville)에 소재하는 테트라텍사(Tetratec Corp.)가 시판하는 테트라텍[Tetratec(R)] 폴리테트라플루오로에틸렌 막을 포함한다. 여과막을 형성하는 데에 적절한 다른 재료의 예로는 오스트리아 렌칭(Lenzing)에 소재하는 이미-테크 파이버스 게엠베하(Imi-Tech Fibers GmbH)사가 시판하는 고어-텍스(R)(Gore-Tex(R))및 P84 폴리이미드 섬유를 들 수 있다. 여과 매체(176)는 도 6에 도시된 바와 같이 표면적을 증가시키기 위해 주름져 있는 것이 바람직하다. 상단 캡(172) 및 하단 캡(174)은 스테인레스강과 같은 다양한 불활성 구조 재료로 이루어질 수 있다.
상단 캡(172)은 원통형부(148)에 부착되도록 설계된다. 예를 들면, 상단 캡(172)에 나사부를 형성하고 원통형부(148)의 립(150)에 짝을 이루는 나사부를 형성해서 부착시킬 수 있다. 이의 대안으로서, 호스 클램프 등이 필터가 원통형부(148)와 긴밀하게 밀봉되도록 고정시키는 방식으로 상단 캡(172)을 립(150)과 끼워맞출 수 있다. 도 1 및 도 6에 도시된 실시예에 따르면, 하단 캡(174)은 필터(104)를 원통형부(148)에 부착시키기 위해 나사가 형성된 스터드(176)와 맞물리는 플랜지를 포함한다. 필터(104)를 스터드(176)에 고정하는 데에 너트를 사용한다. 스터드(176)는 원통형부(148) 내의 지지체(178)에 고정된다. 이 지지체(178)는 유체가 거의 자유롭게 흐르도록 하는 개방 구조를 갖는다. 상단 캡(172)과 립(150) 사이의 연결부에 O링 또는 가스켓을 부착함으로써 가스의 흐름이 연결부를 통과하지 않고 여과 물질을 우회하도록 할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 실시예에 따른 입자 수집 장치는 7개의 필터(104)를 포함한다. 이 필터의 개수는 탱크(120) 내의 공간을 효율적으로 이용하기에 충분하다. 일반적으로, 필터의 개수가 많으면 특정 필터에 배압을 인가해서 축적된 입자를 분리할 때에 입자 수집 장치의 작동에 교란이 적어지게 된다. 반면에, 필터의 개수가 적으면 입자 수집 장치의 보수가 용이하다. 또한, 필터의 크기는 입자를 수집하기 위해 배압을 인가해서 입자를 제거하기 전의 필터에 수집될 수 있는 입자의 양과 관계된다. 필터의 개수 및 크기는 수집부(142)로부터 배출부(134)로의 공기의 흐름을 결정한다. 요약하면, 필터(104)의 개수 및 크기는 동작 특성과 편의성이 균형을 이루도록 원하는 값으로 결정할 수 있다.
예를 들면, 입자 생성 속도의 크기가 대략 1 kg/hr 인 하나 이상의 레이저 열분해 장치에 의해 생성되는 나노 입자를 수집하기 위해서는 7개의 필터를 사용한다. 필터의 적절한 크기는 길이가 대략 20 인치이고 직경이 대략 6 인치이다. 1 인치마다 34회 주름진 필터의 전체 표면적은 대략 10 평방 피트이다. 따라서, 필터가 7개이면 여과 매체의 총표면적은 대략 70 평방 피트가 된다.
도 5를 참고하면, 배출구(154)는 일반적으로 추가적인 도관(196)을 통해 펌프(198)에 연결되어 있다. 레이저 열분해 장치로부터의 입자를 수집하는 것을 포함하는 바람직한 실시예에 있어서, 적절한 펌프의 예로는 펌핑 용량이 대략 195 cfm 인 미국 펜실베니아주 엑스포트(Export)에 소재하는 레이볼드 배큐엄 프로덕츠(Leybold Vacuum Products)사가 시판하는 레이볼드 모델 SV300 펌프가 있다. 그 밖의 다양한 형태 및 상표의 펌프를 사용할 수 있다. 배출구(154)로부터 펌프(198)로 연결되는 도관(196)은 일반적으로 가스 흐름 제어용의 하나 이상의 밸브를 포함한다. 펌프(198)로부터의 배기물이 감소 장치(abatement device)를 통해 흐르게 함으로써, 대기로 방류되기 전에 남아있는 임의의 반응성 화학 물질을 제거하는 것이 바람직하다. 입자 수집 장치(100)는 환기, 환경, 보건 및 안전을 고려하여 연기 후드에 배치될 수 있다.
도 1, 도 4 및 도 5를 참고하면, 배압 장치(110)는 펄스 밸브(22)와, 어큐뮬레이터(204)와, 튜브(206)와, 제어기(208)를 포함한다. 펄스 밸브(202)는 바람직하게는 매우 신속한 개폐 작용을 행함으로써 짧은 가스 펄스를 제공한다. 펄스 밸브(202)는 바람직하게는 대략 1초 미만의, 더욱 바람직하게는 대략 10 밀리초 내지 대략 500 밀리초의 가스 펄스를 제공한다. 이들 매우 짧은 펄스는 그 전후방에 급격한 파면을 갖는 매우 빠른 과도적인 가스의 방출을 제공한다. 적절한 펄스 밸브(202)로는 미국 뉴저지 레이크우드(Lakewood)에 소재하는 고이언 밸브사(Goyen Valve Corp.)가 시판하는 다이어프램 밸브와 같은 다이어프램 밸브가 있다. 어큐뮬레이터(204)는 일정 용랑의 재생 가능한 고압 가스를 펄스 밸브(202)에 공급한다.
펄스 밸브(202)는 어큐뮬레이터(204), 즉 즉각적인 가스의 이송을 위한 저장 용기에 연결되는 것이 바람직하다. 어큐뮬레이터(204)는 하나만 필요하지만, 필요에 따라서 복수 개의 어큐뮬레이터를 사용할 수 있다. 어큐뮬레이터(204)는 공급 튜브(210)를 통해 불활성 가스의 공급원에 연결된다. 적절한 불활성 가스는 수집되는 물질과 장치 내부를 흐르는 가스를 고려하여 선택될 수 있다. 일반적으로, Ar, He 및 N2가 대부분의 경우에 불활성 가스로서 적절하다.
어큐뮬레이터(204)는 매우 큰 공급 튜브 없이도 불활성 가스 공급원으로부터 급격한 가스 펄스를 제공한다. 고압에서 어큐뮬레이터(204)는, 저압에서 필터(104)의 용적과 원통형부(148)의 용적을 더한 용적을 차지하는 가스의 질랑보다 더 많은 질량을 수용하는 것이 바람직하다. 1-2개의 레이저 열분해 장치와 함께 사용되는 본 명세서에 기재된 특정 필터의 경우, 어큐뮬레이터는 대략 50 내지 대략 100 psi인 압력에서 600 입방 인치 크기의 용적을 갖는다. 튜브(206)는 펄스 밸브(202)로부터 가스 펄스를 필터(104)로 도입시킨다. 튜브(206)는 원통형부(148) 내의 짧은 거리에서 종결됨으로써 도입된 가스 펄스가 하단 캡(174)에 도달해서 필터(104)의 용적을 채우도록 하는 것이 바람직하다.
도 1, 도 3 및 도 4에 도시된 실시예에 따르면, 펄스 밸브(202)와 튜브(206)가 각 필터(104)와 관련되어 있다. 이의 대안으로 단일 펄스 밸브(202)를 사용할 수 있다. 이 실시예에 따르면, 상기 단일 펄스 밸브(202)는 단일 필터를 향해 가스를 각각 지향시키는 일조의 튜브로 연결되는 매니폴드에 연결된다. 필요하다면, 단일 밸브를 사용해서 매니폴드 중 일부에만, 또는 단일 튜브에만 가스가 흐르도록 할 수 있다.
제어기(208)는 배압 장치(110)의 작동을 제어한다. 특히, 제어기(208)는 펄스 밸브(202)가 펄스를 발생하도록 지시하는 신호를 펄스 밸브(202)에 제공한다. 제어기(208)는 배압 장치(110)의 다른 부품의 작동과 연관된 마이크로프로세서일 수 있다. 이의 대안으로서, 제어기(208)는 역분사 분진 수집기(reverse jet dust collector)의 펄스 밸브를 제어하는 데에 사용되는, 미국 뉴저지주 레이크우드 고이언 밸브사가 시판하는 제어기와 같은 프로그래밍 가능한 순차 타이머일 수 있다. 예를 들면, 상기 고이언 TB 타이머(Goyen TB Timer)는 1개 내지 10개의 펌프에 프로그래밍 가능한 출력 신호를 제공할 수 있다. 바람직한 펄싱 시퀀스(pulsing sequence)는 수집 챔버 내의 공기 흐름의 분열을 감소시키기 위해서 물리적으로 일정 간격을 두고 있는 필터의 연속적인 압력 펄스를 가능한 범위 내에서 포함한다. 도 7의 필터의 구성을 참고하면, 바람직한 펄싱 시퀀스는 중앙 필터가 펄스를 발생할 때를 제외하고는 인접 필터의 연속적인 펄싱을 포함하지 않는다.
필터(104)가 입자로 채워지면, 압력 게이지(156)[수집부(142)] 및 압력 게이지(158)[여과된 충만실(144)]에 의해 측정된 압력 간의 차이가 펌프의 효율이 저하함에 따라 증가한다. 따라서, 상기 압력차를 배압의 펄스율이 적절한지 여부를 평가하는 데에 사용할 수 있다. 필터에 충분한 주파수의 펄스가 제공되는 경우에는 압력차가 0 또는 작은 값이 된다. 펄스가 필터로부터 입자의 최대량을 제거하기에 불충분한 경우에는, 펄스율을 증가시키는 대신 펄스의 압력을 증가시킬 수 있다. 압력차가 필요 이상으로 큰 경우에는, 필터의 펄스율을 증가시킬 수 있다. 압력 차를 이용해서 펄스의 주파수를 특히 편리한 방식으로 실험적으로 조정할 수 있으나, 펄스 주파수를 실험적으로 조정하는 것은 입자 수집 장치의 작동을 다른 방식으로 관찰함으로써도 행할 수 있다.
입자 배출 밸브(112)는 조리개 밸브인 것이 바람직하다. 이 입자 배출 밸브(112)는 수동 작동 또는 자동 작동용으로 설계될 수 있다. 적절한 입자 배출 밸브(112)의 예로는 미국 펜실베니아주 브리스톨(Bristol)에 소재하는 케뮤텍사(Kemutec, Inc.)가 시판하는 뮤콘(MuconTM) 조리개 밸브가 있다. 핀치 밸브 및 게이트 밸브와 같은 다른 형태의 밸브도 입자 배출 밸브(112)로 사용할 수 있다.
입자 수집 장치의 위치를 조정하는 위치 조정 장치(114)는 챔버(102)를 지지하는 데에 사용되며, 또한 챔버(102)를 보수를 위해 위치시키는 데에, 그리고 입자공급원으로부터 연결 및/또는 분리시키는 데에 사용될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 있어서, 위치 조정 장치(114)는 브라켓(344, 346)에서 탱크(120)의 상부에 연결되는 수직 지지체(340, 342)와, 케이블(350)로 탱크(120)의 하부에 연결되는 수평 지지체(348)를 포함한다. 수직 지지체(340, 342)는 챔버(102)의 상부를 견고하게 지지한다. 탱크(120)의 하부를 케이블(350)로 지지하는 대신, 수동식 또는 동력식 잭이나 유압 리프트로 지지할 수 있다.
수평 지지체(348)는 챔버(102)의 하부의 위치를 변경하기 위해서 들어올리거나 내릴 수 있다. 특히, 연결구(132)가 분리된 경우에는, 탱크(120)의 상부가 수직 지지체(340, 342)에 의해 지지된 채로 탱크(120)의 하부가 상부에 대해 낮춰질 수 있다. 일반적으로, 탱크(120)의 바닥부를 낮추기 전에 입자 공급원을 유입구(152)에서 분리한다. 탱크(120)가 내부 접근용 문을 포함하는 경우에는, 상기 위치 조정 장치(114)를 상응하게 변형할 수 있다.
입자 수집 장치(100)의 작동 중에, 입자 배출 밸브(112)는 폐쇄되거나 저장/운반 장치와 연결되어 있다. 어떤 실시예에서는, 펌프(198)가 탱크(120) 및 입자 합성 장치 내에서 감소된 압력을 유지시킨다. 이 감소된 압력은 대략 700 Torr 미만인 것이 바람직하고, 대략 600 Torr 미만인 것이 더욱 바람직하다. 전술한 바와 같이 레이저 열분해 장치를 포함하는 입자 합성 장치의 경우에는, 상기 감소된 압력은 대략 80 Torr 내지 대략 500 Torr 인 것이 바람직하고, 대략 80 Torr 내지 대략 500 Torr 인 것이 더욱 바람직하다. 펌프(198)에 의해 생성된 가스의 흐름은 유입구(152)로부터 입자를 흡인하여 수집부(142)로부터 필터(104)롤 통해 여과된 충만실(144)로 가스가 흐르게 한다.
필터(104)에 주기적으로 펄스를 인가함으로써 수집된 입자를 제거하고 필터(104)를 통과하는 가스의 흐름을 유지시킨다. 필터(104)로부터 이탈된 입자는 중력에 의해 낙하하는데, 왜냐하면 한번 필터(104)에 축적된 입자는 더 이상 특별히 부력을 갖지 않기 때문이다. 깔때기부(122)가 이탈된 입자를 입자 배출 밸브(112)로 지향시키며, 입자 배출 밸브(112)가 개방되어 있는 경우에는 입자 배출 밸브(112)에서 입자가 탱크(120)를 탈출한다. 입자 배출 밸브(112)는 입자 수집 장치가 작동 중인 경우에는 개방된 상태를 유지할 수 있다. 입자 배출 밸브(112)의 근처에 저장/운반 장치를 고정함으로써 입자 배출 밸브(112)를 통해 주위 공기가 탱크(120) 내로 유입되지 않도록 할 수 있다. 상기 저장/운반 장치는 입자 배출 밸브(112)가 개방되었을 때 유사한 감소된 압력 하에서 작동한다.
B. 저장/운반 장치
저장/운반 장치는 저장 용기와, 이 저장 용기를 지지 및 운반하기 위한 다양한 부품 및/또는 운반 장치를 포함한다. 도 1, 도 2 및 도 5에 도시된 실시예에 따른 저장/운반 장치는 저장 용기(300)를 포함한다. 이 저장 용기(300)는 호스 클램프(304) 또는 다른 적절한 패스너로 입자 배출 밸브(112)로부터 연장되는 슬리브(302)에 부착될 수 있다.
도 7에 도시된 바람직한 실시예에 있어서, 저장 용기(300)는 가요성 목부(306)를 포함하며, 이 가요성 목부(306)는 제2 호스 클램프(308) 등으로 슬리브(302)에 부착시키기 위해 접을 수 있다. 저장 용기(300)를 분리하기 위해서는, 가요성 목부(306)가 늘어나서 청정한 폴리머 부분이 노출되도록 제2 호스 클램프(308)를 느슨하게 할 수 있다. 필요하다면, 가요성 목부(306)를 열밀봉구를 사용하여 밀봉할 수 있다. 가요성 목부(306)는 폴리에틸렌과 같은 열가소성 폴리머로 이루어지는 것이 바람직하다. 가요성 목부(306)는 열가소성 폴리머와 정렬되는 재사용 가능한 쉘로 덮일 수 있다.
슬리브(302)는 저장 용기(300)의 배치 및 제거를 용이하게 하는 튜브(310) 및 튜브(312)를 포함할 수 있다. 튜브(310)는 불활성 가스 공급원에 연결됨으로써, 입자 배출 밸브(112)가 폐쇄되었을 때 저장 용기(300) 내부가 불활성 가스로 채워져서 압력이 대략 1 기압이 되도록 한다. 튜브(312)는 진공에 연결됨으로써, 다른 종류의 저장 용기(300)를 배치한 후 입자 배출 밸브(112)를 개방하기 전에 저장 용기(300)가 탱크(120) 내의 압력과 대략 동일한 압력으로 되도록 배기시킨다. 또 다른 실시예에 있어서, 튜브(310) 및 튜브(312)를 단일 튜브로 대체해서 이 단일 튜브를 3방향 밸브 또는 매니폴드에 연결함으로써 불활성 가스 또는 진공에 선택적으로 연결할 수 있게 된다.
도 1, 도 2 및 도 5에 도시된 실시예에 있어서, 저장 용기(300)는 외골격 용기(320)에 의해 지지된다. 저장 용기(300)가 플라스틱 백인 경우에는, 외골격 용기(320)는 저장 용기(300)의 내부 압력 이하의 압력으로 배기된다. 외골격 용기(320)가 배기되면, 플라스틱 백이 팽창해서 입자를 담을 수 있게 된다. 외골격 용기(320)의 내부 압력은 저장 용기(300)를 전환함에 따라 적절히 조정할 수 있다.
저장 용기(300)는 입자 수집 장치(100)의 하부에 위치한다. 입자 수집 장치(100)와 입자 합성 장치의 상대적인 위치를 결정하고 난 후에, 저장 용기는 입자 합성 장치의 수준의 위 또는 아래에 배치하는 것이 바람직하다. 이는 저장 용기(300)를 지지하는 표면에 대해 입자 합성 장치의 수준을 적절히 선택함으로써 달성될 수 있다. 도 1, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 저장 용기(300)와 외골격 용기(320)는 입자 합성 장치, 즉 레이저 열분해 장치를 지지하는 표면 아래에 위치한다. 이 특정 실시예에서, 저장 용기(300) 및 외골격 용기(320)는 피트(pit)(322) 내에 위치한다. 피트(322) 내에서, 외골격 용기(320)는 그것을 표면(326)으로 들어올리는 것을 용이하게 하는 전기 가위 리프트 카트(electric scissor lift cart)(324) 위에 배치될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 의하면, 상기 전기 가위 리프트 카트(324)는 편평한 레일(334)과 V자형 안내 레일(336) 위를 달리는 휠(332)을 갖는다. 이의 대안으로서, 피트 커버(338)를 사용하여 탱크(120)에 의해 차단되지 않는 피트(322) 부분을 차폐 및 노출시킴으로써 전기 가위 리프트 카트(324)를 가위 리프트(340)로 들어올릴 수 있게 된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 피트 커버(338)는 도시된 경로를 따라 피봇된다.
저장 용기(300)가 충분히 채워지면, 입자 배출 밸브(112)를 폐쇄할 수 있다. 입자 배출 밸브(112)가 폐쇄되면 저장 용기(300)는 필요에 따라 튜브(310)로부터 불활성 가스를 사용하여 대략 대기압으로 유도할 수 있다. 다음으로, 저장 용기(300)를 분리하고 제거할 수 있다. 저장 용기(300)가 폴리머 백인 경우에는, 이 폴리머 백을 전술한 바와 같이 밀봉할 수 있다. 충분히 채워진 저장 용기(300)를 제거하고 나면, 다른 저장 용기를 입자 배출 밸브(112) 근처에 고정시킬 수 있다. 다른 저장 용기(300)를 배치하고 나면, 입자 배출 밸브(112)를 다시 개방할 수 있다. 재배치된 저장 용기는 입자 배출 밸브(112)를 재개방하기 전에 배기할 수 있다.
입자 배출 밸브(112)가 폐쇄되면, 입자가 깔때기부(122)에 축적된다. 저장 용기(300)를 다른 저장 용기로 교체하는 작업은 깔때기부(122)가 입자로 가득 찰 정도로 오랜 기간 동안 지속하지 않는 것이 바람직하다. 입자 배출 밸브(112)를 재개방한 후에는, 깔때기부(122)에 축적된 입자가 저장 용기(300)로 떨어지게 된다. 입자 배출 밸브(112)의 재개방 및/또는 입자 수집 장치(100)의 작동 중 다른 시기 후에, 깔때기부(122)로부터 입자 배출 밸브(112)로의 입자의 이동이 촉진되도록 음향 또는 진동 셰이커(118)를 사용할 수 있다. 이 절차 후에, 입자 수집 장치(100)를 연속적으로 작동시켜 입자를 수집함으로써 많은 저장 용기(300)를 채우게 된다.
마지막으로, 필터(104)가 열화되어 입자의 포획 능력이 부적절해지고, 그리고/또는 원하는 탱크(120) 내의 압력을 유지하기가 어려워질 수 있다. 이러한 현상이 발생하면, 입자 수집 장치(100)의 운전을 정지하고 필터(104)를 교체한다. 다른 보수 작업을 위해서도 입자 수집 장치(100)의 운전을 정지할 수 있다.
도 8에 도시된 또 다른 실시예에 의하면, 저장/운반 장치(350)는 이송 튜브(352)와, 컨베이어(354)와, 선택적인 말단 밸브(356)와, 종착 지역(358)을 포함한다. 이송 튜브(352)는 수집된 입자가 이송 튜브(352)로 유입되도록 입자 수집 장치에 연결된다.
이송 튜브(352)으로부터의 입자는 컨베이어(354)에 도달한다. 컨베이어(354)는 저장/운반 장치(350) 내의 압력을 크게 변화시키지 않는 한 다양하게 설계될 수 있다. 예를 들면, 컨베이어(354)는 컨베이어 벨트, 연동 펌프 또는 도 8에 도시된 바와 같은 스크류 컨베이어가 될 수 있다. 컨베이어(354)는 입자 수집 장치 내의 압력을 크게 변화시키지 않으면서 수집된 입자를 종착 지역(358)으로 이동시킨다.
말단 필터(356)는 필요에 따라 입자 배출 밸브(112)와 함께, 또는 이를 대신하여 사용될 수 있다. 종착 지역(358)은 저장 용기나, 입자를 추가적으로 처리하기 위한 장치가 될 수 있다.
작동 중에 입자는 컨베이어(354)로 지향되며, 이 컨베이어(354)는 입자를 입자 수집 장치(100)까지 일정 거리를 이동시킨다. 입자 수집 장치가 감소된 압력 하에서 작동하는 경우에는 입자가 일정 지점에서 대기압으로 유도된다. 따라서, 입자 배출 밸브(112) 또는 말단 밸브(356)는 장치의 하류 부분의 압력을 증가시키는 에어 로크의 역할을 할 수 있다. 이의 대안으로서, 종착 지역(358)이 추가적인 처리 장치이고, 이 추가 처리 장치가 입자 수집 장치(100) 내의 압력과 거의 동일한 압력에서 작동하는 경우에는, 압력 상승을 위한 에어 로크는 종착 지역(358)을 벗어난 입자 흐름 내에 위치할 수 있다.
C. 입자 합성 장치
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 탱크(120)의 유입구(152)는 수집될 입자를 포함하는 입력 유체의 흐름을 수용한다. 본 발명에 따른 입자 수집 장치는 입자 합성 장치로부터의 유체 흐름에서 입자를 수집하는 데에 사용될 수 있다. 다양한 입자 합성 장치가 본 발명에 따른 입자 수집 장치와 함께 사용될 수 있다. 예를 들면, 입자 합성 장치는 헬블(Helble) 등에게 허여된 "나노 규모의 세라믹 입자의 생성 장치(Apparatus for Producing Nanoscale Ceramic Particles)"라는 제목의 미국 특허 제5,447,708호에 기재되어 있는 장치와 같은 화염 생성 장치일 수 있으며, 이 특허의 내용을 본 명세서에 참고로 인용한다. 이의 대안으로, 입자 생성 장치는 이노우에(Inoue) 등에게 허여된 "산화 금속의 극미세 구형 입자 및 그 제조 방법(Ultrafine Spherical Particles of Metal Oxide and a Method for the Production Thereof)"라는 제목의 미국 특허 제4,842,832호에 기재되어 있는 장치와 같은 열반응 챔버가 될 수 있으며, 이 특허의 내용을 본 명세서에 참고로 인용한다.
바람직한 입자 생성 장치는 레이저 열분해를 기초로 한다. 고생산률의 레이저 열분해 장치의 하나가 1997년 2월 28일에 공동 출원되었고 공동으로 양도된 "화학적 반응에 의한 효율적인 입자 생성 방법(Efficient Production of Particles by Chemical Reaction)"이라는 제목의 미국 특허 출원 제08/808,850호에 기재되어 있으며, 이 특허의 내용을 본 명세서에 참고로 인용한다. 레이저 열분해 장치는 평균 직경이 대략 1000 nm 미만인 입자의 생성에 특히 적합하다.
레이저 열분해 장치(400)의 바람직한 실시예가 도 9에 도시되어 있다. 반응 물질 유입구(402)가 반응 챔버(404)의 바닥에 위치한다. 반응 챔버(404)는 한 방향의 치수가 길게 형성되어 있다. 레이저 빔 경로(406)가 창을 통해서 반응 챔버에 도입되며, 반응 챔버의 길이 방향을 가로 질러서 빔 덤프(beam dump)(408)에서 종결된다. 작동 중에, 레이저 빔은 반응 물질 유입구에 의해 발생된 반응물의 흐름과 교차한다. 반응 챔버(404)의 상부는 유출 덕트(410)로 개방된다. 이 유출 덕트(410)는 생성 입자를 반응물의 흐름의 평면으로부터 유출 포트(412)로 운반한다. 이 유출 포트(412)는 입자 수집 장치(100)의 유입구(154)와의 연결을 위해 플랜지(414) 등을 포함한다. 도 1 및 도 2에는 입자 수집 장치(100)에 연결되어 있는 레이저 열분해 장치(400)가 도시되어 있다. 레이저(420)의 위치가 도 2에 개략적으로 도시되어 있으며, 레이저(420)는 적외선 레이저인 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 입자 수집 장치는 제1 레이저 열분해 장치(400)와 대향해서 가상선으로 도시되어 있는 제2 레이저 열분해 장치에 선택적으로 부착될 수 있도록 구성되어 있다. 필요에 따라, 입자 수집 장치(100)를 3개 이상의 입자 합성 장치에 부착되도록 구성할 수 있다.
전술한 실시예들은 예시하기 위한 것일 뿐 제한하려는 목적이 아니다. 추가적인 실시예가 하기의 청구 범위의 범위 내에 포함된다. 비록 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 형태와 세부 사항에 변화를 가할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (20)

  1. 입자 합성 장치와 입자 수집 장치를 포함하는 입자 생성 장치로서,
    상기 입자 합성 장치는 주위 대기로부터 고립된 반응 챔버를 포함하며, 이 반응 챔버는 반응물을 상기 반응 챔버 내로 공급하는 반응물 유입구와, 생성 입자가 상기 반응 챔버를 탈출하는 생성물 유출구를 구비하고,
    상기 입자 수집 장치는 유입구와, 가스 유출구와, 입자 배출구를 갖는 챔버와, 이 챔버 내에 위치해서 상기 유입구로부터 상기 가스 유출구로의 흐름 경로를 차단하고, 분리된 입자가 상기 입자 배출구로 흐르도록 하는 필터와, 이 필터에 힘을 인가해서 입자가 상기 필터로부터 분리되도록 하는 입자 제거 장치를 포함하며,
    상기 입자 합성 장치의 생성물 유출구는 상기 입자 수집 장치의 유입구와 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 입자 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입자 합성 장치는 적외선 레이저를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 생성 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반응 챔버는 레이저로부터의 빔과 교차하는 반응물의 흐름을 생성하는 반응물 유입구를 포함하는 것을 특징을 하는 입자 생성 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 입자 수집 장치의 챔버 내의 압력은 대략 700 Torr 미만인 것을 특징으로 하는 입자 생성 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 입자 수집 장치의 챔버 내의 압력은 대략 80 Torr 내지 대략 500 Torr인 것을 특징으로 하는 입자 생성 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 입자 제거 장치는 상기 유입구로부터 상기 가스 유출구로의 흐름에 대항해서 상기 필터에 일정량의 가스를 인가하는 배압 장치를 포함하는 것을 특징을 하는 입자 생성 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 챔버 내에 복수 개의 추가적인 필터를 포함하며, 이들 추가적인 필터는 상기 유입구로부터 상기 가스 유출구로의 흐름을 차단하고, 상기 추가적인 필터로부터 분리된 입자는 상기 입자 배출구로 흐르는 것을 특징으로 하는 입자 생성 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 배압 장치는 상기 복수 개의 추가적인 필터 중 일부 필터에 대항하는 가스 펄스를 생성하는 밸브를 조작하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 생성 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 배압 장치는 펄스 밸브를 포함하는 것을 특징을 하는 입자 생성 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 펄스 밸브는 다이어프램 밸브를 포함하느 것을 특징으로 하는 입자 생성 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 펄스 밸브는 대략 10 밀리초 내지 대략 500 밀리초 동안 가스 펄스를 공급하는 것을 특징으로 하는 입자 생성 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 입자 수집 장치의 가스 유출구에 연결된 펌프를 추가로 포함하는 것을 특징을 하는 입자 생성 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 입자 합성 장치는 평균 직경이 대략 1000 nm 미만인 입자를 생성하는 것을 특징으로 하는 입자 생성 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 입자 제거 장치는 상기 필터에 힘을 인가하는 기계적 진동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 생성 장치.
  15. 유입구와, 가스 유출구와, 입자 배출구를 포함하고, 내부 압력이 대략 700 Torr 미만인 챔버와,
    이 챔버 내에 위치해서 상기 유입구로부터 상기 가스 유출구로의 흐름 경로를 차단하고, 분리된 입자가 상기 입자 배출구로 흐르도록 하는 필터와,
    이 필터에 힘을 인가해서 입자가 상기 필터로부터 분리되도록 하는 입자 제거 장치
    를 포함하는 입자 수집 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 챔버의 내부 압력은 대략 500 Torr 미만인 것을 특징으로 하는 입자 수집 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 챔버 내에 복수 개의 추가적인 필터를 포함하며, 이들 추가적인 필터는 상기 유입구로부터 상기 가스 유출구로의 흐름을 차단하고 상기 추가적인 필터로부터 분리된 입자는 상기 입자 배출구로 흐르는 것을 특징으로 하는 입자 수집 장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 입자 제거 장치는 상기 유입구로부터 상기 가스 유출구로의 흐름에 대항해서 상기 필터에 일정량의 가스를 인가하는 배압 장치를 포함하는 것을 특징을 하는 입자 수집 장치.
  19. 챔버와, 이 챔버 내에 위치하는 필터와, 이 필터로부터 입자를 분리시키기 위해 상기 필터에 가스 펄스를 인가하는 배압 장치를 포함하는 입자 수집 장치를 사용하여 가스 흐름으로부터 입자를 수집하는 방법으로서,
    상기 챔버 내에 대략 700 Torr 미만의 압력을 발생시키는 공정과,
    상기 챔버 내의 압력이 대략 700 Torr 미만으로 유지되도록 상기 챔버 내로 입자를 포함하는 가스의 흐름을 유입시키는 공정과,
    상기 가스의 흐름으로부터 입자를 수집하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 수집 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 챔버 내로 유입되는 가스의 흐름은 주위 대기로부터 고립된 입자 생성 장치로부터 도입되는 것을 특징으로 하는 입자 수집 방법.
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