JP6725540B2 - 凝縮粒子カウンタの偽カウント性能 - Google Patents

Description

優先権主張
本出願は、参照により全体として本明細書に組み入れられる2015年2月23日に出願された米国特許仮出願第62/119,558号の優先権の恩典を主張する。

背景
凝縮粒子カウンタ（CPC）は、作動流体を成長管またはウィックの外に抜くための様々な機構を有する。大部分の最新のCPCは、重力に依存して作動流体を抜く。しかし、試料体積流量が増すと、流路の中へと抜ける任意の作動流体は、泡を形成する傾向を示し、その後、その泡は、CPC内の光センサによって検出される大きな粒子へと成長する。これらのカウントはCPCの内部で生成され、モニタされる環境からの本物の粒子によって生じるものではないため、内部的に生成されたカウントは「偽粒子カウント」とみなされ、粒子カウンタがHEPAろ過された清浄な空気をサンプリングしているときでさえ起こる。CPCの性能は、指定された期間中の偽カウントの数によって評価される。たとえば、半導体クリーンルームは偽カウントが毎時6未満であることが求められ得る。その結果、計器は一般に、偽カウントの数が少なければ少ないほどよい。

開示される主題は、CPCにおける偽粒子カウントを減らすまたはなくすための技術および設計を開示する。
[本発明1001]
1つまたは複数のウィックに水を送る工程；
該1つまたは複数のウィックに送られた水の過剰量を感知する工程；
該過剰量の水を捕集貯水槽に捕集する工程；および
該捕集貯水槽から該過剰量の水を抜く工程
を含む、水ベースの凝縮粒子カウンタ（CPC）における偽粒子カウントを減らす方法。
[本発明1002]
過剰量の水を抜くために、排気ポートを通して一定の気流を引き抜く工程をさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1003]
ドレインが所定のレベルまで水で満たされたときを検出する工程をさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1004]
過剰水量をポンピングすることによって該過剰水量を抜く工程をさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1005]
偽粒子カウントをさらに減らすためにデジタルフィルタを適用する工程をさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1006]
検出された粒子カウントをルックアップテーブルと比較して偽粒子カウントを差し引く工程をさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1007]
公知の偽粒子によって生成された検出シグナルのシグネチャを記憶させることによってルックアップテーブルを構築する工程をさらに含む、本発明1006の方法。
[本発明1008]
試料フローポンプに結合されるように構成されたエーロゾル試料入口；
該エーロゾル試料入口および該試料フローポンプと流体連絡し、かつそれらの間に配置された、エーロゾル流路；
該エーロゾル流路の少なくとも一部を形成する多孔媒体をそれぞれが含む、水を受けるための複数のウィック；
該複数のウィックから過剰量の水を捕集するための捕集貯水槽；ならびに
該複数のウィック中の該過剰量の水に対応するシグナルを提供するためのセンサ
を含む、水ベースの凝縮粒子カウンタ（CPC）における偽粒子カウントを減らすためのシステム。
[本発明1009]
過剰な水を除去するために捕集貯水槽に結合された水抜きポートをさらに含む、本発明1008のシステム。
[本発明1010]
複数のウィックがCPCのエンドユーザによって現場交換可能である、本発明1008のシステム。
[本発明1011]
センサが、捕集貯水槽が所定のレベルまで水で満たされたときを検出するためのものである、本発明1008のシステム。
[本発明1012]
偽粒子カウントをさらに減らすためのデジタルフィルタをさらに含む、本発明1008のシステム。
[本発明1013]
デジタルフィルタが、検出された粒子カウントをルックアップテーブルと比較して偽粒子カウントを差し引くためのものである、本発明1012のシステム。
[本発明1014]
ルックアップテーブルが、公知の偽粒子によって生成された検出シグナルの複数の記憶されたシグネチャを含む、本発明1013のシステム。
[本発明1015]
複数のウィックが、該複数のウィック内のバクテリア増殖を減らすまたは防ぐために銀含浸されている、本発明1008のシステム。
[本発明1016]
複数のウィックが、該複数のウィック内のバクテリア増殖を減らすまたは防ぐためにバイオインヒビタで処理されている、本発明1008のシステム。
[本発明1017]
複数のウィックを取り付けるための取り外し可能なウィックカートリッジをさらに含み、該取り外し可能なウィックカートリッジが、様々なレベルの相対湿度からの影響を減らすまたはなくすために加熱され、それにより高レベルの相対湿度による泡または空の水滴を減らすまたはなくすように構成されている、本発明1008のシステム。
[本発明1018]
試料フローポンプに結合されるように構成されたエーロゾル試料入口；
該エーロゾル試料入口および該試料フローポンプと流体連絡し、かつそれらの間に配置された、エーロゾル流路；
水を受けるための単一のウィックであって、その中に形成された複数のエーロゾル流路を有する多孔媒体であり、該エーロゾル流路の少なくとも一部を形成する、水を受けるための単一のウィック；ならびに
該単一のウィックから過剰量の水を捕集するための捕集貯水槽
を含む、水ベースの凝縮粒子カウンタ（CPC）における偽粒子カウントを減らすためのシステム。
[本発明1019]
過剰量の水が単一のウィックに送られたかどうかを決定するためのセンサをさらに含む、本発明1018のシステム。
[本発明1020]
センサが、水センサ、温度感知装置、および湿度感知装置を含む様々なタイプのセンサから選択される1つまたは複数のセンサを含み、該センサは、単一のウィックに送られる水の供給を止めるためのシグナルを生成するように構成されている、本発明1019のシステム。

水ベースの凝縮粒子カウンタ（CPC）の略断面図を示す。 本明細書に開示される偽粒子カウント減少態様の多くを組み込む水ベースCPCの断面を示す。 図2Aの断面A−Aから見た水ベースCPCの断面を示す。 図2Aの断面B−Bから見た水ベースCPCの断面を示す。 図3Aは、図2Cの試料入口／ウィックカートリッジ組み合わせ部分およびドレインサイドカー部分の態様の等角図を示す。図3Bは、図2Cおよび3Aの態様のドレインサイドカー部分の詳細図を示す。 図4A〜Cは、図2Aおよび2Bのウィックスタンドの例示的態様の様々な図を示す。 図4A〜Cは、図2Aおよび2Bのウィックスタンドの例示的態様の様々な図を示す。 図4A〜Cは、図2Aおよび2Bのウィックスタンドの例示的態様の様々な図を示す。

詳細な説明
以下に続く詳細な説明は、開示される主題を具現化する実例、装置および機器を含む。以下の詳細な説明においては、説明のために、本発明主題の様々な態様の理解を提供するために数多くの具体的な詳細が記載される。しかし、当業者には、そのような具体的な詳細なしでも本発明主題の様々な態様を実施し得ることが明白であろう。さらに、様々な例示される態様を不明瞭としないよう、周知の構造、材料および技術は詳細には示していない。

本明細書の中で使用される用語「または」は、包括的な意味または排他的な意味に解釈されうる。加えて、以下に記す様々な例示的態様は、空の水滴または泡が本物の粒子としてカウントされることをなくすことによって偽粒子カウントを減らすための特定の方法に焦点を置くが、他の態様は電子的ろ過技術を考慮する。しかし、これらの技術のいずれも、単一の技術として粒子カウントを減らすまたはなくすことに適用される必要はない。本明細書に提供される開示を読み、理解すると、当業者は、技術および例の様々な組み合わせをすべて直列的に、または様々な組み合わせで適用し得ることを容易に理解するであろう。主題への導入として、いくつかの態様を以下の段落において簡単かつ一般的に説明したのち、図面を参照しながら、より詳細な説明を続ける。

同時代の水ベースの凝縮粒子カウンタ（CPC）で報告されるカウント率は一般に、偽粒子カウント率のせいでクリーンルーム用途には受け入れられない。現在のクリーンルーム要件（たとえば半導体産業における）は、毎時6未満の厳密な偽カウント率を規定している。本明細書に開示される様々な態様は、水泡または空の水滴（たとえば、核形成点として働く本物の粒子を含有しない検出された「粒子」）によって生じる偽カウントを減らすまたはなくすために具体的に開発された技術および設計を含む。様々な態様が別々に記載されるが、そのような別々の態様は、独立した技術または設計とみなされることを意図したものではない。上記のように、様々な部分のそれぞれが相互に関連してもよく、それぞれが、別個に使用されてもよいし、または本明細書に記載される他の偽カウント粒子減少技術と組み合わせて使用されてもよい。

以下の詳細な説明においては、偽粒子減少技術の一部を形成し、具体的な態様が実例として示されている添付図面を参照する。本開示の範囲を逸脱することなく、他の態様が利用されてもよく、たとえば、様々な熱力学的、電気的または物理的変更が加えられてもよい。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味ではなく、例示的な意味で受け取られなければならない。

一般に、凝縮粒子カウンタ（凝縮核カウンタとも知られる）は、モニタされる環境中の、従来の検出技術（たとえば、光学粒子カウンタ中のレーザビームの光散乱）によって検出されるのに十分な光を散乱させるには小さすぎる粒子を検出するために使用される。小さな粒子は、粒子上で生じる凝縮により、より大きな粒径に成長する。すなわち、各粒子が作動流体のための核形成点として働き、計器の作動流体によって生成される蒸気が粒子上に凝縮して粒子をより大きくする。粒子上への作動流体蒸気の凝縮による粒子の成長を達成したのち、CPCは、個々の小滴がレーザビームの焦点（または線）を通過して、散乱光の形態で閃光を発生させるという点で、光学粒子カウンタと同様に機能する。各閃光が1つの粒子としてカウントされる。凝縮粒子カウンタの科学および計測の複雑さが、蒸気を粒子上に凝縮させるための技術とともに存在する。粒子を包囲する蒸気が特定の過飽和度に達すると、蒸気は粒子上に凝縮し始める。過飽和の大きさがCPCの検出可能最小粒径を決定する。一般に、計器内の過飽和プロファイルは厳しく制御される。

凝縮成長を生じさせるために使用することができる方法がいくつかあるが、もっとも広く使用されている技術は連続層流法である。連続層流CPCは、他のタイプのCPCよりも正確な温度制御を有し、乱流（混合流）を使用する計器よりも粒子損失が少ない。層流CPCにおいて、試料は蒸気で飽和しているコンディショナ領域に連続的に通され、試料は熱平衡に至らせられる。次に、試料は、凝縮が起こる領域に引き込まれる。対照的に、アルコール（たとえばイソプロパノールまたはブタノール）ベースCPCにおいては、コンディショナ領域は温かい温度にあり、凝縮領域（飽和器）は相対的に冷たい。水は非常に高い蒸気拡散率を有し、したがって、冷たい凝縮領域を有する層流水ベースCPCは熱力学的には作動しない。層流水ベースCPCにおいて、コンディショナ領域は冷たく、凝縮領域は相対的に温かい。

水ベースCPCは、アルコールベースCPCに対して明らかな一連の利点を有する。水は非毒性であり、環境にやさしく、調達しやすい。しかし、水はまた、いくつかの欠点を有する。一般に、水の液体純度は、化学薬品メーカから購入されるアルコールの場合ほど厳しく制御されない。水中の不純物が「ウィック」（以下に説明する）中に蓄積し、最終的に、ウィック材料を無効にし得る。この不純物の影響に対するために、蒸留水または高純度水がしばしば利用される。加えて、ウィックは、多くの場合、エンドユーザによって現場交換可能である。きわめて低い粒子カウントが存在することが期待されるいくつかの環境（たとえば半導体製造施設）において、エンドユーザは、順相液クロマトグラフィー（NPLC）における使用のために特別に調製され、パッケージングされた水を使用し得る。NPLC水は、多くの場合たとえば0.2マイクロメートル（μm）フィルタに通してろ過され、溶剤洗浄された琥珀色ガラスボトルにパッケージングされ、窒素のような不活性雰囲気下に密封された、紫外線（UV）吸光度が低い超純水である。NPLC水の使用は、水中に通常に存在し得る混在物質（たとえばイオン、粒子またはバクテリア）からの偽粒子カウントを減らす、またはなくすのに役立つことができる。

まず図1を参照すると、水ベースの凝縮粒子カウンタ（CPC）100の略断面図が示されている。水ベースCPC100は、所与の環境（たとえば半導体製造施設）内の粒子濃度レベルをモニタするために使用される。水ベースCPCの動作を支配する熱力学的考慮は当技術分野において公知であり、したがって、本明細書の中で有意に詳細には説明しない。

水ベースCPC100は、エーロゾル試料流103を多孔媒体109に通して送る流路101を含むように示されている。多孔媒体109はウィックとも呼ばれ、1つまたは複数の様々なタイプの親水性材料を含み得る。多孔媒体109は、試料入口から光学粒子検出器115（以下さらに詳細に説明する）またはその近くまで連続的な材料を含み得る。あるいはまた、多孔媒体109は、エーロゾル試料流103の経路に沿って異なる区分または部分を含んでもよい。

この態様において、多孔媒体109は、注水ボトル111から2つの給水経路113に沿って液体水を供給される。水ベースCPC100の具体的な設計に依存して、給水経路113の数は、1つに減らされてもよいし、または増やされてもよい。給水経路113の実際の数のそのような決定は、当業者により、エーロゾル流量、システムの熱力学および水ベースCPC100の他の考慮に基づいて決定され得る。第一の給水経路113（試料入口にもっとも近い）が水ベースCPC100の冷却コンディショナ部分150の直前で多孔媒体109に水を供給する。第一の給水経路の下流の第二の給水経路113が、水ベースCPC100の加熱成長部分170の直前でさらなる水を供給する。図1に示すように、試料入口からの小さめの粒子が、粒子への水蒸気の凝縮により、粒径において「成長」している。大きな粒子は、小さな粒子とは異なる、小さな粒子よりも概して大きい散乱シグネチャを有する。その結果、凝縮層を有するより大きな粒子105は、今や、光学粒子検出器115により、試料入口から入る小さめの粒子よりも容易に検出される。

たとえば、エーロゾルストリームを含む流路中のより大きい粒子105は、光源117、典型的には固体レーザダイオードによって放出される光線121の「焦点」を横切る。焦点は、光源117から出力された光を（たとえば光線およびエーロゾル流路の両方向に対して概して垂直である回折限界点または線に）集束させる光学素子119によって形成される。より大きい粒子105それぞれによって個々に生成される散乱放射線123が、光学検出器125によって感知される。より大きな粒子105は、光学粒子検出器115の外に進み、フィルタ129によって捕獲されるか、または水分離器143の中に進むかのいずれかである。定期的または連続的に、水分離器143はドレインポンプ145によって水を抜かれ、抜かれた水は排水口147に送られる。

流路101を通過する全エーロゾル流は試料フローポンプ127によって維持される。図1に示す態様において、エーロゾル流量は臨界オリフィス131によって維持される。他の態様においては、標準オリフィスまたは他のタイプの流量制御機構を用い得る。臨界オリフィスは、オリフィスをはさんで十分な圧力差が維持されるならば、一定の流量を維持することができるため、ガス流サンプリング計器においてしばしば使用される。試料フローポンプ127は、水ベースCPC100の内部にあるポンプであってもよいし、または外部接続ポンプであってもよい。いくつかの態様において、水ベースCPC100は、施設内に配管された真空供給源（たとえば、半導体製造施設の真空供給源）に直接接続されてもよい。ポンプ排気141は、モニタされる環境の汚染レベルを上げないよう、周囲空気への放出の前にろ過される。

試料フローポンプ127はまた、試料入口から、トランスポートフローフィルタ135、第二の臨界オリフィス137および任意選択のトランスポートフロー弁139を含む二次ガス流路を通過する流れを提供し得る。任意選択のトランスポートフロー弁139は、第二の臨界オリフィスをはさんでの圧力差が一定の圧を維持するのに十分ではない場合に全ガス流を減らすために使用され得る。

次に図2Aを参照すると、水ベースCPC200の断面が示され、これは本明細書に開示される偽粒子カウント減少態様の多くを組み込んでいる。水ベースCPC200のさらなる詳細は、以下、図2B（断面線A−Aによって示す）および図2C（断面線B−Bによって示す）を参照して説明する。水ベースCPC200は、基本動作において図1の水ベースCPC100と同様に機能する。加えて、水ベースCPC200は、エンドユーザによって容易に取り外し可能であるように構成され得る取り外し可能なウィックカートリッジ201を含むように示されている。取り外し可能なウィックカートリッジ201は、取り外し可能なウィックカートリッジ201の上に取り付けられるウィックスタンド203と、円錐形区分205とを含む。取り外し可能なウィックカートリッジ201に隣接してドレインサイドカー207があり、ドレインサイドカーは、その中に形成されたドレイン貯水槽209を有する。

試料入口（以下、図2Bを参照してさらに詳細に示し、説明する）が取り外し可能なウィックカートリッジ201の下縁の近くに位置している。試料入口を通って到着するエーロゾルストリーム中に含まれる粒子は、1つまたは複数のウィック211を通って流路213を横切る。図2A〜4Cによって示される様々な図においては、3つのウィックを使用して流路213を形成している。しかし、この数は、1つまたは複数の流路213を通してエーロゾルストリームの層流を維持するのに十分に低いレイノルズ数の維持に関連する要因に依存して、変更されてもよい。そのような要因は当業者に公知であり、エーロゾルストリーム中の流体の平均速度および密度に基づくエーロゾル流の慣性力と粘性力との比率ならびに流体の動的粘度および動粘度ならびにウィックの内部断面に関する特徴的な線寸法を決定することを含む。加えて、中に形成された（たとえば経路を穿孔することによって）複数の経路を有する単一のウィックが使用されてもよい。

ウィックスタンド203は、入ってくるエーロゾルストリームを分割し、ウィックの数に等しい数の出口経路を含む。図2Aによって示される態様において、ウィックスタンド203は3つの出口経路を有する。図4A〜4Cを参照してさらに詳細に説明するように、ウィックスタンドはまた、物理的な機械的インタフェースを提供し、そのインタフェースにウィック211が取り付けられる。1つより多いウィックが使用される場合、粒子検出チャンバ219の直前で、フロージョイナ215が3つのエーロゾルストリームからの粒子を1つのエーロゾルストリームへとまとめる。粒子検出チャンバは図1の光学粒子検出器115に類似し得る。

以下さらに詳細に説明するように、1つまたは複数の冷却ファン223が、水ベースCPC200内でたとえば1つまたは複数の回路板221ならびに加熱素子および熱電装置によって生成される任意の過剰熱を減らす、またはなくす。

図1のCPCを参照して説明した基本的な熱力学的原理と同様に、図2Aの水ベースCPC200は、コンディショナ部分220、イニシエータ部分240およびモデレータ部分260を示す。コンディショナ部分220は、エーロゾルストリーム中の粒子上に凝縮物を形成するプロセスを開始するために冷却される。イニシエータ部分240は、加熱され、かつ水ベースCPC200の、凝縮物が個々の粒子それぞれ上に形成される部分である。モデレータ部分260は、粒子検出チャンバ219に入る湿った空気が減る、またはなくなるよう、イニシエータ部分240に対して十分に冷却される。注水ボトル217が、粒子上に凝縮するための水蒸気を流路213中に提供するためにウィック211を水和状態に維持するための清浄な水（たとえばNPLC、他の超純水または蒸留水）の貯水槽を提供する。しかし、過剰量の水またはあまりに急速にウィック211に提供される水（たとえば、「スパート」状態で供給されるとき）は、水泡または任意の粒子を含有しない空の小滴のいずれかの形成に寄与しうる。これらの状態はいずれも偽粒子カウントの増加を招きうる。

1つの態様において、注水ボトル217からの水は重力フィード（gravity feed）によってウィック211に供給される。もう1つの態様において、注水ボトル217からの水は水ポンプによって定期的にウィック211に供給される（以下、図2Bを参照して説明する）。もう1つの態様において、注水ボトル217からの水は、シリンジインジェクション構造（詳細には示さないが、当業者によって理解される）によって連続的または定期的のいずれかにウィック211に供給される。もう1つの態様において、注水ボトルは、わずかに加圧されてもよいし、またはある種のシリンジインジェクションシステムとして働くための空気圧もしくは水圧ラムシステムによって駆動されてもよい。もう1つの態様において、注水ボトル217からの水は、水ポンプまたはシリンジインジェクションシステムの1つのタイプのいずれかからパルセーションダンパ（たとえば、水の体積流量の急増を減らす、またはなくすように設計された貯水槽）を介して定期的にウィック211に供給される。水を連続的（たとえばシリンジインジェクションによって）または定期的（たとえばパルセーションダンパ機構を利用して）のいずれかで供給することにより、ウィックへの短期間にわたる過剰水を減らす、またはなくす。様々な態様においては、バクテリア増殖を防ぐために過酸化水素を注水ボトル217に加えてもよい。様々な態様においては、注水ボトルに加えられる過酸化水素とは別に、またはそれと組み合わせてのいずれかで、ウィックの銀含浸または他のバイオインヒビタを用いてもよい。エーロゾルストリーム中の粒子と同じく、水中に生じるバクテリアは、流路213中で核形成点の基になりうる。すると、粒子検出チャンバ219に流れ込むバクテリア上の凝縮水は粒子としてカウントされる。したがって、バクテリアもまた、CPCの偽粒子カウントを増加させうる。

次に図2Bを参照すると、図2Aの断面A−Aから見た水ベースCPC200の断面230が示されている。断面230は、試料入口231および上記図2Aを参照して説明したフロースプリッタ構造233の両方をより明確に示す。断面230はまた、コンディショナ部分220およびモデレータ部分260それぞれに熱的に結合された熱電装置235と、イニシエータ部分240に熱的に結合された加熱素子237と、冷却ファン223と熱的に連絡したヒートシンク239とを含むように示されている。また、二次回路板241および複数の水ポンプ243が示されている。

続けて図2Bを参照すると、取り外し可能なウィックカートリッジ201の円錐形区分205がフロースプリッタ構造と熱接触している。様々な態様において、円錐形区分205は、モニタされる環境の相対湿度の差を補償するために加熱されてもよい。具体的には示されないが、周囲温度および露点温度は適切な温度計測装置によって測定され得る。代替的または追加的に、湿度センサを使用して、モニタされる環境の相対湿度を測定してもよい。様々な他の態様においては、入口および出口両方の露点をモニタし得る。すべての場合において、円錐区分205の加熱が、相対湿度レベルの上昇のせいで泡または空の水滴を形成させる、様々なレベルの相対湿度からの影響を減らし、またはなくし得る。

図2Cを参照すると、図2Aの断面B−Bから見た水ベースCPC200の断面250が示されている。断面250は、試料入口／ウィックカートリッジ組み合わせ部分280の例示的位置およびドレインサイドカー207部分の詳細図290を示す。しかし、これらの部分は、水ベースCPC200に関して他の区域に位置していてもよい。図示する例示的位置は、単に、開示される主題の理解を容易にするために提供されている。試料入口／ウィックカートリッジ組み合わせ部分280およびドレインサイドカー207部分の詳細図290それぞれは、先に図2Aを参照して簡単に説明されている。

図3Aは、試料入口／ウィックカートリッジ組み合わせ部分280の等角図を示し、図3Bは、ドレインサイドカー207部分の詳細図290を示す。図示するように、ウィック211が、ウィックスタンド203中に垂直に取り付けられ、貯水槽281によって包囲されている。一般に、貯水槽はウィック211から過剰水を捕集するが、様々な態様において、ウィック211は、貯水槽281から水を供給されてもよいし、または図1に示すように給水経路113によって供給されてもよい。他の態様においては、貯水槽281と給水経路113との両方の組み合わせが水をウィック211に供給し得る。さらに他の態様において、給水経路113は、イニシエータ部分240またはモデレータ部分260だけで水をウィック211に供給し、両方で供給しなくてもよい。この後者の態様は、貯水槽281におけるウィックへの水の供給と結合されてもよい。さらに他の態様において、水は、イニシエータ部分240またはモデレータ部分260のいずれかだけでウィック211に供給されて、貯水槽281には供給されなくてもよい。この態様において、貯水槽281は、ドレインサイドカー207に送られる過剰水を捕獲するように働く。一般に、選択される送水技術にかかわらず、流路213内で形成される水泡を減らす、またはなくすために、ウィック211への送水ライン中の気泡は回避されるべきである（図2Aおよび2Bを参照）。また、送水経路内の任意の空き（dead）気体容積が回避される。

しかし、水がウィック211に供給される方法にかかわらず、任意の過剰水は、流路213を通って流れるエーロゾルストリーム中に泡または空の水滴を生じさせる前に、抜かれるべきである（図2Aおよび2Bを参照）。図2Aを参照して先に簡単に説明したドレインサイドカー207は、排気ポート283、水センサポート285および水抜きポート287を含むように示されている。排気ポート283は、空気を抜くことによって貯水槽281からの水がより容易に抜けることを可能にし、たとえば、試料フローポンプ127（図1）または水ベースCPC200の内部もしくは外部のいずれかに取り付けられた別のポンプに結合され得る。

次に図3Bを参照すると、水センサ291を含む水センサポート285を含むドレインサイドカー207部分の詳細図290が示されている。水がウィック211に供給されると、ウィック211からの過剰水が貯水槽281の中に抜ける。ウィック211への水の供給が十分であるならば、水センサ291が、水の供給を止めるためのシグナルを送る。水センサ291は、ドレインサイドカー207中に水が存在するときを決定するために、電気リード線によって回路板221、241（それぞれ図2Aおよび2B）の1つに電気的に結合され得る。排気ポート283を通過する一定の気流が水を貯水槽281からドレインサイドカー207に向かって引き寄せる。ドレインサイドカー207は、ドレインが所定のレベルまで水で満たされたときを検出する水センサ291を含み、その時点で水は別個のポンプ（図3Bには示さず）によって抽出される。

他の態様において、水センサは、ドレインサイドカー207中に水が存在するときを決定するために、代わりに、温度感知装置（たとえばサーモカップルまたはサーミスタ）または湿度感知装置を含んでもよい。ひとたび水が検出されたならば、水は、たとえばソレノイド駆動マイクロポンプにより、水抜きポート287を通してドレインサイドカー207の外へポンピングされる。特定の例示的態様において、マイクロポンプは、約50μリットル／分〜約200μリットル／分のおおよその可変流量で水を吸い出し得る。他の態様において、マイクロポンプは、約150μリットル／分の実質的に一定のおおよその流量で水を吸い出し得る。

図4Aは、図2Aおよび2Bを参照して先に簡単に説明したウィックスタンド203の等角上面図を示す。ウィックスタンド203は、3つの機械的マウント401を3つのウィック211それぞれに1つずつ提供するように示されている。上述したように、ウィック211の他の数、ひいては関連する機械的マウント401の数は選択され得る。3つの機械的マウント401それぞれは、エーロゾルが通過し得る開口403と、ウィック211中の過剰量の水が貯水槽（図3A）へと移動するとき通過し得る複数の溝405とを含む。

ウィックスタンド203の側立面図を示す図4B中、溝405に通して送られる過剰水は、第一の斜面407から、図3Aの貯水槽281に通じる第二の斜面409へと抜ける。様々な態様において、1つの斜面だけが用いられてもよい。また、斜面は、1つの平坦な面ではなく、カーブした上面を含んでもよい。特定の例示的態様において、第一の斜面407は、水平面から計測して約15°の角度を有し、第二の斜面409は、水平面から計測して約45°の角度を有する。

図4Cは、ウィックスタンド203の平面図を示す。3つの機械的マウント401それぞれが4つの溝を含むように示されているが、当業者は、より多数または少数の溝を用い得ることを理解するであろう。また、溝のサイズは少なくとも部分的に開口403のサイズおよび機械的マウント401の外径に依存する（外径は、選択されたウィックの内径を受け入れるためのサイズである）。

様々な態様において、説明された偽粒子カウント減少技術のいずれかまたはすべてはデジタルフィルタリング技術と結合され得る。CPC偽粒子カウント減少に関連するデジタルフィルタリングは、その上に形成された凝縮水を有する本物の粒子から水泡または水滴を区別する1つまたは複数の観測される現象に基づく。たとえば、パルス波高分析器またはオシロスコープが粒子検出チャンバ219中の検出器に電気的に結合されてもよい。得られるパルスの立上り時間および／または形状を使用して、本物の粒子を特性決定し、泡または空の水滴から区別することができる。1つの態様においては、「アブソリュートフィルタ」（たとえばHEPAまたはULPAフィルタ）が試料入口231の上に配置されて、検出器によって生成される任意のシグナルが公知の偽粒子カウントであり、したがって得られるシグナルが分析され、特性決定されるようにしてもよい。これらのシグナルはルックアップテーブルに記憶され得る。モニタされる環境におけるCPCのその後の実用においては、生成されたシグナルそれぞれが、ルックアップテーブルに保存されたシグナルと比較される。公知の偽粒子の得られたシグナルの特性と合致する任意のシグナルが、最終的に報告される粒子カウントから自動的に差し引かれる。

特定の値、値の範囲および技術は上記様々なパラメータを与えられるが、これらの値および技術は、本明細書に開示される設計の特定の特徴を当業者が理解することを支援するためだけに提供されている。当業者は、本明細書に提供される開示を読み、理解すると、これらの値および技術が例として提示されただけであり、数多くの他の値、値の範囲および技術を用いてもなお、水ベースCPCにおける偽カウントを減らすために用いられ得る、本明細書に記載された新規な設計から恩恵を受け得ることを理解するであろう。したがって、機器の様々な例示は、様々な態様の構造および設計の一般的理解を提供することを意図したものであり、本明細書に記載される構造、特徴および設計を利用し得る機器のすべての要素および特徴の完全な記載を提供することを意図したものではない。

本明細書で提供される開示を読み、理解すると、当業者には明らかであるように、多くの改変および変更を加えることができる。上記記載から、本明細書に列挙したものに加えて、本開示の範囲内の機能的に等価の方法および装置が当業者には明らかであろう。いくつかの態様の部分および特徴が他の態様の部分および特徴に含まれてもよいし、またはそれらの代わりに用いられてもよい。本明細書に提供される説明を読み、理解すると、多くの他の態様が当業者には明らかであろう。そのような改変および変更は、特許請求の範囲に入るものと解釈される。本開示は、特許請求の範囲およびそのような特許請求の範囲が権利を与えられる全範囲の均等物によってのみ限定されるべきである。また、本明細書の中で使用される用語は、特定の態様を説明するためだけのものであり、限定的であることを意図したものではないことが理解されよう。

本開示の要約書は、読者が技術的開示の性質を速やかに確認することを可能にするために提供される。要約は、特許請求の範囲を解釈または限定するために使用されるものではないという理解の上で提出されている。加えて、前記詳細な説明においては、本開示を効率的にするために、様々な特徴が1つの態様へとまとめられ得ることが理解され得る。この開示の方法は、特許の請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。したがって、以下の特許請求の範囲は詳細な説明に組み入れられ、各請求項は別個の態様として単独で成り立つものである。

Claims (20)

1. 複数のウィックに水を送る工程であって、該複数のウィックのそれぞれが、ウィックの長さ方向に沿って貫通して形成された開口部を伴って、多孔媒体材料から形成され、該開口部は、該複数のウィックのそれぞれの各々の開口部内で別個のエーロゾル試料流を導くために、該複数のウィックの各々の開口部の内径を形成し、該複数のウィックが、水ベースの凝縮粒子カウンタ（CPC）内で実質的に平行でありかつ互いに隣接しているとともに、該複数のウィックの第一の端部におけるウィックスタンドから、該複数のウィックからの該エーロゾル試料流からの粒子を該CPC内の粒子検出チャンバの直前でまとめて単一のエーロゾルストリームにするための、該複数のウィックの第二の端部におけるフロージョイナーまで延びており、該複数のウィックのそれぞれが、送られた水の別個の部分を輸送するように構成されている、工程；
   該複数のウィックに送られた水の過剰量を感知する工程；
   該過剰量の水を捕集貯水槽に捕集する工程；および
   該捕集貯水槽から該過剰量の水を抜く工程
   を含む、水ベースの凝縮粒子カウンタ（CPC）における偽粒子カウントを減らす方法。
2. 過剰量の水を抜くために、排気ポートを通して一定の気流を引き抜く工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
3. ドレインが所定のレベルまで水で満たされたときを検出する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
4. 過剰水量をポンピングすることによって該過剰水量を抜く工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
5. 偽粒子カウントをさらに減らすためにデジタルフィルタを適用する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
6. 検出された粒子カウントをルックアップテーブルと比較して偽粒子カウントを差し引く工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
7. 公知の偽粒子によって生成された検出シグナルのシグネチャを記憶させることによってルックアップテーブルを構築する工程をさらに含む、請求項6に記載の方法。
8. 試料フローポンプに結合されるように構成されたエーロゾル試料入口；
   水を受けるための複数のウィックであって、該複数のウィックのそれぞれが、ウィックの長さ方向に沿って貫通して形成された開口部を伴って、多孔媒体材料から形成され、該開口部は、該複数のウィックの各々の開口部の内径を形成し、かつ該複数のウィックのそれぞれの内部で別個のエーロゾル試料流を導くように構成され、該複数のウィックが、該複数のウィックの第一の端部におけるウィックスタンドから、該複数のウィックの第二の端部において該試料フローポンプに結合されるフロージョイナーまで、水ベースのCPC内で実質的に平行でありかつ互いに隣接しており、該フロージョイナーは、該複数のウィックのそれぞれの内部の該エーロゾル試料流からの粒子を該CPC内の粒子検出チャンバの直前でまとめて単一のエーロゾルストリームにするように構成された、受けられた水の別個の部分を輸送するようにそれぞれが構成されている、前記水を受けるための複数のウィック；
   該複数のウィックから過剰量の水を捕集するための捕集貯水槽；ならびに
   該複数のウィック中の該過剰量の水に対応するシグナルを提供するためのセンサ
   を含む、水ベースの凝縮粒子カウンタ（CPC）における偽粒子カウントを減らすためのシステム。
9. 過剰な水を除去するために捕集貯水槽に結合された水抜きポートをさらに含む、請求項8に記載のシステム。
10. 複数のウィックがCPCのエンドユーザによって現場交換可能である、請求項8に記載のシステム。
11. センサが、捕集貯水槽が所定のレベルまで水で満たされたときを検出するためのものである、請求項8に記載のシステム。
12. 偽粒子カウントをさらに減らすためのデジタルフィルタをさらに含む、請求項8に記載のシステム。
13. デジタルフィルタが、検出された粒子カウントをルックアップテーブルと比較して偽粒子カウントを差し引くためのものである、請求項12に記載のシステム。
14. ルックアップテーブルが、公知の偽粒子によって生成された検出シグナルの複数の記憶されたシグネチャを含む、請求項13に記載のシステム。
15. 複数のウィックが、該複数のウィック内のバクテリア増殖を減らすまたは防ぐために銀含浸されている、請求項8に記載のシステム。
16. 複数のウィックが、該複数のウィック内のバクテリア増殖を減らすまたは防ぐためにバイオインヒビタで処理されている、請求項8に記載のシステム。
17. 複数のウィックが取り付けられる前記ウィックスタンドに結合された、取り外し可能なウィックカートリッジをさらに含み、該取り外し可能なウィックカートリッジが、様々なレベルの相対湿度からの影響を減らすまたはなくすために加熱され、それにより高レベルの相対湿度による泡または空の水滴を減らすまたはなくすように構成されている、請求項8に記載のシステム。
18. 試料フローポンプに結合されるように構成されたエーロゾル試料入口；
    水を受けるための単一のウィックであって、該単一のウィックがウィックの長さ方向に沿って貫通して形成された複数の別個のエーロゾル流路を有する多孔媒体であり、中にエーロゾル試料流を導くように構成されている開口部をそれぞれが含みながら、該複数の別個のエーロゾル流路のそれぞれは、該多孔媒体によって該流路の長さ方向に沿って包囲され、該複数の別個のエーロゾル流路のそれぞれが、該単一のウィックの第一の端部において該エーロゾル試料入口に結合されるウィックスタンドから、該単一のウィックの第二の端部において該試料フローポンプに結合されるフロージョイナーまで、水ベースのCPC内で実質的に平行でありかつ互いに隣接しており、該フロージョイナーが、該複数の別個のエーロゾル流路からの粒子を、該CPC内の粒子検出チャンバの直前でまとめて、単一のエーロゾルストリームにするように構成された、受け取った水の別個の部分を輸送するように構成されている、前記水を受けるための単一のウィック；ならびに
    該単一のウィックから過剰量の水を捕集するための捕集貯水槽
    を含む、
    水ベースの凝縮粒子カウンタ（CPC）における偽粒子カウントを減らすためのシステム。
19. 過剰量の水が単一のウィックに送られたかどうかを決定するためのセンサをさらに含む、請求項18に記載のシステム。
20. センサが、水センサ、温度感知装置、および湿度感知装置を含む様々なタイプのセンサから選択される1つまたは複数のセンサを含み、該センサは、単一のウィックに送られる水の供給を止めるためのシグナルを生成するように構成されている、請求項19に記載のシステム。

Images