FR2827665A1 - Systeme de commande de distribution d'helium frigorigene entre une pluralite de refrigerateurs - Google Patents

Abstract

Un système de commande de gestion d'hélium pour commander l'alimentation en hélium frigorigène à partir d'un collecteur commun (18) fournit à une pluralité de réfrigérateurs cryogéniques une alimentation en hélium appropriée. Le système utilise une pluralité de détecteurs (14) pour surveiller et réguler l'alimentation en fluide frigorigène globale afin de délivrer une alimentation en fluide frigorigène appropriée à chacun des réfrigérateurs cryogéniques en fonction de la demande de refroidissement globale calculée de tous les réfrigérateurs cryogéniques. Une alimentation en hélium appropriée est distribuée à chaque pompe cryogénique (10) en détectant un excès ou un manque d'hélium frigorigène et en redistribuant le fluide frigorigène en conséquence. Si l'alimentation en fluide frigorigène totale dépasse la demande, ou la consommation, de fluide frigorigène totale, le fluide frigorigène excédentaire est dirigé vers des réfrigérateurs cryogéniques qui peuvent utiliser l'hélium excédentaire pour achever une fonction de refroidissement en cours plus rapidement.

Description

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SYSTEME DE COMMANDE DE DISTRIBUTION D'HELIUM
FRIGORIGENE ENTRE UNE PLURALITE DE REFRIGERATEURS ARRIERE-PLAN
Des chambres de traitement sous vide sont souvent utilisées dans la fabrication pour fournir un environnement de vide pour des tâches telles que de fabrication de tranches semi-conductrices, de microscopie électronique, de chromatographie gazeuse et d'autres. Ces chambres sont généralement réalisées en fixant une pompe à vide à la chambre de traitement sous vide en un agencement étanche. La pompe à vide agit afin de retirer sensiblement la totalité des molécules de la chambre de traitement sous vide, créant par conséquent un environnement de vide.

Un type de pompe à vide consiste en une pompe cryogénique, telle que celle présentée dans le brevet américain n 5 862 671, délivré le 6 janvier 1999, attribué au cessionnaire de la présente demande. Les pompes cryogéniques retirent les molécules d'une chambre de traitement sous vide en refroidissant une surface à des températures approchant le zéro absolu. À ces températures, la plupart des gaz se condensent sur la surface refroidie, appelé ensemble cryogénique, retirant de ce fait sensiblement la totalité des molécules de la chambre de traitement sous vide.

Les pompes cryogéniques utilisent généralement un réfrigérateur commandé par hélium pour atteindre les températures proches du zéro absolu requises. Un compresseur est utilisé pour comprimer et pomper l'hélium frigorigène vers le réfrigérateur cryogénique dans la pompe cryogénique, et une cuve de forme cylindrique

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appelée doigt frigorigène dans le réfrigérateur cryogénique reçoit l'hélium. Un ensemble cryogénique est fixé au doigt frigorigène et en communication thermique avec celui-ci et refroidi par celui-ci. Un piston de circulation se déplace en va-et-vient à l'intérieur du doigt frigorigène alors que l'hélium se détend, entraîné par un moteur d'entraînement de piston de circulation qui déplace le piston de circulation en va-et-vient et régule la quantité d'hélium utilisée. Alors que l'hélium se détend dans le doigt frigorigène, la chaleur est retirée de l'ensemble cryogénique, générant les températures proches du zéro absolu nécessaires pour compenser les gaz sur l'ensemble cryogénique.

La quantité d'hélium frigorigène disponible pour le réfrigérateur cryogénique détermine la vitesse à laquelle le refroidissement se produit. Une alimentation plus importante en hélium diminue le temps nécessaire au refroidissement, qui est le temps nécessaire pour atteindre des températures de cryopompage. Le taux de consommation d'hélium varie également avec la température du réfrigérateur cryogénique. Alors que le réfrigérateur cryogénique devient plus froid, une alimentation plus importante en hélium est nécessaire pour poursuivre l'opération de refroidissement. Dans une chambre de traitement sous vide par cryopompage, le temps d'arrêt peut résulter en un impact économique important du fait du temps de fabrication perdu. Par conséquent, la capacité d'atteindre rapidement et de maintenir des températures de cryopompage est avantageuse.

Un type de distribution d'hélium de l'art antérieur est décrit dans le brevet américain n 5 775 109, intitulé Enhanced Cooldown of Multiple Cryogénie

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Refrigerators Supplied by a Common Compressor , déposé le 2 janvier 1997 et attribué au cessionnaire de la présente demande. Ce brevet suggère de surveiller individuellement la température de chacune d'une pluralité de pompes cryogéniques afin de commander la vitesse de chaque moteur d'entraînement de piston de circulation lorsqu'une pompe cryogénique atteint une température de déclenchement. Étant donné que les pompes cryogéniques nécessitent des quantités variables d'hélium en fonction de l'opération actuellement effectuée, la régulation de la vitesse du moteur d'entraînement peut réduire ou augmenter l'alimentation en hélium en conséquence. Dans ce système, chaque pompe cryogénique surveille la température et commande la vitesse du moteur d'entraînement en conséquence.

Fréquemment, cependant, un collecteur d'alimentation en hélium commun alimentant une pluralité de pompes cryogéniques est capable de fournir plus d'hélium que nécessaire pour l'ensemble des pompes cryogéniques.

L'hélium en excès qui n'est pas identifié n'est souvent pas utilisé, ce qui peut augmenter le temps nécessaire au refroidissement et ce qui peut faire qu'un réfrigérateur cryogénique devient plus froid que nécessaire, gaspillant la puissance et d'autres ressources nécessaires pour maintenir l'alimentation en hélium frigorigène.

RESUME
Un procédé pour commander la répartition d'une ressource, tel qu'un fluide frigorigène, entre une pluralité de consommateurs, tels que des réfrigérateurs, est réalisé en calculant une quantité disponible de

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fluide frigorigène et en calculant une demande du fluide frigorigène par chacun de la pluralité de réfrigérateurs.

La demande provenant des utilisateurs est totalisée et une attribution du fluide frigorigène basée sur la demande globale est déterminée pour chacun des réfrigérateurs. Périodiquement, à intervalles réguliers, l'attribution du fluide frigorigène est de nouveau déterminée en recalculant la demande de chacun des utilisateurs en réévaluant un besoin actuel de chacun des réfrigérateurs.

Dans un système tel qu'un système de réfrigération cryogénique, le procédé de commande comprend un ensemble de compresseurs comportant au moins un compresseur et une pluralité de réfrigérateurs cryogéniques alimentés en fluide frigorigène par l'ensemble de compresseurs. La gestion de l'alimentation en fluide frigorigène des compresseurs vers chacun des réfrigérateurs cryogéniques est effectuée en identifiant les exigences de réfrigération de chacun des réfrigérateurs et, à partir d'un contrôleur de réseau de vide, en attribuant une alimentation en fluide frigorigène vers les réfrigérateurs conformément aux exigences identifiées.

Un mode de réalisation du système de commande de gestion d'hélium pour commander l'alimentation en hélium frigorigène à partir d'un collecteur commun alimente une pluralité de réfrigérateurs cryogéniques avec une alimentation en hélium appropriée. Le système utilise une pluralité de détecteurs pour surveiller et réguler l'alimentation globale en fluide frigorigène afin d'alimenter en fluide frigorigène chacun des réfrigérateurs cryogéniques en fonction de la charge de refroidissement globale de tous les réfrigérateurs

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cryogéniques. La demande de fluide frigorigène pour chacun des réfrigérateurs cryogéniques est calculée par la pompe cryogénique correspondante. La capacité de réfrigération totale de l'alimentation en hélium est partagée entre tous les réfrigérateurs cryogéniques afin d'optimiser la distribution de fluide frigorigène. Une alimentation en hélium appropriée est répartie entre les pompes cryogéniques en détectant l'excès et le manque d'hélium frigorigène et en distribuant le fluide frigorigène en conséquence. Si l'alimentation en fluide frigorigène totale dépasse la demande de fluide frigorigène totale, le fluide frigorigène en excès est dirigé vers des réfrigérateurs cryogéniques qui peuvent utiliser l'hélium en excès. De même, si la demande de réfrigération totale dépasse l'alimentation en fluide frigorigène totale, l'alimentation en fluide frigorigène vers certains ou la totalité des réfrigérateurs cryogéniques sera réduite en conséquence de sorte que des effets néfastes ou de ralentissement soient réduits à un minimum.

L'alimentation en fluide frigorigène peut être effectuée à partir d'un ou de plusieurs compresseurs ou d'un ensemble de compresseurs commun vers une pluralité de réfrigérateurs cryogéniques par l'intermédiaire d'un collecteur d'alimentation en hélium. L'alimentation en fluide frigorigène à partir de chaque compresseur constituant l'ensemble de compresseurs commun est utilisée pour déterminer l'alimentation en fluide frigorigène. La demande de fluide frigorigène totale, calculée à partir des données provenant des détecteurs associés à chacune des pompes cryogéniques contenant les réfrigérateurs cryogéniques, est également calculée en

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fonction de l'opération particulière effectuée par le réfrigérateur cryogénique. Étant donné que certaines opérations peuvent consommer plus de fluide frigorigène que d'autres, une alimentation en fluide frigorigène est calculée pour chacun des réfrigérateurs cryogéniques.

C'est la fonction de refroidissement qui nécessite le plus d'hélium et qui recevra, par conséquent, l'alimentation en fluide frigorigène maximum qui peut être délivrée sans perturber les autres réfrigérateurs cryogéniques. Une fonction de régénération nécessite peu de fluide frigorigène voire aucun et, par conséquent, libérera du fluide frigorigène pour d'autres réfrigérateurs cryogéniques. Pendant le fonctionnement normal d'un ou de plusieurs réfrigérateurs cryogéniques, l'hélium est délivré afin de tenter de maintenir le réfrigérateur cryogénique dans un état d'équilibre.

L'hélium en excès peut être délivré à des réfrigérateurs cryogéniques dans un état de refroidissement, ou l'alimentation en fluide frigorigène totale peut être réduite s'il n'y a aucune demande d'hélium en excès.

Divers paramètres sont surveillés par le système pour calculer l'alimentation en fluide frigorigène appropriée pour chaque réfrigérateur cryogénique. Ces paramètres comprennent le débit de fluide frigorigène calculé à travers le réfrigérateur cryogénique, la vitesse du moteur d'entraînement, la pression du fluide frigorigène et la température du réfrigérateur cryogénique. De cette manière, une alimentation en fluide frigorigène appropriée peut être effectuée vers une pluralité de réfrigérateurs cryogéniques à partir de l'ensemble de compresseurs commun en fonction de la charge de fluide frigorigène globale et de la fonction de

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refroidissement actuelle des réfrigérateurs cryogéniques individuels. Par conséquent, le système de commande de gestion d'hélium peut réduire à un minimum les effets néfastes ou de ralentissement dus à une alimentation en fluide frigorigène insuffisante et augmenter les performances dans le cas d'un excès d'alimentation en fluide frigorigène.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les objets, caractéristiques et avantages de l'invention qui précèdent et d'autres seront évidents à partir de la description plus particulière qui suit de modes de réalisation préférés de l'invention, tels qu'illustrés sur les dessins joints sur lesquels des caractères de référence identiques font référence à des parties identiques sur les différentes vues. Les dessins ne sont pas à l'échelle, l'accent étant plutôt placé sur l'illustration des principes de l'invention.

La figure la est une illustration schématique d'un réfrigérateur cryogénique de l'art antérieur type ; la figure lb montre une vue en coupe d'une pompe cryogénique de l'art antérieur type comprenant le réfrigérateur cryogénique de la figure 1 ; la figure 2 montre un schéma de principe d'un contrôleur maître de système de réfrigération cryogénique connecté à une pluralité de pompes cryogéniques et de compresseurs ; la figure 3 montre un exemple de débit d'hélium frigorigène par rapport au temps ; la figure 4 montre un schéma du modèle de consommation d'hélium utilisé pour déterminer la quantité d'hélium qu'un réfrigérateur cryogénique peut consommer ;

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la figure 5 montre un schéma de principe de la circulation des données et des commandes ; la figure 6 montre un organigramme de haut niveau du contrôleur maître de système ; la figure 7 montre un schéma de principe de la circulation des données entre le contrôleur maître, les compresseurs et les pompes cryogéniques ; la figure 8 montre un diagramme d'état du contrôleur maître ; la figure 9 montre un organigramme de fonctionnement dans l'état de distribution à la demande ; la figure 10 montre un organigramme du sousprogramme de vérification de sous-pression ; la figure 11 montre un organigramme du sousprogramme de distribution ; la figure 12 montre un organigramme du contrôleur esclave au niveau de la pompe cryogénique ; la figure 13 montre un organigramme du sousprogramme de refroidissement ; la figure 14 montre un organigramme du sousprogramme de vérification de compresseur ; la figure 15 montre un organigramme de commande de gestion d'hélium dans un autre mode de réalisation particulier utilisant trois états de commande ; les figures 16a à 16c montrent un organigramme de commande de gestion d'hélium dans un mode de réalisation particulier utilisant quatre états, ou modes, de commande ; et les figures 17a à 17b montrent un organigramme de commande de gestion d'hélium dans une pompe cryogénique connectée au contrôleur des figures 16a à 16c.

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DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Une description de modes de réalisation préférés de l'invention suit.

Avant d'examiner la commande de gestion d'hélium, un examen du fonctionnement d'une pompe cryogénique (pompe) peut s'avérer bénéfique. Les pompes à vide telles que les pompes cryogéniques et les pompes à eau sont utilisées pour amener une chambre de traitement sous vide à une pression proche de zéro. Une pression proche de zéro, de l'ordre de 10-6 à 10-9 torr ou même moins, est obtenue en retirant sensiblement toutes les molécules de la chambre de traitement sous vide. Les molécules sont retirées de la chambre de traitement sous vide par l'intermédiaire du réfrigérateur cryogénique dans la pompe cryogénique. Une partie du réfrigérateur cryogénique est refroidie à une température proche du zéro absolu, généralement entre 10 K et 20 K, provoquant la condensation sensiblement de toutes les molécules dans la chambre de traitement sur l'ensemble cryogénique qui est refroidi par le réfrigérateur cryogénique. L'ensemble cryogénique est généralement un ensemble de volets et de déflecteurs qui fournissent une aire de surface en un volume compact. Les gaz condensés sont par conséquent réduits en un solide avec une faible pression de vapeur de sorte qu'un vide presque total est créé. En outre, l'ensemble cryogénique peut comprendre une substance absorbante, telle que du charbon de bois, pour adsorber les molécules qui ne condensent pas, telles que d'hydrogène, d'hélium et de néon. Le réfrigérateur cryogénique est alimenté par un fluide de travail frigorigène tel que du gaz hélium, capable d'atteindre les températures proches du zéro absolu.

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Les pompes cryogéniques consomment des quantités variables d'hélium en fonction de leur fonctionnement et de leur température actuels. Une série de pompes sont connectées à un ensemble de compresseurs commun d'un ou de plusieurs compresseurs afin d'augmenter à un maximum l'alimentation en hélium disponible. La consommation d'hélium des pompes est surveillée et régulée par un contrôleur. En surveillant divers paramètres de fonctionnement de chacune des pompes, une alimentation en hélium appropriée est effectuée vers chaque pompe.

L'hélium en excès est redirigé au bénéfice de pompes qui peuvent l'utiliser. L'hélium raréfié est rationné de manière à maintenir le fonctionnement et à réduire à un minimum les effets néfastes.

Dans le réfrigérateur d'une pompe cryogénique type, le fluide de travail est comprimé ; la chaleur de compression est retirée par des échangeurs de chaleur refroidis à l'air ; le fluide est refroidi davantage dans une matrice d'échange de chaleur régénérative ; et le gaz est ensuite détendu afin de produire un refroidissement au-dessous de la température ambiante. Une pompe cryogénique doit fonctionner efficacement à moins de 20 K afin de retirer les molécules de gaz de la chambre de traitement sous vide. Pour atteindre cette faible température, il est nécessaire d'utiliser des échangeurs de chaleur très efficaces et un fluide de travail tel que du gaz hélium qui reste gazeux à des températures proches du zéro absolu.

La circulation de gaz frigorigène comprimé dans le réfrigérateur cryogénique d'une pompe est cyclique. Dans la forme la plus simple d'un réfrigérateur cryogénique, une source de gaz comprimé, c'est-à-dire un compresseur,

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est reliée à une première extrémité d'un cylindre par l'intermédiaire d'une vanne d'admission. Une vanne d'échappement dans une ligne d'échappement mène de la première extrémité jusqu'à l'entrée basse pression du compresseur. Avec un piston de circulation comprenant un régénérateur positionné à une deuxième extrémité froide du cylindre, et avec la vanne d'échappement fermée et la vanne d'admission ouverte, le cylindre se remplit de gaz comprimé. En laissant la vanne d'admission ouverte, le piston de circulation se déplace vers la première extrémité afin de forcer le gaz comprimé à travers le régénérateur jusqu'à la deuxième extrémité, le gaz étant refroidi alors qu'il passe à travers le régénérateur.

Lorsque la vanne d'admission est fermée et que la vanne d'échappement est ouverte, le gaz se détend dans la ligne de décharge basse pression et refroidit davantage. Le gradient de température résultant le long de la paroi du cylindre au niveau de la deuxième extrémité provoque un transfert de chaleur de la charge dans le gaz à l'intérieur du cylindre. La vanne d'échappement étant ouverte et la vanne d'admission étant fermée, le piston de circulation est alors déplacé vers la deuxième extrémité, déplaçant le gaz de retour à travers le régénérateur qui ramène la chaleur vers le gaz froid, refroidissant ainsi le régénérateur, et le cycle s'achève. Dans une pompe type, le cylindre est appelé un doigt frigorigène et il comporte un premier étage et un deuxième étage.

Afin de produire les faibles températures nécessaires aux opérations de la pompe cryogénique, le gaz entrant doit être refroidi avant détente. Le régénérateur extrait la chaleur du gaz entrant, la

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stocke, et la libère ensuite vers le flux d'échappement. Un régénérateur est un échangeur de chaleur à flux inverse à travers lequel l'hélium passe alternativement dans les deux sens. Le régénérateur comprend un matériau à aire de surface élevée, à chaleur massique élevée et à conductivité thermique faible. Ainsi, le régénérateur acceptera la chaleur provenant de l'hélium si la température de l'hélium est supérieure. Si la température de l'hélium est inférieure, le régénérateur libérera de la chaleur vers l'hélium.

La figure la montre un schéma de principe des parties internes du réfrigérateur cryogénique 10. Dans le dispositif de la figure la, l'hélium entre dans le doigt frigorigène du réfrigérateur à travers une vanne à haute pression 46 et sort à travers une vanne à basse pression 48. Le moteur d'entraînement de piston de circulation 216 entraîne des pistons de circulation 207 et 209, respectivement, dans le premier étage et le deuxième étage du réfrigérateur cryogénique. Le piston de circulation de premier étage 207 comprend un premier régénérateur 211 et le piston de circulation de deuxième étage 209 comprend un deuxième régénérateur 213. La chaleur est extraite de la charge thermique de premier étage 203, telle qu'un écran aux rayonnements et un ensemble frontal de pompe cryogénique, et de la charge de deuxième étage 205, telle qu'un panneau cryogénique de 10 K à 20 K.

La figure lb montre une vue en coupe d'une pompe cryogénique comprenant un réfrigérateur cryogénique. Sur la figure lb, le carter de la pompe est retiré afin d'exposer un entraînement de piston de circulation 40 et un ensemble de crosse de piston 42. La crosse de piston

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convertit le mouvement rotatif du moteur 40 en un mouvement de va-et-vient afin d'entraîner un piston de circulation à l'intérieur du doigt frigorigène à deux étages 44. A chaque cycle, le gaz hélium introduit dans le doigt frigorigène sous-pression par l'intermédiaire de la ligne 46 est détendu et ensuite refroidi afin de maintenir le doigt frigorigène à des températures cryogéniques. L'hélium alors chauffé par une matrice d'échange de chaleur dans le piston de circulation est évacué par l'intermédiaire de la ligne 48.

Une station thermique de premier étage 50 est montée à l'extrémité froide du premier étage 52 du réfrigérateur. De même, une station thermique 54 est montée à l'extrémité froide du deuxième étage 56. Des éléments de détection de température appropriés 58 et 60 sont montés à l'arrière des stations thermiques 50 et 54.

La surface de pompage principale est un ensemble cryogénique 62 monté sur le dissipateur de chaleur 54.

Cet ensemble comprend une pluralité de disques, tel que présenté dans le brevet américain n 4 555 907. Un adsorbant basse température est monté sur des surfaces protégées de l'ensemble 62 afin d'adsorber les gaz non condensables.

Un écran aux rayonnements en forme de coupe 64 est monté sur la station thermique de premier étage 50. Le deuxième étage du doigt frigorigène s'étend à travers une ouverture dans cet écran aux rayonnements. Cet écran aux rayonnements 64 entoure l'ensemble de panneau cryogénique principal à l'arrière et sur les côtés afin de réduire à un minimum le réchauffement de l'ensemble de panneau cryogénique principal par le rayonnement. La température de l'écran aux rayonnements peut aller d'une température

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aussi faible que 40 K au niveau du dissipateur de chaleur 50 à une température aussi élevée que 130 K à proximité de l'ouverture 68 vers une chambre d'évacuation.

Un ensemble de panneau cryogénique frontal 70 sert à la fois en tant qu'écran aux rayonnements pour l'ensemble de panneau cryogénique principal et en tant que surface de cryopompage pour les gaz à température d'ébullition supérieure, par exemple la vapeur d'eau. Ce panneau comprend un ensemble circulaire de volets et de chevrons concentriques 72 réunis par une plaque en forme de rayons 74. La configuration de ce panneau cryogénique 70 ne doit pas nécessairement être limitée à des composants circulaires concentriques ; mais elle devrait être agencée de manière à agir comme un écran thermique rayonnant et un panneau de cryopompage à température supérieure tout en fournissant un trajet pour les gaz à température d'ébullition inférieure vers le panneau cryogénique principal.

La figure 2 montre un ensemble de compresseurs utilisés pour alimenter en hélium frigorigène une série de pompes. En faisant référence à la figure 2, l'ensemble de compresseurs commun 16 comprend des compresseurs 16a à 16n qui délivrent de l'hélium frigorigène à un collecteur 18. Le collecteur 18 est relié à une série de pompes 10a à lOn en relation avec des contrôleurs esclaves 215a à 215n. Les contrôleurs esclaves commandent chacun un moteur d'entraînement de piston de circulation 216 qui entraîne un piston de circulation qui se déplace en vaet-vient dans le doigt frigorigène alors que le gaz hélium se détend. Le moteur d'entraînement de piston de circulation est utilisé pour réguler la vitesse de refroidissement de la pompe par la quantité d'hélium

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fournie. Le contrôleur maître de réseau de vide 12 (contrôleur) est connecté à chacun des contrôleurs esclaves commandant les moteurs d'entraînement de piston de circulation 216 et est utilisé pour augmenter ou diminuer la quantité d'hélium frigorigène délivré à la pompe 10. Chacune des pompes 10 comporte un ou plusieurs détecteurs 14a à 14n qui fournissent des signaux de retour au contrôleur 12. Le contrôleur 12 régule par conséquent toutes les pompes 10 connectées à celui-ci en recevant des signaux provenant des détecteurs 14 et en calculant une quantité d'hélium pour chaque pompe 10 sur la base des signaux envoyés par les détecteurs 14 et en fonction de l'hélium total fourni par le collecteur, comme cela sera décrit plus en détail ci-dessous.

Il conviendrait de noter que le système de commande de gestion d'hélium est décrit en relation avec un réfrigérateur cryogénique exemplaire dans une pompe cryogénique. Le système de commande de gestion d'hélium peut être utilisé conjointement avec une alimentation en hélium commandant divers réfrigérateurs cryogéniques. Une pompe cryogénique telle que décrite ici peut, par exemple, être une pompe à eau, refroidie par un réfrigérateur cryogénique à étage unique, tel que celui présenté dans le brevet américain n 5 887 438, intitulé Low Profile In Line Cryogenic Water Pump , attribué au cessionnaire de la présente demande, ou un autre dispositif cryogénique à hélium.

En fonction de l'opération de refroidissement de la pompe, on constate des taux de consommation d'hélium variables. Une opération de refroidissement amène la température de la pompe d'un état ambiant à des

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températures cryogéniques et est celle qui nécessite le plus d'hélium. Une fois que des températures cryogéniques ont été atteintes, un mode de fonctionnement normal maintient la température et nécessite une circulation d'hélium généralement stable. Une opération de régénération réchauffe la pompe afin de libérer le gaz accumulé condensé et nécessite peu d'hélium voire aucun.

D'autres facteurs peuvent affecter le taux de consommation d'hélium. Pendant le refroidissement, la pompe consomme graduellement plus d'hélium alors qu'elle devient plus froide, se rapprochant des températures de fonctionnement normales. Aux températures de fonctionnement normales, les activités de traitement sous vide se produisant dans une chambre de traitement sous vide associée peuvent générer de la chaleur, augmentant la charge de réfrigération et augmentant à son tour le taux de consommation d'hélium.

Le taux de distribution d'hélium global de toutes les pompes reliées à l'alimentation en fluide frigorigène commune peut être utilisé pour déterminer une demande de refroidissement globale. De même, la capacité de réfrigération du compresseur ou des compresseurs contribuant à l'alimentation en fluide frigorigène commune peut être utilisée pour déterminer une capacité de réfrigération du système. Comme indiqué ci-dessus, le taux de consommation réel de chaque pompe varie en fonction de divers facteurs. À un instant particulier, la capacité de réfrigération du système peut dépasser la charge de réfrigération globale, indiquant un excès d'hélium dans le système. De même, si de nombreuses pompes font face à une période de consommation élevée d'hélium, la charge de réfrigération globale peut

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dépasser la capacité de réfrigération, indiquant une raréfaction de l'hélium.

En surveillant le fonctionnement actuel de toutes les pompes et la capacité de réfrigération totale, un excès d'hélium peut est identifié et dirigé vers des pompes qui peuvent l'utiliser. De même, l'hélium raréfié peut être distribué de manière appropriée afin de maintenir un fonctionnement normal ou pour atténuer les effets nuisibles dans des situations extrêmes. Par exemple, une opération de refroidissement est celle qui peut consommer le plus d'hélium et, par conséquent, le temps nécessaire au refroidissement peut être réduit en dirigeant l'hélium en excès vers les pompes en cours de refroidissement. Une pompe dans un fonctionnement de régénération nécessite peu d'hélium voire aucun et, par conséquent, peut résulter en la présence d'hélium excédentaire. Par ailleurs, la température d'une pompe en fonctionnement normal peut commencer à s'élever. Afin de maintenir des températures de cryopompage, l'hélium peut être détourné d'une pompe en cours de refroidissement, ce qui augmente le temps de refroidissement, mais ce qui maintient des températures de cryopompage dans la pompe qui avait commencé à se réchauffer, afin de lui permettre de poursuivre un fonctionnement normal.

La figure 3 montre un exemple de débit de distribution d'hélium dans le temps. Chacune de quatre pompes, 301 à 304, est montrée dans le temps qui est représenté par un axe horizontal. A un instant initial, toutes les pompes consomment de manière égale. À l'instant montré par le trait en pointillé 310, la pompe 303 entre dans un état de régénération et se réchauffe.

Par conséquent, de l'hélium supplémentaire peut être

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fourni aux pompes 301,302 et 304. En variante, la vitesse du moteur d'entraînement des pompes 301,302 et 304 pourrait être réduite afin de diminuer l'hélium global aspiré par l'ensemble de compresseurs commun, si une augmentation de l'hélium était inefficace. A l'instant montré par le trait en pointillé 312, la pompe 303 a achevé le réchauffement de régénération et entre dans un état de refroidissement. L'hélium en excès est, par conséquent, redirigé à partir des pompes 301,302 et 304 afin d'accélérer le refroidissement de la pompe 303.

À l'instant montré par le trait en pointillé 314, la pompe cryogénique 303 a achevé le refroidissement et toutes les pompes reviennent à un taux de consommation identique à l'instant montré par le trait en pointillé 316.

L'hélium consommé par les pompes cryogéniques est généralement exprimé en termes d'unités de débit massique, telles que 304,8 millimètres cubiques par minute standard (SCFM), à une température et à une pression particulières. Une autre unité peut également être utilisée pour indiquer le débit massique, telle que les grammes par seconde. L'hélium consommé est déterminé à partir de la masse d'hélium maximum et minimum qui est présente dans le doigt frigorigène alors que le piston de circulation se déplace en va-et-vient d'une manière cyclique. La figure 4 illustre les positions du piston de circulation pour des masses d'hélium minimum et maximum dans le doigt frigorigène 44 pour le calcul de taux de consommation d'hélium pour un réfrigérateur cryogénique dans une pompe cryogénique. Un piston de circulation comportant un premier étage et un deuxième étage, 207 et 208, respectivement, se déplace en va-et-vient à

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l'intérieur du doigt frigorigène 44. Alors que le piston de circulation est déplacé en va-et-vient par le moteur d'entraînement 215, l'hélium se détend, refroidissant le doigt frigorigène. Chaque cycle du piston de circulation ouvre également les lignes de haute pression 46 (alimentation) et de basse pression (échappement) afin d'aspirer de l'hélium non détendu ou d'évacuer de l'hélium détendu. La quantité d'hélium qui est consommé est donnée par la formule :
Débit = (Masse maximum - Masse minimum) * vitesse du moteur d'entraînement Par conséquent, alors que la vitesse du moteur d'entraînement augmente, l'hélium consommé augmente à cause de l'augmentation des cycles du piston de circulation, retirant de ce fait de la chaleur supplémentaire de la charge.

Par exemple, si un ensemble de compresseurs commun peut délivrer 84 SCFM d'hélium, l'ensemble de compresseurs pourrait alimenter six réfrigérateurs avec 14 SCFM d'hélium : 84/6 = 14. Comme indiqué ci-dessus, l'hélium consommé par une pompe peut varier. Si quatre des réfrigérateurs consomment seulement 12,5 SCFM d'hélium, alors 12,5 * 4 ou 50 SCFM de charge de fluide frigorigène proviennent de ces quatre réfrigérateurs.

Étant donné que le compresseur peut délivrer 84 SCFM, 84 - 50 ou 34 SCFM subsistent pour les deux réfrigérateurs restants. Si les deux réfrigérateurs restants sont dans un état de refroidissement, ils peuvent recevoir chacun 34/2 ou 17 SCFM d'hélium du fait de l'excès dans le système. Dans d'autres modes de réalisation, les réfrigérateurs en cours de refroidissement peuvent ne pas recevoir des parts égales

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de l'hélium en excès.

La figure 5 montre un schéma de principe de la circulation de données dans un mode de réalisation du système de commande de gestion d'hélium. En faisant référence à la figure 5, chacun des compresseurs dans l'ensemble de compresseurs commun 16 envoie une indication de la quantité d'hélium maximum disponible à partir de chaque compresseur au contrôleur 12, permettant le calcul d'une alimentation en hélium globale. Chacune des pompes 10 envoie les paramètres suivants au contrôleur : une quantité d'hélium minimum, un taux de consommation d'hélium calculé actuel, un mode de fonctionnement et un état de consommation d'hélium indiquant un manque d'hélium. Le contrôleur 12 envoie un paramètre, ou une valeur, d'hélium attribué aux pompes indiquant le taux d'hélium maximum que la pompe peut consommer. Le signal de consommation d'hélium maximum est utilisé pour réguler le moteur d'entraînement de piston de circulation par l'intermédiaire du contrôleur esclave 215 relié au réfrigérateur cryogénique particulier. Comme indiqué ci-dessus, la vitesse du moteur d'entraînement de piston de circulation régule la consommation d'hélium de la pompe.

La figure 6 montre un organigramme de haut niveau du système de commande de gestion d'hélium. Le système interroge, à intervalles réguliers, afin de déterminer si l'alimentation en hélium vers l'une quelconque des pompes cryogéniques doit être régulée. En variante, le système pourrait être interrompu ou même commandé. Lorsque l'intervalle d'interrogation prend fin, comme montré à l'étape 100, une vérification est effectuée pour déterminer si toutes les pompes cryogéniques fonctionnent

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normalement, comme représenté à l'étape 102. Si toutes les pompes fonctionnent normalement, le système attend l'intervalle d'interrogation suivant, comme représenté à l'étape 104. Si l'une quelconque des pompes ou le système ne fonctionne pas normalement, c'est-à-dire, si une ou plusieurs des pompes ont atteint une limite de consommation autorisée, ou si la pression différentielle du système (DP) a diminué au-dessous d'une valeur critique, alors la commande de gestion d'hélium est mise en oeuvre, comme décrit davantage ci-dessous, comme montré à l'étape 106. Deux modes de réalisation de la commande de gestion d'hélium sont décrits ci-dessous.

La figure 7 montre un schéma fonctionnel de circulation de données entre le contrôleur de réseau de vide (VNC 12), ou contrôleur maître, le ou les compresseurs 16, et les contrôleurs esclaves 215a à 215d au niveau des pompes 10a à lOd. Le compresseur envoie la pression d'alimentation et la pression de retour au contrôleur de réseau de vide VNC 12. Le compresseur envoie également une valeur initiale de l'hélium qu'il peut fournir en 304,8 millimètres cubiques par minute standard (SCFM). Un sous-programme de vérification de sous-pression 110 dans le contrôleur de réseau de vide, décrit davantage ci-dessous en relation avec la figure 10, calcule une valeur 112 corrigée d'hélium disponible.

La valeur corrigée d'hélium disponible est périodiquement recalculée afin de disposer d'une valeur approchée de la quantité d'hélium disponible pour une distribution basée sur la consommation actuelle. Cette valeur peut varier légèrement autour de la valeur d'alimentation nominale basée sur le déplacement et la vitesse des compresseurs du fait de facteurs tels que l'usure et le rendement des

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pompes 10 et des compresseurs 16. La valeur 112 corrigée d'hélium disponible est utilisée dans un sous-programme de distribution 114, décrit davantage ci-dessous en relation avec la figure 11.

La valeur d'hélium attribuée, calculée, est envoyée au contrôleur esclave 215a à 215d contrôlant chaque pompe 10a à 10d, comme montré par une flèche 116. Le contrôleur esclave détermine une vitesse de moteur de piston de circulation maximum à laquelle le moteur de piston de circulation peut fonctionner sans dépasser la valeur d'hélium attribuée. Une boucle de commande de vitesse de pompe dans le contrôleur esclave commande également la vitesse du moteur de piston de déplacement en fonction de la température de la pompe cryogénique, et peut commander le moteur à une vitesse inférieure, mais ne peut pas dépasser la vitesse correspondant à la valeur d'hélium attribuée. La boucle de commande de vitesse de pompe permet également à la pompe de consommer l'hélium librement jusqu'à une valeur d'attribution par défaut, conformément à la température, dans un mode autonome si elle n'est pas commandée par le contrôleur de réseau de vide 12. Le contrôleur esclave 215 calcule ensuite une valeur de consommation d'hélium indicative de la consommation d'hélium réelle, décrite davantage cidessous. Comme pour la valeur d'hélium disponible totale, la valeur de consommation d'hélium peut différer de la valeur de déplacement nominale pour la pompe en fonction de facteurs tels que les conditions de fonctionnement actuelles et l'usure. La valeur de consommation d'hélium est renvoyée au contrôleur de réseau de vide 12 pour être utilisée dans des calculs d'attribution d'hélium successifs, comme montré par une flèche 118.

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La figure 8 montre un diagramme d'état du contrôleur de réseau de vide 12. En faisant référence aux figures 6, 7 et 8, une transition d'état peut se produire à chaque intervalle d'interrogation 100 selon le fonctionnement du système. Un état d'attente 120 survient au cours du démarrage et du mappage du système et correspond à des lectures initiales et une définition de valeurs par défaut avant le démarrage des pompes 10 et des compresseurs 16. Une vérification des tailles initiale est également effectuée pour garantir que les compresseurs sont dimensionnés de manière adéquate pour les pompes 10 reliées au collecteur. Lorsqu'au moins une pompe 10 et un compresseur 16 sont démarrés, le contrôleur de réseau de vide 12 passe dans un état de surveillance 122.

Dans l'état de surveillance 122, les pompes 10 sont interrogées par le contrôleur de réseau de vide à chaque intervalle d'interrogation 100 afin de déterminer si l'une quelconque des pompes 10 fonctionne dans un état de limite, décrit davantage ci-dessous. Une pompe 10 fonctionnant dans un état de limite a une consommation égale ou proche de sa consommation autorisée maximum, et peut nécessiter davantage d'hélium pour éviter un réchauffement. Un passage dans l'état de distribution à la demande 124 se produit lorsqu'au moins une pompe 10 indique un état de limite ou lorsque la pression différentielle est passée au-dessous d'une valeur critique. La distribution à la demande 124 tente de réattribuer l'hélium en excès dans le système afin de fournir davantage d'hélium aux pompes 10 en limite, cela étant décrit davantage ci-dessous avec référence à la figure 9. Si la distribution à la demande 124 ne peut pas

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réattribuer suffisamment d'hélium pour sortir les pompes 10 de l'état de limite, de telle sorte que la pression différentielle reste faible, le système passera soit dans un état de surcharge 126, soit dans un état de distribution par hiérarchie 128.

Dans l'état de surcharge 126, le contrôleur de réseau de vide 12 maintiendra l'attribution actuelle pour chaque pompe parce qu'il a déjà réattribué autant d'hélium que possible aux pompes en surconsommation. Par exemple, si cinq ou six pompes fonctionnent de manière adéquate, mais qu'une sixième est en surconsommation du fait d'une vanne de dérivation défectueuse, la réattribution de plus d'hélium à la pompe défectueuse ne fera que priver les cinq autres pompes en fonctionnement.

L'état de distribution par hiérarchie 128, au contraire, suit une approche plus agressive et arrête de manière sélective les pompes 10 conformément à une hiérarchie spécifiée par un utilisateur. Par exemple, si une pompe est en cours de refroidissement, il peut être avantageux d'arrêter l'opération de refroidissement afin d'éviter de compromettre une autre pompe qui est actuellement active avec une charge utile de tranche, afin d'établir un compromis entre le temps d'arrêt et l'économie de charge utile. Étant donné, cependant, que la distribution par hiérarchie permet au contrôleur de réseau de vide de terminer réellement les opérations, un utilisateur peut ne pas souhaiter valider cette fonctionnalité.

La figure 9 montre un organigramme des calculs effectués dans l'état de distribution à la demande 124.

En faisant référence à la figure 9, l'état de distribution à la demande est adopté, comme montré à l'étape 130. Chacune des pompes 10 et chacun des

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compresseurs 16 est interrogé afin de déterminer les paramètres de fonctionnement actuels, comme montré à l'étape 132. La pression d'alimentation et la pression de retour sont reçues et sont identiques pour tous les compresseurs connectés au collecteur commun. Les paramètres de fonctionnement de la pompe comprennent la valeur de consommation d'hélium calculée actuelle, la valeur d'attribution d'hélium actuelle, l'état de la consommation, soit correct soit en limite, le mode de refroidissement actuel, soit ACTIF (réfrigérateur en fonctionnement, fonction de régulation de température active ou fonctionnement par remplacement de la régulation de température par une commande manuelle), REFROIDISSEMENT (réfrigérateur en fonctionnement pour atteindre une température de consigne), ou INACTIF (réfrigérateur arrêté et absence de consommation d'hélium), et la quantité d'hélium minimum nécessaire pour que la pompe fonctionne. Le mode de refroidissement indique l'opération de refroidissement actuelle effectuée par la pompe et est réglé sur refroidissement pendant un refroidissement, sur régulation de température lorsque la pompe est commandée par le contrôleur de réseau de vide et sur aucun lorsque la pompe ne nécessite pas d'hélium, par exemple pendant une opération de régénération.

Une vérification est effectuée pour déterminer si un temps de stabilisation s'est écoulé depuis la dernière réattribution, comme représenté à l'étape 134. Le registre d'horloge de stabilisation indique combien de temps sera attribué pour déterminer si une réattribution précédente a été effective, généralement une minute. Si le registre d'horloge de stabilisation n'est pas arrivé

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en fin de comptage, la commande retourne à l'étape 130 pour attendre l'intervalle d'interrogation suivant. Si le registre d'horloge de stabilisation est arrivé en fin de comptage, ou si aucun registre d'horloge de stabilisation n'a été défini, alors une vérification est effectuée pour déterminer si l'état de surcharge ou l'état de distribution par hiérarchie doit être adopté, comme représenté à l'étape 136. L'état de surcharge ou de distribution par hiérarchie sera adopté si une condition de sous-pression existe, si le système est encore en sous-pression et si toutes les pompes en cours de refroidissement fonctionnent avec leur valeur d'attribution d'hélium minimum. Une condition de souspression existe si la pression différentielle obtenue à l'étape 132 est inférieure à un seuil de consigne particulier, généralement de 13 kilogs/cm2. Comme décrit ci-dessus, une pression différentielle de fonctionnement type est d'environ 14 kilogs/cm2, correspondant, respectivement, à une pression d'alimentation et de retour de 28 et de 14 kilogs/cm2.

Le système est en surconsommation lorsque la somme des consommations d'hélium calculées de toutes les pompes est supérieure à la valeur 112 (figure 7) corrigée d'hélium disponible actuelle ou calculée la plus récente.

Dans un mode de réalisation particulier, les pompes sont en surconsommation lorsque la somme des consommations d'hélium calculées dépasse la valeur corrigée d'hélium disponible de 5 %.

La troisième condition est celle où toutes les pompes indiquant un mode de refroidissement sont déjà à leur attribution d'hélium minimum, comme rapporté à

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l'étape 132. Le système aura tendance à réduire le paramètre d'hélium attribué pour les pompes en cours de refroidissement afin d'autoriser plus d'hélium pour les pompes en régulation de température, jusqu'à ce que l'attribution d'hélium minimum soit atteinte. Lorsque toutes les pompes ont atteint l'attribution minimum d'hélium, il n'y a aucun excès d'hélium à répartir entre les autres pompes.

Si les pompes en cours de refroidissement sont toutes à leur niveau d'hélium minimum et que les vérifications de sous-pression et de surconsommation sont positives, alors une vérification est effectuée pour déterminer si l'état de distribution par hiérarchie est fixé et validé, comme montré à l'étape 138. Si l'état de distribution par hiérarchie est fixé et validé, alors l'état de distribution par hiérarchie 128 est adopté, autrement l'état de surcharge 126 est adopté.

Si le système n'a pas encore besoin de passer dans l'état de surcharge 126 ou dans l'état de distribution par hiérarchie 128, le sous-programme de vérification de sous-pression 140 est adopté afin de calculer une nouvelle valeur pour la valeur corrigée d'hélium disponible, tel que décrit davantage ci-dessous en relation avec la figure 10. Le sous-programme de distribution, également décrit davantage ci-dessous, est ensuite lancé, comme présenté à l'étape 142. Le sousprogramme de distribution recalcule une nouvelle valeur d'hélium attribuée pour chacune des pompes 10. Une vérification est effectuée pour déterminer si le système a réattribué suffisamment d'hélium pour permettre le passage dans l'état de surveillance 122, comme montré à l'étape 144. Si le registre d'horloge de stabilisation

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est arrivé en fin de comptage et qu'aucune pompe n'a indiqué une condition de limite, alors le contrôleur de réseau de vide passe dans l'état de surveillance 122 étant donné qu'aucune des pompes n'a été privée d'hélium. Ensuite, une vérification est effectuée pour déterminer si tous les compresseurs ou toutes les pompes ont été arrêtés, comme représenté à l'étape 146. Si aucune pompe ni aucun compresseur n'a été mis en route, le système passe dans l'état d'attente 120. Enfin, les valeurs nouvellement calculées d'attribution d'hélium sont envoyées aux pompes 10, comme présenté à l'étape 148.

La figure 10 montre le sous-programme de vérification de sous-pression 140 plus en détail. En faisant référence à la figure 10, le sous-programme de vérification de sous-pression 140 est lancé, comme montré à l'étape 150. Une vérification est effectuée pour déterminer si le système fonctionne dans une condition de sous-pression, comme présenté à l'étape 152. La vérification peut comprendre la lecture d'un indicateur positionné au cours de l'étape 136 ci-dessus, ou elle peut recalculer la pression différentielle et la comparer au point de consigne de pression différentielle. Si le système fonctionne encore dans un état de sous-pression, un facteur de correction de débit est décrémenté d'une valeur prédéterminée, par exemple 0,01, comme présenté à l'étape 154. Le facteur de correction de débit est ensuite multiplié par la valeur corrigée d'hélium disponible actuelle 112 (figure 7) afin de produire une nouvelle valeur corrigée d'hélium disponible 112, comme montré à l'étape 158, et la commande retourne à l'organigramme de distribution à la demande, comme montré à l'étape 162. De cette manière, l'hélium calculé

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disponible est réduit de manière à permettre au sousprogramme de distribution, décrit davantage ci-dessous, de calculer l'attribution d'hélium à partir d'une alimentation plus faible. Des itérations successives auront, par conséquent, l'effet de réduire l'hélium disponible calculé jusqu'à ce que le système se stabilise ou jusqu'à ce qu'une transition soit faite vers un état de surcharge 126 ou vers un état de distribution par hiérarchie 128.

Si une condition de sous-pression n'existe pas, alors une vérification est effectuée pour déterminer si la consommation d'hélium calculée globale pour toutes les pompes est supérieure à un certain seuil de la valeur corrigée d'hélium disponible 112 ou au niveau de celuici, comme montré à l'étape 156. Si la consommation d'hélium calculée globale est au niveau d'un certain seuil, alors le débit d'hélium est suffisant et le facteur de correction de débit est incrémenté d'une valeur prédéterminée, par exemple 0,01, comme présenté à l'étape 160, augmentant de ce fait l'hélium calculé disponible. La valeur corrigée d'hélium disponible est ensuite recalculée, comme montré à l'étape 158, et la commande retourne au sous-programme de distribution à la demande, comme montré à l'étape 162.

La figure 11 montre le sous-programme de distribution de l'étape 142 (figure 9) plus en détail. En faisant référence à la figure 11, le sous-programme de distribution est lancé, comme montré à l'étape 164. La nouvelle valeur d'hélium attribuée pour les pompes dans un mode de régulation de température est calculée, comme montré à l'étape 166. La valeur de consommation d'hélium calculée rapportée par chaque pompe est multipliée par le

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facteur d'écart d'hélium de l'étape 156 ci-dessus afin de tenter de fournir davantage d'hélium aux pompes en régulation de température. Dans un mode de réalisation particulier, le facteur d'écart d'hélium est de 1,08.

L'hélium disponible à répartir entre les pompes pour le refroidissement est alors calculé, comme montré à l'étape 168. La valeur de consommation d'hélium calculée à l'étape 166 est additionnée pour toutes les pompes en régulation de température et soustraite de la valeur actuelle de l'hélium disponible corrigée afin de produire l'hélium disponible pour le refroidissement. Par conséquent, toutes les pompes en régulation de température seront envisagées en premier et le reste sera réparti entre les pompes en cours de refroidissement.

L'hélium disponible pour le refroidissement est divisé par le nombre de pompes en cours de refroidissement, comme représenté à l'étape 170, et est pondéré pour s'adapter à la taille relative des pompes si différentes tailles de pompes sont actuellement fixées au collecteur.

En outre, si l'attribution d'hélium calculée est inférieure à l'attribution d'hélium minimum pour une pompe particulière, alors l'attribution d'hélium minimum sera utilisée. Par conséquent, le système tentera de réattribuer de l'hélium supplémentaire aux pompes en régulation de température afin d'atténuer l'état de limite dans une ou plusieurs pompes rapportant un tel état. La commande retourne ensuite au sous-programme de distribution, comme montré à l'étape 172.

La figure 12 montre un schéma de haut niveau du flux de commande de pompe. Comme indiqué ci-dessus, les pompes fonctionnent dans l'un de trois modes : régulation de température, refroidissement et aucun, et de deux états :

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correct et limite. La pompe calcule également la valeur de consommation d'hélium pour informer le contrôleur de réseau de vide. Le contrôleur esclave de pompe envoie périodiquement ces informations lorsqu'elles sont demandées par le contrôleur de réseau de vide et reçoit la valeur d'hélium attribuée du contrôleur de réseau de vide. La boucle de commande de vitesse de pompe détermine alors la vitesse de piston de circulation maximum en conséquence. Notez que la boucle de commande de vitesse de pompe fonctionne en parallèle pour réguler la vitesse du moteur de piston de circulation conformément à la température du premier étage dans la plage de vitesse telle que calculée par le flux de commande de pompe. Dans un mode de réalisation particulier, la boucle de commande de vitesse de pompe est une boucle PID (proportionnelintégral-différentiel) en boucle fermée.

En faisant référence à la figure 12, la boucle du flux de commande de pompe du contrôleur esclave de pompe est lancée, comme montré à l'étape 174. Le lancement est effectué par le contrôleur de réseau de vide 12 (maître), mais pourrait l'être également par des moyens asynchrones tels qu'un mécanisme commandé par interruption. Une vérification est effectuée pour déterminer si les valeurs actuelles d'alimentation des compresseurs et de la pression de retour, utilisée pour calculer la pression différentielle, sont valides, comme représenté à l'étape 176. Les causes de valeurs de compresseur invalides comprennent un défaut de communication entre les pompes, le compresseur et le contrôleur de réseau de vide, une défaillance de transducteur ou l'arrêt du compresseur. Si les valeurs de compresseur indiquent un problème possible, alors le sous-programme de vérification de

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compresseur est lancé, comme présenté à l'étape 178 et décrit davantage ci-dessous. Si les valeurs de compresseur semblent valides, alors une vérification est effectuée pour déterminer si la pompe a été précédemment arrêtée par le sous-programme de vérification de compresseur, comme représenté à l'étape 180. Si la pompe a été précédemment arrêtée par le sous-programme de vérification de compresseur, alors une récupération de défaut de puissance est effectuée, comme représenté à l'étape 182, afin d'effectuer une réinitialisation, et la boucle de commande de pompe est quittée, comme montré à l'étape 194. Si la pompe n'a pas été précédemment arrêtée, alors les paramètres de fonctionnement actuels sont calculés pour la pompe, comme présenté à l'étape 184.

Les paramètres de fonctionnement sont calculés de manière suivante : le paramètre de consommation d'hélium est calculé afin de déterminer le taux de consommation d'hélium actuel sur la base de la température du premier étage, de la température du deuxième étage, de la vitesse du piston de circulation actuelle (RPM), de la pression d'alimentation, de la pression de retour et d'une constante de pompe basée sur la cylindrée de la pompe (Cpumpconst) :
Consommation d'hélium = F(Tl, T2, RPM, Psupply, Preturn, Cpumpconst).

Une nouvelle valeur RPM d'attribution correspondant à la valeur de consommation d'hélium est calculée en utilisant la valeur d'hélium attribuée actuelle envoyée par le contrôleur de réseau de vide :
RPM d'attribution = (hélium attribué * RPM) consommation d'hélium

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Notez que la valeur de consommation d'hélium est également renvoyée au contrôleur de réseau de vide, comme décrit ci-dessus, pour calculer une nouvelle valeur pour la valeur d'hélium attribuée. L'état de la pompe correct ou limite et le mode de fonctionnement de la pompe refroidissement , régulation de température et aucun sont également calculés et envoyés au contrôleur de réseau de vide.

Après le calcul des paramètres de fonctionnement de la pompe, une vérification est effectuée pour déterminer si la pompe est dans un mode de refroidissement, comme montré à l'étape 186. Si la pompe est dans un mode de refroidissement, le sous-programme de refroidissement est lancé, comme montré à l'étape 188 et décrit davantage cidessous. Si la pompe n'est pas dans le mode de refroidissement, alors elle est soit active (en régulation de température) soit inactive, et la vitesse RPM maximum est fixée à la valeur la plus faible de RPM d'attribution, de MaxRPM pour cette pompe ou d'une constante globale Maxrpm, généralement de 100 tr/mn, mais pas inférieure à MinRPM, comme décrit à l'étape 190, et la boucle de commande de pompe est quittée, comme montré à l'étape 194.

La figure 13 montre le sous-programme de refroidissement de pompe. En faisant référence aux figures 12 et 13, si la pompe est dans un mode de refroidissement, la commande passe au sous-programme de refroidissement, comme représenté à l'étape 188. Le sousprogramme de refroidissement est lancé, comme montré à l'étape 400, et une vérification est effectuée afin de déterminer si la température du deuxième étage est inférieure à 17 K. Si la température est inférieure à

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17 K, alors une vérification est effectuée afin de déterminer si la température du premier étage est dans une tolérance de 0,5 K autour d'un point de consigne de Tl, généralement de 100 K. Tl (premier étage) est fixé à la température de fonctionnement attendue normale. Si la température Tl est suffisamment froide, alors le refroidissement s'achève, comme présenté à l'étape 406, et le sous-programme de refroidissement est quitté, comme montré à l'étape 422.

Si la température du deuxième étage n'est pas inférieure à 17 K, alors une vérification est effectuée afin de déterminer si la température du deuxième étage est inférieure à 40 K. Si la température du deuxième étage est inférieure à 40 K, ou si la température du premier étage n'est pas en dehors d'une tolérance de 0,5 K autour du point de consigne à l'étape 404, alors une vérification est effectuée afin de déterminer si la vitesse RPM d'attribution est supérieure à 72 tr/mn, comme montré à l'étape 408. Si la vitesse RPM d'attribution est supérieure à 72, alors elle est fixée à 72 t/mn, comme montré à l'étape 410. Par conséquent, la vitesse RPM d'attribution sera limitée à 72 lorsque la température du deuxième étage est inférieure à 40 K ou lorsque la température du deuxième étage est inférieure à 17 K mais la température du premier étage n'est pas encore tombée à la température de point de consigne de Tl + 0,5 K.

Une vérification est effectuée pour déterminer si la vitesse calculée RPM d'attribution est supérieure à MaxRPM, comme montré à l'étape 412. Si c'est le cas, alors la vitesse RPM actuelle est fixée à MaxRPM, comme représenté à l'étape 414, et le sous-programme de

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refroidissement est quitté, comme montré à l'étape 422. Si la vitesse RPM d'attribution n'est pas supérieure à MaxRPM, alors une vérification est effectuée pour déterminer si elle est inférieure à MinRPM, comme présenté à l'étape 416. Si elle est inférieure à MinRPM, alors RPM est fixé à MinRPM, comme montré à l'étape 420, autrement elle est fixée à RPM d'attribution, comme décrit à l'étape 418. Le sous-programme de refroidissement est ensuite quitté, comme montré à l'étape 422.

En faisant référence à la figure 12, l'étape 178 montre le sous-programme de vérification de compresseur.

La figure 14 montre le sous-programme de vérification de compresseur plus en détail. En faisant référence aux figures 12 et 14, le sous-programme de vérification de compresseur est lancé, comme montré à l'étape 430.

L'objet principal du sous-programme de vérification de compresseur consiste à déterminer si les compresseurs fonctionnent et à arrêter les pompes s'ils ne fonctionnent pas. Des valeurs par défaut pour la pression d'alimentation, la pression de retour et l'attribution d'hélium sont spécifiées, comme montré à l'étape 432.

Généralement, ces valeurs par défaut sont pour la pression d'alimentation, 28 kilogs/cm2, pour la pression de retour, 14 kilogs/cm2, et pour l'attribution d'hélium, l'hélium minimum, si la pompe est en cours de refroidissement et la valeur précédente d'attribution d'hélium si elle est en régulation de température.

Une vérification est effectuée pour déterminer si le sous-programme de vérification de compresseur a été lancé pendant une itération précédente par la pompe de flux de commande de pompe, comme présenté à l'étape 434. Une

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vérification de compression déclenche un registre d'horloge de test qui fonctionne de manière asynchrone par rapport au sous-programme de commande de pompe. Par conséquent, de multiples itérations à travers le sousprogramme de vérification de compresseur se produiront généralement alors que la pompe est surveillée pendant l'intervalle de test. Si le sous-programme de vérification de compresseur n'a pas été lancé précédemment, une vérification est effectuée pour déterminer si le moteur de pompe est en marche, comme montré à l'étape 436. Si ce n'est pas le cas, le sousprogramme de vérification de compresseur est quitté, comme présenté à l'étape 454. Si le moteur de pompe est en marche, alors une vérification est effectuée pour déterminer si la pompe est dans un mode de régénération, comme montré à l'étape 438. Si c'est le cas, alors le sous-programme de vérification de compresseur est quitté, comme présenté à l'étape 454.

Si la pompe n'est pas dans un mode de régénération, alors le mode de fonctionnement actuel, de refroidissement ou actif (de régulation de température) est enregistré, et un registre d'horloge de test est positionné, comme montré à l'étape 440. L'itération suivante à travers le sous-programme de vérification de compresseur indiquera que le sous-programme de vérification de compresseur s'exécute, comme représenté à l'étape 434, et une vérification est effectuée afin de déterminer si le registre d'horloge de test est arrivé en fin de comptage, comme montré à l'étape 442. Le registre d'horloge de test permet d'autoriser un intervalle de temps prédéterminé pendant lequel le fonctionnement normal du système est surveillé. Si le registre d'horloge

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5 10 15 20 25 30 de test n'est pas encore arrivé en fin de comptage, alors le sous-programme de vérification de compresseur est quitté, comme présenté à l'étape 454, afin d'attendre l'itération suivante. Si le registre d'horloge de test est arrivé en fin de comptage, alors une vérification de mode de refroidissement est effectuée, comme présenté à l'étape 444. Si la pompe n'est pas en cours de refroidissement, alors une vérification est effectuée pour déterminer si la température du deuxième étage s'est élevée au-dessus d'un seuil prédéterminé, comme montré à l'étape 448. Dans un mode de réalisation particulier, le seuil est de 25 K. Si la pompe ne s'est pas réchauffée au-delà du seuil prédéterminé, alors le compresseur est considéré comme étant en marche et la pompe est laissée en fonctionnement, comme représenté à l'étape 450. Si la pompe n'est pas en cours de refroidissement, alors une vérification est effectuée pour déterminer si la vitesse de refroidissement est supérieure à une vitesse prédéterminée, telle que 1 K/mn, pendant l'intervalle de temps de registre d'horloge de test, comme décrit à l'étape 446. Si la vitesse de refroidissement n'est pas supérieure à 1 K/mn, ou si la température du deuxième étage s'est élevée au-dessus de 25 K, alors le compresseur est considéré comme étant arrêté et la pompe est coupée, comme montré à l'étape 452. La commande passe ensuite à l'étape 454 et le sous-programme de vérification de compresseur est quitté jusqu'à l'itération suivante.

En faisant référence de nouveau à la figure 8, l'état de distribution par hiérarchie 128 peut également être utilisé pour aborder des situations au-delà des conditions de fonctionnement normal. Celui-ci peut être

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provoqué par une charge thermique excessive dans le système à vide ou par la dégradation d'une pompe ou d'un compresseur. L'objet principal de la distribution par hiérarchie consiste à attribuer de l'hélium aux pompes les plus importantes du système tout en le refusant à celles de moindre importance. Dans certains cas, une pompe devrait être coupée complètement afin de permettre l'utilisation de l'hélium ailleurs.

L'utilisateur du système doit valider la fonction de distribution par hiérarchie et définir l'importance relative de chaque pompe. Par exemple, dans un mode de réalisation particulier, un système de pulvérisation consiste en deux chambres à sas de chargement, une chambre tampon, une chambre de transfert et quatre chambres de traitement ou plus reliées à la chambre de transfert. Une pompe de chambre de traitement pourrait recevoir un niveau de priorité 3, la pompe de chambre de transfert, un niveau de priorité 2, et la pompe de chambre tampon, un niveau de priorité 1. Une chambre de traitement dans laquelle il n'y a aucune tranche pourrait recevoir le niveau de priorité 4. Dans le cas d'un défaut dans le système qui provoquerait une consommation d'hélium supérieure à la demande, le contrôleur d'outil déterminerait si l'une quelconque des chambres de traitement ne contient pas de tranche, leur attribuant ainsi un niveau 3 ou 4. L'attribution d'hélium à une chambre de traitement sans tranche serait réduite ou la pompe pourrait être arrêtée afin de permettre aux autres chambres de rester en fonctionnement. Une partie du système hiérarchique consiste à permettre au système de se mettre en panne en douceur . C'est-à-dire que, dans un système qui se dégrade, le temps serait suffisant pour

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que le traitement des tranches se termine et pour qu'elles quittent les chambres de traitement, à travers la chambre de transfert jusqu'à la chambre tampon et de retour dans les sas de chargement alors que les pompes sont arrêtées derrière elles. Le temps de transfert pour un tel traitement pourrait être de l'ordre de une à trois minutes. L'état de distribution par hiérarchie 128 arrêterait d'abord les pompes de niveau 4 une à la fois, ensuite que celles de niveau 3, et ainsi suite. Si une condition de défaut disparaissait, les pompes pourraient être remises en route.

Une supposition avant le passage dans l'état de distribution par hiérarchie 128 est qu'il n'y a plus la moindre circulation en excès d'hélium disponible dans le système et, par conséquent, que le système est au-delà de l'état de distribution à la demande 124. Certaines pompes peuvent fonctionner de manière acceptable avec leur attribution d'hélium, mais au moins une pompe a demandé davantage d'hélium et celui-ci n'est pas disponible. La poursuite du fonctionnement se traduira par le réchauffement d'une ou de plusieurs pompes. L'utilisation de la hiérarchie prédéterminée imposée par l'état de distribution par hiérarchie 128 permettra au contrôleur de réseau de vide d'effectuer un tri afin de laisser les pompes les plus importantes maintenir le froid tout en sacrifiant les autres pompes. Bien que trois ou cinq niveaux de priorité puissent être caractéristiques d'un mode de réalisation particulier, l'état de distribution par hiérarchie 128 devrait permettre à l'utilisateur de définir le nombre de niveaux de priorité, notamment un niveau pour chaque pompe sur le collecteur.

Le contrôleur hôte d'outil peut attribuer les

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priorités dynamiquement en se basant sur des problèmes tels que la présence ou l'absence d'une tranche.

L'utilisateur peut également souhaiter maintenir le vide dans une chambre particulière jusqu'à ce qu'une certaine condition soit satisfaite, comme un refroidissement d'un montage très chaud. Les utilisateurs peuvent préprogrammés le fait qu'une pompe devrait être autorisée à s'arrêter totalement ou se voir attribuer une certaine quantité minimum d'hélium. Lorsque des pompes ont reçu le même niveau de priorité, alors le contrôleur de réseau de vide sélectionnera arbitrairement une pompe à ce niveau afin de l'arrêter ou de lui réattribuer de l'hélium. Une action sur d'autres pompes aux mêmes niveaux ou à des niveaux supérieurs peut être nécessaire jusqu'à ce que la stabilité du système soit obtenue.

Le contrôleur de niveau de vide peut également passer dans l'état de distribution par hiérarchie pendant le refroidissement des pompes. Sur certains outils, il peut être souhaitable de garantir qu'une ou plusieurs pompes arrivent à une température de fonctionnement en premier. La priorité peut être donnée à ces pompes en utilisant une logique donnant des attributions supérieures à ces pompes pendant le refroidissement par rapport à d'autres pompes sur la carte.

Le contrôleur de réseau de vide recevra des attributions de hiérarchie de l'ordinateur hôte d'outil et les mémorisera. Dans le cas d'un problème alors que l'état de distribution par hiérarchie est validé, le contrôleur de réseau de vide utilisera les priorités actuellement attribuées pour commander les pompes. Une modification des niveaux de priorité par l'hôte d'outil devrait être acceptée par le contrôleur de réseau de vide

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alors que l'état de distribution par hiérarchie est actif afin de faire face à des situations changeant rapidement.

Dans un autre mode de réalisation particulier, le système de commande de gestion d'hélium utilise trois modes de commande, représentés sur la figure 15. Ce système utilise une pression différentielle DP afin de déterminer le mode de commande. En faisant référence aux figures lb et 15, le différentiel de pression est la différence de pression entre la ligne d'alimentation haute pression 46 et la ligne d'échappement basse pression 48. Dans une pompe cryogénique type, la ligne d'alimentation haute pression 46 est à environ 28 kilogs/cm2 et la ligne d'échappement basse pression 48 est à environ 14 kilogs/cm2. Le différentiel de pression est la différence entre ces deux lignes, et est généralement d'environ 14 kilogs/cm2. Dans les situations extrêmes, si de nombreuses pompes cryogéniques consomment de l'hélium à une vitesse élevée, le différentiel de pression peut diminuer au-dessous d'un seuil critique de telle manière que la capacité de réfrigération commencera à se dégrader fortement. C'est un objet du présent système d'empêcher la chute du différentiel de pression jusqu'au seuil critique.

Dans le système représenté sur la figure 15, les modes de commande sont déterminés de la manière suivante : un mode normal correspond à un différentiel de pression compris entre 13 et 14 kilogs/cm2 ; un mode de sous-pression correspond à un différentiel de pression inférieur à 13 kilogs/cm2 ; un mode de surpression correspond à un différentiel de pression supérieur à 14 kilogs/cm2. Il conviendrait de noter que ces plages sont approximatives et pourraient être adaptées dans un système réel pour

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fournir d'autres plages de différentiel de pression correspondant aux modes de commande.

Toujours en faisant référence à la figure 15, un organigramme montre le fonctionnement du système de commande de gestion d'hélium utilisant trois modes de commande : normal, de surpression et de sous-pression.

Lorsque le différentiel de pression se trouve en dehors de la plage de 190 psi à 205 psi, ou mode normal, les vitesses des moteurs d'entraînement de piston de circulation seront commandées pour tenter de ramener le système dans un mode normal. Chacune des pompes cryogéniques a un point de consigne de température. Le point de consigne de la pompe cryogénique est la température que le moteur d'entraînement de piston de circulation tentera d'atteindre comme température de cryopompage normale. Une réduction du point de consigne aura tendance à avoir pour effet d'augmenter la vitesse du moteur d'entraînement de piston de circulation afin de consommer plus d'hélium et de réduire la température de la pompe cryogénique. De même, l'augmentation du point de consigne permettra le réchauffement du réfrigérateur cryogénique, tendant à réduire la vitesse du moteur d'entraînement de piston de circulation et, par conséquent, à consommer moins d'hélium. Le point de consigne est utilisé en interne par la pompe cryogénique pour modifier la vitesse du moteur d'entraînement de piston de circulation de manière à faire correspondre la température du premier étage du doigt frigorigène au point de consigne, en utilisant une commande en boucle fermée ou un autre mécanisme de commande électronique dans la pompe cryogénique. En outre, le point de consigne et la vitesse du moteur d'entraînement de piston de

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circulation ont tous deux une plage de fonctionnement audelà de laquelle la vitesse du moteur et le point de consigne ne peuvent pas être modifiés davantage.

Plus spécifiquement, un intervalle d'interrogation se termine, comme représenté à l'étape 300, et le système commence un autre cycle de vérification. Une vérification est effectuée afin de déterminer si le système est actuellement dans un mode de surpression, comme montré à l'étape 302. Si le système n'était pas dans un mode de surpression, alors une vérification est effectuée afin de déterminer si le système est dans un mode de souspression, comme présenté à l'étape 304. Si le système n'était pas dans un mode de sous-pression, alors une vérification est effectuée afin de déterminer si le différentiel de pression est supérieur à 205 psi, comme représenté à l'étape 306. Si le différentiel de pression n'est pas supérieur à 205 psi, alors une vérification est effectuée pour déterminer si le différentiel de pression est inférieur à 190 psi, comme montré à l'étape 308. Si le différentiel de pression n'était pas inférieur à 190 psi, alors la commande retourne à l'étape 310 jusqu'à ce que l'intervalle d'interrogation suivant se termine.

Le trait en pointillé 312 représente la séquence d'étapes représentant le fonctionnement en mode normal, tel que décrit. Cette itération se répète jusqu'à ce que le différentiel de pression se trouve en dehors de l'intervalle de 190 psi à 205 psi, décrit davantage cidessous.

Le système de la figure 15 sert à diminuer les points de consigne de température et à augmenter la vitesse du moteur en 314, ci-dessous, si le différentiel de pression est supérieur à 205 psi. Les points de

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consigne de température sont augmentés et la vitesse du moteur est diminuée en 322, ci-dessous, si le différentiel de pression descend en dessous de 13 kilogs/cm2. Après une modification, le système est placé dans un mode de surpression ou de sous-pression pendant un temps pendant lequel d'autres modifications ne sont pas permises afin de permettre au système de se stabiliser.

À l'étape 306, si le différentiel de pression est supérieur à 205, alors une condition de surpression potentielle apparaît. Une condition de surpression est indicative d'un excès d'hélium dans le système. Le trait en pointillé 314 représente généralement les actions de correction de surpression. Afin d'utiliser l'hélium en excès, le point de consigne de toutes les pompes cryogéniques qui ne sont en cours de refroidissement, et qui fonctionnent, est diminué de 2 K, tel que présenté à l'étape 316. La vitesse du moteur d'entraînement de n'importe quelle pompe cryogénique en cours de refroidissement est augmentée de 15 tr/mn, comme montré à l'étape 318. Le mode du système est placé dans le mode de surpression afin d'indiquer qu'il existe une capacité d'hélium frigorigène excédentaire qui peut être utilisée, comme représenté à l'étape 320. Notez qu'il existe des seuils de vitesse d'entraînement minimum et maximum, décrits davantage ci-dessous, qui maintiendront la vitesse du moteur d'entraînement dans la plage de fonctionnement prédéterminée.

En poursuivant à l'étape 308, si le différentiel de pression est inférieur à 190, alors une condition de sous-pression potentielle apparaît. Une condition de sous-pression est indicative d'une raréfaction de l'hélium dans le système. Le trait en pointillé 322

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représente généralement les étapes parcourues pour corriger une condition de sous-pression. Afin de préserver l'hélium, le point de consigne de toutes les pompes cryogéniques qui ne sont pas en cours de refroidissement est augmenté de 2 K, comme montré à l'étape 324. La vitesse du moteur d'entraînement des pompes cryogéniques en cours de refroidissement est diminuée de 15 tr/mn, comme présenté à l'étape 326. La diminution de la vitesse des pompes cryogéniques dans un état de refroidissement aura tendance à prolonger le temps de refroidissement, mais libérera un excédent d'hélium afin de corriger la condition de sous-pression et de permettre aux pompes de fonctionner à des températures de cryopompage normales afin de poursuivre le fonctionnement. Le mode du système est ensuite fixé au mode de sous-pression, comme représenté à l'étape 328, afin d'indiquer l'existence d'une condition de souspression.

En poursuivant à l'étape 304, si une condition de sous-pression existe déjà, une vérification est effectuée pour déterminer si le mode de sous-pression a duré plus d'une minute, comme présenté à l'étape 330. Si le mode de sous-pression actuel n'a pas duré plus d'une minute, la commande retourne à l'étape 310 pour attendre l'intervalle d'interrogation suivant afin d'éviter un dérèglement du système. Si le mode de sous-pression actuel a duré plus d'une minute, alors une vérification est effectuée pour déterminer si le différentiel de pression actuel DP est inférieur au différentiel de pression qui a provoqué le passage dans le mode de souspression, comme représenté à l'étape 332. Si le passage dans le mode de sous-pression a été effectué

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précédemment, alors le système devrait commencer à augmenter le différentiel de pression, autrement une gestion de l'hélium plus agressive sera nécessaire. Si le différentiel de pression DP n'est pas inférieur à la lecture qui a provoqué le passage dans le mode de souspression, alors une vérification est effectuée pour déterminer si le mode de sous-pression actuel a duré dix minutes, comme présenté à l'étape 334. Si ce n'est pas le cas, la commande retourne à l'étape 310 afin d'attendre l'intervalle d'interrogation suivant. Le système permet, par conséquent, au système de retourner dans une plage de différentiel de pression normale pendant dix minutes avant de poursuivre avec une gestion d'hélium plus agressive.

Si le différentiel de pression continue de descendre, ou si dix minutes se sont écoulées depuis le passage dans le mode de sous-pression, le système quitte le mode de sous-pression, comme présenté à l'étape 336.

Le mode de sous-pression est quitté de sorte que d'autres opérations correctives peuvent avoir lieu au moment de l'intervalle d'interrogation suivant, décrit davantage ci-dessous. La commande retourne à l'étape 310 et, au moment de l'intervalle d'interrogation suivant, montré à l'étape 300, la vérification à l'étape 304 indiquera que le système n'est pas dans le mode de sous-pression. Par conséquent, la vérification du différentiel de pression à l'étape 308 indiquera que le différentiel de pression est toujours au-dessous de 190, et les actions de souspression 324,326 et 328 réapparaîtront, comme décrit cidessus.

En poursuivant à l'étape 302, si une condition de surpression existe déjà, alors une vérification est

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effectuée pour déterminer si le mode de surpression actuel a duré plus de dix minutes, comme montré à l'étape 338. Si ce n'est pas le cas, la commande retourne à l'étape 308 pour la vérification du différentiel de pression faible. Si le mode de surpression actuel a duré plus de dix minutes, alors le système quitte le mode de surpression, comme représenté à l'étape 340, et la commande retourne à l'étape 300 pour attendre l'intervalle d'interrogation suivant. Le système quitte le mode de surpression afin de déclencher la vérification de correction de surpression. Au moment de l'intervalle d'interrogation suivant, montré à l'étape 300, étant donné que le mode de surpression n'est plus fixé, la vérification de mode de surpression à l'étape 302 fera passer la commande à l'étape 306. Si le différentiel de pression est encore supérieur à 205, les actions de surpression des étapes 316,319 et 320 réapparaîtront, comme décrit ci-dessus.

Dans un autre mode de réalisation particulier, il existe quatre états de commande de la gestion d'hélium au niveau du contrôleur, décrits davantage ci-dessous, et trois modes. Brièvement, les modes sont réglage , normal et refroidissement . Le réglage se produit pendant le réglage initial du système afin de déterminer quels compresseurs et quelles pompes cryogéniques sont reliés au système. Le mode de refroidissement indique qu'une ou plusieurs pompes cryogéniques effectuent une opération de refroidissement. Le mode normal correspond au fait que le système a été démarré et que toutes les pompes cryogéniques ont achevé un refroidissement initial.

Chacune des pompes cryogéniques associées au système

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a également trois modes de fonctionnement de gestion d'hélium qui sont rapportés au contrôleur. Un mode de régulation de température indique que la pompe cryogénique est commandée par le contrôleur. Un mode de refroidissement indique que la pompe cryogénique effectue une opération de refroidissement. Un mode aucun indique que la pompe est autorisée à consommer librement de l'hélium alors que le moteur d'entraînement est autorisé à fonctionner à vitesse maximum.

Les quatre états de commande du système de commande de gestion d'hélium sont généralement indicatifs chacun d'un besoin d'une gestion d'hélium plus agressive. Les états de fonctionnement sont similaires aux modes de commande décrits dans le mode de réalisation précédent.

Un état normal permet une consommation d'hélium non régulée par toutes les pompes cryogéniques 10 dans le système. Un état de vérification de limite apparaît lorsqu'une pompe a une consommation égale à la consommation maximum calculée par le contrôleur. Un état de distribution à la demande apparaît lorsqu'une pompe qui a indiqué une alimentation minimale continue d'être alimentée avec peu d'hélium après un temps de seuil prédéterminé. La distribution à la demande entraîne une redistribution de l'hélium en excès dans le système ou une réduction du paramètre d'alimentation en hélium maximum de chaque pompe cryogénique s'il n'y a aucun excès. Si toutes les pompes indiquent une raréfaction de l'hélium, un état de distribution par hiérarchie attribue l'hélium à des pompes cryogéniques critiques conformément à une hiérarchie prédéterminée en réduisant l'hélium vers des pompes moins critiques, qui sont autorisées à se réchauffer.

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Les pompes cryogéniques ont également un état de consommation d'hélium. Un état CORRECT indique que la pompe cryogénique consomme moins de 95 % de la valeur du paramètre d'alimentation en hélium maximum. Un état APPROCHANT indique que la pompe cryogénique consomme plus de 95 % de la valeur du paramètre d'alimentation en hélium maximum. Un état LIMITE indique que la pompe cryogénique a une consommation d'hélium égale à la valeur du paramètre de consommation d'hélium maximum. L'état de consommation d'hélium est utilisé pour déterminer si une pompe cryogénique consomme la quantité maximum d'hélium nécessaire pour maintenir les températures de cryopompage et est, par conséquent, au seuil de réchauffement. Cet état APPROCHANT n'est pas utilisé pour déterminer la commande de gestion d'hélium, mais peut être demandé par un opérateur en tant qu'élément d'information.

Les figures 16a à 16c montre un organigramme de commande de gestion d'hélium dans le contrôleur 12 tel que représenté sur la figure 12 plus en détail. En faisant référence à la figure 16a, un réglage initial et un mappage sont effectués, comme représenté à l'étape 610. Le réglage initial et le mappage déterminent tous les compresseurs 16 et toutes les pompes cryogéniques 10 reliés à un collecteur commun 18. Comme indiqué ci-dessus à l'étape 610, chaque pompe cryogénique envoie une taille de réfrigérateur cryogénique, une alimentation en hélium minimum, une vitesse de consommation d'hélium et un temps d'achèvement de refroidissement, afin qu'ils soient mémorisés dans le contrôleur. Le contrôleur reçoit également l'alimentation en hélium disponible de chaque compresseur 16. Si l'hélium disponible est insuffisant pour prendre en charge au moins l'alimentation en hélium

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minimum pour chaque pompe, le fonctionnement s'achève.

Une distribution d'hélium initiale est calculée, basée sur une distribution proportionnelle conformément à la taille des pompes cryogéniques et un signal de consommation d'hélium maximum est envoyé à chaque pompe cryogénique. Le contrôleur peut également lire les paramètres de réglage initiaux indicatifs d'une hiérarchie de distribution, décrite davantage ci-dessous, et d'autres paramètres de fonctionnement et valeurs par défaut.

Le contrôleur commence ensuite une boucle de commande, recevant une entrée périodique de chaque pompe cryogénique. Des signaux de paramètres, indicatifs des données de paramètre de fonctionnement, sont reçus de chacun des détecteurs 14, et une vérification des données reçues est effectuée pour déterminer si elles sont valides, comme montré à l'étape 612. La commande retourne à l'étape 612 jusqu'à ce que des mesures valides soient obtenues. Une vérification est effectuée pour voir si l'état de distribution à la demande est actif, comme présenté à l'étape 614. L'état de distribution à la demande peut être actif si un état précédent de distribution à la demande a été déclenché, comme décrit davantage ci-dessous en relation avec la figure 16c.

Si l'état de distribution à la demande n'est pas actif, alors une vérification est effectuée pour déterminer si l'état de vérification de limite est actif, comme montré à l'étape 616. L'état de vérification de limite peut être actif si une vérification de limite précédente était positive. Si l'état de vérification de limite est actif, la commande retourne à l'étape 620, décrite davantage ci-dessous en relation avec la figure

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16b. Si l'état de vérification de limite n'est pas actif, alors l'état de consommation actuel de chaque pompe cryogénique est examiné, comme représenté à l'étape 618.

Pour toute pompe qui n'est pas dans un état de refroidissement, le taux de consommation actuel est examiné par rapport à la consommation d'hélium maximum pour cette pompe cryogénique afin de déterminer si une limite a été atteinte. En variante, la limite peut être un pourcentage de la consommation d'hélium maximum, tel que 95 %, afin que le système fonctionne d'une manière plus économe. Si la limite a été atteinte par une ou plusieurs des pompes cryogéniques, la commande retourne à l'étape 620, décrite davantage ci-dessous en relation avec la figure 16b.

Si la limite n'a pas été atteinte, alors une vérification est effectuée pour déterminer si l'une quelconque des pompes cryogéniques est dans l'état de refroidissement, comme représenté à l'étape 622. Si aucune des pompes cryogéniques n'est dans l'état de refroidissement, l'état du système est fixé à normal, comme montré à l'étape 626, et le programme retourne à l'étape 612 pour l'itération suivante de la boucle de commande .

Si l'une quelconque des pompes cryogéniques est dans l'état de refroidissement, le mode du système est fixé à refroidissement, comme montré à l'étape 624. Un fonctionnement de refroidissement se produit après une régénération, ou pendant un démarrage initial du système, et ramène le réfrigérateur cryogénique aux températures de fonctionnement normales après avoir été réchauffé. Un état de refroidissement consomme plus d'hélium qu'un état normal. Par conséquent, le système est ensuite examiné

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quant à un excès d'hélium comme dans l'état de redistribution d'hélium. La marge d'hélium pour toutes les pompes qui ne sont pas dans un mode de refroidissement est calculée et additionnée afin de déterminer une valeur d'hélium en excès, comme présenté à l'étape 686. Une valeur de consommation d'hélium maximum temporaire est ensuite calculée pour les pompes cryogéniques en cours de refroidissement, comme présenté à l'étape 688. Si plusieurs pompes cryogéniques sont en cours de refroidissement, la valeur de consommation d'hélium maximum temporaire est distribuée proportionnellement à la taille du réfrigérateur cryogénique de chaque pompe cryogénique, suivant la formule décrite davantage ci-dessous en relation avec la figure 17b. La commande retourne ensuite à l'étape 612 pour l'itération de boucle de commande suivante.

En poursuivant à l'étape 620, l'état de vérification de limite est adopté. En faisant référence à la figure 16b, une vérification est effectuée afin de déterminer si l'état de vérification de limite est actuellement actif, comme montré à l'étape 630. S'il n'était pas actif précédemment, l'instant est marqué comme étant le moment initial de la vérification de limite actuelle, comme montré à l'étape 632, et l'état du système est fixé à vérification de limite, comme représenté à l'étape 634.

Si l'état de vérification de limite est déjà valide, indiquant que le système était déjà dans un état de vérification de limite, alors une valeur d'horodatage est enregistrée en tant qu'état de vérification de limite en cours, comme présenté à l'étape 636. En faisant référence à la figure 16a, une vérification est effectuée pour déterminer si l'état de vérification de limite actuelle a

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duré plus longtemps qu'un seuil de vérification de limite prédéterminé. Dans un mode de réalisation particulier, une vérification est effectuée pour déterminer si le seuil de vérification de limite actuelle a duré plus de quatre minutes, comme montré à l'étape 638. Si le système n'est pas resté dans un état de vérification de limite plus de quatre minutes, alors l'état de vérification de limite est quitté, comme montré à l'étape 638, et la commande passe à la vérification de refroidissement, comme représenté à l'étape 622. Si le système est resté dans un état de vérification de limite pendant plus de quatre minutes, alors la commande passe au sous-programme de redistribution d'hélium, décrit davantage ci-dessous, comme présenté à l'étape 650. De cette manière, le système dispose d'un seuil de quatre minutes pour qu'une condition de vérification de limite soit corrigée avant de poursuivre avec une gestion d'hélium plus agressive.

En poursuivant, sur la figure 16a, aux étapes 614 et 638, si une redistribution d'hélium est indiquée, comme montré à l'étape 650, la commande est transférée vers le sous-programme de redistribution d'hélium, montré sur la figure 16c. En faisant référence aux figures 16a et 16c, une vérification est effectuée pour déterminer la raison du passage dans l'état de redistribution d'hélium, comme montré à l'étape 652. Si l'état de redistribution d'hélium n'était pas déjà actif, alors un nouveau calcul de redistribution d'hélium doit être effectué parce qu'un état de vérification de limite précédent ne s'est pas corrigé en quatre minutes. Une vérification est effectuée pour déterminer si l'une quelconque des pompes a indiqué un état de consommation d'hélium CORRECT, comme décrit à l'étape 662. Si au moins une pompe a indiqué un état

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CORRECT, et non LIMITE, une redistribution d'hélium est effectuée en utilisant le calcul de distribution à la demande le moins agressif. Dans ce contexte, une des pompes cryogéniques a une consommation d'hélium égale à la valeur de consommation maximum et se réchauffera à moins qu'une action ne soit prise. L'état du système est fixé sur distribution à la demande, comme décrit à l'étape 664, et le contrôleur examine l'ensemble des paramètres de fonctionnement de chaque pompe cryogénique.

Les paramètres de fonctionnement comprennent la consommation d'hélium actuelle, la consommation d'hélium maximum, l'état de consommation d'hélium (CORRECT, APPROCHANT ou LIMITE) et le mode de fonctionnement de la pompe cryogénique, TC (régulation de température), CD (refroidissement) ou aucun, et le temps d'achèvement de refroidissement si le mode de fonctionnement était celui de refroidissement.

Une marge d'hélium moyenne est calculée à partir des paramètres de fonctionnement pour chaque pompe, indicative de la différence entre la consommation d'hélium actuelle et la consommation maximum autorisée pour chaque pompe, comme représenté à l'étape 666. La marge d'hélium moyenne, indicative d'un excès d'hélium dans le système, est utilisée pour calculer une nouvelle valeur de consommation maximum pour chaque pompe, comme indiqué à l'étape 668, conformément à la formule suivante :
Pour chaque pompe cryogénique : marge d'hélium = consommation maximum - consommation actuelle
Calculer la marge moyenne : marge moyenne = somme(marge d'hélium)/ nombre de

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pompes cryogéniques
Pour chaque pompe cryogénique :
Maximum d'hélium = consommation actuelle + marge moyenne
Calculer une nouvelle consommation maximum d'hélium totale du système :
Maximum du système total = somme(Maximum d'hélium)
Pour chaque pompe cryogénique :
Nouvelle consommation maximum = consommation maximum + (hélium disponible total du système - maximum du système total)/nombre de pompes cryogéniques Par conséquent, l'hélium en excès est distribué en définissant une nouvelle consommation maximum pour chaque pompe cryogénique basée sur l'hélium total disponible à partir du collecteur commun et sur la consommation maximum actuelle globale de toutes les pompes cryogéniques. Une valeur d'horodatage indicative de l'instant de réattribution est écrite, comme montré à l'étape 670. La commande retourne ensuite à la vérification de refroidissement de la figure 16a à l'étape 622, comme montré à l'étape 658.

Si l'état de distribution à la demande était déjà actif, alors une valeur d'horodatage est enregistrée en tant qu'opération de redistribution d'hélium en cours, comme représenté à l'étape 654. Une vérification est effectuée pour déterminer si une durée supérieure à un seuil de redistribution prédéterminé s'est écoulée depuis que l'état de distribution à la demande actuel est valide. Dans le mode de réalisation particulier montré, le seuil de redistribution prédéterminé est de dix minutes. Si l'état de distribution à la demande actuel n'existe pas depuis au moins 10 minutes, la commande

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retourne à la boucle de commande principale de l'étape de vérification de refroidissement 622 (figure 16a), comme montré à l'étape 658. Si le mode de redistribution d'hélium existe depuis au moins 10 minutes, alors la redistribution est supposée avoir redistribué l'hélium efficacement, et l'état du système est fixé à normal, comme représenté à l'étape 660, de sorte que la boucle principale de la figure 16a puisse continuer d'effectuer la surveillance à intervalles réguliers. De cette manière, chaque itération à travers le sous-programme de redistribution d'hélium accorde dix minutes pour que la redistribution s'effectue dans le système. Si la redistribution n'était pas suffisamment agressive, l'état de redistribution d'hélium sera de nouveau adopté et recalculé pour assurer une gestion d'hélium plus agressive jusqu'à ce que le système atteigne un état d'équilibre.

Si aucune pompe n'a indiqué un état de consommation d'hélium CORRECT à l'étape 662, alors toutes les pompes ont atteint leur limite de consommation maximum et une redistribution d'hélium est effectuée en utilisant les calculs de distribution par hiérarchie plus agressive.

Dans ce contexte, aucune pompe n'indique un état CORRECT et, par conséquent, toutes les pompes sont dans un état LIMITE, indiquant l'absence d'hélium en excès dans le système. Les paramètres de fonctionnement, énumérés cidessus, sont lus à partir de chaque pompe cryogénique et utilisés pour déterminer une nouvelle consommation d'hélium maximum et éventuellement pour arrêter une ou plusieurs pompes cryogéniques.

L'état du système est fixé à distribution par hiérarchie, comme représenté à l'étape 672. Le mode de

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fonctionnement actuel de chaque pompe est examiné, comme montré à l'étape 674. Une vérification est effectuée pour déterminer si l'une quelconque des pompes s'est avérée ne pas être en cours de régulation de température ou de refroidissement, comme décrit à l'étape 676. Si des pompes se sont avérées ne pas être en cours de régulation de température ou de refroidissement, elles sont placées dans l'un de ces états, comme représenté à l'étape 678, et la commande retourne à l'étape 612, figure 16a, pour attendre l'intervalle de commande suivant, comme montré à l'étape 680.

Si toutes les pompes sont soit en régulation de température, soit en refroidissement, des pompes cryogéniques doivent être sélectionnées pour un réchauffement ou une réduction de leur taux de refroidissement. Une hiérarchie des pompes cryogéniques est lue, comme montré à l'étape 682, afin de déterminer les pompes cryogéniques les plus critiques qui, par conséquent, auront une alimentation en hélium maintenue.

La hiérarchie des pompes cryogéniques est une organisation spécifique à un site de la priorité des pompes cryogéniques qui doivent être maintenues à des températures de cryopompage. La hiérarchie peut être modifiée dynamiquement en fonction des activités menées dans les chambres de traitement sous vide reliées à chacune des pompes cryogéniques. Les pompes cryogéniques associées à des traitements critiques, par exemple une charge utile semi-conductrice coûteuse, par exemple, continueraient généralement d'être alimentées en hélium.

Les pompes cryogéniques qui sont moins critiques telles que spécifiées dans la hiérarchie pourront se réchauffer ou réduiront leur taux de refroidissement. À partir de la

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hiérarchie, une nouvelle valeur de consommation d'hélium maximum est calculée pour chaque pompe cryogénique, comme montré à l'étape 684. La commande retourne ensuite à l'étape 622 pour la vérification de refroidissement, comme montré à l'étape 658.

Les figures 17a à 17b montrent un organigramme des opérations des pompes cryogéniques. En faisant référence à la figure 17a, la boucle de commande de pompe cryogénique commence à l'étape 500. Les informations envoyées par le compresseur sont vérifiées pour garantir leur validité, comme montré à l'étape 500. Les informations envoyées par le compresseur sont comparées à une plage de valeurs normales. Si les informations envoyées sont en dehors de la plage de valeurs normales, l'état de vérification de compresseur est adopté, comme montré à l'étape 502, afin d'effectuer des diagnostics de compresseur. Étant donné qu'un compresseur est refroidi par l'hélium qu'il fournit, des mesures d'extrême peuvent être indicatives d'une condition de dommage potentiel, telle qu'un manque d'hélium. Le sous-programme de vérification de compresseur déterminera si les pompes cryogéniques doivent être arrêtées. Si la pompe cryogénique a été arrêtée précédemment par le sousprogramme de vérification de compresseur, la commande retourne à l'étape 500 jusqu'à ce que le système indique que la pompe cryogénique peut reprendre son fonctionnement, comme représenté à l'étape 504. Si les informations envoyées par le compresseur sont valides, la pompe cryogénique vérifie que le sous-programme de vérification de compresseur n'a pas demandé son arrêt, comme montré à l'étape 506. Le sous-programme de vérification de compresseur est utilisé pour éviter que

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le compresseur soit endommagé par un fonctionnement sans hélium, mais également pour éviter un arrêt d'une pompe dû à un problème plus bénin, tel qu'un détecteur défectueux. Si la pompe a été arrêtée précédemment par le sous-programme de vérification de compresseur, un sousprogramme de récupération de défaut de puissance sera invoqué pour redémarrer la pompe, comme montré à l'étape 508.

La pompe cryogénique calcule une marge d'hélium en déterminant la différence entre le taux actuel de consommation et la consommation d'hélium maximum envoyée par le contrôleur. La pompe cryogénique détermine ensuite l'état de consommation d'hélium à partir de la marge, et détermine également le mode de fonctionnement actuel de la pompe cryogénique, comme présenté à l'étape 510. La pompe cryogénique vérifie ensuite si elle a été placée dans un état de refroidissement, comme montré à l'étape 512. Si la pompe cryogénique n'est pas dans un état de refroidissement, il est vérifié si l'état de fonctionnement de la pompe est LIMITE, comme montré à l'étape 516. Un état de fonctionnement LIMITE survient lorsque la pompe a une consommation d'hélium égale à la valeur du paramètre de consommation d'hélium maximum envoyé par le contrôleur. Si l'état de fonctionnement de la pompe est LIMITE, un nouveau paramètre de consommation d'hélium maximum sera calculé et envoyé par le contrôleur, comme décrit ci-dessus. La pompe cryogénique calculera et fixera la vitesse du moteur d'entraînement afin qu'elle corresponde au paramètre de consommation d'hélium maximum, comme représenté à l'étape 518. En variante, chaque pompe cryogénique a une plage de fonctionnement minimum et maximum qui aura la priorité si

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la vitesse du moteur d'entraînement calculée tombe en dehors de la plage.

Si la pompe a été placée dans un mode de refroidissement, comme montré à l'étape 512, le sousprogramme de refroidissement de pompe est invoqué, comme présenté à l'étape 514. La figure 17b montre un organigramme d'un fonctionnement de refroidissement. En faisant référence à la figure 17b, une vérification est effectuée pour déterminer si la température du deuxième étage est inférieure à 17 K, comme montré à l'étape 520.

Si c'est le cas, alors une vérification est effectuée pour déterminer si la température du premier étage est dans une tolérance de 0,5 K autour du point de consigne, comme montré à l'étape 522. Si la température du premier étage est dans une tolérance de 0,5 K autour du point de consigne, alors le refroidissement s'achève, comme montré à l'étape 524, et la commande retourne à l'étape 500 jusqu'à l'intervalle d'interrogation suivant.

Si la température du deuxième étage est supérieure à 17 K, ou si la température du premier étage n'est pas dans une tolérance de 0,5 K autour du point de consigne, le refroidissement se poursuit et la pompe cryogénique peut bénéficier d'un excédent d'hélium. Un maximum temporaire d'hélium est calculé afin d'attribuer l'excédent d'hélium, conformément à la formule suivante :
Excédent du système = somme (marge de toutes les pompes cryogéniques)
Maximum temporaire = Consommation maximum actuelle + excédent du système*(taille de la pompe cryogénique/somme(taille des pompes cryogéniques)) L'excédent total calculé ci-dessus est, par conséquent, divisé proportionnellement entre les pompes cryogéniques

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selon leur taille et ajouté au paramètre de consommation d'hélium maximum actuel, comme présenté à l'étape 526.

Notez que bien que toutes les pompes reçoivent une part de l'excédent, d'autres modes de réalisation peuvent distribuer l'hélium conformément à une autre formule, par exemple en répartissant l'hélium excédentaire uniquement entre les pompes cryogéniques en cours de refroidissement. Une vitesse de moteur d'entraînement temporaire est calculée de manière à correspondre au nouveau paramètre de consommation d'hélium maximum temporaire, également montré à l'étape 526.

La vitesse de moteur d'entraînement nouvellement calculée est ensuite comparée aux vitesses de moteur d'entraînement minimum et maximum, de la même manière qu'à l'étape 518 ci-dessus. Une vérification est effectuée pour déterminer si la température du deuxième étage est supérieure à 40 K, comme présenté à l'étape 530. Si la température du deuxième étage est de 40 K ou supérieure, une vérification est effectuée pour déterminer si la nouvelle vitesse de moteur d'entraînement temporaire est supérieure au RPM maximum, généralement 144 tr/mn, comme montré à l'étape 530. Si la vitesse de moteur d'entraînement temporaire est supérieure au RPM maximum, alors la vitesse du moteur d'entraînement est fixée au RPM maximum, comme représenté à l'étape 532. Si la vitesse de moteur d'entraînement temporaire n'est pas supérieure au RPM maximum, comme examiné à l'étape 536, alors la vitesse du moteur d'entraînement est fixée à la vitesse de moteur d'entraînement temporaire, comme montré à l'étape 538. Si la vitesse de moteur d'entraînement temporaire est inférieure au RPM maximum, alors la vitesse du moteur

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d'entraînement est fixée à la vitesse de moteur d'entraînement minimum, comme représenté à l'étape 540.

Si la température du deuxième étage est inférieure à 40 K, alors une vérification est effectuée pour déterminer si la vitesse de moteur d'entraînement temporaire est supérieure à 72 tr/mn, comme montré à l'étape 534. Si la vitesse de moteur d'entraînement temporaire n'est pas supérieure à 72 tr/mn, alors la vitesse du moteur d'entraînement est fixée à la valeur la plus faible de la vitesse de moteur d'entraînement temporaire et du RPM minimum, comme représenté ci-dessus à l'étape 536. Si la vitesse de moteur d'entraînement temporaire est supérieure à 72, alors la vitesse du moteur d'entraînement est fixée à 72 tr/mn, comme montré à l'étape 542. De cette manière, le moteur d'entraînement aura tendance à fonctionner à la vitesse de moteur d'entraînement temporaire ou à la vitesse maximum jusqu'à ce que la température du deuxième étage atteigne 40 K, et aura ensuite tendance à fonctionner à la vitesse de moteur d'entraînement temporaire ou à 72 tr/mn jusqu'à la fin du refroidissement.

Les hommes du métier devraient facilement se rendre compte du fait que les programmes définissant les opérations et les procédés définis dans le présent document sont applicables à un système de commande de gestion d'hélium sous de nombreuses formes, y compris et sans y être limité, a) des informations mémorisées en permanence sur des supports d'enregistrement noninscriptibles tels que des dispositifs à mémoire morte, b) des informations mémorisées et modifiables sur des supports d'enregistrement réinscriptibles tels que des disques souples, des bandes magnétiques, des disques

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compacts, des dispositifs à mémoire vive et d'autres supports magnétiques et optiques, ou c) des informations transmises à un ordinateur par l'intermédiaire de supports de communication, par exemple en utilisant des techniques de signalisation de bande de base ou large bande, comme dans un réseau électronique tel que Internet ou des lignes téléphoniques équipées de modem. Les opérations et les procédés peuvent être mis en oeuvre sous la forme d'un objet exécutable par logiciel endehors d'une mémoire par un processeur ou sous la forme d'un jeu d'instructions logé dans une onde porteuse. En variante, les opérations et les procédés peuvent être mis en oeuvre en totalité ou en partie en utilisant des composants matériels tels que des circuits intégrés d'applications spécifiques (ASIC), des machines à états, des contrôleurs ou d'autres composants et dispositifs matériels, ou une combinaison de composants matériels et logiciels.

Bien que le système et le procédé pour commander la distribution d'hélium aient été montrés et décrits en particulier avec référence à des modes de réalisation de ceux-ci, les hommes du métier comprendront que diverses modifications de forme et de détails peuvent être apportées à ceux-ci sans s'écarter de l'étendue de l'invention définie par les revendications jointes. Par conséquent, la présente invention n'est destinée à être limitée que par les revendications qui suivent.

Claims (51)

1. Procédé pour contrôler la distribution de fluide frigorigène entre une pluralité de réfrigérateurs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : détermination d'une quantité disponible du fluide frigorigène ; détermination d'une demande du fluide frigorigène par chacun de la pluralité de réfrigérateurs ; totalisation des demandes provenant des réfrigérateurs ; détermination, pour chacun des réfrigérateurs, d'une attribution du fluide frigorigène sur la base de la disponibilité du fluide frigorigène, de la demande globale et des besoins individuels des réfrigérateurs ; et de redistribution de l'attribution du fluide frigorigène dans le temps en déterminant de nouveau l'attribution du fluide frigorigène.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la répétition du calcul de la quantité disponible du fluide frigorigène, dans lequel la redistribution comprend, en outre, une redistribution basée sur la quantité disponible recalculée du fluide frigorigène.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calcul et la répétition du calcul de la quantité disponible du fluide frigorigène comprennent, en outre, le calcul dans un contrôleur maître (12) en communication avec chacun des réfrigérateurs.

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4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réfrigérateur comprend, en outre, un contrôleur esclave (215) pouvant être mis en oeuvre pour commander la consommation du fluide frigorigène par le réfrigérateur, et le calcul et la répétition du calcul de la demande comprennent, en outre, le calcul dans le contrôleur esclave.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la détermination d'un état de contrôleur maître indicatif de la demande et de la disponibilité du fluide frigorigène, caractérisé en ce que la redistribution de l'attribution du fluide frigorigène comprend le calcul basé sur l'état du contrôleur esclave (215).

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend la détermination d'un état et d'un mode de réfrigérateur indicatifs d'une demande de fluide frigorigène du réfrigérateur, caractérisé en ce que la redistribution de l'attribution du fluide frigorigène comprend le calcul basé sur l'état et le mode du réfrigérateur.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calcul et la répétition du calcul dans les contrôleurs maître et esclave se produisent conformément à un ensemble prédéterminé de règles et de seuils.

8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calcul et la répétition du calcul de la demande

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comprennent, en outre, la détection d'au moins un paramètre de fonctionnement du réfrigérateur.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les paramètres de fonctionnement comprennent des paramètres sélectionnés dans le groupe consistant en la température, la pression d'alimentation, la pression de retour, la vitesse et l'hélium attribué.

10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la demande est indicative d'un taux de consommation d'hélium dans le temps.

11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calcul de l'attribution comprend, en outre, la détection d'au moins un paramètre de fonctionnement du réfrigérateur.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit au moins un paramètre de fonctionnement est une pression différentielle (DP).

13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les réfrigérateurs ont des taux de consommation variables.

14. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'attribution du fluide frigorigène comprend, en outre, un taux de consommation maximum.

15. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'évaluation de la demande et de

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la disponibilité du fluide frigorigène et la détermination de l'état du contrôleur maître (12) en conséquence de l'évaluation.

16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'un état de surveillance est indicatif d'une attribution suffisante du fluide frigorigène à tous les réfrigérateurs.

17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'un état de distribution à la demande est indicatif du fait qu'au moins un réfrigérateur a une attribution insuffisante du fluide frigorigène.

18. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'un état de surcharge est indicatif du fait qu'au moins un des réfrigérateurs a une attribution insuffisante du fluide frigorigène et qu'une demande globale a atteint l'alimentation disponible.

19. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'un état de distribution par hiérarchie est indicatif d'un détournement sélectif du fluide frigorigène des réfrigérateurs conformément à un ordre prédéterminé.

20. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la redistribution comprend, en outre, l'augmentation incrémentale des paramètres de commande conformément aux règles prédéterminées.

21. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calcul de la quantité disponible du fluide

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frigorigène comprend, en outre, le calcul basé sur un point d'équilibre entre la quantité de fluide frigorigène et la demande globale.

<tb>

<tb> 30

<tb> 25

<tb> 20

<tb> 15

<tb> 10

<tb> 5

<tb>

22. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les réfrigérateurs comprennent des pompes cryogéniques (10).

23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que chacune des pompes cryogéniques (10) comporte un premier étage et un deuxième étage, et le calcul de la demande comprend, en outre, la lecture de la température du premier étage et du deuxième étage et le calcul en fonction de la température.

24. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système est un système d'alimentation en fluide.

25. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide frigorigène est de l'hélium.

26. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide frigorigène est distribué par un collecteur commun (18).

27. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calcul et la répétition du calcul de la quantité disponible du fluide frigorigène comprennent, en outre, le calcul dans un contrôleur maître (12) en communication avec chacun des réfrigérateurs.

28. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce

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que le contrôleur esclave (215) est un contrôleur de pompe cryogénique.

29. Système pour commander la distribution d'un fluide frigorigène entre une pluralité de réfrigérateurs, caractérisé en ce qu'il comprend : une pluralité de réfrigérateurs adaptés pour consommer un fluide frigorigène ; une pluralité de contrôleurs esclaves (215a à 215n) commandant chacun la consommation d'un fluide frigorigène par un réfrigérateur, le contrôleur esclave pouvant être mis en oeuvre pour calculer une demande du fluide frigorigène par le réfrigérateur ; un contrôleur maître (12) en communication avec chacun des contrôleurs esclaves, le contrôleur maître pouvant être mis en oeuvre pour calculer une quantité disponible du fluide frigorigène et pouvant être mis en #uvre, en outre, pour recevoir une demande de chacun des réfrigérateurs et pour calculer une attribution du fluide frigorigène à chacun des réfrigérateurs sur la base d'une demande globale.

30. Système selon la revendication 29, caractérisé en ce que le contrôleur maître (12) peut être mis en oeuvre pour recalculer la quantité disponible du fluide frigorigène et peut, en outre, être mis en oeuvre pour recalculer l'attribution du fluide frigorigène sur la base de la quantité disponible recalculée du fluide frigorigène.

31. Système selon la revendication 30, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un état de contrôleur maître

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indicatif de la demande et de la disponibilité du fluide frigorigène, caractérisé en ce que le calcul et la répétition du calcul de l'attribution du fluide frigorigène comprennent le calcul basé sur l'état du contrôleur maître (12).

32. Système selon la revendication 30, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un état et un mode de réfrigérateur indicatifs d'une demande de fluide frigorigène du réfrigérateur, caractérisé en ce que le calcul et la répétition du calcul de l'attribution du fluide frigorigène comprennent le calcul basé sur l'état et le mode du réfrigérateur.

33. Système selon la revendication 30, caractérisé en ce que le calcul et la répétition du calcul dans les contrôleurs maître et esclave se produisent conformément à un ensemble prédéterminé de règles et de seuils.

34. Système selon la revendication 29, caractérisé en ce que les contrôleurs esclaves (215a à 215n) peuvent, en outre, être mis en oeuvre pour calculer la demande du fluide frigorigène par le réfrigérateur sur la base d'au moins un paramètre de fonctionnement du réfrigérateur.

35. Système selon la revendication 34, caractérisé en ce que les paramètres de fonctionnement comprennent des paramètres sélectionnés dans le groupe consistant en la température, la pression d'alimentation, la pression de retour, la vitesse et l'hélium attribué.

36. Système selon la revendication 29, caractérisé en ce

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que la demande est indicative d'un taux de consommation d'hélium dans le temps.

37. Système selon la revendication 30, caractérisé en ce que le contrôleur maître (12) peut, en outre, être mis en oeuvre pour calculer et recalculer l'attribution sur la base d'au moins un paramètre de fonctionnement du réfrigérateur.

38. Système selon la revendication 37, caractérisé en ce que ledit au moins un paramètre de fonctionnement est une pression différentielle (DP).

39. Système selon la revendication 29, caractérisé en ce que les réfrigérateurs ont des taux de consommation variables.

40. Système selon la revendication 29, caractérisé en ce que l'attribution comprend, en outre, un taux de consommation maximum.

41. Système selon la revendication 31, caractérisé en ce qu'un état de surveillance est indicatif d'une attribution suffisante du fluide frigorigène à tous les réfrigérateurs.

42. Système selon la revendication 31, caractérisé en ce qu'un état de distribution à la demande est indicatif du fait qu'au moins un réfrigérateur a une attribution insuffisante du fluide frigorigène.

43. Système selon la revendication 31, caractérisé en ce

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qu'un état de surcharge est indicatif du fait qu'au moins un des réfrigérateurs a une attribution insuffisante du fluide frigorigène.

44. Système selon la revendication 31, caractérisé en ce qu'un état de distribution par hiérarchie est indicatif d'un détournement sélectif du fluide frigorigène des réfrigérateurs conformément à un ordre prédéterminé.

45. Système selon le revendication 31, caractérisé en ce que le contrôleur maître (12) peut, en outre, être mis en oeuvre pour calculer l'état du contrôleur maître sur la base d'un point de consigne, le point de consigne correspondant à un équilibre entre la quantité du fluide frigorigène et la demande globale.

46. Système selon la revendication 29, caractérisé en ce que les réfrigérateurs sont incorporés dans des pompes cryogéniques (10).

47. Système selon la revendication 46, caractérisé en ce que chacune des pompes cryogéniques (10) comporte un premier étage et un deuxième étage, et le calcul de la demande comprend, en outre, la lecture de la température du premier étage et du deuxième étage et le calcul en fonction de la température.

48. Système selon la revendication 29, caractérisé en ce que le système est un système d'alimentation en fluide.

49. Système selon la revendication 29, caractérisé en ce que le fluide frigorigène est de l'hélium.

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50. Système selon la revendication 29, caractérisé en ce que le fluide frigorigène est distribué par un collecteur commun (18).

51. Produit de programme informatique comportant un code de programme informatique pour commander la distribution de fluide frigorigène entre une pluralité de réfrigérateurs, caractérisé en ce qu'il comprend : un code de programme informatique pour déterminer une quantité disponible du fluide frigorigène ; un code de programme informatique pour déterminer une demande du fluide frigorigène par chacun de la pluralité de réfrigérateurs ; un code de programme informatique pour totaliser les demandes des réfrigérateurs ; un code de programme informatique pour déterminer, pour chacun des réfrigérateurs, une attribution du fluide frigorigène sur la base de la disponibilité du fluide frigorigène, de la demande globale et des besoins individuels des réfrigérateurs ; et un code de programme informatique pour redistribuer l'attribution du fluide frigorigène dans le temps en déterminant de nouveau l'attribution du fluide frigorigène.