JP2007502928A - 真空装置 - Google Patents

Abstract

真空装置が、単数または複数の真空室と接続された複数のクライオポンプ（１０）を備えている。クライオポンプ（１０）は、媒体−供給路（１２）および媒体−還流路（１４）を介して圧縮装置（１６）と接続されている。少なくとも１つのクライオポンプに、クライオポンプに供給される媒体量を制御するための調節装置（１８）が前置されている。さらにクライオポンプ（１０）は温度測定装置を備えている。温度測定装置ならびに調節装置（１８）は制御装置（２８）と接続されている。クライオポンプ（１０）に向かう所望の媒体供給を実現するために、本発明によれば、調節装置（１８）は、媒体−供給路（１２）に絞り装置（２４）を備えていて、かつ絞り−バイパス管路（２２）に制御可能な弁を備えている。

Description

本発明は、真空を形成するために複数のクライオポンプを備えた真空装置に関する。

このような形式の真空ポンプは、互いに平行に配置された一般的な複数のクライオポンプを備えており、これらのクライオポンプは、単数または複数の真空室と接続されている。さらに真空装置は圧縮装置を備えており、圧縮装置によって冷媒、一般的にはヘリウムが圧縮される。圧縮された冷媒は、媒体−供給路を介してクライオポンプに搬送され、クライオポンプ内で膨張し、次いで媒体−還流路を介して圧縮装置に戻される。ここでは場合によっては媒体−管路にクリーニング装置が設けられており、これによって媒体をたとえば油または別の汚染物質からクリーニングすることができる。これによってクライオポンプから媒体の汚染が回避される。

一般的に使用されるクライオポンプは、ギフォード−マクマホン−原理にしたがって作動する２段階式−クライオポンプである。クライオポンプの内側において一般的な形式で段階ごとにピストンが設けられており、場合によっては共通のピストンが設けられている。ピストンストロークごとに冷媒が搬送され、両段階の適当な冷却が達成される。たとえば放射熱または別の温度影響によって、個々のポンプに温度上昇の生じる恐れがある。さらなる問題として、比較的低い温度を有するガスの比較的高い密度に基づいて、比較的低温のクライオポンプが、ストロークごとに、比較的高温のクライオポンプよりも大量のヘリウムを処理する恐れがある。その結果として、存在するヘリウム量（これは圧縮能力に基づいて制限される）が、比較的低温のクライオポンプによって大部分消費されるので、比較的高温のクライオポンプのために存在するガス量が低減する。したがってその結果として、比較的高温のクライオポンプに対する冷却に比較的長い時間がかかる。

この問題を解決するために、米国特許第５７７５１０９号明細書から、ガス流を調整することが公知である。ガス流調整は、比較的大量の冷媒を搬送しないようにするために、クライオポンプを加熱することによって行われる。さらにピストンの速度を低下するか、またはピストンを停止させることができる。しかしながらその欠点によれば、熱力学的な効率が低下する。なぜならば冷却器が特定の周波数に同調されているからである。したがってヘリウムに蓄えられた冷気は、完全には利用されない。

本発明の課題は、クライオポンプ温度を簡単かつ迅速に調整できる複数のクライオポンプを備えた真空装置を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載した構成手段を有する装置によって解決される。

本発明による真空装置は、単数または複数の真空室と接続されたクライオポンプを備えている。ここでは有利には、ギフォード−マクマホン−原理に基づいて作動し、かつ有利には冷却ヘッドを備えたクライオポンプである。媒体−供給路および媒体−還流路を介してクライオポンプと接続された圧縮装置によって、クライオポンプにおいて、ヘリウムを、少なくともそれぞれ異なる２つの圧力レベルに調整することができる。ここでは本発明による真空装置は、互いに平行に配置された特に６つ以上または場合によっては１１個以上のクライオポンプを備えることができる。したがってこのようなシステムは、複数、たとえば２つまたは３つのコンプレッサ、特にヘリウム−コンプレッサを有する圧縮装置を備えている。これによってエネルギ需要は比較的高くなり、たとえば１０〜２０ｋｗになる。さらに真空装置は、クライオポンプの、直前（媒体流れ方向でみて）に設けられた、つまりクライオポンプに対応配置された少なくとも１つの調節装置を備えている。調節装置によって、クライオポンプに供給される媒体量は制御することができる。このために調節装置は、制御装置と接続されている。さらに温度測定装置が設けられており、温度測定装置は、クライオポンプと接続されていて、かつ特に両段階の温度を測定する。

本発明による調節装置は、クライオポンプの媒体−供給路に配置されていて、かつ媒体−供給路に配置された絞り装置を備えている。さらに調節装置は、分岐路もしくは絞り装置をブリッジする絞り−バイパスを備えている。絞り−バイパス管路に弁が配置されている。弁は制御装置によって制御可能である。したがって本発明による調節装置によって、特にクライオポンプに対する２つの媒体−供給状態が実現される。１状態では、バイパス管路に配置された弁が閉じているので、媒体は、専ら絞り装置を通ってクライオポンプに達する。別の状態では、弁が完全に開いているので、バイパス管路を通って最大媒体量がクライオポンプに達する。この場合弁は、簡単な実施形態では切替弁として形成することができるので、完全に閉じているかまたは開いている２つの状態しか有していない。

したがって制御装置によって、簡単な形式で、たとえば温度の高すぎるクライオポンプに、弁の開放によって、大量の冷媒を提供することができる。この場合同時に十分な程度に低温のクライオポンプに対応配置された弁の閉鎖または閉鎖保持によって、弁を通って多すぎる量の冷媒が導出するのを回避することができる。

特に有利には、複数のクライオポンプに、本発明による調節装置が対応配置されている。特に真空装置の各クライオポンプに、本発明による調節装置が対応配置されている。これによって簡単な形式で、高すぎる温度のクライオポンプに十分な量の冷媒を提供できるので、クライオポンプの所望の温度を迅速に達成できるよう保証することができる。

有利な実施形態では、絞りバイパス管路の横断面は、最大媒体供給が実現できるように選択されている。バイパス管路に設けられた弁は、弁の有効横断面ひいては媒体−通流両が可変であるように形成することができる。バイパス管路に配置された弁は、有利には６ｍｍより大きな横断面直径を有している。設けられたノズルは、約１ｍｍの横断面直径を有している。

さらにまた有効横断面の調節可能な絞り装置を設けることもできる。その利点によれば、絞り装置の横断面は調節することができ、それも標準運転状態で必要な冷媒量が媒体−供給路を通ってクライオポンプに達し、バイパス路に配置された弁が標準運転で閉鎖できるように調節することができる。これによってたとえば熱放射に基づいて高すぎる温度のクライオポンプに、十分な量の冷媒、特にヘリウムを提供することができる。大量の冷媒は、たとえば始動運転でも必要である。

標準運転では、クライオポンプによって、一般的に、第１段階および第２段階の温度を一定に維持するのに最大冷媒量の３分の１しか必要とされない。したがって本発明による真空装置によって、圧縮装置の容量を低減することができる。なぜならば本発明によれば、回路網の個々のクライオポンプにかかるピーク負荷時に、比較的小さな全体−冷媒−消費もしくは冷媒流しか必要としないからである。さらにまた一定容量のコンプレッサを使用する場合、本発明によって、予備部分を形成することができる。

次に図面につき本発明の実施例を詳しく説明する。

真空装置は複数のクライオポンプ１０を備えており、クライオポンプ１０は、図示していない単数または複数の真空室と接続されている。クライオポンプ１０は、互いに平行に配置されていて、かつ媒体−供給路１２および媒体−還流路１４を介して、２つのコンプレッサ１６を備えた圧縮装置と接続されている。

クライオポンプ１０に直接的に対応配置された個々の媒体−供給路１２には、それぞれクライオポンプに供給される媒体量を制御するための調節装置１８が設けられている。調節装置１８は、互いに平行に延びる２つの管路２０，２２に媒体供給路１２を分岐する分岐路を備えている。この場合第１の管路２０に絞り装置２４が設けられていて、第２の管路２２に弁２６が設けられている。

図示の実施例では、個々の弁２６は、波線で示した線路を介して制御装置２８と接続されている。制御装置２８には、さらに波線で示した線路を介して、クライオポンプ１０に設けられた温度測定装置が接続されている。

図示の実施例では、絞り装置２４は可変でなく、一定の横断面を有している。さらに弁２６は開閉可能な切替弁である。この弁は中間位置を有していない。

図２には、制御装置２８に格納された機能形式を例示した。ここでは第１ステップ３０で、特定のクライオポンプ１０の第１段階の温度が目標値と比較される。第１段階の測定温度が目標値よりも高い場合、つまりクライオポンプ１０の第１段階の温度が高すぎる場合、問い合わせに「Ｙｅｓ」と答えられるので、ステップ３２において所属の弁２６の開放が行われる。

第１段階の温度が目標値を超えない場合、次のステップ３４において、ステップ３０で検討された第１の目標値とは異なる第２の目標値に関する第２段階の温度の検討が行われる。第２段階の温度が目標値を超える場合、つまり第２段階の温度が高すぎる場合、ステップ３０に応じて、決定「Ｙｅｓ」が行われる。その結果としてここでも同様にステップ３２において弁２６の開放が行われる。

第２段階も十分な程度に低温であり、したがって目標値を超えない場合、決定「Ｎｏ」が指定され、弁は閉鎖したままである（ステップ３６）。

個々のクライオポンプにおける前述の問い合わせが規則的な間隔で行われる。弁の制御は、部分的に開閉することもできる弁では、さらに細分化される。このためにたとえば別の目標値もしくは閾値が規定される。

本発明による真空装置の概略的な原理図である。 絞り−バイパス管路に配置された弁を制御するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ クライオポンプ、 １２ 媒体−供給路、 １４ 媒体−還流路、 １６ コンプレッサ、 １８ 調節装置、 ２０，２２ 管路、 ２４ 絞り装置、 ２６ 弁、 ２８ 制御装置、 ３０，３２，３４，３６ ステップ

Claims (6)

1. 真空装置であって、
   単数または複数の真空室と接続された複数のクライオポンプ（１０）が設けられており、
   媒体−供給路（１２）および媒体−還流路（１４）を介してクライオポンプ（１０）と接続された圧縮装置（１６）が設けられており、
   クライオポンプ（１０）に供給される媒体量を制御するための、クライオポンプ（１０）に前置された少なくとも１つの調節装置（１８）が設けられており、
   クライオポンプ（１０）と接続された温度測定装置が設けられており、
   調節装置（１８）および温度測定装置と接続された制御装置（２８）が設けられている形式のものにおいて、
   調節装置（１８）が、適当な媒体−供給路（１２）に配置された絞り装置（２４）と、絞り−バイパス管路（２２）の内側に配置された弁（２６）とを備えていることを特徴とする、真空装置。
2. 絞りバイパス管路（２２）の横断面が、最大媒体供給に関して設計されている、請求項１記載の真空装置。
3. 絞り装置（２４）が、標準運転にとって必要な媒体供給に関して設計された横断面を有している、請求項１または２記載の真空装置。
4. 絞り装置（２４）の横断面が、調節可能になっている、請求項１から３までのいずれか１項記載の真空装置。
5. 弁（２６）の通流量が、調節可能になっている、請求項１から４までのいずれか１項記載の真空装置。
6. 各クライオポンプ（１０）に、調節装置（１８）が前置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の真空装置。

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