JP2007502960A - 真空装置 - Google Patents

Abstract

本発明は真空装置に関し、該真空装置は複数のクライオポンプ（１０）、殊に互いに並列的に接続され複数のクライオポンプを備えている。さらに少なくとも１つの圧縮装置（１６）を設けてあり、該圧縮装置は媒体供給管路（１２）を冷却装置（１０）に接続している。媒体戻り管路（１４）は、同じく圧縮装置（１６）及びクライオポンプ（１０）に接続されている。媒体供給管路（１２）と媒体戻り管路（１４）との間に、媒体のための貯蔵容器（２０）を配置してある。さらに媒体供給管路内に圧力測定装置（３０）を設けてある。圧力測定装置は制御装置（３２）を介して供給弁（２６）に接続されている。クライオポンプ（１０）に生じている圧力差をできるだけ一定に保つために、媒体供給管路（１２）内の圧力が所定の閾値を超えた場合に、供給弁（２６）は開かれるようになっており、その結果、媒体は貯蔵容器（２０）内に流れ込む。

Description

本発明は、真空装置、殊に冷却のために複数のクライオポンプを有する真空装置に関する。

この種の真空装置は、例えば互いに並列に接続された複数のクライオポンプを有している。クライオポンプは媒体供給管路を介して１つの圧縮装置に接続されている。冷却のためにクライオポンプを使用する場合には、媒体として一般的にヘリウムを用いている。ヘリウムはコンプレッサーによって圧縮され、かつクライオポンプ内で膨張され、その結果、低温を生ぜしめるようになっている。さらにクライオポンプに媒体戻り管路を接続してあり、該媒体戻り管路は媒体をコンプレッサーへ戻すようになっている。この場合には必要に応じて、洗浄装置を介在してあり、該洗浄装置は媒体から、該媒体内にコンプレッサーの流過時に含まれた油若しくは汚れを除去するようになっている。

クライオポンプにおいてできるだけ良好な冷却効率を達成するためには、各クライオポンプの圧力差を運転中にできるだけ高くしなければならない。この場合に問題として、圧力差は冷却装置内の作動中のクライオポンプの数が大きければ大きいほど小さくなっている。これによって圧力差が減少する。さらに低温のクライオポンプは大量の気体を凝結させる。このことは圧力差をさらに減少させることになる。

クライオポンプの圧力差を運転中にできるだけ一定に保つために、米国特許第６５３０２３７号明細書により、冷媒、例えばヘリウムのための貯蔵容器を設けることが公知である。貯蔵容器は、接続管路を介して媒体供給管路及び媒体戻り管路に接続されている。高圧管路、即ち媒体供給管路内にも、低圧管路、即ち媒体戻り管路内にも圧力測定装置を設けてあり、該圧力測定装置は制御装置に接続されている。この場合に貯蔵容器は両方の圧力測定装置間に配置されている。測定された両方の圧力間の圧力差は、制御装置によって検出される。圧力差の変化に際して、系は貯蔵容器から媒体を供給され、若しくは媒体を取り除かれる。米国特許第６５３０２３７号明細書に記載のこのような系若しくは装置は、媒体供給管路内にも、媒体戻り管路内にも圧力測定装置を有していて、測定された両方の圧力を互いに比較しなければならないので、煩雑でかつ高価である。

本発明の課題は、真空装置を改善して、真空装置に設けられたクライオポンプにおける圧力差を簡単にほぼ一定に保つことができるようにすることである。さらに本発明の課題は、真空装置のための簡単かつ経済的な制御方法を提供することである。

前記課題は、本発明に基づき請求項１に記載の真空装置並びに請求項５又は６に記載の制御方法によって解決される。

互いに並列的に接続された複数の冷却装置を備える本発明に基づく真空装置は、冷却装置への冷媒、有利にはヘリウムの供給のための媒体供給管路内にのみ唯一の圧力測定装置を有している。媒体戻り管路内には圧力測定装置は設けられていない。これに相応して、両方の測定装置間の比較を行うということもなくなっている。もちろん真空装置は、例えば貯蔵容器内の圧力の測定のための別の圧力測定装置を有していてよい。本発明では、冷却装置における圧力差をほぼ一定（コンスタント）に保つために、１つの圧力測定装置だけを媒体供給管路内に設けてある。本発明の記載において「一定」は、圧力差の最大の変動値が２５％よりも少ない、特に２０％よりも少ないことを意味する。

本発明の別の構成では、媒体戻り管路内にのみ１つの圧力測定装置を設けてある。従ってこの場合には、媒体供給管路内には圧力測定装置は設けられていない。

本発明に基づき唯一の圧力測定装置しか設けないことによって、第２の圧力測定装置の製造及び組み付け費用を節減することができる。これによってさらなる利点として、保守及び修理費用もわずかになる。

冷却装置は有利にはクライオポンプ若しくは冷却ヘッド又はコールドヘッドである。次にクライオポンプを用いて本発明を説明するものの、クライオポンプは冷却ヘッド又はコールドヘッドによって代替されてよい。

本発明では１つの圧縮装置によって、若しくは必要に応じて互いに並列に接続された複数の圧縮装置によって、有利には一定の媒体流を形成するようになっている。これによって媒体供給管路内に圧力を形成することができる。該圧力が所定の閾値、特に予め規定された最大の閾値を上回ると、媒体供給管路と貯蔵容器との間の接続管路内に配置された供給弁が開かれ、その結果、媒体は貯蔵容器内に流れ込む。圧力測定装置によって測定された圧力が所定の閾値、特に予め規定された最小の閾値を下回ると、供給弁は、多過ぎる気体を貯蔵容器内へ流入させないように、ひいては供給管路と戻り管路との間の圧力差を過度に小さくしないように再び閉じられる。

媒体戻り管路も貯蔵容器に接続してあるので、相応の圧力差で媒体は貯蔵容器から媒体戻り管路内へ流れるようになっている。この場合には、貯蔵容器と媒体戻り管路との間の接続管路内に弁を設けることが可能であり、該弁は制御装置を介して適切に接続されるようになっている。これによって、クライオポンプに生じている圧力差の変化に際して該圧力差を供給弁の開放若しくは戻し弁の開放に基づき調整することが可能である。

本発明の特に有利な実施態様では、供給弁及び／又は戻し弁の制御のための切換値若しくは切換範囲、即ち最大及び最小の切換値の決定は、冷却装置の特性線に依存して行われるようになっている。クライオポンプの構造に基づき、高圧側で測定された圧力によって圧力差を推測することも可能である。このことは、クライオポンプの構造及び必要に応じて別の境界条件に依存して行われる。

本発明の有利な実施態様では、供給弁も戻し弁も圧力測定装置も１つの制御装置に接続されている。

別の実施態様では戻し弁は、有利には小さい開口のノズルによって形成されている。相応の圧力差が生じると、媒体は貯蔵容器から前記ノズルを通って媒体戻り管路内へ流れる。前記構造のノズルを設けることによって利点として、戻し弁を省略することができる。その結果、費用はさらに減少される。ノズルは例えば０．３ｍｍの直径を有しており、この場合にほぼ２０バールの高圧及びほぼ５バールの低圧が装置内に生じる。貯蔵容器内には真空装置の状態に応じて５〜２０バールの圧力差が作用している。

本発明はさらに、前述の冷却装置の制御のための方法に関する。

本発明に基づく第１の手段では、圧力測定装置によって測定された最大の閾値が越えられた場合に、供給弁が開かれ、その結果、媒体は貯蔵容器内へ流入させられる。圧力測定装置によって測定された最小の閾値が下回れた場合には、戻し弁が開かれ、その結果、媒体は貯蔵容器から媒体戻り管路内へ流入させられる。このようにして、クライオポンプにおける圧力差をほぼ一定に維持することが容易に可能になっている。

本発明に基づく第２の手段では、戻し弁の代わりにノズルを用いるようになっている。この場合には、貯蔵容器と戻し管路との間の相応の圧力差に際して、媒体は、冷却装置において変化する圧力差に基づき媒体供給管路内の圧力が最大の閾値を越えている間、媒体戻り管路内へ流される。最大の閾値の越えられた場合に供給弁を開く過程が繰り返され、その結果、媒体は貯蔵容器内へ流される。

前記両方の手段において、１つ若しくは複数の圧縮装置は媒体を一定に送り出すようになっていてよい。従って、圧縮装置の煩雑な調整は不要である。

次に本発明を図示の実施例に基づく詳細に説明する。

図面は、真空装置の概略的な平面図である。

真空装置は、互いに並列に配置された複数のクライオポンプ１０を有しており、該クライオポンプは分岐用の媒体供給管路１２を介して互いに接続されており、即ち各クライオポンプは互いに並列に配置若しくは接続されている。クライオポンプ１０の出力部は管路を介して１つの媒体戻り管路１４に接続されている。媒体供給管路１２は、図示の実施例では２つの圧縮装置１６に接続されており、該圧縮装置は冷媒、通常はヘリウムを圧縮して、矢印の方向でクライオポンプ１０に送るようになっている。クライオポンプ１０内で膨張した媒体は、媒体戻り管路１４並びに管路１８を経て再びもとへ圧縮装置１６に達する。この場合に媒体は圧縮装置１６を通過した後に必要に応じて洗浄装置（図示省略）によって洗浄されるようになっていてよい。

さらに冷却装置は貯蔵容器２０を有している。貯蔵容器２０は接続管路２２，２４を介して媒体供給管路１２並びに媒体戻り管路１４に接続されている。

図示の実施例では接続管路２２内に制御可能な弁２６を配置してあり、かつ接続管路２４内にノズル２８を配置してある。さらに媒体供給管路１２内に圧力測定装置３０を配置してある。

図面では矢印によって、各管路内の媒体の流れ方向を示してある。

さらに制御装置３２を設けてあり、該制御装置は破線で示すライン３４，３６を介して圧力測定装置３０並びに弁２６に接続されている。

図示の真空装置の運転時に際して、有利にはクライオポンプの接続の前に、圧力装置１６を用いて圧力が形成される。次いでクライオポンプの接続によって、クライオポンプ１０を介して冷却装置に接続されている１つ若しくは複数の冷却室の冷却が行われる。このために媒体、通常はヘリウムは圧縮装置１６から矢印の方向に媒体供給管路１２を経てクライオポンプ１０へ送られる。クライオポンプ１０内で媒体は膨張して、次いで媒体戻り管路１４及び管路１８を経て再び圧縮装置１６に達する。

クライオポンプに生じる圧力差をできるだけ一定に保つために、媒体供給管路１２内に作用している圧力は圧力測定装置３０を介して監視されている。媒体供給管路１２内に作用している圧力が所定の最大の閾値を越えると、このことは制御装置３２に伝達され、若しくは該制御装置によって検出され、相応の信号がライン３６を介して供給弁２６に与えられるようになっている。これによって供給弁２６は開かれ、圧縮装置１６から送られた媒体の一部分は貯蔵容器２０内へ流れる。その結果、媒体供給管路１２内の圧力は降下される。

貯蔵容器と媒体戻り管路１４との間の圧力が所定の圧力差に達すると、媒体はノズル２８を経て、媒体戻り管路14内へクライオポンプ１０の出口まで流れる。これによって、クライオポンプ１０における圧力差の自動的な調整が行われる。

媒体供給管路１２内の圧力が最小の閾値を下回ると、弁２６は制御装置３２を介して閉じられる。調整を申し分なく行うために、弁２６は、ノズル２８よりも著しく大きな開放横断面を有している。

真空装置の本発明に基づく別の実施例では、ノズル２８は、制御装置３２に接続された戻し弁によって代替されている。

真空装置の概略的な平面図

符号の説明

１０ クライオポンプ、 １２ 媒体供給管路、 １４ 媒体戻り管路、 １６ 圧縮装置、 １８ 管路、 ２０ 貯蔵容器、 ２２，２４ 接続管路、 ２６ 弁、 ２８ ノズル、 ３０ 圧力測定装置、 ３２ 制御装置、 ３４，３６ ライン

Claims (8)

1. 真空装置であって、
   複数の冷却装置（１０）を備えており、
   媒体供給管路（１２）を介して前記冷却装置（１０）に接続された圧縮装置（１６）を備えており、
   前記冷却装置（１０）と前記圧縮装置（１６）とを接続する媒体戻り管路（１４）を備えており、
   前記媒体供給管路（１２）及び前記媒体戻り管路（１４）に接続管路（２２，２４）を介して接続された貯蔵容器（２０）を備えており、
   前記媒体供給管路（１２）と前記貯蔵容器（２０）との間の接続管路（２２）内に配置された供給弁（２６）を備えており、
   媒体圧力の測定のための圧力測定装置（３０）及び前記供給弁（２６）に接続されていて測定された圧力に依存して前記供給弁（２６）を制御するための制御装置（３２）を備えている形式のものにおいて、
   媒体供給管路（１２）内にのみ、若しくは媒体戻り管路（１４）内にのみ１つの圧力測定装置（３０）を設けてあることを特徴とする真空装置。
2. 供給弁（２６）の制御のための閾値は冷却装置・特性線に依存して規定されている請求項１に記載の真空装置。
3. 媒体戻り管路（１４）と貯蔵容器（２０）との間の接続管路（２４）内に、制御装置（３２）に接続された戻し弁を配置してある請求項１又は２に記載の真空装置。
4. 媒体戻り管路（１４）と貯蔵容器（２０）との間の接続管路（２４）内に、有利には開口の小さいノズル（２８）を配置してある請求項１又は２に記載の真空装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の真空装置を制御するための方法において、
   圧力測定装置（３０）によって測定された最大の閾値の越えられた場合に、供給弁（２６）を開き、その結果、媒体を貯蔵容器（２０）内へ流入させ、かつ
   圧力測定装置（３０）によって測定された最小の閾値の下回られた場合に、戻し弁を開き、その結果、媒体を貯蔵容器（２０）から媒体戻り管路（１４）内へ流入させることを特徴とする、真空装置を制御するための方法。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の真空装置を制御するための方法において、
   圧力測定装置（３０）によって測定された最大の閾値の越えられた場合に、供給弁（２６）を開き、その結果、媒体を貯蔵容器（２０）内へ流入させ、かつ
   相応の圧力差の生じた際にノズル（２８）を介して媒体を、冷却装置（１０）における変化する圧力差に基づき媒体供給管路（１２）内の圧力が最大の閾値を越えている間、媒体戻り管路（１４）へ流入させことを特徴とする、真空装置を制御するための方法。
7. 圧縮装置（１６）によって媒体を連続的に送り出す請求項５又は６に記載の方法。
8. 媒体を貯蔵容器（２０）から媒体戻り管路内へのみ放出する請求項５から７のいずれか１項に記載の方法。

Images