JP2674970B2 - クライオポンプの再生装置およびその方法 - Google Patents

クライオポンプの再生装置およびその方法

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広志 伊藤
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B37/00Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/06Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means
    • F04B37/08Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means by condensing or freezing, e.g. cryogenic pumps

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、クライオポンプの再生
装置およびその方法に関する。
【0002】
【従来の技術】通常、クライオポンプは、極低温(20
K以下)に冷却されたパネル面に気体分子を凝縮固化さ
せ収着剤に気体分子を吸着させることにより真空にする
ポンプであることから、これら被着された気体分子はク
ライオポンプ内に溜る。このため、クライオポンプの累
積排気容量に限界があり、ある一定量の気体を排気した
後、ポンプ内を加熱し被着した気体分子を気化し外部に
排出する必要がある。この操作を一般にクライオポンプ
の再生と呼ばれている。
【0003】図4は従来のクライオポンプの再生装置の
一例を示す図である。従来、この種のクライオポンプの
再生装置は、例えば、図4に示すように、クライオポン
プ10内に乾燥窒素を窒素導入弁6を介して供給し加熱
し冷却機9に凝結固化した物質を気化するとともにクラ
イオポンプ10を常温に戻す乾燥窒素源5と、気化され
た気体を排出する安全弁8と、冷却機9の真空断熱のた
めにクライオポンプ10内を低圧にする荒引き弁7を介
して排気する荒引きポンプ3と、窒素導入弁6および荒
引き弁7の開閉を制御する再生コントローラ4とを備え
ている。
【0004】次に、図4のクライオポンプの再生装置の
動作を説明す。まず、ライオポンプ10を停止す
る。次素導入弁6を開き、クライオポンプ10内
に乾燥窒素を導入する。このことによりクライオポンプ
10内は加熱され凝結吸着された物質は気化され安全弁
8より外部に排出される。この乾燥窒素の導入によりク
ライオポンプ10は約1.5時間程度で常温となり、ク
ライオポンプ10内部の気体が外部に排出され常温で液
体である水分だけ残る。そして、2時間経過するまで引
続き乾燥窒素を導入し、乾燥窒素導入終了と判断し窒素
導入弁6を閉じる。
【0005】次に、クライオポンプ10を運転する前
に、冷凍機9を真空断熱するために、クライオポンプ1
0内部を荒引きする。この荒引き排気は荒引き弁7を開
くことにより行なわれる。そし力が100mTo
rr以下になるまで真空排気する。この100mTor
rに到達するまでの時間は、クライオポンプ10内部の
残留水分量に比例し、通常5〜90分という大きな差が
ある。クライオポンプ10の内部が100mTorrに
達したら、荒引き弁7を閉じる。そして、圧力が上昇し
ないか否かを確認する。
【0006】そして、昇圧しなければ、クライオポンプ
10を作動させ、温度が20K以下になることを確認す
ることでクライオポンプ10の再生を完了とする。ここ
で、圧力上昇が認められたら、再度、クライオポンプ1
0内を真空排気する。
【0007】このように、クライオポンプ10内を低圧
にし冷却機9を極低温(20K以下)にすることで再生
していた。この冷却機9が極低温に達するまで約2時間
程度かかっていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のクライ
オポンプの再生装置およびその方法では、ある一定の時
間だけ乾燥窒素導入していたため、予想外に残留水分が
多い場合は、クライオポンプ内部の残留水分を排出でき
なかったり、残留水分が少ない場合は、必要以上に長い
乾燥窒素の導入時間による再生時間が長びかせたりする
問題を起していた。すなわち、クライオポンプの残留水
分量は処理装置の使用状況により変動さ予想がつき難く
乾燥窒素導入時間は経験的に決めていた。しかしなが
ら、残留水分が予想より多い場合、一定時間の乾燥窒素
の導入では水分の排出が十分なされず、その分荒引き時
間が極端に長くなり、倒えば、乾燥状態と比較し10倍
程度の時間がかかることがある。また、これとは逆に残
留水分が少ない場合や効率良く水分が外部に排出された
場合には、ある一定時間の乾燥窒素導入中にクライオポ
ンプ内部は乾燥状態となり、これから先の乾燥窒素の導
入は無意味となり、乾燥窒素を無駄にするという欠点が
ある。
【0009】従って、本発明の目的は、クライオポンプ
内の残留水分量にかかわらず乾燥窒素を効率良く導入し
て有効に使用できるとともに再生時間の短縮を図るクラ
イオポンプの再生装置およびその方法を提供することで
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、クライ
オポンプに窒素導入弁を介して乾燥窒素を供給する乾燥
窒素源と、前記クライオポンプを荒引き弁を介して真空
排気する真空ポンプと、乾燥窒素の導入により該クライ
オポンプを常温に戻ることを検知する温度計と、この温
度計の常温であることを検知し前記クライオポンプから
排出される該窒素ガスの相対湿度を測定する湿度センサ
と、この湿度センサの相対湿度値を随時入力し前記クラ
イオポンプに残留する初期の残留水分量と乾燥窒素導入
時間毎の相対湿度減少率を求め乾燥窒素導入時間に対す
る導入時間・水分減少率とを予測する演算部と、前記ク
ライオポンプ内の種々の残留水分量に対し前記真空ポン
プにより該残留水分量が無くなるまでの排気時間に対す
る複数の排気時間・水分減少率と前記乾燥窒素導入時間
による複数の導入時間・水分減少率を予じめ記憶する記
憶部と、前記演算部より予測された前記初期の残留水分
量に対する前記排気時間・水分減少率と前記導入時間・
水分減少率とを前記記憶部より抽出し大小を比較し前記
窒素導入弁と前記荒引き弁との開閉を制御する制御部と
を備えるクライオポンプ再生装置である。
【0011】本発明の他の特徴は、クライオポンプを停
止した後に該クライオポンプ内に乾燥窒素を導入し、所
定時間後に前記クライオポンプの温度が常温に達したら
該クライオポンプから排出される気体の相対湿度を随時
測定して演算部に入力し、前記乾燥窒素の導入量と前記
クライオポンプの圧力と前記相対湿度とにより前記演算
部で演算し減水率を求め、この減水率から前記クライオ
ポンプ内の残留水分量を予測し、予測した前記残留水分
に対応する乾燥窒素パージによる減水データから前記乾
燥窒素の導入時間を求め、求められた前記導入時間だけ
前記乾燥窒素の導入し、しかる後前記クライオポンプを
所定の圧力に減圧するクライオポンプ再生方法である。
【0012】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0013】図1は本発明のクライオポンプの再生装置
の一実施例を示す図である。このクライオポンプの再生
装置は、図1に示すように、乾燥窒素の導入によりクラ
イオポンプ10を常温に戻ることを検知する温度計2c
と、この温度計2cの常温であることを検知しクライオ
ポンプ10の安全弁8から排出される乾燥窒素ガスの相
対湿度を測定する湿度センサ1と、この湿度センサ1の
相対湿度値を随時入力しクライオポンプ10に残留する
初期の残留水分量と乾燥窒素導入時間毎の相対湿度減少
率を求め乾燥窒素導入時間に対する導入時間・水分減少
率とを予測する演算部2aと、クライオポンプ10内の
種々の残留水分量に対し荒引きポンプ3により残留水分
量が無くなるまでの排気時間に対する複数の排気時間・
水分減少率と乾燥窒素導入時間による複数の導入時間・
水分減少率を予じめ記憶する記憶部2bと、演算部2a
より予測された初期の残留水分量に対する排気時間・水
分減少率と乾燥窒素導入時間・水分減少率とを記憶部2
bより抽出し大小を比較し窒素導入弁6と荒引き弁7と
の開閉を制御する再生コントローラ4aとを備えてい
る。
【0014】図2はクライオポンプ内の初期の残留水分
量に対する乾燥窒素パージ時間および真空排気時間によ
る残留水分量減少率を示すグラフである。まず、乾燥窒
素パージによる初期の(A,B,C,D)残留水分量の
減少率を予備的に実験して求め得られたデータを記憶部
2bに記録する。同様に荒引きポンプ3によるクライオ
ポンプ10内の初期の残留水分量(A,B,C,D)の
排気時間による水分減少率をデータとして予じめ求めて
おきデータを記憶部2bに記憶しておく。
【0015】このグラフから分るように、最初に残って
いる初期の水分量A〜Dは、窒素パージによる残留水分
量の減少率は、図2の実線に示すように、ある程度の水
分量まで直線的に減少するが、その残留分がより少なく
なると減少量は少なくなだらかになり飽和する。このこ
とは空気分子の吸着材である活性炭の表面がポーラスの
状態であり、水分が除去され難いからである。
【0016】一方、荒引きポンプ3によるクライオポン
プ10内の残留水分量の減少と排気時間による水分減少
率は、図2の破線で示すように、直線的に下降し残留水
分量A〜Dの順に排気時間が短くなっている。この知見
を得て本発明のクライオポンプ再生方法は、再生時間を
短くするために、乾燥窒素パージによる水分除去と真空
排気による水分除去とを有効に使い分けたものである。
すなわち、乾燥窒素パージから真空排気に切替える時期
を捉えることでなされる。具体的には、例えば、図2に
示すように、乾燥窒素パージによる水分減少曲線と真空
排気による水分減少曲線との交点(×印で示す)を切替
え時期(t1,t2,t3,t4)とすれば最小時間で
クライオポンプ10を再生できることになる。
【0017】なお、図1の湿度センサ1は、例えば、日
本冶金化学工業製のSHAW湿度センサと呼ばれる湿度
センサを使用するのが望ましい。この湿度センサはガス
中の微量水分を精密に測定することができる。また、温
度計2は通常の市販の熱電対が用いられている。
【0018】図3は図1のクライオポンプの動作を説明
するためのフローチャートである。次に、図1、図2お
よび図3を参照してこのクライオポンプの再生装置の動
作を説明する。まず、図3のステップAで、図1のクラ
イオポンプ10を停止する。次に、ステップBで、乾燥
窒素源5の窒素導入弁6を開きクライオポンプ10内に
乾燥窒素を導入する。次に、約1.5時間経過し、ステ
ップCで、クライオポンプ10の温度計が常温を示した
ら、ステップDで湿度センサ1で相対湿度を測定を開始
する。
【0019】次に、ステップEで、湿度センサ1の相対
湿度の初期値と次の値とを演算部2aに入力し、乾燥窒
素の時間当りの導入量とクライオポンプ10内の圧力と
で演算部2で減水率を算出しクライオポンプ10内の残
留水分量を予測する。次に、ステップFで、記憶部2a
より予測された残留水分量(A,B,C,Dのいずれ
か)に対応するデータを抽出する。そして、ステップG
で乾燥窒素導入時間tを求める。次に、ステップHで導
入時間に達したら、ステップIで図1の窒素導入弁6を
閉じ乾燥窒素の供給を停止する。そして、ステップJで
荒引き弁7を開き、クライオポンプ10を真空排気す
る。
【0020】次に、ステップKで荒引き時間をカウント
するとともにクライオポンプ10の圧力が100mTo
rr以下になったか否かを判定する。もし、100mT
orr以下ならば、ステップMで荒引き弁7を閉じ真空
排気を停止する。そして、ステップNでクライオポンプ
10内の圧力上昇があるかないか判定し、なければ、ス
テップOでカウントされた排気時間を記憶部2bに記録
あるいは更新する。そして、ステップPでクライオポン
プ10を運転し、ステップQでクライオポンプ10が温
度20K以下になるか否かでクライオポンプ10の再生
を終了する。
【0021】このように、乾燥窒素パージによる水分除
去時間と真空排気による水分除去時間とを効率的に組み
合せることにより従来の再生時間を30分以上も短縮で
きた。また、乾燥窒素のパージを有効である範囲の時間
にとどめることにより窒素の消費量も従来の1/4を削
減することができた。さらに、従来のように窒素パージ
不足による多量の残留水分の排気されることが無くな
り、水分によるロータリポンプである荒引きポンプ3の
油の劣化を無くし、荒引きポンプ3の長時間の運転を維
持することができた。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、乾燥窒素
を導入によってクライオポンプから排出される水分を含
む窒素ガスの相対湿度を測定する湿度センサと、窒素パ
ージによる水分除去データと真空排気による水分除去デ
ータを記憶する記憶部と、湿度センサの測定値を随時入
力しクライオポンプ内の残留水分を予測しこの残留水分
における窒素パージによる水分除去データと真空排気に
よる水分除去データとを抽出し水分を効率良く排除でき
る窒素パージから真空排気に切替えるタイミングを設定
する制御部とを設けることによって、クライオポンプ内
の残留水分量に応じて乾燥窒素を効率良く導入し有効に
使用し、その後は真空排気により水分除去することによ
って、クライオポンプの再生時間をより短縮することが
できるという効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のクライオポンプの再生装置の一実施例
を示す図である。
【図2】クライオポンプ内の初期の残留水分量に対する
乾燥窒素パージ時間および真空排気時間による残留水分
量減少率を示すグラフである。
【図3】図1のクライオポンプの動作を説明するための
フローチャートである。
【図4】従来のクライオポンプの再生装置の一例を示す
図である。
【符号の説明】
1 湿度センサ 2a 演算部 2b 記憶部 2c 温度計 3 荒引きポンプ 4,4a 再生コントローラ 5 乾燥窒素源 6 窒素導入弁 7 荒引き弁 8 安全弁 9 冷却機 10 クライオポンプ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クライオポンプに窒素導入弁を介して乾
    燥窒素を供給する乾燥窒素源と、前記クライオポンプを
    荒引き弁を介して真空排気する真空ポンプと、乾燥窒素
    の導入により該クライオポンプを常温に戻ることを検知
    する温度計と、この温度計の常温であることを検知し前
    記クライオポンプから排出される該窒素ガスの相対湿度
    を測定する湿度センサと、この湿度センサの相対湿度値
    を随時入力し前記クライオポンプに残留する初期の残留
    水分量と乾燥窒素導入時間毎の相対湿度減少率を求め乾
    燥窒素導入時間に対する導入時間・水分減少率とを予測
    する演算部と、前記クライオポンプ内の種々の残留水分
    量に対し前記真空ポンプにより該残留水分量が無くなる
    までの排気時間に対する複数の排気時間・水分減少率と
    前記乾燥窒素導入時間による複数の導入時間・水分減少
    率を予じめ記憶する記憶部と、前記演算部より予測され
    た前記初期の残留水分量に対する前記排気時間・水分減
    少率と前記導入時間・水分減少率とを前記記憶部より抽
    出し大小を比較し前記窒素導入弁と前記荒引き弁との開
    閉を制御する制御部とを備えることを特徴とするクライ
    オポンプ再生装置。
  2. 【請求項2】 クライオポンプを停止した後に該クライ
    オポンプ内に乾燥窒素を導入し、所定時間後に前記クラ
    イオポンプの温度が常温に達したら該クライオポンプか
    ら排出される気体の相対湿度を随時測定して演算部に入
    力し、前記乾燥窒素の導入量と前記クライオポンプの圧
    力と前記相対湿度とにより前記演算部で演算し減衰率を
    求め、この減衰率から前記クライオポンプ内の残留水分
    量を予測し、予測した前記残留水分に対応する乾燥窒素
    パージによる減衰データから前記乾燥窒素の導入時間を
    求め、求められた前記導入時間だけ前記乾燥窒素を導入
    し、しかる後前記クライオポンプを所定の圧力に減圧す
    ことを特徴とするクライオポンプ再生方法。
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