JP2905799B2 - Cryopump - Google Patents

Cryopump

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JP2905799B2 JP23309393A JP23309393A JP2905799B2 JP 2905799 B2 JP2905799 B2 JP 2905799B2 JP 23309393 A JP23309393 A JP 23309393A JP 23309393 A JP23309393 A JP 23309393A JP 2905799 B2 JP2905799 B2 JP 2905799B2
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正晴 三木
雅晴 古寺
義雄 川人
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Fueroo Tetsuku Kk
SOGO KAGAKU KENKYU KIKO
Hitachi Zosen Corp
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Fueroo Tetsuku Kk
SOGO KAGAKU KENKYU KIKO
Hitachi Zosen Corp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、極低温の冷却面を持
ち、これに気相から入射した気体分子を凝縮捕獲して真
空容器内を排気するクライオポンプに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cryopump which has a cryogenic cooling surface, condenses and captures gas molecules incident from a gas phase on the cooling surface, and exhausts the inside of a vacuum vessel.

【0002】素粒子の加速器や核融合装置、半導体の製
造装置などでは、超高真空環境を得ることが極めて重要
であり、こうした超高真空実現の装置としてクライオポ
ンプが用いられる。
In an accelerator for elementary particles, a nuclear fusion device, a semiconductor manufacturing device, etc., it is extremely important to obtain an ultra-high vacuum environment, and a cryopump is used as a device for realizing such an ultra-high vacuum.

【0003】[0003]

【従来の技術】従来、液溜め式のクライオポンプにおい
ては、寒剤として液体ヘリウムおよび液体窒素を用い
(液体ヘリウムは高価であるため、その蒸発量を抑える
ように周囲を液体窒素の温度領域で覆っている)、温度
4.2Kおよび78Kの低温冷却面に気体分子を凝縮さ
せることにより真空容器内の気体分子を排気して、超高
真空を実現していた。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a liquid storage type cryopump, liquid helium and liquid nitrogen are used as cryogens (since liquid helium is expensive, its surroundings are covered with a liquid nitrogen temperature region so as to suppress the amount of evaporation. ), The gas molecules in the vacuum vessel were evacuated by condensing the gas molecules on the low-temperature cooling surfaces at the temperatures of 4.2K and 78K, thereby realizing an ultra-high vacuum.

【0004】このようなクライオポンプにおいて、クラ
イオポンプとこれの下の真空容器との接続部に設けられ
たシェブロンバッフルは、常温の真空容器壁面からの熱
輻射がバッフル面で反射してバッフルを透過し液体ヘリ
ウム容器の冷却面に到達するのを防止するため、全体的
に黒体化されている。
In such a cryopump, a chevron baffle provided at a connection portion between the cryopump and a vacuum vessel below the cryopump reflects heat radiation from the wall surface of the vacuum vessel at normal temperature on the baffle surface and transmits through the baffle. In order to prevent the liquid helium from reaching the cooling surface of the liquid helium container, it is entirely blackened.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
クライオポンプにあっては、シェブロンバッフルは、上
記の如く、真空容器壁面からの熱輻射がバッフル面で反
射して液体ヘリウム容器へ透過するのを防止する目的で
黒体化されたものであるので、必然的にバッフルの吸収
熱が大きくなり、黒体化バッフルを冷却するのに用いら
れる液体窒素の消費量が多くなるという問題がある。
However, in the conventional cryopump, the chevron baffle, as described above, prevents the heat radiation from the wall of the vacuum vessel from being reflected by the baffle and transmitted to the liquid helium vessel. Since it is blackened for the purpose of prevention, there is a problem that the heat absorbed by the baffle inevitably increases, and the consumption of liquid nitrogen used to cool the baffle increases.

【0006】この発明は、上記の点に鑑み、真空容器壁
面からの熱輻射を可及的に少なくすることにより、シェ
ブロンバッフルを冷却するのに用いられている液体窒素
の消費量を低減することができるクライオポンプを提供
することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, it is an object of the present invention to reduce the amount of liquid nitrogen used for cooling a chevron baffle by minimizing heat radiation from a vacuum vessel wall. It is an object of the present invention to provide a cryopump capable of performing the following.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明によるクライオ
ポンプは、上記目的を達成すべく工夫されたもので、液
体ヘリウム容器と、液体ヘリウム容器の上に配された液
体窒素容器と、液体窒素容器の下端周縁部に液体ヘリウ
ム容器を囲うように設けられた円筒状のスクリーンシー
ルド板と、スクリーンシールド板の下端内に設けられた
シェブロンバッフルとを備えたクライオポンプにおい
て、該クライオポンプの下端開口に連通状にアングル型
真空容器が設けられ、真空容器の内面に、低放射率の金
属薄膜がコーテイングされたスクリーンが設けられ、ス
クリーンの外面に電子冷凍素子が設 けられていることを
特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION A cryopump according to the present invention has been devised to achieve the above object, and includes a liquid helium container, a liquid nitrogen container disposed on the liquid helium container, and a liquid nitrogen container. In the cryopump provided with a cylindrical screen shield plate provided to surround the liquid helium container at the lower peripheral edge of the cryopump, and a chevron baffle provided in the lower end of the screen shield plate, An angle-type vacuum vessel is provided in a communicating manner, and a screen coated with a low-emissivity metal thin film is provided on the inner surface of the vacuum vessel .
Electronic refrigeration element clean the outer surface is characterized in that is eclipsed set.

【0008】上記クライオポンプにおいて、スクリーン
は該電子冷凍素子によって冷却される。
In the above cryopump, the screen
Is cooled by the electronic refrigeration element.

【0009】また、低放射率の金属薄膜は真空容器の内
面に直接コーテイングされていてもよい。この場合は、
スクリーンは存在せず、電子冷凍素子は真空容器の外面
に設けられる。
The low-emissivity metal thin film may be coated directly on the inner surface of the vacuum vessel. in this case,
There is no screen, and the electronic refrigeration element is provided on the outer surface of the vacuum vessel.

【0010】シェブロンバッフルは、全体的に黒体化さ
れ、真空容器壁面からの熱輻射を吸収して液体ヘリウム
容器へ透過するのを防止する。
[0010] The chevron baffle is blackened as a whole and absorbs heat radiation from the vacuum vessel wall to prevent it from penetrating into the liquid helium vessel.

【0011】[0011]

【実施例】つぎに、この発明を具体的に説明するため
に、この発明の実施例を挙げる。
EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described in order to specifically explain the present invention.

【0012】実施例1 図1および図2において、クライオポンプ(8) の基本構
成は、液体ヘリウム容器(1) と、液体ヘリウム容器(1)
の上に配された液体窒素容器(2) と、液体窒素容器(2)
の下端周縁部に液体ヘリウム容器(1) を囲うように設け
られた円筒状のスクリーンシールド板(3) と、スクリー
ンシールド板(3) の下端内に設けられたシェブロンバッ
フル(4) とを備えてなるものである。
Embodiment 1 In FIGS. 1 and 2, the basic structure of a cryopump (8) is a liquid helium container (1) and a liquid helium container (1).
Liquid nitrogen container (2) and liquid nitrogen container (2)
A cylindrical screen shield plate (3) provided around the lower edge of the liquid helium container (1), and a chevron baffle (4) provided in the lower end of the screen shield plate (3). It is.

【0013】シェブロンバッフル(4) は、常温の真空容
器壁面からの熱輻射がバッフル面で反射してバッフルを
透過し液体ヘリウム容器(1) の冷却面に到達するのを防
止するように、熱輻射を吸収する役目を有し、スクリー
ンシールド板(3) は外側から入射する熱輻射を遮断する
働きをし、液体窒素容器(2) はスクリーンシールド板
(3) およびシェブロンバッフル(4) を冷却する働きをす
る。シェブロンバッフル(4) は全体的に黒体化されたも
のである。
The chevron baffle (4) is designed to prevent heat radiation from the vacuum vessel wall at room temperature from being reflected by the baffle face, transmitting through the baffle, and reaching the cooling face of the liquid helium vessel (1). The screen shield plate (3) has a function of absorbing radiation, and functions to block heat radiation incident from the outside.The liquid nitrogen container (2) has a screen shield plate.
(3) and serves to cool the chevron baffle (4). The chevron baffle (4) is entirely blackened.

【0014】クライオポンプ(8) の下端開口にアングル
型真空容器(5) が連通状に設けられている。真空容器
(5) の内面には、低放射率(ε=0.02)のアルミニ
ウム薄膜が蒸着によりコーテイングされたスクリーン
(6) が設けられている。スクリーン(6) の設置範囲は、
シェブロンバッフル(4) の真空容器側の視野範囲であ
る。真空容器(5) とスクリーン(6) とは熱的に絶縁され
ている。また、スクリーン(6) の水平底部の外下面には
複数の電子冷凍素子(7) が設けられ、これによってスク
リーン(6) は温度250K程度にまで冷却される。
An angle type vacuum vessel (5) is provided in communication with the lower end opening of the cryopump (8). Vacuum container
(5) On the inner surface, a screen coated with an aluminum thin film with low emissivity (ε = 0.02) by vapor deposition
(6) is provided. The installation range of the screen (6) is
It is a visual field range on the vacuum vessel side of the chevron baffle (4). The vacuum vessel (5) and the screen (6) are thermally insulated. Further, a plurality of electronic refrigeration elements (7) are provided on the outer lower surface of the horizontal bottom of the screen (6), whereby the screen (6) is cooled to a temperature of about 250K.

【0015】実施例2 図3において、真空容器(5) の内面には、低放射率(ε
=0.02)のアルミニウム薄膜が蒸着により直接コー
テイングされている。真空容器(5) の垂直部上端はステ
ンレス鋼製のベロー状の接続部材(9) を介してクライオ
ポンプ(8) の下端開口に接続され、真空容器(5) の水平
部先端もステンレス鋼製のベロー状の接続部材(9) を介
して導管(10)に接続されている。接続部材はチタン合
金、プラスチック等で構成されたものでもよい。
Embodiment 2 In FIG. 3, the inner surface of the vacuum vessel (5) has a low emissivity (ε
= 0.02) is directly coated by evaporation. The upper end of the vertical part of the vacuum vessel (5) is connected to the lower end opening of the cryopump (8) through a stainless steel bellows-like connecting member (9), and the tip of the horizontal part of the vacuum vessel (5) is also made of stainless steel. Is connected to the conduit (10) through the bellows-like connecting member (9). The connection member may be made of a titanium alloy, plastic, or the like.

【0016】この実施例では、スクリーンは存在せず、
電子冷凍素子(7) は真空容器(5) の外面に設けられ、複
数の真空容器(5) は保温材(11)で覆われている。
In this embodiment, there is no screen,
The electronic refrigeration element (7) is provided on the outer surface of the vacuum vessel (5), and the plurality of vacuum vessels (5) are covered with a heat insulating material (11).

【0017】その他の構成は、実施例1と同じである。The other structure is the same as that of the first embodiment.

【0018】[0018]

【作用】熱輻射により黒体化シェブロンバッフル(4) に
伝えられる熱流束は、次式で表される。
[Function] The heat flux transmitted to the blackening chevron baffle (4) by thermal radiation is expressed by the following equation.

【0019】 Q=εeff σA1 (T2 4 −T1 4 ) ここで、実効熱輻射率は、 εeff =ε1 ε2 /[ε2 +(1−ε2 )ε1 1 /A2 ] A1 :黒体化シェブロンバッフルの面積 A2 :真空容器面の面積 T1 :黒体化シェブロンバッフルの温度 T2 :真空容器面の温度 σ:ステファン・ボルツマン定数、5.67×10
-8[Wm-2-1] である。
[0019] Q = ε eff σA 1 (T 2 4 -T 1 4) Here, the effective thermal emissivity, ε eff = ε 1 ε 2 / [ε 2 + (1-ε 2) ε 1 A 1 / A 2 ] A 1 : Area of black body chevron baffle A 2 : Area of vacuum vessel surface T 1 : Temperature of black body chevron baffle T 2 : Temperature of vacuum vessel surface σ: Stefan-Boltzmann constant, 5.67 × 10
-8 [Wm -2 K -1 ].

【0020】シェブロンバッフルは黒体化されているの
で、ε1 がほぼ1に等しいとすると、 εeff =ε2 /[ε2 +(1−ε2 )A1 /A2 ]。
Since the chevron baffle is blackened, assuming that ε 1 is almost equal to 1, ε eff = ε 2 / [ε 2 + (1−ε 2 ) A 1 / A 2 ].

【0021】上記の熱流束を抑えるためには、T2 、ε
2 をいずれも小さくすればよい。仮に、T2 =300K
が、T2 =250Kになれば、Qは1/2になる。ま
た、A1 /A2 =1として、ε2 =0.1が、ε2
0.02になれば、εeff =0.1が、εeff =0.0
2になる。
In order to suppress the above heat flux, T 2 , ε
What is necessary is just to make both 2 small. Suppose that T 2 = 300K
However, when T 2 = 250K, Q becomes 1 /. Also, assuming that A 1 / A 2 = 1, ε 2 = 0.1 becomes ε 2 =
If 0.02, ε eff = 0.1 becomes ε eff = 0.0
It becomes 2.

【0022】[0022]

【発明の効果】この発明によるクライオポンプは、以上
の通り構成されているので、真空容器壁面からの熱輻射
を可及的に少なくすることにより、シェブロンバッフル
を冷却するのに用いられる液体窒素の消費量を低減する
ことができる。
Since the cryopump according to the present invention is constructed as described above, the heat radiation from the vacuum vessel wall is reduced as much as possible to reduce the amount of liquid nitrogen used for cooling the chevron baffle. The consumption can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】クライオポンプの基本構成を示す垂直縦断面図
である。
FIG. 1 is a vertical vertical sectional view showing a basic configuration of a cryopump.

【図2】真空容器を備えたクライオポンプを示す垂直縦
断面図である。
FIG. 2 is a vertical longitudinal sectional view showing a cryopump provided with a vacuum vessel.

【図3】真空容器を備えたクライオポンプを示す垂直縦
断面図である。
FIG. 3 is a vertical longitudinal sectional view showing a cryopump provided with a vacuum vessel.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:液体ヘリウム容器 2:液体窒素容器 3:スクリーンシールド板 4:シェブロンバッフル 5:真空容器 6:スクリーン 7:電子冷凍素子 8:クライオポンプ 9:接続部材 10:導管 11:保温材 1: liquid helium container 2: liquid nitrogen container 3: screen shield plate 4: chevron baffle 5: vacuum container 6: screen 7: electronic refrigeration element 8: cryopump 9: connection member 10: conduit 11: heat insulating material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三木 正晴 千葉市花見川区幕張本郷1−3−5 大 岩ビル303 (72)発明者 古寺 雅晴 大阪市此花区西九条5丁目3番28号 日 立造船株式会社内 (72)発明者 川人 義雄 大阪市此花区西九条5丁目3番28号 日 立造船株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−44642(JP,A) 実開 昭58−144085(JP,U) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Masaharu Miki 1-3-5 Oiwa Building 1-3-5 Makuhari Hongo, Hanamigawa-ku, Chiba (72) Inventor Masaharu Furuji 5-3-28 Nishikujo, Konohana-ku, Osaka Inside Shipbuilding Co., Ltd. (72) Inventor Yoshio Kawahito 5-3-28 Nishikujo, Konohana-ku, Osaka-shi Inside Nippon Shipbuilding Co., Ltd. -144085 (JP, U)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 液体ヘリウム容器と、液体ヘリウム容器
の上に配された液体窒素容器と、液体窒素容器の下端周
縁部に液体ヘリウム容器を囲うように設けられた円筒状
のスクリーンシールド板と、スクリーンシールド板の下
端内に設けられたシェブロンバッフルとを備えたクライ
オポンプにおいて、該クライオポンプの下端開口に連通
状にアングル型真空容器が設けられ、真空容器の内面
に、低放射率の金属薄膜がコーテイングされたスクリー
ンが設けられ、スクリーンの外面に電子冷凍素子が設け
られていることを特徴とするクライオポンプ。
1. A liquid helium container, a liquid nitrogen container disposed on the liquid helium container, a cylindrical screen shield plate provided on a peripheral edge of a lower end of the liquid nitrogen container so as to surround the liquid helium container, In a cryopump provided with a chevron baffle provided in a lower end of a screen shield plate, an angle type vacuum vessel is provided in communication with a lower end opening of the cryopump, and a low-emissivity metal thin film is provided on an inner surface of the vacuum vessel. Is provided , and an electronic refrigeration element is provided on the outer surface of the screen.
A cryopump characterized by being used .
【請求項2】 液体ヘリウム容器と、液体ヘリウム容器
の上に配された液体窒素容器と、液体窒素容器の下端周
縁部に液体ヘリウム容器を囲うように設けられた円筒状
のスクリーンシールド板と、スクリーンシールド板の下
端内に設けられたシェブロンバッフルとを備えたクライ
オポンプにおいて、該クライオポンプの下端開口に連通
状にアングル型真空容器が設けられ、真空容器の内面に
低放射率の金属薄膜がコーテイングされ、真空容器の外
面に電子冷凍素子が設けられていることを特徴とするク
ライオポンプ。
2. A liquid helium container, and a liquid helium container.
Liquid nitrogen container and the lower edge of the liquid nitrogen container
Cylindrical shape provided around the edge of the liquid helium container
Screen shield plate and below the screen shield plate
Client with a chevron baffle provided in the end
Communication with the lower end opening of the cryopump
Angle type vacuum vessel is provided in the shape of
A low-emissivity metal thin film is coated outside the vacuum vessel.
Characterized in that an electronic refrigeration element is provided on the surface.
Rio pump.
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