JP3448881B2 - クライオポンプ - Google Patents
クライオポンプInfo
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Description
イオパネルと、輻射熱を防止する熱シールド板,ブライ
ンドで構成するクライオポンプに関する。 【0002】 【従来の技術】従来のクライオポンプは、特開昭61−16
9682号公報に記載のように、液体ヘリウム等で5.0K
以下の極低温に冷却した単一平坦面のクライオパネルに
被排気ガスを凝縮・凝固捕捉して排気する真空ポンプで
ある。クライオパネル冷却用の液体ヘリウムはわずかな
熱で蒸発し、かつ、高価な冷媒である。液体ヘリウムの
蒸発量を少なくするために、このクライオパネルがポン
プ外の常温,高温部からの輻射熱で直接加熱されないよ
うに、クライオパネルの回りに、液体窒素で約80Kの
低温に冷却した熱シールド板を配置する。 【0003】クライオパネルの側面部の熱シールド板は
被排気ガスが通過できるようにルーバを多段に配置した
ルーバブラインド型をしており、排気するガス分子は、
このルーバの隙間を通り、極低温のクライオパネルに衝
突し、そこで凝縮・吸着される。 【0004】ルーバの表面は、輻射熱を吸収するように
黒色に表面処理しており、外部の光線は、これらの熱シ
ールド板に少なくとも一度衝突した後、クライオパネル
に到達するようになっている。このルーバはポンプ奥側
に配置した熱シールド板から冷却するように、この熱シ
ールド板に直接または間接的に接触熱抵抗を小さくする
ように強固に固定されている。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、クラ
イオパネルとある距離を保って、各ルーバを保持するル
ーバホルダを固定する構造としてクライオポンプ奥側の
熱シールド板に固定していた。この熱シールド板は液体
窒素等の冷媒で冷却されており、ルーバホルダは固定部
の接触面より熱シールド板で冷却される。したがって、
各ルーバはこのルーバホルダの熱伝導で熱シールド板で
冷却されることとなり、このルーバホルダの材質は熱伝
導率の大きなアルミニウムや銅が選択される。しかし、
熱伝導率の大きな材料は一般的に剛性が小さい。このた
め、クライオポンプ冷却時の熱シールド板,ルーバ,ル
ーバホルダやクライオパネルの熱応力等の外力が作用し
た場合、ルーバの位置を所定の位置に保持することが難
しい。ルーバの位置を所定の位置に保持出来なければ、
ルーバがクライオパネルに接触し、クライオパネルが加
温され所定の排気速度を確保できなくなったり、クライ
オパネルを冷却する液体ヘリウムの蒸発量が増加し多量
の液体ヘリウムを消費してしまうという問題があった。 【0006】本発明の目的は、クライオポンプ冷却時に
クライオパネルとルーバの相対位置を所定の位置に保持
できるクライオポンプを提供することにある。 【0007】 【課題を解決するための手段】上記目的は、極低温に冷
却されるクライオパネル22と、被排気ガス流入面以外
の高温壁からの輻射熱から前記クライオパネル22を保
護する第1熱シールド板と、排気ガス流入面から前記ク
ライオパネル22に侵入する輻射熱から前記クライオパ
ネル22を保護する第2熱シールド板と、前記クライオ
パネルの面に対向し、排気ガス流入面から前記クライオ
パネルに侵入する輻射熱から保護するための低温に冷却
されるルーバ24と、このルーバ24を支持するユニッ
トホルダ32とをそれぞれを備えてユニット群となった
クライオポンプにおいて、前記クライオパネル22と前
記ルーバ24との相対位置を前記ユニットホルダ32で
所定位置に保持すると共に、前記クライオパネル22は
前記ユニットホルダ32よりも熱伝導率が小さな支持部
材35,37,40で前記ユニットホルダ32に支持さ
れているので、前記ユニットホルダ32から前記クライ
オパネル22への熱侵入量を小さくしたことにより達成
される。 【0008】 【作用】ルーバホルダは剛性の高いステンレス鋼製のユ
ニットホルダで固定され、クライオパネルは剛性の高い
エポキシ樹脂の支持材を介して固定される。ルーバはル
ーバホルダにろう付け,溶接,半田付け等で強固に支持
されている。また、ユニットホルダは冷却を目的に他の
熱シールド板に強固に固定する必要がない。したがっ
て、クライオパネルとルーバホルダは、クライオポンプ
冷却時の熱シールド板、ルーバ,ルーバホルダやクライ
オパネルの熱応力等の外力が作用した場合にも、ユニッ
トホルダ近傍のクライオパネルとルーバの相対位置を所
定の位置に保持することができる。クライオパネルとル
ーバの長手方向に複数個取付けられているユニットホル
ダにより、クライオパネルとルーバの長手方向全般にわ
たって、クライオパネルとルーバの相対位置を所定の位
置に保持することができる。クライオパネルは熱伝導率
の小さなエポキシ樹脂の支持材で液体窒素温度近傍のユ
ニットホルダから支持されるので、ユニットホルダから
クライオパネルへの熱侵入量を小さくできる。 【0009】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図1ないし図4に
より説明する。図1にクライオポンプの冷却システムの
構成例を示す。クライオポンプ1は、核融合装置の中性
粒子入射装置やスペースチャンバ等の真空容器2内に配
置される。クライオポンプ1は、単一ユニット3また
は、複数のユニット群3を合わせて構成する。各ユニッ
ト3の上部は、配管6,配管7を介して液体ヘリウム上
部タンク4及び液体窒素上部タンク5と連通し、ユニッ
ト3の下部は、配管10,配管11を介して液体ヘリウ
ム下部タンク8及び液体窒素下部タンク9と連通してい
る。 【0010】液体ヘリウム12は、ヘリウム液化装置1
3内で製造され液体ヘリウム供給管で液体ヘリウム上部
タンク4内に供給される。液体ヘリウム上部タンクと液
体ヘリウム下部タンクは、液体ヘリウムバイパス管15
を介して連通されている。クライオポンプ1で加熱され
て蒸発したヘリウムガスは、液体ヘリウム上部タンク4
及びヘリウムガス回収管16を通ってヘリウム液化装置
に戻り、再び液化される。 【0011】一方、液体窒素17は、窒素液化機また
は、窒素貯蔵タンク18より供給管19で液体窒素上部
タンク5内に供給される。液体窒素上部タンクと液体窒
素下部タンクは液体窒素バイパス管20を介して連通さ
れている。クライオポンプ内の、排気ガス流入面からク
ライオパネルに侵入する輻射熱から保護するために液体
窒素で低温に冷却した第2熱シールド板群のルーバ、お
よび被排気ガス流入面以外の高温壁からクライオパネル
に侵入する輻射熱から保護するための被排気ガス流入面
に液体窒素で低温に冷却した第1熱シールド板の熱シー
ルド板(図2で説明)で加熱されて蒸発した窒素ガス
は、液体窒素上部タンク5及び窒素ガス回収管21を通
って窒素液化装置に戻り、再び液化されるか、または、
大気に放出される。液体ヘリウム上部タンク及び液体窒
素上部タンク内の液体ヘリウム,液体窒素は自然循環に
よりそれぞれ液体ヘリウムバイパス管15,液体窒素バ
イパス管20を介してクライオポンプ内に供給される。 【0012】図2は3個のユニットを組み合わせたクラ
イオポンプの上部側断面であり、図3は図2のX−X断
面図、図4は図2のY−Y断面図である。 【0013】被排気ガスを凝縮・凝固してトラップする
クライオパネル22は、ステンレス鋼や,銅や,アルミ
ニウム等の金属製でパネル内に冷却冷媒流路23を設け
ている。クライオパネル内には、液体ヘリウムが配管
6,配管7を介して流路23を自然循環で流れ、クライ
オパネルは4.5K 以下の極低温に冷却される。 【0014】一方、ステンレス鋼や,銅や,アルミニウ
ム等の金属製のルーバ24はルーバホルダ25と櫛歯状
に組み合わされ、組み合わせ部はろう付け,溶接,半田
付け等で冶金的に一体化されている。また、前面熱シー
ルド板26は、ルーバホルダ25に溶接等で冶金的に一
体化されている。ルーバホルダ25は、同ホルダにろう
付け等で冶金的に一体化された配管7内を自然循環で流
動する液体窒素で温度約80Kに冷却される。また、前
面熱シールド板26は、同熱シールド板の配管27の流
路28内を自然循環で流動する液体窒素で温度約80K
に冷却される。ステンレス鋼や,銅や,アルミニウム等
の金属製の背面熱シールド板29,側面熱シールド板3
0も同様にろう付け等で冶金的に一体化された配管7内
を自然循環で流動する液体窒素で温度約80Kに冷却さ
れる。ルーバホルダ25奥部はホルダプレート31に一
体化されている。一方、ルーバホルダ25はクライオパ
ネルやルーバホルダの材料と同等もしくはそれ以上の剛
性を有する、例えば、ステンレス製でクライオパネルを
囲むユニットホルダ32にボルトおよびナット33で強
固に固定され、さらにユニットホルダ32の端部は前面
熱シールド板26にボルト34で強固に固定されてい
る。 【0015】クライオパネル22は、エポキシ樹脂等の
熱伝導率の小さな材質で制作したスペーサ35を内部に
保持したボルト36およびスペーサ37を介して前面熱
シールド板26でクライオパネルの幅方向に支持されて
いる。一方、クライオパネル両端部では、ユニットホル
ダ38のアーム39で、エポキシ樹脂等の熱伝導率の小
さな材質で制作したスペーサ40を内部に保持したボル
ト41を介してクライオパネルの長手幅方向を支持して
いる。図3は一端部を示した図であるがクライオパネル
の他端部も同様な構造である。 【0016】スペーサ37はクライオパネル22にねじ
構造で固定されており、前面熱シールド板26の孔また
は溝42にスペーサ37の先端が挿入されている。ま
た、スペーサ35の先端はクライオパネル22の孔また
は溝43に挿入されている。このようにして、クライオ
パネル22の左右方向およびクライオパネル幅方向への
移動を防止している。一方、クライオパネルの長手幅方
向はスペーサ40で上下方向への移動を防止している。
また、ルーバ24,ルーバホルダ25はユニットホルダ
32,前面熱シールド板26で固定されており、クライ
オパネル22の左右方向およびクライオパネル幅方向へ
の移動を防止している。 【0017】ユニットホルダ32,38は冷却のため他
の背面熱シールド板29,側面熱シールド板30に強固
には固定される必要がない。また、ルーバホルダ25に
溝44を設け、ユニットホルダ32とルーバホルダ25
との熱変形の歪を吸収している。 【0018】本実施例によれば、ルーバホルダ25は剛
性の高いステンレス鋼製のユニットホルダ32,38で
固定され、クライオパネル22は剛性の高いエポキシ樹
脂の支持材35,37,40を介して固定される。ルー
バ24はルーバホルダ25にろう付け,溶接,半田付け
等で強固に支持されている。また、ユニットホルダ3
2,38は冷却を目的に他の背面熱シールド板29,側
面熱シールド板30に強固に固定する必要がない。した
がって、クライオパネル22とルーバホルダ25は、ク
ライオポンプ冷却時の背面熱シールド板29,側面熱シ
ールド板30の熱応力等の外力が作用した場合にも、ユ
ニットホルダ近傍のクライオパネル22とルーバ24の
相対位置を所定の位置に保持することができる。また、
クライオパネル22とルーバ24の長手方向も、長手方
向に複数個取付けられているユニットホルダ32によ
り、クライオパネル22とルーバ24の長手方向全般に
わたって、クライオパネルとルーバの相対位置を所定の
位置に保持することができる。このため、クライオパネ
ル22とルーバ24が接触するような問題は生じない。
クライオポンプの冷却時にクライオパネル22は熱伝導
率の小さなエポキシ樹脂の支持材35,37,40で液
体窒素温度近傍のユニットホルダ32,38から支持さ
れるので、ユニットホルダからクライオパネルへの熱侵
入量を非常に小さくできる。また、クライオパネル22
とルーバ24,ルーバホルダ25の長手方向に変形した
としても、ユニットホルダ近傍のクライオパネル22と
ルーバ24の相対位置を確保しながらユニットホルダが
節となって変形するので、長手方向全般にわたってクラ
イオパネルとルーバの相対位置を所定の位置に保持する
ことができる。よって、クライオポンプの排気速度を常
に確保でき、クライオパネルを冷却する液体ヘリウムの
蒸発量を少なくして液体ヘリウムの消費量を少なくでき
る。 【0019】本発明の他の実施例を図5,図6に示す。
この実施例と図2,図4と異なる点は、隣接するクライ
オパネル22群を支持しているユニットホルダ32,3
8群間を、クライオパネルやルーバホルダの材料と同等
もしくはそれ以上の剛性を有する例えばステンレス製の
ユニットホルダベースで、クライオパネル22の配列方
向で支持している。本実施例によれば、クライオパネル
22の配列方向の変形をさらに防止出来るので、クライ
オパネル22の配列方向の所定の間隔を確保でき、クラ
イオポンプの排気速度をさらに信頼性高く確保できる。
また、同一クライオパネル22を支持しているユニット
ホルダ32,38群を、クライオパネルやルーバホルダ
の材料と同等もしくはそれ以上の剛性を有する、例え
ば、ステンレス製のユニットホルダベース44で、クラ
イオパネル22の長手方向で支持すれば、クライオパネ
ル22とルーバ24,ルーバホルダ25の長手方向の変
形をさらに防止出来るので、ユニットホルダ近傍のクラ
イオパネル22とルーバ24の相対位置を確保しながら
長手方向全般にわたってクライオパネルとルーバの相対
位置の所定の位置をさらに正確に保持することができ、
クライオポンプの排気速度をさらに高く確保できる。 【0020】 【発明の効果】本発明によれば、クライオポンプ冷却時
の熱シールド板,ルーバ,ルーバホルダやクライオパネ
ルの熱応力等の外力が作用した場合にも、ユニットホル
ダ近傍のクライオパネルとルーバの相対位置を所定の位
置に保持することができるので、クライオポンプの所定
の排気速度を確保でき、液体ヘリウムの蒸発量の増加を
防止できる。
ムの説明図。 【図2】本発明の一実施例の3個のクライオポンプユニ
ットの上部の断面図。 【図3】図2のX−X断面図。 【図4】図2のY−Y断面図。 【図5】本発明の他の実施例のクライオポンプユニット
の上部の断面図。 【図6】図5のZ−Z断面図。 【符号の説明】 1…クライオポンプ、3…クライオポンプユニット、2
2…クライオパネル、24…ルーバ、25…ルーバホル
ダ、26…前面熱シールド板、32,38…ユニットホ
ルダ、35,37,40…支持材。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】極低温に冷却されるクライオパネル22
と、被排気ガス流入面以外の高温壁からの輻射熱から前
記クライオパネル22を保護する第1熱シールド板と、
排気ガス流入面から前記クライオパネル22に侵入する
輻射熱から前記クライオパネル22を保護する第2熱シ
ールド板と、前記クライオパネルの面に対向し、排気ガ
ス流入面から前記クライオパネルに侵入する輻射熱から
保護するための低温に冷却されるルーバ24と、このル
ーバ24を支持するユニットホルダ32とをそれぞれを
備えてユニット群となったクライオポンプにおいて、前
記クライオパネル22と前記ルーバ24との相対位置を
前記ユニットホルダ32で所定位置に保持すると共に、
前記クライオパネル22は前記ユニットホルダ32より
も熱伝導率が小さな支持部材35,37,40で前記ユ
ニットホルダ32に支持されているので、前記ユニット
ホルダ32から前記クライオパネル22への熱侵入量を
小さくしたことを特徴とするクライオポンプ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30844992A JP3448881B2 (ja) | 1992-11-18 | 1992-11-18 | クライオポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30844992A JP3448881B2 (ja) | 1992-11-18 | 1992-11-18 | クライオポンプ |
Publications (2)
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JPH06159241A JPH06159241A (ja) | 1994-06-07 |
JP3448881B2 true JP3448881B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=17981162
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30844992A Expired - Fee Related JP3448881B2 (ja) | 1992-11-18 | 1992-11-18 | クライオポンプ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3448881B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102036310B1 (ko) * | 2013-09-30 | 2019-10-25 | 한국전력공사 | 액체질소 순환을 위한 순환펌프 하우징 구조체 |
-
1992
- 1992-11-18 JP JP30844992A patent/JP3448881B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
JPH06159241A (ja) | 1994-06-07 |
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