JPH02191877A - クライオポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、極低温に冷却したクライオパネル面に、パネ
ル温度よりも高い沸点のガスを凝固、吸着することによ
り多量のガスを高速で排気するクライオポンプに関する
。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭６１−１６９６８２号公報に記載
のように、液体ヘリウムで冷却されたクライオパネルは
、ガス流入口の面に直角に、一定の間隔で複数配置され
ている。このクライオパネルが、ガス流入面側の高温部
から放射される、ふく射熱から加熱されない様にガス流
入口の一部に液体窒素で冷却した前面シールド板をおき
、クライオパネルの側面には、同じく液体窒素で冷却し
たルーバブラインドを設けている。気体分子は、ルーバ
ブラインドのすき間を通り、クライオパネルに凝固。

吸着される。また、クライオパネルの後側にも液体窒素
で冷却した後面シールドを設けている。

前面シールド板、後面シールド板、および、ルーバブラ
インドの表面には、ふく射熱を吹収する様に黒色に表面
処理しており、外部の光線はこれらのシールド板で１度
反射してクライオパネルに達する様設計されている。

排気したいガス分子は、隣設する前面シールド板間の流
入口からクライオポンプ内に流入する。

ガス分子は、ルーバブラインドまたは後面シールド板に
一回もしくは数回衝突を緑返し、ある分子は流入口から
流出し、あル分子はクライオパネルに到達し凝縮・吸着
されるにの凝縮・吸着されるガス分子の割合を高めれば
、クライオポンプの排気速度を大きくできる。

〔発明が解決しようとする１ｌｊｆｉ）従来のクライオ
ポンプでは、ガス分子流入面に直角な面に対しある角度
αの傾きを持って配置され、さらに、流入口に対向した
ルーパブラインド面（Ａ面）上に立てた法線が、流入口
方向に向いていた。また、反射したガス分子は、余弦法
則に従い衝突面の法線方向に進む確率が最も大きい。

したがって、ルーバブラインドのＡ面に衡突したガス分
子は、反射後クライオパネル側に進む分子の数より、１
を入口に逆戻りする分子の数の方が多く、特に、流入口
部に近いルーバブラインドのＡ面に衝突したガス分子は
１反射後、流入口から流出する割合が増加してしまう、
このため、従来のクライオポンプでは、クライオパネル
番こ凝縮、吸着する分子の割合、すなわち、通過確率が
小さく、排気速度が大くならならいという問題があった
。

また、従来のルーバブラインド形クライオポンプでは、
クライオパネル面が一平坦面であるためパネル単面では
凝縮・吸着できないヘリウムガス等の低沸点ガスを排気
することができなかった。

本発明の目的は、クライオポンプの通過確率を大きくし
て、排気速度を高め、ガスヘリウムも同時に排気できる
クライオポンプを提供することにある。

〔ＩＩＭを解決するための手段〕

上記目的を達成するために、液体窒素で冷却さ九るルー
バブラインドＡ面を流入口面に対してほぼ平行に、かつ
、パネル部奥行き方向に積層状に配置したものである。

さらに、ガス分子粒子の熱シールド板への衝突回数を少
なくして１通過確率を大きくするために、ルーバブライ
ンドの背面側にクライオパネルを配置したもので、さら
に、クライオパネルに屈曲面を設け、その一部に吸着剤
を一体化したものである。

本発明のクライオポンプは特許請求の範囲各項に記載の
構成を特徴とする。

尚、ｒ背面」なる語はガス流入口側を「表面」とした場
合の裏面に相当する表現で、クライオポンプ室内の奥側
を表わす。

〔作用〕

ルーバブラインドのＡ面が流入面に対して平行であり、
かつ、奥行き方向に積層に配置されているため、ルーバ
ブラインドＡ面に衝突したガス粒子は、流入口方向に戻
るよりも、そのルーバより下段のルーパに衝突する確率
が増し、そこで反射して、さらにポンプ奥方向にガス分
子は進む様になる。したがって、ガス流入口から流出す
る確率は減少し、衝過確率は増加する。

また、ルーバブラインドＡ面の背面側にクライオパネル
を配置することにより、上記Ａ面で反射したガス分子を
このパネルで凝縮・吸着でき、通過確率はさらに向上す
る。また、屈曲面の一部に吸着剤を設けることにより、
ヘリウムガスを選択的に吸着、排気することができる。

ふく射シールド板をガス入口面に対して平行に配置すれ
ば、ガス粒子がシールド板表面（オモテメン）に衝突し
て法線方向に飛び出す確率が多いことから前段の（上流
側、ガス入口側）クライオパネルにガス粒子が捕捉され
易くなる。

ふく射シールド板を複数列で実質的に同じ幅に配置すれ
ば、ガス粒子は途中の（後段側の）シールド板のガス入
口部に対面する露出部位にさえぎられることが少なくな
るからガス粒子を奥まで導びくごとができる。

ふく射シールド板群の列を複数配置しても、その群列間
に仕切壁がない為、隣接する列群から飛んできたガス粒
子も充分捕捉可能である。

クライオパネルを波板状にすればパネル面の面積が拡大
される。

クライオパネルの背後に吸着専用パネルを設ければ吸着
剤パネルのみを単独で交換可能となる。

クライオパネルに吸着剤埋め込み用窪を設ければ吸着剤
の脱落が防止される。

尚、吸着剤としてはモレキュラーシーブや活性炭が好適
である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図、第２図により説明す
る。第２図は、第１図の鳥観図を示す。

前面に配置したふく射熱シールド板１の間から破線矢印
方向に排気すべきガス分子はクライオポンプ内に流入す
る。ふく射熱シールド板１群は、ポンプ奥行き方向に、
かつ、同列上に所定の間隔で配置されている。ふく射熱
シールド板１は、液体窒素等で低温に冷却され、温度は
約８０に程度に保たれている。ふく射熱シールド板１の
背面には。

液体ヘリウム等で極低温に冷却するクライオパネル２を
配置している。クライオポンプの背後及び上、下面には
、それぞれ、液体窒素等で冷却されたふく射熱シールド
板３を設ける。また、２列目以降の熱シールド板１及び
ふく射熱シールド板３のポンプ内面側は、黒色に表面処
理して表面のふく射率を大きくしている。また、ふく射
熱シールド板１の両端部は、クライオパネル２側に直角
に折曲げてガス流入口から直接クライオパネル２が見え
ない様にして、高温の熱線がクライオパネル２に侵入す
ることを防止し、熱的に保護している。

本実施例におけるクライオポンプと、従来形のルーパブ
ラインド形クライオポンプの性能比較の例を第１表に示
す。

第１表 このように、ふく射熱シールド板１を、流入口面に平行
で、なおかつ、奥行き方向に多段に同程度の幅のものを
配置することにより、ガス分子をより深くポンプ内に引
き込み、かつ、熱シールド板１で反射したガス分子につ
いては、その前段で対面するクライオパネル２に到達す
る確率が高くなる。したがって１本実施例ではガス分子
がクライオパネル２に凝縮・吸着する確率、すなわち。

通過確率が従来形に比べ約３２％大きくなる効果が生じ
る。

第３図に本発明になる他の実施例を示す０本実施例が第
１図と異なる点は、２段目以後のふく射熱シールド板１
両端部の折曲は角度を９０°以上折曲げ、折曲げ面４が
、クライオポンプ奥方向に向けたところにある６本実施
例によれば、折曲げ面４に衝突したガス分子が反射する
際、ポンプ奥方向に進む確率が増加し、流入口から流出
する確率が小さくなる。したがって、さらに通過確率が
大きなる効果が生じる。

本発明による他の実施例を第４図に示す６本実施例が第
１図と異なる点は、２段目以後のふく射熱シールド板１
に、低温の衝立板５を設けた点にある。この衝立板５を
設けることにより、ポンプ奥の点より流入口０点に向う
はずのガス分子が、衝立板５の■で反射し、クライオパ
ネル２の０点で凝縮・吸着される確率が増加し、さらに
通過確率が大きくなる効果を生じる。

本発明になる他の実施例を第５図に示す１本実施例が第
２図と異なる点は、クライオパネルを。

波形状の熱良導パネル６で構成したもので、液体ヘリウ
ム管７と、その接触部で一体化されている。

本実施例によれば、クライオパネル６面の表面積を広く
とれるので、単位面積当りの許容ガス凝縮・吸着量を一
定とすれば、より多くのガス分子を凝縮できるので、ガ
ス排気容量を大きくすることができる。したがって、よ
り長時間に渡ってクライオポンプを連続運転することが
できる。

第６図は１本発明になる他の実施例を示すもので、第１
図と異なる点は、クライオパネル６に、貫通する穴８を
設け、クライオパネル６の裏面に、例えば、活性炭等の
吸着剤９を熱的に一体化したところにある０本実施例に
よれば、例えばヘリウムガス等のタライオバネル表面で
は直接、凝縮・吸着できないガス分子が、六８内を通過
した後。

ふく射シールド板で反射したこのガス分子を吸着剤９に
衝突させて吸着排気することができる新たな効果が生じ
る。

第７図は１本発明になる他の実施例を示すもので、第６
図と異なる点は、クライオパネル１０をＬ字状の熱良導
セグメント群で構成し、パネル１０の上向き面に吸着剤
９を熱的に一体化したところにある。すなわち本実施例
によれば、Ｌ字状の内側面１１で排気できなかったヘリ
ウムガスはそこで反射したのち、吸着剤９に到達して排
気される。第６図の実施例では、六８を通過したヘリウ
ムガスのみしか排気されないのでヘリウムガスの通過確
率は小さいが、本実施例では、ヘリウムガスが直接、ま
たは、内側面１１で反射した後吸着剤９に到達する確率
は大きく、ヘリウムガスに対する通過確率を大きくして
、ヘリウムガスの排気速度を大きくとることができる。

また、吸着剤９を設ける面を狭くすることによって、ヘ
リウムガスの排気速度を減じることも容易に行なえる。

第８図は１本発明になる他の実施例を示すもので、第７
図と異なる点は、クライオパネルをエプロン状セグメン
ト１２群で構成し、ふく射熱シールド板１側の奥部下降
パネル面上に吸着剤を熱的に一体化させたところにある
１本実施例によれば。

ふく射熱シールド板１と反対側からクライオパネル面を
見た場合、吸着剤は直接見えない、したがって、クライ
オパネル１２表面で直接排気できる例えば、ヘリウムガ
スよりもはるかに多い、窒素ガスや水素ガス、トリチウ
ムガスを吸着剤９で吸着することがなくこれらのガスで
吸着剤９が吸着飽和に短時間で至ることがない。よって
、吸着剤では、主にヘリウムガスのみを吸着でき、その
排気効果を長時間保持できる効果がある。

第９図は本発明になる他の実施例を示したもので、第８
図と異なる点は、クライオパネルを、液体ヘリウム管７
で冷却されるルーバセグメント１３群で構成し、その背
後に、液体ヘリウム管１４で冷却されるパネル面１５を
設置し、その表面に吸着剤９を熱的に一体化させたとこ
ろにある。

本実施例によれば、吸着剤９を保持するパネル面の面積
をクライオパネルとは別に設けているので。

クライオパネルの凝縮・吸着面を減じることがなく、水
素ガス等の排気速度を低下させずに、ガスヘリウムの通
過確率をシェブロン形に比べ大きくとれ、ガスヘリウム
の排気速度を大きくできる効果がある。また、この場合
、吸着剤を一体化させたパネル面１５のみを、クライオ
パネルとは別々に、交換することも容易に行い得ること
ができる。

第１０図は１本発明になる他の実施例を示すもので、第
７図と異なる点は、クライオパネル１０の上向き面に凹
状の窪１６を加工し、円柱状の吸着剤１７を、この内に
埋め込み熱的に一体化した点にある０本実施例によれば
、吸着剤１７を窪１６の内にエポキシ樹脂系の接着剤等
で深く固定できるので、クライオパネルのクールダウン
、ウオームアツプ等の熱サイクルの繰返しを受ける場合
においても、吸着剤１７がパネル１０より脱落しない効
果がある。この場合、窪１６の代りに凹状の連続溝でも
同様の効果がある。また、この時。

クライオパネル１０の下向き面の面積が増加し。

下向き面で凝縮・吸着する水素ガスの排気容社が増加す
る効果も合せて生じる。

第１１図は、本発明になる他の実施例を示すもので、第
５図と異なる点は、クライオパネル１８を各々分離させ
、冷却管の材質に電気抵抗の大きい等えばステンレス等
を、タライパネル１８の材質に熱伝導率の大きい銅又は
アルミニウムを選定した点にある。したがって１本実施
例によれば、クライオパネルに外部磁場変動による渦電
流が発生する場合においても、ｉｌｔ気抵抗抵抗さくて
渦電流が発生しやすいクライオパネル群はそれぞれ分離
されているので発生渦電流は小さくジュール熱の発生も
小さい、したがって、冷却管７内を流れる液体ヘリウム
への熱負荷増加を防止できる。また、この場合、クライ
オパネルを保護するふく射熱シールド板の材質を銅又は
アルミニウムにすれば、渦電流によるジュール熱損失を
、ふく射熱シールド板を冷却する液体窒素が吸収できる
ので。

クライオパネルを渦電流から保護できるので、液体ヘリ
ウムの熱負荷分をさらに小さくでき、液体ヘリウムの蒸
発をさらに小さくできる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載されるような効果を奏する。

ふく射シールド板をガス分子流入口面に対してほぼ平行
に配置し、なおかつ、はぼ同じ幅でクライオポンプ奥行
き方向に多段に配置し、これらのシールド板の背面にク
ライオパネルを設けているので、ガス分子をポンプ奥方
向に引き込み、該ふく射熱シールド板に衝突９反射した
例えば水素ガス分子は、前面のクライオパネルに到達す
る確率が高まり、通過確率が増加して排気速度を従来形
に比べて約２５％大きくすることができる。

また、該クライオパネルを、波形、Ｌ字形、シェブロン
形等で構成して、その一部の表面に吸着剤を設けること
により、該水素ガスの排気容址を落すことなく、クライ
オパネル裸面では排気できないヘリウムガス等をも排気
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例になるタライオボンプのパ
ネル配置断面図、第２図は第１図の鳥観図、第３図、第
４図は夫々本発明の他の実施例を説明するタライオボン
プのパネル配置断面図、第５図、第６図、第７図、第８
図、第９図、第１０図、第１１図は夫々本発明の他の実
施例を説明する熱シールド板とクライオパネル組合せ１
対の部分断面鳥観図である。 １・・・ふく射熱シールド板、２・・・クライオパネル
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガス分子を凝縮・吸着する極低温度に冷却したクラ
   イオパネルと、該クライオパネルを高温からのふく射熱
   から保護する低温に冷却したふく射熱シールド板とから
   成るクライオポンプにおいて、前記ふく射熱シールド板
   をガス分子クライオポンプ流入口面に対してシールド面
   が実質的に平行面となるように複数列配置し、かつ該シ
   ールド板をクライオポンプの奥行き方向に同列上に実質
   的に同じ幅で多段に配置し、各シールド板の背面に前記
   クライオパネルを配置していることを特徴とするクライ
   オポンプ。 ２、ガス分子を凝縮・吸着する極低温度に冷却したクラ
   イオパネルと、該クライオパネルを高温からのふく射熱
   から保護する低温に冷却したふく射熱シールド板とから
   成るクライオポンプにおいて、前記ふく射熱シールド板
   をガス分子クライオポンプ流入口面に対してシールド面
   が実質的に平行面になるように多段に配置し、かつ各シ
   ールド板の背面に前記クライオパネルを配置してなるこ
   とを特徴とするクライオポンプ。 ３、ガス分子を凝縮・吸着する極低温度に冷却したクラ
   イオパネルと、該クライオパネルを高温からのふく射熱
   から保護する低温に冷却したふく射熱シールド板とから
   成るクライオポンプにおいて、前記ふく射熱シールド板
   をガス分子クライオポンプ流入口面に対して複数列にか
   つクライオポンプの奥行き方向に同列上に実質的に同じ
   幅で多段配置し、各シールド板の背面に前記クライオパ
   ネルを配置してなることを特徴とするクライオポンプ。 ４、ガス分子を凝縮・吸着する極低温度に冷却したクラ
   イオパネルと、該クライオパネルを高温からのふく射熱
   から保護する低温に冷却したふく射熱シールド板とから
   成るクライオポンプにおいて、前記ふく射熱シールド板
   をガス分子クライオポンプ流入口面に対して複数列多段
   に配置し、かつこのシールド板の群列同士の間に仕切壁
   を設けることなく一室内に配置し、各シールド板の前面
   に前記クライオパネルを配置してなることを特徴とする
   クライオポンプ。 ５、前記複数枚のふく射熱シールド板の内少なくとも一
   部のものは、その両端面を背面側に鋭角に折り曲げてお
   ることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のク
   ライオポンプ。 ６、前記複数枚のふく射熱シールド板の内少なくとも一
   部のものはガス流入口側に衝立板を配置し、かつこの各
   衝立板は前段のクライオパネルとの間に空隙を形成して
   配置されていることを特徴とする請求項１乃至５いずれ
   かに記載のクライオポンプ。 ７、前記各クライオパネルを波板状に形成したことを特
   徴とする請求項１乃至６いずれかに記載のクライオポン
   プ。 ８、前記各クライオパネルはパイプと複数のパネル部材
   とから構成されることを特徴とする請求項１乃至７いず
   れかに記載のクライオポンプ。 ９、前記パイプは前記パネル部材よりも電気抵抗の大き
   な部材であることを特徴とする請求項８記載のクライオ
   ポンプ。 １０、前記クライオパネルに吸着剤を貼布することを特
   徴とする請求項１乃至９いずれかに記載のクライオポン
   プ。 １１、前記各パネル部材に吸着剤を付設してなることを
   特徴とする請求項８記載のクライオポンプ。 １２、前記各パネル部材に吸着剤埋め込み用液を予め設
   けて付設したことを特徴とする請求項１１記載のクライ
   オポンプ。 １３、前記クライオパネル若しくはパネル部材の背面に
   別途パネルを設けたこの別パネルに吸着剤を付設して吸
   着剤パネルとしたことを特徴とする請求項１乃至９いず
   れかに記載のクライオポンプ。 １４、前記クライオパネルの屈曲面の少なくとも一部に
   吸着剤を熱的に一体化せしめることを特徴とする請求項
   １乃至９いずれかに記載のクライオポンプ。 １５、前記クライオパネルを、電気抵抗値の大きな冷却
   管と、これに熱的に一体化した電気抵抗値の小さなパネ
   ルセグメント群とから構成し、該セグメント各々は互い
   に直接接触しないように配置してなることを特徴とする
   クライオポンプ。