JPH02271088A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は真空容器内に設置されるクライオポンプに関す
る。

（従来の技術） 従来のルーバーブラインド形バッフルを用いた排気モジ
ュールを配列する方式のクライオポンプとしては、特開
昭６１−１２３７７６号公報において従来技術として説
明されている公知例がある。この従来例を第５図、第６
図、第７図として説明する。

第５図において（１）は排気部材であって、液体ヘリウ
ムで冷却されるクライオパネル（液体ヘリウム溜、液体
ヘリウム冷却管は図示せず）状のものである。（２）は
ルーバーブラインド形バッフル（３）を構成するフィン
で、排気部材（１）の側面に沿って多段に配設される。

（４）は排気モジュール前面に設けられた前面熱輻射シ
ールド板、（５）はいままで説明した（１）〜（４）の
部材から構成される排気モジュールである。（６）は隣
接する排気モジュール間の空間、（７）は前記空間（６
）に対する気体入射口である。　（２１）は排気部材（
１）と空間（６）の間のルーバーブラインド形バッフル
（３）を構成するフィン（２）の空間側端縁である。（
８）は前記空間（６）に対する入射気体の巨視的な入射
方向を示す矢印である。　（９）、（１０）、（１１）
は各々クライオポンプ全体の左の側面熱輻射シールド板
、右の側面熱輻射シールド板、背面熱輻射シールド板で
ある。（１２）は排気モジュールの集合体としてのクラ
イオポンプ全体の巨視的な気体入射口である。　（１３
）、（１４）はそれぞれ反対側の端面熱輻射シールド板
である。

ルーバーブラインド形バッフル（３）のフィン（２）と
熱輻射シールド板（４）　、　（９）　、　（１０）　
、　（１，１）　、　（１３）　、　（１４）は液体窒
素で冷却されているとともに（液体窒素溜、液体窒素冷
却管は図示せず）、排気部材（１）に気体入射口（７）
から熱輻射が直接入射することを防止するため表面を黒
化処理して輻射率を１に近づけである。

ルーバーブラインド形バッフル（３）は、排気する気体
の流路を形成するとともに、気体排気体（１）へ直接輻
射光が入射することを防止するように、フィン（２）を
気体入射口（７）から見て多少の重ね合せ代を持つよう
に所定間隔をおいて固定される。

上記クライオポンプを使用して真空容器の真空排気を実
施する場合には、まずルーバーブラインド形バッフル（
３）、熱輻射シールド板（４）　、　（９）　。

（１１）　、　（１３）　、　（１４）に図示しない液
体窒素冷却管を経て冷媒である液体窒素を送給し、排気
部材（１）には図示しない液体ヘリウム冷却管を経て冷
媒である液体ヘリウムとを送給する。これによりルーバ
ーブラインド形バッフル（３）、熱輻射シルード板（４
）、（９）　、　（１１）　、　（１３）　、（１４）
は組体温度７７°に程度に、又、排気部材（１）は組体
温度４〜５°に程度に冷却される。

気体入射口（７）から空間（６）に入射した気体分子は
空間内部で反射を繰返して一定の割合でルーバーブライ
ンド形バッフル（３）を通過して排気部材（１）に到達
して排気される６それにはまず、ルーバーブラインド形
バッフル（３）を通過する気体は、ルーバーブラインド
形バッフル（３）および熱輻射シルード板（４）　、　
（９）　、　（１１，）　、　（１３）　、　（１４）
に少なくとも１回は衝突するので、気体分子は７７°ド
程度の低温度に冷却され気体中に含まれる成分分子のう
ち７７°に以上の温度で凝縮される気体が、ルーバーブ
ラインド形バッフル（３）および熱輻射シルード板（４
）。

（９）、（１１）、（！３）、（１４）で捕捉される。

次にルーバーブラインド形バッフル（３）を通過した被
排気気体は、排気部材（１）に衝突し、液体ヘリウムの
冷熱によりさらに４〜５°に程度の極低温に冷却される
。

そのため含有される気体分子は排気部材（１）表面上に
おいて凝縮または吸着し捕捉される。その結果、真空容
器内の気体分子密度が低下し真空排気される。

（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おいては排気部材
（１，）の表面における気体分子の排気能力は大きいが
、ルーバーブラインド形バッフル（３）（３）前面にお
ける排気能力が著しく低い欠点がある。

即ち従来のクライオポンプのルーバーブラインド形バッ
フル（３）は第７図に例示したように、複数のフィン（
２）を排気部材（１）と空間（６）の間に多段に配設し
て構成されており、また各フィン（２）は構造材として
の強度および冷却効率を考慮して厚さが１〜２履■程度
のアルミニウム板等で形成されており、その端縁部には
厚さ方向に切断面が形成されている。

そのためルーバーブラインド形バッフルに空間（６）か
ら入射する被排気気体中に含有される一部の気体分子が
上記切断面に衝突して反射し、排気部材（１）表面に効
率的に入射せず、排気能力が大幅に低下する。

ここでルーバーブラインド形バッフルの性能を表わす一
指標として、ルーバーブラインド形バッフルを気体分子
が通過する割合で示す通過確率がある。この通過確率は
フィンの厚みを考慮に入れない形状のみによって算出さ
れており、従来のルーバーブラインド形バッフルでは０
．４程度の値を有する。

しかし実際に形成されるルーバーブラインド形バッフル
（３）は、板厚さが１〜２ｍｍと厚いフィンを２５〜３
０ｍｍ程度のピッチで多段に配設して形成しているため
に、被排気気体の流路となるルーバーブラインド形バッ
フル（３）に対する空間（６）からの気体入射面積が１
０％程度減少する。

そのため、ルーバーブラインド形バッフル（３）のフィ
ン（２）間に流入しない気体分子が多く、クライオポン
プ全体としての排気速度が高められないという重大な欠
点があった。

また、第７図において、ａは入射気体が排気される可能
性を持つ部分で、気体入射口（７）の開口幅にルーバー
ブラインド形バッフル（３）のフィン（２）の最前列の
ものの傾斜部の幅を算入した帳である。ｂは入射気体が
排気される可能性を持たない部分で、排気モジュール（
５）の両側面のルーバーブラインド形パンフル（３）の
最前列のフィン（２）の間をふさぐように設けた前面熱
輻射シールド板の幅である。ａとｂを合算した値は隣接
する排気モジュールの配列間隔になる。

クライオポンプ全体を構成する排気モジュールの数をｎ
とし、記号ａで表示される部分に入射した気体分子が排
気部材（１）に到達する通過確率をη、とすると、クラ
イオポンプ全体の巨視的な気体入射口（１２）の排気部
材（１）に対する通過確率（排気作用効率）ηは で表わされる。ただし両端の排気モジュールの外信のル
ーバーブラインド形バッフルの幅は考慮しない。

ところで第７図に示すような前面熱輻射シールド板を有
する従来のクライオポンプは、ｂ部に入射した気体分子
は反射の余弦法則に従った角度分布で反射するので、ど
の方向から飛来した気体分子であろうと気体入射口（７
）に入射するようには反射されず、飛来してきた空間に
戻ってしまう。

換言するれば、前記熱輻射シールド板のｂ部はクライオ
ポンプ全体の巨視的な気体入射口（１２）の中では全く
排気に寄与しない気体反射板として気体分子を無駄に反
射するように作用し、クライオポンプ全体の排気作用効
率を著しく低下させていた。

実際の設計例としてａ　＝２３ｃｍ、　　ｂ　＝　７ｃ
ｍとした場合η、＝０．４程度の値が得られることが知
られているので、ｎ＝５（排気モジュール数を５台）と
した場合、クライオポンプ全体の排気作用効率ηは（１
０１，）式から次に示すように０．２９となる。

上記計算過程から考察すれば、排気モジュール間の排気
作用効率η１を適用できる気体入射口は、前面熱輻射シ
ールド板（４）の＠ｂの部分が全く寄与せず、全体の０
．７２４の割合に低下している。換言すれば残りの１　
’−０，７２４＝　０．２７６の割合の面積に入射する
気体分子は排気される可能性の無い方向へ反射されてし
まう。

以上説明したように、第５図〜第７図に示す従来のクラ
イオポンプは、入射気体が排気モジュールの間の空間に
入射する確率を全く持たないように反射する幅すを有す
る前面熱輻射やシールド板（４）があるため、クライオ
ポンプ全体の排気作用効率が低下し、排気速度が減少し
ているという重大な欠点があった。

（目　的） 本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、フィンや前面熱輻射シールド板による気体分子の無
駄な反射を少くし、より高い排気作用効率を得ることが
できるクライオポンプを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明においては。

排気モジュールのルーバーブラインド形バッフルのフィ
ンの被排気気体の進入方向端部や、前面輻射シールド板
の被排気気体の進入方向端部を尖鋭化させる。

（作　用） 上記構成によればフィンや前面輻射シールド板の被排気
気体の進入方向端部での反射が無くなるから、排気効率
および排気速度の向上したクライオポンプが得られる。

（実施例） 実施例１ 以下、本発明の第１の実施例について第１図を参照して
説明する。第１図は排気部材（１）、ルーバーブライン
ド形バッフル（３ａ）、前面熱輻射シールド板（４）、
背面熱輻射シールド板（１１）のみを拡大して示す断面
図である。従来例の説明では第７図に相当する。なお第
５図〜第７図に示す従来例と同一部分には同一符号を付
してその詳細説明は省略する。

本実施例のクライオポンプは、板材からなるフィン（２
ａ）を排気部材（１）と隣接する排気モジュール間の空
間（６）との間に沿って多段に配設して形成したルーバ
ーブラインド形バッフル（３ａ）を有するクライオポン
プであり、上記フィン（２ａ）のおのおのは、被排気気
体の入射口側である前記空間（６）側の端縁をフィンの
空間側延長方向に対して垂直な面を持たないように尖鋭
化して形成してなる。

第１図に示すフィン（２ａ）では、空間（６）側の端縁
の背面熱輻射シールド板（１１）側の端縁片面を削り取
って、フィン（２ａ）の延長方向に垂直な面を持たない
よう尖鋭化した例を示している。

各フィン（２ａ）は１図示していない液体窒素冷却管に
送給される液体窒素により概略７７°Ｋに冷却される。

上記構成によれば、ルーバーブラインド形バッフル（３
ａ）を構成する各フィン（２ａ）の気体入射側端縁（２
１ａ）をフィンの延長方向に垂直な面を持たないように
尖鋭化しであるため、従来例のように端縁における気体
分子の反射がほとんど起こらず、被排気気体を効率的に
排気部材（１）表面に入射させることができる。

すなわちルーバーブラインド形バッフル（３ａ）の空間
（６）に面する全面が被排気気体分子の入射面積となり
、気体の通過確率が大幅に向上し、クライオポンプ全体
としての排気速度を増大することが可能となる。

上記のようにルーバーブラインド形バッフル（３ａ）の
通過確率が大幅に向上するので、気体入射口（７）に入
射する被排気気体分子に対する排気作用効率が増大する
にのことは同一寸法のルーバーブラインド形バッフルを
有するクライオポンプと比較した場合は排気速度が相対
的に高まり、また排気速度を一定とした場合は、クライ
オポンプをより小形に形成することができる効果が得ら
れることを意味する。

また各フィン（２ａ）の端縁部を尖鋭化する加工作業を
行なう際にはクライオポンプを分解せず、その外部から
容易に実施することも可能である。従って既設のクライ
オポンプを改造することも容易であり、簡単に排気作用
効率を高めて経済的な運転を行なうことができる。

実施例２ 次に本発明の第２の実施例について第２図を参照して説
明する。第２図では第１図と同一部分は同一符号を付し
てその説明は省略する。

第２図ではフィン（２ａ）の気体入射口側たる空間側の
端縁をフィン（２ａ）の延長方向に対して垂直な面を持
たないよう尖鋭化するために、フィン（２ａ）端縁の排
気モジュール間気体入射口（７）側の端縁片面を削り取
って尖鋭化したものである。

この実施例２によれば、前記尖鋭化の加工作業を開口部
（７）から工具を挿入して実施することが容易になるの
で、特に既設のクライオポンプを改造するごとが容易な
実施例である。他の作用効果は実施例１と同様である。

実施例３ 次に本発明の第３の実施例について第３図を参照して説
明する。第３図は従来例の第７図に相当する排気モジュ
ール２台分を示す断面図である。

なお第５図〜第７図に示す従来例と同一部分には同一符
号を付してその詳細説明は省略する。

この実施例のクライオポンプは、排気部材（１）の両側
面にフィン（２）を多段に配設して形成したルーバーブ
ラインド形バッフル（３）を配置した排気モジュール（
５）を複数個平行に配列してなり、この排気モジュール
の前面において両側面のフィンをつなぐ前面熱輻射シー
ルド板（４ａ）は板材を気体吸気口（７）に対する巨視
的な気体入射方向（８）に対して垂直な面を持たない山
形状に形成してなる。

前面熱輻射シールド板（４ａ）は他の熱輻射シールド板
を同様に液体窒素で冷却される。

この実施例３のクライオポンプによれば、排気モジュー
ル（５）の前面熱輻射シールド板（４ａ）は気体入射方
向（８）に対して垂直な面を持たない山形状であり、気
体粒子の反射は反射の余弦則に従うので、ここに入射し
た気体分子は飛来してきた方向によらず気体入射口（７
）内に入射する可能性を持つ。換言すれば従来例の前面
熱輻射シールド板（４）に入射した気体粒子はいかなる
方向から飛来しようとも気体吸気口（７）に入射する可
能性はなく排気部材（１）に到達する確率はなかったが
、本実施例に係る前面熱輻射シールド板（４ａ）に入射
する気体分子はいかなる方向から飛来しようとも気体入
射口（７）内に入射して排気部材（１）に到達して排気
される一定の確率を有する。即ち前述の式（１，０１）
においてｂ＝ｏとなってａが大となり、巨視的なりライ
オポンプの気体入射口（１２）　（第５図参照）におい
て気体の排気作用を持たない無駄な面積が無くなり、全
面積が有効な排気作用を持つ気体入射口となる。

このためクライオポンプ全体として気体入射口（１２）
から排気部材（１）へ到達する通過確率が大幅に向上し
排気作用効率が増大し排気速度が大きくなる優れた効果
を生じる。

このことは同一寸法の排気モジュールを同一個数配列し
たクライオポンプでは相対的に排気速度が高まり、また
排気速度を一定とした場合はクライオポンプをより小形
化することができることを意味する。

また前面輻射シールドをルーバーブラインド形バッフル
の最前部のフィンと一体に板材で加工するときは、前面
熱輻射シールド板（４ａ）を山形状に加工作業を行うこ
とは従来の前面熱輻射シールド板（４）よりも曲げ加工
箇所が少なくなるなど加工が容易化する利点もある。

実施例４ 次に本発明の第４の実施例について第４図を参照して説
明する。第４図では第３図と同一部分は同一符号を付し
てその説明は省略する。

第４図では前面熱輻射シールド板を巨視的な気体入射方
向に垂直な面を持たない山形状にするために、従来例の
前面熱輻射シールド板（４）に山形状部材（１８）を取
付けた例である。取付けた山形状部材（１８）は前面熱
輻射シールド板（４）に熱的な接触が良好になるように
ボルト等の締結手段で固定しである。山形状部材（１８
）には冷却管を設けず前面熱輻射シールド板（４）によ
って冷却される。

この実施例によれば、排気モジュール前面熱輻射シール
ド板を山形状にするのに従来例の前面熱輻射シールド板
（４）に山形状部材（１８）を追加して取付けることが
可能、またこの取付作業を行う際にはクライオポンプの
分解・再組立を必要とせず外部から容易に実施すること
ができる。従って既設の従来例のクライオポンプを本発
明の実施例のように改造することも容易であり、簡単に
排気作用効率を高めて経済的な運転を行うことができる
。

尚、本発明は第１の実施例又は第２の実施例に対して、
第３の実施例又は第４の実施例を併用することも可能で
、これを行えば、更に排気速度を増大させることができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、被排気気体の進
行方向に対して直角な面を少なくしたので、クライオポ
ンプ全体として排気速度を増大し、排気効率を高めたク
ライオポンプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明のクライオポンプの第１な
いし第４の実施例を示す要部拡大図、第５図は従来例の
断面図、第６図は第５図のＶｌ−Ｖｌ線に沿う矢視正面
図、第７図は第Ｓ図の゛′Ｘ″部拡大図である。 １・・・排気部材 ２．２ａ・・・フィン ３．３ａ・・・ルーバーブラインド形バッフル４．４ａ
・・・前面熱輻射シールド板 ５．５ａ・・・排気モジュール ８・・・巨視的気体入射方向 ８ａ・・・ブラインド部気体入射方向 代理人　弁理士　大　胡　典　夫 １　　　　　　　　３ａ１１ 第　　２　　図 第　　３　　図 第　４　図 １１伴荀部越 第　　６　　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数個の排気モジュールを間隔を置いて平行に配
   列したクライオポンプにおいて、排気モジュールのルー
   バーブラインド形バッフルのフィンの被排気気体の進入
   方向端部を尖鋭化させたことを特徴とするクライオポン
   プ。
2. （２）複数個の排気モジュールを間隔を置いて平行に配
   列したクライオポンプにおいて、排気モジュールの前面
   輻射シールド板の被排気気体の進入方向端部を尖鋭化さ
   せたことを特徴とするクライオポンプ。