JPH0461196B2 - - Google Patents

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JPH0461196B2
JPH0461196B2 JP58156774A JP15677483A JPH0461196B2 JP H0461196 B2 JPH0461196 B2 JP H0461196B2 JP 58156774 A JP58156774 A JP 58156774A JP 15677483 A JP15677483 A JP 15677483A JP H0461196 B2 JPH0461196 B2 JP H0461196B2
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JP
Japan
Prior art keywords
cryopanel
gas
refrigerator
expander
heat exchanger
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP58156774A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6050283A (en
Inventor
Hidefumi Saito
Hisashi Mitani
Masanao Ando
Hiroshi Isaka
Munehiro Hayashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Priority to JP15677483A priority Critical patent/JPS6050283A/en
Publication of JPS6050283A publication Critical patent/JPS6050283A/en
Publication of JPH0461196B2 publication Critical patent/JPH0461196B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • 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】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は、真空ポンプの一種であるクライオポ
ンプに関するものである。
[Detailed Description of the Invention] (a) Industrial Application Field The present invention relates to a cryopump, which is a type of vacuum pump.

(ロ) 従来技術 従来のクライオポンプは、ポンプケーシング内
にクライオパネルを配設するとともに、このクラ
イオパネルを極低温冷凍機のコールドヘツドで冷
却し、前記クライオパネルに接触するガスを該パ
ネルの表面部で液化させ吸着することによつて前
記ケーシング内を高真空状態に導くようになつて
いる。ところで、従来のクライオポンプは、ソル
ベーサイクルやギフオードマクマホンサイクル等
のガスサイクルを利用し、ピストンタイプの膨張
室を有した小型冷凍機により構成されたものばか
りであつた。しかし、かかる方式のものは、比較
的質量の大きいピストンを往復動させなければな
らないため、振動が大きいことや、サイクル数を
上げて能力を向上させることができない等の問題
があつた。そのため、近時、ロータリタイプの膨
張室を有したクロードサイクル式の小型冷凍機を
備えてなるクライオポンプが考えられている。と
ころが、この種サイクルの冷凍機は、例えば、第
1図に示すように、エネルギ吸収用のジエネレー
タaに接続した回転体bの回転に伴なわせて該回
転体bの外周囲に形成した膨張室d1〜d4の容
積を増減させ得るように構成したロータリ式の膨
張機cと、前記回転体bの回転に伴なつて容積が
増加しようとする膨張室d1に高圧の冷媒ガスA
を導入する給気管路eと、容積が減少しようとす
る膨張室d3,d4から低温低圧の冷媒ガスBを
導出させる排気管路fと、この排気管路f内のガ
スBと前記給気管路e内のガスAとの間で熱交換
を行なわせる熱交換器gとを具備してなり、前記
排気管路fの始端部等に設けたコールドヘツドh
で前記クライオパネルiを冷却するようになつて
いる。そのため、かかる冷凍機では能力の高い熱
交換器gが不可欠であり、この熱交換器gがクラ
イオポンプ内の容積のうちのかなりの範囲を占め
るという問題がある。
(b) Prior art A conventional cryopump has a cryopanel disposed inside a pump casing, cools the cryopanel with a cold head of a cryogenic refrigerator, and directs the gas that comes into contact with the cryopanel to the surface of the panel. The interior of the casing is brought into a high vacuum state by being liquefied and adsorbed in the casing. By the way, conventional cryopumps utilize a gas cycle such as a Solvay cycle or a Gifford-McMahon cycle, and are comprised of a small refrigerator having a piston-type expansion chamber. However, such a system requires a relatively large piston to reciprocate, resulting in problems such as large vibrations and the inability to increase the number of cycles to improve performance. Therefore, recently, a cryopump equipped with a small Claude cycle refrigerator having a rotary type expansion chamber has been considered. However, as shown in FIG. 1, this type of cycle refrigerator has, for example, an expansion formed around the outer periphery of the rotating body b connected to the energy absorbing generator a as the rotating body b rotates. A rotary expander c is configured to increase or decrease the volume of the chambers d1 to d4, and a high-pressure refrigerant gas A is supplied to the expansion chamber d1, whose volume is about to increase as the rotating body b rotates.
an air supply pipe e that introduces the gas, an exhaust pipe f that leads out the low-temperature, low-pressure refrigerant gas B from the expansion chambers d3 and d4 whose volume is about to decrease, and the gas B in the exhaust pipe f and the air supply pipe a cold head h provided at the starting end of the exhaust pipe f, etc.;
The cryopanel i is cooled. Therefore, in such a refrigerator, a high-capacity heat exchanger g is essential, and there is a problem in that this heat exchanger g occupies a considerable area of the volume inside the cryopump.

(ハ) 目的 本発明はこのような事情に着目してなされたも
ので、ポンプケーシング内に配置される熱交換器
の占める範囲を極力小さくして小型軽量化を図る
とともに、クライオパネルの冷却を効率よく行な
うことができるようにしたクライオポンプを提供
することを目的とする。
(c) Purpose The present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to reduce the area occupied by the heat exchanger disposed inside the pump casing as much as possible to reduce the size and weight, and to cool the cryopanel. The purpose of the present invention is to provide a cryopump that can be used efficiently.

(ニ) 構成 本発明は、かかる目的を達成するために、クロ
ードサイクル式の冷凍機および相互に分離された
複数のクライオパネルを具備してなるクライオポ
ンプにおいて、前記冷凍機の膨張室に高圧の冷媒
ガスを導入する給気管路と前記膨張室から低圧の
ガスを導出させる排気管路とを各クライオパネル
に添設させ、これらのクライオパネルによつて前
記冷凍機の熱交換器の一部または全部を構成した
ことを特徴とする。
(d) Structure In order to achieve the above object, the present invention provides a cryopump comprising a Claude cycle refrigerator and a plurality of mutually separated cryopanels, in which high pressure is applied to the expansion chamber of the refrigerator. Each cryopanel is provided with an air supply pipe that introduces refrigerant gas and an exhaust pipe that brings out low-pressure gas from the expansion chamber. It is characterized by the fact that it consists of everything.

(ホ) 実施例 以下、本発明の一実施例を第2図を参照して説
明する。
(E) Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

第2図に示すように本発明に係るクライオポン
プは、ポンプケーシング1内に配設したクライオ
パネル2,3,4と、このクライオパネル2,
3,4を冷却するクロードサイクル式の極低温冷
凍機5とを具備してなる。クライオパネル2,
3,4は、熱伝導の良好な薄板を有底円筒体状に
成形したもので、1段目のクライオパネル2内に
2段目のクライオパネル3を収容するとともに、
このクライオパネル3内に3段目のクライオパネ
ル4を配設している。また、冷凍機5は、前記ク
ライオパネル4の内側に配設したロータリ式の膨
張機6と、この膨張機6に圧縮機7から吐出され
る高圧の冷媒ガスAを導くための給気管路8と、
前記膨張機6から排出される低温低圧の冷媒ガス
Bを前記圧縮機7に戻すための排気管路9と、こ
の排気管路9内のガスBと前記給気管路8内のガ
スAとの間で熱交換を行なわせるための熱交換機
11とを具備してなる。膨張機6は、前記膨張機
cと同様な構成のものでその回転体(図示せず)
は、シヤフト12を介して回転動力を吸収し回転
を一定に保つためのモータ(ジエネレータ)13
に接続されている。
As shown in FIG. 2, the cryopump according to the present invention includes cryopanels 2, 3, and 4 disposed inside a pump casing 1,
3 and 4. Cryopanel 2,
3 and 4 are thin plates with good heat conduction formed into a bottomed cylindrical shape, and accommodate the second-stage cryopanel 3 within the first-stage cryopanel 2;
A third stage cryopanel 4 is arranged within this cryopanel 3. The refrigerator 5 also includes a rotary expander 6 disposed inside the cryopanel 4, and an air supply pipe 8 for guiding high-pressure refrigerant gas A discharged from the compressor 7 to the expander 6. and,
An exhaust pipe 9 for returning the low-temperature, low-pressure refrigerant gas B discharged from the expander 6 to the compressor 7, and a gas B in the exhaust pipe 9 and gas A in the air supply pipe 8. It is equipped with a heat exchanger 11 for exchanging heat between the two. The expander 6 has the same configuration as the expander c, and has a rotating body (not shown).
is a motor (generator) 13 for absorbing rotational power through the shaft 12 and keeping the rotation constant.
It is connected to the.

そして、前記給気管路8および前記排気管路9
における前記膨張機6と前記熱交換機11との間
に位置する部位8a,9aを熱伝導の良好な材料
により構成して前記各クライオパネル2,3,4
にそれぞれコイル状に添設し、これらのクライオ
パネル2,3,4によつて前記冷凍機5の熱交換
器の一部を構成している。なお、14は、前記ク
ライオパネル4の表面に接着した活性炭等の吸着
剤である。また、15は、放射熱侵入防止用のシ
エブロンである。
The air supply pipe line 8 and the exhaust pipe line 9
The parts 8a and 9a located between the expander 6 and the heat exchanger 11 in the cryopanels 2, 3, and 4 are made of a material with good thermal conductivity.
These cryopanels 2, 3, and 4 constitute a part of the heat exchanger of the refrigerator 5. Note that 14 is an adsorbent such as activated carbon adhered to the surface of the cryopanel 4. Further, 15 is a chevron for preventing radiant heat from entering.

このような構成のものであれば、前記クライオ
パネル2,3,4部分においても前記給気管路8
内のガスAと前記排気径路9内のガスBとの間で
熱交換が行なわれるため、専用の熱交換器11の
小型化を図ることができる。すなわち、この冷凍
機5では、前記クライオパネル2,3,4と前記
熱交換器11とを併せたものが、従来の熱交換器
gと等価な働きをなし、その際にクライオパネル
2,3,4において十分な熱交換面積が供せられ
るため、前記熱交換器11を従来の熱交換器gよ
りもはるかに小さなものにすることができ、クラ
イオポンプ全体のコンパクト化ならびに軽量化を
図ることができる。もつとも、このようにすれ
ば、前記クライオパネル2,3,4の膨張機寄り
の部分と熱交換器11寄りの部分との間に熱勾配
が生じるが、前記ポンプケーシング1内に存在す
る窒素ガスや酸素ガスあるいは炭酸ガス等はそれ
ぞれ液化温度が異なる。そのため、前記クライオ
パネル2,3,4の最も温度の低い部分で液化温
度の最も低いガスを吸着でき、最も温度の高い部
分で最も液化温度の高いガスを吸着できるように
設定しておきさえすれば、クライオパネル2,
3,4によるガス吸着作用に支障が生じることは
ない。また、かかる構成によれば、膨張室または
該膨張室から導出されたガスによるコールドヘツ
ドをわざわざ設けなくともよく、また、輻射熱を
遮断するために設けられることの多い熱シールド
板も不要にできるので構造を更に小型簡略化でき
るという利点もある。
With such a configuration, the air supply pipe 8 can also be connected to the cryopanels 2, 3, and 4.
Since heat exchange is performed between the gas A in the exhaust path 9 and the gas B in the exhaust path 9, the dedicated heat exchanger 11 can be downsized. That is, in this refrigerator 5, the combination of the cryopanels 2, 3, 4 and the heat exchanger 11 functions equivalent to the conventional heat exchanger g, and in this case, the cryopanels 2, 3, and , 4 are provided with a sufficient heat exchange area, the heat exchanger 11 can be made much smaller than the conventional heat exchanger g, and the entire cryopump can be made more compact and lighter. I can do it. However, if this is done, a thermal gradient will occur between the portions of the cryopanels 2, 3, and 4 closer to the expander and the portions closer to the heat exchanger 11, but the nitrogen gas present in the pump casing 1 will , oxygen gas, carbon dioxide gas, etc. have different liquefaction temperatures. Therefore, it is necessary to set the cryopanels 2, 3, and 4 so that the lowest temperature part can adsorb the gas with the lowest liquefaction temperature, and the highest temperature part can adsorb the gas with the highest liquefaction temperature. Cryopanel 2,
There is no problem with the gas adsorption effect of 3 and 4. Moreover, according to this configuration, there is no need to take the trouble to provide a cold head for the expansion chamber or the gas led out from the expansion chamber, and it is also possible to eliminate the need for a heat shield plate that is often provided to block radiant heat. Another advantage is that the structure can be further downsized and simplified.

なお、クライオパネルの段数は前記実施例のよ
うに3段に限らない。
Note that the number of stages of cryopanels is not limited to three stages as in the above embodiment.

また、クライオパネルの形状も前記のものに限
られないのは勿論であり、要するに、膨張機から
排出される低温のガスによつて、前記クライオパ
ネルと前記膨張機に供給される高圧ガスの双方を
効果的に冷却できるようなものであればよい。
Furthermore, the shape of the cryopanel is of course not limited to the above-mentioned shape, and in short, both the cryopanel and the high-pressure gas supplied to the expander are heated by the low-temperature gas discharged from the expander. Any material that can effectively cool the air is sufficient.

さらに、冷凍機は、膨張機を1段だけ有したも
のに限らず、例えば、2段目のクライオパネルと
3段目のクライオパネルの間にもう1段膨張機を
設けたものにする等、種々変形が可能である。
Furthermore, the refrigerator is not limited to one having only one stage of an expander, but may be one having another stage of expander between the second stage cryopanel and the third stage cryopanel, for example. Various modifications are possible.

(ヘ) 効果 本発明は、以上のような構成であるから、ポン
プケーシング内に配置される熱交換器の占める範
囲を極力小さくして小型軽量化を図るとともに、
クライオパネルの冷却を効率よく行なうことがで
きるクライオポンプを提供できるものである。す
なわち、本発明は、ガス吸着板として作用するク
ライオパネルに給気管路と排気管路を添設させて
熱交換器の役割を担わせたので、クライオパネル
において十分な熱交換面積が確保され、本来の熱
交換器を小型または不要にできる効果がある。そ
の際に、クライオパネルは形状に制約がないた
め、他の構成部品との干渉を避けて広い熱交換面
積を確保することが容易である。また、各クライ
オパネル間に温度勾配を生じるが、各クライオパ
ネルにそれぞれ液化温度の異なるガスを吸着させ
るように設定すこともでき、その際には全てのク
ライオパネルに凝縮板として効率良く機能してポ
ンプ効率の向上につながる効果が得られる。さら
に、クライオパネルがコールドヘツドまたは熱シ
ールド板として作用するので、それらの要素部品
を省略することによつて小型化を一層促進するこ
とも可能になる。
(f) Effects Since the present invention has the above-described configuration, the area occupied by the heat exchanger disposed inside the pump casing is minimized to reduce the size and weight, and
It is possible to provide a cryopump that can efficiently cool a cryopanel. That is, in the present invention, the cryopanel, which acts as a gas adsorption plate, is provided with an air supply pipe line and an exhaust pipe line to play the role of a heat exchanger, so that a sufficient heat exchange area is ensured in the cryopanel. This has the effect of making the original heat exchanger smaller or unnecessary. At this time, since there are no restrictions on the shape of the cryopanel, it is easy to avoid interference with other components and ensure a large heat exchange area. In addition, although a temperature gradient occurs between each cryopanel, each cryopanel can be set to adsorb gases with different liquefaction temperatures, and in that case, all cryopanels can efficiently function as condensation plates. This results in the effect of improving pump efficiency. Furthermore, since the cryopanel functions as a cold head or a heat shield plate, it is possible to further promote miniaturization by omitting these component parts.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来例を示す回路説明図、第2図は本
発明の一実施例を示す概略断面図である。 1…ポンプケーシング、2,3,4…クライオ
パネル、5…冷凍機、6…膨張機、8…給気管
路、9…排気管路、11…熱交換器、A,B…冷
媒ガス。
FIG. 1 is an explanatory circuit diagram showing a conventional example, and FIG. 2 is a schematic sectional view showing an embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Pump casing, 2, 3, 4... Cryopanel, 5... Freezer, 6... Expander, 8... Air supply pipe line, 9... Exhaust pipe line, 11... Heat exchanger, A, B... Refrigerant gas.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 ポンプケーシング内に配設され該ケーシング
内のガスを液化させて吸着するための相互に分離
された複数のクライオパネルと、これらのクライ
オパネルを冷却するクロードサイクル式の冷凍機
とを具備してなるクライオポンプであつて、前記
冷凍機の膨脹機に高圧の冷媒ガスを導入する給気
管路と前記膨脹機から低圧のガスを導出させる排
気管路とを前記各クライオパネルに添設させ、こ
れらのクライオパネルによつて前記冷凍機の熱交
換器の一部または全部を構成していることを特徴
とするクライオポンプ。
1 Equipped with a plurality of mutually separated cryopanels arranged in a pump casing for liquefying and adsorbing gas in the casing, and a Claude cycle refrigerator for cooling these cryopanels. In the cryopump, each cryopanel is provided with an air supply pipe for introducing high-pressure refrigerant gas into the expander of the refrigerator, and an exhaust pipe for extracting low-pressure gas from the expander. A cryopump, characterized in that the cryopanel constitutes part or all of the heat exchanger of the refrigerator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP6857046B2 (en) * 2016-03-29 2021-04-14 住友重機械工業株式会社 Cryopump

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56104177A (en) * 1980-01-23 1981-08-19 Aisin Seiki Co Ltd Cryopump using liquid nitrogen

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