JPH05263760A - クライオポンプ及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クライオポンプをコンタミネーション除去パ
ネルとして利用する場合のクライオポンプの再生を容易
に、かつ十分に行えるとともに、再生時に発生するガス
が真空容器内に再拡散することも防止する。 【構成】 クライオポンプ３と真空容器１との間に、ポ
ンプ再生時に発生する液状成分を排出するドレントラッ
プ３２と、クライオポンプと真空容器１内とを気密に仕
切って両者の関係を断つゲート弁３３を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クライオポンプ及びそ
の運転方法に関し、詳しくは、宇宙環境試験装置のよう
に、宇宙環境と略同程度の高真空，極低温の環境を形成
する真空容器に設けられるクライオポンプ部分の構造及
びその運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】宇宙環境試験装置（スペースチェンバ
ー）は、一般に、真空容器（チェンバー）の内部にシュ
ラウド又はクライオパネルと呼ばれる熱吸収壁を設置し
て宇宙の冷暗黒を模擬するとともに、真空容器の内部
を、油回転ポンプ，ターボ分子ポンプ，クライオポンプ
等を用いて１×１０^-5以下の高真空に排気して宇宙の高
真空を模擬するものである。

【０００３】このような宇宙環境試験装置においては、
真空容器内部や人工衛星等の被試験体の有機物部品から
発生する油分を含む放出ガス、いわゆるコンタミネーシ
ョンによる被試験体、特に被試験体の光学部品の汚染が
問題となっている。

【０００４】このため、宇宙環境試験装置には、液体窒
素等で冷却されるコンタミネーション除去パネルが設置
されており、上記コンタミネーションを凝結固化させる
ようにしている。

【０００５】宇宙環境試験装置は、試験時にはシュラウ
ドやコンタミネーション除去パネルを液体窒素等で１０
０Ｋ以下に冷却するとともに、クライオポンプを低温液
化ガスで冷却運転して水分や窒素ガス，水素等の空気成
分を除去している。

【０００６】しかし、シュラウドを常温以上に制御して
試験を行う場合、供試体の冷却を避けるために、供試体
との間にシールド板を設置する必要がある。また、シュ
ラウドを液体窒素温度に冷却して運転した場合、これを
常温に戻すときには、コンタミネーション除去パネルに
付着しているコンタミネーションが気化して供試体を汚
染することを避けるため、シュラウドの常温までの加温
が完了し、真空容器を数Ｔｏｒｒ以上に戻してからコン
タミネーション除去パネルを加温する必要がある。

【０００７】そこで、クライオポンプを、高真空排気用
として利用することに加えて、該クライオポンプ自身に
上記コンタミネーションを凝結固化させてクライオポン
プをコンタミネーション除去パネルとして利用すること
が考えられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クライ
オポンプをコンタミネーション除去パネルとして利用す
る場合、クライオポンプは、貯込み式のポンプであるた
め、真空排気が終了した後に、該ポンプに凝結固化して
いるコンタミネーションを系外に取去ること、即ち再生
が必要である。

【０００９】上記クライオポンプの再生は、クライオポ
ンプを常温まで戻す昇温工程、クライオポンプ内を真空
排気してコンタミネーションを系外に排出する排気工
程、クライオポンプを運転に必要な温度まで下げる冷却
工程により行われる。

【００１０】即ち、冷凍機を止めてヒーターで加熱した
乾燥窒素ガスをクライオポンプ内に導入し、クライオポ
ンプ内部を５〜１０℃程度に昇温し、該昇温によりクラ
イオポンプに凝結固化しているコンタミネーション、主
に水分を気化させ、真空ポンプで吸引して系外に排出す
ることにより、ポンプの再生を行っていた。

【００１１】ところが、この再生方法では、常温で水よ
り飽和蒸気圧の低いコンタミネーション、例えば、前記
有機物部品の有機材料の可塑材等として使用されるＤＯ
Ｐ（フタル酸ジオクチル）やＤＥＰ（フタル酸ジエチ
ル）等は、その常温での蒸気圧が７×１０^-6〜１×１０
^-6Ｔｏｒｒであり、上記常温までの昇温ではこれらの物
質を十分に気化させることができず、クライオポンプか
ら排出することはできなかった。

【００１２】また、この再生工程時に気化したコンタミ
ネーションが、クライオポンプから再び真空容器内に拡
散し、人工衛星等の本体や光学部品に付着してしまうこ
ともあった。

【００１３】そこで本発明は、クライオポンプをコンタ
ミネーション除去パネルとして利用する場合のクライオ
ポンプの再生を容易に、かつ十分に行えるとともに、再
生時に発生するガスが真空容器内に再拡散することも防
止できるクライオポンプ部分の構造及びその運転方法を
提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明のクライオポンプは、容器内を真空排気す
るクライオポンプにおいて、該クライオポンプの前面に
ドレントラップを設けるとともに、該ドレントラップと
前記容器との間にゲート弁を配設したことを特徴とし、
その運転方法は、前記容器内の真空排気時に、容器内に
生じるコンタミネーションを該クライオポンプに凝結固
化させ、真空排気終了後のクライオポンプの再生は、前
記ゲート弁を閉じてクライオポンプを常温まで加温し、
クライオポンプ内にパージガスを導入して発生したガス
成分を排出するとともに、発生した液成分を前記ドレン
トラップから排出し、次いで、クライオポンプを常温以
上に加熱しながらクライオポンプ内を真空排気すること
を特徴としている。

【００１５】

【作 用】上記構成によれば、真空容器内にシールド板
を設置する必要がなくなり、また、クライオポンプの再
生時にゲート弁を閉じることにより、再生時に気化する
コンタミネーションが容器内に再拡散することを防止で
きる。また、多量のコンタミネーション、特に水分を処
理した場合に生じる液状のものは、ドレントラップから
排出することができ、全量を気化させるのに比べて短時
間で処理することができる。

【００１６】また、本発明のように、常温以上に加熱し
ながら真空排気することにより、常温で蒸気圧の低い物
質も十分に排出することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を、図面に示す一実施例に基づ
いて、さらに詳細に説明する。

【００１８】まず、図２に示すように、宇宙環境試験装
置の真空容器１の内周には、略全域に亙ってシュラウド
２が設けられるとともに、胴部側壁に形成された取付孔
１ａを介してクライオポンプ３が設けられいる。前記シ
ュラウド２は、従来と同様に、図示しない配管により液
体窒素が供給されて１００Ｋ以下に冷却される。

【００１９】前記クライオポンプ３は、図１に詳細に示
すように、ポンプ本体部３１と真空容器１との間に、ポ
ンプ本体部３１側から、ドレントラップ３２とゲート弁
３３とを設けたもので、さらにポンプ本体部３１には、
従来と同様に、ポンプ再生時に使用するためのヒーター
３４，真空ポンプ３５，パージ用窒素ガスの導入管３６
及び導出管３７が設けられている。なお、図中、３４ａ
はヒーター用電源部、３４ｂは制御部である。

【００２０】このクライオポンプ３は、通常使用時に
は、ゲート弁３３を開いた状態で使用し、高真空排気用
ポンプとして使用するとともに、ポンプ本体部３１内の
冷却面にコンタミネーションを凝結固化させるコンタミ
ネーション除去パネルとしても用いる。

【００２１】被試験体４を真空容器１内にセットして宇
宙環境を模擬した試験を行う際には、ゲート弁３３を閉
じた状態で真空容器１内の真空引き（粗引き）を開始
し、容器１内を所定の真空度に減圧するとともに、クラ
イオポンプ３の運転を開始する。クライオポンプ３を運
転する際には、まず、前記真空ポンプ３５を運転して排
気弁３５ａを開き、ポンプ内を真空排気する。

【００２２】ポンプ内が所定の真空度に達したら、排気
弁３５ａを閉じて真空ポンプ３５を止めるとともに、ク
ライオポンプ３を起動して冷却を開始し、クライオポン
プ３のシールド３１ａ及びバッフル３１ｂが１００Ｋ以
下になり、クライオ面３１ｃが２０Ｋ以下になった時点
でゲート弁３３を開き、排気運転状態にする。なお、ク
ライオポンプの冷却源は、各種冷凍機又は液化窒素等で
ある。

【００２３】これにより、クライオポンプ３が高真空排
気ポンプとして作用するとともに、真空容器内で発生し
たコンタミネーションをシールド３１ａ及びバッフル３
１ｂに凝結固化させて真空容器１内から発生する汚染物
を除去するコンタミネーション除去パネルとにて機能す
る。

【００２４】また、実験終了後は、ゲート弁３３を開い
たまま真空容器１内を加温して常温に戻すことにより、
この加温に伴って真空容器１内部で発生するコンタミネ
ーションもクライオポンプ３で回収することができる。

【００２５】そして、クライオポンプ３の再生は、ゲー
ト弁３３を閉じて真空容器１内と絶縁した状態で行う。
まず、ゲート弁を閉じてクライオポンプ３を停止した
後、ヒーター３４に通電すると同時に、パージ用窒素ガ
スの導入管３６の導入弁３６ａを開いてポンプ内にパー
ジ用窒素ガスを導入し、ポンプ内が大気圧になった時点
で導出管３７の導出弁３７ａを開く。

【００２６】ポンプ本体部３１が常温、例えば２０℃に
昇温した後、所定時間、例えば３０分間、昇温により気
化したガス成分をパージ用窒素ガスに同伴させて導出管
３７から系外に排出する。これと同時に、必要に応じて
ドレントラップ３２のドレン弁３２ａを開くことによ
り、液状成分を系外に排出することができる。

【００２７】上記常温での再生を所定時間行った後、導
入弁３６ａ，導出弁３７ａ及びドレン弁３２ａを閉じ、
ポンプ内を常温以上、例えば６０℃に加熱するととも
に、真空ポンプ３５を運転してポンプ内の排気を行う。

【００２８】上記常温以上に加熱しながらの排気運転
は、冷却パネル面に付着しているコンタミネーション成
分が加熱により気化して略完全に排出されるまで、即
ち、ポンプ内が所定の真空度に到達するまで行うことが
望ましい。この後、ヒーター３４を切り、真空ポンプ３
５を止めれば一連の再生工程が終了する。

【００２９】上記のようにゲート弁３３を閉じることに
より、真空容器１内の状態に関係なくクライオポンプ３
の再生を行うことができるので、一連の再生工程を短時
間に、かつ自動的に行うことが可能になる。また、クラ
イオポンプ３の再生に伴って発生するコンタミネーショ
ンが真空容器１内に戻ることがないので、真空容器１内
や被試験体４を汚染することもない。

【００３０】さらに、再生時に生じる液状成分をドレン
トラップ３２から排出することにより、該液状成分を気
化させて排出するときに比べて大幅な時間短縮が図れ
る。加えて、クライオポンプ３３を常温以上に加熱した
状態で真空排気することにより、常温で蒸気圧の低い物
質の排出も十分に行うことができ、次に真空容器１を真
空排気するときには、コンタミネーションの付着してい
ない状態で使用することができ、真空排気能力やコンタ
ミネーション除去能力が低下することがほとんどない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のクライオ
ポンプは、該ポンプと容器との間にドレントラップとゲ
ート弁とを設けたので、ゲート弁を閉じればクライオポ
ンプの再生を容器内の状態に関係なく、自動的に行うこ
とができる。また、再生時に生じた液状成分をドレント
ラップから排出することにより、再生時間の短縮も図れ
る。さらに、常温以上に加熱しながら真空排気すること
により、常温での蒸気圧が低い物質も十分に除去するこ
とができる。

【００３２】したがって、本発明のクライオポンプを宇
宙環境試験装置の高真空排気用ポンプとしてだけでな
く、コンタミネーション除去用としても用いることによ
り、真空容器内にコンタミネーション除去パネルを設置
する必要がなくなり、シールド板の設置も不要となるだ
けでなく、真空容器内のコンタミネーションを確実に除
去できるとともに、再生時に真空容器内や被試験体を汚
染することもなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のクライオポンプの一実施例を示す説
明図である。

【図２】 クライオポンプを真空容器に設置した状態を
示す説明図である。

【符号の説明】

１…真空容器 ２…シュラウド ３…クライオ
ポンプ ３１…ポンプ本体部 ３２…ドレントラップ
３３…ゲート弁 ３４…ヒーター ３５…真空ポンプ ３６…パ
ージ用窒素ガスの導入管 ３７…パージ用窒素ガスの導出管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内を真空排気するクライオポンプに
   おいて、該クライオポンプの前面にドレントラップを設
   けるとともに、該ドレントラップと前記容器との間にゲ
   ート弁を配設したことを特徴とするクライオポンプ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のクライオポンプの運転方
   法であって、前記容器内の真空排気時に、容器内に生じ
   るコンタミネーションを該クライオポンプに凝結固化さ
   せ、真空排気終了後のクライオポンプの再生は、前記ゲ
   ート弁を閉じてクライオポンプを常温まで加温し、クラ
   イオポンプ内にパージガスを導入して発生したガス成分
   を排出するとともに、発生した液成分を前記ドレントラ
   ップから排出し、次いで、クライオポンプを常温以上に
   加熱しながらクライオポンプ内を真空排気することを特
   徴とするクライオポンプの運転方法。