JPH05509144A - クライオポンプを再生する方法及びこの方法を実施するのに適したクライオポンプ - 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】 クライオポンプを再生する方法及びこの方法を実施するのに適したクライオポン プ 本発明は、大口弁と、ポンプの運転中にガスの凝縮を生ぜしめる温度を有しかつ その再生を目的として加熱されるポンプ面と、ポンプ内室に弁を介して接続され ている前真空ポンプとを備えたクライオポンプを再生する方法に関する。本発明 はさらに、この方法を実施するのに適したクライオポンプに関する。

冷凍源つまり冷凍機によって運転されるクライオポンプは、例えばドイツ連邦共 和国特許出願公開第２６２０８８０号明細書に基づいて公知である。このような 形式のポンプは通常、異なった形式のガスを付着させるのに適した３つのポンプ 面範囲を有している。第１のポンプ面範囲は、冷凍機の第１段と常に良好な熱伝 導接触されており、冷凍機の形式及び出力に応じて、６０〜１００Ｋの間におけ る実質的に一定の温度を有している。これらの面範囲には通常、放射遮蔽体とバ ッフルとが配属されている。これらの部材は、低温のポンプ面を進入する熱放射 から保護している。第１段のポンプ面は有利には、クライオコンデンセーション によって、水蒸気及び二酸化炭素のような比較的容易に凝縮可能なガスを付着さ せるために働（。

第２のポンプ面範囲は、冷凍機の第２段と熱伝導接触している。この冷凍機の第 ２段は、ポンプの運転中に、はぼ２０にの温度を有している。第２の面範囲は有 利には、同様にタライオコンデンセーシ３ンによって、窒素、アルゴン又はこれ に類したもののような比較的低い温度で初めて凝縮可能なガスを除去するために 働く。

第３のポンプ面は、同様に冷凍機の第２段の温度にあり（第３段を備えた冷凍機 では相応により低い温度を有している）、吸着剤によって覆われている。これら のポンプ面においては、主として、水素、ヘリウム又はこれに類したもののよう な軽いガスのクライオソープションを実施することが望まれている。

クライオポンプの再生のためには、ポンプ面を加熱することが必要である。この ことは、放射によって又は、クライオポンプのケーシングを貫流する加熱された 再生ガスによって行うことが可能である。公知の別の構成では（ドイツ連邦共和 国特許出願公開第３５１２６１６号明細書参照）、ポンプ面が電気式の加熱装置 を備えており、これらの加熱装置が再生過程中に運転させられるようになってい る。加熱装置によってポンプ面は、前真空ポンプの運転時において該前真空ポン プがポンプ内室に接続されている場合に、例えば７０℃に加熱され、この加熱は 、付着したガスの除去後にポンプ内室において再び前真空圧（約１０−”ｍｂａ ｒ）が得られるまで続く。このような方法によって運転されるポンプの全再生過 程は、長い時間がかかり、特にこの場合、本来の再生時間と、ポンプの再運転の ための時間、特にポンプ面のコールド運転のための時間とから成る再生時間が必 要である。

クライオポンプはしばしば半導体製造技術において使用される。このような形式 の多（の使用に際しては、主として、第２段のポンプ面しか負荷しないガスが生 じる。従って、低温ポンプ面の再生だけを行うことが公知である（例えばドイツ 連邦共和国特許出願公開第３５１２６１４号明細書）。このことは、第２段のポ ンプ面の別個の加熱によって行われる。

すべての再生過程において、クライオポンプの入口開口に前置された大口弁は閉 鎖されねばならず、つまり、ポンプ運転ひいては製造運転が中断されねばならな い。従って本発明の課題は、クライオポンプの再生のために必要な時間を短縮す ることである。

この課題を解決するために本発明では冒頭に述べた形式の方法において、以下に 記載の方法ステップを実施するようにした；すなわち、 再生すべきポンプ面の再生を導入するために、大口弁を閉鎖し、 ポンプ内室と接続された前真空ポンプとの接続部の遮断時に、ポンプ面の加熱を 開始して、ポンプ面の温度のみならず、ポンプ内室における圧力をも上昇させ、 ポンプ面の加熱を、ポンプ面の温度及びポンプ内室における圧力が、除去すべき ガスの三重点の対応する値を上回るような値に上昇させられるまで、続け、 ポンプ面から解離する付着物を、液状及び／又はガス状に、再生弁を備えた導管 を介して除去し、再生弁の操作を、ポンプ内室における圧力に関連して行い、こ の場合再生弁は、除去すべきガスの三重点の圧力を上回る圧力（再生圧）におい ては開放し、かつこの圧力を下回る圧力においては閉鎖するようになっており、 再生の終了に関連した圧力変化及び／又は温度変化並びにこれによって生ぜしめ られる再生弁の閉鎖後に、ポンプ内室と前真空ポンプとの間の接続部を開放して 、ポンプ面の加熱を遮断する。

本発明による方法の特に大きな利点として次のことが挙げられる。すなわち本発 明による方法では、通常比較的厚い氷層に凝縮されるガスの除去は、三重点の圧 力を上回る圧力（再生圧）において行われ、これによって、高価でかつ量を増大 させる再生ガスを必要としない高い蒸発率が可能になる。加熱のために、再生す べきポンプ面の温度も三重点の温度を上回っているので、氷は極めて迅速に液相 に及び／又はガス相に変化し、再生弁を介して除去することができる。クライオ ポンプの再生は、第２段のポンプ面の再生であっても又は全面的な再生であって も、運転中断のために必要な時間が著しく短いことによって、より迅速に実施さ れることができる。

２つ又はそれ以上の段を備えた冷凍機によって運転されるクライオポンプであっ て、ポンプの運転中に軽いガスの吸着と別のガスの凝縮とを可能にする温度を有 しているポンプ面を備えたクライオポンプでは、上に述べた方法の変化実施例に おいては、再生方法の導入後に、ポンプ内室と前真空ポンプとの間における接続 部が、比較的低い圧力において軽いガスの脱着が行われるまで、長（開放される と、有利である。このステップは、はんの数分しか必要とせず、ポンプ内室にお ける高い水素・凝縮を回避する。

本発明による方法は、２段式の冷凍機によって運転されるクライオポンプにおい て第２段のポンプ面だけを再生させるようにすると、特に迅速かつ有利である。

第２段のポンプ面しか加熱されないこの方法は、冷凍機の運転時に実施すること ができる。これによって、再生後に、第２段のポンプ面を再びその運転温度にも たらすのに必要な時間が、極めて短（なり、特にまた、再生温度は、除去すべき ガスの三重点の温度を幾分上回っているだけでよく、これによって、高められた 圧力（同様に除去すべきガスの三重点の圧力を上回りでいる圧力）において、液 状の相及び／又はガス状の相に移行する付着物を迅速に除去することができるク ライオポンプの再生を極めて短時間のうちに実施することを可能にするためには 、液相及び／又はガス相に移行する付着物を、そのために設けられた再生弁を通 して迅速に流すことが必要である。再生圧が周囲の大気圧を下回っている場合に は、再生弁に接続している導管に、付着物を再生弁を介して吸い込むことのでき るフィードポンプを設けることが必要である。

再生圧を、該再生圧が周囲圧を上回っているような高さに選択し、かつ再生弁を 逆上弁として構成すると、特に有利である。この解決策では、再生弁に配属され るフィードポンプを省くことができる。この再生弁は、ポンプ内室における周囲 圧が越えられるやいなや、開放する。ガス相又は液相に移行する付着物は、ポン プにおけろ過圧に基づいて開放した弁を通して押し出され、これによって迅速に 除去される。ポンプ内室における圧力に関連した再生弁の制御は、この解決策で は、周囲圧を上回った場合もしくは下回った場合に自動的に行われる。このよう な手段を用いることによって、ポンプ停止時間をファクタ１０だけ短縮すること が可能である。もちろんまた、逆止弁として構成されていない再生弁を、制御手 段を介して、ポンプ内室における圧力に関連して又は、再生の終了に関連した温 度変化（例えばポンプ面又は再生弁の範囲における温度変化）に関連して、特に 再生圧が周囲圧よりも低くなった場合に、制御することも可能である。

本発明による方法を実施するために適したクライオポンプは、除去すべき付着物 のための再生弁を備えた排出導管によって、特徴付けられている。付着物の除去 はその液状の相において特に迅速に行うことができるので、再生弁が設けられて いる排出導管の入口開口は、放射遮蔽体の下側範囲に位置している。そしてこの 範囲には、第２段のポンプ面から解離したなお氷状の付着物も到達する。従って 有利には、この範囲に付加的に加熱装置が設けられている。また、必要な場合に は加熱されたホッパ又はトラフが、排出導管が接続されている第２段のポンプ面 の下に配置されていると、有利である。

本発明の別の有利な構成では、再生弁が加熱装置を有している。冷たい液体及び ／又はガスの通過後に、加熱装置は、例えばエラストマ・シールリングを備えた シール面を加熱するようになっており、この結果再生後に、再生弁の真空密な閉 鎖が保証されている。弁が極めて強く加熱されることを回避するために、加熱出 力を調整する温度センサが設けられていると、有利である。加熱出力は再生終了 後及び弁閉鎖後並びに周囲温度への弁加熱後には、もはや必要ないので、温度セ ンサから送られる情報を次のことのために、すなわち、再生に引き続いて必要な ステップ、つまり前真空ポンプの接続、ポンプ面加熱の遅らされた遮断、冷凍機 の運転開始又はこれに類したステップを、導入することのために、使用すること ができる。

２段式のクライオポンプを備えた本発明による方法に基づく再生実験では、常に 次のような結果、すなわち、冷凍機の運転時に第２段のポンプ面だけを再生する ようになっているにもかかわらず、第１段のポンプ面の温度をも比較的高い値に 上昇させることができるという結果が得られた。これによって、本発明による方 法によって得られた極めて短い、付着物除去のための時間には、第１段の比較的 高い熱負荷に基づいて、今なお、ポンプのコールド運転のために比較的長い時間 が必要になるという現象が生じた。この熱負荷の原因は、第２段から蒸発するガ スにあり、このようなガスは、放射遮蔽体と外側のケーシングとの間における中 間室に達して、そこで熱ブリッジを形成する。冷凍中におけるポンプ内室の圧力 は比較的高く、しばしば、大気圧よりも高いので、このような熱ブリッジは特に 大きな作用を及ぼす。周囲温度をもつ外側のケーシングから冷たい放射遮蔽体に 移行する熱は、これによって、第１段の特に高い熱負荷を生ぜしめる。

本発明によるクライオポンプの別の有利な構成では、従ってクライオポンプに次 のような手段、すなわち、ケーシングからポンプ内におけるガスへのひいては第 １段のポンプ面への上に述べた熱の移行を十分に阻止するような手段が設けられ ている。このような熱絶縁手段は、例えば、ケーシングと放射遮蔽体との間に設 けられている熱伝導率の低い材料によって形成することができる。特に有効な解 決策としては、クライオポンプに真空絶縁部を設けることが挙げられる。このた めには例えば、クライオポンプの壁を公知の形式で二重壁として構成することが できる。別の有利な解決策では、放射遮蔽体自体がこの二重壁の内壁を形成して いる。これらの解決策では、ポンプ内室において高い圧力が生じている場合でも 、外側のポンプケーシングから第１段のポンプ面への熱伝導はもはや生じない。

そしてこの結果この第１段のポンプ面は実質的にその低い温度を維持することが できる。これによって、クライオポンプをその再生後に再びコールド運転するた めに必要な時間は、著しく短縮されている。

以下においては第１図〜第９図に示された実施例を参照しながら、本発明の別の 利点及び本発明の詳細な説明する。

第１図は、制御装置と供給装置とを備えた本発明によるクライオポンプを概略的 に示す図である。

第２図は、絶縁真空部を備えた実施例を示す断面図である。

第３図は、絶縁真空部を備えた実施例を示す断面図第４図は、絶縁真空部を備え た実施例を示す断面図である。

第５図は、絶縁真空部を備えた実施例を示す断面図である。

第６図は、絶縁真空部を備えた実施例を示す断面図である。

第７図は、絶縁真空部を備えた実施例を示す断面図である。

第８図は、本発明による調整方法のための１例における圧力経過と温度経過とを 示す線図である。

第９図は、調整時間に関する線図である。

すべての図面において、クライオポンプは符号１で、外側のケーシング符号２で 、冷凍機は符号３で、かつ２つの段は符号４．５で示されている。第１段４のポ ンプ面には、上方に向かって開放しているポット形状の放射遮蔽体６が配属され ており、この放射遮蔽体６はその底部で、良好な熱伝導性をもつてかっ、必要と あらば、真空密に第１段４に固定されている。またクライオポンプの入口範囲に 配置されているバッフル８は、放射遮蔽体６と一緒にポンプ内室９を形成してい る。このバッフル８は、図示されていない形式で放射遮蔽体６に、この放射遮蔽 体６の温度を受け取るように固定されている。

ポンプ内室９には第２段のポンプ面が設けられている。これらのポンプ面は全体 を符号１１で示されており、例えばほぼＵ字形の金属薄板区分にょつて形成され ている。Ｕ字形の金属薄板区分は、その結合部分で良好な熱伝導性をもって冷凍 機３の第２段５に固定されており、この結果外側の面範囲１２と内側の面範囲１ ３とが生ぜしめられている。外側の面範囲１２は、第２段の凝縮ポンプ面を形成 している。内側の面範囲１３は、吸着剤によって被覆されている（陰影線１４） 。これらの範囲においては、軽いガスがクライオソープションによって捕獲され る。

ガスによって覆われたポンプ面６〜８及び１１〜１４の再生を可能にするために 、加熱装置が設けられている。これらの加熱装置は熱導体１６〜１８によって形 成されている。第１段のポンプ面のための熱導体１６は、放射遮蔽体６の底部７ の範囲に位置している。

第２段のポンプ面のための熱導体１７は、外側のポンプ面１２に取り付けられて いる。付加的にまた、冷凍機３の第２段にも熱導体１８を設けることも可能であ る（第２図、第３図、第５図及び第７図）。加熱装置１６〜１８のための給電導 体及び温度検知器１９．２０に通じる導体は、第１図には詳しく示されていない 形式で真空密に、放射遮蔽体６とケーシング２における接続管片２１とを通して 、外部に導かれている。接続管片２１には、制御ユニット２３によって制御され る熱供給装置２２が固定されている。

第１図〜第３図に示されている実施例には、放射遮蔽体６が一緒に利用されてい る真空絶縁装置が設けられている。外側のケーシング２と放射遮蔽体６との間に おける、真空絶縁を生ぜしめる中間室２５を、ポンプ内室９から切り離すために 、放射遮蔽体６は真空密に冷凍機３の第１段に固定されている。さらに放射遮蔽 体６の上縁部は、熱伝導率の低い材料（例えば高級鋼）から成るベローズ２６を 介して、外側のケーシング２と結合されている。図示の実施例では、外側のケー シング２にフランジ２７が設けられている。ベローズ２６は、フランジ２７と放 射遮蔽体６の固定部との間を延びている。このベローズ２６の長さは、外側のケ ーシング２又はフランジ２７から該ベローズ２６を介して放射遮蔽体６に流れる 熱が無視できるように、選択されている。

熱導体を貫通させるための接続管片２１の他に、図示の実施例では、略示されて いる接続管片３１．３２が設けられている。接続管片３１は中間室２５に開口し ている。接続管片３２はポンプ内室９に開口している。第１図〜第３図に示され ている実施例では接続管片３２は、真空密に中間室２５を貫通して延びている第 １図に示された実施例ではクライオポンプ１は弁３３を介して排気鐘３４に接続 されている。この入口弁３３と排気鐘３４とは第１図にのみ示されている。

排気鐘３４における圧力を観察及び測定するために、圧力測定器３５が設けられ ている。接続管片３１．３２にもそれぞれ圧力測定器３６．３７が接続されてい る。

接続管片３１．３２はさらに、導管４１（第１図及び第５図）を介して互いに接 続されており、この導管４１には弁４２が設けられている。接続管片３２はさら に、弁４４を備えた導管４３を介して、真空ポンプ４５の入口に接続されている 。この真空ポンプは有利には、油を使用しない前真空ポンプ、例えばダイヤフラ ム真空ポンプである。

第１図に示された形式のポンプを運転するためには、まず初めポンプ内室９と中 間室２５とが、弁３３の閉鎖及び弁４２．４４の開放時に、真空ポンプ４５を用 いて排気される。はぼ１０−Ｉ〜１０−”ｍｂａｒの圧力時に、冷凍機３の運転 が開始され、これによってポンプ面はコールド運転される。そしてほぼ同時に弁 ４４が閉鎖される。コールド運転中及び運転温度が得られた後で、クライオポン プのポンプ面は、なおポンプ内室８及び中間室２５（弁４２はなお開放されてい る）内に存在しているガスを捕獲し、この結果、比較的迅速にこれらの室におい て１０−’ｍｂａｒの小さな圧力が得られる。この後で弁４２が閉鎖され、この 結果中間室２５は極めて有効な真空絶縁の機能を有することになる。

弁４２が調整弁として構成されていると有利である。この場合調整は、測定器３ ６によって測定される中間室２５における圧力と、測定器３７によって測定され るポンプ内室９における圧力とに関連して行われる。調整は例えば次のように、 すなわち、中間室２５における圧力がほぼ１０−’ｍｂａｒに上昇した場合にの み弁４２が開放し、かつ中間室２５における圧力が１０−３よりも低い場合には 閉鎖したままであるように行われ、この結果中間室は後で排気されることになる 。

これによって、ポンプ１は常に中間室２５における絶縁真空の維持のためにも働 くことができる。

クライオポンプのコールド運転中には、排気鐘３４においても前真空ポンプ（例 えば前真空ポンプ４５）を用いて、はぼ１０−１の前真空圧が生ぜしめられてい る。ポンプのコールド運転時及び排気鐘においてこの圧力が得られた後で、弁３ ３を開放して、所望のポンプ運転を受け入れることができる。

クライオポンプのための典型的な使用時において、排気鐘３４は常に再び排気さ れねばならず、っまり弁３３はその都度閉鎖されかつ再び開放されねばならない 。これらのポンプサイクルは、ポンプ容量がいっばいになるまで、つまりポンプ 面を再生する必要があるまで、何度も繰り返すことができる。ポンプ面を再生す るためには、再生すべきポンプ面が加熱され、この際に解離した付着物は再生弁 ４７を備えた導管４６を介して除去される。再生弁４７は、加熱装置４８と温度 センサ４９とを備えている。第１図に示されているように、加熱装置４８は熱供 給装置２２と接続されている。温度センサから発信された信号は、制御装置２３ に送られる。第１図に示された実施例では、弁４４．４７の操作は制御装置２３ によって行われる。このために制御装置２３には、冷凍機３の２つの段４，５に おけるセンサ１９．２０から発信された信号も送られるようになっている。さら に、少なくとも、ポンプ内室９における圧力を表示する圧力測定器３７が、制御 装置２３と接続されている。

第２図及び第３図に示された実施例では、弁４７は逆止弁として構成されている 。この弁４７は、ポンプ内室９における圧力が規定の圧力に達した場合に開放す る。再生弁４７が直接周囲に通じているか又は周囲圧をもつさらに延びる導管に 通じている場合には、弁４７が開放するためには、ポンプ内室９における圧力は 周囲圧を上回っていなくてはならない。弁４７を、ポンプ内室９における圧力が 周囲圧を下回るような圧力において既に開放させたい場合には、さらに延びる導 管に適当な送風機５０が配置されていなくてはならない（第２図の破線参照）。

重要なことは、放射遮蔽体６に外部から熱が流れ込まないことであり、ポンプ内 室９に開口していて従って第１図、第２図及び第３図に示された実施例において 真空密に放射遮蔽体６を貫通されねばならない接続管片３２の壁を介してさえも 、熱が流れ込まないことである。接続管片３２の構成の有利な１実施例は、第２ 図に示されている。接続管片３２は、同心的な２つの管区分５１．５２によって 形成される。内側の管はポンプ内室に開口していて、放射遮蔽体６と例えば溶接 によって密に結合されている。出口範囲において内側の管５１は、外側の管５２ と例えば同様に溶接によって真空密に結合されている。これによって両方の管５ １．５２の間における環状室においても、中間室２５における絶縁真空が維持さ れる。内側の管５１は、熱伝導率の低い材料、例えば高級鋼から成っており、外 部から放射遮蔽体６への熱伝導が無視できるような長さに選択されている。

種々様々な組込み状態においても解離する凝縮物の流出を常に保証するために、 放射遮蔽体６の底部７及び側部の壁は、水平もしくは鉛直に対して傾けられてい る。この傾斜はそれぞれ次のように、すなわち、管５１の開口がポンプの水平ポ ジション時及び垂直ポジション時において常に最深の箇所を形成するように、選 択されている。第２段のポンプ面の再生中に滴下する液体は、従って常に内側の 管５１に達し、この管５１には、流出導管４６と、これとは無関係に、前真空ポ ンプ４５に通じている導管４３とが接続されている第３図に示されている実施例 では、放射遮蔽体６と外方に向かって案内された接続管片（２１，３２）とする 圧力及びばね７５の閉鎖力を上回ると、弁４７はその開放位置を占める。

弁ケーシング６７はその外側に加熱装置４８と温度センサ４９、有利にはＰＴｌ ｏｏとを保持している。

給電導体兼信号導体７６は、フランジ６１におけるシールされているその他の開 ロア７を通して一緒に案内されている。弁ケーシングの内部には、連行排出され る付着物によって貫流されるフィルタ７８が設けられており、これによって弁座 ６８を汚れから遠ざけることが可能である。別の実施例では、フィルタ７８を排 出導管の別の箇所に配置することも可能である。外側の管区分６２はクランプに よってフランジ６１に固定されている。そしてその自由端部７９には別の連行排 出導管が接続されていてもよい。

第５図〜第７図に示された実施例には、放射遮蔽体６とは無関係な真空絶縁部２ ５が設けられている。ポンプケーシング２は二重壁状に構成されている。比較的 形状安定的な外壁８１には、可能な限り薄い内壁８２が対向して位置している。

有利には高級鋼から成っている薄い内壁８２は、極めて小さな熱伝導率と小さな 熱容量という利点を有している。ポンプ面の再生中、つまりポンプ内室９の高圧 時に、内壁８２は冷たいままであり、この結果ポンプケーシング２から放射遮蔽 体６への熱の流れは無視できるほどである。所望の作用効果はさらに次のことに よって、すなわち、内壁８２がそのポンプ内室９に向けられた側に、少な（とも 部分的に、黒塗りされているか又は放射遮蔽体６と局部的に熱的に結合されてい ることによって、助成されることが可能である。

極めて薄い内Ｗ８２（例えば０．５ｍｍ以下の厚さをもった高級鋼薄板）では、 真空絶縁部における圧力は、ポンプ内室９における圧力よりもあまり高くなく、 有利にはｍｂａｒの範囲にあることが、保証されていな（ではならない。従って 、真空絶縁部２５が導管４１を介してポンプ内室９と接続可能であると、有利で ある。導管４１内に配置されている弁４２が調整弁として又は逆上弁として構成 されていて、この弁が、絶縁真空部における圧力がポンプ内室９における圧力よ りも例えば１００　ｍ　ｂ　ａ　ｒだけ高い場合に、開放位置を占めるように、 つまりポンプ内室９における圧力が絶縁真空部２５の圧力よりも下がった場合に 、絶縁真空部２５とポンプ内室９との間における接続を生ぜしめるようになって いると、内１１８２の変形を惹起するおそれのある絶縁真空部の高過ぎる圧力を 回避することができる。中間室２５の排気は、閉鎖弁を備えている別体のポンプ 管片８０を介して行われる。

第５図〜第７図に示された実施例においても、絶縁真空部２５の内部に吸着剤又 はゲッタ材料８３が設けられていると有利である（第６図参照）。このようにな っていると、たとえ弁４２を備えた接続導管４１が設けられていなくても、絶縁 真空を維持することができる。吸着剤８３の作用は、冷却によってさらに増大さ せることができる。このために冷却ブリッジ８４が設けられており、この冷却ブ リッジ８４は熱伝導率の高いより線から成っていて、冷凍機３の第１段４を、吸 着剤８３が設けられている内壁８２の範囲と結合している。また別の可能性とし ては、放射遮蔽体６の外側を、少なくとも部分的に黒塗りするということがある 。

第７図に示された実施例では、ポンプ面Ｊ−１が回転対称的な形状を有している 。ポンプ面の下側には、円形のトラフ８５が設けられている。特にポンプ面１２ から液状に又は氷の形で解離した付着物は、このトラフ８５の中に達し、この場 合トラフ８５は、氷の形で解離した付着物の溶けることを促進させるために加熱 されてもよい。トラフ８５の最も深いポイントに接続された排出導管４６を介し て、付着物は既に上において述べたように除去される。

既に述べたように、記載された形式のクライオポンプの多くの使用例では、第２ 段５のポンプ面１１のポンプ容量は、第１段４のポンプ面６，８の容量に比べて 著しく早期にいっばいになってしまうので、従って、第２段のポンプ面１１を調 整するだけで十分である。次に第８図に示された線図を参照しながらこのような 調整方法について述べる。第８図において実線は、ポンプ面１１における温度Ｔ の経過を示しており、一点鎖線はポンプ内室９における圧力ｐの経過を示してい る。

（例えばヨーロッパ特許第２５０６１３号明細書に記載された測定方法によって ）第２段のポンプ面の容量がいっばいになっていること又はほぼいっばいになっ ていることが検出されると、入口弁３３が閉鎖され、時点ｔ、において、加熱装 置１７が、場合によっては加熱装置１８も投入接続される。これによって生じる ポンプ面１１の温度の上昇に基づいて、まず初めに、吸着剤１４によって吸着さ れた軽いガスが解放される。この結果圧力が上昇し、この圧力上昇は、ポンプ面 １１の温度がほぼ８０にの場合に、投入接続される前真空ポンプを介して行われ る軽いガスの除去後に、再び下降する。この温度値又は、軽いガスの完全な除去 を示すポンプ内室９における圧力ｐの下降は、時点１、を規定しており、この時 点ｔ１において弁４４（第１図及び第２図）は閉鎖され、ひいてはポンプ内室９ と前真空ポンプ４５との間における接続が再び切り離される。温度Ｔがさらに上 昇することによって、及びこれによって解放されるポンプ面９の付着物によって 、圧力ｐは再び上昇する。時点ｔ２において温度Ｔは、除去すべきガスの三重点 の温度を上回る値に、図示の実施例では１４０Ｋに達する。この温度は、アルゴ ンの三重点の温度の上に位置している。一方ではこの温度は、迅速なコールド運 転時間を得るために、除去すべきガスの三重点の温度に比べてそんなに高（な（ でも、十分である。しかしながら他方ではこの温度は、活性炭における除去すべ きガスの吸着が中断されるほどに、高く選択されていなくてはならない。この場 合ポンプ面１１の温度は、この値に、有利には加熱装置の温度調整された投入接 続と遮断とによって、保たれる。圧力は、三重点を越えた後で沸騰によって極め て迅速に上昇し、時点ｔｓにおいて大気圧（はぼ１０００ｍ１００Ｏに達する。

さらに圧力が上昇することによって、弁４７が開放し、この結果、除去すべき付 着物は液状に又はガスの形でポンプから流出する。弁４７を通るガス又は蒸気は 、なお比較的低い温度を有しており、このことは、センサ４９から送られる信号 によって確認することができる。

再生が終了すると（時点ｔ４）、ポンプ内室９における圧力は再び下降する。そ して弁４７が閉鎖する。

この場合弁加熱装置４８が弁のシール箇所を加熱するので、確実な弁閉鎖が保証 されている。時点ｔ６においてこの加熱が終了され、この結果前真空ポンプ４５ を弁４４の開放によって再び投入接続することができる。このことは、センサ４ ９から送られる信号によって行うことが可能である。同時に、又は、なお存在し ている残留蒸気のために幾分遅らされて時点ｔ６において、ポンプ面１１の加熱 を遮断することができ、この結果圧力ｐ及び温度Ｔは比較的短い時間の経過後に 再び、ポンプ運転を受容するのに必要な値に下降する。有利には、前真空ポンプ ４５によって約１Ｏ−ｆｆｉ〜１０−’ｍｂａｒの始動圧が得られた後で、ポン プ面１１は再び冷却される。

第２段のポンプ面の再生中、中間室２５における絶縁真空は維持されており、こ の結果外側のケーシング２から放射遮蔽体６への熱伝導は生じない。冷凍機３は 運転されたままでよい。第２段の再生中における第１段の熱負荷は、従って、先 行技術によるクライオポンプにおけるよりも著しく小さい。そして第２段のポン プ面を再びコールド運転するために冷凍機に必要な時間は、著しく短縮されてい る。従って再生時間全体のかなりの短縮が達成されている。

汎用サイズのクライオポンプでは、上に述べた再生サイクルは１時間未満で実施 することができる。約５分経過後には既に、軽いガスの脱着が終了している。

極めて高い水素・濃縮を回避するために、例えば前真空ポンプ４５の吸込み側に 供給される不活性ガスによる希釈を行うことができる。除去すべきガスの三重点 の温度を幾分上回る温度にまでポンプ面をさらに加熱するには、数分しかかから ない。ガス混合物が存在している場合には、ポンプ面は、現れるガスの最高の三 重点温度よりも高い温度に加熱される。付着物はガスの形でのみならず、液体の 形でも除去されるので、付要　約　書 本発明は、入口弁（３３）と、ポンプの運転中にガスの凝縮及び／又は吸着を生 ぜしめる温度を有しかつその再生を目的として加熱されるポンプ面（６，８゜１ １）と、ポンプ内室（９）に弁（４４）を介して接続されている前真空ポンプ（ ４５）とを備えたクライオポンプ（１）を再生する方法に関するものであり、こ の方法では、大口弁（３３）が閉鎖時であって、かつポンプ内室（９）と接続さ れた前真空ポンプ（４５）との接続部の遮断時に、ポンプ面の加熱が開始され、 この結果ポンプ面の温度のみならずポンプ内室における圧力も、次のような値に 、すなわち、除去すべきガスの三重点の対応する値を上回るような値に上昇し、 ポンプ面から解離する付着物の除去が、液状及び／又はガス状に、再生弁（４７ ）を備えた導管（４６）を介して行われ、この再生弁（４７）が、ポンプ内室（ ９）における圧力に関連して操作される。（第１図明　細　書 手続補正書帽え） 平成５年５月２８日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．入口弁（３３）と、ポンプの運転中にガスの凝縮を生ぜしめる温度を有しか つその再生を目的として加熱されるポンプ面（６，８，１１）と、ポンプ内室（ ９）に弁（４４）を介して接続されている前真空ポンプ（４５）とを備えたクラ イオポンプ（１）を再生する方法であって、この方法において以下に記載の方法 ステップを実施する；すなわち、再生すべきポンプ面の再生を導入するために、 入口弁（３３）を閉鎖し、 ポンプ内室（９）と接続された前真空ポンプ（４５）との接続部の遮断時に、ポ ンプ面の加熱を開始して、ポンプ面の温度のみならず、ポンプ内室における圧力 をも上昇させ、 ポンプ面の加熱を、ポンプ面の温度及びポンプ内室（９）における圧力が、除去 すべきガスの三重点の対応する値を上回るような値に上昇させられるまで、続け 、 ポンプ面から解離する付着物を、液状及び／又はガス状に、再生弁（４７）を備 えた導管（４６）を介して除去し、 再生弁（４７）の操作を、ポンプ内室（９）における圧力に関連して行い、この 場合再生弁（４７）は、除去すべきガスの三重点の圧力を上回る圧力（再生圧） においては開放し、かつこの圧力を下回る圧力においては閉鎖するようになって おり、再生の終了に関連した圧力変化及び／又は温度変化並びにこれによって生 ぜしめられる再生弁（４７）の閉鎖後に、ポンプ内室（９）と前真空ポンプ（４ ５）との間の接続部を開放して、ポンプ面の加熱を遮断する ことを特徴とする、クライオポンプを再生する方法。 ２．入口弁（３３）と、ポンプの運転中に軽いガスの吸着と別のガスの凝縮とを 可能にする温度を有しかつその再生を目的として加熱されるポンプ面（６８，１ １，１２，１３）と、ポンプ内室（９）に弁（４４）を介して接続されている前 真空ポンプ（４５）とを備えた、２段以上の冷凍機（３）によって運転されるク ライオポンプ（１）を再生する方法であって、この方法において以下に記載の方 法ステップを実施する；すなわち、 再生すべきポンプ面の再生を導入するために、入口弁（３３）を閉鎖し、 ポンプ内室（９）と前真空ポンプ（４５）との間における接続部の開放時に、ポ ンプ面の加熱を開始し、 吸着面（１３）からの軽いガスの脱着後に、前真空ポンプ（４５）とポンプ内室 （９）との間における接続部を閉鎖して、ポンプ面の温度のみならず、ポンプ内 室における圧力をも上昇させ、ポンプ面の加熱を、ポンプ面の温度及びポンプ内 室（９）における圧力が、除去すべきガスの三重点の対応する値を上回るような 値に上昇させられるまで、続け、 ポンプ面から解離する付着物を、液状及び／又はガス伏に、再生弁（４７）を備 えた導管（４６）を介して除去し、 再生弁（４７）の操作を、ポンプ内室（９）における圧力に関連して行い、この 場合再生弁（４７）は、除去すべきガスの三重点の圧力を上回る圧力（再生圧） においては開放し、かつこの圧力を下回る圧力においては閉鎖するようになって おり、再生の終了に関連した圧力変化及び／又は温度変化並びにこれによって生 ぜしめられる再生弁（４７）の閉鎖後に、ポンプ内室（９）と前真空ポンプ（４ ５）との間の接続部を開放して、ポンプ面の加熱を遮断する ことを特徴とする、クライオポンプを再生する方法。 ３．ポンプの運転中に軽いガスの吸着と別のガスの凝縮とを可能にする温度を有 しかつその再生を目的として加熱される、比較的高い温度に位置している第１段 （４）のポンプ面（６，８）及び比較的低い温度に位置している第２段（５）の ポンプ面（１１，１２，１３）と、ポンプ内室（９）に弁（４４）を介して接続 されている前真空ポンプ（４５）とを備えた、２段式のクライオポンプ（１）を 再生する方法であって、第２段（５）のポンプ面（１１，１２１３）を再生する ために以下に記載の方法ステップを実施する；すなわち、 第２段（５）の再生すべきポンプ面（１２，１３）の再生を導入するために、入 口弁（３３）を閉鎖し、 ポンプ内室（９）と前真空ポンプ（４５）との間における接続部の開放時でかつ 冷凍機（３）の運転時に、第２段（５）のポンプ面（１２，１３）の加熱を開始 し、 吸着面（１３）からの軽いガスの脱着後に、前真空ポンプ（４５）とポンプ内室 （９）との間における接続部を閉鎖して、ポンプ面（１２，１３）の温度のみな らず、ポンプ内室（９）における圧力をも上昇させ、 ポンプ面の加熱を、ポンプ面の温度及びポンプ内室（９）における圧力が、除去 すべきガスの三重点の対応する値を上回るような値に上昇させられるまで、続け 、 ポンプ面（１２）から解離する付着物を、液状及び／又はガス状に、再生弁（４ ７）を備えた導管（４６）を介して除去し、 再生弁（４７）の操作を、ポンプ内室（９）における圧力に関連して行い、この 場合再生弁（４７）は、除去すべきガスの三重点の圧力を上回る圧力（再生圧） においては開放し、かつこの圧力を下回る圧力においては閉鎖するようになって おり、再生の終了に関連した圧力変化及び／又は温度変化並びにこれによって生 ぜしめられる再生弁（４７）の閉鎖後に、ポンプ内室（９）と前真空ポンプ（４ ５）との間の接続部を開放して、ポンプ面（１２１３）の加熱を遮断する ことを特徴とする、クライオポンプを再生する方法。 ４．ポンプ面（１２，１３）の温度を再生中に、除去すべき凝縮可能なガスの三 重点の温度をあまり大きく上回らないような値に保つ（一定に調整する）、請求 項１から３までのいずれか１項記載の方法。 ５．第２段のポンプ面の温度を、活性炭（１４）における除去すべき凝縮可能な ガスの吸着が阻止されるような高さに選択する、請求項４記載の方法。 ６．吸着によって活性炭（１４）に捕獲されたガスを、まず初めに真空ポンプ（ ４５）を用いて除去し、第２段（５）のポンプ面（１２，１３）がほぼ８０Ｋの 温度に達した時点ｔ１で、前真空ポンプ（４５）とポンプ内室（９）との間にお ける接続部を閉鎖する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。 ７．軽いガスを不活性ガスで希釈する、請求項６記載の方法。 ８．第１段のポンプ面（６，８）の温度を第２段（５）のポンプ面（１１）の再 生中に次のように、すなわち、この温度が第２段（５）のポンプ面（１１）から 除去すべき凝縮可能なガスの沸点よりも高くなるように、ガスの種類に関連して 制御する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。 ９．再生圧を、周囲の大気圧よりも高く選択する、請求項１から８までのいずれ か１項記載の方法。 １０．付着物からのポンプ面の解放を、再生弁（４７）の範囲における温度を観 察することによって確認する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。 １１．出口弁（４７）の範囲に位置している温度センサ（４９）が発信する信号 に基づいて、再生を終了するために必要な方法ステップを、すなわちポンプ内室 （９）と前真空ポンプ（４５）との間における接続部の形成、ポンプ面の加熱の 遮断を導入する、請求項９記載の方法。 １２．請求項１から１１に記載された方法を実施するのに適した、冷凍機（３） によって運転されるクライオポンプ（１）であって、ケーシング（２）と入口弁 （３３）と加熱可能なポンプ面（１１）と、ポンプ内室（９）に接続された前真 空ポンプ（４５）とを備えている形式のものにおいて、除去すべき付着物のため に再生弁（４７）を備えた導管（４６）が設けられていることを特徴とする、ク ライオポンプを再生する方法を実施するのに適したクライオポンプ。 １３．再生弁（４７）が排出導管（４６）の構成部分であり、該排出導管（４６ ）に、再生弁に後置されて、搬送装置（５０）が配置されている、請求項１２記 載のクライオポンプ。 １４．ガス排出導管（４６）の入口開口が、放射遮蔽体（６）の下側範囲に位置 している、請求項１２又は１３記載のクライオポンプ。 １５．放射遮蔽体（６）の底部（７）及び／又は壁が、ガス排出導管（４７）の 入口開口がそれぞれ放射遮蔽体（６）の最深箇所に接続されるように、適宜な構 成を有している、請求項１４記載のクライオポンプ。 １６．放射遮蔽体（６）の底部範囲に、加熱装置（１６）が配置されている、請 求項１４又は１５記載のクライオポンプ。 １７．第２段（５）のポンプ面（１１）の下に、必要な場合には加熱された、ホ ッパ又はトラフ（８５）が配置されていて、該ホッパ又はトラフの流出部が排出 導管（４６）に開口している、請求項１２又は１３記載のクライオポンプ。 １８．調整弁（４７）が逆止弁として構成されている、請求項１２から１７まで のいずれか１項記載のクライオポンプ。 １９．調整弁（４７）が加熱装置（４８）を備えている、請求項１２から１８ま でのいずれか１項記載のクライオポンプ。 ２０．調整弁（４７）が温度センサ（４９）を備えている、請求項１２から１９ までのいずれか１項記載のクライオポンプ。 ２１．流れ方向で見て調整弁（４７）のシール面（６８７１）の前に、フィルタ （７８）が設けられている、請求項１２から２０までのいずれか１項記載のクラ イオポンプ。 ２２．調整弁（４７）がほぼ円筒形の弁ケーシング（６７）を有していて、該弁 ケーシング（６７）の一方の端面が弁座（６８）を形成しており、弁皿（６９） が設けられていて、該弁皿（６９）が中央のピン（７３）を介して、弁ケーシン グ（６７）の端面側における開口内において中央に保持されているスリーブ（７ ２）内を案内されている、請求項１２から２１までのいずれか１項記載のクライ オポンプ。 ２３．弁ケーシング（６７）が管区分（６２）と一緒にフランジ（６１）に固定 されていて、該フランジ（６１）に排出導管（４６）が開口している、請求項２ １記載のクライオポンプ。 ２４．調整弁（４７）が、センサによって能動的に制御される弁である、請求項 １２から２３までのいずれか１項記載のクライオポンプ。 ２５．クライオポンプに、ポンプ内室（９）におけるガスを介して行われる、ポ ンプケーシング（２）からポンプ面（６，８）への熱伝導を阻止する手段（２５ ，８１，８２）が設けられている、請求項１２から２４までのいずれか１項記載 のクライオポンプ。 ２６．外側のケーシング（２）と放射遮蔽体（６，７）との間に、熱伝導率の低 い材料が設けられている、請求項２５記載のクライオポンプ。 ２７．クライオポンプの外側のケーシング（２）が、少なくとも部分的に二重壁 （壁８１，８２）によって構成されていて、密閉された排気可能な中間室（２５ ）を形成している、請求項２５記数のクライオポンプ。 ２８．少なくとも内側の壁（８２）が高級鋼から成っている、請求項２７記載の クライオポンプ。 ２９．内壁（８２）の厚さが１ｍｍよりも薄く、有利には０．５ｍｍである、請 求項２８記載のクライオポンプ。 ３０．外側のケーシング（２）と、多段式の冷却源（３）と、該冷却源（３）の 第１段（５）と熱伝導式に接続された放射遮蔽体（６）とを備えた、請求項２５ 記載のクライオポンプ（１）であって、この場合放射遮蔽体（６）が、 外側のケーシング（２）と共に中間室（２５）を形成しており、 冷却源（３）の第１段（４）と熱伝導式に接続されており、 かつ内室（ポンプ内室９）を形成していて、該ポンプ内室（９）に低温ポンプ面 （１２，１３）が設けられている形式のものにおいて、 中間室（２５）が真空密に構成された室であることを特徴とするクライオポンプ 。 ３１．放射遮蔽体（６）が真空密に冷凍機（３）の第１段（４）と結合されてお り、放射遮蔽体（６）の上縁部が、外側のケーシング（２）と又は該外側のケー シング（２）に設けられた入口フランジ（２７）と、低い熱伝導率を有していて 熱による運動を補償する真空密な部材、有利にはベローズ（２６）を介して結合 されている、請求項３０記載のクライオポンプ。 ３２．クライオポンプに接続管片（３１，３２）が設けられており、該接続管片 のうちの一方の接続管片が中間室（２５）に開口し、かつ他方の接続管片がポン プ内室（９）に開口しており、面接続管片が弁（４２）を介して互いに接続され ている、請求項２７から３１までのいずれか１項記載のクライオポンプ。 ３３．弁（４２）が調整弁として又は逆止弁として構成されている、請求項３２ 記載のクライオポンプ。 ３４．内室（９）と中間室（２５）との間における接続部が、内室における圧力 ｐが約１０−３ｍｂａｒ及びそれよりも低い場合に開放していて、１０−３ｍｂ ａｒよりも高い場合に閉鎖されている、請求項３３記載のクライオポンプ。 ３５．弁（４２）は、絶縁真空部（２５）における圧力がポンプ内室（９）にお けるよりも約１００ｍｂａｒだけ高い場合に、開放位置を占めるようになってい る、請求項３３記載のクライオポンプ。 ３６．絶縁真空部（２５）を貫いて延びている接続管片（２１及び／又は３２） が、二重管（５１，５２）として構成されている、請求項２７から３５までのい ずれか１項記載のクライオポンプ。 ３７．絶縁真空部（２５）を貫通している接続管片（２１及び／又は３２）に、 絶縁真空部（２５）に配置されていて熱伝導率の低い材料、有利には高級鋼から 成るベローズ（５３，５４）が設けられている、請求項２７から３５までのいず れか１項記載のクライオポンプ。 ３８．放射遮蔽体（６）の底部範囲（７）を貫通している接続管片（２１及び／ 又は３２）に、ポンプ内室（９）に突入している縁部（５５，５６）が設けられ ている、請求項３６又は３７記載のクライオポンプ。 ３９．排出導管（４６）が接続管片（２１，３２）を貫いて延びている、請求項 ３６から３８までのいずれか１項記載のクライオポンプ。 ４０．中間室（２５）が、真空密に構成された室であり該室内に、ゲッタ又は、 冷却可能な面範囲に取り付けられた吸着剤（５８，８３）が設けられている、請 求項２７から３９までのいずれか１項記載のクライオポンプ。 ４１．ケーシング（２）が二重壁に構成されている場合に、内側の壁（８２）の 、絶縁真空部（２５）側の範囲が、吸着剤（８３）を有しており、この範囲の、 ポンプ内室（９）の側が、冷却ブリッジ（８４）を介して冷凍機（３）の第１段 （４）と結合されている、請求項４０記載のクライオポンプ。 ４２．放射遮蔽体（６）が内側の壁を形成している絶縁真空部（２５）において 、放射遮蔽体（６）の外側に、ゆうりには放射遮蔽体（６）の底部（７）の範囲 に、吸着剤（５８）が投げられている、請求項４０記載のクライオポンプ。 ４３．放射遮蔽体（６）の外側が少なくとも部分的に黒塗りされている、請求項 ２７から４１までのいずれか１項記載のクライオポンプ。