JPS60187781A - 冷凍機付クライオポンプ - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、クライオポンプに係り、特にヘリウム冷凍機
と連動して超＆６真空の生成１こ好適な冷凍機付クライ
オポンプに関するものである。

〔発明の背景〕

従来から、クリーンな超高真空を生成するための真空ポ
ンプの一つとして、クライオポンプが用いられている。

特Ｖこ、最近では小形のヘリウム冷凍機と組合せたクラ
イオポンプが広く用いられている。

従来技術１こよるヘリウム冷凍機付クライオポンプを第
１図によって説明すると、１はヘリウム冷凍機、２は蓄
冷器式の第１段膨張機、３は同じく蓄冷器式の第２段膨
張機、４は圧縮機（図示せず）からヘリウム冷凍機１へ
のガス供給管、５は圧縮機へのガス戻し管、６は第１段
膨張機２の先端にある第１コールドステーシヨン、７は
第２段膨張機３の先端にある第２コールドステーシヨン
、８は第１コールドステーシヨン６＃こ装着された策１
パネル、９は第２コールドステーシヨン７に装着された
第２パネル、１０は第１パネル８の先端に設けられたバ
ッフル、１１は第２パネル９の内側に接着された吸着剤
、１２はハウジングである。

いま、ハウジング１２を真空容器（図示せず）ｔこ接続
した後、補助真空ポンプ（図示せず）で容器内を１０　
”Ｔｏｒｒ近くまで減圧した後、ヘリウム冷凍機１を始
動すると、第１段膨張ｆｉ２．第２段膨張機３の冷却作
用ｔこより、第１パネル８は５０に、第２パネル９は１
５に付近まで冷却される。

そして、第１パネル８反びバッフル１０は蒸発（または
凝縮）温度の高いガス（Ｈ，Ｏ，ＣＯ，等）を凝縮吸着
させる。一方、バッフル１０を通過した蒸発（または凝
縮）温度の低いガス（Ｎ、　、Ｏ，。

Ａｒ等）は第２パネル９の表面ｔこ凝縮吸着される。

さら１こ蒸発（または凝縮）ＦＭ度の低いガス（比。

Ｈｅ等）は第２パネル９の内側に接着された吸着剤１１
で吸着される。

このような、従来技術によるクライオポンプにおいては
、次のような問題があった。すなわち、吸蒼剤１１の一
般的な特性として、温度が低いほど吸着能力が増大する
。したがっＣ，＝４＜２パネル９ｔこ吸着剤１１を接着
した場合、第２パネル９への熱負荷が大きいと、吸着剤
１１の溢ｕが上昇して吸着能力が低丁するため、超高真
空の生成が困難になるっ 従来技術では、第２パネル９がＮ　ａ　Ｔ　Ｏ＊　ｖ　
Ａ　ｒ等のガスの凝縮吸着作用と、Ｈｅ　ｒ　Ｈｅ用の
吸着剤１１を冷却する作用とを同時に受持っているため
、どうしても熱負荷が大きくなり、そのため、第２パネ
ル９の温度は１５に付近まで上昇することｔこなって必
ずしも吸着剤１１の能力が十分ｔこ活用されてなかっｔ
こ。

したがって、従来の小形ヘリウム冷凍機付クライオポン
プでは高々１０　”Ｔｏｒｒ　程度までしか到達できな
かった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、吸着剤の温度をより低’１ｌ＝ｔこ保
持することｔこよって、超高真空の生成ｔこ適した冷凍
機付クライオポンプを提供すること１こある。

〔発明の概要〕

本発明は、小形ヘリウム冷凍機の発生温度レベル別ｔこ
、７０にレベルｒこけ第１パネル、１５にレベルには第
２パネル、４５にレベルｔこは第３パネルを装着し、第
３パネル【こ吸着剤を接着して、第１パネルでＨ，０，
Ｃｏ、等を凝縮吸着させ、第２パネルでＮ＝　、Ｏ−、
Ａｒを凝縮吸着させ、第３パネルでＨ＊　ｔ　Ｈｅを吸
着させることｔこより、第３パネルにおける熱負荷を軽
減し、吸着剤の温度を低温に保持して超茜真空の生成Ｖ
こ適した冷凍機付クライオポンプを得るようにしたもの
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第２図ｔこよって説明する。

第２図において、２１はクライオポンプのハウジング、
２２は第１熱交喚器、２３は第２熱交換器、２４は第３
熱交換器、２５および２６は第１熱交換器２２と第２熱
交換器２３および第２熱交換器２３と第３熱交喚器２４
を接続した中間ヘッダー、２７および２８はハウジング
２１に取付けられたターヒン式の第１膨張機および第２
膨張吸、２９は中間ヘッダー２５＋こ取付けられた断面
Ｕ字型円同形の第１パネル、３（）は第１パネル２９の
内側で、熱伝達のよい取付具３４を介して中間へツタ−
２６に取付けられた断面逆Ｕ字型円筒形の第２パネル、
３１は第２パネル３０の内側ｅこ設けられた断面逆Ｕ字
型円筒形の第３パネル、３５は第３パネル３１ｔこ接着
された吸着剤、３２および３３は第１膨張機２７および
第２膨張機２８の低温端を第１パネル２９１こ接続した
ブラケット、３６は第１パネル２９の開口端一こ取付け
られたバッフル、３７は圧縮機（図示せず）からの高圧
ライン、３８は第１膨張機２７と第２膨張機２８間の中
圧ライン、３９は圧縮機へ戻される低圧ライン、４０は
■圧うイン３７の第３熱交換器２４出口倶Ｉに設けられ
た膨張弁、４１は膨張弁４０出口側に第３パネル３１１
こ接触して設けられた冷却コイルである。

上述の構成において、圧縮機から供給された高圧、常温
のヘリウムガスは、第１熱交喚器２２の高圧ライン３７
を通って中間ヘッダー２５で分岐され、その一部は第１
膨張機２７＋−こ入って断熱膨張し、中圧、低温のヘリ
ウムガスとなって第２熱交換器２３の中圧ライン３８を
通る過程で、対向して低圧ライン３９を通る低圧、低温
のヘリウムガスｔこより冷却されて更？こ低温Ｖこなり
、中間ヘッダー２６を経て第２膨張機２８ｒこ入り、断
熱膨張して低圧で更ｌこ低ｆｌｉｌ、ｖこなり、中間ヘ
ッダー２６を介して低圧ライン３９ｔこ合流する。一方
、中間ヘッダー２５で分岐された残りの高圧ヘリウムガ
スは、第２熱交換器２３の高圧ライン３７を通り、その
過程で対向して低圧ライン３９を通る低圧。

低温のヘリウムガスｔこより冷却され、ｔｉｄｙこ中間
ヘッダｚ６．第３熱交換器２４の高圧ライン３７を通っ
て冷却され、面圧、低温のヘリウムガスとなって膨張弁
４０＃こ入り、膨張弁４０で断熱膨張してその一部が液
化する。膨張弁４０を出た低圧。

低温のヘリウムカスは、冷却コイル４１を通る過程で第
３パネル３１を冷却した後、第３熱交換器２４の低圧ラ
イン３９１こ入り、以下、第３熱交換器２４．中間ヘッ
ダー２６．第２熱父換器２３゜中間ヘッダー２５．第１
熱交換器２２の低圧ライン３９を通る過程で、対向して
高圧ライン３７および中圧ライン３８を通るヘリウムガ
スを冷却して昇温され、低圧、常温のヘリウムガスとな
って圧縮機ｔこ戻される。

上述したヘリウム冷凍サイクルＶこおいて、各熱交換Ｗ
２２〜２４を適切な大きさとすること１こより、中間ヘ
ッダー２５を７５に、中間ヘッダー２６を１５に付近に
維持することかでき、このような状態で、中間ヘッダー
２５ｒこ第１パネル２９を装着し、中間へツタ−２６に
取付具３４を介して第２パネル３０を装着し、麩ンこ、
冷却コイル４１に吸着剤３５を接着した第３パネル３１
を装着することｔこより、ＭＥ　１パネル２９を７５に
、第２パネル３０を１５に、第３パネル３１を４．５に
伺近に保持することができる。

しかして、第１パネル２９およびそれｔこ連なるバッフ
ル３６では、比較的蒸発（または凝縮）温度の高いガス
（Ｈ，Ｏ、ＣＯ，等）を凝縮吸着させ、第２パネル３０
では、バッフル３６を通過した蒸発（または凝縮）温度
の低いガス（歯、Ｏｌ、Ａｒ等）を凝縮吸着させる。侭
シこ蒸９．（または＠絹）温度の低いガス（１（Ｉ、Ｈ
ｅ等）Ｖこつぃ’？ｌｌｊ、ｆｆｇ３パネル３１の表面
Ｙこ接着された吸着剤３５ｖこよって吸着する。

本実施例Ｖこよれば、Ｎｔ　、０雷、Ａｒ等を収縮吸着
するパネルと、より低い凝縮温度をもつＨＷ　！　１１
　ｅ等を吸着するための吸着剤を接着したパネルとを別
Ｖこしたことｔこより、歯、Ｏｌ、Ａｒの凝縮吸着作用
ｔこよって、Ｈｓ　ｊ　Ｈｅ用吸着剤３５の温度が上昇
することはなく、常時吸着剤３５の能力を十分Ｖこ活用
することができる。また、第２パネル３０゜第３パネル
３１の内外両面が使用できるため、パネル表面積を大き
くとることができ、クライオボンプの能力を向上させる
ことができる。

本実施例Ｖこおいて、第２パネル３０１こ吸着剤を接着
してもよく、特に、Ｎ　ｊ　Ｔｏ　曾Ｉ　Ａ　ｒの排気
能力を多少犠牲にしてもＨ＝、Ｈｅの排気能力を向上さ
せたい場合ｔこは、より効果的である。

また、本実施例において、第１膨張機２７および第２膨
張機２８の低温端をブラケット３２および３３を介して
第１パネル２９ｔこ接続したことにより、第１膨張機２
７．第２膨張機２８のハウジング２１に取付けられた常
温部から侵入した熱は、ブラケット３２．３３を介して
第１パネル２９の熱負荷として処理されるため、膨Ｉ張
機低温部への熱侵入を未然に防止して、膨張機の効率低
Ｆを防止することができる。

本発明の池の実施例を第３図により説明する。

第３図において、第２図と同一部分は同一符号で示し、
説明を省略する。４２は第３熱交換器２４の先端に設け
られた先端へツタ−で、第３パネル３１が直接取付けら
れている。４３は中間へツタ−２６に取付けられた底板
４４９通気孔４５を有する円筒部４６　、　ｒｘ面板４
７よりなる第２パネルであって、バッフル４２を通過し
た蒸発（マたは凝縮）温度の低いガスのうち、Ｎ＋　、
（Ｌ　、Ａｒ等は第２パネル４３の頂面板４７および円
筒部４６で凝縮吸着され、出、Ｈｅ等薫蒸５＠または凝
縮）温度が麩ｔこ低いカスは、通気孔４５を通って第３
パネル３１Ｗこ接着された吸着剤３５ｔこよって吸着さ
れる。

本実施によれば、第２パネルの取付具３４および冷却コ
イル４１が不要となるので、構造が簡単１こなるという
効、果がある。

本発明のｉｔこ池の実施例を第４図？こより説明する。

第４図は従来の蓄冷式膨ｌｌ＆機を適用した実施例を示
したもので、第２図と同一部分は同一符号で示し、説明
を省略する。５１はヘリウム冷凍機、５２は第１段膨張
機、５３は第２段膨張機、５４は高圧ガス供給管、５５
は低圧ガス戻し管、５６は第１段膨張機５２の低温端に
設けられた弗ｌコールドステーション、５７は第２段１
［１張Ｗ５３の低温端に設けられた第２コールドステー
シヨン、５８および５９は第１段膨張機５２の温端側お
よび低温端側の外周ｔこ形成された第１熱交換器および
第１冷却コイル、６０および６１は第２段膨張機５３の
温端側および低温端側の外周１こ形成された第２熱交換
器および第２冷却コイル、６２は第２冷却コイル６１と
膨張弁４０との間ｔこ設けられた第３熱交換器、６３は
膨張弁４ｏの出口側に設けられた第３冷却コイル、６４
は第１段圧縮機、６５は第２段圧縮機である。本実施例
においては、第１パネル２９は第１コールドステーシヨ
ン５６に、第２パネル３０は取付具３４を介して第２コ
ールドステーシヨン５７に、第３パネル３１は第３冷却
コイル６３にそれぞれ取付けられている。

上述の構成ｔこおいて、第２段圧縮機６５より吐出され
た高圧ガスのうち、高圧ガス供給管５４を経てヘリウム
冷凍機５１ｒこ供給された高圧ガスは、第１段膨張機５
２および第２段膨張機５３で膨張して寒冷を発生し、第
１コールドステーシヨン５６および第２コールドステー
シヨン５７を介して第１パネル２９および第２パネル３
ｏを冷却し、低圧、常温のガスとなって低圧ガス戻し管
５５より第２段圧縮機６５の吸入側１こ戻される。一方
、高圧ライン３７を経て第１熱交換器５８の高圧流路ｔ
こ供給された高圧ガスは、対向して低圧流路を流れる低
圧ガス［こより冷却されて第１冷却コイル５９に入り、
第１冷却コイル５９を通る過程で第１段膨張機５２でさ
らに冷却されてｆＩＳ２熱交換器６０の高圧流路に入り
、ここで対向して低圧流路を流れる低圧、低温のガス１
こより冷却されて第２冷却コイル６１に入り、第２冷却
コイル６１を通る過程で第２段膨張機５３′でさらｔこ
冷却されて第３熱交換器６２ｒこ入り、ここで対向して
低圧流路を流れる低圧、低温のがスによりさらｔこ冷却
され、最終的ＶこＩＯＫ以下ｔこなって膨張弁４０に入
り、膨張弁４０で断熱膨張して峨圧され、その、一部が
液化する。膨張弁４０で液化したガスは、未液化の低圧
ガスと共に第３冷却コイル６３を通る過程で第３パネル
３１を冷却し、その熱負荷によって完全に気化された低
圧、低温のガスとなり、第３熱交換器６２．第２熱交換
器６０および第１熱交換器５８の低圧流路を通りながら
、対向して高圧流路を流れる高圧力スを冷却して温度上
昇し、常温の低圧ガスとなって低圧ライン３９より第１
段圧縮ｊ１１６４の吸入側ｔこ戻される。

本実施例によれば、膨張機と熱交換器とを同心円状Ｖこ
配置することができるため、全体構造を簡略化すること
ができる。

〔発明の効果〕

本発明は以上述べたようをこ、比較的高温の第１段低温
発生部と、低温の第２段低温発生部と、極低温の第３段
低温発生部とをハウジング内に設けた冷凍機と、前記第
１段低温発生部に装着された第１パネルと、ｔｉｌｌ記
第２段低温発生部ｅこ装着された第２パネルと、前記第
３段低温発生部ｔこ装着された第３パネルと、該第３パ
ネルに接着された吸着剤とを備えたものであるから、１
台の小形ヘリウム冷凍機で３段階の温度レベルの異なる
第１パネル乃至第３パネルを同時ｔこ冷却することがで
き、かつ、吸着剤を接着した第３パネルの温度を４，５
に付近ｅこ維持することができるので、超高真空の生成
１こ適した構造簡単な冷凍機付クライオポンプを提供す
ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術Ｖこよるヘリウム冷凍機付クライオポ
ンプの縦断面図、第２図は本発明による冷凍機付クライ
オポンプの一実施例を示す縦断面図、第３図は同じく池
の実施例を示す縦断面図、第４図は同じ＜ｌＬｔこ池の
実施例を示す縦断面図である。 １．５１・・・・・ヘリウム冷凍機、２，５２・・・・
・・第１段膨張機、３，５３・・・・・・第２段膨張機
、４・・・・・・ガス供給管、５・・・・・・ガス戻し
管、６，５６・・・・・・第１コールドステーシヨン、
７．５７・・・・・・第２　：１−ルドステーション、
８，２９・・・・・第１パネル、９゜３０．４３・・・
・・・ｍ　２　ｚｆ　４ル、１０．３６・・曲バッフル
、１１．３５・・・・・・吸着剤、１２　、２１・・・
・・・ハウジング、２２．５８・・・・・・第１熱交換
器、２３゜６０・・・・・・第２熱交換器、２４．６２
・・・・・・第３熟交換器、２５．２６・・・・・・中
間ヘッダー、２７・・・・・・第１膨張機、２８・・・
・・・第２膨張機、３１・・・・・・第３パネル、３２
．３３・・・・・・ブラケット、３４・曲・取付具、３
７・・・・・・高圧ライン、３８・・・・中圧ライン、
３９・・・・低圧ライン、４０・・・・・膨張弁、４１
・・曲冷却コイル、４２・・・・先端ヘッダー、４４・
曲・底板、４５・・・・・・通気孔、４６・・・・ｌＪ
ｌ　Ｉｒ６部、４７・曲頭向板 代理人　弁理士　高　イル　明　天 才１図 ０ ′１′２図 才３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　比較的高温の第１段低温発生部と、低温の第２段低
   温発生部と、極低温の第３段低ｆｉＡ発生部とをハウジ
   ング内ｔこ設けた冷凍機と、前記第１段低温発生部に装
   着された第１パネルと、前記第２段低温発生部に装着さ
   れた第２パネルと、前記第３段低濡猪生部に装着された
   第３パネルと、該第３パネルに接着された吸着剤とを備
   えたことを特徴とする冷凍機付クライオポンプ。 ２　前記第１パネルを断面Ｕ字型円筒形１こ形成し、旧
   記第２パネルおよび第３パネルを断面Ｕ字型円筒形に形
   成し、かつ、第２パネルおよび第３パネルをそれぞれ！
   ＜　１パネルおよび第２パネルの内側１こ配置した特許
   請求の範囲第１項記載の冷凍機付クライオポンプ。 ３、Ｒｆｆ記第１段乃至第３段の低温発生部を、高圧ガ
   スを断熱膨張させて寒冷を発生させる膨張機および膨張
   弁と、中間ヘッダーを介して接合され、高圧ガスを低圧
   戻りガスで冷却する第１熱交換器乃至第３熱交換器で構
   成し、前記第１熱交換器と第２熱交換器を接合した中間
   ヘッダーに第１パネルを装着し、前記第２熱交換器と第
   ３熱文換器を接合した中間ヘッダーに第２パネルを装着
   し、前記膨張弁出口側の冷却コイルＶこ第３パネルを装
   着した特許請求の範囲第１項または第２項記載の冷凍機
   付クライオポンプ。 ４　前記膨張機の低温端部なブラケットを介して前記第
   １パネルに接続した特許請求の範囲第３項記載の冷凍機
   付クライオポンプ。 ５、　前記第１段乃至第３段の低温発生部を、高圧ガス
   を断熱膨張させて寒冷を発生させる２段の蓄冷式膨張機
   および膨張弁と、第１段、第２段膨張機の温端側外周に
   設けられて高圧ガスを低圧戻りガスで冷却する第１熱交
   換器、第２熱交換器と、第１段、第２段膨張機の低温端
   側外局に設けられて高圧ガスを冷却する第１冷却コイル
   、第２冷却コイルと、該第２冷却コイルの出口側をこ設
   けられて高圧ガスを低圧戻りガスで冷却する第３熱交換
   器と、前記膨張弁出口側の第３冷却コイルで構成し、前
   記第１段膨張機および第２段膨張機の低温端ならびに第
   ３冷却コイルにそれぞれ第１パネルおよび弗２パネルな
   らびに第３パネルを装着した特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の冷凍機付クライオポンプ。