JPS62502276A - 低温ポンプの再生方法および装置 - 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】 低温ポンプの再生方法および装置 要地光１ 本発明は、低温ポンプの再生に関する。

１月 開放または閉鎖低温サイクルのいずれにより冷却されるかを問わず今日入手可能 な低温ポンプ（きわめて高い真空をつくり出す低消費電力の高速真空ポンプ。圧 力を下げるために、内部を通常、液体ヘリウｂや液体または気体水素を用いて得 られるような極低温にし、た容器の表面にガスを凝縮させる）は、一般に同じ設 計概念に従うものである。通常４乃至２５″にの範囲内で作動する低温系列は、 主ポンプ作用表面である。この作用表面は、通常７０乃至１３０″にの温度範囲 内で使用される比較酌′高温の放射線遮蔽により包囲されるもので、この遮蔽は 比較的低温の系列に放射線遮蔽を提供する。この放射線遮蔽は、一般に、主ポン プ作用表面と排気される室との間に配置される前方系列を除いて閉鎖されたハウ ジングを含む。

この比較的高温の第１段の前方系列は、水蒸気の如き比較的高い沸点の気体に対 する圧送域として作用する。

作用においては、水蒸気の如き沸点の高い気体は前方系列において凝縮される。

沸点が比較的高い気体はこの系列を連通して放射線遮蔽内部の空間に流入し、比 較的低温の系列において凝縮する。木炭の如き吸収材または比較的低温の系列の 温度もしくはこれより低温で作動する分子ふるい（モルキュラー・シーブ）によ り覆われた表面もまた、この空間内において水素の如き非常に低い沸点の気体を 除去するため設けることもできる。このように気体がポンプ作用表面上で凝縮お よび（または）吸収されると、作用室内には真空状態のみが残る。

閉鎖サイクル型冷却装置により冷却されるシステムにおいては、この冷却装置は 一般に、放射線遮蔽の後部を貫通して延びる低温フィンガを備えた２段式冷凍機 である。低温冷却装置の２番目の最低温段の低温端部は低温フィンガの先端部に ある。主ポンプ作用表面即ち低温パネルは、低温フィンガの第２段の最低温端部 における吸熱器に対して結合される。この低温パネルは、第２段の吸熱器の周囲 に配置されかつこの吸熱器に対して結合された簡単な金属板または列状の金属の 邪魔板てよい。この第２段の低温パネルもまた低温吸収材を支持する。

放射線遮蔽は、第１段の冷凍機の最低温端部における吸熱器または蓄熱ステーシ ョンに対して結合されている。遮蔽は、第２段の低温パネルを放射熱から保護す るようにこの第２段の低温パネルを包囲している。前方系５　列は、側方の遮蔽 部を介して、あるいは熱支柱を介して米国特許第４．３５６．７０１号に開示さ れるように第１段の吸熱器によって冷却される。

数日間もしくは数週間の使用後、低温パネルに凝縮した気体、および特に吸収さ れる気体はシステムを飽和し始める。次に再生過程が続いて低温パネルを暖め、 これにより気体を放出し、気体をシステムから除去する。気体が蒸発するに伴っ て、低温ポンプ内の圧力が上昇する。典型的には、気体は約１．２７にｇ／ｃｍ ’　（１８ＰＳＴＡ）で低温ポンプから排出される。再生中、低温ポンプはしば しば暖かい窒素ガスによりパージされている。この窒素ガスは、低温パネルの加 温を促進し、また水および他の蒸気をシステムから洗浄するよう作用する。窒素 を第２段の系列に近いシステム内に送ることにより、排出ポートに対して流出す る窒素ガスが、第１段の系列から第２段の系列に水蒸気が逆流することを阻止す る。窒素は不活性であるが故に通常のパージ・ガスである。窒素ガスは、低温ポ ンプにより放出される水素および酸素の如き燃焼し得るガスの混合気体を希釈す る。

第２段の系列上の吸収材は、一般に最初に再生を要求するシステムの構成要素で ある。このため、所要の再生間隔における低温ポンプの作動時間を増加するため に、第２段により保持される吸収材が増量される。しかし、増加させ、またこの ため再生中水素の燃焼による危険を増加させる。

ｌ■二皿ｊ 本発明によれば、再生中蒸発する気体はエジェクタ・ポンプによって低温ポンプ から排気される。エジェクタ・ポンプの作動のため窒素の如き不活性ガスを使用 することにより、放出される不燃性気体は更に不活性カスにより希釈することが でき、真空容器外部の燃焼の危険を最小限度に抑える。また、システムから放出 された水素ガスを最初に除去することにより、後で蒸発する酸素と低温ポンプ内 で混合する水素の量は実質的に減少する。更に、低温ポンプ室の圧力を減少する ことにより、システムは同室内での燃焼の可能性が小ざな状態で許容し得る圧力 レベルに保持することもできる。

ｌ延ｑ！皇皇１ｊ 本発明の蒸気および他の目的、特徴および利点については、図面に示されるよう に本発明の望ましい実施態様の以下の更に詳細な記述から明らかになるであろう 。図面は必ずしも正しい尺度ではなく、本発明の原理を示すため誇張されている 。図面は、本発明を盛り込んだ低温ポンプ・システムの断面図である。

Ｖましい′″″熊）のモロ 第１図の低温ポンプは、作用室または弁ハウジング１３に対してフランジ１４に 沿って取付けられる主ハウジング１２を含む。低温ポンプ・ハウジング１２の前 方開口１６は、作用室または弁ハウジングの円形開口と連通している。

あるいはまた、低温ポンプの系列は前屈室内に突出し、真空シールが後部フラン ジに形成される。冷凍装置の２段の低温フィンガ１８が開口２ｏを介してハウジ ング１２内に突出している。本例においては冷凍装置はＧｉｆｆｏｒｄ−Ｍａｃ Ｍａｈｏｎ式冷凍装置であるが、他のものも使用てきる。

低温フィンガ１８内の２段の偏位体（ｄｉｓｐｌａｃｅｒ）はモータ２２によっ て駆動される。各作動サイクル毎に、管路２６から圧力下で低温フィンガ１８内 に導入されるヘリウム・ガスが膨張させられ、このため冷却され、次いで管路２ ４を経て排出される。このような冷凍装置は、Ｃｈｅｌｌｉｓ等の米国特許第３ ．２１８，８１５号において開示される。第１段の吸熱器、または蓄熱ステーシ ョン２８が冷凍装置の第１段２９の低温端部に取付けられている。同様に、吸熱 器３ｏが第２段３２の低温端部に取付けられている。適当な温度センサおよび蒸 気圧センサ素子３４．３６が吸熱器３ｏの後部に取付けられている。

主ポンプ作用表面は吸熱器３０に対して取付けられた低温パネル列である。この 系列は、ディスク３８と、垂直の列状に配置さ九ディスク３８に対して取付けら れた１ｉＩＩの円形波状部４０とからなっている。円筒状の面４２が低温の吸収 材を保持している。この吸収材に対する低沸点気体の接近は波状部を介してであ る。

カップ状の放射線遮蔽部４４は、第１段の高温の吸熱器２８に対して取付けられ ている。第２段の低温のフィンガは前記の放射線遮蔽部の開口４５を貫通して延 長している。この放射線遮蔽部４４は、−次低温パネル列を後部および側面まで 包囲して一次低温パネル列の放射線による加熱を最小限度に抑えている。この放 射線遮蔽部の温度は、吸熱器２８における約１００″Ｋから開口１６に隣接する 約１３０″にの範囲にわたる。

低温パネルの前方系列４６は、−次低温パネル列に対する放射線遮蔽部と、沸点 の高い水蒸気の如き気体に対する低温ポンプ作用表面との両方の役割をなす。こ のパネルは、円形の同心状のルーバー列とスポーク状の板５０により接合される 波状部４８とからなっている。この低温パネル４６の形状は円形の同心状要素の 形状である必要はないが、−次低温パネルに至る比較的低い沸点の気体に対する 経路を提供しながら、放射熱遮蔽部および比較的高温の低温ポンプ作用パネルと して作用するように配置されねばならない。

熱支柱５４は、吸熱器２８に対して取付けられた板５６と前方系列との間に延長 している。これらの支柱は、−次パネル３８の空口５８を貫通して延長し、この ため前記パネルからは隔離されている。

典型的なシステムにおいては、低温ポンプは冷凍装置を遮断してシステムが暖ま ることを許容することにより再生される。システムの温度が高くなるに従フて、 ガスはこのためシステム内の圧力を上昇させる。圧力が約１゜２７　Ｋｇ／ｃｍ ２（１８ＰＳＩＡ）に上昇すると、放出されたガスがシステムから逃し弁６０を 介して排出される。低温ポンプの加温を助けてシステムから水蒸気を蒸発させる ため、またシステム内の可燃性ガスを希釈するため、窒素の如き温度の高い不活 性ガスを供給源６２から弁６４およびパージ・ポート６６を経て導入することが できる。望ましくは、このパージ・ポートは第２段の系列付近の窒素ガスを放出 して第１段系列から第２段系列への水蒸気の逆流を最小限度に抑える。この再生 段階における機械的な攪拌ポンプの使用は、吸収材を汚染するおそれがある油の 逆流を防止するように注意して使用しなければならない。システムが周囲温度ま で暖められた後、攪拌ポンプは継続する低温ポンプ操作のため冷凍装置の投入前 にシステム内の圧力を減少させるために使用することができる。

本発明によれば、再生運転中低温ポンプから放出されるガスはエジェクタ７０に よりシステムから弁６８を介して迅速に除去される。ジェット・ポンプまたはベ ンチュリ・ポンプとも呼ばれるエジェクタは、高速の流九を生じるためのノズル ７２または他のあるベンチュリからの流体の高速度の噴流により低温ポンプ室か らガスを吸出す。望ましくは、ノズル７２から圧送される作動流体は、窒素供給 源６２から弁７４により調整される窒素ガスである。窒素ガスは不活・性であり 、即ちシステム内の水素または酸素と反応しない。このため、窒素ガスは更に低 温ポンプから吸出される水素および酸素を希釈する。吸出された流体かベンチュ リ内の側面のポートを経て引出される別のエジェクタは、米国コネチヵット州ミ ルフォード（Ｍｉｌｆｏｒｄ）のＡｉｒ−Ｖａｋ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃ ｏ、、　Ｉｎｃ、から入手可能な登録商標ｒ　Ｕｌｔｒａｖａｋ、１の空気エジ ェクタである。

排出される水素および酸素ガスの希釈に加えて、本システムは圧力の減少による 低温ポンプ・ハウジング内の燃焼の危険を最小限度に抑えるのに役立つものであ る。

爆燃中、圧力は略々７倍に増加し得る。このため、もし低温ポンプ室の内圧が略 々１気圧であるならば、この圧力は燃焼の事態において７気圧まで上昇するもの と予期し得る。一方、低温ポンプ室内の圧力を約０．１４　Ｋｇ／ｃｍ’（２Ｐ ＳＩＡ）まで迅速に低下させることにより、圧力は燃焼によるものであっても１ 気圧以上には上昇しない。このため、燃焼が起り難い場合でも、真空室内の圧力 は安全レベルに止まる。

本システムは更に、低温ポンプ室内のある時点において混合される水素および酸 素の量を減少させることにより、燃焼の危険を最小限度に抑えるものである。水 素で飽和した低温ポンプの再生中、酸素か低温パネルから蒸発される前に多くの 水素が吸収材から放出される。このように、水素が放出されるに従って低温ポン プ室を排気することにより、かなりの量の酸素が排気される前にほとんどの水素 を除去することができる。酸素の相当量が蒸発する時までに、はとんどの水素が 本システムから除去されている。

窒素のパージはアスピレータを使用する必要は少ないか、システムを乾燥させま た放出されたガスがエジェクタに達する前にこのガスを最初に希釈するため窒素 はシステムの加温を助ける上で依然有効である。

本発明については特にその望ましい実施態様に関して示し記載したが、当業者に は形態および細部における種々の変更が交尾の請求の範囲により定義される如き 本発明の主旨および範囲から逸脱することなく可能であることが理解されよう。

Ｆ工ＧＵＲＥ　１ 国際調査報告 Ａ３ｔＷＥＸ　Ｔｏ　Ｔ：’Ｅ　工ＮτＥＲＮＡＴＺＣＮＡＬ　ＳＥＡ：’Ｉｃ ）：　ＲＥＰＯＲＴ　０ＮＦＲ−Ａ−１３８０２０５Ｎｏｎｅ Ｃ′ニーＡ−６５２８０４２９／１１／８５　Ｎｏｎｅ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．低温ポンプを暖めて既に凝縮もしくは吸収されたガスを蒸発もしくは放出さ せると同時に、エジェクタ・ポンプを用いて前記低温ポンプを排気することを特 徴とする低温ポンプの再生方法。
2. ２．低温ポンプを暖めて既に凝縮もしくは吸着されたガスを蒸発もしくは放出さ せると同時に、実質的に不活性流体によって作動状態とされたエジェクタ・ポン プを用いて前記低温ポンプを排気することからなることを特徴とする低温ポンプ の再生方法。
3. ３．前記不活性流体が窒素であることを特徴とする請求の範囲第２項記載の方法 。
4. ４．前記低温ポンプを窒素ガスを用いてパージすることを更に含むことを特徴と する請求の範囲第３項記載の方法。
5. ５．前記低温ポンプを不活性ガスを用いてパージすることを更に含むことを特徴 とする請求の範囲第２項記載の方法。
6. ６．１つの室を排気するための低温ポンプと、該低温ポンプの再生中該低温ポン プからガスを除去する弁を介して前記低温ポンプと直接連通状態にあるエジェク タ・ポンプと、 該エジェクタ・ポンプと連通状態にあって該エジェクタ・ポンプ内の作動流体と して用いられる実質的に不活性の加圧されたガスを供給する供給源とからなるこ とを特徴とする低温ポンプの再生装置。
7. ７．前記の実質的に不活性のガスが窒素であることを特徴とする請求の範囲第６ 項記載の装置。
8. ８．前記低温ポンプに対して窒素ガスを供給して低温ポンプをパージする装置を 更に設けることを特徴とする請求の範囲第７項記載の装置。
9. ９．前記低温ポンプに対してパージ・ガスを供給する装置を更に設けることを特 徴とする請求の範囲第６項記載の装置。