JPS627985A - ヘリウムを連続排気し得るクライオポンプ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は真空槽内から気体分子をパネルに凝縮若しくは
吸着して排除するクライオポンプに関する。

（従来の技術） 従来、この種ポンプは真空槽内に清浄な真空を実現する
ことが出来るものとして知られているが、該真空槽内の
ヘリウム気体分子の排気は活性炭などの吸着材を用いた
クライオソープションパネルに気体分子を吸着させて行
なわれ、該パネルが飽和状態になると再生操作を行なう
必要がある。

（発明が解決しようとする問題点） クライオポンプにより大量のヘリウムを排気するときは
、クライオパネルによるヘリウムの吸着量に制限がある
ため頻繁に再生を繰返さなければならず、連続して能率
的に真空槽内を排気することが出来ない不便がある。

本発明は真空槽内のヘリウムを再生操作することなく連
続的に排気出来るクライオポンプを提供することを目的
とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明では、真空槽の隔壁を貫通して極めて細い流路を
多数有するフィルタを設け、該フィルタの一端側を真空
槽とその他端側を補助排気系へ臨ませ、該フィルタの該
一端側にこれを冷却する稀釈冷凍機その他の冷却手段を
設け、該他端側にこれを加熱する電気ヒータその他の加
熱手段を設けるようにし、該フィルタを介して真空槽か
ら外部にヘリウムを連続的に排気出来るようにした。

（作　用） クライオポンプは真空槽に取付けられ、クライオパネル
が４．２に以下に冷却されるとこれに該真空槽内の気体
分子が凝縮して真空排気される。更に冷却手段により冷
却された真空槽に臨む一端側の温度が２．１７に以下に
なるとフィルタに凝縮したヘリウムは超流動状態となり
、加熱された該フィルタの補助排気系に臨むイｌ！！端
側へと流れ、該他端側に於いて液体ヘリウムを蒸発させ
、補助ポンプで排気する。クライオポンプの運転中、真
空槽内のヘリウムを連続的に該フィルタの一端側から他
端側へと運んで排気することが出来るので、ヘリウムを
排気する能力が吸着式のクライオポンプのように限度に
達することがなく、再生操作を不要となし得るので長時
間に亘り能率良くヘリウムを排気出来る。

真空槽内の圧力がＰｌで、該フィルタの真空槽側即ち一
端側の温度が１１、補助排気系の圧力がＰｌで、該フィ
ルタの補助排気系側即ち他端側の温度が■２であるとす
る。また真空槽側の飽和蒸気圧が温度■１のときＰＯ（
Ｔ、）、補助排気系側の飽和蒸気圧が温度■２のときＰ
。（Ｔ２）であるとすれば、真空槽内の排気が行なわれ
るためにはＰ１≧Ｐａ（Ｔｌ）でなければならず、補助
排気系側でヘリウムを蒸発させて排気するためにはＰ。

（■２）≧Ｐ２でなければならない。

さて、通常の流体ではフィルタ中の圧力損失のため必ず
Ｐｌ　＞　Ｐｌどなるが、超流動ヘリウムが該フィルタ
を通過するときはＴ、　−Ｔ２のときはＰｌ＞Ｐａ　（
ＴＩ　）　−Ｐｏ　（Ｔ２）　＞　ＰｌとなってＰｌ　
＞　Ｐｌであることに変りがないが、Ｔ、　＜　Ｔ２で
Ｐａ（Ｔｌ）＜Ｐａ（丁２）のときにはＰ１≦Ｐ２どな
る可能性がある。

該フィルタを通って定常的な超流動流が生ずるとぎ温度
勾配へＴと圧力勾配△Ｐは同方向で１△ＰＩ／ｌΔＴ　
ｌ　＝ｆｓであればよく、Ｐは液体ヘリウムの密度、Ｓ
は単位質量あたりのニー　　　〇　　　− １ヘロピである。

従って該フィルタの補助排気系側即ち他端側を加熱する
ことで真空槽内の圧力よりも補助排気系の吸入圧が高く
ても、連続して真空槽内のヘリウムを排気することが出
来る。

連続υ１気を行なえる条件を要約すればＰ、≧Ｐｏ（Ｔ
ｌ） Ｐ２≦ＰＧ（Ｔ２） ｐ２−　Ｐ、≦ＰＳ（Ｔ２　　Ｔｌ） である。

またＰ、　＞　Ｐｌの場合は補助Ｊ１気系側の温度■２
がヘリウムの蒸発で低下してＰＨ１’２　〈、’ｌ’　
Ｓ　（Ｔｌ−Ｔ２）とならないように加熱手段により加
熱されていれば超流動流の向きが逆転することはない。

このように、補助排気側での加熱による濡面勾配による
超流動流の駆動力を、真空槽内から補助排気側へのヘリ
ウムの運搬に有効に利用することが出来る。

（実施例） 本発明の実施例を図面につき説明するに、第一　　４　
− １図に於いて（１）は真空排気される真空槽、（２）は
該真空槽（１）に取付けられてその内部を真空排気する
クライオポンプ、（３）は熱伝動率の小さな材料で製作
された真空槽と補助排気側との隔壁を示す。該隔壁（３
）には、微粒子（４）を充填した管（５）或は多孔物質
から成り極めて細い流路の多数が形成されたフィルタ（
６）を厚さ方向に貫通するようにして設け、該フィルタ
（６）の一端側（６ａ）が真空槽（１）に臨み、その他
端側（６ｂ）が補助ポンプ（７）により排気される補助
排気系（８）に臨むようにした。（９）は該フィルタ（
６）の一端側（６ａ）を例えば０．３Ｋまで冷却する稀
釈冷凍機や３１１ｅの減圧排気による冷却手段、（１０
はフィルタ（６）の他端側（６ｂ）を加熱する電気ヒー
タ等の加熱手段である。

クライオポンプ（２）の周囲には必要に応じて熱シール
ドが設けられる。該真空槽（１）内のヘリウムを排気す
る場合、該フィルタ（６）の一端側（６ａ）を０．３Ｋ
に冷却し、他端側（６ｂ）はこれよりも高い温度に加熱
され、例えば０．０１にだけ高くなるように加熱すると
ヘリウムに対する到達圧力Ｐｍは３．３Ｘ　１０’　Ｔ
ｏｒｒどなり、他の気体に対ザる到達圧力は問題になら
ないくらい小さくなる。該フィルタ（６）を介して真空
槽（１）から補助ｔｉＦ気系（８）へと排気される質量
流■は、該フィルタ（６）の長さが１０　Ｃｍで極めて
細い流路の１本の直径が１μｍであれば、流速は臨界速
度の１０ｃｍ／Ｓ程度であるので、流路１本当り　１．
１３８Ｘ　１０”　Ｋ９／　Ｓ程度の流量を超流動によ
り流量ことが出来る。これに対しフィルタ（６）の両端
側（６ａＮ６ｂ）の圧ノ〕差によって誘起される補助排
気系（８）から真空槽（１）への常流初流の流量は５．
８５　Ｘ　１０７５Ｋｇ／　Ｓ程度であり、超流動流よ
りも著しく少ない。

従って該フィルタ（６）の真空槽（１）側の一端部（６
ａ）を冷却して凝縮したヘリウムを補助排気系（８）側
の温度の高い他端部（６ｂ）へ超流動流により連続して
流し、該他端部（６ｂ）から蒸発さＶ゛で排気すること
が出来、従来のクライオポンプのように再生操作を頻繁
に行なうことなく大量のヘリウムを排気し得る。この場
合、フィルタ（６）の真空槽（１）側の端面がタライパ
ネルとして働き、この面にヘリウム気体分子が凝縮する
。

尚、第２図示の如くフィルタ（６）の真空槽側にクライ
オパネル（１１）を取付けることにより、ヘリウム気体
分子を凝縮する面積を拡大することが出来る。

この場合にはクライオパネル（＋１）−ｈに凝縮した液
体ヘリウムは、超流動の流れでフィルタ（６）へ到達し
、フィルタ（６）を通過して補助ポンプ（７）で排気さ
れる。

また該フィルタ（６）は超流動ヘリウムのみが通過する
ので例えばトリチウムとヘリウムの混合気体が存する核
融合炉に於いてヘリウムを排気してトリチウムを分離す
ることを能率良く行なうことが出来る。

（発明の効果） このように本発明によれば、真空槽の隔壁に極めて細い
流路を多数有するフィルタを設けてその真空槽側の一端
部を冷却手段により冷却し、その補助排気系側の他端部
を加熱するようにしたので超流動流により連続して能率
良くヘリウ−７＝ ムを排気出来、該フィルタを通過するのはヘリウムたり
て油その他の不純物は通過しないので真空槽内を汚染す
ることがなく、核融合炉のヘリウムの排気等に便利に適
用出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の裁断側面図、第２図は本発明
の第２実施例の裁断側面図である。 （１）・・・真空槽　　　（２）・・・クライオポンプ
（３）・・・隔壁　　　　（６）・・・フィルタ（６ａ
）・・・一端側　　（６ｂ）・・・他端側（８）・・・
補助排気系　（９）・・・冷却手段（ｌ■・・・加熱手
段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空槽の隔壁を貫通して極めて細い流路を多数有するフ
   ィルタを設け、該フィルタの一端側を真空槽とその他端
   側を補助排気系へ臨ませ、該フィルタの該一端側にこれ
   を冷却する稀釈冷凍機その他の冷却手段を設け、該他端
   側にこれを加熱する電気ヒータその他の加熱手段を設け
   ることを特徴とするヘリウムを連続排気し得るクライオ
   ポンプ。