KR20070059169A - 타입 ⅲ 가스 펌핑을 위한 고 전도성 극저온 펌프 - Google Patents

타입 ⅲ 가스 펌핑을 위한 고 전도성 극저온 펌프 Download PDF

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Abstract

극저온 펌프는 타입 Ⅲ 가스의 높은 펌핑 속도를 위해 제공된다. 전방 어레이의 개방 구성은 제 2 단 어레이를 향하여 가스를 집중하도록 형성되는 방사 차폐부 내로 가스의 높은 전도성을 제공한다. 제 2 단 어레이는 흡수제로 코팅되는 배플의 개구 구성을 가진다. 실질적으로 모든 흡수제는 방사 차폐부 또는 방사 차폐부 내의 개구로의 직접적인 가시선을 가지며, 실질적으로 모든 배플은 흡수제로 코팅된다. 일 실시예에서, 제 2 단 극저온 펌프 어레이는 일반적으로 볼 형상 외피를 형성하도록 팬형상의 디스크 어레이를 포함한다.

Description

타입 Ⅲ 가스 펌핑을 위한 고 전도성 극저온 펌프 {HIGH CONDUCTANCE CRYOPUMP FOR TYPE Ⅲ GAS PUMPING}
본 출원은 2004년 9월 24일에 출원된 미국 특허 출원 제 10/948,955호의 연속 출원이며 상기 출원의 이익을 청구한다. 상기 출원은 본 명세서에서 전체적으로 참조된다.
저온펌프(cryopump)는, 개방형 또는 폐쇄형 극저온 사이클에 의해 냉각되든지 , 일반적으로 동일한 설계 개념을 추구한다. 통상적으로 4 내지 25 °K의 범위에서 작동하는, 저온 제 2 단 어레이가 주 펌핑 표면이다. 이러한 표면은 저온 어레이에 방사 차폐부를 제공하는, 통상적으로 40 내지 130 °K의 온도 범위에서 작동하는 고온 실린더에 의해 둘러싸여진다. 방사 차폐부는 일반적으로 주 펌핑 표면과 소개되는 챔버 사이에 위치하는 전방 어레이를 제외하고 폐쇄되는 하우징을 포함한다. 이러한 고온, 제 1 단, 전방 어레이는 타입 Ⅰ 가스로서 공지된, 수증기와 같은 고 비등점 가스를 위한 펌핑 사이트로서 기능한다.
작동 중, 수증기와 같은 고 비등점 가스는 전방 어레이 상에서 응축된다. 저 비등점 가스는 전방 어레이를 통과하고 방사 차폐부 내의 볼륨으로 유입된다. 질소와 같은 타입 Ⅱ 가스는 제 2 단 어레이 상에 응축된다. 수소, 헬륨 및 네온 과 같은 타입 Ⅲ 가스는 4K에서 감지가능한 증기 압력을 가진다. 타입 Ⅲ 가스를 포획하기 위해, 제 2 단 어레이의 내부면은 숯, 지올라이트 또는 분자체와 같은 흡수제로 코팅될 수 있다. 흡수는 하나의 공정이며, 이 공정에 의해 가스가 극저온 온도에서 유지되는 재료에 의해 물리적으로 포획되어 환경으로부터 제거된다. 따라서 펌핑 표면 상으로 응축 또는 흡수되는 가스로, 단지 하나의 용적이 작업 챔버 내에 유지된다.
폐쇄 사이클 냉각기에 의해 냉각되는 시스템에서, 냉각기는 통상적으로 방사 차폐부를 통하여 연장하는 냉각 핑거(cold finger)를 가지는 제 2 단 냉각기이다. 냉각기의 제 2의 최고 냉각 단의 냉각 단부는 냉각 핑거의 정점에 있다. 주 펌핑 표면 또는 극저온패널은 냉각 핑거의 제 2 단의 최고 냉각 단부에서 히트 싱크로 연결된다. 이러한 극저온 패널은 예를 들면, 본 명세서에서 참조되는 미국 특허 제 4,494,381호에서의 제 2 단 히트 싱크 주위에 배치되고 제 2 단 히트 싱크로 연결되는 금속 배플의 원통형 어레이, 컵 및 단순한 금속판일 수 있다. 이러한 제 2 단 극저온 패널은 또한 앞에서 설명되는 숯 또는 지올라이트와 같은 저온 응축 가스 흡수제를 지지할 수 있다.
냉각기 냉각 핑거는 컵형 방사 차폐부의 베이스를 통하여 연장할 수 있으며 차폐부와 동심일 수 있다. 다른 시스템에서, 냉각 핑거는 방사 차폐부의 측부를 통하여 연장한다. 때때로 이러한 형상은 극저온 펌프의 배치를 위해 이용가능한 공간에 매우 적합한다.
방사 차폐부는 냉각기의 제 1 단의 최고 냉각 단부에 히트 싱크 또는 히트 스테이션에 연결된다. 이러한 차폐부는 제 2 단 극저온 패널을 방사 열로부터 보호하기 위한 방식으로 제 2 단 극저온 패널을 둘러싼다. 방사 차폐부를 폐쇄하는 전방 어레이는 차폐부를 통과하는 제 1 단 히트 싱크에 의하여 또는 본 명세서에서 참조되는 미국 특허 제 4,356,701호에서 공개된 바와 같이 냉각된다.
극저온 펌프는 많은 양의 가스가 수집된 후 때때로 재생될 것이 요구된다. 재생은 극저온 펌프에 의해 미리 포획된 가스가 방출되는 하나의 공정이다. 재생은 보통 극저온 펌프가 대기 온도로 복귀되는 것을 허용함으로써 달성되고 그리고나서 가스는 제 2 펌프에 의해 극저온 펌프로부터 제거된다. 가스의 이러한 방출 및 제거 다음에, 극저온 펌프는 역으로 작동되고 재 냉각 후 다시 작동 챔버로부터 많은 양의 가스를 제거할 수 있다.
종래 기술에서는 응축 가스가 흡수제 층 상에 흡수되어 흡수제 층을 차단하는 것을 방지하기 위하여, 예를 들면 세브론(chevron)을 구비한 제 2 단 흡수제를 둘러쌈으로써 제 2 단 극저온 패널 상에 배치되는 흡수재를 보호하였다. 이러한 방식으로, 층은 수소, 네온, 또는 헬륨과 같은 비응축성 가스의 흡수를 유지하게 된다. 이는 재생 사이클의 주기를 감소시킨다. 그러나, 세브론은 흡수제에 대한 비응축물의 접근을 감소시킨다.
극저온 펌프의 장점은 펌프의 외부로부터 극저온 펌프의 개방 입구로 도달하는 수소 분자가 어레이의 제 2 단 상에 포획되는 수소의 포획 확률이다. 포획 확률은 수소용 펌프의 속도, 펌프에 의해 포획되는 초당 리터에 직접 관련된다. 종래 설계의 더 높은 속도 펌프는 20% 또는 그 이상의 수소의 포획 확률을 가진다.
다양한 펌프 설계는 타입 Ⅲ 가스의 펌핑 속도를 증가시키기 위해 제안되었다. 예를 들면, 본 명세서에서 참조되는, 미국 특허 4,718,241호는 비 응축성 가스를 펌핑하기 위해 속도를 증가시키면서 동시에 시스템의 재생 주기를 제한하도록 설계되는 제 2 단 어레이가 제시된다. 극저온 패널의 디스크의 내부면 상에 배치되는 흡수재에 대한 수소, 네온, 또는 헬륨과 같은, 비응축성 가스의 더 큰 접근성을 허용하기 위해 제 2 단 극저온 패널을 개방함으로써 달성된다. 이는 비응축성 가스가 더욱 신속하게 흡수되도록 하여 비 응축물에 대한 펌핑 속도를 증가시킨다. 동시에, 제 2 단 어레이는 가스 분자 모두가 흡수재로 코팅되지 않는 극저온 패널의 표면에 1차적으로 충돌하는 것을 보장하도록 설계되었다.
이온 주입과 같은 소정의 분야에서, 타입 Ⅱ 가스는 효과적이지 않으며, 극저온 펌프의 로딩은 타입 Ⅲ 수소 가스에 의해 조절된다. 이를 인식하는 경우, 본 설계는 타입 Ⅱ 가스의 포획에 대한 더 작은 관심 그리고 타입 Ⅰ 및 타입 Ⅱ 가스로부터 흡수제의 보호에 대한 더 작은 관심을 기초로 한다. 비록 본 발명의 실시가 이러한 특징 모두를 포함하지는 않지만, 공개된 실시예는 고 전도성 전방 어레이, 제 2 단 극저온 패널을 향한 가스를 집중하도록 형성된 방사 차폐부 및 개방된 제 2 단 극저온 패널 구조물을 제공한다.
본 발명은 극저온 펌프가 수소의 적어도 20%, 바람직하게는 25%의 포획 확률을 가지는 것을 허용한다. 공개된 실시예는 30% 보다 큰 포획 확률을 가진다. 극저온 펌프는 제 1 및 제 2 단을 가지는 냉각기를 포함한다. 냉각기의 제 2 단과 열 접촉하는 제 2 단 극저온 패널은 저온 응축 가스를 응축한다. 방사 차폐부는 제 2 단 극저온 패널을 둘러싸며 냉각기의 제 1 단과 열 접촉한다. 방사 차폐부 내의 개구를 가로지르는 전방 극저온 패널은 제 2 단 극저온 패널을 위한 방사 차폐부 및 고 응축 온도 가스를 위한 극저온 펌핑 표면으로서 기능한다. 제 2 단 극저온 패널은 흡수제를 지지하는 배플 어레이를 포함하며, 흡수제의 80% 이상이 방사 차폐부 또는 방사 차폐부 내의 개구에 대한 직접적인 가시선(line of sight)을 가진다. 더욱 바람직하게는 흡수제의 90% 이상이 노출되고 더욱 바람직하게는 실질적으로 모든 흡수제가 노출된다. 바람직하게는, 대부분의 흡수제가 방사 차폐부의 원통형 측부 또는 전방 개구로 노출된다. 소정의 실시예에서, 제 2 단 극저온 패널의 표면적의 약 90% 이상이 흡수제로 코팅된다.
전방 극저온 패널은 제 2 단 극저온 패널의 돌출부보다 크고 방사 차폐부 내의 개구의 50%보다 작다. 제 2 단 극저온 패널의 직경은 방사 차폐부 내의 개구의 직경의 60%보다 작은 것이 바람직하다.
방사 차폐부는 실린더 및 실린더의 일 단부를 폐쇄하는 베이스, 및 제 2 단 극저온 패널을 향하여 가스를 집중하도록 만곡되는 실린더와 베이스의 접합부를 포함할 수 있다.
제 2 단 극저온 패널은 방사 차폐부로 향하는 에지를 가지는 평평한 배플을 포함할 수 있다. 방사 차폐부의 개구를 향하여 외측으로 각도를 형성하는 전방 배플은 방사 차폐부의 개구를 향하여 연장하는 외피를 형성하고, 외피는 경사진 주변부를 가진다. 후방 배플은 방사 차폐부 내의 개구로부터 이격하여 외측으로 각도를 형성할 수 있으며, 후방 배플의 에지는 방사 차폐부의 개구로부터 이격하여 연장하는 외피를 형성하며, 외피는 경사지는 주변부를 가진다. 일 실시예에서, 전방 및 후방 배플은 팬 형상 디스크이다. 또 다른 실시예에서, 전방 및 후방 배플은 동심 절두 원추형 배플을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 제 2 단 극저온 패널 어레이는 디스크 어레이를 포함하며, 디스크는 볼형 외피를 형성하도록 팬 형상으로 형성된다. 특히, 어레이는 평행한 디스크의 적층부, 적층부의 일 단부에서 돔을 형성하는 디스크의 팬, 및 적층부의 타 단부에서 역 돔(inverted dome)을 형성하는 디스크의 팬을 포함할 수 있다. 디스크는 극저온 냉각기 히트 스테이션으로 장착되는 한 쌍의 브래킷에 장착될 수 있다.
본 발명의 전술한 그리고 다른 목적, 특징 및 장점은, 동일한 도면부호는 상이한 도면에서 동일한 부분을 지칭하는 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예의 더욱 특별한 설명으로부터 명백하다. 도면은 반드시 스케일대로 도시된 것은 아니며, 대신 본 발명의 원리를 설명할 때 강조된다.
도 1은 진공 베슬 및 방사 차폐부가 절개된 본 발명을 실시하는 극저온 펌프의 사시도이며,
도 2는 도 1의 실시예의 제 2 단 극저온 패널의 일 부분의 사시도이며,
도 3은 도 1의 사시도로서, 제 2 단 극저온 패널 조립체의 반부가 제거된 도면이며,
도 4는 도 1의 제 2 단 극저온 패널의 측면도이며,
도 5는 도 4에 대해 90°배향된 도 1의 제 2 단 극저온 패널의 측면도이며,
도 6은 본 발명의 대안적인 일 실시예의 사시도이며,
도 7은 극저온 펌프에 장착되기 전에 도 6의 제 2 단 극저온 어레이 반부의 사시도이며,
도 8은 극저온 펌프에 장착되는 도 7의 어레이 반부의 사시도이며,
도 9는 도 6의 실시예의 제 2 단 극저온 패널의 측면도이며,
도 10은 도 9에 대해 90°배향된 도 6의 실시예의 제 2 단 극저온 패널의 측면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명은 아래와 같다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예이다. 도 1은 절개된 진공 용기(12)와 방사 차폐부(14)를 구비한 극저온 펌프의 사시도이다. 진공 용기(12)는 플랜지(16) 상의 작동 챔버로 직접 또는 진공 용기와 작동 챔버 사이의 중간 게이트 밸브로 연결될 수 있다. 극저온 냉각기(15)의 제 2 단 냉각 핑거는 측부 개구를 통하여 하우징으로 돌출된다. 이러한 실시예에서, 냉각기의 제 2 단은 냉각기의 제 2 단을 차폐하는 실린더(18)에 의해 둘러싸인다. 실린더(18)는 본 명세서에서 참조되는 미국 특허 제 5,156,007호에서 설명된 바와 같이 냉각 핑거를 따른 온도의 변화로 냉각 핑거 상에서 가스의 증발 및 후속하는 재응축을 최소화한다.
냉각기는 모터에 의해 구동되는 냉각 핑거 내에 변위기를 포함한다. 냉각 핑거로 유입되는 헬륨 가스는 팽창되어 극 냉각 온도를 생성하는 방식으로 냉각된다. 이러한 냉각기는 본 명세서에서 참조되는 첼리스(Chellis) 등의 미국 특허 제 3,218,815호에 공개된다.
제 1 단 히트 싱크에 장착된 컵형 방사 차폐부(14)는 통상적으로 약 65 내지 100 °K로 작동된다. 방사 차폐부는 제 2 단 극저온 펌핑 면적을 둘러싸서 직접 방사 또는 더 높은 응축 온도 증기에 의해 상기 면적의 가열을 최소화한다. 제 1 단 펌핑 표면은 제 2 단 펌핑 면적을 위한 방사 차폐부 및 수증기와 같은 더 높은 온도 응축 가스를 위한 극저온 펌핑 표면 둘다로서 기능하는 전방 어레이(20)를 포함한다. 이러한 어레이는 제 2 단 펌핑 면적을 통한 더 낮은 응축 온도 가스의 통과를 허용한다.
통상적인 전방 어레이는 방사 차폐부의 완전한 개구를 가로질러 연장하고 타입 Ⅰ 가스의 더 많은 퍼센티지가 전방 어레이에 충돌하여 타입 Ⅰ 가스가 방사 차폐부 내의 용적으로 유입될 수 있도록 하는 것을 보장하기 위한 세브론형 배플을 포함한다. 대비하면, 공개된 실시예의 전방 어레이는 제 2 단 스테이지 극저온 패널 어레이(22)를 완전히 커버하지만 방사 차폐부 개구의 외측 주변부로 연장하지 않는다. 바람직하게는, 전방 어레이는 개구의 50% 보다 적게 커버한다. 방사 차폐부가 304 mm의 직경을 가지는 일 실시예에서, 전방 어레이는 단지 직경이 165 mm이어서 개구의 면적의 1/3보다 적게 커버하도록 한다. 상기 실시예에서, 제 2 단 어레이는 134 mm의 직경을 가진다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전방 어레이는 단지 3개의 절두 원추형 배플(24)을 이용하며 세브론은 이용하지 않는다. 전방 어레이 의 감소된 면적 및 개구 설계는 가스 분자가 방사 차폐부 내의 용적 내로 유입되어 증가되는 펌핑 속도 동안 냉각기 상의 증가된 열 로드의 비용에서 포획되는 확률을 증가시킨다. 그러나, 감소된 직경의 제 2 단 어레이로 전방 어레이는 열 로드에서의 과잉 증가를 회피하도록 상기 어레이의 돌출부 보다 작은 면적을 커버한다.
종래 설계와 반대로, 제 2 단 극저온 패널(22)은 개방 구조물이다. 특히, 양 표면상에 흡수제를 운반하는 이격된 평면형 디스크(26)의 적층부로 형성된다. 구멍은 디스크에 형성되어 상기 표면상에 흡수제를 홀딩하기 위해 디스크 표면으로의 접착제의 본딩을 용이하게 한다.
전방 배플(28, 30 및 32)은 형상이 절두 원추형이며, 전방 배플은 또한 흡수제로 코팅된다. 도시된 실시예에서, 상기 배플 각각은 상이한 각도를 형성하지만, 모두 외측으로 그리고 방사 차폐부의 개구를 향하여 뾰족하게 된다. 점선(34)으로 도 4에 도시된 바와 같이, 절두 원추형 배플은 방사 차폐부의 개구를 향하여 뾰족하게 되지만 주변부로부터 경사지는 외피(envelope)를 형성한다. 전방 어레이 외피에서의 경사는 후방 배플(24)들 사이를 통과하는 가스의 직접적인 접촉을 최소화하여 가스가 방사 차폐부(14)와 1차로 교차하도록 하여 타입 Ⅰ 가스를 응축한다. 후방 절두 원추형 배플(37, 38, 및 39)은 타입 Ⅲ 가스를 포획하기 위해 부가 흡수제 코팅 표면적을 제공한다. 흡수제가 실질적으로 모든 표면에 코팅된 어레이의 다수의 배플은 타입 Ⅲ 가스를 위해 대형 용량을 제공한다.
방사 차폐부로부터 많은 흡수제로의 가시선을 차단하는 종래 설계와 달리, 전방 배플(28, 30, 및 32) 및 후방 배플(37, 38, 및 39)은 방사 차폐부 내의 전방 개구 또는 방사 차폐부로의 직접적인 가시선으로 노출된다. 대부분의 표면은 방사 차폐부의 실린더 측부 또는 원통형 후방 개구에 노출된다. 이러한 노출은 흡수제가 더 큰 열 로드 그리고 타입 Ⅰ 및 타입 Ⅱ 가스로의 노출을 받게 하지만, 타입 Ⅰ 및 타입 Ⅱ 가스의 펌핑 속도를 실질적으로 증가시킨다.
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 2 단 극저온 어레이(22)는 방사 차폐부의 직경 보다 실질적으로 작은 직경을 가진다. 일 실시예에서, 어레이의 직경은 134 mm 이며, 방사 차폐부의 직경은 304 mm이다. 결과적으로, 타입 Ⅰ 가스가 방사 차폐부의 표면상에 수집되는 경우 조차 제 2 단 극저온 패널로 가스의 높은 전도율을 제공하는 두 개 사이에 대형 개구 용적이 있다. 대체로, 제 2 단 극저온 패널이 방사 차폐부 개구의 60% 보다 작은 직경을 갖는 것이 바람직하다.
극저온 패널과 방사 차폐부 사이의 개방 공간으로, 상당한 양의 가스는 방사 차폐부의 폐쇄 베이스에 도달할 것이 예상될 수 있다. 저압 환경에서의 가스 분자는 직선형 경로를 따라 이동하며, 가스 분자가 표면과 충돌할 때, 가스 분자는 코사인 법칙에 따라 표면으로부터 재방출될 것이다. 도시된 실시예에서, 방사 차폐부(14)의 실린더와 폐쇄 베이스의 접합부(36)는 가스를 집중하기 위해 만곡되어 제 2 단 극저온 패널을 향하여 방사 차폐부 상에 응축되지 않는 접합부에 충돌한다. 따라서, 타입 Ⅰ 가스는 응축될 것으로 예상되지만, 타입 Ⅱ 및 타입 Ⅲ 가스가 제 2 단 상의 신속한 응축 또는 흡수를 위한 제 2 단 극저온 패널로 지향된다. 바람직하게는 만곡부는 극저온 패널 어레이의 주변부 주위로 연장한다.
제 2 단 극저온 패널 어레이는 두 개의 조립체로 형성되며, 이 두 개의 조립 체 중 하나는 도 2에 도시되어 있다. 어레이의 각각의 수평 디스크는 실제로 두 개의 반부 디스크로 각각의 조립 상에 하나가 형성되며, 각각의 반부 디스크는 본 명세서에서 디스크로서 지칭된다. 각각의 디스크는 중앙으로부터 벤딩되는 탭(27)(도 1, 4, 및 5)을 구비한 시트 금속으로 형성된다. 상기 탭은 브래킷(40)과 접하여 브래킷을 리벳팅된다. 절두 원추형 배플(37, 38 및 39)의 하부 어레이는 브래킷(40)의 하부 수평부(42)에 장착된다. 브래킷에 장착된 반부 실린더(44)는 차폐 실린더(18) 내에 시팅되지만 차폐 실린더(18)로부터 이격되어 극저온 냉각기의 제 2 단에 대한 차폐를 완료한다.
도시된 실시예는 방사 차폐부의 베이스를 향하여 외측 및 하방으로, 그리고 특히 방사 차폐부의 원통형 측부 및 평평한 베이스의 만곡된 접합부를 향하여 지향되는 후방 배플(37, 38, 및 39)의 광학 세트를 포함한다. 상기 배플들은 방사 차폐부의 하부로부터 지향되는 가스를 용이하게 수집한다.
조립 중, 도 2의 조립체는 부가 브래킷(48)을 통하여 극저온 냉각기의 제 2 단의 단부 상에 히트 스테이션(46)에 장착되며 부가 브래킷은 도 3에 도시된 바와 같은 히트 스테이션의 단부에 장착된다. 그리고나서 전방 절두 원추형 배플은 브래킷(48)에 나사 결합된다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 방사 차폐부(14) 및 전방 극저온 패널(20)은 제 1 실시예의 방사 차폐부 및 극저온 패널과 유사하다. 유사하게, 제 2 단 극저온 패널은 평평한 배플이 둘러싸는 방사 차폐부 또는 전방 개구로부터 가시선(line of sight)을 지향시키기 위해 노출 되는 흡수제로 커버된다. 그러나, 이러한 실시예는 보다 적은 배플 부분 및 증가된 표면적을 허용한다. 이러한 실시예에서, 어레이는 일반적으로 볼 형 어레이를 형성하기 위해 팬형인 디스크로 형성된다. 이러한 설계는 또한 두 개의 배플 조립체 상에 설치되며, 이들 중 하나가 도 7에 도시되어 있다. 반원형 디스크는 수직 섹션(64) 및 어느 한 단부에서 증가하는 경사 섹션을 가지는 브래킷(62)으로 장착된다. 4개의 디스크(66)는 브래킷의 수직부에 장착되며 따라서 수평하게 된다. 브래킷의 각 단부에서 3개의 디스크는 외측으로 그리고 방사 차폐부의 각각의 단부를 향하여 각도를 형성한다. 최종 디스크는 각각의 조립체의 브래킷의 상부 또는 바닥 단부로 장착되어 거의 수직하다. 각각의 배플 조립체 브래킷은 도 8에 도시된 바와 같이 극저온 냉각기의 히트 스테이션(46)으로 장착된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 팬형 디스크의 단부는 전방 개구를 향하여 구형 돔(68) 및 방사 차폐부의 베이스를 향하여 역 돔(70)을 형성하는 외피를 형성한다. 제 1 실시예에서와 같이, 이러한 돔 형상은 표면적을 증가시키지만 전방 어레이의 배플들 사이를 통과하는 방사의 직접적인 간섭을 최소화하는 외피 내의 경사부를 제공한다. 제 1 실시예에서와 같이, 배플의 전체 표면적은 높은 레벨의 전도성을 가지는 흡수제로 코팅될 수 있다.
400 mm 직경을 가지는 통상적인 종래 기술의 극저온 펌프는 72℉에서 수소에 대해 초당 약 12,000 리터의 포획 확률을 가지며 약 22%의 수소의 포획 확률을 가진다. 공개된 제 1 실시예의 실시에서, 400 mm 시스템의 약 2/3의 개구 영역을 가지는 것인, 320 mm 직경 시스템은 초당 약 11,000 리터의 포획 확률 및 약 31%의 포획 확률을 가진다. 320 mm 직경을 가지는 공개된 제 2 실시예는 초당 약 13,000 리터의 포획 확률 및 약 37%의 포획 확률을 얻는다. 또 다른 비교에서, 종래의 250 mm 시스템은 수소의 초당 약 4,500 리터의 포획 확률 및 약 21%의 포획 확률을 가진다. 본 발명에 제 2 실시예에 따른 250 mm 시스템은 수소의 초당 7,000 리터 포획 확률을 가지며 약 32%의 포획 확률을 가진다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 특히 도시되고 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 의해 포함되는 본 발명의 범위로부터 이탈하지 않고 형상 및 상세함이 다양하게 변화될 수 있다는 것이 본 기술분야의 기술자에 의해 이해될 것이다.

Claims (35)

  1. 극저온 펌프로서,
    제 1 및 제 2 단을 가지는 냉각기,
    저온 응축 가스를 응축하기 위해 상기 냉각기의 제 2 단과 열 접촉하는 제 2 단 극저온 패널,
    상기 제 2 단 극저온 패널을 둘러싸고 상기 냉각기의 제 1 단과 열 접촉하는 방사 차폐부, 및
    높은 응축 온도 가스를 위한 극저온 펌핑 표면으로서 기능하며 상기 방사 차폐부 내의 개구를 가로지르는 전방 극저온 패널을 포함하며,
    상기 극저온 펌프는 20% 이상의 수소 포획 확률을 가지며, 상기 제 2 단 극저온 패널은 흡수제를 지지하는 배플 어레이를 포함하며, 상기 흡수제의 80% 이상이 상기 방사 차폐부 또는 상기 방사 차폐부 내의 개구에 대한 직접적인 가시선을 가지는,
    극저온 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단 극저온 패널의 표면적의 약 90% 이상이 흡수제로 코팅되는,
    극저온 펌프.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 단 극저온 패널은 상기 방사 차폐부로 지향되는 에지를 가지는 평평한 배플을 포함하는,
    극저온 펌프.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 단 극저온 패널은 상기 방사 차폐부 내의 개구를 향하여 외측으로 각도를 형성하는 전방 배플을 더 포함하는,
    극저온 펌프.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전방 배플의 에지는 상기 방사 차폐부의 개구를 향하여 연장하는 외피를 형성하며, 상기 외피는 경사진 주변부를 가지는,
    극저온 펌프.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전방 배플은 팬 형상 디스크인,
    극저온 펌프.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 전방 배플은 동심의 절두 원추형 배플을 포함하는,
    극저온 펌프.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 방사 차폐부의 개구로부터 이격되어 외측으로 각도를 형성하는 후방 배플을 더 포함하며, 상기 후방 배플의 에지는 상기 방사 차폐부의 개구로부터 이격하여 연장하는 외피를 형성하며, 상기 외피는 경사진 주변부를 가지는,
    극저온 펌프.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 차폐부는 실린더 및 상기 실린더의 일 단부를 폐쇄하는 베이스, 상기 제 2 단 극저온 패널을 향하여 가스를 집중하도록 경사지는 상기 실린더 및 상기 베이스의 접합부를 포함하는,
    극저온 펌프.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 단 극저온 패널은 상기 방사 차폐부의 개구로부터 이격되어 외측으로 각도를 형성하는 후방 배플을 더 포함하는,
    극저온 펌프.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 후방 배플의 에지는 주변부를 따라 경사지는 외피를 형성하는,
    극저온 펌프.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전방 극저온 패널은 상기 제 2 단 극저온 패널의 돌출부보다 크고 상기 방사 차폐부 내의 개구의 50 %보다 작은 면적을 커버하는,
    극저온 펌프.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단 극저온 패널의 직경은 상기 방사 차폐부 내의 개구 직경의 60%보다 작은,
    극저온 펌프.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단 극저온 패널은 디스크 어레이를 포함하며, 상기 디스크는 일반적으로 볼형 외피를 형성하도록 팬 형상으로 형성되는,
    극저온 펌프.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 볼형 외피는 평행한 디스크 적층부를 포함하며, 상기 디스크의 팬은 상기 적층부의 일 단부에서 돔을 형성하고 상기 디스크의 팬은 상기 적층부의 타 단부에서 역 돔을 형성하는,
    극저온 펌프.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수제의 90% 이상은 상기 방사 차폐부 또는 상기 방사 차폐부 내의 개구에 대한 직접적인 가시선을 가지는,
    극저온 펌프.
  17. 제 1 항에 있어서,
    실질적으로 상기 흡수제 모두는 상기 방사 차폐부 또는 상기 방사 차폐부 내의 개구에 대한 직접적인 가시선을 가지는,
    극저온 펌프.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 극저온 펌프는 25% 이상의 수소 포획 확률을 가지는,
    극저온 펌프.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 극저온 펌프는 30% 이상의 수소 포획 확률을 가지는,
    극저온 펌프.
  20. 극저온 펌프로서,
    제 1 및 제 2 단을 가지는 냉각기,
    저온 응축 가스를 응축하기 위해 상기 냉각기의 제 2 단과 열 접촉하는 제 2 단 극저온 패널,
    상기 제 2 단 극저온 패널을 둘러싸고 상기 냉각기의 제 1 단과 열 접촉하는 방사 차폐부, 및
    높은 응축 온도 가스를 위한 극저온 펌핑 표면으로서 기능하며 상기 방사 차폐부 내의 개구를 가로지르며 상기 방사 차폐부 내의 개구의 50%보다 작은 면적을 커버하는 전방 극저온 패널,
    흡수제를 지지하는 배플의 어레이를 포함하는 제 2 단 극저온 패널로서, 상기 흡수제의 약 80% 이상이 상기 방사 차폐부 또는 상기 방사 차폐부 내의 개구에 대한 직접적인 가시선을 가지는 제 2 단 극저온 패널을 포함하는,
    극저온 펌프.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 흡수제의 90% 이상이 상기 방사 차폐부 또는 상기 방사 차폐부 내의 개구에 대한 직접적인 가시선을 가지는,
    극저온 펌프.
  22. 제 20 항에 있어서,
    실질적으로 상기 흡수제 모두는 상기 방사 차폐부 또는 상기 방사 차폐부 내의 개구에 대한 직접적인 가시선을 가지는,
    극저온 펌프.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 극저온 펌프는 25% 이상의 수소 포획 확률을 가지는,
    극저온 펌프.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 극저온 펌프는 30% 이상의 수소 포획 확률을 가지는,
    극저온 펌프.
  25. 극저온 펌프로서,
    제 1 및 제 2 단을 가지는 냉각기,
    저온 응축 가스를 응축하기 위해 상기 냉각기의 제 2 단과 열 접촉하는 제 2 단 극저온 패널,
    상기 제 2 단 극저온 패널을 둘러싸고 상기 냉각기의 제 1 단과 열 접촉하는 방사 차폐부, 및
    높은 응축 온도 가스를 위한 극저온 펌핑 표면으로서 기능하며 상기 방사 차폐부 내의 개구를 가로지르는 전방 극저온 패널,
    흡수제를 지지하는 배플의 어레이를 포함하는 제 2 단 극저온 패널로서, 상기 흡수제의 약 80% 이상이 상기 방사 차폐부 또는 상기 방사 차폐부 내의 개구에 대한 직접적인 가시선을 가지며 상기 흡수제의 대부분은 상기 방사 차폐부의 원통형 측부 또는 상기 방사 차폐부 내의 개구에 대한 직접적인 가시선을 가지는 제 2 단 극저온 패널을 포함하는,
    극저온 펌프.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 흡수제의 90% 이상이 상기 방사 차폐부 또는 상기 방사 차폐부 내의 개구에 대한 직접적인 가시선을 가지는,
    극저온 펌프.
  27. 제 25 항에 있어서,
    실질적으로 상기 흡수제 모두는 상기 방사 차폐부 또는 상기 방사 차폐부 내의 개구에 대한 직접적인 가시선을 가지는,
    극저온 펌프.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 극저온 펌프는 25% 이상의 수소 포획 확률을 가지는,
    극저온 펌프.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 극저온 펌프는 30% 이상의 수소 포획 확률을 가지는,
    극저온 펌프.
  30. 극저온 펌프로서,
    제 1 및 제 2 단을 가지는 냉각기,
    저온 응축 가스를 응축하기 위해 상기 냉각기의 제 2 단과 열 접촉하는 제 2 단 극저온 패널, 및
    상기 제 2 단 극저온 패널을 둘러싸고 상기 냉각기의 제 1 단과 열 접촉하는 방사 차폐부로서, 실린더 및 상기 실린더의 일 단부를 폐쇄하는 베이스, 상기 제 2 단 극저온 패널을 향하여 가스를 집중하기 위해 경사지는 상기 실린더와 상기 베이스의 접합부를 포함하는 방사 차폐부, 및
    높은 응축 온도 가스를 위한 극저온 펌핑 표면으로서 기능하며 상기 방사 차폐부 내의 개구를 가로지르며, 상기 제 2 단 극저온 패널의 돌출부보다 크고 상기 방사 차폐부 내의 개구의 50%보다 작은 면적을 커버하는 전방 극저온 패널을 포함하며,
    상기 제 2 단 극저온 패널은 상기 방사 차폐부를 향하여 지향되는 에지를 가지는 평평한 배플의 어레이,
    상기 방사 차폐부 내의 개구를 향하여 외측으로 각도를 형성하는 전방 배플로서, 상기 전방 배플의 에지가 상기 방사 차폐부의 개구를 향하여 연장하는 외피를 형성하며, 상기 외피가 경사진 주변부를 가지는, 전방 배플, 및
    상기 방사 차폐부의 개구로부터 이격하여 외측으로 각도를 형성하며 주변부를 따라 경사지는 외피를 형성하는 후방 배플,
    흡수제를 지지하며 상기 흡수제의 약 80% 이상이 상기 방사 차폐부 또는 상기 방사 차폐부의 개구에 대한 직접적인 가시선을 가지는, 제 2 단 극저온 패널의 배플을 포함하는,
    극저온 펌프.
  31. 디스크의 어레이를 포함하는 극저온 패널 어레이로서,
    상기 디스크는 일반적으로 볼형 외피를 형성하도록 팬 형상으로 형성되는,
    극저온 패널 어레이.
  32. 제 31 항에 있어서,
    평행한 디스크의 적층부,
    상기 적층부의 일 단부에 돔을 형성하는 디스크의 팬, 및
    상기 적층부의 타 단부에 역 돔을 형성하는 디스크의 팬을 포함하는,
    극저온 패널 어레이.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 디스크는 극저온 냉각기 히트 스테이션으로 장착되는 한 쌍의 브래킷에 장착되는,
    극저온 패널 어레이.
  34. 극저온 펌프로서,
    제 1 및 제 2 단을 가지는 냉각기,
    저온 응축 가스를 응축하기 위해 상기 냉각기의 제 2 단과 열 접촉하며, 디스크의 어레이를 포함하며 상기 디스크는 일반적으로 볼형 외피를 형성하도록 팬형으로 형성되는 제 2 단 극저온 패널,
    상기 제 2 단 극저온 패널을 둘러싸고 제 1 단 히트 싱크와 열 접촉하는 방사 차폐부, 및
    높은 응축 온도 가스를 위한 극저온 펌핑 표면으로서 기능하며 상기 방사 차폐부 내의 개구를 가로지르는 전방 극저온 패널을 포함하는,
    극저온 펌프.
  35. 제 34 항에 있어서,
    평행한 디스크의 적층부,
    상기 적층부의 일 단부에 돔을 형성하는 디스크의 팬, 및
    상기 적층부의 타 단부에 역 돔을 형성하는 디스크의 팬을 포함하는,
    극저온 펌프.
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