KR20170110015A - 크라이오펌프, 크라이오펌프 제어장치 및 크라이오펌프 제어방법 - Google Patents

Abstract

크라이오펌프의 냉각 시간을 단축한다.
크라이오펌프(10)는, 1단 크라이오패널 및 2단 크라이오패널을 각각 극저온역으로 유지하는 통상모드용 통상목표온도와, 1단 크라이오패널 및 2단 크라이오패널을 각각 실온으로부터 극저온역으로 냉각하는 쿨다운모드용의, 통상목표온도보다 낮은 쿨다운목표온도를 구비하고, 현재의 운전모드가 통상모드인 경우에 통상목표온도를 1단 목표온도로서 선택하며, 현재의 운전모드가 쿨다운모드인 경우에 적어도 일시적으로 상기 쿨다운목표온도를 1단 목표온도로서 선택하는 1단 목표온도선택부(112)와, 선택된 1단 목표온도에 따라 1단 크라이오패널온도를 제어하는 1단 온도제어부(114)를 구비한다.

Description

크라이오펌프, 크라이오펌프 제어장치 및 크라이오펌프 제어방법{Cryopump, control device of cryopump, and control method of cyopump}

본 출원은 2016년 3월 22일에 출원된 일본 특허출원 제2016-057050호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 크라이오펌프, 크라이오펌프 제어장치 및 크라이오펌프 제어방법에 관한 것이다.

새로운 크라이오펌프가 현장에 설치되었을 때, 실온으로부터 극저온으로 크라이오펌프는 냉각되고, 진공배기운전이 개시된다. 또, 알려져 있는 바와 같이, 크라이오펌프는 기체저장식 진공펌프이기 때문에, 저장된 기체를 외부로 배출하기 위하여 소정의 빈도로 재생이 행해진다. 재생처리는 일반적으로, 승온공정, 배출공정, 및 냉각공정을 포함한다. 냉각공정이 종료되면, 크라이오펌프의 진공배기운전이 재개된다. 이러한 진공배기운전의 준비로서의 크라이오펌프의 냉각은, 쿨다운이라고 불리는 경우도 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2013-170568호

크라이오펌프는 극저온냉동기의 주요한 용도의 하나이지만, 냉동기의 고온단(高溫段)과 저온단(低溫段)의 사이에 비교적 큰 온도차가 필요하게 되는 점에서, 다른 용도와 상이하다. 그러나, 크라이오펌프를 냉각할 때 그러한 온도차를 단시간에 만들어 내는 것은 간단하지는 않다. 예를 들면, 고온단이 목표한 냉각온도에 도달했을 때 저온단이 아직 목표온도에 도달하지 않았다면, 고온단을 목표온도로 유지하면서 저온단을 더욱 계속해서 냉각해야 한다. 이와 같은 쿨다운 종반의 온도조정에는 어느 정도의 시간을 필요로 한다. 특히, 고온단과 저온단에 큰 온도차가 필요하게 되는 경우에는 온도조정에 필요한 시간이 길어진다. 쿨다운은 크라이오펌프의 다운타임이 되기 때문에, 단시간으로 행하는 것이 요망된다.

본 발명의 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 크라이오펌프의 냉각 시간을 단축하는 것에 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프는, 1단 크라이오패널과, 2단 크라이오패널과, 상기 1단 크라이오패널 및 상기 2단 크라이오패널을 각각 극저온역으로 유지하는 통상모드용 통상목표온도와, 상기 1단 크라이오패널 및 상기 2단 크라이오패널을 각각 실온으로부터 상기 극저온역으로 냉각하는 쿨다운모드용의, 상기 통상목표온도보다 낮은 쿨다운목표온도를 구비하고, 현재의 운전모드가 상기 통상모드인 경우에 상기 통상목표온도를 1단 목표온도로서 선택하며, 현재의 운전모드가 상기 쿨다운모드인 경우에 적어도 일시적으로 상기 쿨다운목표온도를 1단 목표온도로서 선택하는 1단 목표온도선택부와, 선택된 1단 목표온도에 따라 1단 크라이오패널온도를 제어하는 1단 온도제어부를 구비한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프 제어장치는, 1단 크라이오패널 및 2단 크라이오패널을 각각 극저온역으로 유지하는 통상모드용 통상목표온도와, 상기 1단 크라이오패널 및 상기 2단 크라이오패널을 각각 실온으로부터 상기 극저온역으로 냉각하는 쿨다운모드용의, 상기 통상목표온도보다 낮은 쿨다운목표온도를 구비하고, 현재의 운전모드가 상기 통상모드인 경우에 상기 통상목표온도를 1단 목표온도로서 선택하며, 현재의 운전모드가 상기 쿨다운모드인 경우에 적어도 일시적으로 상기 쿨다운목표온도를 1단 목표온도로서 선택하는 1단 목표온도선택부와, 선택된 1단 목표온도에 따라 1단 크라이오패널온도를 제어하는 1단 온도제어부를 구비한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프 제어방법은, 1단 목표온도를 현재의 운전모드에 따라 선택하는 단계와, 선택된 1단 목표온도에 따라 1단 크라이오패널온도를 제어하는 단계를 포함한다. 1단 크라이오패널 및 2단 크라이오패널을 각각 실온으로부터 극저온역으로 냉각하는 쿨다운모드용 쿨다운목표온도는, 상기 1단 크라이오패널 및 상기 2단 크라이오패널을 각각 상기 극저온역으로 유지하는 통상모드용 통상목표온도보다 낮으며, 상기 쿨다운목표온도는, 상기 현재의 운전모드가 상기 쿨다운모드인 경우에 적어도 일시적으로 사용된다.

다만, 이상의 구성 요소의 임의의 조합이나, 본 발명의 구성 요소나 표현을 장치, 방법, 시스템, 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 프로그램을 저장한 기록 매체 등의 사이에서 상호 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 크라이오펌프의 냉각 시간을 단축할 수 있다.

도 1은 일 실시형태에 관한 크라이오펌프를 모식적으로 나타낸다.
도 2는 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 제어장치의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 일 실시형태에 관한 1단 목표온도테이블을 나타낸다.
도 4는 크라이오펌프의 운전방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 5는 전형적인 쿨다운운전에 있어서의 온도 프로파일을 예시한다.
도 6은 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 제어방법을 나타내는 플로차트이다.
도 7은 일 실시형태에 관한 쿨다운운전에 있어서의 온도 프로파일을 예시한다.
도 8은 다른 실시형태에 관한 크라이오펌프 제어장치의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 9는 다른 실시형태에 관한 1단 목표온도테이블을 나타낸다.
도 10은 다른 실시형태에 관한 크라이오펌프 제어방법을 나타내는 플로차트이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 설명하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

도 1은, 일 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)를 모식적으로 나타내는 도이다. 크라이오펌프(10)는, 예를 들면 이온주입장치나 스퍼터링장치 등의 진공챔버에 장착되어, 진공챔버 내부의 진공도를 원하는 프로세스에 요구되는 레벨까지 높이기 위하여 사용된다.

크라이오펌프(10)는, 기체를 수용하기 위한 흡기구(12)를 갖는다. 흡기구(12)는 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)으로의 입구이다. 크라이오펌프(10)가 장착된 진공챔버로부터 흡기구(12)를 통하여, 배기되어야 하는 기체가 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)에 진입한다.

다만 이하에서는, 크라이오펌프(10)의 구성 요소의 위치 관계를 알기 쉽게 나타내기 위하여, “축방향”, “직경방향”이라는 용어를 사용하는 경우가 있다. 축방향은 흡기구(12)를 통과하는 방향을 나타내고, 직경방향은 흡기구(12)를 따르는 방향을 나타낸다. 편의상, 축방향에 관하여 흡기구(12)에 상대적으로 가까운 것을 “상”, 상대적으로 먼 것을 “하”라고 부르는 경우가 있다. 즉, 크라이오펌프(10)의 바닥부로부터 상대적으로 먼 것을 “상”, 상대적으로 가까운 것을 “하”라고 부르는 경우가 있다. 직경방향에 관해서는, 흡기구(12)의 중심에 가까운 것을 “내”, 흡기구(12)의 둘레 가장자리에 가까운 것을 “외”라고 부르는 경우가 있다. 다만, 이러한 표현은 크라이오펌프(10)가 진공챔버에 장착되었을 때의 배치와는 관계없다. 예를 들면, 크라이오펌프(10)는 연직 방향으로 흡기구(12)를 하향으로 하여 진공챔버에 장착되어도 된다.

크라이오펌프(10)는, 냉각시스템(15)과, 1단 크라이오패널(18)과, 2단 크라이오패널(19)을 구비한다. 냉각시스템(15)은, 1단 크라이오패널(18) 및 2단 크라이오패널(19)을 냉각하도록 구성되어 있다. 냉각시스템(15)은, 냉동기(16)와, 압축기(36)를 구비한다.

냉동기(16)는, 예를 들면 기포드·맥마흔식 냉동기(이른바 GM냉동기) 등의 극저온냉동기이다. 냉동기(16)는, 제1 냉각스테이지(20), 제2 냉각스테이지(21), 제1 실린더(22), 제2 실린더(23), 제1 디스플레이서(24), 및 제2 디스플레이서(25)를 구비하는 2단식 냉동기이다. 따라서, 냉동기(16)의 고온단은, 제1 냉각스테이지(20), 제1 실린더(22), 및 제1 디스플레이서(24)를 구비한다. 냉동기(16)의 저온단은, 제2 냉각스테이지(21), 제2 실린더(23), 및 제2 디스플레이서(25)를 구비한다. 따라서 이하에서는 제1 냉각스테이지(20) 및 제2 냉각스테이지(21)를 각각 고온단의 저온 단부 및 저온단의 저온 단부라고 부를 수도 있다.

제1 실린더(22)와 제2 실린더(23)는 직렬로 접속되어 있다. 제1 냉각스테이지(20)는, 제1 실린더(22)와 제2 실린더(23)의 결합부에 설치되어 있다. 제2 실린더(23)는 제1 냉각스테이지(20)와 제2 냉각스테이지(21)를 연결한다. 제2 냉각스테이지(21)는, 제2 실린더(23)의 말단에 설치되어 있다. 제1 실린더(22) 및 제2 실린더(23) 각각의 내부에는 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)가 냉동기(16)의 길이방향(도 1에 있어서 좌우방향)으로 이동 가능하게 배치되어 있다. 제1 디스플레이서(24)와 제2 디스플레이서(25)는 일체로 이동 가능하게 연결되어 있다. 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)에는 각각 제1 축냉기 및 제2 축냉기(도시하지 않음)가 내장되어 있다.

냉동기(16)의 실온부에는, 구동기구(17)가 마련되어 있다. 구동기구(17)는, 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)의 각각이 제1 실린더(22) 및 제2 실린더(23)의 내부를 왕복이동 가능하게 하도록 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)에 접속되어 있다. 또 구동기구(17)는, 작동기체의 흡입과 토출을 주기적으로 반복하도록 작동기체의 유로를 전환하는 유로전환기구를 포함한다. 유로전환기구는 예를 들면 밸브부와 밸브부를 구동하는 구동부를 포함한다. 밸브부는 예를 들면 로터리밸브를 포함하고, 구동부는 로터리밸브를 회전시키기 위한 모터를 포함한다. 모터는, 예를 들면 AC모터 또는 DC모터여도 된다. 또 유로전환기구는 리니어모터에 의하여 구동되는 직동식(直動式) 기구여도 된다.

냉동기(16)는 고압도관(34) 및 저압도관(35)을 통하여 압축기(36)에 접속된다. 냉동기(16)는, 압축기(36)로부터 공급되는 고압의 작동기체(예를 들면 헬륨)를 내부에서 팽창시켜 제1 냉각스테이지(20) 및 제2 냉각스테이지(21)에 한랭을 발생시킨다. 압축기(36)는, 냉동기(16)에서 팽창한 작동기체를 회수하고 다시 가압하여 냉동기(16)에 공급한다.

구체적으로는, 먼저 구동기구(17)가 고압도관(34)과 냉동기(16)의 내부공간을 연통시킨다. 압축기(36)로부터 고압도관(34)을 통하여 냉동기(16)에 고압의 작동기체가 공급된다. 냉동기(16)의 내부공간이 고압의 작동기체로 채워지면, 구동기구(17)는 냉동기(16)의 내부공간을 저압도관(35)에 연통시키도록 유로를 전환한다. 이로써 작동기체는 팽창한다. 팽창한 작동기체는 압축기(36)로 회수된다. 이러한 작동기체의 급배(給排)에 동기하여, 제1 디스플레이서(24) 및 제2 디스플레이서(25)의 각각이 제1 실린더(22) 및 제2 실린더(23)의 내부를 왕복이동한다. 이와 같은 열사이클을 반복함으로써 냉동기(16)는 제1 냉각스테이지(20) 및 제2 냉각스테이지(21)에 한랭을 발생시킨다.

냉동기(16)는, 제1 냉각스테이지(20)를 제1 온도레벨로 냉각하고, 제2 냉각스테이지(21)를 제2 온도레벨로 냉각하도록 구성되어 있다. 제2 온도레벨은 제1 온도레벨보다 저온이다. 예를 들면, 제1 냉각스테이지(20)는 60K~130K 정도, 또는 65K~120K 정도, 또는 바람직하게는 80K~100K로 냉각되고, 제2 냉각스테이지(21)는 10K~20K 정도로 냉각된다.

냉동기(16)는, 고온단을 통하여 저온단으로 작동기체를 흐르게 하도록 구성되어 있다. 즉, 압축기(36)로부터 유입되는 작동기체는, 제1 실린더(22)로부터 제2 실린더(23)로 흐른다. 이때 제1 디스플레이서(24) 및 그 축냉기에 의하여 작동기체는 제1 냉각스테이지(20)의 온도로 냉각된다. 이렇게 하여 냉각된 작동기체가 저온단에 공급된다. 따라서, 압축기(36)로부터 냉동기(16)의 고온단으로 도입되는 작동기체 온도는, 저온단의 냉각 능력에 현저한 영향을 주지 않는다고 기대된다.

도시되는 크라이오펌프(10)는, 이른바 가로형 크라이오펌프이다. 가로형 크라이오펌프란 일반적으로, 냉동기(16)가 크라이오펌프(10)의 축방향으로 교차(통상은 직교)하도록 배치되어 있는 크라이오펌프이다.

2단 크라이오패널(19)은, 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 중심부에 마련되어 있다. 2단 크라이오패널(19)은 예를 들면, 복수의 패널부재(26)를 포함한다. 패널부재(26)는 예를 들면, 각각이 원뿔대의 측면의 형상, 이른바 우산모양의 형상을 갖는다. 각 패널부재(26)에는 통상 활성탄 등의 흡착제(도시하지 않음)가 마련되어 있다. 흡착제는 예를 들면 패널부재(26)의 이면에 접착되어 있다. 이와 같이 하여, 2단 크라이오패널(19)은, 기체분자를 흡착하기 위한 흡착영역을 구비한다.

패널부재(26)는 패널장착부재(28)에 장착되어 있다. 패널장착부재(28)는 제2 냉각스테이지(21)에 장착되어 있다. 이와 같이 하여, 2단 크라이오패널(19)은, 제2 냉각스테이지(21)에 열적으로 접속되어 있다. 따라서, 2단 크라이오패널(19)은 제2 온도레벨로 냉각된다.

1단 크라이오패널(18)은, 방사실드(30)와 입구 크라이오패널(32)을 구비한다. 1단 크라이오패널(18)은, 2단 크라이오패널(19)을 포위하도록 2단 크라이오패널(19)의 외측에 마련되어 있다. 1단 크라이오패널(18)은 제1 냉각스테이지(20)에 열적으로 접속되어 있으며, 1단 크라이오패널(18)은 제1 온도레벨로 냉각된다.

방사실드(30)는 주로, 크라이오펌프(10)의 하우징(38)으로부터의 복사열로부터 2단 크라이오패널(19)을 보호하기 위하여 마련되어 있다. 방사실드(30)는, 하우징(38)과 2단 크라이오패널(19)의 사이에 있고, 2단 크라이오패널(19)을 둘러싼다. 방사실드(30)는, 흡기구(12)를 향하여 축방향 상단부가 개방되어 있다. 방사실드(30)는, 축방향 하단부가 폐색된 통형(예를 들면 원통)의 형상을 갖고, 컵형상으로 형성되어 있다. 방사실드(30)의 측면에는 냉동기(16)의 장착을 위한 구멍이 있으며, 그곳으로부터 제2 냉각스테이지(21)가 방사실드(30) 중에 삽입되어 있다. 그 장착구멍의 외주부에서 방사실드(30)의 외면에 제1 냉각스테이지(20)가 고정되어 있다. 이렇게 하여 방사실드(30)는 제1 냉각스테이지(20)에 열적으로 접속되어 있다.

입구 크라이오패널(32)은, 2단 크라이오패널(19)의 축방향 상방에 마련되고, 흡기구(12)에 있어서 직경방향을 따라 배치되어 있다. 입구 크라이오패널(32)은 그 외주부가 방사실드(30)의 개구 단부에 고정되어, 방사실드(30)에 열적으로 접속되어 있다. 입구 크라이오패널(32)은, 예를 들면, 루버구조나 셰브론구조로 형성된다. 입구 크라이오패널(32)은, 방사실드(30)의 중심축을 중심으로 하는 동심원형상으로 형성되어 있어도 되고, 혹은 격자형상 등 다른 형상으로 형성되어 있어도 된다.

입구 크라이오패널(32)은, 흡기구(12)에 들어가는 기체를 배기하기 위하여 마련되어 있다. 입구 크라이오패널(32)의 온도에서 응축되는 기체(예를 들면 수분)가 그 표면에 포착된다. 또, 입구 크라이오패널(32)은, 크라이오펌프(10)의 외부의 열원(예를 들면, 크라이오펌프(10)가 장착되는 진공챔버 내의 열원)으로부터의 복사열로부터 2단 크라이오패널(19)을 보호하기 위하여 마련되어 있다. 복사열뿐만 아니라 기체분자의 진입도 제한된다. 입구 크라이오패널(32)은, 흡기구(12)를 통과한 내부공간(14)으로의 기체 유입을 원하는 양으로 제한하도록 흡기구(12)의 개구면적의 일부를 점유한다.

크라이오펌프(10)는, 하우징(38)을 구비한다. 하우징(38)은, 크라이오펌프(10)의 내부와 외부를 격리하기 위한 진공용기이다. 하우징(38)은, 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 압력을 기밀(氣密)하게 유지하도록 구성되어 있다. 하우징(38) 안에, 1단 크라이오패널(18)과 냉동기(16)가 수용되어 있다. 하우징(38)은, 1단 크라이오패널(18)의 외측에 마련되어 있으며, 1단 크라이오패널(18)을 둘러싼다. 또, 하우징(38)은 냉동기(16)를 수용한다. 즉, 하우징(38)은, 1단 크라이오패널(18) 및 2단 크라이오패널(19)을 둘러싸는 크라이오펌프 용기이다.

하우징(38)은, 1단 크라이오패널(18) 및 냉동기(16)의 저온부에 접촉하지 않도록, 냉동기(16)의 실온부(예를 들면 구동기구(17))에 고정되어 있다. 하우징(38)의 외면은 외부환경에 노출되어 있으며, 냉각되어 있는 1단 크라이오패널(18)보다 온도가 높다(예를 들면 실온 정도).

또, 하우징(38)은 그 개구 단부로부터 직경방향 외측을 향하여 뻗는 흡기구플랜지(56)를 구비한다. 흡기구플랜지(56)는, 장착 대상인 진공챔버에 크라이오펌프(10)를 장착하기 위한 플랜지이다. 진공챔버의 개구에는 게이트밸브가 마련되어 있고(도시하지 않음), 흡기구플랜지(56)는 그 게이트밸브에 장착된다. 이와 같이 하여 입구 크라이오패널(32)의 축방향 상방에 게이트밸브가 위치된다. 예를 들면 크라이오펌프(10)를 재생할 때에 게이트밸브는 폐쇄되고, 크라이오펌프(10)가 진공챔버를 배기할 때에 개방된다.

크라이오펌프(10)는, 제1 냉각스테이지(20)의 온도를 측정하기 위한 제1 온도센서(90)와, 제2 냉각스테이지(21)의 온도를 측정하기 위한 제2 온도센서(92)를 구비한다. 제1 온도센서(90)는, 제1 냉각스테이지(20)에 장착되어 있다. 제2 온도센서(92)는, 제2 냉각스테이지(21)에 장착되어 있다. 다만, 제1 온도센서(90)는 1단 크라이오패널(18)에 장착되어 있어도 된다. 제2 온도센서(92)는 2단 크라이오패널(19)에 장착되어 있어도 된다.

또, 크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프 제어장치(이하, 제어장치라고도 함)(100)를 구비한다. 제어장치(100)는 크라이오펌프(10)에 일체로 마련되어 있어도 되고, 크라이오펌프(10)와는 별체의 제어장치로서 구성되어 있어도 된다.

제어장치(100)는, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전, 재생운전, 및 쿨다운운전을 위하여 냉동기(16)를 제어하도록 구성되어 있다. 제어장치(100)에는, 제1 온도센서(90) 및 제2 온도센서(92)를 포함하는 각종 센서의 측정결과를 수신하도록 구성되어 있다. 제어장치(100)는, 그러한 측정결과에 근거하여, 냉동기(16)에 부여하는 제어지령을 연산한다.

제어장치(100)는, 스테이지온도가 목표 냉각온도에 추종하도록 냉동기(16)를 제어한다. 제1 냉각스테이지(20)의 목표온도는 통상, 일정값으로 설정된다. 제1 냉각스테이지(20)의 목표온도는 예를 들면, 크라이오펌프(10)가 장착되는 진공챔버에서 행해지는 프로세스에 따라 사양으로서 정해진다. 다만, 크라이오펌프의 운전 중에, 목표온도는 필요에 따라 변경되어도 된다.

예를 들면, 제어장치(100)는, 제1 냉각스테이지(20)의 목표온도와 제1 온도센서(90)의 측정온도의 편차를 최소화하도록 피드백 제어에 의하여 냉동기(16)의 운전주파수를 제어한다. 즉, 제어장치(100)는, 구동기구(17)의 모터 회전수를 제어함으로써, 냉동기(16)에 있어서의 열사이클의 주파수를 제어한다.

크라이오펌프(10)에 대한 열부하가 증가했을 때 제1 냉각스테이지(20)의 온도가 높아질 수 있다. 제1 온도센서(90)의 측정온도가 목표온도보다 고온인 경우에는, 제어장치(100)는, 냉동기(16)의 운전주파수를 증가시킨다. 그 결과, 냉동기(16)에 있어서의 열사이클의 주파수도 증가되어, 제1 냉각스테이지(20)는 목표온도를 향하여 냉각된다. 반대로 제1 온도센서(90)의 측정온도가 목표온도보다 저온인 경우에는, 냉동기(16)의 운전주파수는 감소되어 제1 냉각스테이지(20)는 목표온도를 향하여 승온된다. 이렇게 하여, 제1 냉각스테이지(20)의 온도를 목표온도의 근방의 온도 범위로 유지할 수 있다. 열부하에 따라 냉동기(16)의 운전주파수를 적절히 조정할 수 있으므로, 이러한 제어는 크라이오펌프(10)의 소비 전력의 저감에 도움이 된다.

제1 냉각스테이지(20)의 온도가 목표온도를 따르도록 냉동기(16)를 제어하는 것을, 이하에서는 “1단 온도제어”라고 부르는 경우가 있다. 크라이오펌프(10)가 진공배기운전을 하고 있을 때는 통상, 1단 온도제어가 실행된다. 1단 온도제어의 결과, 제2 냉각스테이지(21) 및 2단 크라이오패널(19)은, 냉동기(16)의 사양 및 외부로부터의 열부하에 의하여 정해지는 온도로 냉각된다. 동일하게 하여, 제어장치(100)는, 제2 냉각스테이지(21)의 온도가 목표온도를 따르도록 냉동기(16)를 제어하는, 이른바 “2단 온도제어”를 실행할 수도 있다.

도 2는, 일 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)의 제어장치(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다. 이러한 제어장치는, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합에 의하여 실현된다. 또, 도 2에 있어서는, 관련된 냉동기(16)의 일부 구성을 개략적으로 나타낸다.

냉동기(16)의 구동기구(17)는, 냉동기(16)를 구동하는 냉동기모터(80)와, 냉동기(16)의 운전주파수를 제어하는 냉동기인버터(82)를 구비한다. 상술과 같이 냉동기(16)는 작동기체의 팽창기이므로, 냉동기모터(80) 및 냉동기인버터(82)는 각각 팽창기모터 및 팽창기인버터라고 부를 수도 있다.

냉동기(16)의 운전주파수(운전속도라고도 함)란, 냉동기모터(80)의 운전주파수 또는 회전수, 냉동기인버터(82)의 운전주파수, 열사이클의 주파수, 또는 이들 중 어느 하나를 나타낸다. 열사이클의 주파수란, 냉동기(16)에 있어서 행해지는 열사이클의 단위 시간당 횟수이다.

제어장치(100)는, 냉동기제어부(102), 기억부(104), 입력부(106), 및 출력부(108)를 구비한다. 냉동기제어부(102)는, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전 및 재생운전을 실행하기 위하여 냉동기(16)를 제어하도록 구성되어 있다. 냉동기제어부(102)는, 실온으로부터 표준운전온도로 적어도 하나의 크라이오패널(1단 크라이오패널(18) 및/또는 2단 크라이오패널(19), 이하 동일)의 온도를 저하시키는 쿨다운운전을 실행하기 위하여 냉동기(16)를 제어하도록 구성되어 있다. 냉동기제어부(102)는, 적어도 하나의 크라이오패널의 온도를 표준운전온도로 유지하는 온도조정운전을 쿨다운운전에 이어서 실행하기 위하여 냉동기(16)를 제어하도록 구성되어 있다.

기억부(104)는, 크라이오펌프(10)의 제어에 관련된 데이터를 저장하도록 구성되어 있다. 입력부(106)는, 유저 또는 다른 장치로부터의 입력을 받아들이도록 구성되어 있다. 입력부(106)는 예를 들면, 유저로부터의 입력을 받아들이기 위한 마우스나 키보드 등의 입력수단, 및/또는, 다른 장치와의 통신을 하기 위한 통신수단을 포함한다. 출력부(108)는, 크라이오펌프(10)의 제어에 관련된 데이터를 출력하도록 구성되며, 디스플레이나 프린터 등의 출력수단을 포함한다.

기억부(104), 입력부(106), 및 출력부(108)는 각각 냉동기제어부(102)와 통신 가능하게 접속되어 있다. 따라서, 냉동기제어부(102)는, 필요에 따라 데이터를 기억부(104)로부터 읽어내거나 및/또는 기억부(104)에 저장할 수 있다. 또, 냉동기제어부(102)는, 입력부(106)로부터 데이터의 입력을 받아들이거나, 및/또는, 출력부(108)에 데이터를 출력할 수 있다.

냉동기제어부(102)는, 운전모드결정부(110), 1단 목표온도선택부(112), 및 1단 온도제어부(114)를 구비한다.

운전모드결정부(110)는, 크라이오펌프(10)의 운전모드를 결정하도록 구성되어 있다. 운전모드결정부(110)는, 크라이오펌프(10)의 현황에 근거하여 소정 운전모드로부터 다른 운전모드로 전환할지 여부를 판정하도록 구성되어 있다. 운전모드결정부(110)는, 이러한 모드전환조건이 충족되는 경우, 운전모드를 전환한다. 운전모드결정부(110)는, 모드전환조건이 충족되지 않은 경우, 현재의 운전모드를 속행한다.

크라이오펌프(10)에는, 복수의 운전모드가 미리 설정되어 있다. 운전모드에는, 예를 들면, 1단 크라이오패널 및 2단 크라이오패널을 각각 실온으로부터 극저온역으로 냉각하는 쿨다운모드, 및 1단 크라이오패널 및 2단 크라이오패널을 각각 극저온역으로 유지하는 통상모드가 포함된다. 운전모드결정부(110)는, 측정된 2단 크라이오패널온도에 근거하여 쿨다운모드로부터 통상모드로 전환할지 여부를 판정하도록 구성되어 있다.

운전모드결정부(110)는, 크라이오펌프(10)의 운전모드를 판정하도록 구성되어 있어도 된다. 상이한 복수의 운전모드 각각에 대응하는 운전모드 플래그가 미리 정해져 있어도 된다. 기억부(104)는, 이들 운전모드 플래그를 기억하고 있어도 된다. 운전모드결정부(110)는, 크라이오펌프(10)가 소정 운전모드에 들어갈 때 그 운전모드에 대응하는 운전모드 플래그를 선택하도록 구성되어 있어도 된다. 운전모드결정부(110)는, 선택되어 있는 운전모드 플래그를 참조하여 크라이오펌프(10)의 현재의 운전모드를 판정해도 된다.

1단 목표온도선택부(112)는, 1단 목표온도테이블(116)을 구비한다. 1단 목표온도선택부(112)는, 1단 목표온도테이블(116)을 참조하여, 현재의 운전모드에 따라 1단 목표온도를 선택하도록 구성되어 있다. 1단 목표온도테이블(116)은, 기억부(104)에 미리 저장되어 있으며, 필요에 따라 1단 목표온도선택부(112)에 독출되어도 된다.

1단 온도제어부(114)는, 선택된 1단 목표온도에 따라 1단 크라이오패널온도를 제어하도록 구성되어 있다. 1단 온도제어부(114)는, 상술과 같이, 크라이오패널의 측정온도와 목표온도의 편차의 함수로서(예를 들면 PID 제어에 의하여) 냉동기모터(80)의 운전주파수를 결정하도록 구성되어 있다. 1단 온도제어부(114)는, 미리 정해진 운전주파수 범위 내에 있어서 냉동기모터(80)의 운전주파수를 결정한다. 운전주파수 범위는, 미리 정해진 운전주파수의 상한 및 하한에 의하여 정의된다. 1단 온도제어부(114)는, 결정된 운전주파수를 냉동기인버터(82)에 출력한다.

1단 온도제어부(114)는, 냉동기모터(80)의 운전주파수와 함께(또는 냉동기모터(80)의 운전주파수 대신에), 냉동기(16)에 부설된 히터를 제어해도 된다.

냉동기인버터(82)는, 냉동기모터(80)의 가변주파수제어를 제공하도록 구성되어 있다. 냉동기인버터(82)는, 입력 전력을, 1단 온도제어부(114)로부터 입력된 운전주파수를 갖도록 변환한다. 냉동기인버터(82)로의 입력 전력은, 냉동기 전원(도시하지 않음)으로부터 공급된다. 냉동기인버터(82)는, 변환된 전력을 냉동기모터(80)에 출력한다. 이렇게 하여 냉동기모터(80)는, 1단 온도제어부(114)에 의하여 결정되어 냉동기인버터(82)로부터 출력된 운전주파수로 구동된다.

도 3은, 일 실시형태에 관한 1단 목표온도테이블(116)을 나타낸다. 1단 목표온도테이블(116)은, 크라이오펌프 운전모드를 1단 목표온도에 대응시키도록 구성되어 있다. 도시되는 바와 같이, 통상모드용 통상목표온도 T1c1 및 쿨다운모드용 쿨다운목표온도 T1c2가 1단 목표온도테이블(116)에 미리 설정되어 있다. 본 예에서는, 통상목표온도 T1c1은 80K이며, 쿨다운목표온도 T1c2는 70K이다.

쿨다운목표온도 T1c2는, 통상목표온도 T1c1보다 낮다. 통상목표온도 T1c1은, 예를 들면, 80K에서 130K의 범위로부터 선택되는 제1 소정 온도이다. 쿨다운목표온도 T1c2는, 예를 들면, 60K에서 상기 제1 소정 온도의 범위로부터 선택되는 제2 소정 온도이다. 쿨다운목표온도 T1c2는, 65K에서 상기 제1 소정 온도의 범위로부터 선택되어도 된다. 이 온도역이면, 하우징(38) 내의 잔류기체가 1단 크라이오패널(18)에 원치 않게 응축되는 것이 방지된다. 또, 쿨다운목표온도 T1c2와 통상목표온도 T1c1의 온도차가 비교적 작으므로, 쿨다운모드로부터 통상모드로 전환될 때에 1단 크라이오패널(18)을 쿨다운목표온도 T1c2로부터 통상목표온도 T1c1로 승온하는 것이 용이하다. 통상목표온도 T1c1 및 쿨다운목표온도 T1c2는, 실험적으로 또는 경험적으로 미리 정해진다.

이와 같이 하여, 1단 목표온도선택부(112)는, 통상목표온도 T1c1 및 쿨다운목표온도 T1c2를 구비한다. 1단 목표온도선택부(112)는, 현재의 운전모드가 통상모드인 경우에 통상목표온도 T1c1을 1단 목표온도로서 선택하며, 현재의 운전모드가 쿨다운모드인 경우에 적어도 일시적으로 쿨다운목표온도 T1c2을 1단 목표온도로서 선택하도록 구성되어 있다.

도 4는, 크라이오펌프(10)의 운전방법을 설명하기 위한 플로차트이다. 이 운전방법은, 준비운전(S10)과, 진공배기운전(S12)을 포함한다. 상술한 통상모드가 진공배기운전에 해당한다. 준비운전은, 통상모드에 선행하여 실행되는 임의의 운전모드를 포함한다. 제어장치(100)는, 이 운전방법을 적시에 반복하여 실행한다. 진공배기운전이 종료되고 준비운전이 개시될 때에는 통례로, 크라이오펌프(10)와 진공챔버의 사이의 게이트밸브가 폐쇄된다.

준비운전(S10)은 예를 들면, 크라이오펌프(10)의 기동이다. 크라이오펌프(10)의 기동은, 크라이오펌프(10)가 설치되는 환경온도(예를 들면 실온)로부터 극저온으로 크라이오패널을 냉각하는 쿨다운을 포함한다. 쿨다운의 목표냉각온도는, 진공배기운전을 위하여 설정되는 표준적인 운전온도이다. 그 표준운전온도는 상술과 같이, 1단 크라이오패널(18)에 대해서는 예를 들면 80K 내지 100K 정도의 범위로부터, 2단 크라이오패널(19)에 대해서는 예를 들면 10K 내지 20K 정도의 범위로부터, 선택된다. 준비운전(S10)은, 러핑밸브(도시하지 않음) 등을 이용하여 크라이오펌프(10)의 내부를 동작개시압력(예를 들면 1Pa 정도)까지 러프 펌핑하는 것을 포함해도 된다.

준비운전(S10)은, 크라이오펌프(10)의 재생이어도 된다. 재생은, 이번 회의 진공배기운전의 종료 후에, 다음 회의 진공배기운전의 준비를 위하여 실행된다. 재생은, 2단 크라이오패널(19) 및 1단 크라이오패널(18)을 재생하는 이른바 풀재생, 또는 2단 크라이오패널(19)만을 재생하는 부분재생이다.

재생은, 승온공정, 배출공정, 및 냉각공정을 포함한다. 승온공정은, 상기의 표준운전온도보다 고온인 재생온도로 크라이오펌프(10)를 승온하는 것을 포함한다. 풀재생의 경우, 재생온도는 예를 들면 실온 또는 그보다 다소 높은 온도이다(예를 들면 약 290K 내지 약 300K). 승온공정을 위한 열원은 예를 들면, 냉동기(16)의 역전 승온, 및/또는 냉동기(16)에 부설되는 히터이다.

배출공정은, 크라이오패널 표면으로부터 재기화된 기체를 크라이오펌프(10)의 외부로 배출하는 것을 포함한다. 재기화된 기체는, 필요에 따라 도입되는 퍼지가스와 함께 크라이오펌프(10)로부터 배출된다. 배출공정에 있어서는, 냉동기(16)의 운전은 정지되어 있다. 냉각공정은, 진공배기운전을 재개하기 위하여 2단 크라이오패널(19) 및 1단 크라이오패널(18)을 재냉각하는 것을 포함한다. 냉각공정에 있어서의 냉동기(16)의 운전모드는, 기동을 위한 쿨다운과 동일하다. 단, 냉각공정에 있어서의 크라이오패널의 초기 온도는, 풀재생의 경우 실온레벨이지만, 부분재생의 경우에는 실온과 상기의 표준운전온도의 중간(예를 들면 100K~200K)이다.

도 4에 나타나는 바와 같이, 준비운전(S10)에 이어서 진공배기운전(S12)이 행해진다. 준비운전이 종료되고 진공배기운전이 개시될 때에, 크라이오펌프(10)와 진공챔버의 사이의 게이트밸브가 개방된다.

입구 크라이오패널(32)은, 진공챔버로부터 크라이오펌프(10)를 향하여 날아오는 기체를 냉각한다. 입구 크라이오패널(32)의 표면에는, 제1 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮은(예를 들면 10^-8Pa 이하의) 기체가 응축된다. 이 기체는, 제1종 기체라고 칭해져도 된다. 제1종 기체는 예를 들면 수증기이다. 이렇게 하여, 입구 크라이오패널(32)은, 제1종 기체를 배기할 수 있다. 제1 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮지 않은 기체의 일부는, 흡기구(12)로부터 내부공간(14)에 진입한다. 혹은, 기체의 다른 일부는, 입구 크라이오패널(32)에서 반사되어, 내부공간(14)에 진입하지 않는다.

내부공간(14)에 진입한 기체는, 2단 크라이오패널(19)에 의하여 냉각된다. 2단 크라이오패널(19)의 표면에는, 제2 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮은(예를 들면 10-8Pa 이하의) 기체가 응축된다. 이 기체는, 제2종 기체라고 칭해져도 된다. 제2종 기체는 예를 들면 아르곤이다. 이렇게 하여, 2단 크라이오패널(19)은, 제2종 기체를 배기할 수 있다.

제2 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮지 않은 기체는, 2단 크라이오패널(19)의 흡착재에 흡착된다. 이 기체는, 제3종 기체라고 칭해져도 된다. 제3종 기체는 예를 들면 수소이다. 이렇게 하여, 2단 크라이오패널(19)은, 제3종 기체를 배기할 수 있다. 따라서, 크라이오펌프(10)는, 다양한 기체를 응축 또는 흡착에 의하여 배기하여, 진공챔버의 진공도를 원하는 레벨에 도달시킬 수 있다.

도 5는, 전형적인 쿨다운모드에 있어서의 온도 프로파일의 일례를 나타내는 도이다. 도 5의 세로축 및 가로축은 각각 온도 및 시간을 나타낸다. 도 5에는, 1단 크라이오패널온도 T1 및 2단 크라이오패널온도 T2의 시간 변화를 개략적으로 나타낸다. 쿨다운을 개시할 때의 1단 크라이오패널온도 T1 및 2단 크라이오패널온도 T2의 초깃값은 모두 예를 들면 300K이다. 1단 목표온도 T1a는 예를 들면 80K이며, 2단 목표온도 T2a는 예를 들면 10K이다.

쿨다운의 개시 이후, 도시되는 바와 같이, 1단 크라이오패널온도 T1 및 2단 크라이오패널온도 T2는 모두 강하한다. 각각 목표온도로부터 괴리되어 있으므로, 냉동기(16)는 꽤 높은 운전주파수(예를 들면, 허용되는 최고 운전주파수 또는 그 근방)로 운전되고, 이로써, 목표온도를 향하여 크라이오패널이 신속하게 냉각된다. 이렇게 하여, 1단 크라이오패널온도 T1은, 시각 t1에서 1단 목표온도 T1a에 도달한다. 이 시점에서 2단 크라이오패널온도 T2는, 1단 목표온도 T1a보다 다소 저온으로 냉각되어 있지만, 2단 목표온도 T2a에는 아직 훨씬 못미친다.

시각 t1 이후는 1단 크라이오패널온도 T1이 1단 목표온도 T1a로 유지된다. 이로 인하여, 냉동기(16)는 낮은 운전주파수로 운전된다. 2단 크라이오패널온도 T2는, 2단 목표온도 T2a를 향하여 완만하게 강하하고, 시각 t4에서 2단 목표온도 T2a에 도달한다. 이로써 쿨다운은 완료되고, 진공배기운전이 개시된다.

도 6은, 일 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)의 제어방법을 나타내는 플로차트이다. 도 6에는, 1단 목표온도 전환처리를 예시한다. 냉동기제어부(102)는, 쿨다운모드가 개시되고 나서, 1단 목표온도 전환처리를 주기적으로 실행한다.

먼저, 1단 목표온도선택부(112)는, 현재의 운전모드에 따라 1단 목표온도를 선택한다(S20). 1단 목표온도선택부(112)는, 운전모드결정부(110)로부터 현재의 운전모드를 취득한다.

1단 목표온도선택부(112)는, 1단 목표온도테이블(116)을 참조한다. 1단 목표온도선택부(112)는, 현재의 운전모드가 통상모드인 경우에 통상목표온도 T1c1을 1단 목표온도로서 선택하고(S22), 현재의 운전모드가 쿨다운모드인 경우에 쿨다운목표온도 T1c2를 1단 목표온도로서 선택한다(S24). 1단 목표온도선택부(112)는, 선택된 1단 목표온도를 1단 온도제어부(114)에 출력한다.

1단 온도제어부(114)는, 선택된 1단 목표온도에 따라 1단 크라이오패널온도를 제어한다(S26). 1단 온도제어부(114)는, 상술한 1단 온도제어를 실행한다. 이렇게 하여, 도 6에 나타내는 처리는 종료된다.

도 7은, 일 실시형태에 관한 쿨다운모드에 있어서의 온도 프로파일의 일례를 나타내는 도이다. 도 5와 마찬가지로, 도 7의 세로축 및 가로축은 각각 온도 및 시간을 나타낸다. 도 7에 있어서는 비교를 위하여, 도 5에 나타내는 온도 프로파일을 파선으로 나타낸다.

도 5에 나타내는 경우와 마찬가지로, 1단 크라이오패널온도 T1 및 2단 크라이오패널온도 T2의 초깃값은 모두 예를 들면 300K이다. 쿨다운을 개시할 때에 1단 목표온도로서 쿨다운목표온도 T1c2가 설정되어 있다. 쿨다운목표온도 T1c2는 예를 들면 70K이다. 2단 목표온도 T2a는 예를 들면 10K이다.

쿨다운의 개시 이후, 1단 크라이오패널온도 T1 및 2단 크라이오패널온도 T2는 모두 강하한다. 1단 크라이오패널온도 T1은, 시각 t2에서 쿨다운목표온도 T1c2에 도달한다. 쿨다운목표온도 T1c2는 도 5의 1단 목표온도 T1a보다 낮으므로, 시각 t2는 시각 t1보다 늦다. 이 시점에서 2단 크라이오패널온도 T2는, 2단 목표온도 T2a에 아직 도달하지 않았다.

시각 t2 이후는 1단 크라이오패널온도 T1이 쿨다운목표온도 T1c2로 유지된다. 2단 크라이오패널온도 T2는, 2단 목표온도 T2a를 향하여 강하하여, 시각 t3에서 2단 목표온도 T2a에 도달한다. 이로써 쿨다운모드로부터 통상모드로 전환되어, 진공배기운전이 개시된다. 1단 목표온도가 통상목표온도 T1c1로 변경되며, 1단 크라이오패널온도 T1은 이에 추종한다.

중요한 것은, 시각 t3은 시각 t4보다 빠르다는 것이다. 즉, 도 7의 경우, 도 5에 비하여 쿨다운의 소요 시간이 Δt(=t4-t3)만큼 단축된다. 이는, 도 5의 경우에 비하여, 1단 크라이오패널온도 T1이 보다 저온으로 유지되도록 냉동기(16)의 운전주파수가 보다 높아지기 때문이다. 이와 같이 하여, 본 실시형태에 의하면, 크라이오펌프(10)의 냉각 시간을 단축할 수 있다.

도 8은, 다른 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)의 제어장치(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다. 운전모드결정부(110), 1단 목표온도선택부(112), 및 1단 온도제어부(114)에 더하여, 냉동기제어부(102)는, 타이머(118) 및 페이즈결정부(120)를 구비한다. 타이머(118)는, 쿨다운모드의 개시로부터의 경과 시간을 재도록 구성되어 있다. 페이즈결정부(120)는, 쿨다운모드에 있어서의 현재의 페이즈를 크라이오펌프(10)의 현황에 근거하여 결정하도록 구성되어 있다.

페이즈결정부(120)는, 크라이오펌프(10)의 현황을 감시하도록 구성되어 있다. 페이즈결정부(120)는, 예를 들면, 쿨다운모드의 개시로부터의 경과 시간을 감시한다. 페이즈결정부(120)는 타이머(118)를 참조한다. 페이즈결정부(120)는, 타이머(118)가 재는 경과 시간이 임곗값 시간보다 짧은 경우에 현재의 페이즈를 제1 페이즈로 결정하고, 경과 시간이 임곗값 시간보다 긴 경우에 현재의 페이즈를 제2 페이즈로 결정하도록 구성되어 있다. 제1 페이즈는 쿨다운모드의 전반 또는 초기를 나타내고, 제2 페이즈는 쿨다운모드의 후반 또는 종반을 나타낸다고 할 수 있다. 임곗값 시간은, 실험적으로 또는 경험적으로 미리 정해지며, 기억부(104)에 저장되어 있어도 된다.

혹은, 페이즈결정부(120)는, 2단 크라이오패널온도를 감시해도 된다. 페이즈결정부(120)는, 2단 크라이오패널온도가 임곗값 온도보다 높은 경우에 현재의 페이즈를 제1 페이즈로 결정하고, 2단 크라이오패널온도가 임곗값 온도보다 낮은 경우에 현재의 페이즈를 제2 페이즈로 결정해도 된다. 임곗값 온도는, 2단 목표온도에서 60K의 범위로부터 선택되어도 된다. 임곗값 온도는, 실험적으로 또는 경험적으로 미리 정해지며, 기억부(104)에 저장되어 있어도 된다.

도 9는, 다른 실시형태에 관한 1단 목표온도테이블(116)을 나타낸다. 1단 목표온도테이블(116)은, 복수의 쿨다운목표온도를 갖는다. 예를 들면, 제1 페이즈용 제1 목표온도 T1c21 및 제2 페이즈용 제2 목표온도 T1c22가 1단 목표온도테이블(116)에 미리 설정되어 있다. 상술한 실시형태와 마찬가지로, 1단 목표온도테이블(116)은, 통상목표온도 T1c1을 갖는다. 제1 목표온도 T1c21은, 통상목표온도 T1c1보다 낮고, 제2 목표온도 T1c22는, 제1 목표온도 T1c21보다 높으며 또한 통상목표온도 T1c1보다 낮다. 본 예에서는, 제1 목표온도 T1c21은 60K이며, 제2 목표온도 T1c22는 70K이다.

도 10은, 다른 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)의 제어방법을 나타내는 플로차트이다. 도 6에 예시하는 1단 목표온도 전환처리와 마찬가지로, 1단 목표온도선택부(112)는, 현재의 운전모드에 따라 1단 목표온도를 선택한다(S20). 1단 목표온도선택부(112)는, 현재의 운전모드가 통상모드인 경우에 통상목표온도 T1c1을 1단 목표온도로서 선택한다(S22).

1단 목표온도선택부(112)는, 현재의 운전모드가 쿨다운모드인 경우, 페이즈결정부(120)에 의하여 결정된 현재의 페이즈에 따라 1단 목표온도를 선택한다(S28). 1단 목표온도선택부(112)는, 현재의 페이즈가 제1 페이즈인 경우에 제1 목표온도 T1c21을 1단 목표온도로서 선택하고(S30), 현재의 페이즈가 제2 페이즈인 경우에 제2 목표온도 T1c22를 1단 목표온도로서 선택한다(S32). 1단 목표온도선택부(112)는, 선택된 1단 목표온도를 1단 온도제어부(114)에 출력한다. 1단 온도제어부(114)는, 선택된 1단 목표온도에 따라 1단 크라이오패널온도를 제어한다(S26). 이렇게 하여, 도 10에 나타내는 처리는 종료된다.

이와 같이 해도, 크라이오펌프(10)의 냉각 시간을 단축할 수 있다.

이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 설명했다. 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않으며, 다양한 설계 변경이 가능하고, 다양한 변형예가 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위인 것은, 당업자에게 이해되는바이다.

일 실시형태에 있어서는, 1단 목표온도선택부(112)는, 현재의 운전모드가 쿨다운모드인 경우에 일시적으로(예를 들면 쿨다운모드의 초기에) 쿨다운목표온도를 1단 목표온도로서 선택하도록 구성되어 있어도 된다. 예를 들면, 1단 목표온도선택부(112)는, 현재의 페이즈가 제1 페이즈인 경우에 쿨다운목표온도 T1c2(예를 들면 제1 목표온도 T1c21)를 1단 목표온도로서 선택하고, 현재의 페이즈가 제2 페이즈인 경우에 통상목표온도 T1c1을 1단 목표온도로서 선택해도 된다.

다만 냉동기(16)는, 3단의 실린더가 직렬로 접속되는 3단식 냉동기 또는 그보다 다단의 냉동기여도 된다. 냉동기(16)는 GM냉동기 이외의 냉동기여도 되고, 펄스튜브냉동기나 솔베이 냉동기를 이용해도 된다.

상기의 설명에 있어서는 가로형 크라이오펌프를 예시했지만, 본 발명은, 세로형 그 외의 크라이오펌프에도 적용 가능하다. 다만, 세로형 크라이오펌프란, 냉동기(16)가 크라이오펌프(10)의 축방향을 따라 배치되어 있는 크라이오펌프를 말한다.

10 크라이오펌프
18 1단 크라이오패널
19 2단 크라이오패널
100 제어장치
112 1단 목표온도선택부
114 1단 온도제어부
120 페이즈결정부

Claims (7)

1단 크라이오패널과,
2단 크라이오패널과,
상기 1단 크라이오패널 및 상기 2단 크라이오패널을 각각 극저온역으로 유지하는 통상모드용 통상목표온도와, 상기 1단 크라이오패널 및 상기 2단 크라이오패널을 각각 실온으로부터 상기 극저온역으로 냉각하는 쿨다운모드용의, 상기 통상목표온도보다 낮은 쿨다운목표온도를 구비하고, 현재의 운전모드가 상기 통상모드인 경우에 상기 통상목표온도를 1단 목표온도로서 선택하며, 현재의 운전모드가 상기 쿨다운모드인 경우에 적어도 일시적으로 상기 쿨다운목표온도를 1단 목표온도로서 선택하는 1단 목표온도선택부와,
선택된 1단 목표온도에 따라 1단 크라이오패널온도를 제어하는 1단 온도제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.

제 1 항에 있어서,
상기 통상목표온도는, 80K에서 130K의 범위로부터 선택되는 소정 온도이고,
상기 쿨다운목표온도는, 60K에서 상기 소정 온도의 범위로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.

제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 쿨다운모드에 있어서의 현재의 페이즈를 크라이오펌프의 현황에 근거하여 결정하는 페이즈결정부를 더 구비하고,
상기 1단 목표온도선택부는, 제1 페이즈용 상기 통상목표온도보다 낮은 제1 목표온도와, 상기 제1 페이즈에 후속하는 제2 페이즈용 상기 제1 목표온도보다 높으며 또한 상기 통상목표온도보다 낮은 제2 목표온도를 구비하고, 1단 목표온도를 상기 현재의 페이즈에 따라 선택하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.

제 3 항에 있어서,
상기 페이즈결정부는, 상기 쿨다운모드의 개시로부터의 경과 시간을 감시하여, 상기 경과 시간이 임곗값 시간보다 짧은 경우에 상기 현재의 페이즈를 상기 제1 페이즈로 결정하고, 상기 경과 시간이 상기 임곗값 시간보다 긴 경우에 상기 현재의 페이즈를 상기 제2 페이즈로 결정하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.

제 3 항에 있어서,
상기 페이즈결정부는, 2단 크라이오패널온도를 감시하여, 상기 2단 크라이오패널온도가 임곗값 온도보다 높은 경우에 상기 현재의 페이즈를 상기 제1 페이즈로 결정하고, 상기 2단 크라이오패널온도가 상기 임곗값 온도보다 낮은 경우에 상기 현재의 페이즈를 상기 제2 페이즈로 결정하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.

1단 크라이오패널 및 2단 크라이오패널을 각각 극저온역으로 유지하는 통상모드용 통상목표온도와, 상기 1단 크라이오패널 및 상기 2단 크라이오패널을 각각 실온으로부터 상기 극저온역으로 냉각하는 쿨다운모드용의, 상기 통상목표온도보다 낮은 쿨다운목표온도를 구비하고, 현재의 운전모드가 상기 통상모드인 경우에 상기 통상목표온도를 1단 목표온도로서 선택하며, 현재의 운전모드가 상기 쿨다운모드인 경우에 적어도 일시적으로 상기 쿨다운목표온도를 1단 목표온도로서 선택하는 1단 목표온도선택부와,
선택된 1단 목표온도에 따라 1단 크라이오패널온도를 제어하는 1단 온도제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 제어장치.

1단 목표온도를 현재의 운전모드에 따라 선택하는 단계와,
선택된 1단 목표온도에 따라 1단 크라이오패널온도를 제어하는 단계를 포함하고,
1단 크라이오패널 및 2단 크라이오패널을 각각 실온으로부터 극저온역으로 냉각하는 쿨다운모드용 쿨다운목표온도는, 상기 1단 크라이오패널 및 상기 2단 크라이오패널을 각각 상기 극저온역으로 유지하는 통상모드용 통상목표온도보다 낮으며, 상기 쿨다운목표온도는, 상기 현재의 운전모드가 상기 쿨다운모드인 경우에 적어도 일시적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 제어방법.

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