KR20210002477A

KR20210002477A - 크라이오펌프, 크라이오펌프시스템, 크라이오펌프의 재생방법

Info

Publication number: KR20210002477A
Application number: KR1020207029168A
Authority: KR
Inventors: 켄지 모치즈키
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2021-01-08
Also published as: KR102638778B1; US20210054834A1; JPWO2019208336A1; TW201945641A; CN111989487A; TWI838639B; CN111989487B; JP7320496B2; TW202202728A; TWI752313B; WO2019208336A1

Abstract

크라이오펌프(10)는, 크라이오패널(60)과, 크라이오패널(60)에 설치되며, 비응축성 기체를 흡착 가능한 흡착영역(64)을 구비한다. 흡착영역(64)은, 실리카젤을 주성분으로서 함유하는 불연성 흡착재를 구비한다. 크라이오펌프(10)의 재생방법은, 크라이오펌프(10)에 퍼지가스를 공급하는 것과, 크라이오패널온도가 물의 삼중점온도를 초과하기 전에 크라이오펌프(10)로의 퍼지가스의 공급을 정지하는 것과, 퍼지가스의 공급정지와 동시에, 또는 공급정지 후에, 크라이오펌프(10)의 진공배기를 개시하는 것과, 크라이오펌프(10) 내에 응축된 얼음을 승화에 의하여 기화하는 것과, 크라이오펌프(10) 내의 압력 및 압력상승률 중 적어도 일방에 근거하여 크라이오펌프(10)의 진공배기를 정지하는 것을 구비한다.

Description

크라이오펌프, 크라이오펌프시스템, 크라이오펌프의 재생방법

본 발명은, 크라이오펌프, 크라이오펌프시스템, 크라이오펌프의 재생방법에 관한 것이다.

크라이오펌프는, 극저온으로 냉각된 크라이오패널에 기체분자를 응축 또는 흡착에 의하여 포착하여 배기하는 진공펌프이다. 크라이오펌프는 반도체회로제조프로세스 등에 요구되는 청정한 진공환경을 실현하기 위하여 일반적으로 이용된다. 크라이오펌프는 이른바 기체저장식의 진공펌프이기 때문에, 포착한 기체를 외부로 정기적으로 배출하는 재생을 필요로 한다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2016-191374호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 평5-263760호

본 발명의 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 비응축성 기체를 배기하는 신규 크라이오펌프를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프는, 크라이오패널과, 상기 크라이오패널에 설치되며, 비응축성 기체를 흡착 가능한 흡착영역을 구비하고, 상기 흡착영역은, 실리카젤을 주성분으로서 함유하는 불연성 흡착재를 구비한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프시스템은, 상술한 크라이오펌프와, 적어도 1개의 다른 크라이오펌프와, 크라이오펌프와 적어도 1개의 다른 크라이오펌프에 공통되는 러프펌프와, 각 크라이오펌프에 대한 재생개시지령을 받아, 당해 크라이오펌프의 재생을 개시하는 재생컨트롤러를 구비한다. 재생컨트롤러는, 크라이오펌프의 재생 중, 적어도 1개의 다른 크라이오펌프에 대한 재생개시지령을 받은 경우, 적어도 1개의 다른 크라이오펌프의 재생개시를 크라이오펌프의 재생완료 이후로 지연시킨다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프는, 크라이오펌프하우징과, 크라이오펌프하우징 내에 배치되며, 친수성 흡착재를 구비하는 흡착크라이오패널과, 크라이오펌프하우징의 내압을 나타내는 압력측정신호를 생성하는 압력센서와, 크라이오펌프하우징에 장착되며, 크라이오펌프하우징을 러프펌프에 접속하는 러프밸브와, 압력측정신호를 받아, 러프밸브가 개방되어 있을 때 압력측정신호에 근거하여 압력상승률을 제1 임계값과 비교하는 제1 압력상승률감시부와, 압력측정신호를 받아, 제1 압력상승률감시부에 의하여 압력상승률이 제1 임계값보다 크다고 판정된 것을 조건으로 하여, 러프밸브가 개방되어 있을 때 압력측정신호에 근거하여 압력상승률을 제1 임계값보다 작은 제2 임계값과 비교하는 제2 압력상승률감시부와, 제2 압력상승률감시부에 의하여 압력상승률이 제2 임계값보다 작다고 판정된 것을 조건의 하나로 하여, 러프밸브를 폐쇄하는 러프밸브구동부를 구비한다.

본 발명의 다른 양태는, 크라이오펌프의 재생방법이다. 크라이오펌프는, 친수성 흡착재를 갖는다. 재생방법은, 크라이오펌프를 진공배기하고 있을 때, 압력상승률을 제1 임계값과 비교하는 것과, 크라이오펌프를 진공배기하고 있을 때, 압력상승률이 제1 임계값보다 크다고 판정된 것을 조건으로 하여, 압력상승률을 제1 임계값보다 작은 제2 임계값과 비교하는 것과, 압력상승률이 제2 임계값보다 작다고 판정된 것을 조건의 하나로 하여 크라이오펌프의 진공배기를 정지하는 것을 구비한다.

본 발명의 다른 양태는, 크라이오펌프의 재생방법이다. 크라이오펌프는, 친수성 흡착재를 갖는다. 재생방법은, 크라이오펌프에 퍼지가스를 공급하는 것과, 크라이오패널온도가 물의 삼중점온도를 초과하기 전에 크라이오펌프로의 퍼지가스의 공급을 정지하는 것과, 퍼지가스의 공급정지와 동시에, 또는 공급정지 후에, 크라이오펌프의 진공배기를 개시하는 것과, 크라이오펌프 내에 응축된 얼음을 승화에 의하여 기화하는 것과, 크라이오펌프 내의 압력 및 압력상승률 중 적어도 일방에 근거하여 크라이오펌프의 진공배기를 정지하는 것을 구비한다.

다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 비응축성 기체를 배기하는 신규 크라이오펌프를 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시형태에 관한 크라이오펌프를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 2는 일 실시형태에 관하여, 흡착영역을 형성하는 불연성 흡착재로서 사용 가능한 실리카젤의 대표적인 물성을 나타내는 표이다.
도 3은 일 실시형태에 관한 크라이오펌프의 블록도이다.
도 4는 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 재생방법의 주요부를 나타내는 플로차트이다.
도 5는 도 4에 나타나는 재생방법에 있어서의 온도 및 압력의 시간변화의 일례를 나타낸다.
도 6은 재생 중의 크라이오패널 최고온도와 배출완료시간의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 7은 일 실시형태에 관한 크라이오펌프시스템을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 8은 일 실시형태에 관하여, 승화에 의한 물배출공정의 예를 나타내는 플로차트이다.
도 9는 일 실시형태에 관한 크라이오펌프의 다른 예를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 10은 일 실시형태에 관하여, 압축기의 이상정지가 발생했을 때에 크라이오펌프가 실행하는 처리를 예시하는 플로차트이다.

크라이오펌프는 전형적으로, 크라이오패널에 응축하지 않는 수소 등의 비응축성 기체를 흡착하기 위하여, 크라이오패널 상에 흡착재를 갖는다. 흡착재는 보통, 활성탄이다. 또, 크라이오펌프에 배기되는 기체의 종류는 크라이오펌프의 용도에 따라 다양하게 다르지만, 어느 용도에 있어서는, 산소가 포함된다. 이 경우, 재생 중 등 크라이오펌프의 사용 시에, 활성탄의 주위에 산소가 존재할 수 있다. 활성탄은 가연물이기 때문에, 산소의 존재하에서 어떠한 요인에 의하여 우발적인 발화가 발생할 리스크가 있는 것은 부정할 수 없다.

본 발명의 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 크라이오펌프의 안전성을 향상하는 것에 있다.

크라이오펌프는, 크라이오패널에 응축하지 않는 수소 등의 비응축성 기체를 흡착하기 위하여, 크라이오패널 상에 흡착재를 갖는다. 자주 사용되고 있는 흡착재는 활성탄이지만, 이것은 소수성이다.

크라이오펌프에 배기되는 기체에 수증기가 포함되는 케이스는 드물지 않다. 수증기는 고체(얼음)로서 크라이오패널에 포착된다. 전형적인 재생방법에서는, 얼음이 다시 기화되어 외부로 배출되기 전에, 얼음은 먼저 녹아서 물이 된다. 액체인 물은 흡착재로 흘러, 흡착재를 적실지도 모른다. 만약, 흡착재가 친수성 재료를 포함하는 경우, 수분자가 흡착재에 강하게 결합한다. 그러면, 흡착재의 탈수에 상당히 긴 시간을 요하게 되어, 바람직하지 않다. 다만, 본 발명자들에 의하여 인식된 이러한 과제는, 당업자에게 일반적인 인식이라고 이해되어서는 안 된다.

본 발명의 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 친수성 흡착재를 갖는 크라이오펌프에 대하여 재생시간을 단축하는 것에 있다.

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 조금도 한정하는 것은 아니다. 또, 이하의 설명에 있어서 참조하는 도면에 있어서, 각 구성부재의 크기나 두께는 설명의 편의를 위한 것으로, 반드시 실제의 치수나 비율을 나타내는 것은 아니다.

도 1은, 일 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)를 개략적으로 나타낸다. 크라이오펌프(10)는, 예를 들면 이온주입장치, 스퍼터링장치, 증착장치, 또는 그 외의 진공프로세스장치의 진공챔버에 장착되어, 진공챔버 내부의 진공도를 원하는 진공프로세스에 요구되는 레벨까지 높이기 위하여 사용된다. 크라이오펌프(10)는, 배기되어야 할 기체를 진공챔버로부터 받아들이기 위한 흡기구(12)를 갖는다. 흡기구(12)를 통하여 기체가 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)에 진입한다.

다만 이하에서는, 크라이오펌프(10)의 구성요소의 위치 관계를 알기 쉽게 나타내기 위하여, "축방향", "직경방향"이라는 용어를 사용하는 경우가 있다. 축방향은 흡기구(12)를 통과하는 방향(도 1에 있어서 중심축(A)을 따르는 방향)을 나타내고, 직경방향은 흡기구(12)를 따르는 방향(중심축(A)에 수직인 방향)을 나타낸다. 편의상, 축방향에 관하여 흡기구(12)에 상대적으로 가까운 것을 "상", 상대적으로 먼 것을 "하"라고 부르는 경우가 있다. 즉, 크라이오펌프(10)의 저부로부터 상대적으로 먼 것을 "상", 상대적으로 가까운 것을 "하"라고 부르는 경우가 있다. 직경방향에 관해서는, 흡기구(12)의 중심(도 1에 있어서 중심축(A))에 가까운 것을 "내", 흡기구(12)의 둘레가장자리에 가까운 것을 "외"라고 부르는 경우가 있다. 다만, 이러한 표현은 크라이오펌프(10)가 진공챔버에 장착되었을 때의 배치와는 관계가 없다. 예를 들면, 크라이오펌프(10)는 연직방향으로 흡기구(12)를 하향으로 하여 진공챔버에 장착되어도 된다.

또, 축방향을 둘러싸는 방향을 "둘레방향"이라고 부르는 경우가 있다. 둘레방향은, 흡기구(12)를 따르는 제2 방향이며, 직경방향에 직교하는 접선방향이다.

크라이오펌프(10)는, 냉동기(16), 제1 크라이오패널유닛(18), 제2 크라이오패널유닛(20), 및, 크라이오펌프하우징(70)을 구비한다. 제1 크라이오패널유닛(18)은, 고온 크라이오패널부 또는 100K부라고도 칭해질 수 있다. 제2 크라이오패널유닛(20)은, 저온 크라이오패널부 또는 10K부라고도 칭해질 수 있다.

냉동기(16)는, 예를 들면 기포드·맥마흔식 냉동기(이른바 GM냉동기) 등의 극저온냉동기이다. 냉동기(16)는, 2단식의 냉동기이다. 그 때문에, 냉동기(16)는, 제1 냉각스테이지(22) 및 제2 냉각스테이지(24)를 구비한다. 냉동기(16)는, 제1 냉각스테이지(22)를 제1 냉각온도로 냉각하고, 제2 냉각스테이지(24)를 제2 냉각온도로 냉각하도록 구성되어 있다. 제2 냉각온도는 제1 냉각온도보다 저온이다. 예를 들면, 제1 냉각스테이지(22)는 65K~120K 정도, 바람직하게는 80K~100K로 냉각되고, 제2 냉각스테이지(24)는 10K~20K 정도로 냉각된다. 제1 냉각스테이지(22) 및 제2 냉각스테이지(24)는 각각, 고온냉각스테이지 및 저온냉각스테이지라고도 칭해질 수 있다.

또, 냉동기(16)는, 제2 냉각스테이지(24)를 제1 냉각스테이지(22)에 구조적으로 지지함과 함께 제1 냉각스테이지(22)를 냉동기(16)의 실온부(26)에 구조적으로 지지하는 냉동기구조부(21)를 구비한다. 그 때문에 냉동기구조부(21)는, 직경방향을 따라 동축으로 뻗어 있는 제1 실린더(23) 및 제2 실린더(25)를 구비한다. 제1 실린더(23)는, 냉동기(16)의 실온부(26)를 제1 냉각스테이지(22)에 접속한다. 제2 실린더(25)는, 제1 냉각스테이지(22)를 제2 냉각스테이지(24)에 접속한다. 실온부(26), 제1 실린더(23), 제1 냉각스테이지(22), 제2 실린더(25), 및 제2 냉각스테이지(24)는, 이 순서로 직선상으로 일렬로 나열된다.

제1 실린더(23) 및 제2 실린더(25) 각각의 내부에는 제1 디스플레이서 및 제2 디스플레이서(도시하지 않음)가 왕복동(往復動) 가능하게 배치되어 있다. 제1 디스플레이서 및 제2 디스플레이서에는 각각 제1 축랭기 및 제2 축랭기(도시하지 않음)가 장착되어 있다. 또, 실온부(26)는, 제1 디스플레이서 및 제2 디스플레이서를 왕복동시키기 위한 구동기구(도시하지 않음)를 갖는다. 구동기구는, 냉동기(16)의 내부로의 작동기체(예를 들면 헬륨)의 공급과 배출을 주기적으로 반복하도록 작동기체의 유로를 전환하는 유로전환기구를 포함한다.

냉동기(16)는, 작동기체의 압축기(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 냉동기(16)는, 압축기에 의하여 가압된 작동기체를 내부에서 팽창시켜 제1 냉각스테이지(22) 및 제2 냉각스테이지(24)를 냉각한다. 팽창한 작동기체는 압축기에 회수되어 다시 가압된다. 냉동기(16)는, 작동기체의 급배(給排)와 이에 동기한 제1 디스플레이서 및 제2 디스플레이서의 왕복동을 포함하는 열사이클을 반복함으로써 한랭을 발생시킨다.

도시되는 크라이오펌프(10)는, 이른바 가로형의 크라이오펌프이다. 가로형의 크라이오펌프란 일반적으로, 냉동기(16)가 크라이오펌프(10)의 중심축(A)에 교차하도록(통상은 직교하도록) 배치되어 있는 크라이오펌프이다.

제1 크라이오패널유닛(18)은, 방사실드(30)와 입구크라이오패널(32)을 구비하며, 제2 크라이오패널유닛(20)을 포위한다. 제1 크라이오패널유닛(18)은, 크라이오펌프(10)의 외부 또는 크라이오펌프하우징(70)으로부터의 복사열로부터 제2 크라이오패널유닛(20)을 보호하기 위한 극저온 표면을 제공한다. 제1 크라이오패널유닛(18)은 제1 냉각스테이지(22)에 열적으로 결합되어 있다. 따라서 제1 크라이오패널유닛(18)은 제1 냉각온도로 냉각된다. 제1 크라이오패널유닛(18)은 제2 크라이오패널유닛(20)과의 사이에 간극을 갖고 있으며, 제1 크라이오패널유닛(18)은 제2 크라이오패널유닛(20)과 접촉하고 있지 않다. 제1 크라이오패널유닛(18)은 크라이오펌프하우징(70)과도 접촉하고 있지 않다.

제1 크라이오패널유닛(18)은, 응축크라이오패널이라고 칭할 수도 있다. 제2 크라이오패널유닛(20)은, 흡착크라이오패널이라고 칭할 수도 있다.

방사실드(30)는, 크라이오펌프하우징(70)의 복사열로부터 제2 크라이오패널유닛(20)을 보호하기 위하여 마련되어 있다. 방사실드(30)는, 크라이오펌프하우징(70)과 제2 크라이오패널유닛(20)의 사이에 있으며, 제2 크라이오패널유닛(20)을 둘러싼다. 방사실드(30)는, 크라이오펌프(10)의 외부로부터 내부공간(14)으로 기체를 받아들이기 위한 실드 주개구(34)를 갖는다. 실드 주개구(34)는, 흡기구(12)에 위치한다.

방사실드(30)는, 실드 주개구(34)를 정하는 실드전단(36)과, 실드 주개구(34)와 반대측에 위치하는 실드저부(38)와, 실드전단(36)을 실드저부(38)에 접속하는 실드측부(40)를 구비한다. 실드측부(40)는, 축방향으로 실드전단(36)으로부터 실드 주개구(34)와 반대측으로 뻗어 있고, 둘레방향으로 제2 냉각스테이지(24)를 포위하도록 뻗어 있다.

실드측부(40)는, 냉동기구조부(21)가 삽입되는 실드측부 개구(44)를 갖는다. 실드측부 개구(44)를 통하여 방사실드(30)의 외부로부터 제2 냉각스테이지(24) 및 제2 실린더(25)가 방사실드(30)의 안으로 삽입된다. 실드측부 개구(44)는, 실드측부(40)에 형성된 장착구멍이며, 예를 들면 원형이다. 제1 냉각스테이지(22)는 방사실드(30)의 외부에 배치되어 있다.

실드측부(40)는, 냉동기(16)의 장착시트(46)를 구비한다. 장착시트(46)는, 제1 냉각스테이지(22)를 방사실드(30)에 장착하기 위한 평탄부분이며, 방사실드(30)의 외부에서 보아 약간 파여 있다. 장착시트(46)는, 실드측부 개구(44)의 외주를 형성한다. 제1 냉각스테이지(22)가 장착시트(46)에 장착됨으로써, 방사실드(30)가 제1 냉각스테이지(22)에 열적으로 결합되어 있다.

이와 같이 방사실드(30)를 제1 냉각스테이지(22)에 직접 장착하는 것 대신에, 일 실시형태에 있어서는, 방사실드(30)는, 추가의 전열부재를 통하여 제1 냉각스테이지(22)에 열적으로 결합되어 있어도 된다.

도시되는 실시형태에 있어서는, 방사실드(30)는 일체의 통상으로 구성되어 있다. 이를 대신하여, 방사실드(30)는, 복수의 부품에 의하여 전체적으로 통상의 형상을 이루도록 구성되어 있어도 된다. 이들 복수의 부품은 서로 간극을 갖고 배치되어 있어도 된다. 예를 들면, 방사실드(30)는 축방향으로 2개의 부분으로 분할되어 있어도 된다.

입구크라이오패널(32)은, 크라이오펌프(10)의 외부의 열원(예를 들면, 크라이오펌프(10)가 장착되는 진공챔버 내의 열원)으로부터의 복사열로부터 제2 크라이오패널유닛(20)을 보호하기 위하여, 흡기구(12)(또는 실드 주개구(34), 이하 동일)에 마련되어 있다. 또, 입구크라이오패널(32)의 냉각온도에서 응축하는 기체(예를 들면 수분)가 그 표면에 포착된다.

입구크라이오패널(32)은, 흡기구(12)에 있어서 제2 크라이오패널유닛(20)에 대응하는 장소에 배치되어 있다. 입구크라이오패널(32)은, 흡기구(12)의 개구면적의 적어도 중심부분을 점유한다. 입구크라이오패널(32)은, 흡기구(12)에 배치되는 평면적인 구조를 구비한다. 입구크라이오패널(32)는 예를 들면, 동심원상 또는 격자상으로 형성된 루버 또는 셰브런을 구비해도 되고, 평판(예를 들면 원판)의 플레이트를 구비해도 된다.

입구크라이오패널(32)은 장착부재(도시하지 않음)를 통하여 실드전단(36)에 장착된다. 이렇게 하여 입구크라이오패널(32)은 방사실드(30)에 고정되고, 방사실드(30)에 열적으로 접속되어 있다. 입구크라이오패널(32)은 제2 크라이오패널유닛(20)에 근접하고 있지만, 접촉은 하고 있지 않다.

제2 크라이오패널유닛(20)은, 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 중심부에 마련되어 있다. 제2 크라이오패널유닛(20)은, 복수의 크라이오패널(60)과, 패널장착부재(62)를 구비한다. 패널장착부재(62)는, 제2 냉각스테이지(24)로부터 축방향으로 상방 및 하방을 향하여 뻗어 있다. 제2 크라이오패널유닛(20)은, 패널장착부재(62)를 통하여 제2 냉각스테이지(24)에 장착되어 있다. 이와 같이 하여, 제2 크라이오패널유닛(20)은, 제2 냉각스테이지(24)에 열적으로 접속되어 있다. 따라서, 제2 크라이오패널유닛(20)은 제2 냉각온도로 냉각된다.

복수의 크라이오패널(60)이, 실드 주개구(34)로부터 실드저부(38)로 향하는 방향을 따라(즉 중심축(A)을 따라) 패널장착부재(62) 상에 배열되어 있다. 복수의 크라이오패널(60)은 각각 중심축(A)에 수직으로 뻗어 있는 평판(예를 들면 원판)이며, 서로 평행하게 패널장착부재(62)에 장착되어 있다. 다만 크라이오패널(60)은 평판으로는 한정되지 않으며, 그 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 크라이오패널(60)은, 역원뿔대상 또는 원뿔대상의 형상을 가져도 된다.

복수의 크라이오패널(60)은 도시되는 바와 같이 각각 동일 형상을 가져도 되고, 다른 형상(예를 들면 다른 직경)을 가져도 된다. 복수의 크라이오패널(60) 중 어느 크라이오패널(60)은, 그 상방에 인접하는 크라이오패널(60)과 동일 형상을 갖거나, 또는 그것보다 대형이어도 된다. 또, 복수의 크라이오패널(60)의 간격은 도시되는 바와 같이 일정해도 되고, 서로 달라도 된다.

제2 크라이오패널유닛(20)에 있어서는, 적어도 일부의 표면에 흡착영역(64)이 형성되어 있다. 흡착영역(64)은 비응축성 기체(예를 들면 수소)를 흡착에 의하여 포착하기 위하여 마련되어 있다. 흡착영역(64)은, 흡기구(12)로부터 보이지 않도록, 상방에 인접하는 크라이오패널(60)의 그늘이 되는 장소에 형성되어 있어도 된다. 예를 들면, 흡착영역(64)은 크라이오패널(60)의 하면(배면)의 전역(全域)에 형성되어 있다. 또, 흡착영역(64)은, 크라이오패널(60)의 상면(전면)의 적어도 중심부에 형성되어 있어도 된다.

흡착영역(64)은, 입상(粒狀)의 흡착재를 크라이오패널(60)의 표면에 접착함으로써 형성되어도 된다. 흡착재의 입경은, 예를 들면 2mm 내지 5mm여도 된다. 이와 같이 하면, 제조 시의 접착작업이 하기 쉬워진다.

흡착영역(64)은, 실리카젤을 주성분으로서 함유하는 불연성 흡착재를 구비한다. 불연성 흡착재는, 적어도 약 50질량퍼센트, 또는 적어도 약 60질량퍼센트, 적어도 약 70질량퍼센트, 적어도 약 80질량퍼센트, 적어도 약 90질량퍼센트의 실리카젤을 포함해도 된다. 불연성 흡착재는, 실질적으로 전부가 실리카젤이어도 된다. 실리카젤은, 이산화규소를 주성분으로 하므로, 산소와 화학반응을 하지 않는다.

이와 같이, 흡착영역(64)을 형성하는 흡착재는, 무기물질로 이루어지는 다공질체에 의하여 형성되고, 유기물질을 포함하지 않는다. 전형적인 크라이오펌프와는 달리, 크라이오펌프(10)의 흡착영역(64)은, 활성탄을 포함하지 않는다.

다공질체의 흡착특성에 관련되는 대표적인 파라미터로서, 평균세공직경, 충전밀도, 세공용적, 및 비표면적이 있다. 일반적으로 입수 가능한 실리카젤에는, 몇 가지 형이 있으며, 예를 들면, 실리카젤 A형, 실리카젤 B형, 실리카젤 N형, 실리카젤 RD형, 실리카젤 ID형이 있다. 그래서, 각 형의 실리카젤의 이들 4개의 파라미터를 도 2에 나타낸다.

본 발명자는, 각 형의 입상 실리카젤을 크라이오패널(60)에 접착함으로써 크라이오패널(60) 상에 흡착영역(64)을 형성하고, 공통의 조건하에서 수소의 흡장량을 측정했다. 실리카젤 A형, 실리카젤 RD형, 실리카젤 N형에 대해서는, 실리카젤 B형 및 ID형에 비하여, 보다 많은 수소를 흡착하는 것이 판명되었다. 흡착영역(64)의 단위면적당 수소흡장량의 측정결과를, 실리카젤 A형, 실리카젤 N형, 실리카젤 RD형에 대하여 이하에 나타낸다.

실리카젤 A형: 251(L/m²)

실리카젤 RD형: 195(L/m²)

실리카젤 N형: 179(L/m²)

따라서, 실리카젤 A형, 실리카젤 RD형, 실리카젤 N형은, 크라이오펌프(10)에 이용되는 비응축성 기체의 흡착재로서, 실용에 적합할 수 있을 것으로 기대된다. 실리카젤 B형 및 ID형에 대해서도, 요구되는 흡장량이 비교적 적은 용도에 있어서는, 비응축성 기체의 흡착재로서 이용 가능할 수 있다.

어느 흡착재에 의한 비응축성 기체의 흡장량은, 다음의 2가지의 이유로부터, 그 흡착재의 평균세공직경이 작을수록 향상하는 것으로 생각할 수 있다. 첫번째로, 세공의 직경이 작을수록, 흡착재의 표면에 있어서 단위면적당 세공수를 많게 할 수 있기 때문이다. 그 결과, 기체가 흡착되는 표면적이 커져, 기체분자는 흡착되기 쉬워진다.

또, 흡착은, 흡착재의 표면과 기체분자의 물리적 상호작용, 예를 들면 분자간력에 의하여 발생한다. 세공의 직경이 작을수록, 세공의 사이즈가 기체분자의 크기에 가까워진다. 그러면, 기체분자가 세공 내에 진입했을 때, 기체분자를 중심으로 하여 상호작용이 발생할 수 있는 거리범위에 세공의 내벽면이 존재할 가능성이 높아진다. 기체분자와 세공의 벽면의 상호작용이 발생하기 쉬워져, 기체분자는 흡착되기 쉬워진다. 이것이 두번째 이유이다.

이와 같은 지견(知見)을 근거로 하면, 양호한 비응축성 기체의 흡착특성을 얻기 위하여, 실리카젤은, 3.0nm 이하의 평균세공직경을 갖는 것이 바람직하다. 또, 수소분자의 크기는 대략 0.1nm이기 때문에, 실리카젤은, 그것보다 큰 평균세공직경, 예를 들면, 0.5nm 이상의 평균세공직경을 갖는 것이 바람직하다.

보다 바람직하게는, 실리카젤은, 2.0nm 내지 3.0nm의 평균세공직경을 갖는다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 실리카젤 A형, 실리카젤 RD형, 실리카젤 N형은, 이 바람직한 범위에 포함되는 평균세공직경을 갖는다. 실리카젤 B형 및 ID형의 평균세공직경은, 이 범위보다 상당히 크다.

실리카젤 A형, 실리카젤 RD형, 실리카젤 N형의 평균세공직경을 비교하면, 실리카젤 A형 쪽이 다른 2개의 형보다 평균세공직경이 크다. 그러나, 실리카젤 A형 쪽이, 상술과 같이, 단위면적당 수소흡장량이 크다. 이와 같이 실리카젤 A형이 양호한 결과를 가져오는 이유는, 실리카젤 A형은, 균일한 형상의 입상 실리카젤을 입수하기 쉽기 때문이다. 균일한 입상 실리카젤은, 크라이오패널 표면에 조밀하게 나열하여 접착하기 쉽다. 따라서, 실리카젤 A형은, 부정형상의 입상 실리카젤에 비해, 크라이오패널(60) 상에 고밀도로 설치할 수 있어, 흡장량을 높일 수 있다.

또, 실리카젤은, 상술한 범위의 평균세공직경을 갖는 것에 더하여, 0.7~0.9g/mL의 충전밀도, 0.25~0.45mL/g의 세공용적, 550~750m²/g을 갖는 것이 바람직하다. 이와 같은 물성을 갖는 실리카젤이면, 실리카젤 A형, 실리카젤 RD형, 실리카젤 N형과 동일하게 양호한 흡착특성을 갖는 것으로 기대된다.

제2 크라이오패널유닛(20)의 적어도 일부의 표면에는 응축성 기체를 응축에 의하여 포착하기 위한 응축영역(66)이 형성되어 있다. 응축영역(66)은 예를 들면, 크라이오패널 표면 상에서 흡착재가 떨어져 나간 구역이며, 크라이오패널기재 표면 예를 들면 금속면이 노출되어 있다. 예를 들면, 크라이오패널(60)의 상면 외주부는 응축영역이어도 된다.

크라이오펌프하우징(70)은, 제1 크라이오패널유닛(18), 제2 크라이오패널유닛(20), 및 냉동기(16)를 수용하는 크라이오펌프(10)의 케이스이며, 내부공간(14)의 진공기밀을 유지하도록 구성되어 있는 진공용기이다. 크라이오펌프하우징(70)은, 제1 크라이오패널유닛(18) 및 냉동기구조부(21)를 비접촉으로 포함한다. 크라이오펌프하우징(70)은, 냉동기(16)의 실온부(26)에 장착되어 있다.

크라이오펌프하우징(70)의 전단에 의하여, 흡기구(12)가 획정(劃定)되어 있다. 크라이오펌프하우징(70)은, 그 전단으로부터 직경방향 외측을 향하여 뻗어 있는 흡기구플랜지(72)를 구비한다. 흡기구플랜지(72)는, 크라이오펌프하우징(70)의 전체둘레에 걸쳐 마련되어 있다. 크라이오펌프(10)는, 흡기구플랜지(72)를 이용하여 진공배기 대상의 진공챔버에 장착된다.

크라이오펌프하우징(70)에는, 러프밸브(80) 및 퍼지밸브(84)가 장착되어 있다.

러프밸브(80)는, 러프펌프(82)에 접속된다. 러프밸브(80)의 개폐에 의하여, 러프펌프(82)와 크라이오펌프(10)가 연통 또는 차단된다. 러프밸브(80)를 개방함으로써 러프펌프(82)와 크라이오펌프하우징(70)이 연통되고, 러프밸브(80)를 폐쇄함으로써 러프펌프(82)와 크라이오펌프하우징(70)이 차단된다. 러프밸브(80)를 개방하고 또한 러프펌프(82)를 동작시킴으로써, 크라이오펌프(10)의 내부를 감압할 수 있다.

러프펌프(82)는, 크라이오펌프(10)의 진공배기를 하기 위한 진공펌프이다. 러프펌프(82)는, 크라이오펌프(10)의 동작압력범위의 저진공영역, 바꿔 말하면 크라이오펌프(10)의 동작개시압력인 베이스압레벨을 크라이오펌프(10)에 제공하기 위한 진공펌프이다. 러프펌프(82)는, 대기압으로부터 베이스압레벨까지 크라이오펌프하우징(70)을 감압할 수 있다. 베이스압레벨은, 러프펌프(82)의 고진공영역에 해당하고, 러프펌프(82)와 크라이오펌프(10)의 동작압력범위의 중첩부분에 포함된다. 베이스압레벨은, 예를 들면 1Pa 이상 50Pa 이하(예를 들면 10Pa 정도)의 범위이다.

러프펌프(82)는 전형적으로는 크라이오펌프(10)와는 다른 진공장치로서 마련되며, 예를 들면 크라이오펌프(10)가 접속되는 진공챔버를 포함하는 진공시스템의 일부를 구성한다. 크라이오펌프(10)는 진공챔버를 위한 주펌프이며, 러프펌프(82)는 보조펌프이다.

퍼지밸브(84)는 퍼지가스원(86)을 포함하는 퍼지가스공급장치에 접속된다. 퍼지밸브(84)의 개폐에 의하여 퍼지가스원(86)과 크라이오펌프(10)가 연통 또는 차단되어, 퍼지가스의 크라이오펌프(10)로의 공급이 제어된다. 퍼지밸브(84)를 개방함으로써, 퍼지가스원(86)으로부터 크라이오펌프하우징(70)으로의 퍼지가스흐름이 허용된다. 퍼지밸브(84)를 폐쇄함으로써, 퍼지가스원(86)으로부터 크라이오펌프하우징(70)으로의 퍼지가스흐름이 차단된다. 퍼지밸브(84)를 개방하여 퍼지가스원(86)으로부터 퍼지가스를 크라이오펌프하우징(70)에 도입함으로써, 크라이오펌프(10)의 내부를 승압할 수 있다. 공급된 퍼지가스는, 러프밸브(80)를 통하여 크라이오펌프(10)로부터 배출된다.

퍼지가스의 온도는, 예를 들면 실온으로 조정되어 있지만, 일 실시형태에 있어서는 퍼지가스는, 실온보다 고온으로 가열된 가스, 또는, 실온보다 어느 정도 저온의 가스여도 된다. 본서에 있어서 실온은, 10℃~30℃의 범위 또는 15℃~25℃의 범위로부터 선택되는 온도이며, 예를 들면 약 20℃이다. 퍼지가스는 예를 들면 질소가스이다. 퍼지가스는, 건조한 가스여도 된다.

크라이오펌프(10)는, 제1 냉각스테이지(22)의 온도를 측정하기 위한 제1 온도센서(90)와, 제2 냉각스테이지(24)의 온도를 측정하기 위한 제2 온도센서(92)를 구비한다. 제1 온도센서(90)는, 제1 냉각스테이지(22)에 장착되어 있다. 제2 온도센서(92)는, 제2 냉각스테이지(24)에 장착되어 있다. 따라서, 제1 온도센서(90)는, 제1 크라이오패널유닛(18)의 온도를 측정하고, 제2 온도센서(92)는, 제2 크라이오패널유닛(20)의 온도를 측정할 수 있다.

또, 크라이오펌프하우징(70)의 내부에 압력센서(94)가 마련되어 있다. 압력센서(94)는 예를 들면, 제1 크라이오패널유닛(18)의 외측이며 냉동기(16)의 근방에 마련되어 있다. 압력센서(94)는, 크라이오펌프하우징(70)의 내압을 측정할 수 있다.

상기의 구성의 크라이오펌프(10)의 동작을 이하에 설명한다. 크라이오펌프(10)의 작동 시에는, 먼저 그 작동 전에 다른 적당한 러핑 펌프로 진공챔버 내부를 1Pa 정도로까지 러프 펌핑한다. 그 후, 크라이오펌프(10)를 작동시킨다. 냉동기(16)의 구동에 의하여 제1 냉각스테이지(22) 및 제2 냉각스테이지(24)가 각각 제1 냉각온도 및 제2 냉각온도로 냉각된다. 따라서, 이들에 열적으로 결합되어 있는 제1 크라이오패널유닛(18), 제2 크라이오패널유닛(20)도 각각 제1 냉각온도 및 제2 냉각온도로 냉각된다.

입구크라이오패널(32)은, 진공챔버로부터 크라이오펌프(10)를 향하여 비래(飛來)하는 기체를 냉각한다. 입구크라이오패널(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, 입구크라이오패널(32)은, 제1종 기체를 배기할 수 있다. 제1 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮지 않은 기체의 일부는, 흡기구(12)로부터 내부공간(14)으로 진입한다. 혹은, 기체의 다른 일부는, 입구크라이오패널(32)에서 반사되어, 내부공간(14)으로 진입하지 않는다.

내부공간(14)으로 진입한 기체는, 제2 크라이오패널유닛(20)에 의하여 냉각된다. 제2 크라이오패널유닛(20)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, 제2 크라이오패널유닛(20)은, 제2종 기체를 배기할 수 있다.

제2 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮지 않은 기체는, 제2 크라이오패널유닛(20)의 흡착재에 흡착된다. 이 기체는, 제3종 기체라고 칭해져도 된다. 제3종 기체는 비응축성 기체라고도 칭해지며, 예를 들면 수소이다. 이렇게 하여, 제2 크라이오패널유닛(20)은, 제3종 기체를 배기할 수 있다. 따라서, 크라이오펌프(10)는, 다양한 기체를 응축 또는 흡착에 의하여 배기하여, 진공챔버의 진공도를 원하는 레벨에 도달시킬 수 있다.

배기 운전이 계속됨으로써 크라이오펌프(10)에는 기체가 축적되어 간다. 축적한 기체를 외부로 배출하기 위하여, 크라이오펌프(10)의 재생이 행해진다. 재생 중, 크라이오펌프(10)는 승온되고, 기체는 크라이오패널(60)로부터 방출된다.

종래 전형적인 크라이오펌프는 흡착재로서 활성탄을 이용하고 있으며, 어느 용도에 있어서는 산소를 포함하는 기체가 크라이오펌프에 의하여 배기된다. 이 경우, 재생 중에, 활성탄은 산소분위기에 노출된다. 활성탄은 가연물이기 때문에, 어떠한 요인에 의하여 우발적인 발화가 발생할지도 모른다. 사고의 가능성을 저감하기 위해서는, 복수의 위험인자의 병존을 회피하는 것이 중요하다.

본 실시형태에 의하면, 흡착영역(64)은, 실리카젤을 주성분으로서 함유하는 불연성 흡착재를 구비한다. 따라서, 비록 산소가 존재했다고 해도, 흡착재의 발화 및 연소는 확실하게 방지된다. 종래와 달리, 활성탄과 산소라고 하는 복수의 위험인자의 병존이 회피되어, 발화리스크를 없앨 수 있다. 따라서, 크라이오펌프(10)의 안전성은 향상된다. 배기해야 할 기체에 산소가 포함되는 용도에 적합한 크라이오펌프(10)를 제공할 수 있다.

불연성 흡착재로서 몰레큘러시브 등 다른 무기 다공질체를 이용하는 생각도 있을 수 있다. 이것에 비하여, 본 실시형태와 같이 실리카젤을 이용하는 것에는, 크라이오펌프(10)의 재생을 용이하게 한다는 이점이 있다. 다공질체의 흡착특성은 일반적으로, 고온이 될수록 흡착량이 저하한다는 온도의존성을 갖는다. 즉, 다공질체가 가열되면, 그것에 흡착되어 있는 기체가 방출되기 쉬워진다. 실리카젤은, 다른 무기 다공질체에 비하여, 고온에서의 흡착특성의 저하가 현저하게 크다. 따라서, 실리카젤을 함유하는 불연성 흡착재는, 재생되기 쉽다.

그러나, 크라이오펌프(10)에 배기되는 기체에 수증기가 포함되는 경우에는, 문제가 일어날 수 있다. 크라이오펌프(10)의 진공배기운전 중에는 수증기는 제1 크라이오패널유닛(18)에 응축되어, 얼음으로 되어 있다. 재생 중에는 크라이오펌프(10)는 실온 또는 그것보다 고온(예를 들면 290K~330K)으로 가열되므로, 얼음은 녹아서 물이 된다. 흡착재에 많은 물방울이 붙을지도 모른다.

실리카젤은 OH기를 갖는 친수성 재료의 일종이다. 이러한 친수성 흡착재가 액체인 물에 접하면, 흡착재의 분자와 수분자의 사이에 수소결합이 용이하게 형성된다. 수소결합은 강한 결합이기 때문에, 흡착재의 탈수에는 상당히 시간을 요하게 되어, 재생시간이 길어져 버리는 것이 예상된다. 이것은 바람직하지 않다. 추가로, 실리카젤은, 액체인 물에 잠기면 물러지고, 그 후 자연스럽게 부서져 버리는 성질이 있다. 그 때문에, 친수성 흡착재가 실리카젤을 함유하는 경우에는, 액체인 물과의 접촉을 피하는 것이 특히 바람직하다.

그래서, 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)의 재생은, 얼음을 승화에 의하여, 액체인 물을 거치는 일 없이 수증기로 기화하여, 외부로 배출하도록 하여 행해진다. 이와 같은 실시예를 이하에 설명한다.

도 3은, 일 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)의 블록도이다. 크라이오펌프(10)는, 재생컨트롤러(100), 기억부(102), 입력부(104), 및 출력부(106)를 구비한다.

재생컨트롤러(100)는, 크라이오펌프(10)의 재생운전을 제어하도록 구성되어 있다. 재생컨트롤러(100)에는, 제1 온도센서(90), 제2 온도센서(92), 및 압력센서(94)를 포함하는 각종 센서의 측정결과를 수신하도록 구성되어 있다. 재생컨트롤러(100)는, 그러한 측정결과에 근거하여, 냉동기(16) 및 각종 밸브에 주는 제어지령을 연산한다. 재생컨트롤러(100)는, 크라이오펌프(10)의 재생을 위하여 크라이오펌프하우징(70)으로부터의 배기와 크라이오펌프하우징(70)으로의 퍼지가스의 공급을 제어하도록 구성되어 있다. 재생컨트롤러(100)는, 러프밸브(80) 및 퍼지밸브(84)의 개폐를 재생 중에 제어한다.

제1 온도센서(90)는, 제1 크라이오패널유닛(18)의 온도를 정기적으로 측정하여, 제1 크라이오패널유닛(18)의 측정온도를 나타내는 제1 온도측정신호 S1을 생성한다. 제1 온도센서(90)는, 재생컨트롤러(100)에 통신 가능하게 접속되어 있으며, 제1 온도측정신호 S1을 재생컨트롤러(100)에 출력한다. 제2 온도센서(92)는, 제2 크라이오패널유닛(20)의 온도를 정기적으로 측정하여, 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도를 나타내는 제2 온도측정신호 S2를 생성한다. 제2 온도센서(92)는, 재생컨트롤러(100)에 통신 가능하게 접속되어 있으며, 제2 온도측정신호 S2를 재생컨트롤러(100)에 출력한다.

압력센서(94)는, 크라이오펌프하우징(70)의 내압을 정기적으로 측정하여, 크라이오펌프하우징(70)의 내압을 나타내는 압력측정신호 S3을 생성한다. 압력센서(94)는, 재생컨트롤러(100)에 통신 가능하게 접속되어 있으며, 압력측정신호 S3을 재생컨트롤러(100)에 출력한다.

기억부(102)는, 크라이오펌프(10)의 제어에 관련되는 데이터를 기억하도록 구성되어 있다. 기억부(102)는, 반도체메모리 또는 그 외의 데이터기억매체여도 된다. 입력부(104)는, 유저 또는 다른 장치로부터의 입력을 받아들이도록 구성되어 있다. 입력부(104)는 예를 들면, 유저로부터의 입력을 받아들이기 위한 마우스나 키보드 등의 입력수단, 및/또는, 다른 장치와의 통신을 하기 위한 통신수단을 포함한다. 출력부(106)는, 크라이오펌프(10)의 제어에 관련되는 데이터를 출력하도록 구성되고, 디스플레이나 프린터 등의 출력수단을 포함한다. 기억부(102), 입력부(104), 및 출력부(106)는 각각 재생컨트롤러(100)와 통신 가능하게 접속되어 있다.

재생컨트롤러(100)는, 제1 압력상승률감시부(110), 제2 압력상승률감시부(112), 온도감시부(114), 압력감시부(116), 러프밸브구동부(118), 퍼지밸브구동부(120)를 구비한다.

제1 압력상승률감시부(110)는, 압력측정신호 S3을 받아, 압력측정신호 S3에 근거하여 압력상승률을 연산하여, 압력상승률을 제1 임계값과 비교한다. 제1 임계값은, 예를 들면, 양의 값으로 설정되어 있다. 제1 압력상승률감시부(110)는, 이러한 비교를, 크라이오펌프(10)를 진공배기하고 있을 때, 즉 러프밸브(80)가 개방되고 퍼지밸브(84)가 폐쇄되어 있을 때에 행한다. 제1 임계값은, 미리 설정되어, 기억부(102)에 저장되어 있다.

제2 압력상승률감시부(112)는, 압력측정신호 S3을 받아, 압력측정신호 S3에 근거하여 압력상승률을 연산하여, 압력상승률을 제2 임계값과 비교한다. 제2 임계값은, 제1 임계값보다 작다. 제2 임계값은, 예를 들면, 음의 값으로 설정되어 있다. 제2 압력상승률감시부(112)는, 이러한 비교를, 크라이오펌프(10)를 진공배기하고 있을 때에 행한다. 제2 임계값은, 미리 설정되어, 기억부(102)에 저장되어 있다.

온도감시부(114)는, 제1 온도측정신호 S1을 받아, 제1 크라이오패널유닛(18)의 측정온도를 퍼지정지온도와 비교한다. 혹은, 온도감시부(114)는, 제2 온도측정신호 S2를 받아, 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도를 퍼지정지온도와 비교해도 된다. 온도감시부(114)는, 이러한 비교를, 크라이오펌프(10)에 퍼지가스가 공급되고 있을 때에, 즉 퍼지밸브(84)가 개방되고 러프밸브(80)가 폐쇄되어 있을 때에 행한다. 또, 온도감시부(114)는, 크라이오펌프하우징(70) 내의 온도(예를 들면, 제1 크라이오패널유닛(18) 또는 제2 크라이오패널유닛(20) 중 어느 하나의 온도)를 온도임계값과 비교한다. 온도감시부(114)는, 이러한 비교를, 크라이오펌프(10)를 진공배기하고 있을 때에 행한다. 퍼지정지온도, 온도임계값은, 미리 설정되어, 기억부(102)에 저장되어 있다.

압력감시부는, 압력측정신호 S3을 받아, 크라이오펌프하우징(70)의 내압을 압력임계값과 비교한다. 압력감시부(116)는, 이러한 비교를, 크라이오펌프(10)를 진공배기하고 있을 때에 행한다. 압력임계값은, 미리 설정되어, 기억부(102)에 저장되어 있다.

제1 압력상승률감시부(110)는, 러프밸브(80)가 현재 개방되어 있는지 폐쇄되어 있는지를 나타내는 러프밸브상태 데이터를 러프밸브구동부(118)로부터 취득할 수 있다. 제1 압력상승률감시부(110)는, 퍼지밸브(84)가 현재 개방되어 있는지 폐쇄되어 있는지를 나타내는 퍼지밸브상태 데이터를 퍼지밸브구동부(120)로부터 취득할 수 있다. 동일하게, 제2 압력상승률감시부(112), 온도감시부(114), 압력감시부(116)는, 러프밸브상태 데이터를 러프밸브구동부(118)로부터 취득하고, 퍼지밸브상태 데이터를 퍼지밸브구동부(120)로부터 취득할 수 있다.

러프밸브구동부(118)는, 러프밸브폐쇄조건이 충족되었는지 여부를 판정하여, 러프밸브구동신호 S4를 생성한다. 러프밸브구동부(118)는, 제1 압력상승률감시부(110), 제2 압력상승률감시부(112), 온도감시부(114), 압력감시부(116) 중 적어도 1개의 비교의 결과에 근거하여, 러프밸브폐쇄조건이 충족되었는지 여부를 판정한다. 러프밸브구동부(118)는, 러프밸브폐쇄조건이 충족되어 있는 경우에는, 러프밸브(80)를 폐쇄하는 러프밸브구동신호 S4를 러프밸브(80)에 출력한다. 러프밸브구동부(118)는, 러프밸브폐쇄조건이 충족되어 있지 않은 경우에는, 러프밸브(80)를 개방하는 러프밸브구동신호 S4를 러프밸브(80)에 출력한다. 또, 러프밸브구동부(118)는, 러프밸브상태 데이터를 생성한다.

퍼지밸브구동부(120)는, 퍼지밸브폐쇄조건이 충족되었는지 여부를 판정하여, 퍼지밸브구동신호 S5를 생성한다. 퍼지밸브구동부(120)는, 제1 압력상승률감시부(110), 제2 압력상승률감시부(112), 온도감시부(114), 압력감시부(116) 중 적어도 1개의 비교의 결과에 근거하여, 퍼지밸브폐쇄조건이 충족되었는지 여부를 판정한다. 퍼지밸브구동부(120)는, 퍼지밸브폐쇄조건이 충족되어 있는 경우에는, 퍼지밸브(84)를 폐쇄하는 퍼지밸브구동신호 S5를 퍼지밸브(84)에 출력한다. 퍼지밸브구동부(120)는, 퍼지밸브폐쇄조건이 충족되어 있지 않은 경우에는, 퍼지밸브(84)를 개방하는 퍼지밸브구동신호 S5를 퍼지밸브(84)에 출력한다. 또, 퍼지밸브구동부(120)는, 퍼지밸브상태 데이터를 생성한다.

러프밸브구동부(118)는, 제1 압력상승률감시부(110), 제2 압력상승률감시부(112), 온도감시부(114), 압력감시부(116) 중 적어도 1개의 비교의 결과에 근거하여, 러프밸브개방조건이 충족되었는지 여부를 판정해도 된다. 러프밸브구동부(118)는, 러프밸브개방조건이 충족되어 있는 경우에는 러프밸브(80)를 개방하고, 러프밸브개방조건이 충족되어 있지 않은 경우에는 러프밸브(80)를 폐쇄하도록, 러프밸브(80)를 제어해도 된다. 동일하게, 퍼지밸브구동부(120)는, 퍼지밸브개방조건이 충족되어 있는 경우에는 퍼지밸브(84)를 개방하고, 퍼지밸브개방조건이 충족되어 있지 않은 경우에는 퍼지밸브(84)를 폐쇄하도록, 퍼지밸브(84)를 제어해도 된다.

예를 들면, 퍼지밸브구동부(120)는, 크라이오펌프(10)의 재생을 개시할 때 퍼지밸브(84)를 개방함과 함께, 온도감시부(114)에 의하여 측정온도가 퍼지정지온도보다 높다고 판정된 것을 조건으로 하여, 퍼지밸브(84)를 폐쇄해도 된다. 러프밸브구동부(118)는, 온도감시부(114)에 의하여 측정온도가 퍼지정지온도보다 높다고 판정된 것을 조건으로 하여, 러프밸브(80)를 개방해도 된다.

러프밸브구동부(118)는, 제2 압력상승률감시부(112)에 의하여 압력상승률이 제2 임계값보다 작다고 판정된 것을 조건의 하나로 하여, 러프밸브(80)를 폐쇄해도 된다. 러프밸브구동부(118)는, 크라이오펌프하우징(70)의 내압이 압력임계값보다 낮은 것을 추가의 조건으로 하여, 러프밸브(80)를 폐쇄해도 된다. 러프밸브구동부(118)는, 크라이오펌프하우징(70) 내의 온도가 온도임계값보다 높은 것을 추가의 조건으로 하여, 러프밸브(80)를 폐쇄해도 된다.

재생컨트롤러(100), 및 제1 압력상승률감시부(110), 제2 압력상승률감시부(112) 등의 재생컨트롤러(100)의 내부구성은, 하드웨어구성으로서는 컴퓨터의 CPU나 메모리를 비롯한 소자나 회로로 실현되고, 소프트웨어구성으로서는 컴퓨터프로그램 등에 의하여 실현되지만, 도 3에서는 적절히, 그들의 연계에 의하여 실현되는 기능블록으로서 그리고 있다. 이들 기능블록은 하드웨어, 소프트웨어의 조합에 의하여 다양한 형태로 실현할 수 있는 것은, 당업자에게는 이해되는 바이다.

예를 들면, 재생컨트롤러(100)는, CPU(Central Processing Unit), 마이크로컴퓨터 등의 프로세서(하드웨어)와, 프로세서(하드웨어)가 실행하는 소프트웨어프로그램의 조합으로 실장할 수 있다. 그러한 하드웨어프로세서는, 예를 들면, FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 프로그래머블 로직 디바이스로 구성해도 되고, 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)와 같은 제어회로여도 된다. 소프트웨어프로그램은, 크라이오펌프(10)의 재생시퀀스를 재생컨트롤러(100)에 실행시키기 위한 컴퓨터프로그램이어도 된다.

도 4는, 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 재생방법의 주요부를 나타내는 플로차트이다. 재생시퀀스가 개시되면, 퍼지밸브구동부(120)는, 퍼지밸브(84)를 개방하고, 러프밸브구동부(118)는, 러프밸브(80)를 폐쇄한다(S10). 퍼지가스원(86)으로부터 퍼지밸브(84)를 통하여 크라이오펌프하우징(70)에 퍼지가스가 공급된다.

온도감시부(114)는, 제1 크라이오패널유닛(18)의 측정온도를 퍼지정지온도와 비교한다(S12). 온도감시부(114)에 의한 비교의 결과에 근거하여, 러프밸브구동부(118)는 러프밸브(80)를 제어하고, 퍼지밸브구동부(120)는 퍼지밸브(84)를 제어한다. 제1 크라이오패널유닛(18)의 측정온도가 퍼지정지온도보다 낮은 경우에는(S12의 N), 현재의 상태가 유지된다. 즉, 퍼지밸브(84)는 개방되고, 러프밸브(80)는 폐쇄된다. 온도감시부(114)는, 소정 시간 경과 후에 다시, 제1 크라이오패널유닛(18)의 측정온도를 퍼지정지온도와 비교한다(S12).

제1 크라이오패널유닛(18)의 측정온도가 퍼지정지온도보다 높은 경우에는(S12의 Y), 퍼지밸브구동부(120)는, 퍼지밸브(84)를 폐쇄하고, 러프밸브구동부(118)는, 러프밸브(80)를 개방한다(S14). 다만, 퍼지밸브(84)의 폐쇄로부터 얼마간 늦게 러프밸브(80)가 개방되어도 된다.

제1 압력상승률감시부(110)는, 압력상승률을 제1 임계값과 비교한다(S16). 제1 압력상승률감시부(110)에 의한 비교의 결과에 근거하여, 러프밸브구동부(118)는 러프밸브(80)를 제어하고, 퍼지밸브구동부(120)는 퍼지밸브(84)를 제어한다. 압력상승률이 제1 임계값보다 작은 경우에는(S16의 N), 현재의 상태가 유지된다. 즉, 러프밸브(80)는 개방되고, 퍼지밸브(84)는 폐쇄된다. 제1 압력상승률감시부(110)는, 소정 시간 경과 후에 다시, 압력상승률을 제1 임계값과 비교한다(S16).

압력상승률이 제1 임계값보다 큰 경우에는(S16의 Y), 제2 압력상승률감시부(112)는, 압력상승률을 제2 임계값과 비교한다(S18). 이와 같이, 제2 압력상승률감시부(112)는, 제1 압력상승률감시부(110)에 의하여 압력상승률이 제1 임계값보다 크다고 판정된 것을 조건으로 하여, 압력상승률을 제2 임계값과 비교한다.

제2 압력상승률감시부(112)에 의한 비교의 결과에 근거하여, 러프밸브구동부(118)는 러프밸브(80)를 제어하고, 퍼지밸브구동부(120)는 퍼지밸브(84)를 제어한다. 압력상승률이 제2 임계값보다 큰 경우에는(S18의 N), 현재의 상태가 유지된다. 즉, 러프밸브(80)는 개방되고, 퍼지밸브(84)는 폐쇄된다. 제2 압력상승률감시부(112)는, 소정 시간 경과 후에 다시, 압력상승률을 제2 임계값과 비교한다(S18).

압력상승률이 제2 임계값보다 작은 경우에는(S18의 Y), 추가의 러프밸브폐쇄조건이 충족되어 있는지 여부가 판정된다(S20).

이 실시형태에 있어서는, 러프밸브폐쇄조건은, "(1) 압력상승률이 제2 임계값보다 작은 것"에 더하여, 다음의 (2) (3)을 포함한다.

(2) 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압이 압력임계값보다 낮다.

(3) 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도가 온도임계값보다 높다.

따라서, 압력감시부(116)는, 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압을 압력임계값과 비교한다. 또, 온도감시부(114)는, 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도를 온도임계값과 비교한다. 온도감시부(114) 및 압력감시부(116)에 의한 비교의 결과에 근거하여, 러프밸브구동부(118)는 러프밸브(80)를 제어하고, 퍼지밸브구동부(120)는 퍼지밸브(84)를 제어한다.

크라이오펌프하우징(70)의 측정내압이 압력임계값보다 높은 경우에는(S20의 N), 현재의 상태가 유지된다. 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도가 온도임계값보다 낮은 경우에도(S20의 N), 현재의 상태가 유지된다. 즉, 러프밸브(80)는 개방되고, 퍼지밸브(84)는 폐쇄된다. 소정 시간 경과 후에 다시, 이들 추가의 러프밸브폐쇄조건이 충족되어 있는지 여부가 판정된다(S20).

추가의 러프밸브폐쇄조건이 충족되어 있는 경우(S20의 Y), 즉, 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압이 압력임계값보다 낮고 또한 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도가 온도임계값보다 높은 경우에는, 러프밸브(80)는 폐쇄된다(S22). 러프밸브(80)의 폐쇄와 동시에, 또는 얼마간 늦게 퍼지밸브(84)가 개방되어도 된다.

압력임계값은, 예를 들면, 10Pa~100Pa의 압력범위로부터 선택되고, 예를 들면 30Pa여도 된다. 온도임계값은, 예를 들면, 290K~330K의 온도범위로부터 선택되고, 예를 들면 300K여도 된다.

스텝 S22에 있어서의 러프밸브(80)의 폐쇄 후는, 도시되지 않은 가일층의 배출공정 및 쿨다운공정이 행해지고, 재생시퀀스는 종료한다.

도 5는, 도 4에 나타나는 재생방법에 있어서의 온도 및 압력의 시간변화의 일례를 나타낸다. 도 5에 있어서, 부호 T1, T2는 각각 제1 크라이오패널유닛(18), 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도를 나타낸다. 온도값은 좌측의 세로축에 나타난다. 부호 P는 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압을 나타내고, 압력값은 우측의 세로축에 대수(對數)로 나타난다.

재생시퀀스가 개시되면, 퍼지밸브(84)가 개방되고, 러프밸브(80)가 폐쇄된다. 퍼지가스의 공급에 의하여, 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압 P는, 대기압 정도까지 높아진다.

재생시퀀스의 개시시점 T₀에서는, 제1 크라이오패널유닛(18)은 예를 들면 100K 정도의 극저온으로 냉각되고, 제2 크라이오패널유닛(20)은 예를 들면 10~20K 정도의 극저온으로 냉각되어 있다. 퍼지가스, 및 크라이오펌프(10)에 마련된 그 외의 열원에 의하여, 제1 크라이오패널유닛(18), 제2 크라이오패널유닛(20)은 퍼지정지온도 Tp를 향하여 가열된다.

퍼지정지온도 Tp는, 물의 삼중점온도(즉 273.15K)보다 낮은 온도값으로 설정되어 있다. 퍼지정지온도 Tp는, 물의 삼중점온도의 근방에서 그것보다 낮은 온도, 예를 들면 약 230K~270K의 범위로 설정되어도 된다. 퍼지정지온도 Tp는, 250K로 설정되어도 된다.

크라이오펌프(10)에 포착된 다양한 기체 중, 물을 제외한 대부분의 성분은, 크라이오펌프(10)가 퍼지정지온도 Tp로 승온되는 재생의 초기단계에서 기화한다. 이들 다른 기체에 비하여 물은 기화하기 어려워, 크라이오펌프(10)가 퍼지정지온도 Tp에 도달한 시점에서는 아직 제1 크라이오패널유닛(18) 상에 고체인 얼음으로서 남아 있다.

도 5에 나타나는 타이밍 Ta에 있어서 제1 크라이오패널유닛(18)의 측정온도 T1이 퍼지정지온도 Tp에 도달한다. 그러면, 퍼지밸브(84)가 폐쇄되어, 크라이오펌프하우징(70)으로의 퍼지가스의 공급은 정지된다. 이렇게 하여, 크라이오패널온도가 물의 삼중점온도를 초과하기 전에 크라이오펌프(10)로의 퍼지가스의 공급이 정지된다.

이 재생시퀀스는, 이른바 풀재생이며, 제1 크라이오패널유닛(18)와 제2 크라이오패널유닛(20)의 양방이 재생된다. 그 때문에, 크라이오펌프(10)는, 계속 가열되어, 실온 또는 그것보다 고온의 재생온도(예를 들면 290K~330K)로 승온된다. 이와 같이, 재생 중에 크라이오펌프(10)를 비교적 높은 온도로 유지하는 것은, 재생시간의 단축에 기여한다.

도 5에는, 제2 크라이오패널유닛(20)의 설정온도 T2max가 나타나 있다. 재생 중에 있어서 쿨다운이 개시될 때까지, 제2 크라이오패널유닛(20)의 온도 T2는, 설정온도 T2max의 근방에 유지된다. 예를 들면, 설정온도 T2max는, 제2 크라이오패널유닛(20)의 상한온도로서 사용되어도 되고, 제2 크라이오패널유닛(20)의 온도 T2는, 재생컨트롤러(100)에 의하여, 설정온도 T2max와 하한온도 T2max-ΔT의 사이로 유지되어도 된다. 이 온도마진 ΔT는, 예를 들면, 약 5~10K여도 된다. 혹은, 제2 크라이오패널유닛(20)의 온도 T2는, T2max±ΔT의 온도범위로 유지되어도 된다.

타이밍 Ta에 있어서 퍼지밸브(84)가 폐쇄됨과 함께, 러프밸브(80)가 개방된다. 크라이오펌프(10)의 진공배기가 시작된다. 이미 기화하고 있는 다양한 기체는, 러프밸브(80)를 통하여 러프펌프(82)로 배기된다. 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압 P는 급감한다(압력상승률은 음의 값이 된다). 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압 P는, 물의 삼중점압력(611Pa)보다 낮은 값으로 유지되고 있다.

압력상승률은 서서히 제로에 가까워져, 마침내 도 5에 나타나는 타이밍 Tb에 있어서 양의 값이 된다. 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압 P는, 감소에서 증가로 바뀐다. 이 압력상승은, 크라이오펌프(10) 내에 응축된 얼음이 승화에 의하여 기화하기 때문에 발생한다.

얼음의 승화가 진행됨에 따라, 압력상승률은 서서히 작아지고, 이윽고 도 5에 나타나는 타이밍 Tc에 있어서 음의 값이 된다. 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압 P는, 다시 증가에서 감소로 바뀐다. 이 시점에서, 대부분의 얼음이 기화하고 있다고 생각할 수 있다. 기화한 수증기는, 러프밸브(80)를 통하여 러프펌프(82)로 배기된다.

재생컨트롤러(100)는, 이와 같은 얼음의 승화에 의한 압력변동의 "산(山)"을 검지한다. 제1 압력상승률감시부(110)는, 압력변동의 "산"의 발생을 검지하고, 제2 압력상승률감시부(112)는, 압력변동의 "산"의 종료를 검지한다.

크라이오펌프(10)의 진공배기가 더 계속되어, 크라이오펌프(10)의 내압이 충분히 낮아졌을 때, 러프밸브(80)는 폐쇄되어, 크라이오펌프(10)의 진공배기는 종료된다(도 5의 타이밍 Td). 보다 구체적으로는, 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압 P가 압력임계값 Pa보다 낮고 또한 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도 T2가 온도임계값보다 높은 경우에, 러프밸브(80)는 폐쇄된다.

계속해서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 이른바 러프 앤드 퍼지가 행해져도 된다. 러프 앤드 퍼지는, 크라이오펌프(10)로의 퍼지가스의 공급과 진공배기를 교대로 반복하는 공정이다. 승화에 의하여 기화한 수증기의 일부는, 흡착재에 흡착될 수 있다. 러프 앤드 퍼지는, 흡착재에 흡착한 수증기를 배출하는 것에 도움이 될 수 있다. 러프 앤드 퍼지의 동안, 크라이오펌프(10)의 내압 및 압력상승률은 감시되고, 이들이 소정 값을 충족할 때(도 5에 있어서의 타이밍 Te), 크라이오펌프(10)의 쿨다운이 개시된다. 제1 크라이오패널유닛(18) 및 제2 크라이오패널유닛(20)이 각각 목표냉각온도로 냉각되면(도 5에 있어서의 타이밍 Tf), 재생은 완료한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 승화에 의하여 얼음은 액체인 물을 거치는 일 없이 수증기로 기화한다. 따라서, 친수성 흡착재는, 재생 중에 액체인 물과 접촉하지 않는다. 흡착재에 흡착되는 물의 양이 적어지므로, 흡착재의 탈수에 요하는 시간을 단축할 수 있다. 따라서, 재생시간을 짧게 할 수 있다.

또, 상술과 같이, 실리카젤은, 액체인 물에 잠기면 물러지고, 그 후 자연스럽게 부서져 버리는 성질이 있다. 그러나, 본 실시형태에 의하면, 친수성 흡착재는, 재생 중에 액체인 물과 접촉하지 않는다. 따라서, 친수성 흡착재가 실리카젤을 함유하는 경우에, 친수성 흡착재를 오래 가게 할 수 있다.

도 6은, 재생 중의 크라이오패널 최고온도와 배출완료시간의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 6의 가로축은, 제2 크라이오패널유닛(20)의 설정온도 T2max를 나타내고, 세로축은, 재생개시부터 배출완료까지의 소요시간을 나타낸다. 여기에서, 배출완료는, 크라이오펌프하우징(70)의 내압 및 압력상승률이 소정 값을 충족하는 시점(예를 들면, 도 5에 있어서의 타이밍 Te)을 나타낸다. 도 6에는, 설정온도 T2max가 다른 5개의 경우(20℃, 52℃, 72℃, 92℃, 122℃)에 대하여, 도 1에 나타나는 크라이오펌프(10)(즉, 흡착영역(64)이 실리카젤을 주성분으로서 함유함)에 일정량의 물이 도입된 경우의 배출완료시간의 측정결과가 플롯되어 있다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 배출완료시간은, 설정온도 T2max가 높아짐에 따라 단축된다. 보다 상세하게는, 배출완료시간은, 설정온도 T2max가 약 70℃보다 저온인 경우에는 직선 A을 따라 변화하고, 설정온도 T2max가 약 70℃보다 고온인 경우에는 직선 B를 따라 변화한다. 직선 A, B는 함께 부의 기울기를 갖지만, 기울기의 크기는 직선 A 쪽이 직선 B보다 크게 되어 있다.

따라서, 설정온도 T2max를 실온(예를 들면 20℃)으로부터 증가시켰을 때의 배출완료시간의 단축량은, 설정온도 T2max가 약 70℃ 이하에서 비교적 크고, 설정온도 T2max가 약 70℃ 이상에서는 그다지 크지 않다. 도 6에 의하면, 설정온도 T2max가 20℃일 때 배출완료시간은 약 420분, 설정온도 T2max가 70℃일 때 배출완료시간은 약 180분으로 판독할 수 있기 때문에, 설정온도 T2max를 20℃에서 70℃로 높임으로써, 배출완료시간은 약 240분 단축된다. 또, 설정온도 T2max가 120℃일 때 배출완료시간은 약 130분으로 판독할 수 있기 때문에, 설정온도 T2max를 70℃에서 120℃로 높임으로써, 배출완료시간은 약 50분 단축된다. 이와 같이, 설정온도 T2max가 약 70℃ 이상에서는 배출완료시간은 설정온도 T2max에 그다지 의존하지 않는다. 따라서, 설정온도 T2max는, 적어도 70℃로 하는 것이 바람직하다.

직선 A, B의 교점의 온도 Tx는, 크라이오펌프(10) 내에 도입된 물의 양 등 제조건(諸條件)에 따라 얼마간 바뀔 수 있지만, 본 발명자의 검토에 의하면, 약 65℃ 내지 약 75℃의 온도범위에 있다고 예상된다. 따라서, 설정온도 T2max는, 이 온도범위로부터 선택되는 온도보다 높아도 되고, 예를 들면, 65℃ 이상, 또는 70℃ 이상, 또는 75℃ 이상이어도 된다.

그런데, 실리카젤의 수분흡착능력은, 온도의존성을 갖는다. 실온 또는 그것보다 낮은 온도에서는, 실리카젤은 수분을 양호하게 흡착한다. 예를 들면, 100g의 실리카젤은, 예를 들면 25g 이상의 수분을 흡착한다(즉, 25wt%의 수분흡착량). 그러나, 실온보다 온도가 높아짐에 따라, 실리카젤의 수분흡착능력은, 현저하게 저하한다. 예를 들면, 80℃에서는, 수분흡착량이 예를 들면 5wt%를 하회하고, 90℃에서는, 수분흡착능력을 거의(또는 완전하게) 잃는다. 따라서, 흡착영역(64)이 실리카젤을 함유하는 경우에는, 흡착된 수분을 실리카젤로부터 양호하게 방출시키기 위하여, 설정온도 T2max는, 80℃ 이상, 또는 90℃ 이상이어도 된다.

설정온도 T2max를 너무 높게 하면, 상술과 같이 배출완료시간의 단축효과는 작은 반면, 크라이오펌프(10)의 내열온도를 초과해 버리는 리스크가 있다. 그래서, 설정온도 T2max는, 130℃ 이하, 또는 120℃ 이하, 또는 110℃ 이하, 또는 100℃ 이하, 또는 95℃ 이하여도 된다.

크라이오펌프(10)의 가열이 예를 들면 냉동기(16)의 역전승온운전에 의하여 행해지는 경우에는, 냉동기(16)의 내부구성부품(예를 들면 제2 디스플레이서)의 온도는, 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도보다 높아지는 경향이 있다. 그래서, 냉동기(16)의 역전승온운전을 이용하는 경우에는, 냉동기(16)의 내부구성부품의 내열온도를 고려하여, 설정온도 T2max는, 비교적 낮은 온도, 예를 들면 100℃ 이하, 또는 95℃ 이하여도 된다. 설정온도 T2max는, 물의 비점보다 낮은 온도여도 된다.

따라서, 재생컨트롤러(100)는, 재생 중에 흡착영역(64)을 65℃ 이상(또는 70℃ 이상, 또는 75℃ 이상, 또는 80℃ 이상, 또는 90℃ 이상)으로 승온하도록 구성되어도 된다. 재생컨트롤러(100)는, 재생 중에 흡착영역(64)을 130℃ 이하(또는 120℃ 이하, 또는 110℃ 이하, 또는 100℃ 이하, 또는 95℃ 이하)로 승온하도록 구성되어도 된다.

일례로서, 온도감시부(114)는, 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도를 재생 중의 상한온도(예를 들면, 설정온도 T2max, 또는 T2max+ΔT)와 비교한다. 크라이오펌프(10)의 가열 중에 있어서 측정온도가 상한온도를 초과하지 않는 경우, 온도감시부(114)는, 크라이오펌프(10)(제1 크라이오패널유닛(18) 및/또는 제2 크라이오패널유닛(20))의 가열을 계속한다. 크라이오펌프(10)의 가열 중에 있어서 측정온도가 상한온도를 초과하는 경우, 온도감시부(114)는, 크라이오펌프(10)의 가열을 정지한다.

또, 온도감시부(114)는, 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도를 하한온도(예를 들면, T2max-ΔT)와 비교한다. 크라이오펌프(10)의 가열정지 중에 있어서 측정온도가 하한온도를 초과하는 경우, 온도감시부(114)는, 크라이오펌프(10)의 가열정지를 계속한다. 크라이오펌프(10)의 가열정지 중에 있어서 측정온도가 하한온도를 하회하는 경우, 온도감시부(114)는, 크라이오펌프(10)의 가열을 행한다.

크라이오펌프(10)의 가열은, 크라이오펌프(10)에 마련된 가열장치(예를 들면, 냉동기(16)의 역전승온운전, 또는, 냉동기(16)에 장착된 전기히터 등)를 사용하여 행해진다. 재생컨트롤러(100)는, 크라이오펌프(10)의 가열과 가열정지를 전환하도록, 가열장치를 제어한다. 예를 들면, 가열장치의 온 오프에 의하여, 크라이오펌프(10)의 가열과 가열정지가 전환된다.

이와 같이 하여, 재생 중에 흡착영역(64)을 65℃ 이상으로 가열함으로써, 크라이오펌프(10)로부터의 물의 배출완료시간, 나아가서는 재생시간을 크게 단축할 수 있다.

도 7은, 일 실시형태에 관한 크라이오펌프시스템을 개략적으로 나타내는 도이다. 크라이오펌프시스템은, 복수의 크라이오펌프를 구비하고, 구체적으로는, 적어도 1개의 제1 크라이오펌프(10a)와, 적어도 1개의 제2 크라이오펌프(10b)를 구비한다. 도 7에 나타나는 예에서는, 크라이오펌프시스템은, 1대의 제1 크라이오펌프(10a)와 3대의 제2 크라이오펌프(10b)로 이루어지는 합계 4대의 크라이오펌프로 구성되지만, 제1 크라이오펌프(10a), 제2 크라이오펌프(10b)의 수는 특별히 한정되지 않는다. 이들 복수의 크라이오펌프는, 각각 별개의 진공챔버에 설치되어도 되고, 하나의 동일한 진공챔버에 설치되어도 된다.

제1 크라이오펌프(10a)는, 실리카젤을 주성분으로서 함유하는 흡착재를 갖는 크라이오펌프이며, 예를 들면, 도 1에 나타나는 크라이오펌프(10)이다. 제2 크라이오펌프(10b)는, 실리카젤을 함유하지 않는 흡착재(예를 들면, 활성탄)를 갖는 크라이오펌프이다. 제2 크라이오펌프(10b)는, 흡착재를 제외하고, 도 1에 나타나는 크라이오펌프(10)와 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 제1 크라이오펌프(10a)는, 크라이오펌프하우징(70) 및 러프밸브(80)를 구비한다. 동일하게, 제2 크라이오펌프(10b)는, 크라이오펌프하우징(70) 및 러프밸브(80)를 구비한다.

크라이오펌프시스템은, 러프배기라인(130)을 구비한다. 러프배기라인(130)은, 제1 크라이오펌프(10a)와 제2 크라이오펌프(10b)에 공통되는 러프펌프(82)와, 각 크라이오펌프(10a, 10b)의 러프밸브(80)로부터 공통의 러프펌프(82)로 합류하는 러프배관(132)을 구비한다.

재생컨트롤러(100)는, 각 크라이오펌프(10a, 10b)에 대한 재생개시지령 S6을 받아, 당해 크라이오펌프의 재생을 개시하도록 구성되어 있다. 재생개시지령 S6은, 예를 들면, 입력부(104)(도 3 참조)로부터 재생컨트롤러(100)에 입력된다.

그런데, 각 크라이오펌프(10a, 10b)는 러프배기라인(130)을 통하여 서로 접속되어 있으므로, 재생이 몇 개의 크라이오펌프에서 병행하여 행해진 경우에는, 하나의 크라이오펌프(크라이오펌프 A라고 칭함)로부터 다른 크라이오펌프(크라이오펌프 B라고 칭함)로 가스가 역류할 수 있다. 예를 들면, 러프펌프(82)가 크라이오펌프 A의 러프 펌핑을 하고 있는 동안에 크라이오펌프 B가 퍼지로부터 러프 펌핑으로 이행했다고 하면, 그 이행시점에서는 퍼지가스에 의하여 크라이오펌프 B의 내압은 크라이오펌프 A에 비하여 높게 되어 있다. 그 때문에, 2개의 크라이오펌프의 압력차에 의하여 러프배관(132)을 통하여 크라이오펌프 B로부터 크라이오펌프 A로 가스가 역류할 수 있다.

이와 같은 가스의 역류는, 특히, 크라이오펌프 A가 제1 크라이오펌프(10a)인 경우에는, 바람직하지 않다. 왜냐하면, 역류에 의하여 제1 크라이오펌프(10a)가 승압되어, 내압이 물의 삼중점압력을 초과할 수 있기 때문이다. 그 경우, 제1 크라이오펌프(10a)에 있어서 얼음이 물로 액화할 수 있다. 흡착재에 포함되는 실리카젤이 액체인 물과 접촉하는 리스크가 높아진다.

또, 러프배관(132)으로부터 크라이오펌프(10a, 10b)에 발생하는 역류에 의하여, 크라이오펌프에 파티클이 진입할 우려도 있다.

그래서, 재생컨트롤러(100)는, 제1 크라이오펌프(10a)의 재생 중, 적어도 1개의 다른 크라이오펌프(즉, 제2 크라이오펌프(10b))에 대한 재생개시지령 S6을 받은 경우, 적어도 1개의 다른 크라이오펌프의 재생개시를 제1 크라이오펌프(10a)의 재생완료 이후로 지연시켜도 된다.

따라서, 제1 크라이오펌프(10a)의 재생 중, 다른 크라이오펌프의 러프밸브(80)는 계속 폐쇄되고, 공통의 러프펌프(82)는, 제1 크라이오펌프(10a)에 전용의 러프펌프로서 사용된다. 따라서, 다른 크라이오펌프로부터 재생 중의 제1 크라이오펌프(10a)로의 가스역류를 방지할 수 있다.

이 경우, 재생컨트롤러(100)는, 재생개시지령 S6을 받은 다른 크라이오펌프의 진공배기운전(즉, 크라이오펌프에 의한 진공챔버의 진공배기)을 계속해도 된다. 혹은, 재생컨트롤러(100)는, 재생개시지령 S6을 받은 다른 크라이오펌프의 진공배기운전을 중지해도 된다. 이로써, 당해 크라이오펌프의 냉동기(16)는 냉각운전을 정지하고, 크라이오펌프는 자연승온될 수 있다.

또, 재생컨트롤러(100)는, 제2 크라이오펌프(10b)의 재생 중, 제1 크라이오펌프(10a)에 대하여 재생개시지령 S6을 받은 경우, 제2 크라이오펌프(10b)의 재생을 중단해도 된다. 이와 같이, 제1 크라이오펌프(10a)의 재생은, 제2 크라이오펌프(10b)의 재생에 우선하여 행해져도 된다. 제2 크라이오펌프(10b)의 재생은, 제1 크라이오펌프(10a)의 재생이 완료하고 나서, 재개되거나, 또는 처음부터 다시 행해져도 된다.

혹은, 재생컨트롤러(100)는, 제2 크라이오펌프(10b)의 재생 중, 제1 크라이오펌프(10a)에 대하여 재생개시지령 S6을 받은 경우, 제1 크라이오펌프(10a)의 재생개시를 제2 크라이오펌프(10b)의 재생완료 이후로 지연시켜도 된다.

재생컨트롤러(100)는, 어느 하나의 제2 크라이오펌프(10b)의 재생 중, 다른 제2 크라이오펌프(10b)에 대하여 재생개시지령 S6을 받은 경우, 그들 제 2 크라이오펌프(10b)의 재생을 병행하여 행해도 된다.

다만, 크라이오펌프시스템이 복수의 제1 크라이오펌프(10a)를 갖는 경우도 있다. 그 경우, 재생컨트롤러(100)는, 어느 1개의 제1 크라이오펌프(10a)의 재생 중, 다른 제1 크라이오펌프(10a)에 대한 재생개시지령 S6을 받은 경우에는, 이들 제 1 크라이오펌프(10a)의 재생을 병행하여 행하지 않고, 1개씩 차례로 재생해도 된다.

이상, 본 발명을 실시형태에 근거하여 설명했다. 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 설계변경이 가능하며, 다양한 변형예가 가능한 점, 또한 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 점은, 당업자에 이해되는 바이다. 일 실시형태에 관련하여 설명한 다양한 특징은, 다른 실시형태에도 적용 가능하다. 조합에 의하여 발생하는 새로운 실시형태는, 조합되는 실시형태 각각의 효과를 겸비한다.

상술한 실시형태에서는, 러프밸브폐쇄조건은, 다음의 (1)~(3)의 전부를 충족하는 것으로 하고 있지만, 그것에 한정되지 않는다.

(1) 압력상승률이 제2 임계값보다 작다.

예를 들면, 러프밸브폐쇄조건은, (1)만이어도 된다. 그 경우, 도 4에 나타나는 스텝 S20은 생략되어도 된다. 따라서, 압력상승률이 제2 임계값보다 작은 경우에(S18의 Y), 러프밸브(80)가 폐쇄되어도 된다(S22).

혹은, 러프밸브폐쇄조건은, (1) 및 (2) 중 적어도 일방이어도 된다. 이와 같이 하면, 크라이오펌프 내의 압력 및 압력상승률 중 적어도 일방에 근거하여 크라이오펌프의 진공배기를 정지할 수 있다.

또, 러프밸브폐쇄조건은, (2) 및 (3)이어도 된다. 그 경우, 도 4에 나타나는 스텝 S16, S18는 생략되어도 된다.

조건 (3) 대신에, 또는 조건(3)과 함께, 러프밸브폐쇄조건으로서, 다음의 조건 (3')이 이용되어도 된다.

(3') 제1 크라이오패널유닛(18)의 측정온도가 온도임계값보다 높다.

상술한 실시형태에서는, 재생시퀀스를 개시함과 동시에 퍼지가스가 크라이오펌프하우징(70)에 공급되고 있다. 그러나, 크라이오펌프(10) 내에 응축된 얼음을 승화에 의하여 기화하여 크라이오펌프(10) 외부로 배출함에 있어서, 퍼지가스의 공급은 필수는 아니다. 또, 승화를 위하여 크라이오펌프(10)를 적극적으로 가열하는 것도 필수는 아니다. 가열장치를 동작시키는 대신에, 크라이오펌프(10)는, 주위환경으로부터의 열유입에 의하여 자연스럽게 승온되어도 된다. 그와 같은 실시예를 다음에 설명한다.

도 8에는, 승화에 의한 물배출공정의 다른 예가 나타나 있다. 이 예에서는, 퍼지밸브(84)는 폐쇄되어 있어, 퍼지가스는 크라이오펌프하우징(70)에 공급되지 않는다. 승화에 의하여 기화한 수증기는, 러프펌프(82)에 의한 러프밸브(80)를 통한 크라이오펌프하우징(70)의 진공배기에 의하여, 크라이오펌프하우징(70)으로부터 배출된다. 러프밸브폐쇄조건으로서, (2) 및 (3')이 이용되고 있다. 냉동기(16)의 운전은 정지되어 있다.

먼저, 온도감시부(114)는, 제1 크라이오패널유닛(18)의 측정온도를 러프배기개시온도와 비교한다(S24). 러프배기개시온도는, 상술한 실시형태에 있어서의 퍼지정지온도와 동일해도 된다. 온도감시부(114)에 의한 비교의 결과에 근거하여, 러프밸브구동부(118)는 러프밸브(80)를 제어한다.

제1 크라이오패널유닛(18)의 측정온도가 러프배기개시온도보다 낮은 경우에는(S24의 N), 러프밸브(80)는, 폐쇄되어 있다. 온도감시부(114)는, 소정 시간 경과 후에 다시, 제1 크라이오패널유닛(18)의 측정온도를 러프배기개시온도와 비교한다(S24). 제1 크라이오패널유닛(18)의 측정온도가 러프배기개시온도보다 높은 경우에는(S24의 Y), 러프밸브구동부(118)는, 러프밸브(80)를 개방한다(S26).

다음에, 온도감시부(114)는, 제1 크라이오패널유닛(18)의 측정온도를 온도임계값과 비교한다(S28). 크라이오펌프(10)가 적극적으로 가열되지 않는 경우, 크라이오펌프(10)의 온도가 주위온도(예를 들면 실온)를 초과하는 일은 없다. 따라서, 이 온도임계값은, 주위온도 또는 그것보다 낮은 값, 예를 들면, 260~300K의 범위로부터 선택되어도 되고, 예를 들면 280K여도 된다. 제1 크라이오패널유닛(18)의 측정온도가 온도임계값보다 낮은 경우에는(S28의 N), 러프밸브(80)의 개방이 계속되고, 소정 시간 경과 후에 다시, 이 온도비교 및 판정이 행해진다(S28).

제1 크라이오패널유닛(18)의 측정온도가 온도임계값보다 높은 경우에는(S28의 Y), 압력판정이 행해진다. 압력감시부(116)는, 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압을 압력임계값과 비교한다(S30). 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압이 압력임계값보다 높은 경우에는(S30의 N), 러프밸브(80)의 개방이 계속되고, 소정 시간 경과 후에 다시, 압력비교 및 판정이 행해진다(S30). 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압이 압력임계값보다 낮은 경우에는, 러프밸브(80)는 폐쇄된다(S32). 이와 같이 하여, 승화에 의한 물배출공정은 종료한다.

도 9는, 일 실시형태에 관한 크라이오펌프의 다른 예를 개략적으로 나타내는 도이다. 크라이오펌프(10)는, 냉동기(16)에 작동기체(예를 들면 헬륨가스)를 공급하는 압축기(134)를 구비한다. 압축기(134)는, 냉동기(16)로부터 작동기체를 회수하여, 회수된 작동기체를 압축하고 가압하여, 다시 냉동기(16)에 공급한다. 또, 상술한 실시형태와 동일하게, 크라이오펌프(10)는, 제1 온도측정신호 S1, 제2 온도측정신호 S2, 압력측정신호 S3에 근거하여 러프밸브구동신호 S4를 생성하는 재생컨트롤러(100)를 구비한다.

그런데, 압축기(134)는, 예를 들면, 기온이나 습도, 기압 등 압축기(134)의 설치환경의 상정을 넘는 가혹한 변동이나, 냉각수 등 냉매의 비정상적인 품질저하 등 압축기(134)의 냉각설비의 문제 등, 다양한 요인에 의하여, 이상(異常)정지할 수 있다.

압축기(134)의 이상정지를 검지하기 위하여, 압축기(134)는, 압축기(134)의 운전상태(예를 들면, 압축기(134)의 온 오프)를 나타내는 압축기신호 S7을 재생컨트롤러(100)에 출력하도록 구성되어 있다. 일례로서, 압축기신호 S7은, 예를 들면 DC24V 또는 그 외의 정전압신호이며, 압축기(134)의 가동 중은 상시 출력되고, 이상정지 등 정지 중은 출력되지 않는다.

따라서, 재생컨트롤러(100)는, 압축기신호 S7이 검지되고 있는 경우에는 압축기(134)가 가동하고, 압축기신호 S7이 검지되지 않는 경우에는 압축기(134)가 이상정지하고 있다고 판정한다. 또, 재생컨트롤러(100)는, 압축기신호 S7에 근거하여 냉동기제어신호 S8을 냉동기(16)에 출력한다. 예를 들면, 재생컨트롤러(100)는, 압축기신호 S7이 검지되지 않는 경우에는, 냉동기(16)로의 전력공급을 정지하고, 그로써 냉동기(16)의 운전을 정지시킨다. 이와 같이 하면, 압축기(134)의 이상정지와 동기하여 냉동기(16)의 운전을 정지시킬 수 있다.

압축기(134)의 이상정지에 수반하여 냉동기(16)가 정지되었다고 하면, 크라이오펌프(10)에는 주위환경으로부터 열이 유입하고, 그로써 제1 크라이오패널유닛(18) 및 제2 크라이오패널유닛(20)은 승온될 수 있다. 이와 같은 사태에 있어서도, 크라이오패널 상에 응축된 얼음의 융해와, 그 결과 생길 수 있는 액체인 물과 흡착재(예를 들면 실리카젤)의 접촉은 방지되는 것이 바람직하다. 그래서, 크라이오펌프(10)는, 압축기(134)의 이상정지 중에, 크라이오펌프(10) 내에 응축된 얼음을 승화에 의하여 기화하여 배출하도록 동작한다.

도 10은, 일 실시형태에 관하여, 압축기의 이상정지가 발생했을 때에 크라이오펌프가 실행하는 처리를 예시하는 플로차트이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 압축기(134)의 이상정지가 발생했을 때, 재생컨트롤러(100)는, 압축기신호 S7에 근거하여 냉동기(16)의 운전을 정지시킨다(S34). 크라이오펌프(10)와 진공챔버의 사이에 게이트밸브가 설치되어 있는 경우에는, 냉동기(16)의 정지와 함께 게이트밸브가 폐쇄되어도 된다.

재생컨트롤러(100)는, 압축기신호 S7의 유무를 판정한다(S36). 압축기신호 S7이 없는 경우에는(S36의 N), 재생컨트롤러(100)(예를 들면 온도감시부(114))는, 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도를 상한온도와 비교한다(S38). 이 상한온도는, 예를 들면, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전에 있어서의 표준운전온도의 최댓값으로서 설정되며, 예를 들면 20~30K의 범위로부터 선택되고, 예를 들면 25K여도 된다. 재생컨트롤러(100)는, 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도가 상한온도보다 낮은 경우에는(S38의 N), 대기하고, 소정 시간 경과 후에 다시, 압축기신호 S7의 유무를 판정한다(S36).

재생컨트롤러(100)는, 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도가 상한온도보다 높은 경우에는(S38의 Y), 승화배출시퀀스를 실행한다(S40). 승화배출시퀀스는, 예를 들면, 도 8에 나타나는, 승화에 의한 물배출공정을 채용할 수 있다. 이와 같이 하여, 압축기(134)의 이상정지가 발생하고 또한 제2 크라이오패널유닛(20)의 온도가 상한온도를 초과한 경우에는, 크라이오펌프(10) 내에 응축된 얼음을 승화에 의하여 기화하여 크라이오펌프(10) 외부로 배출할 수 있다. 흡착영역(64)의 주위로부터 수분이 제거되므로, 이상정지한 압축기(134)의 수리나 교환을 하는 동안에 흡착영역(64)이 젖어 버리는 것을 방지할 수 있다. 승화배출시퀀스가 완료하면, 냉동기(16)의 냉각운전을 정지한 채로, 크라이오펌프(10)는 대기한다.

한편, 압축기신호 S7가 있는 경우에도(S36의 Y), 재생컨트롤러(100)(예를 들면 온도감시부(114))는, 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도를 상한온도와 비교한다(S42). 재생컨트롤러(100)는, 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도가 상한온도보다 높은 경우에는(S42의 Y), 승화재생시퀀스를 실행한다(S44). 승화재생시퀀스는, 예를 들면, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 재생시퀀스를 채용할 수 있다. 재생이 완료하면, 크라이오펌프(10)는, 진공배기운전으로 복귀한다. 흡착영역(64)의 주위로부터 수분이 제거되므로, 액체인 물과 흡착재(예를 들면 실리카젤)의 접촉을 방지할 수 있다.

또, 재생컨트롤러(100)는, 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도가 상한온도보다 낮은 경우에는(S38의 N), 크라이오펌프(10)는, 승화재생을 하지 않고, 냉동기(16)의 냉각운전을 재개하여(S46), 진공배기운전으로 복귀한다. 흡착영역(64)은 극저온으로 유지되고 있기 때문에, 액체인 물에 접하지 않는다.

다만, 실시형태에 관한 크라이오펌프재생은, 크라이오펌프(10) 내에 응축한 물의 양이 적고, 승화에 의하여 크라이오펌프(10)의 내압이 물의 삼중점압력을 초과하지 않는 경우에 적합하다. 크라이오펌프(10) 내에 대량의 물이 응축하고 있는 경우에는, 승화에 의하여 다량의 수증기가 기화하여, 크라이오펌프(10)의 내압이 물의 삼중점압력을 초과할지도 모른다. 이와 같은 경우에는, 재생컨트롤러(100)는, 크라이오펌프(10)를 실온보다 고온으로 가열하는 대신에, 크라이오펌프(10)의 온도를 물의 삼중점온도보다 낮은 온도로 유지해도 된다.

실시형태에 근거하여, 구체적인 어구를 이용하여 본 발명을 설명했지만, 실시형태는, 본 발명의 원리, 응용의 일측면을 나타내고 있는 것에 지나지 않고, 실시형태에는, 청구범위에 규정된 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위에 있어서, 많은 변형예나 배치의 변경이 인정된다.

산업상 이용가능성

본 발명은, 크라이오펌프, 크라이오펌프시스템, 크라이오펌프의 재생방법의 분야에 있어서의 이용이 가능하다.

10 크라이오펌프
70 크라이오펌프하우징
80 러프밸브
82 러프펌프
84 퍼지밸브
86 퍼지가스원
94 압력센서
100 재생컨트롤러
110 제1 압력상승률감시부
112 제2 압력상승률감시부
114 온도감시부
118 러프밸브구동부
120 퍼지밸브구동부
134 압축기
S1 제1 온도측정신호
S2 제2 온도측정신호
S3 압력측정신호

Claims

크라이오패널과,
상기 크라이오패널에 설치되며, 비응축성 기체를 흡착 가능한 흡착영역을 구비하고,
상기 흡착영역은, 실리카젤을 주성분으로서 함유하는 불연성 흡착재를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항에 있어서,
상기 실리카젤은, 0.5nm 내지 3.0nm의 평균세공직경을 갖는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 실리카젤은, 2.0nm 내지 3.0nm의 평균세공직경을 갖는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실리카젤은, 실리카젤 A형, 실리카젤 N형, 또는 실리카젤 RD형인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡착영역은, 활성탄을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡착영역을 갖는 상기 크라이오패널이 내부에 배치된 크라이오펌프하우징과,
상기 크라이오펌프하우징의 내압을 나타내는 압력측정신호를 생성하는 압력센서와,
상기 크라이오펌프하우징에 장착되며, 상기 크라이오펌프하우징을 러프펌프에 접속하는 러프밸브와,
상기 압력측정신호를 받아, 상기 러프밸브가 개방되어 있을 때 상기 압력측정신호에 근거하여 압력상승률을 제1 임계값과 비교하는 제1 압력상승률감시부와,
상기 압력측정신호를 받아, 상기 제1 압력상승률감시부에 의하여 상기 압력상승률이 상기 제1 임계값보다 크다고 판정된 것을 조건으로 하여, 상기 러프밸브가 개방되어 있을 때 상기 압력측정신호에 근거하여 상기 압력상승률을 상기 제1 임계값보다 작은 제2 임계값과 비교하는 제2 압력상승률감시부와,
상기 제2 압력상승률감시부에 의하여 상기 압력상승률이 상기 제2 임계값보다 작다고 판정된 것을 조건의 하나로 하여, 상기 러프밸브를 폐쇄하는 러프밸브구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제6항에 있어서,
상기 제1 임계값은, 양의 값으로 설정되고, 상기 제2 임계값은, 음의 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 크라이오펌프하우징 내에 배치되며, 상기 흡착영역을 갖는 상기 크라이오패널에 비하여 높은 온도로 냉각되는 응축크라이오패널과,
상기 응축크라이오패널 또는 상기 흡착영역을 갖는 상기 크라이오패널 중 어느 하나의 측정온도를 나타내는 온도측정신호를 생성하는 온도센서와,
상기 크라이오펌프하우징에 장착되며, 상기 크라이오펌프하우징을 퍼지가스원에 접속하는 퍼지밸브와,
상기 온도측정신호를 받아, 상기 측정온도를 퍼지정지온도와 비교하는 온도감시부와,
상기 크라이오펌프의 재생을 개시할 때 상기 퍼지밸브를 개방함과 함께, 상기 온도감시부에 의하여 상기 측정온도가 상기 퍼지정지온도보다 높다고 판정된 것을 조건으로 하여, 상기 퍼지밸브를 폐쇄하는 퍼지밸브구동부를 더 구비하고,
상기 러프밸브구동부는, 상기 온도감시부에 의하여 상기 측정온도가 상기 퍼지정지온도보다 높다고 판정된 것을 조건으로 하여, 상기 러프밸브를 개방하고,
상기 퍼지정지온도는, 물의 삼중점온도보다 낮은 온도값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 러프밸브구동부는, 상기 크라이오펌프하우징의 내압이 압력임계값보다 낮은 것을 추가의 조건으로 하여, 상기 러프밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 러프밸브구동부는, 상기 크라이오펌프하우징 내의 온도가 온도임계값보다 높은 것을 추가의 조건으로 하여, 상기 러프밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
재생 중에 상기 흡착영역을 65℃ 이상으로 승온하는 재생컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
압축기를 더 구비하고,
상기 크라이오펌프는, 상기 압축기의 이상정지 중에, 상기 크라이오펌프 내에 응축된 얼음을 승화에 의하여 기화하여 배출하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 크라이오펌프와,
적어도 1개의 다른 크라이오펌프와,
상기 크라이오펌프와 상기 적어도 1개의 다른 크라이오펌프에 공통되는 러프펌프와,
각 크라이오펌프에 대한 재생개시지령을 받아, 당해 크라이오펌프의 재생을 개시하는 재생컨트롤러를 구비하고,
상기 재생컨트롤러는, 상기 크라이오펌프의 재생 중, 상기 적어도 1개의 다른 크라이오펌프에 대한 재생개시지령을 받은 경우, 상기 적어도 1개의 다른 크라이오펌프의 재생개시를 상기 크라이오펌프의 재생완료 이후로 지연시키는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프시스템.
크라이오펌프하우징과,
상기 크라이오펌프하우징 내에 배치되며, 친수성 흡착재를 구비하는 흡착크라이오패널과,
상기 크라이오펌프하우징의 내압을 나타내는 압력측정신호를 생성하는 압력센서와,
상기 크라이오펌프하우징에 장착되며, 상기 크라이오펌프하우징을 러프펌프에 접속하는 러프밸브와,
상기 압력측정신호를 받아, 상기 러프밸브가 개방되어 있을 때 상기 압력측정신호에 근거하여 압력상승률을 제1 임계값과 비교하는 제1 압력상승률감시부와,
상기 압력측정신호를 받아, 상기 제1 압력상승률감시부에 의하여 상기 압력상승률이 상기 제1 임계값보다 크다고 판정된 것을 조건으로 하여, 상기 러프밸브가 개방되어 있을 때 상기 압력측정신호에 근거하여 상기 압력상승률을 상기 제1 임계값보다 작은 제2 임계값과 비교하는 제2 압력상승률감시부와,
상기 제2 압력상승률감시부에 의하여 상기 압력상승률이 상기 제2 임계값보다 작다고 판정된 것을 조건의 하나로 하여, 상기 러프밸브를 폐쇄하는 러프밸브구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제14항에 있어서,
상기 제1 임계값은, 양의 값으로 설정되고, 상기 제2 임계값은, 음의 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 크라이오펌프하우징 내에 배치되며, 상기 흡착크라이오패널에 비하여 높은 온도로 냉각되는 응축크라이오패널과,
상기 응축크라이오패널 또는 상기 흡착크라이오패널 중 어느 하나의 측정온도를 나타내는 온도측정신호를 생성하는 온도센서와,
상기 크라이오펌프하우징에 장착되며, 상기 크라이오펌프하우징을 퍼지가스원에 접속하는 퍼지밸브와,
상기 온도측정신호를 받아, 상기 측정온도를 퍼지정지온도와 비교하는 온도감시부와,
상기 크라이오펌프의 재생을 개시할 때 상기 퍼지밸브를 개방함과 함께, 상기 온도감시부에 의하여 상기 측정온도가 상기 퍼지정지온도보다 높다고 판정된 것을 조건으로 하여, 상기 퍼지밸브를 폐쇄하는 퍼지밸브구동부를 더 구비하고,
상기 러프밸브구동부는, 상기 온도감시부에 의하여 상기 측정온도가 상기 퍼지정지온도보다 높다고 판정된 것을 조건으로 하여, 상기 러프밸브를 개방하고,
상기 퍼지정지온도는, 물의 삼중점온도보다 낮은 온도값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 러프밸브구동부는, 상기 크라이오펌프하우징의 내압이 압력임계값보다 낮은 것을 추가의 조건으로 하여, 상기 러프밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 러프밸브구동부는, 상기 크라이오펌프하우징 내의 온도가 온도임계값보다 높은 것을 추가의 조건으로 하여, 상기 러프밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 친수성 흡착재는, 실리카젤을 주성분으로서 함유하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
크라이오펌프의 재생방법으로서, 상기 크라이오펌프는, 친수성 흡착재를 갖고, 상기 재생방법은,
상기 크라이오펌프를 진공배기하고 있을 때, 압력상승률을 제1 임계값과 비교하는 것과,
상기 크라이오펌프를 진공배기하고 있을 때, 상기 압력상승률이 상기 제1 임계값보다 크다고 판정된 것을 조건으로 하여, 상기 압력상승률을 상기 제1 임계값보다 작은 제2 임계값과 비교하는 것과,
상기 압력상승률이 상기 제2 임계값보다 작다고 판정된 것을 조건의 하나로 하여, 상기 크라이오펌프의 진공배기를 정지하는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프의 재생방법.
크라이오펌프의 재생방법으로서, 상기 크라이오펌프는, 친수성 흡착재를 갖고, 상기 재생방법은,
상기 크라이오펌프에 퍼지가스를 공급하는 것과,
크라이오패널온도가 물의 삼중점온도를 초과하기 전에 상기 크라이오펌프로의 상기 퍼지가스의 공급을 정지하는 것과,
상기 퍼지가스의 공급정지와 동시에, 또는 공급정지 후에, 상기 크라이오펌프의 진공배기를 개시하는 것과,
상기 크라이오펌프 내에 응축된 얼음을 승화에 의하여 기화하는 것과,
상기 크라이오펌프 내의 압력 및 압력상승률 중 적어도 일방에 근거하여 상기 크라이오펌프의 진공배기를 정지하는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프의 재생방법.