KR20220044105A - 크라이오펌프 및 크라이오펌프의 재생방법 - Google Patents

Abstract

크라이오펌프의 재생시간을 단축한다.
크라이오펌프(10)는, 냉동기(14)와, 냉동기(14)에 의하여 냉각되는 크라이오패널과, 크라이오패널을 수용하는 용기몸통(16a)과, 일단이 용기몸통(16a)에 결합되고 타단이 냉동기(14)에 고정되며, 냉동기(14)가 삽입되어 있는 냉동기수용통(16b)을 구비하는 크라이오펌프용기(16)와, 크라이오펌프용기(16)로부터 유체를 배출하기 위한 벤트밸브(22)와, 용기몸통(16a)에 마련된 제1 배출포트(53)를 갖고, 크라이오펌프용기(16)의 외부에 배치되어 제1 배출포트(53)를 벤트밸브(22)에 접속시키는 제1 배출로(51)와, 냉동기수용통(16b)에 마련된 제2 배출포트(54)를 가지며, 제2 배출포트(54)를 벤트밸브(22)에 접속시키는 제2 배출로(52)로서, 제1 배출로(51)에 제1 배출포트(53)와 벤트밸브(22)의 사이에서 합류하는 제2 배출로(52)를 구비한다.

Description

크라이오펌프 및 크라이오펌프의 재생방법{CRYOPUMP AND REGENERATION METHOD THEREOF}

본 출원은 2020년 9월 30일에 출원된 일본 특허출원 제2020-164528호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 크라이오펌프 및 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 2007-309184호

크라이오펌프가 적용되는 프로세스에 따라서는, 이른바 타입2가스가 크라이오펌프 내에 다량으로 저장되는 경우가 있다. 타입2가스란, 통상 20K 이하로 냉각되는 크라이오패널에 응축에 의하여 포착되는 예를 들면 아르곤이나 질소 등의 가스를 가리킨다. 이 경우, 재생 중의 크라이오펌프의 승온에 의하여, 저장된 다량의 타입2가스가 액화되어 크라이오펌프 내부에 일시적으로 저류되는 경우가 있다. 전형적인 크라이오펌프에서는, 액화된 타입2가스는, 가열에 의하여 기화되어 크라이오펌프 외부로 배출된다. 다량의 액화가스를 기화시키기 위해서는 상응하는 시간이 걸리므로, 크라이오펌프의 승온시간 나아가서는 재생시간이 길어진다. 또한, 액화된 타입2가스는 매우 온도가 낮아, 크라이오펌프 내에서 접촉한 부위를 냉각할 수 있다. 이것에 의해서도 크라이오펌프의 승온에 걸리는 시간이 길어진다. 또, 액화된 타입2가스와의 접촉에 의하여 크라이오펌프용기가 냉각되면 크라이오펌프 외표면에 다량의 결로가 발생할 수 있다는 문제도 있다.

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

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프는, 냉동기와, 냉동기에 의하여 냉각되는 크라이오패널과, 크라이오패널을 수용하는 용기몸통(胴體)과, 일단이 용기몸통에 결합되고 타단이 냉동기에 고정되며, 냉동기가 삽입되어 있는 냉동기수용통을 구비하는 크라이오펌프용기와, 크라이오펌프용기로부터 유체를 배출하기 위한 벤트밸브와, 용기몸통에 마련된 제1 배출포트를 갖고, 크라이오펌프용기의 외부에 배치되며 제1 배출포트를 벤트밸브에 접속시키는 제1 배출로와, 냉동기수용통에 마련된 제2 배출포트를 갖고, 제2 배출포트를 벤트밸브에 접속시키는 제2 배출로로서, 제1 배출로에 제1 배출포트와 벤트밸브의 사이에서 합류하는 제2 배출로를 구비한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프의 재생방법은, 크라이오펌프에 포착되어 있는 가스 중 대상가스의 융점 또는 그것을 초과하는 온도로 크라이오펌프를 승온시키는 것과, 대상가스의 액화물을, 크라이오펌프용기의 용기몸통으로부터 제1 배출로를 통하여, 및/또는 크라이오펌프용기의 냉동기수용통으로부터 제2 배출로를 통하여, 벤트밸브로 배출하는 것을 구비한다. 제1 배출로는, 용기몸통에 마련된 제1 배출포트를 갖고, 크라이오펌프용기의 외부에 배치되어 있다. 제2 배출로는, 냉동기수용통에 마련된 제2 배출포트를 갖고, 제1 배출로에 제1 배출포트와 벤트밸브의 사이에서 합류한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프는, 냉동기와, 냉동기에 의하여 냉각되는 크라이오패널과, 크라이오패널을 수용하는 용기몸통과, 일단이 용기몸통에 결합되고 타단이 냉동기에 고정되며, 냉동기가 삽입되어 있는 냉동기수용통을 구비하는 크라이오펌프용기와, 냉동기수용통에 마련되어, 크라이오펌프용기에 퍼지가스를 공급하기 위한 퍼지밸브와, 용기몸통에 마련된 제1 배출포트를 갖는 제1 배출로와, 냉동기수용통에 마련된 제2 배출포트를 갖는 제2 배출로와, 퍼지밸브로부터 퍼지가스가 공급될 때 제2 배출로를 폐쇄 가능한 전환제어밸브를 구비한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프의 재생방법은, 크라이오펌프에 포착되어 있는 가스 중 대상가스의 융점 또는 그것을 초과하는 온도로 크라이오펌프를 승온시키는 것과, 대상가스의 액화물을, 크라이오펌프용기의 용기몸통의 제1 배출포트를 통하여, 및/또는 크라이오펌프용기의 냉동기수용통의 제2 배출포트를 통하여, 크라이오펌프용기 외부로 배출하는 것과, 크라이오펌프용기에 퍼지밸브로부터 퍼지가스가 공급될 때, 제1 배출포트와 제2 배출포트 중 퍼지밸브에 가까운 쪽의 배출포트를 폐쇄한 상태에서, 제1 배출포트와 제2 배출포트 중 퍼지밸브로부터 먼 쪽의 배출포트로부터 퍼지가스를 배출하는 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, 크라이오펌프의 재생시간을 단축할 수 있다.

도 1은 실시형태에 관한 크라이오펌프를 모식적으로 나타낸다.
도 2는 실시형태에 관한 크라이오펌프를 모식적으로 나타낸다.
도 3은 실시형태에 관한 크라이오펌프가 가로배치인 경우에 대하여 크라이오펌프의 동작을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 4는 실시형태에 관한 크라이오펌프가 가로배치인 경우에 대하여 크라이오펌프의 동작을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 5는 실시형태에 관한 크라이오펌프가 세로배치인 경우에 대하여 크라이오펌프의 동작을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 6은 실시형태에 관한 크라이오펌프가 세로배치인 경우에 대하여 크라이오펌프의 동작을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 7은 실시형태에 관한 크라이오펌프의 재생방법을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 8은 실시형태에 관한 크라이오펌프의 재생방법을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 9는 다른 실시형태에 관한 크라이오펌프의 배출라인을 모식적으로 나타낸다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 설명 및 도면에 있어서 동일 또는 동등한 구성요소, 부재, 처리에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 적절히 생략한다. 도시되는 각부(各部)의 축척이나 형상은, 설명을 용이하게 하기 위하여 편의적으로 설정되어 있고, 특별히 언급이 없는 한 한정적으로 해석되는 것은 아니다. 실시형태는 예시이며, 본 발명의 범위를 결코 한정하는 것은 아니다. 실시형태에 기술되는 모든 특징이나 그 조합은, 반드시 발명의 본질적인 것이라고는 한정되지 않는다.

도 1 및 도 2는, 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)를 모식적으로 나타낸다. 도 1에는 크라이오펌프(10)의 외관이 모식적으로 나타나며, 도 2에는 크라이오펌프(10)의 내부 구조가 모식적으로 나타난다. 크라이오펌프(10)는, 예를 들면 이온주입장치, 스퍼터링장치, 증착장치, 또는 그 외의 진공프로세스장치의 진공챔버에 장착되고, 진공챔버내부의 진공도를 원하는 진공프로세스에 요구되는 레벨까지 높이기 위하여 사용된다. 예를 들면 10^-5Pa 내지 10^-8Pa 정도의 높은 진공도가 진공챔버에 실현된다.

크라이오펌프(10)는, 압축기(12)와, 냉동기(14)와, 크라이오펌프용기(16)를 구비한다. 크라이오펌프용기(16)는, 크라이오펌프흡기구(17)를 갖는다. 또, 크라이오펌프(10)는, 러프밸브(18)와, 퍼지밸브(20)와, 벤트밸브(22)와, 전환제어밸브(24)를 구비하고, 이들은 크라이오펌프용기(16)에 설치되어 있다.

압축기(12)는, 냉매가스를 냉동기(14)로부터 회수하고, 회수한 냉매가스를 승압하여, 다시 냉매가스를 냉동기(14)에 공급하도록 구성되어 있다. 냉동기(14)는, 팽창기 또는 콜드헤드라고도 칭해지고, 압축기(12)와 함께 극저온냉동기를 구성한다. 압축기(12)와 냉동기(14)의 사이의 냉매가스의 순환이 냉동기(14) 내에서의 냉매가스의 적절한 압력변동과 용적변동의 조합으로 행해짐으로써, 한랭을 발생하는 열역학적 사이클이 구성되고, 냉동기(14)는 극저온냉각을 제공할 수 있다. 냉매가스는, 통상은 헬륨가스이지만, 적절한 다른 가스가 이용되어도 된다. 이해를 위하여, 냉매가스가 흐르는 방향을 도 1에 화살표로 나타낸다. 극저온냉동기는, 일례로서, 2단식의 기포드·맥마흔(Gifford-McMahon; GM)냉동기이지만, 펄스관냉동기, 스털링냉동기, 또는 그 외 타입의 극저온냉동기여도 된다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 냉동기(14)는, 실온부(26), 제1 실린더(28), 제1 냉각스테이지(30), 제2 실린더(32), 및 제2 냉각스테이지(34)를 구비한다. 냉동기(14)는, 제1 냉각스테이지(30)를 제1 냉각온도로 냉각하고, 제2 냉각스테이지(34)를 제2 냉각온도로 냉각하도록 구성되어 있다. 제2 냉각온도는 제1 냉각온도보다 저온이다. 예를 들면, 제1 냉각스테이지(30)는 65K~120K 정도, 바람직하게는 80K~100K로 냉각되고, 제2 냉각스테이지(34)는 10K~20K 정도로 냉각된다. 제1 냉각스테이지(30) 및 제2 냉각스테이지(34)는 각각, 고온냉각스테이지 및 저온냉각스테이지라고도 칭할 수 있다.

제1 실린더(28)는 제1 냉각스테이지(30)를 실온부(26)에 접속시키고, 그로써 제1 냉각스테이지(30)는 실온부(26)에 구조적으로 지지된다. 제2 실린더(32)는 제2 냉각스테이지(34)를 제1 냉각스테이지(30)에 접속시키고, 그로써 제2 냉각스테이지(34)는 제1 냉각스테이지(30)에 구조적으로 지지된다. 제1 실린더(28)와 제2 실린더(32)는 직경방향을 따라 동축으로 뻗어 있으며, 실온부(26), 제1 실린더(28), 제1 냉각스테이지(30), 제2 실린더(32), 및 제2 냉각스테이지(34)는, 이 순서로 직선상으로 일렬로 나열된다.

냉동기(14)가 2단식의 GM냉동기인 경우, 제1 실린더(28) 및 제2 실린더(32) 각각의 내부에는 제1 디스플레이서 및 제2 디스플레이서(도시하지 않음)가 왕복이동 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 왕복이동시키기 위한 모터 등 구동기구(도시하지 않음)를 갖는다. 구동기구는, 냉동기(14)의 내부로의 작동기체(예를 들면 헬륨)의 공급과 배출을 주기적으로 반복하도록 작동기체의 유로를 전환하는 유로전환기구를 포함한다.

또, 크라이오펌프(10)는, 방사실드(36)와 크라이오패널(38)을 구비한다. 방사실드(36)는, 크라이오펌프(10)의 외부 또는 크라이오펌프용기(16)로부터의 복사열로부터 크라이오패널(38)을 보호하기 위한 극저온표면을 제공하기 위하여, 제1 냉각스테이지(30)에 열적으로 결합되어, 제1 냉각온도로 냉각된다.

방사실드(36)는, 예를 들면 통형의 형상을 갖고, 크라이오패널(38)과 제2 냉각스테이지(34)를 포위하도록 배치되어 있다. 크라이오펌프흡기구(17)측의 방사실드(36)의 단부는 개방되어 있고, 크라이오펌프(10)의 외부로부터 크라이오펌프흡기구(17)를 통하여 진입하는 기체를 방사실드(36) 내에 수용할 수 있다. 크라이오펌프흡기구(17)와 반대측의 방사실드(36)의 단부는 폐쇄되거나, 또는 개구를 갖거나, 또는 개방되어 있어도 된다. 방사실드(36)는 크라이오패널(38)과의 사이에 간극을 갖고 있으며, 방사실드(36)는 크라이오패널(38)과 접촉하고 있지 않다. 방사실드(36)는 크라이오펌프용기(16)와도 접촉하고 있지 않다.

크라이오펌프흡기구(17)에는 방사실드(36)의 개방단에 고정된 입구배플(37)이 마련되어도 된다. 입구배플(37)은 방사실드(36)와 동일한 온도로 냉각되며, 그 표면에 이른바 타입1가스(수증기 등의 비교적 고온에서 응축하는 기체)를 응축할 수 있다.

크라이오패널(38)은, 타입2가스(예를 들면 아르곤, 질소 등의 비교적 저온에서 응축하는 기체)를 응축하는 극저온표면을 제공하기 위하여, 제2 냉각스테이지(34)에 열적으로 결합되어, 제2 냉각온도로 냉각된다. 또, 크라이오패널(38)에는, 타입3가스(예를 들면 수소 등의 비응축성 기체)를 흡착하기 위하여, 적어도 일부의 표면(예를 들면 크라이오펌프흡기구(17)와는 반대측의 표면)에 예를 들면 활성탄 또는 그 외의 흡착재가 배치되어 있다. 크라이오펌프(10)의 외부로부터 크라이오펌프흡기구(17)를 통하여 방사실드(36) 내에 진입하는 기체는 크라이오패널(38)에 응축 또는 흡착에 의하여 포착된다. 방사실드(36)나 크라이오패널(38)의 배치나 형상 등, 이들이 취할 수 있는 형태는, 다양한 공지의 구성을 적절히 채용할 수 있으므로, 여기에서는 상세하게 설명하지 않는다.

크라이오펌프용기(16)는, 용기몸통(16a)과 냉동기수용통(16b)을 갖는다. 크라이오펌프용기(16)는, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전 중에 진공을 유지하고, 주위환경의 압력(예를 들면 대기압)에 견디도록 설계된 진공용기이다. 용기몸통(16a)은, 그 일단에 크라이오펌프흡기구(17)를 갖고, 타단이 폐쇄된 통형의 형상을 갖는다. 용기몸통(16a)에는, 방사실드(36)가 수용되며, 상술한 바와 같이 방사실드(36) 내에는 크라이오패널(38)이 제2 냉각스테이지(34)와 함께 수용되어 있다. 냉동기수용통(16b)은, 일단이 용기몸통(16a)에 결합되고 타단이 냉동기(14)의 실온부(26)에 고정되어 있다. 냉동기수용통(16b)에는, 냉동기(14)가 삽입되며, 제1 실린더(28)가 수용되어 있다.

이 실시형태에서는, 크라이오펌프(10)는, 냉동기(14)가 용기몸통(16a)의 측부에 마련된 이른바 가로형의 크라이오펌프이다. 용기몸통(16a)의 측부에는, 냉동기삽입구가 마련되며, 냉동기수용통(16b)은, 이 냉동기삽입구에서 용기몸통(16a)의 측부에 결합되어 있다. 동일하게, 용기몸통(16a)의 냉동기삽입구에 인접하여, 방사실드(36)의 측부에도 냉동기(14)를 통과시키는 구멍이 마련되어 있다. 이들 구멍을 통하여 냉동기(14)의 제2 실린더(32)와 제2 냉각스테이지(34)가 방사실드(36) 내에 삽입되며, 방사실드(36)는 그 측부의 구멍의 주위에서 제1 냉각스테이지(30)와 열적으로 결합되어 있다.

크라이오펌프는, 사용되는 현장에서 다양한 자세로 설치될 수 있다. 일례로서, 크라이오펌프(10)는, 도시되는 옆을 향한 자세, 즉 크라이오펌프흡기구(17)를 상방을 향하게 한 자세로 설치될 수 있다. 이때, 용기몸통(16a)의 바닥부가 크라이오펌프흡기구(17)에 대하여 하방에 위치하고, 냉동기(14)는 수평방향으로 뻗어 있다.

크라이오펌프(10)는, 제1 냉각스테이지(30)의 온도를 측정하기 위한 제 1 온도센서(40)와, 제2 냉각스테이지(34)의 온도를 측정하기 위한 제 2 온도센서(42)를 구비한다. 제1 온도센서(40)는, 제1 냉각스테이지(30)에 장착되어 있다. 제2 온도센서(42)는, 제2 냉각스테이지(34)에 장착되어 있다. 제1 온도센서(40)는, 방사실드(36)의 온도를 측정하여, 방사실드(36)의 측정온도를 나타내는 제1 측정온도신호를 출력할 수 있다. 제2 온도센서(42)는, 크라이오패널(38)의 온도를 측정하여, 크라이오패널(38)의 측정온도를 나타내는 제2 측정온도신호를 출력할 수 있다. 또, 크라이오펌프용기(16)의 내부에 압력센서(44)가 마련되어 있다. 압력센서(44)는 예를 들면, 냉동기수용통(16b)에 설치되며, 크라이오펌프용기(16)의 내압을 측정하여, 측정압력을 나타내는 측정압력신호를 출력할 수 있다.

또, 크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프(10)를 제어하는 컨트롤러(46)를 구비한다. 컨트롤러(46)는, 크라이오펌프(10)에 일체로 마련되어 있어도 되고, 크라이오펌프(10)와는 별체의 제어장치로서 구성되어 있어도 된다.

컨트롤러(46)는, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전에 있어서는, 방사실드(36) 및/또는 크라이오패널(38)의 냉각온도에 근거하여, 냉동기(14)를 제어해도 된다. 컨트롤러(46)는, 제1 온도센서(40)로부터의 제1 측정온도신호를 수신하도록 제1 온도센서(40)와 접속되며, 제2 온도센서(42)로부터의 제2 측정온도신호를 수신하도록 제2 온도센서(42)와 접속되어 있어도 된다.

또, 컨트롤러(46)는, 크라이오펌프(10)의 재생운전에 있어서는, 크라이오펌프용기(16) 내의 압력에 근거하여(또는, 필요에 따라, 크라이오패널(38)의 온도 및 크라이오펌프용기(16) 내의 압력에 근거하여), 냉동기(14), 러프밸브(18), 퍼지밸브(20), 벤트밸브(22), 전환제어밸브(24)를 제어해도 된다. 컨트롤러(46)는, 압력센서(44)로부터의 측정압력신호를 수신하도록 압력센서(44)와 접속되어 있어도 된다.

컨트롤러(46)의 내부구성은, 하드웨어구성으로서는 컴퓨터의 CPU나 메모리를 비롯한 소자나 회로로 실현되고, 소프트웨어구성으로서는 컴퓨터프로그램 등에 의하여 실현되지만, 도면에서는 적절히, 그들의 연계에 의하여 실현되는 기능블록으로서 그리고 있다. 이들 기능블록은 하드웨어, 소프트웨어의 조합에 의하여 다양한 형태로 실현될 수 있는 것은, 당업자에게는 이해되는 바이다.

예를 들면, 컨트롤러(46)는 CPU(Central Processing Unit), 마이크로컴퓨터 등의 프로세서(하드웨어)와, 프로세서(하드웨어)가 실행하는 소프트웨어프로그램의 조합으로 실장할 수 있다. 소프트웨어프로그램은, 크라이오펌프(10)의 재생을 컨트롤러(46)에 실행시키기 위한 컴퓨터프로그램이어도 된다.

러프밸브(18)는, 크라이오펌프용기(16), 예를 들면 냉동기수용통(16b)에 설치되어 있다. 러프밸브(18)는, 크라이오펌프(10)의 외부에 설치된 러프펌프(도시하지 않음)에 접속된다. 러프펌프는, 크라이오펌프(10)를 그 동작개시압력까지 진공배기를 하기 위한 진공펌프이다. 컨트롤러(46)의 제어에 의하여 러프밸브(18)가 개방될 때 크라이오펌프용기(16)가 러프펌프에 연통되고, 러프밸브(18)가 폐쇄될 때 크라이오펌프용기(16)가 러프펌프로부터 차단된다. 러프밸브(18)를 개방하고 또한 러프펌프를 동작시킴으로써, 크라이오펌프(10)를 감압할 수 있다.

퍼지밸브(20)는, 크라이오펌프용기(16), 예를 들면 냉동기수용통(16b)에 설치되어 있다. 퍼지밸브(20)는, 크라이오펌프(10)의 외부에 설치된 퍼지가스공급장치(도시하지 않음)에 접속된다. 컨트롤러(46)의 제어에 의하여 퍼지밸브(20)가 개방될 때 퍼지가스가 크라이오펌프용기(16)에 공급되고, 퍼지밸브(20)가 폐쇄될 때 크라이오펌프용기(16)로의 퍼지가스공급이 차단된다. 퍼지가스는 예를 들면 질소가스, 또는 그 외의 건조한 가스여도 되고, 퍼지가스의 온도는, 예를 들면 실온으로 조정되거나, 또는 실온보다 고온으로 가열되어 있어도 된다. 퍼지밸브(20)를 개방하여 퍼지가스를 크라이오펌프용기(16)에 도입함으로써, 크라이오펌프(10)를 승압할 수 있다. 또, 크라이오펌프(10)를 극저온으로부터 실온 또는 그보다 높은 온도로 승온할 수 있다.

벤트밸브(22)는, 후술하는 배출라인(50)에 마련되며, 크라이오펌프용기(16), 예를 들면 냉동기수용통(16b)에 설치되어 있어도 된다. 벤트밸브(22)는, 크라이오펌프(10)의 내부로부터 외부로 유체를 배출하기 위하여 마련되어 있다. 벤트밸브(22)는, 배출되는 유체를 수용하는 크라이오펌프(10)의 외부의 저류탱크(도시하지 않음)에 접속되어도 된다. 혹은, 배출되는 유체가 무해한 경우에는, 벤트밸브(22)는, 배출되는 유체를 주위환경으로 방출하도록 구성되어도 된다. 벤트밸브(22)로부터 배출되는 유체는 기본적으로는 가스이지만, 액체 또는 기액의 혼합물이어도 된다.

벤트밸브(22)는, 컨트롤러(46)로부터 입력되는 지령신호에 따라 개폐된다. 벤트밸브(22)는, 예를 들면 재생 중 등과 같이 크라이오펌프용기(16)로부터 유체를 방출할 때에 컨트롤러(46)에 의하여 개방된다. 방출해서는 안될 때에는 컨트롤러(46)에 의하여 벤트밸브(22)는 폐쇄된다. 벤트밸브(22)는, 예를 들면 상폐형(常閉型)의 제어밸브여도 된다. 또한, 벤트밸브(22)는, 소정의 차압이 작용했을 때에 기계적으로 개방되는 이른바 안전밸브로서도 기능하도록 구성되어 있다. 그 때문에, 크라이오펌프 내부가 어떠한 이유에서 고압이 되었을 때에 제어를 필요로 하는 일 없이 벤트밸브(22)는 기계적으로 개방된다. 그로써 내부의 고압을 빼낼 수 있다.

또, 크라이오펌프(10)는, 복수의 배출로, 구체적으로는 제1 배출로(51)와 제2 배출로(52)를 갖는 배출라인(50)을 구비한다. 제1 배출로(51)는, 용기몸통(16a)에 마련된 제1 배출포트(53)를 갖고, 제2 배출로(52)는, 냉동기수용통(16b)에 마련된 제2 배출포트(54)를 갖는다. 제1 배출로(51)는, 크라이오펌프용기(16)의 외부에 배치되며, 제1 배출포트(53)를 벤트밸브(22)에 접속시킨다. 동일하게, 제2 배출로(52)는, 크라이오펌프용기(16)의 외부에 배치되며, 제2 배출포트(54)를 벤트밸브(22)에 접속시킨다. 제2 배출로(52)는, 제1 배출로(51)에 제1 배출포트(53)와 벤트밸브(22)의 사이에서 합류한다.

크라이오펌프용기(16)의 냉동기수용통(16b)에는, 제2 배출로(52)를 개폐하는 전환제어밸브(24)가 설치되어 있다. 전환제어밸브(24)는, 제1 배출로(51)와 제2 배출로(52)의 합류부(55)와 제2 배출포트(54)의 사이에서 제2 배출로(52)에 마련되어 있다. 전환제어밸브(24)는, 예를 들면 개폐밸브이며, 예를 들면 전자밸브여도 된다. 전환제어밸브(24)는, 벤트밸브(22)와 동일하게, 컨트롤러(46)로부터 입력되는 지령신호에 따라 개폐된다. 전환제어밸브(24)는, 크라이오펌프용기(16)로부터 유체를 방출할 때에 컨트롤러(46)에 의하여 개방되며, 방출해서는 안될 때에는 컨트롤러(46)에 의하여 폐쇄된다. 후술하는 바와 같이, 전환제어밸브(24)는, 퍼지밸브(20)로부터 퍼지가스가 공급될 때 제2 배출로(52)를 폐쇄하도록 동작 가능해도 된다. 다만, 전환제어밸브(24)는, 제1 배출로(51)를 개폐하는 것은 아니다. 제1 배출포트(53)로부터 제1 배출로(51)를 통한 벤트밸브(22)로의 유체배출은, 전환제어밸브(24)의 개폐에 관계없이 허용되어 있다.

제1 배출포트(53)는, 용기몸통(16a)으로부터의 유체의 출구로서 용기몸통(16a)에 형성된 관통구멍을 갖고, 이 실시형태에서는, 용기몸통(16a)의 바닥부에 마련되어 있다. 그 때문에, 제1 배출로(51)는, 크라이오펌프흡기구(17)를 상방을 향하게 하여 크라이오펌프(10)가 배치될 때(즉 가로배치의 경우), 냉동기수용통(16b)보다 하방에 위치하도록 마련되어 있다.

또, 제1 배출포트(53)는, 방사실드(36)나 크라이오패널(38)과 퍼지가스의 열교환을 촉진하기 위하여, 퍼지밸브(20)로부터 가능한 한 떨어진 크라이오펌프용기(16)의 부위에 마련되어도 된다. 이 실시형태에서는 퍼지밸브(20)가 냉동기수용통(16b)에 마련되어 있으므로, 제1 배출포트(53)는, 예를 들면, 용기몸통(16a)의 냉동기수용통(16b)과는 반대측에 마련되어도 된다.

제1 배출로(51)는, 제1 배출포트(53)를 합류부(55)에 접속시키는 플렉시블관(56)을 가져도 된다. 플렉시블관(56)에는, 필요에 따라, 예를 들면 전기히터 등의 가열기구가 장착되어도 되고, 혹은, 단열재로 피복되어도 된다. 혹은, 제1 배출로(51)는, 리지드관으로 구성되어도 된다. 동일하게, 제2 배출로(52)는, 플렉시블관 또는 리지드관을 가져도 되며, 필요에 따라 가열기구를 갖고, 또는 단열재로 피복되어도 된다.

제2 배출포트(54)는, 냉동기수용통(16b)으로부터의 유체의 출구로서 냉동기수용통(16b)에 형성된 관통구멍을 갖는다. 이 실시형태에서는, 제2 배출포트는, 용기몸통(16a)에 결합되는 냉동기수용통(16b)의 일단보다, 냉동기(14)의 실온부(26)에 고정되는 냉동기수용통(16b)의 타단에 근접하여 냉동기수용통(16b)에 마련되어 있다.

크라이오펌프(10)의 배기운전이 계속됨으로써 크라이오펌프(10)에는 기체가 축적되어 간다. 축적된 기체를 외부로 배출하기 위하여, 크라이오펌프(10)의 재생이 행해진다. 크라이오펌프(10)의 재생은 일반적으로, 승온공정, 배출공정, 및 쿨다운공정을 포함한다.

승온공정은, 크라이오펌프(10)에 포착되어 있는 가스 중 대상가스의 융점 또는 그것을 초과하는 온도로 크라이오펌프(10)를 승온시키는 것과, 크라이오펌프(10)를 재생온도까지 더 승온시키는 것을 포함한다. 대상가스는, 예를 들면 타입2가스(예를 들면 아르곤)이며, 대상가스의 융점은, 예를 들면 100K 이하이다. 재생온도는, 예를 들면 실온 또는 그보다 높은 온도이다.

승온을 위한 열원은, 예를 들면, 냉동기(14)이다. 냉동기(14)는, 승온운전(이른바 역전승온)을 가능하게 한다. 즉, 냉동기(14)는, 실온부(26)에 마련된 구동기구가 냉각운전과는 반대방향으로 동작할 때 작동기체에 단열압축이 발생하도록 구성되어 있다. 이렇게 하여 얻어지는 압축열로 냉동기(14)는 제1 냉각스테이지(30) 및 제2 냉각스테이지(34)를 가열한다. 방사실드(36)와 크라이오패널(38)은 각각 제1 냉각스테이지(30) 및 제2 냉각스테이지(34)를 열원으로 하여 가열된다. 또, 퍼지밸브(20)로부터 크라이오펌프용기(16) 내에 공급되는 퍼지가스도 크라이오펌프(10)의 승온에 기여한다. 혹은, 크라이오펌프(10)에는, 예를 들면 전기히터 등의 가열장치가 마련되어도 된다. 예를 들면, 냉동기(14)의 운전으로부터 독립적으로 제어 가능한 전기히터가 냉동기(14)의 제1 냉각스테이지(30) 및/또는 제2 냉각스테이지(34)에 장착되어 있어도 된다.

배출공정에 있어서는 크라이오펌프(10)에 포착된 기체가 재기화 또는 액화되고, 기체, 액체 또는 기액의 혼합물로서, 배출라인(50)을 통하여, 또는 러프밸브(18)를 통하여 배출된다. 배출공정은, 후술하는 바와 같이, 대상가스의 액화물을, 크라이오펌프용기(16)의 용기몸통(16a)으로부터 제1 배출로(51)를 통하여, 및/또는 크라이오펌프용기(16)의 냉동기수용통(16b)으로부터 제2 배출로(52)를 통하여, 벤트밸브(22)로 배출하는 것을 포함한다. 쿨다운공정에 있어서는 크라이오펌프(10)가 진공배기운전을 위한 극저온으로 재냉각된다. 재생이 완료되면, 크라이오펌프(10)는 다시 배기운전을 시작할 수 있다.

도 3 및 도 4는, 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)가 가로배치인 경우에 대하여 크라이오펌프(10)의 동작을 모식적으로 나타내는 도이다. 도 3 및 도 4에서는, 재생 중의 크라이오펌프(10)로부터의 유체배출을 실선의 화살표로 나타내며, 크라이오펌프(10)로의 퍼지가스의 공급을 파선의 화살표로 나타낸다.

크라이오펌프(10)가 적용되는 프로세스에 따라서는, 이른바 타입2가스가 크라이오펌프(10) 내에 다량으로 저장되는 경우가 있다. 예를 들면, 스퍼터링장치에서는 프로세스가스로서 아르곤가스가 사용되는 경우가 있어, 크라이오펌프(10)에 다량의 아르곤가스가 저장될 수 있다. 재생 중의 크라이오펌프(10)의 승온에 의하여, 저장된 다량의 아르곤가스가 액화되어 크라이오펌프(10) 내부에 일시적으로 저류되는 경우가 있다. 도 3에 나타나는 바와 같이, 크라이오펌프(10)가 가로배치인 경우, 아르곤가스 등 타입2가스의 액화물(60)은, 중력에 의하여 하방으로 흘러, 용기몸통(16a)의 바닥부와 냉동기수용통(16b)의 하부에 저류될 수 있다.

이와 같이 가스의 액화물(60)이 크라이오펌프용기(16) 내에 존재하는 경우에는, 컨트롤러(46)에 의하여 전환제어밸브(24)와 벤트밸브(22)가 개방된다. 용기몸통(16a)의 바닥부에 저류된 액화물(60)은, 제1 배출포트(53)로부터 제1 배출로(51)를 통하여 벤트밸브(22)로 배출된다. 냉동기수용통(16b)의 하부에 저류된 액화물(60)은, 전환제어밸브(24)가 개방되어 있으므로, 제2 배출포트(54)로부터 제2 배출로(52)를 통하여 벤트밸브(22)로 배출된다. 이와 같이 하여, 도 3에 실선의 화살표로 나타나는 바와 같이, 크라이오펌프용기(16) 내의 가스의 액화물(60)을 제1 배출로(51)와 제2 배출로(52)의 양방으로부터 크라이오펌프(10)의 외부로 배출할 수 있다.

그런데, 기존의 크라이오펌프에서는 전형적으로, 크라이오펌프용기에 제1 배출포트(53)가 설치되어 있지 않고, 벤트밸브가 냉동기수용통에 직접 마련되어 있다. 그러한 기존의 크라이오펌프에서는, 가로배치의 경우, 냉동기수용통의 하부에 저류된 가스액화물은 벤트밸브로 배출할 수 있지만, 용기몸통의 바닥부에 저류된 액화물은 기화시켜 배출할 수 밖에 없었다. 크라이오펌프가 대형일수록 용기몸통의 바닥부에 저류되는 액화물도 다량이 될 수 있다.

다량의 액화물을 기화시키기 위해서는 상응하는 시간이 걸리므로, 크라이오펌프의 승온시간 나아가서는 재생시간이 길어져 버린다. 또한, 이 액화물은 매우 온도가 낮고(예를 들면 액화 아르곤은 80K 정도일 수 있고), 크라이오펌프 내에서 접촉한 부위(예를 들면 방사실드, 냉동기의 제1 실린더 등)를 진공배기운전 중보다 낮은 온도로 냉각할 수 있다. 이로써도 크라이오펌프의 승온시간이 길어진다. 또, 액화물에 의하여 제1 실린더가 과잉 냉각된 경우, 그에 따른 제1 실린더의 열수축때문에, 실린더 내를 왕복이동하는 디스플레이서와의 클리어런스가 좁아질(혹은 없어질)지도 모른다. 그렇게 하면, 재생 중의 냉동기의 운전(즉 역전승온) 시, 냉동기를 구동하는 모터의 부하가 높아져, 최악의 경우, 냉동기의 고장을 초래할 수 있다.

또, 크라이오펌프용기가 액화물과의 접촉에 의하여 냉각되면 크라이오펌프 외표면에 결로가 발생할 수 있다는 문제도 있다. 크라이오펌프용기 내에서의 액화물의 체류가 길어질수록 결로량도 증가해 버린다.

이에 대하여, 이 실시형태에서는, 제1 배출포트(53)는, 용기몸통(16a)의 바닥부에 마련되며, 제1 배출로(51)는, 크라이오펌프(10)가 가로배치가 될 때 냉동기수용통(16b)보다 하방에 위치하도록 마련되어 있다. 그 때문에, 냉동기수용통(16b)으로부터 액화물(60)이 제2 배출로(52)를 통하여 배출된 후, 용기몸통(16a)의 바닥부에 저류되어 있는 액화물(60)은, 제1 배출포트(53)로부터 제1 배출로(51)를 통하여 배출할 수 있다. 이와 같이 하여, 크라이오펌프용기(16) 내로부터 액화물(60)을 신속하게 외부로 배출할 수 있으므로, 상술한 승온시간과 결로량의 증가를 억제할 수 있다.

도 3에 파선의 화살표로 나타나는 바와 같이, 퍼지밸브(20)로부터 크라이오펌프용기(16) 내에 퍼지가스가 공급되어도 된다. 퍼지가스에 의하여 액화물(60)을 가열하여 기화시킬 수 있다. 또, 퍼지가스의 압력에 의하여 액화물(60)을 제1 배출포트(53)와 제2 배출포트(54)로 밀어냄으로써, 액화물(60)의 배출을 촉진할 수 있다.

또한, 이 실시형태에서는, 퍼지밸브(20)가 냉동기수용통(16b)에 마련되어 있으므로, 퍼지밸브(20)로부터 퍼지가스를 제1 실린더(28)에 직접 분사할 수 있다. 퍼지가스는 실온 또는 그보다 높은 온도를 갖기 때문에 제1 실린더(28)를 가열할 수 있으며, 액화물(60)에 의한 제1 실린더(28)의 냉각을 억제할 수 있다. 이와 같은 퍼지가스에 의한 제1 실린더(28)의 가열은, 냉동기(14)에 전기히터 등의 가열기구가 설치되어 있지 않은 경우, 특히 유용하다.

제1 실린더(28)를 가열할 뿐만 아니라, 퍼지가스의 역할로서는 본래, 용기몸통(16a) 내의 크라이오패널(38)이나 방사실드(36)와도 열교환을 하여 이들을 신속하게 승온시키는 것도 요망된다. 그러나, 퍼지밸브(20)를 냉동기수용통(16b)에 마련하는 경우, 퍼지가스의 대부분이 퍼지밸브(20)에 가까운 제2 배출포트(54)로부터 배출되며, 용기몸통(16a)에 그다지 확산되지 않아, 퍼지가스에 의한 크라이오패널(38)이나 방사실드(36)의 승온작용이 약해지는 것이 우려된다. 이것도 바람직하지 않게 재생시간의 증가를 초래할지도 모른다.

그래서, 이 실시형태에서는, 재생방법은, 크라이오펌프용기(16)에 퍼지밸브(20)로부터 퍼지가스가 공급될 때, 제1 배출포트(53)와 제2 배출포트(54) 중 퍼지밸브(20)에 가까운 쪽의 배출포트를 폐쇄한 상태에서, 제1 배출포트(53)와 제2 배출포트(54) 중 퍼지밸브(20)로부터 먼 쪽의 배출포트로부터 퍼지가스를 배출하는 것을 구비해도 된다.

구체적으로는, 도 4에 나타나는 바와 같이, 크라이오펌프용기(16)로부터 액화물(60)이 배출된 후, 컨트롤러(46)에 의하여 전환제어밸브(24)가 폐쇄된다. 이로써, 퍼지밸브(20)로부터 공급되는 퍼지가스는, 냉동기수용통(16b)으로부터 용기몸통(16a)을 통과하여, 크라이오패널(38)이나 방사실드(36)를 열교환에 의하여 가열하고, 제1 배출포트(53)로부터 배출된다. 따라서 상술한 문제는 피할 수 있다.

다만, 크라이오펌프(10)에 저장된 타입2가스의 양이 충분히 적어, 액화물(60)이 재생 중에 크라이오펌프용기(16) 내에 실질적으로 발생하지 않는 경우에는, 전환제어밸브(24)를 재생 중에 개방할 필요는 없다.

도 5 및 도 6은, 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)가 세로배치인 경우에 대하여 크라이오펌프(10)의 동작을 모식적으로 나타내는 도이다. 도 5 및 도 6에 나타나는 바와 같이, 크라이오펌프(10)는, 세로배치, 즉, 용기몸통(16a)이 상방에 위치하고 냉동기(14)의 실온부(26)가 하방에 위치하도록 하여 설치될 수도 있다. 이 경우, 냉동기(14)는 연직방향으로 뻗어 있다. 도 5 및 도 6에서는, 재생 중의 크라이오펌프(10)로부터의 유체배출을 실선의 화살표로 나타내며, 크라이오펌프(10)로의 퍼지가스의 공급을 파선의 화살표로 나타낸다.

재생에 의하여 크라이오펌프(10)가 승온되면, 도 5에 나타나는 바와 같이, 세로배치의 경우, 가스의 액화물(60)은, 중력에 의하여 하방으로 흘러, 냉동기수용통(16b)의 바닥부(냉동기(14)의 실온부(26)측)에 저류될 수 있다.

액화물(60)이 크라이오펌프용기(16) 내에 존재하는 경우에는, 컨트롤러(46)에 의하여 전환제어밸브(24)와 벤트밸브(22)가 개방된다. 냉동기수용통(16b)의 바닥부에 저류된 액화물(60)은, 전환제어밸브(24)가 개방되어 있으므로, 제2 배출포트(54)로부터 제2 배출로(52)를 통하여 벤트밸브(22)로 배출된다. 이와 같이 하여, 도 5에 실선의 화살표로 나타나는 바와 같이, 크라이오펌프용기(16) 내의 가스의 액화물(60)을 크라이오펌프(10)의 외부로 배출할 수 있다. 이때, 도 5에 파선의 화살표로 나타나는 바와 같이, 퍼지밸브(20)로부터 크라이오펌프용기(16) 내에 퍼지가스가 공급되어도 된다. 퍼지가스는, 제1 배출포트(53)로부터 제1 배출로(51)를 통하여 벤트밸브(22)로 배출된다. 이와 같이 하여, 가로배치의 경우와 동일하게, 크라이오펌프용기(16) 내로부터 액화물(60)을 신속하게 외부로 배출할 수 있어, 상술한 승온시간과 결로량의 증가를 억제할 수 있다.

이 실시형태에서는, 제2 배출포트(54)는, 용기몸통(16a)에 결합되는 냉동기수용통(16b)의 일단보다, 냉동기(14)에 고정되는 냉동기수용통(16b)의 타단에 근접하여 냉동기수용통(16b)에 마련되어 있다. 즉, 제2 배출포트(54)는, 냉동기(14)의 실온부(26)에 근접하여 마련되어 있다. 그 때문에, 보다 많은 액화물(60)을 냉동기수용통(16b)의 바닥부로부터 배출할 수 있다.

도 6에 나타나는 바와 같이, 크라이오펌프용기(16)로부터 액화물(60)이 배출된 후, 컨트롤러(46)에 의하여 전환제어밸브(24)가 폐쇄된다. 이로써, 퍼지밸브(20)로부터 공급되는 퍼지가스는, 냉동기수용통(16b)으로부터 용기몸통(16a)을 통과하여, 크라이오패널(38)이나 방사실드(36)를 열교환에 의하여 가열하고, 제1 배출포트(53)로부터 배출된다. 따라서, 퍼지가스가 퍼지밸브(20)로부터 제2 배출포트(54)로 용기몸통(16a)을 통과하지 않고 배출되는 것에 의한 상술한 문제를 피할 수 있다.

도 7 및 도 8은, 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)의 재생방법을 모식적으로 나타내는 도이다. 도 7에는, 재생 중의 승온공정에 있어서의 제1 온도센서(40)에 의하여 측정되는 온도를 전환제어밸브(24)와 벤트밸브(22)의 개폐타이밍과 함께 나타낸다. 도 8에는, 재생 중의 승온공정에 있어서의 제2 온도센서(42)에 의하여 측정되는 온도를 전환제어밸브(24)와 벤트밸브(22)의 개폐타이밍과 함께 나타낸다.

재생이 개시되면 크라이오펌프(10)가 승온되어, 도 7에 나타나는 바와 같이, 제1 온도센서(40)의 측정온도는 상승해 간다. 크라이오패널(38)의 표면에 응축되어 있는 아르곤가스 등의 타입2가스는 용해된다. 이렇게 하여 액화된 타입2가스는 크라이오펌프용기(16)의 바닥부에 저류될 수 있다.

저류된 액화가스는 방사실드(36)나 제1 실린더(28) 등 제1 냉각스테이지(30)에 의하여 냉각되는 크라이오펌프(10)의 부위와 접촉할 수 있다. 이들 부위보다 액화가스는 저온이므로, 방사실드(36)나 제1 실린더(28)는 액화가스에 의하여 냉각된다. 그 때문에, 제1 온도센서(40)의 측정온도의 변화는, 상승으로부터 강하로 전환된다(도 7의 타이밍 Ta).

컨트롤러(46)는, 제1 온도센서(40)로부터 측정온도를 나타내는 측정신호를 받고, 측정신호에 근거하여 측정온도의 상승으로부터 강하로의 전환을 검지하며, 전환에 따라 제2 배출로(52)를 개방하도록 전환제어밸브(24)를 제어한다. 즉, 타이밍 Ta에서 전환제어밸브(24)가 개방된다. 동시에, 컨트롤러(46)는, 벤트밸브(22)도 개방한다.

이렇게 하여, 크라이오펌프용기(16)로부터 제1 배출로(51)와 제2 배출로(52)를 통하여 액화가스가 배출된다. 액화가스의 배출이 완료되면, 제1 온도센서(40)의 측정온도는 다시 상승하기 시작한다(도 7의 타이밍 Tb).

컨트롤러(46)는, 제1 온도센서(40)로부터 측정온도를 나타내는 측정신호를 받고, 측정신호에 근거하여 측정온도의 강하로부터 상승으로의 재전환을 검지하며, 재전환에 따라 제2 배출로(52)를 폐쇄하도록 전환제어밸브(24)를 제어한다. 즉, 타이밍 Tb에서 전환제어밸브(24)가 폐쇄된다. 동시에, 컨트롤러(46)는, 벤트밸브(22)도 폐쇄한다. 그 후, 크라이오펌프(10)는 재생온도를 향하여 더 승온되어 가게 된다.

다만, 크라이오펌프(10) 내에 축적된 타입2가스의 양이 충분히 적어, 크라이오펌프용기(16) 내에 액화가스가 저류되지 않거나, 또는 발생한 액화가스가 신속하게 기화된 경우에는, 제1 온도센서(40)의 측정온도는, 도 7에 파선으로 나타내는 바와 같이, 단순히 상승해 간다. 측정온도가 상승으로부터 강하로 전환되는 경우는 없다. 따라서, 컨트롤러(46)는, 전환제어밸브(24)와 벤트밸브(22)를 개방하지 않는다.

또, 도 8에 나타나는 바와 같이, 재생이 개시되면, 제2 온도센서(42)의 측정온도도 상승해 간다. 액화된 타입2가스가 크라이오펌프용기(16)의 바닥부에 저류된 경우, 액화가스는 크라이오패널(38) 등의 제2 냉각스테이지(34)에 의하여 냉각되는 크라이오펌프(10)의 부위와 접촉할 수 있다. 이들 부위와 액화가스는 동일한 정도의 온도이므로, 제2 온도센서(42)의 측정온도는 상승을 정지한다(도 8의 타이밍 Ta).

따라서, 컨트롤러(46)는, 제2 온도센서(42)의 측정온도에 근거하여 전환제어밸브(24)와 벤트밸브(22)를 제어해도 된다. 컨트롤러(46)는, 제2 온도센서(42)로부터 측정온도를 나타내는 측정신호를 받고, 측정신호에 근거하여 측정온도의 상승의 정지를 검지하며, 정지에 따라 제2 배출로(52)를 개방하도록 전환제어밸브(24)를 제어해도 된다. 즉, 타이밍 Ta에서 전환제어밸브(24)가 개방된다. 동시에, 컨트롤러(46)는, 벤트밸브(22)도 개방해도 된다.

액화가스의 배출이 완료되면, 제2 온도센서(42)의 측정온도는 다시 상승하기 시작한다(도 8의 타이밍 Tb). 컨트롤러(46)는, 제2 온도센서(42)로부터 측정온도를 나타내는 측정신호를 받고, 측정신호에 근거하여 측정온도의 상승의 재개를 검지하며, 재개에 따라 제2 배출로(52)를 폐쇄하도록 전환제어밸브(24)를 제어해도 된다. 타이밍 Tb에서 전환제어밸브(24)가 폐쇄된다. 동시에, 컨트롤러(46)는, 벤트밸브(22)도 폐쇄해도 된다.

측정온도의 상승으로부터 강하로의 전환 또는 상승의 정지를 검지하기 위한 임계값, 및 측정온도의 강하로부터 상승으로의 재전환 또는 상승의 재개를 검지하기 위한 임계값은, 설계자의 경험적 지견(知見) 또는 설계자에 의한 실험이나 시뮬레이션 등에 근거하여 적절히 설정하는 것이 가능하다.

다만, 재생개시 시는, 전환제어밸브(24)와 벤트밸브(22)는 폐쇄해 두는 것이 바람직하다. 재생개시 시에는 크라이오펌프용기(16) 내가 부압이 되어 있을 가능성이 있어, 크라이오펌프용기(16) 내로의 역류가 발생하는 리스크를 낮추기 위함이다. 혹은, 컨트롤러(46)는, 압력센서(44)로부터 측정압력을 나타내는 측정신호를 받고, 측정신호에 근거하여 측정압력이 대기압일 때 전환제어밸브(24)와 벤트밸브(22)를 개방해도 된다.

실시형태에 의하면, 크라이오펌프(10)가 사용되는 현장에서 다양한 설치자세를 취할 수 있는 가운데, 설치자세에 제한되지 않고, 복수의 배출포트 중 어느 하나를 통하여 가스의 액화물을 외부로 신속하게 배출할 수 있다. 예를 들면, 크라이오펌프(10)가 가로배치인 경우에는, 용기몸통(16a)의 바닥부로부터 제1 배출포트(53)를 통하여, 냉동기수용통(16b)으로부터 제2 배출포트(54)를 통하여, 액화물을 배출할 수 있다. 세로배치의 경우에는, 냉동기수용통(16b)으로부터 제2 배출포트(54)를 통하여 배출할 수 있다. 그 외의 설치자세의 경우에도 동일하게 하여 제1 배출포트(53) 및/또는 제2 배출포트(54)를 통하여 배출할 수 있다. 크라이오펌프(10)로부터 가스의 액화물을 신속하게 배출함으로써, 크라이오펌프(10)의 승온시간 나아가서는 재생시간을 단축할 수 있다. 또, 액화물에 의한 크라이오펌프(10)의 외표면에의 결로도 저감시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 설명했다. 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 설계변경이 가능하며, 다양한 변형예가 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은, 당업자에게 이해되는 바이다.

도 9는, 다른 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)의 배출라인(50)을 모식적으로 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 전환제어밸브(24)는, 제1 배출로(51)와 제2 배출로(52)의 합류부(55)에 마련된 삼방밸브여도 된다. 이 경우, 전환제어밸브(24)는, 제1 배출로(51)와 제2 배출로(52)를 교대로 개폐할 수 있다. 이와 같이 해도, 배출라인(50)은, 제1 배출로(51)를 통하여, 또는 제2 배출로(52)를 통하여, 벤트밸브(22)로 유체를 배출할 수 있다.

상술한 실시형태에서는, 퍼지밸브(20)가 냉동기수용통(16b)에 마련되어 있지만, 퍼지밸브(20)는, 크라이오펌프용기(16)의 다른 부위, 예를 들면 용기몸통(16a)에 마련되어도 된다. 이 경우, 전환제어밸브(24)가 제1 배출로(51)에 마련되며, 제1 배출로(51)가 개폐되어도 된다. 이와 같이 하면, 크라이오펌프용기(16)에 퍼지밸브(20)로부터 퍼지가스가 공급될 때, 퍼지밸브(20)에 가까운 쪽의 배출포트(즉 제1 배출포트(53))를 폐쇄한 상태에서, 퍼지밸브(20)로부터 먼 쪽의 배출포트(즉 제2 배출포트(54))로부터 퍼지가스를 배출할 수 있다.

상술한 실시형태에서는, 제1 배출로(51)와 제2 배출로(52)가 하나의 벤트밸브(22)로 합류하고 있지만, 이것은 필수는 아니다. 일 실시형태에서는, 제1 배출로(51)와 제2 배출로(52) 각각에 벤트밸브가 마련되어도 된다.

상기의 설명에 있어서는 가로형의 크라이오펌프(10)를 예시했지만, 본 발명은, 세로형 그 외의 크라이오펌프에도 적용 가능하다. 세로형의 크라이오펌프(10)에서는, 용기몸통(16a)의 바닥부에는, 냉동기삽입구가 마련되며, 냉동기수용통(16b)은, 이 냉동기삽입구에서 용기몸통(16a)의 바닥부에 결합되어 있다. 동일하게, 용기몸통(16a)의 냉동기삽입구에 인접하여, 방사실드(36)의 바닥부에도 냉동기(14)를 통과시키는 구멍이 마련되어 있다. 이들 구멍을 통하여 냉동기(14)의 제2 실린더(32)와 제2 냉각스테이지(34)가 방사실드(36) 내에 삽입되며, 방사실드(36)는 그 측부의 구멍의 주위에서 제1 냉각스테이지(30)와 열적으로 결합되어 있다.

본 발명의 실시형태는 이하와 같이 표현할 수도 있다.

1. 냉동기와,

상기 냉동기에 의하여 냉각되는 크라이오패널과,

상기 크라이오패널을 수용하는 용기몸통과, 일단이 상기 용기몸통에 결합되고 타단이 상기 냉동기에 고정되며, 상기 냉동기가 삽입되어 있는 냉동기수용통을 구비하는 크라이오펌프용기와,

상기 크라이오펌프용기로부터 유체를 배출하기 위한 벤트밸브와,

상기 용기몸통에 마련된 제1 배출포트를 갖고, 상기 크라이오펌프용기의 외부에 배치되며 상기 제1 배출포트를 상기 벤트밸브에 접속시키는 제1 배출로와,

상기 냉동기수용통에 마련된 제2 배출포트를 갖고, 상기 제2 배출포트를 상기 벤트밸브에 접속시키는 제2 배출로로서, 상기 제1 배출로에 상기 제1 배출포트와 상기 벤트밸브의 사이에서 합류하는 제2 배출로를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.

2. 상기 용기몸통은, 크라이오펌프흡기구를 갖고, 상기 냉동기수용통은, 상기 용기몸통의 측부에 결합되며,

상기 제1 배출포트는, 상기 용기몸통의 바닥부에 마련되고, 상기 제1 배출로는, 상기 크라이오펌프흡기구를 상방을 향하게 하여 상기 크라이오펌프가 배치될 때 상기 냉동기수용통보다 하방에 위치하도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 1에 기재된 크라이오펌프.

3. 상기 제2 배출포트는, 상기 용기몸통에 결합되는 상기 냉동기수용통의 상기 일단보다, 상기 냉동기에 고정되는 상기 냉동기수용통의 상기 타단에 근접하여 상기 냉동기수용통에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 1 또는 2에 기재된 크라이오펌프.

4. 상기 냉동기수용통에 마련되며, 상기 크라이오펌프용기에 퍼지가스를 공급하기 위한 퍼지밸브와,

상기 제1 배출로와 상기 제2 배출로의 합류부에, 또는 상기 합류부와 상기 제2 배출포트의 사이에서 상기 제2 배출로에 마련되고, 적어도 상기 제2 배출로를 개폐하는 전환제어밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 실시형태 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 크라이오펌프.

5. 상기 크라이오펌프 내의 온도를 측정하여, 측정온도를 나타내는 측정신호를 출력하는 온도센서와,

상기 측정신호에 근거하여 상기 측정온도의 상승으로부터 강하로의 전환 또는 상승의 정지를 검지하며, 상기 전환 또는 상기 정지에 따라 상기 제2 배출로를 개방하도록 상기 전환제어밸브를 제어하는 컨트롤러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 실시형태 4에 기재된 크라이오펌프.

6. 상기 컨트롤러는, 상기 측정신호에 근거하여 상기 측정온도의 강하로부터 상승으로의 재전환 또는 상승의 재개를 검지하며, 상기 재전환 또는 상기 재개에 따라 상기 제2 배출로를 폐쇄하도록 상기 전환제어밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 실시형태 5에 기재된 크라이오펌프.

7. 크라이오펌프의 재생방법으로서,

상기 크라이오펌프에 포착되어 있는 가스 중 대상가스의 융점 또는 그것을 초과하는 온도로 상기 크라이오펌프를 승온시키는 것과,

상기 대상가스의 액화물을, 크라이오펌프용기의 용기몸통으로부터 제1 배출로를 통하여, 및/또는 상기 크라이오펌프용기의 냉동기수용통으로부터 제2 배출로를 통하여, 벤트밸브로 배출하는 것을 구비하며,

상기 제1 배출로는, 상기 용기몸통에 마련된 제1 배출포트를 갖고, 상기 크라이오펌프용기의 외부에 배치되며,

상기 제2 배출로는, 상기 냉동기수용통에 마련된 제2 배출포트를 갖고, 상기 제1 배출로에 상기 제1 배출포트와 상기 벤트밸브의 사이에서 합류하는 것을 특징으로 하는 방법.

8. 냉동기와,

상기 냉동기에 의하여 냉각되는 크라이오패널과,

상기 크라이오패널을 수용하는 용기몸통과, 일단이 상기 용기몸통에 결합되고 타단이 상기 냉동기에 고정되며, 상기 냉동기가 삽입되어 있는 냉동기수용통을 구비하는 크라이오펌프용기와,

상기 냉동기수용통에 마련되고, 상기 크라이오펌프용기에 퍼지가스를 공급하기 위한 퍼지밸브와,

상기 용기몸통에 마련된 제1 배출포트를 갖는 제1 배출로와,

상기 냉동기수용통에 마련된 제2 배출포트를 갖는 제2 배출로와,

상기 퍼지밸브로부터 상기 퍼지가스가 공급될 때 상기 제2 배출로를 폐쇄 가능한 전환제어밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.

9. 크라이오펌프의 재생방법으로서,

상기 크라이오펌프에 포착되어 있는 가스 중 대상가스의 융점 또는 그것을 초과하는 온도로 상기 크라이오펌프를 승온시키는 것과,

상기 대상가스의 액화물을, 크라이오펌프용기의 용기몸통의 제1 배출포트를 통하여, 및/또는 상기 크라이오펌프용기의 냉동기수용통의 제2 배출포트를 통하여, 상기 크라이오펌프용기 외부로 배출하는 것과,

상기 크라이오펌프용기에 퍼지밸브로부터 퍼지가스가 공급될 때, 상기 제1 배출포트와 상기 제2 배출포트 중 상기 퍼지밸브에 가까운 쪽의 배출포트를 폐쇄한 상태에서, 상기 제1 배출포트와 상기 제2 배출포트 중 상기 퍼지밸브로부터 먼 쪽의 배출포트로부터 상기 퍼지가스를 배출하는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.

10 크라이오펌프
14 냉동기
16 크라이오펌프용기
16a 용기몸통
16b 냉동기수용통
17 크라이오펌프흡기구
20 퍼지밸브
22 벤트밸브
24 전환제어밸브
38 크라이오패널
40 제1 온도센서
42 제2 온도센서
46 컨트롤러
51 제1 배출로
52 제2 배출로
53 제1 배출포트
54 제2 배출포트

Claims (9)

1. 냉동기와,
   상기 냉동기에 의하여 냉각되는 크라이오패널과,
   상기 크라이오패널을 수용하는 용기몸통과, 일단이 상기 용기몸통에 결합되고 타단이 상기 냉동기에 고정되며, 상기 냉동기가 삽입되어 있는 냉동기수용통을 구비하는 크라이오펌프용기와,
   상기 크라이오펌프용기로부터 유체를 배출하기 위한 벤트밸브와,
   상기 용기몸통에 마련된 제1 배출포트를 갖고, 상기 크라이오펌프용기의 외부에 배치되며 상기 제1 배출포트를 상기 벤트밸브에 접속시키는 제1 배출로와,
   상기 냉동기수용통에 마련된 제2 배출포트를 갖고, 상기 제2 배출포트를 상기 벤트밸브에 접속시키는 제2 배출로로서, 상기 제1 배출로에 상기 제1 배출포트와 상기 벤트밸브의 사이에서 합류하는 제2 배출로를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
2. 제1항에 있어서,
   상기 용기몸통은, 크라이오펌프흡기구를 갖고, 상기 냉동기수용통은, 상기 용기몸통의 측부에 결합되며,
   상기 제1 배출포트는, 상기 용기몸통의 바닥부에 마련되고, 상기 제1 배출로는, 상기 크라이오펌프흡기구를 상방을 향하게 하여 상기 크라이오펌프가 배치될 때 상기 냉동기수용통보다 하방에 위치하도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제2 배출포트는, 상기 용기몸통에 결합되는 상기 냉동기수용통의 상기 일단보다, 상기 냉동기에 고정되는 상기 냉동기수용통의 상기 타단에 근접하여 상기 냉동기수용통에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 냉동기수용통에 마련되고, 상기 크라이오펌프용기에 퍼지가스를 공급하기 위한 퍼지밸브와,
   상기 제1 배출로와 상기 제2 배출로의 합류부에, 또는 상기 합류부와 상기 제2 배출포트의 사이에서 상기 제2 배출로에 마련되고, 적어도 상기 제2 배출로를 개폐하는 전환제어밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
5. 제4에 있어서,
   상기 크라이오펌프 내의 온도를 측정하여, 측정온도를 나타내는 측정신호를 출력하는 온도센서와,
   상기 측정신호에 근거하여 상기 측정온도의 상승으로부터 강하로의 전환 또는 상승의 정지를 검지하며, 상기 전환 또는 상기 정지에 따라 상기 제2 배출로를 개방하도록 상기 전환제어밸브를 제어하는 컨트롤러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
6. 제5항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 측정신호에 근거하여 상기 측정온도의 강하로부터 상승으로의 재전환 또는 상승의 재개를 검지하며, 상기 재전환 또는 상기 재개에 따라 상기 제2 배출로를 폐쇄하도록 상기 전환제어밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
7. 크라이오펌프의 재생방법으로서,
   상기 크라이오펌프에 포착되어 있는 가스 중 대상가스의 융점 또는 그것을 초과하는 온도로 상기 크라이오펌프를 승온시키는 것과,
   상기 대상가스의 액화물을, 크라이오펌프용기의 용기몸통으로부터 제1 배출로 및 상기 크라이오펌프용기의 냉동기수용통으로부터 제2 배출로 중 적어도 일방을 통하여, 벤트밸브로 배출하는 것을 구비하며,
   상기 제1 배출로는, 상기 용기몸통에 마련된 제1 배출포트를 갖고, 상기 크라이오펌프용기의 외부에 배치되며,
   상기 제2 배출로는, 상기 냉동기수용통에 마련된 제2 배출포트를 갖고, 상기 제1 배출로에 상기 제1 배출포트와 상기 벤트밸브의 사이에서 합류하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 냉동기와,
   상기 냉동기에 의하여 냉각되는 크라이오패널과,
   상기 크라이오패널을 수용하는 용기몸통과, 일단이 상기 용기몸통에 결합되고 타단이 상기 냉동기에 고정되며, 상기 냉동기가 삽입되어 있는 냉동기수용통을 구비하는 크라이오펌프용기와,
   상기 냉동기수용통에 마련되고, 상기 크라이오펌프용기에 퍼지가스를 공급하기 위한 퍼지밸브와,
   상기 용기몸통에 마련된 제1 배출포트를 갖는 제1 배출로와,
   상기 냉동기수용통에 마련된 제2 배출포트를 갖는 제2 배출로와,
   상기 퍼지밸브로부터 상기 퍼지가스가 공급될 때 상기 제2 배출로를 폐쇄 가능한 전환제어밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
9. 크라이오펌프의 재생방법으로서,
   상기 크라이오펌프에 포착되어 있는 가스 중 대상가스의 융점 또는 그것을 초과하는 온도로 상기 크라이오펌프를 승온시키는 것과,
   상기 대상가스의 액화물을, 크라이오펌프용기의 용기몸통의 제1 배출포트 및 상기 크라이오펌프용기의 냉동기수용통의 제2 배출포트 중 적어도 일방을 통하여, 상기 크라이오펌프용기 외부로 배출하는 것과,
   상기 크라이오펌프용기에 퍼지밸브로부터 퍼지가스가 공급될 때, 상기 제1 배출포트와 상기 제2 배출포트 중 상기 퍼지밸브에 가까운 쪽의 배출포트를 폐쇄한 상태에서, 상기 제1 배출포트와 상기 제2 배출포트 중 상기 퍼지밸브로부터 먼 쪽의 배출포트로부터 상기 퍼지가스를 배출하는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.

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