KR20220071894A - 크라이오펌프 및 크라이오펌프를 위한 배플 플레이트 - Google Patents

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KR20220071894A
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cryopanel
hole
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슌이치 세키구치
šœ이치 세키구치
준이치 야스다
웬구안 피아오
요시노부 무라야마
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아루박ㆍ크라이오 가부시키가이샤
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Abstract

크라이오펌프는 크라이오패널, 본체 및 배플 플레이트를 포함한다. 상기 크라이오패널은 냉각기에 연결된다. 상기 본체는 상기 크라이오패널을 수용한다. 상기 배플 플레이트는 상기 본체의 가스 유입구 내에 위치한다. 상기 배플 플레이트는 제1 부분 및 제2 부분을 포함한다. 상기 제1 부분은 상기 배플 플레이트의 중심 및 상기 배플 플레이트를 통해 연장되는 제1 홀을 포함한다. 상기 제2 부분은 상기 배플 플레이트의 에지 및 상기 배플 플레이트를 통해 연장되는 제2 홀을 포함한다. 상기 제2 부분은 상기 제1 부분보다 큰 전도도를 가진다.

Description

크라이오펌프 및 크라이오펌프를 위한 배플 플레이트{CRYOPUMP AND BAFFLE PLATE FOR CRYOPUMP}
본 발명은 크라이오펌프 및 크라이오펌프를 위한 배플 플레이트에 관한 것이다.
일본 공개특허 공보 제2010-48132호에는 크라이오펌프의 일예가 개시되어 있다. 상기 공개 문헌에 기재되어 있는 크라이오펌프는 펌프 케이스, 상기 펌프 케이스 내부에 위치하는 열 차폐, 상기 열 차폐 내부에 위치하는 크라이오패널들, 그리고 상기 열 차폐의 개구 내에 위치하는 배플을 포함한다. 상기 열 차폐는 제1 차폐 및 제2 차폐를 포함한다. 상기 제1 차폐 및 상기 제2 차폐는 각기 실린더 형상이다. 상기 차폐들은 상기 펌프 케이스 내에 동축으로 배열된다. 상기 제2 차폐는 상기 제1 차폐의 외측에 위치한다. 상기 제1 차폐는 상기 제2 차폐보다 상기 펌프 케이스의 개구에 더 가까이 위치한다. 상기 제1 차폐의 근위 단부는 상기 제2 차폐의 원위 단부로 둘러싸인다. 이는 상기 제1 차폐의 근위 단부 및 상기 제2 차폐의 원위 단부 사이에 유로를 형성한다.
상기 크라이오펌프에서, 상기 배플을 통해 상기 열 차폐 내로 흐르는 가스 이외에도, 상기 크라이오패널들은 상기 제1 차폐의 근위 단부 및 상기 제2 차폐의 원위 단부 사이에 형성되는 유로를 통하여 상기 제2 차폐 내로 흐르는 가스를 배출한다. 이는 상기 크라이오펌프의 배출 능력을 향상시킨다. 그러나, 상기 제1 차폐의 근위 단부 및 상기 제2 차폐의 원위 단부에 의해 형성되는 상기 유로에 대한 입열(heat input)이 상기 열 차폐가 단일의 실린더형의 부재에 의해 형성될 때에 비해 증가된다. 이는 상기 크라이오펌프의 배출 능력을 저하시킨다.
이에 따라, 상기 크라이오펌프의 배출 능력을 향상시키는 다른 구조에 대한 요구가 존재한다.
본 발명의 목적은 크라이오펌프의 배출 능력을 향상시키는 크라이오펌프 및 크라이오펌프를 위한 배플을 제공하는 것이다.
본 요약은 다음의 상세한 설명에서 보다 상세하게 설명되는 간략화한 형태로 개념들의 선택을 도입하기 위해 제공된다. 본 요약은 특허 청구 범위의 주제물의 중요한 특징들이나 본질적인 특징들을 확인하도록 의도되지는 않으며, 특허 청구 범위의 주제물의 범주를 결정하는 데 이용되도록 의도되지도 않는다.
개괄적인 일 측면에서, 크라이오펌프는 크라이오패널(cryopanel), 본체 및 배플 플레이트(baffle plate)를 포함한다. 상기 크라이오패널은 냉각기에 연결된다. 상기 본체는 상기 크라이오패널을 수용한다. 상기 배플 플레이트는 상기 본체의 가스 유입구 내에 위치한다. 상기 배플 플레이트는 제1 부분 및 제2 부분을 구비한다. 상기 제1 부분은 상기 배플 플레이트의 중심 및 상기 배플 플레이트를 통해 연장되는 제1 홀들을 포함한다. 상기 제2 부분은 상기 배플 플레이트의 에지 및 상기 배플 플레이트를 통해 연장되는 제2 홀들을 포함한다. 상기 제2 부분은 상기 제1 부분보다 큰 전도도를 가진다.
개괄적인 다른 측면에서, 크라이오펌프 배플 플레이트는 제1 부분 및 제2 부분을 포함한다. 상기 제1 부분은 상기 배플 플레이트의 중심 및 상기 배플 플레이트를 통해 연장되는 제1 홀들을 포함한다. 상기 제2 부분은 상기 배플 플레이트의 에지 및 상기 배플 플레이트를 통해 연장되는 제2 홀들을 포함한다. 상기 제2 부분은 상기 제1 부분보다 큰 전도도를 가진다.
상기 크라이오펌프 및 상기 크라이오펌프 배플 플레이트에서, 상기 제2 부분이 상기 제1 부분보다 큰 전도도를 가지므로, 가스가 상기 배플 플레이트의 제2 부분을 통해 상기 본체 내로 용이하게 흐르게 된다. 따라서, 응축된 가스가 상기 크라이오패널의 원주 부분(에지를 포함하는 부분) 상에 쉽게 침적되므로, 침적되고 응축된 가스가 평면도에서 볼 경우에 상기 크라이오패널의 중앙 부분(상기 중심을 포함하는 부분)에 농축되지 않는다. 이에 따라, 응축된 가스의 침적되는 양이 상기 크라이오패널 상에서 보다 균일하게 된다. 이는 상기 크라이오펌프의 배출 능력을 향상시킨다.
다른 특징들과 측면들은 다음의 상세한 설명, 첨부된 도면들 및 특허 청구 범위로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 배플 플레이트의 제2 부분이 상기 배플 플레이트의 제1 부분보다 큰 전도도를 가지므로, 가스가 쉽게 상기 배플 플레이트의 제2 부분을 통해 상기 본체 내로 흐르게 된다. 따라서, 응축된 가스가 상기 크라이오패널들의 원주 부분(상기 에지를 포함하는 부분) 상에 용이하게 침적되므로, 상기 침적되고 응축된 가스가 평면도에서 볼 경우에 상기 크라이오패널들의 중앙 부분(상기 중심을 포함하는 부분)에 농축되지 않는다. 이에 따라, 응축된 가스의 침적되는 양이 상기 크라이오패널들 상에서 균일하게 된다. 이는 상기 본체 내에서 응축된 가스가 침적될 수 있는 영역을 확장시키므로, 상기 크라이오펌프의 배출 능력을 향상시킨다. 상기 배플 플레이트에서, 상기 제2 홀들을 포함하는 상기 제2 부분은 상기 제1 홀들을 포함하는 상기 제1 부분보다 큰 개구비를 가지므로, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분이 동일한 두께를 가질 때에도 상기 제2 부분의 전도도가 상기 제1 부분의 전도도보다 쉽게 커지게 한다. 상기 제2 홀이 상기 제1 홀보다 큰 직경을 가지므로, 상기 제2 홀들의 숫자를 상기 제1 홀들의 숫자보다 작거나 같게 제한하면서 상기 제2 부분의 전도도가 상기 제1 부분의 전도도보다 쉽게 커지게 한다. 따라서, 상기 배플 플레이트가 용이하게 처리될 수 있다. 상기 중간 홀들이 상기 큰 홀들보다 작고, 상기 제1 홀들보다 크므로, 상기 제1 부분, 상기 중간 부분 및 상기 원주 부분의 순서로 상기 배플 플레이트의 전도도를 용이하게 증가시킨다. 또한, 응축된 가스의 침적되는 양의 차이가 상기 배플 플레이트가 상기 제2 부분에 걸쳐 균일한 전도도를 가질 때에 비하여 상기 크라이오패널들의 방사상 방향으로 최소화되게 한다. 평면도에서 볼 경우, 상기 배플 플레이트의 원주 부분이 상기 크라이오패널들과 대향되지 않으므로, 상기 원주 부분의 큰 홀들로부터 유래되는 상기 크라이오패널들에 대한 입열을 감소시키며, 응축된 가스가 보다 균일하게 분포되게 한다. 상기 제2 부분이 평면도에서 볼 경우에 상기 크라이오패널들과 중첩되지 않기 때문에, 상기 제2 부분은 각각의 크라이오패널의 에지의 외측의 영역 내에서 상기 본체 내로 공급되는 가스의 유량을 증가시킨다. 따라서, 상기 크라이오패널들의 원주 부분(상기 에지를 포함하는 부분) 상의 상기 응축된 가스의 침적되는 양이 상기 크라이오패널들의 중앙 부분(상기 중심을 포함하는 부분) 상의 응축된 가스의 침적되는 양보다 작도록 억제된다.
도 1은 일 실시예의 크라이오펌프를 예시하는 단면도이다.
도 2는 평면도에서 볼 경우에 배플 플레이트의 형상을 예시하는 도면이다.
도 3은 평면도에서 볼 경우에 크라이오펌프의 구조를 예시하는 도면이다.
도면들과 발명의 상세한 설명에 걸쳐, 동일한 참조 부호들은 동일한 요소들을 지칭한다. 도면은 일정한 비율이 도시되지 않을 수 있으며, 도면들에서 상대적인 크기, 비율들 및 요소들의 도시는 명확성, 예시 및 편의를 위해 확대될 수 있다.
본문에서 방법들, 장치들 및/또는 시스템들의 포괄적인 이해를 위한 설명이 제공된다. 설명되는 방법들, 장치들 및/또는 시스템들의 변형들과 균등물들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 동작들의 순서들은 예시적이며, 필연적으로 특정한 순서로 일어나는 동작들을 제외하면 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 명백한 바와 같이 변경될 수 있다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 기능들과 구성들에 대한 설명들은 생략될 수 있다.
예시적인 실시예들은 많은 형태들을 가질 수 있으며, 설시되는 예들에 한정되지는 않는다. 그러나, 설시되는 예들은 본 발명의 전제척인 범주를 보다 철저하고 완전하게 하며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 전달하기 위한 것들이다.
이하, 크라이오펌프(cryopump) 및 크라이오펌프를 위한 배플 플레이트(baffle plate)의 실시예들을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
크라이오펌프
도 1에 예시한 바와 같이, 크라이오펌프(10)는 냉각기(11), 크라이오패널(cryopanel)들(12), 본체(13) 및 배플 플레이트(14)를 포함한다. 도 1에서, 상기 크라이오펌프(10)의 본체(13)와 배플 플레이트(14)는 단면도로 예시되며, 상기 냉각기(11)와 상기 크라이오패널들(12)은 측면도로 예시된다. 도 1은 편의를 위해 상기 냉각기(11)의 일부만을 예시한다.
상기 크라이오패널들(12)은 상기 냉각기(11)에 연결된다. 상기 본체(13)는 상기 크라이오패널들(12)을 수용한다. 상기 본체(13)는 가스 유입구(13A)를 가진다. 상기 배플 플레이트(14)는 상기 본체(13)의 가스 유입구(13A) 내에 위치한다.
상기 본체(13)는 펌프 케이스(13B) 및 열 차폐(heat shield)(13C)를 포함한다. 상기 펌프 케이스(13B)는 상기 크라이오펌프(10)의 내부를 상기 크라이오펌프(10)의 외부와 분리시키는 진공 용기이다. 상기 펌프 케이스(13B)는 제1 수용 부분(13B1) 및 제2 수용 부분(13B2)을 구비한다. 상기 제1 수용 부분(13B1)은 상기 열 차폐(13C)를 수용한다. 상기 제2 수용 부분(13B2)은 상기 냉각기(11)를 수용한다. 상기 제1 수용 부분(13B1)은 실린더형이다. 상기 제1 수용 부분(13B1)은 폐쇄 바닥 단부 및 대향하는 개방 단부(13BA)를 포함한다.
상기 열 차폐(13C)는 상기 크라이오패널(12)을 상기 펌프 케이스(13B)의 방사열로부터 보호한다. 상기 열 차폐(13C)는 상기 펌프 케이스(13B) 및 상기 크라이오패널들(12) 사이에 위치한다. 상기 열 차폐(13C)는 실린더형이다. 상기 열 차폐(13C)는 폐쇄 바닥 단부 및 대향하는 개방 단부(13CA)를 포함한다. 상기 열 차폐(13C)는 상기 크라이오패널들(12)을 수용한다. 상기 열 차폐(13C)의 개방 단부(13CA)는 상기 펌프 케이스(13B)의 개방 단부(13BA)에 의해 둘러싸인다. 상기 열 차폐(13C)의 개방 단부(13CA) 및 상기 펌프 케이스(13B)의 개방 단부(13BA)는 상기 가스 유입구(13A)를 한정한다.
상기 냉각기(11)는, 예를 들면, 기포드-맥마흔 냉각기(Gifford-McMahon cooler)이다. 상기 냉각기(11)는 제1 실린더(11A1), 제1 스테이지(11A2), 제2 실린더(11B1) 및 제2 스테이지(11B2)를 포함한다. 상기 제1 실린더(11A1)는 직선을 따라 상기 제2 실린더(11B1)에 연결된다. 제1 디스플레이서(displacer)(예시되지 않음)가 상기 제1 실린더(11A1) 내에 위치하며, 제2 디스플레이서(예시되지 않음)가 상기 제2 실린더(11B1) 내에 위치한다.
상기 제1 실린더(11A1)는 상기 펌프 케이스(13B)의 제2 수용 부분(13B2) 내에 위치한다. 상기 제1 스테이지(11A2)는 상기 제2 실린더(11B1)에 연결되는 상기 제1 실린더(11A1)의 단부에 고정된다. 상기 제1 스테이지(11A2)는 상기 열 차폐(13C)와 접촉된다. 이는 상기 제1 스테이지(11A2)를 상기 열 차폐(13C)에 열적으로 접촉시킨다.
상기 제2 실린더(11B1)는 상기 열 차폐(13C) 내부에 한정되는 공간 내에 위치한다. 상기 제2 스테이지(11B2)는 상기 제1 실린더(11A1)가 연결되는 대향하는 측부에 위치하는 상기 제2 실린더(11B1)의 단부에 고정된다. 커플링 부재(coupling member)(11C)는 상기 크라이오패널들(12)을 상기 냉각기(11)에 연결하기 위해 상기 제2 스테이지(11B2)에 연결된다.
상기 크라이오패널들(12)은 상기 열 차폐(13C) 내부에 한정되는 공간 내에 위치한다. 각각의 크라이오패널(12)은 상기 커플링 부재(11C)에 부착된다. 이는 각각의 크라이오패널(12)을 상기 제2 스테이지(11B2)에 열적으로 연결한다. 각각의 크라이오패널(12)은 패널 부재에 의해 형성된다. 각각의 크라이오패널(12)은 원뿔대의 형상을 가진다. 평면도에서 볼 경우, 상기 커플링 부재(11C)에 부착된 상기 크라이오패널들(12)은 서로 동축이다. 본 발명에서 사용되는 바와 같은 "평면도(plan view)"라는 용어는 상기 배플 플레이트(14)가 연장되는 바를 따라 관찰자가 마주하는 평면의 위치로부터 취해지는 부재의 도면, 예를 들면, 도 1의 배플 플레이트의 상부로부터 취해지는 도면을 지칭한다. 다시 말하면, 평면도는 상기 배플 플레이트(14)가 위치하는 평면에 직교하는 방향으로 취해지는 부재의 도면이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 바와 같은 "평면 구조(planar structure)"라는 용어는 평면 내의 부재의 구조를 지칭한다.
상기 냉각기(11)는 상기 제1 스테이지(11A2)를, 예를 들면, 80K 또는 그보다 높고 100K 또는 그보다 낮은 범위 내에 포함되는 소정의 제1 온도까지 냉각시키며, 예를 들면 상기 제2 스테이지(11B2)를 10K 또는 그보다 높고 20K 또는 그보다 낮은 범위 내에 포함되는 소정의 제2 온도까지 냉각시킨다. 상술한 바와 같이, 상기 열 차폐(13C)는 상기 제1 스테이지(11A2)에 열적으로 연결된다. 이에 따라, 상기 열 차폐(13C)는 상기 제1 스테이지(11A2)의 온도까지 냉각된다. 상기 크라이오패널들(12)은 상기 커플링 부재(11C)에 의해 상기 제2 스테이지(11B2)에 연결된다. 이에 따라, 상기 크라이오패널들(12)은 상기 제2 스테이지(11B2)의 온도까지 냉각된다.
상기 크라이오펌프(10)에서, 상기 배플 플레이트(14) 및 상기 열 차폐(13C)는 상대적으로 낮은 증기 압력을 가지는 가스들을 포집하며, 상기 제1 온도에서 응축시킨다. 이러한 가스들은 상기 크라이오펌프(10)가 연결되는 진공 챔버의 외부로 배출된다. 또한, 상기 크라이오펌프(10)에서, 상기 크라이오패널들(12)은 상대적으로 높은 증기 압력을 가지는 가스들을 포집하며, 상기 제2 온도에서 응축시킨다. 이러한 가스들은 상기 크라이오펌프(10)가 연결되는 상기 진공 챔버의 외부로 배출된다.
도 2는 상기 배플 플레이트(14)의 평면 구조를 예시한다.
도 2에 예시한 바와 같이, 상기 배플 플레이트(14)는 제1 부분(14A) 및 제2 부분(14B)을 구비한다. 상기 제1 부분(14A)은 상기 배플 플레이트(14)의 중심(14C)을 포함한다. 상기 제1 부분(14A)은 상기 배플 플레이트(14)를 통해 연장되는 제1 홀들(14AH)을 포함한다. 각각의 제1 홀(14AH)은 상기 배플 플레이트(14)의 두께 방향으로 상기 배플 플레이트(14)를 통해 연장된다. 상기 제2 부분(14B)은 상기 배플 플레이트(14)의 에지(14E)를 포함한다. 상기 제2 부분(14B)은 상기 배플 플레이트(14)를 통해 연장되는 제2 홀들(14BH)을 포함한다. 상기 제2 부분(14B)은 상기 제1 부분(14A)보다 큰 전도도를 가진다.
상기 제1 부분(14A)의 전도도보다 큰 상기 제2 부분(14B)의 전도도는 상기 배플 플레이트(14)의 제2 부분(14B)을 통해 상기 본체(13) 내로 흐르는 상기 가스를 증가시킨다. 이는 상기 크라이오패널들(12)의 원주 부분(에지를 포함하는 부분) 상에 침적되는 응축된 가스를 증가시키므로, 응축된 가스가 평면도에서 볼 경우에 상기 크라이오패널들(12)의 중앙 부분(상기 중심을 포함하고, 상기 원주 부분에 의해 둘러싸이는 부분) 상에 농축되는 방식으로 침적되지 않는다. 이에 따라, 상기 크라이오패널들(12) 상의 응축된 가스의 침적된 양이 보다 균일하게 된다. 이는 응축된 가스가 상기 본체(13) 내에서 그 상부에 침적될 수 있는 영역을 확장시키며, 상기 크라이오펌프(10)의 배출 능력을 향상시킨다.
전도도는 가스가 통로를 통해 흐르는 용이성을 나타내는 지표이다. 유로에 의해 연결되는 두 위치들 사이의 압력 차이가 동일한 한, 상기 유로를 통해 흐르는 가스의 유량은 상기 유로의 전도도가 증가하면서 증가된다. 전도도는 상기 유로의 단면 면적, 상기 유로의 길이, 상기 통로를 통해 흐르는 가스의 유형, 온도 및 이들과 유사한 것들에 의존하는 값이다.
상기 제2 홀들(14BH)로부터 유래되는 상기 제2 부분(14B)의 개구비(open area ratio)가 상기 제1 홀들(14AH)로부터 유래되는 상기 제1 부분(14A)의 개구비보다 클 수 있으므로, 상기 제2 부분(14B)의 전도도가 상기 제1 부분(14A)의 전도도보다 크다. 상기 크라이오펌프(10)는 상기 배플 플레이트(14)의 전도도가 상기 제1 부분(14A) 및 상기 제2 부분(14B)을 다른 두께들로 설정할 때에 비하여 상기 제1 부분(14A)보다 상기 제2 부분(14B)에서 보다 용이하게 커지게 한다. 또한, 상기 배플 플레이트(14)의 두께가 증가되어야 하지는 않기 때문에, 상기 배플 플레이트(14)는 상기 배플 플레이트(14)의 두께로 인해 상기 본체(13)의 부피를 증가시키지 않는다.
상기 제1 홀들(14AH) 및 상기 제2 홀들(14BH)은 원형의 홀들이 될 수 있거나, 평면도에서 볼 경우에 원형이 될 수 있다. 각각의 상기 제1 홀들(14AH) 및 상기 제2 홀들(14BH)은 상기 두께 방향으로 상기 배플 플레이트(14)를 통해 연장되는 원형의 홀이다. 상기 제2 홀들(14BH)은 상기 제1 홀들(14AH)보다 큰 직경을 가질 수 있다.
이러한 구조는 상기 제2 홀들(14BH)의 숫자를 상기 제1 홀들(14AH)의 숫자보다 작거나 같게 제한하면서 상기 제2 부분(14B)이 상기 제1 부분(14A)보다 큰 전도도를 가지게 한다. 이에 따라, 상기 배플 플레이트(14)가 용이하게 처리될 수 있다.
상기 제2 홀들(14BH)은 큰 홀들(14BH1) 및 중간 홀들(14BH2)을 포함할 수 있다. 각각의 큰 홀(14BH1)은 제3 홀의 예이며, 각각의 중간 홀(14BH2)은 제4 홀의 예이다. 상기 중간 홀(14BH2)(제4 홀)은 상기 큰 홀(14BH1)(제3 홀)보다 작다. 상기 제2 부분(14B)은 원주 부분(14B1) 및 중간 부분(14B2)을 포함할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시한 예들에서, 상기 원주 부분(14B1)은 상기 배플 플레이트(14)의 에지(14E) 및 상기 큰 홀들(14BH1)을 포함한다. 상기 원주 부분(14B1) 및 상기 제1 부분(14A) 사이에 위치하는 상기 중간 부분(14B2)은 상기 중간 홀들(14BH2)을 포함한다.
도 2 및 도 3에 예시한 실시예들에서, 상기 제1 부분(14A)은 원형이다. 상기 제1 부분(14A)은 상기 제1 홀들(14AH)만을 포함할 수 있다. 상기 중간 부분(14B2)은 상기 제1 부분(14A)을 둘러싸는 제1 고리형의 부분으로도 지칭될 수 있다. 상기 중간 부분(14B2)(제1 고리형의 부분)은 상기 중간 홀들(14BH2)(제4 홀들)만을 포함할 수 있다. 상기 원주 부분(14B1)은 상기 중간 부분(14B2)(제1 고리형의 부분)을 둘러싸는 제2 고리형의 부분으로도 지칭될 수 있다. 상기 원주 부분(14B1)(제2 고리형의 부분)은 상기 큰 홀들(14BH1)(제3 홀들)만을 포함할 수 있다. 상기 큰 홀들(14BH1)(제3 홀들)의 숫자는 상기 중간 홀들(14BH2)(제4 홀들)의 숫자와 같거나, 그보다 크다.
이러한 방식에서, 상기 배플 플레이트(14)의 전도도는 상기 제1 부분(14A), 상기 중간 부분(14B2) 및 상기 원주 부분(14B1)의 순서로 증가된다. 이는 상기 배플 플레이트(14)의 전도도가 상기 제2 부분(14B)에 걸쳐 균일한 때에 비하여 상기 크라이오패널들(12)의 방사상 방향으로의 상기 응축된 가스의 침적되는 양의 차이를 감소시킨다.
도 2의 예에 도시한 바와 같이, 상기 제1 홀들(14AH) 및 상기 제2 홀들(14BH)이 원형의 홀들일 때, 상기 중간 홀들(14BH2)은 상기 큰 홀들(14BH1)보다 직경이 작다. 상기 제2 홀들(14BH)의 직경은 상기 제1 홀들(14AH)의 직경보다 한 배 이상 클 수 있고, 상기 제1 홀들(14AH)의 직경의 세 배보다 작거나 같을 수 있다. 도 2의 예에서, 상기 원주 부분(14B1) 내의 각각의 제2 홀(14BH)은 큰 홀(14BH1)이며, 상기 중간 부분(14B2) 내의 각각의 제2 홀(14BH)은 중간 홀(14BH2)이다.
상기 제1 홀들(14AH) 및 상기 제2 홀들(14BH)을 포함하여 상기 배플 플레이트(14)의 관통 홀들은 격자(grid)와 같은 모양으로 배열된다. 도 2에 예시한 실시예에서, 각각의 관통 홀은 정사각형의 격자의 격자점 상에 위치한다.
도 3은 상기 크라이오펌프(10)의 평면 구조를 예시한다.
도 3에 예시한 바와 같이, 평면도에서 볼 경우, 상기 크라이오패널들(12)은 상기 제1 부분(14A) 및 상기 중간 부분(14B2)에 대응되는 영역 내에 위치한다. 이에 따라, 상기 원주 부분(14B1)이 상기 크라이오패널들(12)과 대향되지 않는다. 이는 상기 원주 부분(14B1)의 큰 홀들(14BH1)로부터 상기 크라이오패널들(12)까지의 입열(heat input)을 감소시키며, 응축된 가스의 분포를 보다 균일하게 만든다.
이하에서, 상기 배플 플레이트(14)에 가장 가까운 상기 크라이오패널들(12) 중의 크라이오패널(12)은 "상기 제1 크라이오패널"로 지칭하며, 다른 크라이오패널들(12)은 "상기 제2 크라이오패널들"로 지칭한다. 도 1에 예시한 실시예에서, 상기 제1 크라이오패널은 상기 제2 크라이오패널들 보다 작은 직경을 가진다. 각각의 크라이오패널(12)은 평면도에서 볼 경우에 원뿔대의 형상을 가진다. 평면도에서 볼 경우, 각각의 제2 크라이오패널의 경사진 면은 상기 제1 크라이오패널의 외측으로 연장된다. 평면도에서 볼 경우, 상기 중간 홀들(14BH2)의 일부는 각각의 제2 크라이오패널의 상기 경사진 면과 중첩된다.
실험예들
관통 홀들이 실험예 1 내지 실험예 5의 배플 플레이트들을 수득하기 위해 183㎜ 또는 그보다 크고 189㎜ 또는 그보다 작은 직경 및 2㎜의 두께를 가지는 디스크(disc)들 내에 격자와 같은 모양으로 형성되었다. 다음에 예시하는 1 및 2는 각각의 실험예의 배플 플레이트에 대해 설정된 상기 관통 홀들의 숫자와 크기를 나타낸다. 각각의 실험예의 배플 플레이트가 상기 제1 크라이오패널의 상부 부분 상에 형성된 응축된 아르곤(Ar) 가스의 부피 및 상기 열 차폐에 의해 한정되는 영역 내의 크라이오패널들의 그룹의 측부 면들 상에 형성된 응축된 Ar 가스의 두께를 모의 시뮬레이션하고 계산하기 위해 크라이오펌프에 적용되었다. 상기 제1 크라이오패널의 상부 부분 상에 형성된 상기 응축된 Ar 가스의 분포도 시뮬레이션되고 계산되었다. 실험예 1, 실험예 4 및 실험예 5는 상기 배플 플레이트의 제2 부분 내에 상기 제1 홀들보다 큰 한 가지 유형의 제2 홀들만을 포함하였다. 또한, 고리형의 갭(gap)이 상기 배플 플레이트의 실험예 1 및 실험예 5에서 상기 제2 부분(원주 부분의 에지에 근접함) 내에 형성되었다.
실험예 1 실험예 2 실험예 3
침적 Ar
(std*L)		 2000 1800 1900
직경
(㎜)		 제2 홀 제1 홀 큰 홀 중간 홀 제1 홀 큰 홀 중간 홀 제1 홀
6.8 4.4 7.5 6.0 5.1 8.5 5.4 4.2
숫자 52 37 28 48 21 28 32 37
전도도
비율		 1.55 1 1.45 1.24 1 2.79 1.44 1
원주 갭
(㎜)		 188 내지 188.5 N/A N/A
측부 표면 Ar 두께(㎜) 8.42 8.33 8.36
실험예 4 실험예 5
침적 Ar
(std*L)		 1800 1900
직경
(㎜)		 제2 홀 제1 홀 제2 홀 제1 홀
8.3 2.0 7.7 4.2
숫자 37 52 52 37
전도도
비율		 7.07 1 2.91 1
원주 갭
(㎜)		 N/A 183 내지 188.5
측부 표면 Ar 두께
(㎜)		 8.36 8.62
표 1 및 표 2로부터 응축된 Ar 가스의 부피는 1,800ℓ 보다 크거나 같았으며, 상기 응축된 Ar 가스의 침적되는 양은 상기 제1 크라이오패널 상부의 공간의 70%와 같거나 컸던 점을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 상기 크라이오패널들의 측부 표면들 상에 침적된 응축된 Ar 가스의 두께는 8.33㎜ 이상이었다.실험예 5 및 실험예 1에서, 응축된 Ar 가스는 실험예 4에서의 상기 배플 플레이트보다 상기 제1 크라이오패널의 상부 부분 상에 보다 균일하게 침적되었다. 이는 상기 제2 홀의 바람직한 직경이 상기 제1 홀의 직경보다 한 배 이상 크고, 상기 제1 홀의 직경의 세 배보다 작거나 같은 것을 나타낸다. 또한, 실험예 2 및 실험예 3의 배플 플레이트들에서, 상기 제1 크라이오패널의 상부 부분 상에 침적된 상기 응축된 Ar 가스는 실질적으로 균일하였다.
상기 크라이오펌프(10) 및 상기 크라이오펌프(10)를 위한 배플 플레이트(14)의 예시적인 구조는 다음과 같은 이점들을 가진다.
(1) 상기 배플 플레이트(14)는 상기 제1 부분(14A) 및 상기 제2 부분(14B)을 포함한다. 상기 제1 부분(14A)은 상기 배플 플레이트(14)의 중심 및 상기 제1 홀들(14AH)을 포함한다. 상기 제2 부분(14B)은 상기 배플 플레이트(14)의 에지 및 상기 제2 홀들(14BH)을 포함한다. 상기 제2 부분(14B)은 상기 제1 부분(14A)보다 큰 전도도를 가진다. 이러한 구조로써, 가스가 쉽게 상기 배플 플레이트(14)의 제2 부분(14B)을 통해 상기 본체(13) 내로 흐르게 된다. 따라서, 응축된 가스가 상기 크라이오패널들(12)의 원주 부분(상기 에지를 포함하는 부분) 상에 용이하게 침적되므로, 상기 침적되고 응축된 가스가 평면도에서 볼 경우에 상기 크라이오패널들(12)의 중앙 부분(상기 중심을 포함하는 부분)에 농축되지 않는다. 이에 따라, 응축된 가스의 침적되는 양이 상기 크라이오패널들(12) 상에서 균일하게 된다. 이는 상기 본체(13) 내에서 응축된 가스가 침적될 수 있는 영역을 확장시킨다. 따라서, 상기 크라이오펌프(10)의 배출 능력이 향상된다.
(2) 상기 배플 플레이트(14)에서, 상기 제2 홀들(14BH)을 포함하는 상기 제2 부분(14B)은 상기 제1 홀들(14AH)을 포함하는 상기 제1 부분(14A)보다 큰 개구비를 가진다. 이는 상기 제1 부분(14A) 및 상기 제2 부분(14B)이 동일한 두께를 가질 때에도 상기 제2 부분(14B)의 전도도가 상기 제1 부분(14A)의 전도도보다 쉽게 커지게 한다.
(3) 상기 제2 홀(14BH)은 상기 제1 홀(14AH)보다 큰 직경을 가진다. 이러한 구조는 상기 제2 홀들(14BH)의 숫자를 상기 제1 홀들(14AH)의 숫자보다 작거나 같게 제한하면서 상기 제2 부분(14B)의 전도도가 상기 제1 부분(14A)의 전도도보다 쉽게 커지게 한다. 따라서, 상기 배플 플레이트(14)가 용이하게 처리될 수 있다.
(4) 상기 제2 홀들(14BH)은 상기 큰 홀들(14BH1)(제3 홀들) 및 상기 중간 홀들(14BH2)(제4 홀들)을 포함한다. 상기 큰 홀들(14BH1)(제3 홀들)은 상기 제2 부분(14B)의 원주 부분(14B1) 내에 배열된다. 상기 중간 홀들(14BH2)(제4 홀들)은 상기 제2 부분(14B)의 중간 부분(14B2) 내에 배열된다. 상기 중간 홀들(14BH2)은 상기 큰 홀들(14BH1)보다 작고, 상기 제1 홀들(14AH)보다 크다. 이는 상기 제1 부분(14A), 상기 중간 부분(14B2) 및 상기 원주 부분(14B1)의 순서로 상기 배플 플레이트(14)의 전도도를 용이하게 증가시킨다. 또한, 응축된 가스의 침적되는 양의 차이가 상기 배플 플레이트(14)가 상기 제2 부분(14B)에 걸쳐 균일한 전도도를 가질 때에 비하여 상기 크라이오패널들(12)의 방사상 방향으로 최소화되게 한다.
(5) 평면도에서 볼 경우, 상기 배플 플레이트(14)의 원주 부분(14B1)은 상기 크라이오패널들(12)과 대향되지 않는다. 이러한 구조는 상기 원주 부분(14B1)의 큰 홀들(14BH1)로부터 유래되는 상기 크라이오패널들(12)에 대한 입열을 감소시키며, 응축된 가스가 보다 균일하게 분포되게 한다.
상술한 실시예들은 다음에 설명되는 바와 같이 변화될 수 있다. 또한, 상술한 실시예들 및 다음의 변경들은 결합된 변형들이 서로 기술적으로 부합되도록 남아 있는 한은 결합될 수 있다.
크라이오패널
평면도에서 볼 경우, 상기 배플 플레이트(14)의 부분(14B1)은 상기 크라이오패널들(12)과 중첩될 수 있다. 이러한 경우에도, 상기 제2 부분(14B)의 전도도가 상기 제1 부분(14A)의 전도도보다 큰 한은 상술한 이점 (1)이 얻어질 수 있다.
상기 배플 플레이트(14)는 평면도에서 볼 경우에 상기 제1 부분(14A)은 상기 크라이오패널들(12)과 중첩되고, 상기 제2 부분(14B)은 상기 크라이오패널들(12)과 중첩되지 않도록 형성될 수 있다. 이는 다음과 같은 이점들을 제공한다.
(6) 상기 제2 부분(14B)이 평면도에서 볼 경우에 상기 크라이오패널들(12)과 중첩되지 않기 때문에, 상기 제2 부분(14B)은 각각의 크라이오패널(12)의 에지의 외측의 영역 내에서 상기 본체(13) 내로 공급되는 가스의 유량을 증가시킨다. 따라서, 상기 크라이오패널들(12)의 원주 부분(상기 에지를 포함하는 부분) 상의 상기 응축된 가스의 침적되는 양이 상기 크라이오패널들(12)의 중앙 부분(상기 중심을 포함하는 부분) 상의 응축된 가스의 침적되는 양보다 작도록 억제된다.
배플 플레이트
상기 제2 부분(14B)이 상기 원주 부분(14B1) 및 상기 중간 부분(14B2) 포함해야 하지는 않는다. 다시 말하면, 상기 제2 부분(14B)의 제2 홀들(14BH)은 동일한 크기를 가지는 한 가지의 유형만이 될 수 있다. 예를 들면, 동일한 직경의 상기 제2 홀들(14BH)이 상기 제2 부분(14B)에 걸쳐 형성될 수 있다. 이는 또한 상기 제2 부분(14B)의 전도도가 상기 제1 부분(14A)의 전도도보다 큰 한은 상술한 이점 (1)과 유사한 이점을 얻게 한다.
상기 제1 홀들(14AH) 및 상기 제2 홀들(14BH) 중에서 적어도 하나는 원형이 되어야 하지 않을 수 있으며, 예를 들면, 평면도에서 볼 경우에 다각형이 될 수 있다. 이는 또한 상기 제2 부분(14B)의 전도도가 상기 제1 부분(14A)의 전도도보다 큰 한은 상술한 이점 (1)과 유사한 이점을 얻게 한다.
상기 제1 홀들(14AH) 및 상기 제2 홀들(14BH)이 원형일 때, 상기 제2 홀들(14BH)의 직경은 상기 제1 홀들(14AH)의 직경보다 작거나, 같을 수 있다. 여기서, 예를 들어, 상기 제2 부분(14B) 내의 상기 제2 홀들(14BH)의 밀도가 상기 제1 부분(14A) 내의 상기 제1 홀들(14AH)의 밀도보다 클 경우에 상기 제2 부분(14B)의 개구비가 상기 제1 부분(14A)의 개구비보다 클 수 있다. 이는 상기 제2 부분(14B)의 전도도가 상기 제1 부분(14A)의 전도도보다 커지게 한다.
상기 제2 부분(14B)은 상기 제1 부분(14A) 보다 낮은 개구비를 가질 수 있다. 여기서, 예를 들면, 상기 제2 부분(14B)의 두께가 상기 제1 부분(14A)의 두께보다 작을 경우에 상기 제2 부분(14B)의 전도도가 상기 제1 부분(14A)의 전도도보다 커질 수 있다.
상기 배플 플레이트(14)에서, 상기 제1 홀들(14AH) 및 상기 제2 홀들(14BH)을 포함하는 관통 홀들은 격자와 같은 모양으로 배열되어야 하지는 않는다. 이 경우, 예를 들면, 상기 배플 플레이트(14)의 관통 홀들은 동심 고리형의 모양으로 배열될 수 있다. 선택적으로는, 상기 배플 플레이트(14)의 관통 홀들은 무작위로 배열될 수 있다.
형태 및 세부 사항들에 대해 다양한 변화들이 다음의 특허 청구 범위 및 그 균등물들의 사상과 범주를 벗어나지 않고 앞서의 예들에 대해 이루어질 수 있을 것이다. 앞서의 예들은 설명의 편의만을 위한 것이며, 제한하려는 목적은 아니다. 각 예들에서의 설명들과 특징들은 다른 예들에서의 유사한 특징들과 측면들에도 적용될 수 있는 것으로 간주되어야 할 것이다. 순서들이 다른 순서로 수행되는 경우 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치 또는 회로 내의 구성 요소들이 다르게 결합되고 및/또는 다른 구성 요소들이나 이들의 등가물들로 대체되거나 보완될 수 있는 경우에도 적절한 결과들이 구형될 수 있다. 본 발명의 범주는 상세한 설명에 의해 한정되는 것은 아니라, 다음의 특허 청구 범위 및 그 균등물들에 의해 한정된다. 다음의 특허 청구 범위 및 그 균등물들의 범주 내에서의 모든 변형들도 본 발명에 포함된다.
10：크라이오펌프 11：냉각기
11A1：제1 실린더 11A2：제1 스테이지
11B1：제2 실린더 11B2：제2 스테이지
11C：커플링 부재 12：크라이오패널
13：본체 13A：가스 유입구
13B：펌프 케이스 13B1：제1 수용 부분
13BA：개방 단부 13B2：제2 수용 부분
13C：열 차폐 13CA：개방 단부
14：배플 플레이트 14A：제1 부분
14AH：제1 홀들 14B：제2 부분
14B1：원주 부분 14B2：중간 부분
14BH：제2 홀들 14BH1：큰 홀들
14BH2：중간 홀들 14C：중심
14E：에지

Claims (7)

  1. 크라이오펌프(cryopump)에 있어서,
    냉각기에 연결되는 크라이오패널(cryopanel);
    상기 크라이오패널을 수용하는 본체; 및
    상기 본체의 가스 유입구 내에 위치하는 배플 플레이트(baffle plate)를 포함하며, 상기 배플 플레이트는,
    상기 배플 플레이트의 중심 및 상기 배플 플레이트를 통해 연장되는 제1 홀들을 포함하는 제1 부분, 그리고
    상기 배플 플레이트의 에지 및 상기 배플 플레이트를 통해 연장되는 제2 홀들을 포함하는 제2 부분을 구비하며,
    상기 제2 부분은 상기 제1 부분보다 큰 전도도를 가지는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 홀들로부터 유래되는 상기 제2 부분의 개구비는 상기 제1 홀들로부터 유래되는 상기 제1 부분의 개구비보다 큰 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 홀들 및 상기 제2 홀들은 원형이며,
    상기 제2 홀들은 각기 각각의 상기 제1 홀들보다 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 홀들은 제3 홀 및 상기 제3 홀보다 작은 제4 홀을 포함하며,
    상기 제2 부분은,
    상기 에지 및 상기 제3 홀을 포함하는 원주 부분, 그리고
    상기 원주 부분 및 상기 제1 부분 사이에 위치하고, 상기 제4 홀을 포함하는 중간 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 홀들은 제3 홀 및 상기 제3 홀보다 작은 제4 홀을 포함하고,
    상기 제2 부분은,
    상기 에지 및 상기 제3 홀을 포함하는 원주 부분, 그리고
    상기 원주 부분 및 상기 제1 부분 사이에 위치하고, 상기 제4 홀을 포함하는 중간 부분을 구비하며,
    상기 크라이오패널은 상기 배플 플레이트의 평면 내에서 상기 제1 부분 및 상기 중간 부분과 중첩되는 영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부분은 상기 배플 플레이트의 평면 내에서 상기 크라이오패널과 중첩되며,
    상기 제2 부분은 상기 배플 플레이트의 평면 내에서 상기 크라이오패널과 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  7. 크라이오펌프를 위한 배플 플레이트에 있어서, 상기 배플 플레이트는,
    상기 배플 플레이트의 중심 및 상기 배플 플레이트를 통해 연장되는 제1 홀을 포함하는 제1 부분, 그리고
    상기 배플 플레이트의 에지 및 상기 배플 플레이트를 통해 연장되는 제2 홀을 포함하는 제2 부분을 구비하며,
    상기 제2 부분은 상기 제1 부분의 전도도보다 큰 전도도를 가지는 것을 특징으로 하는 배플 플레이트.
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