KR20220084023A

KR20220084023A - 크라이오펌프, 크라이오펌프시스템, 크라이오펌프의 운전개시방법

Info

Publication number: KR20220084023A
Application number: KR1020227009526A
Authority: KR
Inventors: 타카히로 야쓰; 토시유키 키무라
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2022-06-21
Also published as: TWI796604B; TW202117185A; WO2021085184A1; JPWO2021085184A1; US20220397108A1; US11885321B2; CN114555943A

Abstract

크라이오펌프(10)는, 불연성 흡착재(64)와, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전을 개시하기 위하여, 불연성 흡착재(64)를 실온 또는 그것보다 고온하에서 건조분위기에 노출시킴으로써 불연성 흡착재(64)를 탈수하는 것과, 불연성 흡착재(64)의 탈수 후에, 불연성 흡착재(64)의 주위환경을 진공배기하는 것과, 불연성 흡착재(64)를 진공분위기에서 극저온으로 냉각하는 것을 순서대로 실행하는 컨트롤러(100)를 구비한다.

Description

크라이오펌프, 크라이오펌프시스템, 크라이오펌프의 운전개시방법

본 발명은, 크라이오펌프, 크라이오펌프시스템, 크라이오펌프의 운전개시방법에 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 요한다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평5-263760호

크라이오펌프는, 크라이오패널에 응축하지 않는 수소 등의 비응축성 기체를 흡착하기 위하여, 크라이오패널 상에 흡착재를 갖는다. 전형적으로 흡착재는 활성탄이며, 어떤 용도에 있어서는 산소나 오존을 포함하는 기체가 크라이오펌프에 의하여 배기된다. 이 경우, 재생 중에, 활성탄은 산소분위기에 노출될 수 있다. 활성탄은 가연물이기 때문에, 어떠한 원인으로 우발적인 발화가 발생할지도 모른다.

본 발명자들은, 안전상의 리스크를 최대한 줄이기 위하여, 활성탄과는 다른 대체흡착재를 사용하는 크라이오펌프의 실현 가능성을 고찰했다. 그러나, 그러한 대체흡착재는, 활성탄에 비하여, 사용환경 등 모든 요인에 의하여 분말상으로 부서지기 쉬운 경향이 있는 것이 판명되었다. 흡착재가 파손되면 크라이오펌프의 배기성능이 저하된다. 또, 부서진 분말은 비산하여 크라이오펌프의 구성부품에 침입하여 당해 부품에 악영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 크라이오펌프에 부속되거나 또는 접속되는 밸브에 흡착재의 분말이 말려 들어가, 밸브의 리크(leak)를 발생시킬지도 모른다.

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

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프는, 크라이오펌프하우징과, 크라이오펌프하우징 내에 배치되며, 불연성 흡착재를 구비하는 크라이오패널과, 불연성 흡착재 및 크라이오패널을 가열하는 가열장치와, 크라이오펌프하우징에 장착되고, 크라이오펌프하우징을 퍼지가스원에 접속하는 퍼지밸브와, 크라이오펌프하우징에 장착되며, 크라이오펌프하우징을 러프펌프에 접속하는 러프밸브와, 불연성 흡착재의 온도 또는 크라이오펌프하우징의 내압을 나타내는 측정신호를 생성하는 센서와, 재생개시지령을 받고, 측정신호에 근거하여, (i) 불연성 흡착재를 진공분위기에 노출시킴으로써 불연성 흡착재로부터 물을 승화시키도록 구성되는 승화재생시퀀스 또는 (ii) 불연성 흡착재를 실온 또는 그것보다 고온하에서 진공분위기보다 높은 압력의 건조분위기에 노출시킴으로써 불연성 흡착재를 탈수하도록 구성되는 탈수시퀀스 중 어느 하나를 실행하도록, 가열장치, 퍼지밸브, 러프밸브 중 적어도 하나를 제어하는 컨트롤러를 구비한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프는, 크라이오펌프하우징과, 크라이오펌프하우징 내에 배치되며, 불연성 흡착재를 구비하는 크라이오패널과, 불연성 흡착재 및 크라이오패널을 가열하는 가열장치와, 크라이오펌프하우징에 장착되고, 크라이오펌프하우징을 퍼지가스원에 접속하는 퍼지밸브와 크라이오펌프하우징에 장착되며, 크라이오펌프하우징을 러프펌프에 접속하는 러프밸브와, 탈수시퀀스에 따라 가열장치, 퍼지밸브, 러프밸브 중 적어도 하나를 제어하고, 탈수시퀀스에 후속하여 크라이오펌프하우징에 진공분위기를 생성하도록 러프밸브를 제어하는 컨트롤러를 구비한다. 탈수시퀀스는, 불연성 흡착재를 실온 또는 그것보다 고온하에서 진공분위기보다 높은 압력의 건조분위기에 노출시킴으로써 불연성 흡착재를 탈수하도록 구성된다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프는, 불연성 흡착재와, 크라이오펌프의 진공배기운전을 개시하기 위하여, 불연성 흡착재를 실온 또는 그것보다 고온하에서 건조분위기에 노출시킴으로써 불연성 흡착재를 탈수하는 것과, 불연성 흡착재의 탈수 후에, 불연성 흡착재의 주위환경을 진공배기하는 것과, 불연성 흡착재를 진공분위기에서 극저온으로 냉각하는 것을 순서대로 실행하는 컨트롤러를 구비한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프의 운전개시방법이 제공된다. 크라이오펌프는, 불연성 흡착재를 갖는다. 운전개시방법은, 불연성 흡착재를 실온 또는 그것보다 고온하에서 건조분위기에 노출시킴으로써 불연성 흡착재를 탈수하는 것과, 불연성 흡착재의 탈수 후에, 불연성 흡착재의 주위환경을 진공배기하는 것과, 불연성 흡착재를 진공분위기에서 극저온으로 냉각하는 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 대체흡착재를 탑재한 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 가열에 의한 실리카젤의 흡습률의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 퍼지가스흐름에 의한 실리카젤의 흡습률의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 저압건조분위기에서의 실리카젤의 흡습률의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시형태에 관한 크라이오펌프의 운전개시방법을 예시하는 플로차트이다.
도 7은 일 실시형태에 관한 크라이오펌프의 블록도이다.
도 8은 일 실시형태에 관한 크라이오펌프재생방법의 개략을 나타내는 플로차트이다.
도 9는 도 8에 나타나는 승화재생시퀀스를 나타내는 플로차트이다.
도 10은 도 8에 나타나는 탈수시퀀스를 나타내는 플로차트이다.
도 11은 도 8에 나타나는 재생방법에 있어서의 온도 및 압력의 시간변화의 일례를 나타내는 도이다.
도 12는 일 실시형태에 관한 크라이오펌프시스템을 개략적으로 나타내는 도이다.

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 결코 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 위치관계를 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 저부(底部)로부터 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 개재하여 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 개재하여 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 개재하여 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 어떤 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 상이해도 된다.

제2 크라이오패널유닛(20)에 있어서는, 적어도 일부의 표면에 불연성 흡착재(64)가 배치되어 있다. 불연성 흡착재(64)는 비응축성 기체(예를 들면 수소)를 흡착에 의하여 포착하기 위하여 마련되고, 크라이오패널(60) 상에 흡착영역을 형성한다. 흡착영역은, 흡기구(12)로부터 보이지 않도록, 상방에 인접하는 크라이오패널(60)의 그늘이 되는 장소에 형성되어 있어도 된다. 예를 들면, 흡착영역은 크라이오패널(60)의 하면(배면)의 전역(全域)에 형성되어 있다. 또, 흡착영역은, 크라이오패널(60)의 상면(전면(前面))의 적어도 중심부에 형성되어 있어도 된다.

불연성 흡착재(64)는, 입상의 흡착재여도 되고, 이것을 크라이오패널(60)의 표면에 접착함으로써 흡착영역이 형성되어도 된다. 흡착재의 입경은, 예를 들면 2mm 내지 5mm여도 된다. 이와 같이 하면, 제조 시의 접착작업이 하기 쉬워진다.

이 실시형태에서는, 불연성 흡착재(64)는, 실리카젤을 주성분으로서 함유한다. 불연성 흡착재(64)는, 적어도 약 50질량퍼센트, 또는 적어도 약 60질량퍼센트, 적어도 약 70질량퍼센트, 적어도 약 80질량퍼센트, 적어도 약 90질량퍼센트의 실리카젤을 포함해도 된다. 불연성 흡착재(64)는, 실질적으로 전부가 실리카젤이어도 된다. 실리카젤은, 이산화규소를 주성분으로 하므로, 산소와 화학반응을 하지 않는다.

이와 같이, 흡착영역은, 무기물질로 이루어지는 다공질체에 의하여 형성되고, 유기물질을 포함하지 않는다. 전형적인 크라이오펌프와는 달리, 크라이오펌프(10)는, 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 흡착영역을 형성하고, 공통의 조건하에서 수소의 흡장량을 측정했다. 실리카젤 A형, 실리카젤 RD형, 실리카젤 N형에 대해서는, 실리카젤 B형 및 ID형에 비하여, 보다 많은 수소를 흡착하는 것이 판명되었다. 흡착영역의 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.

어떤 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, 상술한 바와 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 비하여, 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 빠진(없는) 구역이며, 크라이오패널기재 표면 예를 들면 금속면이 노출되어 있다. 예를 들면, 크라이오패널(60)의 상면 외주부는 응축영역(66)이어도 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), 퍼지밸브(84), 벤트밸브(88)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 엶으로써러프펌프(82)와 크라이오펌프하우징(70)이 연통되고, 러프밸브(80)를 닫음으로써 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 진공흡인을 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 엶으로써, 퍼지가스원(86)으로부터 크라이오펌프하우징(70)으로의 퍼지가스흐름이 허용된다. 퍼지밸브(84)를 닫음으로써, 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.

벤트밸브(88)는, 크라이오펌프(10)의 내부로부터 외부환경으로 유체를 배출하기 위하여 마련되어 있다. 벤트밸브(88)는, 통상은 폐쇄되어 있지만, 외부압력과 크라이오펌프하우징(70)의 내압의 압력차에 의하여 기계적으로 개방될 수 있다. 벤트밸브(88)가 개방됨으로써, 크라이오펌프하우징(70)의 내부에 발생한 양압을 외부로 해방할 수 있다. 벤트밸브(88)로부터 배출되는 유체는 기본적으로는 가스이지만, 액체 또는 기액(氣液)의 혼합물이어도 된다.

크라이오펌프(10)에는, 불연성 흡착재(64) 및 크라이오패널(60)을 가열하는 가열장치가 마련되어 있다. 가열장치는, 예를 들면, 냉동기(16)이다. 냉동기(16)는, 승온운전(이른바 역전승온)을 가능하게 한다. 즉, 냉동기(16)는, 실온부(26)에 마련된 구동기구가 냉각운전과는 역방향으로 동작할 때 작동기체에 단열압축이 발생하도록 구성되어 있다. 이렇게 하여 얻어지는 압축열로 냉동기(16)는 제1 냉각스테이지(22) 및 제2 냉각스테이지(24)를 가열한다. 제1 크라이오패널유닛(18) 및 제2 크라이오패널유닛(20)은 각각 제1 냉각스테이지(22) 및 제2 냉각스테이지(24)를 열원으로 하여 가열된다.

가열된 퍼지가스가 공급되는 경우에는, 퍼지밸브(84)가 가열장치의 일부를 구성한다고 간주되어도 된다. 혹은, 크라이오펌프(10)에는, 예를 들면 전기히터 등의 가열장치가 마련되어도 된다. 예를 들면, 냉동기(16)의 운전으로부터 독립적으로 제어 가능한 전기히터가 냉동기(16)의 제1 냉각스테이지(22) 및/또는 제2 냉각스테이지(24)에 장착되어 있어도 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. 제2 온도센서(92)의 측정온도는, 불연성 흡착재(64)의 온도를 나타내는 것으로 간주된다. 또, 크라이오펌프(10)의 운전개시 전과 같이 크라이오펌프(10)의 전체의 온도가 균일(예를 들면 실온)인 경우, 제1 온도센서(90)의 측정온도는, 불연성 흡착재(64)의 온도를 나타내는 것으로 간주된다.

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.

크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프(10)의 운전(예를 들면, 진공배기운전, 재생운전 등)을 제어하는 컨트롤러(100)를 구비한다. 컨트롤러(100)는, 크라이오펌프컨트롤러, 혹은 재생컨트롤러라고도 칭해질 수 있다.

컨트롤러(100)는, 상세는 후술하지만, 불연성 흡착재(64)를 건조시키기 위한 탈수시퀀스(이하, 기본탈수시퀀스라고도 한다)를 실행 가능하게 구성되어 있다. 탈수시퀀스는, 불연성 흡착재(64)를 실온 또는 그것보다 고온하에서 진공분위기보다 높은 압력(예를 들면 적어도 1000Pa)의 건조분위기에 노출시킴으로써 불연성 흡착재(64)를 탈수하도록 구성된다. 컨트롤러(100)는, 탈수시퀀스에 따라 가열장치, 퍼지밸브(84), 러프밸브(80) 중 적어도 하나를 제어한다. 컨트롤러(100)는, 탈수시퀀스에 후속하여 크라이오펌프하우징(70)에 진공분위기(예를 들면 100Pa 미만)를 생성하도록 러프밸브(80)를 제어한다. 컨트롤러(100)는, 이 진공분위기하에서 극저온냉각을 제공하도록 냉동기(16)를 제어한다.

본서의 모두(冒頭)에서 설명한 바와 같이, 종래 전형적인 크라이오펌프는 흡착재로서 활성탄을 이용하고 있으며, 어떤 용도에 있어서는 산소나 오존을 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.

실시형태에 의하면, 크라이오펌프(10)는, 불연성 흡착재(64)를 가지므로, 비록 산소가 존재했다고 해도, 흡착재의 발화 및 연소는 확실히 방지된다. 종래와 달리, 복수의 위험인자(활성탄과 산소)의 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 흡착재(64)는, 실리카젤에는 한정되지 않는다. 불연성 흡착재(64)로서 몰레큘러시브 등 다른 무기 다공질체를 이용하는 생각도 있을 수 있다. 무기흡착재이면 동일하게 안전성은 향상된다.

그러나, 본 실시형태와 같이 실리카젤을 이용하는 것에는, 크라이오펌프(10)의 재생을 용이하게 한다는 이점이 있다. 다공질체의 흡착특성은 일반적으로, 고온이 될수록 흡착량이 저하된다는 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 흡착재(64)는, 재생되기 쉽다.

그런데, 크라이오펌프(10)가 제조업자로부터 출하될 때, 유저에게는 흡기구(12)에 덮개가 장착된 상태로 배송된다. 크라이오펌프(10) 내에는 질소가스 또는 다른 청정한 건조가스가 충전되어 있어도 된다. 유저에게 도착한 크라이오펌프(10)는 덮개가 덮인 상태로 보관된다. 유저는, 크라이오펌프(10)를 사용하는 현장에서 흡기구(12)로부터 덮개를 분리하여, 크라이오펌프(10)를 진공챔버에 장착한다. 그리고, 크라이오펌프(10)는 러프밸브(80)를 통하여 러프펌프(82)에 의하여 베이스압(예를 들면, 100Pa 미만의 미소한 압력)까지 진공흡인되어, 냉동기(16)의 냉각운전이 개시된다. 제1 크라이오패널유닛(18), 제2 크라이오패널유닛(20)은 극저온으로 냉각되어, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전이 개시된다.

크라이오펌프(10)로부터 덮개가 분리된 상태로 방치되는 등, 유저의 보관의 방법이 양호하지 않은 경우에는, 불연성 흡착재(64)가 대기에 장기간 접촉하여, 많은 수분을 흡착할 가능성이 있다. 보관이 나쁘고, 불연성 흡착재(64)가 장기간 대기 폭로되면, 불연성 흡착재(64)의 흡습률(질량비, 예를 들면 1g의 불연성 흡착재(64)당 흡수량)은, 적어도 30%에 도달할 수 있다.

본 발명자는, 이와 같은 상황에서 운전개시를 위하여 크라이오펌프(10)를 진공흡인하면, 불연성 흡착재(64)가 즉시 분말상으로 부서진다고 하는, 지금까지 알려져 있지 않은 현상이 일어나는 것을 알아챘다. 이 현상은, 흡착재로서 활성탄을 갖는 종래의 크라이오펌프에는 일어나지 않는다.

이것은 문제이다. 불연성 흡착재(64)가 파손되면 크라이오펌프의 비응축성 기체의 배기성능이 저하된다. 또, 러프밸브(80), 퍼지밸브(84) 등 크라이오펌프(10)에 부속되거나 또는 접속되는 밸브에 불연성 흡착재(64)의 부서진 분말이 말려 들어가면, 밸브에 리크가 발생할 수 있다. 러프밸브(80), 퍼지밸브(84)에 리크가 일어나면 크라이오펌프(10) 내에서 진공이 유지되지 않아, 밸브의 교환 등 메인터넌스가 필요해진다. 부서진 분말은 센서 등 크라이오펌프(10)의 다른 구성부품에 침입하여 당해 부품에 악영향을 미칠지도 모른다.

이 신현상은, 진공흡인에 의하여 불연성 흡착재(64)의 주위가 급속히 감압되고, 불연성 흡착재(64)로부터 수분이 급격하게 기화하여 탈리되며, 이것이 흡착재 내부에 국소냉각이나 열응력을 발생시키고, 그 결과, 불연성 흡착재(64)가 파괴된다는 메커니즘에 근거한다고 생각된다. 이러한 파쇄는, 불연성 흡착재(64)가 실리카젤로 형성되는 경우에 현저하지만, 예를 들면 제올라이트 등 다른 무기흡착재에 대해서도 동일한 메커니즘에 의하여 발생할 가능성은 있을 수 있다.

본 발명자는, 불연성 흡착재(64)의 흡습률을 24% 미만(바람직하게는 20% 미만)으로 하면, 진공흡인에 의한 불연성 흡착재(64)의 파쇄가 방지되는 것을 실험적으로 알아냈다. 그래서, 실시형태에서는, 크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전을 개시하기 위하여, 불연성 흡착재(64)를 건조시키는 탈수시퀀스를 실행하도록 구성된다. 건조조건은, 불연성 흡착재(64)의 흡습률을 24% 미만(바람직하게는 20% 미만)으로 저하시키도록 설정된다. 건조조건은, 가열온도, 건조분위기의 압력, 및 건조시간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 3은, 가열에 의한 실리카젤의 흡습률의 변화를 나타내는 그래프이다. 이것은 본 발명자가 행한 실험에 의하여 취득된 결과이며, 도 3에는, 실리카젤을 건조로에서 소정의 건조온도로 가열했을 때의 흡습률의 시간변화가 플롯되어 있다. 초기의 흡습률은 30%로 하고, 이것은 크라이오펌프에 마련된 실리카젤이 장기간 대기폭로되어 다량의 수분을 흡착하고 있는 상태를 모의하고 있다. 80℃, 60℃, 50℃의 3가지의 건조온도로 대기압하에서 시험을 하고 있다.

어느 건조온도에서도, 시간의 경과와 함께 흡습률은 저하되어 실리카젤로부터 수분이 탈리한다. 건조온도가 높을수록, 빠르게 흡습률이 저하된다. 80℃의 건조온도에서는, 흡습률은, 건조개시부터 약 20~25분에 약 24%로 저하되고, 약 35~40분에 약 20%로 저하된다. 60℃의 건조온도에서는, 흡습률은, 약 50분에 약 24%로 저하되고, 약 90분에 약 20%로 저하된다. 50℃의 건조온도에서는, 흡습률은, 약 140분에 약 24%로 저하되고, 약 250분에 약 20%로 저하된다.

따라서, 이 실험결과로부터, 실리카젤의 탈수에는 건조온도를 적어도 50℃로 하는 것이 유효하다는 것을 알 수 있다. 건조시간은 짧을수록 실용상 유리하다. 건조온도를 적어도 60℃로 하면, 약 1시간 이내의 건조시간에 흡습률을 약 24% 이하로 저하시킬 수 있다. 또, 건조온도를 적어도 80℃로 하면, 약 30분 이내의 건조시간에 흡습률을 약 24% 이하로 저하시킬 수 있다.

따라서, 불연성 흡착재(64)의 건조온도(목표가열온도)는, 실온보다 고온(예를 들면, 30℃ 이상, 또는 40℃ 이상)이어도 되고, 바람직하게는, 적어도 50℃(예를 들면, 60℃ 이상, 또는 70℃ 이상)여도 되며, 보다 바람직하게는, 적어도 80℃(예를 들면, 90℃ 이상)여도 된다.

건조온도를 과도하게 높게 하면, 크라이오펌프(10)의 내열온도를 초과해 버리는 리스크가 있다. 그래서, 건조온도는, 130℃ 이하, 또는 120℃ 이하, 또는 110℃ 이하, 또는 100℃ 이하, 또는 95℃ 이하여도 된다.

도 4는, 퍼지가스흐름에 의한 실리카젤의 흡습률의 변화를 나타내는 그래프이다. 이것도 본 발명자가 행한 실험에 의하여 취득된 결과이며, 도 4에는, 소정의 퍼지가스유량으로 퍼지가스를 용기에 공급하여 실리카젤을 건조했을 때의 흡습률의 시간변화가 플롯되어 있다. 퍼지가스는, 건조질소가스이다. 초기의 흡습률은 30%이다. 90SLM(standard liter/min), 44SLM, 28SLM의 3가지의 퍼지가스유량으로 비가열하(즉 실온)에서 시험을 하고 있다.

어느 퍼지가스유량이어도, 시간의 경과와 함께 흡습률은 저하되어 실리카젤로부터 수분이 탈리한다. 퍼지가스유량이 많을수록, 빠르게 흡습률이 저하된다. 도 4에 나타나는 바와 같이, 예를 들면, 90SLM의 퍼지가스유량의 경우, 흡습률은, 약 40분에 약 24%로 저하되고, 약 70분에 약 20%로 저하된다. 이 실험결과로부터, 퍼지가스의 공급은 실리카젤의 탈수에 유효하다는 것을 알 수 있다. 탈수는, 가열을 하지 않고, 퍼지가스의 공급만으로도 가능하다.

도 5는, 저압건조분위기에서의 실리카젤의 흡습률의 변화를 나타내는 그래프이다. 이것도 본 발명자가 행한 실험에 의하여 취득된 결과이며, 도 5에는, 1000~1100Pa의 저압건조분위기에 실리카젤을 유지했을 때의 흡습률의 시간변화가 플롯되어 있다. 동일하게, 초기의 흡습률은 30%이다. 건조분위기로의 퍼지가스의 공급은 없고, 가열도 되어 있지 않다.

건조분위기를 대기압보다 저압으로 함으로써도, 시간의 경과와 함께 흡습률은 저하되어 실리카젤로부터 수분이 탈리한다. 도 5에 나타나는 바와 같이, 1000~1100Pa의 저압건조분위기에서는, 흡습률은, 약 200분에 약 24%로 저하되고, 약 400분에 약 20%로 저하된다. 이때, 실리카젤의 파쇄는 보이지 않는다. 이 실험결과로부터, 건조분위기를 대기압보다 저압으로 하는 것은 실리카젤의 탈수에 유효하다는 것을 알 수 있다. 건조분위기의 압력은, 예를 들면, 적어도 1000Pa, 또는 적어도 0.1기압, 또는 적어도 1기압이어도 된다.

도 6은, 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)의 운전개시방법을 예시하는 플로차트이다. 이 방법은, 불연성 흡착재(64)를 실온 또는 그것보다 고온하에서 건조분위기에 노출시킴으로써 불연성 흡착재(64)를 탈수하는 것을 구비한다(S10). 상술한 바와 같이, 건조조건은, 불연성 흡착재(64)의 흡습률을 24% 미만(바람직하게는 20% 미만)으로 저하시키도록 설정된다.

불연성 흡착재(64)의 탈수 공정은, 불연성 흡착재(64)를 실온보다 높은 건조온도(예를 들면, 50℃ 이상, 또는 80℃ 이상)로 가열하는 것, 크라이오펌프하우징(70)에 퍼지가스를 공급하는 것, 및 크라이오펌프하우징(70)을 1000Pa보다 높은 압력(예를 들면, 대기압 이상의 압력)으로 유지하는 것 중 적어도 하나에 의하여, 불연성 흡착재(64)의 주위에 건조분위기를 형성하는 것을 포함한다. 불연성 흡착재(64)는, 가열장치(예를 들면, 냉동기(16)의 역전승온, 고온의 퍼지가스의 공급, 또는, 냉동기(16) 또는 크라이오패널(60)에 마련된 전기히터의 작동)에 의하여 가열된다. 퍼지가스의 공급은, 퍼지밸브(84)에 의하여 제어된다. 크라이오펌프하우징(70)의 감압은, 러프밸브(80)에 의하여 제어된다.

불연성 흡착재(64)의 탈수(S10) 후에, 불연성 흡착재(64)의 주위환경의 진공배기가 행해진다(S20). 러프밸브(80)가 열리고, 러프펌프(82)가 작동된다. 크라이오펌프하우징(70)은, 러프밸브(80)를 통하여 러프펌프(82)에 의하여 베이스압으로 러프펌핑(러핑)된다. 상술한 바와 같이, 베이스압은 예를 들면 100Pa 미만이다. 불연성 흡착재(64)의 주위에는 진공분위기가 형성된다.

불연성 흡착재(64)가 진공분위기에서 극저온으로 냉각된다(S30). 냉동기(16)의 냉각운전이 개시되고, 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. 불연성 흡착재(64)는 제2 크라이오패널유닛(20)에 마련되어 있기 때문에, 불연성 흡착재(64)도 제2 냉각온도로 냉각된다.

실시형태에 관한 컨트롤러(100)는, 도 6에 나타나는 크라이오펌프(10)의 운전개시방법을 실행하도록 구성된다. 컨트롤러(100)는, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전을 개시하기 위하여, (a) 불연성 흡착재(64)를 실온 또는 그것보다 고온하에서 건조분위기에 노출시킴으로써 불연성 흡착재(64)를 탈수하는 것과, (b) 불연성 흡착재(64)의 탈수 후에, 불연성 흡착재(64)의 주위환경을 진공배기하는 것과, (c) 불연성 흡착재(64)를 진공분위기에서 극저온으로 냉각하는 것을 순서대로 실행하도록 구성된다.

이와 같이 하여, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전이 개시된다. 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 불연성 흡착재(64)에 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. 크라이오펌프에 배기되는 기체에 수증기가 포함되는 케이스는 드물지 않다. 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 물방울이 부착될 지도 모른다.

실리카젤은 OH기를 갖는 친수성 재료의 일종이다. 이러한 친수성 흡착재가 액체인 물에 접하면, 흡착재의 분자와 물분자의 사이에 수소결합이 용이하게 형성된다. 수소결합은 강한 결합이기 때문에, 흡착재의 탈수에는 상당히 시간을 요하게 되어, 재생시간이 길어져 버리는 것이 예상된다. 이것은 바람직하지 않다. 게다가, 실리카젤은, 액체인 물에 잠기면 물러지고, 그 후 자연스럽게 부서져 버리는 성질이 있다. 그 때문에, 불연성 흡착재(64)가 실리카젤을 함유하는 경우에는, 액체인 물과의 접촉을 피하는 것이 특히 바람직하다. 다만 종래 자주 이용되는 활성탄은 실리카젤과는 상이하며, 소수성 재료이다.

그래서, 크라이오펌프(10)의 재생은, 얼음을 승화에 의하여, 액체인 물을 거치지 않고 수증기로 기화하여, 외부로 배출하도록 하여 행해져도 된다. 불연성 흡착재(64)의 탈수시퀀스를 이와 같은 승화재생에 도입하여 실장하는 실시형태를 이하에 설명한다.

도 7은, 일 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)의 블록도이다.

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, 컨트롤러(100)에 통신 가능하게 접속되어 있으며, 제1 온도측정신호 S1을 컨트롤러(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, 컨트롤러(100)에 통신 가능하게 접속되어 있으며, 제2 온도측정신호 S2를 컨트롤러(100)에 출력한다.

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

컨트롤러(100)는, 제1 온도측정신호 S1, 제2 온도측정신호 S2, 압력측정신호 S3을 수신하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(100)는, 제1 온도측정신호 S1, 제2 온도측정신호 S2, 압력측정신호 S3 중 적어도 하나에 근거하여, 냉동기제어신호 S4, 러프밸브제어신호 S5, 퍼지밸브제어신호 S6 중 적어도 하나를 생성하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(100)는, 냉동기제어신호 S4를 냉동기(16)에 송신하고, 러프밸브제어신호 S5를 러프밸브(80)에 송신하며, 퍼지밸브제어신호 S6을 퍼지밸브(84)에 송신하도록 구성되어 있다.

냉동기(16)는, 냉동기제어신호 S4에 따라 제어된다. 냉동기(16)의 냉각운전의 온오프나 역전승온운전의 온오프, 냉각운전과 역전승온운전의 전환은, 냉동기제어신호 S4에 근거한다. 또, 냉동기(16)의 운전주파수(냉동기(16)를 구동하는 모터의 회전수에 대응한다)는 냉동기제어신호 S4에 따라 가변으로 제어되어도 된다. 러프밸브(80)는, 러프밸브제어신호 S5에 따라 개방되거나, 또는 폐쇄된다. 퍼지밸브(84)는, 퍼지밸브제어신호 S6에 따라 개방되거나, 또는 폐쇄된다. 또, 컨트롤러(100)는, 크라이오펌프(10)에 마련된 가열장치(예를 들면, 냉동기(16)에 장착된 전기히터)의 온오프를 전환하도록 가열장치를 제어해도 된다.

크라이오펌프(10)는, 기억부(102), 입력부(104), 및 출력부(106)를 구비한다. 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 컨트롤러(100)와 통신 가능하게 접속되어 있다.

컨트롤러(100)는, 승화재생부(110)와 탈수부(112)를 구비한다. 승화재생부(110)는, 제1 온도측정신호 S1, 제2 온도측정신호 S2, 압력측정신호 S3에 근거하여, 승화재생시퀀스를 실행하도록 구성된다. 탈수부(112)는, 제1 온도측정신호 S1, 제2 온도측정신호 S2, 압력측정신호 S3에 근거하여, 탈수시퀀스를 실행하도록 구성된다. 승화재생부(110)는 승화재생컨트롤러라고 칭해져도 되고, 탈수부(112)는 탈수컨트롤러라고 칭해져도 된다.

컨트롤러(100)는, 재생개시지령 S7을 받아, 크라이오펌프(10)의 재생을 개시하도록 구성되어 있다. 재생개시지령 S7은, 예를 들면, 입력부(104)로부터 컨트롤러(100)에 입력된다.

컨트롤러(100)는, 하드웨어구성으로서는 컴퓨터의 CPU나 메모리를 비롯한 소자나 회로로 실현되고, 소프트웨어구성으로서는 컴퓨터프로그램 등에 의하여 실현되지만, 도 7에서는 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, 컨트롤러(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 재생시퀀스(예를 들면, 승화재생시퀀스, 탈수시퀀스)를 컨트롤러(100)에 실행시키기 위한 컴퓨터프로그램이어도 된다.

도 8은, 일 실시형태에 관한 크라이오펌프재생방법의 개략을 나타내는 플로차트이다. 이 크라이오펌프재생방법은, 컨트롤러(100)에 의하여 실행된다. 컨트롤러(100)는, 재생개시지령 S7을 받아, 불연성 흡착재(64)의 온도를 나타내는 온도측정신호(예를 들면, 제1 온도측정신호 S1 및 제2 온도측정신호 S2 중 적어도 일방)에 근거하여, 승화재생시퀀스 또는 탈수시퀀스 중 어느 하나를 실행하도록, 가열장치로서의 냉동기(16), 퍼지밸브(84), 러프밸브(80)를 제어한다. 승화재생시퀀스는, 불연성 흡착재(64)를 진공분위기에 노출시킴으로써 불연성 흡착재(64)로부터 물을 승화시키도록 구성된다. 탈수시퀀스는, 불연성 흡착재(64)를 실온 또는 그것보다 고온하에서 진공분위기보다 높은 압력의 건조분위기에 노출시킴으로써 불연성 흡착재(64)를 탈수하도록 구성된다.

재생개시지령 S7을 받으면, 컨트롤러(100)는, 도 8에 나타나는 바와 같이, 제1 온도측정신호 S1에 근거하여, 제1 크라이오패널유닛(18)의 측정온도인 제1 측정온도 T1이 제1 기준온도 Tr1보다 낮은지 아닌지를 판정한다(S51). 또, 컨트롤러(100)는, 제2 온도측정신호 S2에 근거하여, 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도인 제2 측정온도 T2가 제2 기준온도 Tr2보다 낮은지 아닌지를 판정한다(S52).

이들의 온도에 근거하는 판정은, 재생개시지령 S7을 받기 직전의 크라이오펌프(10)의 상태를 파악하기 위하여 행해진다. 크라이오펌프(10)의 진공배기운전이 행해지고 있던 경우에는, 제1 크라이오패널유닛(18), 제2 크라이오패널유닛(20)은 극저온으로 냉각되어 있다. 한편, 크라이오펌프(10)가 진공챔버에 새롭게 설치되고, 지금부터 진공배기운전을 개시해야 하는 경우에는, 크라이오펌프(10)는 실온에 있다. 혹은, 정전 또는 그 외의 이상(異常)사태가 발생하여 그 복구에 긴 시간을 요한 경우에도, 크라이오펌프(10)는 극저온으로부터 실온까지 자연스럽게 승온된다. 그래서, 제1 기준온도 Tr1과 제2 기준온도 Tr2는, 크라이오펌프(10)가 극저온냉각되어 있는지, 또는 실온에 있는지를 구분하기 위하여, 예를 들면 250K~280K의 온도값으로 설정되어도 되고, 예를 들면 273K로 설정된다. 여기에서는, 제1 기준온도 Tr1과 제2 기준온도 Tr2는 동일한 값으로 설정되지만, 상이한 값으로 설정되어도 된다.

제1 측정온도 T1이 제1 기준온도 Tr1보다 낮고, 또한 제2 측정온도 T2가 제2 기준온도 Tr2보다 낮은 경우에는(S51의 No 또한 S52의 No), 컨트롤러(100)가 재생개시지령 S7을 받을 때까지 크라이오펌프(10)의 진공배기운전이 행해지고 있던 것으로 간주할 수 있다. 따라서, 이 경우, 컨트롤러(100)의 승화재생부(110)가 승화재생시퀀스를 실행한다(S100).

한편, 제1 측정온도 T1이 제1 기준온도 Tr1 이상이거나, 또는, 제2 측정온도 T2가 제2 기준온도 Tr2 이상인 경우에는(S51의 Yes 또는 S52의 Yes), 크라이오펌프(10)가 실온에 있다고 간주된다. 따라서, 이 경우, 컨트롤러(100)의 탈수부(112)가 탈수시퀀스를 실행한다(S200). 탈수시퀀스에 이어서, 컨트롤러(100)의 승화재생부(110)가 승화재생시퀀스를 실행한다(S100). 이렇게 하여 크라이오펌프(10)의 재생은 완료된다. 재생이 완료되면, 크라이오펌프(10)는 진공배기운전을 개시한다.

이와 같이 하여, 컨트롤러(100)는, 불연성 흡착재(64)의 온도를 나타내는 온도측정신호에 근거하여, 불연성 흡착재(64)가 실온에 있다고 간주되는 경우에 탈수시퀀스를 실행하도록, 가열장치, 퍼지밸브(84), 러프밸브(80) 중 적어도 하나를 제어한다. 또, 컨트롤러(100)는, 불연성 흡착재(64)의 온도를 나타내는 온도측정신호에 근거하여, 불연성 흡착재(64)가 실온보다 낮은 온도에 있다고 간주되는 경우에 승화재생시퀀스를 실행하도록, 가열장치, 퍼지밸브(84), 러프밸브(80) 중 적어도 하나를 제어한다.

다만, 컨트롤러(100)는, 재생개시지령 S7을 받아, 압력측정신호 S3에 근거하여, 승화재생시퀀스 또는 탈수시퀀스 중 어느 하나를 실행하도록, 가열장치로서의 냉동기(16), 퍼지밸브(84), 러프밸브(80)를 제어해도 된다. 크라이오펌프(10)의 진공배기운전이 행해지고 있던 경우에는, 크라이오펌프하우징(70) 내는 진공으로 되어 있다. 한편, 크라이오펌프(10)가 진공챔버에 새롭게 설치되고, 지금부터 진공배기운전을 개시해야 하는 경우에는, 크라이오펌프하우징(70) 내는 대기압으로 되어 있다. 혹은, 정전 또는 그 외의 이상사태가 발생하여 그 복구에 긴 시간을 요한 경우에도, 크라이오펌프하우징(70) 내는 포착한 가스의 재(再)기화에 의하여 진공으로부터 대기압(또는 그 이상)으로 승압된다. 따라서, 크라이오펌프하우징(70)의 내압으로부터 크라이오펌프(10)의 상태를 파악할 수 있다.

혹은, 컨트롤러(100)는, 센서로부터의 측정신호 대신에, 재생개시지령 S7을 받기 직전의 크라이오펌프(10)의 상태에 근거하여 승화재생시퀀스 또는 탈수시퀀스 중 어느 하나를 실행하도록 가열장치, 퍼지밸브, 러프밸브 중 적어도 하나를 제어해도 된다. 컨트롤러(100)는, 크라이오펌프(10)의 현재의 스테이터스(예를 들면, 진공배기운전 중, 신규설치, 재생 중 등)를 나타내는 스테이터스데이터를 생성하여, 기억부(102)에 저장하도록 구성되어도 된다. 컨트롤러(100)는, 재생개시지령 S7을 받기 직전의 스테이터스데이터가 진공배기운전을 나타내는 경우에 승화재생시퀀스를 선택하고, 재생개시지령 S7을 받기 직전의 스테이터스데이터가 신규설치를 나타내는 경우에 탈수시퀀스를 선택해도 된다.

이와 같이 하여, 탈수시퀀스를 요하지 않는 경우에는, 탈수시퀀스를 생략할 수 있다. 재생시간이 길어지는 것을 방지할 수 있다.

도 9는, 도 8에 나타나는 승화재생시퀀스를 나타내는 플로차트이다. 승화재생시퀀스가 개시되면, 승화재생부(110)는, 퍼지밸브(84)를 엶과 함께, 러프밸브(80)를 닫는다(S101). 퍼지가스원(86)으로부터 퍼지밸브(84)를 통하여 크라이오펌프하우징(70)에 퍼지가스가 공급된다. 그와 함께, 승화재생부(110)는, 냉동기(16)의 역전승온운전을 개시한다. 승화재생부(110)는, 제1 온도측정신호 S1에 근거하여, 제1 측정온도 T1을 목표가열온도에 일치시키도록 냉동기(16)의 운전주파수를 제어해도 된다.

승화재생부(110)는, 제1 온도측정신호 S1에 근거하여, 제1 측정온도 T1을 퍼지정지온도 Tp와 비교한다(S102). 온도비교의 결과에 근거하여, 승화재생부(110)는, 러프밸브(80), 러프펌프(82)를 제어한다. 제1 측정온도 T1이 퍼지정지온도 Tp보다 낮은 경우에는(S102의 No), 현재의 상태가 유지된다. 즉, 퍼지밸브(84)는 개방되고, 러프밸브(80)는 폐쇄된다. 승화재생부(110)는, 소정 시간 경과 후에 다시, 제1 측정온도 T1을 퍼지정지온도 Tp와 비교한다(S102). 다만, 승화재생부(110)는, 제2 온도측정신호 S2에 근거하여, 제2 측정온도 T2를 퍼지정지온도 Tp와 비교해도 된다.

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.

제1 측정온도 T1이 퍼지정지온도 Tp보다 높은 경우에는(S102의 Yes), 승화재생부(110)는, 퍼지밸브(84)를 닫고, 러프밸브(80)를 연다(S103). 이렇게 하여, 크라이오패널온도가 물의 삼중점온도를 초과하기 전에 크라이오펌프(10)로의 퍼지가스의 공급이 정지된다. 다만, 퍼지밸브(84)의 폐쇄로부터 얼마간 늦게 러프밸브(80)가 개방되어도 된다. 승화재생부(110)는, 냉동기(16)의 역전승온운전을 계속한다.

계속해서, 승화재생부(110)는, 러프밸브폐쇄조건이 충족되는지 아닌지를 판정한다(S104). 러프밸브폐쇄조건은, 다음의 (a1)과 (a2)를 포함한다.

(a1) 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압이 압력임계값보다 낮다.

(a2) 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도가 온도임계값보다 높다.

따라서, 승화재생부(110)는, 압력측정신호 S3에 근거하여, 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압을 압력임계값과 비교한다. 승화재생부(110)는, 제2 온도측정신호 S2에 근거하여, 제2 측정온도 T2를 온도임계값과 비교한다. 이들 비교의 결과에 근거하여, 승화재생부(110)는, 러프밸브(80) 및 퍼지밸브(84)를 제어한다.

크라이오펌프하우징(70)의 측정내압이 압력임계값보다 높은 경우에는(S104의 No), 현재의 상태가 유지된다. 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도가 온도임계값보다 낮은 경우에도(S104의 No), 현재의 상태가 유지된다. 즉, 러프밸브(80)는 개방되고, 퍼지밸브(84)는 폐쇄된다. 소정 시간 경과 후에 다시, 러프밸브폐쇄조건이 충족되어 있는지 아닌지가 판정된다(S104).

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

러프밸브폐쇄조건이 충족되어 있는 경우(S104의 Yes), 즉, 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압이 압력임계값보다 낮고 또한 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도가 온도임계값보다 높은 경우에는, 러프밸브(80)는 폐쇄된다(S105). 러프밸브(80)의 폐쇄와 동시에, 또는 어느 정도 늦게 퍼지밸브(84)가 개방되어도 된다.

스텝 S105에 있어서의 러프밸브(80)의 폐쇄 후는, 도시되지 않은 추가적인 배출공정 및 쿨다운공정이 행해지고, 승화재생시퀀스는 종료된다.

승화재생시퀀스는, 이른바 풀재생이며, 제1 크라이오패널유닛(18)과 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.

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, 컨트롤러(100)는, 크라이오펌프(10)를 실온보다 고온으로 가열하는 대신에, 크라이오펌프(10)의 온도를 물의 삼중점온도보다 낮은 온도로 유지해도 된다.

도 10은, 도 8에 나타나는 탈수시퀀스를 나타내는 플로차트이다. 탈수시퀀스가 개시되면, 탈수부(112)는, 퍼지밸브(84)를 엶과 함께, 러프밸브(80)를 닫는다(S201). 퍼지가스원(86)으로부터 퍼지밸브(84)를 통하여 크라이오펌프하우징(70)에 퍼지가스가 공급된다. 공급된 퍼지가스는 벤트밸브(88)를 통하여 크라이오펌프하우징(70)으로부터 배출된다.

퍼지밸브(84)의 개방과 함께, 탈수부(112)는, 냉동기(16)의 역전승온운전을 개시한다. 탈수부(112)는, 제2 온도측정신호 S2에 근거하여, 제2 측정온도 T2를 목표가열온도에 일치시키도록 냉동기(16)의 운전주파수를 제어해도 된다. 혹은, 탈수부(112)는, 제1 온도측정신호 S1에 근거하여, 제1 측정온도 T1을 목표가열온도에 일치시키도록 냉동기(16)의 운전주파수를 제어해도 된다. 상술한 바와 같이, 목표가열온도는, 예를 들면, 50℃ 이상의 온도로 설정된다.

계속해서, 탈수부(112)는, 탈수완료조건이 충족되는지 아닌지를 판정한다(S202). 탈수완료조건은, 다음의 (b1)과 (b2)를 포함한다.

(b1) 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도가 온도임계값보다 높다.

(b2) 미리 설정된 건조시간(탈수대기시간)이 경과되어 있다.

따라서, 탈수부(112)는, 제2 온도측정신호 S2에 근거하여, 제2 측정온도 T2를 온도임계값과 비교한다. 온도임계값은, 목표가열온도와 동일해도 된다. 탈수부(112)는, 경과시간을 측정하여, 경과시간을 미리 설정된 건조시간과 비교한다. 이 경과시간은, 예를 들면, 제2 측정온도 T2가 온도임계값에 도달한 시점으로부터 기산(起算)되어도 되고, 혹은, 재생개시지령 S7로부터 기산되어도 된다. 미리 설정된 건조시간은, 예를 들면, 10분 내지 60분(예를 들면 30분)으로 설정되어도 된다. 이들 비교의 결과에 근거하여, 탈수부(112)는, 러프밸브(80) 및 퍼지밸브(84)를 제어한다.

제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도가 온도임계값보다 낮은 경우에는(S202의 No), 현재의 상태가 유지된다. 미리 설정된 건조시간이 경과되어 있지 않은 경우에도(S202의 No), 현재의 상태가 유지된다. 즉, 퍼지밸브(84)는 개방되고, 러프밸브(80)는 계속 폐쇄된다. 소정 시간 경과 후에 다시, 탈수완료조건이 충족되어 있는지 아닌지가 판정된다(S202).

탈수완료조건이 충족되어 있는 경우(S202의 Yes), 즉, 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도가 온도임계값보다 높고 또한 미리 설정된 건조시간이 경과되어 있는 경우에는, 퍼지밸브(84)는 폐쇄된다(S203). 탈수시퀀스 동안, 러프밸브(80)는 계속 폐쇄된다. 이렇게 하여, 탈수시퀀스는 종료된다.

다만, 퍼지가스의 공급가능량이 한정되어 있는 경우 등, 필요에 따라, 탈수부(112)는, 탈수완료조건이 충족되기 전에, 퍼지밸브(84)를 폐쇄해도 된다.

도 11은, 도 8에 나타나는 재생방법에 있어서의 온도 및 압력의 시간변화의 일례를 나타낸다. 도면에 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.

도시되는 프로세스는, 크라이오펌프(10)를 신규로 운전개시하는 경우이다. 크라이오펌프(10)는 전체가 실온에 있으며, 내압은 대기압으로 되어 있다. 재생시퀀스의 개시시점 T₀에서는, 제1 크라이오패널유닛(18)과 제2 크라이오패널유닛(20)은 모두 약 297K이다. 따라서, 제1 측정온도 T1은 제1 기준온도 Tr1보다 높고, 제2 측정온도 T2는 제2 기준온도 Tr2보다 높다. 따라서, 도 8에 나타나는 플로에 따라 먼저, 탈수시퀀스가 실행되고(도 8의 S200), 그것에 이어서 승화재생시퀀스가 실행된다(도 8의 S100).

탈수시퀀스가 개시되면, 퍼지밸브(84)가 개방되고, 러프밸브(80)가 폐쇄된다(도 10의 S201). 퍼지가스의 공급에 의하여, 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압 P는 이어서, 대기압 정도가 된다. 냉동기(16)의 역전승온에 의하여, 제1 크라이오패널유닛(18)과 제2 크라이오패널유닛(20)(불연성 흡착재(64)를 포함한다)은, 목표가열온도(예를 들면, 335K)로 가열된다.

도 11에 나타나는 타이밍 Ta에 있어서 제2 측정온도 T2가 목표가열온도에 도달한다. 제2 측정온도 T2가 목표가열온도에 도달한 시점부터, 컨트롤러(100)는, 건조시간(탈수대기시간)을 측정한다. 건조시간은 30분으로 설정되어 있다. 도 11에 나타나는 타이밍 Tb에 있어서 건조시간이 완료되면, 탈수완료조건이 충족되어 있다고 판정되고(도 10의 S202), 탈수시퀀스는 종료된다(도 10의 S203).

계속해서, 승화재생시퀀스가 시작된다. 크라이오펌프(10)는 이미 가열되어 있으므로, 제1 측정온도 T1과 제2 측정온도 T2는 모두 퍼지정지온도보다 높다. 따라서, 타이밍 Tb에 있어서, 퍼지밸브(84)는 닫히고, 러프밸브(80)가 열린다(도 9의 S103).

크라이오펌프(10)의 진공배기(러프펌핑)이 행해지고, 크라이오펌프(10)의 내압이 충분히 낮아졌을 때, 러프밸브(80)는 폐쇄되어, 크라이오펌프(10)의 진공배기는 종료된다(도 11의 타이밍 Tc). 보다 구체적으로는, 크라이오펌프하우징(70)의 측정내압 P가 압력임계값 Pa보다 낮고 또한 제2 크라이오패널유닛(20)의 측정온도 T2가 온도임계값보다 높은 경우에(도 9의 S104), 러프밸브(80)는 폐쇄된다(도 9의 S105).

그 후, 도 11에 나타내는 바와 같이, 이른바 러프 앤드 퍼지를 포함하는 배출공정이 행해져도 된다. 러프 앤드 퍼지는, 크라이오펌프(10)로의 퍼지가스의 공급과 진공배기를 교대로 반복하는 공정이다. 러프 앤드 퍼지는, 흡착재에 흡착된 수증기를 배출하는 것에 도움이 될 수 있다. 러프 앤드 퍼지 동안, 크라이오펌프(10)의 내압 및 압력상승률은 감시되고, 이들이 소정 값을 충족할 때(도 11에 있어서의 타이밍 Td), 크라이오펌프(10)의 쿨다운이 개시된다. 제1 크라이오패널유닛(18) 및 제2 크라이오패널유닛(20)이 각각 목표냉각온도로 냉각되면, 재생은 완료된다.

이상 설명한 바와 같이, 실시형태에 의하면, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전을 개시하기 전에, 불연성 흡착재(64)의 탈수를 행할 수 있다. 그때까지의 작업(제조, 운반, 보관, 설치 등) 중에서 불연성 흡착재(64)가 흡습하고 있었다고 해도, 진공흡인에 의한 불연성 흡착재(64)의 파손을 방지하여, 크라이오펌프(10)를 가동시킬 수 있다.

또, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전 중에 일어나는 정전 또는 그 외의 이상사태에 의하여 크라이오펌프(10)에 저장된 얼음이 녹아, 불연성 흡착재(64)가 고습도 환경에 노출되었다고 해도, 크라이오펌프(10)는, 이상사태로부터의 복구 시에 탈수시퀀스를 실행하여, 불연성 흡착재(64)를 건조시킬 수 있다. 이로써, 진공흡인에 의한 불연성 흡착재(64)의 파손을 방지하여, 크라이오펌프(10)를 가동시킬 수 있다.

컨트롤러(100)는, 탈수시퀀스에 있어서, 불연성 흡착재(64) 및 크라이오패널(60)을 50℃ 이상으로 가열하도록 가열장치를 제어한다. 가열을 이용하여, 불연성 흡착재(64)의 탈수를 단시간에 행할 수 있다.

또, 컨트롤러(100)는, 탈수시퀀스에 있어서, 크라이오펌프하우징(70)에 퍼지가스를 공급하도록 퍼지밸브(84)를 연다. 퍼지가스를 이용하여, 불연성 흡착재(64)의 탈수를 단시간에 행할 수 있다.

또, 컨트롤러(100)는, 탈수시퀀스 동안, 러프밸브(80)를 계속 닫는다. 이로써, 탈수시퀀스의 도중에 크라이오펌프하우징(70)의 내압이 과잉으로 감압되는 것이 방지된다.

승화재생시퀀스에 의하면, 승화에 의하여 얼음은 액체인 물을 거치지 않고 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, 상술한 바와 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 장기간 유지시킬 수 있다.

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, 당업자에게 이해되는 바이다. 일 실시형태에 관련하여 설명한 다양한 특징은, 다른 실시형태에도 적용 가능하다. 조합에 의하여 발생하는 새로운 실시형태는, 조합되는 실시형태 각각의 효과를 겸비한다.

일 실시형태에 있어서는, 상술한 기본탈수시퀀스에 이어서 추가탈수시퀀스가 실행되어도 된다. 컨트롤러(100)(예를 들면 탈수부(112))는, 제1 온도측정신호 S1, 제2 온도측정신호 S2, 압력측정신호 S3에 근거하여, 추가탈수시퀀스를 실행하도록 구성되어도 된다. 추가탈수시퀀스는, 러프밸브(80)를 통한 크라이오펌프하우징(70)의 진공배기(러프펌핑)에 의하여, 불연성 흡착재(64)에 잔류하는 물을 줄이도록 구성되어도 된다. 또는, 추가탈수시퀀스는, 러프밸브(80)를 통한 크라이오펌프하우징(70)의 진공배기와 퍼지밸브(84)를 통한 크라이오펌프하우징(70)으로의 퍼지가스 공급을 번갈아 반복하는 러프 앤드 퍼지에 의하여, 불연성 흡착재(64)에 잔류하는 물을 줄이도록 구성되어도 된다. 러프 앤드 퍼지는 도 11에 예시된다. 러프 앤드 퍼지에 이어서, 쿨다운이 행해져, 추가탈수시퀀스는 완료된다. 이렇게 하여, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전이 개시된다. 다만, 추가탈수시퀀스는, 상술한 승화재생시퀀스의 일부여도 된다.

도 12는, 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 12에 나타나는 예에서는, 크라이오펌프시스템은, 2대의 제1 크라이오펌프(10a)와 2대의 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. 러프펌프(82)는, 복수의 제1 크라이오펌프(10a)와 복수의 제2 크라이오펌프(10b)에 공용된다.

컨트롤러(100)는, 각 크라이오펌프(10a, 10b)에 대한 재생개시지령 S7을 받아, 당해 크라이오펌프의 재생을 개시하도록 구성되어 있다. 재생개시지령 S7은, 예를 들면, 입력부(104)(도 3 참조)로부터 컨트롤러(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, 컨트롤러(100)는, 기본탈수시퀀스를 복수의 제1 크라이오펌프(10a)에서 병행하여 실행하고, 추가탈수시퀀스를 복수의 제1 크라이오펌프(10a)에서 차례로 실행해도 된다. 기본탈수시퀀스에서는 러프밸브(80)가 폐쇄되므로, 복수의 제1 크라이오펌프(10a)가 기본탈수시퀀스를 동시에 실행해도 상기의 문제는 일어나지 않는다. 추가탈수시퀀스에서는 러프밸브(80)가 열리지만, 복수의 제1 크라이오펌프(10a)가 추가탈수시퀀스를 차례로 실행하므로, 복수의 러프밸브(80)가 동시에 열리는 경우는 없다. 따라서, 복수의 제1 크라이오펌프(10a) 사이에서의 가스역류를 방지할 수 있다.

러프밸브(80)는, 상술한 승화재생시퀀스에서도 열린다. 따라서 동일하게, 컨트롤러(100)는, 기본탈수시퀀스를 복수의 제1 크라이오펌프(10a)에서 병행하여 실행하고, 승화재생시퀀스를 복수의 제1 크라이오펌프(10a)에서 차례로 실행해도 된다. 이와 같이 하면, 복수의 제1 크라이오펌프(10a) 사이에서의 가스역류를 방지할 수 있다.

또, 컨트롤러(100)는, 제1 크라이오펌프(10a)의 탈수 중(기본탈수시퀀스 및/또는 추가탈수시퀀스), 적어도 하나의 다른 크라이오펌프(즉, 제2 크라이오펌프(10b))에 대한 재생개시지령 S7을 받은 경우, 적어도 하나의 다른 크라이오펌프의 재생개시를 제1 크라이오펌프(10a)의 탈수완료 이후로 지연시켜도 된다. 이와 같이 하면, 제2 크라이오펌프(10b)로부터 제1 크라이오펌프(10a)로의 가스역류를 방지할 수 있다.

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.

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

10 크라이오펌프
60 크라이오패널
64 불연성 흡착재
70 크라이오펌프하우징
80 러프밸브
82 러프펌프
84 퍼지밸브
86 퍼지가스원
100 컨트롤러

Claims

크라이오펌프하우징과,
상기 크라이오펌프하우징 내에 배치되며, 불연성 흡착재를 구비하는 크라이오패널과,
상기 불연성 흡착재 및 상기 크라이오패널을 가열하는 가열장치와,
상기 크라이오펌프하우징에 장착되고, 상기 크라이오펌프하우징을 퍼지가스원에 접속하는 퍼지밸브와,
상기 크라이오펌프하우징에 장착되며, 상기 크라이오펌프하우징을 러프펌프에 접속하는 러프밸브와,
상기 불연성 흡착재의 온도 또는 상기 크라이오펌프하우징의 내압을 나타내는 측정신호를 생성하는 센서와,
재생개시지령을 받고, 상기 측정신호에 근거하여, (i) 상기 불연성 흡착재를 진공분위기에 노출시킴으로써 상기 불연성 흡착재로부터 물을 승화시키도록 구성되는 승화재생시퀀스 또는 (ii) 상기 불연성 흡착재를 실온 또는 그것보다 고온하에서 상기 진공분위기보다 높은 압력의 건조분위기에 노출시킴으로써 상기 불연성 흡착재를 탈수하도록 구성되는 탈수시퀀스 중 어느 하나를 실행하도록, 상기 가열장치, 상기 퍼지밸브, 상기 러프밸브 중 적어도 하나를 제어하는 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항에 있어서,
상기 센서는, 상기 불연성 흡착재의 온도를 나타내는 온도측정신호를 생성하는 온도센서를 포함하고,
상기 컨트롤러는, 상기 온도측정신호에 근거하여, 상기 불연성 흡착재가 실온에 있다고 간주되는 경우에 상기 탈수시퀀스를 실행하도록, 상기 가열장치, 상기 퍼지밸브, 상기 러프밸브 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제2항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 온도측정신호에 근거하여, 상기 불연성 흡착재가 상기 실온보다 낮은 온도에 있다고 간주되는 경우에 상기 승화재생시퀀스를 실행하도록, 상기 가열장치, 상기 퍼지밸브, 상기 러프밸브 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 측정신호 대신에, 재생개시지령을 받기 직전의 크라이오펌프의 상태에 근거하여 상기 승화재생시퀀스 또는 상기 탈수시퀀스 중 어느 하나를 실행하도록 상기 가열장치, 상기 퍼지밸브, 상기 러프밸브 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 탈수시퀀스에 있어서, 상기 불연성 흡착재 및 상기 크라이오패널을 50℃ 이상으로 가열하도록 상기 가열장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 탈수시퀀스에 있어서, 상기 크라이오펌프하우징에 퍼지가스를 공급하도록 상기 퍼지밸브를 여는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 탈수시퀀스 동안, 상기 러프밸브를 계속 닫는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 진공분위기의 압력은, 100Pa 미만이며, 상기 건조분위기의 압력은, 적어도 1000Pa인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 건조분위기의 압력은, 적어도 1기압인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 불연성 흡착재는, 실리카젤을 주성분으로서 함유하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 크라이오펌프는, 활성탄을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 탈수시퀀스에 이어서 추가탈수시퀀스를 실행하도록, 상기 가열장치, 상기 퍼지밸브, 상기 러프밸브 중 적어도 하나를 제어하고,
상기 추가탈수시퀀스는, 상기 러프밸브를 통한 상기 크라이오펌프하우징의 진공배기에 의하여, 또는, 상기 진공배기와 상기 퍼지밸브를 통한 상기 크라이오펌프하우징으로의 퍼지가스 공급을 번갈아 반복하는 러프 앤드 퍼지에 의하여, 상기 불연성 흡착재에 잔류하는 물을 줄이도록 구성되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제12항에 기재된 크라이오펌프와,
적어도 하나의 다른 크라이오펌프를 구비하고,
상기 러프펌프는, 상기 크라이오펌프와 상기 적어도 하나의 다른 크라이오펌프에 공용되며,
상기 컨트롤러는, 상기 탈수시퀀스를 상기 크라이오펌프와 상기 적어도 하나의 다른 크라이오펌프에서 병행하여 실행하고, 상기 추가탈수시퀀스를 상기 크라이오펌프와 상기 적어도 하나의 다른 크라이오펌프에서 차례로 실행하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 탈수시퀀스에 이어서 상기 승화재생시퀀스를 실행하도록, 상기 가열장치, 상기 퍼지밸브, 상기 러프밸브 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제14항에 기재된 크라이오펌프와,
적어도 하나의 다른 크라이오펌프를 구비하고,
상기 러프펌프는, 상기 크라이오펌프와 상기 적어도 하나의 다른 크라이오펌프에 공용되며,
상기 컨트롤러는, 상기 탈수시퀀스를 상기 크라이오펌프와 상기 적어도 하나의 다른 크라이오펌프에서 병행하여 실행하고, 상기 승화재생시퀀스를 상기 크라이오펌프와 상기 적어도 하나의 다른 크라이오펌프에서 차례로 실행하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프시스템.
크라이오펌프하우징과,
상기 크라이오펌프하우징 내에 배치되며, 불연성 흡착재를 구비하는 크라이오패널과,
상기 불연성 흡착재 및 상기 크라이오패널을 가열하는 가열장치와,
상기 크라이오펌프하우징에 장착되고, 상기 크라이오펌프하우징을 퍼지가스원에 접속하는 퍼지밸브와,
상기 크라이오펌프하우징에 장착되며, 상기 크라이오펌프하우징을 러프펌프에 접속하는 러프밸브와,
탈수시퀀스에 따라 상기 가열장치, 상기 퍼지밸브, 상기 러프밸브 중 적어도 하나를 제어하고, 상기 탈수시퀀스에 후속하여 상기 크라이오펌프하우징에 진공분위기를 생성하도록 상기 러프밸브를 제어하는 컨트롤러를 구비하고,
상기 탈수시퀀스는, 상기 불연성 흡착재를 실온 또는 그것보다 고온하에서 상기 진공분위기보다 높은 압력의 건조분위기에 노출시킴으로써 상기 불연성 흡착재를 탈수하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제16항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 탈수시퀀스에 있어서, 상기 불연성 흡착재 및 상기 크라이오패널을 50℃ 이상으로 가열하도록 상기 가열장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 탈수시퀀스에 있어서, 상기 크라이오펌프하우징에 퍼지가스를 공급하도록 상기 퍼지밸브를 여는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 탈수시퀀스 동안, 상기 러프밸브를 계속 닫는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
불연성 흡착재와,
크라이오펌프의 진공배기운전을 개시하기 위하여,
상기 불연성 흡착재를 실온 또는 그것보다 고온하에서 건조분위기에 노출시킴으로써 상기 불연성 흡착재를 탈수하는 것과,
상기 불연성 흡착재의 탈수 후에, 상기 불연성 흡착재의 주위환경을 진공배기하는 것과,
상기 불연성 흡착재를 진공분위기에서 극저온으로 냉각하는 것을 순서대로 실행하는 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
크라이오펌프의 운전개시방법으로서, 상기 크라이오펌프는, 불연성 흡착재를 갖고, 상기 운전개시방법은,
상기 불연성 흡착재를 실온 또는 그것보다 고온하에서 건조분위기에 노출시킴으로써 상기 불연성 흡착재를 탈수하는 것과,
상기 불연성 흡착재의 탈수 후에, 상기 불연성 흡착재의 주위환경을 진공배기하는 것과,
상기 불연성 흡착재를 진공분위기에서 극저온으로 냉각하는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프의 운전개시방법.