JPH0633872A - クライオポンプの再生方法及び再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ クライオポンプの再生時間を短縮する。 ［構成］ クライオポンプ１のポンプ容器２の底部と第
１段クライオパネル４の底部を貫通して、窒素ガスを導
入するガス導入管１１ａの一端が配設されている。この
ガス導入管１１ａの他端側にはガス導入バルブ１３が接
続され、これの開閉により、ポンプ容器２内に窒素ガス
が導入される。また、ポンプ容器２の底部にはポンプ容
器２内に導入されたガスを導出するガス導出管１２ａの
一端がこれを貫通して配設されている。このガス導出管
１２ａの排出側端部には、ガス導出バルブ１４が接続さ
れ、更にこのガス導出バルブ１４の排出側には、配管１
２ｂを介在させて、水分検出器１０が取り付けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はクライオポンプの再生方
法及び再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型ヘリウム冷凍機によって冷却される
高温側冷却部と低温側冷却部とを備えたクライオポンプ
が、多くの真空排気作業に使用されている。図５に示す
ように、この種のクライオポンプ２０では、筒形のポン
プ容器２をヘリウム冷凍機３に取り付け、ポンプ容器２
の内部に高温側冷却部、すなわち第１段クライオパネル
４を設け、またこの内方に低温側冷却部、すなわち第２
段クライオパネル５が設けられている。

【０００３】このような構成で、クライオポンプは排気
すべき各種の気体をクライオパネル４、５面に凝縮、ま
たは第２段クライオパネル５の内方に設けられている吸
着剤９に吸着させて貯め込むことにより排気する真空ポ
ンプであるため、貯め込まれた気体の量が多くなると、
排気量が減り、到達圧力が得られないので、貯め込んだ
気体を導出して、再度気体を排気できるようにするた
め、再生操作が必要となる。クライオポンプの再生は、
クライオポンプの温度を室温に戻し、凝縮や吸着によっ
て貯め込まれているガスを気体または液体（特に水の場
合）にし、ポンプ外に導出、除去することによって行な
われる。

【０００４】クライオポンプを室温まで昇温させる方法
には、クライオポンプのポンプ容器の外面にヒータ等を
取り付け、外部から加熱する方法や、クライオポンプ内
に窒素等の不活性ガスを導入し、気体の熱量によって加
熱、昇温させる方法や、更に効率の良い再生として、こ
れらのヒータの加熱とガス導入とを併用することが行な
われている。

【０００５】これらの方法のうち、ガス導入法は図５に
おいて、クライオポンプ２０のポンプ容器２内にガス導
入管１１ａと、ガス導出管１２ａを取り付け、ガス導入
管１１ａから加熱された窒素等の不活性ガスをポンプ容
器２内に導入し、この容器２内が昇温すると、凝縮され
ていた気体が気化し、窒素と共にポンプ外にガス導出管
から導出し、除去される。アルゴン、窒素、水素等の蒸
気圧の高い気体は、ポンプ容器２内が室温まで昇温して
いれば、完全に気化しているため、導入されている窒素
ガスと共にポンプ容器２外に排出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、クライオポン
プから最も除去しにくいのは水である。水は室温におい
て大部分が液体であり、かつ蒸気圧が低いため窒素ガス
の流れにより蒸発乾燥させるのには時間がかかる。また
全部の水が蒸発したかどうかを判定するのは困難である
ため、ポンプが室温にもどってから、窒素導入時間が何
時間必要となるかは経験によって決定される。また、水
分の排気量は再生毎に変化するため、ガス導入時間にか
なりの安全率を見込む必要がある。このため、ガス導入
時間に必要以上の時間を要し、装置の稼働率の低下をき
たすなどの問題があった。

【０００７】本発明は以上の問題に鑑みてなされ、窒素
ガス等の不活性ガスをポンプ容器内に導入、導出するこ
とにより、クライオポンプの再生をするのに従来よりも
再生時間を大巾に短縮することができるクライオポンプ
の再生方法及び再生装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の目的は、ポンプ容
器内に冷凍機によって冷却される冷却部を有するクライ
オポンプの再生方法において、前記ポンプ容器内に加熱
した不活性ガスを導入する工程と、前記ポンプ容器内の
圧力が前記不活性ガスにより大気圧に達すると、なお該
加熱した不活性ガスを導入しながら前記ポンプ容器から
外部に導出する工程と、前記ポンプ容器内に前記加熱し
た不活性ガスを導入開始した時の水分を検出する工程
と、前記不活性ガス導出後の前記ポンプ容器内の水分の
変化を検出する工程と、該水分が前記不活性ガス導入開
始時の水分になったことを検知する工程とから成ること
を特徴とするクライオポンプの再生方法によって達成さ
れる。

【０００９】また、以上の目的は冷凍機によって冷却さ
れる冷却部を有するクライオポンプのポンプ容器内に加
熱した不活性ガスを導入しながら該不活性ガスを導出し
て再生するようにしたクライオポンプの再生装置におい
て、前記ポンプ容器内の水分の変化を検出するための水
分検出器を設けたことを特徴とするクライオポンプの再
生装置によって達成される。

【００１０】

【作用】ポンプ容器内の水分の変化を検出するようにし
たので、不活性ガスの導入、導出中にポンプ容器内に水
分が残存している場合は、導出ガスに水分が存在するた
め、この水分の変化を検出することができる。不活性ガ
スの導入後の水分濃度は一旦上昇し、ポンプ容器内が乾
燥し始め、導入した時の水分と同程度まで低下するの
で、不活性ガスをポンプ容器内に導入開始した時の水分
を検出すると共に、不活性ガス導入、導出中のポンプ容
器内の水分の変化を検出すれば、ポンプ容器内が乾燥し
たときを知ることができ、この時点で不活性ガスの導入
を停止する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の第１実施例によるクライオポ
ンプの再生方法及び再生装置について図面を参照して説
明する。尚、従来例と同じ構成については、同一の符号
を付して説明する。

【００１２】図１において、本実施例によるクライオポ
ンプは全体として１で示され、フランジ部２ａを備えた
筒形のポンプ容器２をヘリウム冷凍機３に取り付け、こ
の冷凍機３は低温膨張室がそれぞれに隣接して設けられ
ている第１段冷凍ステージ７と第２段冷凍ステージ８
を、ポンプ容器２の内部に挿入させるようにして取り付
けられる。また、ポンプ容器２内には、熱伝導により上
記冷凍ステージ７、８により冷却される冷却部が設けら
れている。この冷却部の構造を簡単に説明すると、ポン
プ容器２内に薄板状の無酸素銅又はアルミニウム製の金
属板からなる第１段クライオパネル４と第２段クライオ
パネル５が配設されている。外側の第１段クライオパネ
ル４は、カップ状に形成され、第１段冷凍ステージ７上
に上向きに配設され、この上端部にバッフル６が設けら
れている。

【００１３】更に、第１段クライオパネル４の内方に
は、第２段クライオパネル５がカップ状に形成され、第
２段冷凍ステージ８上に下向きに配設されている。また
第２段クライオパネルの内方には、活性炭やモレキュラ
ーシーブス等の吸着剤９が設けられている。

【００１４】クライオポンプ１を再生するための再生装
置Ｆの構成を説明すると、ポンプ容器２の図面における
左方底部と第１段クライオパネル４の左方底部を貫通し
て、窒素ガスを導入するガス導入管１１ａの一端が配設
されている。ガス導入管１１ａはポンプ容器２の底部に
外気と気密に配設され、図示されていない加熱窒素供給
源に配管１１ｂ及びガス導入バルブ１３を介在させて接
続されている。ガス導入バルブ１３はバルブの開閉によ
り、ポンプ容器２内に導入される窒素ガスの供給、停止
を制御する。また、ポンプ容器２の右方底部にはポンプ
容器２内に導入されたガスを導出するガス導出管１２ａ
の一端が底部を貫通して配設され、この底部とガス導出
管１２ａは外気と気密に配設されている。このガス導出
管１２ａの排出側端部には、ガス導出バルブ１４が接続
され、更にこのガス導出バルブ１４の排出側には、配管
１２ｂを介在させて、水分検出器１０（尚、本明細書に
おいて、水分検出器は湿度検出器など、これらに同等な
ものも含む。）が取り付けられている。ガス導出バルブ
１４はその開閉により、窒素ガスの排出、停止を制御す
る。また、ガス導出管１２ａにはポンプ容器２内が大気
圧であるか確認するための大気圧確認器ＰＳが接続され
ている。

【００１５】このように構成されているクライオポンプ
１はポンプ容器２のフランジ部２ａがメインバルブを介
して、図示されていない真空装置に接続され、更にクラ
イオポンプ１の外部には冷凍サイクルを循環させるコン
プレッサが接続されている。

【００１６】本発明の第１実施例によるクライオポンプ
１は以上のように構成されているが、次にその作用につ
いて説明する。

【００１７】クライオポンプ１が取り付けられている図
示されていない真空装置内を所定の圧力に減圧（粗引
き）させた後、クライオポンプ１の冷凍サイクルを起動
させる。これにより第１段冷凍ステージ７及び第２段冷
凍ステージ８がそれぞれ所定の温度に冷却される。各ク
ライオパネル４、５の望ましい温度は第１段クライオパ
ネル４が７０Ｋ〜９０Ｋであり、第２段クライオパネル
５が１０Ｋ〜２０Ｋである。

【００１８】クライオポンプ１が作動すると、この開口
部から流入する気体分子のうちの凝縮温度の高い水蒸
気、二酸化炭素等をバッフル６及び第１段クライオパネ
ル４が凝縮固化し、これよりも凝縮温度の低い酸素、窒
素、アルゴン等の凝縮性ガスを第２段クライオパネル５
が凝縮固化する。これらの凝縮性ガスよりも凝縮温度の
最も低い、水素やヘリウムはクライオパネル４、５で凝
縮できないので、吸着剤９により吸着を行なっている。

【００１９】このようにクライオポンプ１が作動して、
各クライオパネル４、５及び吸着剤９に気体が凝縮固化
または吸着され、これらの量が増大すると、気体の排気
速度が減少したり、到達圧力が得られなくなることがあ
り、クライオポンプ１の再生作業が必要となる。以下、
その再生手順を説明する。

【００２０】クライオポンプ１の運転を停止し、ガス導
入バルブ１３を開くと、ほぼ真空空間であるポンプ容器
２内に加熱された窒素ガスが導入される。この時点で
は、ガス導出バルブ１４は閉じられたままであるので、
ポンプ容器２内とガス導出管１２ａ内は同圧である。大
気圧確認器ＰＳにより、ポンプ容器２内が大気圧になっ
たことが確認できたら、ガス導出バルブ１４を開き、窒
素ガスをガス導出管１２ａからポンプ容器２外に導出す
る。窒素ガスはガス導出バルブ１４、水分検出器１０を
通り排気される。この時の水分の量、すなわち水分検出
器１０により検出される湿度は凝縮された気体がまだ気
化されず、窒素ガスの湿度である。

【００２１】ポンプ容器２内は窒素ガスの導入により昇
温し、更に窒素ガスはガス導入管１１ａの端部がカップ
形状の第１段クライオパネル４の底部を貫通し、ガス導
出管１２ａがポンプ容器２の内壁と第１段クライオパネ
ル４の底面との間に配設されているので、窒素ガスは第
１段、第２段クライオパネル４、５のパネル面を流通
し、ここに凝縮固化あるいは吸着剤に吸着された水など
の気体は、窒素ガスの熱量により、気化して窒素ガスと
一緒になってガス導出管１２ａからポンプ容器２外へと
排気される。

【００２２】ポンプ容器２外に窒素ガスと共に導出さ
れ、気化された水の量を図２により具体的に説明する
と、ガス導入バルブ１３、ガス導出バルブ１４が開かれ
た直後のＡ〜Ｂの再生開始の状態では、ポンプ容器２内
の温度上昇が小さく、水分検出器１０で検知される湿度
は、窒素ガスの湿度の量である。窒素ガスの熱量によ
り、ポンプ容器２内が０℃（Ｂ点）を越えはじめると、
水の気化が始まり、この蒸発量が増加する。これによ
り、Ｂ〜Ｃ間で示すように水分検出器１０で検出される
湿度は導入窒素ガスの湿度レベルよりも高くなり、徐々
にハイレベルに達する。このハイレベルとなった状態
で、Ｃ〜Ｄ間に示すように引き続き、ポンプ容器２内に
窒素の導入、導出を継続することにより、ポンプ容器２
内の水分も窒素ガスと共に排出される。やがて、ポンプ
容器２内の水分が減少するにつれて、Ｄ〜Ｅ間で示され
るように排出される窒素ガスの湿度が減少し、水分検出
器１０の湿度の検出量が初めの窒素の湿度レベルと同程
度Ｅとなったことを検知する。この時点でポンプ容器２
内の水分の除去が完了しているので、ガス導入バルブ１
３及びガス導出バルブ１４を閉じる。

【００２３】以上のように本実施例では、放出する窒素
ガス中の水分を水分検出器１０により検出することがで
き、窒素ガスの導入、導出を続け、ポンプ容器２内の水
分が完全に蒸発、除去されると、窒素の導出ガス中の水
分濃度は導入している窒素ガスの水分濃度と同程度まで
低下するため、ポンプ内が完全に乾燥したことを知るこ
とができる。この時点で窒素ガスの導入を停止すること
により、ガス導入時間に対する安全率をとる必要がな
く、窒素ガスの導入時間の短縮、すなわちクライオポン
プの再生時間の短縮ができ、ポンプ容器２内の水分除去
を効率よく確実に行なうことができる。

【００２４】以上の作業が終了した後は、ポンプ容器２
内を図示されていない粗引き用ポンプで所定の圧力まで
粗引きし、粗引きが完了したらクライオポンプ１を起動
し、ポンプ容器２内を冷却する。冷却が完了すれば、ク
ライオポンプ１は気体を排気できる状態となり、クライ
オポンプ１の再生が完了する。

【００２５】次に、本発明の第２実施例によるクライオ
ポンプの再生方法及び再生装置について、図３を参照し
て説明する。尚、第１実施例と同一の構成については同
一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【００２６】図３において本実施例によるクライオポン
プは全体として２１で示され、このクライオポンプ２１
を再生するための再生装置Ｇの構成を説明すると、ポン
プ容器１５の周壁部に、この周壁を貫通する孔１６をを
設け、この孔１６に水分検出器１０ａの検出部が臨むよ
うにして、水分検出器１０ａが取り付けられている。第
１実施例ではガス導出管の管路に接続して窒素ガスの湿
度を検出したのに代えて、ポンプ容器２内から孔１６に
導入された窒素ガスの湿度を検出するようにしている。
本実施例によるクライオポンプ２１の再生装置Ｇは以上
のように構成されているが、クライオポンプ２１の冷却
部などの他の構成については、第１実施例と同様であ
り、また再生の工程についても同様である。

【００２７】水分検出器は第１実施例のようにガス導出
管側の管路に取り付けるのが最も効率的であるが、本実
施例による構造でもポンプ容器１５内が完全に乾燥した
ことを知ることができ、ガス導入時間に対する安全率を
とる必要がなく、窒素ガスの導入時間の短縮、すなわち
クライオポンプ２１の再生時間の短縮ができ、ポンプ容
器１５内の水分除去を効率よく確実に行なうことができ
るのは明らかである。

【００２８】次に、本発明の第３実施例による、クライ
オポンプの再生方法及び再生装置について図４を参照し
て説明する。尚、クライオポンプの冷却部については第
１実施例と同一の構成であり、その詳細な説明は省略す
る。

【００２９】図４において本実施例によるクライオポン
プ２２を再生するための再生装置Ｈの構成を説明する
と、マニホールド２７及び真空バルブ２６を介在させて
真空装置２５に取り付けられている。マニホールド２７
の周壁２７ａには、加熱した窒素ガスを導入するガス導
入管２９ａの一端が接続されている。ガス導入管２９ａ
はマニホールド２７の周壁２７ａに外気と気密に接続さ
れ、図示されていない加熱窒素供給源に配管２９ｂ及び
ガス導入バルブ３１を介在させて接続されている。ガス
導入バルブ３１はバルブの開閉により、ポンプ容器２４
内に導入される窒素ガスの供給、停止を制御する。ま
た、マニホールド２７の周壁２７ａに対向する周壁２７
ｂには、マニホールド２７からポンプ容器２４内に導入
され、再度マニホールド２７に戻されたガスを、外部に
導出するガス導出管３０ａの一端がこの周壁２７ｂに外
気と気密に配設されている。このガス導出管３０ａの排
出側端部には、ガス導出バルブ３２が接続され、更にこ
のガス導出バルブ３２の排出側には、配管３０ｂを介在
させて、水分検出器２８が取り付けられている。

【００３０】以上、本発明の第３実施例の構成について
説明したが、本第３実施例でも第１実施例と同様な再生
工程により、ポンプ容器２４内が完全に乾燥したことを
知ることができ、ガス導入時間に対する安全率をとる必
要がなく、窒素ガスの導入時間の短縮、すなわちクライ
オポンプ２２の再生時間の短縮ができ、効率よくポンプ
容器２４内の水分除去を確実に行なうことができるのは
明らかである。

【００３１】以上、本発明の各実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。

【００３２】例えば、以上の各実施例としてポンプ容器
内に導入する不活性ガスとして窒素ガスを用いたが、こ
れは窒素ガスに限らず他の不活性ガスを用いることもで
きる。また、従来例で説明したヒータ加熱とガスを併用
してクライオポンプの再生を行なうものにも、勿論、適
用することができる。

【００３３】また、以上の第１、第３実施例では水分検
出器をガス導出バルブの排出側に取り付けたが、クライ
オポンプとガス導出バルブとの間に取り付けてもよい。

【００３４】また、第２実施例ではガス検出器をポンプ
容器の周壁に孔を設けて取り付けたが、これはポンプ容
器内であってもよく、例えば水分検出器の検出部をポン
プ容器内の壁部や第２段冷凍ステージなどのポンプ容器
内の他の位置に取り付けてもよい。この場合、水分検出
信号はリード線を気密にポンプ容器に挿通させ、これか
ら導出するようにすればよい。

【００３５】

【発明の効果】以上、述べたように本発明のクライオポ
ンプの再生方法及び再生装置によれば、クライオポンプ
のポンプ容器内の不活性ガスの水分の変化を検出するこ
とにより、ポンプ容器内の水分が除去されたと知ること
ができ、ポンプ容器内から水分が無くなった時点でガス
導入を停止することができる。これにより、クライオポ
ンプの再生時間を大巾に短縮することができ、稼働率を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるクライオポンプの主
要部の概略部分破断正面図である。

【図２】同ポンプ容器内に導入され、導出される窒素ガ
スの湿度の変化を示す図である。

【図３】本発明の第２実施例によるクライオポンプの主
要部の概略部分破断正面図である。

【図４】本発明の第３実施例によるクライオポンプの主
要部の概略正面図である。

【図５】従来におけるクライオポンプの主要部の概略部
分破断正面図である。

【符号の説明】

１ クライオポンプ ２ ポンプ容器 ３ 冷凍機 ４ 第１段クライオパネル ５ 第２段クライオパネル ６ バッフル １０ 水分検出器 １０ａ 水分検出器 １５ ポンプ容器 ２１ クライオポンプ ２２ クライオポンプ ２４ ポンプ容器 ２８ 水分検出器 Ｆ 再生装置 Ｇ 再生装置 Ｈ 再生装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプ容器内に冷凍機によって冷却され
   る冷却部を有するクライオポンプの再生方法において、
   前記ポンプ容器内に加熱した不活性ガスを導入する工程
   と、前記ポンプ容器内の圧力が前記不活性ガスにより大
   気圧に達すると、なお該加熱した不活性ガスを導入しな
   がら前記ポンプ容器から外部に導出する工程と、前記ポ
   ンプ容器内に前記加熱した不活性ガスを導入開始した時
   の水分を検出する工程と、前記不活性ガス導出後の前記
   ポンプ容器内の水分の変化を検出する工程と、該水分が
   前記不活性ガス導入開始時の水分になったことを検知す
   る工程とから成ることを特徴とするクライオポンプの再
   生方法。
2. 【請求項２】 冷凍機によって冷却される冷却部を有す
   るクライオポンプのポンプ容器内に加熱した不活性ガス
   を導入しながら該不活性ガスを導出して再生するように
   したクライオポンプの再生装置において、前記ポンプ容
   器内の水分の変化を検出するための水分検出器を設けた
   ことを特徴とするクライオポンプの再生装置。