JPH0660632B2 - Cryopump - Google Patents
CryopumpInfo
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- JPH0660632B2 JPH0660632B2 JP60188991A JP18899185A JPH0660632B2 JP H0660632 B2 JPH0660632 B2 JP H0660632B2 JP 60188991 A JP60188991 A JP 60188991A JP 18899185 A JP18899185 A JP 18899185A JP H0660632 B2 JPH0660632 B2 JP H0660632B2
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- helium
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ポンプ容器内に流入した各ガス成分を冷却に
より凝縮排気させて真空状態を得るクライオポンプに関
する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cryopump for obtaining a vacuum state by condensing and exhausting each gas component flowing into a pump container by cooling.
（従来の技術） 従来、このクライオポンプとしては、ヘリウム冷凍機に
より寒冷状態を発生させるヘリウム冷凍機式のもの、液
体ヘリウムにより寒冷状態を得る液溜め式のもの、液体
ヘリウムを連続して供給する連続フロー式のものがよく
知られている。このうち、ヘリウム冷凍機式のクライオ
ポンプは、例えば特開昭５８−１３１３８１号公報に開
示されているように、ヘリウムガスの膨張により１００
〜６０Ｋの温度の第１ヒートステーションと、２０〜１
０Ｋの温度の第２のヒートステーションとの２段の寒冷
状態を発生させるヘリウム冷凍機を利用し、該冷凍機に
おける各ヒートステーションにそれぞれクライオパネル
を熱的に接触させて該各クライオパネルを冷却し、この
冷却されたクライオパネルに各ガス成分を接触せしめて
凝縮排気させるようにしたものである。(Prior Art) Conventionally, as this cryopump, a helium refrigerator type that produces a cold state by a helium refrigerator, a liquid pool type that obtains a cold state by liquid helium, and liquid helium are continuously supplied. The continuous flow type is well known. Among them, the helium refrigerator type cryopump has a capacity of 100 due to expansion of helium gas, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 58-131381.
First heat station with temperature of ~ 60K and 20 ~ 1
A helium refrigerator that generates a two-stage cold state with a second heat station at a temperature of 0 K is used, and each heat station in the refrigerator is brought into thermal contact with each cryopanel to cool each cryopanel. Then, each gas component is brought into contact with the cooled cryopanel to be condensed and exhausted.
しかし、このヘリウム冷凍機を利用したヘリウム冷凍機
式のクライオポンプでは、ヘリウム冷凍機の第２ヒート
ステーションで到達する２０〜１０Ｋであってもヘリウ
ム、ネオン、水素等のガスは高い飽和蒸気圧を示して凝
縮排気が困難である。このため、上記２０〜１０Ｋに冷
却される第２のクライオパネルに低温度で気体を吸着す
る活性炭等の低温吸着剤を貼り付け、この吸着剤の気体
吸着効果によりヘリウム、ネオン、水素等のガスを排気
するようになされている。However, in a helium refrigerator-type cryopump using this helium refrigerator, even if the temperature reaches 20 to 10 K at the second heat station of the helium refrigerator, gases such as helium, neon, and hydrogen have a high saturated vapor pressure. Condensed exhaust is difficult to show. Therefore, a low temperature adsorbent such as activated carbon that adsorbs a gas at a low temperature is attached to the second cryopanel cooled to 20 to 10K, and a gas such as helium, neon or hydrogen is adsorbed by the gas adsorbing effect of the adsorbent. Is designed to be exhausted.
（発明が解決しようとする課題） ところが、こうして低温吸着剤を用いてヘリウム等のガ
スを吸着排気する場合、その吸着剤の熱伝導率が低いた
め、気体吸着に伴って発生する吸着熱により該吸着剤自
体が温度上昇してその吸着性能が低下し、その結果、ヘ
リウム、ネオン、水素等に対する排気速度・容量が小さ
くなるという問題があった。(Problems to be solved by the invention) However, when a gas such as helium is adsorbed and exhausted using the low-temperature adsorbent in this way, the heat conductivity of the adsorbent is low, so that the adsorption heat generated by gas adsorption causes There has been a problem that the temperature of the adsorbent itself rises and its adsorbing performance deteriorates, and as a result, the exhaust speed / capacity for helium, neon, hydrogen, etc. decreases.
また、吸着剤に活性度の高いガスが多量に吸着される
と、先に捕えられていた低活性の水素やネオンガスが放
出されるという問題もあった。In addition, when a large amount of highly active gas is adsorbed by the adsorbent, there is a problem that the low-activity hydrogen and neon gas that have been captured are released.
尚、ヘリウム冷凍機を用いない上記液溜め式や連続フロ
ー式のクライオポンプでは、そのクライオパネルの低温
温度が４Ｋ前後に到達するために、上記の如き問題は生
じない。しかし、これらのクライオポンプは取扱いの容
易な点でヘリウム冷凍機式のものに劣り、また液体ヘリ
ウムが高価であるので、一般への普及が乏しいのが現状
であり、上記ヘリウム冷凍機式のものの持つ問題を解決
することが優先的に課題となっている。In the liquid sump type and continuous flow type cryopumps that do not use a helium refrigerator, the above-mentioned problems do not occur because the cryogenic temperature of the cryopanel reaches around 4K. However, these cryopumps are inferior to those of the helium refrigerator type in terms of easy handling, and since liquid helium is expensive, it is the current situation that it is not widely used in the general public. Solving the problems that they have is a priority issue.
本発明は以上の諸点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、上記のヘリウム冷凍機を利用した所定
の低温発生手段により約１０Ｋ以下の極低温の寒冷状態
を発生させて、その寒冷状態により水素、ネオンガスを
主として凝縮排気させるようにすることにより、クライ
オポンプの吸着器に吸着された水素ガス等の放出現象を
基本的になくし、かつポンプの水素、ネオン等のガスに
対する排気速度・容量を増大させるようにすることにあ
る。The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to generate an extremely low temperature cold state of about 10 K or less by a predetermined low temperature generation means using the above helium refrigerator, By mainly condensing and exhausting hydrogen and neon gas in a cold state, the release phenomenon of hydrogen gas adsorbed by the cryopump adsorber is basically eliminated, and the pumping speed for hydrogen, neon gas, etc. -To increase the capacity.
（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成すべく、本発明の解決手段は、第１図
に示すように、クライオポンプのポンプ容器（１）に、
ヘリウムガスの膨張により第１のヒートステーション
（６）で寒冷状態を、また第２ヒートステーション
（７）で上記第１のヒートステーション（６）よりも低
温の寒冷状態をそれぞれ発生させるヘリウム冷凍機
（２）と、該ヘリウム冷凍機（２）の各ヒートステーシ
ョン（６），（７）で発生した寒冷状態によってヘリウ
ムガスを予冷し、その予冷されたヘリウムガスをジュー
ルトムソン膨張させて第３のヒートステーション（２
２）で上記第２のヒートステーション（７）よりも低温
の４．２Ｋ程度の寒冷状態を発生させるＪ−Ｔ回路ユニ
ット（８）とを取り付ける。(Means for Solving the Problem) In order to achieve the above-mentioned object, the solution means of the present invention is, as shown in FIG. 1, a pump container (1) of a cryopump,
A helium refrigerator (1) that produces a cold state at the first heat station (6) and a cold state at a lower temperature than the first heat station (6) at the second heat station (7) due to expansion of helium gas ( 2) and helium gas is pre-cooled by the cold state generated in each heat station (6), (7) of the helium refrigerator (2), and the pre-cooled helium gas is expanded by Joule-Thomson to produce a third heat. Station (2
In 2), the JT circuit unit (8) for generating a cold state of about 4.2K which is lower than the second heat station (7) is attached.
一方、ポンプ容器（２）内には、その外側から順に、上
記冷凍機（２）およびＪ−Ｔ回路ユニット（８）におけ
る第１ないし第３のヒートステーション（６），
（７），（２２）にそれぞれ熱接触して冷却される第１
ないし第３のクライオパネル（２３）〜（２５）を配設
し、その第３のクライオパネル（２５）は、表面に気体
吸着剤が具備されていないパネル材からなし、かつ１０
Ｋ以下に冷却されるように構成する。On the other hand, in the pump container (2), the first to third heat stations (6) in the refrigerator (2) and the JT circuit unit (8) are arranged in order from the outside.
First cooled by being in thermal contact with (7) and (22) respectively
To third cryopanels (23) to (25) are provided, and the third cryopanel (25) is made of a panel material having no gas adsorbent on its surface, and
It is configured to be cooled below K.
（作用） 上記の構成により、本発明では、クライオポンプの作動
に伴い、ヘリウム冷凍機（２）及びＪ−Ｔ回路ユニット
（８）の各ヒートステーション（６），（７），（２
２）で所定温度の寒冷状態が発生し、この寒冷状態の発
生により該各ヒートステーション（６），（７），（２
２）に熱接触している各クライオパネル（２３）〜（２
５）が冷却され、この状態でポンプ容器（１）内に導入
された気体が第１ないし第３クライオパネル（２３）〜
（２５）に接触する。そして、ヘリウム冷凍機（２）の
第１のヒートステーション（６）に熱接触して例えば約
７０Ｋに冷却されている第１のクライオパネル（２３）
において水蒸気、二酸化炭素等のガスが凝縮排気され、
同様に冷凍機（２）の第２のヒートステーション（７）
に熱接触して例えば約２０Ｋに冷却されている第２のク
ライオパネル（２４）において窒素、酸素、アルゴン等
のガスが凝縮される。さらに、Ｊ−Ｔ回路ユニット
（８）の第３のヒートステーション（２２）は４．２Ｋ
程度の寒冷状態となり、この第３のヒートステーション
（２２）に熱接触している第３のクライオパネル（２
５）が１０Ｋ以下に冷却され、この第３のクライオパネ
ル（２５）に接触して、ネオンガスは略１０-10Torr程
度まで凝縮されて排気される一方、水素ガスは略１０-5
Torr程度まで凝縮されて排気される。以上のように水
素、ネオンガスは気体吸着剤のないパネル材からなる第
３のクライオパネル（２５）に接触して凝縮排気される
ため、これらのガスを気体吸着剤により吸着排気する場
合に比べ、ガスの排気速度及び排気容量を増大できるこ
とになる。(Operation) According to the present invention, the heat stations (6), (7), (2) of the helium refrigerator (2) and the JT circuit unit (8) are operated according to the present invention in accordance with the operation of the cryopump.
In 2), a cold state of a predetermined temperature is generated, and the occurrence of this cold state causes the heat stations (6), (7), (2).
Each cryopanel (23) to (2) in thermal contact with (2)
5) is cooled, and the gas introduced into the pump container (1) in this state is the first to third cryopanels (23) to
Contact (25). Then, the first cryopanel (23) is in thermal contact with the first heat station (6) of the helium refrigerator (2) and cooled to, for example, about 70K.
At the same time, gases such as water vapor and carbon dioxide are condensed and exhausted,
Similarly, the second heat station (7) of the refrigerator (2)
Gases such as nitrogen, oxygen and argon are condensed in the second cryopanel (24) which is in thermal contact with and is cooled to, for example, about 20K. Furthermore, the third heat station (22) of the JT circuit unit (8) is 4.2K.
The third cryopanel (2) which is in a cold state to some extent and is in thermal contact with the third heat station (22).
5) is cooled to 10 K or less and contacts the third cryopanel (25), the neon gas is condensed to about 10 -10 Torr and exhausted, while the hydrogen gas is about 10 -5.
It is condensed to about Torr and exhausted. As described above, since hydrogen and neon gas are condensed and exhausted by contacting the third cryopanel (25) made of a panel material without a gas adsorbent, compared with the case where these gases are adsorbed and exhausted by the gas adsorbent. The pumping speed and the pumping capacity of the gas can be increased.
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。(Example) Hereinafter, the Example of this invention is described based on drawing.
第１図、第２図及び第３図は本発明の実施例のクライオ
ポンプ（Ａ）を示し、（１）は上面が開放された有底円
筒状のポンプ容器であって、該ポンプ容器（１）の側壁
（１ａ）にはヘリウムガスを膨張させて寒冷状態を発生
させるヘリウム冷凍機（２）と、該ヘリウム冷凍機
（２）により予冷されたヘリウムガスをジュールトムソ
ン膨張させて寒冷状態を発生させるＪ−Ｔ回路ユニット
（８）とが上下に並んで取り付けられている。FIGS. 1, 2 and 3 show a cryopump (A) according to an embodiment of the present invention, wherein (1) is a bottomed cylindrical pump container having an open top surface. The side wall (1a) of 1) expands helium gas to generate a cold state, and the helium gas precooled by the helium refrigerator (2) is expanded by Joule-Thomson to cool it. The JT circuit unit (8) to be generated is mounted side by side vertically.
上記ヘリウム冷凍機（２）は、先端部がポンプ容器
（１）内に臨むようにポンプ容器（１）の側壁（１ａ）
に貫通支持された密閉円筒状のケース（３）を有し、該
ケース（３）内には図示しないが回転する毎にヘリウム
ガスを膨張させる回転バルブと、該バルブを回転駆動す
る電動モータとが装入されている。また、上記ケース
（３）には高圧ヘリウムガス入口（４）及び低圧ヘリウ
ムガス出口（５）が開口され、この高圧ヘリウムガス入
口（４）及び低圧ヘリウムガス出口（５）はヘリウムガ
スを圧縮するヘリウム圧縮機（図示せず）の吐出側及び
吸込側にそれぞれ接続されており、高圧ヘリウムガス入
口（４）からケース（３）内に流入した圧縮機からの高
圧ヘリウムガスを回転バルブの開弁動作により断熱膨張
させて第１のヒートステーション（６）で約７０Ｋの温
度の寒冷状態を、またケース（３）先端に位置する第２
のヒートステーション（７）で上記第１のヒートステー
ション（６）よりも低温の約２０Ｋの温度の寒冷状態を
それぞれ発生させるとともに、その膨張後の低圧ヘリウ
ムガスをケース（３）の低圧ヘリウムガス出口（５）か
ら圧縮機に戻すように構成されている。In the helium refrigerator (2), the side wall (1a) of the pump container (1) is arranged so that its tip end faces the inside of the pump container (1).
A closed cylindrical case (3) penetratingly supported in the inside of the case, and a rotary valve (not shown) for expanding the helium gas each time it rotates, and an electric motor for rotationally driving the valve (not shown). Has been charged. Further, a high pressure helium gas inlet (4) and a low pressure helium gas outlet (5) are opened in the case (3), and the high pressure helium gas inlet (4) and the low pressure helium gas outlet (5) compress the helium gas. The high pressure helium gas from the compressor, which is connected to the discharge side and the suction side of a helium compressor (not shown) and flows into the case (3) from the high pressure helium gas inlet (4), opens the rotary valve. Adiabatic expansion is performed by the operation to bring the first heat station (6) into a cold state at a temperature of about 70 K, and the second located at the tip of the case (3).
Of the low temperature helium gas at the low pressure helium gas outlet of the case (3). It is configured to return to the compressor from (5).
また、上記Ｊ−Ｔ回路ユニット（８）は、上記ヘリウム
冷凍機（２）下方のポンプ容器（１）の側壁（１ａ）に
ヘリウム冷凍機（２）と略平行に貫通支持され高圧ヘリ
ウムガス入口（９）から１次側に流入したヘリウムガス
を２次側内の低温ヘリウムガスと熱交換して冷却する第
１のＪ−Ｔ熱交換器（１１）と、該熱交換器（１１）か
らのヘリウムガス中の不純物を吸着除去する第１の吸着
器（１２）と、上記ヘリウム冷凍機（２）の第１のヒー
トステーション（６）に無酸素銅線等の熱良導体（１
３）を介して熱接触され、上記第１の吸着器（１２）か
ら流入したヘリウムガスを予冷するコイル状の第１の予
冷器（１４）と、該予冷器（１４）から１次側に流入し
たヘリウムガスを２次側内の低温ヘリウムガスと熱交換
して冷却する第２のＪ−Ｔ熱交換器（１５）と、該熱交
換器（１５）から流入したヘリウムガス中の不純物を除
去する第２の吸着器（１６）と、ヘリウム冷凍機（２）
の第２のヒートステーション（７）に熱良導体（１７）
を介して熱接触され、上記第２の吸着器（１６）から流
入したヘリウムガスを予冷するコイル状の第２の予冷器
（１８）と、該予冷器（１８）から１次側に流入したヘ
リウムガスを２次側内の低温ヘリウムガスと熱交換させ
て冷却する第３のＪ−Ｔ熱交換器（１９）と、該熱交換
器（１９）から第３の吸着器（２０）を経由して供給さ
れたヘリウムガスをジュールトムソン膨張させるＪ−Ｔ
弁（２１）と、該Ｊ−Ｔ弁（２１）通過後の気液混合状
態のヘリウムにより約４Ｋの温度の寒冷状態を発生する
第３のヒートステーション（２２）（冷却器）とからな
る。該第３のヒートステーション（２２）は上記第３な
いし第１Ｊ−Ｔ熱交換器（１９），（１５），（１１）
の各２次側を介して低圧ヘリウムガス出口（１０）に接
続され、該低圧ヘリウムガス出口（１０）及び上記高圧
ヘリウムガス入口（９）はそれぞれ上記圧縮機とは異な
る別の圧縮機（図示せず）の吸込側及び吐出側に接続さ
れており、その圧縮機から吐出された高圧のヘリウムガ
スを第１ないし第３のＪ−Ｔ熱交換器（１１），（１
５），（１９）で２次側の低温ヘリウムガスと熱交換さ
せるとともに、予冷器（１４），（１８）においてヘリ
ウム冷凍機（２）の各ヒートステーション（６），
（７）で発生した寒冷状態により予冷し、その予冷され
たヘリウムガスをＪ−Ｔ弁（２１）でジュールトムソン
膨張させて第３のヒートステーション（２２）で上記第
２のヒートステーション（７）よりも低温の約４Ｋの寒
冷状態を発生させ、上記膨張後の低圧ヘリウムガスを第
３ないし第１の熱交換器（１９），（１５），（１１）
の各２次側を通して圧縮機に吸入させるように構成され
ている。The JT circuit unit (8) is supported by the side wall (1a) of the pump container (1) below the helium refrigerator (2) so as to penetrate therethrough substantially parallel to the helium refrigerator (2). From the first JT heat exchanger (11) for heat-cooling the helium gas flowing into the primary side from (9) with the low temperature helium gas in the secondary side, and the heat exchanger (11). The first adsorber (12) for adsorbing and removing the impurities in the helium gas and the first heat station (6) of the helium refrigerator (2) have a good thermal conductor (1) such as an oxygen-free copper wire.
3) a coil-shaped first precooler (14) for precooling the helium gas that has been in thermal contact with the first adsorber (12) and is preheated from the precooler (14) to the primary side. A second JT heat exchanger (15) for exchanging heat with the low temperature helium gas in the secondary side to cool the inflowing helium gas, and impurities in the helium gas inflowing from the heat exchanger (15). A second adsorber (16) for removal and a helium refrigerator (2)
Good heat conductor (17) in the second heat station (7) of
The second precooler (18) in the form of a coil, which is in thermal contact with the helium gas through the second adsorber (16) and precools the helium gas, and then flows into the primary side from the precooler (18). Via a third JT heat exchanger (19) for cooling the helium gas by exchanging heat with the low temperature helium gas in the secondary side, and from the heat exchanger (19) to a third adsorber (20) JT for expanding Joule-Thomson with helium gas
It comprises a valve (21) and a third heat station (22) (cooler) which produces a cold state at a temperature of about 4K by helium in a gas-liquid mixed state after passing through the JT valve (21). The third heat station (22) includes the third to first JT heat exchangers (19), (15), (11).
Is connected to the low-pressure helium gas outlet (10) via each secondary side of the compressor, and the low-pressure helium gas outlet (10) and the high-pressure helium gas inlet (9) are different from the compressor (see FIG. (Not shown) are connected to the suction side and the discharge side, and the high-pressure helium gas discharged from the compressor is used for the first to third JT heat exchangers (11), (1).
In 5) and (19), heat is exchanged with the low temperature helium gas on the secondary side, and in the precoolers (14) and (18), each heat station (6) of the helium refrigerator (2),
It is pre-cooled by the cold state generated in (7), the pre-cooled helium gas is expanded by Joule-Thomson by the JT valve (21), and the second heat station (7) is operated by the third heat station (22). A cold state of about 4K, which is lower than the above temperature, is generated, and the expanded low-pressure helium gas is supplied to the third to first heat exchangers (19), (15), (11).
Is configured to be sucked into the compressor through each of the secondary sides.
一方、上記ポンプ容器（１）内には上面にガス導入口
（２３ａ），（２３ａ），…が開口された密閉円筒缶状
の第１のクライオパネル（２３）がポンプ容器（１）か
ら隔離した状態で配設され、該クライオパネル（２３）
はその側壁（２３ｂ）にて上記ヘリウム冷凍機（２）に
おけるケース（３）の第１のヒートステーション（６）
部分に結合支持されており、この結合支持により第１の
クライオパネル（２３）を第１のヒートステーション
（６）と熱接触せしめて該第１のヒートステーション
（６）と同等の約７０Ｋの温度に冷却するようになされ
ている。On the other hand, in the pump container (1), a first cryopanel (23) in the form of a closed cylindrical can having gas inlets (23a), (23a), ... Opened on the upper surface is isolated from the pump container (1). And the cryopanel (23)
At the side wall (23b) of the helium refrigerator (2), the first heat station (6) of the case (3).
The first cryopanel (23) is brought into thermal contact with the first heat station (6) by the joint support, and the temperature of about 70 K is equal to that of the first heat station (6). It is designed to cool down.
また、上記第１のクライオパネル（２３）内には該クラ
イオパネル（２３）と同様に上面にガス導入口（２４
ａ），（２４ａ），…が開口された密閉円筒缶状の第２
のクライオパネル（２４）が、第１のクランオパネル
（２３）から隔離しかつ中心を該クライオパネル（２
３）に対してオフセットせしめた状態で配設されてい
る。該第２のクライオパネル（２４）は、第１のクラン
オパネル（２３）からのオフセットにより該パネル（２
３）の側壁（２３ｂ）から離れた側の側壁（２４ｂ）に
て上記ヘリウム冷凍機（２）におけるケース（３）の第
２のヒートステーション（７）部分に結合支持されてお
り、この結合支持により第２のクライオパネル（２４）
を第２のヒートステーション（７）と熱接触させて該第
２のヒートステーション（７）と同等の約２０Ｋの温度
まで冷却するようになされている。In addition, in the first cryopanel (23), a gas inlet (24) is formed on the upper surface in the same manner as the cryopanel (23).
a), (24a), ... Second closed cylindrical can-shaped opening
Of the cryopanel (24) separates from the first clan panel (23) and centers the cryopanel (2).
It is arranged in a state of being offset with respect to 3). The second cryopanel (24) is offset from the first cryopanel (23) by the panel (2).
The side wall (24b) on the side away from the side wall (23b) of (3) is coupled and supported to the second heat station (7) portion of the case (3) of the helium refrigerator (2). By the second cryopanel (24)
Is brought into thermal contact with the second heat station (7) to cool it to a temperature of about 20 K, which is equivalent to that of the second heat station (7).
さらに、上記第２のクライオパネル（２４）内には下方
に開口する略ハット状の第３のクライオパネル（２５）
が第２のクライオパネル（２４）から隔離した状態で配
設されている。該第３のクライオパネル（２５）はパネ
ル材のみからなっていて、その表面には気体を吸着する
ための低温吸着剤が取り付けられていない。そして、そ
の内面において、第２のクライオパネル（２４）内にそ
の底壁（２４ｃ）及び第１のクライオパネル（２３）の
側壁（２３ｂ）を貫通して配置せしめた上記Ｊ−Ｔ回路
ユニット（８）の第３のヒートステーション（２２）に
結合支持されており、この結合支持により第３のクライ
オパネル（２５）を１０Ｋ以下（４〜１０Ｋ）の温度ま
で冷却するようになされている。Further, a substantially hat-shaped third cryopanel (25) having a downward opening is provided in the second cryopanel (24).
Are arranged in a state of being separated from the second cryopanel (24). The third cryopanel (25) is composed of only a panel material, and a low temperature adsorbent for adsorbing gas is not attached to the surface thereof. Then, on the inner surface thereof, the JT circuit unit (wherein the bottom wall (24c) and the side wall (23b) of the first cryopanel (23) are arranged in the second cryopanel (24) so as to penetrate therethrough. 8) is connected to and supported by the third heat station (22), and by this connection and support, the third cryopanel (25) is cooled to a temperature of 10 K or less (4 to 10 K).
次に、上記実施例における作用を説明するに、冷凍機用
の圧縮機が起動されると、該圧縮機から吐出された高圧
ヘリウムガスの一部がヘリウム冷凍機（２）で膨張し、
このガスの膨張作用により冷凍機（２）の第１のヒート
ステーション（６）に約７０Ｋの温度の寒冷状態が、ま
た第２のヒートステーション（７）に約２０Ｋの温度の
寒冷状態がそれぞれ発生し、この各ヒートステーション
（６），（７）に熱接触している第１及び第２のクライ
オパネル（２３），（２４）がそれぞれ該各ヒートステ
ーション（６），（７）と同程度の温度に冷却される。Next, to explain the operation in the above-mentioned embodiment, when the compressor for the refrigerator is started, a part of the high-pressure helium gas discharged from the compressor expands in the helium refrigerator (2),
Due to the expansion action of this gas, a cold state at a temperature of about 70K is generated in the first heat station (6) of the refrigerator (2) and a cold state at a temperature of about 20K is generated in the second heat station (7). However, the first and second cryopanels (23) and (24) which are in thermal contact with the respective heat stations (6) and (7) have the same degree as the respective heat stations (6) and (7). Is cooled to the temperature of.
また、別設の圧縮機から吐出された高圧ヘリウムガスは
Ｊ−Ｔ回路ユニット（８）における第１のＪ−Ｔ熱交換
器（１１）の１次側に入り、圧縮機へ戻る２次側の低温
ヘリウムガスと熱交換されて常温（３００Ｋ）から冷却
され、その後、上記ヘリウム冷凍機（２）の第１のヒー
トステーション（６）に熱良導体（１３）を介して熱接
触されて約７０Ｋに冷却されている第１の予冷器（１
４）に入って同温度まで冷却される。この冷却されたガ
スは第２のＪ−Ｔ熱交換器（１５）の１次側に入って冷
却された後、冷凍機（２）の第２のヒートステーション
（７）に熱良導体（１７）を介して熱接触されて約２０
Ｋに冷却されている第２の予冷器（１８）に入って同温
度まで冷却される。さらに、ガスは第３のＪ−Ｔ熱交換
器（１９）において冷却された後、Ｊ−Ｔ弁（２１）に
至り、該Ｊ−Ｔ弁（２１）で絞られてジュールトムソン
膨張し、１気圧、４．２Ｋの気液混合状態のヘリウムと
なって第３のヒートステーション（２２）に供給され
る。この第３のヒートステーション（２２）には第３の
クライオパネル（２５）が熱接触しているため、該第３
のクライオパネル（２５）は１０Ｋ以下の極低温に冷却
される。しかる後、ヘリウムは上記第３のヒートステー
ション（２２）から第３のＪ−Ｔ熱交換器（１９）の２
次側に戻ってその間に約４．２Ｋの飽和ガスとなり、第
２及び第１のＪ−Ｔ熱交換器（１５），（１１）で１次
側のヘリウムガスを冷却して約３００Ｋに温度上昇した
後、圧縮機に吸入される。以後、上記と同様なサイクル
が繰り返されて冷凍運転が行われる。The high-pressure helium gas discharged from the separately installed compressor enters the primary side of the first JT heat exchanger (11) in the JT circuit unit (8) and returns to the compressor on the secondary side. It is cooled from room temperature (300K) by exchanging heat with the low temperature helium gas, and then is brought into thermal contact with the first heat station (6) of the helium refrigerator (2) through the good heat conductor (13) to about 70K. The first precooler (1
4) It enters and is cooled to the same temperature. This cooled gas enters the primary side of the second JT heat exchanger (15) and is cooled, and then is transferred to the second heat station (7) of the refrigerator (2) and is a good heat conductor (17). Is in thermal contact with about 20
It enters the second precooler (18) cooled to K and is cooled to the same temperature. Further, the gas is cooled in the third J-T heat exchanger (19), then reaches the J-T valve (21), is throttled by the J-T valve (21), and is expanded by Joule-Thomson. It becomes helium in a gas-liquid mixed state of atmospheric pressure and 4.2K, and is supplied to the third heat station (22). Since the third cryopanel (25) is in thermal contact with the third heat station (22),
The cryopanel (25) is cooled to a cryogenic temperature of 10K or less. After that, the helium flows from the third heat station (22) to the second JT heat exchanger (19).
It returns to the secondary side and becomes a saturated gas of about 4.2K in the meantime, and the helium gas on the primary side is cooled by the second and first JT heat exchangers (15) and (11) to a temperature of about 300K. After rising, it is sucked into the compressor. Thereafter, the same cycle as described above is repeated to perform the freezing operation.
以上の状態で、ポンプ容器（１）内に導入された気体は
上記所定温度に冷却されている第１ないし第３のクライ
オパネル（２３）〜（２５）に接触して凝縮排気され
る。すなわち、ヘリウム冷凍機（２）の第１のヒートス
テーション（６）との熱接触により約７０Ｋの温度に冷
却されている第１のクライオパネル（２３）において気
体中の水蒸気、二酸化炭素等のガスが凝縮排気され、同
冷凍機（２）の第２のヒートステーション（７）との熱
接触により約２０Ｋの温度に冷却されている第２のクラ
イオパネル（２４）において窒素、酸素、アルゴン等の
ガスが凝縮排気される。この状態で残っているガスは水
素、ネオン、ヘリウムの各ガスであり、Ｊ−Ｔ回路ユニ
ット（８）の第３のヒートステーション（２２）との熱
接触により約４〜１０Ｋの極低温に冷却されている第３
のクライオパネル（２５）において、上記ネオンガスが
概ね１０-10Torr程度の残留圧力まで凝縮排気される。
また水素ガスは同クライオパネル（２５）において略１
０-5Torr程度まで凝縮排気される。In the above state, the gas introduced into the pump container (1) is condensed and exhausted by contacting the first to third cryopanels (23) to (25) cooled to the predetermined temperature. That is, in the first cryopanel (23) cooled to a temperature of about 70 K by thermal contact with the first heat station (6) of the helium refrigerator (2), gas such as water vapor and carbon dioxide in the gas. Is condensed and exhausted, and the second cryopanel (24) cooled to a temperature of about 20 K by thermal contact with the second heat station (7) of the refrigerator (2) contains nitrogen, oxygen, argon, etc. The gas is condensed and exhausted. The gases remaining in this state are hydrogen, neon, and helium gases, which are cooled to an extremely low temperature of about 4 to 10 K by thermal contact with the third heat station (22) of the JT circuit unit (8). Has been third
In the cryopanel (25), the neon gas is condensed and exhausted to a residual pressure of about 10 -10 Torr.
In addition, hydrogen gas is approximately 1 in the cryopanel (25).
It is condensed and exhausted to about 0 -5 Torr.
したがって、この場合、水素、ネオンガスは、気体吸着
用の低温吸着剤で吸着排気されるのではなく、約４〜１
０Ｋの極低温状態に冷却された第３のクライオパネル
（２５）により凝縮されて排気されるので、これらのガ
スを全て吸着剤により吸着排気する場合と比べて該ガス
に対する排気速度、排気容量を増大させることができ
る。Therefore, in this case, hydrogen and neon gas are not adsorbed and exhausted by the low temperature adsorbent for adsorbing gas, but about 4 to 1
Since it is condensed and exhausted by the third cryopanel (25) cooled to a cryogenic temperature of 0 K, the exhaust speed and exhaust capacity for these gases are higher than those when adsorbing and exhausting all of these gases with an adsorbent. Can be increased.
また、上記第２のクライオパネル（２４）が第１のクラ
イオパネル（２３）内に中心をオフセットせしめた状態
で配設されているため、第１のクライオパネル（２３）
の大きさをコンパクトに保ちつつ、両クライオパネル
（２３），（２４）の一部の側壁（２３ｂ），（２４
ｂ）間に第１のクライオパネル（２３）の熱交換のため
のスペースを有効に確保することができる。Further, since the second cryopanel (24) is arranged in the first cryopanel (23) with its center offset, the first cryopanel (23)
While keeping the size of the cryopanels compact, side walls (23b), (24) of a part of both cryopanels (23), (24)
A space for heat exchange of the first cryopanel (23) can be effectively secured during b).
（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、ヘリウム冷凍機
で発生した寒冷状態で各ガス成分を凝縮排気するように
したヘリウム冷凍機式のクライオポンプにおいて、上記
ヘリウム冷凍機により予冷されるヘリウムガスのジュー
ルトムソン膨張作用により４．２Ｋ程度の寒冷状態を発
生させて、その寒冷状態でクライオパネルの温度を１０
Ｋ以下に冷却し、この低温のクライオパネルとの接触に
より主に水素、ネオンの各ガスを凝縮させて排気するよ
うにしたことにより、気体吸着剤を用いる場合の如きク
ライオポンプの水素、ネオン等のガスの吸着剤からの放
出をなくすることができ、しかも水素、ネオンの各ガス
に対するクライオポンプの排気速度及び排気容量を増大
させることができる。(Effect of the Invention) As described above, according to the present invention, in the helium refrigerator type cryopump configured to condense and exhaust each gas component in a cold state generated in the helium refrigerator, the helium refrigerator is used. A Joule-Thomson expansion action of pre-cooled helium gas produces a cold state of about 4.2K, and the cryopanel temperature is raised to 10K in the cold state.
By cooling below K and contacting the cryopanel at low temperature to mainly condense and discharge each gas of hydrogen and neon, hydrogen and neon of a cryopump such as when using a gas adsorbent It is possible to eliminate the release of the gas of (3) from the adsorbent, and it is possible to increase the exhaust speed and exhaust capacity of the cryopump for each of the hydrogen and neon gases.
図面は本発明の実施例を示し、第１図はクライオポンプ
の縦断面図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図
はクライオポンプの配管系統図である。 （Ａ）……クライオポンプ、（１）……ポンプ容器、
（２）……ヘリウム冷凍機、（６）……第１のヒートス
テーション、（７）……第２のヒートステーション、
（８）……Ｊ−Ｔ回路ユニット、（２２）……第３のヒ
ートステーション、（２３）……第１のクライオパネ
ル、（２４）……第２のクライオパネル、（２５）……
第３のクライオパネル。The drawings show an embodiment of the present invention. Fig. 1 is a longitudinal sectional view of a cryopump, Fig. 2 is a sectional view taken along line II-II of Fig. 1, and Fig. 3 is a piping system diagram of the cryopump. (A) …… Cryopump, (1) …… Pump container,
(2) ... helium refrigerator, (6) ... first heat station, (7) ... second heat station,
(8) ... JT circuit unit, (22) ... third heat station, (23) ... first cryopanel, (24) ... second cryopanel, (25) ...
Third cryopanel.
Claims (1)
により第１のヒートステーション（６）で寒冷状態を、
第２のヒートステーション７で上記第１のヒートステー
ション（６）よりも低温の寒冷状態をそれぞれ発生させ
るヘリウム冷凍機（２）と、該冷凍機（２）の各ヒート
ステーション（６），（７）で発生した寒冷状態によっ
てヘリウムガスを予冷し、その予冷されたヘリウムガス
をジュールトムソン膨張させて第３のヒートステーショ
ン（２２）で上記第２のヒートステーション（７）より
も低温の４．２Ｋ程度の寒冷状態を発生させるＪ−Ｔ回
路ユニット（８）とが取り付けられている一方、 ポンプ容器（１）内にはその外側から順に、上記第１な
いし第３のヒートステーション（６），（７），（２
２）にそれぞれ熱接触して冷却される第１ないし第３の
クライオパネル（２３）〜（２５）が配設され、 上記第３のクライオパネル（２５）は、表面に気体吸着
剤が具備されていないパネル材からなっていて、１０Ｋ
以下に冷却されるように構成されていることを特徴とす
るクライオポンプ。1. A pump container (1) is placed in a cold state at a first heat station (6) by expansion of helium gas,
A helium refrigerator (2) for generating a cold state at a temperature lower than that of the first heat station (6) in the second heat station 7, and each heat station (6), (7) of the refrigerator (2). ), The helium gas is pre-cooled by the cold state generated in), the pre-cooled helium gas is expanded by Joule-Thomson, and the temperature is 4.2K lower than that of the second heat station (7) in the third heat station (22). A JT circuit unit (8) for generating a cold state is attached to the pump container (1) in order from the outside to the first to third heat stations (6), (). 7), (2
First to third cryopanels (23) to (25) which are respectively brought into thermal contact with and are cooled by 2) are provided, and the third cryopanel (25) is provided with a gas adsorbent on the surface thereof. It is made of non-panel material, 10K
A cryopump that is configured to be cooled below.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60188991A JPH0660632B2 (en) | 1985-08-28 | 1985-08-28 | Cryopump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60188991A JPH0660632B2 (en) | 1985-08-28 | 1985-08-28 | Cryopump |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62157282A JPS62157282A (en) | 1987-07-13 |
| JPH0660632B2 true JPH0660632B2 (en) | 1994-08-10 |
Family
ID=16233467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60188991A Expired - Lifetime JPH0660632B2 (en) | 1985-08-28 | 1985-08-28 | Cryopump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0660632B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5231840A (en) * | 1991-03-28 | 1993-08-03 | Daikin Industries, Ltd. | Cryopump |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58131381A (en) * | 1982-01-29 | 1983-08-05 | Anelva Corp | Cryogenic pump and refrigerator for said pump |
-
1985
- 1985-08-28 JP JP60188991A patent/JPH0660632B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62157282A (en) | 1987-07-13 |
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