JPH04292584A - クライオポンプ - Google Patents
クライオポンプInfo
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- JPH04292584A JPH04292584A JP5633991A JP5633991A JPH04292584A JP H04292584 A JPH04292584 A JP H04292584A JP 5633991 A JP5633991 A JP 5633991A JP 5633991 A JP5633991 A JP 5633991A JP H04292584 A JPH04292584 A JP H04292584A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、極低温に冷却したクラ
イオパネル面に、ガス分子を凝縮・吸着して高速で排気
するクライオポンプに関する。
イオパネル面に、ガス分子を凝縮・吸着して高速で排気
するクライオポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のクライオパネルは、特開昭６１−
１６９６８２号公報に記載のように、液体ヘリウム等で
５．０Ｋ 以下の極低温に冷却した単一平坦面のクライ
オパネルを、クライオポンプのガス流入り口面に対して
直角に、複数枚配置している。液体ヘリウムはわずかな
熱で蒸発し、かつ、高価な冷媒である。液体ヘリウムの
蒸発量を少なくするために、このクライオパネルがポン
プ外の常温，高温部からの輻射熱で、直接、加熱されな
いように、クライオパネルの回りに、液体窒素で約８０
Ｋの低温に冷却した熱シールド板を配置する。
１６９６８２号公報に記載のように、液体ヘリウム等で
５．０Ｋ 以下の極低温に冷却した単一平坦面のクライ
オパネルを、クライオポンプのガス流入り口面に対して
直角に、複数枚配置している。液体ヘリウムはわずかな
熱で蒸発し、かつ、高価な冷媒である。液体ヘリウムの
蒸発量を少なくするために、このクライオパネルがポン
プ外の常温，高温部からの輻射熱で、直接、加熱されな
いように、クライオパネルの回りに、液体窒素で約８０
Ｋの低温に冷却した熱シールド板を配置する。
【０００３】クライオポンプの両側面部の熱シールド板
はルーバブラインド型をしており、排気するガス分子は
、このルーバの隙間を通り、極低温のクライオパネルに
衝突し、そこで凝縮・吸着される。
はルーバブラインド型をしており、排気するガス分子は
、このルーバの隙間を通り、極低温のクライオパネルに
衝突し、そこで凝縮・吸着される。
【０００４】ルーバの表面は、輻射熱を吸収するように
黒色に表面処理しており、外部の光線は、これらの熱シ
ールド板に少なくとも一度衝突した後、クライオパネル
に到達する。
黒色に表面処理しており、外部の光線は、これらの熱シ
ールド板に少なくとも一度衝突した後、クライオパネル
に到達する。
【０００５】排気するガス分子は、ポンプ前方に隣接し
た前面熱シールド板に、一回もしくは数回衝突を繰り返
しながら、あるガス分子はポンプ入り口から流失し、あ
る分子はクライオパネルに到達して凝固・吸着される。
た前面熱シールド板に、一回もしくは数回衝突を繰り返
しながら、あるガス分子はポンプ入り口から流失し、あ
る分子はクライオパネルに到達して凝固・吸着される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術は、ル
ーバの下流側にある距離はなしてクライオパネルを配置
しているため、ルーバ間で衝突を繰り返す間にポンプ入
り口から流失するガス分子の数が増加する確率が大きく
なる。この確率が大きくなると、ガス分子の排気速度が
小さくなるという問題があった。
ーバの下流側にある距離はなしてクライオパネルを配置
しているため、ルーバ間で衝突を繰り返す間にポンプ入
り口から流失するガス分子の数が増加する確率が大きく
なる。この確率が大きくなると、ガス分子の排気速度が
小さくなるという問題があった。
【０００７】しかし、最近の大型核融合装置に使用する
中性粒子入射装置では、水素，重水素の排気速度の大き
いクライオポンプが必要となっている。一方、中性粒子
入射装置は、真空容器で構成するため、内部に設置する
クライオポンプの、ビーム対向面開口面積及び体積を小
さくする。すなわち、クライオポンプの高性能，小型化
を図ることによって、真空容器を小さくして、製造コス
トを低減することが重要となる。
中性粒子入射装置では、水素，重水素の排気速度の大き
いクライオポンプが必要となっている。一方、中性粒子
入射装置は、真空容器で構成するため、内部に設置する
クライオポンプの、ビーム対向面開口面積及び体積を小
さくする。すなわち、クライオポンプの高性能，小型化
を図ることによって、真空容器を小さくして、製造コス
トを低減することが重要となる。
【０００８】本発明の目的は、クライオポンプの排気速
度を増加すると共に極低温に冷却するクライオパネルへ
の輻射熱浸入量をできるだけ小さくして、液体ヘリウム
の蒸発量を小さくすることにある。
度を増加すると共に極低温に冷却するクライオパネルへ
の輻射熱浸入量をできるだけ小さくして、液体ヘリウム
の蒸発量を小さくすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はルーバの裏面側にクライオパネルからのば
した副クライオパネルを配置し、かつ、ルーバの形状・
配置を最適化して排気速度を高速化したものである。複
数のルーバを保持しているルーバホルダとの接触を避け
るために副クライオパネルは、短冊状にし副クライオパ
ネルの配置を最適化し、その数を少なくして輻射熱浸入
量を抑えている。また、ルーバを効率よく冷却するため
にルーバホルダに冷却管を冶金的に一体化している。
に、本発明はルーバの裏面側にクライオパネルからのば
した副クライオパネルを配置し、かつ、ルーバの形状・
配置を最適化して排気速度を高速化したものである。複
数のルーバを保持しているルーバホルダとの接触を避け
るために副クライオパネルは、短冊状にし副クライオパ
ネルの配置を最適化し、その数を少なくして輻射熱浸入
量を抑えている。また、ルーバを効率よく冷却するため
にルーバホルダに冷却管を冶金的に一体化している。
【００１０】
【作用】ポンプ入り口面より入射したガス分子は、熱シ
ールド板やルーバに当たり、反射を繰り返しながらルー
バを通過可能な入射角でクライオパネルに入射した時の
み排気される。ガス分子は、すくなくとも一度はルーバ
の表面に当たり、その後（１）クライオパネルに衝突す
るか、（２）上段のルーバの裏面に当たるか、（３）ル
ーバ外に戻されるかに分かれる。しかし、副クライオパ
ネルをルーバ裏面に配置することによって、（２）のガ
ス分子をこの副クライオパネルに衝突させ、このガスを
排気することが出来る。
ールド板やルーバに当たり、反射を繰り返しながらルー
バを通過可能な入射角でクライオパネルに入射した時の
み排気される。ガス分子は、すくなくとも一度はルーバ
の表面に当たり、その後（１）クライオパネルに衝突す
るか、（２）上段のルーバの裏面に当たるか、（３）ル
ーバ外に戻されるかに分かれる。しかし、副クライオパ
ネルをルーバ裏面に配置することによって、（２）のガ
ス分子をこの副クライオパネルに衝突させ、このガスを
排気することが出来る。
【００１１】副クライオパネルの配置は、格段のルーバ
の裏面に、直接、光線が当たらない範囲でルーバ先端ま
で伸ばしてあるので、ガス分子を捕捉する確率が大きく
なる。一方、クライオポンプの入り口の近傍ではＺ字型
の三辺が互いに直角となる断面形状を持ったルーバを配
置し、クライオポンプの奥部には二辺が違いに直角とな
るＬ字またはＩ字型の断面形状を持ったルーバを配置す
る。このルーバの配置によって、クライオポンプの奥部
に進入したガス分子の多くは、Ｌ字またはＩ字型の断面
形状を持ったルーバに衝突，反射して、Ｚ字型の断面形
状のルーバに衝突，反射する場合よりも高い確率でクラ
イオパネルに到達し排気される。
の裏面に、直接、光線が当たらない範囲でルーバ先端ま
で伸ばしてあるので、ガス分子を捕捉する確率が大きく
なる。一方、クライオポンプの入り口の近傍ではＺ字型
の三辺が互いに直角となる断面形状を持ったルーバを配
置し、クライオポンプの奥部には二辺が違いに直角とな
るＬ字またはＩ字型の断面形状を持ったルーバを配置す
る。このルーバの配置によって、クライオポンプの奥部
に進入したガス分子の多くは、Ｌ字またはＩ字型の断面
形状を持ったルーバに衝突，反射して、Ｚ字型の断面形
状のルーバに衝突，反射する場合よりも高い確率でクラ
イオパネルに到達し排気される。
【００１２】また、副クライオパネルは、クライオポン
プのガス入り口近傍に配置しクライオポンプの奥部には
配置しない。これは、ガス分子の飛行軌跡を数値シュミ
レーションにより求めた結果、クライオポンプの入り口
近傍に配置する副クライオパネルに大半のガス分子が凝
縮・凝固して排気され、クライオポンプの奥部に配置す
る副クライオパネルには、ガス分子がほとんど到達しな
い。従って、クライオポンプの奥部に副クライオパネル
を配置しなくても排気速度はほとんど低下せず、極低温
に冷却される副クライオパネルの数を減らして副クライ
オパネル全体の表面積を減らすことにより、極低温への
輻射浸入熱量が大幅に低減する。
プのガス入り口近傍に配置しクライオポンプの奥部には
配置しない。これは、ガス分子の飛行軌跡を数値シュミ
レーションにより求めた結果、クライオポンプの入り口
近傍に配置する副クライオパネルに大半のガス分子が凝
縮・凝固して排気され、クライオポンプの奥部に配置す
る副クライオパネルには、ガス分子がほとんど到達しな
い。従って、クライオポンプの奥部に副クライオパネル
を配置しなくても排気速度はほとんど低下せず、極低温
に冷却される副クライオパネルの数を減らして副クライ
オパネル全体の表面積を減らすことにより、極低温への
輻射浸入熱量が大幅に低減する。
【００１３】また、ルーバホルダはルーバを冷却する冷
媒が内部を流動する冷却管と一体化されているので、冷
媒の温度近くまで冷却される。従って、ルーバホルダに
半だ付け等で一体化されているルーバは、効率よく冷却
されルーバの温度は、冷媒の温度に近くなる。よって、
ルーバからクライオパネル，副クライオパネルに輻射熱
で浸入する熱量を最小に抑えることが出来る。
媒が内部を流動する冷却管と一体化されているので、冷
媒の温度近くまで冷却される。従って、ルーバホルダに
半だ付け等で一体化されているルーバは、効率よく冷却
されルーバの温度は、冷媒の温度に近くなる。よって、
ルーバからクライオパネル，副クライオパネルに輻射熱
で浸入する熱量を最小に抑えることが出来る。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図５によ
り説明する。図１にクライオポンプ冷却システムの構成
例を示す。クライオポンプ１は、核融合装置の中性粒子
入射装置やスペースチャンバ等の真空容器２内に配置さ
れる。クライオポンプ１は、単一ユニット３または、複
数のユニット群３を合わせて構成する。各ユニット３の
上部は、配管６，配管７を介して液体ヘリウム上部タン
ク４及び液体窒素上部タンク５と連通し、ユニット３の
下部は、配管１０，配管１１を介して液体ヘリウム下部
タンク８及び液体窒素下部タンク９と連通している。
り説明する。図１にクライオポンプ冷却システムの構成
例を示す。クライオポンプ１は、核融合装置の中性粒子
入射装置やスペースチャンバ等の真空容器２内に配置さ
れる。クライオポンプ１は、単一ユニット３または、複
数のユニット群３を合わせて構成する。各ユニット３の
上部は、配管６，配管７を介して液体ヘリウム上部タン
ク４及び液体窒素上部タンク５と連通し、ユニット３の
下部は、配管１０，配管１１を介して液体ヘリウム下部
タンク８及び液体窒素下部タンク９と連通している。
【００１５】液体ヘリウム１２は、ヘリウム液化装置１
３内で製造され液体ヘリウム供給管で液体ヘリウム上部
タンク４内に供給される。液体ヘリウム上部タンクと液
体ヘリウム下部タンクは、液体ヘリウムバイパス管１５
を介して連通されている。クライオポンプ１で加熱され
て蒸発したヘリウムガスは、液体ヘリウム上部タンク４
及びヘリウムガス回収管１６を通ってヘリウム液化装置
に戻り、再び液化される。
３内で製造され液体ヘリウム供給管で液体ヘリウム上部
タンク４内に供給される。液体ヘリウム上部タンクと液
体ヘリウム下部タンクは、液体ヘリウムバイパス管１５
を介して連通されている。クライオポンプ１で加熱され
て蒸発したヘリウムガスは、液体ヘリウム上部タンク４
及びヘリウムガス回収管１６を通ってヘリウム液化装置
に戻り、再び液化される。
【００１６】一方、液体窒素１７は、窒素液化機または
、窒素貯蔵タンク１８より供給管１９で液体窒素上部タ
ンク５内に供給される。液体窒素上部タンクと液体窒素
下部タンクは液体窒素バイパス管２０を介して連通され
ている。クライオポンプ内のルーバ及び熱シールド板（
図２で説明）で加熱されて蒸発した窒素ガスは、液体窒
素上部タンク５及び窒素ガス回収管２１を通って窒素液
化装置に戻り、再び液化されるか、または、大気に放出
される。液体ヘリウム上部タンク及び液体窒素上部タン
ク内の液体ヘリウム，液体窒素は、自然循環によりそれ
ぞれ液体ヘリウムバイパス管１５，液体窒素バイパス管
２０を介してクライオポンプ内に供給される。
、窒素貯蔵タンク１８より供給管１９で液体窒素上部タ
ンク５内に供給される。液体窒素上部タンクと液体窒素
下部タンクは液体窒素バイパス管２０を介して連通され
ている。クライオポンプ内のルーバ及び熱シールド板（
図２で説明）で加熱されて蒸発した窒素ガスは、液体窒
素上部タンク５及び窒素ガス回収管２１を通って窒素液
化装置に戻り、再び液化されるか、または、大気に放出
される。液体ヘリウム上部タンク及び液体窒素上部タン
ク内の液体ヘリウム，液体窒素は、自然循環によりそれ
ぞれ液体ヘリウムバイパス管１５，液体窒素バイパス管
２０を介してクライオポンプ内に供給される。
【００１７】図２は、三個のユニットを組み合わせたク
ライオポンプの上部断面であり、図３は、二個のユニッ
トの鳥観図である。
ライオポンプの上部断面であり、図３は、二個のユニッ
トの鳥観図である。
【００１８】被排気ガスを凝縮・凝固してトラップする
クライオパネル２２は、ステンレス鋼や、銅や、アルミ
ニウム等の金属製のプレート２３，２４，サイドプレー
ト２５，２６で囲まれた流路にフィン２７をろう付けし
たもので、これらは冶金的に一体化されている。プレー
ト２３，２４には、押し出し成形等で制作した凹凸状の
ステンレス鋼や、銅や、アルミニウム等の金属製の副ク
ライオパネル２８をクライオポンプの入り口近傍にろう
付け等で冶金的に一体化している。クライオパネル内に
は、液体ヘリウムが配管６，配管７を介して自然循環で
ながれ、クライオパネル及び副クライオパネルは４．５
Ｋ 以下の極低温に冷却される。
クライオパネル２２は、ステンレス鋼や、銅や、アルミ
ニウム等の金属製のプレート２３，２４，サイドプレー
ト２５，２６で囲まれた流路にフィン２７をろう付けし
たもので、これらは冶金的に一体化されている。プレー
ト２３，２４には、押し出し成形等で制作した凹凸状の
ステンレス鋼や、銅や、アルミニウム等の金属製の副ク
ライオパネル２８をクライオポンプの入り口近傍にろう
付け等で冶金的に一体化している。クライオパネル内に
は、液体ヘリウムが配管６，配管７を介して自然循環で
ながれ、クライオパネル及び副クライオパネルは４．５
Ｋ 以下の極低温に冷却される。
【００１９】一方、クライオポンプの入り口近傍に配置
したステンレス鋼や、銅や、アルミニウム等の金属製の
Ｚ字型の三辺が互いに直角となる断面形状を持ったルー
バ２９ａ、クライオポンプの奥部に配置したＬ字または
Ｉ字型の断面形状を持ったルーバ２９ｃや前面熱シール
ド板３０，３１は、ルーバホルダ３２と櫛歯状に組み合
わされ、組み合わせ部は、ろう付け等で冶金的に一体化
されている。Ｌ字またはＩ字型の断面形状を持ったルー
バ２９ｃは、二辺が互いに直角となる断面形状のルーバ
で二辺のうちクライオパネルに平行な辺の長さがクライ
オパネルに直角な辺の長さよりも短く、かつ、クライオ
パネルに平行な辺をクライオパネル側に配置する。そし
て、このＬ字またはＩ字型の断面形状を持ったルーバ２
９ｃのクライオパネルに平行な辺の長さは、Ｚ字型のル
ーバ２９ａのクライオパネルに平行な、かつ、クライオ
パネル側に配置した辺の長さよりも短い。
したステンレス鋼や、銅や、アルミニウム等の金属製の
Ｚ字型の三辺が互いに直角となる断面形状を持ったルー
バ２９ａ、クライオポンプの奥部に配置したＬ字または
Ｉ字型の断面形状を持ったルーバ２９ｃや前面熱シール
ド板３０，３１は、ルーバホルダ３２と櫛歯状に組み合
わされ、組み合わせ部は、ろう付け等で冶金的に一体化
されている。Ｌ字またはＩ字型の断面形状を持ったルー
バ２９ｃは、二辺が互いに直角となる断面形状のルーバ
で二辺のうちクライオパネルに平行な辺の長さがクライ
オパネルに直角な辺の長さよりも短く、かつ、クライオ
パネルに平行な辺をクライオパネル側に配置する。そし
て、このＬ字またはＩ字型の断面形状を持ったルーバ２
９ｃのクライオパネルに平行な辺の長さは、Ｚ字型のル
ーバ２９ａのクライオパネルに平行な、かつ、クライオ
パネル側に配置した辺の長さよりも短い。
【００２０】ルーバホルダ３２は、同ホルダにろう付け
等で冶金的に一体化された配管７内を自然循環で流動す
る液体窒素で温度約８０Ｋに冷却される。ステンレス鋼
や、銅や、アルミニウム等の金属製の背面熱シールド板
３３，側面熱シールド板３４も同様にろう付け等で冶金
的に一体化された配管７内を自然循環で流動する液体窒
素で温度約８０Ｋに冷却される。ルーバホルダ３２は、
ホルダプレート３５に固定され、ホルダプレート３５は
、背面熱シールド板３３の所定の位置にボルト等で支持
されている。
等で冶金的に一体化された配管７内を自然循環で流動す
る液体窒素で温度約８０Ｋに冷却される。ステンレス鋼
や、銅や、アルミニウム等の金属製の背面熱シールド板
３３，側面熱シールド板３４も同様にろう付け等で冶金
的に一体化された配管７内を自然循環で流動する液体窒
素で温度約８０Ｋに冷却される。ルーバホルダ３２は、
ホルダプレート３５に固定され、ホルダプレート３５は
、背面熱シールド板３３の所定の位置にボルト等で支持
されている。
【００２１】クライオパネル２２は、図４に示すように
、エポキシ樹脂等の熱伝導率の小さな材質で制作したス
ペーサ３６，３７を介して前面熱シールド板３０と背面
熱シールド板３３の間に支持されている。ルーバホルダ
３２の配置箇所の副クライオパネル２２は、ルーバホル
ダ３２と接触しないようにパネルの一部を切りとって、
短冊状になっている。温度４．５Ｋ 以下の極低温のク
ライオパネル２２及び副クライオパネル２８は、温度約
８０Ｋのルーバ２９ａ，２９ｃ、前面熱シールド板３０
，３１，ルーバホルダ３２，背面熱シールド板３３，側
面熱シールド板３４と直接接触しないように配置されて
いる。
、エポキシ樹脂等の熱伝導率の小さな材質で制作したス
ペーサ３６，３７を介して前面熱シールド板３０と背面
熱シールド板３３の間に支持されている。ルーバホルダ
３２の配置箇所の副クライオパネル２２は、ルーバホル
ダ３２と接触しないようにパネルの一部を切りとって、
短冊状になっている。温度４．５Ｋ 以下の極低温のク
ライオパネル２２及び副クライオパネル２８は、温度約
８０Ｋのルーバ２９ａ，２９ｃ、前面熱シールド板３０
，３１，ルーバホルダ３２，背面熱シールド板３３，側
面熱シールド板３４と直接接触しないように配置されて
いる。
【００２２】図５は、クライオパネル２２の一枚の断面
斜視図であり、副クライオパネル２８はクライオパネル
長手方向に対して所定のピッチで分断されている。分断
された間隔Ｒの間にルーバホルダが配置される。この構
造により、副クライオパネル２８の先端を、ルーバホル
ダ３２と接触せずにルーバ２９ａの端部２９ｂの近くま
で設置できる。
斜視図であり、副クライオパネル２８はクライオパネル
長手方向に対して所定のピッチで分断されている。分断
された間隔Ｒの間にルーバホルダが配置される。この構
造により、副クライオパネル２８の先端を、ルーバホル
ダ３２と接触せずにルーバ２９ａの端部２９ｂの近くま
で設置できる。
【００２３】本実施例によれば、ポンプ入り口面より入
射したガス分子は、前面熱シールド板３０，３１，背面
熱シールド板３３やルーバ２９ａ，２９ｂ，ルーバホル
ダ３２に当たり、反射を繰り返しながらルーバ２９ａ，
２９ｃを通過可能な入射角でクライオパネルに入射した
ガス分子が排気される。ガス分子は、少なくとも一度は
ルーバや熱シールド板，ルーバホルダの表面に当たり、
その後（１）クライオパネル，副クライオパネルに衝突
するか、（２）上段のルーバの裏面に当たるか、（３）
ルーバ外に戻されるかに分かれる。しかし、副クライオ
パネルをルーバ裏面側に配置することによって、（２）
項のガス分子をこの副クライオパネルに衝突させ、この
ガスを排気することが出来る。
射したガス分子は、前面熱シールド板３０，３１，背面
熱シールド板３３やルーバ２９ａ，２９ｂ，ルーバホル
ダ３２に当たり、反射を繰り返しながらルーバ２９ａ，
２９ｃを通過可能な入射角でクライオパネルに入射した
ガス分子が排気される。ガス分子は、少なくとも一度は
ルーバや熱シールド板，ルーバホルダの表面に当たり、
その後（１）クライオパネル，副クライオパネルに衝突
するか、（２）上段のルーバの裏面に当たるか、（３）
ルーバ外に戻されるかに分かれる。しかし、副クライオ
パネルをルーバ裏面側に配置することによって、（２）
項のガス分子をこの副クライオパネルに衝突させ、この
ガスを排気することが出来る。
【００２４】副クライオパネル２８の配置は、格段のル
ーバ２９ａ，２９ｃの裏面に、直接光線が当たらない範
囲でルーバ先端２９ｂまで伸ばしてあるので、ガス分子
を捕捉する確率が大きくなる。
ーバ２９ａ，２９ｃの裏面に、直接光線が当たらない範
囲でルーバ先端２９ｂまで伸ばしてあるので、ガス分子
を捕捉する確率が大きくなる。
【００２５】また、クライオポンプの奥部に配置された
Ｌ字またはＩ字型のルーバ２９ｃは、Ｚ字型のルーバ２
９ａに比べてクライオパネル面に直角方向の開口面が大
きくガス分子のルーバ通過確率が高い。従って、クライ
オポンプ奥部までＺ字型のルーバ２９ａを配置するより
もクライオポンプの排気速度は大きくなる。すなわち、
クライオポンプ奥部までＺ字型のルーバ２９ａを配置す
る場合のガス排気速度を１００とすると、クライオポン
プの奥部にＬ字またはＩ字型のルーバ２９ｃを配置した
場合のガス排気速度は１４０となり、排気速度は、大幅
に増加する。
Ｌ字またはＩ字型のルーバ２９ｃは、Ｚ字型のルーバ２
９ａに比べてクライオパネル面に直角方向の開口面が大
きくガス分子のルーバ通過確率が高い。従って、クライ
オポンプ奥部までＺ字型のルーバ２９ａを配置するより
もクライオポンプの排気速度は大きくなる。すなわち、
クライオポンプ奥部までＺ字型のルーバ２９ａを配置す
る場合のガス排気速度を１００とすると、クライオポン
プの奥部にＬ字またはＩ字型のルーバ２９ｃを配置した
場合のガス排気速度は１４０となり、排気速度は、大幅
に増加する。
【００２６】また、ルーバホルダ３２はルーバ２９ａ，
２９ｂを冷却する液体窒素が内部を流動する冷却管７と
一体化されているので、冷媒の温度の７７Ｋ近くまで冷
却される。従って、ルーバホルダ３２に半だ付け等で一
体化されているルーバ２９は、効率よく冷却されルーバ
２９の温度は、約８０Ｋとなる。よって、ルーバからク
ライオパネル，副クライオパネルに輻射熱で浸入する熱
量を最小に抑えることが出来る。
２９ｂを冷却する液体窒素が内部を流動する冷却管７と
一体化されているので、冷媒の温度の７７Ｋ近くまで冷
却される。従って、ルーバホルダ３２に半だ付け等で一
体化されているルーバ２９は、効率よく冷却されルーバ
２９の温度は、約８０Ｋとなる。よって、ルーバからク
ライオパネル，副クライオパネルに輻射熱で浸入する熱
量を最小に抑えることが出来る。
【００２７】また、本実施例によれば図２に示すように
、クライオパネル２２とその両側に配置した二組のルー
バブラインドと、背面熱シールド板３３の組み合わせで
一ユニットが構成できる。よって、クライオポンプのク
ールダウン時に各ユニット間に温度不均一が生じて発生
するユニットの熱変形が、他のユニットに変形を及ぼす
のを防止できるので、ルーバとクライオパネルが接触し
て熱リークが生じたり、クライオポンプの一部が破壊し
たりすることがない。また、各ユニットごとにクライオ
パネルとルーバの位置，配置を調整できるのでクライオ
ポンプ全体の組立が容易になる。
、クライオパネル２２とその両側に配置した二組のルー
バブラインドと、背面熱シールド板３３の組み合わせで
一ユニットが構成できる。よって、クライオポンプのク
ールダウン時に各ユニット間に温度不均一が生じて発生
するユニットの熱変形が、他のユニットに変形を及ぼす
のを防止できるので、ルーバとクライオパネルが接触し
て熱リークが生じたり、クライオポンプの一部が破壊し
たりすることがない。また、各ユニットごとにクライオ
パネルとルーバの位置，配置を調整できるのでクライオ
ポンプ全体の組立が容易になる。
【００２８】（他の実施例）本発明の他の実施例を図６
，図７に示す。クライオポンプの排気速度と副クライオ
パネルの配置およびクライオパネルへの熱浸入量排気速
度と副クライオパネルの配置数の関係を図６に示す。 右側縦軸は排気速度の大きさを示す無次元量で絶対値が
大きいほど排気速度が大きいことを示し、左側縦軸はル
ーバからクライオパネル，副クライオパネルに輻射伝熱
で浸入する熱浸入量の大きさを示す無次元量である。横
軸は、図７に示すように、ルーバの段数とルーバの裏面
に配置する副クライオパネルのクライオポンプ入り口側
からの段数の比を示す無次元量で、１．０ は、すべて
のルーバの裏面側に副クライオパネルを配置した場合を
表し、０．５ は、クライオポンプ入り口側から半分の
段数のルーバの裏面に副クライオパネルを配置した場合
を表し、０．０ は、副クライオパネルを一枚も配置し
ない場合を表している。図から明らかなように、副クラ
イオパネルの枚数の減少と共に排気速度及び熱浸入量が
減少する。両特性の減少の割合は、横軸の段数比が０．
１２から０．０までは一致しているが１．０ からこの
値までは熱浸入量の減少割合の方が大きいことが明らか
となった。すなわち、横軸の段数比が０．１２ を越え
て１．０ 未満までの副クライオパネルの枚数を選べば
排気速度の減少割合に比べて熱浸入量をより大きい割合
で低減することが出来るので、クライオパネルを冷却す
る液体ヘリウムの消費量を低減することが出来る。
，図７に示す。クライオポンプの排気速度と副クライオ
パネルの配置およびクライオパネルへの熱浸入量排気速
度と副クライオパネルの配置数の関係を図６に示す。 右側縦軸は排気速度の大きさを示す無次元量で絶対値が
大きいほど排気速度が大きいことを示し、左側縦軸はル
ーバからクライオパネル，副クライオパネルに輻射伝熱
で浸入する熱浸入量の大きさを示す無次元量である。横
軸は、図７に示すように、ルーバの段数とルーバの裏面
に配置する副クライオパネルのクライオポンプ入り口側
からの段数の比を示す無次元量で、１．０ は、すべて
のルーバの裏面側に副クライオパネルを配置した場合を
表し、０．５ は、クライオポンプ入り口側から半分の
段数のルーバの裏面に副クライオパネルを配置した場合
を表し、０．０ は、副クライオパネルを一枚も配置し
ない場合を表している。図から明らかなように、副クラ
イオパネルの枚数の減少と共に排気速度及び熱浸入量が
減少する。両特性の減少の割合は、横軸の段数比が０．
１２から０．０までは一致しているが１．０ からこの
値までは熱浸入量の減少割合の方が大きいことが明らか
となった。すなわち、横軸の段数比が０．１２ を越え
て１．０ 未満までの副クライオパネルの枚数を選べば
排気速度の減少割合に比べて熱浸入量をより大きい割合
で低減することが出来るので、クライオパネルを冷却す
る液体ヘリウムの消費量を低減することが出来る。
【００２９】また、この実施例では、背面熱シールド板
３３のあるクライオポンプの奥行き方向に対し、クライ
オポンプ奥行方向の半分の位置よりも奥部に冷却管７を
ルーバホルダ３２に冶金的に一体化している。冷却管７
に衝突した排気ガス分子は、反射してクライオポンプ外
に流出する確率が高くなる。これは、冷却管がない場合
には、クライオパネル，副クライオパネルにガス分子が
衝突する確率が高まるためである。
３３のあるクライオポンプの奥行き方向に対し、クライ
オポンプ奥行方向の半分の位置よりも奥部に冷却管７を
ルーバホルダ３２に冶金的に一体化している。冷却管７
に衝突した排気ガス分子は、反射してクライオポンプ外
に流出する確率が高くなる。これは、冷却管がない場合
には、クライオパネル，副クライオパネルにガス分子が
衝突する確率が高まるためである。
【００３０】従って、冷却管がない場合の方がクライオ
ポンプの排気速度は増加する。しかし、冷却管の配置場
所の違いによってもクライオパネル，副クライオパネル
にガス分子が衝突する確率は異なる。すなわち、クライ
オポンプの入り口に近いルーバもしくはルーバホルダに
衝突して反射したガス分子がクライオポンプから流失す
る確率が、クライオポンプの奥で反射したガス分子のそ
れより高くなる。一方、ルーバホルダは冷却管でより均
一に冷却される必要があるため、ルーバホルダの長手方
向の中央部に冷却管を配置する方がよいこととなる。従
って、本実施例のように冷却管を中央部よりクライオポ
ンプ奥側に配置することによりクライオポンプの排気速
度を増加させる効果がある。
ポンプの排気速度は増加する。しかし、冷却管の配置場
所の違いによってもクライオパネル，副クライオパネル
にガス分子が衝突する確率は異なる。すなわち、クライ
オポンプの入り口に近いルーバもしくはルーバホルダに
衝突して反射したガス分子がクライオポンプから流失す
る確率が、クライオポンプの奥で反射したガス分子のそ
れより高くなる。一方、ルーバホルダは冷却管でより均
一に冷却される必要があるため、ルーバホルダの長手方
向の中央部に冷却管を配置する方がよいこととなる。従
って、本実施例のように冷却管を中央部よりクライオポ
ンプ奥側に配置することによりクライオポンプの排気速
度を増加させる効果がある。
【００３１】本発明の他の実施例を図８に示す。本実施
例では、Ｚ字型ルーバ２９ａの端部２９ｂの端面がクラ
イオポンプの奥側に向くように面取りしている。本構造
によれば端部２９ｂの端面に衝突したガス分子は、入り
口側に反射する確率よりもクライオポンプ奥側に反射す
る確率が高い。従って、クライオポンプ外に流出するガ
ス分子の数が減少し、クライオポンプの排気速度はさら
に高速化し、クライオポンプを小型化することができる
。
例では、Ｚ字型ルーバ２９ａの端部２９ｂの端面がクラ
イオポンプの奥側に向くように面取りしている。本構造
によれば端部２９ｂの端面に衝突したガス分子は、入り
口側に反射する確率よりもクライオポンプ奥側に反射す
る確率が高い。従って、クライオポンプ外に流出するガ
ス分子の数が減少し、クライオポンプの排気速度はさら
に高速化し、クライオポンプを小型化することができる
。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、副クライオパネルをも
つクライオポンプの入り口の近傍ではＺ字型の三辺が互
いに直角となる断面形状を持ったルーバを配置し、副ク
ライオパネルを設置しないクライオポンプの奥部には二
辺が違いに直角となるＬ字またはＩ字型の断面形状を持
ったルーバを配置する。このルーバの配置によって、ク
ライオポンプの奥部に進入したガス分子の多くは、Ｌ字
またはＩ字型の断面形状を持ったルーバに衝突，反射し
て、Ｚ字型の断面形状のルーバに衝突，反射する場合よ
りも高い確率でクライオパネルに到達し排気される排気
速度を高速化でき、クライオポンプを小型化できる。
つクライオポンプの入り口の近傍ではＺ字型の三辺が互
いに直角となる断面形状を持ったルーバを配置し、副ク
ライオパネルを設置しないクライオポンプの奥部には二
辺が違いに直角となるＬ字またはＩ字型の断面形状を持
ったルーバを配置する。このルーバの配置によって、ク
ライオポンプの奥部に進入したガス分子の多くは、Ｌ字
またはＩ字型の断面形状を持ったルーバに衝突，反射し
て、Ｚ字型の断面形状のルーバに衝突，反射する場合よ
りも高い確率でクライオパネルに到達し排気される排気
速度を高速化でき、クライオポンプを小型化できる。
【００３３】また、副クライオパネルは、クライオポン
プのガス入り口近傍に配置しクライオポンプの奥部には
配置しないので、排気速度をほとんど低下させずに極低
温への輻射浸入熱量を大幅に低減できるのでクライオパ
ネルを冷却する液体ヘリウムの蒸発量を大幅に低減でき
る。
プのガス入り口近傍に配置しクライオポンプの奥部には
配置しないので、排気速度をほとんど低下させずに極低
温への輻射浸入熱量を大幅に低減できるのでクライオパ
ネルを冷却する液体ヘリウムの蒸発量を大幅に低減でき
る。
【００３４】また、ルーバホルダはルーバを冷却する冷
媒が内部を流動する冷却管と一体化されているので、冷
媒の温度近くまで冷却される。従って、ルーバホルダに
半だ付け等で一体化されているルーバは、効率よく冷却
されルーバの温度は、冷媒の温度に近くなる。よって、
ルーバからクライオパネル，副クライオパネルに輻射熱
で浸入する熱量を最小に抑えることが出来るので、クラ
イオパネルを冷却する液体ヘリウムの蒸発量を大幅に低
減できる。
媒が内部を流動する冷却管と一体化されているので、冷
媒の温度近くまで冷却される。従って、ルーバホルダに
半だ付け等で一体化されているルーバは、効率よく冷却
されルーバの温度は、冷媒の温度に近くなる。よって、
ルーバからクライオパネル，副クライオパネルに輻射熱
で浸入する熱量を最小に抑えることが出来るので、クラ
イオパネルを冷却する液体ヘリウムの蒸発量を大幅に低
減できる。
【図１】本発明の一実施例のクライオポンプ冷却システ
ムの構成の説明図。
ムの構成の説明図。
【図２】本発明の一実施例の三個のクライオポンプユニ
ットを組み合わせたクライオポンプの上部断面図。
ットを組み合わせたクライオポンプの上部断面図。
【図３】本発明に用いるクライオポンプユニットの斜視
図。
図。
【図４】本発明に用いるスペーサ取り付け構造の断面図
。
。
【図５】本発明に用いるクライオパネルの斜視図。
【図６】本発明の他の実施例の排気速度と熱浸入量の特
性図。
性図。
【図７】本発明の他の実施例の一個のクライオポンプユ
ニットの上部断面図。
ニットの上部断面図。
【図８】本発明の他の実施例のルーバの断面図。
１…クライオポンプ、３…クライオポンプユニット、２
２…クライオパネル、２８…副クライオパネル、２９ａ
，２９ｃ…ルーバ、３２…ルーバホルダ。
２…クライオパネル、２８…副クライオパネル、２９ａ
，２９ｃ…ルーバ、３２…ルーバホルダ。
Claims (13)
- 【請求項１】ガス分子を凝固・吸着する極低温度に冷却
したクライオポンプと、前記クライオパネルを高温から
の輻射熱から保護する低温に冷却した輻射熱シールド板
からなるクライオポンプにおいて、ルーバブラインド型
輻射熱シールドのルーバの配列と平行に配置した前記ク
ライオパネルに一体化した副クライオパネルを前記ルー
バの裏面側に配置し、クライオポンプの入り口近傍にＺ
字型の三辺が互いに直角となる断面形状を持ったルーバ
を配置し、前記クライオポンプの奥部にＬ字またはＩ字
型の断面形状を持ったルーバを配置し、前記Ｌ字または
Ｉ字型の断面形状を持ったルーバは、二辺が互いに直角
となる断面形状のルーバで二辺のうちクライオパネルに
平行な辺の長さがクライオパネルに直角な辺の長さより
も短く、クライオパネルに平行な辺をクライオパネル側
に配置し、前記Ｌ字またはＩ字型の断面形状を持ったル
ーバのクライオパネルに平行な辺の長さは、前記Ｚ字型
のルーバのクライオパネルに平行で、かつ、クライオパ
ネル側に配置した辺の長さよりも短いことを特徴とする
クライオポンプ。 - 【請求項２】ガス分子を凝固・吸着する極低温度に冷却
したクライオパネルと、前記クライオパネルを高温から
の輻射熱から保護する低温に冷却した輻射熱シールド板
からなるクライオポンプにおいて、ルーバブラインド型
輻射熱シールドのルーバの配列と平行に配置した前記ク
ライオパネルに一体化した副クライオパネルを、ルーバ
の裏面側に配置し、かつ、前記副クライオパネルの配置
段数と前記ルーバの配置段数との比が０．１２ を越え
ることを特徴とするクライオポンプ。 - 【請求項３】請求項１において、ガス分子を凝固・吸着
する極低温度に冷却したクライオパネルと、前記クライ
オパネルを高温からの輻射熱から保護する低温に冷却し
た輻射熱シールド板からなるクライオポンプにおいて、
ルーバブラインド型輻射熱シールドのルーバの配列と平
行に配置した前記クライオパネルに一体化した副クライ
オパネルを、ルーバの裏面側に配置し、かつ、前記副ク
ライオパネルの配置段数と前記ルーバの配置段数との比
が０．１２ を越えるクライオポンプ。 - 【請求項４】請求項１において、前記Ｚ字型のルーバの
前記クライオパネルに平行な端面が、クライオポンプの
奥側に向くような形状であるクライオポンプ。 - 【請求項５】請求項２において、前記Ｚ字型のルーバの
前記クライオパネルに平行な端面が、クライオポンプの
奥側に向くような形状であるクライオポンプ。 - 【請求項６】請求項３において、前記Ｚ字型のルーバの
前記クライオパネルに平行な端面が、クライオポンプの
奥側に向くような形状であるクライオポンプ。 - 【請求項７】請求項１において、前記ルーバをルーバホ
ルダに冶金的に一体化し、前記ルーバホルダに冷却管を
冶金的に一体化したクライオポンプ。 - 【請求項８】請求項２において、前記ルーバをルーバホ
ルダに冶金的に一体化し、前記ルーバホルダに冷却管を
冶金的に一体化したクライオポンプ。 - 【請求項９】請求項３において、前記ルーバをルーバホ
ルダに冶金的に一体化し、前記ルーバホルダに冷却管を
冶金的に一体化したクライオポンプ。 - 【請求項１０】請求項７において、前記ルーバホルダの
クライオポンプの奥行方向の半分の位置よりも奥部に冷
却管を冶金的に一体化したクライオポンプ。 - 【請求項１１】請求項８において、前記ルーバホルダの
クライオポンプの奥行方向の半分の位置よりも奥部に冷
却管を冶金的に一体化したクライオポンプ。 - 【請求項１２】請求項９において、前記ルーバホルダの
クライオポンプの奥行方向の半分の位置よりも奥部に冷
却管を冶金的に一体化したクライオポンプ。 - 【請求項１３】請求項１，２または３において、ガス分
子を凝固・吸着する極低温度に冷却したクライオパネル
と、前記クライオパネルを高温からの輻射熱から保護す
る低温に冷却した輻射熱シールド板からなり、一個また
は二個のルーバブラインド型輻射熱シールドと副クライ
オパネルを含む一個のクライオパネルを所定の位置に配
置し、これらを保持する固定手段とで一ユニットを構成
し、ユニット長手方向を一体接続せずに複数のユニット
を並列に配置し、このユニット群と他の熱シールド板を
組み合わせてポンプを構成したクライオポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3056339A JP3027861B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | クライオポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3056339A JP3027861B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | クライオポンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04292584A true JPH04292584A (ja) | 1992-10-16 |
| JP3027861B2 JP3027861B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=13024463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3056339A Expired - Fee Related JP3027861B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | クライオポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3027861B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN120007557A (zh) * | 2025-02-25 | 2025-05-16 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种适用于高真空泵组的可调节防护装置 |
-
1991
- 1991-03-20 JP JP3056339A patent/JP3027861B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN120007557A (zh) * | 2025-02-25 | 2025-05-16 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种适用于高真空泵组的可调节防护装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3027861B2 (ja) | 2000-04-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |