JPH0461196B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は、真空ポンプの一種であるクライオポ
ンプに関するものである。

(ロ) 従来技術 従来のクライオポンプは、ポンプケーシング内
にクライオパネルを配設するとともに、このクラ
イオパネルを極低温冷凍機のコールドヘツドで冷
却し、前記クライオパネルに接触するガスを該パ
ネルの表面部で液化させ吸着することによつて前
記ケーシング内を高真空状態に導くようになつて
いる。ところで、従来のクライオポンプは、ソル
ベーサイクルやギフオードマクマホンサイクル等
のガスサイクルを利用し、ピストンタイプの膨張
室を有した小型冷凍機により構成されたものばか
りであつた。しかし、かかる方式のものは、比較
的質量の大きいピストンを往復動させなければな
らないため、振動が大きいことや、サイクル数を
上げて能力を向上させることができない等の問題
があつた。そのため、近時、ロータリタイプの膨
張室を有したクロードサイクル式の小型冷凍機を
備えてなるクライオポンプが考えられている。と
ころが、この種サイクルの冷凍機は、例えば、第
１図に示すように、エネルギ吸収用のジエネレー
タａに接続した回転体ｂの回転に伴なわせて該回
転体ｂの外周囲に形成した膨張室ｄ１〜ｄ４の容
積を増減させ得るように構成したロータリ式の膨
張機ｃと、前記回転体ｂの回転に伴なつて容積が
増加しようとする膨張室ｄ１に高圧の冷媒ガスＡ
を導入する給気管路ｅと、容積が減少しようとす
る膨張室ｄ３，ｄ４から低温低圧の冷媒ガスＢを
導出させる排気管路ｆと、この排気管路ｆ内のガ
スＢと前記給気管路ｅ内のガスＡとの間で熱交換
を行なわせる熱交換器ｇとを具備してなり、前記
排気管路ｆの始端部等に設けたコールドヘツドｈ
で前記クライオパネルｉを冷却するようになつて
いる。そのため、かかる冷凍機では能力の高い熱
交換器ｇが不可欠であり、この熱交換器ｇがクラ
イオポンプ内の容積のうちのかなりの範囲を占め
るという問題がある。

(ハ) 目的 本発明はこのような事情に着目してなされたも
ので、ポンプケーシング内に配置される熱交換器
の占める範囲を極力小さくして小型軽量化を図る
とともに、クライオパネルの冷却を効率よく行な
うことができるようにしたクライオポンプを提供
することを目的とする。

(ニ) 構成 本発明は、かかる目的を達成するために、クロ
ードサイクル式の冷凍機および相互に分離された
複数のクライオパネルを具備してなるクライオポ
ンプにおいて、前記冷凍機の膨張室に高圧の冷媒
ガスを導入する給気管路と前記膨張室から低圧の
ガスを導出させる排気管路とを各クライオパネル
に添設させ、これらのクライオパネルによつて前
記冷凍機の熱交換器の一部または全部を構成した
ことを特徴とする。

(ホ) 実施例 以下、本発明の一実施例を第２図を参照して説
明する。

第２図に示すように本発明に係るクライオポン
プは、ポンプケーシング１内に配設したクライオ
パネル２，３，４と、このクライオパネル２，
３，４を冷却するクロードサイクル式の極低温冷
凍機５とを具備してなる。クライオパネル２，
３，４は、熱伝導の良好な薄板を有底円筒体状に
成形したもので、１段目のクライオパネル２内に
２段目のクライオパネル３を収容するとともに、
このクライオパネル３内に３段目のクライオパネ
ル４を配設している。また、冷凍機５は、前記ク
ライオパネル４の内側に配設したロータリ式の膨
張機６と、この膨張機６に圧縮機７から吐出され
る高圧の冷媒ガスＡを導くための給気管路８と、
前記膨張機６から排出される低温低圧の冷媒ガス
Ｂを前記圧縮機７に戻すための排気管路９と、こ
の排気管路９内のガスＢと前記給気管路８内のガ
スＡとの間で熱交換を行なわせるための熱交換機
１１とを具備してなる。膨張機６は、前記膨張機
ｃと同様な構成のものでその回転体（図示せず）
は、シヤフト１２を介して回転動力を吸収し回転
を一定に保つためのモータ（ジエネレータ）１３
に接続されている。

そして、前記給気管路８および前記排気管路９
における前記膨張機６と前記熱交換機１１との間
に位置する部位８ａ，９ａを熱伝導の良好な材料
により構成して前記各クライオパネル２，３，４
にそれぞれコイル状に添設し、これらのクライオ
パネル２，３，４によつて前記冷凍機５の熱交換
器の一部を構成している。なお、１４は、前記ク
ライオパネル４の表面に接着した活性炭等の吸着
剤である。また、１５は、放射熱侵入防止用のシ
エブロンである。

このような構成のものであれば、前記クライオ
パネル２，３，４部分においても前記給気管路８
内のガスＡと前記排気径路９内のガスＢとの間で
熱交換が行なわれるため、専用の熱交換器１１の
小型化を図ることができる。すなわち、この冷凍
機５では、前記クライオパネル２，３，４と前記
熱交換器１１とを併せたものが、従来の熱交換器
ｇと等価な働きをなし、その際にクライオパネル
２，３，４において十分な熱交換面積が供せられ
るため、前記熱交換器１１を従来の熱交換器ｇよ
りもはるかに小さなものにすることができ、クラ
イオポンプ全体のコンパクト化ならびに軽量化を
図ることができる。もつとも、このようにすれ
ば、前記クライオパネル２，３，４の膨張機寄り
の部分と熱交換器１１寄りの部分との間に熱勾配
が生じるが、前記ポンプケーシング１内に存在す
る窒素ガスや酸素ガスあるいは炭酸ガス等はそれ
ぞれ液化温度が異なる。そのため、前記クライオ
パネル２，３，４の最も温度の低い部分で液化温
度の最も低いガスを吸着でき、最も温度の高い部
分で最も液化温度の高いガスを吸着できるように
設定しておきさえすれば、クライオパネル２，
３，４によるガス吸着作用に支障が生じることは
ない。また、かかる構成によれば、膨張室または
該膨張室から導出されたガスによるコールドヘツ
ドをわざわざ設けなくともよく、また、輻射熱を
遮断するために設けられることの多い熱シールド
板も不要にできるので構造を更に小型簡略化でき
るという利点もある。

なお、クライオパネルの段数は前記実施例のよ
うに３段に限らない。

また、クライオパネルの形状も前記のものに限
られないのは勿論であり、要するに、膨張機から
排出される低温のガスによつて、前記クライオパ
ネルと前記膨張機に供給される高圧ガスの双方を
効果的に冷却できるようなものであればよい。

さらに、冷凍機は、膨張機を１段だけ有したも
のに限らず、例えば、２段目のクライオパネルと
３段目のクライオパネルの間にもう１段膨張機を
設けたものにする等、種々変形が可能である。

(ヘ) 効果 本発明は、以上のような構成であるから、ポン
プケーシング内に配置される熱交換器の占める範
囲を極力小さくして小型軽量化を図るとともに、
クライオパネルの冷却を効率よく行なうことがで
きるクライオポンプを提供できるものである。す
なわち、本発明は、ガス吸着板として作用するク
ライオパネルに給気管路と排気管路を添設させて
熱交換器の役割を担わせたので、クライオパネル
において十分な熱交換面積が確保され、本来の熱
交換器を小型または不要にできる効果がある。そ
の際に、クライオパネルは形状に制約がないた
め、他の構成部品との干渉を避けて広い熱交換面
積を確保することが容易である。また、各クライ
オパネル間に温度勾配を生じるが、各クライオパ
ネルにそれぞれ液化温度の異なるガスを吸着させ
るように設定すこともでき、その際には全てのク
ライオパネルに凝縮板として効率良く機能してポ
ンプ効率の向上につながる効果が得られる。さら
に、クライオパネルがコールドヘツドまたは熱シ
ールド板として作用するので、それらの要素部品
を省略することによつて小型化を一層促進するこ
とも可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す回路説明図、第２図は本
発明の一実施例を示す概略断面図である。 １…ポンプケーシング、２，３，４…クライオ
パネル、５…冷凍機、６…膨張機、８…給気管
路、９…排気管路、１１…熱交換器、Ａ，Ｂ…冷
媒ガス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ポンプケーシング内に配設され該ケーシング
   内のガスを液化させて吸着するための相互に分離
   された複数のクライオパネルと、これらのクライ
   オパネルを冷却するクロードサイクル式の冷凍機
   とを具備してなるクライオポンプであつて、前記
   冷凍機の膨脹機に高圧の冷媒ガスを導入する給気
   管路と前記膨脹機から低圧のガスを導出させる排
   気管路とを前記各クライオパネルに添設させ、こ
   れらのクライオパネルによつて前記冷凍機の熱交
   換器の一部または全部を構成していることを特徴
   とするクライオポンプ。