JPH0544548Y2

JPH0544548Y2 -

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Publication number: JPH0544548Y2
Application number: JP11125188U
Authority: JP
Priority date: 1988-08-26
Filing date: 1988-08-26
Publication date: 1993-11-11
Anticipated expiration: 2003-08-26
Also published as: JPH0235984U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は真空排気用クライオポンプ、特にクラ
イオポンプのバツフル及びシールドに関する。

〔従来の技術〕

第６図に従来のクライオポンプの断面図を示
す。

１はスターリングサイクル、ギフオード・マク
マホンサイクル、ソルベイサイクル等のピストン
またはデイスプレーサを用いた往復動式冷凍機、
２は前記冷凍機１に供給するヘリウムガスを高圧
にするガス圧縮機、３は高圧ヘリウムガスを冷凍
機１に供給するための高圧ガス配管、４は冷凍機
１からの戻りの低圧ヘリウムガスが通る低圧ガス
配管、５は冷凍機１の第一段シリンダ、６は第二
段シリンダ、７は冷凍機１が寒冷を発生する第一
段ヒートステーシヨン、８は第二段ヒートステー
シヨン、９は第一段ヒートステーシヨン７に取付
けられたシールド、１０は第二段ヒートステーシ
ヨン８に設けられたクライオパネル、１１はクラ
イオパネル１０の上部に取付けられたバツフル、
１２はポンプケース、１３はクライオポンプによ
り真空排気をする真空容器、１４はポンプケース
１２と真空容器１３を接続するためのフランジ、
１５は真空を保持するためのシール、１６は冷凍
機１とポンプケース１２の結合で溶接等により結
合されている。１７はバツフルを支持するための
支持部、１９はシールド９と支持部１７をビス等
により結合するためのビス穴、１８は真空容器１
３の真空部である。

ガス圧縮機２で高圧にされたヘリウムガスは冷
凍機１の第一段シリンダ５及び第二段シリンダ６
に内蔵されたピストンまたはデイスプレーサが１
分間に120回程度の往復動を行つて高圧ヘリウム
ガスを断熱膨張させることによつて、間欠的に第
一段ヒートステーシヨン７及び第二段ヒートステ
ーシヨン８に寒冷を発生する。シールド９は第一
段ヒートステーシヨン７に熱的に接続されて冷却
されており、温度は80K前後である。第二段ヒー
トステーシヨン８及びクライオパネル１０の温度
は20K程度に冷却される。バツフル１１は支持部
１７を介してシールド９の寒冷により冷却されて
おり、温度は80K程度である。真空容器１３内部
のガス及び水蒸気は、真空部１８からバツフル１
１に衝突して温度が下げられた後、シールド９内
部に入る。比較的高沸点のガス（例えば酸素ガス
等の沸点80K以上のガス）及び水蒸気はシールド
９に凝縮され、低沸点のガス（例えば窒素ガス、
水素ガス等の沸点80K以下のガス）はクライオパ
ネル１０に凝縮される。

第７図にクライオポンプに一般に使用されてい
るバツフル１１の形状を示す。第８図は第７図を
上方から見た図である。上方に向つて漸次小径と
なつている環状のバツフル部材を径の異なる複数
個用意し、これらを互いに同心に配置して上下方
向に互いにオーバラツプ部を設けるようにして、
排気ガスがバツフル１１に衝突しないで直接クラ
イオパネル１０部に入射することを避ける構造と
なつている。支持部１７はバツフル部材を所定の
位置に保持すると共に、シールド９の寒冷を利用
して熱伝導によりバツフル１１を80K程度まで冷
却する機能をもつている。

〔考案が解決しようとする課題〕

(1) 前述のように、排気されるガス及び水蒸気
は、シールド９内部に入る前にバツフル１１に
衝突し、温度を下げられる。このとき大部分の
水蒸気はバツフル１１上に凝縮・固化する。バ
ツフル１１に衝突するガス及び水蒸気がバツフ
ル１１に与えるエネルギ量を数値計算により解
析した図を第９図に示す。

第９図において、バツフル面の真空部１８側
の面についてエネルギ量Ｑをハツチングにて示
す。クライオパネル１０側の面についても、同
様なエネルギ量分布となる（第９図には示して
いないが、両面対称な分布となる）。

従つてバツフル１１の両面共に真空部１８側
（バツフル上部）に大量の熱エネルギが入射し、
局部的に温度が上昇することになる。局部的に
温度が上昇すると、クライオポンプの性能劣化
を招くだけでなく、凝縮・固化した水蒸気が再
蒸発して、凝縮・蒸発の繰り返しにより真空部
１８の圧力変動、圧力不安定を引き起こすこと
になる。

(2) 前述のように、排気されるガス及び水蒸気は
シールド９内部に入る。このガス及び水蒸気の
シールド９内部での挙動を数値計算により解析
し、ガス及び水蒸気がシールド９内壁に衝突す
る際、内壁に与えるエネルギ量を求めた図が第
１０図である。（即ち、ガス及び水蒸気の分子
は、内壁に衝突することにより、壁にエネルギ
を与え、分子は温度が下げられるまたは凝縮・
固化する。）第１０図において、シールド内壁部に描いた
横線部の長さが内壁が得るエネルギ量Q′を示
す。即ち、バツフル１１の直下部付近の内面が
入射エネルギ量が多く、（即ち、シールドに衝
突するガス量も多い）従つて、内面に凝縮・固
化するガス、水蒸気もこの付近が最も多い。シ
ールド内面の一部にガスの衝突及び凝縮・固化
が集中することは、クライオポンプの性能劣化
を招くだけでなく、凝縮・固化したガスが新た
に入射してくるガスのエネルギにより再蒸発
し、従つて凝縮・蒸発の繰り返しによりシール
ド９内部の圧力変動が真空部１８の圧力変動・
圧力不安定を引き起こすことになる。

〔課題を解決するための手段〕

(1) 上方に向つて漸次小径となつている環状のバ
ツフル部材を径の異なる複数個用意し、これら
を互いに同心に配置して、上下方向に互いにオ
ーバラツプ部を設けるようにした方式のバツフ
ルにおいて、上記複数個のバツフル部材の支持
部がバツフル部材の上方（排気ガスの入射側）
において熱的に結合した構造（一体鋳造或は溶
接の如く、複数個の部材の相互に接触する部分
の熱伝導が同部材内部と同じように行なわれる
状態を言う）のバツフルとする。

(2) スターリングサイクル、ギフオード・マクマ
ホンサイクル、ソルベイサイクル等の冷凍サイ
クルを使用した冷凍機を寒冷発生源とするクラ
イオポンプにおいて、前記冷凍機の第一段ヒー
トステーシヨンに取付けられたシールドの形状
を、シールド開口部（バツフル付近）の内面に
軸方向もしくは円周方向に複数個のフイン状板
を設置した構造とする。

〔作用〕

(1) クライオポンプの性能劣化のみならず、バツ
フルに凝縮・固化した水蒸気の再蒸発が防止で
き、従つて、圧力上昇や圧力不安定が真空部１
８に発生しない。

(2) クライオポンプの排気性能劣化（排気速度の
低下）防止のみならず、シールド９内面に凝縮
固化したガス及び水蒸気の再蒸発が防止でき
（ガス、水蒸気の凝縮、再蒸発の繰返し防止）、
従つて圧力上昇や圧力不安定が真空部１８に発
生しない。

〔第１実施例〕第１図、第２図に本考案の第１実施例を示す。

第１図、第２図はバツフル２１、支持部２２、
シールド９に取付用ビス穴２３についてのみ示し
ており、他の全体構造は第６図と同様である。こ
のような装置において、バツフル２１と支持部２
２とが溶接等により熱的に結合した構造となつて
いる。

次に本バツフルの作用を説明する。

支持部２２がバツフル２１の上部（真空部１８
側）で熱的に結合されているため、バツフル２１
の温度分布は上部が温度が低く、下部が高くなつ
ている。従つて、第９図に示すようにバツフル上
部に多量の熱エネルギが入つてきても、バツフル
２１の温度が従来のものより低くできるので、温
度上昇も低く抑えることができ、かつ水蒸気の再
蒸発も少なくできる。従つて再蒸発による真空部
１８の圧力変動、圧力不安定が防止できる。

〔第２実施例〕第３図、第４図に本考案の第２実施例を示す。

第３図、第４図には、シールド９とバツフル２
１についてのみ示しており、他の全体構造は第６
図と同じである。２４はシールド開口部（バツフ
ル近傍）の内面に設けられたフイン状板で、軸方
向に設置している。

このような装置において、真空部１８からシー
ルド９内部へ入つて来る（排気される）ガス及び
水蒸気は、フイン状板２４を設けた部分（伝熱面
積、凝縮・固化面積が大きくなつている）に、そ
の大部分が入射するため、ガス、水蒸気の温度低
下、凝縮・固化が速やかに進み、クライオポンプ
の排気速度を向上する。また、凝縮・固化面積を
増加したことにより、分子の凝縮・固化量を増加
できる。さらに、凝縮・固化量を均一にできるた
め、フイン状板に固化するガス等の膜厚が薄くで
き、薄表面の温度が低くできるので、再蒸発が防
止できる。従つて、凝縮・蒸発の繰り返しが防止
でき、真空部１８の圧力変動、圧力不安定を防止
できる。

第５図は、フイン状板２５を円周方向に設置し
た他の実施例であり、作用・効果は上述の第２実
施例と同様である。

〔考案の効果〕

本考案は、スターリングサイクル、ギフオー
ド・マクマホンサイクル、ソルベイサイクル等の
冷凍サイクルを使用した冷凍機を寒冷発生源とす
るクライオポンプにおいて、 (1) 前記冷凍機の第一段ヒートステーシヨンに取
付けられたシールドの開口部に設けられるバツ
フルを上方に向つて漸次小径となる環状の径の
異なる、複数のバツフル部材を同心状に配設し
て構成すると共に、前記バツフルの支持部材を
バツフルの上部に熱的に結合してバツフルを装
着したことにより、また (2) 前記冷凍機の第一段ヒートステーシヨンに取
付けられたシールドの開口部付近の内面に軸方
向もしくは円周方向に複数個のフイン状部材を
設置したことにより、次の効果を生ずる。

クライオポンプの排気能力が向上し、凝縮・固
化した水蒸気の再蒸発による影響（圧力変動、圧
力不安定）を防止でき、かつ低価格で、その効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案クライオポンプの第１実施例に
おけるバツフル部分の側面図、第２図は第１図の
平面図、第３図は第２実施例におけるシールド開
口部近傍の側断面図、第４図は第３図のＡ−Ａ断
面図、第５図は他の実施例における第３図と同様
な図面、第６図は従来のクライオポンプの全体側
断面図、第７図は第６図のクライオポンプのバツ
フル部分の側面図、第８図は第７図の平面図、第
９図はバツフルに入射するガス、水蒸気がバツフ
ル面に与えるエネルギ量を示す図、第１０図はシ
ールド内壁に入射するガス、水蒸気が内壁に与え
るエネルギ量を示す図である。９……シールド、１８……真空空間部、２１…
…バツフル、２２……支持部、２４……フイン状
板。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】１スターリングサイクル、ギフオード・マクマ
ホンサイクル、ソルベイサイクル等の冷凍サイ
クルを使用した冷凍機を寒冷発生源とするクラ
イオポンプにおいて、前記冷凍機の第一段ヒー
トステーシヨンに取付けられたシールドの開口
部に設けられるバツフルを上方に向つて漸次小
径となる環状の径の異なる複数のバツフル部材
を同心状に配設して構成すると共に、前記バツ
フルの支持部材をバツフルの上部に熱的に結合
してバツフルを装着したことを特徴とするクラ
イオポンプ。２スターリングサイクル、ギフオード・マクマ
ホンサイクル、ソルベイサイクル等の冷凍サイ
クルを使用した冷凍機を寒冷発生源とするクラ
イオポンプにおいて、前記冷凍機の第一段ヒー
トステーシヨンに取付けられたシールドの開口
部付近の内面に、軸方向もしくは円周方向に複
数個のフイン状部材を設置したことを特徴とす
るクライオポンプ。