JPH0560067A

JPH0560067A - クライオポンプによる水素排気方法及び装置

Info

Publication number: JPH0560067A
Application number: JP21376391A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Mukai; 康成向; Kunio Teshirogi; 邦雄手代木
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1991-08-26
Filing date: 1991-08-26
Publication date: 1993-03-09
Anticipated expiration: 2013-03-04
Also published as: JP2721601B2

Abstract

(57)【要約】【目的】クライオポンプで多量の水素を排気する場
合、水素ガス分子の高い熱伝導率による第一段コールド
パネルへの熱侵入を減少させるための水素排気方法とそ
のための装置を提供することを目的とする。【構成】クライオポンプのケーシング１と第一段コー
ルドパネル２との間の二重円環部１２に前記ケーシング
１の上端に環状の絞り機構１１を設け、この絞り機構１
１の内周側から前記二重円環部１２内に水素吸蔵合金円
筒１３を設けたものである。又、前記絞り機構１１と前
記水素吸蔵合金円筒１３を一体化した水素吸蔵合金絞り
機構を前記ケーシング１の上端に設けたものもある。更
に、前記水素吸蔵合金円筒１３の内周面を光輝面で構成
した水素吸蔵合金円筒としたものもある。

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に関し、
特に水素の排気方法及び排気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のクライオポンプの一例は図４に示
すように、被排気室の排気口８に一端が接続され、図示
しない粗引き排気装置に接続されている排気管９を有す
るケーシング１と、このケーシング１の底面に設けら
れ、ギフォードマクマホンサイクル、スターリングサイ
クル等を利用して高圧のヘリウムの断熱膨張を利用した
冷凍機６と、前記ケーシング１内に設けられ、前記冷凍
機６のコールドヘッド７の第一冷凍ステージ７ａに取付
けられた上向きの有底円筒形の第一段コールドパネル２
と、前記コールドヘッド７の先端に前記第一段コールド
パネル２と同心状に第二冷凍ステージ７ｂに取付けられ
た下向きの有底円筒形の第二段コールドパネル３と、こ
の第二段コールドパネル３の表面に接着された活性炭４
と、前記第一段コールドパネル２の上面の開口部に設け
られたバッフル５からなるものである。

【０００３】このような構造のクライオポンプは前記冷
凍機６により前記第一段コールドパネル２とバッフル５
とは約７０Ｋに冷却され、第二段コールドパネル３は約
１５Ｋに冷却されている。

【０００４】この様に構成されているクライオポンプの
動作は、被排気室内の残留気体分子をバッフル５の開口
部を通してケーシング１内に導き、約７０Ｋに冷却され
ている第一段コールドパネル２とバッフル５で水蒸気等
の蒸気圧の低い気体を凝縮凍結し、水蒸気等が除かれた
気体分子は約１５Ｋに冷却されている第二段コールドパ
ネル３でＮ₂、Ｏ₂及びＡｒ等の気体を凝縮凍結し、更
に第一段及び第二段コールドパネル２、３で凝縮凍結が
不可能なＮｅ、Ｈ₂及びＨｅは第二段コールドパネル３
と共に約１５Ｋに冷却されている活性炭４により低温吸
着される。

【０００５】しかし、１０^{- 3}〜１０^{- 4}Ｔｏｒｒの水
素をクライオポンプにより排気する場合、ケーシング１
と第一段コールドパネル２との間の空間にも１０^{- 3}〜
１０ ^{- 4}Ｔｏｒｒの水素が存在する。

【０００６】水素の分子熱伝導率は窒素、酸素、アルゴ
ン等の分子熱伝導率よりも数倍大きいため、水素のガス
分子を通してのケーシング１側から第一段コールドパネ
ル２側への熱伝導が大きくなる。特に１０^{- 3}〜１０
^{- 4}Ｔｏｒｒにおける水素ガス分子を通しての熱伝導は
第一段コールドパネル２を冷却している冷凍機６の第一
冷凍ステージ７ａの冷凍性能を大幅に低下させる。

【０００７】更に、この結果として、第二段コールドパ
ネル３を冷却している冷凍機６の第二冷凍ステージ７ｂ
の冷却性能の低下を引き起こし、第二段コールドパネル
３の温度が上昇し、第二段コールドパネル３に接着塗布
されている活性炭４の水素を吸着する能力が低下し、水
素排気容量が低下する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のような現象を防
止するために、（１）クライオポンプのケーシング１の
外周を液体窒素等で冷却するか、（２）ケーシング１と
第一段コールドパネル２との間の間隔を広くするか、
（３）被排気室とクライオポンプとの間の排気口８に絞
り機構を設ける等の方法がとられている。

【０００９】（１）の方法では、液体窒素等の寒剤でケ
ーシング１の外周を冷却し、高温側のケーシング１の温
度を下げることにより、熱伝導の推進力である高温側温
度と低温側温度との温度差を小さくし、熱伝導を小さく
することが出来る。

【００１０】しかし、寒剤の供給装置等によりクライオ
ポンプ全体が大きくなると共に、寒剤の補給等運転経費
も増大してしまう。

【００１１】（２）の方法では、ケーシング１と第一段
コールドパネル２との間の間隔を広くすることにより、
熱伝導に関与する伝熱径路が長くなり、熱伝導を小さく
することが出来る。

【００１２】しかし、ケーシング１の内径を大きくすれ
ばクライオポンプが大型化してしまい、第一段コールド
パネル２の外径を小さくすれば排気速度が低下してしま
う。

【００１３】（３）の方法では、被排気室を１０^{- 3}〜
１０^{- 4}Ｔｏｒｒに保ちつつクライオポンプ内部を１０
^{- 4}Ｔｏｒｒ以下に保つことが出来るため、真空下にお
けるガス分子による熱伝導量の比例因子であるクライオ
ポンプ内の圧力を小さく出来、熱伝導を小さくすること
が出来る。

【００１４】しかし、被排気室とクライオポンプとの間
に絞り機構を設けるため、排気速度が低下してしまう。

【００１５】本発明は上述の問題を解決して、クライオ
ポンプを大型化せず、排気速度も低下させず、かつ運転
経費の増大もないクライオポンプを提供することを課題
とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、被排気室内の多量の水素ガスを排気するクライオ
ポンプのケーシング１と第一段コールドパネル２との間
の残留水素ガス分子の熱伝導により第一段コールドパネ
ル２が外部温度により加熱され、冷凍機６により冷却さ
れる前記第一段コールドパネル２及び第二段コールドパ
ネル３の冷凍性能の低下を防止するため、前記ケーシン
グ１と前記第一段コールドパネル２間に設けられた絞り
機構１１及び水素吸蔵合金により前記ケーシング１と前
記第一段コールドパネル２間の水素ガス分子の圧力を低
下させ、水素ガス分子の熱伝導を低減して前記第一段及
び第二段コールドパネル２、３の冷凍性能の低下を防止
するようにしたものである。

【００１７】このためのクライオポンプとして、ケーシ
ング１の被排気室側の端部に設けられた環状の絞り機構
１１と、この絞り機構１１の下側で前記ケーシング１と
第一段コールドパネル２との間の二重円環部１２に水素
吸蔵合金円筒１３を設けたものである。

【００１８】又、前記絞り機構１１と前記水素吸蔵合金
円筒１３とを一体化してケーシング１の被排気室側の端
部に環状で水素吸蔵合金絞り機構１４を設けたものもあ
る。

【００１９】更に、前記水素吸蔵合金円筒１３の前記第
一段コールドパネル２側の筒面を光輝面１５ａで構成し
た水素吸蔵合金円筒１５としたものもある。

【００２０】

【実施例】図１は本発明のクライオポンプの一実施例の
断面図である。全体の構成は図４の従来のクライオポン
プと同様であるので、共通部分の説明は省略する。

【００２１】ケーシング１の被排気室の排気口８に接す
る上端部分の全周に沿って環状の絞り機構１１が設けら
れている。この環状の絞り機構１１の内周から前記ケー
シング１と第一段コールドパネル２とで形成されている
二重円環部１２内に水素吸蔵合金円筒１３が二重円環部
１２の下端部にまで設けられている。

【００２２】このように構成されたクライオポンプで被
排気室内の圧力を１０^{- 3}〜１０^- ⁴Ｔｏｒｒに保ちつ
つ水素を排気する場合、ケーシング１のクライオポンプ
吸気口側に設けてある絞り機構１１の内周側と第一段コ
ールドパネル２の上端との間で絞られて二重円環部１２
の内部への水素ガス分子の通過確率は小さくなり、又進
入した水素ガス分子は水素吸蔵合金円筒１３に吸蔵され
るので、二重円環部１２内の水素ガス分子による圧力は
１０^{- 5}Ｔｏｒｒ以下にすることが出来る。

【００２３】この結果、二重円環部１２内では水素ガス
分子による熱伝導が小さくなり、第一段コールドパネル
２が外気温によるケーシング１の温度の影響を受け難く
なる。従って、第一段コールドパネル２を冷却している
冷凍機６の第一冷凍ステージ７ａの冷凍性能が低下せ
ず、更に、この結果として、第二段コールドパネル３を
冷却している冷凍機６の第二冷凍ステージ７ｂの冷却性
能が急速に低下しないため、水素排気容量が低下しな
い。

【００２４】図２は他の実施例で、図１の絞り機構１１
と水素吸蔵合金円筒１３を一体化して水素吸蔵合金絞り
機構１４としたものである。

【００２５】この場合の動作は図１の場合の動作と同じ
であるので、説明は省略する。

【００２６】図３は更に他の実施例で、図１に示す水素
吸蔵合金円筒１３の内面（第一段コールドパネル２に対
向している面）を光輝面１５ａの水素吸蔵合金円筒１５
としたものである。

【００２７】なお、この光輝面１５ａは光輝面を有する
薄い金属円筒を挿嵌したものでも良い。

【００２８】この場合の動作は、水素吸蔵機能は上述の
各実施例の場合と同じであるが、水素ガス分子による熱
伝導を防止する他に輻射による熱の伝達も防止するもの
である。

【００２９】一般に光輝面の熱輻射率は小さな値となる
ため、光輝面１５ａによりケーシング１及び水素吸蔵合
金面から第一段コールドパネル２への熱輻射が低減出来
る。

【００３０】

【発明の効果】上述のように、絞り機構１１と水素吸蔵
合金円筒１３、１５、又は水素吸蔵合金絞り機構１４に
より、二重円環部１２内の水素ガス分子の圧力を被排気
室内の水素ガス分子の圧力より１桁以上低くして、ケー
シング１から第一段コールドパネル２への水素ガス分子
による熱伝導を低減出来るので、クライオポンプを大型
化することなく、又、運転経費を増大させることなく、
冷凍機６による第一段及び第二段コールドパネル２、３
の冷凍能力の低下を防止出来る。

【００３１】更に水素吸蔵合金円筒１５の内面を光輝面
１５ａとすることにより、熱輻射によるケーシング１か
らの熱の伝達も防止出来、冷凍機６の冷凍能力の低下を
更に防止することが可能である。

【００３２】クライオポンプと被排気室間には絞り機構
等を設けていないので、排気速度の低下とは関係がな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水素吸蔵合金による水素排気機能を高
めたクライオポンプの一実施例の断面図である。

【図２】同じくクライオポンプの他の実施例の断面図で
ある。

【図３】同じくクライオポンプの更に他の実施例の断面
図である。

【図４】従来のクライオポンプの一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ケーシング２第一段コールドパネル３第二段コールドパネル４活性炭５バッフル６冷凍機７コールドヘッド７ａ第一冷凍ステージ７ｂ第二冷凍ステージ８排気口１１絞り機構１２二重円環部１３水素吸蔵合金円筒１４水素吸蔵合金絞り機構１５水素吸蔵合金円筒１５ａ光輝面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被排気室内の多量の水素ガスを排気する
クライオポンプのケーシングと第一段コールドパネルと
の間の残留水素ガス分子の熱伝導により第一段コールド
パネルが外部温度により加熱され、冷凍機により冷却さ
れる前記第一段コールドパネル及び第二段コールドパネ
ルの冷凍性能の低下を防止するため、前記ケーシングと
前記第一段コールドパネル間に設けられた絞り機構及び
水素吸蔵合金により前記ケーシングと前記第一段コール
ドパネル間の水素ガス分子の圧力を低下させ、水素ガス
分子の熱伝導を低減して前記第一段及び第二段コールド
パネルの冷凍性能の低下を防止するようにしたことを特
徴とするクライオポンプによる水素排気方法。
【請求項２】被排気室内の多量の水素ガスを排気する
クライオポンプによる水素排気装置において、ケーシン
グの被排気室側の端部に設けられた環状の絞り機構と、
この絞り機構の下側で前記ケーシングと第一段コールド
パネルとの間の二重円環部に水素吸蔵合金円筒を設けた
ことを特徴とするクライオポンプによる水素排気装置。
【請求項３】前記絞り機構と前記水素吸蔵合金円筒と
を一体化してケーシングの被排気室側の端部に環状で水
素吸蔵合金絞り機構を設けたことを特徴とする請求項２
のクライオポンプによる水素排気装置。
【請求項４】前記水素吸蔵合金円筒の前記第一段コー
ルドパネル側の筒面を光輝面で構成した水素吸蔵合金円
筒としたことを特徴とする請求項２のクライオポンプに
よる水素排気装置。