(57)【要約】【解決手段】本発明は、実質的にヘリウム及びオイルを含む冷媒を圧縮するための圧縮機(10)を備えた、真空を生成するための冷凍機、特にクライオポンプに関する。圧縮機と共に、オイル分離器(20, 22, 24, 26)が冷媒の送出方向の下流側に配置されている。本発明は、冷媒が膨張する冷却装置(30)に更に関する。有毒ガスを吸着するために、吸着装置(28)が送出方向の冷却装置(30)の上流側に配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空を生成するための冷凍機、特にはクライオポンプであって、
実質的にヘリウム及びオイルを含む冷媒を圧縮するための圧縮機(10)と、
前記冷媒の送出方向の前記圧縮機(10)の下流側に配置されたオイル分離器(20, 22, 24, 26)と、
前記冷媒が膨張する冷却装置(30)と
を備えており、
ガス吸着装置(28)が、前記送出方向の前記冷却装置(30)の上流側に配置されていることを特徴とする冷凍機。
【請求項２】
前記ガス吸着装置(28)は、特に150 K 未満の温度、特に好ましくは120 K 未満の温度、特には70 K未満の温度で凍結する有毒ガスを吸着することを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項３】
前記ガス吸着装置(28)は、窒素及び／又は酸素を濾過するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍機。
【請求項４】
前記ガス吸着装置(28)は前記冷却装置(30)の上流側の領域に配置されており、前記領域の温度は、吸着されるガスが凍結する温度より高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の冷凍機。
【請求項５】
前記ガス吸着装置(28)は、前記送出方向の前記オイル分離器(20, 22, 24, 26)の下流側に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の冷凍機。
【請求項６】
前記ガス吸着装置(28)は、前記冷却装置(30)、特に前記冷却装置(30)の入口領域に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の冷凍機。
【請求項７】
前記ガス吸着装置(28)は、吸着層及び／又は吸着粉末及び／又は吸着繊維及び／又は吸着障壁として構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の冷凍機。
【請求項８】
冷凍機、特に請求項１〜７のいずれか１つに記載の冷凍機の冷却材回路にガス吸着装置(28)を使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機、特には真空を生成するためのクライオポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
特にクライオポンプに適用される冷凍機を使用すると、10 K未満の非常に低い温度を得ることが可能である。そのため、例えば、閉じた真空室で最大10-10 mbarの非常に高い真空を生成することが可能である。冷凍システムは、例えばスクロールポンプのような圧縮ポンプを備えており、圧縮ポンプを用いて冷媒を圧縮する。冷媒としてヘリウムが使用される。冷媒は一般に、圧縮中のヘリウムの過度の加熱を防ぐために一定の割合のオイルを含んでいる。熱交換器が、冷媒の送出方向に見て圧縮機の下流側に最初に配置されているため、媒体の冷却を可能にする。その後、ヘリウム中のオイルを分離する。例えば、複数のオイル分離器、特に少なくとも１つのプレ分離器及び少なくとも１つの細分離器を設けて、オイルの分離を行う。更に、オイル分離器は典型的に、オイル蒸気などを濾過するために吸着器を有している。吸着器の後では、冷媒が非常に高い程度までヘリウムのみから構成されているように、冷媒は実質的にクリーンである。オイルの割合はppb 範囲内である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
時々、比較的短い作動期間の後すぐに冷凍機に問題が生じる。コールドヘッドのような冷却装置の最低温度への冷却が、短い作動期間後すぐに不可能になる場合がある。従って、所望の低温を生成することができるようにコールドヘッドを定期的に保守して清浄化することが必要である。このため、高いコストを伴う。
【０００４】
本発明は、保守間隔を延ばすことができる冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、本発明によれば請求項１の特徴により達成される。
【０００６】
本発明の冷凍機は、特に10 K未満の低温を冷却装置に生成する役目を果たす。この目的に適した冷凍機は、例えば、本出願人のCoolpower シリーズの機械である。冷凍機は、冷媒を圧縮する圧縮機を備えている。場合によっては複数の特に連続するオイル分離器を有してもよいオイル分離器が、冷媒の送出方向の圧縮機の下流側に配置されている。特に、オイル分離器は、粗分離器及び／又はプレ分離器及び特に複数の細分離器を有してもよい。オイル分離器が、冷媒を清浄化するためのオイル吸着器を有していることが更に好ましい。更に、熱交換器が圧縮機とオイル分離器との間に設けられてもよい。更に、冷凍機は、コールドヘッドのような冷却装置を備えている。冷媒は冷却装置で膨張する。
【０００７】
研究により、クライオポンプがなぜ所望の低温に冷却することができないかについての現在の仮説が完全には正確ではないことが示されている。現在まで、清浄化の後であっても冷媒に依然として存在する微量のオイル及び／又は水が夫々、冷却装置及びコールドヘッドの頻繁な保守作業の必要性の原因であると仮定されていた。研究により、冷却装置の損傷が特に窒素及び酸素の存在によるものであることが現在示されている。ネオン、アルゴン、二酸化炭素などの他のガスが生じる場合、これらのガスも悪影響を及ぼす場合がある。
【０００８】
従って、本発明によれば、ガス吸着装置が、送出方向の冷却装置の上流側に配置されている。ガス吸着装置によって有毒ガスの少なくとも一部を冷媒から濾過する。その結果、冷却装置で凍結するこのようなガスが存在しなくなり、ひいては所要の保守間隔を延ばすことが可能になる。
【０００９】
ガス吸着装置は、特に150 K 未満の温度、特に好ましくは120 K 未満の温度、特には70 K未満の温度で凍結する有毒ガスを吸着するように構成されていることが好ましい。言うまでもなく、ヘリウムは吸着されない。
【００１０】
ガス吸着装置は、好ましくは窒素及び／又は酸素を濾過及び／又は吸着する。ネオン、アルゴン又は二酸化炭素のようなコールドヘッドで凍結し得る他のガスも夫々濾過又は吸着することが好ましい。
【００１１】
特に好ましい実施形態では、ガス吸着装置は、対応する有毒ガスの凍結が生じ得ない範囲に配置されている。従って、ガス吸着装置は、150 K を超える範囲、好ましくは150 K と300 K との間の範囲に配置されていることが好ましい。本明細書では、ガス吸着装置は、冷却装置の外側であって冷却装置の上流側に配置されてもよい。同様にガス吸着装置を、例えば冷却装置の入口に配置することが可能である。
【００１２】
ガス吸着装置が冷媒の流れ方向のオイル分離器の下流側に配置されていることが特に好ましい。特に、オイルによるガス吸着装置の汚染が生じ得ないように、ガス吸着装置は、オイル分離器のオイル吸着器の下流側に配置されている。
【００１３】
このガス吸着装置は、吸着層及び／又は吸着粉末及び／又は吸着繊維及び／又は吸着障壁として構成されてもよい。適切な吸着材料は、例えばゼオライトである。これは、例えば独国特許発明第69606117号明細書に記載されている。
【００１４】
更に本発明は、冷凍機の冷却材回路にガス吸着装置を使用する方法に関する。本明細書では、ガス吸着装置、特にガス吸着装置の上述された好ましい実施形態が使用される。具体的には、使用されるガス吸着装置は、クライオポンプを参照して上述された特徴を有している。
【００１５】
本発明を、好ましい実施形態及び添付図面を参照して以下により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】クライオポンプの概略的な構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
クライオポンプは、図示された実施形態ではスクロールポンプである圧縮機10を備えている。圧縮機10に、ライン12を介してヘリウムが供給され、ライン14を介してオイルが供給される。冷媒としての機能を果たすヘリウム及びオイルのこの圧縮された混合物は、ライン16を介して熱交換器18に運ばれる。熱交換器18で、圧縮によって加熱された冷媒を冷却する。その後、冷媒からオイルが濾過される。このためにオイル分離器が設けられている。図示された実施形態では、オイル分離器は、プレ分離器20、第１の細分離器22、第２の細分離器24及び吸着器26を有している。
【００１８】
圧力逃し弁27が、高圧及び低圧間に第２の細分離器24と吸着器26との間に配置されている。
【００１９】
図示された実施形態では、ガス吸着装置28が、送出方向の吸着器26の下流側に配置されている。従って、ガス吸着装置28は、流れ方向の冷却装置30又はコールドヘッドの上流側に配置されている。
【００２０】
ガス吸着装置28は冷却装置30の上流側の領域に配置されており、この領域の温度は、吸着されるガスが凍結する温度より高い。
【００２１】
冷却装置で膨張した冷媒は、ライン32及びライン12を介して圧縮機10に戻る。同様に、分離したオイルはライン34、ライン36及びライン38を介して戻る。
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【国際調査報告】
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