(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器の内部に、機械式冷凍機のコールドヘッドの低温生成部を設けると共に、該真空容器の外部からその内部を循環して再び外部へと延びる往復の空気流通管を設け、該空気流通管の中間部を該低温生成部との間で熱交換して該流通管内の空気を冷却する主熱交換器部に構成し、該空気流通管の主熱交換器部の前後の部分に、該往復の空気流通管の間で熱交換する予備熱交換器部を設け、該予備熱交換器部は内外２重の管からなり、該予備熱交換器部の内管が空気が流出する側の部分の一部を構成し、該予備熱交換器部の外管が空気が流入する側の部分の一部を構成したことを特徴とするドライエアー製造装置。
【請求項２】
上記主熱交換器部及び予備熱交換器部に、上記真空容器の外部へ連なるドレン管を設けたことを特徴とする請求項１に記載のドライエアー製造装置。
【請求項３】
上記予備熱交換器に、上記空気流通管の復路を流れる空気を加熱するヒーターを設けたことを特徴とする請求項１に記載のドライエアー製造装置。
【請求項４】
上記低温生成部を機械式ヘリウム冷凍機のコールドヘッドとこれに取り付けた金属ブロックで構成し、上記空気流通管の中間部を該金属ブロックに接触させて上記主熱交換器を構成したことを特徴とする請求項１に記載のドライエアー製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大量のドライエアーを製造する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、真空処理装置、例えば真空成膜装置に於いては、メンテナンスのために該成膜装置の真空成膜室を大気圧に戻し、該成膜室内の清掃や補修などを人手により行っており、この大気圧に戻すために通常は液体窒素から蒸発した窒素ガスが使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうした窒素ガスを使用する理由は、真空成膜室などの真空になる空間内に水分を持ち込まないためであるが、該真空成膜室内は酸欠状態にあるため、これを考慮しながら作業者は作業を行わなければならず、窒素ガスを導入して該空間が大気圧になったところで該空間を大気に開放し、酸素が十分に存在するようになってから作業に取りかかることになるので、作業時間が長引く不都合があり、該空間には大気の導入に伴って水分が持ち込まれ、これが該空間の内面に付着して次に該空間を真空に排気するときの時間も長引いてしまう不都合がある。窒素ガスに代え水分の少ないエアーを供給すれば、こうした不都合の解決が可能になる。
【０００４】
本発明は、こうした不都合を解決するための水分の少ないエアーすなわちドライエアーを製造する装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記の目的を達成するため、真空容器の内部に、機械式冷凍機のコールドヘッドの低温生成部を設けると共に、該真空容器の外部からその内部を循環して再び外部へと延びる往復の空気流通管を設け、該空気流通管の中間部を該低温生成部との間で熱交換して該流通管内の空気を冷却する主熱交換器部に構成し、該空気流通管の主熱交換器部の前後の部分に、該往復の空気流通管の間で熱交換する予備熱交換器部を設け、該予備熱交換器部は内外２重の管からなり、該予備熱交換器部の内管が空気が流出する側の部分の一部を構成し、該予備熱交換器部の外管が空気が流入する側の部分の一部を構成した。該主熱交換器部及び予備熱交換器部に、該真空容器の外部へ連なるドレン管を設けて該空気流通管を流れる空気中から取り除いた水分を排出する。該予備熱交換器に、該空気流通管の復路を流れる空気を加熱するヒーターを設けることで、該流通管から流出するドライエアーの温度を任意に制御できる。該低温生成部を機械式ヘリウム冷凍機のコールドヘッドとこれに取り付けた金属ブロックで構成し、該空気流通管の中間部を該金属ブロックに接触させて該主熱交換器を構成することが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図面に基づき本発明の実施の形態を説明すると、図１に於いて符号１は真空ポンプ２０により真空に排気された真空容器、符号２は該真空容器１の内部に設けた小型の機械式冷凍機のコールドヘッドやクライオスタッドなどからなる極低温生成部を示し、該極低温生成部２には熱伝導性のよい銅製の例えば２０Ｋｇの金属ブロック１５を一体に取り付けて立体的な極低温面域が得られるようにした。
【０００７】
該真空容器１には、その外部から該容器１の内部を循環して再び外部へと延びて低圧の真空容器１と大気との圧力差により、或いは圧空ポンプ５などにより端部から送り込まれた空気が流通する往復の空気流通管４を設け、該空気流通管４の中間部を該金属ブロック１５にロウ付けその他により接触させることにより主熱交換器部６に構成し、該空気流通管４の内部を流通する空気が冷却されるようにした。該空気流通管４の空気放出側の端部は、真空成膜室などの空間に接続される。
【０００８】
また、該空気流通管４の該主熱交換器部６の流出する側と流入する側の前後の部分４ａ、４ｂに、該往復の空気流通管４の間で熱交換する予備熱交換器部７を設け、該流入する側の部分４ｂを流れる空気の熱により、流出する側の部分４ａに流れる空気の温度を好ましくは室温程度に上昇させて該空間に放出するようにした。図示の例では、該予備熱交換器部７を概略内外２重の管で構成し、その内管が流出する側の部分４ａの一部を構成し、その外管で流入する側の部分４ｂの一部を構成した。これら予備熱交換器部７及び主熱交換器部６に於いては、外部から流入した空気が冷却され、その空気中に含有された水分が凝縮されて除去されるので、その流出側の部分４ａには水分含有率の少ないドライエアーが流れ、同時に流入側の部分４ｂの空気により加熱される。必要な場合には、図示のように該予備熱交換器部７の外部にヒーター８を設けて流出側の部分４ａを流れる空気の温度を必要な温度にまで上昇させるようにし、流通空気から十分な水抜きを行うために該予備熱交換器部７を複数段に設けるようにしてもよい。
【０００９】
該超低温生成部２を構成する小型の１段式の機械式冷凍機２ａのコールドヘッド２ｂを冷凍する原理は図２に示す如くであり、圧縮機ユニット９により圧縮された高圧ヘリウムを、間歇的に開閉する高圧バルブ１０及び蓄冷器１１を介して電動機などで機械的に移動されて膨張したディスプレーサー１２の膨張室１３へ送り込み、サイモン膨張の原理により該膨張室１３の頂部に密接して取り付けた金属ブロック１５を冷却する。そして該ディスプレーサー１２を復動させると共に該低圧バルブ１７を開き、該膨張室１３内の低圧になったヘリウムガスを圧縮機ユニット９に戻す。該金属ブロック１５は例えば１３０Ｋ程度の極低温に冷却され、これに取り付けた空気流通管４の中間部からなる主熱交換器部６も同温度に冷却されることによりその内部を流通する空気が冷却されて水分が除去される。
【００１０】
主熱交換器部６および予備熱交換器部７には、熱交換に伴い流通空気から除去された水を外部へ排除するためのドレン管１４を接続し、必要に応じて該ドレン管１４に設けたドレンバルブ１６を開いて該水を排除するようにした。
【００１１】
図示の２段に予備熱交換部７を設けた例の作動状態を説明すると、該機械式冷凍機２ａを作動させて極低温生成部２及び金属ブロック１５を１３０Ｋに冷却しておき、該空気流通管４の一端を直接大気に或いは圧空ポンプ５を介して接続し、他端の空気放出側を真空成膜室などの空間に向ける。室温の大気を流量制御器により１０ｍ3／時間程度の大量の空気を空気流通管４へ送り込み、その空気はまず２段の予備熱交換部７、７に於いて冷却されると同時に水分が凝縮により取り除かれる。続いて主熱交換器部６に於いて更に極低温に冷却されるために残存する空気中の水分が殆ど完全に取り除かれ、ドライエアーとなって空気流通管４の他端から真空成膜室などの空間に送り込まれる。該主熱交換器部６で空気が例えば１３０Ｋに冷却されると、水の分圧は１０-8Ｐａ以下のドライエアーになる。
【００１２】
該空間が真空成膜室のように水分を嫌うものである場合、本発明の装置からドライエアーを供給し続けておくことで、該真空成膜室内が酸欠状態にならないので、その内部の保守作業等をその内部が大気圧になったところで直ちに開始することができ、その作業の終了後に該真空成膜室を閉じてその内部を所定の真空に排気するとき、内部に水分が持ち込まれていないため短時間で所定の真空に到達できる。該空気流通管４から吹き出すドライエアーの温度が予定の温度例えば室温よりも低くなりがちのときは、該予備熱交換器部７に設けたヒーター８を作動させて予定温度のドライエアーを放出させることができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、真空容器の内部の極低温生成部と外部から導入した空気流通管の中間部とで主熱交換器部に構成し、該空気流通管の主熱交換器部の前後の部分で予備熱交換器部を構成したので、大量のドライエアーを製造することができ、例えば真空成膜装置などの水分を嫌う装置に供給して迅速に保守を開始し短時間に運転再開状態となし得られて好都合であり、該予備熱交換器部にドレン管やヒーターを設けることで長時間に亘る運転や適温で大量のドライエアーを得ることができる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す断面線図
【図２】機械式冷凍機の説明図
【符号の説明】
１  真空容器、２ａ  機械式冷凍機、２  極低温生成部、４  空気流通管、４ａ・４ｂ  部分、６  主熱交換器部、７・７  予備熱交換器部、８  ヒーター、１４  ドレン管、１５  金属ブロック、２０  真空ポンプ、
【図１】
0004584428.tif 000002
【図２】
0004584428.tif 000003