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JP6929601B2 - Cryopump - Google Patents

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JP6929601B2
JP6929601B2 JP2018028382A JP2018028382A JP6929601B2 JP 6929601 B2 JP6929601 B2 JP 6929601B2 JP 2018028382 A JP2018028382 A JP 2018028382A JP 2018028382 A JP2018028382 A JP 2018028382A JP 6929601 B2 JP6929601 B2 JP 6929601B2
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Description

本発明は、クライオポンプに関する。 The present invention relates to a cryopump.

クライオポンプは、極低温に冷却されたクライオパネルに気体分子を凝縮または吸着により捕捉して排気する真空ポンプである。クライオポンプは半導体回路製造プロセス等に要求される清浄な真空環境を実現するために一般に利用される。クライオポンプはいわゆる気体溜め込み式の真空ポンプであるから、捕捉した気体を外部に定期的に排出する再生を要する。 The cryopump is a vacuum pump that captures and exhausts gas molecules by condensing or adsorbing on a cryopanel cooled to an extremely low temperature. Cryopumps are generally used to realize a clean vacuum environment required for semiconductor circuit manufacturing processes and the like. Since the cryopump is a so-called gas storage type vacuum pump, it is necessary to regenerate the captured gas by periodically discharging it to the outside.

特許第5669658号公報Japanese Patent No. 5669658

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、クライオポンプの再生時間を短縮することにある。 One of the exemplary objects of an aspect of the present invention is to reduce the regeneration time of a cryopump.

本発明のある態様によると、クライオポンプは、クライオポンプハウジングと、前記クライオポンプハウジングに取り付けられた膨張機と、前記膨張機から作動ガスを回収して圧縮し、前記膨張機に圧縮された作動ガスを供給する圧縮機と、を備える極低温冷凍機と、前記クライオポンプハウジングにパージガスを供給するパージガスラインと、前記圧縮機の排熱を利用して前記パージガスを加熱するように前記パージガスラインに設置された熱交換器と、を備える。 According to an aspect of the present invention, the cryopump operates by recovering and compressing a cryopump housing, an expander attached to the cryopump housing, and working gas from the expander, and compressing the working gas into the expander. An ultra-low temperature refrigerator including a compressor for supplying gas, a purge gas line for supplying purge gas to the cryopump housing, and the purge gas line so as to heat the purge gas by utilizing the exhaust heat of the compressor. It is equipped with an installed heat exchanger.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above components or components and expressions of the present invention that are mutually replaced between methods, devices, systems, and the like are also effective as aspects of the present invention.

本発明によれば、クライオポンプの再生時間を短縮することができる。 According to the present invention, the regeneration time of the cryopump can be shortened.

第1実施形態に係るクライオポンプを概略的に示す。The cryopump according to the first embodiment is shown schematically. 第2実施形態に係るクライオポンプを概略的に示す。The cryopump according to the second embodiment is shown schematically.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description and drawings, the same or equivalent components, members, and processes are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted as appropriate. The scales and shapes of the illustrated parts are set for convenience of explanation and are not interpreted in a limited manner unless otherwise specified. Embodiments are exemplary and do not limit the scope of the invention in any way. Not all features and combinations thereof described in the embodiments are necessarily essential to the invention.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るクライオポンプ10を概略的に示す。クライオポンプ10は、少なくとも1つのクライオポンプ本体12と、極低温冷凍機14と、クライオポンプ本体12は、クライオポンプハウジング16を備える。極低温冷凍機14は、膨張機18と、圧縮機20とを備える。また、クライオポンプ10は、パージガスライン22と、冷却系24と、第1熱交換器26とを備える。
(First Embodiment)
FIG. 1 schematically shows a cryopump 10 according to the first embodiment. The cryopump 10 includes at least one cryopump main body 12, a cryogenic refrigerator 14, and the cryopump main body 12 includes a cryopump housing 16. The cryogenic refrigerator 14 includes an expander 18 and a compressor 20. Further, the cryopump 10 includes a purge gas line 22, a cooling system 24, and a first heat exchanger 26.

クライオポンプ本体12は、例えばイオン注入装置、スパッタリング装置、蒸着装置、またはその他の真空プロセス装置の真空チャンバに取り付けられて、真空チャンバ内部の真空度を所望の真空プロセスに要求されるレベルまで高めるために使用される。 The cryopump body 12 is attached to the vacuum chamber of, for example, an ion injection device, a sputtering device, a vapor deposition device, or other vacuum process device to increase the degree of vacuum inside the vacuum chamber to the level required for a desired vacuum process. Used for.

クライオポンプハウジング16には、クライオパネルとも呼ばれる極低温面が収容されている。クライオポンプ本体12の吸気口から進入する気体はこの極低温面に凝縮または吸着により捕捉される。極低温冷凍機14の膨張機18は、クライオパネルを冷却するようにクライオポンプハウジング16に取り付けられている。クライオパネルの配置や形状などクライオポンプ本体12の構成は、種々の公知の構成を適宜採用することができるので、ここでは詳述しない。 The cryopump housing 16 accommodates a cryogenic surface, also called a cryopanel. The gas entering from the intake port of the cryopump main body 12 is trapped on this cryogenic surface by condensation or adsorption. The expander 18 of the cryogenic refrigerator 14 is attached to the cryopump housing 16 so as to cool the cryopanel. The configuration of the cryopump main body 12, such as the arrangement and shape of the cryopanel, will not be described in detail here because various known configurations can be appropriately adopted.

クライオポンプハウジング16は、パージガスをクライオポンプハウジング16に導入するためのパージバルブ28と、クライオポンプハウジング16から外部に流体を排出するためのベントバルブ30とを備える。クライオポンプハウジング16は、ラフバルブまたはそのほかのバルブや、圧力センサまたはそのほかのセンサを備えてもよい。 The cryopump housing 16 includes a purge valve 28 for introducing purge gas into the cryopump housing 16, and a vent valve 30 for discharging fluid from the cryopump housing 16 to the outside. The cryopump housing 16 may include a rough valve or other valve, a pressure sensor or other sensor.

極低温冷凍機14の圧縮機20は、極低温冷凍機14の作動ガスを膨張機18から回収し、回収した作動ガスを昇圧して、再び作動ガスを膨張機18に供給するよう構成されている。圧縮機20と膨張機18により作動ガスの循環回路すなわち極低温冷凍機14の冷凍サイクルが構成され、それにより膨張機18の冷却ステージが冷却される。作動ガスは通例、ヘリウムガスであるが、適切な他のガスが用いられてもよい。極低温冷凍機14は、一例として、二段式のギフォード・マクマホン(Gifford-McMahon;GM)冷凍機であるが、そのほかの極低温冷凍機であってもよい。 The compressor 20 of the cryogenic refrigerator 14 is configured to recover the working gas of the cryogenic refrigerator 14 from the expander 18, boost the recovered working gas, and supply the working gas to the expander 18 again. There is. The compressor 20 and the expander 18 constitute a working gas circulation circuit, that is, a refrigerating cycle of the cryogenic refrigerator 14, whereby the cooling stage of the expander 18 is cooled. The working gas is usually helium gas, but other suitable gases may be used. The cryogenic refrigerator 14 is, for example, a two-stage Gifford-McMahon (GM) refrigerator, but may be another cryogenic refrigerator.

極低温冷凍機14の膨張機18は、いわゆる逆転昇温を可能とするように構成されていてもよい。この場合、膨張機18を駆動するモータ19の正転時には作動ガスの膨張による冷凍サイクルが形成される一方、モータ19の逆転時には作動ガスの圧縮による昇温サイクルが形成される。膨張機18は、モータ回転方向を切り替えることによって、冷凍と昇温を切り替えることができる。膨張機18の逆転昇温は、再生時にクライオポンプ本体12を昇温するための熱源の1つとして使用することができる。 The expander 18 of the cryogenic refrigerator 14 may be configured to enable so-called reverse temperature rise. In this case, when the motor 19 for driving the expander 18 rotates in the normal direction, a refrigeration cycle is formed by expanding the working gas, while when the motor 19 rotates in the reverse direction, a temperature rising cycle is formed by compressing the working gas. The expander 18 can switch between freezing and raising the temperature by switching the motor rotation direction. The reverse temperature rise of the expander 18 can be used as one of the heat sources for raising the temperature of the cryopump main body 12 during regeneration.

また、極低温冷凍機14は、高圧配管32と低圧配管34とを備える。高圧配管32は、圧縮機20により圧縮された高圧の作動ガスを圧縮機20から膨張機18に供給するように圧縮機20を膨張機18に接続する。低圧配管34は、膨張機18での膨張により減圧された低圧の作動ガスを膨張機18から圧縮機20に回収するように圧縮機20を膨張機18に接続する。 Further, the cryogenic refrigerator 14 includes a high-pressure pipe 32 and a low-pressure pipe 34. The high-pressure pipe 32 connects the compressor 20 to the expander 18 so as to supply the high-pressure working gas compressed by the compressor 20 from the compressor 20 to the expander 18. The low-pressure pipe 34 connects the compressor 20 to the compressor 18 so as to recover the low-pressure working gas decompressed by the expansion in the expander 18 from the expander 18 to the compressor 20.

圧縮機20は、作動ガスを圧縮する圧縮機本体36と、吐出ガス流路38と、吸入ガス流路40と、圧縮機筐体42と、第2熱交換器44とを備える。吐出ガス流路38は、圧縮機本体36の吐出口を高圧配管32に接続し、吸入ガス流路40は、圧縮機本体36の吸入口を低圧配管34に接続する。圧縮機本体36による作動ガスの圧縮に伴い圧縮熱が発生する。よって、吸入ガス流路40を流れる低圧の作動ガスに比べて、吐出ガス流路38を流れる高圧の作動ガスは高温となる。圧縮機筐体42は、圧縮機本体36、吐出ガス流路38、吸入ガス流路40、および第2熱交換器44を収容する。 The compressor 20 includes a compressor main body 36 that compresses working gas, a discharge gas flow path 38, an intake gas flow path 40, a compressor housing 42, and a second heat exchanger 44. The discharge gas flow path 38 connects the discharge port of the compressor main body 36 to the high pressure pipe 32, and the suction gas flow path 40 connects the suction port of the compressor main body 36 to the low pressure pipe 34. Compression heat is generated as the working gas is compressed by the compressor body 36. Therefore, the high-pressure working gas flowing through the discharge gas flow path 38 has a higher temperature than the low-pressure working gas flowing through the intake gas flow path 40. The compressor housing 42 houses the compressor main body 36, the discharge gas flow path 38, the suction gas flow path 40, and the second heat exchanger 44.

パージガスライン22は、クライオポンプハウジング16にパージガスを供給するように構成されている。パージガスは、クライオポンプ10の再生を効率的に行うために使用される。パージガスは、クライオポンプ本体12を昇温するための熱源の1つとして使用される。また、パージガスは、クライオポンプ本体12の内部に捕捉された気体の再気化を排出を促進することができる。パージガスは、極低温冷凍機14の作動ガスとは通例異なるガスであり、例えば窒素ガスである。 The purge gas line 22 is configured to supply purge gas to the cryopump housing 16. The purge gas is used to efficiently regenerate the cryopump 10. The purge gas is used as one of the heat sources for raising the temperature of the cryopump main body 12. Further, the purge gas can promote the re-vaporization of the gas trapped inside the cryopump main body 12 to discharge the gas. The purge gas is a gas that is usually different from the working gas of the cryogenic refrigerator 14, and is, for example, nitrogen gas.

パージガスライン22は、パージガス源46と、パージガス配管48とを備える。パージガス配管48は、パージガス源46からパージバルブ28にパージガスを供給するようにパージガス源46をパージバルブ28に接続する。パージバルブ28を開くことにより、パージガス源46からクライオポンプハウジング16へのパージガス流れが許容される。パージバルブ28を閉じることにより、パージガス源46からクライオポンプハウジング16へのパージガス流れが遮断される。供給されたパージガスは、ベントバルブ30を通じてクライオポンプハウジング16から排出されることができる。 The purge gas line 22 includes a purge gas source 46 and a purge gas pipe 48. The purge gas pipe 48 connects the purge gas source 46 to the purge valve 28 so as to supply the purge gas from the purge gas source 46 to the purge valve 28. By opening the purge valve 28, the purge gas flow from the purge gas source 46 to the cryopump housing 16 is allowed. By closing the purge valve 28, the purge gas flow from the purge gas source 46 to the cryopump housing 16 is cut off. The supplied purge gas can be discharged from the cryopump housing 16 through the vent valve 30.

パージガスライン22は、クライオポンプ本体12の周囲環境、例えば室温大気圧環境に設置されている。パージガスの温度は、例えば室温に調整されている。必要に応じて、パージガスは、室温より高温に加熱されたガス、または、室温より低温のガスであってもよい。本書において室温は、10℃〜30℃の範囲または15℃〜25℃の範囲から選択される温度であり、例えば約20℃である。 The purge gas line 22 is installed in the ambient environment of the cryopump main body 12, for example, a room temperature atmospheric pressure environment. The temperature of the purge gas is adjusted to, for example, room temperature. If necessary, the purge gas may be a gas heated to a temperature higher than room temperature or a gas having a temperature lower than room temperature. In this document, the room temperature is a temperature selected from the range of 10 ° C. to 30 ° C. or the range of 15 ° C. to 25 ° C., for example, about 20 ° C.

冷却系24は、圧縮機20において作動ガスの圧縮に伴い発生する圧縮熱を圧縮機20から取り除くように冷媒で圧縮機20を冷却するように構成されている。冷却系24は、冷媒を温調するとともに循環させるチラー50と、冷媒供給流路52と、冷媒回収流路54と、圧縮機冷媒流路56とを備える。冷媒は、例えば冷却水である。冷媒は、チラー50によって、例えば、室温より低く、冷媒の凝固点(水の場合0℃)より高い温度に冷却される。 The cooling system 24 is configured to cool the compressor 20 with a refrigerant so as to remove the heat of compression generated by the compression of the working gas in the compressor 20 from the compressor 20. The cooling system 24 includes a chiller 50 that regulates and circulates the refrigerant, a refrigerant supply flow path 52, a refrigerant recovery flow path 54, and a compressor refrigerant flow path 56. The refrigerant is, for example, cooling water. The refrigerant is cooled by the chiller 50, for example, to a temperature lower than room temperature and higher than the freezing point of the refrigerant (0 ° C in the case of water).

冷媒供給流路52は、温調された冷媒をチラー50から圧縮機冷媒流路56に供給するようにチラー50を圧縮機冷媒流路56に接続する。冷媒回収流路54は、圧縮機冷媒流路56からチラー50に冷媒を回収するようにチラー50を圧縮機冷媒流路56に接続する。冷却系24のうちチラー50、冷媒供給流路52、および冷媒回収流路54は、圧縮機20の外に配置され、圧縮機冷媒流路56は、圧縮機20の中に配置されている。圧縮機冷媒流路56は、圧縮機筐体42に収容されている。 The refrigerant supply flow path 52 connects the chiller 50 to the compressor refrigerant flow path 56 so as to supply the temperature-controlled refrigerant from the chiller 50 to the compressor refrigerant flow path 56. The refrigerant recovery flow path 54 connects the chiller 50 to the compressor refrigerant flow path 56 so as to recover the refrigerant from the compressor refrigerant flow path 56 to the chiller 50. Of the cooling system 24, the chiller 50, the refrigerant supply flow path 52, and the refrigerant recovery flow path 54 are arranged outside the compressor 20, and the compressor refrigerant flow path 56 is arranged inside the compressor 20. The compressor refrigerant flow path 56 is housed in the compressor housing 42.

第2熱交換器44は、吐出ガス流路38と圧縮機冷媒流路56で熱交換をするよう構成されている。吐出ガス流路38を流れる作動ガスが、圧縮機冷媒流路56を流れる冷媒で冷却される。よって、冷媒は第2熱交換器44で加熱され、加熱された冷媒が冷媒回収流路54へと流れる。冷媒回収流路54を流れる冷媒は、室温より高温であり、例えば50℃から70℃の温度に加熱される。また、作動ガスは第2熱交換器44で適温に冷却され、吐出ガス流路38と高圧配管32を通じて膨張機18に供給される。このようにして、圧縮機本体36で発生する圧縮熱は、第2熱交換器44を介して作動ガスから冷媒へと輸送され、圧縮機20から流出する冷媒とともに圧縮機20から取り除かれる。 The second heat exchanger 44 is configured to exchange heat between the discharge gas flow path 38 and the compressor refrigerant flow path 56. The working gas flowing through the discharge gas flow path 38 is cooled by the refrigerant flowing through the compressor refrigerant flow path 56. Therefore, the refrigerant is heated by the second heat exchanger 44, and the heated refrigerant flows into the refrigerant recovery flow path 54. The refrigerant flowing through the refrigerant recovery flow path 54 is heated to a temperature higher than room temperature, for example, 50 ° C. to 70 ° C. Further, the working gas is cooled to an appropriate temperature by the second heat exchanger 44 and supplied to the expander 18 through the discharge gas flow path 38 and the high pressure pipe 32. In this way, the heat of compression generated in the compressor body 36 is transported from the working gas to the refrigerant via the second heat exchanger 44, and is removed from the compressor 20 together with the refrigerant flowing out of the compressor 20.

第1熱交換器26は、圧縮機20の排熱を利用してパージガスを加熱するようにパージガスライン22に設置されている。第1熱交換器26は、圧縮熱によって加熱された冷媒を熱源としてパージガスを加熱するように構成されている。 The first heat exchanger 26 is installed in the purge gas line 22 so as to heat the purge gas by utilizing the exhaust heat of the compressor 20. The first heat exchanger 26 is configured to heat the purge gas using the refrigerant heated by the heat of compression as a heat source.

第1熱交換器26は、圧縮機20の外に配置されている。第1熱交換器26は、圧縮機筐体42の外側に隣接して圧縮機20に設置されていてもよい。 The first heat exchanger 26 is arranged outside the compressor 20. The first heat exchanger 26 may be installed in the compressor 20 adjacent to the outside of the compressor housing 42.

第1熱交換器26は、冷媒回収流路54とパージガス配管48で熱交換をするよう構成されている。パージガス配管48を流れるパージガスが、冷媒回収流路54を流れる冷媒で加熱される。パージガス源46からパージガス配管48に送出されたパージガスは第1熱交換器26で加熱され、加熱されたパージガスがパージバルブ28からクライオポンプハウジング16に供給される。パージガスライン22からクライオポンプハウジング16に供給されるパージガスは、室温より高温であり、例えば40℃から60℃の温度に加熱される。冷媒は第1熱交換器26で冷却されチラー50へと戻る。このようにして、冷媒へと輸送された圧縮機20の排熱を利用して、パージガスが加熱される。 The first heat exchanger 26 is configured to exchange heat between the refrigerant recovery flow path 54 and the purge gas pipe 48. The purge gas flowing through the purge gas pipe 48 is heated by the refrigerant flowing through the refrigerant recovery flow path 54. The purge gas sent from the purge gas source 46 to the purge gas pipe 48 is heated by the first heat exchanger 26, and the heated purge gas is supplied from the purge valve 28 to the cryopump housing 16. The purge gas supplied from the purge gas line 22 to the cryopump housing 16 is heated to a temperature higher than room temperature, for example, 40 ° C. to 60 ° C. The refrigerant is cooled by the first heat exchanger 26 and returns to the chiller 50. In this way, the purge gas is heated by utilizing the exhaust heat of the compressor 20 transported to the refrigerant.

第1熱交換器26は、適用可能な任意の形式の熱交換器を適宜採用することができる。同様に、第2熱交換器44は、適用可能な任意の形式の熱交換器を適宜採用することができる。 As the first heat exchanger 26, any applicable type of heat exchanger can be appropriately adopted. Similarly, the second heat exchanger 44 can appropriately adopt any applicable form of heat exchanger.

クライオポンプ10の排気運転が継続されることによりクライオポンプ本体12には気体が蓄積されていく。蓄積した気体を外部に排出するために、クライオポンプ本体12の再生が行われる。再生が完了すれば、再び排気運転を始めることができる。 As the exhaust operation of the cryopump 10 is continued, gas is accumulated in the cryopump main body 12. The cryopump main body 12 is regenerated in order to discharge the accumulated gas to the outside. When the regeneration is completed, the exhaust operation can be started again.

再生が開始されると、パージガスライン22からクライオポンプハウジング16にパージガスが供給される。極低温冷凍機14の膨張機18の逆転昇温によってクライオポンプ本体12は加熱される。圧縮機20の運転は再生中も継続されている。作動ガスの圧縮熱により、第2熱交換器44で冷却系24の冷媒が加熱される。加熱された冷媒により第1熱交換器26でパージガスが加熱される。こうして、圧縮機20の排熱を利用してパージガスを加熱し、加熱されたパージガスをクライオポンプハウジング16に供給することができる。高温のパージガスが供給されるので、再生中のクライオポンプ本体12の温度上昇を速くすることができる。 When regeneration is started, purge gas is supplied from the purge gas line 22 to the cryopump housing 16. The cryopump main body 12 is heated by the reverse temperature rise of the expander 18 of the cryogenic refrigerator 14. The operation of the compressor 20 is continued even during the reproduction. The refrigerant of the cooling system 24 is heated in the second heat exchanger 44 by the heat of compression of the working gas. The purge gas is heated in the first heat exchanger 26 by the heated refrigerant. In this way, the purge gas can be heated by utilizing the exhaust heat of the compressor 20, and the heated purge gas can be supplied to the cryopump housing 16. Since the high temperature purge gas is supplied, the temperature rise of the cryopump main body 12 during regeneration can be accelerated.

仮に第1熱交換器26がパージガスライン22に設置されていなかった場合には、室温のパージガスがクライオポンプ本体12に供給される。これに対し、第1実施形態に係るクライオポンプ10によれば、第1熱交換器26が無い場合に比べて高温のパージガスをクライオポンプ本体12に供給することができる。したがって、クライオポンプ本体12を効率的に昇温し、再生時間を短縮することができるものと期待される。 If the first heat exchanger 26 is not installed in the purge gas line 22, purge gas at room temperature is supplied to the cryopump main body 12. On the other hand, according to the cryopump 10 according to the first embodiment, it is possible to supply a high temperature purge gas to the cryopump main body 12 as compared with the case where the first heat exchanger 26 is not provided. Therefore, it is expected that the temperature of the cryopump main body 12 can be raised efficiently and the regeneration time can be shortened.

また、第1実施形態に係るクライオポンプ10によれば、これまで外部に捨てていた圧縮機20の排熱を活用することができる。パージガスライン22に電気ヒータを設置するなど他の加熱手段に比べて、クライオポンプ10は、省エネルギー性に優れる。 Further, according to the cryopump 10 according to the first embodiment, the exhaust heat of the compressor 20 that has been discarded to the outside can be utilized. The cryopump 10 is excellent in energy saving as compared with other heating means such as installing an electric heater in the purge gas line 22.

さらに、第1実施形態に係るクライオポンプ10によれば、既存のパージガスライン22をほぼそのまま使用できる。パージガスライン22の大幅な改造は必要ない。設置スペースの増大やコスト上昇などの負の影響を最小限に抑制することができる。 Further, according to the cryopump 10 according to the first embodiment, the existing purge gas line 22 can be used almost as it is. No major modification of the purge gas line 22 is required. Negative effects such as increased installation space and increased costs can be minimized.

(第2実施形態)
図2は、第2実施形態に係るクライオポンプ10を概略的に示す。図示されるクライオポンプ10は、第1熱交換器26の構成に関して図1に示されるクライオポンプ10と相違し、その余については概ね共通する。以下では、相違する構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 2 schematically shows a cryopump 10 according to a second embodiment. The cryopump 10 shown is different from the cryopump 10 shown in FIG. 1 in terms of the configuration of the first heat exchanger 26, and the rest is generally common. In the following, different configurations will be mainly described, and common configurations will be briefly described or omitted.

クライオポンプ10は、クライオポンプハウジング16を備えるクライオポンプ本体12と、膨張機18と圧縮機20とを備える極低温冷凍機14と、を備える。膨張機18は、クライオポンプハウジング16に取り付けられている。クライオポンプハウジング16には、パージバルブ28およびベントバルブ30が設けられている。また、クライオポンプ10は、パージガスライン22と、冷却系24と、第1熱交換器26とを備える。 The cryopump 10 includes a cryopump main body 12 including a cryopump housing 16, and a cryogenic refrigerator 14 including an expander 18 and a compressor 20. The inflator 18 is attached to the cryopump housing 16. The cryopump housing 16 is provided with a purge valve 28 and a vent valve 30. Further, the cryopump 10 includes a purge gas line 22, a cooling system 24, and a first heat exchanger 26.

圧縮機20は、圧縮機本体36と、吐出ガス流路38と、吸入ガス流路40と、圧縮機筐体42とを備える。吐出ガス流路38は、圧縮機本体36の吐出口を高圧配管32に接続し、吸入ガス流路40は、圧縮機本体36の吸入口を低圧配管34に接続する。 The compressor 20 includes a compressor main body 36, a discharge gas flow path 38, an intake gas flow path 40, and a compressor housing 42. The discharge gas flow path 38 connects the discharge port of the compressor main body 36 to the high pressure pipe 32, and the suction gas flow path 40 connects the suction port of the compressor main body 36 to the low pressure pipe 34.

圧縮機20には、第1熱交換器26と第2熱交換器44の両方が設けられている。圧縮機筐体42は、圧縮機本体36、吐出ガス流路38、吸入ガス流路40、第1熱交換器26および第2熱交換器44を収容する。 The compressor 20 is provided with both a first heat exchanger 26 and a second heat exchanger 44. The compressor housing 42 houses the compressor main body 36, the discharge gas flow path 38, the suction gas flow path 40, the first heat exchanger 26, and the second heat exchanger 44.

パージガスライン22は、パージガス源46と、パージガス配管48とを備える。パージガス配管48は、圧縮機20の中に配置された圧縮機パージガス流路58を備える。圧縮機パージガス流路58は、圧縮機筐体42に収容されている。パージガスは、パージガス源46から圧縮機パージガス流路58およびパージガス配管48を通じてパージバルブ28に供給される。パージガスは、パージバルブ28からクライオポンプハウジング16に供給される。 The purge gas line 22 includes a purge gas source 46 and a purge gas pipe 48. The purge gas pipe 48 includes a compressor purge gas flow path 58 arranged in the compressor 20. The compressor purge gas flow path 58 is housed in the compressor housing 42. The purge gas is supplied from the purge gas source 46 to the purge valve 28 through the compressor purge gas flow path 58 and the purge gas pipe 48. The purge gas is supplied from the purge valve 28 to the cryopump housing 16.

冷却系24は、チラー50と、冷媒供給流路52と、冷媒回収流路54と、圧縮機冷媒流路56とを備える。第1実施形態とは異なり、第2実施形態では、第1熱交換器26は、冷却系24に設けられていない。 The cooling system 24 includes a chiller 50, a refrigerant supply flow path 52, a refrigerant recovery flow path 54, and a compressor refrigerant flow path 56. Unlike the first embodiment, in the second embodiment, the first heat exchanger 26 is not provided in the cooling system 24.

第1熱交換器26は、圧縮機20の排熱を利用してパージガスを加熱するようにパージガスライン22に設置されている。第1熱交換器26は、圧縮機20によって圧縮された作動ガスを熱源としてパージガスを加熱するように構成されている。 The first heat exchanger 26 is installed in the purge gas line 22 so as to heat the purge gas by utilizing the exhaust heat of the compressor 20. The first heat exchanger 26 is configured to heat the purge gas using the working gas compressed by the compressor 20 as a heat source.

第1熱交換器26は、吐出ガス流路38と圧縮機パージガス流路58で熱交換をするよう構成されている。圧縮機パージガス流路58を流れるパージガスが、吐出ガス流路38を流れる作動ガスで加熱される。パージガス源46からパージガス配管48に送出されたパージガスは第1熱交換器26で加熱され、加熱されたパージガスがパージバルブ28からクライオポンプハウジング16に供給される。作動ガスは第1熱交換器26で冷却され第2熱交換器44へと流れる。 The first heat exchanger 26 is configured to exchange heat between the discharge gas flow path 38 and the compressor purge gas flow path 58. The purge gas flowing through the compressor purge gas flow path 58 is heated by the working gas flowing through the discharge gas flow path 38. The purge gas sent from the purge gas source 46 to the purge gas pipe 48 is heated by the first heat exchanger 26, and the heated purge gas is supplied from the purge valve 28 to the cryopump housing 16. The working gas is cooled by the first heat exchanger 26 and flows to the second heat exchanger 44.

第2熱交換器44は、吐出ガス流路38と圧縮機冷媒流路56で熱交換をするよう構成されている。吐出ガス流路38を流れる作動ガスが、圧縮機冷媒流路56を流れる冷媒で冷却される。よって、冷媒は第2熱交換器44で加熱され、加熱された冷媒が冷媒回収流路54へと流れる。また、作動ガスは第2熱交換器44で適温に冷却され、吐出ガス流路38と高圧配管32を通じて膨張機18に供給される。 The second heat exchanger 44 is configured to exchange heat between the discharge gas flow path 38 and the compressor refrigerant flow path 56. The working gas flowing through the discharge gas flow path 38 is cooled by the refrigerant flowing through the compressor refrigerant flow path 56. Therefore, the refrigerant is heated by the second heat exchanger 44, and the heated refrigerant flows into the refrigerant recovery flow path 54. Further, the working gas is cooled to an appropriate temperature by the second heat exchanger 44 and supplied to the expander 18 through the discharge gas flow path 38 and the high pressure pipe 32.

第1熱交換器26と第2熱交換器44はともに、圧縮機20の吐出ガス流路38に設置されている。第1熱交換器26が第2熱交換器44の上流に配置されている。すなわち、第1熱交換器26は、圧縮機本体36と第2熱交換器44の間に位置する。第1熱交換器26が圧縮機本体36のすぐ下流に設けられているので、第1熱交換器26は、パージガスをより高温の作動ガスと熱接触させることができる。よって、第1熱交換器26は、パージガスをより高温に加熱することができる。 Both the first heat exchanger 26 and the second heat exchanger 44 are installed in the discharge gas flow path 38 of the compressor 20. The first heat exchanger 26 is arranged upstream of the second heat exchanger 44. That is, the first heat exchanger 26 is located between the compressor main body 36 and the second heat exchanger 44. Since the first heat exchanger 26 is provided immediately downstream of the compressor body 36, the first heat exchanger 26 can bring the purge gas into thermal contact with the higher temperature working gas. Therefore, the first heat exchanger 26 can heat the purge gas to a higher temperature.

なお、クライオポンプ本体12の耐熱温度による制約など、パージガスの過剰な昇温を抑制することが望まれる場合には、第1熱交換器26と第2熱交換器44の位置関係は逆でもよい。すなわち、第1熱交換器26が第2熱交換器44の下流に配置されてもよい。第2熱交換器44は、圧縮機本体36と第1熱交換器26の間に位置してもよい。 If it is desired to suppress an excessive temperature rise of the purge gas due to restrictions due to the heat resistant temperature of the cryopump main body 12, the positional relationship between the first heat exchanger 26 and the second heat exchanger 44 may be reversed. .. That is, the first heat exchanger 26 may be arranged downstream of the second heat exchanger 44. The second heat exchanger 44 may be located between the compressor body 36 and the first heat exchanger 26.

第2実施形態に係るクライオポンプ10によれば、圧縮機20の排熱を利用してパージガスを加熱し、加熱されたパージガスをクライオポンプハウジング16に供給することができる。高温のパージガスが供給されるので、再生中のクライオポンプ本体12の温度上昇を速くすることができる。したがって、クライオポンプ本体12を効率的に昇温し、再生時間を短縮することができるものと期待される。また、パージガスライン22に電気ヒータを設置するなど他の加熱手段に比べて、クライオポンプ10は、省エネルギー性に優れる。 According to the cryopump 10 according to the second embodiment, the purge gas can be heated by utilizing the exhaust heat of the compressor 20, and the heated purge gas can be supplied to the cryopump housing 16. Since the high temperature purge gas is supplied, the temperature rise of the cryopump main body 12 during regeneration can be accelerated. Therefore, it is expected that the temperature of the cryopump main body 12 can be raised efficiently and the regeneration time can be shortened. Further, the cryopump 10 is excellent in energy saving as compared with other heating means such as installing an electric heater in the purge gas line 22.

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。 The present invention has been described above based on examples. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above embodiment, various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are also within the scope of the present invention. By the way.

なお、図においては1台のクライオポンプ本体12が示されているが、クライオポンプ10は、複数のクライオポンプ本体12を備えてもよい。この場合、極低温冷凍機14は、少なくとも1つの圧縮機20と、複数の膨張機18とを備える。各膨張機18が対応するクライオポンプ本体12のクライオポンプハウジング16に取り付けられている。複数のクライオポンプ本体12は、独立して運転することができ、例えば、1台のクライオポンプ本体12を再生しながら、残りのクライオポンプ本体12は真空排気運転を継続することができる。 Although one cryopump main body 12 is shown in the figure, the cryopump 10 may include a plurality of cryopump main bodies 12. In this case, the cryogenic refrigerator 14 includes at least one compressor 20 and a plurality of expanders 18. Each inflator 18 is attached to the corresponding cryopump housing 16 of the corresponding cryopump body 12. The plurality of cryopump main bodies 12 can be operated independently. For example, while one cryopump main body 12 is being regenerated, the remaining cryopump main bodies 12 can continue the vacuum exhaust operation.

10 クライオポンプ、 14 極低温冷凍機、 16 クライオポンプハウジング、 18 膨張機、 20 圧縮機、 22 パージガスライン、 24 冷却系、 26 第1熱交換器。 10 Cryopump, 14 Cryogenic refrigerator, 16 Cryopump housing, 18 Inflator, 20 Compressor, 22 Purge gas line, 24 Cooling system, 26 First heat exchanger.

Claims (1)

クライオポンプハウジングと、
前記クライオポンプハウジングに取り付けられた膨張機と、前記膨張機から作動ガスを回収して圧縮し、前記膨張機に圧縮された作動ガスを供給する圧縮機と、を備える極低温冷凍機と、
前記クライオポンプハウジングにパージガスを供給するパージガスラインと、
前記圧縮機の排熱を利用して前記パージガスを加熱するように前記パージガスラインに設置された熱交換器と、を備え
前記熱交換器は、前記圧縮機によって圧縮された作動ガスを熱源として前記パージガスを加熱するように構成されていることを特徴とするクライオポンプ。
Cryopump housing and
A cryogenic refrigerator including an expander attached to the cryopump housing, a compressor that collects and compresses working gas from the expander, and supplies the compressed working gas to the expander.
A purge gas line that supplies purge gas to the cryopump housing,
A heat exchanger installed in the purge gas line so as to heat the purge gas by utilizing the exhaust heat of the compressor is provided .
The heat exchanger, a cryopump, characterized that you have been configured to heat the purge gas working gas compressed as a heat source by the compressor.
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