Method for regenerating a cryopump

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、停電等の事故などにより、クライオポンプの稼動中または再生中に、クライオポンプの機能停止あるいは再生中断が起こったのちに、
復帰後にクライオポンプを安全に再生する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空ポンプとして用いられるクライオポンプは、気体分子をポンプ内の冷却面に凝縮して除去するものであり、使用を継続することによりトラップした気体分子量が増大し、ついには飽和する。 そのため、所定期間使用後には、トラップした気体分子を系外に取り除いて再生することが必要である。

【０００３】この再生方法の一つとして、クライオポンプ内に吐き出されるガス量を制御しつつ、クライオポンプを昇温してクライオポンプ内をロータリーポンプにより排気し、クライオポンプ内の凝縮物を除く方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この方法は、予め設定された条件下で行なわれる限りにおいて、安全かつ効率的な方法であるが、停電などにより再生操作の中断を余儀なくされた場合において、停電の回復後に再生操作を再開すると、ロータリーポンプで爆発を生じることがあった。

【０００５】また、クライオポンプの稼動時に停電等が起こった際も、場合によっては稼動に先立ってクライオポンプを再生する必要があるが、この場合にも再生時にロータリーポンプで爆発を生じることがあった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らが鋭意検討したところ、上記の爆発には、各気体分子、特に水素の脱トラップ速度と、水素／酸素混合ガスの爆発範囲の広さに起因していることが判った。

【０００７】再生操作においては、その開始とともに先ず水素が放出されてくる。 通常の再生操作では、この水素が徐々にロータリーポンプにより排気され、水素放出後に酸素が放出されて排気され、これと前後して他のガス分子が放出され、再生操作が終了する。

【０００８】しかし、水素の放出終了前に停電などにより再生操作が中断されると、ロータリーポンプによる排気は停止され、一方、クライオポンプ内では水素の放出が引き続き行なわれるので、しだいに水素が蓄積されてくる。 さらに時間が経過すると、酸素の放出も始まり、
クライオポンプ内には水素／酸素混合ガスが蓄積されてくる。 特に、酸素を真空槽に導入して蒸着を行なった場合は、酸素の放出量も多い。

【０００９】水素は、空気中で４〜７５体積％、酸素中で４〜９４体積％と爆発範囲が広いため、停電復帰後に上記のような高濃度水素ガスや高濃度水素／酸素混合ガス、特に後者がロータリーポンプで排気されると、水素が圧縮されて高濃度で空気と触れた瞬間に爆発することになる。

【００１０】稼動中に停電や断水などによりクライオポンプの機能が停止した場合も同様であり、特に長期にわたってクライオポンプを使用し、クライオポンプ冷却面上の凝集気体分子が多い場合に問題が大きい。

【００１１】本発明者らは上記知見に基づき鋭意検討した結果、停電などにより、クライオポンプの再生中断や稼動時の機能停止後に再生操作を行なう場合、ロータリーポンプによる圧縮排気時に窒素などの不活性ガスで希釈して排気することにより爆発を防止できることを見い出した。

【００１２】すなわち、本発明のクライオポンプの再生方法は、クライオポンプの再生操作中に再生操作が中断したのちに、クライオポンプをメカニカルポンプで排気しながら再び再生する場合において、あるいは、クライオポンプの稼動中にクライオポンプが機能停止したのちに、クライオポンプをメカニカルポンプで排気しながら再生する場合において、メカニカルポンプの排気側に不活性ガスを供給して、不活性ガスで希釈しつつメカニカルポンプで排気し、クライオポンプを再生することを特徴とする。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明のクライオポンプの再生方法の実施例を示す説明図である。 クライオポンプ２１を所定期間使用した後は、真空槽１１のメインバルブ１３を閉とし、コントロールバルブ２５を介してクライオポンプ２１にロータリーポンプ３１を接続し、クライオポンプ２１の再生を行なう。 通常の再生に際しては、ヒータでクライオポンプ２１を加熱し、ピラニゲージ２３でクライオポンプ２１の圧力を検知しつつコントロールバルブ２５により制御し、ロータリーポンプ３１で排気する。

【００１４】ロータリポンプ３１は、ポンプ本体３３に対して、ガスバラストバルブ３５、排気弁３９および排気口４１が設けられており、通常の使用方法とする。 すなわち、Ｎ ₂導入系の第１Ｎ ₂導入バルブ５３および第２Ｎ ₂導入バルブ５５は閉とし、エアーバルブ４３を開とし、通常通りにガスバラストバルブ３５より空気を導入しながら排気し、排気弁３９を経て排気口４１からダクト系に強制排気する。

【００１５】通常の再生操作においては、再生を開始するとまず最初に水素が放出、排気され、ついで、酸素、
水、その他のガスが放出、排気されて再生操作が終了する。

【００１６】ところが、この通常再生操作中に、停電、
断水等の事故により再生操作が中断せざるを得ない場合がある。 このような場合、停電復帰後に上記の通常再生を行なう代りに、本発明のＮ ₂導入再生を行なう。 これは、再生操作の中断後にも、クライオポンプ２１内ではトラップされていたガス分子、特に水素分子、酸素分子の放出が行なわれており、このような高濃度水素ガスあるいは水素／酸素混合ガスを通常再生操作により排気すると、ロータリーポンプ３１で圧縮され空気と触れた瞬間に爆発する危険があるからである。

【００１７】具体的には、停電復帰等の再生の再開が可能となった時点で、エアーバルブ４３を閉とし、第２Ｎ
₂導入バルブ５５を開とし、ガスバラストバルブ３５にＮ ₂ボンベ５１からＮ ₂ガスを供給し、同時に第１Ｎ ₂
導入バルブ５３を開とし、排気弁室３７内の排気弁３９
の近傍にＮ ₂ガスを導入する。 このように、ガスバラストバルブ３５と排気弁３９側の双方にＮ ₂ガスを導入することにより、水素濃度を希釈し、あるいは水素の爆発範囲から外して、爆発が確実に防止できる。 また、Ｎ ₂
ガスの大量供給が可能な場合や、クライオポンプ２１の使用態様によって爆発の危険が少ない場合は、Ｎ ₂ガスの供給をガスバラストバルブ３５あるいは排気弁３９側のいずれか一方としてもよい。 また、Ｎ ₂ガス以外の不活性ガスでも同様の効果が得られる。

【００１８】上記のＮ ₂導入再生を、クライオポンプ２
１に必要な再生操作の終了時点まで続行してもよいが、
途中でＮ ₂ガスを使わない前述の通常再生に切り代えて、Ｎ ₂ガスの無駄な消費を図ってもよい。 これは、爆発の原因となる水素ガスが再生操作の初期に放出、排気され、その後は爆発の危険がないからである。 同様に、
再生操作の中断後に再生を再開する場合であっても、中断前に水素ガスが十分に放出、排気されているときは、
Ｎ ₂ガス導入操作を行なうことなく通常再生によっても爆発の危険はない。 中断後にＮ ₂導入再生を行なう必要があるか否かは、経験的にあるいは実験的に、中断までの再生時間の長さによって決定できる。 また、Ｎ ₂導入再生から通常再生への切替えタイミングも同様である。

【００１９】なお、前述のＮ ₂導入再生の終了後に、真空室１１についても、図１に示したＮ ₂導入系により排気することが好ましい。 これは、クライオポンプ２１の再生中断時に、ガス分子の放出によりクライオポンプ２
１の内圧が高まり、メインバルブ１３が押し開けられ、
水素ガスが真空室１１内に逆流しているおそれがあるからである。 そこで、クライオポンプ２１のＮ ₂導入再生の終了後に、コントロールバルブ２５を閉とし、チャンバー側バルブ１５を開とし、本発明のＮ ₂導入再生用のロータリーポンプ排気系で真空槽１１内を排気する。 真空槽１１の排気用のロータリーポンプ（図示せず）で真空槽１１内を排気することもできるが、その場合も、図１に示した場合と同様にロータリーポンプに水素を供給しつつ排気することが望ましい。

【００２０】なお、Ｎ ₂導入再生時には、ピラニゲージ等の熱源、放電源は全部ＯＦＦとし、爆発を防止することが望ましい。 以上の再生動作をフローチャートにして図２に示す。 次に、クライオポンプの稼動時に停電等により運転が中断された場合のクライオポンプの再生について説明する。

【００２１】停電復帰後に、クライオポンプ２１の温度（Ｃｔ）を検知し、これを予め設定された温度（Ｔ）と比較する。 Ｃｔ＜Ｔであれば、クライオポンプ２１の凝集面は十分に冷却されており、十分に水素をトラップする能力があるので、再生モードを終了し、再生操作を行なうことなく再稼動する。

【００２２】また、Ｃｔ≧Ｔであれば、水素分子が多量に放出されていることが予想されるので、図２の場合と同様にＮ ₂導入再生を行なう。 この場合も、再生操作の完了までＮ ₂導入再生を続行してもよく、また、水素がほぼ放出、排気した時点で通常再生に切り替えてもよい。

【００２３】以上の再生動作をフローチャートとして図３に示す。 なお、ロータリーポンプ以外であっても、クライオポンプ中のガスを圧縮、排気するメカニカルポンプであれば、同様の爆発の危険がある。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、クライオポンプの再生あるいは稼動時に、停電、断水等の異常事態などにより、クライオポンプの再生中断、クライオポンプの稼動停止が生じた後に再生を行なう場合、メカニカルポンプの排気側に不活性ガスを供給して、不活性ガスで希釈しつつ排気して再生することにより、メカニカルポンプによる排気後に排気ガスが爆発することを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の再生方法の実施例を示す説明図である。

【図２】本発明の再生方法の実施例のフローチャートである。

【図３】稼動中に停電が生じた場合について示すフローチャートである。

【符号の説明】

１１ 真空槽 １３ メインバルブ １５ チャンバー側バルブ ２１ クライオポンプ ２３ ピラニゲージ ２５ コントロールバルブ ３１ ロータリーポンプ ３３ ポンプ本体 ３５ ガスバラストバルブ ３７ 排気弁室 ３９ 排気弁 ４１ 排気口 ５１ Ｎ ₂ボンベ ５３ 第１Ｎ ₂導入バルブ ５５ 第２Ｎ ₂導入バルブ