1. Ilmanpoiston periaate
Kryopumpun sisällä on kylmälevy, joka on jäähdytetty erittäin alhaiseen lämpötilaan nestemäisellä heliumilla tai jääkaapilla. Se kondensoi kaasun ja pitää kondensaatin höyrynpaineen pumpun lopullisen paineen alapuolella pumppausvaikutuksen saavuttamiseksi. Matalan lämpötilan pumppauksen päätoiminnot ovat matalan lämpötilan kondensaatio, matalan lämpötilan adsorptio ja matalan lämpötilan talteenotto.
① Matalan lämpötilan kondensaatio: kaasumolekyylit tiivistyvät kylmälevyn pinnalle tai kondensoituneelle kaasukerrokselle, ja tasapainopaine on periaatteessa sama kuin kondensaatin höyrynpaine. Pumpattaessa ilmaa kylmälevyn lämpötilan on oltava alle 25 K; vetyä pumpattaessa kylmälevyn lämpötila on alhaisempi. Matalan lämpötilan kondensaatio- ja poistokondensaatiokerroksen paksuus voi olla noin 10 mm.
②Matalissa lämpötiloissa adsorptio: Kaasumolekyylit adsorboituvat adsorbentin pinnalle, joka on päällystetty kylmälevylle monomolekyylikerroksen paksuisella (senttimetrin luokkaa). Adsorption tasapainopaine on paljon pienempi kuin höyrynpaine samassa lämpötilassa. Jos vedyn höyrynpaine on yhtä suuri kuin ilmakehän paine 20 K:ssa, adsorption tasapainopaine on pienempi kuin Pa, kun vetyä absorboidaan 20 K aktiivihiilellä. Tämä mahdollistaa pumppauksen suorittamisen kryogeenisellä adsorptiolla korkeammissa lämpötiloissa.
③ Kryogeeninen pyydystäminen: Kaasumolekyylit, joita ei voida kondensoida uuttolämpötilassa, peittyvät ja adsorboivat kasvavan kondensoituvan kaasun kerroksen.
Yleisesti ottaen pumpun lopullinen paine on kondensoituneen kaasun höyrynpaine kylmälevyn lämpötilassa. Lämpötilan ollessa 120K on veden höyrynpaine jo pienempi kuin Pa. 20K:n lämpötilassa heliumia, neonia ja vetyä lukuun ottamatta muiden kaasujen höyrynpaineet ovat myös alhaisemmat kuin Pa.
Pumpattavan säiliön ja kryogeenisen kylmälevyn erilaisista lämpötiloista johtuen pumpun lopullinen paine on kuitenkin korkeampi kuin lauhteen höyrynpaine. Huoneenlämpöisessä astiassa, jonka kryopaneeli on 20K, pumpun lopullinen paine on noin 4 kertaa kondensaatin höyrynpaine.
2. Kirjoita
Kryopumput jaetaan kahteen tyyppiin: ruiskutustyyppiset nestemäiset helium-kryopumput ja suljetun kierron kaasuhelium-jääkaappikryopumput.
Injektio nestemäinen helium kryopumppu
Se koostuu pääasiassa nestemäisestä heliumsäiliöstä, pumpun rungosta ja nestemäisen typen ontelosta, joka on yhdistetty ohjauslevyyn. Nestemäisen heliumin kulutuksen vähentämiseksi nestemäisen heliumin säiliön ulkoseinämässä on kaksikerroksinen lämmöneristysseinä ja se tyhjennetään välissä.
Kun pumppu esipumpataan Pa-paineeseen, nestemäistä typpeä ja nestemäistä heliumia ruiskutetaan, ja kaasu kondensoituu toimivalle 4,2K:n kylmälevylle. Esipumppauksen jälkeen heliumin ja vedyn osapaine on suuruusluokkaa Pa, joten pumppu voi saavuttaa lopullisen paineen alle Pa:n. Jos nestemäinen heliumsäiliö tyhjennetään ja paine puristetaan 6650 Pa:iin, nestemäisen heliumin lämpötila voi nousta. pienennetään 2,3K:iin ja saadaan alempi rajapaine.
Suljetun kierron kaasuheliumjääkaapin kryopumppu
Se on uudenlainen kryopumppu, joka ilmestyi 1970-luvulla. Tämä pumppu ei kuluta heliumia, sitä on helppo käyttää, helppo huoltaa ja sitä käytetään yhä enemmän. Jääkaapin jäähdytysaine on kaasuhelium, ensimmäisen vaiheen kylmälevyn lämpötila on 50-100K ja tyypillinen käyttökohde on 65 K, jota käytetään vesihöyryn kondensoimiseen ja muiden kaasujen esijäähdyttämiseen; toisen vaiheen kylmälevyn lämpötila on 10-20K, jota käytetään kondensoimaan typpeä, kaasuja, kuten happea ja argonia.
Toissijaisen kylmälevyn sisäpinta on päällystetty aktiivihiilellä. Aktiivihiilellä on voimakas adsorptiokyky heliumille, neonille ja vedylle alhaisessa lämpötilassa. Kylmälevy on valmistettu hapettomasta kuparista ja pinta on kiillotettu peilitasolle emissiivisyyden vähentämiseksi.
Pumpun loppupaine on Pa, käyttöpainealue on Pa ja esipumppauspaineen on oltava 1 Pa. Valmiin tuotteen pumppausnopeus on saavuttanut 60,000 litraa sekunnissa. Lisäksi prosessin ominaisuuksien mukaan ilmanpoistokylmälevy voidaan järjestää pumpattavaan säiliöön, ja ilmanpoistonopeus voi olla yli 106 litraa sekunnissa.