Kryopumppu on tyhjiöpumppu, joka käyttää matalan lämpötilan pintaa kaasun lauhduttamiseen, joka tunnetaan myös lauhdepumpuna. Kryopumppu on tyhjiöpumppu, jolla on alhaisin lopullinen paine ja suurin pumppausnopeus puhtaan tyhjiön saavuttamiseksi. Sitä käytetään laajalti puolijohteiden ja integroitujen piirien tutkimuksessa ja tuotannossa sekä molekyylisuihkututkimuksessa, tyhjiöpäällystyslaitteissa, tyhjiöpinta-analyysiinstrumenteissa, ioni-istuttimissa ja avaruussimulaatioissa. laitteet jne.
Pumppausperiaate on varustettu kylmälevyllä, joka on jäähdytetty erittäin alhaiseen lämpötilaan nestemäisellä heliumilla tai jääkaapilla kryopumpussa. 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.
①Matalan lämpötilan kondensaatio: kaasumolekyylit kondensoituvat kylmälevyn pinnalle tai kondensoituneen kaasukerroksen pinnalle, ja tasapainopaine on periaatteessa sama kuin kondensaatin höyrynpaine. Ilmaa pumpattaessa 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 paksuisuudella (10-8 cm:n kertaluokka). Adsorption tasapainopaine on paljon pienempi kuin höyrynpaine samassa lämpötilassa. Esimerkiksi vedyn höyrynpaine lämpötilassa 20 K on yhtä suuri kuin ilmakehän paine ja adsorption tasapainopaine on pienempi kuin 10-8 Pa, kun 20 K aktiivihiili absorboi vetyä. Tämä mahdollistaa pumppauksen suorittamisen kryogeenisellä adsorptiolla korkeammissa lämpötiloissa.
③ Kryogeeninen pyydystys: Kaasumolekyylit, joita ei voida kondensoida uuttolämpötilassa, peittyvät ja adsorboivat kasvavaan kondensoituvan kaasun kerrokseen.
Yleisesti ottaen pumpun lopullinen paine on kondensoituneen kaasun höyrynpaine kylmälevyn lämpötilassa. Kun lämpötila on 120 K, veden höyrynpaine on jo alle 10-8 Pa. Kun lämpötila on 20 K, heliumia, neonia ja vetyä lukuun ottamatta muiden kaasujen höyrynpaine on myös pienempi kuin {{3} } 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.
Tyyppikryopumput jaetaan kahteen tyyppiin: ruiskutusnestehelium kryopumput ja suljetun kierron kaasuhelium-jääkaappikryopumput.
①Injektoitu nestemäinen helium-kryopumppu: Se koostuu pääasiassa nestemäisen 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 10-6 Pa:n paineeseen, siihen kaadetaan nestemäistä typpeä ja nestemäistä heliumia ja kaasu tiivistyy toimivalle kylmälevylle 4,2K. Esipumppauksen jälkeen heliumin ja vedyn osapaine on suuruusluokkaa 10-12 Pa, joten pumppu voi saavuttaa lopullisen paineen alle 10-11 Pa. Jos nestemäinen heliumsäiliö tyhjennetään ja paineistetaan 6650 Pa, nestemäisen heliumin lämpötila voidaan laskea 2,3K:iin ja saada alempi rajapaine.
② Suljetun kierron kaasuheliumjääkaapin kryogeeninen pumppu: Se on uudentyyppinen kryogeeninen pumppu, joka ilmestyi 1970-luvulla (kuvassa). Tämä pumppu ei kuluta heliumia, se on helppokäyttöinen, helppo huoltaa ja sitä käytetään yhä enemmän. Jääkaapin jäähdytysväliaine on kaasuhelium, ensisijaisen kylmälevyn lämpötila on 50-100K, jota käytetään vesihöyryn kondensoimiseen ja muiden kaasujen esijäähdyttämiseen; toissijaisen kylmälevyn lämpötila on 10-20K, jota käytetään typen, hapen ja argonin ja muiden kaasujen kondensaatioon.
Toissijaisen kylmälevyn sisäpinta on päällystetty aktiivihiilellä. Aktiivihiilen ominaispinta-ala on 500-2500 m2/g, ja sillä on voimakas adsorptiokyky heliumille, neonille ja vedylle alhaisessa lämpötilassa. Kylmälevy on valmistettu hapettomasta kuparista ja pinta on kiillotettu peilitasolle emissiivisyyden vähentämiseksi. Pumpun loppupaine on 10-7 ~ 10-8 Pa, käyttöpainealue on 10-1 ~ 10-7 Pa, ja esipumppauspaineen on oltava 1 Pa .
Valmiin tuotteen pumppausnopeus on saavuttanut 60,000 litraa sekunnissa (1 litra=10-3 m3). Lisäksi prosessin ominaisuuksien mukaan ilmanpoistokylmälevy voidaan järjestää pumpattavaan säiliöön, ja ilmanpoistonopeus voi olla yli 106 litraa sekunnissa.
Pieni lämpökuorma Öljypumpun lämpökuorma on pääasiassa kaasun lauhdelämpöä ja toimivaa kylmälevyä päin olevan ympäröivän seinän säteilylämpöä. Kondensaatiolämpö riippuu kaasun tyypistä. Typelle 80K ja 133,322 Pa litrassa kondensaatiolämpö 20K:n kylmälevyllä on 0.3-0.6 joulea.
Työskentelykylmälevyn vastaanottama säteilylämpö on verrannollinen ympäröivän seinäpaneelin lämpötilan 4. potenssin ja toimivan kylmälevyn lämpötilan väliseen eroon. Siksi 4,2K ja 20K:n työkylmälevyt on suojattu 50-100K-kylmälevyillä vähentämään työskentelykylmien levyjen vastaanottamaa säteilylämpöä.