1. Prinsippet for luftavtrekk
Inne i kryopumpen er en kald plate avkjølt til en svært lav temperatur av flytende helium eller et kjøleskap. Den kondenserer gassen og holder damptrykket til kondensatet under det endelige trykket til pumpen, for å oppnå pumpeeffekten. Hovedfunksjonene til lavtemperaturpumping er lavtemperaturkondensering, lavtemperaturadsorpsjon og lavtemperaturfangst.
① Lavtemperaturkondensering: gassmolekyler kondenserer på overflaten av den kalde platen eller på det kondenserte gasslaget, og likevektstrykket er i hovedsak lik damptrykket til kondensatet. Ved pumping av luft må temperaturen på den kalde platen være lavere enn 25K; ved pumping av hydrogen er temperaturen på den kalde platen lavere. Tykkelsen på lavtemperaturkondensasjon og ekstraksjonskondensasjonslag kan nå ca. 10 mm.
②Lavtemperaturadsorpsjon: Gassmolekylene adsorberes på overflaten av adsorbenten som er belagt på den kalde platen med en tykkelse på et monomolekylært lag (i størrelsesorden centimeter). Likevektstrykket for adsorpsjon er mye lavere enn damptrykket ved samme temperatur. Hvis damptrykket til hydrogen er lik atmosfærisk trykk ved 20K, er likevektstrykket for adsorpsjon lavere enn Pa når man absorberer hydrogen med 20K aktivt karbon. Dette gjør det mulig å utføre pumping ved kryogen adsorpsjon ved høyere temperaturer.
③ Kryogenisk fangst: Gassmolekyler som ikke kan kondenseres ved ekstraksjonstemperaturen, begraves og adsorberes av det voksende laget av kondenserbar gass.
Generelt sett er det endelige trykket til pumpen damptrykket til den kondenserte gassen ved temperaturen til den kalde platen. Når temperaturen er 120K, er damptrykket til vann allerede lavere enn Pa. Ved en temperatur på 20K, bortsett fra helium, neon og hydrogen, er damptrykket til andre gasser også lavere enn Pa.
På grunn av de forskjellige temperaturene til den pumpede beholderen og den kryogene kalde platen, er imidlertid det endelige trykket til pumpen høyere enn damptrykket til kondensatet. For et kar ved romtemperatur, med et kryopanel på 20K, er det endelige trykket til pumpen omtrent 4 ganger damptrykket til kondensatet.
2. Skriv
Kryopumper er delt inn i to typer: injeksjons-type flytende helium kryopumper og lukket-krets gass helium kjøleskap kryopumper.
Injeksjon flytende helium kryopumpe
Den er hovedsakelig sammensatt av en flytende heliumbeholder, en pumpekropp og et flytende nitrogenhulrom koblet til en ledeplate. For å redusere forbruket av flytende helium, vedtar ytterveggen til flytende heliumbeholderen en dobbeltlags termisk isolasjonsvegg og evakueres i mellom.
Når pumpen er forhåndspumpet til Pa-trykk, injiseres flytende nitrogen og flytende helium, og gassen kondenserer på den fungerende kalde platen på 4,2K. Etter forpumping er partialtrykket for helium og hydrogen i størrelsesorden Pa, slik at pumpen kan oppnå det endelige trykket under Pa. Hvis den flytende heliumbeholderen evakueres og dekomprimeres til 6650 Pa, kan temperaturen på det flytende heliumet reduseres til 2,3K, og et nedre grensetrykk kan oppnås.
Lukket syklus gass helium kjøleskap kryopumpe
Det er en ny type kryopumpe som dukket opp på 1970-tallet. Denne pumpen bruker ikke helium, er enkel å betjene, lett å vedlikeholde og blir stadig mer brukt. Kjøleskapets kjølemedium er gasshelium, temperaturen på første trinns kaldplate er 50-100K, og den typiske applikasjonen er 65K, som brukes til å kondensere vanndamp og forhåndskjøle andre gasser; temperaturen på andre trinns kalde plate er 10-20K, som brukes til å kondensere nitrogen, gasser som oksygen og argon.
Den indre overflaten av den sekundære kalde platen er belagt med aktivert kull. Aktivt karbon har sterk adsorpsjonskapasitet for helium, neon og hydrogen ved lav temperatur. Den kalde platen er laget av oksygenfritt kobber, og overflaten er polert til speilnivå for å redusere emissiviteten.
Pumpens endelige trykk er Pa, arbeidstrykkområdet er Pa, og forpumpingstrykket må være 1 Pa. Pumpehastigheten til det ferdige produktet har nådd 60,000 liter/sekund. I tillegg, i henhold til egenskapene til prosessen, kan luftekstraksjonskaldplaten ordnes i den pumpede beholderen, og luftutvinningshastigheten kan nå mer enn 106 liter/sekund.