1. Principen för luftutsug
Inuti kryopumpen finns en kall platta som kyls till en mycket låg temperatur av flytande helium eller ett kylskåp. Det kondenserar gasen och håller kondensatets ångtryck under pumpens sluttryck för att uppnå pumpeffekten. Huvudfunktionerna för lågtemperaturpumpning är lågtemperaturkondensering, lågtemperaturadsorption och lågtemperaturfångning.
① Lågtemperaturkondensering: gasmolekyler kondenserar på ytan av den kalla plattan eller på det kondenserade gasskiktet, och jämviktstrycket är i princip lika med kondensatets ångtryck. Vid pumpning av luft måste temperaturen på den kalla plattan vara lägre än 25K; vid pumpning av väte är temperaturen på den kalla plattan lägre. Tjockleken på lågtemperaturkondensations- och extraktionskondenslagret kan nå cirka 10 mm.
②Lågtemperaturadsorption: Gasmolekylerna adsorberas på ytan av adsorbenten belagd på den kalla plattan med en tjocklek av ett monomolekylärt skikt (i storleksordningen centimeter). Jämviktstrycket för adsorption är mycket lägre än ångtrycket vid samma temperatur. Om ångtrycket för väte är lika med atmosfärstrycket vid 20K, är jämviktstrycket för adsorption lägre än Pa när väte absorberas med 20K aktivt kol. Detta gör det möjligt att utföra pumpning genom kryogen adsorption vid högre temperaturer.
③Kryogen infångning: Gasmolekyler som inte kan kondenseras vid extraktionstemperaturen begravs och adsorberas av det växande lagret av kondenserbar gas.
Generellt sett är pumpens sluttryck ångtrycket för den kondenserade gasen vid den kalla plattans temperatur. När temperaturen är 120K är vattnets ångtryck redan lägre än Pa. Vid en temperatur på 20K, förutom helium, neon och väte, är ångtrycket för andra gaser också lägre än Pa.
Men på grund av de olika temperaturerna hos den pumpade behållaren och den kryogena kalla plattan är pumpens sluttryck högre än kondensatets ångtryck. För ett kärl vid rumstemperatur, med en kryopanel på 20K, är pumpens sluttryck cirka 4 gånger kondensatets ångtryck.
2. Typ
Kryopumpar är uppdelade i två typer: flytande helium-kryopumpar av injektionstyp och kryopumpar för kylskåp med gashelium med sluten krets.
Injektion flytande helium kryopump
Den består huvudsakligen av en behållare för flytande helium, en pumpkropp och en hålighet för flytande kväve ansluten till en baffel. För att minska förbrukningen av flytande helium antar ytterväggen på behållaren för flytande helium en dubbelskikts värmeisoleringsvägg och evakueras däremellan.
När pumpen förpumpas till Pa-tryck, injiceras flytande kväve och flytande helium, och gasen kondenserar på den fungerande kalla plattan på 4,2K. Efter förpumpning är partialtrycket för helium och väte i storleksordningen Pa, så att pumpen kan uppnå det slutliga trycket under Pa. Om den flytande heliumbehållaren evakueras och dekomprimeras till 6650 Pa, kan temperaturen på det flytande heliumet reduceras till 2,3K och ett lägre gränstryck kan erhållas.
Sluten gas helium kylskåp kryopump
Det är en ny typ av kryopump som dök upp på 1970-talet. Denna pump förbrukar inte helium, är lätt att använda, lätt att underhålla och används allt mer. Kylmediet i kylskåpet är gashelium, temperaturen på första stegets kylplatta är 50-100K och den typiska applikationen är 65K, som används för att kondensera vattenånga och förkyla andra gaser; temperaturen på andra stegets kylplatta är 10-20K, som används för att kondensera kväve, gaser som syre och argon.
Den inre ytan av den sekundära kylplattan är belagd med aktivt kol. Aktivt kol har stark adsorptionsförmåga för helium, neon och väte vid låg temperatur. Den kalla plattan är gjord av syrefri koppar och ytan är polerad till spegelnivå för att minska emissiviteten.
Pumpens sluttryck är Pa, arbetstrycksintervallet är Pa och förpumpningstrycket måste vara 1 Pa. Pumphastigheten för den färdiga produkten har nått 60,000 liter/sekund. Dessutom, enligt processens egenskaper, kan luftextraktionskallplattan anordnas i den pumpade behållaren, och luftutvinningshastigheten kan nå mer än 106 liter/sekund.