1. A légelszívás elve
A krioszivattyú belsejében egy hideg lemez található, amelyet folyékony héliummal vagy hűtővel nagyon alacsony hőmérsékletre hűtöttek. Kondenzálja a gázt, és a kondenzátum gőznyomását a szivattyú végső nyomása alatt tartja, hogy elérje a szivattyúzási hatást. Az alacsony hőmérsékletű szivattyúzás fő funkciói az alacsony hőmérsékletű kondenzáció, az alacsony hőmérsékletű adszorpció és az alacsony hőmérsékletű rögzítés.
① Alacsony hőmérsékletű kondenzáció: a gázmolekulák a hideglemez felületén vagy a kondenzált gázrétegen kondenzálódnak, és az egyensúlyi nyomás alapvetően megegyezik a kondenzátum gőznyomásával. Levegő szivattyúzásakor a hűtőlemez hőmérsékletének 25K-nál alacsonyabbnak kell lennie; hidrogén szivattyúzásakor a hideglemez hőmérséklete alacsonyabb. Az alacsony hőmérsékletű kondenzációs és extrakciós kondenzációs réteg vastagsága elérheti a 10 mm körüli értéket.
② Alacsony hőmérsékletű adszorpció: A gázmolekulák a hideglemezre bevont adszorbens felületén adszorbeálódnak monomolekuláris réteg vastagságban (centiméteres nagyságrendben). Az adszorpció egyensúlyi nyomása sokkal alacsonyabb, mint az azonos hőmérsékletű gőznyomás. Ha a hidrogén gőznyomása megegyezik a 20 K-os légköri nyomással, akkor az adszorpció egyensúlyi nyomása kisebb, mint Pa, amikor a hidrogént 20 K aktív szénnel abszorbeálják. Ez lehetővé teszi a szivattyúzást kriogén adszorpcióval magasabb hőmérsékleten.
③ Kriogén csapdázás: Az extrakciós hőmérsékleten nem kondenzálható gázmolekulákat a növekvő kondenzálható gázréteg betemeti és adszorbeálja.
Általánosságban elmondható, hogy a szivattyú végső nyomása a kondenzált gáz gőznyomása a hideglemez hőmérsékletén. Amikor a hőmérséklet 120 K, a víz gőznyomása már alacsonyabb, mint Pa. 20 K hőmérsékleten a hélium, a neon és a hidrogén kivételével más gázok gőznyomása is alacsonyabb, mint Pa.
A szivattyúzott tartály és a kriogén hűtőlemez eltérő hőmérséklete miatt azonban a szivattyú végső nyomása nagyobb, mint a kondenzátum gőznyomása. Szobahőmérsékleten, 20 K-es kriopanellel rendelkező edényben a szivattyú végső nyomása körülbelül 4-szerese a kondenzátum gőznyomásának.
2. Írja be
A krioszivattyúk két típusra oszthatók: befecskendező típusú folyékony hélium krioszivattyúkra és zárt rendszerű gázhélium hűtőkryoszivattyúkra.
Injekciós folyékony hélium krioszivattyú
Főleg egy folyékony hélium tartályból, egy szivattyútestből és egy terelőlemezhez kapcsolódó folyékony nitrogén üregből áll. A folyékony hélium fogyasztásának csökkentése érdekében a folyékony hélium tartály külső fala kétrétegű hőszigetelő falat vesz fel, és közben kiürül.
Amikor a szivattyút előszivattyúzzák Pa nyomásra, folyékony nitrogént és folyékony héliumot fecskendeznek be, és a gáz lecsapódik a 4,2 K működő hideglemezen. Az előszivattyúzás után a hélium és a hidrogén parciális nyomása Pa nagyságrendű, így a szivattyú elérheti a Pa alatti végső nyomást. Ha a folyékony héliumtartályt evakuálják és 6650 Pa-ra csökkentik a nyomást, a folyékony hélium hőmérséklete csökkenthető 2,3 K-ra, és alsó határnyomás érhető el.
Zárt ciklusú gáz-hélium hűtő-krioszivattyú
Ez egy új típusú kriopumpa, amely az 1970-es években jelent meg. Ez a szivattyú nem fogyaszt héliumot, könnyen kezelhető, könnyen karbantartható, és egyre gyakrabban használják. A hűtőszekrény hűtőközege hélium gáz, az első fokozatú hűtőlemez hőmérséklete 50-100K, a jellemző alkalmazás pedig 65 K, amelyet vízgőz kondenzálására és egyéb gázok előhűtésére használnak; a második fokozatú hideglemez hőmérséklete 10-20K, amelyet nitrogén, gázok, például oxigén és argon kondenzálására használnak.
A másodlagos hűtőlemez belső felülete aktív szénnel van bevonva. Az aktív szén erős adszorpciós képességgel rendelkezik a hélium, a neon és a hidrogén számára alacsony hőmérsékleten. A hideglemez oxigénmentes rézből készül, a felület pedig tükörszintre polírozott, hogy csökkentse az emissziót.
A szivattyú végnyomása Pa, az üzemi nyomástartomány Pa, az előszivattyúzási nyomás pedig 1 Pa. A késztermék szivattyúzási sebessége elérte a 60,000 liter/sec értéket. Ezenkívül a folyamat jellemzői szerint a levegőelszívás hideglemeze elhelyezhető a szivattyúzott tartályban, és a levegő elszívási sebessége elérheti a 106 liter/sec-et.