1. Principiul extracției aerului
În interiorul criopompei se află o placă rece răcită la o temperatură foarte scăzută de heliu lichid sau un frigider. Condensează gazul și menține presiunea de vapori a condensului sub presiunea finală a pompei, astfel încât să se realizeze efectul de pompare. Principalele funcții ale pompei la temperatură joasă sunt condensarea la temperatură scăzută, adsorbția la temperatură scăzută și captarea temperaturii scăzute.
① Condensare la temperatură joasă: moleculele de gaz se condensează pe suprafața plăcii reci sau pe stratul de gaz condensat, iar presiunea de echilibru este practic egală cu presiunea de vapori a condensatului. La pomparea aerului, temperatura plăcii reci trebuie să fie mai mică de 25K; la pomparea hidrogenului, temperatura plăcii reci este mai scăzută. Grosimea stratului de condensare și extracție la temperatură scăzută poate ajunge la aproximativ 10 mm.
② Adsorbție la temperatură joasă: moleculele de gaz sunt adsorbite pe suprafața adsorbantului acoperit pe placa rece cu o grosime a unui strat monomolecular (de ordinul centimetrilor). Presiunea de echilibru pentru adsorbție este mult mai mică decât presiunea vaporilor la aceeași temperatură. Dacă presiunea de vapori a hidrogenului este egală cu presiunea atmosferică la 20K, presiunea de echilibru de adsorbție este mai mică decât Pa la absorbția hidrogenului cu cărbune activ de 20K. Acest lucru face posibilă efectuarea de pompare prin adsorbție criogenică la temperaturi mai ridicate.
③Capcană criogenică: moleculele de gaz care nu pot fi condensate la temperatura de extracție sunt îngropate și adsorbite de stratul în creștere de gaz condensabil.
În general, presiunea finală a pompei este presiunea de vapori a gazului condensat la temperatura plăcii reci. Când temperatura este de 120K, presiunea de vapori a apei este deja mai mică decât Pa. La o temperatură de 20K, cu excepția heliului, neonului și hidrogenului, presiunile de vapori ale altor gaze sunt, de asemenea, mai mici decât Pa.
Cu toate acestea, din cauza temperaturilor diferite ale recipientului pompat și ale plăcii rece criogenice, presiunea finală a pompei este mai mare decât presiunea de vapori a condensului. Pentru un vas la temperatura camerei, cu un criopanou de 20K, presiunea finală a pompei este de aproximativ 4 ori presiunea de vapori a condensului.
2. Tastați
Criopompele sunt împărțite în două tipuri: criopompe cu heliu lichid de tip injecție și criopompe pentru frigider cu heliu cu circuit închis.
Criopompa de injectare cu heliu lichid
Este compus în principal dintr-un recipient cu heliu lichid, un corp de pompă și o cavitate de azot lichid conectată la un deflector. Pentru a reduce consumul de heliu lichid, peretele exterior al recipientului de heliu lichid adoptă un perete termoizolant cu două straturi și este evacuat între ele.
Când pompa este pre-pompată la presiunea Pa, se injectează azot lichid și heliu lichid, iar gazul se condensează pe placa rece de lucru de 4,2K. După pre-pompare, presiunea parțială a heliului și hidrogenului este de ordinul Pa, astfel încât pompa poate obține presiunea finală sub Pa. Dacă recipientul cu heliu lichid este evacuat și decomprimat la 6650 Pa, temperatura heliului lichid poate să fie redusă la 2,3K și se poate obține o presiune limită inferioară.
Criopompa frigorifica cu heliu cu ciclu inchis
Este un nou tip de criopompe care a apărut în anii 1970. Această pompă nu consumă heliu, este ușor de operat, ușor de întreținut și este din ce în ce mai folosită. Mediul de refrigerare al frigiderului este heliu gazos, temperatura plăcii reci din prima etapă este de 50-100K, iar aplicația tipică este de 65K, care este folosită pentru a condensa vaporii de apă și a pre-răci alte gaze; temperatura plăcii reci din a doua etapă este 10-20K, care este folosită pentru a condensa azotul, gazele precum oxigenul și argonul.
Suprafața interioară a plăcii reci secundare este acoperită cu cărbune activ. Cărbunele activ are o capacitate puternică de adsorbție pentru heliu, neon și hidrogen la temperatură scăzută. Placa rece este fabricată din cupru fără oxigen, iar suprafața este lustruită până la nivelul oglinzii pentru a reduce emisivitatea.
Presiunea finală a pompei este Pa, intervalul de presiune de lucru este Pa, iar presiunea de pre-pompare trebuie să fie de 1 Pa. Debitul de pompare al produsului finit a atins 60,000 litri/secundă. În plus, în funcție de caracteristicile procesului, placa rece de extracție a aerului poate fi dispusă în recipientul pompat, iar rata de extracție a aerului poate ajunge la mai mult de 106 litri/secundă.