1. Oro ištraukimo principas
Kriopompos viduje yra šalta plokštelė, aušinama iki labai žemos temperatūros skystu heliu arba šaldytuvu. Jis kondensuoja dujas ir palaiko kondensato garų slėgį žemiau didžiausio siurblio slėgio, kad būtų pasiektas siurbimo efektas. Pagrindinės žemos temperatūros siurbimo funkcijos yra žemos temperatūros kondensacija, žemos temperatūros adsorbcija ir žemos temperatūros fiksavimas.
① Žemos temperatūros kondensacija: dujų molekulės kondensuojasi ant šaltos plokštės paviršiaus arba ant kondensuoto dujų sluoksnio, o pusiausvyros slėgis iš esmės yra lygus kondensato garų slėgiui. Siurbiant orą, šaltos plokštės temperatūra turi būti žemesnė nei 25K; siurbiant vandenilį šaltos plokštės temperatūra yra žemesnė. Žematemperatūrinio kondensacinio ir ištraukiamojo kondensato sluoksnio storis gali siekti apie 10 mm.
②Žemos temperatūros adsorbcija: dujų molekulės adsorbuojamos ant adsorbento paviršiaus, padengto ant šaltos plokštės monomolekulinio sluoksnio storiu (centimetrų tvarka). Adsorbcijos pusiausvyros slėgis yra daug mažesnis nei garų slėgis toje pačioje temperatūroje. Jei vandenilio garų slėgis yra lygus atmosferos slėgiui esant 20K, adsorbcijos pusiausvyros slėgis yra mažesnis nei Pa, kai vandenilį sugeria su 20K aktyvintosios anglies. Tai leidžia siurbti kriogeninės adsorbcijos būdu aukštesnėje temperatūroje.
③ Kriogeninis gaudymas: dujų molekulės, kurių negalima kondensuoti esant ekstrahavimo temperatūrai, yra užkasamos ir adsorbuojamos augančio kondensuojamų dujų sluoksnio.
Paprastai tariant, didžiausias siurblio slėgis yra kondensuotų dujų garų slėgis šaltos plokštės temperatūroje. Kai temperatūra 120K, vandens garų slėgis jau yra mažesnis už Pa. Esant 20K temperatūrai, išskyrus helio, neono ir vandenilio, kitų dujų garų slėgiai taip pat yra mažesni už Pa.
Tačiau dėl skirtingos siurbiamosios talpyklos ir kriogeninės šaltosios plokštės temperatūros galutinis siurblio slėgis yra didesnis nei kondensato garų slėgis. Kambario temperatūros inde, kurio kriopanelis yra 20K, didžiausias siurblio slėgis yra maždaug 4 kartus didesnis už kondensato garų slėgį.
2. Tipas
Kriosiurbliai skirstomi į du tipus: įpurškimo tipo skysto helio kriosiurbliai ir uždaros grandinės dujiniai helio šaldymo siurbliai.
Įpurškiamas skystas helio krio siurblys
Jį daugiausia sudaro skysto helio talpykla, siurblio korpusas ir skysto azoto ertmė, sujungta su pertvara. Siekiant sumažinti skysto helio suvartojimą, skysto helio talpyklos išorinė sienelė yra padengta dviejų sluoksnių šilumos izoliacijos sienele ir tarp jų yra evakuojama.
Kai siurblys iš anksto pumpuojamas iki Pa slėgio, įpurškiamas skystas azotas ir skystas helis, o dujos kondensuojasi ant veikiančios 4,2K šaltos plokštės. Po išankstinio siurbimo helio ir vandenilio dalinis slėgis yra lygus Pa, todėl siurblys gali pasiekti didžiausią slėgį žemiau Pa. Jei skysto helio bakas ištuštinamas ir sumažinamas iki 6650 Pa, skysto helio temperatūra gali padidėti. sumažinamas iki 2,3 K ir galima gauti žemesnį ribinį slėgį.
Uždaro ciklo dujų helio šaldytuvo kriosiurblys
Tai naujo tipo kriopompa, pasirodžiusi aštuntajame dešimtmetyje. Šis siurblys nevartoja helio, yra lengvai valdomas, lengvai prižiūrimas ir vis dažniau naudojamas. Šaldytuvo šaldymo terpė yra dujinis helis, pirmos pakopos šaldymo plokštės temperatūra yra 50-100K, o tipinis pritaikymas yra 65 K, kuri naudojama vandens garams kondensuoti ir iš anksto aušinti kitas dujas; antrosios pakopos šaltosios plokštės temperatūra yra 10-20K, kuri naudojama azotui, dujoms, tokioms kaip deguonis ir argonas, kondensuoti.
Vidinis antrinės šaldymo plokštės paviršius padengtas aktyvuota anglimi. Aktyvuota anglis pasižymi dideliu helio, neono ir vandenilio adsorbcijos gebėjimu žemoje temperatūroje. Šalta plokštė pagaminta iš vario be deguonies, o paviršius nupoliruotas iki veidrodinio lygio, kad būtų sumažinta spinduliuotė.
Galutinis siurblio slėgis yra Pa, darbinio slėgio diapazonas yra Pa, o slėgis prieš siurbimą turi būti 1 Pa. Gatavo produkto siurbimo greitis pasiekė 60,000 litrų per sekundę. Be to, atsižvelgiant į proceso ypatybes, siurbiamame konteineryje gali būti įrengta oro ištraukimo šalto plokštė, o oro ištraukimo greitis gali siekti daugiau nei 106 litrus per sekundę.