1. หลักการสกัดอากาศ
ข้างใน cryopump เป็นแผ่นเย็นที่ระบายความร้อนด้วยฮีเลียมเหลวหรือตู้เย็นที่อุณหภูมิต่ำมาก มันควบแน่นก๊าซและรักษาความดันไอของคอนเดนเสทให้ต่ำกว่าความดันสูงสุดของปั๊ม เพื่อให้บรรลุผลการสูบน้ำ หน้าที่หลักของการสูบน้ำที่อุณหภูมิต่ำคือการควบแน่นที่อุณหภูมิต่ำ การดูดซับที่อุณหภูมิต่ำ และการจับที่อุณหภูมิต่ำ
① การควบแน่นที่อุณหภูมิต่ำ: โมเลกุลของก๊าซควบแน่นบนพื้นผิวของแผ่นเย็นหรือบนชั้นก๊าซควบแน่น และโดยทั่วไปความดันสมดุลจะเท่ากับความดันไอของคอนเดนเสท เมื่อสูบลมอุณหภูมิของแผ่นทำความเย็นต้องต่ำกว่า 25K เมื่อปั๊มไฮโดรเจน อุณหภูมิของแผ่นทำความเย็นจะต่ำกว่า ความหนาของการควบแน่นที่อุณหภูมิต่ำและชั้นการควบแน่นในการสกัดสามารถถึงประมาณ 10 มม.
②การดูดซับที่อุณหภูมิต่ำ: โมเลกุลของก๊าซจะถูกดูดซับบนพื้นผิวของตัวดูดซับที่เคลือบบนแผ่นเย็นที่มีความหนาของชั้นโมเลกุลเดี่ยว (ตามลำดับเซนติเมตร) ความดันสมดุลสำหรับการดูดซับต่ำกว่าความดันไอที่อุณหภูมิเดียวกันมาก หากความดันไอของไฮโดรเจนเท่ากับความดันบรรยากาศที่ 20K ความดันสมดุลของการดูดซับจะต่ำกว่า Pa เมื่อดูดซับไฮโดรเจนด้วยถ่านกัมมันต์ 20K ทำให้สามารถปั๊มได้โดยการดูดซับที่อุณหภูมิสูงขึ้น
③การดักจับด้วยความเย็น: โมเลกุลของก๊าซที่ไม่สามารถควบแน่นที่อุณหภูมิการสกัดได้จะถูกฝังและดูดซับโดยชั้นของก๊าซควบแน่นที่เพิ่มขึ้น
โดยทั่วไป ความดันสูงสุดของปั๊มคือความดันไอของก๊าซควบแน่นที่อุณหภูมิของแผ่นทำความเย็น เมื่ออุณหภูมิ 120K ความดันไอของน้ำจะต่ำกว่า Pa แล้ว ที่อุณหภูมิ 20K ยกเว้นฮีเลียม นีออน และไฮโดรเจน ความดันไอของก๊าซอื่น ๆ ก็ต่ำกว่า Pa เช่นกัน
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอุณหภูมิที่แตกต่างกันของภาชนะที่สูบแล้วและแผ่นทำความเย็นแบบแช่แข็ง แรงดันสูงสุดของปั๊มจึงสูงกว่าแรงดันไอของคอนเดนเสท สำหรับภาชนะที่อุณหภูมิห้อง โดยมีไครโอพาเนล 20K แรงดันสูงสุดของปั๊มจะอยู่ที่ประมาณ 4 เท่าของแรงดันไอของคอนเดนเสท
2. พิมพ์
Cryopumps แบ่งออกเป็นสองประเภท: cryopumps ฮีเลียมเหลวชนิดฉีดและ cryopumps ตู้เย็นแก๊สฮีเลียมวงจรปิด
ฮีเลียมไครโอปั๊มเหลวแบบฉีด
ส่วนประกอบส่วนใหญ่ประกอบด้วยภาชนะบรรจุฮีเลียมเหลว ตัวปั๊ม และช่องไนโตรเจนเหลวที่เชื่อมต่อกับแผ่นกั้น เพื่อลดการใช้ฮีเลียมเหลว ผนังด้านนอกของภาชนะบรรจุฮีเลียมเหลวใช้ผนังฉนวนความร้อนสองชั้น และอพยพในระหว่างนั้น
เมื่อปั๊มถูกปั๊มล่วงหน้าถึงแรงดัน Pa ไนโตรเจนเหลวและฮีเลียมเหลวจะถูกฉีดเข้าไป และก๊าซจะควบแน่นบนเพลตเย็นที่ทำงานที่ 4.2K หลังจากการปั๊มล่วงหน้า ความดันบางส่วนของฮีเลียมและไฮโดรเจนอยู่ในลำดับของ Pa ดังนั้นปั๊มสามารถรับแรงดันสุดท้ายที่ต่ำกว่า Pa ได้ หากภาชนะฮีเลียมเหลวถูกอพยพและคลายการบีบอัดไปที่ 6650 Pa อุณหภูมิของฮีเลียมเหลวสามารถ ลดลงเหลือ 2.3K และสามารถรับแรงดันขีดจำกัดล่างได้
ตู้เย็นแก๊สฮีเลียมวงจรปิด cryopump
เป็นเครื่องแช่เยือกแข็งชนิดใหม่ที่ปรากฏในปี 1970 ปั๊มนี้ไม่ใช้ฮีเลียม ใช้งานง่าย บำรุงรักษาง่าย และมีการใช้มากขึ้น สื่อทำความเย็นของตู้เย็นคือก๊าซฮีเลียม อุณหภูมิของแผ่นทำความเย็นขั้นที่หนึ่งคือ 50-100K และการใช้งานทั่วไปคือ 65K ซึ่งใช้ในการควบแน่นไอน้ำและทำให้ก๊าซอื่นๆ เย็นก่อน อุณหภูมิของแผ่นทำความเย็นขั้นที่สองคือ 10-20K ซึ่งใช้ในการควบแน่นไนโตรเจน ก๊าซ เช่น ออกซิเจน และอาร์กอน
พื้นผิวด้านในของแผ่นทำความเย็นรองเคลือบด้วยถ่านกัมมันต์ ถ่านกัมมันต์มีความสามารถในการดูดซับฮีเลียม นีออน และไฮโดรเจนได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ แผ่นทำความเย็นทำจากทองแดงที่ปราศจากออกซิเจน และพื้นผิวถูกขัดให้เงาเป็นระดับกระจกเพื่อลดการแผ่รังสี
แรงดันสูงสุดของปั๊มคือ Pa ช่วงแรงดันใช้งาน Pa และแรงดันก่อนสูบจะต้องเท่ากับ 1 Pa อัตราการสูบน้ำของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปถึง 60000 ลิตร/วินาที นอกจากนี้ ตามลักษณะของกระบวนการ สามารถจัดเรียงแผ่นเย็นสำหรับสกัดอากาศในภาชนะที่สูบ และอัตราการสกัดอากาศสามารถเข้าถึงมากกว่า 106 ลิตร/วินาที