1. Принципът на извличане на въздух
Вътре в криопомпата има студена плоча, охладена до много ниска температура от течен хелий или хладилник. Той кондензира газа и поддържа налягането на парите на кондензата под крайното налягане на помпата, за да се постигне ефект на изпомпване. Основните функции на нискотемпературното изпомпване са нискотемпературна кондензация, нискотемпературна адсорбция и нискотемпературно улавяне.
① Нискотемпературна кондензация: газовите молекули кондензират върху повърхността на студената плоча или върху слоя на кондензирания газ, а равновесното налягане е основно равно на налягането на парите на кондензата. При изпомпване на въздух температурата на студената плоча трябва да бъде по-ниска от 25K; при изпомпване на водород температурата на студената плоча е по-ниска. Дебелината на нискотемпературния кондензационен и екстракционен кондензационен слой може да достигне около 10 mm.
②Адсорбция при ниска температура: Газовите молекули се адсорбират върху повърхността на адсорбента, покрита върху студената плоча с дебелина на мономолекулен слой (от порядъка на сантиметри). Равновесното налягане за адсорбция е много по-ниско от налягането на парите при същата температура. Ако налягането на парите на водорода е равно на атмосферното налягане при 20K, равновесното налягане на адсорбция е по-ниско от Pa при абсорбиране на водород с 20K активен въглен. Това прави възможно извършването на изпомпване чрез криогенна адсорбция при по-високи температури.
③Криогенно улавяне: Газови молекули, които не могат да бъдат кондензирани при температурата на екстракция, се заровят и адсорбират от нарастващия слой кондензиращ газ.
Най-общо казано, крайното налягане на помпата е налягането на парите на кондензирания газ при температурата на студената плоча. Когато температурата е 120K, налягането на парите на водата вече е по-ниско от Pa. При температура от 20K, с изключение на хелия, неона и водорода, парното налягане на другите газове също е по-ниско от Pa.
Въпреки това, поради различните температури на изпомпвания контейнер и криогенната студена плоча, крайното налягане на помпата е по-високо от налягането на парите на кондензата. За съд при стайна температура, с криопанел от 20K, крайното налягане на помпата е около 4 пъти по-голямо от парното налягане на кондензата.
2. Тип
Криопомпите са разделени на два типа: криопомпи с течен хелий с инжекционен тип и хладилни помпи с газ хелий със затворен кръг.
Инжекционна криопомпа с течен хелий
Състои се главно от контейнер с течен хелий, тяло на помпата и кухина за течен азот, свързана с преграда. За да се намали консумацията на течен хелий, външната стена на контейнера за течен хелий приема двуслойна топлоизолационна стена и се евакуира между тях.
Когато помпата е предварително изпомпана до Pa налягане, течен азот и течен хелий се инжектират и газът кондензира върху работната студена плоча от 4,2K. След предварително изпомпване, парциалното налягане на хелия и водорода е от порядъка на Pa, така че помпата може да постигне крайно налягане под Pa. Ако контейнерът с течен хелий се евакуира и декомпресира до 6650 Pa, температурата на течния хелий може да бъде намалено до 2,3K и може да се получи по-ниско гранично налягане.
Криопомпа за хладилник с газ хелий със затворен цикъл
Това е нов тип криопомпа, появила се през 70-те години на миналия век. Тази помпа не консумира хелий, лесна е за работа, лесна за поддръжка и се използва все по-често. Хладилната среда на хладилника е газ хелий, температурата на студената плоча от първия етап е 50-100K, а типичното приложение е 65K, което се използва за кондензиране на водна пара и предварително охлаждане на други газове; температурата на студената плоча от втория етап е 10-20K, която се използва за кондензиране на азот, газове като кислород и аргон.
Вътрешната повърхност на вторичната студена плоча е покрита с активен въглен. Активният въглен има силен адсорбционен капацитет за хелий, неон и водород при ниска температура. Студената плоча е изработена от безкислородна мед, а повърхността е полирана до огледално ниво, за да се намали излъчвателната способност.
Крайното налягане на помпата е Pa, диапазонът на работното налягане е Pa, а налягането за предварително изпомпване е необходимо да бъде 1 Pa. Скоростта на изпомпване на крайния продукт е достигнала 60,000 литра/секунда. Освен това, според характеристиките на процеса, студената плоча за извличане на въздух може да бъде разположена в изпомпвания контейнер, а скоростта на извличане на въздух може да достигне повече от 106 литра/секунда.