1. वायु निष्कर्षण का सिद्धांत
क्रायोपंप के अंदर एक ठंडी प्लेट होती है जिसे तरल हीलियम या रेफ्रिजरेटर द्वारा बहुत कम तापमान पर ठंडा किया जाता है। यह गैस को संघनित करता है और पंप के अंतिम दबाव के नीचे घनीभूत वाष्प के दबाव को रखता है, ताकि पंपिंग प्रभाव को प्राप्त किया जा सके। कम तापमान पंपिंग के मुख्य कार्य कम तापमान संक्षेपण, कम तापमान सोखना और कम तापमान पर कब्जा करना है।
कम तापमान संक्षेपण: गैस के अणु ठंडी प्लेट की सतह पर या संघनित गैस की परत पर संघनित होते हैं, और संतुलन दबाव मूल रूप से घनीभूत के वाष्प दबाव के बराबर होता है। हवा पंप करते समय, ठंडी प्लेट का तापमान 25K से कम होना चाहिए; हाइड्रोजन पंप करते समय, ठंडी प्लेट का तापमान कम होता है। कम तापमान संक्षेपण और निष्कर्षण संक्षेपण परत की मोटाई लगभग 10 मिमी तक पहुंच सकती है।
कम तापमान सोखना: गैस के अणुओं को एक मोनोमोलेक्यूलर परत (सेंटीमीटर के क्रम में) की मोटाई के साथ ठंडी प्लेट पर लेपित सोखना की सतह पर सोख लिया जाता है। सोखना के लिए संतुलन दबाव समान तापमान पर वाष्प के दबाव से बहुत कम है। यदि हाइड्रोजन का वाष्प दाब 20K पर वायुमंडलीय दबाव के बराबर है, तो 20K सक्रिय कार्बन के साथ हाइड्रोजन को अवशोषित करते समय सोखना का संतुलन दबाव Pa से कम होता है। यह उच्च तापमान पर क्रायोजेनिक सोखना द्वारा पम्पिंग करना संभव बनाता है।
क्रायोजेनिक ट्रैपिंग: गैस के अणु जिन्हें निष्कर्षण तापमान पर संघनित नहीं किया जा सकता है, संघनित गैस की बढ़ती परत द्वारा दफन और सोख लिया जाता है।
सामान्यतया, पंप का अंतिम दबाव ठंडी प्लेट के तापमान पर संघनित गैस का वाष्प दबाव होता है। जब तापमान 120K होता है, तो पानी का वाष्प दबाव पहले से ही Pa से कम होता है। 20K के तापमान पर, हीलियम, नियॉन और हाइड्रोजन को छोड़कर, अन्य गैसों का वाष्प दबाव भी Pa से कम होता है।
हालांकि, पंप किए गए कंटेनर और क्रायोजेनिक कोल्ड प्लेट के अलग-अलग तापमान के कारण, पंप का अंतिम दबाव कंडेनसेट के वाष्प दबाव से अधिक होता है। कमरे के तापमान पर एक बर्तन के लिए, 20K के क्रायोपेनल के साथ, पंप का अंतिम दबाव घनीभूत के वाष्प दबाव का लगभग 4 गुना होता है।
2. टाइप
क्रायोपंप को दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है: इंजेक्शन-प्रकार के तरल हीलियम क्रायोपंप और क्लोज-सर्किट गैस हीलियम रेफ्रिजरेटर क्रायोपंप।
इंजेक्शन तरल हीलियम क्रायोपंप
यह मुख्य रूप से एक तरल हीलियम कंटेनर, एक पंप बॉडी और एक तरल नाइट्रोजन गुहा से बना होता है जो एक बाधक से जुड़ा होता है। तरल हीलियम की खपत को कम करने के लिए, तरल हीलियम कंटेनर की बाहरी दीवार एक डबल-लेयर थर्मल इन्सुलेशन दीवार को गोद लेती है और बीच में खाली कर दी जाती है।
जब पंप को Pa दबाव में पहले से पंप किया जाता है, तो तरल नाइट्रोजन और तरल हीलियम को इंजेक्ट किया जाता है, और गैस 4.2K की कार्यशील ठंडी प्लेट पर संघनित होती है। प्री-पंपिंग के बाद, हीलियम और हाइड्रोजन का आंशिक दबाव Pa के क्रम में होता है, इसलिए पंप Pa के नीचे अंतिम दबाव प्राप्त कर सकता है। यदि तरल हीलियम कंटेनर को खाली किया जाता है और 6650 Pa तक विघटित किया जाता है, तो तरल हीलियम का तापमान हो सकता है 2.3K तक कम किया जा सकता है, और कम सीमा दबाव प्राप्त किया जा सकता है।
बंद चक्र गैस हीलियम रेफ्रिजरेटर क्रायोपंप
यह एक नए प्रकार का क्रायोपंप है जो 1970 के दशक में सामने आया था। यह पंप हीलियम का उपभोग नहीं करता है, संचालित करना आसान है, बनाए रखना आसान है, और इसका तेजी से उपयोग किया जा रहा है। रेफ्रिजरेटर का रेफ्रिजरेशन माध्यम गैस हीलियम है, प्रथम चरण की कोल्ड प्लेट का तापमान 50-100K है, और विशिष्ट अनुप्रयोग 65K है, जिसका उपयोग जल वाष्प को संघनित करने और अन्य गैसों को पूर्व-ठंडा करने के लिए किया जाता है; दूसरे चरण की कोल्ड प्लेट का तापमान 10-20K है, जिसका उपयोग नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और आर्गन जैसी गैसों को संघनित करने के लिए किया जाता है।
सेकेंडरी कोल्ड प्लेट की भीतरी सतह सक्रिय कार्बन से ढकी होती है। सक्रिय कार्बन में कम तापमान पर हीलियम, नियॉन और हाइड्रोजन के लिए मजबूत सोखने की क्षमता होती है। ठंडी प्लेट ऑक्सीजन मुक्त तांबे से बनी होती है, और उत्सर्जन को कम करने के लिए सतह को दर्पण स्तर तक पॉलिश किया जाता है।
पंप का अंतिम दबाव पा है, काम करने की दबाव सीमा पा है, और पूर्व-पंपिंग दबाव 1 पा होना आवश्यक है। तैयार उत्पाद की पंपिंग दर 60, 000 लीटर/सेकंड तक पहुंच गई है। इसके अलावा, प्रक्रिया की विशेषताओं के अनुसार, हवा निकालने वाली ठंडी प्लेट को पंप किए गए कंटेनर में व्यवस्थित किया जा सकता है, और हवा की निकासी दर 106 लीटर / सेकंड से अधिक तक पहुंच सकती है।