क्रायोपंप का सिद्धांत और वर्गीकरण

क्रायोपंप एक वैक्यूम पंप है जो कम तापमान वाली सतह का उपयोग गैस को संघनित करने के लिए करता है, जिसे कंडेनसेट पंप के रूप में भी जाना जाता है। क्रायोपंप एक वैक्यूम पंप है जिसमें सबसे कम अंतिम दबाव होता है और एक स्वच्छ वैक्यूम प्राप्त करने के लिए उच्चतम पंपिंग दर होती है। यह अर्धचालक और एकीकृत सर्किट के अनुसंधान और उत्पादन के साथ-साथ आणविक बीम अनुसंधान, वैक्यूम कोटिंग उपकरण, वैक्यूम सतह विश्लेषण उपकरण, आयन इम्प्लांटर्स और अंतरिक्ष सिमुलेशन के अनुसंधान और उत्पादन में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उपकरण, आदि

पंपिंग सिद्धांत क्रायोपंप में तरल हीलियम या रेफ्रिजरेटर द्वारा बहुत कम तापमान पर ठंडा प्लेट से सुसज्जित है। यह गैस को संघनित करता है और पंप के परम दबाव के नीचे घनीभूत वाष्प के दबाव को बनाए रखता है, ताकि पम्पिंग प्रभाव को प्राप्त किया जा सके। कम तापमान पम्पिंग के मुख्य कार्य कम तापमान संघनन, कम तापमान सोखना और कम तापमान पर कब्जा करना है।

①कम तापमान संघनन: 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 को 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 संघनन और निष्कर्षण संघनन परत की मोटाई लगभग 10 मिमी तक पहुंच सकती है।

②कम तापमान सोखना: गैस के अणुओं को एक मोनोमोलेक्यूलर परत (10-8 सेमी ऑर्डर) की मोटाई के साथ ठंडे प्लेट पर लेपित सोखना की सतह पर सोख लिया जाता है। अधिशोषण के लिए साम्यावस्था दाब समान ताप पर वाष्प दाब से बहुत कम होता है। उदाहरण के लिए, 20K पर हाइड्रोजन का वाष्प दबाव वायुमंडलीय दबाव के बराबर होता है, और सोखना संतुलन दबाव 10-8 Pa से कम होता है जब 20K सक्रिय कार्बन हाइड्रोजन को अवशोषित करता है। इससे उच्च तापमान पर क्रायोजेनिक सोखना द्वारा पम्पिंग करना संभव हो जाता है।

③क्रायोजेनिक ट्रैपिंग: गैस के अणु जिन्हें निष्कर्षण तापमान पर संघनित नहीं किया जा सकता है, उन्हें घनीभूत 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 10-8 Pa से कम होता है। जब तापमान 20K होता है, हीलियम, नियॉन और हाइड्रोजन को छोड़कर, अन्य गैसों का वाष्प दबाव भी {{3} से कम होता है। } पा। 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 क्रायोपैनल के साथ, पंप का अंतिम दबाव घनीभूत के वाष्प दबाव का लगभग 4 गुना होता है।

टाइप क्रायोपंप को दो प्रकारों में बांटा गया है: इंजेक्शन तरल हीलियम क्रायोपंप और क्लोज-सर्किट गैस हीलियम रेफ्रिजरेटर क्रायोपंप।

① इंजेक्टेड लिक्विड हीलियम क्रायोपंप: यह मुख्य रूप से एक लिक्विड हीलियम कंटेनर, एक पंप बॉडी और एक बैफल से जुड़ी एक लिक्विड नाइट्रोजन कैविटी से बना होता है। तरल हीलियम की खपत को कम करने के लिए, तरल हीलियम कंटेनर की बाहरी दीवार एक डबल-परत थर्मल इन्सुलेशन दीवार को गोद लेती है और बीच में खाली हो जाती है।

जब पंप को 10-6 Pa के दबाव में पहले से पंप किया जाता है, तो इसमें तरल नाइट्रोजन और तरल हीलियम डाला जाता है, और गैस 4.2K की वर्किंग कोल्ड प्लेट पर संघनित होती है। पूर्व-पम्पिंग के बाद, हीलियम और हाइड्रोजन का आंशिक दबाव 10-12 Pa के क्रम में होता है, इसलिए पंप 10-11 Pa के नीचे अंतिम दबाव प्राप्त कर सकता है। यदि तरल हीलियम कंटेनर को खाली कर दिया जाता है और विघटित कर दिया जाता है 6650 पा, तरल हीलियम का तापमान 2.3K तक कम किया जा सकता है, और कम सीमा दबाव प्राप्त किया जा सकता है।

क्लोज-सर्किट गैस हीलियम रेफ्रिजरेटर का क्रायोजेनिक पंप: यह एक नए प्रकार का क्रायोजेनिक पंप है जो 1970 के दशक (चित्रित) में दिखाई दिया। यह पंप हीलियम का उपभोग नहीं करता है, इसे संचालित करना आसान है, इसे बनाए रखना आसान है और इसका तेजी से उपयोग किया जा रहा है। रेफ्रिजरेटर का प्रशीतन माध्यम गैस हीलियम है, प्राथमिक कोल्ड प्लेट का तापमान 50-100K है, जिसका उपयोग जल वाष्प को संघनित करने और अन्य गैसों को पूर्व-ठंडा करने के लिए किया जाता है; द्वितीयक कोल्ड प्लेट का तापमान 10-20K होता है, जिसका उपयोग नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और आर्गन और अन्य गैसों को संघनित करने के लिए किया जाता है।

द्वितीयक कोल्ड प्लेट की भीतरी सतह सक्रिय कार्बन से लेपित होती है। सक्रिय कार्बन का विशिष्ट सतह क्षेत्र 500-2500 m2/g है, और इसमें कम तापमान पर हीलियम, नियॉन और हाइड्रोजन के लिए मजबूत सोखने की क्षमता है। कोल्ड 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 10-7 ~ 10-8 Pa है, काम करने का दबाव रेंज 10-1 ~ 10-7 Pa है, और पूर्व-पंपिंग दबाव 1 Pa होना आवश्यक है .

तैयार उत्पाद की पम्पिंग दर 60,000 लीटर/सेकंड (1 लीटर=10-3 m3) तक पहुंच गई है। इसके अलावा, प्रक्रिया की विशेषताओं के अनुसार, पंप किए गए कंटेनर में वायु निष्कर्षण कोल्ड प्लेट की व्यवस्था की जा सकती है, और वायु निष्कर्षण दर 106 लीटर / सेकंड से अधिक तक पहुंच सकती है।

कम ताप भार तेल पंप का ऊष्मा भार मुख्य रूप से गैस की संघनन ऊष्मा और काम करने वाली ठंडी प्लेट का सामना करने वाली आसपास की दीवार की दीप्तिमान ऊष्मा है। संघनन की ऊष्मा गैस के प्रकार से संबंधित होती है। नाइट्रोजन के लिए 80K और 133.322 Pa लीटर पर, 20K ठंडे प्लेट पर संघनन ताप 0.3-0.6 जूल है।

वर्किंग कोल्ड प्लेट द्वारा प्राप्त की गई रेडिएंट हीट आसपास की दीवार पैनल के तापमान की चौथी शक्ति और वर्किंग कोल्ड प्लेट के तापमान के अंतर के समानुपाती होती है। इसलिए, 4.2K और 20K वर्किंग कोल्ड प्लेट्स को 50-100K कोल्ड प्लेट्स के साथ परिरक्षित किया जाता है ताकि वर्किंग कोल्ड प्लेट्स द्वारा प्राप्त रेडिएंट हीट को कम किया जा सके।