1. עקרון שאיבת האוויר
בתוך המשאבה קריו-משאבה צלחת קרה מקוררת לטמפרטורה נמוכה מאוד על ידי הליום נוזלי או מקרר. זה מעבה את הגז ושומר על לחץ האדים של העיבוי מתחת ללחץ הסופי של המשאבה, כדי להשיג את אפקט השאיבה. הפונקציות העיקריות של שאיבה בטמפרטורה נמוכה הן עיבוי בטמפרטורה נמוכה, ספיחה בטמפרטורה נמוכה ולכידת טמפרטורה נמוכה.
① עיבוי בטמפרטורה נמוכה: מולקולות גז מתעבות על פני הלוח הקרה או על שכבת הגז המעובה, ולחץ שיווי המשקל שווה בעצם ללחץ האדים של העיבוי. בעת שאיבת אוויר, הטמפרטורה של הצלחת הקרה חייבת להיות נמוכה מ-25K; בעת שאיבת מימן, הטמפרטורה של הצלחת הקרה נמוכה יותר. עובי שכבת העיבוי והמיצוי בטמפרטורה נמוכה יכול להגיע לכ-10 מ"מ.
②ספיחה בטמפרטורה נמוכה: מולקולות הגז נספגות על פני הסופח המצופה על הצלחת הקרה בעובי של שכבה מונומולקולרית (בסדר סנטימטרים). לחץ שיווי המשקל לספיחה נמוך בהרבה מלחץ האדים באותה טמפרטורה. אם לחץ האדים של המימן שווה ללחץ האטמוספרי ב-20K, לחץ שיווי המשקל של הספיחה נמוך מ-Pa כאשר סופגים מימן עם 20K פחם פעיל. זה מאפשר לבצע שאיבה על ידי ספיחה קריוגנית בטמפרטורות גבוהות יותר.
③ לכידה קריוגנית: מולקולות גז שאינן ניתנות לעיבוי בטמפרטורת המיצוי קבורות ונספגות על ידי השכבה ההולכת וגדלה של גז ניתן לעיבוי.
באופן כללי, הלחץ הסופי של המשאבה הוא לחץ האדים של הגז המעובה בטמפרטורה של הצלחת הקרה. כאשר הטמפרטורה היא 120K, לחץ האדים של המים כבר נמוך מ-Pa. בטמפרטורה של 20K, למעט הליום, ניאון ומימן, גם לחצי האדים של גזים אחרים נמוכים מ-Pa.
עם זאת, בשל הטמפרטורות השונות של המיכל הנשאב והצלחת הקרה הקריוגנית, הלחץ הסופי של המשאבה גבוה יותר מלחץ האדים של הקונדנסט. עבור כלי בטמפרטורת חדר, עם קריופאנל של 20K, הלחץ הסופי של המשאבה הוא בערך פי 4 מלחץ האדים של הקונדנסט.
2. הקלד
משאבות קריו מחולקות לשני סוגים: משאבות קריו-משאבות הליום נוזלי מסוג הזרקה ומשאבות קריו-משאבות קריו-ליום גז במעגל סגור.
משאבת קריו משאבת הליום נוזלית בהזרקה
הוא מורכב בעיקר ממיכל הליום נוזלי, גוף משאבה וחלל חנקן נוזלי המחובר לבליטה. על מנת להפחית את צריכת ההליום הנוזלי, הקיר החיצוני של מיכל ההליום הנוזלי מאמץ דופן בידוד תרמי דו-שכבתי ומתפנה בין לבין.
כאשר המשאבה נשאבת מראש ללחץ Pa, מוזרקים חנקן נוזלי והליום נוזלי, והגז מתעבה על הצלחת הקרה הפועלת של 4.2K. לאחר שאיבה מוקדמת, הלחץ החלקי של הליום ומימן הוא בסדר גודל של Pa, כך שהמשאבה יכולה להשיג את הלחץ האולטימטיבי מתחת ל-Pa. אם מיכל ההליום הנוזלי יפונה ופורק דחוס ל-6650 Pa, הטמפרטורה של ההליום הנוזלי יכולה להיות מופחת ל-2.3K, וניתן להשיג לחץ גבול תחתון.
מחזור סגור גז הליום מקרר cryopump
זהו סוג חדש של cryopump שהופיע בשנות ה-70. משאבה זו אינה צורכת הליום, קלה לתפעול, קלה לתחזוקה ונמצאת בשימוש הולך וגובר. מדיום הקירור של המקרר הוא הליום בגז, הטמפרטורה של הפלטה הקרה בשלב ראשון היא 50-100K, והיישום האופייני הוא 65K, המשמש לעיבוי אדי מים ולקירור מראש של גזים אחרים; הטמפרטורה של הפלטה הקרה בשלב השני היא 10-20K, המשמשת לעיבוי חנקן, גזים כמו חמצן וארגון.
המשטח הפנימי של הצלחת הקרה המשנית מצופה בפחם פעיל. לפחם פעיל יכולת ספיחה חזקה של הליום, ניאון ומימן בטמפרטורה נמוכה. הפלטה הקרה עשויה נחושת נטולת חמצן, והמשטח מלוטש עד לרמת מראה כדי להפחית את הפליטה.
הלחץ האולטימטיבי של המשאבה הוא Pa, טווח לחץ העבודה הוא Pa, ולחץ קדם השאיבה נדרש להיות 1 Pa. קצב השאיבה של המוצר המוגמר הגיע ל-60,000 ליטר/שנייה. בנוסף, על פי מאפייני התהליך, ניתן לסדר את הפלטה הקרה של שאיבת האוויר במיכל השאוב, וקצב שאיבת האוויר יכול להגיע ליותר מ-106 ליטר/שנייה.