Pompe à vide pompe basse température u12 uivac cryo - u12hsp

La pompe à basse température est également appelée pompe à vide à basse température, pompe à froid, pompe à condensation. La source froide de la pompe cryogénique peut être un liquide cryogénique (azote liquide ou hélium liquide) ou un cryoréfrigérateur. Nous présentons ici le modèle de pompe cryogénique, le refroidisseur de cette pompe cryogénique produit de la réfrigération sur deux niveaux de température, refroidissant respectivement les deux surfaces cryogéniques, le gaz extrait est refroidi sur la surface cryogénique.

1. La pompe à basse température est

À l'intérieur du récipient réel se trouve une surface à très basse température, une pompe qui capte le gaz contenu dans le récipient et l'évacue par condensation et adsorption.
Comme les pièces mécaniques en mouvement utilisent peu et pas d'huile, il est possible d'obtenir un vide élevé propre.
Pour que la pompe cryogénique fonctionne efficacement pour l'évacuation des gaz, la pression de vapeur lors de la condensation, la pression d'équilibre d'adsorption lors de l'adsorption doit être inférieure à 10 - 8 pa.
La figure 1 représente la pression de vapeur de chaque gaz, un gaz à pression de vapeur inférieure à celle de l'azote, dont la pression de vapeur est inférieure à 10 - 8 pa lorsqu'il est refroidi en dessous de 20 K sur une face à très basse température (face cryogénique ou volet cryogénique). L'hydrogène, l'hélium, le néon et d'autres gaz à pression de vapeur plus élevée ne peuvent pas être évacués par condensation à 20K, donc par adsorbant en dessous de 20k.
De cette façon, la pompe cryogénique peut évacuer tous les gaz pour obtenir un vide ultra - élevé.

Figure 1. Pression de vapeur des différents gaz

La façon dont la surface de congélation est formée, généralement à l'aide d'un petit congélateur à hélium à cycle fermé. La pompe cryogénique utilise un petit congélateur à hélium qui ne nécessite pas de réapprovisionnement régulier du réfrigérant comme une pompe cryogénique de type réservoir, qui permet d'obtenir un vide ultra - élevé propre grâce à une opération simple, ce qui permet un fonctionnement continu long et stable.

2. Principe d'action et structure de la pompe à basse température

Cryo - u8h est un exemple pour illustrer la structure d'une pompe cryogénique.
Le congélateur de la pompe cryogénique est de type 2 sections, 1 section a une grande capacité de refroidissement et peut être refroidie à 80k ou moins, et 2 sections ont une capacité de refroidissement plus petite et peuvent être refroidies à 10 à 12k.
Baffle 15K (1) (plaque de condensation) et baffle 15K (2) (plaque d'adsorption) montés sur 2 sections du congélateur baffle 80k et bac blindé 80k montés sur 1 section avec une plus grande capacité frigorifique et protégés contre les radiations thermiques (rayonnement) à température ambiante. De plus, pour éviter que la surface de l'adsorbant ne soit recouverte, l'adsorbant est monté à l'intérieur d'une chicane dans laquelle le gaz concentré ne peut pas pénétrer.

Figure 2. Cryo - u8h

Les principaux gaz d'échappement de la pompe à basse température sont, ci - dessous (1) ~ (3), etc.

(1) Air (n2, O2): gaz résiduel après extraction grossière de l'équipement de vide

(2) Gaz de décharge 1 H2O: adsorbé sur la surface du récipient à vide (la plus grande partie de l'équipement de vide ordinaire), le composant principal du gaz libéré du verre, du plastique, de la céramique

2 H2: diffusion interne de la paroi métallique du récipient à vide (problème de super - hauteur, vide) haute température, métal fondu (en particulier l'aluminium) libéré (vaporisation, pulvérisation)

3 CO, CO2,
CH4, cnhm: saleté sur les parois des appareils à vide

(3) gaz d'importation 4 ar: équipement de pulvérisation

5 H2: implantation ionique

6 o2: oxydes

7 autres

Selon le compteur de pression de vapeur, la température de la vapeur d'eau (H2O) est inférieure à 130K, la pression de vapeur sera inférieure à 10 - 8pa, l'azote (n2), l'oxygène (O2), le monoxyde de carbone (CO), l'argon (AR) et d'autres gaz, En raison de la pression de vapeur élevée, ne peut pas se condenser à 80k, il est nécessaire de passer par la surface extérieure de la chicane (1) inférieure à 20k pour la condensation et l'échappement.

Les gaz à pression de vapeur plus élevée tels que l'hélium (he), l'hydrogène (H2), le néon (ne) ne se condensent pas à des températures de 10 à 20 K, ils sont donc adsorbés et évacués par un adsorbant installé à l'intérieur du baffle (1) de 15 K (plaque de condensation). L'adsorbant est monté dans un baffle (2) de 15K (plaque d'adsorption) et, pour éviter que la surface de l'adsorbant ne soit recouverte, l'adsorbant est monté à l'intérieur du baffle où le gaz concentré ne peut pas pénétrer.
La surface extérieure du seau blindé 80k, du baffle 80k, du baffle 15K (1) est spéculaire et peut refléter la Chaleur rayonnante à température ambiante. La surface intérieure de la cuve blindée 80k a été noircie pour empêcher le rayonnement de la température ambiante de se refléter sur la surface intérieure de la cuve blindée 80k, injectant dans le volet 15K. Pour que la pompe cryogénique fonctionne correctement, la température de la cuve blindée 80k, du baffle 80k doit être inférieure à 130K et le baffle 15K doit être inférieure à 20k.

Pour confirmer ces températures, un thermocouple ca a été installé sur un volet 80k, un thermomètre à pression de vapeur d'hydrogène (h2vp) et un thermocouple cryogénique de type MB sur un volet 15K. (la Force électromotrice standard du thermocouple ca 130K est de - 5,5 MV.)

3. Régénération et soupape de sécurité pour pompe cryogénique

Les pompes à diffusion d'huile et les pompes turbomoléculaires sont celles qui libèrent le gaz évacué par compression à l'extérieur de la pompe, mais les pompes cryogéniques sont stockées par condensation et adsorption dans un clapet 15K et doivent donc être libérées et régénérées régulièrement.
La régénération consiste à élever la température de la pompe cryogénique à la température ambiante et à ramener le gaz condensé ou adsorbé à l'état gazeux. L'intérieur de la pompe cryogénique peut devenir un gaz à haute pression lors de la régénération lorsque la basse température, où de grandes quantités de gaz sont stockées, est à l'état scellé, d'où la nécessité d'installer une soupape de sécurité sur la pompe cryogénique.
La pression de fonctionnement de la soupape de sécurité est réglée à 20 kPa (pression manométrique).
Les soupapes de sécurité sont utilisées pour des raisons de sécurité, alors ne les fermez pas ou ne les utilisez pas à d'autres fins.
De plus, ne l'utilisez pas comme soupape de dégagement de gaz pendant la régénération. Lorsque la soupape de sécurité fonctionne, la poussière, etc. dans le gaz de purge se fixe à la surface de l'anneau et peut provoquer des fuites.

4. Système de pompe à basse température

Le système de pompe à basse température est essentiellement composé de

Unité de pompe cryogénique "1" (avec unité de congélateur)
Unité de compresseur "2"
Tuyaux "3" (2 pièces)

Constitution, après connexion comme représenté sur la figure 3. Le démarrage de la pompe cryogénique (la pompe cryogénique ne peut pas démarrer à pression atmosphérique) et la régénération nécessitent un pompage grossier (préparé par le client).

Figure 3. Système de pompe à basse température

Performance des pompes cryogéniques

Les principales propriétés de la pompe cryogénique sont: (1) Caractéristiques de refroidissement du refroidissement (2) vitesse d'échappement (3) capacité d'échappement (4) débit maximal (5) pression croisée (6) pression limite (7) capacité de charge thermique, etc.
Ces projets Jiang sont illustrés ci - dessous.

1. Refroidissement par refroidissement (cool down) Caractéristiques

Comme la pompe cryogénique ne peut pas démarrer à la pression atmosphérique, une pompe d'extraction grossière est nécessaire. Dans le cas d'un soutirage grossier à l'aide d'une pompe rotative, la pompe cryogénique 40pa d'ulvac Cryo ne provoque pas de reflux des vapeurs d'huile. Tout le gaz restant dans la pompe est adsorbé par l'adsorbant à l'intérieur de la pompe cryogénique. Le temps de refroidissement est influencé par les facteurs suivants.

Tableau 1. Facteurs influant sur le temps de refroidissement

À cause de

temps de refroidissement

1. pression de traction grossière haute prolongation

2. La température de la pompe est prolongée

3. Composition du gaz résiduel après extraction grossière Dry (Dry in Pump) Extension

Beaucoup moins d'humidité

4. La contamination de la pompe a été prolongée

Le temps de refroidissement est influencé par la méthode de régénération. Lorsque la température augmente à l'aide d'une purge à l'azote ou d'une bande chauffante, l'humidité devient moins sèche et l'isolation sous vide est difficile à réaliser, de sorte que le temps de refroidissement devient plus long. Notez également que les fuites mineures peuvent également entraîner des temps de refroidissement prolongés ou impossibles à refroidir (une attention particulière est accordée aux fuites causées par les soupapes de sécurité). De plus, la zone de 60 Hz se refroidit 10 à 15% plus rapidement que la zone de 50 Hz. Généralement, le temps de refroidissement est défini comme le temps nécessaire pour que la température du volet de 15 K soit inférieure à 20 K, comme indiqué dans le tableau 4 - 2.

2. Caractéristiques de vitesse d'échappement

2 - 1. Propriétés d'échappement à l'eau

Si la température de la surface de congélation est inférieure à 150 K, la probabilité de condensation de la surface de congélation face à l'eau est de près de 1. Typiquement, la température pendant le fonctionnement de la pompe cryogénique à cuve blindée 80k et 80k est inférieure à 130K (typiquement de l'ordre de 80k), de sorte que la vitesse d'échappement de la pompe cryogénique par rapport à l'eau est égale à la vitesse d'échappement idéale pour un calibre de cuve blindée 80k. La vitesse d'échappement idéale s = 62,5 / M1 / 2 (L / S / cm2) (20 °C) d'eau pour un gaz de masse moléculaire m est de s = 14,7 (L / S / cm2) pour m = 18. La zone d'aspiration du seau blindé 80k a (CM2) et la vitesse d'échappement de la pompe cryogénique à l'eau s = S ・a (L / s).

Par example, une pompe cryogénique de type 8, avec une zone d'aspiration de seau blindé de 80k est d'environ 275 cm 2 et une vitesse d'évacuation de 4000 L / s vers l'eau. Le même calcul est effectué pour les gaz condensés et évacués dans un baffle 80k (par exemple CO2, NH4). Calcul de la vitesse d'échappement du CO2 par cryo - u8h, vitesse d'échappement de 4000 L / s pour l'eau, poids moléculaire du CO2 de 44, SCO2=SH2O X ( 18 / 44 )1/2=2560 L/s。

Tableau 2. Vitesse d'échappement de la pompe cryogénique pour l'eau

calibre

modèle

Vitesse d'échappement (L / s)

6 U6H 2100

8 U8H,U8H-U,U8HSP 4000

10 U10PU 6900

12 U12H,U12H-K2,U12HSP 9500

16 U16,U16P 16000

20 U20P 29000

22 U22H 39000

30 U30H 70000

2 - 2 caractéristiques d'échappement pour ar, n2 (gaz condensables)

Les gaz à pression de vapeur relativement élevée tels que n2, AR, CO et O2 ne sont pas condensés par des chicanes 80k ou des écrans 80k, mais se condensent et sont évacués à des températures inférieures à 20k.
Si la température de la surface de congélation est inférieure à 20 K, la probabilité de captation du gaz condensable face à la congélation est de 1 et, de plus, la vitesse d'échappement de la pompe cryogénique dans la zone d'écoulement moléculaire est constante puisque la conduction de l'entrée d'air vers le volet cryogénique est constante dans La zone d'écoulement moléculaire.

La valeur de la vitesse d'échappement de la pompe cryogénique dans le Manuel du produit est la vitesse d'échappement de l'azote dans la zone de flux moléculaire. La vitesse d'échappement des gaz condensables pour la masse moléculaire accidentelle m de l'azote est calculée par la formule suivante.

SM = SN2× (28/M) 1/2 (L/s) ・・・・・・・(1)
SN

2: vitesse d'échappement de l'azote (L / s)

Par example, la vitesse d'échappement de l'argon par cryo - u8h, connue du tableau 6 - 3 Sn2 = 1700 (L / s), et la masse moléculaire de l'argon m = 40, sont calculées par cette formule.
Sar = 1700X (28/40) 1 / 2 = 1400L / s

Figure 1. Cryo - U pour la vitesse d'échappement de l'azote

modèle

Vitesse d'échappement (L / s)

U6H 750

U8H/U8H-U/U8HSP 1700

U10P 2300

U12H 4000

U12HSP 4100

U16/U16P 5000

U20P 10000

U22H 17000

U30H 28000

Tableau 3. Vitesse d'échappement de l'azote par diverses pompes cryogéniques (valeur du Manuel du produit)

Lorsque le flux d'air passe d'un flux moléculaire à un flux intermédiaire (flux de transition), la conductance électrique est proportionnelle à la pression, de sorte que la vitesse d'échappement augmente. Cependant, comme la chaleur introduite dans la pompe cryogénique augmente avec la pression, la limite d'échappement de la pompe cryogénique est atteinte lorsque la charge thermique dépasse la capacité de refroidissement du congélateur. Sur la base de cette charge thermique, ulvac Cryo définit le débit lorsque la température du volet cryogénique atteint 20 K comme le débit maximal (Figure 6 - 1, point 0). Bien que le débit maximal augmente avec le renforcement de la capacité frigorifique, la conductivité thermique de la couche de condensation est également limitée en raison du renforcement de la capacité frigorifique, de sorte qu'un gradient de température apparaît dans le sens de l'épaisseur. Si la température de surface de la couche de condensation est trop élevée au - delà de la limite, le gaz ne se condensera pas, de sorte que la vitesse d'échappement devient 0 et devient la limite d'échappement physique.

2 - 3 vitesse d'échappement pour H2, He, ne (gaz non condensables)

H2, he et ne sont les gaz ayant la pression de vapeur la plus élevée et sont également connus sous le nom de gaz non condensables à environ 20 K, car la pression de vapeur est trop élevée pour être évacuée par condensation. Ces gaz ne pouvant être évacués par condensation, ils sont évacués par adsorption avec un adsorbant refroidi à moins de 20 K. L'adsorbant sature lorsqu'il adsorbe un gaz non condensant, de sorte que la vitesse d'échappement diminue lentement. Lorsque la vitesse des gaz d'échappement chute à 80% de la valeur initiale, la quantité de gaz évacuée à ce moment est définie comme la quantité de gaz d'échappement (décrite plus loin).
Parmi les gaz non condensables, l'hydrogène est un composant important du gaz émis et un gaz important pour l'application, de sorte que l'échantillon de forme a été déterminé par une étude détaillée. Il y a très peu d'exemples d'utilisation du néon, donc très peu de données. En outre, l'hélium est le gaz le plus difficile à adsorber et ne peut être évacué que du 1 / 100 à 1 / 1000 de l'argon, il n'est donc pas recommandé d'utiliser une pompe cryogénique pour l'échappement.

modèle
CRYO-U

Vitesse d'échappement
(L/s)

Débit maximal
(Pa・L/s)

Débit d'échappement
(Pa・L)

- U6H 1100 1,1 × 102 3,1 × 105

- U8H 2700 2,4 × 102 1,0 × 106

- U8HSP 3200 2,4 × 102 1,0 × 106

- U10PU 3600 1,5 × 102 6,7 × 105

- U12H 6000 4,1 × 102 9,8 × 105

- U12HSP 6000 4,1 × 102 1,6 × 106

-U16 10000 4.1×102 2.4×106

- U16P 10000 4,5 × 102 2,4 × 106

-U20P 18000 5,0 × 102 4,6 × 106

-U22H 25000 1,3 × 103 8,5 × 106

-U30H 43000 7,4 × 102 1,5 × 107

Tableau 4. Caractéristiques d'échappement du cryo - U pour l'hydrogène

Figure 2. Cryo - U pour la vitesse d'échappement de l'hydrogène

3. Capacité d'échappement de la pompe à basse température

3 - 1. Pour la capacité d'échappement des gaz condensables

Les gaz évacués par condensation sont (1) Les gaz (principalement de l'eau) évacués par un bac blindé de 80k ou un baffle de 80k et (2) Les gaz (azote, argon, oxygène, etc.) évacués par un baffle de 15K.

(1) capacité d'échappement à l'eau
Lorsque l'eau se condense sur un baffle 80k et que l'épaisseur de glace augmente, la conductance électrique du baffle 80k diminue, de même que la vitesse d'échappement des gaz condensés et adsorbés par le baffle 15K. En raison de la nécessité de régénération, la quantité d'eau évacuée à ce stade est la capacité d'échappement et il n'y a pas de définition claire de la capacité d'échappement de l'eau. Cependant, les valeurs du tableau ci - dessous peuvent servir de guide approximatif pour les limites d'échappement de l'eau. (Notez que la quantité de gaz d'échappement est en G (grammes))

modèle

Capacité d'échappement (g)

CRYO-U6H 40

CRYO-U8H, U8H-U 90

CRYO-U10PU 170

CRYO-U12H 260

CRYO-U16,U16P 500

CRYO-U20P 1000

CRYO-U22H 1400

Tableau 5. Capacité d'échappement de l'eau par la pompe cryogénique (référence)

(1) cas avec beaucoup d'eau

Plastique

Verre

Céramique

(2) régénération des points d'attention en cas d'eau abondante

Lorsque la température augmente, la glace fond

Lors de l'extraction grossière, ne pas congeler l'eau

Retirer l'eau de l'intérieur de la pompe

Vérifiez les performances de la pompe rotative (faites attention à l'émulsification de l'huile)

(2) capacité d'échappement à l'argon

Le dilemme qui existe dans le gaz évacué par condensation à travers une plaque de condensation 15K est la capacité d'échappement de l'argon dans le procédé de pulvérisation. L'épaisseur de la couche d'argon condensé sur la surface extérieure du clapet 15K augmente, touchant le clapet 80k et la cuve de blindage 80k à température plus élevée, ou le gradient de température de la couche d'argon elle - même augmente, augmentant la température de la surface d'argon. Dans ce cas, il en résulte que la condensation ne peut plus être effectuée. A ce stade, la quantité d'argon évacuée est la capacité d'échappement. Ulvac Cryo définit la capacité d'échappement à l'argon comme [la quantité d'argon évacuée qui ferme la vanne principale et dont la pression ne descend pas en dessous de 1,3x10 - 4 Pa après 5 minutes de fermeture de la vanne principale]. La figure 6 - 3 représente l'argon introduit en continu à 200 CCM, la valeur de la pression du cryo - u12hsp après 5 minutes d'arrêt de l'importation, le débit d'échappement commence à dépasser 4,3 x 108 pa.l et la pression reprend brusquement, donc le débit d'échappement est de 4,3 x 108 pa.l. Le tableau 6 - 6 montre la capacité d'émission d'argon de chaque modèle de pompe cryogénique.

Figure 3. Récupération de pression pour cryo - u12hsp (exemple de mesure)

Espèce cryo -

Capacité d'échappement (pa・l)

- U6H 5,6 × 107

- U8H, U8H-U 1,0 × 108

- U8HSP 2,5 × 108

- U10PU 1,0 × 108

- U12H 2,1 × 108

- U12HSP 4,3 × 108

- U16, U16P 4,3 × 108

- U20P 5,8 × 108

- U22H 8,1 × 108

- U30H 7,8 × 108

3 - 2 Capacité d'échappement pour les gaz non condensables

Les gaz tels que l'hydrogène, l'hélium, le néon, etc., qui ne peuvent pas être évacués par condensation autour de 10K, sont évacués par adsorption par un adsorbant à l'intérieur du volet 15K. Par conséquent, avec l'augmentation de la quantité d'adsorption, il se rapproche de l'état de saturation, (1) La vitesse d'échappement diminue, (2) La pression d'équilibre d'adsorption augmente, les performances d'échappement diminuent lentement et finalement l'échappement ne peut pas être effectué. Ulvac Cryo définit la capacité d'échappement de l'hydrogène comme la quantité d'hydrogène adsorbée jusqu'à ce que la vitesse d'échappement de l'hydrogène tombe à 80% de la vitesse d'échappement initiale. Pour que l'adsorbant puisse exercer une capacité d'adsorption prédéterminée, l'adsorbant doit être nettoyé. La contamination des adsorbants est

(1) lors de l'adsorption de gaz condensables (principalement de l'air)
(2) lors de l'adsorption de l'humidité
(3) lors de l'adsorption de la vapeur d'huile

Lorsque ces substances sont adsorbées en grandes quantités, la capacité d'adsorption de l'hydrogène diminue. L'air et l'humidité peuvent être éliminés par régénération de la pompe cryogénique, mais une fois que les vapeurs d'huile sont adsorbées, elles ne peuvent pas être éliminées à nouveau, à ce stade, le volet 15K (2) (plaque d'adsorption) doit être remplacé. Afin de préserver les propriétés d'adsorption de la pompe cryogénique vis - à - vis de l'hydrogène, il faut absolument éviter le reflux de vapeur d'huile dans la pompe cryogénique.
La figure 4 est un diagramme de la vitesse d'échappement de l'hydrogène en fonction de la capacité d'échappement de l'hydrogène, où s est la vitesse d'échappement et c est la capacité d'échappement. Pour connaître la vitesse d'échappement et la capacité d'échappement des différents modèles, reportez - vous à la figure 4.

Figure 4. Vitesse d'échappement par rapport à la capacité d'échappement pour l'hydrogène

4. Charge thermique et débit maximal de la pompe à basse température

La charge thermique de la pompe cryogénique est la Chaleur rayonnante et la charge gazeuse (conduction thermique du gaz, chaleur de condensation), donnant respectivement les équations suivantes.

σ

: constante de Boltzmann 5,67 × 10 - 12 W / cm2 / K4

εAV

: taux de rayonnement moyen

T1

: température de la face basse température (k)

T2

: température de la face haute température (k)

A

: zone chauffée (CM2)

A1: intérieur A2: extérieur

γ

: rapport thermique spécifique du gaz

ａ0

: coefficient d'adaptation thermique moyen

Ｐ

: Force 圧 (PA)

M

: poids moléculaire

T1

: 圧 force P température au point de mesure (k)

T2

: température de la face basse température (k)

A: zone chauffée (CM2)

Coefficient d'adaptation thermique moyen formule A0 (A1 < A2)



Coefficient d'adaptation A1, A2 (approximatif)

γ

: chaleur de condensation (H2, He, ne, chaleur d'adsorption) (W / PA ・ L / s)

Tc

: température de la face basse température (k)

Tg

: Température du gaz (k)

S

: vitesse d'échappement de la pompe cryogénique (L / s) SP: (pa・l / s)

P

圧 force (Torr)

Cp

: chaleur spécifique moyenne du gaz (W / (pa・l / s) / k)

La charge thermique de la section 1 du congélateur est de la Chaleur rayonnante et de la chaleur conductrice du gaz, généralement de la Chaleur rayonnante, sauf en cas d'utilisation continue dans la gamme 10 - 1 Pa. La capacité frigorifique de la section 2 du congélateur est affectée par la charge thermique de la section 1, si la charge thermique de la section 1 augmente, la capacité frigorifique de la section 2 diminue et le débit maximal diminue également.
Par conséquent, lorsque la quantité de gaz introduite dans la pompe cryogénique est importante, Gardez la pompe cryogénique propre (réduisez la Chaleur rayonnante), réduisez la surcharge thermique causée par le rayonnement thermique. Habituellement, les grandes pompes cryogéniques ont une plus grande zone de chaleur, il y aura plus de rayonnement thermique, donc un congélateur avec une plus grande capacité de refroidissement est nécessaire. Le débit maximal d'une pompe cryogénique est défini comme le débit lorsque la chaleur de condensation (ou la chaleur d'adsorption) amène la température de la pompe cryogénique à 20 K lorsque la Chaleur rayonnante standard est atteinte. Si le calibre de la pompe est le même, plus la puissance frigorifique du congélateur est grande, ou plus la vitesse d'échappement est grande, plus le débit maximal est élevé. Par exemple, le cryo - u16 et le u16p ont le même calibre et la même vitesse d'échappement, le congélateur du u16p (R50) a une plus grande capacité de refroidissement que le congélateur du u16 (R20), donc le débit maximal est également plus élevé.
La pression maximale de fonctionnement Pmax de la pompe cryogénique est obtenue en divisant le débit maximal qmax par la vitesse d'échappement SMAX à ce moment - là. (Pmax=Qmax/Smax)。 Dans le cas de l'argon, Pmax est d'environ 10 - 1 Pa, ce qui est un flux intermédiaire. Le tableau 7 indique les débits maximaux pour les différents modèles.

Débit maximal de la pompe cryogénique

argon
（Pa・ L/s (en anglais)

Hydrogène
（Pa・ L/s (en anglais)

CRYO-U6H

1,1 × 103 1,1 × 102

CRYO-U8H, U8H-U, U8HSP

1,2 × 103 2,4 × 102

CRYO-U10PU

8,0 × 102 1,5 × 102

CRYO-U12H, U12HSP

2,0 × 103 4,1 × 102

CRYO-U16

1,4 × 103 4,1 × 102

CRYO-U16P

1,6 × 103 4,5 × 102

Le CRYO-U20P

1,1 × 103 5,0 × 102

CRYO-U22H

4,1 × 103 1,3 × 103

CRYO-U30H

2,7 × 103 7,4 × 102

Force croisée (cross over)

La pression croisée est, la pression de la cuve à vide (pressurisation grossière) Lorsque la vanne principale ouverte est commutée à la pompe cryogénique lors de l'extraction grossière de la cuve à vide. La pression d'extraction brute maximale autorisée à ce stade est la pression de croisement maximale autorisée. L'instant où la vanne principale est ouverte, le gaz de la cuve à vide s'écoule vers la pompe cryogénique, si la quantité de gaz dépasse la limite, la pompe cryogénique ne peut pas rétablir la capacité d'échappement, la température augmentera et le gaz déjà évacué sera libéré. La quantité limite de gaz (aspiration maximale de gaz pouvant être traitée) est divisée par le volume de la chambre à vide pour obtenir la pression transversale maximale admissible.

La quantité maximale de gaz aspiré qui peut être traitée est la valeur limite à laquelle les performances d'échappement sont rétablies (généralement la température du volet cryogénique est supérieure à 20 k). Généralement pour des raisons de sécurité, la limite de pression d'extraction brute est de 1 / 2 de la pression de croisement maximale admissible obtenue par la formule (1). En outre, si l'on veut améliorer le coefficient de sécurité, on peut fixer la valeur de la température du volet de la pompe cryogénique lorsque celle - ci ne dépasse pas 20 K à la température maximale admissible de traversée. La quantité maximale de gaz aspiré pouvant être traitée varie en fonction de la charge thermique sur la pompe cryogénique et de la quantité de gaz condensé dans la pompe cryogénique.

Le tableau 6 - 8 est une référence à la quantité maximale de gaz aspiré (par rapport à l'air) que les différents modèles peuvent traiter. Par exemple, dans le cas de u8h, la pression transversale maximale admissible Pmax d'un récipient à vide d'un volume de 100 l est la quantité maximale de gaz aspiré pouvant être traitée de 133 000 pa ・l, Pmax ≤ 133 000 pa ・l / 100 L = 1 330 PA, l'extraction brute étant inférieure à 1 330 PA. En général, le coefficient de sécurité est de 2, c'est - à - dire que la force d'attaque brute est fixée à 665 pa. Si, pour ne pas dépasser 20 K, la quantité maximale de gaz aspiré pouvant être traitée est de 20 000 PA, p = 20 000 / 100 = 200 pa. Lorsque le volume du récipient à vide est grand et que la pression d'extraction brute est inférieure à 40 PA, des mesures doivent être prises pour empêcher le retour des vapeurs d'huile, installer une pompe plus grande ou augmenter le nombre de pompes pour que la pression d'extraction brute soit de 40 Pa ou plus.

6. Arrivée

La pression atteinte lorsque la pompe cryogénique n'a pas de débit de gaz est, la pression de vapeur et le coefficient de condensation des différents gaz à la température de surface à basse température (supposé être 1), sont remplacés par la formule suivante pour obtenir.

Pg = Ps (Tg / Ts) 1/2

Ts

: température de surface basse température 10 ~ 20k

Ps

: pression de vapeur du gaz à la température Ts (hydrogène étant la pression d'équilibre d'adsorption) (PA)

Tg

: Température du gaz ~ 300k

Parmi les gaz condensables, le gaz avec la pression de vapeur la plus élevée est l'azote, pour l'azote lorsque la température de surface cryogénique est de 10 - 20 K, la pression d'arrivée est représentée sur la figure 6. Habituellement, dans l'état sans charge, le volet de pompe cryogénique est de 10 - 12k et la pression de vapeur est de ~ 10 - 21pa, ce qui peut être négligé lors de l'utilisation réelle. La pression limite pour l'hydrogène gazeux non condensable est déterminée par la pression d'équilibre d'adsorption. Comme le montrent les figures 6 - 7, le charbon actif utilisé dans la pompe cryogénique a une très grande capacité d'adsorption d'hydrogène et la pression d'équilibre d'adsorption pa de l'hydrogène est également négligeable lorsqu'il fonctionne en très grand air, car la quantité d'hydrogène dégazé est très faible. (par example, la quantité d'hydrogène adsorbée pour u8h (sh2o = 2700 L / s) fonctionnant en continu pendant 1 mois à 1,3 x 10 - 8 pa est q = 1,3 x 10 - 8 x 2700 x 30 x 24 x 3600 = 91 PA, de sorte que la pression limite de la pompe cryogénique est déterminée par la quantité de gaz introduite dans la pompe cryogénique en fonction de la vitesse des gaz d'échappement. En général, la pression limite du monomère de la pompe cryogénique sera mesurée par l'entrée minimale de gaz de la pompe cryogénique lorsque la bride aveugle est utilisée sur la pompe cryogénique. En outre, la pression limite varie considérablement en fonction des spécifications de la pompe cryogénique (spécifications standard et spécifications de vide ultra - élevé), de la pression d'extraction brute, de la cuisson ou non, etc. Habituellement, avec O - ring, 40pa de tirage brut, sans cuisson, la pression limite de 12 heures de fonctionnement est (1 à 4) x10 - 6pa. La figure 6 - 7 montre les mesures de la composition des gaz résiduels avec et sans cuisson. En outre, les tableaux 6 à 9 indiquent les valeurs de référence pour les pressions limites des pompes cryogéniques individuelles. Dans le cas de la cuisson sous vide ultra - Haute spécification, un vide de 10 - 10tpa peut être obtenu. La pression limite du dispositif dépend de la quantité de gaz dégagée par le dispositif (P = Q / s).

Figure 6. Pression limite déterminée par la pression de vapeur

Courbe de température d'adsorption du charbon actif sur l'hydrogène

Pression limite de la pompe cryogénique (référence)

spécification

Pression d'extraction brute (PA)

Cuisson

Limite (PA)

norme

40
40 aucun
(100 ~ 150 ℃) × (3 ~ 10h) (1 ~ 4) × 10-6
(1 à 4) × 10 - 7

超高真空

10 - 2 à 10 - 3
10 - 2 à 10 - 4
10 - 2 à 10 - 3 aucun
(200 ~ 220 ℃) × (3 ~ 8h)
(200 ~ 220 ℃) × environ 20h 10 - 8
10 à 9
10 à 10

[bases des pompes cryogéniques 5]

Construction du congélateur et principe de congélation

Construction du congélateur et principe de congélation
1. Principe de congélation (pour la description générale)

Figure 1. Principe de congélation

Un cycle de congélation représentatif pour les pompes cryogéniques est
(1) cycle Gifford - McMahon (cycle G - m)
(2) cycle modifié - Solvay (cycle m - Solvay)

2. Cycle de congélation utilisé par la pompe cryogénique
Cryo - u8h est un exemple pour illustrer la structure d'une pompe cryogénique.
Le congélateur de la pompe cryogénique est de type 2 sections, 1 section a une grande capacité de refroidissement et peut être refroidie à 80k ou moins, et 2 sections ont une capacité de refroidissement plus petite et peuvent être refroidies à 10 à 12k.
Baffle 15K (1) (plaque de condensation) et baffle 15K (2) (plaque d'adsorption) montés sur 2 sections du congélateur baffle 80k et bac blindé 80k montés sur 1 section avec une plus grande capacité frigorifique et protégés contre les radiations thermiques (rayonnement) à température ambiante.

Les figures 2 - 2 représentent le principe d'action du cycle G - M et le diagramme P - V (relation entre la pression P et le volume V de la Chambre de détente).

2 - 1. Cycle G - M
Le cycle G - M est un mode de cycle de réfrigération développé par Gifford à la fin des années 1950, les permutateurs étant entraînés mécaniquement et en utilisant la différence de pression du gaz de travail. Le cycle G - M est très efficace, mais la vitesse d'entraînement peut être plus lente, en outre, les joints d'étanchéité utilisés à l'intérieur sont légers et constituent un mode de cycle de réfrigération très fiable. Ici, les cycles de réfrigération entraînés par Compresseur mécanique utilisés par ulvac Cryo seront illustrés.

Un changeur est à la partie la plus basse du cylindre. À ce stade, la vanne basse pression est fermée et la vanne haute pression est ouverte.

↓

A) les parties du cylindre à température ambiante et à basse température sont remplies de gaz à haute pression.

↓

B l'intérieur du cylindre devient haute pression.

↓

B) Le permutateur est tiré vers le haut et l'hélium à température ambiante est refroidi d'un côté par l'accumulateur de froid, tandis que la partie cryogénique est remplie.

↓

C La partie basse température a la plus grande surface. À ce stade, la vanne haute pression est fermée et la vanne basse pression est ouverte.

↓

C) le gaz à haute pression de la partie de la pompe cryogénique est évacué par l'accumulateur de froid. À ce moment - là, le problème du gaz descend en raison de l'expansion de Simon, produisant une température basse.

↓

D pression partielle basse température.

↓

D) Le permutateur est pressé et refroidi, l'hélium étant refroidi d'un côté par l'accumulateur de froid et transféré de l'autre dans la partie à température ambiante.

↓

Retour à a, un cycle est terminé.

Comme cela, la courbe P - V idéale du cycle G - M est carrée, la période de 1 cycle est de t secondes, la capacité de congélation idéale.

Q ideal est obtenu par la formule suivante
Q idéal = W/t

Le congélateur réel est une construction à 2 sections qui permet d'obtenir des températures extrêmement basses jusqu'à 15K. De plus, pour simplifier la structure, l'accumulateur de froid est intégré à l'intérieur du permutateur, intégré au permutateur. Les joints des sections 1 et 2 n'ont pas de différence de pression, la charge du joint est légère et la longue durée de vie est fiable.

Pompe Cryo série cryo - UCRYO-U12HSPCRYO-U16CRYO-U16F

UIVaccryo-U12HSP

Spécifications standard

Large variété de modèles, allant de 6' de diamètre à 30' de diamètre.

Utilisation:

Revêtement sous vide, analyse de surface, traitement des semi - conducteurs, revêtement par pulvérisation, implantation ionique, etc.

Avantages:

Créer un environnement de vide extrêmement pur que d'autres pompes à vide ne peuvent pas créer, peut expulser tous les types de gaz, ne nécessite pas d'hélium liquide, donc le coût de fonctionnement est faible, peut être installé dans n'importe quelle direction, la conception est compacte et légère, l'opération est simple, la vitesse d'échappement est beaucoup plus élevée que la pompe ionique, la pompe turbomoléculaire, etc.

CRYO-U12HSP