Vakuumpumpe U12 Tieftemperaturpumpe UIVac cryo-u12hsp

Die Tieftemperaturpumpe wird auch als Tieftemperaturvakuumpumpe, Kaltpumpe und Kondensationspumpe bezeichnet. Die Kältequelle einer Kryotemperaturpumpe kann eine Kryotemperaturflüssigkeit (flüssiger Stickstoff oder flüssiges Helium) oder eine Kryotemperaturkühlmaschine sein. Hier wird eine Kühlmaschine mit einer Kryotemperaturpumpe vorgestellt, die Kühlmaschine dieser Kryotemperaturpumpe erzeugt eine Kühlung auf zwei Temperaturklassen und kühlt jeweils zwei Kryotemperaturoberflächen, das gepumpte Gas wird auf der Kryotemperaturoberfläche gekühlt.

Die Tieftemperaturpumpe ist

Ein echter Behälter verfügt über eine extrem niedrige Temperaturoberfläche, die durch Kondensation und Adsorption das Gas im Behälter erfasst und ausgassiert.
Durch die geringe Anzahl beweglicher mechanischer Teile und den Einsatz von Öl kann ein sauberes Hochvakuum erreicht werden.
Damit die Tieftemperaturpumpe effektiv ausgasen kann, muss der Dampfdruck bei der Kondensation und der Gleichgewichtsdruck bei der Adsorption unter 10-8Pa liegen.
Abbildung 1 zeigt den Dampfdruck der einzelnen Gase, Gase, die niedriger als der Dampfdruck des Stickstoffs sind, kühlen auf eine extrem niedrige Temperaturfläche (niedrige Temperaturfläche oder niedrige Temperaturscheide) unter 20K ab, wenn ihr Dampfdruck unter 10-8Pa liegt. Wasserstoff, Helium, Radon und andere Gase mit hohem Dampfdruck können bei 20 K nicht durch die Kondensation abgegasen werden, so dass sie durch ein Adsorptionsmittel abgegasen werden, das unter 20 K liegt.
Auf diese Weise kann eine Tieftemperaturpumpe alle Gase abgeben, um ein ultrahohes Vakuum zu erhalten.

Abbildung 1: Dampfdruck für verschiedene Gase

Die Form einer gefrierten Oberfläche erfolgt in der Regel mit kleinen Heliumkühlgeräten im geschlossenen Kreislauf. Die Kryotemperaturpumpe verwendet einen kleinen Helium-Gefrierschrank, der keine regelmäßige Versorgung mit Gefriermittel wie eine Lagerflüssigkeitskryotemperaturpumpe erfordert. Durch die einfache Bedienung kann ein sauberes, hochwertiges Vakuum erzielt werden, das einen langfristigen, stabilen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht.

2. Werkprinzip und Struktur der Tieftemperaturpumpe

Die CRYO-U8H ist ein Beispiel für die Struktur einer Tieftemperaturpumpe.
Der Gefrierschrank der Kryotemperaturpumpe besteht aus 2 Abschnitten, 1 Abschnitt hat eine größere Kältekapazität, die auf 80K oder weniger gekühlt werden kann, und 2 Abschnitte haben eine kleinere Kältekapazität, die auf 10 bis 12K gekühlt werden kann.
Die 15K-Scheibe (1) (Kondensationsplatte) und die 15K-Scheibe (2) (Absorptionsplatte) sind auf 2 Abschnitten des Gefrierschranks installiert. Die 80K-Scheibe und die 80K-Schirmfässer sind auf 1 Abschnitt mit größerer Kühlkapazität installiert, um die Wärmestrahlung (Strahlung) bei Raumtemperatur zu schützen. Darüber hinaus, um zu verhindern, dass die Adsorptionsoberfläche nicht bedeckt wird, wird das Adsorptionsmittel auf der Innenseite der Scheibe installiert, in die konzentrierte Gase nicht gelangen können.

Abbildung 2: CRYO-U8H

Die Hauptabgase der Tieftemperaturpumpe sind die folgenden (1) ~ (3) usw.

(1) Luft (N2, O2): Restgase von Vakuumgeräten

(2) Freisetzung von Gas 1 H2O: Die Hauptbestandteile des Gases, das aus Glas, Kunststoff und Keramik freigesetzt wird, adsorbiert auf der Oberfläche des Vakuumbehälters (der größte Teil der gewöhnlichen Vakuumgeräte)

2 H2: Die innere Diffusion der Metallwand des Vakuumbehälters (sehr hoch, Vakuumproblem) hohe Temperatur, Schmelzmetall (insbesondere Aluminium) freigegeben (Verdampfen, Spritzen)

3 CO, CO2 und
CH4, CnHm: Schmutz auf der Wand der Vakuumgeräte

(3) Einfuhrgas 4 Ar: Spritzgeräte

5 H2: Ioneninjektion

6 O2: Oxide

7 Andere

Nach dem Dampfdruckmesser ist bekannt, dass Wasserdampf (H2O) Temperatur unter 130K, wird der Dampfdruck unter 10-8Pa, Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2), Kohlenmonoxid (CO), Argon (Ar) und andere Gase, aufgrund des hohen Dampfdrucks kann nicht bei 80K kondensiert werden, muss durch die Außenoberfläche unter 20K (1) kondensiert und ausgegasen werden.

Gase mit höherem Dampfdruck wie Helium (He), Wasserstoff (H2) und Radon (Ne) kondensieren nicht bei Temperaturen von 10 bis 20 K und werden daher durch ein Adsorbent, das auf der Innenseite der 15K-Block (1) (Kondensationsplatte) installiert ist, adsorbiert und abgegasset. Das Adsorptionsmittel wird in der 15K-Scheibe (2) (Adsorptionsplatte) installiert, um zu verhindern, dass die Adsorptionsoberfläche nicht bedeckt wird, wird das Adsorptionsmittel auf der Innenseite der Scheibe installiert, in die konzentrierte Gase nicht gelangen können.
Die Außenfläche des 80K-Schirmfasses, der 80K-Blende und der 15K-Blende (1) ist ein Spiegel und reflektiert die Strahlungswärme bei Raumtemperatur. Die innere Oberfläche des 80K-Schirmfasses wurde schwarz behandelt, um zu verhindern, dass Raumtemperaturstrahlung in der Innenseite des 80K-Schirms reflektiert wird und in die 15K-Blende geschossen wird. Damit die Tieftemperaturpumpe normal funktioniert, muss die Temperatur des 80K-Schirmfasses und der 80K-Blende unter 130K liegen und die 15K-Blende unter 20K liegen.

Um diese Temperaturen zu bestätigen, wurden ein CA-Thermoelektrom auf der 80K-Scheibe, ein Wasserstoffdampfdruckthermometer (H2VP) und ein Tieftemperaturthermocouple vom Typ MB auf der 15K-Scheibe installiert. (Die Standardleistung für ein CA-Thermoelement 130K beträgt -5,5 V.)

3. Regenerations- und Sicherheitsventile für Tieftemperaturpumpen

Öldiffusionspumpen und Turbomolekularpumpen freisetzen komprimierte Abgase außerhalb der Pumpe, aber die Tieftemperaturpumpen werden durch Kondensation und Adsorption in einem 15K-Block gelagert und müssen daher regelmäßig freigesetzt und regeneriert werden.
Recycling bedeutet die Erhöhung der Temperatur der Kryotemperaturpumpe auf Raumtemperatur und die Rückkehr des kondensierten oder adsorbierten Gases in den Gaszustand. Wenn eine Tieftemperatur, bei der eine große Menge an Gas gespeichert ist, in einem versiegelten Zustand ist, kann sich das Innere der Tieftemperaturpumpe während der Regeneration in Hochdruckgas verwandeln, weshalb ein Sicherheitsventil an der Tieftemperaturpumpe installiert werden muss.
Der Arbeitsdruck des Sicherheitsventils wird auf 20 kPa (Messdruck) eingestellt.
Sicherheitsventile werden aus Sicherheitsgründen verwendet, daher sollten Sie das Sicherheitsventil nicht schließen oder für andere Zwecke verwenden.
Verwenden Sie es außerdem nicht als Gasfreisetzungsventil während des Regenerationsprozesses. Wenn das Sicherheitsventil arbeitet, bleibt Staub aus dem Gas usw. an der O-Ringoberfläche fest, was zu Leckagen führt.

4. Tieftemperaturpumpensystem

Das Tieftemperaturpumpensystem besteht im Wesentlichen aus

"1" Tieftemperaturpumpeneinheit (einschließlich Kühlschrankeinheit)
Kompressor-Einheit 2
Schlauch 3 (2)

Zusammensetzung nach der Verbindung, wie in Abbildung 3 gezeigt. Einfacher Einstart der Kryotemperaturpumpe (die Kryotemperaturpumpe kann nicht unter atmosphärischem Druck gestartet werden) und Regeneration erfordern eine grobe Pumpe (vom Kunden vorbereitet).

Abbildung 3. Tieftemperaturpumpensystem

Leistung der Tieftemperaturpumpe

Die Haupteigenschaften der Tieftemperaturpumpe sind: (1) Kühlkühleigenschaften (2) Abgassgeschwindigkeit (3) Abgasskapazität (4) Maximalfluss (5) Kreuzdruck (6) Grenzdruck (7) Wärmebelastungskapazität usw.
Diese Projekte werden von Chiang im Folgenden erläutert.

Eigenschaften der Kühlung (Cool-Down)

Da die Tieftemperaturpumpe nicht unter atmosphärischem Druck gestartet werden kann, ist eine grobe Pumpe erforderlich. Bei groben Pumpen mit Rotationspumpen verursacht die ULVAC Cryo-Kryotemperaturpumpe 40Pa keinen Rückfluss von Öldampf. Alle in der Pumpe verbleibenden Gase werden durch das Adsorptionsmittel in der Tieftemperaturpumpe absorbiert. Die Kühlzeit wird von folgenden Faktoren beeinflusst.

Tabelle 1 Faktoren, die die Kühlzeit beeinflussen

Wegen

Kühlzeit

1. Grober Zugdruck hohe Verlängerung

2. Temperatur der Pumpe hohe Verlängerung

3. Zusammensetzung des Restgases nach der groben Pumpe Trocknen (Trocknen in der Pumpe) Verlängerung

Mehr Wasser reduziert

4. Verschmutzung der Pumpe Verschmutzung verlängert

Die Kühlzeit wird von der Regenerationsmethode beeinflusst. Wenn Sie Stickstoff oder Heizband verwenden, um die Temperatur zu erhöhen, wird die Feuchtigkeit weniger trocken und die Vakuumisolierung schwierig zu erreichen ist, was die Kühlzeit verlängert. Bitte beachten Sie außerdem, dass kleine Leckagen auch zu einer längeren Kühlzeit führen können oder nicht kühlen können (Bitte beachten Sie Leckagen, die bei Sicherheitsventilen verursacht werden). Darüber hinaus ist die Kühlgeschwindigkeit im 60Hz-Bereich um 10-15% schneller als im 50Hz-Bereich. In der Regel ist die Kühlzeit definiert als die Zeit, die benötigt wird, um eine Temperatur von 15K unter 20K zu erreichen, wie in Tabelle 4-2 gezeigt.

2. Eigenschaften der Abgasgeschwindigkeit

2-1. Abgaseigenschaften des Wassers

Wenn die Temperatur der Gefrierfläche unter 150 K liegt, ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Gefrierfläche vor Wasser kondensiert, fast 1. Normalerweise ist die Temperatur der Kryotemperaturpumpe 80K-Schirmfass und 80K-Betrieb unter 130K (normalerweise etwa 80K), so dass die Abgassgeschwindigkeit der Kryotemperaturpumpe gegenüber Wasser der idealen Abgassgeschwindigkeit des 80K-Schirmfasskalibers entspricht. Die ideale Abgasgeschwindigkeit für das Molekulargewicht M ist s = 62,5 / M1 / 2 (L / s / cm2) (20 ° C) Wasser, die ideale Abgasgeschwindigkeit für M = 18 ist s = 14,7 (L / s / cm2). 80K Schutzfass Saugmöglichkeitsbereich A (cm2), die Abgassgeschwindigkeit der Tieftemperaturpumpe auf Wasser S = s · A (L / s).

Zum Beispiel ist die Typ 8-Tieftemperaturpumpe mit einer 80K-Schirmfassaufnahmefläche von etwa 275 cm2 und einer Abgassgeschwindigkeit von 4000 L/s. Die gleiche Berechnung erfolgt bei den kondensierten und abgegebenen Gasen (z. B. CO2, NH4) in der 80K-Scheibe. CRYO-U8H berechnet die CO2-Abgassgeschwindigkeit mit einer Abgassgeschwindigkeit von 4000L/s für Wasser und einem Molekulargewicht von 44, SCO2=SH2O X ( 18 / 44 )1/2=2560 L/s。

Tabelle 2. Abgassgeschwindigkeit der Tieftemperaturpumpe für Wasser

Kaliber

Modell

Abgasgeschwindigkeit (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

Eigenschaften von Ar und N2 (kondensierendes Gas)

Gase mit relativ hohem Dampfdruck wie N2, Ar, CO und O2 kondensieren nicht durch 80K-Blocks oder 80K-Shields, sondern kondensieren und entlassen sich bei Temperaturen unter 20K.
Wenn die Gefrierflächentemperatur unter 20 K liegt, ist die Gefrierflächenfassungswahrscheinlichkeit für kondensierendes Gas 1, außerdem ist die Abgassgeschwindigkeit der Kryotemperaturpumpe im molekularen Strömungsbereich konstant, da die Leitung von der Lufteinlassung zum Kryotemperaturblech im molekularen Strömungsbereich konstant ist.

Der Wert der Abgassgeschwindigkeit einer Kryotemperaturpumpe im Produkthandbuch ist die Abgassgeschwindigkeit des Stickstoffs im Bereich des Molekülstroms. Die Abgasgeschwindigkeit des kondensierenden Gases für das unerwartete Molekulargewicht M des Stickstoffs wird durch die folgende Formel berechnet.

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

2: Abgassgeschwindigkeit für Stickstoff (L/s)

Zum Beispiel ist die Abgassgeschwindigkeit von CRYO-U8H für Argon aus Tabelle 6-3 bekannt, SN2 = 1700 (L / s), das Molekulargewicht von Argon M = 40, berechnet durch diese Formel
Sar = 1700X (28/40) 1 / 2 = 1400L / s

Abbildung 1. Abgassgeschwindigkeit von CRYO-U für Stickstoff

Modell

Abgasgeschwindigkeit (L/s)

U6H 750

U8H/U8H-U/U8HSP 1700

U10P 2300

U12H 4000

U12HSP 4100

U16/U16P 5000

U20P 10000

U22H 17000

U30H 28000

Tabelle 3. Abgassgeschwindigkeiten verschiedener Tieftemperaturpumpen für Stickstoff (Produkthandbuchwerte)

Wenn der Luftstrom von einem Molekülstrom in einen Zwischenstrom (Übergangsstrom) wechselt, ist die Leitfähigkeit proportional zum Druck, wodurch die Abgassgeschwindigkeit erhöht wird. Da die Wärme, die in die Tieftemperaturpumpe zugeführt wird, jedoch mit zunehmendem Druck zunimmt, wird die Abgassgrenze der Tieftemperaturpumpe erreicht, wenn die Wärmelast die Kühlkapazität des Gefrierschranks übersteigt. Abhängig von dieser thermischen Belastung definiert ULVAC Cryo den Durchfluss bei einer Temperatur von 20 K als maximalen Durchfluss (Abbildung 6-10). Obwohl der maximale Durchfluss zunimmt, wenn die Kühlkapazität verstärkt wird, ist die Wärmeleitfähigkeit der Kondensationsschicht aufgrund der stärkeren Kühlkapazität auch begrenzt, so dass ein Temperaturgradient in Dickenrichtung auftritt. Wenn die Oberflächentemperatur der Kondensationsschicht zu hoch ist, um die Grenze zu überschreiten, wird das Gas nicht kondensiert, daher wird die Abgassgeschwindigkeit auf 0 und wird zu einer physikalischen Abgassgrenze.

Abgassgeschwindigkeiten für H2, He und Ne (nicht kondensierende Gase)

H2, He und Ne sind die Gase mit dem höchsten Dampfdruck und werden bei etwa 20K auch als nicht kondensierende Gase bezeichnet, da der Dampfdruck zu hoch ist, um durch Kondensation abzugeben. Da diese Gase nicht durch Kondensation abgegeben werden können, werden sie durch Adsorption mit Adsorbenten abgegasen, die auf weniger als 20 K gekühlt werden. Das Adsorptionsmittel wird gesättigt, wenn es nicht kondensierende Gase absorbiert, so dass die Abgassgeschwindigkeit langsam sinkt. Wenn die Abgassgeschwindigkeit auf 80% des ursprünglichen Wertes sinkt, wird die zu diesem Zeitpunkt abgegebene Gasmenge als Abgassmenge definiert (später beschrieben).
Bei nicht kondensierenden Gasen ist Wasserstoff ein wichtiger Bestandteil des Emissionsgases und ein wichtiges Gas für Anwendungen, daher wurde das Modell nach einer detaillierten Untersuchung festgelegt. Es gibt nur wenige Beispiele für den Einsatz von Radon, daher gibt es wenige Daten. Außerdem ist Helium das schwierigste zu absorbierende Gas und kann nur 1/100 bis 1/1000 des Argons abgegeben werden, daher wird die Verwendung einer Tieftemperaturpumpe nicht empfohlen.

Modell
CRYO-U

Abgassgeschwindigkeit
(L/s)

Maximaler Durchfluss
(Pa・L/s)

Abgasstrom
(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

Tabelle 4. Abgaseigenschaften von CRYO-U für Wasserstoff

Abbildung 2: Abgassgeschwindigkeit von CRYO-U für Wasserstoff

3. Abgaskapazität der Tieftemperaturpumpe

3-1. Abgaskapazität für Kodensionsgase

Die durch die Kondensation abgeleiteten Gase sind (1) Gase (hauptsächlich Wasser), die durch 80K-Schirmfässer oder 80K-Scheiben abgegeben werden, und (2) Gase (Stickstoff, Argon, Sauerstoff usw.), die durch 15K-Scheiben abgegeben werden.

1) Abgaskapazität des Wassers
Wenn Wasser auf der 80K-Scheibe kondensiert und die Dicke des Eises zunimmt, verringert sich die Leitfähigkeit der 80K-Scheibe und die Abgassgeschwindigkeit, die durch die 15K-Scheibe kondensiert und absorbiert wird, verringert sich. Aufgrund der Notwendigkeit der Regeneration ist die Menge an Wasser, die zu diesem Zeitpunkt abgegeben wird, die Abgaskapazität und es gibt keine eindeutige Definition der Abgaskapazität des Wassers. Die Werte in der folgenden Tabelle dienen jedoch als grobe Leitlinien für die Abgasgrenzen des Wassers. (Beachten Sie, dass die Einheit der Abgasse g (g))

Modell

Abgaskapazität (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

Tabelle 5. Abgasskapazität von Wasserpumpen (Referenz)

1) Bei viel Wasser

Kunststoff

Glas

Keramik

(2) Aufmerksamkeit bei viel Wasser

Wenn die Temperatur steigt, schmilzt das Eis.

Gefrieren Sie beim Pumpen kein Wasser.

Wasser aus der Pumpe entfernen

Überprüfen Sie die Leistung der Rotationspumpe (Achten Sie auf die Ölemulsion)

(2) Abgaskapazität für Argon

Die Herausforderung bei der Kondensation von Gasen, die durch eine 15K-Kondensationsplatte abgegeben werden, besteht in der Abgaskapazität des Argons im Spritzprozess. Die Dicke der 15K-Oberfläche kondensiert die Argonschicht, berührt die 80K-Oberfläche und 80K-Schirmfässer mit höheren Temperaturen oder erhöht sich der Temperaturgradient der Argonschicht selbst, wodurch die Oberflächentemperatur des Argons erhöht wird. In solchen Fällen kann die Kondensation nicht mehr durchgeführt werden. In diesem Fall ist die Menge des abgegebenen Argons die Abgaskapazität. ULVAC Cryo definiert die Abgaskapazität des Argons als [die Abgasmenge des Argons, die nach dem Schließen des Hauptventils 5 Minuten nach dem Schließen des Hauptventils nicht auf weniger als 1,3X10-4Pa sinkt]. Abbildung 6-3 zeigt die kontinuierliche Einfuhr von Argon von 200CCM, der Druckwert von CRYO-U12HSP nach 5 Minuten der Einfuhr gestoppt wurde, der Abluftvolumen überschritt 4,3 x 108Pa · L begann und der Druck plötzlich wiederkehrte, so dass der Abluftvolumen 4,3 x 108Pa · L war. Tabellen 6-6 zeigen die Argon-Emissionskapazität der einzelnen Modelle der Tieftemperaturpumpen.

Abbildung 3. Druckwiederherstellung von CRYO-U12HSP (Messbeispiel)

Maschinen von CRYO-

Abgasskapazität (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. Abgaskapazität für nicht kondensierende Gase

Wasserstoff, Helium, Radon und andere Gase können nicht durch eine Kondensation von etwa 10K abgegeben werden und werden durch Adsorptionsmittel auf der Innenseite der 15K-Scheibe adsorbiert. Daher wird die Absorptionsmenge zunehmen und sich dem gesättigten Zustand nähern, (1) die Abgassgeschwindigkeit verringert wird, (2) der Druck der Absorptionsbilanz erhöht wird und die Abgassleistung langsam abnimmt und letztendlich keine Abgasse durchgeführt werden kann. ULVAC Cryo definiert die Wasserstoffabgasskapazität als die Wasserstoffabsorption, die bis zu 80% der ursprünglichen Abgassgeschwindigkeit erreicht wird. Damit das Adsorptionsmittel die vorgesehene Adsorptionsfähigkeit ausüben kann, muss es gereinigt werden. Verschmutzung durch Adsorptiva

(1) bei der Absorption kondensierender Gase (hauptsächlich Luft)
2) beim Absorbieren von Wasser
(3) beim Absorbieren von Öldampf

Wenn diese Substanzen in großen Mengen absorbiert werden, verringert sich die Fähigkeit, Wasserstoff zu absorbieren. Luft und Feuchtigkeit können durch eine regenerierende Kryotemperaturpumpe entfernt werden, aber sobald der Öldampf adsorbiert wurde, kann er nicht wieder entfernt werden, und zu diesem Zeitpunkt muss die 15K-Block (2) (Adsorptionsplatte) ersetzt werden. Um die Adsorptionseigenschaften der Tieftemperaturpumpe gegenüber Wasserstoff aufrechtzuerhalten, muss der Rückfluss von Öldampf in die Tieftemperaturpumpe absolut vermieden werden.
Abbildung 4 zeigt die Beziehung zwischen der Abgasgeschwindigkeit und der Abgaskapazität von Wasserstoff, wobei S die Abgasgeschwindigkeit und C die Abgaskapazität ist. Die Abgassgeschwindigkeit und die Abgasskapazität der verschiedenen Modelle finden Sie in Abbildung 4.

Abbildung 4. Verhältnis zwischen Abgasgeschwindigkeit und Abgaskapazität für Wasserstoff

4. Wärmelast und maximaler Durchfluss der Tieftemperaturpumpe

Die Wärmelast der Kryotemperaturpumpe ist die Strahlungswärme und die Gaslast (Gaswärmeleitung, Kondensatwärme), die folgende Gleichung gegeben.

σ

Boltzmann-Konstante 5,67×10-12W/cm2/K4

εAV

Durchschnittliche Strahlungsrate

T1

Temperatur bei niedriger Temperatur (K)

T2

Oberflächentemperatur (K)

A

Heizfläche (cm2)

A1: Innenseite A2: Außenseite

γ

: Gasverhältnis

ａ0

Durchschnittlicher thermischer Anpassungskoeffizient

Ｐ

Druck (Pa)

M

: Molekulargewicht

T1

Temperatur des Druckmesspunkts P (K)

T2

Temperatur bei niedriger Temperatur (K)

A: Heizfläche (cm2)

Durchschnittlicher Wärmeanpassungskoeffizient a 0 (A1 < A2)



Anpassungskoeffizient a1, a2 (ungefähre Werte)

γ

Kondensationswärme (H2, He, Ne, Adsorptionswärme) (W/Pa/L/s)

Tc

Temperatur bei niedriger Temperatur (K)

Tg

Temperatur des Gases (K)

S

Abgassgeschwindigkeit der Tieftemperaturpumpe (L/s) SP: (Pa·L/s)

P

Druck (Torr)

Cp

Durchschnittliche relative Wärme des Gases (W/(Pa·L/s)/K)

Die Wärmebelastung des Gefrierschranks 1 ist strahlende Wärme und leitende Wärme von Gasen, die normalerweise größtenteils strahlende Wärme sind, es sei denn, sie werden kontinuierlich im Bereich von 10-1Pa verwendet. Die Kühlkapazität des Gefrierschranks 2 wird von der Wärmelast von 1 Abschnitt beeinflusst, wenn die Wärmelast von 1 Abschnitt erhöht wird, sinkt die Kühlkapazität von 2 Abschnitten und der maximale Durchfluss sinkt.
Wenn daher eine große Menge an Gas in die Kryotemperaturpumpe eingeführt wird, halten Sie die Kryotemperaturpumpe sauber (reduzieren Sie die Strahlungswärme) und reduzieren Sie die durch die Wärmestrahlung verursachte Wärmeüberlastung. In der Regel haben große Kryotemperaturpumpen eine größere Wärmefläche, mehr Wärmestrahlung und benötigen daher einen Gefrierschrank mit größerer Kühlkapazität. Der maximale Durchfluss einer Tieftemperaturpumpe ist definiert als der Durchfluss, wenn Kondensatwärme (oder Adsorptionswärme) die Temperatur der Tieftemperaturpumpe auf 20 K erreicht, wenn die Standardwärme strahlt. Wenn die Pumpe den gleichen Kaliber hat, desto größer ist die Kühlkapazität des Gefrierschranks oder desto größer ist die Abgassgeschwindigkeit, desto größer ist der maximale Durchfluss. Zum Beispiel haben CRYO-U16 und U16P den gleichen Kaliber und die gleiche Abgasgeschwindigkeit, und der Gefrierschrank U16P (R50) hat eine größere Kältekapazität als der Gefrierschrank U16 (R20), so dass der maximale Durchfluss auch größer ist.
Der maximale Arbeitsdruck Pmax der Tieftemperaturpumpe wird durch Teilung des maximalen Durchflusses Qmax durch die Abgasgeschwindigkeit Smax zu diesem Zeitpunkt ermittelt. (Pmax=Qmax/Smax)。 Bei Argon beträgt Pmax etwa 10-1Pa, das ist der Mittelstrom. Tabelle 7 zeigt den maximalen Durchfluss für die verschiedenen Modelle.

Maximaler Durchfluss der Tieftemperaturpumpe

Argon
（Pa・ von L/s)

Wasserstoff
（Pa・ von L/s)

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

Der CRYO-U20P

1.1×103 5.0×102

CRYO-U22H

4.1×103 1.3×103

CRYO-U30H

2.7×103 7.4×102

Kreuzdruck (Cross Over)

Kreuzdruck ist der Druck des Vakuumschalts (Grobdruck), wenn das Hauptventil geöffnet wird, um auf eine Tieftemperaturpumpe zu schalten, wenn der Vakuumschalt grob gepumpt wird. Der zu diesem Zeitpunkt zulässige maximale grobe Pumpdruck ist der maximal zulässige Kreuzdruck. Das Hauptventil öffnet den Moment, in dem das Gas des Vakuumschalts in die Kryotemperaturpumpe fließt, wenn die Menge des Gases die Grenze überschreitet, kann die Kryotemperaturpumpe nicht wieder die Abgasskapazität wiederherstellen, die Temperatur steigt, und das abgegasene Gas wird alle freigegeben. Die Grenzgasmenge (die maximal verarbeitbare Gasinhalation) wird durch das Volumen der Vakuumkammer geteilt, um den maximal zulässigen Kreuzdruck zu erzielen.

Die maximal verarbeitbare Gasinhalationsmenge ist der Grenzwert für die Wiederherstellung der Abgasleistung (in der Regel bei einer Temperatur über 20 K bei einer Tieftemperaturscheibe). In der Regel aus Sicherheitsgründen beträgt die grobe Pumpdruckgrenze 1/2 des maximal zulässigen Kreuzdrucks, der durch die Formel (1) erzielt wird. Darüber hinaus kann, wenn der Sicherheitskoeffizient erhöht werden möchte, der Wert auf die maximal zulässige Kreuztemperatur festgelegt werden, wenn die Temperatur der Kryotemperaturpumpe nicht über 20K liegt. Die maximal verarbeitbare Gasinhalationsmenge ändert sich je nach Wärmebelastung an der Tieftemperaturpumpe und der Menge an kondensiertem Gas in der Tieftemperaturpumpe.

Tabelle 6-8 ist ein Hinweis auf die maximalen Gasinhalationsmengen (relativ zur Luft), die verschiedene Modelle verarbeiten können. Zum Beispiel ist bei U8H der maximal zulässige Kreuzdruck des Vakuumbehälters mit einem Volumen von 100 L Pmax der maximale inhalierbare Einatmungsgas-Menge von 133000 Pa·L, Pmax ≤ 133000 Pa·L/100 L = 1330 Pa, grobe Pumpe unter 1330 Pa. Normalerweise ist der Sicherheitskoeffizient 2 oder höher, d. h. der grobe Druck auf 665 Pa eingestellt. Wenn die maximale inhalierbare Menge von 20 K nicht übersteigt, beträgt 20 000 Pa, ist P = 20 000/100 = 200 Pa. Wenn ein Vakuumbehälter groß ist und der grobe Pumpdruck unter 40 Pa liegt, müssen Maßnahmen ergriffen werden, um den Rückfluss von Öldampf zu verhindern, größere Pumpen zu installieren oder die Anzahl der Pumpen zu erhöhen, so dass der grobe Bearbeitungsdruck 40 Pa oder höher ist.

6. Ankunft

Der erreichte Druck bei einer Tieftemperaturpumpe ohne Gasfluss ist der Dampfdruck und der Kondensationskoeffizient (Annahme 1) des kondensierenden Gases bei verschiedenen Gasen bei niedriger Oberflächentemperatur, ersetzt durch die folgende Formel.

Pg = Ps (Tg / Ts) 1/2

Ts

Temperatur bei niedrigen Temperaturen 10-20K

Ps

Gasdampfdruck bei Temperatur T (Wasserstoff als Adsorptionsgleichdruck) (Pa)

Tg

Gastemperatur bis 300K

Unter kondensierenden Gasen ist das Gas mit dem höchsten Dampfdruck Stickstoff, für Stickstoff erreicht der Druck, wenn die Oberflächentemperatur 10-20K niedrig ist, wie in Abbildung 6 gezeigt. In der Regel, in einem Zustand ohne Last, ist die Kryotemperaturpumpe Block 10-12K, der Dampfdruck von ~ 10-21Pa, kann bei der tatsächlichen Verwendung vernachlässigt werden. Der Grenzdruck des nicht kondensierenden Wasserstoffgases wird durch den Adsorptionsgleichdruck bestimmt. Wie in den Abbildungen 6-7 gezeigt, hat die Aktivkohle, die in der Tieftemperaturpumpe verwendet wird, eine sehr große Wasserstoff-Adsorptionskapazität, und der Adsorptionsgleichgewichtsdruck Pa des Wasserstoffgases kann ebenfalls vernachlässigt werden, da der Wasserstoffauspuff sehr klein ist, wenn er im Ultrahochvakuum betrieben wird. (Zum Beispiel beträgt die Absorptionsmenge von Wasserstoff bei U8H (SH2O = 2700 L/s) bei 1,3 x 10-8 Pa für einen Monat kontinuierlich bei 1,3 x 10-8 Pa Q = 1,3 x 10-8 x 2700 x 30 x 24 x 3600 = 91 Pa. Daher wird der Grenzdruck der Kryotemperaturpumpe von der Menge an Gas und der Abgassgeschwindigkeit bestimmt, die die Kryotemperaturpumpe einführt.) In der Regel wird der Grenzdruck des Monokörpers der Tieftemperaturpumpe durch den minimalen Gaseinfluss der Tieftemperaturpumpe gemessen, wenn ein Blindflansch auf der Tieftemperaturpumpe verwendet wird. Darüber hinaus variiert der Grenzdruck erheblich je nach den Spezifikationen der Tieftemperaturpumpe (Standard- und Ultrahochvakuumspezifikationen), dem groben Pumpdruck, ob man backt usw. In der Regel mit O-Ring, grobe Pumpe 40Pa, ohne Backen, 12 Stunden Betrieb Grenzdruck ist (1 ~ 4) X10-6Pa. Abbildungen 6-7 zeigen die Messung der Restgaszusammensetzung mit und ohne Backen. Darüber hinaus zeigen Tabellen 6-9 die Referenzwerte für den Grenzdruck einer einzelnen Tieftemperaturpumpe. Bei ultrahohen Vakuumspezifikationen kann ein Vakuum von 10-10TPa erhalten werden. Der Grenzdruck des Geräts hängt von der vom Gerät freigegebenen Gasmenge ab (P = Q/S).

Abbildung 6. Der durch den Dampfdruck bestimmte Grenzdruck

Temperaturkurve der Adsorption von Aktivkohle auf Wasserstoff

Grenzdruck für Tieftemperaturpumpen (Referenz)

Spezifikation

Grober Pumpdruck (Pa)

Backen

Grenzen (Pa)

Standard

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

超高真空

10-2～10-3
10-2～10-4
10-2～10-3 无
(200 ~ 220 ℃) × (3 ~ 8h)
(200 ~ 220 ℃) × ca. 20 h 10-8
10-9
10-10

[Grundlagen der Tieftemperaturpumpe 5]

Konstruktion und Gefrierprinzip des Gefrierschranks

Konstruktion und Gefrierprinzip des Gefrierschranks
1. Gefrierprinzip (allgemeine Beschreibung)

Abbildung 1: Gefrierprinzip

Der repräsentative Gefrierzyklus für Tieftemperaturpumpen ist
Gifford-McMahon-Kreislauf (G-M-Kreislauf)
Modifizierter Solvay-Zyklus (M-Solvay-Zyklus)

2. Gefrierzyklus für die Tieftemperaturpumpe
Die CRYO-U8H ist ein Beispiel für die Struktur einer Tieftemperaturpumpe.
Der Gefrierschrank der Kryotemperaturpumpe besteht aus 2 Abschnitten, 1 Abschnitt hat eine größere Kältekapazität, die auf 80K oder weniger gekühlt werden kann, und 2 Abschnitte haben eine kleinere Kältekapazität, die auf 10 bis 12K gekühlt werden kann.
Die 15K-Scheibe (1) (Kondensationsplatte) und die 15K-Scheibe (2) (Absorptionsplatte) sind auf 2 Abschnitten des Gefrierschranks installiert. Die 80K-Scheibe und die 80K-Schirmfässer sind auf 1 Abschnitt mit größerer Kühlkapazität installiert, um die Wärmestrahlung (Strahlung) bei Raumtemperatur zu schützen.

Abbildung 2-2 zeigt das Wirkprinzip des G-M-Kreislaufs und das P-V-Diagramm (die Beziehung zwischen dem Druck P und dem Volumen V der Expansionskammer).

2-1.G-M Zyklus
Der G-M-Zyklus ist eine Kühlzyklus-Methode, die von Gifford in den späten 1950er Jahren entwickelt wurde, wobei der Antrieb des Ersatzes durch einen mechanischen Antrieb und die Nutzung des Betriebsgas-Druckdifferenz angetrieben wird. Der G-M-Zyklus ist sehr effizient, aber die Antriebsgeschwindigkeit kann langsamer sein. Darüber hinaus sind die internen Dichtungen mit geringer Belastung eine sehr zuverlässige Methode des Kühlzyklus. Hier wird der mechanisch kompressorgetriebene Kühlzyklus erläutert, den ULVAC Cryo verwendet.

A Der Ersatz befindet sich am unteren Ende des Zylinders. Zu diesem Zeitpunkt wird das Niederdruckventil geschlossen und das Hochdruckventil geöffnet.

↓

a) Raum- und Tieftemperaturteile des Zylinders werden mit Hochdruckgas gefüllt.

↓

B Der Innendruck des Zylinders wird hoch.

↓

b) Der Ersatz wird aufgezogen und das raumtemperaturierte Helium wird durch den Kühlspeicher gekühlt und der Tieftemperaturteil gefüllt.

↓

C. Der niedrige Temperaturbereich ist der größte. Zu diesem Zeitpunkt wird das Hochdruckventil geschlossen und das Niederdruckventil geöffnet.

↓

c) das Hochdruckgas des Tieftemperaturpumpenteils wird durch den Kühlspeicher abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt sank das Problem mit dem Gas aufgrund der Ausdehnung von Simon und erzeugte eine niedrige Temperatur.

↓

D Tieftemperaturdruck.

↓

d) Der Ersatz wird gedrückt und gekühlt, während das Helium durch den Kühlspeicher gekühlt wird und in den Raumtemperatur-Bereich übertragen wird.

↓

Zurück A, ein Zyklus ist abgeschlossen.

Auf diese Weise ist die ideale G-M-Zyklus P-V-Kurve quadratisch, mit einer Zyklusdauer von t Sekunden, die ideale Gefrierkapazität

Q ideal wird durch die folgende Formel ermittelt:
Q ideal = W/t

Der eigentliche Gefrierschrank ist eine 2-stufige Konstruktion, bei der extrem niedrige Temperaturen unter 15 K erzielt werden können. Darüber hinaus, um die Struktur zu vereinfachen, ist der Kühlspeicher im Inneren des Austauschers eingebaut und mit dem Austauscher integriert. Die Dichtungen in 1 und 2 Abschnitten haben keinen Druckdifferenz, die Dichtungslast ist leicht und die Lebensdauer ist lang und zuverlässig.

Kryotemperaturpumpe CRYO-U SerieCRYO-U12HSPCRYO-U16CRYO-U16F

UIVacKryo-U12HSP

Standardspezifikationen

Breite Auswahl an Modellen, die von 6' Durchmesser bis 30' Durchmesser reichen.

Verwendung:

Vakuumbeschichtung, Oberflächenanalyse, Halbleiterbearbeitung, Spritzbeschichtung, Ioneninjektion usw.

Vorteile:

Die Schaffung einer sehr reinen Vakuumumgebung, die andere Vakuumpumpen nicht schaffen können, kann alle Arten von Gasen entfernen, benötigt kein flüssiges Helium und somit niedrige Betriebskosten, kann in beliebiger Richtung installiert werden, kompaktes Design und einfache Bedienung, Abgassgeschwindigkeit ist viel höher als die Ionenpumpe, die Turbomolekularpumpe usw.

CRYO-U12HSP