Bomba de vácuo U12 bomba de baixa temperatura UIVac cryo-u12hsp

A bomba de baixa temperatura é também chamada de bomba de vácuo de baixa temperatura, bomba de frio e bomba de condensação. A fonte de refrigeração da bomba de baixa temperatura pode ser um líquido de baixa temperatura (nitrogênio líquido ou hélio líquido) ou uma máquina de refrigeração de baixa temperatura. Aqui é apresentada a bomba de baixa temperatura do modelo de refrigeração, a máquina de refrigeração desta bomba de baixa temperatura produz refrigeração em dois níveis de temperatura, resfriando duas superfícies de baixa temperatura, o gás bombeado é resfriado na superfície de baixa temperatura.

A bomba de baixa temperatura é

O recipiente real possui uma superfície extremamente baixa, que captura o gás no recipiente e elimina a bomba através da condensação e adsorção.
Como as peças mecânicas móveis são poucas e não utilizam óleo, é possível alcançar um alto vácuo limpo.
Para que a bomba de baixa temperatura seja eficaz na execução de escape, a pressão de vapor durante a condensação e a pressão de equilíbrio de adsorção durante a adsorção devem estar abaixo de 10-8Pa.
A Figura 1 mostra a pressão de vapor de cada gás, o gás com pressão de vapor menor do que o nitrogênio, é abaixo de 10-8Pa quando é resfriado a uma temperatura extremamente baixa (superfície de baixa temperatura ou painel de baixa temperatura) abaixo de 20K. Os gases com pressão de vapor mais alta, como hidrogênio, hélio e rádio, não podem passar pela condensação no 20K, portanto, passam pelo adsorbente de escape abaixo de 20K.
Desta forma, as bombas de baixa temperatura podem evacuar todos os gases para obter um vácuo ultra-alto.

Figura 1: Pressão de vapor de vários gases

A forma como a superfície congelada é formada é geralmente usando pequenos congeladores de hélio em ciclo fechado. A bomba de baixa temperatura usa um pequeno congelador de hélio, sem a necessidade de reabastecimento regular de refrigerante como a bomba de baixa temperatura de armazenamento de líquido, com uma operação simples, você pode obter um vácuo ultra-alto limpo e operação contínua estável e prolongada.

2. princípio de funcionamento e estrutura da bomba de baixa temperatura

O CRYO-U8H é um exemplo da estrutura da bomba de baixa temperatura.
O congelador da bomba de baixa temperatura é de dois segmentos, um segmento com maior capacidade de refrigeração, que pode ser resfriado até 80K ou menos, e dois segmentos com menor capacidade de refrigeração, que pode ser resfriado até 10 a 12K.
O painel 15K (1) (placa de condensação) e o painel 15K (2) (placa de adsorção) são instalados em 2 seções do congelador. O painel 80K e o barril de proteção 80K são instalados em 1 seção com maior capacidade de refrigeração para evitar a radiação térmica (radiação) à temperatura ambiente. Além disso, para evitar que a superfície do adsorbente não seja coberta, o adsorbente é instalado no lado interno do painel onde o gás concentrado não pode entrar.

Figura 2: CRYO-U8H

Os principais gases de escape da bomba de baixa temperatura são os seguintes (1) ~ (3), etc.

(1) Ar (N2, O2): gás residual após a extração grosseira do equipamento de vácuo

(2) liberação de gás 1 H2O: adsorção na superfície do recipiente de vácuo (a maior parte do equipamento de vácuo comum), o principal componente do gás liberado de vidro, plástico e cerâmica

2 H2: Dispersião interna da parede metálica do recipiente de vácuo (ultra-alta, problema de vácuo) alta temperatura, metal fundido (especialmente alumínio) liberado (vaporização, pulverização)

3 CO, CO2,
CH4, CnHm: sujeira na parede do equipamento de vácuo

(3) Importação de gás 4 Ar: equipamento de pulverização

5 H2: injeção de íons

6 O2: óxido

7 Outros

De acordo com o medidor de pressão de vapor, a temperatura do vapor de água (H2O) abaixo de 130K, a pressão de vapor será abaixo de 10-8Pa, nitrogênio (N2), oxigênio (O2), monóxido de carbono (CO), argônio (Ar) e outros gases, devido à alta pressão de vapor e não pode ser condensado em 80K, é necessário condensar e escapar através da superfície externa do painel abaixo de 20K (1).

Os gases com pressões de vapor mais elevadas, como hélio (He), hidrogênio (H2) e radônio (Ne), não condensam a temperaturas de 10 a 20 K e, portanto, são absorvidos e exaustos por meio de adsorbentes instalados no interior da placa de condensação de 15 K (1). O adsorente é instalado no painel 15K (2) (placa de adsorção) e, para evitar que a superfície do adsorente não seja coberta, o adsorente é instalado no lado interno do painel onde o gás concentrado não pode entrar.
A superfície externa do barril de blindagem 80K, do painel 80K e do painel 15K (1) é espelhada e pode refletir o calor radiante à temperatura ambiente. A superfície interna do barril de blindagem de 80K foi tratada com escuridão para evitar que a radiação de temperatura ambiente se refleta no interior do blindagem de 80K e dispare no painel de blindagem de 15K. Para que a bomba de baixa temperatura funcione normalmente, o barril de proteção 80K, a temperatura do painel de proteção 80K deve estar abaixo de 130K e o painel de proteção 15K deve estar abaixo de 20K.

Para poder confirmar essas temperaturas, um termopar CA foi instalado no painel 80K, um termómetro de pressão de vapor de hidrogênio (H2VP) e um termómetro de termopar de baixa temperatura tipo MB foram instalados no painel 15K. (A potência elétrica padrão do termopar CA 130K é -5.5mV.)

3. Válvula de recuperação e segurança para bombas de baixa temperatura

As bombas de difusão de óleo e as bombas turbomoleculares liberam o gás de saída por compressão para fora da bomba, mas as bombas de baixa temperatura são armazenadas em painéis 15K por condensação e adsorção e, portanto, devem ser liberadas e regeneradas regularmente.
Recuperação refere-se a elevar a temperatura da bomba a temperatura ambiente e devolver o gás condensado ou adsorvido ao estado de gás. Quando as baixas temperaturas em que grandes quantidades de gás são armazenadas estão seladas, o interior da bomba de baixa temperatura pode se transformar em gás de alta pressão durante a regeneração e, portanto, é necessário instalar uma válvula de segurança na bomba de baixa temperatura.
A pressão de funcionamento da válvula de segurança é definida para 20kPa (pressão metrológica).
A válvula de segurança é usada por motivos de segurança, portanto, não feche a válvula de segurança ou use-a para outros fins.
Além disso, não use como válvula de liberação de gás durante o processo de regeneração. Quando a válvula de segurança está funcionando, a poeira do gás de limpeza, etc., está ligada à superfície do anel o, causando vazamentos.

4. Sistema de bomba de baixa temperatura

O sistema de bomba de baixa temperatura é

Unidade de bomba de baixa temperatura "1" (incluindo unidade de congelador)
Unidade de Compressor 2
Mangueira 3 (2)

Composição, após a conexão mostrada na Figura 3. A inicialização fácil da bomba de baixa temperatura (a bomba de baixa temperatura não pode ser iniciada sob pressão atmosférica) e a regeneração requerem uma bomba de bombeamento grosseira (preparada pelo cliente).

Figura 3. Sistema de bomba de baixa temperatura

Desempenho da bomba de baixa temperatura

As principais características da bomba de baixa temperatura são: (1) características de refrigeração de refrigeração (2) velocidade de escape (3) capacidade de escape (4) fluxo máximo (5) pressão cruzada (6) pressão limite (7) capacidade de carga térmica, etc.
Estes projetos são descritos abaixo por Chiang.

Características de refrigeração (cool-down)

Como a bomba de baixa temperatura não pode ser iniciada sob pressão atmosférica, é necessária uma bomba de bombeamento grosseira. No caso de extração grosseira com bombas rotativas, a bomba de baixa temperatura 40Pa da ULVAC Cryo não provoca refluxo de vapor de óleo. Todos os gases restantes na bomba são absorvidos pelo adsorbente dentro da bomba de baixa temperatura. O tempo de resfriamento é afetado pelos seguintes fatores.

Tabela 1 Fatores que afetam o tempo de resfriamento

Porque

Tempo de arrefecimento

1. pressão de tracção grossa alta extensão

Temperatura da bomba Alta Extensão

3. Composição do gás residual após a bomba grosseira Seco (secado dentro da bomba) Extensão

Mais água menos

Poluição da bomba já contaminada Extensão

O tempo de resfriamento é afetado pelo método de regeneração. Quando o uso de nitrogênio para limpar ou aquecer a temperatura aumenta, a umidade diminui e fica seca, o isolamento a vácuo é difícil de alcançar e, portanto, o tempo de resfriamento é maior. Além disso, note que um pequeno vazamento também pode levar a um tempo de resfriamento prolongado ou não pode ser resfriado (atenção especial para vazamentos causados ​​na válvula de segurança). Além disso, a velocidade de resfriamento na área de 60Hz é 10-15% mais rápida do que na área de 50Hz. Normalmente, o tempo de resfriamento é definido como o tempo necessário para que a temperatura do painel de 15K seja inferior a 20K, como mostrado na Tabela 4-2.

Características da velocidade de escape

2-1. Propriedades de escape da água

Se a temperatura da superfície congelada estiver abaixo de 150 K, a probabilidade de condensação na face da água congelada é quase 1. Normalmente, a temperatura da bomba de baixa temperatura é inferior a 130K (geralmente cerca de 80K) durante a operação do barril de blindagem 80K e 80K, portanto, a velocidade de escape da bomba de baixa temperatura em relação à água é igual à velocidade de escape ideal para o calibre do barril de blindagem 80K. Se a velocidade de escape ideal para a unidade de área do gás de peso molecular M é s = 62,5 / M1 / 2 (L / s / cm2) (20 ° C), a velocidade de escape ideal para M = 18 é s = 14,7 (L / s / cm2). A área de aspiração do barril de blindagem de 80K A (cm2), a velocidade de escape da bomba de baixa temperatura para a água S é S = s · A (L / s).

Por exemplo, a bomba de baixa temperatura tipo 8, a área de aspiração do barril de blindagem 80K é de cerca de 275 cm2 e a velocidade de escape da água é de 4000L / s. Os mesmos cálculos são feitos para os gases condensados e expulsos (por exemplo, CO2, NH4) no painel 80K. O cálculo da velocidade de escape do CRYO-U8H para o CO2, a velocidade de escape da água é de 4000L / s, o peso molecular do CO2 é de 44, SCO2=SH2O X ( 18 / 44 )1/2=2560 L/s。

Tabela 2. Velocidade de escape da bomba de baixa temperatura para água

Diâmetro

modelo

Velocidade de escape (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

Propriedades de Ar e N2 (gás condensador)

Os gases com pressões de vapor relativamente altas, como N2, Ar, CO e O2, não são condensados por uma barreira de 80K ou um blindagem de 80K, mas condensados e eliminados a temperaturas abaixo de 20K.
Se a temperatura da superfície de congelamento for inferior a 20K, a probabilidade de captura de gás condensado em face de congelamento é 1, além disso, como a condução da entrada de ar para o painel de baixa temperatura na área de fluxo molecular é constante, a velocidade de escape da bomba de baixa temperatura na área de fluxo molecular é constante.

O valor da velocidade de escape da bomba de baixa temperatura no manual do produto é a velocidade de escape do nitrogênio na área de fluxo molecular. A velocidade de escape do gás condensador para o peso molecular acidental M do nitrogênio é calculada pela seguinte fórmula.

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

Velocidade de escape do nitrogênio (L/s)

Por exemplo, a velocidade de escape do argônio do CRYO-U8H é conhecida a partir da tabela 6-3 como SN2 = 1700 (L/s), e o peso molecular do argônio é M = 40.
Sar = 1700X (28/40) 1 / 2 = 1400L / s

Figura 1. Velocidade de escape do CRYO-U para nitrogênio

modelo

Velocidade de escape (L/s)

U6H 750

U8H / U8H-U / U8HSP 1700

U10P 2300

U12H 4000

U12HSP 4100

U16/U16P 5000

U20P 10000

U22H 17000

U30H 28000

Tabela 3. Velocidades de escape de nitrogênio de várias bombas de baixa temperatura (valor do manual do produto)

Quando o fluxo de ar muda de um fluxo molecular para um fluxo intermediário (fluxo de transição), a condutividade é proporcional à pressão e, portanto, a velocidade de escape aumenta. No entanto, como o calor que entra na bomba de baixa temperatura aumenta com o aumento da pressão, o limite de escape da bomba de baixa temperatura é atingido quando a carga térmica excede a capacidade de refrigeração do congelador. De acordo com essa carga térmica, o ULVAC Cryo define o fluxo quando a temperatura do painel de baixa temperatura atinge 20K como o fluxo máximo (Figura 6-10 pontos). Embora o fluxo máximo aumente à medida que a capacidade de refrigeração aumenta, devido à maior capacidade de refrigeração, a condutividade térmica da camada de condensação também é limitada e, portanto, um gradiente de temperatura aparecerá na direção da espessura. Se a temperatura superficial da camada de condensação exceder o limite, o gás não condensa, então a velocidade de escape se torna 0, tornando-se o limite de escape físico.

Velocidades de escape para H2, He e Ne (gases não condensadores)

H2, He e Ne são os gases com maior pressão de vapor e, em torno de 20K, também são conhecidos como gases não condensadores devido à pressão de vapor muito alta para ser eliminado através da condensação. Como esses gases não podem ser eliminados através da condensação, são eliminados através da adsorção com um adsorbente refrigerado abaixo de 20K. Os adsorbentes são saturados quando absorvem gases não condensadores e, portanto, a velocidade de escape diminui lentamente. Quando a velocidade de escape cai para 80% do valor inicial, a quantidade de gás emitida neste momento é definida como a quantidade de escape (descrita mais tarde).
Nos gases não condensados, o hidrogênio é um componente importante dos gases de emissão e um gás importante para a aplicação, por isso o estilo foi identificado após um estudo detalhado. Os exemplos de uso de rádio são poucos, por isso os dados são escassos. Além disso, o hélio é o gás mais difícil de absorver e só pode ser eliminado de 1/100 a 1/1000 do argônio, portanto, não é recomendado o uso de bombas de baixa temperatura para o escape.

modelo
CRYO-U

Velocidade de escape
(L/s)

Máximo fluxo
(Pa・L/s)

Fluxo de escape
(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

Tabela 4.Características de escape do CRYO-U para hidrogênio

Figura 2. Velocidade de escape do CRYO-U para hidrogênio

Capacidade de escape da bomba de baixa temperatura

3-1. Capacidade de escape para gás coagulante

Os gases liberados através da condensação são (1) gases liberados através do barril de blindagem 80K ou do painel 80K (principalmente água) e (2) gases liberados através do painel 15K (nitrogênio, argônio, oxigênio, etc.).

1) Capacidade de escape da água
Quando a água se condensa no painel 80K e a espessura do gelo aumenta, a condutividade elétrica do painel 80K diminui, e a velocidade de escape dos gases condensados e absorvidos pelo painel 15K também diminui. Devido à necessidade de regeneração, a quantidade de água liberada neste momento é a capacidade de escape, sem uma definição clara da capacidade de escape da água. No entanto, os valores na tabela abaixo podem servir como orientação aproximada para os limites de escape da água. (Note que a unidade de escape é g (g))

modelo

Capacidade de escape (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

Tabela 5. Capacidade de escape da bomba de baixa temperatura para água (referência)

1) Muita água

plástico

vidro

Cerâmica

(2) Atenção à regeneração em caso de muita água

Quando a temperatura aumenta, o gelo derrete.

Não congele a água durante o bombeamento.

Remover a água da bomba

Verifique o desempenho da bomba rotativa (atenção à emulsão de óleo)

(2) Capacidade de escape para argão

O problema com a condensação de gases expulsos através de placas de condensação de 15K é a capacidade de escape do argônio no processo de pulverização. A espessura da camada de argônio condensada na superfície externa da barra de 15K aumenta, tocando a barra de 80K e o barril de blindagem de 80K com temperaturas mais altas, ou o gradiente de temperatura da própria camada de argônio aumenta, aumentando a temperatura da superfície do argônio. Em tais casos, a condensação não pode mais ser realizada. Neste momento, a quantidade de argão emitida é a capacidade de escape. O ULVAC Cryo define a capacidade de escape de argão como [a quantidade de escape de argão que não cai para menos de 1,3X10-4Pa após a válvula principal ser fechada e a pressão não cair para menos de 5 minutos após a válvula principal ser fechada]. Figura 6-3 é a importação contínua de argão de 200CCM, o valor de pressão do CRYO-U12HSP após a parada da importação de 5 minutos, o volume de escape excedeu 4,3 x 108Pa · L começou, a pressão foi repentinamente recuperada, portanto, o volume de escape foi de 4,3 x 108Pa · L. As tabelas 6-6 mostram a capacidade de emissão de argônio de cada modelo de bomba de baixa temperatura.

Recuperação de pressão do CRYO-U12HSP (exemplo de medição)

Máquina CRYO-

Capacidade de escape (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

Capacidade de escape para gases não condensadores

Hidrogênio, hélio, rádio e outros gases não podem ser expulsos através da condensação de cerca de 10K, através da adsorção do gás de escape pelo adsorbente no lado interno do painel de 15K. Portanto, com o aumento da quantidade de adsorção, aproxima-se do estado de saturação, (1) a velocidade de exaustão diminui, (2) a pressão de equilíbrio de adsorção aumenta, o desempenho de exaustão diminui lentamente e, finalmente, a exaustão não pode ser realizada. A ULVAC Cryo define a capacidade de escape de hidrogênio como a quantidade de absorção de hidrogênio até que a velocidade de escape do hidrogênio caia para 80% da velocidade inicial de escape. Para que o adsorente possa desempenhar a capacidade de adsorção prevista, o adsorente deve ser limpo. A poluição dos adsorbentes é

(1) adsorção de gás condensador (principalmente ar)
2) Ao absorver a água
(3) Quando o vapor de óleo é absorvido

Quando essas substâncias são absorvidas em grandes quantidades, a capacidade de absorver hidrogênio diminui. O ar e a umidade podem ser removidos através de uma bomba de refrigeração regenerada, mas uma vez que o vapor de óleo é absorvido, ele não pode ser removido novamente e, neste momento, a placa de proteção 15K (2) (placa de adsorção) deve ser substituída. Para manter o desempenho de adsorção da bomba de baixa temperatura ao hidrogênio, é absolutamente necessário evitar o retorno do vapor de óleo para a bomba de baixa temperatura.
A Figura 4 mostra a relação entre a velocidade de escape do hidrogênio e a capacidade de escape do hidrogênio, onde S é a velocidade de escape e C é a capacidade de escape. Consulte a Figura 4 para ver a velocidade e a capacidade de escape dos vários modelos.

Figura 4. Relação entre a velocidade de escape e a capacidade de escape do hidrogênio

4. carga térmica e fluxo máximo da bomba de baixa temperatura

A carga térmica da bomba de baixa temperatura é o calor radiante e a carga de gás (condução térmica de gás, calor de condensação), com as seguintes equações, respectivamente.

σ

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

εAV

Taxa média de radiação

T1

Temperatura em baixa temperatura (K)

T2

Temperatura em alta temperatura (K)

A

Área aquecida (cm2)

A1: lado interior A2: lado exterior

γ

: O calor do gás

ａ0

Coeficiente médio de adaptação térmica

Ｐ

Pressão (Pa)

M

: Peso Molecular

T1

Temperatura do ponto de medição da pressão P (K)

T2

Temperatura em baixa temperatura (K)

A: Área aquecida (cm2)

Coeficiente médio de adaptação térmica a 0 (A1 < A2)



Coeficiente de adaptação a1, a2 (aproximação)

γ

Calor de condensação (H2, He, Ne, calor de adsorção) (W/Pa·L/s)

Tc

Temperatura em baixa temperatura (K)

Tg

Temperatura do gás (K)

S

Velocidade de escape da bomba de baixa temperatura (L/s) SP: (Pa·L/s)

P

Pressão (Torr)

Cp

Calor médio do gás (W/(Pa·L/s)/K)

A carga térmica da seção 1 do congelador é calor radiante e calor condutor de gás, a menos que seja usada continuamente na faixa de 10-1Pa, geralmente a maioria é calor radiante. A capacidade de refrigeração de 2 seções do congelador é afetada pela carga térmica de 1 seção, e se a carga térmica de 1 seção aumentar, a capacidade de refrigeração de 2 seções diminuirá e o fluxo máximo também diminuirá.
Portanto, quando a importação de grandes quantidades de gás para a bomba de temperatura baixa, mantenha a bomba de temperatura baixa limpa (reduzir o calor radiante), reduzindo a sobrecarga de calor causada pela radiação térmica. Normalmente, grandes bombas de baixa temperatura têm uma área aquecida maior, haverá mais radiação térmica e, portanto, um congelador com maior capacidade de refrigeração é necessário. O fluxo máximo de uma bomba de baixa temperatura é definido como o fluxo quando o calor de condensação (ou calor de adsorção) faz com que a temperatura da bomba de baixa temperatura chegue a 20K quando o calor de radiação padrão é irradiado. Se o calibre da bomba for o mesmo, quanto maior for a capacidade de refrigeração do congelador ou quanto maior for a velocidade de escape, maior será o fluxo máximo. Por exemplo, o CRYO-U16 e o U16P têm o mesmo calibre e a mesma velocidade de escape, o congelador do U16P (R50) tem maior capacidade de refrigeração do que o congelador do U16 (R20), portanto, o fluxo máximo também é maior.
A pressão máxima de funcionamento Pmax da bomba de baixa temperatura é obtida dividindo o fluxo máximo Qmax pela velocidade de escape Smax neste momento. (Pmax=Qmax/Smax)。 Para o argônio, o Pmax é de aproximadamente 10-1Pa, o que é o fluxo intermediário. A Tabela 7 mostra o fluxo máximo para vários modelos.

Máximo fluxo de bomba de baixa temperatura

Argônio
（Pa・ em L/s)

Hidrogênio
（Pa・ em 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

CRYO-U20P

1.1×103 5.0×102

CRYO-U22H

4.1×103 1.3×103

CRYO-U30H

2.7×103 7.4×102

Pressão cruzada (cross over)

A pressão cruzada é a pressão do tanque de vácuo (pressão grosseira) quando a válvula principal é aberta para a bomba de baixa temperatura. A pressão máxima de extração grosseira permitida neste momento é a pressão cruzada máxima permitida. O gás do tanque de vácuo instantâneo aberto pela válvula principal flui para a bomba de baixa temperatura, se a quantidade de gás exceder o limite, a bomba de baixa temperatura não pode voltar a restaurar a capacidade de escape, a temperatura aumentará e todo o gás de escape será liberado. A quantidade de gás limite (a quantidade máxima de inalação de gás processável) é dividida pelo volume da câmara de vácuo para obter a pressão cruzada máxima permitida.

A quantidade máxima de inalação de gás processável é o limite para restaurar o desempenho do escape (normalmente a temperatura do painel de baixa temperatura é superior a 20K). Normalmente, em considerações de segurança, o limite de pressão de pompagem grosseira é 1/2 da pressão cruzada máxima permitida obtida pela fórmula (1). Além disso, se você quiser aumentar o fator de segurança, você pode definir o valor para a temperatura cruzada máxima permitida quando a temperatura da barra da bomba de baixa temperatura não excede 20K. A ingestão máxima de gás processável varia com a carga térmica na bomba de baixa temperatura e a quantidade de gás condensado na bomba de baixa temperatura.

As tabelas 6-8 são referências para a quantidade máxima de gás inalado (em relação ao ar) que vários modelos podem lidar. Por exemplo, no caso de U8H, a pressão cruzada máxima permitida de um recipiente de vácuo de volume de 100L Pmax é a quantidade máxima de gás inalável processável de 133000Pa·L, Pmax ≤ 133000Pa·L/100L = 1330Pa, abaixo de 1330Pa. Normalmente, o fator de segurança é superior a 2, ou seja, a pressão de extração grosseira é definida como 665Pa. Se a quantidade máxima de gás inalável processável não excede 20K é de 20000Pa, P = 20000/100 = 200Pa. Quando o volume do recipiente de vácuo é grande e a pressão de bombagem grosseira abaixo de 40Pa, medidas devem ser tomadas para evitar o refluxo do vapor de óleo, instalar bombas maiores ou aumentar o número de bombas para que a pressão de processamento grosseira seja de 40Pa ou superior.

6. Chegada

A pressão alcançada quando a bomba de baixa temperatura não tem fluxo de gás é, a pressão de vapor e o coeficiente de condensação de vários gases a temperatura superficial de baixa temperatura (a suposição é 1), substituído pela seguinte fórmula.

Pg = Ps (Tg / Ts) 1/2

Ts

Temperatura de baixa temperatura 10-20K

Ps

Pressão de vapor de gás a temperatura Ts (pressão de equilíbrio de adsorção do hidrogênio) (Pa)

Tg

Temperatura do gás: 300 K

Entre os gases condensados, o gás com maior pressão de vapor é o nitrogênio, para o nitrogênio quando a temperatura superficial de baixa temperatura é de 10-20K, a pressão atingida é mostrada na Figura 6. Normalmente, sem carga, a barreira da bomba de baixa temperatura é de 10-12K e a pressão do vapor é de ~ 10-21Pa, que pode ser ignorada no uso real. Para o hidrogênio gás não condensador, a pressão limite é determinada pela pressão de equilíbrio de adsorção. Como mostrado nas Figuras 6-7, o carvão ativo usado em bombas de baixa temperatura tem uma capacidade de adsorção de hidrogênio muito grande e, quando operado em vácuo ultraalto, a pressão de equilíbrio de adsorção de hidrogênio Pa também pode ser negligenciada devido ao volume de escape de hidrogênio muito pequeno. (Por exemplo, U8H (SH2O = 2700 L/s) com 1 mês de funcionamento contínuo a 1,3 x 10-8Pa com uma absorção de hidrogênio de Q = 1,3 x 10-8x2700 x 30x24 x 3600 = 91 Pa, portanto, a pressão limite da bomba de baixa temperatura é determinada pela quantidade de gás importado e pela velocidade de escape da bomba de baixa temperatura). Normalmente, a pressão limite do monocorpo da bomba de baixa temperatura é medida pelo fluxo mínimo de gás da bomba de baixa temperatura quando a flange cega é usada na bomba de baixa temperatura. Além disso, a pressão limite variará enormemente de acordo com as especificações da bomba de baixa temperatura (especificações padrão e especificações de vácuo ultra-alto), a pressão de bombeamento grosseira, se a bombeamento é cozido ou não, etc. Normalmente, com o anel-o, 40Pa de extração grosseira, sem cozimento, a pressão limite de operação de 12 horas é (1 ~ 4) X10-6Pa. As Figuras 6-7 mostram a medição da composição dos gases residuais com e sem assado. Além disso, as tabelas 6-9 mostram os valores de referência para a pressão limite de uma única bomba de baixa temperatura. No caso de cozimento de especificações de vácuo ultra-altas, um vácuo de 10-10TPa pode ser obtido. A pressão limite do dispositivo depende da quantidade de gás liberado pelo dispositivo (P = Q / S).

Figura 6. Pressão limite determinada pela pressão de vapor

Curva de temperatura de adsorção do carvão ativo ao hidrogênio

Pressão limite para bombas de baixa temperatura (referência)

especificação

Pressão grosseira (Pa)

Cozinhar

Limite (Pa)

padrão

40
40 Nenhum
(100 ~ 150 ℃) × (3 ~ 10h) (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 ℃) × aproximadamente 20h 10-8
10-9
10-10

[Conhecimento básico da bomba de baixa temperatura 5]

Construção do congelador e princípios de congelação

Construção do congelador e princípios de congelação
Princípio de congelamento (descrição geral)

Figura 1 - Princípio do congelamento

O ciclo de congelamento representativo para bombas de baixa temperatura é
Ciclo de Gifford-McMahon (Ciclo G-M)
Ciclo de Solvay modificado (M-Solvay cycle)

Ciclo de congelamento usado por bombas de baixa temperatura
O CRYO-U8H é um exemplo da estrutura da bomba de baixa temperatura.
O congelador da bomba de baixa temperatura é de dois segmentos, um segmento com maior capacidade de refrigeração, que pode ser resfriado até 80K ou menos, e dois segmentos com menor capacidade de refrigeração, que pode ser resfriado até 10 a 12K.
O painel 15K (1) (placa de condensação) e o painel 15K (2) (placa de adsorção) são instalados em 2 seções do congelador. O painel 80K e o barril de proteção 80K são instalados em 1 seção com maior capacidade de refrigeração para evitar a radiação térmica (radiação) à temperatura ambiente.

A Figura 2-2 mostra o princípio de ação do ciclo G-M e o gráfico P-V (a relação entre a pressão P e o volume V da câmara de expansão).

2-1.G-M Ciclo
O ciclo G-M é um método de ciclo de refrigeração desenvolvido por Gifford no final da década de 1950, com os substituidores acionados por acionamento mecânico e uso da diferença de pressão do gás operacional. O ciclo G-M é muito eficiente, mas a velocidade de condução pode ser lenta, além disso, a carga leve de vedação interna é um método de ciclo de refrigeração de alta confiabilidade. Aqui, o ciclo de refrigeração acionado por compressores mecânicos usado pela ULVAC Cryo será descrito.

A substituição está na parte inferior do cilindro. Neste momento, a válvula de baixa pressão é fechada e a válvula de alta pressão é aberta.

↓

(a) As partes a temperatura ambiente e a baixa temperatura do cilindro são preenchidas com gás de alta pressão.

↓

A pressão interna do cilindro B é elevada.

↓

(b) O substituidor é puxado para cima e o hélio a temperatura ambiente é resfriado pelo armazenador e a parte a temperatura baixa é preenchida.

↓

C A área de baixa temperatura é a maior. A válvula de alta pressão é fechada e a válvula de baixa pressão é aberta.

↓

c) O gás de alta pressão da parte da bomba de baixa temperatura é liberado através do armazenador. Neste momento, devido à expansão de Simon, o problema do gás caiu, gerando baixas temperaturas.

↓

D Pressão parcial de baixa temperatura.

↓

d) O substituidor é pressionado e resfriado, enquanto o hélio é resfriado pelo armazenador e transferido para a seção de temperatura ambiente.

↓

Devolvendo A, um ciclo é concluído.

Assim, a curva P-V do ciclo G-M ideal é quadrada, com um ciclo de t segundos para a capacidade de congelamento ideal.

Q ideal é obtido pela seguinte fórmula:
Q ideal = W/t

Os congeladores reais são construídos em dois segmentos para obter temperaturas extremamente baixas abaixo de 15K. Além disso, para simplificar a estrutura, o refrigerador é incorporado no interior do substituidor e integrado ao substituidor. As vedações 1 e 2 não têm diferença de pressão, a carga da vedação é leve e a vida útil é longa e confiável.

Bomba de baixa temperatura série CRYO-UCRYO-U12HSPCRYO-U16CRYO-U16F

do UIVaccrio-u12HSP

Especificações padrão

Ampla variedade de modelos, que variam de 6' diâmetro a 30' diâmetro.

Utilização:

Revestimento a vácuo, análise de superfície, processamento de semicondutores, revestimento de pulverização, injeção de íons, etc.

Vantagens:

Criar um ambiente de vácuo extremamente puro que outras bombas de vácuo não podem criar, pode eliminar todos os tipos de gases, não precisa de hélio líquido, portanto, o custo operacional é baixo, pode ser instalado em qualquer direção, o design compacto e leve, a operação é simples, a velocidade de escape é muito maior do que a bomba iônica, bomba turbomolecular, etc.

CRYO-U12HSP