Криогенный вакуумный насос относится к сорбционным вакуумным насосам. Он способен создавать сверхвысокий вакуум – до 10-8 Па (10-10 мбар), причем очень чистый, поэтому используется на высококачественных производствах, таких как изготовление полупроводников, напыление тонких пленок в оптике и электронике, в исследованиях фундаментальных наук.

Криогенный насос

Принцип действия крионасоса позволяет с большой скоростью (от 1500 л/сек) откачивать различные газы и воздух с парами воды, что является проблематично для большинства других вакуумных насосов. Происходит вакуумирование путем поглощения молекул откачиваемого газа сверххолодными поверхностями – ниже 0,5 К (около 273 ⁰С). Т.е., насос накапливает воздушную среду в виде льда. Учитывая то, что объем газообразной фазы превышает объем твердой в тысячу раз, криогенный насос способен откачать достаточно большой объем воздуха.

Особенностью крионасоса является необходимость в периодическом его размораживании и регенерации (нагрев внутренней части оборудования). Этот период составляет примерно две недели непрерывной работы.

Конструкция криогенного вакуумного насоса состоит из рефрижератора, цилиндрического корпуса, внутри которого находится криогенный охладитель, высоковакуумных фланцев и клапанов, а также системы управления.

Охладитель криогенного вакуумного насоса состоит из трех ступеней:

  1. Входная ступень: 70-80 К (температура кипения жидкого азота) – конденсируются пары воды и тяжелые углеводороды.
  2. Вторая ступень: 15-20 К (температура кипения жидкого водорода) – конденсируются молекулы азота, кислорода, аргона и других газов.
  3. Третья ступень: 2-4 К (температура кипения жидкого гелия) – захватываются молекулы оставшихся газов.

Устройство криогенного насоса

Система управления состоит из специальных датчиков температуры, давления и электронного блока управления с возможностью подсоединения различных устройств.

Охлаждение внутренней поверхности происходит с помощью жидкого азота, который охлаждает теплообменник с газообразным гелием, имеющим самую низкую температуру кипения. Перемещение гелия происходит с помощью компрессора, повышающего и понижающего давление на выходе. В больших криоагрегатах роль теплообменника играют криопанели, которые имеют еще большую производительность за счет больших площадей осаждения.

Работа криогенного насоса в области высокого вакуума требует установки форвакуумного насоса на входе, который будет создавать разряжение от 10 Па и ниже.