小型制冷機低溫泵的抽氣特性

　　(1)制冷機低溫泵的極限壓力
　　
　　制冷機低溫泵的極限壓力如同上節(jié)所述，取決于低溫冷凝板溫度和吸附劑的吸附特性。用制冷機低溫泵的抽氣系統(tǒng)，普通碳鋼容器不經烘烤可以獲得低于10-6Pa的真空度，不銹鋼容器經300℃高溫除氣，能獲得10-8Pa的超高真空。
　　
　　(2)制冷機低溫泵的抽速
　　
　　低溫泵屬于選擇性抽氣泵，對各種氣體的抽速差異很大，如圖5-62所示。H2、Ne、He等氣體是靠二級冷頭低溫板(20K)內壁粘附的活性炭吸附抽除，因而有效抽速很低。對于H20、C02等飽和蒸氣壓很高的氣體，可直接冷凝在人口的低溫板(77K)上，其抽速值z*高。泵對各種氣體的比抽速，見表5-26。



　　
　　蘭州物理研究所研制的ZDB500型制冷機低溫泵對空氣、氫氣、氦氣的抽速曲線如圖5-63所示。當壓力高于10-1Pa時，可以看到對空氣、氫氣的抽速明顯增加，在1Pa附近，有一z*高峰值，壓力過高時，抽速逐漸衰減。
　　
　　(3)允許的z*大抽氣量（飽和抽氣容量）
　　
　　低溫泵長期連續(xù)適轉，泵的抽速隨抽氣時間延長而逐漸衰減，當抽速下降到初始抽速的80%時，所累積抽除的氣量定義為泵的“飽和抽氣容量”。圖5-64給出ZDB500型制冷機低溫泵抽氫的吸附容量曲線，達到飽和容量后，抽速衰減速度增加很快，這時，需要停泵再生，用以恢復泵的抽氣性能。
　　
　　低溫冷凝抽除水、空氣、二氧化碳等氣體的容量很大，冷凝的氣體霜層可厚達數(shù)毫米而不影響泵的抽速。制冷機低溫泵飽和抽氣容量主要是由活性炭的低溫吸氣容量所決定，粘貼在二級冷板內壁的活性炭材質（椰殼活性炭z*好）、質量和活化工藝，都影響制冷機低溫泵的飽和吸附容量。生產廠家通常提供低溫泵在給定的壓力下(例如10-4Pa)對空氣N2、Ar、H2、He等氣體的z*大抽氣容量，供用戶參考。
　　
　　(4)轉換壓力
　　
　　小型制冷機低溫泵選用的制冷機的制冷功率很低，二級冷頭制冷功率一般只有3W～10W，一般不超過30W，所以它不能直接在大氣壓力下工作，需要用粗抽泵將被抽容器壓力降到能夠啟動時才開啟高真空閥讓低溫泵抽氣。允許啟動低溫泵的啟動壓力和被抽容器的體積有關。關閉粗抽泵，打開高真空閥，允許低溫泵開始抽氣時容器內的z*高壓力稱為轉換壓力。它由下式確定
 


由于氣體在二級冷板上釋放的熱量主要是冷凝潛熱（氣體溫度變化的顯熱和潛熱相比可以忽略不計），另一方面，被抽氣體先到達泵口的擋板上進行熱交換，然后再被二級冷板抽除，此時氣體溫度已接近80K。所以抽除的氣體高于或低于室溫的氣體，不需要對上述公式進行修正。

　　
　　(5)制冷時間
　　
　　低溫泵的制冷時間是指從啟動低溫泵的制冷機到低溫泵能正常工作所需要的時間，有時也稱啟動時間。在制冷機低溫泵中是指一級和二級冷板從室溫分別降到80K和20K以下的時間。
　　
　　(6)剖冷功率
　　
　　制冷機的制冷功率是指制冷機一級和二級冷頭在給定的溫度下所能承受的焦耳熱流率，單位為W。測定時，在制冷機一、二級冷頭上裝上加熱帶，分別控制加熱功率，使一級冷頭達到80K、二級冷頭達到20K，測出的功率作為一、二級冷頭的制冷功率，它是衡量制冷機性能的重要參數(shù)。制冷機一、二級冷頭，不加任何熱負載，達到的z*低溫度稱為零負載的極限溫度。裝上抽氣低溫板的條件下，控制一級冷板溫度Tt≤80K，二級冷板溫度T2≤20K時，測得的制冷功率稱為凈制冷功率，它決定了低溫泵冷板結構面積的配置以及抽氣容量和轉換壓力。
　　
　　(7)啟動壓力
　　
　　受制冷功率的限制，制冷機低溫泵不能在大氣壓下啟動，氣體冷凝的熱負荷和氣體對流換熱使低溫板溫度達不到工作溫度而不能啟動。此外，高壓下啟動時，大量氣體冷凝在低溫板上，影響低溫泵的再生時間，嚴重時冷凝的冰晶會堵塞活性炭微孔，影響低溫泵對氫、氖、氦的抽氣能力。低溫泵允許啟動的z*高壓力稱為啟動壓力。通常用旋片泵或干式泵將真空室和低溫泵預抽到數(shù)十帕就可以啟動制冷壓縮機。為了避免油蒸氣的污染，用旋片泵預抽時需加冷阱，或在壓力低于10Pa時關閉預抽閥門停止抽氣。
　　
　　(8)再生時間
　　
　　低溫泵長期運轉達到飽和容量時，其抽速急劇下降（圖5-64），這時需停泵升溫，使先前冷凝的氣體釋放出來，恢復原來的抽氣性能。升溫并抽除釋放出冷凝吸附的氣體稱為“再生”。再生方式有兩種：全部再生（一、二級冷板升至室溫，釋放出低溫板冷凝的全部氣體）和部分再生（僅放出二級冷板吸附的氣體）。
　　
　　全部再生法有下面幾種方式：
　　
　?、僮匀簧郎胤ǎ宏P掉制冷機電源，利用泵壁的熱量使低溫泵緩慢升溫，開始時升溫很慢，當泵內壓力升到對流換熱起作用時，升溫速率加快，z*后達到穩(wěn)定的升溫值。
　　
　?、诜艢馍郎胤ǎ和５糁评錂C后，打開放氣閥放人清潔、干燥的空氣使低溫泵冷板快速升溫。
　　
　?、垭娂訜岱ǎ旱蜏乇弥械囊?、二級冷板上加裝電加熱器，再生時通電加熱使低溫板快速升溫，縮短再生時間。
　　
　　自然升溫適用于抽除少量氣體，并且不是連續(xù)長期排氣的真空系統(tǒng)，關掉制冷機后讓其自然升溫再生，一次再生需要Sh～6h。要求快速再生的工藝流程作業(yè)場所，可采用后兩種再生方式。
　　
　　部分再生和全部再生的不同之處是升溫溫度控制在140K(-級冷板溫度)以下，而不是室溫。該溫度下水的飽和蒸氣壓低于10-6Pa，冷凝在一級冷板的水基本上沒有被再生排除，這樣就大大縮短了再生時間。部分再生時間一般只需要40min～60min，而全部再生要長達5h～6h(自然升溫法)。
　　
　　顯然，部分再生若干次(20次～25次)以后，還需要全部再生一次，用以徹底清除冷板捕集的所有氣體。
　　
　　再生低溫泵要特別注意安全問題。低溫泵再生釋放出來的氣體如果不及時抽除，容器內壓力很高，有可能引起爆炸，破壞泵體或真空計玻璃管殼殼體。如果低溫泵運轉時間很短，抽除氣量很少，停泵再生時可以不用預抽泵抽氣，等下次啟動低泵時再預抽釋放出的氣體。如果抽氣時間很長或抽除氣量很大（例如測定抽氣容量），再生時必須啟動預抽泵抽除釋放氣體。要求低溫泵體上要裝有可靠的安全閥，并注意定期檢查。升溫到某一溫度時永久性氣體的解吸速度很快（潛熱和顯熱值很?。?shù)分鐘之內便可使泵體內壓力升高到一個大氣壓以上，稍有疏忽就可能造成事故。