14. 5. Кріогенні адсорбційні насоси

Високий вакуум, як і низький, без загрози забруднення вакуумної камери парою робочої рідини можна створити за допомогою адсорбційних насосів, у яких використовується явище фізичної адсорбції газів.

Як приклад, розглянемо цеолітовий кріогенний адсорбційний насос. Цеоліти (алюмосилікати SiO і Al O ) є найкращими адсорбентами для використання в адсорбційних насосах завдяки можливості надання їм тонкої та рівномірної пористості.

Насос має дуже просту будову (рис.13.5). Він являє собою металевий або скляний циліндричний стакан 1, в якому розміщено фільтр 2, наповнений активованим (попередньо зневодженим) цеолітом 3, наприклад, марки СаА-4В. Для регенерації адсорбента і наступного використання насоса після насичення газами, що відкачуються, застосовують електричний нагрівач 4. Для забезпечення охолодження адсорбента до низької температури насос занурюють у посудину Дьюара 5 з кіоагентом 6 (такі зріджені гази, як азот, водень і т.п.).

Відкритим кінцем насос приєднаний до вакуумної камери і після охолодження до низької температури, наприклад, температури рідкого азоту (- 196° С), адсорбент починає інтенсивно адсорбувати гази, що надходять з вакуумної камери. Для роботи при низькому вакуумі використовують насоси занурюючого типу (рис.13.5, а) – посудину Дьюара можна від’єднати від насоса, а для роботи при високому вакуумі – насоси заливного типу (рис. 13.5, б).

В якості метала, з якого виготовляється стакан насос, використовують неіржавіючу сталь або сплав з нікеля. Ці метали мають низьку газовіддачу і добру теплопровідність, яка сприяє швидкому охолодженню цеоліту. Для досягнення цієї ж мети стакан повинен мати довжину значно більшу за його діаметр.

Рис. 13.5

Оскільки адсорбції властиве насичення, то насос, який досяг насичення після поглинання відповідної кількості газів, перестає працювати, тому має бути від’єднаний від вакуумної камери і підданий регенерації, тобто видаленню поглинутих газів і водяної пари. Після регенерації насос знову можна використовувати після приєднання до вакуумної камери. Щоб не порушувалась безперервність процесу відкачки, використовують декілька таких насосів, що будуть працювати у відповідній послідовності – при вимиканні для регенерації одного насоса вакуумну камеру перемикають на наступний і т. д.

Охолодження насоса знімається при регенерації і цеоліт починає активно виділяти адсорбовані гази, тому для виходу цих газів насос з’єднуютья з атмосферою за допомогою крана, або застосовують запобіжний клапан, що автоматично відкривається при виникненні загрозливо надмірного тиску. Оскільки при кімнатній температурі цеоліти сильно поглинають пару водяну, то регенерацію проводять використовуючи примусове нагрівання до температури не нижче 350 °С. Повна регенерація відбудеться тільки через 1-2 год., після чого насос старанно ізолюють від атмосфери.

Запитання для самоперевірки

1. Поясніть будову і принцип роботи іонного насоса.

2. Поясніть будову і принцип роботи металевого іонного насоса.

3. Поясніть будову і принцип роботи скляного іонно-сорбційного насоса.

4. Поясніть будову і принцип роботи електро-магніторозрядного іонно-сорбційного насоса.

5. Чи залежить швидкодія електро-магніторозрядного іонно-сорбційного насоса від роду газу?

6. Поясніть будову і принцип роботи кріогенного насоса.