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[低温泵入门 2 ]
低温泵的使用方法
1.低温泵的安装，设置
系列低温泵因使用小型氦气制冷机，可在任何方位进行安装。但从密封件的磨耗考虑，建议以同一方向使用。氢蒸气压温度计应安装在便于读取温度数据的场所。压缩机装置应放置在便于确认压力表的场所。并要求放置在水平地面（地面倾斜在±５°范围内）上。
为了便于进行维修工作，要求低温泵和压缩机装置的周围留出一定空间。使用空冷式压缩机时，为了让空气自然流通，前后应留出３０ｃｍ以上空间。且要求定期对热交换器是否被不纯物堵住进行确认并清洁。
金属软管弯曲会导致氦气漏泄。要求弯曲最小半径为２５０mm。在需要对金属软管进行弯曲时，应使用带有Ｌ型接头的金属软管或弯头。
图１为低温泵的使用代表例图。在此图中如粗抽压力为４０Ｐａ的话，不会发生油气逆流现象，则不需要使用粗抽用过滤器。如在使用粗抽用过滤器时，要求定期对粗抽用过滤器进行再生。如使用干泵时，因不发生油气逆流现象，则粗抽压力不受限制。能抽什么程度，就可以抽到什么程度。低温泵本身不需要电离真空计，但为了便于确认低温泵单体的极限压力，建议在低温泵上安装电离真空计。在前面所述，低温泵可向任何方位进行安装，但在排出大量水汽时，事先应考虑好如何把再生时产生的水排好。
| 图1:为低温泵的使用代表例图。 | |||||||||||||||||
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2.热源的隔离及遮挡
低温泵的冷冻能力因型号而异。１级冷头降至80Ｋ的所需功率为数十瓦特，２级冷头降至20Ｋ的所需功率为数瓦特。但真空装置内有蒸发源或加热器等热源。
如图２表示直径为254mm(10英寸)的面放出的辐射热量。随温度的上升以及辐射率的加大所放出的热量也随之增加。因来自真空装置的热量会远远超出低温泵的冷冻能力，如这些热量进入低温泵话，会导致低温泵的性能即排气功能降低。真空室内存在热源时，应根据需要对热源进行隔离。
图2:φ254mm面放出的辐射热及辐射热与温度的关系 |
图３是存在热源时的安装例。图①辐射热直接入进低温泵内，因此不可采用。（2）、（3）可以采用，但如热源的温度高时应把经反射后进入低温泵的辐射量也应考虑在内。
图3:有发热源时的安装例
〈供参考，因辐射热低温泵所承受的热负荷可由以下公式计算得出。〉
Q＝εAV・σ・A・（Tw4-T14） （W)
εAV:平均辐射热,σ:玻耳兹曼常数＝5.67X10-12（W/cm2/K4）,A:受热面积（cm2）
Tw:室温壁的温度（通常３００Ｋ）, T1:屏蔽筒・挡板的温度（通常８０Ｋ）
3.冷却水注意事项（水量及水质）
压缩机装置有空冷式和水冷式两种。且向压缩机装置的输入电力的大部分都将变成热。采用空冷式的情况下，这些热在空冷扇与热交换器中冷却。因不需要提供冷却水，不仅可以降低成本，也不需要进行设置管道等优点。但因产生的热将全部排放于大气中，需要进行空气净化处理，且会产生噪音和尘埃。因此近年来普遍采用水冷式。
水冷式压缩机的冷却水的温度过于低的话，压缩机内润滑油的粘度上升，会导致压缩机装置收到运转指令也无法启动或成超负荷状态。相反冷却水的温度过于高或流量少的话，压缩机的温度变高或不能正常冷却，导致热控开关动作即压缩机停止运转。有关对冷却水的水温及流量，请参照使用说明书，要求在规定范围内使用。如水温低于10℃时，在停止压缩机运转的同时也需要停止供应冷却水。如不停止冷却水的供应，会导致压缩机的启动困难。且在停止压缩机时存在压缩机内的冷却水会有结冰的可能性时，会导致配管破裂的危险，因此要求进行空压排水，把压缩机装置内的冷却水彻底排掉。
冷却水要使用不会对配管产生腐蚀作用，且无含水垢等附着物的干净的水。水质差将会导致配管流经变窄，流量减少，热传达不良即冷却不良。如使用对配管产生腐蚀作用的冷却水，热交换器上将会出现细孔，导致重大事故。有关水质管理标准敝公司参照了日本冷冻空调工业会的水质标准。由于冷却水内会存在附着沉淀物等，会导致水质变差。因此要求定期对水质进行检查和对配管进行清洗。
表1：冷却水的水质标准（参照了日本冷冻空调工业会的水质标准）
| 项 目 | 普遍用 标准值 |
低温泵用 推荐值 |
倾向 | ||
| 腐蚀 | 生成水垢 | ||||
| 标 准 项 目 |
pH (25℃) | 6.5～8.0 | 6.5～8.0 | ○ | ○ |
| 导电率(25℃) (μ S/cm) | 800以下 | 200以下 | ○ | ○ | |
| 氯化物离子 Cl- (mg Cl-/L) | 200以下 | 50以下 | ○ | ||
| 硫酸离子 SO2-- (mg Cl-/L) | 200以下 | 50以下 | ○ | ||
注意）○表示具有腐蚀作用或易生成水垢的项目。
4.低温泵的运转及运行循环
低温泵的运行由以下３个过程组成。
（1） 运行开始 低温泵的粗抽真空及冷却降温
（2） 通常运行 低温泵对真空装置进行抽气
（3） 停止运行、再生 低温泵停止运行和进行再生
1.运行开始（粗抽真空、冷却降温）
低温泵的运转启动步骤如下。
（1）接通主电源。
（2）压缩机装置为水冷式时，供应冷却水。
（3）粗抽至低温泵内压力达到40Pa为止。（如抽至13～20Pa以下的话，油回转泵内的油蒸气向低温泵反流，导致低温泵被油蒸气污染。但使用干泵时，抽压不受限制，抽至数Pa也无妨） 在进行粗抽后通常进行压力上升测试。
压力上升速度的推荐界限值为ΔＰ／Δｔ≦1.3Pa/min
（4）启动低温泵。
（5）待低温泵达到工作状态。满足以下条件时则说明低温泵达到了工作状态，即可进行抽气工作。
●１５Ｋ冷凝板的温度降至２０Ｋ以下
●８０Ｋ屏蔽筒的温度降至１３０Ｋ（Ｋ热电偶的起动电压为－５.５ｍＶ）以下降至此温度为止所需时间（冷却降温时间）如表２所示因低温泵型号而异。
（6）低温泵将开始通常运行。
表2：各型号低温泵的冷却降温时间 （粗抽真空：４０Ｐａ）
| 低温泵型号 | U6H | U8H | U8HSP | U10PU | U12H | U12HSP | U16 | U16P | U20P | U22H | U30H | |
| 冷却降温时间 （分） |
50Hz | 80 | 100 | 110 | 150 | 85 | 90 | 110 | 120 | 160 | 150 | 240 |
| 60Hz | 70 | 90 | 100 | 135 | 75 | 80 | 100 | 110 | 140 | 135 | 200 | |
（注意）在以下几种情况下，实际冷却降温时间可能会比表中时间值长。(1)低温泵内受污染，(2)热负荷大，(3)由于再生操作等低温泵内完全变干燥，(4)粗抽完成后、残留气体中的Ｈe,Ｈ2,Ｎe气体分压超过０.１Ｐａ。
CRYO-U12Hの运行循环例
2.通常运行
待低温泵进入工作状态，按下列步骤对真空室进行抽气。
（1）真空室内的压力达到最大容许交差压力（参照６.５）为止对真空室内进行粗抽。（通常采用降至４０Ｐａ）。油回转泵作为粗抽泵使用时，为防止油蒸气向真空室内反流，不可以抽至低于１３Ｐａ。干泵作为粗抽泵使用时，抽至１３Ｐａ以下也没关系。
（2）打开主阀门对真空室进行精抽。
（3）真空室内压力达到所需压力后即可进行镀膜，溅射等作业。
3.运行停止
（1）关闭主阀门。
（2）把低温泵切换ＯＦＦ状态。
（3）水冷式压缩机时，根据需要应停止供应冷却水。
（4）待１５Ｋ冷凝板和８０Ｋ屏蔽筒的温度完全降至室温后，低温泵内的压力达到１０～１００Ｐａ为止进行粗抽。由于在升温过程中所产生的气化气体，使得低温泵内压力超过大气压的情况下，要求设置通气阀进行放大气。防止泵内压力超过大气压。
4.低温泵的再生
因低温泵为贮存式真空泵，当泵内贮存的气体量达到极限时，要求向外排放，使低温泵恢复吸附排气功能。此操作称为再生(regeneration)。低温泵排出的极限气体量为排气容量。当下述任意情况出现时，即需进行再生。
（1）１５Ｋ冷凝板的温度超过２０Ｋ
（2）８０Ｋ屏蔽筒的温度超过１３０Ｋ（－５.５ｍＶ）
（3）关闭主阀门过５分钟后压力降不到１.３×１０－４Pa以下
（4）排气功能满足不了装置要求
通常的使用过程中，当气体量达到排气容量时；在进行装置的维修作业时；或节假日里定期进行再生作业。如在节假日里等无人操作情况下进行再生时，可进行自动再生。
4-1.适用于各种用途的再生方法（完全再生及再生的效率化）
再生操作分３个步骤进行。
（1）升温过程
（2）粗抽真空过程
（3）冷却降温过程
为缩短再生时间应缩短升温时间和粗抽真空时间。为了能够彻底地进行再生，需完全升温至室温，并通过进行有效粗抽，把吸附剂里的水分彻底除掉。冰在０℃ 以上温度下才可融化，想要彻底除掉水分，需把温度升至０℃以上。
（1）升温过程的效率化
停止低温泵运转，把温度升至室温的方法有以下几种。
(1)自然升温 :只需把低温泵切换为ＯＦＦ状态后放置即可
(2)电加热带 :把加热带裹在泵壁外表进行加热
(3)注入N2 :向低温泵内注入氮气，使得泵内部开始加热即缩短升温时间
(4)注入N2＋加热带：(2)、(3)可并用
(5)注入热N2 :向低温泵内注入温度为７０℃的氮气
(6)注入热N2＋电加热器:并用(2)和(5)，最能缩短升温时间
温度升至室温为止的时间，除上述方法外，因泵内贮存的气体量、种类及泵型号而异。因此事先不易估量其升温时间。通常，注入氮气法需要６０～９０分钟。各种再生方法所需升温时间由表3所示。此表中把注入氮气法所需时间定为1。仅可做参考值。
表3：升温方法及升温时间（参考值）
| 升温方法 | 升温时间的比率 |
| 1.自然升温 | 3～6 |
| 2.电加热带 | ～1.2 |
| 3.氮气冲洗法 | 1 |
| 4.氮气冲洗法＋电加热带 | ～0.85 |
| 5.热氮气冲洗法 | ～0.80 |
| 6.热氮气冲洗法＋电加热带 | ～0.70 |
图５:低温泵的升温过程 |
右图表示低温泵升温时的状态，大致可分为Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ４种模式。
A:氮气冲洗法＋电加热带(水气少时)
屏蔽筒和挡板的温度升温至４０℃左右。通过除去泵内水气，可获得良好的再生效果。
B:只用氮气冲洗法（水气少时）
是最普遍使用的再生方法。在水气少时可获得良好的再生效果。
C:氮气冲洗法＋电加热带（排出大量水气时）
在０℃下冰化解为水时升温会停止一段时间。因使用电加热带，可缩短融化时间。（基板为玻璃或塑料时建议使用此方法）
D:只采用氮气冲洗法或用自然升温法排出大量水气时，因加热量少，冰很难融化为水。
在这种状态下如进行粗抽，因再生不能充分进行会导致排气性能降低。向玻璃或塑料进行镀膜时需要特别注意。对Ｋ热电偶的起动电压是否降到０mV请进行确认。要求并用电加热带。尤其是在排出大量水气时，把再生过程中的Ｋ热电偶的起动电压记录下来，判断处于Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ４种的哪种模式，并确认冰是否完全融化。
（2）粗抽真空过程
油回转泵通常作为低温泵的粗抽泵使用。使用油回转泵的情况下，在高压领域，因存在空气的粘性流flashing作用，返流量极少。但压力低于１５Ｐａ时，粘性流flashing作用降低，会出现油蒸气返流现象。（参照图４－６）
从安全方面考虑敝公司低温泵在粗抽压力４０Ｐａ下可以启动。如粗抽至２０Ｐａ以下时请使用粗抽用过滤器。在使用沸石阱时应注意以下几点。(1)粗抽时间变长、(2)水气多时很快成饱和状态、(3)产生尘埃、(4)需要定期进行活性化。
在低温泵内存在大量水气的条件下进行粗抽的话，因随着蒸发，热量会被夺取，会导致水温降低。水分少时，会完全蒸发掉。但水分多时，水将结冰后残留，从而导致再生不良。在水分多的情况下，粗抽作业时如并用电加热带，可防止结冰。且在使用油回转泵排出大量水分时，油会乳化，很难抽至４０Ｐａ。在这种情况下通常需要频繁更换其油。但可采取以下措施。
(1) 使用油含量多，处水能力强的大型油回转泵。
(2) 使用可对水和油进行分离，具有排水器的油回转泵。
(3) 使用机械增压泵降低极限压力。（但油回转泵的油要定期更换。）
在处理大量玻璃，塑料时，因需要排出大量水气，故要求事先做好措施。
4-2再生用各选购配件
提高再生效果的方法有氮气冲洗法和使用电加热带法。敝公司可向您提供再生气体配管ＰＲ型（氮气冲洗再生用）和再生用电加热带ＲＢＨ型。此外还可提供自动再生控制装置ＡＲＣ型。
图６:再生气体配管ＰＲ型
图７:再生用加热带ＲＢＨ型
图８:ＲＢＨ升温特性
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ＲＢＨ型电加热带使用自限温度的发热体，因此不需要温控器。因发热体的电阻随温度的上升会增大，可控制电流，防止超过设定温度值。因不使用双金属温控器等，不会出现温度过高等故障，非常安全。
