制冷机低温泵是把低温面及挡板组装在封闭循环制冷机系统中与制冷机组合为一体的低温  泵,它是利用的低温表面的低温冷凝、低温吸附和低温捕集等物理现象来获得和保持高真空  和超高真空。其特点为:(1)便于抽气系统实现完全自动化控制;(2)可实现较高的抽速,S  100m3/s,可以满足大型真空设备中所需要的抽速。  A制冷原理与循环系统  现代低温泵为闭循环小型制冷机式低温泵,整个低温泵系统由低温泵、压缩机和制冷膨胀  机等部分组成。制冷介质氦气由压缩机压缩,经进气管到膨胀机。这时进气阀门打开,膨胀机  活塞在专用电机带动下向上运动,使膨胀机下腔充满高压气体。当活塞到达上部顶端时,关闭  进气阀,同时打开排气阀,使膨胀机与低压端相通,气体膨胀制冷,活塞向下移动把冷量贮存  在活塞内的蓄冷器中。如此多次循环,在一、二级冷头处分别获得低于80K和20K的低温,  并使气体在低温面上凝结,在活性炭上吸附而被抽除。  低温泵系统的核心是小型制冷机,它是一种小型闭循环氦气膨胀制冷机。目前制冷机中广  泛采用的循环(适用于T=20K的低温循环)有:斯特林循环制冷机、索尔文循环制冷机和  GM(吉福特麦克马洪)循环制冷机等。尤以斯特林循环和GM循环制冷机使用最广  图95是G-M循环制冷机低温泵的工作系统,系统的主要部件有:(1)制冷单元:包括制冷  机(膨胀机)、一、二级冷头、低温抽气冷阵及泵体;(2)压气单元:氦压缩机、换热器、油气分离  器、管路滤油器等;(3)吸附器、阀门等辅助元件。该系统的工作气体是99.998%高纯氦。  GM循环制冷机低温泵的优点是制冷与压缩部分可以分开安装,所以制冷部分可以做得很小  振动容易控制。缺点是压比低,可逆性较差。G-M循环制冷机低温泵最低温度可达7K左右。

 
B制冷机低温泵的结构组成  图96为制冷机低温泵的结构示意图,(a)图为一立式低温泵,由制冷机2、活性炭吸附  面4(吸附板)、低温冷凝面5(冷板)、屏蔽挡板7、屏蔽罩9、泵壳10组成。为了对其运行进  行监测,还设有氢蒸气压温度计1,其氢蒸气压温泡8装在制冷机的二级冷头6上,该泵通过  泵壳上端的法兰与被抽容器相连。当泵工作时,由于制冷机一、二级冷头产生低温并制得冷  量,使得挡板及屏蔽罩达到77~80K,冷板及活性炭吸附面达到15~20K低温,并不断地供给  冷量,于是便将容器中可凝性气体经挡板预冷后冻结在冷板上,而将不可凝性气体经挡板预冷  后吸附在活性炭吸附面上,形成所需要的真空。如果是开式装置,则将不断流入被抽容器的气  体,连续地冻结和吸附在冷板及活性炭吸附面上,从而保持住所需要的真空。
在有些系统中,在泵壳的上端法兰与被抽容器之间还设置高真空隔离阀。当泵停止工作  时,将此阀关闭以保持被抽容器的真空度不变。泵停止工作后,制冷机不再产生冷量,冷头逐  渐恢复常温。这时冻结在冷板上的可凝性气体将蒸发,被活性炭吸附的非可凝性气体将解吸  它们都跑到气相中去,从而形成较高的压力。为安全及排出这些气体在泵壳上设有再生抽气排  出口12,泵工作时,它用密封塞塞住。当停机时,泵壳内压力升高,通过内外压差将密封塞  顶开,壳内气体自动排放到大气  屏蔽罩9及挡板7由制冷机一级冷头3来维持其77~80K的低温,并不断地供给冷量;低  温冷凝面5及活性炭吸附面4由制冷机的二级冷头6保持其10~20K的低温,并连续供给冷量  把需要冷凝和吸附的气体都冷凝和吸附在它上面,形成真空及抽气作用  图9