Zoals u wellicht hebt gemerkt, condenseert water op koudwaterleidingen of ramen en vormt zich ijs op de verdampereenheid in uw koelkast. Dit effect van condensatie van gassen en dampen op koude oppervlakken – met name waterdamp – zoals het in het dagelijks leven bekend is, treedt niet alleen op bij atmosferische druk, maar ook in vacuüm. 

Dit effect wordt al lange tijd gebruikt in condensors, voornamelijk in verband met chemische processen; voorheen werd de baffle op diffusiepompen gekoeld met koelmachines. Ook in een afgesloten ruimte (vacuümkamer) betekent de vorming van condensaat op een koud oppervlak dat een groot aantal gasmoleculen uit het volume worden verwijderd: ze blijven op het koude oppervlak staan en nemen niet langer deel aan de hectische gasatmosfeer in de vacuümkamer. We zeggen dan dat de deeltjes gepompt zijn en spreken van cryopompen wanneer het 'pompeffect' bereikt wordt door middel van koude oppervlakken. 

Cryotechniek verschilt van koeltechniek doordat de bij cryotechniek betrokken temperaturen in het bereik onder 120 K (< -243,4 °F / -153 °C) liggen. Hier gaan we het hebben over twee vragen: 
a) Welk koelprincipe wordt gebruikt in cryotechniek of in cryopompen en hoe wordt de thermische belasting van het koude oppervlak afgevoerd of verminderd? 
b) Wat zijn de werkingsprincipes van de cryopompen? 

Afhankelijk van het koelprincipe wordt een onderscheid gemaakt tussen 

• Bad cryostaten 
• Cryopompen met continue flow 
• Cryopompen voor koelkasten 

Bij badcryostaten – in het eenvoudigste geval een koudeval gevuld met LN₂ (vloeibare stikstof) - wordt het pompoppervlak gekoeld door direct contact met een vloeibaar gas. Op een met LN₂ (T ≈ 77 K) gekoeld oppervlak kunnen H₂ O en CO₂ condenseren. Op een oppervlak dat is afgekoeld tot ≈ 10 K mogen alle gassen behalve He en Ne door middel van condensatie worden verpompt. Een met vloeibaar helium (T ≈ 4,2 K) gekoeld oppervlak is in staat om alle gassen behalve helium te condenseren. 

In cryopompen met continue stroming is het koude oppervlak ontworpen om als warmtewisselaar te werken. Vloeibaar helium in voldoende hoeveelheid wordt door een hulppomp uit een reservoir in de verdamper gepompt om een voldoende lage temperatuur op het koude oppervlak (cryopaneel) te bereiken. 
Het vloeibare helium verdampt in de warmtewisselaar en koelt zo het cryopaneel af. Het gegenereerde afvalgas (He) wordt in een tweede warmtewisselaar gebruikt om de baffle van een warmtestralingsscherm te koelen, dat het systeem beschermt tegen warmtestraling van buitenaf. Het koude heliumuitlaatgas dat door de heliumpomp wordt uitgestoten, wordt naar een heliumterugwinningseenheid geleid. De temperatuur bij de cryopanelen kan worden geregeld door de heliumstroom te regelen. 

Tegenwoordig worden cryopompen voor koelkasten bijna uitsluitend gebruikt (koeling op aanvraag). Deze pompen werken in principe op dezelfde manier als een gewone huishoudelijke koelkast, waarbij de volgende thermodynamische cycli met helium als koelmiddel kunnen worden gebruikt: 

• Gifford-McMahon-proces 
• Stirling-proces 
• Brayton-proces 
• Claude proces 

Het Gifford-McMahon-proces wordt tegenwoordig het meest gebruikt en is het proces dat het verst is ontwikkeld. Het biedt de mogelijkheid om de locaties voor de grote compressoreenheid en de expansie-eenheid waarin het koelproces plaatsvindt, te scheiden. Zo kan een compacte en trillingsarme koudebron worden ontworpen. De serie cryopompen van Leybold werkt met tweetraps koude koppen volgens het Gifford-McMahon-proces dat hierna in detail wordt besproken. 

De volledige omvang van een cryopomp voor een koelkast wordt weergegeven in Afb. 2,65 en bestaat uit de compressoreenheid (1) die via flexibele drukleidingen (2) - en dus trillingsvrij – met de cryopomp (3) verbonden is. De cryopomp zelf bestaat uit het pomphuis en de koude kop erin. Als koudemiddel wordt helium gebruikt, dat met behulp van de compressor in een gesloten kringloop circuleert.

Binnen de koude kop wordt een cilinder door een verdringer verdeeld in twee werkruimtes V₁ en V₂. Tijdens bedrijf is de rechterruimte V1 warm en de linkerruimte V₂ koud. Bij een verdringingsfrequentie f is het koelvermogen W van de koelkast: (2,26)

De verdringer wordt pneumatisch heen en weer bewogen zodat het gas door de verdringer en dus door de regenerator in de verdringer wordt geperst. De regenerator is een warmteaccumulator met een groot warmte-uitwisselingsoppervlak en een grote capaciteit, die als warmtewisselaar binnen de cyclus fungeert. Afbeelding: 2,66 zijn de vier koelfasen in een eentraps koelkast met koude kop die werkt volgens het Gifford-McMahon-principe. 

Eerste fase:
De verdringer bevindt zich in het linker dode punt; V₂ waar de koude wordt geproduceerd, heeft zijn minimale grootte. Klep N blijft gesloten, H wordt geopend. Gas met de druk p_H stroomt door de regenerator in V₂. Daar wordt het gas verwarmd door de drukstijging in V₁.

Tweede fase:
Klep H blijft open, klep N gesloten: de verdringer beweegt naar rechts en duwt het gas van V₁ door de regenerator naar V₂, waar het afkoelt bij de koude regenerator.; V₂ heeft zijn maximale volume.

Fase drie:
Klep H is gesloten en klep N naar het lagedrukreservoir is geopend. Het gas zet uit van p_H naar pN en koelt daardoor af. Hierdoor wordt warmte uit de omgeving verwijderd en samen met het uitzettende gas naar de compressor getransporteerd.

Fase 4:
Met klep N open beweegt de verdringer naar links; het gas van V _2,max stroomt door de regenerator, koelt deze af en stroomt vervolgens in het volume V₁ en in het lagedrukreservoir. Hiermee is de cyclus voltooid.

Werkingsprincipe Leybold GM koude kop

De tweetraps koude kop

De in serie geproduceerde cryopompen voor koelkasten van Leybold maken gebruik van een tweetraps koude kop die werkt volgens het Gifford-McMahon-principe (zie afb. 2,67). In twee in serie geschakelde fasen wordt de temperatuur van het helium verlaagd tot ongeveer 30 K in de eerste fase en verder tot ongeveer 10 K in de tweede fase. De haalbare lage temperaturen zijn onder andere afhankelijk van het type regenerator. Meestal wordt koperbrons gebruikt in de regenerator van de eerste trap en lood in de tweede trap. Andere materialen zijn beschikbaar als regeneratoren voor speciale toepassingen zoals cryostaten voor extreem lage temperaturen (T < 10 K). Het ontwerp van een tweetraps koude kop is schematisch weergegeven in Afb. 2,67. Door middel van een regelmechanisme met een motoraangedreven regelklep (18) met regelschijf (17) en regelgaten wordt eerst de druk in het regelvolume (16) gewijzigd, waardoor de verdringers (6) van de eerste trap en de tweede trap (11) bewegen; onmiddellijk daarna wordt de druk in het gehele volume van de cilinder door het regelmechanisme geëgaliseerd. De koude kop is via flexibele drukleidingen verbonden met de compressor.

Afbeelding 2,68 toont het ontwerp van een cryopomp. Het wordt gekoeld door een tweetraps koude kop. Het warmtestralingsscherm (5) met de baffle (6) is thermisch nauw verbonden met de eerste trap (9) van de koude kop. Bij drukwaarden onder 10-3 mbar wordt de thermische belasting voornamelijk veroorzaakt door thermische straling. Daarom is de tweede trap (7) met de condensatie- en cryosorptiepanelen (8) omgeven door het thermische stralingsscherm (5) dat aan de binnenkant zwart en gepolijst is en aan de buitenkant vernikkeld. Onder onbelaste omstandigheden bereiken het baffle en het thermische stralingsscherm (eerste trap) een temperatuur tussen 50 en 80 K bij de cryopanelen en ongeveer 10 K bij de tweede trap. De oppervlaktetemperaturen van deze cryopanelen zijn doorslaggevend voor het eigenlijke pompproces. Deze oppervlaktetemperaturen zijn afhankelijk van het koelvermogen dat door de koude kop wordt geleverd en de warmtegeleidingseigenschappen in de richting van de pompbehuizing. Tijdens de werking van de cryopomp leidt de belasting veroorzaakt door het gas en de condensatiewarmte tot verdere opwarming van de cryopanelen. De oppervlaktetemperatuur hangt niet alleen af van de temperatuur van het cryopaneel, maar ook van de temperatuur van het gas dat al op het cryopaneel is bevroren. De cryopanelen (8) die aan de tweede trap (7) van de koude kop zijn bevestigd, zijn aan de binnenkant bedekt met actieve koolstof om gassen te kunnen verpompen die niet gemakkelijk condenseren en die alleen door cryosorptie kunnen worden verpompt (zie hieronder). 

Bekijk de video hieronder om een pompanimatie van een cryopomp in actie te zien

De thermische geleidbaarheid van de gecondenseerde (vaste) gassen is sterk afhankelijk van hun structuur en dus van de manier waarop het condensaat wordt geproduceerd. Variaties in warmtegeleiding over meerdere ordes van grootte zijn mogelijk! Naarmate de dikte van het condensaat toeneemt, neemt de thermische weerstand en dus de oppervlaktetemperatuur toe, waardoor de pompsnelheid afneemt. De maximale pompsnelheid van een nieuw geregenereerde pomp wordt vermeld als de nominale pompsnelheid. Het bindingsproces voor de verschillende gassen in de cryopomp wordt in drie stappen uitgevoerd: eerst ontmoet het mengsel van verschillende gassen en dampen de baffle, die een temperatuur heeft van ongeveer 80 K. Hier worden voornamelijk H₂ O en CO₂ gecondenseerd. De resterende gassen dringen door de baffle en stromen naar de buitenkant van het cryopaneel van de tweede trap, dat wordt afgekoeld tot ongeveer 10 K. Hier zullen gassen zoals N₂, O₂ of Ar condenseren. Alleen H₂, He en Ne blijven over. Deze gassen kunnen niet door de cryopanelen worden gepompt en gaan na meerdere botsingen met het thermische stralingsscherm naar de binnenkant van deze panelen die met een adsorptiemiddel zijn gecoat (cryosorptiepanelen) waar ze door cryosorptie worden gebonden. Voor het overwegen van een cryopomp worden de gassen dus in drie groepen onderverdeeld, afhankelijk van de temperaturen binnen de cryopomp waarbij hun partiële druk onder 10 ^-9 mbar daalt: 

Er wordt een onderscheid gemaakt tussen de verschillende hechtmechanismen:

Cryocondensatie

Cryocondensatie is de fysieke en omkeerbare binding van gasmoleculen door Van der Waals krachten op voldoende koude oppervlakken van hetzelfde materiaal. De bindingsenergie is gelijk aan de verdampingsenergie van het vaste gas dat aan het oppervlak is gehecht en neemt dus af naarmate de dikte van het condensaat toeneemt, evenals de dampdruk. Cryosorptie is de fysieke en omkeerbare binding van gasmoleculen door Van der Waals-krachten op voldoende koude oppervlakken van andere materialen. De bindingsenergie is gelijk aan de adsorptiewarmte, die groter is dan de verdampingswarmte. Zodra een monolaag is gevormd, raken de volgende moleculen een gelijkaardig oppervlak (absorbent) en verandert het proces in cryocondensatie. De hogere bindingsenergie voor cryocondensatie voorkomt de verdere groei van de condensaatlaag en beperkt daardoor de capaciteit voor de geadsorbeerde gassen. De gebruikte adsorbenten, zoals actieve kool, silicagel, aluminiumoxidegel en moleculaire zeef hebben een poreuze structuur met een zeer groot specifiek oppervlak van ongeveer 10⁶m² /kg. Cryo-opvang wordt verstaan onder de opname van een gas met een laag kookpunt dat moeilijk te verpompen is, zoals waterstof, in de matrix van een gas met een hoger kookpunt en dat gemakkelijk kan worden verpompt, zoals Ar, CH4 of CO2. Bij dezelfde temperatuur heeft het condensaatmengsel een verzadigingsdampdruk die meerdere ordes van grootte lager is dan het zuivere condensaat van het gas met het lagere kookpunt. 

Rekening houdend met de positie van de cryopanelen in de cryopomp, de geleiding van de vacuümflens naar dit oppervlak en ook de subtractieve pompvolgorde (wat al gecondenseerd is bij de baffle kan niet naar de tweede trap komen en daar capaciteit verbruiken), ontstaat de situatie zoals weergegeven in Afb. 2,69.

Waterstof – Waterdamp – Stikstof
Oppervlaktegerelateerde geleidbaarheid van de inlaatflens in l/s · cm²:
43,9           -      14,7         -      11,8
Oppervlaktegerelateerde pompsnelheid van de cryopomp in l/s · cm²:
13,2          -       14,6         -        7,1
Verhouding tussen pompsnelheid en geleiding:
30 %          -       99 %       -      60 %

De gasmoleculen die de pomp binnenkomen, produceren de oppervlaktegerelateerde theoretische pompsnelheid volgens vergelijking 2.29a met T = 293 K. De verschillende pompsnelheden zijn gecombineerd voor drie representatieve gassen H₂, N₂ en H₂ 0 uit elk van de bovengenoemde groepen. Aangezien waterdamp over het gehele inlaatgebied van de cryopomp wordt gepompt, komt de voor waterdamp gemeten pompsnelheid bijna precies overeen met de theoretische pompsnelheid die voor de inlaatflens van de cryopomp is berekend. N₂ daarentegen moet eerst de baffle overwinnen voordat deze op het cryocondensatiepaneel kan worden gelijmd. Afhankelijk van het ontwerp van de baffle wordt 30 tot 50 procent van alle N₂-moleculen gereflecteerd. 

H₂ komt na verdere botsingen bij de cryosorptiepanelen terecht en koelt zo het gas af. Bij optimaal ontworpen cryopanelen en een goed contact met de actieve koolstof kan tot 50 procent van de overwonnen H₂ aan de baffle worden gelijmd. Vanwege de beperkingen met betrekking tot de toegang tot de pompoppervlakken en de afkoeling van het gas door botsingen met de wanden in de pomp voordat het gas het pompoppervlak bereikt, bedraagt de gemeten pompsnelheid voor deze twee gassen slechts een fractie van de theoretische pompsnelheid. Het deel dat niet wordt verpompt, wordt hoofdzakelijk gereflecteerd door de keerplaat. Bovendien verschilt de adsorptiewaarschijnlijkheid voor H₂ tussen de verschillende adsorptiemiddelen en is < 1, terwijl de waarschijnlijkheid voor de condensatie van waterdamp en N₂2 ≈ 1 is. 

Drie verschillende capaciteiten van een pomp voor de te verpompen gassen zijn het gevolg van de grootte van de drie oppervlakken (baffle, condensatieoppervlak aan de buitenkant van de tweede trap en sorptieoppervlak aan de binnenkant van de tweede trap). Bij het ontwerp van een cryopomp wordt uitgegaan van een gemiddelde gassamenstelling (lucht) die natuurlijk niet van toepassing is op alle vacuümprocessen (bijvoorbeeld sputterprocessen). Zie 'Gedeeltelijke regeneratie' hieronder.)

De karakteristieke hoeveelheden van een cryopomp zijn als volgt (niet in een bepaalde volgorde): 

• Afkoelingstijd 
• Crossover-waarde 
• Einddruk 
• Capaciteit 
• Koelvermogen en netto koelvermogen 
• Regeneratietijd 
• Doorvoer en maximale PV-stroom 
• Pompsnelheid 
• Levensduur of gebruiksduur 
• Aanloopdruk 

Afkoelingstijd

De afkoeltijd van cryopompen is de tijdspanne vanaf het opstarten tot het pompeffect optreedt. In het geval van cryopompen voor koelkasten wordt de afkoeltijd aangegeven als de tijd die nodig is om de tweede fase van de koude kop af te koelen van 293 K tot 20 K. 

Crossover-waarde

De crossover-waarde is een karakteristieke hoeveelheid van een reeds koude cryopomp van een koelkast. Dit is van belang wanneer de pomp via een HV/UHV-klep op een vacuümkamer is aangesloten. De crossoverwaarde is de hoeveelheid gas ten opzichte van T_n =293 K die de vacuümkamer maximaal mag bevatten zodat de temperatuur van de cryopanelen niet boven 20 K stijgt als gevolg van de gasbarst bij het openen van de klep. De crossover-waarde wordt gewoonlijk aangegeven als een pV-waarde in in mbar · l. 

De crossoverwaarde en het kamervolume V resulteren in de crossoverdruk pc waarnaar de vacuümkamer eerst moet worden geëvacueerd voordat de klep naar de cryopomp wordt geopend. Hieronder volgen enkele voorbeelden:

V = volume van de vacuümkamer (l), 
Q2(20K) = Netto koelcapaciteit in watt, beschikbaar op de tweede fase van de koude kop bij 20 K.

Einddruk p _eind

In het geval van cryocondensatie (zie "Hechting van gassen aan koude oppervlakken" hierboven) kan de einddruk worden berekend door: 

p_S is de verzadigingsdampdruk van het gas of de gassen die moeten worden verpompt bij de temperatuur TK van het cryopaneel en T_G is de gastemperatuur (wandtemperatuur in de buurt van het cryopaneel).

Voorbeeld: met behulp van de dampdrukcurven in Afb. 9,15 voor H₂ en N₂ de einddrukken samengevat in tabel 2,6 bij TG = 300 K resultaat. 

Uit de tabel blijkt dat voor waterstof bij temperaturen T < 3 K bij een gastemperatuur van T_G = 300 K (d.w.z. wanneer het cryopaneel wordt blootgesteld aan de thermische straling van de wand) voldoende lage einddrukken kunnen worden bereikt. Vanwege een aantal storende factoren zoals desorptie van de wand en lekkages worden de theoretische einddrukken in de praktijk niet bereikt. 

Capaciteit C (mbar · l)

De capaciteit van een cryopomp voor een bepaald gas is de hoeveelheid gas (pV-waarde bij Tn = 293 K) die door de cryopanelen kan worden gebonden voordat de pompsnelheid voor dit type gas G onder 50 % van zijn initiële waarde daalt. 
De capaciteit voor gassen die door middel van cryosorptie worden verpompt, hangt af van de hoeveelheid en de eigenschappen van het sorptiemiddel; deze is drukafhankelijk en over het algemeen meerdere ordes van grootte lager dan de drukonafhankelijke capaciteit voor gassen die door middel van cryocondensatie worden verpompt. 

Koelvermogen Q. (W)

Het koelvermogen van een koelbron bij een temperatuur T geeft de hoeveelheid warmte aan die door de koelbron kan worden afgevoerd terwijl deze temperatuur nog steeds wordt gehandhaafd. Voor koelkasten is overeengekomen om voor eentraps koelkoppen het koelvermogen op te geven bij 80 K en voor tweetraps koelkoppen het koelvermogen voor de eerste trap bij 80 K en voor de tweede trap bij 20 K bij gelijktijdige thermische belasting van beide trappen. Tijdens de meting van het koelvermogen wordt de thermische belasting gegenereerd door elektrische verwarmingen. Het koelvermogen is het grootst bij kamertemperatuur en het laagst (nul) bij eindtemperatuur. 

Netto koelvermogen Q. (W)

Bij cryopompen voor koelkasten bepaalt het beschikbare nettokoelvermogen bij de gebruikelijke bedrijfstemperaturen (T1 < 80 K, T2 < 20 K) in wezen de doorvoer en de crossoverwaarde. Het net. het koelvermogen is – afhankelijk van de configuratie van de pomp – veel lager dan het koelvermogen van de koude kop die zonder de pomp wordt gebruikt. 

pV-stroom

Zie pagina over debietsoorten

Regeneratietijd

Als gasafscheider moet de cryopomp na een bepaalde bedrijfsperiode worden geregenereerd. Regeneratie houdt in dat gecondenseerde en geadsorbeerde gassen uit de cryopanelen worden verwijderd door ze te verwarmen. De regeneratie kan volledig of slechts gedeeltelijk worden uitgevoerd en verschilt voornamelijk door de manier waarop de cryopanelen worden verwarmd. 

Bij de totale regeneratie wordt onderscheid gemaakt tussen: 

1. Natuurlijke opwarming: na het uitschakelen van de compressor warmen de cryopanelen eerst slechts zeer langzaam op door warmtegeleiding en vervolgens ook nog door de vrijgekomen gassen. 
2. Zuiveringsgasmethode: de cryopomp wordt opgewarmd door warm zuiveringsgas toe te laten. 
3. Elektrische verwarmingen: de cryopanelen van de cryopomp worden verwarmd door verwarmingen in de eerste en tweede fase. De vrijgekomen gassen worden afgevoerd via een overdrukklep (zuiveringsgasmethode) of door mechanische hulppompen. Afhankelijk van de grootte van de pomp moet men rekening houden met een regeneratietijd van enkele uren. 

Gedeeltelijke regeneratie

Aangezien de beperking van de levensduur van een cryopomp in de meeste toepassingen afhangt van de capaciteitslimiet voor de gassen stikstof, argon en waterstof die door de tweede trap worden verpompt, zal het vaak nodig zijn om alleen deze trap te regenereren. Waterdamp wordt tijdens gedeeltelijke regeneratie vastgehouden door de baffle. Hiervoor moet de temperatuur van de eerste fase onder 140 K worden gehouden, anders zou de partiële druk van de waterdamp zo hoog worden dat watermoleculen het adsorptiemiddel in de tweede fase zouden verontreinigen. 

In 1992 was Leybold de eerste fabrikant van cryopompen die een methode ontwikkelde die een dergelijke gedeeltelijke regeneratie mogelijk maakte. Dit snelle regeneratieproces wordt geregeld door een microprocessor en maakt een gedeeltelijke regeneratie van de cryopomp mogelijk in ongeveer 40 minuten in vergelijking met 6 uur die nodig is voor een volledige regeneratie op basis van de zuiveringsgasmethode. Een vergelijking tussen de typische cycli voor volledige en gedeeltelijke regeneratie wordt weergegeven in Afb. 2,70. De tijdsbesparing van het Fast Regeneration System is zichtbaar. In een productieomgeving voor typische sputterprocessen moet men na 24 gedeeltelijke regeneraties rekening houden met één totale regeneratie. 

Doorvoer en maximale pV-stroom: (mbar l/s)

Het debiet van een cryopomp voor een bepaald gas is afhankelijk van de pV-stroom van het gas G door de inlaatopening van de pomp: 

Q_G = q _pV,G; de volgende vergelijking geldt 
Q_G = p_G · S_G met 
p_G = inlaatdruk, 
S_G = pompsnelheid van het gas G 

De maximale pV-stroom waarbij de cryopanelen bij continu bedrijf worden opgewarmd tot T ≈ 20 K, hangt af van het netto koelvermogen van de pomp bij deze temperatuur en het type gas. Voor cryopompen in koelkasten en condenseerbare gassen kan het volgende als leidraad worden genomen: 

Q.2 (20 K) is het netto koelvermogen in watt dat beschikbaar is in de tweede fase van de koude warmte bij 20 K. Bij intermitterend bedrijfis een hogere p _V-stroom toegestaan (zie crossoverwaarde). 

Pompsnelheid S_th

Voor de (theoretische) pompsnelheid van een cryopomp geldt het volgende: 

A_K - Afmetingen van de cryopanelen 
S_A - Oppervlaktegerelateerde pompsnelheid (oppervlaktegerelateerde impactsnelheid volgens vergelijkingen 1,17 en 1,20, evenredig aan de gemiddelde snelheid van de gasmoleculen in de richting van het cryopaneel). 
α – Waarschijnlijkheid van condensatie (pompen) 
p _end - Einddruk (zie hierboven) 
p – Druk in de vacuümkamer 

De vergelijking (2,29) is van toepassing op een cryopaneel dat in de vacuümkamer is ingebouwd en waarvan het oppervlak klein is in vergelijking met het oppervlak van de vacuümkamer. Bij voldoende lage temperaturen α = 1 voor alle gassen. Uit vergelijking (2,29) blijkt dat voor p >> pending de expressie tussen haakjes 1 nadert zodat in het oververzadigde geval p >> pending > Ps zodat: 

TG – Gastemperatuur in K 
M – Molaire massa 

In tabel 2,7 wordt de oppervlaktegerelateerde pompsnelheid SA in l · s ^-1 · cm ^-2 voor sommige gassen bij twee verschillende gastemperaturen T_G in K bepaald volgens vergelijking 2.29a. De in de tabel vermelde waarden zijn grenswaarden. In de praktijk is de voorwaarde van een bijna ongestoord evenwicht (kleine cryopanelen in vergelijking met een groot wandoppervlak) vaak niet waar, omdat grote cryopanelen nodig zijn om korte afpomptijden en een goed eindvacuüm te bereiken. Afwijkingen ontstaan ook wanneer de cryopanelen worden omgeven door een gekoelde baffle waarbij de snelheid van de doordringende moleculen al door koeling wordt verminderd. 

Levensduur of bedrijfsduur: top (s)

De bedrijfsduur van de cryopomp voor een bepaald gas hangt af van de vergelijking:

met

C_G = Capaciteit van de cryopomp voor het gas G
Q_G (t) = Debiet van de cryopomp voor het gas op het tijdstip t

Als het constante tijdsgemiddelde voor de doorvoer QG bekend is, geldt het volgende:

Nadat de bedrijfsperiode t _op,G is verstreken, moet de cryopomp worden geregenereerd met betrekking tot het type gas G. 

Startdruk p_o

In principe is het mogelijk om een cryopomp te starten bij atmosferische druk. Dit is echter om verschillende redenen niet wenselijk. Zolang het gemiddelde vrije pad van de gasmoleculen kleiner is dan de afmetingen van de vacuümkamer (p > 10 ^-3 mbar), is de thermische geleidbaarheid van het gas zo hoog dat een onaanvaardbaar grote hoeveelheid warmte naar de cryopanelen wordt overgedragen. Bovendien zou zich tijdens het opstarten een relatief dikke laag condensaat vormen op het cryopaneel. Dit zou de capaciteit van de cryopomp die beschikbaar is voor de werkelijke bedrijfsfase aanzienlijk verminderen. Gas (meestal lucht) zou aan het adsorptiemiddel worden gebonden, omdat de bindingsenergie hiervoor lager is dan die van de condensatieoppervlakken. Hierdoor zou de reeds beperkte capaciteit voor waterstof verder afnemen. Het wordt aanbevolen om cryopompen in het hoogvacuüm- of ultrahoogvacuümbereik te starten met behulp van een hulppomp bij drukwaarden van p < 5 · 10 ^-2 mbar. Zodra de startdruk is bereikt, kan de hulppomp worden uitgeschakeld.