Cách thức hoạt động: Công nghệ bơm lạnh Ngày 26 tháng 8 năm 2020

Hãy tưởng tượng sự ngưng tụ trên gương phòng tắm của bạn sau khi tắm, kính chắn gió đóng băng chào đón bạn sau một đêm lạnh giá, hoặc kính mắt của bạn sương mù như thế nào khi bạn vào bên trong sau thời tiết lạnh giá. 

Nguyên tắc này cũng áp dụng cho công nghệ bơm lạnh. 

Mỗi khí có áp suất hơi bão hòa là một chức năng của nhiệt độ - nhiệt độ càng cao, áp suất hơi càng cao. Sự ngưng tụ trên bề mặt lạnh làm giảm áp suất hơi của khí xung quanh. 

Nếu nhiệt độ đủ thấp, hơi nước sẽ chuyển sang pha rắn và ngưng tụ. Trong ví dụ về kính chắn gió đóng băng, kính chắn gió về cơ bản là "bơm" hơi nước từ độ ẩm trong không khí. 

Khi nói đến bơm khí đến áp suất chân không cao (HV), chúng ta cần nhiệt độ thấp hơn nhiều. Ví dụ, ở nhiệt độ dưới 423 độ Fahrenheit (20K), hầu hết hơi nước sẽ ngưng tụ thành áp suất chân không siêu cao (UHV). 

Máy làm lạnh lạnh cung cấp heli thương mại, như các máy làm lạnh trong dòng sản phẩm của chúng tôi, có thể dễ dàng duy trì nhiệt độ trong phạm vi rất thấp này. Bộ làm mát lạnh, còn được gọi là đầu lạnh hoặc tủ lạnh lạnh, làm mát nhiệt độ của khí trong hai giai đoạn. 

Đầu tiên, bộ làm mát lạnh làm mát khí dưới nhiệt độ nitơ lỏng (77K) bằng công suất làm mát cao. Sau đó, bộ làm mát lạnh làm mát khí xuống dưới 20K bằng công suất làm mát thấp hơn. 

Vì bơm đông lạnh được đặt ở nhiệt độ phòng, nên phải thực hiện các bước để giảm bức xạ nhiệt từ các thành bên ngoài. Để đạt được mục đích này, một tấm chắn bức xạ được kết nối với giai đoạn 80K. 

Tấm chắn có một vách ngăn khí vào làm mát trước các khí đi vào khu vực bơm bên trong. Mặt ngoài được phủ bằng vật liệu phản xạ cao - giống như bình nhiệt - để phản xạ nhiệt. 

Nếu nước ngưng tụ trở nên quá dày, lớp trên cùng, tương tự như một lớp băng, có thể không đủ lạnh do độ dẫn nhiệt của băng giảm. 

Nếu điều này xảy ra, hiệu suất của bơm lạnh sẽ giảm. Nó sẽ cần được loại bỏ khí và tái tạo tại thời điểm này bằng cách sử dụng hệ thống bơm hiện đại với bộ điều khiển tích hợp. Khi bơm trở lại trực tuyến, hiệu quả và tốc độ UHV sẽ trở lại.

Bơm lạnh hiệu quả hơn các bơm khác được sử dụng cho các ứng dụng tương tự. Không giống như bơm chuyển khí (như bơm phân tử tuabin hoặc bơm khuếch tán dầu), bơm lạnh ngưng tụ tất cả các khí bên trong. 

Người lắp đặt có thể lắp bơm lạnh theo bất kỳ hướng nào. Ví dụ, khi được gắn trên đỉnh hoặc bên cạnh buồng chân không mà không có khuỷu tay 90 độ, hệ thống sẽ gặp ít tổn thất về độ dẫn điện hơn. 

Bơm lạnh cũng êm hơn. Chỉ khởi động ban đầu và quá trình tái sinh cần bơm thô. 

Xem xét tất cả các bơm HV, bơm đông lạnh cung cấp thời gian hút chân không nhanh nhất có thể ra khỏi tất cả các buồng chân không. So với TMP, bơm đông lạnh có thể bơm:

• H2O cao gấp bốn lần
• H2 cao gấp đôi
• N2 cao hơn 40% 

Bơm lạnh cũng ít nhạy cảm với bức xạ ion hóa và từ trường hơn so với TMP. 

Bơm lạnh mạnh hơn nhiều so với bơm khuếch tán dầu trong bình chân không lớn. Chúng có tốc độ bơm khổng lồ lên đến:

• 60.000 l/giây đối với N₂ 
• 180.000 l/giây đối với H₂ O

Vì chúng không chứa hydrocarbon, bơm lạnh cung cấp chân không sạch mà không có nguy cơ nhiễm hydrocarbon. Vì không có bộ phận chuyển động, chúng cũng không cần bôi trơn. 

Không giống như bơm khuếch tán dầu, bơm lạnh không dầu không có nguy cơ hư hỏng hoặc đốt cháy dầu. Chúng đòi hỏi mức tiêu thụ năng lượng và nước thấp hơn, giảm chi phí vận hành tổng thể.

Bơm lạnh thích hợp cho các ứng dụng hút chân không nhanh, đặc biệt là khi bề mặt lớn và nhiễm bẩn hơi nước là mối quan ngại. Các ứng dụng bao gồm:

• Buồng mô phỏng không gian
• Thiết bị phủ
• Hệ thống phún xạ trong sản xuất chất bán dẫn 
• R & D
• Lò HV được sử dụng để hàn và hàn

Các quy trình chính cũng được hưởng lợi từ các ưu điểm của bơm lạnh so với bơm khuếch tán dầu và TMP. Trong số đó là:

• Phân tử chùm tia (MBE), đòi hỏi UHV tốt, không chứa hydrocacbon < 10-09 mbar. 
• Các ứng dụng R&D đặc biệt như thí nghiệm đường chùm tia trong các bộ đồng bộ hóa hoặc vòng lưu trữ, yêu cầu UHV không chứa hydrocarbon với tốc độ bơm H2O và H2 cao.

Mặc dù bơm đông lạnh có một số ưu điểm rõ ràng trong nhiều quy trình chân không, nhưng bạn vẫn có thể có quan ngại về việc nâng cấp vì chúng có vẻ khó sử dụng.

Tin tốt là với bí quyết phù hợp, bơm lạnh có thể được triển khai dễ dàng. Điều quan trọng là phải hợp tác với một nhà cung cấp sẽ làm việc để đảm bảo bạn thoải mái với công nghệ sau khi triển khai.  

Bơm lạnh có thể giúp bạn tiết kiệm thời gian, sự thất vọng và tiền bạc. Chúng là sự cải tiến so với TMP và bơm khuếch tán dầu ở bất cứ nơi nào bạn có thể hưởng lợi từ việc bơm H₂ O, H₂ s và N₂ tinh khiết, không chứa hydrocarbon ở tốc độ cao.