Như bạn có thể đã quan sát thấy, nước ngưng tụ trên nguồn nước lạnh hoặc cửa sổ và hình thành băng trên thiết bị bay hơi trong tủ lạnh của bạn. Hiệu ứng ngưng tụ của khí và hơi nước trên bề mặt lạnh - đặc biệt là hơi nước - như được biết đến trong cuộc sống hàng ngày, không chỉ xảy ra ở áp suất khí quyển mà còn ở chân không. 

Hiệu ứng này đã được sử dụng trong một thời gian dài trong các thiết bị ngưng tụ chủ yếu liên quan đến các quy trình hóa học; trước đây, vách ngăn trên bơm khuếch tán được làm mát bằng máy làm lạnh. Cũng trong một không gian kín (buồng chân không), sự hình thành ngưng tụ trên bề mặt lạnh có nghĩa là một số lượng lớn các phân tử khí được loại bỏ khỏi thể tích: chúng vẫn nằm trên bề mặt lạnh và không còn tham gia vào bầu không khí khí khí bận rộn bên trong buồng chân không. Sau đó, chúng tôi nói rằng các hạt đã được bơm và nói về bơm lạnh khi "hiệu quả bơm" đạt được bằng cách sử dụng các bề mặt lạnh. 

Kỹ thuật lạnh khác với kỹ thuật lạnh ở chỗ nhiệt độ liên quan đến kỹ thuật lạnh nằm trong phạm vi dưới 120 K (< -243.4°F / -153°C). Ở đây, chúng ta đang đối phó với hai câu hỏi: 
a) Nguyên tắc làm mát nào được sử dụng trong kỹ thuật đông lạnh hoặc trong bơm đông lạnh và tải nhiệt của bề mặt lạnh được loại bỏ hoặc giảm như thế nào? 
b) Nguyên tắc hoạt động của bơm đông lạnh là gì? 

Tùy thuộc vào nguyên tắc làm mát, có sự khác biệt giữa 

• Bộ điều nhiệt tắm 
• Bơm lạnh dòng chảy liên tục 
• Bơm lạnh lạnh 

Trong trường hợp bộ điều nhiệt tắm - trong trường hợp đơn giản nhất là bẫy lạnh chứa đầy LN₂ (nitơ lỏng) - bề mặt bơm được làm mát bằng cách tiếp xúc trực tiếp với khí lỏng. Trên bề mặt được làm mát bằng LN₂ (T ≈ 77 K) H₂ O và CO₂ có thể ngưng tụ. Trên bề mặt được làm mát đến ≈ 10 K, tất cả các khí ngoại trừ He và Ne có thể được bơm bằng cách ngưng tụ. Bề mặt được làm mát bằng heli lỏng (T ≈ 4,2 K) có khả năng ngưng tụ tất cả các khí ngoại trừ heli. 

Trong bơm lạnh dòng chảy liên tục, bề mặt lạnh được thiết kế để hoạt động như một bộ trao đổi nhiệt. Heli lỏng với số lượng đủ được bơm bởi một bơm phụ trợ từ bình chứa vào bình bay hơi để đạt được nhiệt độ đủ thấp tại bề mặt lạnh (bảng lạnh). 
Heli lỏng bay hơi trong bộ trao đổi nhiệt và do đó làm mát tấm lạnh. Khí thải được tạo ra (He) được sử dụng trong bộ trao đổi nhiệt thứ hai để làm mát vách ngăn của tấm chắn bức xạ nhiệt, giúp bảo vệ hệ thống khỏi bức xạ nhiệt từ bên ngoài. Khí thải heli lạnh do bơm heli phun ra được cung cấp cho một thiết bị thu hồi heli. Nhiệt độ tại các tấm lạnh có thể được kiểm soát bằng cách kiểm soát dòng khí heli. 

Ngày nay, bơm lạnh tủ lạnh gần như được sử dụng độc quyền (lạnh theo yêu cầu). Về cơ bản, các bơm này hoạt động theo cách tương tự như một tủ lạnh gia dụng thông thường, trong đó các chu trình nhiệt động học sau đây sử dụng heli làm chất làm lạnh có thể được sử dụng: 

• Quy trình Gifford-McMahon 
• Quy trình Stirling 
• Quy trình Brayton 
• Quy trình Claude 

Quy trình Gifford-McMahon chủ yếu được sử dụng ngày nay và quy trình này đã được phát triển nhiều nhất. Nó cung cấp khả năng tách biệt các vị trí cho máy nén khí lớn và bộ phận mở rộng trong đó quá trình làm lạnh diễn ra. Do đó, một nguồn lạnh nhỏ gọn và rung động thấp có thể được thiết kế. Dòng bơm lạnh do Leybold sản xuất hoạt động với đầu lạnh hai cấp theo quy trình Gifford-McMahon được thảo luận chi tiết dưới đây. 

Toàn bộ phạm vi của bơm lạnh tủ lạnh được minh họa trong Hình 2,65 và bao gồm bộ phận máy nén (1) được kết nối thông qua đường áp suất linh hoạt (2) - và do đó không rung - với bơm lạnh (3). Bản thân bơm lạnh bao gồm vỏ bơm và đầu lạnh bên trong. Helium được sử dụng làm môi chất lạnh tuần hoàn trong một chu trình khép kín với sự trợ giúp của máy nén.

Trong đầu lạnh, một xi lanh được chia thành hai không gian làm việc V₁ và V₂ bằng một bộ dịch chuyển. Trong quá trình vận hành, không gian bên phải V1 ấm và không gian bên trái V₂ lạnh. Ở tần số dịch chuyển f công suất làm mát W của tủ lạnh là: (2,26)

Dịch chuyển được di chuyển qua lại bằng khí nén để khí được ép qua dịch chuyển và do đó qua bộ tái tạo nằm bên trong dịch chuyển. Bộ tái tạo là một thiết bị tích tụ nhiệt có bề mặt trao đổi nhiệt và công suất lớn, hoạt động như một bộ trao đổi nhiệt trong chu trình. Sơ đồ bố trí 2,66 là bốn giai đoạn làm lạnh trong đầu lạnh tủ lạnh một tầng hoạt động theo nguyên tắc Gifford-McMahon. 

Giai đoạn 1:
Bộ dịch chuyển nằm ở điểm chết bên trái; V₂ nơi tạo ra nhiệt có kích thước tối thiểu. Van N vẫn đóng, H mở. Khí ở áp suất p_H chảy qua bộ tái tạo vào V₂. Ở đó khí nóng lên do tăng áp suất trong V₁.

Giai đoạn 2:
Van H vẫn mở, van N đóng: pít-tông di chuyển sang phải và đẩy khí từ V₁ qua bộ tái tạo đến V₂ nơi nó được làm mát tại bộ tái tạo lạnh.; V₂ có thể tích tối đa.

Giai đoạn 3:
Van H đóng và van N đến bình chứa áp suất thấp mở. Khí giãn nở từ p_H đến pN và do đó làm mát. Điều này loại bỏ nhiệt từ khu vực lân cận và nó được vận chuyển cùng với khí giãn nở đến máy nén.

Giai đoạn 4:
Khi van N mở, pít-tông di chuyển sang bên trái; khí từ V _2,max chảy qua bộ tái tạo, làm mát nó và sau đó chảy vào thể tích V₁ và vào bình chứa áp suất thấp. Chu trình đã hoàn tất.

Nguyên tắc hoạt động của đầu lạnh Leybold GM

Đầu lạnh hai giai đoạn

Các bơm lạnh lạnh được sản xuất hàng loạt từ Leybold sử dụng đầu lạnh hai cấp hoạt động theo nguyên tắc Gifford-McMahon (xem Hình 2,67). Trong hai giai đoạn nối tiếp, nhiệt độ của heli được giảm xuống khoảng 30 K trong giai đoạn đầu tiên và tiếp tục giảm xuống khoảng 10 K trong giai đoạn thứ hai. Nhiệt độ thấp có thể đạt được phụ thuộc vào loại bộ tái tạo. Đồng đồng thường được sử dụng trong bộ tái tạo giai đoạn đầu tiên và chì trong giai đoạn thứ hai. Các vật liệu khác có sẵn dưới dạng bộ tái tạo cho các ứng dụng đặc biệt như bộ ổn nhiệt ở nhiệt độ cực thấp (T < 10 K). Thiết kế của đầu lạnh hai cấp được minh họa sơ đồ trong Hình 2,67. Bằng cơ chế điều khiển với một van điều khiển được điều khiển bằng động cơ (18) có đĩa điều khiển (17) và các lỗ điều khiển, trước tiên áp suất trong thể tích điều khiển (16) được thay đổi, điều này làm cho các bộ dịch chuyển (6) của giai đoạn đầu tiên và giai đoạn thứ hai (11) di chuyển; ngay sau đó áp suất trong toàn bộ thể tích của xi lanh được cân bằng bởi cơ chế điều khiển. Đầu lạnh được kết nối với máy nén qua các đường áp suất linh hoạt.

Hình 2,68 minh họa thiết kế của bơm đông lạnh. Nó được làm mát bởi một đầu lạnh hai cấp. Tấm chắn bức xạ nhiệt (5) với vách ngăn (6) được liên kết nhiệt chặt chẽ với giai đoạn đầu tiên (9) của đầu lạnh. Đối với áp suất dưới 10 ^-3 mbar, tải nhiệt chủ yếu là do bức xạ nhiệt gây ra. Vì lý do này, giai đoạn thứ hai (7) với các tấm ngưng tụ và hấp thụ lạnh (8) được bao quanh bởi tấm chắn bức xạ nhiệt (5) có màu đen bên trong và được đánh bóng cũng như mạ niken bên ngoài. Trong điều kiện không tải, vách ngăn và tấm chắn bức xạ nhiệt (giai đoạn đầu tiên) đạt được nhiệt độ trong khoảng từ 50 đến 80 K ở các tấm lạnh và khoảng 10 K ở giai đoạn thứ hai. Nhiệt độ bề mặt của các tấm lạnh này rất quan trọng đối với quá trình bơm thực tế. Nhiệt độ bề mặt này phụ thuộc vào công suất làm mát được cung cấp bởi đầu lạnh và đặc tính dẫn nhiệt theo hướng vỏ bơm. Trong quá trình vận hành bơm lạnh, tải do khí và nhiệt ngưng tụ gây ra làm ấm thêm các tấm lạnh. Nhiệt độ bề mặt không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của tấm lạnh mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ của khí đã đông lạnh trên tấm lạnh. Các tấm lạnh (8) gắn vào giai đoạn thứ hai (7) của đầu lạnh được phủ than hoạt tính bên trong để có thể bơm khí không dễ ngưng tụ và chỉ có thể bơm bằng cách hấp thụ lạnh (xem bên dưới). 

Xem video dưới đây để xem hoạt ảnh bơm của bơm đông lạnh đang hoạt động

Độ dẫn nhiệt của khí ngưng tụ (rắn) phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc của chúng và do đó vào cách thức sản xuất nước ngưng tụ. Có thể có sự thay đổi về độ dẫn nhiệt trên nhiều đơn vị biên độ! Khi độ dày của chất ngưng tụ tăng lên, sức cản nhiệt và do đó nhiệt độ bề mặt tăng lên làm giảm tốc độ bơm. Tốc độ bơm tối đa của bơm mới tái tạo được nêu dưới dạng tốc độ bơm danh định. Quy trình liên kết các khí khác nhau trong bơm lạnh được thực hiện trong ba bước: trước tiên, hỗn hợp các khí và hơi khác nhau gặp vách ngăn ở nhiệt độ khoảng 80 K. Ở đây H₂ O và CO₂ chủ yếu được ngưng tụ. Các khí còn lại thâm nhập vào vách ngăn và xâm nhập vào bên ngoài tấm lạnh của giai đoạn thứ hai được làm mát đến khoảng 10 K. Ở đây các khí như N₂, O₂ hoặc Ar sẽ ngưng tụ. Chỉ còn lại H₂, He và Ne. Những khí này không thể được bơm bởi các tấm lạnh và chúng đi qua sau một số va chạm với tấm chắn bức xạ nhiệt vào bên trong các tấm này được phủ một chất hấp thụ (tấm hấp thụ lạnh) nơi chúng được liên kết bằng cách hấp thụ lạnh. Vì vậy, để xem xét bơm lạnh, các khí được chia thành ba nhóm tùy thuộc vào nhiệt độ trong bơm lạnh mà áp suất riêng rẽ của chúng giảm xuống dưới 10 ^-9 mbar: 

Sự khác biệt giữa các cơ chế liên kết khác nhau được thực hiện như sau:

Nước ngưng tụ lạnh

Đông lạnh là liên kết vật lý và đảo ngược của các phân tử khí thông qua lực Van der Waals trên bề mặt đủ lạnh của cùng một vật liệu. Năng lượng liên kết tương đương với năng lượng bay hơi của khí rắn liên kết với bề mặt và do đó giảm khi độ dày của nước ngưng tăng lên cũng như áp suất hơi. Hấp thụ lạnh là liên kết vật lý và đảo ngược của các phân tử khí thông qua lực Van der Waals trên bề mặt đủ lạnh của các vật liệu khác. Năng lượng liên kết bằng nhiệt hấp thụ lớn hơn nhiệt bay hơi. Ngay sau khi một lớp đơn hình thành, các phân tử sau tác động lên một bề mặt cùng loại (hấp thụ) và quá trình chuyển đổi thành ngưng tụ lạnh. Năng lượng liên kết cao hơn để ngưng tụ lạnh ngăn sự phát triển thêm của lớp ngưng tụ, do đó hạn chế công suất cho các khí hấp thụ. Tuy nhiên, các chất hấp thụ được sử dụng, chẳng hạn như than hoạt tính, silica gel, gel nhôm và sàng phân tử, có cấu trúc xốp với diện tích bề mặt cụ thể rất lớn khoảng 10⁶m² /kg. Bẫy lạnh được hiểu là sự bao gồm một khí có điểm sôi thấp khó bơm như hyđro, trong ma trận của khí có điểm sôi cao hơn và có thể dễ dàng bơm như Ar, CH4 hoặc CO2. Ở cùng nhiệt độ, hỗn hợp ngưng tụ có áp suất hơi bão hòa thấp hơn một số đơn vị so với ngưng tụ tinh khiết của khí có điểm sôi thấp hơn. 

Xem xét vị trí của các tấm lạnh trong bơm lạnh, độ dẫn điện từ mặt bích chân không đến bề mặt này và cũng là trình tự bơm trừ (những gì đã ngưng tụ tại vách ngăn không thể đến giai đoạn thứ hai và tiêu thụ công suất ở đó), tình huống xảy ra như minh họa trong Hình 2,69.

Hydro - Hơi nước - Nitơ
Độ dẫn điện liên quan đến diện tích của mặt bích nạp theo l / s · cm²:
43,9           -      14,7         -      11,8
Tốc độ bơm liên quan đến khu vực của bơm đông lạnh theo l / s · cm²:
13,2          -       14,6         -        7,1
Tỷ lệ giữa tốc độ bơm và độ dẫn điện:
30 %          -       99 %       -      60 %

Các phân tử khí đi vào bơm tạo ra tốc độ bơm lý thuyết liên quan đến diện tích theo phương trình 2.29a với T = 293 K. Các tốc độ bơm khác nhau đã được kết hợp cho ba loại khí đại diện H₂, N₂ và H₂ 0 lấy từ mỗi nhóm nêu trên. Vì hơi nước được bơm trên toàn bộ khu vực đầu vào của bơm lạnh, tốc độ bơm đo được cho hơi nước gần như chính xác tương ứng với tốc độ bơm lý thuyết được tính toán cho mặt bích nạp của bơm lạnh. Mặt khác, N₂ trước tiên phải vượt qua vách ngăn trước khi có thể dính vào tấm ngưng tụ lạnh. Tùy thuộc vào thiết kế của vách ngăn, 30 đến 50 phần trăm của tất cả các phân tử N₂ được phản xạ. 

H₂ đến các tấm hấp thụ lạnh sau các va chạm tiếp theo và do đó làm mát khí. Trong trường hợp tấm lạnh được thiết kế tối ưu và tiếp xúc tốt với than hoạt tính, có thể liên kết lên đến 50 phần trăm H₂ đã vượt qua vách ngăn. Do các hạn chế liên quan đến việc tiếp cận các bề mặt bơm và làm mát khí bằng cách va chạm với các bức tường bên trong bơm trước khi khí đến bề mặt bơm, tốc độ bơm đo được cho hai loại khí này chỉ bằng một phần nhỏ tốc độ bơm lý thuyết. Phần không được bơm chủ yếu được phản chiếu bởi vách ngăn. Hơn nữa, xác suất hấp thụ của H₂ khác nhau giữa các chất hấp thụ khác nhau và là < 1, trong khi xác suất ngưng tụ của hơi nước và N₂2 ≈ 1. 

Ba công suất khác nhau của bơm đối với các khí có thể được bơm là kết quả của kích thước của ba bề mặt (vách ngăn, bề mặt ngưng tụ bên ngoài tầng thứ hai và bề mặt hấp thụ bên trong tầng thứ hai). Trong thiết kế của bơm lạnh, giả định thành phần khí trung bình (không khí) tự nhiên không áp dụng cho tất cả các quy trình chân không (ví dụ: quy trình phún xạ). Xem "Tái sinh một phần" bên dưới.)

Các số lượng đặc trưng của bơm đông lạnh như sau (không theo thứ tự cụ thể): 

• Thời gian làm mát 
• Giá trị chéo 
• Áp suất cao nhất 
• Dung tích 
• Công suất làm mát và công suất làm mát lưới 
• Thời gian tái tạo 
• Thông lượng và lưu lượng pV tối đa 
• Tốc độ bơm 
• Tuổi thọ hoặc thời gian vận hành 
• Áp suất khởi động 

Thời gian làm mát

Thời gian làm mát của bơm lạnh là khoảng thời gian từ khi khởi động cho đến khi hiệu ứng bơm bắt đầu. Trong trường hợp bơm lạnh, thời gian làm mát được nêu là thời gian cần thiết cho giai đoạn thứ hai của đầu lạnh để làm mát từ 293 K đến 20 K. 

Giá trị chéo

Giá trị chéo là một số lượng đặc trưng của bơm đông lạnh đã lạnh. Điều này có ý nghĩa khi bơm được kết nối với buồng chân không thông qua van HV / UHV. Giá trị chéo là lượng khí liên quan đến T_n =293 K mà buồng chân không có thể chứa tối đa để nhiệt độ của tấm lạnh không tăng lên trên 20 K do vỡ khí khi mở van. Giá trị chéo thường được nêu dưới dạng giá trị pV trong tính bằng mbar · l. 

Giá trị chéo và thể tích buồng V tạo ra áp suất chéo pc mà buồng chân không phải được hút chân không trước khi mở van dẫn đến bơm lạnh. Những điều sau đây có thể được sử dụng làm hướng dẫn:

V = Thể tích của buồng chân không (l), 
Q2(20K) = Công suất làm lạnh ròng tính bằng Watt, có sẵn ở giai đoạn thứ hai của đầu lạnh ở 20 K.

Áp suất tối_đa

Trong trường hợp ngưng tụ lạnh (xem "Kết nối khí với bề mặt lạnh", ở trên), áp suất cuối có thể được tính bằng cách: 

p_S là áp suất hơi bão hòa của một hoặc nhiều khí được bơm ở nhiệt độ TK của tấm lạnh và T_G là nhiệt độ khí (nhiệt độ tường gần tấm lạnh).

Ví dụ: Với sự trợ giúp của các đường cong áp suất hơi trong Hình 9,15 đối với H₂ và N₂, áp suất cuối được tóm tắt trong Bảng 2,6 ở kết quả TG = 300 K. 

Bảng này cho thấy rằng đối với hydro ở nhiệt độ T < 3 K ở nhiệt độ khí T_G = 300 K (tức là khi tấm lạnh tiếp xúc với bức xạ nhiệt của tường), có thể đạt được áp suất cuối đủ thấp. Do một số yếu tố gây nhiễu như khử hấp thụ từ tường và rò rỉ, áp suất cuối lý thuyết không đạt được trong thực tế. 

Dung tích C (mbar · l)

Công suất của bơm lạnh đối với một loại khí nhất định là lượng khí (giá trị pV ở Tn = 293 K) có thể được liên kết bởi các tấm lạnh trước khi tốc độ bơm cho loại khí G này giảm xuống dưới 50% giá trị ban đầu. 
Công suất của khí được bơm bằng phương pháp hấp thụ lạnh phụ thuộc vào lượng và đặc tính của chất hấp thụ; nó phụ thuộc vào áp suất và thường thấp hơn một vài đơn vị so với công suất độc lập với áp suất của khí được bơm bằng phương pháp ngưng tụ lạnh. 

Công suất làm mát Q. (W)

Công suất làm mát của nguồn làm mát ở nhiệt độ T cung cấp lượng nhiệt có thể được chiết xuất bởi nguồn làm mát trong khi vẫn điều chỉnh chính nhiệt độ này. Trong trường hợp tủ lạnh, đã thống nhất rằng đối với đầu lạnh một tầng công suất làm lạnh là 80 K và đối với đầu lạnh hai tầng công suất làm lạnh cho tầng đầu tiên là 80 K và cho tầng thứ hai là 20 K khi tải nhiệt đồng thời cho cả hai tầng. Trong quá trình đo công suất làm mát, tải nhiệt được tạo ra bởi các bộ gia nhiệt điện. Công suất làm mát lớn nhất ở nhiệt độ phòng và thấp nhất (không) ở nhiệt độ cuối. 

Công suất làm mát ròng Q. (W)

Trong trường hợp bơm lạnh lạnh, công suất làm lạnh ròng có sẵn ở nhiệt độ hoạt động thông thường (T1 < 80 K, T2 < 20 K) xác định đáng kể thông lượng và giá trị chéo. Lưới điện. công suất làm mát - tùy thuộc vào cấu hình của bơm - thấp hơn nhiều so với công suất làm mát của đầu lạnh được sử dụng mà không có bơm. 

Lưu lượng pV

Xem trang về Loại luồng

Thời gian tái tạo

Là một thiết bị bẫy khí, bơm lạnh phải được tái tạo sau một khoảng thời gian vận hành nhất định. Tái tạo liên quan đến việc loại bỏ khí ngưng tụ và hấp thụ khỏi tấm lạnh bằng cách gia nhiệt. Quá trình tái tạo có thể được thực hiện hoàn toàn hoặc chỉ một phần và chủ yếu khác nhau về cách thức làm nóng các tấm lạnh. 

Trong trường hợp tái sinh lọc toàn phần, sẽ có sự khác biệt giữa: 

1. Làm ấm tự nhiên: sau khi tắt máy nén, ban đầu các tấm lạnh chỉ làm ấm rất chậm bằng cách dẫn nhiệt và sau đó bổ sung thông qua các khí được giải phóng. 
2. Phương pháp khí xả: bơm lạnh được làm nóng bằng cách cho khí xả ấm vào. 
3. Bộ gia nhiệt điện: các tấm lạnh của bơm lạnh được làm ấm bởi bộ gia nhiệt ở giai đoạn đầu tiên và thứ hai. Khí được giải phóng được xả qua van quá áp (phương pháp khí xả) hoặc bằng bơm cơ khí dự phòng. Tùy thuộc vào kích thước của bơm, bạn sẽ phải hy vọng thời gian tái tạo là vài giờ. 

Tái sinh lọc một phần

Vì giới hạn tuổi thọ của bơm lạnh phụ thuộc trong hầu hết các ứng dụng vào giới hạn công suất của khí nitơ, argon và hydro được bơm bởi giai đoạn thứ hai, nên thường sẽ chỉ cần tái tạo giai đoạn này. Hơi nước được giữ lại trong quá trình tái sinh lọc một phần bởi vách ngăn. Để đạt được điều này, nhiệt độ của giai đoạn đầu tiên phải được duy trì dưới 140 K hoặc nếu không áp suất riêng phần của hơi nước sẽ trở nên quá cao đến mức các phân tử nước sẽ nhiễm bẩn chất hấp thụ ở giai đoạn thứ hai. 

Năm 1992, Leybold là nhà sản xuất bơm lạnh đầu tiên phát triển phương pháp cho phép tái tạo một phần như vậy. Quy trình tái tạo nhanh này được điều khiển bởi bộ vi xử lý và cho phép tái tạo một phần bơm lạnh trong khoảng 40 phút so với 6 giờ cần thiết để tái tạo tổng thể dựa trên phương pháp khí xả. Một so sánh giữa các chu trình điển hình để tái sinh hoàn toàn và một phần được minh họa trong Hình 2,70. Thời gian tiết kiệm được bởi Hệ thống tái tạo nhanh là rõ ràng. Trong môi trường sản xuất cho các quy trình phún xạ điển hình, bạn sẽ phải mong đợi một lần tái tạo tổng thể sau 24 lần tái tạo một phần. 

Thông lượng và lưu lượng pV tối đa: (mbar l/giây)

Thông lượng của bơm lạnh đối với một loại khí nhất định phụ thuộc vào lưu lượng pV của khí G qua cổng nạp của bơm: 

Q_G = q _pV,G; phương trình sau áp dụng 
Q_G = p_G · S_G với 
p_G = áp suất đầu vào, 
S_G = công suất bơm cho khí G 

Lưu lượng pV tối đa mà tại đó các tấm lạnh được làm nóng lên đến T ≈ 20 K trong trường hợp vận hành liên tục, phụ thuộc vào công suất làm mát ròng của bơm ở nhiệt độ này và loại khí. Đối với bơm lạnh và khí ngưng tụ, có thể lấy những điều sau làm hướng dẫn: 

Q.2 (20 K) là công suất làm mát ròng tính bằng Watt có sẵn ở giai đoạn thứ hai của nhiệt lạnh ở 20 K. Trong trường hợp vận hành không liên tục, cho phép lưu lượng p_V cao hơn (xem giá trị chéo). 

Tốc độ bơm S_th

Điều sau áp dụng cho tốc độ bơm (lý thuyết) của bơm đông lạnh: 

A_K - Kích thước của tấm lạnh 
S_A - Tốc độ bơm liên quan đến diện tích bề mặt (tốc độ tác động liên quan đến diện tích theo phương trình 1,17 và 1,20, tỷ lệ thuận với tốc độ trung bình của các phân tử khí theo hướng của tấm lạnh). 
α - Khả năng ngưng tụ (bơm) 
p _end - Áp suất cuối (xem trên) 
p - Áp suất trong buồng chân không 

Phương trình (2,29) áp dụng cho một tấm lạnh được tích hợp vào buồng chân không, có diện tích bề mặt nhỏ so với bề mặt của buồng chân không. Ở nhiệt độ đủ thấp, α = 1 cho tất cả các loại khí. Phương trình (2,29) cho thấy rằng cho p >> pend biểu hiện trong ngoặc tiếp cận 1 để trong trường hợp quá bão hòa p >> pend > Ps để: 

TG - Nhiệt độ khí tính bằng K 
M - Khối lượng phân tử 

Bảng 2,7 trình bày tốc độ bơm liên quan đến diện tích bề mặt SA tính bằng l · s ^-1 · cm ^-2 cho một số khí ở hai nhiệt độ khí khác nhau T_G tính bằng K được xác định theo phương trình 2.29a. Các giá trị nêu trong Bảng là các giá trị giới hạn. Trong thực tế, điều kiện cân bằng gần như không bị nhiễu (tấm lạnh nhỏ so với bề mặt tường lớn) thường không đúng, vì các tấm lạnh lớn được yêu cầu để đạt được thời gian bơm ngắn và chân không cuối tốt. Các sai lệch cũng xảy ra khi các tấm lạnh được bao quanh bởi một vách ngăn làm mát, tại đó tốc độ của các phân tử thâm nhập đã giảm do làm mát. 

Tuổi thọ hoặc thời gian vận hành: trên cùng (giây)

Thời gian hoạt động của bơm lạnh đối với một loại khí cụ thể phụ thuộc vào phương trình:

với

C_G = Công suất của bơm lạnh đối với khí G
Q_G (t) = Thông lượng của bơm lạnh cho khí tại thời điểm t

Nếu biết giá trị trung bình không đổi theo thời gian cho QG thông lượng, thì điều sau áp dụng:

Sau khi hết thời gian hoạt động t _top,G, bơm lạnh phải được tái tạo theo loại khí G. 

Áp suất khởi động p_o

Về cơ bản, có thể khởi động bơm lạnh ở áp suất khí quyển. Tuy nhiên, điều này không mong muốn vì một số lý do. Miễn là đường dẫn tự do trung bình của các phân tử khí nhỏ hơn kích thước của buồng chân không (p > 10 ^-3 mbar), độ dẫn nhiệt của khí rất cao đến mức một lượng nhiệt không thể chấp nhận được được được sẽ được truyền đến các tấm lạnh. Ngoài ra, một lớp ngưng tụ tương đối dày sẽ hình thành trên tấm lạnh trong quá trình khởi động. Điều này sẽ làm giảm đáng kể công suất của bơm lạnh có sẵn cho giai đoạn vận hành thực tế. Khí (thường là không khí) sẽ liên kết với chất hấp thụ, vì năng lượng liên kết của chất này thấp hơn năng lượng liên kết của bề mặt ngưng tụ. Điều này sẽ làm giảm thêm công suất hydro đã hạn chế. Khuyến nghị nên khởi động bơm lạnh trong phạm vi chân không cao hoặc siêu cao với sự trợ giúp của bơm dự phòng ở áp suất p < 5 · 10 ^-2 mbar. Ngay khi đạt được áp suất khởi động, bơm dự phòng có thể được tắt.