KR100636474B1 - 극저온 냉각 제공 시스템 - Google Patents

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프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

넓은 온도 범위에 걸쳐서 그리고 극저온 온도에서 열 부하체에 냉각을 제공하기 위한 시스템으로서, 펄스 튜브 냉각(40)은 열 전달 매체(5)를 냉각시켜 냉각 유체(13)에 보다 높은 레벨의 냉각을 제공하며, 비-펄스형 튜브 시스템(도 3 참조)을 이용하여 냉각 유체에 낮은 레벨의 냉각이 제공된다.

Description

극저온 냉각 제공 시스템{SYSTEM FOR PROVIDING CRYOGENIC REFRIGERATION}
본 발명은 온도를 낮추는 것 또는 극저온 냉각에 관한 것이며, 특히 펄스 튜브 냉각(pulse tube refrigeration)에 관한 것이다.
네온, 수소 또는 헬륨과 같은 특정 가스의 고밀화(densification) 또는 냉각, 액화 및/또는 과냉(subcooling)은 극저온 냉각의 발생을 필요로 한다. 예를 들어, 대기압에서 네온은 27.1 K에서 액화되고, 수소는 20.39 K에서 액화되며, 헬륨은 4.21 K에서 액화된다. 그러한 극저온 냉각의 생성은 매우 비용이 많이 소요된다. 에너지 발생, 에너지 전달, 및 전자공학과 같은 분야에서 네온, 수소 및 헬륨과 같은 유체를 이용하는 것이 보다 중요해지고 있기 때문에, 그러한 유체를 액화하는 시스템에 대한 개선이 절실하게 요구되고 있다.
저온 냉각을 발생시키는 분야에서의 최근의 상당한 진보는 진동 가스를 이용하여 펄스 에너지가 냉각으로 변환되는 펄스 튜브 시스템에 관한 것이다. 그러한 시스템은 예를 들어 헬륨을 액화하기에 충분한 낮은 레벨까지 냉각을 생성할 수 있다. 그러나, 펄스 튜브 시스템에 의해 생성된 그러한 냉각은 시작 지점이 대기 온도와 같이 상대적으로 높은 온도인 경우에 매우 비용이 많이 소요된다.
따라서, 본 발명의 목적은 펄스 튜브 기술을 이용하는 종래의 이용가능한 시 스템 보다 더 효율적으로 냉각을 제공할 수 있는 펄스 튜브 시스템을 이용하여 극저온 냉각을 제공하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 명세서를 통해 소위 당업자가 명백히 알 수 있는 상기 목적 및 기타 목적들은 본 발명에 의해 달성되며, 본 발명의 일 특징은 다음과 같다.
열 부하체(heat load)에 냉각을 제공하는 방법으로서:
(A) 고온의 압축된 펄스 튜브 가스를 생성하기 위해 펄스 튜브 가스를 압축하고, 상기 압축된 펄스 튜브 가스를 냉각하며, 상기 냉각된 펄스 튜브 가스를 팽창시켜 저온 펄스 튜브 가스를 생성하는 단계;
(B) 열 전달 매체를 이용한 간접 열 교환에 의해 상기 저온 펄스 튜브 가스를 가열하여 저온 열 전달 매체를 생성하며, 냉각 유체를 이용한 간접 열 교환에 의해 상기 저온 열 전달 매체를 가열하여 10 내지 280 K 범위의 제 1 온도의 저온 냉각 유체를 생성하는 단계;
(C) 상기 저온 냉각 유체내로 냉각을 제공하여, 상기 제 1 온도 보다 낮은 3 내지 150 K 범위의 제 2 온도의 저온 냉각 유체를 생성하는 단계; 및
(D) 저온 냉각 유체로부터의 냉각을 열 부하체내로 통과시킴으로써 저온 냉각 유체를 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징은 다음과 같다.
열 부하체에 냉각을 제공하는 장치로서:
(A) 냉각기 본체, 펄스 튜브 열 교환기를 가지는 펄스 튜브 본체, 상기 냉각 기 본체내에서 진동 유동을 위한 가압 가스 발생 수단, 및 펄스 튜브 열 교환기를 통해 펄스 튜브 본체내의 가스를 팽창시키는 팽창 수단을 포함하는 펄스 튜브 냉각기;
(B) 선행냉각(forecooling) 열 교환기, 펄스 튜브 열 교환기로부터 상기 선행냉각 열 교환기로 열 전달 매체를 전달하기 위한 수단, 및 상기 선행냉각 열 교환기로부터 상기 펄스 튜브 열 교환기로 열 전달 매체를 전달하기 위한 수단을 포함하는 선행냉각 회로;
(C) 상기 선행냉각 열 교환기로 냉각 유체를 전달하는 수단, 및 상기 선행냉각 열 교환기의 하류의 냉각 유체내로 냉각을 제공하는 수단; 및
(D) 열 부하체, 및 상기 냉각 유체로부터의 냉각을 상기 열 부하체내로 전달하는 수단을 포함한다.
본 명세서에서, "간접 열 교환"이라는 용어는 유체들간의 어떠한 물리적 접촉이나 상호 혼합이 없이 유체가 열교환되는 것을 의미한다.
본 명세서에서, "직접 열 교환'이라는 용어는 냉각 및 가열 실체(entities)의 접촉을 통해 냉각이 전달되는 것을 의미한다.
본 명세서에서, "자화(magnetize)"라는 용어는 외부 인가 전기장을 이용하여 물체에 자기 특성을 유도하는 것을 의미한다.
본 명세서에서, "열 부하체"는 냉각을 수용할 수 있고 그에 따라 보다 낮은 온도로 차가워질 수 있는 보다 높은 온도의 실체(entity)를 의미한다.
도 1 은, 다수 성분 냉매 압축/팽창 사이클의 작용에 의해 보다 낮은 레벨의 냉각이 저온 냉각 유체에 제공되는, 본 발명의 바람직한 실시예의 회로도.
도 2 는, 브레이톤(Brayton) 냉각기의 작용에 의해 보다 낮은 레벨의 냉각이 저온 냉각 유체에 제공되는, 본 발명의 다른 바람직한 실시예의 회로도.
도 3 은, 자기 냉각기의 작용에 의해 보다 낮은 레벨의 냉각이 저온 냉각 유체에 제공되는, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예의 회로도.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본원 발명을 보다 상세히 설명한다. 도 1 을 참조하면, 펄스 튜브 냉각기(40)는 펄스 튜브 열 교환기(42)를 가지는 펄스 튜브 본체(1) 및 냉각기 본체(41)를 포함한다. 냉각기 본체(41)는 수소, 네온, 질소, 헬륨과 네온의 혼합물, 네온과 질소의 혼합물, 또는 헬륨과 수소의 혼합물일 수 있는 펄스 튜브 가스를 수용한다. 헬륨과 수소의 혼합물이 바람직하다.
펄스 발생기에 의해 펄스 즉, 압축력이 냉각기 본체(41)의 온난(warm) 단부에 인가되고, 그에 따라 펄스 튜브 순서의 제 1 부분이 개시된다. 바람직하게, 냉각기 본체(41)와 유체 연통하는 펄스 튜브 가스의 저장용기를 압축하는 피스톤에 의해 펄스가 제공된다. 냉각기에 펄스를 인가하는 다른 바람직한 수단은 냉각기내의 가스에 음파 에너지를 인가하는 열음향(thermoacoustic) 드라이버(driver)를 이용하는 것이다. 펄스를 인가하는 또 다른 방법은 선형 모터/압축기 장치를 이용하는 것이다. 펄스를 인가하기 위한 또 다른 수단은 스피커이다. 펄스를 인가하기 위한 다른 수단은 진행파 엔진(travelling wave engine)인다. 펄스는 펄스 튜브 가스를 압축하여 냉각기 본체(41)의 고온 단부에서 고온의 압축된 펄스 튜브 가스를 생성하는 역할을 한다. 고온 펄스 튜브 가스는 열 교환기(44)내의 열 전달 유체(33)와의 간접 열 교환에 의해 냉각되어 스트림(stream)(34)내의 가열된 열 전달 유체를 생성하고 냉각기 본체의 나머지를 통과하기 위한 저온 압축 펄스 튜브 가스를 생성한다. 본 발명의 실시에서 열 전달 유체로서 유용한 유체는 예를 들어 물, 공기, 에틸렌 글리콜 등을 포함한다.
냉각기 본체는 열 전달 매체를 수용한다. 본 발명의 실시에서, 적절한 열 전달 매체는 예를 들어 철제 볼(steel ball), 와이어 메시(wire mesh), 고밀도 하니콤(honeycomb) 구조물, 팽창된 금속, 납 볼, 구리 및 그 합금, 희토류 원소의 복합체 및 전이 금속을 포함한다.
일반적으로, 열 전달 매체는 저온 단부에서의 10 내지 280 K 로부터 온난 단부에서의 200 내지 310 K 의 낮은 온도이며, 이하에서 보다 상세히 설명되는 펄스 튜브 순수의 제 2 부분내에서 이러한 낮은 온도에 도달한다. 저온의 압축된 펄스 튜브 가스가 냉각기 본체를 통과함에 따라, 저온의 열 전달 매체와 직접 접촉함으로써 추가로 냉각되어 온난화된 열 전달 매체 및 저온 단부에서 9 내지 279 K 이고 온난 단부에서 199 내지 309 K 인 추가적인 저온의 펄스 튜브 가스를 생성한다.
추가적인 저온 펄스 튜브 가스는 냉각기 본체(41)로부터 저온 단부에서 펄스 튜브 본체(1)로 전달되고 펄스 튜브 열 교환기(42)에서 팽창된다. 추가적인 저온 펄스 튜브 가스가 저온 단부에서 펄스 튜브 본체(1)내로 전달됨에 따라, 펄스 튜브 본체(1)의 온난 단부를 향해 유동하고 펄스 튜브 작동 유체라 지칭되는 펄스 튜브 내의 가스를 압축하는 가스 압력 파동을 생성하며, 그에 따라 펄스 튜브 작동 유체를 가열한다.
냉각 유체(35)는 열 교환기(36)내로 전달되고, 그 열 교환기내에서 펄스 튜브 작동 유체와의 간접 열교환에 의해 더워지거나 또는 증기화되며, 그에 따라 펄스 튜브 작동 유체를 냉각시키는 히트 싱크(heat sink)로서의 역할을 한다. 결과적으로 더워지거나 증기화된 냉각 유체는 열 교환기(36)로부터 스트림(37)으로 회수된다. 바람직하게, 냉각 유체(35)는 물, 공기, 에틸렌 글리콜 등이다.
펄스 튜브 본체(1)의 온난 단부에는 저장용기(39)까지 연장하는 오리피스(38)을 가지는 라인이 부착된다. 펄스 튜브 작동 유체의 압축 파동은 펄스 튜브 본체의 온난 단부 벽에 접촉하고 펄스 튜브 순서의 제 2 부분에서 후퇴된다. 펄스 튜브 본체(1)의 저온 단부내의 팽창 및 압축 사이클 중에 펄스 튜브가 순(net) 냉각을 발생시키도록, 오리피스(38) 및 저장용기(39)가 채용되어 압력 및 위상(phase)내의 유동 파동을 유지한다. 본 발명의 실시에 이용될 수 있는 다른 압력 및 위상내의 유동 파장 유지 수단은 관성(inertance) 튜브 및 오리피스, 팽창기, 선형 발전기(alternator), 벨로우즈 장치, 및 질량 플럭스(mass flux) 억제기(suppressor)를 가지는 작업 회복 라인을 포함한다. 팽창 순서중에, 펄스 튜브 가스는 펄스 튜브 열 교환기(42)를 통해 팽창되어 펄스 튜브 본체(1)의 저온 단부에서 저온의 펄스 튜브 가스를 생성한다. 팽창된 가스는 방향을 역전시켜 펄스 튜브 본체로부터 냉각기 본체(42)를 향해 유동한다.
펄스 튜브 열 교환기(42)로부터 방출되는 펄스 튜브 가스는 냉각기 본체(41) 로 전달되며, 그 냉각기 본체내에서 그 가스는 냉각기 본체내의 열 전달 매체와 직접 접촉하여 전술한 저온 열 전달 매체를 생성하며, 그에 따라 펄스 튜브 냉매 순서의 제 2 부분을 완료하고 냉각기가 이어지는 펄스 튜브 냉각 순서의 제 1 부분을 위한 상태가 되게 한다.
본 발명의 실시중에, 펄스 튜브 본체는 펄스 튜브의 온난 단부에서 펄스 튜브 작업 유체를 가열하기 위한 저온 단부에서의 펄스 튜브 가스 팽창으로부터의 압력 에너지의 전달을 위한 가스만을 수용한다. 즉, 펄스 튜브 냉각기(40)은 피스톤 장치에서 사용되는 것과 같은 이동 부분을 포함하지 않는다. 이동 부분이 없는 펄스 튜브의 작동은 본 발명의 중요한 이점이다. 펄스 튜브는 압력과 유동 파동 사이의 적절한 위상각(phase angle)을 조절할 수 있도록 테이퍼(taper)를 가질 것이다. 또한, 펄스 튜브는 펄스 튜브의 단부들을 분리시키는 것을 돕기 위한 수동적 변위기(passive displacer)를 구비할 수도 있다. 또한, 펄스 튜브는 펄스 튜브 온난 단부와 압력 파동 라인(45) 사이의 연결 라인을 가져, 손실 작업을 회복하기 위해 벨로우즈 장치와 같은 질량 플럭스 억제기를 가지는 저장용기 및 오리피스를 대체할 수도 있다.
열 전달 메체는 라인(7)을 통과하여 펌프(4)로 전달되고, 그 펌프로부터 라인(5)을 통해 펄스 튜브 열 교환기(42)로 펌핑되며, 상기 열 교환기에서 냉각기 본체(41)로부터 펄스 튜브 본체(1)내로 팽창된 저온 펄스 튜브 가스와의 간접 열교환에 의해 냉각된다. 본 발명의 실시에 이용하기 적합한 열 전달 매체는 예를 들어 헬륨, 네온, 수소, 질소와 같은 대기 가스, 아르곤 및 공기, 메탄과 같은 탄화수 소, 에탄, 에틸렌, 액화 천연 가스 및 액화 석유 가스, 탄소테트라플루오라이드 및 플루오르폼(fluoroform)과 같은 플루오르화탄소 및 하이드로플루오르화탄소, 선택된 플루오르에테르 및 하이드로플루오르에테르, 및 상기에 나열한 것들 중 하나 이상으로 이루어진 혼합물을 포함한다.
결과적인 저온 열 전달 매체는 라인(6)을 통해 펄스 튜브 열 교환기(42)로부터 선행냉각 열 교환기(30)로 전달되며, 상기 선행냉각 열 교환기에서는 라인(13)을 통해 열 교환기(30)로 전달되는 간접 열 교환 냉각 유체에 의해 가열되어 냉각시키는 기능을 한다. 가열된 열 교환 매체는 라인(7)을 통해서 선행냉각 열 교환기(30)로부터 회수되며 전술한 바와 같이 펄스 튜브 냉각기로 재순환된다.
도 1 에 도시된 본 발명의 실시예에서, 냉각 유체에 낮은 레벨의 냉각을 제공하기 위해 사용되는 시스템은 회로내에서 재순환하는 다수 성분 냉각 유체가 압축 및 팽창 단계를 거치고 열 부하체에 냉각을 전달하는 다성분 냉각 시스템이다. 이러한 실시예에서, 바람직하게 다성분 냉각 유체는 하나 이상의 대기 가스 바람직하게는 질소, 아르곤 및/또는 네온을 포함하며, 그리고 바람직하게는 플루오르화탄소, 하이드로플루오르화탄소, 하이드로클로라이드플루오르화탄소, 플루오르에테르 및 하이드로플루오르에테르와 같이 6개까지의 탄소 원자를 갖는 하나 이상의 플루오르를 포함하고, 및/또는 5개까지의 탄소 원자를 갖는 하나 이상의 탄화수소를 포함한다.
다시 도 1 을 참조하면, 본 실시예에서 다성분 냉각 유체인 압축된 냉각 유체(13)는 선행냉각 열 교환기(30)를 통과시켜 전술한 온난 열 전달 매체와 간접적 으로 열 교환시킴으로써 10 내지 280 K의 제 1 온도로 냉각된다. 결과적인 저온 냉각 유체(14)는 열 교환기(31)를 통과함으로써 추가적으로 냉각되고, 결과적인 냉각 유체 스트림(15)은 주울-톰슨(Joule-Thomson) 밸브(16)와 같은 팽창 장치를 통해 팽창되어 냉각을 생성한다. 밸브(16)를 통한 팽창에 의해 냉각 유체에 제공된 냉각은 제 1 온도 보다 낮고 3 내지 150 K인 제 2 온도의 저온 냉각 유체(17)를 초래한다. 저온 냉각 유체(17)는 열 교환기(32)를 통과하며, 그 열 교환기내에서 가열됨으로써 저온 냉각 유체로부터의 냉각을 열 부하체(3)로 전달한다. 열 부하체(3)로 전달되는 냉각을 사용하는 것의 예를 들면 초전도 케이블 냉각, 산업용 가스 액화작업, 재액화(reliquefaction), 추진체 고밀화(propellant densification), 공기 분리, 및 극저온 가스 분리를 포함한다.
결과적으로 가열된 냉각 유체(18)는 열 교환기(31)를 통과함에 의해 추가로 가열되고, 그 후 결과적인 스트림(19)은 냉각 유체를 제 1 온도로 냉각시키는 것을 돕는 열 교환기(30)를 통과함으로써 추가적으로 가열된다. 열 교환기(30)로부터의 결과적인 냉각 유체(20)는 압축기(10)내에서 50 내지 2000의 평방인치당 파운드의 절대압(pounds per square inch absolute; PSIA) 범위의 압력으로 압축된다. 압축된 냉각 유체(11)는 냉각기(12)를 통과함에 따라 압축열을 냉각시키며, 결과적인 압축 냉각 유체(13)는 선행냉각 열 교환기(30)로 전달되고 냉각 사이클이 반복된다.
도 2 및 도 3 은 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 도 2 및 도 3 내의 참조부호들은 공통적인 부재들에 대해서는 도 1 의 참조부호와 동일하며, 이러한 공 통의 부재들에 대해서는 반복하여 상세하게 설명하지 않는다. 도 2 는 브레이톤 냉각기를 이용하여 낮은 레벨 냉각을 냉각 유체에 제공하는 실시예를 도시한 것이고, 도 3 은 자기 냉각기를 이용하여 낮은 레벨 냉각을 냉각 유체에 제공하는 실시예를 도시한 것이다.
도 2 를 참조하면, 브레이톤 시스템 작동 유체는 브레이톤 시스템 압축기(70)내에서 압축되고, 압축 열은 제거된다(도시 안 됨). 결과적인 냉각 유체(13)는 복귀 스트림(19)에 의해 그리고 스트림(6)에 의해 열교환기 내에서 제 1 온도까지 제과열(除過熱; desuperheat)된다. 결과적인 스트림(14)은 열 교환기(31)내에서 추가로 제과열되고 브레이톤 시스템 팽창기(71)에 의해 등엔드로피(isentropically) 팽창되어 냉각을 생성하고 그리고 냉각 유체 또는 브레이톤 시스템 작업 유체를 제 2 온도까지 냉각시킨다. 결과적인 작업 유체(17)는 열 교환기(32)내에서 열 부하체(3)에 냉각을 제공하고 그리고 브레이톤 시스템 압축기(70)의 흡입구로 복귀된다.
도 3 을 참조하면, 자기 냉각기(100)는 자화가능한 물질 베드(bed)(101), 이동가능한 강한 전자석 또는 초전도 자석(102), 피스톤(103 및 104), 저온 열 교환기(105) 및 고온 열 교환기(106)를 포함한다. 본 발명의 실시예 사용할 수 있는 자화가능한 물질은 예를 들어 GdNi2, GdZn2, GdTiO3, Gd2Ni17, GdAl2, GdMg, GdCd, Gd4CO3, GdGa, Gd5Si4, 및 GdZn을 포함한다. 베드(101)내의 자기 베드 입자들을 둘러싸는 빈 공간 및 피스톤 실린더(107 및 108)내의 체적은 작동 유체로 채워지며, 그 작동 유체는 예를 들어 헬륨, 네온, 질소, 아르곤, 메탄, 탄소테트라플루오라이드 플루오르화탄소, 하이드로플루오르화탄소, 플루오르에테르 및 하이드로플루오르에테르를 포함한다.
사이클의 시작시에, 저온 열 교환기(105)는 낮은 온도에서 시작되며, 고온 열 교환기(106)는 보다 따뜻한 온도에서 시작된다. 자석(102)은 베드(101)를 자화하는데 사용된다. 자기열 효과(magnetocaloric effect)로 인해 베드(101)내의 각각의 자기 입자의 온도가 약간 상승하게 된다. 피스톤(103 및 104)은 최우측 위치로 이동되어, 폐쇄된 작동 유체, 예를 들어 헬륨 가스가 좌측 실린더(107)로부터 저온 열 교환기(105), 자기 냉각기 베드(101) 및 고온 열 교환기(106)를 통해 유동하게 하여 실린더(108)내의 체적이 충진되게 한다. 베드(101)내의 입자들은 유동 가스에 의해 냉각되고, 이어서 그 가스는 가열된다. 가스로부터의 열은 그 가스가 고온 열 교환기(106)을 통해 유동함에 따라 냉각수로 전달된다. 피스톤이 최우측 위치에 도달하였을 때, 가스 유동은 정지되고 자기장이 제거되며, 자기열 효과에 의해 베드(101)가 냉각된다. 피스톤(103 및 104)은 최좌측 위치로 이동되어 헬륨 가스가 실린더(108)로부터 고온 열 교환기(106), 자기 냉각기 베드(101) 및 저온 열 교환기(105)를 통해 실린더 체적부(107)내로 유동되게 한다. 헬륨 가스는 베드(101)를 통과함에 따라 직접적인 열 교환에 의해 냉각되고, 저온 열 교환기(105)내에서는 저온 냉각 유체에 냉각을 제공함에 따라 가열되어 전술한 바와 같이 추가적으로 처리되는 제 2 온도의 저온 냉각 유체를 생성한다. 이러한 실시예에서, 냉각 유체는 펌프(72)의 작동에 의해 냉각 유체 회로를 통과한다.
표 1 에는 설명된 본 발명의 각각의 3가지 실시예를 이용하여 헬륨을 4.3 K 로 냉각하기 위해 필요한 에너지 요구량이 킬로그램당 킬로주울의 단위로 계산되어 기재되었으며, 상기 실시예들에서는 펄스 튜브 냉각기가 300 K 로부터 50 K 까지의 냉각을 발생시키고, 다성분 냉매 사이클(A), 브레이톤 냉각기(B) 및 자기 냉각기(C) 각각은 50 K 로부터 4.3 K 까지의 냉각을 발생시킨다. 비교를 위해, 펄스 튜브 시스템만을 이용하여 300 K 로부터 4.3 K까지 냉각시키기 위한 에너지 요구량이 비교예(D)로서 기재되어 있다. 이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상류 펄스 튜브 냉각기를 가지는 본 발명의 복합식 냉각 시스템은 펄스 튜브 냉각만을 채용하는 시스템과 동일한 정도의 냉각을 제공하는데 필요한 에너지 요구량을 상당히 감소시킬 수 있다.
냉각 시스템 에너지 요구량
A 58,100
B 45,200
C 40,800
D 707,100
비록 특정의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 당업자라면 청구범위의 사상 및 범위내에서 본 발명의 다른 실시예를 인식할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 열 부하체에 냉각을 제공하는 방법으로서:
    (A) 고온의 압축된 펄스 튜브 가스를 생성하기 위해 펄스 튜브 가스를 압축하고, 상기 압축된 펄스 튜브 가스를 냉각하며, 상기 냉각된 펄스 튜브 가스를 팽창시켜 저온 펄스 튜브 가스를 생성하는 단계;
    (B) 열 전달 매체를 이용한 간접 열 교환에 의해 상기 저온 펄스 튜브 가스를 가열하여 저온 열 전달 매체를 생성하며, 냉각 유체를 이용한 간접 열 교환에 의해 상기 저온 열 전달 매체를 가열하여 20 내지 280 K 범위의 제 1 온도의 저온 냉각 유체를 생성하는 단계;
    (C) 상기 저온 냉각 유체내로 냉각을 제공하여, 상기 제 1 온도 보다 낮은 3 내지 150 K 범위의 제 2 온도의 저온 냉각 유체를 생성하는 단계; 및
    (D) 저온 냉각 유체로부터의 냉각을 열 부하체내로 통과시킴으로써 저온 냉각 유체를 가열하는 단계를 포함하는 냉각 제공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 유체는 다성분 냉각 유체인 냉각 제공 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 유체를 팽창시킴으로써 냉각 유체내로 냉각을 제공하는 냉각 제공 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 냉각 유체의 팽창은 등엔트로피 팽창인 냉각 제공 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 자화가능한 물질의 베드를 자화시키고, 상기 자화된 베드 물질을 소자기(消磁氣)하며, 작업 유체를 상기 소자기된 베드 물질과 접촉시켜 작업 유체를 냉각시키며, 상기 냉각된 작업 유체와 간접 열교환시켜 냉각 유체를 냉각시킴으로써, 상기 냉각 유체내로 냉각을 제공하는 냉각 제공 방법.
  6. 열 부하체에 냉각을 제공하는 장치로서:
    (A) 냉각기 본체(41), 펄스 튜브 열 교환기(42)를 가지는 펄스 튜브 본체(1), 상기 냉각기 본체내에서 진동 유동을 위한 가압 가스를 발생시키기 위한 가압 가스 발생 수단(43), 및 펄스 튜브 열 교환기를 통해 펄스 튜브 본체내의 가스를 팽창시키는 팽창 수단을 포함하는 펄스 튜브 냉각기(40);
    (B) 선행냉각 열 교환기(30), 상기 펄스 튜브 열 교환기(42)로부터 상기 선행냉각 열 교환기(30)로 열 전달 매체(6)를 전달하기 위한 수단, 및 상기 선행냉각 열 교환기(30)로부터 상기 펄스 튜브 열 교환기(42)로 열 전달 매체(7)를 전달하기 위한 수단을 포함하는 선행냉각 회로;
    (C) 상기 선행냉각 열 교환기(30)로 냉각 유체(13)를 전달하는 수단, 및 상기 선행냉각 열 교환기(30)의 하류의 냉각 유체(15)내로 냉각을 제공하는 수단(16, 71, 100); 및
    (D) 열 부하체 및, 상기 냉각 유체로부터 상기 열 부하체내로 냉각을 전달하기 위한 수단을 포함하는 냉각 제공 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 압축기(10, 70) 및 팽창 장치(16, 71)를 더 포함하며,
    상기 선행냉각 열 교환기(30)로 냉각 유체를 전달하기 위한 수단은 압축기(10, 70)를 포함하고, 그리고 상기 선행냉각 열 교환기(30)의 하류의 냉각 유체내로 냉각을 제공하는 수단은 팽창 장치(16, 71)를 포함하는 냉각 제공 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 자화가능한 물질(101)의 베드 및 상기 자화가능한 물질(101)의 베드를 자화 및 소자기(消磁氣)하기 위한 수단을 가지며, 상기 자화가능한 물질의 베드와 접촉하기 위한 작업 유체를 수용하는 자기 냉각기(100)를 더 포함하며,
    상기 선행냉각 열 교환기(30)의 하류의 냉각 유체내로 냉각을 제공하는 수단은 상기 작업 유체와 간접 열 교환되는 상태로 상기 냉각 유체를 통과시키는 수단(105)을 포함하는 냉각 제공 장치.
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