KR101569918B1 - Heat switch for using active carbon, crycooler system and method the heat switch - Google Patents

Heat switch for using active carbon, crycooler system and method the heat switch Download PDF

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Abstract

활성탄의 흡착 능력을 이용한 열 스위치는 복수의 휜이 배열되고, 극저온 냉동기의 1단부에 열적으로 연결되는 상단 휜 배열, 복수의 휜이 배열되고, 상기 1단부의 냉각 용량과 서로 다른 냉각 용량을 가지는 상기 극저온 냉동기의 2단부에 열적으로 연결되는 하단 휜 배열, 그리고 활성탄의 흡착 성질을 이용하여 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열을 열적으로 연결시키거나 또는 열적으로 차단시키는 활성탄 베드를 포함한다.A heat switch using an adsorption capacity of activated carbon is characterized in that a plurality of fins are arranged and an upper fin arrangement in which heat is connected to one end of the cryogenic freezer is arranged and a plurality of fins are arranged, A bottom fin arrangement thermally connected to the two ends of the cryogenic freezer, and an activated carbon bed for thermally connecting or thermally isolating the top fin array and the bottom fin array using the adsorption properties of activated carbon.

Description

활성탄을 이용한 열 스위치, 이러한 열 스위치를 이용하는 극저온 냉각 시스템 및 그 방법{HEAT SWITCH FOR USING ACTIVE CARBON, CRYCOOLER SYSTEM AND METHOD THE HEAT SWITCH}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a heat switch using activated carbon, a cryogenic cooling system using such a heat switch, and a method thereof. BACKGROUND OF THE INVENTION [0002]

본 발명은 활성탄을 이용한 열 스위치, 이러한 열 스위치를 이용하는 극저온 냉각 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heat switch using activated carbon, a cryogenic cooling system using such a heat switch, and a method thereof.

일반적으로 2단 극저온 냉동기(Two-stage cryocooler)는 고온에서 큰 냉각 용량을 가지는 1단부(First stage)와 냉각 용량은 작으나 저온에서도 어느 정도 냉각 용량을 유지하여 극저온에 도달할 수 있는 2단부(Second stage)로 구성된다. Two-stage cryocooler generally has a first stage with a large cooling capacity at high temperature and a second stage with a small cooling capacity but capable of reaching a cryogenic temperature at a low temperature, stage.

온도를 많이 떨어뜨리지 않을 것이라면 1단부에 냉각 대상을 열적으로 연결해 놓으면 된다. 그리고 냉각 대상을 극저온으로 냉각시키려면 냉각 대상을 2단부와 열적으로 연결시켜야 한다. If you do not want to drop the temperature too much, you can thermally connect the cooling object to the first end. In order to cool the object to be cooled to a cryogenic temperature, the object to be cooled must be thermally connected to the two ends.

그런데 2단부는 고온에서 1단부에 비해 냉각용량이 크지 않기 때문에 어떠한 대상을 상온에서 특정한 온도로 냉각할 때 시간이 오래 걸린다. 2009년도에 KBSI(Korea Basic Science Institute)에서 수행된 초전도 자석을 냉각시키는 시스템 실험에서 300K의 초전도 자석을 극저온 냉동기의 2단부로 4.2K까지 냉각시키는데 약 14시간이 소요되었다. 이처럼, 2단부의 냉각 용량이 작으므로, 냉각 시간이 매우 오래 걸린다는 문제가 있다.However, since the cooling capacity of the second end is higher than that of the first end at a high temperature, it takes a long time to cool any object to a specific temperature at room temperature. In 2009, it took about 14 hours to cool a superconducting magnet of 300K to 4.2K by the two ends of a cryocooler in a system experiment to cool superconducting magnets performed by KBSI (Korea Basic Science Institute). As described above, since the cooling capacity at the two end portions is small, there is a problem that the cooling time is very long.

이 시간을 단축시킬 수 있는 방법은 냉각 대상이 고온일 때는 1단부와 2단부에 열적으로 연결시켜 냉각 용량을 최대한 이용하고, 1단부가 냉각 용량을 발휘하지 못하는 온도부터는 1단부를 냉각 대상과 단열시키고 2단부하고만 열적으로 연결시켜 냉각시키는 것이다. 이때, 1단부와 냉각 대상을 열적으로 연결 또는 차단하는 역할을 열 스위치가 감당한다.The method of shortening this time is to use the cooling capacity as much as possible by thermally connecting to the first end and the second end when the object to be cooled is at a high temperature and from the temperature at which the first end does not exhibit the cooling capacity, And the two ends are thermally connected and cooled. At this time, the heat switch is responsible for thermally connecting or disconnecting the first end and the object to be cooled.

종래에 제안된 열 스위치 중에는 수동 열 스위치와 질소 열 스위치가 있다.Among the conventional heat switches, there are a passive heat switch and a nitrogen heat switch.

먼저, 수동 열 스위치는 진공 펌프와 열 스위치의 내부를 연결시키고 열적으로 연결해야 할 때는 진공 펌프를 작동시키지 않고, 차단해야 할 때 진공 펌프를 작동시켜 열 스위치 내부에 압력을 떨어뜨려 열적으로 차단시킨다. 그런데, 수동 열 스위치의 단점은 진공 펌프가 필요하고 그것을 작동시키는 사람이 온도를 일일히 모니터링해야 한다는 것이다. 또한, 진공 펌프와 열 스위치를 연결하면 여러가지로 기계적 열적 문제가 발생하며, 이 문제를 감수해야 할 바에는 2단부만 연결하여 천천히 냉각시키는 것이 더 나을 정도이다.First, the passive heat switch connects the inside of the vacuum switch and the heat switch. When the valve is to be thermally connected, the vacuum pump is not operated. When the switch is required, the vacuum pump is operated to thermally isolate the pressure in the heat switch . The disadvantage of the passive heat switch, however, is that a vacuum pump is needed and the person operating it must monitor the temperature constantly. Also, connecting a vacuum pump with a thermal switch will cause several mechanical and thermal problems. To avoid this problem, it is better to cool only slowly by connecting the two ends.

또한, 질소 열 스위치는 수동 열 스위치처럼 진공 펌프를 작동시키지 않고 열 스위치를 ON(열적 연결) 또는 OFF(열적 차단) 하기 위해서 질소가 특정 온도에서 액화, 응축하는 특성을 이용한다. 질소는 1기압에서 77K에서 액화되기 시작한다. 고온(77 K ~ 300 K)에서는 질소가 기체 상태로 존재하여 압력을 상대적으로 높게 유지하다가 갑자기 액화 또는 응축하여 질소의 부피가 급격하게 줄어들어 압력이 낮아지게 된다. 이러한 원리로 압력이 낮아짐으로써 질소 열 스위치는 1번의 진공 펌프없이 열적차단을 가능하게 한다. In addition, the nitrogen heat switch utilizes the characteristic that the nitrogen condenses and liquefies at a certain temperature to turn the thermal switch ON (thermal connection) or OFF (thermal shutdown) without activating the vacuum pump like a manual heat switch. Nitrogen begins to liquefy at 77 K at 1 atm. At high temperature (77 K ~ 300 K), nitrogen is present in a gaseous state, maintaining the pressure relatively high, and suddenly liquefied or condensed, resulting in a sudden decrease in the volume of nitrogen, resulting in a lower pressure. As a result of this principle, the nitrogen heat switch allows thermal shutdown without a single vacuum pump.

하지만, 질소 열 스위치 내부에서 질소가 액화 또는 응축될 때 휜(fin) 사이에 질소 액체 또는 고체가 엉켜붙어 열적 차단이 잘 이루어지 않을 수 있다. 또한, 열을 차단되는 온도가 77K이하로 이 온도를 바꿀수 없다는 문제가 있다.However, when the nitrogen is liquefied or condensed in the nitrogen heat exchanger, the nitrogen liquid or solid is entangled between the fins and the thermal shutdown may not be performed well. Further, there is a problem that the temperature at which the heat is cut off is 77 K or less, and this temperature can not be changed.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 활성탄의 흡착 능력을 이용하는 열 스위치, 이러한 열 스위치를 이용한 극저온 냉각 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a cryogenic cooling system using such a heat switch and a method thereof.

본 발명의 하나의 특징에 따르면, 열 스위치는 복수의 휜이 배열되고, 극저온 냉동기의 1단부에 열적으로 연결되는 상단 휜 배열, 복수의 휜이 배열되고, 상기 1단부의 냉각 용량과 서로 다른 냉각 용량을 가지는 상기 극저온 냉동기의 2단부에 열적으로 연결되는 하단 휜 배열, 그리고 활성탄의 흡착 성질을 이용하여 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열을 열적으로 연결시키거나 또는 열적으로 차단시키는 활성탄 베드를 포함한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a heat switch comprising: a plurality of fins arranged in a plurality of fins; a plurality of fins arranged in a top fin arrangement thermally connected to one end of the cryogenic freezer; And an activated carbon bed for thermally connecting or thermally isolating the upper fin arrangement and the lower fin arrangement using the adsorption properties of activated carbon do.

상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열은,The upper fin arrangement and the lower fin arrangement,

상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열 사이에 존재하는 중간매개물질에 의해 서로 열적으로 연결되고,Wherein the upper fin arrangement and the lower fin arrangement are thermally connected to each other by an intermediate medium material existing between the upper fin arrangement and the lower fin arrangement,

상기 활성탄 베드는,In the activated carbon bed,

상기 극저온 냉동기에 의해 냉각되다가 정해진 온도 이하가 되면, 상기 중간매개물질을 흡착하여 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열 사이의 압력을 낮추어 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열을 열적으로 차단시킬 수 있다.When cooled by the cryogenic freezer, and when the temperature is lower than a predetermined temperature, the intermediate medium is adsorbed to lower the pressure between the upper fin arrangement and the lower fin arrangement to thermally isolate the upper fin arrangement and the lower fin arrangement .

상기 활성탄 베드는,In the activated carbon bed,

외부와 고립되고, 상기 하단 휜 배열과 열적으로 연결되며, 상기 중간매개물질과 연결된 위치에 위치할 수 있다.Is isolated from the outside, thermally connected with the lower fin array, and may be located at a position connected to the intermediate medium material.

상기 활성탄 베드는,In the activated carbon bed,

상기 상단 휜배열과 상기 하단 휜배열 사이의 내부공간의 중앙에 위치할 수 있다.And may be located at the center of the inner space between the upper fin arrangement and the lower fin arrangement.

상기 활성탄 베드는,In the activated carbon bed,

상기 상단 휜배열과 상기 하단 휜배열 사이의 내부공간 중에서 상기 하단 휜배열의 하단에 위치할 수 있다.And an inner space between the upper fin arrangement and the lower fin arrangement may be located at the lower end of the lower fin arrangement.

상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열은, 열전도도가 높은 재질로 이루어질 수 있다.The upper fin arrangement and the lower fin arrangement may be made of a material having a high thermal conductivity.

상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열은, 구리 재질로 이루어질 수 있다.The upper fin arrangement and the lower fin arrangement may be made of a copper material.

상기 중간매개물질은, 기체를 포함할 수 있다.Said intermediate mediator material may comprise a gas.

상기 중간매개물질은, 헬륨 가스를 포함할 수 있다.The intermediate mediator material may include helium gas.

상기 열 스위치는, 상기 중간매개물질을 외부와 통하지 않도록 차단시키는 외부 벽을 더 포함할 수 있다.The thermal switch may further include an outer wall for blocking the intermediate medium material from being communicated with the outside.

상기 외부 벽은, 열전도도가 낮은 재질로 이루어질 수 있다.The outer wall may be made of a material having a low thermal conductivity.

상기 외부 벽은, 스테인레스 스틸 재질로 이루어진 튜브일 수 있다.The outer wall may be a tube made of stainless steel.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 냉각 시스템은 고온에서 냉각 용량이 상대적으로 큰 1단부 및 고온에서 냉각 용량이 상대적으로 적은 2단부를 포함하는 극저온 냉동기, 상기 1단부 및 상기 2단부와 열적으로 연결되고, 상기 1단부의 냉각 용량이 최소가되는 특정 온도에서 상기 1단부와 열적 연결을 차단시키는 열 스위치, 그리고 상기 열 스위치와 열적으로 연결되고, 상기 극저온 냉동기에 의해 극저온으로 냉각되는 냉각 대상을 포함한다.According to another aspect of the present invention, a cooling system includes a cryocooler including a first end having a relatively large cooling capacity at a high temperature and a second end having a relatively small cooling capacity at a high temperature, a cryocooler having a first end and a second end, A thermal switch for interrupting the thermal connection with the first end at a specific temperature at which the cooling capacity of the first end is minimized, and a cooling object thermally connected to the thermal switch and cooled to a cryogenic temperature by the cryogenic freezer .

상기 냉각 시스템은, The cooling system comprises:

상기 2단부, 상기 열 스위치 및 상기 냉각 대상을 내부에 포함하고, 상기 냉각 대상에서 발생되는 열을 차폐시키는 열차폐체, 그리고 상기 극저온 냉동기 및 상기 열차폐체를 내부에 포함하여 상기 냉각 대상을 저온상태로 유지시키기 위한 크라이오스태트를 더 포함할 수 있다.A heat shield which includes the two ends, the heat switch, and the object to be cooled, and which shields heat generated in the object to be cooled, and the cryogenic freezer and the heat shield, And a cryostat for maintaining the cryostat.

상기 열 스위치는,The thermal switch includes:

복수의 휜이 배열되고, 극저온 냉동기의 1단부에 열적으로 연결되는 상단 휜 배열, 복수의 휜이 배열되고, 상기 1단부의 냉각 용량과 서로 다른 냉각 용량을 가지는 상기 극저온 냉동기의 2단부에 열적으로 연결되며, 상기 상단 휜 배열과 사이에 존재하는 중간매개물질에 의해 상기 상단 휜 배열과 서로 열적으로 연결되는 하단 휜 배열, 그리고 상기 극저온 냉동기에 의해 냉각되다가 특정 온도 이하가 되면, 상기 중간매개물질을 흡착하여 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열 사이의 압력을 낮추어 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열을 열적으로 차단시키는 활성탄 베드를 포함할 수 있다.A refrigerator comprising: a cryocooler comprising: a cryocooler having a plurality of fins arranged therein and thermally connected to one end of a cryocooler; a plurality of fins are arranged; A lower fin arrangement connected to the upper fin arrangement by an intermediate medium between the upper fin arrangement and a lower fin arrangement connected to the upper fin arrangement by the lower fin arrangement and, when cooled by the cryocooler, And an activated carbon bed for adsorbing and lowering the pressure between the upper fin arrangement and the lower fin arrangement to thermally isolate the upper fin arrangement and the lower fin arrangement.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 냉각 방법은 고온에서 냉각 용량이 상대적으로 큰 1단부 및 고온에서 냉각 용량이 상대적으로 적은 2단부를 포함하는 극저온 냉동기를 이용하여 냉각 대상을 냉각하는 방법에 있어서, 상기 극저온 냉동기는 열 스위치를 통해 상기 냉각 대상과 연결되고, 상기 열 스위치의 상단 휜 배열 및 하단 휜 배열이 사이에 존재하는 중간매개물질에 의해 서로 열적으로 연결된 상태에서 상기 상단 휜 배열을 상기 1단부와 열적으로 연결시키고 상기 열 스위치의 하단 휜 배열을 상기 2단부 및 상기 냉각 대상과 열적으로 연결시키는 단계, 상기 1단부 및 상기 2단부에 의해 상기 열 스위치 및 상기 냉각 대상이 냉각되는 단계, 정해진 온도에서 활성탄의 흡착 성질을 이용하여 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열 사이의 압력을 낮추어 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열 사이의 열적 연결을 차단시키는 단계, 그리고 상기 열적 연결 차단 이후, 상기 2단부에 의해서만 상기 냉각 대상이 냉각되는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of cooling an object to be cooled using a cryogenic freezer including a first end having a relatively large cooling capacity at a high temperature and a second end having a relatively small cooling capacity at a high temperature, Wherein the cryogenic freezer is connected to the object to be cooled through a thermal switch and the upper fin arrangement and the lower end fin arrangement of the heat switch are thermally coupled to each other by an intermediate medium between the upper and lower fin arrangements, And thermally connecting the lower fin arrangement of the thermal switch to the second end and the object to be cooled; cooling the thermal switch and the object to be cooled by the first end and the second end; The pressure between the upper fin arrangement and the lower fin arrangement is lowered by using the adsorption properties of activated carbon Closing the thermal connection between the upper fin arrangement and the lower fin arrangement, and cooling the cooling object only by the two ends after the thermal connection is interrupted.

상기 열적 연결을 차단시키는 단계는,The step of blocking the thermal connection comprises:

상기 1단부의 냉각 용량이 최소인 특정 온도에서 상기 열 스위치의 내부에 존재하는 상기 활성탄이 상기 중간매개물질을 흡착하는 단계, 그리고 상기 흡착에 따라 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열 사이의 압력이 낮아져 상기 열적 연결이 차단되는 단계를 포함할 수 있다.The intermediate carbon material adsorbing the activated carbon existing inside the thermal switch at a specific temperature at which the cooling capacity of the first end is the smallest, and the pressure between the upper fin arrangement and the lower fin arrangement, And lowering the thermal connection.

본 발명의 실시예에 따르면, 열 스위치를 이용하여 냉각 대상이 고온일 때는 1단부와 2단부에 열적으로 연결시켜 냉각 용량을 최대한 이용하고, 1단부가 냉각 용량을 발휘하지 못하는 온도부터는 1단부를 냉각 대상과 단열시키고 2단부하고만 열적으로 연결시켜 냉각시킴으로써, 냉각 시간을 단축시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, when the object to be cooled is a high temperature by using a thermal switch, the cooling capacity is maximally used by being thermally connected to the first and second ends, and from the temperature at which the first end can not exhibit the cooling capacity, The cooling time can be shortened by insulating the object to be cooled and thermally connecting the two ends only.

또한, 별도의 진공 펌프나 온도의 모니터링 없이 열 스위치를 차단 또는 연결시킬 수 있다.In addition, the thermal switch can be disconnected or connected without the need for a separate vacuum pump or temperature monitoring.

또한, 기체 헬륨은 질소와 같은 다른 가스에 비해 열전도도가 높기 때문에 열 스위치가 온(ON)되어 있을 때 강한 열적 연결이 가능하다.In addition, since gaseous helium has higher thermal conductivity than other gases such as nitrogen, strong thermal coupling is possible when the thermal switch is ON.

또한, 열 스위치 초기 내부 압력에 따라서 열 스위치가 차단되고 연결되는 온도를 선택적으로 결정할 수 있다.Further, it is possible to selectively determine the temperature at which the thermal switch is cut off and connected according to the initial internal pressure of the thermal switch.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 2단 극저온 냉동기(Two-stage cryocooler)의 개략적인 구성을 나타낸다.
도 2는 도 1의 1단부 및 2단부의 냉각 용량을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열 스위치를 이용한 극저온 냉각 시스템을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 일반적인 열 스위치의 휜(fin) 배열을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고압에서 활성탄의 흡착 능력을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 저압에서 활성탄의 흡착 능력을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 활성탄을 이용한 열 스위치가 분리된 상태를 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 열 스위치가 외부벽(Outer wall)만 분리하여 내부의 휜배열과 활성탄 배열을 보인 상태를 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 열 스위치가 외부벽까지 조립되어 내부 기체헬륨이 외부와 차단된 상태를 도시한다.
도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 도 9의 열 스위치의 중간을 잘라서 본 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 9의 열 스위치의 중간을 잘라서 본 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 방법을 나타낸 순서도이다.1 shows a schematic configuration of a two-stage cryocooler to which an embodiment of the present invention is applied.
Fig. 2 is a graph showing the cooling capacities of the first and second ends of Fig. 1;
3 illustrates a cryogenic cooling system using a thermal switch according to an embodiment of the present invention.
4 shows a fin arrangement of a conventional thermal switch for explaining an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing adsorption capability of activated carbon at high pressure according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the adsorption capacity of activated carbon at low pressure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows a state in which a heat switch using activated carbon according to an embodiment of the present invention is separated.
FIG. 8 shows a state in which the heat switch according to the embodiment of the present invention separates only the outer wall and shows the fin arrangement and the activated carbon arrangement inside.
FIG. 9 illustrates a state in which a heat switch according to an embodiment of the present invention is assembled up to an outer wall so that the inner gas helium is shielded from the outside.
FIG. 10 is a cross-sectional view of the thermal switch of FIG. 9 cut in the middle according to one embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of the thermal switch of FIG. 9 taken in the middle according to another embodiment of the present invention.
12 is a flowchart showing a cooling method according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Also, the terms of " part ", "... module" in the description mean units for processing at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.

이하, 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 활성탄을 이용한 열 스위치, 이러한 열 스위치를 이용하는 극저온 냉각 시스템 및 그 방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a heat switch using activated carbon according to an embodiment of the present invention, a cryogenic cooling system using such a heat switch, and a method thereof will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 2단 극저온 냉동기(Two-stage cryocooler)의 개략적인 구성을 나타내고, 도 2는 도 1의 1단부 및 2단부의 냉각 용량을 나타낸 그래프이다. Fig. 1 shows a schematic configuration of a two-stage cryocooler to which an embodiment of the present invention is applied, and Fig. 2 is a graph showing cooling capacities at one end and two ends of Fig.

도 1을 참조하면, 2단 극저온 냉동기(100)는 냉각 대상을 냉각시키는 수단으로서, 1단부(First stage)(101) 및 2단부(Second stage)(103)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a two-stage cryogenic freezer 100 includes a first stage 101 and a second stage 103 as means for cooling an object to be cooled.

1단부(101) 및 2단부(103)는 각각의 특징이 있는데, 1단부(101)는 고온에서 냉각 용량이 크고, 2단부(103)는 냉각 용량은 작지만 극저온까지 온도를 낮출 수 있다. The first end portion 101 and the second end portion 103 are each characterized in that the first end portion 101 has a large cooling capacity at a high temperature and the second end portion 103 has a small cooling capacity but can lower the temperature to a cryogenic temperature.

도 2를 참조하면, 1단부(101)는 고온에서 큰 냉각 용량을 가지나 저온으로 내려갈수록 냉각 용량이 작아져 2단부(103)만큼 낮은 온도에 도달하지 못한다. 반면, 2단부(103)는 고온에서는 1단부(101)보다 작은 냉각 용량을 가지지만, 저온에서도 어느 정도 냉각 용량을 유지하며 극저온에 도달할 수 있다. Referring to FIG. 2, the first end 101 has a large cooling capacity at a high temperature, but the cooling capacity decreases as it goes down to a low temperature, so that the temperature does not reach as low as the second end 103. On the other hand, the second end 103 has a cooling capacity smaller than that of the first end 101 at a high temperature, but can reach a cryogenic temperature while maintaining a certain degree of cooling capacity even at a low temperature.

즉, 1단부(101)는 특정 온도(A) 이하에서는 냉각 용량이 0으로 최소가 된다. 따라서, 열 스위치를 이용하여 1단부(103)가 냉각 용량을 발휘하지 못하는 특정 온도(A)부터는 1단부(101)를 냉각 대상과 단열시키고 2단부(103)하고만 열적으로 연결시켜 냉각시킨다. In other words, the cooling capacity of the first end 101 becomes minimum at zero or below the specific temperature (A). Therefore, from the specific temperature (A) at which the first end portion 103 does not exhibit the cooling capacity by using the thermal switch, the first end portion 101 is insulated from the cooling object and the second end portion 103 is thermally connected and cooled.

이때, 1단부(101)가 냉각 용량을 발휘하지 못하는 온도(A)부터 1단부(101)를 냉각 대상과 단열시키지 않으면 1단부(101)에서 냉각 대상으로 열이 들어오기 때문에 반드시 단열시켜야 한다. 따라서, 1단부(101)와 냉각 대상을 열적으로 연결 또는 차단하는 역할을 열 스위치가 감당한다.At this time, unless the first end 101 is insulated from the object to be cooled from the temperature A at which the first end 101 does not exhibit the cooling capacity, the heat must be insulated from the first end 101 because the heat enters the object to be cooled. Therefore, the heat switch is responsible for thermally connecting or disconnecting the first end portion 101 and the cooling object.

이처럼, 특정한 온도(A) 이상에서는 열 스위치는 1단부(101)와 열적으로 연결(Heat switch ON)되고, 특정한 온도(A) 이하에서는 1단부(101)와 열적으로 차단(Heat switch OFF)된다.As described above, the heat switch is thermally connected to the first end 101 at a specific temperature (A) or more, and the heat switch is thermally disconnected from the first end 101 at a temperature lower than the predetermined temperature A .

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열 스위치를 이용한 극저온 냉각 시스템을 도시한 것으로서, 2단 극저온 냉동기로 초전도 자석을 냉각하는 시스템을 나타낸다.FIG. 3 shows a cryogenic cooling system using a thermal switch according to an embodiment of the present invention, and shows a system for cooling a superconducting magnet with a two-stage cryocooler.

도 3을 참조하면, 극저온 냉각 시스템은 2단 극저온 냉동기(100), 열 스위치(200), 냉각 대상인 초전도 자석(300), 열차폐체(thermal shield)(400) 및 크라이오스태트(cryostat)(500)를 포함한다.3, the cryogenic cooling system includes a two-stage cryocooler 100, a thermal switch 200, a superconducting magnet 300 to be cooled, a thermal shield 400, and a cryostat 500 ).

이때, 초전도 자석(300)은 2단 극저온 냉동기(100)의 2단부(103)와 열적으로 연결되고, 1단부(101)와는 열 스위치(200)를 통해 연결되어 있다. At this time, the superconducting magnet 300 is thermally connected to the two-end portion 103 of the two-stage cryogenic freezer 100, and is connected to the one-end portion 101 via the heat switch 200.

열차폐체(400)는 외부에서 복사열전달로 인해 초전도 자석(300)으로 들어오는 열을 차단하기 위한 차폐체이다. 초전도 자석(300)을 운용할 때 항상 극저온으로 유지해야 하고 만약 극저온을 유지하지 못한채 작동을 하면 초전도자석이 손상된다. 초전도 자석이 작동할 때 열이 발생하지만 그 열은 극저온냉동기로 제거해야 한다.The heat shield 400 is a shield for shielding heat entering the superconducting magnet 300 due to radiant heat transfer from the outside. When the superconducting magnet 300 is operated, it must be kept at a cryogenic temperature. If the cryogenic temperature is not maintained, the superconducting magnet is damaged. Heat is generated when superconducting magnets operate, but the heat must be removed with a cryocooler.

크라이오스태트(500)는 실험을 할 때 시료를 저온상태로 유지하기 위하여 사용하는 장치를 말하며 특히 저온실험을 할 때 시료의 주변환경을 진공 상태로 유지하여 외부의 열침입을 최소화하기 위한 중요한 장치이다. The cryostat 500 is a device used to maintain a sample at a low temperature during an experiment. In particular, an important device for minimizing external heat infiltration by keeping the surrounding environment of the sample in a vacuum state during a low- to be.

여기서, 열 스위치(200)는 도 4와 같은 구성을 가진다.Here, the column switch 200 has the structure shown in FIG.

도 4는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 일반적인 열 스위치의 휜(fin) 배열을 나타낸다.4 shows a fin arrangement of a conventional thermal switch for explaining an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 열 스위치(200)는 1단부(101)와 열적으로 연결된 상단 휜(fin)(201) 및 2단부(103)와 열적으로 연결된 하단 휜(203)이 서로 교차하는 상태로 구현된다. 4, the thermal switch 200 is formed in a state where the upper fin 201 and the lower ends 103 thermally connected to the first end 101 cross each other .

이때, 상단 휜(201)과 하단 휜(203)은 물리적으로 서로 접촉해 있진 않지만, 그 사이(205)에 중간매개물질이 존재한다. 그리고 중간매개물질에 의해 열전도가 발생하여 열적으로 연결된다. 여기서, 중간매개물질은 헬륨, 질소와 같은 가스(gas)가 될 수 있다. 그리고 이러한 중간매개물질은 전도열전달(Conduction)을 발생한다.At this time, the upper fin 201 and the lower fin 203 are not physically contacted with each other, but an intermediate medium exists between the upper fin 201 and the lower fin. Heat transfer occurs due to the intermediate medium and is thermally connected. Here, the intermediate medium may be a gas such as helium or nitrogen. These intermediates generate conduction heat conduction.

중간매개물질의 압력이 매우 작아진다면 전도열전달(Conduction)이 거의 발생하지 않아 상단 휜(201)과 하단 휜(203)은 열적으로 차단된다. 이러한 현상을 이용하여 열 스위치(200)는 1단부(101)와 열적으로 연결되고 차단되는 것이 가능해진다. 즉, 상단 휜(201)과 하단 휜(203) 사이(205)의 압력을 높여 열적으로 연결시키고 압력을 줄여 열적으로 차단시킨다. If the pressure of the intermediate medium material becomes very small, the conduction heat transfer is hardly generated and the upper fin 201 and the lower fin 203 are thermally isolated. Using this phenomenon, the thermal switch 200 can be thermally connected to the first end 101 and shut off. That is, the pressure between the upper fin (201) and the lower fin (203) is increased and thermally connected, and the pressure is reduced to thermally cut off.

이처럼, 열 스위치(200)의 온(ON), 오프(OFF)를 결정짓는 것은 열 스위치(200)의 내부 압력, 즉, 상단 휜(201)과 하단 휜(203) 사이(205)의 압력이다. 이때, 이 내부 압력을 활성탄의 흡착 능력을 이용하여 조절할 수 있다.The ON and OFF states of the thermal switch 200 are determined by the internal pressure of the thermal switch 200, that is, the pressure between the upper fin 201 and the lower fin 203 . At this time, the internal pressure can be adjusted by using the adsorption ability of activated carbon.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고압에서 활성탄의 흡착 능력을 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 저압에서 활성탄의 흡착 능력을 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing adsorption capability of activated carbon at high pressure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a graph showing adsorption capability of activated carbon at low pressure according to an embodiment of the present invention.

도 5 및 도 6을 참조하면, 활성탄(active carbon)의 흡착 능력을 실험적으로 보인 것이다. 여기서, Y축은 활성탄 질량당 흡착할 수 있는 기체 헬륨의 질량을 나타낸 것이다. 예를 들어 10g의 활성탄이 있는데 특정 온도와 압력에서 Y축의 값(C 또는 Charge)이 0.1이라면 1g의 기체헬륨을 흡착할 수 있다는 것을 나타낸다. 5 and 6, the adsorption ability of activated carbon is experimentally shown. Here, the Y axis represents the mass of gaseous helium that can be adsorbed per activated carbon mass. For example, there is 10 g of activated carbon, which means that if the value of the Y-axis (C or Charge) is 0.1 at a certain temperature and pressure, 1 g of gaseous helium can be adsorbed.

도 5 및 도 6의 그래프를 통하여 활성탄이 70K이하에서 기체 헬륨을 흡착할 수 있음을 알 수 있다.It can be seen from FIG. 5 and FIG. 6 that the activated carbon can adsorb gaseous helium at 70 K or less.

본 발명의 실시예에 따른 열 스위치는 이러한 활성탄의 흡착 성질을 이용한다. The heat switch according to the embodiment of the present invention utilizes the adsorption property of such activated carbon.

전술한 바에 따르면, 2단부(103)는 온도를 많이 낮출 수 있으나 고온에서 냉각 용량이 작고 1단부(101)는 온도를 많이 낮추지 못하지만 고온에서 냉각 용량이 크다. 따라서, 고온일 때 1단부(1010)의 냉각 용량을 이용하고 저온에서는 1단부(101)와 열적 차단을 하면 냉각 대상을 냉각하는 시간이 줄어드므로, 이를 가능하게 하기 위해 활성탄 흡착능력을 이용하여 작동하는 열 스위치를 이하, 도 7 내지 도 11을 참고하여 설명한다.According to the above description, the two-end portion 103 can lower the temperature significantly, but the cooling capacity at the high temperature is small and the one end portion 101 does not lower the temperature much, but the cooling capacity at the high temperature is large. Therefore, if the cooling capacity of the first end portion 1010 is used at a high temperature and the thermal shutdown is performed at the first end portion 101 at a low temperature, the time for cooling the cooling object is reduced. Therefore, The operating thermal switch will be described below with reference to Figs. 7 to 11. Fig.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 활성탄을 이용한 열 스위치가 분리된 상태를 도시하고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 열 스위치가 외부벽(Outer wall)만 분리하여 내부의 휜배열과 활성탄 배열을 보인 상태를 도시하며, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 열 스위치가 외부벽까지 조립되어 내부 기체헬륨이 외부와 차단된 상태를 도시하고, 도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 도 9의 열 스위치의 중간을 잘라서 본 단면도이며, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 9의 열 스위치의 중간을 잘라서 본 단면도이다. FIG. 7 shows a state in which a thermal switch using activated carbon according to an embodiment of the present invention is separated, FIG. 8 shows a state in which the heat switch according to the embodiment of the present invention separates only the outer wall, 9 shows a state in which the internal gas helium is shielded from the outside by assembling the heat switch according to the embodiment of the present invention up to the outer wall, and FIG. 10 is a view showing an embodiment of the present invention FIG. 11 is a cross-sectional view of the heat switch of FIG. 9 according to another embodiment of the present invention. FIG.

도 7, 8, 9, 10, 11을 참조하면, 활성탄을 이용한 열 스위치(200)는 상단 휜배열(Upper fin array)(201), 하단 휜배열(Lower fin array)(203), 활성탄 베드(Charcoal bed)(207) 및 외부 벽(Outer wall)(209)을 포함한다. 7, 8, 9, 10 and 11, the thermal switch 200 using activated carbon has an upper fin array 201, a lower fin array 203, an activated carbon bed A charcoal bed (207) and an outer wall (209).

상단 휜배열(201) 및 하단 휜배열(203)은 복수의 휜이 배열된 형태로서, 열전도가 잘되는 구리 재질로 되어 있다. 이때, 상단 휜배열(201)은 도 3에 보인 것처럼, 1단부(101)와 열적으로 연결된다. 그리고 하단 휜배열(203)은 도 3에 보인 것처럼, 2단부(103) 및 냉각 대상(300)과 열적으로 연결된다. The upper fin array 201 and the lower fin array 203 are formed by arranging a plurality of fins and made of a heat conductive copper material. At this time, the upper fin arrangement 201 is thermally connected to the first end 101 as shown in FIG. And the lower fin array 203 is thermally connected to the second end 103 and the cooling object 300 as shown in FIG.

또한, 상단 휜배열(201)과 하단 휜배열(203)은 물리적으로 서로 닿아 있지 않지만, 중간매개물질, 예컨대 기체 헬륨의 압력이 높으면 열적으로 연결되고 압력이 낮으면 열적으로 차단된다.Also, the upper fin array 201 and the lower fin array 203 are not physically touching each other, but are thermally connected if the pressure of the intermediate medium such as gaseous helium is high, and thermally blocked when the pressure is low.

활성탄 베드(207)는 온도가 높은 상태에서는 중간매개물질(또는 기체 헬륨)을 흡착하지 못하다가 온도가 내려가면 중간매개물질(또는 기체 헬륨)을 흡착하면서 열 스위치 내부 중간매개물질(또는 기체 헬륨)의 압력을 낮춘다. 이처럼, 압력이 낮아지면 전술한대로 열 스위치가 열적으로 차단되어 2단부(103)로만 냉각 대상(300)을 냉각한다. The activated carbon bed 207 does not adsorb the intermediate medium (or gaseous helium) at a high temperature. When the temperature is lowered, the intermediate carbon material (or gaseous helium) . As described above, when the pressure is lowered, the thermal switch is thermally interrupted as described above, and the cooling object 300 is cooled only by the two-end portion 103 .

외부 벽(209)은 열 스위치(200) 내부의 중간매개물질(또는 기체 헬륨)을 외부와 통하지 않도록 차단시키는 역할을 한다. 즉, 가스의 압력을 조절하기 위해서 열 스위치 내부의 가스가 외부와 밀폐되도록 한다. 이러한 외부 벽(209)은 스테인레스 스틸 튜브(SS tube) 형태로서, 열전도가 낮은 스테인레스 스틸을 사용하여 열유입을 최소화한다.The outer wall 209 serves to shield the intermediate medium (or gaseous helium) in the heat switch 200 from being communicated with the outside. That is, the gas inside the heat switch is sealed to the outside to control the pressure of the gas. This outer wall 209 is in the form of a stainless steel tube (SS tube) and uses low thermal conductivity stainless steel to minimize heat input.

도 10 및 도 11은 열 스위치(200)의 내부 단면도로서, 외부벽(209)은 스테인레스 스틸로 내부의 중간매개물질(또는 기체 헬륨)을 외부와 고립시킨다. 그리고 활성탄 베드(207)는 상단 휜배열(201) 및 하단 휜배열(203) 사이의 내부 공간(205)에 위치한다. 이때, 도 10과 같이 내부 공간(205)의 중심부에 위치하거나 또는 도 11과 같이 열 스위치(200)의 하단, 구체적으로 내부 공간(205) 및 하단 휜배열(203)의 하단에 위치할 수 있다. 10 and 11 are internal cross-sectional views of the thermal switch 200, wherein the outer wall 209 isolates the intermediate medium (or gaseous helium) therein from the outside with stainless steel. The activated carbon bed 207 is located in the inner space 205 between the upper fin array 201 and the lower fin array 203. At this time, it may be located at the center of the inner space 205 as shown in FIG. 10 or may be located at the lower end of the thermal switch 200, specifically, the lower end of the inner space 205 and the lower fin array 203 as shown in FIG. .

이러한 위치외에도 활성탄 베드(207)의 위치는 다양한 형태가 가능하지만, 단, 하단 휜배열(203)과 항상 열적으로 연결이 되어 있어야 하고, 내부의 중간매개물질(또는 기체 헬륨)과 항상 연결되어 있으며, 외부와 고립될 수 있는 위치에 위치한다.In addition to this location, the location of the activated carbon bed 207 may be varied in shape, provided that it is always thermally connected to the lower fin array 203 and is always connected to the intermediate medium (or gaseous helium) , It is located at a position where it can be isolated from the outside.

지금까지 설명한 바와 같이, 열 스위치(200)는 휜 형상을 하고 있으며 내부가 중간매개물질(또는 기체 헬륨)으로 가득 차 있다. 중간매개물질(또는 기체 헬륨)의 압력은 활성탄 베드(207)의 온도에 의해 결정되며 특정 온도 이하로 내려가면 활성탄 베드(207)가 중간매개물질(또는 기체 헬륨)을 흡착하기 때문에 중간매개물질(또는 기체 헬륨)의 압력을 낮추어 열적 차단을 가능하게 한다. 즉, 열 스위치(200)는 활성탄 베드(207)의 흡착 능력에 따라 열적연결(ON) 또는 열적차단(OFF)을 가능하게 한다.As described so far, the thermal switch 200 has a fin shape and the interior is filled with intermediate material (or gaseous helium). The pressure of the intermediate medium material (or gaseous helium) is determined by the temperature of the activated carbon bed 207, and when the temperature is lowered to a certain temperature or lower, the activated carbon bed 207 adsorbs the intermediate medium material (or gaseous helium) Or gaseous helium) to enable thermal shutdown. That is, the thermal switch 200 enables thermal connection (ON) or thermal shutdown (OFF) according to the adsorption capability of the activated carbon bed 207.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 극저온 냉동기에 의해 냉각 방법을 나타낸 순서도이다. 즉, 고온에서 냉각 용량이 상대적으로 큰 1단부(101) 및 고온에서 냉각 용량이 상대적으로 적은 2단부(103)를 포함하는 극저온 냉동기(100)를 이용하여 냉각 대상을 냉각하는 방법을 도시한다.12 is a flowchart showing a cooling method by a cryogenic freezer according to an embodiment of the present invention. That is, there is shown a method of cooling an object to be cooled by using a cryogenic freezer 100 including a first end portion 101 having a relatively large cooling capacity at a high temperature and a second end portion 103 having a relatively small cooling capacity at a high temperature.

도 12를 참조하면, 사이에 존재하는 중간매개물질에 의해 열 스위치(200)의 상단 휜배열(201) 및 하단 휜배열(203)이 서로 열적으로 연결된다(S101). 즉, 열 스위치(200)는 도 2에서와 같이 온 된 상태에 있다. Referring to FIG. 12, the upper fin array 201 and the lower fin array 203 of the thermal switch 200 are thermally connected to each other by the intermediary mediator present between them (S101). That is, the thermal switch 200 is in the ON state as shown in FIG.

이때, 상단 휜 배열(201)은 1단부(101)에 연결되고, 하단 휜배열(203)은 2단부(103) 및 냉각 대상(300)에 열적으로 연결된다(S103). 그러면, 냉각 대상(300), 상단 휜 배열(201) 및 하단 휜배열(203)은 1단부(101) 및 2단부(103) 모두에 의해 냉각된다(S105).At this time, the upper fin array 201 is connected to the first end 101, and the lower fin array 203 is thermally connected to the second end 103 and the cooling object 300 (S103). The cooling object 300, the upper fin array 201 and the lower fin array 203 are cooled by both the first end 101 and the second end 103 (S105).

냉각이 이루어지다가 1단부(101)의 냉각 용량이 최소인 온도(도 2의 A)가 되면 열 스위치(200)의 활성탄 베드(207)가 중간매개물질(또는 기체 헬륨)을 흡착한다(S107). 그리고 흡착에 따라 상단 휜배열(201) 및 하단 휜배열(203) 사이의 압력이 낮아져 열적으로 차단된다(S109). 그러면, 2단부(103)에 의해서만 냉각 대상(300)은 냉각된다(S111). 이처럼, 2단부(103)에만 열적으로 연결된 상태에서 냉각 대상이 극저온으로 냉각된다. When the temperature is reached (A in FIG. 2) at which the cooling capacity of the first end portion 101 becomes minimum after the cooling is performed, the activated carbon bed 207 of the heat switch 200 adsorbs the intermediate medium material (or gaseous helium) (S107) . The pressure between the upper fin array 201 and the lower fin array 203 is lowered due to the adsorption and is thermally isolated (S109). Then, the cooling object 300 is cooled only by the two-end portion 103 (S111). As described above, the object to be cooled is cooled to a cryogenic temperature in a state of being thermally connected to only the two end portions 103.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다. The embodiments of the present invention described above are not implemented only by the apparatus and method, but may be implemented through a program for realizing the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

Claims (17)

복수의 휜이 배열되고, 극저온 냉동기의 1단부에 열적으로 연결되는 상단 휜 배열,
복수의 휜이 배열되고, 상기 1단부의 냉각 용량과 서로 다른 냉각 용량을 가지는 상기 극저온 냉동기의 2단부에 열적으로 연결되는 하단 휜 배열, 그리고
활성탄의 흡착 성질을 이용하여 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열을 열적으로 연결시키거나 또는 열적으로 차단시키는 활성탄 베드를 포함하고,
상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열은,
상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열 사이에 존재하는 중간매개물질에 의해 서로 열적으로 연결되고,
상기 활성탄 베드는,
상기 극저온 냉동기에 의해 냉각되다가 정해진 온도 이하가 되면, 상기 중간매개물질을 흡착하여 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열 사이의 압력을 낮추어 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열을 열적으로 차단시키는 열 스위치.An upper fin arrangement in which a plurality of fins are arranged and thermally connected to one end of the cryogenic freezer,
A lower fin arrangement in which a plurality of fins are arranged and thermally connected to the two ends of the cryogenic refrigerator having a cooling capacity different from the cooling capacity of the one end,
And an activated carbon bed for thermally connecting or thermally isolating the upper fin arrangement and the lower fin arrangement using the adsorption properties of activated carbon,
The upper fin arrangement and the lower fin arrangement,
Wherein the upper fin arrangement and the lower fin arrangement are thermally connected to each other by an intermediate medium material existing between the upper fin arrangement and the lower fin arrangement,
In the activated carbon bed,
And a heat switch for thermally isolating the upper fin arrangement and the lower fin arrangement by lowering the pressure between the upper fin arrangement and the lower fin arrangement by adsorbing the intermediate medium material when cooled by the cryogenic refrigerator to a predetermined temperature or lower, . 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 활성탄 베드는,
외부와 고립되고, 상기 하단 휜 배열과 열적으로 연결되며, 상기 중간매개물질과 연결된 위치에 위치하는 열 스위치.The method according to claim 1,
In the activated carbon bed,
A heat switch isolated from the outside, thermally connected with the lower fin array, and located at a position connected to the intermediate medium. 제3항에 있어서,
상기 활성탄 베드는,
상기 상단 휜배열과 상기 하단 휜배열 사이의 내부공간의 중앙에 위치하는 열 스위치.The method of claim 3,
In the activated carbon bed,
And a thermal switch located at the center of the inner space between the upper fin arrangement and the lower fin arrangement. 제3항에 있어서,
상기 활성탄 베드는,
상기 상단 휜배열과 상기 하단 휜배열 사이의 내부공간 중에서 상기 하단 휜배열의 하단에 위치하는 열 스위치.The method of claim 3,
In the activated carbon bed,
And an inner space between the upper fin array and the lower fin array is located at the lower end of the lower fin array. 제1항에 있어서,
상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열은,
열전도도가 높은 재질로 이루어지는 열 스위치.The method according to claim 1,
The upper fin arrangement and the lower fin arrangement,
Heat switch made of material with high thermal conductivity. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 7 has been abandoned due to the setting registration fee. 제6항에 있어서,
상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열은,
구리 재질로 이루어지는 열 스위치.The method according to claim 6,
The upper fin arrangement and the lower fin arrangement,
Heat switch made of copper material. 제1항에 있어서,
상기 중간매개물질은,
기체를 포함하는 열 스위치.The method according to claim 1,
The intermediate mediator substance may be,
Thermal switch containing gas. 제8항에 있어서,
상기 중간매개물질은,
헬륨 가스를 포함하는 열 스위치.9. The method of claim 8,
The intermediate mediator substance may be,
A thermal switch comprising helium gas. 제1항에 있어서,
상기 중간매개물질을 외부와 통하지 않도록 차단시키는 외부 벽
을 더 포함하는 열 스위치.The method according to claim 1,
And an outer wall for blocking the intermediate medium
/ RTI > 제10항에 있어서,
상기 외부 벽은,
열전도도가 낮은 재질로 이루어지는 열 스위치.11. The method of claim 10,
The outer wall
Heat switch made of material with low thermal conductivity. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 12 is abandoned in setting registration fee. 제11항에 있어서,
상기 외부 벽은,
스테인레스 스틸 재질로 이루어진 튜브인 열 스위치.12. The method of claim 11,
The outer wall
A heat switch that is a tube made of stainless steel. 고온에서 냉각 용량이 상대적으로 큰 1단부 및 고온에서 냉각 용량이 상대적으로 적은 2단부를 포함하는 극저온 냉동기,
상기 1단부 및 상기 2단부와 열적으로 연결되고, 상기 1단부의 냉각 용량이 최소가되는 특정 온도에서 상기 1단부와 열적 연결을 차단시키는 열 스위치, 그리고
상기 열 스위치와 열적으로 연결되고, 상기 극저온 냉동기에 의해 극저온으로 냉각되는 냉각 대상을 포함하고,
상기 열 스위치는,
복수의 휜이 배열되고, 극저온 냉동기의 1단부에 열적으로 연결되는 상단 휜 배열,
복수의 휜이 배열되고, 상기 1단부의 냉각 용량과 서로 다른 냉각 용량을 가지는 상기 극저온 냉동기의 2단부에 열적으로 연결되며, 상기 상단 휜 배열과 사이에 존재하는 중간매개물질에 의해 상기 상단 휜 배열과 서로 열적으로 연결되는 하단 휜 배열, 그리고
상기 극저온 냉동기에 의해 냉각되다가 특정 온도 이하가 되면, 상기 중간매개물질을 흡착하여 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열 사이의 압력을 낮추어 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열을 열적으로 차단시키는 활성탄 베드
를 포함하는 냉각 시스템.A cryocooler including a first end having a relatively large cooling capacity at a high temperature and a second end having a relatively small cooling capacity at a high temperature,
A thermal switch which is thermally connected to the first end and the second end and blocks the thermal connection with the first end at a specific temperature at which the cooling capacity of the first end is minimized,
A cooling object which is thermally connected to the heat switch and is cooled to a cryogenic temperature by the cryogenic freezer,
The thermal switch includes:
An upper fin arrangement in which a plurality of fins are arranged and thermally connected to one end of the cryogenic freezer,
Wherein the plurality of fins are arranged and thermally connected to two ends of the cryogenic freezer having different cooling capacities from the one end of the cryogenic refrigerator, And a bottom fin arrangement that is thermally coupled to each other, and
Wherein the upper fin arrangement and the lower fin arrangement are thermally isolated by lowering the pressure between the upper fin arrangement and the lower fin arrangement by adsorbing the intermediate medium material when cooled by the cryogenic refrigerator to a specific temperature or lower,
≪ / RTI > 제13항에 있어서,
상기 2단부, 상기 열 스위치 및 상기 냉각 대상을 내부에 포함하고, 상기 냉각 대상에서 발생되는 열을 차폐시키는 열차폐체, 그리고
상기 극저온 냉동기 및 상기 열차폐체를 내부에 포함하여 상기 냉각 대상을 저온상태로 유지시키기 위한 크라이오스태트
를 더 포함하는 냉각 시스템.14. The method of claim 13,
A heat shield which includes the two ends, the heat switch, and the object to be cooled inside and shields heat generated in the object to be cooled, and
A cryostat for containing the cryogenic freezer and the heat shield therein to keep the object to be cooled at a low temperature,
≪ / RTI > 삭제delete 고온에서 냉각 용량이 상대적으로 큰 1단부 및 고온에서 냉각 용량이 상대적으로 적은 2단부를 포함하는 극저온 냉동기를 이용하여 냉각 대상을 냉각하는 방법에 있어서,
상기 극저온 냉동기는 열 스위치를 통해 상기 냉각 대상과 연결되고,
상기 열 스위치의 상단 휜 배열 및 하단 휜 배열이 사이에 존재하는 중간매개물질에 의해 서로 열적으로 연결된 상태에서 상기 상단 휜 배열을 상기 1단부와 열적으로 연결시키고 상기 열 스위치의 하단 휜 배열을 상기 2단부 및 상기 냉각 대상과 열적으로 연결시키는 단계,
상기 1단부 및 상기 2단부에 의해 상기 열 스위치 및 상기 냉각 대상이 냉각되는 단계,
정해진 온도에서 활성탄의 흡착 성질을 이용하여 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열 사이의 압력을 낮추어 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열 사이의 열적 연결을 차단시키는 단계, 그리고
상기 열적 연결 차단 이후, 상기 2단부에 의해서만 상기 냉각 대상이 냉각되는 단계를 포함하고,
상기 열적 연결을 차단시키는 단계는,
상기 1단부의 냉각 용량이 최소인 특정 온도에서 상기 열 스위치의 내부에 존재하는 상기 활성탄이 상기 중간매개물질을 흡착하는 단계, 그리고
상기 흡착에 따라 상기 상단 휜 배열 및 상기 하단 휜 배열 사이의 압력이 낮아져 상기 열적 연결이 차단되는 단계
를 포함하는 냉각 방법.A method of cooling an object to be cooled by using a cryogenic freezer including a first end having a relatively large cooling capacity at a high temperature and a second end having a relatively small cooling capacity at a high temperature,
The cryogenic freezer is connected to the object to be cooled through a heat switch,
Wherein the upper fin arrangement and the lower fin arrangement of the thermal switch are thermally connected to each other by an intermediate medium between the upper fin arrangement and the lower fin arrangement, Thermally connecting the end and the cooling object,
Cooling the heat switch and the object to be cooled by the first end and the second end,
Closing the thermal connection between the upper fin arrangement and the lower fin arrangement by lowering the pressure between the upper fin arrangement and the lower fin arrangement using adsorption properties of activated carbon at a predetermined temperature,
And cooling the cooling object only by the two ends after the thermal connection is cut off,
The step of blocking the thermal connection comprises:
Adsorbing the intermediate-mediated substance in the activated carbon existing inside the heat switch at a specific temperature at which the cooling capacity of the first end is minimum; and
And the thermal connection is blocked by lowering the pressure between the upper fin arrangement and the lower fin arrangement according to the adsorption
Lt; / RTI > 삭제delete
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