KR102560074B1 - 극저온 냉동기 - Google Patents

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Abstract

극저온 냉동기는 저장 공간을 규정하는 데와를 특징으로 한다. 저류부는 저장 공간 내에 또는 저장 공간에 인접하여 위치되며, 저장 공간에 대해서 저류부 내부 공간 내에 있어서 극저온 액체의 상방에 헤드스페이스를 갖도록 극저온 액체를 포함하도록 구성되어 있다. 냉동 모듈은 상기 저류부의 상기 헤드스페이스와 열교환 관계이다. 센서는 상기 저류부 내의 온도 또는 압력을 결정하도록 구성되어 있다. 시스템 제어부는 상기 센서와 상기 냉동 모듈에 접속되며, 상기 헤드스페이스 내의 압력 또는 온도가 상숭한 경우에, 상기 냉동 모듈이 상기 저류부의 상기 헤드스페이스에 추가의 냉각을 부여하도록 조정되도록 구성되어 있다.

Description

극저온 냉동기{CRYOGENIC FREEZER}
본 발명은, 일반적으로는, 저온에서 물질을 저장하기 위한 냉동기 또는 듀어(dewar)에 관한 것이며, 특히, 냉각하기 위해서 극저온 유체 저장부와 조합한 기계식 냉동 시스템을 사용하는 극저온 냉동기에 관한 것이다.
생물학적 재료를 극저온 냉동기 내에서 보존하는 경우, 시료를 단일의, 제어된 온도로 유지하는 요구가 있다. 온도가 단일인 것에 부가해서, 소망한 온도 자체는 저장되는 재료의 타입과 사용의 목적에 의해서 변화한다. 예를 들면, 생물 세포의 장기간의 보존에서는, 온도를 -160℃ 미만으로 유지하는 것이 바람직하다. 혈중 또는 이식 조직의 단기간의 저장에서는, 요구되는 것은 -5O℃이다. 저장의 여러가지 요구에 따르기 위해서, 극저온 냉동기는 2개의 별개의 경로에서 전개되어 왔다. 액체 질소(또는 "LN2")에 의한 냉각과 기계식 냉각이다.
종래의 LN2 극저온 듀어는, 도 1의 도면부호 10에 의해서 개략적으로 표시되어 있고, 내측 탱크(14)를 수용하는 외측 쉘(12)이 특징이다. 외측 쉘과 내측 탱크는 진공 단열 공간(16)에 의해서 분리되어 있고, 제거 가능한 단열 뚜껑 또는 플러그(18)가 내측 탱크의 내부에 액세스를 허락한다. 몇개의 스텐인리스 강의 저장 랙(그 중의 하나는 도면부호 22로 도시되어 있다)은, 생물학적 시료를 수용하는 상자를 보지하고, 듀어의 내부에 배치된다. 랙은 원형의 회전 트레이 플랫폼(26)에 실린다. 저장 랙(22)에 액세스하기 위해서는, 사용자는 핸들(28)을 사용해서 트레이(26)를 회전시킨다. 듀어의 바닥에는 액체 질소(-196℃)의 풀(32)이 있고, 듀어 내의 생물학적 시료를 저온에 유지한다.
도 1의 듀어(10)에서는, 랙은 액체 질소에 직접 접촉하고 있지 않고, 오히려 액체의 상방의 증기 공간 내에 있다. 따라서, 랙의 온도는 액체 질소로부터의 거리에 의해서 변화한다. 보다 구체적으로는, 질소의 풀에 가장 가까운, 랙의 저부 부근에서는 가장 낮은 온도이며, 한편 풀로부터 가장 떨어진 랙의 정부에서는 가장 높은 온도이다.
더 최근의 듀어는, 랙에 열전도 재료의 사용하고, 듀어의 구조 중에서, 그 온도의 층화를 최소로 하고, 정부로부터 저부까지 액체 질소 풀의 온도에 접근한다. 이러한 듀어의 예는 일반적으로 브룩스 등의 미국 특허 제 6,393,847 호에 개시되어 있다. 브룩스 등의 미국 특허 제 6,393,847 호는, 저부의 액체 질소의 풀과 원통형의 슬리브를 특징으로 하는 턴테이블 또는 회전 가능한 트레이를 구비하는 듀어를 개시한다. 원통형상의 슬리브는, 트레이 상에 저장되는 생물학적 시료로부터 열을 수송하기 위해서 액체 냉동제의 풀 내에 퍼지는 스커트(skirt)를 특징으로 한다. 이와 같은 안티-층화 방법은 작용하지만, 듀어의 온도는 액체 질소 온도에 가깝게 되는 경향이 있고, 이와 같은 듀어를 장기간의 저장의 용도에 가장 적합하도록 하고 있다.
기계식 냉동기는 가정용의 냉동기와 동일한 방법으로 작용한다. 전기적으로 구동되는 냉동 시스템에 의해서 단열 용기가 냉각된다. 극저온 액체를 냉매로서 사용하는 일부 냉동 시스템도 있다. 그러나, 기계식 냉동기는, 대부분의 기계식 냉동기 및 냉동 시스템 자체의 박스 형상의 도어포함 구성으로 인해서 적어도 부분적으로 냉동기의 단열의 효율에 의해 달성되는 온도로 한정된다. 이들은 -4O℃에서 100℃의 온도 범위에서 동작하는 경향이 있다. 또한, 종래의 증기-압축 기계식 냉동은 냉동 장치의 냉각측 및 가열측에 대해서 적당한 온도로 가열 및 응축시키는 냉동제를 필요로 한다. 이러한 냉동제는 LN2 온도(대략 77°K)로부터 실온(대략 300°K)까지에 걸쳐서 존재한다.
기계식 냉동기에 의해서 나타내는 최대의 단점은 동작이 전기에 의존하는 것이다. 전력이 없어지거나 냉동 시스템이 고장나면, 냉동기는 단기간(2일간)에 따뜻해진다. 액체 질소식의 냉동기에서는, 전력이 떨어지거나, 또는 액면 제어부가 고장나면, 듀어의 저부의 질소의 풀이 전형적으로는 1개월의 냉동을 제공한다. 이 이유 때문에, 냉동기의 시장은 저온에서의 저장 또는 고가인 재료가 냉각되는 상황에서는, 액체 질소의 냉동기의 사용을 좋아하는 경향이 있다. 기계식 냉동기는 극단적인 저온을 요구하지 않고, 또는 용이하게 대체 가능한 내용물을 냉각하는 상황에서 사용된다.
종래의 액체 질소 냉동기는, 단일의, 또한 선택적인 온도를 유지하기 위한 2개의 고유의 문제를 갖는다. 첫째로, 상술한 바와 같이, 액체 질소 냉매는 냉동기의 저부에 저장된다. 저온의 기체는 따뜻한 기체보다 밀도가 높기 때문에, 저부에 질소 풀을 갖는 냉동기는, 당연, 온도의 층화를 이루는 경향이 있다. 냉동기의 내부에 들어가는 모든 열은 증기를 따뜻하게 하고, 증기의 밀도는 작아져, 정부로 상승한다. 대부분의 액체 질소 냉동기는 정부 개구를 갖고 있으므로, 냉동기에 들어간 열의 대부분은 우선 정부에 도달하고, 저부의 액체에 의해서 효율적으로 흡수되지 않는다. 이것이 층화의 문제에 추가된다.
둘째로, 액체 질소는 대기압에서 저장되므로, 그 온도는 항상 대략 -196℃이다. 그 결과, 만약 듀어 내의 층화가 제거되면, 내부의 온도는 대략 -196℃가 된다.
또한, 액체 질소 냉동기는 액체 질소가 소비되었을 경우에 재충전하는 시스템을 요구한다. 이것은 도입의 비용을 증가시키고(즉, 배관과 탱크의 자본의 비용), 소비되는 액체 질소의 비용도 매우 높다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 극저온 냉동기는,
a. 저장 공간을 규정하는 듀어와,
b. 상기 저장 공간 내에 또는 인접하여 위치하고, 상기 저장 공간에 대해서 밀봉된 저장부 내부 공간 내에 있어서 극저온 액체의 상부에 헤드 스페이스를 갖는 극저온 액체를 포함하도록 구성되는 저장부와,
c. 상기 저장부의 상기 헤드 스페이스와 열교환 관계에 있는 냉동 모듈과,
d. 상기 저장부 내의 온도 또는 압력을 결정하도록 구성되는 센서와,
e. 상기 센서와 상기 냉동 모듈에 접속되고, 상기 헤드 스페이스 내의 압력 또는 온도가 상승하면 상기 저장부의 상기 헤드 스페이스에 추가의 냉각을 제공하기 위해 상기 냉동 모듈이 조정되도록 구성되어 있는 시스템 제어부를 포함한다.
도 1은 종래 기술의 극저온 듀어의 측단면도이다.
도 2는 본 개시의 극저온 냉동기의 하나의 실시형태의 사시도이다.
도 3은 슈라우드를 제거한 도 2의 냉동기의 상부의 전방 상면 사시도이다.
도 4는 도 3의 상부의 배면측의 사시도이다.
도 5는 도 2 내지 도 4의 냉동기의 측단면도이다.
도 6은 도 5의 냉동 모듈의 확대 측단면도이다.
도 7은 도 2 내지 도 6의 냉동기의 저온 냉동기와 하우징의 저부 또는 마루 패널의 일부의 사시도이다.
도 8은 도 2 내지 도 6의 냉동기의 시스템 제어부에 의해서 실행되는 순서의 플로우차트이다.
도 9는 도 2 내지 도 6의 냉동기의 듀어의 내부에의 랙의 삽입에 대한, 저장 온도, 저장부의 압력과 저온 냉동기의 전류의 그래프이다.
도 10은 도 2 내지 도 6의 냉동기에 대해서, 저온 냉동기의 전원을 오프로 한 상태의 시간에 대한 저장부의 온도의 그래프이다.
도 11은 본 개시의 극저온 냉동기의 제 2 실시형태의 측단면도이다.
도 12는 도 11의 냉동기의 듀어의 상부의 확대 측단면도이다.
도 2의 도면부호 40에 의해서 본 개시의 극저온 냉동기의 하나의 실시형태가 전체적으로 도시되어 있다. 냉동기는 저장 듀어(42)를 포함한다. 원통형상의 듀어가 도시되어 있지만, 듀어는 다른 형상을 갖고 있어도 좋다. 이 기술 분야에서 공지되어 있는 바와 같이, 듀어는, 외벽/외측 슬리브와 내벽/내측 자켓을 구비하고, 2개의 사이에, 진공 단열을 부여하기 위해서 공기가 배기된 공간을 가진다. 액세스 네크(44)는 듀어의 정부에 위치하고, 듀어의 내부 저장 공간에 액세스될 수 있는 액세스 개구부를 규정한다. 뚜껑(46)은 액세스 개구부를 덮는다. 슈라우드(48)도 또한 듀어의 정부에 배치되고, 터치 스크린과 디스플레이를 갖추는 제어 패널(52)이 액세스되어 시인될 수 있는 개구를 구비한다. 단순한 예시로서 슈라우드(48)는 플라스틱으로부터 성형될 수 있다. 계단(54)은 사용자가 액세스 네크(44)와 제어 패널(52)에 액세스하는 것을 가능하게 한다.
슈라우드가 제거된 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 전체적으로 도면부호 60으로 나타내는 냉동 모듈은 전체적으로 도면부호 56으로 나타내는 하우징을 포함한다. 도 2 및 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제어 패널(52)은 하우징의 전면 벽(58)에 설치되어 있다. 하우징은 또한, 바람직하게는(다른 설치도구도 사용될 수 있지만) 나사(64)에 의해서 장착되는, 분리 가능한 커버(62)를 구비한다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 하우징의 배면 패널(66)은, 이하에 기능성이 설명되는 냉각 슬롯(68)을 구비한다. 하우징은 바람직하게는 금속에 의해서 구성되지만, 다른 재료도 사용될 수 있다.
도 5는(도 2의 슈라우드가 제거된) 냉동기(40)의 단면도를 도시한다. 내부 저장 공간(72)은 듀어(42)에 의해서 규정되고, 격벽(74)을 갖는 회전 랙 또는 턴테이블을 구비한다. 각각의 격벽은, 랙의 구획 내에 저장된 생물학적 시료 또는 다른 재료에 액세스할 수 있도록, 회전 랙 또는 턴테이블이 회전될 수 있도록 핸들(76)을 구비한다.
원통형의 저장부(78)는 저장 공간(72)의 중앙에 위치하고, 극저온 액체의 상방의 헤드 스페이스를 구비하여 극저온 액체(82)를 보지하는 저장 내부 공간(80)을 규정한다. 저장 내부 공간(80)은 듀어의 저장 공간(72)에 대해서 밀봉되지만(즉, 이 2개의 사이에 유체 연통은 없다), 저장 공간은, 바람직하게는 금속 재료에 의해서 구성되는 저장부의 벽을 통한 열 수송에 의해서 냉각된다. 단지 예시로서 극저온 액체는 액체 질소(LN2)일 수 있다. 회전 랙 또는 턴테이블의 격벽(74)은, 랙이 핸들(76)을 거쳐서 회전될 때에 이것들이 저장부 주위에 회전하도록, 절취부(84)를 구비한다.
원통형상의 저장부 네크(86)는 저장부(78)로부터 위로 연장되고, 헤드 스페이스와(저장부 내부 공간(80)의 나머지와) 유체 연통에 있는 하단을 구비한다. 저장부 네크(86)의 상단은, 냉동 모듈(60)의 전체적으로 도면부호 90으로 나타내는 저온 헤드의 저온 핑거(finger)와 저온 선단부(88)를 수용한다.
도 6에는 냉동 모듈의 확대도가 도시되어 있다. 냉동 모듈(60)은, 저온 선단부(88)를 냉각하기 위한 냉매로서 극저온 유체를 사용하는 기계식 냉동 장치를 사용하고, 이하 "저온 냉동기"라고 칭한다. 도 6 및 도 7에 있어서, 저온 냉동기는 전체적으로 92로 나타내고, 도 6에 도시하는 바와 같이, 하우징(56) 내에 위치한다. 단지 예시로서 저온 냉동기는, 어쿠스틱-스털링(Accoustic-Stirling)("펄스 튜브(pulse-tube)" 냉동 사이클을 사용할 수 있고, 미국 조지아주 볼 그라운드 소재의 Chart Industries, Inc.로부터 입수 가능한 QDRIVE 저온 냉동기일 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 저온 냉동기(92)는 수송 라인(98)을 거쳐서 열 차단 코어(96)에 접속되는 압력파 생성기(94)를 포함할 수 있다. 전체적으로 도면부호 90으로 나타내는 저온 헤드는, 열 차단 코어(96)로부터 하방으로 연장되고, 저온 선단부(88) 내에서 종료되는 저온 핑거(100)를 포함한다. 한쌍의 히트 싱크(102a, 102b)는 열 차단 코어(96)의 반대측에 위치하고, 전동 팬(104a, 104b)을 구비한다. 컴플라이언스 탱크(106)는, 이것도 저온 헤드(90)에 접속되는 코일 형상의 이너턴스 튜브를 포함한다. 조작에 있어서, 전동 왕복식 리니어 모터를 포함한 펄스 폭 생성기(94)는 헬륨 가스의 압력파 또는 펄스를 열 차단 코어(96)에 부여한다. 열 차단 코어 내의 기체의(열이 히트 싱크(102a, 102b)를 통해 회수된다) 냉각과 (컴플라이언스 탱크(106) 내의) 이너턴스 튜브 내의 가상적인 피스톤 효과를 거친 저온 헤드(90) 내의 기체의 팽창을 통해서, 냉각이 저온 선단부(88)에 부여된다.
상술의 저온 냉동기(92)의 실시형태의 새로운 자세한 것은, 모두 여기에 전체가 참조로서 인용되는 스퍼 등의 미국 특허 제 7,628,022 호와, 코레이 등의 미국 특허 출원 공개 제 2015/0033767 호에 기재되어 있다.
본 기술에 대해 알려진 다른 냉동 사이클을 사용하는 다른 형태의 기계식 냉동 장치는 도 5 내지 도 7의 저온 냉동기(92) 대신에 사용될 수 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 하부 도관(108)은 극저온 저장부(78)의 저부에 접속되고, 이것도 또한 LN2 충전 포토/접속부에 접속되는 도 4의 충전 밸브(112)로 향한다. 도 5에 있어서 도면부호 114로 도시되는 상부 도관은, 저장부의 헤드 스페이스, 저장부 배기 밸브(도 4의 도면부호 116), 안전 분출 또는 버스트 밸브(도 4의 도면부호 118), 주변 압력 리드(도 4)의 도면부호 120)에 접속된다. 극저온 저장부(78)의 재충전 동안, LN2의 공급원은 충전 포토/접속부에 접속되고, 충전 밸브(도 4의 도면부호 112)와 저장부 배기 밸브(도 4의 도면부호 116)가 개방된다. 그 결과, 저장부는 하부 도관(108)을 거쳐서 저부로부터 LN2로 충전된다. 저장부(78)가 LN2의 적절한 액위까지 충전되면, 밸브가 폐쇄되어 LN2의 공급원의 접속이 분리된다.
도 6을 참조하면, 전자기기(122)도 또한 냉동 모듈(60)의 하우징(56) 내에 배치되고, 절대 압력 센서, 차압 센서, 시스템 제어부를 포함한다. 시스템 제어부는 마이크로 프로세서 또는 전자 프로그램 가능한 장치이며, 2개의 압력 센서로부터 신호를 수신하기 위해서, 절대 압력 센서와 차압 센서에 접속된다. 절대 압력 센서는 상부 도관(114)(도 5))에 접속되고, 저장부(78) 내의 절대 압력, 즉, 저장부(78)의 헤드 스페이스 내의 압력으로부터 도 4의 주변 압력 리드(120)로부터의 주위의 압력을 뺀 압력을 결정한다.
전자기기(122)의 차압 센서는 하부 도관(108)과 상부 도관(114)에 접속되고, 수신된 저장부 헤드 스페이스와 (액체의) 저부의 압력을 이용하여, 저장부 내의 액위를 계산한다. 이러한 차압 액위 센서는 본 기술에 있어서 공지되어 있다. 차압 센서를 거쳐서, 저장부(78) 내의 극저온 액체의 액위가 미리 정해진 액위보다 아래에 떨어진 것을 시스템 제어부가 검지했을 경우, 저장부의 재충전이 필요한 것을 사용자에 나타내는 경보가 울린다.
또한, 온도 센서는 듀어의 저장 공간 내에 배치되고, 저장 공간 내의 온도가 제어 패널에 표시되도록, (도 2 및 도 3의 제어 패널(52)에도 통함) 시스템 제어부에 접속될 수 있다. 새로운 온도 센서는 저장 공간 내에 배치되고, 외부 기재 또는 시스템을 위한 접속을 제공할 수 있다.
시스템 제어부의 나머지의 기능성은 여기서 설명된다.
제어 수법
시스템 제어부(도 6의 전자기기의 일부)에 의해서 실행되는 동작 제어의 목적은, 도 5를 참조하면, 듀어(42)의 저장 공간(72)의 변화하는 열 부하에 대해서, 그 사이의 액체 저장부(78)를 거친 저온 냉동기(92)에 의한 대응하는 열 추출 또는 냉각/냉동의 레벨의 대응 응답에 따라서, 최소의 저장 공간 내의 온도 변화로, 저장부의 내용물의 감소를 소량 내지 없음으로 하고, 저장 공간 내의 저온을 유지하는 것이다.
상기를 달성하기 위해서, 시스템 제어부는 도 8에 도시되는 처리를 실행한다. 도 8의 블록(132)에 의해서 도시하는 바와 같이, 시스템 제어부는 우선 저장부(도 5의 도면부호 78) 내의 유체 상태를 측정한다. 저장부는 주로 액체를 포함하지만, 그 상방의 헤드 스페이스에 증기도 포함한다. 저장부는 밀폐되고, 밀폐 용기 내에서 실질적으로 포화 평형에 있으므로, 한쪽의 측정이 다른쪽을 적절히 나타내 보이도록, 물리 법칙이 온도와 압력을 링크시킨다. 단열을 통한 통상의 누락, 액세스 네크의 개구부, 또는, 저장 공간보다 따뜻한 재료의 삽입에 의해서, 저장 공간에 열이 더해지면, 열은 저장부 내의 극저온 액체에 의해서 흡수된다. 이것은, 저장부 내의 LN2와 관련지을 수 있었던 증기의 온도와 압력을 조금 상승시킨다. 이와 같이(통상은 아니지만), 만약 저장 공간의 나머지보다 초기 온도가 낮은 물체가 삽입되면, 냉각 효과가 저장부를 냉각하고, 그 온도와 압력을 조금 감소시킨다. 염가의 압력 센서의 정확성과 신뢰성은 염가의 온도 센서에 비해 훨씬 크기 때문에, 일반적으로는 저장부 내의 상태의 변화를 압력의 변화로서 측정하는 것이 바람직하다.
절대 압력 센서의 판독은, 그것을 저장 공간에 소망되는 미리 선택된 설정점 온도(도 8의 블록(134))와 비교하는 시스템 제어부에 부여할 수 있다. 외부 주변으로부터 저장부에의 저장 공간을 거친 정상 상태로의 열의 누설을 고려하기 위해서, 작은 통계적인 차이가 정의될 수 있다. 의도되는 차이를 고려한 저장부의 판독과 설정점과의 차이는, (본 기술에 있어서 잘 공지되어 있는) 종래의 비례 적분 제어 알고리즘에 입력되고, 도 8의 블록(136)으로 나타내는 바와 같이, 일탈을 감소시켜 제외하기 위해서, 전압이 모터의 전력을 조정하고, 거기에 따라 냉동기의 냉각 능력을 조정하는 저온 냉동기(도 5 내지 도 7의 도면부호 92)의 모터에 전압을 출력한다. 즉, 냉동기는, 액체에 의해서 흡수된, 더해진 열이 저장부의 압력을 상승시키면, 정상 상태의 동작 레벨보다 큰 전압을 받고, 앞의 정상 상태가 회복될 때까지, 전압은 통상보다 높은 채이다.
저장부 내의 상승한 압력은, 거기의 액체가 얼마인가 비등하고 증기가 되어 있는 것을 의미하지만, 저장부의 내용물은 통상 상태에서는 없어지지 않는다. 냉동기가 상술한 큰 전압을 받을 경우, 헤드 스페이스 내의 증기의 일부를 재응축시키며, 결과적인 액체는 저장부 액체 풀 아래로 복귀된다.
(단열의 고장과 같이) 비정상인 양의 가열이 저온 냉동기를 압도할 수 있는 긴급 상태, 또는, 확장된 처리되어 있지 않은 냉동기의 고장의 경우에, 증기의 방출을 허용하기 위해서, 저장부에는, 안전 방출 장치(도 4의 안전 분출 또는 버스트 밸브(118))가 부착되어 있다. 그러나, 통상의 조작 상태에서는, 통상의 목표 압력은 실질적으로 안전 방출 압력보다 낮다. 예를 들면, 냉동기의 목표 조작 압력은 안전 방출을 40 psig로 하고, 약 25 psig로 설정될 수 있다. 15 psi의 차이는, 산소(저장부 내의 바람직한 종류)의 포화 온도의 90°캘빈으로부터 97°캘빈(-183℃로부터 -176℃)에의 상승에 대응하고, 얼음의 유리 전이점인 약 136°K(-137℃)로 되는 일반적으로 생물학적 재료의 안전한 장기간의 저장 온도보다 아직 훨씬 낮다. 다른 예에서는, 냉동기는 22 psig의 설정점과 50 psig의 안전 압력 방출 설정을 가질 수 있다.
제어 알고리즘의 비례 정수는, 바람직하게는 약 5 psi의 일탈 범위에서, 냉동기에 가득(최대) 용량을 가져오도록 설정된다. 이 최대 냉각 용량은 정상 상태의 열 누설의 약 2배이다. 따라서, 통상의 조작에서는, 냉동기는, (새로운 물질의 도입에 의해서) 열이 더해진 후, 안전한 압력 한계를 넘는 일이 없이 통상 상태를 회복하기 위해서 충분히 이상의 용량을 가진다.
2개의 따뜻한 랙의 삽입에 대한, 저장부의 온도의 그래프, 저장부의 압력, 저온 냉동기의 (적용된 전압에 응답함) 전류가 도 9에 나타나고, 제어 시스템의 기능과 성능이 도시되어 있다.
이 제어 시스템의 유의해야 할 이점은 이하를 포함한다.
(1) 통상의 조작 상태에서는 냉매의 소비 또는 교체의 필요가 없다.
(2) (저온 냉동기를 동작시킴) 전력의 소비는 요구에 맞춰있고, 거기에 따라서, 스타트·스톱·사이클과 합계의 에너지의 사용을 최소화한다.
(3) 스타트·스톱 냉각보다 조정된 냉각이, 저장된 물질로의 열의 일탈을 최소화하고, 냉동 연소 효과를 최소화하는 것에 의해서 그 사용 가능한 수명을 확장한다.
(4) 액체가 우선 안전 방출 압력까지 상승하고, 그리고 그 후에 완전하게 비등하고, 중대한 온도 상승이 일어나기 전에 배기되지 않으면 안되기 때문에, 단열, 전력 공급, 냉동기의 고장의 경우의 저장된 물질에 있어서 안전하다. 이러한 것은, 도 10에 주어진 그래프에 도시되어 있는 바와 같이, 냉동기의 전원을 껐을 때의 저장부의 온도를 감시하는 것에 의해서 나타나고 있다.
냉동 모듈의 변경을 위한 공정
위에서 설명한 바와 같이, 냉동기의 실시형태는, 극저온 유체(전형적으로는 액체 질소 또는 산소)를 위한 중앙의 저장 용기를 갖는 진공 단열 용기(듀어)와, 도 3 내지 도 6의 도면부호 60으로 나타내는, 저장부의 내용물을 처리해 냉각하는 냉동 모듈을 포함한다. 저장부(도 5의 도면부호 78)를 갖는 냉동 모듈(60)과 그 인터페이스는, 냉동기의 제조, 사용, 현장에서의 수리에 있어서 이점을 갖고, 독특하고 신규이다.
운전중, 본 개시의 냉동기는, 약 135°K보다 높은 온도에의 단시간의 폭로에 의해서 조차도 나빠지며, 또는 파괴되며, 매우 가치가 있는(그리고 자주 교체할 수 없다) 생물학적 재료를 저장하기 위해서 사용된다. 선행 기술의 냉동기에 대해 냉동에 실패가 있으면, 해방 공기중에서의 착빙을 최소로 하고, 재료의 손상을 피하기 위해서, 그러한 재료를 고장난 냉동기로부터 다른 것에 (만약 충분한 공간이 이용 가능하면) 재빠르게 이동시킬 필요가 있다. 이것은 위험을 수반하는 과정이며, 재료와 노동자의 쌍방에 있어서 귀찮고 리스크가 있고, 반드시 성공하지 않는다.
도 2 내지 도 6의 냉동기와 그 독특한 냉동 모듈(60)에 의해서, 저장된 재료에 접하는 것 또는 이동시키는 일이 없이, 수리와 완전한 냉각의 회복이 가능하다. 그러한 수리의 흐름은 이하와 같다.
(1) 냉동이 실패한다(기계적 또는 전기적인 고장).
(2) 경보 신호가 사용자에 문제를 경고한다. 사용자는 교체를 요구한다.
(3) 저장부의 단열을 통한 열 누설이 계속되기 때문에, 저장부의 압력이 천천히 상승하기 시작한다.
(4) 현장에 새로운 냉동 모듈이 도착한다.
(5) 모듈로부터 전원의 접속이 분리된다.
(6) 저장부를 대기압에 배기하기 위해서 저장부 방출 밸브(도 4의 도면부호 116)가 수동으로 개방된다(냉매가 얼마인가 없어지지만, 배기에 의한 냉각 효과는, 손실을, 예를 들면 22 psig와 50 psig의 사이의 당초 압력에 따라 7% 내지 12%로 소량으로 최소화한다).
(7) 커버판(도 3 및 도 4의 도면부호 62)이 냉동 모듈의 하우징(도 3 및 도 4의 도면부호 56)으로부터 제거되고, 저온 냉동기를 듀어에 부착하는 고정구가 노출된다.
(8) 저장부의 저온 핑거의 플랜지(도 6의 도면부호 142)와 냉동 모듈 지지 브래킷(도 6의 도면부호 144)의 양쪽 모두에 있어서, 나사가 저온 냉동기 듀어의 설치로부터 제거된다. 다른 실시형태에서는 물론 나사 이외의 고정구가 사용될 수 있다.
(9) 고장난 냉동 모듈이 듀어로부터 분리되고, 현장외에서의 수리를 위해서 옆에 놓여진다.
(10) 저장부는 저온 핑거가 제거되고, 개방된 네크 플랜지로부터 증기를 계속 배출한다. 이 배기는, 지금 밀폐되어 있지 않은 저장부가 개방되고 있는 동안, 공기와 수분이 저장부에 들어가는 것을 막는다.
(11) 새로운 모듈이 저온 핑거의 플랜지 상의 새로운 가스켓과 함께 위치에 설치된다.
(12) 브래킷을 지지하기 위해서 저온 핑거를 저장부와 모듈에 대해서 밀봉하기 위한 나사가 원래의 위치로 되돌려진다.
(13) 전원이 재차 장착되고, 냉동기의 조작이 개시되어 확인된다.
(14) 모듈의 커버(도 3 및 도 4의 패널(62))가 교체된다.
저장부의 방출 밸브(도 4의 도면부호 116)가 폐쇄된다.
(15) 필요하면, 없어진 극저온 액체가 교체된다. (경우에 따라서는, 예를 들면 중단 시간이 3일 내지 5일보다 적은 경우에는, 후에 이뤄질 수 있다.)
(16) 냉동기 내의 시료의 취급이나 중대한 온도의 상승 없고, 냉동기가 사용자의 운전으로 복귀된다.
(17) 고장난 모듈이 수리 공장에의 반송을 위해서 포장된다.
비교하면, 종래 기술의 기계식 냉동기는, 기계적 또는 전기적인 고장이 생겼을 경우, 저장되어 있는 재료의 제거와 재배치와, 냉매의 제거와 재충전을 포함한 광범위한 분해를 필요로 한다. 저장된 재료에의 위험에 더하여, 이러한 수송은, 사용자에 의해서 주의 깊게 대체의 장소를 조정하고, 관계하는 각각의 재료의 기록을 취하고, 이러한 재료를 움직여, 후에 되돌리고, 그리고, 공정을 통해 최고 온도의 한계를 넘을 수 없는 것을 가정하기 위해서 소비되는 고려해야 할 시간을 필요로 한다. 특히, 이러한 고장은 종래의 기계식 냉동기에서는, 전형적으로는 수년마다 생긴다.
노이즈와 전자 간섭에 대한 상부 덮개의 이점
위에서 설명한 바와 같이, 본 개시의 냉동기의 실시형태는 노이즈와 전자 간섭(EMI) 복사(이러한 복사는 모든 전기적 기계적 장치에 대해 전형적이다)를 처리하기 위해서, 덮개의 2개의 층을 갖는 상부 덮개를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로는, 우선, 상술된 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 저온 냉동기, 시스템 제어부와 관련된 열교환기와 팬을 포함한 냉동기의 기재는, 바람직하게는 금속에 의해서 구성되는 하우징(56) 내에 봉입되어 있다. 패러데이 케이지(Faraday cage)로서 작용하는 하우징은 그 내의 전기 기구로부터의 EMI 복사를 저감한다. 도 4에 도시하고, 위에 기재한 것처럼, 하우징의 배면 패널(66)은 기류를 냉각하기 위해서 냉각 슬롯(68)을 구비한다. 도 6의 도면부호 148에 의해서 나타내는 배플 벽은, 하우징(56) 내에 배치되어, 슬롯을 통과하는 노이즈와 EMI 복사를 저감하기 위해서 배플을 제공하도록 냉각 슬롯에 대향한다. 다른 공기 배기 구멍의 구성은 냉각 슬롯(68)의 것에 바꿀 수 있는 것에 유의되는 것이 당연하다.
덮개의 제 2 외측의 층은 도 2의 슈라우드(48)에 의해서 주어진다. 슈라우드(48)는, 바람직하게는 고분자 재료에 의해서 형성되고, 저온 냉동기와 팬의 음향 방사를 수용해서 내부에 반향시키는 효과를 가진다. 슈라우드는 또한 미관의 향상을 준다.
하우징(56)을 통해서 흐르는 냉각 공기는, 사용자로부터 멀어지도록 하우징의 배면으로부터 방출되고, 거기에 따라서, 사용자에 의해서 경험되는 소음의 레벨을 한층 더 저감한다. 보다 구체적으로는, 하우징은 도 5 내지 도 7에 있어서 도면부호 152로 나타내는 마루 패널을 구비한다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 한쌍의 흡기 구멍(154a, 154b)은 저온 냉동기의 히트 싱크(102a, 102b)의 아래에 배치되어 있다. 히트 싱크의 팬(104a, 104b)은, 동작 중, 화살표(156a, 156b)로 나타내는 바와 같이, 공기가 흡기 구멍(154a, 154b)을 통해서 하우징 내부에 흡인되도록 구성된다.
도 6을 참조하면, 격벽(162)은 하우징 내에서 마루에서 천정까지, 그리고, 벽에서 벽까지 연장된다. 도 6에 있어서 도면부호 164로 나타내는 전동식 팬은 격벽 내에 설치되고, 도 6의 화살표(172)에 의해서 나타내는 바와 같이, 공기를 전방 격실(166)로부터 후방 격실(168)로 향해서, 최종적으로는 하우징의 냉각 슬롯(68)(도 4)으로부터 외부로 나오도록 송풍하도록 구성된다. 그 결과, 냉각 기체는 전자기기(122)를 넘어 흐른다. 또한, 격벽은 하우징의 후방 격실(168)로부터 전방 격실(166)로 돌아오는 공기의 재순환을 막고, 저온 냉동기의 펄스파 발생 모터(94)로부터 냉동기의 전방에의 노이즈의 이동이 저감된다. 격벽(162)은 바람직하게는 팬(164)을 수용하는 리세스와 개구(들)를 갖는 발포체의 층을 포함한다.
안티 -착빙(Anti-Icing) 특성
상술의 냉동기의 실시형태는, 유사한 진공 단열 듀어의 구조(전형적으로는 저장 공간의 저부의 개방된 풀의 액체 질소의 손실에 의해서 냉각된다)를 사용하는 선행 기술의 냉동기와 달리, 그러한 질소 증기가 없고, 저장 공간은 습도가 나타내 보이는 수분을 포함한 통상의 공기에 의해서 채워진다. 또한, 냉동기의 조작의 동안, 각각의 액세스 개구부에 의해서 새로운 공기와 새로운 수분이 듀어의 저장 공간 내에 도입될 수 있다. 저장 공간 내의 저온 때문에, 이러한 수분은 급속히 동결하고, 시간이 지나면, 과도의 양에 적층할 수 있고, 저장되는 재료 취급을 방해한다. 냉동기는 임의로 착빙을 처리하기 위한 완화 기능을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 또한 먼저 기재한 바와 같이, 뚜껑(46)은 액세스 네크(44)의 액세스 개구부를 밀봉한다. 뚜껑(46)은 플러그(176)를 장착되는 원통형의 천정판(174)을 포함한다. 단지 예시로서 뚜껑의 천정판(174)은 플라스틱에 의해서 구성될 수 있고, 플러그(176)는 발포체 또는 코르크에 의해서 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 플러그는 액세스 네크(44)의 내표면과 계합하도록 크기를 결정할 수 있다.
환상의 림이 천정판(174)의 하면 상에 형성되고, 플러그(176)의 상단을 둘러싸고, 도 5에 있어서 도면부호 182로 나타내는 가스켓 링은, 환상 림의 아래에 배치된다. 뚜껑이 폐쇄 상태에 있는 경우, 가스켓 링(182)은 액세스 네크의 측벽의 상단에 계합한다. 네크는 또한 사방이 액세스 네크(44)의 측벽의 상단에 차례차례 겹쳐지는 (고무 또는 실리콘의 통형상의) 슬리브의 형태의 가스켓이 주어질 수 있다. 또한, 뚜껑(46)과 액세스 네크(44)는, 폐쇄시에 플러그-네크의 결합을 확실히 하기 위해서, 액세스 네크의 측벽의 상단에 대해서 가스켓 링을 아래에 당기는 래치를 구비할 수 있고, 거기에 따라서, 듀어가 폐쇄되었을 때, 저장 공간에의 공기와 수분의 흐름을 차단한다.
플러그가 분리되었을 때(유입하는 공기에 의해서 만나는 최초의 저온 표면)에 액세스 네크의 내측에 얼음이 가장 형성될 것 같다라고 하면, 네크는, 원통형의 슬리브 형상의, 실리콘과 같이 유연한, 얼음에 비친화성의 재료에 의해서 형성되는(적어도 액세스 네크의 내표면의 일부를 덮음) 라이너가 끼워질 수 있다. 얼음은 아직 거기에 형성되겠지만, 주기적으로, (위에서 설명한 바와 같이 액세스 네크의 측벽의 상부에 있어서 가스켓을 밀봉하는 일부이며 확장부로서 형성된다) 슬리브는 얼음과 함께 들어 올릴 수 있고, 가정용의 제빙기와 같이 굽혀질 수 있고, 듀어로부터 얼음을 개방하고, 얼음이 없는 상태로 네크 내의 원래의 위치로 교체될 수 있다.
또한, 저장 공간 내의 턴테이블은 턴테이블의 격벽(도 5의 도면부호 74)의 상부로부터 현수되는 경량의 라이너를 끼울 수 있고, 각각의 구획에 저장되는 재료가 배치되는 공간을 포함한, 제거 가능한 봉투와 같은 요소를 제공할 수 있다. 다시, 주기적으로, 이러한 라이너의 봉투는, 분리되고 새로운, 건조한 것, 또는, 한 번 건조된 원래의 것으로 교체될 수 있다. 이러한 라이너의 개념의 하나의 변형예는, 턴테이블로부터 멀어지지만, 수증기를 내부에 끌어당겨 포획하는 방습제가 주입된 내측 표면을 갖는 실리콘의 외측 표면을 갖는 라이너를 제공하는 것이다.
도 7을 참조하면, 저온 핑거의 가장 저온의 부분은 저온 선단부(88)이며(즉, 저온 핑거의 하단), 저온 핑거의 가장 따뜻한 부분은 상단인 것에 의해서, 저온 핑거(100)에 온도 구배가 존재한다. 도 5에 도시된 냉동기의 실시형태에서는, 저온 핑거는 저장부 네크(86) 내에 위치한다. 그 결과, 저온 핑거의 가장 따뜻한 부분은 저장부 네크(86)의 내측에 위치하고, 저장부와 듀어의 저장 공간에의 새로운 열의 누설이 주어진다. 도 11에 있어서 전체가 도면부호 200으로 나타내는 다른 냉동기의 실시형태에 있어서는, 증기 분기관(202)이 냉동기의 저장부 네크(203)와 유체 연통에 있고, 듀어의 상부에 있어(도 12)에 또한 도시됨) 진공 공간(204)을 통과한다. 그 결과, 도 12에 도시하는 바와 같이, 저온 냉동기의 저온 핑거(206)는, 저온 선단부(208)만이 증기 분기관(202) 내에 배치되고, 진공 공간(204)에 의해서 둘러싸인다. 그 결과, 저온 핑거(206)의 가장 따뜻한 부분으로부터 저장부와 듀어의 저장 공간에의 열 수송은 가상적으로 배제되고, 이것은, 냉동기의 효율을 높인다. 도 11 및 도 12의 냉동기의 그 외의 상세와 요소는 도 5의 실시형태에 대한 위의 기재와 동일 또는 유사하다.
본 개시의 바람직한 실시형태를 나타내고 설명되었지만, 당업자에게 있어서, 본 개시의 정신으로부터 일탈하는 일이 없이, 여기에 변경과 변형이 이루어질 수 있는 것은 분명하고, 본 개시의 범위는 이하의 특허청구의 범위에 의해서 규정된다.
42: 저장 듀어
44: 액세스 네크
46: 뚜껑
52: 제어 패널
60: 냉동 모듈
62: 커버
72: 저장 공간
78: 저장부
92: 저온 냉동기
100: 저온 핑거
122: 전자기기

Claims (38)

  1. 극저온 냉동기에 있어서,
    저장 공간을 규정하는 듀어;
    상기 저장 공간 내에 위치하는 저장 용기로서, 상기 저장 용기의 벽에 의해 상기 저장 공간에 대해서 밀봉된 저장부 내부 공간 내에 있어서 극저온 액체의 상부에 헤드 스페이스를 갖는 극저온 액체를 포함하도록 구성되는 저장 용기;
    어쿠스틱-스털링(Accoustic-Stirling) 냉동 사이클을 사용하고 극저온 액체의 상부의 저장부의 헤드 스페이스 내의 증기와 열교환 관계에 있는 냉동 모듈로서,
    상기 냉동 모듈은 가변 전력을 가지며, 저장부의 헤드 스페이스 내의 증기와 열교환 관계에 있고 저장부 네크의 상단에 위치되는 저온 선단부를 포함하는, 냉동 모듈;
    저장부 내부 공간 내의 극저온 액체의 상부의 헤드 스페이스 내의 압력을 결정하도록 구성된 압력 센서; 및
    상기 센서와 상기 냉동 모듈에 접속되고, 상기 헤드 스페이스 내의 증기의 압력 또는 온도가 상승하면 정상 상태 동작 레벨로부터 상기 헤드 스페이스 내의 증기로의 냉각량을 조절하기 위해 냉동 모듈의 가변 전력을 변화시킴으로써 상기 저장부의 상기 헤드 스페이스 내의 저온 선단부로의 냉각량을 제어하도록 구성된 시스템 제어부를 포함하고,
    상기 저장 용기의 벽은 저장 용기의 벽을 통한 열 수송에 의해 저장 공간을 냉각하고 저장 공간과 저장부 내부 공간 사이의 유체 연통을 방지하는
    극저온 냉동기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉동 모듈은 상기 듀어에 분리 가능하게 설치되어 있는
    극저온 냉동기.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 저장부는 상기 저장부의 상기 헤드 스페이스와 유체 연통에 있는 저장부 네크에 의해서 상기 듀어의 내부에 고정되는
    극저온 냉동기.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    냉동 모듈은 하우징을 포함하는
    극저온 냉동기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    하우징은 상기 하우징의 내부를 상기 시스템 제어부를 포함한 전방 격실과 상기 냉동 모듈의 모터를 포함한 후방 격실로 분리시키는 격벽을 포함하는
    극저온 냉동기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 전방 격실의 내부에 위치하는 흡기 구멍과, 상기 후방 격실 내에 위치하는 배기 구멍을 포함하며, 상기 격벽 내에 위치하는 팬을 더 포함하고, 상기 흡기 구멍을 통해 냉기를 하우징 내에 끌어들이고 상기 배기 구멍을 통해 상기 하우징의 밖으로 공기를 방출하도록 구성되는
    극저온 냉동기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 후방 격실의 내부에 위치해서 상기 배기 구멍에 대향하는 배플 벽을 더 포함하는
    극저온 냉동기
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉동 모듈은 상기 흡기 구멍에 인접하는 히트 싱크를 포함하는
    극저온 냉동기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 히트 싱크에 장착되고, 상기 흡기 구멍을 통해 상기 히트 싱크를 넘어서 공기를 끌어들이도록 구성되는 팬을 더 포함하는
    극저온 냉동기.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 배기 구멍은 상기 하우징의 배면 패널 내에 위치하는 냉각 슬롯을 포함하는
    극저온 냉동기.
  14. 삭제
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉동 모듈은, 분리 가능하게 상기 듀어에 설치되는 하우징을 포함하며, 상기 저장부는 상기 저장부 네크에 의해서 상기 듀어의 내부에 고정되는
    극저온 냉동기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 저온 선단부는 상기 냉동 모듈 하우징과 함께 상기 저장부 네크로부터 제거 가능하도록 구성되고, 상기 냉동 모듈 하우징은 상기 듀어로부터 제거 가능한
    극저온 냉동기.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 듀어는 외벽에 의해서 둘러싸인 내벽을 포함하며, 진공 단열 공간이 그 사이에 있는
    극저온 냉동기.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 듀어는, 액세스 개구부를 분리 가능하게 덮는 뚜껑을 갖고서 액세스 개구부를 규정하는 액세스 네크를 포함하며, 뚜껑은 천정판과, 플러그와, 가스켓 링을 포함하며, 상기 뚜껑이 폐쇄되도록 상기 플러그가 상기 액세스 개구부에 수용될 때에 상기 가스켓 링은 상기 액세스 개구부를 밀봉시키도록 상기 액세스 네크에 계합하는
    극저온 냉동기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 액세스 네크는, 상기 뚜껑이 폐쇄되는 형태에 있을 때에 가스켓 링에 의해서 계합되는 가스켓 슬리브를 포함하는
    극저온 냉동기.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 가스켓 슬리브는 상기 액세스 네크의 내측 표면을 따라서 연장되며, 착빙이 상기 듀어로부터 제거되는 것을 허용하도록 분리 가능한
    극저온 냉동기.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 극저온 냉동기에 있어서,
    저장 공간을 규정하는 듀어;
    상기 저장 공간 내에 위치하고, 상기 저장 공간에 대해서 밀봉된 저장부 내부 공간 내에 있어서 극저온 액체의 상부에 증기를 포함하는 헤드 스페이스를 갖는 극저온 액체를 포함하도록 구성되는 밀봉된 저장부로서,
    상기 밀봉된 저장부는 상기 밀봉된 저장부의 벽을 통한 열 수송에 의해 상기 저장 공간을 냉각하는, 밀봉된 저장부;
    저온 선단부를 갖는 가변-전력 냉동 모듈로서,
    상기 밀봉된 저장부는 상기 밀봉된 저장부로부터 연장하는 저장부 네크를 갖고, 저장부 네크는 헤드 스페이스와 유체 연통하는 하단 및 내부에 저온 선단부를 수용하는 상단을 갖고,
    상기 저온 선단부는 증기의 적어도 일부를 상기 헤드 스페이스로부터 상기 저장부 내부 공간으로 재응축시키도록 상기 저장부의 상기 헤드 스페이스 내의 증기와 열교환 관계에 있는, 가변-전력 냉동 모듈;
    상기 저장부에 접속되고 상기 저장부 내의 온도 또는 압력을 결정하도록 구성되는 센서; 및
    상기 센서 및 상기 가변-전력 냉동 모듈에 접속되고, 상기 저장부 내의 압력 또는 온도가 상승하면 상기 저장부의 헤드 스페이스 내의 증기로의 냉각량을 증가시키기 위해 상기 가변-전력 냉동 모듈의 전력을 변경하도록 구성되어 있는 시스템 제어부를 포함하는
    극저온 냉동기.
  32. 극저온 냉동기에 있어서,
    진공 단열 듀어 내부에 저장 공간을 규정하는 진공 단열 듀어;
    상기 저장 공간 내에 위치하고, 밀봉된 저장 용기의 벽에 의해 상기 저장 공간에 대해 밀봉되는, 밀봉된 저장 용기로서,
    상기 밀봉된 저장 용기는 내부 공간을 갖고 밀봉된 저장 용기의 내부 공간에 극저온 액체를 수용하고,
    상기 밀봉된 저장 용기는 극저온 액체의 상부에 헤드 스페이스를 갖고,
    상기 밀봉된 저장 용기의 벽은 상기 밀봉된 저장 용기의 벽을 통한 열 수송에 의해 저장 공간을 냉각하고 저장 공간과 밀봉된 저장 용기의 내부 공간 사이의 유체 연통을 방지하는, 밀봉된 저장 용기;
    상기 밀봉된 저장 용기의 헤드 스페이스와 열교환 관계에 있는 냉동 모듈;
    상기 밀봉된 저장 용기 또는 상기 저장 공간 내의 온도 또는 압력을 결정하도록 구성된 센서; 및
    상시 센서와 상기 냉동 모듈에 접속되고, 상기 센서가 압력 또는 온도의 상승을 나타내면, 상기 밀봉된 저장 용기의 헤드 스페이스로의 냉각량을 제어하도록 구성된 시스템 제어부를 포함하고,
    상기 냉동 모듈은 상기 밀봉된 저장 용기의 헤드 스페이스와 열교환 관계에 있고 극저온 액체의 상부의 상기 밀봉된 저장 용기의 저장부 네크의 상단에 위치되는 저온 선단부에서 종료되는 저온 핑거를 포함하는
    극저온 냉동기.
  33. 제 1 항에 있어서, 상기 냉동 모듈은 외부 환경으로부터 상기 저장부로의 열 누설을 상쇄시키기 위해 상기 저장부의 헤드 스페이스에 냉각을 제공하도록 정상 상태 동작 레벨에서 작동하도록 구성되는
    극저온 냉동기.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 냉동 모듈은 상기 헤드 스페이스 내의 압력 또는 온도가 상승하면 상기 정상 상태 동작 레벨로부터 상기 저장부의 상기 헤드 스페이스 내의 저온 선단부로의 냉각량을 증가시키도록 구성되는
    극저온 냉동기.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 냉동 모듈은, 상기 냉동 모듈이 상기 정상 상태 동작 레벨로부터 상기 저장부의 상기 헤드 스페이스로의 냉각량을 증가시키도록 구성되면, 상기 저장부의 상기 헤드 스페이스 내의 증기를 응축시키도록 구성되는
    극저온 냉동기.
  36. 제 1 항에 있어서, 상기 저장 용기의 벽은 상기 저장 용기의 벽을 통한 열 수송에 의해 상기 저장 공간 내에 저장된 물질을 더 냉각시키는
    극저온 냉동기.
  37. 제 31 항에 있어서, 상기 밀봉된 저장부는 상기 밀봉된 저장부의 벽을 통한 열 수송에 의해 상기 저장 공간 내에 저장된 물질을 더 냉각시키는
    극저온 냉동기.
  38. 제 32 항에 있어서, 상기 밀봉된 저장 용기의 벽은 상기 밀봉된 저장 용기의 벽을 통한 열 수송에 의해 상기 저장 공간을 냉각시키고, 상기 저장 공간과 상기 밀봉된 저장 용기의 내부 공간 사이의 유체 연통을 방지하는
    극저온 냉동기.
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