KR20090089307A

KR20090089307A - 저온 진공 브레이크 써멀 커플러

Info

Publication number: KR20090089307A
Application number: KR1020097009563A
Authority: KR
Inventors: 알렉세이 엘. 라도빈스키; 알렉산더 주코브스키; 발레리 피쉬맨
Original assignee: 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2009-08-21
Also published as: TW200829847A; US8069675B2; CA2665170A1; JP2010506134A; WO2008105845A2; EP2074358A4; JP5271270B2; WO2008105845A3; EP2074358A2; US20120073310A1; CA2665170C; KR101441639B1; TWI394924B; US20080104968A1

Abstract

초전도 마그넷 또는 다른 냉각된 물체를 워밍업하거나 크라이샛 진공을 파괴할 필요없이 교체를 할 수 있는 초전도 마그넷 또는 냉각된 물체에 저온 냉각기 또는 다른 냉각 장치를 결합하기 위한 신규한 써멀 커플러 장치와 방법이 개시된다. 방법은 결합을 위하여 공압 작동기를 사용하고, 분리를 위하여는 기계적으로 수축가능한 작동기가 사용된다. 기계적인 폐쇄력은 중간 온도면과 저온 냉각면 사이에서 균형을 이루며, 냉각된 물체에 전달되지 않는다. 공압 작동기는 써멀 커플링에서 기계적인 폐쇄력하에서 영구적인 제어가 제공된다.

Description

저온 진공 브레이크 써멀 커플러{CRYOGENIC VACUUM BREAK THERMAL COUPLER}

본 발명은 저온 진공 브레이크 써멀 커플러에 관한 것이다.

과거 20년 동안의 저온 냉각기의 발전은 액체 냉동제가 없는 마그넷 냉각이 몇몇 적용에 있어 액체 헴륨을 사용하는 것보다 더욱 매력적인 선택으로서의 기술로 발전하여 왔다. 비용과 편리함에 더하여, 액체 헬륨이 없다는 것이 안전의 관점에서 매력적이며, 냉동제를 신속하게 압축함으로써 헬륨 가스가 장치를 둘러싸고 있는 대기로 새는 것을 회피할 수 있다. 무 액체 냉각제 마그넷은 외부 시스템이 덜 필요하며, 적은 서비스가 필요하여 더욱더 편리하다.

마그넷으로부터 디텍터까지 냉각제가 없는 여러 가지의 응용 기술이 지상에서와 함께 외측 공간에서의 적용을 위하여 제안되어 있다.

현재의 무 액체 저온 냉각기 기술은 매우 신뢰할 수 있는 데, 기포드-맥마혼(Gifford Mcmahon) 저온 냉각기는 고장평균시간이 10,000시간이며, 펄스-튜브 저온 냉각기는 20,000시간이다. 단시간 적용에는 적당할지라도 장시간 적용에는 유지보수를 위하여 유니트를 교체할 필요가 있다.

통상적으로 냉각된 물체의 단열 및 저온 냉각 냉각 헤드를 위하여 냉각 표면의 진공 절연을 포함한다. 진공의 저온 냉각 온도에서 양호한 써멀 접촉과 개선된 열전도를 위하여 애피존 엔 그리스(Apiezon N grease)가 커플링을 위하여 사용된다. 착탈가능한 커플링(분리하기 위하여 필요한)에서, 인듐 개스킷이 같은 목적으로 사용된다. 인듐 개스킷이 커플링에서 압력으로 가압 되면 인듐은 유동하여 가소되어 연결된 커플링에서 양호한 써멀 접촉을 제공하여 신뢰할 수 있는 착탈 죠인트가 된다.

몇몇 장기간 적용에 있어서, 냉각 물체 주변의 저온 진공을 파괴하지 않으며 종종 장치를 워밍업하지 않고 저온 냉각기의 헤드를 교체하는 것이 바람직하다. 냉각된 장치를 워밍업하지 않고 저온 냉각기를 제거할 필요성은 냉각된 마그넷을 둘러싸는 진공과 함께 써멀 관리 시스템의 특징을 요구한다.

본 발명의 목적은 냉각된 물체의 진공에 영향을 줌이 없이 수행될 수 있으며, 냉각될 물체에 적용되는 어떠한 힘이 필요없이 수행되고 저온 냉각기를 교체하는 동안에 냉각된 장치의 워밍업이 필요하지 않으며 신속한 열적 결합 및 분리하는 방법과 써멀 커플러를 제공하는 데 있다.

냉각 장치 자체와, 냉각 장치의 진공벽 또는 냉각된 물체의 진공벽에 어떠한 힘도 가하지 않고 저온 냉각기를 신속하게 열적 결합 및 기계적 연결을 제공하기 때문에 매우 중요하다. 더욱 양호한 열적 결합을 하기 위하여, 커플러는 저온 냉각기의 냉각 헤드와 분리가능한 열적 죠인트의 커플러를 통하여 냉각된 물체의 써멀 스테이션 사이에서 신뢰가능하고 제어 가능한 접촉 압력을 또한 제공하여야만 한다.

더욱 상세한 설명이 청구범위 이전에 개시된다. 본원에 개시된 커플러 시스템은 저온 냉각기의 헤드를 열적으로 기계적으로 신속하게 결합 및 분리를 제공한다. 진공이 이용된다. 저온 냉각기 환경에서 이용되는 진공은 물체 냉각 진공(크라이스탯 진공)에서 이용되는 것과 다르다. 별개의 부품 사이에서 양호한 접촉을 유지하기 위해 필요한 힘을 적용하는 수단은 진공에서 열적 부하를 효과적으로 전달할 수 있다. 2단 냉각 장치에서, 작동기는 저온 냉각기와 냉각될 물체의 각각의 써멀 스테이션 사이의 인터페이스에서 조정가능하다. 인터페이스에서의 힘은 저온 냉각기와 크라이샛 진공을 분리하는 벽과 직렬로 작동기를 통하여 반응한다.

또한, 진공에서 탈착가능한 써멀 죠인트의 인터페이스를 통하여 양호한 열적 접촉을 이루기 위하여 필요한 압력은 냉각될 물체에 부하를 전달하지 않기 때문에 편리하다. 인터페이스를 통하여 양호한 열적 전달을 이루기 위한 압축성 개스킷이 형성된 표면을 접착할 수 있으며, 이 때문에 착탈가능한 써멀 죠인트의 파괴는 곤란하다. 인터페이스 내에서 다른 요소의 분리를 위해 필요한 힘을 제공하기 위한 수단을 개시한다.

도 1A는 두 개의 단이 결합하여 있는 상태에서 2단 저온 압축기와 대응하는 냉각된 물체 사이에서 열적 접촉을 제공하기 위한 공압으로 작동되는 축방향으로 대칭의 커플러의 부분적으로 단면을 도시한 개략적인 도면이다.

도 1B는 냉각된 물체로부터 저온 냉각기와 중간 온도 열적 경로의 두개의 단을 가지는 도 1A에 도시된 커플러의 단면도이다.

도 2는 공압 작동기의 개략도이다.

도 3은 저온 냉각기의 설치 및 분해(분리된 위치)를 위한 플랜지 장치와 결합 윙을 도시한 저온 냉각기의 제 1 단과 중간 온도 스테이션 사이에서의 커플러를 도시한 단면도이다.

도 4A는 냉각된 물체의 냉각 열 경로에 결합한 저온 냉각기를 도시한 도 1A의 단면 부분을 확대 도시한 도면이다.

도 4B는 저온 냉각기가 결합하고 갭(36)이 개방된, 도 1B의 일부분을 확대 도시한 도면이다.

도 5A는 결합하여 있는 저온 냉각기의 중간 열 경로를 도시한, 도 1A의 단면의 일부분을 도시한 확대도이다.

도 5B는 저온 냉각기가 결합하고 갭(36)이 개방된, 도 1B의 일부분을 확대 도시한 도면이다.

도 6A는 갭(136)이 개방된 분리된 구성을 도시한, 오직 1단, 커플러, 냉각된 물체를 갖는 일반적인 냉각 장치의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 6B는 확대된 구성을 도시한, 도 6A에 도시된 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 7은 도 6A에 도시된 위치로부터 수축되고 회전된 냉각 장치를 갖는 7-7선을 취한 부분적인 단부도로서, 도 6A에 도시된 장치의 일부분을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1A 및 도 1B는 냉각된 물체와 저온 냉각기를 위한 두 개의 분리된 진공과 함께 냉각된 물체(냉각 열 경로)를 위한 두 개의 열적 경로와 중간 온도 열적 경로(방사 시일드용, 전류 유동용 및 기타)를 위한 커플러 시스템을 도시한다.

도 1A는 결합한 냉각 장치를 도시한, 본 발명의 장치의 실시예를 도시한 단면도이다. 도 1B는 분리된 냉각 장치를 도시한, 장치의 단면도이다. 도 1A는 중간 온도 스테이션과 냉각 써멀을 스테이션 모두에 결합한 저온 냉각기를 도시한다. 도 1B는 중간 온도 스테이션과 냉각 써멀 스테이션이 분리된 저온 냉각기를 도시한 도면이다. (업계에서는, 통상적으로 온열 스테이션을 중간 온도 스테이션이라 부른다(냉각 온도 및 상온 사이의 중간 온도). 본원과 청구범위에 사용된 중간이라는 용어는 써멀 스테이션을 규정하기 위하여 사용, 즉 통상적으로 최저온 스테이션에는 사용하지 않는다. 청구범위에서, 통상적으로 제 1 이라 사용되었고, 상세한 설명에서는 통상적으로 중간이란 용어가 사용된다. 스테이션이란 용어는, 일반적으로 냉각 물체 또는 방사 시일드와 열적으로 영구적으로 연결된 부품을 말한다. 아래에서, 단이란 용어는, 일반적으로 냉각 장치의 부품을 말한다.

통상적으로, 냉각될 물체는 저온 냉각기보다 중량이나 치수가 너무 크다. 예를 들면, 저온 냉각기의 중량은 10Kg이고, 냉각될 마그넷은 1000Kg이다. 상대 물리적인 치수는 유사한 크기가 될 것이다.

외측 환경과 냉각된 물체의 진공 사이의 냉각된 물체의 외부 진공 경계는 크라이오샛 진공벽(28), 벨로우즈(32), 상온 플랜지(23), 단부를 포함하며, 다른 요소는 도시하지 않았다. 저온 냉각기 슬리브에 의해 이루어지는 냉각된 물체 진공 과 냉각 장치 진공 사이의 내부 경계는 냉각 스테이션(30), 냉각-중간 온도 지지 튜브(12), 중간 온도 플랜지(14)와, 상온 플랜지(23)에 부착되어 있는 중간-온도 지지 튜브-상온 지지 튜브(24)를 포함한다.

진공 냉각 장치는 그 내부에 제 1 단(4)과 제 2 단(6)을 갖는 냉각 장치 본체와, 외측에 몇몇 요소가 장착되고, 부분적으로 진공 냉각 물체를 가지며, 냉각 스테이션(30), 냉각-중간 지지 튜브(12), 중간 온도 플랜지(14), 중간 온도 지지 튜브-상온 지지 튜브(24), 상온 플랜지(23), 가요성 벨로우즈(44), 진공 플랜지(46), 저온 냉각기 헤드 플랜지(2)를 포함한다.

두 개의 써멀 경로가 있다. 냉각 써멀 패스는 냉각 스테이션(30)을 통하는 저온 냉각기 제 2 단(6)과 냉각 써멀 앵커(10)를 포함한다. 냉각 써멀 앵커(10)는 도시되지 않은 냉각된 물체와 양호한 열 접촉을 한다. 이는 냉각된 물체가 하기한 바와 같이, 열적 경로 내로 냉각 장치의 써멀 커플링이 이루어진 결과로 냉각될 물체에 적용되는 모든 힘이 일어나지 않게 하는 형식의 연결부를 제외하고 냉각 앵커에 열적으로 및 기계적으로 연결된다는 것을 의미한다. 통상적으로, 냉각 스테이션(30)과 냉각 앵커(10)는 영구적인 열적 결합을 이루도록, 예를 들면 볼트 또는 다른 적절한 기구에 의해 영구적으로 서로 고정된다. 그러므로, 이는 함께 냉각 유닛(60)으로 생각될 수도 있다. 사실상, 두 개의 분리된 냉각 앵커(10)와 냉각 스테이션(30)이 사용되기보다는 단일의 통일된 냉각 유닛(60)이 몇몇 상황에서 사용될 수도 있다. 명세서와 첨부된 특허청구의 범위에서 사용된 냉각이라는 용어는 냉각 앵커(10)와 냉각 스테이션(30)이 분리된 요소로서의 의미 또는 그 기능을 모 두 수행하는 단일의 통일된 요소일 수도 있다.

열전도를 증가시키기 위하여, 적층가능한 층이 써멀 죠인트 면 사이에 설치할 수 있다. 예를 들면, 애피에존 엔 그리스 저온 냉각기를 탈착할 때 방해가 되지 않는, 냉각 스테이션(30)과 냉각 써멀 앵커(10) 사이에서의 더욱 양호한 열적 접촉을 제공하기 위하여 커플링에 사용될 수 있다. 인듐 개스킷(48)이 냉각 스테이션(30)(도 4A, 도 4B 참조)과 접하는 저온 냉각기의 냉각 제 2 단(6)의 표면에 접착된다. 냉각 써멀 회로는 저온 냉각기가 수축되어 파괴되고, 저온 냉각기의 제 2 단(6)과 냉각 스테이션(30) 사이에서 갭(36)이 개방된다. 분리 및 제거하는 동안에, 인듐 개스킷(48)은 저온 냉각기의 제 2 단(6)에 부착된 채로 있는다. (통상적으로, 2단 저온 냉각기 업계에서는, 온열단을 제 1 단이라 부르며, 이는 중간 온도 써멀 스테이션을 냉각하는 데 사용된다(냉각과 상온 사이의 중간인)). 제 2 단은 물체를 냉각하는 데 사용되는 저온 냉각기의 최저온단을 의미한다.

중간 온도 써멀 경로는 저온 냉각기 제 1 단(4), 저온 냉각기 제 1 단윙(16), 중간 온도 스테이션(18), 가요성 써멀 앵커(26), 중간 온도 플랜지(14), 중간 온도 써멀 시일드와 양호한 열적 접촉을 하는 중간 온도 가요성 써멀 앵커(8)를 포함한다. 중간 온도 써멀 시일드는 냉각된 물체를 둘러싸서 열이 냉장 물체로의 열을 차단하고 냉기류를 냉각 중량물을 유지하고 냉각된 물체와 상온 사이의 온도에서 다른 열원을 차단한다. 중간 온도 써멀 경로는 저온 냉각기가 수축되고 중간 온도 스테이션과 저온 냉각기 제 1 단 윙(16) 사이의 중간 온도 써멀 경로에서 갭(38)이 개방될 때, 차단된다. 인듐 개스킷(54)은 저온 냉각기 제 1 단 윙(16)에 부착되고, 저온 냉각기 수축시에 제거된다.

작동기는 공압 작동기 가압 튜브(40)(도 2 참조)를 통하여 작동 온도(예를 들면, 헬륨)에서 액화되거나 고화되지 않는 가스로 채워진 변형 요소(20)(예를 들면, 벨로우즈)를 포함한다. 작동기가 가압화 되지 않았을 때, 냉각 장치가 중간 및 냉각 온도 스테이션으로부터 열적으로 및 기계적으로 분리되는 단계에 대응하는 분리되는 위치를 점유하고, 이에 따라 물체가 냉각된다. 작동기가 연신되도록 힘을 받으면 작동기는 가압화되고 벨로우즈가 팽창되며 동일하며 반대 방향인 힘이 중간 온도 스테이션(18)과 공압 작동 지지체(22)에 적용된다.

수축하는 작동기(34)가 저압 냉각기의 주축(C)과 같은 방향으로 변위될 수 있는 직선 운동 작동기로서 도시되어 있다. 진공을 파괴하지 않고 저압 압축기를 분리하기 위하여 수축하는 작동기(34)의 축방향 변위를 허용하는 축방향 변위를 허용하는 가요성 작동기 벨로우즈(58)를 통하여 저온 냉각기의 진공 공간에 접근할 수 있다. 수축 리미터(52)는 이동 불가능하며 냉각 경로 내의 갭(36)과 중간 온도 써멀 경로 내에서 갭(36)을 개방하고 중간 온도 써멀 경로 내에서 갭(38)을 개방하기에 필요한 힘을 제공하도록 저온 압축기가 수축하는 동안에 저온 냉각기의 제 1 단 윙과 접촉한다.

공압 벨로우즈(20)는 중간 온도 스테이션(18)(도 2 참조)과 대면하는 다른 단부를 갖는 공압 작동기 지지체(22)의 한 단부에 부착된다. 수축 리미터(52)는 공압 작동기 지지체(22)와 중간 온도 스테이션(18)의 아래에서 작동기 벨로우즈들 사이에 위치된다.

본 발명의 목적은 냉각 장치가 열적으로 결합하든가 아니면 분리되어 냉각될 물체에 어떤 힘도 가함이 없이 신속하게 연결 및 분리할 수 있도록 냉각될 물체의 냉각 스테이션과 중간 온도 스테이션에 두 개의 단을 갖는 저온 냉각기를 부착하기 위한 수단을 제공하는 데 있다. 이러한 동작은 저온 냉각기의 헤드 교체를 필요로 하며 정규적인 유지보수나 비정규적인 유지보수 작업은 냉각된 물체의 진공을 깨거나 열 방사 시일드, 전류 흐름, 냉각된 물체의 진공을 깨지 않고 할 수 있다. 냉각된 물체는 초전도 마그넷, 디텍터, 모터 또는 다른 냉각 장치일 수도 있고, 한편 중간 써멀 스테이션은 전선에 열적으로 연결될 수 있고 및/또는 열방사 시일드, 및/또는 냉각된 물체의 열부하를 최소화하기 위하여 냉각된 물체의 기계적인 지지체 일수 있다.

제한적이지 않은 유용한 실시예로서, 중간 온도는 25k와 90k 사이이고, 냉각될 물체는 2k 내지 30k 사이이다. 저온 초전도 마그넷에 대한 적용으로서, 중간 온도는 약 40 - 70k이고, 냉각될 물체(초전도 마그넷)의 온도는 3k 내지 12k이다.

결합 순서를 이하에서 설명한다(도 1A 및 도 1B 참조). 우선, 수축하는 작동기(34)는 공압 작동기 벨로우즈(20)에 의해 결합을 허용하도록 리셋 된다. 저온 냉각기가 공압 작동기 지지체(22)와 중간 온도 스테이션(18) 내의 슬롯을 통하여 제 1 단 윙(6)이 들어가도록 위치된 후, 저온 냉각기는 저온 냉각기의 제 1 단 윙(6)이 중간 온도 스테이션(18)과 수축 링(56) 사이에 직접 위치될 때까지 회전된다. 저온 냉각기 헤드(2)의 진공 플랜지(46)는 저온 냉각기의 진공을 밀봉(상기에서 결합하여 있다고 기술됨) 하도록 밀봉된다. 저온 냉각기의 진공 공간은 펌핑 아웃된다.

이때, 작동기는 분리된 위치에 있다. 결합은 공압 작동기 가압 튜브(42)를 통하여 가스를 공급하여 공압 작동기 벨로우즈(20) 내에 헬륨 가스의 압력을 증가시켜 이루어지고, 공압 작동기 벨로우즈(20)는 커플링 위치로 팽창하고 중간 온도 스테이션(18)으로 힘이 작용하여 공압 작동기 지지체(22)에 대하여 대항력과 같아진다. 중간 온도 스테이션이 이동(플랜지(14)와 함께 가요성 연결부(26)에 의해)하여 중간 온도 경로의 갭(38)을 폐쇄한다. 중간 온도 스테이션(18) 상의 힘은 저온 냉각기의 제 1 단(4)에 부착된 윙(16)으로 전달되고, 그 강성체를 통하여 냉각 제 2 단(6)으로 전달되어 냉각 스테이션(30)(도시된 바와 같이, 왼쪽) 쪽으로 밀어서 갭(36)을 폐쇄한다. 공압 작동기 지지체(22) 상에서의 균형력(도시된 바와 같이, 왼쪽)은 단단하게 연결된 중간-상온 지지체 튜브(24)와, 중간 온도 플랜지(14)와, 냉각-중간 지지체 튜브(12)와, 냉각 스테이션(30)을 통하여 전달된다. 일단 갭(36, 38)이 폐쇄되면, 저온 냉각기의 단(4, 6)은 중간 온도 스테이션(18)과 냉각 스테이션(30) 사이에 끼이게 되고, 예전에 갭(36, 38)이었던 인터페이스에서의 압력은 작동기(20)의 압력이 증가함에 따라 증가한다.

일단 작동기가 커플링 위치에 있고 갭이 폐쇄되면, 작동기는 접촉 요소에 증가하는 힘을 적용하게 되고 이러한 증가되는 힘은 저온 냉각기의 냉각 헤드(6)와, 두 단 사이에서 저온 냉각기의 몸체와, 제 1 단 헤드(4)를 따라 반응하고 써멀 경로에서 양호한 써멀 커플링이 이루어진다.

저온 냉각기가 냉각 물체의 써멀 스테이션과 방사 시일드에 대하여 압축될 때, 냉각 물체(그 방사 시일드와 함께)에 힘이 전달되지 않거나 또는 적용되지 않는다. 이러한 조건은 저온 냉각기의 제 1 단(4)과 제 2 단(6)의 열 전달 표면(16)이 서로 대면하고 있다면, 달성될 수 있다. 이는 중간 온도 스테이션(18) 내에서 각각의 구멍을 통하여 관통하는 윙(16)을 가진 저온 냉각기의 제 1 단(4)에 의해 이루어진다.

초기 설치하는 동안과 냉각 물체가 워밍업될 때, 교체되는 동안에, 저온 냉각기는 중간 온도 써멀 경로와 냉각 써멀 경로가 결합한 후에 턴온되고 작동기가 여기화된다.

냉각 물체가 냉각 온도를 유지하는 경우에, 저온 냉각기를 시동하기 위한 적어도 두 가지의 옵션이 있다. 하나의 방법은 저온 냉각기를 턴온하고 공압 작동기 벨로우즈(20)를 활성화(가압화)시키기 전에 부분적으로 냉각되게 하고 중간 온도와 냉각 온도 써멀 경로를 저온 냉각기에 연결하기 전에 부분적으로 냉각하는 것이다. 다른 방법으로는, 공압 작동기 벨로우즈(20)가 작동되면, 온열 저온 냉각기와 냉각 중간 온도 스테이션(18)과 냉각 스테이션(30) 사이에서의 접촉을 이루어지게 하는 것이다. 갭이 폐쇄되고 중간 온도 및 냉각 회로가 재 형성된후에 저온 냉각기가 턴온된다.

냉각 스테이션(30)의 표면과 중간 온도 스테이션(18)의 표면 상에서 작용하는 동일하나 대향하는 힘은 냉각 써멀 경로를 가로지르고 중간 온도 경로를 이룬다. 중간 온도 스테이션(18)과 냉각 스테이션(30)에서의 접촉 면적은 적절한 접촉 압력이 적절한 열적 전달을 위하여 두 단에 적용되도록 선택된다. 적층 가능한 재 료, 예를 들면 중간 온도 써멀 경로에서 도 2의 인듐 개스킷(54)과, 냉각 온도 써멀 경로에서의 인듐 개스킷(48)(도 4A 및 도 4B 참조)은 진공에서 열전달을 최대화하기 위하여 종간 온도 경로와 냉각 온도 경로 모두에서 마주하는 표면 사이에 위치한다.

중간 온도와 냉각 써멀 회로의 탈착 죠인트를 가로지르는 접촉 압력은 공압 작동기(20) 내의 가스의 압력을 변경하여 조정할 수 있다. 벨로우즈 내의 가스는 헬륨이 바람직하고 공압 작동기는 기계적인 스프링 작동기와 같은 몇몇 다른 작동기에 비해 공압 작동기는 정밀한 압력을 제공하기 때문에 중대한 잇점을 제공하며, 이에 의해 써멀 커플링 내에서의 압력 제어는 저온 냉각기의 전체 운전 시간에 걸쳐 매우 넓은 온도 범위에 걸쳐 고르게 이루어진다.

중간 온도 - 상온 지지체 튜브(24)의 단부들의 한단부는 상온에 있고 상온 플랜지(23)의 측과 다른 단부는 중간 온도 플랜지(14)와 접촉하고 있다. 마찬가지로, 냉각-중간 온도 지지체 튜브(12)는 한단부에서 중간 온도 플랜지(14)와 접촉하고 다른 단부에서 냉각 스테이션(30)과 접촉하고 있다. 과도한 열부하를 방지하기 위하여, 튜브는 부하를 지지할 수 있도록 충분히 튼튼하게 얇은 강철로 제조되나, 양단부 사이에서 낮은 열전도를 유지하도록 충분히 얇다. 튜브를 따라 온열 - 냉각 열의 통과 길이를 증가시키고 튜브를 따르는 열전달을 감소시키기 위하여, 도면에 도시된 바와 같이, 스텐레스강 스페이서 링(11, 13, 21, 25)에 용접된 복수 개의 튜브로 재유입되도록 만들 수 있다.

공압 작동기(20)가 가압될 때, 제 1 단(4)과 제 2 단(6) 사이에서 저온 냉각 기 본체는 압축된다. 저온 냉각기의 구조는 공압 작동기(20)에 적용되는 힘에 제한되지 않는다. 그렇다면, 보강용 크로스바가 저온 냉각기의 제 1 단 및 제 2 단 사이에 설치될 수 있다. 보강용 크로스바는, 예를 들면 화이버 글래스 재료와 같은 열전도율이 낮은 재료로 제조될 수 있다. 다른 제한은 공압 작동기(20)의 벨로우즈의 압력 제한이다.

공압 작동기 벨로우즈(20)의 가스의 압력을 단순히 제거하는 것만으로는 중간 온도 스테이션과 냉각 스테이션을 분리하는 데 충분하지 않다. 인듐 개스킷을 갖는 커플링에서의 기계적인 부착을 파괴하기 위하여 실제적인 힘을 적용할 필요는 없다. 이러한 힘을 적용할 여러 가지 방법이 있다. 도면은, 예를 들면 수축 작동기(34)를 도시한다.

저온 냉각기의 분리와 제거 방법을 이하에서 설명한다. 냉각 물체가 비영구적인 초전도 마그넷이라면, 마그넷은 저온 냉각기 교체 작업 중에는 탈여기화되는 것이 바람직하다. 공압 작동기(20)는 탈가압화된다. 수축 작동기(34)는 저온 냉각기를 분해하는 힘을 제공하는 데 사용된다. 두 개의 가능한 출력이 발생한 후에, 우선 갭이 개방되었느냐에 따라, 중간 써멀 경로 내의 갭(38) 또는 냉각 경로 내의 갭(36)이 개방된다. 냉각 경로 내의 갭(36)이 먼저 개방되면, 저온 냉각기의 제 2 단(6)은 냉각 스테이션(30)으로부터 멀리 이동된다. 냉각 스테이션(30)으로부터 약간 멀리 이동된 후에 저온 냉각기의 제 1 단 윙(16)은 수축 리미터(52)와 접촉한다. 수축 작동기(34)의 계속적인 적용은 중간 온도 스테이션(18)과 접촉하고 있는 것으로부터 저속 냉각기의 제 1 단 윙(16)이 분리되도록 힘이 적용되게 되 는 결과가 된다. 갭(38)이 중간 온도 써멀 경로에서 개방된 후, 저온 냉각기는 시스템에 더 이상 열적으로 및 기계적으로 부착되어 있지 않게 된다.

갭(38)이 우선 열리는 대신에, 수축 작동기(34)의 다른 적용이 수축 링(56)이 저온 냉각기의 제 1 단 윙(16)가 접촉할 때까지 저온 냉각기의 제1 단 윙으로부터 멀어지도록 중간 온도 스테이션(18)이 이동한다. 수축 작동기(34)의 계속적인 적용은 냉각 스테이션(30)으로부터 저온 냉각기의 제 2 단(6)을 분리하게 되고 냉각 경로에서 갭(36)을 개방한다. 어떠한 경우에서도, 저온 냉각기의 분리는 저온 냉각기의 헤드와 수축 작동기(34)의 위치에 의해 확인될 수 있다.

냉각 경로 내의 갭(36)과 중간 온도 써멀 경로 내의 경로(38)가 개방된 후에 저온 냉각기의 진공 공간(상기에서 기술된)은 헬륨 가스로 채워진다. 가스(외부 가스원으로부터)는 저온 냉각기의 진공 공간에 접근하는 가스와 냉각 표면에서 응축되는 것을 방지하기 위하여 저온 냉각기의 진공 공간(도면에는 가스공급관은 도시 안 됨) 내로 도입된다. 저온 냉각기의 헤드(2)는 저온 냉각기의 헤드(2)를 진공 플랜지(46)에 연결하는 볼트를 제거하여 진공 플랜지(46)로부터 분리하고, 저온 냉각기의 진공 공간에 공기 들어가는 것을 방지하고 냉각 표면에서 응축되는 것을 방지하기 위하여 헬륨가스의 계속적인 유동을 유지한다. 저온 냉각기는 저온 냉각기의 제 1 단 윙(16)이 중간 스테이션(18)에서 윙을 세척되도록 회전된다. 이 위치에서, 저온 냉각기는 공기가 냉각 표면으로 들어가며 응축되는 것을 방지하기 위하여 일시적으로 커버하여 밀봉된다.

저온 냉각기의 교체에 대하여 상온 부근에서의 냉각 물체(초기 설치 중 또는 냉각 물체가 가열되기가 허용되는 경우)와 냉각 물체가 저온으로 유지되는 경우를 이상에서 설명하였다.

냉각 스테이션(30)과 냉각 써멀 앵커(10) 사이에서 진공에서 양호한 열 접촉을 제공하기 위하여, 이들을 납땜하든가 열전도가 가능한 변형가능한 재료의 얇은 층을 조립하기 전에 표면에 집어넣을 수도 있다. 예를 들면, 유용한 재료로서는 애피에존 엔 그리스이다. 냉각 스테이션(30)과 냉각 써멀 앵커(10) 사이의 연결은 이련의 볼트에 의해 행해지고 저온 냉각기가 수축하는 동안에 분리되지 않으며 유지보수 작업을 하는 동안에 냉각을 유지한다.

저온 냉각기의 냉각 헤드(6)와 써멀 스테이션(30) 사이의 탈착 가능한 접촉은 인듐과 같이 작업온도에서 연성을 유지하는 얇은 연성 재료에 의해 제공된다. 저온 냉각기를 제거하는 동안에 인듐 개스킷을 제거할 필요가 있으며, 인듐 개스킷(48)은 저온 냉각기의 제 2 단(6)에 접착되어 있다. 마찬가지로, 인듐 개스킷(54)은 저온 냉각기의 제 1 단 윙(16)에 부착되고, 저온 냉각기 헤드와 함께 제거된다. 애피에존 엔 그리스는, 이들 죠인트가 진공 내에서 작동하는 동안에 온도 강하를 감소시키기 위하여 모든 저온 냉각기의 비분리 써멀 커플링에 사용되는 재료이다.

수축 작동기(34)는 냉각 온도 써멀 경로와 접촉하지 않는다. 수축 작동기(34)는 중간 온도에서 요소들과만 접촉하고, 저온 냉각기의 제 1 단에 작은 부가적인 열적 부하를 나타낸다.

벨로우즈 작동기(20)는 비교적 온열 중간온도 지지체 튜브-상온 지지체 튜 브(24)와 중간 온도 스테이션(18)에 대한 공압 작동기 지지체(22)와 저온 냉각기의 제 1 단으로의 열 전도에 의해 저온 냉각기의 제 1 단까지의 부가적인 열적 부하를 나타낸다. 이러한 열적 부하는 저열전도성 스텐레스강 벨로우즈의 박벽에 의해 제한되고, 중간 온도 플랜지(18)와 금속 대 금속 접촉을 회피하기 위하여 벨로우즈의 바닦에 부착된 차열 디스크(예를 들면, 유리 섬유 복합물)에 의해 제한된다. 공압 작동기 가압 튜브(40)에 대한 저온 냉각기의 제 1 단에 대한 열적 부하는 매우 큰 상대 길이(길이/직경)를 갖는 작은 직경(2-3 mm)의 박벽 튜브를 사용하여 제한할 수 있다. 공압 작동기 가압 튜브(40)와 내측의 공압 작동기(20)를 통하여 상온으로부터의 열대류는 저온 냉각기의 제 1 단에 대하여 부가적인 열적 부하를 나타낸다. 이러한 열적 부하가 문제라면, 공압 작동기 가압 튜브(40)는 튜브 내의 가스 때문에 대류열 부하를 강력하게 제한하기 위하여 내부의 복수의 다공성 플러그(예를 들면, 압축 스텐레스강 와이어나 칩으로 만들어지거나 고밀도 금속 폼이나 세라믹 폼으로 제조된)로서 제공할 수 있다. 벨로우즈의 냉각 바닥에 부착되고 벨로우즈의 내경과 근접한 직경을 가진 차열 튜브 내에 삽입되어 있는 얇은 섬유 유리 스페이서를 갖는 여러개의 스틸 포일 패키지는 냉각 표면과 저온 냉각기의 제 1 단에 벨로우즈의 내부의 방사열 부하와 대류를 최소화시켜 줄 수 있다. 디스크와 실린더는 매우 작은 구멍들을 가지며 이는 벨로우즈 내에서 동일한 압력과 펌핑 아웃을 허용한다.

저온 냉각기를 교체하는 동안에, 저온 냉각기의 진공은 저온 냉각기의 진공 공간(도면에 정확한 위치는 도시 안 됨)에 헬륨가스를 도입하여 유동하는 헬륨 가 스(냉각 표면상의 습기와 대기 가스의 응축과 결빙을 방지하기 위하여)로 공간을 채워서 파괴한다. 헬륨가스가 대기압하에 있거나 그보다 약간 높게 있으면 중간 온도 회로와 냉각 써멀 회로에 열적 부하가 존재하나, 중간 온도 경로와 냉각 써멀 경로에 많은 가열이 이루어지기 전에 진공을 재형성한다.

저온 냉각기와 커플러는 저온 냉각기가 수평으로 뻗어 있든가 수직으로 뻗어 있거나 그 사이의 어떤 방향으로 뻗어 있는 지에 따라 대향될 수 있다.

결합하기 전에, 저온 냉각기는 헤드(2)에 지지가 되고, 수평 방향으로 제 1 단(4)과 제 2 단(6)이 캔틸레버식으로 지지가 되어 있다. 필요하다면, 정렬 지지체는 중력하에서 경사지지 않도록 몸체를 캔틸레버식으로 지지하거나 중력 내에서 적절한 정렬을 유지하게 한다. 결합할 때, 저온 냉각기는 이전에 갭(36, 38) 이었던 인터페이스에서 압축력에 직간으로 일어나는 마찰력에 의해 30에 기계적으로 지지가 되고 18에 부분적으로 지지가 된다. 온열 단부에서 저온 냉각기의 헤드의 중력 부하는 플랜지(46), 벨로우즈(44), 플랜지(23), 벨로우즈(32), 크라이샛 주벽(28)과, 정렬 지지체에 의해 취해진다. 분리될 때, 저온 냉각기의 중량은 플랜지(46)와 다른 부품에 의해서만 지지가 된다. 위 참조. 중간 온도 경로와 냉각 써멀 경로를 이루기 위하여 필요한 커다란 축방향 힘은 이를 경험하게 되는 요소들에서 자체적으로 내포하고 있고 균형을 이룬다. 저온 냉각기의 주축(C)에 수직인 방향으로의 저온 냉각기의 진동은 가요성 벨로우즈(44, 32)가 있음으로써 경감된다. 그러나, 축방향의 진동은 냉각 스테이션(30)으로 전달된다. 냉각된 물체에 이들의 진동을 방지할 필요가 있다면, 냉각 써멀 앵커(10)의 일부분이 가요성을 가 질 필요가 있다. 중간 온도 써멀 경로에서의 요소들의 진동은 가요성 써멀 앵커(26)에 의해 경감되고 8에서 습곡되어 경감된다.

본 발명의 매력적인 특징은 저온 냉각기의 설치, 운전 및 제거를 하는 동안에 저온 냉각기로부터 냉각 물체 또는 써멀 시일드에 힘이 전달 또는 적용되지 않는다는 것이다. 중간 온도 써멀 경로와 냉각 써멀 경로에 양호한 열전도를 이루기 위하여 필요한 힘은 자체적으로 가지고 있다. 양호한 열적 접촉은 접촉 면적의 적절한 선택에 의해 바람직하게 달성되고, 공압 작동기(20) 내에 적당한 압력을 적용하여 달성할 수 있다. 냉각 물체로의 양호한 열전도는 단단한 냉각 써멀 앵커(10)를 이용하여 달성된다.

저온 냉각기와 냉각된 물체 사이에서의 열적 결합이 달성 또는 달성됨이 없이, 저온 냉각기로부터 냉각된 물체로의 힘의 적용이 없다. 작동기에 의해 생성되는 힘은 저온 냉각기와 그 제 1 단(4)을 포함하는 구조적 요소 내에 내포된다. 냉각 써멀 스테이션은, 예를 들면 볼트(35)에 의해 냉각 써멀 앵커(10)에 단단하게 부착된다.

도시된 실시예에 있어서, 고정물은 중간 온도단과 냉각 온도단에서 냉각 장치에 적용되는 동일하고 대향하는 압축력이 작동기의 직선 팽창으로 변환된다. 다른 작동과 고정물의 설계가 가능하다. 냉각될 물체와 냉각될 물체에 외부로부터 적용되는 모든 불균형 힘이 없이 일어나는 냉각 물체 사이에서 열전도 경로의 결합이 필요하다. 열적 커플링 내의 힘은 두 단과 작동기, 냉각 장치의 진공벽 사이에서의 냉각 장치의 일부분을 이루고 있는 회로에 자체 내포되어 있다. 다른 설계가 중간 온도단과 냉각 온도단 사이에서 냉각 장치에 장력을 제공한다. 작동기는 직선일 필요도 없고 공압일 필요도 없다. 이는 회전, 링크연결, 압축적일 수도 있다. 이는 전자-기계적이거나 공압, 유압 등 일 수도 있다. 일반적으로, 작동기에 전력이 공급될 때, 냉각 장치는 냉각 유닛(60)과 결합하는 위치로 오게 되고, 물체가 냉각된다. 직선 작동기는 팽창되도록 여기화된다. 다른 작동기는 요소들을 결합하는 위치로 오도록 회전되도록 여기화된다. 헬륨과 같은 가스에 의해 여기화되는 공압 작동기는 저온 냉각 부분에서 상기한 바와 같은 제어 이점을 제공한다.

이상에서는 본원에서 중간 온도단이라 불리는 제 1 단과, 본원에서 종종 냉각단(최저 온도)이라 불리는 제 2 단을 갖는 저온 냉각기에 대하여 설명하였다. 다른 냉각 장치가 다른 적용에 사용된다. 냉각 장치는 다른 종류의 펄스 튜브식, 기포드-맥마혼식, 또는 스털링식과 같은 1단 또는 2단과, 저온 액체를 가지는 크라이스탯과, 저온 냉장고(1, 2, 3단의 냉각온도를 가지는) 등과 저온 냉각기 일수도 있다. 2단 저온 냉각기는 통상적으로 2단(냉각된 물체와 연결될)을 갖는 통일된 냉각 시스템을 가진다. 또한, 2단 이상을 단을 가진 것도 가능하다. 예를 들면, 저온 냉장고인 냉각을 위하여 3단(예를 들면, 78k, 20k, 2.0k)을 가질 수도 있다. 통상적으로, 최저온은 냉각됨 물체를 냉각하는데 사용되고 높은 온도는 냉각된 물체, 전류 유도선, 냉각 물체 지지체 등의 둘레의 냉각 써멀 시일드(하나 또는 둘)를 냉각하는데 사용된다. 이러한 냉각 구조는 냉각에 필요한 전력을 감소시켜 준다.

2단보다는 1단이 있을 수 있다. 단일단 장치에 대하여는 도 6A, 6B를 참조 하여 설명한다. 도 6A 및 도 6B는 도 6B에 도시된 결합 구성(결합한)과 도 6A에 도시된 분리된 구성에서 신속 분리 써멀 커플러를 갖는 단일단 냉각 장치와 냉각된 물체를 도시한다. 도 6B는 도 6A에 도시된 장치의 일부분만을 도시한다. 도 7은 도 6A에서 7-7선을 취하여 도시한 장치의 단면을 도시한다. 냉각될 물체와 크라이오샛 주변은 도 1A, 도 1B에 비축척으로 도시되어 있다. 일반적으로 그들은 냉각 장치보다 많이 크다.

1단 냉각 장치(102)는 어떤 적절한 종류의 써멀 커플러(119)와 결합한다. 작동기 지지체(122), 고정물(168), 냉각 스테이션(130), 작동기(120a, 120b) 등을 포함하는 커플러(119)를 이하에서 설명한다. 참조번호 119로 지정된, 이들 모든 요소를 함께 커플러(119)라고 한다. 냉각 장치 냉각 헤드(106)는, 예를 들면 구리인 열전도성 재료로 만들어진 윙을 갖는 냉각 헤드 연장부(107)에 열이 전도되도록 고정된다. 갭(136)이 윙(107)을 갖는 냉각 헤드 연장부와 고정 냉각 스테이션(130) 사이에 도시되어 있다. 고정 냉각 스테이션(130)은 냉각 앵커(162)를 통하여 냉각 물체(137)에 열이 전도되도록 결합하여 있다. 냉각 앵커(162)와 냉각 물체(137)는 플랜지(163)와 냉각 스테이션(130) 사이에서 볼트(135)와 같은 영구적인 수단에 의해 냉각 스테이션(130)에 고정된다. 진공 내에서 더욱 양호한 열전달을 하기 위하여, 이들(냉각 앵커, 플랜지, 냉각 스테이션)은 함께 납땜 되고 인듐 개스킷으로 연결 또는 애피에존 엔 그리스로 연결된다.

이상에서 설명한 2단 장치에서와 같이, 두 개의 분리된 요소의 냉각 앵커(162)(플랜지(163)을 갖는)와 냉각 스테이션(130)은 서로 영구적으로 고정되고, 본원과 청구항에서 냉각 유닛(161)이라 부르며, 그들의 기능은 본원에서 또한 냉각 유닛이라 불리는 단일의 요소에 의해 제공된다.

작동기는 도 6A 및 도 6B에 도시된 커플러(120b, 120e)의 종축에 평행하게 위치되는 복수개의 벨로우즈 유닛을 가진다. 작동기 지지체(122)는 고정물(168)에 의해 고정 냉각 스테이션(130)에 단단하게 고정된다. 도 7에 단면도로 도시된 바와 같이, 도시된 실시예는 동일한 공압 공급장치(125)와 제어기(도시 안 됨)에 의해 동시에 제어되는 4개가 2 그룹으로 위치하는 8개의 벨로우즈(120a ∼ 120h)를 가진다. 냉각 헤드 연장부(107)는 외주 링 세그먼트로서 윙 부분을 가질 수도 있다. 두 개의 마주보는 윙부분(167a, 167b)은 작동기 지지체(122) 내의 구멍과 대응하는 형상을 통하여 통과하고 하기에 설명한 바와 같이, 제자리에 로킹된다. 2, 3, 4 또는 더 많은 윙부분이 있을 수도 있으며, 플랜지 요소들 사이에 각각 대응하는 구멍을 갖는다. 작동기는 윙부분에 따라 작용한다.

냉각 물체 진공 컨테이너(108)는 냉각 물체(137)를 둘러싸고, 재유입 외피벽 부재(109)에 의해 고정 냉각 스테이션(130)에 고정된다. 다른 진공 컨테이너(124)는 냉각 장치를 부분적으로 둘러싸고 있으며 링(114)을 통하여 냉각 물체 진공 컨테이너(108)에 단단하게 고정된다. 냉각 장치 진공 컨테이너(124)는 가요성 벽(144)과 플랜지(123)를 통하여 단부 진공 플랜지(170)에 유연하게 부착되어 있다. 벽부재(109)는 냉각 물체와 온열 주변부 사이에서 열적 경로의 길이를 증가시키기 위하여 선택적으로 재유입된다. 가요성 벽(144)은 여러 부품이 온도 변화에 따라 변할 때, 치수의 변화를 수용하기 위하여 도시된 바와 같이 가요성 일수도 있 고, 삽입되고 제거될 때, 냉각 장치의 운동을 수용하도록 가요성 일수도 있다.

단일단 장치의 결합 순서를 이하에서 설명한다. 저온 냉각기가 커플러 내에 삽입된다. 저온 냉각기는 윙(107)이 대향하는 벨로우즈(120b, 120e) 등에 위치하도록 회전된다. 플랜지(114)가 밀봉되고 저온 냉각기의 진공 공간을 진공화한다. 다음으로, 작동기 벨로우즈(120a ∼ 120h)는, 예를 들면 헬륨과 같은 외부 가스원으로부터 중앙 공급 라인(125)에 의해 공급되고, 공급 라인(121e, 121b)을 통하여 공급되어 챔버를 채우는 가스가 팽창하여 결합한다. 압력이 작동기의 각각의 벨로우즈의 공압 챔버를 채우도록 적용될 때, 챔버는 고정 작동기 지지체(122)로부터 먼 냉각 헤드 연장부 윙(107)과 대면하도록 팽창된다. 냉각 헤드 연장부(107)를 갖는 저온 냉각기는 냉각 스테이션(130) 쪽으로 이동하고 갭(136)을 폐쇄한다. 작동기가 완전히 연장되고 냉각 헤드 연장부가 냉각 스테이션(130)을 단단하게 가압하고 이에 의해 냉각 헤드(106)로부터 냉각된 물체(137)까지 냉각 헤드 연장부에 부착되어 있는 인듐 개스킷(169)을 통하여 열적 경로가 이루어진다.

열적인 경로를 이루기 위해 필요한 힘이 벨로우즈(120b, 120e)를 팽창시켜 이루어지고 작동기 지지체(122)와 냉각 스테이션(130)에 균형적인 힘이 적용되기 때문에 불균형한 외력이 냉각된 물체에 적용되지 않는다. 인듐 개스킷은 냉각 스테이션(130)에 대향하는 냉각 헤드 연장부(107)의 면의 부착될 수도 있다. 냉각된 물체(137)는, 예를 들면 볼트(135)에 의해 냉각 앵커(162)를 통하여 냉각 스테이션(130)과 열적으로 연결된다. 불균형한 힘은 커플러로부터 냉각된 물체, 냉각 장치 몸체, 냉각 장치 또는 냉각된 물체의 진공벽에 적용되지 않는다. 써멀 커플링 내의 결합력은 냉각 장치의 냉각 헤드의 연장부, 작동기, 냉각 스테이션에 연결된 작동기 지지체로 이루어진 회로에 내포되어 있다.

도 6B는 커플러의 갭(136)이 폐쇄되어 있는 구성을 도시하며, 인듐 개스킷(169)을 통하여 냉각 스테이션의 냉각 장치 표면에 단단하게 눌려 있는 냉각 헤드 연장부를 도시한다.

도 6A의 7-7선을 취한 커플러의 단부도이며 작동기 단부들과 같은 레벨에 있는 도 6A 및 도 6B 내에 도시된 위치로부터 멀리 회전된 냉각 장치를 도시한 도 7은 냉각 장치가 삽입되고 커플러로부터 어떻게 제거되는지를 도시한다. 상기한 바와 같이, 일반적으로 냉각 장치와 커플러의 각 부분들에 부분적인 외주 플랜지는 냉각 장치가 커플러에 대하여 회전 방향 내에 있을 때, 커플러 내의 구멍을 통하여 통과하게 하는 형상과 치수를 가지며, 냉각 장치가 제 1 회전 방향에 있지 않을 때, 삽입(제거)되고 통과가 방지되도록 형상과 치수를 가진다.

예를 들면, 냉각 헤드 연장부(107)는 작동기 지지체(122)의 외주 연장부 내의 대응 형상 구멍 내에 맞는 치수를 윙이 가지며 냉각 장치의 중심축(C)을 가로질러 대향되게 위치한 한 쌍의 윙(167a, 167b)을 가질 수도 있다. 냉각 장치를 삽입하기 위하여, 윙(167a, 167b)은 각각의 구멍과 정렬되고 냉각 장치는 축(C)을 따라 삽입된다. 냉각 헤드 연장부가 구멍(131)을 통하여 통과한 후에 축(C) 둘레에서 90도 회전하여 윙이 벨로우즈(120a ∼ 120h)와 정렬되고 이에 의해 제거되지 않도록 로크된다. 이는 벨로우즈(120a ∼ 120h) 사이의 공간 내에서 냉각 스테이션(130) 까지 작은 거리를 병진이동할 수 있다.

윙과 결합하는 구멍 대신에 비교적 신속한 분리 및 결합을 할 수 있는 다른 기계적인 장치가 사용될 수 있다. 이러한 예로서는 메이오넷식의 핀과 슬롯, 여러 가지 종류의 클러치, 즉 자동차의 디스크 브레이크와 대략 비슷한 클러치, 둘러싸고 있는 벽에 결합하는 팽창가능한 원통형 부분 또는 다른 부재를 포함한다.

도 6A 및 도 6B, 도 7은 도 1A에 도시된 2단 커플러의 수축 작동기 핸들과 로드(34)와 유사한 냉각 물체(107)로부터 냉각 헤드(106)를 분리하기 위한 모든 작동기를 도시하지 않는다. 적절한 수단이 헤드(102)를 파지하고 잡아당기는 것과 같은 냉각 장치를 수축하는 데 사용될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 인장력은 냉각 장치 몸체로 전달된다. 인장력은 버클링의 위험성을 내재하고 있는 압축력보다 손상에 덜한 위험성을 가진다. 그러나, 어떠한 경우에도, 냉각된 물체에 힘이 전달되지 않는다. 수축 작동기 로드(도시 안 됨)는 냉각 헤드 연장부(107)를 왼쪽(도시된 바와 같이)으로 잡아당기는 데 사용될 수 있다. 이 경우에 있어서, 실제적으로 냉각 장치에 힘이 전달되지 않는다.

냉각된 물체는 냉각 물체 진공 컨테이너(108)와, 부분적으로 재유입 벽(109)과, 냉각 써멀 스테이션(130)에 의해 경계 지워지는 별도의 진공 공간을 가진다. 냉각 장치(130)는 냉각 스테이션(130)과 재유입벽(109)과, 가요성 벨로우즈 벽(144)과, 단부 플랜지(170)에 의해 경계 지워지는 자체의 진공 공간을 가진다. 냉각 장치의 진공을 파괴하는 것은 냉각된 물체 진공에 어떠한 영향도 주지 않는다. 냉각 장치는 냉각된 물체의 진공을 파괴하지 않고 교체할 수 있다.

위에서 설명한 2단 실시예에서와 같이, 고정물과 작동기 장치는 도시된 것과 같을 필요는 없다.

고정물과 작동기는 냉각 장치 몸체와 냉각 장치 또는 냉각된 물체에 냉각될 물체에 외부에서 불균형한 힘을 적용함이 없이 냉각 물체와 냉각될 물체 사이의 열전도 경로의 결합을 제공한다.

도 6A에 도시된 형태의 1단 실시예에 대하여, 다른 바람직한 효과는 냉각 장치 자체가 불균형한 외력에 의해 압축되지 않는다는 것이고, 같은 방법으로 냉각된 물체는 두 실시예에서 이러한 힘이 없이 있는 것이다. 도시된 바와 같이, 냉각단 윙 연장부(107)는 냉각단(106)에 볼트 결합하여 있고 같은 방법으로 냉각 앵커(162)는 냉각 스테이션(130)에 볼트 결합(또는 다른 방법으로 부착)하여 있다. 이렇게 결합함에 따라 더 다른 가압을 열적인 경로에 이루기 위하여 냉각 장치는 압축되지 않는다. 윙(107)에 볼트나 다른 방법으로 고정된 플랜지에 이러한 힘이 작용한다. 죠인트 내에서의 힘은 죠인트의 요소 내에 내재되어 있고, 결합 압력이 증가됨에 따라 변하지 않는다.

이러한 1단 장치의 다른 잇점은 도시된 바와 같이, 냉각된 물체(108) 또는 냉각 장치(124)의 진공 외피의 벽에 힘이 발생되지 않는다는 것이다.

2단 실시예에 있어서, 도시된 작동기는 냉각 장치의 온열단에서 우선 직접적으로 작용한다. 그러나, 이는 본 경우에는 필요하지 않다. 작동기는, 예를 들면 1단 실시예(이 경우에 있어서, 냉각 장치 몸체는 2단 사이에서 긴장하에 있을 수도 있다) 또는 2단 실시예에 있는 윙(107)과 유사한 윙이 부착된 경우에 냉각 장치의 제 2단보다 더 차갑게 직접적으로 작용하도록 위치된다. 양 단에서 직접적으로 작 용하는 작동기를 갖는 이러한 디자인은 냉각 장치 몸체에 압축력의 전달을 허용하지 않는다.

특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 발명의 상세한 설명으로부터 벗어남이 없이 여러가지 변경 및 수정을 하여도 본 기술분야에 숙달된자들에게는 잘 이해될 것이다. 상기 설명과 첨부된 도면에 내포되어 있는 모든 사항은 예증이 목적이며 이에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다.

냉각된 물체는 초전도 마그넷, 저온 마그넷(초저온에서 매우 낮은 전기 저항을 갖는 비초전도 와이어로 제조한), 적외선 디텍터(예를 들면, 야시경과 온도 측정 장치), 지구 온도를 측정하는 우주 측정장비(볼로미터), 다른 전자 장치, 저온 - 의학 및 저온 - 외과 측정장비 등 일수도 있다.

본 발명의 중요한 장치 실시예는 냉각될 물체에 적어도 하나의 냉각단을 가지는 냉각 장치를 열적으로 결합하기 위한 커플러이다. 커플러는: 냉각 장치의 냉각단과 결합하고, 냉각될 물체와 연결되도록 구성된 냉각 스테이션을 구비한다. 냉각 스테이션에 기계적으로 단단하게 연결된 것은 작동기 지지체와 냉각 장치 사이의 작동기 지지체이고, 냉각 장치의 냉각단은 이동가능하게 결합하여 있다. 커플링 작동기는 냉각단과 작동기 지지체에 실제적으로 동일한 대향하는 힘이 적용되도록 배치되어 있고, 냉각될 물체에 어떤 힘이 적용됨이 없이 냉각 스테이션과 냉각단이 접촉하면서 분리된 구성에서 결합한 구성으로 냉각단에 힘을 가하게 된다. 장치는 또한 냉각 장치 둘레를 진공 냉각 장치를 내장하기 위한 형상과 크기를 가지는 냉각 장치 진공 외피와, 냉각 스테이션을 구비하고, 냉각될 물체를 내장하기 위한 형상과 크기를 갖는 냉각된 물체 진공 외피와, 냉각 장치 진공으로부터 유압적으로 독립적인 냉각된 물체 진공을 내장하기 위한 형상과 크기를 가지고 배치된 냉각 스테이션을 구비한다.

관련된 중요한 실시예에 있어서, 냉각단은 냉각 장치에 어떠한 힘이 작용됨이 없이 냉각 스테이션과 접촉한다. 냉각단은 냉각 장치 진공 외피에 어떤 힘도 작용됨이 없이 냉각 스테이션과 접촉한다. 관련된 중요한 실시예는 냉각된 물체 진공 외피에 어떤 힘도 적용됨이 없이 냉각 스테이션을 냉각단에 접한다. 냉각 장치 진공 외피 또는 냉각된 물체 진공 외피에 어떤 힘도 적용됨이 없이 냉각단이 물체 진공 외피에 접할 수도 있다.

본 발명의 모든 관련된 실시예는 냉각될 물체와 고정 연결되도록 구성될 냉각 스테이션에 대하여 바람직하다.

본원에 개시된 모든 발명은 냉각단에 열적으로 결합하는 인듐 개스킷이 유용하다.

매우 중요한 실시예에서. 작동기는 공압 작동기를 구비한다. 작동기는 벨로우즈 일수도 있는 작동기는 병렬로 배치되어 작동되는 복수의 공압 작동기를 구비한다. 공압 작동기는 헬륨으로 동작되는 작동기가 바람직하다.

일반적으로, 작동기 지지체는 냉각 스테이션과 실제적으로 반대 방향으로 대향되어 배치된 면을 구비한다. 이러한 경우에 있어서, 작동기는 여기화되어서 냉각 스테이션을 향하여 냉각 장치의 냉각단을 밀고 작동기 지지체면에 결합하는 직선으로 연장되는 부재를 구비한다.

부가적으로 관련된 중요한 실시예에서, 커플러를 갖는 냉각단을 해제가능하게 결합하는 해제가능한 커플링을 더 구비한다. 이러한 경우에 냉각단은 장치의 외주 플랜지를 구비한다. 해제가능한 커플링은 장치 플랜지를 갖는 냉각 스테이션에 연결된 커플러 외주 플랜지를 구비하고, 커플러 플랜지는 냉각 장치가 제 1 회전 위치에 있는 상태에서 커플러에 대한 냉각 장치의 병진 운동이 삽입되는 위치 범위에 한정되지 않도록 하며, 냉각장치가 제 2 회전 위치에 있는 상태에서, 커플러에 대한 냉각단의 병진이동이 삽입된 위치 범위를 넘어 자유롭게 되도록 하는 형상을 가지고 배치된 장치 플랜지와 커플러 플랜지가 냉각 스테이션에 연결된 커플러 외주 플랜지를 구비한다. 해제가능한 커플링은 클러치를 구비할 수도 있다.

장치 발명의 또 다른 관련된 실시예에서 냉각 장치는 저온 냉각기를 구비한다.

또 다른 중요한 실시예는 냉각될 물체가 마그넷이다.

본 발명의 실시예는: 냉각될 물체와, 냉각될 물체에 기능적으로 결합한 장치를 더 구비한다. 이러한 실시예에서, 냉각될 물체는 마그넷을 구비하고, 냉각될 물체에 기능적으로 결합한 장치는 자기 공명 이미지 장치를 더 구비한다.

장치 발명의 관련된 실시예는 저온 냉각기일 수도 있는 냉각 장치를 더 구비한다.

본 발명의 각각의 장치 실시예로서, 수축 작동기는 냉각단에 결합하여 있을 수 있으며, 수축 작동기는 커플링 작동기와 다른 작동기이고, 수축 작동기는 결합한 위치로부터 분리된 위치로 냉각단을 이동시키도록 배치된 작동기이다.

장치 발명과 관련된 중요한 실시예는 냉각될 물체에 냉각 장치를 열적으로 결합하기 위한 커플러이고, 여기에서 냉각 장치는 적어도 제 1 단 및 제 2 단과 콜더단을 가진 형태이고 이는 서로 단단하게 결합하여 있다. 커플러는 : 냉각 장치의 제 1 단에 해제가능하게 결합하도록 구성된 중간 온도 스테이션과; 냉각될 물체에 고정 연결되도록 구성되고, 냉각 장치의 제 2 냉각단에 해제가능하게 결합하도록 구성된 냉각 스테이션을 구비한다. 상기 실시예는 또한 중간 온도 스테이션에 작동기 지지체를 결합하는 작동기를 구비하고, 상기 작동기와 고정체는 중간 온도 스테이션이 작동기 지지체를 이동시키도록 구성되고, 냉각 장치의 제 1 단과 중간 온도 스테이션이 접하도록 하고 냉각 스테이션과 냉각 장치 제 2 단이 접하도록 하는 작동기를 구비한다. 냉각 물체에 어떤 힘도 가해짐이 없이 제 1 단과 제 2 단에 의해 힘이 형성되고, 이 힘은 서로 실제적으로 동일하며 반대방향이다. 본 실시예는 냉각 장치 둘레에 진공 냉각 장치를 내장하기 위한 형상과 크기를 갖는 냉각 장치 진공 외피를 또한 구비하고, 냉각 스테이션과 냉각될 물체를 내장하기 위한 형상과 치수를 갖는 냉각된 물체 진공 외피와 냉각 스테이션을 구비하고, 냉각된 물체 진공 외피는 냉각 장치 진공 외피와 유압적으로 독립적이고, 냉각 장치 진공 외피는 냉각된 물체 진공 외피 내의 진공을 파괴됨이 없이 파괴될 수 있다.

특히, 냉각 장치는 몸체의 제 1 단부와 제 2 단부 사이의 제 1 위치에 제 1 단을 가진 몸체를 구비하고, 제 2 단은 몸체의 제 2 단부에 위치된다. 고정물은 냉각 장치가 결합하여 있는 외피를 구비하고, 상기 외피는 작동기 지지체에 고정되고 냉각 장치가 고정물 내에 삽입될 때, 냉각 장치의 제 2 단을 지나 연장되고 냉 각 스테이션을 향하여 중간 온도 스테이션을 지나 연장된다. 결합한 작동기는 작동기의 가동 단부가 중간 온도 스테이션을 만날 때까지 작동기 지지체로부터 멀리 그리고 냉각 스테이션을 향하는 방향으로 작동기의 가동 단부에 힘을 가하여 여기화되어 직선으로 연장되는 작동기를 구비하고, 중간 온도 스테이션과 냉각 장치의 제 1 단 사이에서 접촉되도록 냉각 장치의 제 2 단 방향으로 이동하도록 중간 온도 스테이션에 힘을 가하고, 냉각될 물체에 어떠한 힘도 가함이 없이 냉각 장치의 제 1 단과 중간 온도 스테이션을 결합하는 인터페이스와 함께 제 2 단과 냉각 스테이션을 결합하는 인터페이스에서 압력이 증가되도록 한다.

장치 발명의 중요한 변형 실시예에서, 작동기는 분리된 위치에 있고, 커플러는 작동기가 분리된 위치에 있도록 구성되고, 중간 온도 스테이션과 제 1 단은 열적으로 분리되고 냉각 스테이션과 제 2 단은 기계적으로 열적으로 분리되도록 구성되어 있다. 이러한 장치에서, 작동기는 운동 범위를 가지며, 커플러는 작동기가 결합한 위치에 있도록 구성되고 중간 온도 스테이션과 냉각 장치의 제 1 단은 기계적으로 열적으로 결합하여 있다. 이러한 장치의 커플러는 작동기가 결합한 위치에 있고 냉각 스테이션과 냉각 장치의 제 2 단이 기계적으로 열적으로 결합하도록 구성되어 있다. 하나의 변형 실시예에 따라서, 커플러는 작동기가 결합한 위치에 있고, 작동기가 동력을 받아 팽창될 때, 냉각 스테이션과 냉각 장치의 제 2 단 사이의 압력과 열적인 커플링은 냉각될 물체에 어떠한 힘도 가해짐이 없이 증가된다.

단일단 냉각 장치에 대한 상기한 실시예에서, 2이상의 단을 갖는 작동기는 단일개 또는 복수개의 공압 작동기를 구비하고, 복수개는 병렬로 배치될 수도 있 다. 작동기는 헬륨 가스 공급 장치에 의해 동력을 받을 수도 있다.

바람직한 실시예에서 작동기 지지체 부재는 냉각 스테이션과 실제적으로 대면하도록 배열된 면을 구비하고, 작동기는 작동기가 여기화될 때, 냉각 장치의 제 2 단 쪽으로 작동기 지지체를 미리 냉각 장치를 밀도록 작동기 지지체 면과 냉각 장치의 냉각단에 결합하는 직선으로 연장가능한 부재를 구비한다.

이러한 커플러는 커플러와 함께 커플링 장치를 해제가능하게 결합하기 위한 커플링을 더 구비하고, 결합 장치는 장치 플랜지와 플랜지 요소를 구비할 수도 있는 중간 온도 스테이션을 구비한다. 장치 플랜지와 중간 온도 스테이션은 냉각 장치가 제 1 회전 위치에 있고 커플러에 대한 제 1 단의 병진운동이 삽입되는 위치 범위 내에서 한정되고, 커플링 장치가 제 2 회전 위치에 있고 제 1 단이 삽입되는 범위에서 떨어져 커플러에 대한 병진 운동이 자유롭게 되도록 형상을 가지고 배치되어 있다. 이를 달성하기 위한 편리한 구성은 구멍과 구멍을 구비한 작동기 지지체와 중간 온도 스테이션 플랜지 요소와 작동기 지지체의 구멍 내에 결합하는 윙을 구비한 냉각 장치 제 1 단을 구비한 중간 온도 스테이션 플랜지 요소를 가진다.

일단 및 2단 이상을 가진 냉각기의 실시예에서, 냉각 장치는 저온 냉각기와 마그넷을 포함하는 냉각될 물체를 구비한다.

냉각될 물체에 기능적으로 연결된 장치는 자기 공명 이미지 장치 또는 프로톤 빔 방사 처리 장치를 구비할 수도 있다. 냉각 장치는 커플러의 일부분일 수도 있다. 끝으로, 제 1 단에 결합한 수축 작동기 일수도 있고, 이 수축 작동기는 결합 작동기와 다른 작동기이고, 수축 작동기는 결합한 위치로부터 분리된 위치로 제 1 단을 이동시키도록 배치되어 있다.

결합 작동기는 도시된 바와 같이 냉각 장치의 중간단쪽으로 중간 온도 스테이션을 직접 밀도록 적용될 수 있고, 또는 냉각 스테이션과 접촉되도록 냉각 장치의 냉각단을 직접 밀도록 적용될 수 있고, 또는 작동기가 냉각 장치의 중간단 및 냉각단과 직접 접촉하도록 연결될 수 있다. 또는, 두 개의 이러한 작동기를 각단에 하나씩 적용할 수도 있다.

본 발명의 중요한 양태는 또한 방법이며, 그 중요한 실시예는 냉각될 물체에 적어도 하나의 커플링단을 갖는 냉각 장치를 열적으로 결합하는 방법이다. 상기 방법은: 냉각될 물체와 연결되어 냉각 장치의 냉각단과 결합하도록 구성된 냉각 스테이션을 구비한 써멀 커플러를 제공하는 단계를 포함하고, 작동기 지지체와 냉각 스테이션 사이에서 냉각기 지지체를 냉각 스테이션에 기계적으로 단단하게 연결되고 냉각 장치가 이동가능하게 결합한다. 냉각 장치에 연결되는 적어도 하나의 윙 연장부는 작동기 지지체 내의 적어도 하나의 대응 구멍을 통하여 결합하여 있고, 결합 작동기는 여기화됨에 따라 작동기 지지체와 냉각단의 적어도 하나의 윙 연장부에 실제적으로 동일한 대향하는 힘을 적용하도록 배치되어 있고, 이에 의해 냉각단이 분리된 위치로부터 결합하는 위치에 대향하고 냉각될 물체에 어떠한 힘도 가함이 없이 냉각 스테이션에 접촉한다. 커플러의 일부분은 냉각 스테이션과 진공 냉각 장치로부터 유압적으로 독립된 진공 냉각된 물체를 내장하도록 배치되고 냉각될 물체를 내장하기 위한 형상과 치수를 갖는 진공 냉각된 물체 외피를 구비한 냉각 장치 둘레에 진공 냉각 장치를 내장하기 위한 형상과 크기를 갖는 진공 냉각 장 치이다. 방법은 또한 냉각 장치를 진공 냉각 장치 외피 내에 넣는 단계를 포함하고, 적어도 하나의 윙 연장부는 작동기 지지체 내의 대응 구멍을 통하여 통과하고, 작동기 지지체와 냉각 스테이션 사이의 분리된 위치에 있는 커플링 장치의 냉각단을 위치시키는 단계와, 적어도 하나의 윙 연장부가 작동기와 대향하도록 냉각 장치를 회전시키는 단계를 포함한다. 본 방법의 상세한 설명의 마지막 단계는 윙 연장부와 결합하도록 작동기를 여기화하는 단계이고, 냉각될 물체에 어떠한 힘도 가함이 없이 냉각 스테이션과 접하는 결합하는 위치를 향하여 분리된 위치로부터 냉각단에 힘을 가한다.

상기한 장치 실시예에서, 본 발명의 방법 실시예는 상기한 장치에서 많이 달성될 수 있다. 예를 들면, 작동기는 공압 작동기를 구비하고, 작동기를 여기화하는 단계는 작동기에 제공되는 가스 압력을 증가시키는 단계를 포함한다. 가스는 헬륨가스일 수도 있다. 작동기는 단독 또는 복수개 일수도 있고, 복수개의 작동기는 병렬로 작동한다.

방법은 냉각 장치의 작동에 뒤따라 진공 냉각 장치 외피 내에 진공을 이루는 단계를 더 구비할 수도 있다. 냉각 장치의 활성화는 작동기를 여기화시키기 전후에 할 수도 있다.

결합 방법의 마지막 단계는 냉각단에 결합한 수축 작동기를 제공하여 달성할 수 있는 분리이며, 수축 작동기는 커플링 작동기와 다른 것이며, 커플링 방법은 결합 위치로부터 분리된 위치로 냉각단을 이동시키기 위하여 수축 작동기를 여기화하는 단계를 더 구비한다.

본 발명의 중요한 실시예는 제 1 단, 제 2 단, 콜더단, 냉각단을 갖는 냉각 장치를 냉각될 물체에 열적으로 결합하기 위한 방법이다. 냉각 장치는 서로 단단하게 연결되어 있다. 본 방법은 : 냉각 장치의 제 1 단에 해제가능하게 결합하도록 구성된 중간 온도 스테이션과, 냉각될 물체에 고정 연결되고 냉각 장치의 제 1 단과 해제가능하게 또한 결합하도록 구성된 냉각 스테이션과, 냉각 스테이션을 작동기 지지체에 단단하게 연결하는 고정물을 구비한 형식의 상기한 형식의 써멀 커플러를 제공하는 단계를 구비한다. 제 1 단에 연결되는 적어도 하나의 윙 연장부는 중간 온도 스테이션 내의 적어도 하나의 대응하는 구멍을 통하여 결합하도록 구성된다. 작동기는 작동기 지지체를 중간 온도 스테이션에 결합한다. 작동기와 고정물은 작동기가 여기화되어 중간 온도 스테이션이 작동기 지지체로부터 멀리 이동하게 하고 또한 냉각 장치의 제 1 단과 함께 중간 온도 스테이션과, 냉각 스테이션과 함께 냉각 장치 제 2 단이 접촉하도록 이동하게 된다. 냉각될 물체에 어떠한 힘도 가함이 없이, 서로 실제적으로 동일하나 반대 방향인 힘이 제 1 단과 제 2 단에 형성된다. 본 장치는 냉각 스테이션과, 냉각될 물체를 내장하기 위한 형상과 치수를 갖는 냉각된 물체의 진공 외피와, 냉각 장치 진공 외피내의 진공이 냉각된 물체의 진공 외피 내에서 진공을 파괴함이 없이 파괴될 수 있도록 냉각 장치 진공 외피와 유압적으로 독립적인 냉각된 물체 진공 외피를 구비하는 냉각 장치를 둘러싸는 진공 냉각 장치를 내장하기 위한 형상과 치수를 갖는 냉각 장치 진공 외피를 또한 구비한다. 커플링 방법은 : 작동기 지지체 내의 대응 구멍을 통하여 적어도 하나의 윙 연장부가 통과하도록 냉각 장치 진공 외피 내로 냉각 장치를 도입하는 단계와, 적어도 하나의 윙 연장부가 중간 온도 스테이션과 반대 방향이 되도록 냉각 장치를 회전시켜 분리 위치 내로 냉각 장치의 제 1 단을 위치시키는단계와, 냉각 장치의 제 1 단과 함께 중간 온도 스테이션과 접촉되거나, 냉각 스테이션과 함께 냉각 장치의 제 2 단과 접촉되도록 작동기를 여기화하는 단계를 구비한다.

중요한 실시예에서, 작동기는 공압 작동기를 포함하고, 작동기를 여기화 시키는 단계는 작동기에 공급되는 가스의 얍력을 증가시키는 단계를 포함한다.

두단을 결합하는 방법은 냉각 장치를 활성화한 후 이어서 냉각 장치 진공 외피 내에 진공을 형성하는 단계를 더 구비할 수도 있다. 냉각 장치의 활성화는 작동기를 여기화 전후에 할 수도 있다.

헬륨 가스를 냉각 장치 진공 외피 내에 주입할 수도 있다.

일단 구성에서, 냉각 장치에 결합하는 수축 작동기를 구비할 수도 있으며, 상기 수축 작동기는 커플링 작동기와 다른 작동기이며, 결합 방법은 결합한 위치로부터 분리되는 위치로 냉각단이 이동하도록 수축 작동기를 여기화하는 단계를 더 포함 할 수도 있다.

본 발명의 여러 양태와 기술이 개시되어 있다. 본 기술 분야에 숙달된 자들에게는 이들 기술이 특별히 설명되어 있지 않더라도 다른 공개된 기술과 함께 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 2단 이상의 단을 가진 냉각 장치에 대하여, 커플링 작동기는 중간 온도 스테이션에 직접 결합 또는 냉각단에 결합 또는 이들 둘에 결합할 수 있다. 이와 마찬가지로, 수축 작동기는 한쪽단 또는 양쪽단에 직접 결합할 수 있다. 지지체를 냉각 스테이션에 단단하게 연결하기 위 한 작동기 지지체와 고정물의 특정한 장치는 다른 기하학적 경로와 형상을 가질 수도 있고, 냉각단에 의해 냉각 스테이션에 적용된 힘과 동일하며 반대 방향인 힘이 냉각 스테이션에 균형잡힌 힘이 적용되도록 하며, 이에 의해 불균형한 힘이 냉각 물체에 영향을 미치지 않게 된다. 도시된 고정물의 형태는 윙과 개방 플랜지형 신속 결합 기구 또는 클러치 또는 다른 해제가능한 커플링 기구를 사용할 수도 있다. 작동기는 직선으로 팽창될 필요가 없으나, 회전 또는 다른 구성일 수도 있다.

본 원은 하나 이상의 발명을 개시하고 있다. 본 발명은 본 문서에 개시되어 출원되어 있을 뿐만 아니라 본원에 기초한 다른 특허 출원을 진행하는 동안에 발전할 것이다. 본 발명자들은 종래 기술을 뛰어 넘어 모든 여러 발명을 청구하기를 의도한다. 본원에 기술된 특징이 개시된 각각의 발명의 본질이다. 본 발명자들은 본원에 개시되어 있지 않은 청구하지 않은 특징에 대해서도 모두 본원에 포함된다고 생각한다.

약간의 하드웨어 조립체, 단계들의 그룹을 본원에서는 발명이라 한다. 그러나, 이러한 조립체 또는 그룹이 개별적으로 특허를 받을 필요는 없으며 발명의 수에 관한 법에 의해 본원의 하나의 일군의 발명으로 취급되어 심사되어야 할 것이다. 이는 본 발명의 실시예를 간단하게 설명하기 위한 의도인 것이다.

본원에 요약서가 첨부되었다. 본 요약서는 법의 규정에 맞춘 것이며, 이는 심사관이나 검색시 본원의 특징을 찾기 쉽게 하기 위한 것이다. 이는 청구항의 기술 영역이나 의미를 한정하기 위한 것이 아니라는 것을 이해하여야 한다.

상기 설명은 예증을 위한 것이지 이에 한정되는 것이 아니라는 것을 이해하 여야 한다. 본 발명은 본 발명의 양호한 실시예를 참조하여 도시하고 설명하였으나 본 기술 분야에 숙달된 자들은 본 발명의 기술 사상을 벗어남이 없이 변경 및 수정을 할 수 있을 것이라고 이해하여야 한다.

이하의 청구항 내의 모든 수단과 단계와 기능 요소의 결합과 대응하는 구조, 재료, 작동 등은 모든 구조, 재료, 작동 등을 모두 포함하는 것을 의도한 것이다.

Claims

적어도 하나의 냉각단을 갖는 냉각 장치를 냉각될 물체에 열적으로 결합하기 위한 커플러에 있어서,

a. 냉각 장치의 냉각단에 결합하도록 구성되고 냉각될 물체에 연결되도록 구성된 냉각 스테이션과,

b. 상기 냉각 스테이션에 기계적으로 단단하게 연결되어 있으며, 상기 냉각 장치의 냉각단이 이동가능하게 결합하고, 상기 냉각 스테이션과의 사이에 있는 작동기 지지체와,

c. 상기 냉각될 물체에 어떠한 힘도 가함이 없이, 상기 냉각단이 상기 냉각 스테이션에 접촉하고 있는 상태에서, 상기 냉각단이 분리된 구성으로부터 결합한 구성이 되도록 힘을 가하도록 상기 냉각단과 상기 작동기 지지체에 실제적으로 동일한 반대방향의 힘이 적용되도록 배치되어 있는 커플링 작동기와,

d. 상기 냉각 스테이션을 구비하고, 상기 냉각 장치 둘레에 진공 냉각 장치를 내장하기 위한 형상과 크기를 갖는 냉각 장치 진공 외피와,

e. 상기 진공 냉각 장치와 유압적으로 독립적인 진공의 냉각된 물체를 내장하기 위해 배치된 상기 냉각 스테이션을 구비하고, 냉각될 물체를 내장하기 위한 형상과 크기를 가진 냉각된 물체 진공 외피를 구비한, 커플러.
청구항 1에 있어서,

상기 냉각단은 상기 냉각 장치에 어떠한 힘도 가함이 없이 상기 냉각 스테이션과 접촉하는, 커플러.
청구항 1에 있어서,

상기 냉각단은 상기 냉각 장치 진공 외피에 어떠한 힘도 가함이 없이 상기 냉각 스테이션과 접촉하는, 커플러.
청구항 1에 있어서,

상기 냉각단은 상기 냉각된 물체 진공 외피에 어떠한 힘도 가함이 없이 상기 냉각 스테이션과 접촉하는, 커플러.
청구항 1에 있어서,

상기 냉각 스테이션은 냉각될 물체에 고정 연결되도록 구성된, 커플러.
청구항 1에 있어서,

상기 냉각단에 열적으로 결합하는 인듐 개스킷을 더 구비한, 커플러.
청구항 1에 있어서,

상기 작동기는 공압 작동기를 포함하는, 커플러.
청구항 7에 있어서,

상기 공압 작동기는 병렬로 배치되어 작동하는 복수의 공압 작동기를 포함하는, 커플러.
청구항 7에 있어서,

상기 공압 작동기는 병렬로 배치되어 작동하는 복수의 공압 벨로우즈를 포함하는, 커플러.
청구항 1에 있어서,

상기 작동기 지지체는 상기 냉각 스테이션과 대향하여 실제적으로 대면하도록 배열된 면을 구비하고, 상기 작동기는 여기화가 됨에 따라 상기 냉각 스테이션쪽으로 상기 냉각 장치의 냉각단을 밀어 상기 작동기 지지체에 결합하게 하는 직선으로 연장될 수 있는 부재를 구비한, 커플러.
청구항 1에 있어서,

상기 냉각단과 상기 커플러를 해제가능하게 결합하는 해제가능한 커플링을 더 구비한, 커플러.
청구항 11에 있어서,

상기 냉각단은 장치의 외주 플랜지와,

상기 냉각 스테이션과 연결된 커플러의 외주 플랜지와,

a. 상기 냉각 장치가 제 1 회전 위치에 있는 상태에서, 상기 커플러에 대한 상기 냉각단의 병진운동이 삽입되는 위치 범위로 제한되고,

b. 상기 냉각 장치가 제 2 회전 위치에 있는 상태에서, 커플러에 대한 상기 냉각단의 병진운동이 삽입되는 위치 범위를 넘어 자유로이 이동되도록 성형되고 배치된 장치 플랜지와 커플러 플랜지를 구비한 해제가능한 커플링을 구비한, 커플러.
청구항 11에 있어서,

상기 해제가능한 커플링은 클러치를 포함하는, 커플러.
청구항 1에 있어서,

상기 냉각 장치가 저온 냉각기를 포함하는, 커플러.
청구항 1에 있어서,

상기 냉각될 물체는 마그넷을 포함하는, 커플러.
청구항 7에 있어서,

상기 공압 작동기는 작동원으로서 헬륨 가스를 사용하는 작동기를 포함하는, 커플러.
청구항 1에 있어서,

a. 냉각될 물체와,

b. 상기 냉각될 물체에 기능적으로 결합한 장치를 더 포함하는, 커플러.
청구항 17에 있어서,

상기 냉각될 물체는 마그넷을 포함하는, 커플러.
청구항 17에 있어서,

상기 냉각될 물체에 기능적으로 결합하여 있는 상기 장치는 자기 공명 이미지 장치를 포함하는, 커플러.
청구항 1에 있어서,

냉각 장치를 더 구비한, 커플러.
청구항 20에 있어서,

상기 냉각 장치는 저온 냉각기를 포함하는, 커플러.
청구항 1에 있어서,

상기 냉각단에 결합한 수축 작동기를 더 구비하며, 상기 수축 작동기는 결합 작동기와 다른 작동기이고, 상기 수축 작동기는 상기 냉각단을 결합한 위치로부터 분리된 위치로 이동시키도록 배치된, 커플러.
서로 단단하게 결합하여 있는 적어도 하나의 제 1 단, 제 2 단, 콜더단의 냉각단을 갖는 냉각 장치에 냉각될 물체를 열적으로 결합하기 위한 커플러에 있어서,

a. 상기 냉각 장치의 제 1 단과 해제가능하게 결합하도록 구성되어 있는 중간 온도 스테이션과,

b. 상기 냉각될 물체에 고정 연결되도록 구성되고, 상기 냉각 장치의 제 2 단, 콜더단에 해제가능하게 또한 결합하도록 구성되어 있는 냉각 스테이션과,

c. 상기 냉각 스테이션을 작동기 지지체에 단단하게 연결하는 고정물과,

d. 상기 냉각 물체에 어떠한 힘도 가함이 없이 실제적으로 동일하며 방향이 반대인 힘이 상기 제 1 단과 상기 콜더단에 작용하도록,

i. 상기 냉각 장치의 상기 제 1 단과 상기 중간 온도 스테이션과,

ii. 상기 냉각 스테이션과 상기 냉각 장치 콜더단이 접촉되게 하고,

상기 중간 온도 스테이션이 작동기 지지체로부터 멀리 이동하게 하도록 작동기를 여기화하도록 구성된 상기 작동기와 고정물과, 상기 작동기 지지체를 중간 온도 스테이션에 결합한 작동기와,

e. 상기 냉각 스테이션을 구비하고, 상기 냉각 장치 둘레에 진공 냉각 장치를 내장하기 위한 형상과 크기를 가진 냉각 장치 진공 외피와,

f. 상기 냉각 장치 진공 외피 내의 진공이 상기 냉각된 물체 진공 외피 내의 진공을 파괴하지 않고 파괴할 수 있도록 상기 냉각된 물체 진공 외피는 상기 냉각 장치 진공 외피의 유압과 독립적이고, 냉각될 물체를 내장하기 위한 형상과 크기를 갖는 냉각된 물체 진공 외피를 포함한, 커플러.
청구항 23에 있어서,

상기 냉각 장치는 몸체의 제 1 단부와 제 2 단부 사이의 제 1 위치에 있는 제 1 단과, 상기 몸체의 제 2 단부에 위치하는 콜더단을 갖는 몸체를 구비하고,

상기 고정물은 그 내부에 냉각 장치가 결합하는 외피를 구비하고, 상기 외피는 냉각 장치가 고정물 내에 삽입될 때, 상기 냉각 장치의 콜더단을 지나 연장되고 중간 온도 스테이션을 지나 상기 냉각 스테이션으로 연장되고 상기 작동기 지지체에 고정되는 강성벽을 구비하고,

여기화됨에 따라 직선으로 연장되는 작동기를 구비한 작동기를 포함하고,

a. 상기 작동기의 가동 단부가 중간 온도 스테이션을 만날때까지 상기 작동기 지지체에서 멀리 그리고 상기 냉각 스테이션쪽 방향으로 상기 작동기의 가동 단부에 힘으로 가하고,

b. 상기 중간 온도 스테이션과 상기 냉각 장치의 제 1 단 사이에서 접촉을 야기하도록 상기 냉각 장치의 콜더단의 방향으로 중간 온도 스테이션을 이동시키도록 더 힘을 가하고, 냉각될 물체에 어떠한 힘도 가함이 없이 상기 냉각 장치의 제 1 단과 중간 온도 스테이션을 결합하는 인터페이스와 함께 콜더단과 상기 냉각 스테이션과 결합하는 인터페이스에서 압력이 증가되도록 상기 냉각 장치의 콜더단의 방향으로 상기 제 2 콜더단을 포함하는 전체 냉각 장치와 제 1 단에 힘을 가하는, 커플러.
청구항 23에 있어서,

상기 작동기는 분리된 위치에 있고, 상기 커플러는 상기 작동기가 분리된 위치에 있도록 구성되고, 상기 중간 온도 스테이션과 제 1 단이 기계적으로 열적으로 분리되어 있고 상기 냉각 스테이션과 상기 콜더단은 기계적으로 열적으로 분리된, 커플러.
청구항 25에 있어서,

상기 작동기는 운동 범위를 가지며, 상기 커플러는 상기 작동기가 결합한 위치를 가지도록 구성되고, 상기 중간 온도 스테이션과 상기 냉각 장치의 제 1 단은 기계적으로 열적으로 결합한, 커플러.
청구항 26에 있어서,

상기 커플러는 상기 작동기가 결합한 위치에 있도록 구성되며 상기 냉각 스테이션과 상기 냉각 장치의 콜더단은 기계적으로 열적으로 결합하여 있는, 커플러.
청구항 26에 있어서,

상기 커플러는 상기 작동기가 결합한 위치에 있도록 구성되며, 상기 작동기가 팽창되도록 동력을 받을 때, 냉각될 물체에 어떠한 힘도 가함이 없이, 상기 냉 각 스테이션과 상기 냉각 장치의 콜더단 사이의 압력이 증가하는, 커플러.
청구항 26에 있어서,

상기 커플러는 상기 작동기가 결합한 위치에 있도록 구성되며, 상기 작동기가 팽창되도록 동력을 받을 때, 냉각될 물체에 어떠한 힘도 가함이 없이, 상기 냉각 스테이션과 상기 냉각 장치의 냉각단 사이의 열적 결합이 증가하는, 커플러.
청구항 23에 있어서,

상기 작동기는 공압 작동기를 포함하는, 커플러.
청구항 30에 있어서,

상기 공압 작동기는 병렬로 작동되도록 배치된 복수의 공압 작동기를 구비한, 커플러.
청구항 23에 있어서,

상기 작동기 지지체 부재는 상기 냉각 스테이션에 실제적으로 대향하도록 배치된 면을 구비하고, 상기 작동기는 상기 작동기가 여기화될 때, 상기 냉각 장치의 콜더단쪽으로 상기 작동기 지지체로부터 멀리 상기 냉각 장치를 밀도록 상기 냉각 장치의 냉각단과 상기 작동기 지지체 면에 결합하는 직선으로 연장되는 부재를 구비한, 커플러.
청구항 23에 있어서,

상기 커플러에 상기 냉각 장치를 해제가능하게 결합하는 커플링을 더 구비한, 커플러.
청구항 33에 있어서,

상기 냉각 장치는 장치 플랜지를 구비하고,

a. 상기 냉각 장치가 제 1 회전 위치에 있는 상태에서, 상기 커플러에 대한 상기 냉각단의 병진운동이 삽입되는 위치 범위로 제한되고,

b. 상기 냉각 장치가 제 2 회전 위치에 있는 상태에서, 상기 커플러에 대한 상기 냉각단의 병진운동이 삽입되는 위치 범위를 넘어 자유로이 이동되도록 성형되고 배치된 장치 플랜지와 중간 온도 스테이션 플랜지 소자를 구비한 중간 온도 스테이션을 구비한, 커플러.
청구항 34에 있어서,

상기 중간 온도 스테이션 플랜지 소자는 구멍과, 구멍을 구비하는 작동기 지지체와, 상기 중간 온도 스테이션 플랜지 소자와 상기 작동기 지지체의 구멍 내에 결합하는 윙을 구비한 상기 냉각 장치 제 1 단을 구비한, 커플러.
청구항 23에 있어서,

상기 냉각 장치는 저온 냉각기를 포함하는, 커플러.
청구항 23에 있어서,

상기 냉각될 물체는 마그넷을 포함하는, 커플러.
청구항 30에 있어서,

상기 공압 작동기는 헬륨 가스로 작동되는 작동기를 포함하는, 커플러.
청구항 23에 있어서,

a. 냉각될 물체와,

b. 상기 냉각될 물체에 기능적으로 결합한 장치를 더 구비한, 커플러.
청구항 39에 있어서,

상기 냉각될 물체는 마그넷을 포함하는, 커플러.
청구항 39에 있어서,

상기 냉각될 물체에 기능적으로 결합한 장치는 자기 공명 이미지 장치를 포함하는, 커플러.
청구항 39에 있어서,

상기 냉각될 물체에 기능적으로 결합한 장치는 프로톤 빔 방사 처리 장치를 포함한, 커플러.
청구항 23에 있어서,

냉각 장치를 더 구비한, 커플러.
청구항 43에 있어서,

상기 냉각 장치는 저온 냉각기를 포함한, 커플러.
청구항 23에 있어서,

상기 제 1 단에 결합한 수축 작동기를 더 구비하고, 상기 수축 작동기는 결합 작동기와 다른 작동기이며, 상기 수축 작동기는 결합한 위치로부터 분리된 위치로 상기 제 1 단을 이동시키도록 배치된, 커플러.
냉각될 물체에 적어도 하나의 냉각단을 가지는 냉각 장치를 열적으로 결합하기 위한 방법에 있어서,

i. 상기 냉각될 물체에 연결되고 상기 냉각 장치의 냉각단과 결합하도록 구성된 냉각 스테이션과,

ii. 상기 냉각 스테이션에 기계적으로 단단하게 연결되고 상기 냉각단이 이동가능하게 결합하며, 상기 냉각 스테이션 사이에 있는 작동기 지지체와,

iii. 상기 냉각단에 연결되고, 상기 작동기 지지체 내의 적어도 하나의 대응 구멍을 통하여 결합하도록 구성된 적어도 하나의 윙 연장부와,

iv. 냉각될 물체에 어떠한 힘도 가함이 없이, 분리된 위치로부터 상기 냉각 스테이션과 접촉하는 결합한 위치 내로 상기 냉각단에 힘을 가하며, 여기화 됨에 따라 상기 작동기 지지체와 상기 냉각단의 적어도 하나의 윙 연장부에 실제적으로 동일하고 반대방향인 힘이 적용하도록 배치된 결합 작동기와,

v. 냉각 스테이션을 구비하고, 상기 냉각 장치 둘레에 진공 냉각 장치를 내장하기 위한 형상과 치수를 갖는 냉각 장치 진공 외피와,

vi. 상기 진공 냉각 장치로부터 유압적으로 독립적인 진공 냉각된 물체를 내장하도록 배치되고 냉각될 물체를 내장하기 위한 형상과 치수를 갖는 냉각된 물체 진공 외피를 구비한,

a. 써멀 커플러를 제공하는 단계와,

b. 적어도 하나의 상기 윙 연장부가 상기 작동기 지지체 내의 대응 구멍을 통하여 통과하도록 상기 냉각 장치를 상기 냉각 장치 진공 외피 내로 도입하고, 상기 작동기 지지체와 상기 냉각 스테이션 사이의 분리된 위치 내에 상기 냉각 장치의 냉각단을 위치시키는 단계와,

c. 상기 적어도 하나의 윙 연장부는 상기 작동기와 반대 방향이 되도록 상기 냉각 장치를 회전시키는 단계와,

d. 냉각될 물체에 어떠한 힘도 가해짐이 없이, 상기 냉각단이 분리된 위치로부터 결합한 위치를 향하여 상기 냉각 스테이션과 접촉하도록 힘을 가하며, 상기 윙 연장부와 결합하도록 작동기를 여기화하는 단계를 포함한, 방법.
청구항 46에 있어서,

상기 작동기는 공압 작동기를 구비하고, 상기 작동기를 여기화시키는 단계는 상기 작동기에 제공되는 가스의 압력을 증가시키는 단계를 포함한, 방법.
청구항 46에 있어서,

상기 써멀 커플러를 제공하는 단계가 상기 냉각단에 접착된 인듐 개스킷을 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 46에 있어서,

상기 작동기는 공압 작동기를 포함하고, 상기 작동기를 여기화시키는 단계는 상기 작동기에 제공되는 헬륨 가스의 압력을 증가시키는 단계를 구비한, 방법.
청구항 46에 있어서,

상기 냉각 장치 진공 외피 내에 진공을 형성하는 단계를 더 구비한, 방법.
청구항 46에 있어서,

상기 냉각 장치를 활성화시키는 단계를 더 구비한, 방법.
청구항 51에 있어서,

상기 냉각 장치를 활성화시키는 단계는 상기 작동기의 여기화시키는 단계 이전에 실행되는, 방법.
청구항 51에 있어서,

상기 냉각 장치를 활성화시키는 단계는 상기 작동기의 여기화시키는 단계 이후에 실행되는, 방법.
청구항 46에 있어서,

상기 커플러를 제공하는 단계는 상기 냉각단에 결합할 수축 작동기를 제공하는 단계를 구비하고, 상기 수축 작동기는 결합 작동기와 다른 작동기이며, 결합하기 위한 방법은 결합한 위치로부터 분리된 위치로 상기 냉각단을 이동시키기 위하여 수축 작동기를 여기화시키는 단계를 더 구비한, 방법.
서로 단단하게 연결된 제 1 단, 제 2 단, 콜더단의 냉각단을 갖는 냉각 장치를 냉각될 물체에 열적으로 결합하기 위한 방법에 있어서,

i. 상기 냉각 장치의 제 1 단에 해제가능하게 결합하도록 구성된 중간 온도 스테이션과,

ii. 상기 냉각될 물체에 고정 연결되도록 구성되고 상기 냉각 장치의 제 2 단, 콜더단과 또한 해제가능하게 결합하도록 구성된 냉각 스테이션과,

iii. 상기 냉각 스테이션을 작동기 지지체에 단단하게 연결하는 고정물과,

iv. 상기 제 1 단에 연결되고, 상기 중간 온도 스테이션 내의 적어도 하나의 대응 구멍을 통하여 결합하도록 구성된 적어도 하나의 윙 연장부와,

v. 작동기가 여기화되어 중간 온도 스테이션을 상기 작동기 지지체로부터 멀리 그리고,

A. 상기 냉각 장치의 제 1 단과 상기 중간 온도 스테이션과,

B. 상기 냉각 스테이션과 상기 냉각 장치 콜더단과 접촉하도록 하게하고,

냉각될 물체에 어떠한 힘도 가해짐이 없이, 서로 실제적으로 동일하고 반대 방향인 힘이 상기 제 1 단과 상기 콜더단에 힘이 형성되고,

상기 중간 온도 스테이션에 상기 작동기 지지체를 결합하는 작동기와,

vi. 상기 냉각 스테이션을 구비하고, 상기 냉각 장치를 둘러싸는 진공 냉각 장치를 내장하기 위한 형상과 치수를 갖는 냉각 장치 진공 외피와,

vii. 상기 냉각 장치 진공 외피 내의 진공은 냉각된 물체 진공 외피 내의 진공을 파괴하지 않고 파괴될 수 있도록 상기 냉각된 물체 진공 외피는 상기 냉각 장치 진공 외피와 유압적으로 독립되어 있고, 냉각될 물체를 내장하기 위한 형상과 치수를 갖는 냉각 물체 진공 외피를 구비한,

a. 써멀 커플러를 제공하는 단계와,

b. 적어도 하나의 윙 연장부가 상기 작동기 지지체 내의 대응 구멍을 통하여 통과하도록 상기 냉각 장치 진공 외피 내로 상기 냉각 장치를 도입하는 단계와,

c. 적어도 하나의 윙 연장부가 상기 중간 온도 스테이션과 대향하도록 상기 냉각 장치를 회전시켜 분리된 위치에 상기 냉각 장치의 제 1 단을 위치시키는 단계와,

i. 상기 냉각 장치의 제 1 단과 상기 중간 온도 스테이션과,

ii. 상기 냉각 스테이션과 상기 냉각 장치 콜더단 사이에서 접촉이 되도록,

d. 상기 작동기를 여기화하는 단계를 구비한, 방법.
청구항 55에 있어서,

상기 작동기는 공압 작동기를 포함하고, 상기 작동기를 여기화시키는 단계는 상기 작동기에 공급되는 가스 압력을 증가시키는 단계를 구비한, 방법.
청구항 55에 있어서,

상기 냉각 장치 진공 외피 내에 진공을 형성하는 단계를 더 구비한, 방법.
청구항 55에 있어서,

상기 냉각 장치를 활성화시키는 단계를 더 구비한, 방법.
청구항 58에 있어서,

상기 냉각 장치를 활성화시키는 단계는 상기 작동기를 여기화시키는 단계 이전에 실행되는, 방법.
청구항 58에 있어서,

상기 냉각 장치를 활성화시키는 단계는 상기 작동기를 여기화시키는 단계 이후에 실행되는, 방법.
청구항 55에 있어서,

커플러를 제공하는 단계가 상기 냉각 장치에 결합하도록 수축 작동기를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 수축 작동기는 상기 결합 작동기와 다른 작동기이며, 결합하기 위한 방법은 결합한 위치로부터 분리된 위치로 상기 냉각단을 이동시키기 위해 상기 수축 작동기를 여기화시키는 단계를 더 구비한, 방법.
청구항 61에 있어서,

상기 냉각 장치 진공 외피 내로 헬륨 가스를 주입하는 단계를 더 구비한, 방법.