KR20140072040A - 유닛을 냉각하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 열사이펀 원리에 의해 냉각하려는 유닛(2)의 열 냉각을 포함하는, 냉각 헤드(3)를 이용하여 유닛(2)을 냉각하는 방법 및 장치(1)에 관한 것이다. 이때, 냉각하려는 유닛(2)에 냉각 헤드(3)를 직접 열적으로 연결하는 기계식 히트 브리지(5)에 의해 열전도가 동시에 이루어진다.

Description

유닛을 냉각하기 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR COOLING A UNIT}
본 발명은 열사이펀 원리에 의한 냉각하려는 유닛의 열 냉각을 포함하는, 냉각 헤드를 이용하여 유닛을 냉각하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
예컨대 초전도 코일과 같은 유닛들을 저온으로 냉각하기 위해, 종종 냉각 헤드들이 사용된다. 초전도 코일들은 예컨대 자기 스핀 단층 촬영 장치에서, 전동기에서, 발전기에서 또는 전류 제한기에서 사용될 수 있다. 이때 100K 미만의 온도까지 냉각이 이루어진다. 특히 고온 초전도(HTS) 재료들, 예컨대 Y2BaCu3O7(YBCO)를 사용하면 이미 액체 질소의 온도에서 도체의 초전도 특성들이 달성된다.
유닛을 냉각할 때 냉각 시스템에 대한 요건들은 특히, 짧은 냉각 시간, 냉각하려는 유닛 내의 낮은 온도 구배 및/또는 냉각 헤드와 냉각하려는 유닛 사이의 적은 온도차이다. 냉각 헤드에 의한 유닛의 냉각은 뒤에서 설명된다. 이는 물론 하나의 냉각 헤드로 복수의 유닛의 냉각, 복수의 냉각 헤드로 하나의 유닛의 냉각 또는 복수의 냉각 헤드로 복수의 유닛의 냉각을 의미하는 것과 유사하게 이해될 수 있다.
냉각 헤드로 유닛을 냉각하기 위해, 냉각하려는 유닛은 냉각 헤드와 열적으로 연결되어야 한다. 냉각하려는 유닛에 냉각 헤드를 열적으로 결합하기 위한 방법들은 다양하게 존재한다. 그러므로 냉각하려는 유닛이 히트 브리지를 이용해 열전도에 의해 냉각 헤드에 열적으로 결합될 수 있다. 대안으로서 종래 기술에는 열사이펀을 이용한 냉각하려는 유닛의 열결합이 공지되어 있다.
히트 브리지에 의해 냉각하려는 유닛을 열결합할 때, 냉각 헤드가 구리 레일 또는 구리 밴드를 통해 냉각하려는 유닛에 연결된다. 냉각 헤드가 열전도를 통해 냉각하려는 유닛과 연결되기 때문에, 냉각 헤드가 냉각 동안 온도(T)에서 유지되며, 이 온도는 유닛의 온도(TE)보다 상대적으로 약간 아래에 있다. 온도차는 냉각 헤드와 냉각하려는 유닛 사이의 연결의 길이 및 단면적에 좌우된다.
냉각 헤드의 냉각력(P)은 냉각 헤드 온도(T)에 따라 감소한다. 냉각 헤드와 냉각하려는 유닛 사이의 온도차가 작으면 냉각 헤드는 이 시스템의 냉각 시에 항상 높은 냉각력(P)을 갖는 최적의 온도 범위에서 동작한다. 그러므로 냉각하려는 유닛은 상대적으로 신속하게 냉각될 수 있다.
냉각된 상태에서 냉각하려는 유닛에서 그리고 냉각 헤드에서 온도 구배가 크게 나타나지 않도록, 히트 브리지의 재료 단면적이 상응하게 커야 한다. 그 결과, 민감한 냉각 헤드에서 허용할 수 없게 큰 기계적 하중이 발생할 수 있다. 냉각된 상태에서 냉각하려는 유닛에서 그리고 냉각 헤드에서 큰 온도 구배들은 억제되어야 하는 데, 이들이 냉각 시에 효율 악화를 야기할 수 있기 때문이다.
열사이펀에 의해 냉각하려는 유닛을 열결합할 때 기상 유체, 특히 네온이 응축기에서 액화된다. 응축기는 우수한 열전도성으로 냉각 헤드와 연결되어야 한다. 액상 유체는 냉각하려는 유닛 쪽으로 흘러가고 거기에서 기상 상태로의 전이를 통해 열을 흡수할 수 있다. 유체의 응축 및 증발이 전체 시스템에서 거의 동일한 온도에서 이루어지기 때문에, 매우 작은 온도 구배들만이 냉각하려는 유닛에서 그리고 냉각 헤드에서 발생한다. 그러나 냉각 헤드의 작동 온도는 사용되는 냉각 매체의 비등 온도이다.
냉각 헤드가 총 냉각 시간 동안에도 저온(T)에 있기 때문에, 이것은 이 시간에 단지 상대적으로 작은 냉각력(P)을 제공한다. 그 결과, 냉각하려는 물체의 냉각 시간이 상대적으로 길다.
본 발명의 과제는 냉각하려는 유닛을 냉각할 때 큰 효율을 가지는 동시에 짧은 냉각 시간을 가능하게 하는, 유닛을 냉각하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
명시된 과제는 유닛을 냉각하기 위한 방법과 관련하여 제1항의 특징들로 해결되고 유닛을 냉각하기 위한 장치와 관련하여 제7항의 특징들로 해결된다.
유닛을 냉각하기 위한 본 발명의 방법 및 유닛을 냉각하기 위한 본 발명의 장치에 관한 유리한 실시예들이 각각 할당된 종속항들에 근거한다. 이때 동등 청구항들의 특징들이 서로 조합될 수 있으며 또 종속항들의 특징들과 조합될 수 있고 종속항들의 특징들이 서로 조합될 수 있다.
냉각 헤드를 사용하여 유닛을 냉각하기 위한 본 발명에 따른 방법은 열사이펀 원리에 의한 냉각하려는 유닛의 열 냉각을 포함한다. 동시에 열전도는 기계식 히트 브리지에 의해 이루어지고, 이때 히트 브리지는 냉각하려는 유닛에 냉각 헤드를 열적으로 직접 연결하고 있다.
그 결과, 냉각하려는 유닛의 냉각 시에 높은 효율이 짧은 냉각 시간과 동시에 달성된다. 열전도에 의한 연결을 통해 냉각 헤드는 이 시스템을 냉각할 때 높은 온도 수준에서 유지된다. 이러한 시스템의 냉각 시에 냉각 헤드는 높은 냉각력(P)을 제공하며 상대적으로 우수한 효율로 작동한다. 가용 냉각력(P)은 냉각하려는 물체의 열용량(Q) 역시 감소하면 비로소 감소한다. 그 결과, 짧은 냉각 시간이 달성된다.
냉각 매체의 비등 온도에서 열사이펀은 냉각하려는 유닛의 냉각을 맡는다. 그러므로 냉각하려는 유닛과 냉각 헤드 사이의 온도차가 매우 작으므로, 냉각 헤드는 최적 냉각력(P) 및 효율에서 작동한다. 비등하는 냉각 매체로 냉각하기 때문에 작은 온도 구배가 공간적으로 확장된 물체들에서도 달성될 수 있다.
응축기가 냉각 헤드와 열접촉할 수 있고 기상 유체가 응축기에서 액화될 수 있다. 유체는 액상으로, 냉각하려는 유닛 쪽으로 이송될 수 있으며 냉각하려는 유닛에서 또는 그 근처에서 열량을 흡수하여 기체 상태로 전이할 수 있다. 그 결과, 높은 효율이 기술적 비용이 적어도 달성될 수 있다.
유체로서 네온, 헬륨 또는 질소가 사용될 수 있다. 이 경우 유체의 선택은 냉각하려는 유닛의 달성하려는 그리고 유지하려는 온도(TE)에 좌우된다. 자신의 비등점을 갖는 유체는 냉각하려는 유닛이 냉각 후 유지되는 온도(TE)를 결정한다. 그러므로 예컨대 YBCO의 사용 시에 초전도 유닛에서 초전도 특성을 유지하기 위해 질소가 유체로서 적합하다.
냉각 헤드는 히트 브리지에 의해 냉각하려는 유닛을 냉각할 때 유체의 비등 온도보다 더 높은 온도(T)에서 유지될 수 있으며 유체가 비등 온도에 도달하면 냉각하려는 유닛의 냉각이 실질적으로 열사이펀 원리에 의해 이루어진다. 그 결과, 냉각 시에 짧은 냉각 시간이 달성되고 냉각하려는 유닛의 작동 시에 냉각된 상태에서 높은 효율이 달성된다. 이때 히트 브리지의 단면적은 작을 수 있다.
기계식 히트 브리지로서 금속, 특히 구리가 사용될 수 있다. 구리는 높은 열전도성을 가지므로 냉각 헤드와 냉각하려는 유닛 사이에 우수한 열전달을 보장하는 데 매우 적합하다.
레일 형상 및/또는 밴드 형상인 기계식 히트 브리지가 사용될 수 있다. 이들 형상은 낮은 중량, 적은 재료 소비 그리고 큰 기계적 안정성에서 큰 열전도 단면적을 갖는다.
유닛을 냉각하기 위한 본 발명의 장치는 냉각 헤드를 포함하며, 냉각 헤드는 열사이펀 원리에 의해 냉각하려는 유닛과 열적으로 연결되어 있다. 그 외에도, 이 장치는 기계식 히트 브리지를 가지므로, 이 히트 브리지에 의해 냉각 헤드가 냉각하려는 유닛과 열적으로 직접 연결되어 있다.
응축기는 응축기에서 기상 유체의 액화를 위해 냉각 헤드와 열적으로 접촉할 수 있다. 열사이펀은 냉각하려는 유닛 쪽으로 액상 유체를 이송하는 데 그리고 냉각하려는 유닛으로부터 응축기 쪽으로 기상 유체를 이송하는 데 제공된다.
유체로서 네온, 헬륨 또는 질소가 제공될 수 있다. 냉각 헤드는 히트 브리지에 의해 냉각하려는 유닛을 냉각할 때 유체의 비등 온도보다 더 높은 온도(T)에서 유지될 수 있다. 열사이펀에 의해, 냉각하려는 유닛의 온도(TE)가 유체의 비등 온도와 같은 경우, 냉각 헤드와 냉각하려는 유닛이 실질적으로 동일한 온도에서 유지될 수 있다.
기계식 히트 브리지는 본 발명에 따른 장치에서 금속, 특히 구리로 이루어질 수 있다.
기계식 히트 브리지는 레일 형상 및/또는 밴드 형상을 가질 수 있다.
기계식 히트 브리지는 다부재로 설계될 수 있으며, 특히 복수의 개별적인 레일 형상 및/또는 밴드 형상 히트 브리지로 구성될 수 있다. 그 결과, 히트 브리지의 질량의 더 우수한 공간적 분포가 달성될 수 있다. 단지 하나의 히트 브리지를 사용할 때보다 더 큰 열전도 단면적 역시 달성될 수 있다. 히트 브리지(들)는 열사이펀을 포함하지 않는 장치에서의 히트 브리지보다 더 작은 단적면을 가지고 설계될 수 있는 데, 냉각 헤드의 온도(T)와 같은, 냉각하려는 유닛의 온도(TE)부터 실질적으로 냉각이 열사이펀 원리에 의해 이루어지기 때문이다.
냉각하려는 유닛 쪽으로 액상 유체를 이송하기 위해 그리고 냉각하려는 유닛으로부터 응축기 쪽으로 기상 유체를 이송하기 위해 복수의 열사이펀이 제공될 수 있다. 그 결과, 하나의 열사이펀만을 사용할 때에 비해 더 우수한 열전달이 달성될 수 있다.
냉각하려는 유닛은 특히 하나 이상의 초전도 코일의 형태인 초전도체를 포함할 수 있다.
유닛을 냉각하기 위한 장치와 관련된 장점들은 유닛을 냉각하기 위한 방법과 관련하여 앞서 설명하였던 장점들과 유사하다.
종속항들의 특징에 따른 유리한 개선점들을 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예들이 하기에서 도면을 참고하여 상술되지만 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 열사이펀(4)을 포함하는 응축기 및 기계식 히트 브리지(5)로, 냉각될 유닛(2)을 냉각하기 위한 본 발명에 따른 장치(1)의 개략적인 단면도이다.
도 2는 냉각 헤드 온도(T)에 따른 냉각 헤드 냉각력(P)에 관한 그래프이다.
도 3은 냉각하려는 유닛(2)의 온도(TE)에 따른 냉각력(P)에 관한 그래프이다.
도 4는 냉각하려는 유닛(2)의 온도(TE)에 따른 냉각 헤드 온도(T)에 관한 그래프이다.
도 1에는 냉각하려는 유닛(2)을 냉각하기 위한 본 발명에 따른 장치(1)의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 장치(1)는 냉각 헤드(3)를 포함하며, 냉각 헤드는 열사이펀(4)을 포함하는 응축기에 의해 그리고 기계식 히트 브리지(5)에 의해 냉각하려는 유닛(2)과 열적으로 연결되어 있다. 도 1의 실시예에서 단지 하나의 냉각 헤드(3), 기계식 히트 브리지(5) 및 열사이펀(4)을 포함하는 응축기가 각각의 경우에 도시되어 있다. 그러나 본 발명은 복수의 냉각 헤드(3) 및/또는 복수의 기계식 히트 브리지(5) 및/또는 열사이펀(4)을 포함하는 복수의 응축기 역시 포함하며, 이들은 이해의 편의를 위해 도면에 도시되어 있지는 않다.
도 1의 냉각 헤드(3)는 응축기(4)와 직접 열적으로 그리고 기계적으로 연결되어 있으며, 이때 응축기(4)는 열사이펀(4)을 포함하고 있다. 열사이펀 원리에 따라 유체, 예컨대 네온, 질소 또는 헬륨이 냉각 헤드(4)에서 응축되고 액체의 형태로, 냉각하려는 유닛(2)에 이송되어, 거기에서 이것이 증발한다. 이와 같은 이송은 중력을 통해 및/또는 예컨대 펌핑 또는 압력차를 통해 이루어질 수 있다. 응축 시에 유체는 열량을 방출하고, 이 열량을 유체가 증발 시에 다시 흡수한다. 그와 같이 냉각력이 액상 유체를 통해 냉각 헤드(3)로부터 냉각하려는 유닛(2)으로 이송되어, 냉각하려는 유닛(2)에 방출되므로, 이때 유닛이 냉각되거나 또는 냉각하려는 유닛(2)의 주변 온도보다 더 낮은 일정한 저온에서 유지된다.
도 1에는 열사이펀(4)을 포함하는 응축기의 구조가 상당히 간략하게만 도시되어 있으며, 이것은 냉각 헤드(3)와 열 접촉하는 응축기 챔버, 관형상 영역 및 냉각하려는 유닛(2)과 열 접촉하는 체적 또는 챔버를 포함하며, 이 안으로 유체가 액상 또는 기상의 형태로 흘러 갈 수 있다. 종래 기술에 상이한 유형의 열사이펀 시스템들이 공지되어 있으며, 이들은 본 발명과 조합될 수도 있다. 그러므로 예컨대 2개의 나란한 관형상 영역들을 포함하는 시스템들에 의해 액상 유체와 기상 유체가 더 우수하게 독립적으로 이송될 수 있다. 이 시스템은 냉각 기기 및/또는 유체 저장 용기에 연결되어 있는 밀봉된, 폐쇄된 또는 개방된 시스템이 될 수 있다. 이러한 시스템 내에서 고정 부품으로부터 회전 가능한 부품으로 유체 기밀식 전이 역시 가능하다. 그러므로 예컨대 냉각하려는 유닛(2)으로서 기기의 회전가능한 회전자로부터, 냉각 헤드(3)와 연결된 회전하지 않는 고정형 냉각원 쪽으로 열전달이 이루어질 수 있다. 이때, 회전 가능한 부품으로부터 고정 부품 쪽으로 연결은 기계식 히트 브리지에 의해 비용 상승 및 열전도 감소와 연관되어 있지만, 원칙적으로 이 시스템에 대한 적용이 가능하다. 종래 기술에 공지된 그외 실시예들 역시 마찬가지로 본 발명에 따른 장치와 조합될 수 있다.
도 1에 도시된 것처럼, 냉각 헤드(3), 열사이펀(4)을 포함하는 응축기, 히트 브리지(5) 및 냉각하려는 유닛(2)을 밀봉하기 위해 진공 용기(7)가 제공될 수 있다. 따라서 냉각 헤드(3), 열사이펀(4)을 포함하는 콘덴서, 히트 브리지(5) 및 냉각하려는 유닛(2)을 포함하는 온열 환경의 열교환이 억제되거거나 상당히 제한될 수 있다. 대안으로서 진공 용기(7)가 냉각하려는 유닛(2) 및 체적(6) 둘레에서만 배치될 수 있고 또는 다른 영역들도 함께 포함할 수 있다.
앞서 설명에서처럼 본 발명에 따른 장치(1)에서 열사이펀(4)을 포함하는 응축기를 통해, 냉각하려는 유닛(2)으로부터 냉각 헤드(3) 쪽으로, 예컨대 연결되어 있는 냉각 기기에 의해 열전달이 이루어진다. 동시에, 열전도에 의해, 냉각하려는 유닛(2)으로부터 기계식 히트 브리지(5)를 거쳐 냉각 헤드(3) 쪽으로 열전달이 이루어진다. 기계식 히트 브리지(5)는 예컨대 열전도성이 우수한 구리 밴드 또는 파이프로 이루어질 수 있으며, 이것은 한쪽에서는 냉각하려는 유닛(1)에 그리고 반대 쪽에서는 냉각 헤드(3)에 기계식으로 그리고 열전도적으로 연결되어 있다. 그 결과, 냉각하려는 유닛(2)과 냉각 헤드(3) 사이에 우수한 열전달이 열전도에 의해 보장될 수 있다.
도 2에는 일반적으로 이용되는 냉각 헤드(3)에 대해 °K의 냉각 헤드 온도(T)에 따른 일반적인, 달성가능한, W의 냉각 헤드 냉각력(P)이 도시되어 있다. 온도(T)가 떨어질수록 달성가능한 냉각력(P)은 처음엔 단지 약간 감소하고 그 다음엔 더 심하게 감소한다. 유닛(2)이 처음엔 냉각되어야 하고 다음엔 저온에서 유지되어야 하는, 유닛(2)을 냉각하기 위한 장치(1)의 작동 동안 높은 효율을 달성하기 위해, 냉각 헤드(3)가 가능한 한 높은 온도(T)에서 작동할 수 있으면 유리하다. 이는 냉각하려는 유닛(2)과 냉각 헤드(3) 사이의 온도차가 작게 유지되면 달성된다.
도 3에는 네온으로 채워진 열사이펀(4)에 의한 열 전달 또는 이송하려는 냉각력(P)의 가능성이 도시되어 있다. 이것은 약 30°K의 온도(TE)까지 거의 일정하다. 열사이펀(4)과 히트 브리지(5)를 동시에 이용하면 냉각 헤드(3)가 열전달을 통해 히트 브리지(5)에 의해 높은 온도 수준에서 유지되고, 이때 온도 수준은 냉각하려는 유닛(2)의 온도(TE)보다 단지 상대적으로 약간 아래에 있다. 그 외에도, 고온(TE)에서는 냉각될 유닛(2)의 열용량(Q 9)이 약 300°K 의 수준에 있고 그 다음에 약 150°K부터 온도(TE)가 낮아지면서 더 심하게 떨어지기 때문에, 냉각을 위해 배출하려는 열량의 상당 부분이 높은 냉각 헤드 온도(T)에서 그리고 가용의 큰 냉각력(P)에서 배출된다. 이는 열사이펀(4) 및 히트 브리지(5)를 동시에 사용할 때 온도에 따른 냉각력(P 11)의 이송을 가능하게 하고, 이것은 도 2에 도시된 것처럼 일반적인 냉각 헤드(3)의 달성가능한 냉각력(P)에 거의 상응한다. 그러므로 냉각 헤드(3), 열사이펀(4)을 포함하는 응축기 및 동시에 히트 브리지(5)를 포함하는 장치가 냉각하려는 유닛(2)의 냉각을 위해 특히 효과적으로 작동하고, 즉 고효율로 작동한다. 냉각하려는 유닛(2) 쪽으로 전달 가능성이 부족하기 때문에 냉각 헤드(3)의 냉각력(P)이 단지 약간 상실되거나 또는 거의 상실되지 않는다.
도 4에는 냉각하려는 유닛(2)에서 본 발명에 따른 장치(1)로 달성가능한 °K의 냉각 헤드 온도(T 13)가 도시되어 있다. 냉각하려는 유닛(2)과 직접 접촉하는 냉각 헤드(3)의 경우에, 열 전달을 통한 온도 구배 없이, 냉각 헤드(3)에서처럼 냉각하려는 유닛(2)에서 동일 온도가 냉각 시에 존재할 것이며, 곡선(14)을 참고한다. 기계식 히트 브리지(5) 없이 열사이펀(4)을 포함하는 응축기만을 사용하면, 냉각이 단지 매우 느리게 이루어질 수 있다. 유체의 응축 및 증발은 거의 같은 온도에서 이루어진다. 냉각 헤드(3)의 동작 온도는 언제나 유체의 비등 온도이다. 냉각 헤드(3)는 전체 냉각 시간 동안 저온(T)에 있으며 그러므로 작은 냉각력(P)만을 제공한다. 따라서 냉각 시간이 매우 길다.
히트 브리지(5)를 본 발명에 따라 추가적으로 이용할 때야 비로소 냉각 헤드(3)의 온도(T)가 높은 수준으로 상승한다. 냉각 헤드(3)는 이미 냉각 시에 항상 높은 냉각력(P)을 갖는 최적의 온도 범위에서 동작할 수 있다. 그러므로 냉각하려는 유닛(2)이 상대적으로 빠르게 냉각될 수 있다.
열사이펀(4)이 없으면 냉각된 상태에서 히트 브리지(5)의 단면적이 커야하므로, 큰 온도 구배가 냉각하려는 유닛(2)에서 그리고 냉각 헤드(3)에서 도달될 수 없다. 냉각하려는 유닛(2)에서 그리고 냉각 헤드(3)에서 냉각된 상태에서 높은 온도 구배들은 효율 악화를 초래할 것이다. 그러므로 이는 억제되어야 한다. 그러나 억제를 위해 필요한 히트 브리지(5)의 단면적이 커서 민감한 냉각 헤드(3)에서 기계적 하중이 허용할 수 없게 클 수 있다.
열사이펀(4) 및 히트 브리지(5)를 본 발명에 따라 동시에 이용하므로, 신속한 냉각과 높은 효율이 냉각하려는 유닛(2)의 냉각된 상태에서도 서로 조합될 수 있다. 이 히트 브리지(5)는 신속한 냉각을 보장하며 냉각된 상태에서 열사이펀 원리는 냉각하려는 유닛(2)의 냉각을 맡는다. 히트 브리지(5)의 단면적이 클 필요가 없으며 그 결과 큰 단면적과 관련한 앞서 설명한 단점들이 나타나지 않는다.
본 발명에 따른 장치(1)는 본 발명에 따른 방법으로 작동될 수 있다. 앞서 설명한 실시예들은 서로 조합될 수 있고 종래 기술에 공지된 실시예들과도 조합될 수 있다. 그러므로 예컨대 히트 브리지(5)에 대해 철, 강, 열전도성이 우수한 플라스틱 등과 같은 재료들 역시 구리와 함께 또는 구리 대신에 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치(1)는 예컨대 초전도 기기 대신에 전통적인 기기처럼 냉각하려는 다른 유닛(2)을 위해 이용될 수도 있다.
본 발명의 중요한 개념은 히트 브리지(5)에 의한 열전도를 통해 그리고 동시에 열사이펀(4)을 포함하는 응축기에 의한 열사이펀 원리를 통해 냉각하려는 유닛(2)과 냉각 헤드(3)를 열적으로 연결하는 데 있다. 놀랍게도 상이한 냉각 원리들이 서로 방해가 되지 않고 오히려 도 2 내지 도 4의 다이어그램에 도시된 것처럼 보완적이다. 유닛(2)을 냉각하기 위해 종래 기술에서 적절한 것으로 여겨졌던 것처럼 단 하나의 냉각 원리를 이용하면 달성하려는 온도에서 추가로 냉각할 때에도 짧은 냉각 시간과 동시에 우수한 효율로 냉각이 이루어지지 않는다. 열사이펀 원리에 의한 그리고 히트 브리지(5)를 이용한 열전도에 의한 냉각을 이용하므로 짧은 냉각 시간과 우수한 효율이 추가적인 냉각 시에도 달성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 열사이펀 원리에 의한 냉각하려는 유닛(2)의 열 냉각을 포함하는, 냉각 헤드(3)를 이용하여 유닛(2)을 냉각하는 방법에 있어서,
    냉각하려는 유닛(2)에 냉각 헤드(3)를 직접 열적으로 연결하는 기계식 히트 브리지(5)에 의해 열전도가 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는, 유닛을 냉각하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 응축기(4)는 냉각 헤드(3)와 열적으로 접촉하며 기상 유체가 응축기(4)에서 액화되고, 유체가 액상으로, 냉각하려는 유닛(2)으로 이송되며, 냉각하려는 유닛(2)에서 또는 유닛 근처에서 열량을 흡수하여 기체 상태로 전이하는 것을 특징으로 하는, 유닛을 냉각하기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서, 유체로서 네온, 헬륨 또는 질소가 사용되는 것을 특징으로 하는, 유닛을 냉각하기 위한 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 냉각 헤드(3)는 히트 브리지(5)에 의해 냉각하려는 유닛(2)을 냉각할 때 유체의 비등 온도보다 더 높은 온도(T)에서 유지되며, 유체가 비등 온도에 도달하면 냉각하려는 유닛(2)의 냉각이 실질적으로 열사이펀 원리에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는, 유닛을 냉각하기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 기계식 히트 브리지(5)로서 금속, 특히 구리가 사용되는 것을 특징으로 하는, 유닛을 냉각하기 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 레일 형상 및/또는 밴드 형상의 기계식 히트 브리지(5)가 사용되는 것을 특징으로 하는, 유닛을 냉각하기 위한 방법.
  7. 열사이펀 원리에 의해 냉각하려는 유닛(2)과 열적으로 연결되어 있는 냉각 헤드(3)로 유닛(2)을 냉각하기 위한 장치(1)에 있어서,
    기계식 히트 브리지(5)가 제공되며, 상기 기계식 히트 브리지에 의해 냉각 헤드(3)는 냉각하려는 유닛(2)과 열적으로 직접 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 유닛을 냉각하기 위한 장치(1).
  8. 제7항에 있어서, 냉각 헤드(3)와 열접촉하는 응축기(4)가 응축기(4)에서 기상 유체를 액화하도록 제공되어 있으며, 열사이펀(4)이 냉각하려는 유닛(2) 쪽으로 액상 유체를 이송하도록 그리고 냉각하려는 유닛(2)으로부터 응축기(4) 쪽으로 기상 유체를 이송하기 위해 제공되어 있는 것을 특징으로 하는, 유닛을 냉각하기 위한 장치(1).
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 유체는 네온, 헬륨 또는 질소인 것을 특징으로 하는, 유닛을 냉각하기 위한 장치(1).
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 헤드(3)는 히트 브리지(5)에 의해 냉각하려는 유닛(2)을 냉각할 때 유체의 비등 온도보다 더 높은 온도(T)에 있으며, 열사이펀(4)에 의해, 냉각하려는 유닛(2)의 온도(TE)가 유체의 비등 온도와 같은 경우, 냉각 헤드(3)와 냉각하려는 유닛(2)은 실질적으로 같은 온도에 있는 것을 특징으로 하는, 유닛을 냉각하기 위한 장치(1).
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 기계식 히트 브리지(5)는 금속, 특히 구리로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 유닛을 냉각하기 위한 장치(1).
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 기계식 히트 브리지(5)는 레일 형상 및/또는 밴드 형상을 가지는 것을 특징으로 하는, 유닛을 냉각하기 위한 장치(1).
  13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 기계식 히트 브리지(5)는 다부재로서 설계되어 있으며, 특히 복수의 개별적인 레일 형상 및/또는 밴드 형상 히트 브리지(5)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 유닛을 냉각하기 위한 장치(1).
  14. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 열사이펀(4)은 냉각하려는 유닛(2) 쪽으로 액상 유체를 이송하기 위해 그리고 냉각하려는 유닛(2)으로부터 응축기(4) 쪽으로 기상 유체를 이송하기 위해 제공되어 있는 것을 특징으로 하는, 유닛을 냉각하기 위한 장치(1).
  15. 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각하려는 유닛(2)은 특히 하나 이상의 초전도 코일의 형태인 초전도체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유닛을 냉각하기 위한 장치(1).
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