KR20230132238A - Cryogenic refrigerator for controlling individually 1st stage and 2nd stage - Google Patents

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KR20230132238A
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나복기
안경준
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Abstract

1단 스테이지부 및 2단 스테이지부를 개별 제어하는 초저온 냉동기는 1단 스테이지부가 설치된 1단 실린더 및 2단 스테이지부가 설치된 2단 실린더를 포함하는 실린더, 상기 1단 실린더 내를 왕복 운동하는 1단 디스플레이서 및 상기 2단 실린더 내를 왕복 운동하는 2단 디스플레이서를 포함하는 디스플레이서 및 상기 1단 디스플레이서 또는 상기 2단 디스플레이서 중 적어도 하나를 제어하는 제어 장치를 포함하고, 상기 1단 디스플레이서 및 상기 2단 디스플레이서의 구동축은 서로 상이하고, 상기 서로 상이한 구동축에 의해 상기 1단 스테이지부 및 상기 2단 스테이지부가 개별 제어된다. A cryogenic freezer that individually controls the first stage unit and the second stage unit includes a cylinder including a first stage cylinder with the first stage unit installed and a second stage cylinder with the second stage unit installed, and a first stage displacer that reciprocates within the first stage cylinder. and a displacer including a two-stage displacer reciprocating within the two-stage cylinder and a control device for controlling at least one of the first stage displacer or the second stage displacer, the first stage displacer and the second stage displacer. However, the drive shafts of the displacers are different from each other, and the first stage unit and the second stage unit are individually controlled by the different drive shafts.

Description

1단 스테이지부 및 2단 스테이지부를 개별 제어하는 초저온 냉동기{CRYOGENIC REFRIGERATOR FOR CONTROLLING INDIVIDUALLY 1ST STAGE AND 2ND STAGE}Cryogenic refrigerator that individually controls the 1st stage and the 2nd stage {CRYOGENIC REFRIGERATOR FOR CONTROLLING INDIVIDUALLY 1ST STAGE AND 2ND STAGE}

본 발명은 1단 스테이지부 및 2단 스테이지부를 개별 제어하는 초저온 냉동기에 관한 것이다. The present invention relates to a cryogenic refrigerator that individually controls the first stage unit and the second stage unit.

초저온 냉각은 반도체 제조 및 테스트 분야 등과 같이 많은 산업분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 여기서, 초저온은 -200℃이하의 온도를 의미할 수 있으며, 초저온을 획득하기 위한 냉각 과정은 압축기, 응축기, 팽창기 및 증발기를 포함하는 것이 통상적이며, 증발기에서 냉매가 증발되어 초저온 환경이 조성되게 된다. Cryogenic cooling is widely used in many industrial fields, such as semiconductor manufacturing and testing fields. Here, ultra-low temperature may mean a temperature of -200°C or lower, and the cooling process to obtain ultra-low temperature typically includes a compressor, condenser, expander, and evaporator, and the refrigerant is evaporated in the evaporator to create a cryogenic environment. .

이러한 초저온 환경을 조성하는 기술과 관련하여, 선행기술인 한국공개특허 제2020-0079062호는 초저온 냉동고를 개시하고 있다. In relation to technology for creating such an ultra-low temperature environment, Korean Patent Publication No. 2020-0079062, a prior art, discloses an ultra-low temperature freezer.

초저온 환경을 조성하기 위해서 고진공 크라이오펌프용 냉동기인 GM(Gifford0McMahon) 냉동기가 주로 이용된다. 이하에서는, 도 1을 통해 GM 냉동기를 이용하여 초저온 환경을 조성하는 구성에 대해 설명하도록 한다. To create an ultra-low temperature environment, a GM (Gifford McMahon) refrigerator, a refrigerator for high vacuum cryopumps, is mainly used. Hereinafter, the configuration of creating a cryogenic environment using a GM refrigerator will be described with reference to FIG. 1.

도 1은 종래의 초저온 냉동기를 도시한 예시적인 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 초저온 냉동기(1)는 실린더(100), 1단 스테이지부(110), 2단 스테이지부(120) 및 제어 장치(140)를 포함한다. 1 is an exemplary diagram showing a conventional ultra-low temperature refrigerator. Referring to FIG. 1, a conventional cryogenic freezer 1 includes a cylinder 100, a first stage unit 110, a second stage unit 120, and a control device 140.

종래의 초저온 냉동기(1)는 1단 스테이지부(110) 및 2단 스테이지부(120)의 디스플레이서(130, displacer)가 실린더(100) 내를 왕복 운동하면서 내부의 헬륨(He) 가스를 팽창시키도록 하는 냉각 원리를 이용하여 초저온 환경을 조성한다.In the conventional cryogenic freezer 1, the displacer 130 of the first stage unit 110 and the second stage unit 120 reciprocates within the cylinder 100 to expand the helium (He) gas therein. A cryogenic environment is created using the cooling principle.

그러나 종래의 초저온 냉동기(1)는 1단 스테이지부(110) 및 2단 스테이지부(120)의 디스플레이서(130)가 동일한 구동부 및 구동축(150)에 연결됨에 따라, 하나의 제어 장치(140)에 의해 동일한 분당 회전수로 제어된다. However, in the conventional cryogenic refrigerator 1, the displacers 130 of the first stage unit 110 and the second stage unit 120 are connected to the same drive unit and drive shaft 150, so that one control device 140 It is controlled at the same number of revolutions per minute.

이로 인해, 종래의 초저온 냉동기(1)의 각 단의 스테이지부마다 원하는 냉각성능이 다를 수 있으나, 종래의 초저온 냉동기(1)는 단일 구동축(150)을 갖도록 구성됨에 따라, 제어 장치(140)에 의해 동일한 상하 왕복 운동 사이클로 제어되어, 각 단의 스테이지부마다 원하는 냉각 성능으로 제어하기 어려웠다는 문제점이 있었다. For this reason, the desired cooling performance may be different for each stage of the conventional cryogenic refrigerator 1, but as the conventional cryogenic refrigerator 1 is configured to have a single drive shaft 150, the control device 140 There was a problem in that it was difficult to control the desired cooling performance for each stage part of each stage because it was controlled with the same up and down reciprocating cycle.

또한, 종래의 초저온 냉동기(1)는 1단 스테이지부(110) 및 2단 스테이지부(120)가 동일한 구동축(150)으로 구성됨에 따라, 동일한 분당 회전수로 제어됨으로써, 초저온 환경에서 발생된 유체를 선택적으로 배기할 수 없다는 단점을 가지고 있었다. In addition, in the conventional cryogenic refrigerator 1, the first stage unit 110 and the second stage unit 120 are configured with the same drive shaft 150 and are controlled at the same number of revolutions per minute, so that the fluid generated in a cryogenic environment It had the disadvantage of not being able to selectively exhaust.

1단 스테이지부가 설치된 1단 실린더 및 2단 스테이지부가 설치된 2단 실린더를 포함하는 실린더 및 1단 실린더 내를 왕복 운동하는 1단 디스플레이서 및 2단 실린더 내를 왕복 운동하는 2단 디스플레이서를 포함하는 디스플레이서 및 1단 디스플레이서 또는 2단 디스플레이서 중 적어도 하나를 제어하는 제어 장치를 포함하는 초저온 냉동기를 제공하고자 한다. A display including a first-stage cylinder with a first-stage stage installed and a second-stage cylinder with a second-stage stage installed, a first-stage displacer reciprocating within the first-stage cylinder, and a second-stage displacer reciprocating within the second-stage cylinder. An object is to provide a cryogenic freezer including a control device for controlling at least one of a first-stage displacer and a first-stage displacer.

1단 디스플레이서 및 2단 디스플레이서의 구동축이 서로 상이하고, 서로 상이한 구동축에 의해 1단 스테이지부 및 2단 스테이지부가 개별 제어되는 초저온 냉동기를 제공하고자 한다. An object is to provide a cryogenic refrigerator in which the drive shafts of the first-stage displacer and the second-stage displacer are different from each other, and the first stage unit and the second stage unit are individually controlled by the different drive shafts.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다. However, the technical challenges that this embodiment aims to achieve are not limited to the technical challenges described above, and other technical challenges may exist.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는, 1단 스테이지부가 설치된 1단 실린더 및 2단 스테이지부가 설치된 2단 실린더를 포함하는 실린더, 상기 1단 실린더 내를 왕복 운동하는 1단 디스플레이서 및 상기 2단 실린더 내를 왕복 운동하는 2단 디스플레이서를 포함하는 디스플레이서 및 상기 1단 디스플레이서 또는 상기 2단 디스플레이서 중 적어도 하나를 제어하는 제어 장치를 포함하고, 상기 1단 디스플레이서 및 상기 2단 디스플레이서의 구동축은 서로 상이하고, 상기 서로 상이한 구동축에 의해 상기 1단 스테이지부 및 상기 2단 스테이지부가 개별 제어되는 것인 초저온 냉동기를 제공할 수 있다. As a means to achieve the above-mentioned technical problem, an embodiment of the present invention includes a cylinder including a first-stage cylinder with a first-stage stage installed and a second-stage cylinder with a second-stage stage installed, and a cylinder that reciprocates within the first-stage cylinder. A displacer including a first-stage displacer and a second-stage displacer reciprocating within the second-stage cylinder, and a control device for controlling at least one of the first-stage displacer or the second-stage displacer, the first-stage display It is possible to provide a cryogenic refrigerator in which the driving shafts of the displacer and the second stage displacer are different from each other, and the first stage unit and the second stage unit are individually controlled by the different drive shafts.

일 실시예에 따르면, 상기 제어 장치는 냉각 공정에서 발생된 유체의 배기를 위해 상기 1단 디스플레이서 및 상기 2단 디스플레이서 중 어느 하나를 선택하고, 상기 선택된 어느 하나의 디스플레이서의 구동을 제어하는 것인 초저온 냉동기를 제공할 수 있다. According to one embodiment, the control device selects one of the first stage displacer and the second stage displacer to exhaust fluid generated in the cooling process, and controls the operation of the selected displacer. A cryogenic freezer can be provided.

일 실시예에 따르면, 상기 제어 장치는 상기 냉각 공정에서 발생된 수분을 배기시키기 위해 상기 1단 디스플레이서를 선택하고, 상기 냉각 공정에서 발생된 특정 가스를 배기시키기 위해 상기 2단 디스플레이서를 선택하는 것인 초저온 냉동기를 제공할 수 있다. According to one embodiment, the control device selects the first stage displacer to exhaust moisture generated in the cooling process and selects the second stage displacer to exhaust specific gas generated in the cooling process. A cryogenic freezer can be provided.

일 실시예에 따르면, 상기 1단 스테이지부의 온도는 80K 이하이고, 상기 2단 스테이지부의 온도는 20K 이하일 수 있다. According to one embodiment, the temperature of the first stage part may be 80K or less, and the temperature of the second stage part may be 20K or less.

일 실시예에 따르면, 상기 제어 장치는 상기 1단 스테이지부와 연결된 배플(Baffle)에서 응축된 수분의 응축 속도 해당하는 제 1 배기 속도가 목표 배기 속도인지 여부에 기초하여 상기 1단 디스플레이서의 분당 회전수를 제어하는 것인 초저온 냉동기를 제공할 수 있다. According to one embodiment, the control device controls the speed per minute of the first stage displacer based on whether the first exhaust speed corresponding to the condensation speed of moisture condensed in the baffle connected to the first stage unit is the target exhaust speed. A cryogenic refrigerator whose rotation speed is controlled can be provided.

일 실시예에 따르면, 상기 제어 장치는 상기 2단 스테이지부와 연결된 어레이(Array)에서 응축된 제 1 특정 가스의 응축 속도에 해당하는 제 2 배기 속도가 목표 배기 속도인지 여부에 기초하여 상기 2단 디스플레이서의 분당 회전수를 제어하는 것인 초저온 냉동기를 제공할 수 있다. According to one embodiment, the control device controls the second stage based on whether the second exhaust speed corresponding to the condensation speed of the first specific gas condensed in the array connected to the second stage unit is the target exhaust speed. A cryogenic refrigerator that controls the number of revolutions per minute of the displacer can be provided.

일 실시예에 따르면, 상기 제어 장치는 상기 2단 스테이지부의 어레이에 부착된 차콜(charcoal)에서 응축된 제 2 특정 가스의 응축 속도에 해당하는 제 3 배기 속도가 목표 배기 속도인지 여부에 기초하여 상기 2단 디스플레이서의 분당 회전수를 더 제어하는 것인 초저온 냉동기를 제공할 수 있다. According to one embodiment, the control device determines the target exhaust speed based on whether the third exhaust speed corresponding to the condensation speed of the second specific gas condensed in the charcoal attached to the array of the two-stage stage unit is the target exhaust speed. It is possible to provide a cryogenic freezer that further controls the number of revolutions per minute of the two-stage displacer.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described means for solving the problem are merely illustrative and should not be construed as limiting the present invention. In addition to the exemplary embodiments described above, there may be additional embodiments described in the drawings and detailed description of the invention.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 1단 스테이지부가 설치된 1단 실린더 내를 왕복 운동하는 1단 디스플레이서 또는 2단 스테이지부가 설치된 2단 실린더 내를 왕복 운동하는 2단 디스플레이서 중 적어도 하나를 제어함으로써, 초저온 냉동기의 1단 스테이지부 및 2단 스테이지부를 개별 제어할 수 있도록 하는 초저온 냉동기를 제공할 수 있다. According to any one of the above-described means for solving the problems of the present invention, a first-stage displacer reciprocates within a first-stage cylinder on which a first-stage stage unit is installed or a two-stage displacer reciprocates within a second-stage cylinder on which a second-stage stage unit is installed. By controlling at least one of the cryogenic refrigerators, it is possible to provide a cryogenic refrigerator that allows individual control of the first stage portion and the second stage portion of the cryogenic refrigerator.

공정 중 진공 영역이 요구하는 진공도로 실시간으로 제어하여 효율적인 공정 운용을 할 수 있도록 하는 초저온 냉동기를 제공할 수 있다.It is possible to provide a cryogenic freezer that allows efficient process operation by controlling the vacuum level required by the vacuum area in the process in real time.

도 1은 종래의 초저온 냉동기를 도시한 예시적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 냉동기를 도시한 예시적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 1단 스테이지부 및 2단 스테이지부의 개별 제어를 통해 유체를 배기시키는 과정을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
1 is an exemplary diagram showing a conventional ultra-low temperature refrigerator.
Figure 2 is an exemplary diagram showing a cryogenic refrigerator according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an exemplary diagram for explaining a process of exhausting fluid through individual control of the first stage unit and the second stage unit according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 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. Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected," but also the case where it is "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, this does not mean excluding other components unless specifically stated to the contrary, but may further include other components, and one or more other features. It should be understood that it does not exclude in advance the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.In this specification, 'part' includes a unit realized by hardware, a unit realized by software, and a unit realized using both. Additionally, one unit may be realized using two or more pieces of hardware, and two or more units may be realized using one piece of hardware.

본 명세서에 있어서 단말 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.In this specification, some of the operations or functions described as being performed by a terminal or device may instead be performed on a server connected to the terminal or device. Likewise, some of the operations or functions described as being performed by the server may also be performed on a terminal or device connected to the server.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 냉동기를 도시한 예시적인 도면이다. 도 2를 참조하면, 초저온 냉동기(2)는 실린더(200), 1단 스테이지부(210), 2단 스테이지부(220), 디스플레이서(230, 235) 및 제어 장치(240)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 냉동기(2)는 1단 스테이지부(210) 및 2단 스테이지부(220)가 구비된 GM(Gifford-McMahon) 냉동기일 수 있다. Figure 2 is an exemplary diagram showing a cryogenic refrigerator according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the cryogenic freezer 2 may include a cylinder 200, a first stage unit 210, a second stage unit 220, displacers 230, 235, and a control device 240. there is. The cryogenic refrigerator 2 according to an embodiment of the present invention may be a GM (Gifford-McMahon) refrigerator equipped with a first stage unit 210 and a second stage unit 220.

실린더(200)는 실린더(200) 내로 헬륨 냉매 기체가 유입되면, 실린더(200) 내에서 1단 디스플레이서(230) 및 2단 디스플레이서(235)가 상하 왕복 운동됨으로써, 냉매가스가 단열 팽창을 통해 냉각될 수 있다. When helium refrigerant gas flows into the cylinder 200, the first-stage displacer 230 and the second-stage displacer 235 reciprocate up and down within the cylinder 200, so that the refrigerant gas expands adiabatically. can be cooled through

이러한 실린더(200)는 1단 실린더(202) 및 2단 실린더(201)를 포함할 수 있다. 여기서, 1단 실린더(202)는 실린더(200)의 하단부에 위치하고, 2단 실린더(201)는 실린더(200)의 상단부에 위치할 수 있다. This cylinder 200 may include a first-stage cylinder 202 and a second-stage cylinder 201. Here, the first stage cylinder 202 may be located at the lower end of the cylinder 200, and the second stage cylinder 201 may be located at the upper end of the cylinder 200.

1단 실린더(202)에는 1단 스테이지부(210)가 설치될 수 있다. 여기서, 1단 스테이지부(210)의 온도는 예를 들어, 80K 이하일 수 있다. A first stage unit 210 may be installed in the first stage cylinder 202. Here, the temperature of the first stage unit 210 may be, for example, 80K or less.

2단 실린더(201)에는 2단 스테이지부(220)가 설치될 수 있다. 여기서, 2단 스테이지부(220)의 온도는 예를 들어, 20K 이하일 수 있다. A second stage unit 220 may be installed in the second stage cylinder 201. Here, the temperature of the second stage unit 220 may be, for example, 20K or less.

디스플레이서(230, 235)는 초저온 냉동기(2)의 실린더(200) 내를 왕복 운동하는 피스톤형 요소일 수 있다. 예를 들어, 디스플레이서(230, 235)는 실린더(200)를 상하 왕복 운동함으로써, 헬륨 냉매 기체를 압축 및 팽창시킬 수 있다. 여기서, 헬륨 냉매 기체는 단열 팽창을 통해 냉각될 수 있다. The displacers 230 and 235 may be piston-type elements that reciprocate within the cylinder 200 of the cryogenic freezer 2. For example, the displacers 230 and 235 can compress and expand helium refrigerant gas by reciprocating the cylinder 200 up and down. Here, the helium refrigerant gas can be cooled through adiabatic expansion.

이러한 디스플레이서(230, 235)는 1단 디스플레이서(230) 및 2단 디스플레이서(235)를 포함할 수 있다. These displacers 230 and 235 may include a first-stage displacer 230 and a second-stage displacer 235.

1단 디스플레이서(230)는 1단 실린더(202) 내를 왕복 운동할 수 있다. 여기서, 1단 디스플레이서(230)가 1단 실린더(202) 내를 왕복 운동함으로써, 1단 스테이지부(210)가 80K 이하로 냉각되도록 할 수 있다. The first-stage displacer 230 can reciprocate within the first-stage cylinder 202. Here, the first-stage displacer 230 reciprocates within the first-stage cylinder 202, so that the first-stage stage unit 210 can be cooled to 80K or less.

2단 디스플레이서(235)는 2단 실린더(201) 내를 왕복 운동할 수 있다. 여기서, 2단 디스플레이서(235)가 2단 실린더(201) 내를 왕복 운동함으로써, 2단 스테이지부(220)가 20K 이하로 냉각되도록 할 수 있다. The second-stage displacer 235 can reciprocate within the second-stage cylinder 201. Here, the second-stage displacer 235 reciprocates within the second-stage cylinder 201, so that the second-stage stage unit 220 can be cooled to 20K or less.

여기서, 1단 디스플레이서(230) 및 2단 디스플레이서(235)의 구동축은 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 1단 디스플레이서(230)의 구동축(250)과 2단 디스플레이서(235)의 구동축(255)은 서로 상이한 구동축을 가질 수 있다. 예를 들어, 1단 디스플레이서(230)는 1단 실린더(202)의 하단부로부터 1단 디스플레이서(230)의 하단부까지 위치하는 구동축(250)을 가질 수 있으며, 2단 디스플레이서(235)는 1단 디스플레이서(230)의 하단부로부터 1단 디스플레이서(230)를 관통하여 2단 디스플레이서(235)의 하단부까지 위치하는 구동축(255)을 가질 수 있다. Here, the drive shafts of the first-stage displacer 230 and the second-stage displacer 235 may be different from each other. For example, the drive shaft 250 of the first-stage displacer 230 and the drive shaft 255 of the second-stage displacer 235 may have different drive shafts. For example, the first-stage displacer 230 may have a drive shaft 250 located from the lower end of the first-stage cylinder 202 to the lower end of the first-stage displacer 230, and the second-stage displacer 235 may have It may have a drive shaft 255 located from the lower end of the first-stage displacer 230 through the first-stage displacer 230 to the lower end of the second-stage displacer 235.

다른 예를 들어, 1단 디스플레이서(230)의 구동축(250)과 2단 디스플레이서(235)의 구동축(255)은 서로 상이한 폭으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 1단 디스플레이서(230)와 연결된 구동축(250)의 폭은 및 2단 디스플레이서(235)와 연결된 구동축(255)의 폭보다 넓은 폭을 가질 수 있다. For another example, the drive shaft 250 of the first-stage displacer 230 and the drive shaft 255 of the second-stage displacer 235 may have different widths. For example, the width of the drive shaft 250 connected to the first-stage displacer 230 may be wider than the width of the drive shaft 255 connected to the second-stage displacer 235.

제어 장치(240)는 1단 디스플레이서(230) 또는 2단 디스플레이서(235) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 여기서, 제어 장치(240)는 1단 디스플레이서(230) 및 2단 디스플레이서(235)의 구동축이 서로 상이하므로, 서로 상이한 구동축에 의해 1단 스테이지부(210) 및 2단 스테이지부(220)가 개별 제어되도록 할 수 있다. The control device 240 may control at least one of the first-stage displacer 230 or the second-stage displacer 235. Here, the control device 240 has different drive axes of the first-stage displacer 230 and the second-stage displacer 235, and thus the first-stage stage unit 210 and the second-stage stage unit 220 are operated by different drive shafts. can be individually controlled.

이러한 제어 장치(240)는 하나의 제어 장치의 모듈로 구성될 수 있으며, 1단 디스플레이서(230) 및 2단 디스플레이서(235)를 각각 제어할 수 있도록 복수개의 제어 장치로 구성될 수도 있다. This control device 240 may be composed of a single control device module, or may be composed of a plurality of control devices so as to control the first-stage displacer 230 and the second-stage displacer 235, respectively.

본 발명은 초저온 냉동기(2)의 1단 디스플레이서(230) 및 2단 디스플레이서(235)가 각각 다른 구동부 및 구동축에 연결됨에 따라, 적어도 하나의 제어 장치(240)를 통해 동일 또는 상이한 상하 왕복 운동 사이클로 1단 디스플레이서(230) 및 2단 디스플레이서(235)가 구동되도록 제어됨으로써, 각 단의 스테이지부를 개별 제어할 수 있어 향상된 냉각 성능을 제공할 수 있다는 장점을 제공할 수 있다. In the present invention, the first stage displacer 230 and the second stage displacer 235 of the cryogenic freezer 2 are connected to different driving units and driving shafts, so that the same or different up and down reciprocation is performed through at least one control device 240. By controlling the first-stage displacer 230 and the second-stage displacer 235 to be driven by the exercise cycle, the stage portion of each stage can be controlled individually, providing the advantage of providing improved cooling performance.

즉, 본 발명은 각 단의 스테이지부에 대응하는 독립적인 복수의 구동축을 포함함으로써, 1단 스테이지부(210) 및 2단 스테이지부(220)를 모두 독립적으로 구동 및 제어할 수 있도록 하여 각 단의 스테이지부의 냉각 성능을 독립적으로 제어할 수 있다. That is, the present invention includes a plurality of independent drive shafts corresponding to the stage parts of each stage, so that both the first stage stage part 210 and the second stage part 220 can be driven and controlled independently, so that each stage The cooling performance of the stage part can be controlled independently.

제어 장치(240)는 냉각 공정에서 발생된 유체의 배기를 위해 1단 스테이지부(210) 및 2단 스테이지부(220) 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 어느 하나의 디스플레이서의 구동을 제어할 수 있다. The control device 240 selects one of the first stage unit 210 and the second stage unit 220 to exhaust the fluid generated in the cooling process and controls the operation of the selected displacer. there is.

이는, 독립적으로 구동하는 1단 디스플레이서(230) 및 2단 디스플레이서(235)를 갖는 초저온 냉동기(2)의 각 단의 스테이지부에 대한 각각의 디스플레이서를 독립적으로 제어하기 위함이다. 예를 들어, 제어 장치(240)는 1단 스테이지부(210) 또는 2단 스테이지부(220) 중 적어도 하나의 온도를 조절하기 위해 1단 디스플레이서(230) 또는 2단 디스플레이서(235) 중 적어도 하나의 분당 회전수(RPM, Revolution per minute)를 제어할 수 있다. 다른 예를 들어, 제어 장치(240)는 각 단의 스테이지부에 대한 디스플레이서의 왕복 속도를 제어할 수 있다. This is to independently control each displacer for each stage of the cryogenic freezer 2 having the first stage displacer 230 and the second stage displacer 235 that operate independently. For example, the control device 240 may use one of the first stage displacer 230 or the second stage displacer 235 to control the temperature of at least one of the first stage unit 210 or the second stage unit 220. At least one revolution per minute (RPM) can be controlled. For another example, the control device 240 may control the reciprocating speed of the displacer with respect to the stage unit of each stage.

제어 장치(240)는 1단 스테이지부(210) 및 2단 스테이지부(220)의 독립 제어 모니터링을 하기 위해 온도 및 압력을 제어할 수 있다. The control device 240 can control temperature and pressure to independently control and monitor the first stage unit 210 and the second stage unit 220.

이러한 냉각 공정에서 발생된 유체의 배기를 위해 1단 스테이지부(210) 및 2단 스테이지부(220) 중 어느 하나를 선택하여 디스플레이서의 구동을 제어하는 과정에 대해서는 도 3을 통해 상세히 설명하도록 한다. The process of controlling the operation of the displacer by selecting one of the first stage unit 210 and the second stage unit 220 to exhaust the fluid generated in this cooling process will be described in detail with reference to FIG. 3. .

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 1단 스테이지부 및 2단 스테이지부의 개별 제어를 통해 유체를 배기시키는 과정을 설명하기 위한 예시적인 도면이다. Figure 3 is an exemplary diagram for explaining a process of exhausting fluid through individual control of the first stage unit and the second stage unit according to an embodiment of the present invention.

초저온 냉동기(2)의 1단 스테이지부(210) 및 2단 스테이지부(220)를 통해 진공 영역(300)이 형성된 경우, 제어 장치(240)는 냉각 공정에서 발생된 수분을 배기시키기 위해 1단 스테이지부(210)를 선택하고, 냉각 공정에서 발생된 특정 가스를 배기시키기 위해 2단 스테이지부(220)를 선택할 수 있다. When the vacuum area 300 is formed through the first stage unit 210 and the second stage unit 220 of the cryogenic refrigerator 2, the control device 240 operates in the first stage to exhaust moisture generated in the cooling process. The stage unit 210 can be selected, and the two-stage stage unit 220 can be selected to exhaust a specific gas generated in the cooling process.

도 3을 참조하면, 1단 스테이지부(210)에 연결된 배플(310, baffle)은 수분을 응축시켜 배기하는 기능을 수행한다. Referring to FIG. 3, the baffle 310 connected to the first stage unit 210 performs the function of condensing moisture and exhausting it.

제어 장치(240)는 1단 스테이지부(210)와 연결된 배플(310)에서 응축된 수분의 응축 속도 해당하는 제 1 배기 속도가 목표 배기 속도인지 여부에 기초하여 1단 디스플레이서(230)의 분당 회전수를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(240)는 제 1 배기 속도가 목표 배기 속도보다 낮은 경우, 1단 디스플레이서(230)의 분당 회전수를 증가시켜 제 1 배기 속도를 향상시킬 수 있다. 다른 예를 들어, 제어 장치(240)는 제 1 배기 속도가 목표 배기 속도보다 높은 경우, 1단 디스플레이서(230)의 분당 회전수를 감소시켜 제 1 배기 속도가 목표 배기 속도가 되도록 제어할 수 있다. The control device 240 controls the condensation rate of the moisture condensed in the baffle 310 connected to the first stage unit 210 and the per minute of the first stage displacer 230 based on whether the first exhaust speed corresponding to the target exhaust speed is the target exhaust speed. The number of rotations can be controlled. For example, when the first exhaust speed is lower than the target exhaust speed, the control device 240 may increase the number of revolutions per minute of the first stage displacer 230 to improve the first exhaust speed. For another example, when the first exhaust speed is higher than the target exhaust speed, the control device 240 may control the first exhaust speed to become the target exhaust speed by reducing the number of revolutions per minute of the first stage displacer 230. there is.

2단 스테이지부(220)에 연결된 어레이(320, array)는 질소, 알곤 등의 제 1 특정 가스를 응축시켜 배기하는 기능을 수행한다. The array 320 connected to the second stage unit 220 performs the function of condensing and exhausting a first specific gas such as nitrogen or argon.

제어 장치(240)는 2단 스테이지부(220)와 연결된 어레이(320)에서 응축된 제 1 특정 가스의 응축 속도에 해당하는 제 2 배기 속도가 목표 배기 속도인지 여부에 기초하여 2단 디스플레이서(235)의 분당 회전수를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(240)는 제 2 배기 속도가 목표 배기 속도보다 낮은 경우, 2단 디스플레이서(230)의 분당 회전수를 증가시켜 제 2 배기 속도를 향상시킬 수 있다. 다른 예를 들어, 제어 장치(240)는 제 2 배기 속도가 목표 배기 속도보다 높은 경우, 2단 디스플레이서(235)의 분당 회전수를 감소시켜 제 2 배기 속도가 목표 배기 속도가 되도록 제어할 수 있다. The control device 240 operates a two-stage displacer ( 235) revolutions per minute can be controlled. For example, when the second exhaust speed is lower than the target exhaust speed, the control device 240 may improve the second exhaust speed by increasing the number of revolutions per minute of the second stage displacer 230. For another example, when the second exhaust speed is higher than the target exhaust speed, the control device 240 may control the second exhaust speed to become the target exhaust speed by reducing the number of revolutions per minute of the second stage displacer 235. there is.

2단 스테이지부(220)에 연결된 어레이(320)에 부착된 차콜(330, charcoal)은 수소, 제논 등의 제 2 특정 가스를 흡착시켜 배기시키는 기능을 수행한다. Charcoal (330) attached to the array 320 connected to the second stage unit 220 performs the function of adsorbing and exhausting a second specific gas such as hydrogen and xenon.

제어 장치(240)는 2단 스테이지부(220)의 어레이(320)에 부착된 차콜(330)에서 응축된 제 2 특정 가스의 응축 속도에 해당하는 제 3 배기 속도가 목표 배기 속도인지 여부에 기초하여 2단 디스플레이서(235)의 분당 회전수를 더 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(240)는 제 3 배기 속도가 목표 배기 속도보다 낮은 경우, 2단 디스플레이서(230)의 분당 회전수를 제 2 특정 가스의 배기 속도에 적합한 분당 회전수로 증가시켜 제 3 배기 속도를 향상시킬 수 있다. 다른 예를 들어, 제어 장치(240)는 제 3 배기 속도가 목표 배기 속도보다 높은 경우, 2단 디스플레이서(235)의 분당 회전수를 제 2 특정 가스의 배기 속도에 적합한 분당 회전수로 감소시켜 제 3 배기 속도가 목표 배기 속도가 되도록 더 제어할 수 있다. The control device 240 is based on whether the third exhaust speed corresponding to the condensation speed of the second specific gas condensed in the charcoal 330 attached to the array 320 of the second stage unit 220 is the target exhaust speed. Thus, the number of revolutions per minute of the two-stage displacer 235 can be further controlled. For example, when the third exhaust speed is lower than the target exhaust speed, the control device 240 increases the number of revolutions per minute of the second stage displacer 230 to a number of revolutions per minute appropriate for the exhaust rate of the second specific gas. 3 Exhaust speed can be improved. For another example, when the third exhaust speed is higher than the target exhaust speed, the control device 240 reduces the revolutions per minute of the second stage displacer 235 to a revolutions per minute suitable for the exhaust speed of the second specific gas. The third exhaust speed can be further controlled to become the target exhaust speed.

일반적으로, 동일한 배플(310)의 면적과 동일한 어레이(320)의 면적을 가진 초저온 냉동 펌프의 경우, 배기 속도는 초저온 냉동기(2)의 온도에 영향을 받을 수 있다. 여기서, 초저온 냉동기(2)의 온도가 낮을수록 배기 속도는 높고, 반대로 초저온 냉동기(2)의 온도가 높을수록 배기 속도는 낮아진다. In general, in the case of a cryogenic refrigeration pump having the same area of the baffle 310 and the same area of the array 320, the exhaust speed may be affected by the temperature of the cryogenic refrigerator 2. Here, the lower the temperature of the cryogenic refrigerator 2, the higher the exhaust speed, and conversely, the higher the temperature of the cryogenic refrigerator 2, the lower the exhaust speed.

따라서, 초저온 냉동기(2)의 디스플레이서가 상하왕복을 수행하는 경우, 디스플레이서의 분당 회전수는 디스플레이서의 구동축 및 can 등과 연결된 모터의 분당 회전수와 같으므로, 분당 회전수가 높을수록 더 빠르게 초저온 냉동기(2)의 온도를 낮출 수 있다. Therefore, when the displacer of the cryogenic freezer 2 performs up and down reciprocation, the number of revolutions per minute of the displacer is equal to the number of revolutions per minute of the motor connected to the drive shaft of the displacer and the can, etc., so the higher the number of revolutions per minute, the faster the cryogenic freezer The temperature of (2) can be lowered.

종래의 초저온 냉동기(1)는 1단 스테이지부(110) 및 2단 스테이지부(120)의 디스플레이서(130)가 동일한 구동축으로 구성됨으로써, 동일한 분당 회전수로 제어됨에 따라 종래의 초저온 냉동기(1)의 1단 스테이지부(110)의 수분 배기 속도와 2단 스테이지부(120)의 특정 가스 배기 속도가 독립적으로 제어되지 못하였다는 단점을 가지고 있었다. In the conventional cryogenic freezer (1), the displacers (130) of the first stage unit (110) and the second stage unit (120) are configured with the same drive shaft and are controlled at the same number of revolutions per minute. ) had the disadvantage that the moisture exhaust rate of the first stage unit 110 and the specific gas exhaust speed of the second stage unit 120 were not independently controlled.

또한, 종래의 초저온 냉동기(1)의 경우, 1단 스테이지부(110) 및 2단 스테이지부(120)가 동시에 구동되므로, 수분과 알곤 등의 특정 가스를 선택하여 배기할 수 없었다. In addition, in the case of the conventional cryogenic refrigerator 1, the first stage unit 110 and the second stage unit 120 are driven simultaneously, so it is not possible to select and exhaust specific gases such as moisture and argon.

그러나 본 발명은 수분만 배기하고자 하는 경우, 1단 스테이지부(210)만을 구동시키고, 알곤 등의 특정 가스를 배기하고자 하는 경우, 2단 스테이지부(220)만을 구동하여 수분 또는 특정 가스를 선택적으로 배기시키도록 1단 스테이지부(210) 및 2단 스테이지부(220)를 독립적으로 제어할 수 있는 효과를 제공할 수 있다. However, in the present invention, when it is desired to exhaust only moisture, only the first stage unit 210 is driven, and when it is desired to exhaust a specific gas such as argon, only the second stage unit 220 is driven to selectively exhaust moisture or a specific gas. It is possible to provide the effect of independently controlling the first stage unit 210 and the second stage unit 220 to exhaust air.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as single may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

2: 초저온 냉동기
200: 실린더
201: 2단 실린더
202: 1단 실린더
210: 1단 스테이지부
220: 2단 스테이지부
230: 1단 디스플레이서
235: 2단 디스플레이서
240: 제어 장치
250, 255: 구동축
2: Ultra-low temperature freezer
200: cylinder
201: Two-stage cylinder
202: 1st stage cylinder
210: 1st stage part
220: 2nd stage part
230: 1st stage displacer
235: Two-stage displacer
240: control device
250, 255: Drive shaft

Claims (8)

1단 스테이지부 및 2단 스테이지부를 개별 제어하는 초저온 냉동기에 있어서,
1단 스테이지부가 설치된 1단 실린더 및 2단 스테이지부가 설치된 2단 실린더를 포함하는 실린더;
상기 1단 실린더 내를 왕복 운동하는 1단 디스플레이서 및 상기 2단 실린더 내를 왕복 운동하는 2단 디스플레이서를 포함하는 디스플레이서; 및
상기 1단 디스플레이서 또는 상기 2단 디스플레이서 중 적어도 하나를 제어하는 제어 장치
를 포함하고,
상기 1단 디스플레이서 및 상기 2단 디스플레이서의 구동축은 서로 상이하고,
상기 서로 상이한 구동축에 의해 상기 1단 스테이지부 및 상기 2단 스테이지부가 개별 제어되는 것인, 초저온 냉동기.
In a cryogenic freezer that individually controls the first stage and the second stage,
A cylinder including a first-stage cylinder with a first-stage stage installed and a second-stage cylinder with a second-stage stage installed;
a displacer including a first stage displacer reciprocating within the first stage cylinder and a second stage displacer reciprocating within the second stage cylinder; and
A control device that controls at least one of the first stage displacer or the second stage displacer
Including,
The drive shafts of the first stage displacer and the second stage displacer are different from each other,
A cryogenic refrigerator in which the first stage unit and the second stage unit are individually controlled by the different drive shafts.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 장치는 냉각 공정에서 발생된 유체의 배기를 위해 상기 1단 디스플레이서 및 상기 2단 디스플레이서 중 어느 하나를 선택하고,
상기 선택된 어느 하나의 디스플레이서의 구동을 제어하는 것인, 초저온 냉동기.
According to claim 1,
The control device selects one of the first stage displacer and the second stage displacer to exhaust fluid generated in the cooling process,
A cryogenic refrigerator that controls the operation of any one of the selected displacers.
제 2 항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 냉각 공정에서 발생된 수분을 배기시키기 위해 상기 1단 디스플레이서를 선택하고,
상기 냉각 공정에서 발생된 특정 가스를 배기시키기 위해 상기 2단 디스플레이서를 선택하는 것인, 초저온 냉동기.
According to claim 2,
The control device selects the first stage displacer to exhaust moisture generated in the cooling process,
A cryogenic refrigerator that selects the two-stage displacer to exhaust a specific gas generated in the cooling process.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 1단 스테이지부 또는 상기 2단 스테이지부 중 적어도 하나의 온도를 조절하기 위해 상기 1단 디스플레이서 또는 상기 2단 디스플레이서 중 적어도 하나의 분당 회전수를 제어하는 것인, 초저온 냉동기.
According to claim 1,
The control device controls the number of revolutions per minute of at least one of the first stage displacer or the second stage displacer to control the temperature of at least one of the first stage part or the second stage part. .
제 4 항에 있어서,
상기 1단 스테이지부의 온도는 80K 이하이고,
상기 2단 스테이지부의 온도는 20K 이하인 것인, 초저온 냉동기.
According to claim 4,
The temperature of the first stage part is 80K or less,
A cryogenic refrigerator, wherein the temperature of the second stage portion is 20K or less.
제 4 항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 1단 스테이지부와 연결된 배플(Baffle)에서 응축된 수분의 응축 속도 해당하는 제 1 배기 속도가 목표 배기 속도인지 여부에 기초하여 상기 1단 디스플레이서의 분당 회전수를 제어하는 것인, 초저온 냉동기.
According to claim 4,
The control device controls the number of revolutions per minute of the first stage displacer based on whether the first exhaust speed corresponding to the condensation speed of moisture condensed in the baffle connected to the first stage unit is the target exhaust speed. In, ultra-low temperature freezer.
제 4 항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 2단 스테이지부와 연결된 어레이(Array)에서 응축된 제 1 특정 가스의 응축 속도에 해당하는 제 2 배기 속도가 목표 배기 속도인지 여부에 기초하여 상기 2단 디스플레이서의 분당 회전수를 제어하는 것인, 초저온 냉동기.
According to claim 4,
The control device controls the number of revolutions per minute of the second stage displacer based on whether the second exhaust speed corresponding to the condensation speed of the first specific gas condensed in the array connected to the second stage unit is the target exhaust speed. A cryogenic freezer that controls a.
제 7 항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 2단 스테이지부의 어레이에 부착된 차콜(charcoal)에서 응축된 제 2 특정 가스의 응축 속도에 해당하는 제 3 배기 속도가 목표 배기 속도인지 여부에 기초하여 상기 2단 디스플레이서의 분당 회전수를 더 제어하는 것인, 초저온 냉동기.
According to claim 7,
The control device controls the speed per minute of the two-stage displacer based on whether the third exhaust speed corresponding to the condensation speed of the second specific gas condensed in the charcoal attached to the array of the two-stage stage unit is the target exhaust speed. A cryogenic freezer that further controls the number of rotations.
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