KR20240062966A - 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기 - Google Patents
극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240062966A KR20240062966A KR1020230139990A KR20230139990A KR20240062966A KR 20240062966 A KR20240062966 A KR 20240062966A KR 1020230139990 A KR1020230139990 A KR 1020230139990A KR 20230139990 A KR20230139990 A KR 20230139990A KR 20240062966 A KR20240062966 A KR 20240062966A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cryogenic
- cold head
- vibration reduction
- reduction structure
- thermally conductive
- Prior art date
Links
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 7
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 7
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011545 laboratory measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1421—Pulse-tube cycles characterised by details not otherwise provided for
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2500/00—Problems to be solved
- F25B2500/12—Sound
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2500/00—Problems to be solved
- F25B2500/13—Vibrations
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 극저온 냉동기로써, 상 냉매가 유입되고 배출되는 유입구와 배출구가 포함되고, 일측이 연장되어 극저온으로 냉각시키는 적어도 하나 이상의 콜드헤드(coldhead)를 포함하는 크라이오쿨러(cryocooler), 시료가 거치되어 시료의 물성을 측정하도록 진공 및 극저온 중 적어도 하나 이상을 유지하는 샘플 챔버가 포함되는 크라이오스탯(cryostat) 및 상기 콜드헤드로부터 전달되는 냉기를 상기 크라이오스탯의 내부 공간으로 전달 가능하도록 연결되는 열 전도성 스트랩(thermal strap)을 포함하는,극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 극저온 환경에서 극저온 냉동기의 동작 중 발생되는 진동을 효과적으로 상쇄시킬 수 있는 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기에 관한 것이다.
GM(Gifford McMahon) 극저온 냉동기는 유체가 팽창할 때 발생하는 온도강하(Joule-Thompson 효과)를 이용하여 극저온 상태를 얻는 장치로, 최근 각종 정밀 공업장치 뿐만 아니라 의료장비 및 군사용 장비에도 널리 활용되고 있다. 대개 이러한 극저온 냉동기는 액화온도가 매우 낮고, 극저온 상태에서 화학적으로 안정한 헬륨기체를 주로 사용한다.
일반적으로 GM 극저온 냉동기는 헬륨 압축기에 의하여 가압된 헬륨 기체가 오일분리기와 흡착제 등을 통과하게 되며, 이러한 과정에서 혼입될 수 있는 압축 오일성분과 기타 불순물이 제거된 후, 냉동기 본체인 콜드 헤드로 공급된다.
콜드 헤드는 구동모터부와 냉동부로 구성되며, 냉동부에는 2단형 실린더에 피스톤과 같은 역할을 하는 디스플레이서(Displacer)들이 구비되어 있다. 1단 실린더 내에는 1단 디스플레이서가 장착되어 있으며, 예냉(Pre-Cooling)의 역할을 수행한다. 또 2단 실린더에는 2단 디스플레이서가 장착되어 있으며, 극저온 상태를 얻는데 사용된다.
한편 구동모터의 구동에 의하여 디스플레이서가 상하운동을 할 때, 헬륨기체가 1단 디스플레이서 내를 통과하여 2단 디스플레이서 내부로 유동하게 되며, 또 재생과정에서는 이와 반대로 2단 디스플레이서 내부를 통과하여 1단 디스플레이서 내로 유동하게 된다. 이와 같이, 헬륨기체가 디스플레이서 내부의 충진 물질을 통과하는 과정에서 온도강하가 발생하며, GM 극저온 냉동기의 경우, 각단에서 발생하는 온도강하에 의하여 1단에서는 약 40K 그리고 2단에서는 약 4K의 극저온 상태가 얻어진다.
이러한 동작 과정에서 극저온 냉동기에서는 고압과 저압의 반복이 주기적으로 발생하기 때문에 항상 일정한 주파수의 소음과 진동이 발생된다. 이러한 소음과 진동은 정밀도가 요구되고 소음 및 진동 성분에 민감한 작업환경을 요구하는 제조분야에서는 좋지 않은 영향을 미칠 수 있으므로, 크라이오펌프에서 발생되는 소음과 진동을 줄이기 위한 수단이 요구된다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 극저온 냉동기의 냉동사이클에 의해 냉매가스가 순환하는 과정에서 고압과 저압이 주기적으로 반복되어 발생되는 소음과 진동을 줄일 수 있는 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기는,
냉매가 유입되고 배출되는 유입구와 배출구가 포함되고, 일측이 연장되어 극저온으로 냉각시키는 적어도 하나 이상의 콜드헤드(coldhead)를 포함하는 크라이오쿨러(cryocooler);
시료가 거치되어 시료의 물성을 측정하도록 진공 및 극저온 중 적어도 하나 이상을 유지하는 샘플 챔버가 포함되는 크라이오스탯(cryostat); 및
상기 콜드헤드로부터 전달되는 냉기를 상기 크라이오스탯의 내부 공간으로 전달 가능하도록 연결되는 열 전도성 스트랩(thermal strap);을 포함하고,
상기 콜드 헤드는 축 단면상 'L' 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면,
상기 콜드헤드는,
상기 크라이오쿨러(cryocooler)의 일측 단부에서 길이 방향으로 연장되는 제1 콜드헤드; 및
상기 제1 콜드헤드로부터 연장되고 축 단면상 'L' 형상으로 형성되는 제2 콜드헤드;를 포함하는, 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면,
상기 열 전도성 스트랩(thermal strap)은 상기 제1 콜드헤드 및 상기 제2 콜드헤드 중 적어도 하나로부터 선택적으로 연결되는 구조를 포함하는, 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면,
상기 제1 콜드헤드와 제2 콜드헤드는 일체로 형성되는, 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면,
상기 열 전도 스트랩의 일측 단부는 상기 크라이오스탯의 시료 거치대에 직접적으로 연결되는 구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면,
상기 열 전도성 스트랩(thermal strap)은 상기 제1 콜드헤드 및 제2 콜드헤드 양측에 연결되는 구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면,
수용 공간이 형성되어 상기 크라이오쿨러가 상기 수용공간이 수용되도록 포함되는 쿨러 케이스;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면,
상기 실린더의 일측과 상기 크라이오스탯의 일측에 연결되어, 상기 열 전도성 스트랩이 외부에 노출되지 않도록 내부에 상기 열전도성 스트랩이 위치되도록 형성되는 벨로우즈;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면,
상기 벨로우즈는,
표면 간의 복사열 전달을 차단하도록 열전달 차폐부재(radiation shield);를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기는, 극저온 냉동기의 냉동사이클에 의해 냉매가스가 순환하는 과정에서 고압과 저압이 주기적으로 반복되어 발생되는 소음과 진동을 줄일 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 초저온 냉동기의 정면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 냉동기의 크라이오쿨러(Cryocooler) 대한 도면들이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 냉동기의 크라이오스탯(Cryostat) 대한 도면들이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 냉동기의 크라이오쿨러 거치용 지그(jig)에 대한 도면들의 사시도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 냉동기의 콜드헤드 모습을 나타내는 도면이고,
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 초저온 냉동기의의 사시도 및 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 냉동기의 크라이오쿨러(Cryocooler) 대한 도면들이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 냉동기의 크라이오스탯(Cryostat) 대한 도면들이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 냉동기의 크라이오쿨러 거치용 지그(jig)에 대한 도면들의 사시도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 냉동기의 콜드헤드 모습을 나타내는 도면이고,
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 초저온 냉동기의의 사시도 및 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서 설명하는 극저온 냉동기는 실험실 측정용 및 반도체 생산분야를 포함하는 여러 산업분야에서 극저온 내지 초저온의 환경을 조성하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 극저온 냉동기는 내부 온도, 예를 들어 절대온도 8K(-265℃) 또는 그 이하 정도까지 냉각시켜 냉매 분자들의 운동량을 정지시켜 응축 또는 포집하여 극저온 상태를 유지하게 된다.
이러한 극저온 냉동기는 예를 들어, 스터링 냉동기(stirling refrigerator), 지엠 냉동기(GM refrigerator), 맥동관 냉동기(pulse tube refrigerator) 등 다양한 종류의 극저온 냉동기가 알려져 있다. 상기 극저온 냉동기에는 피스톤을 직선 왕복 이동시키며 작동 유체를 압축 또는 팽창시키게 되는데, 본 발명은 상기와 같이 피스톤의 직선 왕복 이동과 함께 작동 유체의 압축 및 팽창 과정에서 발생하는 진동 및(또는) 소음(이하, '진동'으로만 기재되는 경우가 있음)을 저감시키기 위한 것이다. 냉매로는 수소(H2) 또는 헬륨(He)이 이용될 수 있다.
본 발명에서 극저온 냉동기 본체라고 하면, 직선 왕복 운동을 하는 피스톤을 내부에 수용하는 케이스를 의미할 수 있다. 극저온 냉동기의 종류에 따라서 극저온 냉동기를 구성하는 압축기의 케이스 또는 팽창기의 케이스를 의미할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 초저온 냉동기의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 냉동기의 크라이오쿨러(Cryocooler) 대한 도면들이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 냉동기의 크라이오스탯(Cryostat) 대한 도면들이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 냉동기의 크라이오쿨러 거치용 지그(jig)에 대한 도면들의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 냉동기의 콜드헤드 모습을 나타내는 도면이고, 도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 초저온 냉동기의의 사시도 및 개략적인 단면도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 극저온 냉동기(100)는 극저온 환경에서 물성측정을 위하여 제공되는 극저온 냉동기 본체(100) 및 상기 극저온 냉동기의 하부에 배치되는 지지하는 진동 저감 테이블(10)을 포함할 수 있다.
구체적인 예에서, 본 발명에 따른 상기 극저온 냉동기(100)는 상기 극저온 냉동기의 온도를 조절하도록 냉매가 유입되고 배출되는 유입구와 배출구가 형성되고 내부 공간이 형성되는 크라이오쿨러(cryocooler)(110), 수용 공간이 형성되어 상기 크라이오쿨러(110)가 상기 수용공간이 수용되도록 포함되는 쿨러 케이스(130), 상기 크라이오쿨러(110)의 일측에 연장되는 형상으로 연결되어 극저온으로 냉각시키는 적어도 2 이상의 콜드헤드(200, coldhead), 상기 콜드헤드(200)의 일측에 연결되고 샘플 챔버가 포함되는 크라이오스탯(150, cryostat) 및 상기 콜드헤드(200)의 일측으로부터 상기 크라이오스탯(150)으로 연결되도록 배치되는 열 전도성 스트랩(190, thermal strap)을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 GM 극저온 냉동기(100)는 유체가 팽창할 때 발생하는 온도강하(Joule-Thompson 효과)를 이용하여 극저온 상태를 얻는 장치로, 사용되는 용도에 따라 강한 자장(Magnetic Field)이 걸려 있는 진공상태나 기타 다양한 열부하(Thermal Load)조건이 작용하는 환경에 설치되어 극저온 상태를 만들게 된다.
GM 극저온 냉동기(100)의 콜드헤드(200)는 축방향에 대해서 2단으로 구성되어, 1단에서 약 40K까지 온도강하가 발생하여 예냉의 효과(Pre-Cooling Effect)를 가지게 되며, 2단에서 4K까지의 극저온 상태에 도달하게 된다.
여기서, 본 발명에 따른 상기 콜드헤드(200)는 축 단면상에 대해서, 'L' 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 콜드헤드(200)의 구체적인 구조에 대해서는 하기에서 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 극저온 냉동기(100)의 동작과정을 설명하면, 전원이 인가되어 구동모터가 구동하면서 직선 왕복 구동력을 발생시키게 되면 상기 구동력이 구동축을 통하여 피스톤에 전달되고 상기 피스톤이 쿨러 케이스(130)에서 직선 왕복 운동하면서 냉매인 가스를 펌핑시키게 된다. 펌핑된 상기 가스는 크라이오쿨러(110)으로 유입 및 유출됨과 동시에 크라이오쿨러(110) 내에서 발생되는 압력과 질량 유동의 위상차에 의해 압축과 팽창이 이루어지게 되고 이러한 과정이 반복되면서 상기 크라이오쿨러(110) 내부의 온도가 급격히 하강하면서 극저온 상태가 형성되게 된다.
극저온 냉동기(100)는 내부 챔버 공간에 배치되는 2단의 콜드헤드(200)가 축방향으로 배치되고, 냉매인 가스의 팽창과정을 반복하여 수행될 수 있다. 이러한 2단의 콜드헤드(200)의 1단에서 온도가 대략 30 내지 100K로 유지되고 2단에서 10 내지 30K까지 하강하면서 상기 가스를 응축 및 흡착시킬 수 있다.
극저온 냉동기(100)는 별도의 배관(호스)을 통하여 외부 압축기와 연결되고 상기 압축기는 극저온 냉동기(100) 측으로 고압의 냉매가스를 공급하고 극저온 냉동기(100)로부터 회수되는 저압의 냉매가스를 재압축할 수 있다. 즉, 상기 압축기는 냉매가스, 예를 들어 헬륨가스를 압축하여 고압의 냉매가스를 생성할 수 있다. 생성된 고압의 냉매가스는 유입밸브(미도시)를 통하여 쿨러 케이스(130) 내로 공급되고, 쿨러 케이스(130) 내의 저압의 냉매가스는 유출밸브(미도시)를 통해 배출되어 상기 압축기로 회수될 수 있다.
쿨러 케이스(130)는 극저온 냉동기(100) 본체와 연결되고 각종 부품들이 수용될 수 있는 수용공간을 갖는다. 본 실시예에서, 극저온 냉동기(100) 본체와 쿨러 케이스(130)가 별개의 부재로 구성되었지만, 상기 극저온 냉동기(110) 본체와 쿨러 케이스(130)가 일체형으로 구성될 수도 있다.
열 전도성 스트랩(190)은 극저온 냉동기(100)의 적어도 2 이상의 콜드헤드(200) 끝단으로부터 크라이오스탯(150)으로 연장될 수 있다. 열 전도성 스트랩(190)은 샘플 챔버 내의 시료 거치대 사이를 열적으로 연결할 수 있다. 이러한 열 전도성 스트랩은 소망하는 수준의 열 전도율을 포함하는 구리 소재가 사용될 수 있으며, 구체적인 예에서, 순도 99.999% 또는 순도 99.9999%의 구리 전선 또는 무산소동(Oxygen-Free High Conductivity Copper, OFHC)이 포함될 수 있다.
상기 열 전도성 스트랩(190)은 극저온 냉동기(100)와 연결되는 콜드헤드(200)의 진동에 의한 영향을 차단하기 위해 진동이 전달되는 형태로써, 예를 들어 콜드헤드(200)의 진동을 흡수할 수 있는 신축성, 탄력성, 유연성이 있는 부드러운 재질인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 열 전도성 스트랩(190)은 벨로우즈(170) 내부에 배치될 수 있다. 벨로우즈(170)는 쿨러 케이스(130)의 일측 및 크라이오스탯(150)의 일측과 연결될 수 있고, 상기 벨로우즈(170)는 상기 열전도성 스트랩(190)을 감싸는 형태로 포함될 수 있다. 벨로우즈(170) 내부에 위치한 열 전도성 스트랩(190)은 일측은 크라이오 쿨러(110)와 연결되고 타측은 크라이오스탯(150)가 연결될 수 있고, 벨로우즈(170)에 의해 열 전도성 스트랩과의 연결을 위해 형성된 관통홀을 통해 크라이오스탯(150)에 유입될 수 있는 외부 공기의 유입 및 진동 등을 차단할 수 있다.
상기 벨로우즈(170)과 열 전도성 스트랩(190) 사이에는 표면 간의 복사열 전달을 차단하도록 열전달 차폐부재(radiation shield)가 배치될 수 있다. 이러한 열전달 차폐부재는 벨로우즈(170)와 상기 열 전도성 스트랩(190) 사이에 개재되되, 콜드헤드(111) 부위까지 연장되어 형성될 수 있다.
크라이오스탯(150)의 일측에는 시료가 안착되는 시료 거치대(미도시)가 형성되고 있고, 상기 열 전도성 스트랩(190)을 통하여 열적으로 직접적으로 연결될 수 있다. 상기 시료 거치대는 상부면에 상기 시료를 거치하는 구조물로써, 거치된 시료의 물성을 측정하기 위해서는 시료에 직접 전선을 연결하거나, 시료가 거치된 바닥 혹은 주변에 측정을 위한 전선 연결부 또는 간단한 회로를 구비하고 전선으로 연결될 수 있다. 상기 시료 거치대와 상부에 결합되는 보호 캡(미도시)은 퍽(puck)의 형태로 따로 분리 가능할 수 있다. 이러한 시료 거치대의 구체적인 구조는 당업계에 공지되어 있으며, 본 발명은 구체적인 시료 거치대의 구조에 의해 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 콜드헤드(200)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 크라이오쿨러(cryocooler)의 일측 단부에서 길이 방향으로 연장되는 제1 콜드헤드(210) 및 상기 제1 콜드헤드(210)로부터 수직 교차되는 방향으로 연장되는 제2 콜드헤드(220)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 본 발명에 따르면, 상기 제1 콜드헤드(210)와 제2 콜드헤드(220)는 상호 독립적으로 연결되거나 일체로 형성될 수 있다.
상기 제1 콜드헤드(210)와 제2 콜드헤드(220)는 열적으로 연결될 수 있고, 상기 열 전도성 스트랩(190)의 일측이 연결된 상태로 타측은 크라이오스탯(150)의 시로 거치대로 직접 연결될 수 있다. 즉, 상기 열 전도성 스트랩(190)은 상기 크라이오스탯(150)의 내측 공간으로 연장되는 구조로 제공되어 열 전도 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제2 콜드헤드(220)의 일측은 샘플 챔버 내의 시료 거치대 사이를 열적으로 연결되는 열 전도성 스트랩(190)과 연결되고 타측은 제1 콜드헤드(210)와 열적으로 연결될 수 있도록 소정의 형상으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 제2 콜드헤드(220)의 축 단면상의 소정의 형상은 'L'자형으로 형성될 수 있다. 제2 콜드헤드(190)가 단면상으로 'L'자 형으로 형성되어, 제1 콜드헤드(210) 및 열 전도성 스트랩(190)과의 연결이 용이할 수 있고, 제1 콜드 헤드 및 열 전도성 스트랩과의 연결이 용이하여 편의성이 향상될 수 있다. 또한, 열 전도성 스트랩(190)과의 연결에 의해 콜드헤드(210, 220)로부터 전달되는 진동을 더 저감시킬 수 있다.
여기서, 상기 콜드헤드(200)의 일측에는 상기 열 전도성 스트랩(190)이 연결될 수 있다. 이 때, 본 발명에 따르면, 상기 열 전도성 스트랩(190)은 상기 제1 콜드헤드(210) 및 제2 콜드헤드(220)에 대해서 선택적으로 연결될 수 있다. 바람직하게는, 상기 열 전도성 스트랩(190)은 상기 제2 콜드헤드의 단부로부터 연장되는 형상으로 배치될 수 있다.
또한 , 제1 콜드헤드(210)와 제2 콜드헤드(220)가 일체형으로 포함될 수 있다. 콜드헤드(200)는 일측은 샘플 챔버 내의 시료 거치대 사이를 열적으로 연결되는 열 전도성 스트랩(190)과 연결될 수 있도록 소정의 형상으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 콜드헤드(200)의 축 단면상의 소정의 형상은 'L'자형으로 형성될 수 있다. 콜드헤드(200)가 단면상으로 'L'자 형으로 형성되어, 열 전도성 스트랩(190)과의 연결이 용이할 수 있고, 열 전도성 스트랩과의 연결이 용이하여 편의성이 향상될 수 있다. 또한, 열 전도성 스트랩(190)의 길이를 증가시켜 콜드헤드(200)로부터 전달되는 진동을 더 저감시킬 수 있다.
본 발명의 실시예가 반드시 상술한 일 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.
10: 진동 저감 테이블
100: 극저온 냉동기
110: 크라이오쿨러
120: 거치 지지대
130: 쿨러 케이스
150: 크라이오스탯
170: 벨로우즈(bellows)
190: 열 전도성 스트랩
200: 콜드헤드
210: 제1 콜드헤드
220: 제2 콜드헤드
100: 극저온 냉동기
110: 크라이오쿨러
120: 거치 지지대
130: 쿨러 케이스
150: 크라이오스탯
170: 벨로우즈(bellows)
190: 열 전도성 스트랩
200: 콜드헤드
210: 제1 콜드헤드
220: 제2 콜드헤드
Claims (9)
- 냉매가 유입되고 배출되는 유입구와 배출구가 포함되고, 일측이 연장되어 극저온으로 냉각시키는 적어도 하나 이상의 콜드헤드(coldhead)를 포함하는 크라이오쿨러(cryocooler);
시료가 거치되어 시료의 물성을 측정하도록 진공 및 극저온 중 적어도 하나 이상을 유지하는 샘플 챔버가 포함되는 크라이오스탯(cryostat); 및
상기 콜드헤드로부터 전달되는 냉기를 상기 크라이오스탯의 내부 공간으로 전달 가능하도록 연결되는 열 전도성 스트랩(thermal strap);을 포함하고,
상기 콜드헤드는,
축 단면상 'L' 형상으로 형성되는, 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 콜드헤드는,
상기 크라이오쿨러(cryocooler)의 일측 단부에서 길이 방향으로 연장되는 제1 콜드헤드; 및
상기 제1 콜드헤드로부터 연장되고 축 단면상 'L' 형상으로 형성되는 제2 콜드헤드;를 포함하는, 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는, 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기.
- 제 2 항에 있어서,
상기 열 전도성 스트랩(thermal strap)은,
상기 제1 콜드헤드 및 상기 제2 콜드헤드 중 적어도 하나로부터 선택적으로 연결되는 구조를 포함하는, 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는, 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제1 콜드헤드와 제2 콜드헤드는,
일체로 형성되는, 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는, 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 열 전도 스트랩의 일측 단부는 상기 크라이오스탯의 시료 거치대에 직접적으로 연결되는 구조를 포함하는, 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기.
- 제 2 항에 있어서,
상기 열 전도성 스트랩(thermal strap)은,
상기 제1 콜드헤드 및 제2 콜드헤드 양측에 연결되는 구조를 포함하는, 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는, 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기.
- 제 1 항에 있어서,
수용 공간이 형성되어 상기 크라이오쿨러가 상기 수용공간이 수용되도록 포함되는 쿨러 케이스;를 포함하는, 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기.
- 제 7 항에 있어서,
상기 실린더의 일측과 상기 크라이오스탯의 일측에 연결되어, 상기 열 전도성 스트랩이 외부에 노출되지 않도록 내부에 상기 열전도성 스트랩이 위치되도록 형성되는 벨로우즈;를 포함하는, 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기.
- 제 8 항에 있어서,
상기 벨로우즈는,
표면 간의 복사열 전달을 차단하도록 열전달 차폐부재(radiation shield);를 포함하는, 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20220141442 | 2022-10-28 | ||
| KR1020220141442 | 2022-10-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240062966A true KR20240062966A (ko) | 2024-05-09 |
Family
ID=91075680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230139990A KR20240062966A (ko) | 2022-10-28 | 2023-10-19 | 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240062966A (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120110362A (ko) | 2011-03-29 | 2012-10-10 | 엔에이치엔비즈니스플랫폼 주식회사 | 데이터센터의 온도관리시스템 |
| KR101496666B1 (ko) | 2008-05-21 | 2015-02-27 | 브룩스 오토메이션, 인크. | 선형 구동 극저온 냉동기 |
-
2023
- 2023-10-19 KR KR1020230139990A patent/KR20240062966A/ko unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101496666B1 (ko) | 2008-05-21 | 2015-02-27 | 브룩스 오토메이션, 인크. | 선형 구동 극저온 냉동기 |
| KR20120110362A (ko) | 2011-03-29 | 2012-10-10 | 엔에이치엔비즈니스플랫폼 주식회사 | 데이터센터의 온도관리시스템 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Radebaugh | Pulse tube cryocoolers for cooling infrared sensors | |
| EP1158256B1 (en) | Pulse-tube cryorefrigeration apparatus using an integrated buffer volume | |
| US7497084B2 (en) | Co-axial multi-stage pulse tube for helium recondensation | |
| US20140202174A1 (en) | Closed Cycle 1 K Refrigeration System | |
| US20080173026A1 (en) | Regenerative cryocooler, cylinder used for the regenerative cryocooler, cryopump, recondensing apparatus, superconducting magnet apparatus, and semiconductor detecting apparatus | |
| JP6951889B2 (ja) | 極低温冷凍機、及び極低温冷凍機の磁気シールド構造 | |
| JP2659684B2 (ja) | 蓄冷器式冷凍機 | |
| US20060174635A1 (en) | Multi-stage pulse tube with matched temperature profiles | |
| US6263677B1 (en) | Multistage low-temperature refrigeration machine | |
| JP6229207B2 (ja) | 磁気共鳴画像診断装置などに使用するパルス管冷凍機の振動を低減するための装置 | |
| Radebaugh | Review of refrigeration methods | |
| JP4762840B2 (ja) | 蓄冷式冷凍機のシリンダ、蓄冷式冷凍機、並びに蓄冷式冷凍機を備えるクライオポンプ、再凝縮装置、超電導磁石装置、および半導体検出装置 | |
| JP4668238B2 (ja) | 蓄冷式冷凍機およびパルスチューブ冷凍機 | |
| US11649989B2 (en) | Heat station for cooling a circulating cryogen | |
| KR20240062966A (ko) | 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기 | |
| KR20240060446A (ko) | 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기 | |
| KR20240060448A (ko) | 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기 | |
| KR20240060449A (ko) | 극저온 환경의 진동 저감구조를 포함하는 극저온 냉동기 | |
| WO2019194819A2 (en) | Heat station for cooling a circulating cryogen | |
| JP2004069268A (ja) | パルスチューブ冷凍機 | |
| JP7507966B2 (ja) | パルス管冷却装置の為の同軸ダブルインレット弁 | |
| US11149993B2 (en) | Cryocooler with heat transfer blocks having fins | |
| Xu et al. | Gifford–McMahon Cryocoolers | |
| KR20230039719A (ko) | 펄스 튜브 극저온 냉각기를 위한 하이브리드 이중 유입 밸브 | |
| KR100597127B1 (ko) | 극저온 냉동기 |