WO2014038743A1 - 질량분석기용 2중 냉기 공급구 및 이를 이용한 냉각장치 - Google Patents

질량분석기용 2중 냉기 공급구 및 이를 이용한 냉각장치 Download PDF

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WO2014038743A1
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holding tank
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최연석
김동락
최명철
이정민
이경재
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Korea Basic Science Institute KBSI
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    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/106—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
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    • F28D2021/0028—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cooling heat generating elements, e.g. for cooling electronic components or electric devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes

Definitions

  • the present invention relates to a dual cold air supply port for a mass spectrometer and a cooling device using the same, and more specifically, to heat and cool the heat and heat by a heat conduction method, to improve the circulation efficiency and energy efficiency of the refrigerant.
  • the present invention is composed of a separate heat insulating section between the thermoelectric tool for heat exchange between the cold supplied from the outside and the warmth generated from the inside, the dual cold air supply for mass spectrometer that can minimize the waste of energy and a cooling device using the same It is about.
  • the noise generated by the thermal energy affects the data processing of the electronic equipment, and the influence is greater when the size of the signal processed by the electronic equipment is smaller.
  • Republic of Korea Patent Publication No. 10-0933726 "High sensitivity Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer using a cryogenic ultra-short amplifier” is also provided with a cooling device that can minimize the thermal noise to improve the measurement sensitivity.
  • ionization source (10); An ultra-high vacuum vessel 20 including a mass selection tube 21, an impingement tube 22, an ion transport tube 23, an ICR trap 24, and a cryogenic ultra-short amplifier 25; A cryogenic chiller (30) comprising a cryogenic chiller (31) and a cooling tube (32); In the mass spectrometer composed of the superconducting magnets 41 and 42, it can be seen that the cooling device 30 is used to improve the measurement sensitivity by the cryogenic ultra-short amplifier 25.
  • the present invention is applied to the refrigerant in a circulating method, by supplying heat and cold heat by the heat conduction method, supplying a double cold air for mass spectrometer that can improve the circulation efficiency and energy efficiency of the refrigerant It is an object to provide a sphere and a cooling device using the same.
  • the present invention by heat-exchanging each refrigerant separately from the inside and the inside between the thermoelectric tools, thereby preventing the cold air that does not have sufficient heat exchange to be discharged to the outside, without waste of energy due to the circulation of the refrigerant
  • An object of the present invention is to provide a dual cold air supply port for a mass spectrometer and a cooling device using the same.
  • the present invention constitutes a heat insulating tool between the heat supplied from the outside and the heat generated from the inside of the thermoelectric tool as an independent insulation section, the dual cold air supply port for the mass spectrometer that can minimize the waste of energy and a cooling device using the same
  • the purpose is to provide.
  • the dual cold air supply port for the mass spectrometer is formed so that the hollow cold air inlet hole is opened to the top to receive external cold air through the cold air inlet hole to discharge the internal warm air Body;
  • a heat exchanger configured to extend in the lower portion of the body to heat exchange the external cold and the internal warm air introduced into the cold air inlet hole;
  • a heat conduction unit configured to extend under the heat exchanger to move external cold air heat exchanged in the heat exchanger to a lower side, and move internal warmth to the heat exchanger;
  • a cold air discharge unit configured to be disposed under the heat conducting unit to discharge external cold air supplied through the heat conducting unit to the lower side and absorb internal warmth.
  • a fixed plate may be configured on one side of the outer circumferential surface of the body.
  • At least one first locking step may be configured at one side of the outer circumferential surface of the heat exchange part.
  • At least one second locking step may be configured at one side of the outer circumferential surface of the cold air discharge unit.
  • a heat conductive member may be configured along the central axis of the heat exchange part, the heat conduction part, and the cold air discharge part.
  • the upper portion of the heat conductive member may be exposed to the lower portion of the cold air inlet hole, and the lower portion of the heat conductive member may be exposed to the lower portion of the cold air discharge portion.
  • the cooling device using a double cold air supply port for the vaginal analysis, the cold air supply module for receiving cold air from the outside;
  • a low temperature maintenance tank configured at a lower portion of the cold air supply module;
  • a cryogenic holding tank configured in the low temperature holding tank;
  • a refrigerant storage tank configured to store refrigerant inside the cryogenic holding tank;
  • a dual cold air supply port coupled to a lower portion of the cold air supply module and installed to be fixed to the upper portion of the low temperature holding tank, the cryogenic holding tank, and the refrigerant storage tank afterwards;
  • a refrigerant circulation tube configured to circulate the refrigerant in the refrigerant storage tank.
  • the refrigerant circulation pipe may further include a refrigerant supply pipe installed through the low temperature holding tank, the cryogenic holding tank, and the coolant storage tank so as to connect the outside of the low temperature holding tank to an inner lower portion of the coolant storage tank; And a coolant inlet pipe installed through the low temperature holding tank, the cryogenic holding tank, and the coolant storage tank so as to connect the outside of the low temperature holding tank to an inner upper portion of the coolant storage tank.
  • cryogenic maintenance tank may further include a heat insulation cover configured to surround the outer surface.
  • the dual cold air supply port may further include a body configured between an inner upper portion of the low temperature holding tank and an outer upper portion of the cryogenic holding tank; A heat exchanger configured to extend in a lower portion of the body; A heat conduction portion configured between an inner upper portion of the cryogenic holding tank and an outer upper portion of the refrigerant storage tank; And it may include a cold air discharge portion configured to open on the inner upper portion of the refrigerant storage tank.
  • the heat exchange unit may be configured to be exposed to the outer upper portion of the cryogenic holding tank.
  • the outer circumferential surface of the body may be a fixed plate fixed to the outer upper surface of the cryostat holding tank, the outer circumferential surface of the heat exchanger is configured with at least one first engaging jaw is caught on the inner upper surface of the cryogenic holding tank At least one second locking step may be configured on the outer circumferential surface of the cold air discharge unit to catch the inner upper surface of the coolant storage tank.
  • a mass spectrometer equipped with a cooling device using a double cold air supply port includes a cryogenic measuring device, and a refrigerant circulation tube of a cooling device using the cold air supply port is installed to surround the cryogenic measuring device. It is characterized in that the operating temperature of the cryogenic measuring instrument is kept constant.
  • the present invention constitutes a separate refrigerant circulation loop around the thermoelectric tool inside and outside, and heat exchange the cold and warm air by the heat conduction method, thereby improving the circulation efficiency and energy efficiency of the refrigerant It can be effective.
  • the present invention has the effect of minimizing the waste of energy by configuring a heat insulation tool section for heat exchange between the cold supplied from the outside and the warmth generated from the inside as an independent insulation section.
  • the present invention can be easily applied to electronic devices that process microscopic data such as highly sensitive Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometers using cryogenic measuring instruments, as well as to devices or structures requiring sealing and maintaining a constant temperature.
  • the advantage is that you can.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a mass spectrometer using a conventional cooling device.
  • FIG. 2 is a configuration diagram illustrating the cooling device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a double cold air supply port for a mass spectrometer according to the present invention.
  • FIG. 4 is a partial cutaway perspective view illustrating an embodiment of the dual cold air supply port shown in FIG. 3 and its function.
  • FIG. 5 is a partial cutaway perspective view illustrating another embodiment of the dual cold air supply port and its function shown in FIG. 3.
  • FIG. 6 is a partial cutaway perspective view illustrating a cooling apparatus using a dual cold air supply port for the mass spectrometer of FIG. 3.
  • FIG. 7 is a partial cutaway perspective view illustrating a method of supplying cold air to the cooling device shown in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a partially enlarged view of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional view illustrating a heat exchange method of the cooling device shown in FIG. 6.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view illustrating the flow of cold air in FIG. 9.
  • FIG. 11 is a partial cross-sectional view illustrating the flow of warmth in FIG. 9.
  • the external cold refers to the cold air supplied from the external cooling device
  • the internal warmth refers to the warmth generated in the cooling object such as the measuring device.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a double cold air supply port for a mass spectrometer according to the present invention.
  • the dual cold air supply port 100 includes a body 110, a heat exchanger 120, a heat conduction unit 130, and a cold air discharge unit 140.
  • the body 110 is formed such that the hollow cold air inlet hole 111 is opened upward, and receives external cold air through the cold air inlet hole 111 to discharge internal warmth.
  • the external cold may include cold air supplied from an external cooling device.
  • the evaporator of the external cooling device may be configured inside the cold air inlet hole 111.
  • the internal warmth may include heat generated in the cryogenic ultrashort amplifier 25 of the mass spectrometer shown in FIG. 2.
  • the heat exchanger 120 is configured to extend in the lower portion of the body 110 to heat exchange the external cold and the internal warm air introduced into the cold air inlet hole 111.
  • the heat exchange may be made at a portion of the upper surface of the heat exchange part 120 and the inside of the cold air inlet hole 111.
  • the heat exchanger 120 may increase the area in contact with the cold air inlet hole 111 by forming a plurality of holes or slits that are opened upward in the heat exchanger 120 for efficient heat exchange.
  • the heat conduction unit 130 is configured to extend below the heat exchange unit 120 to move the external cold air heat exchanged in the heat exchange unit 120 to the lower side and to move the internal warmer to the heat exchange unit 120. At this time, since the heat conduction unit 130 moves the external cold and the internal warmth by the heat conduction phenomenon, the heat conduction unit 130 may be made of a material having high thermal conductivity.
  • the cold air discharge unit 140 is configured under the heat conducting unit 130 to discharge the external cold air supplied through the heat conducting unit 130 to the lower side and absorb the internal warmth to move to the heat conducting unit 130.
  • the double cold air supply port 100 may be largely divided into a cold air inflow section S1, a thermoelectric tool section S2, and a cold air supply section S3, and each section may be a sealed container (eg, FIG. Each tank shown in Fig. 6).
  • the outer peripheral surface one side (for example, the upper end) of the body 110 may be configured with a fixed plate 112, one side of the outer peripheral surface of the heat exchanger (120)
  • the first locking step 121 may be configured at the lower side
  • the second locking step 141 may be configured at one side (eg, lower end) of the outer circumferential surface of the cold air discharge unit 140.
  • first locking jaw 121 and the second locking jaw 141 may be divided into a plurality of configurations.
  • FIG. 4 is a partial cutaway perspective view illustrating an embodiment of the dual cold air supply port shown in FIG. 3 and its function.
  • the body 110, the heat exchanger 120, the heat conduction unit 130, and the cold air discharge unit 140 of the dual cold air supply port 100 may be integrally formed.
  • thermoelectric tool section S2 of FIG. 3 may perform an insulation function between the cold air inflow section S1 that is external and the cold air supply section S3 that is internal. Therefore, it is preferable that the temperature of the thermoelectric tool section S2 is maintained between the temperature of the cold air inlet section S1 and the temperature of the cold air supply section S3.
  • the double cold air supply port 100 can also discharge a portion of the external cold air flowing into the cold air inlet hole 111 through the side portion of the heat conducting portion 130, a portion of the discharged in this way
  • the thermoelectric tool section S2 of FIG. 3 may maintain an intermediate temperature between the cold air inlet section S1 and the cold air supply section S3.
  • the heat conduction unit 130 may adjust the amount of external cold air emitted through the side portion of the heat conduction unit 130 by increasing the heat conductivity in the vertical direction. Therefore, the heat exchange efficiency of the external cold and the internal warmer can be further improved.
  • FIG. 5 is a partial cutaway perspective view illustrating another embodiment of the dual cold air supply port and its function shown in FIG. 3.
  • the heat exchanger 120 includes the body 110, the heat exchanger 120, the heat conduction unit 130, and the cold air discharger 140 of the double cold air supply port 100 integrally.
  • the heat conductive member 150 may be configured along the central axes of the heat conductive part 130 and the cold air discharge part 140.
  • the upper portion of the thermal conductive member 150 may be configured to be exposed to the lower portion of the cold air inlet hole 111, the lower portion of the thermal conductive member 150 may be configured to be exposed to the lower portion of the cold air discharge unit 140. have.
  • the length of the heat conductive member 150 By adjusting the length of the heat conductive member 150, the ratio of the amount of the amount released to the side portion of the heat conducting portion 130 and the amount of the amount released to the lower portion of the cold air discharge portion 140 of the external cold air introduced into the cold air inlet hole (111). Can be adjusted.
  • the amount of the external cold air introduced into the cold air inlet hole 111 is discharged to the side of the heat conducting unit 130 and the amount of the cold air is discharged to the lower part of the cold air emitting unit 140 is 50:50. If the amount of the heat released into the side portion of the heat conduction unit 130 and the amount of the air discharged to the lower portion of the cold air discharge unit 140 of the external cold air introduced into the cold air inlet 111 at 5 is 20: 80, the heat conducting member 150 of the When the length is reduced to half of FIG. 5, the amount of the external cold air introduced into the cold air inlet hole 111 and the amount of the air discharged to the side of the heat conducting unit 130 and the amount of the air released to the lower portion of the cold air discharge unit 140 are 35:65. I can regulate it.
  • FIG. 6 is a partial cutaway perspective view illustrating a cooling apparatus using a dual cold air supply port for the mass spectrometer of FIG. 3.
  • the cooling device A using the double cold air supply port includes a double cold air supply port 100, a cold air supply module 200, a low temperature holding tank 300, a cryogenic holding tank 400, and a refrigerant.
  • the storage tank 500 and the refrigerant circulation tube 600 is included.
  • Dual cold air supply port 100 is coupled to the lower portion of the cold air supply module 200 and is installed to be fixed through the upper portion of the low temperature holding tank 300, the cryogenic holding tank 400 and the refrigerant storage tank 500 in succession.
  • the double cold air supply port 100 may be configured as shown in FIG. 3.
  • the cold air supply module 200 receives cold air from the outside and flows into the dual cold air supply port 100, and may be connected to an external cooling device (not shown) through the connector 210.
  • the evaporator of the external cooling device may be located inside the cold air inlet hole 111 of the dual cold air supply port 100 through the cold air supply module 200 or through the cold air supply module 200.
  • the low temperature holding tank 300 is configured in the lower portion of the cold air supply module 200
  • the cryogenic holding tank 400 is configured in the low temperature holding tank 300
  • the refrigerant storage tank 500 for storing the refrigerant is cryogenic It is configured inside the holding tank 400.
  • the space portion 350 between the low temperature holding tank 300 and the cryogenic holding tank 400 and the space portion 450 between the cryogenic holding tank 400 and the refrigerant storage tank 500 may improve the thermal insulation effect. It is preferable to maintain the vacuum state.
  • the heat insulation effect can be further improved.
  • the insulation cover 410 may be further installed on at least one outer surface of the low temperature maintenance tank 300 and the refrigerant storage tank 500.
  • the refrigerant circulation tube 600 circulates the refrigerant in the refrigerant storage tank 500.
  • the refrigerant circulated is supplied to electronic measuring equipment such as a high sensitivity Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer using a cryogenic measuring instrument, and the inside of the electronic measuring equipment. It can serve to keep the temperature constant at low or cryogenic temperature.
  • the refrigerant stored in the refrigerant storage tank 500 is supplied in the liquid phase, the liquid phase through the refrigerant supply pipe 610, and circulates through the refrigerant circulation tube 600 to absorb heat to vaporize the refrigerant inlet pipe 620 Inflow.
  • the refrigerant supply pipe 610 is connected to the low temperature holding tank 300, the cryogenic holding tank 400 and the refrigerant storage tank 500 to connect the outside of the low temperature holding tank 300 in the inner lower portion of the refrigerant storage tank 500. It can be installed through, the refrigerant inlet pipe 620 is the low temperature holding tank 300, the cryogenic holding tank 400 and the refrigerant to connect the outside of the low temperature holding tank 300 in the upper upper portion of the refrigerant storage tank 500 It may be installed through the storage tank 500.
  • the refrigerant may be a liquid nitrogen, neon, helium and the like.
  • the refrigerant circulation tube 600 may be configured in the form of a tube (tube in tube) in which the refrigerant supply pipe 610 is located inside the refrigerant inlet pipe (620).
  • the refrigerant circulation tube 600 when configured in the form of a tube in tube, the cool air that may flow out of the refrigerant supply pipe 610 is not discharged to the outside, and the refrigerant inlet pipe 620 is provided. ), An improved thermal insulation effect can be obtained.
  • FIG. 7 is a partial cutaway perspective view illustrating a method of supplying cold air to the cooling device shown in FIG. 6.
  • the cold air supplied from an external cooling device (not shown) is heat-exchanged at the upper portion of the double cold air supply port 100 through the connector 210 and the cold air supply module 200, and the heat exchanged warmth.
  • the back can be moved to the external cooling device through the cold air supply module 200 and the connector 210.
  • the evaporator of the external cooling device is preferably located in the 'a' region where the heat exchange takes place.
  • FIG. 8 is a partially enlarged view of FIG. 7.
  • the body 110 of the dual cold air supply port 100 may be configured to be positioned between an inner upper portion of the low temperature holding tank 300 and an outer upper portion of the cryogenic holding tank 400.
  • the heat conduction unit 130 of the middle cold air supply port 100 may be configured between an inner upper part of the cryogenic holding tank 400 and an outer upper part of the refrigerant storage tank 500, and the cold air of the dual cold air supply port 100.
  • the discharge unit 140 may be configured to open on the inner upper portion of the refrigerant storage tank 500.
  • the heat exchange part 120 of the double cold air supply port 100 may be configured to extend to the lower portion of the body (110). At this time, when some of the internal heat exchanged heat from the heat exchanger 120 is released into the cryogenic maintenance tank 400, the temperature inside the cryogenic maintenance tank 400 may rise, thereby the refrigerant storage tank 500 May affect the refrigerant stored in the
  • the heat exchange part 120 of the double cold air supply port 100 is preferably configured to be exposed to the outer upper portion of the cryogenic holding tank 400.
  • the outer peripheral surface of the body 110 of the dual cold air supply port 100, a fixed plate 112 which is fixed to the outer upper surface of the low temperature holding tank 300 may be configured, the double cold air supply port 100
  • At the outer circumferential surface of the heat exchange part 120 at least one first locking jaw 121 may be configured to catch the inner upper surface of the cryogenic holding tank 400, and the cold air discharge part of the double cold air supply port 100 may be configured.
  • On the outer circumferential surface, at least one second locking jaw 141 may be configured to engage the upper upper surface of the refrigerant storage tank 500.
  • the fixing plate 112, the first locking jaw 121 and the second locking jaw 141 is a low temperature holding tank 300, cryogenic holding tank 400 in order to improve the sealing property with the space partitioned by each tank )
  • a separate sealing member may be fixedly coupled to the refrigerant storage tank 500 to be tightly fixed.
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional view illustrating a heat exchange method of the cooling apparatus shown in FIG. 6,
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view illustrating the flow of cold air in FIG. 9, and
  • FIG. 11 is a partial cross-sectional view illustrating the flow of warmth in FIG. 9. .
  • heat exchange may be performed in a 'b' region and a 'c' region.
  • the external cold air supplied from the external cooling device moves to the lower portion of the cold air inlet hole 111 of the body 110 through the cold air supply module 200, and then from the heat exchange part 120. Heat exchange.
  • the external cold heat exchanged in the heat exchanger 120 is discharged to the lower portion of the cold air discharge unit 140 while moving downward along the heat conduction unit 130.
  • the internal temperature of the refrigerant storage tank 500 is maintained at an extremely low temperature by the external cool air introduced therein, and the liquid refrigerant stored in the refrigerant storage tank 500 is cooled to an object (not shown) through the refrigerant supply pipe 610. Can be supplied.
  • the refrigerant supplied to the object to be cooled is absorbed and vaporized by heat generated from the object to be cooled, and then flows into the refrigerant storage tank 500 through the refrigerant inlet pipe 620.
  • the refrigerant of the gas introduced into the refrigerant storage tank 500 is liquefied while being heat-exchanged at the lower portion of the cold air discharge unit 140, and stored in the refrigerant storage tank 500, the internal temperature heat exchanged in the cold air discharge unit 140 The upper portion moves along the heat conduction unit 130.
  • the internal temperature moved along the heat conduction unit 130 is heat exchanged in the heat exchange unit 120, and passes through the cold air supply module 200 to the external cooling device.
  • the loss of the refrigerant stored in the refrigerant storage tank 500 can be prevented and used semi-permanently, and energy (cold air) lost to the outside through the double heat exchange method can be used. By significantly reducing, the energy efficiency can be greatly improved.
  • the mass spectrometer to which the technology of the present invention is applied includes an ionization source 10, an ultra high vacuum vessel 20, and a superconducting magnet 41, 42, and the mass selection of the ultra high vacuum vessel 20.
  • the tube 21, the collision tube 22, the ion transport tube 23, the ICR trap 24 and the cryogenic measuring device 26 are included.
  • the detailed description of each configuration of the mass spectrometer will be omitted.
  • changes and substitutions may be made to at least some components of the mass spectrometer according to the needs of those skilled in the art.
  • the cryogenic measuring device 26 may include a sensor for mass spectrometry, and the cryogenic measuring device 26 must maintain a constant cryogenic state in order to improve the sensitivity of the sensor.
  • the refrigerant circulation tube 600 of the cooling device A shown in FIGS. 6 to 11 is installed to surround the cryogenic measuring device 26, and the cryogenic measuring device 25 is provided through heat exchange by the refrigerant circulation tube 600.
  • an evaporator 630 configured between the refrigerant supply pipe 610 and the refrigerant inlet pipe 620 of the refrigerant circulation pipe 600 may be installed to be adjacent to the cryogenic measuring device 26.

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Description

질량분석기용 2중 냉기 공급구 및 이를 이용한 냉각장치
본 발명은 질량분석기용 2중 냉기 공급구 및 이를 이용한 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전도방식에 의해 냉기와 온기를 열교환하여, 냉매의 순환효율 및 에너지효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 외부에서 공급되는 냉기와 내부에서 발생되는 온기를 열교환하는 열전도구간을 독립된 단열구간으로 구성하여, 에너지의 낭비를 최소화할 수 있는 질량분석기용 2중 냉기 공급구 및 이를 이용한 냉각장치에 관한 것이다.
대부분의 전자장비들은 구동시 내부에서 열이 발생되며, 이러한 열은 전자장비 및 내부전자부품의 동작에 악영향을 미치게 된다.
특히, 열에너지에 의해 발생되는 잡음은 전자장비의 데이터처리에 영향을 미치며, 이러한 영향은 해당 전자장비가 처리하는 신호의 크기가 작을수록 더 크게 작용한다.
따라서, 많은 양의 열이 발생하거나 미시적인 영역에 대한 데이터를 처리하는 전자장비들은 내부 온도를 낮추기 위한 냉각장치가 구비되어 있다.
예를 들어, 대한민국 등록특허공보 제10-0933726호 "극저온 초단증폭기를 이용한 고감도 푸리에변환 이온싸이클로트론 공명 질량분석기"에서도 측정감도를 향상시키기 위하여 열잡음을 최소화할 수 있는 냉각장치가 구비되어 있다.
이를 보다 상세히 살펴보면, 도 1에 나타난 바와 같이 이온화원(10); 질량선택관(21), 충돌관(22), 이온전송관(23), ICR트랩(24) 및 극저온초단증폭기(25)를 포함하는 초고진공용기(20); 극저온냉각기(31) 및 냉각관(32)을 포함하는 극저온 냉각장치(30); 초전도자석(41)(42)으로 구성된 질량분석기에서, 극저온초단증폭기(25)에 의한 측정감도를 향상시키기 위하여 냉각장치(30)가 사용되고 있음을 알 수 있다.
그러나, 도 2에 나타난 바와 같이 대한민국 등록특허공보 제10-0933726호에서 사용되는 냉각장치의 경우, 냉매의 이동방향이 단방향('302-1'로 유입된 냉매는 '302-2'를 거쳐 '302-3'으로 배출됨)이기 때문에 냉매의 사용효율이 낮고, 고정부(34)는 용접에 의해 형성되기 때문에 냉각용 플렌지(33)의 내부와 외부 간의 열차단성도 낮은 문제점이 있었다.
또한, 냉매의 이동이 단방향이기 때문에, 냉매에 의한 열교환이 충분히 이루어지지 않은 상태에서 냉매가 외부로 배출될 경우, 냉기가 그대로 외부로 방출되어 에너지의 낭비를 초래하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 냉매를 순환방식으로 적용하고, 열전도방식에 의해 냉기와 온기를 열교환함으로써, 냉매의 순환효율 및 에너지효율을 향상시킬 수 있는 질량분석기용 2중 냉기 공급구 및 이를 이용한 냉각장치를 제공하는데 목적이 있다.
특히, 본 발명은 열전도구간의 외부와 내부에서 각각 별도의 냉매를 독립적으로 순환시키면서 열교환함으로써, 충분한 열교환이 이루어지지 않은 냉기가 외부로 방출되는 것을 방지하여, 냉매의 순환에 따른 에너지의 낭비를 미연에 방지할 수 있는 질량분석기용 2중 냉기 공급구 및 이를 이용한 냉각장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 외부에서 공급되는 냉기와 내부에서 발생되는 온기를 열교환하는 열전도구간을 독립된 단열구간으로 구성하여, 에너지의 낭비를 최소화할 수 있는 질량분석기용 2중 냉기 공급구 및 이를 이용한 냉각장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 질량분석기용 2중 냉기 공급구는, 중공의 냉기유입홀이 상부로 개방되도록 형성되며 상기 냉기유입홀을 통해 외부냉기를 공급받고 내부온기를 배출하는 몸체; 상기 몸체의 하부에 연장되도록 구성되어 상기 냉기유입홀로 유입되는 외부냉기와 내부온기를 열교환하는 열교환부; 상기 열교환부의 하부에 연장되도록 구성되어 상기 열교환부에서 열교환된 외부냉기를 하부로 이동시키고 내부온기를 상기 열교환부로 이동시키는 열전도부; 및 상기 열전도부의 하부에 구성되어 상기 열전도부를 통해 공급되는 외부냉기를 하부로 방출하고 내부온기를 흡수하는 냉기방출부를 포함한다.
또한, 상기 몸체의 외주면 일측에는 고정판이 구성될 수 있다.
또한, 상기 열교환부의 외주면 일측에는 적어도 하나의 제1 걸림턱이 구성될 수 있다.
또한, 상기 냉기방출부의 외주면 일측에는 적어도 하나의 제2 걸림턱이 구성될 수 있다.
또한, 상기 열교환부, 열전도부 및 냉기방출부의 중심축을 따라 열전도부재가 구성될 수 있다.
또한, 상기 열전도부재의 상부는 상기 냉기유입홀의 하부에 노출되고, 상기 열전도부재의 하부는 상기 냉기방출부의 하부에 노출되도록 구성될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 질양분석기용 2중 냉기 공급구를 이용한 냉각장치는, 외부에서 냉기를 공급받는 냉기공급모듈; 상기 냉기공급모듈의 하부에 구성되는 저온유지탱크; 상기 저온유지탱크의 내부에 구성되는 극저온유지탱크; 상기 극저온유지탱크의 내부에 구성되어 냉매를 저장하는 냉매저장탱크; 상기 냉기공급모듈의 하부에 결합되고 상기 저온유지탱크, 극저온유지탱크 및 냉매저장탱크의 상부를 이어서 관통하여 고정되도록 설치되는 2중 냉기 공급구; 및 상기 냉매저장탱크의 냉매를 순환시키는 냉매순환관을 포함한다.
또한, 상기 냉매순환관은, 상기 냉매저장탱크의 내측하부에서 상기 저온유지탱크의 외측을 연결하도록 상기 저온유지탱크, 극저온유지탱크 및 냉매저장탱크를 관통하여 설치되는 냉매공급관; 및 상기 냉매저장탱크의 내측상부에서 상기 저온유지탱크의 외측을 연결하도록 상기 저온유지탱크, 극저온유지탱크 및 냉매저장탱크를 관통하여 설치되는 냉매유입관을 포함할 수 있다.
또한, 상기 극저온유지탱크의 외부면을 감싸도록 구성되는 단열커버를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 2중 냉기 공급구는, 상기 저온유지탱크의 내측상부와 상기 극저온유지탱크의 외측상부 사이에 구성되는 몸체; 상기 몸체의 하부에 연장되도록 구성되어 열교환부; 상기 극저온유지탱크의 내측상부와 상기 냉매저장탱크의 외측상부 사이에 구성되는 열전도부; 및 상기 냉매저장탱크의 내측상부에 개방되도록 구성되는 냉기방출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열교환부는 상기 극저온유지탱크의 외측상부로 노출되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 몸체의 외주면에는 상기 저온유지탱크의 외측상부면에 고정되는 고정판이 구성될 수 있고, 상기 열교환부의 외주면에는 상기 극저온유지탱크의 내측상부면이 걸려지는 적어도 하나의 제1 걸림턱이 구성될 수 있으며, 상기 냉기방출부의 외주면에는 상기 냉매저장탱크의 내측상부면이 걸려지는 적어도 하나의 제2 걸림턱이 구성될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 2중 냉기 공급구를 이용한 냉각장치가 구비되는 질량분석기는, 극저온 측정기를 포함하고, 상기 냉기 공급구를 이용한 냉각장치의 냉매순환관이 상기 극저온 측정기의 주위를 감싸도록 설치되어 상기 극저온 측정기의 동작온도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 열전도구간을 중심으로 외부와 내부에 별도의 냉매순환루프를 구성하고, 열전도방식에 의해 냉기와 온기를 열교환함으로써, 냉매의 순환효율 및 에너지효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
더불어, 내부의 냉매순환루프를 독립적으로 구성함으로써, 냉각장치를 반영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 외부에서 공급되는 냉기와 내부에서 발생되는 온기를 열교환하는 열전도구간을 독립된 단열구간으로 구성하여, 에너지의 낭비를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명은 극저온 측정기를 이용한 고감도 푸리에변환 이온싸이클로트론 공명 질량분석기와 같이 미시적인 영역의 데이터를 처리하는 전자장비는 물론, 일정한 온도의 유지와 더불어 밀폐성이 요구되는 장치나 구조물 등에도 용이하게 적용할 수 있다는 장점이 있다.
따라서, 계측용 전자장비 및 계측시스템 분야를 포함하는 다양한 분야에서의 범용성, 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 냉각장치를 이용한 질량분석기를 설명하는 블록도이다.
도 2는 도 1의 냉각장치를 설명하는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 질량분석기용 2중 냉기 공급구를 설명하는 사시도이다.
도 4는 도 3에 나타난 2중 냉기 공급구의 일 실시예와 그 기능을 설명하는 부분절개사시도이다.
도 5는 도 3에 나타난 2중 냉기 공급구의 다른 일 실시예와 그 기능을 설명하는 부분절개사시도이다.
도 6은 도 3의 질량분석기용 2중 냉기 공급구를 이용한 냉각장치를 설명하는 부분절개사시도이다.
도 7은 도 6에 나타난 냉각장치에 냉기를 공급하는 방법을 설명하는 부분절개사시도이다.
도 8은 도 7의 부분확대도이다.
도 9는 도 6에 나타난 냉각장치의 열교환 방법을 설명하는 부분단면도이다.
도 10은 도 9에서 냉기의 흐름을 설명하는 부분단면도이다.
도 11은 도 9에서 온기의 흐름을 설명하는 부분단면도이다.
도 12는 본 발명에 의한 냉각장치를 구비하는 질량분석기를 설명하는 구성도이다.
본 발명에 따른 질량분석기용 2중 냉기 공급구 및 이를 이용한 냉각장치에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다. 한편, 이하의 도면을 설명함에 있어, 외부냉기는 외부의 냉각장치에서 공급되는 냉기를 말하고, 내부온기는 계측장치 등의 냉각대상물에서 발생하는 온기를 말한다.
도 3은 본 발명에 따른 질량분석기용 2중 냉기 공급구를 설명하는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 2중 냉기 공급구(100)는 몸체(110), 열교환부(120), 열전도부(130) 및 냉기방출부(140)를 포함한다.
몸체(110)는 중공의 냉기유입홀(111)이 상부로 개방되도록 형성되며, 냉기유입홀(111)을 통해 외부냉기를 공급받고 내부온기를 배출한다. 여기서, 외부냉기는 외부의 냉각장치에서 공급되는 냉기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 외부 냉각장치의 증발기가 냉기유입홀(111)의 내부에 구성될 수 있다. 또한, 내부온기는 도 2에 나타난 질량분석기의 극저온 초단증폭기(25)에서 발생되는 열을 포함할 수 있다.
열교환부(120)는 몸체(110)의 하부에 연장되도록 구성되어, 냉기유입홀(111)로 유입되는 외부냉기와 내부온기를 열교환한다. 여기서, 열교환은 열교환부(120)의 상부면 중 냉기유입홀(111)의 내부와 이어지는 부분에서 이루어질 수 있다.
또한, 열교환부(120)는 효율적인 열교환을 위하여, 열교환부(120)에 상부로 개방되는 다수의 홀 또는 슬릿을 형성함으로써, 냉기유입홀(111)과 접촉되는 면적을 증가시킬 수 있다.
열전도부(130)는 열교환부(120)의 하부에 연장되도록 구성되어, 열교환부(120)에서 열교환된 외부냉기를 하부로 이동시키고 내부온기를 열교환부(120)로 이동시킨다. 이때, 열전도부(130)는 열전도현상에 의해 외부냉기와 내부온기를 이동시키므로, 열전도도가 높은 재질로 구성될 수 있다.
냉기방출부(140)는 열전도부(130)의 하부에 구성되어, 열전도부(130)를 통해 공급되는 외부냉기를 하부로 방출하고 내부온기를 흡수하여 열전도부(130)로 이동시킨다.
도 3에서, 2중 냉기 공급구(100)는 크게 냉기유입구간(S1), 열전도구간(S2) 및 냉기공급구간(S3)으로 구분할 수 있으며, 각 구간은 밀폐된 용기(예를 들어, 도 6에 나타난 각각의 탱크)에 의해 구획될 수 있다.
이때, 각각의 용기들과의 밀폐성을 향상시키기 위하여, 몸체(110)의 외주면 일측(예를 들어, 상측종단)에는 고정판(112)을 구성할 수 있고, 열교환부(120)의 외주면 일측(예를 들어, 하측)에는 제1 걸림턱(121)을 구성할 수 있으며, 냉기방출부(140)의 외주면 일측(예를 들어, 하측종단)에는 제2 걸림턱(141)을 구성할 수 있다.
또한, 제1 걸림턱(121) 및 제2 걸림턱(141)은 도 3에 나타난 바와 같이, 복수 개로 분할하여 구성할 수 있다.
도 4는 도 3에 나타난 2중 냉기 공급구의 일 실시예와 그 기능을 설명하는 부분절개사시도이다.
도 4를 참조하면, 2중 냉기 공급구(100)의 몸체(110), 열교환부(120), 열전도부(130) 및 냉기방출부(140)가 일체로 구성될 수 있다.
도 4에서, 외부냉기가 공급되는 흐름을 살펴보면, 외부냉기는 냉기유입홀(111)을 따라 하부로 이동한 후, 열교환부(120)와 열전도부(130)를 이동하여 냉기방출부(140)의 하부로 방출될 수 있다.
한편, 도 3의 열전도구간(S2)은 외부인 냉기유입구간(S1)과 내부인 냉기공급구간(S3)의 사이에서 단열기능을 수행할 수 있다. 따라서, 열전도구간(S2)의 온도는 냉기유입구간(S1) 온도와 냉기공급구간(S3) 온도의 중간을 유지하는 것이 바람직하다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 2중 냉기 공급구(100)는 냉기유입홀(111)로 유입되는 외부냉기의 일부를 열전도부(130)의 측면부를 통해서도 방출할 수 있으며, 이와 같이 방출되는 일부의 외부냉기에 의해 도 3의 열전도구간(S2)이 냉기유입구간(S1)과 냉기공급구간(S3)의 중간 온도를 유지할 수 있다.
이때, 열전도부(130)의 측면부를 통해서 방출되는 외부냉기가 많아질 경우, 냉기방출부(140)로 방출되는 외부냉기가 부족할 수 있다. 다시 말해, 외부냉기와 내부온기의 열교환이 효율적으로 이루어지지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 이를 개선하기 위하여, 열전도부(130)는 상하방향으로의 열전도도를 높임으로써, 열전도부(130)의 측면부를 통해서 방출되는 외부냉기의 양을 조절할 수 있다. 따라서, 외부냉기와 내부온기의 열교환 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
도 5는 도 3에 나타난 2중 냉기 공급구의 다른 일 실시예와 그 기능을 설명하는 부분절개사시도이다.
도 5를 참조하면, 2중 냉기 공급구(100)의 몸체(110), 열교환부(120), 열전도부(130) 및 냉기방출부(140)를 일체로 구성하면서, 열교환부(120), 열전도부(130) 및 냉기방출부(140)의 중심축을 따라 열전도부재(150)를 구성할 수 있다.
바람직하게는, 열전도부재(150)의 상부는 냉기유입홀(111)의 하부에 노출되도록 구성할 수 있고, 열전도부재(150)의 하부는 냉기방출부(140)의 하부에 노출되도록 구성할 수 있다.
또한, 열전도부재(150)의 길이를 조절함으로써, 냉기유입홀(111)로 유입된 외부냉기 중 열전도부(130)의 측면부로 방출되는 양과 냉기방출부(140)의 하부로 방출되는 양의 비율을 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 4에서 냉기유입홀(111)로 유입된 외부냉기 중 열전도부(130)의 측면부로 방출되는 양과 냉기방출부(140)의 하부로 방출되는 양이 50:50이라하고, 도 5에서 냉기유입홀(111)로 유입된 외부냉기 중 열전도부(130)의 측면부로 방출되는 양과 냉기방출부(140)의 하부로 방출되는 양이 20:80이라하면, 열전도부재(150)의 길이를 도 5의 절반으로 줄일 경우, 냉기유입홀(111)로 유입된 외부냉기 중 열전도부(130)의 측면부로 방출되는 양과 냉기방출부(140)의 하부로 방출되는 양을 35:65로 조절할 수 있다.
도 6은 도 3의 질량분석기용 2중 냉기 공급구를 이용한 냉각장치를 설명하는 부분절개사시도이다.
도 6을 참조하면, 2중 냉기 공급구를 이용한 냉각장치(A)는 2중 냉기 공급구(100), 냉기공급모듈(200), 저온유지탱크(300), 극저온유지탱크(400), 냉매저장탱크(500) 및 냉매순환관(600)을 포함한다.
2중 냉기 공급구(100)는 냉기공급모듈(200)의 하부에 결합되고 저온유지탱크(300), 극저온유지탱크(400) 및 냉매저장탱크(500)의 상부를 이어서 관통하여 고정되도록 설치된다. 예를 들어, 2중 냉기 공급구(100)는 도 3과 같이 구성될 수 있다.
냉기공급모듈(200)은 외부에서 냉기를 공급받아 2중 냉기 공급구(100)로 유입시키며, 연결구(210)를 통해 외부의 냉각장치(도시하지 않음)와 연결될 수 있다. 또한, 외부 냉각장치의 증발기는 냉기공급모듈(200)의 내부 또는 냉기공급모듈(200)를 통과하여 2중 냉기 공급구(100)의 냉기유입홀(111) 내부에 위치할 수 있다.
저온유지탱크(300)는 냉기공급모듈(200)의 하부에 구성되고, 극저온유지탱크(400)는 저온유지탱크(300)의 내부에 구성되며, 냉매를 저장하는 냉매저장탱크(500)는 극저온유지탱크(400)의 내부에 구성된다.
또한, 저온유지탱크(300)와 극저온유지탱크(400) 사이의 공간부(350) 및 극저온유지탱크(400)와 냉매저장탱크(500) 사이의 공간부(450)는, 단열효과를 향상시키기 위하여 진공상태로 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 극저온유지탱크(400)의 외부면에는 단열커버(410)를 설치하여, 단열효과를 보다 더 향상시킬 수 있다. 이러한 단열커버(410)는 저온유지탱크(300) 및 냉매저장탱크(500) 중 적어도 하나의 외부면에 더 설치될 수 있다.
냉매순환관(600)은 냉매저장탱크(500)의 냉매를 순환시키는 것으로, 순환되는 냉매는 극저온 측정기를 이용한 고감도 푸리에변환 이온싸이클로트론 공명 질량분석기와 같은 전자계측장비 등에 공급되어, 전자계측장비의 내부온도를 저온 또는 극저온으로 일정하게 유지하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 냉매저장탱크(500)에 저장되는 냉매는 액상으로, 냉매공급관(610)을 통해 액상으로 공급되고, 냉매순환관(600)을 순환하여 열을 흡수하면 기화하여 냉매유입관(620)으로 유입된다.
따라서, 냉매공급관(610)은 냉매저장탱크(500)의 내측하부에서 저온유지탱크(300)의 외측을 연결하도록 저온유지탱크(300), 극저온유지탱크(400) 및 냉매저장탱크(500)를 관통하여 설치될 수 있고, 냉매유입관(620)은 냉매저장탱크(500)의 내측상부에서 저온유지탱크(300)의 외측을 연결하도록 저온유지탱크(300), 극저온유지탱크(400) 및 냉매저장탱크(500)를 관통하여 설치될 수 있다. 여기서, 냉매는 액상의 질소, 네온, 헬륨 등을 이용할 수 있다.
또한, 냉매순환관(600)은 냉매공급관(610)이 냉매유입관(620)의 내부에 위치하는 튜브 인 튜브(Tube in tube)의 형태로 구성될 수 있다. 이와 같이, 튜브 인 튜브(Tube in tube)의 형태로 냉매순환관(600)을 구성하게 되면, 냉매공급관(610)의 외부로 유출될 수 있는 냉기가 외부로 배출되지 않고, 냉매유입관(620)으로 회수되므로, 향상된 단열효과를 얻을 수 있다.
도 7은 도 6에 나타난 냉각장치에 냉기를 공급하는 방법을 설명하는 부분절개사시도이다.
도 7에서, 외부의 냉각장치(도시하지 않음)에서 공급되는 냉기는 연결구(210) 및 냉기공급모듈(200)을 통해 2중 냉기 공급구(100)의 상부에서 열교환이 이루어지고, 열교환된 온기는 다시 냉기공급모듈(200) 및 연결구(210)를 통해 외부의 냉각장치로 이동될 수 있다.
따라서, 외부 냉각장치의 증발기는 열교환이 이루어지는 'a'영역에 위치하는 것이 바람직하다.
도 8은 도 7의 부분확대도이다.
도 8을 참조하면, 2중 냉기 공급구(100)의 몸체(110)는, 저온유지탱크(300)의 내측상부와 극저온유지탱크(400)의 외측상부 사이에 위치하도록 구성될 수 있고, 2중 냉기 공급구(100)의 열전도부(130)는 극저온유지탱크(400)의 내측상부와 냉매저장탱크(500)의 외측상부 사이에 구성될 수 있으며, 2중 냉기 공급구(100)의 냉기방출부(140)는 냉매저장탱크(500)의 내측상부에 개방되도록 구성될 수 있다.
또한, 2중 냉기 공급구(100)의 열교환부(120)는 몸체(110)의 하부에 연장되도록 구성될 수 있다. 이때, 열교환부(120)에서 열교환된 내부온기 중 일부가 극저온유지탱크(400)의 내부로 방출되면, 극저온유지탱크(400) 내부의 온도가 상승할 수 있고, 이로 인해 냉매저장탱크(500)에 저장된 냉매에 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 2중 냉기 공급구(100)의 열교환부(120)는 극저온유지탱크(400)의 외측상부로 노출되도록 구성됨이 바람직하다.
또한, 2중 냉기 공급구(100)의 몸체(110) 외주면에는, 저온유지탱크(300)의 외측상부면에 고정되는 고정판(112)이 구성될 수 있고, 2중 냉기 공급구(100)의 열교환부(120)의 외주면에는, 극저온유지탱크(400)의 내측상부면이 걸려지는 적어도 하나의 제1 걸림턱(121)이 구성될 수 있으며, 2중 냉기 공급구(100)의 냉기방출부(140) 외주면에는, 냉매저장탱크(500)의 내측상부면이 걸려지는 적어도 하나의 제2 걸림턱(141)이 구성될 수 있다.
또한 고정판(112), 제1 걸림턱(121) 및 제2 걸림턱(141)은 각각의 탱크에 의해 구획되는 공간과의 밀폐성을 향상시키기 위하여, 저온유지탱크(300), 극저온유지탱크(400) 및 냉매저장탱크(500)와 밀착고정되는 부분에 별도의 밀폐부재를 설치하여 고정결합될 수 있다.
도 9는 도 6에 나타난 냉각장치의 열교환 방법을 설명하는 부분단면도이고, 도 10은 도 9에서 냉기의 흐름을 설명하는 부분단면도이며, 도 11은 도 9에서 온기의 흐름을 설명하는 부분단면도이다.
도 9를 참조하면, 2중 냉기 공급구를 이용한 냉각장치(A)는 'b'영역 및 'c'영역에서 열교환이 이루어질 수 있다.
이를 보다 상세히 살펴보면, 도 10에 나타난 바와 같이 외부의 냉각장치에서 공급되는 외부냉기는 냉기공급모듈(200)을 통해 몸체(110)의 냉기유입홀(111) 하부로 이동하고 열교환부(120)에서 열교환된다.
그리고, 열교환부(120)에서 열교환된 외부냉기는 열전도부(130)를 따라 하부로 이동하면서 냉기방출부(140)의 하부로 방출된다.
이와 같이 유입되는 외부냉기에 의해 냉매저장탱크(500)의 내부온도는 극저온으로 유지되며, 냉매저장탱크(500)에 저장된 액상의 냉매는 냉매공급관(610)을 통해 냉각대상물(도시하지 않음)로 공급될 수 있다.
또한, 냉각대상물로 공급된 냉매는 냉각대상물에서 발생하는 열(내부온기)을 흡수하여 기화한 후, 냉매유입관(620)을 통해 냉매저장탱크(500)로 유입된다. 이때, 냉매저장탱크(500)로 유입된 기체의 냉매는 냉기방출부(140)의 하부에서 열교환되면서 액화하여 냉매저장탱크(500)에 저장되고, 냉기방출부(140)에서 열교환된 내부온기는 열전도부(130)를 따라 상부로 이동한다.
그리고, 열전도부(130)를 따라 이동한 내부온기는 열교환부(120)에서 열교환되고, 냉기공급모듈(200)을 통과하여 외부의 냉각장치로 이동한다.
이와 같은 열교환 및 냉매의 순환을 통해, 냉매저장탱크(500)에 저장된 냉매의 유실을 미연에 방지하여 반영구적으로 사용할 수 있도록 함은 물론, 2중 열교환 방식을 통해 외부로 유실되는 에너지(냉기)를 현저히 줄임으로써, 에너지의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
이하에서, 상기한 냉각장치(A)가 도 1에 나타난 질량분석기에 적용되는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 12는 본 발명에 의한 냉각장치를 구비하는 질량분석기를 설명하는 구성도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 기술이 적용되는 질량분석기는 이온화원(10), 초고진공용기(20) 및 초전도자석(41)(42)을 포함하며, 초고진공용기(20)에는 질량선택관(21), 충돌관(22), 이온전송관(23), ICR트랩(24) 및 극저온 측정기(26)를 포함한다. 여기서, 질량분석기의 각 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략하기로 한다. 또한, 당업자의 요구에 따라 질량분석기의 적어도 일부 구성에 대해서는 변경 및 치환이 가능함은 물론이다.
극저온 측정기(26)는 질량분석을 위한 센서를 포함할 수 있으며, 극저온 측정기(26)는 센서의 감도를 향상시키기 위하여 일정한 극저온상태를 유지해야만 한다.
따라서, 도 6 내지 도 11에 나타난 냉각장치(A)의 냉매순환관(600)이 극저온 측정기(26)의 주위를 감싸도록 설치되며, 냉매순환관(600)에 의한 열교환을 통해 극저온 측정기(25)의 동작온도를 일정하게 유지하도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 냉매순환관(600)의 냉매공급관(610)과 냉매유입관(620) 사이에 구성되는 증발기(630)가 극저온 측정기(26)에 인접되도록 설치될 수 있다.
이상에서 본 발명에 의한 질량분석기용 2중 냉기 공급구 및 이를 이용한 냉각장치에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지는 것이므로, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
극저온 환경에서 사용되는 각종 계측장치 및 시스템에 용이하게 적용할 수 있으며, 계측용 전자장비 및 계측시스템 분야를 포함하는 다양한 분야에서의 범용성, 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

Claims (13)

  1. 중공의 냉기유입홀이 상부로 개방되도록 형성되며 상기 냉기유입홀을 통해 외부냉기를 공급받고 내부온기를 배출하는 몸체;
    상기 몸체의 하부에 연장되도록 구성되어 상기 냉기유입홀로 유입되는 외부냉기와 내부온기를 열교환하는 열교환부;
    상기 열교환부의 하부에 연장되도록 구성되어 상기 열교환부에서 열교환된 외부냉기를 하부로 이동시키고 내부온기를 상기 열교환부로 이동시키는 열전도부; 및
    상기 열전도부의 하부에 구성되어 상기 열전도부를 통해 공급되는 외부냉기를 하부로 방출하고 내부온기를 흡수하는 냉기방출부를 포함하는 질량분석기용 2중 냉기 공급구.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체의 외주면 일측에는 고정판이 구성되는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 2중 냉기 공급구.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환부의 외주면 일측에는 적어도 하나의 제1 걸림턱이 구성되는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 2중 냉기 공급구.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 냉기방출부의 외주면 일측에는 적어도 하나의 제2 걸림턱이 구성되는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 2중 냉기 공급구.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환부, 열전도부 및 냉기방출부의 중심축을 따라 열전도부재가 구성되는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 2중 냉기 공급구.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 열전도부재의 상부는 상기 냉기유입홀의 하부에 노출되고,
    상기 열전도부재의 하부는 상기 냉기방출부의 하부에 노출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 2중 냉기 공급구.
  7. 외부에서 냉기를 공급받는 냉기공급모듈;
    상기 냉기공급모듈의 하부에 구성되는 저온유지탱크;
    상기 저온유지탱크의 내부에 구성되는 극저온유지탱크;
    상기 극저온유지탱크의 내부에 구성되어 냉매를 저장하는 냉매저장탱크;
    상기 냉기공급모듈의 하부에 결합되고 상기 저온유지탱크, 극저온유지탱크 및 냉매저장탱크의 상부를 이어서 관통하여 고정되도록 설치되는 2중 냉기 공급구; 및
    상기 냉매저장탱크의 냉매를 순환시키는 냉매순환관을 포함하는 질량분석기용 2중 냉기 공급구를 이용한 냉각장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 냉매순환관은,
    상기 냉매저장탱크의 내측하부에서 상기 저온유지탱크의 외측을 연결하도록 상기 저온유지탱크, 극저온유지탱크 및 냉매저장탱크를 관통하여 설치되는 냉매공급관; 및
    상기 냉매저장탱크의 내측상부에서 상기 저온유지탱크의 외측을 연결하도록 상기 저온유지탱크, 극저온유지탱크 및 냉매저장탱크를 관통하여 설치되는 냉매유입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 2중 냉기 공급구를 이용한 냉각장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 극저온유지탱크의 외부면을 감싸도록 구성되는 단열커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 2중 냉기 공급구를 이용한 냉각장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 2중 냉기 공급구는,
    상기 저온유지탱크의 내측상부와 상기 극저온유지탱크의 외측상부 사이에 구성되는 몸체;
    상기 몸체의 하부에 연장되도록 구성되어 열교환부;
    상기 극저온유지탱크의 내측상부와 상기 냉매저장탱크의 외측상부 사이에 구성되는 열전도부; 및
    상기 냉매저장탱크의 내측상부에 개방되도록 구성되는 냉기방출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 2중 냉기 공급구를 이용한 냉각장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 열교환부는 상기 극저온유지탱크의 외측상부로 노출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 2중 냉기 공급구를 이용한 냉각장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 몸체의 외주면에는 상기 저온유지탱크의 외측상부면에 고정되는 고정판이 구성되고,
    상기 열교환부의 외주면에는 상기 극저온유지탱크의 내측상부면이 걸려지는 적어도 하나의 제1 걸림턱이 구성되며,
    상기 냉기방출부의 외주면에는 상기 냉매저장탱크의 내측상부면이 걸려지는 적어도 하나의 제2 걸림턱이 구성되는 것을 특징으로 하는 질량분석기용 2중 냉기 공급구를 이용한 냉각장치.
  13. 극저온 측정기를 포함하고,
    청구항 7 내지 청구항 12 중 어느 하나의 2중 냉기 공급구를 이용한 냉각장치의 냉매순환관이 상기 극저온 측정기의 주위를 감싸도록 설치되어 상기 극저온 초단측정기의 동작온도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 2중 냉기 공급구를 이용한 냉각장치가 구비되는 질량분석기.
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