KR100301684B1 - 극저온액체에침지하기전에물질을예비냉각시키기위한방법및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각시키고자 하는 물질을 극저온 액체, 예컨대 액화 헬륨에 침지 시켜 최종 저온으로 예비 냉각시키는 장치 및 방법에 관한 것이다. 극저온 액체의 기체상은 물질이 침지될 극저온 액체보다 더 높은 비점을 가진 극저온 액체와 열교환시켜 냉각시킨다. 냉각 기체상은, 물질과 격납 용기가 소정의 예비 냉각 온도가 될 때까지 물질을 포함하는 용기를 통해 순환시키고, 회수하고, 재냉각한 후 재순환시킨다. 이어서, 극저온 액체를 용기내로 도입하여 물질을 침지시킬 수 있다.

Description

극저온 액체에 침지하기 전에 물질을 예비 냉각시키기 위한 방법 및 장치

본 발명은 극저온 액체에 침지시켜 물질을 냉각시키는 것 예컨대 자기 공명 영상(이후 "MRI" 라고 칭함)에 적합하게 사용되는 헬륨 냉각된 초전도 자석 어셈블리에 관한 것이며, 더욱 구체적으로 극저온 액체 냉각제를 보존하고 냉각된 물질내로 오염물질이 유입되는 것을 방지하도록 물질의 예비 냉각을 위한 개선되고 단순화된 수단에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 초전도 자석은 극도의 저온 환경에 두므로써, 예컨대 항냉기 또는 가압 용기에 함유된 액체 헬륨과 같은 액체 한제에 침지시키므로써 초전도 현상을 띨 수 있다. 극도의 저온 환경은 자석 코일이 초전도 조작시 유지되도록 하므로써, 초기에 자석 코일에 전력원을 연결하여 코일을 통해 전류를 공급할 경우, 코일 내의 전기 저항이 없기 때문에 전력을 제거한 후에도 코일을 통해 전류가 지속적으로 흘러 강한 자기장을 유지한다. 초전도 자석 어셈블리는 MRI 분야에서 널리 적용된다.

액체 헬륨을 사용하여 극저온을 제공하는 방법은 널리 실시되고 있으며 MRI 조작에 만족스럽기는 하지만, 전세계적으로 MRI 설비에 액체 헬륨을 꾸준히 공급하는 것은 어렵고 값비싼 것으로 판명되었다. 결과적으로, 액체 헬륨과 같은 비등 한제의 양을 최소화시키는 방향으로, 초기에 물질을 냉각시키고 진행되는 작업 기간 동안에 저온을 유지시키기 위해서 상당한 연구와 개발 노력을 기울여왔다.

액체 헬륨 냉각의 사용을 최소화하고 보조하는 방법은 초전도 온도로 액체 헬륨을 냉각시키므로써 최종 냉각을 개시하기 전에, 초기에 저온, 예컨대 80~90K 온도를 얻기 위해서 자석을 통해 액체 질소를 흐르게 한 후 질소를 세정시키는(초전도 자석 불안정을 유발할 수 있는 질소 오염물을 제거하기 위해서) 등의 초기 보조 냉각 매체를 사용하는 것이다.

순수하고, 가온된 헬륨 기체를 자석을 통해 흐르게 함으로써 액체 질소를 세정한다. 이 후 액체 헬륨을 자석내로 도입시켜 자석을 초전도 온도(예, 4K)로 자석을 추가 냉각시킨다.

그러나, 예비 냉각을 위해 자석내로 저온 액체 질소를 초기 유입시키는 것은 조절되지 않은 급속한 냉각에 의해 유발되는 변형으로 인하여 자석에 충격을 줄 수 있으며 헬륨의 순도에도 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 액체 헬륨으로 충전시키기 전에 항냉기 또는 격납 용기로부터 질소를 완전히 세정시키지 못하는 경우, 헬륨 정제 장치는 질소를 분리시킬 수 있으며, 따라서 회수할 수 있는 헬륨의 양을 감소시켜 회수 공정을 더 어렵게 만든다.

또한, 초전도 자석을 보유하는 항냉기 또는 격납 용기내로 액체 질소를 유입시킨 후 액체 헬륨으로 용기를 충전시키기 전에 세정하는 것은 시간이 많이 소요된다. 또한, 헬륨 기체 세정은 약 80K의 액체 질소 온도를 더 높은 온도, 예컨대 110K의 온도로 자석을 가온시켜, 초전도 온도로 자석을 냉각시키는 데 더 많은 양의 액체 헬륨과 시간을 필요로 하게 된다. 또한, 이후에 연이어서 자석을 초전도 온도로 냉각시키면 자석내에 질소 얼음을 형성하는 데, 이는 자석의 초전도 조작을 탈안정화시켜 "반응 중지(quenching)", 즉 자석내에 고압의 형성과 급속한 헬륨 기체의 증발로 인한 초전도 조작의 갑작스러운 중단을 유발할 수 있다.

따라서, 액체 질소에 의한 초전도 자석의 오염을 피하고, 초전도 조작을 얻기 위해 필요한 헬륨의 양을 최소화시키며, 초전도 온도로 자석을 냉각시키기 위해서 소요되는 총 시간을 감소시키는 것이 바람직하다.

[발명의 개요]

본 발명은 예컨대 초전도 자석의 액체 헬륨 냉각과 같은 액화 한제에 침지시켜 물질을 냉각시키는 시스템과 관련하여 사용되는 액체 질소 예비 냉각 시스템과 방법에 관한 것이다. 본 발명은 침지에 의해 물질을 냉각시키는 데 사용되는 액체 한제의 비등점보다 더 높은 정상 비등점을 가지는 제2 극저온 액체화 열 교환시켜 액체 한제의 기체 상을 냉각시키는 것이다. 예를 들어, 헬륨을 초전도 자석 시스템의 냉각에 사용하는 경우, 열 교환에 의해 기체 헬륨을 액체 질소의 온도로 냉각시키고 냉각된 기체 헬륨을 자석 어셈블리를 통해 순환시킴으로써 기체 헬륨을 자석 시스템을 예비 냉각시키는 데 사용할 수 있다. 저온 기체 헬륨을 사용하여 자석 어셈블리를 예비 냉각시키면 헬륨과 물질의 오염을 피하고, 열 충격을 감소시키며, 회수된 헬륨의 오염을 배제시키고, 질소 세정을 위한 헬륨 기체의 도입에 기인한 가온 현상을 배제시킬 수 있다.

본 발명에 따라서, 액체 침지 냉각제의 기체상을 이용하여 물질을 예비 냉각시키면 냉각 속도를 조절하여 물질의 열 변형을 감소시키고, 물질을 최종 조작 온도로 냉각시키는 데 필요한 총 시간을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 제1 목적은 헬륨 냉각된 초전도 자석에, 액체 질소를 사용하여 기체 헬륨을 냉각시키고, 이 기체 헬륨을 자석을 함유하는 용기내로 순환시켜 자석을 초기 저온으로 냉각시킨 후 액체 헬륨내에 침지시키므로써 자석을 초전도 온도로 냉각시키는 시스템을 제공하는 것이다. 따라서, 예컨대 액체 질소와의 열 교환에 의해 특정 온도로 냉각된 헬륨 기체를 사용하여 자석을 초기에 예비 냉각시키면 초전도 자석의 초기 냉각기 동안에 자석내로 액체 질소가 유입되는 것을 방지할 수 있다.

초기 냉각 후에 질소 오염물이 없는 자석에 즉시 액체 헬륨을 유입시킬 준비를 하고 자석 온도를 초전도 조작 가능한 온도로 더 감소시킨다.

초기 저온을 얻는 데 소요되는 헬륨의 양과 시간을 액체 질소로 인하여 헬륨 기체 또는 초전도 자석을 오염시키지 않고 최소화시킬 수 있다.

제1도는 본 발명의 초전도 자석을 포함하는 냉각 시스템의 개략도이다.

[발명의 상세한 설명]

본 발명의 목적은 기체 헬륨을 사용하여 물질(예, 초전도 자석)을 거의 상온(295K)에서 약 78K로 예비 냉각시키는 것이다. 이를 위해서 기체 헬륨은 거의 액체 질소 온도(또는 그 이하)여야 한다. 예비 냉각 후, 자석을 더 냉각시키고 액체 헬륨으로 충전시킨다.

당업계가 직면한 문제는 이런 장치를 냉각시키는 방법이, 기체 헬륨을 냉각시키고 순환시키는 장치를 사용하지 않고 액체 질소를 직접 주입 한다는 것이었다. 질소는 이들 시스템에서 오염물질이고, 자석의 조작에 역 효과를 주는 것으로 밝혀졌다. 질소는 자기장이 붕괴될 때 거대하고 급속한 열의 방출로 모조의 반응 정지 상태(초전도보다는 저항 상태로 코일을 복귀)를 유발한다고 생각된다. 자석 내에 높은 헬륨 순도를 얻기 위해서, 직접적인 액체 질소 주입상 후에 순수한(가온) 헬륨 기체로 자석을 세정한다. 액체 질소는 자석내에 분리된 푸울(pool)에 잔류할 수 있으므로 세정이 자석으로부터 잔여 질소를 반드시 완전히 제거하기 않는다는 것을 경험으로 알 수 있다. 가온 헬륨 기체를 유입시키면 자석이 일부 재가온되어, 최종 냉각 단계를 완결시키기 위해서 추가의 액체 헬륨을 요하게 된다. 자석을 예비 냉각시키는 방법은 다소 노동 집약적이며, 보통 약 3일이 소요된다.

본 발명의 방법중 하나는 액체 질소 배스내의 코일 형태의 관상 열 교환기를 이용하여 순수한 헬륨의 스트림을 냉각시키는 것이다. 냉각된 헬륨 기체는 재순환시키지 않으며, 따라서 일단 열 교환기(헬륨 기체를 냉각시킴)와 예비 세정된 자석(자석을 냉각시킴)을 통과하면 회수 시스템으로 방출된다. 이러한 방법으로 4000 파운드의 자석을 냉각시키는 데 필요한 헬륨의 양은 1100 파운드(500 kg) 이상이며, 이는 $8000 이상의 시장가격에 해당한다. 이는 자석을 예비 냉각시키는 고비용의 방법이다.

본 발명의 바람직한 방법 및 장치는 냉각시키고자 하는 물질로부터 기체 헬륨을 재순환시키고, 열 교환기내에서 거의 액체 질소 온도(약 78K)로 헬륨을 냉각시키며, 진공 잭킷 전달 라인을 통해 전달되는 저온 기체 헬륨을 사용하여 물질을 예비 냉각시키는 것이다. 이 방법으로 기체 헬륨을 연속하여 재냉각시키고 재사용하여 물질을 예비 냉각시킬 수 있다.

도 1에서, 시스템(10)은 냉각시키고자 하는 물질을 포함한다. 물질은, 예컨대 MRI 장치에 사용할 유형의 초전도 자석(12)일 수 있다. 냉각시키고자 하는 물질이 초전도 자석(12)인 경우, 보통 자석(12) 주위에 있는 내부 헬륨 함유 용기인 가압 용기(13)내에 자석을 놓아둔다. 내부 용기(13)에는 감압 장치(17)가 구비되어 있어 내부 용기(13)와 예비 냉각 시스템이 과압되는 것을 방지한다. 외부 용기(15)는 상온으로부터 내부 용기를 절연시키는 것을 보조하는 진공 조건 하에 내부 용기의 외부를 유지하도록 한다. 이 장치는 일반적으로 액체 헬륨 온도로 냉각되어 자석이 초전도 상태가 되도록 한다. 당업자에게 알려져 있는 바와 같이 액체 헬륨은 액체 헬륨 공급 도관(14)을 통해 가압 용기 또는 항냉기내로 유입시킬 수 있다.

액체 헬륨으로 자석(12) 보유 용기(13)를 충전시키기 전에 자석(12)과, 물질 또는 자석(12)을 포함하는 내부 용기를 대략 액체 질소 온도, 예컨대 78K(-195℃)로 예비 냉각시키는 것이 바람직하다. 액체 헬륨으로 충진시키기 전에 자석(12)과 내부 용기(13)를 예비 냉각시키기 위해서, 헬륨 기체는 도관(18)을 통해 헬륨 기체 조절 밸브(19)를 경유하여 헬륨 기체 공급부(도시하지 않음)로부터 모터에 의해 추진되는 헬륨 기체 순환 송풍기(20)을 통해 열 교환기(28)로 공급된다. 헬륨 기체 순환 송풍기(20)는 액체 질소 온도, 예컨대 약 80K(-193℃)에서 작용하도록 개조시킨 EG&G 로트론이 제조한 시판용 재생용 송풍기(regenerative blower)일 수 있다. 시판용 송풍기에 대한 개조는 하기와 같다.

a. 저온 설비에 적합하지 않은 재료로 만든 모든 부품은 적절한 재료로 개조시켰다.

b. 베어링 아아버 모양은 더 큰 베어링 스캔을 가지는 더 길고 얇은 축으로 개조시켰다.

c. 볼(롤링 요소) 베어링을 사용할 수 없는 경우, 냉각 말단부(추진기에 가장 가까움) 베어링 모양을 변형시켜 백업 슬라이딩 저어널 베어링내로 삽입시켰다.

d. 축 시일(shaft seal)로부터 주변으로의 헬륨 누출 경로를 전환시켜 냉각 말단부 베어링과 베어링 아아버를 세정하였다. 이는 베어링 요소를 부식시키는 습기가 있는 주변 공기에 저온 베어링이 노출되는 것 또는 냉동시키는 것을 방지하며 회전을 예방한다. 또한 이는 헬륨 시스템내로 공기의 침입에 대한 방어막으로 작용하여 공정의 순도를 유지한다.

e. 냉각 말단부 베어링은 전기 가열기로 가열하여 지방분이 냉동되는 것을 방지하거나, 바람직하게는 극도의 저온에서 조작할 수 있는 베어링을 사용한다.

송풍기 유속과 진개 압력은 압축된 생성물(재사용된 기체상)의 밀도에 따라 다르다. 유속과 전개 압력은 생성물 밀도가 증가함에 따라 증가한다. 생성물 밀도는 냉각시키고자 하는 물질의 온도가 감소함에 따라 증가하므로 기체 상의 재순환은 물질을 냉각시키면 증가한다. 물질이 열 변형에 민감한 경우 냉각 공정의 초기에 이를 제한하고 냉각 공정이 거의 종결될 때 이를 증가시켜 유속을 효과적으로 조절한다.

자석(12)과 내부 용기를 예비 냉각시키기 위해서, 기체 헬륨은 용기(13)를 통해 순환시키며 기체 헬륨을 대략 액체 질소의 온도, 예컨대 78K(-195℃)로 예비 냉각시킨다. 도 1에 도시한 바와 같이, 도관(18)을 통해 공급되는 기체 헬륨은 송풍기(20)에서 가압되어 시스템내의 압력을 0.5 psig 내지 0.7 psig 정도로 유지한다. 송풍기(20)에서 나오는 가압 헬륨을 도관(24)내로 유입시킨 후 열 교환기(28)내에 배치된 열 교환 도관(26)내로 유입시킨다. 열 교환기(28)는 ITT 코포레이션에서 제조 판매하는 플레이트-핀(plate-fin) 유형의 열 교환기와 같은 시판용 유니트일 수 있다. 열 교환 도관(26)내의 기체 헬륨은 열 교환기(28)중 열 교환 도관(30)내로 유입되는 액체 질소의 역류에 의해 냉각시킨다. 액체 질소는 도관(34), 조절 밸브(36), 감압 밸브(38) 및 온도 조절 밸브(40)를 통해 액체 질소 공급 용기(32)로부터 열 교환 도관(30)내로 유입시킨다. 온도 조절 밸브(40)는 열 교환기(28)로부터 유출되는 액체 질소는 위한 방출 라인(42)과 헬륨 유입구(24) 사이의 온도 차이에 반응한다. 열 교환 도관(26, 30)은 열적으로 절연시킨 봉입물(29)에 내재되어 있으며, 이 봉입물은 열 교환기(28)의 외부 하우징으로 구성되어 주변 열 침투로부터 도관(26, 30)을 분리시킨다. 열 교환 도관(30)으로 유입되는 액체 질소는 상당량의 증기를 포함할 수 있다. 도관(30)내의 액체 질소의 흐름은 우선 조절 밸브(36)를 수동으로 스로틀링(throttling)시켜 조절하고, 송풍기(20)로 부터 도관(24)을 통해 열 교환기 도관(26)으로 유입되는 기체 헬륨 보다 5K 내지 10K 더 저온으로 기체 질소의 도관(42)내에 배기류를 유지하는 차동 온도 조절 밸브(40)에 의해 제어된다. 열 교환기에서 나오는 소량의 기체 질소 스트림을 봉입물(29)내로 전환시켜 내부의 건조 환경을 유지한다. 열 교환기(28)로부터 진공 잭킷 라인(44)을 통해 나오는 기체 헬륨은 약 80K이며, 이는 열 교환기(28)로 유입되는 액체 질소의 온도보다 약간 높다. 진공 잭킷 라인(44)을 사용하여 냉각된 기체 헬륨을 다수의 항냉기로 유도하고, 이중 하나를 용기(13)로서 도시하였다. 진공 절연된 전달 라인(44)을 통해 전달되는 압축 냉각 기체 헬륨은 주변에서 헬륨 기체로 열 전달을 최소화한다. 냉각시키고자 하는 물질(12)내에서, 더 저온인 유입 헬륨과 진공 재킷 라인(46)을 통해 유출되는 더 가온된 헬륨을 최대로 분리하여, 용기(13)에서 유출되기 전에 냉각시키고자 하는 물질로부터 유입되는 기체 헬륨 스트림으로의 열 전달을 최대화하는 것이 바람직하다. 도관(46)을 통해 용기(13)로부터 유출되는 헬륨과 다른 도관(46)을 통해 다른 용기로부터 유출되는 헬륨은 순환 송풍기(20)로 유도되어 열 교환기(28)를 통해 헬륨의 순환을 유지시키며, 헬륨을 다시 한 번 냉각시키고 용기(13)로 재유입시켜 물질을 예비 냉각시킨다. 또 다른 구성 기체 헬륨은 라인(18)과 조절 밸브(19)를 통해 언제나 유입시킬 수 있다.

하기 표 1은 본 발명의 진공 잭킷 물질의 예비 냉각에 대한 공정 변수를 나타낸 것이다.

표 1은 자료의 다음 위치를 개시한 것이다. 1은 내부 용기로부터 배출되는 기체; 2는 송풍기 방출시; 3은 교환기 경로(26)의 냉각 말단부에서; 4는 교환기 경로(30)로의 액체 질소 유입구에서; 5는 내부 용기(13)로의 액체 헬륨 유입구에서의 자료이다.

1종 이상의 물질을 동시에 냉각시키는 경우 기타 공정 조건을 개발할 수 있다. 추가의 물질은 동시에 동일한 온도가 아닐 수 있기 때문에, 냉각시키고자 하는 물질의 용기에서 방출되는 증기는 일반적으로 전술한 한계점 사이의 온도를 가진다. 물질 유속은, 고 용량의 송풍기에 의한 차동 압력의 감소로 인해 단일 물질 냉각을 위해 목록화한 유속의 정배수보다 약간 작다.

종래에는 폐쇄 루프내의 기체 헬륨 냉각제의 순환을 극저온 순환 압축기에 의해 유지시키는 방법이 없었다. 압축기를 설계하는 데 어려움이 있고 극저온 작용에 적합한 압축기를 구입하는 데 많은 비용이 들기 때문일 것이다. 액체 질소 온도로 헬륨 스트림을 냉각시키는 과정은 전술한 바와 같이 상당히 고비용이 든다.

또한, 본 발명은 냉각 과정으로부터의 오염물을 제거하여 MRI 자석과 같은 디바이스를 세정, 냉각 및 충전하는 데 사용되는 약 7%의 헬륨을 세정 기체로 사용하지 않아도 되기 때문에 가치있다. 또한, 본 발명의 방법 및 장치는 직접적인 냉각제로서 사용된 액체 질소를 세정하고 대체하는 데 가온 헬륨을 사용하는 경우 발생하는 예비 냉각된 물질의 가온 현상을 방지할 수 있다. 이는 냉각 및 충전 과정을 완결하는 데 필요한 추가의 액체 헬륨량을 약 16% 까지 감소시킨다. 액체 헬륨이 고가인 경우 MRI 자석과 같은 디바이스의 제조 및 조작과 관련하여 상당량 절약할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 냉각 매체, 예컨대 헬륨으로부터 오염물질을 제거하는 것은 전술한 "반응 정지"로부터 MRI 자석과 같은 장치를 보호하는 데 중요하다.

액체 질소는 열 교환기에서 헬륨 기체류로부터 분리되기 때문에, 가압 용기 중 질소 오염물이 없어 초기 냉각 후에 가압 용기의 세정이 필요하지 않으며, 흐름 조절 밸브를 사용하여 질소 흐름을 조절하므로써 냉각 속도를 조절하면 냉각 시간 및 질소 소비량을 최소화한다.

본 발명의 방법은 물질, 예컨대 MRI 자석이 냉각을 위해 침지되는 극저온 액체와 동일한 조성의 기체, 예컨대 헬륨을 사용하여 수행한다. 이 기체는 별도의 공급원으로부터 제공되거나, 또는 극저온 액체를 포함하는 저장 용기로부터 증발시킬 수 있다.

본 발명의 방법에 따라, 극저온 액체와 조성이 동일한 기체를 예비 냉각시키고자 하는 기체의 정상 비등점을 가지는 극저온 액체와 열 교환시켜 예비 냉각시킨다. 제2 또는 열 교환 극저온 유체의 정상 비점은 냉각시키고자 하는 기체의 온도 또는 그 이하이지만 냉각시키고자 하는 물질을 침지시키는 데 사용되는 극저온 액체의 온도보다는 높을 수 있다. 제2 극저온 액체와 열 교환 후에, 기체는 예비 냉각시키고자 하는 물질을 함유하는 용기내로 도입시킨다. 예비 냉각시키고자 하는 물질과 접촉시킨 후에 가온된 기체를 용기로부터 배출하고 추가로 공급한 2차 극저온 유체와 열 교환시켜 냉각을 위해 열 교환기로 재순환 송풍기를 통해 재순환시킨다. 재순환 송풍기는 재순환 기체와 예비 냉각된 기체의 차동 압력을 유지하며 기체를 라인, 열 교환기 및 물질을 통해 순환시킨다. 추가의 기체를 송풍기의 재순환 송풍 상류에 도입시켜 시스템중 재순환 기체의 부피와 압력을 유지할 수 있다. 제 2 극저온 유체는 전체 시스템의 조작 비용의 경제성에 따라 편리한 방식으로 재사용을 위해 회수하거나 처리할 수 있다.

예를 들어, 냉각시키고자 하는 물질이, 절연 용기에 배치되어 액체 헬륨중에 침지됨으로써 정상적으로 냉각되는 MRI 자석인 경우 2차 극저온 유체는 액체 질소일 수 있다.

물질이 원하는 온도로 일단 예비 냉각되면 극저온 액체를 물질을 포함하는 용기내로 도입하고 물질을 극저온 유체에 담그어 정상 조작을 개시할 수 있다.

본 발명에서 특정 양태를 예시하고 설명하였지만, 이는 제시한 상세한 설명에 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 또한, 하기의 청구항에 의해 정의된 본 발명의 범위내에서 각종 변형이 가능하다.

본 발명의 방법 및 장치를 이용하여 물질을 효과적으로 예비 냉각시킬 수 있다.

Claims (10)

1. 물질을 침지시키는 데 사용되는 극저온 액체의 기체상 공급원을 준비하는 단계; 소정의 예비 냉각 온도에서 정상 비등점을 가지는 제2 극저온 액체와 열 교환시켜 기체 상을 냉각시키는 단계 및 냉각된 기체상을 사용하여 물질과 접촉시켜 물질을 기체상 온도로 예비 냉각시키는 단계를 포함하여 상온 미만의 온도로 물질을 예비 냉각시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 물질과의 접촉후에 기체상을 연속적으로 재냉각하고 재사용함으로써 물질을 예비 냉각시키는 방법.
3. 제2항에 있어서, 기체상의 예비 냉각 변수를 유지하기 위해서 재사용된 기체 상내로 추가의 기체상을 첨가하는 단계를 포함하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 소정의 온도로 예비 냉각한 후에 액체 한제에 물질을 침지시키는 단계를 포함하는 방법.
5. 제2항에 있어서, 재사용된 기체상의 순환 속도를 감소시켜 물질의 초기 냉각 속도를 제한하는 단계를 포함하는 방법.
6. 극저온 액체의 배스(bath)와 그 내부에서 침지된 물질을 포함하는 용기; 극저온 액체와 조성이 동일한 기체 공급원; 물질을 예비 냉각시키고자 하는 온도의 정상 비점 또는 그보다 약간 낮은 정상 비점을 가지는 제2 극저온 액체와 열 교환시켜 상기 기체를 예비 냉각시키는 데 사용되는 열 교환 수단; 상기 용기내로 예비 냉각된 기체를 도입하여 상기 용기와 물질을 예비 냉각시키는 수단; 용기와 물질의 냉각 후에 용기로부터 예비 냉각된 기체를 배출하는 수단; 및 상기 배출 기체를 용기로 재순환시키고 열 교환기내에서 배출 기체를 재냉각시킨 후 용기내로 재도입하는 수단을 함께 포함하는, 극저온 액체에 침지시켜 냉각 시키고자 하는 물질을 최종 저온으로 예비 냉각시키는 장치.
7. 제6항에 있어서, 예비 냉각 기체와 재순환 예비 냉각 기체를 재순환시키고, 유지시키기 위한 순환 송풍기를 포함하는 장치.
8. 제6항에 있어서, 기체를 배출하고 재순환시키는 수단이 용기와 열 교환기 사이에 진공 잭킷 전달 라인을 포함하는 장치.
9. 제6항에 있어서, 용기내로 극저온 액체를 도입하기 위한 수단을 포함하는 장치.
10. 제7항에 있어서, 순환 송풍기가 적절한 조작 온도에서 베어링을 유지하고 극저온 액체의 기체상으로 베어링을 세정하므로써 저온에서 조작되도록 변형시킨 재생용 송풍기(regenerative blower)인 장치.