KR20130115917A - 엑스선 발생장치의 냉각방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엑스선을 이용하는 분야에서 연속적인 엑스선 사용시에 안정적으로 장시간 사용이 가능하게 하는 냉각방법을 제공한다. 이를 위해 본 발명은 엑스선 발생시 배출되는 열을 보다 효율적이고 안전하게 냉각시키는 방법을 제공하고, 엑스선 튜브와 고전압 발생장치가 하나의 하우징 안에 배치되는 모노블럭형 엑스선 발생장치;상기 엑스선 발생장치의 냉각을 위한 냉각시스템; 및 상기 냉각시스템의 냉각수 순환을 위한 통로를 구비하는 모노블럭형 엑스선 발생장치 하우징을 제공한다.

Description

엑스선 발생장치의 냉각방법 {Method for cooling X-ray generator}

본 발명은 엑스선 발생장치의 냉각방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 모노블럭형 엑스선 발생장치의 냉각 방법에 관한 것이다.

일반적으로 의료 및 산업용으로 사용되는 엑스선 장비는 크게 엑스선 발생장치와 영상획득장치로 구성되며 엑스선 발생장치로부터 생성된 엑스선이 피사체를 투과하여 영상획득장치에 수신되며 이를 통해 엑스선 영상을 획득하게 된다.

이 중, 엑스선 발생장치는 엑스선 튜브와 고주파 방식의 고전압 발생장치로 구성되며, 고전압 발생장치의 제어를 통해 획득한 고전압을 엑스선 튜브에 공급함으로써, 원하는 엑스선 출력을 얻을 수 있다.

엑스선 발생장치에서 엑스선이 발생 될 때, 엑스선 튜브 및 고전압 발생장치에서는 대량의 에너지가 생성되며, 1%의 엑스선에 비례하여 99%의 열에너지가 발생된다.

의료 또는 산업용 용도의 사용에 있어서 사용목적에 충분한 엑스선을 얻기 위해서는 엑스선을 장시간 발생시키게 되고, 이때 발생하는 많은 열로 인해 엑스선 튜브 및 고전압 발생장치가 파손되기도 한다.

일반적으로 이러한 문제점을 방지하기 위해 엑스선 튜브 및 고전압 발생장치는 절연과 냉각을 위한 절연유로 채워진 하우징을 통해 외부로부터 차단 및 보호되며, 복수의 하우징을 통해 각각 분리되거나 또는 하나의 하우징 안에 포함될 수 있다. 후자의 경우처럼 하나의 하우징으로 구성되는 것을 모노블럭(Mono-block)형 엑스선 발생장치라 통칭하며, 상기와 같이 하나의 하우징으로 구성된 경우, 엑스선 튜브와 고전압발생장치를 연결하는 고압케이블이 필요 없어 장비의 소형화가 가능하여 최근 널리 사용되고 있다.

하지만 이러한 모노블럭형 엑스선 발생장치의 경우, 엑스선 튜브와 고전압 발생장치가 하나의 하우징 안에 있어 열에 의한 부하가 더욱 집중되므로, 해당 하우징에 대한 절연 및 냉각이 더욱 중요시되고 있다.

각 제조사별 엑스선 튜브 자체 및 엑스선 발생장치 각각에 대해, 열로 인한 부하에 따라 사용할 수 있는 허용범위를 설정하여 고유의 열용량으로 통칭하며, 이 열용량을 넘어설 경우, 일정 온도로 냉각될 때까지 사용이불가능 하도록 안전장치를 구비하고 있다.

이로 인해 엑스선 튜브, 엑스선 발생장치 및 이를 포함하는 엑스선 장비는 사용할 수 있는 시간이 제한적일 수밖에 없으며, 이러한 사용 시간의 제한은 의료용 엑스선 분야에 있어서는 치명적인 문제로 연결될 수 있다.

예로 의료용 엑스선 장비 중, 진단 및 판독을 위해 정지영상을 획득하는 촬영용 엑스선 장비 외에, 실시간 수술 및 처치 등을 목적으로 하는 투시용 엑스선 장비의 경우 장시간에 걸쳐 연속적인 엑스선 발생이 불가피하나, 해당 엑스선 장비의 엑스선 발생장치가 열용량 등의 문제로 수술 또는 처치 도중 사용이 불가능해질 경우 중대한 의료사고로 이어질 수도 있다.

따라서, 엑스선 발생장치의 냉각을 통한 열용량 개선은, 단순히 사용시간 연장의 의미보다는 해당 엑스선 장비의 안정적 사용과 이를 통해 여러 위험 요소를 방지할 수 있다는 데 더 큰 의미를 부여할 수 있으며, 각 제조사별로 여러 방법을 통해 시도되고 있다.

종래의 냉각방법으로는 대기중의 주변 공기를 이용하여 하우징의 외벽을 냉각하는 일반 공냉식과 여기에 팬을 추가한 강제 공냉식 방법이 있었으나, 냉각효율이 매우 낮아 일정온도까지 냉각되고 재사용이 가능하기까지의 시간이 길어 실제 장비의 사용시간 연장에는 큰 실효가 없었다.

다른 종래의 냉각방법으로는 수냉식 방법이 있다. 수냉식은 하우징 내부의 절연유를 냉각시키는 방법으로, 하우징 내부로 연결된 배관을 통해 냉각수가 유입 및 순환하면서 절연유를 냉각 시키는 방법이다.

그러나 이러한 수냉식 방법은 하우징 내부에 배관을 삽입하게 되므로 상대적으로 절연유의 함량이 줄어들어 기본적인 절연 및 냉각 효율이 낮아지게 되며 내부에 삽입된 배관, 연결구조물 등에서 절연 파괴 및 누유 등에 대한 문제가 발생하는 경우도 있다.

이러한 경우 고가의 엑스선 튜브 및 고전압 발생장치의 파손 또는 절연유의 누유로 인한 장비사용 불가, 심지어 사용자의 감전사고 등 여러 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은 엑스선 발생장치의 냉각을 통해 열용량을 개선하여 엑스선 장비의 연속적인 사용시간을 연장하고, 안전한 사용을 가능하게 하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 엑스선 튜브와 고전압 발생장치와 절연유로 채워진 하우징으로 구성된 모노블럭형 엑스선 발생장치; 상기 하우징의 내부에는 냉각수가 직접 순환하거나 냉각수 배관을 삽입할 수 있는 통로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해서, 의료 및 산업분야에서 사용되는 엑스선 장비의 연속적인 사용시간을 연장하여 안전한 사용이 가능하며, 엑스선 튜브 및 고전압 발생장치의 사용수명 또한 연장이 가능하여 경제적인 효과도 얻을 수 있다.

도 1a는 일반적인 모노블럭형 엑스선 발생장치를 도시하고 있다.
도 1b는 강제 공냉식을 모노블럭형 엑스선 발생장치를 도시하고 있다.
도 2는 종래의 수냉식 냉각 방법을 도시하고 있다.
도 3은 실시 예인 C-아암에서 종래의 모노블럭형 엑스선 발생장치와 순환 펌프, 라디에이터, 저장고 등의 위치를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명에서 제공하는 하우징을 도시하고 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에서 제공하는 하우징을 적용한 모노블럭형 엑스선 발생장치를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명에서 제공하는 모노블럭형 엑스선 발생장치를 실시 예에 적용한 것을 도시하고 있다.

이하, 본 발명의 엑스선 발생장치의 냉각방법을 첨부된 도 1 내지 6을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1a는 일반적인 모노블럭형 엑스선 발생장치(100)를 도시화한 것으로 모노블럭형 엑스선 발생장치(100)의 기본 형상을 확인할 수 있다.

도 1b는 강제 공냉식 방법을 도시화한 것으로 모노블럭형 엑스선 발생장치(100)에 부착된 팬(40)을 이용하여 공기를 순환시켜 모노블럭형 엑스선 발생장치(100)를 냉각시킨다.

도 2는 종래의 수냉식 냉각 방법을 도시화한 것이다.

이를 참조하여 수냉식 방법에서 냉각수의 흐름을 설명하면, 저장고 → 흡입 커플러(50) → 냉각수 배관(500) → 배출 커플러(60) → 라디에이터 → 저장고의 순이며, 모노블럭형 엑스선 발생장치(100)의 내부에 삽입된 냉각수 배관(500)을 통하여 냉각수가 순환하는 냉각방법이다.

상기에서 냉각수는 순환 펌프의 작동을 통해서 순환된다.

상기 라디에이터는 열을 흡수한 냉각수를 냉각 시키는 역할을 하며, 보다 빠르게 냉각 시키기 위하여 라디에이터 주변에 팬(40)을 부착하여 사용하기도 한다.

상기 저장고는 냉각수를 저장하고 있다.

도 2에서 도시화된 수냉식 냉각방법은 모노블럭형 엑스선 발생장치(100)를 냉각시키기 위하여 하우징 안으로 배관이 삽입되며, 상기 냉각수 배관(500)을 통하여 냉각수가 순환하면서 절연유(30)의 열을 흡수하여 냉각시킨다.

모노블럭형 엑스선 발생장치(100)의 경우, 높은 열을 발생시키는 엑스선 튜브(10)와 고전압 발생장치(20)가 하나의 하우징 안에 배치됨으로 열에 의한 부하가 집중된다.

그러나 하우징 안으로 냉각수 배관(500)을 삽입하는 만큼 모노블럭형 엑스선 발생장치(100) 내부의 절연유(30)는 감소하며, 이에 따라 절연에 대한 위험이 야기될 수 있다.

또한, 모노블럭형 엑스선 발생장치(100) 내부의 구조가 복잡해지고, 냉각수 배관(500) 또는 연결 구조물 등이 파손 또는 기밀에 문제가 발생할 경우 냉각수가 누수되어, 절연이 파괴되거나 감전사고 등이 발생할 수 있는 단점이 있다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 도 4a, 도 4b에 도시화한 것처럼 모노블럭형 엑스선 발생장치(100)의 하우징을 제작할 때, 하우징의 내부에 냉각수가 직접 순환하거나 냉각수 배관(500)을 삽입할 수 있는 통로(400)를 포함하는 것을 제안한다.

도 4a는 모노블럭형 엑스선 발생장치(100)의 내벽(300)과 외벽(200) 사이에 냉각수 배관(500)을 삽입하여 제작하거나 통로(400)를 만들어 냉각수가 직접 순환하도록 하는 냉각수 배관(500) 일체형 하우징을 제공한다.

도 4b는 모노블럭형 엑스선 발생장치(100)의 외벽(200)에 냉각수 배관(500)을 장착할 수 있도록 홈을 만들고, 상기 모노블럭형 엑스선 발생장치(100) 외벽(200) 위에 덮개를 덮어 사용할 수 있도록 하는 냉각수 배관(500) 분리형 하우징을 제공한다.

상기 덮개의 경우 하우징 외벽(200)의 홈과 대칭되는 홈을 가지며, 이 통로(400)를 통해 냉각수 배관(500)이 장착되거나, 냉각수가 직접 흐를 수 있도록 한다. 또한 상기 덮개의 경우 홈을 따로 가지고 있지 않아도, 하우징 외벽(200)에 홈을 만들었으므로 덮개를 덮은 후, 냉각수를 직접 순환 시키거나, 하우징 외벽(200)의 홈에 히트파이프를 끼워 사용할 수도 있다.

또한 상기 덮개는 O-링 또는 가스켓 등 기밀을 위한 실링 부품이 장착될 수 있는 홈을 가져 냉각수가 직접 순환되더라도 누수 등의 문제가 없도록 한다.

따라서 도 4a 내지 도 4b와 같이 하우징된 모노블럭형 엑스선 발생장치(100)를 사용한 수냉식 냉각방법에서는, 엑스선 발생장치 내부에 충분한 절연유(30)의 공급이 가능하며, 냉각수가 누수 되어도 엑스선 발생장치 내부의 절연에 대해서는 안전이 보장될 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에서 제공하는 하우징을 적용한 모노블럭형 엑스선 발생장치(100)를 도시화하고 있으며, 냉각수 배관(500)은 도 5a 및 도 5b에서처럼 모노블럭형 엑스선 발생장치(100)의 외부 전체를 감싸는 형태로 하우징되어 있다.

도 3은 종래의 수냉식 냉각 방법의 실시 예로 의료용 엑스선 진단장비인 C-아암(70)에서 사용되는 것을 도시화한 것이다.

수냉식 냉각 방법은 순환 펌프, 라디에이터, 저장고 등의 냉각시스템(600)과 모노블럭형 엑스선 발생장치(100)의 내부에 삽입된 냉각수 배관(500)을 통해 냉각수가 순환된다.

종래에는 순환 펌프, 라디에이터, 저장고 등의 냉각시스템(600)은 C-아암(70)의 본체에 위치하였고, 모노블럭형 엑스선 발생장치(100)는 C-아크에 위치하고 있었다. 상기의 경우 C-아암(70) 사용을 위하여 C-아크를 움직일 때마다 모노블럭형 엑스선 발생장치(100)와 연결된 냉각수 배관(500)과 장비의 케이블 등이 같이 움직이게 되므로 장비 사용에 있어 과도한 부하를 받을 수 있다.

또한, 모노블럭형 엑스선 발생장치(100)와 순환 펌프, 라디에이터, 저장고 등의 냉각시스템(600)에 연결된 냉각수 배관(500)의 길이가 길어질수록 냉각수의 냉각 속도가 느려지므로 효율이 낮아진다는 단점을 갖는다.

따라서, 도 6에서 도시화한 것처럼 순환 펌프, 라디에이터, 저장고 등의 냉각시스템(600)의 위치를 C-아크에 위치시켜 냉각수의 이동거리를 단순화시킴으로 종래보다 냉각 속도 단축으로 인한 냉각 효율 증가 및 C-아크를 움직일 때 발생 되는 부하를 감소시켜, 보다 원활한 장비 사용을 제공한다.

본 발명은 상기한 실시 예로 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술상의 범주를 벗어나지 않는 한, 여러 가지 다양한 형태로 변경 및 수정하는 것이 가능함은 물론이다.

그러므로, 상기한 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있음은 당 업자에게는 당연한 사항이라 할 것이다.

10 : 엑스선 튜브 20 : 고전압 발생장치
30 : 절연유 40 : 팬
50 : 흡입 커플러 60 : 배출 커플러
70 : C-아암 80 : O-RING
90 : 공기층
100 : 모노블럭형 엑스선 발생장치
200 : 모노블럭형 엑스선 발생장치의 외벽
300 : 모노블럭형 엑스선 발생장치의 내벽
400 : 모노블럭형 엑스선 발생장치 하우징 내부의 통로
500 : 냉각수 배관
600 : 순환 펌프, 라디에이터, 저장고 등의 냉각시스템(600)

Claims (3)

1. 엑스선 튜브와 고전압 발생장치가 하나의 하우징 안에 배치되는 모노블럭형 엑스선 발생장치;
   상기 엑스선 발생장치의 냉각을 위한 냉각시스템; 및
   상기 냉각시스템의 냉각수 순환을 위한 통로를 구비하는 모노블럭형 엑스선 발생장치 하우징.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 모노블럭형 엑스선 발생장치 하우징의 통로는
   냉각수 배관이 삽입되거나, 냉각수가 직접 순환할 수 있는 것을 특징으로 하는 모노블럭형 엑스선 발생장치 하우징.
   
3. 제 1항 또는 2항에 있어서
   모노블럭형 엑스선 발생장치 하우징의 통로는
   하우징 내부에 일체형으로 구비되거나,
   하우징 외부에 구비된 후 별도 덮개를 통해 분리형으로 구성될 수도 있는 것을 특징으로 하는 모노블럭형 엑스선 발생장치 하우징.

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