KR20200070095A - 냉각장치 및 냉각방법 - Google Patents

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Abstract

본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각재 저장부로부터 공급받은 냉각재를 목표 영역을 향해 분사하여 상기 목표 영역을 냉각하는 냉각 장치에 있어서, 상기 냉각재가 분사되는 분사부; 상기 냉각재의 흐름을 조절하는 밸브; 및 상기 밸브의 개방 및 폐쇄를 제어하며, 상기 목표 영역의 온도를 감소시키는 제1 냉각 모드 및 상기 목표 영역의 온도를 기 설정된 온도 범위로 유지하는 제2 냉각 모드를 순차적으로 수행하도록 제어하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.

Description

냉각장치 및 냉각방법 {Cooling device and cooling method}
본 발명은 냉각재를 이용한 냉각방법 및 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각재를 분사하여 목표 영역을 선택적으로 냉각시키는 냉각방법 및 냉각장치에 관한 것이다.
냉각을 이용한 한랭 의료 기술은 통증의 제거, 마취, 병변 제거, 여드름 치료, 색소 침착 조절, 탈모 치료, 국소적인 지방 감소, 성형 수술, 가려움증의 완화, 염증 축소, 자가 면역 반응 억제 등의 목적으로 사용되고 있다.
특히 의학 분야에서, 극저온물질(Cryogen), 아이스, 열전소자, 냉각된 공기나 물 등은 한랭 기술에 사용되는 대표적인 재료이다.
신체 조직의 열용량이 크다는 것을 감안할 때, 극저온물질에 기반한 한랭 의료 기술은 신체 조직을 냉각시키기 위한 가장 효율적인 수단이며 다양한 유형의 병변을 제거하기 위해 피부학 분야에서 활발히 논의되고 있다.
그러나 이러한 극저온물질은 온도제어가 힘들고 극저온물질 외의 냉각의 수단은 효율적으로 신체 조직을 냉각시키지 못해, 한랭 의료 기술이 여러 의학적 증상에 사용될 수 있는 임상학적 예상에도 불구하고, 현재까지 조직 절제 등 수술적 요법 외에 효과적으로 사용되고 있지 않다.
현재 한랭 의료 시술에서 가장 많이 쓰이고 있는 극저온냉각물질로 신체 조직을 냉각하는 수단에 있어, 냉각 온도의 조절은 냉각재의 단순 속도 조절 또는 냉각재와 다른 유체와의 혼합 등을 통해서 이루어지고 있는 실정이어서 넓은 범위의 온도에서 정밀한 제어가 힘들다.
예를 들어, 지금까지도 마취, 통증 완화, 여드름 치료, 피부착색 조절 및 탈모 치료 등의 의료 영역에 한랭 의료 기술을 적용하기에는 온도 제어의 정밀함이 부족하여 만족스러운 결과를 가져오고 있지 못하다.
본 발명은 보다 정밀하고 효율적인 냉각 기술을 제공함에 있고, 본 발명의 수단은 앞에서 언급한 병변의 치료에 진일보한 효과를 가져올 것으로 기대한다.
구체적으로, 본 발명은 극저온물질(냉각재로 칭함)을 신체에 적용함에 있어, 냉각재의 열역학적 상태를 제어하는 것이고 대표적으로는 Joule-Thompson 효과에 의해 정밀하게 온도를 제어할 수 있는 냉각 장치를 소개할 것이다. 특히 본 발명에 한랭 의료 기술은 적용하고자 신체 목표 영역의 온도, 목표 영역의 깊이, 목표 영역의 넓이 등을 정밀하고 신속하게 제어할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 병변세포의 효과적 파괴, 주변 정상세포의 파괴 최소화, 냉각마취, 냉각에 의한 면역활성화 등 다양한 임상효과에 요구되는 냉각조건을 안정적으로 구현할 수 있는 냉각 장치 및 냉각 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각재 저장부로부터 공급받은 냉각재를 목표 영역을 향해 분사하여 상기 목표 영역을 냉각하는 냉각 장치에 있어서, 상기 냉각재가 분사되는 분사부; 상기 냉각재의 흐름을 조절하는 밸브; 및 상기 밸브의 개방 및 폐쇄를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 냉각이 개시되면, 상기 목표 영역의 온도를 감소시키는 제1 냉각 모드 및 상기 목표 영역의 온도를 기 설정된 온도 범위로 유지하는 제2 냉각 모드를 순차적으로 수행하도록 제어하며, 상기 제1 냉각 모드를 수행할 때의 상기 목표 영역의 시간에 따른 온도 기울기의 절대값은, 상기 제2 냉각 모드를 수행할 때의 상기 목표 영역의 시간에 따른 온도 기울기의 절대값에 비해 큰, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각재 저장부로부터 공급받은 냉각재를 목표 영역을 냉각하는 냉각 장치에 있어서, 상기 목표 영역을 향해 상기 냉각재가 분사하는 분사부; 상기 냉각재의 흐름을 조절하는 밸브; 상기 밸브의 개방 및 폐쇄를 제어하는 제어부; 및 감지 영역에서 방사되는 적외선의 세기를 열로 변환하고, 상기 변환된 열을 감지하여 상기 감지 영역의 평균 온도를 확인하는 온도센서;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 분사부를 통해 상기 냉각재가 분사될 때, 상기 온도센서를 통해 상기 감지 영역의 평균 온도를 확인하고-상기 감지 영역은, 상기 냉각재가 분사되는 영역에 포함되며, 상기 목표 영역의 최저 온도 지점을 포함함-, 상기 감지 영역의 온도가 기 설정된 온도 이하인 경우, 상기 밸브의 단위 시간당 개방 시간을 감소시키는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 냉각 장치 및 냉각 방법에 의해 나타나는 효과는 다음과 같다.
냉각재 분사부에 인접한 위치에서 냉각재의 압력을 지속적으로 유지함을 통해 빠른 동적반응을 가지고 냉각재가 미리 설정한 열역학적 상태에 도달할 수 있다. 또한, 냉각재의 열역학적 상을 시술부위에 분사되기 직전에 제어하여 시술부위에 분사되는 냉각재의 온도가 원하는 온도로 조절된 채로 분사될 수 있는 효과가 있다. 또한, 냉각목표부위 이외의 시술부위에 열을 제어함으로써, 목표 영역 외에서 과도한 냉각이 일어나지 않게 할 수 있는 효과를 가진다.
이러한 냉각재의 온도를 빠르게 제어하는 동시에 냉각부위를 통제함을 통해, 다양한 임상효과, 예를 들어, 냉각마취, 면역활성화를 이용한 병변세포치료, 정상세포 파괴를 최소화한 병변세포 사멸치료, 또는 다양한 임상효과를 복합적으로 조합한 치료, 예를 들어, 냉각마취에 해당하는 냉각조건을 먼저 적용한 후 통증이 최소화된 상태에서 수행하는 병변세포 사멸치료 등의 다양한 치료 프로토콜을 위한 냉각프로토콜을 안정적으로 구현할 수 있는 효과를 가진다.
도 1 은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 구조를 설명하지 위한 도면이다.
도 4는 본 출원의 제1 실시예에 따른 냉각 장치(10000)를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 출원의 제1 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 단면도이다.
도 6 은 본 출원의 다른 실시예에 따른 천공 구조(7100)를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은 본 출원의 다른 실시예에 따른 천공 구조(7100) 및 냉각재한정저장부(7210)를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 출원의 제2 실시예에 따른 냉각 장치(10000)를 포함하는 냉각 시스템(1)을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 시스템(1)을 도시한 것이다.
도 10은 본 출원의 제2 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 단면도 이다.
도 11은 본 출원의 다른 실시예에 따른 냉각재냉각부(3200)를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 냉각 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 출원의 일 실시예에 따른 노즐부(4100)의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 14 는 본 출원의 다른 실시예에 따른 노즐부(4100)의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 15 는 본 출원의 또다른 실시예에 따른 노즐부(4100)의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 16 및 17은 본 출원의 일 실시예에 따른 노즐부(4100)에 있어서, 상기 에어로핀(4150)의 이동에 따른 냉각재 분사 영역의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 가이드부(4210)를 설명하기 위한 도면이다.
도 19 및 20은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각제한부(4500)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각완화부(4600)를 설명하기 위한발명의 도면이다.
도 22는 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 1회의 냉각 동작을 수행하는 동안 두가지 냉각 모드로 동작하는 경우, 목표 영역(TR)에서의 온도 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 1회의 냉각 동작을 수행하는 동안 두가지 냉각 모드로 동작하는 경우, 밸브(2100)의 제어 방법에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 본 출원의 일 실시예에 따른 목표 영역(TR)의 온도에 기초하여 피드백 냉각 제어를 수행하는 냉각 장치(10000)를 설명하기 위한 도면이다.
도 25는 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 감지 영역(DR)의 온도와 기 저장된 임계값을 비교하여 목표 영역(TR)의 피드백 냉각 제어를 수행하는 경우, 목표 영역(TR)의 온도 그래프를 도시한 것이다.
도 26은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 목표 영역(TR)을 냉각하는 경우에, 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물의 표면의 온도 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 27은 본 출원의 일 실시예에 따른 저장부(1100)의 냉각재 온도에 따른 제어를 수행하는 냉각 장치(10000)를 설명하기 위한 도면이다.
도 28은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 29는 본 출원의 일 실시예에 따른 복사에너지제공부(4230)를 설명하기 위한 도면이다.
도 30 내지 32는, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 복사에너지를 방출하여 목표 영역(TR)은 냉각되고, 목표 영역(TR) 주변부의 과도한 냉각은 방지하는 것을 확인하기 위한 실험 및 결과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서는 냉각재를 사용하는 한랭 의료 기술을 제시함에 있어서 크게 안구와 안구 외의 신체 조직을 마취 또는 치료하는 제품 및 기술을 설명할 것이다.
안구에 주사를 시술(Intravitreal injection)하거나 라식 또는 라섹 등의 시력 교정술을 진행하기 위해서는 먼저 환자의 안구를 마취시킬 필요가 있다. 마취제의 경우 마취제가 통감 신경에 도달하기까지 시간이 걸린다는 한계 및 화학물질의 확산이 잘 안될 가능성으로 인해 마취 효과가 미비할 수 있다. 이를 효과적으로 보완하기 위해 본 발명은 냉각재를 안구에 분사하여 안구 주사 시술 및 시력교정술 등을 시행하기 전에 안구를 마취시킬 수 있는 장치 및 방법을 제안한다.
특히, 안구 마취의 경우 주사가 삽입되는 부분만을 효과적으로 마취하기 위한 정밀성과 환자가 마취된 이후 주된 의료시술을 받기 위한 대기 시간을 줄이고자 신속성이 요구된다. 안구 마취의 정밀한 제어를 위해 의사는 사용이 간편하고 휴대성이 높은 의료기기에 대한 요구도가 높으며, 따라서 마취를 하기 위한 냉각재는 의사의 사용성을 방해하지 않도록 소량으로 의료기기 내에 탑재될 필요가 있다.
본 발명에서 제안하는 소량의 냉각재를 보관하는 용기 또는 카트리지 타입의 냉각재 제품을 적용하는 장치는 높은 휴대성을 가지고 있으며, 냉각재의 소모 시 교체가 용이하도록 설계되어 있다.
반면, 안구 이외 피부 등의 신체에 한랭 의료 기술을 적용할 경우는 한 환자당 다수회의 시술을 진행해야 하는 특성상 소모되는 냉각재의 양이 매우 많다. 이러한 경우 의료기기에 탈부착되어 교체되는 냉각재 제품은 빠른 냉각재의 소모로 인하여 의사의 사용성을 저해할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 냉각 장치 외부의 용량이 큰 냉각재 저장장치 등으로부터 냉각재를 공급받아 여러 번 시술하더라도 교체의 필요성이 적은 방식의 냉각 장치 또한 개시할 것이다.
상기 두가지 타입의 냉각 장치는 병변 및 의사의 선호도에 따라 선택적으로 적용할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 상호 배타적이지 않다.
본 출원의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 출원은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 또한, 구성요소(element) 또는 층이 다른 구성요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성요소 또는 층의 바로 위 뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명하며, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 출원과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2, 제11, 제12, 제21, 제22 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 이하의 실시예에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것으로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 막, 영역, 구성요소들 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다. 예컨대, 본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등이 전기적으로 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소 등이 직접 전기적으로 연결된 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 간접적으로 전기적 연결된 경우도 포함한다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각재 저장부로부터 공급받은 냉각재를 목표 영역을 향해 분사하여 상기 목표 영역을 냉각하는 냉각 장치에 있어서, 상기 냉각재가 분사되는 분사부; 상기 냉각재의 흐름을 조절하는 밸브; 및 상기 밸브의 개방 및 폐쇄를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 냉각이 개시되면, 상기 목표 영역의 온도를 감소시키는 제1 냉각 모드 및 상기 목표 영역의 온도를 기 설정된 온도 범위로 유지하는 제2 냉각 모드를 순차적으로 수행하도록 제어하며, 상기 제1 냉각 모드를 수행할 때의 상기 목표 영역의 시간에 따른 온도 기울기의 절대값은, 상기 제2 냉각 모드를 수행할 때의 상기 목표 영역의 시간에 따른 온도 기울기의 절대값에 비해 큰, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 목표 영역의 과도한 냉각을 방지하기 위해, 상기 제1 냉각 모드 및 상기 제2 냉각 모드를 수행하는 동안 밸브가 개방 및 폐쇄를 반복하도록 제어하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 냉각 모드에서 상기 밸브를 제1 시간동안 개방하고, 제2 시간동안 폐쇄하는 동작을 반복하도록 제어하고, 상기 제2 냉각 모드에서 상기 밸브를 제3 시간동안 개방하고, 제4 시간동안 폐쇄하는 동작을 반복하도록 제어하되, 상기 제1 시간은 상기 제3 시간과 동일하고, 상기 제2 시간은 상기 제4 시간에 비해 짧도록 하여, 상기 제1 냉각 모드에서의 냉각 속도가 상기 제2 냉각 모드에서의 냉각 속도에 비해 빠르도록 제어하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 냉각 모드에서 상기 밸브를 제1 시간동안 개방하고, 제2 시간동안 폐쇄하는 동작을 제5 시간동안 반복하도록 제어하고, 상기 제2 냉각 모드에서 상기 밸브를 제3 시간동안 개방하고, 제4 시간동안 폐쇄하는 동작을 제6 시간동안 반복하도록 제어하되, 상기 냉각 장치에 의한 냉각 시술을 받는 피시술자의 고통을 최소화하기 위해, 상기 제5 시간이 상기 제6 시간에 비해 짧도록 상기 밸브를 제어하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 분사부는, 상기 냉각재를 분사하는 노즐부; 및 상기 노즐부로 분사된 냉각재의 분사 영역을 한정하는 가이드부;를 포함하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 냉각 모드 및 상기 제2 냉각 모드를 수행한 이후, 냉각을 종료하기 이전에 제3 냉각 모드를 수행하도록 상기 밸브를 제어하며, 상기 제3 냉각 모드에서, 상기 가이드부와 상기 목표 영역 사이의 분리를 위해 상기 목표 영역이 상기 기 설정된 온도 범위에 비해 높은 온도가 되도록 상기 밸브를 제어하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 가이드부는 탄성력을 가지는 적어도 일 영역을 포함하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 가이드부는 상기 목표 영역과 접촉하는 일측이 사선 형상을 가지며, 상기 냉각 장치와 접촉하는 일측에 냉각재 배출을 위한 주변홀을 포함하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부의 전기적 신호를 인가받아 냉각재를 가열하는 분사온도조절부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 냉각 모드 및 상기 제2 냉각 모드에서 상기 밸브가 개방되도록 제어하되, 상기 제2 냉각 모드에서 상기 분사온도조절부가 상기 분사되는 냉각재를 가열하도록 제어하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 분사온도조절부는, 열전소자인, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 목표 영역의 온도를 감지하는 온도센서;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 목표 영역의 온도에 기초하여 상기 제2 냉각 모드의 수행을 개시하도록 제어하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 목표 영역의 온도가 목표 냉각 온도에 도달하여 기설정된 시간이 도과하였는지 여부에 기초하여, 상기 제2 냉각 모드를 종료하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각재 저장부로부터 공급받은 냉각재를 목표 영역을 냉각하는 냉각 장치에 있어서, 상기 목표 영역을 향해 상기 냉각재가 분사하는 분사부; 상기 냉각재의 흐름을 조절하는 밸브; 상기 밸브의 개방 및 폐쇄를 제어하는 제어부; 및 감지 영역에서 방사되는 적외선의 세기를 열로 변환하고, 상기 변환된 열을 감지하여 상기 감지 영역의 평균 온도를 확인하는 온도센서;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 분사부를 통해 상기 냉각재가 분사될 때, 상기 온도센서를 통해 상기 감지 영역의 평균 온도를 확인하고-상기 감지 영역은, 상기 냉각재가 분사되는 영역에 포함되며, 상기 목표 영역의 최저 온도 지점을 포함함-, 상기 감지 영역의 온도가 기 설정된 온도 이하인 경우, 상기 밸브의 단위 시간당 개방 시간을 감소시키는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 분사부는, 상기 냉각재가 상기 목표 영역 방향으로 분사되는 자유젯트 및 상기 냉각재가 상기 목표 영역을 포함하는 피시술물과 충돌하여 상기 자유젯트와 상이한 방향으로 방사되는 스프레드젯트를 포함하도록 냉각재를 분사하여, 상기 피시술물의 표면에는, 가상의 등온선을 기준으로, 적어도 최저 온도를 가지는 영역을 포함하는 중심냉각영역, 최고 온도를 가지는 영역을 포함하는 비냉각영역, 상기 중심냉각영역의 최고 온도와 상기 비냉각영역의 최저 온도의 사이 온도를 가지는 영역을 포함하는 경계영역이 형성되고, 상기 제어부는 상기 경계영역에 포함되는 감지 영역의 온도에 기초하여 상기 밸브를 제어하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 중심냉각영역은, 상기 최저 온도을 기준으로 중심임계온도 이내의 차이를 가지는 영역을 포함하고, 상기 경계영역은, 상기 중심냉각영역의 최고 온도를 기준으로 경계임계온도 이내의 차이를 가지는 영역을 포함하고, 상기 비냉각영역은, 상기 최고 온도를 기준으로 비냉각임계온도 이내의 차이를 가지는 영역을 포함하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 중심임계온도, 상기 경계임계온도 및 상기 비냉각임계온도는 동일한 온도이며, 상기 중심임계온도, 상기 경계임계온도 및 상기 비냉각임계온도는 상기 피시술물의 최고 온도와 상기 피시술물의 최저 온도의 차를 3으로 나눈 값인, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 감지 영역의 외형은 상기 중심냉각영역의 외형에 비해 이심률이 큰, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는 상기 중심냉각영역에 포함되는 감지 영역의 온도에 기초하여 상기 밸브를 제어하되, 상기 감지 영역은 상기 비냉각영역을 포함하지 않는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 감지 영역의 온도가 제1 임계 온도 이하인 경우, 상기 밸브의 단위 시간당 개방 시간을 감소시키고, 상기 감지 영역의 온도가 제2 임계 온도 이상인 경우, 상기 밸브의 단위 시간당 개방 시간을 증가시키고, 상기 제1 임계 온도는 상기 제2 임계 온도에 비해 작은, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 밸브가 제1 시간동안 개방되고, 제2 시간동안 폐쇄되며, 상기 개방 및 폐쇄를 제3 시간동안 반복하는 형태로 제어되는 경우, 상기 제2 시간을 증가시키는 형태로 상기 밸브의 단위 시간당 개방 시간을 감소시키는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각재 저장부로부터 공급받은 냉각재를 목표 영역을 향해 분사하여 상기 목표 영역을 냉각하는 냉각 장치에 있어서, 상기 냉각재가 분사되는 노즐부; 상기 냉각재의 흐름을 조절하는 밸브; 및 상기 밸브의 개방 및 폐쇄를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 제1 냉각 모드 및 상기 제1 냉각 모드에 비해 단위 시간당 밸브의 개방시간이 짧은 제2 냉각 모드를 수행하도록 제어하되, 상기 냉각재 저장부에 저장된 냉각재에 관한 정보에 기초하여, 상기 제1 냉각 모드 및 상기 제2 냉각 모드 중 하나의 냉각 모드를 선택적으로 수행하도록 제어하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는 상기 냉각재 저장부에 저장된 냉각재의 잔류량이 기설정된 수치 이하인 경우, 상기 제1 냉각 모드로 동작하도록 제어하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 냉각 모드 또는 상기 제2 냉각 모드를 수행한 이후, 냉각 모드 수행 횟수를 카운팅하고, 상기 냉각 모드 수행 횟수에 기초하여 상기 냉각재 저장부에 저장된 냉각재의 잔류량이 기설정된 수치 이하인지 여부를 확인하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각재 저장부가 수용되는 냉각재 저장부 수용부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 냉각재 저장부 수용부에 상기 냉각재 저장부가 수용되면, 상기 냉각 모드 수행 횟수를 리셋하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 냉각 모드 및 상기 제2 냉각 모드를 수행하도록 제어하는 제1 제어 모듈;및 상기 냉각재 저장부에 저장된 냉각재의 정보를 확인하도록 제어하는 제2 제어 모듈;을 포함하고, 상기 냉각 장치는, 상기 제1 제어 모듈에 전원을 공급하는 제1 전원; 및 상기 제2 제어 모듈에 전원을 공급하는 제2 전원;을 더 포함하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 목표 영역의 과도한 냉각을 방지하기 위해, 상기 제1 냉각 모드 및 상기 제2 냉각 모드를 수행하는 동안 밸브가 개방 및 폐쇄를 반복하도록 제어하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 냉각 모드에서 상기 밸브를 제1 시간동안 개방하고, 제2 시간동안 폐쇄하는 동작을 반복하도록 제어하고, 상기 제2 냉각 모드에서 상기 밸브를 제3 시간동안 개방하고, 제4 시간동안 폐쇄하는 동작을 반복하도록 제어하되, 상기 제1 시간은 상기 제3 시간과 동일하고, 상기 제2 시간은 상기 제4 시간에 비해 짧도록 하여, 상기 제1 냉각 모드에서의 단위 시간당 밸브의 개방시간이 상기 제2 냉각 모드에 비해서 길도록 제어하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 냉각 모드에서 상기 밸브를 제1 시간동안 개방하고, 제2 시간동안 폐쇄하는 동작을 제5 시간동안 반복하도록 제어하고, 상기 제2 냉각 모드에서 상기 밸브를 제3 시간동안 개방하고, 제4 시간동안 폐쇄하는 동작을 제6 시간동안 반복하도록 제어하되, 상기 제1 시간은 상기 제3 시간과 동일하고, 상기 제2 시간은 상기 제4 시간에 비해 짧고, 상기 제5시간이 상기 제6 시간에 비해 길도록 하여, 상기 제1 냉각 모드에서의 단위 시간당 밸브의 개방시간 및 총 밸브의 개방시간이 상기 제2 냉각 모드에 비해서 길도록 제어하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 냉각재 저장부에 저장된 냉각재의 온도가 기설정된 수치 이상인 경우, 상기 제1 냉각 모드로 동작하도록 제어하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 분사되는 냉각재와 관련된 온도를 감지하는 제1 온도센서; 및 상기 냉각 장치가 사용되는 외부의 환경과 관련된 온도를 감지하는 제2 온도센서;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 온도센서의 감지값 및 상기 제2 온도센서의 감지값에 기초하여, 상기 냉각재 저장부에 저장된 냉각재의 온도가 기설정된 수치 이상인지 여부를 확인하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제1 온도센서는 상기 노즐부와 접촉하여 상기 노즐부의 온도를 측정하고, 상기 제2 온도센서는 상기 노즐부 및 상기 냉각재의 유동 통로로부터 이격되어, 상기 냉각 장치가 사용되는 외부의 온도를 측정하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각재 저장부로부터 공급받은 냉각재를 목표 영역을 향해 분사하여 상기 목표 영역을 냉각하는 냉각 장치에 있어서, 상기 냉각재가 분사되는 분사부; 상기 냉각재의 흐름을 조절하는 밸브; 상기 목표 영역과 관련된 영역에 복사에너지(Radiant Energy)를 제공하는 복사에너지제공부; 및 상기 밸브의 개방 및 폐쇄를 제어하여, 상기 목표 영역이 목표온도로 냉각되도록 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 목표온도에 상응하는 영역의 크기가 상기 복사에너지제공부에 의한 상기 복사에너지의 제공이 수행되지 않는 경우에 비해 감소되도록, 상기 밸브를 통과한 냉각재가 상기 목표 영역으로 분사되는 동안, 상기 복사에너지제공부를 통해 방출되는 복사에너지가 상기 목표 영역 외부의 적어도 일부 영역을 가열하도록 제어하고, 상기 목표 영역을 포함하는 피시술물의 표면에서의 최저 온도 지점은 상기 복사에너지제공부를 통해 방출되는 복사에너지에 의한 가열이 발생되지 않는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 분사부는 냉각재분사영역의 온도가 상기 피시술물의 기존 온도에 비해 낮은 온도를 가지도록 냉각재를 분사하고, 상기 복사에너지제공부는 상기 복사에너지제공부에 의한 복사에너지제공영역의 평균온도가 상기 목표 영역의 평균온도에 비해 높도록 복사에너지를 제공하고, 상기 냉각재분사영역의 최저온도지점은, 상기 복사에너지제공영역과 중첩되지 않는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 분사부는, 상기 냉각재가 상기 목표 영역으로 분사되는 자유젯트 및 상기 냉각재가 상기 목표 영역을 포함하는 피시술물과 충돌하여 상기 자유젯트와 상이한 방향으로 방사되는 스프레드젯트를 포함하도록 냉각재를 분사하여, 상기 피시술물의 표면에는, 가상의 등온선을 기준으로, 적어도 최저 온도를 가지는 영역을 포함하는 중심냉각영역, 최고 온도를 가지는 영역을 포함하는 비냉각영역, 상기 중심냉각영역의 최고 온도와 상기 비냉각영역의 최저 온도의 사이 온도를 가지는 영역을 포함하는 경계영역이 형성되고, 상기 복사에너지제공부는 상기 중심냉각영역을 둘러싸도록 복사에너지를 제공하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 밸브를 통과한 냉각재가 상기 목표 영역으로 분사되는 동안, 상기 복사에너지제공부를 통해 방출되는 복사에너지가 상기 목표 영역 및 상기 목표 영역의 외부 영역에 제공되도록 하되, 상기 목표 영역의 냉각현상과 상기 복사에너지제공부의 가열현상의 병합으로, 상기 피시술물의 표면에서의 최저 온도 지점은 상기 복사에너지제공부를 통해 방출되는 복사에너지에 의한 가열이 발생되지 않는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 복사에너지제공부를 통해 방출되는 복사에너지가 상기 목표 영역 및 상기 목표 영역의 외부 영역에 제공되어, 상기 목표온도에 상응하는 영역이 원형상에 대응되는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 복사에너지제공부는, 복사에너지를 방출하는 광원; 및 상기 광원으로부터 방출된 복사에너지를 기 결정된 광 경로를 따라 가이딩하는 광가이드부;를 포함하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 광원은, 레이저(Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation) 방출 장치인, 냉각 장치가 제공될 수 있다.　
상기 제어부는, 상기 목표 영역의 과도한 냉각을 방지하기 위해, 밸브가 냉각을 수행하는 동안 개방 및 폐쇄를 반복하도록 제어하고, 상기 복사에너지제공부가, 상기 밸브의 개방 및 폐쇄와 무관하게, 냉각을 수행하는 동안 복사에너지를 제공하도록 제어하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 분사부는 상기 피시술물의 표면을 기준으로 수직방향으로 냉각재를 분사하며, 상기 복사에너지제공부는 상기 피시술물의 표면을 기준으로 상기 분사부와는 다른 방향으로 복사에너지를 제공하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 밸브를 제어하여, 상기 피시술물의 표피 및 진피가 냉각되도록 기설정된 시간동안 냉각을 수행하되, 상기 복사에너지제공부를 제어하여, 상기 피시술물의 표피를 가열하도록 냉각이 수행되는 시간동안 복사에너지를 제공하는, 냉각 장치가 제공될 수 있다.
<냉각 장치(10000)>
본 출원의 일 실시예에 따르는 냉각 장치(10000)는 복사(radiation), 전도(conduction) 및/또는 대류(convection) 중 적어도 하나의 현상이 일어나는 환경에서 목표 영역(target region: TR)의 온도를 낮추는 데에 이용되는 장치일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르는 냉각 장치(10000)는 기체(gas), 액체(liquid) 및/또는 고체(solid) 상(phase)의 물질(예, 냉각재)을 분사하여 목표 영역(TR)에의 온도를 낮추는 장치일 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각재를 분사하고, 상기 냉각재는 상기 목표 영역(TR)과 접촉할 수 있다. 상기 목표 영역(TR)과 상기 냉각재의 접촉을 통해 전도(conduction)에 의한 열 전달이 발생할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 상술한 과정을 통해 목표 영역(TR)의 적어도 일 부분을 냉각할 수 있다.
다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각재를 분사하고, 상기 냉각재는 상기 목표 영역(TR)의 일 영역 상을 유동할 수 있다. 상기 목표 영역(TR)에서는 상기 냉각재의 유동을 통해 대류(convention)에 의한 열 전달이 발생할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 상술한 과정을 통해 목표 영역(TR)의 적어도 일 부분을 냉각할 수 있다.
또 다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각재를 분사하고, 상기 냉각재는 상기 목표 영역(TR)상에 잔류할 수 있다. 상기 목표 영역(TR)에서는 잔류한 냉각재 중 일부는 상변화에 의해 열 전달이 발생할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어, 상기 액체상의 냉각재가 상기 목표 영역(TR)에 잔류하다 기체로 상변화를 수행하는 경우, 상기 냉각재는 상기 목표 영역(TR)으로부터 증발열 또는 승화열에 상응하는 열을 전달받아, 상기 목표 영역(TR)을 냉각할 수 있다.
상술한 과정은 동시에 일어날 수 있고, 순차적으로 일어날 수 있으며, 적어도 하나의 현상만 발생할 수 도 있다. 또한, 이에 한정되지 않고, 상기 냉각 장치(10000)는 당업자에게 용이한 범주에서 다양한 방식을 이용하여 목표 영역(TR)을 냉각시킬 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)에 대한 냉각을 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 목표 영역(TR)은 사람의 신체와 관련된 일 영역일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 목표 영역(TR)은 상기 표피에 위치하는 각질층, 과립층, 유극층 및/또는 기저층 등일 수 있다. 다른 구체적인 예를 들어, 상기 목표 영역(TR)은 진피에 위치하는 땀샘, 모낭, 피지샘 및/또는 지방층 등일 수 있다. 다른 구체적인 예를 들어, 상기 목표 영역(TR)은 구강 점막, 눈 점막(결막) 등일 수 있다. 또 다른 구체적인 예를 들어, 상기 목표 영역(TR)은 표피조직, 상피조직, 결합조직, 연골조직, 골조직, 혈액, 임파, 근조직 및/또는 신경조직 등을 포함하는 조직(tissue)일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 다양한 분야에서 활용 될 수 있다. 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)에의 냉각을 수행하여 목표 영역(TR)에의 마취 효과를 유도하기 위해 이용되거나, 병변세포의 효과적 파괴를 위해 이용될 수 있다. 또는, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)에의 냉각을 수행하여 국소부위의 지방 감소, 피부 노화의 개선, 가려움증의 완화, 염증의 감소, 자가 면역 반응 억제 등의 효과를 유도할 수 있다. 또는, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)에의 냉각을 수행하여 저색소침착 효과를 유발하여, 기미 또는 주근깨와 같은 과색소침착을 제거하거나 개선할 수 있다.
이에 한정되지 않고, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각조건을 안정적으로 구현하여 다양한 임상효과를 발생시키기 위해 이용될 수 있다.
본 출원의 해결하고자 하는 일 과제는, 정밀한 냉각 제어를 수행할 수 있는 냉각 장치(10000)를 제공하는 것이다.
이하에서는, 본 출원의 일 실시예에 따르는 냉각 장치(10000)에 대해서 설명하기로 한다.
1. 냉각 장치(10000)의 구성요소
도 1 은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 냉각재공급부(1000), 유량조절부(2000), 냉각재상태조절부(3000), 분사부(4000), 제어부(5000) 및 센서부(6000)를 포함할 수 있다.
다만, 위의 기재는 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 위의 구성요소를 포함할 수 있다는 것을 명확히 개시하는 것일 뿐, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 형태가 상기 냉각 장치(10000)의 구성요소 중 적어도 하나의 구성요소는 제거된 장치이거나, 상기 냉각 장치(10000)의 구성요소 이외의 다른 구성을 더 포함하는 장치이거나, 상기 냉각 장치(10000)의 일부 구성요소가 복수개 포함되는 장치일 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 보다 구체적인 이해를 위하여, 냉각재공급부(1000), 유량조절부(2000), 냉각재상태조절부(3000), 분사부(4000), 제어부(5000) 및 센서부(6000)의 기능, 구조 및 구체적인 실시 태양에 대해서 설명하기로 한다.
1.1 냉각재공급부(1000)(coolant supply unit)
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각재공급부(1000)는 냉각재를 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 냉각재공급부(1000)는 상기 냉각 장치(10000)를 유동하는 냉각재를 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 냉각재공급부(1000)는 상기 유량조절부(2000), 냉각재상태조절부(3000) 및/또는 분사부(4000)를 유동하는 냉각재를 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 냉각재는 기체(gas) 또는 액체(liquid) 및/또는 고체(solid) 상일 수 있다. 다시 말해, 상기 냉각재는 기체(gas)상일 수 있고, 액체(liquid)상일 수 있고, 고체(solid) 상일 수 있으며, 적어도 둘 이상의 상의 냉각재가 함께 분포하는 혼합물일 수 있다.
상기 냉각재는 상압에서 분사될 때 Joule-Thompson 효과에 의한 냉각을 수행할 수 있는 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 냉각재는 질소(N2), 아산화질소(N2O), 이산화탄소(CO2) 등일 수 있다. 다만, 상기 냉각재가 본 출원에서 개시하는 물질에 한정되는 것은 아니고, 상기 냉각재는 당업자가 냉각재로 이용하는 일반적인 물질에 대응될 수 있음은 물론이다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각재공급부(1000)는 냉각재를 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 냉각재공급부(1000)는 상기 냉각 장치(10000)에 냉각재를 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 냉각재공급부(1000)는 상기 유량조절부(2000), 냉각재상태조절부(3000) 및/또는 분사부(4000)에 냉각재를 공급하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각재공급부(1000)는 냉각 장치(10000)의 구성요소 중 적어도 일부 영역으로 냉각재가 이동하도록, 냉각재를 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 일 예로, 냉각재는 중력의 영향을 받아 냉각재공급부(1000)로부터 냉각 장치(10000)의 구성요소 중 적어도 일부 영역으로 이동할 수 있다. 다른 예로, 냉각재는 압력차의 영향을 받아 냉각재공급부(1000)로부터 냉각 장치(10000)의 구성요소 중 적어도 일부 영역으로 이동할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각재공급부(1000)는 냉각 장치(10000)에 형성된 유로 중 일단에 위치할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각재공급부(1000)는 냉각 장치(10000)에 형성된 유로를 기준으로 분사부(4000)로부터 이격된 위치에 위치할 수 있다. 상기 냉각재공급부(1000)는 냉각 장치(10000)에 형성된 유로를 기준으로 분사부(4000)로부터 가장 이격된 위치에 위치할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각재공급부(1000)는 저장부(1100)를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 저장부(1100)는 냉각재를 임의의 시간동안 보관하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 저장부(1100)는 냉각재를 임의의 시간동안 보유하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 저장부(1100)는 냉각재를 임의의 시간동안 수용하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 저장부(1100)는 냉각재를 임의의 시간동안 저장하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 저장부(1100)는 상대적으로 고압의 환경이 조성되어 있을 수 있다. 상기 저장부(1100)는 대기압(atmospheric pressure)에 비해 고압의 환경이 조성되어 있을 수 있다. 상기 저장부(1100)는 상기 유량조절부(2000), 냉각재상태조절부(3000) 및/또는 분사부(4000)에 비해 고압의 환경이 조성되어 있을 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 의할 때, 상기 저장부(1100)는 CO2를 보관할 수 있고, 이때 1~150bar의 압력을 가지는 환경이 조성되어 있을 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 저장부(1100)는 3~100bar의 압력을 가지는 환경이 조성되어 있을 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 저장부(1100)는 5~80bar의 압력을 가지는 환경이 조성되어 있을 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 저장부(1100)는 20~70bar의 압력을 가지는 환경이 조성되어 있을 수 있다.
상기 저장부(1100)는 내압특성을 가질 수 있다. 상기 저장부(1100)는 저장되는 냉각재의 압력을 견딜 수 있도록 구현될 수 있다. 상기 저장부(1100)는 물질, 두께 및/또는 용접방법을 적절히 선택하여 내압특성을 가지도록 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 저장부(1100)는 금속으로 형성될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 저장부(1100)는 스틸 또는 스테인리스스틸로 형성될 수 있다. 다른 예로, 상기 저장부(1100)는 복합재로 형성될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 저장부(1100)는 탄소섬유를 포함한 복합재로 형성될 수 있다.
상기 저장부(1100)는 냉각재를 수용하는 탱크일 수 있다. 상기 저장부(1100)는 냉각재를 수용하는 카트리지일 수 있다. 상기 저장부(1100)는 냉각재를 수용하는 통상의 봄베일 수 있다. 예시적으로, 상기 저장부(1100)는 그 내부에 저온 고압의 액화 질소(N2) 또는 이산화탄소(CO
Figure pat00001
) 등을 수용하는 탱크일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상기 저장부(1100)로부터의 냉각재의 유출이 방지되는 구조로 제공될 수 있다.
일 예로, 상기 저장부(1100)에는 유출을 방지하는 구조가 형성되어 있을 수 있다. 상기 저장부(1100)는 저장되어 있는 냉각재가 유출되지 않도록 폐쇄하는 구조가 형성되어 있을 수 있다. 상기 저장부(1100)는 저장되어 있는 냉각재가 유출되어야 하는 시점에 유출되도록 개방 및 폐쇄 동작을 수행하는 구조가 형성되어 있을 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 저장부(1100)에는 저장되어 있는 냉각재가 선택적으로 유출되도록하는 밸브(2100)가 구비되어 있을 수 있다. 상기 밸브(2100)는 사용자의 수동 조작에 의해 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 또는, 상기 밸브(2100)는 특정 신호에 응답하여 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 이 때, 상기 밸브(2100)는 전기적 신호에 응답하여 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 또는, 상기 밸브(2100)는 유체에 의한 압력 변화에 응답하여 개방되거나 폐쇄될 수 있다.
다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 저장부(1100)로부터 지속적으로 냉각재가 유출되는 형태로 제공되되, 상기 저장부(1100)와 유체가 이동가능하도록 연결된 냉각재의 구성요소에 냉각재 유출을 폐쇄하는 구조가 형성되어 있을 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)의 상기 저장부(1100)와 상기 유량조절부(2000)는 유체가 이동 가능하도록 연결될 수 있고, 상기 유량조절부(2000)의 냉각재의 유출 폐쇄 구조에 의해 상기 저장부(1100)에 저장된 냉각재의 지속적인 유출이 방지될 수 있다. 또는, 상기 냉각 장치(10000)는 저장부(1100)와 상기 유량조절부(2000) 사이에 형성되는 도관을 가질 수 있고, 상기 도관과 상기 저장부(1100)는 냉각재의 유실을 방지하는 오링(O-ring)을 통해 연결되어, 냉각재의 유출이 방지될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)는 저장부수용부(1300)를 포함할 수 있다. 상기 저장부수용부(1300)는 상기 저장부(1100)가 상기 냉각 장치(10000)에 설치되었을 때 상기 저장부(1100)의 이격을 방지하도록 형성된 하우징(housing)일 수 있다.
상기 저장부수용부(1300)에 대해서는, 이하에서 설명하는 실시예들을 통하여 보다 명확히 이해될 것이다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각재공급부(1000)는 전달부(1200)를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 전달부(1200)는 외부로부터 냉각재를 유입받아 냉각 장치(10000)에 냉각재를 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 전달부(1200)는 상기 냉각 장치(10000)의 외부에 위치한 탱크로부터 냉각재를 유입받아 냉각 장치(10000)에 냉각재를 공급하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 전달부(1200)는 상기 냉각 장치(10000)가 외부로부터 유체를 유입받을 수 있는 통로를 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 전달부(1200)는 상기 냉각 장치(10000)의 외부로부터 냉각재를 공급받아, 상기 냉각 장치(10000)의 적어도 일 구성요소로 상기 냉각재를 전달하는 기능을 수행할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 전달부(1200)는 상기 냉각 장치(10000)와 물리적으로 이격되어 있는 탱크(tank)로부터 배출되는 냉각재가 상기 냉각 장치(10000) 내부로 유입될 수 있도록 하는 통로를 제공할 수 있다. 상기 탱크로부터 배출되는 냉각재는 상기 전달부(1200)를 통과하여 상기 유량조절부(2000), 상기 냉각재상태조절부(3000) 및/또는 상기 분사부(4000) 중 적어도 하나의 공간으로 이동할 수 있다.
상기 전달부(1200)는 내압특성을 가질 수 있다. 상기 전달부(1200)는 상기 전달부(1200)를 통과하는 냉각재가 유출되지 않도록 상기 통과하는 냉각재의 압력을 견딜 수 있도록 구현될 수 있다. 상기 전달부(1200)는 물질, 두께 및/또는 용접방법을 적절히 선택하여 내압특성을 가지도록 형성될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 상기 전달부(1200)는 내후성 및/또는 내열성을 가질 수 있다. 상기 전달부(1200)는 상기 전달부(1200)를 통과하는 냉각재의 온도가 급격하게 변동되는 것을 방지하기 위해, 내열성을 가진 물질로 구현될 수 있다. 상기 전달부(1200)는 외부 수분등과 접촉하여 녹스는 것을 방지하기 위해, 내후성을 가진 물질로 구현될 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 전달부(1200)는 알루미늄 합금, 스테인리스스틸, 스틸, 및/또는 구리합금으로 형성될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 전달부(1200)는 냉각재가 이동할 수 있는 관이 연결되도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 전달부(1200)는 냉각재를 보관하는 탱크와 관을 통해 연결되어, 상기 탱크로부터 배출된 냉각재가 상기 전달부(1200)로 유입될 수 있다. 상기 탱크와 전달부(1200)를 연결하는 관은 굴곡성(flexibility)을 가질 수 있고, 구체적인 예를 들어 호스일 수 있다.
상기 탱크와 전달부(1200)를 연결하는 관은 내후성 및/또는 내열성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 탱크와 전달부(1200)를 연결하는 관은 고무로 형성될 수 있다.
1.2 유량조절부(2000)(flow regulation unit)
본 출원의 일 실시예에 따른 유량조절부(2000)는 냉각 장치(10000) 내의 유로를 이동하는 냉각재의 유량을 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 유량조절부(2000)는 상기 유량조절부(2000), 상기 냉각재상태조절부(3000) 및/또는 상기 분사부(4000)로 이동하는 냉각재의 유량을 조절하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 유량조절부(2000)는 상기 유량조절부(2000)를 기준으로 제1 측에 위치하는 유로의 이동 유량이 가지는 압력과 제2 측에 위치하는 유로의 이동 유량이 가지는 압력의 차이를 형성하는 기능을 수행할 수 있다.
일 예로, 상기 유량조절부(2000)는 상기 유량조절부(2000)를 통과하는 냉각재에 난류 또는 chocked flow를 형성하여 유량을 감소시키는 기능을 수행할 수 있고, 이때 단열팽창에 의하여 상기 냉각재의 온도를 분사부에 공급하기 전에 미리 감소시킬 수 있다. 다시 말해, 상기 유량조절부(2000)는 상기 유량조절부(2000)를 기준으로 상류측의 유체의 온도는 상기 유량조절부(2000)를 기준으로 하류측의 유체의 온도에 비해 크도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
다른 예로, 상기 유량조절부(2000)는 상기 유량조절부(2000)를 통과하는 냉각재의 유출 및 폐쇄를 조절할 수 있다. 상기 유량조절부(2000)는 폐쇄상태일 때, 상기 유량조절부(2000)를 기준으로 상류측에는 다수의 냉각재가 분포하나, 상기 유량조절부(2000)를 기준으로 하류측에는 상대적으로 미미한 양의 냉각재가 분포하도록 하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 유량조절부(2000)는 개방상태일 때, 상기 유량조절부(2000)를 기준으로 상류측과 하류층의 단위면적당 유량이 유사하도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 유량조절부(2000)는 밸브(2100)를 포함할 수 있다.
상기 밸브(2100)는 냉각재의 흐름을 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 밸브(2100)는, 상기 밸브(2100)를 통과하는 냉각재를 유출시키거나 차단시키는 기능을 수행할 수 있다. 또는, 상기 밸브(2100)는, 상기 밸브(2100)를 통과하는 냉각재의 유출 정도를 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 밸브(2100)는, 상기 밸브(2100)를 통과하는 냉각재의 양을 조절하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 밸브(2100)는 상기 분사부(4000)로 유출되는 냉각재의 유량을 제어하여, 상기 분사부(4000)로부터 유출된 냉각재가 도달하는 목표 영역(TR)에서의 온도 변화에 영향을 줄 수 있다. 이와 관련된 구체적인 실시 태양에 관해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
본 출원의 일 실시예에 따른 밸브(2100)는 특정 신호에 따라 제어될 수 있다. 상기 밸브(2100)는 상기 제어부(5000)에 의해 생성된 전자적 신호에 따른 응답으로 개방 및 폐쇄 동작이 수행될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 밸브(2100)는 전자 밸브(2100)(예, 솔레노이드 밸브(2100))일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 출원의 일 실시예에 따른 밸브(2100)는 기계적 구조 및 유체의 이동에 따라 제어될 수 있다. 상기 밸브(2100)는 상기 냉각 장치(10000) 내의 유로를 따라 이동하는 유체가 형성하는 압력에 따라 개방 및 폐쇄 동작이 수행될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 밸브(2100)는 유압 밸브(2100)(예, 압력 제어 밸브(2100))일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 출원의 일 실시예에 따른 밸브(2100)는 사용자의 입력에 따라 제어될 수 있다. 상기 밸브(2100)는 상기 사용자에 의해 개방 상태에 놓이거나 폐쇄 상태에 놓일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 밸브(2100)는 수동 밸브(2100)(예, 글로브 밸브(2100))일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 출원의 일 실시예에 따른 유량조절부(2000)는 유량제한부를 포함할 수 있다.
상기 유량제한부는 상기 유량제한부를 통과하는 냉각재의 양을 감소시키는 기능을 수행할 수 있다. 또는, 상기 유량제한부는 상기 유량제한부를 통과하는 냉각재의 양을 기설정된 유량 이하로 유지하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 유량제한부는 상기 분사부(4000)로 유출되는 냉각재의 유량의 최대량을 설정하여, 상기 유량제한부를 통과하여 배출되는 냉각재의 양이 상기 냉각 장치(10000)의 안전을 위한 제한을 초과하지 않도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
1.3 냉각재상태조절부(3000)(coolant condition regulation unit)
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각재상태조절부(3000)는 냉각재의 물리적 상태를 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 냉각재상태조절부(3000)는 상기 냉각재상태조절부(3000)를 통과하는 냉각재의 물리적 상태를 조절하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각재상태조절부(3000)는 상기 냉각 장치(10000) 내의 냉각재의 물리적 상태를 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 냉각재상태조절부(3000)는 상기 냉각재공급부(1000), 상기 유량조절부(2000) 및/또는 상기 분사부(4000)를 이동하는 냉각재의 물리적 상태를 조절하는 기능을 수행할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각재상태조절부(3000)는 냉각재의 온도를 조절할 수 있다. 상기 냉각재상태조절부(3000)는 상기 냉각재를 가열할 수 있다. 또는, 상기 냉각재상태조절부(3000)는 상기 냉각재를 냉각할 수 있다. 또는, 상기 냉각재상태조절부(3000)는 상기 냉각재의 상태에 따라 가열 및/또는 냉각을 수행하여 상기 냉각재의 온도를 유지할 수 있다. 또는, 상기 냉각재상태조절부(3000)는 상기 냉각재의 상태에 따라 가열 및/또는 냉각을 수행하여 상기 냉각재의 압력을 유지할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각재상태조절부(3000)는 냉각재온도조절부를 포함할 수 있다.
상기 냉각재온도조절부는, 상기 냉각재를 가열시키는 기능을 수행할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각재온도조절부는 상기 냉각재를 가열하여, 상기 냉각재의 온도 및/또는 압력을 조절하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 냉각재온도조절부는, 상기 냉각재를 냉각시키는 기능을 수행할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각재온도조절부는 상기 냉각재를 냉각하여, 상기 냉각재의 온도 및/또는 압력을 조절하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 냉각재온도조절부는, 상기 냉각재를 가열 및 냉각시키는 기능을 수행할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각재온도조절부는 상기 냉각재를 가열하거나, 상기 냉각재를 냉각하여, 상기 냉각재의 온도 및/또는 압력을 조절하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각재온도조절부는 열에너지를 공급할 수 있는 소자를 포함할 수 있다. 상기 냉각재온도조절부는 열에너지를 발생시킬 수 있는 하나 이상의 가열소자를 포함할 수 있다.
상기 가열소자는 화학적 에너지를 이용하여 열에너지를 발생시키거나, 전기적 에너지를 이용하여 열에너지를 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 가열 소자는 응축 가스를 이용한 줄-톰슨(Joule-Thomson) 방식을 이용하여 열에너지를 발생시킬 수 있다.
또는, 상기 가열소자는 펠티에(Peltier) 소자와 같은 열전소자를 이용하여 열에너지를 공급할 수도 있다. 상기 가열소자가 열전소자인 경우, 열전소자에 전류를 인가하면 펠티에 효과에 의하여 열전소자의 제1 면은 흡열이 일어나고, 열전소자의 제2 면은 발열이 일어날 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 열전소자의 제2 면에 상응하는 면이 상기 냉각재에 이동하는 유로와 열적으로 접촉하도록 배치되는 냉각 장치(10000)가 제공될 수 있고, 이 때, 상기 열전소자는 상기 냉각재온도조절부로써 기능할 수 있다.
본 출원의 다른 실시예에 의하면, 제어부(5000)는 상기 열전소자에 가하는 전류의 방향을 반대로 하여 상기 열전소자의 제 2면에서 흡열이 일어나도록 제어할 수 있고, 이때 상기 냉각재온도조절부를 흐르는 냉각재는 상기 열전소자에 의한 흡열에 의해 냉각될 수 있다.
따라서, 상기 냉각재온도조절부에 열전소자를 적용한다면, 제어부(5000)는 상기 열전소자에 가하는 전류의 방향을 조절하여, 상기 냉각재온도조절부를 통과하는 냉각재를 가열할 수도 있고 냉각할 수도 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각재온도조절부로써 상기 유량조절부(2000)와 상기 분사부(4000) 사이에 위치되는 분사온도조절부(3100)를 포함할 수 있다. 상기 분사온도조절부(3100)는, 상기 유량조절부(2000)로부터 배출된 냉각재의 온도를 조절하고, 조절된 온도의 냉각재를 분사부(4000)를 통해 배출하도록 하는 기능을 수행할 수 있다. 이와 관련된 구체적인 동작과 관련하여서는 이하에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각재냉각부(3200)는 냉각에너지를 공급할 수 있는 소자를 포함할 수 있다. 상기 냉각재냉각부(3200)는 냉각에너지를 발생시킬 수 있는 하나 이상의 냉각소자를 포함할 수 있다.
상기 냉각소자는 스털링 냉각 장치(10000)(stirling cooler) 또는 증기 압축 냉각 사이클(vapor compression refrigeration cycle)과 같은 열역학적 사이클을 이용하거나, 액체 증발을 이용하거나, 팽창 가스를 이용한 줄-톰슨(Joule-Thomson) 방식을 이용하여 냉각에너지를 발생시킬 수 있다. 상기 냉각소자는 액체 질소 또는 이산화탄소를 이용하여 냉각에너지를 발생시킬 수 있다.
또는, 상기 냉각소자는 펠티에(Peltier) 소자와 같은 열전소자를 이용하여 냉각에너지를 발생시킬 수 있다. 상기 열전 소자는 펠티에 효과를 이용하여 냉각을 수행하는 소자이며, 여기서 펠티에 효과란, n,p형 열전 물질(Thermoelectric materials)을 짝지어 전류를 흐르게 하면 한쪽면은 발열하고, 다른 쪽 면은 흡열(냉각)하는 현상을 의미한다. 이러한 펠티에(Peltier) 효과는, 다른 의미로 전기적 피드백 제어(feedback control)가 가능한 히트 펌프(heat-pump)라 할 수 있다.
상기 냉각소자가 열전소자인 경우, 열전소자에 전류를 인가하면 펠티에 효과에 의하여 열전소자의 제1 면은 흡열이 일어나고, 열전소자의 제2 면은 발열이 일어날 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 상기 열전소자의 제1 면에 상응하는 면이 상기 냉각재에 이동하는 유로와 열적으로 접촉하도록 배치되는 냉각 장치(10000)가 제공될 수 있고, 이 때, 상기 열전소자는 상기 냉각재온도조절부로써 기능할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각재온도조절부는 방열소자를 더 포함할 수 있다. 상기 냉각 소자가 흡열 반응을 발생시키는 경우, 자연히 생성되는 열에너지를 방열하기 위한 소자를 더 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각재온도조절부로써 상기 냉각재공급부(1000)와 상기 유량조절부(2000)의 사이에 위치되는 냉각재냉각부(3200)를 포함할 수 있다. 상기 냉각재냉각부(3200)는, 상기 냉각재공급부(1000)로부터 공급받은 냉각재를 냉각시켜 압력을 조절하고, 조절된 압력의 냉각재가 상기 유량조절부(2000)를 통과하도록 하는 기능을 수행할 수 있다. 이와 관련된 구체적인 동작과 관련하여서는 이하에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
1.4 분사부(4000)(discharge unit)
본 출원의 일 실시예에 따른 분사부(4000)는 냉각 장치(10000) 내의 유체를 외부로 배출하는 기능을 수행할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따른 분사부(4000)는 냉각 장치(10000) 내의 유체를 외부로 분사하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 분사부(4000)는, 상기 냉각재공급부(1000), 상기 유량조절부(2000) 및/또는 상기 냉각재상태조절부(3000)를 통과한 냉각재를 외부로 배출하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 분사부(4000)는 노즐부(4100)를 포함할 수 있다. 상기 노즐부(4100)는 냉각 장치(10000) 내의 적어도 일 영역을 유동하는 냉각재가 자유공간으로 분출하도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 분출되는 냉각재는 기체(gas) 액체(liquid) 및/또는 고체(solid) 상일 수 있다. 다시 말해, 상기 냉각재는 기체(gas)상일 수 있고, 액체(liquid)상일 수 있고, 고체(solid) 상일 수 있으며, 적어도 둘 이상의 상의 냉각재가 함께 분포하는 혼합물일 수 있다. 일 예에서, 냉각재가 CO2일 때 상기 분출되는 냉각재 기체와 고체가 혼합되어 분포할 수 있다. 또 다른 예에서, 냉각재가 N2일 때 상기 분출되는 냉각재는 기체와 액체가 혼합되어 분포할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 노즐부(4100)는 상기 냉각 장치(10000) 내의 냉각재가 배출될 수 있는 통로를 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 노즐부(4100)는 상기 냉각 장치(10000) 내의 적어도 일 영역을 유동하는 냉각재가 자유공간으로 분출되도록 형성된 관일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 노즐부(4100)는 상기 냉각 장치(10000)에 형성된 유로의 일단에 위치하는 관일 수 있다.
상기 노즐부(4100)는 상대적으로 작은 단면적을 가지는 관을 포함할 수 있다. 상기 노즐부(4100)는 상기 냉각재공급부(1000), 상기 유량조절부(2000), 상기 냉각재상태조절부(3000) 및/또는 상기 냉각 장치(10000)의 구성요소 사이의 도관 중 적어도 어느 하나에 비해 작은 단면적을 가지는 관을 포함할 수 있다.
상기 노즐부(4100)의 형태는 다양할 수 있다. 일 예로, 상기 노즐부(4100)는 일직선 노즐 형태일 수 있다. 이 때, 상기 노즐부(4100)의 단면은 중공을 가지는 원형일 수 있다. 다른 예로, 상기 노즐부(4100)는 환형 노즐 형태일 수 있다. 이 때, 상기 노즐부(4100)의 단면은 원형이고, 그 원형에 비해 작은 원형 형태로 천공되어 있을 수 있다. 상기 환형 노즐은 링(ring) 형상의 중공을 가지고, 그 중심부는 냉각재가 차단되며, 상기 중심부의 엣지로부터 냉각재가 분출되는 형태일 수 있다. 또 다른 예로, 상기 노즐부(4100)는 벨 노즐 형태일 수 있다. 또 다른 예로, 상기 노즐부(4100)는 에어로 스파이크 노즐 형태일 수 있다. 다만, 지금까지 개시된 상기 노즐부(4100)의 형태는 이해를 돕기 위해 구체적인 예시들을 나열한 것일뿐, 상기 노즐부(4100)의 형상이 개시된 예시들에 한정되는 것은 아니다.
상기 노즐부(4100)는 내마모성 특성을 가질 수 있다. 다시 말해, 상기 노즐부(4100)는 마찰에 의한 손상이 적은 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 노즐부(4100)는 알루미늄합금, 스틸합금, 스테인레스스틸 또는 구리합금으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각제한부(4500)를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각제한부(4500)는 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재를 제한하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 냉각제한부(4500)는 기설정된 조건에 기초하여 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재를 제한하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 냉각제한부(4500)는 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재의 온도가 기 설정되어 있던 임계온도보다 낮은 경우, 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재를 제한하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재를 제한하는 것은, 상기 노즐부(4100)로부터 분사된 냉각재의 방향을 변경하여 목표 영역(TR)에의 냉각재의 분사를 제한하거나, 상기 노즐부(4100)로부터 분사된 냉각재의 분사를 차단하여 냉각재의 분사를 제한하는 것일 수 있다. 다만, 이는 상기 냉각제한부(4500)의 몇몇 실시예를 개시한 것일 뿐, 기 개시한 실시예로 상기 냉각제한부(4500)의 실시의 형태가 한정되는 것은 아니다.
상기 냉각제한부(4500)에 대해서는 이하에서 보다 자세히 기재하도록 한다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각완화부(4600)를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각완화부(4600)는 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재의 온도를 완화하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 냉각완화부(4600)는 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재가 목표 영역(TR)에 도달하기 전에 냉각재의 온도를 완화하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 냉각재의 온도를 완화하는 것은, 상기 노즐부(4100)로부터 분사된 냉각재가 상기 노즐부(4100)로부터 분사된 직후의 냉각재의 온도에 비해 높은 온도로 목표 영역(TR)에 도달할 수 있도록 상기 냉각재와 열교환을 수행하는 것일 수 있다. 다만, 이는 상기 냉각완화부(4600)의 일 실시예를 개시한 것일 뿐, 기 개시한 실시예로 상기 냉각완화부(4600)의 실시의 형태가 한정되는 것은 아니다.
상기 냉각완화부(4600)에 대해서는 이하에서 보다 자세히 기재하도록 한다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 분사부(4000)는 상기 분사부(4000)로부터 배출되는 냉각재의 도달 영역을 한정하기 위한 분사부위한정부를 더 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 상기 분사부위한정부는 상기 목표 영역(TR) 이외의 영역으로 냉각재가 도달하지 못하도록 하는 장벽의 기능을 수행하는 가이드부(4210)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(4210)는 상기 냉각재가 분사되는 영역이 목표 영역(TR)에 대응되도록 한정하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 가이드부(4210)는 상기 냉각재가 분사되는 영역이 목표 영역(TR)의 표면 넓이에 대응되도록 한정하는 기능을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 목표 영역(TR)은 시술 목적에 적합한 표면 넓이를 가지도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 냉각의 목적이 주사를 위한 냉각마취 기능일 때, 상기 목표 영역(TR)은 냉각 후 주사 시술을 할 장소를 찾기에 충분한 크기가 되는 동시에 너무 큰 영역을 냉각하여 과도한 냉감으로 환자가 크게 불편함을 느끼는 크기는 아닌 적절한 크기의 표면 넓이를 가지도록 설정될 수 있다.
일 예로, 냉각 장치(10000)를 이용하여 주사를 위한 냉각 마취 기능을 수행할 때, 상기 가이드부(4210)는 상기 목표 영역(TR)의 표면 넓이가 1mm2 이상 50mm2 이하로 유지되도록 할 수 있다. 구체적인 예로, 상기 가이드부(4210)는 상기 목표 영역(TR)의 표면 넓이가 5mm2 이상 20mm2 이하로 유지되도록 할 수 있다. 더 구체적인 예로, 상기 가이드부(4210)는 상기 목표 영역(TR)의 표면 넓이가 5mm2 이상 10mm2 이하로 유지되도록 할 수 있다.
상기 가이드부(4210)의 형태는 다양할 수 있다. 일 예로, 상기 가이드부(4210)는 사각형 단면을 가지는 형태일 수 있다. 다시 말해, 상기 가이드부(4210)는 목표 영역(TR)과 상대적으로 인접하게 배치되는 일단의 단면적이 목표 영역(TR)과 이격하여 배치되는 타단의 단면적과 동일한 형태로 형성될 수 있다. 다른 예로, 상기 가이드부(4210)는 원뿔형 단면을 가지는 형태일 수 있다. 다시 말해, 상기 가이드부(4210)는 목표 영역(TR)과 상대적으로 인접하게 배치되는 일단의 단면적이 목표 영역(TR)과 이격하여 배치되는 타단의 단면적보다 더 큰 형태로 형성될 수 있다. 또 다른 예로, 상기 가이드부(4210)는 목표 영역(TR)과 상대적으로 인접하게 배치되는 일단이 사선 형태로 형성될 수 있다. 다만, 지금까지 개시된 상기 가이드부(4210)의 형태는 이해를 돕기 위해 구체적인 예시들을 나열한 것일뿐, 상기 가이드부(4210)의 형상이 개시된 예시들에 한정되는 것은 아니다.
상기 가이드부(4210)는 상대적으로 열전도율이 낮은 물질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 가이드부(4210)는 상기 냉각재공급부(1000), 상기 유량조절부(2000), 상기 냉각재상태조절부(3000) 및/또는 상기 노즐부(4100)에 비해 상대적으로 열전도율이 낮은 물질로 형성될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 가이드부(4210)는 20 W/m-K 이하의 열전도도를 갖는 재질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 상기 가이드부(4210)는 플라스틱으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다른 구체적인 예를 들어, 상기 가이드부(4210)는 1 W/m-K 이하의 열전도도를 갖는 재질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 상기 가이드부(4210)는 천연 고무, 실리콘 고무 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.상기 가이드부(4210)는 적어도 하나의 주변홀(Periphery hole)(4211)을 더 포함할 수 있다. 상기 가이드부(4210)에 형성된 주변홀(4211)을 통해, 외부 기체가 가이드부(4210)의 내측 공간으로 유입될 수 있다. 상기 가이드부(4210)에 형성된 주변홀(4211)을 통해, 상기 노즐부(4100)로부터 배출된 냉각재가 상기 분사부위한정부의 외부로 배출될 수 있다. 상기 가이드부(4210)에 형성된 주변홀(4211)을 통해, 상기 노즐부(4100)로부터 배출된 냉각재가 상기 가이드부(4210)의 외부로 배출될 수 있다.
상기 가이드부(4210)에 형성된 주변홀(periphery hole) (4211)의 개수, 크기 및 위치는 상기 외부 기체의 유입 정도에 영향을 미칠 수 있다. 상기 가이드부(4210)에 형성된 주변홀(4211)의 개수, 크기 및 위치는 상기 노즐부(4100)로부터 배출된 냉각재가 상기 분사부위한정부의 내측 공간에 머무는 시간에 영향을 미칠 수 있다. 결과적으로, 상기 가이드부(4210)에 형성된 주변홀(4211)의 개수, 크기 및 위치는 상기 목표 영역(TR)의 냉각 정도에 영향을 미칠 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 가이드부(4210)에 형성된 주변홀(4211)의 크기가 상대적으로 작은 냉각 장치(10000)를 이용하여 냉각을 수행하는 경우, 주변홀(4211)의 크기가 상대적으로 더 큰 가이드부(4210)를 포함하는 냉각 장치(10000)를 이용하여 냉각을 수행하는 경우에 비해, 냉각 장치(10000)의 분사부(4000)로부터 동일한 양의 냉각재가 분사되었을 때 목표 영역(TR)의 온도가 더 낮을 수 있다. 다시 말해, 상기 가이드부(4210)에 형성된 주변홀(4211)의 크기가 작으면 작을 수록 적은 양의 냉각재로 상기 목표 영역(TR)의 온도를 더 낮게 냉각할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 가이드부(4210)에 복수의 주변홀(4211)이 형성된 경우, 형성된 복수의 주변홀(4211)의 단면적의 총합이 상대적으로 작은 냉각 장치(10000)를 이용하여 냉각을 수행하는 경우, 형성된 복수의 주변홀(4211)의 단면적의 총합이 상대적으로 큰 냉각 장치(10000)를 이용하여 냉각을 수행하는 경우에 비해, 냉각 장치(10000)의 분사부(4000)로부터 동일한 양의 냉각재가 분사되었을 때 목표 영역(TR)의 온도가 더 낮을 수 있다. 다시 말해, 상기 가이드부(4210)에 형성된 하나의 또는 복수의 주변홀(4211)의 단면적의 합이 작으면 작을 수록 적은 양의 냉각재로 상기 목표 영역(TR)의 온도를 더 낮게 냉각할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)의 가이드부(4210)의 주변홀(4211)은 냉각 장치(10000)의 효율을 크게 저하하지 않는 정도로 그 개수, 크기 및 위치가 결정될 수 있다. 구체적인 예로, 냉각 장치(10000)의 가이드부(4210)는 상기 주변홀(4211)의 단면적의 총합이 100mm2보다 작도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 가이드부(4210)에 형성된 주변홀(4211)의 개수, 크기 및 위치는 상기 목표 영역(TR)의 냉각 정도에 영향을 미치며, 상기 형성된 주변홀(4211)을 거쳐서 외부로 배출되는 냉각재의 상에 영향을 미칠 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 가이드부(4210)에 형성된 주변홀(4211)은 상기 가이드부(4210)에 형성된 주변홀(4211)을 통해 외부로 배출되는 냉각재가 부피 기준으로 90% 이상의 기체 상을 가질 수 있도록 하는 주변홀(4211)의 크기와 위치를 가질 수 있으며, 이에 따라 상기 홀(hole)을 통한 냉각재의 배출을 원활하게 하는 효과가 도출될 수 있다. 구체적인 예로, 냉각 장치(10000)의 가이드부(4210)는 상기 주변홀(4211)의 단면적의 총합이 10mm2보다 크도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가이드부(4210)는 목표 영역(TR)과 관련된 영역에 압력을 가하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 가이드부(4210)는 목표 영역(TR)의 적어도 일부 영역에 압력을 가하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 가이드부(4210)는 목표 영역(TR)의 경계 영역에 압력을 가하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 분사부(4000)는 가압부(4300)를 포함할 수 있다.
가압부(4300)는 목표 영역(TR)의 표면에 접촉할 때, 목표 영역(TR)과 관련된 일 영역에 접촉에 의한 압력을 가하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 가압부(4300)는 상대적으로 돌출된 형상을 갖도록 구성되고, 이러한 형상을 이용하여 목표 영역(TR)과 관련된 일 영역에 압력을 가할 수 있다.
상기 가압부(4300)는 상기 목표 영역(TR)과 관련된 일 영역에 압력을 인가함으로써, 상기 가압부(4300)가 목표 영역(TR)에서 분리하여 제거하더라도 상기 일 영역에 자국(mark)를 남도록 하여, 냉각 장치(10000)에 의한 냉각 후 후속 주사를 수행할 때에 냉각된 영역를 쉽게 인지할 수 있도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 가압부(4300)는 노즐부(4100) 또는 분사부위한정부에 포함되는 일 구성일 수 있다. 상기 가압부(4300)는 상기 노즐부(4100) 및 분사부위한정부와 구별되는 별도의 구성일 수 있다.
예를 들어, 상기 가압부(4300)는 상기 가이드부(4210)의 일 영역일 수 있다. 상기 가압부(4300)는 상기 목표 영역(TR)에 접촉하는 상기 가이드부(4210)의 접촉부 중 일 영역일 수 있다. 상기 가압부(4300)는 상기 목표 영역(TR)에 접촉하는 상기 가이드부(4210)의 접촉부 중 상대적으로 돌출된 일 영역일 수 있다.
다른 예를 들어, 상기 가압부(4300)는 팁(4400)의 일 영역일 수 있다. 상기 가압부(4300)는 상기 냉각 장치(10000)에 팁(4400)의 일 영역일 수 있다. 상기 가압부(4300)는 상기 팁(4400)이 상기 냉각 장치(10000)에 장착된 후 상기 냉각 장치(10000)에 의한 냉각이 수행되는 경우, 상기 목표 영역(TR)에 접촉하는 상기 팁(4400)의 접촉부 중 일 영역일 수 있다. 상기 가압부(4300)는 상기 팁(4400)이 상기 냉각 장치(10000)에 장착된후 상기 냉각 장치(10000)에 의한 냉각이 수행되는 경우, 상기 목표 영역(TR)에 접촉하는 상기 팁(4400)의 접촉부 중 상대적으로 돌출된 일 영역일 수 있다.
또 다른 예를 들어, 상기 가압부(4300)는 상기 냉각 장치(10000)의 하우징의 일 영역일 수 있다. 상기 가압부(4300)는 상기 냉각 장치(10000)에 의한 냉각이 수행되는 경우, 상기 목표 영역(TR)에 접촉하는 하우징의 접촉부 중 일 영역일 수 있다. 상기 가압부(4300)는 상기 냉각 장치(10000)에 의한 냉각이 수행되는 경우, 상기 목표 영역(TR)에 접촉하는 하우징의 접촉부 중 상대적으로 돌출된 일 영역일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 분사부위한정부는 상기 노즐부(4100)로부터 배출되는 냉각재가 도달하는 영역을 한정하기 위해 목표 영역(TR)의 이외의 영역에 열을 제공하는 경계열공급부를 더 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 경계열공급부는 대류를 이용하여 목표 영역(TR) 경계에 열을 공급할 수 있으며, 가열된 유체를 목표 영역(TR)의 이외의 영역으로 배출하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 가열된 유체가 상기 목표 영역(TR)의 이외의 영역에 접촉하여 목표 영역(TR)의 이외의 영역에 열을 제공할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 경계열공급부는 전도를 이용하여 목표 영역(TR) 경계에 열을 공급할 수 있으며, 가열 소자를 목표 영역(TR)의 이외의 영역에 접촉시키는 기능을 수행할 수 있다. 상기 가열 소자가 상기 목표 영역(TR)의 이외의 영역에 접촉하여 목표 영역(TR)의 이외의 영역에 열을 제공할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 경계열공급부는 복사를 이용하여 목표 영역(TR) 경계에 열을 공급할 수 있으며, 복사에너지를 목표 영역(TR)의 이외의 영역에 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 복사에너지가 상기 목표 영역(TR)의 이외의 영역에 제공되어 목표 영역(TR)의 이외의 영역에 열을 제공할 수 있다.
1.5 제어부(5000)(control unit)
본 출원의 일 실시예에 따른 제어부(5000)는 냉각 장치(10000)의 구성요소의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 제어부(5000)는 상기 냉각재공급부(1000), 상기 유량조절부(2000), 상기 냉각재상태조절부(3000) 및/또는 상기 분사부(4000)를 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 제어부(5000)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 따라 컴퓨터나 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다. 하드웨어적으로 제어부(5000)는 전기적인 신호를 처리하여 제어 기능을 수행하는 CPU 칩 등의 전자 회로 형태로 제공될 수 있으며, 소프트웨어적으로는 하드웨어적인 제어부(5000)를 구동시키는 프로그램 형태로 제공될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 제어부(5000)는 유량조절부(2000)의 구동을 제어할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어, 상기 제어부(5000)는 밸브(2100)의 개폐를 제어할 수 있고, 필요에 따라 상기 밸브(2100)의 개폐가 반복적인 주기를 갖도록 제어할 수도 있다. 이와 관련한 구체적인 실시 태양에 대해서는 아래에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 출원의 일 실시예에 따른 제어부(5000)는 냉각재상태조절부(3000)의 구동을 제어할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어, 상기 제어부(5000)는 가열소자의 구동 여부를 제어할 수 있고, 필요에 따라 상기 밸브(2100)의 개폐 여부와의 연계성을 고려하여 상기 가열소자의 온-오프를 제어할수도 있다. 이와 관련한 구체적인 실시 태양에 대해서는 아래에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 출원의 일 실시예에 따른 제어부(5000)는 이하에서 설명할 센서부(6000)의 검출 신호에 기초하여, 상기 냉각재공급부(1000), 상기 유량조절부(2000), 상기 냉각재상태조절부(3000) 및/또는 상기 분사부(4000) 중 적어도 하나를 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들어, 상기 제어부(5000)는 온도센서(6100), 압력센서, 입력센서(6300), 식별센서 및/또는 가스센서 중 적어도 하나로부터 획득되는 검출 신호에 기초하여 상기 밸브(2100)의 개폐를 제어할 수 있다. 이와 관련한 구체적인 실시 태양에 대해서는 아래에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 출원의 일 실시예에 따른 제어부(5000)는 하나의 제어 유닛으로 구현될 수 있다. 본 출원의 다른 실시예에 따른 제어부(5000)는 복수의 제어 유닛으로 구현될 수 있다.
여기서, 복수의 제어 유닛을 포함하는 제어부(5000)를 포함하는 냉각 장치(10000)는, 독립적으로 작동하는 제1 제어 유닛 및 제2 제어 유닛을 가지는 냉각 장치(10000)로 해석될 수 있다. 상기 제1 제어 유닛은 적어도 제1 기능과 관련된 제어를 수행하고, 상기 제2 제어 유닛은 적어도 제2 기능과 관련된 제어를 수행할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 제1 제어 유닛은 냉각 장치(10000)의 냉각 동작이 수행될 때, 통상적으로 밸브(2100)의 개/폐를 제어하는 기능을 제어할 수 있다. 상기 제2 제어 유닛은 냉각 장치(10000)의 냉각 동작이 수행될 때, 냉각재가 흐르는 유로의 적어도 일 영역에의 온도가 미리 설정된 온도 이하로 감소하게 되면, 냉각재의 흐름을 막기 위한 동작을 수행하도록 제어할 수 있다. 이 때, 상기 제2 제어 유닛은 밸브(2100)의 폐쇄 동작을 수행하는 형태로 냉각재의 흐름을 막을 수도 있다. 상기 제1 제어 유닛과 독립적으로 작동하는 제2 제어 유닛이 과냉각을 막을 수 있는 수단을 제공함으로써, 냉각 장치(10000)의 제1 제어 유닛이 오작동을 하더라도 피시술자의 안전을 확보할 수 있는 냉각 장치(10000)가 제공될 수 있게 된다.
1.6 센서부(6000)(sensing unit)
본 출원의 일 실시예에 따른 센서부(6000)는 냉각 장치(10000)와 연관된 환경을 감지하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 센서부(6000)는 온도센서(6100), 압력센서, 입력센서(6300), 식별센서 및/또는 가스센서를 포함할 수 있다.
상기 온도센서(6100)는 온도를 측정하는 기능을 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 온도센서(6100)는 노즐부(4100)를 통해 분사되는 냉각재의 온도를 측정하는 기능을 수행할 수 있다. 다른 예로, 상기 온도센서(6100)는 노즐부(4100)의 온도를 측정하는 기능을 수행할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 온도센서(6100)는 외기의 온도를 측정하는 기능을 수행할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 온도센서(6100)는 저장부(1100)의 온도를 측정하는 기능을 수행할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 온도센서(6100)는 목표 영역(TR)의 온도를 측정하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 적어도 하나 이상의 온도센서(6100)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 하나의 온도센서(6100)를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)의 온도를 측정하는 제1 온도센서(6100)를 포함할 수 있다.
다른 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 상이한 기능을 수행하는 둘 이상의 온도센서(6100)를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 노즐부(4100)의 온도를 측정하는 제1 온도센서(6100) 및 외기의 온도를 측정하는 제2 온도센서(6100)를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 접촉 타입 또는 비접촉타입 온도센서(6100)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 온도센서(6100)는 IR온도계일 수 있다.
다만, 기 서술한 온도센서(6100)의 몇몇 실시예는 이해를 돕기위해 구체적인 예를 들어 개시한 것일 뿐, 본 출원의 일 실시예에 따른 온도센서(6100)는 다양한 형태로 다양한 목적을 위해 구비될 수 있다.
상기 압력센서는 압력을 측정하는 기능을 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 압력센서는 저장부(1100)에 의해 인가되는 압력을 측정하는 기능을 수행할 수 있다. 다른 예로, 상기 압력센서는 저장부(1100)에 저장된 냉각재의 압력을 측정하는 기능을 수행할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 압력센서는 목표 영역(TR)에 인가되는 압력을 측정하는 기능을 수행할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 압력센서는 냉각 장치(10000)에 위치하는 적어도 하나의 도관 내부의 압력을 측정하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 적어도 하나 이상의 압력센서를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상기 저장부(1100)와 저장부수용부(1300)사이에 압력센서를 포함하고, 상기 압력센서는 저장부(1100)에 의해 인가되는 압력을 측정할 수 있다. 상기 압력센서에서 검출된 신호에 기초하여, 상기 제어부(5000)는 상기 저장부(1100)에 저장된 냉각재의 압력을 산출할 수 있다. 이 때, 상기 압력센서는 피에조 센서(Piezo sensor)일 수 있다.
다만, 기 서술한 압력센서의 일 실시예는 이해를 돕기위해 구체적인 예를 들어 개시한 것일 뿐, 본 출원의 일 실시예에 따른 압력센서는 다양한 형태로 다양한 목적을 위해 구비될 수 있다.
상기 입력센서(6300)는 사용자 입력을 감지하는 기능을 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 입력센서(6300)는 냉각재의 분사를 개시하기 위한 입력을 감지하는 기능을 수행할 수 있다. 다른 예로, 상기 입력센서(6300)는 냉각재의 분사를 종료하기 위한 입력을 감지하는 기능을 수행할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 입력센서(6300)는 냉각 장치(10000)의 상태를 확인하기 위한 입력을 감지하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 적어도 하나 이상의 입력센서(6300)를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 하나의 입력 센서(6300)를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 입력센서(6300)는, 냉각재의 분사를 개시하기 위한 입력 및 냉각재의 분사를 종료하기 위한 입력을 감지할 수 있다. 개시를 위한 입력과 종료를 위한 입력은, 상기 입력센서(6300)에 감지되는 사용자입력의 지속 시간을 기초로 구별될 수 있다. 또는 개시를 위한 입력과 종료를 위한 입력은, 상기 입력센서(6300)에 감지되는 사용자입력의 시점을 기초로 구별될 수 있다. 다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 둘 이상의 입력센서(6300)를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 제1 입력 센서(6300)는 냉각재의 분사를 개시하기 위한 입력을 감지할 수 있고, 제2 입력 센서(6300)는 냉각재의 분사를 종료하기 위한 입력을 감지할 수 있다. 이 때, 상기 제2 입력센서(6300)는 상기 제1 입력센서(6300)을 통해 감지된 신호를 기초로 개시된 냉각 동작을 긴급하게 종료해야 하는 경우에 사용될 수 있도록 상기 제1 입력 센서(6300)와는 다른 위치에 형성된 버튼(button)일 수 있다.
상기 입력센서(6300)는 물리적인 버튼이거나, 제스처 센서, 터치 센서, 음성 인식 센서 등의 형태로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 기 서술한 입력센서(6300)의 몇몇 실시예는 이해를 돕기위해 구체적인 예를 들어 개시한 것일 뿐, 본 출원의 일 실시예에 따른 입력센서(6300)는 다양한 형태로 다양한 목적을 위해 구비될 수 있다.
상기 식별센서는 사용자 입력을 감지하는 기능을 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 식별센서는 냉각 장치(10000)에 장착된 팁(4400)을 식별하는 기능을 수행할 수 있다. 다른 예로, 상기 식별센서는 상기 냉각 장치(10000)를 이용하는 사용자를 식별하는 기능을 수행할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 식별센서는 상기 저장부수용부(1300)에 수용된 저장부(1100)를 식별하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 식별센서는 식별 대상이 존재하는지를 확인하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 식별센서는 냉각 장치(10000)에 팁(4400)이 장착되었는지를 확인하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 식별센서는 식별 대상의 종류를 구별하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 식별센서는 팁(4400)의 종류(예를 들어, 팁(4400)의 크기)를 구별하는 기능을 수행할 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 식별센서는 가이드부(4210)의 종류(예를 들어, 가이드부(4210)가 한정하는 분사 영역의 크기)를 구별하는 기능을 수행할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 상기 식별센서는 저장부(1100)의 종류(예를 들어, CO2 탱크의 크기)를 구별하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 식별센서는 식별 대상을 인증하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 식별센서는 냉각 장치(10000)을 사용하는 사용자가 인증받은 사용자인지 여부를 확인하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 적어도 하나 이상의 식별센서를 포함할 수 있다.
상기 식별센서는 바코드, QR코드를 인식할 수 있는 스캐너이거나, NFC 태그를 읽을수 있는 NFC 리더 등의 형태로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 기 서술한 식별센서의 몇몇 실시예는 이해를 돕기위해 구체적인 예를 들어 개시한 것일 뿐, 본 출원의 일 실시예에 따른 식별센서는 다양한 형태로 다양한 목적을 위해 구비될 수 있다.
상기 가스센서는 가스 농도를 감지하는 기능을 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 가스센서는 냉각 장치(10000)가 사용되는 환경에서의 가스 농도를 감지하는 기능을 수행할 수 있다. 다른 예로, 상기 가스센서는 상기 냉각 장치(10000) 내부에서의 가스 농도를 감지하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 가스센서는 냉각 장치(10000)의 사용으로 유출되는 기체의 농도를 확인하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 가스센서는 냉각 장치(10000)가 냉각재로 CO2를 사용하는 경우, CO2 농도를 측정하기 위한 가스 감지 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 가스센서는 이산화탄소 감지센서 일 수 있다. 또는, 상기 가스센서는 복수의 유해 가스 농도를 감지하기 위한 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 가스센서는 질소 및/또는 질소산화물, 이산화탄소, 수소 및/또는 수소산화물의 농도를 감지하는 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 가스센서는 유해가스 감지센서 일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 적어도 하나 이상의 가스센서를 포함할 수 있다.
다만, 기 서술한 가스센서의 몇몇 실시예는 이해를 돕기위해 구체적인 예를 들어 개시한 것일 뿐, 본 출원의 일 실시예에 따른 가스센서는 다양한 형태로 다양한 목적을 위해 구비될 수 있다.
지금까지 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 구성 요소에 대해서 살펴보았다. 다만, 본 출원의 냉각 장치(10000)가 위의 구성요소 만을 포함하여야 하는 것은 아니며, 사용자에게 특정 정보를 출력하기 위한 출력부, 상기 냉각 장치(10000)를 유동하는 냉각재의 불순물을 여과하기 위한 필터 등을 더 포함할 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 구성 요소간 연결 관계 및 배치에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
2. 냉각 장치(10000)의 구조
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 휴대용 디바이스로 제공되도록 상기 저장부(1100)와 일체된 형태로 구현될 수 있다. 또는, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 외부 탱크와 연결되어 사용되도록 외부 탱크와의 연결부를 갖는 핸드 피스의 형태로 구현될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상술한 상기 냉각재공급부(1000), 상기 유량조절부(2000), 상기 냉각재상태조절부(3000), 상기 분사부(4000) 및 상기 제어부(5000) 중 적어도 하나의 구성 요소를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 냉각재공급부(1000), 상기 유량조절부(2000), 상기 분사부(4000) 및 상기 제어부(5000)를 포함할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따른 상기 냉각 장치(10000)는 냉각재공급부(1000), 유량조절부(2000) 및 상기 분사부(4000) 순으로 연결되어 유로를 형성하고, 상기 제어부(5000)는 적어도 상기 유량조절부(2000)를 제어하도록 구현될 수 있다.
다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 냉각재공급부(1000), 상기 유량조절부(2000), 상기 냉각재상태조절부(3000), 상기 분사부(4000) 및 상기 제어부(5000)를 포함할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 냉각재공급부(1000), 유량조절부(2000), 냉각재상태조절부(3000) 및 상기 분사부(4000) 순으로 연결되어 유로를 형성하고, 상기 제어부(5000)는 적어도 상기 유량조절부(2000) 및 냉각재상태조절부(3000)를 제어하도록 구현될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상술한 상기 냉각재공급부(1000), 상기 유량조절부(2000), 상기 냉각재상태조절부(3000), 상기 분사부(4000) 및 상기 제어부(5000) 중 적어도 하나의 구성 요소를 복수개 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 적어도 두개의 밸브(2100)를 유량조절부(2000)로써 포함할 수 있다. 다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 적어도 두개의 냉각재냉각부(3200)를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상술한 상기 냉각재공급부(1000), 상기 유량조절부(2000), 상기 냉각재상태조절부(3000), 상기 분사부(4000) 및 상기 제어부(5000) 중 적어도 하나의 구성 요소를 복수개 포함할 수 있다. 이 때, 상기 복수개의 일 구성 요소는 상이한 기능을 수행할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 적어도 냉각재냉각부(3200) 및 분사온도조절부(3100)를 냉각재상태조절부(3000)로써 포함할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 냉각재공급부(1000), 냉각재냉각부(3200), 밸브(2100), 분사온도조절부(3100) 및 노즐부(4100) 순으로 연결되어 유로를 형성하고, 상기 제어부(5000)는 적어도 상기 밸브(2100), 냉각재냉각부(3200) 및 분사온도조절부(3100)를 제어하도록 구현될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 다양한 형태의 하우징으로 구현될 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 세장형 몸체를 가질 수 있다(미도시). 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 세장형 몸체를 가지는 경우, 상기 냉각 장치(10000)의 구성 요소는 제1 방향으로 연장된 세장형 몸체 내에 모두 배치될 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 세장형 몸체내에 배치되는 상기 냉각 장치(10000)의 구성 요소는 유체의 이동 방향과 일치되는 순서로 배치될 수 있다.
다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 C자형 몸체를 가질 수 있다(도 2). 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 C자형 몸체를 가지는 경우, 상기 냉각 장치(10000)의 구성 요소는 상기 C자형 몸체 내에 모두 배치될 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 C자형 몸체내에 배치되는 상기 냉각 장치(10000)의 구성 요소는 유체의 이동 방향과 일치되는 순서로 배치될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 T자형 몸체를 가질 수 있다(도 3). 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 T자형 몸체를 가지는 경우, 상기 냉각 장치(10000)의 구성 요소는 T자형 몸체 중 제1 방향으로 연장된 영역 내에 모두 배치될 수 있다. 또는, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 T자형 몸체를 가지는 경우, 상기 냉각 장치(10000)의 구성 요소 중 일부는 T자형 몸체 중 제1 방향으로 연장된 영역 내에 배치되고, 나머지 구성 요소 중 일부는 T자형 몸체 중 제2 방향으로 연장된 영역 내에 배치될 수 있다.
이외에도, 상기 냉각 장치(10000)는 사용시 조작의 용이성을 위하여, 펜, 권총, 다각형 또는 기타 모양으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 냉각 장치(10000)는 사용자가 파지할 수 있는 파지부를 제공할 수 있다. 또한, 상기 냉각 장치(10000)는 비세장형 구조로 형성될 수 있고, 상기 비세장형 구조는 개방형 구조, 폐쇄형 구조, 다각형 구조, 곡선 구조를 포함할 수 있다.
지금까지, 본 출원의 몇몇 실시예에 따른 냉각 장치(10000)에 대해서 자세하게 설명한 바 있다. 다만, 위에서 설명한 몇몇 실시예들은 본 명세서의 이해를 돕기위한 구체적인 실시 태양을 개시한 것일 뿐, 본 출원에 따른 권리 범위는 청구 범위의 해석에 의하여 결정되어야 할 것이다.
3. 제1 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 기본 구성
도 4는 본 출원의 제1 실시예에 따른 냉각 장치(10000)를 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 제1 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 냉각재공급부(1000), 유량조절부(2000), 분사부(4000) 및 제어부(5000)를 포함할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들어, 본 출원의 제1 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 냉각재공급부(1000)로써 저장부수용부(1300)를 포함할 수 있다. 본 출원의 제1 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 유량조절부(2000)로써 솔레노이드 밸브(2100)를 포함할 수 있다. 본 출원의 제1 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 분사부(4000)로써 노즐부(4100)를 포함할 수 있다. 본 출원의 제1 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 제어부(5000)로써 마이크로컨트롤러(MCU)를 포함할 수 있다.
도 5는 본 출원의 제1 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 단면도이다.
상기 냉각 장치(10000)는 저장부수용부(1300)를 포함할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 저장부(1100)를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 저장부수용부(1300)가 형성되어 있고, 상기 저장부수용부(1300)에 상기 저장부(1100)가 장착되는 형태로, 상기 냉각 장치(10000)는 저장부수용부(1300) 및 상기 저장부(1100)를 포함할 수 있다.
상기 저장부수용부(1300)는 수용하우징(1310) 및 보호부(1320)를 포함할 수 있다. 상기 수용하우징(1310)은 상기 냉각 장치(10000)의 하우징의 일 구성요소일 수 있다. 상기 수용하우징(1310)은 상기 냉각 장치(10000)의 외부로 노출되는 영역일 수 있다. 상기 보호부(1320)는 상기 수용하우징(1310)의 내측에 위치할 수 있다. 상기 보호부(1320)는 상기 수용하우징(1310)과 상기 저장부(1100)사이에 위치할 수 있다. 상기 보호부(1320)는, 상기 저장부(1100)가 상기 저장부수용부(1300)에 수용되었을 때, 상기 하우징(1310)과 상기 저장부(1100)사이에 위치할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 수용하우징(1310)은 전기전도성이 상대적으로 낮거나, 전기전도성이 없는 물질(예, 부도체)로 구성될 수 있다. 상기 수용하우징(1310)은, 상기 냉각 장치(10000)의 사용자 및/또는 환자의 안전을 위해, 전기전도성이 상대적으로 낮거나, 전기전도성이 없는 물질(예, 부도체)로 구성될 수 있다. 상기 수용하우징(1310)은, 상기 냉각 장치(10000)의 적어도 일 부위가 환자와 접촉되는 경우 발생할 수 있는 감전(electric shock)를 방지하기 위해, 전기전도성이 상대적으로 낮거나, 전기전도성이 없는 물질(예, 부도체)로 구성될 수 있다. 상기 수용하우징(1310)은, 상기 냉각 장치(10000)가 상기 냉각 장치(10000)의 상업적 이용을 위해 수행되는 내전압 시험 조건을 충족하도록, 전기전도성이 상대적으로 낮거나, 전기전도성이 없는 물질(예, 부도체)로 구성될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 보호부(1320)는 내열성이 높은 물질로 구성될 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따른 보호부(1320)는 내마모성이 높은 물질로 구성될 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따른 보호부(1320)는 내압성이 높은 물질로 구성될 수 있다. 상기 보호부(1320)는 상기 냉각 장치(10000)의 일 구성요소에 비해 내열성, 내구성 및 내압성 중 적어도 하나의 성질이 상대적으로 높은 특성을 가질 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 보호부(1320)는, 상기 저장부(1100)에의 유체 또는 상기 저장부(1100)로부터 유출된 유체가 고온으로 형성되더라도, 상기 냉각 장치(10000) 외부로의 폭발을 방지하기 위해 내열성 및/또는 내압성이 높은 물질로 구성될 수 있다. 다른 구체적인 예를 들어, 상기 보호부(1320)는 상기 저장부(1100)가 상기 냉각 장치(10000)에 장착되고, 또한 탈거되는 과정에서 상기 저장부수용부(1300)의 마모 등을 방지하기 위해, 내마모성이 높은 물질로 구성될 수 있다.
본 출원에 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 플라스틱 소재의 수용하우징(1310) 및 금속 소재의 보호부(1320)를 포함할 수 있다. 상기 보호부(1320)는 상기 수용하우징(1310)의 내부에 위치하여, 상기 저장부(1100)가 수용되는 위치에서 발생할 수 있는 현상으로 인해 상기 수용하우징(1310)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 상기 수용하우징(1310)은 상기 보호부(1320)의 외측에 위치하여, 상기 보호부(1320)에 대전체로 작용하는 경우에도 상기 수용하우징(1310)을 통과하여 사용자 또는 환자가 감전되는 것을 방지할 수 있다.
상기 저장부(1100)는 냉각재를 수용하는 카트리지일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 저장부(1100)는 이산화탄소(CO2)를 수용하는 카트리지일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 상기 저장부(1100)는, 상기 저장부(1100)가 상기 저장부수용부(1300)에 장착되었을 때, 상기 보호부(1320)와 접촉하는 영역을 포함할 수 있다. 본 출원의 다른 실시예에 따른 상기 저장부(1100)는, 상기 저장부(1100)가 상기 저장부수용부(1300)에 장착되었을 때, 상기 보호부(1320)와 접촉하는 영역이 없도록 상기 보호부(1320)와 이격되어 있을 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 솔레노이드 밸브(2100)를 포함할 수 있다. 상기 솔레노이드밸브(2100)는 전기적 신호에 응답하여 유체의 배출 및 차단을 수행할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어, 상기 솔레노이드 밸브(2100)는 유체가 유입되는 인렛(inlet), 유체가 유출되는 아웃렛(outlet), 상기 유체의 흐름을 차단하기 위하여 왕복 운동하는 플런저 및 유도자기력이 발생되는 아마추어를 포함할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 노즐부(4100)를 포함할 수 있다. 상기 노즐부(4100)는 제1 단의 단면적과 제2 단의 단면적이 상이한 형태로 제공될 수 있다. 상기 노즐부(4100)는 카트리지와 상대적으로 보다 더 이격된 제1 단의 단면적이 제2 단면적에 비해 작은 형태로 제공될 수 이 있다. 이 때, 제1 단에서 단면적이 감소함으로 인해 유체흐름에 가해지는 저항이 증가함을 통해, 상기 노즐부(4100)는 일정량의 냉각재가 상기 냉각 장치(10000)의 외부로 분출되도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 제어부(5000)(예, 마이크로컨트롤러)를 포함할 수 있다. 상기 제어부(5000)는 상기 솔레노이드 밸브(2100)의 온-오프 및/또는 개폐량을 조절하기 위한 제어 신호를 생성, 상기 솔레노이드 밸브(2100)로 전송할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 적어도 하나의 도관을 포함할 수 있다. 상기 도관은 상기 냉각 장치(10000) 내에서 상기 저장부(1100)로부터 배출되는 냉각재를 상기 노즐부(4100)를 통해 외부로 분출하기 위해 유로를 형성하는데에 이용될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 상기 냉각 장치(10000)는 상기 저장부(1100)의 냉각재의 배출구로부터 상기 솔레노이드 밸브(2100)의 인렛 사이의 유로를 형성하는데 관여하는 도관을 포함할 수 있다. 상기 저장부(1100)의 냉각재의 배출구와 상기 솔레노이드 밸브(2100)의 인렛 사이에는 적어도 하나의 도관이 배치될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따라 상기 저장부(1100)의 냉각재의 배출구와 상기 솔레노이드 밸브(2100)의 인렛 사이에 복수의 도관이 배치되는 경우, 제1 도관과 제2 도관은 냉각재의 유출이 적은 형태로 연결되어 유로를 형성할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 제1 도관 및 제2 도관은 끼움 결합 형태로 연결될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 상기 냉각 장치(10000)는 상기 솔레노이드 밸브(2100)의 아웃렛으로부터 상기 노즐부(4100)의 냉각재의 배출구 사이의 유로를 형성하는데 관여하는 도관을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따라 상기 솔레노이드 밸브(2100)의 아웃렛으로부터 상기 노즐부(4100)의 냉각재의 배출구 사이에 복수의 도관이 배치되는 경우, 제3 도관과 제4 도관은 냉각재의 유출이 적은 형태로 연결되어 유로를 형성할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 제3 도관 및 제4 도관은 끼움 결합 형태로 연결될 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 상기 저장부(1100)를 천공하기 위한 천공 구조(7100)가 형성되어 있을 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)가 저장부(1100)를 포함하는 경우, 저장부(1100)는 교체가능한 형태로 제공되는 경우가 있다. 이 경우, 상기 저장부(1100)가 상기 냉각 장치(10000)에 장착되었을 때, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 저장부(1100)에 저장된 유체가 유출될 수 있도록 천공을 하는 동작을 수행할 필요가 있다. 이에, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 저장부(1100)를 천공하기 위한 천공 구조(7100)가 형성되어 있을 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 상기 냉각 장치(10000)는 상기 유로의 일단의 외경이 점진적으로 감소하는 영역을 천공 구조(7100)로써 포함할 수 있다. 상기 유로의 일단의 외경이 가장 작은 영역은 상기 유로의 일단의 외경이 가장 큰 영역에 비해 상기 저장부(1100)에 인접한 위치에 형성될 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 천공 구조(7100)의 외경은 점진적으로 감소하는 구조를 가질 수 있고, 외경이 점진적으로 감소하는 구조는 상기 천공 구조(7100)의 외면에 경사가 진 면을 형성할 수 있으며, 상기 천공 구조(7100)의 상기 경사가 진 외면은 상기 저장부(1100)의 천공된 부분과 직접적으로 밀착하게 될 수 있다. 상기 천공 구조(7100)의 경사가 진 외면이 상기 저장부(1100)의 천공된 부분과 밀착하여 별도의 o-ring이 없더라도 저장부(1100)에 저장된 냉각재가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 상기 천공 구조(7100)가 직접적으로 상기 저장부(1100)와 sealing을 형성할 경우, 상기 저장부(1100)가 천공 구조(7100)로부터 분리되더라도 저장부(1100)에 잔류한 냉각재가 부드럽게 나올 수 있게 하는 효과가 도출될 수 있다.
상기 천공 구조(7100)는 상대적으로 강성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 상기 천공 구조(7100)는 상대적으로 내마모성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 상기 천공 구조(7100)의 외측은 상기 저장부(1100)에 비해 상대적으로 강성이 높거나 내마모성이 높은 물질로 형성될 수 있다.
상기 천공 구조(7100)는 상대적으로 강성이나 내마모성이 높은 물질이 코팅되어 있는 형태일 수 있다. 상기 천공 구조(7100)의 내측은 상기 냉각 장치(10000)의 도관과 동일한 물질로 형성되고, 상기 천공 구조(7100)의 외측에 강성이 높은 물질이 코팅되어 있는 형태일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 천공 구조(7100)의 일 영역에는 냉각재가 유동할 수 있는 통로가 형성되어 있을 수 있다. 상기 천공 구조(7100)는 도관의 일 영역으로 특정한 형상을 가져, 상기 저장부(1100)가 상기 저장부수용부(1300)에 수용되었을 때, 상기 저장부(1100)에 냉각재 유출이 가능한 영역을 형성할 수 있다. 이를 통해, 상기 냉각 장치(10000)는, 냉각재가 상기 저장부(1100)의 냉각재 유출이 가능한 영역으로부터 상기 천공 구조(7100) 내부에 형성된 통로를 통과하여 상기 밸브(2100)의 인렛으로 유동할 수 있도록 하는 천공 구조(7100)를 포함할 수 있다.
도 6 은 본 출원의 다른 실시예에 따른 천공 구조(7100)를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 냉각 장치(10000)는 상기 밸브(2100)와 상기 저장부(1100) 사이에서 유동하는 유체에 통로를 제공하는 도관(7410) 및 상기 저장부(1100)의 적어도 일 영역을 천공하는데에 이용되는 핀(7110)을 포함할 수 있다.
상기 핀(7110)은 상기 도관(7410)의 내부에 위치될 수 있다. 상기 핀(7110)은 상기 도관(7410)의 냉각재가 유동하는 공간에 위치될 수 있다. 상기 핀(7110)은 상기 저장부(1100)가 상기 저장부수용부(1300)에 수용되었을 때, 상기 저장부(1100)의 일 영역과 접촉되도록 위치될 수 있다.
상기 핀(7110)은 외경이 점진적으로 감소하는 영역(7111)을 천공 구조(7100)로써 포함할 수 있다. 상기 핀(7110)은, 상기 핀(7110)의 외경이 가장 작은 영역이 상기 저장부(1100)에 가장 인접하게 형성되도록, 상기 도관(7410) 내부에 위치될 수 있다.
상기 핀(7110)은 상대적으로 강성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 상기 핀 (7110)은 상대적으로 내마모성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 상기 핀(7110)의 외측은 상기 저장부(1100)에 비해 상대적으로 강성이 높거나 내마모성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 상기 핀(7110)은 상대적으로 강성이나 내마모성이 높은 물질이 코팅되어 있는 형태일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 핀(7110)은 상기 핀(7110)의 내부 영역이 상기 냉각 장치(10000)의 도관과 동일한 물질로 형성되고, 상기 핀(7110)의 외측은 강성이 높은 물질이 코팅되어 있는 형태일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 도관(7410)의 내부에는 상기 저장부(1100)의 적어도 일 부분이 유입될 수 있다. 상기 도관(7410)은 상기 저장부(1100)의 적어도 일 부분이 유입되도록 위치할 수 있다. 상기 도관(7410)은, 상기 저장부(1100)가 장착되었을 때, 상기 저장부(1100)의 적어도 일부분이 유입되도록 위치할 수 있다. 상기 도관(7410)의 냉각재가 유동하는 공간에는 상기 저장부(1100)의 적어도 일 부분이 유입될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 도관(7410)에 상기 저장부(1100)가 유입되었을 때, 상기 저장부(1100)와 상기 도관(7410) 사이에 씰링부재(7510)가 위치될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 도관(7410)의 내부에는 o-ring 형태의 씰링부재(7510)가 위치할 수 있고, 상기 저장부(1100)가 상기 도관(7410)의 내부로 삽입되어 상기 저장부(1100)가 천공되는 경우, 상기 저장부(1100)로부터 유출되는 냉각재는 상기 도관(7410)으로 유입될 수 있다. 이 때, 상기 씰링부재(7510)가 상기 냉각재의 상기 도관(7410) 외부로의 유출을 최소화할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각재를 통해 목표 영역을 냉각하는 냉각 장치(10000)에 있어서, 냉각재를 공급하는 냉각재 공급부(1000); 상기 냉각재를 분사하는 분사부(4000); 및 상기 냉각재 공급부(1000)와 상기 분사부(4000) 사이에 위치하는 밸브(2100);를 포함할 수 있다. 상기 밸브(2100)와 상기 냉각재 공급부(1000) 사이에는, 상기 냉각재 이동 속도가 조절되는 제1 영역(A1)이 포함될 수 있다. 상기 제1 영역(A1)은, 상기 밸브(2100)와 상기 냉각재 공급부(1000) 사이에 형성된 도관(7410) 내부에 핀(7110)이 위치되는 영역일 수 있다. 상기 핀(7110)이 위치되지 않은 상기 도관(7410)의 외경과, 상기 핀(7110)이 위치되는 상기 도관(7410)의 외경은 동일하며, 상기 핀(7110)이 위치되지 않은 상기 도관(7410)에서 유체가 이동 가능한 영역의 단면적은, 상기 핀(7110)이 위치되는 도관(7410)에서 유체가 이동 가능한 영역의 단면적보다 크도록 하는 냉각 장치(10000)가 제공될 수 있다.
상기 핀(7110)이 위치되지 않은 상기 도관(7410)에서 유체가 이동 가능한 영역의 단면적과 상기 핀(7110)이 위치되는 상기 도관(7410)에서 유체가 이동 가능한 영역의 단면적이 상이하여, 상기 제1 영역(A1)은 유체의 이동 속도가 변경되는 구간으로 기능할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 상기 저장부(1100)로부터 유출된 냉각재는 상기 밸브(2100)의 인렛으로 유입될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 상기 냉각 장치(10000)는 특정 부피만큼의 냉각재를 수용할 수 있는 냉각재한정저장부(7200)를 더 포함할 수 있다. 상기 냉각재한정저장부(7200)는 미리 정해진 양의 냉각재를 수용할 수 있다.
상기 냉각재한정저장부(7200)는 상기 솔레노이드 밸브(2100)와 상기 저장부(1100) 사이에 위치할 수 있다. 상기 냉각재한정저장부(7200)의 유입구는 상기 저장부(1100)와 유체가 이동가능하도록 연결될 수 있다. 상기 냉각재한정저장부(7200)의 유출구는 상기 솔레노이드 밸브(2100)와 유체가 이동가능하도록 연결될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각재한정저장부(7200)의 유입구와 연결된 제1 도관은 상기 냉각재한정저장부(7200)의 유출구와 연결된 제2 도관에 비해 상대적으로 작은 단면적을 가질 수 있다. 상기 제1 도관에서 상기 냉각재의 흐름에 부하되는 저항은 상기 제2 도관에서 상기 냉각재의 흐름에 부하되는 저항에 비해 클 수 있다. 즉, 상기 제1 도관에서의 상기 냉각재의 압력 강하가 상기 제2 도관에서의 상기 냉각재의 압력 강하보다 클 수 있고, 이때 상기 제1 도관에서의 상기 냉각재의 온도의 하강이 상기 제2 도관에서의 상기 냉각재의 온도의 하강보다 더 클 수 있다.
본 출원의 다른 실시예에 따르면, 상기 냉각재한정저장부(7200)의 유입구와 연결된 제1 도관은 상기 냉각재한정저장부(7200)의 유출구와 연결된 제2 도관에 비해 실질적으로 동일한 단면적을 가질 수 있다. 상기 제1 도관에서의 상기 냉각재의 유량은 상기 제2 도관에서의 상기 냉각재의 유량과 실질적으로 동일할 수 있다. 상기 제1 도관에서의 상기 냉각재의 압력은 상기 제2 도관에서의 상기 냉각재의 압력과 실질적으로 동일할 수 있다.
도 7 은 본 출원의 다른 실시예에 따른 천공 구조(7100) 및 냉각재한정저장부(7210)를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 냉각 장치(10000)는 상기 밸브(2100)와 상기 저장부(1100) 사이에서 유동하는 유체에 통로를 제공하는 도관(7410) 및 상기 저장부(1100)의 적어도 일 영역을 천공하는데에 이용되는 핀(7110)을 포함할 수 있다.
도 6에서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 핀(7110)은 상기 도관(7410)의 내부에 위치될 수 있다. 상기 핀(7110)은 외경이 점진적으로 감소하는 영역(7111)을 천공 구조(7100)로써 포함할 수 있다. 상기 핀(7110)는 상대적으로 강성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 상기 도관(7410)은 상기 저장부(1100)가 유입되도록 위치할 수 있다. 상기 도관(7410)에 상기 저장부(1100)가 유입되었을 때, 상기 저장부(1100)와 상기 도관(7410) 사이에 씰링부재(7510)가 위치될 수 있다.
이와 관련하여서는, 이미 도 6에 따른 냉각 장치(10000)를 설명함에 있어 구체적으로 기재한 바 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 출원의 일 실시예에 따른 핀(7110)은 상대적으로 큰 외경을 가지는 영역(7113)을 포함할 수 있다. 상기 핀(7110)은 외경이 점진적으로 감소하는 영역(7111)을 천공 구조(7100)로써 포함하고, 상대적으로 큰 외경을 가지는 영역(7113)을 유량제한부로써 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각재를 통해 목표 영역을 냉각하는 냉각 장치(10000)에 있어서, 냉각재를 공급하는 냉각재 공급부(1000); 상기 냉각재를 분사하는 분사부(4000); 및 상기 냉각재 공급부(1000)와 상기 분사부(4000) 사이에 위치하는 밸브(2100);을 포함할 수 있다. 상기 밸브(2100)와 상기 냉각재 공급부(1000) 사이에는, 상기 냉각재 이동 속도가 조절되는 제2 영역(A2)이 포함될 수 있다. 상기 제2 영역(A2)은, 상기 밸브(2100)와 상기 냉각재 공급부(1000) 사이에 위치하는 상기 제1 영역(A1) 중 상대적으로 외경이 큰 핀이 위치되는 영역일 수 있다. 상기 제1 영역(A1)의 상기 도관(7410)의 외경과, 상기 제2 영역(A2)의 상기 도관(7410)의 외경은 동일하며, 상기 제1 영역(A1)의 도관(7410)에서 유체가 이동 가능한 영역의 단면적은, 상기 제2 영역(A2)의 도관(7410)에서 유체가 이동 가능한 영역의 단면적보다 크도록 상기 냉각 장치(10000)가 제공될 수 있다.
상기 제2 영역(A2)은 유체의 이동 속도가 변경되는 구간으로 기능할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 상기 냉각 장치(10000)를 유동하는 냉각재의 불순물을 여과하기 위한 필터를 더 포함할 수 있다. 상기 필터는 상기 냉각 장치(10000) 내의 상기 냉각재가 유동하는 유로를 기준으로 적어도 일 영역에 설치될 수 있다. 상기 필터는 도관의 단면적의 형상에 상응하는 형태를 가질 수 있다. 상기 필터는 다공성물질로 형성될 수 있다. 상기 필터는 금속메쉬(mesh)로 형성될 수 있다. 상기 필터는 종이 또는 섬유(fiber)로 구성된 재질로 형성될 수 있다. 상기 필터는 소수성물질로 형성될 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 필터는 상기 냉각재한정저장부(7200) 내에 위치될 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 입력센서(6300)를 더 포함할 수 있다. 상기 입력센서(6300)는 사용자의 입력에 대응하는 신호를 획득할 수 있다. 상기 입력센서(6300)는 키보드, 키 패드, 버튼, 조그셔틀 및 휠 등으로 구현될 수 있다. 상기 입력센서(6300)는 스위치로 활용되는 키 패드일 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 사용자의 접촉에 대한 응답으로 전기적 신호를 발생시키는 스위치를 포함할 수 있다. 상기 스위치는 사용자의 접촉에 따른 전기적 또는 정전기적 신호의 발생에 대한 응답으로 전기적 신호를 발생시키는 기능을 수행할 수 있다. 또는, 상기 스위치는 사용자의 접촉에 따른 기 설정된 수치 이상의 압력의 발생에 대한 응답으로 전기적 신호를 발생시키는 기능을 수행할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 온도센서(6100)를 더 포함할 수 있다(미도시). 구체적인 예를 들어, 상기 온도센서(6100)는 상기 노즐부(4100)와 상기 밸브(2100)의 사이에 위치하는 도관의 외측에서 온도를 측정하는 접촉식 온도 센서일 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 가이드부(4210)를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 노즐부(4100)를 통해 분사되는 냉각재의 분사범위를 한정하기 위해, 상기 냉각 장치(10000)에는 가이드부(4210)가 장착될 수 있다. 상기 가이드부(4210)는 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재의 이동 경로 상에 위치할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 전원부를 더 포함할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 상기 냉각 장치(10000)를 구동시키기 위한 전력을 공급하는 전원부를 더 포함할 수 있다. 상기 전원부는 직류를 공급하기 위한 직류전원과 교류를 공급하기 위한 교류전원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전원부는 이차 배터리일 수 있다.
상기 전원부는 상기 제어부(5000)에 전력을 공급할 수 있다. 상기 전원부는 솔레노이드 밸브(2100)에 전력을 공급할 수 있다. 상기 전원부는 솔레노이드 밸브(2100)의 개폐를 제어하기 위한 전력을 공급할 수 있다.
지금까지 본 출원의 제1 실시예에 따른 냉각 장치(10000)에 대해서 개시하였다. 다만, 이는 이해를 돕기위해 일 실시 태양을 들어 구체적으로 개시한 것일 뿐, 본 출원의 의해 개시되는 냉각 장치(10000)의 형태가 기 서술한 제1 실시예에 따른 냉각 장치(10000)에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 출원의 권리 범위의 해석은 청구 범위의 해석에 따라 결정되어야 할 것이다.
4. 제2 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 기본 구성
도 8은 본 출원의 제2 실시예에 따른 냉각 장치(10000)를 포함하는 냉각 시스템(1)을 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 제2 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 냉각재공급부(1000), 유량조절부(2000), 냉각재상태조절부(3000), 분사부(4000) 및 제어부(5000)를 포함할 수 있다.
본 출원의 제2 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 전달부(1200), 솔레노이드 밸브(2100), 냉각재냉각부(3200), 분사온도조절부(3100), 노즐부(4100) 및 제어부(5000)를 포함할 수 있다.
도 9는 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 시스템(1)을 도시한 것이다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 시스템(1)은, 상술한 냉각 장치(10000), 상술한 냉각 장치(10000)와 연결된 호스 및 냉각재 저장 탱크를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 상기 냉각재 저장 탱크는 본체(20000)의 내부에 보관되는 형태일 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따르면 상기 본체(20000)는 이동의 편의성을 위해 바퀴와 연결되어 있을 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따르면 상기 본체(20000)는 사용자에게 상기 냉각 시스템(1)의 상태를 알리기 위한 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따르면 상기 본체(20000)는 상기 냉각 장치(10000)가 거치될 수 있는 거치영역을 포함할 수 있다.다만, 이는 본 출원의 일 실시예에 따르는 본체(20000)에 대해서 개시한 것일 뿐 몇몇 구성 요소가 생략되거나, 부가되거나 또는 중복되는 형태로 충분히 구현될 수 있음은 물론이다.
도 10은 본 출원의 제2 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 단면도 이다.
상기 냉각 장치(10000)는 전달부(1200)를 포함할 수 있다. 상기 전달부(1200)는 탱크로부터 냉각재를 전달받는 유입구일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 전달부(1200)는 이산화탄소(CO2)를 수용하는 냉각재 저장 탱크로부터 이산화탄소(CO2)를 공급받아, 냉각 장치(10000)의 일 구성요소로 전달할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 냉각재냉각부(3200)를 포함할 수 있다. 상기 냉각재냉각부(3200)는 상기 전달부(1200)를 통과한 냉각재의 상태를 변경할 수 있다. 상기 냉각재냉각부(3200)는 상기 전달부(1200)를 통과한 냉각재를 냉각하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 솔레노이드 밸브(2100)를 포함할 수 있다. 상기 솔레노이드밸브(2100)는 전기적 신호에 응답하여 유체의 배출 및 차단을 수행할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어, 상기 솔레노이드 밸브(2100)는 유체가 유입되는 인렛(inlet), 유체가 유출되는 아웃렛(outlet), 상기 유체의 흐름을 차단하기 위하여 왕복 운동하는 플런저 및 유도자기력이 발생되는 아마추어를 포함할 수 있다.
상기 솔레노이드 밸브(2100)는 인가되는 전기적 신호에 응답하여, 상기 아마추어에 전자기력을 발생시켜 상기 플런저를 오픈 상태로 변경할 수 있다. 상기 솔레노이드 밸브(2100)는 상기 아마추어에 대해 발생시켰던 전자기력을 제거하여, 상기 플런저를 클로즈 상태로 변경할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각재냉각부(3200)는 상기 전달부(1200)를 통과한 냉각재를 냉각하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 냉각재냉각부(3200)는 냉각재를 수용하는 리저버(3210), 리저버를 냉각하기 위한 냉각 소자(3220), 냉각 소자에서 발생한 열을 방열하기 위한 방열부(3230)를 포함할 수 있다.
상기 전달부(1200)로 유입된 냉각재는 상기 전달부(1200)를 통과하여 상기 리저버(3210)로 유입될 수 있다. 상기 리저버(3210)에 수용된 냉각재는 상기 리저버(3210)와 열교환이 가능하도록 위치되어 있는 냉각 소자(3220)를 통해 냉각될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 상기 냉각 소자(3220)의 냉각 동작에 따라, 상기 리저버(3210)에 수용된 냉각재의 액상 비율은 증가할 수 있다. 다시 말해, 상기 리저버(3210)에 유입될 때의 냉각재의 액체/기체 비율에 비해, 상기 리저버(3210)에 수용된 후 상기 냉각 소자(3220)에 의해 냉각되었을 때의 냉각재의 액체/기체 비율이 더 클 수 있다.
상기 냉각 소자(3220)가 열전소자인 경우, 상기 냉각 소자(3220)의 상기리저버(3210)측 일면에서 흡열 반응이 수행됨에 따라 상기 냉각 소자(3220)의 상기 리저버(3210)의 반대측 일면에서 발열 반응이 수행될 수 있다. 따라서, 상기 냉각 소자(3220)의 상기 리저버(3210)의 반대측에서는 상기 발열 반응에 따른 열을 방출하기 위한 방열부(3230)가 위치될 수 있다.
상기 방열부(3230)는 상기 냉각 소자(3220)의 일부 영역에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 방열부(3230)는 열을 발산하기 위한 구조를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 방열부(3230)는 방사형의 구조를 포함할 수 있다. 상기 방열부(3230)는 공기를 순환하기 위한 구조를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 방열부(3230)는 환풍기를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 방열부(3230)는 상기 방사형의 구조 및 상기 방사형의 구조로 외기가 순환될 수 있도록 하는 환풍기를 포함할 수 있다.
도 11은 본 출원의 다른 실시예에 따른 냉각재냉각부(3200)를 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 다른 실시예에 따른 냉각재냉각부(3200)는 저장부(1100)에 저장된 냉각재를 활용하여 상기 전달부(1200)를 통과한 냉각재를 냉각하는 구조를 개시한다. 본 출원의 다른 실시예에 따른 냉각재냉각부(3200)가 적용된 냉각 장치(10000)의 경우, 냉각 동작을 수행함에 있어 필요한 총 전력량이 감소하여 에너지 절약 효과가 도출되고, 방열부(3230)등을 구현하기 위한 공간이 생략될 수 있어 냉각 장치(10000)의 소형화 효과가 유도될 수 있다.
상기 본 출원의 다른 실시예에 따른 냉각재냉각부(3200)는 냉각재이동통로(3240) 및 냉각재냉각통로(3250)를 포함할 수 있다.
상기 냉각재이동통로(3240)는 상기 전달부(1200)로부터 냉각재를 유입받아 목표 영역(TR)으로 냉각재가 토출되도록 중간 경로를 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 냉각재이동통로(3240)를 통과한 냉각재는 상기 목표 영역(TR)으로 전달될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각재이동통로(3240)는 적어도 전달부(1200)로부터 냉각재를 유입받기위한 전달부연결인렛(3241), 상기 전달부연결인렛(3241)으로 유입된 냉각재를 밸브(2100)로 유출하기 위한 밸브연결아웃렛(3242), 및 상기 전달부연결인렛(3241)과 상기 밸브연결아웃렛(3242)사이에 위치하여 유체가 이동가능하도록 연결하는 연결도관(3243)을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각재냉각부(3200)에는 상기 냉각재이동통로(3240)로 유입되는 냉각재 중 일부가 상기 냉각재냉각통로(3250)로 유입되기 위한 유출홈(3244)이 형성되어 있을 수 있다. 일 예로, 상기 유출홈(3244)은 상기 냉각재이동통로(3240)의 적어도 일 위치에 형성되어 있을 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 유출홈(3244)은 밸브(2100)에 비해 상기 전달부연결인렛(3241)에 가깝게 위치될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 냉각재냉각통로(3250)로 공급되는 냉각재는 상기 전달부연결인렛(3241)로부터 유입되는 냉각재가 상기 유출홈(3244)을 통해 유입되는 것이 아니라, 상기 냉각재이동통로(3240)에 공급되는 냉각재를 저장한 냉각재공급부(1000)와 독립된 제2의 냉각재공급부(1000)로부터 공급되는 것일 수 있다.
상기 유출홈(3244)을 통해 냉각재는 냉각재냉각통로(3250)로 유입될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 상기 냉각재냉각통로(3250)는 적어도 유출홈(3244)으로부터 유입된 냉각재가 팽창하는 배출도관(3252) 및 상기 기설정된 조건에서 상기 배출도관(3252) 내부의 냉각재를 상기 배출도관(3252)의 외부로 유출시키도록 냉각재의 흐름을 제어하는 컨트롤밸브(3254)를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤밸브(3254)는 상기 냉각재냉각통로(3250)의 냉각재가 분사되는 끝단과 상기 유출홈(3244)의 사이에 존재할 수 있다.
상기 배출도관(3252)에서 상기 냉각재는 팽창을 통한 냉각을 수행할 수 있다. 다시 말해, 상기 유출홈(3244)을 통과하기 이전의 냉각재의 압력과 상기 유출홈(3244)을 통과한 이후 냉각재의 압력이 상이할 수 있다. 상기 유출홈(3244)을 통과하기 이전의 냉각재의 압력은 상기 유출홈(3244)을 통과한 이후 냉각재의 압력에 비해 클 수 있다. 따라서, 상기 냉각재는 상기 유출홈(3244)을 통과한 이후 상기 배출도관(3252)에서 팽창에 의한 냉각을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 배출도관(3252)의 단면적은 냉각재가 팽창되도록 상기 연결도관(3243)의 단면적에 비해 클 수 있다.
상기 컨트롤밸브(3254)는 기설정된 조건에서 상기 배출도관(3252) 내부의 냉각재를 상기 배출도관(3252)의 외부로 유출시키도록 냉각재의 흐름을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 컨트롤밸브(3254)는 배출도관(3252)의 압력이 기설정된 수치 이상으로 증가하면, 상기 배출도관(3252) 내부의 냉각재를 상기 배출도관(3252)의 외부로 유출시키도록 냉각재의 흐름을 제어하는 컨트롤밸브(3254)를 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 컨트롤밸브(3254)는 배출도관(3252)의 온도가 기설정된 수치 이상으로 증가하면, 상기 배출도관(3252) 내부의 냉각재를 상기 배출도관(3252)의 외부로 유출시키도록 냉각재의 흐름을 제어하는 컨트롤밸브(3254)를 포함할 수 있다.
상기 컨트롤밸브(3254)는 상기 배출도관(3252) 내부의 압력을 측정하기 위한 별도의 압력센서와 연결되어 있을 수 있다. 또는 상기 컨트롤밸브(3254)는 상기 배출도관(3252) 내부의 압력을 측정하기 위한 압력센서와 통합된 형태로 형성되어 있을 수 있다. 마찬가지로, 상기 컨트롤밸브(3254)는 상기 배출도관(3252) 내부의 온도를 측정하기 위한 별도의 온도센서와 연결되어 있을 수 있다. 또는 상기 컨트롤밸브(3254)는 상기 배출도관(3252) 내부의 온도를 측정하기 위한 온도센서와 통합된 형태로 형성되어 있을 수 있다.
상기 컨트롤밸브(3243)는 확인된 배출도관(3252) 의 압력 또는 온도에 기초하여 냉각재의 유출 또는 폐쇄를 제어하는 제어부(5000)와 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 제어부(5000)를 포함할 수 있고, 상기 제어부(5000)는 밸브(2100) 및 컨트롤밸브(3254)를 제어할 수 있다. 다른 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 복수의 제어부(5000)를 포함할 수 있고, 일 제어부(5000)는 밸브(2100)를 제어하고, 다른 일 제어부(5000)는 컨트롤밸브(3254)를 제어할 수 있다.
상기 냉각재이동통로(3240)는 상기 냉각재냉각통로(3250)와 열교환이 가능하도록 위치될 수 있다. 상기 배출도관(3252)을 포함하는 상기 냉각재냉각통로(3250)는 연결도관(3243)을 포함하는 상기 냉각재이동통로(3240)와 열교환이 가능하도록 위치될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)는 냉각재이동통로(3240) 및 냉각재냉각통로(3250) 사이의 열교환이 수행되는 영역이 외기에 의해 가열되는 것을 방지하기 위해 단열통로(3260)를 더 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 냉각재이동통로(3240)와 냉각재냉각통로(3250)은 단열통로(3260)에 의해 하나의 밀폐된 공간에서 인접하게 위치될 수 있고, 외기에 의해 상기 냉각재이동통로(3240) 및/또는 냉각재냉각통로(3250)이 가열되는 것이 방지될 수 있다.
상기 단열통로(3260) 내부에서 배출도관(3252)은 냉각재이동통로(3240)의 끝단에 위치한 전달부연결인렛(3241)에 비해 밸브연결아울렛(3242)에 인접하게 위치될 수 있다. 구체적으로, 상기 배출도관(3252)에서 냉각재가 외부로 분사되는 위치는, 냉각재이동통로(3240)에 이동하는 냉각재의 분사를 제어하는 밸브(2100)의 입구부에서 300mm 이내에 위치할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각재냉각통로(3250)는 상기 냉각재이동통로(3240)를 유동하는 냉각재의 온도를 낮추는 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 냉각재냉각통로(3250)는 상기 냉각재이동통로(3240)를 유동하는 냉각재의 기체에 대한 액체 비율을 증가시키는 기능을 수행할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 배출도관(3252)에서 팽창된 냉각재는 적어도 상기 연결도관(3243)을 통과하는 냉각재에 비해 낮은 온도를 가질 수 있고, 상기 냉각재냉각통로(3250)와 상기 냉각재이동통로(3240) 사이의 열교환을 통해 상기 냉각재이동통로(3240)를 유동하는 냉각재의 기체에 대한 액체 비율을 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 동일한 저장부(1100)로부터 유출된 냉각재는 상기 냉각재냉각통로(3250) 및 냉각재이동통로(3240)로 유입될 수 있다. 상기 냉각재이동통로(3240)로 유입된 냉각재는 목표 영역(TR)으로 분사될 수 있고, 상기 냉각재냉각통로(3250)로 유입된 냉각재는 목표 영역(TR)으로 분사되지 않을 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각재이동통로(3240) 및 상기 냉각재냉각통로(3250)로 유입되는 냉각재는 같은 저장부(1100)로부터 유출된 냉각재이며, 상기 냉각재이동통로(3240)를 통과한 냉각재는 노즐부(4100)를 통해 목표 영역(TR)으로 분사되고, 상기 냉각재냉각통로(3250)를 통과한 냉각재는 컨트롤밸브(3254)를 통과하여 외부로 배출될 수 있다.
지금까지 본 출원의 다른 실시예에 따른 냉각재냉각부(3200)에 대해서 구체적으로 설명한 바 있다. 다만, 위에서 냉각재냉각부(3200)에 대해서 설명할 때에는, 설명의 편의를 위해 냉각재이동통로(3240) 및 냉각재냉각통로(3250)가 각각 하나의 유로를 형성하는 것을 기준으로 도시된 도면에 기초하여 설명을 개시하였으나, 상기 냉각재이동통로(3240)는 복수개의 유로를 가지도록 형성될 수 있고, 상기 냉각재냉각통로(3250)는 복수개의 유로를 가지도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 냉각재냉각통로(3250)는 하나의 유로를 형성하고, 상기 냉각재냉각통로(3250)를 둘러싸는 형태로 상기 냉각재이동통로(3240)가 형성될 수 있으며, 상기 냉각재이동통로(3240)는 복수개의 연결도관(3243)을 포함하며, 하나의 전달부연결인렛(3241)으로 유입된 냉각재는 복수개의 연결도관(3243)으로 유입될 수 있고, 복수개의 연결도관(3243)으로부터 유출되는 냉각재는 하나의 밸브연결아웃렛(3242)으로 배출되어 밸브(2100)로 전달될 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 노즐부(4100)를 포함할 수 있다. 상기 노즐부(4100)는 제1 단의 단면적과 제2 단의 단면적이 상이한 형태로 제공될 수 있다. 상기 노즐부(4100)는 전달부(1200)와 상대적으로 보다 더 이격된 제1 단의 단면적이 제2 단면적에 비해 작은 형태로 제공될 수 있다. 이 때, 제1 단에서 단면적이 감소함으로 인해 압력이 증가하고, 압력에너지가 속도에너지로 변경되는 현상으로 인해, 상기 노즐부(4100)는 냉각재가 상기 냉각 장치(10000)의 외부로 분출되도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 분사온도조절부(3100)를 포함할 수 있다. 상기분사온도조절부(3100)는 분사되는 냉각재의 온도를 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 분사온도조절부(3100)는 냉각재가 이동할 수 있는 유로의 주변에서 유로 내의 냉각재의 온도를 조절하는 가열 소자를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 가열 소자는 열전 소자일 수 있다. 상기 열전 소자는 냉각재와 열적으로 연결되어 상기 냉각재를 가열하는 제1 면과 상기 제1 면의 발열 반응에 따라 흡열 반응을 수행하는 제2 면을 구비할 수 있다. 이 때, 상기 제1 면은 상기 제2 면에 비해 상기 노즐부(4100)에 더 인접하게 배치될 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 면은 상기 제2 면에 비해 냉각재가 이동하는 유체에 더 인접하게 배치될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 상기 밸브(2100)와 상기 노즐부(4100) 사이에 상기 분사온도조절부(3100)가 위치되는 형태로 구성될 수 있고, 상기 분사온도조절부(3100)는 상기 밸브(2100)의 아웃렛을 통해 배출된 냉각재의 온도를 가열하여 상기 노즐부(4100)로 분사되도록 하는 동작을 수행할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 적어도 하나의 도관을 포함할 수 있다. 상기 도관은 상기 냉각 장치(10000) 내에서 상기 전달부(1200)로부터 전달되는 냉각재를 상기 노즐부(4100)를 통해 외부로 분출하기 위해 유로를 형성하는데에 이용될 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 상기 전달부(1200)로부터 상기 냉각재냉각부(3200)를 지나 상기 솔레노이드 밸브(2100)까지 상기 냉각재가 이동하는데에 이용되는 유로를 형성하는데 관여하는 도관을 포함할 수 있다. 상기 전달부(1200)와 솔레노이드 밸브(2100)의 인렛 사이에는 적어도 하나의 도관이 배치될 수 있다.
상기 전달부(1200)와 상기 솔레노이드 밸브(2100)의 인렛 사이에 복수의 도관이 배치되는 경우, 제1 도관과 제2 도관은 냉각재의 유출이 적은 형태로 연결되어 유로를 형성할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 제1 도관 및 제2 도관은 끼움 결합 형태로 연결될 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 상기 솔레노이드 밸브(2100)의 아웃렛으로부터 상기 분사온도조절부(3100)를 지나 상기 노즐부(4100)의 냉각재의 배출구까지 이동하는데에 이용되는 유로를 형성하는데 관여하는 도관을 포함할 수 있다.
상기 솔레노이드 밸브(2100)의 아웃렛으로부터 상기 노즐부(4100)의 냉각재의 배출구 사이에 복수의 도관이 배치되는 경우, 제3 도관과 제4 도관은 냉각재의 유출이 적은 형태로 연결되어 유로를 형성할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 제3 도관 및 제4 도관은 끼움 결합 형태로 연결될 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는, 상기 냉각 장치(10000)를 유동하는 냉각재의 불순물을 여과하기 위한 필터를 더 포함할 수 있다. 상기 필터는 상기 냉각 장치(10000) 내의 상기 냉각재가 유동하는 유로를 기준으로 적어도 일 영역에 설치될 수 있다. 상기 필터는 도관의 단면적의 형상에 상응하는 형태를 가질 수 있다. 상기 필터는 다공성물질로 형성될 수 있다. 상기 필터는 소수성물질로 형성될 수 있다.
상기 냉각 시스템(1)은 입력센서(6300)를 더 포함할 수 있다. 상기 입력센서(6300)는 사용자의 입력에 대응하는 신호를 획득할 수 있다. 상기 입력센서(6300)는 키보드, 키 패드, 버튼, 조그셔틀 및 휠 등으로 구현될 수 있다. 상기 입력센서(6300)는 스위치로 활용되는 키 패드일 수 있다.
상기 입력센서(6300)는 본 출원의 제2 실시예에 따른 냉각 장치(10000)에 포함되어 있을 수 있다. 또는, 상기 입력센서(6300)는 냉각 장치(10000) 외부에 별도로 존재하는 본체에 형성되어 있을 수 있다. 이 때, 상기 본체는 상기 냉각 장치(10000)와 전기적으로 연결되어, 상기 입력센서(6300)를 통해 입력된 정보를 토대로 상기 냉각 장치(10000)를 제어할 수 있다.
본 출원의 제2 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 사용자의 접촉에 대한 응답으로 전기적 신호를 발생시키는 스위치를 포함할 수 있다. 상기 스위치는 사용자의 접촉에 따른 정전기적 신호의 발생에 대한 응답으로 전기적 신호를 발생시키는 기능을 수행할 수 있다. 또는, 상기 스위치는 사용자의 접촉에 따라 발색하는 기 설정된 수치 이상의 압력에 대한 응답으로 전기적 신호를 발생시키는 기능을 수행할 수 있다.
상기 냉각 시스템(1)은 제어부(5000)를 포함할 수 있다. 상기 냉각 시스템(1)은 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 마이크로컨트롤러는 상기 솔레노이드 밸브(2100)의 온-오프 및/또는 개폐량 조절하기 위한 제어 신호를 생성, 상기 솔레노이드 밸브(2100)로 전송할 수 있다. 상기 마이크로컨트롤러는 상기 냉각재냉각부(3200)의 냉각 소자의 온-오프 및/또는 인가되는 전류량을 조절하기 위한 제어 신호를 생성, 상기 냉각 소자로 전송할 수 있다. 상기 마이크로컨트롤러는 상기 분사온도조절부(3100)의 가열 소자의 온-오프 및/또는 인가되는 전류량을 조절하기 위한 제어 신호를 생성, 상기 가열 소자로 전송할 수 있다.
상기 마이크로컨트롤러는 본 출원의 제2 실시예에 따른 냉각 장치(10000)에 포함되어 있을 수 있다. 또는, 상기 마이크로컨트롤러는 냉각 장치(10000) 외부에 별도로 존재하는 본체에 형성되어 있을 수 있다. 이 때, 상기 본체는 상기 냉각 장치(10000)와 전기적으로 연결되어, 상기 마이크로컨트롤러에 의해 생성된 제어 신호를 기 냉각 장치(10000)의 적어도 일 영역으로 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 냉각 시스템(1)은 전원부를 더 포함할 수 있다. 상기 냉각 시스템(1)은 상기 냉각 장치(10000)를 구동시키기 위한 전력을 공급하는 전원부를 더 포함할 수 있다. 상기 전원부는 직류를 공급하기 위한 직류전원과 교류를 공급하기 위한 교류전원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전원부는 배터리 또는 건전지의 형태일 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 전원부는 지속적으로 전원을 공급받는 전원선의 형태일 수 있다.
상기 전원부는 본 출원의 제2 실시예에 따른 냉각 장치(10000)에 포함되어 있을 수 있다. 또는, 상기 전원부는 냉각 장치(10000) 외부에 별도로 존재하는 본체에 형성되어 있을 수 있다. 이 때, 상기 본체는 상기 냉각 장치(10000)와 전기적으로 연결되어, 상기 전원부를 통해 입력된 전력을 상기 냉각 장치(10000)의 적어도 일 영역으로 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 전원부는 상기 제어부(5000)에 전력을 공급할 수 있다. 상기 전원부는 솔레노이드 밸브(2100)에 전력을 공급할 수 있다. 상기 전원부는 솔레노이드 밸브(2100)의 개폐를 제어하기 위한 전력을 공급할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)과 냉각장치(10000) 사이의 거리를 가이딩하는 거리고정기(4900)를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 거리고정기(4900)는 상기 목표 영역(TR)과 상기 냉각 장치(10000)사이의 거리를 기결정되어 있는 거리로 일정하게 유지하는 기능을 수행할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 거리고정기(4900)는 일정 거리를 가지는 봉 형태로 구현되어, 항상 동일한 거리로 상기 목표 영역(TR)과 상기 냉각 장치(10000) 사이의 거리를 유지할 수 있다. 다른 예로, 상기 거리고정기(4900)는 상기 목표 영역(TR)과 상기 냉각 장치(10000)사이의 거리를 냉각 장치(10000)의 동작 모드에 따라 결정하여, 상기 목표 영역(TR)과 상기 냉각 장치(10000) 사이의 거리를 결정된 거리로 유지하는 기능을 수행할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 거리고정기(4900)는 길이 조절이 가능한 봉 형태로 구현되어, 제어부(5000)로부터 인가되는 전기적 신호에 따라 그 길이가 조절될 수 있다.
지금까지 본 출원의 제2 실시예에 따른 냉각 장치(10000)에 대해서 개시하였다. 다만, 이는 이해를 돕기위해 일 실시 태양을 들어 구체적으로 개시한 것일 뿐, 본 출원의 의해 개시되는 냉각 장치(10000)의 형태가 기 서술한 제2 실시예에 따른 냉각 장치(10000)에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 출원의 권리 범위의 해석은 청구 범위의 해석에 따라 결정되어야 할 것이다.
이하에서는 본 출원의 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 수행할 수 있는 동작에 대해서 구체적으로 개시하기로 한다.
다만, 냉각 장치(10000)의 구체적인 동작을 설명함에 있어, 구체적인 한정이 없는 한 설명의 편의를 위해 상기 유량조절부(2000)는 전기적 신호에 응답하여 개방 및 폐쇄를 수행하는 전자 밸브(2100)로, 상기 냉각재상태조절부(3000)는 인가되는 전류에 따라 냉각 및/또는 가열을 수행하여 분사되는 냉각재의 온도를 조절하는 분사온도조절부(3100)로, 상기 냉각재공급부(1000)는 상기 냉각 장치(10000)에 장착되어 냉각재를 공급하는 저장부(1100)로 특정하여 설명하기로 한다.
다만, 이는 불필요한 중복적인 기재를 방지하기 위해 그 예시를 들어 설명하는 것일 뿐, 본 출원에 의해 개시되는 모든 냉각 장치(10000)는 아래의 동작을 실시할 수 있는 것으로 해석될 수 있음은 물론이다.
<냉각 장치(10000)의 동작>
1. 냉각 제어
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)에의 냉각을 수행할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 노즐부(4100)를 통하여 냉각재를 분사하여, 분사된 냉각재를 이용하여 목표 영역(TR)에의 냉각을 수행할 수 있다. 다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 노즐부(4100)를 통하여 냉각재를 분사하여, 분사된 냉각재를 이용하여 목표 영역(TR)과 접촉하는 팁(4400)을 냉각시키는 형태로 목표 영역(TR)에의 냉각을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 냉각을 수행하기 위해 냉각재를 분사할 수 있다.
일 예로, 냉각 장치(10000)는 일정 시간 밸브(2100)가 개방되도록 하여, 냉각을 수행할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 밸브(2100)에 연속적인 전류(continuous current)를 인가할 수 있다. 상기 제어부(5000)는 상기 밸브(2100)를 개방하기 위한 신호를 상기 밸브(2100)로 전송할 수 있고, 기 설정된 시간이 경과하면 상기 밸브(2100)를 폐쇄하기 위한 신호를 상기 밸브(2100)로 전송할 수 있다. 다른 예로, 냉각 장치(10000)는 일정 시간 밸브(2100)가 개방 및 폐쇄를 반복하도록 하여, 냉각을 수행할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 밸브(2100)에 PWM 형태로 전류를 인가할 수 있다. 상기 제어부(5000)는 상기 밸브(2100)를 개방하기 위한 신호 및 상기 밸브(2100)를 폐쇄하기 위한 신호를 기 설정된 시간 간격으로 기 설정된 횟수만큼 상기 밸브(2100)로 전송할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 분사되는 냉각재의 양을 조절하여, 목표 영역(TR)의 냉각 온도를 조절할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 밸브(2100)의 개방 및 폐쇄를 제어하여, 목표 영역(TR)의 냉각 온도를 조절할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 밸브의 개폐 시간 및/또는 주파수를 조절하여, 목표 영역(TR)의 온도를 조절할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 밸브(2100)의 개방 시간을 늘려, 목표 영역(TR)의 온도를 상대적으로 더 낮게 조절할 수 있다. 다른 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 일정 시간이내에 밸브(2100)의 개방 빈도를 늘려, 목표 영역(TR)의 온도를 상대적으로 더 낮게 조절할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 분사되는 냉각재에 발열 및/또는 흡열을 유도하여, 목표 영역(TR)의 냉각 온도를 조절할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 분사되는 냉각재와 열교환을 수행하는 분사온도조절부(3100)를 포함하여, 분사되는 냉각재에 발열 및/또는 흡열을 유도하여, 목표 영역(TR)의 냉각 온도를 조절할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 제어부(5000)는 분사온도조절부(3100)를 통과하는 냉각재를 가열하도록 상기 분사온도조절부(3100)에 전기적 신호를 가하여, 분사되는 냉각재의 온도가 상대적으로 더 높게 조절할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 제어부(5000)는 분사온도조절부(3100)를 통과하는 냉각재를 냉각하도록 상기 분사온도조절부(3100)에 전기적 신호를 가하여, 상기 분사되는 냉각재의 온도가 상대적으로 더 낮게 조절할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 냉각 동작을 수행할 때에 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 냉각할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 냉각 동작을 수행할 때에 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 기 설정된 시간만큼 냉각할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 냉각 동작이 개시되고 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 기 설정된 시간만큼 냉각한 이후, 냉각 동작을 종료할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 냉각 동작을 개시할 때에, 목표 영역(TR)에 냉각열을 가하기 이전부터 상기 냉각 장치(10000)를 구동시킬 수 있다. 일 예로, 상기 냉각 장치(10000)가 -15℃가 목표냉각온도인 냉각 동작을 수행할 때에, 냉각 동작이 개시되면 목표 영역(TR)에 팁(4400)이 접촉되기 이전에 상기 팁(4400)의 온도가 -7℃에 도달하도록 제어하고, 상기 팁(4400)의 온도가 -7℃에 도달하면 상기 팁(4400)을 목표 영역(TR)에 접촉하도록 알림을 제공할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 냉각 동작을 종료할 때에, 목표냉각온도에 비해 높은 온도로 상기 목표 영역(TR)을 냉각할 수 있다. 일 예로, 상기 냉각 장치(10000)가 -15℃가 목표냉각온도인 냉각 동작을 수행할 때에, 냉각 동작이 개시되면 상기 목표 영역(TR)을 기 설정된 시간만큼 -15℃로 유지한 이후에, 상기 팁(4400)과 목표 영역(TR)사이의 디태칭을 위해, 상기 팁(4400)의 온도를 일시적으로 -15℃보다 높은 온도로 제어할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 상기 팁(4400)의 온도가 디태칭 온도에 도달하면 상기 팁(4400)을 목표 영역(TR)에서 분리하도록 알림을 제공할 수 있다.
2. 온도에 따른 피드백 제어
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 온도에 따른 피드백 제어(feedback control)를 수행할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 온도에 기초하여 분사온도조절부(3100)를 통해분사되는 냉각재의 온도를 조절하는 형태로 온도에 따른 피드백 제어를 수행할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 온도에 기초하여 밸브(2100)를 통해 냉각재의 분사량을 조절하는 형태로 온도에 따른 피드백 제어를 수행할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)의 온도에 기초하여 분사온도조절부(3100) 및 밸브(2100)를 제어하여 피드백 제어를 수행할 수 있다.
냉각재를 이용하여 냉각을 수행하는 냉각 장치(10000)의 경우, 온도에 따른 피드백 제어를 수행하는 것은 매우 중요하다. 예를 들어, 냉각 장치(10000)가 사람의 피부에의 냉각을 위해 이용되는 경우, 목표 영역(TR)에의 온도가 크게 감소하였음에도 불구하고 계속적인 냉각을 수행된다면 사람의 피부가 괴사되어 회복이 불가능한 중대한 부작용이 발생될 수 있기 때문이다.
따라서, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 직/간접적으로 산출되는 목표 영역(TR)의 온도에 대한 피드백 제어를 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)에의 온도를 측정하여 온도에 따른 피드백 제어를 수행하거나, 목표 영역(TR)과 접촉하는 팁(4400)에의 온도를 측정하여 온도에 따른 피드백 제어를 수행하거나, 분사되는 냉각재의 온도를 측정하여 온도에 따른 피드백 제어를 수행하거나, 저장부(1100)의 온도를 산출하여 온도에 따른 피드백 제어를 수행할 수 있다.
3. 식별에 따른 냉각 모드 제어
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 상기 냉각 장치(10000)에 장착되는 구성품을 식별하여 냉각 모드를 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 상기 냉각 장치(10000)에 장착되는 구성품의 냉각 표지를 식별하여 냉각 모드를 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 냉각 표지의 식별은 식별센서에 의해 수행될 수 있다.
여기서, 상기 구성품의 냉각 표지는 가이드부(4210)에 포함된 NFC 태그일 수 있다. 이 때, 상기 가이드부(4210)가 장착되었을 때 상기 가이드부(4210)과 접촉되는 상기 냉각 장치(10000)의 접촉면의 일 영역에는 NFC 리더가 포함되어 있을 수 있다. 또는, 상기 구성품의 냉각 표지는 팁(4400)에 포함된 바코드일 수 있다. 이 때, 상기 팁(4400)이 장착되었을 때 상기 팁(4400)과 접촉되는 상기 냉각 장치(10000)의 접촉면의 일 영역에는 바코드 리더가 포함되어 있을 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상기 냉각 표지의 식별에 기초하여, 목표 영역(TR)에 대한 목표냉각온도를 결정할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)의 제어부(5000)는 식별센서에 의해 식별된 값이 세포 괴사용 가이드부(4210)에 대응되는 경우, 목표 영역(TR)의 목표냉각온도를 -40℃로 결정하여, -40℃로 목표 영역(TR)을 냉각시키기 위해 동작할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)의 제어부(5000)는 식별센서에 의해 식별된 값이 마취용 팁(4400)에 대응되는 경우, 목표 영역(TR)의 목표냉각온도를 -15℃로 결정하여, -15℃로 목표 영역(TR)을 냉각시키기 위해 동작할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상기 냉각 표지의 식별에 기초하여, 냉각재 분사 정도를 결정할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)의 제어부(5000)는 식별센서에 의해 식별된 값이 상대적으로 넓은 면적에 냉각재를 분사해야 하는 가이드부(4210)에 대응되는 경우, 식별센서에 의해 식별된 값이 상대적으로 좁은 면적에 냉각재를 분사해야 하는 가이드부(4210)에 대응되는 경우에 비해, 많은 양의 냉각재가 노즐부(4100)를 통해 분사하도록 동작할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)의 제어부(5000)는 많은 양의 냉각재가 노즐부(4100)를 통해 분사될 수 있도록 밸브(2100)의 개방 횟수를 증가시킬 수 있다. 다른 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)의 제어부(5000)는 많은 양의 냉각재가 노즐부(4100)를 통해 분사될 수 있도록 밸브(2100)의 개방 지속 시간을 증가시킬 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상기 냉각 표지의 식별에 기초하여, 냉각재 분사 모드를 결정할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)의 제어부(5000)는 식별센서에 의해 식별된 값이 상대적으로 넓은 면적의 목표 영역(TR)에 대한 접촉 영역을 가지는 팁(4400)으로써 목표 영역(TR)에 냉감을 주기위해 목표냉각온도가 10℃인 팁(4400)에 대응되는 경우, 상기 냉각 장치(10000)의 제어부(5000)는 밸브(2100)가 개방 및 폐쇄를 반복하도록 제어할 수 있다. 다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)의 제어부(5000)는 식별센서에 의해 식별된 값이 상대적으로 좁은 면적의 목표 영역(TR)에 대한 접촉 영역을 가지는 팁(4400)으로써 목표 영역(TR)에의 특정 조직의 제어를 위해 -40 ℃인 팁(4400)에 대응되는 경우, 상기 냉각 장치(10000)의 제어부(5000)는 밸브(2100)가 일정 시간동안 개방되도록 제어할 수 있다.
4. 복사에너지의 제공
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 목표 영역(TR) 및/또는목표 영역(TR)의 주변부에 복사에너지를 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 열을 제공하기 위해 목표 영역(TR) 및/또는 목표 영역(TR)의 주변부에 복사에너지를 제공할 수 있다. 다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각 영역을 표시하기 위해 목표 영역(TR) 및/또는 목표 영역(TR)의 주변부에 복사에너지를 제공할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR) 및/또는 목표 영역(TR)의 주변부에 복사에너지를 제공하는 복사에너지제공부(4230)을 포함할 수 있다.
상기 복사에너지제공부(4230)는 목표 영역(TR)의 경계에 복사에너지를 제공할 수 있다. 상기 복사에너지제공부(4230)는 목표 영역(TR)의 경계에 복사에너지를 제공하여, 목표 영역(TR)의 경계에 열을 제공하는 경계열공급부로써 기능할 수 있다. 상기 복사에너지제공부(4230)는 목표 영역(TR)의 주변부에 복사에너지를 제공하여, 상기 목표 영역(TR) 이외의 영역이 상기 복사에너지제공부(4230)에 의한 복사에너지가 제공되지 않을 때에 비해 상대적으로 높은 온도를 갖도록 하는 기능을 수행할 수 있다. 이로써, 상기 복사에너지제공부(4230)는 상기 냉각 장치(10000)가 냉각을 수행할 때에 상기 목표 영역(TR) 이외의 영역이 과도하게 냉각되는 것을 방지하는 효과를 도출할 수 있다.
상기 복사에너지제공부(4230)는 목표 영역(TR) 및 목표 영역(TR)의 경계에 복사에너지를 제공할 수 있다. 상기 복사에너지제공부(4230)는 목표 영역(TR) 및 목표 영역(TR)의 주변에 복사에너지를 제공하여, 냉각되는 정도가 기 결정된 냉각량 이하인 영역의 온도를 상기 복사에너지제공부(4230)에 의한 복사에너지가 제공되지 않을 때에 비해 상대적으로 높은 온도를 갖도록 하는 기능을 수행할 수 있다. 이로써, 상기 복사에너지제공부(4230)는 상기 냉각 장치(10000)가 냉각을 수행할 때에 상기 목표 영역(TR) 이외의 영역이 과도하게 냉각되는 것을 방지하는 효과를 도출할 수 있다.
5. 긴급 정지 제어
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 냉각 동작을 수행하는 도중 특정 이벤트에의 응답으로 냉각 동작의 수행을 정지하는 기능을 수행할 수 있다. 일 예로, 냉각 동작을 수행하는 도중 입력센서(6300)를 통해 긴급 정지를 위한 입력이 감지되면, 상기 냉각 장치(10000)는 수행하던 냉각재의 분사를 중지하기 위해 밸브(2100)를 폐쇄할 수 있다.
일반적으로, 냉각 동작을 수행하는 냉각 장치(10000)의 경우, 냉각 동작이 개시되면 기 설정된 시간만큼 냉각 동작을 수행한 이후에, 냉각 동작이 종료되도록 구현된다. 다만, 냉각 장치(10000)가 생체를 목표 영역(TR)으로 하여 냉각을 수행하는 경우에는, 보다 전문성을 갖는 시술자의 판단에 따라 냉각 동작을 임의의 종료해야하는 경우가 발생할 수 있다. 예를 들어, 목표 영역(TR)의 온도가 지나치게 급격하게 감소되는 경우, 또는, 피시술자가 지나친 고통을 호소하는 경우에는 냉각 동작이 개시되고 기 설정된 시간이 도과하였는지와 무관하게 냉각 동작의 긴급 종료가 필요할 수 있다.
본 출원의 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상술한 문제점을 해결하기 위해, 긴급 정지 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 장치(10000)는 긴급 정지를 위한 입력이 감지되는 경우, 냉각 동작을 종료하기 위한 동작을 수행할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 긴급 정지를 위한 입력이 감지되는 경우, 밸브(2100)를 폐쇄하기 위한 신호를 밸브(2100)로 전송할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 긴급 정지를 위한 입력이 감지되는 경우, 노즐부(4100)를 통해 냉각재가 분사되고 있는 동안에라도, 노즐부(4100)를 통한 냉각재의 분사를 종료하도록 상기 밸브(2100)로 상기 밸브(2100)의 폐쇄를 위한 신호를 전송할 수 있다.
다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 긴급 정지를 위한 입력이 감지되는 경우, 목표 영역(TR)의 온도를 냉각 동작을 종료하기 직전의 온도에 비해 일부 상승시킬 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 긴급 정지를 위한 입력이 감지되는 경우, 팁(4400)을 통해 목표 영역(TR)이 냉각되고 있는 동안에라도, 팁(4400)에 분사되는 냉각재를 정지하여 상기 팁(4400)이 디태칭을 위한 온도가 되도록 상기 밸브로 상기 밸브의 폐쇄를 위한 신호를 전송할 수 있다. 다른 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 긴급 정지를 위한 입력이 감지되는 경우, 노즐부(4100)를 통해 냉각재가 분사되고 있는 동안에라도, 디태칭 온도로 가열된 냉각재가 노즐부(4100)를 통해 일정시간 분사되도록 분사온도조절부(3100) 및 밸브(2100)를 제어할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 긴급 정지를 위한 입력을 감지할 수 있다. 상기 긴급 정지를 위한 입력의 형태는 다양할 수 있다. 일 예로, 냉각 장치(10000)에는 복수의 입력센서(6300)가 구비되어 있을 수 있다. 하나의 입력센서(6300)는 냉각 장치(10000)의 냉각 동작을 개시하기 위한 입력을 감지할 수 있고, 다른 하나의 입력센서(6300)는 냉각 장치(10000)의 냉각 동작의 임의 정지(즉, 긴급 정지)를 위한 입력을 감지할 수 있다. 다른 예로, 냉각 장치(10000)에는 하나의 입력센서(6300)가 구비되어 있을 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 하나의 입력센서(6300)를 통해 감지되는 사용자 입력의 타이밍 및/또는 지속시간을 기초로 입력을 구분할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 하나의 입력센서(6300)를 통해 사용자 입력이 감지되었을 때, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각 동작을 수행할 수 있다. 하나의 입력센서(6300)를 통해 사용자 입력이 감지되었을 때, 상기 냉각 장치(10000)가 이미 냉각 동작을 수행하고 있는 것으로 확인되는 경우, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각 동작을 종료할 수 있다.
다른 구체적인 예를 들어, 하나의 입력센서(6300)를 통해 감지되는 사용자 입력이 제1 시간동안 지속되는 경우, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각 동작을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 냉각 장치(10000)는 하나의 입력센서(6300)를 통해 사용자 입력이 감지되었으나 제1 시간동안 지속되지는 않은 경우, 상기 냉각 동작을 수행하지 않을 수 있다. 상기 하나의 입력센서(6300)를 통해 감지되는 사용자 입력이 제2 시간동안 지속되는 경우, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각 동작을 종료할 수 있다. 상기 하나의 입력센서(6300)를 통해 감지되는 사용자 입력이 제2 시간동안 지속되는 경우, 상기 냉각 장치(10000)의 냉각 동작이 수행되는 도중이더라도, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 냉각 동작을 종료할 수 있다. 상기 제1 시간과 상기 제2 시간은 상이할 수 있다.
6. 심리적 안정의 유도
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 냉각 동작이 수행되는 동안 발생할 수 있는 피시술자의 지루함, 두려움 등의 감정을 완화하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 피시술자의 심리적 안정을 유도하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각 동작을 수행하는 도중 사용자가 들을 수 있는 리듬 및/또는 음악을 제공하는 기능을 수행함으로써, 피시술자의 심리적 안정을 유도하는 기능을 수행할 수 있다.
다시 말해, 목표 영역(TR)에 대한 냉각을 수행하는 경우에, 피시술자는 목표 영역(TR)의 냉각에 따른 다소간의 고통을 감지하거나, 냉각 동작에 소요되는 시간 동안에의 지루함을 느낄 수 있다. 이를 해결하기 위해, 본 출원의 냉각 장치(10000)는 피시술자가 냉각 동작이 수행되는 동안에 리듬 및/또는 음악을 인지하도록 할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 음성을 출력하는 출력부를 포함하고, 상기 출력부를 통해 피시술자에게 음악을 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 밸브(2100)의 개방 및 폐쇄를 반복함에 따라 발생되는 냉각재 방출음 및 밸브(2100) 폐쇄음 중 적어도 하나에 의해 유발되는 리듬을 피시술자에게 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 밸브(2100)의 개방 및 폐쇄를 반복적으로 제어하여, 피시술자에게 리듬을 제공할 수 있다.
일 예로, 상기 제어부(5000)는 상기 밸브(2100)의 개방이 특정 리듬과 대응되도록 밸브(2100)의 개방을 제어할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 제어부(5000)는 상기 밸브(2100)의 개방이 '작은별'의 '반짝반짝작은별-' 과 대응되도록 1박, 1박, 1박, 1박, 1박, 1박, 2박 마다 밸브(2100)를 개방할 수 있다. 이 때, 상기 제어부(5000)는 밸브(2100)가 개방된 후 기설정된 시간이 지나면 밸브(2100)가 폐쇄되도록 제어할 수 있다. 이 때, 상기 기설정된 시간(즉, 밸브(2100)가 개방된 후 상기 밸브(2100)가 폐쇄될때까지의 시간)은 상기 1박에 비해서는 짧을 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 장치(10000)는 밸브(2100)의 개방 주파수에 대응되는 음악을 제공할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 밸브(2100)가 짧은 시간간격에 따라 개방 및 폐쇄되는 경우에는 빠른 음악을, 상기 밸브(2100)가 긴 시간간격에 따라 개방 및 폐쇄되는 경우에는 느린 음악을 재생할 수 있다. 다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)의 밸브(2100)가 '작은별'과 대응되도록 개방되는 경우, 상기 냉각 장치(10000)는 출력부를 통해 '작은별'을 재생할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 냉각에 따라 도출하고자 하는 효과(예를 들어, 마취, 종양의 제거, 피부 미백 등) 또는 목표 영역(TR)의 크기에 따라 목표 냉각 온도 및/또는 밸브(2100)의 제어 방법이 상이할 수 있고, 상기 목표 냉각 온도 및/또는 밸브(2100)의 제어 방법에 따라 피시술자에게 제공되는 음악 및/또는 리듬을 다양할 수 있다.
7. 가스 농도에 따른 구동 제어
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 상기 냉각 장치(10000)가 사용되는 환경에서의 가스 농도를 감지하는 기능을 수행할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 상기 냉각 장치(10000)의 사용으로 유출되는 기체의 농도를 확인하는 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 유출되는 기체의 농도는 가스센서에 의해 확인될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 가스센서는 상기 제어부(5000)가 냉각 동작을 수행하기 위해 밸브(2100)를 제어하는 동안에 가스의 농도를 측정할 수 있다. 일 예로, 상기 가스센서는 상기 밸브(2100)가 개방되는 동안에 가스의 농도를 측정할 수 있다. 다른 예로, 상기 가스센서는 상기 밸브(2100)가 개방 및 폐쇄를 반복하는 동안에 가스의 농도를 측정할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상기 냉각 장치(10000)가 사용되는 환경에서의 특정 가스의 농도가 기 설정된 수치 이상인 경우, 알림을 제공할 수 있다. 일 예로, 상기 냉각 장치(10000)가 냉각재로 CO2를 이용하고, 가스센서는 CO2 농도를 측정하는 경우에, 상기 측정된 CO2농도가 기준치를 초과하는 경우에는 디스플레이나 스피커를 통해 시술자 및/또는 피시술자에게 알림을 제공할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상기 냉각 장치(10000)가 사용되는 환경에서의 특정 가스의 농도가 기 설정된 수치 이상인 경우, 냉각 동작의 수행을 종료할 수 있다. 일 예로, 상기 냉각 장치(10000)가 냉각 동작을 수행할 때 CO2를 분사하는 경우, 상기 가스센서는 지속적으로 CO2 농도를 모니터링하고, 상기 측정된 CO2농도가 기준치를 초과하는 경우에는 상기 냉각 동작이 종료되지 않았더라도 임의로 냉각 동작을 종료하기 위한 절차를 수행할 수 있다.
본 출원의 다른 실시예에 따른 가스센서는 냉각 장치(10000)의 외부에 위치될 수 있다. 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)의 충전을 위한 거치대가 제공되는 경우, 상기 거치대에 상기 가스센서가 구비될 수 있고, 이 때, 상기 가스센서의 가스 농도에 기초하여 알림이 제공될 수 있다.
지금까지, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 수행할 수 있는 몇가지 동작들에 대해서 개시한 바 있다. 다만, 기 개시한 몇몇 실시 동작은, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 수행할 수 있는 대표적인 몇몇 동작에 대해서 개시한 것일 뿐, 본 출원에 따른 냉각 장치(10000)가 수행할 수 있는 동작을 기 개시된 몇몇 실시 동작에 한정하는 것은 아니다.
이하에서는, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 냉각 동작을 수행함에 있어서, 목표 영역(TR)에 직접적인 냉각재 분사를 수행하는 냉각 장치(10000)의 구성 및 동작에 대해서 보다 구체적으로 개시하기로 한다.
다만, 아래에서는 특별한 언급이 없는 한, 냉각 장치(10000)는 저장부수용부(1300), 밸브(2100), 노즐부(4100) 및 제어부(5000)를 포함하는 것으로 가정하여 개시한다.
다만, 이는 불필요한 중복적인 기재를 방지하기 위해 그 예시를 들어 설명하는 것일 뿐, 본 출원에 의해 개시되는 모든 냉각 장치(10000)는 냉각재가 목표 영역(TR)에 직접 분사되는 타입으로 구현될 수 있고, 본 명세서에 의해 개시되는 다양한 동작을 실시할 수 있음은 물론이다.
<냉각재가 분사되는 타입의 냉각 장치(10000)>
1. 구성
도 12는 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 냉각 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)는 노즐부(4100)를 통해 냉각재를 분사할 수 있다. 상기 노즐부(4100)를 통과한 냉각재는 적어도 목표 영역(TR)으로 분사될 수 있고, 상기 목표 영역(TR)은 분사되는 냉각재의 적어도 일부와 전도(conduction)에 의한 열교환을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각장치(10000)가 목표 영역(TR)으로 냉각재를 분사하는 경우, 냉각재는 목표 영역(TR)으로 분사되는 방향의 자유젯트(Free Jet: FJ) 및 냉각재가 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물에 충돌하여 상기 분사 방향과 다른 방향으로 방사되는 스프레드젯트(Spread Jet: SJ)의 형태로 분사될 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)가 상기 목표 영역(TR)으로 냉각재를 분사하여 발생되는 상기 자유젯트(FJ) 및/또는 스프레드젯트(SJ)에 의해, 상기 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물에는 냉각 영역(CR)이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 냉각 영역(CR)은, 상기 자유젯트(FJ) 및/또는 스프레드젯트 (SJ)와의 전도 및/또는 대류에 의해 형성되는 피시술물에서 상대적으로 온도가 낮아진 영역일 수 있다.
상기 냉각 영역(CR)에는 상기 목표 영역(TR)이 포함될 수 있다. 일 예로, 상기 냉각 영역(CR)은 상기 목표 영역(TR)과 일치할 수 있다. 다른 예로, 상기 목표 영역(TR)은 상기 냉각 영역(CR)에 속할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상기 자유젯트(FJ)에 의해 형성되는 제1 온도 구간 및 상기 스프레드젯트(SJ)에 의해 형성되는 제2 온도 구간을 포함하도록, 상기 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물을 냉각할 수 있다. 일 예로, 상기 냉각 장치(10000)를 이용하여 냉각을 수행하는 시술자는, 목표 영역(TR)이 상기 제1 온도 구간에 속하도록 냉각 장치(10000)를 구동할 수 있다. 상기 목표 영역(TR)이 상기 제1 온도 구간에 속하기 위해서는, 상기 노즐부(4100)를 통한 냉각재의 분출 각도, 상기 냉각 장치(10000)와 목표 영역(TR) 사이의 거리가 조절될 수 있다. 이 때, 상기 제1 온도 구간의 평균 온도는 상기 제2 온도 구간의 평균 온도에 비해 낮을 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)는 일직선 노즐 형태의노즐부(4100)를 포함할 수 있다.
도 13은 본 출원의 일 실시예에 따른 노즐부(4100)의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 노즐부(4100)의 길이 방향의 단면을 도시한 것으로, 본 실시예에 따른 노즐부(4100)는 노즐봉(4110) 및 분출홀(4130)을 포함할 수 있다.
상기 노즐봉(4110)은 원기둥 형태의 외관을 가질 수 있다. 상기 노즐봉(4110)은 냉각재가 통과할 수 있도록 분출홀(4130)을 포함할 수 있다.
상기 분출홀(4130)은 상기 노즐봉(4110)의 길이 방향을 기준으로 동일한 단면적을 가질 수 있다. 상기 분출홀(4130)은 원기둥의 형태로 형성된 중공일 수 있다. 다만, 상기 노즐봉(4110)의 외측에서의 분출홀(4130)의 단면적은 상기 노즐봉(4110)의 중앙에서의 분출홀(4130)의 단면적에 비해 좁을 수 있다. 이는, 상기 분출홀(4130)을 통해 분사되는 냉각재의 압력을 증가시켜, 압력에너지가 속도에너지로 변경되는 현상으로 인해, 냉각재가 상기 분출홀(4130)을 통해 상기 냉각 장치(10000)의 외부로 분출되도록 하기 위함일 수 있다.
일직선 노즐 형태의 노즐부(4100)를 포함하는 냉각 장치(10000)가 냉각을 수행하는 경우, 냉각 영역(CR)의 중심부에서 상대적으로 낮은 온도를 가지며, 냉각 영역(CR)의 가장자리부에서 상대적으로 높은온도를 가지며, 냉각 영역(CR)에서는 하나의 가우시안 분포의 형태로 온도 분포가 형성될 수 있다.
여기서, "하나의 가우시안 분포의 형태"는 영역에 대한 온도 분포 곡선이 최저 온도 지점을 기준으로 좌우 대칭을 이루며 온도 구배가 형성되는 것을 의미할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)는 환형 노즐 형태의 노즐부(4100)를 포함할 수 있다.
도 14는 본 출원의 다른 실시예에 따른 노즐부(4100)의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 노즐부(4100)의 길이 방향의 단면을 도시한 것으로, 본 실시예에 따른 노즐부(4100)는 노즐봉(4110) 및 분출홀(4130)을 포함할 수 있다.
상기 노즐봉(4110)은 원기둥 형태의 외관을 가질 수 있다. 상기 노즐봉(4110)은 냉각재가 통과할 수 있도록 분출홀(4130)을 포함할 수 있다.
상기 분출홀(4130)은 상기 노즐봉(4110)의 길이 방향을 기준으로 동일한 단면적을 가질 수 있다. 상기 분출홀(4130)은 상기 노즐봉(4110)의 외측면을 기준으로 링 형태로 형성된 중공일 수 있다. 다시 말해, 상기 분출홀(4130)은 상기 노즐봉(4110)의 외측면을 기준으로 링 형태의 일면이 상기 노즐봉(41100)의 길이 방향으로 연장된 형태로 형성된 중공일 수 있다.
마찬가지로, 상기 노즐봉(4110)의 외측에서의 분출홀(4130)의 단면적은 상기 노즐봉(4110)의 중앙에서의 분출홀(4130)의 단면적에 비해 좁을 수 있다. 이는, 상기 분출홀(4130)을 통해 분사되는 냉각재의 압력을 증가시켜, 압력에너지가 속도에너지로 변경되는 현상으로 인해, 냉각재가 상기 분출홀(4130)을 통해 상기 냉각 장치(10000)의 외부로 분출되도록 하기 위함일 수 있다.
환형 노즐 형태의 노즐부(4100)를 포함하는 냉각 장치(10000)가 냉각을 수행하는 경우, 냉각 영역(CR)의 중심부에서 상대적으로 낮은 온도를 가지며, 냉각 영역(CR)의 가장자리부에서 상대적으로 높은온도를 가지며, 냉각 영역(CR)에서는 복수의 가우시안 분포의 혼합 모델 형태로 온도 분포가 형성될 수 있다.
여기서, "복수의 가우시안 분포의 혼합 모델 형태"는 영역에 대한 온도 분포 곡선이 상대적으로 낮은 온도 지점을 기준으로 좌우 대칭을 이루며 온도 구배가 형성되는 제1 가상의 가우시안 분포 및 상대적으로 낮은 온도 지점을 기준으로 좌우 대칭을 이루며 온도 구배가 형성되는 제2 가상의 가우시안 분포의 병합된 온도 분포가 되는 것을 의미할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 환형 노즐 형태의 노즐부(4100)를 포함하는 냉각 장치(10000)가 냉각을 수행하는 경우, 일직선 노즐 형태의 노즐부(4100)를 포함하는 냉각 장치(10000)가 냉각을 수행하는 경우에 비해, 균일한 냉각을 수행하는 효과가 도출될 수 있다.
일 예로, 상기 환형 노즐 형태의 노즐부(4100)를 포함하는 냉각 장치(10000)가 냉각을 수행하는 경우, 일직선 노즐 형태의 노즐부(4100)를 포함하는 냉각 장치(10000)가 냉각을 수행하는 경우에 비해, 냉각 영역(CR)의 상기 제1 온도 구간에서의 온도 분포가 상대적으로 더 균일할 수 있다. 이 는, 상기 환형 노즐 형태의 노즐부(4100)의 분출홈의 단면적과 상기 일직선 노즐 형태의 노즐부(4100)의 분출홈의 단면적은 같은 경우를 상정한 것일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 노즐부(4100)의 형상은 벨 노즐 형태일 수 있다. 본 출원의 다른 실시예에 따른 노즐부(4100)의 형상은 에어로 스파이크 노즐 형태일 수 있다. 본 출원의 다른 실시예에 따른 노즐부(4100)의 형상은 벨 노즐 형태와 에어로 스파이크 노즐의 형태를 병합한 형태일 수 있다.
도 15 는 본 출원의 또다른 실시예에 따른 노즐부(4100)의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 노즐부(4100)의 길이 방향의 단면을 도시한 것으로, 본 실시예에 따른 노즐부(4100)는 노즐봉(4110), 분출홀(4130) 및 에어로핀(4150)을 포함할 수 있다.
상기 노즐봉(4110)은 원기둥 형태의 외관을 가질 수 있다. 상기 노즐봉(4110)은 냉각재가 통과할 수 있도록 분출홀(4130)을 포함할 수 있다.
상기 분출홀(4130)은 상기 노즐봉(4110)의 길이 방향을 기준으로 상이한 단면적을 가질 수 있다.
일 예로, 상기 노즐봉(4110)의 상기 냉각 장치(10000)로부터 가장 이격된 일단에서의 분출홀(4130)의 단면적은 상기 노즐봉(4110)의 길이 방향의 중앙에서의 분출홀(4130)의 단면적에 비해 작을 수 있다. 다른 예로, 상기 분출홀(4130)의 단면적은 상기 노즐봉(4110)의 상기 냉각 장치(10000)로부터 가장 이격된 일단으로 갈수록 증가하는 양상일 수 있다. 또 다른 예로, 상기 분출홀(4130)의 단면적은 상기 노즐봉(4110)의 상기 냉각 장치(10000)로부터 가장 이격된 일단으로 갈수록 감소하는 양상일 수 있다.
상기 분출홀(4130)에는 상기 에어로핀(4150)이 위치될 수 있다. 상기 에어로핀(4150)은 일단으로 갈수록 가늘어지는 적어도 하나의 뾰족한 형상을 포함하는 핀일 수 있다. 상기 에어로핀(4150)의 뾰족한 형상의 핀은 상기 분출홀(4130) 의 상기 냉각 장치(10000)로부터 가장 이격된 일단을 향하도록 위치될 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 상기 분출홀(4130)을 통해 냉각재를 목표 영역(TR)으로 분사할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)에 의한 냉각 영역(CR)의 크기는 상기 분출홀(4130) 및/또는 상기 에어로핀(4150)의 형상, 크기 등에 기초하여 결정될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상기 노즐봉(4110)의 길이방향으로 이동하는 상기 에어로핀(4150)을 포함할 수 있다. 일 예로, 냉각 장치(10000)는 물리적, 전기적 및/또는 기계적 외력 중 적어도 하나를 이용하여 이동하도록 제어되는 에어로핀(4150)을 포함할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 에어로핀(4150)은 자성을 가지는 물질을 포함하고, 상기 노즐봉(4110) 또는 상기 노즐봉(4110) 장착되는 냉각 장치(10000)의 일 영역에는 자기장을 형성할 수 있는 영역을 포함할 수 있다. 상기 자기장을 형성할 수 있는 영역은 자성체를 코일로 감싼 형태일 수 있고, 상기 자기장을 형성할 수 있는 영역을 제어하는 제어부(5000)는 상기 코일에 흐르는 전류의 방향을 변경하여 상기 에어로핀(4150)의 상기 노즐봉(4110)의 길이방향으로의 이동을 제어할 수 있다.
도 16 및 17은 본 출원의 일 실시예에 따른 노즐부(4100)에 있어서, 상기 에어로핀(4150)의 이동에 따른 냉각재 분사 영역의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 출원의 일 실시예에 따른 노즐부(4100)에 있어서, 상기 에어로핀(4150)이 상기 노즐봉(4110)의 일단 외부로 노출되지 않는 제1 상태인 경우를 도시한 것이다.
상기 에어로핀(4150)이 상기 노즐봉(4110)의 일단의 외부로 노출되지 않는 경우, 상기 노즐봉(4110)의 상기 냉각 장치(10000)로부터 가장 이격된 일단에서의 분출홀(4130)의 단면적에 기초하여 냉각재의 분사 영역이 결정될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 제1 상태에서 상기 냉각 장치(10000)로부터 가장 이격된 일단에서의 분출홀(4130)의 단면적을 기준으로 방사되는 형태로 냉각재를 분사할 수 있다.
도 17은 본 출원의 일 실시예에 따른 노즐부(4100)에 있어서, 상기 에어로핀(4150)이 상기 노즐봉(4110)의 일단 외부로 노출되는 제2 상태인 경우를 도시한 것이다.
상기 에어로핀(4150)이 상기 노즐봉(4110)의 일단으로 노출되는 경우, 에어로핀(4150)의 뾰족한 핀의 외경의 단면적에 기초하여 냉각재의 분사 영역이 결정될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 제2 상태에서 에어로핀(4150)의 외면을 따라 냉각재를 분사할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)가 목표 영역(TR)을 냉각시키는데에 이용되는 경우, 냉각 영역(CR)의 크기는 상기 제1 상태에서 분사될 때에 비해 상기 제2 상태에서 분사될 때에 상대적으로 작을 수 있다. 이로써, 에어로핀(4150)이 포함된 노즐부(4100) 또는 노즐봉(4110)의 길이 방향으로 이동하는 에어로핀(4150)이 포함된 노즐부(4100)를 이용하여 냉각을 수행하는 냉각 장치(10000)의 경우, 냉각 영역(CR)의 중심에 냉각재의 분사가 보다 집중되는 효과를 도출할 수 있다.
지금까지, 본 출원의 일 실시예예 따른 노즐부(4100) 및 그를 이용한 냉각재 분사의 형태에 대해서 개시한 바 있다. 다만, 이는 이해를 돕기 위해 구체적인 실시 태양을 개시한 것일 뿐, 본 출원의 노즐부(4100)가 상술한 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)는 상기 노즐부(4100)를 통해 분사되는 냉각재의 분사범위를 한정하기 위해, 가이드부(4210)가 장착될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 가이드부(4210)는 상기 냉각 장치(10000)가 냉각을 수행할 피시술물의 형상에 적합한 물질 및/또는 형상으로 구현될 수 있다.
일 예로, 가이드부(4210)는 탄성력을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 가이드부(4210)는 고무로 구성될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)가 탄성력을 가지는 가이드부(4210)를 포함하는 경우, 상기 냉각 장치(10000)가 목표 영역(TR)을 냉각 시키기 위해 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물에 접촉할 때 상기 가이드부(4210)와 상기 피시술물 사이의 접촉면에서 발생되는 기체의 유실이 최소화되는 효과가 도출될 수 있다. 상술한 바와 같이 탄성력을 가지는 가이드부(4210)를 포함하는 냉각 장치(10000)를 이용하여 냉각을 수행하는 경우에는, 상기 가이드부(4210)의 내부 공간으로 토출된 냉각재가 상기 목표 영역(TR)상에 상대적으로 오랜 시간 머무를 수 있어, 냉각재의 불필요한 유실을 방지하고 분사된 냉각재량 대비 냉각 효율이 증가되는 효과를 도출할 수 있게 된다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)가 탄성력을 가지는 가이드부(4210)를 포함하는 경우, 상기 냉각 장치(10000)가 목표 영역(TR)을 냉각 시키기 위해 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물에 접촉할 때 상기 목표 영역(TR)의 손상이 방지되는 효과가 도출될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 냉각 장치(10000)가 안구에 냉각재를 분사하여 목표 영역(TR)의 신경의 활성 정도를 일시적으로 저하시키기 위해 냉각을 수행하는 경우, 상기 냉각 장치(10000)의 가이드부(4210)는 상기 노즐부(4100)를 통해 냉각재가 분사되는 시점에 상기 안구와 접촉할 수 있다. 이 때, 상기 가이드부(4210)는 소정 수치 이상의 탄성력을 가져, 상기 접촉에 따른 안구의 손상을 방지하는 효과를 도출할 수 있게 된다.
본 출원의 일 실시예에 따른 가이드부(4210)는 주변홀(4211)을 포함할 수 있다. 상기 주변홀(4211)는, 상기 주변홀(4211)을 통해 유출되는 냉각재가 상기 냉각 장치(10000)가 냉각을 수행할 피시술물의 표면으로 유출되지 않도록 적합한 위치 및/또는 형상을 갖도록 구현될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 냉각 장치(10000)가 안구에 냉각재를 분사하여 목표 영역(TR)의 신경의 활성 정도를 일시적으로 저하시키기 위해 냉각을 수행하는 경우, 상기 냉각 장치(10000)의 가이드부(4210)는 주변홀(4211)을 가지되, 상기 주변홀(4211)을 통해 배출되는 냉각재는 목표 영역(TR)이 포함된 피시술물과 접촉하지 않도록 상기 가이드부(4210) 중 일 방향으로 주변홀(4211)이 형성될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 가이드부(4210)가 탄성력을 가지는 경우, 상기 가이드부(4210)가 가지는 탄성력에 따라, 상기 가이드부(4210)와 상기 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물이 접촉하였을 때의 상기 가이드부(4210)의 길이가 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 가이드부(4210)는, 제1 방향으로 연장되는 형상을 가지며, 상기 목표 영역(TR)에 접촉하기 이전에 제1 방향으로의 제1 길이는, 상기 목표 영역(TR)에 접촉한 이후의 제1 방향으로의 제2 길이보다 길 수 있다. 상기 제1 방향은, 상기 상기 가이드부(4210)가 상기 냉각 장치(10000)에 장착되는 방향일 수 있다. 따라서, 상기 가이드부(4210)가 탄성력을 가지는 경우, 상기 가이드부(4210)와 상기 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물이 접촉하였을 때의 상기 가이드부(4210)의 길이를 고려하여, 상기 냉각 장치(10000)의 냉각재의 분사량이 적절하게 조절되도록 설정될 수 있다.
다른 예로, 가이드부(4210)는 비대칭 형상으로 구현될 수 있다. 구체적인예를 들어, 상기 가이드부(4210)는 상기 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물과 접촉하는 단면이 사선으로 형성될 수 있다.
도 18은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 가이드부(4210)를 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 가이드부(4210)는 상기 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물과 접촉하는 일단면이 사선으로 처리되는 형태로 구현될 수 있다. 상기 가이드부(4210)는 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물과 접촉할 때에 방향성을 가질 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)가 안구 중 적어도 일 영역에 대한 냉각을 수행하기 위해 이용되는 경우, 상기 가이드부(4210)와 상기 안구와 접촉할 때에 방향성을 가질 수 있다.
여기서, 상기 가이드부(4210)이 특정 물체와 접촉할 때에 방향성을 가지는 것은, 상기 가이드부(4210)가 특정 물체와 접촉함에 있어서 특정 물체의 손상을 최소화하는 방향이 있는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 안구와 접촉할 때에 방향성을 가지는 상기 가이드부(4210)는, 상기 가이드부(4210) 중 상대적으로 돌출된 일 영역이 상기 안구 중 상대적으로 덜 돌출된 영역을 향하도록, 상기 가이드부(4210) 중 상대적으로 덜 돌출된 일 영역이 상기 안구 중 상대적으로 돌출된 영역을 향하도록 접촉할 수 있다. 다시 말해, 상기 가이드부(4210)는, 상기 가이드부(4210) 중 상대적으로 돌출된 일 영역은 상기 안구의 중심을 기준으로 외측을 향하도록, 상기 가이드부(4210) 중 상대적으로 덜 돌출된 일 영역은 상기 안구의 중심을 기준으로 내측을 향하도록 접촉할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 가이드부(4210)는 주변홀(4211)을 포함할 수 있다. 상기 주변홀(4211)는, 상기 주변홀(4211)을 통해 유출되는 냉각재가 상기 냉각 장치(10000)가 냉각을 수행할 피시술물의 표면으로 유출되지 않도록 적합한 위치 및/또는 형상을 갖도록 구현될 수 있다. 일 예로, 상기 주변홀(4211)은 상기 가이드부(4210)의 방향성을 고려하여 위치 및/또는 형상을 갖도록 구현될 수 있다.
구체적인 예를 들어, 냉각 장치(10000)가 안구에 냉각재를 분사하여 목표 영역(TR)의 신경의 활성 정도를 일시적으로 저하시키기 위해 냉각을 수행하는 경우, 상기 냉각 장치(10000)의 가이드부(4210)의 주변홀(4211)은 상기 가이드부(4210)가 방향성을 가지도록 상기 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물과 접촉하였을 때에 상기 안구의 중심을 기준으로 외측에 해당하는 영역에 형성될 수 있다. 다시 말해, 냉각 장치(10000)가 안구에 냉각재를 분사하여 목표 영역(TR)의 냉각을 수행하는 경우, 상기 가이드부(4210)가 상기 안구와 접촉하는 경우, 상기 안구의 중심을 기준으로 외측에 상기 가이드부(4210)의 주변홀(4211)이 향할 수 있다. 상기 주변홀(4211)은 상기 가이드부(4210)가 방향성을 가지도록 상기 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물과 접촉하였을 때에 상기 안구에서 멀어지는 방향에 형성될 수 있다. 상기 주변홀(4211)은 상기 가이드부(4210)가 방향성을 가지도록 상기 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물과 접촉하였을 때에 상기 가이드부(4210)의 상기 안구로부터의 먼쪽 면에 형성될 수 있다.
상술한 실시예에 따른 가이드부(4210)를 포함하는 냉각 장치(10000)를 이용하여 냉각을 수행하는 경우, 주변홀(4211)로 배출되는 냉각재로 인해 피시술물의 건조를 방지하고, 시술자에게 냉각시 목표 영역(TR)의 시인이 가능하도록 시야를 확보되는 효과가 도출될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)는, 상기 노즐부(4100)를 통해 분사되는 냉각재에 의해 목표 영역(TR)이 과도하게 냉각되는 것을 방지하기 위해, 냉각제한부(4500) 및/또는 냉각완화부(4600)를 더 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각제한부(4500)는 목표 영역(TR)의 과도한 냉각을 방지하는 기능을 수행할 수 있다.
일 예로, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상기 냉각제한부(4500)를 통하여 냉각재의 분출 방향을 목표 영역(TR)이 아닌 다른 방향으로 분출되도록 하거나 냉각재의 분사 자체를 차단하도록 할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재의 이동 경로 상에 냉각제한부(4500)를 구비하여, 밸브(2100) 또는 제어부(5000)의 오동작, 오류 등으로 인해 냉각재의 분출을 차단할 수 없는 경우에도 상기 냉각제한부(4500)를 통하여 냉각재의 분출 방향을 목표 영역(TR)이 아닌 다른 방향으로 분출되도록 하거나 냉각재의 분사 자체를 차단하도록 할 수 있다.
다른 예로, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상기 냉각제한부(4500)를 통하여 냉각재의 흐름을 제한하거나 냉각재의 Joule-Thompson 이 일어나는 위치를 목표부위에서 이격되게 배치할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 냉각제한부(4500)의 온도에 기초하여 목표 영역(TR)의 과도한 냉각을 방지하는 동작을 수행할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 냉각제한부(4500)는 노즐부(4100)를 통해 분사되는 냉각재의 이동영역 상에 배치되어, 상기 냉각 장치(10000)의 냉각 동작 중에 상기 냉각제한부(4500)의 온도의 변화가 유발될 수 있다. 따라서, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각제한부(4500)의 온도가 사전에 설정된 임계 온도에 비해 낮은지 여부에 기초하여, 목표 영역(TR)의 과도한 냉각을 방지하는 동작을 수행할 수 있다.
상기 냉각제한부(4500)는 냉각재와 효율적인 열교환을 수행하도록 표면적이 넓은 부분을 포함할 수 있다. 일 예로, 냉각제한부(4500)는 금속메쉬, 다공성물질, 거친 표면, 또는 복수개의 핀을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상기 냉각제한부(4500)의 온도가 소정의 임계온도보다 낮아지면 냉각재를 목표 영역(TR)이 아닌 다른 방향으로 분출되도록 하거나 냉각재의 분출 자체를 차단할 수 있다.
일 예로, 냉각제한부(4500)는 노즐부(4100)와 연결된 튜브형상으로 구현될 수 있으며, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각제한부(4500)의 온도가 사전에 설정된 임계온도보다 낮아지면, 냉각제한부(4500)의 튜브가 휘어져 분사방향을 바꾸거나, 내경이 좁아져 목표 영역(TR)으로 분사되는 냉각재를 차단하도록 동작할 수 있다.
다른 예로, 냉각제한부(4500)는 열 팽창도가 다른 두 장의 금속판을 붙인 바이메탈 등과 같은 수동 액츄에이터로 구현될 수 있다. 이러한 형태로 구현되는 냉각제한부(4500)의 경우, 제어부(5000)나 밸브(2100)의 오동작이나 고장과 같은 상황이 발생하더라도 이와는 독립적으로 구동될 수 있어, 냉각제한부(4500)의 온도가 소정의 임계 온도보다 낮은 경우에 목표 영역(TR)으로 분출되는 냉각재를 안정적으로 차단할 수 있다.
도 19 및 20은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각제한부(4500)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 노즐부(4100), 냉각제한부(4500) 및 가이드부(4210)를 포함할 수 있다.
도 19를 참조하면, 상기 냉각 장치(10000)가 정상 동작을 수행할 때에, 상기 냉각제한부(4500)는, 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재가 상기 가이드부(4210)를 통과하여 목표 영역(TR)으로 분사될 수 있도록, 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재를 차단하지 않을 수 있다.
여기서, 냉각 장치(10000)가 정상 동작을 수행한다는 것은, 상기 제어부(5000)에 기 설정된 제어 프로토콜에 따라 상기 밸브(2100)의 개방 및/또는 폐쇄가 제어되는 상태를 의미할 수 있다. 또는, 냉각 장치(10000)가 정상 동작을 수행한다는 것은, 상기 제어부(5000)에서 수신되는 제어 신호에 기초하여 상기 밸브(2100)의 개방 및/또는 폐쇄가 제어되는 상태를 의미할 수 있다.
상기 냉각제한부(4500)는 적어도 둘 이상의 금속 물질을 포함하며, 상기 둘 이상의 금속 물질의 열팽창률의 차이는 상기 냉각제한부(4500)가 상기 냉각 장치(10000)의 정상 동작 중에는 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재를 차단하지 않도록 선택될 수 있다.
도 20을 참조하면, 상기 냉각 장치(10000)가 과도한 냉각 동작을 수행할 때에, 상기 냉각제한부(4500)는, 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재가 상기 가이드부(4210)를 통과하여 목표 영역(TR)으로 분사되지 못하도록, 상기 노즐부(4100)로부터 냉각재가 분사되는 것을 차단하거나, 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재의 분사 방향을 변경할 수 있다.
여기서, 냉각 장치(10000)가 과도한 냉각 동작을 수행한다는 것은, 상기 제어부(5000)에 기 설정된 제어 프로토콜에 따라 상기 밸브(2100)의 개방 및/또는 폐쇄가 제어되는 상태에 비해 목표 영역(TR)의 온도가 낮은 상태를 의미할 수 있다. 또는, 냉각 장치(10000)가 과도한 냉각 동작을 수행한다는 것은, 상기 제어부(5000)에서 수신되는 제어 신호에 기초하여 상기 밸브(2100)의 개방 및/또는 폐쇄가 제어되는 상태에 비해 냉각제한부(4500)의 온도가 낮은 상태를 의미할 수 있다.
상기 냉각제한부(4500)는 적어도 둘 이상의 금속 물질을 포함하며, 상기 둘 이상의 금속 물질의 열팽창률의 차이는 상기 냉각제한부(4500)가 상기 냉각 장치(10000)의 과도한 냉각 동작 중에는 상기 노즐부(4100)로부터 냉각재가 분사되는 것을 차단하거나, 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재의 분사 방향을 변경하도록 선택될 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 냉각제한부(4500)는 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재의 분사 방향을 변경하여 목표 영역(TR)에 냉각재가 도달하는 것을 차단할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)가 정상 동작을 수행할 때에 상기 냉각제한부(4500)는 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재가 가이드부(4210)의 토출구를 통해 분사되도록 노즐부(4100)로부터 분사된 냉각재의 분사 방향을 변경하는 동작을 수행할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)가 과도한 냉각 동작을 수행할 때에 상기 냉각제한부(4500)는 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재가 가이드부(4210)의 주변홀(4211)을 통해 분사되도록 노즐부(4100)로부터 분사된 냉각재의 분사 방향을 변경하는 동작을 수행할 수 있다.
도 19 및 20에서는 냉각제한부(4500)의 일 실시예에 따라 냉각재의 분출방향이 전환되는 경우를 도시하였으나, 냉각제한부(4500)의 구부러지는 각도를 크게 하여 냉각재가 상기 노즐부(4100)의 외부로 분출되는 것을 차단하는 형태로 구현될 수 있다. 또한, 따로 도시하지 않았으나, 상기 냉각제한부(4500)는 상기 바이메탈 및 상기 바이메탈과 연동되는 냉각재분사를 차단할 수 있는 부재를 포함하고, 상기 냉각제한부(4500)의 바이메탈이 상기 차단 부재의 트리거 역할을 수행하도록 구현될 수도 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각재 분사를 차단하는 부재는 탄성체, 자석 등으로 인해 조절 가능한 부재의 이동 범위가 상대적으로 큰 물질로 구성될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각제한부(4500)는, 냉각재의 열적 영향을 받는 냉각 장치(10000)의 구성품의 온도가 소정의 임계온도보다 낮아지면, 냉각재를 목표 영역(TR)이 아닌 다른 방향으로 분출되도록 하거나 냉각재의 분출 자체를 차단할 수 있다. 상기 열적 영향을 받는 냉각 장치(10000)의 구성품의 온도는, 냉각재가 미리 설정된 분사량을 초과하여 상기 노즐부(4100)를 통해 분사될 경우에 소정의 임계온도보다 낮은 온도를 가질 수 있다.
상기 열적 영향을 받는 구성품으로는, 노즐부(4100), 밸브(2100), 노즐부(4100)와 밸브(2100) 사이의 도관 및/또는 냉각재가 노즐부(4100)를 통과한 후 연관되는 구성품(예를 들어, 냉각제한부(4500), 냉각완화부(4600), 분사부위한정부, 거리고정기(4900) 등)을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상기 구성품의 온도가 소정의 임계온도보다 낮아지면, 냉각재를 분사를 막을 수 있는 액추에이터를 냉각제한부(4500)로써 구동시킬 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 냉각제한부(4500)는 전동 액추에이터(솔레노이드 액추에이터, 전동기, 압전 액추에이터), 자기 액추에이터, 형상 기억 액추에이터, 열역학적 액추에이터, 유압 액추에이터, 공압 액추에이터, 전기 활성 폴리머 액추에이터 중 적어도 하나를 포함 하여, 상기 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재의 방향을 바꾸거나, 노즐부(4100)로부터의 냉각재의 분사를 차단할 수 있다.
도 21은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각완화부(4600)를 설명하기 위한발명의 도면이다.
도 21을 참조하면, 상기 냉각완화부(4600)는 냉각재와의 열교환을 통해 냉각재의 분사 온도를 완화시키는 냉각재열교환부를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 냉각재열교환부는 냉각재가 목표 영역(TR)에 도달하기 전에 열교환을 수행하여, 분사 직후의 냉각재의 온도보다 높은 온도로 목표 영역(TR) 를 냉각시키는 기능을 수행한다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각재열교환부는 냉각재와 직접적으로 접촉하여 열교환을 하거나, 냉각재열교환부에 포함된 공기와 냉각재가 열교환을 하도록 적절한 위치에 위치하여, 분사 직후의 냉각재의 온도보다 높은 온도로 목표 영역(TR) 를 냉각시키는 기능을 수행한다.
일 예로, 상기 냉각완화부(4600)는 노즐부(4100)를 통해 분사되는 냉각재의 온도를 완화시키기 위해, 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재의 이동 경로 상에 위치될 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각재열교환부는 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재의 이동 경로 상에 위치하여, 상기 냉각재열교환부는 상기 냉각재열교환부 자체의 열용량(heat capacitance)을 통해 노즐부(4100)를 통해 분사되는 냉각재의 열을 흡수함으로써 목표 영역(TR)에 도달하는 냉각재의 온도를 조절하여 냉각 장치(10000)의 냉각재 분사온도를 완화할 수 있다.
상기 냉각완화부(4600)는 냉각재와의 열교환이 효율적으로 이루어지기 위해 넓은 접촉 영역을 가지는 냉각재열교환부를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각재열교환부는 100mm2 이상의 접촉 영역을 가질 수 있다. 다른 구체적인 예를 들어, 상기냉각재열교환부는 그물망 형상을 가질 수 있다. 상기 그물망의 냉각재가 통과하는 복수의 통과 영역 중 하나의 접촉면적은 1mm2 이하가 되도록 구현될 수 있다. 또는, 상기 그물망의 냉각재가 통과하는 복수의 통과 영역 중 하나의 접촉면적은 10mm2 이하가 되도록 구현될 수 있다.
상기 냉각재열교환부의 구성, 모양 등은 다양하게 구현될 수 있으며, 상기냉각재열교환부의 형상은 상술한 그물망 형태 이외의 다른 형태로 구현되는 것도 물론 가능하다. 일 예로, 냉각재열교환부가 복수개의 층으로 구현되는경우, 각 층의 냉각재열교환부의 형상은 서로 상이하게 구현될 수 있다. 다른 예로, 냉각재열교환부는 복수의 핀으로 구현되거나 다공성 물질을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 상기 냉각완화부(4600)는 냉각재 유출량 및/또는 유출 속도를 조절하는 형태로 냉각재의 분사 온도를 완화시킬 수 있다. 일 예로, 상기 냉각완화부(4600)는 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재의 이동 경로 상에 위치하여, 냉각재가 목표 영역(TR)에 도달하기 전에 냉각재와 기계적인 접촉을 함으로써, 냉각재의 분사 온도를 완화시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 냉각완화부(4600)는 냉각재와 기계적인 접촉을 함으로써, 냉각재의 유출 속도가 감소되도록 조절하고, 냉각재 속도의 감소로 인해 냉각 장치(10000)의 냉각재의 분사 온도를 완화하여 목표 영역(TR)의 냉각을 유도할 수 있다. 상기 완화 냉각은 냉각재의 속도 감소에 따라 유발되는 목표부위-냉각재 간의 열교환계수 (W/m2-K)의 감소에 기인한 것일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각완화부(4600)는, 목표 영역(TR)에 도달하는 냉각재의 분사 온도를 완화하여, 냉각재에 의한 목표 영역(TR)의 냉각이 부드럽게 수행될 수 있도록 초기 제어할 수 있다.
이미 상술한 바 있듯이, 상기 냉각완화부(4600)는 냉각완화부(4600)를 통과하는 냉각재의 유출 속도를 조절할 수 있다. 상기 냉각완화부(4600)를 포함하는 냉각 장치(10000)는 냉각재에 포함된 불순물등이 냉각완화부(4600)에 의해 걸러져 목표 영역(TR)에 도달하는 불순물의 양이 감소되거나 제거되는 효과가 도출될 수 있다.
이미 상술한 바 있듯이, 상기 냉각완화부(4600)는 냉각완화부(4600)를 통과하는 냉각재의 온도를 조절할 수 있다. 상기 냉각완화부(4600)를 통해 조절되는 냉각재의 온도제어효율을 높이기 위하여 상기 냉각재열교환부와 냉각재의 접촉 면적을 늘려야 하며, 이를 위하여 상기 냉각완화부(4600)의 내부에 핀 등을 추가로 구성하여 냉각완화부(4600)를 통과하는 냉각재의 온도가 조절되도록 할 수 있다. 이 때, 상기 냉각재의 온도를 조절하는 냉각완화부(4600)의 열전도도는 10W/m-K 이상이 되는 소재로 선택될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각완화부(4600)는 분사부위한정부와 통합되어 구성될 수 있다. 상기 냉각완화부(4600)는 가이드부(4210)와 통합되어 구성될 수 있다. 상기 노즐부(4100)를 통해 분사된 냉각재가 목표 영역(TR)에 도달하기 이전에, 상기 가이드부(4210)는 상기 가이드부(4210)의 토출구로 인해 한정된 냉각재의 분사 영역 상에서 냉각재와 주변 공기의 섞임 과정이 발생되도록 하는 공간을 제공함으로써, 냉각재의 분사 온도를 완화하는 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 가이드부(4210)에 의해 분사 영역이 한정되는 냉각재는, 상기 가이드부(4210)의 내부 또는 인접하여 존재하는 공기와 활발하게 혼합될 수 있다. 상기 공기와 냉각재의 활발한 혼합을 통해, 상기 목표 영역(TR)에 분사될 냉각재가 공기와의 열교환을 활발하게 수행함에 따라, 목표 영역(TR)의 초기냉각과정에서 목표 영역(TR)에 분사될 냉각재의 온도를 높이거나 냉각재의 목표 영역(TR) 방향 성분의 속도가 줄어드는 현상이 유발됨으로써, 냉각재의 분사 온도를 완화하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각완화부(4600)는 냉각제한부(4500)와 연동되어 구성될 수 있다. 상기 냉각완화부(4600)를 통과하며 온도가 완화된 냉각재는 냉각제한부(4500)에 전달되고, 상기 냉각제한부(4500)는 상기 냉각제한부(4500)의 온도가 소정의 임계 온도보다 낮을 때, 상기 노즐부(4100)로부터 분사된 냉각재의 분출방향을 바꾸거나 분출을 차단할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 냉각완화부(4600)는 일정 열용량(heat capacitance)을 가질 수 있고, 냉각재가 목표 영역(TR)에 직접적으로 접촉하지 않고 냉각완화부(4600)를 냉각시키는 기능을 수행할 수 있다. 이로써, 냉각재의 속도가 목표 영역(TR)의 냉각재 미치는 영향을 최소화할 수 있고, 상기 냉각완화부(4600)가 목표 영역(TR)에 직접적으로 접촉하여 냉각을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 냉각완화부(4600)는 열전도도가 10W/m-K 이상을 가진 재질로 구성된 영역을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면 냉각완화부(4600)는 냉각재와 열교환을 함으로써, 밸브(2100)의 개방 및 폐쇄의 주기적(또는 비주기적) 제어가 없더라도 목표 영역(TR)의 냉각 온도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 냉각완화부(4600)가 소정의 열용량(heat capacitance)을 가지거나, 주변 구성품 또는 주면 공기와의 소정 수치 이상의 열교환을 수행하는 경우, 밸브(2100)가 지속적으로 개방되어 냉각재가 지속적으로 분사되더라도, 목표 영역(TR)에 도달하기 이전에 냉각재의 온도가 조절된 상태에서 목표 영역(TR)을 냉각할 수 있게 된다. 이와 같은 효과를 도출하기 위해서는, 냉각완화부(4600)는 소정의 열전도도, 표면적 및/또는 비열을 가질 수 있다. 구체적으로, 냉각완화부(4600)는 냉각재와 접촉하는 표면적이 100 mm2 이상일 수 있으며, 비열은 0.01 J/K 이상일 수 있다.
지금까지, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 포함할 수 있는 노즐부(4100), 가이드부(4210), 냉각제한부(4500) 및 냉각완화부(4600)에 대해서 자세하게 개시한 바 있다. 이는, 냉각재를 목표 영역(TR)에 직접적으로 분사하여 목표 영역(TR)을 냉각 시키는 냉각 장치(10000)에 포함될 수 있는 몇몇 구성 요소를 설명한 것으로, 상기 냉각 장치(10000)가 상술한 구성을 항상 포함하여야 한다는 것을 의미하는 것은 아니다.
다시 말해, 본 출원은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
이하에서는, 냉각재가 분사되는 타입의 냉각 장치(10000)의 몇몇 제어 방법에 대해서 개시한다.
2. 제어
2.1 냉각 제어
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)에 냉각재를 분사하여, 목표 영역(TR)에의 냉각을 수행할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)에의 냉각을 수행하기 위해 목표 영역(TR)에 냉각재를 분사할 수 있다.
일 예로, 냉각 장치(10000)는 일정 시간 밸브(2100)가 개방되도록 하여, 목표 영역(TR)에 냉각재를 분사할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 밸브(2100)에 연속적인 전류(continuous current)를 인가할 수 있다. 상기 제어부(5000)는 상기 밸브(2100)를 개방하기 위한 신호를 상기 밸브(2100)로 전송할 수 있고, 기 설정된 시간이 경과하면 상기 밸브(2100)를 폐쇄하기 위한 신호를 상기 밸브(2100)로 전송할 수 있다. 상기 목표 영역(TR)에는 상기 밸브(2100)를 개방하기 위한 신호가 전송된 후 상기 밸브(2100)를 폐쇄하기 위한 신호가 전송될 때까지의 시간동안 밸브(2100)가 개방되어 있을때에 분사되는 냉각재량에 상응하는 냉각재가 분사될 수 있다.
다른 예로, 냉각 장치(10000)는 일정 시간 밸브(2100)가 개방 및 폐쇄를 반복하도록 하여, 냉각을 수행할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 밸브(2100)에 PWM 형태로 전류를 인가할 수 있다. 상기 제어부(5000)는 상기 밸브(2100)를 개방하기 위한 신호 및 상기 밸브(2100)를 폐쇄하기 위한 신호를 기 설정된 시간 간격으로 기 설정된 횟수만큼 상기 밸브(2100)로 전송할 수 있다. 상기 목표 영역(TR)에는 상기 밸브(2100)를 개방하기 위한 신호가 전송된 후 상기 밸브(2100)를 폐쇄하기 위한 신호가 전송될 때까지의 시간동안 밸브(2100)가 개방되어 있을때에 분사되는 냉각재량에 분사된 횟수를 곱한 냉각재량에 상응하는 냉각재가 분사될 수 있다.
이미 상술한바 있듯이, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 냉각재를 목표 영역(TR)에 배출하여 목표 영역(TR)을 냉각하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 목표 영역(TR)으로 냉각재가 배출되면, 상기 목표 영역(TR)에의 열손실이 유발되어 상기 목표 영역(TR)이 냉각될 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)로부터 상기 목표 영역(TR)에 냉각재가 분사되면, 상기 목표 영역(TR)에서는 복사, 전도 및/또는 대류 중 적어도 하나의 현상이 발생하여 목표 영역(TR)이 냉각될 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 상기 목표 영역(TR)으로 분사되는 냉각재의 시간당 분사 냉각재량을 제어하여, 상기 목표 영역(TR)의 냉각 정도 및/또는 냉각 속도를 조절할 수 있다. 상기 분사되는 냉각재의 양은 밸브(2100)에 의해 조절될 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 밸브의 개폐 시간을 늘려, 목표 영역(TR)의 온도가 상대적으로 더 낮은 온도까지 감소하도록 냉각 정도를 조절할 수 있다. 다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 일정 시간이내에 밸브(2100)의 개방 빈도를 늘려, 목표 영역(TR)의 온도가 상대적으로 빠른 속도로 상기 목표 영역(TR)이 목표 냉각 온도 이하로 냉각되도록 냉각 정도 및 냉각 속도를 조절할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 상기 목표 영역(TR)으로 배출되는 냉각재의 온도 제어하여, 상기 목표 영역(TR)의 냉각 정도 및/또는 냉각 속도를 조절할 수 있다. 상기 분사되는 냉각재의 온도는 밸브(2100) 및/또는 분사온도조절부(3100)에 의해 조절될 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는, 밸브(2100)의 냉각재 유출 정도를 늘려, 목표 영역(TR)의 온도가 상대적으로 빠른 속도로 더 낮은 온도까지 감소하도록 냉각 속도 및 냉각 정도를 조절할 수 있다. 다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는, 분사온도조절부(3100)에 의한 냉각재의 발열 또는 흡열을 유도하여, 목표 영역(TR)의 온도가 적정 온도로 조절되도록 냉각 정도를 조절할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)는 미리 저장된 냉각 프로토콜에 따라 동작할 수 있다. 일 예로, 상기 제어부(5000)는 미리 저장된 냉각 프로토콜에 따라 밸브(2100)를 제어할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)는 적어도 둘 이상의 냉각 모드로 동작할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 1회의 냉각 동작을 수행하는 동안 적어도 둘 이상의 냉각 모드로 동작할 수 있다.
도 22는 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 1회의 냉각 동작을 수행하는 동안 두가지 냉각 모드로 동작하는 경우, 목표 영역(TR)에서의 온도 변화를 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상기 목표 영역(TR)에 대한 1회의 냉각 동작이 개시되면, 상기 목표 영역(TR)의 온도가 감소하도록 하는 제1 냉각 모드를 수행하고, 상기 목표 영역(TR)의 온도가 기설정된 온도 범위로 유지되도록 제2 냉각 모드를 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 기설정된 온도 범위는 5~10℃일 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 기설정된 온도 범위는 -15~-12℃일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 상기 기설정된 온도 범위는 -45~-40℃일 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 상기 목표 영역(TR)에 대한 1회의 냉각 동작이 개시되면, 제1 시간(P1) 동안의 상기 목표 영역(TR)의 시간에 따른 온도의 기울기의 절대값은, 제2 시간(P2) 동안의 상기 목표 영역(TR)의 시간에 따른 온도의 기울기의 절대값에 비해 크도록, 냉각을 수행할 수 있다. 상기 제1 시간(P1)은 상기 냉각 장치(10000)가 제1 냉각 모드로 동작하는 시간일 수 있다. 상기 제2 시간(P2)은 상기 냉각 장치(10000)가 제2 냉각 모드로 동작하는 시간일 수 있다.
목표 영역(TR)을 냉각하여 목표 영역(TR)을 마취하는 경우에, 초기 냉각(즉, 신경의 활성 정도가 저하되는 온도까지 냉각)을 수행하는 데에 요구되는 시간이 길어지면, 피시술자는 목표 영역(TR)의 냉각으로 인해 과도한 통증을 느끼게 된다.
다만, 냉각 장치(10000)가 1회의 냉각 동작을 수행함에 있어, 급속한 냉각을 수행하는 제1 냉각 모드 및 온도를 기설정된 구간으로 유지하기 위한 제2 냉각 모드을 순차적으로 수행하는 경우에는, 목표 영역(TR)의 냉각으로 인한 피시술자의 통증은 최소화시키고, 목표 영역(TR)의 냉각 마취의 효과는 안정적으로 유도할 수 있는 효과가 유도될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부(5000)상기 제1 냉각 모드를 수행하는 시간이 상기 제2 냉각 모드를 수행하는 시간에 비해 짧도록 제어할 수 있고, 이 때, 냉각 시술을 받는 피시술자의 고통이 최소화될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 냉각 모드 및 상기 제2 냉각 모드로 동작하는 냉각 장치(10000)는, 이미 서술한 바 있는 냉각 정도 및/또는 냉각 속도를 조절하는 제어 방법을 적절히 적용하여 구현할 수 있다.
아래에서는, 냉각 장치(10000)가 상기 목표 영역(TR)에 대한 1회의 냉각 동작이 개시되면, 상기 목표 영역(TR)의 온도가 감소하도록 하는 제1 냉각 모드를 수행하고, 상기 목표 영역(TR)의 온도가 기설정된 온도 범위로 유지되도록 제2 냉각을 수행하도록 밸브(2100)를 제어하는 방법에 대해서 설명한다.
도 23은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 1회의 냉각 동작을 수행하는 동안 두가지 냉각 모드로 동작하는 경우, 밸브(2100)의 제어 방법에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 밸브의 개방 빈도 또는 밸브의 개방 지속 시간 중 적어도 하나를 조절하여, 상기 냉각 장치(10000)가 1회의 냉각 동작을 수행하는 동안 두가지 냉각 모드로 동작하도록 할 수 있다.
일 예로, 제1 냉각 모드에서 제2 냉각 모드로 전환되면, 소정의 시간 동안의 밸브(2100)가 개방되어 있는 총시간이 감소될 수 있다. 다른 예로, 제1 냉각 모드에서 제2 냉각 모드로 전환되면, 소정의 시간동안 밸브(2100)의 개방 빈도는 동일하되, 상기 밸브(2100)의 개방 지속 시간이 감소될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 냉각 모드에서 제2 냉각 모드로 전환되면, 소정의 시간동안 밸브(2100)의 개방 지속 시간은 동일하되, 상기 밸브(2100)가 개방 빈도가 감소될 수 있다.
상기 밸브(2100)의 개방 빈도가 감소되는 구체적인 예를 들어, 상기 제1 냉각 모드는 제어부(5000)가 제11 시간(P11)동안 밸브(2100)를 개방하고, 제12 시간(P12)동안 밸브(2100)를 폐쇄하는 동작을 상기 제1 시간(P1)동안 반복하는 모드일 수 있다. 상기 제2 냉각 모드는 제어부(5000)가 제21 시간(P21)동안 밸브(2100)를 개방하고, 제22 시간(P22)동안 밸브(2100)를 폐쇄하는 동작을 상기 제2 시간(P2)동안 반복하는 모드일 수 있다. 여기서, 상기 제22 시간(P22)은 상기 제12 시간(P12)에 비해 길 수 있다. 여기서, 상기 제11 시간(P11)과 상기 제21시간(P21)은 동일한 시간일 수 있다. 예시적으로, 상기 제11 시간(P11)은 약 25ms일 수 있고, 상기 제21 시간(P21)은 약 25ms일 수 있고, 상기 제12 시간(P12)은 175ms 일 수 있고, 상기 제22 시간(P22)은 상기 308ms 일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)에 냉각재를 직접 분사하여 냉각을 수행하되, 상기 냉각재가 분사되는 영역을 한정하기 위한 가이드부(4210)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(4210)를 포함하는 냉각 장치(10000)가 냉각을 수행하는 경우에는, 상기 가이드부(4210)와 상기 피시술물 사이의 안전한 분리를 위해, 제어부(5000)는 제3 냉각 모드를 더 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 제어부(5000)는 상기 제1 냉각 모드 및 상기 제2 냉각 모드를 수행한 이후, 냉각을 종료하기 이전에 제3 냉각 모드를 수행하도록 상기 밸브(2100)를 제어하여, 상기 목표 영역(TR)이 기 설정된 온도범위에 비해 높은 온도가 되도록 밸브(2100)를 제어할 수 있다. 여기서, 기 설정된 온도범위는, 제2 냉각 모드에서 유지하도록 설정된 목표 영역(TR)의 온도 범위일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)에의 온도에 기초하여 제2 냉각 모드의 수행을 개시하도록 제어할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)에의 온도에 기초하여 제2 냉각 모드의 수행을 종료하도록 제어할 수 있다.
일 예로, 제어부(5000)는 상기 목표 영역(TR)의 온도가 제1 임계 온도에 도달할 때까지 상기 제1 냉각 모드로 밸브(2100)를 제어할 수 있다. 상기 제어부(5000)는 상기 목표 영역(TR)의 온도가 제1 임계 온도에 도달하면 제2 냉각 모드로 밸브(2100)를 제어할 수 있다. 상기 제어부(5000)는 상기 목표 영역(TR)의 온도가 기설정된 범위 이내인지 지속적으로 확인하고, 상기 목표 영역(TR)의 온도가 목표 냉각 온도에 도달하여 기설정된 시간이 도과하였는지 여부에 기초하여, 상기 제2 냉각 모드를 종료하도록 상기 밸브(2100)를 제어할 수 있다.
지금까지는, 기 설정된 모드의 전환에 따라서 목표 영역(TR)을 목표냉각온도로 냉각하는 냉각 장치(10000) 및 냉각 장치(10000)의 제어 방법에 대해서 개시한 바 있다.
이하에서는, 목표 영역(TR)을 목표냉각온도로 냉각하기 위한 보다 더 유동적인 냉각 장치(10000)의 제어 방법 및 냉각 장치(10000)에 대해서 개시한다. 일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)의 온도에 기초하여 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 냉각하도록 피드백 냉각 제어를 수행할 수 있다. 다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)의 저장부(1100)의 온도에 기초하여 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 냉각하도록 피드백 냉각 제어를 수행할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)의 저장부(1100)에 수용된 냉각재량에 기초하여 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 냉각하도록 피드백 냉각 제어를 수행할 수 있다.
이에 한정되지 않고, 상기 냉각 장치(10000)는 실제 냉각 장치(10000)가 사용되는 과정에서 변동될 수 있는 검출값에 기초하여 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 냉각할 수 있도록 구현될 수 있다.
2.2 피드백 냉각 제어
2.2.1 목표 영역(TR)의 온도에 따른 제어
본 출원의 일 실시예에 따른 상기 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)의 온도에 기초하여 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 냉각할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따른 상기 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물의 표면의 온도 분포에 기초하여 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 냉각할 수 있다.
도 24는 본 출원의 일 실시예에 따른 목표 영역(TR)의 온도에 기초하여 피드백 냉각 제어를 수행하는 냉각 장치(10000)를 설명하기 위한 도면이다.
상기 냉각 장치(10000)는 감지 영역(DR)의 온도를 측정하기 위한 온도센서(6100)를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 온도센서(6100)는 감지 영역(DR)으로부터 방사되는 적외선의 세기를 열로 변환하고, 상기 온도센서(6100)에 포함된 열감지기의 감지 온도에 기초하여 상기 감지 영역(DR)의 평균 온도를 확인하는 온도센서(6100)일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 온도센서(6100)는 적외선 온도 센서일 수 있다.
상기 감지 영역(DR)은 목표 영역(TR)의 적어도 일부 영역을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 감지 영역(DR)은 상기 목표 영역(TR) 중 최저 온도를 가진 지점을 포함할 수 있다. 다른 예로, 상기 감지 영역(DR)은 상기 목표 영역(TR) 전체를 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 감지 영역(DR)은 상기 목표 영역(TR)과 일치할 수 있다.
상기 감지 영역(DR)은 냉각재가 분사되는 영역에 포함될 수 있다. 상기 감지 영역(DR)은 냉각 영역(CR)에 포함될 수 있다. 상기 감지 영역(DR)은 냉각재의 분사로 인해 온도가 감소하는 냉각 영역(CR)의 적어도 일부 영역일 수 있다. 일 예로, 상기 감지 영역(DR)은 상기 냉각 영역(CR)과 일치할 수 있다. 다른 예로, 상기 감지 영역(DR)은 상기 냉각 영역(CR)의 일부 영역일 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)의 온도에 기초하여 목표 영역(TR)을 냉각시킬 수 있다. 일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 목표 영역(TR)의 최저 온도 지점을 포함하는 감지 영역(DR)의 온도에 기초하여 목표 영역(TR)을 냉각시킬 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 장치(10000)는 감지 영역(DR)의 온도와 기 저장된 임계값과 비교하여, 목표 영역(TR)의 피드백 냉각 제어를 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 목표 영역(TR)의 온도를 냉각시키기 위한 제1 냉각 모드로 동작할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 상기 제1 냉각 모드로 동작하는 동안 상기 감지 영역(DR)의 온도가 제1 임계값에 도달하였는지 여부를 확인할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)가 상기 제1 냉각 모드로 동작하는 동안에 감지 영역(DR)의 온도가 제1 임계값에 도달하면, 상기 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도 범위 이내로 유지하기 위한 제2 냉각 모드로 동작할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 상기 제2 냉각 모드로 동작하는 동안 상기 감지 영역(DR)의 온도가 제2 임계값에 도달하였는지 여부를 확인할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)가 제2 냉각 모드로 동작하는 동안에 감지 영역(DR)의 온도가 제2 임계값에 도달하면, 제1 냉각 모드로 동작할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 임계값은 상기 제2 임계값에 비해 작은 값일 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 상기 감지 영역(DR)의 온도에 기초하여, 적어도 상기 제1 냉각 모드 및 상기 제2 냉각 모드를 반복적으로 수행할 수 있다.
여기서, 상기 제1 냉각 모드는, 상기 제2 냉각 모드에 비해 급속한 냉각을 수행할 수 있도록 냉각 정도 및/또는 냉각 속도가 조절되는 모드일 수 있다. 일 예로, 상기 제1 냉각 모드는 상기 제2 냉각 모드에 비해 단위 시간당 밸브(2100)의 개방 시간이 상대적으로 길도록 제어되는 모드일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 제어부(5000)는 상기 밸브(2100)가 개방 및 폐쇄를 반복하도록 제어하는 형태로 제1 냉각 모드 및 제2 냉각 모드를 수행할 수 있다. 이 때, 상기 제어부(5000) 상기 밸브(2100)의 폐쇄 시간을 증가시키는 형태로 상기 밸브(2100)의 단위 시간당 개방 시간을 감소시켜 제2 냉각 모드로 전환하도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 상기 제2 냉각 모드는 상기 제1 냉각 모드에 비해 분사온도조절부(3100)를 통한 냉각재 가열이 더 수행되도록 제어되는 모드일 수 있다.
여기서, 상기 제2 냉각 모드는, 상기 제1 냉각 모드에 비해 냉각 정도가 감소되거나 냉각이 중지될 수 있도록 조절되는 모드일 수 있다. 일 예로, 상기 제1 냉각 모드에서는 밸브(2100)가 개방되지만, 상기 제2 냉각 모드에서는 밸브(2100)가 개방되지 않을 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 기 설정된 조건에 도달하면 냉각 동작을 종료할 수 있다. 일 예로, 기 설정된 조건은 상기 감지 영역(DR)의 온도가 목표 냉각 범위 내에서 기 설정된 시간동안 유지되는 것일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 기설정된 조건은 상기 목표 영역(TR)의 온도가 -15℃로 3초동안 유지되는 것일 수 있다.
도 25는 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 감지 영역(DR)의 온도와 기 저장된 임계값을 비교하여 목표 영역(TR)의 피드백 냉각 제어를 수행하는 경우, 목표 영역(TR)의 온도 그래프를 도시한 것이다.
본 실험은, 전달부(1200), 밸브(2100), 분사온도조절부(3100) 및 노즐부(4100)를 포함하는 냉각 장치(10000)를 이용하여 진행되었으며, 냉각 장치(10000)의 제어부(5000)는 냉각 동작이 개시될 때 감지 영역(DR)의 온도가 5℃(즉, 제1 임계값)에 도달할때까지 밸브(2100)를 개방(즉, 제1 냉각 모드)하고, 상기 감지 영역(DR)의 온도가 5℃(즉, 제1 임계값)에 도달하고 하면, 상기 감지 영역(DR)의 온도가 10℃(즉, 제2 임계값)에 도달할 때까지 밸브(2100)를 폐쇄(즉, 제2 냉각 모드)하고, 상기 감지 영역(DR)의 온도가 10℃에 도달하고 하면, 다시 밸브(2100)를 개방하도록 설정되었다.
상술한 형태로 설정된 제어부(5000)를 포함하는 냉각 장치(10000)를 이용하여 실험을 진행한 결과, 목표 영역(TR)의 온도가 목표 냉각 온도 범위 이내로 조절되는 것을 확인하였다.
이와 같이, 감지 영역(DR)의 온도를 감지하여 피드백 냉각 제어를 수행하는 냉각 장치(10000)의 경우, 목표 영역(TR)의 과도한 냉각 없이 목표 영역(TR)의 온도를 목표 냉각 온도 범위로 안정적으로 조절할 수 있다.
다만, 상기 냉각 장치(10000)가 온도를 감지하는 감지 영역(DR)이 과도하게 넓은 영역에 대응되거나, 목표 영역(TR)과의 중첩 영역이 현저히 작은 특정 영역에 대응되는 경우에는 피드백 냉각 제어가 정상적으로 수행되지 않아, 목표 영역(TR)에의 적합한 냉각이 수행되지 않거나 목표 영역(TR)에의 과도한 냉각이 수행될 수 있다.
따라서, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 냉각 장치(10000)와 피시술물 사이의거리, 노즐부(4100)를 통해 분사되는 냉각재의 분사범위 및 피시술물의 온도 확산 계수 등에 기초하여 적정하게 결정되는 감지 영역(DR)을 가지는 온도센서(6100)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 거리고정기(4900)를 포함하는 냉각 장치(10000)의 경우, 상기냉각 장치(10000)는 상기 피시술물과 상기 냉각 장치(10000)가 상기 거리고정기(4900)에 대응되는 거리만큼 이격된 상태에서 냉각재가 분사되었을 때 상기 감지 영역(DR)이 냉각 영역(CR)에 포함되도록 설정된 온도센서(6100)를 포함할 수 있다.
도 26은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 목표 영역(TR)을 냉각하는 경우에, 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물의 표면의 온도 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 26은, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)를 이용하여 사람의 손에 대한 냉각을 수행하였을 때, 사람의 손에 대한 열화상 이미지를 온도 구간별로 패턴화하여 도시한 것이다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 목표 영역(TR)에 냉각재를 분사함에 따라 목표 영역(TR)을 냉각하는 경우, 상기 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물의 온도가 특정 온도 분포를 보일 수 있다. 이는, 도 12에서 설명한 바 있듯이, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 스프레드젯트(SJ) 및 자유젯트(FJ)의 형태로 냉각재를 분사함에 기인한 것일 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)에 의해 냉각이 수행된 상기 피시술물의 표면은 특정 온도 분포를 보일 수 있다. 상기 피시술물의 표면에는, 가상의 등온선을 기준으로, 적어도 중심냉각영역(CCR), 경계영역(BR) 및 비냉각영역(NCR)이 형성될 수 있다.
상기 중심냉각영역(CCR)은 피시술물의 표면에서 가장 낮은 온도를 가지는 영역을 포함할 수 있다. 상기 중심냉각영역(CCR)은 피시술물의 표면에서 가장 낮은 온도와 중심임계온도 이내의 차이를 가지는 영역을 포함할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 중심임계온도는, 상기 피시술물의 표면에서 가장 높은 온도와 가장 낮은 온도의 차이를 3으로 나눈 값일 수 있다. 예를 들어, 상기 피시술물의 표면 중 가장 낮은 온도가 10℃이고, 가장 높은 온도가 31℃인 경우, 상기 중심임계온도는 7℃(=(31-10)/3)일 수 있고, 따라서 상기 중심냉각영역(CCR)은 10℃~17℃의 온도를 가지는 영역일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 중심임계온도는 냉각 장치(10000)의 사양(또는 버전)에 따라 설정될 수 있다. 예를 들어, 냉각 장치(10000)가 상대적으로 정밀한 냉각을 수행하여야 하는 경우에, 상기 중심임계온도는 더 작은 값으로 설정될 수 있다. 냉각 장치(10000)가 상대적으로 덜 정밀한 냉각을 수행하여야 하는 경우에, 상기 중심임계온도는 더 큰 값으로 설정될 수 있다.
상기 경계영역(BR)은 피시술물의 표면에서 중간 온도를 가지는 영역을 포함할 수 있다. 상기 경계영역(BR)은 상기 중심냉각영역(CCR)과 비냉각영역(NBR)의 사이 영역에 포함될 수 있다. 상기 경계영역(BR)은 상기 중심냉각영역(CCR)의 온도범위 구간과 상기비냉각영역(NCR)의 온도범위 구간의 사이의 특정 온도 범위구간에 대응되는 온도를 가지는 영역일 수 있다. 상기 경계영역(BR)은 상기 중심냉각영역(CCR)의 엣지의 온도와 경계임계온도 이내의 차이를 가지는 영역을 포함할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 경계임계온도는, 상기 피시술물의 표면에서 가장 높은 온도와 가장 낮은 온도의 차이를 3으로 나눈 값일 수 있다.
상기 비냉각영역(NCR)는 피시술물의 표면에서 가장 높은 온도를 가지는 영역을 포함할 수 있다. 상기 비냉각영역(NCR)은 피시술물의 표면에서 가장 높은 온도와 비냉각임계온도 이내의 차이를 가지는 영역을 포함할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 비냉각임계온도는, 상기 피시술물의 표면에서 가장 높은 온도와 가장 낮은 온도의 차이를 3으로 나눈 값일 수 있다.
도 26을 참조하여, 구체적인 예를 들면, 상기 중심냉각영역(CCR)은 10℃이상 17℃미만의 온도를 가지는 영역일 수 있다. 상기 경계영역(BR)은 17℃이상 24℃미만의 온도를 가지는 영역일 수 있다. 상기 비냉각영역(NCR)은 24℃이상 31.5℃미만의 온도를 가지는 영역일 수 있다. 상기 목표 영역(TR)은 상기 중심냉각영역(CCR)에 포함되며, 10~11℃의 온도를 가지도록 냉각될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)에 의해 냉각이 수행된 피시술물의 표면에의 온도 분포는 적어도 하나의 가상의 동심원을 가지는 형태일 수 있다. 일 예로, 상기 중심냉각영역(CCR)은 원 형상이고, 상기 중심냉각영역(CCR)이내의 적어도 하나의 온도값의 경계는 원 형상일 수 있다. 상기 경계영역(BR)은 중심냉각영역(CCR)에 비해 상대적으로 정형화되지 않은 형태일 수 있다. 상기 경계영역(BR)은 원 형상이 아닐 수 있다.
도 26을 참조하여, 구체적인 예를 들면, 상기 중심냉각영역(CCR)은 원형상을 가질 수 있다. 상기 경계영역(BR)은 상기 중심냉각영역(CCR)에 비해 정형화되지 않은 형태일 수 있다. 상기 경계영역(BR)은 상기 중심냉각영역(CCR)에 비해 방사되는 형태일 수 있다. 상기 비냉각영역(NCR)은 상기 경계영역(BR) 및 상기 중심냉각영역(CCR)을 제외한 형태일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 목표 영역(TR)이 중심냉각영역(CCR)에 속하도록, 상기 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물을 냉각할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 상기 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물의 표면의 온도 분포에 기초하여 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 냉각할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)이 포함된 중심냉각영역(CCR)의 온도에 기초하여, 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 냉각할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)는 상기 감지 영역(DR)에 기초하여 피드백 냉각 제어를 수행할 수 있고, 상기 감지 영역(DR)은 중심냉각영역(CCR)에 포함될 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 상기 목표 영역(TR)에는 목표하는 효과(예를 들어, 종양 제거)를 발생시키고, 상기 목표 영역(TR) 이외의 영역에는 부정적인 효과(예를 들어, 괴사)의 발생을 방지하기 위해, 감지 영역(DR)의 온도에 기초하여 목표 영역(TR)에 대한 피드백 냉각 제어를 수행할 수 있다.
상기 감지 영역(DR)은 상기 냉각영역(CR)에 비해 작을 수 있다. 상기 감지 영역(DR)은 상기 중심냉각영역(CCR)에 비해 작을 수 있다. 상기 감지 영역(DR)은 상기 중심냉각영역(CCR)의 최저 온도 지점을 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 감지 영역(DR)은 상기 중심냉각영역(CCR)의 최저 온도 지점을 포함하며, 상기 중심냉각영역(CCR)에 포함될 수 있다. 이 때, 상기 감지 영역(DR)은 비냉각영역(NCR)을 포함하지 않을 수 있다. 상기 감지 영역(DR)은 경계영역(BR)을 포함하지 않을 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 도 24에 도시된 바와 같이, 상기 온도센서(6100)는 노즐부(4100)와 목표 영역(TR) 사이의 가상의 직선에서 벗어난 위치에 배치될 수 있다. 이는, 상기 온도센서(6100)가 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재에 의해 손상되는 것을 방지하기 위한 설계일 수 있다.
상기 온도센서(6100)의 감지 영역(DR)은 상기 중심냉각영역(CCR)에 비해 타원형에 가까운 형태일 수 있다. 상기 온도센서(6100)의 감지 영역(DR)의 외형은 상기 중심냉각영역(CCR)의 외형에 비해 이심률이 클 수 있다. 이때의 냉각 장치(10000)는, 상기 냉각 장치(10000)가 냉각재의 분사 방향과 피시술물의 표면이 수직이 되도록 냉각하여 상기 피시술물의 표면이 비교적 균일하게 냉각되도록 하고, 그와 동시에 상기 온도센서(6100)의 손상을 피할 수 있는 최적의 설계로 구현된 것일 수 있다.
지금까지, 피드백 냉각 제어를 수행하기 위한 몇몇 실시예에 따른 감지 영역(DR)에 대해서 개시하였으며, 상기 감지 영역(DR)은 온도센서(6100)의 설치 방향, 온도센서(6100) 및 피시술물사이의 거리, 온도센서(6100)의 사양에 따라 결정될 수 있다.
다만, 특정 감지 영역(DR)을 가지는 온도센서(6100)를 포함하는 냉각 장치(10000)를 구현하기 위해, 선택되어야 하는 온도센서(6100)의 사양 및 설치 방향은 다양할 수 있으며, 이는 통상의 기술자가 용이하게 선택, 설계 변경할 수 있는 것이어서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
2.2.2 저장부(1100)의 냉각재 온도에 따른 제어
본 출원의 일 실시예에 따른 상기 냉각 장치(10000)는 저장부(1100)의 냉각재에 관한 정보에 기초하여 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 냉각할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 상기 냉각 장치(10000)는 저장부(1100)의 냉각재 온도에 기초하여 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 냉각할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따른 상기 냉각 장치(10000)는 산출되는 저장부(1100)의 냉각재 온도에 기초하여 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 냉각할 수 있다.
냉각재를 이용하는 냉각 장치(10000)의 경우, 저장되어 있는 상태에서의 냉각재의 온도에 따라서 분사되는 냉각재의 온도가 변동될 수 있다. 이 경우, 동일한 냉각 방법에 의해 냉각을 수행했음에도 저장되어 있는 냉각재의 온도에 따라 목표 영역(TR)의 온도가 결정되어, 목표 영역(TR)의 온도를 목표 냉각 온도로 일정하게 제어할 수 없는 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 저장부(1100)의 냉각재의 온도를 고려하여 냉각을 수행하는 경우, 보다 정밀하고 안정적인 냉각 장치(10000)로써 동작할 수 있다는 이점이 도출될 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)의 제어부(5000)는 냉각 장치(10000)가 이용되는 외부의 온도에 상관없이, 상기 목표 영역(TR)으로 분사되는 냉각재의 온도가 일정하도록 밸브(2100)를 제어할 수 있다. 다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)의 제어부(5000)는 냉각 장치(10000)가 이용되는 외부의 온도에 상관없이, 상기 목표 영역(TR)의 온도가 목표냉각온도로 냉각되도록 밸브(2100)를 제어할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는, 상기 저장부(1100)의 냉각재의 온도를 측정하기 위해, 상기 저장부(1100)의 냉각재의 온도를 측정하는 온도센서(6100)가 상기 저장부(1100)에 설치되어 있는 형태일 수 있다.
다만, 저장부(1100)의 냉각재 온도를 온도센서(6100)를 통해 측정하기 위해 상기 온도센서(6100)를 상기 저장부(1100)의 내부에 위치시키게 되면, 상기 저장부(1100)를 교체할때마다 상기 온도센서(6100)도 교체된다는 점에서 과도한 비용의 소모가 발생하고, 상기 저장부(1100)에 수용된 냉각재의 압력에 따라 상기 저장부(1100) 내부에 위치한 온도센서(6100)가 정상적으로 동작하지 않을 수 있다는 점에서, 새로운 방법의 고안이 필요할 수 있다.
도 27은 본 출원의 일 실시예에 따른 저장부(1100)의 냉각재 온도에 따른 제어를 수행하는 냉각 장치(10000)를 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 저장부(1100)에 포함된 냉각재의 온도를 산출하기 위해, 적어도 하나 이상의 온도센서(6100)를 포함할 수 있다.
도 27을 참조하면, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 냉각 장치(10000)는 상기 저장부(1100)에 포함된 냉각재의 온도를 산출하기 위해, 복수의 온도센서(6100)를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 분사되는 냉각재의 온도와 연관된 온도를 센싱하기 위한 제1 온도센서(6100-1)와 냉각 장치(10000)가 이용되는 환경과 연관된 외부의 온도를 센싱하기 위한 제2 온도센서(6100-2)를 포함할 수 있다.
상기 분사되는 냉각재의 온도와 연관된 온도를 센싱하기 위해, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 노즐부(4100)의 온도를 측정하기위한 제1 온도센서(6100-1)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 노즐부(4100)의 외측에 접촉하는 형태로 접촉식 온도센서(6100-1)가 형성될 수 있고, 상기 접촉식 온도센서(6100-1)는 상기 노즐부(4100)의 외측 온도를 센싱할 수 있다. 다만, 해당 위치에 한정되지 않고, 상기 냉각 장치(10000)에는 분사되는 냉각재의 온도와 연관된 온도를 측정하는 제1 온도센서(6100-1)가 포함될 수 있다.
냉각 장치(10000)가 이용되는 환경과 연관된 상기 외부의 온도를 센싱하기 위해, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 냉각재가 유동하는 영역과 다른 영역에서 온도를 측정하기위한 제2 온도센서(6100-2)를 포함할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 상기 노즐부(4100) 및 상기 냉각재의 유동 통로로부터 이격되어, 냉각 장치(10000)가 이용되는 환경과 연관된 상기 외부의 온도를 센싱하기 제 2 온도 센서(6100-2)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(5000)가 형성된 제어기판 근처에 온도센서(6100-2)가 형성될 수 있고, 상기 온도센서(6100-2)는 상기 제어기판이 배치된 공간의 온도를 측정할 수 있다. 다만, 해당 위치에 한정되지 않고, 상기 냉각 장치(10000)에는 냉각 장치(10000)가 이용되는 환경과 연관된 상기 외부의 온도를 측정하는 제2 온도센서(6100-2)가 포함될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)는 제1 온도센서(6100-1)의 제1온도값 및 제2 온도센서(6100-2)의 제2온도값에 기초하여, 상기 저장부(1100)의 냉각재의 온도를 산출할 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 온도센서(6100-1)를 통해 상기 분사되는 냉각재와 연관된 제1 온도값을 센싱하고, 상기 제2 온도센서(6100-2)를 통해 상기 냉각 장치(10000)가 이용되는 외부의 온도와 연관된 제2 온도값을 센상하며, 상기 제어부(5000)는 상기 제1 온도값 및 상기 제2 온도값에 기초하여 저장부(1100)의 냉각재의 온도를 산출할 수 있다.
상기 제1 온도값 및 상기 제2 온도값은, 상기 냉각 장치(10000)의 제어부(5000) 및 복수의 온도센서(6100)를 통해 지속적으로 측정되고 있는 값일 수 있다. 또는, 상기 제1 온도값 및 상기 제2 온도값은, 상기 냉각 장치(10000)의 냉각 동작이 개시되면, 제어부(5000) 및 복수의 온도센서(6100)를 통해 일시적으로 측정되는 값일 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 산출된 저장부(1100)의 온도에 기초하여, 밸브(2100)를 제어할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 상기 산출된 저장부(1100)의 냉각재의 온도에 따라 수행할 밸브(2100)의 제어 방법에 대한 정보가 미리 저장되어 있을 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(5000)는 저장부(1100)의 냉각재의 온도에 기초하여 냉각 장치(10000)가 상기 제1 냉각 모드 및 상기 제2 냉각 모드 중 하나의 냉각 모드를 선택적으로 수행하도록 제어할 수 있다. 일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 산출된 저장부(1100)의 냉각재의 온도에 기초하여 적어도 제1 냉각 모드 또는 제2 냉각 모드를 수행할 수 있다.
상기 제어부(5000)는 상기 저장부(1100)의 냉각재의 온도가 기설정된 수치 이상인 경우, 제1 냉각 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 상기 제어부(5000)는 상기 저장부(1100)의 냉각재의 온도가 기설정된 수치 이하인 경우, 제2 냉각 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
여기서, 상기 제1 냉각 모드는, 상기 제2 냉각 모드에 비해 비교적 과도한 냉각을 수행할 수 있도록 냉각 정도 및/또는 냉각 속도를 조절되는 모드일 수 있다. 일 예로, 상기 제1 냉각 모드에서는 밸브(2100)가 제1 시간동안 개방되고, 상기 제2 냉각 모드에서는 밸브(2100)가 상기 제1 시간보다 짧은 제2 시간동안 개방될 수 있다.
다만, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 상기 제1 온도값 및 상기 제2 온도값을 획득한 후, 상기 저장부(1100)의 온도값을 산출하지 않고 목표 영역(TR)의 냉각 정도를 제어할 수 있다.
일 예로, 상기 제어부(5000)는 상기 제1 온도값 및 상기 제2 온도값을 비교하여, 냉각재가 정상적으로 분사되고 있는지 여부를 결정할 수 있다. 상기 제어부(5000)는 결정에 기초하여 목표 영역(TR)의 냉각 정도를 제어할 수 있다. 이 때, 상기 냉각 장치(10000)에는 정상적으로 동작할 때의 상기 제1 온도값 및 상기 제2 온도값에 대한 룩업테이블이 기 저장되어 있을 수 있다.
다른 예로, 상기 제어부(5000)는 상기 제1 온도값 및 상기 제2 온도값을 비교하여, 실내 온도가 분사되는 냉각재의 온도에 영향을 미치는지 여부를 결정할 수 있다. 상기 제어부(5000)는 결정에 기초하여 목표 영역(TR)의 냉각 정도를 제어할 수 있다. 이 때, 상기 냉각 장치(10000)에는 적어도 제1 온도값 및 제2 온도값 중 하나에 대한 임계값이 기 저장되어 있을 수 있다.
2.2.3 저장부(1100)의 냉각재 잔류량에 따른 제어
본 출원의 일 실시예에 따른 상기 냉각 장치(10000)는 저장부(1100)의 냉각재에 관한 정보에 기초하여 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 냉각할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 상기 냉각 장치(10000)는 저장부(1100)의 냉각재 잔류량에 기초하여 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 냉각할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따른 상기 냉각 장치(10000)는 저장부(1100)의 냉각재 잔류량에 따른 상기 저장부(1100)의 내압에 기초하여 목표 영역(TR)의 온도를 목표냉각온도로 냉각할 수 있다.
냉각재를 이용하는 냉각 장치(10000)의 경우, 저장부(1100)에서 유출되는 냉각재의 압력에 밸브(2100)가 개방되었을 때에 냉각재의 분출량 및/또는 팽창에따른 냉각재의 온도 변화량이 변동될 수 있다. 이 경우, 동일한 냉각 방법에 의해 냉각을 수행했음에도 저장되어 있는 냉각재의 압력에 따라, 목표 영역(TR)의 온도를 목표 냉각 온도로 일정하게 제어할 수 없는 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 저장부(1100)의 냉각재의 잔류량을 고려하여 냉각을 수행하는 경우, 보다 정밀하고 안정적인 냉각 장치(10000)로써 동작할 수 있다는 이점이 도출될 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)의 제어부(5000)는 냉각 장치(10000)의 저장부수용부(1300)에 저장부(1100)가 수용되고 난 후 새로운 저장부(1100)로 교체될 때까지, 상기 저장부(1100)의 냉각재 잔류량에 상관없이 상기 목표 영역(TR)으로 분사되는 냉각재의 온도가 일정하도록 밸브(2100)를 제어할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는, 저장부(1100)의 냉각재 잔류량에 관한 정보를 확인할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 압력센서를 통해 센싱된 값에 기초하여, 저장부(1100)의 냉각재의 잔류량에 관한 정보를 확인할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 냉각 장치(10000)는 상기 저장부(1100)와 상기 저장부수용부(1300) 사이의 압력센서를 두어, 상기 저장부(1100)의 냉각재 잔류량 감소에 따라 유발되는 상기 저장부(1100)와 상기 저장부수용부(1300) 사이의 이격을 측정할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 상기 압력센서의 값에 기초하여, 상기 저장부(1100)의 냉각재 잔류량을 확인할 수 있다. 다른 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 저장부(1100)와 밸브(2100) 사이에서 냉각재가 유동하도록 형성된 도관에서 압력을 설치하는 압력센서를 포함하고, 상기 압력센서값에 기초하여, 상기 저장부(1100)의 냉각재 잔류량을 확인할 수 있다.
다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 제어부(5000)를 통해 냉각재 잔류량에 관한 정보를 확인하기 위한 동작을 수행하여, 저장부(1100)의 냉각재의 잔류량을 확인할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 제어부(5000)의 냉각 동작 횟수의 카운팅을 통해, 상기 저장부(1100)의 냉각재 잔류량을 산출할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 1회의 냉각 동작이 수행될 때마다 냉각 횟수를 카운팅을 수행하고, 저장부(1100)가 교체될 때마다 카운팅된 냉각 횟수를 리셋할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 밸브(2100)의 개방(즉, 냉각 동작의 수행)에 관여하는 제1 제어부(5000) 및 상기 냉각재 잔량의 확인(즉, 냉각 동작 수행 횟수의 카운팅)에 관여하는 제2 제어부(5000)를 포함할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 상기 제1 제어부(5000)에 전원을 공급하는 제1 전원부 및 상기 제2 제어부(5000)에 전원을 공급하는 제2 전원부를 포함할 수 있다. 상기 제2 전원부는 상기 제1 전원부가 오프(Off)된 상태에서도, 온(On)되어, 상기 제2 제어부(5000)가 상기 저장부(1100)의 교체 시점에 카운팅된 냉각 횟수를 리셋하는 제어를 수행하기 위한 전원을 제공할 수 있다.
본 출원의 다른 실시예에 따르면, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 밸브(2100)의 개방(즉, 냉각 동작의 수행) 및 상기 냉각재 잔량의 확인(즉, 냉각 동작 수행 횟수의 카운팅)에 관여하는 제어부(5000)를 포함할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 제어부(5000)에 전원을 공급하는 전원부를 포함하고, 상기 전원부는 상기 냉각 동작이 수행되지 않을 때에도, 저장부(1100)의 교체 시점에 카운팅된 냉각 횟수를 리셋하는 제어를 수행하기 위해 제어부(5000)에 전원을 제공할 수 있다.
상기 냉각재 잔량에 관한 정보는, 상기 냉각 장치(10000)가 냉각 동작을 수행하기 이전에 확인될 수 있다. 상기 냉각재 잔량에 관한 정보는, 상기 냉각 장치(10000)가 냉각 동작을 수행할 때에 확인될 수 있다. 상기 냉각재 잔량에 관한 정보는, 상기 냉각 장치(10000)가 냉각 동작을 수행한 이후에 확인될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)는 저장부(1100)의 냉각재의 잔류량에 관한 정보를 확인하여, 상기 냉각재의 잔류량에 기초하여 냉각 모드를 결정할 수 있다.
상기 냉각 장치(10000)는 저장부(1100)의 냉각재의 잔류량에 기초하여, 밸브(2100)를 제어할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 저장부(1100)의 냉각재의 잔류량에 따라 수행할 밸브(2100)의 제어 방법에 대한 정보가 미리 저장되어 있을 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(5000)는 저장부(1100)에 저장된 냉각재의 잔류량에 기초하여, 냉각 장치(10000)가 상기 제1 냉각 모드 및 상기 제2 냉각 모드 중 하나의 냉각 모드를 선택적으로 수행하도록 제어할 수 있다. 일 예로, 냉각 장치(10000)는 저장부(1100)의 냉각재의 잔류량에 관한 정보를 확인하여, 상기 냉각재의 잔류량이 기설정된 임계수치 이하이면 제1 냉각 모드로 냉각을 수행할 수 있다. 냉각 장치(10000)는 저장부(1100)의 냉각재의 잔류량에 관한 정보를 확인하여, 상기 냉각재의 잔류량이 기설정된 임계수치 이상이면 제2 냉각 모드로 냉각을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 제1 냉각 모드는, 상기 제2 냉각 모드에 비해 비교적 과도한 냉각을 수행할 수 있도록 냉각 정도 및/또는 냉각 속도를 조절되는 모드일 수 있다.
일 예로, 상기 제1 냉각 모드에서는 밸브(2100)가 제1 시간동안 개방되고, 상기 제2 냉각 모드에서는 밸브(2100)가 상기 제1 시간보다 짧은 제2 시간동안 개방될 수 있다.
다른 예로, 상기 제1 냉각 모드에서는 밸브(2100)가 제11 시간동안 개방되고, 상기 제12시간동안 폐쇄되는 동작을 상기 제1 시간동안 반복할 수 있다. 상기 제2 냉각 모드에서는 밸브(2100)가 제21 시간동안 개방되고, 상기 제22시간동안 폐쇄되는 동작을 상기 제2 시간동안 반복할 수 있다.
이때, 상기 제어부(5000)는 상기 제11시간은 상기 제21시간과 동일하고, 상기 제12 시간은 상기 제22 시간보다 짧도록 상기 밸브(2100)를 제어하여, 상기 제1 냉각 모드에서의 단위 시간당 밸브(2100)의 개방시간이 상기 제2 냉각 모드에 비해서 길도록 제어할 수 있다.
또는, 상기 제어부(5000)는 상기 제11시간은 상기 제21시간과 동일하고, 상기 제12 시간은 상기 제22 시간보다 짧으며, 상기 제1 시간은 상기 제2 시간보다 길도록 상기 밸브(2100)를 제어하여, 상기 제1 냉각 모드에서의 단위 시간당 밸브(2100)의 개방시간 및 총 밸브(2100)의 개방시간이 상기 제2 냉각 모드에 비해서 길도록 제어할 수 있다.
2.3 개량 냉각 제어
본 출원의 일 실시예에 따른 상기 냉각 장치(10000)는 개량된 냉각 제어를 수행할 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따른 상기 냉각 장치(10000)는 개선된 냉각 제어를 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 복사에너지제공부(4230)를 통해서 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물의 일 영역에 복사에너지를 제공하여, 목표냉각온도로 냉각되는 영역, 냉각 영역(CR), 중심냉각영역(CCR) 및/또는 경계영역(BR)의 크기 및/또는 형태를 조절할 수 있다.
도 28은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)는 복사에너지제공부(4230)을 포함할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 노즐부(4100)와 목표 영역(TR) 사이의 직선에서 벗어난 위치에 상기 복사에너지제공부(4230)가 배치될 수 있다. 이는, 상기 복사에너지제공부(4230)가 노즐부(4100)로부터 분사되는 냉각재에 의해 손상되는 것을 방지하기 위한 설계일 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 피시술물의 표면을 기준으로 수직방향으로 냉각재를 분사하는 노즐부(4100) 및 상기 피시술물의 표면을 기준으로 상기 노즐부(4100)와는 다른 방향으로 복사에너지를 제공하는 복사에너지제공부(4230)를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 목표 영역(TR)의 중심과 상기 노즐부(4100) 사이의 가상의 직선과, 상기 목표 영역(TR)의 중심과 상기 복사에너지제공부(4230) 사이의 가상의 직선은 15°의 각을 가지도록, 상기 노즐부(4100) 및 상기 복사에너지제공부(4230)가 구현되어 있는 상태일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 노즐부(4100)의 냉각재 분사되는 측과 동일한 측으로, 복사에너지제공부(4230)가 복사에너지를 방출하도록 설치되어 있을 수 있다. 일 예로, 상기 노즐부(4100)는 목표 영역(TR)을 포함하는 피시술물과 대향되고, 상기 복사에너지제공부(4230)는 피시술물과 대향될 수 있다.
상기 복사에너지제공부(4230)는 제어부(5000)에 의해 제어될 수 있다. 일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 밸브(2100)를 제어하는 제1 제어부(5000) 및 상기 복사에너지제공부(4230)를 제어하는 제2 제어부(5000)를 포함할 수 있다. 다른 예로, 상기 제어부(5000)는 상기 밸브(2100) 및 복사에너지제공부(4230)를 제어할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 냉각 장치(10000)가 냉각 동작을 수행할 때, 상기 제어부(5000)는 노즐부(4100)를 통해 냉각재를 분사하고, 상기 복사에너지제공부(4230)를 통해 복사에너지를 제공하도록 제어할 수 있다.
피시술물에서 상기 복사에너지제공부(4230)로부터 방출된 복사에너지가 제공되는 영역(이하, 복사에너지제공영역)이 피시술물에서 상기 노즐부(4100)를 통해 냉각재가 분사되는 영역(이하, 냉각재제공영역)과 중첩되도록, 상기 제어부(5000)는 상기 복사에너지제공부(4230) 및 밸브(2100)를 제어할 수 있다. 일 예로, 상기 복사에너지제공영역은 상기 냉각재제공영역에 포함될 수 있다. 다른 예로, 상기 냉각재제공영역은 상기 복사에너지제공영역에 포함될 수 있다.
상기 제어부(5000)는 노즐부(4100)를 통해 냉각재가 분사될 때, 상기 노즐부(4100)의 냉각 영역(CR) 중 적어도 일부 영역에 상기 복사에너지제공부(4230)가 복사에너지를 방출하도록 밸브(2100) 및 복사에너지제공부(4230)를 제어할 수 있다. 일 예로, 상기 제어부(5000)는 노즐부(4100)를 통해 냉각재가 분사되는 동안, 상기 노즐부(4100)의 냉각 영역(CR) 중 적어도 일부 영역에 상기 복사에너지제공부(4230)가 복사에너지를 방출하도록 밸브(2100) 및 복사에너지제공부(4230)를 제어할 수 있다. 다른 예로, 상기 제어부(5000)는 노즐부(4100)를 통해 냉각재가 분사되는 이전부터 냉각재 분사가 종료된 이후까지, 상기 노즐부(4100)의 냉각 영역(CR) 중 적어도 일부 영역에 상기 복사에너지제공부(4230)가 복사에너지를 방출하도록 밸브(2100) 및 복사에너지제공부(4230)를 제어할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)는 중심냉각영역(CCR)을 한정하기 위해 복사에너지제공영역이 냉각 영역(CR)과 중첩되는 영역을 갖도록 복사에너지를 제공할 수 있다. 이 때, 복사에너지제공부(4230)를 통해 제공되는 복사에너지의 종류, 복사에너지의 세기 및/또는 복사에너지의 제공 영역은, 상기 냉각 장치(10000)의 용도에 따라 선택될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 목표냉각온도로 냉각되는 영역을 한정하기 위해, 상기 냉각 장치(10000)는 냉각 영역(CR)의 적어도 일부 영역에 복사에너지를 제공할 수 있다.
일 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 목표 영역(TR)의 경계에 복사에너지를 제공하여, 상기 목표냉각온도로 냉각되는 영역이 목표 영역(TR)에 상응하는 영역으로 한정되도록, 상기 냉각 영역(CR)의 적어도 일부 영역에 복사에너지를 제공할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 노즐부(4100)는 냉각재분사영역이 체온에 비해 낮은 온도를 가지고, 목표 영역(TR)의 평균 온도가 목표 냉각 온도에 상응하는 온도를 가지도록 냉각재를 분사할 수 있다. 상기 복사에너지제공부(4230)는 복사에너지제공영역이 상기 목표 영역(TR)의 평균 온도보다 높은 온도를 가지도록 복사에너지를 방출할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 상기 목표 영역(TR)의 경계에 복사에너지를 제공하고, 적어도 상기 목표 영역(TR)에 냉각재를 분사하여, 상기 목표냉각온도로 냉각되는 영역이 목표 영역(TR)에 상응하는 영역으로 한정되도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 목표냉각온도로 냉각되는 영역이 중심냉각영역(CCR)에 상응하도록, 상기 중심냉각영역(CCR)을 둘러싸도록 복사에너지를 제공하고, 상기 중심냉각영역(CCR)을 포함하는 영역에 냉각재를 분사할 수 있다.
또 다른 예로, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 복사에너지제공부(4230)가 복사에너지를 방출하지 않고 냉각을 수행하였을 때 형성되는 중심냉각영역(CCR)을 둘러싸도록 복사에너지를 제공하여, 목표냉각온도로 냉각되는 영역이 상기 복사에너지제공부(4230)가 복사에너지를 방출하며 냉각을 수행하였을 ‹š 형성되는 중심냉각영역(CCR)에 상응하도록 냉각 영역을 한정할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)에 있어서, 상기 복사에너지제공부(4230)에 의해 제공되는 복사에너지를 통해 열을 제공하고자 하는 영역은, 상기 노즐부(4100)에 의해 분사되는 냉각재를 통해 냉각을 수행하고자 하는 영역과 상이할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 냉각 장치(10000)를 이용하여 목표 영역(TR)에의 냉각을 수행하는 경우, 상기 노즐부(4100)를 통해 냉각을 수행하여야하는 영역은 목표 영역(TR)일 수 있다. 이 때, 상기 복사에너지제공부(4230)를 통해 복사에너지를 제공해야하는 영역은, 상기 목표 영역(TR)이외의 영역일 수 있다.
따라서, 상기 냉각재분사영역의 최저온도지점은 상기 복사에너지제공영역과 중첩되지 않을 수 있다. 상기 복사에너지제공부(4230)는 상기 복사에너지제공영역이 상기 목표 영역(TR)의 엣지(edge)영역에 위치하도록 상기 복사에너지를 제공할 수 있다. 따라서, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 냉각재의 분사에 따른 목표 냉각 온도에 도달한 영역이 상기 목표 영역(TR)에 상응하도록, 상기 냉각 장치(10000)는 상기 목표 영역(TR)을 냉각할 수 있다.
상기 복사에너지제공부(4230)는 복사 가열(radiation heating)을 유발하는복사에너지를 방출할 수 있다. 상기 복사에너지제공부(4230)는 복사에너지제공영역의 가열을 유발하는 복사에너지를 방출할 수 있다.
상기 복사에너지제공부(4230)의 광원의 종류는 다양할 수 있다. 일 예로, 복사에너지제공부(4230)는 레이저(Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation) 방출 장치를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 복사에너지제공부(4230)는 CO2레이저, IPL(Intense pulsed light), PDL(Pulsed dye laser) 및/또는 엔디야그 레이저(Nd-YAG laser) 방출 장치를 포함할 수 있다.
상기 복사에너지제공부(4230)의 광원의 종류는, 복사에너지가 도달하여야 하는 영역에 따라 결정될 수 있다.
예를 들어, 상기 복사에너지제공부(4230)가 10600nm파장을 가진 CO2레이저인 경우, 상기 복사에너지제공부(4230)는 표피에 열을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 제어부(5000)는, 상기 밸브를 제어하여, 상기 피시술물의 표피 및 진피가 냉각되도록 기설정된 시간동안 냉각을 수행할 수 있다. 상기 제어부(50000)는 상기 복사에너지제공부(4230)를 제어하여, 상기 피시술물의 표피를 가열하도록 냉각이 수행되는 시간동안 복사에너지를 제공할 수 있다. 상기 냉각 장치(10000)는 상기 밸브(2100) 및 복사에너지제공부(4230)를 제어하여, 피시술물의 표피 및 진피의 온도를 다르게 제어할 수 있다.
다른 예를 들어, 상기 복사에너지제공부(4230)가 580, 590, 595, 600nm의 파장을 가진 PDL(Pulsed dye laser)인 경우, 상기 복사에너지제공부(4230)는 진피에 열을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 상기 복사에너지제공부(4230)의 광원의 종류는 복사에너지(및 열)이 도달하여야 하는 깊이에 기초하여 그 파장 및 세기가 결정될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 상기 복사에너지제공부(4230)의 복사에너지제공영역을 조절하기 위해, 상기 복사에너지제공부(4230)는 광원(4232) 및 광가이드부(4234)를 포함할 수 있다.
도 29는 본 출원의 일 실시예에 따른 복사에너지제공부(4230)를 설명하기 위한 도면이다.
상기 복사에너지제공부(4230)는 복사에너지를 방출하는 광원(4232) 및 상기 광원으로부터 방출되는 복사에너지를 기 결정된 광경로를 따라 가이딩하는 광가이드부(4234)를 포함할 수 있다.
상기 광원(4232)은 광을 방출하는 장치로 광원의 종류, 세기 및 제공 영역이 다양할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 광원(4232)은 레이저(Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation) 방출 장치일 수 있다.
상기 광가이드부(4234)는 복사에너지를 굴절시키는 기능을 수행할 수 있다. 상기 광가이드부(4234)는 입사되는 광을 굴절시키는 기능을 수행할 수 있다. 상기 광가이드부(4234)는 상기 광원(4232)으로부터 방출된 광의 경로를 변경하는 기능을 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 광가이드부(4234)는 상기 광원(4232)으로부터 방출된 광을 모으거나 분산시키는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)가 목표 영역(TR)을 냉각할 때, 상기 광원(4232)으로부터 방출된 복사에너지는 상기 광가이드부(4234)에 의해 상기 목표 영역(TR)을 둘러싸는 형태로 조사될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따른 제어부(5000)는 상기 냉각 장치(10000)가 냉각 동작을 수행하도록 상기 밸브(2100)를 개방 및 폐쇄를 제어하며, 상기 복사에너지제공부(4230)를 통해 냉각 영역(CR)의 적어도 일부 영역에 복사에너지를 제공할 수 있다. 일 예로, 상기 제어부(5000)는 상기 밸브(2100)가 개방되어 있는 동안에 상기 복사에너지제공부(4230)가 복사에너지를 방출하도록 상기 밸브(2100) 및 상기 복사에너지제공부(4230)를 제어할 수 있다. 다른 예로, 상기 제어부(5000)는 상기 냉각 장치(10000)가 냉각 동작을 수행하는 동안에 상기 복사에너지제공부(4230)가 복사에너지를 방출하도록 상기 밸브(2100) 및 상기 복사에너지제공부(4230)를 제어할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 제어부(5000)가 냉각을 수행하기 위해 상기 밸브(2100)의 개방 및 폐쇄를 반복제어하는 경우, 상기 제어부(5000)는 상기 밸브(2100)의 개방 및 폐쇄와 무관하게, 상기 복사에너지제공부(4230)가 냉각을 수행하는 동안 복사에너지를 제공하도록 제어할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 냉각 장치(10000)는 상기 복사에너지제공부(4230)로부터 방출되는 복사에너지의 세기를 조절하여, 상기 복사에너지제공부(4230)가 목표 영역(TR) 및 목표 영역(TR)의 주변부에 전반적인 복사에너지를 방출하더라도 유사한 효과가 도출되도록 할 수 있다.
일 예로, 상기 복사에너지제공부(4230)는 자유젯트(FJ) 형태의 냉각재 분사에 따른냉각을 방지하기에는 부족하고, 스프레드젯트(SJ) 형태의 냉각재 분사에 따른 냉각을 방지하는 것은 가능한 정도의 복사에너지의 세기로 복사에너지를 방출하여, 목표 영역(TR) 및 목표 영역(TR)의 주변부에 전반적인 복사에너지를 방출하더라도 목표 영역(TR)은 냉각되고, 목표 영역(TR) 주변부의 과도한 냉각은 방지되는 효과가 도출되도록 할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 제어부(5000)는, 상기 밸브(2100)를 통과한 냉각재가 상기 목표 영역(TR)으로 분사되는 동안, 상기 복사에너지제공부(4230)를 통해 방출되는 복사에너지가 상기 목표 영역(TR) 및 상기 목표 영역(TR)의 외부 영역에 제공되도록 하되, 상기 목표 영역(TR)의 냉각현상과 상기 복사에너지제공부(4230)의 가열현상의 병합으로, 상기 피시술물의 표면에서의 최저 온도 지점은 상기 복사에너지제공부(4230)를 통해 방출되는 복사에너지에 의한 가열이 발생되지 않는, 냉각 장치(10000)가 제공될 수 있다. 여기서, 특정 영역이 복사에너지에 의한 가열이 발생되지 않는다는 것의 의미는, 상기 복사에너지제공부(4230)에 의한 복사에너지가 특정 영역에 제공되는 경우 및 상기 복사에너지제공부(4230)에 의한 상기 복사에너지가 특정 영역에 제공되지 않는 경우에의 특정 영역의 온도가 실질적으로 동일한 것을 의미할 수 있다.
다른 예로, 상기 복사에너지제공부(4230)는 적절한 세기로 복사에너지를 방출하여, 상기 복사에너지제공부(4230)를 통해 방출되는 복사에너지가 상기 목표 영역(TR) 및 상기 목표 영역(TR)의 외부 영역에 제공되되, 상기 목표냉각온도에 상응하는 영역(이하, 목표온도영역(TTR))이 원형상에 대응되도록 조절할 수 있다.
도 30 내지 32는, 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 장치(10000)가 복사에너지를 방출하여 목표 영역(TR)은 냉각되고, 목표 영역(TR) 주변부의 과도한 냉각은 방지하는 것을 확인하기 위한 실험 및 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 30을 참조하면, 목표 영역(TR)을 기준으로 25mm만큼 이격된 위치에서 냉각재가 분사되도록 냉각 장치(10000)를 설치하였고, 상기 목표 영역(TR)을 향하도록 총 2개의 적외선 조사기(일신의료기, OR140)가 복사에너지를 제공하도록 배치된 상태로 실험이 진행되었다. 상기 2개의 적외선 조사기는 기기 자체 세기의 80%로 복사에너지를 방출하도록 설정되어 있었다. 또한, 상기 적외선 조사기는 상기 목표 영역(TR)을 기준으로 측면으로 200mm만큼, 상향으로 80mm만큼 이격된 곳에 상기 적외선 조사기의 광의 중심이 위치하도록 배치되었다.
도 31은 적외선 조사기를 OFF 상태로 두고 냉각 장치(10000)를 통해 목표 영역(TR)에 냉각재를 분사한 경우의 실험 결과이며, 도 32는 적외선 조사기를 ON 상태로 두고 냉각 장치(10000)를 통해 목표 영역(TR)에 냉각재를 분사한 경우의 실험 결과이다. 도 31 및 도 32의 실험을 진행함에 있어서, 냉각 장치(10000)를 이용하여 약 20초정도의 냉각재 분사를 수행하였으며, 냉각재로는 CO2를 사용하였다.
실험 결과에 따르면, 도 32에서는 도 31에 비해 목표온도영역(TTR)의 크기가 작아지고, 목표온도영역(TTR)의 형태가 상대적으로 원에 가까워지는 것을 확인하였다.
이로써, 상기 냉각 장치(10000)가 냉각 동작을 수행하는 시점에, 상기 목표 영역(TR) 및 상기 목표 영역(TR)의 주변에 복사에너지가 제공되더라도, 상기 목표 영역(TR) 및 상기 목표 영역(TR)의 주변에 제공되는 복사에너지에 의한 가열 현상과 상기 냉각재에 의한 냉각 현상이 병합되어, 상기 목표온도영역(TTR)의 크기 및 형태가 조절된다는 것을 실험을 통해 확인하였다고 할 수 있다.
상기에서는 본 출원에 따른 실시예를 기준으로 본 출원의 구성과 특징을 설명하였으나 본 출원은 이에 한정되지 않으며, 본 출원의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 출원이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
1: 냉각 시스템
10000: 냉각 장치
1000: 냉각재공급부
2000: 유량조절부
3000: 냉각재상태조절부
4000: 분사부
5000: 제어부
6000: 센서부

Claims (20)

  1. 냉각재 저장부로부터 공급받은 냉각재를 목표 영역을 향해 분사하여 상기 목표 영역을 냉각하는 냉각 장치에 있어서,
    상기 냉각재가 분사되는 분사부;
    상기 냉각재의 흐름을 조절하는 밸브; 및
    상기 밸브의 개방 및 폐쇄를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는, 냉각이 개시되면, 상기 목표 영역의 온도를 감소시키는 제1 냉각 모드 및 상기 목표 영역의 온도를 기 설정된 온도 범위로 유지하는 제2 냉각 모드를 순차적으로 수행하도록 제어하며,
    상기 제1 냉각 모드를 수행할 때의 상기 목표 영역의 시간에 따른 온도 기울기의 절대값은, 상기 제2 냉각 모드를 수행할 때의 상기 목표 영역의 시간에 따른 온도 기울기의 절대값에 비해 큰,
    냉각 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 목표 영역의 과도한 냉각을 방지하기 위해, 상기 제1 냉각 모드 및 상기 제2 냉각 모드를 수행하는 동안 밸브가 개방 및 폐쇄를 반복하도록 제어하는,
    냉각 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 냉각 모드에서 상기 밸브를 제1 시간동안 개방하고, 제2 시간동안 폐쇄하는 동작을 반복하도록 제어하고,
    상기 제2 냉각 모드에서 상기 밸브를 제3 시간동안 개방하고, 제4 시간동안 폐쇄하는 동작을 반복하도록 제어하되,
    상기 제1 시간은 상기 제3 시간과 동일하고, 상기 제2 시간은 상기 제4 시간에 비해 짧도록 하여, 상기 제1 냉각 모드에서의 냉각 속도가 상기 제2 냉각 모드에서의 냉각 속도에 비해 빠르도록 제어하는,
    냉각 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 냉각 모드에서 상기 밸브를 제1 시간동안 개방하고, 제2 시간동안 폐쇄하는 동작을 제5 시간동안 반복하도록 제어하고,
    상기 제2 냉각 모드에서 상기 밸브를 제3 시간동안 개방하고, 제4 시간동안 폐쇄하는 동작을 제6 시간동안 반복하도록 제어하되,
    상기 냉각 장치에 의한 냉각 시술을 받는 피시술자의 고통을 최소화하기 위해, 상기 제5 시간이 상기 제6 시간에 비해 짧도록 상기 밸브를 제어하는,
    냉각 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 분사부는,
    상기 냉각재를 분사하는 노즐부; 및
    상기 노즐부로 분사된 냉각재의 분사 영역을 한정하는 가이드부;를 포함하는,
    냉각 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 냉각 모드 및 상기 제2 냉각 모드를 수행한 이후, 냉각을 종료하기 이전에 제3 냉각 모드를 수행하도록 상기 밸브를 제어하며,
    상기 제3 냉각 모드에서, 상기 가이드부와 상기 목표 영역 사이의 분리를 위해 상기 목표 영역이 상기 기 설정된 온도 범위에 비해 높은 온도가 되도록 상기 밸브를 제어하는,
    냉각 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 가이드부는 탄성력을 가지는 적어도 일 영역을 포함하는,
    냉각 장치.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 목표 영역과 접촉하는 일측이 사선 형상을 가지며, 상기 냉각 장치와 접촉하는 일측에 냉각재 배출을 위한 주변홀을 포함하는,
    냉각 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부의 전기적 신호를 인가받아 냉각재를 가열하는 분사온도조절부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 냉각 모드 및 상기 제2 냉각 모드에서 상기 밸브가 개방되도록 제어하되,
    상기 제2 냉각 모드에서 상기 분사온도조절부가 상기 분사되는 냉각재를 가열하도록 제어하는,
    냉각 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 분사온도조절부는, 열전소자인,
    냉각 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 목표 영역의 온도를 감지하는 온도센서;를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 목표 영역의 온도에 기초하여 상기 제2 냉각 모드의 수행을 개시하도록 제어하는,
    냉각 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 목표 영역의 온도가 목표 냉각 온도에 도달하여 기설정된 시간이 도과하였는지 여부에 기초하여, 상기 제2 냉각 모드를 종료하는,
    냉각 장치.
  13. 냉각재 저장부로부터 공급받은 냉각재를 목표 영역을 냉각하는 냉각 장치에 있어서,
    상기 목표 영역을 향해 상기 냉각재가 분사하는 분사부;
    상기 냉각재의 흐름을 조절하는 밸브;
    상기 밸브의 개방 및 폐쇄를 제어하는 제어부; 및
    감지 영역에서 방사되는 적외선의 세기를 열로 변환하고, 상기 변환된 열을 감지하여 상기 감지 영역의 평균 온도를 확인하는 온도센서;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 분사부를 통해 상기 냉각재가 분사될 때, 상기 온도센서를 통해 상기 감지 영역의 평균 온도를 확인하고-상기 감지 영역은, 상기 냉각재가 분사되는 영역에 포함되며, 상기 목표 영역의 최저 온도 지점을 포함함-,
    상기 감지 영역의 온도가 기 설정된 온도 이하인 경우, 상기 밸브의 단위 시간당 개방 시간을 감소시키는,
    냉각 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 분사부는, 상기 냉각재가 상기 목표 영역 방향으로 분사되는 자유젯트 및 상기 냉각재가 상기 목표 영역을 포함하는 피시술물과 충돌하여 상기 자유젯트와 상이한 방향으로 방사되는 스프레드젯트를 포함하도록 냉각재를 분사하여,
    상기 피시술물의 표면에는, 가상의 등온선을 기준으로, 적어도 최저 온도를 가지는 영역을 포함하는 중심냉각영역, 최고 온도를 가지는 영역을 포함하는 비냉각영역, 상기 중심냉각영역의 최고 온도와 상기 비냉각영역의 최저 온도의 사이 온도를 가지는 영역을 포함하는 경계영역이 형성되고,
    상기 제어부는 상기 경계영역에 포함되는 감지 영역의 온도에 기초하여 상기 밸브를 제어하는,
    냉각 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 중심냉각영역은, 상기 최저 온도을 기준으로 중심임계온도 이내의 차이를 가지는 영역을 포함하고,
    상기 경계영역은, 상기 중심냉각영역의 최고 온도를 기준으로 경계임계온도 이내의 차이를 가지는 영역을 포함하고,
    상기 비냉각영역은, 상기 최고 온도를 기준으로 비냉각임계온도 이내의 차이를 가지는 영역을 포함하는,
    냉각 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 중심임계온도, 상기 경계임계온도 및 상기 비냉각임계온도는 동일한 온도이며,
    상기 중심임계온도, 상기 경계임계온도 및 상기 비냉각임계온도는 상기 피시술물의 최고 온도와 상기 피시술물의 최저 온도의 차를 3으로 나눈 값인,
    냉각 장치.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 감지 영역의 외형은 상기 중심냉각영역의 외형에 비해 이심률이 큰,
    냉각 장치.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 중심냉각영역에 포함되는 감지 영역의 온도에 기초하여 상기 밸브를 제어하되,
    상기 감지 영역은 상기 비냉각영역을 포함하지 않는,
    냉각 장치.
  19. 제13 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 감지 영역의 온도가 제1 임계 온도 이하인 경우, 상기 밸브의 단위 시간당 개방 시간을 감소시키고,
    상기 감지 영역의 온도가 제2 임계 온도 이상인 경우, 상기 밸브의 단위 시간당 개방 시간을 증가시키고,
    상기 제1 임계 온도는 상기 제2 임계 온도에 비해 작은,
    냉각 장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 밸브가 제1 시간동안 개방되고, 제2 시간동안 폐쇄되며, 상기 개방 및 폐쇄를 제3 시간동안 반복하는 형태로 제어되는 경우,
    상기 제2 시간을 증가시키는 형태로 상기 밸브의 단위 시간당 개방 시간을 감소시키는,
    냉각 장치.
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