KR20000028811A - 고전압 공급장치용 전기 절연 물질 및 냉각 물질 - Google Patents
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Abstract
고전압 공급 장치용 절연 물질 및 냉각 물질은 하나이상의 열가소성 중합체 및 하나이상의 미립자 세라믹 충전제의 복합체임으로써 상기 물질은 0.9W/M.K 이상의 열 전도성을 갖는다. 열가소성 중합체는 폴리프로필렌, 폴리(에테르이미드), 폴리(페닐설파이드) 및 폴리(에테르이미드)/폴리(페닐설파이드) 혼합물일 수 있다. 미립자 세라믹 충전제는 알루미나, 질화알루미늄, 질화붕소, 황화바륨 및 산화베릴륨 및 이들의 혼합물일 수 있다.
고전압 공급 장치는 X-선 관에 대한 것이다.
Description
본 발명은 고전압(HV) 공급 장치의 절연 물질 및 냉각 물질, 특히 X-선 관의 공급 물질 및 이들 물질을 혼입시킨 고전압 공급 장치에 관한 것이다.
보다 상세하게, 본 발명은 상기 장치의 작동동안에 상기 장치중에서 발생하는 열 손실을 개선시키기 위해 향상된 열 전도성을 갖는 고전압 공급 장치를 위한 신규한 절연 물질 및 냉각 물질에 관한 것이다.
널리 알려진 바와 같이, X-선 관은 음극쪽으로 전자 빔을 방출하는 필라멘트 양극을 포함한다. 전자 빔에 의해 충격의 작용하에서, 음극은 X-선의 빔을 방출한다. 높은 에너지 빔을 얻기 위해, 전자는 양극과 음극사이에 생성된 센 전기장에 의해 촉진된다. 이런 목적으로, 음극은 양극에 대해 매우 높은 (+) 세기로 상승된다. 이 세기는 150kv를 초과할 수 있다. 고전압 공급 장치를 사용하여 이들 세기를 생성한다.
환언하면, 고전압 공급 장치의 활성 성분은 전기적으로 절연 물질로 주변이 제조되거나 먼저 이랑이 있는 케이싱(casing)으로 지지되거나 밀폐되고, 활성 성분을 함유하는 제 1 케이싱은 자체적으로 금속으로 제조된 제 2 케이싱중에 함유되고 매립된다. 활성 성분을 함유하는 제 1 케이싱의 내부 공간 뿐만 아니라 제 1 케이싱과 제 2 케이싱사이의 공간은 절연 액체 및 냉각 액체, 일반적으로 오일로 채워진다.
보다 상세하게, 다양한 세기에서 고전압 변압기의 성분, 전압 증폭기의 정류기 및 모든 전도 구성 성분과 같은 제 1 케이싱중에 고전압 공급 장치의 활성 성분은 그 위치에서 기계적으로 고정되고, 전기적으로 절연 플라스틱과 같은 고도로 절연 물질로 제조된 제 1 케이싱중에서 상이한 구획중에 수용됨으로써 서로 전기적으로 절연된다. 제 1 케이싱중에 자유 공간은 또한 오일과 같은 절연 액체 및 냉각 액체로 채워진다.
제 1 케이싱 내부 및 제 1 케이싱과 매립된 제 2 케이싱사이의 오일이 충전된 상호연통하는 자유 공간은 통상적으로 지칭되는 고전압 공간으로 이루어진다.
X-선 관을 작동하는데 필요한 전력은 수십초동안 25kW 내지 100kW일 수 있다. 고전압 공급 장치가 매우 높은 효율성을 가질때라도 상기 장치에 의해 전달되는 전력은 활성 성분중에 전기 손실에 기인하는 고전압 공간에서 상승하는 온도에 의해 한정된다. 이들 손실은 출력의 6%를 나타낼 수 있다. 전형적인 전력 손실은 수 kW의 순서이다.
전력 손실에 기인한 민감한 구성요소의 열 퇴화를 막기 위해, 비교적 저온에서 고전압 공간을 유지하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 양태에 따라 고전압 공급 장치의 개략적인 단면도이다.
따라서, 본 발명의 양태는 필요한 전기적 성질을 유지하면서 향상된 열 전도성을 갖는 고전압 공급 장치용 절연 물질 및 냉각 물질을 제공한다.
본 발명의 양태는 또한 고전압 공급 장치를 제공하고, 고전압 활성 구성요소주위의 오일 충전된 고전압 공간은 본 발명의 절연 물질 및 냉각 물질로 제조된 활성 성분을 절연 및 지지하기 위한 둘레를 포함한다.
본 발명의 양태에서, 절연 물질 및 냉각 물질은 하나이상의 열가소성 중합체 및 하나이상의 미립자 세라믹 충전제의 복합체를 포함하는 고전압 공급 장치용으로 제조됨으로써 상기 물질들은 0.9W/m.K 이상의 열 전도성을 갖는다.
본 발명은 또한 활성 구성 요소를 절연 및 지지하기 위한 둘레를 포함하는 고전압 공급 장치에 관한 것이고, 이는 본 발명에 따른 절연 물질 및 냉각 물질로 제조된다.
본 발명에 적용될 수 있는 고전압 공급 장치는 본원에 참고로 인용되고 있는 미국 특허원 제 09/168,843 호에 기술되어 있다. 간략하게, 활성 성분을 포함하는 고전압은 기본 지지체의 덮개에 위치하고, 기본 지지체의 측벽은 전기 절연 및 열 전도성을 제공하는 보충적으로 경사진 표면을 갖는 구성 요소에 의해 형성된다.
도 1은 오일중에 침지되고 고체 절연 물질로 제조된 하나이상의 절연 둘레(11)에 의해 지지되고 절연된 활성 성분(10)을 통상적으로 포함하는 고전압 장치(1)를 개략적으로 도시한다.
활성 성분(10), 및 지지 및 절연 둘레(11)는 예컨대 분쇄된 알루미늄으로 제조된 이랑이 있는 케이싱(12)중에 자체적으로 둘러싸인다.
활성 성분(10)과 절연 둘레(11) 및 절연 둘레(11)와 분쇄된 케이싱(12)사이의 자유 공간(13) 및 (14)는 각각 서로 상호연통하고 절연유로 채워진다.
둘레(11)의 전기 절연 물질 및 냉각 물질은 하나이상의 열가소성 중합체 및 하나이상의 미립자 세라믹 충전제의 복합체를 포함함으로써 상기 물질은 0.9W/m.K 이상의 열 전도성을 갖는다.
절연 둘레(11)는 절연유로 채워진 공간에 의해 분리된 상호적으로 겹쳐진 요소 둘레로 이루어지는 다중 둘레일 수 있다.
임의로 가해지는 전기장이 없이 고전압 공급 장치중에 일반적으로 사용되는 절연유는 약 0.115W/m.K의 열 전도성을 갖지만 이들 오일은 고전압 공급 장치 또는 임의의 다른 수단에 존재하는 높은 전기장에 적용하기 위한 오일의 이동때문에 매우 높은 열 전도성을 갖고, 이는 가능하게 장치의 기하학에 따라 30 내지 100배 높은 것으로 나타났다. 열 손실에 있어서, 둘레(11)의 고체 절연 물질은 결정적인 요소이다.
0.9W/m.K 이상의 목적하는 열 전도성을 얻을 수 있는 임의의 열가소성 중합체는 절연 내력 및 유전 상수와 같은 절연 물질 및 냉각 물질의 다른 목적하는 성질을 감소시키지 않고, 본 발명의 복합체중에 사용될 수 있다. 특히, 절연 내력은 50kV/mm 이상이어야 하고, 유전 상수는 2 내지 4이어야 한다.
더우기, 절연 물질은 예컨대, 성형, 사출 성형 또는 압출 또는 임의의 다른 통상적인 산업적 방법에 의해 산업적인 규모로 용이하게 전환될 수 있어야 한다.
전환을 촉진시키기 위해, 임의의 통상적인 처리 보조제가 상기 물질에 포함될 수 있다. 본 발명의 복합체를 배합하는데 유용한 중합체 중에서 폴리프로필렌, 불화중합체(예, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌 (PCTFE) 및 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF), 폴리(아미드이미드)(PAT), 폴리(에테르이미드)(PET), 폴리(에테르설파이드)(PES), 폴리(페닐-설파이드)(PPS) 및 이들의 혼합물)로 제조될 수 있다.
바람직한 중합체는 폴리프로필렌, 폴리(에테르이미드), 폴리(테트라플루오로에틸렌) 및 폴리(페닐설파이드) 및 폴리(에테르이미드)/폴리(페닐설파이드)혼합물이다.
본 발명의 복합체의 제형에 유용한 미립자 세라믹 충전제는 절연물질 및 냉각물질의 다른 성질 및 특히 전기 절연 성질을 감소시킴없이 요구되는 열 전도성을 갖는 복합체를 제공하는 모든 세라믹이다.
바람직한 미립자 세라믹 충전제는 알루미나, 질화알루미늄, 질화붕소, 황화바륨 및 산화베릴륨 및 이들의 혼합물이다.
질화붕소, 질화알루미늄 및 이들의 혼합물이 보다 특히 추천된다.
복합체의 미립자 세라믹 충전제의 양은 일반적으로 복합체의 총 중량에 대해 40중량% 이상, 일반적으로 40 내지 80중량%, 바람직하게 40 내지 60중량%이다.
미립자 세라믹 충전제는 일반적으로 1 내지 100㎛, 바람직하게 10 내지 60㎛의 입경을 갖는다.
세라믹 충전제의 입자는 임의로 열 전도성 및 전기 전도성을 손상시키지 않는 다른 물질의 층(예, 입자상에 윤활성을 부여하는 실리콘층)으로 피복될 수 있다.
실시예
본 발명의 양태에 따라서 절연 물질 및 냉각 물질을 간단한 기계적 혼합에 의해 제조하였고, 이는 30중량%의 폴리(페닐설파이드), 30중량%의 폴리(에테르이미드), 25중량%의 질화알루미늄 분말 및 15중량%의 질화붕소 분말을 포함한다.
상기 물질을 사출 성형하였고, 시편을 직경 60mm 및 두께 4mm로 제조하였고, 하기 성질을 측정하였다:
열 전도성(75℃): ＞ 0.96W/m.K
파괴강도: ＞ 70.5kV/mm
유전 상수: 3.4(1kHz, 75℃)
구조 및/또는 기능 및/또는 단계중의 다양한 변형은 본 발명의 범주 및 정도를 벗어남이 없이 개시된 양태에 따라 당해 분야의 숙련자들에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 향상된 열 전도성을 갖는 고전압 공급장치용 절연 물질 및 냉각 물질을 사용함으로써 고전압 공급장치의 작동동안에 상기 장치중에서 열손실을 개선시킬 수 있다.
Claims (11)
- 하나이상의 열가소성 중합체 및 하나이상의 미립자 세라믹 충전제의 복합체를 포함하고, 0.9W/m.K 이상의 열 전도성을 갖는 고전압 공급 장치용 물질.
- 제 1 항에 있어서,복합체가, 복합체의 총 중량을 기준으로 하여, 미립자 세라믹 충전제를 40중량% 이상 포함하는 물질.
- 제 2 항에 있어서,미립자 세라믹 충전제가 복합체의 40 내지 80중량%, 바람직하게 40 내지 60중량%인 물질.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,열가소성 중합체가 폴리프로필렌, 폴리(테트라플루오로에틸렌) 및 폴리(에테르이미드)중에서 선택되는 물질.
- 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,미립자 세라믹 충전제가 알루미나, 질화알루미늄, 질화붕소 및 이들의 혼합물중에서 선택되는 물질.
- 제 5 항에 있어서,미립자 세라믹 충전제가 질화알루미늄, 질화붕소 및 이들의 혼합물중에서 선택되는 물질.
- 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,미립자 세라믹 충전제가 10 내지 60㎛의 입경을 갖는 물질.
- 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,50kV/mm 이상의 절연 내력을 갖는 물질.
- 제 8 항에 있어서,50kV/mm 이상의 절연 내력(dielectric strength) 및 2 내지 4의 유전 상수를 갖는 물질.
- 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 따르는 복합체 물질로 제조된 둘레(11)에 의해 장치중에 지지되고 전기적으로 절연된 고전압 활성 성분(10)을 포함하는 고전압 공급 장치.
- 제 9 항에 있어서,둘레가 절연유에 의해 분리된 몇가지 상호 겹침 요소 둘레로부터 형성된 다중 둘레인 공급 장치.
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