CN110680364A - 一种大功率x射线管组件冷却方法及冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率X射线管组件冷却方法：冷却液分两路分别进入壳体和旋转阳极的冷却管道中降温；温控流量调节阀根据温度传感器测量各路冷却液热交换后的温度调节流量，使各路冷却液热交换后温度相同。本发明还公开了一种大功率X射线管组件冷却系统，包括壳体和壳体内的旋转阳极；壳体和旋转阳极内分别设置有冷却管道；三通温控流量调节阀的入口与泵连接，两个出口的分别连接壳体冷却管道入口和旋转阳极冷却管道入口；壳体冷却管道出口和旋转阳极冷却管道出口分别连接有温度传感器，然后均连接冷凝器，冷凝器出口与泵入口连接。本发明的大功率X射线管组件冷却方法和系统，热交换效率高，降温速度快，有利于延长X射线管组件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于医疗用CT的X射线管领域，尤其涉及一种大功率X射线管组件冷却方法及冷却系统。
背景技术
计算机断层摄影设备（CT）等大型医疗设备应用在脑部扫描、心血管造影等医疗诊断，为了能获得清晰的X射线影像，要求X射线管具有小的焦点和大的功率，焦点小可以减小几何模糊度，而输出功率大，曝光时间可以缩短和减小移动模糊度。为了缩短X射线照相的曝光时间获得清晰的图像，X射线管应该在极短的时间内产生密度较高的X射线。为此，必须提高X射线管的功率。但是，供给管子的能量转换成X射线的功率很低，99%以上的能量转换成热能而耗散在阳极上，使阳极温度迅速升高。在固定阳极X射线管中，由于热量集中在点焦点上，阳极极易局部过热而熔化。旋转阳极X射线管增加了散热面积，显著降低了阳极温度，在相同的温度下可大大提高X射线管的功率。但是，由于大功率X射线管组件散热量大，快速冷却仍然是个难题。
发明内容
本发明提供一种大功率X射线管组件冷却方法，可以快速冷却，并且冷却效果好，有利于提高X射线管的使用寿命。
本发明的技术方案如下：
一种大功率X射线管组件冷却方法，包括以下步骤：在泵作用下，冷却液分两路进入X射线管组件，一路进入X射线管组件的壳体的冷却管道，对壳体内的绝缘油降温；另一路进入X射线管组件的旋转阳极中的冷却管道进行降温；本发明的大功率X射线管组件冷却方法还包括各路冷却液的流量调节步骤：温度传感器测量并反馈各路冷却液热交换后的温度；温控流量调节阀根据温度传感器的反馈，调节进入各路中的冷却液的流量，使得各路冷却液热交换后的温度相同。
本发明对于X射线管的壳体内的绝缘油和X射线管的旋转阳极同时降温，这样对大功率X射线管组件的内部和外部同时降温，降温效率高、降温速度快。将两路冷却液热交换后的温度调节相同，使得冷却液的整体热交换效率最高大，并且使得X射线管组件的内外温度最为接近，有利于延长X射线管组件的使用寿命。
优选地，所述冷却液为R134a、R113、R407c或R410A。
优选地，所述冷却液在进入所述X射线管组件前经过过滤和/或干燥。冷却液进行过滤滤去杂质可以避免冷却管道的堵塞。
本发明的另一个目的是提供一种大功率X射线管组件冷却系统，包括X射线管组件、泵、三通温控流量调节阀、第一温度传感器、第二温度传感器、冷凝器；所述X射线管组件包括壳体和密封在所述壳体内的旋转阳极；所述壳体和所述旋转阳极内分别设置有冷却管道；所述泵的出口通过管道与所述三通温控流量调节阀入口相连，所述三通温控流量调节阀的出口端的一端与所述壳体冷却管道入口相连接，所述三通温控流量调节阀的出口端的另一端与所述旋转阳极冷却管道入口相连接；所述第一温度传感器设置在所述壳体冷却管道出口端，所述第二温度传感器设置在所述旋转阳极冷却管道出口端，所述壳体冷却管道出口端和所述旋转阳极冷却管道出口端均与所述冷凝器的入口连接，所述冷凝器的出口与所述泵的入口连接。
优选地，所述三通温控流量调节阀与所述泵之间还设置有过滤器。
优选地，所述过滤器为两级，其中，第一级过滤器的过滤精度为10μm，第二级过滤器的过滤精度为1μm。使用两级过滤可以保证过滤效果更好，防止杂质进入冷却管道造成堵塞。
优选地，所述大功率X射线管组件冷却系统还包括气液分离器和气体凝结器；所述气液分离器的入口连接所述壳体冷却管道出口和所述旋转阳极冷却管道出口，所述气液分离器的气体出口连接所述气体凝结器，所述气体凝结器的出口连接所述冷凝器入口；所述气液分离器的液体出口连接所述冷凝器入口。
优选地，所述大功率X射线管组件冷却系统还包括储液器，所述储液器连接在所述气体凝结器与所述冷凝器之间。
本发明的有益效果：
本发明的大功率X射线管组件冷却方法和冷却系统分两路同时对X射线管的壳体和X射线管的旋转阳极进行冷却降温，内外两路同时降温，降温效率高、速度快。本发明还通过温度传感器测量并反馈各路冷却液热交换后的温度，然后通过温控流量调节阀调节进入各路中的冷却液的流量，使各路冷却液热交换后的温度相同，这样的调节，可以使两路冷却液的热交换效率达到最大，冷却效果最好，并且可以使X射线管的壳体和X射线管的旋转阳极的实际温度保持相对接近，有利于延长X射线管的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的X射线管组件的结构示意图。
图2为本发明的X射线管组件的横向剖视图。
图3为本发明的X射线管组件旋转阳极结构示意图。
图4为实施例1中的本发明的大功率X射线管组件冷却系统示意图。
图5为实施例2中的本发明的大功率X射线管组件冷却系统示意图。
图6为实施例3中的本发明的大功率X射线管组件冷却系统示意图。
图中：1、泵；2、三通温控流量调节阀；3、第一温度传感器：4、第二温度传感器；5、冷凝器；6、壳体；61、壳体冷却管道入口；62、壳体冷却管道出口；63、防护罩；64、内壳；65、外壳；71、旋转阳极冷却管道入口；72、旋转阳极冷却管道出口； 8、过滤器；9、气液分离器；10、气体凝结器；11、储液器；12、冷却系统；13、旋转阳极；131、定子辐射板；132、阳极轴；133、喷射管； 1331、封头；134、转子；135、轴承；136、旋转阳极靶；137、回流通道；139、空心腔室；14、阴极。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做详细说明。
在现有技术中，在X射线管的壳体内通常使用绝缘油循环对壳体进行降温，从而使壳体内的X射线管的旋转阳极与壳体进行热交换而降温。但是对于大功率X射线管，这种降温方法效果不好。本发明在X射线管壳体的绝缘油循环系统外设置了冷却管道，对壳体内的绝缘油进行降温。图1为本发明的X射线管组件的结构示意图，图2为本发明的X射线管组件的横向剖视图。所述X射线管组件包括壳体6、密封在所述壳体6内的旋转阳极13、阴极14，所述壳体6包括:防护罩63、内壳64和外壳65，所述防护罩63为真空密封腔室，所述旋转阳极13和所述阴极14安装在所述防护罩63内部；所述内壳64为罩在所述防护罩63外部的密封壳体，所述外壳65为罩在所述内壳64外的密封壳体；所述防护罩63和所述内壳64围成绝缘油换热器。绝缘油在所述绝缘油换热器内循环与防护罩进63进行热交换，对防护罩内工作的旋转阳极、阴极进行冷却降温。所述内壳64与所述外壳65围成制冷剂换热器；所述制冷剂换热器一端为壳体冷却管道入口61，另一端为壳体冷却管道出口62。在内壳64的外部的制冷剂换热器中，冷却液由壳体冷却管道入口61流入制冷剂换热器内循环流动，冷却液与内壳64进行热交换，将热量带走，使得内壳64得到冷却，进一步使得绝缘油换热器中的绝缘油及时得到冷却，从而可以进一步冷却防护罩3内工作的旋转阳极1和阴极2，从而实现对大功率X射线管组件的有效冷却降温。
本发明实施方式中所用的旋转阳极13中也设置冷却管道，结构如图3所示，包括：定子辐射板131、阳极轴132、喷射管133、转子134、轴承135和旋转阳极靶136；所述定子辐射板131内部为空心腔室139；所述阳极轴132为空心管，所述阳极轴132的上端密封连通所述空心腔室139；所述阳极轴132内安装有喷射管133，所述喷射管133连接所述旋转阳极冷却管道入口71，所述喷射管133的端部位于所述空心腔室139内并由带喷射孔的封头1331封口；所述喷射管133和所述阳极轴132之间的缝隙形成回流通道137；回流通道137连接所述旋转阳极冷却管道出口72。所述转子134为包覆于所述定子辐射板131和所述阳极轴132外部的壳体，所述转子134和所述定子辐射板131之间有间隙；所述转子134和所述阳极轴132之间有间隙；所述阳极轴132上固定连接轴承135，所述轴承135和所述转子134转动连接；所述转子134的顶部与所述旋转阳极靶131固定连接。
本发明的一种大功率X射线管组件冷却方法，包括以下步骤：在泵作用下，冷却液分两路进入X射线管组件，一路由壳体冷却管道入口61进入X射线管组件的壳体的冷却管道，对壳体内的绝缘油降温；另一路由旋转阳极冷却管道入口71进入X射线管组件的旋转阳极中的冷却管道进行降温；本发明的大功率X射线管组件冷却方法还包括各路冷却液的流量调节步骤：温度传感器测量并反馈各路冷却液热交换后的温度；温控流量调节阀根据温度传感器的反馈，调节进入各路中的冷却液的流量，使得各路冷却液热交换后的温度相同。
实施例1
使用本发明方法的一种大功率X射线管组件冷却系统，如图4所示，包括：X射线管组件、泵1、三通温控流量调节阀2、第一温度传感器3、第二温度传感器4、冷凝器5；所述X射线管组件包括壳体6和密封在所述壳体6内的旋转阳极；所述壳体6和所述旋转阳极内设置有冷却管道；所述泵1的出口通过管道与所述三通温控流量调节阀2入口相连，所述三通温控流量调节阀2的出口端的一端与所述壳体冷却管道入口61相连接，所述三通温控流量调节阀2的出口端的另一端与所述旋转阳极冷却管道入口71相连接；所述第一温度传感器3设置在所述壳体冷却管道出口62端，所述第二温度传感器4设置在所述旋转阳极冷却管道出口72端，所述壳体冷却管道出口62端和所述旋转阳极冷却管道出口72端均与所述冷凝器5的入口连接，所述冷凝器5的出口与所述泵1的入口连接。冷凝器可以是现有技术中的各种冷凝器，比如，可以是外接了制冷设备的一个冷却装置，也可以是浸入冷水中的蛇形管冷凝器，只要能起到散热作用即可，具体可以根据具体使用中的情况在现有技术中进行选择。
工作原理：
工作时，在泵1的作用下，冷却液通过管道流入三通温控流量调节阀2后分成两路进入X射线管组件，一路通过壳体冷却管道入口61进入X射线管组件的壳体6的冷却管道，对壳体内的绝缘油降温；绝缘油降温后，即可实现对壳体6及壳体内部的旋转阳极从外部进行降温；另一路冷却液通过旋转阳极冷却管道入口71进入X射线管组件的旋转阳极中的冷却管道中，对旋转阳极内部进行降温；这样分两路分别从旋转阳极的内部和外部同时进行降温，降温速度快，效果好。在壳体冷却管道出口62端设置第一温度传感器3，在旋转阳极冷却管道出口72端设置第二温度传感器4，分别测试两个管路中冷却后的冷却液温度，然后将测得的温度反馈到三通温控流量调节阀2，三通温控流量调节阀2根据温度反馈调节进入两个管路中的冷却液的流量，最终将两个管路中冷却后的冷却液温度调节到相同。这样，使得旋转阳极的从内部和外部分别降到相同的温度，两路冷却液的热交换效率由于调节到相同的温度而达到了最大，并且冷却效果最好；使X射线管的壳体和X射线管的旋转阳极的实际温度保持相对接近，有利于延长X射线管的使用寿命。吸收了热量的冷却液进入冷凝器中，在冷凝器中得到冷却，然后再进入泵1的入口，继续循环对大功率X射线管组件进行冷却。
上述冷却液优选为R134a、R113、R407c或R410A，当然也可以是水，只要能对大功率X射线管组件进行冷却即可。
实施例2
本实施例的一种大功率X射线管组件冷却系统，如图5所示，相对于实施例1，在三通温控流量调节阀2与所述泵1之间还设置了过滤器8。过滤器可以设一级，也可以设多级，优选过滤器设置为两级，所述一级过滤器的过滤精度为10μm，二级过滤器的过滤精度为1μm。两级过滤可以保证过滤效果更好，防止杂质进入冷却管道造成堵塞。
实施例3
本实施例的一种大功率X射线管组件冷却系统，如图6所示，和实施例1和实施例2不同之处在于所述冷却系统还设置了气液分离器9和气体凝结器10。
由于在大功率X射线管组件中，旋转阳极在工作时温度较高，因此，在冷却过程中，冷却液有可能气化，设置了气液分离器9，可以将热交换后的冷却液的气态和液态分开，液态直接进入冷凝器5中进行冷却，而气态进入气体凝结器10中进行凝结变成液态并冷却，然后再回流到泵中。这样冷却效果更好，避免没有液化的气体进入泵中，影响泵的工作，或是对泵造成破坏。当然气体在液化冷却后还可以通过安装过滤器进行过滤，然后再进入泵，这样可以进一步防止杂质进入冷却管道中。
在本发明的大功率X射线管组件冷却系统中还可以在气体凝结器的之后的管路中安装储液器11，通过储液器11储存冷却液，可以在工作过程中及时补充管路中冷却液。当然，储液器中可以设置干燥层，还可以设置过滤层，这样可以对补充的冷却液进行干燥和过滤。储液器可以做成透明的，这样将储液器接在管路中还可以观察管路中冷却液的工作状态，比如，可以观察管路中的气体液化状态，从而调整冷却系统12的降温速度，控制气体凝结器的温度，以使冷却液完全气化。
以上对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。尤其是以上所述的壳体和旋转阳极的冷却管道的结构示例，是为了说明本发明的冷却方法和冷却系统的工作原理，而不是对本发明的限制，对于壳体和旋转阳极的冷却管道，本领域普通技术人员可以根据需要进行其它设计，只要能具有实现本发明的冷却方法和冷却系统所用的冷却管道即可。此外，以上所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。以上仅为本发明的部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种大功率X射线管组件冷却方法，包括以下步骤：
在泵作用下，冷却液分两路进入X射线管组件，一路进入X射线管组件的壳体的冷却管道，对壳体内的绝缘油降温；另一路进入X射线管组件的旋转阳极中的冷却管道进行降温；其特征在于，还包括各路冷却液的流量调节步骤：
温度传感器测量并反馈各路冷却液热交换后的温度；温控流量调节阀根据温度传感器的反馈，调节进入各路中的冷却液的流量，使得各路冷却液热交换后的温度相同。
2.如权利要求1所述的大功率X射线管组件冷却方法，其特征在于，所述冷却液为R134a、R113、R407c或R410A。
3.如权利要求1所述的大功率X射线管组件冷却方法，其特征在于，所述冷却液在进入所述X射线管组件前经过过滤和/或干燥。
4.一种大功率X射线管组件冷却系统，其特征在于，包括X射线管组件、泵、三通温控流量调节阀、第一温度传感器、第二温度传感器和冷凝器；
所述X射线管组件包括壳体和密封在所述壳体内的旋转阳极；所述壳体和所述旋转阳极内分别设置有冷却管道；
所述泵的出口通过管道与所述三通温控流量调节阀入口相连，所述三通温控流量调节阀的出口端的一端与所述壳体冷却管道入口相连接，所述三通温控流量调节阀的出口端的另一端与所述旋转阳极冷却管道入口相连接；所述第一温度传感器设置在所述壳体冷却管道出口端，所述第二温度传感器设置在所述旋转阳极冷却管道出口端，所述壳体冷却管道出口端和所述旋转阳极冷却管道出口端均与所述冷凝器的入口连接，所述冷凝器的出口与所述泵的入口连接。
5.如权利要求4所述的大功率X射线管组件冷却系统，其特征在于，所述三通温控流量调节阀与所述泵之间还设置有过滤器。
6.如权利要求5所述的大功率X射线管组件冷却系统，其特征在于，所述过滤器为两级，其中，第一级过滤器的过滤精度为10μm，第二级过滤器的过滤精度为1μm。
7.如权利要求4所述的大功率X射线管组件冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括气液分离器和气体凝结器；所述气液分离器的入口连接所述壳体冷却管道出口和所述旋转阳极冷却管道的出口，所述气液分离器的气体出口连接所述气体凝结器，所述气体凝结器的出口连接所述冷凝器入口；所述气液分离器的液体出口连接所述冷凝器入口。
8.如权利要求7所述的大功率X射线管组件冷却系统，其特征在于，还包括储液器，所述储液器连接在所述气体凝结器与所述冷凝器之间。
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