CN113205986A - 一种高效散热的x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效散热的x射线管，本发明涉及x射线管技术领域，其结构包括绝缘层，所述绝缘层的顶部固定连接有阴极结构，所述绝缘层的底部固定连接有阳极结构，所述绝缘层的内侧面固定连接有散热机构，所述阳极结构包括固定罐，所述固定罐的内侧面通过轴承转动连接有转动壁，所述转动壁的表面固定连接有进水管，所述转动壁的内侧面固定连接有出水管，所述转动壁的顶部固定连接有靶台，所述靶台包括壳体。该高效散热的x射线管，通过散热机构、硅体和半导体氮化镓层等结构配合使用，解决了靶台表面的高温散热以及扩散到绝缘管内热量的传导，同时通过搅拌绝缘油，解决了绝缘油内含杂与氧化导致的老化问题。

Description

一种高效散热的x射线管

技术领域

本发明涉及x射线管技术领域，具体为一种高效散热的x射线管。

背景技术

机器运作过程中，x射线管的散热不良，是最常见的导致x射线管发生故障的原因。x射线是由高速运行的电子束在撞击阳极靶时产生的，在这个撞击的过程中百分之九十以上的能量会以热的形式发散出去。如果x射线管冷却的不充分，会产生两种后果：1.作为阳极靶的材料升华，x射线管的散热不良，导致阳极靶的材料从固体直接变为气体,从而使管内真空的纯度降低。纯度不够高时，x射线管便经受不住阳极与阴极间的高电压差，从而导致短路或产生电弧，进而导致阳极靶的材料继续升华，不断降低真空纯度，最终将使得x射线管无法工作。2.破坏性离子释放。当阳极靶的负荷超过了阳极靶材料所能承受的压力点时，就会释放出破坏性离子，这些离子会被引向钨灯丝，并腐蚀灯丝，致使灯丝出现损坏或导致断路。基于上述描述本发明人发现，现有的x射线管主要存在以下不足，例如：

靶台表面的高温散热以及扩散到绝缘管内热量的传导，同时通过搅拌绝缘油，解决了绝缘油内含杂与氧化导致的老化问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高效散热的x射线管，解决了靶台表面的高温散热以及扩散到绝缘管内热量的传导，同时通过搅拌绝缘油，解决了绝缘油内含杂与氧化导致的老化问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高效散热的x射线管，包括绝缘层，所述绝缘层的顶部固定连接有阴极结构，所述绝缘层的底部固定连接有阳极结构，所述绝缘层的内侧面固定连接有散热机构，通过散热机构、硅体和半导体氮化镓层等结构配合使用，解决了靶台表面的高温散热以及扩散到绝缘管内热量的传导，同时通过搅拌绝缘油，解决了绝缘油内含杂与氧化导致的老化问题；

所述阳极结构包括固定罐，所述固定罐的内侧面通过轴承转动连接有转动壁，所述转动壁的表面固定连接有进水管，所述转动壁的内侧面固定连接有出水管，所述转动壁的顶部固定连接有靶台；

所述靶台包括壳体，所述壳体的底部与转动壁的顶部固定连接，所述壳体的内侧面固定连接有硅体，所述硅体的顶部固定连接有半导体氮化镓层，所述半导体氮化镓层的内侧面固定连接有传热金属条，所述传热金属条远离半导体氮化镓层的一侧与壳体固定连接。

优选的，所述硅体的内部开设有螺旋孔和分流道，所述硅体通过螺旋孔与进水管的顶部相接，所述硅体通过分流道与传热金属条相接，所述硅体的内侧面与出水管的顶部固定连接，通过设计靶台，针对靶台进行降温，实现了高效传导壳体表面的大量热量，氮化镓这种材料由于具有高禁带、高电压和高带宽等特点，用在半导体产品中，可以很好的提升产品品质，而硅体是很好的隔热材料，通过硅体、传热金属条和分流道的配合使用，使得热量被直接传导到冷却液中，实现了热量的强方向性传导，提高了传热的效率，采用嵌入式冷却方法，在硅体的内部开设螺旋孔，通过进水管通入冷却液，螺旋孔增大了冷却液与硅体的接触面积，从而达到更好地冷却效果，同时在螺旋孔处开设分流道，微小宽度的分流道可以提高传热金属条与冷却液的接触面积，传热金属条与壳体直接接触，从而将电子轰击产生的留存在壳体表面的热量高效导出，达到对壳体降温的目的，冷却液通过螺旋孔向上运行，由出水管排出，使得冷却液得以循环流通带走热量。

优选的，所述散热机构包括冷却液管，所述冷却液管的表面与绝缘层的内侧面固定连接，所述冷却液管的表面固定连接有通管，通过设计散热机构实现对真空环境和绝缘层进行降温，在绝缘层的内部固定连接冷却液管，冷却液通过一端的冷却液管流入，从相对面的冷却液管流出，通过通管流通冷却液体，从而达到冷却液循环带走绝缘层内部热量的目的，连接壁将绝缘层的内部环绕，在连接壁的表面开设有孔，其主要目的是不阻碍x射线的运动，在连接壁的内侧面固定连接冷却片，冷却片的表面开设有开孔，其主要目的是增大导热面积，达到更好的导热效果。

优选的，所述冷却液管的数量设置为两个，且两个冷却液管相对面的中间位置固定连接有连接壁，所述连接壁的内侧面固定连接有冷却片，所述冷却片的表面开设有开孔。

优选的，所述固定罐包括罐体，所述罐体的表面与绝缘层的内侧面固定连接，所述罐体的内侧面转动连接有轴承，所述轴承的内侧面与转动壁转动连接。

优选的，所述转动壁表面的中部位置固定连接有除杂块，所述轴承的底部固定连接有搅动块，所述罐体的底部固定连接有密封块，通过将除杂块与旋转的连接壁固定连接，可以达到搅拌绝缘油的目的，在块体的表面固定连接除氧块，从而防止绝缘油氧化，减缓了绝缘油的老化过程，在电子轰击阳极靶台的过程中，少量金属会因为高温而蒸发为固体颗粒，该固态颗粒混入绝缘油中，这会加速绝缘油老化的过程，该装置通过在块体表面固定连接固杂块吸收固态杂质，使得绝缘油得到净化。

优选的，所述除杂块包括块体，所述块体的内侧面与转动壁的表面固定连接，所述块体表面的上方位置固定连接有除氧块，所述块体表面的下方位置固定连接有固杂块，通过除杂块与搅动块的配合使用，达到搅拌并减缓绝缘油的老化过程的目的，由于x射线管的内部是真空环境，对于其内部的绝缘油而言，除杂与去氧化成为一个较为困难的问题，在本装置通过在转动壁的表面固定连接除杂块，在轴承的底部固定连接搅动块，轴承与转动壁的运动是相对的，由于对流产生了很好的搅拌效果，从而增加了绝缘油的寿命，提高了装置的使用效率。

优选的，所述出水管的顶部与靶台的内侧面固定连接，所述进水管的表面贯穿转动壁的表面，所述进水管的顶部贯穿靶台的底部，且延伸至靶台的内部位置。

(三)有益效果

本发明提供了一种高效散热的x射线管。具备以下有益效果：

(一)、该高效散热的x射线管，通过散热机构、硅体和半导体氮化镓层等结构配合使用，解决了靶台表面的高温散热以及扩散到绝缘管内热量的传导，同时通过搅拌绝缘油，解决了绝缘油内含杂与氧化导致的老化问题。

(二)、该高效散热的x射线管，通过设计靶台，针对靶台进行降温，实现了高效传导壳体表面的大量热量，氮化镓这种材料由于具有高禁带、高电压和高带宽等特点，用在半导体产品中，可以很好的提升产品品质，而硅体是很好的隔热材料，通过硅体、传热金属条和分流道的配合使用，使得热量被直接传导到冷却液中，实现了热量的强方向性传导，提高了传热的效率，采用嵌入式冷却方法，在硅体的内部开设螺旋孔，通过进水管通入冷却液，螺旋孔增大了冷却液与硅体的接触面积，从而达到更好地冷却效果，同时在螺旋孔处开设分流道，微小宽度的分流道可以提高传热金属条与冷却液的接触面积，传热金属条与壳体直接接触，从而将电子轰击产生的留存在壳体表面的热量高效导出，达到对壳体降温的目的，冷却液通过螺旋孔向上运行，由出水管排出，使得冷却液得以循环流通带走热量。

(三)、该高效散热的x射线管，通过设计散热机构实现对真空环境和绝缘层进行降温，在绝缘层的内部固定连接冷却液管，冷却液通过一端的冷却液管流入，从相对面的冷却液管流出，通过通管流通冷却液体，从而达到冷却液循环带走绝缘层内部热量的目的，连接壁将绝缘层的内部环绕，在连接壁的表面开设有孔，其主要目的是不阻碍x射线的运动，在连接壁的内侧面固定连接冷却片，冷却片的表面开设有开孔，其主要目的是增大导热面积，达到更好的导热效果。

(四)、该高效散热的x射线管，通过将除杂块与旋转的连接壁固定连接，可以达到搅拌绝缘油的目的，在块体的表面固定连接除氧块，从而防止绝缘油氧化，减缓了绝缘油的老化过程，在电子轰击阳极靶台的过程中，少量金属会因为高温而蒸发为固体颗粒，该固态颗粒混入绝缘油中，这会加速绝缘油老化的过程，该装置通过在块体表面固定连接固杂块吸收固态杂质，使得绝缘油得到净化。

(五)、该高效散热的x射线管，通过除杂块与搅动块的配合使用，达到搅拌并减缓绝缘油的老化过程的目的，由于x射线管的内部是真空环境，对于其内部的绝缘油而言，除杂与去氧化成为一个较为困难的问题，在本装置通过在转动壁的表面固定连接除杂块，在轴承的底部固定连接搅动块，轴承与转动壁的运动是相对的，由于对流产生了很好的搅拌效果，从而增加了绝缘油的寿命，提高了装置的使用效率。

附图说明

图1为本发明整体的结构示意图；

图2为本发明内部的结构示意图；

图3为本发明散热机构的结构示意图；

图4为本发明阳极结构的结构示意图；

图5为本发明固定罐的结构示意图；

图6为本发明A视图的结构放大示意图；

图7为本发明靶台的结构示意图；

图8为本发明B视图的结构放大示意图。

图中：1、绝缘层；2、阴极结构；3、阳极结构；4、散热机构；41、冷却液管；42、通管；43、连接壁；44、冷却片；45、开孔；5、固定罐；6、转动壁；7、进水管；8、出水管；9、靶台；51、罐体；52、搅动块；53、除杂块；54、密封块；531、块体；532、除氧块；533、固杂块；91、壳体；92、硅体；93、半导体氮化镓层；94、传热金属条；921、螺旋孔；922、分流道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种高效散热的x射线管，包括绝缘层1，绝缘层1的顶部固定连接有阴极结构2，绝缘层1的底部固定连接有阳极结构3，绝缘层1的内侧面固定连接有散热机构4；散热机构4包括冷却液管41，冷却液管41的数量设置为两个，且两个冷却液管41相对面的中间位置固定连接有连接壁43，连接壁43的内侧面固定连接有冷却片44，冷却片44的表面开设有开孔45，冷却液管41的表面与绝缘层1的内侧面固定连接，冷却液管41的表面固定连接有通管42，当冷却液通过一端的冷却液管41流入，其通过通管42流通，最后从相对面的冷却液管41流出，从而达到冷却液循环带走绝缘层1内部热量的目的，连接壁43将绝缘层1的内部环绕，在连接壁43的表面开设有孔，其主要目的是不阻碍x射线的运动，在连接壁43的内侧面固定连接冷却片44，冷却片44的表面开设有开孔45，其主要目的是增大导热面积，达到更好的导热效果，通过将除杂块53与旋转的连接壁43固定连接，可以达到搅拌绝缘油的目的，阳极结构3包括固定罐5，固定罐5包括罐体51，罐体51的表面与绝缘层1的内侧面固定连接，罐体51的内侧面转动连接有轴承，轴承的内侧面与转动壁6转动连接，固定罐5的内侧面通过轴承转动连接有转动壁6。

转动壁6表面的中部位置固定连接有除杂块53，除杂块53包括块体531，块体531的内侧面与转动壁6的表面固定连接，块体531表面的上方位置固定连接有除氧块532，块体531表面的下方位置固定连接有固杂块533，轴承的底部固定连接有搅动块52，罐体51的底部固定连接有密封块54，转动壁6的表面固定连接有进水管7，转动壁6的内侧面固定连接有出水管8，出水管8的顶部与靶台9的内侧面固定连接，进水管7的表面贯穿转动壁6的表面，进水管7的顶部贯穿靶台9的底部，且延伸至靶台9的内部位置，转动壁6的顶部固定连接有靶台9；靶台9包括壳体91，壳体91的底部与转动壁6的顶部固定连接，壳体91的内侧面固定连接有硅体92，硅体92的内部开设有螺旋孔921和分流道922，硅体92通过螺旋孔921与进水管7的顶部相接，硅体92通过分流道922与传热金属条94相接，硅体92的内侧面与出水管8的顶部固定连接，硅体92的顶部固定连接有半导体氮化镓层93，半导体氮化镓层93的内侧面固定连接有传热金属条94，传热金属条94远离半导体氮化镓层93的一侧与壳体91固定连接。

使用时，该高效散热的x射线管通过散热机构4、硅体92和半导体氮化镓层93等结构的配合使用，解决了靶台9表面的高温散热以及扩散到绝缘层1内热量的传导，同时通过搅拌绝缘油，针对绝缘油内含杂与氧化导致的老化问题。

当通过进水管7将冷却液输进靶台9后，通过硅体92、传热金属条94和分流道922的配合使用，使得热量被直接传导到冷却液中，实现了热量的强方向性传导，提高了传热的效率，采用嵌入式冷却方法，在硅体92的内部开设螺旋孔921，通过进水管7通入冷却液，螺旋孔921增大了冷却液与硅体92的接触面积，从而达到更好地冷却效果，同时在螺旋孔921处开设分流道922，微小宽度的分流道922可以提高传热金属条94与冷却液的接触面积，传热金属条94与壳体91直接接触，从而将电子轰击产生的留存在壳体91表面的热量高效导出，达到对壳体91降温的目的，冷却液通过螺旋孔921向上运行，由出水管8排出，使得冷却液得以循环流通带走热量。

当冷却液通过一端的冷却液管41流入，其通过通管42流通，最后从相对面的冷却液管41流出，从而达到冷却液循环带走绝缘层1内部热量的目的，连接壁43将绝缘层1的内部环绕，在连接壁43的表面开设有孔，其主要目的是不阻碍x射线的运动，在连接壁43的内侧面固定连接冷却片44，冷却片44的表面开设有开孔45，其主要目的是增大导热面积，达到更好的导热效果，通过将除杂块53与旋转的连接壁43固定连接，可以达到搅拌绝缘油的目的，在块体531的表面固定连接除氧块532，从而防止绝缘油氧化，减缓了绝缘油的老化过程，在电子轰击阳极靶台9的过程中，少量金属会因为高温而蒸发为固体颗粒，该固态颗粒混入绝缘油中，这会加速绝缘油老化的过程，该装置通过在块体531的表面固定连接固杂块533吸收固态杂质，使得绝缘油得到净化。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种高效散热的x射线管，包括绝缘层(1)，所述绝缘层(1)的顶部固定连接有阴极结构(2)，所述绝缘层(1)的底部固定连接有阳极结构(3)，其特征在于：所述绝缘层(1)的内侧面固定连接有散热机构(4)；

所述阳极结构(3)包括固定罐(5)，所述固定罐(5)的内侧面通过轴承转动连接有转动壁(6)，所述转动壁(6)的表面固定连接有进水管(7)，所述转动壁(6)的内侧面固定连接有出水管(8)，所述转动壁(6)的顶部固定连接有靶台(9)；

所述靶台(9)包括壳体(91)，所述壳体(91)的底部与转动壁(6)的顶部固定连接，所述壳体(91)的内侧面固定连接有硅体(92)，所述硅体(92)的顶部固定连接有半导体氮化镓层(93)，所述半导体氮化镓层(93)的内侧面固定连接有传热金属条(94)，所述传热金属条(94)远离半导体氮化镓层(93)的一侧与壳体(91)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种高效散热的x射线管，其特征在于：所述硅体(92)的内部开设有螺旋孔(921)和分流道(922)，所述硅体(92)通过螺旋孔(921)与进水管(7)的顶部相接，所述硅体(92)通过分流道(922)与传热金属条(94)相接，所述硅体(92)的内侧面与出水管(8)的顶部固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种高效散热的x射线管，其特征在于：所述散热机构(4)包括冷却液管(41)，所述冷却液管(41)的表面与绝缘层(1)的内侧面固定连接，所述冷却液管(41)的表面固定连接有通管(42)。

4.根据权利要求3所述的一种高效散热的x射线管，其特征在于：所述冷却液管(41)的数量设置为两个，且两个冷却液管(41)相对面的中间位置固定连接有连接壁(43)，所述连接壁(43)的内侧面固定连接有冷却片(44)，所述冷却片(44)的表面开设有开孔(45)。

5.根据权利要求1所述的一种高效散热的x射线管，其特征在于：所述固定罐(5)包括罐体(51)，所述罐体(51)的表面与绝缘层(1)的内侧面固定连接，所述罐体(51)的内侧面转动连接有轴承，所述轴承的内侧面与转动壁(6)转动连接。

6.根据权利要求5所述的一种高效散热的x射线管，其特征在于：所述转动壁(6)表面的中部位置固定连接有除杂块(53)，所述轴承的底部固定连接有搅动块(52)，所述罐体(51)的底部固定连接有密封块(54)。

7.根据权利要求6所述的一种高效散热的x射线管，其特征在于：所述除杂块(53)包括块体(531)，所述块体(531)的内侧面与转动壁(6)的表面固定连接，所述块体(531)表面的上方位置固定连接有除氧块(532)，所述块体(531)表面的下方位置固定连接有固杂块(533)。

8.根据权利要求1所述的一种高效散热的x射线管，其特征在于：所述出水管(8)的顶部与靶台(9)的内侧面固定连接，所述进水管(7)的表面贯穿转动壁(6)的表面，所述进水管(7)的顶部贯穿靶台(9)的底部，且延伸至靶台(9)的内部位置。

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