CN210535622U - 一种x射线管阳极冷却结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种X射线管阳极冷却结构，包括阳极靶，所述阳极靶上远离轰击面的背部或内部设有冷却流体通道，阳极靶上还设有N道冷却槽，N为≥1的正整数，每个冷却槽的敞口端与所述通道连通。本实用新型提供的超蒸发冷却阳极结构可大幅提高固定阳极X射线管的阳极冷却效率，从而提高X射线管的工作功率，利于X射线管小型化设计，一般水冷阳极耗散功率密度40～120W/cm²，而本实用新型提供的超蒸发冷却阳极结构耗散功率密度可达1000W/cm²。

Description

一种X射线管阳极冷却结构

技术领域

本实用新型涉及电真空技术领域，具体涉及一种X射线管阳极冷却结构，可用于医疗器械领域、工业无损检测、X射线辐照等技术领域。

背景技术

X射线管是利用电子束轰击辐射转换靶，产生X射线的一种电真空器件，是X射线机(X光机)中的关键部件。阴极(常用钨灯丝)发射的电子在阳极靶高压电场作用下，高速轰击阳极靶，因韧致辐射产生X光。X射线管两端电压经常能有几千伏、几十千伏、甚至更高，而在高速电子轰击阳极靶材的时候，只有1％电子束能量转换为X光，其余99％的能量都转换为热沉积在阳极靶中，导致阳极靶温度急剧升高，过高的温度会对阳极靶及整个X射线管的使用寿命产生不利影响。此外，传统的X射线管体积都比较大，才能保障足够大的散热面积，在X射线仪器的结构设计中占据较大的空间，为仪器设计的小型化，必须要缩小X射线管的体积。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：传统的X射线管阳极结构设计散热效果较差，影响X射线管使用寿命，且不利于X射线管向小型化发展，本实用新型提供了解决上述问题的一种X射线管阳极冷却结构。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种X射线管阳极冷却结构，包括阳极靶，所述阳极靶上远离轰击面的背部或内部设有冷却流体通道，阳极靶上还设有N道冷却槽，N为≥1的正整数，每个冷却槽的敞口端与所述通道连通。

本实用新型通过改进阳极结构，在阳极靶内部设置贯穿阳极靶的通道，或者在背向轰击面的阳极靶的板面上附加设置管道作为通道，或者在背向轰击面的阳极靶的板面上设置附加结构，在附加结构与阳极靶板面之间的间隙作为通道，将上述的通道作为冷却流体流通通路，冷却流体可在通道内连续流动、或者以周期性或非周期性间歇流通，冷却槽底部形状包括但不限于平面、斜面或锥面；因此通过通道内流通的冷却剂流体带走阳极靶上沉积的热量。本实用新型还在阳极靶上设置N道冷却槽，冷却槽可以是在通道内的阳极靶板面上开设的槽结构、也可以是在通道内的阳极靶板面上凸出的轮廓围成的结构。冷却流体流入冷却槽内，由于阳极靶温度较高，进入冷却槽里面的小单位体积的水立刻被汽化为水蒸汽并从冷却槽里喷出，即喷入通道内涌入大体积的冷却流体内、并会迅速冷凝成液态，之后冷却流体又进入冷却槽又被汽化而喷出，如此循环。由于所有冷却槽均与通道连通，这样保障冷却槽端口附近始终处于冷流体中，从而保证了阳极靶及整个阳极不至于过温而烧损。因为在冷却槽里冷却流体与阳极靶之间的热交换是通过水的汽化完成的，所以汽化水能够从阳极靶带走大量的热。这时通道内流动的冷却流体主要作用是将冷却槽内汽化的热量迅速带走，保障冷却槽内能够持续发生汽化变换。

进一步地，所述通道是径向截面为规则或不规则形状的孔道结构。

通道的径向截面可以是规则形状，如圆形、椭圆、直线围成的多边形(如三边形、四边形、五边形、六边形等)、弧线围成的多边形(如纺锤形、梅花形)、或直线与弧线围成的多边形(如扇形)等等，具体形状不限，以与阳极结构适配、以及散热最大化设计为准。

进一步地，在垂直于流体和阳极靶的接触面的方向上，所述通道的最大间隙≤10mm。

将通道的间隙设计为可能最小化，在相同流体流量的条件下，可保障冷却流体在通道内快速流通，以将冷却槽内汽化的热量迅速带走，保障冷却槽内能够持续发生汽化变换。若通道过大，则冷却流体的流速势必会减小，通道内的冷却流体与冷却槽内汽化出来气体温差会减小，影响换热；且通道过大甚至会不利于阳极靶的设计或者增大阳极设计体积。

进一步地，所述冷却槽轴向与通道内流体流动方向的关系包括垂直、平行或相交。

冷却槽轴向与通道内流体流动方向的关系并无限制要求，只要保障冷却槽与通道连通，是通道内的冷却流体可流入冷却槽，而冷却槽内汽化的气体可涌入通道的冷却流体中即可。

进一步地，所述冷却槽在宽度方向上的结构与阳极靶适配，冷却槽在宽度延伸方向上包括环形、螺旋形或直条形。

冷却槽在宽度方向上的延伸形状并无限制要求，可是环形、螺旋形或直线形等任意形状。

进一步地，所述冷却槽的槽宽≤10mm，槽深≤12mm；相邻冷却槽之间的间隔≤12mm。

冷却槽内的体积空间尽可能小型化，这样可将通道内的与阳极靶接触的冷却流体分割成若干小体积单位的水单元，对于每个水单元相当于换热面积无限大，就极大地增加了这些水单元的换热效率，使流入冷却槽的冷却流体迅速汽化、并涌入通道内的冷却流体内。

进一步地，通过一条冷却流体的通道覆盖整阳极靶横截面或者通过多条冷却流体的通道覆盖阳极靶的横截面。

通道的形状和数量并无限制要求，在相应的设计结构中，只要覆盖足够大的阳极靶横截面，保障最大的换热面积即可。

进一步地，还包括水套盖，所述水套盖覆盖在阳极靶背向轰击面的板面上，水套盖与阳极靶之间的间隙作为冷却流体的通道。

通过在阳极上设置水套盖，即在阳极靶背面处设置相对的水套盖，在水套盖与阳极靶背板面之间形成间隙作为冷却流体的通道，这样就形成一条覆盖整个阳极靶冷却背面板的通道，对阳极靶进行有效冷却。

进一步地，还包括水套、阳极座、阳极罩和隔水板；所述水套沿阳极罩的周向包围设置，水套的顶端设置水套盖、底端设置阳极座，阳极罩密封设在水套、阳极座和水套盖的密封空间内；水套内壁与阳极罩外壁之间的间隙与水套盖与阳极靶之间的间隙相互连通、且均作为冷却流体的通道；水套上设有入水口和出水口，且水套与阳极罩之间沿轴向还设有两个隔水板，入水口和出水口分布于隔水板连线的两侧。

本实用新型主要针对热量较为集中的阳极靶进行冷却，但不限于对仅对阳极靶冷却，还可同时对整个阳极进行冷却。如本实用新型通过设置水套、阳极座、水套盖形成密封的腔室结构，在腔室结构内设置阳极罩，阳极罩固定在阳极座上，阳极靶安装在阳极罩顶部；在水套内壁与阳极罩外壁之间的间隙形成供冷却流体流通的通道，在水套盖下表面与阳极靶上表面之间的间隙形成供冷却流体流通的通道，且两条通道相互连通，这样就形成包围整个阳极罩的冷却结构，对整个阳极进行冷却。

一种X射线管，包括上述的一种X射线管阳极冷却结构。

本实用新型具有如下的优点和有益效果：

本实用新型提供的超蒸发冷却阳极结构可大幅提高固定阳极X射线管的阳极冷却效率，从而提高X射线管的工作功率，利于X射线管小型化设计，原理如下：

本实用新型还在阳极靶上设置N道冷却槽，冷却槽可以是在通道内的阳极靶板面上开设的槽结构、也可以是在通道内的阳极靶板面上凸出的轮廓围成的结构。冷却流体流入冷却槽内，由于阳极靶温度较高，进入冷却槽里面的小单位体积的水立刻被汽化为水蒸汽并从冷却槽里喷出，即喷入通道内涌入大体积的冷却流体内、并会迅速冷凝成液态，之后冷却流体又进入冷却槽又被汽化而喷出，如此循环。由于所有冷却槽均与通道连通，这样保障冷却槽端口附近始终处于冷流体中，从而保证了阳极靶及整个阳极不至于过温而烧损。因为在冷却槽里冷却流体与阳极靶之间的热交换是通过水的汽化完成的，所以汽化水能够从阳极靶带走大量的热。这时通道内流动的冷却流体主要作用是将冷却槽内汽化的热量迅速带走，保障冷却槽内能够持续发生汽化变换。一般水冷阳极耗散功率密度40～120W/cm²，而本实用新型提供的超蒸发冷却阳极结构耗散功率密度可达1000W/cm²。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为现有的为具有固定阳极X射线管的结构示意图；

图2为本实用新型的超蒸发冷却阳极结构轴向截面示意图；

图3为本实用新型的超蒸发冷却阳极结构径向截面示意图；

图4为本实用新型超蒸发冷却原理示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：1-阳极座，2-水套，3-阳极罩，4-水套盖，5-阳极靶，6-入水口，7-隔水板，8-出水口，9-冷却槽，A-阴极，B-外壳，C-阳极；附图中箭头表示水流方向。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

本实施例提供了一种用于固定阳极X射线管的超蒸发冷却阳极结构，包括阳极靶5，阳极靶5上远离轰击面的背部或内部设有冷却流体通道，本实施例选择在阳极靶5上远离轰击面的背部设置冷却流体通道，阳极靶5背部板面上设有多道冷却槽9，多道冷却槽9在阳极靶5背板面上均匀分布，每个冷却槽9的敞口端与通道连通；冷却流体为冷却水。

实施例2

在实施例1的基础上进一步改进，所述通道是径向截面为规则或不规则形状的孔道结构，在垂直于流体和阳极靶5的接触面的方向上，通道的最大间隙≤10mm，通过一条冷却流体的通道覆盖整阳极靶5横截面或者通过多条冷却流体的通道覆盖阳极靶5的横截面。本实施例通过一条冷却流体的通道覆盖整阳极靶5背板面，通道内流体流动方向与阳极靶5背板面平行，通道结构类似两个平板之间的间隙，且通道径向截面规则且沿流动方向上间隙大小一致的通道，间隙为2mm。

实施例3

在实施例1或实施例2的基础上进一步改进，冷却槽9轴向与通道内流体流动方向的关系包括垂直、平行或相交，本实施例冷却槽9深度方向与通道内流体流动方向相互垂直；冷却槽9在宽度方向上的结构与阳极靶适配，冷却槽9在宽度延伸方向上包括环形、螺旋形或直条形，本实施例冷却槽9为多道直线形槽结构。冷却槽9的槽宽≤10mm，槽深≤12mm；相邻冷却槽9之间的间隔≤12mm，冷却槽9的槽宽＜槽深，且通道内冷却流体流量远大于单个冷却槽9内的流量，如槽宽4mm，槽深6mm，相邻冷却槽9之间的间隔6mm。

实施例4

本实施例提供了一种X射线管阳极冷却结构，包括水套盖4，所述水套盖4覆盖在阳极靶5背向轰击面的板面上，水套盖4与阳极靶5之间的间隙作为冷却流体的通道；还包括水套2、阳极座1、阳极罩3和隔水板7；水套2沿阳极罩3的周向包围设置，水套2的顶端设置水套盖4、底端设置阳极座1，阳极罩3密封设在水套2、阳极座1和水套盖4的密封空间内；水套2内壁与阳极罩3外壁之间的间隙与水套盖4与阳极靶5之间的间隙相互连通、且均作为冷却流体的通道；水套2上设有入水口6和出水口8，且水套2与阳极罩3之间沿轴向还设有两个隔水板7，入水口6和出水口8分布于隔水板7连线的两侧。其通道设计采用实施例2提供的方案，其冷却槽设计采用实施例3提供的方案。

实施例5

本实施例一种X射线管，如图1所示，区别在于阳极C采用实施例4提供的超蒸发冷却阳极结构。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种X射线管阳极冷却结构，包括阳极靶(5)，其特征在于，所述阳极靶(5)上远离轰击面的背部或内部设有冷却流体通道，阳极靶(5)上还设有N道冷却槽(9)，N为≥1的正整数，每个冷却槽(9)的敞口端与所述通道连通。

2.根据权利要求1所述的一种X射线管阳极冷却结构，其特征在于，所述通道是径向截面为规则或不规则形状的孔道结构。

3.根据权利要求2所述的一种X射线管阳极冷却结构，其特征在于，在垂直于流体和阳极靶(5)的接触面的方向上，所述通道的最大间隙≤10mm。

4.根据权利要求1所述的一种X射线管阳极冷却结构，其特征在于，所述冷却槽(9)轴向与通道内流体流动方向的关系包括垂直、平行或相交。

5.根据权利要求1所述的一种X射线管阳极冷却结构，其特征在于，所述冷却槽(9)在宽度方向上的结构与阳极靶适配，冷却槽(9)在宽度延伸方向上包括环形、螺旋形或直条形。

6.根据权利要求1所述的一种X射线管阳极冷却结构，其特征在于，所述冷却槽(9)的槽宽≤10mm，槽深≤12mm；相邻冷却槽(9)之间的间隔≤12mm。

7.根据权利要求1所述的一种X射线管阳极冷却结构，其特征在于，通过一条冷却流体的通道覆盖整阳极靶(5)横截面或者通过多条冷却流体的通道覆盖阳极靶(5)的横截面。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种X射线管阳极冷却结构，其特征在于，还包括水套盖(4)，所述水套盖(4)覆盖在阳极靶(5)背向轰击面的板面上，水套盖(4)与阳极靶(5)之间的间隙作为冷却流体的通道。

9.根据权利要求8所述的一种X射线管阳极冷却结构，其特征在于，还包括水套(2)、阳极座(1)、阳极罩(3)和隔水板(7)；所述水套(2)沿阳极罩(3)的周向包围设置，水套(2)的顶端设置水套盖(4)、底端设置阳极座(1)，阳极罩(3)密封设在水套(2)、阳极座(1)和水套盖(4)的密封空间内；水套(2)内壁与阳极罩(3)外壁之间的间隙与水套盖(4)与阳极靶(5)之间的间隙相互连通、且均作为冷却流体的通道；水套(2)上设有入水口(6)和出水口(8)，且水套(2)与阳极罩(3)之间沿轴向还设有两个隔水板(7)，入水口(6)和出水口(8)分布于隔水板(7)连线的两侧。

10.一种X射线管，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的一种X射线管阳极冷却结构。

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