JP2002141193A - ハイブリッド絶縁体を設けた高電圧発生器 - Google Patents
ハイブリッド絶縁体を設けた高電圧発生器Info
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Abstract
わせて実現するように整えられ、かつ特にコンピュータ
断層撮影装置のようなX線システムの回転用に適した高
電圧発生器に関するものである。 【解決手段】 この目的のために、可能な限り、高抵抗
の泡(30〜35)及び絶縁液(50)によって形成し
たハイブリッド絶縁体を、高電圧発生器に設ける。この
泡に通路(40〜45)を形成して、絶縁液(50)が
これらの通路を通って、熱の放出あるいは高抵抗の泡単
独で保証される電気的強度よりも強い電気的強度が必要
な領域内を流れることができるように、この泡を形成し
て配置する。
Description
体を設けた高電圧発生器に関するものであり、特に高速
回転を行う回転X線システム用を意図したものであり、
また高電圧発生器とX線システムを集成して1つの装置
(いわゆるシングルタンク発生器)を形成するシステム
用も意図したものである。
を発生するX線管を有するX線源、並びにX線管の動作
に必要な高電圧を送達する高電圧発生器を具えている。
置)内で使用するX線システムを回転させるためには、
低重量が特に重要である。こうしたシステムは特に、1
秒当たり数回にも及ぶ回転速度で動作し、例えばサブセ
カンドスキャナでは30Gまたはそれ以上の遠心力が発
生しうる。
1号には、X線管用の絶縁油、及び高電圧発生器用の高
圧の絶縁ガスによって形成したハイブリッド絶縁体を設
けたX線システムが開示されている。高電圧発生器に使
用する絶縁手段は、油の量を低減し、従って重量を低減
するために気体で構成される。しかし、大幅な追加コス
トに至り得るような適切な圧力容器を必要とすること、
及び、気体は油に比べて、非常に限られた量の熱しか放
出することができないので、熱的装荷性、従って電気的
装荷性も比較的低いということが、このシステムの欠点
である。
を発生することが可能であるが、低重量である高電圧発
生器を提供することにある。
1つの絶縁部材を具えた部材ハイブリッド絶縁体を設け
た高電圧発生器によって達成することができ、この絶縁
部材は、複数の相互接続した絶縁液用の流路を形成する
ように形成して配置し、動作状態で高い電界強度及び/
または強い熱発生を有する領域において、他の領域に比
べてより高い流速を実現できるように、この流路の断面
を整える。
結果として、熱の放出が大幅に高まり、即ち(特に高い
熱負荷を受ける領域での)流動型の絶縁媒体の熱的効果
が大幅に高くなるということである。
の構成により、頻繁に電圧フラッシュオーバの原因とな
るファイバブリッジが形成される確率が大幅に低減さ
れ、他方では、高電圧を搬送する構成要素と接地電位と
の間の直接径路が、絶縁部材によって中断されるという
点で、(高電界強度を有する領域での)電気的強度が増
加する。
発生器の大きさまたは重量に対する(最小)出力電力の
比を大幅に増加させることができる。
X線管、及び所定の方法で配置し、かつ液体の冷却媒体
並びに合成材料によって包囲される他の構成要素から成
る「放射崩壊測定装置」が開示されている。この例の目
的は、他のステップと関係して冷却を改善することにあ
る。しかしこの例では、出力電力及び電圧強度に対する
装置の重量は重要ではなく、さらに、特に高電圧発生器
の高電圧構成要素の領域で、異なる流速を利用していな
い。
する。
を有する好適例に特に適しており、そしてポンプのよう
な追加的な装置を必要としないという利点をもたらす。
のである、というのは、一方では、例えば、流動の場合
に高熱伝導率であり、かつ電圧フラッシュオーバの場合
に、高い電気的強度並びに自己回復性の絶縁液のような
良好な性質を利用することができるが、他方では、流動
によって絶縁液の有効性が増大すると共に、絶縁液の量
をさらに大幅に低減できるので、一般に重量が比較的大
きいという欠点を受忍しなければならない程度がごくわ
ずかであるからである。
こうした高抵抗の泡の表面が非常に滑らかであり、この
ため絶縁液の流れがほとんど妨げられず、他方では、微
小空洞により非常に高い電気的強度を達成できるという
利点をもたらす。
の電気的強度を増大させるものである、というのは、前
記絶縁部材と前記絶縁液との境界面における電界線が大
幅には途切れず、このため、空間電荷の形成、並びにこ
の境界面に沿った電界強度の接線方向成分のような、固
有の負の表面的効果が回避されるからである。
を最小化することが主目的である際に、特に有利なもの
である。
出が特に大きく、このため比較的高い出力電力を実現す
ることができる。
のことに従い適切に構成することによって、広い限界内
で連続的電力を増減させることができるので、実際にあ
らゆる種類のX線源と組合わせて、X線システムを形成
することができる。このことは、特に低重量を有するよ
うに高電圧発生器を整えることが可能な、コンピュータ
断層撮影装置での使用にも当てはまる。
は、以下の、好適実施例の図面を参照した説明より明ら
かになる。
面を参照して説明する。本発明による高電圧発生器は、
高電圧に変換すべき第1入力電圧用の第1入力端子11
と、フィラメント電圧に変換すべき第2入力電圧用の第
2入力端子12と、高電圧ケーブル14経由でX線管に
接続するための第1出力端子13と、測定電圧を運ぶ第
2出力端子15と、絶縁液50用の出口16を有する筐
体10を具え、絶縁液50は熱交換器17経由で導入さ
れて、入口18経由で再び筐体10内に戻される。筐体
10の外壁上には、冷却リブ19または独立した冷却部
材を設けてある。
成要素、即ち変圧器20あるいは電圧カスケード21、
フィラメント変圧器22、ダンピング抵抗23、並びに
測定分圧器24を収容し、種々のリード線25を測定分
圧器24経由で、既知の方法で入力端子11、12、出
力端子13、並びに相互に接続する。
1入力端子に存在する第1入力電圧を、ダンピング抵抗
23経由で出力端子13に供給される高電圧に変換す
る。さらにフィラメント変圧器22は、第2入力端子に
存在する第2入力電圧を、X線管の陰極に適したフィラ
メント電圧に変換し、この電圧も出力端子13に供給さ
れる。こうした高電圧発生器の機能及び寸法は一般に既
知であり、従ってここでは詳細に説明しない。
材30、31、32、33、34及び35を設けて、こ
れらは通路40、41、42、43、44、45が形成
されるように形成して配置する。
3、44及び45は、高電圧発生器の、動作状態で実質
的な熱の発生が起こる部分、及び/または高電界強度が
発生する部分に至る供給通路である。これらの領域はま
ず第一には、変圧器20及び電圧カスケード21が位置
する領域であり、第二には、フィラメント変圧器22、
ダンピング抵抗23、並びに測定分圧器24が位置する
領域である。
り、その長さの大部分は筐体10の外壁に沿って案内さ
れ、この外壁には冷却部材19を設けてある。
るように相互接続して、この閉回路内で、好適には、絶
縁油、シリコンまたはエステル液のような高電圧に適し
た絶縁液である絶縁液50が循環できるようにする。さ
らに、これらの通路は、主に対流によって、即ち強い熱
発生を有する領域で熱を吸収して、熱を外壁に転送し、
及び筐体の冷却部材19を介して熱を転送することによ
って、前記循環が開始されるように経路設定する。ま
た、例えば電圧カスケード21で発生するような高電界
強度の影響下での循環液の自然な動きによっても、この
循環を開始することができるか、少なくとも二次的に支
援することができる。
戻り通路41、42の断面は、供給通路40、43、4
4及び45の断面よりも大きいことが好ましい。結果的
に、供給通路内の流速がより高くなり、これにより一方
では熱をより速く放出することができるが、他方では
(これに沿って電圧フラッシュオーバが発生しやすい)
ファイバブリッジが形成される確率が低減されて、これ
らの領域の熱的並びに電気的強度が増加する。筐体の外
壁との最大の接触面積が得られるように経路設定した戻
り通路のより大きな断面によって、より低い流速、及び
絶縁媒体から筐体の外界への適切な熱の転送に導かれ
る。
5の断面自体を異ならせることも、もちろんできる。他
の領域に比べてより小さい断面を利用することには意味
があり、この結果、電界強度がより強く、かつ/あるい
は熱発生がより多い領域、即ち特に変圧器20、フィラ
メント変圧器22、ダンピング抵抗23、及び測定分圧
器24の近傍では、流速がより速くなる。
低電力の第1電力範囲については、これらの流れ状態
は、信頼性のある動作を十分に保証する。この第1電力
範囲は、例えば約1kWの連続電力まで広がる。約2kWま
での連続電力の、中位の電力の第2電力範囲について
は、通路内の流速を増加させるために、筐体10内に第
1伝播装置26を設け、この装置は例えば単一ポンプの
形態で実現することができる。高電力の第3電力範囲に
ついては、絶縁液50が、出口16、熱交換器17、及
び入口18経由で、再び流れの回路に戻る。熱交換器1
7は追加的に第2伝播装置(ポンプ)を具えることがで
き、これにより絶縁液がこのポンプを通って送られる。
この第2伝播装置、及びできれば第1伝播装置26を適
切にスイッチすることによって、高い電力範囲で複数の
電力段階の調整が可能になり、これらの電力段階は例え
ば、約3.5kW、7kW、15kWにすることができる。
び35は、細孔の高抵抗の泡で作製する。高抵抗の泡は
ポリマー外被によって形成し、気体を包囲する大多数の
微小球(小泡)を含有する。初期状態では、これらの球
は約10μmの直径を有する。高抵抗の泡の加熱の影響下
で、これらの球は温度に応じて直径40μmまでに拡大さ
れる。こうした高抵抗の泡の電気絶縁強度は本質的にこ
れらの球の直径によって決まるので、この高抵抗の泡
は、電気的強度並びに所望の誘電率についての最適値が
得られるような温度のみに加熱する。
る電界線が大幅に途切れないこと、及び空間電荷の形
成、並びに電界強度の接線方向成分のような負の表面的
効果が、この境界面に沿って発生しないことを保証する
ために、前記誘電率は本質的に、絶縁液の誘電率に相当
すべきものである。こうしてシステム全体の電気的強度
がさらに増加する。
切に選定することによって、誘電率の適応を既知の方法
で実現することもできる。
するように形成することが好ましく、結果として特に滑
らかな表面になり、これに沿って絶縁液が、高い抵抗を
受けずに、かつ泡を貫通せずに流れることができる。
器の総重量を最小化するために、油の形態の絶縁液を使
用する(一般に好適な)場合には、絶縁部材30、3
1、32、33、34及び35は、可能な限り全領域
を、比較的低い熱発生及び比較的低い電界強度にする。
絶縁媒体用の通路は、信頼性のある動作に適した熱放出
及び電気的強度が、絶縁部材単独では達成できないよう
な領域にのみに延在する。
可能であり、かつ高出力電力及び比較的小体積及び低重
量を有する、非常に小型の高電圧発生器の実現を可能に
する。
入念に熱を放出することにより、標準的な電気部品で高
電圧発生器を適応させて、完全に異なる応用機器用に出
力すべき電力を実現し、従って固有の損失電力を実現す
ることも可能である。こうした応用機器は、連続電力が
200〜300Wのみの単純な放射線写真技術から、連続電力
が2kWから5kWまでの心臓血管系応用、さらには連続電
力が15kWに及ぶ高速回転のコンピュータ断層撮影装置に
までにわたる。
ば変電所のような他の高電圧システムに使用することも
できる。
Claims (12)
- 【請求項1】 ハイブリッド絶縁体が、複数の相互接続
した絶縁液用の流路が形成されるように形成して配置し
た少なくとも1つの絶縁部材を具え、高い電界強度及び
/または強い熱発生を有する領域において、他の領域に
比べて高い流速を実現しうるように、前記流路の断面を
整えたことを特徴とする、ハイブリッド絶縁体を設けた
高電圧発生器。 - 【請求項2】 対流、及び/または高電圧発生器が動作
状態で発生する電界の効果による自然な動きの影響下
で、前記絶縁液が前記流路を流れるように、前記少なく
とも1つの絶縁部材を形成して配置したことを特徴とす
る請求項1に記載の高電圧発生器。 - 【請求項3】 前記絶縁液が高電圧耐性の絶縁液である
ことを特徴とする請求項1に記載の高電圧発生器。 - 【請求項4】 前記少なくとも1つの絶縁部材を、細孔
の、閉じたセルの、高抵抗の泡で作製したことを特徴と
する請求項1に記載の高電圧発生器。 - 【請求項5】 前記少なくとも1つの絶縁部材及び前記
絶縁液が、本質的に同じ誘電率を有することを特徴とす
る請求項1に記載の高電圧発生器。 - 【請求項6】 動作状態において、前記少なくとも1つ
の絶縁部材が、本質的にすべての領域を、小さい熱発生
かつ低い電界強度にすることを特徴とする請求項1に記
載の高電圧発生器。 - 【請求項7】 前記絶縁液が本質的に閉じた回路を流れ
ることができ、かつ戻り通路が、高電圧発生器の筐体の
1つ以上の外壁に沿って延在するように、前記少なくと
も1つの絶縁部材を形成して配置したことを特徴とする
請求項1に記載の高電圧発生器。 - 【請求項8】 前記戻り通路が、他の通路に比べて大き
い断面を有することを特徴とする請求項7に記載の高電
圧発生器。 - 【請求項9】 前記通路を通して前記絶縁液を伝播させ
るための第1伝播装置を設けたことを特徴とする請求項
1に記載の高電圧発生器。 - 【請求項10】 吸収した熱を外界に放出するために、
前記絶縁液を導通させることができる熱交換器を設けた
ことを特徴とする請求項1に記載の高電圧発生器。 - 【請求項11】 X線源及び高電圧発生器を設けたX線
システムにおいて、複数の相互接続した絶縁液用の流路
が形成されるように形成して配置した、少なくとも1つ
の絶縁部材を具えたハイブリッド絶縁体を設けて、動作
状態で高い電界強度及び/または強い熱発生を有する領
域において、他の領域に比べて高い流速を実現するよう
に、前記流路を整えたことを特徴とするX線システム。 - 【請求項12】 X線システムを具えたコンピュータ断
層撮影装置において、該X線システムの動作用に、請求
項1から10までいずれかに記載の高電圧発生器を設け
たことを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
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