JP2009187947A - X-ray tube, and x-ray tube cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、X線管を冷却するシステムと方法に関する。 The present invention relates to a system and method for cooling an x-ray tube.
X線管は、一般的にX線管の真空封入体に形成されたX線透過窓を用いる。X線透過窓は、X線管内で生成されたX線をハウジングから放出させると共に、対象標的内に放出させる。窓は、一般的に取付構造内に据えられ、X線管の側面または末端に位置する。窓は、X線管の真空封入体の真空を、X線管の外側に認められる正常な大気圧からか、またはX線管が浸漬される液体冷却剤の圧力から隔離する。 The X-ray tube generally uses an X-ray transmission window formed in a vacuum enclosure of the X-ray tube. The X-ray transmission window causes X-rays generated in the X-ray tube to be emitted from the housing and emitted into the target target. The window is typically placed in the mounting structure and is located on the side or end of the x-ray tube. The window isolates the vacuum in the x-ray tube enclosure from the normal atmospheric pressure found outside the x-ray tube or from the pressure of the liquid coolant in which the x-ray tube is immersed.
窓の厚さは、特定のX線管適用に依存して変更するが、窓は一般的に非常に薄い。特に厚さが薄い窓は、X線管の作動中に窓材によって吸収されるX線量を最小限にするため、概ね望まれる。 Although the window thickness varies depending on the particular x-ray tube application, the window is generally very thin. Particularly thin windows are generally desirable because they minimize the x-ray dose absorbed by the window material during operation of the x-ray tube.
より薄い窓が望まれるが、薄い窓は、通常はX線管の作動中に変形応力を受ける。最新の高性能X線システム用のX線管では、開発の主要課題の一つは、生成された高熱に適応する設計特性を提供することである。X線を生成するため、比較的多量の電気エネルギーをX線管に移動させなければならない。電気エネルギーの大多数が熱に変換されるため、X線管に移動したごく僅かの電気エネルギーだけがX線に変換される。過剰の熱がX線管で生成される場合、温度は臨界値を超えて上昇する虞があり、X線管の窓は、熱によって誘発された変形応力を受け得る。そのような熱誘発性変形応力は、窓の表面にわたって不均一に分布するため、窓にクラックが生じる虞がある。窓と取付構造の間に、液漏れが生じる虞もある。 Thinner windows are desired, but thin windows are typically subjected to deformation stresses during operation of the x-ray tube. In X-ray tubes for modern high-performance X-ray systems, one of the major challenges of development is to provide design characteristics that adapt to the high heat generated. In order to generate X-rays, a relatively large amount of electrical energy must be transferred to the X-ray tube. Since the majority of electrical energy is converted to heat, only a small amount of electrical energy transferred to the X-ray tube is converted to X-rays. If excessive heat is generated in the x-ray tube, the temperature can rise above a critical value and the windows of the x-ray tube can be subjected to heat-induced deformation stresses. Such heat-induced deformation stresses are unevenly distributed over the surface of the window, which can cause cracks in the window. There is also a risk of liquid leakage between the window and the mounting structure.
窓の一部分のうち、比較的高熱のためにX線管作動中に変形することが多い部分は、取付構造に結合される部分である。窓の変形によって、窓のクラッキングが生じる虞や、X線管ハウジングから真空の間接的損失が生じる虞があり、その結果、X線管の作動寿命が制限される虞がある。 The portion of the window that is often deformed during operation of the X-ray tube due to relatively high heat is the portion that is coupled to the mounting structure. Due to the deformation of the window, cracking of the window may occur and indirect loss of vacuum from the X-ray tube housing may occur, and as a result, the operating life of the X-ray tube may be limited.
窓にクラックが生じる虞が高まることに加えて、X線管作動中に生成された熱によって
、X線管が浸漬された第2液体冷却剤が沸騰する虞や、窓に直接接触する第1液体冷却剤が沸騰する虞がある。これら液体冷却剤の沸騰は、X線が対象標的までの過程で沸騰液体を通過する場合に、X線の有害な減衰を引き起こす虞がある。X線のこの有害な減衰は、得られる標的のX線画像において欠陥を引き起こす虞がある。前記欠陥によって、たとえばX線放射される患部の誤診が生じる虞がある。
In addition to an increased risk of cracks in the window, the heat generated during operation of the X-ray tube may cause boiling of the second liquid coolant in which the X-ray tube is immersed, and the first contact with the window directly. The liquid coolant may boil. The boiling of these liquid coolants can cause harmful attenuation of X-rays when they pass through the boiling liquid in the process to the target target. This harmful attenuation of X-rays can cause defects in the resulting target X-ray image. The defect may cause misdiagnosis of the affected part, for example, X-ray radiation.
全般的に本発明の実施形態例は、X線管を冷却するシステムと方法に関する。本明細書において開示される実施例は、X線管作動中に生じる熱の消散を助け得るため、X線管の様々な要素に及ぼす冷却効果を備え、それによって熱誘発性変形応力を減らすことが可能である。他の利点もまた、実現化可能である。たとえば開示実施形態は、X線管が配置される第2液体冷却剤の沸騰を軽減するのに役立ち、そしてX線管の要素に直接接触する第1液体冷却剤の沸騰を軽減するのに役立つことが可能であり、それによって液体冷却剤を通過するX線の減衰を減らす。 In general, example embodiments of the invention relate to a system and method for cooling an x-ray tube. The embodiments disclosed herein can help dissipate heat generated during x-ray tube operation, thus providing a cooling effect on various elements of the x-ray tube, thereby reducing heat-induced deformation stress. Is possible. Other advantages can also be realized. For example, the disclosed embodiments help to mitigate boiling of the second liquid coolant in which the x-ray tube is placed, and to mitigate boiling of the first liquid coolant that is in direct contact with the elements of the x-ray tube. Is possible, thereby reducing the attenuation of X-rays passing through the liquid coolant.
一実施形態において、X線管は、ハウジング、ハウジングに取付けられる窓枠、および窓枠に取付けられる窓を含む。ハウジングは、電子が陰極から陽極まで通過できる間隙である電子間隙を含む。ハウジングは、第1入口ポートと第1出口ポートも含む。窓枠は、X線が通過できる開口であるX線開口を区画形成する。窓はX線開口を覆う。ハウジングと窓枠は、ハウジングによって少なくとも部分的に区画形成される第1液路か、またはハウジングと窓枠によって協同して区画形成される第2液路の何れかを通って、第1液体冷却剤が第1入口ポートから第1出口ポートに流れることができるように構成される。第2液路は、X線開口の少なくとも一部分の周囲に配置される。 In one embodiment, the x-ray tube includes a housing, a window frame attached to the housing, and a window attached to the window frame. The housing includes an electron gap, which is a gap through which electrons can pass from the cathode to the anode. The housing also includes a first inlet port and a first outlet port. The window frame defines an X-ray opening which is an opening through which X-rays can pass. The window covers the X-ray opening. The housing and the window frame pass through either the first liquid path that is at least partially defined by the housing or the second liquid path that is cooperatively defined by the housing and the window frame, and the first liquid cooling. An agent is configured to flow from the first inlet port to the first outlet port. The second liquid path is disposed around at least a part of the X-ray opening.
別の実施形態において、X線管は、ハウジング、ハウジングに取付けられる窓枠、および窓枠に取付けられる窓を含む。ハウジングは、第1入口ポートと第1出口ポートを含む。窓枠は、X線が通過できるX線開口を区画形成する。窓はX線開口を覆う。X線管は、ハウジングによって少なくとも部分的に区画形成される第1分割液路、第3分割液路、および第4分割液路と、ハウジングと窓枠によって協同して区画形成される第2分割液路とを含む。第2分割液路は、X線開口の少なくとも一部分の周囲に配置される。第1液体冷却剤のうちの第1部分は、第3分割液路を通って流れることなく、第1分割液路、第2分割液路、および第4分割液路によって区画形成される第1液路を通って第1入口ポートから第1出口ポートに流通可能である。第1液体冷却剤のうちの第2部分は、第2分割液路を通って流れることなく、第1分割液路、第3分割液路、および第4分割液路によって区画形成される第2液路を通って第1入口ポートから第1出口ポートに流通可能である。 In another embodiment, the x-ray tube includes a housing, a window frame attached to the housing, and a window attached to the window frame. The housing includes a first inlet port and a first outlet port. The window frame defines an X-ray opening through which X-rays can pass. The window covers the X-ray opening. The X-ray tube is divided at least partially by the housing, and is divided by the first divided liquid passage, the third divided liquid passage, and the fourth divided liquid passage, and the housing and the window frame. Including liquid passages. The second divided liquid passage is disposed around at least a part of the X-ray opening. The first portion of the first liquid coolant does not flow through the third divided liquid passage, and is defined by the first divided liquid passage, the second divided liquid passage, and the fourth divided liquid passage. The liquid can flow from the first inlet port to the first outlet port through the liquid passage. The second part of the first liquid coolant does not flow through the second divided liquid path, and is defined by the first divided liquid path, the third divided liquid path, and the fourth divided liquid path. The liquid can flow from the first inlet port to the first outlet port through the liquid passage.
更に別の実施形態においてX線管は、缶、缶に取付けられる液体マニホルド、缶に取付けられるシールド構造、缶に取付けられる窓枠、および窓枠に取付けられる窓を含む。液体マニホルドは、第1入口ポートと第1出口ポートを区画形成する。シールド構造は、電子が電子源から標的陽極まで通過できるようにする間隙である電子間隙を区画形成する。窓枠は、X線が通過できるX線開口を区画形成する。窓は、窓枠によって区画形成されるX線開口を覆う。X線管は、第1分割液路、第2分割液路、第3分割液路、および第4分割液路も含む。第1分割液路は、液体マニホルド、缶、およびシールド構造によって、協同して区画形成される。第2分割液路は、缶と窓枠によって協同して区画形成され、窓枠のX線開口の少なくとも一部分の周囲に配置される。第3分割液路は、缶とシールド構造によって協同して区画形成される。第4分割液路は、缶、シールド構造、および液体マニホルドによって協同して区画形成される。第1液体冷却剤のうちの第1部分は、第3分割液路を通って流れることなく、第1分割液路、第2分割液路、および第4分割液路によって区画形成される第1液路を通って第1入口ポートから第1出口ポートに流通可能である。第1液体冷却剤のうちの第2部分は、第2分割液路を通って流れることなく、第1分割
液路、第3分割液路、および第4分割液路によって区画形成される第2液路を通って第1入口ポートから第1出口ポートに流通可能である。
In yet another embodiment, the x-ray tube includes a can, a liquid manifold attached to the can, a shield structure attached to the can, a window frame attached to the can, and a window attached to the window frame. The liquid manifold defines a first inlet port and a first outlet port. The shield structure defines an electron gap, which is a gap that allows electrons to pass from the electron source to the target anode. The window frame defines an X-ray opening through which X-rays can pass. The window covers the X-ray opening defined by the window frame. The X-ray tube also includes a first divided liquid path, a second divided liquid path, a third divided liquid path, and a fourth divided liquid path. The first divided liquid channel is partitioned and formed by a liquid manifold, a can, and a shield structure. The second divided liquid passage is partitioned and formed by cooperation of the can and the window frame, and is arranged around at least a part of the X-ray opening of the window frame. The third divided liquid passage is partitioned by the can and the shield structure in cooperation. The fourth divided liquid passage is partitioned by the can, the shield structure, and the liquid manifold. The first portion of the first liquid coolant does not flow through the third divided liquid passage, and is defined by the first divided liquid passage, the second divided liquid passage, and the fourth divided liquid passage. The liquid can flow from the first inlet port to the first outlet port through the liquid passage. The second part of the first liquid coolant does not flow through the second divided liquid path, and is defined by the first divided liquid path, the third divided liquid path, and the fourth divided liquid path. The liquid can flow from the first inlet port to the first outlet port through the liquid passage.
本発明の実施形態例のこれらの特徴と他の特徴は、以下の説明と添付の請求項から完全に明白になるだろう。 These and other features of example embodiments of the invention will be fully apparent from the following description and the appended claims.
本発明の実施形態例の上記の特徴と他の特徴を更に明らかにするため、添付図面において開示される具体的な実施形態を参照することによって、これらの実施例のより具体的な説明を提供する。当然のことながら、これらの図面は、本発明の実施形態を示すにすぎないため、その範囲の限定とみなすべきではない。また当然のことながら、図面は、本発明の実施形態の線図と略図であるが、本発明を制限するものではないし、それらの図面は必ずしも縮尺通りに描かれていない。本発明の実施形態を開示し、添付図面を使用することによって、更に具体的と詳細に説明する。 In order to further clarify the above features and other features of example embodiments of the present invention, a more specific description of these examples is provided by reference to the specific embodiments disclosed in the accompanying drawings. To do. Of course, these drawings are merely illustrative of embodiments of the present invention and should not be considered as limiting the scope thereof. It should also be understood that the drawings are diagrammatic and schematic representations of embodiments of the invention, but are not intended to limit the invention and are not necessarily drawn to scale. Embodiments of the present invention are disclosed and will be described more specifically and in detail by using the accompanying drawings.
概して本発明の実施形態は、X線管冷却システムを対象とする。本明細書において開示されるX線管冷却システムは、X線管の作動中に生じる熱を消散させるべく用いることが可能である。従って、X線管の冷却要素に及ぼす熱誘発性変形応力を減らすと共に、X線管が浸漬される第2液体冷却剤と、X線管の冷却要素に直接接触する第1液体冷却剤の沸騰を減らし、それによってこれら液体冷却剤を通過するX線の減衰を減らす。 In general, embodiments of the present invention are directed to an x-ray tube cooling system. The x-ray tube cooling system disclosed herein can be used to dissipate heat generated during operation of the x-ray tube. Accordingly, the heat-induced deformation stress on the cooling element of the X-ray tube is reduced, and the second liquid coolant in which the X-ray tube is immersed and the boiling of the first liquid coolant in direct contact with the cooling element of the X-ray tube Reducing the attenuation of X-rays passing through these liquid coolants.
(X線管冷却システムの実施例)
まず図1を参照すると、X線管冷却システム100の実施例が開示されている。X線管冷却システム100は、全般的にX線管102、貯蔵器104、および冷却装置106それぞれの実施例を含む。
(Example of X-ray tube cooling system)
Referring first to FIG. 1, an embodiment of an x-ray
全般的に、X線管102は、缶108によって構成されるハウジング、缶108に取付けられる液体マニホルド110、缶108に取付けられるシールド構造112、および缶108に取付けられる陰極シリンダ114を含む。液体マニホルド110は、第1入口ポート116と第1出口ポート118を含む。シールド構造112は、「大表面積X線管シールド構造」と題された特許文献1に開示されるシールド構造(108)と形態と機能において類似している。特許文献1の開示物は、本明細書において参照によって全体が盛込まれている。X線管102は、缶108に取付けられる窓枠200と、窓枠200に取付
けられる窓250も含む。
In general, the
貯蔵器104は、X線管102が貯蔵器104内に設置されるようにX線管102を包囲する側壁120を含む。側壁120はまた、X線管102を包囲する第2液体冷却剤122を保持すべく、X線管102の陰極シリンダ114と協同する。第2液体冷却剤122は、X線管102の作動中に生じる熱を消散させるため、貯蔵器104の内外へ循環可能である(図示略)。一実施形態において、第2液体冷却剤122は、誘電性液体冷却剤であることが可能である。誘電性液体は、限定されないが、フッ化炭素またはシリコン系油、または脱イオン水を含む。更に、側壁120は、第2入口ポート124と第2出口ポート126を区画形成し、その特徴は、冷却装置106と併せて以下で考察される。
The
冷却装置106は、第3出口ポート128と第3入口ポート130を含む。冷却装置106は、第3入口ポート130で受容した第1液体冷却剤(図示略。第1液体冷却剤は、第2液体冷却剤122から隔離されている)を冷却すると共に、冷却した第1液体冷却剤を第3出口ポート128に循環させるように構成される。
The
次にX線管冷却システム100の作動を、図1と併せて開示する。X線管102は、貯蔵器104の内部に設置され、冷却装置106は、貯蔵器104の外部に設置される。X線管102、貯蔵器104、および冷却装置106は、全て一連の第3ホース132、第1ホース134、第2ホース136、および第4ホース138を介して相互連結される。特に、冷却装置106の第3出口ポート128は、貯蔵器104の第2入口ポート124に、第3ホース132を介して連結される。第2入口ポート124は、X線管102の第1入口ポート116に、第1ホース134を介して連結される。X線管102の第1出口ポート118は、貯蔵器104の第2出口ポート126に、第2ホース136を介して連結される。第2出口ポート126は、冷却装置106の第3入口ポート130に、第4ホース138を介して連結される。
The operation of the X-ray
別の実施形態において、可能であれば他のホース(図示略)に組合わせた第1ホース134は、第1液体冷却剤が第1入口ポート116に入る前において、第1液体冷却剤が第2入口ポート124を通過した後、第1液体冷却剤がX線管102の別の部分を通って循環できるようにし得る。同様に可能であれば他のホース(図示略)に組合わせた第2ホース136は、第1液体冷却剤が第2出口ポート126を通過し終わる前、第1液体冷却剤が第1出口ポート118を出た後、第1液体冷却剤がX線管102の更に別の部分を通って循環できるようにし得る。たとえばX線管102の第1出口ポート118は、第1液体冷却剤がX線管102の別の部分を通って循環でき、第1予備出口ポート119(図2Bを参照)からX線管102を出られるようにするため、別のホース(図示略)を介して第1予備入口ポート117(図2Aを参照)に連結され得る。第2ホース136は、この実施例において第1液体冷却剤が冷却装置106に還流できるようにすべく、第1予備出口ポート119と第2出口ポート126の間を連結可能である。
In another embodiment, the
従って、第1ホース134,第2ホース136,第3ホース132,および第4ホース138は、貯蔵器104によって保持される第2液体冷却剤122と混合することなく、冷却装置106とX線管102の間を第1液体冷却剤が循環できるようにする。従って、第1ホース134,第2ホース136,第3ホース132,および第4ホース138を通って循環する第1液体冷却剤と、貯蔵器104内の第2液体冷却剤122は、互いに異なる種類の液体冷却剤であり得る。たとえば第1ホース134,第2ホース136,第3ホース132,および第4ホース138を通って循環する第1液体冷却剤は、非誘電性液体冷却剤であることが可能であり、第2液体冷却剤122は、誘電性冷却剤であることが可能である。この実施形態において、非誘電性液体冷却剤は、X線管102の電気感受性部分から電気絶縁されているため、非誘電性液体を用い得る。別の実施例において、第1ホ
ース134,第2ホース136,第3ホース132,および第4ホース138を通って循環する第1液体冷却剤と、第2液体冷却剤122の両方は、誘電性冷却剤であることが可能であるが、互いに異なる種類の誘電性冷却剤であり得る。非誘電性液体の例には、限定されないが、水、プロピレングリコール、またはそれらの幾つかの組合せが含まれる。誘電性液体の例には、限定されないが、フッ化炭素、シリコン系油、または脱イオン水が含まれる。一実施形態において、第1ホース134,第2ホース136,第3ホース132,および第4ホース138は、約206.84kPa(30psi)のホース圧を維持できるゴムホースであり得るが、他のホース圧を維持できる他の材料のホースを用いることができる。たとえば第3ホース132と第1ホース134は、約155.13kPa(22.5psi)のホース圧を維持でき得るし、第2ホース136と第4ホース138は、約113.76kPa(16.5psi)のホース圧を維持でき得る。一実施形態において、第1ホース134,第2ホース136,第3ホース132,および第4ホース138は、ホース・クランプを用いて対応ポートに取付けられ得るが、任意の他の適切なデバイスまたは取付方法を用いることが可能である。
Accordingly, the
作動時、比較的低温の第1液体冷却剤は、第3ホース132と第1ホース134を通って冷却装置106からX線管102に流通可能である。次に第1液体冷却剤は、X線管102を通って循環するが、第1液体冷却剤の温度は、X線管102によって生じた熱が第1液体冷却剤に移動するため上昇する。比較的高温の第1液体冷却剤は、次に第2ホース136と第4ホース138を通って冷却装置106に還流できるが、第1液体冷却剤の温度は、X線管冷却システム100を通る再循環に備えていったん低下する。貯蔵器104の外部に冷却装置106を設置するため、貯蔵器104内部に別の冷却装置を必要とすることなく、比較的冷たい第1液体冷却剤がX線管102内に循環でき、比較的暖かい第1液体冷却剤がX線管102から外に循環できる。なお、X線管102または貯蔵器104の何れかに冷却装置を取付けて貯蔵器104の内部に収容すると、X線管冷却システム100の経費と複雑性が増す虞がある。
In operation, the relatively low temperature first liquid coolant can flow from the
(X線管)
次に図2Aと図2Bを一緒に参照すると、X線管102の更に別の特徴が開示されている。缶108、シールド構造112、陰極シリンダ114、窓枠200、および窓250は、協同することによって、陰極144と回転陽極146を包囲する真空封入体142のうちの少なくとも一部分を区画形成する。X線管102の作動前に真空封入体142は、真空を生み出すべく排気される。X線管102の作動中、陰極144から放出された電子は、回転陽極146に衝突する。回転陽極146に衝突することによって、電子のうちの一部は、窓250に向かって方向付けられるX線に変換される。窓250は、X線透過性材料で作られているため、これらのX線は、窓250を通って真空封入体142から逃げることができ、対象標的(図示略)に衝突することによって、X線画像(図示略)を生成可能である。従って、窓250は、X線管102が浸漬されている第2液体冷却剤122(図1参照)由来の圧力から、X線管102の真空封入体142の真空をシールする。しかも窓250は、回転陽極146によって生じたX線がX線管102を出て、第2液体冷却剤122を通過し、側壁120における対応窓(図示略)を通って貯蔵器104から出て行けるようにする。
(X-ray tube)
2A and 2B together, yet another feature of the
X線管102は、回転陽極X線管として示されるが、本明細書において開示されるX線管冷却システム100の実施形態は、X線透過性窓を用いる任意の様式のX線管に適用可能である。従って、本明細書において開示されるX線管冷却システム100は、別のたとえば固定陽極X線管に適用可能である。
Although the
次に図2C〜図2Gを参照すると、X線管102の作動に関する更に別の特徴が開示される。図2Cと図2Dにおいて開示されるように、X線管102の作動中、第1液体冷却
剤(図示略)が液体マニホルド110の第1入口ポート116を通って受容される場合に、第1液体冷却剤は、まず液体マニホルド110、缶108、およびシールド構造112によって協同的に区画形成される第1分割液路148内に流れる。第1分割液路148は、全般的にシールド構造112の周囲に放射状に延びる。次に図2D〜図2Fを参照すると、第1分割液路148から第1液体冷却剤は、缶108と窓枠200によって協同的に区画形成される第2分割液路150内か、缶108とシールド構造112によって協同的に区画形成される第3分割液路152内の何れかに流込むことが可能である。
Referring now to FIGS. 2C-2G, further features relating to the operation of the
図2Fにおいて開示されるように、窓枠200は、X線が通過できる開口としてのX線開口202を区画形成する。図2D〜図2Fにおいて開示されるように、第2分割液路150は、X線開口202の少なくとも一部分の周囲に配置される。特に、第2分割液路150は、入口154と出口156を含む。図2Eにおいて開示されるように、第1液体冷却剤は、缶108、シールド構造112、および液体マニホルド110によって協同的に区画形成される第4分割液路158内に、第2分割液路150または第3分割液路152の何れかを通って流込むことが可能である。次に第1液体冷却剤は、第1出口ポート118を通ってX線管102から出て行くことが可能である。
As disclosed in FIG. 2F, the
図2Gにおいて開示されるように、第1液体冷却剤は、第1入口ポート116から第1液路160と第2液路162のうちの1つを通って第1出口ポート118に流通可能である。第1液路160は、第1分割液路148、第2分割液路150、および第4分割液路158によって区画形成される。第2液路162は、第1分割液路148、第3分割液路152、および第4分割液路158によって区画形成される。つまり、第1入口ポート116と第1出口ポート118の間を流れる第1液体冷却剤のうちの一部分は、第3分割液路152を通って流れることなく、第1液路160を通って流通可能である。第1入口ポート116と第1出口ポート118の間を流れる第1液体冷却剤のうちの別の部分は、第2分割液路150を通って流れることなく、第2液路162を通って流通可能である。
As disclosed in FIG. 2G, the first liquid coolant can flow from the
幾つかの実施形態において、第1液路160と第2液路162は、第1液体冷却剤が第1入口ポート116から第1出口ポート118に流れる場合に、圧力勾配が存在するようなサイズと構成にされる。たとえば第1入口ポート116と第1出口ポート118の間の圧力勾配は、約41.367kPa(6psi)であることが可能であるが、0kPa(0psi)よりも大きな他の圧力勾配を、X線管102の性能要件に依存して用いることが可能である。
In some embodiments, the first
更に幾つかの実施形態において、第1液路160と第2液路162は、第1液体冷却剤の比較的高い容量/分の流量が第1入口ポート116と第1出口ポート118の間を流れることができるサイズと構成にされることが可能である。たとえば約15.899リットル(4.2ガロン)/分の第1液体冷却剤は、第1入口ポート116と第1出口ポート118の間を流れることができるが、他の流量の第1液体冷却剤を、X線管102の性能要件に依存して用いることが可能である。
Further, in some embodiments, the first
しかも実施形態によっては、第1液路160と第2液路162は、第1液体冷却剤が第1入口ポート116と第1出口ポート118の間を流れる場合に、約90%〜約98%の第1液体冷却剤が第1液路160を通って流れ、約2%〜約10%の第1液体冷却剤は第2液路162を通って流れるようなサイズと構成にされる。たとえば約93%〜約98%の液体は第1液路160を通って流れることができ、約2%〜約7%の第1液体冷却剤は第2液路162を通って流通可能である。別の実施例において、約94%〜約97%の第1液体冷却剤は第1液路160を通って流れることができ、約3%〜約6%の第1液体冷却剤は第2液路162を通って流通可能である。更に別の実施例において、約95.5%の第1液体冷却剤は第1液路160を通って流れることができ、約4.5%の第1液体冷
却剤は第2液路162を通って流通可能である。第1液路160または第2液路162を通って流れる第1液体冷却剤の相対的割合は、一方ではシールド構造112、他方では窓枠200と窓250の各々の熱を消散させる必要性に依存して、X線管102の設計中に調整可能である。たとえばX線開口202が相対的に大きい場合、窓250の熱を消散させる必要性は、X線開口202が比較的小さな場合よりも大きくなり得る。
Moreover, in some embodiments, the first
幾つかの実施形態において、第2分割液路150の入口154と出口156は、一本の分割液路において互いに近接して設置可能である。たとえば窓枠200は、入口154と出口156が双方とも第4分割液路158における第1出口ポート118付近に設置されるように構成可能である。この実施例において、第1入口ポート116を通って入る第1液体冷却剤の少なくとも一部分は、第1出口ポート118を通って出て行く前に、第1分割液路148、第2分割液路150、第3分割液路152、および第4分割液路158の全てを通って流通可能である。 (窓枠と窓の実施例)
次に図3A〜図3Fを参照すると、窓枠200と窓250の更に別の特徴が、開示される。図3Aにおいて開示されるように、窓枠200の外周は、全般的に長方形に形成されるが、前記外周は、別に他の様々な形状であり得る。一実施形態において、窓枠200は、約5.21mm(0.205インチ)の厚さであるが、窓枠200は、別に約5.21mm(0.205インチ)の厚さよりも大きいか、または小さくあり得る。窓枠200は、限定されないが、銅または銅合金を含む種々の材料から形成され得る。
In some embodiments, the
With reference now to FIGS. 3A-3F, yet another feature of
図3Aにおいて開示されるように、窓枠200は、X線開口202を区画形成する。X線開口202は、全般的にX線が通過できるようなサイズと構成にされる。X線開口202の外周は、全般的に長方形に形成されるが、外周は、別に他の種々の形状であり得る。一実施形態において、X線開口202は、約68.6mm(2.700インチ)の長さで、幅は約18.8mm(0.740インチ)であるが、X線開口202は、別に長さが約68.6mm(2.700インチ)と幅が約18.8mm(0.740インチ)のうちの少なくとも一方よりも大きいか小さくなり得る。窓枠200は、下記のように窓250が結合可能な(図3Eを参照)凹部204も含み得る。
As disclosed in FIG. 3A, the
図3Bと図3Cにおいて開示されるように、窓枠200は、更に液体チャネル206を区画形成する。液体チャネル206は、全般的にX線開口202のうちの一部分の周囲に配置されるが、液体チャネル206は、別に図3Bに開示されるよりも大きいか、小さい部分のX線開口202の周囲に配置され得る。たとえば液体チャネル206は、別にX線開口202を完全に包囲するために、X線開口202周囲の至る所に配置され得る。一実施形態において、液体チャネル206は、幅が約4.62mm(0.182インチ)であるが、液体チャネル206は、別に幅が約4.62mm(0.182インチ)よりも大きいか、または小さくなり得る。更に本明細書において他の場所に開示されるように、液体チャネル206の外形、位置、サイズ、および方位は、図3Bと図3Cにおいて開示される構成から変更し得る。液体チャネル206は、更に本明細書において他の所に開示されるように、一または複数の更に別の液体チャネルによって達成され得る。
As disclosed in FIGS. 3B and 3C, the
本明細書において他の所に開示されるように、第2分割液路150は、入口154と出口156、および更に別の入口と出口のうちの少なくとも一方を含む。更に入口154と出口156のうちの少なくとも一方のサイズ、場所、および方位は、図3Bにおいて開示されるものから変更し得る。たとえば入口154と出口156のうちの少なくとも一方は、窓枠200によって区画形成される代わりに、窓枠200の縁まで延び得る。入口154と出口156のうちの少なくとも一方は、更に入口154と出口156のうちの少なくとも一方が、本明細書において開示されるX線管冷却システム100の要素に連結できるようにする、たとえば缶108などの他のX線管構造において区画形成される分割液路(図2Dと図2Eを参照)のような更に別の構造(図示略)を含み得る。
As disclosed elsewhere herein, the second
図3Dは、窓250の平面図である。窓250の外周は、全般的に長方形に形成されるが、外周は、別に他の種々の形状であり得る。一実施形態において、窓250は、約4.78mm(0.188インチ)の厚さであるが、窓250は、別に約4.78mm(0.188インチ)の厚さよりも大きいか、または小さくなり得る。窓250は、全般的にたとえば本明細書において開示されるX線管102の真空封入体142などの真空封入体において真空を維持することもできる任意のX線透過性材料から形成可能である。一実施形態において、窓250は、ベリリウム、チタン、ニッケル、炭素、ケイ素、またはアルミニウムのうちの少なくとも一つから形成され得る。
FIG. 3D is a plan view of the
図3Eと図3Fは、窓枠200に取付けられる窓250を開示する。図3Eにおいて開示されるように、窓250は、窓枠200によって区画形成されるX線開口202(図3Aを参照)を覆う。窓250の底面252(図3Fを参照)は、接着、ロウ着、および機械的締付けを含む様々な方法で、窓枠200に結合可能である。
3E and 3F disclose a
幾つかの実施形態において、窓250が結合される窓枠200の部分は、窓250の先端が窓枠200の上面の僅かだけ上方に延びるように、僅かに陥凹され得る(たとえば図3Aの凹部204を参照)。別に窓枠200は、窓250の先端が、窓枠200の上面と同一平面であるか、あるいは窓枠200の上面の下方に陥凹さえするように、より広範囲に陥凹され得る。
In some embodiments, the portion of the
図2Eと図2Fにおいて開示されるように、第2分割液路150は、第1液体冷却剤が第2分割液路150に存在する場合に第1液体冷却剤が窓枠200と缶108に直接接触するような、位置、サイズ、および構成にされる。従って、窓枠200と缶108それぞれが第1液体冷却剤に直接接触することによって、X線管の作動中に生じる窓枠200と缶108における熱を消散可能である。また、窓250が窓枠200に結合されるという事実に基づき、第1液体冷却剤が第2分割液路150に存在する場合に、窓250は第1液体冷却剤に熱伝達する。従って、窓枠200による窓250と第1液体冷却剤の間の熱伝達は、X線管102の作動中に生じた窓250における熱を消散可能である。従って、第2分割液路150における第1液体冷却剤は、窓枠200、缶108、窓枠200と缶108の間の結合、窓250、および窓250と窓枠200の間の結合に及ぼす冷却作用を備えることが可能であり、それによって熱誘発性変形応力を減らすことが可能である。
As disclosed in FIGS. 2E and 2F, the second divided
本明細書において開示された実施形態例は、他の特殊な形態において具現化され得る。従って、本明細書において開示される実施形態例は、全ての点において制限的ではなく、単なる例示として考慮されるべきである。 The example embodiments disclosed herein may be embodied in other special forms. Accordingly, the example embodiments disclosed herein are not limiting in all respects and are to be considered merely as examples.
Claims (20)
前記ハウジングは、電子が陰極から陽極まで通過できる間隙である電子間隙を備え、前記ハウジングは第1入口ポートと第1出口ポートを区画形成し、
前記窓枠は前記ハウジングに取付けられ、前記窓枠は、X線が通過できる開口であるX線開口を区画形成し、
前記窓は、前記X線開口を覆うように前記窓枠に取付けられ、
前記ハウジングと前記窓枠は、第1液体冷却剤が第1液路と第2液路の何れかによって前記第1入口ポートから前記第1出口ポートに流通可能なように構成され、
前記第1液路は、前記ハウジングによって少なくとも部分的に区画形成され、
前記第2液路は、前記ハウジングと前記窓枠によって協同して区画形成され、前記第2液路は前記X線開口の少なくとも一部分の周囲に配置されることを特徴とする、X線管。 An X-ray tube comprising a housing, a window frame, and a window,
The housing has an electron gap, which is a gap through which electrons can pass from the cathode to the anode, the housing defining a first inlet port and a first outlet port;
The window frame is attached to the housing, and the window frame defines an X-ray opening that is an opening through which X-rays can pass.
The window is attached to the window frame so as to cover the X-ray opening,
The housing and the window frame are configured such that the first liquid coolant can flow from the first inlet port to the first outlet port by either the first liquid path or the second liquid path.
The first fluid path is at least partially defined by the housing;
The X-ray tube according to claim 1, wherein the second liquid path is partitioned and formed in cooperation with the housing and the window frame, and the second liquid path is arranged around at least a part of the X-ray opening.
前記第1液体冷却剤が前記第1入口ポートと前記第1出口ポートの間を流れる場合に、
約80%〜約99%の前記第1液体冷却剤が前記第1液路を通って流れ、
約1%〜約20%の前記第1液体冷却剤が前記第2液路を通って流れるようなサイズと構成にされる、請求項1記載のX線管冷却システム。 The first liquid path and the second liquid path are:
When the first liquid coolant flows between the first inlet port and the first outlet port;
About 80% to about 99% of the first liquid coolant flows through the first liquid path;
The x-ray tube cooling system of claim 1, wherein the x-ray tube cooling system is sized and configured to allow about 1% to about 20% of the first liquid coolant to flow through the second liquid path.
第2液体冷却剤を保持するように構成される貯蔵器であって、前記貯蔵器は、第2入口ポートと第2出口ポートを区画形成することと、
前記X線管は、前記貯蔵器内に設置され、前記第2液体冷却剤によって包囲されるように構成されることと、
前記第1入口ポートに前記第2入口ポートを連結する第1ホースと、
前記第1出口ポートに前記第2出口ポートを連結する第2ホースと
を備える、X線管冷却システム。 An X-ray tube cooling system for cooling the X-ray tube according to claim 1, wherein the X-ray tube cooling system includes:
A reservoir configured to hold a second liquid coolant, the reservoir defining a second inlet port and a second outlet port;
The X-ray tube is installed in the reservoir and is configured to be surrounded by the second liquid coolant;
A first hose connecting the second inlet port to the first inlet port;
An X-ray tube cooling system comprising: a second hose connecting the second outlet port to the first outlet port.
前記貯蔵器の外部に設置される冷却装置であって、前記冷却装置は第3入口ポートと第3出口ポートを区画形成し、前記冷却装置は、前記第1液体冷却剤を冷却すると共に、前記第1液体冷却剤を前記第3入口ポートから前記第3出口ポートに循環させるように構成されることと、
前記第2入口ポートに前記第3出口ポートを連結する第3ホースと、
前記第2出口ポートに前記第3入口ポートを連結する第4ホースと
を備える、請求項5記載のX線管冷却システム。 The X-ray tube cooling system further includes:
A cooling device installed outside the reservoir, wherein the cooling device defines a third inlet port and a third outlet port, the cooling device cools the first liquid coolant, and Configured to circulate a first liquid coolant from the third inlet port to the third outlet port;
A third hose connecting the third outlet port to the second inlet port;
The X-ray tube cooling system according to claim 5, further comprising a fourth hose connecting the third inlet port to the second outlet port.
6psi)である、請求項7記載のX線管冷却システム。 The pressure gradient between the first inlet port and the first outlet port is about 41.369 kPa (
8. The x-ray tube cooling system of claim 7, wherein the system is 6 psi).
約90%〜約98%の前記第1液体冷却剤が前記第1液路を通って流れ、
約2%〜約10%の前記第1液体冷却剤は前記第2液路を通って流れるサイズと構成にされる、請求項6記載のX線管冷却システム。 The first liquid path and the second liquid path are when the first liquid coolant flows between the first inlet port and the first outlet port,
About 90% to about 98% of the first liquid coolant flows through the first liquid path;
The x-ray tube cooling system of claim 6, wherein about 2% to about 10% of the first liquid coolant is sized and configured to flow through the second liquid path.
前記第2液体冷却剤は誘電性液体を含む、請求項6記載のX線管冷却システム。 The first liquid coolant comprises a non-dielectric liquid;
The x-ray tube cooling system of claim 6, wherein the second liquid coolant includes a dielectric liquid.
前記第2液体冷却剤は誘電性液体を含む、請求項6記載のX線管冷却システム。 The first liquid coolant comprises a dielectric liquid;
The x-ray tube cooling system of claim 6, wherein the second liquid coolant includes a dielectric liquid.
第1入口ポートと第1出口ポートを区画形成するハウジングと、
前記ハウジングに取付けられる窓枠であって、前記窓枠は、X線が通過できる開口であるX線開口を区画形成することと、
前記X線開口を覆うように前記窓枠に取付けられる窓と、
前記ハウジングによって少なくとも部分的に区画形成される第1分割液路、第3分割液路、および第4分割液路と、
前記ハウジングと前記窓枠によって協同して区画形成される第2分割液路であって、前記第2分割液路は、前記X線開口の少なくとも一部分の周囲に配置されることと
を備え、
第1部分の第1液体冷却剤は、前記第3分割液路を通って流れることなく、前記第1分割液路、第2分割液路、および第4分割液路によって区画形成される第1液路を通って前記第1入口ポートから前記第1出口ポートに流通可能であり、
第2部分の第1液体冷却剤は、前記第2分割液路を通って流れることなく、前記第1分割液路、第3分割液路、および第4分割液路によって区画形成される第2液路を通って前記第1入口ポートから前記第1出口ポートに流通可能である、X線管。 An X-ray tube, wherein the X-ray tube is
A housing defining a first inlet port and a first outlet port;
A window frame attached to the housing, wherein the window frame defines an X-ray opening which is an opening through which X-rays can pass;
A window attached to the window frame so as to cover the X-ray opening;
A first divided liquid path, a third divided liquid path, and a fourth divided liquid path that are at least partially partitioned by the housing;
A second divided liquid passage formed cooperatively by the housing and the window frame, wherein the second divided liquid passage is disposed around at least a part of the X-ray opening;
The first liquid coolant of the first portion does not flow through the third divided liquid path, but is partitioned by the first divided liquid path, the second divided liquid path, and the fourth divided liquid path. Circulates from the first inlet port to the first outlet port through a liquid path;
The second liquid coolant in the second part does not flow through the second divided liquid passage, and is defined by the first divided liquid passage, the third divided liquid passage, and the fourth divided liquid passage. An X-ray tube capable of flowing through the liquid path from the first inlet port to the first outlet port.
第2液体冷却剤を保持するように構成される貯蔵器であって、前記貯蔵器は、第2入口ポートと第2出口ポートを区画形成することと、
前記X線管は、前記貯蔵器内に設置され、前記第2液体冷却剤によって包囲されるように構成されることと、
前記第1入口ポートに前記第2入口ポートを連結する第1ホースと、
前記第1出口ポートに前記第2出口ポートを連結する第2ホースと、
前記貯蔵器の外部に設置される冷却装置であって、前記冷却装置は第3入口ポートと第3出口ポートを区画形成し、前記冷却装置は、前記第1液体冷却剤を冷却すると共に、前記第3入口ポートから前記第3出口ポートに前記第1液体冷却剤を循環させるように構成されることと、
前記第3出口ポートを前記第2入口ポートに連結する第3ホースと、
前記第3入口ポートを前記第2出口ポートに連結する第4ホースと
を備える、X線管冷却システム。 An X-ray tube cooling system for cooling an X-ray tube according to claim 13, wherein the X-ray tube cooling system comprises:
A reservoir configured to hold a second liquid coolant, the reservoir defining a second inlet port and a second outlet port;
The X-ray tube is installed in the reservoir and is configured to be surrounded by the second liquid coolant;
A first hose connecting the second inlet port to the first inlet port;
A second hose connecting the second outlet port to the first outlet port;
A cooling device installed outside the reservoir, wherein the cooling device defines a third inlet port and a third outlet port, the cooling device cools the first liquid coolant, and Configured to circulate the first liquid coolant from a third inlet port to the third outlet port;
A third hose connecting the third outlet port to the second inlet port;
An X-ray tube cooling system comprising: a fourth hose connecting the third inlet port to the second outlet port.
前記第1液体冷却剤が前記第1入口ポートと前記第1出口ポートの間を流れる場合に、
約93%〜約98%の前記第1液体冷却剤は前記第1液路を通って流れ、
約2%〜約7%の前記第1液体冷却剤は前記第2液路を通って流れるようなサイズと構成にされる、請求項14記載のX線管冷却システム。 The first liquid path and the second liquid path are:
When the first liquid coolant flows between the first inlet port and the first outlet port;
About 93% to about 98% of the first liquid coolant flows through the first liquid path;
The x-ray tube cooling system of claim 14, wherein the x-ray tube cooling system is sized and configured to flow between about 2% and about 7% of the first liquid coolant through the second liquid path.
缶と、
前記缶に取付けられる液体マニホルドであって、前記液体マニホルドは第1入口ポートと第1出口ポートを区画形成することと、
前記缶に取付けられるシールド構造であって、前記シールド構造は、電子が電子源から標的陽極に向かって通過できるようにする間隙である電子間隙を区画形成することと、
前記缶に取付けられる窓枠であって、前記窓枠は、X線が通過できる開口であるX線開口を区画形成することと、
前記X線開口を覆うように前記窓枠に取付けられる窓と、
前記液体マニホルド、前記缶、および前記シールド構造によって協同して区画形成される第1分割液路と、
前記缶と前記窓枠によって協同して区画形成される第2分割液路であって、前記第2分割液路は前記X線開口の少なくとも一部分の周囲に配置されることと、
前記缶と前記シールド構造によって協同して区画形成される第3分割液路と、
前記缶、前記シールド構造、および前記液体マニホルドによって協同して区画形成される第4分割液路と
を備え、
第1部分の第1液体冷却剤は、前記第3分割液路を通って流れることなく、前記第1分割液路、第2分割液路、および第4分割液路によって区画形成される第1液路を通って前記第1入口ポートから前記第1出口ポートに流通可能であり、
第2部分の前記第1液体冷却剤は、前記第2分割液路を通って流れることなく、前記第1分割液路、第3分割液路、および第4分割液路によって区画形成される第2液路を通って前記第1入口ポートから前記第1出口ポートに流通可能である、X線管。 An X-ray tube, wherein the X-ray tube is
Cans,
A liquid manifold attached to the can, the liquid manifold defining a first inlet port and a first outlet port;
A shield structure attached to the can, the shield structure defining an electron gap, which is a gap that allows electrons to pass from the electron source toward the target anode;
A window frame attached to the can, wherein the window frame defines an X-ray opening which is an opening through which X-rays can pass;
A window attached to the window frame so as to cover the X-ray opening;
A first divided liquid passage formed in cooperation by the liquid manifold, the can, and the shield structure;
A second divided liquid passage formed in cooperation with the can and the window frame, wherein the second divided liquid passage is disposed around at least a portion of the X-ray opening;
A third divided liquid passage formed in cooperation with the can and the shield structure;
A fourth divided liquid passage formed in cooperation with the can, the shield structure, and the liquid manifold;
The first liquid coolant of the first portion does not flow through the third divided liquid path, but is partitioned by the first divided liquid path, the second divided liquid path, and the fourth divided liquid path. Circulates from the first inlet port to the first outlet port through a liquid path;
The first liquid coolant of the second portion is partitioned by the first divided liquid path, the third divided liquid path, and the fourth divided liquid path without flowing through the second divided liquid path. An X-ray tube capable of flowing from the first inlet port to the first outlet port through two liquid passages.
第2液体を保持するように構成される貯蔵器であって、前記貯蔵器は第2入口ポートと第2出口ポートを区画形成することと、
前記X線管は、前記貯蔵器内に設置され、前記第2液体によって包囲されるように構成されることと、
前記第1入口ポートに前記第2入口ポートを連結する第1ホースと、
前記第1出口ポートに前記第2出口ポートを連結する第2ホースと、
前記貯蔵器の外部に設置される冷却装置であって、前記冷却装置は第3入口ポートと第3出口ポートを区画形成し、前記冷却装置は、第1液体冷却剤を冷却すると共に、前記第3入口ポートから前記第3出口ポートに前記第1液体冷却剤を循環させるように構成されることと、
前記第3出口ポートを前記第2入口ポートに連結する第3ホースと、
前記第3入口ポートを前記第2出口ポートに連結する第4ホースと
を備える、X線管冷却システム。 An X-ray tube cooling system for cooling an X-ray tube according to claim 17, wherein the X-ray tube cooling system comprises:
A reservoir configured to hold a second liquid, the reservoir defining a second inlet port and a second outlet port;
The X-ray tube is installed in the reservoir and is configured to be surrounded by the second liquid;
A first hose connecting the second inlet port to the first inlet port;
A second hose connecting the second outlet port to the first outlet port;
A cooling device installed outside the reservoir, wherein the cooling device defines a third inlet port and a third outlet port, the cooling device cools the first liquid coolant, and Configured to circulate the first liquid coolant from three inlet ports to the third outlet port;
A third hose connecting the third outlet port to the second inlet port;
An X-ray tube cooling system comprising: a fourth hose connecting the third inlet port to the second outlet port.
前記第1液体冷却剤が前記第1入口ポートと前記第1出口ポートの間を流れる場合に、
約94%〜約97%の前記第1液体冷却剤は前記第1液路を通って流れ、
約3%〜約6%の前記第1液体冷却剤は前記第2液路を通って流れるようなサイズと構成にされる、請求項18記載のX線管冷却システム。 The first liquid path and the second liquid path are:
When the first liquid coolant flows between the first inlet port and the first outlet port;
About 94% to about 97% of the first liquid coolant flows through the first liquid path;
19. The x-ray tube cooling system of claim 18, wherein about 3% to about 6% of the first liquid coolant is sized and configured to flow through the second liquid path.
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