JP2014192001A - X線管装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】X線管装置は、X線管1と、ハウジング2と、第1冷却液(3)と、第1循環流路(6)と、第1循環ポンプ(7)と、第2循環流路(10)と、第2冷却液(13)と、第2循環ポンプ(20)と、第1熱交換器(70)と、第2熱交換器(40)と、容器(80)と、ベローズ機構(85)と、減圧ポンプ60と、を備えている。減圧ポンプ60は、容器の排気口84に気密に取付けられ、脱気空間82のガスを排気し、脱気空間82を減圧させる。
【選択図】図1
Description
(1)X線管装置の冷却性能の向上を実現することが困難となる問題がある。
安全上の問題として、X線管装置の外表面温度が80℃以上とならない設計が求められる。一次冷却液の温度が80℃を超えるとこの安全基準を満たすことが困難となるため、一次冷却液の温度は80℃以上にならないように制限されている。一次冷却液を冷却する二次冷却液の温度も80℃以上になることはない。このため、上記のように、X線管装置の冷却性能の向上を実現することが困難となる。この場合、X線管に熱負荷をより長時間かけて使用したり、X線管により高い熱負荷をかけて使用したりすることができなくなる。
二次冷却液として水系冷却液が使用されるが、二次冷却液の循環路は、開放系であるため二次冷却液中に酸素が存在する。グリコールは二次冷却液中に酸素が存在すると、酸化されて最終的にはギ酸やグリコール酸が生成される。このため、二次冷却液としてグリコール水溶液を使用した場合、使用期間中に次第に酸性になり、二次冷却液に浸る金属の腐食を増大させる。その結果、腐食による真空破壊を引き起こしたり、腐食生成物がスケールとして熱伝達面に堆積することにより熱伝達率が低下してX線管内部温度が上昇して故障を引き起こしたりする場合がある。このため、上記のように、信頼性の高いX線管装置を得ることが困難となる。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、X線管の冷却特性を向上させることができる、信頼性の高いX線管装置を提供することにある。
電子を放出する陰極と、前記陰極から放出される電子が衝突されることによりX線を放出する陽極ターゲットと、前記陰極及び陽極ターゲットが収納配置された真空外囲器と、を有したX線管と、
前記X線管を収容したハウジングと、
前記X線管と前記ハウジングとの間の空間に充填され、前記X線管が発生する熱の少なくとも一部が伝達される第1冷却液と、
前記ハウジングに連通され、前記第1冷却液を収容する第1循環流路と、
前記第1循環流路に取付けられ、前記第1冷却液を循環させる第1循環ポンプと、
第2循環流路と、
前記第2循環流路に収容される水系の第2冷却液と、
前記第2循環流路に取付けられ、前記第2冷却液を循環させる第2循環ポンプと、
前記第1循環流路及び第2循環流路を有し、前記第1冷却液の熱を前記第2冷却液に伝達させる第1熱交換器と、
前記第2循環流路に取付けられ、前記第2冷却液の熱を外部に放出する第2熱交換器と、
前記第2冷却液で満たされる冷却液充満空間と、前記第2冷却液と接触分離されることにより区域される脱気空間と、前記第2循環流路に気密に取付けられ前記第2冷却液を前記冷却液充満空間に導入する導入口と、前記第2循環流路に気密に取付けられ前記冷却液充満空間から前記第2冷却液を排出する排出口と、前記脱気空間に開口したガスの排気口と、を有し、前記導入口、排出口及び排気口を閉じた状態で気密性を保持可能である容器と、
前記第2循環流路又は容器に気密に連通され、前記第2冷却液の温度変化による体積変化を吸収する伸縮自在のベローズを有したベローズ機構と、
前記容器の排気口に気密に取付けられ、前記脱気空間のガスを排気し、前記脱気空間を減圧させる減圧ポンプと、を備えている。
電子を放出する陰極と、前記陰極から放出される電子が衝突されることによりX線を放出する陽極ターゲットと、前記陰極及び陽極ターゲットが収納配置された真空外囲器と、を有したX線管と、
前記X線管を収容したハウジングと、
前記X線管と前記ハウジングとの間の空間に充填され、前記X線管が発生する熱の少なくとも一部が伝達される第1冷却液と、
前記ハウジングに連通され、前記第1冷却液を収容する第1循環流路と、
前記第1循環流路に取付けられ、前記第1冷却液を循環させる第1循環ポンプと、
前記第1循環流路と、前記第1循環流路を流れる前記第1冷却液の熱が伝えられる第1熱伝達面と、を有する第1熱伝達ユニットと、
第2循環路と、
前記第2循環路に収容される水系の第2冷却液と、
前記第2循環流路に取付けられ、前記第2冷却液を循環させる第2循環ポンプと、
前記第2循環流路と、前記第1熱伝達面に着脱自在に取り付けられる第2熱伝達面と、を有し、前記第1熱伝達ユニットとともに第1熱交換器を形成する第2熱伝達ユニットであって、前記第1熱伝達面から前記第2熱伝達面に伝達される熱を前記第2循環流路を流れる前記第2冷却液に伝える、前記第2熱伝達ユニットと、
前記第2循環流路に取付けられ、前記第2冷却液の熱を外部に放出する第2熱交換器と、
前記第2循環流路に連通し前記第2冷却液で満たされる冷却液充満空間と、ガス充満空間と、前記冷却液充満空間と前記ガス充満空間とに隔て、前記第2冷却液の温度変化による体積変化を吸収する伸縮自在のベローズと、を有したベローズ機構と、
前記ベローズ機構のガス充満空間に気密に連通され、前記ガス充満空間のガスを排気し、前記ガス充満空間を減圧させる減圧ポンプと、を備えている。
図1に示すように、X線管装置は、例えばX線画像診断装置や非破壊検査装置に組み込まれ、対象物すなわち非検査対象物に対して照射すべきX線を放射するものである。X線管装置は、ハウジング2と、ハウジング2に収容され、所定強度のX線を所定方向に向けて放射可能なX線管1と、ハウジング2とX線管1の間の空間に充填された第1冷却液としての冷却液3と、冷却液3を循環させる循環流路6と、を備えている。ここでは、冷却液3に絶縁油を使用している。
図2乃至図4に示すように、X線管1は固定陽極型のX線管である。X線管1は、真空外囲器131を備えている。真空外囲器131は、真空容器132と、絶縁部材150とを備えている。この実施形態において、絶縁部材150は、高電圧絶縁部材として機能している。絶縁部材150には陰極136が取り付けられ、絶縁部材150は、真空外囲器131の一部を形成している。
上記のように、実施例1のX線管1が形成されている。
図5に示すように、X線管1は、回転陽極型のX線管である。図5には、X線管1の他、磁界を発生させるコイルとしてのステータコイル202を備えている。図示しないが、ハウジング(2)は、X線管1及びステータコイル202を収容している。
真空外囲器290は、固定シャフト210、管部230、陽極ターゲット250、回転体260、液体金属270及び陰極280を収容している。真空外囲器290は、X線透過窓290a及び開口部290bを有している。X線透過窓290aは、回転軸aに対して直交した方向にターゲット層252と対向している。固定シャフト210の他端部は、開口部290bを通って真空外囲器290の外部に露出されている。開口部290bは、固定シャフト210を密接に固定している。
陰極280は、真空外囲器290の内壁に取付けられている。真空外囲器290は密閉されている。真空外囲器290の内部は真空状態に維持されている。
ステータコイル202は回転体260(特に筒部264)に与える磁界を発生するため、回転体は回転する。これにより、陽極ターゲット250も回転する。また、陰極280に負の電圧(高電圧)が印加され、陽極ターゲット250は接地電位に設定される。
上記のように、実施例2のX線管1が形成されている。
上記のようにX線管装置が形成されている。
冷却液3はX線管1等を冷却することができる。冷却液13は冷却液3を冷却することができるため、X線管1等の冷却特性を向上させることができる。
・冷却液3の温度が上昇しても、優れた熱流速を得ることができる。すなわち、冷却液13の温度が70℃程度であっても、減圧状態における沸騰冷却を利用することにより、優れた熱流速を得ることができる。すなわち、冷却液3の熱が伝達される熱交換器70(導管10fの壁面)において、冷却液13がサブクール沸騰状態となるようにすることができる。X線管装置の外表面温度を上がり難くすることができるため、X線管1に熱負荷をより長時間かけて使用したり、X線管1により高い熱負荷をかけて使用したりしても、X線管装置の外表面温度が80℃以上とならない設計に貢献することができる。上記のことから、X線管装置の冷却性能の向上を実現することができる。
上記のことから、X線管1の冷却特性を向上させることができる、信頼性の高いX線管装置を得ることができる。
圧力センサ50は、ケース31の開口36に気密に取付けられている。圧力センサ50は、ケース31のガス充満空間34の圧力を検知する。
上記のようにX線管装置が形成されている。
冷却液3はX線管1等を冷却することができる。冷却液13は冷却液3を冷却することができるため、X線管1等の冷却特性を向上させることができる。
減圧ポンプ60は、ガス充満空間34のガスの圧力を負圧に調整することができる。
このため、この実施形態に係るX線管装置は、上述した第1の実施形態に係るX線管装置と同様の効果を得ることができる。
上記のことから、X線管1の冷却特性を向上させることができる、信頼性の高いX線管装置を得ることができる。
図11に示すように、X線管装置は、X線管1と、ハウジング2と、冷却液3と、循環流路6と、循環ポンプ7と、循環流路10と、冷却液13と、循環ポンプ20と、熱交換器70と、熱交換器40と、タンク80と、を備えている。冷却装置5とハウジング2とは分離可能である。
上記のことから、比較例では、X線管1の冷却特性を向上させることができる、信頼性の高いX線管装置を得ることはできないものである。
本発明の実施形態は、上述したX線管装置に限定されるものではなく、各種のX線管装置に適用可能である。
Claims (6)
- 電子を放出する陰極と、前記陰極から放出される電子が衝突されることによりX線を放出する陽極ターゲットと、前記陰極及び陽極ターゲットが収納配置された真空外囲器と、を有したX線管と、
前記X線管を収容したハウジングと、
前記X線管と前記ハウジングとの間の空間に充填され、前記X線管が発生する熱の少なくとも一部が伝達される第1冷却液と、
前記ハウジングに連通され、前記第1冷却液を収容する第1循環流路と、
前記第1循環流路に取付けられ、前記第1冷却液を循環させる第1循環ポンプと、
第2循環流路と、
前記第2循環流路に収容される水系の第2冷却液と、
前記第2循環流路に取付けられ、前記第2冷却液を循環させる第2循環ポンプと、
前記第1循環流路及び第2循環流路を有し、前記第1冷却液の熱を前記第2冷却液に伝達させる第1熱交換器と、
前記第2循環流路に取付けられ、前記第2冷却液の熱を外部に放出する第2熱交換器と、
前記第2冷却液で満たされる冷却液充満空間と、前記第2冷却液と接触分離されることにより区域される脱気空間と、前記第2循環流路に気密に取付けられ前記第2冷却液を前記冷却液充満空間に導入する導入口と、前記第2循環流路に気密に取付けられ前記冷却液充満空間から前記第2冷却液を排出する排出口と、前記脱気空間に開口したガスの排気口と、を有し、前記導入口、排出口及び排気口を閉じた状態で気密性を保持可能である容器と、
前記第2循環流路又は容器に気密に連通され、前記第2冷却液の温度変化による体積変化を吸収する伸縮自在のベローズを有したベローズ機構と、
前記容器の排気口に気密に取付けられ、前記脱気空間のガスを排気し、前記脱気空間を減圧させる減圧ポンプと、を備えていることを特徴とするX線管装置。 - 前記容器の脱気空間の圧力を検知する圧力センサと、
前記圧力センサが所定の値を示すように前記減圧ポンプの動作を制御する制御ユニットと、をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載のX線管装置。 - 電子を放出する陰極と、前記陰極から放出される電子が衝突されることによりX線を放出する陽極ターゲットと、前記陰極及び陽極ターゲットが収納配置された真空外囲器と、を有したX線管と、
前記X線管を収容したハウジングと、
前記X線管と前記ハウジングとの間の空間に充填され、前記X線管が発生する熱の少なくとも一部が伝達される第1冷却液と、
前記ハウジングに連通され、前記第1冷却液を収容する第1循環流路と、
前記第1循環流路に取付けられ、前記第1冷却液を循環させる第1循環ポンプと、
第2循環路と、
前記第2循環路に収容される水系の第2冷却液と、
前記第2循環流路に取付けられ、前記第2冷却液を循環させる第2循環ポンプと、
前記第1循環流路及び第2循環流路を有し、前記第1冷却液の熱を前記第2冷却液に伝達させる第1熱交換器と、
前記第2循環流路に取付けられ、前記第2冷却液の熱を外部に放出する第2熱交換器と、
前記第2循環流路に連通し前記第2冷却液で満たされる冷却液充満空間と、ガス充満空間と、前記冷却液充満空間と前記ガス充満空間とに隔て、前記第2冷却液の温度変化による体積変化を吸収する伸縮自在のベローズと、を有したベローズ機構と、
前記ベローズ機構のガス充満空間に気密に連通され、前記ガス充満空間のガスを排気し、前記ガス充満空間を減圧させる減圧ポンプと、を備えていることを特徴とするX線管装置。 - 前記第1熱交換器は、
前記第1循環流路と、前記第1循環流路を流れる前記第1冷却液の熱が伝えられる第1熱伝達面と、を有する第1熱伝達ユニットと、
前記第2循環流路と、前記第1熱伝達面に着脱自在に取り付けられる第2熱伝達面と、を有し、前記第1熱伝達面から前記第2熱伝達面に伝達される熱を前記第2循環流路を流れる前記第2冷却液に伝える、前記第2熱伝達ユニットと、
を備えていることを特徴とする請求項3に記載のX線管装置。 - 前記ガス充満空間の圧力を検知する圧力センサと、
前記圧力センサが所定の値を示すように前記減圧ポンプの動作を制御する制御ユニットと、をさらに備えていることを特徴とする請求項3又は4に記載のX線管装置。 - 前記第1冷却液の温度を検知する温度センサをさらに備え、
前記制御ユニットは、前記温度センサで検知した前記第1冷却液の温度に基づいて前記圧力センサが所定の値を示すように前記減圧ポンプの動作を制御することを特徴とする請求項2又は5に記載のX線管装置。
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