JP4698608B2 - Ｘ線管冷却環 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線管技術に関する。本発明は、陰極組立体の冷却に関連して具体的な用途を提供し、それを具体的に参照して記載される。しかしながら、本発明は、他の筒形の構成要素との間の熱の伝達にも用途を提供する。

典型的に、Ｘ線管は、Ｘ線管筐体内に支持された、金属、セラミック、又は、ガラスの真空外被又はフレームを含む。Ｘ線管筐体及びフレームは、それらの間に冷却オイル通路を定める。筐体を通じて外被に電気接続が設けられる。外被内で生成されるＸ線が検査下にある患者又は他の被検者に向けられ得るよう、外被及びＸ線管筐体の各々は、相互に整列されたＸ線透過性窓を含む。

Ｘ線を生成するために、外皮は、陰極組立体と、陽極組立体とを含む。陰極組立体は、加熱電流が通る陰極フィラメントを含む。この電流はフィラメントを加熱するので、無数の電子が放射される、即ち、熱電子放出が起こる。１００〜２００ｋＶのオーダの高い電位が、陰極組立体と陽極組立体との間に印加される。

この電位は、真空外被の内部内の真空領域を通じて陰極組立体から陽極組立体に電子を加速する。電子は、陽極組立体の標的上の小さな領域又は焦点上に集束される。電子ビームは、大量の熱を伴って、Ｘ線が生成される標的を十分なエネルギーで打つ。発生するＸ線の一部は、外被及びＸ線管筐体のＸ線透過性窓を通過して、検査下にある患者又は被検者に向かう。

偏向陰極構造が、電子、故に、焦点を陽極回転の円周方向と交差する方向に移動或いは揺らすために時折用いられる。電磁偏向コイルが、陰極フィラメントが外被又は挿入フレームと結合する筐体のネックを取り囲む。電流がコイルを通過するとき、電磁界が発生して電子ビームを偏向する。標的負荷を減少し、且つ、ＣＴ撮像解像度を向上するために、焦点の周期的な移動が用いられる。しかしながら、電子の一部は、後方散乱され、陰極筐体を打つ。陰極筐体が挿入フレームの主本体に接続される陰極ネック結合の領域は、特に局所的に加熱する傾向がある。陰極ネック結合の過熱は、結合不良を引き起こし、Ｘ線管の気密封止に損傷を与え得る。

Ｘ線の生成中に創成される熱負荷を分配するために、Ｘ線管の冷却構成要素を補助するよう、オイルのような冷却流体が、フレーム及び陰極筐体に亘って、Ｘ線管筐体を通じて循環される。後方散乱電子による極めて高い局所的な加熱も、冷却流体の品質を劣化させる傾向があり、それは最終的に管故障を招き得る。

陰極筐体ネック近傍の局所的な加熱を減少するために、追加的な冷却液体が、陰極ネック領域に直接的に加えられることが望ましい。しかしながら、フィラメント偏向コイルのような、陰極ネックを取り囲む構成要素の高い流れ抵抗の故に、冷却流体は、ネック領域に達するのに困難性を有する。

これを克服する１つの方法は、入口及び出口を備える環を、陰極ネック結合の周りに配置することである。冷却流体は、入口を通じて強制され、２つのサブ流れに分割される。サブ流れの各々は、ネック結合の１つの側の周りを１８０°通る。サブ流れは合流し、反対側にある出口で出る。その結果、流体は出口に向かって着実に加熱されるので、入口に最も近接する領域は、最も効率的な冷却を受ける。その上、流れ淀み地域が、２つのサブ流れが合流するネック近傍に生じ、その領域における不十分な冷却をもたらす。加えて、陰極筐体の底部は、その領域内の流れ不足の故に、不十分に冷却される。その結果、陰極ネック結合の不均一な冷却が起こる傾向がある。

本発明は、上記及び他の問題を克服する新規且つ改良された方法及び装置を提供する。

本発明の１つの特徴によれば、関連するＸ線管のための冷却装置が提供される。冷却装置は、関連する源から冷却流体の供給を受け取る流体入口を含む。中空のカバー部材が入口と流体連絡する。カバー部材は、関連するＸ線管の一部を受容する大きさとされた孔を定める壁を含む。カバー部材は、冷却流体が関連するＸ線管の一部の周りを循環する内部環状流れ経路を定める。カバー部材の孔は、冷却流体が関連するＸ線管の一部の周りの複数の場所でカバー部材から出る、少なくとも１つの流体出口を提供するよう構成される。

本発明の他の特徴によれば、上述された冷却装置を含むＸ線管組立体が提供される。

本発明の他の特徴によれば、Ｘ線管のネックの冷却方法が提供される。本方法は、ネックの周りに上述の冷却装置を取り付けるステップを含む。

本発明の少なくとも１つの実施態様の１つの利点は、陰極ネック結合部の過熱が軽減されることである。

本発明の少なくとも１つの実施態様の他の利点は、それがＸ線管の寿命を延ばすことである。

他の利点は、早発の環故障を減少する点に存する。

本発明の一層さらなる利点は、好適実施態様の以下の詳細な記載を読んで理解した後、当業者に明らかになるであろう。

本発明は、多様な構成要素及びこれらの構成要素の配置並びに多様なステップ及びこれらのステップの配置の形態を取り得る。図面は好適実施態様を例証する目的のためのみであり、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。

図１を参照すると、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナのような医療診断システムにおいて用いられている種類の回転陽極Ｘ線管組立体１は、Ｘ線放射ビームを提供する。組立体１は、ガラス、セラミック、及び／又は、金属から成るのが典型的な外被又は挿入フレーム１４によって定められる真空室１２内に回転可能に取り付けられた陽極１０を含む。陰極組立体１８が電子ビームＡを供給し集束する。陰極組立体は、熱電子フィラメントのような電子源２０を含む。電子が陽極に向けて加速されて陽極の標的領域２２を打つよう、フィラメント２０は陽極に対して付勢されている。標的領域２２を打つ電子の一部は、Ｘ線に変換され、それらは（図１中の視聴者に向かって切欠き区画内で）Ｘ線管から外被内の窓２４を通じて放射される。Ｘ線放射は、診療撮像、治療処置、及び、それらの類似物のために用いられる。挿入フレーム１４、陰極組立体１８、及び、陽極１０は、組立体１のＸ線管２６を一体的に構成する。

図２も参照すると、陰極組立体１８は、フィラメント２０を収容する陰極筐体又はカップ３０を含む。筐体３０は、挿入フレーム１４の端壁を形成する陰極プレート３２に取り付けられている。減少幅の環状領域又はネック３４を定めるために、陰極筐体３０は陰極プレートの近傍で狭い。ネックが陰極プレートに対して概ね直交して延びるよう、ネック３４の先端３６が、陰極プレート内の開口３９の周りで、ネック結合３８で陰極プレート３２に溶接或いは他の方法で取り付けられ且つ封止されている。

陰極筐体３０は、陰極フィラメント２０から放射される電子を陽極標的領域２２上の焦点に収束する働きをする。１つの実施態様において、陰極筐体３０は、接地に対して約−７５，０００ボルトの電位にあり、陽極１０は、接地に対して約＋７５，０００ボルトの電位にあり、よって、２つの構成要素間の電位差は約１５０，０００ボルトである。

引き続き図１を参照すると、Ｃ字形状の電磁偏向コイル４０が、ネック３４の領域において陰極筐体３０を部分的に取り囲んでいる。コイル４０に電流を選択的に加えることによって、電子ビームを偏向する電磁界が創成され、陽極標的領域２２上で焦点を周期的に移動させ、それによって、焦点温度を減少する。

オイルのような熱伝達性及び電気絶縁性の流体で充填されたＸ線管筐体５０が、外被１４を取り囲んでいる。冷却システム５２は、出口ライン５４を通じて筐体から加熱された冷却液体を受け取り、冷却された冷却液体を戻りライン５６を介して戻す。ライン５４，５６は、可撓ホース、金属管、又は、それらの類似物の形態にあり得る。冷却システム５２は、ポンプ５７と、熱交換器（図示せず）とを含む。筐体５０に戻されるとき、冷却された冷却液体は、窓２４を越えて流れ、且つ、陽極のための軸受組立体５８、陰極組立体１８、及び、Ｘ線管２６の他の熱放散構成要素の周りを流れる。

陽極１０を打つ電子の一部は、Ｘ線に変換されず、むしろ陰極筐体３０に向かって後方散乱される。後方散乱電子は、主としてネック３４の領域で陰極筐体３０を打ち、それは後方散乱電子によって加熱されるようになる。熱はネック３４から陰極筐体３０の下方端部６０にも流れ、それも加熱されるようになる傾向がある。

冷却環の形態の冷却装置７０が、陰極筐体３０のネック３４を取り囲んでいる。図１に示されるような１つの実施態様において、冷却環７０は、板３２及び偏向コイル４０の直近に配置される。冷却環７０は入口管７２を含み、筐体５０を冷却するために用いられるような冷却流体が、入口管を通じて冷却環に供給される。冷却流体入口管７２は、冷却された冷却液体を冷却環流体ライン７４を介して入口管７２に供給する冷却システム５２（又は別個の冷却システム）と流動的に接続されている。ポンプ５７は、Ｘ線管２６の動作中に、環７０が冷却液体の連続的な流れを受けることを保証する。選択的に、一部の冷却液体が、環を通過しないで筐体５０に直接的に流れるよう、Ｔ字コネクタ７８が、冷却液体の流れを、ライン５６，７４に沿ってそれぞれ２つの流れ経路に分割する。代替的に、ライン５４は省略され、冷却液体の全てが先ず冷却環７０に向けられ、そこからＸ線管の主冷却筐体５０に入るか、或いは、その逆である。

冷却環７０を金属、セラミック、耐熱プラスチック、又は、それらの類似物で形成し得るし、ベース板３２に取り外し可能に取り付け、溶接し、或いは、その他の方法で固定し得る。

図３を今や参照すると、冷却環７０は、組立中に、継目８４でネックの周りに一体に結合或いは突き合わされる第一側部８０及び第二側部８２を含む。組み立てられた冷却環７０は、陰極プレート３２への取付けのために構成された概ね平面的なベース板８６を含む。具体的に、ベース板８６は、概ね環状の中心領域８８を含み、第一取付ブラケット９０及び第二取付ブラケット９２は、そこから反対方向に延びている。中心領域８８は、その下面でベース板３２と接触するよう位置付けられている。取付ブラケット９０，９２は、それらの先端部に半円形の切欠き９４，９６をそれぞれ定める。取付ブラケット９０，９２は、適切に位置付けられたネジ付きボルト９８に取り付けられ、ネジ付きボルトは、陰極プレート３２に溶接され、且つ、ネジ付きナット１００によって所定位置に保持されている（図２）。

シーム８４は、溶接されたり、或いは、他の方法で２つの部分８０，８２の間に流体密封結合を形成する必要はない。何故ならば。シームを通じた少量の漏れは、冷却環７０の効力に有害な影響を及ぼさないからである。一般的に、コイル４０は、ボルト９８及びナット１００と協働して、シームを通じた漏れを最小限に低減するために、２つの部分８０，８２をシームで十分に接触して保持するのに十分である。

図４及び５に示されるように、中空のカバー部材１１０がベース板８６と接続され、冷却液体が循環するための環状内部空間１１１を定めるよう板から離れて延びる。カバー部材１１０は、少なくとも部分的に、内部流体流れ経路１１２（図４中で矢印によって示されている）を定め、冷却液体はそれに沿って流れる。ネック３４及び板３２の隣接する露出部分も、流れ経路１１２を部分的に定める。カバー部材１１０は、取付ブラケット９０の１つと整列した細長い入口部分１１４を含み、入口部分はその先端部で入口管７２と接続されている。入口部分１１４は、下方の板３２の露出部分と協働して、流体流れ経路１１２の第一部分１１５を定める。

図５に最良に示されるように、入口部分１１４は、その上方端部で頂部部材又は壁１１８によって覆われた隆起垂直側壁１１６を有する。「上方」及び「下方」という用語は、図１に例証されるようなＸ線管２６の向きに関して用いられている。使用時、Ｘ線管は異なる向きを有し得ることが理解されよう。

入口部分１１４は、カバー部材１１０の環状中心部分１２０と接続されている。中心部分１２０は、偏向磁石４０のための支持面を創成するために段付きにされている。具体的には、上方及び下方の概ね環状の同心隆起部分又は段部１２２，１２４が定められ、下方段部１２４は、磁石を支持するためのより大きな内径を有し、上方段部１２２は、磁石の内径と適合する他の直径を有している。上方段部１２２は、好ましくは２つの段部と同心であり且つネック３４と適合する大きさとされた中心孔１２６を有する。上方環状段部１２２は、入口部分１１４の側壁１１６から孔１２６の周りに延びるが、下方段部１２４の故に、側壁１１６と比較すると、減少された高さの垂直側壁１２８を有している。入口部分１１４の頂部部材１１８は、上方段部１２２の側壁１２８を横断して延び、内部に中心孔１２６を定める環状部分１３０を含む。

下方段部１２４は、垂直側壁１３２と、側壁１３２と上方段部１２２の側壁１２８との間に延びる、概ね環状の棚１３４（図８）とを含む。例証されている実施態様において、頂部部材１１８、棚１３４、及び、ベース板８６は、全て互いに並びに板３２と平行であり、側壁１１６，１２８，１３２に対して直交しているが、内向き或いは外向きに湾曲或いは傾斜した側壁１１６，１２８，１３２を用い得ること、及び／又は、棚１３４及び頂部部材１１８を平面的であるよりもむしろ湾曲又は傾斜させ得ることも意図される。加えて、２つの段部１２２，１２４が示されているが、これらを単一の段部に組み合わせ得ること、或いは、２つ以上の段部を設け得ることが意図される。

図３を再び参照すると、装置１２６は、ネックを内部にぴったりと収容するために、ネック３４の内径に近接する或いはネックの内径よりも僅かに大きい内径Ｄを有する。角度的に離間したノッチ１４０が、孔１２６の外周１４２の周りに形成され、冷却液体のための流れ出口として働く。ノッチ１４０は、孔１２６から放射状に外向きに延びる半円形の打抜きとして示されているが、他の形状のノッチも意図される。図４に示されるように、冷却液体は、上方段部１２２内でネック３４の周りに流れ、ノッチ１４０を通じて冷却環から出る。

ノッチ１４０は、孔１２６よりも一層小さな直径を有する。例えば、ノッチは、陰極ネック３４のサイズに依存して、約０．０５〜０．２ｃｍ、例えば、約０．１ｃｍの直径又は幅、及び、約２〜３ｃｍの直径Ｄの孔を有する。陰極ネックは、直径Ｄよりも０．０１〜０．３ｃｍ小さい直径を有し得る。よって、ノッチ１４０の直径の装置１２６の直径に対する比率は、約１：６０〜約１：１０であり得る。孔１２６の外周の周りに間隔を空けて配された配置された約８〜約３０個、好ましくは、約１５〜２０個のノッチ１４０があり得る。好ましくは、ノッチ１４０の少なくとも一部が、４つの四分円の選択された角度位置と無関係に、孔１２６の４つの別個の四分円のそれぞれの内に位置し得る。

流体流れ通路１１２に進入する冷却流体の大部分、及び、好ましくは実質的に全てが、孔１２６及びその関連するノッチ１４０を通じて冷却装置７０を出る。冷却液体はノッチ１４０から噴流として出て、ネック３４の領域内での冷却流体の混合を補助し、よって、ネックから取り出す熱伝達を向上する。冷却流体の少量はベース板２１の周りから或いはシーム８４を通じて漏れ得るが、これは流れ通路１１２内を流れる流体全体の約２０％を占めることが好ましく、一般的には約１０％未満である。

図４、６、及び、７に示されるように、概ね垂直壁の形態のバッフル１４４が、入口部分１１４の内部に亘って取り付けられている。例証されている実施態様ではネック３４の円周と正接するバッフル１４４は、図４中の矢印によって示されるように、ネックの周囲の冷却流体の概ね一方向の円周流れを保証する。この円形経路に従うのは（プレートと平行な）水平面内にある流れの成分であること、及び、流れの垂直成分は、ノッチ１４０に向かって上向きの方向に液体を移動させることが理解されよう。例証されている水平流れ成分は反時計回りであるが、代替的な実施態様において、例証されている向きに対して１８０°に配向されるバッフルを用いることで時計回りの流れが創成されることが理解されよう。バッフル１４４の正接向きは流れ抵抗を減少するが、他の向きも予期される。

バッフル１４４は、上方段部１２２及び下方段部１２４の双方に延び、その下方端部で且つプレートに対して直交してプレート３２に接触し或いは近接近する。バッフルは、その上方端部で頂部部材１１８に取り付けられ、その入口端部で側壁１１６に結合され、その出口端部でネックから接近して離間し或いはネックに接触する。これは、実質的に全ての冷却液体が同一の概ね循環方向に流れることを保証する。少量の冷却液体がバッフル１４４とプレート３２又はネック３４との間から漏れ出し得るが、これは冷却特性及び循環流れに著しく影響を及ぼさない。

図４に示されるように、バッフル１４４は、第一及び第二の反対の側面１４６，１４８を定める。第一垂直面１４６は、部分的に、流体流れ経路１１２の環状部分１５２の入口端部１５０を定め、第二面１４８は、流体流れ経路の環状部分１５２の終端部１５４を定める。よって、冷却液体は、実質的に完全な円（即ち、完全な円の少なくとも約８０％、より好ましくは、完全な円の少なくとも９５％）で、ネック３４及び隣接するネック結合部３８の周りを流れ、流体流れ経路の環状部分１５２の開始及び終了に、バッフル１４４の側面１４６，１４８に接触する。

しかしながら、必ずしも全ての冷却流体が、流体流れ経路の環状部分１５２を完了しない。冷却液体が陰極筐体ネック３４の周りを流れると、冷却液体の一部は、環及びネックの間で、環７０の頂部１１８から出始める。冷却流体の顕著な部分がノッチ１４０を通じて出るが、一部の流体は、ネック３４と環孔１２６との間に存在する環状間隙１５６を通じても漏れ得る。図４中に矢印によって示されるように、冷却液体は、ネック３４の完全な円周の複数の角度的に離間した位置で環から出る。環がネックと滑り嵌めする場合、場所は、ノッチ１４０によって定められる本質的に離散的な領域である。環７０とネックとの間に間隙１５６がある場合、場所は本質的に連続的であるが、ノッチ１４０で幾分より高速の流れを伴う。環から漏れる液体は、図１に示されるように、陰極筐体３０の下方部分６０に衝突し、よって、ネック及び過熱されるようになる傾向のある陰極筐体の部分の双方を冷却する。

流れ経路部分１５２内の冷却流体の環状の概ね一方向的な流れは、２つの流体流れ通路がネックの各側に１つずつ用いられるときに典型的に起こる淀み地域が、流れ内にないことを保証する。その結果、ネックの局所化された過熱が低減される。

冷却流体がノッチ１４０から流出するるとき、環内の残余の冷却流体内に圧力降下がある、即ち、冷却液体圧力は、流れ経路部分１５２の入口端部１５０から終端部１５４に減少する傾向にあり、それは流れ経路１１２の終点を定める。ネックの全円周の周りで環７０とネック３４との間に比較的均一な出口流れを維持するために、ノッチ間の角度間隔ｓが漸進的に減少するか、或いは、ノッチサイズが流れ経路１１２の終端部１５４に向かって増大する。間隔ｓは、流れ方向に沿った圧力損失を補償するために選択される。よって、例えば、図３中に見られるように、ノッチ１４０は、入口端部１５０付近で約３０°の間隔で離間しているが、終端部１５４に向かっては、ノッチは、それらが本質的に連続的になるまで、徐々に共により接近するようになっている。

陰極ネック３４の１つの側で冷却液体の全てを放出するよりも、冷却流体は、ネック３４の全周囲の周りで、冷却環７０の頂部１１８から漸進的に解放される。これは、流体が入口に沿う単一の側方出口から全体的に（或いは主として全体的に）解放されるとき起こる傾向がある流れ淀み地域を排除する。

例証されている実施態様では、概ね均一な出口流れが、ノッチの頻度を増大することによって達成されるが、代替的に或いは追加的に、ノッチは終端１５４に向かってサイズが増大し得る。

予期されるネック又は環温度、冷却流体流れ速度、又は、予想される流れ条件の下での冷却流体圧力に関する理論上の計算（例えば、コンピュータシミュレーション）を行うことによって、或いは、Ｘ線管２６の動作中に実際の測定を行うことによって、均一な流れ速度を維持し、及び／又は、円周の周りでのネック温度の変動を削減するよう、ノッチ１４０の最適間隔ｓ及び／又はサイズを選択し得る。

図４に示されるように、冷却液体は、上方段部１２２及び下方段部１２４の双方の周りを流れる。図８に示されるように、環は、下方段部１２４と同一の内径を有する下方開放端部１６０を定める。よって、下方段部１２４内を流れる冷却流体は、ネック３４の下方部分及びネック結合部３８の領域内のプレート３２の双方と接触する。冷却液体が上方段部１２４から出ると、下方段部１２４内の冷却流体の一部は上向きに上方段部に移動し、よって、ネック結合部３８から熱を運び去る。段部１２２，１２４は、偏向コイル４０が下方段部１２４の棚１３４の上に着座するのを許容するサイズとされている。

２つの段部に関して記載されているが、棚１３４が頂部部材１１８と連続的であり得ること、例えば、環と陰極筐体の下方部分６０との間の距離が、コイル４０がそれらの間に着座されるのを許容するのに十分である場合も予期される。代替的に、コイルをＸ線管筐体内の他の場所に配置し得るし、或いは、代替的に、焦点調節が必要とされないならば排除し得る。

他の実施態様（図示せず）では、ベースプレート８６は、段部１２２，１２４の一方又は双方の下方に延在し、開口１６０のサイズをネックの直径に近いものに減少する。

図９を今や参照すると、冷却環７０’の他の実施態様が示されており、そこでは、類似の素子はプライム接尾辞（’）と共に番号が付され、新しい素子には新しい番号が与えられている。冷却環７０’は、他に注記される点を除き、冷却環７０と類似している。冷却環７０と同様に、冷却流体は、入口管７２’を介して冷却環に進入し、陰極筐体のネック３４の周りの環状流れ経路１５２’内のバッフル１４４’によって方向付けられる。しかしながら、本実施態様では、孔１２６’は、その周辺１４２’の周りでネック３４から均一に離間されていないが、流れ経路１５２’の入口端部１５０’から出口端部１５４’へ幅が増大する間隙１５４’を有する。よって、孔１２６’は、円形というよりも、むしろ螺旋形状を有する。間隙１５６’の幅は、流れ経路部分に沿った冷却流体内の圧力降下を少なくとも部分的に補償するよう選択される。このようにして、ネック周囲の温度の変化は最小限化され、及び／又は、ネック周囲の出口流れ速度が比較的均一である。

図９の実施態様には、離散的なノッチはなく、よって、冷却流体はネック３４の円周の周りから概ね均一に出る。しかしながら、代替的な実施態様（図示せず）において、ノッチ１４０と類似するノッチが、孔１２６’の周りに設けられる。

図１０を今や参照すると、冷却環７０”の他の実施態様がプライム接尾辞で示されており、そこでは、類似素子はプライム接尾辞（”）と共に番号が付され、新しい素子は新しい番号が与えられている。冷却環７０”は、他に注記される点を除き、冷却環７０と類似している。この実施態様において、環７０”は、冷却液体流れを筐体５０に供給するための手段を提供する。具体的には、出口管１７０が冷却環の細長い入口部分１１４”から延び、冷却液体の一部が出口管を通じて環７０”から出る。よって、入口管７２”を通じて進入する冷却液体は、入口部分１１４”に沿って流れ経路１１２の環状部分１５２”に進む第一サブ流れ１７４と、流れ経路１１２”の環状部分１５２”に達する前に、出口１７０を通じて冷却環から排出される第二サブ流れ１７６との２つのサブ流れに分割される。冷却液体の第二サブ流れ１７６は筐体５０に直接的に流れ、これらの構成要素を冷却するために、窓２４及び陽極軸受５８のようなＸ線管２６の他の部分を流れ過ぎる。流体流れの第一サブ流れ１７４は、それが環７０”の頂部１１８”を通じて出るとき、第二サブ流れ１７６と合流する。

出口管１７０は、環７０”並びに筐体５０への冷却液体の十分な供給を維持するよう選択される内径を有する。例えば、入口管７２”の内径は、出口管１７０の内径よりも大きい。１つの実施態様において、出口管の内径に対する入口管の内径の比は、約２：１〜約２：１．５である。例えば、入口管の直径は約１．０ｃｍであり、出口管の直径は約０．６４ｃｍであり得る。１つの実施態様において、出口管１７０を通じて出るサブ流れ１７６の流体流れ速度に対する入口部分１１４を通じて向けられるサブ流れ１７４の流体流れ速度の比は、約１：３〜約１：１．５の範囲内である。例えば、サブ流れ１７４内の流体流れは、約１．４グラム／分であり得るのに対し、サブ流れ１７６内の流体流れは約２．６グラム／分であり得る。

この実施態様は、新鮮な冷却流体がＸ線管２６の窓２４を越えて流れることで、それが環を通じて並びに陰極筐体のネックの周りを全て流れる冷却流体で冷却されるであろう場合に比べ、より高いレベルの冷却をもたらすという利点を有する。

他の代替的な実施態様において、環７０と類似する冷却環を出口１７０と類似する出口を用いて形成し得ることが理解されよう。

さらに他の実施態様（図示せず）では、冷却液体がカバー部材を出るときに、圧力減少が起こる傾向は、流れ経路１１２の入口端部１５０から終端１５４へのカバー部材の環状部分の幅の漸進的な減少によって、少なくとも部分的に平衡される。これは、冷却液体が環を出るときに、圧力降下を最小限化するのに役立つ。この実施態様では、ノッチを除去し得る。頂部部材内の孔は、孔１２６に関しては円形であり得るし、孔１２６'に関しては螺旋形状であり得る。

本発明の範囲を限定することを意図することなく、以下の実施例は、陰極筐体のネックの均一な冷却を維持する点で冷却管の有効性を実証している。

（実施例）
図１に示される種類のＸ線管の動作中に図１０に示される設計の冷却管の速度分布プロファイルを生成するために、コンピュータシミュレーションを行った。入口管は、１．０ｃｍの内径を有し、出口管は０．６３ｃｍの内径を有する。入口流れ速度は３．１２ｍ／ｓ（４．０グラム／分）であり、出口管の流れ速度は２．６１グラム／分であった。孔の周囲に１７個のノッチがあった。ノッチの各々は、０．１ｃｍの半径を有した。入口流れ温度は４０℃に設定され、それは出口サブ流れの温度と同一であった。

入口の正反対にある単一出口管を備える冷却環を備える場合と比べ、流れ分布の改良及び淀みの減少が、本冷却システムと共に見い出された。

好適実施態様を参照して本発明を記載した。前記の詳細な記載を読んで理解した後、修正及び偏向が他の者に起こるであろう。本発明が添付の特許請求の範囲又はそれらの均等物の範囲内にある限り、本発明はそのような修正及び変形の全てを含むものと解釈されるべきことが意図されている。

本発明の１つの実施態様に従ったＸ線管及び冷却システムを一部切り欠いて示す概略図である。 図１のＸ線管及び冷却環を示す斜視図である。 図２の冷却環の第一実施態様を示す拡大上面図である。 図３の冷却環の底面図である。 図３の冷却環を頂部から示す斜視図である。 図３の冷却環を底部から示す斜視図である。 図３のＸ線管頂部片及び冷却環を概略的に示す上面図である。 陰極筐体ネックを取り囲むＸ線管の頂部に取り付けられた冷却管の図３をＹ−Ｙ線を通じて示す拡大側断面図である 本発明の第二実施態様に従った図１のＸ線管のための冷却環を示す平面図である。 本発明の第三実施態様に従ったＸ線管のための冷却環を頂部から示す斜視図である。

Claims (22)

1. 関連するＸ線管のための冷却装置であって、
   関連する源から冷却流体の供給を受ける流体入口と、
   該流体入口と流体連絡する中空のカバー部材とを含み、
   該カバー部材は、
   前記関連するＸ線管の一部を受容する大きさの孔を定める壁を含み、
   前記冷却流体が前記関連するＸ線管の前記一部の周囲で循環する内部環状流れ経路を少なくとも部分的に定め、
   前記冷却流体が前記関連するＸ線管の前記一部の周囲の複数の場所で前記カバー部材から出る、少なくとも１つの流体出口を提供する、
   冷却装置。
2. 前記冷却流体が概ね一方向的な流れを維持するよう、前記流れ経路は、前記流体入口と連絡する第一端部と、該第一端部に隣接して位置する第二端部とを含む、請求項１に記載の冷却装置。
3. バッフルが、前記流れ経路の前記第一端部を前記流れ経路の前記第二端部から離間する、請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記バッフルは、前記関連するＸ線管の前記一部の周縁に対して正接して概ね傾斜している、請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記壁は、前記孔から放射状に外向きに延びる複数の角度的に離間したノッチを定め、前記冷却流体は前記ノッチを通じて前記カバー部材から出る、請求項１に記載の冷却装置。
6. 前記ノッチは、前記流体流れ経路に沿って減少する角度的な間隔を有する、請求項５に記載の冷却装置。
7. 前記ノッチは、前記入口に最も接近する前記流体流れ経路の端部よりも、前記入口から最も遠い前記流体流れ経路の端部でより接近して離間している、請求項５に記載の冷却装置。
8. 少なくとも８個のノッチがある、請求項５に記載の冷却装置。
9. 前記孔は、前記Ｘ線管の前記一部と前記カバー部材の前記壁との間に間隙をもたらすような形状とされている、請求項１に記載の冷却装置。
10. 前記間隙は、前記入口管に隣接する流れ経路の第一端部と、前記流れ経路の第二端部との間で幅が増大する、請求項９に記載の冷却装置。
11. 前記Ｘ線管の他の部分と接触するよう前記冷却流体の一部を向けるために、前記流体入口と前記内部環状流れ経路との間に位置付けられた第一出口をさらに含む、請求項１に記載の冷却装置。
12. 当該冷却装置を前記関連するＸ線管の表面に取り付けるために、少なくとも１つの取付ブラケットをさらに含む、請求項１に記載の冷却装置。
13. 前記カバー部材は、前記関連するＸ線管の電磁コイルを支持するよう成形された前記壁から離間した段部を定める、請求項１に記載の冷却装置。
14. 前記冷却流体が前記一部に隣接する前記Ｘ線管の関連する表面と接触するために、前記カバー部材は、前記孔と反対の端部に開口を定める、請求項１に記載の冷却装置。
15. Ｘ線管と、請求項１に従った冷却装置とを含む、Ｘ線管組立体。
16. 前記一部は、前記Ｘ線管の陰極筐体のネックを含み、
    前記冷却装置は、前記陰極筐体ネックに結合されるプレートに取り付けられ、該プレートは、前記Ｘ線管の真空室を定める外被の壁を形成し、
    陽極が、回転の軸についての回転のために、前記真空室内に取り付けられる、
    請求項１５に記載のＸ線管組立体。
17. 電子の源を支持し、且つ、ネックを定める陰極筐体と、
    真空室を定め、且つ、前記陰極筐体の前記ネックと接続されたフレームと、
    前記電子によって衝突されてＸ線を発生する、前記真空室内に位置する陽極と、
    前記陰極筐体の前記ネックを取り囲む請求項１に従った冷却装置とを含み、
    前記孔は、前記陰極筐体の前記ネックを受容する大きさとされ、
    前記カバー部材内に定められた前記内部環状流れ経路は、前記陰極筐体の前記ネックの周りで冷却流体を循環し、
    前記カバー部材の前記孔は、前記陰極筐体の前記ネックの周りの複数の場所に、前記冷却流体が前記カバー部材から出る少なくとも１つの流体出口を定める、
    Ｘ線管組立体。
18. 前記流体流れ経路に進入する前記冷却流体の実質的に全てが、前記孔を通じて前記冷却装置から出る、請求項１７に記載の組立体。
19. 前記冷却装置は、前記孔と反対の端部で前記カバー部材と接続されたベースプレートを含み、該ベースプレートは、前記フレームに取り付けられている、請求項１７に記載の組立体。
20. Ｘ線管組立体のネックを冷却する方法であって、
    請求項１に従った冷却装置を前記ネックの周りに取り付けるステップと、
    冷却流体を前記冷却装置に供給するステップと、
    前記ネックの周りの複数の場所で前記冷却流体を前記冷却装置から流すステップとを含み、
    前記冷却流体は、前記冷却装置によって少なくとも部分的に定められる環状流体流れ経路内で前記ネックの周りを流れる、
    方法。
21. 前記流れ通路内の前記流体流れが一方向的であるよう、前記冷却流体の前記流れを方向付けるステップをさらに含む、
    請求項２０に記載の方法。
22. 前記冷却装置からの前記冷却流体の前記流れの量は、前記環状流体流れ経路の入口端部と、前記環状流れ経路の終端部とで実質的に同一である、請求項２０に記載の方法。

Images