(57)【要約】【課題】特別効率的で丈夫な冷却装置を備えた極力簡単に製造可能なＸ線装置を提供する。【解決手段】陽極（３）を冷却するために冷却液を流通させる冷却装置（９、１０）を備え、冷却液が水であり、陽極（３）の少なくとも被冷却領域に作用する１．１バール以上の水圧を発生する圧力発生装置が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極（３、１３）を冷却するために冷却液を流通させる冷却装置（９、１０、１６、１７）を備えたＸ線装置において、冷却液が水であり、陽極（３、１３）の少なくとも被冷却領域に作用する１．１×１０5Ｐａ以上の水圧を発生する圧力発生装置が設けられていることを特徴とするＸ線装置。
【請求項２】
水圧が５×１０5Ｐａ以上であることを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。
【請求項３】
冷却装置が陽極（３、１３）に強固に結合されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線装置。
【請求項４】
圧力発生装置が、陽極（３、１３）を回転させる装置を含むことを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のＸ線装置。
【請求項５】
冷却装置が、陽極（３）を取囲む容器（６）を含むことを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のＸ線装置。
【請求項６】
水が容器（６）と陽極（３）との間に形成された間隙（７）を流通することを特徴とする請求項５記載のＸ線装置。
【請求項７】
容器（６）が、陽極（３）を包囲する真空密な内部の管球容器（１）に強固に結合されていることを特徴とする請求項５又は６記載のＸ線装置。
【請求項８】
陽極が回転陽極（１３）であることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載のＸ線装置。
【請求項９】
回転陽極（１３）の内部に、冷却液を通過させる空洞（１５）が設けられていることを特徴とする請求項８記載のＸ線装置。
【請求項１０】
間隙（７）内または空洞（１５）内に少なくとも１つの流れ案内要素（１６）が設けられていることを特徴とする請求項６乃至９の１つに記載のＸ線装置。
【請求項１１】
圧力発生装置がポンプを含むことを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載のＸ線装置。
【請求項１２】
圧力発生装置が、間隙（７）または空洞（１５）内に配置されて陽極の回転に対して相対的に回転可能または固定された流れ偏向手段を含むことを特徴とする請求項６乃至１１の１つに記載のＸ線装置。
【請求項１３】
陽極（３、１３）を冷却するための冷却装置（９、１０、１６、１７）内で少なくとも１．１×１０5Ｐａの圧力状態にある水が用いられることを特徴とするＸ線装置。
【請求項１４】
圧力が５×１０5Ｐａ以上であることを特徴とする請求項１３記載のＸ線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極を冷却するために冷却液を流通させる冷却装置を備えたＸ線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術によれば、特にＸ線コンピュータ断層撮影分野において高出力Ｘ線管が使用される。これは、例えば特許文献１または特許文献２により知られているような回転陽極を備えたＸ線管か、または例えば特許文献３により知られているような回転管球とすることができる。その際、陽極内で発生する熱を排出するための冷却装置がそれぞれ設けられている。回転陽極の場合、冷却装置は中空に構成される陽極軸内および／または中空に構成される陽極板内に延設されている。回転管球の場合、陽極を包囲する真空容器が冷却装置によって取囲まれている。冷却材としてふつう電気絶縁油もしくは絶縁油が冷却装置を流通する。電気絶縁性の他に、絶縁油はその沸点が比較的高いので２００℃の動作温度で利用することができる。しかしながら絶縁油は不利なことに熱容量が比較的低く、すなわち陽極で発生する熱を特別効率的に排出することができない。その点を別にしても、絶縁油は高移動性である。冷却装置の持続的で完全な密封は実際上実現がきわめて困難である。この欠点を克服するために特許文献２によれば冷却材として液体金属を使用することが提案された。しかしながらこれは高価で支出を要する。
【特許文献１】西独特許第４０１２０１９号明細書
【特許文献２】米国特許第５５４１９７５号明細書
【特許文献３】独国特許第１０３３５６６４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、従来技術による諸欠点を取除き、特に、特別効率的で丈夫な冷却装置を備えた極力簡単に製造可能なＸ線装置を提供することにある。本発明の他の課題は、好適な冷却材を明示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、本発明によれば、陽極を冷却するために冷却液を流通させる冷却装置を備えたＸ線装置において、冷却液が水であり、陽極の少なくとも被冷却領域に作用する１．１バール（＝１．１×１０5Ｐａ）以上の水圧を発生する圧力発生装置が設けられていることによって解決される。本発明の好ましい実施態様は従属請求項に記載されている。
【０００５】
すなわち、本発明によれば、冷却液が水であり、陽極の少なくとも被冷却領域に作用する少なくとも１．１バールの水圧を発生するための圧力発生装置が設けられている。
【０００６】
水の熱容量は絶縁油の熱容量よりも約２．５倍高い。それにより特別効率的な熱搬出を実現することができる。圧力発生装置によって陽極の少なくとも被冷却領域で少なくとも１．１バールの水圧が発生されることによって、水の沸点が高められ、それにより被冷却領域と水との間の望ましくない蒸気膜の形成が避けられる。陽極の「被冷却領域」とは、特に、動作時に最高温度の発生する領域である。回転陽極および回転管球の場合「被冷却領域」は環状領域である。冷却液としての水で動作する冷却装置は一般に長期間にわたって確実に密封することができる。本発明により提案されたＸ線装置は寿命が長く、特別効率的な冷却で際立っている。
【０００７】
水圧は有利には５バール（＝５×１０5Ｐａ）以上、好ましくは少なくとも１０バール（＝１０×１０5Ｐａ）である。水圧はその都度、被冷却領域に望ましくない蒸気膜が形成されるのが安全かつ確実に防止されるように調整される。陽極の特に被冷却領域に少なくとも１０バールの水圧を発生すると特別望ましいことが実証された。その場合、水の沸点は約１８０℃である。
【０００８】
冷却液として使用された水に添加剤を添加しておくこともできる。添加剤は、凝固点を下げる添加剤および／または冷却液を流通させる冷却装置の腐食を防ぐ添加剤であるとよい。
【０００９】
本発明の有利な一実施態様によれば、冷却装置が陽極に強固に結合されている。その場合、冷却装置の通路または空洞は陽極の少なくとも被冷却領域を取囲む。それにより、冷却液を陽極の被冷却領域と実質的に同じ角速度で回転させることが達成される。その場合特に、圧力発生装置は陽極を回転させる装置（陽極回転装置）を含むことができる。この陽極回転装置により同時に冷却材は実質的に同じ角速度で回転させられる。その場合冷却材に遠心力が作用し、この遠心力が陽極の被冷却領域にその都度望ましい水圧を発生させる。その上、水圧は半径、すなわち陽極の被冷却領域と回転軸線との距離に依存する。その際、次の関係が成り立つ。
１／２ρω2Ｒ2＝Ｐ
式中、
ρは冷却材の密度、
ωは回転周波数、
Ｐは液圧である。
【００１０】
この特別簡単な実施態様では、特別な他の水圧発生装置を設けることは必ずしも必要でない。水圧は、陽極に強固に結合された冷却装置の回転とそれに伴って冷却材に作用する遠心力とによるだけで発生することができる。
【００１１】
本発明の有利な一実施態様によれば、冷却装置が、陽極を取囲む容器を含む。これはＸ線装置のコンパクトな構成を可能にする。容器はそれ自体冷却しておくことができ、それにより陽極から放射された熱は排出することができる。
【００１２】
他の一実施態様によれば、水は容器と陽極との間に形成される間隙を流通する。その場合、その容器は例えば回転管球の外囲器を形成する。有利には、その容器が、陽極を包囲する真空密な内部の管球容器に強固に結合されている。その場合、冷却液は管球容器と同じ速度で回転させられる。それにより、水と管球容器との間の摩擦を克服するために高回転数のときに必要な高い駆動出力は避けることができる。
【００１３】
本発明の他の一実施態様によれば、陽極は回転陽極とすることもできる。この回転陽極の内部に、冷却液を通過させる空洞を設けておくことができる。空洞は陽極軸にわたってのみ延設することができる。しかし、空洞を陽極軸と陽極板内部とにわたって延設しておくこともできる。これは回転陽極の特別効率的な冷却を可能にする。
【００１４】
他の一実施態様によれば、間隙内または空洞内に少なくとも１つの流れ案内要素が設けられている。これは短い経路で冷たい冷却液を陽極の被冷却領域に供給することを可能にする。それにより、冷却液が被冷却領域に達する前に不所望に予熱されることが防止される。
【００１５】
圧力発生装置はポンプを含むことができる。ポンプは特に、回転管球または回転陽極を回転させるための駆動装置によって駆動されるように構成しておくことができる。その場合、陽極の回転時に常にポンプも作動されることが保証されている。
【００１６】
他の一実施態様によれば、圧力発生装置は、間隙または空洞内に配置されて陽極の回転に対して相対的に回転可能または固定された流れ偏向手段を含む。それにより、回転する冷却液と流れ偏向手段との間の相対運動によって、必要な水圧は簡単に発生することができる。提案された構成の圧力発生装置は特別単純であり、故障し難い。流れ偏向手段は例えば、管球容器と容器との間の間隙内に配置され流れ案内翼または流れ案内板を備えた円板とすることができる。このような円板を回転可能に支承する場合、Ｘ線容器の回転速度に対して相対的に円板の回転速度を調整することによって所望の水圧を設定することが可能である。
【００１７】
本発明によればさらに、陽極を冷却するための冷却装置内で少なくとも１．１バールの圧力状態にある水を用いるＸ線装置が提案される。水を冷却液として用いることにより、Ｘ線装置の特別効率的な冷却が可能となる。その点を別としても、冷却液としての水で作動される冷却装置においてシールは、絶縁油で作動される冷却装置の場合よりも著しく長く密封保持する。本発明により提案された水の使用は、特別効率的に冷却されかつ修理をあまり必要としないＸ線装置の製造を可能とする。
【００１８】
有利には、水は５バール以上、好ましくは少なくとも１０バールの圧力状態で使用される。それにより、従来の回転管球または回転陽極付きＸ線管において冷却材として水の使用を可能とする沸点上昇が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下において図面に基づいて本発明の実施例が詳しく説明される。
図１は圧力に依存した水の沸騰温度を示す。
図２は回転管球の概略部分横断面図である。
図３は回転陽極を備えたＸ線管の概略部分横断面図である。
【００２０】
図１から明らかであるように、水の沸点は圧力の増加に伴って上昇する。圧力が例えば１０バール（＝１０×１０5Ｐａ）のとき、水は、冷却作用を妨げる蒸気膜を被冷却領域の表面に生じることなく、約１８０℃の動作温度に至るまで加熱することができる。
【００２１】
図２は回転管球の１例を示す。真空密な管球容器１は回転軸線Ａの周りを回転可能に支承されている。管球容器１は陽極板２とその上に取付けられた環状陽極３とを含む。陰極４は陽極板２と向き合って絶縁体５、例えばＡｌ2Ｏ3セラミックスに保持されている。符号６は管球容器１を取囲む容器である。容器６は結合要素８により管球容器１に強固に結合され、容器６と管球容器１との間には冷却液を通すための間隙７が形成されている。間隙７は冷却液を供給するための冷却材入口９と冷却液を排出するための冷却材出口１０とに連通している。回転管球に回転運動を行なわせるために（ここには図示しない）駆動装置が設けられている。
【００２２】
回転管球の機能は以下のとおりである。
【００２３】
冷却材入口９を通して水が冷却液として供給される。（ここには図示しない）駆動装置によって回転管球、すなわち特に容器６、間隙７および管球容器１が回転軸線Ａの周りを回転させられる。間隙７内にある冷却液は陽極３の特に半径方向外側領域において遠心力の結果として高圧力状態におかれる。圧力は選択された角速度と半径とに依存し、半径の増加に伴って増加する。その結果、水圧はまさに陽極３の半径方向外側の被冷却領域において特別高い。好適な水圧状態にある水は間隙７を貫流し、陽極３で発生する熱を吸収し、冷却材出口１０を通して熱を搬出する。熱は従来の熱交換器を介して再び水から奪われ、冷却された水は引き続き再び冷却材入口９に供給することができる。圧力を発生するために、従来の相応に性能の高いポンプまたは蓄圧器を使用することができる。
【００２４】
陽極板２と容器６との間に延設される間隙７内に水圧を発生するために、付加的にポンプ、蓄圧器、または容器６に対して相対的に回転可能な円板を設けておくこともできる。円板は、冷却材入口９を通して間隙７内に延設される軸に取付けておくことができる。個別の駆動装置によって円板は容器６に対して相対的に容器６とは異なる回転速度および／または回転方向で動くことができる。このような円板の上面および下面に流れ案内構造体を設けておくことができ、この流れ案内構造体は容器６に対する円板の相応する相対運動時に冷却材入口９を通して間隙７内に供給された水を陽極板２の半径方向外側の被冷却領域へ加速させる。その結果、まさに陽極板２の半径方向外側領域に少なくとも１０バールの望ましい水圧が構成される。
【００２５】
さらに、陽極板２の半径方向外側領域に回転管球の相応に高い回転数によって少なくとも１０バールの水圧を生じさせることが考えられる。その場合、水圧は、供給された水に作用する遠心力と、陽極板２の半径方向外側領域の下流側に設けられた間隙７の先細または狭隘とによって生じさせられる。
【００２６】
図３は回転陽極１１を備えたＸ線管を示す。回転陽極１１は真空密な他の管球容器１２によって取囲まれている。回転陽極板１３と、回転陽極板１３から延設される陽極軸１４は中空に構成されている。固定されまたは回転陽極板１３に対して相対運動可能な円板１６が空洞１５内に受容されており、この円板１６は中空軸１７によって中空陽極軸１４内に保持されている。中空軸１７は冷却材入口９を形成する。中空軸１７と陽極軸１４との間に形成された環状隙間が冷却材出口１０に通じている。符号４がやはり陰極である。
【００２７】
回転陽極を備えたＸ線管の機能は以下のとおりである。
【００２８】
ここでも冷却液としての水は冷却材入口９を通して少なくとも１０バールの圧力で供給される。円板１６は流れ案内手段として働き、供給された冷水を回転陽極板１３の半径方向外側領域へ案内する。そこで水はそこで発生された熱を吸収し、中空軸１７と陽極軸１４との間に形成された環状隙間を通して冷却材出口１０から熱を再び排出する。
【００２９】
その場合にも、既に上述したように、圧力は蓄圧器または相応に構成されたポンプによって発生させることができる。しかしここでも、冷却材入口９を通して供給された水が円板１６と回転陽極板１３との間の相対運動によって回転陽極板１３の半径方向外側領域へ加速されるように円板１６に相応する流れ案内構造体を備えることが可能である。その結果、特に回転陽極板１３の被冷却領域に少なくとも１０バールの水圧が発生し、これにより被冷却領域と水との間の望ましくない蒸気膜の形成は安全かつ確実に防止される。回転数が相応に高い場合、回転陽極板１３の半径方向外側の被冷却領域において水に作用する遠心力のみによって圧力を発生することも可能である。しかしながらその場合、所望の水圧が生じるように、被冷却領域の下流側で空洞１５の有効貫流横断面を相応に合わせるのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】水の沸点の圧力−温度特性を示す図
【図２】回転管球の概略部分横断面図
【図３】回転陽極を備えたＸ線管の概略部分横断面図
【符号の説明】
【００３１】
１        管球容器
２        陽極板
３        環状陽極
４        陰極
５        絶縁体
６        容器
７        間隙
８        結合要素
９        冷却材入口
１０        冷却材出口
【図１】
2007109659.tif 000003
【図２】
2007109659.tif 000004
【図３】
2007109659.tif 000005