EP0363248A1 - Perfectionnements aux dispositifs de refroidissement de tubes à rayons X - Google Patents

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EP0363248A1
EP0363248A1 EP89402607A EP89402607A EP0363248A1 EP 0363248 A1 EP0363248 A1 EP 0363248A1 EP 89402607 A EP89402607 A EP 89402607A EP 89402607 A EP89402607 A EP 89402607A EP 0363248 A1 EP0363248 A1 EP 0363248A1
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EP
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improvement according
envelope
sheath
phase
tube
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Withdrawn
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EP89402607A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Serge Janouin
Philippe Masse
Bernard Pourzergues
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric CGR SA
Original Assignee
General Electric CGR SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/02—Constructional details
    • H05G1/04—Mounting the X-ray tube within a closed housing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J7/00—Details not provided for in the preceding groups and common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J7/24—Cooling arrangements; Heating arrangements; Means for circulating gas or vapour within the discharge space
    • H01J7/28—Cooling arrangements; Heating arrangements; Means for circulating gas or vapour within the discharge space by latent heat or evaporation of cooling liquid
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/02—Constructional details
    • H05G1/025—Means for cooling the X-ray tube or the generator

Definitions

  • the invention relates to devices for cooling X-ray tubes.
  • X-ray tubes for medical diagnosis for example, generally consist of a diode, that is to say with a cathode and an anode or anti-cathode, these two electrodes being enclosed in a vacuum-tight envelope and which allows for electrical isolation between these two electrodes.
  • the cathode produces a beam of electrons and the anode receives these electrons on a small surface which constitutes a focus, from which the X-rays are emitted.
  • anodic current When the high supply voltage is applied across the cathode and the anode, so that the cathode is at negative potential, a current called anodic current is established in the circuit, through a generator producing the high supply voltage; the anode current crosses the space between the cathode and the anode in the form of a beam of electrons which bombard the hearth.
  • the rotary anode of the conventional type has the general shape of a disc, having an axis of symmetry around which it is rotated by means of an electric motor; the electric motor has a stator located outside the envelope, and a rotor mounted in the envelope of the X-ray tube and arranged along the axis of symmetry, the rotor being mechanically secured to the anode by the intermediate of a support shaft.
  • the energy dissipated in such a tube is high and it is therefore planned to cool it.
  • the tube is enclosed in an enclosure in which a cooling fluid, in particular oil, is circulated.
  • the fluid is itself cooled in an exchanger which can be of the air or water type.
  • a cooling device has thus been produced which operates continuously.
  • the X-ray tube emits only intermittently so that the dissipated energy is important during the examination phase itself, from a few seconds to a few minutes, and that it is practically zero during the rest time. necessary to change the patient.
  • This results in significant disparities in the amount of heat to be removed depending on the phase considered which leads in particular to significant variations in the temperatures of the materials of the tube used, variations which can adversely affect the proper functioning of the tube.
  • variations in the tube attachment piece induce displacement of the hearth.
  • the enclosure or cooling sheath can also undergo significant variations in temperature, which is a nuisance for the environment, in particular when electronic devices are placed nearby.
  • the object of the present invention is therefore to produce a cooling device which does not have the aforementioned drawbacks by incorporating into the enclosure or cooling sheath one or more bodies which will melt during the examination phase by absorbing heat and solidify during the rest phase.
  • the invention relates to an improvement to a device for cooling an X-ray tube, the device comprising a sheath which surrounds the X-ray tube and which defines a space for circulation of a cooling fluid in communication with a cooler, characterized by the placement in the sheath of a body, the latent heat of fusion of which is used in the circulation space so that said body melts while absorbing heat during the operating phase of the X-ray tube and solidifies during the rest phase of said tube.
  • the latent heat bodies which can be used are numerous and preferably used are those which have a high latent heat and a melting temperature compatible with the average temperature of the coolant in the absence of said body.
  • the body with latent heat of fusion is enclosed in an envelope which is glued to the internal wall of the sheath and which is provided to allow expansion of the body.
  • only part of the envelope is provided for expansion, using for example for this part synthetic rubber or a bellows made of stainless steel which can deform.
  • the latent body of heat can be a mixture which comprises elements of high atomic number so as to produce an X-ray screen.
  • an X-ray tube 1 disposed in a cooling sheath 2.
  • the X-ray tube 1 comprises a glass envelope 3 in which a high vacuum is produced. Inside this envelope 3 are arranged an emissive cathode 4 and an anode 5 which, in the particular case, is rotating.
  • the anode 5 is mounted at the end of a rotor 6 which cooperates with a stator 7 disposed outside of envelope 3.
  • the cooling sheath 2 is for example produced by the sealed assembly of four parts referenced 8, 9, 10 and 11.
  • Part 8 which is substantially central, carries the exit window 12 for X-ray radiation.
  • the end parts 10 and 11 are closed at their ends and one carries an inlet port 13 for the coolant and the other an outlet port 14 for this liquid.
  • Parts 8 and 10 are connected through part 9.
  • the cooling fluid circulates in the space defined between the envelope 3 and the internal walls of the sheath 2 and is therefore in contact with the glass envelope 3 so as to cool it.
  • the electric power cables of the X-ray tube enter the sheath 2 through the orifice 19 for the cathode 4 and the orifice 20 for the anode 5.
  • the cooling of the tube is improved, in particular as regards temperature stability, by the installation in the circulation space 15 of a body 16, the latent heat of fusion of which is used.
  • This body 16 is contained in an envelope 17 so as to avoid its mixing with the cooling fluid.
  • this body is fixed to the internal wall of the central part 8 by bonding its envelope 17 to said wall.
  • the body 16 must be chosen in such a way that it presents a latent heat of fusion as high as possible and that its melting temperature is close to the average temperature that the cooling fluid would have in the absence of the body 16.
  • the dissipated power melts the body 16 and absorbs heat.
  • the rest phase it cools and solidifies, the two phenomena of melting or solidification occurring at a determined temperature which remains constant during their duration. This then results in great stability of the temperature of the assembly.
  • latent heat bodies which can be used are numerous, however, their ease of use in the field of X-ray tubes must be taken into account. In particular, it is necessary to avoid choosing latent heat bodies which are corrosive to -to the immediate environment, such as the metal of which the sheath is made, or more distant, such as the presence of a human being or electronic devices.
  • the envelope 17 of the body must be provided to allow an increase in volume of the body. It is the role of part 18 which constitutes the volume of expansion.
  • This consists of an annular bellows inserted in the metal casing 17 and disposed at one end thereof or at any other location of said casing.
  • This bellows can be made of materials such as stainless steel (corrugated pipe type), synthetic rubber, etc.
  • the latent heat body 16 can include elements with a high atomic number, such as bismuth, lead, etc., so as to produce an X-ray screen which is emitted in directions other than the window. outlet 12. This makes it possible to reduce the thickness of the sheath 2 at the level of the central part 8 and thus maintain the weight of the assembly at an acceptable value despite the increase in weight due to the body 16.
  • the body 16 cannot be placed anywhere in the circulation space; in particular it is not recommended to put it on the casing 3 of the tube 1 because this part must be rapidly cooled, which implies contact with the cooling fluid.
  • the advantages provided by the invention are mainly the following: - an increase in cooling power, all other things being equal; the cooling power is adapted to a power close to the average daily power (examination phases + rest phases) whereas in the devices of the prior art, it is adapted to the average power of the examination phase .
  • This allows in particular to reduce the size of the cooler; - better temperature stability of the sheath; - Its implementation does not require a significant increase in the dimensions of the sheath 2.

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  • X-Ray Techniques (AREA)

Abstract

L'invention concerne les tubes à rayons X. L'invention réside dans le fait que pour obtenir une meilleure stabilité en température du tube 1 on place dans l'espace de circulation 15 du fluide de refroidissement un corps 16 dont on utilise la chaleur latente de fusion de manière qu'il fonde pendant la phase d'examen en absorbant la chaleur et se solidifie lors de la phase de repos. L'invention est applicable aux tubes à rayons X.

Description

  • L'invention concerne les dispositifs de refroidissement de tubes à rayons X.
  • Les tubes à rayons X, pour diagnostic médical par exemple, sont généralement constitués comme une diode, c'est-à-dire avec une cathode et une anode ou anti-cathode, ces deux électrodes étant enfermées dans une enveloppe étanche au vide et qui permet de réaliser l'isolement électrique entre ces deux électrodes. La cathode produit un faisceau d'électrons et l'anode reçoit ces électrons sur une petite surface qui constitue un foyer, d'où sont émis les rayons X.
  • Quand la haute tension d'alimentation est appliquée aux bornes de la cathode et de l'anode, de façon que la cathode soit au potentiel négatif, un courant dit courant anodique s'établit dans le circuit, au travers d'un générateur produisant la haute tension d'alimentation; le courant anodique traverse l'espace entre la cathode et l'anode sous la forme d'un faisceau d'électrons qui bombardent le foyer.
  • Une faible proportion de l'énergie dépensée à produire le faisceau d'électrons est transformée en rayons X, le reste de cette énergie est transformée en chaleur. Aussi compte tenu également des puissances instantanées importantes mises en jeu (de l'ordre de 100 KW) et des petites dimensions du foyer (de l'ordre du millimètre) les constructeurs ont depuis longtemps réalisé des tubes à rayons X à anodes tournantes où l'anode est mise en rotation pour répartir le flux thermique sur une couronne appelée couronne focale, d'aire beaucoup plus grande que le foyer, l'intérêt étant d'autant plus grand que la vitesse de rotation est élevée (en général entre 3.000 et 12.000 tours par minute).
  • L'anode tournante de type classique a la forme générale d'un disque, ayant un axe de symétrie autour duquel elle est mise en rotation à l'aide d'un moteur électrique; le moteur électrique a un stator situé à l'extérieur de l'enveloppe, et un rotor monté dans l'enveloppe du tube à rayons X et disposé selon l'axe de symétrie, le rotor étant mécaniquement solidarisé à l'anode par l'intermédiaire d'un arbre support.
  • L'énergie dissipée dans un tel tube est élevée et il est donc prévu de le refroidir. Pour cela, le tube est enfermé dans une enceinte dans laquelle on fait circuler un fluide de refroidissement, notamment de l'huile. Le fluide est lui-même refroidi dans un échangeur qui peut être du type à air ou à eau. On a ainsi réalisé un dispositif de refroidissement qui fonctionne en permanence. Cependant, le tube à rayons X n'émet que par intermittence de sorte que l'énergie dissipée est importante pendant la phase d'examen proprement dite, de quelques secondes à quelques minutes, et qu'elle est pratiquement nulle pendant le temps de repos nécessaire au changement de patient. Il en résulte des disparités importantes de quantité de chaleur à évacuer selon la phase considérée, ce qui conduit notamment à des variations importantes des températures des matériaux du tube utilisés, variations qui peuvent nuire au bon fonctionnement du tube. Ainsi, les variations de la pièce de fixation du tube induisent des déplacements du foyer. L'enceinte ou gaine de refroidissement peut aussi subir des variations importantes de température, ce qui est une gêne pour l'environnement, notamment lorsque des dispositifs électroniques sont disposés à proximité.
  • Pour éviter l'élévation de température importante pendant la période d'examen, il a été proposé d'augmenter la capacité de réfrigération du dispositif de refroidissement mais cela conduit à un surdimensionnement de ce dernier incompatible avec la place disponible.
  • En outre, pendant la phase de repos, on obtient un abaissement important de la température, d'autant plus important que cette phase est plus longue, avec les inconvénients précités relatifs aux variations importantes de température.
  • Pour remédier à ce dernier aspect, il a été proposé d'effectuer une régulation de la durée de fonctionnement du dispositif de refroidissement en fonction de la température du fluide de refroidissement. Une telle régulation, qui semble théoriquement simple à mettre en oeuvre, est pratiquement difficile à réaliser pour des raisons techniques et technologiques qui ne seront pas expliquées ici.
  • Le but de la présente invention est donc de réaliser un dispositif de refroidissement qui ne présente pas les inconvénients précités en incorporant dans l'enceinte ou gaine de refroidissement un ou plusieurs corps qui vont fondre pendant la phase d'examen en absorbant de la chaleur et se solidifier pendant la phase de repos.
  • L'invention se rapporte à un perfectionnement à un dispositif de refroidissement d'un tube à rayons X, le dispositif comportant une gaine qui entoure le tube à rayons X et qui définit un espace de circulation d'un fluide de refroidissement en communication avec un refroidisseur, caractérisé par la mise en place dans la gaine d'un corps dont on utilise la chaleur latente de fusion dans l'espace de circulation de manière que ledit corps fonde en absorbant de la chaleur pendant la phase de fonctionnement du tube à rayons X et se solidifie pendant la phase de repos dudit tube.
  • Les corps à chaleur latente de fusion qui peuvent être utilisés sont nombreux et on utilise de préférence ceux qui ont une chaleur latente de fusion élevée et une température de fusion compatible avec la température moyenne du liquide de refroidissement en l'absence dudit corps.
  • Le corps à chaleur de fusion latente est enfermé dans une enveloppe qui est collée sur la paroi interne de la gaine et qui est prévue pour permettre une dilatation du corps.
  • De préférence, seule une partie de l'enveloppe est prévue dilatable, en utilisant par exemple pour cette partie du caoutchouc synthétique ou un soufflet en acier inoxydable qui peut se déformer.
  • Le corps à chaleur de fusion latente peut être un mélange qui comporte des éléments de numéro atomique élevé de manière à réaliser un écran aux rayons X.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite en relation avec le dessin unique qui représente une vue partiellement en coupe d'un tube à rayons X disposé dans sa gaine de refroidissement, ladite gaine étant réalisée conformément à l'invention.
  • Sur cette figure unique, on a représenté un tube à rayons X 1 disposé dans une gaine de refroidissement 2. Le tube à rayons X 1 comporte une enveloppe de verre 3 dans laquelle est réalisé un vide poussé. A l'intérieur de cette enveloppe 3 sont disposées une cathode émissive 4 et une anode 5 qui, dans le cas particulier, est tournante. L'anode 5 est montée à l'extrémité d'un rotor 6 qui coopère avec un stator 7 disposé à l'extérieur de l'enveloppe 3.
  • La gaine de refroidissement 2 est par exemple réalisée par l'assemblage étanche de quatre parties référencées 8, 9, 10 et 11. La partie 8, sensiblement centrale, porte la fenêtre de sortie 12 du rayonnement X. Les parties extrêmes 10 et 11 sont fermées à leurs extrémités et portent l'une un orifice d'entrée 13 du liquide de refroidissement et l'autre un orifice de sortie 14 de ce liquide. Les parties 8 et 10 sont reliées par l'intermédiaire de la partie 9.
  • Le fluide de refroidissement circule dans l'espace défini 15 entre l'enveloppe 3 et les parois internes de la gaine 2 et est donc en contact avec l'enveloppe de verre 3 de manière à la refroidir.
  • Les câbles d'alimentation électrique du tube à rayons X pénètrent dans la gaine 2 par l'orifice 19 pour la cathode 4 et l'orifice 20 pour l'anode 5.
  • Selon l'invention, le refroidissement du tube est amélioré, notamment en ce qui concerne la stabilité en température, par la mise en place dans l'espace de circulation 15 d'un corps 16 dont on utilise la chaleur latente de fusion. Ce corps 16 est contenu dans une enveloppe 17 de manière à éviter son mélange avec le fluide de refroidissement.
  • Sur la figure, ce corps est fixé sur la paroi interne de la partie centrale 8 par collage de son enveloppe 17 sur ladite paroi.
  • Bien entendu, d'autres corps peuvent être placés dans les parties 9, 10 et 11 de manière à augmenter leur volume total et ainsi améliorer l'efficacité globale. Par ailleurs, d'autres supports de fixation ainsi que d'autres moyens de fixation peuvent être utilisés sans sortir du cadre de la présente invention.
  • Le corps 16 doit être choisi de telle manière qu'il présente une chaleur latente de fusion aussi élevée que possible et que sa température de fusion soit proche de la température moyenne que le fluide de refroidissement aurait en l'absence du corps 16. Ainsi, pendant la phase d'utilisation du tube, la puissance dissipée fait fondre le corps 16 et il absorbe de la chaleur. Par contre, pendant la phase de repos, il se refroidit et se solidifie, les deux phénomènes de fusion ou de solidification se produisant à une température déterminée qui reste constante pendant leur durée. Il en résulte alors une grande stabilité de la température de l'ensemble.
  • Les corps à chaleur latente de fusion qui peuvent être utilisés sont nombreux, cependant il faut tenir compte de leur facilité d'emploi dans le domaine des tubes à rayons X. Notamment, il faut éviter de choisir des corps à chaleur latente qui sont corrosifs vis-à-vis de l'environnement immédiat, tel que le métal dont la gaine est constituée, ou plus éloigné, tel que la présence d'un être humain ou de dispositifs électroniques.
  • De bons résultats ont été obtenus avec les corps suivants : des paraphines (essais avec des températures de fusion entre 54 et 58°C), des mélanges de paraphines des cires (température de fusion comprise entre 60 et 105°C), des mélanges de cires, des mélanges de cires et de paraphines, du méthyl fumarate, du métal de Wood, etc..
  • Comme la phase solide a un volume spécifique différent de celui de la phase liquide, plus faible dans la plupart des cas (plus grand pour l'eau), l'enveloppe 17 du corps doit être prévue pour permettre une augmentation de volume du corps. C'est le rôle de la partie 18 qui constitue le volume de dilatation. Celui-ci se compose d'un soufflet annulaire inséré dans l'enveloppe métallique 17 et disposé à une extrémité de celle-ci ou à tout autre endroit de ladite enveloppe. Ce soufflet peut être réalisé dans des matériaux tels que l'acier inoxydable (type tuyau ondulé), le caoutchouc synthétique, etc...
  • Selon la présente invention, le corps à chaleur latente 16 peut inclure des éléments à numéro atomique élevé, tel que du bismuth, du plomb..., de manière à réaliser un écran aux rayons X qui sont émis dans des directions autres que la fenêtre de sortie 12. Ceci permet de diminuer l'épaisseur de la gaine 2 au niveau de la partie centrale 8 et ainsi maintenir le poids de l'ensemble à une valeur acceptable malgré l'augmentation de poids due au corps 16.
  • Il est à remarquer que le corps 16 ne peut pas être disposé à n'importe quel endroit de l'espace de circulation; notamment il n'est pas recommandé de le mettre sur l'enveloppe 3 du tube 1 car cette partie doit être rapidement refroidie, ce qui implique le contact du fluide de refroidissement.
  • Les avantages apportés par l'invention sont principalement les suivantes :
    - une augmentation de la puissance de refroidissement, toutes autres choses étant égales par ailleurs;
    - la puissance de refroidissement est adaptée à une puissance proche de la puissance moyenne journalière (phases d'examen + phases de repos) alors que dans les dispositifs de l'art antérieur, elle est adaptée à la puissance moyenne de la phase d'examen. Ceci permet notamment de diminuer la taille du refroidisseur;
    - une meilleure stabilité en température de la gaine;
    - sa mise en oeuvre ne nécessite pas une augmentation sensible des dimensions de la gaine 2.

Claims (9)

1. Perfectionnement à un dispositif de refroidissement d'un tube à rayons X (1), le dispositif comportant une gaine (2) qui entoure le tube à rayons X (1) et qui définit un espace de circulation (15) d'un fluide de refroidissement en communication avec un refroidisseur, caractérisé par la mise en place dans l'espace de circulation (15) d'un corps (16) à chaleur latente de fusion, qui est enfermé dans une enveloppe (17) prévue pour permettre une dilatation , ledit corps fondant en absorbant de la chaleur pendant la phase de fonctionnement du tube à rayons X et se solidifiant pendant la phase de repos dudit tube.
2. Perfectionnement selon la revendication caractérisé par le fait qu'une partie de l'enveloppe est constituée par une structure dilatable.
3. Perfectionnement selon la revendication 2, caractérisé par le fait que cette structure dilatable est constituée par un soufflet.
4. Perfectionnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'enveloppe (17) est collée sur la paroi interne de la gaine (2).
5. Perfectionnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (16) est une paraphine ou un mélange de paraphines.
6. Perfectionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps (16) est une cire ou un mélange de cires.
7. Perfectionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps (16) est du méthyl fumarate.
8. Perfectionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps (16) est du métal de Wood.
9. Perfectionnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (16) est constitué d'un mélange qui comporte, outre un matériau à chaleur latente de fusion, des éléments de numéro atomique élevé de manière que ledit corps réalise un écran aux rayons X.
EP89402607A 1988-10-07 1989-09-22 Perfectionnements aux dispositifs de refroidissement de tubes à rayons X Withdrawn EP0363248A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

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FR8813195A FR2637732B1 (fr) 1988-10-07 1988-10-07 Perfectionnements aux dispositifs de refroidissement de tubes a rayons x
FR8813195 1988-10-07

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EP0363248A1 true EP0363248A1 (fr) 1990-04-11

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ID=9370803

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP89402607A Withdrawn EP0363248A1 (fr) 1988-10-07 1989-09-22 Perfectionnements aux dispositifs de refroidissement de tubes à rayons X

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US (1) US4995065A (fr)
EP (1) EP0363248A1 (fr)
JP (1) JP2834222B2 (fr)
FR (1) FR2637732B1 (fr)

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