JP2007066900A - 回転管球形放射器 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い回転数においても信頼できる冷却を保証する冷却装置を備えた回転管球形放射器を提供する。
【解決手段】管球状の放射器容器1を有し軸線Aの周りに回転可能に支承された管を含み、放射器容器の底部8に陽極が設けられている回転管球形放射器において、放射器容器1に冷却材の貫流する冷却装置を設け、その少なくとも底部8の範囲に、接線方向の流れ成分が冷却材中に生ずるのを妨げる流れ案内構造を設ける。
【選択図】図1
【解決手段】管球状の放射器容器1を有し軸線Aの周りに回転可能に支承された管を含み、放射器容器の底部8に陽極が設けられている回転管球形放射器において、放射器容器1に冷却材の貫流する冷却装置を設け、その少なくとも底部8の範囲に、接線方向の流れ成分が冷却材中に生ずるのを妨げる流れ案内構造を設ける。
【選択図】図1
Description
本発明は、回転管球形放射器に関する。
この種の回転管球形放射器は知られている(例えば特許文献1参照)。その回転管球形放射器においては、陰極及び陽極が真空密の放射器容器の内部に固定して取付けられている。そのように形成された管は回転可能に支承されている。陰極から陽極へ向けられた電子線は、管に関して固定されている磁気的偏向装置により偏向され、偏向された位置に固定的に保持される。電子線を制御して減速させるときに陽極内に生じる熱を導出するために、放射器容器は冷却装置を備えている。冷却装置は例えば放射器容器を囲む外囲器を含んでいる。外囲器と放射器容器との間に形成された間隙内に、熱を導出するために冷却材、例えば絶縁油がポンプにより循環される。
さらに、外囲器によって囲まれた放射器容器を有する回転管球形放射器が知られている(例えば特許文献2参照)。その放射器容器は、外囲器内に配置された軸受により軸線の周りに回転可能に支承されている。それゆえ、放射器容器は固定された外囲器内で回転する。外囲器と放射器容器との間に形成された間隙内には冷却材が導入及び導出され、それによって放射器容器はその外側の周囲に冷却材を流される。冷却材中に横渦が生ずるのを妨げるため、放射器容器の冷却材と接触する外側(周面、正面)に凹所が配置されている。周面上において凹所は溝状に形成され、放射器容器の周方向に延びている。正面上において凹所は同心的に配置されている。また別の回転管球形放射器が知られている(例えば特許文献3、特許文献4、特許文献5及び特許文献6参照)。
特に管の200回転/分を超える高い回転数を使用する場合、十分な冷却を維持するためには、冷却材を循環させるためのポンプの出力を著しく上昇させることが必要であることが実際に明らかになった。またポンプの出力を上昇させた場合でも、時々冷却媒体の輸送が、特に陽極の熱的に高く負荷される範囲では著しく速度が落ちるか又はそれどころか完全に停止することが観察される。その結果、陽極が望ましくなく強く加熱されることがある。
独国特許第19612698 号明細書
独国特許出願公開第10319735 号明細書
独国特許出願公開第19929655 号明細書
米国特許第6426998 号明細書(注:特許文献3の対応米国特許)
独国特許第10335664 号明細書
独国特許出願公開第102004003370 号明細書
本発明の課題は、従来技術に従う欠点を除くことにある。特に回転管球形放射器において、高い回転数の場合にも安全で信頼できる冷却を保証する冷却装置を提示することにある。
この課題は、特許請求の範囲の請求項1の特徴により解決される。好ましい実施態様は請求項2乃至16の特徴からもたらされる。
本発明に従う回転管球形放射器は、管球状の放射器容器を有し軸線の周りに回転可能に支承された管を含み、その放射器容器の底部に陽極が設けられ、放射器容器は冷却材の貫流する冷却装置を備え、冷却装置は少なくとも底部の範囲に、接線方向の流れ成分が冷却材中に生ずるのを妨げる流れ案内構造を有する。
冷却装置が少なくとも底部の範囲に、接線方向の流れ成分が冷却材中に生ずるのを妨げる流れ案内構造を有するという比較的簡単に実施し得る措置によって、管の高い回転数においても卓越した冷却が保証され得ることが明らかになった。それは、現在の知識レベルに従えば、本発明に従い提案された流れ案内構造を備えることによって、冷却材中にコリオリの力により生ずる流れの接線方向の偏向が非常に減少するか阻止されることに起因するものと見なされる。冷却媒体中に望ましくない逆流が生ずることはない(逆流が発生した場合、逆流の克服にはポンプの著しい出力増加を必要とする)。また、冷却材の輸送の望ましくない減速又は静止は妨げられる。
有利な実施態様に従えば、流れ案内構造は冷却装置のほぼ半径方向に延びるラジアル部分に設けられる。「ラジアル部分」とは軸線と交わる冷却装置の面を意味する。この部分にこそコリオリの力により望ましくない逆流が形成される。本発明に従い提案される流れ案内構造は、従って底部の範囲における放射器容器の外面に、並びに場合によっては放射器容器の中央部分の小さい直径を持った範囲に設けられる。
別の実施態様に従えば、流れ案内構造はラジアル部分の面の主要部分にわたって延びるように設けられている。即ち、流れ案内構造はラジアル部分のたいていリング状に形成された面の半径の主要部分にわたって延びる。
特に簡単な実施態様に従えば、流れ案内構造は半径方向に延びる条片を含む。この条片は断続していてもよい。条片は単に面の1つの部分にわたって延びていてもよい。条片はまた、半径方向に延びる迷路状構造の構成要素であってもよい。流れ案内構造は、例えば放射器容器の外面を囲み適切に案内された導管から形成されることもできる。
特に簡単な構造上の実施態様に従えば、冷却装置は放射器容器を少なくとも部分的に囲む外囲器を有し、その結果放射器容器と外囲器との間に冷却材の貫流する間隙が形成されている。この場合、流れ案内構造は外囲器の放射器容器側の内面に設けられていると好ましい。従って、そのように構成された回転管球形放射器においては、放射器容器は真空容器を形成し、外囲器は共に回転する冷却材容器を形成する。
陽極からの熱排出をさらに改善するために、放射器容器の外囲器側の外面は、少なくとも底部の範囲に、好ましくは半径方向に延びるフィン及び/又は条片を有する。それゆえ、放射器容器の外面の冷却すべき表面が拡大され熱排出が促進される。さらに、流れ案内構造が、面内にほぼ規則正しく配置され軸線方向に延びる多数の要素、例えば円筒状のピンなどを含むことも可能である。
別の実施態様に従えば、流れ案内構造は間隙内に設けられ冷却材の貫流する多孔性又は発泡性の材料を含む。この材料は、特に以下の群、即ち、多孔性焼結金属、金属発泡体(フォームメタルとも呼ばれている)、多孔性セラミックス、セラミックス発泡体(フォームセラミックスとも呼ばれている)から選ぶことができる。この提案された材料を用いることは、流れ案内構造の特に簡単な実施を可能にする。
外囲器は、別の実施態様に従えば少なくとも2つの部分から作ることができ、両部分の一方は底部の範囲に取付けられた第1のキャップである。さらに外囲器は2つの外囲器半殻を含むことができ、その半殻は放射器容器の中央部分に設けられている。提案された外囲器半殻を備えることは、中央部分が互いに向き合っている底部より短い直径を有する放射器容器に特に使用される。さらに外囲器はこの場合第2のキャップを含むことができ、この第2のキャップは放射器容器の底部に向き合う別の底部に取付けられている。提案された実施態様に従えば、外囲器は従ってほぼ4つの部分からなることができ、その放射器容器側の内面に、少なくともラジアル部分において適切な流れ案内構造が設けられている。外囲器の簡単な組立て及び放射器容器との強固な結合によって、簡単かつコストの安い方法で本発明に従う冷却装置を実現することができる。
別の構成に従えば、外囲器はプラスチック、好ましくはガラス繊維、炭素繊維又は合成繊維で強化されたプラスチック又はPEEK(ポリエーテルエーテルケトン: Victrex社の登録商標)から作られている。外囲器はさらに、放射器容器を回転運動させるために駆動装置と駆動に適するように結合することができる。そのために外囲器には駆動装置と駆動に適するように連結するための適切な構造物を設けることができる。その構造物は、例えば、歯付きベルトと噛み合うための歯車、駆動装置に設けられた連結部に係合するための凹所又は突起等であってよい。
以下において本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。
図1は第1の回転管球形放射器の概略断面図を示す。回転管球形放射器は軸線Aの周りに回転可能な放射器容器1を有し、この放射器容器1は間隙2を形成しながら外囲器3と固く結合されている。間隙2はほぼ半径方向に延びるラジアル部分4を有し、このラジアル部分4は図1ではハッチングを付して示されている。さらに間隙2はカバー部分5を有し、このカバー部分5は図1では白く示されている。間隙2は冷却材、例えば絶縁油又は水を導入するための冷却材入口6及び冷却材を導出するための冷却材出口7を備えている。放射器容器1は真空容器を形成し、外囲器3は共に回転する冷却材容器を形成する。
金属又は他の適切な材料から作られた真空密の放射器容器1は管球状に構成され、底部8の範囲に放射器容器1と固く結合された陽極(図示せず)を有する。底部8に向き合った別の底部9の範囲には陰極(図示せず)が設けられている。
図2は図1のX-X´線に沿う概略断面図を示す。間隙2内には半径方向に延びる条片10及びその間に存在する冷却通路11から形成された流れ案内構造が設けられている。
図2のA-A´線に沿う断面を示す図3から明らかなように、冷却通路11はカバー部分5に向かって開く範囲が半径方向に外側に向かって広がっている。図2のB-B´線に沿う断面を示す図4に示されるように、冷却通路11は放射器容器1側に、好ましくは半径方向に延びるフィン12を備えることができる。フィン12を設けることによって冷却すべき表面が拡大され、それにともない冷却材への熱伝達の効果が高められる。
図5a〜fは底部8の範囲における流れ案内構造の異なる変形例を示す。図5aにおいては、底部8の主要部分にわたって半径方向に延びる第1の条片10aが設けられている。第2の条片10bはこれに対しそれぞれ底部8の半径方向外側部分にわたってのみ延びている。
図5bに示された変形例においては、第1の条片10a及び第2の条片10bは断続している。
図5dから明らかなように、条片10は迷路状に延びることもできる。またそれにともなって間隙2における接線方向の流れベクトルの形成が妨げられ、さらに冷却材への熱の特に有効な伝達が達成される。
適切な流れ案内構造はまた、軸線方向に延び、好ましくは六角形対称に配置された円筒状のピン12a(図5c)、六角形の歯構造13(図5e)又は三角形の歯構造14(図5f)によっても作られ得る。
図6a〜fは、半径方向に延びる流れ案内構造に垂直の部分断面図を示す。放射器容器1の外囲器3側の外面15はざらざらした状態に形成されている。そのような凹凸は例えば砂吹き付け研磨又は他の適切な技術により作ることができる。その凹凸は例えば図4に符号12で示されるように半径方向の溝の形に構成することもできる。
図6a〜cから明らかなように、条片10は外囲器3に、放射器容器1に、又は外囲器3及び放射器容器1に取付けることができる。さらに、条片10は自立式に形成する、即ちスポークの様式で間隙2を通して延びることも可能である(図6d参照)。
条片10の代わりに、自立式の棒材16が半径方向に間隙2を通して延びることもできる(図6e参照)。図6fに示された変形例では、流れ案内構造は放射器容器1の構成要素である。
図7は第2の回転管球形放射器の概略断面図を示す。この放射器においては、底部8と外囲器3の底部8に向き合う部分との間に形成されている間隙2内に円板17が設けられ、この円板17は放射器容器1及びそれと固く結合された外囲器3に相対的に回転可能である。円板17は放射器容器1つまり外囲器3が回転する際例えば固く保持されるようにすることができる。円板17はしかしまた放射器容器1より小さい回転速度で同じ方向に又は反対方向に回転されるようにすることもできる。円板17を設けることにより、冷却材を冷却材出口7の方向へ強制的に流そうとする流れが形成される。円板17を適切に形成するか、ないしは円板17を放射器容器1に関して適切に相対運動させると、冷却材を輸送するためのポンプを省略することができる。冷却材は冷却材出口7から熱交換器18を介して再び冷却材入口6に供給される。
図8に示された第3の回転管球形放射器においては、円板17は二重板の形に構成されている。それゆえ、冷却材出口7の方向への冷却材の特に強い流れが達成される。さらに図8に示された第3の回転管球形放射器においては、図7における冷却材、例えば絶縁油又は水を導入するための冷却材入口6に対応する冷却材入口6aの他に、冷却材出口7の範囲に別の冷却材入口6bが設けられている。それゆえ、熱交換器18から直接到来する冷却材が、事前に暖められることなく、別の冷却材入口6bを介して運転時に回転管球形放射器の底部8の特に強く暖められた範囲に供給されることが達成される。
図9は外囲器3を製造するための実施形態を示す。外囲器3は、第1のキャップ19、2つの中央の外囲器半殻20及び第2のキャップ21から作ることができる。上述の外囲器構成要素は例えばPEEK(ポリエーテルエーテルケトン: Victrex社の登録商標)などのようなプラスチックから作ることができる。それらの構成要素は適切な組立手段により、又は接着により互いに結合することができる。
図10から明らかなように、図9に示された中央の外囲器半殻20の複数個を90°重なり合うように取付け、貼着により固着することもできる。それにより、外囲器3を特に圧力に耐えるようにすなわち耐圧力構造に形成することが達成される。
1 放射器容器
2 間隙
3 外囲器
4 ラジアル部分
5 カバー部分
6 冷却材入口
7 冷却材出口
8、9 底部
10、10a、10b 条片
11 冷却通路
12 フィン
12a 円筒状ピン
13 六角形の歯構造
14 三角形の歯構造
15 放射器容器の外面
17 円板
18 熱交換器
19 第1のキャップ
20 外囲器半殻
21 第2のキャップ
2 間隙
3 外囲器
4 ラジアル部分
5 カバー部分
6 冷却材入口
7 冷却材出口
8、9 底部
10、10a、10b 条片
11 冷却通路
12 フィン
12a 円筒状ピン
13 六角形の歯構造
14 三角形の歯構造
15 放射器容器の外面
17 円板
18 熱交換器
19 第1のキャップ
20 外囲器半殻
21 第2のキャップ
Claims (16)
- 管球状の放射器容器(1)を有し軸線(A)の周りに回転可能に支承された管を含み、放射器容器(1)の底部(8)に陽極が設けられている回転管球形放射器において、放射器容器(1)は冷却材の貫流する冷却装置を備え、冷却装置は少なくとも底部(8)の範囲に、接線方向の流れ成分が冷却材中に生ずるのを妨げる流れ案内構造(10〜14)を有することを特徴とする回転管球形放射器。
- 流れ案内構造(10〜14)は冷却装置のほぼ半径方向に延びるラジアル部分(4)に設けられていることを特徴とする請求項1記載の回転管球形放射器。
- 流れ案内構造(10〜14)はラジアル部分(4)の面の主要部分にわたって延びていることを特徴とする請求項1又は2記載の回転管球形放射器。
- 流れ案内構造(10〜14)は半径方向に延びる条片(10、10a、10b)を含むことを特徴とする請求項1乃至3の1つに記載の回転管球形放射器。
- 冷却装置は、放射器容器(1)を少なくとも部分的に囲む外囲器(3)を有し、放射器容器(1)と外囲器(3)との間に冷却材の貫流する間隙(2)が形成されていることを特徴とする請求項1乃至4の1つに記載の回転管球形放射器。
- 流れ案内構造(10〜14)は外囲器(3)の放射器容器(1)側の内面に設けられていることを特徴とする請求項1乃至5の1つに記載の回転管球形放射器。
- 放射器容器(1)の外囲器(3)側の外面は、少なくとも底部の範囲にフィン(12)及び/又は条片(10、10a、10b)を有することを特徴とする請求項1乃至6の1つに記載の回転管球形放射器。
- 流れ案内構造(10〜14)は間隙(2)内に設けられ冷却材の貫流する多孔性又は発泡性の材料を含むことを特徴とする請求項1乃至7の1つに記載の回転管球形放射器。
- 材料が、多孔性焼結金属、金属発泡体、多孔性セラミックス、セラミックス発泡体の群から選ばれることを特徴とする請求項1乃至8の1つに記載の回転管球形放射器。
- 底部(8)と外囲器(3)との間の間隙(2)内に、放射器容器(1)に対して相対的に固定されているか又は他の速度で回転可能である円板(17)が設けられていることを特徴とする請求項1乃至9の1つに記載の回転管球形放射器。
- 外囲器(3)が少なくとも2つの部分から作られ、両部分の一方は底部(8)の範囲に取付けられた第1のキャップ(19)であることを特徴とする請求項1乃至10の1つに記載の回転管球形放射器。
- 外囲器(3)はさらに2つの外囲器半殻(20)を含み、これらの半殻は放射器容器(1)の中央部分に設けられていることを特徴とする請求項1乃至11の1つに記載の回転管球形放射器。
- 外囲器(3)は第2のキャップ(21)を含み、この第2のキャップ(21)は放射器容器(1)の底部(8)に対向する別の底部(9)に取付けられていることを特徴とする請求項1乃至12の1つに記載の回転管球形放射器。
- 外囲器(3)はプラスチック又はポリエーテルエーテルケトンから作られていることを特徴とする請求項1乃至13の1つに記載の回転管球形放射器。
- 外囲器(3)は放射器容器(1)を回転運動させるために駆動装置と結合されていることを特徴とする請求項1乃至14の1つに記載の回転管球形放射器。
- 冷却材は絶縁油又は水であることを特徴とする請求項1乃至15の1つに記載の回転管球形放射器。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20091110 |