計算機x射線層析掃描儀臺架的冷卻裝置製造方法
2023-06-17 05:33:26
計算機x射線層析掃描儀臺架的冷卻裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於冷卻計算機X射線層析掃描儀臺架(1)的冷卻裝置，該臺架包括臺架外殼(2)和可相對於該臺架外殼旋轉的、具有X射線源和至少一個冷卻劑管(8)的轉子(4)，其中，冷卻劑管(8)集成在可相對於臺架外殼(2)旋轉地支承的旋轉框架(3)內，以及有多個處於與臺架(1)旋轉軸線(R)正交的平面內的管段(9)。
【專利說明】計算機X射線層析掃描儀臺架的冷卻裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種計算機X射線層析掃描儀臺架的冷卻裝置。計算機X射線層析掃描儀尤其在醫療技術中設計用於生成X射線技術切片圖像。同樣，計算機X射線層析掃描儀也可以使用於材料無損檢測。
【背景技術】
[0002]計算機X射線層析掃描儀的臺架包括一個不旋轉的基本上環形的部分，通常稱為臺架外殼。臺架外殼一般有固定的支承框，在它上面固定護罩或導流板。在支承框上還藉助適用的軸承，例如滾動軸承，支承在計算機X射線層析掃描儀工作時旋轉的同樣基本上環形的部分，通常稱為臺架轉子。不同於直接支承，也可以將轉子通過偏傾框並因而可偏傾地固定在支承框上。轉子又包括稱為鼓桶或桶架的旋轉框架，所有的旋轉部件(尤其至少一個X射線放射源以及至少一個與之配合作用的探測器)都固定在旋轉框架上。旋轉框架通常由金屬鑄件，尤其鋁鑄件組成。旋轉框架在端側通過典型地用鋼製成的支承環支承在臺架外殼上。
[0003]在作為X射線技術設備的計算機X射線層析掃描儀中，用於X射線放射源工作所需的電功率大部分轉換為熱量，而只有比較小的部分轉換為X射線。由於這一原因，應保證X射線放射源充分冷卻，這例如可以通過臺架內的空氣冷卻裝置實現。
[0004]由DE102005041538B4已知一種計算機X射線層析掃描儀的臺架，它包括支承環，用於支承可旋轉的旋轉滑架，其中，支承環有用於給旋轉滑架輸送冷卻劑，亦即空氣的冷卻通道。冷卻通道有許多出入口和沿周向變化的橫截面，在這裡，變化的橫截面可與在冷卻通道內取出的冷卻劑量相 適應。
[0005]DE10304661B4公開了另一種通過空氣冷卻裝置冷卻計算機X射線層析掃描儀臺架的方法。在這種情況下，臺架外殼藉助軸承可偏傾地支承在計算機X射線層析掃描儀固定部分上。設置冷卻氣輸入裝置，用於在軸承的區域內將冷卻氣流從固定部分引入臺架外殼內。
[0006]W02008/052735A1涉及尤其用於冷卻醫療設備的冷卻模塊。即使在這種情況下醫療設備也涉及計算機X射線層析掃描儀，其中，冷卻模塊冷卻在其臺架內的內部空氣。此冷卻模塊包括氣體-液體換熱器、鼓風機以及至少部分集成在其中的控制器。
[0007]由DE19945413A1已知另一種用於計算機X射線層析掃描儀臺架的冷卻裝置，它有至少一個流過液態介質的換熱器。液態介質可涉及圍繞計算機X射線層析掃描儀的X射線放射源的冷卻和隔熱油。總體上近似環形的換熱器由一個個矩形的換熱器元件組成，如它們在汽車工業中使用的那樣。
[0008]DE2010013604A1同樣公開了一種有液體冷卻裝置的計算機X射線層析掃描儀。在計算機X射線層析掃描儀臺架的轉子上，安裝至少一個X射線管和一個液體冷卻系統。液體冷卻系統沿著離旋轉軸線不同大小的距離延伸，因此產生不同程度的離心力。為了提高在冷卻系統中的壓力，設共同旋轉的平衡容積，它通過質量元件加載，增大離心力引起的作用在冷卻液體上的壓力。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是，與上列現有技術相比，進一步改進計算機X射線層析掃描儀臺架的冷卻裝置，尤其能設計為節省空間位置和有高的峰值冷卻功率。
[0010]上述目的通過一種計算機X射線層析掃描儀臺架的冷卻裝置來實現，該臺架具有臺架外殼和能夠相對於該臺架外殼旋轉的、包括X射線源的轉子，該轉子有至少一個冷卻劑管，按本發明，所述冷卻劑管集成在可相對於臺架外殼旋轉地支承的旋轉框架內，以及有多個處於與臺架旋轉軸線正交的平面內的管段。
[0011]這種冷卻裝置用於冷卻計算機X射線層析掃描儀的臺架，該臺架包括臺架外殼和可相對於該臺架外殼旋轉的、具有X射線源和至少一個冷卻劑管的轉子，其中，冷卻劑管在臺架的轉子側集成在轉子的旋轉框架的徑向段內，以及有多個處於與臺架旋轉軸線正交的平面內的管段。在這裡這些管段構成換熱器，在計算機X射線層析掃描儀工作時，該換熱器將熱量排放給周圍的空氣。被換熱器加熱的空氣可例如從計算機X射線層析掃描儀引出，和/或在計算機X射線層析掃描儀內部藉助另一個固定的換熱器冷卻。
[0012]在一些實施形式中，換熱器特別節省位置地設計在臺架的轉子側，其中，管段按單層排列在旋轉框架內。
[0013]按一種作為替代方式的實施形式，管段分多層排列在旋轉框架內。在這種情況下，與前一種實施形式相比，在僅要求適度增加結構空間的同時，冷卻功率明顯提高。
[0014]在這兩種情況下，換熱器基於其設置在旋轉框架端側，導致冷卻空氣有良好的流動性以及有可利用的大的傳熱 面積。
[0015]將換熱器整合或集成在旋轉框架內，還可以保證為載熱介質提供大的容積，不需要大量附加的結構空間，或不會嚴重削弱旋轉框架的承力結構。換熱器大的儲存容積尤其保證能短期吸納通過X射線源或多個X射線源產生的非常高的峰值熱功率。與此同時，通過換熱器的這種有利於流動技術的設置，還使得能夠從冷卻劑管向環境持續排出的熱功率極高。與先有技術相比，這種高的冷卻功率可以縮短冷卻間歇或完全消除冷卻間歇，這與相應地增加計算機X射線層析掃描儀的利用時間有同等意義。
[0016]X射線源能以便於裝配的方式固定在旋轉框架的軸向段上。旋轉框架通常包括軸向段和徑向段，徑向段有設在其內部/它上面的管段。優選地與徑向段相反，軸向段沒有液體通流冷卻。
[0017]臺架外殼通常有固定的支承框，在它上面固定護罩或導流板。在有些實施方案中，支承框包括偏傾框，它的偏傾軸線與轉子的旋轉軸線成垂直正交定向。
[0018]按一種優選的進一步發展，本身不能旋轉的支承框，具有就臺架旋轉軸線而言沿軸向延伸的環形冷卻空氣通道，所述帶有X射線放射源和共同旋轉的換熱器的轉子可旋轉地支承在此支承框上。在這裡藉助至少一臺鼓風機進行從臺架外殼向臺架轉子輸送空氣。至少一臺促使空氣輸送的鼓風機，可以或安裝在臺架的外部或安裝在臺架的內部。按優選的方式，一定數量的(至少一臺)鼓風機，其數量與要求的冷卻功率相適應，它們在偏傾框那一側，亦即在臺架不旋轉的那一側，總體上環形地排列在冷卻空氣通道內。通過一方面環形的冷卻空氣通道，只要它處於臺架不旋轉的那一側，便可任意程度，在需要時幾乎全部裝備鼓風機，以及另一方面冷卻空氣通道的旋轉段以高的程度裝填構成換熱器的管段，從而在最狹窄的空間造成通過臺架的高的熱流。
[0019]按臺架的一種優選的結構形式設置冷卻空氣通道，就轉子的旋轉軸線而言，它在支承框上或內有一個沿軸向定向的冷卻空氣輸入段，以及有一個沿徑向定向的沿徑向圍繞臺架轉子的冷卻空氣輸出段。與此不同，例如也可以實現一種結構形式，按這種結構形式，臺架在總體上可主要沿軸向流過冷卻空氣。
[0020]作為通過在臺架轉子側上的冷卻劑管流動的流體，可例如利用水或油。流入換熱器內的流體優選地還直接用於冷卻X射線源。
[0021]構成換熱器的管段，在垂直於旋轉軸線的徑向平面內部，相對於臺架的旋轉軸線，優選地至少近似沿切線方向延伸。
[0022]按第一種方案，多個管段互相同心排列，其中管段分別沿臺架的切向延伸。按第二種變型方案，冷卻劑管螺旋形設置在旋轉框架內。
[0023]在這兩種方案中，管段可直接通過在旋轉框架基本材料內的孔構成。作為替代方式，冷卻劑管設計為與旋轉框架固定連接的單獨的導管。
[0024]在所有說明的臺架結構形式中，為了改善熱傳導，按選擇也可以為了在臺架內部有針對性地導引冷卻空氣， 將冷卻劑管與冷卻片導熱連接。這些冷卻片可例如處於旋轉框不直接通過液體冷卻的軸向段上。
[0025]所描述的冷卻裝置的結構特徵(不僅關於換熱器而且關於其周圍構件，尤其壁或冷卻空氣管導引元件的結構特徵)，在利用這種統一的基本方案的情況下(該基本方案始終基於將換熱器在轉子側集成在旋轉框架內，亦即設在轉子底部中)，可以實現冷卻功率的一種非常靈活和針對負荷恰當的設計。例如通過改變換熱器壁的數量，或通過使用構成換熱器的管段有變化的直徑，得到方便的變化可能性。同樣有可能，在臺架轉子的底部或只安置單個換熱器，或安置多個換熱器。
[0026]無論如何通過在旋轉框架內集成至少一個換熱器，尤其在轉子前側造成可靈活利用的結構空間。
[0027]與冷卻劑管連接的冷卻劑泵例如在端側設在臺架的轉子上。同樣，在端側，尤其在轉子的前側，還可以設平衡容器，它成為冷卻裝置的一個部件。但平衡容器也可以處於轉子面朝支承框的後側或轉子的圓周上。
[0028]本發明的優點尤其在於，通過在轉子側將換熱器集成在臺架的旋轉框架內，不僅使得計算機X射線層析掃描儀設在轉子外的一些部分良好傳熱，而且可以充分利用在臺架轉子側存在的結構空間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]下面藉助附圖詳細說明本發明的實施例。其中部分非常簡化地表示:
[0030]圖1表示計算機X射線層析掃描儀臺架的局部橫截面；
[0031]圖2-5示意表示計算機X射線層析掃描儀臺架不同方案剖視圖；
[0032]圖6表示計算機X射線層析掃描儀臺架內冷卻劑管的剖視圖；以及
[0033]圖7表示計算機X射線層析掃描儀臺架端側的視圖。
[0034]在所有的附圖中彼此相應或作用相同的部分採用同樣的附圖標記表示。【具體實施方式】
[0035]其總體用附圖標記I標示在圖1中局部表示的臺架，是圖中未進一步表示的計算機X射線層析掃描儀的組成部分，有關計算機X射線層析掃描儀臺架的基本功能可參見前言援引的先有技術。
[0036]臺架I總體上有大體圓環面狀構型，它包括不能旋轉而只能偏傾的臺架外殼2，以及藉助軸承，尤其滾動軸承，可旋轉地固定在臺架外殼2上的旋轉框架3，它也稱為鼓桶或桶架以及有多個零部件，這些零部件與旋轉框架3共同構成臺架I的轉子4。
[0037]作為轉子的零部件，在圖1中除旋轉框架3外還可看到固定在它上面的X射線源6和射束光闌7，後者設置在從X射線源6發射的X射束的射線軌跡內。旋轉框架3由徑向段10以及與之連接的圓柱殼形軸向段11組成，徑向段10通過軸承可旋轉地支承在支承框上，在這裡是支承在臺架外殼2的偏傾框上，以及軸向段11在外部的表面構成轉子4的外周表面。
[0038]此外圖1還表示設在徑向段10內的冷卻劑管8，它由沿轉子4切向或周向延伸處於一個與臺架I旋轉軸線正交的平面內的一些管段9構成並起換熱器的作用，尤其用於排出由X射線源6產生的熱量。在圖1中用寬箭頭表示的冷卻劑流主要沿軸向流過臺架I。在圖1中通過窄箭頭表示在轉子4內部和在其邊界上，尤其在旋轉框架3表面以及在冷卻劑管8與X射線源6之間的熱流和熱載體流。
[0039]為了將冷卻空氣有針對性地在臺架I的轉子4表面上導引，臺架外殼2的壁18處於軸向段11沿徑向的外部，它部分封閉，構成流動通道12。在按圖1的實施例中，冷卻空氣流從臺架I的後側朝前側流動。在冷卻空氣從通過旋轉框架3的軸向段11與壁18構成的環形冷卻空氣通道12流出時，冷卻空氣沿徑向向外偏轉。
[0040]計算機X射線層析掃描儀不能旋轉或偏傾的部件處於臺架外殼2的外部，其中在圖1中只概略表示了固定的冷卻裝置14。固定的冷卻裝置14，如在臺架I的轉子4上通過冷卻劑管8實現的冷卻裝置那樣，藉助空氣-液體換熱器工作並同樣可沿軸向被流過，其中在固定的冷卻裝置14內空氣的流動方向，與在冷卻空氣通道12中的冷卻空氣流方向相反。
[0041]在要冷卻的空氣從固定的冷卻裝置14流出後，已冷卻的空氣首先沿徑向向內流向偏傾框13 (它是臺架外殼2的一個部件)，並進一步流回冷卻空氣通道12內，由此在計算機X射線層析掃描儀內構成閉合的冷卻空氣循環。
[0042]因此，在計算機X射線層析掃描儀工作時由X射線源6產生的熱量，一方面在端側，亦即在旋轉框架3面朝偏傾框13的那一側傳給冷卻空氣，在這裡只在旋轉框架3的這一側設置管段9，以及另一方面熱量還從旋轉框架3的軸向段11傳給冷卻空氣。因此來自X射線源6的熱量，不僅直接而且間接，亦即通過徑向段10和集成在其中的管段9，流向軸向段11。
[0043]還可以以圖中沒有表示的方式實現一些實施形式，其中冷卻空氣僅一次通過冷卻空氣通道12導引，以及接著從計算機X射線層析掃描儀排出。
[0044]圖2隻表示轉子4,沒有表示臺架I的臺架外殼2,與按圖1所示的實施例相比,按圖2的實施例表示了在旋轉框架3上構成冷卻劑管的兩種方案。在這裡，在旋轉框架3徑向段10的端側表面內，例如通過切削加工和/或通過鑄造法加工一些凹槽，它們定義管段8的橫截面。在墊設密封件20的情況下，在徑向段10的表面上安放蓋板21，從而封閉管段8的橫截面。按沒有表示的方式，例如通過螺釘，將蓋板與旋轉框架3的其他部件固定連接。
[0045]在圖2的下半部分中表示了管段8排列的另一種亦即多層的方案。在這種情況下，仍在墊設密封件20的情況下，在蓋板21上安放配板22，該配板22有一些凹槽，這些凹槽相應於上面介紹的在徑向段10內的定義形成管段8橫截面的凹槽。在這裡，在蓋板21兩側的管段8彼此鏡面對稱成形，其中對稱面處於蓋板21中央。在這種情況下管段8也完全集成在臺架I的旋轉框架3內。
[0046]流過管段8的流體在圖2所示的情況下與冷卻X射線源6的油一致。因此有單個熱載體循環，在此熱載體循環內通過載熱介質，亦即油，吸納X射線源6的熱量，並從X射線源6通過構成管段8的冷卻器傳出。為了在要冷卻的部件與旋轉框架3內的管段8之間在流體技術上連接，設連接段15。
[0047]在圖2中表示的在兩個或更多個互相平行的層內布設管段8的多層式實施形式，可同樣在按圖1的實施例中或在圖3、圖4或圖5的實施例中實現。臺架I的旋轉軸線用R表示。在所有的方案中，藉助在臺架I不旋轉一側的至少一臺鼓風機17，產生有針對性地通過臺架I的冷卻空氣流。
[0048]按圖3和圖4的實施例表示臺架I轉子側冷卻裝置與旋轉框架3徑向段I的幾何構型的不同組合的方案。
[0049]在按圖3的例子中，管段8完全埋入徑向段10內，其中，管段8的壁直接通過徑向段10的基本材料，例如鋼構成。
[0050]在按圖4的實施 例中則相反，管段8通過單獨的導管，例如銅管構成，它固定在徑向段10上。
[0051]按圖5的實施例示意表示臺架I冷卻裝置，其中冷卻空氣沿軸向流入臺架外殼2內，以及沿徑向離開臺架外殼2。在偏傾框13的內部構成沿軸向定向的環形冷卻空氣輸入段16，其中設置在這裡沒有表示的鼓風機17。
[0052]在冷卻空氣通道12設計在臺架外殼2內的冷卻空氣輸入段16與同一個冷卻空氣通道12處於轉子4內的區段之間，只存在小的軸向間隙，它對冷卻空氣流沒有明顯的影響。被管卷8加熱的冷卻空氣最終沿徑向排出，為此使用冷卻空氣通道12集成在臺架外殼2內的冷卻空氣輸出段19。加熱的冷卻空氣優選地通過在這裡沒有表示的固定的冷卻器，回引到冷卻空氣輸入段16內，從而即使在這種情況下，也如在按圖1的實施例中那樣，閉合冷卻空氣流。
[0053]圖6中臺架I的示意剖視圖表示冷卻劑管8的形狀，它適用於按圖1至5的各種實施例:冷卻劑管8描繪為一條螺旋線，它的中心點處於旋轉軸線R上。
[0054]圖7非常簡單地表示臺架I的轉子4前端側的局部俯視圖，臺架I在其後側，亦即面朝臺架外殼2那一側,有按圖1至5之一所示的液體冷卻裝置。作為臺架冷卻裝置的部件表示了冷卻劑泵23，它與未表示的平衡容器一樣，同樣與管段9在流體技術上連接。
[0055]總之，與傳統的冷卻模塊不同，通過在空間隔離它們各個部件，亦即部分設在前側(例如冷卻劑泵23)以及部分集成地設置在旋轉框架3內(構成冷卻器的管段9)，臺架冷卻裝置被改進設計，由此與先有技術相比，尤其在臺架前側可利用附加的結構空間。
【權利要求】
1.一種計算機X射線層析掃描儀臺架(1)的冷卻裝置，該臺架具有臺架外殼(2)和能夠相對於該臺架外殼(2)旋轉的、包括X射線源(6)的轉子(4)，該轉子(4)有至少一個冷卻劑管(8)，其特徵為:所述冷卻劑管(8)集成在可相對於臺架外殼(2)旋轉地支承的旋轉框架(3)內，以及有多個處於與臺架(1)旋轉軸線(R)正交的平面內的管段(9)。
2.按照權利要求1所述的冷卻裝置，其特徵為，所述管段(9)按單層排列在旋轉框架(3)內。
3.按照權利要求1所述的冷卻裝置，其特徵為，所述管段(9)分多層排列在旋轉框架(3)內。
4.按照權利要求1至3之一所述的冷卻裝置，其特徵為，所述旋轉框架(3)有沿徑向延伸的徑向段和與之連接並沿軸向延伸的軸向段(11)，其中，在軸向段(11)上固定X射線源(6)。
5.按照權利要求4所述的冷卻裝置，其特徵為，所述旋轉框架(3)的軸向段(11)沒有液體通流冷卻。
6.按照權利要求1至5之一所述的冷卻裝置，其特徵為，所述臺架外殼(2)有支承框(13)，該支承框優選地設計為偏傾框，它的偏傾軸線垂直於轉子(4)旋轉軸線(R)定向。
7.按照權利要求6所述的冷卻裝置，其特徵為，所述支承框(13)有環形冷卻空氣通道(12)，後者設計用於給轉子(4)輸入冷卻空氣。·
8.按照權利要求7所述的冷卻裝置，其特徵為，所述冷卻空氣通道(12)有就轉子(4)的旋轉軸線(R)而言沿軸向定向的冷卻空氣輸入段(16)和沿徑向定向的冷卻空氣輸出段(19)。
9.按照權利要求1至8之一所述的冷卻裝置，其特徵為，多個管段(9)互相同心排列。
10.按照權利要求1至8之一所述的冷卻裝置，其特徵為，冷卻劑管(8)螺旋形設置在旋轉框架(3)內。
11.按照權利要求1至10之一所述的冷卻裝置，其特徵為，管段(9)直接通過在旋轉框架(3)基本材料內的孔構成。
12.按照權利要求1至10之一所述的冷卻裝置，其特徵為，冷卻劑管(8)設計為單獨的導管。
13.按照權利要求1至12之一所述的冷卻裝置，其特徵為，與所述管段(9)連接的冷卻劑泵(23)設置在轉子(4)的端側。
【文檔編號】A61B6/00GK103705254SQ201310444651
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2012年9月28日
【發明者】U.庫恩, H-J.米勒 申請人:西門子公司