Flüssigkeitsgekühlter Röntgenstrahler mit einer Umlaufkühleinrichtung

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Rönt­genstrahler mit einer Umlaufkühleinrichtung, welcher ein mit einem elektrisch isolierenden Kühlmittel gefülltes Gehäuse (1) aufweist, wobei die Umlaufkühleinrichtung ih­rerseits einen durch zwei Kühlmittelleitungen (9, 10) am Gehäuse (1) angeschlossenen Kühler (11) und eine Umwälz­pumpe (12) für das Kühlmittel aufweist und der Kühlmit­telkreislauf geschlossen ist. Die Umlaufkühleinrichtung ist unmittelbar an dem Gehäuse (1) des Röntgenstrahlers angebracht. Der Kühler ist als Wärmetauscher (11) ausge­führt. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels ist abhängig von der räumlichen Lage des Röntgenstrahlers selbstätig umkehrbar.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Rönt­genstrahler mit einer Umlaufkühleinrichtung, welcher ein mit einem elektrisch isolierenden Kühlmittel gefülltes, mit einem Strahlendurchtrittsfenster versehenes Gehäuse und eine in diesem angeordnete Röntgenröhre aufweist, wo­bei die Umlaufkühleinrichtung ihrerseits einen durch zwei Kühlmittelleitungen am Gehäuse angeschlossenen Kühler und eine Umwälzpumpe für das Kühlmittel aufweist und der Kühlmittelkreislauf geschlossen ist.

[0002] Ein solcher Röntgenstrahler ist aus den Patents Abstracts of Japan, Vol. 9, No. 266 (E-352), 1989, 23.10.1985, JP-A-60 112 296, (Hitachi Seisakusho K.K.), bekannt. Da­bei sind die Umlaufkühleinrichtung und der Röntgenstrah­ler räumlich getrennt voneinander angeordnet, so daß er­heblicher zusätzlicher Bauraum benötigt wird, was beson­ders dann Probleme bereitet, wenn ein solcher Röntgen­strahler in eine bereits vorhandene Röntgenanlage inte­griert werden soll. Die Umlaufkühleinrichtung dieses Röntgenstrahlers weist zwar ein Gebläse auf, das einen auf den Kühler gerichteten Luftstrom erzeugt, dennoch ist der bekannte Röntgenstrahler für Anwendungen, in denen die Röntgenröhre hohen Belastungen ausgesetzt ist, unge­eignet, da die Kühlleistung der Umlaufkühleinrichtung in diesen Fällen nicht ausreicht.

[0003] Ein Röntgenstrahler der obengenannten Art ist außerdem aus "Medical X-Ray Technique", Philips Technical Library, 1961, Fig. 21, Seite 34, bekannt. Auch bei diesem sind die Umlaufkühleinrichtung und der Röntgenstrahler räum­ lich getrennt voneinander angeordnet, so daß die oben er­wähnten Nachteile auftreten. Die Umlaufkühleinrichtung dieses Röntgenstrahlers weist zwar eine gegenüber der des zuvor beschriebenen Röntgenstrahlers erhöhte Kühlleistung auf, da das Kühlmittel in einen Vorratsbehälter geleitet wird, in dem eine von Wasser durchflossene Kühlschlange angeordnet ist, jedoch reicht auch hier die Kühlleistung nicht in allen Fällen aus. Außerdem ist es für die unge­störte Funktion der Umlaufkühleinrichtung erforderlich, daß der Vorratsbehälter in einer definierten Lage ange­ordnet ist, so daß die Umlaufkühleinrichtung nicht lage­unabhängig betrieben werden kann.

[0004] Die vorgenannten Nachteile sind, soweit sie den Bauraum­bedarf und die lageabhängige Funktion der Umlaufkühlein­richtung betreffen, durch einen in der GB-A-2 018 019 be­schriebenen Röntgenstrahler mit flüssigkeitsgekühlter Anode vermieden, da hier die Kühleinrichtung unmittelbar an dem Gehäuse des Röntgenstrahlers angebracht ist. Al­lerdings besteht der Kühler lediglich aus einer im Luft­strom eines Gebläses angeordneten Rohrschlange, so daß die erzielbare Kühlleistung zu wünschen übrig läßt.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röntgen­strahler der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Röntgenstrahler und die Umlaufkühleinrichtung eine kompakte Baueinheit bilden und die Umlaufkühleinrichtung dennoch eine hohe Kühlwirkung aufweist.

[0006] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Umlaufkühleinrichtung unmittelbar an dem Gehäuse des Röntgenstrahlers angebracht und der Kühler als Wärmetau­scher ausgebildet ist, der außer von dem Kühlmittel von einer Kühlflüssigkeit, z.B. Wasser, durchströmt ist. Der Röntgenstrahler und die Umlaufkühleinrichtung bilden so­mit eine kompakte Baueinheit und die Umlaufkühleinrich­tung weist infolge der Ausbildung des Kühlers als Wärme­ tauscher eine hohe Kühlleistung auf. Außerdem bietet der erfindungsgemäße Röntgenstrahler den Vorteil, daß eine im Vergleich zu bekannten Röntgenstrahlern kleine Kühlmit­telmenge im Kühlmittelkreislauf eingeschlossen ist, so daß durch Temperaturschwankungen bedingte Volumenänderun­gen des Kühlmittels nur gering sind und in dem Röntgen­strahler etwa vorgesehene Mittel zu deren Ausgleich ein­fach ausgebildet sein können.

[0007] Wenn nach einer Variante der Erfindung das Gehäuse im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und die einen im wesentlichen dem des Gehäuses entsprechenden Außendurch­messer aufweisende Umlaufkühleinrichtung an einer Stirn­fläche des Gehäuses angeordnet ist, sind die Abmessungen eines erfindungsgemäßen Röntgenstrahlers kaum größer als die eines herkömmlichen, so daß die Möglichkeit besteht, in bereits vorhandenen Röntgenanlagen anstelle herkömm­licher Röntgenstrahler erfindungsgemäße zu verwenden.

[0008] Im Hinblick auf den Fertigungsaufwand für den Wärmetau­scher ist es zweckmäßig, wenn dieser aus einem doppelwan­digen Rohr gebildet ist, welches mit seiner äußeren und seiner inneren Wand einen äußeren und mit seiner inneren Wand einen inneren Kanal begrenzt, wobei das Kühlmittel in dem einen und die Kühlflüssigkeit in dem anderen Kanal strömt. Der Bauraumbedarf eines solchen Wärmetauschers ist dann besonders gering, wenn er aus spiralartig ge­wundenem doppelwandigem Rohr gebildet ist, wobei das Rohr an seiner äußeren Mantelfläche zur zusätzlichen Wärmeab­strahlung mit einer Verrippung versehen sein kann.

[0009] Wenn der Wärmetauscher aus doppelwandigem Rohr gebildet ist, kann vorgesehen sein, daß das Kühlmittel in dem äußeren und die Kühlflüssigkeit in dem inneren Kanal des Rohres strömt. Auch bei Ausfällen des Kühlflüssigkeits­stromes kann dann noch Wärme mittels des nun als Kühler wirkenden Wärmetauschers durch Strahlung abgeführt werden, wobei für derartige Notfälle ein Gebläse zur Er­zeugung eines den Wärmetauscher bestreichenden Luftstro­mes vorgesehen sein kann, um eine weitere Steigerung der Wärmeabfuhr zu ermöglichen.

[0010] Eine weitere Verbesserung der Kühlwirkung läßt sich nach einer Variante der Erfindung dadurch erzielen, daß die Umlaufkühleinrichtung Mittel zur Erzeugung eines derart gerichteten Kühlmittelstromes im Inneren des Gehäuses aufweist, daß das in das Gehäuse eintretende Kühlmittel zuerst jene Bereiche der Röntgenröhre beströmt, die die größte Temperatur aufweisen, so daß der Kühlmittelstrom der thermischen Konvektion entgegengerichtet ist. Dabei kann dem Umstand, daß der Röntgenstrahler in unterschied­lichen räumlichen Positionen betrieben wird, dadurch Rechnung getragen werden, daß die Richtung des Kühlmit­telstromes umkehrbar ist, wobei Mittel vorgesehen sein können, welche den Kühlmittelstrom abhängig von der räum­lichen Lage des Röntgenstrahlers selbsttätig umkehren.

[0011] In der beigefügten Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Röntgenstrahler nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Figur 1,

Fig. 3 ein Detail des erfindungsgemäßen Röntgen­strahlers, und

Fig. 4 ein Detail des erfindungsgemäßen Röntgen­strahlers in vergrößerter geschnittener Dar­stellung.

[0012] Die Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Röntgenstrah­ler, der ein mit einem elektrisch isolierenden Kühlmit­ tel, z.B. Isolieröl, gefülltes Gehäuse 1 aufweist, in dem eine Röntgenröhre 2 angeordnet ist. Diese ist als Dreh­anoden-Röntgenröhre ausgebildet, die einen Anodenteller 3, eine Kathode 4 und einen Motor zum Antrieb der Dreh­anode enthält, der einen Rotor 5 und einen außerhalb des Glaskörpers der Röntgenröhe 2 auf einem Isolator 6 ange­ordneten Stator 7 aufweist. Das Gehäuse 1 besitzt ein Strahlendurchtrittsfenster 8 für die vom Anodenteller 3 ausgehende Röntgenstrahlung. Außerdem ist eine Umlauf­kühleinrichtung vorgesehen, die einen durch zwei Kühlmit­telleitungen 9 und 10 am Gehäuse 1 angeschlossenen Kühler 11 und eine Umwälzpumpe 12 für das Kühlmittel aufweist, wobei der Kühlmittelkreislauf geschlossen ist und die Kühlmittelleitungen 9 und 10 flüssigkeitsdicht durch die Wandung des Gehäuses 1 geführt sind. Innerhalb des Ge­häuses 1 ist eine Querwand 13 vorgesehen, an der eine den Innenraum des Gehäuses 1 flüssigkeitsdicht verschließen­de, nachgiebige Membran 14 vorgesehen ist, die dazu dient, temperaturbedingte Volumenschwankungen des Kühl­mittels aufzunehmen.

[0013] Die Umlaufkühleinrichtung ist unmittelbar an dem Gehäuse 1 angebracht, das im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Dabei besitzt die an der einen Stirnfläche des Ge­häuses 1 angebrachte Umlaufkühleinrichtung, die unter ei­ner mit Lüftungsschlitzen versehenen Haube 15 angeordnet ist, einen Außendurchmesser, der im wesentlichen dem des Gehäuses 1 entspricht.

[0014] Aus der Figur 4 ist ersichtlich, daß der Kühler 11 als Wärmetauscher ausgebildet ist. Dieser besteht aus einem doppelwandigen Rohr 20, das außer von dem Kühlmittel von einer Kühlflüssigkeit durchströmt ist, wobei das Kühlmit­tel zwischen der äußeren Wand 21 und der inneren Wand 22 und die Kühlflüssigkeit innerhalb der inneren Wand 22 des doppelwandigen Rohres 20 strömt. Selbst dann, wenn der Kühlflüssigkeitskreislauf ausfallen sollte, ist über die äußere Wand 21 des doppelwandigen Rohres 20 noch eine gewisse Wärmeabfuhr von dem Kühlmittel an die umgebende Atmosphäre möglich, die durch ein Gebläse 16 gesteigert werden kann.

[0015] Der Wärmeaustauscher 11 ist, wie aus den Figuren 2 und 4 ersichtlich ist, aus einem spiralförmig gewundenen Rohr 20 gebildet, das an seiner äußeren Mantelfläche Rippen 17 aufweist, die in den Figuren 1 und 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.

[0016] Die außerhalb des Innenraumes des Gehäuses 1 befindlichen Abschnitte der Kühlmittelleitungen 9 und 10 sind aus Si­cherheitsgründen als Rohrleitungen ausgeführt und inner­halb des Gehäuses 1 derart weitergeführt, daß die Kühl­mittelleitung 9 im Bereich des Stators 7 und die Kühlmit­telleitung 10, die im Innenraum des Gehäuses 1 als Kunst­stoffschlauch 23 ausgebildet ist, im Bereich des katho­denseitigen Endes der Röntgenröhre 2 endet. Wird der Röntgenstrahler in der in Figur 1 dargestellten Lage, al­so mit nach oben gerichteter Umlaufkühleinrichtung, be­trieben, ist es zweckmäßig, das Kühlmittel durch die Kühlmittelleitung 9 in das Gehäuse 1 eintreten zu lassen, da dieses dann zuerst den dem Stator 7 benachbarten Be­reich der Röntgenröhre 2 beströmt, der in der erwähnten Betriebslage des Röntgenstrahlers erfahrungsgemäß die höchste Temperatur aufweist. In anderen Betriebslagen des Röntgenstrahlers kann es zweckmäßig sein, die Richtung des Kühlmittelstromes umzukehren. Zu diesem Zweck ist die Förderrichtung der Umwälzpumpe 12 umkehrbar, und zwar ab­hängig von der räumlichen Position des Röntgenstrahlers selbsttätig mittels eines in Figur 3 dargestellten Queck­silberschalters 24, der fest an dem in Figur 3 nicht dar­gestellten Gehäuse 1 angebracht ist. Der Quecksilber­schalter 24 weist zwei Kontakte 25 und 26 auf, mittels derer der Antriebsmotor 27 der Umwälzpumpe 12, der in Figur 3 schematisch dargestellt ist, durch das im Queck­ silberschalter 24 befindlichen Quecksilber 28 je nach der räumlichen Position, die der Röntgenstrahler einnimmt, einmal mit einer positiven Versorgungsspannung +U_B und einmal mit einer negativen Versorgungsspannung -U_B ver­bunden ist, was zu einer Umkehrung der Drehrichtung des Antriebsmotors 27 und damit der Förderrichtung der Um­wälzpumpe 12 führt. In Figur 3 ist der Antriebsmotor 27 mit der positiven Versorgungsspannung +U_B verbunden.

[0017] Um zu gewährleisten, daß ein ausreichend großer Anteil des Kühlmittelstromes durch den Spalt zwischen dem Iso­lator 6 und dem Glaskolben der Röntgenröhre 2 - hier bil­den sich erfahrungsgemäß sogenannte "Hitzenester" - ge­führt wird, ist zwischen der Innenwand des Gehäuses 1 und dem Außenumfang des Stators 7 eine Blende 18 vorgesehen, die einige Durchtrittsöffnungen 19 für das Kühlmittel aufweist. Die Durchtrittsöffnungen 19 der Blende 18 sind derart bemessen, daß nur ein vergleichsweise kleiner An­teil des Kühlmittelstromes durch sie hindurchtreten kann.

Ansprüche

1. Flüssigkeitsgekühlter Röntgenstrahler mit einer Um­laufkühleinrichtung, welcher ein mit einem elektrisch isolierenden Kühlmittel gefülltes, mit einem Strahlen­durchtrittsfenster (8) versehenes Gehäuse (1) und eine in diesem angeordnete Röntgenröhre (2) aufweist, wobei die Umlaufkühleinrichtung ihrerseits einen durch zwei Kühl­mittelleitungen (9, 10) am Gehäuse (1) angeschlossenen Kühler (11) und eine Umwälzpumpe (12) für das Kühlmittel aufweist und der Kühlmittelkreislauf geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufkühleinrichtung unmittelbar an dem Gehäuse (1) des Röntgenstrahlers angebracht und der Kühler als Wärmetau­scher (11) ausgebildet ist, der außer von dem Kühlmittel von einer Kühlflüssigkeit durchströmt ist.

2. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und die einen im wesentlichen dem des Gehäuses (1) entsprechenden Außen­durchmesser aufweisende Umlaufkühleinrichtung an einer Stirnfläche des Gehäuses (1) angeordnet ist.

3. Röntgenstrahler nach Anspruch 1 oder 2, da­durch gekennzeichnet, daß der Wär­metauscher (11) aus einem doppelwandigen Rohr (20) gebil­det ist, welches mit seiner äußeren und seiner inneren Wand (21 bzw. 22) einen äußeren und mit seiner inneren Wand (22) einen inneren Kanal begrenzt, wobei das Kühl­mittel in dem einen und die Kühlflüssigkeit in dem ande­ren Kanal strömt.

4. Röntgenstrahler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das doppelwandige Rohr (20) spiralartig aufgewunden ist.

5. Röntgenstrahler nach Anspruch 3 oder 4, da­durch gekennzeichnet, daß das Rohr (20) an seiner äußeren Mantelfläche mit einer Verrippung (17) versehen ist.

6. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel in dem äußeren und die Kühlflüssigkeit in dem inneren Kanal des doppelwandigen Rohres (20) strömt.

7. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufkühleinrichtung ein Gebläse (16) zur Erzeugung ei­nes den Wärmetauscher (11) bestreichenden Luftstromes aufweist.

8. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufkühleinrichtung Mittel (9, 18, 19, 23) zur Erzeu­gung eines derart gerichteten Kühlmittelstromes im Inne­ren des Gehäuses (1) aufweist, daß das in das Gehäuse (1) eintretende Kühlmittel zuerst jene Bereiche der Röntgen­röhre (2) beströmt, die die größte Temperatur aufweisen.

9. Röntgenstrahler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Kühlmittelstromes umkehrbar ist.

10. Röntgenstrahler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (24) vorge­sehen sind, welche den Kühlmittelstrom abhängig von der räumlichen Lage des Röntgenstrahlers selbsttätig um­kehren.

Zeichnung