计算机x射线断层扫描仪的机架的冷却装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种计算机X射线断层扫描仪的机架(1)的冷却装置，该机架(1)具有机架壳体(2)和能相对于所述机架壳体(2)旋转的转子(4)，所述转子包括X射线源(6)和旋转架(5)，所述冷却装置具有至少一个冷却剂管路，其特征在于，所述冷却剂管路设计为所述转子(4)周向上的卷绕管(8)并且具有多个彼此平行布置的沿转子(4)切向延伸的管路部段(9)，其中，在所述卷绕管(8)的径向内侧，在卷绕的管路部段(9)与旋转架(5)之间具有呈圆柱外壳状的隔热装置(11)，并且其中，在所述管路部段(9)的径向外侧具有环形的导板(10)。
【专利说明】计算机X射线断层扫描仪的机架的冷却装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种计算机X射线断层扫描仪(CT)的机架的冷却装置。计算机X射线断层扫描仪设计用于尤其在医疗技术中通过X射线技术产生断层图像。计算机X射线断层扫描仪同样可以用于无损材料检验。
【背景技术】
[0002]计算机X射线断层扫描仪的机架包括基本上呈环形的非旋转部分，一般称为机架壳体。所述机架壳体一般具有固定的支架，其上固定有外壳面板件或者流体板。在支架上又借助适当的轴承结构(例如滚动轴承)支承有在计算机X射线断层扫描仪运行时旋转的同样基本上呈环形的部分，一般称为机架的转子。作为对直接支承的备选，转子也可以通过倾翻架并且因此可倾翻地固定在支架上。转子又包括称为鼓桶的旋转架，所有旋转的部件固定在旋转架上，尤其是至少一个X射线发射器以及至少一个与其共同作用的探测器。旋转架通常由金属铸件尤其是铝铸件构成。
[0003]在作为X射线技术仪器的计算机X射线断层扫描仪中，运行X射线发射器所需的电功率中的大部分被转化为热并且只有相对较小的比例被转化为X射线。出于此原因，需要对X射线发射器进行充分的冷却，这例如可通过机架中的空气冷却实现。
[0004]由DE102005041538B4已知一种计算机X射线断层扫描仪的机架，其包括用于支承可旋转的旋转架的支承环，其中，支承环具有用于向旋转架输入冷却剂(即空气)的冷却通道。所述冷却通道具有多条通路和沿周向变化的横截面，其中，变化的横截面能够与在冷却通道中减少的冷却剂量适配。
[0005]DE10304661B4公开了另一种用于通过空气冷却来冷却计算机X射线断层扫描仪的机架的方法。在这种情况下，机架壳体借助轴承可倾翻地支承在计算机X射线断层扫描仪的固定部分上。冷却气体输入装置设置用于在轴承区域内将冷却气流从固定部分导入机架壳体内。
[0006]W02008/052735A1涉及一种尤其用于冷却医疗仪器的冷却模块。在这种情况下，医疗仪器也可以是指计算机X射线断层扫描仪，其中，冷却模块冷却计算机X射线断层扫描仪的机架中的内部空气。冷却模块具有气体-液体-热交换器、通风机以及至少部分集成在通风机中的控制单元。
[0007]由DE19945413A1已知另一种用于计算机X射线断层扫描仪的机架的冷却装置，其具有至少一个由液态介质流通的热交换器。液态介质可以是指环绕计算机X射线断层扫描仪的X射线源的冷却和绝缘油。整体上近似为环形的热交换器由单独的长方六面体形的热交换器元件组成，如它们在汽车工业中应用的那样。
[0008]DE2010013604A1同样公开了一种具有液体冷却装置的计算机X射线断层扫描仪。在计算机X射线断层扫描仪的机架的转子上布置有至少一个X射线管以及液体冷却系统。所述液体冷却系统以与旋转轴线不同大小的间距延伸，从而在不同程度上出现离心力。为了提高冷却系统中的压力，设有共同旋转的补偿体积，其通过质量元件这样承载，使得通过离心力作用升高冷却液体的压力。
实用新型内容
[0009]本实用新型所要解决的技术问题在于，相对所述的现有技术对计算机X射线断层扫描仪的机架的冷却装置进行改进设计，尤其使其节省空间。
[0010]该技术问题按本实用新型通过一种计算机X射线断层扫描仪的机架的冷却装置解决，该机架具有机架壳体和能相对于所述机架壳体旋转的转子，所述转子包括X射线源和旋转架，所述冷却装置具有至少一个冷却剂管路，按照本实用新型，所述冷却剂管路设计为所述转子周向上的卷绕管并且具有多个彼此平行布置的沿转子切向延伸的管路部段，其中，在所述卷绕管的径向内侧，在卷绕的管路部段与旋转架之间具有呈圆柱外壳状的隔热装置，并且其中，在所述管路部段的径向外侧具有环形的导板。
[0011]这种冷却装置用于冷却计算机X射线断层扫描仪的机架，其具有机架壳体和能相对于所述机架壳体旋转的转子，所述转子包括X射线源和至少一个冷却剂管路，其中，所述冷却剂管路设计为转子周向上的卷绕管并且具有多个彼此平行布置的沿转子切向延伸的管路部段。在此，由沿切向延伸的管路部段组成的卷绕管构成热交换器，其在计算机X射线断层扫描仪运行时向环境空气排放热量。通过热交换器加热的空气例如可以从计算机X射线断层扫描仪中排出和/或在计算机X射线断层扫描仪内部借助另一固定的热交换器冷却。
[0012]热交换器在机架转子上的一种特别节省空间的设计在这样的实施形式中给出，其中，所述沿周向延伸的热交换器管路部段单层地布置在所述转子的周向上。
[0013]按照一种备选实施形式，所述管路部段多层地布置在所述转子的周向上。在这种情况下，冷却效率相比先前提到的实施形式在对结构空间具有一定额外需要时明显提高。
[0014]在这两种情况下，由于尽可能地将转子旋转架的整个基本上呈圆柱形的周向面充分用作用于形成热交换器的管路部段的安装面，设计为管式冷却器的热交换器的突出特征在于较大的储存容积并且因此尤其在于可短期极大地吸收由X射线源产生的热学峰值功率。同时，由于至少部分且优选全部包围转子旋转架周向的优选由液态冷却剂流通的外部管路部段，可由设计为卷绕管的冷却剂管路持久地排放到环境中的热功率极高。这种较高的冷却效率实现了相对现有技术缩短冷却暂停时间或者完全取消了冷却暂停，这等于相应地提高了计算机X射线断层扫描仪的使用时间。
[0015]X射线源以及冷却剂管路能够以易于安装的方式固定在转子的旋转架上。按照一种有利的扩展设计，旋转架具有位于X射线源与冷却剂管路之间的隔热装置。通过该隔热装置将机架转子侧上的热流均匀，这尤其有助于减少通过热学造成的、影响计算机X射线断层扫描仪成像质量的几何形状变化。
[0016]机架壳体一般具有固定的支架，其上固定有外壳面板件或者流体板。在一些变型实施形式中，支架包括倾翻架，所述倾翻架的倾翻轴线垂直于转子的旋转轴线定向。
[0017]按照一种优选的扩展设计，本身不能旋转的支架由沿轴向相对于机架的旋转轴线朝向转子缩窄的环形冷却空气通道围绕，转子可旋转地支承在支架上，所述转子具有X射线发射器以及一同旋转的设计为外部卷绕管的热交换器。在此，借助至少一个通风机将空气从机架壳体输送至机架的转子。至少一个输送空气的通风机可以布置在机架外部或者内部。优选具有多个通风机，其数量与所要求的冷却效率适配，所述多个通风机在整体上呈环形地在冷却空气通道内布置在倾翻架的一侧上，也就是布置在机架不旋转的一侧上。由于一方面环形的冷却空气通道(只要其处于机架不旋转的一侧上)能够以任意程度，在需要时几乎完整地配备通风机，并且另一方面冷却空气通道的旋转部段在很大程度上填充有形成卷绕管的热交换器管路部段，所以在较窄的空间中产生了通过机架的较高热流。
[0018]机架的一种优选构型规定了这样的冷却空气通道，其相对于转子的旋转轴线具有处于支架之上或之中的沿轴向定向的冷却空气输入部段以及径向环绕机架转子的沿径向定向的冷却空气输出部段。与之不同地例如也可以实现这样的构型，其中机架整体上主要可沿轴向供冷却空气流通。
[0019]作为流过机架转子侧上的冷却剂管路的流体例如可以使用水或者油。在热交换器中流动的流体优选也直接用于冷却X射线源。
[0020]在所有描述的机架构型中，为了改善换热，可选地也为了有针对性地在机架内部导引冷却空气，可将冷却剂管路与冷却片导热地连接。
[0021]所描述的冷却装置结构特征，既涉及热交换器也涉及其周围的构件，尤其是用于导引冷却空气的导引元件或者壁，实现了在使用统一的基本理念(其总是基于卷绕的管式热交换器)的情况下非常灵活且根据需要地设计冷却效率。简单的变型可能性例如通过改变热交换器匝圈数量或者通过使用改变了直径的构成热交换器的管路部段实现。同样可行的是，在机架转子的周向上安装唯一一个热交换器或者多个热交换器。
[0022]在所有情况下，通过将至少一个管式冷却器布置在转子周向上，在转子端侧(也就是在其正面和背面上)形成了可灵活应用的结构空间。与冷却剂管路连接的冷却剂泵例如布置在转子的端侧。同样也可以在转子的端侧，尤其是正面布置作为冷却装置部件的补偿容器。然而，补偿容器也可以位于转子朝向支架的背面上或者位于转子周向上。
[0023]本实用新型的优点在于，通过将机架转子侧上的热交换器设计为具有沿周向处于转子径向外侧的冷却剂管路的管式热交换器，既实现了与布置在转子径向外侧的CT部件的良好换热，也可充分利用机架转子侧上的现有结构空间。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]以下根据附图进一步阐述本实用新型的实施例。在附图中部分简化地:
[0025]图1以横剖面部分地示出计算机X射线断层扫描仪的机架；
[0026]图2、图3以示意剖视图示出计算机X射线断层扫描仪的机架的不同变型方案；
[0027]图4至图6分别示出计算机X射线断层扫描仪的机架的不同端侧视图。
【具体实施方式】
[0028]相应或者作用相同的部件在所有附图中均以相同的附图标记表示。
[0029]整体用附图标记I表示的在图1中部分示出的机架是未进一步示出的计算机X射线断层扫描仪的一部分，关于其基本功能可参考本文开头引用的现有技术。
[0030]机架I整体具有大约呈环面状的构型并且包括不可旋转只可倾翻的机架壳体2以及借助轴承装置3 (即滚动轴承)可旋转地固定在机架壳体2上的具有多个单独部件的部分，亦即整体称为机架I的转子4。[0031]作为转子的单独部件可以在图1中看到借助轴承装置3支承在机架壳体2上的旋转架5 (也称为鼓桶或桶架)以及固定在旋转架5上的X射线源6和发射器光阑7，其布置在由X射线源6发射的X射线的光路中。图1还显示同样固定在旋转架5周向上的卷绕管8，其由沿转子4的切向延伸的彼此平行间隔的管路部段9构成并且用作热交换器，以便尤其排出X射线源6产生的热量。在图1中通过加粗箭头表示的冷却空气流沿轴向流过机架I的转子4。较细的箭头表示转子4内部处于由冷却剂管路构成的卷绕管8与X射线源6之间的流体流和/或热流。
[0032]为了有针对性地将冷却空气导引至构成卷绕管8的管路部段9的表面，在管路部段9的径向外侧具有围绕该管路部段的环形导板10。在卷绕管8的径向内侧上，在卷绕的管路部段9与旋转架5之间，可选地具有与导板10 —样呈圆柱外壳状的隔热装置11。
[0033]在按照图1的实施例中，冷却空气流从机架I的正面朝向背面流动。在冷却空气从形成于隔热装置11与导板10之间的环形冷却空气通道12 (其中布置有卷绕管8)流出时，冷却空气到达倾翻架13，所述倾翻架是机架壳体2的部件。因此，在计算机X射线断层扫描仪运行时从X射线源6到达倾翻架13的热量同样通过冷却空气流排出。冷却空气沿径向离开机架壳体2，其中，为了从机架壳体2中导出冷却空气流，在该机架壳体中布置有开口。
[0034]在机架壳体2外部具有不可旋转或者不可倾翻的CT部件，在图1中只以附加件的方式示出了固定冷却装置14。所述固定冷却装置14通过空气-液体-热交换器以与在机架I的转子侧上通过卷绕管8实现的冷却相同的方式工作并且同样可沿轴向流通，其中，空气在固定冷却装置14内的流动方向与在冷却空气通道12内的冷却空气流反向。在受冷却的空气从固定冷却装置14流出之后，冷却过的空气流回冷却空气通道12，由此在计算机X射线断层扫描仪中形成了封闭的冷却空气循环。也能以未示出的方式实现这样的实施形式，其中冷却空气只一次性地导引通过冷却空气通道12并且接着由计算机X射线断层扫描仪导出。
[0035]按照图2 (只示出了转子4而没有示出机架I的机架壳体2)的实施例详细示出了卷绕管8与待冷却部件即X射线源6之间的热耦合。流过卷绕管8的流体与冷却X射线源6的油相同。由此形成了唯一的热载体循环，在该循环中通过热载体介质即油在X射线源6处吸热并且在卷绕管8处放热。为了在流体技术上连接待冷却部件和卷绕管8，设有耦合件15。
[0036]在图2中还可以看到卷绕管8的多层实施形式。这种将管路部段9分为两个或多个彼此同心的层的布置同样可在按照图1的实施例或者在按照图3的实施例中实现。机架I的旋转轴线在图2和图3中用R表示。
[0037]按照图3的实施例示出机架I的冷却变型方案，其中，冷却空气沿轴向流入机架壳体2内并且沿径向离开该机架壳体。在倾翻架13内部形成环形的、沿轴向定向的冷却空气输入部段16，在所述冷却空气输入部段16中布置有多个通风机17。
[0038]在冷却空气通道12的设计于机架壳体2内的冷却空气输入部段16与冷却空气通道12位于转子4内的部段之间只具有较小的轴向间隙，其不会显著影响冷却空气流。而对冷却空气流的显著影响通过冷却空气通道12的形成于转子侧上的缩窄部18实现。冷却空气流由此加速，此时流动方向首先基本上保持为轴向。[0039]由卷绕管8加热的冷却空气最终沿径向导出，为此使用冷却空气通道12的集成在机架壳体2内的冷却空气输出部段19。加热的冷却空气优选通过在此未示出的固定冷却器导引回冷却空气输入部段16，因此在这种情况下也如按照图1的实施例那样形成了封闭的冷却空气流。
[0040]在图4中以机架I的示意性正视图示出了在附加使用冷却片20的情况下对转子4进行冷却，所述冷却片与卷绕管8导热地相连。
[0041]图5和图6分别以类似于图4的视图示出机架I的前端面(即转子4)的俯视图。在这两种情况下，除了 X射线源6还可以看到布置在机架I正面上的电子组件21。此外，在图5中示出了正面的发射器冷却装置22，其是作为对处于转子4周向上的卷绕管8的补充的另一可选的热交换器。
[0042]在按照图6的实施例中没有设置这种处于机架I正面上的发射器冷却装置。在这种情况下，对机架I的转子侧上所有产生热量的部件的冷却借助转子4周向上的至少一个卷绕管8进行。而机架冷却装置的其它部件(如在图6中示出的冷却剂泵23)可布置在机架I的正面上。因此，不同于传统的冷却模块，整个机架冷却装置通过其各个单独部件的空间分隔即部分正面(冷却剂泵23)和部分周向(卷绕管8)的布置被修正设计，由此相比于现有技术尤其在机架I的正面上形成了附加的结构空间24。
【权利要求】
1.一种计算机X射线断层扫描仪的机架的冷却装置，该机架(I)具有机架壳体(2)和能相对于所述机架壳体(2)旋转的转子(4)，所述转子包括X射线源(6)和旋转架(5)，所述冷却装置具有至少一个冷却剂管路，其特征在于，所述冷却剂管路设计为所述转子(4)周向上的卷绕管(8)并且具有多个彼此平行布置的沿转子(4)切向延伸的管路部段(9)，其中，在所述卷绕管(8)的径向内侧，在卷绕的管路部段(9)与旋转架(5)之间具有呈圆柱外壳状的隔热装置(11)，并且其中，在所述管路部段(9)的径向外侧具有环形的导板(10)。
2.按权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述管路部段(9)单层地布置在所述转子⑷的周向上。
3.按权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述管路部段(9)多层地布置在所述转子⑷的周向上。
4.按权利要求1至3之一所述的冷却装置，其特征在于，所述X射线源(6)以及卷绕管(8)固定在构成转子(4)的部件的旋转架(5)上。
5.按权利要求1至3之一所述的冷却装置，其特征在于，所述机架壳体(2)具有支架(13)。
6.按权利要求5所述的冷却装置，其特征在于，所述支架(13)设计为倾翻架，所述倾翻架的倾翻轴线垂直于所述转子(4)的旋转轴线(R)定向。
7.按权利要求5所述的冷却装置，其特征在于，所述支架(13)由朝向转子(4)缩窄的环形的冷却空气通道(12)围绕。
8.按权利要求7所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却空气通道(12)相对于转子(4)的旋转轴线(R)具有沿轴向定向的冷却空气输入部段(16)以及沿径向定向的冷却空气输出部段(19) ο
9.按权利要求1至3之一所述的冷却装置，其特征在于，所述管路部段(9)导热地与冷却片(20)相连。
10.按权利要求1至3之一所述的冷却装置，其特征在于，与所述管路部段(9)连接的冷却剂泵(23)布置在转子(4)的端侧。
【文档编号】A61B6/03GK203736214SQ201320609692
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2012年9月27日
【发明者】H-J.米勒 申请人:西门子公司