CN103705254A - 计算机x射线层析扫描仪台架的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于冷却计算机X射线层析扫描仪台架(1)的冷却装置，该台架包括台架外壳(2)和可相对于该台架外壳旋转的、具有X射线源和至少一个冷却剂管(8)的转子(4)，其中，冷却剂管(8)集成在可相对于台架外壳(2)旋转地支承的旋转框架(3)内，以及有多个处于与台架(1)旋转轴线(R)正交的平面内的管段(9)。

Description

计算机X射线层析扫描仪台架的冷却装置

技术领域

本发明涉及一种计算机X射线层析扫描仪台架的冷却装置。计算机X射线层析扫描仪尤其在医疗技术中设计用于生成X射线技术切片图像。同样，计算机X射线层析扫描仪也可以使用于材料无损检测。

背景技术

计算机X射线层析扫描仪的台架包括一个不旋转的基本上环形的部分，通常称为台架外壳。台架外壳一般有固定的支承框，在它上面固定护罩或导流板。在支承框上还借助适用的轴承，例如滚动轴承，支承在计算机X射线层析扫描仪工作时旋转的同样基本上环形的部分，通常称为台架转子。不同于直接支承，也可以将转子通过偏倾框并因而可偏倾地固定在支承框上。转子又包括称为鼓桶或桶架的旋转框架，所有的旋转部件(尤其至少一个X射线放射源以及至少一个与之配合作用的探测器)都固定在旋转框架上。旋转框架通常由金属铸件，尤其铝铸件组成。旋转框架在端侧通过典型地用钢制成的支承环支承在台架外壳上。

在作为X射线技术设备的计算机X射线层析扫描仪中，用于X射线放射源工作所需的电功率大部分转换为热量，而只有比较小的部分转换为X射线。由于这一原因，应保证X射线放射源充分冷却，这例如可以通过台架内的空气冷却装置实现。

由DE102005041538B4已知一种计算机X射线层析扫描仪的台架，它包括支承环，用于支承可旋转的旋转滑架，其中，支承环有用于给旋转滑架输送冷却剂，亦即空气的冷却通道。冷却通道有许多出入口和沿周向变化的横截面，在这里，变化的横截面可与在冷却通道内取出的冷却剂量相适应。

DE10304661B4公开了另一种通过空气冷却装置冷却计算机X射线层析扫描仪台架的方法。在这种情况下，台架外壳借助轴承可偏倾地支承在计算机X射线层析扫描仪固定部分上。设置冷却气输入装置，用于在轴承的区域内将冷却气流从固定部分引入台架外壳内。

WO2008/052735A1涉及尤其用于冷却医疗设备的冷却模块。即使在这种情况下医疗设备也涉及计算机X射线层析扫描仪，其中，冷却模块冷却在其台架内的内部空气。此冷却模块包括气体-液体换热器、鼓风机以及至少部分集成在其中的控制器。

由DE19945413A1已知另一种用于计算机X射线层析扫描仪台架的冷却装置，它有至少一个流过液态介质的换热器。液态介质可涉及围绕计算机X射线层析扫描仪的X射线放射源的冷却和隔热油。总体上近似环形的换热器由一个个矩形的换热器元件组成，如它们在汽车工业中使用的那样。

DE2010013604A1同样公开了一种有液体冷却装置的计算机X射线层析扫描仪。在计算机X射线层析扫描仪台架的转子上，安装至少一个X射线管和一个液体冷却***。液体冷却***沿着离旋转轴线不同大小的距离延伸，因此产生不同程度的离心力。为了提高在冷却***中的压力，设共同旋转的平衡容积，它通过质量元件加载，增大离心力引起的作用在冷却液体上的压力。

发明内容

本发明的目的是，与上列现有技术相比，进一步改进计算机X射线层析扫描仪台架的冷却装置，尤其能设计为节省空间位置和有高的峰值冷却功率。

上述目的通过一种计算机X射线层析扫描仪台架的冷却装置来实现，该台架具有台架外壳和能够相对于该台架外壳旋转的、包括X射线源的转子，该转子有至少一个冷却剂管，按本发明，所述冷却剂管集成在可相对于台架外壳旋转地支承的旋转框架内，以及有多个处于与台架旋转轴线正交的平面内的管段。

这种冷却装置用于冷却计算机X射线层析扫描仪的台架，该台架包括台架外壳和可相对于该台架外壳旋转的、具有X射线源和至少一个冷却剂管的转子，其中，冷却剂管在台架的转子侧集成在转子的旋转框架的径向段内，以及有多个处于与台架旋转轴线正交的平面内的管段。在这里这些管段构成换热器，在计算机X射线层析扫描仪工作时，该换热器将热量排放给周围的空气。被换热器加热的空气可例如从计算机X射线层析扫描仪引出，和/或在计算机X射线层析扫描仪内部借助另一个固定的换热器冷却。

在一些实施形式中，换热器特别节省位置地设计在台架的转子侧，其中，管段按单层排列在旋转框架内。

按一种作为替代方式的实施形式，管段分多层排列在旋转框架内。在这种情况下，与前一种实施形式相比，在仅要求适度增加结构空间的同时，冷却功率明显提高。

在这两种情况下，换热器基于其设置在旋转框架端侧，导致冷却空气有良好的流动性以及有可利用的大的传热面积。

将换热器整合或集成在旋转框架内，还可以保证为载热介质提供大的容积，不需要大量附加的结构空间，或不会严重削弱旋转框架的承力结构。换热器大的储存容积尤其保证能短期吸纳通过X射线源或多个X射线源产生的非常高的峰值热功率。与此同时，通过换热器的这种有利于流动技术的设置，还使得能够从冷却剂管向环境持续排出的热功率极高。与先有技术相比，这种高的冷却功率可以缩短冷却间歇或完全消除冷却间歇，这与相应地增加计算机X射线层析扫描仪的利用时间有同等意义。

X射线源能以便于装配的方式固定在旋转框架的轴向段上。旋转框架通常包括轴向段和径向段，径向段有设在其内部/它上面的管段。优选地与径向段相反，轴向段没有液体通流冷却。

台架外壳通常有固定的支承框，在它上面固定护罩或导流板。在有些实施方案中，支承框包括偏倾框，它的偏倾轴线与转子的旋转轴线成垂直正交定向。

按一种优选的进一步发展，本身不能旋转的支承框，具有就台架旋转轴线而言沿轴向延伸的环形冷却空气通道，所述带有X射线放射源和共同旋转的换热器的转子可旋转地支承在此支承框上。在这里借助至少一台鼓风机进行从台架外壳向台架转子输送空气。至少一台促使空气输送的鼓风机，可以或安装在台架的外部或安装在台架的内部。按优选的方式，一定数量的(至少一台)鼓风机，其数量与要求的冷却功率相适应，它们在偏倾框那一侧，亦即在台架不旋转的那一侧，总体上环形地排列在冷却空气通道内。通过一方面环形的冷却空气通道，只要它处于台架不旋转的那一侧，便可任意程度，在需要时几乎全部装备鼓风机，以及另一方面冷却空气通道的旋转段以高的程度装填构成换热器的管段，从而在最狭窄的空间造成通过台架的高的热流。

按台架的一种优选的结构形式设置冷却空气通道，就转子的旋转轴线而言，它在支承框上或内有一个沿轴向定向的冷却空气输入段，以及有一个沿径向定向的沿径向围绕台架转子的冷却空气输出段。与此不同，例如也可以实现一种结构形式，按这种结构形式，台架在总体上可主要沿轴向流过冷却空气。

作为通过在台架转子侧上的冷却剂管流动的流体，可例如利用水或油。流入换热器内的流体优选地还直接用于冷却X射线源。

构成换热器的管段，在垂直于旋转轴线的径向平面内部，相对于台架的旋转轴线，优选地至少近似沿切线方向延伸。

按第一种方案，多个管段互相同心排列，其中管段分别沿台架的切向延伸。按第二种变型方案，冷却剂管螺旋形设置在旋转框架内。

在这两种方案中，管段可直接通过在旋转框架基本材料内的孔构成。作为替代方式，冷却剂管设计为与旋转框架固定连接的单独的导管。

在所有说明的台架结构形式中，为了改善热传导，按选择也可以为了在台架内部有针对性地导引冷却空气，将冷却剂管与冷却片导热连接。这些冷却片可例如处于旋转框不直接通过液体冷却的轴向段上。

所描述的冷却装置的结构特征(不仅关于换热器而且关于其周围构件，尤其壁或冷却空气管导引元件的结构特征)，在利用这种统一的基本方案的情况下(该基本方案始终基于将换热器在转子侧集成在旋转框架内，亦即设在转子底部中)，可以实现冷却功率的一种非常灵活和针对负荷恰当的设计。例如通过改变换热器壁的数量，或通过使用构成换热器的管段有变化的直径，得到方便的变化可能性。同样有可能，在台架转子的底部或只安置单个换热器，或安置多个换热器。

无论如何通过在旋转框架内集成至少一个换热器，尤其在转子前侧造成可灵活利用的结构空间。

与冷却剂管连接的冷却剂泵例如在端侧设在台架的转子上。同样，在端侧，尤其在转子的前侧，还可以设平衡容器，它成为冷却装置的一个部件。但平衡容器也可以处于转子面朝支承框的后侧或转子的圆周上。

本发明的优点尤其在于，通过在转子侧将换热器集成在台架的旋转框架内，不仅使得计算机X射线层析扫描仪设在转子外的一些部分良好传热，而且可以充分利用在台架转子侧存在的结构空间。

附图说明

下面借助附图详细说明本发明的实施例。其中部分非常简化地表示：

图1表示计算机X射线层析扫描仪台架的局部横截面；

图2-5示意表示计算机X射线层析扫描仪台架不同方案剖视图；

图6表示计算机X射线层析扫描仪台架内冷却剂管的剖视图；以及

图7表示计算机X射线层析扫描仪台架端侧的视图。

在所有的附图中彼此相应或作用相同的部分采用同样的附图标记表示。

具体实施方式

其总体用附图标记1标示在图1中局部表示的台架，是图中未进一步表示的计算机X射线层析扫描仪的组成部分，有关计算机X射线层析扫描仪台架的基本功能可参见前言援引的先有技术。

台架1总体上有大体圆环面状构型，它包括不能旋转而只能偏倾的台架外壳2，以及借助轴承，尤其滚动轴承，可旋转地固定在台架外壳2上的旋转框架3，它也称为鼓桶或桶架以及有多个零部件，这些零部件与旋转框架3共同构成台架1的转子4。

作为转子的零部件，在图1中除旋转框架3外还可看到固定在它上面的X射线源6和射束光阑7，后者设置在从X射线源6发射的X射束的射线轨迹内。旋转框架3由径向段10以及与之连接的圆柱壳形轴向段11组成，径向段10通过轴承可旋转地支承在支承框上，在这里是支承在台架外壳2的偏倾框上，以及轴向段11在外部的表面构成转子4的外周表面。

此外图1还表示设在径向段10内的冷却剂管8，它由沿转子4切向或周向延伸处于一个与台架1旋转轴线正交的平面内的一些管段9构成并起换热器的作用，尤其用于排出由X射线源6产生的热量。在图1中用宽箭头表示的冷却剂流主要沿轴向流过台架1。在图1中通过窄箭头表示在转子4内部和在其边界上，尤其在旋转框架3表面以及在冷却剂管8与X射线源6之间的热流和热载体流。

为了将冷却空气有针对性地在台架1的转子4表面上导引，台架外壳2的壁18处于轴向段11沿径向的外部，它部分封闭，构成流动通道12。在按图1的实施例中，冷却空气流从台架1的后侧朝前侧流动。在冷却空气从通过旋转框架3的轴向段11与壁18构成的环形冷却空气通道12流出时，冷却空气沿径向向外偏转。

计算机X射线层析扫描仪不能旋转或偏倾的部件处于台架外壳2的外部，其中在图1中只概略表示了固定的冷却装置14。固定的冷却装置14，如在台架1的转子4上通过冷却剂管8实现的冷却装置那样，借助空气-液体换热器工作并同样可沿轴向被流过，其中在固定的冷却装置14内空气的流动方向，与在冷却空气通道12中的冷却空气流方向相反。

在要冷却的空气从固定的冷却装置14流出后，已冷却的空气首先沿径向向内流向偏倾框13(它是台架外壳2的一个部件)，并进一步流回冷却空气通道12内，由此在计算机X射线层析扫描仪内构成闭合的冷却空气循环。

因此，在计算机X射线层析扫描仪工作时由X射线源6产生的热量，一方面在端侧，亦即在旋转框架3面朝偏倾框13的那一侧传给冷却空气，在这里只在旋转框架3的这一侧设置管段9，以及另一方面热量还从旋转框架3的轴向段11传给冷却空气。因此来自X射线源6的热量，不仅直接而且间接，亦即通过径向段10和集成在其中的管段9，流向轴向段11。

还可以以图中没有表示的方式实现一些实施形式，其中冷却空气仅一次通过冷却空气通道12导引，以及接着从计算机X射线层析扫描仪排出。

图2只表示转子4，没有表示台架1的台架外壳2，与按图1所示的实施例相比，按图2的实施例表示了在旋转框架3上构成冷却剂管的两种方案。在这里，在旋转框架3径向段10的端侧表面内，例如通过切削加工和/或通过铸造法加工一些凹槽，它们定义管段8的横截面。在垫设密封件20的情况下，在径向段10的表面上安放盖板21，从而封闭管段8的横截面。按没有表示的方式，例如通过螺钉，将盖板与旋转框架3的其他部件固定连接。

在图2的下半部分中表示了管段8排列的另一种亦即多层的方案。在这种情况下，仍在垫设密封件20的情况下，在盖板21上安放配板22，该配板22有一些凹槽，这些凹槽相应于上面介绍的在径向段10内的定义形成管段8横截面的凹槽。在这里，在盖板21两侧的管段8彼此镜面对称成形，其中对称面处于盖板21中央。在这种情况下管段8也完全集成在台架1的旋转框架3内。

流过管段8的流体在图2所示的情况下与冷却X射线源6的油一致。因此有单个热载体循环，在此热载体循环内通过载热介质，亦即油，吸纳X射线源6的热量，并从X射线源6通过构成管段8的冷却器传出。为了在要冷却的部件与旋转框架3内的管段8之间在流体技术上连接，设连接段15。

在图2中表示的在两个或更多个互相平行的层内布设管段8的多层式实施形式，可同样在按图1的实施例中或在图3、图4或图5的实施例中实现。台架1的旋转轴线用R表示。在所有的方案中，借助在台架1不旋转一侧的至少一台鼓风机17，产生有针对性地通过台架1的冷却空气流。

按图3和图4的实施例表示台架1转子侧冷却装置与旋转框架3径向段1的几何构型的不同组合的方案。

在按图3的例子中，管段8完全埋入径向段10内，其中，管段8的壁直接通过径向段10的基本材料，例如钢构成。

在按图4的实施例中则相反，管段8通过单独的导管，例如铜管构成，它固定在径向段10上。

按图5的实施例示意表示台架1冷却装置，其中冷却空气沿轴向流入台架外壳2内，以及沿径向离开台架外壳2。在偏倾框13的内部构成沿轴向定向的环形冷却空气输入段16，其中设置在这里没有表示的鼓风机17。

在冷却空气通道12设计在台架外壳2内的冷却空气输入段16与同一个冷却空气通道12处于转子4内的区段之间，只存在小的轴向间隙，它对冷却空气流没有明显的影响。被管卷8加热的冷却空气最终沿径向排出，为此使用冷却空气通道12集成在台架外壳2内的冷却空气输出段19。加热的冷却空气优选地通过在这里没有表示的固定的冷却器，回引到冷却空气输入段16内，从而即使在这种情况下，也如在按图1的实施例中那样，闭合冷却空气流。

图6中台架1的示意剖视图表示冷却剂管8的形状，它适用于按图1至5的各种实施例：冷却剂管8描绘为一条螺旋线，它的中心点处于旋转轴线R上。

图7非常简单地表示台架1的转子4前端侧的局部俯视图，台架1在其后侧，亦即面朝台架外壳2那一侧，有按图1至5之一所示的液体冷却装置。作为台架冷却装置的部件表示了冷却剂泵23，它与未表示的平衡容器一样，同样与管段9在流体技术上连接。

总之，与传统的冷却模块不同，通过在空间隔离它们各个部件，亦即部分设在前侧(例如冷却剂泵23)以及部分集成地设置在旋转框架3内(构成冷却器的管段9)，台架冷却装置被改进设计，由此与先有技术相比，尤其在台架前侧可利用附加的结构空间。

Claims (13)

1.一种计算机X射线层析扫描仪台架(1)的冷却装置，该台架具有台架外壳(2)和能够相对于该台架外壳(2)旋转的、包括X射线源(6)的转子(4)，该转子(4)有至少一个冷却剂管(8)，其特征为：所述冷却剂管(8)集成在可相对于台架外壳(2)旋转地支承的旋转框架(3)内，以及有多个处于与台架(1)旋转轴线(R)正交的平面内的管段(9)。

2.按照权利要求1所述的冷却装置，其特征为，所述管段(9)按单层排列在旋转框架(3)内。

3.按照权利要求1所述的冷却装置，其特征为，所述管段(9)分多层排列在旋转框架(3)内。

4.按照权利要求1至3之一所述的冷却装置，其特征为，所述旋转框架(3)有沿径向延伸的径向段和与之连接并沿轴向延伸的轴向段(11)，其中，在轴向段(11)上固定X射线源(6)。

5.按照权利要求4所述的冷却装置，其特征为，所述旋转框架(3)的轴向段(11)没有液体通流冷却。

6.按照权利要求1至5之一所述的冷却装置，其特征为，所述台架外壳(2)有支承框(13)，该支承框优选地设计为偏倾框，它的偏倾轴线垂直于转子(4)旋转轴线(R)定向。

7.按照权利要求6所述的冷却装置，其特征为，所述支承框(13)有环形冷却空气通道(12)，后者设计用于给转子(4)输入冷却空气。

8.按照权利要求7所述的冷却装置，其特征为，所述冷却空气通道(12)有就转子(4)的旋转轴线(R)而言沿轴向定向的冷却空气输入段(16)和沿径向定向的冷却空气输出段(19)。

9.按照权利要求1至8之一所述的冷却装置，其特征为，多个管段(9)互相同心排列。

10.按照权利要求1至8之一所述的冷却装置，其特征为，冷却剂管(8)螺旋形设置在旋转框架(3)内。

11.按照权利要求1至10之一所述的冷却装置，其特征为，管段(9)直接通过在旋转框架(3)基本材料内的孔构成。

12.按照权利要求1至10之一所述的冷却装置，其特征为，冷却剂管(8)设计为单独的导管。

13.按照权利要求1至12之一所述的冷却装置，其特征为，与所述管段(9)连接的冷却剂泵(23)设置在转子(4)的端侧。

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