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Die Erfindung betrifft ein Strahlersystem.
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Ein derartiges Strahlersystem umfasst wenigstens einen Abwärme erzeugenden Strahler, z.B. einen Röntgenstrahler.
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Der Betrieb eines Strahlersystems setzt ab einer bestimmten Leistungsklasse des Röntgenstrahlers den Einsatz einer mit dem Röntgenstrahler verbundenen Kühleinheit voraus, über die der Röntgenstrahler entwärmt wird.
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Die Kühleinheit muss speziell auf das Strahlersystem abgestimmt sein und umfasst typischerweise wenigstens eine Pumpe für das zirkulierende Kühlmedium, einen Wärmetauscher für die Rückkühlung (Rückkühlrate) des Kühlmediums, entsprechende Leitungen für den Transport des Kühlmediums (Durchflussrate) sowie Kupplungen. Weiterhin umfasst eine derartige Kühleinheit jeweils ein Reservoir und ein Ausdehnungsgefäß für das Kühlmedium sowie gegebenenfalls eine zur Betriebsüberwachung notwendige Sensorik.
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Bei einem Strahlersystem, bei dem besonders hohe Anforderungen hinsichtlich der Leistung und/oder der Integration in eine Systemumgebung (begrenzter Bauraum, Integration in Kühlkonzept des umgebenden Systems) und/oder besondere Anforderungen hinsichtlich der Mechanik (Rotation) und/oder hinsichtlich der Effizienz zu erfüllen sind, dann kommt dem Kühlkonzept besondere Bedeutung zu. So muss z.B. speziell bei einem CT-System das Kühlkonzept auch auf die Gantry abgestimmt sein.
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Bei Mehrfachstrahler-Systemen (Multi-Source-Röntgensystemen) wird deshalb jeder Röntgenstrahler jeweils durch eine eigene Kühleinheit entwärmt.
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Jedem Röntgenstrahler ist somit eine eigene, auf maximale Kühlleistung ausgelegte Kühleinheit zugeordnet. In Summe ergibt sich somit eine Überkapazität von Kühlleistung, da nie alle Röntgenstrahler über einen längeren Zeitraum gleichzeitig die maximale Leistung erbringen müssen.
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Insbesondere bei Hochleistungsröntgenstrahlern wird als Kühl-Isoliermedium Transformatorenöl verwendet, das ggf. in einem mehrstufigen Rückkühlungsprozess (Öl – Wasser – Luft) abgekühlt wird.
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Konfektionierte Aggregate, die aus extern zugekauften Komponenten zusammengestellt werden, sind lediglich bei einfachen funktionalen Anforderungen und einfach zu beschreibenden technischen Schnittstellen einsetzbar.
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Ein Strahlersystem mit einem Hochleistungsröntgenstrahler ist z.B. aus der
DE 10 2010 013 604 A1 bekannt, wobei das Strahlersystem als CT-System ausgeführt ist und eine Flüssigkeitskühlung aufweist. Auf einer Gantry sind der Hochleistungsröntgenstrahler und gegenüberliegend der zugehörige Detektor angeordnet. Der Röntgenstrahler wird von einem Kühlaggregat gekühlt, das einen Kühlkreislauf mit einem darin zirkulierenden Kühlmedium umfasst. Weiterhin ist das Kühlaggregat an einen Druckerzeuger angeschlossen, der sich auf der rotierenden Gantry befindet und mithilfe der im Betrieb der Gantry auftretenden Zentrifugalkraft den Druck im Kühlaggregat erhöht (Zwei-Kammer-System).
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Weiterhin ist in der
DE 10 2011 004 220 A1 ein Röntgenstrahlersystem mit einem Röntgenstrahler beschrieben, der einen Anodenteller, ein Austrittsfenster und eine Kathode sowie eine erste Kühlvorrichtung und eine zweite Kühlvorrichtung umfasst. Die erste Kühlvorrichtung führt die an dem Anodenteller und an dem Austrittsfenster entstehende Wärme ab, wohingegen die zweite Kühlvorrichtung die Wärme von der Kathode abführt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Strahlersystem mit wenigstens zwei Strahlern zu schaffen, das konstruktiv einfacher aufgebaut ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Strahlersystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
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Das Strahlersystem gemäß Anspruch 1 weist wenigstens zwei Strahler auf, wobei zumindest zwei Strahler gemeinsam von einer Kühleinheit kühlbar sind, die einen Kühlkreislauf mit einem darin zirkulierenden Kühlmedium umfasst.
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Für das erfindungsgemäße Strahlersystem sind als Kühlmedium die verschiedensten Kühlmedien einsetzbar. So können – abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall – sowohl gasförmige Kühlmedien als auch flüssige Kühlmedien (Anspruch 5) verwendet werden. Ein geeignetes gasförmiges Kühlmedium ist z.B. Luft, es sind jedoch auch andere Gase bzw. Gasgemische für die Kühlung des erfindungsgemäßen Strahlersystems geeignet. Als flüssiges Kühlmedium (Kühlflüssigkeit) für das Strahlersystem nach Anspruch 1 ist beispielsweise Wasser (Anspruch 6), das gegebenenfalls mit Zusätzen versehen ist, oder Transformatorenöl (Anspruch 7) geeignet.
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Die Erfindung ist insbesondere bei Röntgenstrahlern (Anspruch 2) vorteilhaft realisierbar, wobei jedoch auch andere Abwärme erzeugende Strahler, z.B. Betastrahler oder Gammastrahler, durch die erfindungsgemäße Maßnahme effizient gekühlt werden können.
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Strahlersysteme mit mehreren Hochleistungsröntgenstrahlern sind beispielsweise Computertomografie-Systeme mit zwei rotierenden, um 90 Grad versetzt angeordneten Röntgenstrahlern (sogenannte Dual-Source CT-Systeme) oder Angiografie-Systeme mit einem deckenmontierten Hochleistungsröntgenstrahler und einem bodenmontierten Hochleistungsröntgenstrahler (sogenannte Biplan-Angiografie-Systeme).
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Durch die im Anspruch 1 definierte erfindungsgemäße Lösung, die Kühleinheit für die gleichzeitige Rückkühlung von wenigstens zwei im Strahlersystem eingesetzten Strahlern auszulegen, werden wesentliche funktionale Komponenten nur einmal im Strahlersystem benötigt. Abhängig von der Ausgestaltung der Kühleinheit und abhängig von dem verwendeten Kühlmedium sind dies beispielsweise die funktionalen Komponenten Wärmetauscher, Mischer, Ausdehnungsgefäß, elektrische Schnittstelle und/oder Notstromversorgung.
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Dadurch, dass bei dem Strahlersystem gemäß Anspruch 1 die wesentlichen funktionalen Komponenten der Kühleinheit nur einmal vorhanden sind, erhält man einen konstruktiv einfacheren Aufbau, woraus sich neben einem entsprechenden Kostenvorteil insbesondere eine höhere Betriebssicherheit sowie ein geringerer Bauraum ergeben.
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Bereits ein Strahlersystem, bei dem genau zwei Strahler gemeinsam von der Kühleinheit kühlbar sind (Anspruch 3), bietet die vorstehend beschriebenen Vorteile.
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Obwohl die wesentlichen funktionalen Komponenten nur einmal vorhanden sind, ist für alle Betriebsarten die Kühlleistung bzw. die Rückkühlleistung der Kühleinheit gleichermaßen gut.
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Wird bei einem Strahlersystem, das zwei Strahler (z.B. Hochleistungsröntgenstrahler mit einer Peakleistung von jeweils 150 kW) umfasst, nur ein Strahler betrieben, dann steht diesem Strahler allein die komplette Rückkühlleistung der Kühleinheit (z.B. 6 kW) zur Verfügung. Der Strahler kann damit über einen längeren Zeitraum bei voller Leistung betrieben werden.
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Werden bei dem Strahlersystem die beiden Strahler gleichzeitig bei mittleren Leistungen betrieben, dann ist die Auslegung der Kühlleistung ebenfalls optimal.
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Selbst wenn beide Strahler gleichzeitig mit voller Leistung betrieben werden müssen, so ist dies kurzzeitig ebenfalls möglich.
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Die bei einem Strahlersystem mit genau zwei Strahlern (Anspruch 3) erläuterten Vorteile bieten auch Strahlersysteme mit mehr als zwei Strahlern. Hierzu ist lediglich eine vorgebbare Anzahl von Strahlern zu wenigstens einer Strahlergruppe zusammenzufassen, wobei die Strahler jeder Strahlergruppe jeweils gemeinsam von einer Kühleinheit gekühlt werden (Anspruch 4). Jede Strahlergruppe bildet damit – jeweils für sich – ein Strahlersystem.
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Umfasst das Strahlersystem beispielsweise sechs Strahler, so können z.B. folgende Strahlergruppen gebildet werden:
- • Drei Strahlergruppen mit jeweils zwei Strahlern,
- • zwei Strahlergruppen mit jeweils drei Strahlern,
- • eine Strahlergruppe mit zwei Strahlern und eine Strahlergruppe mit vier Strahlern.
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Dadurch ist mit der erfindungsgemäßen Lösung ein modularer Aufbau realisierbar, der eine hohe Flexibilität bei der Konfiguration des Strahlersystems bietet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Kühleinheit des Strahlersystems einen Wärmetauscher, in dem das Kühlmedium rückkühlbar ist (Anspruch 7). Die Kühlleistung wird dadurch nochmals gesteigert.
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Nachfolgend wird in der Zeichnung anhand einer einzigen Figur ein als Anschlussschema dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
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Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlersystems umfasst zwei Strahler 1 und 2, die jeweils als Röntgenstrahler ausgeführt sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist von beiden Röntgenstrahlern jeweils nur das Strahlergehäuse dargestellt. In beiden Strahlergehäusen ist jeweils eine an sich bekannte Röntgenröhre angeordnet, die jeweils ein Vakuumgehäuse umfasst, in dem eine Kathode und eine Anode angeordnet sind.
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Beide Röntgenstrahler 1 und 2 werden während ihres Betriebs gemeinsam von einer Kühleinheit 3 gekühlt.
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Die Kühleinheit 3 umfasst einen Kühlmitteltank 4 sowie ein mit dem Kühlmitteltank 4 über eine Rohrleitung 5 gekoppeltes Ausdehnungsgefäß 6. Der Kühlmitteltank 4 enthält ein flüssiges Kühlmedium, z.B. Wasser, gegebenenfalls mit Zusätzen versehen, oder Transformatorenöl.
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Das flüssige Kühlmedium wird über eine Pumpe 7 aus dem Kühlmitteltank 4 abgepumpt und über eine Rohrleitung 8 sowie eine Kupplung 9 dem Röntgenstrahler 1 zugeführt. Weiterhin wird das Kühlmedium im Kühlmitteltank 4 über eine Pumpe 10, eine Rohrleitung 11 und eine Kupplung 12 dem Röntgenstrahler 2 zugeführt. Der Kühlmitteltank 4 bildet damit einen gemeinsamen Kühlmitteltank für die beiden Röntgenstrahler 1 und 2.
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Durch das zugeführte Kühlmedium werden beide Röntgenstrahler 1 und 2 gekühlt (entwärmt). Das im Strahlersystem während des Betriebs der Pumpen 7 und 10 zirkulierende Kühlmedium nimmt die Abwärme aus den beiden Röntgenstrahlern 1 und 2 auf und wird dadurch erhitzt.
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Das erhitzte Kühlmedium wird anschließend einem Wärmetauscher 13 zugeführt. Der Röntgenstrahler 1 ist hierzu über eine Kupplung 14 sowie eine Rohrleitung 15 mit dem Wärmetauscher 13 verbunden. Der Röntgenstrahler 2 ist hierzu über eine Kupplung 16 sowie eine Rohrleitung 17 mit dem Wärmetauscher 13 verbunden. Bei dem Wärmetauscher 13 handelt es sich um einen Kreuzstrom-Wärmetauscher, der mit Wasser gefüllt ist und von Luft durchströmt wird. Die Strömung der Luft ist durch die Pfeile 18 und 19 symbolisiert.
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Nach der Rückkühlung des erhitzten Kühlmediums im Wärmetauscher 13 wird das abgekühlte Kühlmittel über eine Rohrleitung 20 dem Kühlmitteltank 4 zugeführt.
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Die anhand des dargestellten Ausführungsbeispiels beschriebene Erfindung ist sowohl in Dual-Source CT-Systemen als auch Biplan-Angiografie-Systemen vorteilhaft realisierbar.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben ist, so ist die Erfindung nicht durch das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel eingeschränkt. Vielmehr können vom Fachmann hieraus auch andere Varianten der erfindungsgemäßen Lösung abgeleitet werden, ohne hierbei den zugrunde liegenden Erfindungsgedanken zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010013604 A1 [0010]
- DE 102011004220 A1 [0011]
