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Die Erfindung betrifft ein Röntgenstrahlersystem.
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Ein derartiges Röntgenstrahlersystem ist beispielsweise aus der
US 6,977,991 B1 bekannt. Hierbei handelt es sich um ein Röntgenstrahlersystem, das einen Hochleistungsröntgenstrahler mit einer Drehanoden-Röntgenröhre umfasst. Die Drehanode ist hierbei auf einer Rotorwelle verdrehfest angeordnet. Um die erforderliche hohe Kühlleistung zu gewährleisten, besitzt das bekannte Röntgenstrahlersystem eine Kühleinheit mit einem relativ komplexen Kühlkreislauf, wodurch auch kritische Stellen der Drehanoden-Röntgenröhre kühlbar sind. Der Kühlkreislauf enthält ein Kühlmittel, das durch eine Kühlmittel-Pumpe in Zirkulation versetzt wird und dadurch die Drehanoden-Röntgenröhre entwärmt.
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Aus der
DE 199 26 741 C2 ist es weiterhin bekannt, bei einer Drehanoden-Röntgenröhre zusätzlich zu einer außenseitigen Kühlung auch die Gleitlager der Rotorwelle zu kühlen. Die bekannte Drehanoden-Röntgenröhre weist hierzu eine rohrförmig ausgebildete, feststehende Kühllanze auf, die vom Kühlmittel durchströmt wird.
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Bei Röntgenstrahlersystemen, bei denen 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, kommt dem Kühlkonzept besondere Bedeutung zu. Zu derartigen Röntgenstrahlersystemen zählen CT-Systeme mit einer Kühleinrichtung, die z.B. in der
DE 199 45 413 B4 und in der
DE 199 45 418 C1 beschrieben sind.
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Bei einem Stillstand der Kühlmittel-Pumpe ist eine ausreichende Kühlung des Röntgenstrahlers nicht mehr gewährleistet. Dies ist insbesondere bei einem Hochleistungsröntgenstrahler problematisch, da die Anode derartiger Röntgenstrahler eine hohe Wärmespeicherfähigkeit aufweist. Resultiert der Stillstand der Kühlmittel-Pumpe aus nicht aus einem Pumpendefekt sondern aus einem Ausfall der Netzstromversorgung, z.B. durch eine Netzstörung oder durch eine Betätigung eines Not-Aus-Schalters, dann muss versucht werden, die Kühlmittel-Pumpe wieder zu starten.
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Aufgrund der hohen thermischen Energie, die im Röntgenstrahler gespeichert ist, besteht die Gefahr, dass bei einer Überhitzung des Röntgenstrahlers durch nicht ausreichende Kühlung, das Flüssigmetallgleitlager sowie andere Bauteile des Röntgenstrahlers beschädigt werden und bei einer materialabhängigen Grenztemperatur legieren. Ein weiterer Betrieb des Flüssigmetallgleitlagers und damit des Röntgenstrahlersystems ist dann nicht mehr möglich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Röntgenstrahlersystem zu schaffen, bei dem bei einem Ausfall der Netzstromversorgung für die Kühlmittel-Pumpe eine ausreichende Kühlleistung erhalten bleibt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Röntgenstrahlersystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
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Das Röntgenstrahlersystem gemäß Anspruch 1 weist wenigstens einen Röntgenstrahler und wenigstens eine damit gekoppelte Kühleinheit auf, wobei die Kühleinheit wenigstens einen Kühlkreislauf mit einem Kühlmittel und wenigstens eine Kühlmittel-Pumpe umfasst, die an eine Netzstromversorgung schaltbar ist. Erfindungsgemäß ist bei einem Ausfall der Netzstromversorgung wenigstens ein elektrischer Energiespeicher an die Kühlmittel-Pumpe schaltbar.
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Unter dem Begriff "Netzstromversorgung" ist die Stromversorgung zu verstehen, an dem die Kühlmittel-Pumpe angeschlossen ist. Es muss sich hierbei nicht um die gebäudetechnische Netzstromversorgung (auch als Hauptstromversorgung bezeichnet) handeln. Vielmehr kann es sich auch um eine andere Stromversorgung als die gebäudetechnische Netzstromversorgung handeln, beispielsweise eine besondere Stromversorgung, die im Regelbetrieb das Röntgenstrahlersystem mit elektrischer Energie versorgt und die auch als autarke und damit nicht vom öffentlichen Stromnetz abhängige Netzstromversorgung ausgeführt sein kann (Diesel-Stromaggregat).
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Bei dem Strahlersystem gemäß Anspruch 1 wird auch bei einem Ausfall der Netzstromversorgung für die Kühlmittel-Pumpe, z.B. durch eine Netzstörung oder durch eine Betätigung eines Not-Aus-Schalters, sichergestellt, dass über einen vorgebbaren Zeitraum die Kühlmittel-Pumpe mit elektrischer Energie versorgt wird. Das Kühlmittel wird dadurch im Kühlkreislauf weiterhin umgewälzt, so dass eine ausreichende Kühlleistung erhalten bleibt.
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Eine Überhitzung des Röntgenstrahlers aufgrund eines Ausfalls der Netzstromversorgung wird somit zuverlässig verhindert. Damit werden die Bauteile des Röntgenstrahlers (z.B. das Flüssigmetallgleitlager durch Legieren bei einer materialabhängigen Grenztemperatur) nicht beschädigt. Ein weiterer Betrieb des Flüssigmetallgleitlagers und damit des Röntgenstrahlersystems ist damit möglich.
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Im Rahmen der Erfindung kann die Zuschaltung des elektrischen Energiespeichers manuell vorgenommen werden oder automatisch (Anspruch 2) erfolgen.
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Insbesondere bei einer automatischen Zuschaltung des elektrischen Energiespeichers kann es vorteilhaft sein, den elektrischen Energiespeicher bei einer Temperatur des Kühlmittels unter einem unteren Grenzwert von der Kühlmittel-Pumpe zu trennen (Anspruch 3). Dadurch wird der Energiespeicher nicht mehr belastet als unbedingt notwendig ist.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Röntgenstrahlersystems ist der elektrischen Energiespeicher über eine USV-Einrichtung zuschaltbar ist (Anspruch 4). Dadurch ist die eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV, Uninterrupted Power Supply) zuverlässig sicherstellt.
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Abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall kann gemäß vorteilhaften alternativen Ausgestaltungen der elektrische Energiespeicher im Röntgenstrahlersystem, insbesondere in der USV-Einrichtung, integriert oder extern angeordnet sein (Ansprüche 5 bis 7).
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der elektrische Energiespeicher wenigstens einen Akkumulator (Anspruch 8). Gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der elektrische Energiespeicher wenigstens einen elektrochemischen Doppelschichtkondensator (Anspruch 9). Auch eine Kombination wenigstens einem Akkumulator und einem elektrochemischen Doppelschichtkondensator ist im Rahmen der Erfindung realisierbar.
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Umfasst die Kühleinheit des Röntgenstrahlersystems einen Kühlmitteltank (Anspruch 10) und/oder ein Ausdehnungsgefäß (Anspruch 11), dann ist das Volumen des Kühlmittels im Kühlkreislauf – im Vergleich zu einem Kühlkreislauf, der nur aus Kühlleitungen besteht – deutlich erhöht. Die in der Anode gespeicherte thermische Energie wird damit auf ein deutlich größeres Kühlmittelvolumen verteilt.
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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 Röntgenstrahlersystems weist einen Röntgenstrahler 1 auf, der während des Betriebs von einer Kühleinheit 2 kühlbar ist.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist von dem Röntgenstrahler 1 nur das Strahlergehäuse dargestellt. Im Strahlergehäuse ist eine an sich bekannte Röntgenröhre angeordnet, die ein Vakuumgehäuse umfasst, in dem eine Kathode und eine Anode angeordnet sind.
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Die Kühleinheit 2 umfasst einen Kühlkreislauf 3 mit einem darin zirkulierenden Kühlmittel und eine Kühlmittel-Pumpe 4. Die Kühlmittel-Pumpe 4 ist in den Kühlkreislauf 3 geschaltet und wird im dargestellten Ausführungsbeispiel von einer Netzstromversorgung mit elektrischer Antriebsenergie versorgt. An der Kühlmittel-Pumpe 4 liegt hierzu eine Versorgungsspannung UV an.
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Der Kühlkreislauf 3 umfasst eine erste Kühlleitung 31, eine zweite Kühlleitung 32, eine dritte Kühlleitung 33 und eine vierte Kühlleitung 34.
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Weiterhin umfasst die Kühleinheit 2 einen Kühlmitteltank 5 sowie ein mit dem Kühlmitteltank 5 über eine Kühlleitung 6 gekoppeltes Ausdehnungsgefäß 7. Der Kühlmitteltank 4 enthält ein flüssiges Kühlmittel, z.B. Wasser, gegebenenfalls mit Zusätzen versehen, oder Transformatorenöl.
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Das im Kühlkreislauf 3 zirkulierende Kühlmittel wird über die erste Kühlleitung 31 und die Kühlmittel-Pumpe 4 aus dem Kühlmitteltank 5 abgepumpt und über die zweite Kühlleitung 32 und eine Kupplung 8 dem Röntgenstrahler 1 zugeführt.
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Durch das zugeführte Kühlmittel wird der Röntgenstrahler 1 gekühlt (entwärmt). Das im Röntgenstrahlersystem während des Betriebs der Kühlmittel-Pumpe 4 zirkulierende Kühlmedium nimmt die Abwärme aus dem Röntgenstrahler 1 auf und wird dadurch erhitzt.
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Das erhitzte Kühlmittel wird anschließend einem Wärmetauscher 9 zugeführt. Der Röntgenstrahler 1 ist hierzu über eine Kupplung 10 sowie die dritte Kühlleitung 33 mit dem Wärmetauscher 9 verbunden.
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Nach der Rückkühlung des erhitzten Kühlmediums im Wärmetauscher 9 wird das abgekühlte Kühlmittel über die vierte Kühlleitung 34 dem Kühlmitteltank 5 zugeführt.
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Bei einem ungestörten Betrieb (Regelbetrieb) der Kühleinheit 2 liegt die von der Netzstromversorgung zur Verfügung gestellte Versorgungsspannung UV an der Kühlmittel-Pumpe 4 an.
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Um bei einem Ausfall der Netzstromversorgung eine Überhitzung des Röntgenstrahlers 1 zuverlässig zu vermeiden, wird erfindungsgemäß wenigstens ein elektrischer Energiespeicher zugeschaltet.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt dies über eine USV-Einrichtung 11, die eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV, Uninterrupted Power Supply) sicherstellt.
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Die USV-Einrichtung 4 umfasst eine Schalteinheit 12, über die im Regelbetrieb die Versorgungsspannung UV von der Netzspannung UN geliefert wird. Weiterhin umfasst die USV-Einrichtung 4 eine aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellte Spannungsüberwachung mit einer entsprechenden Sensorik, durch die Netzspannung UN überwacht wird.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Sensorik vorgesehen sein, die die Durchflussgeschwindigkeit (Durchflussrate) des Kühlmittels im Kühlkreislauf 3 erfasst.
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Bei einem Ausfall der Netzstromversorgung und bricht die Netzspannung UN zusammen und die Kühlmittel-Pumpe 4 würde ausfallen. Um dies zu verhindern, ist über die Schalteinheit 12 ein elektrischer Energiespeicher 13 zuschaltbar. Die Versorgungsspannung UV wird dann von der Energiespeicher-Spannung US zur Verfügung gestellt.
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Bei einer Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit (Durchflussrate) des Kühlmittels im Kühlkreislauf 3 wird die Netzspannung UN erforderlichenfalls abgeschaltet und der elektrische Energiespeicher 13 zugeschaltet. Auch in diesem Fall wird die Versorgungsspannung UV dann teilweise (verringerte Netzspannung UN vorhanden) oder vollständig (keine Netzspannung UN) von der Energiespeicher-Spannung US zur Verfügung gestellt.
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Der elektrische Energiespeicher 13, der bei der dargestellten Ausführungsform in die USV-Einheit 11 integriert ist, kann beispielsweise wenigstens einen Akkumulator (Akku) und/oder wenigstens einen elektrochemischen Doppelschichtkondensator (Superkondensator Super Cap) umfassen.
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Die anhand des dargestellten Ausführungsbeispiels beschriebene Erfindung ist sowohl in CT-Systemen als auch 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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- US 6977991 B1 [0002]
- DE 19926741 C2 [0003]
- DE 19945413 B4 [0004]
- DE 19945418 C1 [0004]
