DE102018204978A1

DE102018204978A1 - Kühlsystem für eine Bildgebungsvorrichtung mit einer Gantry

Info

Publication number: DE102018204978A1
Application number: DE102018204978.5A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Distler; Ulrich Kühn; Hans-Jürgen Müller; Marco del Antonio
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2018-04-03
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2019-10-10
Also published as: CN110338824B; CN110338824A; US20190298286A1; US10856824B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Bildgebungsvorrichtung mit einer Gantry zum Kühlen von in der Gantry angeordneten Komponenten umfassend ein Gebläse und einen Volumenkörper. Dabei weist der Volumenkörper eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung auf, wobei die Einlassöffnung größer ist als die Auslassöffnung. Der Volumenkörper weist außerdem eine durch eine kontinuierliche Außenbegrenzung definierte Zwangsführung für ein erstes Fluid von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung auf, welche die Geometrie der Einlassöffnung stetig in die Geometrie der Auslassöffnung überführt und einen Strömungspfad für das erste Fluid definiert, sowie einen Strömungskanal für ein zweites Fluid, der in Wärmeaustauschverbindung mit dem Strömungspfad angeordnet ist, und einen Zulauf und einen Ablauf für das zweite Fluid.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Bildgebungsvorrichtung mit einer Gantry zum Kühlen der in der Gantry angeordneten Komponenten. Die Erfindung betrifft weiter eine Gantry mit einem Kühlsystem und eine Bildgebungsvorrichtung.
Während des Betriebs einer Bildgebungsvorrichtung produzieren die in der Bildgebungsvorrichtung angeordneten Komponenten Wärme. Beispielsweise kann sich die durch die auf einer Gantry eines Computertomographie-Systems angeordneten Systemkomponenten produzierte Wärme im Betrieb auf zwischen 10kW und 20kW Wärme belaufen. Zum Schutz der in der Gantry angeordneten Komponenten muss diese Wärme abgeführt werden. Häufig kommt dabei eine Kühlluftversorgung zum Einsatz, wobei die erwärmte (Kühl-)Luft wiederum mittels eines Kühlsystems, etwa eines Luft-Fluid-Wärmetauschers, abgekühlt wird.
In der Regel bestehen konventionelle Fluid-Fluid-Wärmetauscher, d.h. auch Luft-Fluid-Wärmetauscher, aus einer Wärmeaustauschstruktur aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Aluminium, und einem Gebläse, welches für einen Strom des zu kühlenden Fluids durch die Wärmeaustauschstruktur sorgt. Die Wärmeaustauschstruktur besteht in der Regel aus einer Anordnung von Rohren, durch welche ein Kühlfluid geführt wird, und welche von dem erwärmten Fluid umströmt wird. Dabei gibt das erwärmte Fluid Wärme an das Kühlfluid ab. Zur Vergrößerung der zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Fläche, sind die Rohre, durch welche das Kühlfluid geführt wird, häufig mit einer Vielzahl an Lamellen und Blechen verbunden. Für eine gute Effizienz des Kühlsystems ist eine gleichmäßige Durchströmung und damit gleichmäßige Ausnutzung der Wärmeaustauschstruktur vorteilhaft.
Konventionelle Wärmetauscher, deren Wärmeaustauschstruktur häufig in einem Baukastenprinzip aus zusammengesteckten und gelöteten oder gepressten Rohren und Blechen hergestellt ist, weisen in der Regel eine quaderförmige äußere Form auf, welche häufig nicht an die durch das Gebläse und/oder durch eine äußere Konstruktion bedingten Strömungsverhältnisse angepasst ist und/oder auch durch den Aufbau des Wärmetauschers nicht zur Genüge angepasst werden kann. Dadurch kann häufig keine gleichmäßige Durchströmung und damit keine gleichmäßige Ausnutzung der Wärmeaustauschstruktur und damit keine effiziente Kühlung erreicht werden. Die Folge ist, dass das Kühlsystem, sowohl die Wärmeaustauschstruktur als auch das Gebläse, überdimensioniert wird.
Auch steht durch die zunehmende Anforderung nach höherer Integration bei komplexen Geräten und Anlagen immer weniger Bauraum für die Integration von Kühlsystemen wie z. B. Wärmetauschern zur Verfügung. Zusätzlich kommt erschwerend hinzu, dass diese Bauräume häufig komplexe Geometrien aufweisen können. Im Fall einer Bildgebungsvorrichtung mit einer Gantry treten beispielsweise Rundungen oder Bauräume mit Abschnitten von Kreissegmenten auf. Die Anpassung konventioneller Lösungen, wie zuvor beschrieben, an gegebene Bauräume ist dabei nur eingeschränkt möglich.
Die Erfindung hat daher die Aufgabe ein verbessertes Kühlsystem für Bildgebungsvorrichtungen mit einer Gantry anzugeben. Des Weiteren ist Aufgabe der Erfindung, eine Gantry und eine Bildgebungsvorrichtung mit einem solchen Kühlsystem anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Kühlsystem für eine Bildgebungsvorrichtung mit einer Gantry, die erfindungsgemäße Gantry und die erfindungsgemäße Bildgebungsvorrichtung, die in den unabhängigen Patentansprüchen beschrieben sind. Vorteilhafte und für sich gesehen erfinderische Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Bildgebungsvorrichtung mit einer Gantry zum Kühlen von in der Gantry angeordneten Komponenten umfassend ein Gebläse und einen Volumenkörper, wobei der Volumenkörper

- eine Einlassöffnung aufweist,
- eine Auslassöffnung aufweist, wobei die Einlassöffnung größer ist als die Auslassöffnung,
- eine durch eine kontinuierliche Außenbegrenzung definierte Zwangsführung für ein erstes Fluid von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung aufweist, welche die Geometrie der Einlassöffnung stetig in die Geometrie der Auslassöffnung überführt und einen Strömungspfad für das erste Fluid definiert,
- einen Strömungskanal für ein zweites Fluid aufweist, der in Wärmeaustauschverbindung mit dem Strömungspfad angeordnet ist, und
- einen Zulauf und einen Ablauf für das zweite Fluid aufweist.

Die in einer Gantry einer Bildgebungsvorrichtung angeordneten Komponenten welche mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem gekühlt werden, können beispielsweise eine Röntgenröhre, welche zur Bildgebung genutzte Röntgenstrahlen erzeugt, einen Röntgendetektor und/oder elektronische oder elektrische Elemente umfassen.
Insbesondere weist das Kühlsystem ein Gebläse und ein Volumenkörper auf. Dabei ist unter einem Gebläse im Wesentlichen eine Pumpe zu Förderung eines Fluids zu verstehen. Insbesondere kann das Gebläse ein Lüfter oder ein Ventilator zur Förderung von Luft oder eines gasförmigen Fluids umfassen. Das Gebläse kann dabei eine Gebläseöffnung aufweisen. Das Gebläse kann außerdem ein rotierendes Laufrad aufweisen, welches auf einer Seite des Gebläses das zu fördernde Fluid ansaugt und damit eine Strömung des Fluids durch die Gebläseöffnung bewirkt.
Beispielsweise kann die Drehachse des Laufrads, um welche sich das Laufrad dreht, dabei parallel bzw. axial zum Luftstrom durch das Gebläse verlaufen. Die Gebläseöffnung kann dabei kreisförmig ausgestaltet sein. Die Drehachse kann dann beispielsweise durch den Kreismittelpunkt verlaufen. Vorteilhaft können dadurch bei geringen Abmessungen des Gebläses ein hoher Luftdurchsatz erreicht werden. Das Gebläse kann aber auch anderweitig ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die Luft auch parallel bzw. axial zur Laufrichtung des Laufrads angesaugt werden.
Die Ausgestaltung des Gebläses kann in weiten Bereichen frei gewählt werden, sofern sie geeignet ist, eine Strömung eines Fluids zu erzeugen und/oder zu unterstützen. Das vom Gebläse geförderte Fluid kann beispielsweise gasförmig sein.
Ein Volumenkörper ist dabei ein dreidimensionaler Körper. Der Volumenkörper kann dabei eine äußere Form aufweisen, welche durch das vom Körper eingenommene Materialvolumen sowie durch vom Material des Volumenkörpers vollständig oder teilweise umschlossener Hohlräume definiert ist. Die äußere Form kann in weiten Bereichen frei gewählt werden, beispielsweise kann sie kegelförmig sein oder eine sich zu einer Seite hin nicht linear verjüngend Form aufweisen. Beispielsweise kann die äußere Form auch auf einer dreieckigen oder kreisförmigen Grundfläche oder die Grundfläche eines Ringsegments oder auf verschiedenen Seiten des Volumenkörpers auf unterschiedlichen Grundflächen basieren. Die äußere Form kann ebene und/oder gekrümmte Oberflächenbereiche aufweisen. Beispielsweise kann die äußere Form durch einen Freiformflächenkörper beschrieben werden. Die äußere Form des Volumenkörpers kann dabei an eine den Volumenkörper umgebende oder an ihn anschließende Konstruktion der Gantry oder der Bildgebungsvorrichtung angepasst sein, beispielsweise ein Tragrahmen oder ein Gehäuse. Beispielsweise kann die äußere Form an vorhandene Bauräume der Gantry angepasst sein. Vorteilhaft kann die äußere Form des Volumenkörpers an Bauräume angepasst sein, welche keine quaderförmige Geometrie aufweisen.
Der Volumenkörper kann aus einem Bauteil bestehen oder aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt sein. Vorzugsweise ist der Volumenkörper des erfindungsgemäßen Kühlsystems einstückig. Das Material, aus dem der Volumenkörper hergestellt ist, kann in weiten Bereichen frei gewählt werden, insbesondere sofern es fest genug ist, die Formstabilität des Volumenköpers zu gewährleisten. Beispielsweise ist der Volumenkörper aus einem Material hergestellt. Der Volumenkörper kann aber auch verschiedene Materialien oder auch Verbundmaterialien aufweisen. Vorzugsweise weist der Volumenkörper ein gut wärmeleitendes Material auf, beispielsweise Metall, beispielsweise Kupfer oder Aluminium. Dadurch kann ein effizienter Wärmeaustausch zwischen dem Material des Volumenkörpers und mit einem mit dem Volumenkörper in Verbindung stehenden Stoff ermöglicht werden.
Der Volumenkörper kann auch funktionale Elemente zur Anbringung des Volumenkörpers an einer äußeren Konstruktion oder zur Befestigung anderer Bauteile am Volumenkörper aufweisen. Beispielweise weist der Volumenkörper einen Tragrahmen, Fixierpunkte, Verbindungsmittel, beispielsweise dübelartige Fortsätze, oder Aussparungen zur Aufnahme von Verbindungsmitteln, wie beispielsweise dübelartige Fortsätze oder Schrauben auf. Dadurch kann der Volumenkörper einfach und mit wenig zusätzlichen konstruktivem Aufwand innerhalb einer äußeren Konstruktion angebracht werden. Beispielsweise kann der Volumenkörper Versteifungen aufweisen, welche die Formstabilität des Volumenkörpers vorteilhaft gewährleisten können.
Der Volumenköper kann auch Bereiche unterschiedlicher Materialdichte aufweisen. Beispielsweise kann so die Formstabilität des Volumenkörpers in bestimmten Bereichen des Volumenkörpers erhöht werden, welche einer höheren Belastung, beispielsweise durch Zugkräfte oder Druck ausgesetzt sind. Dadurch kann der Volumenkörper bei einer Reduktion des eingesetzten Materialvolumens eine erhöhte Formstabilität gewährleistet werden.
Der Volumenkörper kann außerdem eine innere Ausgestaltung aufweisen. Insbesondere weist der Volumenkörper eine durch eine kontinuierliche Außenbegrenzung definierte Zwangsführung von einer Einlassöffnung zu einer Auslassöffnung für ein erstes Fluid auf.
Die Auslassöffnung kann dabei dem Gebläse zugewandt sein. Das Gebläse kann insbesondere direkt an die Auslassöffnung anschließen. Beispielsweise ist die Auslassöffnung kreisförmig, sie kann aber auch anderweitig, beispielweise elliptisch, gestaltet sein. Beispielsweise weist die Auslassöffnung eine an die Ausgestaltung des Gebläses, insbesondere an die Gebläseöffnung, angepasste Geometrie auf. Beispielsweise sind beide kreisförmig ausgestaltet. Beispielsweise liegt der Schwerpunkt der Auslassöffnung auf einer Rotationsachse des Gebläses.
Die Einlassöffnung kann eine von der Auslassöffnung verschiedene Geometrie aufweisen. Sie kann aber auch die gleiche Geometrie aufweisen. Die Einlassöffnung kann auf einer kreisförmigen, dreieckigen oder rechteckigen Grundfläche oder einer beliebig ausgestalteten Grundfläche basieren. Beispielsweise ist die Einlassöffnung an ein Strömungsprofil des ersten Fluids vor Eintritt in die Einlassöffnung angepasst. Insbesondere ist die Einlassöffnung größer als die Auslassöffnung gestaltet.
Der Volumenkörper kann auch mehrere Einlassöffnungen und Auslassöffnungen mit gleicher oder auch unterschiedlicher Geometrie aufweisen.
Eine Zwangsführung für das erste Fluid bedeutet im Wesentlichen, dass die Zwangsführung den Weg der Strömung des ersten Fluids im Volumenkörper von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung vorgibt, d.h. einen Strömungspfad für das erste Fluid von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung definiert. Insbesondere kann das Gebläse die Strömung des ersten Fluids von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung entlang der Zwangsführung bewirken und/oder unterstützen. Eine kontinuierliche Außenbegrenzung kann dabei als ununterbrochen verstanden werden.
Die durch die kontinuierliche Außenbegrenzung definierte Zwangsführung und die äußere Form des Volumenkörpers können aneinander angepasst sein, d.h. die kontinuierliche Außenbegrenzung der Zwangsführung kann im Wesentlichen der äußeren Form folgen und damit eine ähnliche Geometrie aufweisen. Beispielsweise kann der Volumenkörper insgesamt so einen trichterförmigen Körper bilden, wobei sowohl die äußere Form als auch die Zwangsführung sich zu einer Seite, insbesondere der dem Gebläse zugewandten Seite, verjüngend ausgestaltet sind. Die Geometrie der durch eine kontinuierliche Außenbegrenzung definierten Zwangsführung des Volumenkörpers und die äußere Form des Volumenkörpers können jedoch auch unabhängig voneinander ausgestaltet sein.
Die Zwangsführung ist dabei erfindungsgemäß so ausgestaltet, dass die Geometrie der Einlassöffnung stetig in die Geometrie der Auslassöffnung überführt wird. Bei einer stetigen Überführung kann das Entstehen von Verwirbelungen und Ablösungen des ersten Fluids deutlich reduziert werden und es kann eine gleichmäßigere Strömung in jedem Punkt der Zwangsführung eingestellt werden. Vorteilhaft können Strömungsverluste verringert werden und damit eine effizientere Förderung des ersten Fluids innerhalb der Zwangsführung durch das Gebläse ermöglicht werden. Beispielsweise wird eine beliebige Geometrie der Einlassöffnung stetig in eine kreisförmige Geometrie der Auslassöffnung überführt. Beispielsweise ist die Zwangsführung trichterartig, d.h. sich zur Auslassöffnung stetig verjüngend, ausgestaltet, so dass die Zwangsführung einen Ansaugtrichter für das Gebläse darstellt. Vorteilhaft kann ein geringerer Druckverlust entlang des definierten Strömungspfads des ersten Fluids gewährleistet werden und eine gleichmäßigere Durchströmung des Volumenkörpers von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung durch das Gebläse hervorgerufen werden. Vorteilhaft kann das erste Fluid effizienter durch die Zwangsführung gefördert werden. Dadurch können beispielsweise die Ausmaße des Gebläses bei gleicher Fördermenge des ersten Fluids reduziert werden. Weiterhin kann das Kühlsystem mit weniger Leistung betrieben werden, wodurch das Geräuschniveau gegenüber der konventionellen Lösung reduziert werden kann.
Insbesondere können die Ausgestaltung und der Verlauf der Zwangsführung auf einem Ergebnis einer Strömungssimulation basieren, und damit eine möglichst gleichmäßige Strömung von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung und effizientere Ausnutzung des Gebläses erreicht werden.
Der Volumenkörper kann auch innerhalb der Zwangsführung eine Struktur, beispielsweise stabilisierende Wände oder Verstrebungen, aufweisen, welche die Stabilität des Volumenkörpers gewährleisten können.
Das erste Fluid kann in gasförmiger oder flüssiger Phase vorliegen, beispielsweise ist das erste Fluid gasförmig. Insbesondere kann das erste Fluid einen einzelnen Stoff oder auch ein Stoffgemisch aufweisen. Beispielsweise kann das erste Fluid Luft aufweisen.
Insbesondere weist der Volumenkörper außerdem einen Strömungskanal für ein zweites Fluid und einen Zu- und einen Ablauf für das zweite Fluid auf, durch welche das zweite Fluid in den Strömungskanal eingeleitet und ausgeleitet werden kann.
Insbesondere ist der Strömungskanal derart ausgestaltet, dass sich das erste Fluid und das zweite Fluid nicht durchmischen. Dabei ist der Strömungskanal so im Volumenkörper angeordnet, dass er in Wärmeaustauschverbindung mit dem Strömungspfad des ersten Fluids im Volumenkörper steht, d.h. dass Wärme zwischen dem ersten Fluid in der Zwangsführung und dem zweiten Fluid beispielsweise über das Material einer Wand des Strömungskanals oder über eine mit der Wand des Strömungskanals verbundene Struktur ausgetauscht werden kann.
Beispielsweise gibt das erste Fluid Wärme über die Wand des Strömungskanals an das zweite Fluid ab, wodurch das erste Fluid gekühlt und das zweite Fluid erwärmt wird. Es kann aber auch das zweite Fluid Wärme an das erste Fluid abgeben. Der Wärmeaustausch kann kontinuierlich entlang des durch die Zwangsführung definierten Strömungspfads zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung stattfinden. Dadurch kann ein erstes Fluid, welches beim Eintritt in die Einlassöffnung eine erste Temperatur aufweist, kontinuierlich entlang der Zwangsführung beispielsweise abgekühlt werden und beim Austritt aus der Auslassöffnung eine zweite, geringere Temperatur aufweisen. Entlang der Zwangsführung kann das erste Fluid dementsprechend einen Temperaturverlauf aufweisen. Vorzugsweise weisen die Wände des Strömungskanals ein gut wärmeleitendes Material auf, beispielsweise ein Metall, beispielsweise Kupfer oder Aluminium. Dadurch kann ein effizienter Wärmeaustausch zwischen dem im Strömungskanal strömenden zweiten Fluid und dem in der Zwangsführung geführten ersten Fluid ermöglicht werden.
Der Strömungskanal kann im Wesentlichen parallel zu dem durch die Zwangsführung definierten Strömungspfad des ersten Fluids verlaufen. Der Volumenkörper kann aber auch einen Strömungskanal oder eine Strömungskanalabschnitt aufweisen, dessen Ausrichtung einen Winkel mit dem Strömungspfad des ersten Fluids einschließt.
Der Strömungskanal kann außerdem auch Teil einer Mehrzahl an Strömungskanälen sein, welche untereinander verbunden sind. Beispielsweise können untereinander verbundene Strömungskanäle ein Strömungskanalsystem bilden, wobei der Volumenkörper einen Zu- und einen Ablauf für das im Strömungskanalsystem geführte zweite Fluid aufweist. Der Volumenkörper kann auch zwei oder mehr unverbundene Strömungskanäle oder zwei oder mehr untereinander unverbundene Strömungskanalsysteme aufweisen, wobei der Volumenkörper für jeden der Strömungskanäle oder jedes der Strömungskanalsysteme mindestens jeweils einen Zu- und einen Ablauf aufweist. Vorteilhaft kann beispielsweise so der gesamte Wärmestrom im Volumenkörper zwischen dem ersten und dem zweite Fluid gesteigert und damit ein erhöhter Wärmeaustausch erreicht werden.
Der Strömungskanal oder die Mehrzahl an Strömungskanälen kann außerdem Teil eines oder mehrerer Strömungskreisläufe für das zweite Fluid sein, welcher bzw. welche teilweise außerhalb des Volumenkörpers angeordnet sein kann bzw. können.
Der Strömungskanal oder die Mehrzahl an Strömungskanäle können direkt oder indirekt über wärmeleitende Verbindungsstücke mit weiteren, vorzugsweise flächig ausgearbeiteten, das heißt eine große Oberfläche bereitstellenden, Werkstücken verbunden sein, welche ein gut wärmeleitendes Material, beispielsweise ein Metall, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, aufweisen. Beispielsweise können Verbindungswänden zwischen Strömungskanälen oder Strömungskanalabschnitten oder mit den Strömungskanälen verbundene Lamellen ausgebildet sein. Dadurch kann vorteilhaft die Fläche, welche für einen Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid zur Verfügung steht, vergrößert werden, so dass ein effizienterer Wärmeaustausch möglich ist.
Auch kann der Strömungskanal bzw. können die Strömungskanäle beispielsweise innerhalb stabilisierender Wände des Volumenkörpers angeordnet sein.
Die Anordnung, der Verlauf und/oder die Ausgestaltung des Strömungskanals bzw. der Mehrzahl an Strömungskanälen können insbesondere auf einem Ergebnis einer Strömungssimulation beruhen um eine verbesserte Förderung des zweiten Fluids durch die Strömungskanäle und/oder eine optimale Verteilung im Volumenkörper und einen guten Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid zu erreichen.
Der Volumenkörper mit dem Strömungskanal bzw. den Strömungskanälen und einer möglicherweise damit wärmeleitend verbundenen Struktur, beispielsweise Verbindungswänden oder Lamellen, kann eine Wärmeaustauschstruktur bilden, deren mit dem ersten, durch die Zwangsführung geführten Fluid in Kontakt stehende Oberfläche für den Wärmeaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid im Volumenkörper zur Verfügung steht. Vorteilhaft ist die zur Verfügung stehende Oberfläche der Wärmeaustauschstruktur möglichst gleichmäßig über den Volumenkörper verteilt, so dass bei einer gleichmäßigeren Durchströmung des Volumenkörpers durch das erste Fluid ein gleichmäßigerer Wärmeaustausch und damit eine effizientere Ausnutzung der Wärmeaustauschstruktur möglich ist. Die Wärmeaustauschstruktur kann dabei beispielsweise eine konzentrische Struktur um eine zentrale Achse oder eine gitterförmige Struktur bilden oder auch anderweitig ausgestaltet sein.
Das zweite Fluid kann in gasförmiger oder flüssiger Phase vorliegen. Beispielsweise ist das zweite Fluid flüssig. Durch die in der Regel höhere Wärmekapazität von Flüssigkeiten im Vergleich zu Gasen ist ein effizienterer Wärmeaustausch mit dem mit der Flüssigkeit in Kontakt stehenden Stoff, beispielsweise den Wänden des Strömungskanals und einer damit verbundenen Struktur möglich als mit gasförmigen Fluiden. Dadurch ist insbesondere auch ein effizienterer Wärmeaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid möglich. Insbesondere kann das zweite Fluid einen einzelnen Stoff oder auch ein Stoffgemisch aufweisen. Beispielsweise weist das zweite Fluid Wasser auf.
Mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem kann vorteilhaft eine gleichmäßigere Ausnutzung der Wärmeaustauschstruktur erreicht werden. Vorteilhaft kann dadurch die Wärmeaustauscheffizienz gesteigert werden. Weiterhin kann durch eine gesteigerte Wärmeaustauscheffizient, die an die gebläsebedingte Strömung angepasste Zwangsführung und/oder die Verringerung von Strömungsverlusten in der Zwangsführung die Ausmaße des Gebläses und/oder die Leistung, mit welcher das Kühlsystem betrieben wird, reduziert werden. Vorteilhaft können beispielsweise auch die Ausdehnungen des Kühlsystems, dessen Materialaufwand und damit auch dessen Gewicht reduziert werden. Vorteilhaft können dadurch Kosten reduziert werden. Vorteilhaft kann das Geräuschniveau gesenkt werden. Damit kann eine Lärmbelästigung von Patienten oder die Bildgebungsvorrichtung bedienendes Personal vermieden/vermindert werden. Vorteilhaft kann eine Überdimensionierung des Kühlsystems vermieden werden.
Vorteilhaft ist eine verbesserte Einpassung des Kühlsystems in verfügbare Bauräume möglich, welche konventionellen Wärmetauschern nicht zur Verfügung stehen. Vorteilhaft ist dadurch eine bessere Integration des Kühlsystems in die Bildgebungsvorrichtung möglich.
In einer Ausgestaltung des Kühlsystems weist der Volumenkörper eine Mehrzahl an voneinander abgegrenzten Führungswegen für das erste Fluid zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung auf.
Die Führungswege können entlang des Strömungspfads des ersten Fluids innerhalb der Zwangsführung verlaufen. Die Abgrenzung zwischen den Führungswegen kann ununterbrochen sein, das heißt die Führungswege können über den gesamten Verlauf der Führungswege voneinander abgegrenzt sein. Es kann aber auch andere Ausgestaltungen der Führungswege geben, so dass die Führungswege nicht ununterbrochen abgegrenzt sind. Die Mehrzahl an Führungswegen kann direkt an die Einlassöffnung anschließen und an der Auslassöffnung enden, sie können aber auch versetzt zur Einlass- und/oder Auslassöffnung angeordnet sein, d.h. beispielsweise erst nach einem bestimmten Abstand zur Einlassöffnung beginnen. Die Führungswege können jeweils unterschiedliche Ausgestaltungen und Verläufe aufweisen, aber können insbesondere parallel geschaltet sein, d.h. der Strom des ersten Fluids in der Zwangsführung zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung kann auf die Führungswege aufgeteilt werden.
Die Führungswege können durch die Ausgestaltung des Volumenkörpers und/oder die Anordnung der Strömungskanäle und/oder durch mit den Strömungskanälen in Verbindung stehenden Strukturen, beispielsweise flächige Lamellen oder Verbindungswänden zwischen den Strömungskanälen, voneinander abgegrenzt sein. Insbesondere kann die durch die Abgrenzung der Führungswege entstehende und mit dem ersten Fluid in Kontakt stehende Oberfläche dem Wärmeaustausch dienen. Vorteilhaft kann dadurch eine möglichst große Oberfläche für den Wärmeaustausch erreicht werden. Auch kann so das Verhältnis zwischen dem durch die Zwangsführung geführten Volumen des ersten Fluids zu der mit dem Volumen des ersten Fluids in Kontakt stehenden Oberfläche eines Materials mit einfachen Mitteln angepasst werden, beispielweise indem mehr oder weniger abgegrenzte Führungswege im Volumenkörper entlang der Zwangsführung vorgesehen sind. Dadurch kann die Kühlleistung des Kühlsystems angepasst werden.
Beispielsweise sind die Führungswege gleichmäßig im Volumenkörper und der Zwangsführung verteilt, beispielsweise gitterförmig oder konzentrisch um eine zentrale Achse. Dadurch ist eine gleichmäßige Verteilung der Wärmeaustauschstruktur und ein gleichmäßiger Wärmeaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid möglich. Die Führungswege können aber auch anderweitig im Volumenkörper angeordnet sein.
Durch die Anordnung und Ausgestaltung der Führungswege kann auch die über einer bestimmte Zeitspanne integrierten Volumenströme des ersten Fluids entlang der Führungswege angeglichen werden, so dass die die Führungswege passierenden Volumina innerhalb einer gewissen Zeitspanne über die Führungswege angeglichen sind. Beispielsweise kann der Volumenkörper in Bereichen mit höherer Strömungsgeschwindigkeit schmalere Führungswege aufweisen als in Bereichen mit höherer Strömungsgeschwindigkeit. Vorteilhaft kann so eine gleichmäßigere Ausnutzung der Wärmeaustauschstruktur ermöglicht werden.
In einer Ausgestaltung des Kühlsystems weist jeder Führungsweg der Mehrzahl an abgegrenzten Führungswegen eine Eingangsöffnung und eine Ausgangsöffnung auf und ist derart ausgestaltet, dass entlang des jeweiligen Führungswegs die Geometrie der Eingangsöffnung stetig in die Geometrie der Ausgangsöffnung überführt wird.
Bei einer stetigen Überführung ist die Gefahr des Entstehens von Verwirbelungen und Ablösungen deutlich reduziert und es kann eine gleichmäßigere Strömung mit geringen Strömungsverlusten durch die Führungswege ermöglicht werden. Dadurch kann eine effizientere Förderung des ersten Fluids und eine gleichmäßigere Ausnutzung der Wärmeaustauschstruktur erreicht werden und damit die Effizienz des Kühlsystems gesteigert werden.
In einer Ausgestaltung des Kühlsystems ist die Mehrzahl an voneinander abgegrenzten Führungswegen konzentrisch um eine zentrale Achse angeordnet.
Dabei bedeutet konzentrisch, dass die Mehrzahl an Führungswegen in einer Ringstruktur um eine zentrale Achse angeordnet sind. Die Ringstruktur kann rotationssymmetrisch bei Rotation um die zentrale Achse ausgestaltet sein. Sie kann insbesondere aber auch anderweitig ausgestaltet sein und keine ausgezeichnete Symmetrie bezüglich der zentralen Achse aufweisen. Die zentrale Achse kann dabei einer linearen Gerade entsprechen. Sie kann aber auch gekrümmt verlaufen.
Vorzugsweise kann die zentrale Achse durch den Schwerpunkt der Auslassöffnung des Volumenköpers verlaufen. Vorzugsweise liegt der Schwerpunkt der Auslassöffnung auf einer Rotationsachse des Gebläses. Dadurch kann beispielsweise eine den durch das Gebläse verursachten Strömungsbedingungen angepasste Anordnung der Führungswege in der Zwangsführung erreicht werden, so dass die Führungswege im Wesentlichen an den Strömungspfad des ersten Fluids in der Zwangsführung angepasst sind. Vorteilhaft kann dadurch eine gleichmäßigere Strömung durch den Volumenkörper und eine optimale Förderleistung durch das Gebläse verbessert erreicht werden.
Beispielsweise ist der Strömungskanal bzw. sind die Mehrzahl an Strömungskanälen in konzentrischen Ebenen um die zentrale Achse angeordnet, beispielsweise innerhalb von konzentrisch angeordneten Wänden um die zentrale Achse. Durch eine konzentrische Anordnung kann in einer einfachen Weise eine gleichmäßige Verteilung der Führungswege und der Strömungskanäle innerhalb des Volumenkörpers und eine gleichmäßige relative Verteilung der Strömungskanäle zu den Führungswegen ermöglicht werden. Weiterhin kann eine Formstabilität des Volumenkörpers verbessert erreicht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kühlsystems weist der Volumenkörper Metall auf.
Der Volumenkörper kann dabei sowohl ein Metall, beispielsweise Kupfer und/oder Aluminium aufweisen als auch ein Verbundmaterial, welches Metall aufweist, aufweisen. Vorteilhaft kann dadurch eine gute Wärmeleitfähigkeit des Volumenkörpers bereitgestellt werden. Vorteilhaft kann dadurch ein effizienter Wärmeübertrag zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid ermöglicht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kühlsystems ist der Volumenkörper einstückig ausgebildet.
Dadurch kann konstruktiver Aufwand bei der Zusammensetzung des Kühlsystems aus Einzelteilen vermieden werden. Beispielsweise kann dadurch Material und Verbindungsteile gespart werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kühlsystems ist der Volumenkörper mittels einer additiven Fertigungstechnologie hergestellt.
Die Herstellung des Volumenkörpers mittels einer additiven Fertigungstechnologien kann direkt auf Basis eines rechnerbasierten Datenmodells aus formlosen Ausgangsmaterialien, beispielsweise Flüssigkeiten, Gelen oder Pasten, oder Pulver, oder formneutralen Ausgangsmaterialien, beipielsweise band-, draht- oder blattförmigen Material mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse erfolgen. Dadurch ist eine hohe Variabilität in der Ausgestaltung möglich. Dadurch ist außerdem auch eine direkte Übertragung einer auf Strömungssimulationen basierenden optimierten Ausgestaltung aus der Simulation in die Fertigung möglich. Vorteilhaft können dadurch Geometrien und Formen realisiert werden, welche durch konventionelle Verfahren, beispielsweise Fräsen oder durch das Zusammenfügen von Einzelteilen, nicht oder nur unter hohem Aufwand möglich sind. Vorteilhaft ist dadurch eine zeiteffiziente Herstellung, auch von Prototypen möglich. Weiterhin ist eine resourcenschonende Herstellung auch von komplexen Strukturen und Formen möglich, wobei die Formen stark individualisiert und an die jeweilige konkrete Anwendung und Anwendungsbedingungen angepasst werden können, beispielsweise eine höhere oder niedrigere notwendige Kühlleistung oder die Ausgestaltung der Geometrien und deren Anpassung an vorhandene Bauräume und an das Kühlsystem anschließende oder umgebende Konstruktionen.
Additive Fertigungstechnologien können beispielsweise Pulverbrettverfahren, Freiraumverfahren, Flüssigmaterialverfahren und andere Schichtbauverfahren umfassen. Es können auch mehrere Fertigungstechnologien, auch nicht additive Fertigungstechnologien, kombiniert werden. Beispielsweise können additive Fertigungsverfahren mit einem Fräsverfahren kombiniert werden. Insbesondere kommen additive Fertigungstechnologien zum Einsatz, welche Metall verarbeiten können, beispielsweise ein Laserauftragsschweißen oder ein Metall-PulverAuftragsverfahren.
In einer Ausgestaltung des Kühlsystems ist das erste oder zweite Fluid Luft. Beispielsweise kann das Kühlsystem Teil einer Kühlluftversorgung für eine Bildgebungseinrichtung sein.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Gantry einer Bildgebungsvorrichtung umfassend ein erfindungsgemäßes Kühlsystem.
Beispielsweise umfasst die Gantry einen stationären Teil und einen rotierbaren Teil, der in dem stationären Teil drehbar gelagert ist, wobei in dem rotierbaren Teil zu kühlende Komponenten angeordnet sind, beispielsweise ein Röntgenstrahler, oder eine dem Röntgenstrahler gegenüberliegender Röntgendetektor. Beispielsweise weist die Gantry einen Abluftkanal auf, durch den erwärmte Abluft aus dem rotierbaren Teil abführbar ist. Beispielsweise ist das Kühlsystem mit dem Abluftkanal fluidtechnisch gekoppelt.
Die Vorteile des Kühlsystems sind auch auf eine Gantry umfassend ein erfindungsgemäßes Kühlsystem übertragbar. Durch die effizientere Gestaltung des Kühlsystems ist eine effizientere Kühlung der in der Gantry angeordneten Komponenten möglich.
Vorteilhaft kann außerdem der Materialverbrauch, die Kosten, der Platzverbrauch und das Geräuschniveau gesenkt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gantry einer Bildgebungsvorrichtung schließt zumindest ein Teilbereich einer Außenfläche des Volumenkörpers flächig an einen Teilbereich einer Innenfläche eines Gehäuses der Gantry an.
Beispielsweise ist die äußere Form des Volumenkörpers an das Gehäuse und/oder die Gantrykonstruktion angepasst. Beispielsweise schließt ein Teilbereich der Außenfläche des Volumenkörpers flächig an einen Teilbereich einer Innenfläche des Gehäuses an. Beispielsweise schließt ein anderer Teilbereich der Außenfläche flächig an die Rundung der Gantry an. Beispielsweise ergibt sich dadurch an einer Seite des Volumenkörpers eine äußere Kontur entsprechend einer Negativform zu einem Kreissegment oder Ringsegment und an einer anderen Seite des Volumenkörpers eine lineare Kontur entsprechend einer geraden Gehäusewand. Beispielsweise ist dadurch ist eine effizientere Ausnutzung von Bauräumen innerhalb eines Gehäuses einer Gantry möglich.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Bildgebungsvorrichtung umfassend eine erfindungsgemäße Gantry.
Eine Bildgebungsvorrichtung kann beispielsweise eine Vorrichtung aus der Bildgebungsmodalitäten-Gruppe sein, welche aus einem Computertomographiegerät (CT), einem mit einem Computertomographiegerät kombinierten Einzelphotonen-Emissions-Computertomographiegerät (SPEC-CT-Gerät) und einem mit einem Computertomographiegerät kombinierten Positronen-Emissions-Tomographiegerät (PET-CT-Gerät) besteht. Die Bildgebungsvorrichtung kann ferner eine Kombination einer Bildgebungsmodalität, die beispielsweise aus der Bildgebungsmodalitäten-Gruppe gewählt ist, und eine Bestrahlungsmodalität aufweist. Dabei kann die Bestrahlungsmodalität beispielsweise eine Bestrahlungseinheit zur therapeutischen Bestrahlung aufweisen.
Die Erfindung betrifft außerdem eine erfindungsgemäße Bildgebungsvorrichtung, wobei die Bildgebungsvorrichtung ein Computertomographiegerät ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Hinweis auf die beigefügten Figuren erläutert. Die Darstellung in den Figuren ist schematisch, stark vereinfacht und nicht zwingend maßstabsgetreu.
Es zeigen:

1 einen schematischen Querschnitt eines konventionellen Kühlsystems gemäß des Stands der Technik,
2 einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemä-βen Kühlsystems gemäß einer Ausführungsform,
3 eine schematische dreidimensionale Ansicht der äußeren Form eines erfindungsgemäßen Kühlsystems gemäß einer Ausführungsform,
4 eine Seitenansicht der in 3 gezeigten äußeren Form,
5 eine Frontansicht der in 3 gezeigten äußeren Form,
6 einen schematischen Querschnitt eines Volumenkörpers eines erfindungsgemäßen Kühlsystems mit einer Mehrzahl an Führungswegen in einer ersten Ausführungsform,
7 eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Kühlsystems mit einem Volumenkörper mit einer Mehrzahl an Führungswegen in einer zweiten Ausführungsform,
8 einen Schnitt durch die in 7 gezeigte dreidimensionale Ansicht, und
9 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Bildgebungsvorrichtung.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Ausführungsform eines konventionellen Kühlsystems, insbesondere eines Luft-Fluid-Wärmetauschers wie aus dem Stand der Technik bekannt, mit einem Gebläse (3), und einer, hier nur schematisch angedeuteten, Wärmeaustauschstruktur (2), wobei das Gebläse (3) eine Strömung eines ersten Fluids, in diesem Fall Luft, durch die Wärmeaustauschstruktur (2) bewirkt und die Ausgestaltung der Wärmeaustauschstruktur und die Anordnung relativ zu dem Gebläse (3) einen Strömungspfad (14) des ersten Fluids durch die Wärmeaustauschstruktur zur Gebläseöffnung definiert.
Die Wärmeaustauschstruktur (2) besteht in der Regel aus einer Anordnung von Rohren, durch welche ein zweites Fluid geführt wird, und welche von dem ersten Fluid umströmt wird. Dabei wird über das Material der Wärmeaustauschstruktur (2) Wärme zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid ausgetauscht. In der Regel besteht die Wärmeaustauschstruktur (2) dabei aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Aluminium. Zur Vergrößerung der zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Fläche, sind die Rohre, durch welche das zweite Fluid geführt werden, häufig mit einer Vielzahl an Lamellen oder Blechen verbunden, welche ebenso vom ersten Fluid umströmt werden. Die Wärmeaustauschstruktur (2) konventioneller Fluid-Fluid-Wärmetauscher, welche häufig in einem Baukastenprinzip aus zusammengesteckten und gelöteten oder gepressten Rohren und Blechen hergestellt ist, weist in der Regel eine quaderförmige äußere Form auf.
In der Regel weist die Wärmeaustauschstruktur (2) eine derartige Ausgestaltung auf, dass die Strömung des ersten Fluids im Wesentlichen horizontal durch die Wärmeaustauschstruktur geführt wird. Das Gebläse (3) weist in der Regel außerdem eine Gebläseöffnung auf, welche kleiner ausgestaltet ist als die ihr zugewandte Grundfläche der Wärmeaustauschstruktur (2). Das bedeutet, durch die Ausgestaltung der Wärmeaustauschstruktur (2) und des Gebläses (3) wird zum einen ein Strömungspfad (14) des ersten Fluids durch die Wärmeaustauschstruktur (2) zum Gebläse (3) für das erste Fluid definiert, welcher in unterschiedlichen Bereichen der Wärmeaustauschstruktur (2) unterschiedlich ist, unterschiedliche Weglängen und unterschiedliche, teilweise unstetige, Verläufe aufweist. Außerdem führt dies zu einer ungleichmäßigen Durchströmung der Wärmeaustauschstruktur (2) mit einem erhöhten Volumendurchsatz und einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit des ersten Fluids im Bereich des Überlapps zwischen Gebläseöffnung und Wärmeaustauschstruktur (2) und einem geringeren Volumendurchsatz und einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit des ersten Fluids abseits des Bereichs des Überlapps zwischen Gebläseöffnung und Wärmeaustauschstruktur (2). Insbesondere folgt dadurch eine ungleichmäßige Durchströmung und damit eine ungleichmäßige Ausnutzung der Wärmeaustauschstruktur (2). Insbesondere folgt aus der Ausgestaltung Wärmeaustauschstruktur (2) und der Anordnung der Wärmeaustauschstruktur (2) relativ zu dem Gebläse (3) eine ineffiziente Ausnutzung des Gebläses (3). Insbesondere resultiert daraus eine ineffiziente Kühlleistung des Kühlsystems. Insbesondere kann dies zu einer Überdimensionierung sowohl des Gebläses (3) als auch der Wärmeaustauschstruktur (2). Insbesondere lässt sich die Ausgestaltung der konventionellen Lösung nur bedingt an das Kühlsystem umgebende oder anschließende Konstruktionen und Bauräume anpassen.
2 zeigt einen schematischen und vereinfachten Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems (1) mit einem Gebläse (3) und einem Volumenkörper (5). Der Volumenkörper (5) ist in dieser Darstellung lediglich durch eine äußere Wand des Volumenkörpers (5) dargestellt. Der Volumenkörper kann aber insbesondere auch eine innere Ausgestaltung, beispielsweise Führungswege oder Kanäle, aufweisen, welche in dieser vereinfachten Darstellung nicht dargestellt sind. Der Volumenkörper (5) weist eine Einlassöffnung (9) zum Einlass eines ersten Fluids und eine Auslassöffnung (11) zum Auslass des ersten Fluids aus dem Volumenkörper (5) auf. Die Einlassöffnung (9) ist dabei größer als die Auslassöffnung (11) ausgestaltet. Insbesondere ist in der gezeigten Ausführungsform die Geometrie der Auslassöffnung (11) an die Gebläseöffnung angepasst. Insbesondere schließt das Gebläse (3) direkt an die Auslassöffnung (11) des Volumenkörpers (5) an. In anderen Ausführungsformen kann das Gebläse (3) auch nicht an die Auslassöffnung (11) anschließen.
In der gezeigten Ausführungsform weist der Volumenkörper (5) eine äußere Form auf, welche trichterförmig ausgestaltet ist. In anderen Ausführungsformen kann die äußere Form auch anderweitig gestaltet sein. Das Gebläse (3) bewirkt und/oder unterstützt eine Strömung eines ersten Fluids durch eine kontinuierliche Außenbegrenzung definierte Zwangsführung, angedeutet durch die dargestellte äußere Wand des Volumenkörpers (5), durch den Volumenkörper (5) von der Einlassöffnung (9) zu der Auslassöffnung (11). Dabei wird die Geometrie der Einlassöffnung (9) stetig in die Geometrie der Auslassöffnung (11) überführt und ein Strömungspfad (13) für das erste Fluid durch den Volumenkörper (5) definiert. In der gezeigten Darstellung ist beispielhaft der aus einer trichterförmigen, d.h. sich stetig zur Auslassöffnung verjüngenden, Zwangsführung resultierende Strömungspfad (13) für das erste Fluid durch den Volumenkörper gezeigt. In der gezeigten Ausführungsform entspricht die Zwangsführung einem Ansaugtrichter für das Gebläse (3), was einen geringen Druckverlust entlang des Strömungspfads bewirkt. Vorteilhaft kann ein stetiger Strömungspfad (13) des ersten Fluids innerhalb der Zwangsführung und geringe Strömungsverluste für das erste Fluid und damit eine effizientere Förderung des ersten Fluids durch das Gebläse (3) erreicht werden. Vorteilhaft können der Verlauf und die Weglängen des Strömungspfads (14) und die Strömungsgeschwindigkeit in allen Bereichen der Zwangsführung angeglichen werden und eine gleichmäßigere Durchströmung erreicht werden.
Außerdem weist der Volumenkörper erfindungsgemäß mindestens einen Strömungskanal für ein zweites Fluid auf (nicht in der hier gezeigten schematischen Darstellung gezeigt), welcher in Wärmeaustauschverbindung entlang des Strömungspfads (13) des ersten Fluids angeordnet ist. Vorzugsweise sind Abschnitte des Strömungskanals oder sind die Strömungskanäle über den Volumenkörper verteilt angeordnet. Eine gleichmäßigere Durchströmung des Volumenkörpers durch das erste Fluid ermöglicht einen gleichmäßigeren Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und dem in den Strömungskanälen geführten zweiten Fluid. Vorteilhaft ist dadurch eine gleichmäßigere Ausnutzung der Wärmeaustauschstruktur möglich. Vorteilhaft ist damit eine effizientere Kühlung des ersten Fluids möglich.
3 zeigt eine schematische dreidimensionale Ansicht der äußeren Form (21) des Volumenkörpers (5) gemäß einer Ausführungsform des Kühlsystems (1) mit einem Gebläse (3) aus verschiedenen Blickwinkeln. Die äußere Form (21) des Volumenkörpers (5) ist dabei definiert durch das vom Volumenkörper eingenommene Volumen eines Materials sowie etwaige vom Volumenkörper eingeschlossene Hohlräume. Dementsprechend zeigt die dreidimensionale Darstellung der äußeren Form (21) des Volumenkörpers (5) in dieser Ansicht lediglich geschlossene Oberflächen und Konturen und beispielsweise keine explizite Einlassöffnung (9) oder Auslassöffnung (11). Die Einlassöffnung (9) kann beispielsweise eine Aussparung in einer der gezeigten Oberflächen sein. Insbesondere kann die eingenommene Fläche der Einlassöffnung auch durch eine gewölbte Oberfläche beschrieben sein und einem Bereich einer der gezeigten Oberflächen entsprechen.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Oberfläche der äußeren Form (21) des Volumenkörpers (5) ein Flächenverbund an Freiformflächen. Die äußere Form (21) des Volumenkörpers (5) kann in dieser Ausführungsform durch einen Freiformflächenkörper beschrieben werden mit einer trichterförmigen Ausgestaltung, welche an der dem Gebläse (3) zugewandten Seite diesem angepasst ist. Insbesondere kann sie außerdem an eine an sie anschließende Konstruktion angepasst sein. In dieser Ausführungsform weist die äußere Form des Volumenkörpers sowohl gekrümmte wie gerade Konturen und Oberflächen auf. Beispielsweise ist so die äußere Form auf der einen Seite des Volumenkörpers an eine Rundung einer Gantry und auf einer anderen Seite einer vertikalen Gehäusewand eines Gehäuses der Gantry angepasst. Die äußere Form des Volumenkörpers und die Ausgestaltung der Zwangsführung können aneinander angepasst sein, d.h. eine ähnliche Geometrie aufweisen. Es gibt aber auch Ausführungsformen, bei denen die äußere Form des Volumenkörpers und die Ausgestaltung der Zwangsführung nicht aneinander angepasst sind.
4 zeigt zur besseren Veranschaulichung eine Seitenansicht der in 3 gezeigten äußeren Form (21) mit der trichterförmigen Ausgestaltung. 5 zeigt eine Frontansicht der in 3 gezeigten äußeren Form des Volumenkörpers (21), welche sowohl gekrümmte wie gerade Konturen aufweist.
6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Volumenkörper (5) eines erfindungsgemäßen Kühlsystems (1) mit einer Mehrzahl an voneinander abgegrenzten Führungswegen (23) entlang der Zwangsführung zwischen der Einlassöffnung (9) und der Auslassöffnung (11) gemäß einer ersten Ausführungsform des Volumenkörpers. Der Querschnitt kann dabei beispielhaft einen Schnitt entlang einer im Wesentlichen parallel zu einer Auslassöffnung (11) des Volumenkörpers (5) verlaufenden Ebene entsprechen.
Der Volumenkörper (5) weist in dieser Ausführungsform eine Mehrzahl an über die Zwangsführung verteilte Strömungskanäle (25) auf. Außerdem weist der Volumenkörper (5) zwischen den Strömungskanälen (25) angeordnete Verbindungswände (27) auf. Die Mehrzahl an Führungswegen (23) ist dabei durch die Strömungskanäle (25) und die Verbindungswände (27) voneinander abgegrenzt. Die Abgrenzung kann dabei entlang des gesamten Verlaufs des Führungswegs (23) ununterbrochen sein. Es kann aber auch Ausführungsformen geben, in denen die Führungswege (23) nicht ununterbrochen abgegrenzt sind.
Die Querschnittsfläche eines Führungswegs (23) kann entlang des Verlaufs des Führungswegs (23) im Volumenkörper variieren. Die Querschnittsfläche eines Strömungskanals (25) kann ebenso entlang dessen Verlaufs variieren. In dieser Ausführungsform sind die Querschnitte der Mehrzahl an Strömungskanälen kreisförmig. Vorteilhaft bietet ein kreisförmiger Querschnitt eines Strömungskanals (25) gute Strömungsbedingungen für das zweite Fluid und damit eine erleichterte Führung des zweiten Fluids durch den Strömungskanal (25). In anderen Ausführungsformen kann die Querschnittsfläche des Strömungskanals (25) oder die Querschnittsflächen der Strömungskanäle (25) auch anderweitig, beispielsweise elliptisch ausgeführt sein. Die Querschnittsflächen verschiedener Strömungskanäle können unterschiedlich ausgestaltet sein.
Die in 6 im Schnitt gezeigten Strömungskanäle (25) sind entlang, d.h. im Wesentlichen parallel, zum Strömungspfad (13) und den abgegrenzten Führungswegen (23) des ersten Fluids ausgerichtet. Die gezeigte Ausführungsform des Volumenkörpers (5) und auch andere Ausführungsformen können aber auch Strömungskanäle (25) oder auch einen Strömungskanalabschnitt (25) aufweisen, welche nicht entlang des Strömungspfads (13) angeordnet sind. Beispielsweise können diese Strömungskanäle (25) oder der Strömungskanalabschnitt (25) auch einen Winkel zum Strömungspfad (13) und zu den Führungswegen (23) des ersten Fluids einnehmen. Beispielsweise können sie bzw. kann er in der gezeigten Ausführungsform auch parallel zu der in 6 gezeigten Schnittebene verlaufen.
Die Wände der hier gezeigten Mehrzahl an Strömungskanälen (23) weisen dabei vorzugsweise ein gut wärmeleitendes Material auf, beispielsweise ein Metall, beispielsweise Aluminium oder Kupfer, oder ein Verbundmaterial, welches Metall aufweist. Dadurch ist eine guter Wärmeaustausch zwischen dem in den Strömungskanälen (25) geführten zweiten Fluid und dem in den Führungswegen (23) geführten ersten Fluid über das Material der Strömungskanalwände möglich.
Die Verbindungswände (27) sind dabei ebenso in Wärmeaustauschverbindung mit den Strömungskanälen (25) angeordnet und weisen ebenso ein gut wärmeleitendes Material auf. Dadurch ist eine Vergrößerung der zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Fläche möglich. Damit ist ein effizienterer Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid möglich. Beispielsweise ist eine effizientere Kühlung des ersten Fluids möglich.
In dieser Ausführungsform weisen alle gezeigten Elemente des Volumenkörpers (5), d.h. auch die Wände der Strömungskanäle (23) und die Verbindungswände (27) das gleiche gut wärmeleitende Material auf. Insbesondere ist der gezeigte Volumenkörper einstückig.
7 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems (1) mit einem Volumenkörper (5) mit einer Mehrzahl an Führungswegen (23) in einer dreidimensionalen Darstellung gemäß einer zweiten Ausführungsform des Volumenkörpers. 7 zeigt dabei eine Außenansicht des erfindungsgemäßen Kühlsystems (1) mit einem Gebläse (3) und einen Volumenkörper (5) und einer Mehrzahl an Führungswegen (23) entlang der durch den Volumenkörper (5) definierten Zwangsführung zwischen der Einlassöffnung (9) und der Auslassöffnung (11), wobei die Auslassöffnung (11) an das Gebläse (3) anschließt und deren Geometrie an die Ausgestaltung des Gebläses (3) angepasst ist. In dieser Ausführungsform sind die äußere Form des Volumenkörpers (5) und die Ausgestaltung der Zwangsführung aneinander angepasst und trichterförmig, d.h. als Ansaugrichter für das Gebläse (3), ausgestaltet. Im Wesentlichen entspricht die hier gezeigte äußere Form des Volumenkörpers (5) der in 3 bis 5 gezeigten äußeren Form (21) .
Der Volumenkörper weist konzentrisch um eine zentrale Achse angeordnete Wände (29) auf. Innerhalb der konzentrisch angeordneten Wände (29) ist ein Strömungskanal (25) oder eine Mehrzahl an Strömungskanälen (25) angeordnet (in der Darstellung nicht sichtbar). Außerdem weist der Volumenkörper (5) zwischen den Wänden angeordnete und auf die zentrale Achse radial ausgerichtete Lamellen (28) auf. Der Volumenkörper (5) weist dadurch eine Mehrzahl an voneinander abgegrenzten Führungswegen (23) für ein erstes Fluid auf, welche ebenso konzentrisch um die zentrale Achse angeordnet sind. Die zentrale Achse verläuft in dieser Ausführungsform dabei durch den Schwerpunkt der Auslassöffnung (11), welcher außerdem auf der Rotationsachse des Gebläses liegt. Dadurch kann eine effizientere Ausnutzung des Gebläses erreicht werden.
Durch die Anordnung des Strömungskanals (25) oder der Mehrzahl an Strömungskanälen (25) innerhalb der Wände (29) kann beispielsweise der Verlauf des Strömungskanals (25) oder der Mehrzahl an Strömungskanälen (25) innerhalb der konzentrisch angeordneten Wände (29) unabhängig von der übrigen Struktur des Volumenkörpers bei der Herstellung des Volumenkörpers (5) optimiert werden.
8 zeigt einen Schnitt durch die in 7 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems (1) zur verbesserten Darstellung der Ausgestaltung der Führungswege (23) entlang der Zwangsführung im Volumenkörper (5).
Die Führungswege (23) weisen eine der Einlassöffnung (9) zugewandte Eingangsöffnung auf, definiert durch ihre äußere Begrenzung durch die anschließenden Lamellen (27) und konzentrisch angeordneten Wände (29) bzw. die kontinuierliche Außenbegrenzung und eine entsprechende Ausgangsöffnung, welche der Auslassöffnung (11) zugewandt ist. Die Führungswege sind dabei derart ausgestaltet, dass die Eingangsöffnung der Führungswege (23) stetig in die Ausgangsöffnung der Führungswege (23) überführt wird. Bei einer stetigen Überführung kann das Entstehen von Verwirbelungen und Ablösungen des ersten Fluids deutlich reduziert werden und es kann eine gleichmäßigere Strömung in jedem Punkt der Zwangsführung eingestellt werden. Vorteilhaft können Strömungsverluste verringert werden und damit eine effizientere Förderung des ersten Fluids innerhalb der Zwangsführung und der Führungswege (23) durch das Gebläse ermöglicht werden. In dieser Ausführungsform schließen die Eingangsöffnungen bzw. Ausgangsöffnungen der Führungswege (23) direkt an die Einlassöffnung (9) bzw. Auslassöffnung (11) des Volumenköpers (5) an. Es kann auch Ausführungsformen geben, bei welchen die Führungswege (23) nicht mit der Einlassöffnung (9) beginnen bzw. bei der Auslassöffnung (11) enden. Innerhalb der Wände (29) ist die Anordnung eines Strömungskanals (25) oder einer Mehrzahl an Strömungskanälen (25) für das zweite Fluid vorgesehen (in der Darstellung nicht sichtbar).
Die konzentrische Anordnung der Wände (29) und Lamellen (28) ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Fläche über den Volumenkörper (5). Die Ausgestaltung der Zwangsführung als Ansaugtrichter und die Ausgestaltung der Führungswege ermöglicht außerdem einen stetigen Strömungspfad des ersten Fluids in der Zwangsführung und eine gleichmäßigere Durchströmung des Volumenkörpers (5) und damit eine gleichmäßigere Ausnutzung der Wärmeaustauschstruktur und eine effizientere Ausnutzung des Gebläses (5).
9 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Bildgebungsvorrichtung umfassend eine Gantry (31).
Ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedanken ist für die Bildgebungsvorrichtung beispielhaft ein Computertomographiesystem gezeigt.
Das Computertomographiesystem beinhaltet eine Gantry (31) mit einem Gehäuse (33) und einem Rotor (35). Der Rotor (35) umfasst eine Röntgenquelle (37) und einen Röntgendetektor (38) und weitere Komponenten auf, welche im Betrieb des Computertomographiesystems Wärme produzieren. Der Patient (39) ist auf der Patientenliege (41) gelagert und ist entlang der Rotationsachse (43) durch die Gantry (31) bewegbar. Zur Steuerung und Berechnung der Schnittbilder wird eine Recheneinheit (45) verwendet. Eine Eingabeeinrichtung (47) und eine Ausgabevorrichtung (49) sind mit der Recheneinheit (45) verbunden.
Zur Kühlung der in der Gantry (31) angeordneten Komponenten weist das Computertomographiesystem, in dieser Darstellung nicht sichtbar, innerhalb des Gehäuses ein erfindungsgemäßes Kühlsystem (1) auf. Dabei ist der Volumenkörper (5) des erfindungsgemäßen Kühlsystems (1) an die Konstruktion und die Bauräume innerhalb des Gehäuses (33) angepasst und weist dabei zumindest einen Teilbereich einer Außenfläche auf, welche flächig an einen Teilbereich einer Innenfläche des Gehäuses (33) der Gantry (31) anschließt. Dadurch ist eine effizientere Ausnutzung der vorhandenen Bauräume möglich. Beispielsweise entspricht die äußere Form des Volumenkörpers der in 3-5 gezeigten äußeren Form (21) und ist an der einen Seite an die Rundung des Gantry angepasst und auf einer anderen Seite an die vertikalen Wänden des Gehäuses.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Kühlsystem (1) für eine Bildgebungsvorrichtung mit einer Gantry (31) zum Kühlen von in der Gantry (31) angeordneten Komponenten umfassend ein Gebläse (3) und einen Volumenkörper (5), wobei der Volumenkörper (5) - eine Einlassöffnung (9) aufweist, - eine Auslassöffnung (11) aufweist, wobei die Einlassöffnung (9) größer ist als die Auslassöffnung (11) , - eine durch eine kontinuierliche Außenbegrenzung definierte Zwangsführung für ein erstes Fluid von der Einlassöffnung (9) zu der Auslassöffnung (11) aufweist, welche die Geometrie der Einlassöffnung (9) stetig in die Geometrie der Auslassöffnung (11) überführt und einen Strömungspfad (13) für das erste Fluid definiert, - einen Strömungskanal (25) für ein zweites Fluid aufweist, der in Wärmeaustauschverbindung mit dem Strömungspfad (13) angeordnet ist, und - einen Zulauf und einen Ablauf für das zweite Fluid aufweist.
Kühlsystem (1) nach Anspruch 1, wobei der Volumenkörper eine Mehrzahl an voneinander abgegrenzten Führungswegen (23) für das erste Fluid zwischen der Einlassöffnung (9) und der Auslassöffnung (11) aufweist.
Kühlsystem (1) nach Anspruch 2, wobei jeder Führungsweg (23) der Mehrzahl an abgegrenzten Führungswegen (23) eine Eingangsöffnung und eine Ausgangsöffnung aufweist und derart ausgestaltet ist, dass entlang des jeweiligen Führungswegs (23) die Geometrie der Eingangsöffnung stetig in die Geometrie der Ausgangsöffnung überführt wird.
Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Mehrzahl an voneinander abgegrenzten Führungswegen (23) konzentrisch um eine zentrale Achse angeordnet ist.
Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Volumenkörper (5) Metall aufweist.
Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Volumenkörper (5) einstückig ausgebildet ist.
Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Volumenkörper (5) mittels einer additiven Fertigungstechnologie hergestellt ist.
Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste oder zweite Fluid Luft ist.
Gantry (31) einer Bildgebungsvorrichtung umfassend ein Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Gantry (31) einer Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 9 wobei zumindest ein Teilbereich einer Außenfläche des Volumenkörpers (5) flächig an einen Teilbereich einer Innenfläche eines Gehäuses (33) der Gantry (31) anschließt.
Bildgebungsvorrichtung umfassend eine Gantry (31) nach einem der Ansprüchen 9 oder 10.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Bildgebungsvorrichtung ein Computertomographiesystem ist.