DE8812277U1 - Liquid-cooled X-ray tube with a recirculating cooling system - Google Patents
Liquid-cooled X-ray tube with a recirculating cooling systemInfo
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Description
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(j 1 Siemens Aktiengesellschaft(j 1 Siemens Aktiengesellschaft
Flüssigkeitsgekühlter Röntgenstrahier mit einer Umlaufkühleinrichtung Liquid-cooled X-ray tube with a circulating cooling system
Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Röntgenstrahier mit einer Umlaufkuhleinrichtt'ng, welcher ein mit einem elektrisch isolierenden Kuhlmittel gefülltes, mit einem Strahlendurchtrittsfenster versehenes Gehäuse und eine in diesem angeordnete Röntgenröhre aufweist, wobei die Umlaufkuhleinrichtung einen durch zwei Kühlmittelleitungen am Gehäuse angeschlossenen, als Wärmetauscher ausgebildeten Kühler mit geschlossenem Kühl- t mittelkreislauf und eine Umwälzpumpe für das Kühlmittel aufweist und der Kühlsr außer vom dem Kühlmittel noch von einer Kühlflüssigkeit durchströmt ist. Derartige Umlaufkühleinrichtungen dienen zum Kühlen der Röntgenröhre und zur Abfuhr der im Röntgenstrahler entstehenden Wärme.The invention relates to a liquid-cooled X-ray emitter with a circulating cooling device, which has a housing filled with an electrically insulating coolant and provided with a radiation passage window and an X-ray tube arranged in the housing, wherein the circulating cooling device has a cooler designed as a heat exchanger with a closed coolant circuit connected to the housing by two coolant lines and a circulating pump for the coolant, and the cooler is flowed through by a cooling liquid in addition to the coolant. Such circulating cooling devices serve to cool the X-ray tube and to dissipate the heat generated in the X-ray emitter.
Ein derartiger Rörrujenstrahler ist in der DE-GM-86 15 918 beschrieben, bei dem die Umlaufkühleinrichtung seitlich an einer Stirnfläche des Röntgenstrahlergehäuses angebracht ist. Als Kühler dienen dabei doppelwandige Rohre, die außer von dem Kühlmittel von einer Kühlflüssigkeit durchströmt sind, wobei die Kühlflüssigkeit im Innenrohr und das Kühlmittel zwischen den ( ; beiden Wänden des doppelwandigen Rohres strömen. Ein derartiger Kühler weist aber den Nachteil auf, daß er bedingt durch seine relativ aufwendige Bauweise kostspielig ist. Außerdem ist die Fläche, mit der die Wärmeabgabe erfolgt, relativ zu seinen Abmessungen klein, so daß sich ein schlechter Wirkungsgrad ergibt.Such a tube radiator is described in DE-GM-86 15 918, in which the circulating cooling device is attached to the side of an end face of the X-ray radiator housing. The cooler consists of double-walled tubes through which a cooling liquid flows in addition to the cooling agent, with the cooling liquid flowing in the inner tube and the cooling agent flowing between the two walls of the double-walled tube. However, such a cooler has the disadvantage that it is expensive due to its relatively complex construction. In addition, the surface area over which the heat is released is small relative to its dimensions, resulting in poor efficiency.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Röntgenstrahier mit einer Umlaufkühleinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die preisgünstig herstellbar ist und einen guten Wirkungsgrad bei relativ kleiner Bauweise in bezug auf Höhe und Dicke und eine große Wärmeabstrahlfläche aufweist.The invention is based on the object of creating an X-ray device with a circulating cooling device of the type mentioned above, which can be manufactured inexpensively and has a good efficiency with a relatively small design in terms of height and thickness and a large heat radiation surface.
Gse 2 Sbt / 20.09.1988Gse 2 Sbt / 20.09.1988
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! °ie Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß der Kühler ein Plattenwärmetauscher ist. Ein derartiger Wärmetauscher läßt sich einfach und leicht in beliebigen Formen herstellen. Er weist einen guten Wirkungsgrad auf. Durch seine geringe Dicke jp 5 ergibt sich eine kleine Bauweise bei gleichzeitig großer Wärmefe abstrahlfläche.! °i The object is achieved according to the invention in that the cooler is a plate heat exchanger. Such a heat exchanger can be manufactured simply and easily in any shape. It has a good efficiency. Its small thickness jp 5 results in a small construction with a large heat radiation surface.
H Eine besonders einfache Herstellung mit den verschiedensten % Formen läßt sich erreichen, wenn der Plattenwärmetauscher aus 10 drei Blechen besteht, die derart miteinander rollgeschweist sind, daß mäanderförmig angeordnete Kanäle entstehen- wobei die Kanäle für das Kühlmittel und die Kühlflüssigkeit parallel ver-H A particularly simple production with the most varied % shapes can be achieved if the plate heat exchanger consists of 10 three sheets that are roll-welded together in such a way that meandering channels are created - with the channels for the coolant and the cooling liquid running parallel to each other.
&Lgr; laufen und durch das mittlere Blech getrennt sind. Eine dem
&iacgr; )
s Röntgenstrahier besonders gut angepaßte Form des Plattenwärmetauschers
ergibt sich, wenn der Plattenwärmetauscher zylinderförmig gebogen ist. Einen platzsparenden Aufbau erhält man,
wenn der Plattenwärmetauscher die Umwälzpumpe umgibt. Die Fläche des Plattenwärmetauschers läßt sich weiterhin erhöhen, wenn
der Plattenwärmetauscher das Gehäuse des Röntgenstrahlers zumindest bereichsweise umgibt. Korrosion und Absetzungen von Öl lassen
sich reduzieren, wenn der Plattenwärmetauscher aus Edelstahl oder Aluminium besteht. Der Innenraum des zylinderförmig gebogenen
Plattenwärmetauschers kann kühler gehalten werden, so daß sich der Wirkungsgrad weiterhin erhöht, wenn der äußere Kanal
! 25 mit dem Kühlmittelkreislauf und der innere Kanal mit dem Kreis-
; lauf für die Kühlflüssigkeit verbunden sind. Eine besonders gute Kühlwirkung erreicht man, wenn die Umwälzpumpe derart an dem
Plattenwärmetauscher angeschlossen ist, daß das Kühlmittel entgegen der Fiußrichtung der Kühlflüssigkeit fließt. &Lgr; and are separated by the middle plate. A &iacgr; )
A particularly well-suited shape of the plate heat exchanger for the X-ray tube is when the plate heat exchanger is cylindrically curved. A space-saving design is achieved when the plate heat exchanger surrounds the circulating pump. The surface area of the plate heat exchanger can be increased further if the plate heat exchanger surrounds the housing of the X-ray tube at least in part. Corrosion and oil deposits can be reduced if the plate heat exchanger is made of stainless steel or aluminum. The interior of the cylindrically curved plate heat exchanger can be kept cooler, so that the efficiency is further increased, if the outer channel ! 25 is connected to the coolant circuit and the inner channel is connected to the circuit ; for the coolant. A particularly good cooling effect is achieved if the circulating pump is connected to the plate heat exchanger in such a way that the coolant flows against the flow direction of the coolant.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher orläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using an embodiment shown in the drawing. They show:
FIG 1 einen schematischen Längsschnitt durrh einen erfindungsgemäßen Röntgenstrahier,FIG 1 shows a schematic longitudinal section through an X-ray radiator according to the invention,
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( 1 FIG 2 einen Schnitt entlang der Linien H-II in FIG 1,···· ·· ·· ·* 3 * * ' *
( 1 FIG 2 a section along the lines H-II in FIG 1,
FIG 3 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers
und
5FIG 3 a view of the plate heat exchanger according to the invention and
5
FIG 4 einen Schnitt durnh einen erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher. FIG 4 shows a section through a plate heat exchanger according to the invention.
In FIG 1 ist ein erfindungsgemäßer Röntgenstrahier dargestellt, der ein mit einem elektrisch isnllerenripn Kühlmittel, beispielsweise mit Isolieröl, gefülltes Gehäuse 1 aufweist, in dem eine Röntgenröhre 2 angeordnet Ist. Diese ist als eine Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Anodenteller 3, einer Kathode 4 und einem Motor zum Antrieb der Drehanode ausgebildet. Der Motor weist einen Rotor 5 und einen außerhalb des Glaskörpers der Röntgenröhre 2 auf einem Isolator 6 angeordneten Stator 7 auf. Das Gehäuse 1 besitzt ein Strahlendurchtrittsfenster &thgr; für die vom Anodenteller 3 ausgehenden Röntgenstrahlen.FIG. 1 shows an X-ray emitter according to the invention, which has a housing 1 filled with an electrically insulating coolant, for example insulating oil, in which an X-ray tube 2 is arranged. This is designed as a rotating anode X-ray tube with an anode plate 3, a cathode 4 and a motor for driving the rotating anode. The motor has a rotor 5 and a stator 7 arranged outside the glass body of the X-ray tube 2 on an insulator 6. The housing 1 has a beam passage window θ for the X-rays emanating from the anode plate 3.
An der einen Seite des Gehäuses 1 des Röntgenstrahlen sind eine Umwälzpumpe 12 direkt und ein zylinderförmiger Kühler 13 durch Halterungen 14 angebracht, wie dies auch die FIG 2 zeigt. Der Kühler 13 ist dabei an der Seitenfläche des Gehäuses 1 befestigt und umgibt die mittig angeordnete Umwälzpumpe 12. Er kann aber auch, wie gestrichelt dargestellt, mit seiner ge-( samten Höhe oder teilweise das Gehäuse 1 des Röntgenstrahlen umgeben.On one side of the housing 1 of the X-ray device, a circulation pump 12 is attached directly and a cylindrical cooler 13 is attached by means of brackets 14, as shown in FIG. 2. The cooler 13 is attached to the side surface of the housing 1 and surrounds the centrally arranged circulation pump 12. However, it can also, as shown in dashed lines, surround the housing 1 of the X-ray device with its entire height or partially.
Die Umwälzpumpe 12 ist durch eine Kühlmittelleitung 9 mit dem Inneren des Gehäuses 1 verbunden. Der Kühler 13 ist auf der einen Seite durch eine Kühlmittelleitung 10 mit der Umwälzpumpe und auf der anderen Seite durch eine Kühlmittelleitung 11 ebenfalls mit dem Inneren des Gehäuses verbunden. Der durch die Kühlmittelleitung 9 bis 11, die Umwälzpumpe 12, dem Kühler 13 und das Gehäuse 1 gebildete Kühlmittelkreislauf ist geschlossen. Die Kühlmittelleitungen 9 bis 11 sind flüssigkeitsdichtThe circulation pump 12 is connected to the interior of the housing 1 by a coolant line 9. The cooler 13 is connected on one side to the circulation pump by a coolant line 10 and on the other side to the interior of the housing by a coolant line 11. The coolant circuit formed by the coolant lines 9 to 11, the circulation pump 12, the cooler 13 and the housing 1 is closed. The coolant lines 9 to 11 are liquid-tight
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V 1 durch die Wandung des Gehäuses 1 geführt. Innerhalb des Gehäuses 1 endet die Kühlmittelleitung 9 im Bereich des Stators 7, während die Kühlmittelleitung 11, die im Innenraum des Gehäuses 1 als Kunststoffschlauch 15 ausgebildet ist, im Bereich des kathodenseitigen Endes der Röntgenröhre 2 endet. Dadurch wird erreicht, daß das Kühlmittel innerhalb des Gehäuses 1 an der Röntgenröhre 2 entlang strömt.V 1 is guided through the wall of the housing 1. Inside the housing 1, the coolant line 9 ends in the area of the stator 7, while the coolant line 11, which is designed as a plastic hose 15 in the interior of the housing 1, ends in the area of the cathode-side end of the X-ray tube 2. This ensures that the coolant flows inside the housing 1 along the X-ray tube 2.
Kühlmittelstromes durch den Spalt zwischen dem Isolator 6 und dem Glaskolben der Röntgenröhre 2 geführt wird, bei dem sich erfahrungsgemäß sogenannte "Hitzenester" bilden, ist zwischen der Innenwand des Gehäuses 1 und dem Außenumfang des Stators eine Blende 16 vorgesehen, die einige Durchtrittsöffnungen 17 für das Kühlmittel aufweist. Die Durchtrittsöffnungen 17 der Blende 16 sind derart bemessen, daß ein vergleichsweise kleiner Anteil des Kühlmittelstromes durch sie hindurchtreten kann, über den Kühler 13 ist eine Kappe 23 gesetzt, die durch einen Ring 24 mit dem Gehäuse 1 verbunden ist.In order to ensure that the coolant flow is guided through the gap between the insulator 6 and the glass bulb of the X-ray tube 2, in which experience has shown that so-called "heat nests" form, a screen 16 is provided between the inner wall of the housing 1 and the outer circumference of the stator, which screen has several through-openings 17 for the coolant. The through-openings 17 of the screen 16 are dimensioned such that a comparatively small proportion of the coolant flow can pass through them. A cap 23 is placed over the cooler 13 and is connected to the housing 1 by a ring 24.
Der Kühler 13, der in FIG 4 im Schnitt dargestellt ist, ist als Wärmetauscher ausgebildet, der aus drei Blechen 25 bis 27 hergestellt ist, die miteinander durch Rollschweißung verbunden und anschließend aufgeblasen sind, so daß sich zwischen den Schweißnähten 28 beidseitig des mittleren Bleches 26 Kanäle ( und 19 bilden, die, wie aus FIG 3 ersichtlich, mäanderförmig über den zylinderförmig gekrümmten Kühler 13 verteilt sind. An dem äußeren Kanal 18 sind die Kühlmittelleitungen 10 und 11 angeschlossen, so daß in dem äußeren Kanal das Kühlmittel in Richtung der Pfeile 29 fließt. Es sind beliebige Kanalanordnungen herstellbar.The cooler 13, which is shown in section in FIG 4, is designed as a heat exchanger, which is made from three sheets 25 to 27 that are connected to one another by roll welding and then inflated so that channels (1 and 19) are formed between the weld seams 28 on both sides of the middle sheet 26, which, as can be seen from FIG 3, are distributed in a meandering shape over the cylindrically curved cooler 13. The coolant lines 10 and 11 are connected to the outer channel 18, so that the coolant flows in the direction of the arrows 29 in the outer channel. Any channel arrangement can be produced.
Durch die Verschweißung der drei Bleche 25 bis 27 liegt parallel zu dem Kanal 18 der innere Kanal 19, an dem über Leitungen 20 und 21 ein Kühlaggregat 22 angeschlossen ist. Dabei bildet der innere Kanal 19, die Leitungen 20 und 21 sowie das Kuhlaggregat 22 einen Kühlkreislauf, in dem Kühlflüssigkeit, bei-By welding the three sheets 25 to 27, the inner channel 19 is parallel to the channel 18, to which a cooling unit 22 is connected via lines 20 and 21. The inner channel 19, the lines 20 and 21 and the cooling unit 22 form a cooling circuit in which coolant,
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&iacgr; ) 1 spielweise Wasser, strömt. Diese Kühlflüssigkeit dient zum Abführen der Wärme des Röntgenstrahlen, wobei diese Kühlflüssigkeit in wärmeleitendem Kontakt mit dem Kühlmittel im äußeren Kanal ifl steht, so daß durch das Vorbeiströmen der Kühlflüssigkeit an dem Kühlmittel diesem Wärme entzogen wird. In dem Kühlaggregat 22 wird dann in bekannter Weise die Kühlflüssigkeit rückgekühlt.&iacgr; ) 1, for example water, flows. This cooling liquid serves to dissipate the heat of the X-rays, whereby this cooling liquid is in heat-conducting contact with the coolant in the outer channel ifl, so that heat is extracted from the coolant by the cooling liquid flowing past it. The cooling liquid is then recooled in the cooling unit 22 in a known manner.
Eine gute Wärmeableitung wird erreicht, wenn das durch den Kanal 18 fließende Kühlmittel und die durch den parallel liegenden Kanal 19 durchströmende Kühlflüssigkeit in entgegengesetzter Richtung strömt, wie dies durch die Pfeile 30 angedeutet ist, so daß für die gesamte Länge der Kanäle 18 und 19 zwischen Kühlmittel und Kühlflüssigkeit eine ausreichend hohe Wärmedlfferenz liegt.Good heat dissipation is achieved when the coolant flowing through the channel 18 and the cooling liquid flowing through the parallel channel 19 flow in opposite directions, as indicated by the arrows 30, so that there is a sufficiently high heat difference between the coolant and the cooling liquid for the entire length of the channels 18 and 19.
Der Kühler 13 besteht zweckmaßigerweise aus Edelstahl, da dadurch gewährleistet ist, daß in dem Kühler keine Absetzungen von öl erfolgen und die Korrosion gering gehalten werden kann. Auch weist ein derartiger Kühler eine höhere Stabilität auf. Es sind jedoch auch andere Materialien wie z.B. Kupfer, Aluminium oder Tantal verwendbar.The cooler 13 is preferably made of stainless steel, as this ensures that no oil deposits occur in the cooler and corrosion can be kept to a minimum. Such a cooler also has greater stability. However, other materials such as copper, aluminum or tantalum can also be used.
Anstelle des beschriebenen Verlaufes des Kühlmittels im äußeren Kanal 18 und der Kühlflüssigkeit im inneren Kanal 19 kann / auch das Kühlmittel im inneren Kanal 19 geführt sein.Instead of the described course of the coolant in the outer channel 18 and the cooling liquid in the inner channel 19, / the coolant can also be guided in the inner channel 19.
Die Kühlmittelleitungen 9 bis 11 können als feste Rohrleitungen oder aber auch als Metallschläuche oder Gummischläuche bestehen, damit Vibrationen des Röntgenstrahlen nicht auf die Anschlüsse des Kühlers 13 weitergeleitet werden.The coolant lines 9 to 11 can be made as solid pipes or as metal hoses or rubber hoses, so that vibrations from the X-rays are not transmitted to the connections of the cooler 13.
Anstelle aus dem Kühlaggregat 22 kann die Kühlflüssigkeit auch direkt aus einer Wasserleitung oder Wasserringleitung entnommen werden.Instead of from the cooling unit 22, the cooling liquid can also be taken directly from a water pipe or water ring main.
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
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| FR2736239A1 (en) * | 1995-06-30 | 1997-01-03 | Ge Medical Syst Sa | X-ray tube cooling system |
| EP1686608A1 (en) * | 2003-10-17 | 2006-08-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | X-ray apparatus |
| DE102008017153A1 (en) * | 2008-04-03 | 2009-11-12 | Siemens Aktiengesellschaft | radiation generator |
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1988
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