-
Die Erfindung betrifft eine Kühlhülle zur Kühlung einer zu kühlenden Komponente einer Strahlungserzeugungseinrichtung. Daneben betrifft die Erfindung eine Strahlungserzeugungseinrichtung.
-
Im Stand der Technik sind im Zusammenhang mit Teilchenbeschleunigern, insbesondere Linearbeschleunigern, die zur Erzeugung von Röntgenstrahlung eingesetzt werden, sogenannte Targethalterungen respektive Röntgenröhren bekannt. Diese erstrecken sich in der Regel entlang einer Längsachse und haben an ihrer Spitze respektive ihrem Kopfabschnitt ein Target, beispielsweise ein Wolfram-Target, auf welches ein Elektronenstrahl gelenkt wird, um Röntgenstrahlung zu erzeugen. Röntgenröhren können sich während der Benutzung stark erwärmen und sind daher zu kühlen. Der Kopfabschnitt der Röntgenröhre mit dem Target stellt die Stelle der größten Wärmeentwicklung dar und ist daher besonders gut zu kühlen.
-
Die Kühlung erfolgt typischerweise mittels einer Kühlhülle, die aus mehreren Kühlschalen aufgebaut ist, in beziehungsweise zwischen denen ein Kühlmittel, etwa Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und Glykol, geführt wird. Die Kühlschalen sind in unterschiedlichen Abständen beziehungsweise Radii um die Röntgenröhre herum angeordnet, also sozusagen ineinander geschachtelt. Anders ausgedrückt ist eine kleinste, innere Kühlschale vorgesehen, die die Röntgenrühre umhüllt und selbst wiederum von einer oder mehreren größeren, äußeren Kühlschalen umhüllt wird.
-
Neben der Kühlung muss die Röntgenröhre aber auch möglichst gut abgeschirmt werden, um einen Austritt von Röntgenstrahlung in den Bereichen zu verhindern, in denen dies nicht gewünscht ist. Für gewöhnlich soll die Röntgenstrahlung nur am Kopfabschnitt der Röntgenröhre, insbesondere in Längsrichtung, ungehindert austreten können, sodass die Abschirmung überwiegend seitlich erfolgt. Hierzu sind im Stand der Technik hüllenartige Schirmungen, etwa aus stark absorbierendem Wolfram, bekannt. Diese werden derart um die Röntgenröhre mit den Kühlschalen herum angeordnet, dass sie eine radiale beziehungsweise seitliche Abschirmung ermöglichen, also eine Abschirmung in einer Richtung von der Längsachse weg.
-
Hinsichtlich des bekannten Aufbaus von Kühlhüllen besteht Verbesserungspotential, denn die geschachtelten Kühlschalen nehmen seitlich beziehungsweise radial von der Längsachse weg viel Bauraum ein. Der vergleichsweise hohe Bauraumbedarf ist mitunter deswegen nachteilig, weil Bauteile, die die Kühlschalen umgeben ebenfalls größer gestaltet werden müssen. Gerade im Hinblick auf die bei Röntgenröhren zwingend erforderliche und üblicherweise sehr kostspielige und schwere Abschirmung ist der damit einhergehende, höhere Materialbedarf nachteilig.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Konzept für eine Kühlhülle zur Kühlung einer zu kühlenden Komponente einer Strahlungserzeugungseinrichtung anzugeben, welches insbesondere eine bessere Kühlung der zu kühlenden Komponente ermöglicht.
-
Gelöst wird die voranstehende Aufgabe erfindungsgemäß bei einer Kühlhülle der eingangs genannten Art dadurch, dass sich die Kühlhülle entlang einer Längsachse erstreckt und in ihrem Inneren einen zumindest einseitig offenen und sich ebenfalls entlang der Längsachse erstreckenden Aufnahmeraum zur Aufnahme der zu kühlenden Komponente aufweist, wobei die Kühlhülle mehrere zur Führung eines Kühlmittels vorgesehene und sich entlang der Längsachse erstreckende Kühlkanäle aufweist, die radial außerhalb des Aufnahmeraums und um den Aufnahmeraum herum verteilt angeordnet sind.
-
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das Kühlmittel in mehreren Kühlkanälen zu führen, die um den Aufnahmeraum herum nebeneinander angeordnet sind. In anderen Worten sind die Kühlkanäle in einer senkrecht zu der Längsachse verlaufenden Querschnittsfläche, insbesondere abwechselnd, entlang einer Umfangslinie angeordnet, wobei sich die Umfangslinie parallel und/oder äquidistant zu einer Außenkontur des Aufnahmeraums um die Längsachse herum erstreckt. Insbesondere abhängig davon, welche konkrete Querschnittsform der Aufnahmeraum senkrecht zur Längsachse hat, kann die Umfangslinie kreisförmig oder oval oder mehreckig, insbesondere rechteckig, sein. Im Gegensatz zu dem eingangs erläuterten geschachtelten respektive konzentrischen Aufbau der Kühlkanäle sind bei der erfindungsgemäßen Kühlhülle zumindest Abschnitte der Kühlkanäle im gleichen Abstand zum Aufnahmeraum angeordnet. Der Aufnahmeraum ist insbesondere an einem axialen Ende offen und ermöglicht so eine Aufnahme der zu kühlenden Komponente, insbesondere der Röntgenröhre.
-
Entlang der Außenkontur des Aufnahmeraums sind die Kühlkanäle in der Querschnittsfläche also nacheinander um den Aufnahmeraum herum angeordnet. Die bislang typischerweise gebräuchliche Schachtelung bezüglich einer Abstandsrichtung, insbesondere radial, vom Aufnahmeraum weg, ist somit nicht mehr notwendig. Jeder Kühlkanal erstreckt sich mithin nicht über die gesamte oder näherungsweise gesamte Außenkontur des Aufnahmeraums, sondern nur über einen jeweiligen Teilbereich der Außenkontur. Während im Fall des geschachtelten Aufbaus jeder Kühlkanal einen eigenständigen Ringraum darstellt, können in der erfindungsgemä-ßen Kühlhülle alle Kühlkanäle innerhalb eines gemeinsamen, um den Aufnahmeraum herum verlaufenden Ringraums angeordnet sein.
-
Hierdurch kann bezüglich einer radial von dem Aufnahmeraum weg weisenden Richtung Bauraum eingespart werden. Somit bietet die erfindungsgemäße Kühlhülle den Vorteil, dass sie um den Aufnahmeraum besonderes dünn beziehungsweise schmal ausgeführt ist. Durch die, insbesondere radiale, Bauraumersparnis ist für eine Abschirmung, die die Kühlhülle einhaust oder eine Schicht der Kühlhülle bildet, weniger Material sowie Bauraum erforderlich. Wird beispielsweise von einem kreisrunden Querschnitt ausgegangen, so hat eine Verringerung des Radius der Kühlhülle einen beachtlichen Einfluss auf das für die Abschirmung notwenige Material, da das Zylindervolumen mit dem Radius quadratisch zunimmt. Insbesondere vor dem Hintergrund, dass zur Abschirmung üblicherweise recht schweres und kostspieliges Wolfram und/oder Blei genutzt wird, ergibt sich mithin eine Materialkosten- sowie ein Gewichtsersparnis. Auch wird die Nachhaltigkeit der Kühlhülle dadurch positiv beeinflusst.
-
Eine besonders bevorzugte Ausführung der Kühlhülle sieht vor, dass sich die Kühlkanäle bezüglich ihrer Ausdehnung entlang der Abstandsrichtung zu dem Aufnahmeraum überlappen oder identisch sind. Zwei benachbarte Kühlkanäle erstrecken sich also vorzugsweise in Abstandsrichtung zumindest entlang eines jeweiligen, gemeinsamen Überlappungsbereichs, der sich wiederum, von einem kleineren Innenabstand zum Aufnahmeraum bis zu einem größeren Außenabstand zum Aufnahmeraum erstreckt. Die benachbarten Kühlkanäle sind dann im Überlappungsbereich gleich weit von dem Aufnahmeraum beabstandet. In anderen Worten erstrecken sich zwei benachbarte Kühlkanäle also in Abstandsrichtung jeweils von einem kleineren, inneren Abstand zum Aufnahmeraum hin zu einem größeren, äußeren Abstand zum Aufnahmeraum, wobei der äußere Abstand eines ersten der beiden Kühlkanäle größer als der innere Abstand und kleiner als der äußere Abstand des zweiten der beiden Kühlkanäle ist. Der Bereich um den Aufnahmeraum herum, der sich von dem inneren Abstand des zweiten Kühlkanals bis zum äußeren Abstand des ersten Kühlkanals erstreckt, kann als der Überlappungsbereich verstanden werden.
-
Die Abstandsrichtung kann, beispielsweise wenn der Querschnitt des Aufnahmeraums kreisförmig ist, entlang der Radialrichtung verlaufen. Ergänzend oder alternativ kann sie senkrecht zu der Außenoberfläche des Aufnahmeraums oder senkrecht zu der Außenkontur des Aufnahmeraums verlaufen. Insbesondere wenn der Aufnahmeraum einen rechteckigen Querschnitt aufweist, dann kann die Abstandsrichtung eine Flächennormale auf eine der Außenflächen des Aufnahmeraums sein.
-
Der Aufnahmeraum weist bevorzugt die geometrische Form eines geraden Kreiszylinders oder eines geraden Prismas, insbesondere mit einem Rechteck oder einem Quadrat als Grundfläche, auf. Gerade mit einer kreisrunden oder ovalen Grundfläche des Aufnahmeraums kann die Kühlhülle besonders einfach herstellt werden. Außerdem kann eine Röntgenröhre dann bei der Montage besonders einfach in den Aufnahmeraum eingebracht, insbesondere entlang der Längsachse eingeschoben, werden. Um eine einfache Montage sicherzustellen, ist es bevorzugt, dass der Querschnitt des Aufnahmeraums in einer Ebene senkrecht zur Längsachse entlang der Längsachse entweder gleichbleibt oder dass er sich mit zunehmendem Abstand zum offenen Ende des Aufnahmeraums verjüngt. Vorteilhafterweise entspricht die Form der Außenkontur der zu kühlenden Komponente zumindest näherungsweise, vorzugsweise exakt, einer Innenkontur des Aufnahmeraums. Der Aufnahmeraum und die zu kühlende Komponente sind also in anderen Worten vorzugsweise gegengleich.
-
Auch die Kühlhülle selbst, also insbesondere deren Außenkontur, kann zumindest in einem Abschnitt entlang der Längsachse, in dem sich auch der Aufnahmeraum und die Kühlkanäle erstrecken, die geometrische Form eines geraden Kreiszylinders oder eines geraden Prismas aufweisen, wobei der Aufnahmeraum und die Kühlkanäle jeweils Hohlräume darstellen können. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Kühlhülle zumindest in einem Bereich entlang der Längsachse die Form eines Hohlzylinders auf, wobei der Aufnahmeraum den Hohlraum bildet und die Mittelachse respektive Symmetrieachse des Aufnahmeraums mit der der Kühlhülle zusammenfällt. In einer solchen Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Kühlhülle einen Außendurchmesser von weniger als 30 mm oder weniger als 25 mm aufweisen. Beispielsweise kann sie einen Außendurchmesser von 23 mm aufweisen.
-
Die Kühlkanäle können sich geradlinig und parallel zu der Längsachse erstrecken. Dies ermöglicht einen besonders simplen Aufbau der Kühlhülle sowie eine besonders einfache Herstellung, beispielsweise mittels Strangpressens, insbesondere da deren Querschnitt senkrecht zur Längsachse entlang der Längsachse konstant sein kann.
-
Alternativ können sich die Kühlkanäle, insbesondere helixförmig, gewunden um die Längsachse herum erstrecken. Die Kühlkanäle können sich also entlang der Längsachse schraubenförmig um den Aufnahmeraum herum erstrecken. Durch die Helix- oder Schraubenform kann die mechanische Festigkeit der Kühlhülle gesteigert werden, wodurch weniger Material erforderlich ist, um eine hinreichend hohe mechanische Stabilität der Kühlhülle zu realisieren. Außerdem kann so die effektive Länge, über die sich die Kühlkanäle jeweils entlang des Aufnahmeraums erstrecken, vergrößert werden. Bezüglich der Helix- oder Schraubenform kann vorgesehen sein, dass eine Zentralachse des jeweiligen Kühlkanals durch die Bewegungslinie eines Punktes gebildet ist, der sich, insbesondere mit konstanter Geschwindigkeit, entlang einer Kreislinie eines senkrecht und mittig auf der Längsrichtung angeordneten Kreises bewegt, während sich der Kreis mit einer konstanten Geschwindigkeit entlang der Längslinie bewegt.
-
Die Kühlkanäle können radial außerhalb des Aufnahmeraums in die Kühlhülle integriert sein. Hierzu kann radial innenseitig an einer Außenhülle der Kühlhülle eine radial nach innen abragende Wandstruktur vorgesehen sein, die wenigstens eine seitliche Begrenzung von wenigstens einem der Kühlkanäle bildet, wobei die Außenhülle eine radial außenseitige Begrenzung der Kühlkanäle bildet. Mittels der von der Außenhülle radial zum Aufnahmeraum hin abragenden Wandstruktur können ein oder mehrere Kühlkanäle seitlich, also in einer Umfangsrichtung um den Aufnahmeraum herum, begrenzt sein. Die Wandstruktur kann derart vorgesehen sein, dass sie mehrere Kühlkanäle in Umfangsrichtung beziehungsweise entlang der Umfangsline um den Aufnahmeraum herum voneinander trennt respektive separiert. Die Wandstruktur kann wenigstens einen von der Außenhülle nach innen abragenden, steg-, wand- oder rippenartigen Vorsprung aufweisen, der die seitliche Begrenzung bildet.
-
Denkbar ist, dass wenigstens einer der Kühlkanäle radial innenseitig offen ist, wenn die zu kühlende Komponente nicht in den Aufnahmeraum angeordnet ist. Dieser Kühlkanal geht dann sozusagen in den Aufnahmeraum über. Eine radial innenseitige Begrenzung der oder zumindest einzelner der Kühlkanäle kann beispielsweise durch die im Aufnahmeraum aufgenommene und zu kühlende Komponente gebildet werden. Die oder einzelne der Kühlkanäle können dann radial innenseitig durch die Außenfläche der zu kühlenden Komponente begrenzt sein. Hierzu kann die zu kühlende Komponente zumindest stellenweise passgenau an der Wandstruktur anliegen. Die Kühlhülle und die zu kühlende Komponente können also gegengleiche Komponenten sein, wobei die zu kühlende Komponente, insbesondere passgenau, im Aufnahmeraum anordenbar ist. Dies hat den Vorteil, dass das Kühlmittel des oder der radial innenseitig offenen Kühlkanäle unmittelbar an der Oberfläche der zu kühlenden Komponente entlangströmen kann, was eine besonders gute Kühlung ermöglicht. Zur Abdichtung des jeweiligen Kühlkanals kann zwischen der Wandstruktur und der zu kühlenden Komponente wenigstens ein Dichtmittel angeordnet sein. Die nach innen offene Wandstruktur kann den wenigstens einen von der Außenhülle nach innen abragenden, steg-, wand- oder rippenartigen Vorsprung aufweisen, der gemäß dieser Ausführungsform insbesondere senkrecht von der Außenhülle abragt.
-
Die Wandstruktur kann eine radial innenseitige Begrenzung von wenigstens einem der Kühlkanäle bilden. Die Wandstruktur bildet im Rahmen dieser Ausführungsform eine zumindest abschnittsweise radial nach innen geschlossene Struktur. Insbesondere können die, steg-, wand- oder rippenartigen Vorsprünge radial nach innen zusammenlaufen, um so auch radial innenseitig den jeweiligen Kühlkanal abzuschließen. Die nach innen offene Wandstruktur kann mehrere nach innen abragenden, steg-, wand- oder rippenartigen Vorsprung aufweisen, die gemäß dieser Ausführungsform insbesondere schräg von der Außenhülle abragen oder gebogen ausgebildet sind und entsprechend radial innenseitig zusammenlaufen. Die Wandstruktur kann in einem Querschnitt senkrecht zu Längsachse mäanderförmig beziehungsweise zick-zack-förmig um den Aufnahmeraum herum verlaufen und gemeinsam mit der Außenhülle um den Aufnahmeraum herum einen oder mehrere der Kühlkanäle vollständig einschließen. Sie kann in einer Querschnittsebene senkrecht zu der Längsachse beispielsweise einen sternförmige Struktur aufweisen, wobei die Zacken des Sterns und die jeweils zwischen zwei Zacken des Sterns vorhandenen Freiräume die Kühlkanäle bilden. Zwei aneinander angrenzende Zacken des Sterns können dann jeweils einen Kühlkanal nach radial innen und beidseitig in Umfangsrichtung begrenzen. Die radial außenseitige Begrenzung kann durch die Außenhülle gebildet werden.
-
Denkbar ist ergänzend oder alternativ, dass sich die Wandstruktur von der Außenhülle zu einer Innenhülle der Kühlhülle erstreckt, wobei die Innenhülle die radial innenseitige Begrenzung wenigstens eines der Kühlkanäle bildet. Einer oder mehrere der Kühlkanäle sind dann radial außenseitig durch die Außenhülle und radial innenseitig durch die Innenhülle begrenzt, wobei sie seitlich durch die Wandstruktur begrenzt sind. Die Kühlhülle kann somit wenigstens einen ersten Kühlkanal und wenigstens einen zweiten Kühlkanal aufweisen, wobei der wenigstens eine erste Kühlkanal, insbesondere in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse, durch die Au-ßenhülle und die Wandstruktur, und gegebenenfalls die Innenhülle, begrenzt ist, wobei der wenigstens eine zweite Kühlkanal, insbesondere in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse, durch die Innenhülle und die Wandstruktur, und gegebenenfalls die Außenhülle, begrenzt ist. Die Außenhülle, die Wandstruktur, und gegebenenfalls die Innenhülle, können jeweils eine Komponente der Kühlhülle oder ein Bereich der Kühlhülle sein. Sie sind vorzugsweise integraler Bestandteil der, insbesondere einstückigen, Kühlhülle.
-
In einer Ebene senkrecht zur Längsachse können alle Kühlkanäle den gleichen Querschnitt aufweisen. Denkbar ist beispielsweise, dass die Kühlkanäle einen zumindest im Wesentlichen rechteckigen oder trapezartigen Querschnitt aufweisen. Sie können sich beispielsweise, begrenzt durch zwei Wandelemente der Wandstruktur, in einem jeweiligen Winkelinkrement um den Aufnahmeraum herum, insbesondere von der Innenhülle zur Außenhülle, erstrecken. Alternativ können sich die Querschnitte der Kühlkanäle unterscheiden. So kann wenigstens einer der Kühlkanäle einen Querschnitt aufweisen, der sich nach radial außen verjüngt, wobei wenigstens ein weitere der Kühlkanäle einen Querschnitt aufweist, der sich nach radial außen verbreitert.
-
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind wenigstens ein Zuführkanal und wenigstens ein Abführkanal als die Kühlkanäle vorgesehen, wobei das Kühlmittel dem wenigstens einen Zuführkanal über eine Zuführschnittstelle zuführbar ist, wobei der wenigstens eine Abführkanal stromabwärts bezüglich des wenigstens einen Zuführkanals angeordnet ist, wobei das Kühlmittel von dem wenigstens einen Abführkanal über eine Abführschnittstelle abführbar ist. Der wenigstens eine Zuführkanal ermöglicht über die Zuführschnittstelle eine Zufuhr von kaltem Kühlmittel. Ergänzend ermöglicht der wenigstens eine Abführkanal über die Abführschnittstelle eine Abfuhr des erwärmten Kühlmittels. Der Kühlmittelstrom verläuft zunächst durch den wenigstens einen Zuführkanal und später, also stromabwärts, durch den wenigstens einen Abführkanal.
-
Praktischerweise können die Zuführschnittstelle und die Abführschnittstelle an einem, bezogen auf die Längsachse, gemeinsamen axialen Ende der Kühlhülle angeordnet sein. Dies erleichtert das Anschließen der Kühlkanäle an eine Kühlmittelzufuhr und -abfuhr, da die Einbindung der Kühlkanäle in einen Kühlkreislauf an nur einem axialen Ende der Kühlhülle erfolgen kann. Bevorzugt sind die Zu- und die Abführschnittstelle an dem axialen Ende vorgesehen, an dem der Aufnahmeraum offen ist. Die Zuführschnittstelle und/oder die Abführschnittstelle kann als eine Bohrung vorgesehen sein oder umfassen, die sich stromabwärts oder stromaufwärts in einen oder mehrere Kühlkanäle verzweigt. Denkbar ist auch, dass die Zuführschnittstelle und/oder die Abführschnittstelle ein Ringraum, also ringförmige Aussparung an dem axialen Ende der Kühlhülle, ist oder umfasst, der mehrere Kühlkanäle verbindet.
-
An dem die Zu- und/oder Abführschnittstelle aufweisenden axialen Ende kann die Kühlhülle eine Koppelstruktur, insbesondere einen Flansch, zur zerstörungsfrei lösbaren Kopplung der Kühlhülle an eine Halterung, insbesondere der Strahlungserzeugungseinrichtung, aufweisen. Mittels eines oder mehrere Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben, ist die Kühlhülle über den Flansch an der Halterung montierbar. Denkbar ist auch, dass die Koppelstruktur ein Gewinde aufweist, mittels dem die Kühlhülle an die Halterung angeschraubt werden kann.
-
An der Zu- und der Abführschnittstelle kann die Kühlhülle jeweils wenigstens ein Dichtungsmittel, insbesondere einen Dichtring, aufweisen, welches dazu eingerichtet ist, wenn die Kühlhülle an der Halterung montiert ist, die Kühlkanäle an der jeweiligen Schnittstelle zu der Halterung hin flüssigkeitsdicht abzudichten.
-
Der wenigstens eine Zuführkanal mündet vorzugsweise in eine Kühlmittelkammer, die, bezogen auf die Längsachse, an einem, insbesondere der Zuführschnittstelle und der Abführschnittstelle gegenüberliegenden, axialen Ende der Kühlhülle, angeordnet ist, wobei das Kühlmittel aus der Kühlmittelkammer über den wenigstens einen Abführkanal ableitbar ist. Die Kühlmittelkammer stellt mithin einen Verbindungsabschnitt zwischen dem wenigstens einen Zuführkanal und dem wenigstens einen Abführkanal dar. Über sie können der wenigstens eine Zuführkanal und der wenigstens eine Abführkanal, insbesondere unter Umkehrung der Strömungsrichtung des Kühlmittels, fluidisch verbunden sein. Es ergibt sich mithin ein Kühlmittelfluss von der Zuführschnittstelle am ersten axialen Ende der Kühlhülle durch den wenigstens einen Zuführkanal in die Kühlmittelkammer am zweiten axialen Ende der Kühlhülle. Dort wird die Strömungsrichtung des Kühlmittels umgekehrt und dieses fließt durch den wenigstens einen Abführkanal in entgegengesetzter Richtung zurück zum ersten axialen Ende der Kühlhülle, wo es durch die Abführschnittstelle aus der Kühlhülle abgeführt werden kann. Insgesamt lässt sich eine vorteilhafte Kühlmittelführung erreichen, die an nur einem axialen Ende einen Anschluss an eine Kühlmittelzufuhr und -abfuhr erfordert.
-
Die Kühlmittelkammer kann sich axial an einen Kopfbereich des Aufnahmeraums anschließen. Bezogen auf einen Zustand, in dem die zu kühlende Komponente im Aufnahmeraum aufgenommen ist, ist in dem Kopfbereich, der ein axiales Ende des Aufnahmeraums bildet, ein, insbesondere ein Target aufweisender, Kopfabschnitt der zu kühlenden Komponente zumindest teilweise angeordnet. Der Kopfbereich kann sich entlang der Längsachse, insbesondere halbkugelförmig, verjüngen. Auch der wenigstens eine Zuführkanal kann sich im in die Kühlmittelkammer mündenden Bereich entlang der Längsachse zur Kühlmittelkammer hin verjüngen und/oder zur Längsachse hin gebogen verlaufen.
-
Vorzugsweise ist die Kühlmittelkammer derart ausgebildet, dass das durch den oder die Zuführkanäle in die Kühlkammer einströmende Kühlmittel gezielt um den Kopfabschnitt der im Aufnahmeraum aufgenommenen Komponente herum- beziehungsweise entlangströmt. So kann der Kopfabschnitt durch das in die Kühlkammer einströmende Kühlfluid besonderes gut gekühlt werden.
-
Die Kühlmittelkammer kann sich, gegebenenfalls abgesehen von der Außenhülle, über den gesamten Querschnitt der Kühlhülle senkrecht zur Längsachse erstrecken. Entlang der Längsachse kann sich die Kühlmittelkammer von dem Kopfbereich des Aufnahmeraums bis zu dem axialen Ende der Kühlhülle hin erstrecken, an dem diese geschlossen ist. Radial außenseitig kann die Kühlmittelkammer von der Außenhülle begrenzt sein. Radial innenseitig kann die Kühlmittelkammer zumindest abschnittsweise von der Innenhülle begrenzt sein. Denkbar ist auch, dass das axiale Ende der Kühlhülle, welches die Kühlmittelkammer begrenzt plattenförmig, insbesondere eben, oder gebogen, insbesondere halbkugelförmig, ist.
-
Insbesondere wenn die Zuführkanäle, wie voranstehend beschrieben, bevorzugt helixförmig, gewunden um die Längsachse herum verlaufen, dann kann in der Kühlmittelkammer am Kopfabschnitt der zu kühlenden Komponente ein vortex- beziehungsweise tornadoartiges Strömungsbild des Kühlmittels erzeugt werden. Es kann also ein rotierendes Strömungsbild erzeugt werden, durch das der verstärkt zu kühlenden Kopfabschnitt der zu kühlenden Komponente umströmt und mithin besonders gut gekühlt werden kann.
-
Prinzipiell können der wenigstens eine Zuführkanal und der wenigstens eine Abführkanal um den Aufnahmeraum herum in beliebiger Reihenfolge angeordnet sein. Bevorzugt sind der wenigstens eine Zuführkanal und der wenigstens eine Abführkanal allerdings abwechselnd um den Aufnahmeraum herum verteilt angeordnet, betreffend insbesondere die weiter oben genannte Sternform der Wandstruktur. Hierdurch entsteht insbesondere eine symmetrische Verteilung der Zu- und Abführkanäle und folglich eine symmetrische Kühlung der zu kühlenden Komponente. Bevorzugt ist zudem eine gleichmäßige Aufteilung der Zu- und Abführkanäle um den Aufnahmeraum herum vorgesehen. Dies erlaubt eine besonders genaue Einstellung des Verhältnisses der Kühlmittelströme in den Zu- und Abführkanälen.
-
Vorzugsweise umfasst die Kühlhülle mehrere Zuführkanäle und mehrere Abführkanäle, die um den Aufnahmeraum herum abwechselnd beziehungsweise alternierend angeordnet sind. Die Kühlhülle kann eine identische Anzahl an Zuführkanälen und Abführkanäle aufweisen. Beispielsweise kann sie jeweils 6 - 14, vorzugsweise 8 - 10, Zuführkanäle und Abführkanäle umfassen. Deren Querschnitt kann über die gesamte Länge konstant bleiben oder sich stromabwärts verjüngen.
-
In einer vorteilhaften Ausführung ist der wenigstens eine Zuführkanal, insbesondere in Radialrichtung, abschnittsweise näher am Aufnahmeraum angeordnet, als der wenigstens eine Abführkanal. Das den Zuführkanal durchströmende Kühlmittel wird mithin näher an dem Aufnahmeraum entlanggeführt als das den Abführkanal durchströmende Kühlmittel. So lässt sich eine besonders effektive Kühlung erreichen.
-
Vorteilhafterweise kann sich der wenigstens eine Zuführkanal entlang der Radialrichtung nach außen verjüngen, wobei sich der wenigstens eine Abführkanäle entlang der Radialrichtung nach außen verbreitert, was insbesondere bei der bereits genannten Sternform der Wandstruktur der Fall sein kann. In anderen Worten kann sich der wenigstens eine Zuführkanal vom Aufnahmeraum weg verjüngen, während sich der wenigstens eine Abführkanal vom Aufnahmeraum weg verbreitert. Die Zuführkanäle und die Abführkanäle weisen mithin jeweils zumindest im Wesentlichen eine Dreiecksform oder eine Trapezform auf, wobei eine Basislinie der Dreiecksform oder die längere der beiden Grundlinien der Trapezform der Zuführkanäle radial weiter innen liegt als eine Basislinie der Dreiecksform oder die längere der beiden Grundlinien der Trapezform der Abführkanäle. Dies bietet den Vorteil, dass der wenigstens eine Zuführkanal zu dem Aufnahmeraum hin eine im Vergleich zum Abführkanal größere Kontaktfläche aufweist als der wenigstens eine Abführkanal, sodass eine möglichst effektive Wärmeübertragung von dem Aufnahmeraum auf das durch den Zuführkanal strömende und mithin noch kalte Kühlmittel erfolgt. Die Kühlhülle weist vorzugsweise mehrere Zuführkanäle auf, die sich in einer Ebene senkrecht zur Längsachse gemeinsam zumindest näherungsweise um den gesamten Aufnahmeraum herum erstrecken.
-
In einer konkreten Ausgestaltung weist die Kühlhülle mehrere Zuführkanäle auf, die in Umfangsrichtung um den Aufnahmeraum herum nebeneinander angeordnet sind und sich nach radial außen verjüngen. In einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse bilden die Zuführkanäle dann eine Sternform, wobei zwischen zwei benachbarten Zacken des Sterns, also zwischen zwei Zuführkanälen, jeweils einer der Abführkanäle vorgesehen ist, der sich nach radial außen verbreitert. Dies gewährleistet, dass das kalte Kühlmittel in den Zuführkanälen nah am Aufnahmeraum und das erwärmte Kühlmittel in den Abführkanälen möglichst weit vom Aufnahmeraum entfernt geführt wird.
-
Alle Kühlkanäle können die gleiche Länge und den gleichen Querschnitt senkrecht zur Längsachse aufweisen, sodass zwischen den Kühlkanälen keine Druckunterschiede entstehen. Für den Fall, dass sich die Kühlkanäle in ihrer Länge unterscheiden, können der oder die längeren Kühlkanäle eine größere Querschnittsfläche aufweisen, um den andernfalls entstehenden Druckverlust auszugleichen.
-
Bevorzugt ist die Kühlhülle ein mittels additiver Fertigung, insbesondere mittels selektiven Laserschmelzens, hergestelltes Bauteil. Die additive Fertigung eignet sich besonders gut, um die komplex geformten, etwa gewundenen, Kühlkanäle realisieren zu können und insbesondere kompakt in die Kühlhülle zu integrieren. Die gesamte Kühlhülle kann dann als ein einstückiges Bauteil hergestellt sein, wodurch auf Fügeprozesse verzichtet werden kann. Es ist aber auch denkbar, dass die Kühlhülle aus mehreren verbundenen Halbzeugen aufgebaut ist. So kann beispielsweise ein Halbzeug, insbesondere aufweisend den Aufnahmeraum und die Kühlkanäle sowie die Kühlmittelkammer, mittels additiver Fertigung hergestellt sein. Ergänzend kann durch ein beliebiges anderes Herstellungsverfahren, etwa Strangpressen oder spanabhebendes Drehen, als weiteres Halbzeug ein Flansch hergestellt sein, der insbesondere die Zu- und die Abführschnittstelle sowie die Koppelstruktur aufweist. Mittels gängiger Fügeverfahren, beispielsweise Schweißen, Löten, insbesondere Hartlöten, oder Pressen, können die vorgesehenen Teile miteinander verbunden werden, um die Kühlhülle zu bilden. Um in den Kühlkanälen eine möglichst hochwertige, insbesondere glatte, Innenoberfläche zu erreichen, können diese mechanisch und/oder elektromechanisch und/oder chemisch geglättet werden. Hierzu sind Verfahren wie Ätzen, Erodieren oder Hindurchleiten oder -pressen eines Trägermediums mit Schleifpartikeln respektive einer Polierpaste denkbar.
-
Die Kühlhülle ist vorzugsweise aus Metall hergestellt. Vorzugsweise kommt ein solches Metall zum Einsatz, welches keine röntgenaktivierbaren chemischen Elemente aufweist. Zur Abschirmung von Röntgenstrahlung kann die Kühlhülle radial außenseitig eine wolfram- und/oder bleihaltige Schicht aufweisen oder von einer solchen umgeben sein. Das axiale Ende, an dem der Aufnahmeraum geschlossen ist, kann bezüglich dieser Abschirmung ausgespart sein, um dort vom Aufnahmeraum heraus einen möglichst ungehinderten Austritt von Röntgenstrahlung zu ermöglichen, insbesondere durch die Kühlmittelkammer hindurch.
-
In oder an wenigstens einem der Kühlkanäle kann wenigstens eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung vorgesehen sein, mittels der eine Strömungsrichtung des durch den jeweiligen Kühlkanal strömenden Kühlmittels, insbesondere zur Erzeugung eines oszillierenden Strömungsbildes, zeitlich veränderbar ist. Hierdurch kann in dem jeweiligen Kühlkanal eine stationäre Strömung des Kühlmittels, also ein zeitlich sich nicht veränderndes Strömungsbild, vermieden werden, wobei sich die Strömungsrichtung über die Zeit stattdessen, insbesondere periodisch, verändert. Dies hat positive Auswirkungen auf die mittels der Kühlhülle realisierbare Kühlwirkung. Stationäre Kühlmittelströmungen, also solche, die über die Zeit gleich bleiben, haben insbesondere den Nachteil, dass im Inneren der Kühlkanäle und/oder in der Kühlmittelkammer stationäre Unterdruckbereiche entstehen können. Diese sind nachteilig, da der lokal verringerte Druck eine Verringerung der Siedetemperatur des Kühlmittels zur Folge hat, sodass das Kühlmittel in den Unterdruckbereichen schneller siedet und leichter verdampft, was die Kühlleistung verringert. Ferner die Zusätze respektive Additive im Kühlmittel in stationären Unterdruckbereichen Verkrustungen bilden, die die Wärmeübertragung verringern und die Kühlleistung verschlechtern. Durch die wenigstens eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung kann vorteilhaft erreicht werden, dass sich die Strömungsrichtung des Kühlmittels permanent verändert, sodass keine oder zumindest deutlich weniger Unterdruckbereiche in den Kühlkanälen oder der Kühlmittelkammer entstehen.
-
Vorzugsweise ist in oder an mehreren, insbesondere allen Zuführkanäle der Kühlhülle jeweils wenigstens eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung vorgesehen beziehungsweise angeordnet. Gerade in den Zuführkanälen ist die Strömungsbeeinflussungseinrichtung besonders vorteilhaft, da hierdurch die Kühlmittelströmung beeinflusst werden kann, die an der zu kühlenden Komponente, insbesondere an deren Kopfabschnitt, entlanggeführt wird.
-
Die wenigstens eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung kann innerhalb eines Kühlkanals angeordnet sein. Sie kann räumlich aber auch außerhalb der Kühlkanäle, beispielsweise vor der Zuführschnittstelle vorgesehen sein, sodass sich stromabwärts ein oder mehrere Kühlkanäle, insbesondere Zuführkanäle, an die Strömungsbeeinflussungseinrichtung anschließen. Außerdem kann jede Strömungsbeeinflussungseinrichtung als eine Einheit vorgesehen sein, die, nach Bedarf, in der Kühlhülle, vorzugsweise an der Zuführschnittstelle, montierbar ist. Die wenigstens eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung kann also mithin auch, insbesondere unmittelbar, vor dem jeweiligen Kühlkanal angeordnet sein.
-
Um den Aufbau der Kühlhülle möglichst einfach zu halten, kann die wenigstens eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung an der Zuführschnittstelle vorgesehen sein. Denkbar ist auch, dass wenigstens eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung in wenigstens einem der Zuführkanäle zwischen der Zuführschnittstelle und der Kühlmittelkammer, insbesondere unmittelbar vor der Kühlmittelkammer, angeordnet ist.
-
Die Strömungsbeeinflussungseinrichtung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich die Kühlkanäle schraubenförmig um den Aufnahmeraum herum erstrecken. Das vortex- beziehungsweise tornadoartige Strömungsbild, welches sich durch die Schraubenform der Kühlkanäle ergibt, kann durch die ein oder die mehreren Strömungsbeeinflussungseinrichtungen zeitlich verändert werden, sodass am Kopfabschnitt der zu kühlenden Komponente ein präzedierendes, vortexbeziehungsweise tornadoartiges Strömungsbild, in anderen Worten ein Wirbel mit einem sich bewegenden Zentrum, entsteht. Der Kopfabschnitt wir dann besonders gut vom Kühlmittel umströmt, wobei eine stationäre Kühlmittelströmung vermieden wird.
-
Die wenigstens eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung ist bevorzugt derart gestaltet, dass diese keine beweglichen Teile aufweist, sodass die Ausfallwahrscheinlichkeit verringert und die Wartung vereinfacht werden. Prinzipiell kommen als Strömungsbeeinflussungseinrichtung sämtliche geläufige aktive oder passive fluidische Oszillatoren, die mitunter auch als Pendeldüsen bezeichnet werden, in Betracht, darunter auch Wirbeldrosseln und Wirbelventile.
-
Die Strömungsbeeinflussungseinrichtung oder wenigstens eine der Strömungsbeeinflussungseinrichtungen kann vorzugsweise eine Coandadüse sein oder umfassen. Der Coandadüse liegt als physikalisches Funktionsprinzip der Coanda-Effekt zugrunde, der bewirkt, dass sich eine Fluidströmung nahe einer gebogenen Oberfläche an dieser Oberfläche entlangbewegt beziehungsweise sich an diese anschmiegt, wodurch sich die Strömungsrichtung verändert. Bei der Coandadüse erfolgt insbesondere eine Aufteilung des sie durchströmenden Kühlmittels, wobei die Coandadüse eine geeignete Innengeometrie aufweist, insbesondere aufweisend wenigstens eine gebogene Oberfläche, sodass eine zeitliche Veränderung einer Austrittsrichtung, in der das Kühlmittel aus ihr austritt, bewirkt wird. Coandadüsen werden häufig auch als fluidische Oszillatoren oder als Pendeldüsen bezeichnet. Im Inneren der Coandadüse bildet sich eine selbsterregte Schwingung, ohne dass hierbei bewegliche Bauteile vorgesehen sind. So legt sich ein die Coandadüse durchströmender Strahl aufgrund des bereits genannten Coanda-Effekts abwechselnd an mehrere Innenwände der Coandadüse an, wobei dieser periodische Vorgang eine periodische Schwingung des Strömungsbildes bewirkt. Die Coandadüse muss sich nicht, wie sonst für Düsen üblich, stromabwärts verjüngen. Ihr Querschnitt kann vielmehr konstant bleiben oder kann sich stromabwärts sogar vergrößern.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die wenigstens eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung einen Oszillationskanal, der derart geometrisch ausgebildet ist, dass die Strömungsrichtung des den Oszillationskanal durchströmenden Kühlmittels zeitlich verändert wird, wobei die wenigstens eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung einen Bypasskanal umfasst, mittels dem ein Teil des durch die Strömungsbeeinflussungseinrichtung geleiteten Kühlmittels um den Oszillationskanal herumgeführt wird. Der Oszillationskanal ist also derart ausgebildet, dass aufgrund seiner Geometrie eine zeitliche Veränderung des Strömungsbilds des Kühlmittels bewirkt wird, insbesondere aufgrund des soeben erläuterten Coanda-Effekts. Er bewirkt mithin die eigentliche Strömungsveränderung. Bevorzugt ist er dazu eingerichtet, ein oszillierendes Strömungsbild zu erzeugen. Das heißt, dass sich die Strömungsrichtung des Kühlmittels über die Zeit gesehen, insbesondere gleichmäßig, hin und her bewegt. Mittels des Bypasskanals, der derart ausgestaltet ist, dass er den durch ihn geführten Kühlmittelstrom bezüglich seines Strömungsbildes nicht oder weniger stark verändert als der Oszillationskanal, kann ein an der Strömungsbeeinflussungseinrichtung anfallender Druckverlust effektiv reduziert werden.
-
In der Strömungsbeeinflussungseinrichtung kann also eine Aufteilung des diese durchströmenden Kühlmittelstroms in den Oszillationskanal und den Bypasskanal erfolgen, sodass nicht der gesamte Kühlmittelstrom durch den Oszillationskanal geleitet wird. Das Kühlmittel kann prinzipiell beliebig auf den Bypasskanal und den Oszillationskanal aufgeteilt werden, wobei jedoch vorteilhaft vorgesehen ist, dass ein möglichst kleiner Teil der Kühlmittelströmung, der jedoch eine ausreichend starke zeitliche Veränderung des Strömungsbildes des Kühlmittels bewirkt, durch den Oszillationskanal strömt. Die Aufteilung des Kühlmittelstroms in den Bypasskanal und in den Oszillationskanal erfolgt bevorzugt derart, dass einerseits eine hinreichend hohe Variabilität bezüglich des Strömungsbildes erzeugt wird, andererseits jedoch ein möglichst geringer Druckverlust an der Strömungsbeeinflussungseinrichtung auftritt. Vor dem Oszillationskanal und dem Bypasskanal wird der Kühlmittelstrom im Rahmen dieser Ausführungsform aufgeteilt und nach dem Oszillationskanal und dem Bypasskanal wieder zusammengeführt.
-
Was den Aufbau der wenigstens einen Strömungsbeeinflussungseinrichtung betrifft, so kann diese eine den Oszillationskanal umfassende Oszillationsplatte und eine den Bypasskanal umfassende Bypassplatte aufweisen, wobei die Oszillationsplatte und die Bypassplatte übereinander angeordnet sind. Die wenigstens eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung kann mithin einfach und kompakt, insbesondere sandwichartig beziehungsweise gestapelt, aufgebaut sein. Die Platten können prinzipiell beliebig miteinander verbunden sein. Vorzugsweise sind die Kanäle in den jeweiligen Platten derart vorgesehen, dass diese, zumindest bis auf ein oder mehrere lokale Verbindungsstellen, voneinander getrennt sind.
-
In einer denkbaren Ausführung kann die wenigstens eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung eine zwischen der Oszillationsplatte und der Bypassplatte angeordnete Abtrennplatte aufweisen, wobei die Abtrennplatte den Oszillationskanal und/oder Bypasskanal seitlich begrenzt. Der Oszillationskanal und/oder der Bypasskanal können dann seitlich offen sein, wobei sie durch die sandwichartig zwischen der Oszillationsplatte und die Bypassplatte vorgesehene Abdeckplatte zumindest bereichsweise begrenzt beziehungsweise voneinander getrennt werden. Dies erlaubt eine einfache Herstellung der Kanäle in den Platten, beispielsweise mittels Fräsens. Denkbar ist, dass die Abtrennplatte zumindest lokal vereinzelt Durchlässe aufweist, über die der Oszillationskanal und der Bypasskanal, insbesondere an deren jeweiligem Enden, entlang der Strömungsrichtung miteinander verbunden sind.
-
Vorzugsweise umfasst die wenigstens einen Strömungsbeeinflussungseinrichtung eine Verteilerplatte mit einem Verteilerabschnitt zur Verteilung des in die Strömungsbeeinflussungseinrichtung einströmenden Kühlmittels in den Oszillationskanal und den Bypasskanal, wobei die Oszillationsplatte und die Bypassplatte auf der Verteilerplatte angeordnet sind. Mittels der Verteilerplatte kann die Aufteilung des Kühlmittelstroms auf den Oszillationskanal und Bypasskanal bewerkstelligt werden. Der Verteilerabschnitt der Verteilerplatte kann als wenigstens eine Durchbrechung der Verteilerplatte ausgebildet sein, die den Oszillationskanal und den Bypasskanal fluidtechnisch verbindenden. Der Verteilerabschnitt bildet mithin eine Verzweigungsstelle für den Kühlmittelstrom, sodass dieser in einen den Oszillationskanal und in einen den Bypasskanal durchströmenden Anteil aufgeteilt wird. So kann der Verteilerabschnitt an einen Einströmkanal angeschlossen sein, über den das Kühlfluid in die Strömungsbeeinflussungseinrichtung einströmt, wobei sich der Verteilerabschnitt in einen in den Oszillationskanal mündenden ersten Kanal und in einen in den Bypasskanal mündenden zweiten Kanal verzweigt. Die Aufteilung des Kühlmittelstroms kann durch die Geometrie der Verteilerplatte respektive des Verteilerabschnitts fest vorgegeben sein, etwa anhand der Querschnitte des ersten und des zweiten Kanals. Alternativ kann die Aufteilung des Kühlmittelstroms mittels eines Aktors gezielt anpassbar sein, wobei mittels des Aktors der erste und/oder der zweite Kanal, insbesondere stufenlos, öffen- und schließbar ist. Der kompakte und einfache, sandwichartige Aufbau bleibt auch bei Vorsehen der Verteilerplatte erhalten.
-
Der oder wenigstens einer der Kühlkanäle mit der wenigstens einen Strömungsbeeinflussungseinrichtung kann sich stromabwärts in wenigstens zwei oder mehrere Kühlkanäle verzweigen. Hierdurch kann mit einer Strömungsbeeinflussungseinrichtung in mehreren Kühlkanälen ein sich zeitlich veränderndes Strömungsbild erzeugt werden. Prinzipiell kann sich ein Kühlkanal mit einer Strömungsbeeinflussungseinrichtung stromabwärts in beliebig viele weitere Kühlkanäle verzweigen. Durch eine geeignete Wahl der Längen der Kühlkanäle zwischen ihrer jeweils zugeordneten Strömungsbeeinflussungseinrichtung und der Kühlmittelkammer können in der Kühlmittelkammer unterschiedliche Strömungsbilder erzeugt werden. Konkret kann für die Kühlmittelströmungen der Kühlkanäle ein Phasenversatz eingestellt werden, da eine Zeitdauer, die das Kühlmittel zum Passieren eines Kühlkanals benötigt, mit zunehmender Länge des Kühlkanals steigt. Am Ende der Kühlkanäle unterscheidet sich folglich die jeweils vorliegende Wellenfront beziehungsweise Phase der Kühlmittelströmung. Sind die Kühlkanäle unterschiedlich lang, so können sie sich auch in ihrem Durchmesser unterscheiden, um Druckunterschiede in den Kühlkanälen zu vermeiden.
-
Außerdem betrifft die Erfindung eine Strahlungserzeugungseinrichtung mit einer zu kühlenden Komponente und einer Kühlhülle, wobei sich die Kühlhülle entlang der Längsachse erstreckt und in ihrem Inneren einen zumindest einseitig offenen und sich ebenfalls entlang der Längsachse erstreckenden Aufnahmeraum aufweist, in dem die zu kühlenden Komponente aufgenommen ist, wobei die Kühlhülle mehrere zur Führung eines Kühlmittels vorgesehene und sich entlang der Längsachse erstreckende Kühlkanäle aufweist, die radial außerhalb des Aufnahmeraums und um den Aufnahmeraum herum verteilt angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Strahlungserzeugungseinrichtung umfasst also eine voranstehend beschriebene, erfindungsgemäße Kühlhülle sowie eine in deren Aufnahmeraum aufgenommene, zu kühlende Komponente. Alle im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühlhülle beschriebenen Merkmale, Vorteile und Aspekte sind gleichermaßen auf die erfindungsgemäße Strahlungserzeugungseinrichtung anwendbar und umgekehrt.
-
Prinzipiell kann mit der erfindungsgemäßen Kühlhülle jede Komponente gekühlt werden, die in deren Aufnahmeraum aufgenommen werden kann. Gerade im Kontext der Strahlungserzeugung, insbesondere der Erzeugung von Röntgenstrahlung, entfaltet die erfindungsgemäße Kühlhülle aber ihre Vorteile in einem besonders hohen Maß. Durch die erfindungsgemäße Kühlhülle kann die Strahlungserzeugungseinrichtung als zu kühlende Komponente eine sehr leistungsstarke Röntgenröhre aufweisen. Daher kann die Strahlungserzeugungseinrichtung beispielsweise eine Medizintechnikeinrichtung zur medizinischen Untersuchung und/oder Behandlung, insbesondere zur fokussierten Bestrahlung von Gewebe eines Patienten, sein. Denkbar ist auch, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung eine Einrichtung zur Untersuchung, insbesondere Durchleuchtung, von Objekten, beispielsweise Containern, ist.
-
In einer Ausgestaltung können wenigstens ein Zuführkanal und wenigstens ein Abführkanal als die Kühlkanäle vorgesehen sein, wobei das Kühlmittel dem wenigstens einen Zuführkanal über eine Zuführschnittstelle zuführbar ist, wobei der wenigstens eine Abführkanal stromabwärts bezüglich des wenigstens einen Zuführkanals angeordnet ist, wobei das Kühlmittel von dem wenigstens einen Abführkanal über eine Abführschnittstelle abführbar ist, wobei der wenigstens eine Zuführkanal in eine Kühlmittelkammer mündet, die, bezogen auf die Längsachse, an einem, insbesondere der Zuführschnittstelle und der Abführschnittstelle gegenüberliegenden, axialen Ende der Kühlhülle, angeordnet ist, wobei das Kühlmittel von der Kühlmittelkammer über den wenigstens einen Abführkanal ableitbar ist. Besonders bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass die zu kühlende Komponente an einem axialen Ende einen, bezüglich des übrigen Bereichs der zu kühlenden Komponente, verstärkt zu kühlenden Kopfabschnitt, umfassend insbesondere ein Target der Strahlungserzeugungseinrichtung, auf das ein mittels der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugter Elektronenstrahl auftrifft, aufweist, wobei der verstärkt zu kühlende Kopfabschnitt zumindest hauptsächlich mittels des durch die Kühlmittelkammer der Kühlhülle strömenden Kühlmittels kühlbar ist. Die zu kühlende Komponente kann also eine Röntgenröhre sein. Ihr Kopfabschnitt respektive ihre Spitze mit dem Target kann zumindest teilweise innerhalb der Kühlmittelkammer angeordnet sein, um eine, insbesondere tangentiale, Umströmung durch das Kühlmittel zu erreichen. Hierdurch ist, insbesondere aufgrund der längeren Verweilzeit des Kühlmittels an der Oberfläche des Kopfabschnitts eine besonders starke Kühlung möglich.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann sich der wenigstens eine Zuführkanal der Kühlhülle an seinem in die Kühlmittelkammer mündenden Ende derart verjüngen und/oder eine Düse in dem in die Kühlmittelkammer mündenden Ende des Zuführkanals derart angeordnet sein, dass das aus dem Zuführkanal in die Kühlmittelkammer strömende Kühlmittel gezielt zu einem Abschnitt der Kühlmittelkammer gelenkt wird, in dem der verstärkt zu kühlende Kopfabschnitt angeordnet ist. Das in die Kühlmittelkammer strömende Kühlmittel kann zu oder direkt auf den sich zumindest teilweise in der Kühlmittelkammer angeordneten Kopfabschnitt der zu kühlenden Komponente gelenkt werden. Konkret kann das in die Kühlmittelkammer strömende Kühlmittel an einer Oberfläche des Kopfabschnitts der zu kühlenden Komponente entlanggeführt werden, sodass diese unmittelbar von dem Kühlmittel umströmt wird.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Letztere sind schematische Prinzipdarstellungen und zeigen:
- Fig. 1
- perspektivische, aufgeschnittene Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlhülle,
- Fig. 2
- Schnittansicht durch die Kühlhülle der Fig. 1, wobei die Schnittfläche in Fig. 1 mit II - II angedeutet ist,
- Fig. 3
- Schnittansicht durch die Kühlhülle der Fig. 1, wobei die Schnittfläche in Fig. 1 mit III - III angedeutet ist
- Fig. 4
- vereinfachte Schnittansicht der Fig. 2 mit einer Darstellung der Strömungsrichtung des Kühlmittels,
- Fig. 5
- perspektivische, geschnittene Darstellung eines Abschnitts der Strömungsbeeinflussungseinrichtung der Fig. 4,
- Fig. 6
- Explosionsansicht der Strömungsbeeinflussungseinrichtung der Figuren 4 und 5, und
- Fig. 7
- Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Strahlungserzeugungseinrichtung umfassend die Kühlhülle gemäß Fig. 1.
-
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlhülle 1 zur Kühlung einer zu kühlenden Komponente 2, wobei sich die Kühlhülle 1 entlang einer Längsachse 3 erstreckt. In Fig. 1 ist keine zu kühlende Komponente 2 eingezeichnet. Allerdings zeigen die Fig. 2 und 3 Schnittansichten der Kühlhülle 1 der Fig. 1, in denen jeweils gestrichelt eine zu kühlende Komponente 2, die vorliegend eine Röntgenröhre 12 ist, angedeutet ist. Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht der Kühlhülle 1 entlang der Längsachse 3 und Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht der Kühlhülle 1 senkrecht zu der Längsachse 3.
-
Die Kühlhülle 1 weist in ihrem Inneren einen einseitig offenen und sich ebenfalls entlang der Längsachse 3 erstreckenden Aufnahmeraum 4 zur Aufnahme der zu kühlenden Komponente 2 auf. Durch eine Öffnung 7 am unteren axialen Ende 8 der Kühlhülle, kann die zu kühlende Komponente 2 in den Aufnahmeraum 4 eingeführt werden. Zur Kühlung der zu kühlenden Komponente 2 umfasst die Kühlhülle 1 radial außerhalb des Aufnahmeraums 4 mehrere sich entlang der Längsachse 3 erstreckende Kühlkanäle 5, die dazu eingerichtet sind, ein Kühlmittel zu führen. Für eine leichtere Orientierung wird eine Radialrichtung 6 eingeführt, die senkrecht von der Längsachse 3 weg weist. Das Design der Kühlhülle 1 bietet mehrere Vorteile:
Ein Vorteil ist der kompakte respektive bauraumsparende Aufbau der Kühlhülle 1. Der Aufnahmeraum 4 und der Bereich der Kühlhülle 1 um den Aufnahmeraum 4 herum, respektive ein Tubus 41 der Kühlhülle 1, sind vorliegend zylinderförmig, wobei die Längsachse 3 die Mittelachse des Tubus 41 bildet. Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, sind alle Kühlkanäle 5 um den Aufnahmeraum 4 herum verteilt angeordnet. Anders ausgedrückt sind alle Kühlkanäle 5 in der in Fig. 3 gezeigten Ebene senkrecht zur Längsachse 3 entlang einer Umfangslinie 9 (in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet) nebeneinander angeordnet, wobei die Umfangslinie 9 parallel zu einer Außenkontur des Aufnahmeraums 4 um die Längsachse 3 herum verläuft. Hierdurch kann auf die ansonsten häufig vorgesehene "Schachtelung" der Kühlkanäle 5 in Radialrichtung 6, bei der sich jeder Kühlkanal über einen anderen Radiusbereich erstreckt, verzichtet werden. Vorliegend sind alle Kühlkanäle 5 innerhalb eines gemeinsamen, den Aufnahmeraum 4 umgebenden Ringraums 10 angeordnet (siehe Fig. 2 und 3). Sie überlappen sich hierbei entlang einer Abstandsrichtung, vorliegend der Radialrichtung 6, und ermöglichen eine signifikante Bauraumersparnis in Radialrichtung 6 sowie einen kompakten Aufbau der Kühlhülle 1.
-
Kommt als die zu kühlende Komponente 2 eine Röntgenröhre zum Einsatz, so kann um die Kühlhülle 1 herum eine Abschirmung für deren Röntgenstrahlung vorgesehen sein. Eine solche Abschirmung ist üblicherweise aus Blei oder Wolfram hergestellt und folglich schwer und teuer. Die Bauraumersparnis in Radialrichtung 6 ermöglicht es, dass auch die Größe einer solchen Abschirmung unter Realisierung einer hinreichenden Abschirmwirkung reduziert werden kann, sodass Gewicht sowie Materialkosten eingespart werden können. Vorliegend hat die Kühlhülle 1 in dem Bereich um den Aufnahmeraum 4 herum einen vergleichsweise kleinen Außendurchmesser von 23 mm. In anderen Ausführungen kann dieser aber auch in einem Bereich zwischen 20 mm und 35 mm liegen.
-
Ein weiterer Vorteil der Kühlhülle 1 ist die besonders effektive Kühlung der im Aufnahmeraum 4 aufgenommenen und zu kühlenden Komponente 2. Hierzu weist die Kühlhülle 1 in mehreren Kühlkanälen 5 in Fig. 1 nicht näher gezeigte Strömungsbeeinflussungseinrichtungen 11 auf, mittels der eine Strömungsrichtung des durch den jeweiligen Kühlkanal 5 strömenden Kühlmittels zeitlich veränderbar ist. Hierdurch lassen sich Strömungsbilder erzeugen, bei denen die Strömungsrichtungen über die Zeit betrachtet oszillieren. Mittels der Strömungsbeeinflussungseinrichtungen 11 kann also eine stationäre Kühlmittelströmung effektiv vermieden werden. Dies ist von Vorteil, da eine stationäre Strömung lokale Unterdruckbereiche zur Folge haben kann, die sich negativ auf die Kühlleistung auswirken, weil das Kühlmittel dort aufgrund des reduzierten Drucks schneller siedet und verdampft. Mittels der Strömungsbeeinflussungseinrichtungen 11 wird die Kühlmittelströmung in dem jeweiligen Kühlkanal 5 zeitlich verändert, sodass keine oder deutlich weniger Unterdruckbereiche entstehen. Der Aufbau und die Funktion der Strömungsbeeinflussungseinrichtungen 11 wird später anhand der Figuren 4 - 6 näher beschrieben.
-
Die verbesserte Kühlleistung der Kühlhülle 1 ermöglicht es, im Aufnahmeraum 4 leistungsstarke Komponenten, die sich durch eine hohe Wärmeentwicklung auszeichnen, zu kühlen. Die Kühlhülle 1 eignet sich daher besonders zur Kühlung leistungsstarker Röntgenröhren 12, die insbesondere an deren Spitze respektive Kopfabschnitt 13 zur Strahlungserzeugung ein Target 14 aufweisen, welches sich im Betrieb stark erwärmt.
-
Die Kühlhülle 1 umfasst vorliegend zwei Arten von Kühlkanälen 5, nämlich Zuführkanäle 15 und Abführkanäle 16. Diese unterscheiden sich in der Richtung ihrer Kühlmittelströmung entlang der Längsachse 3. Während das Kühlmittel in den Zuführkanälen 15 von dem unteren axialen Ende 8 zu einem oberen axialen Ende 17 der Kühlhülle 1 geführt wird, wird es in den Abführkanälen 16, die bezüglich der Zuführkanäle 15 stromabwärts angeordnet sind, wieder zurück zu dem unteren axialen Ende 8 geführt. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels ist in den Zu- und Abführkanälen 15, 16 also entgegengesetzt.
-
Den Zuführkanälen 15 ist über eine Zuführschnittstelle 18 Kühlmittel zuführbar, während das Kühlmittel aus den Abführkanälen 16 über eine Abführschnittstelle 19 abführbar ist. Die Zuführschnittstelle 18 und die Abführschnittstelle 19 sind beide an dem unteren axialen Ende 8 Kühlhülle 1 angeordnet. Vorliegend sind sie mittels eines Flanschs 20 gebildet respektive in diesen integriert, von dem aus der Tubus 41 abragt und mittels dem die Kühlhülle 1 an einer Halterung montierbar ist. Hierdurch können beide Schnittstellen besonders einfach an eine Kühlmittelversorgung angeschlossen beziehungsweise in einen Kühlkreislauf integriert werden.
-
Alle Kühlkanäle 5 werden radial außenseitig durch eine Außenhülle 21 der Kühlhülle 1 begrenzt. Außerdem weist die Kühlhülle 1 eine Wandstruktur 22 auf, die von der Außenhülle 21 radial nach innen, also zum Aufnahmeraum 4 hin, abragt und alle Kühlkanäle 5 seitlich, also entlang der Umfangslinie 9 (siehe Fig. 3), begrenzt. Während die Wandstruktur 22 außerdem die Abführkanäle 16 radial innenseitig begrenzt, sodass deren Querschnitt vollständig von der Außenhülle 21 und der Wandstruktur 22 eingeschlossen ist, sind die Zuführkanälen 15 radial innenseitig, also zum Aufnahmeraum 4 hin, offen. Eine radial innenseitige Begrenzung der Zuführkanäle 15 liegt erst dann vor, wenn die zu kühlende Komponente 2 im Aufnahmeraum 4 aufgenommen ist. Die Begrenzung wird dann durch eine Außenfläche 23 der zu kühlenden Komponente 2 gebildet, die, insbesondere passgenau, an der Wandstruktur 22 anliegt, wobei gegebenenfalls wenigstens eines Dichtelement zum Abdichten der Kühlkanäle 5 vorgesehen ist. Konkret ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Größe des Aufnahmeraums 4 so gewählt, dass die zu kühlende Komponente 2 passgenau in diesem aufgenommen werden kann, sodass deren Außenfläche 23 exakt an der Wandstruktur 22 anliegt. Dieses Design ermöglicht es, das in den Zuführkanälen 15 geführte Kühlmittel unmittelbar an der Außenfläche 23 der zu kühlenden Komponente entlangzuführen, was eine effektive Kühlung sicherstellt. Denkbar ist auch, dass auch die Zuführkanäle 15 radial innenseitig nicht durch die Außenfläche 23 der zu kühlenden Komponente 2 begrenzt sind. Beispielsweise kann die Kühlhülle 1 eine Innenschale aufweisen, die einerseits den Aufnahmeraum 4 begrenzt und andererseits die Zuführkanäle 15 und/oder die Abführkanäle 16 radial innenseitig begrenzt. Die Wandstruktur 22 kann sich dann zwischen der Außenschale 21 und der Innenschale erstrecken.
-
Insbesondere Fig. 3 zeigt, dass die Zuführkanäle 15 und die Abführkanäle 16 um den Aufnahmeraum 4 herum abwechselnd angeordnet sind. Dies ermöglicht eine symmetrische Kühlung der im Aufnahmeraum 4 aufgenommenen und zu kühlenden Komponente 2. Vorliegend verjüngen sich die Zuführkanäle 15 entlang der Radialrichtung 6 nach außen, wobei sich die Abführkanäle 16 entlang der Radialrichtung 6 nach außen verbreitern. Die Zuführkanäle 15 bilden mithin eine Art sternförmigen Querschnitt senkrecht zur Längsachse 3, wobei zwischen zwei jeweils benachbarten Zacken dieses Sterns einer der Rückführkanäle 16 angeordnet ist. Diese Geometrie bietet den Vorteil, dass die Zuführkanäle 15 zum Aufnahmeraum 4 hin eine besonders große Kontaktfläche zur Übertragung von Wärme aufweisen. Hierdurch kann ein besonders großer Teil der Außenfläche 23 der zu kühlenden Komponente 2 unmittelbar durch das in den Zuführkanälen 15 noch kalte Kühlmittel umströmt werden. Die Abführkanäle 16 sind dagegen vollständig von dem Aufnahmeraum 4 getrennt und verbreitern sich nach radial außen, sodass der Großteil des in den Abführkanäle 16 geführten, warmen Kühlmittels, weitestmöglich von dem Aufnahmeraum 4 beabstandet ist. Insgesamt liegt damit ein besonders vorteilhafte Kühlmittelführung vor. Denkbar ist auch, dass die Zuführkanäle 15 und die Abführkanäle 16 nicht abwechselnd um den Aufnahmeraum 4 herum angeordnet sind.
-
Wie Fig. 2 zeigt, weist die Kühlhülle 1 eine Kühlmittelkammer 24 auf. Diese befindet sich am oberen axialen Ende 17 der Kühlhülle 1, also an dem axialen Ende, das der Zuführschnittstelle 18 und der Abführschnittstelle 19 gegenüberliegt. Sie wird radial außenseitig durch die Außenhülle 21 und entlang der Längsachse 3 durch eine dünne Abdeckplatte 25, die insbesondere durchlässig für Röntgenstrahlung ist, begrenzt. Entlang der Längsachse 3 münden die Zuführkanäle 15 in die Kühlmittelkammer 24, wobei das Kühlmittel aus der Kühlmittelkammer 24 über die Abführkanäle 16 ableitbar ist. Die Kühlmittelkammer 24 verbindet also die Zuführkanäle 15 mit den Abführkanälen 16, wobei sich die Strömungsrichtung des Kühlmittels, angedeutet durch die Pfeile 26, in der Kühlmittelkammer 24 umkehrt. Das Kühlmittel fliest also im Betrieb durch die Zuführschnittstelle 18 am untern axialen Ende 8 in die Zuführkanäle 15 und durch diese in die Kühlmittelkammer 24 am oberen axialen Ende 17. Dort wird es in die entgegengesetzte Richtung umgelenkt und gelangt über die Abführkanäle 16 zurück zum unteren axialen Ende 8, wo es über die Abführschnittstelle 19 wieder aus der Kühlhülle 1 austreten kann.
-
Die Wandstruktur 22 ragt im Bereich der Kühlmittelkammer 24, also an dem axialen Ende des Aufnahmeraums 4, das der Öffnung 7 des Aufnahmeraums 4 gegenüberliegt, weiter radial nach innen als im übrigen Bereich um den Aufnahmeraum 4 herum. In anderen Worten verjüngt sich die der Aufnahmeraum 4 in einem Kopfbereich, in dem der Kopfabschnitt 13 der zu kühlenden Komponente 2 angeordnet ist, wenn diese im Aufnahmeraum 4 aufgenommen ist. Die Wandstruktur 22 folgt im Kopfbereich der, vorliegend halbkugelförmigen, Oberflächenform des Kopfabschnitts 13, sodass das Kühlmittel besonders gut an der Oberfläche des Kopfabschnitts 13 entlanggeführt wird. Der Kopfabschnitt 13 kann dadurch sehr gut gekühlt werden. Die Wandstruktur 22 verläuft in Kopfbereich zudem derart, dass sich der Querschnitt der Zuführkanälen 15 entlang der Längsachse 3 verjüngt, was die Geschwindigkeit der Kühlmittelströmung erhöht und die Kühlwirkung steigert.
-
Wie Fig. 1 und 2 zeigen, verlaufen die Kühlkanäle 5 helixartig gewunden um die Längsachse 3 herum, was bewirkt, dass der Tubus 41 eine hohe mechanische Stabilität aufweist, wodurch die Außenhülle 21 und die Wandstruktur 22 eine besonders dünne Wandstärke aufweisen können. Außerdem wird durch die gewundenen Zuführkanäle 15 erreicht, dass am Kopfabschnitt 13 der im Aufnahmeraum 4 aufgenommenen und zu kühlenden Komponente 2, also im Bereich der Kühlmittelkammer 24, ein vortex- beziehungsweise wirbel- oder tornadoartiges Strömungsbild des Kühlmittels entsteht, was die Kühlleistung, insbesondere aufgrund der einhergehenden Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, steigert. Durch die eingangs erwähnten Strömungsbeeinflussungseinrichtungen 11 kann außerdem erreicht werden, dass keine stationäre Strömung entsteht, sondern dass sich die vortexartige Strömung respektive der Wirbel über die Oberfläche des Kopfabschnitts 13 der zu kühlenden Komponente 2 bewegt, insbesondere präzediert.
-
Denkbar ist auch, dass die Kühlkanäle 5 geradlinig und parallel zu der Längsachse 3 verlaufen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Querschnitt der Kühlhülle 1, insbesondere im Bereich des Aufnahmeraums 4, gleichbleibt, wodurch die Kühlhülle 1 besonders einfach und kostengünstig, beispielsweise mittels Strangpressens, herstellbar ist. Vorliegend ist die Kühlhülle 1 ein einteiliges Bauteil, das mittels additiver Fertigung, konkret mittels selektiven Lasersinterns, aus Metall hergestellt ist. Um eine besonders gute Oberflächenqualität in den Kühlkanälen 5 und damit einen möglichst reibungs- und mithin verlustarmen Kühlmittelfluss sicherzustellen, sind die Kühlkanäle 5 nachbearbeitet. Hierzu wurde ein flüssiges Trägermedium mit Schleifpartikeln durch die Kühlkanäle geleitet, mittels dem eine Oberflächenrauigkeit im Innern der Kühlkanäle 5 reduziert wird. Denkbar wäre auch eine Nachbearbeitung mittels Ätzens oder Erodierens.
-
Die Kühlhülle 1 kann aber auch aus mehreren vorgefertigten Halbzeugen zusammengebaut sein. Beispielsweise können der Tubus 41 und der Flansch 20 separat hergestellt und durch Pressen, Schweißen, Löten oder dergleichen miteinander gefügt respektive verbunden sein.
-
Gemäß der vorangehenden Beschreibung umfasst die Kühlhülle 1 in mehreren Kühlkanälen 5 eine Strömungsbeeinflussungseinrichtung 11, deren Funktionsprinzip und Effekt anhand der vereinfachten Schnittansicht der Fig. 4 deutlich wird. Diese zeigt die Schnittansicht der Fig. 2 mit einer der Strömungsbeeinflussungseinrichtungen 11 in Form einer Coandadüse 27 in einem der Kühlkanäle 5. Die Coandadüse 27 ist dazu eingerichtet, auf Grundlage des Coanda-Effekts eine zeitliche Veränderung der Kühlmittelströmung zu bewirken. Ihr Aufbau ist in den Prinzipdarstellungen der Fig. 5 und 6 näher gezeigt. Der Coanda-Effekt bewirkt, dass sich eine Strömung, hier die Kühlmittelströmung, nahe einer gekrümmten Oberfläche nicht linear, sondern an der Oberfläche entlang bewegt. Die Strömungsrichtung wird dadurch zeitlich verändert. Insgesamt bewirkt die Coandadüse 27 durch ihre konkrete geometrische Ausgestaltung eine zeitliche Veränderung der Strömungsrichtung des Kühlmittels, wobei keine bewegten, insbesondere gesteuerten, Bauteile notwendig sind. Fig. 4 zeigt angedeutet durch die Pfeile 28, 28` die mittels der Coandadüse 27 bewirkte, sich verändernde Strömungsrichtung des Kühlmittels. Die Pfeile 28 deuten die Strömungsrichtung zu einem ersten Zeitpunkt und die gestrichelten Pfeile 28` zu einem zweiten Zeitpunkt an. Das sich zeitlich verändernde Strömungsbild bewirkt mitunter, dass sich die durch die gewundenen Zuführkanäle 15 in der Kühlmittelkammer 24 erzeugte vortexartige Kühlmittelströmung (angedeutet durch den Kegel 29), auf der Oberfläche des Kopfabschnitts 13 der zu kühlenden Komponente 2 bewegt, insbesondere präzediert.
-
Jede der Strömungsbeeinflussungseinrichtungen 11 lässt sich in den Flansch 20 der Kühlhülle 1 oder an einer anderen Stelle in einem der Kühlkanäle 5 integrieren. Die Strömungsbeeinflussungseinrichtungen 11 sind insbesondere in entsprechende Ausnehmungen des Flansches 20 eingesetzt beziehungsweise montiert. Wird die Kühlhülle 1 als einteiliges Bauteil additiv hergestellt, so können alle Strömungsbeeinflussungseinrichtungen 11 unmittelbar in die Kühlhülle 1 integriert sein.
-
Die Figuren 5 und 6 zeigen exemplarisch den block- und sandwichartigen Aufbau der Strömungsbeeinflussungseinrichtung 11 der Fig. 4 in Form einer Coandadüse 27, wobei Fig. 5 nur den unteren Teil der Strömungsbeeinflussungseinrichtung 11 zeigt. Die Strömungsbeeinflussungseinrichtung 11 umfasst eine Oszillationsplatte 32 mit einem Oszillationskanal 31, der geometrisch derart ausgebildet ist, dass sich die Strömungsrichtung des aus dem Oszillationskanal 31 ausströmenden Kühlmittels zeitlich verändert. Der Oszillationskanal 32 macht sich hierbei den Coanda-Effekt zu Nutzen. Daneben umfasst die Strömungsbeeinflussungseinrichtung 11 eine Bypassplatte 34 mit einem Bypasskanal 33, mittels dem ein Teil des durch die Strömungsbeeinflussungseinrichtung 11 geleiteten Kühlmittels den Oszillationskanal 31 umgeht. Zusätzlich umfasst die Strömungsbeeinflussungseinrichtung 11 eine Verteilerplatte 35 mit einem Verteilerabschnitt 43 zur Verteilung des über einen Kühlmitteleinlauf 30 in die Strömungsbeeinflussungseinrichtung 11 eintretenden Kühlmittels auf den Oszillationskanal 31 und den Bypasskanal 33. Ersichtlich wird ein größerer Anteil des in die Strömungsbeeinflussungseinrichtung 11 eintretenden Kühlmittels in den Bypasskanal 33 geleitet, wobei nur ein kleiner, zur Erzeugung eines sich zeitlich verändernden Strömungsbilds ausreichender Anteil des Kühlmittels in den Oszillationskanal 31 gelenkt wird. Hierdurch wird ein an der Strömungsbeeinflussungseinrichtung 11 auftretender Druckverlust im Vergleich dazu reduziert, wenn der gesamte Kühlmittelstrom den Oszillationskanal 31 geleitet würde.
-
Zur zumindest bereichsweisen seitlichen Begrenzung des Oszillationskanals 31 und des Bypasskanals 33 weist die Strömungsbeeinflussungseinrichtung 11 zudem eine Abtrennplatte 44 auf. Diese umfasst mehrere Durchlässe 36, die den Oszillationskanal 31 und den Bypasskanal 33 vor deren Eingang und nach deren Ausgang miteinander verbinden. Das Kühlmittel gelangt also durch den Kühlmitteleinlauf 30 über die Verteilerplatte 35 in den Oszillationskanal 31 und den Bypasskanal 33. Im Oszillationskanal 31 wird das Strömungsbild des Kühlmittels zeitlich verändert, sodass das Kühlmittel stromabwärts abwechselnd durch eine der beiden Durchlässe 36 in der Abtrennplatte 44 in den Bereich hinter den Bypasskanal 33 gelangt und gemeinsam mit dem durch den Bypasskanal 33 geführten Kühlmittelstrom aus der Strömungsbeeinflussungseinrichtung 11 austritt. Alle Platten sind übereinander angeordnet und bilden einen kompakten und simplen, sandwichartigen beziehungsweise gestapelten Aufbau. Die Strömungsbeeinflussungseinrichtung 11 ist vorliegend aus Metall hergestellt. Sie kann prinzipiell aber aus einem beliebigen Material hergestellt sein, welches vorzugsweise einen hohen Widerstand gegen Abnutzung sowie eine hinreichend hohe thermische Belastbarkeit aufweist.
-
Bezogen auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind die Strömungsbeeinflussungseinrichtungen 11 an der Zuführschnittstelle 18 vorgesehen. Sie können jedoch prinzipiell in den Zuführkanälen 15 an einer beliebigen Position zwischen der Zuführschnittstelle 18 und der Kühlmittelkammer 24, also auch unmittelbar vor der Kühlmittelkammer 24, vorgesehen sein. Denkbar ist, dass sich der oder die Kühlkanäle 5 mit einer Strömungsbeeinflussungseinrichtung 11 stromabwärts nach der Strömungsbeeinflussungseinrichtung 11 in mehrere Kühlkanäle 5 verzweigt oder verzweigen, sodass sich die Strömungsrichtung des Kühlmittels in mehreren Kühlkanälen 5 zeitlich verändert. Durch gezielte Auswahl verschiedener Werte für die Längen der einzelnen Kühlkanäle 5 zwischen der Strömungsbeeinflussungseinrichtung 11 und der Kühlmittelkammer 24 kann eingestellt werden, dass die Kühlmittelströmungen der einzelnen Kühlkanäle 5 bei Erreichen der Kühlmittelkammer 24 einen gewünschten Phasenversatz aufweisen. Das sich in der Kühlmittelkammer 24 ergebende Strömungsbild des Kühlmittels kann somit auch über die Längen der einzelnen Kühlkanäle 5 vorgegeben werden.
-
Insgesamt ermöglicht die Kühlhülle 1 eine besonders effektive und platzsparende Kühlung der zu kühlenden Komponente 2, wobei sie anhand mehrerer im Rahmen der Fertigung der Kühlhülle 1 veränderbarer Parameter speziell auf die jeweils zu kühlende Komponente 2 eingestellt werden kann, um die bestmögliche Kühlung zu erreichen.
-
Fig. 7 zeigt eine Explosionsdarstellung einer leistungsstarken Strahlenerzeugungseinrichtung 37, beispielsweise zur Durchleuchtung von Containern mittels Röntgenstrahlung. Denkbar ist auch, dass eine vergleichbare Strahlenerzeugungseinrichtung 37 zur medizinischen Behandlung, insbesondere Bestrahlung, von Patienten eingesetzt wird. Die Strahlenerzeugungseinrichtung 37 umfasst eine Beschleunigerstruktur 42 mit einer leistungsstarken Röntgenröhre 12 sowie die Kühlhülle 1 des Ausführungsbeispiels der Fig. 1, wobei die Kühlhülle 1 zur Kühlung der Röntgenröhre 12 dient. Die Kühlhülle 1 ist durch eine Koppelstruktur am Flansch 20 mittels mehrerer Befestigungsmittel 38, vorliegend Schrauben, an einer Halterung 39 der Beschleunigerstruktur 42, die fest mit der Röntgenröhre 12 verbunden ist, montiert. Auf diese Weise kann die Kühlhülle 1 zur Wartung der Röntgenröhre 12, insbesondere des Targets 14, einfach demontiert werden. Zudem sind mehrere Dichtringe 40 vorgesehen, die im montierten Zustand mitunter die Zuführschnittstelle 18 und die Abführschnittstelle 19 zwischen der Kühlhülle 1 und der Halterung 39 nach außen abdichten.
-
Wie bereits anhand der Fig. 2 beschrieben wurde, weist die Röntgenröhre 12 an ihrem Kopfabschnitt 13 ein Target 14 auf, auf das zur Erzeugung von Röntgenstrahlung ein Elektronenstrahl gelenkt wird. Hierbei wird am Kopfabschnitt 13 eine große Menge Wärme freigesetzt. Im montierten Zustand ist auch in Fig. 7 der Kopfabschnitt 13 der Röntgenröhre 12 in dem Kopfbereich des Aufnahmeraums 4 der Kühlhülle 1, der ein axiales Ende des Aufnahmeraums 4 bildet, angeordnet. Das durch die in Fig. 7 nicht näher gezeigten Zuführkanäle 15 in die ebenfalls nicht näher gezeigte Kühlmittelkammer 24 der Kühlhülle 1 strömende Kühlmittel wird an der Oberfläche des Kopfabschnitts 13 entlanggeführt, wodurch letzterer besonders effektiv gekühlt wird. Hierzu verjüngen sich die Zuführkanäle 15 an deren in die Kühlmittelkammer 24 mündenden Enden derart, dass das aus den Zuführkanälen 15 in die Kühlmittelkammer 24 strömende Kühlmittel gezielt zu einem Abschnitt der Kühlmittelkammer 24 gelenkt wird, in dem der Kopfabschnitt 13 der Röntgenröhre 12 angeordnet ist. Die leistungsstarke Röntgenröhre 12 kann so trotz der besonders kompakten Bauweise der Kühlhülle 1 sehr gut gekühlt werden.
-
Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begriffes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst.