JP2001120535A - 冷却装置および冷却装置を有するコンピュータトモグラフ - Google Patents

冷却装置および冷却装置を有するコンピュータトモグラフ

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JP2001120535A JP2000284562A JP2000284562A JP2001120535A JP 2001120535 A JP2001120535 A JP 2001120535A JP 2000284562 A JP2000284562 A JP 2000284562A JP 2000284562 A JP2000284562 A JP 2000284562A JP 2001120535 A JP2001120535 A JP 2001120535A
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heat
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ヘル エーリッヒ
Detlef Mattern
マッテルン デトレフ
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シャルト ペーター
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 回転軸線３を中心にして回転可能なガントリ
１に配置されているＸ線源２に対する冷却装置を、ガン
トリ１に配置されたＸ線源の作動中に発生される熱の排
出が改善されるように構成する。 【解決手段】 ガントリ１に配置されＸ線源２と熱伝導
するように接続されている第１の環状の熱交換器９が設
けられている。また、環状に配置された第２の熱交換器
１３を設け、これを第１の熱交換器の周囲に配置し、こ
れらが互いに熱伝導するように接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸線を中心に
して回転可能なガントリに配置されているＸ線源に対す
る冷却装置に関する。本発明はさらにこのような冷却装
置を有するコンピュータトモグラフに関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｘ線源によりＸ線を発生する際に使用さ
れる電気エネルギーは約９９％まで熱エネルギーに変換
される。Ｘ線源を長い時間にわたって対象物のＸ線撮影
のために作動させ得るためには、Ｘ線源の作動中に生ず
る熱を一般になんらかの仕方でＸ線源から導き出されな
ければならない。このことは、たとえばコンピュータト
モグラフィまたはアンギオグラフィの際のように高いＸ
線パワーが必要とされるときに特に必要である。
【０００３】コンピュータトモグラフィでは、Ｘ線源が
放射線撮影中に回転軸線を中心にして回転するガントリ
に配置されていることに問題がある。Ｘ線源はその際に
電気エネルギーを比較的簡単にスリップリングを介して
供給可能であるが、Ｘ線源の作動中に生ずる熱の導出に
は問題があることが判明している。これまでにコンピュ
ータトモグラフィに使用され回転陽極Ｘ線管を有するＸ
線放射器は、回転陽極Ｘ線管の作動中に生ずる熱が陽極
板に一時蓄積され、主に熱放射によって、回転陽極Ｘ線
管を囲みＸ線放射器のケースのなかに含まれている冷却
および絶縁油に伝達されるように動作する。冷却および
絶縁油はその際に一般にＸ線放射器のケースと、ガント
リと共に回転し熱をガントリの周囲の空気に伝達する第
１の熱交換器とを通って閉ループ循環路を循環する。ガ
ントリに対して相対的に位置固定された第２の熱交換器
はガントリの周囲の暖められた空気を冷却し、空気から
受け入れられた熱をたとえば位置固定して設置されてい
る冷却システムに導き出す。
【０００４】回転陽極Ｘ線管を冷却するためのこのよう
な装置では、第１の熱交換器からガントリの周囲の空気
への熱伝達の最大部分ならびに空気から第２の熱交換器
への熱伝達の最大部分が比較的強く局部的に限られ、従
って熱交換のためのそれぞれ有効な面が比較的小さいこ
とが欠点として判明している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、冒頭にあげた冷却装置を、ガントリに配置されたＸ
線源の作動中に発生される熱の排出が改善されるように
構成することである。本発明の別の課題は、Ｘ線源を有
するコンピュータトモグラフを、ガントリに配置された
Ｘ線源の作動中に発生される熱の排出が改善されるよう
に構成することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、回転軸線を中心にして回転可能なガントリに配置
されているＸ線源に対する冷却装置において、ガントリ
に配置されＸ線源と熱伝導するように接続されている環
状の第１の熱交換器を有する冷却装置により解決され
る。第１の熱交換器の環状の、すなわちガントリの好ま
しい形状に適合した構成は、簡単な仕方でＸ線源による
Ｘ線の発生の際に生ずる熱を第１の熱交換器から第１の
熱交換器を囲む空気へ大面積で熱伝達することを可能に
し、その際に熱伝達は環状の第１の熱交換器のすべての
周囲面によって行われる。Ｘ線源から第１の熱交換器へ
の熱伝達は確かに依然として比較的局部的に限られてい
るが、第１の熱交換器から第１の熱交換器を囲む空気へ
の熱伝達面積は、熱排出が明らかに改善されるように拡
大されている。ガントリに設けられている現在の標準熱
交換器の熱交換面積は約０．１ｍ2であるが、ガントリ
の大きさに適合された約０．５ｍの半径および約０．１
ｍの幅を有する環状の熱交換器により３倍の熱交換面積
が得られる。好ましくは第１の熱交換器はガントリの周
囲に環状に配置されている。しかし第１の熱交換器は回
転軸線の方向へ軸線方向にガントリに対してずらされて
配置されていてもよい。
【０００７】本発明の特に好ましい実施態様では、第１
の熱交換器がガントリと共に回転軸線を中心にして回転
可能である。Ｘ線源から第１の熱交換器への熱伝達は簡
単な仕方で熱伝導により行われる。なぜならば、互いに
相対的に運動し熱バリアーを形成するガントリおよび第
１の熱交換器の部分が存在しないからである。
【０００８】本発明の実施態様では、第１の熱交換器が
少なくとも１つの熱交換要素を有するか、または少なく
とも２つの環状に配置されている熱交換要素を有し、こ
れらが互いにまたＸ線源と熱伝導するように接続されて
いる。個別的な熱交換要素を設けるという考察の背景
は、市販品の、従ってコスト的に望ましい、たとえば自
動車工業に使用されている熱交換要素を使用することで
ある。これらの一般に直方体状に構成されている熱交換
要素は環状に配置されまた互いに接続されて、Ｘ線源の
作動中に発生される熱をＸ線源から第１の熱交換器を囲
む空気に効率的に導き出す熱交換器を生ずる。
【０００９】Ｘ線源から発生され第１の熱交換器により
受け入れられる熱のより均等な分布は、本発明の実施態
様により媒体が第１の熱交換器を通って流れる場合に生
ずる。好ましくは媒体はたとえばチューブにより互いに
接続されている熱交換器を通って流れるだけでなく、Ｘ
線源を囲む冷却および絶縁油を通っても流れ、それによ
って第１の熱交換器に亘る比較的均等な熱分布、従って
第１の熱交換器から熱交換器を囲む空気への大面積の熱
伝達が生ずる。媒体としてはその際にたとえば冷却およ
び絶縁油が使用され得る
【００１０】本発明の実施態様では、熱交換要素の間
に、周囲方向に延び熱交換要素を互いに接続する覆いが
設けられる、及び／又は第１の熱交換器に両側に環状の
ガイド装置が設けられ、それらが第１の熱交換器の回転
によって発生され第１の熱交換器で暖められる空気流を
ガントリから外方に導き出す。このようにして、加熱さ
れた空気がガントリの内部に到達して、一般にガントリ
に配置されている検出器およびその付属エレクトロニク
スの機能を損なうことが防止される。
【００１１】本発明の特に好ましい実施態様では、第１
の熱交換器と協働する第２の熱交換器が設けられ、それ
によってＸ線源から発生される熱の導き出しが一層改善
される。本発明の実施態様によれば、第２の熱交換器は
第１の熱交換器に対して相対的に位置固定され、その際
に第２の熱交換器は本発明の実施態様により第１の熱交
換器の周囲に環状に配置され、もしくは軸線方向にずら
され、第１の熱交換器に続いて配置されている。すべて
の場合に両方の熱交換器は好ましくは非常に密に空隙に
よってのみ互いに隔てられて向かい合っているので、こ
の配置により第２の熱交換器は、第１の熱交換器で加熱
されない空気の比較的わずかな側流しか当てられない。
それにより第２の熱交換器では一次側と二次側との間、
すなわち熱を受け入れる側と熱をたとえば第２の熱交換
器を囲む空気に与える側との間に高い温度差が有効に形
成される。この温度差は冷却パワーに直接比例してい
る。
【００１２】本発明の実施態様により、第２の熱交換器
が少なくとも１つまたはそれ以上の互いに接続されてい
る熱交換要素を有してよく、または媒体が第２の熱交換
器を通って流れ得る。商業的に入手可能な熱交換要素の
使用はその際に第２の熱交換器の製造コストをも低減す
る。熱交換器を互いに接続すること、および媒体が熱交
換要素を通って流れることは、第１の熱交換器の場合の
ように、第２の熱交換器に亘る熱分布を可能なかぎり均
等にし、こうして第２の熱交換器からたとえば第２の熱
交換器を囲む空気への熱伝達の面積を大きくする。
【００１３】本発明の実施態様によれば、第２の熱交換
器の熱交換要素の間に、周囲方向に延び熱交換要素を互
いに接続する覆いが設けられている。本発明の別の実施
態様によれば、第１の熱交換器および第２の熱交換器が
互いに入り込んでいる環状のガイド装置を有し、これら
が第１の熱交換器の回転によって発生され第１の熱交換
器で暖められる空気流を第１の熱交換器から第２の熱交
換器へ導く。第２の熱交換器の熱交換要素の間の覆い
は、加熱されない空気が第１の熱交換器と第２の熱交換
器との間に存在する空隙内に入り込むのを阻止する。さ
らに、互いに入り込んでいる環状のガイド装置により、
第１の熱交換器で加熱された空気が強制的に第２の熱交
換器の方向に導かれので、上記の空気が望ましくない仕
方でガントリの内部に到達して、一般にガントリに配置
されているＸ線検出器およびその付属エレクトロニクス
の機能を損なうことがない。
【００１４】本発明の別の課題は本発明による冷却装置
の１つを有するコンピュータトモグラフにより解決され
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施例が添付の概要図面
に示されている。
【００１６】図１には、環状に構成されたガントリ１に
配置されているＸ線源２に対する本発明による冷却装置
が概要図で示されている。ガントリ１はこの実施例の場
合には詳細には図示されていないコンピュータトモグラ
フの部分であり、この実施例の場合には紙面に対して垂
直な回転軸線３を中心にして矢印ａの方向に回転可能に
コンピュータトモグラフに支えられている。
【００１７】ガントリ１に、回転ピストン管２の形態で
構成されている前記のＸ線源２を含んでいるＸ線放射器
４と、検出器５とが互いに向かい合って配置されてい
る。コンピュータトモグラフの作動中にガントリ１は回
転軸線３を中心にして回転し、その際に回転ピストン管
２から出発する扇状のＸ線束６が測定フィールド７を貫
き、Ｘ線検出器５に当たる。回転ピストン管２および検
出器５の電気的接続は公知の図示されていない仕方でス
リップリングを介して行われている。回転ピストン管２
を含んでいるＸ線放射器４のケース８は、回転ピストン
管２をコンピュータトモグラフの作動中に冷却するため
に、詳細には図示されていない仕方で冷却および絶縁油
により満たされている。
【００１８】この実施例の場合にはガントリ１の周囲
に、ガントリ１と共に回転軸線３を中心にして回転可能
な環状に構成されている第１の熱交換器９が配置されて
いる。熱交換器９はこの実施例の場合には環状に配置さ
れ媒体で満たされている７つの熱交換要素１０を有し、
これらはチューブ１１を介して互いに接続されている。
このようなチューブ１１はたとえばらせん状にケース
８、従ってＸ線放射器４の冷却および絶縁油を通して導
かれている。熱交換要素１０の１つに概略的に示されて
いる循環ポンプ１２は熱交換要素１０およびＸ線放射器
４を通して媒体を循環させる。
【００１９】この実施例の場合には第１の熱交換器９の
周囲に、同じく環状に構成され第１の熱交換器９と協働
する第２の熱交換器１３が配置されている。熱交換器１
３は熱交換器９に対して相対的に位置固定されている。
両方の熱交換器９、１３間に空隙２１が存在している。
熱交換器９のように、熱交換器１３もこの実施例の場合
には環状に配置され媒体で満たされている７つの熱交換
要素１４を有し、これらは媒体が熱交換要素１４を通っ
て循環し得るようにチューブ１５を介して互いに接続さ
れている。
【００２０】さらにこの実施例の場合には媒体は冷却シ
ステム１６を経て導かれ、この冷却システムは媒体を能
動的に冷却し、図示されていない仕方で媒体を熱交換要
素１４および冷却システム１４を通して循環させる循環
ポンプを含んでいる。
【００２１】コンピュータトモグラフの作動中に熱交換
器９の媒体はＸ線放射器４を通流する際に熱を冷却およ
び絶縁油から受け入れ、熱交換要素１０を通る媒体の循
環によって第１の熱交換器９に亘って熱を比較的均等に
分布させる。このようにして、第１の熱交換器９から、
熱交換器９を囲み熱交換器９と熱交換器１３との間に存
在している空気への熱伝達が大面積で熱交換器９のすべ
ての周縁を経て行われ、それによって回転ピストン管２
からの熱の導出が明らかに改善される。
【００２２】熱交換器９により暖められた空気は、ガン
トリ１と共に熱交換器９が回転することによって同様に
循環し、熱交換器９側の熱交換器１３の一次側に当た
り、熱交換器１３が空隙２１内を循環する空気から熱を
受け入れ、それによって熱交換要素１４を通って流れる
熱交換器１３の媒体が暖まる。熱交換器１３により受け
入れられた熱の導出は一方では熱交換器１３を囲む空気
において冷却システム１６における媒体の循環によって
も行われる。
【００２３】第１の熱交換器９の熱交換要素１０の間に
も第２の熱交換器１３の熱交換要素１４の間にも覆い１
７または１８が存在している。覆い１７は特に、暖めら
れた空気が空隙２１からガントリ１の内部に到達し，そ
れによって検出器５ならびに詳細には図示されていない
その付属エレクトロニクスの機能が阻害されることを防
止しなければならない。覆い１８はそれに対して主とし
て、加熱されない空気の側流が熱交換器９、１３間の空
隙２１内に到達し得ないようにする。このようにして熱
交換器１３では一次側と二次側との間、すなわち熱を受
け入れる側と熱を周囲の空気に与える側との間に高い温
度差が形成される。この温度差は冷却パワーに直接比例
している。
【００２４】図２は熱交換器９および１３の２つの熱交
換要素１０、１４を通る断面を図１の矢印ＩＩに見た図
である。図２で図１と比較して一層良く認識できるよう
に、第１の熱交換器９および第２の熱交換器１３は熱交
換要素１０または１４の両側に配置されているそれぞれ
２つの環状のガイド装置２３、２４または１９、２０を
有し、これらは嵌まり合っている。ガイド装置は、熱交
換器９の回転によって加熱されて空隙２１内を循環する
空気をガントリ１の内部に到達させずに、ガントリ１か
ら第２の熱交換器１３の方向に導く役割をする。さらに
ガイド装置は副流空気が空隙２１内に入り込むのを阻止
する。図２にはさらに、熱交換器１３で加熱され熱交換
器１３を囲み矢印ｂの方向に導き出される空気用の図１
にははっきり示されていない空気排出装置２２が示され
ている。
【００２５】この実施例の場合には第１の熱交換器９の
他に第２の熱交換器１３が回転ピストン管２の作動中に
発生される熱を導き出すために設けられている。しかし
本発明による冷却装置は必ずしも第２の熱交換器１３を
含んでいなくてもよい。それどころか第２の熱交換器１
３は省略され得る。この場合にはコンピュータトモグラ
フの作動中に第１の熱交換器９が回転ピストン管２から
受け入れられた熱をそれを囲む空気に与える。コンピュ
ータトモグラフのこのような構成はたとえば、衛生に高
い要求が課せられない工業分野の材料検査に適してい
る。
【００２６】それぞれ７つの熱交換要素１０、１４を有
する熱交換器９および１３の以上に説明された実施例は
単に例として理解すべきものである。熱交換器９も熱交
換器１３も単に単一の環状に閉じられた熱交換要素か
ら、すなわちいくつかの少数または多数の環状に配置さ
れたとえばこの実施例の場合のように直方体状に構成さ
れている熱交換要素から構成されていてよい。熱交換要
素の数は必要な冷却パワーに適合させられていると好ま
しい。
【００２７】さらに、媒体が熱交換要素を通って流れる
ことは必ずしも必要ではない。それどころか熱交換要素
は単に熱伝導するように、たとえば銅管を介して互いに
接続されていてもよい。銅管としての役割をたとえば熱
交換器９または１３の覆い１７または１８がすることも
できる。
【００２８】熱交換器９の場合、熱交換要素を通って流
れる媒体はたとえばＸ線放射器４の冷却および絶縁油で
あってよく、従って冷却および絶縁油の他に、熱を熱交
換器を介して分配する追加的な媒体は必要でない。
【００２９】その他の点では第１の熱交換器９は必ずし
もガントリ１と共に回転しなくてよく、ガントリ１に対
して相対的に位置固定されていなもよい。この場合には
回転ピストン管２またはＸ線放射器４から第１の熱交換
器９への熱伝達はたとえば、Ｘ線放射器４と第１の熱交
換器９との間に存在しＸ線放射器４で加熱され熱伝導媒
体としての役割をする空気を介して行われる。
【００３０】この実施例の場合には熱交換器９はガント
リ１の周囲に、熱交換器１３は熱交換器９の周囲に配置
されている。図３および４は互いに相対的でかつガント
リ１に対しても相対的な熱交換器の別の配置を示す。
【００３１】図３では熱交換器９．１が回転軸線３の方
向へ軸線方向にガントリ１のほうにずらされ、熱交換器
１３．１が回転軸線３の方向へ軸線方向に熱交換器９．
１のほうにずらされて配置されている。
【００３２】図４には、ガントリ１に対して相対的に回
転軸線３の方向へ軸線方向にずらされた熱交換器９．２
の配置が示され、この熱交換器９．２の周囲に熱交換器
１３．２が配置されている。
【００３３】互いに相対的でかつガントリ１に対しても
相対的な熱交換器の配置をこのように変更した際にも、
回転ピストン管２の作動中に発生される熱の改善された
導出を可能にする本発明の利点は完全に効果を表す。
【図面の簡単な説明】
【図１】環状の第１および第２の熱交換器を有する本発
明による冷却装置を示す概略図。
【図２】図２からの矢印ＩＩの方向に見た図。
【図３】互いに相対的でかつガントリに対しても相対的
な第１および第２の熱交換器の配置を示す斜視図。
【図４】互いに相対的でかつガントリに対しても相対的
な第１および第２の熱交換器の配置を示す斜視図。
【符号の説明】
１ ガントリ ２ 回転ピストン管 ３ 回転軸線 ４ Ｘ線放射器 ５ 検出器 ６ 扇状のＸ線束 ７ 測定フィールド ８ ケース ９ 第１の熱交換器 １０ 熱交換要素 １１ チューブ １２ 循環ポンプ １３ 第２の熱交換器 １４ 熱交換要素 １５ チューブ １６ 冷却システム １７、１６ 覆い １９、２０ ガイド装置 ２１ 空隙 ２２ 空気排出装置 ２３、２４ ガイド装置 ａ、ｂ 方向矢印
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デトレフ マッテルン ドイツ連邦共和国 91056 エルランゲン クレーエンホルスト 14 (72)発明者 ペーター シャルト ドイツ連邦共和国 91315 ヘヒシュタッ ト キーフェルンドルファー ヴェーク 10

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転軸線（３）を中心にして回転可能な
    ガントリ（１）に配置されているＸ線源（２）に対する
    冷却装置において、ガントリ（１）に配置されＸ線源
    （２）と熱伝導するように接続されている環状の第１の
    熱交換器（９）を有することを特徴とする冷却装置。
  2. 【請求項２】 第１の熱交換器（９）がガントリ（１）
    と共に回転軸線（３）を中心にして回転可能であること
    を特徴とする請求項１記載の冷却装置。
  3. 【請求項３】 第１の熱交換器（９）が少なくとも１つ
    の熱交換要素（１０）を有することを特徴とする請求項
    １または２記載の冷却装置。
  4. 【請求項４】 第１の熱交換器（９）が少なくとも２つ
    の環状に配置されている熱交換要素（１０）を有し、こ
    れらが互いにまたＸ線源（２）と熱伝導するように接続
    されていることを特徴とする請求項１または２記載の冷
    却装置。
  5. 【請求項５】 媒体が第１の熱交換器（９）を通って流
    れることを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の
    冷却装置。
  6. 【請求項６】 熱交換要素（１０）の間に周囲方向に延
    びている覆い（１７）が設けられていることを特徴とす
    る請求項３ないし５の１つに記載の冷却装置。
  7. 【請求項７】 環状のガイド装置（２３、２４）が第１
    の熱交換器に設けられ、それらが第１の熱交換器（９）
    の回転によって発生され第１の熱交換器（９）で暖めら
    れる空気流をガントリ（１）から外方に導き出すことを
    特徴とする請求項２ないし６の１つに記載の冷却装置。
  8. 【請求項８】 環状に構成された第２の熱交換器（１
    ３）が設けられ、これが第１の熱交換器（９）と協働す
    ることを特徴とする請求項１ないし７の１つに記載の冷
    却装置。
  9. 【請求項９】 第２の熱交換器（１３）が第１の熱交換
    器（９）に対して相対的に位置固定されていることを特
    徴とする請求項８記載の冷却装置。
  10. 【請求項１０】 第２の熱交換器（１３）が第１の熱交
    換器（９）の周囲に環状に配置されていることを特徴と
    する請求項８または９記載の冷却装置。
  11. 【請求項１１】 第２の熱交換器（１３）が軸線方向に
    ずらされて、第１の熱交換器（９）に続いて配置されて
    いることを特徴とする請求項８または９記載の冷却装
    置。
  12. 【請求項１２】 第２の熱交換器（１３）が少なくとも
    １つの熱交換要素（１４）を有することを特徴とする請
    求項８ないし１１の１つに記載の冷却装置。
  13. 【請求項１３】 第２の熱交換器（１３）が少なくとも
    ２つの環状に配置された熱交換要素（１４）を有し、こ
    れらが互いに熱伝導するように接続されていることを特
    徴とする請求項８ないし１１の１つに記載の冷却装置。
  14. 【請求項１４】 第２の熱交換器（１３）の熱交換要素
    （１４）の間に周囲方向に延びている覆い（１８）が設
    けられていることを特徴とする請求項１２または１３記
    載の冷却装置。
  15. 【請求項１５】 媒体が第２の熱交換器（１３）を通っ
    て流れることを特徴とする請求項８ないし１４の１つに
    記載の冷却装置。
  16. 【請求項１６】 第１の熱交換器（９）および第２の熱
    交換器（１３）が互いに入り込んでいる環状のガイド装
    置（１９、２０、２３、２４）を有し、これらが第１の
    熱交換器（９）の回転によって発生され第１の熱交換器
    （９）で暖められる空気流を第１の熱交換器（９）から
    第２の熱交換器（１３）へ導くことを特徴とする請求項
    ８ないし１５の１つに記載の冷却装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１ないし１６の１つによる冷却
    装置を有することを特徴とするコンピュータトモグラ
    フ。
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