DE102005049455B4 - Wärmetauscher für einen Einkessel-Generator einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Drehanodenröhre mit Glasgehäuse - Google Patents

Abstract

Wärmetauscher für einen Öl gefüllten Einkessel-Generator einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Drehanodenröhre mit Glasgehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher aus einem doppelwandigen, Kühlmittel durchströmten metallischen Körper besteht, der die Drehanodenröhre 1 im Bereich des Anodentellers in einem Abstand von weniger als 20 mm umgibt und dessen Innenseite 25 mit einer Infrarotstrahlung absorbierenden Beschichtung versehen ist und lediglich von einem Fenster 16 für das Röntgenstrahlen-Nutzbündel 7 durchbrochen ist und daß eine Umwälzpumpe 22 eine Strömung des Öls der Ölfüllung 21 an den Grenzflächen des Wärmetauschers 10 zur Ölfüllung 21 erzwingt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für einen Einkessel-Generator einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Drehanodenröhre mit Glasgehäuse.
• Wärmetauscher für ölgefüllte Einkessel-Generatoren von Röntgendiagnostikeinrichtungen sind beispielsweise aus den deutschen Offenlegungsschriften DE 102 22 267 A1 und DE 103 42 435 A1 bekannt. Dabei wird die Verlustleistung einer Röntgenröhre und der dazu gehörigen Generatorschaltung von einem in der Ölfüllung angeordneten Wärmetauscher, beispielsweise in Form einer Rohrspirale, mittels eines Kühlmittelkreislaufes aus dem Generatorkessel abgeführt. Derartige Anordnungen von Wärmetauschern haben sich bei der Verwendung von Stehanoden-Röntgenröhren bewährt, bei denen nahezu die gesamte Röhrenverlustleistung über Wärmeleitung innerhalb der Stehanode an die umgebende Ölfüllung des Generators abgeführt wird.
• In der europäischen Patentanmeldung EP 099 1106 A2 wird eine Röntgenröhre mit einer Drehanode offenbart, bei der ein Mittelteil aus metallischem Material doppelwandig ausgeführt ist und der Raum zwischen den Wänden von einem Kühlmittel durchströmt wird. Weiterhin wird durch eine geeignete Anordnung von elektrisch leitenden und isolierenden Oberflächenbereichen auf der Innenseite des Röhrengehäuses im Bereich des Strahlenaustrittsfensters der Röntgenröhre erreicht, daß bei deren Betrieb Raumladungswolken aufgebaut werden, die einen zusätzlichen Wärmeeintrag in die Wand im Mittelbereich der Röntgenröhre durch Sekundärelektronen verhindern.
• Aus dem US-Patent US 6,390,875 B1 ist eine Röntgenröhre mit einer Drehanode bekannt, bei der durch Oxidation eines chromhaltigen Röhrengehäuses auf der Röhreninnenseite eine im nahen Infrarotbereich absorbierende Oberfläche gebildet wird, welche den Wärmeübergang zwischen der Drehanode und einer an der Außenseite des Röhrengehäuses angebrachten und von einem Kühlmedium durchströmten Kühlschlange verbessert.
• Wird jedoch in einem Einkesselgenerator eine Drehanodenröhre mit einem Glasgehäuse mit einem Mehrfachen der Leistung einer Stehanodenröhre verwendet, so wird im Hochlastbetrieb der Drehanodenröhre der größte Teil der Verlustleistung durch Wärmestrahlung des glühenden Anodentellers an das das Glasgehäuse der Drehanodenröhre umgebende Medium abgeführt.
• Die kompakte Anordnung von elektronischen Bauteilen in einem Generatorkessel führt dazu, daß Bauteile in der Nähe der Anode der Drehanodenröhre durch die Wärmestrahlung der Anode aufgeheizt werden.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Wärmetauscher für einen Einkessel-Generator einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Drehanodenröhre mit Glasgehäuse zu schaffen, der Wärmeverlustleistung des Anodentellers im Hochleistungsbetrieb effektiv aus dem Generatorkessel abtransportiert.
• Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Kühlmittel durchströmten Wärmetauscher in der Ölfüllung des Generatorkessels gelöst, der in geringem Abstand zu der Drehanodenröntgenröhre aus Glas angeordnet ist, diese großenteils umschließt und an der der Röhre abgewandten Seite eine Bleiabschirmung trägt. Im Bereich des Strahlenaustrittsfensters der Röntgenröhre weisen der Wärmetauscher und die Bleiabschirmung Fenster zum Durchlaß des Röntgenstrahlen-Nutzbündels auf. Eine Umwälzpumpe im Inneren des Generatorkessels sorgt für eine ständige Umwälzung des Isolieröls im Generatorkessel, insbesondere im Bereich zwischen der Röntgenröhre und dem Wärmetauscher.
• Die Erfindung wird an Hand der Abbildung näher erläutert.
• In 1 ist ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher 10 mit einer Drehanodenröhre 1 in der Ölfüllung 21 eines Generatorkessels 20 schematisch dargestellt. Die Drehanodenröhre 1 weist ein evakuiertes Glasgehäuse 9 auf, durch das die Kathodenanschlüsse 3 und der Anodenanschluß 8 durchgeführt sind. Ein in einer Elektronenkanone 2 erzeugter Elektronenstrahl 6 trifft auf einen durch einen Drehanodenantrieb 5 in Rotation versetzten Anodenteller 4. Vom Anodenbrennfleck wird Röntgenstrahlung emittiert die in Form des Röntgenstrahlen-Nutzbündels 7 die Röhre verläßt. Durch das Abbremsen der beschleunigten Elektronen im Anodenteller 4 wird in diesen während des Betriebs der Röntgenröhre Energie eingebracht, die zu einer Aufheizung der Anode auf Temperaturen über 1000 Grad Celsius führt. Die im Anodenteller 4 gespeicherte thermische Energie wird größtenteils durch Wärmestrahlung abgestrahlt. In geringem Abstand zu der Drehanodenröhre ist ein Wärmetauscher 10 angeordnet, der die Drehanodenröhre 1 großenteils umschließt und von einem Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, durchströmt wird. Der Wärmetauscher 10 besteht wahlweise aus einer zu einem Zylinder gewickelten Rohrschlange, die verlötet oder anderweitig gegen Verschiebung der Windungen fixiert ist oder aus einem doppelwandigen Zylinder, der im Zwischenraum zwischen den beiden Wandungen eine Leitvorrichtung 13 zum Führen des Kühlmittelstromes enthält. Die der Drehanodenröhre 1 zugewandte Innenseite 25 des Wärmetauschers 10 ist vorzugsweise mit einer Schicht beschichtet, die Wärmestrahlung gut absorbiert, beispielsweise eine Schwarzchromschicht. Das Kühlmittel wird über einen Vorlauf 11 in den Generatorkessel geführt und über einen Rücklauf einer nicht dargestellten Kühleinrichtung zugeführt.
• Das anodenseitige Ende des Wärmetauschers 10 trägt einen Flansch 23, der den Anodenanschluss 8 hält. Der Flansch 23 weist mehrere Ausschnitte 24, 24' auf, die die durch die Umwälzpumpe 22 erzeugte Ölströmung nur wenig behindert. Der Flansch 23, ist an der Wand des Generatorkessels 20 justierbar gehalten.
• Der Wärmetauscher 10 ist auf seiner Außenseite mit einer Röntgenstrahlen-Abschirmung 14 und 15 ummantelt. Vorzugsweise wird ein Bleiblech um den Wärmetauscher 10 gewickelt; die äußere Abschirmung 15 kann bei Bedarf aus einem Material bestehen (beispielsweise Kupfer), das die charakteristische Röntgenstrahlung der inneren Bleiabschirmung absorbiert und die mechanische Stabilität der Bleiabschirmung sicherstellt.
• In dem Wärmetauscher 10 und in den Abschirmungen 14, 15 sind Fenster 16, 17 für das Röntgenstrahlen-Nutzbündel 17 vorgesehen. Zur Verbesserung der Spannungsfestigkeit der Anordnung in 1 ist im Zwischenraum zwischen der Drehanodenröhre 1 und der Innenseite 25 des Wärmetauschers 10, insbesondere im Bereich der Kathodenanschlüsse 3 wahlweise ein Isolator mit einer hohen Durchlässigkeit für Infrarotstrahlung angeordnet, der gegebenenfalls im Bereich des Fensters 16 einen Durchbruch für das Röntgenstrahlen-Nutzbündel 17 aufweist.
• Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Wärmetauschers 10 im Generatorkessel 20 wird die Aufheizung von nicht dargestellten Schaltungselementen im Generatorkessel 20 durch die Infrarotstrahlung des Anodentellers wirkungsvoll verhindert. Durch die Umwälzpumpe 22 wird die Verlustwärme von elektrischen und elektronischen Bauteilen im Generatorkessel 20 mit der Ölströmung an den Wärmetauscher 10 herangeführt und über das Kühlmittel abtransportiert.

1

Drehanodenröhre

2

Elektronenkanone

3

Kathodenanschlüsse

4

Anodenteller

5

Drehanodenantrieb

6

Elektronenstrahl

7

Röntgenstrahlen-Nutzbündel

8

Anodenanschluss

9

Glasgehäuse

10

Wärmetauscher

11

Vorlauf

12

Rücklauf

13

Leitvorrichtung

14

Abschirmung

15

Abschirmung

16

Fenster

17

Fenster

20

Generatorkessel

21

Ölfüllung

22

Umwälzpumpe

23

Flansch

24, 24'

Ausschnitt

25

Innenseite

Claims (5)

1. Wärmetauscher für einen Öl gefüllten Einkessel-Generator einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Drehanodenröhre mit Glasgehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher aus einem doppelwandigen, Kühlmittel durchströmten metallischen Körper besteht, der die Drehanodenröhre 1 im Bereich des Anodentellers in einem Abstand von weniger als 20 mm umgibt und dessen Innenseite 25 mit einer Infrarotstrahlung absorbierenden Beschichtung versehen ist und lediglich von einem Fenster 16 für das Röntgenstrahlen-Nutzbündel 7 durchbrochen ist und daß eine Umwälzpumpe 22 eine Strömung des Öls der Ölfüllung 21 an den Grenzflächen des Wärmetauschers 10 zur Ölfüllung 21 erzwingt.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher auf seiner Außenseite eine Abschirmung 14, 15 für die nicht nutzbare Röntgenstrahlung trägt und daß in der Abschirmung 14, 15 ein Fenster 17 für das Röntgenstrahlen-Nutzbündel 7 vorgesehen ist.
3. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehanodenröhre 1 am Anodenanschluß 8 durch einen Flansch 23 an dem Wärmetauscher 10 gehalten ist und daß der Flansch 23 Ausschnitte 24, 24' aufweist, die eine Ölströmung senkrecht zur Fläche des Flansches 23 ermöglicht.
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenraum zwischen der Drehanodenröhre 1 und der Innenseite 25 des Wärmetauschers 10 im Bereich der Kathodenanschlüsse 3 ein für Infrarotstrahlung durchlässiger elektrischer Isolator angeordnet ist.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch 23 justierbar an der Wand des Generatorkessels 20 gehalten ist.