DK9600068U3 - Bærbart radiologisk apparat - Google Patents

Description

DK 96 00068 U3

Den foreliggende opfindelse angår den industrielle radiologi og nærmere bestemt bærbare generatorer for røntgenstråler beregnet til radiologisk kontrol i arbejdsområder.

5

Energivirkningsgraden af et røntgenstrålerør er meget lille, i størrelsesordenen 3 %. Størstedelen af den tilførte energi til røret omdannes til varme på målskiven. Da denne målskive har meget små dimensioner er det vig-10 tigt hurtigt at bortlede denne varme for at undgå at temperaturen af målskiven tiltager meget hurtigt, hvilket kan medføre at den smelter, og at røret ødelægges.

Der kendes generatorer, der har en varmeveksler for at 15 lede varmen bort fra røntgenstrålerøret. Varmeveksleren består af koncentriske ribber. Effektiviteten af en sådan indretning har i praksis vist sig at være utilstrækkelig.

Dette problem gør det nødvendigt for størstedelen af pro-20 ducenterne af transportable generatorer at begrænse driftsrytmen af deres apparater til eksempelvis fem minutters drift efterfulgt af fem minutters pause. Derved reduceres rentabiliteten af apparatet.

25 Blandt aftagerne eksisterer et stort behov for et apparat, der kan have en driftsrytme på 100%. Denne efterspørgsel har foranlediget ansøger til at udtænke og tilvejebringe et system til optimal afkøling af røntgenstrålerør.

30

Ifølge opfindelsen foreslås således en bærbar røntgenstrålegenerator med en afkølingsindretning som angivet i kravene. Afkølingsindretningen omfatter nærmere bestemt en køler med parallelle ribber, der er fastgjort til den tilgængelige del af røntgenstrålerørets anode, samt en 35 2 DK 96 00068 U3 ventilator indrettet til at sikre en tvungen konvektion af en større luftmængde.

Da indretningen ifølge opfindelsen er baseret på tvungen 5 konvektion og ikke på naturlig konvektion, har det vist sig fordelagtigt at tilvejebringe en meget vigtig betragtelig ribbeoverflade, på trods af at man får et reduceret mellemrum mellem ribberne, hvilket kan give pladsbesvær.

10 Formålet med udtænkningen og tilvejebringelsen af den bærbare røntgenstrålegenerator ifølge opfindelsen er at opnå en optimal termisk udveksling, idet der har været foretaget et studium med henblik på at optimere de af kølerens konstruktionsparametre, der har betydning for den 15 termiske udveksling og dermed for effektiviteten af afkølingen.

Kølerens montering på røntgenstrålerørets anode sker på en sådan måde, at der tilvejebringes en god termisk kon-20 takt og en god termisk ledning. Til dette formål er køleren på fordelagtig måde fremstillet i to dele, der er fastspændt på røntgenstrålerørets anode. Af hensyn til vægten kan køleren med fordel være fremstillet af aluminium, idet kobber ganske vist er en bedre leder end alu-25 minium, men er tungere. Valget af aluminium udgør et tilfredsstillende kompromis: dette materiale er en-· anelse mindre varmeledende end kobber, men er klart lettere.

Opfindelsen vil i det efterfølgende blive nærmere forkla-30 ret under henvisning til det på tegningen viste udførelseseksempel .

Fig. 1 viser et aksialt tværsnit gennem en røntgenstrålegenerator ifølge opfindelsen.

35 3 DK 96 00068 U3

Fig. 2 viser detailafbildning af køleren monteret på røntgenstrålerøret.

Fig. 3 er en plan afbildning set ovenfra af den i fig. 2 5 viste køler.

I fig. 1, der viser en bærbar røntgenstrålegenerator 10 ifølge opfindelsen, er røntgenstrålerøret angivet med henvisningstallet 11, rørets anode med 12, køleren med 13 10 og ventilatoren med 14. Køleren 13 er fastgjort til den tilgængelige del af anoden 12. Ved betragtning af detai*-lafbildningen i fig. 2 ses det koniske profil af kølerens 13 basisdel. Denne er med fordel sammensat af to halvparter 13a og 13b, der er spændt fast på rørets anode 12 ved 15 hjælp af skruer (ikke vist i fig. 3). Køleren 13 omfatter ribber 15, der strækker sig indbyrdes parallelt i planer parallelle med den langsgående akse af røntgenstrålerørets anode 12.

20 Anvendelsen af en køler med parallelle ribber er betinget af, at indretningen ifølge opfindelsen bygger på en tvungen konvektion og ikke på den naturlige konvektion. Det har således vist sig fordelagtigt at tilvejebringe en meget vigtig overflade med ribber, på trods af at man får 25 et reduceret mellemrum mellem ribberne, hvilket kan give pladsbesvær.

De parametre, der er bestemmende for den termiske udveksling ved den særlige anvendelse, som er genstand for op-30 findelsen, er ribbernes bredde, vidden af mellemrummet mellem ribberne og den samlede højde af køleren.

En reduktion af vidden af mellemrummet mellem ribberne tillader en forøgelse af antallet af ribber. Ligeledes tillades en reduktion af tværsnittet af luftpassagen, hvilket forøger dennes hastighed og fremmer den termiske 35 4 DK 96 00068 U3 udveksling. Modsætningsvis gælder, at en for stor reduktion af dette tværsnit vil medføre en forøgelse af tryktabet, og at luftmængden falder, hvilket er uhensigtsmæssigt.

5

En reduktion af ribbernes bredde gør det muligt at forøge udvekslingsoverfladen, men besværliggør varmeoverførslen til ribbernes ydre, hvorved deres effektivitet reduceres.

10 Forøgelsen af kølerens højde gør det hvad denne angår muligt at forøge udvekslingsoverfladen, men medfører ligeledes en forøgelse af tryktabet.

I betragtning af de modstridende virkninger af disse for-15 skellige parametre, er det klart, at der må søges et optimum for at sikre en optimal termisk udveksling og, som følge heraf, en optimal afkølingseffektivitet.

For ikke at forlænge apparatet unødvendigt, holdes køle-20 rens højde rimelig, således at køleren ikke rager mere end 10 mm frem i forhold til røntgenstrålerøret. For at køleren ikke skal ligge mellem rørets stråler, har kølerens basisdel fortrinsvis en konisk form med en vinkel på 20 grader. Kølerens diameter bestemmes af, at der skal 25 være plads til et tilstrækkeligt passagetværsnit for den indstrømmende luft.

Kølerens montering på røntgenstrålerørets anode tilvejebringes på en sådan måde, at der opnås en god termisk 30 kontakt og en god termisk konduktiori. Til dette formål er køleren på fordelagtig måde fremstillet i to dele, der er fastspændt på røntgenstrålerørets anode. Af hensyn til vægten kan køleren med fordel være fremstillet af aluminium, idet kobber ganske vist er en bedre leder end alu-35 minium, men er tungere. Valget af aluminium udgør et til- 5 DK 96 00068 U3 fredsstillende kompromis: dette materiale er en anelse mindre varmeledende end kobber, men er klart lettere.

Med en valgt højde af køleren skal der ved optimeringen kun bestemmes to parametre, bredden (h) af ribber og afstanden (e) mellem ribberne skal findes.

For hvert par af værdier (h) og (e) benyttes den følgende beregningsmetode. Kølerens tryktab Ap(v) bestemmes som en funktion af lufthastigheden. Dette tryktab beregnes ved sammenligning af mellemrummet mellem ribberne og en rektangulær kanalføring, samt under anvendelse af teorien for adimensionelle tal. Med kendskab til passagernes tværsnit (summen af intervallerne mellem ribberne) kan man udlede kurven ^p(Q), tryktabet som funktion af luftmængden. Ved at finde skæringspunktet mellem denne kurve og ventilatorens karakteristikkurve bestemmes mængden og således hastigheden af luften for dette driftspunkt.

Derefter beregnes konvektionskoefficienten mellem ribberne og den omgivende luft, alt i overensstemmelse med teorien for adimensioneXle tal. Med kendskab til omgivelsernes temperatur , konvektionskoefficienten og den termiske ledningsevne af aluminium og kobber, kan man derefter beregne temperaturen på anodens akse, under antagelse af en ensartet fordeling langs denne akse. Tilbage står blot at finde det værdipar (h, e), der giver den laveste temperatur .

En finite element-bestemmelse af temperaturfordeling på anoden gør det muligt at verificere hypotesen om den tilnærmelsesvis ensartede temperaturfordelingen på anodeaksen.

Beregningerne viser, at den optimale bredde af ribberne ligger på omkring 4 mm, og at den optimale afstand eller 6 DK 96 00068 U3 vidde mellem ribberne er på omkring 2 mm. Den beregnede temperatur er på 180 grader C ved en afgivet effekt på 2000 W. Derved sikres brugeren en 100%-arbejdsrytme ved en temperatur af omgivelserne på 40 grader.

Det problem, der nu tilbagestår, er den praktiske tilvejebringelse af et sådant emne. Den fabriksmæssige bearbejdning vil være særdeles bekostelig, mens de traditionelle støberimetoder nødvendiggør en frigangsvinkel på 2 grader for udtagning fra formen. Hvad angår ekstrudering kan dette kun berettiges økonomisk ved fremstilling af serier på flere tusinde emner.

Den foreslåede løsning ifølge et andet aspekt af opfindelsen består af formstøbning under anvendelse af en deformerbar form. Der tildannes en “positiv” model af køleren, hvor samtlige dimensioner er forøget med sammentræk-ningsprocenten for støbealuminium. Ud fra denne model dannes et negativ og derefter på ny en positiv af silikone, og derefter, omkring denne model, støbes en gipsmodel. Silikonens eftergivelighed tillader sammentrækning på trods af fraværet af anstillingsvinkler. Gipsen tjener herefter som en tabt form til støbning af det færdige emne.

Med denne løsning er det dog ikke muligt at have .et mellemrum mellem ribberne på mindre end 4 mm. Ved således at vælge h=e=4 mm opnås en teoretisk temperatur på 220 grader C for en afgivet effekt på 2000 W, hvilket er acceptabelt. Imidlertid har de foranstaltninger, der efterfølgende er truffet, vist at hypoteserne har været pessimistiske, da den i praksis konstaterede temperatur under de samme betingelser er af størrelsesordenen 180 grader C. På denne måde kan fremstillingsmetoden sikre brugerne en driftsrytme på 100% ved en temperatur af omgivelserne på 40 grader C.

Claims (7)

1. Bærbart radiologisk apparat omfattende et røntgenstrå-5 lerør og en anordning til bortledning af varmen dannet af røntgenstrålerøret, kendetegnet ved, at anordningen til bortledning af varmen omfatter en køler (13), der er fastgjort til den ydre akse af røntgenstrålerørets (11) anode (12), hvilken køler består af en sammensætning af 10 parallelle ribber (15), der strækker sig i planer, som forløber parallelt med den langsgående akse af røntgenstrålerørets anode (12), samt en ventilator (14) anbragt for at sikre en tvungen konvektion af luft.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den nævnte køler er dannet af to halvparter (13a, 13b) fastgjort til hinanden og fastspændt på aksen af røntgenstrålerørets anode (12).

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at kø lerens ribber (15) har en bredde på ca. 4 mm.

4. Apparat ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at kølerens ribber (15) er adskilt 25 fra hinanden med en afstand i intervallet mellem ca. 2 mm og ca. 4 mm.

5. Apparat ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at køleren (13) er støbt. 30

6. Apparat ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at køleren (13) er fremstillet af aluminium. DK 96 00068 U3

7. Køler med ribber beregnet til at blive monteret på et røntgenstrålerør for at bortlede varmen og som defineret i de foregående krav.