ITMI960142U1 - Apparecchiatura di radiologia portatile - Google Patents

Abstract

Il silenziatore in aspirazione, del tipo ad assorbimento, per soffiatori volumetrici presente una configurazione nel suo complesso cilindrica. L'asse di tale cilindro è parallelo all'asse della bocca di aspirazione del soffiatore, l'apertura di uscita del silenziatore essendo ricavata in corrispondenza della base del cilindro rivolta verso la bocca di aspirazione, mentre l'apertura di entrata del silenziatore è ricavata sulla superficie laterale del cilindro. Il silenziatore è applicabile direttamente alla flangia della bocca di aspirazione del soffiatore, per cui non sono necessarie specifiche strutture di supporto del silenziatore.

Description

Il presente trovato si inquadra nel campo della radiologia industriale e più particolarmente nel campo dei generatori di raggi X portatili destinati al controllo radiologico sul cantiere.

Il rendimento energetico di un tubo a raggi X è molto debole, dell'ordine del 3 %. La maggior parte dell'energia fornita al tubo viene trasformata in calore sul bersaglio. Questo bersaglio essendo di dimensioni molto piccole, è importante evacuare molto rapidamente questo calore per non vedere la temperatura del bersaglio elevarsi molto rapidamente, il che può portare alla sua fusione ed alla distruzione del tubo.

Certamente, esistono generatori che comprendono uno scambiatore di calore per evacuare il calore del tubo a raggi X, lo scambiatore di calore essendo costituito da alette concentriche. L'efficacia dì un tale dispositivo si dimostra in pratica insufficiente.

Questo problema obbliga la maggior parte dei fabbricanti di generatori portatili a limitare il ritmo di funzionamento della loro apparecchiatura, per esempio a cinque minuti di funzionamento poi cinque minuti di arresto. Il rendimento della apparecchiatura ne deriva quindi ridotto.

Ora, esiste nella clientela una forte richiesta per una apparecchiatura che accetti un ritmo di lavoro del 100 %. Questo bisogno ha portato ha portato la richiedente a concepire ed a mettere a punto un sistema di raffreddamento ottimale per un tubo a raggi X.

Il trovato propone anche un generatore a raggi X portatile che comprende un dispositivo di raffreddamento tale come definito nelle rivendicazioni. Più particolarmente, il dispositivo di raffreddamento comprende un radiatore ad alette parallele, fissate sulla parte accessìbile dell'anodo del tubo a raggi X, ed un ventilatore disposto per assicurare una convezione forzata a portata di aria elevata.

Il dispositivo secondo il trovato essendo basato su una convenzione forzata e non sulla convezione naturale, è sembrato vantaggioso prevedere una superficie di alette molto importante, a costo di avere uno spazio ridotto tra le alette per una questione di ingombro.

L'obbiettivo perseguito nella concezione e nella realizzazione del generatore di raggi X portatile secondo il trovato è di raggiungere uno scambio termico ottimale e per raggiungere questo obbiettivo, è stato intrapreso uno studio volto ad ottimizzare i parametri di realizzazione del radiatore che influenzano lo scambio termico e di conseguenza l'efficacia del raffreddamento .

Il montaggio del radiatore sull'anodo del tubo a raggi X è concepito in modo da realizzare un buon contatto termico ed una buona conduzione termica. A questo fine, il radiatore è vantaggiosamente realizzato in due parti serrate sull'anodo del tubo a raggi X. Per ragioni di peso, il radiatore può vantaggiosamente essere realizzato in alluminio benché il rame sia miglior conduttore dell'alluminio ma esso è più pesante. La scelta dell'alluminio costituisce un compromesso soddisfacente: questo materiale è un po meno buon conduttore di calore del rame, ma è nettamente più leggero.

Il trovato viene esposto più in dettaglio nel seguito su un esempio di modo di realizzazione illustrato nei disegni allegati.

La figura 1 mostra una vista in sezione assiale di un generatore a raggi X conforme al trovato.

La figura 2 è una vista di dettaglio che mostra il radiatore montato sul tubo a raggi X.

La figura 3 è una vista in pianta dal disopra del radiatore della figura 2.

Sulla figura 1 che rappresenta un generatore di raggi X portabile 10 conforme al trovato, il tubo a raggi X viene indicato con 11, l'anodo del tubo con 12, il radiatore con 13 ed il ventilatore con 14. Il radiatore 13 viene fissato sulla parte accessibile dell'anodo 12. Facendo riferimento alla vista di dettaglio della figura 2, si osserva il profilo conico della parte bassa del radiatore 13. Questo viene vantaggiosamente costituito da due metà 13a e 13b serrati sull'anodo 12 del tubo per mezzo di viti (non rappresentate sulla figura 3). Il radiatore 13 comprende alette 15 che si estendono parallelamente l'una all'altra nei piani paralleli all'asse longitudinale dell'anodo 12 del tubo a raggi X.

L'adozione di un radiatore ad alette parallele viene condizionata dal fatto che il dispositivo secondo il trovato viene basato su una convezione forzato e non sulla convezione naturale. E' dunque sembrato vantaggioso prevedere una superficie di alette molto importante, a rischio di avere uno spazio ridotto tra le alette per una questione di ingombro.

I parametri che regolano lo scambio termico nella applicazione particolare considerata dal trovato sono la larghezza delle alette, la larghezza della spaziatura tra le alette e la altezza totale del radiatore.

La riduzione della larghezza tra le alette permette di aumentare la superficie di scambio aumentando il numero di alette. Essa permette ugualmente la riduzione della sezione di passaggio dell'aria, il che aumenta la sua velocità e favorisce lo scambio termico. Per contro, se questa sezione viene troppo ridotta, la perdita di carico aumenta e la portata di aria diminuisce, il che è favorevole.

La riduzione della larghezza delle alette permette di aumentare la superficie di scambio, ma impedisce il trasferimento del calore verso l'esterno delle alette, riducendo così la loro efficacia.■

L'aumento della altezza del radiatore, per ciò che si riferisce ad essa, permette di aumentare la superficie di scambio, ma aumenta in ugual modo le perdite di carico.

E' chiaro che, visto gli effetti contraddittori di questi differenti parametri, un ottimo è stato ricercato al fine di assicurare uno scambio termico ottimale e, di conseguenza, una efficacia di raffreddamento ottimale:

Per non allungare inutilmente l'apparecchiatura, la altezza del radiatore viene mantenuta ragionevole di modo che il radiatore non oltrepassa di più di 10 mm in rapporto al tubo a raggi X. Affinché il radiatore non si interponga nella radiazione del tubo, la base del radiatore ha ricevuto di preferenza una forma conica con un angolo di 20°. Il diametro del radiatore viene imposto dalla necessità di tenere conto di una sezione sufficiente di passaggio sufficiente per l'aria entrante.

Il montaggio del radiatore sull'anodo del tubo a raggi X viene concepito in modo di realizzare un buon contatto termico ed una buona conduzione termica. A questo scopo, il radiatore viene vantaggiosamente realizzato in due parti serrate sull'anodo del tubo a raggi X. Per ragioni di peso, il radiatore può essere vantaggiosamente essere realizzato in alluminio nonostante il rame sia migliore conduttore dell'alluminio ma esso è più pesante. La scelta dell'alluminio costituisce un compromesso soddisfacente: questo materiale è un poco meno buon conduttore del calore del rame, ma esso è nettamente più leggero.

La altezza del radiatore essendo scelta, l'ottimizzazione porta su parametri, vale a dire la larghezza (h) della alette e la spaziatura (e) tra le alette.

Per ciascuna coppia di valori (h) ed (e), il me-todo di calcolo è il seguente. Si calcola la perdita di carico del radiatore Δρ(ν) in funzione della velo-cità dell'aria. Questa perdita di carico viene calcolata assimilando lo spazio tra le alette ad una cana-lizzazione rettangolare, ed applicando la teoria dei numeri adimensionali. Conoscendo la sezione dei pas-saggi (la somma degli intervalli tra le alette), si può dedurne la curva Ap(Q), perdita di carico in funzione della portata di aria. Rilevando l'intersezione tra questa curva e la curva caratteristica del ventilatore, si determina la portata e dunque la velocità dell'aria per quel punto di funzionamento.

Si calcola allora il coefficiente di convezione tra le alette e l'aria ambiente, sempre tramite la teoria dei numeri adimensionali. Conoscendo la temperatura ambiente, il coefficiente di convezione e la conducibilità termica dell'alluminio e del rame, si può allora calcolare la temperatura sull'asse dell'anodo, supponendo una ripartizione uniforme su questo asse. Non resta allora che da ricercare la coppia di valori (h, e) che dia la temperatura più bassa .

Un calcolo tramite elementi finiti della ripar-tizione della temperatura dell'anodo permette di verificare l'ipotesi di ripartizione quasi uniforme della temperatura sull'asse dell'anodo.

I calcoli che mostrano che la lunghezza ottimale delle alette si situa nelle vicinanze di 4 mm e che la spaziatura ottimale tra le alette è di circa 2 mm. La temperatura calcolata è di 180°C per una potenza dissipata di 2000 W. Questo risultato permette di garantire all'utilizzatore un ritmo di lavoro del 100 % ad una temperatura ambiente di 40°C.

II problema che si pone allora è quello della realizzazione pratica di un tale pezzo. In effetti, la sua lavorazione costerebbe una fortuna, dal momento che i metodi di fonderia tradizionali impongono di avere un angolo di spoglia di 2° per la sformatura. Quanto all'estrusione, essa non potrebbe giustificarsi economicamente che per la produzione di serie di parecchie migliaia di pezzi.

La soluzione proposta conformemente ad un secondo aspetto del trovato, consiste in una fusione con l'ausilio di uno stampo deformabile. Si realizza tramite lavorazione un modello "positivo" del radiatore, tutte le cui dimensioni siano state aumentate della percentuale del ritiro dell'alluminio di fonderia. A partire da questo modello si realizza un negativo, poi di nuovo un positivo in silicone, poi, attorno a questo modello, si cola un negativo in gesso. La ce-devolezza del silicone permette di ritirarlo malgrado l'assenza di angoli di spoglia. Questo gesso serve allora da forma persa per colare il pezzo definitivo.

Questa soluzione non permette tuttavia di avere uno spazio tra alette inferiore a 4 mm. Scegliendo allora h = e = 4 mm, si ottiene una temperatura teorica di 220°C per una potenza dissipata di 2000 W, il che resta del tutto accettabile. Pertanto, le misure che hanno potuto essere realizzate tramite la sequenza hanno mostrato che le ipotesi erano state piuttosto pessimistiche, poiché la temperatura effettivamente rilevata in queste medesime condizioni è dell'ordine di 180°C. E' così che questo procedimento di fabbricazione permette di garantire agli utilizzatori un ritmo di lavoro del 100 % ad una temperatura ambiente di 40°C.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura di radiologia portatile comprendente un tubo a raggi X ed un mezzo di evacuazione del calore prodotto dal tubo a raggi X, caratte-rizzata dal fatto che il mezzo di evacuazione del calore comprende un radiatore (13) fissato sull'asse esterno dell'anodo (12) del tubo a raggi X (11), il radiatore essendo costituito da un assieme di alette parallele (15) che si estendono in piani paralleli all'asse longitudinale dell'anodo (12) del tubo a raggi X, ed un ventilatore (14) disposto per assicurare una convezione forzata dell'aria.
2. 2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il radiatore precitato è costituito da due metà (13a, 13b) fissate l'una all'altra e serrate sull'asse dell'anodo (12) del tubo a raggi X.
3. 3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che le alette (15) del radiatore hanno una larghezza di circa 4 mm.
4. 4. Apparecchiatura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che le alette (15) del radiatore sono distanziate l'una dall'altra di una distanza compresa nel campo che va da circa 2 mm a circa 4 mm.
5. 5. Apparecchiatura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il radiatore (13) è fuso.
6. 6. Apparecchiatura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il radiatore (13) è realizzato in alluminio.
7. 7. Radiatore ad alette destinato ad essere montato su un tubo a raggi X per evacuarne il calore, così come definito nelle rivendicazioni precedenti.