JP4063369B2 - Ｘ線管冷却流体から熱を除去する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像診断装置のＸ線管から熱を運び去るのに用いる油或いは他の流体を冷却する装置に関する。特に、本願発明はＣＴ画像を得る患者及び操作員を不安或いは不快にする音響ノイズをかなり減少する型の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
当業界に周知のようにＸ線管は動作中にかなりの量の熱を発生する。従って、Ｘ線管の付近から熱を除去し、且つ、その熱を周囲環境に消散するようにする必要がある。普通の構成では、ＵＮＩ−ＶＯＬＴ（登録商標）の名称でエクソン（Ｅｘｘｏｎ）（「Ｅｘｘｏｎ」は登録商標）から販売されている製品のような冷却流体或いは油がＸ線管の周りを循環して、過剰な熱を受取り、それから、第１のホース、導管、又はそのようなものを通って熱交換器へ流れる。熱交換器は油に蓄積された熱を周囲の空気に曝し、そのため熱を対流により空気へ転移することができる。冷却された油は第２のホース或いは導管を通ってＸ線管へ戻る。
【０００３】
上記の型の冷却機構は通常はファンを用いて、熱の転移を増加するために、熱交換器を越して即ち熱交換器を通して空気を移動させる。Ｘ線管がＣＴ装置に関連して用いられると、ＣＴ画像を得るために患者の周りを急速に回転させる環状ガントリーにＸ線管、熱交換器、及び、冷却ファンがそれぞれ装着される。ガントリーは例えば９０ｒｐｍの速度で回転することがある。現在、ＣＴ装置に用いるＸ線管冷却ファンは軸流である傾向がある。即ち、ファンによって生じた取入れ及び排出空気流は共にファン軸、即ち、羽根の回転軸に沿って向けられる。ここで、「取入れ」及び「排出」空気流は、ファンの動作によりそれぞれファンに入り或いはファンから出て行く空気の流れ或いは量を意味する。十分な冷却能力を得るため、軸流冷却ファンは約３６００ｒｐｍの速度で回転させなければならない。
【０００４】
振動に耐え、且つ、頑丈或いは剛性の手段を備えるために、軸流ファンは、一般に、間隔をおいた複数のファン羽根の外縁の周りに配置された多くの支柱或いは同様な部材を有する。羽根が一つの支柱を通り過ぎる度に、音響ノイズが生じる。上述のファン回転速度では、純音、即ち、そのようなノイズの第一高調波は５００Ｈｚを越える。従って、そのようなノイズの第２或いはより高次の高調波は１０００Ｈｚを越える。当業者に知られているように、１０００Ｈｚは、音響ノイズに関連して「不快係数」を減少させるに当たり非常に重要な閾値である。即ち、１０００Ｈｚを越える主周波数成分を有する音響ノイズはそのような成分を含まないノイズよりもかなり不快にする傾向がある。
【０００５】
１０００Ｈｚ閾値及びそれに関連した音響ノイズ「不快係数」はＣＴ用途でのＸ線管の冷却装置の使用に関して特に重要である。画像を得るためにＣＴ装置を動作させているとき、ある期間患者或いは他の撮像体はできるだけ静止していなければならない。従って、患者を悩ましたり、いらいらさせたり、ある場合には、驚かしたりするのを避けるために、うるさいノイズはできるだけ最小にすることが望ましい。過度のノイズはＣＴを操作する人を混乱させるかもしれない。一層高い周波数のガントリー音は、絶えず患者とのコミュニケーションを維持するために、多くの装置で用いている患者のスピーカ及びマイクロフォンと干渉することがある。
【０００６】
従来の冷却ファンによって生じるノイズを取除く一方法はその回転速度を減少させることである。これにより、ファンによって生じる音響ノイズの主周波数成分は１０００Ｈｚ閾値より下に減少させることができる。しかし、これにより、ファンによって生じる熱交換器への空気流もかなり減少するため、Ｘ線管冷却装置の熱性能はかなり弱まる可能性がある。
【０００７】
【発明の目的】
本発明の目的は、Ｘ線管冷却油或いは流体から熱を除去するために配置された装置でのノイズをかなり減少することである。
本発明の他の目的は、ノイズを十分減少しながら良好な熱性能を維持する前記の形式の装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、一体の構成要素としてラジアルファンを用いる前記の形式の装置を提供することである。
本発明の他の目的は、ファンのジャイロ荷重がかなり減少してファンの寿命を長くするコンピュータ断層撮影装置で使用するための前記の形式の装置を提供することである。
【０００９】
本発明のこれら及び他の目的は、添付の図面及びつづく詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１０】
【発明の概要】
ガントリー軸の周りを回転するＣＴ装置のガントリーに装着されたＸ線管を冷却するのに使用する流体から熱を除去する装置が提供される。この装置は、ガントリーと共に回転するためにガントリーに固定可能に結合されたフレーム、及び、Ｘ線管とフレームに近接した位置との間に冷却流体の流路を提供する手段を更に含み、その流路の一部が特定空間内にある。その流路の一部を通って冷却流体が流れるとき、前記冷却流体から熱を除去するために、特定空間を通して空気流を移動させるラジアルファンを備えている。ラジアルファンは羽根或いはインペラの配列を含み、インペラはファン軸の周りを回転して特定空間を通して空気流を羽根配列内に引き込み、それから、半径方向に空気流を排出する。ファンの回転軸がガントリーの軸と略平行関係となるようにラジアルファンをフレームに取付ける手段が設けられる。
【００１１】
好ましい実施例では、フレームは選択した数の平坦構造部材を含み、これら部材はファン・インペラから間隔を置いて配置される。これら平坦部材はそれぞれ半径方向に排出される空気流路に在り、その側縁は排出空気流内の乱流を減少するために選択的に形状が定められ、これにより、そのような乱流によって起るノイズを減少する。好ましくは、その平坦部材のそれぞれの側縁に選択した曲げ半径を設ける。
【００１２】
【好適実施例の詳細な説明】
図１に、ガントリー軸Ａ_g の周りを回転するように配置された環状ガントリー１２を含むＣＴ装置１０のいくつかの構成素子が示されている。Ｘ線管１４及びＸ線検出素子列１６はガントリー１２の両側にそれと一緒に回転するようにガントリー１２の上に共に支持されるように装着されている。Ｘ線管１４はＸ線検出素子列１６に向けてＸ線ビーム１８を投影し、該ビームは寝椅子、或いは、他の患者載置台２４上に支持された患者２２の部分２０を通り抜ける。ガントリー１２がその軸の周りを回転しながら、部分２０内にある患者２２の身体構造を表すＸ線データがＸ線検出素子列１６によって取得される。取得されたデータは、コンピュータ断層技術の当業者に周知の方法及び手法に従ってその身体構造の画像を構成するのに用いることができる。ＣＴ装置の他のいくつかの構成素子、例えばデータ処理及び画像再構成装置は、ガントリー１２を支持し回転自在に駆動する手段と同様に普通のものであり、ＣＴ技術の当業者には同様に周知であると了解されたい。従ってそのような構成部材は図１に示されていない。ＣＴ装置は、例えば、１９９５年１２月５日に発行された米国特許第５，４７３，６５４号及び第５，４７３，６５５号に詳細に記載されている。その教示するものはここに参考に加える。
【００１３】
前記したように、Ｘ線管１４はＣＴ撮像中にかなりの量の過剰な熱を発生する可能性がある。従って、本願発明の実施例に組込まれ以下詳細に記載する冷却機構２６もガントリー１２と一緒に回転するようにガントリーに装着される。Ｘ線管１４から過剰な熱を除去するために、前に触れたエクソン社の製品ＵＮＩ−ＶＯＬＴのような冷却油又は流体が（図１に示していない）Ｘ線管１４の周りを循環させられて、熱がＸ線管から冷却油に転移される。加熱された油はホース又は導管２８を通って冷却機構２６へ流れ、そこで熱は油から除去されて空気に転移される。それから冷却された油はホース又は導管３０を通って流れＸ線管１４に戻る。
【００１４】
さらに図１をみると、これから詳述する軸Ａ_f を有する冷却機構２６が示されているが、その軸はここに組込まれる冷却ファンの軸である。冷却機構２６は直接或いはＸ線管１４の取付け具によってガントリー１２に固定できるように装着されて、ガントリー１２が回転するとき、軸Ａ_f はガントリー軸Ａ_g と平行な関係に維持される。軸Ａ_g とＡ_f のそのような平行な関係を確立し維持する重要な利点は以下同様に記載する。
【００１５】
図２をみると、熱交換器３２、空気シュラウド３４、及びラジアルファンからなるファン３６を全体に含む冷却機構２６が示されている。熱交換器３２はホース２８に接続された導入口３８、ホース３０に接続された導出口４０、及び、内室４２を備えている。内室４２は、導入口３８及び導出口４０にそれぞれ接続された両端を有する配管４４を内蔵している。従って、配管４４はホース２８及びホース３０と共に、冷却油４６の流れに対して、Ｘ線管１４から熱交換器３２を通りＸ線管１４に戻る閉路を提供する。図２に、内室４２内に在る冷却油流路の長さを最大にするために配管４４は複数のＵ型曲がり部を有するように形成されていることが示されている。図２には更に、図２に見られるように熱交換器３２の右側を覆って配置されたダスト遮蔽４８が示されている。熱交換器３２に対して各種の設計がＸ線管冷却技術の当業者に周知であることを了解されたい。ここで熱交換器の具体的な詳細を示すのは、特別な装置というより、普通のＸ線管熱交換器の動作を例示するのが主な目的である。
【００１６】
図２と図３とを合わせて見ると、熱交換器３２の内室４２がラジアルファン３６の内室５０に空気シュラウド３４を介して接続されていることが示されている。従って、ラジアルファン３６が回転駆動されるとき、空気が矢印５２に示す方向に内室４２へ、そして内室４２を通して引込まれる。その方向は軸Ａ_f に略平行である。空気は配管４４の各部分を通過して移動するとき、熱は冷却油４６から空気へ転移される。効率を最大にするために、空気シュラウド３４は、室５０への開口の周りにラジアルファン３６と共に、又、内室４２に対する開口の周りに熱交換器３２と共に緊密なシールを形成する。
【００１７】
更に、図２と図３とを見ると、熱交換器３２、空気シュラウド３４、及び、ラジアルファン３６がそれぞれ略平坦な壁部材５４及び５６を含むフレームにより支持されていることが示されている。壁部材５４及び５６は、ラジアルファン３６から選択的に間隔を置かれた側部部材５８及び６０によって平行な関係で間隔を置かれ互いに結合されるている。側部部材５８及び６０は溶接、ネジ、（図示せず）、その他の適当な手段により壁部材５４及び５６に結合される。ボルト孔６２がボルトを受入れるために各壁部材の一端に設けられ、壁部材及びそれに支持された冷却機構２６をガントリー１２又はＸ線管１４に取付ける。
【００１８】
更に、図３を見ると、単純な形でモータ６４が示され、モータは適当な手段で壁部材５６に固定できるように結合される。モータ６４はラジアルファン３６に形成された縦穴６６内に実質的に存在し、モータ・ケース７０内で固定子巻線６８を備えている。モータ６４には更に回転子７２が設けられ、回転子７２はモータ・ケース７０内で軸受７４により軸受され、軸Ａ_f に沿って整合されている。ラジアルファン３６は連結部材７６によって回転子７２に結合されているので、ファンは回転子により回転駆動される。ファンの軸が軸Ａ_f を含むように連結部材７６はラジアルファン３６を支持する。従って、モータ６４の各構成部材は、ラジアルファン３６を壁部材５６から片持ちばりするように働き、ファンの軸Ａ_f をガントリー軸Ａ_g と平行な関係に方向付ける。一組の導線（図示せず）を通して電力がモータ６４に供給されると、固定子巻線６８が付勢されて、回転子７２及びファン３６を回転駆動する。
【００１９】
ラジアルファン３６の軸はガントリー軸Ａ_g と平行な関係にあるので、ガントリーの回転により生じるジャイロ力は回転するファンに印加されない。そのような平行関係がないと、ガントリーの回転はファン軸に垂直にファンに零でないトルクを印加することになり、ファンの寿命をかなり減らすことになる。例えば、本願発明の実施例を試験したところ、ファン軸とガントリーの軸が平行な関係にあると、ファン軸とガントリーの軸の直交関係或いは他の不平行な関係に対して、１２倍くらいファンの寿命が増加したことを示した。
【００２０】
図２及び３には羽根即ちインペラ８０を備えたラジアルファン３６が示されている。インペラ８０が回転すると、取込まれた空気流は前記したように軸Ａ_f に沿って移動してファン３６に入る。それから、空気は半径方向に排出され、即ち、図３に示す矢印７８に示すように軸Ａ_f から離れて、ファン３６から外方へ移動する。
【００２１】
先行技術の軸流ファンよりむしろラジアルファンを使用することにより、冷却能力をそれほど減少させることなく、ファン回転速度を低くすることができる。例えば、本願発明の実施例で、１９００ｒｐｍの減少した速度で駆動すると、単に３１５Ｈｚの第１高調波成分ノイズが発生する。従って、約７５０Ｈｚの第２高調波成分ノイズは同様に「不快係数」閾値１０００Ｈｚよりかなり下にある。実施例では、更に高次の成分は目立った振幅で発生しなかった。同時に、熱交換器を出る冷却油は、ファンを更に高い速度で運転したときの温度より、約２℃高かっただけである。
【００２２】
更にノイズを減少させるために、ラジアルファン３６に用いられるフレームは、先行技術の軸流ファンに用いられる支柱よりむしろ側部部材５８及び６０を設けている。従って、支柱によって生じる羽根通過ノイズは除去される。側部部材５８及び６０を配置するに当たり、それらをインペラ８０の縁と近接した間隔とし、構造上十分な支持を与えると共に、冷却機構２６の構成の小形化を高めるようにするのが望ましい。好ましい間隔Ｓは約１．０−１．５センチメートルである。しかし、図４に最も良く示されているように、半径方向に排出される空気はファン３６とそれぞれの側部部材５８及び６０との間に高圧空気の領域８２を生じる。このような高圧空気は側部部材５８及び６０の縁９０に近接した低圧空気の領域８６へ流れる。図４において矢印８８で示すその空気の流れを円滑にするため、半径ｒの曲がり部９２が側部部材５８及び６０のそれぞれの両側の縁９０に形成される。好ましくは、その曲がり部の半径ｒは約５．０ミリメートルである。
【００２３】
図５には、本願発明の第２の実施例９６が示されている。この実施例は、軸Ａ_f′に沿って同軸な関係で整列した二つのラジアルファン３６ａ及び３６ｂを含んでいる。実施例９６は、更に、ファン３６ａ及び３６ｂにそれぞれ関連する熱交換器３２ａ及び３２ｂと、空気シュラウド３４ａ及び３４ｂとを含んでいる。ファン３６ａ及び３６ｂ、熱交換器３２ａ及び３２ｂ、並びに、空気シュラウド３４ａ及び３４ｂは、前記した冷却機構２６のファン３６、熱交換器３２、及び、空気シュラウド３４とそれぞれ同じか類似なものである。更に、図５は壁部材５４及び５６とそれぞれ類似の壁部材５４ａ及び５６ａを備えている実施例９６を示していて、これら壁部材は冷却機構２６と同様にファン３６ａ、熱交換器３２ａ、及び空気シュラウド３４ａを動作する関係に支持する。同様に、壁部材５４ｂ及び５６ｂが冷却機構２６と同様にファン３６ｂ、熱交換器３２ｂ、及び、空気シュラウド３４ｂを支持する。壁部材５６ａ及び５６ｂは上部部材９８ａ及び下部部材９８ｂによってそれぞれ互いに取付けられ、上部部材及び下部部材は実施例９６の二つの部分を結合して単一構造にする。
【００２４】
更に図５を見ると、熱交換器３２ａの導入口３８ａと熱交換器３２ｂの導入口３８ｂにそれぞれ結合された二つのホース部分２８ａ及び２８ｂに流体を供給するホース２８が示されている。同様に、ホース３０が、熱交換器３２ａの導出口４０ａ及び熱交換器３２ｂの導出口４０ｂにそれぞれ接続されたホース部分３０ａ及び３０ｂの両方から冷却油を受けるように接続される。従って、Ｘ線管１４から来る約半分が熱交換器３２ａ及び３２ｂのそれぞれに冷却のために送られる。従って、本願発明の実施例９６は図２に示す冷却機構２６の冷却能力の２倍となるが、しかも、比較的小形である。
【００２５】
図５は、モータ６４と同じか類似のモータ６４ｂによって壁部材５６ｂから片持ちばりされたファン３６ｂが示され、ファン３６ｂはモータ６４ｂによって駆動される。ファン３６ａは、同様にモータ６４と同じか類似のモータ（図示せず）に装着され且つ駆動され、又、壁部材５６ａに取付けられている。実施例９６は、更に、側部部材５８とぞれぞれ類似の側部部材５８ａ及び５８ｂを備えていて、又、側部部材６０とぞれぞれ類似の側部部材６０ａ及び６０ｂを備えている。
【００２６】
明らかに、本発明の様々な改変と変更が前記した教示において可能である。従って、開示した技術思想の範囲内で本願発明を具体的に記述したのと違ったように実施できることを了解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願発明の実施例と共にＣＴ装置の選択した構成要素を示す斜視図。
【図２】図１の本願発明の実施例を更に詳細に示す斜視図。
【図３】図２の線３ー３に沿って取った断面図。
【図４】図２の線４ー４に沿って取った断面図。
【図５】図１の実施例の変形を示す斜視図。
【符号の説明】
１２：ガントリー
１４：Ｘ線管
２８、３０：ホース
３２：熱交換器
３６：ラジアルファン
５４、５６：壁部材
５８、６０：側部部材
６４：モータ
Ａ_g：ガントリー軸
Ａ_f：ラジアルファンの軸

Claims (4)

1. ガントリー軸の周りを回転できるＣＴ装置のガントリーに装着されたＸ線管に使用するために配置された冷却装置であって、前記ガントリー軸の周りを該ガントリーと共に回転するように固定可能に結合されたフレーム、前記Ｘ線管と前記フレームに近接した位置との間にＸ線管冷却流体の流路を提供する手段、前記流路の一部分を通して空気流を移動させて、前記冷却流体が該部分を流れるときに前記冷却流体から熱を除去するように配置されたラジアルファン、及び、 前記ラジアルファンの回転軸が前記ガントリーの軸と略平行関係となるように前記ラジアルファンを前記フレームに回転可能に取付ける手段、からなる冷却装置。
2. 前記ラジアルファンが内室の周りに配置されたインペラの配列を含み、且つ、前記流路の前記部分を囲む選択された空間を通して空気流を引き、その後、該空気流を該内室に引き、それから、前記ファン軸に対して半径方向に該空気流を排出するように前記ラジアルファンが回転可能である請求項１記載の冷却装置。
3. ガントリー軸の周りを回転できるＣＴ装置のガントリーに装着されたＸ線管に使用するために配置された冷却装置であって、前記ガントリー軸の周りを該ガントリーと共に回転するように固定可能に結合されたフレーム、前記フレームに装着された熱交換器、流路の特定した部分が前記熱交換器内にあるように前記Ｘ線管と前記熱交換器との間に冷却流体を循環させる該流路を提供する手段、前記熱交換器を通して空気流を移動させて、前記冷却流体が該流路の該特定した部分を流れるときに前記冷却流体から熱を除去するように配置されたラジアルファン、及び、前記ラジアルファンの回転軸が前記ガントリーの軸と略平行関係となるように前記ラジアルファンを前記フレームに回転可能に取付け、且つ、駆動する手段、からなる冷却装置。
4. 前記ラジアルファンが内室の周りに配置されたインペラの配列を含み、且つ、前記熱交換器を通して空気流を引き、且つ、該空気流を該内室に引き、それから、前記ファン軸に対して半径方向に該空気流を排出するように前記ラジアルファンが回転可能である請求項３記載の冷却装置。

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