(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸（１）を中心に回転して当該軸（１）に面している面（３０）を冷却する装置（４）であって、
流体の冷却媒体（４１）に対する容器（４０）を有しており、当該容器は前記回転軸（１）と面（３０）とのあいだに、前記面（３０）とともに回転するように配置されており、
前記面（３０）に向けられている、容器（４０）の少なくとも１つの噴霧ノズル（４２）を有しており、当該噴霧ノズルから冷却媒体（４１）が前記容器（４０）の回転中に、前記容器（４０）内の冷却媒体（４１）に作用する遠心力（Ｆ）によって前記面（３０）に達する噴霧流（４３）として流出する、
ことを特徴とする、回転軸を中心に回転して回転軸に面している面を冷却する装置。
【請求項２】
前記噴霧流（４３）はある角度（α）で傾斜して、冷却されるべき面（３０）に達する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記噴霧流（４３）が傾斜して、冷却されるべき面（３０）に達する角度（α）は、当該面（３０）の回転周波数に依存して設定される、請求項２記載の装置。
【請求項４】
閉鎖式冷却媒体循環装置（５）を有しており、当該装置に、吹き付けられた冷却媒体（４１）が冷却されるべき面（３０）に達した後に集められて容器（４０）に戻される、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記冷却媒体循環装置（５）は冷却面（５０）を有しており、冷却されるべき面（３０）で気化された冷却媒体（４１２）が該冷却面で凝縮される、請求項４記載の装置。
【請求項６】
冷却されるべき面（３０）は、検査されるべき患者を撮影する管（２）を中心に回転する、コンピュータトモグラフのＸ線源に電気的なエネルギーを供給する電子装置の加熱される面である、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
冷却されるべき面（３０）は、検査されるべき患者を撮影する管（２）を中心に回転する、コンピュータトモグラフのＸ線源のターゲットの加熱される面である、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は回転軸を中心に回転して回転軸に面している面を冷却する装置に関する。
【０００２】
回転軸を中心に回転して回転軸に面している冷却されるべき面の例は、コンピュータートモグラフ（Ｘ線断層撮影機）のＸ線源に電気的エネルギーを供給する電子装置の加熱される面である。これはＸ線源とともに、検査されるべき患者を撮影する管を中心に回転する。このようなシステムは「ガントリ」とも称される。
【０００３】
この種のコンピュータトモグラフでは、できるだけ高い回転周波数が望まれる。なぜならこれによって一方では時間単位毎に実行されるトモグラフィ検査数が上昇し、他方では迅速に運動する器官（心臓等）をアーチファクトなく撮影することができるからである。
【０００４】
到達可能な最高回転周波数に対する制限量は、回転すべき全体質量（Gesamtmasse）である。この全体質量はＸ線検出器等の他に、Ｘ線源の質量と、Ｘ線源に電気的エネルギーを供給する装置の質量と、Ｘ線源とともに回転する、電気的エネルギー供給装置の加熱面を冷却する装置の質量とを含む。
【０００５】
このような全体質量が減少すればするほど、到達可能な最高回転周波数は上昇する。同時にコンポーネントの構造サイズの低減によって、回転半径が低減されて、全体として遠心力が減少する。
【０００６】
全体質量に関与する個々の質量をそれぞれ減少させること自体で、既に全体質量は低減する。従ってＸ線源に電気的エネルギーを供給する装置の加熱される面を冷却する装置の質量を減らすことも同じである。
【０００７】
請求項１に記載された本発明は有利には、軸を中心に回転しこの軸に面している面を冷却する装置を提示する。この装置はこの面とともに回転し、質量が小さい構造を有する。
【０００８】
本発明による装置は流体の冷却媒体に対する容器と、面に向けられている、容器の少なくとも１つの噴霧ノズルとを実質的に有する。ここでこの容器は軸と冷却されるべき面との間に、面とともに回転するように配置されている。噴霧ノズルからは容器の回転中に容器内の冷却媒体に作用する遠心力によって冷却媒体が、この面に達する噴霧流（Zerstaeubungsstrahl）として流出する。
【０００９】
本発明による装置は、効果的な噴霧式冷却方法を用いるのに回転を上手く利用している。とりわけ公知の「噴霧冷却（Spray Coolings）」の効果的な方法をその全ての利点とともに使用することができる。ここで遠心力は有利には「コンプレッサ」として使用される。遠心力は回転している容器内の冷却媒体に作用して、冷却媒体を噴霧ノズルを通じて冷却されるべき面に吹き付けるのに充分に高い圧力を生じさせる。
【００１０】
本発明による方法は有利には一般的に、軸を中心に回転して軸に面している面が冷却されるべきところであればどこでも使用可能であり、ここでその質量が小さいことで有利には到達可能な高い最高回転周波数が得られる、ないしは遠心力の低減によって回転周波数または円運動周波数が従来技術に対して高められる。
【００１１】
本発明による装置の有利な構成は噴霧流が垂直にではなく、ある角度で傾斜して冷却されるべき面に達するように構成される、ないしはそのように構成され得るであろう。これによって冷却されるべき面に吹き付けられる冷却媒体の最適な均一性、従って改善された冷却が得られる／到達される。
【００１２】
このような構成の有利な実施形態では、噴霧流が傾斜して冷却されるべき面に達する角度は、この面の回転周波数に依存して設定される。
【００１３】
ある角度で傾斜して冷却されるべき面に達する噴霧流は、例えば、面に対して垂直に配向されている噴霧軸（Strahlachse）を有する噴霧流が噴霧ノズルから流出する場合に生じる。この噴霧流は、ノズルから冷却されるべき面までの経路上で回転の面においてコリオリの力の作用によって曲げられ、ある角度で傾斜して面に達する。この角度の値は回転周波数に依存し、回転周波数が高くなるほど大きくなる。
【００１４】
これには関わりなく、ある角度で傾斜して冷却されるべき面に達する噴霧流は次のことによって生じる。すなわち噴霧流が、冷却されるべき面に対してある角度で傾斜して配向された噴霧軸を有して噴霧ノズルから流出し（austritt）、噴霧流がある角度で傾斜してこの面に達することによって生じる。この場合に例えば噴霧流が傾斜して、冷却されるべき面に達する角度は、噴霧軸の角度によってこの面に相対的にセットされる。上述した角度を、面の回転周波数に依存して設定することができる。
【００１５】
本発明による装置の有利な別の構成は、閉鎖式冷却媒体循環装置を有している。この装置内には噴霧された冷却媒体が冷却されるべき面に達した後に集められて、容器内に戻される。
【００１６】
このような別の構成の有利な構成では、この冷却媒体循環装置は冷却面を有する。この冷却面で、冷却されるべき面で気化された冷却媒体が凝縮される。
【００１７】
本発明による装置の特に有利な構成では冷却されるべき面は、検査されるべき患者を撮影する管を中心に回転する、コンピュータトモグラフのＸ線源に電気的エネルギーを供給する電子装置の加熱される面である。
【００１８】
別の使用としてターゲット、すなわちＸ線源自体のアノードを冷却のためにこのような冷却装置を同じように用いることができる。これに相応して本発明による装置の有利な実施形態では冷却されるべき面が、検査されるべき患者を撮影する管を中心に回転する、コンピュータトモグラフのＸ線源のターゲットの加熱される面であるように構成される。
【００１９】
上述したこれらの各装置の利点を以下に示す：
・熱を効率的に、Ｘ線源に電気的なエネルギーを供給する装置および／またはＸ線源自体の冷却されるべき面から逃がすことができる。
【００２０】
・質量が小さいので、トモグラフの回転されるべき全体質量（ガントリの回転部分）が低減され、到達可能な所望のより高い最高回転周波数が得られる。これはトモグラフの効率を、時間単位毎に実行されるトモグラフィ検査を増やすことによって高める。また迅速に運動する器官をアーチファクトなく示すことができる。
【００２１】
・Ｘ線源に電気的エネルギーを供給する装置が、それ自身の冷却されるべき面が回転軸に面するように配置されることだけが必要である。
【００２２】
・Ｘ線源に電気的エネルギーを供給する装置をパワーエレクトロニクス構成素子によって構成することを可能にする。これによってトモグラフの回転されるべき全体質量が再び低減され、到達可能な最高回転周波数が再び上昇する。さらにこれによってトモグラフの回転部分の構造サイズおよび回転半径が顕著に低減される。
【００２３】
本発明を例示的に以下の明細書で図面に基づきより詳細に説明する。
【００２４】
図１には、コンピュータートモグラフのガントリの回転部分上に固定されてこの部分とともに回転するガントリの加熱面を冷却する本発明による装置の実施例が示されている。
【００２５】
図２には、本発明による装置の実施例の噴霧ノズルから冷却されるべき面に対して垂直な噴霧軸を有して流出し、作用するコリオリの力によってある角度で傾斜してこの面に達する噴霧流が示されている。
【００２６】
図３には、本発明による装置の実施例の噴霧ノズルから、冷却されるべき面に対して傾斜して配向された噴霧軸を有して流出し、ある角度で傾斜してこの面に達する噴霧流が示されている。
【００２７】
これらの図面の縮尺は正しくない。
【００２８】
例として示されたコンピュータトモグラフの図１に示されたガントリ部分は、軸１を有している。この軸は図１の図平面に対して垂直であり、この軸を中心にトモグラフのガントリの回転部分が回転する。
【００２９】
軸１は同時に、ガントリの簡単に示されているだけの固定された管２の長手軸である。この管は患者の撮影用である。撮影された患者は管２の内部空間２０において、同じように内部区間２０内に存在する軸１に沿ってずらされる。
【００３０】
軸１および管２を中心に回転するトモグラフのガントリの部分はＸ線源と、Ｘ線検出器と、Ｘ線源に電気的エネルギーを供給する電子装置と、ガントリの回転部分の加熱される装置の冷却されるべき面を冷却する装置等を含む。加熱される装置は図１ではシンボルとして参照番号３で示された小箱によって示されている。この装置はガントリの回転部分上に固定されており、この部分と同期して軸１および管２を中心に、例えば矢印１０の方向に回転する。
【００３１】
加熱される装置３は例えばＸ線源に電気的エネルギーを供給する、有利には半導体構成素子によって構成された装置である。ここで冷却されるべき面は、軸１に向けられているこの装置の加熱される面であり、および／またはＸ線源自体である。ここで冷却されるべき面はこの源のアノードの、軸１に向けられている加熱される面であり、有利にはアースされたアノードの背面である。
【００３２】
図１には装置３の冷却されるべき面が、小箱の軸１に向けられている側面によって象徴的に示されている。この側面は参照番号３０によって示されている。この冷却されるべき面３０は、例えば図１の図平面に対して垂直である。
【００３３】
冷却されるべき面３０を冷却する装置は参照番号４で示されており、管２と装置３の冷却されるべき面３０とのあいだに配置されている。
【００３４】
本発明では装置３の面３０を冷却する装置４は、流体の冷却媒体４１に対する容器４０と、この容器４０の、面３０に向けられている少なくとも１つの噴霧ノズル４２とを有している。ここでこの容器は管２と装置３の面３０とのあいだに、装置３および面３０とともに回転するように配置されている。噴霧ノズルからは容器の回転中に冷却媒体４１が、容器４０内の冷却媒体４１に作用する遠心力Ｆによって、噴霧流４３として流出する。これは装置３の面３０に達する。
【００３５】
容器４０は管２と装置３の面３０とのあいだに配置されており、軸１は管２の内部空間２０内に存在するので、容器４０は必然的に軸１とこの軸１に向けられており冷却されるべき、装置３の面３０とのあいだに配置される。この面に最終的に噴霧流が達する。
【００３６】
容器４０が装置３および面３０とともに回転することは、容器４０が装置３および面３０と、矢印１０の方向に軸１を中心に同期して回転することを意味する。この回転は例えば容器４０および装置３がしっかりと相互に接続されることによって行われる。
【００３７】
容器４０が軸１を中心に回転しているあいだに生じて、容器４０内の冷却媒体４１に作用する遠心力Ｆは、軸１から半径方向（radial）に作用する。すなわち矢印１１の方向に作用する。遠心力Ｆの値は｜Ｆ｜＝ｍ・ｒ・ω２によってあらわされる。ここでｍは冷却媒体４１の質量をあらわし、ｒは冷却媒体４１の軸１からの回転中の半径間隔をあらわし、ωは回転の角速度をあらわす。
【００３８】
軸１に向けられている、容器４０内の流体の冷却媒体４１の表面４１０に垂直に作用する遠心力Ｆは冷却媒体４１内に静圧（hydrostatischen Druck）を生じさせる。この静圧によって冷却媒体４１が噴霧流４３として噴霧ノズル４２から流出する。これによって冷却媒体４１は小さな冷却媒体粒子の形状で装置３の冷却されるべき面３０に吹き付けられる。
【００３９】
噴霧ノズル４２から面３０に向かって運動する噴霧流４３の各冷却媒体粒子に回転によって周知のコリオリの力が作用する。このコリオリの力は矢印１０の方向に対して反対に向けられ、冷却媒体粒子はこのような反対の方向に方向を変えられる。これによって噴霧流４３、正確には噴霧流４３の噴霧軸は噴霧ノズル４２と冷却されるべき面３０とのあいだの経路上で曲げられる。
【００４０】
図２ではこのことがやや誇張されて示されている。例えば噴霧流４３は冷却されるべき面３０に対して平行に向けられている噴霧軸４３０を有して、噴霧ノズル４２から流出する。これは図２では一点鎖線によって示された噴霧軸４３０が、噴霧ノズル４２の領域で、破線によって示されている想定された面３０' に対して垂直であることで明確にされている。この面は図２の図平面に対して垂直である冷却される面３０と垂直である。
【００４１】
噴霧軸４３０上で運動し、噴霧ノズル４２から流出した冷却媒体粒子４３１は、面３０へ向かう経路上でさらに直線的に運動するのではなく、矢印１０と反対の矢印１０' の方向に作用するコリオリの力ＦＣ' によって方向を変えられ、図２では左へ曲げられた線路上で運動する。ここでこの線路は曲げられた噴霧流４３の噴霧軸ないしは噴霧軌道４３０を定める。
【００４２】
これに相応して噴霧軸４３０上に存在する噴霧流４３の冷却媒体粒子４３１は、噴霧軸４３０の側方で、面３０への曲げられた線路上で運動しない（？）。これは破線４３０' によって示されている。従って噴霧流４３は全体的に曲げられ、ある角度で傾斜して面３０に達する。この角度は図２では、面３０に当たる噴霧軸４３０と、この面３０とのあいだの角度α＜９０°によって示されている。
【００４３】
噴霧流４３が傾斜して面３０に達することで、面３０に吹き付けられる冷却媒体４１の最適な均一化が助長される。なぜなら運動している冷却媒体粒子４３１から面３０に伝達される運動力（Impuls）はその都度、正確に半径方向に向けられるのではなく、面３０に対して平行な成分も有しているからである。これは吹き付けられた冷却媒体がこのような成分の方向に流れるのを捉進させる。
【００４４】
角度αは回転の角速度ω、従って回転周波数に依存する。これが、充分に小さい角度α＜９０°を得るのに適していない場合には次のことによってサポートされる。すなわち冷却されるべき面３０に対してある角度で傾斜して配向された噴霧軸４３０を有する噴霧流４３が噴霧ノズル４２から流出されることである。
【００４５】
図３にはこのような場合が示されている。図３は、噴霧ノズル４２の領域において噴霧軸４３０が回転方向１０と反対方向に、面３０に対して左へβ＜９０°の角度で傾斜している点でのみ図２と異なる。角度βが小さく選択されるほど、角度αは小さくなる。
【００４６】
角度αはこの場合、角度βの設定によって回転周波数に依存して設定される。とりわけ常に面３０の冷却に対して最適な値に設定される。
【００４７】
唯一の噴霧ノズル４２の代わりに２つまたはそれより多い噴霧ノズル４２を設けることもできる。これらの噴霧ノズルの噴霧流４３はとりわけ種々異なる方向から傾斜して面３０に達する。
【００４８】
冷却されるべき面３０を例えば半径方向に配向された噴霧ノズル４２に対して傾斜して配置することもできる。その上、これは平らである必要はなく、凹状および／または凸状に曲げられていてもよい。
【００４９】
装置３の面３０を冷却する、図１の装置４は閉鎖式冷却媒体循環装置５を有する。この冷却媒体循環装置内には、噴霧された冷却媒体４１が冷却されるべき面３０に達した後に集められて、容器４０内に戻される。とりわけこのような冷却媒体循環装置５は冷却面５０を有する。ここで冷却されるべき面３０で気化された冷却媒体４１が凝縮（kondensiert）される。
【００５０】
この装置は例えば次のように作動される：冷却されるべき面３０に絶え間なく吹き付けられる冷却媒体４１はこの面３０上で、点線で簡易化して示された冷却媒体フィルム４１１を形成する。ここから絶え間なく冷却媒体４１が気化される。
【００５１】
ここから結果として生じ、点線状の矢印で簡易化して示される冷却媒体蒸気４１２は遠心力Ｆによって、軸１の半径方向に運動し（これは点線状の矢印が曲げられていることで示されている）、壁部６に達する。この壁部はトモグラフの回転部分を外側に向かった半径方向で包囲し、ともに回転して有利には軸１を中心に湾曲している。この壁部は例えば回転中に自身から生じる空気流によって外部から冷却される。
【００５２】
この壁部の軸１に面している面は冷却面５０を構成する。この冷却面に冷却媒体蒸気４１２が達し、冷却媒体蒸気４１２は冷却媒体凝縮液としてここを離れる。これは冷却面５０全体にわたって均一に分配される冷却媒体フィルム４１３を形成する。遠心力Ｆは冷却面５０に対してこのフィルムを圧する。
【００５３】
回転周波数が逓減することによって、冷却媒体フィルム４１３内に含まれている冷却媒体４１が例えば側方壁部７を介して軸１の方向に自動的に流れ出て、受け止め漏斗部８で受け止められ、受け止め漏斗部８から容器４０内に戻される。
【００５４】
受け止められた冷却媒体４１が戻ることは、必要な場合には（例えばガントリの回転が上昇する場合には）ポンプ９によってサポートされる。しかしこの種のポンプ９は装置４の構造を複雑にし、回転されるべき質量を大きくする。
【００５５】
冷却媒体４１として有利には不活性の冷却媒体が使用される。これは接触する部分と科学的に反応しない。例えば弗素化物（Fluorinert）が使用される。
【００５６】
従来技術ではトモグラフのＸ線源に電気的なエネルギーを供給する装置３は、従来使用されてきたコンポーネントおよびパワーエレクトロニクスモジュールによって構成される。これらは比較的重く、低いチップ質量対ケーシング質量比を有する。
【００５７】
冷却はアクティブな空冷または水冷によって行われる。ここで水冷はより効果的に機能する。しかしこれはより高い技術的なコストも意味し、より大きな質量と結びついている。しかし空冷も、ヒートシンクの必要な熱蓄積能力によって、多大の体積、従って重量も意味する。
【００５８】
装置３の面３０を冷却する本発明による装置４が装備された新式のトモグラフでは、さらに次のような可能性が生じる。すなわち装置３が有利には、比較的重くチップ質量対ケーシング質量比が低い冷却コンポーネントおよびモジュールを有するのではなく、軽量の構造様式のパワーエレクトロニクス構成素子を有する可能性である。これによって、トモグラフの回転する質量はさらに低減され、トモグラフの回転部分の構造はさらに簡易化される。
【００５９】
回転軸を中心に回転し、回転軸に面している面を冷却する本発明による装置はトモグラフ内での使用に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  コンピュータートモグラフのガントリの回転部分上に固定され、この部分とともに回転するガントリの加熱面を冷却する本発明による装置の実施を示す図である。
【図２】  本発明による装置の実施例の噴霧ノズルから冷却されるべき面に対して垂直な噴霧軸を有して流出する、作用するコリオリの力によってある角度で傾斜して面に達する噴霧流を示す図である。
【図３】  本発明による装置の実施例の噴霧ノズルから、冷却されるべき面に対して傾斜して配向された噴霧軸を有して流出し、ある角度で傾斜して面に達する噴霧流を示す図である。
【図１】
0004605740.tif 000002
【図２】
0004605740.tif 000003
【図３】
0004605740.tif 000004