Чиллер для линейного ускорителя и КТ: расчёт охлаждения

Чиллер для линейного ускорителя и КТ считают по тепловыделению аппарата во внешний водяной контур — его указывает паспорт или требования к помещению — и по числу аппаратов на одном чиллере. Калькулятор подставляет типовое значение для аппарата, принимает паспортное и показывает холодопроизводительность с запасом и расход воды.

Откуда берётся тепло

• Источник СВЧ-мощности. У линейного ускорителя клистрон или магнетрон и модулятор превращают в тепло большую часть потребляемой мощности. Их охлаждает внутренний контур деионизированной воды.
• Ускоряющая структура и мишень. Волновод и мишень, на которой электроны превращаются в тормозное излучение, греются при каждом облучении; их температуру держат в узком допуске, иначе уходит энергия пучка.
• Рентгеновская трубка КТ. Анод трубки нагревается при каждом сканировании; у аппаратов с водяным охлаждением тепло трубки и генератора отдаёт в воду теплообменник гентри.
• Внутренний контур. Все эти узлы охлаждаются собственным контуром аппарата, а чиллер снимает тепло с его теплообменника. Поэтому в расчёт идёт тепловыделение в воду из паспорта, а не электрическая мощность подключения.

Так же устроено охлаждение томографа — гелиевый компрессор и градиенты МРТ считают в задаче о чиллере для МРТ. Тепло, которое аппарат отдаёт в воздух процедурной, снимают отдельно — фанкойлами, как в задаче о фанкойлах.

Формула

Q = q × n × (1 + k / 100)

G = Q / (1,163 × 5)

q — тепловыделение одного аппарата во внешний водяной контур, кВт, по паспорту; n — число аппаратов на чиллере; k — запас, %; Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; G — расход воды при нагреве на 5 °C, м³/ч, как в расчёте мощности по расходу и температурам. Если паспорт задаёт другой расход или нагрев, расход берут из паспорта.

Значения в таблице и в списке калькулятора — порядок величины для предварительной оценки: у разных производителей и моделей тепловыделение отличается в разы, а многие КТ охлаждаются воздухом и чиллера не требуют вовсе. Для заказа берут паспортное значение и требования к воде: температуру, допуск, расход и давление.

Пример расчёта

Отделение лучевой терапии: один линейный ускоритель до 10 МэВ, тепловыделение в воду по предварительной оценке 16 кВт, вода 12 °C, запас 15 %.

1. Тепло аппаратов в воду: 16 × 1 = 16,0 кВт.
2. Холодопроизводительность: 16,0 × 1,15 = 18,4 кВт.
3. Расход воды при нагреве на 5 °C: 18,4 / (1,163 × 5) = 3,16 м³/ч.

Как выглядит установка на 18,4 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 18 кВт; температуру воды там задают свою.

Типовые ошибки

• Один чиллер без резерва. Остановка чиллера останавливает облучение пациентов по расписанию. Для медицинских аппаратов ставят резерв: второй чиллер или модульный с запасным модулем, как в справочнике о модульном чиллере.
• Считать по мощности подключения. Электрическая мощность ускорителя заметно больше тепла в воду: часть уходит в воздух процедурной, часть — в пучок. Чиллер по мощности подключения выходит завышенным, а воздух процедурной остаётся без расчёта.
• Вода холоднее паспортной. Аппарат держит внутренний контур в узком диапазоне; слишком холодная внешняя вода даёт конденсат на трубках и в шкафу и аварию по температуре. Воду держат в паспортном допуске, при необходимости — с подмесом. Те же требования у компьютерных томографов — задача о чиллере для томографа и рентгена.
• Грязная или жёсткая вода во внешнем контуре. Теплообменник аппарата пластинчатый и тонкий; контур делают закрытым с подготовленной водой и фильтром — требования в справочнике о воде для чиллера.