CN103720484B - 介入探测器的无冷却器冷却系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了介入探测器的无冷却器冷却系统与方法。一种冷却方法包括使用热管连接探测器壳体的底座和抬升架，以减少探测器底座和抬升架之间的热阻，并传递更多的来自探测器的热量；使用与热管连接的外部散热器，以降低抬升架与环境之间的热阻；以及将高热传递系数器件嵌入探测器底座中，以便收集通往热管的热量，使温度分布均匀，且降低探测器底座的热阻。另一种冷却方法包括使用热环管连接探测器底座和介入成像系统的C形臂；使热环管的冷凝端嵌入探测器底座中；以及使热环管的蒸发端嵌入固定到C形臂上的热扩散器中。本发明还公开了一种使用C形臂中的风扇/散热器/热环管模块来冷却探测器的方法。对应于这些方法，本发明公开了相应冷却系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于介入探测器的冷却系统与方法。更具体而言，本发明涉及一种用于介入探测器的无冷却器的冷却系统与方法。
背景技术
在诊断成像应用中，图像质量在很大程度上受探测器温度的影响。由于其独特的应用对于，对于血管造影仪应用而言，图像质量比其它诊断成像方式更加关键。关于介入图像质量的一般的热要求如下所列：
探测器面板的温度<环境温度+5˚C；
探测器面板的温度变化<2˚C/15min；
目前，探测器通过冷板与冷却器(强制水对流)来冷却。用于血管造影仪(较少功率耗散)的无冷却器探测器正在开发，且由于其所具有的许多优点，这种无冷却器探测器是未来的趋势。申请人发现，这种无冷却器的冷却方式还可应用于其它模块，例如X射线辐射，其中通常使用风扇直接吹探测器，但是除了以上关于温度的两项要求之外，介入系统有其独特的应用要求，这些要求将会影响热设计：
1). 应当保护患者免受由于风扇或者敞开的马达而来自系统的微粒气流的影响。
2). 噪声：在X射线放射和托架、工作台或者显示器悬架运动期间，声压水平应当小于或等于65dB(A)。
3). 适中的使用：每天进行小于7次检查(10小时的系统使用时间)；最大使用：每天进行8到12次检查(10小时的系统使用时间)。
4). IEC标准中关于高温的安全性要求，例如所应用的部件中最大41˚C的表面温度。
因此，需要涉及通过空气对流实现冷却的新冷却路径来替代传统的冷却器冷却系统，其也必须满足以上关键要求。
发明内容
在本发明的一方面，公开了一种用于冷却介入探测器的无冷却器冷却方法，该探测器包括探测器壳体，该探测器壳体包括：探测器底座，探测器附连到该底座上；抬升架，驱动机构安装在该抬升架上，以便于抬升/降低该探测器壳体；连接臂，其连接该探测器底座和该抬升架；以及罩，其将该探测器及其构件与其它外部物体隔开；该冷却方法包括：
使用热管来连接探测器底座和抬升架，以便减少该探测器底座和该抬升架之间的热阻，并且传递更多的来自探测器的热量；
使用与热管连接的外部散热器，以便降低抬升架与环境之间的热阻；以及
将高热传递系数器件嵌入探测器底座中，以便收集通往热管的热量，使温度分布均匀，并且降低该探测器底座的热阻。
该方法还可包括将热管、外部散热器以及高热传递系数器件制造成一个热模块。
在本发明的一方面，公开了一种用于冷却介入探测器的无冷却器冷却方法，该探测器包括探测器壳体，该探测器壳体包括：探测器底座，探测器附连到该探测器底座上；抬升架，驱动机构安装在该抬升架上，以便于抬升/降低探测器壳体；连接臂，其连接探测器底座和抬升架；以及罩，其将探测器及其构件与其它外部物体隔开；该冷却方法包括：
使用热环管作为高效冷却路径来连接探测器底座和介入成像系统的C形臂，该热环管包括冷凝端和蒸发端；
使热环管的冷凝端嵌入探测器底座中；以及
使该热环管的蒸发端嵌入固定到该C形臂上的热扩散器中；
其中，该探测器壳体和C形臂作为两个并联的散热器来起作用。
该方法还可包括使用Al 6063(热导率为200W/m-K)制造C形臂。
在本发明的一方面，公开了一种用于冷却介入探测器的无冷却器冷却方法，该探测器包括探测器壳体，该探测器壳体包括：探测器底座，探测器附连到该探测器底座上；抬升架，驱动机构安装在该抬升架上，以便于抬升/降低探测器壳体；连接臂，其连接探测器底座和抬升架；以及罩，其将探测器及其构件与其它外部物体隔开；该冷却方法包括：
通过利用现有的管道结构作为流道，使用固定在介入成像系统的C形臂中的风扇/散热器/热环管模块，将该模块中的风扇隐藏在该C形臂中，以形成强制空气对流；
将风扇/散热器/热环管模块中的热环管用作该探测器与该C形臂之间的热连接件，其中，使该热环管的冷凝端嵌入在探测器底座中，而使该热环管的蒸发端嵌入在该风扇/散热器/热环管模块中的散热器上；以及
在C形臂上对患者安全的合适的位置处开出通风孔。
该方法还可包括根据热需求来调节风扇的速度。
在本发明的一方面，公开了一种用于冷却介入探测器的无冷却器冷却系统，该探测器包括探测器壳体，该探测器壳体包括：探测器底座，探测器附连到该底座上；抬升架，驱动机构安装在该抬升架上，以便于抬升/降低该探测器壳体；连接臂，其连接探测器底座和抬升架；以及罩，其将该探测器及其构件与其它外部物体隔开；该冷却系统包括：
热管，其连接探测器底座和抬升架，以便减少探测器底座和抬升架之间的热阻，并且传递更多的来自探测器的热量；
与热管连接的外部散热器，其用来降低该抬升架和环境之间的热阻；以及
嵌入探测器底座中的高热传递系数器件，其用来收集通往该热管的热量，使温度分布均匀，以及降低该探测器底座的热阻。
高热传递系数器件可为蒸气室或其它包含高热传递系数材料的器件。
在本发明的一方面，公开了一种用于冷却介入探测器的无冷却器冷却系统，该探测器包括探测器壳体，该探测器壳体包括：探测器底座，探测器附连到该底座上；抬升架，驱动机构安装在该抬升架上，以便于抬升/降低该探测器壳体；连接臂，其连接探测器底座和抬升架；以及罩，其将该探测器及其构件与其它外部物体隔开；该冷却系统包括：
热环管，其连接探测器底座和介入成像系统的C形臂，该热环管包括冷凝端和蒸发端；其中，该热环管的冷凝端嵌入探测器底座中；而该热环管的蒸发端嵌入固定到该C形臂上的热扩散器中。
在本发明的一方面，公开了一种用于冷却介入探测器的无冷却器冷却系统，该探测器包括探测器壳体，该探测器壳体包括：探测器底座，探测器附连到该底座上；抬升架，驱动机构安装在该抬升架上，以便于抬升/降低该探测器壳体；连接臂，其连接探测器底座和抬升架；以及罩，其将该探测器及其构件与其它外部物体隔开；该冷却系统包括：
固定在该介入成像系统的C形臂中的风扇/散热器/热环管模块，该风扇/散热器/热环管模块包括：隐藏在介入成像系统的C形臂中的风扇；热环管，其用作探测器与C形臂之间的热连接件；以及散热器；其中，热环管的冷凝端嵌入探测器底座中，而热环管的蒸发端嵌入散热器中；以及
通风孔，其位于该C形臂上对患者特别安全的合适的位置处。
附图说明
通过参考随后的描述，结合附图考虑可最好地理解本发明，其中：
图1显示了现有的介入成像系统的图示，其使用冷却器来进行冷却。
图2是显示了探测器壳体的构造的示意图。
图3是用于实现根据本发明的一个实施例的冷却方法的冷却系统的示意图，该冷却系统在探测器壳体中使用热管和外部散热器。
图4是图3所示的冷却系统的热路图。
图5是用于实现根据本发明的另一个实施例的冷却方法的冷却系统的示意图，该冷却系统在探测器壳体与C形臂之间使用热环管。
图6是图5所示的冷却系统的热路图。
图7是用于实现根据本发明的又一个实施例的冷却方法的冷却系统的示意图，该冷却系统在C形臂中使用风扇/散热器/热环管模块。
图8是利用本发明的一种示例性方法进行冷却所得的CFD模拟示意图。
部件列表：
10 探测器壳体
101 探测器底座
102 抬升架
103 连接臂
104 罩
12 热管
13 外部散热器
11 高热传递系数器件
14 热环管
20 C形臂
141 冷凝端
142 蒸发端
30 风扇/散热器/热环管模块
302 风扇
301 散热器
314 热环管。
具体实施方式
本发明提供了利用空气对流来实现介入探测器的冷却而不需要专门的冷却器的冷却系统和方法，这种系统和方法能够高效地冷却探测器，足以满足探测器的所有温度要求。
图1是显示了现有的介入成像系统的图示，该介入成像系统使用冷却器来进行冷却。
图2是显示了探测器壳体的构造的示意图。该探测器壳体以标号10来表示，其主要包括如下机械部件：探测器底座101，探测器附连到该底座上；抬升架102，驱动机构安装在该抬升架102上，以便于抬升/降低探测器壳体10；连接臂103，其连接探测器底座101和抬升架102；以及罩104，其将探测器及其构件与其它外部物体隔开。
在一个实施例中，用于抬升/降低探测器壳体10的驱动机构可为螺纹轴/导轨/马达组件。然而，在其它实施例中，驱动机构可采用任何其它合适的形式。
在一个实施例中，连接臂103为L形臂103。然而，在其它实施例中，连接臂可采用任何其它合适的形式。
在一个实施例中，罩104可为PC罩，但在其它实施例中，探测器壳体的罩还可由任何其它合适的材料制成。
图3是根据本发明可用于介入探测器的一种冷却系统的示意图，该冷却系统在探测器壳体中使用热管和外部散热器。
具体而言，该冷却系统包括：热管12，其连接探测器底座101和抬升架102，以便减少它们之间的热阻R连接臂，并且传递更多的来自探测器的热量；与热管12连接的外部散热器13，其用来降低抬升架102和环境之间的热阻R抬升架；以及嵌入探测器底座101中的高热传递系数(K)器件11，其用来收集通往热管12的热量，使温度分布均匀，以及降低探测器底座的热阻R底座。
在一个实施例中，该高热传递系数器件11为蒸气室11。然而，本领域技术人员应当了解，高热传递系数器件11还可为其它包含高热传递系数材料的器件。
在一个实施例中，热管12、外部散热器13以及高热传递系数器件11可制造成一个热模块。
对应于该系统构造，可使用如下冷却方法来冷却探测器，该冷却方法包括：使用热管12来连接探测器底座101和抬升架102，以便减少它们之间的热阻R连接臂，并且传递更多的来自探测器的热量；使用与热管12连接的外部散热器13，以便降低抬升架102和环境之间的热阻R抬升架；以及将高热传递系数器件11(蒸气室11或者其它包含高热传递系数材料的器件)嵌入探测器底座101中，以便收集通往热管12的热量，使温度分布均匀，以及降低探测器底座的热阻R底座。
同样，在一个实施例中，热管12，外部散热器13以及高热传递系数器件11可制造成一个热模块。
图4是图3所示的冷却系统的热路图。参照系统构造和图4的热路图可知，通过探测器壳体的内部优化，使用空气自然对流实现了对探测器的冷却。由于包括外部散热器，系统热容得以增大，这将有利于热瞬变性能。
图8是利用本方法进行冷却得到的CFD模拟示意图。其中Baseline一行示出了未采用本方法进行冷却的常规设计数据，STEP1一行示出了仅采用热管12而尚未使用外部散热器13的情况下所得到的数据，而STEP2一行示出了在已采用热管12和外部散热器13两者的情况下，本发明的冷却方法所实现的模拟冷却数据。从图中可见，使用本发明所得的模拟探测器面板温度(34.7˚C)相对于未采用本发明的常规设计中的面板温度(47.3˚C)而言有明显降低，并且完全满足相关的热要求。
图5是根据本发明可用于介入探测器中的另一种冷却系统的示意图，该冷却系统在探测器壳体10与C形臂20之间使用热环管14。
具体而言，该冷却系统包括连接在探测器底座101和介入成像系统的C形臂20之间的热环管(LHP)14，该热环管LHP14包括冷凝端141和蒸发端142，其中LHP14的冷凝端141嵌入在探测器底座101上，且LHP14的蒸发端142嵌入在可固定到C形臂上的热扩散器(例如铜制热扩散器)中。
其中，探测器壳体10和C形臂20作为两个并联的散热器来起作用。
在一个实施例中，C形臂20可由Al 6063(热导率为200W/m-K)制成，并且具有大的热传递面积。然而，本领域技术人员应当理解，在其它实施例中，C形臂20可由任何其它合适的材料制成。
对应于该系统构造，可使用如下方法来冷却介入探测器，该方法包括：使用热环管(LHP)14作为高效冷却路径来连接探测器底座101和介入成像系统的C形臂20，该热环管LHP14包括冷凝端141和蒸发端142；使LHP14的冷凝端141嵌入探测器底座101上；以及使LHP的蒸发端142嵌入在可固定到C形臂上的热扩散器(例如铜制热扩散器)中；其中，探测器壳体10和C形臂20作为两个并联的散热器来起作用。
通过使用C形臂20作为散热器，利用空气自然对流实现了冷却。此外，由于包括C形臂20，系统的热容得以增大，这将会有利于热瞬变性能。
图6是图5所示的冷却系统的热路图。
图7是根据本发明可用于介入探测器中的又一种冷却系统的示意图，该冷却系统在C形臂中使用风扇/散热器/热环管模块30。其中，风扇/散热器/热环管模块30包括风扇302，其隐藏在介入成像系统的C形臂20中，以便形成强制空气对流。风扇/散热器/热环管模块30中的热环管(LHP)314仍然用作探测器与C形臂20之间的热连接件。风扇/散热器/热环管模块30还包括散热器301。LHP314的冷凝端嵌入探测器底座101中，而LHP314的蒸发端嵌入散热器301中。在C形臂20上对患者特别安全的合适的位置处开有通风孔。
对应于该系统构造，可使用如下方法来冷却介入探测器，该方法包括：通过利用现有的管道结构作为流道，使用固定在介入成像系统的C形臂20中的风扇/散热器/热环管模块30，将模块30中的风扇302隐藏在C形臂20中，以便形成强制空气对流；将风扇/散热器/热环管模块30中的LHP 314用作探测器与C形臂20之间的热连接件，其中，使LHP314的冷凝端嵌入在探测器底座101上，而使LHP314的蒸发端嵌入在风扇/散热器/热环管模块30中的散热器301上；在C形臂20上对患者特别安全的合适的位置处开出通风孔。
在一个实施例中，可根据热需求来调节风扇302的速度。
如果需要，还可引入TEC。
通过如上所述在冷却系统及相应的方法中使用热管12和/或热环管14，本发明至少实现了以下优点：用于介入探测器冷却的新的被动和安静的应用；高可靠性，无活动部件或者电子部件或者水管系统；无额外的冷却功率消耗；以及成本的节约。此外，通过使用固定在C形臂20中的风扇散热器/热环管模块30，还可实现以下所述的进一步的有益效果：更高的热密度；可控的温度；以及更低的噪声。
虽然本文已经对本发明的示例性实施例进行了描述，但是本领域技术人员将理解，可进行各种变化、省略和/或增加，并且等效物可代替它们的元件，而不偏离本发明的精神和范围。另外，可作出许多修改，以使特定情形或材料适于本发明的教导，而不偏离本发明的范围。因此，意在本发明不限于公开为为了执行本发明而构想的最佳模式的特定实施例，而是本发明将包括落在所附的权利要求书的范围内的所有实施例。另外，除非特别说明，用语第一、第二等的任何使用不表示任何顺序或重要性，而是相反，用语第一、第二等用来使元件彼此区分。
Claims (10)
1.一种用于冷却介入探测器的无冷却器冷却方法，所述探测器包括探测器壳体(10)，该探测器壳体(10)包括：探测器底座(101)，探测器附连到所述底座上；抬升架(102)，驱动机构安装在所述抬升架(102)上，以便于抬升/降低所述探测器壳体(10)；连接臂(103)，其连接所述探测器底座(101)和所述抬升架(102)；以及罩(104)，其将所述探测器及其构件与其它外部物体隔开；所述冷却方法包括：
使用热管(12)来连接所述探测器底座(101)和所述抬升架(102)，以便减少所述探测器底座(101)和所述抬升架(102)之间的热阻，并且传递更多的来自探测器的热量；
使用与所述热管(12)连接的外部散热器(13)，以便降低所述抬升架(102)与环境之间的热阻；以及
将高热传递系数器件嵌入所述探测器底座(101)中，以便收集通往所述热管(12)的热量，使温度分布均匀，并且降低所述探测器底座的热阻。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将所述热管(12)、所述外部散热器(13)以及所述高热传递系数器件(11)制造成一个热模块。
3.一种用于冷却介入探测器的无冷却器冷却方法，所述探测器包括探测器壳体(10)，该探测器壳体(10)包括：探测器底座(101)，探测器附连到所述探测器底座上；抬升架(102)，驱动机构安装在所述抬升架(102)上，以便于抬升/降低所述探测器壳体(10)；连接臂(103)，其连接所述探测器底座(101)和所述抬升架(102)；以及罩(104)，其将所述探测器及其构件与其它外部物体隔开；所述冷却方法包括：
使用热环管(14)作为高效冷却路径来连接所述探测器底座(101)和介入成像系统的C形臂(20)，所述热环管(14)包括冷凝端(141)和蒸发端(142)；
使所述热环管(14)的所述冷凝端(141)嵌入所述探测器底座(101)中；以及
使所述热环管(14)的所述蒸发端(142)嵌入固定到所述C形臂(20)上的热扩散器中；
其中，所述探测器壳体(10)和所述C形臂(20)作为两个并联的散热器来起作用。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括使用Al 6063制造所述C形臂(20)，所述Al 6063的热导率为200W/mK。
5.一种用于冷却介入探测器的无冷却器冷却方法，所述探测器包括探测器壳体(10)，该探测器壳体(10)包括：探测器底座(101)，探测器附连到所述探测器底座上；抬升架(102)，驱动机构安装在所述抬升架(102)上，以便于抬升/降低所述探测器壳体(10)；连接臂(103)，其连接所述探测器底座(101)和所述抬升架(102)；以及罩(104)，其将所述探测器及其构件与其它外部物体隔开；所述冷却方法包括：
通过利用现有的管道结构作为流道，使用固定在介入成像系统的C形臂(20)中的风扇/散热器/热环管模块(30)，将所述模块(30)中的风扇(302)隐藏在所述C形臂(20)中，以形成强制空气对流；
将所述风扇/散热器/热环管模块(30)中的热环管(314)用作所述探测器与所述C形臂(20)之间的热连接件，其中，使所述热环管(314)的冷凝端嵌入在所述探测器底座(101)中，而使所述热环管(314)的蒸发端嵌入在所述风扇/散热器/热环管模块(30)中的所述散热器(301)上；以及在所述C形臂(20)上对患者安全的合适的位置处开出通风孔。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据热需求来调节所述风扇(302)的速度。
7.一种用于冷却介入探测器的无冷却器冷却系统，所述探测器包括探测器壳体(10)，该探测器壳体(10)包括：探测器底座(101)，探测器附连到所述底座上；抬升架(102)，驱动机构安装在所述抬升架(102)上，以便于抬升/降低所述探测器壳体(10)；连接臂(103)，其连接所述探测器底座(101)和所述抬升架(102)；以及罩(104)，其将所述探测器及其构件与其它外部物体隔开；所述冷却系统包括：
热管(12)，其连接所述探测器底座(101)和所述抬升架(102)，以便减少所述探测器底座(101)和所述抬升架(102)之间的热阻，并且传递更多的来自探测器的热量；
与热管(12)连接的外部散热器(13)，其用来降低所述抬升架(102)和环境之间的热阻；以及
嵌入所述探测器底座(101)中的高热传递系数器件(11)，其用来收集通往所述热管(12)的热量，使温度分布均匀，以及降低所述探测器底座(101)的热阻。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述高热传递系数器件(11)为蒸气室(11)或其它包含高热传递系数材料的器件。
9.一种用于冷却介入探测器的无冷却器冷却系统，所述探测器包括探测器壳体(10)，该探测器壳体(10)包括：探测器底座(101)，探测器附连到所述底座上；抬升架(102)，驱动机构安装在所述抬升架(102)上，以便于抬升/降低所述探测器壳体(10)；连接臂(103)，其连接所述探测器底座(101)和所述抬升架(102)；以及罩(104)，其将所述探测器及其构件与其它外部物体隔开；所述冷却系统包括：
热环管(14)，其连接所述探测器底座(101)和介入成像系统的C形臂(20)，所述热环管(14)包括冷凝端(141)和蒸发端(142)；其中，所述热环管(14)的所述冷凝端(141)嵌入所述探测器底座(101)中；而所述热环管(14)的所述蒸发端(142)嵌入固定到所述C形臂(20)上的热扩散器中。
10.一种用于冷却介入探测器的无冷却器冷却系统，所述探测器包括探测器壳体(10)，该探测器壳体(10)包括：探测器底座(101)，探测器附连到所述底座上；抬升架(102)，驱动机构安装在所述抬升架(102)上，以便于抬升/降低所述探测器壳体(10)；连接臂(103)，其连接所述探测器底座(101)和所述抬升架(102)；以及罩(104)，其将所述探测器及其构件与其它外部物体隔开；所述冷却系统包括：
固定在所述介入成像系统的C形臂(20)中的风扇/散热器/热环管模块(30)，所述风扇/散热器/热环管模块(30)包括：隐藏在介入成像系统的C形臂(20)中的风扇(302)；热环管(314)，其用作所述探测器与所述C形臂(20)之间的热连接件；以及散热器(301)；其中，所述热环管(314)的冷凝端嵌入所述探测器底座(101)中，而所述热环管(314)的蒸发端嵌入所述散热器(301)中；以及
通风孔，其位于所述C形臂(20)上对患者特别安全的合适的位置处。
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