CN113367711A - 一种新型计算机断层扫描（ct）x射线球管强化散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型计算机断层扫描（CT）X射线球管强化散热系统，由半导体制冷散热设备、工质循环设备与CT球管组件三部分组成，工质循环设备包括储液罐、工质循环泵和工质管。本发明用纳米流体高温工质代替传统导热工质，利用其良好的换热性能和稳定性，强化流体的强制对流换热效果，显著提高了球管的散热效率，延长了球馆的使用寿命；用半导体制冷代替传统的风冷散热，对球管散热系统实现了进一步的优化。本发明不仅能够延长球管的使用寿命，还能降低工质碳化风险，减少检测室内的噪音，是一种高效、经济、环保的强化散热装置。

Description

一种新型计算机断层扫描（CT）X射线球管强化散热装置

技术领域

本发明为新型计算机断层扫描（CT）X射线球管强化散热装置，属于强迫对流散热技术优化领域。

背景技术

科学技术的进步促进了现代医疗的发展，各种机械设备的种类日益增多，在医疗工作中的应用也趋于广泛，而医疗设备在工作中对温度的要求十分严格。因此，通过降低医疗设备因温度过高出现机械故障的概率以此延长其工作年限的关键是提高散热效率和配备一定的冷却设备。良好的散热系统和冷却设备不仅可以提高医疗效益，还能够减少对环境的污染，实现节能减排任务。

CT作为广泛应用于临床检查的影像诊断设备，已由过去的常规摄影转变为现在的脑部扫描、心血管造影，经历了从单层到螺旋多层的发展。球管作为X线源，经过多层螺旋CT连续不间断扫描，X线剂量增大，因而CT球管对热容量的要求更高。提高热容量可在一定程度上对球管的散热效率有一定的改善，若球管中的温度过高，其使用寿命将受到极大影响。此外，传统X射线管的阳极和轴承被封装在真空中，外面的冷却液无法及时传输热量，只能利用和阳极连接的固定轴进行热传导。尽管液态金属轴承球管具有一定的耐热性，但是因为隔着真空金属球管，其制冷效率仍是不容乐观。

国家专利局公布CN21121878U,专利名称：一种用于CT设备的散热装置。发明涉及一种用于CT设备的散热装置及操作方法，该发明在CT设备的后端面上装有散热结构，利用进气泵抽动空气进入冷却箱，通过排气结构时热空气经过排气扇从散热盒抽出，从而完成对CT设备的散热，极大提高了CT设备整机散热性能，利于CT设备的使用质量和患者体验感。该发明虽相较于传统的风冷装置有一定改善，但运行过程中，空气经过散热盒的进排气过程仍然会造成大量的噪音，且散热盒的散热效果相较于半导体制冷仍是十分有限的。

国家专利局公布的CN105662444A,专利名称：一种多功能CT机的散热系统及散热方法。该专利采用两种方式快速可靠的对发热部件球管进行散热,使用冷却液吸收球管热量使其降温,然后半导体制冷器的冷端为循环管路内的冷却液降温,热端则把吸收的热量排出,液压泵使冷却液在循环管路内流动,达到为球管循环散热的效果。然而普通冷却液散热效果一般，在循环管壁采用半导体制冷散热效果并非十分良好。

综上所述，相对于传统的CT机组散热系统，本装置采用半导体制冷散热器，并且将导热油升级为纳米流体。半导体制冷装置取代了原有CT球管散热系统的风扇，可根据球管温度自动调频，强化球管散热，同时消除了原有风扇运行时的噪音；将半导体制冷装置作用于散热器上，而非作用与管壁上，散热效果更好；另外将纳米流体作为冷却工质，不仅能解决绝缘油不定期的更换问题，还可实现球管内部的高效换热。。

发明内容

本发明的目的在于解决现有CT设备散热效率较低的技术问题，提供一种以纳米流体作为导热工质、半导体作为制冷器的CT球管强化散热系统设备，并对现有CT机运行系统进行改进，提高散热效率的同时，还可优化CT机的检测环境。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种新型计算机断层扫描（CT）X射线球管强化散热系统，包括散热器，储液罐、工质循环泵、球管组件、循环工质管、半导体制冷设备、温度传感器和自动变阻器；所述散热器的出口连接至储液罐的进口，所述储液罐的出口连接至所述工质循环泵的进口，所述工质循环泵的进口连接至所述球管主体，所述球管主体通过循环工质管与所述散热器相连；所述散热器与所述半导体制冷设备相连构成外部散热系统，在所述外部散热系统上安装有温控传感器和自动变阻器。所述散热器完成高温纳米流体工质的散热降温工作，循环工质管路中的高温纳米流体流经散热器，由附着在散热器上的半导体制冷设备进行制冷，对其降温处理后流进储液罐；所述储液罐在工质运作中有一定的缓压作用；所述工质循环泵把从储液罐流出的纳米流体输送到循环工质管中，使纳米流体在管路中循环；所述温度传感器可实时检测循环管路中工质的温度，并将温度信号转变成电信号，作为外部散热系统的主要修正信号，传递给自动变阻器，自动变阻器通过调节电流控制半导体制冷装置的制冷功率，确保制冷与产热实时匹配，避免不必要的能量浪费。

在散热效率方面，所述纳米流体作为一种新型换热工质，具有良好的换热性能和稳定性，在CT球管的循环工质管中填充纳米流体，纳米粒子的迁移性质大大增强了流体与外部热源的传热效果；在相同粒子体积含量下，纳米粒子的表面积和热容量远大于毫米或微米级粒子，所以纳米流体的导热系数也相应增加，使其与基液之间可以快速换热，提高能源利用率，从而降低了循环工质管的能量消耗，减少热交换器的体积；且与纯工质相比，纳米流体在获得同等程度的强化传热效果时，泵能消耗最少。

所述半导体制冷设备对CT球管进行降温，将传统的风冷散热装置改善为半导体制冷设备，避免了风冷散热时噪音的产生，同时提高了单位时间内循环工质管的散热效率，增加了CT球管的使用寿命，对医疗成本的降低有一定的帮助作用；且制冷时无需制冷剂，极大地降低了对环境的污染，是一种环保高效的制冷技术。而半导体制冷器尺寸较小，其制冷响应十分迅捷，一般情况下，几十秒就能够使制冷片的热端和冷端达到最大温差。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：散热器完成工质的散热工作，纳米流体高温工质经过循环管路流入散热器与其内部散热装置充分接触被散热处理后形成低温工质，其余热量通过半导体制冷设备自由挥发散出，散热后的导热工质经所述储液罐、工质循环泵和球管组件进入工质管路形成新一轮的循环。本发明将导热工质升级为纳米流体解决了绝缘油不定期更换问题，降低导热工质的碳化风险，实现球管内部的高效换热。采用半导体制冷技术代替传统的风冷散热，利用半导体制冷对CT散热系统的内部优化，强化了X射线球管的散热效果，完成制冷装置对温度的自动调频，减少对环境的噪音污染以及能源消耗，实现球管内部的高效换热。本发明系统的特点如下。

（1）半导体制冷设备的制冷响应迅速，对于CT机在工作状态下散热效率的提高具有明显的优势，无需制冷剂的特点极大地降低了对环境的污染，是一种非常环保的制冷技术。而相对于传统的风冷技术，采用半导体散热对于减少噪音方面有极大的改善，可为CT机提供一个良好的运行环境。

（2）采用的纳米流体是多相分散体系，有一定的热力学稳定性，动力学稳定性和聚集稳定性。利用其比表面积和表面能较大的特性，可通过相互聚集来降低其表面能的趋势，且比表面积越大，能够用来传递热量的换热面积越大，且粒子间碰撞几率的增加提升了热交换效率，有效改善了工质的导热性能。与纯液体相比，纳米流体中的纳米颗粒在流体中无规则运动，使得流动层流底层受到破坏，流动湍流强度也随之增强，因而减小了散热热阻，强化了散热。

附图说明

图1是本发明提供的一种新型计算机断层扫描（CT）X射线球管强化散热装置的结构示意简图。

图中：1-球管组件，2-循环工质管，3-散热器，4-半导体制冷设备，5-温控传感器，6-自动变阻器，7-工质循环泵，8-电源，9-储液罐，10-纳米流体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

实施例一：本发明新型采用了一种新型计算机断层扫描（CT）X射线球管强化散热系统，利用纳米流体的高导热性和半导体的强化散热装置实现CT机环保高效的散热方式。用纳米流体代替传统的导热油工质，利用其良好的换热性和稳定性，可强化流体的对流换热性能，有效提高散热效率，降低运行成本；利用半导体制冷技术代替传统的风冷散热提高散热效率的同时减少了对环境的噪音污染，达到更加环保高效的散热效果。

如图1所示，本发明提出一种新型计算机断层扫描（CT）X射线球管强化散热系统，包括球管组件1、循环工质管2、散热器3、半导体制冷设备4、温控传感器5、自动变阻器6、工质循环泵7、电源8、储液罐9、纳米流体10。其结构如图1所示，其特征在于，与球管组件1依次相连有散热器3、储液罐9、工质循环泵7。

所述球管组件1与循环工质管2进口相连,外壁安装有温控传感器5，可实时检测球管温度；所述循环工质管2中流动的工质为纳米流体10；所述散热器3连接至储液罐9进口，所述储液罐9的出口连接至所述工质循环泵7；所述散热器3对流经循环工质管的高温流体进行散热处理，散热后的工质经过储液罐9、工质循环泵7进入循环管路运作；

所述半导体制冷设备4采用导热较好的材料作为散热片，在静止空气中，对从散热器挥发出的高温气体自由散发热量，使用方便。

所述温控传感器5与所述半导体制冷设备4均与电源8连接，所述温控传感器可实时检测循环管路中工质的温度，可将温度信号及时转变成电信号，作为外部散热系统的主要修正信号；所述温控传感器5与所述电源8之间设有自动变阻器6；通过所述温控传感器5控制所述自动变阻器是否与所述电源8、所述半导体制冷设备4连通。

所述工质循环泵7将从储液罐9流出的工质输送至循环工质管路2中；所述散热器3完成工质的散热工作，纳米流体高温导热工质经过循环工质管2流入散热器3与其内部散热装置充分接触被散热处理后形成低温工质，其余热量通过半导体制冷设备4自由散发，散热后的工质经所述储液罐9、工质循环泵7和球管组件1进入工质管开始下一循环的运作。

以下对本发明一种新型计算机断层扫描（CT）X射线球管强化散热的系统流程进行说明。

本发明系统的能量流程为散热器对高温导热油的散热处理：散热器对高温导热油的散热处理是循环工质管2中的高温导热油流进散热器3，在散热器3中进行散热处理并有半导体制冷设备4中和导热油的热量，形成的低温导热油进入储液罐9，经过储液罐9的储存缓压进入工质循环泵7，再通过工质循环泵7输送进入球管组件1。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种新型计算机断层扫描（CT）X射线球管强化散热装置，包括球管组件（1）、循环工质管（2）、散热器（3）、半导体制冷设备（4）、温控传感器（5）、自动变阻器（6）、工质循环泵（7）、电源（8）、储液罐（9）、纳米流体(10)；

其特征在于，与球管组件（1）依次相连有散热器（3）、储液罐（9）、工质循环泵（7），所述半导体制冷设备（4）的出口连接至储液罐（9）的进口，所述储液罐（9）的出口连接至所述球管组件（1）的进口，所述球管组件（1）的出口连接至所述半导体制冷器的进口，构成循环，循环中各组件由所述循环工质管（2）连接，并在所述储液罐（9）与所述球管组件（1）之间设有所述工质循环泵（7）；所述散热器（3）与半导体制冷设备（4）组合构成外部散热系统；所述球管组件（1）外壁安装有温控传感器（5）；所述温控传感器（5）与所述半导体制冷设备（4）均与电源（8）连接；

所述循环工质管（2）中流动的循环工质为所述纳米流体(10)；

所述温控传感器（5）与所述半导体制冷设备（4）之间设有自动变阻器（6）；所述温控传感器（5）将温度信息传输给所述自动变阻器（6）。

2.根据权利要求1所述的一种新型计算机断层扫描（CT）X射线球管强化散热装置，其特征在于，所述的半导体制冷设备（4）结构紧凑、制冷响应迅速、制冷量大且无需制冷剂，提高CT球管散热效率的同时减少了对环境的污染。

3.根据权利要求1所述的一种新型计算机断层扫描（CT）X射线球管强化散热装置，相对于传统的风冷散热技术，采用半导体制冷能够消除原有风扇运行时产生的噪音。

4.根据权利要求1所述的一种新型计算机断层扫描（CT）X射线球管强化散热装置，其特征在于采用的纳米流体（10）不仅能够强化球管内部的换热性能，还能够改善散热器的散热效果，提高球管的散热效率，同时，纳米流体的作为冷却工质，可以解决原有导热油易碳化的问题。

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