DE102021206298B3

DE102021206298B3 - Fluidkühler, insbesondere zur Kühlung einer medizinischen Bildgebungseinrichtung, und medizinisches Bildgebungssystem

Info

Publication number: DE102021206298B3
Application number: DE102021206298.9A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Nerreter
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2022-09-15
Anticipated expiration: 2041-06-19
Also published as: CN219120849U

Abstract

Fluidkühler zur Kühlung eines Fluids (4), insbesondere zur Kühlung einer medizinischen Bildgebungseinrichtung (2), wobei ein Kanalsystem (14) einer Hauptkomponente (15) des Fluidkühlers (5) einen Hauptzulauf (16) für zu kühlendes Fluid (4) und einen Hauptablauf (17) für gekühltes Fluid (4) aufweist, wobeidie Hauptkomponente (15) mehrere Schnittstellen (18 - 21) aufweist, die jeweils mit einem Kühlmodul (22 - 25) bestückbar sind,wobei wenigstens eine der Schnittstellen (18, 20, 21) mit einem jeweiligen dort installierten Kühlmodul (22 - 25) bestückt ist, das einen Modulkanal (26) zur Führung des Fluids (4) durch das Kühlmodul (22 - 25) und eine aktive Kühleinrichtung (27) zur Kühlung dieses Fluid (4) umfasst,wobei die Schnittstellen (18 - 21) jeweils einen Fluidanschluss (28) umfassen, der, bei einer Bestückung dieser Schnittstelle (18 -21) mit einem Kühlmodul (22 - 25), den Modulkanal (26) dieses Kühlmoduls (22 - 25) mit dem Kanalsystem (14) verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fluidkühler zur Kühlung eines Fluids, insbesondere zur Kühlung einer medizinischen Bildgebungseinrichtung, wobei ein Kanalsystem einer Hauptkomponente des Fluidkühlers einen Hauptzulauf für zu kühlendes Fluid und einen Hauptablauf für gekühltes Fluid aufweist. Daneben betrifft die Erfindung ein medizinisches Bildgebungssystem.
Medizinische Bildgebungseinrichtungen benötigen häufig eine Kühlung. Insbesondere bei Magnetresonanztomographen sind die dortigen Magnete zu kühlen. Auch bei anderen medizinischen Bildgebungseinrichtungen, beispielsweise bei Computertomographen, kann eine Kühlung, beispielsweise einer Messelektronik, jedoch zweckmäßig sein. Neben einem Anschluss an ein Kühlwassersystem, das beispielsweise ein gesamtes Krankenhaus versorgt, sind auch Kaltwassersätze, sogenannte Chiller, üblich, die nur zur Kühlung einer einzigen medizinischen Bildgebungseinrichtung genutzt werden. Hierbei kann ein Fluidkühler unmittelbar Fluid zur Kühlung der Bildgebungseinrichtung bereitstellen. Häufig werden jedoch auch separate Kühlkreise für die Bildgebungseinrichtung und den Fluidkühler genutzt, die über einen Wärmetauschere eines Systemtrenners gekoppelt sind. Wird beispielsweise ein Fluidkühler genutzt, der außerhalb eines Gebäudes angeordnet ist, können somit gebäudeexterne und gebäudeinterne Kühlkreise getrennt werden.
Insbesondere in Fällen, in denen eine Kühlung für einzelne Bildgebungseinrichtungen genutzt werden soll, werden entsprechende Fluidkühler häufig gemeinsam mit der Bildgebungseinrichtung angeboten und auch die Wartung solcher Fluidkühler, die typischerweise regelmäßig erforderlich ist, wird häufig durch den Hersteller der medizinischen Bildgebungseinrichtung durchgeführt bzw. über diesen organisiert.
Eine Kühlung von Komponenten einer medizinischen Bildgebungseinrichtung durch ein zugeführtes Kühlfluid wird beispielsweise in der Druckschrift US 2010/0108299 A1 diskutiert. Zur Fluidkühlung kann beispielsweise eine Kompressionskältemaschine verwendet werden. Kompressionskältemaschinen für hohe Kühlleistungen sind jedoch groß und schwer und können typischerweise nur mit einem Kran bewegt werden. Daher ist eine Wartung vor Ort erforderlich. Kältemittelkreisläufe einer solchen Kompressionskältemaschine müssen jedoch von Technikern mit einer speziellen Ausbildung gewartet werden, da dies einerseits in einigen Ländern gesetzlich gefordert ist und andererseits eine mangelnde Vorbildung bzw. Erfahrung des wartenden Technikers in der Kältetechnik zu einer verringerten Lebensdauer und/oder einer längeren Ausfallzeit des Fluidkühlers und somit auch des gekühlten Systems führen kann. Aufgrund des weltweiten Einsatzes medizinischer Bildgebungseinrichtungen ist ein entsprechend ausgebildeter Techniker vor Ort jedoch nicht notwendig vorhanden beziehungsweise dem Anbieter der Bildgebungseinrichtung nicht bekannt, so dass beispielsweise ein Einfliegen eines Technikers erforderlich ist, wodurch zusätzliche Kosten und potenziell längere Ausfallzeiten von Fluidkühlern resultieren.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen demgegenüber verbesserten Fluidkühler anzugeben, der insbesondere eine leichtere Wartung des Fluidkühlers ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch einen Fluidkühler der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Hauptkomponente mehrere Schnittstellen aufweist, die jeweils mit einem Kühlmodul bestückbar sind, wobei wenigstens einen der Schnittstellen mit einem jeweiligen dort installierten Kühlmodul bestückt ist, das einen Modulkanal zur Führung des Fluids durch das Kühlmodul und eine aktive Kühleinrichtung zur Kühlung dieses Fluids umfasst, wobei die Schnittstellen jeweils einen Fluidanschluss umfassen, der, bei einer Bestückung dieser Schnittstelle mit einem Kühlmodul, den Modulkanal dieses Kühlmoduls mit dem Kanalsystem verbindet.
Es wird vorgeschlagen, statt einem monolithischen Fluidkühler, der bei großen zu erreichenden Kühlleistungen sehr groß und schwer wäre, einen Fluidkühler zu nutzen, bei dem die Kühlleistung auf mehrere separate Kühlmodule verteilt werden kann, die über ein Kanalsystem der Hauptkomponente mit einem Hauptzulauf und einem Hauptablauf verbunden sind. Statt einer einzigen, sehr großen und schweren, aktiven Kühlung können somit mehrere kleiner dimensionierte, aktive Kühlungen in separaten Kühlmodulen genutzt werden. Dies ermöglicht es insbesondere, die einzelnen Kühlmodule zu Wartungszwecken separat von der Hauptkomponente zu trennen. Da die Kühlmodule separate, insbesondere gekapselte, aktive Kühleinrichtungen enthalten, muss hierbei der Kühlmittelkreis der jeweiligen aktiven Kühleinrichtung nicht geöffnet werden, so dass für ein Hinzufügen beziehungsweise Entfernen einzelner Kühlmodule kein Detailwissen der Kältetechnik und somit kein speziell ausgebildeter Techniker erforderlich ist.
Wird beispielsweise Wasser beziehungsweise Wasser mit zugesetztem Frostschutzmittel, beispielsweise auf Ethylenglykolbasis, als Fluid im Fluidkühler genutzt, müssen selbst dann, wenn der Fluidanschluss manuell verbunden werden muss, nur einfache Verbindungen von Wasserleitungen hergestellt werden, was typischerweise ohne weiteres durch lokal verfügbare Techniker durchgeführt werden kann. Wie später noch erläutert werden wird, kann das Verbinden und Trennen des Fluidanschlusses zumindest weitgehend automatisch erfolgen, so dass ein Entfernen beziehungsweise Hinzufügen von Kühlmodulen zum Fluidkühler noch einfacher möglich ist.
Da die einzelnen Kühlmodule relativ klein dimensioniert werden können, können diese beispielsweise bereits durch eine kleine Gruppe von Personen, beispielsweise durch zwei bis drei Personen, ohne aufwendige Hilfsmittel, also insbesondere ohne Nutzung eines Krans, gehandhabt werden. Auch ein Transport der Kühlmodule ist somit deutlich weniger aufwendig als bei einem monolithischen Fluidkühler. Dies ermöglicht es insbesondere, die Kühlmodule nicht lokal vor Ort zu warten, sondern beispielsweise im Rahmen einer Wartung vor Ort durch neue beziehungsweise überholte Kühlmodule auszutauschen und die bislang genutzten Kühlmodule zur Wartung in eine Spezialwerkstatt zu bringen, in der ein kompetenter Kältetechniker die Wartung durchführen kann.
Durch Nutzung von relativ klein dimensionierten Kühlmodulen, die jeweils beispielsweise eine Kühlleistung zwischen 5 und 25 kW, insbesondere zwischen 10 und 20 kW, z. B. 15 kW, bereitstellen können, kann beispielsweise erreicht werden, dass die einzelnen Kühlmodule eine maximale Seitenlänge von deutlich weniger als 2 m aufweisen. Beispielsweise kann das einzelne Kühlmodul im Wesentlichen quaderförmig sein und Abmessungen von weniger als 1 m für zwei der Seitenlängen und weniger als 0,8 m für die verbleibende Seitenlänge aufweisen.
Um einen Transport beziehungsweise die Handhabung des Kühlmoduls weiter zu erleichtern, kann es möglich sein, dass einzelne der Komponenten des Kühlmoduls, insbesondere nach der Trennung des Kühlmoduls von der Hauptkomponente, mit geringem technischem Aufwand, beispielsweise durch das Lösen einer oder weniger Schrauben, entfernbar sind. Beispielsweise kann ein Lüfter vom Kühlmodul demontiert werden, der z.B. die Hochtemperaturseite einer als aktive Kühleinrichtung genutzten Kompressionskältemaschine kühlt.
Um die Handhabung des jeweiligen Kühlmoduls zu erleichtern, können Transporthilfen am Kühlmodul vorgesehen sein, beispielsweise Transportrollen, Kran-Ösen oder Schlittenkufen.
Durch den modularen Aufbau des Fluidkühlers werden zudem weitere Vorteile ermöglicht. Beispielsweise kann hierdurch ermöglicht werden, dass auch bei einem Austausch eines oder mehrerer der Kühlmodule wenigstens ein Kühlmodul weiter betrieben wird, so dass der Fluidkühler auch während dieses Austauschvorgangs gekühltes Fluid am Hauptablauf bereitstellen kann. Beispielsweise können anfangs wenigstens zwei installierte Module vorhanden sein und die Module können sequenziell nacheinander gewechselt werden, so dass jeweils wenigstens ein Kühlmodul verbleibt, das seine Kühlleistung bereitstellen kann.
Dieser Vorteil ist insbesondere relevant, wenn ein Magnetresonanztomograph als medizinische Bildgebungseinrichtung gekühlt werden soll, da beim Magnetresonanztomographen üblicherweise supraleitende Magneten genutzt werden, die auf sehr tiefe Temperaturen gekühlt werden müssen. Durch das beschriebene Vorgehen kann beispielsweise durch eines oder mehrere während des Modulaustauschs im Betrieb verbleibende Kühlmodule eine Kühlleistung von ca. 15 kW bereitgestellt werden, die für einen Standby-Betrieb eines Magnetresonanztomographen in der Regel ausreicht. Ein langwieriges und energieintensives Aufwärmen und erneutes Abkühlen der Magneten kann somit durch Nutzung des erläuterten Fluidkühlers vermieden werden.
Die Nutzung von mehreren separaten Kühlmodulen führt zudem dazu, dass der Fluidkühler besser an die konkreten Anforderungen eines bestimmten Nutzungsfalls angepasst werden kann. Beispielsweise können zur Kühlung von verschiedenen medizinischen Bildgebungseinrichtungen, die unterschiedliche Kühlleistungen benötigen, die gleiche Hauptkomponente und/oder gleiche Kühlmodule verwendet werden. Je nachdem, wieviel Kühlleistung im konkreten Fall voraussichtlich maximal benötigt wird, kann die Hauptkomponente mit einer verschieden großen Anzahl von Kühlmodulen ausgestattet werden.
Auch wenn prinzipiell die gleiche medizinische Bildgebungseinrichtung gekühlt werden soll, können bei verschiedenen installierten medizinischen Bildgebungseinrichtungen unterschiedliche Kühlleistungen erforderlich sein. Beispielsweise können im Bereich der Forschung und Entwicklung Messsequenzen mit hoher Abwärme und somit hohen Anforderungen an den Fluidkühler gefahren werden, während die gleiche medizinische Bildgebungseinrichtung beispielsweise in bestimmten Krankenhäusern oder Untersuchungszentren ausschließlich für Messsequenzen mit relativ geringer Abwärme genutzt wird. Statt separate Fluidkühler für diese Zwecke anzubieten beziehungsweise unter Umständen überdimensionierte Fluidkühler nutzen zu müssen, kann durch Anpassung der genutzten Modulzahl die gleiche Hauptkomponente für Anwendungszwecke mit verschiedenen Anforderungen genutzt werden.
Das Kanalsystem der Hauptkomponente kann so eingerichtet sein, dass bei einem Anschluss von mehreren Kühlmodulen an mehreren der Schnittstellen die Modulkanäle dieser Kühlmodule in Serie von dem Fluid durchströmt werden. Dies kann vorteilhaft sein, da in diesem Fall eine relativ klein dimensionierte Pumpe im Fluidkühler genutzt werden kann. Zur Nutzung des Fluidkühlers auch dann, wenn nicht alle Schnittstellen mit Kühlmodulen belegt sind, kann das Kanalsystem in diesem Fall für die jeweilige Schnittstelle einen Bypasskanal umfassen, der z. B. durch ein Ventil verschlossen werden kann, um das Fluid vollständig durch ein an dieser Schnittstelle angeschlossenes Kühlmodul zu führen. Ist kein Kühlmodul angeschlossen und ist somit z.B. eine Ausströmöffnung und Einströmöffnung der jeweiligen Schnittstelle verschlossen, kann das Bypassventil geöffnet werden und die nicht belegte Schnittstelle kann überbrückt werden.
Ein solches Bypassventil kann beispielsweise mechanisch geschlossen werden, sobald die entsprechende Schnittstelle durch ein Kühlmodul belegt ist. Alternativ kann eine Steuereinrichtung des Fluidkühlers das Vorhandensein eines Kühlmoduls an der Schnittstelle detektieren und in diesem Fall ein elektrisch gesteuertes Bypassventil öffnen.
Alternativ könnte das Kanalsystem auch so ausgestaltet sein, dass alle oder Teile der Modulkanäle der installierten Kühlmodule parallel durchströmt werden.
Die Fluidanschlüsse der Schnittstelle und/oder entsprechend Fluidanschlüsse der einzelnen Kühlmodule können selbstdichtend sein, so dass bei einem Trennen der Fluidanschlüsse kein Fluid oder nur eine vernachlässigbare Menge des Fluids entweicht. Entsprechende selbstdichtende Fluidkopplungen sind beispielsweise aus dem Bereich der Hydrauliksysteme wohl bekannt und sollen daher nicht detailliert erläutert werden.
Vorzugsweise sind der Fluidkühler beziehungsweise die Hauptkomponente und/oder die einzelnen Kühlmodule derart ausgestaltet, dass der Betrieb bis zu einem gewissen Grad unabhängig von einer Netzspannung und/oder einer Netzfrequenz ist. Beispielsweise kann es möglich sein, den Fluidkühler wahlfreimit Netzspannungen von 400 oder 460 Volt zu betreiben beziehungsweise mit Netzfrequenzen von 50 oder 60 Hz. Auch andere Spannungs- und/oder Frequenzbereiche sind nutzbar. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass Multifrequenzkomponenten und/oder Frequenzumrichter genutzt werden, für Lüfter und Ähnliches EC-Motoren genutzt werden und/oder Frequenzumformer von Bestromung von Pumpen, Kompressoren etc. genutzt werden.
Die Hauptkomponente kann eine Pumpe zur Förderung des Fluids durch den jeweiligen Modulkanal des jeweiligen installierten Kühlmoduls und/oder einen Fluidtank zur Pufferung von Fluid vor dem Hauptablauf und/oder wenigstens ein Bypassventil, durch das vorgebbar ist, ob Fluid und/oder welcher Teil des Fluids durch einen Bypasskanal der Hauptkomponente an den Modulkanal eines jeweiligen Kühlmoduls vorbeigeführt wird, umfassen. Durch Verlagerung möglichst vieler Komponenten, die keine besonderen Kühltechnikkenntnisse zur Wartung erfordern, in die Hauptkomponente können die Kühlmodule mit relativ geringen Abmessungen und geringem Gewicht implementiert werden.
Eine Pufferung des Fluids durch den Fluidtank vor dem Hauptablauf kann insbesondere zur leichteren Einstellung der Kühlleistung dienen. Insbesondere kann zur Einstellung einer Kühlleistung wenigstens eines der Kühlmodule intermittierend Betrieben werden. Beispielsweise kann ein Zweipunktbetrieb genutzt werden, sodass z.B. bei einem Überschreiten einer bestimmten Temperatur im Fluidablauf nach dem Kühlmodul das Kühlmodul aktiviert wird und beim Unterschreiten einer anderen Grenztemperatur an diesem Punkt das Kühlmodul deaktiviert wird. Würde in diesem Fall das Fluid nach der Führung durch die Kühlmodule unmittelbar dem Hauptablauf zugeführt, würden dort bzw. an nachgelagerten Komponenten relativ starke Temperaturschwankungen auftreten. Durch Nutzung eines zusätzlichen Fluidtanks, in dem sich das Fluid während einer gewissen Verbleibzeit zunächst mit dort bereits befindlichem Fluid vermischt, bevor es dem Hauptablauf zugeführt wird, können entsprechende Temperaturschwankungen zumindest weitgehend unterdrückt werden.
Eine andere Möglichkeit zur Einstellung der Kühlleistung ist es, durch entsprechende Einstellung des Bypassventils nur einen Teil des Fluids durch den Modulkanal eines Kühlmoduls zu führen und dort zu kühlen und den verbleibenden Fluidteil über den Bypasskanal am Kühlmodul vorbeizuführen. Durch Zusammenführung dieser Fluidanteile wird insgesamt eine geringere Kühlleistung bereitgestellt als bei Führung des kompletten Fluids durch das Kühlmodul. Das Bypassventil könnte prinzipiell durch einen Zweipunktbetrieb abwechselnd vollständig geöffnet und geschlossen werden. Besonders bevorzugt handelt es sich jedoch um ein Ventil, z.B. ein Drosselventil, dessen Durchfluss kontinuierlich oder zumindest in einer großen Zahl von Stufen einstellbar ist, wobei das Bypassventil insbesondere über einen Regler, z.B. einen PI- bzw. PID-Regler, beispielsweise in Abhängigkeit einer Fluidtemperatur am Hauptablauf, gesteuert werden kann.
Eine Steuereinrichtung des Fluidkühlers kann dazu eingerichtet sein, die Anzahl der installierten Kühlmodule und/oder einen hiervon abhängigen Parameter zu ermitteln und die Pumpe in Abhängigkeit dieser Anzahl und/oder dieses Parameters anzusteuern. Insbesondere wenn die Modulkanäle in Serie durchströmt werden, variiert der Strömungswiderstand für das Fluid mit der genutzten Anzahl der Kühlmodule. Würde somit beispielsweise die Pumpe mit konstantem Drehmoment betrieben, würde bei einer größeren Modulzahl eine geringere Fluidmenge gefördert. Um unabhängig von der genutzten Modulzahl die gleiche Fluidmenge bereitstellen zu können, kann die Pumpe in Abhängigkeit der Modulzahl gesteuert werden. Wie obig erläutert, hängt der Strömungswiderstand für das Fluid von der Modulzahl ab. Somit beeinflusst die Anzahl der installierten Kühlmodule z.B. auch einen Druckabfall zwischen Pumpe und Hauptablauf, ein Drehmoment, das die Pumpe zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Drehzahl aufbringen muss bzw. einen hierbei zugeführten Strom bzw. eine hierbei zugeführte Leistung und die Drehzahl bzw. das geförderte Fluidvolumen der Pumpe bei festem Drehmoment. Diese Größen können somit als Parameter ausgewertet werden, in Abhängigkeit von denen die Pumpe angesteuert werden kann.
Die Schnittstellen können jeweils zusätzlich wenigstens einen elektrischen Anschluss umfassen, der zur Bestromung eines diese Schnittstelle bestückenden Kühlmoduls, insbesondere von dessen aktiver Kühleinrichtung, und/oder zur Kommunikation mit einer kühlmodulseitigen Mess- und/oder Steuereinrichtung dient. Eine kühlmodulseitige Mess- und/oder Steuereinrichtung kann beispielsweise dazu dienen, die aktive Kühleinrichtung zu steuern, beispielsweise eine Kompressorendrehzahl und/oder -leistung in einer Kompressionskältemaschine vorzugeben.
Die kühlmodulseitige Mess- und/oder Steuereinrichtung kann ergänzend oder alternativ zur Diagnosezwecken dienen. Beispielsweise kann durch sie wenigstens ein Druck und/oder wenigstens eine Temperatur im Kühlmodul, insbesondere im Kältemittelkreis einer Kompressionskältemaschine, und/oder wenigstens eine hieraus bestimmte Größe ermittelt bzw. ausgewertet werden. Somit kann durch die kühlmodulseitige Mess- und/oder Steuereinrichtung und/oder eine Steuereinrichtung des Fluidkühlers, der diese Daten bereitgestellt werden, beispielsweise auf einen Zustand des Kühlmoduls und insbesondere auf eine unter Umständen erforderliche Wartung bzw. einen unter Umständen erforderlichen Austausch geschlossen werden.
Prinzipiell ist es auch möglich, auf eine kühlmodulseitige Mess- und/oder Steuereinrichtung zu verzichten. Beispielsweise kann eine aktive Kühleinrichtung unmittelbar über eine Bestromung der dort genutzten Komponenten, also insbesondere eines Kompressors, durch eine Steuereinrichtung der Hauptkomponente oder eine externe Steuerung gesteuert werden.
Die Hauptkomponente kann für die jeweilige Schnittstelle wenigstens ein Führungsmittel aufweisen, das ein Kühlmodul bei der Bestückung der Schnittstelle entlang eines vorgegebenen Bewegungspfades führt, wodurch der Fluidanschluss und/oder der elektrische Anschluss automatisch verbunden werden. Als Führungsmittel können beispielsweise wenigsten ein Zentrierstift und/oder wenigstens eine Führungsschiene genutzt werden. Beispielsweise kann die Schnittstelle bzw. ihr Fluidanschluss und/oder ihr elektrischer Anschluss als SteckerBuchsen-Verbindung ausgebildet sein, wobei der Stecker entlang dem durch das wenigstens eine Führungsmittel vorgegebenen, insbesondere linearen, Bewegungspfad in die Buchse eingeführt wird bzw. die Buchse entlang diesem Bewegungspfad auf den Stecker aufgeschoben wird.
Die Anordnung und Ausgestaltung der verschiedenen Teile der Schnittstelle, also insbesondere des Fluidanschlusses bzw. der durch diesen definierten Fluiddurchführungen und/oder des elektrischen Anschlusses kann fest vorgegeben sein, sodass beispielsweise unterschiedliche Hersteller Kühlmodule für die gleiche Hauptkomponente bereitstellen können. Die definierte Anordnung der Schnittstelle bzw. der durch diese gebildeten Anschlüsse und insbesondere die automatische Verbindung der Anschlüsse mithilfe des wenigstens einen Führungsmittels ermöglicht einen schnellen Ein- bzw. Ausbau von Modulen durch ein Einschieben bzw. Herausziehen und eine unkomplizierte Austauschbarkeit von Kühlmodulen, beispielsweise auch von unterschiedlichen Herstellern bzw. mit unterschiedlichen maximal bereitgestellten Kühlleistungen.
Die aktive Kühleinrichtung kann eine Kompressionskältemaschine sein oder umfassen. Dies wurde bereits obig erläutert. Alternativ könnte beispielsweise ein Peltier-Element zur Fluidkühlung genutzt werden.
Vorzugsweise wird in der Kompressionskältemaschine ein Kältemittel genutzt, das im Kühlmittelkreis bei Betrieb der Kältemaschine wiederholt Phasenübergange durchführt. Durch altbekannte oder auch relativ neuen Kältemitteltechnologien, beispielsweise durch Nutzung von natürlichen Kältemitteln, wie z.B. Propan (R-290), CO₂ (R-744) oder Ammoniak (R-717), oder von synthetischen Kältemitteln, wie z.B. R-124, oder auch durch Nutzung eines Kältemittelgemischs, z.B. aus der R-407 Gruppe, können hinreichende Kühlleistungen bereits mit relativ kleinen und leichtbauenden Kühlmodulen realisiert werden. Die genannten Kältemittel und Kältemittelgemische sind rein beispielhaft und es können problemlos auch andere Kältemittel bzw. Kältemittelgemische, von denen eine Vielzahl bekannt ist, verwendet werden.
Der Kältemittelkreislauf der Kompressionskältemaschine ist vorzugsweise hermetisch abgeschlossen und muss insbesondere zum Anschluss des jeweiligen Kühlmoduls an die Schnittstelle bzw. zum Trennen von der Schnittstelle nicht geöffnet werden. Innerhalb des Kältemittelkreislaufs kann insbesondere auf Schraubverbindungen und/oder flexible Schläuche verzichtet werden, sodass ein hermetischer Abschluss über lange Nutzungszeiträume erreicht werden kann.
Zur Bereitstellung eines besonders kompakt bauenden Kühlmoduls kann es vorteilhaft sein, das Expansionsventil der Kompressionskältemaschine direkt am Kondensator anzuordnen und/oder einen flachbauenden Kompressor zu nutzen.
Das Kühlmodul kann eine aktive Kühlung für den Kondensator der Kompressionskältemaschine, beispielsweise einen Ventilator, umfassen. Die aktive Kühlung kann zumindest teilweise demontierbar sein, um einen leichteren Transport des Kühlmoduls zu ermöglichen.
Allgemein kann eine Steuereinrichtung des Fluidkühlers den Fluidkühler, insbesondere die einzelnen Kühlmodule, steuern. Die Steuereinrichtung kann insbesondere in der Hauptkomponente angeordnet sein. Die Steuerung der Kühlmodule kann durch eine Kommunikation der Steuereinrichtung mit lokalen Steuereinrichtungen der einzelnen Kühlmodule, insbesondere über den elektrischen Anschluss, realisiert werden, jedoch auch direkt durch geeignete Bestromung der Komponenten des Kühlmoduls, also insbesondere eines Kompressors einer Kompressionskältemaschine. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Steuerung der einzelnen Kühlmodule werden im Folgenden genauer erläutert:

Wenn mehrere der Schnittstellen durch ein jeweiliges Kühlmodul belegt sind, kann die oder eine Steuereinrichtung des Fluidkühlers dazu eingerichtet sein, den Betrieb der Kühlmodule in wenigstens einem Betriebsmodus der Steuereinrichtung derart zu steuern, dass wenigstens eines der Kühlmodule zur Kühlung des Fluids betrieben wird, während ein weiteres der Kühlmodule in einen inaktiven Modus versetzt wird, in dem eine Entnahme des weiteren Kühlmoduls möglich ist. Dies ermöglicht es, dass der Fluidkühler weiterhin gekühltes Fluid bereitstellt, während einzelne Kühlmodule zur Anpassung der Kühlleistung entfernt oder, beispielsweise zur Wartung, ausgetauscht werden. Werden wenigsten zwei Kühlmodule genutzt, die nacheinander ausgetauscht werden, ist beispielsweise ein vollständiger Austausch aller Kühlmodule möglich, ohne dass der Betrieb des Fluidkühlers unterbrochen werden muss. Insbesondere kann hierdurch ermöglicht werden, dass eine gekühlte medizinische Bildgebungseinrichtung zumindest im Stand-by-Modus weiterbetrieben werden kann, wodurch beispielsweise superleitende Magnete eines Magnetresonanztomographen kalt bleiben können, während im Rahmen einer Wartung Kühlmodule des Fluidkühlers ausgetauscht werden.

Sind mehrere der Schnittstellen durch ein jeweiliges Kühlmodul belegt, kann die oder eine Steuereinrichtung des Fluidkühlers ergänzend oder alternativ dazu eingerichtet sein, den Betrieb der Kühlmodule in wenigstens einem Betriebsmodus der Steuereinrichtung derart zu steuern, dass zu vorgegebenen Zeitpunkten jeweils ein Wechsel der zur Kühlung des Fluids betriebenen Kühlmodule erfolgt, wobei die Anzahl der betriebenen Kühlmodule hierbei unverändert bleibt. Sind mehr Kühlmodule vorhanden, als aktuell zur Bereitstellung der benötigten Kühlleistung benötigt werden, kann somit durch ein Durchwechseln der Kühlmodule erreicht werden, dass ein auftretender Verschleiß gleichmäßig auf die vorhandenen Kühlmodule verteilt wird, wodurch längere Wartungsintervalle erreicht werden können.
Sind mehrere der Schnittstellen durch ein jeweiliges Kühlmodul belegt, kann die oder eine Steuereinrichtung des Fluidkühlers ergänzend oder alternativ dazu eingerichtet sein, in wenigstens einem Betriebsmodus wenigstens einen Parameter der Kühlmodule zu überwachen und bei Erfüllung einer von dem Parameter abhängigen Fehlerbedingung für ein bestimmtes Kühlmodul das bestimmte Kühlmodul zu deaktivieren und insbesondere, falls möglich, ein zuvor nicht aktives der installierten Kühlmodule zu aktivieren.
Durch das beschriebene Vorgehen können insbesondere redundante Kühlmodule genutzt werden, wenn eine Fehlfunktion eines der Kühlmodule festgestellt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass wenigstens eine Temperatur- und/oder wenigstens ein Druck in der aktiven Kühleinrichtung überwacht wird. Beispielsweise können niedrige Drücke auf eine Unterfüllung einer Kompressionskältemaschine und hohe Temperaturen auf eine Überhitzung hindeuten.
Falls im Fehlerfall kein bislang nicht aktives installiertes Kühlmodul aktivierbar ist, kann der Fluidkühler im Folgenden mit verringerter Kühlleistung weiterbetrieben werden. Die verringerte zur Verfügung stehende Kühlleistung kann insbesondere an eine externe Einrichtung gemeldet werden, beispielsweise an eine Steuereinrichtung einer zu kühlenden medizinischen Bildgebungseinrichtung. Beispielsweise kann in diesem Fall die Durchführung bestimmter Messsequenzen blockiert werden bzw. eine Auswahlmöglichkeit für Messsequenzen, die einem Benutzer vorgeschlagen werden, eingeschränkt werden.
Unabhängig davon, ob bei Erfüllung der Fehlerbedingung für das bestimmte Kühlmodul dieses deaktiviert bzw. ein weiteres Kühlmodul aktiviert wird, kann eine Erfüllung der Fehlerbedingung auch zu einer Hinweisgabe an eine externe Einrichtung, beispielsweise an einen Server eines Herstellers oder Wartungsdienstleisters des Fluidkühlers bzw. der medizinischen Bildgebungseinrichtung und/oder an ein Mobiltelefon, führen, beispielsweise um eine außerplanmäßige Wartung der Fluidkühlung bzw. konkret des Kühlmoduls, für dass der Fehler aufgetreten ist, einzuleiten.
Sind mehrere der Schnittstellen durch ein jeweiliges Kühlmodul belegt, kann die oder eine Steuereinrichtung des Fluidkühlers ergänzend oder alternativ dazu eingerichtet sein, den Betrieb der Kühlmodule in wenigstens einem Betriebsmodus der Steuereinrichtung zur Bereitstellung einer vorgegebenen Gesamtkühlleistung über ein Zeitintervall derart zu steuern, dass während des gesamten Zeitintervalls eine von der vorgegebenen Kühlleistung abhängige Anzahl der installierten Kühlmodule mit fest vorgegebener Kühlleistung betrieben wird, wobei ein weiteres der installierten Kühlmodule während des Zeitintervalls in Abhängigkeit der vorgegebenen Kühlleistung intermittierend betrieben wird und/oder wobei das oder ein Bypassventil, dass vorgibt, welcher Teil des Fluids durch einen Bypasskanal des Fluidkühlers man dem Modulkanal des Weiteren der installierten Kühlmodule vorbeigeführt wird, in Abhängigkeit der vorgegebenen Kühlleistung gesteuert wird.
Anders ausgedrückt kann eine vorgegebene Kühlleistung z.B. dadurch eingestellt werden, dass Teile der vorhandenen Kühlmodule durchgehend betrieben werden, Teile der vorhandenen Kühlmodulen überhaupt nicht betrieben werden und die Kühlleistung eines der Kühlmodule durch einen entsprechend intermittierenden Betrieb bzw. die Steuerung des Bypassventils eingestellt wird. Hierdurch wird ein effizienteres und gleichmäßigeres Kühlen erreicht als beispielsweise durch einen intermittierenden Betrieb aller Kühlmodule.
Neben dem erfindungsgemäßen Fluidkühler betrifft die Erfindung ein medizinisches Bildgebungssystem, dass eine medizinische Bildgebungseinrichtung, insbesondere einen Magnetresonanztomographen, umfasst, wobei das Bildgebungssystem einen erfindungsgemäßen Fluidkühler umfasst, um wenigstens eine Komponente der Bildgebungseinrichtung zu kühlen.
Die oder eine Steuereinrichtung des Fluidkühlers kann dazu eingerichtet sein, eine den Betrieb des Fluidkühlers betreffende Betriebsinformation an eine Steuereinrichtung der Bildgebungseinrichtung zu übertragen, wobei die Steuereinrichtung der Bildgebungseinrichtung dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Komponente der Bildgebungseinrichtung in Abhängigkeit der Betriebsinformation zu steuern und/oder bei Erfüllung einer von der Betriebsinformation abhängenden Auslösebedingung einerseits eine Nachricht an eine externe Einrichtung zu übertragen und/oder andererseits eine Auswahl an verfügbaren Betriebsmodi der Bildgebungseinrichtung einzuschränken.
Insbesondere kann durch die Steuereinrichtung des Fluidkühlers erkannt werden, wenn nur eine eingeschränkte Kühlleistung zur Verfügung steht, beispielsweise weil nur eine beschränkte Zahl von Kühlmodulen oder nur leistungsschwache Kühlmodule installiert sind bzw. wenn erkannt wird, dass eines oder mehrere Kühlmodule defekt oder zumindest aktuell nicht betriebsbereit sind. Auf Basis dieser oder einer ähnlichen Information kann in der medizinischen Bildgebungseinrichtung beispielsweise im Fall eines Magnetresonanztomographen eine Änderungsrate von Gradientenfeldern oder Ähnliches begrenzt werden, um eine Überhitzung bestimmter Komponenten zu vermeiden. Um ein für einen Nutzer gut vorhersagbares Systemverhalten zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenigstens eine Messsequenz bei Erfüllung der Auslösebedingung zu sperren bzw. erst nach einer expliziten Bestätigung des Benutzers, dass diese ausgeführt werden soll, obwohl sie nicht optimal ausgeführt werden kann, zuzulassen.
Das Senden einer Nachricht an eine externe Einrichtung kann beispielsweise zweckmäßig sein, um einen Dienstleister auf eine erforderliche oder zweckmäßige Wartung des Fluidkühlers und somit des medizinischen Bildgebungssystems hinzuweisen. Da in vielen Fällen medizinische Bildgebungseinrichtungen bereits dazu eingerichtet sind, mit externen Einrichtungen zu kommunizieren, kann dieser bereits bestehende Kommunikationskanal auch genutzt werden, um beispielsweise Nachrichten bezüglich einer Fehlfunktion eines Kühlmoduls oder bezüglich anderer Statusinformationen des Fluidkühlers zu übermitteln. Somit ist beispielsweise keine Einrichtung eines separaten Kommunikationskanals des Fluidkühlers zu einem Dienstleister bzw. zum Hersteller erforderlich.
Eine Kommunikation einer bildgebungseinrichtungsseitigen Steuereinrichtung mit einer fluidkühlerseitigen Steuereinrichtung kann ergänzend oder alternativ auch dazu genutzt werden, den Fluidkühler in Abhängigkeit von Betriebszuständen bzw. Parametern der medizinischen Bildgebungseinrichtung zu steuern. Typischerweise wird die Kühlleistung des Fluidkühlers zwar intern geregelt, beispielsweise durch eine Temperaturmessung des bereitgestellten Fluids. In Fällen, in denen plötzliche Änderungen der erforderlichen Kühlleistung prädiziert werden können, kann es jedoch sinnvoll sein, die bereitgestellte Kühlleistung des Fluidkühlers bereits vor oder zu einem definierten Zeitpunkt nach dem Hitzeeintrag durchzuführen. Dies kann beispielsweise ermöglicht werden, indem in Abhängigkeit einer genutzten Messsequenz der medizinischen Bildgebungseinrichtung zu bestimmten Zeitpunkten während dieser Sequenz Steueranweisungen bezüglich der bereitzustellenden Kühlleistung an den Fluidkühler übermittelt werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen medizinischen Bildgebungssystems, das ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fluidkühlers umfasst,
2 das Zusammenwirken relevanter Komponenten des in 1 gezeigten Fluidkühlers, und
3 und 4 Detailansichten, die das Zusammenwirken einer der Kühlmodule mit einer Hauptkomponente des Fluidkühlers visualisieren.

1 zeigt eine medizinisches Bildgebungssystem 1, das die medizinische Bildgebungseinrichtung 2, im Beispiel einen Magnetresonanztomographen, umfasst, durch die ein Untersuchungsobjekt 49 betreffende Bilddaten erfassbar sind. Um wenigstens eine Komponente 11 der Bildgebungseinrichtung 2 zu kühlen, umfasst das Bildgebungssystem 1 zusätzlich den Fluidkühler 5. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist der Fluidkühler 5 hierbei außerhalb des Gebäudes angeordnet, in dem sich die Bildgebungseinrichtung 2 befindet, was dadurch angedeutet ist, dass die das Fluid 4 führenden Fluidleitungen 10, 12 durch eine nur schematisch dargestellte Hauswand 13 geführt sind.
Um den zumindest abschnittsweise außerhalb des Gebäudes verlaufenden Kühlkreis 3 von dem innerhalb des Gebäudes liegenden Kühlkreis zu trennen, der der Bildgebungseinrichtung 2 über die Fluidleitung 7 kaltes Fluid zuführt und über die Fluidleitung 6 warmes Fluid von der Bildgebungseinrichtung 2 abführt, wird ein Systemtrenner 9 mit einem Wärmetauscher 8 genutzt. Alternativ wäre es bei einer einfacheren Ausgestaltung möglich, über den Hauptablauf 17 durch den Fluidkühler 5 bereitgestelltes kaltes Fluid 4 unmittelbar der Bildgebungseinrichtung 2 zuzuführen, um die Komponente 11 zu kühlen, und das durch die Komponente 11 erwärmte Fluid 4 unmittelbar dem Hauptzulauf 16 des Fluidkühlers 5 zuzuführen, um es erneut zu kühlen.
Die Komponente 11 ist in 1 nur schematisch als Rechteck dargestellt und könnte beispielsweise Teil der Steuerelektronik der Bildgebungseinrichtung 2 oder ein zu kühlender Magnet bzw. eine zu kühlende Kühleinrichtung für einen Magneten sein.
Um eine leichtere Wartung des Fluidkühlers 5 zu ermöglichen und diesen zudem besser an eine tatsächlich erforderliche maximale Kühlleistung anpassen zu können, wird statt einem üblichen Fluidkühler, der eine einzige Kompressionskältemaschine mit hoher Leistung aufweist, ein modular aufgebauter Fluidkühler 5 genutzt. Dieser umfasst eine Hauptkomponente 15, die einige zentrale Komponenten des Fluidkühlers 5, nämlich im Beispiel eine Pumpe 29, einen Fluidtrank 30 zur Pufferung von Fluid 4 vor dem Hauptablauf 17 und eine Steuereinrichtung 45, aufweist. Zudem implementiert die Hauptkomponente 15 mehrere, im Beispiel vier, Schnittstellen 18 bis 21, die jeweils mit einem Kühlmodul 22 bis 24 bestückt werden können.
Im Beispiel ist die Schnittstelle 19 unbestückt, sodass einige Merkmale dieser Schnittstelle bereits in 1 gut erkennbar sind. Die Schnittstelle 19 umfasst hierbei zunächst einen Fluidanschluss 28, der dazu dient, einen Fluidzulauf und -ablauf eines an dieser Schnittstelle installierten Kühlmoduls mit einem Kanalsystem 14 der Hauptkomponente 15 zu verbinden, das wiederum den Hauptzulauf 16 und den Hauptablauf 17 ausbildet.
Das Zusammenwirken der in 1 darstellten Kühlmodule 22 bis 24 sowie eines optional zusätzlich installierbaren Kühlmoduls 25 mit dem Kanalsystem 14 zur Kühlung des Fluids 4 wird im Folgenden mit zusätzlichem Bezug auf 2 näher erläutert. Wie dort gut zu erkennen ist, sind alle installierten Kühlmodule 22 bis 24 und, soweit dieses vorhanden ist, das Kühlmodul 25 durch das Kanalsystem 14 in Serie geschaltet. Wie bereits im allgemeinen Teil erläutert wurde, kann stattdessen eine Parallelschaltung genutzt werden.
Wird zunächst davon ausgegangen, dass alle Schnittstellen 18 bis 21 mit Kühlmodulen 22 bis 25 bestückt sind, können beispielsweise alle Bypassventile 31 bis 34 der Hauptkomponente 15 geschlossen werden, sodass das gesamte durch die Pumpe 29 geförderte Fluid durch alle Kühlmodule 22 bis 25 strömt, wie für ein einzelnes der Kühlmodule 22 bis 25 später noch mit Bezug auf 3 näher erläutert werden wird.
Das durch die Kühlmodule 22 bis 25 gekühlte Fluid könnte unmittelbar zum Hauptablauf 17 geführt werden. Um jedoch Temperaturschwankungen, z.B. bei einem intermittierenden Betrieb wenigstens eines der Kühlmodule 22 bis 25 zur Einstellung der Kühlleistung, auszugleichen, wird das Fluid nach der Kühlung durch die Kühlmodule 22 bis 25 zunächst zur Pufferung in den Fluidtank 30 geführt, wo es sich mit dort bereits befindlichem Fluid 4 mischt, bevor es dem Hauptablauf 17 zugeführt wird, wodurch die Temperaturschwankungen, wie sie beispielsweise bei einem Zweipunktbetrieb wenigstens eines der Kühlmodule 22 bis 25 auftreten würden, geglättet werden.
Im gezeigten Beispiel wird davon ausgegangen, dass der Fluidanschluss 28 der jeweiligen Schnittstelle 18 bis 21 selbstdichtend ist. Ist somit das Fluidmodul 25 nicht in der Schnittstelle 19 installiert, wie dies auch in 1 dargestellt ist, sperren die beiden Fluiddurchführungen des Fluidanschlusses 28, womit zunächst kein Fluidtransport vom Hauptzulauf 16 zum Hauptablauf 17 möglich wäre. Durch Öffnen des Bypassventils 32 kann jedoch der Bypasskanal 36 geöffnet werden, sodass das Fluid weiterhin durch den Fluidkühler 5 geführt und dort gekühlt werden kann.
Entsprechend könnte beispielsweise bei Entfernung des Kühlmoduls 22 das Bypassventil 31 geöffnet werden, um das Fluid durch den Bypasskanal 35 zu führen, bei Entfernung des Kühlmoduls 23 das Bypassventil 33 geöffnet werden, um das Fluid durch den Bypasskanal 37 zu führen und bei Entfernung des Kühlmoduls 24 das Bypassventil 34 geöffnet werden, um das Fluid durch den Bypasskanal 38 zu führen. Somit ist es im gezeigten Fluidkühler 5 stets möglich, an dem Hauptzulauf 16 bereitgestelltes Fluid 4 in dem Fluidkühler 5 zu kühlen, solange wenigstens ein Kühlmodul 22 bis 25 an wenigstens einer der Schnittstellen 18 bis 21 installiert ist.
Dies ermöglicht es beispielsweise, in der in 1 gezeigten Konfiguration, beispielsweise im Rahmen einer Wartung, eines der installierten Kühlmodule 22, 23, 24 zu ersetzen, indem zunächst ein zusätzliches Kühlmodul an der Schnittstelle 19 angeschlossen wird und anschließend eines der Kühlmodule 22, 23, 24 entfernt wird. In diesem Fall ist es sogar möglich, im Rahmen dieses Modultausches durchgehend die maximale Kühlleistung von drei Kühlmodulen 22 bis 25 bereitzustellen, da stets zumindest drei der Kühlmodule 22 bis 25 vorhanden sind.
Die Funktion des einzelnen Kühlmoduls 22 bis 25 wird im Folgenden am Beispiel des Kühlmoduls 22 mit zusätzlichem Bezug auf 3 erläutert. Hierbei wird das Fluid aus dem Kanalsystem 14 zunächst über einen selbstdichtenden Fluidzulauf 53 in den Modulkanal 26 des Kühlmoduls 22 eingeführt, dort durch eine aktive Kühlung 27 gekühlt und anschließend über den selbstdichtenden Fluidauslass 52 wieder in das Kanalsystem 14 zurückgeführt.
Die aktive Kühleinrichtung 27 wird im Beispiel durch eine Kompressionskältemaschine implementiert, deren Verdampfer 54 durch einen Wärmetauscher gebildet wird, der dem Fluid 4 im Modulkanal 26 Wärme entzieht. Durch einen Kompressor 55 wird das Kältemittel, beispielsweise Propan, CO₂ oder Ammoniak, oder Kältemittelgemisch, z.B. aus der R-407 Gruppe, anschließend komprimiert und hierdurch erwärmt und dem Kondensator 56 zugeführt, in dem es, im Beispiel durch einen durch einen Ventilator 58 verursachten Luftstrom, gekühlt wird und somit kondensiert. Durch das Expansionsventil 57 folgt eine weitere Abkühlung des Kältemittels, bevor es dem Dampfer 54 zugeführt wird. Entsprechende Kompressionskältemaschinen und Weiterbildungen hiervon sind an sich bekannt und sollen daher nicht detailliert erläutert werden.
Die Bestromung der aktiven Komponenten, also insbesondere des Kompressors 55 und im Beispiel auch des Ventilators 58 könnte unmittelbar über einen zusätzlichen elektrischen Anschluss 39 der jeweiligen Schnittstelle erfolgen. Im Beispiel erfolgt die Ansteuerung des Kompressors 55 und des Ventilators 58 jedoch durch eine über den elektrischen Anschluss 39 bestromt lokale Steuereinrichtung 40, die, ebenfalls über den elektrischen Anschluss 39 oder alternativ über einen nicht gezeigten weiteren elektrischen Anschluss, mit der Steuereinrichtung 45 in der Hauptkomponente 15 kommuniziert. Dies ermöglicht es einerseits technische Details des einzelnen Kühlmoduls 22 bis 25 zu abstrahieren, sodass beispielsweise auch technisch unterschiedlich gestaltete Kühlmodule 22 bis 25 gemeinsam genutzt werden können, solange sie über ein gemeinsames Protokoll steuerbar sind und gewisse Rahmenparameter, beispielsweise Anschlusspositionen und Größen von Anschlüssen sowie Parameter der bereitgestellten Stromversorgung, gleich sind.
Durch nicht gezeigte Sensoren des jeweiligen Kühlmoduls 22 bis 25 können Parameter der aktiven Kühlung 27, beispielsweise ein Druck und/oder eine Temperatur im Kühlmittelkreis, bereitgestellt werden, anhand von denen beispielsweise eine Fehlfunktion des jeweiligen Kühlmoduls 20 bis 25 erkannt werden kann, wodurch die Steuereinrichtung 45 entsprechend auf eine solche Störung reagieren kann.
Die Steuereinrichtung 45 kann, beispielsweise auf Basis der Kommunikation mit den lokalen Steuereinrichtungen 40 der einzelnen Kühlmodule 22 bis 25 und/oder auf Basis von sensorisch erfassten Daten, erkennen, wie viele der Schnittstellen 18 bis 21 belegt sind und/oder weitere Parameter, beispielsweise einen Druckabfall zwischen Pumpe 29 und Hauptablauf 17 erfassen, die ebenfalls von der genutzten Zahl der Kühlmodule 22 bis 25 abhängen. Um beispielsweise zu erreichen, dass unabhängig von der genutzten Zahl von Kühlmodulen 22 bis 25 eine gleiche Fluidmenge pro Zeit am Hauptablauf 17 bereitgestellt wird, kann die Steuereinrichtung 45 die Pumpe 29 in Abhängigkeit dieser Größen steuern.
Um die Kühlmodule 22 bis 25 mit möglichst geringem Aufwand in einer freien Schnittstelle 18 bis 21 installieren zu können, sind an der Hauptkomponente 15 Führungsmittel 41, 42 vorgesehen, um das jeweilige Kühlmodul 22 bis 25 beim Einschieben in die entsprechende Schnittstelle auf einem vorgegebenen Bewegungspfad zu führen. Die Wirkung dieser Führungsmittel 41, 42 wird im Folgenden mit zusätzlichem Bezug auf 4 erläutert, die die in 1 vom Betrachter abgewandte Seite des Kühlmoduls 22 bei dessen Einführung in die Schnittstelle 18 zeigt. Die Führungsmittel 41 sind hierbei Schienen, die mit Vorsprüngen 43 des Kühlmoduls 22 zusammenwirken, um dieses geradlinig in Richtung der Rückwand der Hauptkomponente 15 zu führen. Um sicherzustellen, dass der Fluidanschluss 28 der Hauptkomponente 15 den gegengleichen Fluidanschluss 51 des jeweiligen Kühlmoduls 22 bis 25 positionsrichtig und mit der richtigen Ausrichtung kontaktiert und um dies auch für die elektrischen Anschlüsse 39, 50 der Hauptkomponente 15 und des jeweiligen Kühlmoduls 22 bis 25 robust zu erreichen, erfolgt im letzten Bewegungsabschnitt zusätzlich eine Führung durch die Führungsmittel 42, die Zentrierstifte bilden, die in gegengleiche Ausnehmungen 44 des jeweiligen Kühlmoduls 22 bis 25 eingreifen. Die Installation des jeweiligen Kühlmoduls 22 bis 25 in die jeweilige Schnittstelle 18 bis 21 ist somit durch schlichtes Einschieben des jeweiligen Kühlmoduls 22 bis 25 in die Hauptkomponente 15 möglich.
Die Nutzung mehrerer separater Kühlmodule 22 bis 25 bietet neben der leichteren Transportierbarkeit der einzelnen Kühlmodule 22 bis 25 gegenüber einem einteiligen Fluidkühler und somit neben der Möglichkeit, eine Wartung problemlos auch beabstandet von dem Installationsort durchführen zu können, weitere Vorteile. So kann die Steuereinrichtung 45 derart eingerichtet sein, dass eines der installierten Kühlmodule 22 bis 25 deaktiviert wird, während zumindest ein weiteres der vorhandenen Kühlmodule 22 bis 25 weiterbetrieben wird. Das deaktivierte Kühlmodul kann dann beispielsweise entnommen werden, um die Kühlleistung anzupassen oder um es durch ein anderes Kühlmodul zu ersetzen. Durch den Weiterbetrieb wenigstens eines anderen Kühlmoduls wird jedoch ermöglicht, dass die medizinische Bildgebungseinrichtung 2 zumindest im Stand-by-Modus weiterbetrieben werden kann, sodass insbesondere vermieden werden kann, dass beispielsweise Magnete eines Magnetresonanztomographen aufgewärmt und anschließend wieder abgekühlt werden müssen, wenn eine Wartung des Fluidkühlers 5 erfolgen soll.
Sind mehrere Kühlmodule 22 bis 25 vorhanden, als sie aktuell zur Bereitstellung der erforderlichen Kühlleistung benötigt werden, können die vorhandenen Kühlmodule 22 bis 25 durch entsprechende Steuerung durch die Steuereinrichtung 45 auch abwechselnd genutzt werden, um den auftretenden Verschleiß gleichmäßig auf die verschiedenen Kühlmodule 22 bis 25 zu verteilen und hierdurch längere Wartungsintervalle zu erreichen. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, da medizinische Bildgebungseinrichtungen 2, insbesondere Magnetresonanztomographen, üblicherweise über einen Großteil ihrer Betriebsdauer in Betriebszuständen genutzt werden, in denen eine relativ geringe Kühlleistung erforderlich ist, beispielsweise eine im Stand-by-Modus.
Wie bereits obig erläutert wurde, kann die Steuereinrichtung 45, insbesondere gemeinsam mit lokalen Steuereinrichtungen 40 der einzelnen Kühlmodule 22 bis 25 bzw. durch Nutzung von dort vorhandenen Sensoren, erkennen, wenn eines der Kühlmodule 22 bis 25 nicht länger voll funktionsfähig ist, beispielsweise aufgrund einer Unterfüllung des Kühlkreises der Kompressionskältemaschine. In diesem Fall kann es das betroffene Kühlmodul 22 bis 25 deaktivieren und, solange aktuell nicht alle installierten Kühlmodule 22 bis 25 betrieben werden, stattdessen ein anderes der bislang nicht betriebenen Kühlmodule 22 bis 25 zu aktivieren, sodass aufgrund der vorhandenen Redundanz weiterhin die gleiche Kühlleistung bereitgestellt werden kann.
Steht kein installiertes Ersatzmodul bereit, so wird eine geringere Kühlleistung bereitgestellt, was beispielsweise durch Senden einer entsprechenden Nachricht an die Steuereinrichtung 46 der medizinischen Bildgebungseinrichtung 2 an diese mitgeteilt werden kann, sodass deren Betrieb entsprechend angepasst werden kann.
Beispielsweise kann dort unmittelbar die Steuerung wenigstens einer Komponente 11 beeinflusst werden. Beispielsweise kann eine geringere Steilheit bei einer Änderung von Gradientenfeldern in einem Magnetresonanztomographen genutzt werden, um die erzeugte Abwärme zu begrenzen.
Besonders zweckmäßig ist es jedoch, für folgende Messsequenzen die Auswahl bestimmter Messsequenzen zu blockieren bzw. eine mögliche Parametrisierung der Messsequenzen einzuschränken, sodass beispielsweise eine geringere Bildqualität oder eine längere Messezeit in Kauf genommen wird, um die erzeugte Abwärme zu reduzieren.
Unabhängig davon, ob eine Anpassung des Betriebs der medizinischen Bildgebungseinrichtung 2 erforderlich ist, kann bei Erkennung eines fehlerhaften Kühlmoduls 22 bis 25 durch die Steuereinrichtung 45 eine entsprechende Nachricht an die Steuereinrichtung 46 der medizinischen Bildgebungseinrichtung 2 gesendet werden, sodass diese eine entsprechende Nachricht, beispielsweise über ein Netzwerk 47, insbesondere das Internet bzw. in VPN, an eine externe Einrichtung 48, beispielsweise einen Service-Dienstleister oder den Hersteller des medizinischen Bildgebungssystems 1 senden kann, um diesen auf eine notwendige Wartung hinzuweisen.
Ein übliches Vorgehen zur Einstellung der Kühlleistung eines Fluidkühlers ist es, dessen aktive Kühlung intermittierend zu betreiben, sodass ein dem Fluidtank 30 zugeführtes Fluid abwechselnd nicht und mit voller Kühlleistung gekühlt wird. Um eine hinreichend konstante Fluidtemperatur am Hauptablauf 17 zu erreichen ist hierbei jedoch ein relativ großer Fluidtank 30 erforderlich. Dadurch, dass in dem diskutierten modularen Fluidkühler 5 jedoch typischerweise mehrere installierte Kühlmodule 22 bis 25 vorhanden sind, können anderen Ansätze zur Regelung der Kühlleistung genutzt werden, die mit einem kleineren Fluidtank 30 oder unter Umständen sogar vollständig ohne Fluidtank zur Pufferung auskommen.
Ein relativ einfacher Regelungsansatz, der jedoch die Temperaturschwankungen des Fluids vor dem Fluidtank 30 schon erheblich reduzieren kann, ist es, je nach gewünschter Kühlleistung eine bestimmte Anzahl der Kühlmodule 22 bis 25 dauerhaft zu betreiben und nur eines der Kühlmodule, beispielweise durch eine Zweipunktregelung, intermittierend zu betreiben. Somit variiert die Temperatur des dem Fluidtank 30 zugeführten Fluid zwar weiterhin, da die Kühlleistung beim Schalten dieses Kühlmoduls 22 bis 25 weiterhin variiert. Da die Kühlleistung jedoch nur um die Leistung eines einzigen Kühlmoduls 22 bis 25 und nicht um die Gesamtleistung des Fluidkühlers 5 variiert, resultiert eine geringere Temperaturschwankung des Fluids, wodurch wiederum ein kleinerer Fluidtank 30 ausreichend ist.
Eine weitere Verbesserung kann erreicht werden, wenn statt eines intermittierenden Betriebs eines der Kühlmodule 22 bis 25 für dieses Kühlmodul 22 bis 25 ein einstellbarer Durchfluss durch den zugeordneten Bypasskanal 35 bis 38 realisiert werden kann. Dies ist beispielsweise möglich, wenn als Bypassventil 31 bis 34 ein Drosselventil genutzt wird oder ein zusätzliches Drosselventil parallel als Mischerventil genutzt wird. Hierdurch wird ein Teil des Fluids an dem Kühlmodul, dessen Kühlleistung nicht vollständig genutzt werden soll, vorbeigeführt und anschließend mit dem durch dieses Kühlmodul gekühlten Fluid gemischt werden, wodurch dieses Kühlmodul eine geringere Kühlleistung bereitstellt.
Die Nutzung von Mischerventilen, die beispielsweise auf Basis einer Ausgangstemperatur über einen PI-Regler geregelt werden können, ist an sich für die Nutzung von monolithischen Fluidkühlern mit einer einzigen aktiven Kühleinrichtung bereits bekannt. Nachteilig ist hierbei, dass bei einer deutlichen Absenkung der gewünschten Kühlleistung die Effizienz des Fluidkühlers erheblich sinkt. Im beschriebenen Fluidkühler 5 können hingegen, wenn eine deutliche Absenkung der Kühlleistung gewünscht ist, Teile der Kühlmodule 22 bis 25 vollständig deaktiviert werden und es erfolgt nur ein Bypass eines einzigen der Kühlmodule, sodass ausschließlich dessen Effizienz sinkt. Somit wird auch bei diesem Ansatz zur Regelung der Kühlleistung gegenüber einem monolithischen Fluidkühler durch die Nutzung mehrerer Kühlmodule eine merklich verbesserte Effizienz erreicht.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Fluidkühler zur Kühlung eines Fluids (4), insbesondere zur Kühlung einer medizinischen Bildgebungseinrichtung (2), wobei ein Kanalsystem (14) einer Hauptkomponente (15) des Fluidkühlers (5) einen Hauptzulauf (16) für zu kühlendes Fluid (4) und einen Hauptablauf (17) für gekühltes Fluid (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkomponente (15) mehrere Schnittstellen (18 - 21) aufweist, die jeweils mit einem Kühlmodul (22 - 25) bestückbar sind, wobei wenigstens eine der Schnittstellen (18 - 21) mit einem jeweiligen dort installierten Kühlmodul (22 - 25) bestückt ist, das einen Modulkanal (26) zur Führung des Fluids (4) durch das Kühlmodul (22 - 25) und eine aktive Kühleinrichtung (27) zur Kühlung dieses Fluid (4) umfasst, wobei die Schnittstellen (18 - 21) jeweils einen Fluidanschluss (28) umfassen, der, bei einer Bestückung dieser Schnittstelle (18 -21) mit einem Kühlmodul (22 - 25), den Modulkanal (26) dieses Kühlmoduls (22 - 25) mit dem Kanalsystem (14) verbindet, wobei die Hauptkomponente (15) für die jeweilige Schnittstelle (18 - 21) wenigstens ein Führungsmittel (41, 42) aufweist, das ein Kühlmodul (22 - 25) bei der Bestückung der Schnittstelle (18 - 21) entlang einem vorgegebenen Bewegungspfad führt, wodurch der Fluidanschluss (28) und/oder der elektrische Anschluss (39) automatisch verbunden werden.
Fluidkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkomponente (15) eine Pumpe (29) zur Förderung des Fluids (4) durch den jeweiligen Modulkanal (26) des jeweiligen installierten Kühlmoduls (22 - 25) und/oder einen Fluidtank (30) zur Pufferung von Fluid (4) vor dem Hauptablauf (17) und/oder wenigstens ein Bypassventil (31 - 34), durch das vorgebbar ist, ob Fluid (4) und/oder welcher Teil des Fluids (4) durch einen Bypasskanal (35 - 38) der Hauptkomponente (15) an dem Modulkanal (26) eines jeweiligen Kühlmoduls (22 - 25) vorbeigeführt wird, umfasst.
Fluidkühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (45) des Fluidkühlers (5) dazu eingerichtet ist, die Anzahl der installierten Kühlmodule (22 - 25) und/oder einen hiervon abhängigen Parameter zu ermitteln und die Pumpe (29) in Abhängigkeit dieser Anzahl und/oder dieses Parameters anzusteuern.
Fluidkühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellen (18 - 21) jeweils zusätzlich wenigstens einen elektrischen Anschluss (39) umfassen, der zur Bestromung eines diese Schnittstelle bestückenden Kühlmoduls (22 - 25), insbesondere von dessen aktiver Kühleinrichtung (27), und/oder zur Kommunikation mit einer kühlmodulseitigen Mess- und/oder Steuereinrichtung (40) dient.
Fluidkühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Kühleinrichtung (27) eine Kompressionskältemaschine ist oder umfasst.
Fluidkühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Schnittstellen (18 -21) durch ein jeweiliges Kühlmodul (22 - 25) belegt sind, wobei die oder eine Steuereinrichtung (45) des Fluidkühlers (5) dazu eingerichtet ist, den Betrieb der Kühlmodule (22 - 25) in wenigstens einem Betriebsmodus der Steuereinrichtung (45) derart zu steuern, dass wenigstens eines der Kühlmodule (22 - 25) zur Kühlung des Fluids (4) betrieben wird, während ein weiteres der Kühlmodule (22 - 25) in einen inaktiven Modus versetzt wird, in dem eine Entnahme des weiteren Kühlmoduls (22 - 25) möglich ist.
Fluidkühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Schnittstellen (18 -21) durch ein jeweiliges Kühlmodul (22 - 25) belegt sind, wobei die oder eine Steuereinrichtung (45) des Fluidkühlers (5) dazu eingerichtet ist, den Betrieb der Kühlmodule (22 - 25) in wenigstens einem Betriebsmodus der Steuereinrichtung (45) derart zu steuern, dass zu vorgegebenen Zeitpunkten jeweils ein Wechsel der zur Kühlung des Fluids (4) betriebenen Kühlmodule (22 - 25) erfolgt, wobei die Anzahl der betriebenen Kühlmodule (22 - 25) hierbei unverändert bleibt.
Fluidkühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Schnittstellen (18 -21) durch ein jeweiliges Kühlmodul (22 - 25) belegt sind, wobei die oder eine Steuereinrichtung (45) des Fluidkühlers (5) dazu eingerichtet ist, in wenigstens einem Betriebsmodus wenigstens einen Parameter der Kühlmodule (22 - 25) zu überwachen und bei Erfüllung einer von dem Parameter abhängigen Fehlerbedingung für ein bestimmtes Kühlmodul (22 - 25) das bestimmte Kühlmodul (22 - 25) zu deaktivieren und insbesondere, falls möglich, ein zuvor nicht aktives der installierten Kühlmodule (22 - 25) zu aktivieren.
Fluidkühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Schnittstellen (18 -21) durch ein jeweiliges Kühlmodul (22 - 25) belegt sind, wobei die oder eine Steuereinrichtung (45) des Fluidkühlers (5) dazu eingerichtet ist, den Betrieb der Kühlmodule (22 - 25) in wenigstens einem Betriebsmodus der Steuereinrichtung (45) zur Bereitstellung einer vorgegebenen Gesamtkühlleistung über ein Zeitintervall derart zu steuern, dass während des gesamten Zeitintervalls eine von der vorgegebenen Kühlleistung abhängige Anzahl der installierten Kühlmodule (22 - 25) mit fest vorgegebener Kühlleistung betrieben wird, wobei ein weiteres der installierten Kühlmodule (22 - 25) während des Zeitintervalls in Abhängigkeit der vorgegebenen Kühlleistung intermittierend betrieben wird und/oder wobei das oder ein Bypassventil (31 - 34), das vorgibt, welcher Teil des Fluids (4) durch einen Bypasskanal (35 - 38) des Fluidkühlers (5) an dem Modulkanal (26) des Weiteren der installierten Kühlmodule (22 - 25) vorbeigeführt wird, in Abhängigkeit der vorgegebenen Kühlleistung gesteuert wird.
Medizinisches Bildgebungssystem, umfassend eine medizinische Bildgebungseinrichtung (2), insbesondere einen Magnetresonanztomographen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildgebungssystem (1) einen Fluidkühler (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst, um wenigstens eine Komponente (11) der Bildgebungseinrichtung (2) zu kühlen.
Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die oder eine Steuereinrichtung (45) des Fluidkühlers (5) dazu eingerichtet ist, eine den Betrieb des Fluidkühlers betreffende Betriebsinformation an eine Steuereinrichtung (46) der Bildgebungseinrichtung (2) zu übertragen, wobei die Steuereinrichtung (46) der Bildgebungseinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Komponente (11) der Bildgebungseinrichtung (2) in Abhängigkeit der Betriebsinformation zu steuern und/oder bei Erfüllung einer von der Betriebsinformation abhängenden Auslösebedingung einerseits eine Nachricht an eine externe Einrichtung (48) zu übertragen und/oder andererseits eine Auswahl an verfügbaren Betriebsmodi der Bildgebungseinrichtung (2) einzuschränken.