一种CT设备的半导体制冷机架内温度控制系统的制作方法

本技术属于x线电子计算机断层扫描，具体是一种ct设备的半导体制冷机架内温度控制系统。

背景技术：

1、在ct系统（计算机断层扫描设备）中，同时存在大功率热源与热敏感元件（如探测器），温度变化对系统输出的图像质量产生很大的影响，因此需要对系统内部进行热管理。另外，ct系统在临床使用的时间和时间间隔有较大的随机性，要想使ct内部温度保持恒定，在工程实践中有非常大的挑战。随着探测器的像素越来越小，读取及转换原件越来越多，发热的功率日益增大，ct系统内温度控制的挑战也越来越大。

2、ct机是一种广泛应用的大型医疗影像设备，主要由x射线球管、探测器、机架、床以及数据采集与处理系统等组成。

3、ct机在工作时球管曝光产生大量热量，可造成机架内部温度快速升高，同时由于探测器的增益受温度影响大，因此在扫描过程中必须对探测器温度进行控制，以保证采样的稳定性，从而确保图像质量。随着ct技术的不断发展，x射线球管的功率不断提升，而新一代光子计数探测器的晶体材料对温度的敏感性也更高，工作状态更需要保持恒定低温。

4、在现有技术中，一般ct机扫描架采用以下几种温度控制方式：

5、在机架顶部装有大型风扇，将腔体内部的热空气抽出，同时从底部吸入冷空气，某些产品型号同时在机架腔体内增加了加热丝和热风送风器，用以双向控制机架内部温度的升高和降低。这种方式依赖于环境温度，机架内部温度不能低于环境温度，当环境温度较高时其制冷效果下降。cn217219038u介绍了一种采用风冷的ct机架结构，通过两组风扇和风路的设计达到ct机内部散热的结构。

6、在设备外部配备一套制冷机组，通过管路将冷媒送入机架内部进行降温。cn1541619a介绍了一种类似的方式，由外部制冷设备产生高压冷空气，通过管路输入机架内部。us6709156b1的实施例给出了另一种方法，既由外部制冷机组产生冷水，冷水输送至机架内的换热器由风扇将换热器产生的冷风吹入机架内部，换热器产生的热水经水管循环回制冷机组。这种方式由于采用了外部的制冷机组，成本昂贵，并且不利于ct设备在医院的安装部署。

7、热电半导体制冷器制冷技术在ct系统中多用于局部制冷。如cn1475192a给出了一种ct探测器冷却方法，tec半导体制冷器的制冷面直接作用于探测器的导轨两端，通过导轨传递探测器模块的热量，tec热面依赖自然风冷。这种在两端制冷的方式不利于所有探测器模块的温度均匀性。cn216960621u给出了另一种利用tec对探测器冷却的方法，其将tec冷面通过导冷板直接接触探测器模块单元，这种方法由于通过低热容直接传导热量，温度变化快，不利于恒温控制。

8、另外，热电半导体制冷器(thermoelectric cooler，tec)是一种新型的固态制冷技术。当电流通过两种半导体材料组成的电偶时，制冷片的一面吸热，一面放热，并且可通过改变通过电流的极性实现吸热面和放热面的交换。目前tec主要应用在空间较小、制冷量需求低的场景，使用方式为制冷片冷面直接接触发热元件，热面采用散热片加风冷进行散热。这种应用方式由于冷热面温差较大，制冷效率低。

技术实现思路

1、本实用新型为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种使用了tec半导体制冷技术，可以主动制冷，散热效率更高，可以使ct机架内部温度低于环境温度；并将制冷元件与ct机进行了一体化集成，部署简单成本低；且可以通过单一元件同时实现制冷和制热，无需传统ct中的制热单元，简化了系统架构，节约了成本；散热效率大大优于传统模式，降低了冷热面温差，可以使tec工作在更高的功率，提升了制冷效率的ct设备的半导体制冷机架内温度控制系统。

2、本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种ct设备的半导体制冷机架内温度控制系统，在ct机架的两侧各布置一套基于tec的温控装置，当ct机工作并使机架内部的温度高于阈值时，温控装置将tec制冷产生的冷空气通过对内换热器吸入机架内部，将tec自身产生的热量通过对外换热器吹到机架外部；当ct机停机到再次启动时，如果机架内部温度过低，温控装置可以通过切换tec电流的极性使机架内部迅速升温，使机架快速满足工作要求，此种工作模式下，tec产生的热量通过对内换热器吸入机架内部。

3、优选地，ct机机架采用前后两个隔离的腔体， x射线源、探测器、其他发热元件均位于机架前腔，温控装置的对内换热器也位于前腔，将冷/热风吹入机架前腔，再由x射线源和探测器上的风扇引入部件内部，经过热交换后进入机架后腔；机架后腔顶部的顶部风扇将换热后的空气抽出机架；温控装置的对外换热器位于机架后腔，将温控装置自身产生的热/冷风排出机架。

4、优选地，所述温控装置包括外壳以及设在外壳内的tec热电半导体制冷器、液冷头、对内换热器、对外换热器、水泵、水箱、冷凝水箱、电源、控制板和温度传感器。

5、优选地，所述液冷头设置在tec热电半导体制冷器的l两侧，所述对内换热器和对外换热器均采用冷排加风扇结构，所述外壳的顶部还设有一组顶部风扇。

6、优选地，所述tec热电半导体制冷器的冷热两面各自连接一套水冷装置，该种双侧水冷的结构可以使两端的热量传导达到最大化。

7、优选地，所述水冷装置的工作方式：tec冷面连接液冷头，充分吸收液冷头内部循环水的热量，降温后的循环水流入换热器冷排，风扇将经过冷排的空气吹出形成冷风，升温后的循环水从冷排流出进入水箱，水箱可增加循坏水体积从而增加热容量，水泵将水箱中的水抽出再注入到液冷头，从而形成水循环。

8、优选地，该温控装置还包括一套闭环控制系统，可通过布置在机架进出风位置的温度传感器检测温度差，并反馈给控制电路板，控制电路板通过控制算法计算出合适的制冷/加热功率和通风量，用以控制tec的电压和换热器风扇的转速，从而使机架腔体内温度达到恒定。

9、本实用新型的优势在于：

10、现有的纯风冷系统的ct机方案散热效率低，并且依赖于环境温度，控制温度不能低于环境温度。本实用新型由于使用了tec半导体制冷技术，可以主动制冷，散热效率更高，可以使ct机架内部温度低于环境温度。

11、现有使用外部制冷装置的ct机，必须配备单独的设备室和室外机空间，系统复杂实施成本高。本实用新型将制冷元件与ct机进行了一体化集成，部署简单成本低。

12、由于tec的特性是可以通过改边电流方向，来切换变制冷加热的状态，本实用新型中的温度控制系统可以通过单一元件同时实现制冷和制热，无需传统ct中的制热单元，简化了系统架构，节约了成本；

13、tec元件的制冷效率取决于冷热面的温差，温差越小效率越高。传统上tec在使用时都是用散热片加风冷的方式，这种方式散热率低，造成冷热面温差大。本实用新型在tec元件的冷热两面各设计了一套水冷系统，散热效率大大优于传统模式，降低了冷热面温差，可以使tec工作更高的功率，提升了制冷效率。

技术特征：

1.一种ct设备的半导体制冷机架内温度控制系统，其特征在于：在ct机架的两侧各布置一套基于半导体制冷器tec的温控装置，当ct机工作并使机架内部的温度高于阈值时，温控装置将tec制冷产生的冷空气通过对内换热器吸入机架内部，将tec自身产生的热量通过对外换热器吹到机架外部；当ct机停机到再次启动时，如果机架内部温度过低，温控装置可以通过切换tec电流的极性使机架内部迅速升温，使机架快速满足工作要求，此种工作模式下，tec产生的热量通过对内换热器吸入机架内部。

2.根据权利要求1所述的一种ct设备的半导体制冷机架内温度控制系统，其特征在于：ct机机架采用前后两个隔离的腔体， x射线源、探测器、发热元件均位于机架前腔，温控装置的对内换热器也位于前腔，将冷/热风吹入机架前腔，再由x射线源和探测器上的风扇引入部件内部，经过热交换后进入机架后腔；机架后腔顶部的顶部风扇将换热后的空气抽出机架；温控装置的对外换热器位于机架后腔，将温控装置自身产生的热/冷风排出机架。

3.根据权利要求1所述的一种ct设备的半导体制冷机架内温度控制系统，其特征在于：所述温控装置包括外壳以及设在外壳内的tec热电半导体制冷器、液冷头、对内换热器、对外换热器、水泵、水箱、冷凝水箱、电源、控制板和温度传感器。

4.根据权利要求3所述的一种ct设备的半导体制冷机架内温度控制系统，其特征在于：所述液冷头设置在tec热电半导体制冷器的一侧，所述对内换热器采用冷排加风扇结构，所述对外换热器采用冷排加风扇结构，所述外壳的顶部还设有一风扇。

5.根据权利要求3所述的一种ct设备的半导体制冷机架内温度控制系统，其特征在于：所述tec热电半导体制冷器的冷热两面各自连接一套水冷装置，该种双侧水冷的结构可以使两端的热量传导达到最大化。

6.根据权利要求5所述的一种ct设备的半导体制冷机架内温度控制系统，其特征在于：所述水冷装置的工作方式：tec冷面连接液冷头，充分吸收液冷头内部循环水的热量，降温后的循环水流入换热器冷排，风扇将经过冷排的空气吹出形成冷风，升温后的循环水从冷排流出进入水箱，水箱可增加循坏水体积从而增加热容量，水泵将水箱中的水抽出再注入到液冷头，从而形成水循环。

7.根据权利要求3所述的一种ct设备的半导体制冷机架内温度控制系统，其特征在于：该温控装置还包括一套闭环控制系统，可通过布置在机架进出风位置的温度传感器检测温度差，并反馈给控制电路板，控制电路板通过控制算法计算出制冷/加热功率和通风量，用以控制tec的电压和换热器风扇的转速，从而使机架腔体内温度达到恒定。

技术总结本技术公开了一种CT设备的半导体制冷机架内温度控制系统，在CT机架的两侧各布置一套基于TEC的温控装置，当CT机工作并使机架内部的温度高于阈值时，温控装置将TEC制冷产生的冷空气通过对内换热器吸入机架内部，将TEC自身产生的热量通过对外换热器吹到机架外部；当CT机停机到再次启动时，如机架内部温度过低，温控装置通过切换TEC电流的极性使机架内部迅速升温，使机架快速满足工作要求，此工作模式下，TEC产生的热量通过对内换热器吸入机架内部。本技术使CT机架内部温度低于环境温度，部署简单成本低，简化系统架构，节约成本；散热效率优于传统模式，降低冷热面温差，使TEC工作在更高的功率，提升制冷效率。技术研发人员：于淼,李万锋,王鑫,赵伟强,高娜,邢占峰,徐昊受保护的技术使用者：北京富通康影科技有限公司技术研发日：20230925技术公布日：2024/5/16