一种热声制冷装置及磁共振系统的制作方法

本发明实施例涉及噪声处理技术，尤其涉及一种热声制冷装置及磁共振系统。

背景技术：

热声效应是一种新型、节能、环保的制冷技术，是对热和声之间相互转换的现象的应用。

美国海军研究生院于80年代曾研制了一台热声冰箱(star)在地面产生比室温低80k的温度；声制冷的家用电冰箱(talsr)已研制成功，冷藏室温度为4℃，冷冻室的温度可达-22℃，当前，声制冷原理已用于红外传感、雷达及其它低温电子器件的降温。

在日常生活中也存在大量的热声效应，如剧院中表演的歌唱家周围产生建立起的声场中，声波引起空气介质压强和位移变化导致气体介质的温度震荡，近距离人群作为固体边界与之发生相互作用产生热声效应，身体局部出现热或冷的感觉。日常生活中由于声场过于分散、空气流体的属性等因素，热声效应产生的温度震荡一般不超过10℃，热流量一般不超过8w/m²，无法有效利用。

能量足够大的情况下，热声效应引起的温度震荡和热流量将相当可观。如火车3m处的声压级约为110db，飞机启动时5m处声压级约为140db，声功率约为100w，将此类声源可以利用热声效应的原理进行合理利用。

然而目前磁共振系统中的噪声未得到有效收集和利用，噪声收集效率低和噪声利用率差。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种热声制冷装置及磁共振系统，解决目前磁共振系统中的噪声收集效率低和噪声利用率差的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种热声制冷装置，设置于磁共振系统的线圈支架内，该装置至少包括：

集声器，用于收集磁共振系统线圈产生的噪声；

导声管，所述导声管的输入端与所述集声器连接，用于传输噪声；

热声制冷管，与所述导声管的输出端连接，用于通过导声管传输的噪声催动气体介质进行热力运动，产生冷量。

进一步地，所述集声器具有收缩段，所述收缩段的形状为锥形。

进一步地，所述装置还包括：

至少一个反声板，覆盖于所述集声器的收缩段，用于将磁共振系统线圈产生的噪声反射进入所述集声器。

进一步地，所述反声板的外观形状为圆弧形，中心角的大小范围为：10°～40°。

进一步地，所述集声器与导声管延噪声传输方向的夹角大于预设角度阈值。

进一步地，该装置还包括：滤声器，连接在所述导声管与所述热声制冷管之间，用于过滤所述导声管传输的噪声，以使得过滤之后的噪声频率与所述热声制冷管的预设声源频率相匹配。

进一步地，该装置还包括：底座，用于支撑所述至少一个反声板，所述底座采用环形结构，同心置于磁共振系统线圈的内圈侧或外圈侧。

进一步地，所述热声制冷管，包括：依次连接的热端换热器、回热气板叠、冷端换热器和共振腔；其中，所述回热气板叠的通道中存储有气体介质，所述共振腔用于建立声波驻场，以提高噪声的声压级；所述热声制冷管还包括：蓄冷板，包裹在所述冷端换热器外，用于储存所述冷量。

进一步地，该装置还包括：冷媒管路，与所述蓄冷板连接，用于传输所述气体介质。

第二方面，本发明实施例还提供了一种磁共振系统，该系统包括：磁共振扫描设备和计算机，所述磁共振扫描设备包括由多个线圈单元以阵列方式构成的磁共振射频线圈，所述计算机包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，还包括如本发明任意实施例提供的所述的热声制冷装置。

本发明实施例提供的热声制冷装置包括集声器，用于收集磁共振系统线圈产生的噪声，集声器可以提高噪声的收集率；导声管，导声管的输入端与集声器连接，用于传输噪声；热声制冷管，与导声管的输出端连接，用于通过导声管传输的噪声催动气体介质进行热力运动，产生冷量，从而实现降低磁共振系统的噪声，将噪声转化为制冷量，实现噪声的合理利用，提高了噪声的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种热声制冷装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的另一种热声制冷装置结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种底座的结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的另一种热声制冷装置的结构示意图；

图5是本发明实施例二提供的一种热声制冷装置的结构示意图；

图6是本发明实施例二提供的一种热声制冷管的结构示意图；

图7是本发明实施例二提供的一种回热气板叠的能量转换示意图；

图8是本发明实施例三提供的一种磁共振系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种热声制冷装置的结构示意图。本实施例的技术方案可以适用于对噪声进行收集产生冷量的情况。该装置设置于磁共振系统的线圈支架内，至少包括：

集声器110，用于收集磁共振系统线圈产生的噪声；导声管120，所述导声管120的输入端与所述集声器110连接，用于传输噪声；热声制冷管130，与所述导声管120的输出端连接，用于通过导声管120传输的噪声催动气体介质进行热力运动，产生冷量。

磁共振系统运行过程中产生可高达110db的噪声，噪声不仅对用户的听力系统造成负担，同时可能导致用户产生不适、紧张等情绪，引起用户呼吸急促、加快身体局部起伏，影响磁共振系统成像质量。因而，对磁共振系统的噪声进行收集并利用有及极其重要的作用。

在本发明另一实施例中，所述集声器具有收缩段，所述收缩段的形状为锥形。

如图2所示，在本发明另一实施例中，所述热声制冷装置还包括：

至少一个反声板140，覆盖于所述集声器的收缩段，用于将磁共振系统线圈产生的噪声反射进入所述集声器。示例性地，所述反声板的外观形状为圆弧形，中心角的大小范围为：10°～40°，采用该预设角度范围有利于噪声的聚焦收集，提高收集率。通过收缩段的形状为锥形的集声器收集噪声，可以将噪声进行聚拢收集，提高噪声收集率。集声器的锥面覆盖至少一个反声板。集声器的材料为树脂或满足磁共振系统特性的金属材料。在本发明另一实施例中，该热声制冷装置还包括：底座150，用于支撑所述至少一个反声板。图3为本发明实施例提供的一种底座的结构示意图，所述底座150可以采用环形结构，同心置于磁共振系统线圈的内圈侧或外圈侧。底座150还可以采用平板结构，分布于机房内水冷机柜、电气机柜等噪声源周围，用于采集机柜产生的噪声。底座150的材料可以为塑料、树脂或满足磁共振系统特性的金属材料。

可选地，所述集声器与导声管延噪声传输方向的夹角大于预设角度阈值。导声管汇集多个集声器收集的噪声，并向后端传输，集声器与导声管延噪声传播方向的夹角大于预设角度阈值，示例性地，该预设角度阈值为90°，该预设角度阈值的设置可以避免噪声在导声管内震荡，减小噪声收集损耗。导声管的材料可以为塑料、树脂或满足磁共振系统特性的金属特性材料。

图4为本发明实施例提供的另一种热声制冷装置结构示意图，进一步地，该热声制冷装置还包括：滤声器160，连接在所述导声管120与所述热声制冷管130之间，用于过滤所述导声管120传输的噪声，以使得过滤之后的噪声频率与所述热声制冷管130的预设声源频率相匹配。在预设频率的声源的作用下，热声制冷管130才可以制冷。滤声器160过滤收集的噪声，将预设频率声源预设范围的频率的噪声滤除，以达到保留预设频率声源的目的，示例性地，预设范围的频率为50hz，预设范围的频率可以是[20hz，80hz]。对应预设频率的声源选择对应的吸声材料，吸声材料可选用吸音棉等材质，其吸音频段避开热声制冷管设计的预设声源的频率，达到噪声提纯的目的。

本发明实施例提供的热声制冷装置包括集声器，用于收集磁共振系统线圈产生的噪声，集声器可以提高噪声的收集率；导声管，导声管的输入端与集声器连接，用于传输噪声；热声制冷管，与导声管的输出端连接，用于通过导声管传输的噪声催动气体介质进行热力运动，产生冷量，从而实现降低磁共振系统的噪声，将噪声转化为制冷量，实现噪声的合理利用，提高了噪声的利用率。

实施例二

图5是本发明实施例二提供的一种热声制冷装置的结构示意图。本实施例的技术方案在上述实施例的基础上，进一步增加散热风扇和冷媒管路，并对热声制冷管进行了优化。该装置包括：

集声器110，用于收集磁共振系统线圈产生的噪声；

导声管120，所述导声管120的输入端与所述集声器连接，用于传输噪声；

热声制冷管130，与所述导声管120的输出端连接，用于通过导声管130传输的噪声催动气体介质进行热力运动，产生冷量。图6为本发明实施例提供的热声制冷管的结构示意图。其中，所述热声制冷管130，包括：依次连接的热端换热器131、回热气板叠132和冷端换热器133和共振腔134。所述共振腔134与所述冷端换热器133连接，用于建立声波驻场，以提高噪声的声压级。在热声制冷管内建立声驻波场，可以提高波腹处声压级，降低对声波输出功率需求，提高了系统回收的噪声的利用率。进一步地，所述热声制冷管130还包括：蓄冷板135，包裹在所述冷端换133热器外，用于储存所述冷量。

其中，所述回热气板叠132的通道中存储有气体介质，所述气体介质在噪声声波产生的压力波的催动下，在所述通道中往复运动，在所述冷端换热器133的壁面吸收热量，降低所述冷端换热器133的壁面温度，在所述热端换热器131的壁面放出热量，升高所述热端换热器131的壁面温度。回热气板叠132通道间存储的气体介质需要满足可压缩性、较大膨胀系数、小特朗普数等特点，例如可以是二氧化碳、碳氢化合物、氮气、氦气或其他惰性气体。图7为回热气板叠132的能量转换图。回热器板叠132，是热力过程发生的主要场所，工作开始前回热器板叠132各处温度相同，工作时声波产生压力波催动气体微团在回热器板叠132通道间往复运动，气体微团在震荡压力的催动下发生绝热膨胀，在冷端换热器对附近固体壁面吸收热量，降低表面温度为tc，当气体微团向回运动时发生绝热压缩，内能增加，在热端换热器对热端换热器固体壁面放出热量，热端温度为th。在热端换热器处，气团微团绝热压缩，放出热量与之换热，对外放出热量，表面温度升高。在冷端换热器处，气体微团绝热膨胀，吸收热量与之换热，吸收外界热量，降低表面温度。

至少一个反声板140，覆盖于所述集声器110的收缩段，用于将磁共振系统线圈产生的噪声反射进入所述集声器。

底座150，用于支撑所述至少一个反声板140，所述底座采用环形结构，同心置于磁共振系统线圈的内圈侧或外圈侧。

滤声器160，连接在所述导声管120与所述热声制冷管130之间，用于过滤所述导声管120传输的噪声，以使得过滤之后的噪声频率与所述热声制冷管130的预设声源频率相匹配。

热声制冷装置还包括散热风扇170，该散热风扇170设置在热声制冷管130的热端换热器131处，强制空气对流实现对热端换热器131的散热。

进一步地，该装置还包括：冷媒管路180，与所述蓄冷板135连接，用于传输所述气体介质，将蓄冷板135存储的冷量传递到发热电子元件的换热器。该装置还可以包括电子元件换热器190，与冷媒管路180相连，用于降低电子元件结温。

该热声制冷装置中的反声板、集声器和导声管构成噪声回收区，滤声器和热声制冷管构成声热转换区，蓄冷板和电子元件换热器构成蓄冷区。该热声制冷装置将磁共振系统产生的分散噪声进行收集、集中并滤声再加工，从而产生高功率、固定频段的声源，将该声源作为热声制冷管的驱动源实现热声效应产生制冷量，并通过蓄冷材料收集冷量供给磁共振系统的发热电子器件实现降温控温，从而实现降低磁共振系统噪声、将噪声转化成制冷量再利用的功能。

本发明实施例通过具有热端换热器、回热气板叠和冷端换热器的热声制冷管将热声制冷装置收集的噪声的能量转化为冷量，通过该冷量实现对电子元件的制冷，降低磁共振系统产生的噪声，提高噪声的利用率。

实施例三

图8是本发明实施例三提供的一种磁共振系统的结构框图。该系统包括：磁共振扫描设备和计算机，所述磁共振扫描设备包括由多个线圈单元以阵列方式构成的磁共振射频线圈，所述计算机包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该系统还包括如上述任意实施例提高的热声制冷装置。具体地，如图8所示，磁共振系统300通常包括磁共振机架，机架内有主磁体301，主磁体301可以是由超导线圈构成，用来产生主磁场，在一些情况下也可以采用永磁体。主磁体301可以用来产生0.2特斯拉、0.5特斯拉、1.0特斯拉、1.5特斯拉、3.0特斯拉或者更高的主磁场强度。在磁共振成像时，成像对象350会由患者床306进行承载，随着床板的移动，将成像对象350移入主磁场磁场分布较为均匀的区域305内。通常对于磁共振系统，如图8所示，空间坐标系(即设备的坐标系)的z方向设置为与磁共振系统机架的轴向相同，通常将患者的身长方向与z方向保持一致进行成像，磁共振系统的水平平面设置为xz平面，x方向与z方向垂直，y方向与x和z方向均垂直。

在磁共振成像，脉冲控制单元311控制射频脉冲产生单元316产生射频脉冲，射频脉冲由放大器放大后，经过开关控制单元317，最终由体线圈303或者局部线圈304发出，对成像对象350进行射频激发。成像对象350根据射频激发，会由共振产生相应的射频信号。在接收成像对象350根据激发产生的射频信号时，可以是由体线圈303或者局部线圈304进行接收，射频接收链路可以有很多条，射频信号发送到射频接收单元318后，进一步发送到图像重建单元321进行图像重建，形成磁共振图像。

磁共振系统300还包括梯度线圈302，梯度线圈可以用来在磁共振成像时对射频信号进行空间编码。脉冲控制单元311控制梯度信号产生单元312产生梯度信号，梯度信号通常会分为三个相互正交方向的信号：x方向、y方向和z方向，不同方向的梯度信号经过梯度放大器(313、314、315)放大后，由梯度线圈302发出，在区域305内产生梯度磁场。

脉冲控制单元311、图像重建单元321与处理器322、显示单元323、输入/输出设备324、存储单元325、通信端口326之间可以通过通信总线325进行数据传输，从而实现对磁共振成像过程的控制。其中，处理器322可以由一个或多个处理器组成。显示单元323可以是提供给用户用来显示图像的显示器。输入/输出设备324可以是键盘、鼠标、控制盒等相关设备，支持输入/输出相应数据流。存储单元325可以是只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、硬盘等，存储单元325可以用来存储需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器322所执行的可能的程序指令。通信端口326可以实现与其他部件例如：外接设备、图像采集设备、数据库、外部存储以及图像处理工作站等之间进行数据通信。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。