DE102004053879B4

DE102004053879B4 - Kühleinrichtung sowie elektrische Komponente und Magnetresonanzbildgebungs-Vorrichtung mit Kühleinrichtung

Info

Publication number: DE102004053879B4
Application number: DE102004053879A
Authority: DE
Inventors: Mehmet Arik; Kenneth William Rohling; Ronald Dean Watkins
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2024-11-05
Also published as: JP5226930B2; US7439741B2; US7140420B2; DE102004053879A1; NL1027290A1; NL1027290C2; US20050093543A1; US20070069843A1; JP2005144165A

Abstract

Kühleinrichtung für eine elektrische Komponente (10), wobei die Kühleinrichtung aufweist: – ein nichtmagnetisches thermisch leitendes Verteilersubstrat (12); und – wenigstens eine schlangenförmige Kühlröhre (14), die auf dem thermisch leitenden Verteilersubstrat (12) in thermischem Kontakt mit diesem so angeordnet ist, dass bei in Betrieb befindlicher wenigstens einer schlangenförmiger Kühlröhre (14) das Substrat (12) gekühlt ist; wobei das Verteilersubstrat (12) eine unterbrochene Metallschicht (30) aufweist, die mit einer thermisch leitenden, elektrisch nichtleitenden Schicht (26) verbunden ist, und wobei die unterbrochene Metallschicht (30) in thermischem Kontakt mit der wenigstens einen schlangenförmigen Kühlröhre (14) steht, wobei die wenigstens eine schlangenförmige Kühlröhre (14) auf der unterbrochenen Metallschicht (30) angeordnet ist, und in der Spalte in der unterbrochenen Metallschicht (30) Teile der elektrisch nichtleitenden Schicht (26) freilegen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein Einrichtungen zur Wärmeableitung oder Kühlung von wärmeerzeugenden elektrischen Komponenten und Vorrichtungen, die solche Einrichtungen benutzen, einschließlich aber nicht beschränkt auf gekühlte Gradientenspulen in Magnetresonanzbildgebungs(MRI)-Systemen und MRI-Systeme, die solche thermisch gemanagte elektrische Komponenten verwenden.
Bei der Verwendung von Magnetresonanzbildgebungs(MRI)- und Nuklearmagnetresonanz(NMR)-Systemen als medizinische Vorrichtungen oder als chemische/biologische Vorrichtungen ist ein in hohem Maße gleichmäßiges Magnetfeld notwendig. Gebräuchliche und geringe Wartungskosten ergebende MRI-Systeme, wie sie gegenwärtig zur Verfügung stehen, verwenden ein Permanentmagnetsystem, das in einem vorbestimmten Raum (dem bildgebenden Volumen) ein in mittlerem bis hohem Maße gleichmäßiges Feld erzeugt. Ein Permanentmagnetsystem verwendet üblicherweise mehrere Permanentmagnetblöcke, etwa aus NdFeB zur Ausbildung eines einzigen magnetischen Objektes und um das jeweils erforderliche gleichmäßige, starke Magnetfeld in dem bildgebenden Volumen zu erzielen. Bei anderen bekannten Systemen wird eine elektromagnetische Spule (etwa eine supraleitende Spule) zur Erzeugung eines starken, gleichmäßigen Magnetfelds verwendet. Bei einigen Systemen kann das von einer solchen Spule erzeugte Magnetfeld eine Stärke bis zu 7 Tesla oder in einigen Fällen sogar eine noch größere Stärke aufweisen. Zur Kühlung des Magnetsystems, das ein starkes, gleichmäßiges Magnetfeld generiert, beschreibt die DE 34 04 457 A1 eine Einrichtung zum Kühlen mit mehreren Kühlelementen mit jeweils mindestens einer Wärmeleitplatte mit in Umfangsrichtung regelmäßig angeordneten Schlitzen, wobei Kühlmittelleitungen mit der Wärmeleitplatte wärmeleitend verbunden sind.
Bei bekannten MRI-Systemen werden Gradientenspulen dazu verwendet, die Stärke des Magnetfelds an bestimmen Orten des bildgebenden Volumens dadurch zu verändern, dass ein konstanter Gradient in das primäre Magnetfeld eingebracht wird. Die Variation des Magnetfelds macht es möglich, in einem Sample den Ort zu bestimmen, von dem ein Signal kommt. Auf diese Weise können spezielle Gebiete eines Samples für die Analyse ausgewählt werden.
Die Kühlung oder Beherrschung der Wärmeabfuhr bei MRI-Gradientenspulen hat einen beträchtlichen Einfluss auf die Bildqualität und die Zuverlässigkeit. Zur Kühlung von elektrischen Schaltungskomponenten ist aus der US 4 155 402 A bekannt, eine Kühlplatte zu verwenden, die eine fügsame Anschlussfläche aufweist, mit der die Kühlplatte mit den Schaltungskomponenten kontaktiert wird. Bei einigen bekannten Konstruktionen bestehen Gradientenspulen aus vielen dünnen Schichten, zu denen Kupferspulen, Drähte, Epoxidharzbänder und thermisch leitendes Epoxidharz gehören. Jede Schicht hat damit einen Wärmewiderstand, der von ihrer Dicke, ihrer Oberflächenerstreckung und der Wärmeleitfähigkeit abhängt.
Bekannte MRI-Kühlsysteme verwenden Kühlröhren an verschiedenen Stellen. In der DE 197 21 985 A1 werden eine Gradientenspulenbaugruppe mit einer Kühleinrichtung und ein Herstellungsverfahren dazu beschrieben. Die Kühleinrichtungen enthalten flexible Kühlleitungen, die auf einem flexiblen Träger angeordnet werden und auf diese Weise vorgeformt und mit Gradientenspulen zu einer Gradientenspulenbaugruppe vergossen werden können. Die WO 2003/093 853 A1 beschreibt die Verwendung von flexiblem thermoplastischem Material mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit für Kühlschläuche für ein Gradientenspulensystem. Axiale Kühlsysteme (d. h. Kühlröhren, die längs einer Z-Achse, namentlich parallel zu einer vom Kopf zu den Zehen gerichteten Patientenachse angeordnet sind), z. B. sind jedoch wegen der beschränkten Biegungsmöglichkeiten der Kühlröhren generell darauf beschränkt, lediglich 15 bis 25% des Volumens des MRI-Systems abzudecken. Diese Abdeckung ist sehr ähnlich der Abdeckung, die mit serpentinenförmigen Anordnungen bei vielen Wärmetauschern erzielt wird. Die beschränkte Volumenüberdeckung axialer Kühlsysteme ergibt einen Wärmeausbreitungswiderstand. Dessen ungeachtet ergeben axiale Kühlsysteme ein gewisses Maß von Wärmeabfuhr, ohne dass sie bei einem Abstand von 20 mm bis 40 mm zwischen den hohlen Kühlröhren das Magnetfeld und die Bildqualität beeinträchtigen. Es kann aber ein Temperaturgradient zwischen in dem gleichen Radius angeordneten Kühlröhren auftreten, der von einer örtlicher Wärmeerzeugung in Gradientenspulen und von der geringen Wärmeleitfähigkeit von Zwischenschichten in den Gradientenspulen herrührt.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft deshalb in einer Reihe von Ausführungsformen eine Kühleinrichtung für eine elektrische Komponente. Die Einrichtung beinhaltet ein nichtmagnetisches thermisch leitendes Verteilersubstrat und wenigstens eine schlangenförmige Kühlröhre, die auf dem thermisch leitenden Verteilersubstrat und in thermischem Kontakt mit diesem derart angeordnet ist, dass bei Funktion der einen oder mehreren schlangenförmigen Kühlröhre(n) das Substrat gekühlt wird.
Bei einigen Ausführungsformen schafft die vorliegende Erfindung eine elektrische Komponente, die ein nichtmagnetisches Verteilersubstrat beinhaltet, das thermisch leitende Oberflächen aufweist. Die elektrische Komponente beinhaltet außerdem wenigstens eine schlangenförmige Kühlröhre, die auf und in thermischem Kontakt mit wenigstens einer der thermisch leitenden Oberflächen so angeordnet ist, dass die mit ihr in Berührung stehende Oberfläche bei Funktion der schlangenförmigen Kühlröhre gekühlt wird. Außerdem weist die elektrische Komponente eine zylindrische Magnetwicklungsschicht auf. Die Magnetwicklungsschicht steht in thermischem Kontakt mit dem nichtmagnetischen Verteilersubstrat, derart, dass Wärme von der Wicklungsschicht auf das nichtmagnetische Verteilersubstrat übertragen wird. Das nichtmagnetische Verteilersubstrat beinhaltet eine Metallschicht, die an eine thermisch leitende elektrisch nichtleitende Schicht angeschlossen ist. Die Metallschicht steht in thermischem Kontakt mit einer oder mehreren schlangenförmigen Kühlröhren, und die Wicklungsschicht steht ihrerseits in Kontakt mit der thermisch leitenden, elektrisch nichtleitenden Schicht.
Bei einigen Ausführungsformen schafft die vorliegende Erfindung eine Magnetresonanzbildgebungs(MRI)-Vorrichtung mit einem Hauptmagnet. Die MRI-Vorrichtung beinhaltet außerdem ein nichtmagnetisches Verteilersubstrat mit thermisch leitenden Oberflächen und wenigstens eine schlangenförmige Kühlröhre, die auf und in thermischen Kontakt mit der thermisch leitenden Oberfläche so angeordnet ist, dass bei in Betrieb befindlicher schlangenförmiger Kühlröhre oder -röhren die kontaktierte Oberfläche gekühlt wird. Die MRI-Vorrichtung weist außerdem eine Gradientenspule mit einer zylindrischen Magnetwicklungsschicht auf. Die Magnetwicklungsschicht steht in thermischen Kontakt mit dem nichtmagnetischen Verteilersubstrat, derart, dass Wärme von der Wicklungsschicht zu dem nichtmagnetischen Verteilersubstrat übertragen wird. Das nichtmagnetische Verteilersubstrat beinhaltet eine Metallschicht, die mit einer thermisch leitenden elektrisch nichtleitenden Schicht verbunden ist. Die Metallschicht steht in thermischem Kontakt mit der oder den schlangenförmigen Kühlröhre(n). Die Wicklungsschicht steht in Kontakt mit der thermisch leitenden, elektrisch nichtleitenden Schicht.
Es versteht sich, dass viele Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lokalisierte Hotspots in elektrischen Komponenten vermindern. Viele Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben auch niedrigere Temperaturen und eine gleichmäßigere Temperaturverteilung in Spulen als gebräuchliche Kühltechniken. Demgemäß wird eine wirkungsvollere Steuerung der Temperaturverhältnisse erzielt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine für verschiedene Konfigurationen elektrischer Komponenten gemäß der Erfindung repräsentative Seitenansicht,
2 ist eine Querschnittsansicht der Anordnung nach 1 längs der Linie 2-2,
3 ist eine abgewickelte Darstellung eines Teils 3-3 des nichtmagnetischen Verteilersubstrats und der schlangenförmigen Röhren nach 1,
4 ist eine Darstellung einer nach innen weisenden Oberfläche einer zur Verwendung bei den in 1 veranschaulichten Konfigurationen elektrischer Komponenten brauchbaren Kühlrippe,
5 ist eine für einen Hauptmagneten und für Gradientenspulen verschiedener Konstruktionen von Magnetresonanzbildgebungssystemen gemäß der Erfindung repräsentative Darstellung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf die 1, 2 weist eine elektrische Komponente 10 ein thermisch leitendes nichtmagnetisches Verteilersubstrat (spreading substrate) 12 auf. Wenigstens eine schlangenförmige Kühlröhre 14 ist auf wenigstens einer thermisch leitenden Oberfläche des Substrats 12, bspw. der äußeren Oberfläche des Substrats 12, angeordnet mit der sie in thermischem Kontakt steht.
Bei einigen Ausführungsformen sind die Kühlröhren 14 von Kühlmittel durchströmt und tauschen mit einem entfernt angeordneten Wärmetauscher Wärme aus. Zu geeigneten Kühlmitteln gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, Wasser, Wasser-Glykolmischungen, Kältemittel oder dielektrische Fluide, wie FC72 oder HFE 7100. Bei in Betrieb befindlicher Kühlröhre 14 wird die Außenfläche des Substrats 12 gekühlt. Bei einigen Ausführungsformen ist ein thermisch leitender Füllstoff 16 zwischen den Biegungen der Kühlröhre 14 angeordnet. Eine zylindrische Magnetwicklungsschicht 18 steht in thermischem Kontakt mit der Innenoberfläche des Substrats 12, das Wärme von der Wicklungsschicht 18 zu dem nichtmagnetischen Verteilersubstrat 12 leitet. Die Wicklungsschicht 18 liefert bei Erregung das Magnetfeld für die Gradientenspule 10. Bei einigen Ausführungsformen sind die Kühlröhren 14 zur Vermeidung von Wirbelströmen so angeordnet, dass sie keine geschlossenen elektrisch leitenden Schleifen bilden, die mit einem Magnetfeld der Wicklungsschicht 18 gekoppelt sind. Die Kühlröhren 14 weisen z. B. bei einigen Ausführungsformen nichtleitende Kupplungen (z. B. in den Figuren nicht dargestellte Kunststoff-, Keramik-, oder andere nichtleitende Kupplungen) auf, die in Abständen angeordnet sind und metallische Abschnitte der Röhren 14 miteinander verbinden. Außerdem sind die Kühlröhren 14 bei einigen Ausführungsformen unter Verwendung einer nichtleitenden Kupplung an eine Quelle nichtleitenden Kühlmittels (z. B. Wasser) angeschlossen. Bei einigen weiteren Ausführungsformen sind die Kühlröhren 14 so angeordnet, dass mehrere Windungen aufweisende Spiralen vermieden sind, um damit die zufolge der Kopplung mit der Gradientenwicklung induzierten Spannungen zu reduzieren.
Bei einigen Ausführungsformen ist eine zusätzliche Isolierschicht 20 über den Kühlröhren 14 und dem Füllstoff 16 vorgesehen. Die Isolierschicht 20 kann eine überschüssige Menge des Füllstoffs 14 enthalten. Bei einer Reihe von Ausführungsformen sind außerdem eine oder mehrere thermisch leitende ringförmige Kühlrippen 22 vorgesehen, die in thermischem Kontakt mit dem Substrat 12 stehen. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu gezeichnet, und bei einigen Ausführungsformen sind die Kühlrippen 22 dünner als dies in den Figuren dargestellt ist.
Bei Ausführungsformen, bei denen die elektrische Komponente 10 eine Gradientenspule eines MRI-Systems ist, kann die zylindrische Magnetspulenwicklung 18 Drähte enthalten, die zylindrisch um die Z-Achse oder die Ende-zu-Ende parallel zu der Z-Achse angeordnet sind. Andere Wicklungsaufbauten sind ebenso möglich. Die Magnetwicklungsschicht 18 kann außerdem verschiedene Füllmaterialen, einschließlich thermisch leitender Füllmaterialien, Isolierbänder, Epoxidharz, etc. enthalten.
3 veranschaulicht einen Teil der thermisch leitenden Schicht 12 und der Rohrschlangen 14, betrachtet von der Außenseite der Komponente 10 aus, wie durch Linien 3-3 in 2 angegeben.
Der Klarheit wegen ist das Füllmaterial 16 in 3 nicht dargestellt. Bezugnehmend auf die 2, 3 beinhaltet ein nichtmagnetisches Verteilersubstrat 12 eine Metallschicht 24, die mit einer thermisch leitenden, elektrisch nichtleitenden (Thermally Conducting, Electrically Non-Conducting (TCEN)) Schicht 26 verbunden ist. Die Metallschicht 24 steht in thermischem Kontakt mit wenigstens einer schlangenförmigen Kühlröhre 14. Die Wicklungsschicht 18 steht in thermischem Kontakt mit der TCEN-Schicht 26. Das Verteilersubstrat 12 wird bei in Betrieb befindlicher Kühlschlange 14 gekühlt. Bei einigen Ausführungsformen und wie in 3 dargestellt, ist die Metallschicht 24 in Segmente aufgebrochen, um zu vermeiden, dass sich in ihr größere Wirbelströme ausbilden. Bei einigen Ausführungsformen ist in die Metallschicht ein Muster eingeäzt, so dass Spalte in der Metallschicht 24 Teile der TCEN-Schicht 26 freilegen.
Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht die Metallschicht 24 aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung oder aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und die TCEN-Schicht 26 ist ein thermisch leitendes Epoxidharz oder ein anderes geeignetes nichtmagnetisches Material. Die schlangenförmigen Kühlröhren 25 sind auf der Metallschicht 24 angeordnet und mit dieser verschweißt, hart verlötet oder weich verlötet. Bei einigen Ausführungsformen sind die schlangenförmigen Röhren 14 unter Verwendung eines thermisch leitenden Klebstoffs an der Metallschicht 24 angeklebt.
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen außerdem eine thermisch leitende, ringförmige Kühlrippe 22 auf, die an dem Verteilersubstrat 12 in thermisch leitender Weise befestigt ist. Mehr im Einzelnen und bezugnehmend auf die 2, 3, 4 sind bei einigen Ausführungsformen Metalllaschen 28 der leitenden Kühlrippe 22 an der Metallschicht 24 des Verteilersubstrats 12 angeheftet. Zum Beispiel können die in 4 dargestellten Metalllaschen 28 rechtwinklig abgebogen sein, um die Metallschicht 24 des Verteilersubstrats 12 zu kontaktieren, wobei sie an dieser angeschweißt, weich angelötet, hart angelötet oder unter Verwendung eines thermisch leitenden Epoxidharz angeklebt sind. Bei zylindrischen Ausführungsformen der Vorrichtung 10 ist die Kühlrippe 22 ringförmig und sie kann in einer rechtwinklig zu der Z-Achse des zylindrischen Substrats 12 verlaufenden Ebene befestigt sein. Die Kühlrippe 22 kann eine unterbrochene Metallschicht 30 aufweisen, die an eine TCEN-Schicht 32 angeheftet ist, welche eine thermisch leitende Epoxidharzschicht sein kann. Die unterbrochene Metallschicht 30 kann z. B. eine Schicht aus Kupfer oder Aluminium aufweisen, die inselförmig mit Spalten in dem Material ausgeäzt ist, durch die die TCEN-Schicht 32 sichtbar weist, wie dies in 4 veranschaulicht ist. Die TCEN-Schicht 32 zeigt bei einigen Ausführungsformen, wie in 1 dargestellt, von dem zylindrischen Verteilersubstrat nach außen, so dass sie bei Verwendung, z. B. in einem MRI-System, vorteilhafterweise mit einer nichtleitenden Außenschicht nach außen zeigt.
Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf 4 ist die nach innen weisende Metallschicht 30 ganz oder teilweise durch eine ringförmige Isolierschicht 34 abgedeckt, wie etwa ein Isolierklebeband oder ein elektrisches Isolierband aus Kunststoff. Das Band 34 kann dazu verwendet werden, eine (in den Figuren nicht dargestellte) zusätzliche zylindrische Magnetwicklung, die auf die Isolierschicht 20 von der unterbrochenen Metallschicht 30 aufgewickelt ist, zu isolieren.
Die Figuren sind beispielhaft für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit einer oder mehreren schlangenförmigen Kühlröhre(n) 14 auf der Außenseite des zylindrischen Verteilersubstrats 12. Bei verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Kühlschlangen 14 aber innerhalb des zylindrischen Substrats 12 angeordnet, und eine Wicklungsschicht 18 ist außen auf das zylindrische Verteilersubstrat 12 aufgebracht.
Bei einigen Ausführungsformen und bezugnehmend auf die 2, 3 und zusätzlich auf 5 weist eine Magnetresonanzbildgebungs(MRI)-Vorrichtung eine Hauptmagnetwicklung oder Hauptmagnetwicklungen 38 auf, die so ausgelegt sind, dass ein interessierendes Volumen 44 in der Wicklung 38 (dargestellt mit gestrichelten Linien) abgebildet wird. Die MRI-Vorrichtung weist außerdem eine oder mehrere Anordnungen thermisch gekühlter elektrischer Komponenten 10 gemäß der Erfindung (dargestellt mit gestrichelten Linien) innerhalb der Wicklung 38 auf. Jede der thermisch gekühlten elektrischen Komponenten 10, weist bspw. wenigstens eine Kühlschlange 14 auf (die nicht in 5, aber in den 2, 3 dargestellt ist). Die elektrischen Komponenten 10 und damit die MRI-Vorrichtung 36 verfügen außerdem jeweils über eine Gradientenspule, die eine zylindrische Magnetwicklungsschicht 18 aufweist. Die schlangenförmige Kühlröhre 14 ist auf und in thermischem Kontakt mit der thermisch leitenden Oberfläche des Substrats 12 so angeordnet, dass die mit ihr in Kontakt stehende Oberfläche bei in Betrieb befindlicher Kühlschlange 14 gekühlt ist. Die die Wicklungsschicht 18 aufweisende Gradientenspule steht in thermischem Kontakt mit dem nichtmagnetischen Verteilersubstrat 12, derart, dass Wärme von der Wicklungsschicht 18 zu der Substratschicht 12 geleitet wird. Das Substrat 12 beinhaltet eine Metallschicht 24 und ist an eine thermisch leitende elektrisch nichtleitende Schicht 26 angefügt. Die Kühlröhren 14 stehen in thermischen Kontakt mit der Metallschicht 24, während die Wicklungsschicht 18 in Kontakt mit der elektrisch nichtleitenden Schicht 26 steht.
Bei einigen Konstruktionen der MRI-Vorrichtung 36 ist das Substrat 12 zylindrisch, die Kühlschlange oder -schlangen 14 sind innerhalb des zylindrischen Substrats 12 angeordnet und die Wicklungsschicht 18 ist auf der Außenseite des Substrats 12 vorgesehen. Bei verschiedenen anderen Ausführungsformen ist das Verteilersubstrat 12 zylindrisch, die Kühlschlange oder -schlangen 14 sind auf der Außenseite des zylindrischen Substrats 12 angeordnet, während die Wicklungsschicht 18 auf der Innenseite des Substrats 12 liegt. Einige Ausführungsformen der MRI-Vorrichtung 36 weisen auch eine ringförmige Kühlrippe 22 auf. Die Kühlrippe 22 ist an dem Verteilersubstrat 12 befestigt und zu diesem hin thermisch leitend; sie weist eine unterbrochene Metallschicht 30 auf, die an einer thermisch leitenden elektrisch nichtleitenden Schicht 32 angeheftet ist, wobei die letztgenannte Schicht vorteilhafterweise nach außen weist, um eine elektrisch nichtleitende Außenfläche zu schaffen. Eine ringförmige Schicht aus Isolationsmaterial 34 ist bei einigen Ausführungsformen über die unterbrochene Metallschicht der ringförmigen Kühlrippe 22 gelegt, um eine (in den Figuren nicht dargestellte) auf eine Füllstoffschicht 20 aufgewickelte zweite Wicklung elektrisch zu isolieren.
Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist eine Kühleinrichtung für eine elektrische Komponente ein ebenes anstelle eines zylindrischen Verteilersubstrats 12 auf. Derartige Kühleinrichtungen sind für einige Konstruktionen von MRI-Geräten zweckmäßig.
Die vorliegende Erfindung darf nicht so ausgelegt werden, dass sie Ausführungsformen ausschließt, bei denen eine oder mehrere Kühlröhre(n) vorgesehen sind, die mit beiden Oberflächen in Kontakt stehen. So kann z. B. eine Kühlröhre 14 um eine Kante des Substrats 12 herum gefaltet sein oder durch ein Loch in dem Substrat 12 durchgehen. Die vorliegende Erfindung schließt auch keine Ausführungsformen aus, bei denen für jede Oberfläche des Substrats 12 getrennte Kühlröhren vorgesehen sind oder bei der das Substrat 12 eine Anzahl kleinerer, miteinander verbundener Substrate aufweist. Eine zylindrische Röhr kann bspw. durch Verwendung einer Röhre mit ebenen Seiten und einer polygonalen Querschnittsgestalt angenähert sein. Das Substrat kann mit mehreren ebenen Oberflächen der Kühlröhre 14 In Kontakt stehen.
Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können zusätzliche Polymerenmaterialien hoher thermischer Leitfähigkeit mit Vorteil zwischen Kühlschichten oder zwischen Biegungen einer Kühlschlange oder von Kühlschlangen 14 angeordnet sein.
Zu bemerken ist, dass viele Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung örtliche Notspots in elektrischen Komponenten verhüten. Viele Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben auch niedrigere Temperaturen und gleichmäßigere Temperaturverteilungen in Spulen als dies bei gebräuchlichen Kühltechniken der Fall ist. Im Ergebnis wird ein wirksameres Wärmemanagement erzielt.
Wenngleich die Erfindung anhand verschiedener spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, so liegt für den Fachmann auf der Hand, dass die Erfindung im Rahmen des Schutzbereichs der Patentansprüche mit einer Reihe von Abwandlungen ausgeführt werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Elektrische Komponente
12: Verteilersubstrat
14: Kühlröhre
16: Füllstoff
18: Wicklungsschicht
20: Isolierschicht
22: Kühlrippen
24: Metallschicht
26: thermisch leitende elektrisch nichtleitende (TCEN)-Schicht
28: Metalllaschen
30: unterbrochene Metallschicht
32: TCEN-Schicht
34: ringförmige Isolationsschicht/Band
36: MRI-Vorrichtung
38: Wicklungen
44: interessierendes Volumen

Claims

Kühleinrichtung für eine elektrische Komponente (10), wobei die Kühleinrichtung aufweist: – ein nichtmagnetisches thermisch leitendes Verteilersubstrat (12); und – wenigstens eine schlangenförmige Kühlröhre (14), die auf dem thermisch leitenden Verteilersubstrat (12) in thermischem Kontakt mit diesem so angeordnet ist, dass bei in Betrieb befindlicher wenigstens einer schlangenförmiger Kühlröhre (14) das Substrat (12) gekühlt ist; wobei das Verteilersubstrat (12) eine unterbrochene Metallschicht (30) aufweist, die mit einer thermisch leitenden, elektrisch nichtleitenden Schicht (26) verbunden ist, und wobei die unterbrochene Metallschicht (30) in thermischem Kontakt mit der wenigstens einen schlangenförmigen Kühlröhre (14) steht, wobei die wenigstens eine schlangenförmige Kühlröhre (14) auf der unterbrochenen Metallschicht (30) angeordnet ist, und in der Spalte in der unterbrochenen Metallschicht (30) Teile der elektrisch nichtleitenden Schicht (26) freilegen.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Metallschicht (24) unterbrochen ist (30), um Wirbelströme in der Metallschicht zu verhüten.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei der das Verteilersubstrat (12) eben ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei der das Verteilersubstrat (12) zylindrisch ist.
Einrichtung nach Anspruch 4, die außerdem eine thermisch leitende ringförmige Kühlrippe (22) aufweist, die an dem Verteilersubstrat (12) befestigt und zu diesem hin thermisch leitend ist, wobei die ringförmige Kühlrippe im Wesentlichen in einer rechtwinklig zu einer Achse des zylindrischen Substrats verlaufenden Ebene liegt.
Elektrische Komponente (10), die aufweist: – ein nichtmagnetisches Verteilersubstrat (12) mit thermisch leitenden Oberflächen; – wenigstens eine schlangenförmige Kühlröhre (14), die auf wenigstens einer thermisch leitenden Oberfläche aufliegt und mit dieser in thermischem Kontakt steht, derart, dass die in Kontakt stehende Oberfläche bei in Betrieb befindlicher wenigstens einer schlangenförmiger Kühlröhre gekühlt ist; und – eine zylindrische Magnetwicklungsschicht (18), wobei die Magnetwicklungsschicht in thermischem Kontakt mit dem nichtmagnetischen Verteilersubstrat steht, derart, dass Wärme von der Wicklungsschicht zu dem nichtmagnetischen Verteilersubstrat geleitet wird, – wobei das nichtmagnetische Verteilersubstrat eine unterbrochene Metallschicht (24) aufweist, die mit einer thermisch leitenden, elektrisch nichtleitenden Schicht (26) verbunden ist, die unterbrochene Metallschicht in thermischem Kontakt mit der wenigstens einen schlangenförmigen Kühlröhre steht und die Wicklungsschicht in Kontakt mit der thermisch leitenden, elektrisch nichtleitenden Schicht steht, und in der Spalte in der unterbrochenen Metallschicht (24) Teile der elektrisch nichtleitenden Schicht (26) freilegen.
Magnetresonanzbildgebungs(MRI)-Vorrichtung (36), die aufweist: – einen Hauptmagnet; – ein nichtmagnetisches Verteilersubstrat (12) mit thermisch leitenden Oberflächen; – wenigstens eine schlangenförmige Kühlröhre (14), die auf der thermisch leitenden Oberfläche liegt und mit dieser in thermischem Kontakt steht, derart, dass die kontaktierte Oberfläche bei in Betrieb befindlicher schlangenförmiger Kühlröhre gekühlt ist; und – eine Gradientenspule mit einer zylindrischen Magnetwicklungsschicht (18), wobei die Magnetwicklungsschicht in thermischem Kontakt mit dem nichtmagnetischen Verteilersubstrat steht, derart, dass Wärme von der Wicklungsschicht zu den nichtmagnetischen Verteilersubstrat geleitet wird; – wobei das nichtmagnetische Verteilersubstrat eine unterbrochene Metallschicht (24) aufweist, die mit einer thermisch leitenden, elektrisch nichtleitenden Schicht (26) verbunden ist, die unterbrochene Metallschicht in thermischem Kontakt mit wenigstens einer schlangenförmigen Kühlröhre steht und die Wicklungsschicht in Kontakt mit der thermisch leitenden, elektrisch nichtleitenden Schicht steht, und in der Spalte in der unterbrochenen Metallschicht (24) Teile der elektrisch nichtleitenden Schicht (26) freilegen.
MRI-Vorrichtung (36) nach Anspruch 7, bei der das Verteilersubstrat (12) zylindrisch ist, die wenigstens eine schlangenförmige Kühlröhre (14) auf der Innenseite des zylindrischen Verteilersubstrats angeordnet ist und die zylindrische Wicklungsschicht (18) sich auf der Außenseite des zylindrischen Verteilersubstrats befindet.
MRI-Vorrichtung (36) gemäß Anspruch 7, bei der das Verteilersubstrat (12) zylindrisch ist, die wenigstens eine schlangenförmige Kühlröhre (14) auf der Außenseite des zylindrischen Verteilersubstrats angeordnet ist und die zylindrische Wicklungsschicht (18) auf der Innenseite des zylindrischen Verteilersubstrats sich befindet