CN101720251A - 压力循环系统和相关方法 - Google Patents

Abstract

一种压力循环系统，包括：反应腔，其构造成接收试样；以及与所述反应腔流体连通的加料泵。所述加料泵能够操作以把来自流体源的流体朝所述反应腔传送。所述系统还包括设置在所述加料泵和所述反应腔之间的止回阀。所述止回阀能够操作以阻止流体从所述反应腔向所述加料泵的流动。有增压器与所述反应腔流体连通。所述增压器能够气动地操作以调节所述反应腔中的压力。有控制器构造成控制所述加料泵和所述增压器的操作。所述控制器构造成通过所述加料泵的操作而将所述反应腔加压至第一压力。所述控制器还构造成通过所述增压器的操作而使得所述反应腔中的压力在第二压力和第三压力之间波动。

Description

压力循环系统和相关方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2007年4月30日申请的在先美国临时申请第60/914,926号以及于2007年1月26日申请的美国临时申请第60/886,817号的优先权。在此将这些申请中的每一个全文引入作为参考。

技术领域

本发明涉及对压力敏感反应进行控制，以及更特别地，涉及用于对压力敏感反应的时间控制系统和方法。

背景技术

对压力敏感反应(例如，化学反应)的时间和/或同步进行控制的装置是公知的。已知此种装置包括一个或多个压力可调整的反应容器和装置，以用于在所述反应容器中产生压力波动。试样可以在反应容器中沉积并暴露于压力变化，以控制试样中或试样之间的一个或多个压力敏感反应。

发明内容

大体上，本发明涉及压力循环系统及相关方法。所述系统例如可以用于提供压力调制的环境，用于控制压力敏感事件(例如，物理的、动力学的、结构的、形态学的、热力学的和/或化学的反应，例如酶促或无酶促反应)。

在一个方面，压力循环系统包括：构造成接收试样的反应腔；以及与所述反应腔流体连通的加料泵。所述加料泵可以操作以把来自流体源的流体朝所述反应腔传送。所述系统还包括设置在所述加料泵和所述反应腔之间的止回阀。所述止回阀可以操作以阻止流体从所述反应腔向所述加料泵的流动。有增压器与所述反应腔流体连通。所述增压器可以气动地操作以调节所述反应腔中的压力。有控制器构造成控制所述加料泵和所述增压器的操作。所述控制器构造成通过所述加料泵的操作而将所述反应腔加压至第一压力。所述控制器还构造成通过所述增压器的操作而使得所述反应腔中的压力在第二压力和第三压力之间波动。

在另一方面，压力敏感反应的时间控制方法包括：将试样置于反应腔中；并且将所述反应腔加压至第一压力。将所述反应腔加压包括：通过止回阀将来自流体源的流体传送至所述反应腔。所述方法还包括使得所述反应腔中的压力水平在第二压力和第三压力之间循环。使得所述压力水平循环包括：以加压气体驱动增压器。

本发明的实施例可以包括下面的一个或多个特征。

在一些实施例中，所述第三压力大于所述第二压力，并且所述第二压力大于或等于所述第一压力。

所述控制器构造成至少部分地基于用户输入而控制所述加料泵和所述增压器的操作。

在一些实施方案中，有流体压力传感器设置在所述加料泵和所述止回阀之间且所述流体压力传感器与所述控制器连通。所述控制器构造成至少部分地基于来自所述流体压力传感器的反馈而控制所述加料泵和所述增压器的操作。

在一些实施例中，所述控制器构造成响应于接收来自流体压力传感器的、指示所述反应腔被加压至所述第一压力的反馈而阻止所述加料泵的操作。

在一些实施例中，所述控制器构造成响应于接收来自流体压力传感器的、指示所述反应腔被加压至所述第一压力的反馈而启动所述增压器的操作。

在一些实施例中，所述系统和/或方法可以包括压力调节器，所述压力调节器可以操作以控制来自加压气体源的加压气体向所述增压器的流动。所述控制器可以构造成基于来自所述流体压力传感器的反馈而控制所述压力调节器的操作。

在一些实施例中，所述控制器构造成至少部分地基于用户输入而控制所述压力调节器的操作。

在一些实施例中，有气体压力传感器设置在所述压力调节器和所述增压器之间，并且所述气体压力传感器构造成向所述控制器提供反馈。所述控制器可以构造成至少部分地基于来自所述气体压力传感器的反馈而控制所述压力调节器的操作。

在一些实施例中，有方向控制阀设置在所述压力调节器和所述增压器之间，并且所述方向控制阀可以操作以控制加压气体在所述压力调节器和所述增压器之间的流动。

在一些实施例中，所述控制器可以构造成控制所述方向控制阀的操作。

在一些实施方案中，所述控制器构造成至少部分地基于用户输入来控制所述方向控制阀的操作。

在一些实施例中。有气体压力传感器设置在所述压力调节器和所述增压器之间。所述气体压力传感器可以构造成向所述控制器提供反馈。所述控制器可以构造成至少部分地基于来自所述气体压力传感器的反馈而控制所述方向控制阀的操作。

在一些实施方案中，所述方向控制阀包括四通方向控制阀。

在一些实施例中，所述增压器包括：气室；设置成与所述反应腔流体连通的流体腔；以及设置在所述气室和所述流体腔之间的活塞。所述活塞可以移位以调节所述流体腔的容积，其中所述控制器构造成控制所述活塞的移位。

在一些实施方案中，有压力调节器可以操作以控制加压气体从加压气体源向气室的流动。所述控制器可以构造成控制所述压力调节器的操作。

在一些实施例中，所述控制器构造成通过所述压力调节器的操作而控制所述反应腔中的流体压力。

在一些实施方案中，所述控制构造成通过所述压力调节器的操作而控制所述活塞的移位。

在一些实施例中，有方向控制阀设置在所述压力调节器和所述增压器之间。所述方向控制阀可以操作以控制加压气体在所述压力调节器和所述气室之间的流动。所述控制器可以构造成控制所述方向控制阀的操作，且所述控制器构造成通过所述压力调节器和所述方向控制阀的操作而控制所述活塞的移位。

在一些实施方案中，有行程结束传感器可以操作以检测与所述流体腔的最小容积相对应的所述活塞在行程结束位置处的存在。所述行程结束传感器构造成向所述控制器提供反馈。所述控制器可以构造成响应于接收来自所述行程结束传感器的、指示所述反应腔处在所述行程结束位置处的反馈而控制所述加料泵和/或所述增压器的操作。

在一些实施例中，所述系统和/或方法可以包括限定反应腔的反应容器。所述反应容器可以包括从所述反应腔延伸至第一开放端的孔隙，且所述孔隙的尺寸设置为允许试样插入所述反应腔中。所述系统或方法还可以包括能够以可拆卸的方式连接至所述反应容器的容器盖，所述容器盖可以操作以在所述反应腔和所述第一开放端之间形成基本上密封的屏障。

在一些实施方案中，所述容器盖包括排泄致动器(例如按钮)，所述排泄致动器可以操作以在使用期间将气体和/或流体从所述反应腔排出。

在一些实施例中，所述容器盖包括释放阀，所述释放阀可以操作以阻止气体和/或流体从所述反应腔排出，并且所述排泄按钮可以被操作以打开所述释放阀。

在一些实施方案中，所述容器盖限定适于允许气体和/或流体通过所述容器盖从所述反应腔排出的流动路径。

在一些实施例中，所述系统/和或方法可以包括与所述流动路径流体连通的排放线路。所述排放线路可以设置在所述流动路径和所述流体源之间。所述排放线路可以适于引导来自所述流动路径的气体和/或流体朝流体源的流动以进行回收，或排出以废弃。

在一些实施方案中，所述流动路径适于引导来自所述反应腔的气体和/或流体朝所述孔隙的排放区域的流动。

在一些实施例中，所述反应容器限定与所述流动路径流体连通的排放管路，并且所述排放管路适于允许来自所述流动路径的气体和/或流体通过所述反应容器排出。

在一些实施方案中，所述系统或设备可以包括设置在所述排放管路和所述流体源之间的排放线路，所述排放线路适于引导来自所述流动路径的气体和/或流体朝所述流体源的流动，由此允许对从所述反应腔排出的气体和/或流体进行回收。

在一些实施例中，有盖传感器构造成与所述控制器连通。所述盖传感器可以操作以检测所述排泄盖和所述反应容器之间的连接。所述控制器可以构造成响应于接收来自所述盖传感器的、指示所述排泄盖和所述反应容器之间的开放连接的反馈而阻止反应腔的加压。

在一些实施方案中，所述系统和/或方法可以包括试样容器，所述试样容器限定构造成接收所述试样的试样腔，并且所述试样容器包括设置在所述试样腔和所述试样容器的第一开放端之间的柱塞。所述反应腔可以构造成接纳所述反应容器。所述柱塞可以响应于所述反应腔中压力的变化而移位，以调节所述试样腔的容积，由此调节施加在所述试样上的压力。

在一些实施例中，所述第二压力在大约150psi和大约35,000psi之间。

在一些实施方案中，所述第三压力在大约3,500psi和大约35,000psi之间。

在一些实施例中，所述方法可以包括在将所述反应腔加压至所述第一压力之前排泄所述反应腔的气体和/或流体。

在一些实施方案中，所述增压器包括：气室；设置成与所述反应腔流体连通的流体腔；以及设置在所述气室和所述流体腔之间的活塞。使得所述反应腔中的压力循环可以包括使得所述活塞相对于所述流体腔移位。

在一些实施方案中，使得所述活塞相对于所述流体腔移位包括引导加压气体朝所述活塞的第一表面的流动，以使得所述活塞在第一方向上相对于所述流体腔运动；以及朝所述活塞的与所述第一表面相反的第二表面引导加压气体的流动，以使得所述活塞在与所述第一方向相反的第二方向上运动。

在一些实施例中，所述方法可以包括将所述反应腔维持在大约-40℃和大约100℃之间的温度。

实施例可以包括一个或多个下述的优点。

在一些实施例中，所述系统提供相对小和重量轻的压力循环。

在一些实施方案中，所述系统和方法提供便携的压力循环。

在一些实施例中，所述系统和方法提供对压力敏感反应的时间、压力和/或温度调节控制。

在一些实施方案中，所述系统和方法可以用于进行包括一个或多个压力敏感步骤的反应。这些反应例如可以包括抗体结合、DNA结合、溶菌、活化(发育)、去活化、结构改变、渗透/扩散、分解、键断开以及键形成，例如共价键和/或非共价键断开和形成；疏水或亲水相互作用；以及结构形成，例如折叠、以及薄片和片材的形成。

其它的方面、特征和优点在说明书、附图和权利要求中。

附图说明

图1是压力循环系统的方框图。

图2A至2C是反应容器的立体图、侧视图和剖视图。

图2D是用于图2A至2C的反应容器的盖附件的详细剖视图。

图3A和3B是试样容器的立体图和剖视图。

图4A至4C是压力增强器的立体图、侧视图和剖视图。

图5A和5B是压力增强器和反应容器组件的立体图和剖视图。

图5C是图5A和5B的增强器和反应容器组件的止回阀三通的详细剖视图。

图6是压力循环系统的示意图。

图7是示出压力循环系统的压力循环的压力-时间曲线的曲线图。

图8是以图形形式示出压力循环系统的压力-时间曲线的屏幕显示。

图9A和9B是反应容器和容器盖组件的正交的正视图和侧视图。

图9C和9D是图9A和9B的反应容器和容器盖组件的剖视图。

图10是带有热调节流体套的反应容器的剖视图。

具体实施方式

参见图1，压力循环系统10包括反应容器11、预装料线路40、压力增强器60以及控制线路100。反应容器11接收和容纳用于暴露于压力循环(例如，用于抑止或诱导试样的化学反应)的试样31(例如，参见图2C)。预装料线路40与反应容器11流体连通，并且构造为将来自流体源42(例如，流体容器)的流体(例如水)输送至反应容器11。由预装料线路40提供的流体的体积决定了在压力循环期间反应容器11内的最低压力水平。

压力循环系统10还包括与反应容器11流体连通的压力增强器60。压力增强器60可以操作，以用于调节反应容器11中的压力水平。由压力增强器60产生的压力决定反应容器11中的高压力水平。

控制线路100与预装料线路40和压力增强器60相连通，以基于所感测到的系统数据和用户输入而控制反应容器11内的压力水平。控制线路100包括控制器101，控制器101构造成与预装料系统40连通，用于控制流体朝反应容器11的流动。控制线路100还包括电子压力调节器102和方向控制阀103。控制器101与电子压力调节器102和方向控制阀103协同操作，以控制从加压气体源61(例如空气压缩机、压缩气体瓶、实验室线路的空气等)朝压力增强器60的、即用于驱动压力增强器60的加压气体(例如加压的二氧化碳、空气、例如氩、氮等的惰性气体)的流动。

参见图2A-2D，反应容器11限定反应腔12，反应腔12用于接纳容纳试样31的试样容器30。反应容器11还限定第一流体端口13，第一流体端口13允许流体流入和流出反应腔12。在反应腔12和反应容器11的外表面之间的延伸的孔隙14允许将试样容器30放入反应腔12中。

可移除的盖15与孔隙14形成可释放的连接，并且在反应腔12和大气压力之间提供密封屏障。如图所示，例如，在图2C和2D中，盖15包括O形圈16，O形圈16在盖15和反应腔12的壁之间提供气体和流体密封。盖15还包括排泄按钮17，排泄按钮17可以被致动从而将反应腔的气体和/或流体通过排泄孔18排出(即，降低反应腔12中的压力)。更特别地，盖15限定与排泄孔18流体连通的排泄腔19。盖15还限定与排泄腔19流体连通的排泄管道20。当盖15放置在孔隙14中时(如图2C中所示)，排泄管道20和排泄腔19提供允许流体和/或气体从反应腔12流至排泄孔18的流动路径。排泄按钮17连接至(即通过杆21)引导轴承22，引导轴承22以可滑动的方式设置在排泄腔19中。引导轴承22连接至推杆23的第一端。推杆23从引导轴承22延伸，延伸入排泄腔19中，穿过排泄管道20，并且在球形止挡件24处终止。当排泄按钮17处在第一位置(在图2C中以虚线示出)时，球形止挡件24接合排泄管道20的第一端25，由此形成阻止流体和/或气体在排泄管道20的第一端25和排泄孔18之间流动的止回阀。当排泄按钮17被致动或受压时(例如，如箭头26所指示的那样)，球形止挡件24移动离开排泄管道20的第一端25，由此允许流体和/或气体从反应腔21流至排泄腔19并从排泄孔18流出。可以在排泄孔18和流体贮存器42之间设置排出管线27，以允许回收从反应腔21排泄的流体。

在复数个定位销28a的辅助下，盖17在孔隙14中保持就位，其中所述复数个定位销28a由定位销把手一起保持。定位销28a接合盖15和反应容器11中的相应孔29a、29b。盖15可以从反应容器11移除以提供进出反应腔12(即，用于插入和移除试样容器30)的通路。

参见图3A和3B，试样容器30限定试样腔32以接纳试样31。试样容器30包括可移除的帽33，可移除的帽33提供进出试样腔32的出入口，以用于插入和移除试样31。试样容器30还包括柱塞35。柱塞35可以在压力下移位(如由箭头119所指示的那样)以调节试样腔32的容积以及试样腔32的压力。适当的试样容器30可以从位于美国马萨诸塞州West Bridgewater市的Pressure BioSciences公司购得(商品名为“PULSE^tm Tubes”)。

参见图4A-4C，增压器60包括气缸62和流体缸72，气缸62和流体缸72通过托架80彼此紧固在一起。气缸62固定在借助第一紧固件82紧固在一起的第一和第二安装板81a、81b之间。托架80的第一法兰盘83a借助第二紧固件83安装至第一安装板81a。反应容器11借助第三紧固件84固定在托架80的第二法兰盘83b和第三安装板81c之间。

如图4B和4C中所示，气缸62限定容纳活塞64的气室63。活塞64包括第一延伸杆65，第一延伸杆65延伸穿过设置在气缸62和第一安装板81a之间的第一垫片66，并伸入托架80中。托架80限定托架腔85，托架腔85接纳来自气缸62的第一延伸杆65。第二延伸杆67在托架腔85中安装至第一延伸杆65的远端68。第二延伸杆67的远端69穿过垫片组件71伸入流体缸72。垫片组件71在第二延伸杆67和流体缸72之间提供流体密封。

第一和第二安装板81a、81b分别限定与气室63连通的第一和第二缸端口70a、70b。第一和第二缸端口70a、70b提供加压气体流入和流出气室63(即控制活塞64的移位)的管路。

流体缸72限定接纳第二延伸杆67的流体腔73。提供轴承74来在流体腔73中引导和支撑第二延伸杆67。流体缸72还限定第二流体端口75，流体端口75允许流体流入和流出流体腔73。活塞64可以沿气室63移位(如箭头120所指示的那样)，以调节流体腔73的容积。

如图5A-5C中所示，反应容器11通过止回阀三通90连接增压器60。第一管段91紧固在反应容器11和止回阀三通90之间。第一管段91提供第一流体端口29和止回阀三通90的第一流动路径93之间的第一流动管路92。第二管段94紧固在增压器60和止回阀三通90之间。第二管段94提供第二流体端口75和止回阀三通90的第一流动路径93之间的第二流动管路95。第一管段91、止回阀三通90和第二管段94一起允许流体在增压器60和反应容器11之间传送。止回阀三通90还包括在入口97和第一流动路径93之间延伸的第二流动路径96。止回阀98(在图5C中示意性示出)设置在第二流动路径96中。止回阀98允许流体从入口97朝第一流动路径93流动，同时阻止相反方向(即从第一流动路径93朝入口97)流动。从而，来自外部源的流体流(如箭头122所指示的)被允许通过入口97进入反应腔12和流体腔73，但将被阻止逸出从而在反应腔12和流体腔73之间的流体区域内积累压力。

参见图6，预加料线路40通过止回阀三通90将流体传送至反应容器11。预加料线路40包括由继电器43驱动的加料泵41、流体贮存器42以及压力传感器44。

控制器101控制加料泵41的操作，进而控制流体从流体贮存器42至止回阀三通900的流动。压力传感器44与控制器101一起监控加料泵41和止回阀三通90之间的流动线路45中的流体压力。该流体压力将随着反应容器11被填充以流体而增加。一旦压力传感器44检测到表示反应容器11被加料至预定的最小(预加料)压力水平(例如，在大约150和200psi之间)的线路压力时，控制器101将停止加料泵41的操作，以阻止流体向反应容器11的进一步流动。

控制器101还控制电子压力调节器102的操作。一旦压力传感器44检测到反应容器11被预加料至最小压力水平，则控制器101将发送指令给电子压力调节器102，以允许来自外部压力源61的压缩气体(压缩气体例如为处在90psi或更大例如800psi压力下的CO₂)流至增压器60。来自供应源118的加压气体通过第一压力调节器142被输送向电子压力调节器102。第一压力调节器142将所述压力降低至电子压力调节器102和其他系统元件可以处理的水平。加压气体通过方向控制阀103从电子压力调节器102流动至增压器60，其中方向控制阀103也由控制器101控制。

方向控制阀103控制加压气体流入气缸61的方向，使其在第一和第二缸端口70a、70b之间变换。在启动时，例如，在预加料之前，方向控制阀103在控制阀101的控制下被设置处于增压器缩回位置，其将电子压力调节器102连接至第一缸端口70a，并且将第二缸端口70b连接至排放线路110。控制器101将电子压力调节器102设置在标称压力值(例如10psi)，以将加压气体压向活塞64的第一表面64a，以使得活塞64移动至完全缩回位置(即与流体腔73的最大容积相对应的位置(例如，见图4C))。一旦反应容器11到达预加料压力，控制器101将方向控制阀103重新调整至增压器伸展位置，其将电子压力调节器102连接至第二缸端口70b，并且将第一缸端口70a连接至排放线路110，以允许加压气体通过消声器104排放。然后，控制器101将通过电子压力调节器102来控制加压气体的流动，以将加压气体压向活塞64的第二表面64b，以使得活塞64朝伸展位置移动，减小流体腔73的可用流体容积(图4C)，结果，使得反应腔12内的压力增加。控制器101将电子压力调节器102的输出设置为施加至增压器60上的计算输出压力。

通过在气缸62上维持受控的气体压力，在反应腔12中产生受控的高压。为了压力循环，施加至气缸62的压力可以随时间变化，以使得反应腔12中的压力在低压力水平和高压力水平之间循环。

如图5中所示，控制线路100可以包括盖安全传感器106，以用于检测盖15(例如参见图2D)在反应容器11中是否位于适当位置。控制器101可以构造成响应于来自盖安全传感器106的、指示盖15不处在用于加压反应腔12的适当位置的反馈而阻止系统元器件的操作。控制线路100还可以包括行程结束(EOS)传感器107。行程结束传感器107检测行程结束状态，指示活塞64已经到达最大向前移位位置且反应腔12中没有达到高压力。控制器101可以构造成响应于来自EOS传感器107的、指示活塞65已经到达行程结束位置的反馈而阻止系统元器件的操作。

如图6中所示，控制线路100包括用户输入部108以及用于显示系统性能的显示器109。用户输入部108允许用户将处理参数输入至控制器101中。参见图7，处理参数可以包括下面的一个或多个：

●目标压力

○目标高压值P1，例如在大约3,500psi和大约35,000psi之间的范围内；以及

○目标低压值P2，例如在大约150psi和大约35,000psi之间的范围内；

●线性压力斜坡时间：t1和t3，例如在大约0.1秒和大约199秒之间

●静态压力保持时间：t2和t4(即在压力从低压值脉冲式增加之后在高压值的停留时间(t2)，以及在压力从高压值脉冲式减小后在低压值的停留时间(t4)，例如在大约5秒和大约100小时(例如为了孵化深海微生物的生长)之间的范围内)；

●循环之间的环境压力保持时间，例如在大约1秒和大约100小时之间的范围内；和/或

●循环的数量(N)，例如在1和99次循环之间的范围内。

所述输入可以是根据反应而特定。在一示例中，P1可以低于P2，以使细菌孢子发育，然后在更高的压力下溶菌。在此示例中，t1可以相对长以允许发育，且t2可以较短。在另一示例中，P1可以相对高以从热动力学角度改变蛋白质的结构并产生亚稳的形貌，且t3可以相对长以在达到较低压力P2时保持这些形貌。

如图8中所示，例如，显示器109可以用于以图表的形式显示系统的压力曲线。参见图8，实线130表示由用户输入(即用户输入的处理参数)和/或缺省系统设置所决定的所需压力曲线，而虚线132表示获得的实际曲线。由于所使用的压缩气体系统的功率容量以及可实现的最大压力，这两个曲线可能不完全相同。

在使用中，系统10被供电，且电子压力调节器102被设置至10psi。方向控制阀103被设置在增压器缩回位置，允许活塞65缩回至最小压力水平位置。所需的压力(例如高压水平和低压水平)、保持时间以及其它处理参数通过用户输入部108而输入至控制器101中。

接下来，将试样31放入试样容器30，且试样容器30被填充以流体36，例如水或硅油，以允许所施加的压力被传递至试样容器。流体36辅助该系统以达到增压器60的最大压力能力。试样容器30通过孔隙14插入反应腔12中。然后，通过同时地压盖排泄按钮17和向下推压于盖15上而插入盖15。这允许从反应腔排出多余的空气和/或流体。一旦盖15就位，则可以插入定位销28a以将盖15锁定就位。此时，反应腔12中的压力为大约0psi。

随着盖安全传感器106确认盖15处在适当的位置，所述过程被允许继续进行。加料泵41被启动，以将反应腔12填充至预加料压力P2(例如在大约150和大约200psi之间)。一旦反应腔12已经达到预加料压力，压力传感器44向控制器101发信号。然后，控制器101关闭加料泵41，将方向控制阀103切换至增压器向前位置，以及发指令给电子压力调节器102，以对增压器60加压，使得反应腔12中的压力升高到由处理参数限定的高压力水平P1。如果EOS传感器107检测到行程结束状态，或盖安全传感器106检测到盖15不处在适当位置，则系统10将指示错误并降低增压器60的压力。

在压力循环期间，控制器101通过电子压力调节器102控制反应腔12中的压力。利用电子压力调节器102，控制器101使得反应腔12中的压力在低压力水平(例如允许反应压力，例如在大约150psi和大约35,000psi之间)和高压力水平(例如在大约3,500psi和大约35,000psi之间，例如阻止反应压力)。通过将电子压力调节器102设置至0压力(即0psi)，可以实现对增压器60的减压。在压力循环期间，系统压力由气体压力传感器105监控。控制器101根据来自气体压力传感器105的反馈信号来计算反应腔12中的压力，然后显示。

在操作结束时，方向控制阀103被停止工作，将第一和第二缸端口70a、70b都连接至排放线路110，由此允许活塞64在系统压力下退回至最小压力水平位置(即高压减压)。在高压减压之后，通过压下盖排泄按钮17，可以释放预加料压力。通过同时致动加料泵41及压下盖排泄按钮17，也可以将流体从反应腔12清除。

一旦反应腔已经排泄至1atm，则可以通过取出定位销28a而移除盖15，且可以取出试样容器30。

尽管上面已经公开了一些实施例，但是其它实施例也是可行的。

作为示例，图9A-9D示出了反应容器11’和可移除盖15’组件的另一实施例。如图所示，例如，在图9C和9D中，不是将流体直接排出盖15’(例如通过排泄孔)，从反应腔12’排出的流体通过由第一和第二排放通道34a、34b限定的流动路径从排泄管路20’被重新导向位于反应容器11’的孔隙14’内的排放区域37。如图9C中所示，例如，第一和第二排放通道34a、34b可以包括一对钻孔。第一孔(即第一排放通道34a)形成为(例如通过钻孔)从盖15’的第一表面38a延伸至排泄管路20’。止挡球39插入第一孔中，以沿着盖15’的第一表面密封所述孔。第二孔(即第二排放通道34b)形成为从盖15’的第二表面38b延伸至第一排放通道34a。

参见图9C和9D，反应容器11’包括设置在孔隙14’的壁中的凹槽47内的密封件46(例如O形圈密封件)。密封件46限定了排放区域37的边界；排放区域37是孔隙22’中低于密封件46的区域。密封件46与盖15’的第一表面38a形成密封屏障，以阻止从排放区域37排出的流体流经密封件46。如图9D中所示，反应容器11’包括与第二排放通道34b流体连通的排放孔48。通过排泄管路20’排出反应腔12’的流体和/或气体将被引导至排放区域37，然后通过排放孔48排出。可以在排放孔48和流体贮存器42之间设置排放线路27(例如柔性软管)以允许回收从反应腔12’排出的流体。

参见图9C和9D，在操作中，密封件46和盖15’之间的摩擦以及O形圈16’和反应腔12’的壁之间的摩擦使得移除盖15’是需用强力的。在定位销28a被移除之后，通过使用反应腔12’中的压力可以提供压力辅助提升特性来升起盖15’，使之经过O形圈16’密封接合区域(即与反应腔12’的壁不再高压接触)。在一个实施例中，反应腔12’的压力维持在大约150psi，所述O形圈16’的密封直径是大约7英寸，由此形成大约57磅的提升力。一旦盖15’被提升经过O形圈16’接合区域，反应腔12’被设置成与排放区域37直接流体连通，允许流体排放，由此使得反应腔12’中的压力下降。此时，盖15’将不再继续上移，并且密封件46几乎不再与盖15的第一表面38a接合。密封件46可以是相对松的配合密封件——仅仅需要手的力量来将盖15’从孔隙14’移除。

在一些实施例中，不同的控制器可以具有不同的能力。例如，在一些实施例中，控制器允许压力在加压和减压时斜坡变化。在另一实施例中，不同于上述示例性的三个不同压力的方案，控制器可以使得压力在多个的设定点(例如4个、5个或更多)之间循环。在另一实施例中，所述压力可以根据计算机控制的波形而变化。

在一些实施例中，控制线路可以包括压力传感器(例如，见图6中的140)，所述压力传感器设置成与反应腔流体连通，以用于直接测量反应腔中的压力。

在一些实施方案中，所述系统可以包括将盖上的出口与流体贮存器相连接的流体排放线路，以对清除的流体进行回收。

在一些实施方案中，可以使用其它的设备组合来实现上述的概念。例如，在一些实施例中，增压器和反应容器可以是单个单元，而非两个连接的单元。

尽管上述的实施例的压力循环系统包括由系统控制器控制的加料泵，但是一些系统可以具有手动超驰模式，以用于进行人工预加料控制。

在一些实施例中，作为上述自动控制的附加或替代，可以手动地进行高压循环(即对加压气体至增压器的流动进行控制)。

在一些实施方案中，所述系统可以包括手动阀(例如，见图6中的144)，以提供对气体源和电子压力调节器之间的加压气体的流动的人工控制。

在一些实施例中，所述反应腔和所述增压器流体腔可以集成为单个单元。

在一些实施方案中，如果不需要加料压力，系统可以无需加料泵而操作(即在某些情况下，可以省去加料泵)。

在一些实施例中，反应腔由与所处理试样化学上相容的材料(例如，不锈钢)制成或施加以这种材料的衬层。

在一些实施方案中，所述系统可以包括对反应腔的温度控制。例如，如图10中所示，在一些情况下，反应容器11由冷却和/或加热套146环绕，以控制反应腔的温度。参见图10，套146分别包括入口147和出口148，所述入口147和出口148允许温度调节流体(例如来自流体贮存器(未示出))循环流入环绕反应容器11的腔149中。O形圈150、151对套146提供流体密封。反应腔12的温度可以控制在大约-40℃至100℃的范围内。

因此，其它实施例也落在所附的权利要求书的范围内。

Claims (39)

1.一种压力循环系统，包括：

反应腔，其构造成接收试样；

加料泵，其与所述反应腔流体连通且能够操作以把来自流体源的流体朝所述反应腔传送；

设置在所述加料泵和所述反应腔之间的止回阀，所述止回阀能够操作以阻止流体从所述反应腔向所述加料泵流动；

与所述反应腔流体连通的增压器，所述增压器能够气动地操作以调节所述反应腔中的压力；以及

控制器，其构造成控制所述加料泵和所述增压器的操作，

其特征在于，所述控制器构造成通过所述加料泵的操作而将所述反应腔加压至第一压力，并且所述控制器构造成通过所述增压器的操作而使得所述反应腔中的压力在至少第二压力和第三压力之间波动。

2.按照权利要求1的压力循环系统，其中，所述第三压力大于所述第二压力，并且所述第二压力大于或等于所述第一压力。

3.按照权利要求1的压力循环系统，其中，所述控制器构造成至少部分地基于用户输入而控制所述加料泵和所述增压器的操作。

4.按照权利要求1的压力循环系统，进一步包括：

设置在所述加料泵和所述止回阀之间、且与所述控制器连通的流体压力传感器，

其中，所述控制器构造成至少部分地基于来自所述流体压力传感器的反馈而控制所述加料泵和所述增压器的操作。

5.按照权利要求4的压力循环系统，其中，所述控制器构造成响应于接收来自流体压力传感器的、指示反应腔被加压至所述第一压力的反馈而阻止所述加料泵的操作。

6.按照权利要求4的压力循环系统，其中，所述控制器构造成响应于接收来自所述流体压力传感器的、指示反应腔被加压至所述第一压力的反馈而启动所述增压器的操作。

7.按照权利要求4的压力循环系统，进一步包括压力调节器，所述压力调节器能够操作以控制来自加压气体源的加压气体向所述增压器的流动，

其中所述控制器构造成基于来自所述流体压力传感器的反馈而控制所述压力调节器的操作。

8.按照权利要求7的压力循环系统，其中，所述控制器构造成至少部分地基于用户输入而控制所述压力调节器的操作。

9.按照权利要求7的压力循环系统，进一步包括设置在所述压力调节器和所述增压器之间的气体压力传感器，所述气体压力传感器构造成向所述控制器提供反馈，

其中，所述控制器构造成至少部分地基于来自所述气体压力传感器的反馈而控制所述压力调节器的操作。

10.按照权利要求7的压力循环系统，进一步包括设置在所述压力调节器和所述增压器之间的方向控制阀，所述方向控制阀能够操作而控制加压气体在所述压力调节器和所述增压器之间的流动。

11.按照权利要求10的压力循环系统，其中，所述控制器构造成控制所述方向控制阀的操作。

12.按照权利要求11的压力循环系统，其中，所述控制器构造成至少部分地基于用户输入来控制方向控制阀的操作。

13.按照权利要求10的压力循环系统，进一步包括设置在所述压力调节器和所述增压器之间的气体压力传感器，所述气体压力传感器构造成向所述控制器提供反馈，

其中所述控制器构造成至少部分地基于来自所述气体压力传感器的反馈而控制所述方向控制阀的操作。

14.按照权利要求10的压力循环系统，其中，所述方向控制阀包括四通方向控制阀。

15.按照权利要求1的压力循环系统，其中所述增压器包括：

气室；

设置成与所述反应腔流体连通的流体腔；以及

设置在所述气室和所述流体腔之间的活塞，

其中所述活塞能够移位以调节所述流体腔的容积，其中所述控制器构造成控制所述活塞的移位。

16.按照权利要求15的压力循环系统，进一步包括能够操作以控制加压气体从加压气体源向气室的流动的压力调节器，

其中所述控制器构造成控制所述压力调节器的操作。

17.按照权利要求16的压力循环系统，其中，所述控制器构造成通过所述压力调节器的操作而控制所述反应腔中的流体压力。

18.按照权利要求16的压力循环系统，其中，所述控制器构造成通过所述压力调节器的操作而控制所述活塞的移位。

19.按照权利要求16的压力循环系统，进一步包括设置在所述压力调节器和所述增压器之间的方向控制阀，所述方向控制阀能够操作以控制加压气体在所述压力调节器和所述气室之间的流动，

其中所述控制器构造成控制所述方向控制阀的操作，且所述控制器构造成通过所述压力调节器和所述方向控制阀的操作而控制所述活塞的移位。

20.按照权利要求15的压力循环系统，进一步包括行程结束传感器，所述行程结束传感器能够操作以检测与所述流体腔的最小容积相对应的所述活塞在行程结束位置处的存在，并且构造成向所述控制器提供反馈，

其中所述控制器构造成响应于接收来自所述行程结束传感器的、指示所述反应腔处在所述行程结束位置处的反馈而控制所述加料泵和/或所述增压器的操作。

21.按照权利要求1的压力循环系统，进一步包括限定反应腔的反应容器，所述反应容器包括：

从所述反应腔延伸至第一开放端的孔隙，且所述孔隙的尺寸设置为允许试样插入所述反应腔中；以及

能够以可拆卸的方式连接至所述反应容器的容器盖，所述容器盖能够操作以在所述反应腔和所述第一开放端之间形成基本上密封的屏障。

22.按照权利要求21的压力循环系统，其中，所述容器盖包括排泄按钮，所述排泄按钮能够操作以在使用期间释放所述反应腔的气体和/或流体。

23.按照权利要求22的压力循环系统，其中所述容器盖包括释放阀，所述释放阀能够操作以阻止气体和/或流体从所述反应腔释放，并且所述排泄按钮能够被接合以打开所述释放阀。

24.按照权利要求21的压力循环系统，其中所述容器盖限定能够允许气体和/或流体通过所述容器盖从所述反应腔释放的流动路径。

25.按照权利要求24的压力循环系统，进一步包括设置在所述流动路径和所述流体源之间的排放线路，所述排放线路能够引导来自所述流动路径的气体和/或流体朝流体源流动以进行回收。

26.按照权利要求24的压力循环系统，其中，所述流动路径能够引导来自所述反应腔的气体和/或流体朝所述孔隙的排放区域的流动。

27.按照权利要求24的压力循环系统，其中，所述反应容器限定与所述流动路径流体连通的排放管路，并且所述排放管路能够允许来自所述流动路径的气体和/或流体通过所述反应容器释放。

28.按照权利要求27的压力循环系统，进一步包括设置在所述排放管路和所述流体源之间的排放线路，所述排放线路能够引导来自所述流动路径的气体和/或流体朝所述流体源的流动，由此对从所述反应腔释放的气体和/或流体进行回收。

29.按照权利要求21的压力循环系统，进一步包括盖传感器，所述盖传感器构造成与所述控制器连通，并且能够操作以检测所述排泄盖和所述反应容器之间的连接，

其中所述控制器构造成响应于接收来自所述盖传感器的、指示所述排泄盖和所述反应容器之间的存在间隙的连接的反馈而阻止反应腔的加压。

30.按照权利要求1的压力循环系统，进一步包括试样容器，所述试样容器限定构造成接收所述试样的试样腔，并且所述试样容器包括设置在所述试样容器的第一开放端和所述试样腔之间的柱塞，

其中，所述反应腔构造成接纳所述反应容器，并且所述柱塞能够响应于所述反应腔中压力的变化而移位，以调节所述试样腔的容积，由此调节施加在所述试样上的压力。

31.一种压力敏感反应的时间控制方法，包括：

将试样置于反应腔中；

将所述反应腔加压至第一压力，包括：通过止回阀将来自流体源的流体传送至所述反应腔；以及

使得所述反应腔中的压力水平在第二压力和第三压力之间循环，包括：以加压气体驱动增压器。

32.按照权利要求31的方法，其中，所述第三压力大于所述第二压力，并且所述第二压力大于或等于所述第一压力。

33.按照权利要求31的方法，其中，所述第二压力在大约150psi和大约35,000psi之间。

34.按照权利要求31的方法，其中，所述第三压力在大约3,500psi和大约35,000psi之间。

35.按照权利要求31的方法，进一步包括在将所述反应腔加压至所述第一压力之前排泄所述反应腔中的气体和/或流体。

36.按照权利要求31的方法，其中所述增压器包括：

气室；

设置成与所述反应腔流体连通的流体腔；以及

设置在所述气室和所述流体腔之间的活塞，

其中使得所述反应腔中的压力循环包括使得所述活塞相对于所述流体腔移位。

37.按照权利要求36的方法，其中使得所述活塞相对于所述流体腔移位包括：

引导加压气体朝所述活塞的第一表面流动，以使得所述活塞在第一方向上相对于所述流体腔运动；以及

朝所述活塞的与所述第一表面相反的第二表面引导加压气体的流动，以使得所述活塞在与所述第一方向相反的第二方向上运动。

38.按照权利要求31的方法，进一步包括将所述反应腔维持在大约-40℃和大约100℃之间的温度。

39.按照权利要求31的方法，进一步包括：

在使得将反应腔的盖保持就位的锁定机构不起作用之后，将高于环境状态的压力施加至反应腔。

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