CN113906827A - 用于x射线设备的压力调节器 - Google Patents

Abstract

一种用于X射线设备的压力调节器包括活塞壳体和活塞，所述活塞壳体具有形成于其中的凹部，所述活塞安置在所述凹部中。所述活塞自由地往复运动并且在所述凹部内限定可变容积腔室。在所述活塞的外表面中形成周向凹槽，并且密封件安置在所述周向凹槽中。所述活塞壳体中的歧管使所述腔室与所述活塞壳体的外部流体连通。

Description

用于X射线设备的压力调节器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年5月24日提交的美国专利申请序列号62/852,510的优先权，出于所有目的，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开的各方面总体上涉及一种用于X射线设备的压力调节器，并且更具体地涉及一种用于X射线设备的压力调节器，该压力调节器包括在壳体凹部中的活塞。

背景技术

X射线设备及其相关部件可以生成大量的热量，为了维持X射线设备的适当操作条件，需要去除这些热量。诸如高压介电流体之类的冷却剂的闭合回路可以通过泵分布在整个X射线设备中，然后可以在其通过热交换器时被冷却。从热交换器中的液体冷却剂中去除热量用于冷却X射线设备的各种部件。闭合流体回路最好在回路中没有空气的情况下操作，并且因此在填充过程期间，该回路可能暴露于真空。在闭合流体回路与其周围环境之间可能存在由于温度和压力变化引起的大压力差。X射线温度和压力变化可能由于X射线设备本身的操作或由于装置在高海拔处运送引起。液体冷却剂的闭合回路内的压力调节器可以用于帮助将闭合回路内的压力维持在期望极限内。

现有技术的压力调节器可以包括由具有可收缩和可膨胀特性的材料构成的气囊。气囊的可收缩性质可以防止流体在真空条件下流动，导致从回路中去除空气面临问题，并且气囊本身可能易于损坏。

期望提供一种用于X射线设备的压力调节装置，所述压力调节装置减少或克服现有已知过程中固有的一些或全部困难。鉴于以下公开和某些实施例的详细描述，特定目的和优点对于本领域技术人员，即在本技术领域中具有知识或经验的技术人员将是显而易见的。

发明内容

根据第一方面，一种用于x射线设备的压力调节器可以包括活塞壳体，该活塞壳体具有形成于其中的凹部。活塞可以安置在所述凹部中，其中该活塞自由地往复运动并且在该凹部内限定可变容积腔室。在该活塞的外表面中形成周向凹槽，并且密封件安置在该周向凹槽中，该密封件可以在静态状态和动态状态下操作。该活塞壳体中的歧管使该腔室与该活塞壳体的外部流体连通。

根据另一方面，一种X射线设备可以包括壳体、固定到该壳体的X射线组件，以及位于该壳体内的电气部件。冷却剂流体的闭合回路被配置成从该X射线组件和该电气部件吸取热量。热交换器位于该壳体中并且与该冷却剂流体的闭合回路流体连通。泵被配置成使该冷却剂流体循环在整个闭合回路中循环。活塞组件位于该壳体中并且与该冷却剂流体的闭合回路流体连通。该活塞组件包括活塞壳体和活塞，该活塞壳体具有形成于其中的凹部，该活塞安置在该凹部中。该活塞自由地往复运动并且在该凹部内限定可变容积腔室。在该活塞的外表面中形成周向凹槽，并且密封件安置在该周向凹槽中，该密封件可以在静态状态和动态状态下操作。该活塞壳体中的歧管使该腔室与该活塞壳体的外部流体连通。

根据进一步方面，一种X射线设备可以包括壳体、固定到该壳体的X射线组件，以及位于该壳体内的电气部件。冷却剂流体的闭合回路被配置成从该X射线组件和该电气部件吸取热量。热交换器位于该壳体中并且与该冷却剂流体的闭合回路流体连通。泵被配置成使该冷却剂流体循环在整个闭合回路中循环。活塞组件位于该壳体中并且与该冷却剂流体的闭合回路流体连通。该活塞组件包括活塞壳体和活塞，该活塞壳体具有形成于其中的凹部，该活塞安置在该凹部中。该活塞自由地往复运动并且在该凹部内限定可变容积腔室。在该活塞的外表面中形成周向凹槽，并且密封件安置在该周向凹槽中，该密封件可以在静态状态和动态状态下操作。该活塞壳体中的歧管使该腔室与该活塞壳体的外部流体连通。一对相对壳体孔形成在该活塞壳体中，靠近该腔室的开口端，并且孔延伸穿过该活塞。锁定销包括轴和头部。该轴可移除地插入穿过该对相对壳体孔和该活塞孔以将该活塞相对于该活塞壳体临时固定，并且该头部安置在该壳体的外表面上。

根据某些实施例的以下详细公开内容和其图式并根据权利要求书，将进一步理解此处公开的这些和附加特征和优点。

附图说明

根据结合附图进行的说明性实施例的以下详细描述，将更全面地理解本发明的实施例的前述和其他特征和优点，在附图中：

图1A－C是X射线设备的正视图。

图2是图1A－C的X射线设备的压力调节器的截面图。

图3是图1A－C的X射线设备的压力调节器的替代实施例的截面图。

图4是图2的压力调节器的替代实施例的截面图，示出了具有减小的油量的压力调节器。

图5是图2的压力调节器的替代实施例的截面图，示出了具有增加的油量的压力调节器。

图6是示为连接到图2的压力调节器的图1A－C的X射线设备的部件的示意图。

图7是示出当图2的压力调节器暴露于加热循环时表压随时间变化的示范性曲线图的图形。

图8是示出图1A－C的X射线设备的元件的温度随时间变化的示范性曲线图的图形。

上文所提及的图不一定按比例绘制，应理解为提供特定实施例的表示，且本质上仅是概念性的且是说明所涉及的原理。为了便于解释和理解，附图中描绘的一些特征相对于其他特征已被放大或变形。附图中相同的参考数字用于各种替代实施例中所示的相似或相同的部件和特征。如本文所公开的用于X射线设备的压力调节器将具有部分地由其使用的预期应用和环境确定的配置和部件。

具体实施方式

参考图1A－C，示出了X射线设备10，其包括壳体12。具有电子枪盖的X射线源14固定到壳体12的外部，其中X射线源14的部件位于壳体12内，包括真空管16、电晕防护器18、高压挡板20、高压倍增器22和高压变压器23。包括印刷电路板(“PCB”)24、散热电气部件26和热管组件27的电气部件也位于壳体12内。

热交换器28连接到液体冷却剂的闭合回路30，其用于从X射线设备10的部件去除热量。泵31可以用于使液体冷却剂在整个闭合回路30中循环。闭合回路30可以包含管道或其他导管以便以已知方式将液体冷却剂从泵31分配到热交换器28和壳体12内的其他部件。因此，闭合回路30可以被配置成在整个壳体12中流动，以从X射线设备10的部件中的每一个去除热量。例如，如图1C所示，闭合回路30包括腔体33，该腔体用液体冷却剂围绕高压倍增器22，以便从X射线源14吸取热量。在某些实施例中，冷却液是高压介电流体，诸如例如变压器油，包括

AX(可从壳牌(Shell)获得)。液体冷却剂也可以是全氟聚醚(“PFPE”)氟化流体，诸如

(可从苏威(Solvay)获得)或fluorinert^TM(可从3M^TM获得)。

压力调节器32与闭合回路30流体连通，并用于调节闭合回路30中的液体冷却剂的压力。压力调节器32被配置成将闭合回路的内部压力维持处于或接近周围环境压力(例如，当压力调节器32处于海平面时的一个大气压)。

如图2所示，压力调节器32包括活塞壳体34，该活塞壳体具有形成于其中的凹部36。活塞壳体34的歧管38可以使凹部36与闭合回路30流体连通。歧管38可以包括通向凹部36的第一通口40。歧管38的第二通口42可以通过合适的连接器或配件连接到闭合回路30。在所绘示的实施例中，第二通口42带螺纹，以便与闭合回路30的配合配件(未示出)螺纹接合。歧管38的第三通口44可以通过合适的连接器或配件连接到闭合回路30。在所绘示的实施例中，第三通口44也带螺纹，以便与闭合回路30的配合配件(未示出)螺纹接合。在其他实施例中，如图3所示，活塞壳体12的歧管38可以仅包括第一通口40和第二通口42，其用作凹部36与闭合回路30之间的唯一流体连通连接。歧管38可以包括用于用液体冷却剂填充闭合回路30的填充通口45。在已填充闭合回路30之后，可以用有头螺钉(cap screw)47和O形环49密封填充通口45。

活塞46可以安置在凹部36内并在其中往复运动，由此当闭合回路30内的压力变化时限定可变容积腔室47。因此，可变容积腔室47通过歧管38的第一通口40、第二通口42和第三通口44与闭合回路30流体连通。在一些实施例中，活塞46和凹部36为圆形。在所绘示的实施例中，活塞46的内端48具有斜边50，有助于活塞46沿着凹槽36向内移动。在某些实施例中，活塞46的靠近活塞46的外端52的一部分可以具有减小的直径或减小的厚度。外端52也可以具有与内端48处的斜边50类似的斜边54。

周向狭槽或凹槽56可以形成在活塞46的靠近内端48的外表面中。密封件58可以位于凹槽58中，并用于在活塞46与活塞壳体34之间提供气密密封，有助于维持闭合回路30无泄漏，并且在闭合回路30的静态状态和动态状态期间减少空气进入闭合回路30中的液体冷却剂的机会。当活塞46自由移动时，闭合回路30在其操作期间可处于动态状态。当闭合回路30填充有液体冷却剂时，闭合回路可以处于静止状态，并且活塞46固定在适当位置，如下面更详细描述的。

密封件58例如可以是O形环。应当理解，密封件58可以采用任何配置，并且不必是O形环。鉴于本公开的益处，用于密封件58的其他合适的形状和配置对于本领域技术人员将变得显而易见。在某些实施例中，密封件58由诸如丁腈橡胶之类的弹性体材料或诸如

(可从科慕(Chemours)公司获得)之类的含氟弹性体橡胶形成。根据本公开的益处，与温度范围和用作闭合回路30中的液体冷却剂的介电流体相容的其他合适材料对于本领域技术人员将变得显而易见。

活塞壳体34和活塞46可以由诸如金属之类的刚性材料形成，该刚性材料用于有助于将闭合回路30的内部压力维持在可接受极限内。例如，活塞46可以由诸如铝、铝合金、不锈钢、镍合金、铜之类的耐腐蚀金属或诸如聚醚醚酮(“PEEK”)之类的耐化学腐蚀可加工高温塑料形成。

一对相对壳体孔60可以形成在活塞壳体34中靠近凹部36的开口端62。活塞孔64可以形成在活塞46中靠近其外端52。锁定销66可移除地容纳在壳体孔60和活塞孔64中，以将活塞46相对于活塞壳体34临时固定。锁定销66可以包括轴68和头部70。轴68可以容纳在壳体孔60和活塞孔64中，并且当锁定销66完全插入时，头部70可以安置在活塞壳体34的外表面72上。

当闭合回路30填充有液体冷却剂时，用锁定销66将活塞46相对于活塞壳体34临时固定是有用的，从而允许闭合回路30的容积在填充过程期间是恒定的。当填充闭合回路30时，从闭合回路30内去除所有空气可以改善液体冷却剂的性能，这为X射线源14的高压部件提供电绝缘。在某些实施例中，在闭合回路30被填充时为其提供真空环境。应当理解，当闭合回路30被填充时液体冷却剂的温度将驱动闭合回路30的平衡压力。应当理解，使闭合回路30无泄漏有助于确保没有空气进入闭合回路30中的液体冷却剂。因此，闭合回路内的密封件和配件必须能够承受闭合回路30在操作期间遇到的压力。密封元件的数量以及用于形成密封件的材料的刚度、弹性和挠曲都影响它们承受操作期间所涉及的力的能力。

如图2所示，活塞46固定在中间位置或稳态位置。当活塞46处于中间位置时腔室47的容积应当被设计成足够大以补偿闭合回路30中的液体冷却剂的预期热收缩。类似地，凹部36的长度应当被设计成适应闭合回路30中液体冷却剂的预期热膨胀。

一旦闭合回路30已经被填满，锁定销66就可以被移除，并且活塞46可以在活塞壳体34的凹部36内往复运动。当闭合回路30内的压力增大或减小时，活塞46可以围绕中间位置摆动，由此改变腔室47的容积并使闭合回路30内的表压最小化。当闭合回路30在标称室温(其可以在大约60°F至大约75°F之间)下填充有油时，活塞46经历1ATM的压力，并且在锁定销66插入或移除的情况下压力增量为零。当闭合回路30中的液体冷却剂的温度降低时，液体冷却剂的容积减小，而当闭合回路30中的液体冷却剂的温度升高时，液体冷却剂的容积增大。活塞46在凹槽36内的位置相对于液体冷却剂的排量而改变，以在密封件58的任一侧上维持大约1ATM的压力。

压力调节器32的操作在图4至5中绘示。如上所述，当锁定销66从活塞46和活塞壳体34移除时，活塞46在凹部36内自由移动，由此改变腔室36的容积。如图4所示，当液体冷却剂的温度在闭合回路30内的压力下降时，液体冷却剂的容积减小，其中通过施加在活塞46的外端52上的大气压力，活塞46沿箭头A的方向强制向内进入凹部36。

如图5所示，当闭合回路30内的液体冷却剂的温度升高时，液体冷却剂的容积增大，强制活塞46在箭头B的方向上沿凹槽36向外。活塞46将继续沿箭头A和B的方向在凹部46内摆动，从而随着闭合回路30内的液体冷却剂的温度变化而改变腔室47的容积，由此将闭合回路30内的内部压力维持处于或接近大约1ATM的周围环境压力。

图6示出了X射线设备及其与压力调节器32的连接的示意图。如图所示，诸如功率FET之类的电气部件26从散热器(未示出)耦合到热管组件27。如箭头C所示，空气被吸入热管组件27并从热管组件吹出以帮助冷却。从热管组件27吸收热量的热交换器28冷却来自闭合回路30的液体冷却剂。泵31沿箭头C的方向通过X射线设备10中的油腔33分配液体冷却剂，由此冷却HV倍增器22和真空管16。液体冷却剂然后继续流过闭合回路30进入热交换器28，然后返回到泵31。通过歧管38连接到闭合回路30的压力调节器32用于调节闭合回路内的压力，如箭头D所示，该箭头D指示当闭合回路30内的压力变化时流入和流出腔室47的液体冷却剂流的振荡。

虽然通过使用压力调节器32来控制闭合回路30内的压力，但是应当理解，也监测X射线设备10的各种元件的温度。例如，可以监测PCB24、散热器和闭合回路30的油腔33的壳体的温度。在X射线设备10中使用压力调节器32允许液体冷却剂的温度高于和低于室温，以在X射线设备10的所有气密密封件上产生连续的压力。这有助于防止填充过程期间发生泄漏。应当理解，与油或其他流体在压力下膨胀并通过密封件泄放相比，更容易因空气泄漏经过同一密封件而在密封件上抽真空时失效。在本实施例中，压力调节器32结合X射线设备在从大约负20℃至大约70℃或更高的温度范围内工作。

在某些实施例中，监测活塞46的位置可以用作测量闭合回路30中的液体冷却剂的温度的替代方式。通过跟踪活塞46的位置并将活塞46的各个位置与在X射线设备10的不同元件中测量的温度进行比较，可以形成活塞46的位置与液体冷却剂的温度之间的相关性。由于液体冷却剂可以被认为在1个大气压下是不可压缩的。出于实践目的，液体冷却剂在各个温度下占据的相对容积是液体冷却剂在这各个温度下的膨胀或收缩的函数。例如，液压油在1000psi下压缩0.5％。如果在填充闭合回路30之后当活塞在室温下处于其固定位置时对系统进行校准，则活塞46的位置可用作对整个闭合回路30求取平均的液体冷却剂的温度的参考。另外，如果液体冷却剂的循环是最佳的，则液体冷却剂在整个闭合回路30中的温度梯度将几乎可以忽略。

跟踪活塞46的位置然后可以有助于监测系统，这可以有助于检测潜在的问题，包括例如闭合回路30中的泄漏、泵31或热管组件27的问题。知道温度何时达到超过设计的工作温度的温度可以允许用户执行系统关闭，以便诊断任何问题并防止X射线设备10的部件发生故障。

如图5中绘示，位置监测装置74可以用于跟踪活塞46的位置。位置监测装置74可以是例如激光器或基于线圈的运动传感器。应当理解，基于线圈的运动传感器可以使用活塞46上的金属目标元件，在这种情况下，活塞46可以由高性能塑料材料形成。鉴于本公开的益处，其他合适的位置监测装置对于本领域技术人员将变得显而易见。

进行实验以确定当X射线设备10在30小时时段内暴露于在大约0℃至大约60℃之间循环的温度时压力调节器32在维持闭合回路30内的压力方面的有效性。如图7的图形所示，闭合回路内的表压在大约1.8psig至大约-2.75psig之间变化。图7中所示的正压反映了闭合回路30内的较高压力和活塞46沿图5的箭头B的方向的移动。图6中所示的负压反映了闭合回路30内的较低压力和活塞46沿图4的箭头A的方向的移动。

图8绘示了在24小时的时段内X射线设备10的各个部件的温度，其中压力调节器32维持闭合回路30内的压力。如此处所示，当TA是环境温度时，可知温度T1－T4在系统操作的前几小时之后稳定，并且它们在24小时的时段的剩余时间内保持稳定。在该实施例中，T1是PCB 24处的温度，T2是热交换器28处的温度，T3是X射线设备10的围绕真空管16的外锥体处的温度，而T4是X射线设备10的外锥体内围绕真空管16的铅柱(lead cylinder)处的温度。在此可以看出，在初始升温时段之后，各个部件的温度在24小时的时段内保持稳定。

运用从本公开获得的知识，本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可对所公开的设备和方法进行各种改变以获得这些和其他优点。因而，应理解，本文中所描述的特征易于被修改、更改、改变或替代。举例来说，明确地旨在以基本相同的方式执行基本相同的功能以实现相同的结果的那些元件和/或步骤的所有组合均在本发明的范围内。从一个描述的实施例到另一个实施例的元件替换也是完全预期和考虑的。本文中说明并描述的特定实施例仅出于说明性目的，而不限制如所附权利要求书中阐述的本发明。其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。应理解，前述描述仅是为了清晰起见而提供，并且仅仅是示例性的。本发明的精神和范围不限于上述实例，而是由所附权利要求书涵盖。

Claims (23)

1.一种用于X射线设备的压力调节器，其包含：

活塞壳体，所述活塞壳体具有形成于其中的凹部；

活塞，所述活塞安置在所述凹部中，所述活塞自由地往复运动并且在所述凹部内限定可变容积腔室；

周向凹槽，所述周向凹槽形成在所述活塞的外表面中；

密封件，所述密封件安置在所述周向凹槽中；以及

所述活塞壳体中的歧管，所述歧管使所述腔室与所述活塞壳体的外部流体连通。

2.根据权利要求1所述的压力调节器，其进一步包含：

一对相对壳体孔，所述一对相对壳体孔形成在所述活塞壳体中，靠近所述腔室的开口端；

活塞孔，所述活塞孔延伸穿过所述活塞；以及

锁定销，所述锁定销可移除地容纳在所述一对相对壳体孔和所述活塞孔中以将所述活塞相对于所述活塞壳体临时固定。

3.根据权利要求2所述的压力调节器，其中所述锁定销包括插入穿过所述一对相对壳体孔和所述活塞孔的轴，以及位于所述壳体的外表面上的头部。

4.根据权利要求1所述的压力调节器，其中所述歧管包括通向所述腔室的第一通口和通向所述壳体外部的第二通口。

5.根据权利要求4所述的压力调节器，其中所述第二通口带螺纹。

6.根据权利要求4所述的压力调节器，其进一步包含通向所述壳体外部的第三通口。

7.根据权利要求6所述的压力调节器，其中所述第二通口和所述第三通口带螺纹。

8.根据权利要求1所述的压力调节器，其中所述密封件是O形环。

9.根据权利要求1所述的压力调节器，其中所述密封件由弹性体材料形成。

10.根据权利要求1所述的压力调节器，其中所述活塞壳体和所述活塞由铝形成。

11.根据权利要求1所述的压力调节器，其中所述活塞壳体和所述活塞由不锈钢形成。

12.一种X射线设备，其包含：

壳体；

X射线组件，所述X射线组件固定到所述壳体；

电气部件，所述电气部件位于所述壳体内；

冷却剂流体的闭合回路，冷却剂流体的所述闭合回路被配置成从所述X射线组件和所述电气部件吸取热量；

热交换器，所述热交换器位于所述壳体中并且与冷却剂流体的所述闭合回路流体连通；

泵，所述泵被配置成使所述冷却剂流体在整个所述闭合回路中循环；以及

活塞组件，所述活塞组件位于所述壳体中并且与冷却剂流体的所述闭合回路流体连通，所述活塞组件包含：

活塞壳体，所述活塞壳体具有形成于其中的凹部；

活塞，所述活塞安置在所述凹部中，所述活塞自由地往复运动并且在所述凹部内限定可变容积腔室；

周向凹槽，所述周向凹槽形成在所述活塞的外表面中；

密封件，所述密封件安置在所述周向凹槽中；以及

所述活塞壳体中的歧管，所述歧管使所述腔室与所述活塞壳体的外部流体连通。

13.根据权利要求12所述的X射线设备，其进一步包含：

一对相对壳体孔，所述一对相对壳体孔形成在所述活塞壳体中，靠近所述腔室的开口端；

活塞孔，所述活塞孔延伸穿过所述活塞；以及

锁定销，所述锁定销可移除地插入穿过所述一对相对壳体孔和所述活塞孔以将所述活塞相对于所述活塞壳体临时固定。

14.根据权利要求13所述的X射线设备，其中所述锁定销包括插入穿过所述一对相对壳体孔和所述活塞孔的轴，以及位于所述壳体的外表面上的头部。

15.根据权利要求12所述的X射线设备，其中所述歧管包括通向所述腔室的第一通口和通向所述壳体外部的第二通口。

16.根据权利要求15所述的X射线设备，其中所述第二通口带螺纹。

17.根据权利要求15所述的X射线设备，其进一步包含通向所述壳体外部的第三通口。

18.根据权利要求17所述的X射线设备，其中所述第二通口和所述第三通口带螺纹。

19.根据权利要求12所述的X射线设备，其中所述密封件是O形环。

20.根据权利要求12所述的X射线设备，其中所述密封件由弹性体材料形成。

21.根据权利要求12所述的X射线设备，其中所述活塞壳体和所述活塞由铝形成。

22.根据权利要求12所述的X射线设备，其中所述活塞壳体和所述活塞由不锈钢形成。

23.一种X射线设备，其包含：

壳体；

X射线组件，所述X射线组件固定到所述壳体；

电气部件，所述电气部件位于所述壳体内；

冷却剂流体的闭合回路，冷却剂流体的所述闭合回路被配置成从所述X射线组件和所述电气部件吸取热量；

热交换器，所述热交换器位于所述壳体中并且与冷却剂流体的所述闭合回路流体连通；

泵，所述泵被配置成使所述冷却剂流体在整个所述闭合回路中循环；

活塞组件，所述活塞组件位于所述壳体中并且与冷却剂流体的所述闭合回路流体连通，所述活塞组件包含：

活塞壳体，所述活塞壳体具有形成于其中的凹部；

活塞，所述活塞安置在所述凹部中，所述活塞自由地往复运动并且在所述凹部内限定可变容积腔室；

周向凹槽，所述周向凹槽形成在所述活塞的外表面中；

密封件，所述密封件安置在所述周向凹槽中；以及

所述活塞壳体中的歧管，所述歧管使所述腔室与所述活塞壳体的外部流体连通；

一对相对壳体孔，所述一对相对壳体孔形成在所述活塞壳体中，靠近所述腔室的开口端；

孔，所述孔延伸穿过所述活塞；以及

锁定销，所述锁定销包括轴和头部，所述轴可移除地插入穿过所述一对相对壳体孔和所述活塞孔以将所述活塞相对于所述活塞壳体临时固定，所述头部安置在所述壳体的外表面上。

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