CN115103504A - 陶瓷窗、耦合器及加速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种陶瓷窗。陶瓷窗包括陶瓷窗内导体、陶瓷窗外导体、陶瓷片、水冷管及水冷室。陶瓷窗外导体包围陶瓷窗内导体。陶瓷片穿设陶瓷窗外导体和陶瓷窗内导体。水冷管设置于陶瓷窗内导体内。水冷室设置于陶瓷窗外导体外侧，与陶瓷片固定连接。本发明的陶瓷窗、耦合器及加速器中，陶瓷窗内导体内设有水冷管，陶瓷窗外导体外侧设有水冷室，以实现陶瓷窗的内侧和外侧双重冷却降温，从而能够及时带走陶瓷窗沉积的微波能量，提高陶瓷窗的散热效率。本发明还提供一种包括陶瓷窗的耦合器及加速器。

Description

陶瓷窗、耦合器及加速器

技术领域

本发明涉及加速器技术领域，更具体而言，涉及一种陶瓷窗、耦合器及加速器。

背景技术

一些医疗器械采用加速器制造高能粒子用于治疗疾病。加速器通常采用耦合器实现功率传输。在耦合器功率较大的情况下，耦合器中的陶瓷片升温较高，容易出现材料热膨胀引起的陶瓷破裂。

发明内容

本发明的实施方式提供一种陶瓷窗、耦合器及加速器。

本发明的实施方式提供的陶瓷窗包括陶瓷窗内导体、陶瓷窗外导体、陶瓷片、水冷管及水冷室。所述陶瓷窗外导体包围所述陶瓷窗内导体。所述陶瓷片穿设所述陶瓷窗外导体和所述陶瓷窗内导体。所述水冷管设置于所述陶瓷窗内导体内。所述水冷室设置于所述陶瓷窗外导体外侧，与所述陶瓷片固定连接。

在某些实施方式中，所述陶瓷片与所述陶瓷窗外导体之间存在缝隙，所述陶瓷片与所述陶瓷窗内导体之间存在缝隙。

在某些实施方式中，所述水冷管与所述陶瓷窗内导体之间存在缝隙。

在某些实施方式中，所述水冷室与所述陶瓷窗外导体之间存在缝隙。

在某些实施方式中，所述水冷室环绕所述陶瓷片外侧，并与所述陶瓷片真空钎焊连接。

在某些实施方式中，所述水冷管包括水冷管道及螺旋内管，所述水冷管道用于连接同轴馈管内导体，所述螺旋内管螺旋环绕所述水冷管道的内壁设置。

本发明的实施方式提供的耦合器包括同轴馈管及陶瓷窗。所述陶瓷窗包括：陶瓷窗内导体、陶瓷窗外导体、陶瓷片、水冷管及水冷室。所述陶瓷窗外导体，包围所述陶瓷窗内导体。所述陶瓷片穿设所述陶瓷窗外导体和所述陶瓷窗内导体。所述水冷管设置于所述陶瓷窗内导体内。所述水冷室，设置于所述陶瓷窗外导体外侧，与所述陶瓷片固定连接。

在某些实施方式中，所述同轴馈管包括馈管外导体和馈管内导体，所述馈管外导体与所述陶瓷窗外导体连接，所述馈管内导体与所述陶瓷窗内导体连接。

在某些实施方式中，所述耦合器还包括内插芯，所述内插芯插入所述馈管内导体内并与所述馈管内导体的内壁接触。

在某些实施方式中，所述耦合器还包括与所述陶瓷窗连接的耦合器头部，所述同轴馈管和所述耦合器头部分别设置于所述陶瓷片的相背两侧。

在某些实施方式中，所述耦合器头部包括头部内导体和头部外导体，所述头部内导体与所述陶瓷窗内导体连接，所述头部外导体与所述陶瓷窗外导体连接，所述头部外导体内设有外导体管道，所述耦合器还包括耦合环，所述耦合环连通所述外导体管道和所述水冷管道。

在某些实施方式中，所述耦合器还包括法兰盘和水冷室水管，所述法兰盘套设于所述同轴馈管，所述水冷室水管穿设所述法兰盘并与所述水冷室连通。

在某些实施方式中，所述水冷室水管包括进水管和出水管，所述进水管用于向所述水冷室导入冷却水，所述出水管用于将所述水冷室的冷却水导出。

在某些实施方式中，所述法兰盘设有法兰盘孔，所述耦合器还包括安装于所述法兰盘孔的温度传感器，所述温度传感器用于检测所述耦合器的温度。

本发明的实施方式提供的加速器包括耦合器。所述耦合器包括同轴馈管及陶瓷窗。所述陶瓷窗包括：陶瓷窗内导体、陶瓷窗外导体、陶瓷片、水冷管及水冷室。所述陶瓷窗外导体，包围所述陶瓷窗内导体。所述陶瓷片穿设所述陶瓷窗外导体和所述陶瓷窗内导体。所述水冷管设置于所述陶瓷窗内导体内。所述水冷室，设置于所述陶瓷窗外导体外侧，与所述陶瓷片固定连接。

本发明的陶瓷窗、耦合器及加速器中，陶瓷窗内导体内设有水冷管，陶瓷窗外导体外侧设有水冷室，以实现陶瓷窗的内侧和外侧双重冷却降温，从而能够及时带走陶瓷窗沉积的微波能量，提高陶瓷窗的散热效率。

本发明的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施方式的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明某些实施方式的耦合器的平面结构示意图；

图2是图1的截面示意图；

图3是图2的II区域的放大示意图；

图4是本发明某些实施方式的加速器的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、 “顶”、“底”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。

请参阅图1及图2，本发明的实施方式提供一种陶瓷窗10。陶瓷窗10包括陶瓷窗外导体11、陶瓷窗内导体12、陶瓷片13、水冷管14及水冷室15。陶瓷窗外导体11包围陶瓷窗内导体12。陶瓷片13穿设陶瓷窗外导体11和陶瓷窗内导体12。水冷管14设置于陶瓷窗内导体12内。水冷室15设置于陶瓷窗外导体11外侧，与陶瓷片13固定连接。

请参阅图1及图2，本发明的实施方式提供一种耦合器100，本发明的陶瓷窗10可应用于耦合器100，起到密封隔绝的作用，用于在耦合器100中隔离出真空环境。

陶瓷窗10往往设置于耦合器100的能量传输馈线上，陶瓷窗内导体12和陶瓷窗外导体11用于传导耦合器100的能量。在耦合器100工作时，大功率微波将会通过陶瓷窗10，从而陶瓷窗10容易沉积微波能量。如果不及时带走陶瓷窗10沉积的微波能量，则容易导致陶瓷窗10升温变形，甚至在热应力作用下破损。一旦陶瓷窗10破损，则会破坏耦合器100内的真空环境。

本发明的实施方式的耦合器100和陶瓷窗10中，陶瓷窗内导体12内设有水冷管14，陶瓷窗外导体11外侧设有水冷室15，以实现陶瓷窗10的内侧和外侧双重冷却降温，从而能够及时带走陶瓷窗10沉积的微波能量，提高陶瓷窗10的散热效率。

下面结合附图对陶瓷窗10做进一步地说明。

请参阅图1及图2，水冷管14和水冷室15中通入冷却剂，通过冷却剂与陶瓷片13进行热交换，以带走陶瓷片13沉积的热量。其中，冷却剂可以是冷却水，还可以是二氧化碳、氦气等用于冷却的气体，在此不作限制。水冷管14与陶瓷窗内导体12连接，且内导体与陶瓷片13连接，从而陶瓷片13的热量能够经由内导体传导至水冷管14，以通过水冷管14中流通的冷却剂带走陶瓷片13的热量。水冷室15与陶瓷片13固定连接，从而能够通过水冷室15中流通的冷却剂带走陶瓷片13的热量。如此，水冷管14能够及时导出陶瓷片13内侧的热量，水冷室15能够及时导出陶瓷片13外侧的热量，从而及时冷却陶瓷片13整体，避免陶瓷片13局部温度过高而发生膨胀破裂。

请参阅图1及图2，在某些实施方式中，水冷室15环绕在陶瓷片13外侧，并与陶瓷片13真空钎焊连接。如此，陶瓷片13与水冷室15连接稳定，能够确保陶瓷片13的热量能够及时传导至水冷室15。

请结合图2及图3，在某些实施方式中，水冷室15包括外壳151和内侧壁152，外壳151和内侧壁152之间形成密封的腔室153，腔室153用于容纳冷却剂。外壳151环绕陶瓷窗外导体11设置，将陶瓷窗外导体11包围在内。内侧壁152靠近陶瓷窗外导体11，并与陶瓷片13连接，以导出陶瓷片13的热量。

请参阅图2及图3，在某些实施方式中，陶瓷窗外导体11和陶瓷窗内导体12呈环状，陶瓷窗外导体11将陶瓷窗内导体12包围在内。

请参阅图2及图3，在某些实施方式中，陶瓷片13与陶瓷窗外导体11和陶瓷窗内导体12之间均存在缝隙。如此，能够预留出陶瓷片13的热膨胀空间，避免发生膨胀的陶瓷片13与陶瓷窗外导体11或陶瓷窗内导体12发生挤压而破损。此外，陶瓷片13与陶瓷窗外导体11和陶瓷窗内导体12之间的缝隙能够防止陶瓷片13直接与陶瓷窗外导体11和陶瓷窗内导体12发生接触，以隔离陶瓷片13与陶瓷窗外导体11和陶瓷窗内导体12之间的热量。

请参阅图2及图3，在某些实施方式中，陶瓷窗外导体11包括彼此间隔的外导体上半部111和外导体下半部112，陶瓷窗内导体12包括彼此间隔的内导体上半部121和内导体下半部122，外导体上半部111和内导体上半部121与外导体下半部112和内导体下半部122之间形成间隔空间，陶瓷片13设置于间隔空间内，外导体上半部111和内导体上半部121位于陶瓷片13的一侧，并与陶瓷片13之间存在缝隙；外导体下半部112和内导体下半部122位于陶瓷片13的另一侧，并与陶瓷片13之间存在缝隙。陶瓷片13的外周缘与水冷室15的内侧壁152焊接，水冷管14穿设陶瓷片13的中心并与陶瓷片13连接。如此，陶瓷片13仅与水冷室15和水冷管14连接，使水冷室15和水冷管14能够快速导出陶瓷片13的热量。陶瓷片13中心区域的热量能够被水冷管14导出，陶瓷片13边缘区域的热量能够被水冷室15导出，降温效率高，且能够避免陶瓷片13出现局部温度过高的情况。

请参阅图2及图3，在某些实施方式中，水冷管14与陶瓷窗内导体12之间存在缝隙。如此，能够防止水冷管14直接与陶瓷窗内导体12接触而发生热交换，以确保水冷管14能够充分对陶瓷片13进行散热。

请参阅图2及图3，在某些实施方式中，水冷管14包括水冷管道141及螺旋内管142，水冷管道141穿设陶瓷窗内导体12，并与陶瓷片13连接，螺旋内管142螺旋环绕水冷管道141的内壁设置。螺旋内管142用于通入冷却剂，陶瓷片13的热量传导至水冷管道141，设置于水冷管道141的内壁的螺旋内管142中流通的冷却剂能够带走水冷管道141上的热量，从而使陶瓷片13降温。螺旋环绕水冷管道141的内壁设置的螺旋内管142与水冷管道141的内壁具有较大的接触面积，换热效率高，能够提高冷却效果。

请参阅图2及图3，在某些实施方式中，水冷室15与陶瓷窗外导体11之间存在缝隙。具体地，水冷室15的内侧壁152与陶瓷窗外导体11之间存在缝隙。如此，能够防止内侧壁152与陶瓷窗外导体11接触而发生热交换，使内侧壁152主要与水冷室15内的水冷剂及陶瓷片13之间发生热交换，以充分对陶瓷片13进行散热。

请参阅图2，在某些实施方式中，耦合器100包括同轴馈管20，同轴馈管20与陶瓷窗10连接。同轴馈管20包括馈管外导体21和馈管内导体22。其中，馈管外导体21与陶瓷窗外导体11连接，馈管内导体22与陶瓷窗内导体12连接。

请结合图2及图3，在某些实施方式中，水冷室15的外壳151可以是安装于馈管外导体21外侧；或者安装于陶瓷窗外导体11外侧；或者部分安装于馈管外导体21外侧，另一部分安装于陶瓷窗外导体11外侧，在此不作限制。

请参阅图2，在某些实施方式中，耦合器100还包括内插芯30，内插芯30插入馈管内导体22内并与馈管内导体22的内壁接触。

请参阅图2，在某些实施方式中，耦合器100还包括与陶瓷窗10连接的耦合器头部40，同轴馈管20和耦合器头部40分别设置于陶瓷片13的相背两侧。陶瓷片13将耦合器100内耦合器头部40所在的一侧隔离为真空侧，同轴馈管20所在的一侧为大气侧。

请结合图2及图3，在某些实施方式中，耦合器头部40包括头部内导体41和头部外导体42。头部内导体41与陶瓷窗内导体12连接，头部外导体42与陶瓷窗外导体11连接。其中，头部外导体42、陶瓷窗外导体11及馈管外导体21依次连接，组成耦合器100的外导体；头部内导体41、陶瓷窗内导体12及馈管内导体22依次连接，组成耦合器100的内导体。

请参阅图2，在某些实施方式中，头部外导体42内设有外导体管道421。耦合器100还包括耦合环50，耦合环50连通水冷管14和外导体管道421。在一个实施例中，耦合环50的一端伸入头部内导体41内部，并与螺旋内管142连通；耦合环50的另一端暴露在耦合器头部40外侧，并与外导体管道421连通。如此，螺旋内管142、耦合环50、外导体管道421构成冷却环路，冷却剂可以在其中流通，以对耦合头部及水冷管14进行冷却。

请参阅图2，在某些实施方式中，外导体管道421包括多条支路，以增大外导体管道421的换热面积。在某些实施方式中，多条支路呈网状或梳齿状分布。

请参阅图1，在某些实施方式中，耦合器100还包括法兰盘60和水冷室水管70。法兰盘60套设于同轴馈管20，水冷室水管70穿设法兰盘60并与水冷室15连通。在某些实施方式中，法兰盘60套设于馈管外导体21，并能够相对馈管外导体21移动以调节匹配功率传输。

请参阅图2，在某些实施方式中，法兰盘60设有法兰盘孔61，耦合器100还包括安装于法兰盘孔61的温度传感器（图未示出），温度传感器用于检测耦合器100的温度。在一个实施例中，温度传感器用于检测陶瓷窗10的温度，以陶瓷窗10的温度作为耦合器100的温度，以监控陶瓷窗10的热量情况，便于根据陶瓷窗10的热量情况进行降温、补充冷却剂等。在其他实施例中，温度传感器不局限于设置于法兰盘孔61，还可以设置于其他位置，例如设置于水冷室15的外壳151，在此不作限制。

在某些实施方式中，水冷室水管70包括进水管71和出水管72，进水管71用于向水冷室15导入冷却水，出水管72用于将水冷室15的冷却水导出，形成水冷室15的冷却回路，提高冷却效果。

在某些实施方式中，耦合器100还包括水管接头90，水冷室水管70的两端分别连接水管接头90和水冷室15。在某些实施方式中，水管接头90用于连接进水管71和供水设备，以向水冷室15提供冷却水。在某些实施方式中，水管接头90用于连接出水管72和排水设备，以排出水冷室15中的冷却水。

请参阅图4，本发明还提供一种加速器1000。加速器1000包括上述任意一项实施方式中的耦合器100，用于加速器1000的功率传输。

综上，本发明的陶瓷窗10、耦合器100及加速器1000中，陶瓷窗内导体12内设有水冷管14，陶瓷窗外导体11外侧设有水冷室15，以实现陶瓷窗10的内侧和外侧双重冷却降温，从而能够及时带走陶瓷窗10沉积的微波能量，提高陶瓷窗10的散热效率。陶瓷窗内导体12、陶瓷窗外导体11与陶瓷片13之间存在间隙，能够防止陶瓷片13直接接触陶瓷窗内导体12和陶瓷窗外导体11并与之发生热交换，以提高对陶瓷片13的冷却效果。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个例子中”、“示例地”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

Claims (15)

1.一种陶瓷窗，其特征在于，包括：

陶瓷窗内导体；

陶瓷窗外导体，包围所述陶瓷窗内导体；

陶瓷片，穿设所述陶瓷窗外导体和所述陶瓷窗内导体；

水冷管，设置于所述陶瓷窗内导体内；及

水冷室，设置于所述陶瓷窗外导体外侧，与所述陶瓷片固定连接。

2.根据权利要求1所述的陶瓷窗，其特征在于，所述陶瓷片与所述陶瓷窗外导体之间存在缝隙，所述陶瓷片与所述陶瓷窗内导体之间存在缝隙。

3.根据权利要求1所述的陶瓷窗，其特征在于，所述水冷管与所述陶瓷窗内导体之间存在缝隙。

4.根据权利要求1所述的陶瓷窗，其特征在于，所述水冷室与所述陶瓷窗外导体之间存在缝隙。

5.根据权利要求1所述的陶瓷窗，其特征在于，所述水冷室环绕所述陶瓷片外侧，并与所述陶瓷片真空钎焊连接。

6.根据权利要求1所述的陶瓷窗，其特征在于，所述水冷管包括水冷管道及螺旋内管，所述水冷管道用于连接同轴馈管内导体，所述螺旋内管螺旋环绕所述水冷管道的内壁设置。

7.一种耦合器，其特征在于，包括：

同轴馈管；及

权利要求1-6任意一项所述的陶瓷窗，所述陶瓷窗与所述同轴馈管连接。

8.根据权利要求7所述的耦合器，其特征在于，所述同轴馈管包括馈管外导体和馈管内导体，所述馈管外导体与所述陶瓷窗外导体连接，所述馈管内导体与所述陶瓷窗内导体连接。

9.根据权利要求8所述的耦合器，其特征在于，所述耦合器还包括内插芯，所述内插芯插入所述馈管内导体内并与所述馈管内导体的内壁接触。

10.根据权利要求8所述的耦合器，其特征在于，所述耦合器还包括与所述陶瓷窗连接的耦合器头部，所述同轴馈管和所述耦合器头部分别设置于所述陶瓷片的相背两侧。

11.根据权利要求10所述的耦合器，其特征在于，所述耦合器头部包括头部内导体和头部外导体，所述头部内导体与所述陶瓷窗内导体连接，所述头部外导体与所述陶瓷窗外导体连接，所述头部外导体内设有外导体管道，所述耦合器还包括耦合环，所述耦合环连通所述外导体管道和所述水冷管。

12.根据权利要求7所述的耦合器，其特征在于，所述耦合器还包括法兰盘和水冷室水管，所述法兰盘套设于所述同轴馈管，所述水冷室水管穿设所述法兰盘并与所述水冷室连通。

13.根据权利要求12所述的耦合器，其特征在于，所述水冷室水管包括进水管和出水管，所述进水管用于向所述水冷室导入冷却水，所述出水管用于将所述水冷室的冷却水导出。

14.根据权利要求12所述的耦合器，其特征在于，所述法兰盘设有法兰盘孔，所述耦合器还包括安装于所述法兰盘孔的温度传感器，所述温度传感器用于检测所述耦合器的温度。

15.一种加速器，其特征在于，包括权利要求7-14任意一项所述的耦合器。

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