[發(fā)明專利]一種井下半導(dǎo)體制冷熱泵裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710352970.1
• 申請(qǐng)日: 2017-05-18
• 公開（公告）號(hào): CN107178929B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李明濤;劉亞;張驍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): F25B21/02
• 分類號(hào): F25B21/02;F25B30/00
• 代理公司: 福州科揚(yáng)專利事務(wù)所 35001
• 代理人: 李曉芬

本發(fā)明公開一種井下半導(dǎo)體制冷熱泵裝置，包括承壓腔；承壓腔由上至下依次布置有散熱單元、半導(dǎo)體制冷單元和保溫腔；保溫腔上部設(shè)有支架；半導(dǎo)體制冷單元安裝于支架中；兩個(gè)半導(dǎo)體制原件的冷端將一個(gè)方形紫銅塊夾持于其中，另外兩個(gè)方形紫銅塊分別連接兩個(gè)半導(dǎo)體制原件的熱端；保溫腔內(nèi)設(shè)有若干根第一熱管，若干根第一熱管連接中部方形紫銅塊上均對(duì)應(yīng)的柱形圓孔；散熱單元包括環(huán)狀紫銅塊和若干第二熱管；環(huán)狀紫銅塊設(shè)置于支架頂部；若干第二熱管的下部安裝于兩側(cè)方形紫銅塊上對(duì)應(yīng)的柱形圓孔中，第二熱管的頂部安裝于環(huán)狀紫銅塊內(nèi)圈均勻開設(shè)的平行槽中。本發(fā)明中所有零件均具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方面、易于裝配的特點(diǎn)，可以在高溫環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地質(zhì)勘探所用下井儀器內(nèi)電子器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可以降低電子器件局部工作溫度的半導(dǎo)體制冷熱泵裝置。

背景技術(shù)

在對(duì)地層結(jié)構(gòu)的分析中，需要把特定的電子儀器放到井眼里進(jìn)行相關(guān)物理量的測(cè)量，然后通過鉆井眼對(duì)地層進(jìn)行詳細(xì)記錄。該過程也稱為測(cè)井。一般地，在鉆井或者采油過程中，需要進(jìn)行測(cè)井。近年來，測(cè)井已成為鉆探油氣，地下水，勘探礦物和地?zé)幔约碍h(huán)境和土工技術(shù)研究過程中一個(gè)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

一般來說，地表以下溫度會(huì)隨著深度的增加按照約25℃/km的梯度升高，有些地區(qū)溫度梯度會(huì)更大些。隨著深度的增加，液體壓強(qiáng)也會(huì)不斷加大。因此，井下的高溫高壓環(huán)境對(duì)下井儀器內(nèi)電子器件是巨大的考驗(yàn)。采用外加承壓鋼筒是可以有效解決高壓?jiǎn)栴}的。然而，針對(duì)高溫問題，目前還沒有特別理想的實(shí)用產(chǎn)品。為了解決高溫下電子設(shè)備正常工作的方案一般有幾種：有的采用相變材料包裹電子元器件，利用相變吸熱的原理來延緩電子元器件溫度的升高。當(dāng)相變材料的相變過程徹底完成后便喪失了繼續(xù)對(duì)電子元器件進(jìn)行高溫保護(hù)的能力，所以這種方案僅能實(shí)現(xiàn)數(shù)小時(shí)的暫態(tài)保護(hù)，尚不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)井下高溫作業(yè)。也有的方案是開發(fā)耐高溫電子芯片和針對(duì)該芯片的內(nèi)置冷卻裝置。該方案需要重新設(shè)計(jì)探測(cè)器，并開發(fā)適用于耐高溫器件的電子材料。這樣一來，針對(duì)每種測(cè)量信號(hào)，都需要重新研制電子器件，因此研制成本會(huì)比較高，產(chǎn)品的功能也勢(shì)必會(huì)受到很大限制。

從理論上來講，目前技術(shù)較為成熟的制冷方案有：蒸發(fā)制冷循環(huán)制冷、熱電制冷、逆布雷頓循環(huán)制冷、磁制冷以及相變材料制冷。蒸發(fā)制冷、循環(huán)制冷和磁制冷具有較高的理論效率，但是造價(jià)高、可行性低。逆布雷頓循環(huán)制冷在效率、體積、造價(jià)、以及可行性方面均不理想。相變材料制冷受限于基本原理，只能在短時(shí)間內(nèi)提供冷源，同樣限制了下井儀器的工作適用性。熱電制冷雖然效率不是最高，卻是目前唯一的小體積、低造價(jià)、高可行性的制冷方案，非常切合井下儀器對(duì)小空間占用率、高穩(wěn)定性等要求。然而，現(xiàn)有的熱點(diǎn)制冷還沒有針對(duì)井下的設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種井下半導(dǎo)體制冷熱泵裝置，以解決上述技術(shù)問題。本發(fā)明一種井下半導(dǎo)體制冷熱泵裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在井下高溫高壓環(huán)境中下井儀器內(nèi)電子器件中持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種井下半導(dǎo)體制冷熱泵裝置，包括承壓腔；承壓腔由上至下依次布置有散熱單元、半導(dǎo)體制冷單元和保溫腔；保溫腔上部設(shè)有支架；半導(dǎo)體制冷單元安裝于支架中；半導(dǎo)體制冷單元包括兩個(gè)半導(dǎo)體制冷原件；兩個(gè)半導(dǎo)體制冷原件的冷端將一個(gè)方形紫銅塊夾持于其中，另外兩個(gè)方形紫銅塊分別連接兩個(gè)半導(dǎo)體制冷原件的熱端；三塊方形紫銅塊上均豎直設(shè)置有若干個(gè)柱形圓孔；保溫腔內(nèi)設(shè)有若干根第一熱管，若干根第一熱管均勻的分布在保溫腔中；若干根第一熱管連接中部方形紫銅塊上均對(duì)應(yīng)的柱形圓孔；散熱單元包括環(huán)狀紫銅塊和若干第二熱管；環(huán)狀紫銅塊設(shè)置于支架頂部；若干第二熱管的下部安裝于兩側(cè)方形紫銅塊上對(duì)應(yīng)的柱形圓孔中，第二熱管的頂部安裝于環(huán)狀紫銅塊內(nèi)圈均勻開設(shè)的平行槽中。

進(jìn)一步的，散熱單元、半導(dǎo)體制冷單元和保溫腔由硬質(zhì)保溫材料的支架支撐，支架通過承壓腔內(nèi)壁中的階梯內(nèi)徑支撐。

進(jìn)一步的，保溫腔采用柱狀雙層真空套管結(jié)構(gòu)。