从导热金属管道撤出热能的方法、装置和系统制造方法及图纸

提供了用于从导热金属管道内的流体中受控撤出热能的方法、装置和系统。所述系统可用于原位形成能中止流体流过管道的可逆的塞子，尤其是不会在管道中诱发热诱导应力破坏或破裂。所述装置和系统包括热传递装置，所述热传递装置可以用于与含流体，尤其是含流动流体的导热金属管道热交换。所述装置和系统可用于管道的受控再加热，而不会在管道中诱发热诱导应力断裂或破裂，以恢复流体流过管道。

【技术实现步骤摘要】
本申请是2011年6月15日提交的名称为“从导热金属管道撤出热能的方法、装置和系统”的201180039493.4号申请的分案申请。相关专利申请本专利技术要求享有以下专利申请的优先权权益：2011年4月12日提交的DanielX.Wray、RobertJ.Wray和HenryCutbirth的题为“METHODS,DEVICESANDSYSTEMSFOREXTRACTIONOFTHERMALENERGYFROMAHEATCONDUCTINGMETALCONDUIT”的美国临时专利申请61/517,070；2010年7月16日提交的DanielX.Wray和RobertJ.Wray的题为“METHODS,DEVICESANDSYSTEMSFOREXTRACTIONOFTHERMALENERGYFROMAHEATCONDUCTINGMETALCONDUIT”的美国临时专利申请61/399,746，和2010年6月15日提交的DanielX.Wray的题为“METHODS,DEVICESANDSYSTEMSFOREXTRACTIONOFTHERMALENERGYFROMAHEATCONDUCTINGMETALCONDUIT”的美国临时专利申请61/397,759。本申请还涉及与本申请同日提交的题为“METHODS,DEVICESANDSYSTEMSFOREXTRACTIONOFTHERMALENERGYFROMAHEATCONDUCTINGMETALCONDUIT”的相应美国专利申请13/161,411，其也对美国临时专利申请系列61/517,070；61/399,746和61/397,759要求享有优先权。只要允许，以上所述的每个专利申请的主题其全部内容都通过引用结合在此。
本专利技术一般而言涉及材料的冷却。专利技术所提供的是允许从含液体的导热金属管道撤出(extraction)热能的方法、装置和系统，这样可以将管道降低到一定的温度，低于该温度时，至少其中的一部分液体流体会变成为固体，从而可逆地堵塞所述管道，却不会在管道中诱发热诱导应力断裂(fracture)或破裂(breach)。
技术介绍
金属管道，例如气体、水和输油管线，由于老化、疲劳、腐蚀、滥用、疏忽以及用于自然力可以使管道断裂或破裂(rupture)的环境时，会发生故障。过去已有过许多尝试，以提供有效的方法来填塞或塞住破裂的管道，例如载有气体、水或油的管道，以便能够对中断的管道进行修理。例如，美国专利US5,778,919描述了可以放置在管线中并进行充气的充气堵头，以便在修理管线时中止气体流经管线。美国专利US6,568,429描述了可以用来隔离规定的管道区域的充气塞子。美国专利US4,013,097描述了用于截住管线中流体流动的装置，其中该装置含有可充气的气囊(bladder)。装置放置在管道内，气囊充气，从而密封管线。在一些管道中，管道中内容物的压力高，充气气囊可能会不足以塞住管道。例如，深海油井在井头表现出高压。美国专利US7,121,344描述了用于在海底井头中安装塞子的系统。美国专利USRE36,244描述了用于堵塞燃烧或自喷井的装置。该装置包括中空的管状塞体，其尺寸调整到能插入井套管(wellcasing)中。塞体插入到井套管中，并通过驱动固定器模块在原位锁紧。然后在塞体和井套管的外围表面之间形成密封。管状塞体的空的内部通道通过操作阀组件关闭，从而堵塞管道。塞体的布放要求有构台(gantry)组件，塞体在其上悬浮在井套管的上方。美国专利US7,036,598描述了在增压海底井中的井干预操作的干预模块，其具有布置在海底上的井头。这些及其它已知的干预系统的缺点包括与公知干预技术相关的时间和成本，尤其是涉及海底井中干预，以及塞体布放的对不准可能造成的管道断裂或损坏。相应地，对能堵塞或中止流体流过管道、并能使管道的结构完整性损失最低的方法和装置存在着需求。本专利技术，在本专利技术的目的中，就是为了提供这类堵塞或中止流体流过管道的方法与装置和系统。
技术实现思路
本专利技术提供了用于从导热金属管道和其中含有的流体中控制撤出热能的冷却或凝固系统。该系统使得可以原位形成能中止流体流过管道的可逆的塞子。该系统包括能用于与含液体的导热金属管道热交流的热传递装置。该热传递装置可以起散热器(sink)的作用，用于从含液体的导热金属管道控制地撤出热能，这样可以将管道降低到一定的温度，低于该温度时至少其中的一部分液体会变成固体，从而堵塞管道，却不会在管道中诱发热应力诱导的断裂或破裂。该装置使得可以对管道控制地再加热，却不会在管道中诱发热应力诱导的断裂或破裂，以恢复流体流过管道。在一些实施方案中，该热传递装置可以包括液体制冷剂(refrigerant)流体，例如酒精/固体CO2浆液，或其它的液体制冷剂，如含有与溶剂组合的液氦、液氩、液氖、液氙或液态二氧化碳的那些。本专利技术还提供了停止液体流体流过金属管道的方法，其包括将管道降低到一定的温度，等于或低于该温度时液体凝固形成固体，从而阻塞液体流过管道。本专利技术还提供了用于从含流体的管道撤出热能的冷却器或凝固系统。该系统包括热传递装置和控制系统，热传递装置含有与管道热交流的热传递表面，控制系统通过热传递装置响应管道内的目标温度用于调整从管道的撤热。该系统的热传递装置可以包括珀耳帖(Peltier)装置、磁制冷机、含液体的热交换单元或它们的组合。在一些实施方案中，热传递装置包括液体制冷剂流经的含液体热交换单元，所述系统可以输送液体制冷剂的单向流到与管道热接触的热交换单元的热传递表面，从而冷却管道。液体的流动可以为层流或湍流或两者的组合。本专利技术所提供的系统还可以包括与液体制冷剂供应模块连接、并用于热交换单元提供制冷却剂液体流的吸入回路(intakecircuit)。该系统还可以包括排出回路(exhaustcircuit)，其包括用于从系统排出液体制冷剂的排出管。本专利技术所提供的系统可以包括控制系统，其在吸入回路中用于调整液体制冷剂的流速，通过响应所要求的管道冷却速率和管道内的测量温度，调节热交换单元的温度。吸入回路可以包括在线混合器，其用于混合两种或更多种液体制冷剂，产生温度得到调节的液体制冷剂。在一些实施方案中，控制系统操作性地调整已调节的液体制冷剂的流速，以调整热交换单元的温度。在本专利技术所提供的、热传递单元为含液体的热交换单元的系统中，该热交换单本文档来自技高网...

【技术保护点】
冰冻热力阀装置，其包括：a)制冷剂流经的热交换单元，该热交换单元包括两个或更多个互连的子单元，所述子单元互连时形成能够基本上或完全包裹输送烃流体的管线的一部分的单元；其中：每个子单元包括：第一管道的弧形分段和第二管道的弧形分段，其连接时形成弧形的密封的外壳；用于将液体制冷剂引入所述外壳中的输入口；和用于将制冷剂从所述外壳排出的输出口；第二管道具有比第一管道更大的直径，以便在第一管道的弧形分段和第二管道的弧形分段之间形成通道；并且所述通道包括或填充导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒；至少一部分的所述导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒与第一管道的弧形分段热交流；当所述热交换单元与所述管线连接或相连时，第一管道的至少一个弧形分段与所述管线热交流；以及b)冷冻剂注射器模块，其位于所述热交换单元的上游，并且当冷冻剂注射器模块受驱动时，其将冷冻剂注射到管线中的烃流体中。

【技术特征摘要】
2010.06.15 US 61/397,759;2010.07.16 US 61/399,746;1.冰冻热力阀装置，其包括：
a)制冷剂流经的热交换单元，该热交换单元包括两个或更多个
互连的子单元，所述子单元互连时形成能够基本上或完全包裹输送烃流
体的管线的一部分的单元；
其中：
每个子单元包括：
第一管道的弧形分段和第二管道的弧形分段，其连接时形成弧形的
密封的外壳；
用于将液体制冷剂引入所述外壳中的输入口；和用于将制冷剂从所
述外壳排出的输出口；
第二管道具有比第一管道更大的直径，以便在第一管道的弧形分段
和第二管道的弧形分段之间形成通道；并且
所述通道包括或填充导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒；
至少一部分的所述导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒与第
一管道的弧形分段热交流；
当所述热交换单元与所述管线连接或相连时，第一管道的至少一个
弧形分段与所述管线热交流；以及
b)冷冻剂注射器模块，其位于所述热交换单元的上游，并且当
冷冻剂注射器模块受驱动时，其将冷冻剂注射到管线中的烃流体中。
2.权利要求1中所述的装置，其中第一管道的每个弧形分段与
所述管线热交流。
3.权利要求1中所述的装置，其中每个互连的子单元都是半圆
的。
4.权利要求1中所述的装置，其中至少一个子单元的输出口与
另一个子单元的输入口相连。
5.权利要求1中所述的装置，其还包括辅助注射器装置，用于
将不同于冷冻剂的物质引入烃流体中，其中所述辅助注射器装置位于冷
冻剂注射器模块的上游。
6.权利要求1中所述的装置，其中所述热交换单元的至少一个
子单元还包括加热通道，其中：
当所述单元与所述管线连接时，加热通道被构造成使其与热交换单
元热隔离，但是与管线热交流；以及
所述加热通道被构造成包含流体；或
所述加热通道包含加热单元。
7.权利要求6中所述的装置，其中：
所述加热单元选自居里温度加热器、温度限制加热器、管道中导体
热源、电热丝、正导热系数陶瓷加热器、和厚膜陶瓷加热器；或
所述加热单元包含电阻丝或电阻带。
8.权利要求1中所述的装置，其中至少一个子单元还包括与第
一管道的弧形分段的表面连接、并延伸到第一管道的弧形分段和第二管
道的弧形分段之间的通道中、并且与导热金属的锉屑、车屑、削屑、团
粒或珠粒的至少一种或多种热交流的导热翅片。
9.权利要求1中所述的装置，其进一步在与环境形成界面的表
面上包括隔热材料的层或涂层。
10.用于在包含烃流体的管线中形成塞子的冰冻热力阀系统，所
述系统包括：
与所述管线热交流的权利要求1中所述的冰冻热力阀装置；
制冷剂供应模块，其连接至权利要求1中所述的热交换单元的至少
一个子单元的输入口；
冷冻剂供应模块，其连接至权利要求1中所述的冰冻热力阀装置的
冷冻剂供应模块；和
控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·X·雷伊，R·J·雷伊，H·卡特比尔特，
申请(专利权)人：生物膜IP有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US