测井仪用可更换储热模块的液冷-相变热管理装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于测井技术领域，涉及一种测井仪用可替换储热模块的液冷

【技术实现步骤摘要】
测井仪用可更换储热模块的液冷
‑
相变热管理装置及方法


[0001]本专利技术属于测井
，更具体地，涉及一种测井仪用可更换储热模块的液冷
‑
相变热管理装置及方法。

技术介绍

[0002]随着对油气资源需求的增加，油气开采变得愈发重要。测井仪用于勘探地底油气资源分布，其内部电子器件面临着井下高温环境，芯片长时间自身发热以及环境漏热导致热量聚集，出现局部热点，从而出现热失效的问题。与此同时，测井仪在作业完毕后可能存在短时间二次作业的情况，需要将芯片快速降温。然而作业完毕后的高温芯片不能直接暴露在环境中，一方面，巨大的温差导致热应力过大，可能造成芯片损坏，另一方面，在空气湿度过大的场合中，水蒸气液化可能导致芯片短路。
[0003]针对测井仪高温失效的问题，传统的测井仪热管理方案采用绝热瓶，相变材料进行隔热以及储热，通过热传导将热量从芯片传递至相变材料。譬如，公告号为CN110087438A的中国专利技术专利，公开了“一种测井仪内的大功率器件散热储热装置及方法”，大功率器件的热量通过导热基座、导热管以热传导的方式直接导入并存储在吸热剂中，这种方式减少了传热环节，能够满足热流密度较低的电子器件的控温需求。
[0004]但是，由于热传导散热能力有限，芯片至相变材料存在一定的温差，相变材料的显热未得到充分利用。同时，由于绝热瓶较好的隔热性能，导致作业完毕后内部散热缓慢，冷却时间较长，影响作业进度。
[0005]针对如何快速散热这一问题，尚未有相应的技术解决。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种测井仪用可替换储热模块的液冷
‑
相变热管理装置及方法，其目的在于，同时解决测井仪高温热失效和作业完毕后短时间内需再次作业的技术问题。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种测井仪用可替换储热模块的液冷
‑
相变热管理装置，用于测井仪芯片热管理，包括绝热瓶I、绝热瓶快速接头、管道快速接头、储热模块壳体、相变材料、液冷模块以及绝热瓶II，其中：
[0008]绝热瓶I和绝热瓶II通过绝热瓶快速接头连接；储热模块壳体内灌装相变材料；储热模块壳体位于绝热瓶II内；
[0009]液冷模块包括水冷管吸热段、循环泵和水冷管放热段；水冷管吸热段设于绝热瓶I内，用于将测井仪的芯片产生的热量带出；水冷管放热段设于储热模块壳体内以与相变材料换热；水冷管吸热段和水冷管放热段通过管道快速接头连接；循环泵用于驱动液冷工质在水冷管吸热段和水冷管放热段内循环。
[0010]进一步地，液冷模块还包括液体补偿器，液体补偿器串联于循环泵的进口或出口管路上。
[0011]进一步地，液体补偿器的出口管路向内延伸至液体补偿器的底部且位于液体补偿器工作时朝下的一侧。
[0012]进一步地，所述液体补偿器中的液冷工质采用高温氟化液；所述循环泵为耐高温泵。
[0013]进一步地，还包括适配器，适配器设于绝热瓶I内，用于安装固定循环泵及液体补偿器。
[0014]进一步地，还包括水冷板，水冷板布置有与水冷管吸热段形状匹配的S型流道，水冷管吸热段安装固定或一体成型于S型流道中；水冷板通过热界面材料紧附于测井仪的芯片上。
[0015]进一步地，水冷管放热段在储热模块壳体中呈螺旋布置，螺旋直径的范围为40～60mm，螺距的范围为16～30mm。
[0016]进一步地，管道快速接头与绝热瓶快速接头之间设有隔热套，隔热套的长度不小于绝热瓶快速接头的长度。
[0017]进一步地，绝热瓶快速接头由两个弧形部分拼接而成，接缝处通过凸台和凹槽进行匹配定位；绝热瓶快速接头两端分别布置有与绝热瓶I和绝热瓶II连接的螺纹；绝热瓶I和绝热瓶II的管壁内部均设有真空层，且均在一端设有与绝热瓶快速接头匹配的螺纹，另一端设置限位部。
[0018]为了实现上述目的，按照本专利技术的另一个方面，提供了一种测井仪用可替换储热模块的液冷
‑
相变热管理方法，采用如前任一项所述的液冷
‑
相变热管理装置来实现，包括：
[0019]在井下作业时，通过液冷工质强制将测井仪的芯片产生的热量由水冷管吸热段传递到水冷管放热段进而传递到相变材料进行存储；
[0020]作业完毕或储热模块达到工作极限需要冷却时，仅拆除装有储热模块的绝热瓶II，使储热模块壳体直接暴露于外部环境中，而测井仪电路仍处于绝热瓶I的保护之中，利用液冷循环和外部环境散热使测井仪的电路部分快速降温；
[0021]作业完毕或储热模块达到工作极限需立即重新下井时，打开绝热瓶快速接头，然后通过管道快速接头快速更换新的储热模块，再重新将液冷
‑
相变热管理装置组装完成即可下井。
[0022]总体而言，与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：
[0023](1)本专利技术同时解决了测井仪高温热失效的问题，以及测井仪作业完毕后短时间二次作业的问题：第一，采用液冷循环系统与相变材料储热模块相结合，采用强制对流换热替代传统的热传导过程，大幅度减小传热热阻，实现从芯片到相变材料的快速传热，充分利用相变材料的储热能力，延长可工作时间，有效地解决其热失效问题；第二，将测井仪的芯片电路部分与相变储热部分通过快速接头进行了物理分离，分别采用绝热瓶进行热保护，采用绝热瓶快速接头将两个绝热瓶连接，作业完毕后可仅拆卸装有储热模块的绝热瓶，通过液冷循环系统以及外加冷却条件对储热模块进行散热，保护芯片的同时可以实现短时间散热；作业完毕后如需立即下井，还可通过管道快速接头再拆除循环管道以将储热模块及其内部的水冷管放热段整体直接更换，进而实现立即下井作业而无需等待储热模块散热。
[0024](2)采用液体补偿器对于液冷工质进行补偿，可以减少更换储热模块时补充液冷工质的频次，在保障液冷模块正常工作的前提下节约再次下井工作的等待时间。
[0025](3)通过设计液体补偿器出口管路的位置，保障液体循环管路在低液位状态下也能正常工作，进一步减少更换储热模块时补充液冷工质的频次。
[0026](4)在井下作业时，通过冷板贴合芯片布置实现温度均匀化，间隙填充热界面材料，可在有效地将芯片产生热量快速导出的同时避免局部过热问题。水冷管吸热段S型布置在水冷板中，能够使液冷工质与水冷板充分换热，提高均温性。
[0027](5)水冷管放热段螺旋布置在相变材料壳体中，能够加强液冷工质与相变材料之间的换热，加速相变材料的储热速率。能够大幅度降低芯片到相变材料之间的传热热阻，降低芯片与相变材料之间的温差，进而延长仪器能够在高温环境下的工作时间。
[0028](6)作业完毕冷却时，采用储热模块与电路部分物理分离，可仅拆除装有储热模块的绝热瓶II，利用外部散热环境以及液冷循环使电路部分快速降温，使测井仪短时间即可进行下次作业。与此同时由于芯片电路仍在绝热瓶I的保护下，可以避免出井后环境温度突变产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测井仪用可替换储热模块的液冷
‑
相变热管理装置，用于测井仪芯片热管理，其特征在于，包括绝热瓶I(2)、绝热瓶快速接头(15)、管道快速接头(16)、储热模块壳体(18)、相变材料(19)、液冷模块以及绝热瓶II(21)，其中：绝热瓶I(2)和绝热瓶II(21)通过绝热瓶快速接头(15)连接；储热模块壳体(18)内灌装相变材料(19)；储热模块壳体(18)位于绝热瓶II(21)内；液冷模块包括水冷管吸热段(10)、循环泵(12)和水冷管放热段(20)；水冷管吸热段(10)设于绝热瓶I(2)内，用于将测井仪的芯片产生的热量带出；水冷管放热段(20)设于储热模块壳体(18)内以与相变材料(19)换热；水冷管吸热段(10)和水冷管放热段(20)通过管道快速接头(16)连接；循环泵(12)用于驱动液冷工质在水冷管吸热段(10)和水冷管放热段(20)内循环。2.如权利要求1所述的一种测井仪用可替换储热模块的液冷
‑
相变热管理装置，其特征在于，液冷模块还包括液体补偿器(13)，液体补偿器(13)串联于循环泵(12)的进口或出口管路上。3.如权利要求2所述的一种测井仪用可替换储热模块的液冷
‑
相变热管理装置，其特征在于，液体补偿器(13)的出口管路向内延伸至液体补偿器(13)的底部且位于液体补偿器(13)工作时朝下的一侧。4.如权利要求2所述的一种测井仪用可替换储热模块的液冷
‑
相变热管理装置，其特征在于，所述液体补偿器(13)中的液冷工质采用高温氟化液；所述循环泵(12)为耐高温泵。5.如权利要求2所述的一种测井仪用可替换储热模块的液冷
‑
相变热管理装置，其特征在于，还包括适配器(11)，适配器(11)设于绝热瓶I(2)内，用于安装固定循环泵(12)及液体补偿器(13)。6.如权利要求1～5任一项所述的一种测井仪用可替换储热模块的液冷
‑
相变热管理装置，其特征在于，还包括水冷板(6、7)，水冷板(6、7)布置有与水冷管吸热段(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗小兵，彭嘉乐，蓝威，魏福龙，邓超，王宇君，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：