环形地设置的斯特林热交换器制造技术

本发明专利技术涉及环形地设置的斯特林热交换器。一种用于冷却井下钻井设备的内部构件的设备和方法。钻井设备的构件包围在内部罐中，内部罐进一步包围在外部罐中，从而在内部罐和外部罐之间产生空隙。另外，多个可动阻隔件设置在内部罐和外部罐之间，并且包含热传递流体。多个搅动器对多个可动阻隔件添加机械能，从而在使热传递流体压缩和膨胀的同时使热传递流体重新定位，以及基于逆向斯特林循环来产生热泵，以从冷却器内部罐中移除热，以及将该热传递到外部罐的外部的较热的环境。

【技术实现步骤摘要】
热泵设备、具有该热泵设备的设备及其冷却的方法
本文公开的主题的实施例大体涉及方法和装置，并且更具体而言，涉及用于使用基于斯特林(Stirling)循环的热交换器来冷却井下装置的内部构件的机构和技术。
技术介绍
如其它制造规程一样，钻井技术已经结合了用于测量、计算、通信等的电子器件。由于钻井能力允许钻探较深的井，所以井流体(另外称为“泥浆”)的温度提高到其中需要对井下电子器件进行隔热和/或冷却来保持电子器件能够运行的点。一直努力对电子器件进行隔热，但如果未在电子器件系统的设计中结合冷却机构，即使可获得真正隔热的隔热体，由电子器件本身产生的热也将导致过热。一直努力对电子系统提供冷却剂，但现有的井的状态的深度使这个任务有困难。典型的井可有几千英尺深，并且在井中可包括弯部，弯部会使得难以使一个或多个冷却剂管路铅垂到钻头。另外，在单个井中将多个测量和数据收集井下工具链在一起的现有方法进一步使冷却单独的工具和它们的相关联的电子构件的已经困难的任务复杂化。另外，一直努力隔离电子构件与和外部环境相关联的热，但基于热源克服隔热体所需的时间量以及由电子器件产生的热，这些努力导致了固定的运行时间，并且使电子构件的温度升高它们无法运行的温度。许多现有技术的系统和机构已经发展成将热从温度较高的区传递到温度较低的区，或者发展成基于前述能量传递来执行机械功。用于基于所描述的温差来执行机械功的一个这种装置为斯特林引擎。斯特林引擎是通过利用两个区之间的温差来将热能转换成机械能的装置。斯特林引擎按照斯特林循环的原理来运行，斯特林循环由对工作流体起作用的四个热力学过程组成。斯特林循环由等温膨胀、等容积冷却、等温压缩和等容积加热组成。斯特林循环的输出是基于斯特林引擎中的活塞的移动来执行机械功的能力。在斯特林循环的理论中值得注意的是斯特林循环的可逆性质。因此，对斯特林引擎提供机械能且产生能够将热从温度较低的区传递到温度较高的区的热交换器是可行的。因此，提供避免前面描述的冷却井下电子器件的问题和缺点的装置和方法将是合乎需要的。
技术实现思路
根据一个示例性实施例，存在一种热泵设备，包括多个柔性阻隔件，其分隔用以移除热的位置与用以添加热的位置，并且封闭所述热传递通过其中的容积。接下来在该示例性实施例中，包含在容积中的热传递流体用于基于机械能的输入来传递热。继续示例性实施例，多个机械搅动器用于将压缩力和膨胀力作为机械能施加于容积，从而使热传递流体的位置从邻近用以移除热的位置的位置改变至邻近添加热的位置的位置。根据另一个示例性实施例，一种井下钻探设备包括：包围钻探构件的内部罐；外部罐，其包围内部罐，并且在内部罐和外部罐之间产生空隙；以及设置在内部罐和外部罐之间的空隙中的热泵设备。继续该示例性实施例，热泵设备包括多个柔性阻隔件，其分隔用以移除热的位置与用以添加热的位置，并且封闭所述热传递通过其中的容积。接下来在该示例性实施例中，包含在容积中的热传递流体用于基于机械能的输入来传递热。继续示例性实施例，多个机械搅动器用于将压缩力和膨胀力作为机械能施加于容积，从而使热传递流体的位置从邻近用以移除热的位置的位置改变至邻近用以添加热的位置的位置。根据另一个示例性实施例，存在一种用于冷却井下钻探构件的方法。该方法包括将钻探构件包围在第一罐中。继续示例性实施例，将第一罐包围在第二罐中，以及在第一罐和第二罐之间提供空隙区域。接下来，继续示例性实施例，将多个柔性阻隔件插入第一罐和第二罐之间的空隙区域中。另外，继续示例性实施例，通过用搅动器使包含在多个阻隔件产生的多个穴中的热传递流体交替地压缩和膨胀来添加机械能，其中，所述搅动器相对于彼此以异步大约九十度的方式移动。接下来在该示例性实施例中，交替地使多个穴的位置从膨胀期间的较冷的位置转移到压缩期间的较热的位置，以将热从较冷的位置传递到较热的位置。附图说明结合在本说明书中且构成说明书的一部分的附图示出了一个或多个实施例，并且与描述一起阐明这些实施例。在图中：图1是表示包括斯特林循环的四个热力学过程的贝塔型斯特林引擎的现有技术的示例性实施例；图2是描绘了典型地与钻探设备的井下电子器件相关联的径向横截面的温度较高的区和温度较低的区的示例性实施例；图3是描绘了典型地与钻探设备的井下电子器件相关联的径向横截面的温度较高的区和温度较低的区的示例性实施例，钻探设备包括跨过两个区之间的空隙而连接到这两个区上的多个贝塔型斯特林引擎，其中有斯特林引擎的分解图；图4是描绘了典型地与钻探设备的井下电子器件相关联的径向横截面的温度较高的区和温度较低的区的示例性实施例，钻探设备包括位于两个区之间的空隙中的可动的双阻隔件斯特林循环热交换器，其中有沿径向与多个活塞互相作用的双阻隔件的分解图；图5是描绘了典型地与钻探设备的井下电子器件相关联的径向横截面的温度较高的区和温度较低的区的示例性实施例，钻探设备包括位于两个区之间的空隙中的阻隔环斯特林循环热交换器，其中有沿切向与工作流体互相作用的阻隔环的分解图；图6是描绘了典型地与钻探设备的井下电子器件相关联的径向横截面的温度较高的区和温度较低的区的示例性实施例，钻探设备包括位于两个区之间的空隙中的阻隔环斯特林循环热交换器，其中沿轴向与工作流体互相作用的阻隔环的分解图；图7是描绘了典型地与钻探设备的井下电子器件相关联的径向横截面节段的温度较高的区和温度较低的区的示例性实施例，钻探设备包括位于两个区之间的空隙中的阻隔环斯特林循环热交换器，其中，支承螺柱保持内部罐和外部罐之间有环形间隙；图8是描绘了能够支承位于两个区之间的空隙中的阻隔件斯特林循环热交换器的非圆形横截面的温度较高的区和温度较低的区的示例性实施例；以及图9是示出了根据示例性实施例的、用于操作阻隔件型斯特林热交换器的步骤的流程图。具体实施方式示例性实施例的以下描述参照了附图。不同图中的相同参考标号标识相同或类似的元件。以下详细描述不限制本专利技术。相反，本专利技术的范围由所附权利要求限定。为了简洁，关于涡轮机(包括但不限于压缩机和膨胀机)的术语和结构来论述以下实施例。整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的参照意味着结合实施例来描述的特定的特征、结构或特性包括在本文公开的主题的至少一个实施例中。因而，在整个说明书的各处出现“在一个实施例中”或“在实施例中”的短语未必指示同一实施例。另外，特定的特征、结构或特性可按任何适当的方式结合在一个或多个实施例中。如图2中显示的那样，示例性实施例描绘了用于井下钻探设备的典型罐组件的横截面。在该示例性实施例中，内部罐208封闭较冷的区。在示例性实施例的一方面，期望的是将内部区206保持在足够低的温度处，以容许与钻探操作(包括(但不限于)钻探控制、数据收集以及与外部位置通信)相关联的电子器件不间断地运行。在示例性实施例的另一方面，外部罐210包围内部罐208，并且在内部罐208的外壁和外部罐210的内壁之间提供空隙区域204。应当注意，在该示例性实施例中，支承结构(未显示)在内部罐208和外部罐210之间保持预先限定的空隙区域。继续该示例性实施例，在外部罐210的外部的外部区202处于比内部罐208的内部的内部区206的温度更高且比与钻探操作相关联的电子器件的运行最大值更高的温度。应当注意，在该示例性实施例中，外部区20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热泵设备，包括：多个可动阻隔件，其分隔用以移除热的位置和用以添加热的位置，并且封闭所述热传递通过其中的容积；热传递流体，其包含在所述容积中，以基于机械能的输入来传递热；多个搅动器，其用于将所述机械能作为压缩力和膨胀力施加于所述容积，以及使所述热传递流体的位置从邻近所述用以移除热的位置的位置改变至邻近所述用以添加热的位置的位置。

【技术特征摘要】
2011.11.21 US 13/301,2891.一种热泵设备，包括：多个可动阻隔件，其分隔用以移除热的位置和用以添加热的位置，并且封闭热传递通过其中的容积；热传递流体，其包含在所述容积中，以基于机械能的输入来传递热；多个搅动器，其用于将所述机械能作为压缩力和膨胀力施加于所述容积，以及使所述热传递流体的位置从邻近所述用以移除热的位置的位置改变至邻近所述用以添加热的位置的位置。2.根据权利要求1所述的热泵设备，其特征在于，所述多个搅动器是成对的，并且沿相反的方向以异相预选量的方式移动。3.根据权利要求2所述的热泵设备，其特征在于，所述成对的搅动器的移动为相对于彼此异相九十度。4.根据权利要求3所述的热泵设备，其特征在于，所述搅动器沿径向方向移动，所述径向方向与热传递方向平行。5.根据权利要求3所述的热泵设备，其特征在于，所述搅动器沿轴向方向移动，所述轴向方向与热传递的方向垂直。6.根据权利要求1所述的热泵设备，其特征在于，所述热泵设备进一步包括位于成对的可动阻隔件之间的固定阻隔件。7.根据权利要求6所述的热泵设备，其特征在于，所述多个可动阻隔件沿与所述热泵设备的轴线成角度的方向移动。8.根据权利要求1所述的热泵设备，其特征在于，所述可动阻隔件形成圆柱形环。9.根据权利要求8所述的热泵设备，其特征在于，所述热从所述圆柱形环的内部的容积传递到所述圆柱形环的外部的容积。10.根据权利要求1所述的热泵设备，其特征在于，所述可动阻隔件由弹性材料构建而成。11.根据权利要求1所述的热泵设备，其特征在于，所述可动阻隔件由金属材料构建而成。12.根据权利要求11所述的热泵设备，其特征在于，所述金属材料构造成波纹管。13.一种井下钻探设备，包括：包围钻探构件的内部罐；外部罐，其包围所述内部罐，并且在所述内部罐的外壁和所述外部罐的内壁之间产生空隙；以及设置在所述空隙中的热泵设备，...

【专利技术属性】
技术研发人员：DB阿耶斯，
申请(专利权)人：桑德克斯有线有限公司，
类型：发明
国别省市：