[发明专利]一种井下半导体制冷热泵装置

说明书

本发明公开一种井下半导体制冷热泵装置，包括承压腔；承压腔由上至下依次布置有散热单元、半导体制冷单元和保温腔；保温腔上部设有支架；半导体制冷单元安装于支架中；两个半导体制原件的冷端将一个方形紫铜块夹持于其中，另外两个方形紫铜块分别连接两个半导体制原件的热端；保温腔内设有若干根第一热管，若干根第一热管连接中部方形紫铜块上均对应的柱形圆孔；散热单元包括环状紫铜块和若干第二热管；环状紫铜块设置于支架顶部；若干第二热管的下部安装于两侧方形紫铜块上对应的柱形圆孔中，第二热管的顶部安装于环状紫铜块内圈均匀开设的平行槽中。本发明中所有零件均具有结构简单、加工方面、易于装配的特点，可以在高温环境中长期稳定使用。

技术领域

本发明涉及地质勘探所用下井仪器内电子器件技术领域，特别是涉及一种可以降低电子器件局部工作温度的半导体制冷热泵装置。

背景技术

在对地层结构的分析中，需要把特定的电子仪器放到井眼里进行相关物理量的测量，然后通过钻井眼对地层进行详细记录。该过程也称为测井。一般地，在钻井或者采油过程中，需要进行测井。近年来，测井已成为钻探油气，地下水，勘探矿物和地热，以及环境和土工技术研究过程中一个不可缺少的重要环节。

一般来说，地表以下温度会随着深度的增加按照约25℃/km的梯度升高，有些地区温度梯度会更大些。随着深度的增加，液体压强也会不断加大。因此，井下的高温高压环境对下井仪器内电子器件是巨大的考验。采用外加承压钢筒是可以有效解决高压问题的。然而，针对高温问题，目前还没有特别理想的实用产品。为了解决高温下电子设备正常工作的方案一般有几种：有的采用相变材料包裹电子元器件，利用相变吸热的原理来延缓电子元器件温度的升高。当相变材料的相变过程彻底完成后便丧失了继续对电子元器件进行高温保护的能力，所以这种方案仅能实现数小时的暂态保护，尚不能实现长时间的持续井下高温作业。也有的方案是开发耐高温电子芯片和针对该芯片的内置冷却装置。该方案需要重新设计探测器，并开发适用于耐高温器件的电子材料。这样一来，针对每种测量信号，都需要重新研制电子器件，因此研制成本会比较高，产品的功能也势必会受到很大限制。

从理论上来讲，目前技术较为成熟的制冷方案有：蒸发制冷循环制冷、热电制冷、逆布雷顿循环制冷、磁制冷以及相变材料制冷。蒸发制冷、循环制冷和磁制冷具有较高的理论效率，但是造价高、可行性低。逆布雷顿循环制冷在效率、体积、造价、以及可行性方面均不理想。相变材料制冷受限于基本原理，只能在短时间内提供冷源，同样限制了下井仪器的工作适用性。热电制冷虽然效率不是最高，却是目前唯一的小体积、低造价、高可行性的制冷方案，非常切合井下仪器对小空间占用率、高稳定性等要求。然而，现有的热点制冷还没有针对井下的设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下半导体制冷热泵装置，以解决上述技术问题。本发明一种井下半导体制冷热泵装置，能够实现在井下高温高压环境中下井仪器内电子器件中持续稳定运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种井下半导体制冷热泵装置，包括承压腔；承压腔由上至下依次布置有散热单元、半导体制冷单元和保温腔；保温腔上部设有支架；半导体制冷单元安装于支架中；半导体制冷单元包括两个半导体制冷原件；两个半导体制冷原件的冷端将一个方形紫铜块夹持于其中，另外两个方形紫铜块分别连接两个半导体制冷原件的热端；三块方形紫铜块上均竖直设置有若干个柱形圆孔；保温腔内设有若干根第一热管，若干根第一热管均匀的分布在保温腔中；若干根第一热管连接中部方形紫铜块上均对应的柱形圆孔；散热单元包括环状紫铜块和若干第二热管；环状紫铜块设置于支架顶部；若干第二热管的下部安装于两侧方形紫铜块上对应的柱形圆孔中，第二热管的顶部安装于环状紫铜块内圈均匀开设的平行槽中。

进一步的，散热单元、半导体制冷单元和保温腔由硬质保温材料的支架支撑，支架通过承压腔内壁中的阶梯内径支撑。

进一步的，保温腔采用柱状双层真空套管结构。