旋转导向头用半导体制冷装置的制作方法

1.本实用新型涉及旋转导向头用的制冷设备技术领域，具体涉及旋转导向头用半导体制冷装置。


背景技术：

2.旋转导向钻井系统是一项尖端自动化钻井新技术，旋转导向钻井指哪打哪的定向功能更加强大，具有边滑动边旋转的特点，对井眼轨迹的控制能力更加精确，形成的井眼较常规井下马达导向钻具组合钻出的井眼更加光滑，能够有效减少摩阻扭矩和井下复杂情况的发生，提高钻进能力；现有的旋转导向钻井系统中的旋转导向头在钻井时需要高速旋转而需要对旋转导向头进行导向，这无疑需要控制系统进行控制，以调整旋转导向头的钻井方向；申请人在研究过程中发现，当控制系统控制旋转导向头开始工作的瞬间，控制系统内的电路板的温度会在较短时间内上升至170摄氏度左右，当电路板温度过高时，容易导致电路板上的元件损坏或者线路损伤的问题，导致钻进系统无法正常工作。
3.申请人发现，若采用在电路板的反面设置制冷装置的方式，对电路板反面的线路的降温效果较好，但电路板上的元件一般位于电路板正面，仅在电路板反面设置降温装置的方式，对元件的降温效果较差，并且电路板在通电时，元件发热的速度较快，若不直接对元件进行制冷则容易出现元件损坏的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型目的在于提供旋转导向头用半导体制冷装置，能够解决现有技术无法直接对旋转导向头内的电路板的元件进行制冷的问题。
5.本实用新型通过下述技术方案实现：旋转导向头用半导体制冷装置，包括制冷腔，所述制冷腔内设置有半导体制冷片，半导体制冷片的制冷面与电路板的顶面相对设置，制冷腔的底板的底面设置有弹性导热膜，所述弹性导热膜与制冷腔的底面之间形成填充腔，所述填充腔内设置有导热填充物，导热填充物的填充厚度大于或者等于电路板上元件的最大高度，弹性导热膜在变形后可与元件外表面和电路板正面接触。申请在研究中发现，现有技术中并未提出在旋转导向头的控制系统的内腔中安装降温或者制冷装置的方案，在实际钻井过程中，容易出现电路板烧坏或者元件发热损坏的问题，但一般现有技术中采用的一般时更换电路板等方式，由于控制系统内腔的容积较小，当控制系统的内腔中安装有电路板和元件后，无法再放入现有技术中较大的制冷装置，因此若要对旋转导向头控制系统内腔中的电路板进行制冷；则需要提出一种专用于旋转导向头中电路板制冷的装置；并且申请人发现若直接将制冷装置安装在电路板的反面，则对电路板正面的元件本身的制冷效果较弱；并且当电路板通电后，电路板上元件的发热现象更加严重，仅对电路板反面进行制冷，仍可能会出现元件损坏导致的控制系统无法工作的问题；因此，申请人提出了旋转导向头用半导体制冷装置，能够解决现有技术无法直接对旋转导向头内的电路板的元件进行制冷的问题，具体实现方式如下：
6.申请在最初研究的过程中，将制冷装置安装在电路板的反面，发现对元件的制冷效果较差，完全无法满足对元件快速制冷或者降温的需求；因此做出了改进，将制冷装置安装在电路板的正面，但电路板的正面安装有各类电气元件，且不同电气元件的形状与高度均不相同，因此若采用规则形状的制冷装置，则制冷装置与电气元件无法接触或紧密贴合，采用热传导进行制冷的效果不佳，因此申请人经过研究，做出了进一步的改进：采用多个半导体制冷片，将半导体制冷片均匀间隔排布并固定在制冷腔中，制冷腔包括顶板和底板，其中底板的顶面与半导体制冷片的制冷面紧密贴合，所述底板和顶板为导热板或者导热效果较好的板体，并在底板的底面固定有弹性导热膜，所述弹性导热膜和底板的底面之间形成填充腔，填充腔内填充有导热填充物，且导热填充物的填充厚度大于或者等于电路板上元件的最大高度，以保证元件可挤压导热填充物，使导热填充物以及弹性导热膜根据元件的形状大小发生挤压变形，使弹性导热膜能够与元件的表面以及电路板的正面部分紧贴；因此在实际使用时，可先对半导体制冷片进行通电，使半导体制冷片的制冷片的温度经过底板和导热填充物传递到弹性导热膜上，通过弹性导热膜与元件及电路板的正面接触进行热量传递；再对电路板进行通电，即使电路板上的元件快速升温，也可被提前预冷的弹性导热膜降温；可见，解决现有技术无法直接对旋转导向头内的电路板的元件进行制冷的问题；本方案提出了一种旋转导向头专用的制冷装置，并且根据电路板在控制系统外壳内的实际安装情况，利用可变形的导热填充物来进行传热，能够最大程度上适应控制系统外壳内的复杂安装环境，并且能够与元件之间接触进行传热，对元件直接起到较好的制冷效果，本方案具有实质性特点。
7.具体的，还包括安装板，所述安装板的外表面能与控制系统外壳的内壁接触配合，所述制冷腔的顶板和底板的两侧与安装板的内壁相连。采用安装板是为了能够更好对制冷腔进行安装和固定，并且在实际运用时，可将电路板一同固定在安装板上，并在电路板上安装制冷装置，待安装板内的零件安装完毕后，再将安装板放入到控制系统外壳中，只需固定安装板即能够实现电路板的固定。
8.进一步地，所述导热填充物包括多个导热海绵块。具体的可将导热海绵块切成粒状或者较小的块状，以便于元件能够较容易对导热填充层进行压缩，以保证弹性导热膜与元件能够接触。
9.进一步地，所述制冷腔的顶部设置有调温腔，所述调温腔内设置有多个相变材料包。采用半导体制冷片后，由于半导体制冷片的发热片仍旧位于控制系统外壳的内腔中，也就是说半导体制冷片的发热面可能会提高环境温度，因此申请人做出了如下改进：在制冷腔的顶板的顶面安装有调温腔，所述调温腔的底板也为制冷腔的顶板，并且在调温仓内放置有多个相变材料包，相变材料对热量有吸收作用，当半导体制冷片的发热面的温度达到相变材料包内的相变材料的熔点时，相变材料由固态变为液态，能够对热量进行吸收和存储，若环境的温度过低时又能进行放热，因此相变材料对半导体制冷片的发热面产生的热量有吸收存储的作用，以避免半导体制冷片发热导致整个控制系统外壳的内腔温度增高的情况。
10.优选的，所述弹性导热膜的两侧分别与制冷腔的底板底面的两侧相连。需要说明的是，弹性导热膜的弹性较大，能够跟随元件的形状变化产生局部变形，此处的弹性导热膜也可采用导热布；导热布是用高导热碳纤维长丝编织而成的。
11.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
12.1、本实用新型通过在制冷腔的底板的底面设置弹性导热膜，并填充有导热填充物，利用导热填充物的厚度以及自身的重量和体积对弹性导热膜有支撑的作用，导热填充物填充后具有一定的厚度，将制冷腔安放到电路板正面时，电路板上的元件能够陷入到导热填充物中，此时弹性导热膜能够与元件的表面及电路板的正面接触，以达到对电路板的元件较好快速制冷效果。
13.2、本实用新型通过设置调温腔，并在调温腔内设置相变材料，利用相变材料熔化吸热的特性，能够对半导体制冷片的发热面发出的热量进行吸收和存储；能够避免发热面使控制系统外壳内的环境温度变高，容易造成元件损伤或者温度过高发生意外的问题。
附图说明
14.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
15.图1为本实用新型的结构示意图；
16.图2为本实用新型的安装状态的截面示意图；
17.附图中标记及对应的零部件名称：
[0018]1‑
控制系统外壳；2
‑
电路板；3
‑
安装板；4
‑
调温腔；41
‑
相变材料包；5
‑
制冷腔；51
‑
半导体制冷片；6
‑
弹性导热膜；61
‑
导热填充物。
具体实施方式
[0019]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
[0020]
实施例1:
[0021]
参见图1，图2，旋转导向头用半导体制冷装置，包括弯曲为半圆形柱状的安装板3，安装板3内设置有调温腔4，所述调温腔4内设置有多个相变材料包41，所述相变材料包41均匀间隔排布；所述调温腔4具有顶板和底板，调温腔4的底板的下方设置有制冷腔5，所述制冷腔5的顶板也为调温腔4的底板，所述制冷腔5内设置有半导体制冷片51，所述半导体制冷片51均匀间隔排布，且半导体制冷片51的制冷面与制冷腔5的底板接触，其发热腔与制冷腔5的顶板接触；在制冷腔5的底部设置有弹性导热膜6，所述弹性导热膜6的边缘可与制冷腔5的底板的底面相连；另一种实施方式为，弹性导热膜6的边缘与安装板3的内壁固定连接，在弹性导热膜6和制冷腔5底板的底面间形成了填充腔，所述填充腔内填充有导热填充物61，所述导热填充物61可采用导热海绵块，在具体实施时，需要将大块的导热海绵块切为小块的导热海绵块或者将导热海绵块处理为颗粒状，以此来保证当元件挤压导热填充物61时，导热填充物61的形状可根据元件的形状和大小变形，以保证弹性导热膜6能够与元件外表面和电路板2的正面接触。
[0022]
本实施例在具体使用时，可先将调温腔4的顶板和底板的两端固定在安装板3内壁，并将固定有半导体制冷片51的制冷腔5的底板的两端固定在安装板3的内壁上，再将弹性导热膜6连接在安装板3的内壁，并在填充腔内放入提前处理好的粒状或者块状的导热海
绵块，再使电路板2的元件陷入到导热填充物61中，并观察到沿性导热膜能与电路板2正面接触时，即可将电路板2固定在安装板3上方；最后再将安装板3放入到控制系统的外壳内，并且采用螺钉等固定方式将安装板3固定在控制系统外壳1中即可；在实际使用时可先对半导体制冷片51通电，再对电路板2通电。
[0023]
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。