[发明专利]具有用于热传输的定向排列纳米管的复合材料的井下应用

权利要求书

1.一种用于将热量从井下工具中的发热元件传送走的装置，包括：

构造成布置于井下工具中的各向异性纳米复合材料元件，其与发 热元件热连通，用于沿着选定的方向将热量从发热元件传导至吸热元 件；其中，所述各向异性纳米复合材料元件包括线缆并且包括导热纳 米颗粒，所述导热纳米颗粒嵌入在基材中并且在其中定向排列以形成 热导管，从而将热量从线缆的第一端朝线缆的第二端传导；其中，沿 着所述选定的方向的导热率大于沿着与所述选定的方向垂直的方向的 导热率，其中，所述基材构造成与所述发热元件以及吸热元件接触。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述吸热元件与所述各向 异性纳米复合材料元件热连通，用于接收来自所述各向异性纳米复合 材料元件的热量。

3.根据权利要求2所述的装置，进一步包括热传递设备，热传递 设备与所述各向异性纳米复合材料元件热连通，用于将热量从所述各 向异性纳米复合材料元件传递至所述吸热元件。

4.根据权利要求1所述的装置，进一步包括位于所述发热元件和 所述各向异性纳米复合材料元件之间的界面元件，用于将热量从热传 导元件传递至所述各向异性纳米复合材料元件。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述各向异性纳米复合材料 元件包括作为导热纳米颗粒的定向排列的热传导纳米管。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述纳米管由下述的至少一 种材料组成：(i)碳；(ii)氮化硼；以及(iii)氮化镓。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述各向异性纳米复合材料 元件使用堆叠的薄片制造，每个薄片含有基材和定向排列的热传导纳 米管。

8.根据权利要求2所述的装置，其中所述吸热元件选自下面的组： (i)金属构件；(ii)陶瓷构件；(iii)金属构件和陶瓷构件的层叠件； (iv)金属和非金属复合物；(v)流体；(vi)吸附冷却器；以及(vii) 相变设备。

9.根据权利要求3所述的装置，其中所述热传递设备选自下面的 组：(i)珀尔帖冷却器；(ii)闭环冷却单元；以及(iii)热泵，所述 热泵采用下面之一：(a)焦耳-汤姆森效应以及(b)斯特林发动机。

10.根据权利要求3所述的装置，进一步包括：用于对发热元件 的温度进行测量的传感器。

11.根据权利要求10所述的装置，进一步包括控制器，所述控制 器用于控制对所述热传递设备的电力供应，以控制从所述发热元件传 递至所述吸热元件的热量多少。

12.根据权利要求2所述的装置，进一步包括位于所述发热元件 附近的、用于将热量从所述发热元件导向所述各向异性纳米复合材料 元件的绝热元件。

13.一种用于将热量从井下工具中的发热元件传送走的方法，包 括：

将热量从所述井下工具中的发热元件传递至各向异性纳米复合材 料元件，其中所述各向异性纳米复合材料元件包括线缆，所述线缆构 造成沿着选定的方向将热量从所述线缆的第一端朝所述线缆的第二端 传导；以及

将所述各向异性纳米复合材料元件所接收的热量传递至吸热元 件，其中，所述各向异性纳米复合材料元件包括导热纳米颗粒，所述 导热纳米颗粒嵌入在基材中并且在其中定向排列以形成热导管；其中， 沿着所述选定的方向的导热率大于沿着与所述选定的方向垂直的方向 的导热率，其中，所述基材构造成与所述发热元件以及吸热元件接触。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括使用热传递设备将 热量从所述各向异性纳米复合材料元件传递至所述吸热元件。

15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括使用设置在热传导 元件和所述各向异性纳米复合材料元件之间的界面元件将热量从所述 热传导元件传递至所述各向异性纳米复合材料元件。