NO20110208A1

NO20110208A1 - Nedihulls verktoy med tynnfilm termoelektrisk kjoling

Info

Publication number: NO20110208A1
Application number: NO20110208A
Authority: NO
Inventors: Rocco Difoggio
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2011-02-22
Also published as: BRPI0917426A2; WO2010014243A2; GB2476178B; GB201101610D0; GB2476178A; WO2010014243A3; US20100024436A1

Abstract

En anordning og en fremgangsmåte for avkjøling av en brikke nede i et brønnhull er beskrevet. Anordningen innbefatter en halvlederbrikke. Et termoelektrisk tynnfilm-kjølelag er koblet til halvlederbrikken, og en varmespreder er koblet til det termoelektriske tynnfilm-kjølelaget. En fremgangsmåte innbefatter å transportere en halvlederbrikke på en bærer til en posisjon i et brønnhull og aktivere et termoelektrisk tynnfilm-kjølelag koblet til halvlederbrikken. Fremgangsmåten innbefatter videre å pumpe varme fra det termoelektriske tynnfilm-kjølelaget ved å bruke en varmespreder koblet til det termoelektriske tynnfilm-kjølelaget.

Description

BAKGRUNN

1. Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse angår generelt brønnhullsverktøy, og spesielt anordninger og fremgangsmåter for å utføre brønnhullsoperasjoner.

2. Bakgrunnsinformasjon

Olje- og gassbrønner er blitt boret ved dybder i området fra noen få tusen fot til så dypt som 8 km. Kabel- og boreverktøy innbefatter ofte forskjellige sensorer, instrumenter og styringsanordninger for å utføre et antall brønnhullsoperasjoner. Disse operasjonene kan innbefatte formasjonstesting, fluidanalyse og verktøy-overvåkning og -styring.

Miljøet i disse brønnene gir mange utfordringer når det gjelder å vedlikeholde verktøyene som brukes dypt nede, på grunn av vibrasjon, barske kjemikalier og temperaturer. Temperaturen i brønnhullsverktøyapplikasjoner oppviser et unikt problem for disse verktøyene. Høye brønnhullstemperaturer kan nå så høyt som 200°C (392° F) eller mer, noe som gjør det vanskelig å operere følsomme elektroniske komponenter i miljøet. Plassen i en brønnhullsbærer er vanligvis begrenset til en diameter på noen få tommer. Kjølesystemer krever typisk store mengder kraft og opptar verdifull plass i verktøybæreren og utgjør et ytterligere feilpunkt i systemet.

Ett av de mest utfordrende aspektene ved konstruksjon av brønnhullsverktøy er den ødeleggende virkningen som høye temperaturer kan ha på ytelsen til havlederbasert elektronikk. Noen eksempler på halvlederelementer som kan kreve kjøling, innbefatter, men er ikke begrenset til, sentralenheter (CPU-er), forsterkere, digital/analog-omformere (DAC), analog/digital-omformere (ADC), feltprogrammer-bare portgrupper FPGA og lignende. Sensorer slik som fotodioder, grupper av ladningskoblede anordninger (CCD) og andre lysdetektorer, metalloksid-halvledere (MOS), metalloksid-halvlederfelteffelttransistorer (MOSFET) og ionesensitive felteffekttransistorer (IsFET) kjemikaliesensorer er bare noen eksempler på halvledersensorer som brukes i brønnhull og som kan påvirkes ugunstig av høye temperaturer. Elektromagnetiske emittere, noen ganger referert til som lyskilder, innbefatter laserdioder, lysemitterende dioder (LED), superlumiserende LED-er og andre kan også tape ytelseskarakteristikker ved høye temperaturer. Høye temperaturer kan forårsake drift, ikke-lineær respons, redusert respons og også fullstendig svikt av slike anordninger ved de høye temperaturene. Anordningene gjenvinner ofte sin opprinnelige ytelse når de returneres til romtemperatur, men noen ganger blir de skadet permanent etter å ha vært eksponert for slike høye temperaturer.

Shunt-resistansen til en fotodiode kan starte ved en gigaohm ved romtemperatur, men falle til bare 100 ohm ved 175°C. Når man forsøker å utføre kvantitative optiske målinger nede i brønnhull, er det nødvendig å ta hensyn til den betydelig reduserte responsen til halvlederbaserte fotodetektorer ved høye temperaturer. Laserdioder og LED-er oppviser likeledes betydelige tap av utsendt lysintensitet ved høye temperaturer. De fleste laserdioder stopper fullstendig å lasere over 125°C. Noen sensorer slik som metalloksid, halvledergass-sensorer må derimot operere ved en fast, men høy temperatur slik som 175°C eller 200°C.

OPPSUMMERING

I det følgende presenteres en generell oppsummering av flere aspekter ved oppfinnelsen for å gi en grunnleggende forståelse av idet minste visse aspekter ved oppfinnelsen. Denne oppsummeringen er ikke noen uttømmende oversikt over oppfinnelsen. Den er ikke ment å identifisere hovedtrekk eller kritiske elementer ved oppfinnelsen eller å begrense omfanget av patentkravene. Den følgende oppsummeringen presenterer bare noen konsepter ved oppfinnelsen på en generell form som en innledning til den mer detaljerte beskrivelsen som følger.

Det er beskrevet en anordning for kjøling av en brikke i et brønnhull. Anordningen innbefatter en halvlederbrikke. Et termoelektrisk tynnfilm-kjølelag er koblet til halvlederbrikken, og en varmespreder er koblet til det termoelektriske tynnfilm-kjølelaget.

Ifølge et annet aspekt inneholder en fremgangsmåte for kjøling av en halvlederbrikke nede i et brønnhull å transportere en halvlederbrikke på en bærer til en brønnhullsposisjon og aktivere et termoelektrisk tynnfilm-dekklag koblet til halvlederbrikken. Fremgangsmåten innbefatter videre å pumpe varme fra det termoelektriske tynnfilm-kjølelaget ved å bruke en varmespreder koblet til det termoelektriske tynnfilm-kjølelaget.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

For å få en detaljert forståelse av foreliggende oppfinnelse skal det vises til den følgende detaljerte beskrivelse av flere ikke-begrensende utførelsesformer tatt i forbindelse med de vedføyde tegningene, hvor like elementer er blitt gitt like henvisningstall, og hvor: Fig. 1 illustrerer en ukapslet anordning med aktiv brikkekjøling i henhold til

flere utførelsesformer av oppfinnelsen;

fig. 2 og 3 illustrerer ikke-begrensende eksempler på kapslede anordninger som

har aktiv brikkekjøling inne i kapselen; og

fig 4 illustrerer et loggemiljø nede i et borehull med brønnhullsverktøy som innbefatter en avkjølt brikkeanordning i henhold til flere beskrevne utførelsesformer.

BESKRIVELSE AV UTFØRELSESEKSEMPLER

Foreliggende oppfinnelse benytter visse uttrykk, og betydningen av disse uttrykkene vil bidra til å gi en forståelse av foreliggende oppfinnelse. Høy temperatur slik uttrykket benyttes her, refererer til et temperaturområde som typisk blir påtruffet i oljeproduserende brønner. For formålet med foreliggende oppfinnelse innbefatter høy temperatur og brønnhullstemperatur et temperaturområde fra omkring 100°C til omkring 200°C (omkring 212°F til omkring 392°F). I de senere år etterhvert som brønner er blitt dypere og dypere, finnes det nå noen få brønner som overskrider 200°C. Én eller flere utførelsesformer som beskrives her, kan benytte uttrykket bærer. Uttrykket "bærer" slik det brukes her, betyr en hvilken som helst anordning, anordningskomponent, kombinasjon av anordninger, media og/eller organer som kan brukes til å transportere, romme, understøtte eller på annen måte lette bruken av en annen anordning, anordningskomponent, kombinasjon av anordninger, media og/eller organer. Ikke-begrensende eksempler på bærere innbefatter borestrenger av oppkveilingsrørtypen, av den sammenføyde rørtypen og enhver kombinasjon eller del av slike. Andre eksempler på bærere innbefatter foringsrør, kabler, kabelsonder, glattkabelsonder, fallsonder, brønnhullsmoduler, bunnhullsanordninger (BHA-er), borestrenginnsatser, moduler, indre rom og deler av disse. Uttrykket "brikke" innbefatter en hvilken som helst elektrisk halvlederkrets, enhver elektrisk halv-lederkretskomponent eller halvlederanordning som kan brukes i et brønnhulls-verktøy. Ikke-begrensende eksempler på en halvlederbrikke innbefatter halv-lederanordninger, kretser, detektorer, emittere, lagringsanordninger, data-kommunikasjonsanordninger, styringsanordninger og andre som er beskrevet her uten å begrense omfanget av oppfinnelsen.

Fig. 1 illustrerer et ikke-begrensende eksempel på en anordning 100 som innbefatter en avkjølt brikke 102 som er nyttig for drift i et brønnhullsmiljø. I én eller flere utførelsesformer kan brikken 102 være anbrakt på et aktivt kjølelag 104, og det aktive kjølelaget 104 kan være anordnet på en varmespreder 106. Ifølge én eller flere utførelsesformer kan varmesprederen 106 være anordnet på et varmesluk 108. I én eller flere utførelsesformer kan varmesluket være et høyvolumetrisk varme-kapasitetssluk hvis varmekapasitet er tilstrekkelig til å minimalisere sin temperatur-stigning etterhvert som brikken blir avkjølt og derved å gjøre det mulig for brikken å nå sin laveste mulige temperatur for den termoelektriske kjølerens maksimale verdi AT. For anordninger som må avkjøles for å forbedre deres ytelse, men som ikke blir skadet ved borehullstemperaturer, er intermittent, men hurtig, avkjøling til den ønskede temperaturen mulig på grunn av den høye varmepumpingsevnen til termoelektriske tynnfilmkjølere. En slik lav arbeidssyklus kan resultere i en mang-foldig reduksjon i den totale energien som er nødvendig for kjøling, noe som er spesielt nyttig for batteridrevne brønnhullsverktøy eller for et hvilket som helst brønnhullsverktøy som har begrenset tilgjengelig energi.

Brikken 100 kan være en hvilken som helst brikke valgt for undergrunns-operasjoner. Brikken kan f.eks. innbefatte en CPU, en forsterker, en DAC, en ADC, én eller flere FPGA-er, sensorer slik som fotodioder, CCD-grupper og andre lysdetektorer. Brikken 100 kan innbefatte MOS, MOSFET, IsFET og andre anordninger og sensorer. Brikken 100 kan også innbefatte elektromagnetiske emittere slik som laserdioder, LED-er, superluminisente LED-er og andre halvlederlyskilder og elektromagnetiske energiemittere.

Det aktive kjølelaget 104 kan være et hvilket som helst egnet materiallag som gir aktiv kjøling for brikken 100.1 én eller flere utførelsesformer kan det aktive kjølelaget 104 innbefatte termoelektriske kjølematerialer. Egnede termoelektriske materialer kan være basert på meget tynne filmer som kan plasseres i hovedsakelig direkte kontakt med brikken 102 som skal avkjøles for maksimal varmeoverføring og minst mulig overskuddsmasseoppvarming eller kjøling. Termoelektriske tynnfilm-kjølelag som er beskrevet her, refererer til aktive kjølelag utformet ved å bruke én eller flere mikromaskinerings- og/eller påføringsprosesser for å danne småskala-anordninger, slik som halvlederbrikker. Termoelektriske tynnfilmsmaterialer kan pumpe så meget som 700 Watt/cm<2>(som er 6,06 hestekrefter pr. kvadrattomme) med varme, kan ha ytelseskoeffisienter (hvor ytelseskoeffisienten er antall Watt med varme pumpet pr. Watt med brukt elektrisitet) mer enn én, og kan bli mer effektiv med økt borehullstemperatur over området med borehullstemperaturer. De termoelektriske materialene kan innbefatte en supergitterstruktur med vekslende lag-tykkelser på omkring 5 nm av termoelektriske materialer, slik som vekslende vismut-tellurid og antimon-tellurid. I én eller flere utførelsesformer kan det aktive kjølelaget 104 ha et godhetstall (ZT) som forbedres moderat med økende temperatur over temperaturområdet i borehull, og som kan ha en ytelseskoeffisient på omkring 1 eller mer. Et termoelektrisk godhetstall er positivt korrelert med sin ytelseskoeffisient. I én eller flere utførelsesformer kan COP være i et området fra omkring 1 til 4.1 én eller flere utførelsesformer kan COP-verdien være i området fra omkring 1 til 8.

Som vist på fig. 1, kan det aktive kjølelaget 104 være plassert i hovedsakelig direkte kontakt med brikken 102. Det aktive kjølelaget 104 kan videre være i hovedsakelig direkte kontakt med varmesprederen 106.1 én eller flere utførelsesformer kan varmesprederen 106 være laget av et meget termisk konduktivt materiale slik som diamant som har en termisk konduktivitet på omkring 630 W/mK. I én eller flere utførelsesformer kan varmesprederen 106 være laget av et meget termisk ledende materiale slik som aluminiumnitrid med en termisk konduktivitet på omkring 180 W/mK. I én eller flere utførelsesformer kan varmesprederen 106 ha en overflate som har et meget større areal enn både brikken 102 eller overflatearealet til det aktive kjølematerialet.

Under drift pumper varmesprederen 106 eventuell varme bort fra brikken 102 og det aktive kjølelaget 104 og sprer den over overflaten til det store arealet og volumet til varmesluket 108.1 én eller flere utførelsesformer kan varmesluket være et elektrisk isolerende materiale, eller varmesluket kan være elektrisk ledende. I én eller flere utførelsesformer kan varmesluket være laget av et materiale som har høy volumetrisk varmekapasitet, som er produktet av massedensitet og spesifikk varme for det brukte materialet. Et elektrisk isolerende varmesluk kan f.eks. være laget ved å bruke aluminiumsoksid (Al203) hvis volumetriske varmekapasitet er omkring 3.37E+06 Jm"<3>K"<1>eller aluminiumnitrid (AIN) hvis volumetriske varmekapasitet er omkring 2.59E+06 Jm"<3>K'<1>. For et elektrisk ledende varmesluk kan man bruke kobber hvis volumetriske varmekapasitet er 3.45E+06 Jm"<3>K"<1>eller aluminium hvis volumetriske varmekapasitet er 2.42E+06 Jm"<3>K"<1>eller silicium hvis volumetriske varmekapasitet er 1,63E+06 Jm"<3>K"<1>. Alternativt eller i tillegg til de ovenfor beskrevne varmeslukene kan varmesluket 108 innbefatte et væskefylt varmerør i kontakt med varmesprederen for å flytte den varmen som pumpes av den termoelektriske kjøleren.

Anordningen 100 som er beskrevet ovenfor og som er vist på fig. 1, kan operere som en ukapslet anordning eller som en kapslet anordning som beskrevet mer detaljert i forbindelse med fig. 2 og 3. En ukapslet anordning kan være av typen brikke-på-kort (chip-on-board, COB) som kan brukes i mange morkortanvendelser. Brønnhullsverktøy kan innbefatte en kapsel eller et hus for innkapsling av et kretskort som endel av brønnhullsverktøyet. En anordning 100 kan så være en ukapslet anordning 100 som er montert på kretskortet og mekanisk beskyttet ved å bruke verktøyhuset, mens det termoelektriske laget virker til å kjøle anordningen 100.

Det vises nå til fig. 2 og 3 hvor en anordning slik som anordningen 100 som er beskrevet ovenfor og vist på fig. 1, kan være innkapslet. Noen ikke-begrensende eksempler på innkapslede eller pakkede anordninger innbefatter elektromagnetiske energiemittere og fotodetektorer. Innkapslinger kan være kundespesifikke eller kan være av standardtypen. Fig. 2 illustrerer en elektromagnetisk energikilde 200 som innbefatter en brikke 202 som er anordnet inne i en innkapsling 206. Brikken 202 er i dette eksemplet en elektromagnetisk energiemitter som avgir elektromagnetisk energi 204, og innkapslingen eller pakken 206 innbefatter et vindu 208 som tillater den elektromagnetiske energien 204 å strømme ut fra innkapslingen 206. Innkapslingen 206 kan innbefatte et underlag 210, og underlaget 210 kan innbefatte ett eller flere hull 212 for å motta festeorganer for å feste den elektromagnetiske energikilden 200 til en brønnhullsbærer. Én eller flere elektrisk ledende ledninger 214 kan være forbundet med brikken og det aktive kjølelaget 104, og ledningene 214 kan strekke seg eksternt til innkapslingen 206 for å tilveiebringe elektrisk forbindelse for kraft og styring av den elektromagnetiske energikilden 200.

De interne innkapslingskomponentene kan være hovedsakelig som beskrevet ovenfor og som vist på fig. 1. Emitteren 202 kan være anordnet på et aktivt kjølelag 104, og det aktive kjølelaget 104 kan være anordnet på en varmespreder 106.1 én eller flere utførelsesformer kan varmesprederen 106 være anordnet på et varmesluk 108. Varmesluket 108 kan så være koblet til underlaget 210 eller til et mellom-liggende substrat etter behov. Konstruksjonsmaterialene kan være hovedsakelig som beskrevet ovenfor i forbindelse med de ukapslede utførelsesformene.

Fig. 3 er et annet ikke-begrensende eksempel på en avkjølt brikke i en innkapsling. I eksemplet på fig. 3 innbefatter en detektor 300 en brikke 302 som kan brukes som avfølingselement. Brikken 302 er anordnet på et aktivt kjølelag 104 hovedsakelig som beskrevet ovenfor og som vist på fig. 1. Det aktive kjølelaget 104 kan være anordnet på en varmespreder 106, som kan være anordnet på et varmesluk 108. Brikken, kjøleren, sprederen og varmesluket kan så være anordnet på ett eller flere substrater 312 egnet for montering av anordningen i en detektorpakke 306.

Pakken eller innkapslingen 306 kan videre innbefatte et vindu 308 for å tillate elektromagnetisk energi å strømme inni innkapslingen 306 og bli detektert av detektoren 302. Innkapslingen kan innbefatte et underlag 310 og én eller flere elektriske ledere 214 for montering av innkapslingen i et brønnhullsverktøy eller en brønnhullsbærer.

Fig. 4 viser et ikke-begrensende eksempel på en brønnloggingsanordning 400 i henhold til flere utførelsesformer av oppfinnelsen. Brønnloggingsanordningen 400 er vist anordnet i et brønnhull 402 som trenger gjennom en grunnformasjon 404 for å ta målinger av egenskaper ved grunnformasjonene 404. Borehullet 402 er typisk fylt med borevæske for å hindre innstrømning av formasjonsfluid.

En streng av loggeverktøy 406 blir senket ned i brønnhullet 402 ved hjelp av en armert elektrisk kabel 408. Kabelen 408 kan vikles på og fra en vinsj eller trommel 410. Verktøystrengen 406 kan være elektrisk forbundet med overflateutstyr 412 ved hjelp av en optisk fiber (ikke vist separat) som utgjør endel av kabelen 408. Overflateutstyret 412 kan innbefatte endel av et telemetrisystem 414 for å kommunisere styresignaler og data til verktøystrengen 406 og datamaskinen 416. Datamaskinen kan også innbefatte en dataregistreringsanordning 418 for å registrere målinger tatt ved hjelp av anordningen og overført til overflateutstyret 412.

Én eller flere loggeanordninger 420 utgjør endel av verktøystrengen 406. Verktøystrengen 406 er fortrinnsvis sentrert i brønnhullet 402 ved hjelp av et øvre sentreringsorgan 422a og et nedre sentreringsorgan 422b festet til verktøystrengen 406 ved aksialt atskilte posisjoner. Sentreringsorganene 422a, 422b kan være av typer som er kjent på området, slik som buefjærer.

Kretser for drift av loggeverktøyet 420 kan være anordnet inne i strengen 406 og inne i elektronikkmodulen 424. Kretsene kan videre være forbundet med verktøyet 420 gjennom en koblingsanordning 426.1 flere utførelsesformer kan loggeverktøyet 420 innbefatte en halvlederbasert anordning slik som noen av de anordningene som er beskrevet her og som er vist på fig. 1 til 3.

Flere driftsmessige eksempler kan nå beskrives på bakgrunn av den forangående forklaringen. I et borehullsverktøy er det ofte ønskelig å holde en halvlederbasert anordning under en viss temperatur eller i et valgt temperaturområde. Jo høyere borehullstemperaturen er, jo vanskeligere er det imidlertid å avkjøle anordningen til den ønskede temperaturen. Til slutt overskrider man den maksimalt mulige AT som eksterne termoelektriske kjølere eller stabler av kjølere typisk kan tilveiebringe. Den effekten som er nødvendig for å opprettholde en kontinuerlig stor AT kan også overskride den tillatte elektriske kraften i et brønnhulls-verktøy.

Et aktivt kjølelag 104 som beskrevet ovenfor, kan brukes for en valgt brikke 102, 202, 302 for å avkjøle anordningen når borehullstemperaturen overskrider den ideelle driftstemperaturen eller ved ganske enkelt å reversere polariteten til en tilført likespenning som kan brukes til å varme opp anordningen når borehullstemperaturen er under den ideelle driftstemperaturen.

I henhold til flere ikke-begrensende eksempler tillater den meget hurtige kjølehastigheten til det aktive kjølelaget 104 intermitterende drift ved lav arbeidssyklus som ikke kontinuerlig vil trekke store mengder elektrisk kraft fra brønn-hullsverktøyet. En stor AT kan opprettholdes under en slik hurtig nedkjøling ved bruk av varmesluket 108 som varmen blir pumpet til, hvor varmesluket 108 har tilstrekkelig høy varmekapasitet til at det bare gjennomgår en liten temperaturøkning under drift av det aktive kjølelaget 104. Fordi brikken 102 er forholdsvis liten (kanskje 1 mm x 1 mm og mindre enn en mm tykk), kan en passiv fremgangsmåte brukes for å hindre varmesluktemperaturen fra å stige noe særlig over den normale omgivelses-temperaturen i borehullet. I én eller flere utførelsesformer innbefatter passiv varmesenkning bruk av en varmeslukstruktur som beskrevet ovenfor og som vist på fig. 1 -3.1 én eller flere utførelsesformer kan en passiv varmeslukmetode innbefatte bruk av et væskefylt varmerør i kontakt med en varmespreder for å flytte den varmen som pumpes av den termoelektriske kjøleren 104.

I et annet driftseksempel kan en brikke innbefatte en halvlederdetektor brukt for fluidspektroskopi i brønnhullet. Et fluidspektrometer i brønnhullet kan brukes til å samle inn et optisk og infrarødt optisk spektrum hvert tredje sekund under pumping av formasjonsfluid fra brønnhullet under fluidprøverensing; en prosess som kan ta fra 1 til 3 timer. Det er ønskelig å avkjøle fotodiodene som brukes som detektorer i spektrometeret når det brukes i omgivelser med høy temperatur, slik som i et borehull. I én eller flere utførelsesformer kan fotodiodene avkjøles i fra 100 til 300 millisekunder for hver syklus på 3 sekunder. På denne måten blir kjølesyklusen lang nok til å nå en stabil og tilstrekkelig lav temperatur til å samle inn et spektrum selv om de totale Watt-timene for den elektriske energien som er nødvendig for kjøling, er sterkt redusert. Det er ønskelig å kjenne temperaturen til fotodioden meget nøyaktig for å korrigere dens fotorespons nøyaktig med hensyn på temperatur. I én eller flere utførelsesformer kan shunt-resistansen til fotodioden som har et en-til-en-forhold med hensyn til temperatur, måles. Ifølge én eller flere utførelsesformer kan en fotoelektrisk strøm måles.

Foreliggende beskrivelse skal betraktes som illustrerende og ikke som begrensende for omfanget av de etterfølgende patentkrav. Mange modifikasjoner og variasjoner vil være opplagte for fagkyndige på området etter å ha studert beskrivelsen, innbefattende bruk av ekvivalente funksjonelle og/eller strukturelle erstatninger for elementer som er beskrevet her, bruk av ekvivalente funksjonelle koblinger i stedet for koblinger som er beskrevet her, og/eller bruk av ekvivalente funksjonelle handlinger i stedet for handlinger som er beskrevet her. Slike uvesentlige variasjoner er ment å være innenfor rammen av de etterfølgende patentkrav.

På bakgrunn av den ovenfor angitte beskrivelse av generelle konsepter og spesifikke utførelsesformer er omfanget av beskyttelsen definert i de vedføyde patentkrav. De etterfølgende patentkravene er ment å bli tatt som begrensende for søkerens rett til den patentsøkte oppfinnelsen, men likevel ikke bokstavelig angitt stoff som én eller flere anvendelser inngitt ifølge lovene i USA eller internasjonale overenskomster.

Claims

1. Anordning for avkjøling av en brikke i et brønnhull, omfattende: (a) en halvlederbrikke som kan transporteres på en bærer til en posisjon i et brønnhull; (b) et termoelektrisk tynnfilm-kjølelag koblet til halvlederbrikken; og (c) en varmespreder koblet til det termoelektriske tynnfilm-kjølelaget.

2. Anordning ifølge krav 1, hvor det termoelektriske tynnfilm-kjølelaget innbefatter en supergitterstruktur av et antall vekslende lag av termoelektriske materialer.

3. Anordning ifølge krav 2, hvor de vekslende lagene omfatter vekslende vismut tellurid- og antimon tellurid-materialer.

4. Anordning ifølge krav 1, hvor varmesprederen innbefatter et meget termisk ledende materiale.

5. Anordning ifølge krav 1, hvor varmesprederen omfatter diamant som minst ett konstruksjonsmateriale.

6. Anordning ifølge krav 1, hvor varmesprederen omfatter aluminiumnitrid som minst ett konstruksjonsmateriale.

7. Anordning ifølge krav 1, hvor varmesprederen innbefatter et overflateareal som er større enn et overflateareal for det termoelektriske tynnfilm-kjølelaget.

8. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende et varmesluk koblet til varmesprederen.

9 Anordning ifølge krav 8, hvor varmesluket innbefatter et elektrisk isolerende materiale valgt fra aluminiumoksid, aluminiumnitrid eller en kombinasjon av disse.

10. Anordning ifølge krav 8, hvor varmesluket innbefatter et elektrisk ledende materiale valgt fra kobber, aluminium, silicium eller kombinasjoner av disse.

11. Anordning ifølge krav 8, hvor varmesluket innbefatter et væskefylt varmerør i kontakt med varmesprederen for å lede varme fra varmesprederen.

12. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende en kapsling, hvor halvlederbrikken, det termoelektriske tynnfilm-kjølelaget og varmesprederen er anordnet inne i kapslingen.

13. Fremgangsmåte for kjøling av en brikke nede i et brønnhull, omfattende: (a) å transportere en halvlederbrikke på en bærer til en posisjon nede i et brønnhull; (b) å fjerne varme fra halvlederbrikken ved å bruke et termoelektrisk tynnfilm-kjølelag koblet til halvlederbrikken; og (c) å pumpe varme fra det termoelektriske tynnfilm-kjølelaget ved å bruke en varmespreder koblet til det termoelektriske tynnfilm-kjølelaget.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor pumping av varme fra det termoelektriske tynnfilm-kjølelaget innbefatter å bruke et meget godt termisk ledende materiale.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor varmesprederen omfatter minst ett konstruksjonsmateriale valgt fra diamant og aluminiumnitrid.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor pumping av varme fra det termoelektriske tynnfilm-kjølelaget innbefatter å pumpe varme til en varmespreder med et overflateareal som er større enn overflatearealet til det termoelektriske tynnfilm-kjølelaget.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende å transportere varme fra varmesprederen til et varmesluk koblet til varmesprederen.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, hvor varmesluket innbefatter et materiale valgt fra én eller flere av aluminiumoksid, aluminiumnitrid, kobber, aluminium, silicium eller en hvilken som helst kombinasjon av disse.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 17, hvor varmesluket innbefatter et væskefylt varmerør i kontakt med varmesprederen for å føre varmen fra varmesprederen.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor halvlederbrikken, det termoelektriske tynnfilm-kjølelaget og varmesprederen er anordnet inne i en innkapsling.