CN103238019A - 从导热金属管道撤出热能的方法、装置和系统 - Google Patents

从导热金属管道撤出热能的方法、装置和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN103238019A
CN103238019A CN2011800394934A CN201180039493A CN103238019A CN 103238019 A CN103238019 A CN 103238019A CN 2011800394934 A CN2011800394934 A CN 2011800394934A CN 201180039493 A CN201180039493 A CN 201180039493A CN 103238019 A CN103238019 A CN 103238019A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
refrigerant
pipeline
liquid
exchange unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011800394934A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103238019B (zh
Inventor
D·X·雷伊
R·J·雷伊
H·卡特比尔特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Biofilm IP LLC
Original Assignee
Biofilm IP LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Biofilm IP LLC filed Critical Biofilm IP LLC
Priority to CN201610089792.3A priority Critical patent/CN105627015A/zh
Publication of CN103238019A publication Critical patent/CN103238019A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103238019B publication Critical patent/CN103238019B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L53/00—Heating of pipes or pipe systems; Cooling of pipes or pipe systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/10—Means for stopping flow from or in pipes or hoses
    • F16L55/103—Means for stopping flow from or in pipes or hoses by temporarily freezing liquid sections in the pipe
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/16—Devices for covering leaks in pipes or hoses, e.g. hose-menders
    • F16L55/162—Devices for covering leaks in pipes or hoses, e.g. hose-menders from inside the pipe
    • F16L55/164—Devices for covering leaks in pipes or hoses, e.g. hose-menders from inside the pipe a sealing fluid being introduced in the pipe
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D15/00—Devices not covered by group F25D11/00 or F25D13/00, e.g. non-self-contained movable devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1919—Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the type of controller
    • G05D23/192—Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the type of controller using a modification of the thermal impedance between a source and the load
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/0318—Processes
    • Y10T137/0391—Affecting flow by the addition of material or energy

Abstract

提供了用于从导热金属管道内的流体中受控撤出热能的方法、装置和系统。所述系统可用于原位形成能中止流体流过管道的可逆的塞子，尤其是不会在管道中诱发热诱导应力破坏或破裂。所述装置和系统包括热传递装置，所述热传递装置可以用于与含流体，尤其是含流动流体的导热金属管道热交换。所述装置和系统可用于管道的受控再加热，而不会在管道中诱发热诱导应力断裂或破裂，以恢复流体流过管道。

Description

从导热金属管道撤出热能的方法、装置和系统
相关专利申请
本发明要求享有以下专利申请的优先权权益：2011年4月12日提交的Daniel X. Wray、Robert J. Wray和Henry Cutbirth的题为“METHODS,DEVICES AND SYSTEMS FOR EXTRACTION OF THERMAL ENERGYFROM A HEAT CONDUCTING METAL CONDUIT”的美国临时专利申请61/517,070；2010年7月16日提交的Daniel X. Wray和Robert J. Wray的题为“METHODS, DEVICES AND SYSTEMS FOR EXTRACTION OFTHERMAL ENERGY FROM A HEAT CONDUCTING METALCONDUIT”的美国临时专利申请61/399,746，和2010年6月15日提交的Daniel X. Wray的题为“METHODS, DEVICES AND SYSTEMS FOREXTRACTION OF THERMAL ENERGY FROM A HEAT CONDUCTINGMETAL CONDUIT”的美国临时专利申请61/397,759。
本申请还涉及与本申请同日提交的题为“METHODS, DEVICESAND SYSTEMS FOR EXTRACTION OF THERMAL ENERGY FROM AHEAT CONDUCTING METAL CONDUIT”的相应美国专利申请13/161,411，其也对美国临时专利申请系列61/517,070; 61/399,746和61/397,759要求享有优先权。
只要允许，以上所述的每个专利申请的主题其全部内容都通过引用结合在此。
技术领域
本发明一般而言涉及材料的冷却。发明所提供的是允许从含液体的导热金属管道撤出(extraction)热能的方法、装置和系统，这样可以将管道降低到一定的温度，低于该温度时，至少其中的一部分液体流体会变成为固体，从而可逆地堵塞所述管道，却不会在管道中诱发热诱导应力断裂(fracture)或破裂(breach)。
背景技术
金属管道，例如气体、水和输油管线，由于老化、疲劳、腐蚀、滥用、疏忽以及用于自然力可以使管道断裂或破裂(rupture)的环境时，会发生故障。过去已有过许多尝试，以提供有效的方法来填塞或塞住破裂的管道，例如载有气体、水或油的管道，以便能够对中断的管道进行修理。例如，美国专利US5,778,919描述了可以放置在管线中并进行充气的充气堵头，以便在修理管线时中止气体流经管线。美国专利US6,568,429描述了可以用来隔离规定的管道区域的充气塞子。美国专利US4,013,097描述了用于截住管线中流体流动的装置，其中该装置含有可充气的气囊(bladder)。装置放置在管道内，气囊充气，从而密封管线。
在一些管道中，管道中内容物的压力高，充气气囊可能会不足以塞住管道。例如，深海油井在井头表现出高压。美国专利US7,121,344描述了用于在海底井头中安装塞子的系统。美国专利US RE36,244描述了用于堵塞燃烧或自喷井的装置。该装置包括中空的管状塞体，其尺寸调整到能插入井套管(well casing)中。塞体插入到井套管中，并通过驱动固定器模块在原位锁紧。然后在塞体和井套管的外围表面之间形成密封。管状塞体的空的内部通道通过操作阀组件关闭，从而堵塞管道。塞体的布放要求有构台(gantry)组件，塞体在其上悬浮在井套管的上方。美国专利US7,036,598描述了在增压海底井中的井干预操作的干预模块，其具有布置在海底上的井头。这些及其它已知的干预系统的缺点包括与公知干预技术相关的时间和成本，尤其是涉及海底井中干预，以及塞体布放的对不准可能造成的管道断裂或损坏。
相应地，对能堵塞或中止流体流过管道、并能使管道的结构完整性损失最低的方法和装置存在着需求。本发明，在本发明的目的中，就是为了提供这类堵塞或中止流体流过管道的方法与装置和系统。
发明内容
本发明提供了用于从导热金属管道和其中含有的流体中控制撤出热能的冷却或凝固系统。该系统使得可以原位形成能中止流体流过管道的可逆的塞子。该系统包括能用于与含液体的导热金属管道热交流的热传递装置。该热传递装置可以起散热器(sink)的作用，用于从含液体的导热金属管道控制地撤出热能，这样可以将管道降低到一定的温度，低于该温度时至少其中的一部分液体会变成固体，从而堵塞管道，却不会在管道中诱发热应力诱导的断裂或破裂。该装置使得可以对管道控制地再加热，却不会在管道中诱发热应力诱导的断裂或破裂，以恢复流体流过管道。在一些实施方案中，该热传递装置可以包括液体制冷剂(refrigerant)流体，例如酒精/固体CO2浆液，或其它的液体制冷剂，如含有与溶剂组合的液氦、液氩、液氖、液氙或液态二氧化碳的那些。本发明还提供了停止液体流体流过金属管道的方法，其包括将管道降低到一定的温度，等于或低于该温度时液体凝固形成固体，从而阻塞液体流过管道。
本发明还提供了用于从含流体的管道撤出热能的冷却器或凝固系统。该系统包括热传递装置和控制系统，热传递装置含有与管道热交流的热传递表面，控制系统通过热传递装置响应管道内的目标温度用于调整从管道的撤热。该系统的热传递装置可以包括珀耳帖(Peltier)装置、磁制冷机、含液体的热交换单元或它们的组合。在一些实施方案中，热传递装置包括液体制冷剂流经的含液体热交换单元，所述系统可以输送液体制冷剂的单向流到与管道热接触的热交换单元的热传递表面，从而冷却管道。液体的流动可以为层流或湍流或两者的组合。本发明所提供的系统还可以包括与液体制冷剂供应模块连接、并用于热交换单元提供制冷却剂液体流的吸入回路(intake circuit)。该系统还可以包括排出回路(exhaust circuit)，其包括用于从系统排出液体制冷剂的排出管。
本发明所提供的系统可以包括控制系统，其在吸入回路中用于调整液体制冷剂的流速，通过响应所要求的管道冷却速率和管道内的测量温度，调节热交换单元的温度。吸入回路可以包括在线混合器，其用于混合两种或更多种液体制冷剂，产生温度得到调节的液体制冷剂。在一些实施方案中，控制系统操作性地调整已调节的液体制冷剂的流速，以调整热交换单元的温度。
在本发明所提供的、热传递单元为含液体的热交换单元的系统中，该热交换单元可以使用液体制冷剂。可以使用本领域中任何已知的液体制冷剂。液体制冷剂可以包括冷冻剂(cryogen)和液体溶剂。在一些实施方案中，冷冻剂为液氮、液氧、液氦、液氖、液态甲烷、液态天然气、液氩、液态氧化亚氮、液态二氧化碳或固态二氧化碳、或它们的组合。在一些实施方案中，液体溶剂选自以下：四氯化碳、间二氯苯、硝基甲烷、溴苯、乙腈、氯苯、间二甲苯、正丁胺、正辛烷、氯仿、叔丁胺、三氯乙烯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、庚烷、环戊烷、己烷、甲醇、环己烷、异辛烷、乙醛、甲基环己烷、间戊烷、1,5-己二烯、异戊烷、3-庚酮、环己酮、二乙基卡必醇、卡必醇乙酸酯、乙醇、丙酮、异丙醇、甲乙酮、二乙醚以及它们的组合。尤其是，液体制冷剂包括液氮或干冰或其与一种或多种溶剂的组合，如甲醇、乙醇、丙醇、丙酮或其共混物。液体制冷剂的温度可以低于-20°C或低于-40°C或低于-50°C或低于-60°C或低于-80°C或低于-100°C。尤其是，液体制冷剂的温度可以在-20°C与-250°C之间，或-40°C与-60°C之间。在一些实施方案中，液体制冷剂为液氩，其沸点为约-186℃。
在一些实施方案中，热传递装置包括热传递表面，并且所述表面由选自以下的导热材料制造：铜、黄铜、铍、镉、钴、铬镍钢、金、银、铱、铁、铅、镁、钼、镍、铂、锡、锌、碳钢、不锈钢以及它们的任何组合或合金。导热材料可以由单一的金属传导体或多个金属传导体形成。在一些实施方案中，导热材料包括基本上纯的铜、铜合金、基本上纯的铝、铝合金、基本上纯的银、银合金、基本上纯的金、和金合金以及它们的混合物或组合。
热交换单元还可以包括非传导部分。非传导部分可以由不导热材料制造或包括不导热材料。可以使用任何的不导热材料。在一些实施方案中，不导热材料选自以下：丁烷、氪、三氯甲烷、氙、1,1,2-三氯三氟乙烷、1,2-二氯四氟乙烷、四氟乙烷、氩、二氧化碳、二乙醚、异丁烷、戊烷、全氟环丁烷、丙烷、四氟甲烷、CFC-11、HCFC-141b、甲醇、乙醇、甘油、乙醚、丙酮、乙二醇、含玻璃的不导热的硅酮液(siliconefluid)，如含玻璃纤维或玻璃珠，丙二醇、丙烯酸类玻璃、沥青、水泥、粘土、混凝土、陶瓷填充的可丽耐(corian)、软木、棉绒(cotton wool)隔热材料、硅藻土、环氧、玻璃纤维、泡沫玻璃、玻璃珠或球、玻璃棉、石膏、菱镁矿、氧化镁隔热材料、矿物隔热材料、尼龙、珍珠岩、发泡塑料隔热材料、发泡聚苯乙烯、聚氨酯、瓷、PTFE、PVC、派热克斯玻璃、砂子、硅石气凝胶、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、蛭石、乙烯基酯、以及它们的组合。
本发明所提供的热传递装置包括导热金属的颗粒、锉屑(filing)、车屑(turning)、削屑(shaving)、团粒或珠粒。包括导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒可降低或消除Leidenfrost效应。热交换单元内导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒可增加表面积并且可以引导流体流动或引起湍流，这可以增加热传递效率。
本发明所提供的冷却器系统或冰冻热力(cryo-thermodynamic)阀系统可以包括用于将热交换单元、位于下面的管道和在热交换单元的连接点的一侧或两侧上的至少一部分管道与环境隔热的隔热手段。隔热手段包围或包封热交换单元、位于下面的管道和在热交换单元的连接点的一侧或两侧上的至少一部分管道。该系统还可以包括用于将系统的排放管(vent discharge tube)和/或管道，如吸入回路和/或排出回路的管道，与环境隔热的隔热手段。在一些实施方案中，隔热手段包括绝热夹套。夹套可以装配(attaching)到管道或排出管(vent tube)上，形成气密密封，在夹套与管道之间或在夹套与排出管之间产生空间。空间中的任何空气或水可以用含热传导率比水低的材料置换。热传导率比水低的材料的实例包括氙、二氯二氟甲烷、丁烷、氪、三氯甲烷、1,1,2-三氯三氟乙烷、1,2-二氯四氟乙烷、四氟乙烷、氩、二氧化碳、二乙醚、异丁烷、戊烷、全氟环丁烷、丙烷、四氟甲烷、CFC-11、HCFC-141b、甲醇、乙醇、甘油、乙醚、丙酮、乙二醇、含玻璃的不导热硅酮液，如含玻璃纤维或玻璃珠的，丙二醇或它们的组合。
夹套还可以在与外部环境相邻的表面上包括隔热材料层或涂层。隔热层或涂层可以包括基本上不导热的任何材料，如沥青、水泥、粘土、混凝土、陶瓷填充可丽耐、软木、棉绒隔热材料、硅藻土、环氧、玻璃纤维、泡沫玻璃、玻璃珠或珠粒、玻璃棉、石膏、菱镁矿、氧化镁隔热材料、矿物隔热材料、尼龙、珍珠岩、发泡塑料隔热材料、发泡聚苯乙烯、聚氨酯、瓷、PTFE、PVC、派热克斯玻璃、砂子、硅石气凝胶、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、蛭石、乙烯基酯、热传导率比空气低的不导热气体，如丁烷、氪、三氯甲烷、氙、1,1,2-三氯三氟乙烷、1,2-二氯四氟乙烷、四氟乙烷、氩、二氧化碳、二乙醚、异丁烷、戊烷、全氟环丁烷、丙烷和四氟甲烷，以及热传导率低的液体，如CFC-11、HCFC-141b、甲醇、乙醇、甘油、乙醚、丙酮、乙二醇、含玻璃的不导热硅酮液，如含玻璃纤维或玻璃珠的，和丙二醇，以及它们的组合。
本发明所提供的冷却器系统或冰冻热力阀系统还可以包括一个或多个加热元件。例如，加热元件可以布置在管道或排放管的远端，以便最小化或防止结冰。一个或多个加热装置可以沿着排出回路和排放管的路径布置，在从系统排出之前将排出的液体制冷剂的温度至少提高到环境温度。冷却器系统或冰冻热力阀系统还可以包括用于将液体制冷剂泵送通过系统的泵。在热传递装置包括液体制冷剂的实施方案中，系统包括制冷剂供应模块，所述模块可以包括液体制冷剂，并且可以包括冷冻剂源和一种或多种溶剂的源以及混合装置，以将冷冻剂与一种或多种溶剂混合，形成具有特定温度的液体制冷剂。通过制冷剂供应模块制备液体制冷剂可以由计算机控制。计算机模块可以与制冷剂供应模块通讯，通过改变与冷冻剂混合的溶剂的比例和类型，制备具有不同温度的制冷剂液体。系统还可以包括一个或多个流量控制计量阀，控制或调节通过系统的制冷剂液体流量。含计算机处理器的计算机模块可以与一个或多个阀通讯，控制或调节系统的一个或多个流量控制计量阀的操作。
冷却器系统或冰冻热力阀系统还可以包括热监测装置。热监测装置可以装配至管道的一个或多个点上，监测热梯度，或者热监测装置可以装配在热传递装置与管道之间的界面，监测界面温度。系统的计算机模块可以控制热监测装置或与热监测装置通讯。
冷却器系统或冰冻热力阀系统还可以包括珀耳帖模块，以作为热交换装置或其部件。在这类系统中，系统还包括用于向珀耳帖模块提供电能的系统；与珀耳帖模块的冷面热耦合的冷却头，其中冷却头具有凹曲(concave curved)表面；与珀耳帖模块的热面(hot side)热耦合的热耗散部件；以及用于与热耗散部件热耦合的导热液体的储槽。
还提供了含流体的导热管道速率受控的凝固(freezing)或冷冻方法，其包括将热传递装置装配至管道的步骤；以及驱动热传递单元，以受控的速率从管道和其中所含的流体撤出热能的步骤，从而最小化对管道的热应力。热传递装置可以包括热电模块、珀耳帖装置、磁热传递装置、磁制冷机、含液体的热交换单元或它们的组合。
在热传递装置包括含有液体制冷剂的含液体热交换单元的方法中，使热交换单元与管道热接触。该方法还包括将冷冻剂与溶剂混合，产生温度得到调整的选定温度的液体制冷剂。可以使用任何的冷冻剂。例如，冷冻剂可以选自以下：液氮、液氧、液氦、液氖、液氩、液态氧化亚氮、液态二氧化碳或固态二氧化碳、或它们的组合。在所提供的方法中，通过向热交换单元传送温度得到调整的液体制冷剂的单向流，以要求的冷却速率将热从管道撤出，以及从热交换单元迅速排出液体制冷剂。制冷剂的流动可以为层流或湍流或两者的组合。该方法还可以包括在通过热交换单元传送单向流之前调节液体制冷剂的压力和流速的步骤。
还提供了含流体管道的速率受控凝固方法，其包括以下步骤：(i)放置热交换单元，使其与其中含流体的管道热接触；(ii)驱动热交换单元，使热能从管道和其中的流体撤出并传递到热交换单元；以及(iii)迅速耗散热交换单元所吸收的热，以防止热从热交换单元再循环回到管道。
还提供了含流体管道的速率受控的凝固方法，所述方法包括以下步骤：(i)放置液体制冷剂热交换单元，使其与其中含流体的管道热接触；(ii)通过液体冷冻剂与溶剂的混合制备液体制冷剂，以选定的温度曲线(profile)产生冷的液体制冷剂，所述温度曲线对应于所要求的管道及管道内流体的冷却速率；(iii)通过热交换单元传送温度得到调整的液体制冷剂单向流，冷却管道以及其内内容物；以及(iv)从热交换器迅速排出液体制冷剂，以防止热交换单元内的液体制冷剂的再循环。制冷剂的流动可以为层流或湍流或它们的组合。
还提供了用于冷却或凝固含流体管道的完全强制循环的液体冷却系统。该系统包括一个或多个与管道热耦合的热交换单元，用于接收冷却的液体制冷剂，和通过从管道向液体制冷剂的热传递而产生加热的液体制冷剂；液体制冷剂供应模块；从液体制冷剂供应模块向热交换单元输送液体制冷剂的液体制冷剂通道；从热交换单元向输出口输送液体制冷剂的排出通道；以及布置在热交换单元与液体制冷剂供应模块之间的强制循环手段，以加快的速度，从液体制冷剂供应模块向热传递单元强制输送冷却的液体制冷剂，并从热交换单元向排出通道强制输送加热的液体冷却剂；其中液体制冷剂的压力和流速得到调节，提供通过热交换单元的单向流。流动可以是层流或湍流或两者的组合。在一些实施方案中，一个或多个热传递单元有进口和出口，进口用于接收来自制冷剂供应模块的液体制冷剂，出口用于从热交换单元排出加热液体制冷剂，以输送到排出通道，其中进口布置成低于出口，以提高液体冷却剂的对流循环。
还提供了CryoPlug冰冻热力阀系统，其通过凝固管道所含的至少一部分流体而在管道中形成凝固塞子。冰冻热力阀系统包括热传递装置，其含有热传递表面与管道热交流的含液体热交换单元；冷冻剂注入装置，用于通过注射器将冷冻剂注入到管道中的流体中；以及控制系统，用于调节通往热传递装置的制冷剂的流量和/或通过注射器的冷冻剂的流量。系统可以向与管道热接触的热交换单元的热传递表面传送液体制冷剂的单向流，从而冷却管道。制冷剂的流动可以为层流或湍流或两者的组合。系统还可以包括与液体制冷剂供应模块耦合、并用于热交换单元提供制冷剂液体流的吸入回路。系统可以包括排出回路，所述排出回路包括用于在液体制冷剂从管道吸收热能后将其从系统排出的排出管。系统还可以包括再循环回路，所述再循环回路在液体制冷剂从管道吸收热能之后将其从系统引导到制冷系统，制冷系统除去吸收的热能，并且将制冷剂再循环回到制冷剂供应模块。
系统的吸入回路可以包括在线混合器，所述在线混合器用于混合两种或更多种液体制冷剂，产生温度得到调节的液体制冷剂。CryoPlug冰冻热力阀系统的制冷剂可以包括冷冻剂和液体溶剂。冷冻剂可以为液氮、液氧、液氦、液氖、液态甲烷、液态天然气、液氩、液态氧化亚氮、液态二氧化碳或它们的组合。溶剂可以选自以下：四氯化碳、间二氯苯、硝基甲烷、溴苯、乙腈、氯苯、间二甲苯、正丁胺、正辛烷、氯仿、叔丁胺、三氯乙烯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、庚烷、环戊烷、己烷、甲醇、环己烷、异辛烷、乙醛、甲基环己烷、间戊烷、1,5-己二烯、异戊烷、3-庚酮、环己酮、二乙基卡必醇、卡必醇乙酸酯、乙醇、丙酮、异丙醇、甲乙酮、二乙醚以及它们的组合。
在一些实施方案中，冰冻热力阀系统可以包括热传递装置，所述热传递装置包括热传递表面。所述表面可以由以下的导热材料制造：例如铜、黄铜、铍、镉、钴、铬镍钢、金、银、铱、铁、铅、镁、钼、镍、铂、锡、锌、碳钢、不锈钢以及它们的任何组合或合金。
在一些实施方案中，冰冻热力阀系统可以包括管道，所述管道含有向冷冻剂注射装置输送冷冻剂的通道。用于输送冷冻剂的通道可以在井套管的内环之内或者在井套管中的通道中。在包括对已用过的制冷剂再生的制冷系统的冰冻热力阀系统实施方案中，制冷系统可以包括一个或多个热交换器。该制冷系统可以是闭环(closed loop)制冷系统。系统还可以包括超低温制冷系统。制冷系统可以包括压缩机、冷凝器、过滤干燥器和/或热交换单元。在一些实施方案中，制冷系统包括往复式压缩机、回转式压缩机、螺杆式压缩机、涡旋式压缩机或这些压缩机中任何两个的组合。
冰冻热力阀系统可以包括泵，所述泵用于从制冷剂供应模块泵送液体制冷剂通过热交换单元。制冷剂供应模块可以包括冷冻剂源和一种或多种溶剂的源，以及将冷冻剂与一种或多种溶剂混合的混合装置。
冰冻热力阀系统还可以包括计算机模块。计算机模块可以与制冷剂供应模块通讯，并且可以控制制冷剂供应模块，通过改变与冷冻剂混合的溶剂比例和类型，制备具有不同温度的制冷剂液体。CryoPlug冰冻热力阀系统可以包括一个或多个流量控制计量阀，控制或调节通过热交换单元的制冷剂液体流量，或流向冷冻剂注射器单元的冷冻剂流量。系统的计算机模块可包括计算机处理器，其可以与一个或多个阀通讯，控制或调节系统的一个或多个流量控制计量阀的操作。系统还可以含有热监测装置，和可以控制或与热监测装置通讯的计算机模块。
还提供了临时防止管线中油流动的方法。该方法包括，将热传递装置装配到管线上，以使其与至少一部分管线热接触；安装冷冻剂注射器模块，所述注射器模块受驱动时可将冷冻剂注射到管线中的流体中，其中热传递装置和冷冻剂的注射能撤出足够多的热能，造成管线中的油凝固并形成油的凝固塞子，阻止油流过管线。在该方法中，冷冻剂注射器装置可以布置成比热传递装置更靠近流过管线的流体源，这样在流体到达装配了热传递装置的管线区域之前，冷冻剂就被注入到流体中来冷却流体。在一些实施方案中，热传递装置可以驱动足够长的时间，以形成可阻止流体流过管道的流体的凝固塞子。一旦形成凝固塞子，可将热传递装置保持驱动足够长的时间，保持流体凝固塞子牢固地附着在管线的内壁上，从而防止流体流动通过管线中的塞子。
在一些方法中，CryoPlug冰冻热力阀系统可以装配到未受影响的管道上，并且在冰冻热力阀系统接触点之上的管道故障或破裂的情况下驱动，作为管道的紧急切断机构。在这类方法中，冰冻热力阀系统可以装配到破裂或断裂的管道上。在这些方法中，所述方法可还包括识别管道中破裂部位的步骤；将热传递装置装配到破裂点下管道未受影响的区域中；在热传递装置之下装配冷冻剂注射器装置；以及驱动热传递装置和冷冻剂注射器或注射器装置，从而使冰冻热力阀系统处于活动模式足够长的时间，以形成可阻止流体流过管道的流体的凝固塞子。CryoPlug冰冻热力阀系统可以保持处于活动模式，直到管道修复。
在所述方法中，堵塞是可逆转的，这样可以恢复通过管道的油流。为了实现此目的，该方法还包括提高热传递装置或其一部分的温度的步骤，这样可将热能贡献给管道内的塞子，从而提高至少一部分凝固塞子的温度并融化凝固塞子，恢复流体流过管道。在一些实施方案中，热交换单元包括横贯(traverse)热交换单元一部分长度或整个长度的一个或多个加热通道。加热通道包括给通道加热的手段，为管道内形成的凝固流的塞子单向或定向提供热量。向塞子定向施加热能可以定向融化塞子，以形成液体流可以通过的通道。这可防止通过管道发射(launching)凝固塞子，并允许可控地恢复通过管道的流动。
还提供了临时隔离油井的方法。该方法包括将热传递装置装配到油井中的一部分井套管上，以使其可与至少一部分井套管热接触；将冷冻剂注射器模块安装到一部分井套管上，注射器模块受驱动时可将冷冻剂注射到井套管中的油中，其中向油注入冷冻剂可在所述油与装配了热传递装置的井套管区域接触之前降低油温度，且热传递装置从油中撤出足够多的热能，凝固并且形成可逆地附着在井套管侧壁上的凝固油的塞子。在一些实施方案中，热传递装置结合到井套管或其它的管中。在一些方法中，冷冻剂可以是液氮、液氧、液氦、液氖、液态甲烷、液态天然气、液氩、液态氧化亚氮、液态二氧化碳、固态二氧化碳或它们的组合。热传递装置可以包括含制冷剂的液体热交换单元。
在所述方法中，制冷剂可以包括冷冻剂和溶剂。在一些方法中，制冷剂包括(a)液氮、液氧、液氦、液氖、液态甲烷、液态天然气、液氩、液态氧化亚氮、液态二氧化碳或固态二氧化碳、或它们的组合，以及(b)选自以下的溶剂：四氯化碳、间二氯苯、硝基甲烷、溴苯、乙腈、氯苯、间二甲苯、正丁胺、正辛烷、氯仿、叔丁胺、三氯乙烯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、庚烷、环戊烷、己烷、甲醇、环己烷、异辛烷、乙醛、甲基环己烷、间戊烷、1,5-己二烯、异戊烷、3-庚酮、环己酮、二乙基卡必醇、卡必醇乙酸酯、乙醇、丙酮、异丙醇、甲乙酮、二乙醚以及它们的组合。
在一些实施方案中，所述方法包括向热交换单元提供制冷剂或冷冻剂，并将已用过的制冷剂或冷冻剂排出到环境中。在一些方法中，向热交换单元提供制冷剂或冷冻剂，并将已用过的制冷剂或冷冻剂再循环到热交换单元，通过将已用过的制冷剂或冷冻剂流经闭环制冷系统而对其进行再生。在一些方法中，制冷系统为超低温制冷系统。在一些方法中，制冷系统包括压缩机、冷凝器、过滤干燥器和/或热交换单元。在一些方法中，压缩机可以是往复式压缩机、回转式压缩机、螺杆式压缩机、涡旋式压缩机或这些压缩机中任何两个的组合。
在一些方法中，冷冻剂注射器或注射器单元可以包括装有中空钻头的钻。在这些方法中，驱动冷冻剂注射器单元包括给钻通电，以使它可钻透井套管，使中空钻头的末端与井套管中的油流体连通。一旦中空钻头与井套管中的油流体连通，可以直接或间接装配冷冻剂供应到中空钻头上，将冷冻剂注射到油中。
本发明还提供了可对包含在导热金属管道中的流体产生受控的凝固速率的方法。所述方法包括(a)安装驱动时能将冷冻剂注射到流体中的冷冻剂注射器单元；(b)在冷冻剂注射器或注射器单元下游的点上安装热交换单元，所述热交换单元与其中含流体的管道热接触；(c)驱动冷冻剂注射器或注射器单元，将冷冻剂注射到流体中，从而降低流体的温度；(d)驱动热交换单元通过制冷剂吸收热能，形成已用过的制冷剂，由此从管道以及其中的流体撤出热能，并将其传递到热交换单元；以及(e)耗散热交换单元所吸收的热。在这些方法中，可以通过排出已用过的制冷剂到环境中，耗散热交换单元所吸收的热。
在一些方法中，可以对已用过的制冷剂进行再生，包括使其流经制冷系统，除去已用过的制冷剂从与管道热交流的热交换单元中吸收的热能。
本发明还提供了可在包含在导热金属管道中的流体中产生可逆的塞子的方法。所述方法包括(a)安装一个或多个注射器单元，所述注射器单元受驱动时能将材料注射到管道内的流体中，其中注射器单元包括受驱动时能注射冷冻剂的冷冻剂注射器；并且注射器单元可以包括辅助注射器，所述辅助注射器可注射含桥接流体或表面活性剂或它们的组合的组合物；(b)在冷冻剂注射器单元下游的点上安装热交换单元，所述热交换单元与其中含流体的管道热接触；(c)驱动热交换单元，通过冷冻剂从管道和其中的流体吸收热能，形成已耗冷冻剂，由此从管道以及其中的流体撤出热能，其中热能从流体传递到热交换单元；以及(d)驱动一个或多个注射器单元，将冷冻剂和桥接流体或表面活性剂或它们的组合注射到流体中，在其中形成塞子。管道中的流体可以是任何流体，其包括液体，如烃或水，或者气体，如天然气。在所述方法中，辅助注射器可以注射表面活性剂，这样可以导致形成更均匀的凝固塞子，促进凝固塞与管道更好粘合。表面活性剂可以是具有表面活性的任何试剂，如阴离子、阳离子、两性离子、非离子或硅酮的表面活性剂或它们的组合。还提供了方法，在所述方法中辅助注射器注射桥接流体。可以使用本领域中任何已知的桥接流体。示范性的桥接流体包括水、甲醇、乙醇、异丙醇以及它们的混合物。在所述方法中，热传递装置包含导热金属的颗粒、锉屑、车屑、削屑、丝线、团粒或珠粒。
在本发明提供的装置、系统和方法中，热交换单元的长度可以变化，并且可以由本领域技术人员设计成任何的长度。热交换单元可以由连续的管形成，或者多个热交换单元可以互联形成所要求长度的热交换单元。例如，热交换单元的长度可以在2英尺与5000英尺之间。在本发明提供的装置、系统和方法中，热交换单元可以水平取向，或者可以与水平线成1°～89°取向，或者可以垂直取向。
还提供了系统，其中本发明所提供的两个或更多个热交换单元连接在一起。在一些构造中，两个或更多个热交换单元串联连接，制冷剂或冷冻剂在排出或离开系统之前从一个热交换单元流动到下一个。在一些构造中，两个或更多个热交换单元串联连接，每个热交换单元连接到独立的制冷剂或冷冻剂供应模块。
本发明所提供的热交换单元的内表面与外表面之间所形成的通道的尺寸可以为任何尺寸，其可以由本领域技术人员决定。在一些实施方案中，通道宽度可以在约0.05英寸与约500英寸之间。本发明所提供的热交换单元的内表面与外表面之间的通道的尺寸还可以基于外表面尺寸与内表面尺寸的比例。例如，热交换单元的内表面与外表面之间所形成的通道的宽度可以在热交换单元内径的约10%与约500%之间。
在本发明所提供的热交换单元中，可以包括横贯热交换单元的一部分长度或全部长度的一个或多个加热通道。布置加热通道，使通过加热通道引入热交换单元的热能传递到或导向管道内热交换单元连接的凝固流体塞子。加热通道可以构造成含有流体，如加热液体或气体。加热通道还可以构造成含有一个或多个加热单元。示范性的加热单元包括居里温度加热器(Curie temperature heater)，温度限制(temperature limited)加热器、管道中导体热源、电热丝(heater strip)、电阻加热带、正导热系数陶瓷加热器、厚膜陶瓷加热器、电阻丝或电阻带加热装置。
本发明还提供热交换装置，所述热交换装置含有直径为D2的内管道2；直径为Dc2的外管道2c；端板3；端板4；用于引入冷冻剂或制冷剂到热交换装置中的输入口12；和用于从热交换装置排出冷冻剂或制冷剂的输出口13，其中内管道2包括外径为2fD的管2f；在翅片管2f的左远端的管2a左和在管2f的右远端的管2a右；端板3具有开孔，一部分管道2a左穿过此开孔；端板4具有开孔，一部分管道2a右穿过此开孔；端板3装配在外管道2c的左侧和管道2a左的周围；端板4装配在外管道2c的右侧和管道2a右的周围；内管道2和外管道2c形成宽度为Dc2-D2的腔体；内管道2与外管道2c之间的腔体充有导热金属的颗粒、锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒；管2f与导热金属的颗粒、锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒的一个或多个热交流。在一些实施方案中，管2f包括导热翅片。翅片可以以任何几何结构或在任何位置构造。翅片管2f的翅片可以径向或纵向构造。翅片可以构造成具有相同的长度或者具有两个或更多个不同的长度。
在一些实施方案中，翅片可以被切口(notched)或穿孔(perforated)或者两者，以最小化气泡形成或汇集，并最小化死区形成。在一些实施方案中，翅片管2f的两个或更多的翅片可以在热交换单元内扩展腔体的宽度或长度，以产生一个或多个通道。形成多个通道的时候，通道可彼此邻接，或可围绕内管道2的径向或沿内管道2的长度交错排列(staggered)。单个的冷冻剂注射器可以装配到热交换单元上，将冷冻剂注射到翅片管2f的翅片所形成的每个通道中。本发明所提供的热交换单元还可以包括一个或多个可调节热交换单元内冷冻剂或制冷剂流动的折流板。
本发明所提供的热交换单元还可以包括横贯热交换单元的一部分长度或全部长度的、并与内管道2热交流的一个或多个加热通道，其中加热通道构造成含有流体或者含有一个或多个加热单元，如居里温度加热器、温度限制加热器、管道中导体热源、电热丝、电阻加热带、正导热系数陶瓷加热器、厚膜陶瓷加热器、电阻丝或电阻带加热装置。
本发明所提供的热交换单元可以包括装配到热交换单元中2个或更多个开口上的输入歧管，将冷冻剂或制冷剂分配到热交换单元中的两个或更多个注射部位。输入歧管可以构造成能将冷冻剂或制冷剂分配到沿径向位于热交换单元中的两个或更多个注射部位，或者分配到沿纵向位于热交换单元中的两个或更多个注射部位，或者这些部位的任何组合。本发明所提供的热交换单元还可以包括排出歧管，所述排出歧管可以在热交换单元中的两个或更多个排出部位上从热交换单元排出冷冻剂或制冷剂。
还提供了冰冻热力阀装置，所述冰冻热力阀装置包括本发明所提供的热交换装置和一个或多个布置在热交换装置上游的冷冻剂注射器装置。存在两个或更多个冷冻剂注射器装置时，它们可以径向布置在通向热交换单元入口的管道周围，或者它们可以纵向布置(沿管的长度)，并且可以是它们的任何组合。本发明所提供的冰冻热力阀装置还可以包括布置在冷冻剂注射器装置上游的辅助注射器装置。在本发明所提供的冰冻热力阀装置中，热交换单元包含导热金属的颗粒、锉屑、车屑、削屑、丝线、团粒或珠粒，并且包括一个或多个横贯热交换单元的部分长度或全部长度的加热通道。加热通道可以构造成含有流体，或含有一个或多个加热单元。冰冻热力阀装置还可以包括可以监测热交换单元和/或管道中状况的其它装置，如热监测装置、流量监测装置和压力监测装置。冰冻热力阀装置还可以包括计算机。计算机可用于自动操作冰冻热力阀装置，如与监测热交换单元和/或管道中状况的装置通讯，如热监测装置、流量监测装置和压力监测装置，或者与可以由计算机操控的可访问的阀通讯。
还提供了用于调节含流体的导热管道的热能的热传递装置，所述热传递装置包括热传递表面和导热材料的颗粒，其中当热传递装置装配至管道时，热传递表面和热传递装置内的颗粒与管道热交流。所述装置可以包括珀耳帖装置、磁制冷机、含流体的热交换单元或它们的组合。
在一些实施方案中，装置包括流体制冷剂如冷冻剂流经的热交换单元，其中流体制冷剂流动穿过导热材料颗粒的表面和热交换单元的热传递表面。热传递表面或颗粒或两者均可以包括选自以下的导热材料：铜、黄铜、铍、镉、钴、铬镍钢、金、银、铱、铁、铅、镁、钼、镍、铂、锡、锌、碳钢、不锈钢、铝、及它们的任何组合或合金。装置还可以包括冷冻剂注射装置和/或辅助注射装置，冷冻剂注射装置用于将冷冻剂通过注射器注射到管道中的流体中，辅助注射装置用于将表面活性剂或桥接流体或它们的组合通过注射器注射到管道中的流体中。
装置可以包括第一壁，所述第一壁具有与管道和内表面热接触的外表面；第二壁，所述第二壁具有朝向环境和内表面取向的外表面；以及第一壁的内表面与第二壁的内表面之间的空间，其中空间的宽度为约0.05英寸～约500英寸之间；或者空间的宽度为热交换单元内径的约10%与约500%之间。热交换单元还可以包括一个或多个横贯热交换单元的部分长度或全部长度的加热通道，并且加热通道可以构造成含有流体或着包括一个或多个加热单元。存在时，加热单元可以是本领域中已知的任何加热单元，例如居里温度加热器，温度限制加热器、管道中导体热源、电热丝、电阻加热带、正导热系数陶瓷加热器、厚膜陶瓷加热器、电阻丝或电阻带加热装置。
还提供了冰冻热力阀装置，其包括如上所述的热交换装置和布置在热交换装置上游的冷冻剂注射器装置，以及任选布置在冷冻剂注射器装置上游的辅助注射器装置。还提供了系统，所述系统包括与管道热耦合的上述热传递装置，其中热传递装置接收冷却的液体制冷剂，并且通过从管道和其中的流体向液体制冷剂传热而产生加热的液体制冷剂。系统还可以包括液体制冷剂供应模块；从液体制冷剂供应模块向热交换单元输送液体制冷剂的液体制冷剂通道；从热交换单元向输出出口输送液体制冷剂的排出通道；及布置在热交换单元与液体制冷剂供应模块之间的强制循环手段，从液体制冷剂供应模块向热传递单元强制输送冷却的液体制冷剂，并从热交换单元向排出通道强制输送加热的液体冷却剂；其中循环手段产生压力和流速；可以调节液体制冷剂的压力和流速，以提供通过热交换单元的单向流。
还提供了用于在含流体的导热管道中形成塞子的冰冻热力阀系统，所述系统包括与管道热交流的如上所述的热传递装置；通过注射器将冷冻剂注入到管道中的流体中的冷冻剂注射器装置；冷冻剂供应模块；和控制系统，用于调节从供应模块到热传递装置的冷冻剂流量或通过注射器的冷冻剂流量或两者。系统还可以包括选自以下的一个或多个部件：一个或多个流量控制计量阀，用于控制或调节通过热交换单元的冷冻剂流量或流向冷冻剂注射器单元的冷冻剂流量或者两者。一个或多个热监测装置；辅助注射器，所述辅助注射器将包括桥接流体或表面活性剂或它们的组合的组合物注射到管道中的流体中；排出回路，其包括用于在冷冻剂从管道吸收热能之后从将其从系统排出的排出管；或再循环回路，所述再循环回路在冷冻剂从管道吸收热能之后将其从系统引导到制冷系统，制冷系统从冷冻剂除去吸收的热能，并将冷冻剂再循环回到冷冻剂供应模块；以及与系统部件通讯的含计算机处理器的计算机模块。
在本发明所提供的装置和系统的一些实施方案中，热传递装置包括热传递表面，且含有导热材料的颗粒，当热传递装置装配至管道上时，热传递表面与管道热交流，且至少一部分颗粒与热传递表面热交流。装置内的颗粒还互相热交流，可以用作散热器。
还提供了临时防止流体在管线中流动的方法，所述方法包括，将如上所述的热传递装置装配到管线上，以使其可与至少一部分管线热接触；安装冷冻剂注射器模块，所述注射器模块受驱动时可将冷冻剂注射到管线中的流体中；驱动热交换装置和冷冻剂注射器，其中热传递装置和冷冻剂的注入撤出足够多的热能，造成管线中的流体形成塞子，从而防止流体流过管线。
还提供了临时防止流体在生产配管(tubing)中流动的方法，所述方法包括以下步骤：将权利要求10的热传递装置装配到生产配管的一部分上，以使其可与生产配管的至少一部分热接触；以及在一部分生产配管上安装冷冻剂注射器模块，这样当注射器模块受驱动时，可将冷冻剂注射到井套管中的油中，其中向流体中注射冷冻剂可在流体与装配热传递装置的生产配管区域接触之前降低其温度，并且热传递装置从流体撤出足够多的热能，使其凝固并形成可逆地附着在生产配管侧壁上的凝固的流体塞子。
还提供了对导热金属管道中所含流体产生受控的凝固速率的方法，其包括以下步骤：(a)安装驱动时能将冷冻剂注射到流体中的冷冻剂注射器单元；(b)在冷冻剂注射器单元下游的点上安装上述热交换单元，所述热交换单元与其中含流体的管道热接触；(c)驱动冷冻剂注射器单元将冷冻剂注射到流体中；(d)驱动热交换单元，从管道以及其中的流体吸收热能并传递到热交换单元；以及(e)耗散热交换单元所吸收的热。
还提供用于在导热金属管道中所含流体产生可逆的塞子的方法，所述方法包括以下步骤：(a)安装一个或多个注射器单元，所述注射器单元受驱动时能将材料注射到管道内的流体中，其中i)注射器单元包括受驱动时能注射冷冻剂的冷冻剂注射器；并且ii)注射器单元包括辅助注射器，所述辅助注射器可注射包括桥接流体或表面活性剂或它们的组合的组合物；(b)在冷冻剂注射器单元下游的点上安装权利要求10的热交换单元，所述热交换单元与其中含流体的管道热接触；(c)驱动热交换单元，通过冷冻剂从管道和其中的流体吸收热能，形成已用过的冷冻剂，由此从管道以及其中的流体撤出热能，其中热能从流体传递到热交换单元；以及(d)驱动一个或多个注射器单元，将冷冻剂和桥接流体或表面活性剂或它们的组合注射到流体中，在其中形成塞子。
从以下详细说明，本发明中所述的系统和方法的其它目的、特征及优势对本领域技术人员会变得显而易见。然而，应当理解，详细说明虽然指出了本发明中所述的装置、系统和方法的一些实施方案，但是其是以举例说明的方式给出的，并非构成限制。可在本发明范围内作出许多变化和修改，只要不会偏离其精神。
附图说明
图1是热能传递系统实施方案的示意图。
图2是热能传递系统实施方案的示意图，所述系统包括含液体的热交换单元。
图3是图2的热交换单元的俯视图。
图4A和4B显示了图2的热交换单元剖视部分的详细俯视图，描述了热交换单元的两个分段(segment)使用连接器的相互连接。图4B显示了含有导热珠粒的热交换单元。
图5A和5B显示了图2的热交换单元剖视部分的详细俯视图，描述了热交换单元的两个分段的直接相互连接。图5B显示了含有导热珠粒的热交换单元。
图6是含液体热交换单元的实施方案的示意图，所述热交换单元由同心管制造。
图7是图2的热交换单元剖视部分的详细侧视图，描述了热交换单元的两个分段的直接相互连接。
图8是图2的热交换单元的示意图，描述了热交换单元的两个分段使用连接器的相互连接。
图9是冷冻剂注射器模块垂直实施方案的实例的侧视图。
图10是井场(well site)垂直实施方案的实例的侧视图，所述实施方案含有向环境排出制冷剂的预防性(prophylactic)的冰冻热力阀系统。
图11是井场垂直实施方案的实施例的侧视图，所述实施方案含有对制冷剂进行再循环的预防性冰冻热力阀系统。
图12A至12F描绘了示范性的热力阀的构造。
图13是冰冻热力阀系统的垂直实施方案实例的侧视图。
图14A和14B是冰冻热力阀系统的水平实施方案实例的侧视图。
概述
A.定义
B.热能传递系统(冷却系统)
1.热传递装置
a.含液体的热交换单元
b热电模块或珀耳帖装置
c.磁热传递装置
2.隔热手段
3.计算机模块
4.冷冻剂注射器模块
C.预防性冰冻热力阀系统
D.方法
E.实施例
A.定义
除非另有规定，本说明书中使用的所有技术和科学术语与本发明所属领域普通技术人员通常所理解的有相同的含义。在本文全部公开内容中的所有专利、专利申请、专利、公布的申请和出版物、网址和其它公开资料，除非另外指明，其全部内容通过引用结合在此。在本说明书中的术语有多个定义的情况下，以所属节的定义为准。涉及URL或其它的这类标识或地址时，应当理解，这些标识可以变化，并且因特网上的具体信息可以变来变去，但是通过搜索因特网可以发现等同的信息。其参考引用可佐证这类信息的可利用性和公共传播。
本说明书中所使用的术语“颗粒”是指可以由任何材料组成的微小物质，如铜、铁、金、氧化铝、玻璃、硅石、胶乳、塑料、琼胶糖、聚丙烯酰胺、甲基丙烯酸酯或任何的高分子材料，并且可以为任何的大小与形状。典型地，颗粒的至少一个维度为5～10mm或更小，例如小于50μm或小于10μm。这类颗粒，在本说明书中统称为“珠粒”，经常地，但不必然地为球状。然而，对“珠粒”的引述并不约束颗粒的几何结构，其可以为任何的形状，其包括无规形状、针状、纤维、和拉长的球状。“珠粒”还包括微球体，如直径小于5μm的球。
本文所使用的单数形式的“一个”、“一”、“该”可包括多个引述物，除非其语境另外明确指明。
本文中所使用的范围和量可以表示为“大约”的特定值或范围。约也包括准确的量。因此“约5%”是指“约5%”以及“5%”。“约”是指在应用或预定目的的典型实验误差内。
本文中所使用的“任选的”或“任选地”是指其后所述的事情或情形可以发生也可以不发生，该描述包括所述事情或情形发生时的事例和其不发生时的事例。例如，系统中的任选的部件是指系统中可以存在也可以不存在的该部件。
本文中所使用术语“基本上纯的”是指以干重计，至少约95%的活性物，或至少95%纯的化合物。
本文中所使用“热传导率”λ1定义为在施加的温度梯度的影响下，单位时间内贯穿单位厚度和剖面面积的介质的热的量。λ1的值通常在250～400×10-6cal/cm·s·K的范围，但是一些缔合度高的液体，如有氢键键合时可能发生的，其具有更高的热传导率。测量热传导率的装置在本领域中已为大家所熟知(例如，见美国专利US4,283,935)。热传导率是由于单位温度梯度，在稳定的条件下在单位时间内沿与单位面积表面正交的方向所传递的热的量。
本文中所使用的“传导热流动”是指从一个温度的第一物体向温度低于第一物体温度的第二物体传递的热能。如果在固体(或静止流体)介质中有温度梯度，就会发生传导。当相邻的分子碰撞时，能量从更高能量的分子向较低能量的分子传递。传导热流动沿温度降低的方向发生，因为更高的温度与更高的分子能有关。
本文所使用的“管道(conduit)”是用于输送流体的通道、配管(tube)、导管(duct)或管子(pipe)。
本文所使用的“流体”是指流动的气体、液体、超临界流体和材料，该材料任选含有溶解的物种、溶剂化物种和/或颗粒物质。流体还指一起存在的不同类型的多种流体。在本发明语境下，流体是指任何形式的液体或可泵送材料，如石油、钻井液、水泥、混凝土或树脂复膜砂。
本文所使用的术语“热能”是指产生热量的能力。
本文所使用的术语“机械性能”是指属于特定材料，如金属或其合金的机械性质或特性。
本文所使用的术语“珀耳帖装置”是指已知的独立自足的半导体器件，其有能力从相对的导热部件吸收或放射热，取决于穿过装置的电流的方向。导热部件通常由金属制造，原因在于金属出色的热传导率，但其它材料也可取代。珀耳帖装置可以在电流沿一个方向穿越通过半导体结时运行，从第一导热部件吸收热，并通过第二导热部件放热。
本文所使用的术语“单向流”是沿一个方向的流。
本文所使用的“层流”是指均匀的层流，其中通过管的流动的速度分布图(profile)沿管轴是对称的。层流的特点在于流以层运动。尤其是，层流与湍流的不同之处在于层流中没有相邻的流体层的宏观混合。
本文所使用的“湍流”是指其中通过管的流动的速度分布图沿管轴是不对称的流体流，并且可以包括随机且无规律波动的局部速度和压力，这样流体中任何固定点的速度都不规则变化。
本文所使用的术语“热监测单元”是指温度传感器。
温度传感器可以包括电气元件，所述电气元件具有可用于测定材料温度的可测量、可重复的性能。温度传感器可以为热电偶、二极管、电阻器件，如热敏电阻或RTD。
本文所使用的“热交流”是指接触的或通过传送热能的介质整体连接的物体之间的热传递。这类交流通常涉及辐射、传导、对流或它们的组合。热交流可以涉及流体交流(例如，对流或传导)，也可以不涉及流体交流(例如，辐射)。
本文所使用的术语“热接触”是指能为从一个表面到另一个提供良好热交流的布局，并且不必定表示两个表面之间没有中间层。术语“热接触”包括一个部件和另一个部件之间的任何耦合，所述耦合能使组件之间有相对较高效的热传递。部件可以互相直接热接触，或者可以间接接触(如通过导热层、块或管道)。
本文所使用的术语“热传递”是指热能通过一个物体向另一个物体输送。
本文所使用的“热传递装置”是指向与其热交流的物体输送热能的装置。
本文所使用的“流体交流”是指涉及流体传递的交流。在一些实施方案中，流体交流可以涉及热交流(例如，从一点向另一点的流体传递，其中两点不是在相同的温度)，或者可以不涉及热交流(例如，从一点向另一点的流体传递，其中两点是在相同的温度)。
本文所使用的术语“冷却速率”是指能多快从一个物体撤除热能。冷却开始时的温度与最终冷却温度之间的差除以从冷却开始达到最终冷却温度的时间，就可以得到冷却速率的值。通常，冷却速率是指物体温度相对于时间的减少。通过控制从物体撤除热能的速度，可以调节冷却速率。热交换的详细内容为本领域技术人员所熟知。
本文所使用的术语“冷冻剂”是指温度等于或低于0℃的任何物质。示范性的冷冻剂包括液氮、液态氧化亚氮、液态甲烷、液态天然气、或液态或固态二氧化碳、氯二氟甲烷、或氟利昂(DuPont的商标)，或者任意数量的其它冷冻剂或热能传递能力高且沸点低的流体，其通常为本领域技术人员所知。冷冻剂施加到一个物体上时，可以容易地导致温差。
本文所使用的术语“冷冻剂液体”是指液相的低温流体。在一些事例中，低温液体为标准沸点低于-238°F(-150℃)的液化气。例如，液氩的沸点为-302.6°F(-185.9℃)，液氮的沸点为-321°F(-196℃)。
本文所使用的术语“低温的(cryogenic)”是指在0℃或更低的温度下使用的冷却介质。
本文所使用的术语“导热”是指一种材料向另一种材料或者通过自身传递或传送热能或热量的性能。因此，导热材料能容易地通过传导、对流或辐射向另一种材料或通过自身传递热能。在一些事例中，导热材料的热传导率为至少1瓦/m°C，并且经常更高。
本文所使用的术语“非导热”是指一种材料不能向另一种材料或者通过自身传递或传送热能或热量的能力。因此，非导热材料不易向另一种材料或通过自身传递热能。非导热材料是隔热材料。在一些事例中，非导热材料的热传导率低于1瓦/m°C。
本文所使用的术语“陶瓷”包括本领域认可的所有陶瓷材料、所述材料的复合材料、以及陶瓷和金属和/或金属合金的复合材料。
本文所使用的术语“磁制冷机”是指使用基于磁热效应的冷却技术的装置。
本文所使用的术语“磁热效应”是指当强磁场在外面作用于铁磁材料时铁磁材料的温度增加，而当磁场除去时铁磁材料的温度降低这样一种现象。磁热效应是熵守恒定律的结果。
本文所使用的术语“孔”是指开孔，例如洞、缺口(gap)、或裂缝(slit)。
本文所使用的术语“喷嘴”是指流体喷射到开放空间中时流体线在其出口或终点上或附近的收缩，通常其压力低于供给线中的压力。
本文所使用的术语“制冷”是指在低于室温的温度下从物体或流体(气体或液体)的撤热。
本文所使用的术语“超低温”是指-50℃与-150℃之间的温度范围。
本文所使用的术语“制冷剂”是指适用于冷却应用的任何传热介质，尤其是流体介质。制冷剂可以是液相的低温流体，如液氩或液氮。
本文所使用的术语“已用过的制冷剂”是指已经吸收了热能的制冷剂。
本文所使用的术语“原油”是指从地表下采收并且保持未处理或者未炼制的油。原油通常含有主要为戊烷和重质烃的混合物，可能会被硫化合物污染，能从引自地下油藏的井采收或可开采，在测量或估算其体积的条件下通常为液体。原油如果其密度为900kg/m3或更高则称为“重质原油”，如果其密度低于900kg/m3则称为“轻质原油”或“常规原油”。
本文所使用的术语“浮油(skim oil)”是指水被处理之前从水中回收的产出油。浮油包括产出水上携带和在贮水槽中积累的油，在贮水槽中将其从水中撇出进行回收，任选地经处理，然后出售。
本文所使用的术语“桥接流体”是指流体材料如液体，当其与冷冻剂接触时或者暴露于低温的温度，如低于其凝固点温度时可以转变成固体的流体。示范性的桥接流体包括水、水蒸汽、甲醇、乙醇、异丙醇或它们的混合物。
本文所使用的术语“表面活性试剂(surface active agent)”是指加入到液体中时能在表面改变所述液体性能的化学品，尤其是有机化学品。液体可以为任何流体。
本文所使用的术语“表面活性剂(surfactant)”是指能在空气/水、油/水和/或油/水介面吸收的表面活性分子，可大大降低其表面能。术语“去污剂”经常与术语“表面活性剂”交替使用。表面活性剂通常根据表面活性基团的电荷分类，可分类为阳离子、阴离子、非离子、和两性的表面活性剂。
表面活性剂可以为两亲的，两亲是在于其兼具亲水性(亲水、憎油、疏油)的和疏水性(憎水、亲脂、亲油)的基团。分子的疏水部分为非极性的，可以含脂族或芳族烃残基或它们的组合。表面活性剂的亲水部分可以包括能与水、羟基、羧基和离子基团强烈相互作用的极性基团。由于其双重特性，表面活性试剂能在溶液中形成独特的表面活化结构(例如，胶束、混合胶束、和囊)，易于减少或消除其憎水基团和水相环境的接触。在一些事例中，表面活性试剂可以基本上提供油脂、油、烃可以溶解或溶液化的憎水的芯。
表面活性试剂例如对烃吸附的取向、形态和密度取决于表面活性剂的性质(例如，阴离子、阳离子、非离子、两性离子)、表面吸附剂的具体表面化学体系、电荷和疏水性/亲水性(接触角)。带电荷的表面活性剂(阴离子、阳离子)单体易于从水溶液吸附到带相反电荷的亲水表面部位上，原因在于带电荷的头基团与表面部位之间的静电引力。
本文所使用的术语“硅酮乳化剂”或“硅氧烷表面活性剂”是指包括至少一个Si原子的表面活性试剂。术语“硅酮乳化剂”包括含聚合物骨架的有机硅氧烷聚合物，所述骨架包括重复的甲硅烷氧基单元，其可以具有环状、线性或支化的重复单元，例如如二甲基甲硅烷氧基的二烷基甲硅烷氧基单元。通常可以通过在聚合物骨架上用能向一部分分子带来亲水性能的基取代，实现有机硅氧烷的亲水部分。可以在聚合有机硅氧烷的一端上或在聚合物的任何一个或多个重复单元上取代亲水基。通常改性聚二甲基硅氧烷的重复的二烷基甲硅烷氧基单元，如二甲基甲硅烷氧基单元由于甲基，其在性质上是亲脂的，其能给分子带来亲油性。此外，更长链的烷基基团、羟基-聚亚丙基氧基基团、或其它类型的亲脂性基团可以取代到甲硅烷氧基骨架上，以进一步带来亲油性和有机相容性。如果分子的亲脂部分全部或部分存在于特定的基团，则该亲脂基可以在聚合物的一端上或者在聚合物的任何一个或多个重复单元上取代。
本文所使用的术语“上游”是指针对流体流动朝向参考点方向的物体位置。例如，布置在热交换单元的流动回路上游的物体位于流体进入到热交换单元的热交换单元一侧。
本文所使用的术语“下游”是指针对流体流动离开参考点方向的物体位置。例如，布置在热交换单元的流动回路下游的物体位于流体离开热交换单元的热交换单元一侧。
B.热能传递系统(冷却系统)
目前公开的方法和系统提供了使用热传递装置快速撤除热能的能力，从而冷却和/或凝固导热金属管道和其所含的流体，所述热传递装置如含液体制冷剂的热交换单元、热电模块、珀耳帖装置、或磁热传递装置，其能在很宽的冷却速率范围内提供管道的快速冷却，并且在有规定的时候将管道温度保持在任何的规定温度。热能传递系统1(冷却系统)的示范实施方案在图1显示。所述冷却系统包括与管道2热交流的热传递装置9，热传递装置9和管道2通过隔热装置夹套30与外部环境热隔离。系统包括布置在管道2上的一个或多个加热元件5，和在热传递装置9上或内以及在管道2上的一个或多个热监测装置15。热能传递系统1与计算机模块55通讯。管道相对于地面可以是任何方向取向。例如，管道可以垂直于地面，如产油井的常见取向方向。例如，管道也可以平行于地面，如地面上输送管线的常见方向。管道也可以相对于表面以任何角度取向，认为平坦的地面是零度倾斜的水平面。例如，管道可以与水平面在1°至89°之间取向，如与水平面呈10°,15°,20°,25°,30°,35°,40°,45°,50°,55°,60°,65°,70°,75°,80°或85°。
本发明提供了用于从管道撤出热能的冷却器或凝固系统，以便凝固至少一部分其中的流体内容物，其中系统包括与管道密切热接触的热交换单元、液体制冷剂源、与液体制冷剂源耦合并用于向热交换单元提供液体制冷剂的均匀流的吸入回路、从热交换单元撤出液体制冷剂的排出回路、以及任选存在的控制系统。凝固或冷却系统的排出回路用于在离开管道一定距离处排出液体制冷剂，控制系统响应所要求的热交换单元冷却速率和冷却室内的测量温度，用于调节吸入回路中的冷冻剂源和排出回路中的任何冷冻剂气体的流速，从而调节向冷却室传送的冷的冷冻剂(液体或气体)的温度。以此方式，温度得到调节的低温流体(冷的液体或气体)的均匀的单向层流被传送到热交换单元，从管道和/或其内容物中均匀地撤出热能。
在一个构造中，用于从本发明所提供的导热金属管道受控地撤热的系统包括，用于匹配管道表面的热传递装置，其具有足够的热紧密性(thermal intimacy)，使热能可以在管道与热交换单元之间传递，以及用于将热传递装置和管道的作用区域与环境热隔离的手段。系统包括热监测装置，所述热监测装置可以装配至管道的一个或多个点来监测热梯度，并且可以包括在热传递装置与管道之间的界面中，监测界面的温度。系统可以包括控制或与热传递装置和热监测装置通讯的计算机。冷却系统设计成能用于管道与热传递装置之间的受控温度交换，以使热梯度和/或热交换的速度得到控制，以最小化或消除管道上的热应力。热应力是制造管道的材料的温度变化和弹性模量变化所产生的全部热收缩的产物。因为零度以下温度的液体制冷剂所引起的温度梯度随着管道厚度的增加而增加，更厚的管道比薄但强度高的材料所制造的管道表现出更高的对热应力故障的敏感度。如以下所述，冷却系统可以包括，并且在示范实施方案中的确包括，其它的部件。
1.热传递装置
在本发明所提供的装置和系统的一些实施方案中，热传递装置包括适应匹配管道表面的热交换单元，其中有足够的热紧密度，使热能可以在管道与热交换单元之间传递。在一些实施方案中，热传递装置包括导热制冷剂和制冷剂供应模块，其中制冷剂供应单元和热交换单元流体连通。在一些实施方案中，热传递装置是电的。在一些实施方案中，热传递装置是磁的。
a.含液体的热交换单元
在一些实施方案中，防热冷却系统包括开环(open-loop)系统中的制冷剂液体，而在其它实施方案中则包括闭环(closed-loop)系统中的制冷剂液体。包括含液体热交换单元的示范性冷却系统在图2中显示。本说明书所述的系统和装置包括一个或多个热交换模块，每个都有不导热的表面和导热部分，其中导热表面适应与管道密切热交流。示范性热交换单元10的俯视图在图3中显示。所述装置也包括制冷剂液体。在一些实施方案中，制冷剂液体是浆液，其包括溶剂和液化气或固体气，如干冰(固体CO2)。在一些实施方案中，制冷剂液体包括液化气体，如氮、氦、氩、氖、氙、二氧化碳或它们的组合。在一些实施方案中，装置还包括压缩机和/或蒸发器。在一些实施方案中，装置包括用于循环和/或输送制冷剂液体的一个或多个泵。装置包括用于热交换模块与制冷剂供应模块流体连接的配管和/或压缩机和/或泵，以使制冷剂液体能流动，并且可以包括控制制冷剂液体流动的一个或多个流量控制计量阀。在一些实施方案中，含计算机处理器的计算机可控制系统的一个或多个流量控制计量阀和/或泵的操作。
在一些实施方案中，热传递装置包括热交换单元。热交换单元为本领域熟知(例如，参见美国专利US7,441,412;7,407,600;7,378,065;7,272,951;7,263,852;7,069,981;7,0287,68;7,013,668;6,185,953;5,787,722和5,582,239)。在一些实施方案中，热传递装置包括含导热制冷剂的热交换单元和制冷剂供应模块，其中制冷剂供应单元和热交换单元流体交流。
i.泵
热传递装置可以包括用于从制冷剂供应单元向热交换单元转移制冷剂的泵模块。在一些实施方案中，热传递装置构造成包括制冷剂供应模块与热交换单元吸入口之间的泵。热传递装置还可以构造成包括热交换单元的输出口与系统的出口或排出管之间的泵模块。系统还可以构造成包括为制冷剂供应模块中给制冷剂增压的泵模块，从而泵送制冷剂通过系统。系统还可以构造成包括泵模块的组合，如在热交换单元与制冷剂供应单元之间以及热交换单元与排出管之间的。
ii.热交换单元
包括液体制冷剂的装置和系统可以包括热交换单元10。热交换单元10可以包括与管道外表面密切热接触的导热表面11，和覆盖不与管道热接触的导热表面11的所有暴露表面的不导热部分20。不导热部分20可以构建为由其构成或含有能将导热部分11与环境热隔离的绝热材料。图4A、4B、5A和5B显示了示范性热交换单元10剖开的俯视图。
热交换单元可以是围绕或包裹管道的单个连续装置(如图3中所示)，或者可以包括2、3、4或多个互连的分段，如弧，当所述分段组装和互联时，可基本上或完全环绕或包裹管道的外径(如图4A、4B、5A和5B中所示)。当管道是圆形形状的管子时，热交换单元可以是完全圆形的单个装置，两个相互连接的半圆形分段，或者包括连接或互联时能围绕管子的若干弧形分段。
热交换单元的一个实例在图3中显示。如图中所示，热交换单元10包括装配至管道2或与管道2热交流的导热体表面11，以使其表面11与管道热交流(能与管道交换热能)。所述单元包括用于接收液体制冷剂到热交换单元的输入口12、和用于从热交换单元排出液体制冷剂的输出口13。导热体表面11可以由本领域技术人员所知的任何导热材料制成。这类材料的实例包括铜、黄铜、铍、镉、钴、铬镍钢、金、银、铱、铁、铅、镁、钼、镍、铂、锡、锌、碳钢、不锈钢以及它们的任何组合或合金。在一些实施方案中，导热材料可以由单个金属传导体或多个金属传导体形成。在一些实施方案中，固体导热体可以包括基本上纯的铜、铜合金、基本上纯的铝、铝合金、基本上纯的银、银合金、基本上纯的金、和金合金以及其混合物。
导热体表面11可以包括制冷剂液体流动通过的通道C。示范性实施方案在图6中显示。通道C连接输入口12到输出口13。吸输入口12从制冷剂供应模块或者从输出口13或热交换单元的另一个分段接收制冷剂液体。输出口13从热交换单元或其分段排出已经在通道C中流过了交换单元的制冷剂液体。可以包括两个或更多个输入口12，和两个或更多个输出口13。
在一些实施方案中，热交换单元的一个单元的输出口13可以构造成直接连接到热交换单元的另一个分段的输入口12，例如如图5A、5B和7所示。在一些实施方案中，热交换单元的一个分段的输出口13可以构造成通过配管或管件连接到热交换单元的另一个分段的输入口12，如图8所示的通过连接器14，其可以包括配管或管件。在一些实施方案中，可以在每个输入口12和输出口13上包括快速连接的接头，使热交换单元的分段或一个或多个热交换单元能快速装配或替换。快速连接的机制在本领域中为大家所熟知(例如，参见美国专利US4,597,699)。在一些实施方案中，输入口12和输出口13可以包括防止环境因素(element)进入热交换单元分段的阀。例如，输入口12和输出口13的阀可以设计成能在管道周围安装所述单元时，防止空气或水进入热交换单元的分段。
在一些实施方案中，热交换单元10内的管道可以配备一个或多个导热翅片(图13中26)。导热翅片26可以布置在靠近管道2或与管道2热接触的任何位置，以增加热交换单元的导热面积，从而使管道及其内容物的热能能更快传递到制冷剂。导热翅片26可以轴向或纵向布置。在一些实施方案中，导热翅片26与管道2热交流，并促进热交换单元10内的能量从管道2向制冷剂传递。在一些实施方案中，导热翅片26有切口或穿孔或者两者，以防止俘获气泡或形成死区。
在一些实施方案中，导热翅片26可以在管道2的周围纵向构造。导热翅片26的长度可以变化，并且可以包括在热交换单元10内扩展空间长度的翅片，从而产生一个或多个通道。一个或多个这样形成的通道可以用作制冷剂或冷冻剂通过热交换单元10的独立回路。在一些实施方案中，多个这类通道是这样形成的，这些通道可以相邻，或围绕内管或管道的半径交错排列。导热翅片26所形成的这样构造的多个通道可以用作制冷剂或冷冻剂通过热交换单元10的独立回路，因此可以对热交换单元10内的凝固和/或温热和/或再凝固过程有更好的控制。
在一些实施方案中，导热翅片26可以在管道2的周围径向构造。导热翅片26的长度可以变化，并且可以包括在热交换单元10内扩展空间长度的翅片，从而产生一个或多个通道。一个或多个这样形成的通道可以用作制冷剂或冷冻剂通过热交换单元10的独立回路。在一些实施方案中，多个这类通道是这样形成的，这些通道可以相邻，或沿着内管或管道的长度交错排列。导热翅片26所形成的这样构造的多个通道可以用作制冷剂或冷冻剂通过热交换单元10的独立回路，因此可以对热交换单元10内的凝固和/或加热和/或再凝固过程有更好的控制。
在一些实施方案中，热交换单元包括导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒。例如，热交换单元内壁与管道之间的空间可以包括或填充导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒。导热锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒可以减少Leidenfrost效应，尤其是在低温冷却液中，如液氩、氮、氦、氧或压缩气体中。Leidenfrost效应是在与温度比液体沸点明显更高的物质接触或非常紧密接触时在液体中观察到的现象。当液体与温度比液体沸点明显更高的物质紧密接近时，液体会沸腾并产生使液体避免快速沸腾的隔离性蒸气层。包括导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒可减少或消除Leidenfrost效应。
在包括导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒的热交换单元的实施方案中，可以使用本领域中已知的阻挡装置将导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒保留在热交换单元内。例如，其包括网目尺寸小于锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒的筛网，通过阻止锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒流筛网，可将导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒保留在单元内。所述筛网可以用结构完整性强度足以经受热交换单元工作温度和压力下变形的任何材料制成。例如，可以使用不锈钢筛目的一个或多个层将锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒保留在热交换单元内，防止它们被冷冻剂或制冷剂带出所述单元。
热交换单元可以是任何直径或长度。可以根据热交换单元要装配到并从中撤出热能的管道的尺寸或流过管道的流体流速或它们的组合，判断选择热交换单元的直径和长度。例如，在许多井应用中遇到的配管和管件的外径的变化可以从1英寸至500英寸或更大。在一些应用中单个竖管(riser)或流管(flow tubular)的长度的变化可以为约5英尺至约100英尺或更大，并且许多竖管或流管可以互联，产生可以跨越成千上万英尺或英里的管线。典型的热交换单元可以是竖管或流管任何比例的长度，其包括10%,15%,20%,25%,30%,35%,40%,45%,50%,55%,60%,65%,70%,75%,80%,85%,90%,95%或99%。在一些实施方案中，热交换单元的长度为2英尺、3英尺、4英尺、5英尺、6英尺、7英尺、8英尺、9英尺、10英尺、11英尺、12英尺、13英尺、14英尺、15英尺、16英尺、17英尺、18英尺、19英尺、20英尺、21英尺、22英尺、23英尺、24英尺、25英尺、26英尺、27英尺、28英尺、29英尺、30英尺、31英尺、32英尺、33英尺、34英尺、35英尺、36英尺、37英尺、38英尺、39英尺、40英尺、41英尺、42英尺、43英尺、44英尺、45英尺、46英尺、47英尺、48英尺、49英尺、50英尺、55英尺、60英尺、65英尺、70英尺、75英尺、80英尺、85英尺、90英尺、95英尺、100英尺、200英尺、300英尺、400英尺、500英尺、600英尺、700英尺、800英尺、900英尺、1000英尺、2000英尺、3000英尺、4000英尺、5000英尺，或2英尺至5000英尺之间的长度。
热交换单元的内部尺寸通常为与其装配到且热交流的管道大约相同的尺寸。在一些实施方案中，热交换单元的内部尺寸与管道的相同，因为管道形成了热交换单元的内部尺寸。在一些实施方案中，热交换单元包括内管和外管，内管是连接到其它管道或管时携带、运输或输送流体的管道；外管的直径或尺寸比内管大，这样内管和外管之间可形成间隙或通道。热交换单元的外管尺寸应选择能提供可以填充导热材料的通道，所述导热材料以纤维、丝线、锉屑、车屑、飞边(spur)、削屑、团粒、球粒(shot)、微珠粒、珠粒或碎片提供，当循环通过热交换单元时，制冷剂或冷冻剂通过所述通道。
可以选择导热材料的纤维、丝线、锉屑、车屑、飞边、削屑、团粒、球粒、微珠粒、珠粒或碎片的颗粒大小和分布，以调节制冷剂或冷冻剂可以通过的通道中空隙区的填充体积或量、大小和分布。颗粒装填是以大小、形状和粒径分布为根据的材料特征。均匀的粒径分布可以在保持颗粒之间密切接触的同时，产生空隙区的均匀或大致均匀的分布。具有一定粒径分布的材料可以选择含有一些颗粒，其尺寸可以填充共混物中最大粒径成分所产生那些空隙的一部分，以减少所述颗粒在热交换装置中形成的空隙的数量、大小或分布，从而可以选择通过所述装置的不同的流动特性。使用多峰分布的材料的混合物来制造材料共混物的数学模型有现成的可用。所述颗粒可以使用本领域已知的任何方法装填到热交换单元中，其包括例如将颗粒倾倒到所述单元中，或均匀地分布所述颗粒，如通过使用颗粒装载器，如美国专利US5,324,159中所说明的。
热交换单元的内部尺寸可以在1英寸与500英寸之间或更大。在一些实施方案中，热交换单元包括与装配热交换单元的管道热接触的导热表面11。导热表面11的内部尺寸应能使其与要撤出热能的管道热交流。因此，本领域技术人员可以根据待连接热交换单元的管道的外尺寸选择合适的导热表面11的内部尺寸。例如，在管外径约3英寸的管道的实施方案中，选择导热表面的直径使其能舒适地适合管道的外表面，并与管道热交流，比如内径为约3英寸。
热交换单元的外径可以是能在热交换单元的内表面与外表面之间产生通道的任何尺寸。例如，可以选择热交换单元的外径，使在热交换单元的内表面与外表面之间形成的所得通道的宽度为约0.05英寸与500英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约0.1英寸与约100英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约0.2英寸与约50英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约0.4英寸与约40英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约0.5英寸与约30英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约0.6英寸与约25英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约0.1英寸与约10英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约0.8英寸与约8英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约0.5英寸与约5英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约1英寸与约4英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内通道宽度为约0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,2.6,2.7,2.8,2.9,3.0,3.1,3.2,3.3,3.4,3.5,3.6,3.7,3.8,3.9,4.0,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5,4.6,4.7,4.8,4.9,5.0,5.1,5.2,5.3,5.4,5.5,5.6,5.7,5.8,5.9,6.0,6.1,6.2,6.3,6.4,6.5,6.6,6.7,6.8,6.9,7.0,7.1,7.2,7.3,7.4,7.5,7.6,7.7,7.8,7.9,8.0,8.1,8.2,8.3,8.4,8.5,8.6,8.7,8.8,8.9,9.0,9.1,9.2,9.3,9.4,9.5,9.6,9.7,9.8,9.9,10.0,10.5,11,11.5,12,12.5,13,13.5,14,14.5,15,15.5,16,16.6,17,17.5,18,18.5,19,19.5,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,86,87,88,89,90,91,92,93,94,95,96,97,98,99,100,110,120,130,140,150,160,170,180,190,200,210,220,230,240,250,260,270,280,290,300,310,320,330,340,350,360,370,380,390,400,410,420,430,440,450,460,470,480,490或500英寸。
在一些实施方案中，选择热交换单元的外尺寸，使热交换单元内表面与外表面之间形成的通道的宽度为热交换单元内径的约10%与约500%之间。例如，在管道为管子并且装配到管子上的热交换单元的内径为5英寸的实施方案中，热交换单元的外尺寸可以为约5.5英寸与约25英寸之间，产生宽度为约0.5与20英寸之间的通道。
在一些实施方案中，选择热交换单元的外尺寸，使热交换单元内表面与外表面之间形成的通道的宽度为热交换单元内径的约10%与约300%之间。例如，在管道为管子并且装配到管子上的热交换单元的内径为5英寸的实施方案中，热交换单元的外尺寸可以为约5.5英寸与约15英寸之间，产生宽度为约0.5与10英寸之间的通道。
在一些实施方案中，选择热交换单元的外尺寸，使热交换单元内表面与外表面之间形成的通道的宽度为热交换单元内径的约10%与约150%之间。例如，在管道为管子并且装配到管子上的热交换单元的内径为5英寸的实施方案中，热交换单元的外尺寸可以为约5.5英寸与约12.5英寸之间，产生宽度为约0.5与7.5英寸之间的通道。如进一步举例，在管道为管子并且装配到管子上的热交换单元的内径为10英寸的实施方案中，热交换单元的外尺寸可以为约11英寸与约25英寸之间，产生宽度为约1与15英寸之间的通道。在一些实施方案中，选择热交换单元的外尺寸，使热交换单元内表面与外表面之间形成的通道的宽度为热交换单元内径的约25%与约100%之间。
热交换单元可以包括一个或多个热监测装置15，所述热监测装置可以装配到沿着管道的点上(参见图2)，以便监测管道中引起的热梯度。热交换单元还可以包括位于吸入口和输出口、或者贯穿制冷剂在通道14中流动通过热交换装置的路径上的热监测装置15，用于确定制冷剂液体当其流动通过热交换单元时的温度。除了冷却管道以形成热塞子，例如冰或油的固体块，热交换单元还可在管道修复后用来有控制地将管道加温到环境温度，以便融化塞子并恢复流动，同时将对管道的热应力降至最小。可使温度高于制冷剂的导热液体流动通过热交换单元以实现加温。在一些实施方案中，热交换单元可以包括加热元件16，当所述加热元件接合并且受驱动时，可以提高塞子位置的管道温度，因此融化塞子或者将热塞子从与管道粘合中释放，因此恢复通过管道的流动。
在一些实施方案中，热交换单元包括一个或多个横贯热交换单元部分长度或全部长度的加热通道。加热通道可用来引入流体，例如液化气体，在加热通道附近向管道提供热能，单边或定向地向形成在管道内部的凝固流体塞提供热。在管道中的凝固塞子附近向管道定向施加热能可以定向融化塞子，这样可形成液体流可以通过的通道。可通过加热通道引入的流体可以是液体或气体。通过加热通道的流体的流动可得到调节，热能可以从加热通道中的流体传递给管道和/或凝固的流体塞子，而流体不会变成冷冻。在一些实施方案中，通过加热通道引入的流体受加热。
在一些实施方案中，加热通道可以包括给通道加热的手段，为管道内形成的凝固流体的塞子单向或定向提供热。在管道中的凝固塞子附近向管道定向施加热能可以定向融化塞子，这样可通过塞子形成液体流可以通过的通道。这可防止通过管道发射凝固塞子，并且可以可控地恢复通过管道的流动。加热加热通道的手段可以包括本领域中已知的任何加热单元。例如，一个或多个离散的间隔开的加热单元可以布置在整个通道，如美国专利US4,849,611中所述，从而使热能能定向施加到与其内凝固塞相邻的管道。其它的加热装置还可以布置在通道内，如居里温度加热器，如美国专利US7,461,691所述，或温度限制加热器，如美国专利公开2005-0092483所述，或管道中导体热源，如美国专利公开2004-0020642所述，或电热丝，如美国专利US3,793,716所述，或电阻加热条，如美国专利US4,238,640所述。其它的加热元件可以用来加热加热通道，其包括美国专利US7,066,730;4,238,640;3,971,416;和3,814,574中所述的那些。可以包括在加热通道内的其它示范性加热装置包括正导热系数陶瓷加热器、厚膜陶瓷加热器、电阻丝或电阻带加热装置，如含镍合金的那些，如镍铬合金80/20或铜镍合金(CuNi)或FeCrAl合金，如Kanthal。电阻丝或电阻带加热装置可以封装在陶瓷绝缘粘合剂(如TiO2、MgO、硅藻土或氧化铝粉或它们的组合)中。这类加热装置的商用实施方案有现成的(CalrodTM加热器)，该装置可以构造成符合加热通道的尺寸和形状。
可以将加热通道构造使其能与管道热交流，但是与热交换单元热隔离。例如，可以使用不导热材料，使朝向热交换单元的加热通道部分与此隔离。可以使用本领域技术人员所知的任何不导热材料。不导热材料的实例包括丙烯酸类玻璃、沥青、水泥、粘土、混凝土、陶瓷填充可丽耐、软木、棉绒隔热材料、硅藻土、环氧、玻璃纤维、泡沫玻璃、玻璃珠或珠粒、玻璃棉、石膏、菱镁矿、氧化镁隔热材料、矿物隔热材料、尼龙、珍珠岩、发泡塑料隔热材料、发泡聚苯乙烯、聚氨酯、瓷、PTFE、PVC、派热克斯玻璃、砂子、硅石气凝胶、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、蛭石、乙烯基酯及它们的组合以及固体绝热材料，例如氮化硅(Si3N4)、硅酸钙、低密度高纯氧化硅陶瓷、多孔氧化铝、硼硅玻璃、硅石气凝胶(泡沫玻璃)、陶瓷/玻璃复合材料、纤维耐火复合隔热材料、基于聚脲的气凝胶、石墨、莫来石、玻璃填充硅酮聚合物或它们的组合。
热交换单元可以包括不传热部分20，如图3所示。不导热部分20可以由不导热材料制造或包括不导热材料。在一些实施方案中，不导热材料20包括容纳不导热材料的外壳。可以使用本领域技术人员所知的任何不导热材料。不导热材料的实例包括热传导率比空气低的气体，如丁烷、氪、三氯甲烷、氙、1,1,2-三氯三氟乙烷、1,2-二氯四氟乙烷、四氟乙烷、氩、二氧化碳、二乙醚、异丁烷、戊烷、全氟环丁烷、丙烷、四氟甲烷，或热传导率低的液体，如CFC-11、HCFC-141b、甲醇、乙醇、甘油、乙醚、丙酮、乙二醇，含玻璃的不导热硅酮液，如含玻璃纤维或玻璃珠的，以及丙二醇。其它不导热材料包括丙烯酸类玻璃、沥青、水泥、粘土、混凝土、陶瓷填充可丽耐、软木、棉绒隔热材料、硅藻土、环氧、玻璃纤维、泡沫玻璃、玻璃珠或珠粒、玻璃棉、石膏、菱镁矿、氧化镁隔热材料、矿物隔热材料、尼龙、珍珠岩、发泡塑料隔热材料、发泡聚苯乙烯、聚氨酯、瓷、PTFE、PVC、派热克斯玻璃、砂子、硅石气凝胶、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、蛭石、乙烯基酯及它们的组合。
对于一些应用，如包括深海钻探应用的水下应用，不导热体可以由固体材料或压力下抗变形和/或结构损坏的材料制成。在一些实施方案中，不导热部分20包括固体隔热体或者是固体隔热体。固体绝热材料(不导热体)的实例包括，例如，氮化硅(Si3N4)、硅酸钙、低密度高纯氧化硅陶瓷、多孔氧化铝、硼硅玻璃、硅石气凝胶(泡沫玻璃)、陶瓷/玻璃复合材料、纤维耐火复合隔热材料、基于聚脲的气凝胶、石墨、莫来石、玻璃填充硅酮聚合物或它们的组合。可以使用任何已知的固体隔热体作为不导热部分20或用在其中。
在一些实施方案中，热交换单元可以包括一系列同轴或同心管，如图6所示。最内侧的管A与管道热交流。在一些实施方案中，管A以围绕管道在现场连接在一起的两个或更多个分段提供。可以使用本领域已知的连接两个管道或管的任何方法来连接管的分段，形成连续的管道。例如，分段可以通过焊接、螺栓、螺钉、密封、环氧树脂或它们的任何组合相连。管A可以由导热的材料制成。在一些实施方案中，管A由导热金属制造。可以使用本领域中任何已知的导热金属。导热金属的实例包括铜、黄铜、镉、铬镍钢、金、银、铱、铁、铅、镁、钼、镍、铂、锡、锌、碳钢、不锈钢以及它们的任何组合或合金。在一些实施方案中，管A可以直接装配至管道且相对于管道，以使管A与管道密切热接触。在一些实施方案中，管A的直径比管道的更大，当管A放置入位或当管A的分段连接在一起包围管道时，管道与管A之间产生腔体。管A的分段可以通过本领域中已知的任何方法连接。例如，管A的分段可以通过螺钉、螺栓、环氧树脂或焊接或其它连接方法连接。在管A围绕管道并在管道与管A之间形成空间的实施方案中，管道与管A之间的空间可以填充导热材料。可以使用能从一个表面向另一个传导热能的任何导热材料。导热材料可以为固体或液体。例如，在一些实施方案中，导热材料为固体。固体导热体的金属的实例包括铜、黄铜、铍、镉、钴、铬镍钢、金、银、铱、铁、铅、镁、钼、镍、铂、锡、锌、碳钢、不锈钢以及它们的任何组合或合金。在一些实施方案中，导热材料可以由单个金属传导体或多个金属传导体形成。在一些实施方案中，固体导热体可以包括基本上纯的铜、铜合金、基本上纯的铝、铝合金、基本上纯的银、银合金、基本上纯的金、和金合金以及其混合物。可将固体导热材料分散在液体中生成导热液体。上述任何导热材料可以以纤维、丝线、锉屑、车屑、飞边、削屑、团粒、球粒、微珠粒、珠粒或碎片分散在液体中提供，其密度足以提供可导热的液体。导热液体在本领域中是公知的。导热液体的实例包括，例如，硅油、聚硅氧烷、碳氟化合物、硅酸盐凝胶、聚苯醚、全氟烷基聚醚以及它们的组合。在一些实施方案中，导热液体包括能容纳导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒的硅油或聚硅氧烷。在一些实施方案中，导热液体液体包括能容纳铜的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒的硅油或聚硅氧烷。包括导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒可以减少Leidenfrost效应，尤其是在低温液体中，如液氩、氮、氦、氧或压缩气体。Leidenfrost效应是在与温度比液体沸点明显更高的物质接触或非常紧密接触时在液体中观察到的现象。当液体与温度比液体沸点明显更高的物质紧密接近时，液体会沸腾并产生使液体避免快速沸腾的隔热蒸气层。包括导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒可减少或消除Leidenfrost效应。
在一些实施方案中，热交换单元可以含有或填充导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒，并且制冷剂或冷冻剂渗透通过导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒，从而流动通过热交换单元。热量可以从锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒撤除，并且传递给冷冻剂或制冷剂，被吸收的热可以传递出热交换单元。
在一些实施方案中，热交换单元包括装配至管道或流体管(fluidtubular)的导热翅片。在一些实施方案中，导热翅片可以有切口或穿孔或者两者，以最小化或防止俘获气泡或气体/气泡积聚，以及形成液体不能与翅片流体连通的死区。热传导翅片可以布置在靠近管道或与管道热接触的任何位置，以增加热交换单元的导热面积，从而使管道及其内容物的热能能更快速地传递给热交换单元，其包括冷冻剂或制冷剂和/或热交换单元内冷却的导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒。在一些实施方案中，导热翅片与管道热交流，并促进能量从管道向热交换单元内的冷冻剂或制冷剂及冷却的导热金属锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒的传递。热交换单元内导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒可增加表面积，并可以引导流体流动或引起湍流，这可以增加热传递效率。
导热翅片可以围绕管道或热交换单元内的流管纵向或轴向构造。导热翅片的长度可以为任何长度，可以为均匀或变化的，并且可以包括扩展热交换单元内空间长度的翅片，从而产生一个或多个通道。一个或多个这样形成的通道可以用作制冷剂或冷冻剂通过热交换单元的独立回路。在一些实施方案中，多个这类通道是这样形成的，这些通道可以围绕内管或管道的半径相邻或交错排列。导热翅片所形成的这样构造的多个通道可以用作制冷剂或冷冻剂通过热交换单元的独立回路，因此可以对热交换单元内的凝固和/或加热和/或再凝固过程有更好的控制。
热交换单元内导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒单独地、或与布置在靠近管道或与管道热接触的任何位置的导热翅片组合，与通过热交换单元或通过热交换单元再生并再循环的冷冻剂或制冷剂一起，产生热交换单元内的散热器。由于热交换单元内冷却的导热金属锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒的热容量，以及能实现散热器内热能从管道及其中流体快速交换(热传递)的大的接触表面积，能以足以凝固流管或管道内流动流体的速度，快速地吸收热能并从流管(管道)以及其中所含的液体撤出热能。因此，不要求以流体零流量在管中形成可逆的流体凝固塞子。所述热交换单元高效且有效，能从管道内的流动流体快速撤出热能，由此可形成塞子，中止流体的流动。
在一些实施方案中，热交换单元可以原位制造。例如，对于为管的管道，可以选择两个比管道直径更大的管形成热交换单元。再次参考图6，在管A周围装配管B。管B可以为置于管A上的无缝管(solid pipe)，或可以为结合且相连的分段，如通过螺栓、螺钉、焊接或其它的连接手段。管B比管A直径更大，因此在管A与管B之间形成通道C。制冷剂液体或冷冻剂正是通过通道C流动。随着制冷剂液体流动通过通道C，它与管A交换热能，所述管A直接地或通过如上所述导热体与管道热接触。在一些实施方案中，折流板7装配在管A与管B之间，并且从管的一端连续延伸到另一端。在含折流板7的实施方案中，来自输入口12的制冷剂液体在通过输出口13离开通道C之前，在通道C中被强制围绕所述管完全流动。热交换单元中可以包括多个折流板7。所述折流板可以在热交换单元中轴向或径向或纵向构造，以调节和/或引导制冷剂或冷冻剂流动通过热交换单元。
围绕管B装配管D。管B可以为置于管A上的无缝管，或者可以为结合且相连的分段，如通过螺栓、螺钉、焊接或其它的连接方法。管D比管B直径更大，因此在管B与管D之间形成间隙G。顶板3A和3B与底板4A和4B装配到管A、B和D的每一个上，密封管之间的空间。间隙G填充不导热材料。可以使用不传导热能的任何材料或热能不良导体填充间隙G。间隙G中的不导热材料可以最小化或防止管B和管D之间的热传递。任选地，管D的外部也可以涂敷不导热材料，所述外部与环境形成介面，如与环境空气或水。不导热材料在本领域中为公知。不导热材料的实例包括热传导率比空气低的气体，如丁烷、氪、三氯甲烷、氙、1,1,2-三氯三氟乙烷、1,2-二氯四氟乙烷、四氟乙烷、氩、二氧化碳、二乙醚、异丁烷、戊烷、全氟环丁烷、丙烷和四氟甲烷，或热传导率低的液体，如CFC-11、HCFC-141b、甲醇、乙醇、甘油、乙醚、丙酮、乙二醇，含玻璃的不导热硅酮液，如含玻璃纤维或玻璃珠的，以及丙二醇。其它的不导热材料包括丙烯酸类玻璃、沥青、水泥、粘土、混凝土、陶瓷填充可丽耐、软木、棉绒隔热材料、硅藻土、环氧、玻璃纤维、泡沫玻璃、玻璃珠或珠粒、玻璃棉、石膏、菱镁矿、氧化镁隔热材料、矿物隔热材料、尼龙、珍珠岩、发泡塑料隔热材料、发泡聚苯乙烯、聚氨酯、瓷、PTFE、PVC、派热克斯玻璃、砂子、硅石气凝胶、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、蛭石、乙烯基酯及它们的组合。
插入穿过管D和B并且在管B与管D之间的是两个管，每个管都横贯间隙G并穿过管B，这样每个管的末端都在间隙C的每个末端上。其中一个管用作输入口11，用于将制冷剂液体传送到热传递装置，而另一个管用作输出口12，用于排出已经穿越热传递装置的制冷剂液体或冷冻剂。在输入口和/或输出口管中可以包括流量计，和/或可以在间隙G中包括流量计，测量通过间隙G、因此通过热传递装置的制冷剂的流量。可以沿着管道、管A和/或管B包括一个或多个热监测装置15，检测并测量热梯度。
在一些实施方案中，管D可以在远端包括可拆卸法兰F。在一些实施方案中，当法兰F与管D齿合时，可将其调整到能稳固安装至管D。在一些实施方案中，法兰F制造成能固定至管D，以密封管D。在一些实施方案中，法兰位于连接到管D远端的铰链上。热交换单元装配至管道周围、且已经受驱动并在管道内产生塞子后，在管D远端的法兰可以布置成关闭管D，从而密封管道。图6所描述的热交换单元或其变例可用于堵塞断裂的管道，以便能修复管道，并在管道修复完成之后留在原地。可以留下热交换单元，用作断裂管道的加固件。
在一些实施方案中，热交换单元可以包括作为热交换单元内壁的第一管道或流管。更大的第二管道包裹所述管道，第二管道即尺寸大于所述管道的管道，在形成热交换单元的内壁的管道与更大的第二管道之间形成空间。更大的第二管道的远端封装至第一管道或流管，形成密封的外壳(enclosure)。例如，可以制造合适材料的圆盘，例如由与用于制造第一和第二管道相同的材料，其中圆盘包括大小足以容纳第一管道或流管的圆形开孔。第一圆盘螺纹安装在第一管道上，并且圆盘内部的圆形开孔装配到第一管道或流管上，例如通过焊接或任何合适的装配方法。第一圆盘的外缘然后装配到第二管上，例如通过焊接或任何合适的方法。在第二管道的另一远端重复所述方法，产生一端由第一圆盘而另一端由第二圆盘限定(bounded)的密封腔体，在第一管道或流管与第二管道之间形成腔体。
在一些实施方案中，热交换单元可以含有或填充导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒，制冷剂或冷冻剂渗透通过导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒，流动通过热交换单元。热量从锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒撤出并传递到冷冻剂或制冷剂，被吸收的热量可以从热交换单元中传递出。
在一些实施方案中，热交换单元包括装配至管道或流体管的导热翅片。热传导翅片可以布置在靠近管道或与管道热接触的任何位置，以增加热交换单元的导热面积，从而使管道及其内容物的热能能更快速地传递给热交换单元，其包括冷冻剂或制冷剂和/或热交换单元内冷却的导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒。在一些实施方案中，导热翅片与管道热交流，并促进能量从管道向热交换单元内的冷冻剂或制冷剂及冷却的导热金属锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒传递。热交换单元内导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒可增加表面积，并且可以引导流体流动或引起湍流，这可以增加热传递效率。
热交换单元内导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒单独地或与布置在靠近管道或与管道热接触的任何位置的导热翅片组合，与通过热交换单元或通过热交换单元再生并再循环的冷冻剂或制冷剂一起，产生热交换单元内的散热器。由于热交换单元内冷却的导热金属锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒的热容量，以及能实现散热器内热能从管道及其中流体快速交换(热传递)的大的接触表面积，能以足以凝固流管或管道内流动流体的速度快速地吸收热能，并从流管(管道)以及其中所含的液体撤出热能。
iii.制冷剂供应模块
在包括含液体热交换单元的实施方案中，如图2所示，系统可以包括制冷剂供应模块50，以向热交换单元10提供制冷剂。制冷剂供应模块50可以包括与环境接触的不导热表面，将制冷剂供应模块50与环境热隔离。该隔热手段可防止制冷剂从环境吸收热能。在制冷剂供应模块50布置在水下的应用中，所述隔热手段可防止在制冷剂供应模块50上形成冰晶。制冷剂供应模块50可以由适合于其所布置环境的材料建造。例如，在系统在水下使用的实施方案中，尤其是在深海钻探应用中，制冷剂供应模块50可以由足以经受深度压力的材料建造，其包括水下7000英尺深度的水所施加的压力。海底建筑领域技术人员熟悉建设能够包含制冷剂且经受得起所在深度环境水压的模块所要求的机械原理。例如，模块50可以由钢筋(reinforced steel)或复合材料建造，并且经过增强，能经受环境水压。
制冷剂供应模块50，或直接通过管或通过配管，向热交换单元10提供液体制冷剂或冷冻剂，或者模块50可以连接到连接至热交换单元10的泵40。制冷剂供应模块50可以包括用于监测制冷剂液体或冷冻剂温度的热监测装置15。制冷剂供应模块50还可以包括用于测定来自所述模块的制冷剂液体流量的流速计。制冷剂还可以包括制冷剂液位计，用于监测模块中的制冷剂或冷冻剂的量。
在一些实施方案中，制冷剂供应模块50含有多个单独的分隔开的隔室，所述隔室含不同的冷冻剂和溶剂，并且包括混合装置，例如在线混合器，其可适于一种或多种冷冻剂与一种或多种溶剂混合，产生温度得到调节的具有所要求温度的液体制冷剂。例如，在一些实施方案中，制冷剂供应模块50包括液氮的密闭容器，液态或固态二氧化碳的密闭容器；以及一种或多种溶剂的一个或多个密闭容器，例如甲醇、乙醇、或丙酮或本发明所述的任何溶剂。容器可以通过配管装配，提供容器之间及之中的流体连通通道，终端是用于容纳通过混合所选冷冻剂和溶剂组分而制备的液体制冷剂的容器或储槽。在一些实施方案中，制冷剂供应模块50还可以含有一个或多个储槽以及在储槽与混合装置之间提供流体连通的管线，所述储槽用于容纳具有不同要求温度的不同制备的液体制冷剂，所述混合装置如在线混合器，可适于混合两种或更多种液体制冷剂，产生温度得到调节液体制冷剂。混合装置包括在线混合器，在本领域中其是大家所熟知的(例如，参见美国专利US5,738,772;5,076,930;4,729,664和4,533,123)。
iv.制冷剂
制冷剂供应模块50含有制冷剂，并且将制冷剂传送给系统1的热交换单元10。用于热交换单元的制冷剂在本领域中是公知的。制冷剂可以包括能在使用条件下传递热能的任何液体。示范性的液态制冷剂液体可以包括液态或固态二氧化碳、液氨、液化氯氟烃；液化的气体，如液氮、液氧、液氖、液氩、液态氧化亚氮、氢氟乙烷、五氟丙烷、三氯一氟甲烷、二氯二氟甲烷或它们的组合。在高压应用中，如在深海钻探应用的深度，制冷剂可以处于足以在热交换单元中热传递的温度。在一些实施方案中，制冷剂液体温度低于-20℃。在一些实施方案中，液体制冷剂温度低于-40℃。在一些实施方案中，该液体制冷剂温度低于-80℃。在一些实施方案中，液体制冷剂温度低于-100℃。通常，由于管道被低温流体或冷冻剂在低于-150°C的温度快速冷却时可能引起热应力，温度低于-150°C的低温流体或冷冻剂不单独作为液体制冷剂使用。在本发明所提供的热交换器中，热交换单元可以由耐热应力的材料建造，所述热应力由于管道被低温流体或冷冻剂在低于-150°C的温度快速冷却所引起。在一些实施方案中，低温流体为液氩或液氮或其共混物。溶剂与冷冻剂的共混物，如与液氮或液氦或液氩或液氖，或与其它的液化或固化气体如二氧化碳的共混物，可以提供温度介于-20°C与-160°C之间的液体制冷剂。这些液体制冷剂的实例包括液氮与溶剂的共混物，如与四氯化碳(约-20℃)、间二氯苯(约-25℃)、硝基甲烷(约-30℃)、溴苯(约-30℃)、乙腈(约-40℃)、氯苯(约-45℃)、间二甲苯(约-50℃)、正丁基胺(约-50℃)、正辛烷(约-55℃)、氯仿(约-63℃)、叔丁胺(约-70℃)、三氯乙烯(约-75℃)、乙酸丁酯(约-77℃)、乙酸乙酯(约-84℃)、庚烷(约-90℃)、环戊烷(-93℃)、己烷(约-95℃)、甲醇(约-100℃)、环己烷(约-105℃)、异辛烷(约-105℃)、乙醛(约-125℃)、甲基环己烷(约-125℃)、间戊烷(约-130℃)、1,5-己二烯(约-140℃)、和异戊烷(约-160℃)。
液体制冷剂的其它实例包括干冰与溶剂的共混物，如干冰与以下的共混物：四氯化碳(约-25°C)、3-庚酮(约-40°C)、乙腈(acetone nitrile)(约-40°C)、环己酮(约-45°C)、二乙基卡必醇(约-50°C)、氯仿(约-60°C)、卡必醇乙酸酯(约-65°C)、乙醇(约-70°C)、丙酮(-78°C)、异丙醇(-78°C)、甲乙酮(约-85°C)、和二乙醚(约-100°C)。在一些实施方案中，制冷剂为溶剂与液氮或与干冰的共混物。尤其是可考虑干冰与溶剂的共混物，如与甲醇、乙醇、丙醇、丙酮或其共混物的共混物。在一些实施方案中，可以使用液化的气体，如液氮、液氦、液氩或其共混物。
v.配管或管件
制冷剂供应模块50和热交换单元10和排出放空管(discharge vent)35，以及任选存在的泵40和阀19流体连通，并可以通过配管或管件连接。配管或管件可以由适用于系统所布置环境的材料和结构建造。例如，对于深海钻探应用，配管或管件的工程设计可以抵抗深海钻探深度时存在的高水压，其包括水下约7000英尺的深度。本领域技术人员可以选择这类应用的管线或配管的合适材料和厚度或设计。管线或配管可以包括径向或侧向的加固，以经受深海钻探深度时存在的高压压力下的坍塌。所述管线或配管的厚度可以制造成能使管线或配管抵抗深海钻探深度时的水压力引起的变形或挤压。配管可以针对环境压力建造，并进行隔离，以最小化周围环境的热污染。配管可以使用本领域技术人员所知的任何方法与环境隔热。在一些实施方案中，配管或管件可以包围或封装在不导热材料中。在一些实施方案中，配管或管件封装在隔热手段中。隔热手段可以包括由不导热材料制造或含有不导热材料的夹套。热传导率低的材料的实例包括沥青、水泥、粘土、混凝土、陶瓷填充可丽耐、软木、棉绒隔热材料、硅藻土、环氧、玻璃纤维、泡沫玻璃、玻璃珠或珠粒、玻璃棉、石膏、菱镁矿、氧化镁隔热材料、矿物隔热材料、尼龙、珍珠岩、发泡塑料隔热材料、发泡聚苯乙烯、聚氨酯、瓷、PTFE、PVC、派热克斯玻璃、砂子、硅石气凝胶、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、蛭石、乙烯基酯，热传导率比空气低的不导热气体，如丁烷、氪、三氯甲烷、氙、1,1,2-三氯三氟乙烷、1,2-二氯四氟乙烷、四氟乙烷、氩、二氧化碳、二乙醚、异丁烷、戊烷、全氟环丁烷、丙烷和四氟甲烷，以及热传导率低的液体，如CFC-11、HCFC-141b、甲醇、乙醇、甘油、乙醚、丙酮、乙二醇，含玻璃的不导热硅酮液，如含玻璃纤维或玻璃珠的，和丙二醇，以及它们的组合。
在一些实施方案中，配管或管件可以是同轴的配管，其中内管或管子在外管或管子内，并且内管或管子与外管或管子之间的空间包括不导热材料。可以使用本领域中已知的任何不导热材料。热传导率低的材料的实例包括沥青、水泥、粘土、混凝土、陶瓷填充可丽耐、软木、棉绒隔热材料、硅藻土、环氧、玻璃纤维、泡沫玻璃、玻璃珠或珠粒、玻璃棉、石膏、菱镁矿、氧化镁隔热材料、矿物隔热材料、尼龙、珍珠岩、发泡塑料隔热材料、发泡聚苯乙烯、聚氨酯、瓷、PTFE、PVC、派热克斯玻璃、砂子、硅石气凝胶、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、蛭石、乙烯基酯，热传导率比空气低的不导热气体，如丁烷、氪、三氯甲烷、氙、1,1,2-三氯三氟乙烷、1,2-二氯四氟乙烷、四氟乙烷、氩、二氧化碳、二乙醚、异丁烷、戊烷、全氟环丁烷、丙烷和四氟甲烷，以及热传导率低的液体，如CFC-11、HCFC-141b、甲醇、乙醇、甘油、乙醚、丙酮、乙二醇，含玻璃的不导热硅酮液，如含玻璃纤维或玻璃珠的，和丙二醇，以及它们的组合。
vi.流速监测器
在一些实施方案中，可以在热交换单元10中，或在向热交换单元10传送制冷剂的管或配管或在放空管(vent)35或它们的任何组合中包括流速监测器。流速监测器可以与计算机模块55通讯。来自流速监测器的数据可用于测定通过系统的制冷剂或冷冻剂流量，尤其是通过热交换单元10的流量，并且可以用于或人工或自动地如通过计算机控制，调节通过系统的制冷剂或冷冻剂的流速。流速监测器可以包括在从制冷剂供应模块50到排出放空管(discharge vent tube)35的出口点的整个流体连通路径中，用于确定通过系统的制冷剂的流速。
vii.阀
热传递装置还可以包括阀19，所述阀19可用于调节从制冷剂供应模块50到与管道2热接触的热交换单元10的制冷剂流量。在一些实施方案中，一个或多个阀19可以布置在制冷剂供应模块50与泵模块40之间。在一些实施方案中，一个或多个阀19可以布置在泵模块40与热交换单元10之间。在一些实施方案中，一个或多个阀19可以布置在热交换单元10与排出放空管36之间。阀可以人工控制。在一些实施方案中，阀可以为电磁阀。在一些实施方案中，阀19可以与计算机模块55通讯和/或受计算机模块55控制。在阀19与计算机模块55通讯的实施方案中，计算机模块55可以通过打开或关闭阀19或调节允许制冷剂流过系统的一个或多个阀19的开度，调节通过系统的流量。在一些实施方案中，计算机模块55可以调节通过阀19的流量，自动调节通过系统的流量。在一些实施方案中，计算机模块55可以与系统的流量计通讯。
viii.排出管或出口
在热传递装置包括含液体热交换单元的实施方案中，导热制冷剂可以从输入口12通过单元10流动通过热交换单元10，并且通过单元10的输出口13离开单元10。在一些实施方案中，如当单元10包括互联的热交换单元时，离开第一个热交换单元10的制冷剂的流可以进入下一个互联的热交换单元10的输入口12。一旦制冷剂已经流动通过全部的互联的热交换单元10，制冷剂通过输出口13离开未端或最后的热交换单元10到排出管或放空管35。排出管或放空管35的未端可以与环境热隔离。隔热手段可以包括沿排出管长度的隔热材料层或涂层。隔热手段可以包括夹套30。夹套30可以由不导热材料或热传导率低的材料制造，或者夹套30可以包括含不导热材料或热传导率低的材料的外壳。热传导率低的材料的实例包括沥青、水泥、粘土、混凝土、陶瓷填充可丽耐、软木、棉绒隔热材料、硅藻土、环氧、玻璃纤维、泡沫玻璃、玻璃珠或珠粒、玻璃棉、石膏、菱镁矿、氧化镁隔热材料、矿物隔热材料、尼龙、珍珠岩、发泡塑料隔热材料、发泡聚苯乙烯、聚氨酯、瓷、PTFE、PVC、派热克斯玻璃、砂子、硅石气凝胶、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、蛭石、乙烯基酯，热传导率比空气低的不导热气体，如丁烷、氪、三氯甲烷、氙、1,1,2-三氯三氟乙烷、1,2-二氯四氟乙烷、四氟乙烷、氩、二氧化碳、二乙醚、异丁烷、戊烷、全氟环丁烷、丙烷和四氟甲烷，以及热传导率低的液体，如CFC-11、HCFC-141b、甲醇、乙醇、甘油、乙醚、丙酮、乙二醇，含玻璃的不导热硅酮液，如含玻璃纤维或玻璃珠的，和丙二醇，以及它们的组合。
排出放空管35可以包括一个或多个加热元件5。受驱动时，加热元件5可用来将制冷剂温度至少增加到周围环境的温度。例如，受驱动的加热元件5可以将离开的制冷剂的温度提高到至少等于制冷剂/冷冻剂将排入的水或空气的温度。例如，当装置用于水下钻探应用，包括深海钻探应用时，加热元件5将排出的制冷剂加热到其将要排入的水的温度。通过将要排出的制冷剂至少加热到环境水温，可以避免形成冰晶。
排出放空管35的位置可以离管道2任何距离。在一些实施方案中，排出放空管35的位置可以在远离管道2的一定距离。例如，在一些实施方案中，排出管35可以布置在离管道21～100英尺或更远。在一些实施方案中，排出放空管35可以布置在离管道2至少10英尺。在一些实施方案中，排出放空管35可以布置在离管道2至少20英尺。在一些实施方案中，排出放空管35可以布置在离管道2至少50英尺。在一些实施方案中，排出放空管35可以布置在离管道2至少100英尺。在一些实施方案中，排出放空管35可以布置在离管道2至少200英尺。在一些实施方案中，排出放空管35可以布置在离管道2至少500英尺。
在一些实施方案中，排出放空管35可以装配到热交换模块，撤出从管道吸收的热，并且再生的冷却的制冷剂可以返回到制冷剂供应模块。在一些实施方案中，排出放空管35可以在穿过第二热交换单元之前或者之后装配到蒸发器和/或压缩机，在返回制冷剂供应模块之前再生冷却的制冷剂液体。
ix.加热元件
可以使用本领域已知的任何加热单元作为加热元件5，加热管道或排出管或其间的任何配管或管件。例如，美国专利US4,849,611描述了多个离散的间隔开的加热单元。美国专利US7,461,691描述了居里温度加热器。美国专利公开号2005-0092483描述了温度限制加热器。美国专利公开号2004-0020642描述了管道中导体热源。用于加热管的电热丝已熟知。例如，美国专利US3,793,716描述了包括两个嵌入在正温度系数聚合物材料中的导电线的电热丝。美国专利US4,238,640描述了包括三个沿待加热表面间隔平行排列的扁平电阻元件或导体的管线加热装置。加热器可以与周缘形状和管线长度相当一致地捆扎到管线上。扁平铝带用于传导并且扩散三个扁平导体在管线表面上产生的热。可用于加热管道或排出管或配管或管件的其它加热元件包括美国专利US7,066,730;4,238,640;3,971,416;和3,814,574中所述的那些。
加热元件5可以永久地或可拆卸地固定到系统的管道2或管上。加热元件5固定到系统的管道2或管上后可以进行隔热。在一些实施方案中，系统的管道2或管与通过其的流体通道一起有安装在管道2或管外部的加热器罩。加热器罩沿着管外部形成腔体，用于容纳加热元件5，加热管流动通道中的流体。可以包括预成形的隔热层，围绕管和加热器罩单元延伸，对它们进行隔离。在隔热层的外部还可以提供夹套30，保护隔离层。
x.流量计
一个或多个流量计，如桨轮式流量计可以位于通道C上，测量通过通道C的流体总流量。流量计可以包括涡轮流量计、磁流量计、光学传感器、电磁速度传感器、科里奥利力流量计、热流量计、超声流量计、或本领域中已知的任何其它类型的流量计。本领域中已知的流量计的实例包括美国专利US7,730,777;7,707,898;4,934,196;4,422,338和RE31,450，以及美国专利申请公开2009-0281671,2005-0288873和2004-0244498中的。
应该明白，通过热交换单元10的制冷剂液体流速例如可通过调节一个或多个阀19，通过人工或计算机控制。例如，可以用多种程序之一对计算机模块55进行编程，控制阀19和/或泵模块40。例如，可以对控制器编程，利用比例积分(PI)控制、比例积分微分(PID)控制等，例如，如美国专利US6,962,164有关热质量流量计/控制器详细描述的，其内容通过引用结合在此。在另一个实例中，计算机可以适应使用“无模型”自适应控制算法，驱动一个或多个阀19。该方法包括“基于神经元的”反馈控制算法，所述算法与系统中流动的具体液体无关，并且不要求所述系统的动力学的先验知识。该方法的至少一个实施方案在美国专利US6,684,112中有详细说明，其内容通过引用结合在此。通过探测流动液体中的气泡来测定流速的方法，例如，在美国专利申请公开2009-0281671和2007-0191990中有说明。
b.热电模块或珀耳帖装置
在一些实施方案中，热传递装置9包括珀耳帖装置。珀耳帖装置是一种散热器，该装置携带电荷，能导致其起导电的热传递装置的作用(由于珀耳帖效应)，这类装置在本领域中为公知(例如，参见美国专利US7,218,523)。典型的装置是由两个陶瓷板和一列在其中间的碲化铋(Bi2Te3)小立方体所形成的夹心结构。施加直流电时，热量从装置的一面转移到另一面，在另一面热用散热器撤出。装置冷的面可以作用于管道。如果电流反转，通过向相反的方向转移热量，所述装置可以用作加热器。在使用珀耳帖装置作为热传递装置的实施方案中，一个或一个以上的珀耳帖装置与管道的暴露表面热耦合。在一些实施方案中，热电模块可以与管道热耦合，而在实体上不受管道约束。在这类实施方案中，热电模块可以通过导热介质与管道热耦合。在一些实施方案中，导热介质包括散热器导热脂。在另一个实施方案中，导热介质包括金属箔。在另一个实施方案中，导热介质包括导热垫。在任何这些实施方案中，导热介质都是有弹性的，这样热电模块可与管道耦合，而实体上不受管道约束。通过在热电模块与管道之间提供导热介质，热电模块可以不受由于热膨胀和热收缩效应的机械应力的影响。结果是，可以减少装置的损坏和/或故障。
c.磁热传递装置
在一些实施方案中，热传递装置9包括磁制冷装置。磁制冷是基于磁热效应的冷却技术。使用磁制冷的装置在本领域中为技术人员所熟知(例如，参见美国专利US7,603,865;7,596,955;7,481,064和7,114,340,以及美国专利公开US20100071383,US20090217675,US20090158749,US20090019860和US20070144181)。
磁制冷是气体压缩机技术的替代技术，可基于工程和经济因素用于冷却和加热，这些因素表示磁回热器(regenerator)制冷机，就原理而言，其比气体循环制冷机更有效，因此可以带来节约操作成本和节约能源。磁制冷利用磁场的能力影响固体材料的熵的磁部分，将其减少，因此，在等温过程中增加熵的晶格(振动的)部分，或者在绝热过程中提高固体材料的温度。磁场移除后，磁固体材料的磁熵产生改变或者恢复，可降低材料的温度。因此，通过施加/中断外磁场，磁固体材料的绝热磁化和绝热退磁过程中的循环热耗散和热吸收可实现磁制冷。磁固体材料在磁化时在装置的一面排放或排出释放热，磁固体材料退磁时在另一面冷却有用负载的制冷装置，在磁制冷领域中已作为主动式磁回热器磁制冷机是公知的。美国专利US7,114,340;7,076,959;7,069,729;7,063,754;6,826,915;6,739,137;6,676,772;6,589,366;6,467,274;6,446,441;5,743,095;5,357,756;4,956,976;4,829,770和4,642,994描述了主动磁制冷剂材料和磁制冷系统。还可参见由K.A.Gschneidner Jr.等人在Materials Science ForumVols.315-317(1999),pp.69-76;以及Gedik等人在5th InternationalAdvanced Technologies Symposium(IATS’09),May13-15,2009,Karabuk,Turkey的“Recent Developments in Magnetic Refrigeration”。在一些实施方案中，可以使用钆化合物和Nd-Fe-B磁构造。
在一些实施方案中，磁制冷装置包括第一和第二稳态磁体和脉冲磁体，所述第一和第二稳态磁体每个都有基本上相等的强度和极性相反的场，由磁致热材料制成的第一和第二磁体分别布置在第一和第二稳态磁体的场的作用中，所述脉冲磁体与第一和第二稳态磁体同心，并且具有在第一和第二稳态磁体的场之间循环的场，从而周期性地磁化和去磁，因此加热和冷却第一和第二磁体。恰当设计的热交换单元可用于将工作流体暴露于第一和第二磁致热材料的磁体。可以配备控制器，使工作流体的流量与第一和第二磁体磁化的变化状态同步。
2.热隔离手段
在一些实施方案中，冷却器系统或冰冻热力阀系统可以包括用于将管道和/或热交换单元与环境热隔离的手段。例如，所述热隔离手段可以是隔热夹套30，所述夹套30在热交换单元10的一侧或两侧上、并与管道2接触，并且在包裹至少一部分管道2时包裹热交换单元10。在一些实施方案中，热隔离手段可以装配至管道2上，形成气密的密封。在热隔离手段用气密的密封与管道2连接的一些实施方案中，空气可以用热导率比空气低的气体代替。通常，稠密的气体，例如氙和二氯二氟甲烷具有低的热传导率。热传导率比空气低的气体包括丁烷、氪、三氯甲烷、氙、1,1,2-三氯三氟乙烷、1,2-二氯四氟乙烷、四氟乙烷、氩、二氧化碳、二乙醚、异丁烷、戊烷、全氟环丁烷、丙烷和四氟甲烷。在一些实施方案中，空气可以用热传导率低的液体代替。热传导率低的液体的实例为CFC-11、HCFC-141b、甲醇、乙醇、甘油、乙醚、丙酮、乙二醇、含玻璃的不导热硅酮液、例如含玻璃纤维或玻璃珠的，和丙二醇。
在一些实施方案中，尤其是在水下应用中，包括深海钻探，隔热手段可以装配至管道2上，形成气密的密封，并且除去管道与隔热手段之间的管道周围的水。在一些实施方案中，水可以用空气置换。在一些实施方案中，水可以用热传导率比空气低的气体置换。在一些实施方案中，水可以用热传导率比液态水低的液体置换。在这类实施方案中，隔热手段可以构造成能在驱动系统之前去除与管接触的任何水，以减少水作为散热器的热效应。夹套可以包括热监测装置，用于监测沿所述管的热梯度。夹套可以还包括加热元件，用于控制冷却系统引起的热梯度。在一些实施方案中，夹套可以包括可用于调节管远端的热梯度和/或最小化结冰的远端加热元件。可以控制加热元件，最小化或消除管道中的热应力诱导断裂，以使管道不会失效，例如由于管道中形成裂纹或破裂。
隔热手段可以包括隔热材料的层或涂层。隔热手段可以包括夹套30。夹套30可以由不导热材料或热传导率低的材料制造，或者夹套30可以包括含不导热材料或热传导率低的材料的外壳。热传导率低的材料的实例包括沥青、水泥、粘土、混凝土、陶瓷填充可丽耐、软木、棉绒隔热材料、硅藻土、环氧、玻璃纤维、泡沫玻璃、玻璃珠或珠粒、玻璃棉、石膏、菱镁矿、氧化镁隔热材料、矿物隔热材料、尼龙、珍珠岩、发泡塑料隔热材料、发泡聚苯乙烯、聚氨酯、瓷、PTFE、PVC、派热克斯玻璃、砂子、硅石气凝胶、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、蛭石、乙烯基酯，热传导率比空气低的不导热气体，如丁烷、氪、三氯甲烷、氙、1,1,2-三氯三氟乙烷、1,2-二氯四氟乙烷、四氟乙烷、氩、二氧化碳、二乙醚、异丁烷、戊烷、全氟环丁烷、丙烷和四氟甲烷，以及热传导率低的液体，如CFC-11、HCFC-141b、甲醇、乙醇、甘油、乙醚、丙酮、乙二醇，含玻璃的不导热硅酮液，如含玻璃纤维或玻璃珠的，和丙二醇，以及它们的组合。
3.计算机模块
在一些实施方案中，系统包括用于系统自动化的计算机模块55。计算机模块55可以与热传递装置通讯和/或控制热传递装置。在一些实施方案中，计算机模块55可以用于调节热电模块或珀耳帖装置。在一些实施方案中，计算机模块55可以用于调节磁制冷装置。在一些实施方案中，计算机模块55可以用于调节含有热交换单元的含液体热传递装置。在包括含液体热交换单元10的系统的实施方案中，计算机模块55可以通讯连接和/或控制系统的加热元件5、阀19、热监测器和泵模块40。在一些实施方案中，计算机模块55的计算机处理器可以控制泵模块40和流量控制计量阀19，在现有环境物理条件下提供制冷剂液体流。
在一些实施方案中，通讯介质可以位于管道内，例如在管道的内环内，或管道中枪钻出的通道中，或管道制造时形成的通道中。通讯介质可以允许在计算机模块55与CryoPlug冰冻热力阀系统的制冷系统的一个或多个组件之间通讯，所述计算机模块55可以位于远离制冷系统的位置。可以使用任何适用技术进行制冷系统与计算机模块之间的通讯，包括电磁(EM)信号传输、泥浆脉冲遥测技术、开关信包网络(switchedpacket networking)、或基于接线的电子信号传输。通讯介质可以是电线、电缆、波导、纤维、如泥浆的流体、或任何其它介质。通讯介质可以包括一个或多个通讯路径。例如，一个通讯路径可以使计算机模块与热交换单元相连，而另一个通讯路径可以使计算机模块与冷冻剂注射模块相连。
通讯介质可用于控制制冷系统的一个或多个元件，如控制阀。例如，计算机模块可以引导制冷系统的活动，例如通过执行预编程功能，调节系统中制冷剂或冷冻剂的流量。通讯介质还可用于传输数据，如温度或压力传感器测量值。例如，装配在管道上的温度传感器的测量值可以发送给计算机模块，用于进一步处理或分析或存储。
计算机模块55可以与终端相连，所述终端的能力可以从无智能的终端(dumb terminal)到服务器类的计算机。终端可以使用户与计算机模块55交互。终端可以是计算机模块55本地的，或者可以是位于远程的，可通过电话机、无线电话网络、卫星、因特网、另外的网络、或者它们的任何组合与计算机模块55通讯。通讯介质能允许以足够快的速度通讯，使计算机模块55能执行从位于孔内(downhole)或与制冷系统相关的其它地方的传感器进行实时数据采集和分析。
本发明的方法可以在计算机可读的存储介质中实施，其中编录了计算机可读的程序，用于指导如上所述的系统的操作。计算机可读的程序包括用于运行根据上述实施方案的热交换系统的指令。
例如，借助于控制通过系统的制冷剂流体流中的一个或多个阀，计算机模块55的计算机处理器可以控制和/或调节通过系统的制冷剂流量。在阀19为可远程驱动或控制的阀，如电磁阀的实施方案中，计算机可以停止最靠近制冷剂供应模块50的电磁阀，从而切断所有的制冷剂流过热交换单元10。所述电磁阀可以构造能立即切断电源，停止制冷剂流通过热交换单元和系统。整个系统的流量控制阀19可以接收来自计算机模块55的信号，响应热能传递系统1内的测量温度以及任选存在的某些用户规定的参数，这包括所要求的冷却曲线，来控制流过系统的液体制冷剂的量和流动。
热交换单元10内部的温度和沿管道2的温度可以用热监测装置15或如热电偶的其它温度传感器监测。热监测装置15可以与计算机模块55偶联，并且提供输入。
在一些实施方案中，所述装置可用于经历极端压力和降温的深海钻探作业。对于这类应用，该装置可以构造成能承受水施加在装置上的极端压力。例如，对于这类应用，热交换模块可以工程设计为承受从海平面以下约1,000英尺至约10,000英尺深度的水所施加的压力。在本领域中已知，标准压力在水下每英尺深度增加大约0.465psi(10.5kpa/米深度)。因此，水下10,000英尺的标准压力为约4,650psi。5,000英尺处的水压略高于1吨/每平方英寸(约2,438psi)。
对于一些实施方案，包括用于深海钻探应用的实施方案，热导体可以由厚度或截面或它们的组合能足以抵御压力下坍塌、变形和/或结构损坏的导热金属制成。可以使用表现出导热性能的任何金属。用作热导体的示范性金属包括，例如，铜、硅、由气相方法(CVD)沉积的金刚石、银、金、grapheme、铝和铝合金、镍、钛、钛合金、钨、金、银、以及其合金。
4.冷冻剂注射器模块
在一些实施方案中，用于从管道撤热的冷却器或凝固系统可以包括冷冻剂注射器模块，所述冷却器或凝固系统例如可以用来凝固至少一部分其中的流体内容物。管道相对于地面可以是任何方向。例如，管道可以垂直于地面，如产油井的常见方向。例如，管道也可以平行于地面，如地面输送管线的常见方向。冷冻剂注射器模块可以含有一个或多个与冷冻剂源流体交流的注射器或注射器装置。在一些实施方案中，冷冻剂可以是液体冷冻剂。在一些实施方案中，冷冻剂可以选自液氮、液氦、液氩、液氖、液氙、液态二氧化碳以及它们的组合。注射器或注射器装置可以构造成能将冷冻剂直接注射到管道中的流体中，因此降低流体的温度。注射器或注射器装置可以构造成注射器不与管道中的流体接触。例如，在一些实施方案中，注射器可以是管道侧面的开孔，例如流管侧面中的开孔。在一些实施方案中，注射器包括冷冻剂或制冷剂通过其引入到管道的口，以使冷冻剂或制冷剂可与管道内的流体接触。注射器或注射器单元可以包括隔离机构(isolation mechanism)，用于控制冷冻剂或制冷剂引入到管道中的流体中。可以使用本领域中已知的任何隔离机构。在一些实施方案中，单向阀可以包括在注射器口中。单向阀可以用作隔离机构和/或可用来阻止管道中流体、例如流管中的油回流到冷冻剂或制冷剂供应模块中，例如向注射器提供冷冻剂、例如液氩或液氮的模块。
可以使用任何的低温单向阀。可以使用低温温度下可操作的任何阀。不是所有的实施方案都要求在冷冻剂注射器上有单向阀。例如，在制冷剂或冷冻剂供应模块以比管道或管的预期内压更高的压力传送制冷剂或冷冻剂的实施方案中，一旦制冷剂或冷冻剂停止从供应模块流动到注射器，就不需要单向阀。在一些实施方案中，可以包括单向阀作为用于驱动阀的装置的一部分。在一些实施方案中，注射口可以通过人工或遥控操作的阀与管道或管密封，所述阀适合含有管道或流管中类型和压力的流体。
管道内的流体可以包括任何可通过管道或管传输的流体。该流体可以是液体、气体或它们的组合。示范性的液流是油井产出油。产出油典型地可以含有一定量的水。因此，流体可以包括单独地或与水组合的油。
在一些实例中，在地下油藏中，环境条件，其包括油藏的温度与压力，可以导致C1～C8的链烷烃，其包括甲烷、乙烷、丙烷和丁烷，溶解在原油中，而其气体或液体形式的比例是由地表下条件所决定的。因此，在有些情况下，液体可以包括溶解的气体，并且可以包括随着管道中温度和/或压力的变化从液体中逸出的气体。示范性的气体流体为天然气，可以包括轻质烃的任何组合，包括烷烃、烯烃和炔烃，单独地或以任何的组合。天然气主要含甲烷，但也可以包括乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、更高分子量的烃和水蒸气。
在一些实施方案中，冰冻热力阀装置包括一个或多个冷冻剂注射器以及一个或多个辅助注射器或注射口。当存在时，辅助注射器或注射口可以用于将不同于制冷剂或冷冻剂的第二材料引入到液体流中。
例如，在一些实施方案中，一个或多个辅助注射器可用来将表面活性试剂注射到管道内的流体中。辅助注射器可以位于冷冻剂注射器的上游或下游。在一些实施方案中，辅助注射器位于冷冻剂注射器的上游。可以驱动辅助注射器，而不用驱动冷冻剂注射器。辅助注射器可以与冷冻剂注射器组合驱动，将表面活性试剂与冷冻剂同时、在冷冻剂注射到流体中之前、或者在冷冻剂注射到流体中之后，注射到流体中。在一些实施方案中，辅助注射器位于冷冻剂注射器的上游，并且在经冷冻剂注射器将冷冻剂引入到管道或流管内的流体中之前或同时，将表面活性试剂注射到料流中。
在一些实施方案中，一个或多个辅助注射器可用来将桥接流体注射到管道内的流体中。在具体的实施方案中，例如其中管道内流体为气体时，热力阀装置可以包括一个或多个用来将桥接流体注射到气体中的辅助注射器。在这类实施方案中，辅助注射器可以位于冷冻剂注射器的上游或下游。在这类实施方案中，辅助注射器位于冷冻剂注射器的上游。可以驱动辅助注射器，而不用驱动冷冻剂注射器。辅助注射器可以与冷冻剂注射器组合驱动，将桥接流体与冷冻剂同时、在冷冻剂注射到管道流体中之前或之后，注射到管道或流管内的流体中。在一些实施方案中，辅助注射器位于冷冻剂注射器的上游，在经冷冻剂注射器将冷冻剂引入到管道或流管内的流体中之前或同时，将桥接流体注射到料流中。
可以通过能打开与闭合的机械阀控制引入第二材料，如表面活性试剂或桥接流体或它们的组合。阀可以人工或远程控制，如包括计算机操作或电驱动的阀。受驱动时，阀门被开启，向管道或流管内的流体中引入第二材料，如表面活性试剂或桥接流体。
当通过辅助注射器引入到管道的流体中的第二材料为表面活性试剂时，可以使用任何合适的表面活性剂。例如，可以使用一个或多个辅助注射器将阴离子、阳离子、两性离子、非离子型表面活性剂引入到管道或流管内的流体中。示范性的非离子型表面活性剂包括
Figure BDA00002834566300561
(Dow Chemical Co.,Midland,MI)，一种非离子型的壬基酚乙氧基化物表面活性剂，Tergitol NP-33[9016-45-9]同义词：α(壬基苯基)-Ω-羟基聚(氧基-1,2-乙烷二基)；Antarox；壬基苯氧基聚(亚乙基氧)乙醇；壬基苯基聚乙二醇醚，非离子的；壬基苯基聚乙二醇醚；PEG-9壬基苯基醚；POE(10)壬基酚；POE(14)壬基酚；POE(15)壬基酚；POE(15)壬基苯基醚；POE(18)壬基苯基醚；POE(20)壬基酚；POE(20)壬基苯基醚；POE(30)壬基酚；POE(4)壬基酚；POE(5)壬基酚；POE(6)壬基酚；POE(8)壬基酚；聚乙二醇450壬基苯基醚；聚乙二醇450壬基苯基醚，非离子型表面活性剂；聚乙二醇一(壬基苯基)醚；聚亚乙基一(壬基苯基)醚二醇；聚氧乙烯(10)壬基酚；聚氧乙烯(14)壬基酚；聚氧乙烯(1.5)壬基酚；聚氧乙烯(20)壬基酚；聚氧乙烯(30)壬基酚；聚氧乙烯(4)壬基酚；聚氧乙烯(5)壬基酚；聚氧乙烯(6)壬基酚；聚氧乙烯(8)壬基酚；聚氧乙烯(9)壬基苯基醚；聚氧乙烯(n)-壬基苯基醚；聚氧乙烯壬基酚；POE壬基酚；Protachem630；Sterox；Surfionic N；T-DET-N；Tergitol NP；TergitolNP-14；Tergitol NP-27；Tergitol NP-33；Tergitol NP-35；Tergitol NP-40；Tergitol NPX；Tergitol TP-9；Tergitol TP-9(非离子)；Triton N；Triton X；Dowfax9N；乙氧基化壬基酚；二醇，聚亚乙基，一(壬基苯基)醚；Igepal CO；Igepal CO-630；聚乙二醇壬基苯基醚；Makon；Neutronyx600；Nonipol NO；Nonoxinol；壬苯醇醚(nonoxynol)；壬苯醇醚-15；壬苯醇醚-18；壬苯醇醚-20；壬基酚乙氧基化物；壬基酚聚乙二醇醚；壬基酚，聚氧乙烯醚；壬基苯氧基聚乙氧基乙醇；含聚环氧烷的聚合物作为表面活性剂分子一部分的非离子型表面活性剂，如氯-、苄基-、甲基-、丙基-、丁基-以及其它类似的烷基封端的脂肪醇的聚乙二醇醚；不含聚环氧烷的非离子型物质，如烷基聚葡萄糖苷；山梨聚糖和蔗糖酯以及其乙氧基化物；烷氧基化的乙二胺；醇烷氧基化物，如醇乙氧基化合物丙氧基化物，醇丙氧基化物，醇丙氧基化物乙氧基化物丙氧基化物，醇乙氧基化合物丁氧基化物；壬基酚乙氧基化物，聚氧乙二醇醚；羧酸酯，如甘油酯，聚氧乙烯酯，脂肪酸的乙氧基化和乙二醇酯；羧基酰胺，如二乙醇胺缩合物，单烷醇胺缩合物，聚氧乙烯脂肪酸酰胺；和聚环氧烷嵌段共聚物，其包括环氧乙烷/环氧丙烷的嵌段共聚物，如商标为
Figure BDA00002834566300571
的商业途径可得到的那些。
也可以使用硅氧烷表面活性剂。例如，在一些实施方案中，硅氧烷表面活性剂包括表面活性聚二有机硅氧烷，如美国专利US4,421,656中所述的。在一些实施方案中，硅氧烷表面活性剂可以选自二甲基硅氧烷共聚醇和烷基二甲基硅氧烷共聚醇以及其共混物。这类硅氧烷表面活性剂的实例包括二甲基硅氧烷共聚醇和环甲基硅氧烷(cyclomethicone)，如Dow Corning(Midland,MI)以DC3225C或DC2-5225C品名出售的，聚烷基聚醚聚硅氧烷共聚物，其中烷基含5～22个碳原子，如十六烷基二甲基硅氧烷共聚醇，如EVONIK Goldschmidt GmbH(Essen,Germany)以
Figure BDA00002834566300572
Figure BDA00002834566300573
品名出售的，二甲基硅氧烷共聚醇和环戊基硅氧烷的混合物(85/15)，如Goldschmidt以
Figure BDA00002834566300574
品名出售的，线性类型的聚醚改性硅酮乳化剂，其包括甲醚二甲基硅氧烷，如PEG-3甲醚二甲基硅氧烷，PEG-9甲醚二甲基硅氧烷，PEG-10甲醚二甲基硅氧烷，PEG-11甲醚二甲基硅氧烷，和丁醚二甲基硅氧烷(可以从Shin-Etsu(Akron,Ohio)获得)；支化类型的聚醚改性硅酮乳化剂，如PEG-9聚二甲基甲硅烷氧基乙基二甲基硅氧烷(Shin-Etsu)，烷基共改性支化类型的聚醚硅酮，如月桂基PEG-9聚二甲基甲硅烷氧基乙基二甲基硅氧烷(Shin-Etsu)，含聚环氧烷基团的硅酮，如商业途径可得到的乳化剂
Figure BDA00002834566300575
MomentivePerformance Materials(Albany，NY)制造，Dow Corning FG-10，
Figure BDA00002834566300576
Figure BDA00002834566300577
(含甲基端基和1个侧基、且平均分子量为645的聚环氧烷改性的七甲基三硅氧烷)和
Figure BDA00002834566300578
(含氢端基和一个侧基、且平均分子量为630的聚环氧烷改性的七甲基三硅氧烷)，可从Momentive PerformanceMaterials得到；LambentTM MFF-199-SW(含氢端基和一个聚环氧乙烷侧基且平均分子量为600～1000)，可从Lambent Technologies Inc.(Gurnee,Illinois)获得；基于硅氧烷共聚醇的羧酸酯，如SW-CP-K(含邻苯二甲酸酯端基和一个聚环氧乙烷侧基且平均分子量为800～1100)和Lube CPI(含邻苯二甲酸端基和3～5个侧基并且平均分子量为2900～5300)，可从Lambent Technologies Inc.获得；烷基二甲基硅氧烷共聚醇类型的表面活性剂，如美国专利US7,083,800中所描述的，其包括商业上可以品名(EVONIKGoldschmidt GmbH,Essen,Germany)出售的这类硅酮乳化剂，以及阳离子硅酮乳化剂，如美国专利US5,124,466中所述的。
示范性的阳离子型表面活性剂包括，但不限于，衍生自自由基聚合的丙烯酸或甲基丙烯酸酯或酰胺单体的均聚物和共聚物。共聚物可以包括一个或多个衍生自以下的单元：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、二丙酮丙烯酰胺、丙烯酸或甲基丙烯酸或其酯、诸如乙烯基吡咯烷酮或乙烯基己内酰胺的乙烯基内酰胺、和乙烯基酯。示范性的聚合物包括丙烯酰胺和用硫酸二甲酯或用烷基卤化物季铵化的二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯的共聚物；丙烯酰胺和甲基丙烯酰基氧基乙基三甲基氯化铵的共聚物；丙烯酰胺和甲基丙烯酰基氧基乙基三甲基甲硫酸铵的共聚物；乙烯基吡咯烷酮/二烷基氨烷基丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的共聚物，任选地季铵化的，如由International Specialty Products以GAFQUATTM品名出售的产品；二甲基氨基甲基乙基甲基丙烯酸酯/乙烯基己内酰胺/乙烯基吡咯烷酮三元共聚物，如International Specialty Products以GAFFIXTMVC713品名销售的产品；乙烯基吡咯烷酮/甲基丙烯基酰胺基丙基二甲胺共聚物，International Specialty Products以STYLEZETMCC10品名出售；以及乙烯基吡咯烷酮和季铵化的二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺共聚物，如International Specialty Products以GAFQUATTMHS100品名销售的产品；乙烯基吡咯烷酮和乙烯基咪唑的季聚合物，如BASF以商标
Figure BDA00002834566300582
出售的产品(产品牌号FC905、FC550和FC370)；乙酰氨基丙基三甲基氯化铵，山嵛酰胺丙基二甲胺，山嵛酰胺丙基乙基二甲基硫酸乙酯铵(dimonium ethosulfate)，山嵛基三甲基氯化铵，鲸蜡基(cetethyl)乙基吗啉鎓乙基硫酸盐，十六烷基三甲基氯化铵，椰油酰胺丙基乙基二甲基硫酸乙酯铵，二鲸蜡基二甲基氯化铵，二甲基硅氧烷羟丙基三甲基氯化铵，羟乙基山嵛酰胺丙基二氯化铵，季铵盐(quaternium)-26，季铵盐-27，季铵盐-53，季铵盐-63，季铵盐-70，季铵盐-72，季铵盐-76水解胶原，PPG-9二乙基氯化铵，PPG-25二乙基氯化铵，PPG-40二乙基氯化铵，十八烷基二甲基苄基氯化，硬脂酰氨基丙基二甲基硫酸乙酯铵，硬脂基二甲基胺羟丙基水解的小麦蛋白，硬脂基二胺羟丙基水解的胶原，小麦胚芽油酰胺丙基氯化铵，小麦胚芽油酰胺丙基乙基二甲基硫酸乙酯铵，二甲基二烯丙基氯化铵的聚合物和共聚物，如聚季铵盐-4，聚季铵盐-6，聚季铵盐-7，聚季铵盐-10，聚季铵盐-11，聚季铵盐-16，聚季铵盐-22，聚季铵盐-24，聚季铵盐-28，聚季铵盐-29，聚季铵盐-32，聚季铵盐-33，聚季铵盐-35，聚季铵盐-37，聚季铵盐-39，聚季铵盐-44，聚季铵盐-46，聚季铵盐-47，聚季铵盐-52，聚季铵盐-53，聚季铵盐-55，聚季铵盐-59，聚季铵盐-61，聚季铵盐-64，聚季铵盐-65，聚季铵盐-67，聚季铵盐-69，聚季铵盐-70，聚季铵盐-71，聚季铵盐-72，聚季铵盐-73，聚季铵盐-74，聚季铵盐-76，聚季铵盐-77，聚季铵盐-78，聚季铵盐-79，聚季铵盐-80，聚季铵盐-81，聚季铵盐-82，聚季铵盐-84，聚季铵盐-85，聚季铵盐-87，PEG-2-椰油基甲基氯化铵，以及它们的混合物；诸如聚乙烯亚胺的聚烷撑亚胺，含乙烯基吡啶或乙烯基吡啶鎓单元的聚合物，聚胺和表氯醇的缩合物；季聚氨酯；伯、仲、或叔脂肪胺的盐，其任选聚氧烷撑化；咪唑啉的季铵盐衍生物，或氧化胺；含平衡离子的一、二、或三烷基季铵化合物，如氯化物、甲硫酸盐、甲苯磺酸盐，其包括但不限于十六烷基三甲基氯化铵，二鲸蜡基二甲基氯化铵和山嵛三甲基甲硫酸酯铵。
阴离子表面活性剂包括，但不限于，一种或多种羧酸盐，如非限制性地，烷基羧酸盐(例如，羧酸和/或其盐)，聚烷氧基羧酸盐(例如，聚羧酸和/或其盐)，醇乙氧基化物羧酸盐，壬基酚乙氧基化物羧酸盐，或它们的组合；磺酸盐，如，非限制性的烷基磺酸盐，烷基苯磺酸盐(例如，十二烷基苯磺酸和/或其盐)，烷基芳基磺酸盐，磺酸盐化的脂肪酸酯，或它们的组合；硫酸盐，如非限制性地，硫酸盐化的醇，硫酸盐化的醇乙氧基化合物，硫酸盐化的烷基酚，烷基硫酸盐，磺基琥珀酸盐，烷基醚硫酸盐，或它们的组合；磷酸酯，如非限制性地，烷基磷酸酯；或它们的组合。示范性阴离子表面活性剂包括烷基芳基磺酸钠，α-烯烃磺酸盐，脂肪醇硫酸酯以及它们的组合。
示范性的两性表面活性剂(或两性离子表面活性剂)包括，但不限于，咪唑啉衍生物、甜菜碱、咪唑啉、磺基甜菜碱、丙酸盐、氧化胺或它们的组合，其包括咪唑鎓甜菜碱、二甲基烷基月桂基甜菜碱、烷基甘氨酸、以及烷基二(氨乙基)甘氨酸。
注射到管道内流体中的组合物中所提供的表面活性剂的量可以为约1wt%～约95wt%之间。在一些实施方案中，组合物中表面活性剂的量可以为2wt%～80wt%之间。在一些实施方案中，组合物中表面活性剂的量可以为5wt%～50wt%之间。在一些实施方案中，组合物中表面活性剂的量可以为50wt%～100wt%之间。注射到管道内流体中的表面活性剂的量可以变化，其依管道的尺寸和通过管道的流体流速而定，因此表面活性剂准确的量一定程度上取决于具体情况。在一些实施方案中，表面活性剂的量可以为0.1～100磅/bbl(bbl=42美加仑或约159L)。在一些实施方案中，表面活性剂的量可以为1～75磅/bbl。在一些实施方案中，表面活性剂的量可以为5～70磅/bbl。在一些实施方案中，表面活性剂的量可以为10～60磅/bbl。在一些实施方案中，表面活性剂的量可以为25～50磅/bbl。
当通过辅助注射器引入到管道的流体中的第二材料为桥接流体时，可以使用在低温温度时从液态转变为固态的任何合适的桥接流体。示范性的桥接流体包括水、甲醇、乙醇、异丙醇或它们的组合。当桥接流体被引入到管道中的气体中并且进入热力阀时，热力阀中管道更低的温度造成液态的桥接流体转变成固态。随着桥接流体变为固体，其累积形成热力阀装置内部的塞子，由此形成塞子并且阻止气体流动通过热力阀装置。
在本发明所述的、包括用于引入桥接流体的辅助注射器的热力阀装置的实施方案中，注射器可以布置在冷冻剂注射器的上游或下游。在一些实施方案中，桥接流体辅助注射器可以布置在冷冻剂注射器的上游或下游。在一些实施方案中，桥接流体辅助注射器可以包括加热装置。加热装置可以构造成在控制桥接流体辅助注射器的阀得到驱动时被驱动。在一些实施方案中，当桥接流体辅助注射器受驱动时，可以驱动加热装置，以将注射桥接流体到管道中流体中的位置保持高于桥接流体的凝固温度，以使桥接流体注射器不会在桥接流体被传送到管道中的流体中时变为被桥接流体堵塞。
可以使用任何的加热装置。例如,美国专利US4,849,611描述了多个离散的间隔开的加热装置，加热装置可以构造在桥接流体口的周围。居里温度加热器、温度限制加热器、管道中导体热源和电热丝可以用作所述加热装置(参见，例如，美国专利US3,793,716;3,814,574;3,971,416;4,238,640;7,461,691;和7,066,730;以及美国专利公开号2005-0092483)。其它示范性加热装置包括正导热系数陶瓷加热器、厚膜陶瓷加热器、电阻丝或电阻带加热装置，如含镍合金的那些，如镍铬合金80/20或铜镍合金(CuNi)或FeCrAl合金，如Kanthal。电阻丝或电阻带加热装置可以封装在陶瓷绝缘粘合剂(如TiO2、MgO、硅藻土或氧化铝粉，或它们的组合)中。这类加热装置的商用实施方案有现成的(CalrodTM加热器)，该装置可以构造成加热桥接流体的口。
在一些实施方案中，注射器或注射器装置注射冷冻剂穿过(across)井套管，将冷冻剂输送到流体中，从而降低流体的温度；在一些实施方案中，为注射装置提供井套管中的通道，所述注射装置布置成当注射器系统受驱动时能引导冷冻剂直接喷射到井套管中的流体中。例如，井套管的第一柱(string)的最后一个套管(casing)(或两个或更多个柱，其具有直径更大的钻孔(bore))可以包括用于将冷冻剂注射到流体中的配管。在一些实施方案中，可用于输送冷冻剂到冷冻剂注射器模块的管或管道可以制造在套管的每一层中，然后各个套管可以在放置到井孔中之前排列成行，产生输送冷冻剂到冷冻剂注射器模块的通道。在一些实施方案中，传输冷冻剂的配管可以结合在两个同心管之间形成的环形空间中。在一些实施方案中，套管的管可以制造成在管壁中包括一个或多个通道，作为输送冷冻剂的通道。可以通过本领域技术人员所知的任何方法制造管壁中的这类通道。例如，管可以通过注射成型制造成包括所要求的用于输送冷冻剂到注射器的通道。用于输送冷冻剂的通道可以在井套管的内环之内，或者在井套管中枪钻出的通道中。
在一些实施方案中，最后的套管柱中的最后一根或几根可以包括在低温条件下表现出高拉伸强度的材料。例如在一些实施方案中，所述套管可以包括通道或管道，所述通道或管道包括与低温流体相容的高拉伸强度材料的包层(cladding)。例如，套管中的通道可以包括韧性断裂模式高于钢且脆性断裂模式低于钢的合金包层。在一些实施方案中，套管可以用低温条件下表现出高拉伸强度的材料制成。例如，钢合金，尤其是含Cr、Ni或Si的钢，其可以表现出高韧性断裂的模式和低脆性断裂模式。韧性断裂模式高于钢且脆性断裂模式低于钢的合金已在本领域中是公知的。这类合金的实例包括在美国专利US5,352,304;6,183,573;6,212,891;7,235,212;7,648,597和7,727,463中所描述的那些。
在套管中的通道用于输送冷冻剂到注射器的实施方案中，通道可以包括热隔离手段，用来将通道与通道外面的周围环境隔离。热隔离手段可以包括隔热材料的层或涂层。热隔离手段可以由不导热材料或热传导率低的材料制造，或者可以包括含不导热材料或热传导率低的材料的外壳。热传导率低的材料的实例包括沥青、水泥、粘土、混凝土、陶瓷填充可丽耐、软木、棉绒隔热材料、硅藻土、环氧、玻璃纤维、泡沫玻璃、玻璃珠或珠粒、玻璃棉、石膏、菱镁矿、氧化镁隔热材料、矿物隔热材料、尼龙、珍珠岩、发泡塑料隔热材料、发泡聚苯乙烯、聚氨酯、瓷、PTFE、PVC、派热克斯玻璃、砂子、硅石气凝胶、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、蛭石、乙烯基酯，热传导率比空气低的不导热气体，如丁烷、氪、三氯甲烷、氙、1,1,2-三氯三氟乙烷、1,2-二氯四氟乙烷、四氟乙烷、氩、二氧化碳、二乙醚、异丁烷、戊烷、全氟环丁烷、丙烷和四氟甲烷，以及热传导率低的液体，如CFC-11、HCFC-141b、甲醇、乙醇、甘油、乙醚、丙酮、乙二醇，含玻璃的不导热硅酮液，如含玻璃纤维或玻璃珠的，和丙二醇，以及它们的组合。通道还可以包括温度和/或压力传感器。
在一些实施方案中，配管可以连接冷冻剂供应模块至一个或多个注射器，直接地或通过连接冷冻剂供应模块到注射器的分布器。可以使用本领域已知的控制低温液体通过配管到注射器或注射器装置的流速的任何方法。例如，在一些实施方案中，注射器装置可以包括阀，所述阀可以调节低温液体的流量，实现所要求的流速，并且通过注射器装置的喷嘴排出低温液体。在一些实施方案中，可以使用压力大于或等于低温液体的压力、温度高于低温液体的温度、并且沸点低于或等于低温液体的温度的“节流(throttling)”气体来调节低温液体的流速，如美国专利申请公开号2008-0048047所述的。
冷冻剂注射器模块可以包括单向阀，防止在单元备用不运行时来自管道的流体进入注射器模块。运行时，单向阀可以打开，将冷冻剂直接释放到管道中的流体中，如油井套管中的油。因为离开注射器的冷冻剂压力足够高，没有来自管道的流体可以进入注射器中。
在一些实施方案中，注射器装置可以包括为高压流喷嘴的喷嘴。在一些实施方案中，注射器装置可以产生低温液体的流作为凝聚(coherent)射流。可以使用本领域中已知的与冷冻剂相容的任何流量喷嘴或注射器装置。流量喷嘴和注射器装置的实例见述于例如美国专利US4,095,747;4,350,027;4,789,104;5,385,025;5,527,330;5,944,686;6,070,416;6,164,078;6,363,729和7,740,287以及美国专利申请公开号2002-0139125和2008-0048047。
在一些实施方案中，注射器装置的注射器可以是中空的钻头。当装置受驱动时，中空钻头可用来钻透套管并且钻入含流体、例如含原油的管道中。中空钻头可以装配到冷冻剂注射器模块上，并且中空钻头可以用作注射器，将冷冻剂注射到流体，例如，原油中。在这类实施方案中，冷冻剂注射器单元可以包括钻机，以驱动中空钻头穿过套管的侧面。在一些实施方案中，通过注射器装置注射器的冷冻剂流速可以通过调节进入建在竖管或套管里的通道中的冷冻剂的流速来调节。在中空钻头用作注射器的实施方案中，冷冻剂注射器模块可以包括用于将中空钻头穿过套管并放进与管道中流体接触的流体中的钻机。钻机可以是冷冻剂注射器模块不可分割的部分，或者可以位于远处，但仍和冷冻剂注射器模块通讯。例如，钻机可以是冷冻剂注射器模块的一部分，并且安装在套管的最外层上。在一些实施方案中，钻机可以总是装配在套管上，并且可以自动地开始钻动钻头穿过套管，并变成与管道内流体流体连通而不用重新定位的钻机。在一些实施方案中，钻头安置成与其中安置注射器的套管的表面垂直。垂直安置可以最小化钻头必须穿过的套管的量。在一些实施方案中，因为钻头和钻机的组合会造成突起，所以钻机可以处于备用位置，未经安置不会布置成能驱动钻头通过套管。在一些实施方案中，因为钻头和钻机的组合会造成突起，钻机可以斜角布置，这可以减少钻头和钻机从套管的最外层突出的量。
在其它的实施方案中，尤其是在注射器可以装配到管线上，所述管线用作冷冻剂液体供应管线、从冷冻剂供应模块输送冷冻剂到注射器时，冷冻剂液体供应管线可以包括一个或多个可驱动的阀，所述阀可以调节来自低温液体供应至注射器装置的冷冻剂流体的流量。
参考图9，该图举例说明了冷冻剂注射器模块60的一个实施方案的实例，冷冻剂液体供应模块75的出口76可以连接到调节阀72，所述调节阀72调节来自供应模块的冷冻剂液体的流量。调节阀72可以连接到入口63，这可以直接连接，或通过分布器64连接至供应管线L1至L4及相应的电磁阀Lv1至Lv4，以提供注射器装置67的冷冻剂喷嘴N1至N4。注射器装置67的喷嘴N1至N4注射冷冻剂到管道内的流体70中。因为供应管线L1至L4的配管会由于与来自冷冻剂液体供应模块75的冷冻剂液体接触而遇冷却收缩，可以使用本领域中已知的任何方法防止配管上的拉伸应力过度，如弹簧加载式、收缩、波纹管式、不锈钢挠性管。在一些实施方案中，冷冻剂液体供应模块75可以经隔热管连接到冷冻剂注射器模块60，例如利用加夹套的高密度聚乙烯、聚氨酯和/或玻璃纤维补强聚酯树脂绝隔热的管，加夹套的真空管或同心的预应力双管(例如，参见美国专利US3,530,680；3,693,665；3,865,145和4,219,224)。
碳钢在低温温度时通常会变脆，失去其结构强度。相应地，碳钢不是用于冷冻剂注射器模块内配管的优选材料。配管可以用不锈钢、铝、铜、或低温相容的聚合物制成，例如纤维增强的环氧树脂复合材料和超高分子量聚乙烯。配管或管还可以是韧性断裂模式高于钢且脆性断裂模式低于钢的合金的。示范性合金包括美国专利US5,352,304;6,183,573;6,212,891;7,235,212;7,648,597和7,727,463中所述的那些。
来自冷冻剂液体供应模块75的低温液体通常低温时被保持在其沸点或接近于其沸点，在与其它更高温度的材料的任何接触都会导致从材料向液体传递，从而造成液体沸腾跑掉，以及材料的温度降低。因此，液体通常存储在很好隔热的储罐和管中，并且通过其传递。在一些实施方案中，冷冻剂注射器模块60可以包括一个或多个热监测装置65。
调节阀72和/或电磁阀Lv1至Lv4可以用来调节冷冻剂液体从冷冻剂液体供应模块75到并且通过注射器装置67的喷嘴N1至N4的流动。如果决定，例如，在给定的凝固和堵塞操作中所有四个喷嘴N1至N4都不需要，则可以调节Lv1至Lv4的任何一个或更多个阀，限制或停止冷冻剂液体通过喷射器喷嘴的流动。可编程的电控制器，例如，带合适硬件和软件的计算机模块55(图9中未显示)可用于控制阀打开和关闭以及其顺序。计算机模块55可以连接到阀、控制面板以及任选地远程温度和/或压力传感器。通过喷嘴孔径、液体流速和液体压力的不同组合，可以调节从注射器装置的喷嘴到流体中的液体冷冻剂流的形状和速度。例如，在给定的速度下，孔径更大的不锈钢喷嘴或注射器比孔径较小的喷嘴能允许更多材料流动通过喷嘴。
注射器装置67的喷嘴N1至N4可以位于沿着管道2纵向和/或径向间隔排列的位置上，在不同的位置注射冷冻剂到管道2中的流体70中。冷冻剂的流动速度可以调节，例如，通过使用调节阀72和/或电磁阀Lv1至Lv4，可以调节冷冻剂流动通过供应管线L1至L4和喷嘴N1至N4以及进入流体。在一些实施方案中，喷嘴N1至N4可以有可变的孔口面积。在一些实施方案中，每个注射装置67都包括喷嘴N，喷嘴N可以透过弹簧加载而处于关闭位置，并且可以包括可活动的塞子，所述塞子可产生变化的孔口面积，或相对于流体压力或相对于流体的反(counter)压力。例如，可以使用类似于美国专利US3,815,377所述装置的注射器装置。在一些实施方案中，喷嘴N可以是输送冷冻剂到流体的配管(tube)或管件(pipe)。在一些实施方案中，配管可以在一端包括喷嘴，将冷冻剂传送到管道中的流体中。在一些实施方案中，注射器或注射器装置67不与流体70流体接触，但是将冷冻剂注射到流体70中。例如，注射器或注射器装置67可以在装配至管道2的配管或管件或管道中，并且通过阀19与此分隔，所述阀19防止流体70从管道2流动到注射器中。当注射器受驱动时，可通过人工或远程，例如用电或经计算机控制来打开阀19，以使来自注射器的冷冻剂可以引入到流动流体70的料流中，而注射器不会突出到流动流体中。
在一些实施方案中，每个注射器装置67都有孔口向通常关闭的位置偏离的喷嘴N，弹簧压力可以设定为能在预定压力时关闭孔口。例如，当液氮用作冷冻剂时，弹簧压力可以设定为能在大约30psia时关闭孔口。相应地，当打开调节阀72允许液体冷冻剂从供应模块75进入供应管线L1至L4，并且压力超过该压力设定值时，单个的喷嘴会打开，并开始喷射液体冷冻剂进入管道内的流体中。在一些实施方案中，注射装置67可以建造成能随着提供给装置的压力增加而逐渐地扩大孔口面积，如通过打开或者关闭调节阀72或任何阀Lv1至Lv4。注射装置67、调节阀72和阀Lv1至Lv4可以通过计算机模块55调节。
在一些实施方案中，所有的冷冻剂注射装置67都设计成能在所有时候同时操作。在一些实施方案中，每个注射器装置67的每个喷嘴N都可以单独调节，例如通过计算机模块55或人工地通过阀调节。调节阀72和计算机模块55的组合可提供极其有效方法，将模块内管道的温度保持在相对较精确的范围内。
操作中，低温液体可以传送给至少一个与管道内流体流体连通的注射器装置。冷冻剂液体与流体例如原油或天然气接触时，会从所述流体吸收热能，并且可变换成气体，气体会随着流体的流动从作用的位置被带走。可以调节传送给注射器装置，从而传送给管道内流体的液体冷冻剂的量，例如通过计算机模块55，以实现所要求的流体冷却速度。
在一些实施方案中，流量计可以包括在注射器装置中，或在输送冷冻剂给注射器装置的管件或配管或它们的任何组合中。流量计可以与计算机模块通讯。来自流量计的数据可用于确定通过系统，尤其是通过注射器装置的冷冻剂流量，并且可用于调节通过系统的冷冻剂的流速，既可人工地也可自动地通过计算机控制。流量计可以包括在从冷冻剂供应模块到冷冻剂从注射器进入流体出口点的流体交流的整个路径中，用于测量通过系统的冷冻剂流速。本领域中已知的任何流量计都可以用于本系统。流量计可以包括桨轮式流量计、涡轮流量计、磁流量计、光学传感器、电磁速度传感器、科里奥利力流量计、热流量计、超声波流量计、或本领域中已知的任何其它类型的流量计。本领域中已知的流量计的实例包括美国专利US7,730,777;7,707,898;4,934,196;4,422,338和RE31,450，以及美国专利申请公开2009-0281671,2005-0288873和2004-0244498中描述的。
在一些实施方案中，加热单元可以包括在与注射器的热交流中，以调节操作过程中注射器的温度。
C.预防性冰冻热力阀系统
本发明还提供了集成的预防性CryoPlug冰冻热力阀系统，用于安装在井管线中，例如油井或气体管线，用于管线的可逆堵塞。在一些实施方案中，冰冻热力阀系统直接或间接装配到井的套管或井头。在来自井的标准流体开采过程中，系统是不主动的，而且不冷却管道也不注射冷冻剂到管道内的流体中(其可以被认为是备用模式)，冰冻热力阀系统用作井套管内流体流动的管道。当要求停止材料通过管道流动时，可以驱动冰冻热力阀系统，凝固至少一部分管道内流动的材料，形成可以终止材料通过管道流动的可逆的材料凝固塞子。在一些实施方案中，冰冻热力阀系统包括如上所述的热传递装置。在一些实施方案中，冰冻热力阀系统包括如上所述的冷冻剂注射器模块。在一些实施方案中，如上所述，冰冻热力阀系统包括热传递装置和冷冻剂注射器模块。
集成的预防性冰冻热力阀系统是一个系统，其可以包括冰冻热力阀，所述冰冻热力阀在许多重要的方面处理已知技术的低温凝固压力隔离技术的局限性，包括有改善的经济性(比传统的阀成本显著更低)，表现出非常低的保养要求，有预防性，配合井套管或其它管道安装，不驱动时对流动没有影响，一旦完全驱动能迅速控制流动，能可变地控制流量，能安装于地面或海面之上或之下的应用，包括深水应用，并且能经历多次凝固-熔化循环，因此可避免要求在驱动之后更换。
美国专利US3,631,870教导，如果管线含有安装手段如能终止液体流动的阀，停止管线中液体流动的问题就能解决。该专利教导通过引入胶凝剂可以在管线中形成塞子。美国专利US4,370,862教导了在静态条件下通过凝固管线中的水在管线中形成冰塞子。美国专利US5,125,427教导了通过凝固在管线中形成塞子，例如通过注射水到管线中，然后在原位凝固水，但受某些问题限制，其包括要求过量冷却以形成塞子，表明在大直径的管线中要求许多小时甚至数天才能形成水塞子。这些现有技术方法缺乏从流动流体向散热器高效传热的高效散热器。本发明所述的装置、系统和方法包括高效的散热器，能从管道中的流动流体高效传热，导致迅速形成流体的凝固塞子。
本发明提供的热力阀不要求精密机械加工或其它成本高的制造方法。在大规模生产中，所述装置的安装成本会略高于管件的周围部件，但是相对于其它大直径球阀或防爆防护设备的成本微不足道。本发明提供的装置和系统可以包括能允许在水下、地面以下、或封闭在混凝土中的应用中的远程驱动的特征。所述装置和系统可以以相对较低的递增成本结合在井套管中，并且可在原位粘合(cemented)。
本发明提供的装置、系统和方法通常设计成不包括任何突出到流动通道中的物体，因此安装热交换单元和/或冰冻热力阀装置不会干扰在内部转接管线和管道、以分离产品及执行管线内表面监测和保养的各种分隔器(pig)。因为任何突出到套管或流管中的物体通常都是不可接受的，本发明提供的热交换单元和/或冰冻热力阀装置可避免现有技术装置中观察到的缺点。
本发明所述的、用于提供预防性冰冻热力阀系统的装置、系统和方法可在管道内部任何地方操作形成塞子。例如，可以布置注射器，使其受驱动时注射冷冻剂在生产管柱(production tubing string)内形成凝固塞子。在一些实施方案中，可以布置注射器，使其受驱动时注射冷冻剂在产油层上的生产套管柱和生产管柱之间的环状空间中形成凝固塞子，例如如果发生了封装物爆裂(packer blow-out)时。封装物发生故障时可能会产生封装物爆裂，所述封装物安装在生产井中，密封产油层上的生产套管柱和生产管柱之间的环状空间。发生封装物爆裂时，流出物会通过生产管柱外的生产套管柱不受控制地流出井。通过在环状空间中形成凝固塞子，可以防止流出物通过生产套管柱从井流出。在一些实施方案中，可以布置注射器，将冷冻剂注射到生产管柱中和生产套管柱和生产管柱之间的环状空间中。
本发明所述的装置、系统和方法可克服本领域中已知的有关控制防爆井或管线技术的许多缺点。在本发明提供的装置、系统和方法中，不要求隔离、转移或停止管道或流管内的流体流动。本发明提供的装置、系统和方法可以在流动通过管道或流管的流体中产生塞子。因此，不要求在使用本发明提供的装置、系统和方法之前有额外的机构来转移或捕集管道中的流体流。如在实施例中更详细地讨论的，含1”垂直取向的冰冻热力阀装置的现场示范能凝固以10英尺/秒流动的原油，含3.25”水平装置的现场示范能凝固以2.5英尺/秒流动的原油。
本发明提供的装置、系统和方法还克服了本领域中已知的其它缺点。例如，美国专利US3,738,424描述了控制爆裂油的方法。美国专利US3,738,424尤其针对控制海上产油井的爆裂。在井内部安装中间套管之后，由执行水下焊接操作的潜水员将阀焊接到最外面套管的外表面。如果生产作业之后开始发生爆裂，每个阀都接受一个钻头，用于钻孔穿过套管的各个层。孔穿过接近的每个阀的套管的各个层而钻好后，从阀移开钻头，将用于循环液氮的配管连接到阀。液氮循环到邻近生产管柱，以凝固其中的固体塞子。在本发明提供的装置、系统和方法中，冰冻热力阀装置可以包括远程或人工操作的阀，所述阀将制冷剂或冷冻剂引入到热交换单元或注射器组件或两者中。本发明所述的冰冻热力阀可用于调节管道中的液体流或气体流，包括固化管道中的至少一部分流体或使流体高度粘稠。本发明所述的冰冻热力阀可以是系统中管道上的永久附着物或者是可附加的装置，如本发明中所述。
美国专利US3,857,255描述了用冷冻剂包围管件的装置。该专利没有描述非常高效的热传递装置。仅仅在暖管上喷射冷冻剂不会产生从管的有效撤热。本发明设计的装置和系统能处理该缺乏有效热交换的机构。在本发明提供的装置、系统和方法中，冰冻热力阀装置可以在热交换单元内壁之间的空间中包括导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒。该导热锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒的作用是减少Leidenfrost效应，尤其是在低温冷却液中，如液氩、氮、氦、氧或压缩气体中。Leidenfrost效应是在与温度比液体沸点明显更高的物质接触或非常紧密接触时在液体中观察到的现象。当液体与温度比液体沸点明显更高的物质紧密接近时，液体会沸腾并产生使液体避免快速沸腾的绝缘蒸气层。包括导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒可以减少Leidenfrost效应。一个附加的优点是增加了热交换单元内部热传递表面积，并且减少了要求注入到热交换单元的冷冻剂的量。热交换单元中导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒单独地或与装配至管道并且通过热交换单元腔体扩展的导热翅片组合，可以起高效散热器的作用，用于从管道内部传递出热能，允许形成流体的凝固塞子而不要求转移或捕集通过管道的流体流，所述热交换单元腔体与导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒热交流。一个或多个热交换单元可以串联组合，以增加热交换单元的有效长度，因此增加散热器的长度。
在一些实施方案中，冰冻热力阀可以远程驱动。通过提供合适的冷冻剂源，这可以容易地实现。在可能要求非常迅速驱动的表面应用中，例如钻探作业过程中，低温液体可以利用加压杜瓦瓶或储罐而保持在现场。低温制冷系统可以避免液化气体存留的需要，对于海底应用或可能要求长周期操作时，可以设想采用电驱动的低温制冷技术。可替代地，液体冷冻剂的杜瓦瓶可以预备保存在中心地点，如果要求驱动的话，可以经卡车或直升机输送到低温阀。
可以调节进入热交换单元和/或冷冻剂注射器的冷冻剂流量，例如，使液体冷冻剂挥发，响应从管道和其中的流体的传热，其中蒸气通过输出口从热交换单元以及从管道内部的流体与流动的流体一起排出。可以提高或降低并且调节冷冻剂的流量，补充蒸发的冷冻剂。冷冻剂引入到热交换单元和/或冷冻剂注射器的速度和频率可以由本领域技术人员决定，例如通过感测热交换单元或管道内流动流体的温度。该功能可以人工或自动地用温度传感器进行，所述温度传感器可以与计算机模块通讯。在一些实施方案中，可以注射其它冷冻剂进入热交换单元，补充蒸发掉的液体冷冻剂，当根据与热交换单元内部热交流的温度传感器的指示，热交换单元的温度增加到预先决定的温度时。
冰冻热力阀系统的所有部件都可以由适合与冷冻剂一起使用的材料制造。例如，系统可以由相对较不受冷的温度和预期压力影响的任何材料组成。足以承受低温液体的预期温度和压力的示范性材料包括，但不限于，钢、玻璃纤维、石墨、塑料、碳纤维和它们的组合。例如钢合金，尤其是含Cr、Ni或Si的钢可以表现出高韧性断裂的模式和低脆性断裂模式。韧性断裂模式高于钢且脆性断裂模式低于钢的合金已在本领域中是公知的。示范性合金包括美国专利US5,352,304;6,183,573;6,212,891;7,235,212;7,648,597和7,727,463中描述的那些。
当系统受驱动时热交换单元与要堵塞的金属管道热接触，而冷冻剂注射器模块可以布置成能使其受驱动时可以与管道内部的流体流体接触。在一些实施方案中，注射器模块集成在热交换单元中。在一些实施方案中，热交换单元和冷冻剂注射器模块可以彼此紧邻，或者可以彼此隔开一些距离。在冰冻热力阀系统的热交换单元和冷冻剂注射器模块彼此紧邻的实施方案中，它们可以使用本领域中已知的任何合适的连接手段彼此连接。在一些实施方案中，单个单元包括可用于将热交换单元连接至冷冻剂注射器模块的法兰。所述法兰可以包括任何突出的边(rim)、缘(edge)、筋(rib)、或领(collar)，或它们的组合，以及用于将热交换单元上的法兰装配到冷冻剂注射器模块上的法兰的装配手段。在一些实施方案中，可以通过焊接一个单元的法兰到另一个单元的法兰，将两个单元连接在一起。在一些实施方案中，使用连接手段将一个单元的法兰连接到另一个单元的法兰，例如螺旋连接件、螺帽螺栓连接件、铆接螺栓、卡口式组装件、联锁片或它们的任何组合。在一些实施方案中，一个单元如热交换单元可以包括外螺纹部分，所述外螺纹部分可螺旋进相应的其它单元、如冷冻剂注射器模块的内螺纹部分，这样两个单元可以通过单元螺旋在一起而相连。在一些实施方案中，热交换单元和冷冻剂注射器模块之间可包括密封，如O型圈，以提供不透水和/或不透气的密封体。密封体可以用与冰冻热力阀系统的预期操作温度和压力相容的、本领域中已知的任何材料制成。
在一些实施方案中，CryoPlug冰冻热力阀系统包括热交换单元。所述热交换单元可以是任何直径或长度。可以根据热交换单元要装配到并且从中撤热的管道的尺寸和流过管道的流体流速，选择热交换单元的直径和长度。
热交换单元可以是任何直径或长度。可以根据热交换单元要装配到并且从中撤出热能的管道的尺寸或流过管道的流体的流速或它们的组合来判断选择热交换单元的直径和长度。例如，在许多井应用中遇到的配管和管件的外径的变化可以从1英寸至500英寸或更大。在一些应用中单个竖管或流管的长度的变化可以为约5英尺至约100英尺或更大，并且许多竖管或流管可以互联，产生可以跨越成数千英尺或英里的管线。典型的热交换单元可以是竖管或流管的任何比例的长度，其包括10%,15%,20%,25%,30%,35%,40%,45%,50%,55%,60%,65%,70%,75%,80%,85%,90%,95%或99%。在一些实施方案中，热交换单元的长度为2英尺、3英尺、4英尺、5英尺、6英尺、7英尺、8英尺、9英尺、10英尺、11英尺、12英尺、13英尺、14英尺、15英尺、16英尺、17英尺、18英尺、19英尺、20英尺、21英尺、22英尺、23英尺、24英尺、25英尺、26英尺、27英尺、28英尺、29英尺、30英尺、31英尺、32英尺、33英尺、34英尺、35英尺、36英尺、37英尺、38英尺、39英尺、40英尺、41英尺、42英尺、43英尺、44英尺、45英尺、46英尺、47英尺、48英尺、49英尺、50英尺、55英尺、60英尺、65英尺、70英尺、75英尺、80英尺、85英尺、90英尺、95英尺、100英尺、200英尺、300英尺、400英尺、500英尺、600英尺、700英尺、800英尺、900英尺、1000英尺、2000英尺、3000英尺、4000英尺、5000英尺，或2英尺至5000英尺之间的长度。
两个或更多个热交换单元可以串联使用，以增加热交换单元的有效长度。当多个热交换单元装配至管道时，热交换单元可以互连，以使制冷剂可以在排出或离开系统之前从一个热交换单元流动到下一个。在一些实施方案中，每个热交换单元可以连接到其自身的独立的制冷剂或冷冻剂供应模块。
热交换单元的内部尺寸通常大约为与其相接并且热交流的管道的尺寸。在一些实施方案中，热交换单元的内部尺寸与管道的相同，因为管道形成了热交换单元的内部维度。在一些实施方案中，热交换单元包括内管道和外管道，内管道是连接到其它管道或配管时携带、运输或输送所述流体的管道；外管道的直径或尺寸比内管道的大，这样内管道和外管道之间能形成间隙或通道。热交换单元的外管道的尺寸应选择能提供可以填充导热材料的通道，所述导热材料以纤维、丝线、锉屑、车屑、飞边、削屑、团粒、球粒、细珠粒、珠粒或碎片提供，当制冷剂或冷冻剂循环通过热交换单元时，其就能通过所述通道。
可以选择导热材料的纤维、丝线、锉屑、车屑、飞边、削屑、团粒、球粒、细珠粒、珠粒或碎片的粒子大小和分布，以调节制冷剂或冷冻剂可以通过的通道中空隙区的填充体积或量、大小和分布。颗粒装填是基于尺寸、形状和粒度分布的材料特征。均匀的粒径分布可以在保持颗粒之间密切接触的同时，产生空隙区的均匀或大致均匀的分布。具有一定粒径分布的材料可以选择含有一些颗粒，其尺寸可以填充共混物中最大粒径成分所产生空隙的一部分，以减少颗粒在热交换装置中形成的空隙的数量、大小或分布，从而可以选择通过装置的不同的流动特性。使用材料多峰混合制造材料共混物的数学模型有现有的可用。颗粒可以使用本领域已知的任何方法装填到热交换单元中，其包括，例如，将颗粒倾倒到所述单元中或均匀地分布颗粒，如使用颗粒装载器，如美国专利US5,324,159中所说明的。
热交换单元的内部尺寸可以为1英寸与500英寸之间或更大。在一些实施方案中，热交换单元包括与装配热交换单元的管道热接触的导热表面11。导热表面11的内部尺寸应能使其与要撤出热能的管道热交流。因此，技术人员可以根据装配热交换单元的管道的外尺寸选择合适的导热表面11的内部尺寸。例如，在一个管道为外径约3英寸的管子的实施方案中，选择导热表面的直径使其能舒适地适合管道的外表面并与管道热交流，比如内径为约3英寸。
热交换单元的外径可以为能在热交换单元的内表面与外表面之间产生通道的任何尺寸。例如，可以选择热交换单元的外径，使在热交换单元的内表面与外表面之间形成的得到通道的宽度为约0.05英寸与500英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约0.1英寸与约100英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约0.2英寸与约50英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约0.4英寸与约40英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约0.5英寸与约30英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约0.6英寸与约25英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约0.1英寸与约10英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约0.8英寸与约8英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约0.5英寸与约5英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元的内表面与外表面之间形成的通道的宽度为约1英寸与约4英寸之间。在一些实施方案中，热交换单元内的通道宽度为约0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,2.6,2.7,2.8,2.9,3.0,3.1,3.2,3.3,3.4,3.5,3.6,3.7,3.8,3.9,4.0,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5,4.6,4.7,4.8,4.9,5.0,5.1,5.2,5.3,5.4,5.5,5.6,5.7,5.8,5.9,6.0,6.1,6.2,6.3,6.4,6.5,6.6,6.7,6.8,6.9,7.0,7.1,7.2,7.3,7.4,7.5,7.6,7.7,7.8,7.9,8.0,8.1,8.2,8.3,8.4,8.5,8.6,8.7,8.8,8.9,9.0,9.1,9.2,9.3,9.4,9.5,9.6,9.7,9.8,9.9,10.0,10.5,11,11.5,12,12.5,13,13.5,14,14.5,15,15.5,16,16.6,17,17.5,18,18.5,19,19.5,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,86,87,88,89,90,91,92,93,94,95,96,97,98,99,100,110,120,130,140,150,160,170,180,190,200,210,220,230,240,250,260,270,280,290,300,310,320,330,340,350,360,370,380,390,400,410,420,430,440,450,460,470,480,490或500英寸。
在一些实施方案中，选择热交换单元的外尺寸，使热交换单元内表面与外表面之间形成的通道的宽度为热交换单元内径的约10%与约500%之间。例如，在管道为管子并且装配到管子上的热交换单元的内径为5英寸的实施方案中，热交换单元的外尺寸可以为约5.5英寸与约25英寸之间，产生宽度为约0.5与20英寸之间的通道。
在一些实施方案中，选择热交换单元的外尺寸，使热交换单元内表面与外表面之间形成的通道的宽度为热交换单元内径的约10%与约300%之间。例如，在管道为管子并且装配到管子上的热交换单元的内径为5英寸的实施方案中，热交换单元的外尺寸可以为约5.5英寸与约15英寸之间，产生宽度为约0.5与10英寸之间的通道。
在一些实施方案中，选择热交换单元的外尺寸，使热交换单元内表面与外表面之间形成的通道的宽度为热交换单元内径的约10%与约150%之间。例如，在管道为管子并且装配到管子上的热交换单元的内径为5英寸的实施方案中，热交换单元的外尺寸可以为约5.5英寸与约12.5英寸之间，产生宽度为约0.5与7.5英寸之间的通道。如进一步举例，在管道为管子并且装配到管子上的热交换单元的内径为10英寸的实施方案中，热交换单元的外尺寸可以为约11英寸与约25英寸之间，产生宽度为约1与15英寸之间的通道。在一些实施方案中，选择热交换单元的外尺寸，使热交换单元内表面与外表面之间形成的通道的宽度为热交换单元内径的约25%与约100%之间。
在一些实施方案中，冰冻热力阀系统包括冷冻剂注射器模块。在一些实施方案中，冰冻热力阀系统包括热交换单元和冷冻剂注射器模块。在一些实施方案中，冰冻热力阀系统包括冷冻剂注射器模块，但不包括热交换单元。在一些实施方案中，冰冻热力阀系统包括集成在热交换单元中的冷冻剂注射器。
在包括热交换单元和冷冻剂注射器模块的冰冻热力阀系统的实施方案中，系统可以以任何配置组装。在一些实施方案中，当一个或多个冷冻剂注射器模块安装在含或将要含流动流体的管道上时，其可以布置成最靠近流经管道的流体的源，并且热交换单元可以布置在相对流体的源在冷冻剂注射器模块之后。在一些实施方案中，冷冻剂注射器模块可以包括跨越竖管的套管长度或一个或多个长度的注射器。例如，套管的一个或多个柱可以构造成包括冷冻剂注射器模块的注射器装置。
在冰冻热力阀系统的一些实施方案中，系统包括包括制冷剂的热交换单元。热交换单元可以包括导热表面，导热表面可以构造成能与要冷却的管道的外表面密切热接触。在一些实施方案中，要冷却的管道形成热交换单元的内表面并且是导热表面。热交换单元热导体表面包括导热材料。可以使用本领域技术人员已知的任何导热材料。这类材料的实例包括铜、黄铜、铍、镉、钴、铬镍钢、金、银、铱、铁、铅、镁、钼、镍、铂、锡、锌、碳钢、不锈钢以及它们的任何组合或其合金。在一些实施方案中，热交换单元或其导热表面含单个金属导体。在一些实施方案中，热交换单元或其导热表面含多个金属导体。在一些实施方案中，热导体可以包括基本上纯的铜、铜合金、基本上纯的铝、铝合金、基本上纯的银、银合金、基本上纯的金、和金合金以及它们的混合物。
在一些实施方案中，热交换单元可以包括折流板，折流板可以构造成能引导热交换单元内的冷冻剂或制冷剂流。折流板可以是任何适合于调节通过热交换单元的制冷剂或冷冻剂流的配置或设计。折流板可以垂直于管道或以相对管道的任何角度布置。折流板可以是相等的长度，或者可以是不同的长度，以产生通过热交换单元的制冷剂或冷冻剂流的迂回路径。在一些实施方案中，折流板可以围绕热交换单元内的管道或流管螺旋排列。
在管道为水平的并且与地面平行的实施方案中，由于重力对冷冻剂或制冷剂的影响，热交换单元可以包括远离管道的、沿着热交换单元的下侧面的、调节制冷剂或冷冻剂流的折流板。热交换单元内的折流板可以与形成室的管道表面相反，沿着热交换单元的内壁布置。当冷冻剂或制冷剂引入到这样构造的热交换单元时，冷冻剂或制冷剂可以流入所述单元并且充满第一室，在流动到下一个室之前，使冷冻剂或制冷剂与管道处于热交流，尽管由于有管道和装配的热交换单元的水平位置对流体的任何重力影响。然后可以对下一个室充满制冷剂或冷冻剂流，引导流体向上流向管道，直到室被充满，该过程一直持续到热交换单元充满了制冷剂或冷冻剂流体，并且制冷剂或冷冻剂从出口管流出。
在管道垂直于地面的构造中，折流板可用于引导制冷剂或冷冻剂，最小化热交换单元内的任何死区(与管道没有接触的制冷剂或冷冻剂的区域)。折流板可以以任何配置布置。在一些实施方案中，折流板可以沿着热交换单元的内壁布置，从输入口到输出口形成螺旋，引导流体通向管道的表面。在一些实施方案中，折流板可以二等分热交换单元的内部。在一些实施方案中，折流板可用于产生与管道平行的独立的室，多个输入口可用于引入制冷剂或冷冻剂到每个室的底部(即，最靠近地面)，并且流体从室的底部到室的顶部流动离开一个或多个输出口。在一些实施方案中，热交换单元含有或充有导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒，制冷剂或冷冻剂渗透通过导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒，流动通过热交换单元。热量从锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒撤出并传递到冷冻剂或制冷剂，被吸收的热量可以从热交换单元中传递出。
在一些实施方案中，热交换单元可以包括装配至管道或流管上的导热翅片。导热翅片可以布置在靠近管道或与管道热接触的任何位置，以增加热交换单元的导热面积，从而使管道及其内容物的热能能更快速地传递给热交换单元，其包括冷冻剂或制冷剂和/或热交换单元内冷却的导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒。在一些实施方案中，导热翅片与管道热交流，促进能量从管道向热交换单元内的冷冻剂或制冷剂及冷却的导热金属锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒传递。热交换单元内导热金属的锉屑、车屑、削屑、粒子或小球可增加表面积，并且可以引导流体流动或引起湍流，这可以增加热传递效率。
热交换单元内导热金属的锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒，单独地或与布置在靠近管道或与管道热接触的任何位置的导热翅片组合，与通过热交换单元或通过热交换单元再生并再循环的冷冻剂或制冷剂一起，产生热交换单元内的散热器。由于热交换单元内冷却的导热金属锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒的热容量，以及能实现散热器内热能从管道及其中流体快速交换(热传递)的大的接触表面积，能以足以凝固流管或管道内流动流体的速度，快速地吸收热能并从流管(管道)以及其中所含的液体撤出热能。
在一些实施方案中，热交换单元可以包括一个或多个横贯热交换单元部分长度或全部长度的加热通道。加热通道可用来引入温度高于凝固塞子的流体，例如气体或液体，向凝固塞子赋予热能，因此融化塞子的至少一部分。通过将加热通道的流体流动保持在一定的速度，防止加热流体的凝固。在一些实施方案中，加热的气体通过加热通道泵送。
在一些实施方案中，加热通道可以包括给通道加热的手段，为管道内形成的凝固流体塞子单向或定向提供热。在管道中的凝固塞附近向管道定向施加热能可以定向融化塞子，这样可通过塞子形成液流可以流动通过的通道。这可防止通过管道发射凝固塞子，并且可以可控地恢复通过管道的流动。在一些实施方案中，加热通道为与管道或流管热交流的管道、配管或管件。在一些实施方案中，加热通道可以容纳在流管或管道的壁内，如利用加热通道的精密机械加工。
加热加热通道的手段可以包括本领域中已知的任何加热单元。例如，一个或多个离散的间隔开的加热单元，如美国专利US4,849,611中所述的，可以布置在整个通道，从而使热能能定向施加到与其内凝固塞相邻的管道。其它的加热装置还可以布置在通道内，如居里温度加热器，如美国专利US7,461,691所述；或温度限制加热器，如美国专利公开号2005-0092483所述；或管道中导体热源，如美国专利公开号2004-0020642所述；或电热丝，如美国专利US3,793,716所述；或电阻加热条，如美国专利US4,238,640所述。其它的加热元件可以用来加热加热通道，其包括美国专利US7,066,730;4,238,640;3,971,416;和3,814,574中所述的那些。可以包括在加热通道内的其它示范性加热装置包括正导热系数陶瓷加热器、厚膜陶瓷加热器、电阻丝或电阻带加热装置，如含镍合金的那些，如镍铬合金80/20或铜镍合金(CuNi)或FeCrAl合金，如Kanthal。电阻丝或电阻带加热装置可以封装在陶瓷绝缘粘合剂(如TiO2、MgO、硅藻土或氧化铝粉或它们的组合)中。这类加热装置的商用实施方案有现成的(CalrodTM加热器)，该装置可以构造成符合加热通道的尺寸和形状。
可以将加热通道构造使其能与管道热交流但是与热交换单元热隔离。例如，可以使用不导热材料，使朝向热交换单元的加热通道部分与其隔离。可以使用本领域技术人员所知的任何不导热材料。不导热材料的实例包括丙烯酸类玻璃、沥青、水泥、粘土、混凝土、陶瓷填充可丽耐、软木、棉绒隔热材料、硅藻土、环氧、玻璃纤维、泡沫玻璃、玻璃珠或珠粒、玻璃棉、石膏、菱镁矿、氧化镁隔热材料、矿物隔热材料、尼龙、珍珠岩、发泡塑料隔热材料、发泡聚苯乙烯、聚氨酯、瓷、PTFE、PVC、派热克斯玻璃、砂子、硅石气凝胶、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、蛭石、乙烯基酯及它们的组合，以及固体绝热材料，如氮化硅(Si3N4)、硅酸钙、低密度高纯氧化硅陶瓷、多孔氧化铝、硼硅玻璃、硅石气凝胶(泡沫玻璃)、陶瓷/玻璃复合材料、纤维耐火复合隔热材料、基于聚脲的气凝胶、石墨、莫来石、玻璃填充硅酮聚合物或它们的组合。
在一些实施方案中，CryoPlug冰冻热力阀系统可以包括完全集成并且连接到一部分管道的热交换单元和冷冻剂注射器模块，所述一部分管道构造成可连接井管线的管道，如井套管或生产管。在一些实施方案中，冰冻热力阀系统的管道包括管道一端的外螺纹和管道另一端的内螺纹，其中所述螺纹与井管线管道的螺纹相匹配。在一些实施方案中，冰冻热力阀系统包括法兰，所述法兰可用于将冰冻热力阀系统连接到井管线的管道。可以使用本领域技术人员所知的任何连接方法将冰冻热力阀系统整合到井管线中。在一些实施方案中，冰冻热力阀系统可以构造成装配到井头。在一些实施方案中，冰冻热力阀系统可以装配到井套管或生产管。
在冰冻热力阀系统包括并且集成到管道上的实施方案中，所述管道可以在外面包括包层，以促进应用传热装置热传递区域的热传递。本领域技术人员已知的任何导热材料都可以用作所述包层。这类材料的实例包括铜、黄铜、铍、镉、钴、铬镍钢、金、银、铱、铁、铅、镁、钼、镍、铂、锡、锌、不锈钢以及它们的任何组合或其合金。在一些实施方案中，包层可以是铜或铜合金或铝或铝合金。在一些实施方案中，包层包括基本上纯的铜、铜合金、基本上纯的铝、铝合金、基本上纯的银、银合金、基本上纯的金、和金合金或它们的组合。
图10为冰冻热力阀可逆堵塞系统的一个实例实施方案的侧视图。其中显示了井位。冰冻热力阀系统80包括含接近并且连接到注射器单元60的热交换单元10的热传递装置9。冰冻热力阀系统80可以装配到井套管78。在一些实施方案中，冰冻热力阀系统80可以装配至井头74。
冷冻剂注射器模块60如以上所述，并且可以包括喷射液体冷冻剂到管道2内的流体70中的注射器装置67。注射器模块60经输入口63与冷冻剂供应模块75流体连通，其可以装配到调节阀72。液体冷冻剂由冷冻剂供应模块75提供，经与流体70接触而温热，导致产生冷冻剂气体，温热的冷冻剂和气体与流动流体70一起从所述模块带走，从流动流体撤出热能导致形成流体的凝固塞子。一旦形成流体的凝固塞子，来自冷冻剂供应模块75的冷冻剂流停止，如通过终止向冷冻剂供应模块75供应冷冻剂，或通过调节调节阀72。
热传递装置9可以包括热交换单元10，所述热交换单元10可以是含流体的热交换单元(液体、气体或压缩气体)、热电模块或珀耳帖装置或磁热传递装置。在图10中，热交换单元10显示为含流体的热交换单元。所述热交换单元10与制冷剂供应模块50流体连通，通过输入口12连接到泵模块40和控制阀19。用于热交换单元的制冷剂在本领域中是公知的。所述制冷剂可以包括能在使用条件下传递热能的任何流体。示范性的流体制冷剂可以包括液态二氧化碳、液氨、液化氯氟烃、液化气体如液氮、液氧、液氖、液氩、液态氧化亚氮、氢氟乙烷、五氟丙烷、三氯一氟甲烷、二氯二氟甲烷、或它们的混合物。
制冷剂供应模块50提供的制冷剂通过与管道70接触而被温热。在一些实施方案中，温热的制冷剂从系统排出到环境中。这样的实施方案的实例在图10中显示。如图10中举例说明的，温热的制冷剂可以从单元经输出口13排出，输出口13经阀19连接到排出管68。排出管68可以包括加热单元69，将排出材料温热到环境温度，以最小化或防止在排出管68上或周围结冰。
在一些实施方案中，温热的制冷剂可以再循环到制冷剂供应模块50。这样一个实施方案的实例在图11中显示。如图11中举例说明的，热交换单元10中温热的制冷剂从单元经输出口13排出，输出口13连接回流管线至制冷剂供应模块50。回流管线可以包括阀19，调节通向制冷剂供应模块50的温热的制冷剂流。在这类配置中，可以使用本领域已知的任何闭环制冷系统。实例见述于美国专利US6,041,621；6,105,388；6,301,923和7,111,467。制冷剂供应模块50可以包括制冷系统。制冷系统可以是超低温制冷系统，其基本操作，热的撤出和重新就位，在本领域中已众所周知。其可以包括压缩机、冷凝器、过滤干燥器和/或制冷工艺，其可以包括从高压到低压的内部制冷剂流径。压缩机可以是气体压缩机，优选适合与露点-100℃以下的任何干燥气体一起使用的，如氦或氮或氩。压缩机可以是任何商业途径可得到的压缩机，如往复式压缩机、回转式压缩机、螺杆式压缩机、涡旋式压缩机或这些压缩机的组合。制冷系统的制冷工艺可以包括一系列其间插入分相器(phase separator)的热交换器。制冷工艺可以包括本领域中已知的任何制冷系统或工艺，如单一制冷剂系统，混合制冷剂系统，标准制冷工艺，级联制冷工艺的单段(individual stage)或自动制冷级联循环，或任何这些的改进。例如，所述系统可以是自动制冷级联工艺，单一分相器系统，如以下美国专利之一所述的系统：美国专利US3,768,273;3,872,682;4,535,597;4,597,267;4,951,474;5,099,650;6,722,145;6,843,065;7,111,467;7,234,310，或这些工艺的变体，或具有零段、一段、或多于一段的相分离的任何极低温制冷工艺。低温和极低温制冷的参考文献可参见American Society of Heating在1998手册的第39章Refrigerating and Air-Conditioning Engineers(ASHRAE)。除了所使用的分相器的数量，可以视具体应用的情况，以各种配置增加或减少所使用的热交换器的数量和内部节流装置的数量。
在一些实施方案中，热交换单元10内的管道可以配备有一个或多个导热翅片(图13中的翅片26)。导热翅片26可以布置在靠近管道2或与管道2热接触的任何位置，以增加热交换单元的导热面积，从而使管道及其内容物的热能能更快传递到制冷剂。在一些实施方案中，导热翅片26与管道2热交流，促进热交换单元10内能量从管道2向制冷剂传递。
图10和11举例说明了实例，其中通过热交换单元10的法兰和井头74在螺栓上拧紧固定螺帽，热交换单元10可以牢固地连接至井头74。这些图还显示了一个实例，其中通过热交换单元10的法兰和冷冻剂注射器单元60在螺栓上拧紧固定螺帽，热交换单元10可以牢固地连接至冷冻剂注射器单元60。也可考虑其它的构造。
在管道要改装的实施方案中，系统可以通过本领域中已知的任何方法装配到现有管道上。例如，可以制造所述系统，使其配备有两个或更多个互锁件，所述互锁件可以原位布置并且固定在现有管道上。所述互锁件可以使用本领域中已知的任何机构固定，如通过焊接、螺栓、螺钉、密封、环氧树脂或它们的任何组合。在地上管道和地下或海底管道中，可制造冰冻热力阀系统，使其适合现有管道。在一些实施方案中，可能有必要在现有管道周围挖掘出一个区域来容纳冰冻热力阀系统。
CryoPlug冰冻热力阀系统80可以包括壳体81，所述壳体81包围装配至管道或与管道交流的部件。壳体81可以由相对较不受低温和预期压力影响的任何材料组成。足以承受低温液的预期温度和压力和/或深海井应用的示范性材料包括，但不限于，钢、玻璃纤维、石墨、塑料、碳纤维和它们的组合。例如，钢合金，尤其是含Cr、Ni或Si的钢，可以表现出高韧性断裂的模式和低脆性断裂模式。韧性断裂模式高于钢且脆性断裂模式低于钢的合金在本领域中是公知的。示范性的合金包括美国专利US5,352,304;6,183,573;6,212,891;7,235,212;7,648,597和7,727,463中所述的那些。还可以使用碳纤维/粘合剂包裹的容器，使用的粘接剂如，但不限于，诸如聚丙烯腈(PAN)的环氧树脂，诸如聚酯的树脂以及它们的组合。既强度高又重量轻的碳纤维，与钢相比较，其包括但不限于石墨、碳复合材料、编纂的(codified)固体纤维、层压碳纤维、PAN基碳纤维、沥青基碳纤维以及它们的组合。在一些实施方案中，冰冻热力阀系统80的壳体可以包括含碳纤维的外涂层。所述涂层可以构造成能使碳纤维围绕模块的外表层(integument)对角线排列。可以使用任何碳纤维，例如，石墨、碳复合材料、编纂的固体纤维、层压碳纤维、PAN基碳纤维、沥青基碳纤维、及它们的组合。冰冻热力阀系统80的壳体可以包括为了安全的减压阀。
壳体81可以包括使冷冻剂注射器单元60和热交换单元10与壳体81外面的环境热隔离的方法。例如，热隔离手段可以是在壳体的一侧或两侧上与壳体接触的隔热材料的层或涂层。热隔离手段可以包括任何不导热的材料或热传导率低的材料，或者可以包括含不导热材料或热传导率低的材料的套管。热传导率低的材料的实例包括沥青、水泥、粘土、混凝土、陶瓷填充可丽耐、软木、棉绒隔热材料、硅藻土、环氧、玻璃纤维、泡沫玻璃、玻璃珠或珠粒、玻璃棉、石膏、菱镁矿、氧化镁隔热材料、矿物隔热材料、尼龙、珍珠岩、发泡塑料隔热材料、发泡聚苯乙烯、聚氨酯、瓷、PTFE、PVC、派热克斯玻璃、砂子、硅石气凝胶、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、蛭石、乙烯基酯，热传导率比空气低的不导热气体，如丁烷、氪、三氯甲烷、氙、1,1,2-三氯三氟乙烷、1,2-二氯四氟乙烷、四氟乙烷、氩、二氧化碳、二乙醚、异丁烷、戊烷、全氟环丁烷、丙烷和四氟甲烷，以及热传导率低的液体，如CFC-11、HCFC-141b、甲醇、乙醇、甘油、乙醚、丙酮、乙二醇，含玻璃的不导热硅酮液，如含玻璃纤维或玻璃珠的，和丙二醇，以及它们的组合。
在一些实施方案中，壳体可以形成气密的密封。在一些这类实施方案中，壳体内隔室中的空气可以用热传导率比空气低的气体置换。通常，致密的气体，例如氙和二氯二氟甲烷有低的热传导率。热传导率比空气低的气体包括丁烷、氪、三氯甲烷、氙、1,1,2-三氯三氟乙烷、1,2-二氯四氟乙烷、四氟乙烷、氩、二氧化碳、二乙醚、异丁烷、戊烷、全氟环丁烷、丙烷和四氟甲烷。在一些实施方案中，空气可以用热传导率低的液体代替。热传导率低的液体的实例为CFC-11、HCFC-141b、甲醇、乙醇、甘油、乙醚、丙酮、乙二醇、含玻璃的不导热硅酮液，例如含玻璃纤维或玻璃珠的，和丙二醇。
壳体可以包括热监测装置，用于监测沿着管道的热梯度。壳体还可以包括加热元件，用于控制管道中冰冻热力阀系统诱导的热梯度。在一些实施方案中，壳体可以包括可用于调节管道远端的热梯度和/或最小化结冰的远端加热元件。可以控制所述加热元件，以最小化或消除管道中的热诱导的应力断裂，例如由于管道中形成裂纹或破裂，以使样管道不会失效。
示范性热力阀的构造在图12A至12E中图示说明。图12A描述了热交换单元10，所述单元包括管道2和外套管2c。热交换单元装配冷冻剂注射器67，所述冷冻剂注射器构造成能将冷冻剂注射到管道2中流动的流体中。图12A的热力阀描绘了任选的辅助注射器88。含开口的端板3装配在外套管2c的左边和管道2的周围，密封热交换单元10的左侧面，一部分管道2可以穿过所述开口。含开口的端板4装配在外套管2c的右边和管道2的周围，密封热交换单元10的右侧面，一部分管道2可以穿过所述开口。端板可以通过本领域中已知的任何方法装配至管道2和外套管2c上，如通过焊接、螺栓、螺钉、密封、环氧树脂或它们的任何组合。装配板3和4后，形成了含管道2和套管2c之间的腔体的密封配管，可以允许管道2从热交换单元的两端突出。
管道2和外套管2c之间的热交换单元10的内部腔体充有导热金属的颗粒、锉屑、车屑、削屑、丝线、团粒或珠粒，填充管道2和套管2c之间的空间。筛网93将导热金属的颗粒、锉屑、车屑、削屑、丝线、团粒或珠粒保持在热交换单元10内，防止其在装填热交换单元10时被冷冻剂排出。筛网可以用任何材料制成，其包括铝、钢、铁、塑料、增强树脂、碳纤维、玻璃纤维或它们的任何组合。通过装置的流体流动用箭头指示。
套管2c配有管道接头配件，形成进入热交换单元10的输入口12，用于从供应单元将冷冻剂传送到热交换单元10中。尽管可以包括任何数量的注射器口，图12A描绘了一个输入口12。图12B至12D描绘了包括两个输入口12的实施方案。套管2c还配有到从热交换单元10出来的输出口13的管道接头配件，用于从热交换单元10排出冷冻剂。热交换单元10内的输出口13的内部开口配有筛网93。
图12A的热力阀还包括冷冻剂注射器67。图中所示的任选的辅助注射器88可用于注射组合物如桥接流体或表面活性剂组合物到管道2内的流体中。图12A中还显示了加热通道45，所述加热通道与热交换单元10内的管道2热交流。加热通道进口17和加热通道出口18提供了到加热通道45的通路。如所描绘的热交换单元10还包括装配到和/或包围热交换单元10的隔热材料的隔离覆盖层30。
图12B描述了热交换单元10，所述单元包括管道2和外套管2c，类似于图12A中所描绘的单元。如以上所讨论的，图12B中描绘的单元包括两个输入口12。图12B中描绘的热力阀还包括翅片管2f。在该实施方案中，热交换单元10包括管道2，管道2包括翅片管2f和非翅片管分段2a左和在翅片配管2f右端的非翅片管分段2a右。翅片管2f和每个管2a左和2a右的一部分装入在套管2c中，端板3和4如以上所讨论进行装配。端板3包括管道2a左的一部分可以通过的开口，端板4有管道2a右的一部分可以通过的开口。板3和4就位后，形成了含管道2和套管2c之间的腔体的密封配管，可以允许管道2a左和2a右突出。
管道2和外套管2c之间的热交换单元10的内部腔体充有导热金属的颗粒、锉屑、车屑、削屑、丝线、团粒或珠粒，填充管道2的翅片26之间及翅片管道2和套管2c之间的空间。筛网93将导热金属的颗粒、锉屑、车屑、削屑、丝线、团粒或珠粒保持在热交换单元10内，并防止其在装填热交换单元10时被冷冻剂排出。
图12C描述了热交换单元10，其包括管道2和外套管2c，类似于图12B中所描绘的单元。图12C中描绘的实施方案包括两个冷冻剂注射器67。在所绘制的实施方案中，注射器位于与套管2c相同的一侧，但是隔开一些距离。图12D描述了热交换单元10，其包括管道2和外套管2c，类似于图12C中所描绘的单元，有两个冷冻剂注射器67，但是在所绘的实施方案中，冷冻剂注射器67位于套管2c相对的两侧。尽管描绘的是彼此相对，两个或更多个注射器可以以其间任何的间隔角度，如10°、20°、30°、40°、45°、50°、60°、70°、80°、或90°，围绕套管2c径向布置。尽管图12A至12D描绘了水平布置的热力阀，这些阀可以水平、垂直、或以任何的角度布置。在热力阀垂直布置的实施方案中，例如图12E和12F中所描绘的，所述阀可以包括围绕套管2c径向布置(图12E)、或围绕套管2c纵向布置(图12F)的多个输入口12。
D.方法
当配备本发明所述的装置和系统时，例如，热传递装置集成或装配至填充流体的管道并且装置受驱动时，所述热传递装置可以从管道撤热，并可以受控制的速度进行撤热，以免在管道中导致热应力。随着时间，当管道的温度降低至例如-10°C～-80°C之间的温度时，降低的温度会使管道内的材料如水或油增稠并凝固，形成管道塞子。在本发明提供的方法的一些实施方案中，管道的温度可以降低至以下范围之间的温度：-20℃～-100℃，或-30℃～-100℃，或-50℃～-100℃，或-20℃～-90℃，-30℃～-120℃，或-50℃～-150℃，或-10℃～-150℃。在本发明提供的方法的一些实施方案中，管道的温度可以降低至-20℃或更低的的温度。在本发明提供的方法的一些实施方案中，管道的温度可以降低至-30℃或更低的的温度。在本发明提供的方法的一些实施方案中，管道的温度可以降低至-40℃或更低的的温度。在本发明提供的方法的一些实施方案中，管道的温度可以降低至-50℃或更低的的温度。在本发明提供的方法的一些实施方案中，管道的温度可以降低至-80℃或更低的的温度。在本发明提供的方法的一些实施方案中，管道的温度可以降低至-100℃或更低的的温度。在本发明提供的方法的一些实施方案中，管道的温度可以降低至-150℃或更低的的温度。在本发明提供的方法的一些实施方案中，管道的温度可以降低至-200℃或更低的的温度。
通过热传递装置撤热，可缓慢地在凝固管道内在流体如水或油上凝固层，减少管道的内径，并且最终形成用凝固塞子密封管道的塞子。可以保持塞子，直到管道完成修补。热传递装置会需要时间来凝固管道，并且管道内的冷冻液如水或油会需要时间来积累并形成塞子，以防止液体流动通过管道。在一些应用中，如在北极位置或在深海钻探应用中，环境条件可以是非常冷。在这类应用中，不会需要大量冷却管及其中的流体，以在管道的内部上积累层状的凝固的(结晶的)液态油或水沉积物。
在一些实施方案中，所述方法的热传递单元是热电模块。在一些实施方案中，所述方法的热传递单元是珀耳帖模块。在一些实施方案中，所述方法的热传递单元是如本发明所述的含液体的热交换单元。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和其中流体的温度降低至至少-20℃的温度。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和其中流体的温度降低至至少-25℃的温度。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和其中流体的温度降低至至少-30℃的温度。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和其中流体的温度降低至至少-35℃的温度。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和其中流体的温度降低至至少-40℃的温度。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和其中流体的温度降低至至少-45℃的温度。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和其中流体的温度降低至至少-50℃的温度。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和其中流体的温度降低至至少-55℃的温度。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和其中流体的温度降低至至少-60℃的温度。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和其中流体的温度降低至至少-65℃的温度。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和其中流体的温度降低至至少-70℃的温度。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和其中流体的温度降低至至少-75℃的温度。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和其中流体的温度降低至-40℃～-60℃的温度。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和/或其中流体的温度降低至-20℃～-250℃的温度。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和/或其中流体的温度降低至-30℃～-240℃的温度。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和/或其中流体的温度降低至-40℃～-220℃的温度。在一些方法中，装配至管道的热传递装置可将管道和/或其中流体的温度降低至-50°C～-200°C的温度。
在一些实施方案中，所述方法包括将热传递装置装配至含流体的管道；将热传递装置和至少一部分管道与环境热隔离；以及驱动热传递装置足够长的时间，形成防止流体流动通过管道的流体凝固塞子。在一些实施方案中，将热传递装置装配到未受影响的管道，并且在热传递装置安装点以上发生管道故障或破裂的情况下驱动，作为管道紧急切断的机构。在这类实施方案中，本发明预防性提供所述系统。在一些实施方案中，本发明所述的系统可用于提供防止流体流动通过破裂或断裂管道的方法。在一些实施方案中，所述方法包括确定管道中的破裂部位；在管道未受影响区域中破裂、破坏或断裂以下的点配备如本发明所述的热传递装置；以及驱动热转移装置足够长的时间，形成可阻止流体流过管道的流体凝固塞子。在所述方法的一些实施方案中，热传递装置保持处于活动的热交换，直到管道可以被修复。在一些实施方案中，所述方法包括增加热传递装置的温度的步骤，以使其可赋予热能给管道，因此融化凝固塞并且恢复流体流动通过管。
在本发明提供的方法的一些实施方案中，热传递装置为含制冷剂液体的热交换单元，通过控制经过系统的制冷剂液体的流动，可调节热交换单元之间的热交换速度。在所述方法的一些实施方案中，来自热传递装置的温热的制冷剂液体通过系统再生并再利用，形成闭环系统。在所述方法的一些实施方案中，来自热传递装置的温热的制冷剂液体被排放至环境，形成开环系统。
在本发明提供的方法的冷却段(phase)的一些实施方案中，导热液体制冷剂通过系统循环，如通过一个或多个泵或者通过系统的制冷剂供应侧的正压。随着液体制冷剂通过与管道热接触的热交换单元的导热表面，热量从相对较温热的管道以及其内容物传递到更凉的液体制冷剂。与管道热接触的热交换单元的导热表面可以设计成能使热传递最大化，可通过使与流动通过其的制冷剂液体接触的表面积最大化。携带从管道以及其内容物吸收的热能的制冷剂通过排出管或者排出口移出，其温度可以在制冷剂排出到环境之前提高到至少环境温度。不断流动的新鲜制冷剂通过热交换单元，确保管道以及其内容物的热能能够不断传递给制冷剂液体，冷却管道以及其内容物，直到至少一部分管道的流体内容物凝固并形成塞子。
在本发明提供的方法的温热段的一些实施方案中，例如，在已经完成修补后想要除去凝固塞并且恢复流体流动通过管道时，可以缓慢地提高制冷剂液体的温度。可以提高制冷剂的温度，升温速度应不使管道处于热应力下，并且不影响管道的拉伸或破裂强度。随着制冷剂液体温度增加，管道壁的温度也增加。在一定温度时，凝固塞子会开始融化并且从管道的内表面脱离。一旦塞子从管道的内表面脱离，管道内的流体压力会移出凝固塞子，恢复流体流动通过管道。
在本发明提供的方法的温热段的一些实施方案中，例如，在已经完成修补后想要除去凝固塞并且恢复流体流动通过管道时，可以不对称地驱动热传递装置内的加热器，只向管道一侧提供热能。可以提高加热器的温度，升温速度应不使管道处于热应力下，并且不影响管道的拉伸或破裂强度。随着凝固塞子的一侧管道温度增加，热能作用点的管道壁的温度也增加。在一定温度时，凝固塞子会在热能作用点上开始融化并且从热能作用点的管道内表面脱离。一旦塞子从热能作用点的管道内表面脱离，流体会开始流动通过管道与凝固塞之间的间隙，所述凝固塞仍附着在管道的对面。这会导致通过塞子的流体流量不断增加，直到塞子融化或者变成完全脱离。一旦塞子融化或者变成完全从管道脱离，就恢复了流体通过管道的流动。
在深海钻探应用的启动作业过程中，其中管道被水包围，在凝固管道内的油冷却管道形成塞时，有必要防止在或者沿着管道的远端形成结冰。通过在管道的远端包括加热元件，使局部温度保持高于凝固，可以实现此目的。类似地，可以沿着出口或者排出管包括加热元件，在制冷剂液体排出之前将制冷剂的温度提高到至少环境温度，这样可最小化或消除在排出位置的结冰。
还提供了用于填充导热金属管道的流体的速度受控凝固的方法和系统。目前所公开的系统和方法提供了迅速冷却管道和其中所含的流体的能力，通过使用液体制冷剂层流通过制冷剂液体。通过精确控制和调节引入到系统的作为时间函数的制冷剂的温度，可实现管道的快速冷却。在一些实施方案中，管道速度受控凝固的方法包括以下步骤：(i)放置热交换单元，使其与其中含流体的管道热接触；(ii)驱动热交换单元，使热能从管道和其中的流体撤出并传递到热交换单元；以及(iii)迅速耗散热交换单元所吸收的热，以防止热从热交换单元再循环回到管道。
在一些实施方案中，所述方法使用液体填充的热交换单元作为热交换单元。在这类实施方案中，所述方法包括：(i)安置液体制冷剂热交换单元，使其与其中含流体的管道热接触；(ii)制备液体制冷剂，通过将液体冷冻剂与溶剂混合，以选定的温度曲线产生冷的液体制冷剂，所述温度曲线对应于管道以及管道内的流体所要求的冷却速率。(iii)将单向的温度得到调节的液体制冷剂的层流传送通过热交换单元，均匀冷却管道及其内容物；以及(iv)迅速从热交换器排空液体制冷剂，以防止热交换单元内的液体制冷剂再循环。
本发明公开的系统和方法提供了用热交换单元迅速冷却导热管道及管道中所含流体的能力，通过利用与导热管道热交流的液体制冷剂层流，主要通过强制对流冷却。此外，本系统和方法能够在范围很宽的冷却速度内提供管道的快速冷却，并且还能将管道的温度保持在任何指定的规定温度，以产生并且保持管道内流体的凝固塞子，不会在管道中诱发热应力。
更具体地，通过精确控制并且调节引入到系统的作为时间的函数的液体制冷剂的温度，可以实现管道的快速冷却。在一个实施方案中，系统可以用于提供逐级或快速温降，在管道内产生更高度低温冷却度，因此可将管道流体中的任何相转变(例如，水到冰的转变)的放热效应最小化。在一些实施方案中，本发明提供的速度受控凝固或低温冷却系统和方法用于提供液体制冷剂流，实现每分钟约-5℃或每分钟约-10℃的向下温度斜线(ramp)，提供管道的快速冷却，却又能最小化管道中的任何热应力。在一些实施方案中，可以增加液体制冷剂或冷冻剂的流量，实现每分钟约-15℃的向下温度斜线。在一些实施方案中，可以增加液体制冷剂或冷冻剂的流量，实现每分钟约-20℃的向下温度斜线。在一些实施方案中，可以增加液体制冷剂或冷冻剂的流量，实现每分钟约-25℃的向下温度斜线。在一些实施方案中，可以增加液体制冷剂或冷冻剂的流量，实现每分钟约-30℃的向下温度斜线。在一些实施方案中，可以增加液体制冷剂或冷冻剂的流量，实现每分钟约-40℃的向下温度斜线。在一些实施方案中，可以增加液体制冷剂或冷冻剂的流量，实现每分钟约-50℃的向下温度斜线。
通过向液体冷冻剂，如液氮或液体或固体二氧化碳混合或加入不同溶剂，可以调整或调节向热交换单元引入的液体制冷剂的温度。在一些实施方案中，制冷剂供应模块可以包括两种或更多种含与冷冻剂混合的不同溶剂的液体制冷剂，并且可以通过调节一种液体制冷剂与另一种液体制冷剂的比例来调节液体制冷剂的温度。混合的制冷剂液体然后可以引入并流经热交换单元。通过适当混合不同温度的液体制冷剂，本系统可以横跨热交换单元所针对的整个冷却面积产生液体制冷剂的层流。由于液体制冷剂流的均匀流动，已经发现精确控制的横跨管道的液体制冷剂温度以及温度梯度与观察到的热交换单元内的管道的冷却速度直接相关。
在溶液的凝固点，结晶热可保持溶解温度不下降，并且有时管道内的温度还可以上升。在管道中或管道上使用一个或多个热或温度传感器15，可以调整液体制冷剂的温度或流速，根据需要最小化温度偏差。换言之，对系统的控制既可以预编程，也可以基于实时反馈操作。
有能力精确控制管道的冷却速度可以提供许多益处。例如，管道在凝固和随后的解冻过程中可能会经历各种应力，这可能会损害管道的功能或完整性。合理设计凝固过程可以减缓这类应力，并且本系统和方法允许精确控制凝固过程，可实现凝固过程中的均匀性，同时最小化管道中的热诱导应力。
可以用布置在制冷剂供应模块下游的热监控装置15或其它温度传感器如热电偶测量液体制冷剂的温度。通过精确调节从制冷剂供应模块50到热交换单元10的制冷剂流量，可以迅速改变热交换单元10的温度，这允许管道2的冷却有范围很宽的冷却曲线，可优化操作条件并且最大化凝固速度，同时可最大程度减小管道中的热诱导应力。此外，通过调节制冷剂液体的温度，如通过共混初始温度不同的两种制冷剂液体，从制冷剂供应模块50向热交换单元10提供温度改变的制冷剂，可以迅速改变热交换单元10的温度，这使得管道2的冷却能够有范围很宽的冷却曲线，可优化操作条件并且最大化凝固速度，同时可最大程度减小管道中的热诱导应力。
还提供了在管道中，如在井中形成临时凝固的流体如油或气体的塞子，以停止流体流动通过管道的方法。在一些方法中，塞子用来在油井中临时停止生产。在一些实施方案中，油井可以是地上的管线。在一些实施方案中，油井可以在海上，并且可以是深海油井。有许多时候需要停止流体流动通过管道，如停止油通过井。例如，在暴风雨期间或在井头进行维护的时候，或其中发生管道损坏或破裂的灾难性事件情况下的紧急切断时，要求利用一些种类的塞子来停止海上油井中油的流动。在一些情况下，可以在生产管或井套管中结合可以关闭而停止流动的阀。在另外的情况下，可以使用含可回收的维修套件(service packer)和飓风阀的暴风塞子组件(storm plug assembly)。这类暴风塞子通常放置在有套管的孔中，可以在泥面线(mud line)以下约200英尺(即海底以下200英尺)的位置。在传统的“基岩(shelf)”应用中，由于自升式钻塔钻机在约200～300英尺的最大深度下操作，风暴塞子可以设定在高达约500英尺的深度。在深海应用中，其中浮动钻井船或半坐底式钻井装置可以在6,000英尺或更深的水深中操作，风暴塞子的这些设定深度也许可以为6,500英尺或更深。风暴塞子的布放经常会导致阀或者甚至井的管道的损坏，由于钻孔偏差。
因此提供如本发明所提供的系统是有益的，其可以产生凝固塞子，可用于临时隔离井，其包括深水区的井，而不要求将塞子机械安放到管线中。在本发明提供的系统和方法中，塞子可以原地形成并且可以容易地除去，除去的方法包括使塞子融化，被动地或通过控制地调节热交换单元的温度。
一个实施方案为临时防止管线中、包括海上油井中油流动的方法，所述方法包括：将热传递装置装配到管线上，以使其可与至少一部分管线热接触，安装冷冻剂注射器模块，所述注射器模块受驱动时可将冷冻剂注射到管线中的流体中，如直接注射冷冻剂到井中的油中。冷冻剂注射器装置注射冷冻剂到流体中，冷却流体。在一些实施方案中，冷冻剂为液氮、液氧、液氦、液氖、液态甲烷、液态天然气、液氩、液态氧化亚氮、液态二氧化碳或固态二氧化碳、或它们的组合。在一些实施方案中，冷冻剂注射器模块的位置最靠近流动通过管线的流体源，这样可在流体到达安装热传递装置的管线区域之前，将冷冻剂注射到流体中冷却流体。在所述方法中，热传递装置可以驱动足够长的时间，形成防止流体流动通过管道的流体凝固塞子，并且保持凝固塞子牢固附着于管线的内壁上，因此防止流体流动通过管线中的塞子。在一些实施方案中，热传递装置可以装配到未受影响的管道上，并且可以作为管道的紧急切断机构，在热传递装置装配点以上的管道发生故障或破裂的情况下被驱动。在这类实施方案中，所述方法可以用作预防性处理，用于预防油溢出到环境中或使漏油最小化。在一些实施方案中，所述方法可以防止流体流动通过破裂或破损的管道。在这类实施方案中，所述方法包括确定管道中的破裂部位；在管道未受影响区域中破裂、破坏或断裂以下的点配备热传递装置，如本发明所述的；在管道未受影响区域中破裂、破坏或断裂以下的点在热传递装置下装配冷冻剂注射器装置；驱动热转移装置足够长的时间，形成可阻止流体流过管道的流体凝固塞子。在所述方法的一些实施方案中，热传递装置可以保持处于活动的热交换，直到管道得以修复。在一些实施方案中，所述方法包括增加热传递装置的温度的步骤，以使其可赋予热能给管道，因此融化凝固塞子，并恢复流体流动通过所述管。
还提供了临时隔离油井的方法，其包括以下步骤：将热传递装置装配到油井中的一部分生产管上，以使其可与至少一部分生产管热接触，安装冷冻剂注射器模块，所述注射器模块受驱动时可将冷冻剂注射到生产管中诸如油的流体中，其中向油注入冷冻剂在油与可装配热传递装置的生产管区域接触之前降低油温度，并且热传递装置从油中撤出足够多的热能，凝固并且形成可逆地附着在生产管侧壁上的凝固油的塞子。在一些实施方案中，冷冻剂可以为液氮、液氧、液氦、液氖、液体甲烷、液态天然气、液氩、液态氧化亚氮、液态二氧化碳或固态二氧化碳或它们的组合。在一些实施方案中，热传递装置可以为含制冷剂的液体热交换单元。在一些实施方案中，制冷剂包括冷冻剂和溶剂。在一些实施方案中，制冷剂包括(a)液氮、液氧、液氦、液氖、液体甲烷、液态天然气、液氩、液态氧化亚氮、液态二氧化碳或固态二氧化碳或它们的组合以及(b)选自以下的溶剂：四氯化碳、间二氯苯、硝基甲烷、溴苯、乙腈、氯苯、间二甲苯、正丁胺、正辛烷、氯仿、叔丁胺、三氯乙烯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、庚烷、环戊烷、己烷、甲醇、环己烷、异辛烷、乙醛、甲基环己烷、间戊烷、1,5-己二烯、异戊烷、3-庚酮、环己酮、二乙基卡必醇、卡必醇乙酸酯、乙醇、丙酮、异丙醇、甲乙酮、二乙醚以及它们的组合。
在一些实施方案中，所述方法包括向热交换单元提供制冷剂以及将已用过的制冷剂(在其已经由于与生产管接触而温热之后)排出到环境中。在一些实施方案中，所述方法包括向热交换单元提供制冷剂，并且通过使已用过的制冷剂流经闭环制冷系统而将其再循环。在一些实施方案中，所述方法包括使已用过的制冷剂流经超低温制冷系统。在一些实施方案中，所述方法包括通过使已用过的制冷剂流经制冷系统将其再生，所述制冷系统包括压缩机、冷凝器、过滤干燥器和/或热交换单元。在所述方法的一些实施方案中，已用过的制冷剂可以流经往复式压缩机、回转式压缩机、螺杆式压缩机、涡旋式压缩机或这些压缩机中任何一个的组合。在一些实施方案中，所述方法包括使已用过的制冷剂流经一个或一系列热交换器。
在一些实施方案中，冷冻剂注射器单元可以包括装有中空钻头的钻，驱动冷冻剂注射器单元包括给钻通电，以使其可钻透管道，使中空钻头的末端与生产管中的油流体连通。在所述方法的一些实施方案中，一旦中空钻头与生产管中的油流体连通，冷冻剂供应可以直接或间接装配到中空钻头上，这样中空钻头可起冷冻剂注射器的作用，将冷冻剂注射到油中。
本发明还提供了可对包含在导热金属管道中的流体产生受控的凝固速度的方法。在一些实施方案中，所述方法包括以下步骤：(a)如本发明所述安装冷冻剂注射器单元，这样当注射器单元受驱动时能将冷冻剂注射到流体中；(b)在冷冻剂注射器单元下游的点上安装热交换单元，所述热交换单元与其中含流体的管道热接触；(c)驱动冷冻剂注射器单元，这样注射器单元能将冷冻剂注射到流体中，从而降低流体的温度；(d)驱动热交换单元，这样热能被制冷剂吸收，形成已用过的制冷剂，由此从管道以及其中的流体撤出热能并传递到热交换单元；以及(e)迅速耗散被热交换单元所吸收的热，以便防止热从热交换单元再循环回管道。在一些实施方案中，通过将已用过的制冷剂排出到环境中，耗散热交换单元所吸收的热。在一些实施方案中，对已用过的制冷剂进行再生，通过使其流经制冷系统，撤出已用过的制冷剂从与管道热交流的热交换单元中吸收的热能。
本发明还提供了可对包含在导热金属管道中的流动流体产生可逆的塞子的方法。在一些实施方案中，所述方法包括以下步骤：(a)安装一个或多个热交换单元，所述热交换单元与其中含流体的管道热接触；以及(b)驱动热交换单元，以使热能被热交换单元内的制冷剂或冷冻剂所吸收，形成已用过的制冷剂或冷冻剂，由此从管道以及其中的流体撤出热能；以及(c)迅速耗散热交换单元所吸收的热，以防止热量从热交换单元再循环回管道以及其中的流体。在一些实施方案中，通过将已用过的制冷剂排出到环境中，耗散热交换单元所吸收的热。在一些实施方案中，对已用过的制冷剂进行再生，使其流经制冷系统，撤出已用过的制冷剂从与管道热交流的热交换单元中吸收的热能。
本发明还提供了方法，所述方法通过使用热交换单元以及将冷冻剂注射到流体中，可对包含在导热金属管道中的流动流体产生可逆的塞子。在一些实施方案中，所述方法包括以下步骤：(a)安装一个或多个热交换单元，所述热交换单元与其中含流体的管道热接触；(b)安装一个或多个冷冻剂注射器，这样当受驱动时一个或多个注射器可以将冷冻剂引入到管道内的流体中；以及(c)驱动热交换单元，这样热能被热交换单元内的制冷剂或冷冻剂所吸收，形成已用过的制冷剂或冷冻剂，由此从管道以及其中的流体撤出热能；(d)驱动一个或多个冷冻剂注射器，将冷冻剂引入到流体中；以及(e)迅速耗散被热交换单元所吸收的热，以便防止热量从热交换单元再循环回管道以及其中的流体。在一些实施方案中，通过将已用过的制冷剂排出到环境中，可以耗散热交换单元所吸收的热。在一些实施方案中，可以对已用过的制冷剂进行再生，使其流经制冷系统，撤出已用过的制冷剂从与管道热交流的热交换单元中吸收的热能。在一些实施方案中，冷冻剂注射器布置在热交换单元的上游，这样被冷冻剂冷却的流体进入并且流动通过热交换单元。在一些实施方案中，冷冻剂注射器可以布置在热交换单元的上游和下游，如果调节流向，可允许交替驱动。冷冻剂可以注射到流体中，直到流体变粘或者直到流体凝固或阻碍流动或变成固体。热交换单元中的制冷剂或冷冻剂可以保持在激活状态，这样热交换单元的温度保持低于管道和其中的流体的温度，以使凝固塞子不会融化。
在一些实施方案中，通过管道的流动可以通过驱动热交换单元中加热通道内的一个或多个加热单元来实现。驱动加热单元可以向管道和其中的凝固塞提供定向的热能，从而允许在塞子中形成融化区，并且形成通过塞子的通道。热交换单元中的制冷剂或冷冻剂有助于保持塞子的其它地方粘合到管道上，从而防止发射塞子像“冰子弹”一样通过管道。通过控制加热通道中的加热单元，所述方法可允许形成通过凝固塞子的通道，从而恢复部分流体流动通过管道，从而在凝固塞子还保持附着于管道壁时可控地融化凝固塞子。
在一些实施方案中，可以在系统中包括旁路回路，在解冻前消除热交换单元中的压差，从而最小化或消除通过系统如“冰子弹”一样发射部分凝固的塞子的可能性。旁路回路可允许受控的流体在解冻前提高管道低压侧的压力，从而平衡流管或管道中的压力。
在一些实施方案中，由于比较低分子量材料的分子量更高的分子的不同沉淀/凝固速度，通过从流体撤出热能在烃中形成的塞是无定形的。在这类实施方案中，可以确定在撤热之前向流体中引入表面活性试剂并凝固烃流体能产生更均匀的流体凝固，并可促进凝固塞子与管道内表面有更好的粘合。包括表面活性试剂时，没有高分子量材料从流体中凝集成块，且会形成更均匀的塞子。
相应地，还提供了在流体中产生凝固塞子的方法，其中所述方法包括在流体凝固之前向流体中引入表面活性试剂。实现这类方法的一个有利方式是使用本发明所述的包括辅助注射器的装置，用于在注射冷冻剂到管道内的流体中之前、之后或同时，向流体中引入表面活性试剂。
在一些实施方案中，所述方法包括以下步骤：(1)安装冰冻热力阀，所述冰冻热力阀包括(a)与其中含流体的管道热接触的一个或多个热交换单元；(b)一个或多个冷冻剂注射器，当受驱动时一个或多个注射器可以将冷冻剂引入到管道内的流体中；以及(c)一个或多个辅助注射器，当受驱动时一个或多个辅助注射器可将表面活性试剂引入到管道内的流体中；(2)驱动冰冻热力阀，以使：(a)热能被热交换单元内的制冷剂或冷冻剂吸收，形成已用过的制冷剂或冷冻剂，由此从管道以及其中的流体撤出热能；(b)冷冻剂注射器将冷冻剂引入到流体中；以及(c)辅助注射器将表面活性试剂引入到流体中；以及(3)允许管道内的流体有足够长的时间变成粘稠的和/或凝固固体，从而终止流体流动通过管道。在所提供的方法中，迅速耗散热交换单元所吸收的热，防止热从热交换单元再循环回管道以及其中的流体。在一些实施方案中，通过将已用过的制冷剂排出到环境中，耗散热交换单元所吸收的热。在一些实施方案中，对已用过的制冷剂进行再生，使其流经制冷系统，撤出已用过的制冷剂从与管道热交流的热交换单元中吸收的热能。在一些实施方案中，冷冻剂注射器布置在热交换单元的上游，这样被冷冻剂冷却的流体流动通过热交换单元。在一些实施方案中，冷冻剂注射器布置在热交换单元的下游。在一些实施方案中，冷冻剂注射器布置在热交换单元的上游和下游。冷冻剂可以注射到流体中，直到流体变粘或者直到流体凝固或阻碍流动或变成固体。热交换单元中的制冷剂或冷冻剂可以保持激活状态，这样热交换单元的温度保持低于管道和其中的流体的温度，这样凝固塞子不会融化。在一些实施方案中，辅助注射器布置在热交换单元和冷冻剂注射器的上游。在一些实施方案中，辅助注射器布置在热交换单元的上游但是在冷冻剂注射器的下游。
在辅助注射器注射一种或多种表面活性剂到管道内的流体中的方法中，可以使用任何的表面活性试剂。例如，表面活性试剂可以包括任何阴离子、阳离子、两性离子、非离子、或硅氧烷表面活性剂或它们的组合，其包括本发明所述的示范性表面活性试剂，并可以使用一个或多个辅助注射器将这类表面活性试剂组合物引入到管道或流管内的流体中。
在一些实施方案中，尤其是在流体为气体如天然气的实施方案中，可以将桥接流体引入到流体中，促进在流体中形成凝固塞子。
相应地还提供了在流体中，尤其是在不限于此的气体流体中产生凝固塞子的方法，其中所述方法包括在流体凝固之前向流体中引入桥接流体。实现这类方法的有利方式是使用本发明所述的包括辅助注射器的装置，所述辅助注射器用于在注射冷冻剂到管道内的流体中之前、之后、或同时向流体中引入桥接流体。在一些实施方案中，所述方法包括以下步骤：(1)安装冰冻热力阀，所述冰冻热力阀包括(a)与其中含流体的管道热接触的一个或多个热交换单元；(b)一个或多个冷冻剂注射器，当受驱动时一个或多个冷冻剂注射器可以将冷冻剂引入到管道内的流体中；以及(c)一个或多个辅助注射器，当受驱动时一个或多个辅助注射器可将桥接流体引入到管道内的流体中；(2)驱动冰冻热力阀，以使：(a)热能被热交换单元内的制冷剂或冷冻剂所吸收，形成已用过的制冷剂或冷冻剂，由此从管道以及其中的流体撤热；(b)冷冻剂注射器将冷冻剂引入到流体中；以及(c)辅助注射器将桥接流体引入到流体中；以及(3)使管道内的流体有足够长的时间能够变粘和/或凝固固体，从而停止流体流动通过管道。在所提供的方法中，热交换单元所吸收的热被迅速耗散，防止了热从热交换单元再循环回管道以及其中的流体。在一些实施方案中，通过将已用过的制冷剂排出到环境中，热交换单元所吸收的热被耗散。在一些实施方案中，对已用过的制冷剂进行再生，使其流经制冷系统，撤出已用过的制冷剂从与管道热交流的热交换单元中吸收的热能。在一些实施方案中，冷冻剂注射器布置在热交换单元的上游，以使被冷冻剂冷却的流体流动通过热交换单元。在一些实施方案中，冷冻剂注射器布置在热交换单元的下游。在一些实施方案中，冷冻剂注射器布置在热交换单元的上游和下游。冷冻剂可以注射到流体中，直到流体变粘或者直到流体凝固或阻碍流动或变成固体。热交换单元中的制冷剂或冷冻剂可以保持激活状态，以使热交换单元的温度保持低于管道和其中的流体的温度，这样凝固的塞子不会融化。在一些实施方案中，辅助注射器布置在热交换单元和冷冻剂注射器的上游。在一些实施方案中，辅助注射器布置在热交换单元的上游，但是在冷冻剂注射器下游。
E.实施例
包括以下实施例只为了示范目的，不应用来限定本发明所提供实施方案的范围。
实施例1
垂直管道
在垂直管道上制造并且测试CryoPlug冰冻热力阀系统。在图13中示意性地举例说明了示范性的实施方案。实施例1的垂直管道配置，如以下更详细描述的，含有通过系统的浮油，其流速为约550桶/天或10英尺/秒(fps)。
在该垂直管道系统中，系统包括热交换单元10和冷冻剂注射器67。在该实施例中，热交换单元10包括管道2，所述管道2包括内径为13/16英寸的3英尺的碳钢翅片管(碳钢翅片配管，5/8英寸翅片高，1/4英寸翅片间距)、在翅片配管顶端的非翅片碳钢配管的6英寸的分段1a顶、以及在翅片配管底端的非翅片碳钢配管的6英寸的分段1a底，获得全长为4英尺的管道。所述管道2以及每个管1a顶和1a底的一部分装入到直径3英寸的钢管2c中，作为外套，并将含开口的1/8英寸的钢板4在外套管2c的底部并围绕管道2a底焊接，密封热交换单元10的底部，其中管道2a底一部分穿过所述开口，从而形成含管道2与套管2c之间的腔体、但仍允许管道2a底突出的密封管。端板4配有3/8英寸的钢制管道接头配件，形成进入到热交换单元10的输入口12，用于从供应单元50将制冷剂传送到热交换单元10中。输入口12的内部开口配有铝筛网93。180升的液氩杜瓦瓶(Air Products and Chemicals,Inc.,Chicago,IL,USA)用作制冷剂供应模块50，提供液氩作为制冷剂。输入口12通过隔热的3/8英寸的铜配管装配到制冷剂供应单元50。使用杜瓦瓶50的液氩供应阀，调节从制冷剂供应单元50(液氩杜瓦瓶)到热交换单元10的输入口12的液氩流量。
管道2和外套管2c之间的热交换单元10的内部腔体充有成千上万颗钢粒子(BB，0.177英寸直径)，填充管道2的翅片之间和翅片管道2和最外面的3英寸套管2c之间的空间。管道2通过的铝筛网8使用软管夹子装配到2c的顶部并装配至管道2的侧面，以将钢粒子保持在热交换单元10内，防止其在装填热交换单元10时被冷冻剂排出。方钢支架(图13中未显示)焊接到3英寸的外套管2c上，使原型样机能自立。热交换单元10包括聚氨酯泡沫的隔热覆盖层30作为隔离物。使用管胶带(Duct tape)装配聚氨酯泡沫绝缘覆盖层30。
该实施例的垂直取向冰冻热力阀系统还包括冷冻剂注射器67。3/8英寸的铜管道接头配件焊接到非翅片钢配管2a底上，作为注射器67。注射器67装配到供应模块75，通过隔热的3/8英寸的铜配管和调节来自供应模块75的出口76的冷冻剂液体流量的调节阀72。180升的液氩杜瓦瓶(Air Products and Chemicals,Inc.,Chicago,IL,USA)用作冷冻剂供应模块75。调节阀72连接到入口63，将冷冻剂提供给注射器67。
一英寸的钢接头配件用来装配隔热的1英寸柔性软管92，将原油70从塑料储槽95供应给泵模块40和压力计82，至管道2的底部。原油70是在盐水处理装置中与采出水分离的浮油。使用10加仑的浮油并且加入到储槽95中。1马力的离心电动泵(W.W.Grainger,Inc.,Lake Forest,IL,USA,项目号4UA65)用作泵模块40。压力计82为21/2"的、充液体的不锈钢压力计(W.W.Grainger,Inc.,Lake Forest,IL,USA,项目号4CFH7)。
一英寸的钢接头配件用来装配隔热的1英寸柔性软管91到管道2的顶部，将原油70从热交换单元10送回到储槽95。储槽中和/或从热交换单元返回来的原油的温度通过一个或多个热监测装置15((Extech IRthermometers,Extech Instruments,Waltham,MA,USA,model L-1004264，温度范围为-50°～380°C)监测。两台带三脚架的Flip video minoHD摄像机(Cisco Systems,Inc.,San Jose,CA,USA)和一台带三脚架的Olympus X-560WP摄像机(Olympus America,Inc.,Center Valley,PA,USA)布置在系统周围，生成试验的视频录像。
测试程序：
通过驱动泵40触发来自储槽95的油70的流动，使通过系统的油70的流动稳定至少5分钟。储槽95中油70的温度为35℃。压力计82的压力为大约0psi(开放系统)。测得的泵送的油的流速为18秒5加仑，或者0.28加仑/秒，即为16.67加仑/分钟，等于约0.4桶/分钟或约570桶/天。
调节阀19，使氩流入到输入口12，驱动来自氩杜瓦瓶(制冷剂供应单元50)的氩流动，将氩制冷剂引入到热交换单元10中。初始流速相对较慢，避免将BB从热交换单元10排出。增加来自杜瓦瓶的液氩流速，直到热交换单元10充满了液体制冷剂，如氩通过筛网8从顶部明显溢出，并且从热交换单元10的底部滴落所指示。一旦热交换单元10充满了液氩，再检查储槽95中油70的温度，发现为38℃。
逐渐打开调节阀72，将氩冷冻剂注射到系统中，引发氩冷冻剂通过入口管线63的流动。氩冷冻剂的流动伴随有快速可听见的脉动鸣响。随着3/8"铜入口管线63和注射器67的冷却，冰晶形成在铜管线的外面，管线和注射器变白。几秒钟内，可听见的脉动频率变慢，然后突然停止，开始鸣叫，油停止流动。关闭调节阀72，停止来自杜瓦瓶(制冷剂供应单元50)的氩流。系统中的氩气继续通过柔性软管91从系统排出，油停止流动许多秒之后，其通过配管返回到储槽95。没有观察进一步的油流。压力计82的压力为20psi，并且随着泵抵抗凝固的油奋力泵送，会产生很大的噪音。关停泵40，关闭杜瓦瓶50上的阀19，并且使系统在一夜间解冻。产出油通常混合了水。水在比油更高的温度时凝固。因此，产出油预期应该比用于本实施例的浮油更容易凝固。
实施例2
水平管道
在水平管道上制造并且测试CryoPlug冰冻热力阀系统。在图14A和14B中示意性地举例说明了一个示范性的实施方案。
在该水平取向的管道系统中，系统包括热交换单元10和冷冻剂注射器60，注射器的放大图如图14A所示。在该实施例中，热交换单元10包括管道2，管道2包括外径为3英寸(0.120”壁厚)的6英尺的304不锈钢翅片管2f(不锈钢翅片配管，3/4英寸翅片高，1/4英寸翅片间距)、以及在翅片配管2f的左端的12英寸的非翅片不锈钢配管分段2a左、以及在右端的12英寸的非翅片不锈钢配管分段2a右，获得全长为8英尺的管道。翅片管2f和每个管2a左和2a右的一部分装入5英寸直径的碳钢管2c中，作为外套。含开口的1/8英寸钢板3焊接在外套管2c的左边和管道2a左的周围，密封热交换单元10的左侧面，一部分管道2a左可以穿过所述开口。含开口的1/8英寸钢板4焊接在外套管2c的右边和管道2a右的周围，密封热交换单元10的右侧面，一部分管道2a右可以穿过所述开口。板3和4焊接就位后，形成了含管道2和套管2c之间的腔体的密封管，而可以允许管道2a左和2a右突出。
管道2和外套管2c之间的热交换单元10的内部腔体充有成千上万颗钢珠粒23(0.177英寸直径)，填充管道2的翅片26之间和翅片管道2和最外面的3英寸管2c之间的空间。铝筛网93将钢珠粒保持在热交换单元10内，并且防止其在装填热交换单元10时被冷冻剂排出。
套管2c配有1/2英寸铜管道接头配件，形成进入到热交换单元10的输入口12，用于从供应单元将冷冻剂传送到热交换单元10中。在本实验中，每个输入口12均连接到两个液氮杜瓦瓶。热交换单元10内的输入口12的内部开孔配有铝筛网93。套管2c还配有1/2英寸铜管道接头配件，形成从热交换单元10出来的输出口13，用于从热交换单元10排出冷冻剂。热交换单元10内的输出口13的内部开孔配有铝筛网93。消音器100装配到输出口13的末端，最小化单元受驱动时喷射出冷冻剂微滴。
该实施例的水平取向冰冻热力阀系统还包括冷冻剂注射器67。1/2英寸的铜管道接头配件焊接到非翅片钢配管2a右上，作为注射器67。图中所示的任选的辅助注射器88没有包括在该实施例的冰冻热力阀系统中。图14A中还显示了加热通道45，所述加热通道与热交换单元10内的翅片管2f热交流。加热通道进口17和加热通道出口18提供了到加热通道45的路径。热交换单元10包括聚氨酯泡沫的隔热覆盖层30作为隔离物。使用管胶带贴装聚氨酯泡沫隔热覆盖层30。
水平配置的冰冻热力阀系统在图14B中显示。如图所示，热交换单元10如图14A所述，除了冷冻剂注射器67用冷冻剂注射器模块60代替，所述注射器模块60包括冷冻剂注射器67、冷冻剂分流阀33、冷冻剂减压阀32和低温单向阀31，该低温单向阀在冷冻剂注射器连接到非翅片钢管2a右之前与其同步(in line with)。注射器模块60在热交换单元10的上游。注射器模块60连接到两个液氮杜瓦瓶(Air Products and Chemicals,Inc.,Chicago,IL,USA)，其用作冷冻剂供应模块。本试验的冷冻剂输出口13还包括冷冻剂溢出口(full vent)34，当热交换单元10充满液体冷冻剂时，液体冷冻剂可以由此逸出。
非翅片钢配管2a右连接到40马力的泵40上，所述泵位于注射器67的上游。泵40通过配管或管件连接到储槽95，如图14B所示，作为吸入管线27。受驱动时，泵40从储槽95通过吸入管线27吸入流体70，并且传送流体70经过注射器67以及进入热交换单元10中。在注射器67与泵40之间在线的可以为任选的监测装置。在本试验中，压力传感器24和热监控装置15包括在注射器67的上游，位于注射器67和泵40之间。还在线包括在泵40与注射器67之间的是减压阀21和人工旁路阀22及用于将流体70返回到储槽95的旁路回路28，如有必要的话。本实施例的系统还包括下游的温度传感器38、下游的超声流量传感器25、和下游的压力传感器39。主要流体返回管线84通过到非翅片钢配管2a左的连接件连接到热交换单元10的出口。主要流体返回管线84连接到储槽95上的入口，其包括观察窗85。
流体70是在盐水处理装置中与采出水分离的浮油。储槽95中和/或从热交换单元10回来的原油70的温度通过一个或多个热监测装置38监测。数字视频摄像机布置在系统周围，记录试验。
测试程序：
通过驱动泵40触发来自储槽95的油70的流动，使通过系统的油70的流动稳定至少5分钟，达到2桶/分钟的目的流量。通过调节阀21和22并结合阀19来调节流量。储槽95中油70的温度测得并确定为24℃。测定流体70的流速，并调节泵，实现2.5英尺/秒的流量。
通过驱动来自氮杜瓦瓶的液氮的流动，将液氮冷冻剂引入到热交换单元10中，所述杜瓦瓶连接到冷冻剂注射器模块60，通过调节杜瓦瓶上的阀使液氮流进输入口12，并通过歧管29进入热交换单元10中。增加来自杜瓦瓶的液氮的流速，直到热交换单元10充满了液体制冷剂，如氮液体通过溢出口34离开所指示。在本试验期间，没有实施热交换单元10的完全充满。
然后逐渐打开液氮杜瓦瓶上的调节阀，将冷冻剂注射到冰冻热力阀系统中，触发液氮通过冷冻剂注射器模块60的流动。在约45秒内，通过热交换单元10的流量为零并且没有恢复流动，直到停止通过冷冻剂注射器模块60注射液氮。除去塞子下游和上游的液体，使用无线管道镜目测观察塞子(DeWalt 12-伏Max Inspection Camera Kit)，并可使用一些技巧(通过将管道镜抵压在塞子上)。塞子牢固地附着在管道壁上。
在热交换单元中使用液氮和液氩的混合物重复本试验，也能在流动的流体中导致形成凝固塞子。
虽然已对本发明提供的主题的各种实施方案进行了说明，应当理解这些实施方案只是以举例的方式给出，并非限制本发明。
由于改进对于本领域技术人员是显而易见的，本说明的意图是本发明仅受附后权利要求的范围限制。

Claims (125)

1.用于调节导热管道中流体的热能的热传递装置，其包括：
热传递表面；和
导热材料的颗粒；
其中：
当热传递装置被装配至管道时，热传递表面与管道热交流，至少一部分颗粒与热传递表面热交流。
2.权利要求1的装置，其还包括珀耳帖装置、磁制冷机、含流体的热交换单元或它们的组合。
3.权利要求2的装置，其包括流体制冷剂流经的热交换单元；其中流体制冷剂流过导热材料颗粒的表面和热交换单元的热传递表面。
4.权利要求1～3之一的装置，其中热传递表面包括选自以下的导热材料：铜、黄铜、铍、镉、钴、铬镍钢、金、银、铱、铁、铅、镁、钼、镍、铂、锡、锌、碳钢、不锈钢、以及它们的任何组合或合金；或
该导热材料包括基本上纯的铜、铜合金、基本上纯的铝、铝合金、基本上纯的银、银合金、基本上纯的金、和金合金、以及它们的混合物或组合。
5.权利要求1～4之一的装置，其中颗粒包括选自以下的导热材料：铜、黄铜、铍、镉、钴、铬镍钢、金、银、铱、铁、铅、镁、钼、镍、铂、锡、锌、碳钢、不锈钢、以及它们的任何组合或合金。
6.权利要求1～5之一的装置，其还包括冷冻剂注射装置，用于通过注射器将冷冻剂注射到管道中的流体中。
7.用于从含流体的导热管道撤出热能的系统，其包括：
权利要求1～6之一的热传递装置；和
控制系统，通过响应管道内的目的温度，该控制系统用于调整经热传递装置从管道的撤热。
8.权利要求7的系统，其还包括与液体制冷剂供应模块连接、并用于向热交换单元提供制冷剂液体流的吸入回路。
9.权利要求7或8的系统，其还包括排出回路，该排出回路包括用于从系统排出液体制冷剂的排出管。
10.权利要求7～9之一的系统，其中控制系统在吸入回路中用于调整制冷剂的流速，通过响应所选的管道的冷却速度和管道内的测量温度，调整热交换单元的温度。
11.权利要求7～10之一的系统，其中吸入电路还包括在线混合器，所述在线混合器用于混合两种或更多种液体制冷剂，以产生温度得到调节的液体制冷剂。
12.权利要求11的系统，其中控制系统操作性地调整已调节的液体制冷剂的流速，以调整热交换单元的温度。
13.权利要求7～12之一的系统，其中制冷剂包括冷冻剂、液体溶剂或它们的组合。
14.权利要求13的系统，其中冷冻剂为液氮、液氧、液氦、液氖、液态甲烷、液态天然气、液氩、液态氧化亚氮、液态二氧化碳或固态二氧化碳、或它们的组合。
15.权利要求13的系统，其中溶剂选自：四氯化碳、间二氯苯、硝基甲烷、溴苯、乙腈、氯苯、间二甲苯、正丁胺、正辛烷、氯仿、叔丁胺、三氯乙烯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、庚烷、环戊烷、己烷、甲醇、环己烷、异辛烷、乙醛、甲基环己烷、间戊烷、1,5-已二烯、异戊烷、3-庚酮、环己酮、二乙基卡必醇、卡必醇乙酸酯、乙醇、丙酮、异丙醇、甲乙酮、二乙醚及它们的组合。
16.权利要求13～15之一的系统，其中：
制冷剂包括液氮、液氩或干冰或它们的组合；或者
制冷剂包括干冰和甲醇、乙醇、丙醇、丙酮或其共混物。
17.权利要求7～16之一的系统，其中液体制冷剂的温度低于-20°C或低于-40°C或低于-50°C或低于-60°C或低于-80°C或低于-100°C。
18.权利要求7～16之一的系统，其中液体制冷剂的温度为：
低于-100°C；或
-20°C至-100°C；或
-40°C至-60°C。
19.权利要求2～18之一的系统，其中热交换单元包括不传导部分，该不传导部分包括不导热材料。
20.权利要求19的系统，其中不导热材料选自：丁烷、氪、三氯甲烷、氙、1,1,2-三氯三氟乙烷、1,2-二氯四氟乙烷、四氟乙烷、氩、二氧化碳、二乙醚、异丁烷、戊烷、全氟环丁烷、丙烷、四氟甲烷、CFC-11、HCFC-141b、甲醇、乙醇、甘油、乙醚、丙酮、乙二醇、含有玻璃如含有玻璃纤维或玻璃珠的不导热硅酮液、丙二醇、丙烯酸类玻璃、沥青、水泥、粘土、混凝土、陶瓷填充可丽耐可丽耐、软木、棉绒隔热材料、硅藻土、环氧、玻璃纤维、泡沫玻璃、玻璃珠或珠粒、玻璃棉、石膏、菱镁矿、氧化镁隔热材料、矿物隔热材料、尼龙、珍珠岩、发泡塑料隔热材料、发泡聚苯乙烯、聚氨酯、瓷、PTFE、PVC、派热克斯玻璃、砂子、硅石气凝胶、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、蛭石、乙烯基酯、及它们的组合。
21.权利要求7～20之一的系统，其还包括用于将热交换单元、位于下面的管道和在热交换单元的连接点的一侧或两侧上的至少一部分管道与环境热隔离的隔热手段，其中该隔热手段包围或包封热交换单元、位于下面的管道和在热交换单元的连接点的一侧或两侧上的至少一部分管道。
22.权利要求9～21之一的系统，其还包括将排出管与环境热隔离的隔热手段。
23.权利要求21或22的系统，其中隔热手段包括绝热夹套。
24.权利要求23的系统，其中夹套在邻近外界环境的表面上包括隔热材料的层或涂层。
25.权利要求24的系统，其中隔热层或涂层包括沥青、水泥、粘土、混凝土、陶瓷填充可丽耐、软木、棉绒隔热材料、硅藻土、环氧、玻璃纤维、泡沫玻璃、玻璃珠或珠粒、玻璃棉、石膏、菱镁矿、氧化镁隔热材料、矿物隔热材料、尼龙、珍珠岩、发泡塑料隔热材料、发泡聚苯乙烯、聚氨酯、瓷、PTFE、PVC、派热克斯玻璃、砂子、硅石气凝胶、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、蛭石、乙烯基酯，热传导率比空气低的不导热气体，如丁烷、氪、三氯甲烷、氙、1,1,2-三氯三氟乙烷、1,2-二氯四氟乙烷、四氟乙烷、氩、二氧化碳、二乙醚、异丁烷、戊烷、全氟环丁烷、丙烷和四氟甲烷，以及热传导率低的液体，如CFC-11、HCFC-141b、甲醇、乙醇、甘油、乙醚、丙酮、乙二醇，含玻璃的不导热硅酮液，如含玻璃纤维或玻璃珠的，和丙二醇，以及它们的组合。
26.权利要求7～25之一的系统，其还包括一个或多于一个的加热元件，其中：
加热元件布置在管道的远端；或者
一个或多个加热器沿着排出回路和排出管的路径布置，在排出的液体制冷剂被排出系统之前将其温度提高到至少环境温度。
27.权利要求7～26之一的系统，其还包括用于泵送制冷剂通过系统的泵。
28.权利要求8～27之一的系统，其中制冷剂供应模块包括：
冷冻剂的源；或
冷冻剂的源、一种或多种溶剂的源、将冷冻剂与一种或多种溶剂混合的混合器、和计算机模块。
29.权利要求28的系统，其中与冷冻剂源、溶剂源和混合器通讯的计算机模块改变与冷冻剂混合的溶剂的比例和类型。
30.权利要求27～29之一的系统，其还包括一个或多个流量控制计量阀，用于控制或调节通过系统的制冷剂的流量。
31.权利要求30的系统，其中与一个或多个阀通讯的包括计算机处理器的计算机模块控制或调节系统的一个或多个流量控制计量阀的操作。
32.权利要求7～31之一的系统，其还包括热监测装置。
33.权利要求32的系统，其中：
热监测装置装配至管道的一个或多个点上，以监测热梯度；或者
热监测装置装配到热传递装置和管道之间的界面上，以监测界面处的温度。
34.权利要求32或33的系统，其中计算机控制热监测装置或与热监测装置通讯。
35.权利要求7的系统，其中：
该热传递装置包括：
含冷面和热面的珀耳帖模块；
向珀耳帖模块供应电能的系统；
冷却头，其热耦合到珀耳帖模块的冷面，其中该冷却头具有凹曲表面；
热耗散元件，其热耦合到珀耳帖模块的热面；以及
用于导热液体的储槽，其热耦合到热耗散元件。
36.速度受控地凝固或冷却导热管道内流体的方法，其包括以下步骤：
装配权利要求1～6之一的热传递装置至管道；以及
驱动热传递装置，以受控制的速度从管道和其中容纳的流体撤出热能，从而使管道的热应力最小。
37.权利要求36的方法，其中驱动步骤包括将冷冻剂或制冷剂引入到热传递装置中。
38.权利要求37的方法，其还包括将冷冻剂与溶剂混合，以产生温度得到调整的选定温度的液体制冷剂。
39.权利要求37或38的方法，其中冷冻剂选自以下：液氮、液氧、液氦、液氖、液氩、液态氧化亚氮、液态二氧化碳或固态二氧化碳、或它们的组合。
40.权利要求37～39之一的方法，其中通过向热交换单元输送温度得到调整的液体制冷剂的单向流，以选择的冷却速度将热从管道撤出，并且从热交换单元移出温热的制冷剂。
41.权利要求40的方法，其还包括在输送单向流通过热交换单元之前调节制冷剂的压力和流速的步骤。
42.速度受控地凝固传热管道内流体的方法，其包括以下步骤：
(i)放置权利要求1～6之一的热传递装置，使其与其中含流体的管道热接触；
(ii)制备液体制冷剂，通过将冷冻剂与溶剂混合，以选定的温度曲线制得冷的液体制冷剂，所述温度曲线对应于管道以及管道内的流体所要求的冷却速度；
(iii)将温度得到调整的液体制冷剂的单向流输送通过热交换单元，以冷却管道及其内容物；以及
(iv)从热交换器移出温热的制冷剂，以防止热交换单元内的液体制冷剂的再循环。
43.冷却或凝固传热管道内的流体的系统，其包括：
热传递装置，所述热传递装置包括与管道热耦合的权利要求1～6之一的一个或多个热交换单元，其用于接收冷却的液体制冷剂，并且通过从管道向液体制冷剂传热而产生加热的液体制冷剂；
液体制冷剂供应模块；
液体制冷剂通道，用于从液体制冷剂供应模块向热交换单元输送液体制冷剂；
排出通道，用于从热交换单元向输出的排出口输送液体制冷剂；以及
布置在热交换单元与液体制冷剂供应模块之间的强制循环手段，以加速的速度从液体制冷剂供应模块向热传递单元强制输送冷却的液体制冷剂，并从热交换单元向排出通道输送加热的液体冷却剂；
其中：
循环手段产生压力和流速；并且
可以调节液体制冷剂的压力和流速，以提供通过热交换单元的单向流。
44.权利要求43的冷却系统，其中一个或多个热传递单元具有进口和出口，进口用于接收来自制冷剂供应模块的液体制冷剂，出口用于从热交换单元排出加热的液体制冷剂，并将其输送到排出通道，其中进口布置为低于出口，以提高液体冷却剂的对流循环。
45.用于在管道中形成塞子的冰冻热力阀系统，所述系统包括：
权利要求1～6之一的热传递装置，所述热传递装置包括含液体的热交换单元，热交换单元具有与管道热交流的热传递表面；
冷冻剂注射装置，用于通过该注射器将冷冻剂注射到管道中的流体中；以及
控制系统，用于调整通向热传递装置的制冷剂的流量和/或通过注射器的冷冻剂的流量。
46.权利要求45的系统，其中该系统向与管道热接触的热交换单元的热传递表面输送液体制冷剂的单向流，以冷却管道。
47.权利要求45或46的系统，其还包括与液体制冷剂供应模块连接、并用于向热交换单元提供制冷剂液体流的吸入回路。
48.权利要求45～47之一的系统，其还包括排出回路，所述排出回路包括在液体制冷剂从管道吸收热能后用于将其从系统排出的排出管。
49.权利要求48的系统，其还包括再循环回路，所述再循环回路在液体制冷剂从管道吸收热能之后将其从系统引导至制冷系统，制冷系统从液体制冷剂撤出吸收的热能，并将制冷剂再循环回到制冷剂供应模块。
50.权利要求45～49之一的系统，其中吸入回路还包括在线混合器，所述在线混合器用于混合两种或更多种液体制冷剂，产生温度得到调节的液体制冷剂。
51.权利要求45～50之一的系统，其中制冷剂包括冷冻剂或冷冻剂和液体溶剂。
52.权利要求45～51之一的系统，其中冷冻剂为液氮、液氧、液氦、液氖、液态甲烷、液态天然气、液氩、液态氧化亚氮、液态二氧化碳或固态二氧化碳、或它们的组合。
53.权利要求51的系统，其中溶剂选自：四氯化碳、间二氯苯、硝基甲烷、溴苯、乙腈、氯苯、间二甲苯、正丁胺、正辛烷、氯仿、叔丁胺、三氯乙烯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、庚烷、环戊烷、己烷、甲醇、环己烷、异辛烷、乙醛、甲基环己烷、间戊烷、1,5-已二烯、异戊烷、3-庚酮、环己酮、二乙基卡必醇、卡必醇乙酸酯、乙醇、丙酮、异丙醇、甲乙酮、二乙醚以及它们的组合。
54.权利要求45～53之一的系统，其中管道包括用于向冷冻剂注射器装置输送冷冻剂的通道。
55.权利要求54的系统，其中用于输送冷冻剂的通道在井套管的内环之内或者在井套管中的通道中。
56.权利要求49～55之一的系统，其中制冷系统包括一个或多个热交换器。
57.权利要求49～56之一的系统，其中：
制冷系统包括闭环制冷系统；或
制冷系统包括超低温制冷系统。
58.权利要求57的系统，其中制冷系统包括压缩机、冷凝器、过滤干燥器和热交换单元；或者
制冷系统包括往复式压缩机、回转式压缩机、螺杆式压缩机、涡旋式压缩机或这些压缩机中任何一种的组合。
59.权利要求45～58之一的系统，其还包括泵，所述泵用于泵送液体制冷剂通过热交换单元。
60.权利要求45～59之一的系统，其中液体制冷剂从制冷剂供应模块提供。
61.权利要求60的系统，其中制冷剂供应模块包括：
冷冻剂的源；或
冷冻剂的源、一种或多种溶剂的源、将冷冻剂与一种或多种溶剂混合的混合器、和计算机模块。
62.权利要求61的系统，其中计算机模块与制冷剂供应模块通讯，并且通过改变与冷冻剂混合的溶剂的比例和类型来制备具有不同温度的制冷剂液体。
63.权利要求45～62之一的系统，其还包括一个或多个流量控制计量阀，用于控制或调节通过热交换单元的制冷剂液体的流量，或流向冷冻剂注射器单元的冷冻剂的流量，或者两者。
64.权利要求63的系统，其中与一个或多个阀通讯的具有计算机处理器的计算机模块控制或调节系统的一个或多个流量控制计量阀的操作。
65.权利要求45～64之一的系统，其还包括：
热监测装置；和
控制系统的计算机控制热监测装置，或与热监测装置通讯。
66.临时防止管线中流体流动的方法，其包括：
将权利要求1～6之一的热传递装置装配到管线上，以便其与至少一部分管线热接触；
安装在驱动时将冷冻剂注射到管线中的流体中的冷冻剂注射器模块；以及
驱动热交换装置和冷冻剂注射器，
其中热传递装置和冷冻剂注射撤出足够多的热能，导致管线中的流体形成能够防止流体流动通过所述管线的塞子。
67.权利要求66的方法，其中冷冻剂为液氮、液氧、液氦、液氖、液态甲烷、液态天然气、液氩、液态氧化亚氮、液态二氧化碳或固态二氧化碳、或它们的组合。
68.权利要求66或67的方法，其中布置冷冻剂注射器装置，以便在流体到达装配热传递装置的管线区域之前，注射冷冻剂到流体中冷却流体。
69.权利要求66～68之一的方法，其中将热传递装置驱动足够长的时间，形成能够阻止流体流动通过管道的流体凝固塞子。
70.权利要求66～69之一的方法，其中热传递装置驱动足够长的时间，以保持流体凝固塞子牢固地附着在管线的内壁上，从而防止流体流动经过管线中的塞子。
71.权利要求66～70之一的方法，其中：
将冰冻热力阀系统装配到未受影响的管道上，并且在管道故障或破裂的情况下驱动，作为管道的紧急切断机构；或者
将冰冻热力阀系统装配到破裂或破损的管道上，作为紧急切断机构。
72.权利要求71的方法，其中该方法还包括识别管道中的破裂部位；将热传递装置装配至管道破裂之下未受影响的区域中；在热传递装置的上游装配冷冻剂注射器装置；驱动热传递装置和冷冻剂注射器装置，从而使冰冻热力阀系统进入活动模式足够长的时间，以形成阻止流体流动通过管道的流体凝固塞子。
73.权利要求72的方法，其中使冰冻热力阀系统保持处于活动模式，直到管道修复。
74.权利要求45～73之一的方法，其中该方法还包括提高热传递装置的温度的步骤，以便将热能贡献给管道，从而融化凝固塞子并恢复流体流动通过管道。
75.用于临时防止油井中油流动的方法，其包括以下步骤：
将热传递装置装配到油井中的一部分生产管上，以使其与至少一部分生产管热接触；以及
安装冷冻剂注射器模块至一部分生产管上，以便受驱动时所述注射器模块将冷冻剂注射到生产管中的油中，其中：
向油中注射冷冻剂，在油与装配热传递装置的生产管区域接触之前降低油的温度，并且
热传递装置从油中撤出足够多的热能，凝固并且形成可逆地附着在生产管侧壁上的凝固油的塞子。
76.权利要求75的方法，其中冷冻剂为液氮、液氧、液氦、液氖、液态甲烷、液态天然气、液氩、液态氧化亚氮、液态二氧化碳、固态二氧化碳、或它们的组合。
77.权利要求75或76的方法，其中热传递装置包括含制冷剂的液体热交换单元。
78.权利要求77的方法，其中制冷剂包括冷冻剂或冷冻剂和溶剂。
79.权利要求78的方法，其中制冷剂包括(a)液氮、液氧、液氦、液氖、液体甲烷、液态天然气、液氩、液态氧化亚氮、液态二氧化碳或固态二氧化碳、或它们的组合，以及(b)选自以下的溶剂：四氯化碳、间二氯苯、硝基甲烷、溴苯、乙腈、氯苯、间二甲苯、正丁胺、正辛烷、氯仿、叔丁胺、三氯乙烯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、庚烷、环戊烷、己烷、甲醇、环己烷、异辛烷、乙醛、甲基环己烷、间戊烷、1,5-已二烯、异戊烷、3-庚酮、环己酮、二乙基卡必醇、卡必醇乙酸酯、乙醇、丙酮、异丙醇、甲乙酮、二乙醚以及它们的组合。
80.权利要求77～79之一的方法，其还包括向热交换单元提供制冷剂，并将已用过的制冷剂排出到环境中。
81.权利要求77～79之一的方法，其还包括向热交换单元提供制冷剂，将已用过的制冷剂再循环到热交换单元，并通过使其流经制冷系统而再生已用过的制冷剂。
82.权利要求81的方法，其中制冷系统包括闭环系统或超低温制冷系统。
83.权利要求81的方法，其还包括通过使已用过的制冷剂流经制冷系统将其再生，所述制冷系统包括压缩机、冷凝器、过滤干燥器和热交换单元。
84.权利要求83的方法，其中压缩机为往复式压缩机、回转式压缩机、螺杆式压缩机、涡旋式压缩机或这些压缩机中任何一种的组合。
85.权利要求75～84之一的方法，其中冷冻剂注射器单元包括装有中空钻头的钻。
86.权利要求85的方法，其中冷冻剂注射器单元的驱动包括给钻通电，以便其钻透井套管，使中空钻头的末端与油流体连通。
87.一种用于对包含在导热金属管道中的流体进行速度受控的凝固的方法，其包括以下步骤：
(a)安装驱动时能够将冷冻剂注射到流体中的冷冻剂注射器单元；
(b)在冷冻剂注射器单元下游的点上安装热交换单元，所述热交换单元与其中含流体的管道热接触；
(c)驱动冷冻剂注射器单元，将冷冻剂注射到流体中，从而降低流体的温度；
(d)驱动热交换单元通过制冷剂而吸收热能，形成已用过的制冷剂，由此从管道及其中的流体撤出热能，并将其传递到热交换单元；并且
(e)耗散由热交换单元所吸收的热。
88.一种用于在包含在导热金属管道中的流体中产生可逆的塞子的方法，其包括以下步骤：
(a)安装一个或多个注射器单元，所述注射器单元在受驱动时将材料注射到管道内的流体中，其中
i)注射器单元包括受驱动时注射冷冻剂的冷冻剂注射器；且
ii)注射器单元包括辅助注射器，其注射包括桥接流体或表面活性试剂或它们的组合的组合物；
(b)在冷冻剂注射器单元下游的点上安装权利要求1～6之一的热交换单元，所述热交换单元与其中含流体的管道热接触；
(c)驱动热交换单元，通过冷冻剂从管道和其中的流体吸收热能，形成已用过的冷冻剂，由此从管道及其中的流体撤出热能，其中热能从流体传递到热交换单元；并且
(d)驱动一个或多个注射器单元，将冷冻剂和桥接流体或表面活性试剂或它们的组合注射到流体中，以便在其中形成塞子。
89.权利要求88的方法，其中流体为烃。
90.权利要求88或89的方法，其中注射器注射表面活性试剂，而表面活性试剂的注射导致形成更均匀的凝固塞子，并且促进凝固塞子与管道更好的粘合。
91.权利要求88～90之一的方法，其中表面活性试剂是阴离子、阳离子、两性离子、非离子或硅酮的表面活性剂、或它们的组合。
92.权利要求88或89的方法，其中注射器注射桥接流体。
93.权利要求92的方法，其中桥接流体包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、或它们的混合物。
94.权利要求1～6之一的装置、权利要求7～65之一的系统、或权利要求66～87之一的方法，其还包括用于注射非低温材料到管道内的流体中的辅助注射器。
95.权利要求94的系统，其中非低温材料为表面活性试剂或桥接流体。
96.权利要求1～6之一的装置、权利要求7～65之一的系统、或权利要求66～93之一的方法，其中热交换单元的长度在2英尺与5000英尺之间，或约2英尺、3英尺、4英尺、5英尺、6英尺、7英尺、8英尺、9英尺、10英尺、11英尺、12英尺、13英尺、14英尺、15英尺、16英尺、17英尺、18英尺、19英尺、20英尺、21英尺、22英尺、23英尺、24英尺、25英尺、26英尺、27英尺、28英尺、29英尺、30英尺、31英尺、32英尺、33英尺、34英尺、35英尺、36英尺、37英尺、38英尺、39英尺、40英尺、41英尺、42英尺、43英尺、44英尺、45英尺、46英尺、47英尺、48英尺、49英尺、50英尺、55英尺、60英尺、65英尺、70英尺、75英尺、80英尺、85英尺、90英尺、95英尺、100英尺、200英尺、300英尺、400英尺、500英尺、600英尺、700英尺、800英尺、900英尺、1000英尺、2000英尺、3000英尺、4000英尺或5000英尺。
97.权利要求1～6之一的装置、权利要求7～65之一的系统、或权利要求66～93之一的方法，其中两个或更多个热交换单元互连。
98.权利要求97的装置、系统或方法，其中每个热交换单元连接到单独的制冷剂或冷冻剂供应模块。
99.权利要求1～6之一的装置、权利要求7～65之一的系统、或权利要求66～93之一的方法，其中：
热交换单元水平取向；或者
热交换单元与水平成1°～89°取向；或者
热交换单元与水平成10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°或85°取向；或者
热交换单元垂直取向。
100.权利要求1～6之一的装置、权利要求7～65之一的系统、或权利要求66～93之一的方法，其中热交换单元包括：
具有内表面和外表面的第一壁，其中外表面与管道热接触；
具有内表面和外表面的第二壁，其中外表面朝环境取向；以及
第一壁的内表面与第二壁的内表面之间的空间，其中：
空间的宽度为约0.05英寸至约500英寸；或者
空间的宽度为热交换单元内径的约10%至约500%。
101.权利要求1～6之一的装置、权利要求7～65之一的系统、或权利要求66～93之一的方法，其中热交换单元还包括一个或多个横贯热交换单元部分长度或全部长度的加热通道，其中：
加热通道被构造成含有流体；或者
加热通道被构造成包括一个或多个加热单元。
102.权利要求101的装置、系统或方法，其中加热单元选自居里温度加热器、温度限制加热器、管道中导体热源、电热丝、电阻加热带、正导热系数陶瓷加热器、厚膜陶瓷加热器、电阻丝或电阻带加热装置。
103.热交换装置，其包括：
直径为D2的内管道2；
直径为Dc2的外管道2c；
端板3和端板4；
用于将冷冻剂或制冷剂引入到热交换装置中的输入口12；和
用于将冷冻剂或制冷剂从热交换装置排出的输出口13；其中：
内管道2包括：
外径为2fD的管2f；
在翅片管2f的左远端的管2a左和在管2f的右远端的管2a右；
端板3具有开孔，一部分管道2a左穿过此开孔；
端板4具有开孔，一部分管道2a右穿过此开孔；
端板3装配在外管道2c的左侧和管道2a左的周围；
端板4装配在外管道2c的右侧和管道2a右的周围；
内管道2和外管道2c形成具有宽度Dc2-D2-D2的厚度-Dc2的厚度的腔体；并且
内管道2与外管道2c之间的腔体充有导热金属的颗粒、锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒；并且
管2f与导热金属的颗粒、锉屑、车屑、削屑、团粒或珠粒的一个或多个热交流。
104.权利要求103的装置，其中管2f包括导热翅片。
105.权利要求103或104的装置，其还包括一个或多个横贯热交换单元部分长度或全部长度、并与内管道2热交流的加热通道，其中：
加热通道被构造成含有流体；或者
加热通道被构造成包括一个或多个加热单元。
106.权利要求105的装置，其中加热单元选自居里温度加热器，温度限制加热器、管道中导体热源、电热丝、电阻加热带、正导热系数陶瓷加热器、厚膜陶瓷加热器、电阻丝或电阻带加热装置。
107.权利要求103～106之一的装置，其中输入口12包括装配到热交换单元中两个或更多个开口上的输入歧管，以将冷冻剂或制冷剂分配到热交换单元中的两个或更多个注射部位。
108.权利要求107的装置，其中输入歧管将冷冻剂或制冷剂分配到：
径向位于热交换单元中的两个或更多个注射部位；或者
纵向位于热交换单元中的两个或更多个注射部位；或者
纵向位于热交换单元中的两个或更多个注射部位以及轴向位于热交换单元中的两个或更多个注射部位。
109.权利要求103～108之一的装置，其中输出口13包括排出歧管，所述排出歧管在热交换单元中的两个或更多个排出部位从热交换单元排出冷冻剂或制冷剂。
110.权利要求103～109之一的装置，其还包括调节热交换单元内的冷冻剂或制冷剂流量的折流板。
111.权利要求103～110之一的装置，其中翅片管2f包括：
沿着管径向布置的翅片；或
沿着管纵向布置的翅片；或
沿着管径向且纵向布置的翅片，其中：
翅片被构造成具有相同的长度；或者
翅片被构造成具有两个或更多个不同的长度。
112.权利要求104～110之一的装置，其中翅片管2f的翅片被切口或穿孔或者两者。
113.权利要求104～112之一的装置，其中翅片管2f的两个或更多个的翅片在热交换单元内扩展腔体的宽度或长度，从而以产生一个或多个通道。
114.权利要求113的装置，其中多个通道由翅片管2f的翅片形成。
115.权利要求114的装置，其中通道彼此邻接，或者可以围绕内管道2的半径或沿内管道2的长度交错排列。
116.权利要求113～115之一的装置，其中冷冻剂注射器被装配到热交换单元上，以将冷冻剂注射到翅片管2f的翅片所形成的通道中。
117.冰冻热力阀装置，其包括：
权利要求103～116之一的热交换装置；和
布置在热交换装置上游的冷冻剂注射器装置。
118.权利要求117的冰冻热力阀装置，其还包括布置在冷冻剂注射器装置上游的辅助注射器装置。
119.权利要求117或118的装置，其中热交换单元还包括一个或多个横贯热交换单元部分长度或全部长度的加热通道，其中：
加热通道被构造成含有流体；或者
加热通道包括一个或多个加热单元。
120.权利要求119的装置，其中加热单元选自居里温度加热器，温度限制加热器、管道中导体热源、电热丝、电阻加热带、正导热系数陶瓷加热器、厚膜陶瓷加热器、电阻丝或电阻带加热装置。
121.权利要求117～120之一的装置，其还包括热监测装置。
122.权利要求121的装置，其还包括计算机，其中计算机与热监测装置通讯。
123.临时防止管线中流体流动的方法，其包括：
将权利要求97～122之一的热传递装置装配到管线上，以使其与至少一部分管线热接触；
安装在驱动时将冷冻剂注射到管线中的流体中的冷冻剂注射器模块；以及
驱动热交换装置和冷冻剂注射器，
其中热传递装置和冷冻剂的注射撤出足够多的热能，导致管线中的流体形成防止流体流动通过管线的塞子。
124.权利要求123的方法，其中：
冰冻热力阀系统被装配到未受影响的管道上，并且在管道故障或破裂的情况下被驱动，以作为管道的紧急切断机构；或者
冰冻热力阀系统被装配到破裂或破损的管道上，以作为紧急切断机构。
125.用于临时防止生产管中流体流动的方法，其包括以下步骤：
将权利要求97～122之一的热传递装置装配到生产管的一部分上，以使其与生产管的至少一部分热接触；以及
安装冷冻剂注射器模块到生产管的一部分上，以使所述注射器模块在受驱动时将冷冻剂注射到生产管中的流体中，其中：
将冷冻剂注射到流体中可在流体与装配热传递装置的生产管区域接触之前降低流体的温度，并且
热传递装置从流体中撤出足够多的热能，使得流体凝固并形成可逆地附着至生产管侧壁的冷冻流体的塞子。
CN201180039493.4A 2010-06-15 2011-06-15 从导热金属管道撤出热能的方法、装置和系统 Expired - Fee Related CN103238019B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610089792.3A CN105627015A (zh) 2010-06-15 2011-06-15 从导热金属管道撤出热能的方法、装置和系统

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US39775910P 2010-06-15 2010-06-15
US61/397,759 2010-06-15
US39974610P 2010-07-16 2010-07-16
US61/399,746 2010-07-16
US201161517070P 2011-04-12 2011-04-12
US61/517,070 2011-04-12
PCT/US2011/001083 WO2011159355A2 (en) 2010-06-15 2011-06-15 Methods, devices systems for extraction of thermal energy from a heat conducting metal conduit

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610089792.3A Division CN105627015A (zh) 2010-06-15 2011-06-15 从导热金属管道撤出热能的方法、装置和系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103238019A true CN103238019A (zh) 2013-08-07
CN103238019B CN103238019B (zh) 2016-03-02

Family

ID=45327455

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180039493.4A Expired - Fee Related CN103238019B (zh) 2010-06-15 2011-06-15 从导热金属管道撤出热能的方法、装置和系统
CN201610089792.3A Pending CN105627015A (zh) 2010-06-15 2011-06-15 从导热金属管道撤出热能的方法、装置和系统

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610089792.3A Pending CN105627015A (zh) 2010-06-15 2011-06-15 从导热金属管道撤出热能的方法、装置和系统

Country Status (9)

Country Link
US (3) US8763411B2 (zh)
EP (1) EP2583014A2 (zh)
CN (2) CN103238019B (zh)
BR (1) BR112012031923A2 (zh)
CA (1) CA2802346C (zh)
EA (1) EA026872B1 (zh)
MX (2) MX2012014339A (zh)
TW (3) TW201604465A (zh)
WO (1) WO2011159355A2 (zh)

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103711059A (zh) * 2013-12-19 2014-04-09 福建南方路面机械有限公司 沥青发泡装置
CN104155749A (zh) * 2014-09-04 2014-11-19 中国科学院光电技术研究所 一种可用于大口径地基太阳望远镜的热视场光阑温控装置
CN105159358A (zh) * 2015-09-21 2015-12-16 联想(北京)有限公司 一种电子设备
CN105786045A (zh) * 2014-12-22 2016-07-20 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 高能系统的外置式环绕型温度控制装置及方法
CN105865070A (zh) * 2015-01-19 2016-08-17 Tcl空调器(中山)有限公司 空调器及空调器的管路保护方法
CN108627536A (zh) * 2018-04-04 2018-10-09 长安大学 一种浇注式导电沥青混凝土传导热效果预估方法
CN110197003A (zh) * 2019-05-05 2019-09-03 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 一种多分段坐底式船型结构物总体配载计算方法
CN110319294A (zh) * 2019-07-12 2019-10-11 深圳市合众清洁能源研究院 一种输气管道水合物封堵换管工艺
CN110805977A (zh) * 2019-11-15 2020-02-18 桃江县人民医院 一种中央空调节能设备
CN111076021A (zh) * 2019-12-20 2020-04-28 福建福清核电有限公司 一种制冷夹套的排气装置
CN111128316A (zh) * 2019-11-18 2020-05-08 内蒙古科技大学 一种具有直裂纹或异质拼接材料的热性能分析方法
US10709040B2 (en) 2015-11-04 2020-07-07 Rite-Hite Holding Corporation Cooling systems for devices arranged in rows
CN112637980A (zh) * 2020-12-21 2021-04-09 天津华能杨柳青热电有限责任公司 一种远红外线柔性电加热套
WO2021223379A1 (zh) * 2020-05-06 2021-11-11 杭州电子科技大学 石油开采钻具循环冷却装置及正辛烷作为制冷剂的应用
CN113874667A (zh) * 2019-06-19 2021-12-31 海尔智家股份有限公司 单线制冰机组件
CN113891616A (zh) * 2021-09-13 2022-01-04 吉林大学 一种深地长期连续性监测电子设备的热量管理系统

Families Citing this family (64)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201604465A (zh) 2010-06-15 2016-02-01 拜歐菲樂Ｉｐ有限責任公司 從導熱金屬導管提取熱能的方法、裝置和系統
JP2013539484A (ja) 2010-08-05 2013-10-24 バイオフィルム・アイピー・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー シクロシロキサン置換ポリシロキサン化合物、該化合物を含有する組成物およびそれらの使用法
US8662374B2 (en) * 2010-12-16 2014-03-04 Air Liquide Industrial U.S. Lp Method for reduced cycle times in multi-pass welding while providing an inert atmosphere to the welding zone
US9784509B2 (en) * 2011-05-27 2017-10-10 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Optimized heating and cooling system
US10436481B2 (en) * 2011-06-06 2019-10-08 Jan Vetrovec Magnetocaloric refrigerator
US9097378B2 (en) * 2011-12-01 2015-08-04 Bti Services, Inc. Insulated pipe junction jacket for freezing the contents of a pipe junction and methods of using same
US9209598B1 (en) * 2011-12-14 2015-12-08 Colorado State University Research Foundation Cooling system for high average power laser
TWI525184B (zh) 2011-12-16 2016-03-11 拜歐菲樂Ｉｐ有限責任公司 低溫注射組成物，用於低溫調節導管中流量之系統及方法
US20130186107A1 (en) * 2012-01-20 2013-07-25 Delta Electronics, Inc. Magnetic refrigeration control system, and method thereof
US20130192269A1 (en) * 2012-02-01 2013-08-01 Min-Chia Wang Magnetocaloric module for magnetic refrigeration apparatus
US9212485B2 (en) 2012-07-13 2015-12-15 Victor Wolynski Modular building panel
US9593870B2 (en) 2012-12-03 2017-03-14 Whirlpool Corporation Refrigerator with thermoelectric device for ice making
US9175888B2 (en) 2012-12-03 2015-11-03 Whirlpool Corporation Low energy refrigerator heat source
DE102013101104A1 (de) * 2013-02-05 2014-08-07 Bürkert Werke GmbH Kühlanordnung zum Kühlen eines Objekts mit einer Kontrolleinrichtung und Verfahren zur Überwachung einer solchen Kühlanordnung
US9261313B2 (en) * 2013-03-20 2016-02-16 Carleton Saunders Method and system for controlling a heat transfer apparatus
US20140305507A1 (en) * 2013-04-15 2014-10-16 General Cybernation Group, Inc. Self-organizing multi-stream flow delivery process and enabling actuation and control
US20140309793A1 (en) * 2013-04-15 2014-10-16 General Cybernation Group, Inc. Method and apparatus of self-organizing actuation and control
US9605789B2 (en) * 2013-09-13 2017-03-28 Biofilm Ip, Llc Magneto-cryogenic valves, systems and methods for modulating flow in a conduit
US9040339B2 (en) 2013-10-01 2015-05-26 The Pen Practical method of producing an aerogel composite continuous thin film thermoelectric semiconductor material
US9276190B2 (en) 2013-10-01 2016-03-01 The Pen Practical method of producing an aerogel composite continuous thin film thermoelectric semiconductor material by modified MOCVD
DE102013225077A1 (de) * 2013-12-06 2015-06-11 Continental Automotive Gmbh Wärmerohr mit Verdrängungskörpern
TWI480357B (zh) 2013-12-17 2015-04-11 Ind Tech Res Inst 導電膠組成物與電極的形成方法
GB2527025B (en) * 2014-04-14 2017-05-31 Stelix Ltd Refrigeration pill of longitudinally split construction
WO2016033267A1 (en) * 2014-08-27 2016-03-03 Gojo Industries, Inc. Energy harvesting for dispensing system
US20160223775A1 (en) * 2015-01-30 2016-08-04 Corning Optical Communications LLC Fiber stripping methods and apparatus
CA2980449C (en) 2015-04-29 2019-09-24 Halliburton Energy Services, Inc. Grout fluids for use in a geothermal well loop
US10018782B2 (en) 2015-05-28 2018-07-10 Corning Optical Communications LLC Optical fiber stripping methods and apparatus
TWI626095B (zh) * 2015-09-11 2018-06-11 Liu Ji Chang Aluminum extrusion machine heating device
FR3041159B1 (fr) * 2015-09-15 2018-03-23 Valeo Systemes Thermiques Module et dispositif thermo electriques, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
EP3378322A4 (en) * 2015-11-19 2019-08-14 Blanctec Co., Ltd. COLD STORAGE UNIT, MOBILE BODY, OXYGEN SUPPLY SYSTEM, COLD STORAGE TRANSPORT SYSTEM, COLD STORAGE PROCEDURE FOR COLD STORAGE AND TRANSPORT METHOD FOR COLD STORAGE
CN105526461B (zh) * 2015-12-19 2017-09-15 中国石油天然气股份有限公司 一种用于气田地面排液的装置和冰塞方法
US11150140B2 (en) * 2016-02-02 2021-10-19 Kla Corporation Instrumented substrate apparatus for acquiring measurement parameters in high temperature process applications
JP6613934B2 (ja) * 2016-02-05 2019-12-04 住友電気工業株式会社 パイプタイプ固体絶縁ケーブルシステム、パイプタイプ固体絶縁ケーブルシステムの構築方法、及びパイプタイプ固体絶縁ケーブルシステムの冷却方法
US11233254B2 (en) * 2016-02-22 2022-01-25 Battelle Memorial Institute Process for delivering liquid H2 from an active magnetic regenerative refrigerator H2 liquefier to a liquid H2 vehicle dispenser
EP3228454A1 (en) 2016-04-08 2017-10-11 Services Pétroliers Schlumberger Latex-bonded metal and cement members
US10444107B1 (en) 2016-06-17 2019-10-15 United Services Automobile Association (Usaa) Systems and methods for detecting water leaks
US11673352B2 (en) * 2016-09-20 2023-06-13 United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Automated wave guide system for in-process monitoring of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite laminates with hanning window tone-bursts of center frequencies from 100-225 kHz and 100-350 kHz
US10502476B1 (en) * 2016-12-05 2019-12-10 Northrop Grumman Systems Corporation Restraint and protection of delicate systems subjected to potentially destructive forces
GB201704763D0 (zh) * 2017-01-05 2017-05-10 Illumina Inc
TWI652432B (zh) 2017-01-24 2019-03-01 國立高雄科技大學 高壓液化氣體傳輸系統
CN111543035B (zh) * 2017-02-01 2023-02-28 丹佛斯动力系统Ii技术有限公司 用于流体递送和分配系统的混合无线传感器网络架构
US10514206B2 (en) * 2017-02-24 2019-12-24 Intellihot, Inc. Multi-coil heat exchanger
JP6942583B2 (ja) * 2017-09-22 2021-09-29 三菱パワー株式会社 金属壁部の冷却温度設定方法及び金属壁部の冷却方法
ES2696977A1 (es) * 2017-10-14 2019-01-21 Ruiz Garcia Jose Panel termosolar bimetálico. Proyecto Júpiter. Diseño y fabricación de tarjetas y bloques solares
EP3710829B1 (en) * 2017-11-14 2022-09-14 Saudi Arabian Oil Company Measuring a water cut of hydrocarbon fluid in a production pipe
FR3073920B1 (fr) * 2017-11-23 2020-03-06 Arianegroup Sas Procede de protection et procede de reconditionnement d'une conduite de transfert de fluide ; dispositif de transfert de fluide et installation d'alimentation en ergol pour moteur-fusee
US10704005B2 (en) 2018-01-19 2020-07-07 Saudi Arabian Oil Company Preventing hydrate formation in a flowline
TWI797300B (zh) * 2018-03-30 2023-04-01 漢辰科技股份有限公司 真空夾套管
CN113170598A (zh) 2018-10-02 2021-07-23 瑞泰控股公司 用于数据中心区域隔离的空气屏障系统
CA3120964A1 (en) 2018-11-26 2020-06-04 Metis Energy Llc System, method, and composition for controlling fracture growth
RU2707958C1 (ru) * 2019-04-01 2019-12-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" Способ выявления теплового эффекта фазового превращения в металлах
CN109871052A (zh) * 2019-04-03 2019-06-11 上海颐柏科技股份有限公司 一种电热辐射管温度控制装置及其控制方法
US11353270B1 (en) * 2019-04-04 2022-06-07 Advanced Cooling Technologies, Inc. Heat pipes disposed in overlapping and nonoverlapping arrangements
US11306946B2 (en) 2019-10-30 2022-04-19 Ignik Outdoors, Inc. Air-activated device-warming systems and methods
CN112239019A (zh) * 2019-11-15 2021-01-19 林超文 自监测防高温损坏的数码产品收纳盒
TWI716240B (zh) 2019-12-27 2021-01-11 長聖儀器股份有限公司 熱擴散性能量測系統與方法
CN113533417B (zh) * 2020-04-20 2022-10-14 广西壮族自治区建筑科学研究设计院 一种反射隔热涂料保温胶泥复合保温系统保温效果的测试方法
FR3110684B1 (fr) * 2020-05-20 2022-12-09 Itechcana Dispositif d’obturation de tuyauteries par un bouchon de glace
US20230243250A1 (en) * 2020-06-17 2023-08-03 Sage Geosystems Inc. System, Method, and Composition for Geothermal Heat Harvest
CN112066136B (zh) * 2020-08-28 2023-08-04 固始县弘昌天然气有限责任公司 一种石油天然气控温管道
CN112105241B (zh) * 2020-09-30 2022-08-12 宜宾市天珑通讯有限公司 一种外骨骼插电式手机散热装置及其制造方法
CN112555784B (zh) * 2020-10-27 2022-09-13 广西大学 一种用于强化大功率led灯散热器效率的传热工作介质
TWI769634B (zh) * 2020-12-22 2022-07-01 台灣積體電路製造股份有限公司 冰水主機之供水控制系統及其操控方法
EP4341536A1 (en) * 2021-05-16 2024-03-27 Eaton Intelligent Power Limited Aftertreatment heater power electronics

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3041850A (en) * 1960-04-29 1962-07-03 Robert N Nunn Water line freezing device
GB1584189A (en) * 1976-09-13 1981-02-11 Brister Beryle Dean Apparatus and method for freezing a slug of liquid in a section of a large diameter fluid transmission line
US4267699A (en) * 1979-02-21 1981-05-19 Bahrenburg Harry H Freeze isolation seal
US4441328A (en) * 1981-12-08 1984-04-10 Brister, Incorporated Method and apparatus for forming a temporary plug in a submarine conduit
US4849611A (en) * 1985-12-16 1989-07-18 Raychem Corporation Self-regulating heater employing reactive components
DE3903009A1 (de) * 1989-02-02 1990-08-09 Rothenberger Werkzeuge Masch Vorrichtung zum einfrieren von mediendurchstroemten rohrleitungen, insbesondere von wasserleitungen
WO1997011326A1 (en) * 1995-09-18 1997-03-27 Nowsco Well Service, Inc. Method and apparatus for freezing large pipe
US5836167A (en) * 1995-09-18 1998-11-17 Nowsco Well Service Ltd. Method and apparatus for freezing large pipe
US6141972A (en) * 1998-12-07 2000-11-07 Evans; Daniel J. Invasive cryogenic tool and method for freezing the content of a pipe

Family Cites Families (174)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4422A (en) 1846-03-14 Improvement in grain-rakes
US19799A (en) 1858-03-30 Manufacture of tubular wrought-iroh shafts
US338A (en) 1837-07-31 Machine for crimping leather for boots
US2257727A (en) * 1939-03-04 1941-10-07 Okonite Callender Cable Co Inc Method of forming dams
US2701452A (en) * 1950-07-28 1955-02-08 Flakice Corp Tube ice-making apparatus
US3293877A (en) * 1964-08-13 1966-12-27 Continental Oil Co Refrigerant flow control means
US3530680A (en) 1967-02-07 1970-09-29 M B Gardner Co Inc The Prestressed conduit for cold fluids
US3516935A (en) 1967-04-10 1970-06-23 Bell Telephone Labor Inc Compacted body and method of formation
AT283398B (de) 1968-04-08 1970-08-10 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von künstlichem Schnee
US3498071A (en) 1968-08-07 1970-03-03 Harry H Tremont Apparatus and process for freezing liquid in a section of a pipe
US3623337A (en) 1968-08-07 1971-11-30 Harry H Tremont Apparatus for freezing liquid in a section of a pipe
US3693665A (en) 1970-01-28 1972-09-26 Shell Oil Co Pipeline for the transport of cold liquids
US3815377A (en) 1970-02-26 1974-06-11 L Tyree System for cooling material using co{11 {11 snow
US3631870A (en) 1970-04-14 1972-01-04 Factory Mutual Res Corp Method of stopping flow in a pipeline
US3660784A (en) * 1970-08-28 1972-05-02 Raytheon Co Energy absorber and evaporative cooling system
US3695301A (en) 1971-06-07 1972-10-03 Halliburton Co Apparatus and method for pipeline testing
US3738424A (en) 1971-06-14 1973-06-12 Big Three Industries Method for controlling offshore petroleum wells during blowout conditions
US3742723A (en) 1971-11-05 1973-07-03 Grise Frederick Gerard J Pipe freezing device
US3857255A (en) 1971-11-26 1974-12-31 A Elwood Cryogenic control valve
US3905424A (en) 1971-11-26 1975-09-16 Albert A Elwood Cryogenic control valve
US3793716A (en) 1972-09-08 1974-02-26 Raychem Corp Method of making self limiting heat elements
US3814574A (en) 1972-09-22 1974-06-04 Scheu Mfg Co Heater
US3768273A (en) 1972-10-19 1973-10-30 Gulf & Western Industries Self-balancing low temperature refrigeration system
US3926006A (en) * 1973-04-09 1975-12-16 Cap Con International Inc Method and apparatus of freezing a plug in a pipe for pressure testing
US3865145A (en) 1973-05-10 1975-02-11 Foundation Cryogenic Joint Ven Pipeline system
US4026329A (en) * 1973-12-26 1977-05-31 Texas Pipe Line Company Method and apparatus for remotely and releasably sealing a pipeline
US3872682A (en) 1974-03-18 1975-03-25 Northfield Freezing Systems In Closed system refrigeration or heat exchange
US4013097A (en) 1974-06-28 1977-03-22 Anthony Louis Calandra Apparatus and method for damming a pipeline
US3971416A (en) 1974-08-16 1976-07-27 Thermon Manufacturing Company Preinsulated pipe assembly and pipeline
US4165571A (en) 1975-01-08 1979-08-28 Santa Fe International Corporation Sea sled with jet pump for underwater trenching and slurry removal
US4095747A (en) 1976-05-17 1978-06-20 Specialty Manufacturing Company High pressure coaxial flow nozzles
US4370862A (en) * 1976-09-13 1983-02-01 Brister Incorporated Apparatus and method for freezing a slug of liquid in a section of a large diameter fluid transmission line
US4220012A (en) 1976-09-13 1980-09-02 Brister Beryle D Apparatus for freezing a slug of liquid in a section of a large diameter fluid transmission line
USRE31450E (en) 1977-07-25 1983-11-29 Micro Motion, Inc. Method and structure for flow measurement
US4219224A (en) 1978-04-06 1980-08-26 Foundation Cryogenic Joint Venture Cryogenic pipeline system
US4238640A (en) 1979-01-24 1980-12-09 Raychem Corporation Electrical connector for heaters
JPS5831543B2 (ja) 1979-03-19 1983-07-06 京都大学長 液体の熱伝導率測定装置
EP0069740A1 (en) 1980-10-15 1983-01-19 SMITH, Andrew Lloyd Hazardous materials control
US4422338A (en) 1981-02-17 1983-12-27 Micro Motion, Inc. Method and apparatus for mass flow measurement
US4350027A (en) 1981-10-05 1982-09-21 Lewis Tyree Jr Cryogenic refrigeration apparatus
US4428204A (en) * 1981-12-08 1984-01-31 Brister Beryle D Method for forming a temporary plug in a fluid conduit
US4492095A (en) * 1981-12-08 1985-01-08 Brister, Incorporated Apparatus and method for forming a temporary plug in a fluid conduit
US4509343A (en) * 1981-12-08 1985-04-09 Brister Beryle D Apparatus for inserting a flexible bag into a fluid transmission line
US4416118A (en) * 1981-12-21 1983-11-22 Brister Beryle D Method and apparatus for controlling the formation of a temporary plug in a fluid transmission line
US4421656A (en) 1981-12-31 1983-12-20 Dow Corning Corporation Silicone emulsifier composition, invert emulsions therefrom and method therefor
US4535597A (en) 1984-01-25 1985-08-20 Marin Tek, Inc. Fast cycle water vapor cryopump
JPS60204852A (ja) 1984-03-30 1985-10-16 Tokyo Inst Of Technol 磁気冷凍用磁性材料
US4533123A (en) 1984-05-07 1985-08-06 Betz Laboratories, Inc. Liquid mixing device
US4597699A (en) 1984-08-27 1986-07-01 Erickson Tool Company Quick-connect mechanism
US4593529A (en) * 1984-12-03 1986-06-10 Birochik Valentine L Method and apparatus for controlling the temperature and pressure of confined substances
US4597267A (en) 1985-06-28 1986-07-01 Marin Tek, Inc. Fast cycle water vapor cryopump
GB8525817D0 (en) * 1985-10-19 1985-11-20 Lucas Ind Plc Refrigeration apparatus
US4642994A (en) 1985-10-25 1987-02-17 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Magnetic refrigeration apparatus with heat pipes
JPS62117623A (ja) 1985-11-18 1987-05-29 Inoue Seisakusho:Kk インラインミキサ−
US4634050A (en) 1986-01-03 1987-01-06 Shippee James H Fanless air aspiration snowmaking apparatus
US4789104A (en) 1987-02-24 1988-12-06 Specialty Manufacturing Co. High pressure coaxial flow nozzles
US4951474A (en) 1988-03-21 1990-08-28 Guild Associates, Inc. Cryo-refrigeration system
US5076930A (en) 1988-10-19 1991-12-31 Stone & Webster Engineering Corporation Apparatus and process for liquid-liquid contact
CN1044327A (zh) * 1988-12-07 1990-08-01 化工部光明化工研究所 输液管道冷冻封堵方法及所用设备
JPH0686467B2 (ja) 1988-12-09 1994-11-02 信越化学工業株式会社 カチオン型シリコーン界面活性物質
US5019761A (en) 1989-02-21 1991-05-28 Kraft Brett W Force feedback control for backhoe
US4934196A (en) 1989-06-02 1990-06-19 Micro Motion, Inc. Coriolis mass flow rate meter having a substantially increased noise immunity
CA2026298A1 (en) 1989-09-27 1991-03-28 Alex C. Kuo Method and apparatus for metering and mixing non-compressible and compressible fluids
US4956976A (en) 1990-01-24 1990-09-18 Astronautics Corporation Of America Magnetic refrigeration apparatus for He II production
US5099650A (en) 1990-04-26 1992-03-31 Boreas Inc. Cryogenic refrigeration apparatus
US5105843A (en) 1991-03-28 1992-04-21 Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corporation Isocentric low turbulence injector
US5125427A (en) 1991-04-02 1992-06-30 Conoco Inc. Freeze-thaw method for temporarily plugging process flowline
US5787722A (en) 1991-10-07 1998-08-04 Jenkins; Robert E. Heat exchange unit
US5205135A (en) * 1991-11-13 1993-04-27 Liquid Carbonic Corporation Helical conveyor freezer
US7235212B2 (en) 2001-02-09 2007-06-26 Ques Tek Innovations, Llc Nanocarbide precipitation strengthened ultrahigh strength, corrosion resistant, structural steels and method of making said steels
US5324159A (en) 1992-10-02 1994-06-28 Praxair Technology, Inc. Particle loader
US5352304A (en) 1992-11-16 1994-10-04 Allegheny Ludlum Corporation High strength low alloy steel
US5361840A (en) 1993-04-26 1994-11-08 Bruce Matthews Well plugging apparatus and method
US5357756A (en) 1993-09-23 1994-10-25 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Bipolar pulse field for magnetic refrigeration
US5778919A (en) 1993-12-30 1998-07-14 Custom Service Laboratories Of N.J., Inc. Pipeline flow stopper with dual shafts
US5385025A (en) 1994-03-04 1995-01-31 Mg Industries Apparatus and method for dispensing droplets of a cryogenic liquid
JPH07305990A (ja) 1994-05-16 1995-11-21 Sanden Corp 多管式熱交換器
US5527330A (en) 1994-08-18 1996-06-18 United States Surgical Corporation Fluid cutting instrument
DE19509712A1 (de) * 1995-03-10 1996-09-12 A U F Analytik Umwelttechnik F Vorrichtung zum Abkühlen und Einfrieren von Wasser
US5608159A (en) * 1995-04-05 1997-03-04 Lucent Technologies Inc. Freeze seal and freeze clamp for cables, wires, optical fibers and the like
US5548965A (en) * 1995-05-31 1996-08-27 Spectronics Corporation Multi-cavity evaporator
US5944686A (en) 1995-06-07 1999-08-31 Hydrocision, Inc. Instrument for creating a fluid jet
US5522419A (en) 1995-06-26 1996-06-04 Hydro Systems Company Chemical eductor with integral elongated air gap
CA2231871C (en) 1995-09-13 2002-04-30 Melvin D. Kyees Apparatus for cooling fluids
JP3692630B2 (ja) 1995-10-24 2005-09-07 ダイキン工業株式会社 熱搬送装置
US5743637A (en) 1995-11-09 1998-04-28 Chem Financial, Inc. Venturi mixing valve for use in mixing liquids
JP3408377B2 (ja) 1996-06-26 2003-05-19 望月 ▲たく▼夫 圧力流体のエネルギー変換装置及びその方法
US5738772A (en) 1996-10-25 1998-04-14 Fbc Industries, Inc. In-line/on demand reaction delivery system and method
US5680770A (en) * 1996-11-04 1997-10-28 Freeze Service, Inc. Pipe freezing apparatus
US5743095A (en) 1996-11-19 1998-04-28 Iowa State University Research Foundation, Inc. Active magnetic refrigerants based on Gd-Si-Ge material and refrigeration apparatus and process
CA2230396C (en) 1997-02-25 2001-11-20 Sumitomo Metal Industries, Ltd. High-toughness, high-tensile-strength steel and method of manufacturing the same
FR2766738B1 (fr) 1997-08-01 1999-09-03 Air Liquide Procede et dispositif de pulverisation sequentielle d'un liquide cryogenique, procede et installation de refroidissement en comportant application
US6041811A (en) 1997-09-04 2000-03-28 Pa-Plug, Inc. Plug for forming an ice barrier in a pipeline
US6129290A (en) 1997-11-06 2000-10-10 Nikkanen; John P. Snow maker
DZ2527A1 (fr) 1997-12-19 2003-02-01 Exxon Production Research Co Pièces conteneurs et canalisations de traitement aptes à contenir et transporter des fluides à des températures cryogéniques.
FR2776183B1 (fr) 1998-03-17 2004-05-28 Oreal Utilisation d'un tensio-actif silicone du type alkyldimethicone copolyol pour la preparation d'emulsions cosmetiques solides eau-dans-huile et emulsions solides eau-dans-huile ainsi obtenues
DE19838276A1 (de) * 1998-08-22 2000-02-24 Itw Gema Ag Pulver-Sprühbeschichtungsvorrichtung
US6041621A (en) 1998-12-30 2000-03-28 Praxair Technology, Inc. Single circuit cryogenic liquefaction of industrial gas
US6105388A (en) 1998-12-30 2000-08-22 Praxair Technology, Inc. Multiple circuit cryogenic liquefaction of industrial gas
US6164078A (en) 1999-03-04 2000-12-26 Boeing North American Inc. Cryogenic liquid heat exchanger system with fluid ejector
CA2370205C (en) 1999-05-03 2010-08-10 Aquatrols Corporation Of America, Inc. Snowmaking process
US6148619A (en) 1999-08-17 2000-11-21 Evans; Daniel J. Method and apparatus for non-invasively freezing a content of a pipe
US6485577B1 (en) 2000-01-07 2002-11-26 Robert Kiholm Pipe pig formed of frozen product
US6322327B1 (en) 2000-01-13 2001-11-27 Walker-Dawson Interests, Inc. Jet pump for transfer of material
IL134892A0 (en) 2000-03-06 2001-05-20 Yeda Res & Dev Inorganic nanoparticles and metal matrices utilizing the same
US7114340B2 (en) 2000-03-08 2006-10-03 Iowa State University Research Foundation, Inc. Method of making active magnetic refrigerant materials based on Gd-Si-Ge alloys
US6589366B1 (en) 2000-03-08 2003-07-08 Iowa State University Research Foundation, Inc. Method of making active magnetic refrigerant, colossal magnetostriction and giant magnetoresistive materials based on Gd-Si-Ge alloys
US6684112B1 (en) 2000-04-11 2004-01-27 George Shu-Xing Cheng Robust model-free adaptive control
US6301923B1 (en) 2000-05-01 2001-10-16 Praxair Technology, Inc. Method for generating a cold gas
JP2003532861A (ja) 2000-05-05 2003-11-05 ユニヴァーシティ オブ ヴィクトリア イノヴェーション アンド デヴェロップメント コーポレイション 磁気冷凍を使用して流体を冷却し液化する装置及び方法
US6843065B2 (en) 2000-05-30 2005-01-18 Icc-Polycold System Inc. Very low temperature refrigeration system with controlled cool down and warm up rates and long term heating capabilities
WO2002001122A1 (en) 2000-06-28 2002-01-03 Igc Polycold Systems, Inc. High efficiency very-low temperature mixed refrigerant system with rapid cool down
US6363729B1 (en) 2000-07-27 2002-04-02 Mg Industries Apparatus and method for injecting cryogenic liquid into containers
KR100797681B1 (ko) 2000-08-09 2008-01-23 애스트로노틱스 코포레이션 오브 아메리카 회전형 베드 자기 냉장장치
NO312560B1 (no) 2000-08-21 2002-05-27 Offshore & Marine As Intervensjonsmodul for en brönn
US6446669B1 (en) 2001-01-04 2002-09-10 Philip L. Lundman Pipe sealing apparatus
CN102200356B (zh) 2001-02-23 2014-03-26 布鲁克斯自动化公司 超低温闭环再循环气体冷却系统
US6676772B2 (en) 2001-03-27 2004-01-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic material
US6578369B2 (en) 2001-03-28 2003-06-17 Fsi International, Inc. Nozzle design for generating fluid streams useful in the manufacture of microelectronic devices
KR20040024854A (ko) 2001-04-24 2004-03-22 셀레리티 그룹 아이엔씨 질량유량 제어장치를 위한 시스템 및 방법
US6658864B2 (en) 2001-06-15 2003-12-09 Michael Thomas Cryogenic cooling system apparatus and method
JP4622179B2 (ja) 2001-07-16 2011-02-02 日立金属株式会社 磁気冷凍作業物質および蓄冷式熱交換器ならびに磁気冷凍装置
NL1018668C2 (nl) 2001-07-31 2003-02-03 Stichting Tech Wetenschapp Materiaal geschikt voor magnetische koeling, werkwijze voor het bereiden ervan en toepassing van het materiaal.
US6446441B1 (en) 2001-08-28 2002-09-10 William G. Dean Magnetic refrigerator
JP3967572B2 (ja) 2001-09-21 2007-08-29 株式会社東芝 磁気冷凍材料
GB0125424D0 (en) 2001-10-23 2001-12-12 Acer Snowmec Ltd Snow making
US7165615B2 (en) 2001-10-24 2007-01-23 Shell Oil Company In situ recovery from a hydrocarbon containing formation using conductor-in-conduit heat sources with an electrically conductive material in the overburden
AU2002363073A1 (en) 2001-10-24 2003-05-06 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method and system for in situ heating a hydrocarbon containing formation by a u-shaped opening
EP1350560A1 (en) 2002-04-05 2003-10-08 Methanol Casale S.A. Plate-type heat exchange unit for catalytic bed reactors
US6739137B2 (en) 2002-05-21 2004-05-25 Michael Andrew Minovitch Magnetic condensing system for cryogenic engines
US6598412B1 (en) * 2002-05-21 2003-07-29 Spectronics Corporation Interchangeable adapters for pipe freezer apparatus
US6988534B2 (en) 2002-11-01 2006-01-24 Cooligy, Inc. Method and apparatus for flexible fluid delivery for cooling desired hot spots in a heat producing device
US6708511B2 (en) 2002-08-13 2004-03-23 Delaware Capital Formation, Inc. Cooling device with subcooling system
CN1324276C (zh) 2002-09-18 2007-07-04 赫力思科技公司 具有可喷射液体的涡旋式压缩机的深度低温的制冷系统
US7069981B2 (en) 2002-11-08 2006-07-04 Modine Manufacturing Company Heat exchanger
CH695836A5 (fr) 2002-12-24 2006-09-15 Ecole D Ingenieurs Du Canton D Procédé et dispositif pour générer en continu du froid et de la chaleur par effet magnetique.
US7121344B2 (en) 2003-01-10 2006-10-17 Vetco Gray Inc. Plug installation system for deep water subsea wells
US7273479B2 (en) 2003-01-15 2007-09-25 Cryodynamics, Llc Methods and systems for cryogenic cooling
US20050000601A1 (en) 2003-05-21 2005-01-06 Yuji Arai Steel pipe for an airbag system and a method for its manufacture
US20040244498A1 (en) 2003-06-06 2004-12-09 Industrial Technology Research Institute Fluid flow meter with fluid flow sensor and oscillation sensor
US20040261420A1 (en) 2003-06-30 2004-12-30 Lewis Laura J. Henderson Enhanced magnetocaloric effect material
US7407600B2 (en) 2003-07-07 2008-08-05 Dupont Tale + Lyle Bio Products Company, Llc Heat-transfer systems
US7028768B2 (en) 2003-08-20 2006-04-18 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Fluid heat exchange control system
US7218523B2 (en) 2003-09-10 2007-05-15 Qnx Cooling Systems Inc Liquid cooling system
FR2861454B1 (fr) 2003-10-23 2006-09-01 Christian Muller Dispositif de generation de flux thermique a materiau magneto-calorique
DE602005027070D1 (de) * 2004-05-20 2011-05-05 Daikin Ind Ltd Verzweigtes tensid mit fluoralkylgruppe und kohlenwasserstoffgruppe
US7117104B2 (en) 2004-06-28 2006-10-03 Celerity, Inc. Ultrasonic liquid flow controller
WO2006004228A1 (ja) 2004-07-07 2006-01-12 Jfe Steel Corporation 高張力鋼板の製造方法
US7263852B2 (en) 2004-08-30 2007-09-04 Freus, Inc Heat exchanger apparatus and method for evaporative cooling refrigeration unit
US7066730B2 (en) 2004-11-16 2006-06-27 Catalytic Industrial Group, Inc. Pipeline heater
US7185501B2 (en) 2004-12-16 2007-03-06 General Electric Company Cryogenic cooling system and method with backup cold storage device
NO331889B1 (no) 2005-01-25 2012-04-30 Framo Eng As Fleksibel forbindelse for kryogene ror
US7441412B2 (en) 2005-01-26 2008-10-28 Tim Allan Nygaard Jensen Heat transfer system and method
US7497086B2 (en) 2005-03-23 2009-03-03 Siemens Magnet Technology Ltd. Method and apparatus for maintaining apparatus at cryogenic temperatures over an extended period without active refrigeration
US7942197B2 (en) 2005-04-22 2011-05-17 Shell Oil Company Methods and systems for producing fluid from an in situ conversion process
EP1913343A1 (en) 2005-08-12 2008-04-23 Celerity, Inc. Use of histone deacetylase inhibitors for treating cardiac hypertrophy and heart failure detection
US7415830B2 (en) 2005-08-31 2008-08-26 Raytheon Company Method and system for cryogenic cooling
GB0519843D0 (en) 2005-09-29 2005-11-09 Univ Cambridge Tech Magnetocaloric refrigerant
WO2007055506A1 (en) 2005-11-10 2007-05-18 Daewoo Electronics Corperation Magnetic refrigerator
JP4481949B2 (ja) 2006-03-27 2010-06-16 株式会社東芝 磁気冷凍用磁性材料
US7783384B2 (en) 2006-05-31 2010-08-24 Kraft Brett W Ambidextrous robotic master controller
ES2467099T3 (es) 2006-08-28 2014-06-11 Air Products And Chemicals, Inc. Aparato y método para controlar el caudal de un líquido criogénico
JP4649389B2 (ja) 2006-09-28 2011-03-09 株式会社東芝 磁気冷凍デバイスおよび磁気冷凍方法
EP1959242A3 (en) 2007-02-19 2009-01-07 Yamatake Corporation Flowmeter and flow control device
US8104293B2 (en) 2007-06-19 2012-01-31 General Electric Company Magneto-caloric cooling device and method of operation
US8082978B2 (en) 2007-08-07 2011-12-27 Georgia Tech Research Corporation Fluid-to-fluid spot-to-spreader heat management devices and systems and methods of managing heat
GB2451818B (en) 2007-08-11 2010-03-31 Schlumberger Holdings Open bore turbine flowmeter
JP4643668B2 (ja) 2008-03-03 2011-03-02 株式会社東芝 磁気冷凍デバイスおよび磁気冷凍システム
US8209988B2 (en) 2008-09-24 2012-07-03 Husssmann Corporation Magnetic refrigeration device
CN201561673U (zh) * 2009-11-12 2010-08-25 李迪文 一种新型制冷系统余热回收换热器
TW201604465A (zh) 2010-06-15 2016-02-01 拜歐菲樂Ｉｐ有限責任公司 從導熱金屬導管提取熱能的方法、裝置和系統
JP2013539484A (ja) 2010-08-05 2013-10-24 バイオフィルム・アイピー・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー シクロシロキサン置換ポリシロキサン化合物、該化合物を含有する組成物およびそれらの使用法
TWI525184B (zh) 2011-12-16 2016-03-11 拜歐菲樂Ｉｐ有限責任公司 低溫注射組成物，用於低溫調節導管中流量之系統及方法
US9605789B2 (en) 2013-09-13 2017-03-28 Biofilm Ip, Llc Magneto-cryogenic valves, systems and methods for modulating flow in a conduit

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3041850A (en) * 1960-04-29 1962-07-03 Robert N Nunn Water line freezing device
GB1584189A (en) * 1976-09-13 1981-02-11 Brister Beryle Dean Apparatus and method for freezing a slug of liquid in a section of a large diameter fluid transmission line
US4267699A (en) * 1979-02-21 1981-05-19 Bahrenburg Harry H Freeze isolation seal
US4441328A (en) * 1981-12-08 1984-04-10 Brister, Incorporated Method and apparatus for forming a temporary plug in a submarine conduit
US4849611A (en) * 1985-12-16 1989-07-18 Raychem Corporation Self-regulating heater employing reactive components
DE3903009A1 (de) * 1989-02-02 1990-08-09 Rothenberger Werkzeuge Masch Vorrichtung zum einfrieren von mediendurchstroemten rohrleitungen, insbesondere von wasserleitungen
WO1997011326A1 (en) * 1995-09-18 1997-03-27 Nowsco Well Service, Inc. Method and apparatus for freezing large pipe
US5836167A (en) * 1995-09-18 1998-11-17 Nowsco Well Service Ltd. Method and apparatus for freezing large pipe
US6141972A (en) * 1998-12-07 2000-11-07 Evans; Daniel J. Invasive cryogenic tool and method for freezing the content of a pipe

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103711059A (zh) * 2013-12-19 2014-04-09 福建南方路面机械有限公司 沥青发泡装置
CN104155749A (zh) * 2014-09-04 2014-11-19 中国科学院光电技术研究所 一种可用于大口径地基太阳望远镜的热视场光阑温控装置
CN105786045B (zh) * 2014-12-22 2019-06-21 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 高能系统的外置式环绕型温度控制装置及方法
CN105786045A (zh) * 2014-12-22 2016-07-20 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 高能系统的外置式环绕型温度控制装置及方法
CN105865070A (zh) * 2015-01-19 2016-08-17 Tcl空调器(中山)有限公司 空调器及空调器的管路保护方法
CN105865070B (zh) * 2015-01-19 2018-09-25 Tcl空调器(中山)有限公司 空调器及空调器的管路保护方法
CN105159358A (zh) * 2015-09-21 2015-12-16 联想(北京)有限公司 一种电子设备
CN105159358B (zh) * 2015-09-21 2018-11-13 联想(北京)有限公司 一种电子设备
US10709040B2 (en) 2015-11-04 2020-07-07 Rite-Hite Holding Corporation Cooling systems for devices arranged in rows
CN108627536A (zh) * 2018-04-04 2018-10-09 长安大学 一种浇注式导电沥青混凝土传导热效果预估方法
CN108627536B (zh) * 2018-04-04 2020-06-16 长安大学 一种浇注式导电沥青混凝土传导热效果预估方法
CN110197003A (zh) * 2019-05-05 2019-09-03 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 一种多分段坐底式船型结构物总体配载计算方法
CN110197003B (zh) * 2019-05-05 2023-05-16 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 一种多分段坐底式船型结构物总体配载计算方法
CN113874667B (zh) * 2019-06-19 2022-12-16 海尔智家股份有限公司 单线制冰机组件
CN113874667A (zh) * 2019-06-19 2021-12-31 海尔智家股份有限公司 单线制冰机组件
CN110319294A (zh) * 2019-07-12 2019-10-11 深圳市合众清洁能源研究院 一种输气管道水合物封堵换管工艺
CN110805977A (zh) * 2019-11-15 2020-02-18 桃江县人民医院 一种中央空调节能设备
CN110805977B (zh) * 2019-11-15 2021-02-19 桃江县人民医院 一种中央空调节能设备
CN111128316A (zh) * 2019-11-18 2020-05-08 内蒙古科技大学 一种具有直裂纹或异质拼接材料的热性能分析方法
CN111128316B (zh) * 2019-11-18 2024-03-22 内蒙古科技大学 一种具有直裂纹或异质拼接材料的热性能分析方法
CN111076021A (zh) * 2019-12-20 2020-04-28 福建福清核电有限公司 一种制冷夹套的排气装置
WO2021223379A1 (zh) * 2020-05-06 2021-11-11 杭州电子科技大学 石油开采钻具循环冷却装置及正辛烷作为制冷剂的应用
CN112637980A (zh) * 2020-12-21 2021-04-09 天津华能杨柳青热电有限责任公司 一种远红外线柔性电加热套
CN113891616A (zh) * 2021-09-13 2022-01-04 吉林大学 一种深地长期连续性监测电子设备的热量管理系统

Also Published As

Publication number Publication date
CA2802346C (en) 2016-03-22
US20150176929A1 (en) 2015-06-25
TW201604465A (zh) 2016-02-01
US8763411B2 (en) 2014-07-01
MX336949B (es) 2016-02-03
US20140190663A1 (en) 2014-07-10
EA026872B1 (ru) 2017-05-31
CA2802346A1 (en) 2011-12-22
CN103238019B (zh) 2016-03-02
WO2011159355A2 (en) 2011-12-22
US9010132B2 (en) 2015-04-21
US9528780B2 (en) 2016-12-27
WO2011159355A9 (en) 2012-03-22
BR112012031923A2 (pt) 2016-11-08
TWI551803B (zh) 2016-10-01
CN105627015A (zh) 2016-06-01
EP2583014A2 (en) 2013-04-24
TW201211435A (en) 2012-03-16
MX2012014339A (es) 2013-04-29
WO2011159355A3 (en) 2012-08-16
TWI537509B (zh) 2016-06-11
US20110308259A1 (en) 2011-12-22
TW201533366A (zh) 2015-09-01
EA201300018A1 (ru) 2013-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103238019B (zh) 从导热金属管道撤出热能的方法、装置和系统
US9677714B2 (en) Cryogenic injection compositions, systems and methods for cryogenically modulating flow in a conduit
CN105874258B (zh) 用于调节导管中流体流动的磁性‑低温阀，系统和方法
BRPI0610881B1 (pt) método de preparar um conjunto tubo-em-tubo isolado e conjunto de tubo-em-tubo isolado
CA1279280C (en) Choke cooling waxy oil
WO2011161472A1 (en) Passive thermal management system for liquid pipelines
EP2920401B1 (en) Process of formation of casing by additive manner in boreholes and device for its performing
CN205859389U (zh) 输送管道
CN207687574U (zh) 一种用于二级调压系统的保温结构
Kudiyarov et al. Peculiarities of the In-Field Gas Gathering Systems at the Latest Stage of the Development of Cenomanian Deposit Yamburgskoye Gas Field
US11885457B2 (en) Method of manufacturing spacers for pipe-in-pipe systems and spacer for a pipe-in-pipe structure
TW201925670A (zh) 熱媒輸送管、熱媒輸送管之施工方法、使用該熱媒輸送管之地熱發電系統及地熱發電方法
Tsai et al. Effect of the connection gap on the heat-load characteristics of a liquid nitrogen bayonet coupling
CA2295336A1 (en) Thermally insulated pipe or tubing
Geertsen et al. Deep Water Flowlines & Risers: Optimization of the Installed Cost & Thermal Performance Ex: the Shell Bonga Project

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160302

Termination date: 20190615