УСТРОЙСТВО ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ, РАЗМЕЩЕННОГО В ШКАФУ И Т.П. Российский патент 2001 года по МПК H05K7/20 H04B1/36 G12B15/00 

Настоящее изобретение относится к устройству охлаждения телекоммуникационного оборудования, размещенного в шкафу, ящике или другом подобном корпусе.

Предшествующий уровень техники.

Базовые радиостанции, используемые в мобильных системах телефонной связи, излучают большое количество тепла, которое необходимо отводить. Уровень излучения тепла корпусом может достигать 1600-2500 Вт. До 80% излучаемого тепла приходится на радиопередающее оборудование. При этом охлаждение достигается в основном за счет выбора соответствующей конструкции корпуса, а не при помощи радио- или электронного оборудования. Загрязненный и влажный воздух окружающей среды не может быть непосредственно использован для охлаждения электронных устройств. Тем не менее, воздух окружающей среды является основной средой для отвода тепла, излучаемого корпусом.

До настоящего времени базовые радиостанции чаще всего устанавливались во внутренних помещениях. Устройство охлаждения механического, электронного и радиооборудования разрабатывались с учетом климатических условий окружающей среды во внутренних помещениях, а также с учетом температуры и концентрации содержащихся в воздухе загрязняющих веществ. Однако при изготовлении мобильных телефонных систем все чаще используются небольшие внешние установки, которые размещаются на мачтах или с внешней стороны стен зданий и используются в сотовых системах связи, в принципе эти внешние установки до настоящего времени представляли собой устройства, предназначенные для размещения во внутренних помещениях, а при вынесении наружу в контейнерах предусматривалось громоздкое охлаждающее оборудование. Весьма вероятно, что внешние установки в дальнейшем будут использоваться все чаще и чаще, особенно для небольших базовых станций, обслуживающих компактные, микро- и пикоячейки. При этом к охлаждающим устройствам и механизмам будут предъявляться новые требования.

В настоящее время используются внешние установки трех типов: непосредственно охлаждаемые внешним воздухом, герметизированные корпуса, оснащенные теплообменниками, герметизированные корпуса, оснащенные оборудованием кондиционирования и охлаждения воздуха.

Установки первого типа содержат внешний корпус, вмещающий электронное оборудование, предназначенное для работы во внутренних помещениях, и охлаждаются при помощи внешнего воздуха, проходящего эффективную очистку фильтрацией. Хотя в процессе фильтрации и устраняются твердые загрязняющие вещества, но влага и кислотные газы, которые могут повредить электронное оборудование, не удаляются.

В установках второго типа излучаемое тепло отводится в воздух окружающей среды через теплообменники. В этом случае излучаемое тепло, мощность которого может достигать несколько кВт, должно пройти несколько стадий прежде, чем будет рассеяно в окружающем воздухе: от элемента к теплоотводу, к воздуху внутри корпуса или шкафа, и через теплообменники во внешний воздух. Каждая стадия или этап приводят к некоторому повышению температуры элемента. Теплообменник может привести к повышению температуры воздуха внутри корпуса по сравнению с окружающей средой на 15^oC. В климатических условиях с температурой 45-50^oC такая конструкция позволяет поддерживать температуру электронных и радиотехнических устройств равной 70-80^oC. Теплообменники должны быть предусмотрены для всего проходящего тепла. В случае рассеяния одного-двух кВт это означает, что размеры теплообменника должны быть сопоставимы или почти равняться размерам электронного или радиооборудования.

Используемое в установках третьего типа охлаждающее оборудование, включающее устройства охлаждения, а также, возможно, и теплообменники, может иметь размеры, достигающие половины размеров электронного и радиооборудования. При этом сложно обеспечить резервирование. Устройство имеет высокую сложность и требует совершенной системы охлаждения. Текущая стоимость нуждающегося в резервировании оборудования достигает одной трети или даже половины стоимости целевого оборудования базовой станции. Расходы на эксплуатацию также весьма высоки. При отводе тепла из корпуса устройством охлаждения выделяется дополнительно тепло, мощность которого составляет более одной трети от тепла, излучаемого электронным оборудованием. Это дополнительное тепловыделение оказывает влияние на окружающие предметы. Однако охлаждающие устройства такого типа являются единственными устройствами, которые могут удовлетворить требованиям к температуре электронного оборудования, предъявляемым с учетом как внешних, так и внутренних условий.

Недостатками вышеперечисленных устройств являются значительные габариты и сложность, необходимость в дополнительных вентиляторах, обеспечивающих циркуляцию воздуха в системе, а также избыточные расходы на эксплуатацию этих устройств.

Краткое изложение сущности изобретения
Целью настоящего изобретения является устранение недостатков, присущих существующим системам, путем разработки устройства охлаждения, которое a) является функционально простым и поэтому просто устанавливается: b) имеет высокую надежность; с) не требует использования дополнительных вентиляторов; d) имеет низкую стоимость эксплуатации. Эта цель достигается путем разработки устройства охлаждения, существенные признаки которого приведены в формуле изобретения.

Предложенное устройство охлаждения содержит первый отсек, в котором предусмотрены проходы или каналы для продува внешнего воздуха. Платы и элементы радиопередающего устройства экранированы для обеспечения электромагнитной совместимости при помощи герметичных кожухов, с внешней стороны которых установлены теплоотводы. Основная часть тепла излучается именно здесь. Проходы для внешнего воздуха позволяют параллельным воздушным потокам проходить через базовую радиостанцию, непосредственно контактируя с теплоотводами. Один из потоков проходит через небольшой теплообменник, через который проходит воздух, охлаждающий оставшуюся часть электронного оборудования, причем это оставшееся электронное оборудование размещается во втором герметизированном отсеке и излучает намного меньше тепла, чем вышеупомянутые элементы. Для прогона воздуха через теплообменник может быть использован небольшой вентилятор. Теплообменник не должен иметь особенно высокую эффективность и поэтому может быть выполнен весьма компактным в виде теплообменника с поперечными потоками. В связи с тем, что электронное оборудование во втором отсеке излучает значительно меньшее количество тепла, которое равномерно распределено и хорошо передается от соответствующих схемных плат, разница температур между охлаждающим воздухом и схемными платами может быть намного меньше, чем для радиопередатчиков и подобных устройств, размещенных в коробках.

Изобретение имеет следующие преимущества. Размеры базовой радиостанции могут быть сокращены на треть или более по сравнению с известными системами. Существенно упрощается выполнение установки. Устройство имеет меньшую сложность. В вышеупомянутых устройствах второго типа требуется установка дополнительных вентиляторов или воздуходувок для ускорения воздушного потока через теплообменник, который будет представлять значительную преграду для воздушного потока вследствие требуемой высокой эффективности охлаждения. Эксплуатационные расходы будут намного меньше по сравнению с расходами для известных систем.

Краткое описание чертежа
Далее изобретение более подробно описывается на примере предпочтительного варианта реализации и со ссылками на сопутствующий чертеж, на котором изображен вариант реализации устройства охлаждения, согласно изобретению.

Описание предпочтительной реализации изобретения
На чертеже изображено телекоммуникационное оборудование, например базовая радиостанция, которое включает электронные элементы, такие как радиопередатчики и радиоприемники, оконечные каскады, преобразователи переменного/постоянного тока, мощные элементы (каскады) и т.п. Оборудование размещено в шкафу или ящике 1, который разделен на первый отсек 2 и второй герметично закрытый отсек 3. Элементы, излучающие наибольшее количество тепла, типа мощных элементов, радиопередатчиков, оконечных каскадов и т.п., заключенных в герметичные экранированные кожухи, обеспечивающие электромагнитную совместимость и снабженные радиаторами, обозначены буквами А, В, С и D и размещены в отсеке 2. Для отвода тепла от этих элементов в отсеке 2 предусмотрены входное 4 и выходное 5 отверстия для охлаждающего воздуха. Тепло выводится наружу. Циркуляция охлаждающего воздуха в отсеке 2 обеспечивается при помощи установленного в выходном отверстии 5 вентилятора 6. Вентилятор 6 в альтернативном варианте выполнения может быть размещен и во входном отверстии 4.

В отсеке 2 предусмотрены также каналы или другие проводящие средства (не показаны), предназначенные для направления составляющих воздушного потока на коробки A-D параллельно друг другу, как показано на чертеже пунктирными линиями, и в особенности на радиаторы, размещенные на этих коробках. Каналы могут быть выполнены на основе пластмассовых или резиновых труб или аналогичных приспособлений. Возможен также вариант выполнения в виде пластмассовых или тонких металлических пластин. Воздушный поток направляется также на теплообменник E, который также расположен в отсеке 2, как было описано выше.

Все остальное оборудование базовой радиостанции, т.е. оборудование, которое не излучает такого большого количества тепла, размещено во втором замкнутом отсеке 3 корпуса. Это оборудование на чертеже обозначено буквой F. Выделяемое этим оборудованием тепло также должно быть отведено. Тепло отводится при помощи теплообмена с охлаждающим воздухом в теплообменнике E, находящемся в отсеке 2. С этой целью между отсеком 3 и теплообменником E предусмотрены каналы 7 и 8, а для обеспечения циркуляции воздуха в отсеке 3 через теплообменник в канале 8 установлен вентилятор, показано стрелками. Благодаря тому, что элемент F не излучает такого количества тепла, как остальные элементы, это тепло к тому же распределено достаточно равномерно, а соответствующие схемные платы обеспечивают достаточно высокую теплопередачу между платами и охлаждающим воздухом, теплообменник E не должен иметь высокую эффективность и может быть весьма компактным. Желательно, чтобы воздушный поток прогонялся через теплообменник навстречу потоку воздуха, обдувающему теплообменник в отсеке 2.

Коробок A-D может быть больше или меньше четырех, а обобщенный элемент F, показанный во втором отсеке 3, в действительности состоит из нескольких различных компонентов. Отсек 2 также может быть разбит на несколько отдельных секций, которые имеют те же функции, что были описаны выше и в которых один или несколько элементов A-D и теплообменник E размещены произвольным образом.

Настоящее изобретение относится к устройству охлаждения телекоммуникационного оборудования, размещенного в шкафу, ящике или другом корпусе. Техническим результатом является уменьшение габаритов, упрощение конструкции, снижение расходов на эксплуатацию. Элементы, излучающие наибольшее количество тепла, типа мощных блоков, радиопередатчиков, оконечных каскадов, размещают в первом отсеке корпуса, а оставшиеся элементы, излучающие значительно меньшее количество тепла, размещают во втором, герметично закрытом, отсеке корпуса. Первый отсек охлаждают путем циркуляции воздуха, входящего в устройство извне, проходящего по каналам или другим трубопроводам вдоль элементов и вступающего с этими элементами в непосредственный контакт. Второй отсек охлаждают воздухом, циркулирующим по теплообменнику, размещенному в первом отсеке и отводящему в него тепло. Элементы, излучающие наибольшее количество тепла, размещают в герметично закрытых коробках, которые предназначены для экранирования для обеспечения электромагнитной совместимости с окружающими устройствами и с внешней стороны которых устанавливают радиаторы. Циркуляция воздуха по первому отсеку и по второму отсеку, а также по теплообменнику обеспечивается при помощи вентиляторов, причем направление воздушного потока, нагнетаемого первым из этих вентиляторов, противоположно воздушному потоку по теплообменнику, нагнетаемому другим вентилятором. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство охлаждения телекоммуникационного оборудования, содержащее шкаф, ящик и подобный корпус, имеющий герметизированный отсек, содержащий элементы оборудования, охлаждаемые при помощи внешнего воздуха, отличающееся тем, что шкаф, ящик или подобный корпус включает в себя первый отсек, содержащий элементы оборудования, излучающие много тепла, например блоки питания, радиопередатчики, оконечные каскады, причем элементы оборудования в первом отсеке охлаждаются при помощи циркуляции внешнего воздуха при непосредственном контакте с этими элементами, который выносит тепло в окружающую среду, а остальные элементы оборудования, излучающие меньшее количество тепла, размещены в герметизированном отсеке корпуса, который охлаждается при помощи воздуха, циркулирующего через теплообменник, размешенный в первом отсеке и обеспечивающий теплоотвод. 2. Устройство охлаждения по п.1, отличающееся тем, что первый отсек содержит каналы или трубопроводы, через которые внешний воздух циркулирует параллельно элементам оборудования, излучающим наибольшее количество тепла. 3. Устройство охлаждения по п.1, отличающееся тем, что первый вентилятор предназначен для обеспечения циркуляции внешнего воздуха, входящего извне, в первом отсеке. 4. Устройство охлаждения по п.3, отличающееся тем, что второй вентилятор предназначен для обеспечения циркуляции воздуха в герметизированном отсеке и по теплообменнику в первом отсеке. 5. Устройство охлаждения по п.4, отличающееся тем, что воздух, нагнетаемый первым вентилятором, обдувает теплообменник в направлении, противоположном направлению воздуха, нагнетаемого вторым вентилятором. 6. Устройство охлаждения по п.1, отличающееся тем, что элементы оборудования, излучающие наибольшее количество тепла, размещают в герметично закрытых коробках с радиаторами, расположенными с внешней стороны этих коробок. 7. Устройство охлаждения по п.6, отличающееся тем, что герметично закрытые коробки обеспечивают экранирование для электромагнитной совместимости. 8. Устройство охлаждения по п.1, отличающееся тем, что первый отсек разделяют на множество секций, в которых произвольным порядком размещают по одному или несколько элементов оборудования, излучающих наибольшее количество тепла, и/или теплообменник.