专利名称：在电子设备壳体中进行温度管理的系统和方法
技术领域：
一般地说本发明涉及通信电子设备壳体，更具体地说，涉及在电子设备壳体内控制温度的系统。
在热天运行的BTS箱体中通常要求强制空气冷却以保持可接受的运行温度。由于功率放大器通常比其它的电子模块产生更多的热量，因此通常应用散热片结合周围的强制气流来冷却放大器。在流进的环境空气中夹杂有灰尘、碎片、湿气以及其它污染物，这些物质堆积在放大器的壳体和散热片上。堆积物降低了强制空气冷却和散热片的效率。将灰尘、碎片和湿气送进箱体中的风扇还产生干扰BTS运行的电噪声和机械噪声。即使使用过滤器，该过滤器也要求清洁和保养，并且灰尘和湿气通常都进入过滤器而将设备弄脏。
因此在本领域中需要一种热管理系统，这种热管理系统冷却在壳体中的高热发生装置。此外还需要防止灰尘和碎片堆积在电子设备上并控制在该壳体内的温度。
根据本发明的一个实施例，该箱体包括发热的许多电子设备模块，这些模块包括产生相对较高的热量的一些模块。
根据本发明的进一步实施例，空气到空气热交换器进一步包括将从所说的发热模块中产生的热量传导到换热器的内部气流环路和将来自换热器的热量传导到环境空气的外部气流环路。
根据本发明的另一实施例，液体到空气热交换器热连接到所说的外部气流环路的排气口以从至少一个所说的高热产生模块传导热量。
根据本发明的再一实施例，热管理系统包括热传导板，该热传导板包括将所说的热传导板机械地和热地连接到所说的至少一个高热产生模块的安装部件。
本发明的另一实施例提供带有进口和出口并嵌入在所说的热传导板中以使液体循环的连续管道。
根据本发明的再一实施例，包括温度控制器以控制通过所说的热传导板的液流。
前文宽泛地概述了本发明的特征和技术优点，以使在本领域的熟练人员能够更好地理解下文所描述的本发明的技术细节。下文将描述本发明的附加特征和优点，这些附加特征和优点形成了本发明的权利要求主体。在本领域熟练的人员应该理解到他们可以容易地应用在此所公开的概念和特定的实施例作为基础以改进或设计其它的结构以实施与本发明的相同的目的。在本领域熟练的人员还应该认识到这些等价的结构并不脱离在最宽泛形式上本发明的精神和范围。
在进行本发明的详细描述之前，比较可取的是阐述在本专利说明书中所使用的某些字和术语的定义术语“包括”极其派生形式意味着“包含”，不是限制性的；术语“或”是包含性的，意味着和/或；术语“与……相连”和“与其相连”及其派生形式可以表示包括、包括在……内、与……互连、包含、包含在……内、连接到或与……连接、耦合到或与……耦合、接近、粘接到或与……粘接、具有、具有……特性等；以及术语“控制器”指任何设备、系统或控制至少一个操作的部件，这种设备可以以硬件、固件或软件或硬件、固件或软件之中至少两种的某些组合来实施。应该指出的是与任何特定的控制器相关的功能性都可以本地或远程地集中或分布。在本专利说明书提供了某些字和术语的定义，在本领域中的熟练人员应该理解的是在许多情况下(如果不是大多数情况下)这些定义应用到已有技术中以及将来使用这些所定义的字和术语。
附图2所示为根据本发明的一个实施例连接到基站收发器箱体的热管理系统的方块图；以及附图3描述了根据本发明的一个实施例低功率放大器和热传导板的高级方块图。
附图4所示为根据本发明的一个实施例实例性热管理系统的操作的方块图。
本发明的详细描述在本专利说明书中用于描述本发明的原理的各种实施例和附
图1至4(下文所讨论)仅是说明性的并不构成对本发明的范围的任何限制。在本领域中普通人员可以理解的是本发明的原理可以以任何适合设置的热管理系统实施。
附图1A所示为根据本发明的实施例的实例性无线网络100的总的概图。无线网络100包括许多单元点121-123，每个单元点包含一个基站BS101、BS102或BS103。基站101-103可运行以与许多移动站(MS)111-114进行通信。移动站111-114可以是任何适合的无线通信设备，包括常规的蜂窝式电话、PCS电话听筒设备、便携式计算机、遥测装置等。
虚线所示为在其中设置有基站101-103的单元点121-123的大致边界。为解释说明的目的仅大致圆形地示出了单元点。应该清楚地理解的是，单元点还可以是不规则的形状，这取决于所选择的单元结构和自然的和人工的障碍。
在本发明的一个实施例中，BS101、BS102和BS103每个都可以包括基站控制器(BSC)和基站收发器(BTS)。在本领域的熟练人员都熟悉基站控制器和基站收发器。基站控制器是一种管理在无线通信网络内所指定的无线通信资源的装置，包括基站收发器。基站收发器包括RF收发器、天线以及位于每个单元点内的其它的电设备。这种设备可以包括空气调节单元、加热单元、电源、电话线接口和RF发射器和RF接收器以及呼叫处理电路。为简洁地解释本发明的操作，分别以BS101、BS102和BS103总体地表示在每个单元121、122和123中的基站收发器和与每个基站收发器相连的基站控制器。
BS101、BS102和BS103通过通信线131和移动交换中心(MSC)140在彼此和公共电话系统(未示)之间传输语音和数据信号。在本领域的熟练人员十分熟悉移动交换中心140。移动交换中心140是一种在无线网络和外部网络比如公共电话系统和/或因特网中的用户之间提供服务和协调的设备。通信线131可以是任何适合的连接装置，包括T1线、T3线、光纤链路、网络骨干连接线等等。在本发明的某些实施例中，通信线131可以是几种不同的数据链路，其中每种数据链路将BS101、BS102或BS103之中的一种连接到MSC140。
在实例性无线网络100中，MS111位于单元点121中并与BS101进行通信，MS113位于单元点122中并与BS102进行通信，MS114位于单元点123中并与BS103进行通信。MS112还位于单元点121中并靠近单元点123的边缘。接近MS112的方向箭头表示MS朝单元点123的运动。在某一点上，当MS112运动到单元点123中和单元点121之外时，发生“越区切换(handoff)”。
正如大家所公知，“越区切换”过程传递从第一单元传输到第二单元的呼叫控制。例如，如果MS112处于与BS101进行通信中并感测到来自BS101的信号正变得难以接收地微弱，则MS112可以切换到具有更强的信号(比如通过BS所发射的信号)的BS。MS112和BS103建立新的通信链路并将信号输送到BS101和公共的通信网络以通过BS103传输所产生的语音、数据或控制信号。由此将呼叫从BS101无缝地传输到BS103。“空闲”的越区切换是在与控制或传呼信道进行通信的移动设备的单元之间的越区切换，而不是在常规的通信通道中发射语音和/或数据信号。
附图1B更详细地描述了根据本发明的一个实施例的实例性基站101。基站101包括基站控制器(未示)和基站收发器(BTS)150。前文结合附图1已经描述了基站控制器和基站收发器。如上文所描述，BTS150包括电子模块比如RF收发器、天线、RF发射器和RF接收器。大多数电子模块都包含在电子箱体152的外部。要求箱体152保护电子模块以防止环境干扰并将内部运行温度保持在特定的范围内。
MS111从天线154发射并接收信号，该信号可以发送到MSC140和通过通信线131发送到公共服务电话网络(未示)。
附图2更详细地说明了根据本发明的一个实施例连接到基站收发器箱体的热管理系统的高级方块图。电子箱体152包括在附图1A-1B中所描述的电子模块。某些特定的模块包括前端单元(FEU)230、发射控制单元232、通道插件(CEB)234和配电板236。此外，在该箱体中还包括功率放大器并以低功率放大器(LPA)245为代表。通常在BTS箱体152中功率放大器是最大的热量发生器。热量是电子模块的主要的间题，应用外部温度控制系统来控制在箱体152内的温度。
通过箭头240和箭头225表示在箱体152内的气流。箭头225表示流经吸收由模块所产生的热量的电子模块230-238的气流。空气循环流经在闭环中的热管理系统205的送气室215，以限制环境空气和伴随的污染物进入箱体152中。风扇207提供经过送气室215的强制气流循环。使热空气225流经送气室215和热交换器222。交换器222是一种提供(在本例中)两条流体(在本例中为空气)流路的热传导设备；一条流路是用于外部气流，一条流路用于内部气流。由于所加热的空气经过送气室215，外部冷却空气220流经送气室210和经过交换器222流经第二气流路径。通过由热交换器经过传导从内部空气225中吸收热量的外部空气220实现热传导。
外部空气220强制通过送气室210，通过在交换器222中的外部空气路径以及作为加热的外部空气265排放。同时，由于经过交换器222将热量传导到外部空气220，使流经送气室215和交换器的内部空气225成为冷却空气。
现在已经冷却的内部空气240流经电子模块并重复这个循环。由在箱体152中的放大器所产生的热量远高于通过其他电子模块(包括模块230-238)所产生的总的热量。因此，流经其他的电子模块的空气的温度已经增加了。热管理系统205应用独立的液体到空气热交换器(热交换板)250来冷却LPA245。
热交换板250机械地热连接到LPA245。较低温度的液体255通过热交换板250循环并将热量经过热交换板250从LPA245传导到低温液体255。排出从热交换板250中接收热量的高温液体260并通过在外环路210排气口265中的液体到空气热交换器263进行循环。即使流经送气室215的空气的温度已经高于在进气220中的空气的温度，液体到空气热交换器263处于高得多的温度，从液体到空气热交换器263到外环路排气口进行热交换。
附图3描述了根据本发明的实施例的低功率放大器和热传导板的高级方块图。为清楚简洁地解释液体到空气热交换器263的功能，仅通过功率放大器说明电子箱体152。通常，由于不同的冷却要求，除了功率放大器以外的电子模块位于电子箱体152中的不同部分。功率放大器可以位于电子箱体152的底部部分中以接收最冷的空气。
在本实施例中，PLA245机械地热连接到热交换板250。当达到预定的温度时温度控制器320感测在箱体中的温度并运行泵(未示)以控制液体的循环。阀325基于所感测的温度通过电源线305控制到热传导板250的液体的输入。如前面的附图所示，液体流进进气口305并经过嵌入的管道310通过热交换板250进行循环。热交换板250从PLA245中吸收热量并将该热量传导到流经嵌入的管道310的液体。在热管理系统205中通过将高温液体传导到液体到空气热交换器263来从箱体152中抵制热量。
附图4所示为高级流程图300，流程图300说明了根据本发明的一个实施例的实例性温度管理系统的操作。当在BTS箱体的内部中的温度上升到预定的上限时该过程开始(过程步骤400)。热管理系统感测温度并启动该系统(过程步骤402)。接着，接通控制在内部和外部气流环路中的气流的风扇(过程步骤404)。
外部气流环路吸进更低的温度的环境空气并控制通过外部送风室开始循环。从箱体的内部经过交换器通过内部送风室，内部气流环路开始使在闭环中的空气循环。通过交换器将热量从内部气流传导到外部气流(过程步骤406)。
经过一段时间周期之后功率放大器开始产生更多的热量，这是由于它们的运行特征造成的(过程步骤408)。当功率放大器的温度达到上限温度时，热管理系统将信号发送到温度控制器以启动经过连接到功率放大器的热传导板的液流(过程步骤410)。外部气流环路包括液体到空气热交换器，有规律地使气流经过热交换器。然而，当在功率放大器所感测的温度达到预定极限时，液流开始，外部气流使该液体的温度下降(过程步骤412)。
将热量从机械地热连接到功率放大器的热交换板传导到冷却的液体。从热交换板将该液体泵送到液体到空气热交换器，这里更低温度的外部空气环路将在该液体中的热量传导到外部空气(过程步骤414)。
虽然功率放大器与其他的电子模块处于相同的箱体中，但是液体到空气热交换板经过流经液体到空气热交换器的液流从功率放大器将热能传导到外部空气中。这种动作减少了功率放大器对箱体内部的热量贡献。
虽然已经详细地描述了本发明，但是在本领域普通技术人员应该理解的是在不脱离本发明的最宽泛的精神范围的前提下他们能够进行各种改变、替代以及变型。
权利要求
1.一种在无线网络的基站中使用的用于控制所说的基站之中的一个基站的热量的热管理系统，包括包括多个发热模块的箱体；热连接到所说的箱体的空气到空气热交换器；以及热连接到所说的空气到空气热交换器和所说的发热模块之中的至少一个模块的液体到空气热交换器。
2.如权利要求1所述的热管理系统，其中所说的多个发热模块进一步包括低发热模块；以及高发热模块。
3.如权利要求1所述的热管理系统，其中所说的空气到空气热交换器进一步包括将热量从所说的发热模块传导到换热器的内部气流环路；以及将热量从所说的交换器传导到环境空气的外部气流环路。
4.如权利要求3所述的热管理系统，其中所说的液体到空气热交换器热连接到所说的外部气流环路的排气口以从至少一个所说的高热产生模块传导热量。
5.如权利要求1所述的热管理系统，进一步包括热传导板，该热传导板包括将所说的热传导板机械地和热地连接到所说的至少一个高热产生模块的安装部件。
6.如权利要求5所述的热管理系统，进一步包括带有进口和出口并嵌入在所说的热传导板中以使液体循环的连续管道。
7.如权利要求1所述的热管理系统，进一步包括控制到所说的热传导板的液流的温度控制器。
8.一种带有多个基站的无线通信网络，包括发射和接收无线通信的基站收发器；用于所说的基站收发器电子设备和功率部件的电子设备壳体；以及控制在所说的电子设备壳体中的热量的热管理系统，该热管理系统包括包括多个发热模块的箱体；热连接到所说的箱体的空气到空气热交换器；以及热连接到所说的空气到空气热交换器和所说的发热模块之中的至少一个模块的液体到空气热交换器。
9.如权利要求8所述的基站收发器，其中所说的空气到空气热交换器进一步包括将热量从所说的发热模块传导到换热器的内部气流环路；以及将热量从所说的交换器传导到环境空气的外部气流环路。
10.如权利要求9所述的基站收发器，其中所说的液体到空气热交换器热连接到所说的外部气流环路的排气口以从至少一个所说的高热产生模块传导热量。
11.如权利要求8所述的基站收发器，进一步包括热传导板，该热传导板包括将所说的热传导板机械地和热地连接到所说的至少一个高热产生模块的安装部件。
12.如权利要求11所述的热管理系统，进一步包括带有进口和出口并嵌入在所说的热传导板中以使液体循环的连续管道。
13.如权利要求8所述的热管理系统，进一步包括控制到所说的热传导板的液流的温度控制器。
14.如权利要求13所述的热管理系统，进一步包括将热量从所说的液体传导到所说的空气到空气热交换器的排气口的液体到空气交换器。
15.一种在无线网络的基站中应用的控制所说的基站中的一个基站的热量的方法，包括如下步骤将空气到空气热交换器热地机械地连接到包括多个发热模块的基站箱体中；以及将液体到空气热交换器热连接到所说的空气到空气热交换器和所说的多个发热模块之中的至少一个模块。
16.如权利要求15所述的控制热量的方法，其中所说的空气到空气热交换器进一步包括如下步骤通过内部气流环路将热量从所说的发热模块传导到换热器；以及通过外部气流环路将热量从所说的交换器传导到环境空气。
17.如权利要求16所述的控制热量的方法，进一步包括如下步骤从至少一个所说的高热产生模块传导热量，其中所说的液体到空气热交换器热连接到所说的外部气流环路的排气口。
18.如权利要求15所述的控制热量的方法，进一步包括将所说的热传导板机械地且热地连接到所说的至少一个高热产生模块的步骤。
19.如权利要求15所述的控制热量的方法，进一步包括通过带有进口和出口并嵌入在所说的热传导板中的连续管道使液体循环的步骤。
20.如权利要求15所述的控制热量的方法，进一步包括应用温度控制器控制到所说的热传导板的液流的步骤。
21.如权利要求15所述的控制热量的方法，进一步包括应用液体到空气交换器将热量从所说的液体传导到所说的空气到空气热交换器的排气口的步骤。
全文摘要
公开了一种在无线网络的基站中应用的控制在基站收发器(BTS)中的电子设备壳体中热量的热管理系统。该系统包括密封组成BTS的电子设备(发热)模块的箱体;热地且机械地连接到电子设备模块箱体的空气到空气热交换器和热连接到至少一个发热模块且连接到该空气到空气热交换器的液体到空气热交换器。
文档编号F28D21/00GK1356866SQ0114250
公开日2002年7月3日 申请日期2001年11月27日 优先权日2000年11月28日
发明者J·J·汉 申请人:三星电子株式会社