专利名称：用于冷却电气组件的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于冷却安装在壳体内的电气组件的装置，它尤其应用在移动无线系统或接入网系统的基站之中。
技术设备在运行中产生余热，这将导致设备升温。由于一台技术设备只有在一个受限的温度范围内才能保证其功能性，所以通常设置有用于冷却此设备的装置。
在电气运行的设备中，有电流流过的元件和组件其损耗功率将导致升温。假如这种技术设备不是安装在受保护的、有温度调节的空间内，那么，在运行中不仅应该注意电气组件的允许温度范围，而且还应该注意技术设备周围环境的可能温度范围。两个温度范围在确定冷却装置的尺寸时都必须考虑。譬如，用于技术设备的标准元件具有一个比如0℃至70℃的允许运行温度范围。此类元件应用在诸如移动无线系统或接入网系统的基站中，但也可应用在其它技术设备中，如通信传输装置或供给装置。另外，对于电气元件和组件，在封闭空间之外应用时，首先必须保证对灰尘和渗入的湿气有足够的防护，其中，必须按规定的IP等级来履行防护规范。
在现有技术水平的基站中，正如较早的德国专利申请19626778.1已公开的一样，在按一定的IP等级对灰尘和湿气进行同时防护的情况下，电气元件和组件的冷却问题是通过下述方法来解决的，即使用由气体/气体热交换器隔开的两个冷却回路。这样，基站内部的大气以及由一个或多个通风器产生的气流便完全与外部环境大气隔开了。基站的构造包含两个耗费较大的冷却回路，这显然对基站的造价、体积和重量会产生不利的影响。同样，这种构造有个缺点冷却装置首先必须按照基站内部大气与环境大气之间确定的温度落差进行工作，因此，内部温度一直高于环境温度。同时，当环境大气的温度超过相应的极限温度时，各元件或组件就可能超出温度上限(例如70℃)。普遍适用的是环境温度+热交换器温度差ΔT+内部温升！＜元件极限温度(比如70℃)。为了缩小冷却所必需的温度差ΔT，如果同时增大基站的体积，或选择采用所谓的有源冷却设备(如压缩机、珀耳贴模块等)，那么就必须提高技术费用。
因此，本发明的任务是创造一种冷却装置，它避免了现有技术水平的装置的上述缺点。
此任务根据权利要求1所述的用于冷却安装在壳体里的电气组件的装置而得以解决。发明的优选改进由从属权利要求中给出。
对此，本发明的装置具有至少一个安装在壳体进气口中的防水膜式过滤器，用来从冷却电气组件的流入冷却气体中对灰尘进行表面过滤；以及至少一个冷却装置，用来在壳体中形成气流，并通过至少一个出气口将过滤过的、由于流过组件而升温的冷却气体导出壳体。
根据本发明的装置方案具有这样的优点同现有技术水平的冷却装置相比，本发明通过几个特征的共同作用，实现了一种简单的冷却装置构造。对此，尽管只用一个冷却气流替代了现有技术水平的两个冷却回路，但是，在满足同时对组件的灰尘和渗入湿气进行防护的情况下，还可实现电气组件的一种最佳冷却，并且，基于一个并不存在的温差ΔT，可允许一个较高的环境温度。冷却装置产生的气流把在组件中升温的冷却气体导出壳体，并且通过膜式过滤器把环境大气的新冷却气流导入壳体。对此，流入的冷却气体在膜式过滤器中被除去灰尘，因而能够有利地满足严格的防护规范。膜式过滤器是作为防水的表面过滤器来实施的，表面过滤器有利地防止了灰尘透过过滤器。
在第一种方案中，根据本发明的装置，电气组件的上面和/或下面均具有导气装置，以用于将流入的被过滤的冷却气体穿过各个组件，和/或用于屏蔽电气组件。通过这种导气装置，可以有利地实现流入的冷却气体在各电气组件基面上的均匀分配，从而实现电气组件相同程度的冷却。
按照本发明的另一个方案，冷却装置由一个被电机驱动的风扇叶轮组成，在此，根据壳体内的温度和/或环境大气的温度(亦即流入的冷却气体的温度)，由一个控制装置来控制电机的转速，从而控制冷却气体的流量。由此，比如电气组件的恒定工作温度和壳体内的恒定温度就得到了保证，从而有利地延长了电气组件的寿命。另外，冷却装置的转速通常可以用这种方式来调整恰好不超过电气组件的允许温度极限，并且通过尽可能低的冷却装置的转速，来降低装置的噪声发射。
此外，通过一种相应构造的冷却装置，能够实现壳体内气流方向的反转，使得冷却气体穿过壳体上的出气口流入，并且穿过膜式过滤器被导出，由此，沉积在膜式过滤器表面的灰尘被有利地除去。
根据另一方案，进气口如此安装在壳体的侧面和/或下面区域，致使流入的冷却气体在组件的底面起作用，从而，组件的穿过气流可以有利地采用如下方式实现在流过电气组件过程中而被升温的冷却气体被冷却装置抽吸，并穿过安装在壳体上面和/或侧面区域的至少一个的出气口导出。
根据本发明的装置尤其适合应用于移动无线系统或接入网系统的基站中或类似的室外装置中，以及应用在可类比的技术设备中，如通信传输装置、无线中继通信装置等等，它们是必须准备应用在一个大的温度范围内的。
本发明的实施例可借助附图得以详细解释。
其表示附
图1为具有现有技术冷却装置的移动无线系统基站的前视图，附图2为一个示例基站的前视图，它具有本发明的用于冷却电气组件的装置，附图3为一个示例基站的侧视图，它具有本发明的用于冷却电气组件的装置，和附图4为一个示例基站的侧视图，它具有本发明的用于冷却电气组件的装置，且带有附加特征，附图5为一个示例基站，它具有本发明的用于冷却电气组件的装置，且该装置具有多个冷却设备，附图6为一个示例基站，它具有本发明的用于冷却电气组件的装置，且该装置为具有多个冷却设备的另一种形式。
根据附图1的现有技术水平，譬如一个移动无线系统的基站BTS含有多个电气组件BG。在基站BTS的运行期间，各电气组件BG的损耗功率将导致升温，从而有必要进行冷却。冷却是由安装在多个冷却回路中的冷却设备V来实现的。
在这些冷却回路中，有两个分别用黑色和白色箭头标示的、相互隔开的冷却回路，即外冷却回路和内冷却回路，其中，这两个冷却回路由一个气体/气体热交换器WT来相互隔开。
由两个冷却设备V1和V2作用于外部冷却回路。通过位于基站BTS一侧的进气口LE，第一个冷却设备V1把带有环境大气温度的气体吸入基站BTS中。在热交换器WT中，气体升温，随后由第二个冷却设备V2从位于基站BTS另一侧上的出气口LA排出。根据附图1，这个外冷却回路为垂直走向。
位于基站BTS内部的第二个冷却回路是水平穿过热交换器WT的。在此，另外两个冷却设备V3和V4作用于内部冷却回路。第三个冷却设备V3把来自组件BG的热气吸入热交换器WT中。热的气体穿过热交换器WT的板或肋条，从而把热量传给冷的板或肋条，最后将热量传到外部冷却回路。第四个冷却设备V4把冷却后的气体再次排到组件BG中。
这种分成两部分的冷却回路把基站BTS内部产生的热传递到基站BTS的环境大气之中。因为由组件强烈升温而导致的自然对流气体交换是远远不够的，所以通常使用已公开的鼓风机来作为冷却设备V1至V4。
具有被分成两部分的冷却回路的基站BTS，其构造导致了在说明书开头已提及的缺点技术上的高耗费、高造价、大重量、大体积以及会不利地出现必要的内外部冷却回路之间温差ΔT，其中，内部回路一直比外部冷却回路高ΔT。
在附图2中，同样用前视图描绘了一个基站BTS，它具有如同安装在现有技术水平基站中一样的电气组件BG。在基站BTS壳体G的正面设置了进气口LE，在该进气口中，安装了一个膜式过滤器MB，其中，进气口LE具有这样的尺寸来自基站BTS环境大气的、穿过膜式过滤器MB而流入的冷却气体，通常可从下面，必要时从前面流过电气组件BG，从而促使组件冷却。膜式过滤器MB的有效面-其比如由于折叠式构造可能比进气口LE要大-是如此来确定尺寸的流入的冷却气体的压差能够由冷却设备VE补偿，以及，尽管膜式过滤器MB部分搀杂了灰尘，但还是能流入足够的冷却气体。安装在壳体G上部区域的冷却设备VE，对在流过或环流过电气组件BG时而升温的冷却气体进行抽吸，并且通过一个出气口LA(未描绘出来)把它排到环境大气中。
附图3用侧视图示出了附图2的基站BTS，以详细描绘示例的内部构造。膜式过滤器MB安装在基站BTS壳体G左侧的进气口LE中。膜式过滤器MB比如可作为表面过滤器来实施，该表面过滤器具有显著的优点它已在膜片的表面把环境大气的灰尘、水或即湿气除去了，由此，可防护比如组件BG中的灵敏电子元件或电路免遭此类环境的影响。通过专门设计的膜式过滤器MB，IP准则的防护规范可达到比如IP55。另外，用冷却气体流过壳体G来对组件进行冷却，这会产生显而易见的优点，即环境大气的温度及由此流入的冷却气体的温度与壳体内部温度之间的温差ΔT大约接近于零，由此，即使在环境大气的温度比如为+70℃(此温度对应于元件的极限温度)的情况下，电气组件BG的运行也能保证消除掉内部温升的度数(见上文)。
对于由譬如安装在壳体G的后上部的冷却设备VE所抽取的冷却气体，它通过膜式过滤器MB从环境大气流入基站BTS的壳体G中。通过相对着的进气口LE和出气口LA装置，被过滤的冷却气体流过安装在壳体G中的电气组件BG。由于该装置组件BG之间有一个确定的间距，所以至少可以从组件BG的下面产生穿越气流，另外还可从前面或从侧面形成一种环流形式。根据一种已知的构造方式，组件BG比如由一个插入式壳体组成，其中设有电子元件和大功率电路。插入式壳体设有通风孔，穿过通风孔，冷却气体可以到达元件和电路。
在附图3基站BTS的基础上，附图4中的基站BTS另外还带有导气装置LLE，它们均位于各组件BG之间、最下面组件BG的下面、以及最上面组件BG的上面的空间内。这种导气装置LLE用于如下目的使穿过膜式过滤器MB流入的冷却气体均匀地分配到各组件BG的基面上，从而使所有组件BG都形成均匀的穿越气流。另外，通过这种倾斜放置的装置，流入的冷却气体直接被输送给组件BG，而且，在组件BG中升温的冷却气体直接被输送给冷却设备VE。该装置有利地防止了已经升温的冷却气体流过一个或多个其它组件BG，从而导致几个组件BG过热。另外，就满足电磁辐射的防护规范来讲，导气装置LLE可用于组件BG之间的相互防护。
为了调节壳体G的内部温度，冷却设备VE的电机转速由一个控制装置ST来进行控制。为了获得这种控制所用的参数，可以在比如进气口LE区域和壳体G内部的不同位置上设置温度传感器，它们不断地测量流入的冷却气体的温度和壳体G内部大气的温度。在这个调节过程中，壳体内部冷却气体的流量由冷却设备VE的电机转速来改变，用以使壳体G内部保持一个恒定温度，例如，此恒定温度与环境大气的温度无关。比如，恒定温度对电子元件和大功率电路的运行寿命将产生积极的影响。另外，冷却设备VE常常保持低转速，在不超过+70℃温度极限的条件下，可以减少基站BTS的噪声发射。另外，在基站BTS冷启动时，可先对冷却设备VE的运行进行调节，以实现下述目的使组件迅速升温到所期望的工作温度；在达到该工作温度后，继续调节冷却设备VE的转速，以实现维持一个确定的运行温度。
在冷启动中，或者在基站BTS维修时的人工操作过程中，比如可通过改变冷却设备VE的风扇叶轮的接合位置，使得壳体内的气流反转，从而，冷却气体穿过出气口LA流入壳体G，并且穿过膜式过滤器MB的表面被导出。在此，沉积在膜式过滤器MB表面的灰尘被除掉，从而实现了对膜式过滤器MB的清理。例如，该清理过程也可以通过不断测量气体流量与冷却设备VE的转速的关系来实现，当其比值低于一个给定值时便启动清理过程，其中，所测量的比例关系说明了膜式过滤器MB的污染程度。
附图5示出了一个基站BTS，其中，与附图4中基站BTS不同的是，在每个电气组件BG的上方均安装了一个均带有出气口LA的冷却设备VE。由安装在组件BG上方的导气装置LLE把流过组件BG而升温的冷却气体直接传输至冷却设备VE。该装置具有这样的优点当冷却设备VE万一失效，由此组件BG因为过热危险而必须关机的时候，所有其他的组件BG可以继续运行。从而，在这种情况下，基站BTS的大部分接收电路和发射电路的运行可以通过为每一回路并行设置的组件BG而得到保证。对基站BTS的供给范围来说(与附图2、3和4中的单独冷却设备VE出现功能缺陷时，基站BTS完全失效相比)，由此只是导致线路容量的不重要的削减。
附图6示出了基站BTS中根据本发明的装置的另一个实施方案。在该实施方案中，进气口LE和相应的膜式过滤器MB安装在基站的壳体G的下面，这样，流入的冷却气体直接在组件BG下方作用。均由布置在组件BG上的冷却设备VE形成气流。由于流过各组件BG而升温的冷却气体由设计成漏斗状的导气装置LLE直接输送给冷却设备VE。从而，冷却气体以串行冷却的方式连续逐次地流过所有组件BG，并且在出气口LA上被导出，此出气口安装在最上面的组件BG的上方。
另外，不但进气口LE，而且各个出气口LA都可以安装在基站BTS的壳体G的任意一面上。
权利要求
1．用于冷却安装在一个壳体(G)里的电气组件(BG)的装置，其具有-至少一个均安装在壳体(G)内进气口(LE)中的防水膜式过滤器(MB)，以用于从冷却电气组件(BG)的流入冷却气体中对灰尘进行表面过滤，以及-至少一个冷却装置(VE)，以用于在壳体(G)中形成气流，并且通过至少一个出气口(LA)把过滤过的、由于流过组件(BG)而升温的冷却气体导出壳体(G)。
2．根据权利要求1的装置，其具有均安装在电气组件(BG)的下方和/或上方的导气装置(LLE)，以用于引导过滤过的冷却气体穿过各个组件(BG)。
3．根据前述权利要求之一的装置，其具有均安装在电气组件(BG)的下方和/或上方的导气装置(LLE)，以用于屏蔽组件(BG)。
4．根据前述权利要求之一的装置，其具有一个由电机驱动的风扇叶轮，用作冷却装置(VE)。
5．根据前述权利要求的装置，其具有一个控制装置(ST)，根据壳体(G)的内部温度，和/或根据流入的冷却气体温度，来控制冷却装置(VE)的电机转速。
6．根据前述权利要求的装置，其中控制装置(ST)对冷却装置(VE)进行如此控制，即壳体(G)内的气流方向被反转，使得冷却气体穿过出气口(LA)流入，并且穿过膜式过滤器(MB)被导出，这样，膜式过滤器(MB)被流出的气体除去灰尘。
7．根据前述权利要求之一的装置，其中进气口(LE)安装在壳体(G)的侧面和/或下面区域，使得流入的冷却气体在组件(BG)的下面起作用。
8．根据前述的权利要求之一的装置，其中用于导出过滤过的、升温的冷却气体的出气口(LA)被安装在壳体(G)的上面和/或侧面区域。
9．移动无线系统或接入网系统的基站(BTS)，其具有根据权利要求1至8之一的冷却装置。
全文摘要
本发明是关于用于冷却安装在一个壳体里的电气组件的装置,尤其用在移动无线系统或接入网系统的基站中。此装置具有至少一个均安装在壳体内进气口中的防水膜式过滤器,以用于从冷却电气组件的流入的冷却气体中对灰尘进行表面过滤,以及至少一个冷却装置,以用于形成冷却气流,并且通过至少一个出气口把过滤过的、由于流过组件而升温的冷却气体导出壳体。
文档编号H05K7/20GK1286893SQ98813650
公开日2001年3月7日 申请日期1998年12月9日 优先权日1997年12月16日
发明者G·雷克, B·赫菲尔, A·盖斯 申请人:西门子公司, W·L·戈尔及合伙人股份有限公司