CN1115090C - 基站热控制管理系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种两级基站热控制管理系统。系统消除了在对主腔和实质上绝缘的电池腔提供加热和冷却的温度调节时对由压缩机驱动制冷系统的需求。
Description
技术领域
本发明涉及无线电通讯系统，尤其涉及一种对无线电通讯系统中基站机壳加热和冷却的系统和方法。
背景技术
图1是无线电通讯系统的示意图，系统包括一个移动站10，一个基站20，表示从移动站10向基站20传递的电磁波通讯链路的逆向链路30和表示从基站20向移动站10传递的电磁波通讯链路的正向链路40。
在这样的一个基于蜂窝式原理的无线电通讯系统中，服务区49被几何划分成多个称作“单元”的小区50、52、54、56，因而名为“蜂窝式”，如图2所示，在每个单元中分别有单元点58、60、62、64，在这些单元点处安装被称知为基站无线电收发机子系统(BTS)的无线电设备。可在一个特定的几何区域内设置多个配置的单元，如宏观单元，微单元，微微单元，分级划分覆盖面积，其中宏观单元具有最大的面积，微微单元面积最小。微单元可用于公共场所和商业建筑的内部；特定的作用区域，如校园、运动场、机场和购物大厅；用热点的填孔和增加的容量来对宏观或微单元的补充；对遭受自然灾害的特定事件和区域的临时覆盖；或边远的地点的覆盖。
如图3所示，BTS66’设置一条通往移动用户或移动站10的链路。BTS66和66’与基站控制器(BSC)70连接并可包括一个或多个天线67和67’。多个BTS66可与一个BSC70连接。每个BSC70与一个移动切换中心(MSC)72连接，而MSC72又与公共切换电话网(PSTN)68连接。
如图4所示，常规的BTS66包括五个主要的功能块：RF前端74，多个无线电收发机76，多个调制解调器处理器78，一个控制器80，一个包括数个电池的电池备用单元82。控制器80经过T1或E1线81与BSC70接口，RF前端74与主要设置在塔或发射极顶部的天线67连接。
在典型的系统中，在一个或多个机械护罩中包含五个如图4所示的主要功能块。护罩是基本上不透气的密封机壳，用于封装和保护内部的电子设备免于不利的环境影响和未经许可的访问。当电子设备可以放在主腔内时，电池备用单元82中的电池基本上被封闭在与主腔隔离并密封的电池腔中以达到工业标准。
因为BTS单元66除了装在室外外，也可装在室内，周围的温度范围可从一40℃～+50℃，需要一个加热/冷却温度的控制管理系统，在BTS工作期间把封闭内部的温度调节到+5℃～+65℃的范围内。传统的基站加热/冷却温度控制管理系统通过一个由压缩机驱动制冷的系统或传统的平板热交换器采用单一步骤的冷却/加热处理。此系统遭遇高的失败率和高的维护成本。另外，该系统还不必要的大和重，使得运输、安装和移动都非常困难，尤其是由于压缩机驱动制冷的系统的使用消耗了不必要的能量。此外，因为电池备用单元82中的电池被封闭在与主腔110隔离的腔中，所以电池接收不到特定的加热和冷却(由于与主腔110隔离)。
因此，我们所需要的是一种对基站的加热/冷却系统，该系统取消对由压缩机驱动制冷的系统的需要，并除了对主腔外还对电池腔共同提供加热和冷却温度的控制管理。
发明内容
因此，本发明提供一种对无线电通讯系统中的基站机壳加热和冷却的系统。本发明的基站热控制系统包括提供一个两级加热/冷却过程的热管和电热元件，除了调节处于密封并与主腔隔离的电池腔中的电池温度外，还调节主腔中电子设备的温度。
根据本发明的一个方面，提供一种对机壳的热控制管理系统，包括：
一个与闭合环腔邻接的环绕腔；
一个与所述闭合环腔邻接的电池腔；
一个与所述环绕腔流体连通的供应孔；
一个或多个与所述环绕腔及所述闭合环腔热连通的电热冷却元件；
一个与所述环绕腔流体连通的外部风扇；
一个与所述环绕腔流体连通的排气孔；
一个与所述闭合环腔流体连通的内部风扇；和
一个与所述闭合环腔及所述电池腔热连通的散热片。
本发明的一个优点在于基站热控制管理系统不需要由压缩机驱动制冷的系统的构造。
本发明的另一个优点在于基站热控制管理系统不仅对基站的电池腔加热并冷却，也对主腔加热并冷却。
附图说明
图1是现有无线电通讯系统的示意图。
图2是现有蜂窝式通讯网和单元位置的示意图。
图3是现有的与陆上通讯线PSTN连接的基站收发机(BTS)框图。
图4是现有BTS的功能框图。
图5A-5C是本发明基站热管理系统的侧、前和透视图。
图6是本发明采用的冷却管的详细透视图。
图7是本发明采用的电热冷却(TEC)元件的详细透视图。
图8是本发明TEC冷却过程的简图。
图9是图5A-5C的基站热控制管理系统局部截取的侧视图。
图10是本发明一个方面的热控制管理系统的工作简图。
具体实施方式
在下列的描述中，对本发明的优选实施例有关微微单元的基站作了描述。但是，应当理解本发明可以用于无线电通讯系统中的各种基站，包括但不限于基于宏观和微小单元的基站。
参见图5A、5B、和5C，它分别示出了本发明基站热控制管理系统的侧、前和透视图。系统100包括一个形成闭合环腔110的主机壳105。主机壳105封闭住电池架115，形成一个与闭合环腔110隔离并密封的电池腔120。电池架115保护一个或多个电池125，在原始的能量损耗殆尽的情况下向系统100提供备用的电池能量。图4所示的是执行某些或所有功能模块的PCBs(印刷电路板)130和相关的电子设备，除电池备用单元82以外都装在闭合环腔110中。
如图5A和5C所示，有外部风扇135和内部风扇140两个风扇。外部风扇135将周围的空气从闭合环腔110的外部带入环绕腔103中，风扇130使内部的空气在闭合环腔110的内部回转。风扇135、140由腔隔板145隔开，在闭合环腔110内形成内部空气循环的闭合回路。系统100还包括两个环绕的空气管，供气管150和与环绕腔103流体连通的排气管155。位于顶部的供气管150供给气体，而位于与电池所在地相邻的环绕腔103底部的第二供气管155排出气体。由于外部风扇135提供的吸引力，供气管150将周围的空气拉入环绕腔103中，迫使它们穿过热管160，达到第一阶段的冷却；然后把冷却的空气送过电热冷却器(TEC)165，达到第二阶段的冷却。并从排气管155排出。机壳105中的循环冷气通过内部风扇140吹过散热片170。散热片板170将电池腔120与闭合环腔110隔开并密封。当棱冷空气吹过散热片板170的表面时，在散热片板170热的一侧(电池腔120)和冷的一侧(闭合环腔110)之间将产生热传递。因为电池125将产生最少的热量，所以散热片板170的表面和内部的循环空气之间的热传递将把电池腔120的温度维持在大约55℃，周围的温度大约在50℃。电池腔120可以是绝缘的，这样可以阻挡太阳的辐射和/或防止热量的散失。散热片170的表面可采用装上翅片的结构以增大热传递的表面积。另外，可通过内部空气导管147和内板148对内部空气的循环导向。
现在参见图6，图6是冷却热管160的详细剖视图。如图所示，热量进入管160的左端，从其右端散出。管160包括一个芯200，它执行管160左端上161上蒸发器205和管160右端162上会聚器210的功能。
图7是TEC165元件的详细剖视图。如图所示，TEC165包括一个冷端电绝缘片215和一个热端电绝缘片220。热量由冷端215吸收，热端220放出。TEC165还包括一个两侧用导电体230涂复的P-型和N-型半导体材料的网格栅225。
图8是TEC165的工作示意图，其中的参引标号与图7中的参引标号相同或类似，表示相同或类似的组件。当在正极引线235和负极引线240间加载DC电压源245时，电子在热端215和冷端220之间转运热量。热量流经TEC165的方向可通过反转施加电源245的极性来转换。
现在参见图9，图9是图5A-5C的基站热控制管理系统局部截取的示意图，进一步解释了系统的操作。图9中的参引标号与图5A-5C中的参引标号相同或类似，表示相同或类似的组件。虽然没有示出，但本发明采取唯一地使用TEC165元件冷却闭合环腔110，或唯一地使用热管160冷却闭合环腔110。不需要的元件(即分别是热管160或TEC165元件)直接从系统100的结构中撤去。
恒温器250位于内部风扇140的附近，监测闭合环腔110内部空气的温度。恒温器250与热控制管理系统的控制器(未示出)相连，控制外部和内部两风扇135和140以及电热冷却器165。当内部的空气温度T1升高时，热控制管理系统的控制器从恒温器250获取温度读数并作出增大风扇135和140转速的反应。如果内部的空气温度T1继续升高，如果需要的话，热控制管理系统的控制器则会作出向电热冷却器165施加更大的电流以产生额外的冷却的反应，以将内部温度T1保持在预定的安全温度水平以下。
如果温度T1下降到理想的额定工作温度(如工作在＜+5℃)以下，热控制管理系统的控制器通过反转电流通向电热冷却器165的方向(即反转施加电压的极性)来产生热量。当TEC元件165处于这种操作的加热模式时，热控制管理系统的控制器断开外部风扇135的电源。
图10是上述温度变化的函数曲线。可以看到，对于非常冷的温度，如＜+5℃，电热冷却器165将工作在加热模式。超过这个温度，电热冷却器165将工作在冷却模式，并在需要时使用风扇135、140。当然，这些工作温度都是大致的，可以为适合不同的应用而很容易的改变。
也可以用柔性加热元件(未示出)实现对电池腔120的加热。可很容易地从Watio公司得到经常用于这类应用的设备。典型的情况是，这种加热器由柔性绝缘材料如硅橡胶、氯丁橡胶、KAPTON(一种薄的、轻的有机聚合物膜)，MYLAR(另一种聚合物膜)、和与缠线元件(如缠在玻璃纤维芯上的优良电阻线)拼装的高温的云母绝缘箔，或蚀刻箔制成，主要采用酸蚀刻的工艺方法以增大加热器的密度和元件的寿命。柔性绝缘材料和前述元件的结合制成一个袖珍的加热装置，提供低成本地密度均匀地加热。
基站热控制管理系统100可设计成以各种方式在热管160元件的第一阶段和电热冷却元件165的第二阶段之间分配冷却载量；典型地划分是热管160元件耗散大致60％(即被动的)而电热冷却器165元件耗散大致40％(即主动的)。也可以采用其他的划分方式。
本发明预计在环境空气温度和机壳主腔110之间保持大约15℃温差的措施。但也可以保持更大或更小的温差。另外，系统100预计使用电池备用系统以在外界能源不佳的情况下提供辅助的能源。
系统100还预计使用电子控制器监测整个系统100的各种温度，并将任何合理设置的理想点处的温度保持在±2℃的理想的内部温度范围内。控制器(未示出)预计使用内置电源和提供与控制器及系统100的状况监视设备外部连接的串行数据出口。
通过参考优选实施例对本发明的特别表示和描述，本领域的技术人员可以对本发明作出各种形式及细节上的改变，在不背离本发明实质和范围的前提下，可设计和实施除上述实施例以外的其他实施例。
Claims (23)
1、一种对机壳的热控制管理系统，包括：
一个与闭合环腔邻接的环绕腔；
一个与所述闭合环腔邻接的电池腔；
一个与所述环绕腔流体连通的供应孔；
一个或多个与所述环绕腔及所述闭合环腔热连通的电热冷却元件；
一个与所述环绕腔流体连通的外部风扇；
一个与所述环绕腔流体连通的排气孔；
一个与所述闭合环腔流体连通的内部风扇；和
一个与所述闭合环腔及所述电池腔热连通的散热片。
2、如权利要求1所述的热控制管理系统，其特征在于外部风扇的运转将周围的空气经过所述电热冷却元件抽入供应孔并从所述排气孔排出。
3、如权利要求1所述的热控制管理系统，其特征在于所述内部风扇的运转将内部空气经过所述电热冷却元件抽出。
4、如权利要求1所述的热控制管理系统，其特征在于所述内部风扇的运转将内部空气经过所述散热片抽出。
5、如权利要求1所述的热控制管理系统，还包括一个与所述内部风扇流体连通的空气导管。
6、如权利要求1所述的热控制管理系统，其特征在于对所述电池腔加热。
7、如权利要求1所述的热控制管理系统，其特征在于用所述电热冷却元件加热所述闭合环腔。
8、如权利要求1所述的热控制管理系统，其特征在于用恒温器监测所述闭合环腔的温度。
9、如权利要求1所述的热控制管理系统，其特征在于热管理系统控制器用于控制所述内部和外部风扇的运转。
10、如权利要求1所述的热控制管理系统，其特征在于所述系统控制器用于控制所述内部和外部风扇的运转速度。
11、如权利要求1所述的热控制管理系统，还包括：一个或多个与所述环绕腔及所述闭合环腔热连通的热管。
12、如权利要求11所述的热控制管理系统，其特征在于所述外部风扇的运转将周围的空气经过所述热管、所述电热冷却元件抽入所述供应孔并从所述排气孔排出。
13、如权利要求11所述的热控制管理系统，其特征在于所述内部风扇的运转将内部空气经过所述热管和所述电热冷却元件抽出。
14、如权利要求11所述的热控制管理系统，其特征在于所述内部风扇的运转将内部空气经过所述散热片抽出。
15、如权利要求11所述的热控制管理系统，还包括一个与所述内部风扇流体连通的空气导管。
16、如权利要求11所述的热控制管理系统，其特征在于所述电池腔是绝缘的。
17、如权利要求11所述的热控制管理系统，其特征在于当所述环境空气温度大约50℃时，所述电池腔的温度保持在大约55℃。
18、如权利要求11所述的热控制管理系统，其特征在于对所述电池腔加热。
19、如权利要求11所述的热控制管理系统，其特征在于用所述电热冷却元件加热所述闭合环腔。
20、如权利要求11所述的热控制管理系统，其特征在于用恒温器监测所述闭合环腔的温度。
21、如权利要求11所述的热控制管理系统，其特征在于热管理系统的控制器用于控制所述内部风扇、所述外部风扇和所述电热冷却元件的运转。
22、如权利要求21所述的热控制管理系统，其特征在于所述热管理系统控制器用于控制所述内部、外部风扇的运转速度。
23、如权利要求21所述的热控制管理系统，其特征在于所述热管理系统的控制器用恒温器监测所述闭合环腔的温度。
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