CN112654206B - 矿井用5g基站轻量化散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿井用5G基站轻量化散热系统，系统中，5G基站发热单元设置于所述外壳内且与所述外壳的内壁贴合，蒸发器设置于所述外壳内且贴合所述5G基站发热单元，冷凝器设置于所述外壳内，所述冷凝器经由汽液管线连接所述蒸发器形成环路，相变材料储存腔存储相变材料，所述相变材料储存腔经由冷板连接所述冷凝器，第一翅片组设在所述相变材料储存腔的底面，与所述相变材料储存腔构成复合热沉，第二翅片组设在所述5G基站发热单元正上方，且与所述内壁对应的外壳外壁上。

Description

矿井用5G基站轻量化散热系统

技术领域

本发明属于5G通讯散热技术领域，特别是一种矿井用5G基站轻量化散热系统。

背景技术

5G通讯技术具有高速率、低时延、高安全、全覆盖、智能化等特点，传输质量更高、更稳定。为满足煤矿生产过程中的远程实时控制等应用需求，5G技术须在矿井中广泛应用，可实时获取设备姿态数据，既能让远程控制精准可靠，也能实现设备智能联动，实现现场施工无人化、远程操控化，大大减少粉尘、噪声等污染危害，提高无人开采设备现场作业的精准度、稳定性。

5G基站是5G网络的核心设备，提供无线覆盖，实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输。随着5G传输速率的成倍提升，5G基站将处理海量数据，且随着5G业务的不断发展，5G基站室内基带处理设备的计算功耗将逐渐上升。因此，在5G时代，基站的计算功耗将大幅提升，5G基站计算功耗上升，带来的不仅仅是耗电问题，还有散热问题。

煤矿井下的5G基站长期工作于有甲烷等爆炸性气体混合物的场合，且矿井下存有大量粉尘，5G基站的远端射频单元等精密电子仪器在有灰尘或者水汽的环境下会发生干扰或腐蚀，非金属材料也会加速老化和失效，导致元器件可靠性降低，造成电气短路，影响设备的性能和使用寿命，因此为保证设备安全，要求将5G基站置于密闭的结构中，且要求其外壳满足防爆强度要求且散热环境无尘、无水汽，电子发热设备内部循环的空气避免与外界空气接触，形成一个封闭空间，而全密封箱体仅能通过外壳散热，难以满足器件的工作温度要求，需要合理安装散热器来辅助散热，因此其热流途径及散热方式必须经过细致的设计才能满足要求。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的主动式散热不适用于对防水、防尘性能有较高要求的煤矿井下密闭空间以及外壳质量大安装运输不便等问题，本发明提出一种矿井用5G基站轻量化散热系统。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种矿井用5G基站轻量化散热系统包括，

外壳；

5G基站发热单元，其设置于所述外壳内且与所述外壳的内壁贴合，所述5G基站发热单元间歇性运行，

蒸发器，其设置于所述外壳内且贴合所述5G基站发热单元，

冷凝器，其设置于所述外壳内，所述冷凝器经由汽液管线连接所述蒸发器形成环路，所述汽液管线包括蒸汽管线和液体管线，蒸汽管线和液体管线连接蒸发器两侧壁，分别用以传输蒸发器的毛细芯内产生的过热蒸汽以及冷凝器中冷凝的过冷液体，

相变材料储存腔，其存储相变材料，所述相变材料储存腔经由冷板连接所述冷凝器，

第一翅片组，其设在所述相变材料储存腔的底面，与所述相变材料储存腔构成复合热沉，

第二翅片组，其设在所述5G基站发热单元正上方，且与所述内壁对应的外壳外壁上。

所述的矿井用5G基站轻量化散热系统中，所述蒸发器的形状适配于所述5G基站发热单元的形状，其中，蒸发器与所述5G基站发热单元贴合表面为所述5G基站发热单元尺寸最大的表面。

所述的矿井用5G基站轻量化散热系统中，所述相变材料储存腔为外壳上凹成的空腔，所述相变材料的熔点低于蒸发器内饱和蒸汽温度10-20℃。

所述的矿井用5G基站轻量化散热系统中，所述外壳为金属防爆外壳。

所述的矿井用5G基站轻量化散热系统中，所述金属防爆外壳经由钢板-多孔铝-钢板构成多层复合防爆箱，单层钢板厚度3mm，多孔铝厚度5mm，孔隙率为

50％-60％。两层钢板中间夹一层多孔铝，能够明显吸收爆炸冲击波能量，满足矿井下防爆强度要求，同时可以降低纯钢板金属防爆外壳的质量。

所述的矿井用5G基站轻量化散热系统中，所述5G基站发热单元上下端面均为平面，所述蒸发器为平板型蒸发器。

所述的矿井用5G基站轻量化散热系统中，第一翅片组为直间断翅片，翅片排列方式为顺排，翅片数量为50-65，单个翅片厚度为2-3mm，宽度为8-12mm，高度为80-95mm。此规格翅片组能较大限度地中断暴露在环境中的翅片周围的气流边界层，翅片高度高于相变材料储存腔深度40-55mm，有利于其与外部环境进行自然对流换热。

所述的矿井用5G基站轻量化散热系统中，第二翅片组为斜间断翅片、直间断翅片或针型翅片，翅片排列方式为叉排，翅片数量为160-200，高度为45-55mm。此规格翅片组覆盖于5G基站发热单元正上方，可及时散发5G基站发热单元上端面传来的热量，具有较高换热效率。

所述的矿井用5G基站轻量化散热系统中，所述冷板为导热板，其尺寸适配于相变材料储存腔的底面尺寸，所述冷板厚1-2mm，冷板与相变材料储存腔底面之间均填涂有导热硅脂。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)采用相变材料、环路热管及翅片复合的被动式冷却，通过5G基站发热单元与环路热管蒸发器接触，利用汽液相变及固液相变的巨大潜热，将热量迅速从远端射频单元的发热元件带走，使得该系统换热效率高，能够满足5G基站计算功耗带来的散热需求。

(2)采用无需额外功耗的被动冷却策略，安全高效、节约成本。

(3)5G基站的发热单元与散热结构实现一体化，结构紧凑，节省空间，满足5G基站小型化、灵活设置的需求，无需另外设置机房进行散热。

(4)采用钢板-多孔铝-钢板构成多层复合防爆箱，多孔铝的存在减轻了箱体结构的重量，满足煤矿井下防爆强度要求的同时，降低了系统整体质量，便于其安装运输；此外，由于其封闭的外壳，能较大程度避免5G基站内精密电子元件与粉尘的接触，确保其安全运行，提高5G基站寿命。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的矿井用5G基站轻量化散热系统的外部结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的矿井用5G基站轻量化散热系统的内部结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的矿井用5G基站轻量化散热系统的俯视图；

图4是根据本发明一个实施例的矿井用5G基站轻量化散热系统的平板型环路热管及与之焊接连接的冷板；

图5是根据本发明一个实施例的矿井用5G基站轻量化散热系统的发热单元；

图6是根据本发明一个实施例的矿井用5G基站轻量化散热系统的发热单元和与之紧密贴合的平板型环路热管及冷板；

图7是根据本发明一个实施例的矿井用5G基站轻量化散热系统的多层复合防爆箱结构示意图；

附图标记：

1-5G基站发热单元；2-蒸发器；3-汽液管线；3-1-蒸汽管线；3-2-液体管线；4-冷凝器；5-冷板；6-金属防爆外壳；6-1-钢板；6-2-多孔铝；6-3-钢板；7-相变材料储存腔；8-第一翅片组；9-第二翅片组。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至图7更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被

这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1至图3所示，矿井用5G基站轻量化散热系统包括产热模块、腔内环路热管模块以及腔外散热模块，

所述产热模块包括：

5G基站发热单元1，所述5G基站发热单元1上端面与金属防爆外壳6内壁紧密贴合，所述5G基站发热单元间歇性运行以间歇性产生热量。

所述腔内环路热管模块包括：

蒸发器2，所述蒸发器2为平板型蒸发器，设在5G基站发热单元1正下方，并与5G基站发热单元1紧密贴合，用以快速吸收5G基站发热单元1产生的热量，

汽液管线3，所述汽液管线3包括蒸汽管线3-1和液体管线3-2，蒸汽管线3-1和液体管线3-2连接蒸发器2两侧壁，分别用以传输蒸发器2毛细芯内产生的过热蒸汽以及冷凝器4中冷凝的过冷液体，

冷凝器4，其连接所述蒸汽管线3-1和液体管线3-2用以冷凝、传输过热蒸汽，

冷板5，所述冷板5下底面连接冷凝器4，上端面紧密贴合于相变材料储存腔7底部，用以将冷凝器4释放的热量传导至金属防爆外壳6上的相变材料储存腔7，

所述腔外散热模块包括：

金属防爆外壳6，所述金属防爆外壳6用以容纳支撑所述产热模块及腔内环路热管模块，

相变材料储存腔7，所述相变材料储存腔7为金属防爆外壳6上凹成的长方体空腔，用以存储相变材料，

第一翅片组8，所述第一翅片组8设在相变材料储存腔7底面，与相变材料储存腔7一起构成复合热沉，用以和外部环境进行自然对流换热，

第二翅片组9，所述第二翅片组9设在金属防爆外壳6外壁，位于5G基站发热单元1正上方，用以散发5G基站发热单元1产生的部分热量。

在一个优选实施例中，所述产热模块包括：

5G基站发热单元1，所述5G基站发热单元1上端面与金属防爆外壳6内壁紧密贴合，其运行中产生热量，

在一个优选实施例中，所述腔内环路热管模块包括：

蒸发器2，所述蒸发器2为平板型蒸发器，设在5G基站发热单元1正下方，并与5G基站发热单元1紧密贴合，用以快速吸收5G基站发热单元1产生的热量，

汽液管线3，所述汽液管线3包括蒸汽管线3-1和液体管线3-2，蒸汽管线3-1和液体管线3-2连接蒸发器2两侧壁，分别用以传输蒸发器2毛细芯内产生的过热蒸汽以及冷凝器4中冷凝的过冷液体，

冷凝器4，其连接所述蒸汽管线3-1和液体管线3-2用以冷凝、传输过热蒸汽，

冷板5，所述冷板5下底面连接冷凝器4，上端面紧密贴合于相变材料储存腔7底部，用以将冷凝器4释放的热量传导至金属防爆外壳6上的相变材料储存腔7，

在一个优选实施例中，所述腔外散热模块包括：

金属防爆外壳6，所述金属防爆外壳6用以容纳支撑所述产热模块及腔内环路热管模块，

相变材料储存腔7，所述相变材料储存腔7为金属防爆外壳6上凹成的长方体空腔，用以存储相变材料，

第一翅片组8，所述第一翅片组8设在相变材料储存腔7底面，与相变材料储存腔7一起构成复合热沉，用以和外部环境进行自然对流换热，

第二翅片组9，所述第二翅片组9设在金属防爆外壳6外壁，位于5G基站发热单元1正上方，用以散发5G基站发热单元1产生的部分热量。

在一个优选实施例中，所述相变材料储存腔7内部长度、宽度分别为200-220mm、110-120mm，深度为35-40mm，内放置有相变材料，其熔点低于蒸发器内饱和蒸汽温度10-20℃。此规格相变材料储存腔内储存的相变材料量满足5G基站发热单元1间歇性运行的散热要求，能及时吸收冷凝器4传来的热量。

在一个优选实施例中，相变材料储存腔7内储存的相变材料高度可根据5G基站发热单元1间歇性运行工况来确定，其高度不高于相变材料储存腔7深度的80％。

在一个优选实施例中，所述金属防爆外壳6采用钢板6-1-多孔铝6-2-钢板6-3构成多层复合防爆箱，单层钢板厚度3mm，多孔铝厚度5mm，孔隙率为50％-60％。

在一个优选实施例中，所述第一翅片组8采用直间断翅片，翅片排列方式为顺排，翅片数量为50-65，单个翅片厚度为2-3mm，宽度为8-12mm，高度为80-95mm。

在一个优选实施例中，所述第二翅片组9可采用斜间断翅片、直间断翅片、针型翅片等多种类型翅片，翅片排列方式为叉排，翅片数量为160-200，高度为45-55mm。

在一个优选实施例中，所述冷凝器4与冷板5焊接连接。

在一个优选实施例中，所述5G基站发热单元1上端面与金属防爆外壳6内壁之间、蒸发器2与5G基站发热单元1之间以及冷板5与相变材料储存腔7底面之间均填涂有导热硅脂，并用螺栓等紧固件进行压紧固定。

在一个优选实施例中，所述蒸汽管线3-1、液体管线3-2及冷凝器4选用铜管，管内径为2-3mm，管壁厚为1mm，管线长度及形状根据实际情况可进行调整。

在一个优选实施例中，所述冷板5采用铜板，铜板长度、宽度与相变材料储存腔7内部长度、宽度相对应，分别为200-220mm、110-120mm，板厚为1-2mm。

在一个优选实施例中，所述5G基站发热单元1上下端面均为平面，间歇性运行，为远端射频单元或其他符合形状要求的发热元件。

在一个优选实施例中，所述蒸发器2为铜材质，其内循环工质为水，饱和蒸汽温度为65-70℃。

在一个优选实施例中，工作状态为：5G基站发热单元1产生的一部分热量经由金属防爆外壳6传导至第二翅片组9，并与外界空气进行自然对流换热；另

一部分热量传导至蒸发器2，蒸发器2内循环工质发生相变将热量携带至冷凝器4，在冷凝器4处，热量通过冷板5及金属防爆外壳6传导至相变材料储存腔7及其内部的第一翅片组8，被相变材料所吸收，相变材料及第一翅片组8与外界空气进行自然对流换热，实现散热；蒸汽在冷凝器4中冷凝为过冷液体，返回到蒸发器2中，完成一个工作循环。

图3是根据本发明一个实施例的矿井用5G基站轻量化散热系统的俯视图，在本发明所述的矿井用5G基站轻量化散热系统的优选实施例中，所述相变材料储存腔7内部长度、宽度分别为200-220mm、110-120mm，深度为35-40mm，内放置有相变材料，其熔点低于蒸发器内饱和蒸汽温度10-20℃。5G基站发热单元1运行时，相变材料吸收储存环路热管冷凝器4散发的热量，确保环路热管中的循环工质快速冷凝，保证环路热管正常运行；5G基站发热单元1停止运行时，相变材料与外部环境进行自然对流换热，释放热量。

图7是根据本发明一个实施例的矿井用5G基站轻量化散热系统的多层复合防爆箱结构示意图，在本发明所述的矿井用5G基站轻量化散热系统的优选实施例中，所述金属防爆外壳6采用钢板(6-1)-多孔铝(6-2)-钢板(6-3)构成多层复合防爆箱，单层钢板厚度3mm，多孔铝厚度5mm，孔隙率为50％-60％。

在本发明所述的矿井用5G基站轻量化散热系统的优选实施例中，所述第一翅片组8采用直间断翅片，翅片排列方式为顺排，翅片数量为50-65，单个翅片厚度为2-3mm，宽度为8-12mm，高度为80-95mm。

在本发明所述的矿井用5G基站轻量化散热系统的优选实施例中，所述第二翅片组9可采用斜间断翅片、直间断翅片、针型翅片等多种类型翅片，翅片排列方式为叉排，翅片数量为160-200，高度为45-55mm。

图4是根据本发明一个实施例的矿井用5G基站轻量化散热系统的平板型环路热管及与之焊接连接的冷板，在本发明所述的矿井用5G基站轻量化散热系统的优选实施例中，所述冷凝器4与冷板5焊接连接。

在本发明所述的矿井用5G基站轻量化散热系统的优选实施例中，所述5G基站发热单元1上端面与金属防爆外壳6内壁之间、蒸发器2与5G基站发热单元1之间以及冷板5与相变材料储存腔7底面之间均填涂有导热硅脂，并用螺栓等紧固件进行压紧固定。

在本发明所述的矿井用5G基站轻量化散热系统的优选实施例中，所述蒸汽管线3-1、液体管线3-2及冷凝器4选用铜管，管内径为2-3mm，管壁厚为1mm，管线长度及形状根据实际情况可进行调整。

在本发明所述的矿井用5G基站轻量化散热系统的优选实施例中，所述冷板5采用铜板，铜板长度、宽度与相变材料储存腔7内部长度、宽度相对应，分别为200-220mm、110-120mm，板厚为1-2mm。

图5是根据本发明一个实施例的矿井用5G基站轻量化散热系统的发热单元(远端射频单元)，在本发明所述的矿井用5G基站轻量化散热系统的优选实施例中，所述5G基站发热单元1上下端面均为平面，间歇性运行，为远端射频单元或其他符合形状要求的发热元件。

在本发明所述的矿井用5G基站轻量化散热系统的优选实施例中，所述蒸发器2为铜材质，其内循环工质为水，饱和蒸汽温度为65-70℃。

在本发明所述的矿井用5G基站轻量化散热系统的优选实施例中，其工作状态为：5G基站发热单元1产生的一部分热量经由金属防爆外壳6传导至第二翅片组9，并与外界空气进行自然对流换热；另一部分热量传导至蒸发器2，蒸发器2内循环工质发生相变将热量携带至冷凝器4，在冷凝器4处，热量通过冷板5及金属防爆外壳6传导至相变材料储存腔7及其内部的第一翅片组8，被相变材料所吸收，相变材料及第一翅片组8与外界空气进行自然对流换热，实现散热；蒸汽在冷凝器4中冷凝为过冷液体，返回到蒸发器2中，完成一个工作循环。

本发明与现有技术相比，采用相变材料、环路热管及翅片复合的被动式冷却策略，利用汽液相变及固液相变的巨大潜热，将热量迅速从远端射频单元等发热元件带走，换热效率高，无需额外功耗，安全高效，节约成本；该系统实现了5G基站发热单元与散热结构的一体化，结构紧凑，节省空间，满足5G基站小型化、灵活设置的需求；此外，其箱体结构采用钢板-多孔铝-钢板构成多层复合防爆箱，满足煤矿井内的防爆强度要求的同时，降低了系统整体质量，便于其安装运输；由于其封闭的外壳，能较大程度避免5G基站内精密电子元件与粉尘的接触，确保其安全运行，提高5G基站寿命。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (8)

1.一种矿井用5G基站轻量化散热系统，其特征在于，其包括，

外壳；

5G基站发热单元，其设置于所述外壳内且与所述外壳的内壁贴合，所述5G基站发热单元间歇性运行，

蒸发器，其设置于所述外壳内且贴合所述5G基站发热单元，

冷凝器，其设置于所述外壳内，所述冷凝器经由汽液管线连接所述蒸发器形成环路，所述汽液管线包括蒸汽管线和液体管线，蒸汽管线和液体管线连接蒸发器两侧壁，分别用以传输蒸发器的毛细芯内产生的过热蒸汽以及冷凝器中冷凝的过冷液体，

相变材料储存腔，其存储相变材料，所述相变材料储存腔经由冷板连接所述冷凝器，

第一翅片组，其设在所述相变材料储存腔的底面，与所述相变材料储存腔构成复合热沉，

第二翅片组，其设在所述5G基站发热单元正上方，且与所述内壁对应的外壳外壁上,第一翅片组为直间断翅片，翅片排列方式为顺排，翅片数量为50-65，单个翅片厚度为2-3mm，宽度为8-12mm，高度为80-95mm,5G基站发热单元产生的一部分热量经由金属防爆外壳传导至第二翅片组，并与外界空气进行自然对流换热；另一部分热量传导至蒸发器，蒸发器内循环工质发生相变将热量携带至冷凝器，在冷凝器处，热量通过冷板及金属防爆外壳传导至相变材料储存腔及其内部的第一翅片组。

2.根据权利要求1所述的矿井用5G基站轻量化散热系统，其中，所述蒸发器的形状适配于所述5G基站发热单元的形状。

3.根据权利要求1所述的矿井用5G基站轻量化散热系统，其中，所述相变材料储存腔为外壳上凹成的空腔，所述相变材料的熔点低于蒸发器内饱和蒸汽温度10-20℃。

4.根据权利要求1所述的矿井用5G基站轻量化散热系统，其中，所述外壳为金属防爆外壳。

5.根据权利要求4所述的矿井用5G基站轻量化散热系统，其中，所述金属防爆外壳经由钢板-多孔铝-钢板构成多层复合防爆箱，单层钢板厚度3mm，多孔铝厚度5mm，孔隙率为50％-60％。

6.根据权利要求1所述的矿井用5G基站轻量化散热系统，其中，所述5G基站发热单元上下端面均为平面，所述蒸发器为平板型蒸发器。

7.根据权利要求1所述的矿井用5G基站轻量化散热系统，其中，第二翅片组为斜间断翅片、直间断翅片或针型翅片，翅片排列方式为叉排，翅片数量为160-200，高度为45-55mm。

8.根据权利要求1所述的矿井用5G基站轻量化散热系统，其中，所述冷板为导热板，其尺寸适配于相变材料储存腔的底面尺寸，所述冷板厚1-2mm，冷板与相变材料储存腔底面之间均填涂有导热硅脂。

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