CN1169414C - 空气冷却方法和装置 - Google Patents

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Abstract

冷却电气装置(205)时，用一拉伐尔喷嘴(Laval nozzle)获致冷却效应。喷嘴位置接近需冷却装置(205)，供应空气至喷嘴的单元(209)例如风扇或压缩机位于另一位置。需冷却的电气装置(205)所处位置难以到达或接近时，例如在天线塔(201)顶部，此一情况极有利。供应单元(209)位于易于进行修理及保养的天线塔基部。

Description

空气冷却方法和装置
技术领域
本发明涉及产生热的装置尤其是无线电传输系统中产生热的装置的空气冷却方法和装置。
背景技术
无线电传输系统中，产生热的装置如功率放大器通常位于与传输无线电信号的天线成一定距离的位置。因此，馈送放大信号至天线时，信号必须经馈电缆传送。然而，馈电缆中的传送并非无损失。馈电缆中这种损失是不希望有的。
馈电缆损失问题的一种解决方法是使功率放大器的位置接近要馈送放大信号的天线。然而，无线电传输系统中的天线一般位于难以到达的位置。例如，位于天线塔等的顶部。
此外，在功率放大器位于天线塔内的情况下，功率放大器应小巧且重量轻，因此需以有效方式冷却。冷却作用必须极有效及能冷却大量热。仅用突缘和类似物体冷却在大多数情况将不足以提供有效冷却作用。这是由于一般使用的放大器极小巧且发出大量的热。
为解决这一问题，当然可在功率放大器附近设置风扇。然而，此举并不理想，因为风扇属于要时常进行维护的活动器件。而且，风扇位于难以到达之处，因此难以维护、修理或更换。还可能出现另一问题，由于风扇所处位置，使全部传输系统的平均寿命降低。
如此，存在对无线电传输系统中产生热的装置提供有效冷却的需要，尤其是产生热的装置位于难以到达的位置时。
US 5,067,047提出了一种冷却安装在印刷电路板前表面上的产生热的元件的装置。该装置对冷却流体加压使其流经位于需要冷却位置的孔。
USA 4,901,029提出了包括一冷却装置的功率放大器装置。
然而，这些文件所述的方法均不适于冷却无线电传输系统中的元件，主要是存在冷却容量过低及与冷却系统有关的成本问题。
发明内容
本发明目的在于解决对无线电传输系统中产生热的装置提供有效冷却的问题。
此目的借助将一拉伐尔喷嘴与产生热的装置共同设置而达到。在较佳实施例中，喷嘴经一空气馈送管进行馈送，其空气压力最好高于喷嘴出口侧的压力。
以此方式，流出喷嘴的空气具有高速度。例如，速度可达音速或更高，因此，热传递因素显著增加。
按照本发明，提供了一种以空气冷却电气装置的装置，其中喷嘴经一管连接到馈送空气至喷嘴的供气单元，喷嘴位于电气装置附近，其特征在于，所述喷嘴为拉伐尔喷嘴。
按照本发明，还提供了一种冷却电气装置方法，其中使空气从一喷嘴吹出并导向电气装置或其附近，喷嘴经一管连接到馈送空气至喷嘴的供气单元，其特征在于，所述空气从一拉伐尔喷嘴中吹出。
利用这种装置和方法有多项优点。因无活动零件位于难接近位置，故传输系统的MTBF(平均无故障时间)改善，维护较易进行及成本低。
喷嘴可放在接近需要冷却的装置的位置，供应空气至喷嘴的单元例如风扇或压缩机可放在另一位置。在需要冷却的电气装置位于难以到达位置或接近如天线塔顶时，这样极为有利。供气单元可放在天线塔基部，这样便于修理和维护。
此外，因空气被压缩，用以互连喷嘴与供气单元的管的直径能减小。
本发明将参照附图以非限制性实例予以详细说明。
附图说明
图1为拉伐尔喷嘴的剖面图。
图2为无线电传输系统天线塔的简图。
图3为用于馈送拉伐尔喷嘴的缆的剖面图。
图4为容纳喷嘴和产生热的功率放大器的气密式外壳的剖面图。
具体实施方式
图1示出拉伐尔喷嘴101。拉伐尔喷嘴由收敛入口部分105和扩张出口部分103构成，其形状可提供在喷嘴中进行绝缘膨胀。由于绝热膨胀发生在喷嘴中，产生冷却效应而使温度降低。
流出喷嘴的空气具有高速度，一般为高于音速的速度，因而可获得高传热因数。
拉伐尔喷嘴的详细说明可参看Massey的“流体力学”(“Mechanicsof fluids”)，ISBN-0442 05176-X。
拉伐尔喷嘴中的温度降低量能由下述温度T和压力P的公式获得：
T 1 T 2 = ( P 2 P 1 ) 1 - k k
其中 K = C p C v
T1为喷嘴入口的气体温度，T2为喷嘴出口的温度，P1为喷嘴入口的压力，P2为喷嘴出口的压力。CP为定压下热力变化的比热容，CV为定容下热力变化的比热容。
如此，为获得从298°K至273°K的温度减低，压力P1对空气需为1.35大气压，CP/CV对空气约为1.4。
图2示出天线塔201。天线塔201承载天线203。天线馈有经功率放大器205放大的信号，功率放大器205位置接近天线塔201顶部的天线，即位于无线电传输的位置。
为冷却功率放大器205和/或位于同一位置的其他产生热的装置，前述拉伐尔喷嘴亦位于同一位置，即靠近功率放大器205。
在较佳实施例中，拉伐尔喷嘴经管207供应空气，管207的另一端接到供气单元209如风扇或压缩机上。供气单元位于天线塔基部，以便于接近和进行不同维护工作。亦可使喷嘴的出流直接流向需冷却的元件/装置。
以这种方式供应拉伐尔喷嘴空气的优点为风扇能放在易于到达以进行不同维护工作的位置。
图3示出较佳实施例中管207的剖面。此实施例中，管207为一组合管，能以整体方式提供空气、电力和传送信号至天线塔顶部。另一较佳实施例中，整体式管还具有将供至天线塔顶部的空气送回的装置。如此，管207整体式包括了传输线301、电力供应线303和供应空气管305。此组合管的直径约为50-60mm。
这是有利的，因仅需一条缆互连天线塔基部和顶部。电力和信号传输线必须供至天线塔顶部，将它们以及供气管合并到单一缆中便于连接工作。
在一较佳实施例中，管207还包括空气回流通道307。这是有利的，因为功率放大器和喷嘴可放在同一个气密性外壳中。此种配置可防止灰尘进入冷却系统。另外，若采用这种气密性外壳，还可防止氧化作用。
图4示出气密性外壳401的剖面。外壳401中包括放大器403，放大器403接传输线301和电力供应线303。放大器403由喷嘴405出口吹出的空气冷却。喷嘴经管305馈有压力高于1大气压的空气。进入气密性外壳401的空气经箭头407所示的回流通道离开外壳401。
在另一较佳实施例中，喷嘴405为隔热式的。当喷嘴提供产生温度下降的绝热膨胀时，这是有利的。如果喷嘴是非隔热式的，会损害温度减低产生的冷却效应。
本发明的冷却电子装置的方法和装置特别适于对难以到达位置的元件进行冷却。因此，冷却系统中最需要修理和维护的部分可放在易接近的位置，而需要冷却的装置可放在不易接近的对其最适宜的位置。

Claims (16)

1.一种以空气冷却电气装置的装置，其中喷嘴经一管连接到馈送空气至喷嘴的供气单元，喷嘴位于电气装置附近，其特征在于，所述喷嘴为拉伐尔喷嘴。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴经还包含一电力线和/或一传输线的管连接到供气单元。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述管还具有将馈入喷嘴的空气送回的装置。
4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述喷嘴位于无线电传输的位置。
5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括使空气以高于音速的速度离开喷嘴的装置。
6.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述喷嘴为隔热式的。
7.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述喷嘴位于一气密式外壳中。
8.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述电气装置位于一天线塔顶部，而所述供气单元位于该天线塔基部。
9.一种冷却电气装置的方法，其中使空气从一喷嘴吹出并导向电气装置或其附近，喷嘴经一管连接到馈送空气至喷嘴的供气单元，其特征在于，所述空气从一拉伐尔喷嘴中吹出。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述喷嘴经还包含一电力线和/或一传输线的管连接到供气单元。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，馈送至喷嘴的空气经一馈送管送回。
12.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述喷嘴位于无线电传输的位置。
13.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，使空气以高于音速的速度离开喷嘴。
14.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述喷嘴为隔热式的。
15.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，将所述喷嘴放在一气密式外壳中。
16.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，将所述电气装置放在一天线塔顶部，而将所述供气单元放在该天线塔基部。
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