JP2002503042A

JP2002503042A - 空冷方法および空冷装置

Info

Publication number: JP2002503042A
Application number: JP2000531046A
Authority: JP
Inventors: − ゴランラルソン、ニルス; グドムンドソン、ブヨルン
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲツトエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2002-01-29
Also published as: AR018056A1; SE9800306D0; DE69924361D1; EE03846B1; EE200000451A; EP1053664B1; SE514171C2; AU2647799A; US6256198B1; AU754344B2; CN1295781A; ID30301A; WO1999040768A1; EP1053664A1; CN1169414C; SE9800306L; TW497377B

Abstract

(57)【要約】電気機器（２０５）の冷却において、冷却効果を得るためにラバルノズルが使用される。ノズルは、冷却すべき機器（２０５）に近接して配置される。他方、例えば、ファンやコンプレッサ（２０５）等の空気をノズルに供給する手段（２０９）は、別の場所に配置できる。このことは、冷却すべき電気機器（２０５）をアンテナ塔（２１０）の天辺のような手の届かない場所に配置する場合に非常に有利である。その場合に、供給手段（２０９）は、修理やサービスが容易に提供できるアンテナ塔の足元に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）本発明は、特に、無線送信システム中の発熱機器を空冷するための方法および
装置に関する。

【０００２】（関連技術の説明）無線送信では、電力増幅器等の発熱機器は、通常、無線信号を送信するために
用いられるアンテナから距離を置いて配置される。従って、アンテナに対して増
幅された信号を供給する時、信号は、フィーダーケーブルを伝搬しなければなら
ない。しかし、フィーダーケーブル中の伝搬は、無損失というわけにはいかない
。フィーダーケーブル中の損失は、好ましくない。

【０００３】フィーダーケーブル中の損失問題に対する１つの解決策は、増幅された信号が
送られるべきアンテナに接近して電力増幅器を配置することである。しかし、無
線送信システムのアンテナは、通常は手が届かない場所に配置される。例えば、
それらは、アンテナ塔の天辺やその他、同様な場所に配置される。

【０００４】更に、電力増幅器は、それがアンテナ塔に配置される場合は、小型でコンパク
トで軽いものであるべきで、従って効率的に冷却される必要がある。冷却は、非
常に効率的で、大量の熱を冷却できなければならない。冷却フランジのようなも
のだけでは、多くの場合、効率的な冷却を実現するには不十分である。これは、
使用される増幅器は、通常、非常にコンパクトで大量の熱を発するという事実に
よる。

【０００５】この問題を解決するために、もちろん電力増幅器の近くにファンを配置するこ
とも可能である。しかし、ファンは、機械装置であり、頻繁なサービスを必要と
する可動部品を有するため、この方法は望ましくない。その場合には、手の届か
ないサービス、修理または交換の困難な場所にファンが位置することになる。起
こりうる別の問題は、そのようなファンの場所のため送信システム全体の平均故
障間隔（ＭＴＢＦ）が短くなることである。

【０００６】このように、特に発熱機器が手の届かない場所に位置する場合に、無線送信シ
ステムの発熱機器に対して効率的な冷却を提供する問題が存在する。

【０００７】更に、米国特許第５，０６７，０４７号は、プリント回路基板の前面に搭載さ
れた発熱部品を冷却するための手段について述べている。冷却が必要な場所に位
置する孔を通して、加圧された冷却液が供給される。

【０００８】また、米国特許出願第４，９０１，０２９号は、冷却機構を含む電力増幅器構
成を開示している。

【０００９】しかし、これらに概略された解決策は、どれも、無線送信システムの部品を冷
却するのには適していない。それは、主として、冷却能力があまりに低いせいで
あり、冷却システムに付随するコストもまたその原因である。

【００１０】（概要）本発明の１つの目的は、無線送信システム中の発熱機器に対して効率的な冷却
を提供する問題を解決することである。

【００１１】この目的は、ラバルノズル（laval nozzle）を発熱機器と同じ場所に配置する
ことによって達成される。好適な実施の形態では、このノズルには空気を供給す
るチューブを介して空気を送られる。その空気圧は、ノズルの出力側の圧力より
も高くなっていることが好ましい。

【００１２】このように、ノズルから流れ出す空気は、高い速度を有することができる。例
えば、この速度は、音速または、それ以上にもなる。従って、熱的伝達因子は、
大幅に増大する。

【００１３】そのような構成を採用することには、いくつかの利点がある。すなわち、手の
届かない場所に可動部品がないので、送信システムのＭＴＢＦは、減少すること
が期待され、サービスを実施するのは、ずっと容易でより低コストなものとなる
。

【００１４】ノズルは、冷却すべき装置に接近して配置することができ、他方、ノズルに空
気を供給する手段、例えば、ファンまたはコンプレッサは、別の場所に配置でき
る。冷却すべき電気機器を手の届かない場所、例えば、アンテナ塔の天辺などに
配置する時に、この構成は、非常に有利である。その場合、上記供給手段は、修
理およびサービスを実行することが容易なアンテナ塔の足元に配置できる。

【００１５】更に、空気が加圧されているため、ノズルと空気を供給する手段とを接続する
ために用いられるチューブの直径を小さくすることができる。

【００１６】ここで添付図面を参照しながら、非限定的な方法で本発明をより詳細に説明す
る。

【００１７】（好適な実施の形態の説明）図１には、ラバルノズル１０１が示されている。ラバルノズルは、収縮する入
口部１０５と拡大する出口部１０３を有し、ノズル中で断熱膨張を起こすような
形状になっている。ノズル中で発生する断熱膨張のために、冷却効率が得られ、
それに従って温度低下が実現する。

【００１８】ノズルから流れ出す空気は、高い速度を有し、典型的には音速よりも高く、こ
れによって高い熱的伝達因子が得られる。

【００１９】ラバルノズルについてはマッセイ（Massey）社出版の本“液体の力学（Mechan
ics of fluids）”ISBN-0442 05176-Xにより詳しく述べられている。

【００２０】ラバルノズル中の温度低下の大きさは、温度を表すＴと圧力Ｐとの関係を示す
次式から得られる。

【００２１】ここでである。

【００２２】Ｔ₁は、ノズル入口のガス温度で、Ｔ₂は、ノズル出口の温度、Ｐ₁は、ノズル入口の圧力で、Ｐ₂は、ノズル出口の圧力である。Ｃ_pは、一定圧力下での熱力学
的変化に関する比熱容量であり、Ｃ_vは、一定体積下での熱力学的変化に関する比熱容量である。

【００２３】このように、２９８Ｋから２７３Ｋへの温度低下を得るためには、空気の場合
に圧力Ｐ₁は、１．３５気圧で、Ｃ_p／Ｃ_vは、空気について約１．４である必要がある。

【００２４】図２には、アンテナ塔２０１が示されている。アンテナ塔２０１は、アンテナ
２０３を搭載する。アンテナには、電力増幅器２０５によって増幅された信号が
供給される。電力増幅器２０５は、アンテナ塔２０１の天辺にあるアンテナに接
近して配置される。

【００２５】電力増幅器２０５を冷却するために、および／または同じ場所に位置するその
他の発熱機器を冷却するために、上述のように、ラバル管がこれも同じ場所、す
なわち電力増幅器２０５の近辺に配置される。

【００２６】好適な実施の形態で、ラバルノズルは、チューブ２０７を通して空気を供給さ
れる。チューブの他端は、ファンやコンプレッサなどの空気供給手段２０９に接
続されている。空気供給手段は、アンテナ塔２０１の足元に位置しており、従っ
て各種のサービスを施すために容易に手が届く。またノズルからの流出空気を冷
却すべき部品／装置に向けて直接当てることも可能である。

【００２７】このように、ラバルノズルに空気を供給するこのやり方の特徴は、各種のサー
ビスを施すために容易に手の届く場所にファンを配置できることである。

【００２８】図３は、好適な実施の形態のチューブ２０７の断面である。この実施の形態で
、チューブ２０７は、合体チューブであり、空気、電力および送信信号を統合し
た形でアンテナ塔の天辺へ供給される。別の好適な実施の形態では、統合された
チューブは、アンテナ塔の天辺へ供給された空気を回収するための手段を含んで
いる。このように、統合されたチューブ２０７は、送信ライン３０１、電力供給
ライン３０３および空気供給ライン３０５を含む。合体チューブの直径は、約５
０−６０ｍｍである。

【００２９】アンテナ塔の足元と天辺とを１本のケーブルで接続できるのは有利である。電
力および信号送信ラインは、常にアンテナ塔の天辺に対して供給を続ける必要が
あるが、それらを空気供給ラインと一緒に１本のケーブルに組み合わせることに
よって、接続は、容易なものとなる。

【００３０】１つの好適な実施の形態で、チューブ２０７は、空気の戻りチャネル３０７も
含む。この場合には電力増幅器とノズルを気密な容器に収容できるので有利であ
る。そのような構成は、冷却システムにゴミが侵入するのを防止する。更に、そ
のような気密な容器を使用すれば酸化も防止できる。

【００３１】図４には、気密容器４０１の断面が示されている。容器４０１は、増幅器４０
３を収容している。増幅器４０３は、送信ライン３０１および電力供給ライン３
０３に接続されている。増幅器４０３は、ノズル４０５の出口から流出する空気
によって冷却される。ノズルには、１気圧よりも高い圧力を有する空気がチュー
ブ３０５を介して供給される。気密な容器４０１に流入する空気は、矢印４０７
で示すように、戻りチャネル３０７を通って容器４０１から出ていく。

【００３２】別の実施の形態では、ノズル４０５は、熱的に遮蔽されている。ノズルが断熱
膨張を与え、その結果、温度低下が起こる場合に、これは有利になる。もしノズ
ルが熱的に遮蔽されていなければ、温度低下によって得られる冷却効果の一部は
、失われる。

【００３３】ここに述べたような電子機器を冷却するための方法および装置は、手の届かな
い場所における冷却に特に適している。すなわち、恐らく修理やサービスが必要
な冷却システムの部品を手の届く場所に配置できるし、冷却する必要のある装置
は、それらがその目的を満たす場所、それは手の届かない場所かもしれないが、
そのような場所に配置することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、ラバルノズルの断面図。

【図２】図２は、無線送信システムのアンテナ塔の外観図。

【図３】図３は、ラバルノズルに空気を送るために使用することができるケーブルの断
面図。

【図４】図４は、ノズルおよび発熱する電力増幅器を収容する気密な容器の断面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気機器を空冷するための装置であって、ノズルは、チュー
ブを介してノズルに空気を供給する空気供給手段に接続され、前記ノズルは、前
記電気機器の近辺に配置され、前記ノズルは、ラバルノズルであることを特徴と
する前記装置。
【請求項２】請求項１記載の装置であって、前記ノズルは、電力ラインお
よび／または送信ラインを収容するチューブを介して空気供給手段に接続されて
いることを特徴とする前記装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の装置であって、前記チューブは、前記
ノズルに送られる空気を戻すための手段を有していることを特徴とする前記装置
。
【請求項４】請求項１から３記載の装置であって、前記ノズルは、無線送
信サイトに位置していることを特徴とする前記装置。
【請求項５】請求項１から４記載の装置であって、音速よりも早い速度で
前記ノズルから空気を流出させる手段を有することを特徴とする前記装置。
【請求項６】請求項１から５記載の装置であって、前記ノズルは、熱的に
遮蔽されていることを特徴とする前記装置。
【請求項７】請求項１から６記載の装置であって、前記ノズルは、気密な
容器中に配置されていることを特徴とする前記装置。
【請求項８】請求項１から７記載の装置であって、前記電気機器がアンテ
ナ塔の天辺に配置される時、前記空気供給手段は、前記アンテナ塔の足元に配置
されることを特徴とする前記装置。
【請求項９】電気機器を冷却する方法であって、空気は、ノズルから吹き
出され、電気機器に当てられるか、あるいは、その近辺に向けられるようになっ
ており、前記ノズルは、チューブを介して前記ノズルに空気を供給する空気供給
手段に接続されて、前記空気は、ラバルノズルから吹き出されることを特徴とす
る前記方法。
【請求項１０】請求項９記載の方法であって、前記ノズルは、電力ライン
および／または送信ラインを収容するチューブを介して前記空気供給手段に接続
されていることを特徴とする前記方法。
【請求項１１】請求項９又は１０記載の方法であって、前記ノズルに供給
される空気は、フィード・チューブを通して戻されることを特徴とする前記方法
。
【請求項１２】請求項９から１１記載の方法であって、前記ノズルは、無
線送信サイトに位置していることを特徴とする前記方法。
【請求項１３】請求項９から１２記載の方法であって、前記空気は、音速
よりも早い速度で前記ノズルから送出されることを特徴とする前記方法。
【請求項１４】請求項９から１３記載の方法であって、前記ノズルは、熱
的に遮蔽されていることを特徴とする前記方法。
【請求項１５】請求項９から１４記載の方法であって、前記ノズルは、気
密な容器中に配置されることを特徴とする前記方法。
【請求項１６】請求項９から１５記載の方法であって、前記電気機器がア
ンテナ塔の天辺に配置される時、前記空気供給手段は、前記アンテナ塔の足元に
配置されることを特徴とする前記方法。
【請求項１７】電気機器を冷却する装置であって、ノズルは、チューブを
介して前記ノズルに空気を供給する空気供給手段に接続され、前記ノズルは、前
記電気機器の近辺に配置され、前記ノズルは、電力ラインおよび／送信ラインを
収容するチューブを介して前記空気供給接続されることを特徴とする前記装置。
【請求項１８】電気機器を冷却する方法であって、空気は、ノズルから吹
き出され電気機器に当てられるか、あるいは、その近辺に向けられ、前記ノズル
は、チューブを介して前記ノズルに空気を供給する空気供給手段に接続され、前
記ノズルは、電力ラインおよび／または送信ラインを収容するチューブを介して
前記空気供給手段に接続されていることを特徴とする前記方法。