JP5340399B2 - 電子機器の温度調整のためのネットワークノードにおけるシステム - Google Patents

Description

本発明は無線ネットワークノードに関し、特に、無線ネットワークノード内の電子機器の温度を調整する無線ネットワークノードにおけるシステムに関する。さらにその上、本発明は熱交換ユニットの流れを制限する構成に関する。

一般に、今日の無線通信システムは、無線アクセスネットワークと複数の通信デバイスとを有している。無線アクセスネットワークは、複数のノード、特に、複数の無線基地局によって構築される。無線基地局の主要なタスクは、その無線基地局によりサービスを受けるセル内にある通信デバイスに対して情報を送信したり、また、その通信デバイスから情報を受信することである。多くの場合、基地局は一日２４時間稼働している。それ故に、その基地局が予測可能にそして信頼性が高く運用可能であることを保証することには特別な関心が払われ、特に重要性の高いことである。さらに、無線基地局はキャビネットを有しており、そのキャビネットには、無線基地局の異なるタスクを実行するための回路や電子機器を収容する筐体を含んでいる。例えば、その回路は、電力制御ユニットや、無線アンプを有すた無線ユニットや、対応するタスクを実行するフィルタユニットを有しているかもしれない。

無線基地局の無線アンプの低効率性のために、基地局の、特に、無線ユニットの回路で発生する熱は、必ずしも、十分に高い程度にまで自然に拡散するわけではない。その代わり、熱が回路に蓄積され、回路の温度が上昇する。その回路で温度が上昇すると無線基地局内の回路の性能が低下し、その無線基地局のその回路が故障するかもしれない。結果として、無線基地局の運用において予期せぬ障害が発生するかもしれない。明らかに、このことは望ましいことではない。

それ故に、従来から知られているように、無線基地局内の熱が発生する機器を冷却するシステムが開発されてきた、これらのシステムはしばしば、環境システム、或いは、無線基地局用環境制御システムと呼ばれている。

以下、熱を発生する機器を冷却するためのそのようなシステムの例について説明する。そのシステムは、空気を熱が発生する機器内と熱交換器の片側、即ち、筐体の内側とに循環させるために用いられるファンを有している。さらに、更なるファンが周辺の空気を熱交換器のもう一方の側、即ち、キャビネットの外側に強制的に送り込むために用いられる。その熱交換器は、筐体の内側にある電子機器によって加熱された空気の熱を吸収する冷媒を有している。その結果、冷媒が液相から気相への遷移が生じる。筐体の内側に位置する熱交換器の一部は蒸発器と呼ばれる。その気体が熱交換器の外側に強制的に送り出され、その熱交換器は熱を周辺の空気に放散する。その結果、熱交換器の外側では、冷媒の気相から液相への遷移が生じる。外側に位置する熱交換器の一部は凝結器と呼ばれる。この段階で、重力により強制的に液体に蒸発器に向かう流れを作り出す。この種の熱交換器は一般に熱サイフォンと呼ばれている。

熱サイフォンを有するこの種のシステムでの不都合とは、電子機器が、例えば、寒冷な環境条件の間に不必要に冷却されてしまう点である。その結果、電子機器の性能が損なわれてしまう。

本発明の目的は、電子機器の温度調整をより信頼度高く行うシステムを提供することにある。

本発明を第１の側面から見ると、この目的は、無線ネットワークノード内の電子機器の温度を調整するための無線ネットワークノードにおけるシステムにより達成される。そのシステムは、流れ生成デバイスと前記電子機器とを有し、前記流れ生成デバイスが第１の流体を循環させ、熱が前記電子機器と前記第１の流体との間で伝達可能になるようにする閉空間を備える。そのシステムはさらに、蒸発ユニットと凝結ユニットと第１のパイプと第２のパイプとを有する熱交換ユニットを備える。ここで、前記蒸発ユニットは少なくとも一部が前記閉空間内に位置し、前記凝結ユニットが少なくとも一部が前記閉空間の外側に位置する。前記第１のパイプと前記第２のパイプとは前記蒸発ユニットと前記凝結ユニットとを接続し、これによりループが形成される。第２の流体が前記第１のパイプにより前記凝結ユニットから前記蒸発ユニットに、そして、前記第２のパイプにより前記蒸発ユニットから前記凝結ユニットに流出可能である、さらにその上、このシステムは、前記第１のパイプに備えられ、前記第１のパイプの第２の流体を加熱し、前記第１のパイプ内の流れが制限され、これにより前記電子機器の温度が調整されるように構成される加熱ユニットを備える。

本発明を第２の側面から見ると、この目的は、熱交換ユニットの流れを制限する装置構成によって達成される。この熱交換ユニットは、蒸発ユニットと、凝結ユニットと、第１のパイプと、第２のパイプとを有する。前記第１のパイプと前記第２のパイプとは前記蒸発ユニットと前記凝結ユニットとを接続し、これによりループが形成される。第２の流体が第１のパイプにより前記凝結ユニットから前記蒸発ユニットに、そして、前記第２のパイプにより前記蒸発ユニットから前記凝結ユニットに流出可能である。このシステムはさらに、前記第１のパイプに備えられ、前記第１のパイプの前記第２の流体を加熱し、前記第１のパイプ内の流れが制限されるように構成される加熱ユニットを有する。

本発明の思想は、熱交換ユニットにおける流れを低減させ、これにより、第１及び第２の流体を介した、電子機器からの熱輸送と電子機器への熱輸送との内の少なくともいずれかが低減されるというものである。これは、添付した請求の範囲の独立請求項である請求項１に従うシステムにより、そして、第１のパイプに加熱ユニットを構成するという独立請求項５に従う装置構成により達成される。このようにして、このシステムと装置構成とは、バルブなどのような何らかの可動機械部品を加えることなく、電子機器の温度調整を行うものである。その結果、信頼性の高いシステムと装置構成とが備えられる。

都合の良いことに、加熱ユニットは第２の流体の流れを規制する一方で、漏出のリスクについてはその加熱ユニットの導入前と同じレベルを維持する。

さらにその上、その加熱ユニットは、熱交換器における流れ抵抗については加熱ユニットの導入前と同じレベルを維持する。言い換えると、その加熱ユニットは凝結ユニットと蒸発ユニットとの間の圧力低下をもたらすものではない。

提案されている解決策での更なる利点は、加熱ユニットが安いコストですぐに商用的に入手可能な点にある。

このネットワークノードは、熱を発生する電子機器を含む（無線）通信システムにおける無線基地局や別の種類のノードであっても良いことを理解されたい。他の種類のノードの例には、送信ノード、リモート加入者スイッチ（ＲＳＳ）、及び、同様の機能をもつノードがある。

本発明についての更なる特徴や利点は、添付した請求の範囲と次の説明とを調べるときに明らかとなろう。当業者であれば、添付した請求の範囲により定義された本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の異なる特徴が組み合わせられて、以下に説明する実施例以外の実施例を作り出すことが可能であることを理解するであろう。

本願の特定の特徴や利点を含む本発明の種々の側面は、次に示す詳細な説明と添付図面とから容易に理解されるであろう。その添付図面は以下の通りである。

本発明の実施例に従うシステムの構成を示すブロック図である。 図１のシステムにおける熱交換ユニットを有する構成を示すブロック図である。

次の説明を通して、同じ参照番号は、それが適用可能であるときに、同様の要素、部品、項目、或いは、特徴を示すために用いられている。

図１は本発明の実施例に従うシステム１００の側断面図である。無線ネットワークノード１１０内の電子機器１２０の温度調整を行う無線ネットワークノード１１０のシステム１１０は、流れ生成デバイス１４０と電子機器１２０とを含む閉空間１３０を有している。流れ生成デバイス１４０は、矢印１４１、１４２、１４３、１４４で示されているように、閉空間１３０内の第１の流体を循環させ、熱が電子機器１２０と第１の流体との間で伝達可能なように構成されている。電子機器１２０の近くにある破線の矢印１４４は、第１の流体の流れが電子機器１２０を通って或いは超えて通過していくことを示している。流れ生成デバイス１４０にある破線の矢印１４２は、流れが流れ生成デバイス１４０を通って通過していくことを示している。システム１００はさらに、閉空間１３０内の第１の流体から閉空間１３０の外側の周辺の空気に熱を伝達するように構成されている熱交換器２００を有している。オプションとして、流れ生成デバイス１５０が、矢印１４９により示されているように、閉空間１３０の外側に位置する熱交換器２００の一部を通って、或いは、それを越えて周辺の空気を押したり、その流れを制御するように構成されても良い。このようにして、電子機器１２０からの過剰な熱は、電子機器１２０から閉空間１３０内の第１の流体へと輸送され、第１の流体から矢印１４６、１４７により示されているように、熱交換器２００内に含まれ、その中を循環する第２の流体へと輸送され、そして、第２の流体から例えば周辺の空気へと輸送される。

さて、図２を参照すると、図１に従うシステム１００において、熱交換器２００を含む構成１５０のブロック図が図示されている。熱交換器２００は、蒸発ユニット２０２、凝結ユニット２０３、第１のパイプ２０４、第２のパイプ２０５を有している。蒸発ユニット２０２は、少なくとも一部が閉空間内に位置し、凝結ユニット２０３は少なくとも一部がその閉空間の外側に位置する。第１のパイプ２０４と第２のパイプ２０５とは、蒸発ユニット２０２と凝結ユニット２０３とを接続し、これによりループが形成される。冷却流体或いは冷却剤のような第２の流体は第１のパイプ２０４により凝結ユニット２０３から蒸発ユニット２０２に、そして、第２のパイプ２０５により蒸発ユニット２０２から凝結ユニット２０３に流出可能である、構成１６０は、第１のパイプ２０４に備えられ、第１のパイプ２０４において第２の流体を加熱し、第１のパイプ２０４内の流れが制限されるように構成される加熱ユニット２０１を備える。第１のパイプ２０４における流れを制限することにより、熱交換器２００の性能は低下する。その結果、閉空間１３０内の第１の流体の温度は上昇する。それ故に、電子機器１２０の温度も上昇する。即ち、電子機器１２０の温度が調整される。第１のパイプ２０４の第２の流体が、第２の流体の飽和点（沸点）に近い温度をもっているので、第２の流体を蒸発させるために、わずかな量の熱だけが必要なだけである。気相にある蒸発した第２の流体は、第１のパイプ２０４内において液相にある凝結した第２の流体の流れに反対方向の流れをつくりだす原因となる。その結果、気相と液相の反対に作用するそれぞれの流れのために、ループの流速は低下し、完全になくなることさえある。

図１のシステム１００を動作させるとき、次のステップが同時に或いは順次実行される。そのステップは以下に説明する複数のステップのいずれかで開始する。最初のステップとして、矢印２１１により示されているように、蒸発ユニット２０２は第２の流体を蒸発させる。その結果、矢印２１２により示されているように、蒸発ユニット２０２から凝結ユニット２０３への第２の流体の第１の流れが生み出される。次に、矢印２１３により示されているように、凝結ユニット２０３は第２の流体を凝結させる。これにより、矢印２１４により示されているように、凝結ユニット２０３から蒸発ユニット２０２への第２の流体の第２の流れが生み出される。第２の流れは重力により強められる、更なるステップにおいて、加熱ユニット２０１は第１のパイプ２０４の第２の流体を加熱する。第２の流体の温度は、第２の流体の飽和点に近いので、第２の流体に伝達されたわずかな量の熱だけで第２の流体を蒸発させる。その結果、矢印２１５により示されているように、第２の流体の第３の流れが生み出される。このようにして、凝結ユニット２０３から蒸発ユニット２０２へ向かう液相での第２の流体の流れと比較して反対方向に向かう第３の流れは、ループでの第２の流体の全体的な流れを減少させる。その結果、ループでの第２の流体の減少した全体的な流れは、電子機器と第２の流体との間で伝達される熱量を減少させる。それ故に、電子機器の冷却効果が小さくなる。

なお、加熱ユニットは代替的に或いは付加的に、第１のパイプを加熱し、その結果、そこにある第２の流体を加熱するように構成されていても良い。

上述のように、熱交換器ユニット２００における第２の流体の流れは間接的に、電子機器に対して伝達される熱量とその電子機器から伝達される熱量との内の少なくともいずれかの熱量に影響を及ぼす。従って、更なるステップでは、その加熱ユニットはオプション的には、コントローラ（不図示）により制御されると良い。これにより、無線ネットワークノードに含まれる電子機器の温度は制御される。

さらにその上、本発明に従うシステムのいくつかの実施例では、熱交換ユニット２００は、熱サイフォンを有している。その熱サイフォンによる空気抵抗や空気圧力差は小さいことが好ましい。都合の良いことに、流れ生成デバイス１４０は低電力で動作でき、即ち、そのシステムはエネルギー効率が良い。しかしながら、しばしば、熱交換器を通る周辺の空気の望ましくない流れ（矢印１４９を参照）が原因となって、熱交換器が電子機器１２０を望まれる以上に冷却してしまうことがあるかもしれない。周辺空気の望ましくない流れは外部の環境条件により作られたり、その環境条件に依存する。例えば、風の強い日は、電子機器１２０の望ましくない冷却の原因となるかもしれない。上述のような、加熱ユニット２０１の備えにより、電子機器１２０から伝達される熱量の低減（或いは、おそらくは完全な遮断）が可能になり、これにより、電子機器１２０の動作が損なわれないことを保証している。

本発明に従うシステムの実施例では、凝結ユニット２０３は少なくともその一部が蒸発ユニット２０２の上方に位置している。表現を変えて言えば、蒸発ユニット２０２と凝結ユニット２０３とは互いに関して、重力のために流体が凝結ユニット２０３から蒸発ユニット２０２へと流れるように構成される。その結果、一般に知られた流体力学の原理に従って、蒸発ユニット２０２で蒸発した流体が上方に移動することが可能になり、凝結ユニット２０３で凝結した流体が下方に移動することが可能になる。

本発明の実施例に従うシステムの例において、電子機器１２０と流れ生成デバイス１４０とは、熱が電子機器１２０と第１の流体との間で伝達可能であるように構成される。ここで、流れ生成デバイス１４０は、閉空間１３０内で第１の流体を循環させるように構成されている。即ち、不図示ではあるが、流れ生成デバイス１４０は、閉空間１３０の上部に、熱交換ユニット２００の隣に、かつ、熱交換ユニット２００と地面から同じレベルに備えられると良い。或いはその代わりに、流れ生成デバイス１４０は閉空間１３０の下部に、電子機器１２０の隣に、かつ、電子機器１２０と地面から同じレベルに備えられる一方、熱交換ユニット２００は依然として閉空間１３０の上方に備えられると良い。当業者であれば、電子機器１２０と流れ生成デバイス１４０とを、熱が電子機器１２０と第１の流体との間で伝達可能であるように配置する代替案を見出すかもしれない。

以上、本発明の具体的で代表的な実施例を参照して本発明について説明したとしても、多くの異なる変更や変形例などが当業者には明らかであろう。それ故に、ここで説明した実施例は、添付した請求の範囲によって規定される本発明の範囲を限定することが意図されていない。

Claims (5)

1. 無線ネットワークノード（１１０）内の電子機器（１２０）の温度を調整するための前記無線ネットワークノード（１１０）におけるシステム（１００）であって、
   流れ生成デバイス（１４０）と前記電子機器（１２０）とを有し、前記流れ生成デバイス（１４０）が第１の流体を循環させ、熱が前記電子機器（１２０）と前記第１の流体との間で伝達可能になるようにする閉空間（１３０）と、
   蒸発ユニット（２０２）と凝結ユニット（２０３）と第１のパイプ（２０４）と第２のパイプ（２０５）とを有する熱交換ユニット（２００）と、
   前記第１のパイプ（２０４）に備えられ、前記第１のパイプ（２０４）の第２の流体を加熱する加熱ユニット（２０１）とを有し、
   前記蒸発ユニット（２０２）は少なくとも一部が前記閉空間内の上部に位置し、前記凝結ユニット（２０３）が前記蒸発ユニットの上方に備えられ、そして前記閉空間の外側に位置し、
   前記第１のパイプ（２０４）と前記第２のパイプ（２０５）とが前記蒸発ユニット（２０２）と前記凝結ユニット（２０３）とを接続し、これによりループを形成するように構成され、
   前記蒸発ユニットにより蒸発した前記第２の流体が自然対流のために前記第２のパイプ（２０５）により前記蒸発ユニット（２０２）から前記凝結ユニット（２０３）に運ばれ、そして、前記凝結ユニットにより凝結熱をうばわれ凝結し、温度が飽和温度近くになった前記第２の流体は前記第１のパイプ（２０４）を介し重力沈降により前記凝結ユニット（２０３）から前記蒸発ユニット（２０２）へと運ばれ、
   前記加熱ユニット（２０１）は前記第１のパイプの前記第２の流体を蒸発させて前記第１のパイプ（２０４）内に液相での凝結した第２の流体（２１４）の流れとは反対方向に気相での蒸発した第２の流体の流れ（２１５）を作り出し、前記第１のパイプ（２０４）での前記第２の流体の流れを調整し、前記電子機器（１２０）の温度を調整することを特徴とするシステム。
2. 前記第２の流体は冷媒となる流体であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記熱交換ユニット（２００）は熱サイフォンであることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記ネットワークノード（１１０）は無線基地局であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 電子機器の温度を調整するために用いられる熱交換ユニット（２００）の流れを制限する装置（１６０）であって、
   蒸発ユニット（２０２）と、
   凝結ユニット（２０３）と、
   第１のパイプ（２０４）と、
   第２のパイプ（２０５）とを有し、
   前記第１のパイプ（２０４）と前記第２のパイプ（２０５）は前記蒸発ユニット（２０２）と前記凝結ユニット（２０３）とを接続し、これによりループを形成し、
   前記凝結ユニットは前記蒸発ユニットの上方に備えられ、
   前記蒸発ユニットにより蒸発した流体が自然対流のために前記第２のパイプ（２０５）により前記蒸発ユニット（２０２）から前記凝結ユニット（２０３）に運ばれ、そして、前記凝結ユニットにより凝結熱をうばわれ凝結し、温度が飽和温度近くになった前記流体は前記第１のパイプ（２０４）を介し重力沈降により前記凝結ユニット（２０３）から前記蒸発ユニット（２０２）へと運ばれ、
   前記装置（１６０）はさらに、
   前記第１のパイプ（２０４）に備えられ、前記第１のパイプ（２０４）の前記流体を加熱する加熱ユニット（２０１）を有し、
   前記加熱ユニット（２０１）は前記第１のパイプの前記流体を蒸発させて前記第１のパイプ（２０４）内に液相での凝結した流体（２１４）の流れとは反対方向に気相での蒸発した流体の流れ（２１５）を作り出し、前記第１のパイプ（２０４）での前記流体の流れを調整し、前記電子機器（１２０）の温度を調整することを特徴とする装置。

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