JP5453444B2 - 無線ネットワークノード内の環境制御 - Google Patents

Description

本発明は、無線ネットワークノードの内部の電子機器を冷却するための、この無線ネットワークノード内の構成および方法に関する。

一般に、今日の無線通信システムは、アクセスネットワークといくつかの通信装置とを備えている。このアクセスネットワークは、いくつかのノード、特に無線基地局、から構築されている。無線基地局の第一の仕事は、その無線基地局の到達範囲内の各通信装置との間で情報を送受信することである。多くの場合、基地局は１日２４時間運転される。したがって、基地局が予測どおり確実に運転可能であることを保証することは特別の関心事であり、かつ重要事である。無線基地局はキャビネットをさらに備え、キャビネットは、無線基地局のさまざまな仕事を行うための回路、または電子機器、を収容するためのエンクロージャを備える。例えば、この回路は、それぞれの仕事を実行する電力制御ユニットと、無線ユニットと、フィルタリングユニットとを備えうる。

無線基地局の広範な業務により、基地局の回路、特に無線ユニット、で発生する熱は必ずしも自然には十分に高いレベルまでには放散されないこともある。代わりに、熱が回路に溜まり、回路の温度が上昇する。回路の温度上昇は、無線基地局内の回路の性能低下、例えば無線基地局内の回路の故障、を引き起こしうる。この結果、基地局の運転に不測の中断が発生しうる。これは、明らかに望ましくない。

したがって、当該技術分野で公知のように、無線基地局内の熱発生機器を冷却するためのシステムが複数開発されている。これらのシステムは、無線基地局のための環境システムまたは環境制御システムと称されることもある。

無線基地局内の熱発生機器を冷却するための公知の手法によると、熱発生機器の内部または外側、および熱交換器の一方の側（すなわち、エンクロージャ内の内部側）の内部または外側に、空気を循環させるためにファンが用いられる。さらに、熱交換器のもう一方の側（すなわちキャビネット内の外部側）の内部または外側に周囲空気を強制的に移動させるためにさらなるファンが用いられる。熱交換器は、電子機器によって加熱された空気から熱を吸収する冷媒をエンクロージャ内の内部側に備える。この結果、冷媒の液相から気相への転移が起こる。エンクロージャ内の内部側に配置される熱交換器部分は、蒸発器と呼ばれる。気体は、蒸発により、熱交換器の外部側に強制的に移動され、そこで熱を周囲空気に放散する。この結果、冷媒の気相から液相への転移が熱交換器の外部側で起こる。外部側に配置される熱交換器部分は、凝縮器と呼ばれる。この段階において、液体は重力により蒸発器に向かって流される。

冷却用の公知の手法の一例が米国特許第６，０２６，８９１号に開示されている。この文献は、無線基地局で使用するための冷却装置に関する。この冷却装置は、電子部品などの熱発生部材を収容するための筐体の内部を冷却する手段を備える。この従来技術において、筐体内の熱発生電子機器からの熱の伝達は、沸騰および凝縮する冷媒を含む熱交換器を用いることによって行われる。冷却能力を向上させるために、空気を熱交換器の両側または片側に強制的に送るための空気調節装置、例えばファン、が用いられている。

この装置は、冷却装置の運転全体を制御するためのコントローラと、筐体内の空気温度を検出し、検出した空気温度の信号をコントローラに送るためのセンサとをさらに備える。平常時の制御モードでは、筐体内部の空気温度に応じて各空気調節装置の速度が調節される。

ただし、空気温度センサは一般には一点の温度を測定し、空気温度は不均一でありうるため、適切な正しい空気温度の測定は難しい。さらに、空気温度センサは、輻射および局所的熱源、例えばヒータ、の影響も受けうる。これは、将来の極めてコンパクトな環境システムにとって大きな問題になってきている。

本発明の目的は、上記の欠点の少なくとも一部を軽減し、無線ネットワークノードにおける冷却のための改良された構成および方法を提供することである。

本発明の第１の側面によると、この目的は、無線ネットワークノード内の電子機器の冷却を制御するための構成によって達成される。この構成は、電子機器を収容するための閉空間と、この閉空間から熱を輸送するための熱交換器とを備える。冷却用流体を閉空間の内側で循環させるように第１の流れ調節装置が配され、冷却用流体を閉空間の外側で循環させるように第２の流れ調節装置が配される。この構成は、構成内の温度を測定するための少なくとも１つのセンサと、少なくとも１つの温度測定値に基づき第１および第２の流れ調節装置の少なくとも一方を制御するためのコントローラとをさらに備え、少なくとも１つのセンサは、構成の内部の固定部材上に配置される。

本発明の第２の側面によると、この目的は、無線ネットワークノード構成の内部の電子機器を冷却するための、この構成における方法によって達成される。この構成は、電子機器を収容するための閉空間と、この閉空間から熱を輸送するための熱交換器とを備える。この構成は、冷却用流体を閉空間の内側で循環させるための第１の流れ調節装置と、冷却用流体を閉空間の外側で循環させるための第２の流れ調節装置とをさらに備える。少なくとも１つのセンサが構成の内部の固定部材上で少なくとも１つの温度を測定する。コントローラは、測定された少なくとも１つの温度を受信し、その温度（単数または複数）に基づき、第１および第２の流れ調節装置の少なくとも一方を制御する。

本発明の利点の１つは、本発明により第１および第２の流れ調節装置の少なくとも一方を制御するために用いられる温度が輻射および／または局所的熱源、例えばヒータ、などの影響を受けない安定した温度であることである。構成の内部の固定部材上で温度を測定することによって、流れ調節装置を制御するために用いられるコントローラに確実で安定した値が提供される。この結果、本発明の目的による、無線ネットワークノード内の電子機器の効率的かつ確実な、改良された冷却がもたらされる。

本発明の特定の特徴および利点を含む本発明のさまざまな側面は、以下の詳細な説明および添付図面から容易に理解されるであろう。

本発明による、ネットワークノード内の構成の内部の各部の簡略ブロック図を示す。 本発明による複数の方法を示すフローチャートである。

図１は、無線ネットワークノード４００内の構成１００の内部の電子機器１０２を冷却するための構成１００を示す。この構成は閉空間１０４を備える。閉空間１０４は、電子機器１０２を収容するための閉空間の複数の壁部材１０４によって画成される。構成１００は、熱を閉空間１０４から閉空間の外側１１２に輸送するための熱交換器１０６をさらに備える。熱交換器１０６を１つの熱交換器で構成してもよいが、あるいはいくつかの熱交換器を直列または並列に構成してもよい。

冷却用流体２０４を閉空間１０４の内側で循環させるように第１の流れ調節装置２０２が配される。熱交換器１０６は、閉空間の内側の冷却用流体２０４から熱を吸収し、その熱を閉空間の外側１１２に放散する。外部冷却用流体２０８を閉空間の外側１１２で循環させるように第２の流れ調節装置２０６が配される。流れ調節装置２０２、２０６は、例えばファンでもよい。流体調節装置２０２、２０６は、第１および第２の流れ調節装置にそれぞれ接続されたコントローラ２１０によって調節される。コントローラ２１０は、閉空間の内側に第１の流れ調節装置２０２に近接させて配置されることが好ましい。構成１００は、閉空間１０４の内側または閉空間の外側１１２の温度を測定するための少なくとも１つのセンサ３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６をさらに備える。

図１に示す実施形態において、熱交換器１０６は、矢印１０９で示されている沸騰および凝縮する冷媒、すなわち冷媒流体、を含む。熱交換器１０６は、閉空間１０４の内側に配置された第１の部分１０７を有する。熱交換器１０６のこの第１の部分１０７は、蒸発器である。第１の部分１０７において、冷媒流体１０９は蒸発し、閉空間１０４の内側の電子機器１０２によって温められた冷却用流体２０４から熱エネルギーを吸収する。熱交換器１０６は、閉空間１０４の外側１１２に配置された第２の部分１０８をさらに有する。熱交換器の第２の部分１０８は、凝縮器である。第２の部分１０８において、冷媒流体１０９は凝縮され、閉空間の外側１１２の外部冷却用流体２０８に熱が放散される。第１の部分１０７と第２の部分１０８との間の冷媒流１０９は、熱サイフォンにおけるように冷媒の液相と気相との間の密度差からの重力によって生じるか、あるいはヒートパイプにおけるように重力と毛細管力とによって生じる。第１および第２の流体調節装置２０２、２０６は、熱交換器１０６の両側またはどちらか一方の側で矢印２０４、２０８が示す方向に冷却用流体を強制的に移動させて冷却能力を向上するために用いられる。

この構成の内部の電子機器１０２の冷却は、少なくとも１つの温度測定値に基づき、第１および第２の流れ調節装置２０２、２０６の少なくとも一方を制御することによって制御される。ここで、少なくとも１つのセンサ３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６は、構成１００の内部の固定部材１０２、１０４、１０６、１１２、３０８上に配置される。

図１に示されているセンサ３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６は、例示を目的として図示されており、構成１００の内部のさらなる固定部材上にさらなるセンサを位置付けしうることを理解されたい。

固定部材は、以下によって構成されうる。
−構成１００の内部に配置された測定子３０８、
−電子機器１０２の何れかの部分、
−熱交換器１０６、１０７、１０８の何れかの部分、
−構成１００の壁部材１０４、１１２、
または、これらの組み合わせ。構成１００の内部の固定部材上で温度を測定することによって、流れ調節装置２０２、２０６を制御するために用いられるコントローラ２１０に確実で安定した値が提供される。この結果、ネットワークノード４００内の電子機器１０２の効率的で確実な、改良された冷却がもたらされる。

本発明の一実施形態において、測定子３０８は、電子機器１０２から閉空間１０４内の冷却用流体２０４に突出する。この実施形態の利点の１つは、測定子の温度変化が一定の慣性または遅延を伴うことである。すなわち、冷間始動中、測定子３０８は、電子機器１０２内の温度と同様の温度を有することになる。

本発明の別の実施形態において（図１には不図示）、測定子３０８は、外側１１２の壁部材から閉空間の外側の外部冷却用流体２０８に突出する。示唆されている他のセンサの何れかと外部センサとを組み合わせて冷却性能を調節することによって、最も効率的で適切な冷却モードを選択する可能性がもたらされる。例えば、より低い周囲温度においては、第２の流れ調節装置２０６を始動させて閉空間１０４の内部温度を下げることが極めて効率的であるのに対し、周囲温度がより高く、内部が既に周囲に近い状況においては、第１の流れ調節装置２０２の加速がより低騒音で行われる。無線ネットワークノード４００の場合のように熱放散が劇的に変化しうる構成の場合、この制御用構成は、熱放散と周囲条件とに応じて冷却の最適化を可能にする。

本発明の一実施形態において、固定部材は、電子機器の感熱部または電子機器のヒートシンクによって表される。センサ３０３、３０５を例えば電子機器１０２の温度感知部の上または近くに位置付けしてもよく、あるいは電子機器上のヒートシンク内に位置付けしてもよい。機器の温度は、構成の寿命期間または信頼性の制限因子であることが多い。機器の温度は、閉空間１０４の内側の冷却用流体２０４の温度、閉空間の内側の冷却用流体２０４への熱伝達、および電子機器１０２の熱放散の両方に左右される。電子機器１０２の温度を測定することによって、これら全ての因子が考慮される。また、システム内部の熱発生が急に増加する場合、例えば始動モードにおいては、冷却システムからの高速応答を実現できる。

本発明の一実施形態において、固定部材１０２、１０４、１０６、１１２、３０８は、閉空間１０４内に配置された熱交換器１０６の第１の部分１０７によって表される。熱交換器の第１の部分１０７の温度を測定するために、閉空間１０４の内側の熱交換器１０６の第１の部分１０７、すなわち蒸発器、の配管上のどこかにセンサ３０２を位置付けしてもよい。熱交換器の内側部分上の蒸発器配管の温度は、閉空間の内側の冷却用流体２０４の温度、閉空間の外側１１２の流体２０８、および流体調節装置を如何に調節するかによって左右される。この温度および熱交換器１０６の能力の最も大きな影響は、閉空間の外側の第２の流体調節装置２０６によって恐らく生成される、熱交換器１０６の第２の部分１０８の外側を流れる流体流２０８の量である。熱が蒸発器の配管の材料に分散されるに伴い、この配管の温度は均一な値の温度を示す。

本発明の一実施形態において、固定部材１０２、１０４、１０６、１１２、３０８は、閉空間の外側１１２に配置された、熱交換器１０６の第２の部分１０８によって表される。熱交換器１０６の第２の部分１０８、すなわち凝縮器、の温度を測定するために、閉空間の外側１１２の凝縮器配管上のどこかにセンサ３０１を位置付けることができる。熱交換器の外側部分上の凝縮器配管の温度は、構成の外側の流体流２０８と、熱交換器１０６内の熱伝達と、流体調節装置２０２、２０６を如何に調節するかによって左右される。一般に、構成１００の外側の流体流２０８は、周囲空気である。

本発明の一実施形態において、固定部材１０２、１０４、１０６、１１２、３０８は、熱交換器１０６内を循環する冷媒流体１０９によって表される。熱交換器１０６の内部の冷媒流体１０９の温度を測定するために、熱交換器１０６の第１の部分１０７の配管の内側または外側のどこかにセンサ３０４を位置付けてもよい。冷媒１０９の温度は、熱交換器１０６の第１の部分１０７の内部または外側を通過した冷却用流体２０４の平均温度より僅かに低く、第２の部分１０８の内部または外側を通過した、またはその周囲にある、冷却用流体２０８の平均温度より僅かに高い。冷媒１０９の温度は、輻射および／または局所的熱源（ヒータ）などに影響されない、安定した温度である。この温度は、熱交換器１０６の第１の部分１０７の外側の冷却用流体２０４の温度の平均値をさらに示す。

本発明の一実施形態において、センサは温度センサである。

本発明の別の実施形態において、センサは、温度を間接的に測定する圧力センサである。例えば、冷媒流体の温度を測定するために、圧力センサを使用しうる。冷媒流体１０９回路内の圧力を求めることによって、冷媒流体の温度を確かめることができる。冷媒回路１０９内には飽和状態が常に存在するため、選ばれた冷媒の温度と圧力との間の関係を各冷媒の参考データから確かめることができる。

参照符号１１２の点線は、閉空間の外側１１２の壁部材を示す。熱交換器１０６の第２の部分１０８と第２の流れ調節装置２０６とは、閉空間の外側１１２に配置され、周囲空気に接触している。

次に、図２に示すフローチャートを参照して無線ネットワークノード構成１００内の電子機器１０２の冷却を制御するための構成１００における方法ステップを説明する。上記のように、構成１００は、電子機器１０２を収容するための閉空間１０４と、熱を閉空間から輸送するための熱交換器１０６と、冷却用流体２０４を閉空間１０４の内側で循環させるための第１の流れ調節装置２０２と、外部冷却用流体２０８を閉空間の外側１１２で循環させるための第２の流れ調節装置２０６とを備える。

３０１． 少なくとも１つのセンサが構成の内部の固定部材上で温度を測定する。

３０２． 少なくとも１つの温度測定値に基づき、第１および第２の流れ調節装置の少なくとも一方が制御される。

本発明の方法によると、構成１００内の固定部材１０２、１０４、１０６、１１２、３０８上で少なくとも１つの温度が測定され、流れ調節装置２０２、２０６を制御するために用いられるコントローラ２１０に確実で安定した値が提供される。この結果、無線ネットワークノード４００の内部の電子機器１０２が効率的かつ確実に冷却される。

本発明をその特定の例示的実施形態に言及して説明してきたが、当業者には多くの異なる変形、変更などが明らかになるであろう。したがって、記載の実施形態は本発明の範囲を限定しようとするものではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。

（定義）
本出願には、固定部材という用語が用いられている。固定部材という表現は、閉空間の内側または閉空間の外側にある、固相、半固相、または液相を有する無線ネットワークノード構成の何れかの部材、例えば、電子機器の何れかの部分、熱交換器の何れかの部分、流れ発生装置、構成の構築要素の何れかの部分、例えば壁部材、機器並びに電池および電池室を構成内に保持するための架など、を意味するものと解釈されたい。

さらに、固定部材は、実際的または機械的な機能はないが、測定子として機能するように構成の内部に配置されてその固着点から僅かに突出する、好ましくは金属、高分子、または複合材料製の、材料片でもよい。

熱交換器は、空気対空気熱交換器、例えばプレート式熱交換器、または冷媒流体を含む沸騰および凝縮熱交換器でもよいことを理解されたい。

無線ネットワークノードは、無線基地局（ＲＢＳ：Ｒａｄｉｏ Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）または無線通信システム内の何れか他の種類の、熱発生電子機器を備えるノードでもよいことを理解されたい。他の種類のノードの例は、送信ノード、遠隔加入者交換機（ＲＳＳ：Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｓｗｉｔｃｈ）、および同様の機能を有するノードである。

用語「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」または「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」の使用時は、非限定的であるとして、「で少なくとも構成される（ｃｏｎｓｉｓｔ ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｆ）」の意味に解釈されたい。

Claims (5)

1. 無線ネットワークノード（４００）内の構成（１００）の内部の電子機器（１０２）を冷却するための構成（１００）であって、
   前記電子機器（１０２）を収容するための閉空間（１０４）と、
   熱を前記閉空間（１０４）から輸送するための熱交換器（１０６）と、
   冷却用流体（２０４）を前記閉空間（１０４）の内側で循環させるための第１の流れ調節装置（２０２）と、
   外部冷却用流体（２０８）を前記閉空間（１０４）の外側（１１２）で循環させるための第２の流れ調節装置（２０６）と、
   前記構成内の温度を測定するための少なくとも１つのセンサ（３０６）と、
   少なくとも１つの温度測定値に基づき、前記第１および第２の流れ調節装置（２０２、２０６）の少なくとも一方を制御するためのコントローラ（２１０）と、を備え、
   前記電子機器（１０２）から前記閉空間（１０４）内の前記冷却用流体（２０４）に突出し、冷間始動中に前記電子機器（１０２）部の温度を測定するための測定子（３０８）に前記少なくとも１つのセンサ（３０６）が配置される、構成（１００）。
2. 前記センサ（３０６）は温度センサである、請求項１に記載の構成。
3. 前記閉空間の外側に配置される前記熱交換器１０６の前記第２の部分（１０８）と前記第２の流れ調節装置（２０６）とは、周囲空気に接触している、請求項１又は２に記載の構成。
4. 前記無線ネットワークノードは無線基地局である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の構成。
5. 無線ネットワークノード構成（１００）の内部の電子機器（１０２）を冷却するための、前記構成（１００）における方法であって、前記構成は、
   前記電子機器（１０２）を収容するための閉空間（１０４）と、
   熱を前記閉空間（１０４）から輸送するための熱交換器（１０６）と、
   冷却用流体（２０４）を前記閉空間（１０４）の内側で循環させるための第１の流れ調節装置（２０２）と、
   冷却用流体（２０８）を前記閉空間の外側（１１２）で循環させるための第２の流れ調節装置（２０６）と、
   前記電子機器（１０２）から前記閉空間（１０４）内の前記冷却用流体（２０４）に突出し、冷間始動中に前記電子機器（１０２）部の温度を測るための測定子（３０８）と、を備え、
   前記方法は、
   少なくとも１つのセンサ（３０６）によって前記構成（１００）の内部の前記電子機器（１０２）の温度を測定するステップと、
   前記電子機器（１０２）上の前記少なくとも１つの温度測定値に基づき、前記第１および第２の流れ調節装置（２０２、２０６）の少なくとも一方を制御するステップと、を含む方法。

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