户外移动通信基站设备用高效冷却系统.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201010547381.7

申请日:

2010.11.16

公开号:

CN102065669A

公开日:

2011.05.18

当前法律状态:

驳回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):H05K 7/20申请公布日:20110518|||实质审查的生效IPC(主分类):H05K 7/20申请日:20101116|||公开

IPC分类号:

H05K7/20; F25B21/02

主分类号:

H05K7/20

申请人:

浙江大学; 浙江中程节能科技有限公司

发明人:

邱利民; 林梦雅; 姜晓; 于川; 姜东; 张楷浩; 唐媛; 禹娟; 王昂

地址:

310027 浙江省杭州市西湖区浙大路38号

优先权:

专利代理机构:

杭州求是专利事务所有限公司 33200

代理人:

张法高

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内容摘要

本发明公开了一种户外移动通信基站设备用高效冷却系统。系统包括主箱体、风机组、太阳能集热器、半导体制冷系统、电控箱。主箱体左侧壁设有半导体制冷系统;主箱体顶部设有风机组;主箱体上方设有太阳能集热器,太阳能集热器与风机组、半导体制冷系统相连;主箱体内设有温度传感器并与电控箱相连;主箱体前、后侧壁从里到外依次设有相变材料层、空气层、PEF塑料保温层和PVC板;主箱体左、右侧壁从里到外依次设有PVC板、空气层、PEF塑料保温层和PVC板。相变材料层内充注有相变材料。本系统可以使主箱体内部温度维持在适合箱内设备工作的最佳温度范围。将其运用于户外移动通信基站设备冷却将有效延长设备使用寿命、节约电能、降低碳排放、降低运营成本。

权利要求书

1: 一种户外移动通信基站设备用高效冷却系统, 其特征在于包括主箱体 (1)、 风机组 (2)、 太阳能集热器 (3)、 半导体制冷系统 (4)、 电控箱 (5) ; 主箱体 (1) 左侧壁设有半导体制 冷系统 (4) ; 主箱体 (1) 顶部设有风机组 (2) ; 主箱体 (1) 上方设有太阳能集热器 (3), 太阳 能集热器 (3) 与风机组 (2)、 半导体制冷系统 (4) 相连 ; 主箱体 (1) 内设有温度传感器并与 电控箱 (5) 相连 ; 主箱体 (1) 前、 后侧壁从里到外依次设有相变材料层 (6)、 空气层 (7)、 PEF 塑料保温层 (8) 和 PVC 板 (9) ; 主箱体 (1) 左、 右侧壁从里到外依次设有 PVC 板 (9)、 空气层 (7)、 PEF 塑料保温层 (8) 和 PVC 板 (9)。
2: 根据权利要求 1 所述的一种户外移动通信基站设备用高效冷却系统, 其特征在于所 述的相变材料层 (6) 内充注有相变材料, 相变材料的相变温度为 25℃ -30℃。
3: 根据权利要求 2 所述的一种户外移动通信基站设备用高效冷却系统, 其特征在于所 述的相变材料为二苯醚 / 优态盐。
4: 根据权利要求 1 所述的一种户外移动通信基站设备用高效冷却系统, 其特征在于所 述的半导体制冷系统 (4) 包括两个半导体片 (10)、 两个半导体片用散热风机 (11)、 板翅式 换热器 (12)、 换热器用散热风机 (13)、 管路 (14)、 水泵 (15), 其中两个半导体片 (10) 分别 与两个半导体片用散热风机 (11) 紧贴连接, 置于主箱体 (1) 左侧壁, 半导体片 (10) 与水泵 (15) 通过管路 (14) 连接, 板翅式换热器 (12) 与换热器用散热风机 (13) 紧贴相连, 用于冷 却水泵循环水。板翅式换热器 (12), 换热器用散热风机 (13)、 管路 (14)、 水泵 (15) 集装在 矩形盒体 (16) 内。

说明书


户外移动通信基站设备用高效冷却系统

    技术领域 本发明涉及制冷与低温技术领域中的分布式冷却技术、 蓄能技术, 并利用太阳能 作为可再生能源辅助。尤其涉及一种户外移动通信基站设备用高效冷却系统。
     背景技术 电信运营企业使用的能源 80%以上为电力, 这其中绝大部分消耗在基站和机房。 当前, 电池在基站中的价格比例不断上升 : 一个基站的电池组成本为 1.5-1.6 万元。 随着业 务增长, 通信行业面临着运行费用、 能耗的双重压力, “节能减排” 成为每一个运营商的一个 工作重点。
     目前国内外户外移动基站普遍采用全空间冷却的模式, 在维持基站设备冷却的同 时, 有相当部分的冷却负荷用于室内的维护结构, 不仅室内空气环境热干扰巨大, 而且给环 境冷却造成能源浪费 ; 全年运行的情况下, 空调负荷变化大, 系统功率匹配单一, 难以保证 全年经济运行 ; 冷季室内外温差未得到充分利用 ; 基站设备实际发热与现有空调实际制冷 能力不匹配。
     冰蓄冷系统是通过水的液、 固变化所具有的凝固 ( 溶解 ) 热来储存 ( 释放 ) 冷 量, 蓄能密度较高, 约为水蓄冷的 7-8 倍。这一理念可由冰推广至相变材料 (Phase Change Material, PCM)。相变材料主要包括无机 PCM、 有机 PCM 和混合 PCM 三类。
     发明内容
     本发明的目的是为了提供并维持蓄电池工作的最佳温度, 提高蓄电池的使用寿 命, 降低户外移动基站运行费用。提供一种户外移动通信基站设备用高效冷却系统。
     户外移动通信基站设备用高效冷却系统包括主箱体、 风机组、 太阳能集热器、 半导 体制冷系统、 电控箱。主箱体左侧壁设有半导体制冷系统 ; 主箱体顶部设有风机组 ; 主箱体 上方设有太阳能集热器, 太阳能集热器与风机组、 半导体制冷系统相连 ; 主箱体内设有温度 传感器并与电控箱相连 ; 主箱体前、 后侧壁从里到外依次设有相变材料层、 空气层、 PEF 塑 料保温层和 PVC 板 ; 主箱体左、 右侧壁从里到外依次设有 PVC 板、 空气层、 PEF 塑料保温层和 PVC 板。
     所述的相变材料层内充注有相变材料, 相变材料的相变温度为 25℃ -30℃。
     所述的相变材料为二苯醚 / 优态盐。利用相变材料相变过程的吸热与放热可以在 不同环境温度下, 贮存或释放外界环境能量, 为箱体空间所用, 使主箱体内部温度维持在适 合箱内设备工作的最佳温度范围。
     所述的半导体制冷系统包括两个半导体片、 两个半导体片用散热风机、 板翅式换 热器、 换热器用散热风机、 管路、 水泵, 其中两个半导体片分别与两个半导体片用散热风机 紧贴连接, 置于主箱体左侧壁, 半导体片与水泵通过管路连接, 板翅式换热器与换热器用散 热风机紧贴相连, 用于冷却水泵循环水。 板翅式换热器, 换热器用散热风机、 管路、 水泵集装 在矩形盒体内。本发明以 “分布式冷却” 为指导, 设计了侧壁空气层结构及相变材料蓄冷系统, 贮 存夜间冷量白天使用, 具有较高的节能性。 同时主箱体设计成可拆卸模块, 具有很强的适用 性。利用的太阳能驱动各部件工作, 充分实现了低碳化。将本系统运用于户外移动通信基 站设备冷却, 将有效延长设备使用寿命、 节约电能、 降低碳排放、 降低运营成本。 附图说明
     图 1 是户外移动通信基站设备用高效冷却系统局部剖视图 ;
     图 2 是本发明的主箱体主视、 左视图 ;
     图 3 是本发明的主箱体 A-A 剖面图 ;
     图 4 是本发明的主箱体 B-B 剖面图 ;
     图 5 是本发明的半导体制冷系统 C-C 剖面图 ;
     图 6 是本发明的半导体制冷系统 D-D 剖面图 ;
     图 7 是本发明的主箱体内部空气循环图 ;
     图 8 是本发明的主箱体引入外界冷空气循环图 ;
     图 9 是本发明的主箱体引入外界暖空气循环图 ; 图 10 是本发明的电控箱设备自动切换电路及对应的接口电路 ;
     图中, 主箱体 1、 风机组 2、 太阳能集热器 3、 半导体制冷系统 4、 电控箱 5、 相变材料 层 6、 空气层 7、 PEF 塑料保温层 8 和 PVC 板 9、 半导体片 10、 半导体片用散热风机 11、 板翅式 换热器 12、 换热器用散热风机 13、 管路 14、 水泵 15、 矩形盒体 16。
     具体实施方式
     如图 1、 图 2 所示, 户外移动通信基站设备用高效冷却系统包括主箱体 1、 风机组 2、 太阳能集热器 3、 半导体制冷系统 4、 电控箱 5 ; 主箱体 1 左侧壁设有半导体制冷系统 4 ; 主箱 体 1 顶部设有风机组 2 ; 主箱体 1 上方设有太阳能集热器 3, 太阳能集热器 3 与风机组 2、 半 导体制冷系统 4 相连 ; 主箱体 1 内设有温度传感器并与电控箱 5 相连。
     如图 1、 图 3 所示, 主箱体 1 前、 后侧壁从里到外依次设有相变材料层 6、 空气层 7、 PEF 塑料保温层 8 和 PVC 板 9 ; 主箱体 1 左、 右侧壁从里到外依次设有 PVC 板 9、 空气层 7、 PEF 塑料保温层 8 和 PVC 板 9。
     如 图 3 所 示, 相 变 材 料 层 6 内 充 注 有 相 变 材 料, 相变材料的相变温度为 25℃ -30℃。相变材料为二苯醚 / 优态盐。
     如图 1、 图 3、 图 4、 图 5、 图 6 所示, 半导体制冷系统 4 包括两个半导体片 10、 两个 半导体片用散热风机 11、 板翅式换热器 12、 换热器用散热风机 13、 管路 14、 水泵 15, 其中两 个半导体片 10 分别与两个半导体片用散热风机 11 紧贴连接, 置于主箱体 1 左侧壁, 半导体 片 10 与水泵 15 通过管路 14 连接, 板翅式换热器 12 与换热器用散热风机 13 紧贴相连, 用 于冷却水泵 15 循环水。板翅式换热器 12, 换热器用散热风机 13、 管路 14、 水泵 15 集装在矩 形盒体 16 内。
     该结构可实现 : 各箱面的整体更换 ; 白天主箱体内部气流循环、 侧壁的空气层静 止; 夜间侧壁的空气层由顶部风机组驱动与主箱体内外空气形成流动循环。当内部温度高 于外部时, 引入外界冷量 ; 当内部温度过低时, 将外部热量导入箱体。太阳能驱动半导体制冷系统在环境冷量不足时为箱体内空间及相变材料层提供冷量。
     以下以户外移动通信基站用蓄电池为例, 对户外移动通信基站设备用高效冷却系 统的工作原理进行说明。 蓄电池的最佳工作温度在 25℃。 相变材料可以选择实测相变温度 为 26.8℃的二苯醚。
     1. 当环境温度 T0 > 30℃ ( 夏季 ) 时 :
     1) 主箱体内部温度 Ti > 30℃ : 开启半导体制冷系统, 顶部风机组关闭, 相变材料 由液态变成固态, 主箱体内部温度 Ti 下降, 同时贮存冷量 ( 如图 7 所示 ) ;
     2) 主箱体内部温度 Ti < 30℃ : 关闭半导体制冷系统, 顶部风机组关闭, 相变材料 由固态变成液混合状态, 实现冷量的释放和贮存, 维持 Ti 小范围 ( 如图 7 所示 )。
     2. 当环境温度 15℃< To < 26℃ ( 春、 秋季 ) 时 :
     1) 主箱体内部温度 Ti < To : 关闭半导体制冷系统, 顶部风机组关闭, 相变材料为 固体状态, 可以利用其贮存的冷量 ( 如图 7 所示 ) ;
     2) 主箱体内部温度 Ti > To : 关闭半导体制冷系统, 顶部风机组开启, 相变材料为 固体状态, 可以引入外界冷量并贮存 ( 如图 8 所示 )。
     3. 当环境温度 To < 15℃ ( 冬季 ) 时 :
     1) 改换相变材料 : 实现过程与前两点类似 ;
     2) 保持相变材料 : 关闭半导体制冷系统, 顶部风机组开启, 引入机箱热量并贮存 ( 如图 9 所示 )。
     主箱体内部温度维持在 25 ~ 30℃。电控箱控制半导体制冷系统的开关 ( 如图 10 所示 )。

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1、10申请公布号CN102065669A43申请公布日20110518CN102065669ACN102065669A21申请号201010547381722申请日20101116H05K7/20200601F25B21/0220060171申请人浙江大学地址310027浙江省杭州市西湖区浙大路38号申请人浙江中程节能科技有限公司72发明人邱利民林梦雅姜晓于川姜东张楷浩唐媛禹娟王昂74专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人张法高54发明名称户外移动通信基站设备用高效冷却系统57摘要本发明公开了一种户外移动通信基站设备用高效冷却系统。系统包括主箱体、风机组、太阳能集热器、半导体制冷。

2、系统、电控箱。主箱体左侧壁设有半导体制冷系统;主箱体顶部设有风机组;主箱体上方设有太阳能集热器,太阳能集热器与风机组、半导体制冷系统相连;主箱体内设有温度传感器并与电控箱相连;主箱体前、后侧壁从里到外依次设有相变材料层、空气层、PEF塑料保温层和PVC板;主箱体左、右侧壁从里到外依次设有PVC板、空气层、PEF塑料保温层和PVC板。相变材料层内充注有相变材料。本系统可以使主箱体内部温度维持在适合箱内设备工作的最佳温度范围。将其运用于户外移动通信基站设备冷却将有效延长设备使用寿命、节约电能、降低碳排放、降低运营成本。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明。

3、书3页附图6页CN102065679A1/1页21一种户外移动通信基站设备用高效冷却系统,其特征在于包括主箱体1、风机组2、太阳能集热器3、半导体制冷系统4、电控箱5;主箱体1左侧壁设有半导体制冷系统4;主箱体1顶部设有风机组2;主箱体1上方设有太阳能集热器3,太阳能集热器3与风机组2、半导体制冷系统4相连;主箱体1内设有温度传感器并与电控箱5相连;主箱体1前、后侧壁从里到外依次设有相变材料层6、空气层7、PEF塑料保温层8和PVC板9;主箱体1左、右侧壁从里到外依次设有PVC板9、空气层7、PEF塑料保温层8和PVC板9。2根据权利要求1所述的一种户外移动通信基站设备用高效冷却系统,其特征在。

4、于所述的相变材料层6内充注有相变材料,相变材料的相变温度为2530。3根据权利要求2所述的一种户外移动通信基站设备用高效冷却系统,其特征在于所述的相变材料为二苯醚/优态盐。4根据权利要求1所述的一种户外移动通信基站设备用高效冷却系统,其特征在于所述的半导体制冷系统4包括两个半导体片10、两个半导体片用散热风机11、板翅式换热器12、换热器用散热风机13、管路14、水泵15,其中两个半导体片10分别与两个半导体片用散热风机11紧贴连接,置于主箱体1左侧壁,半导体片10与水泵15通过管路14连接,板翅式换热器12与换热器用散热风机13紧贴相连,用于冷却水泵循环水。板翅式换热器12,换热器用散热风机。

5、13、管路14、水泵15集装在矩形盒体16内。权利要求书CN102065669ACN102065679A1/3页3户外移动通信基站设备用高效冷却系统技术领域0001本发明涉及制冷与低温技术领域中的分布式冷却技术、蓄能技术,并利用太阳能作为可再生能源辅助。尤其涉及一种户外移动通信基站设备用高效冷却系统。背景技术0002电信运营企业使用的能源80以上为电力,这其中绝大部分消耗在基站和机房。当前,电池在基站中的价格比例不断上升一个基站的电池组成本为1516万元。随着业务增长,通信行业面临着运行费用、能耗的双重压力,“节能减排”成为每一个运营商的一个工作重点。0003目前国内外户外移动基站普遍采用全空。

6、间冷却的模式,在维持基站设备冷却的同时,有相当部分的冷却负荷用于室内的维护结构,不仅室内空气环境热干扰巨大,而且给环境冷却造成能源浪费;全年运行的情况下,空调负荷变化大,系统功率匹配单一,难以保证全年经济运行;冷季室内外温差未得到充分利用;基站设备实际发热与现有空调实际制冷能力不匹配。0004冰蓄冷系统是通过水的液、固变化所具有的凝固溶解热来储存释放冷量,蓄能密度较高,约为水蓄冷的78倍。这一理念可由冰推广至相变材料PHASECHANGEMATERIAL,PCM。相变材料主要包括无机PCM、有机PCM和混合PCM三类。发明内容0005本发明的目的是为了提供并维持蓄电池工作的最佳温度,提高蓄电池。

7、的使用寿命,降低户外移动基站运行费用。提供一种户外移动通信基站设备用高效冷却系统。0006户外移动通信基站设备用高效冷却系统包括主箱体、风机组、太阳能集热器、半导体制冷系统、电控箱。主箱体左侧壁设有半导体制冷系统;主箱体顶部设有风机组;主箱体上方设有太阳能集热器,太阳能集热器与风机组、半导体制冷系统相连;主箱体内设有温度传感器并与电控箱相连;主箱体前、后侧壁从里到外依次设有相变材料层、空气层、PEF塑料保温层和PVC板;主箱体左、右侧壁从里到外依次设有PVC板、空气层、PEF塑料保温层和PVC板。0007所述的相变材料层内充注有相变材料,相变材料的相变温度为2530。0008所述的相变材料为二。

8、苯醚/优态盐。利用相变材料相变过程的吸热与放热可以在不同环境温度下,贮存或释放外界环境能量,为箱体空间所用,使主箱体内部温度维持在适合箱内设备工作的最佳温度范围。0009所述的半导体制冷系统包括两个半导体片、两个半导体片用散热风机、板翅式换热器、换热器用散热风机、管路、水泵,其中两个半导体片分别与两个半导体片用散热风机紧贴连接,置于主箱体左侧壁,半导体片与水泵通过管路连接,板翅式换热器与换热器用散热风机紧贴相连,用于冷却水泵循环水。板翅式换热器,换热器用散热风机、管路、水泵集装在矩形盒体内。说明书CN102065669ACN102065679A2/3页40010本发明以“分布式冷却”为指导,设。

9、计了侧壁空气层结构及相变材料蓄冷系统,贮存夜间冷量白天使用,具有较高的节能性。同时主箱体设计成可拆卸模块,具有很强的适用性。利用的太阳能驱动各部件工作,充分实现了低碳化。将本系统运用于户外移动通信基站设备冷却,将有效延长设备使用寿命、节约电能、降低碳排放、降低运营成本。附图说明0011图1是户外移动通信基站设备用高效冷却系统局部剖视图;0012图2是本发明的主箱体主视、左视图;0013图3是本发明的主箱体AA剖面图;0014图4是本发明的主箱体BB剖面图;0015图5是本发明的半导体制冷系统CC剖面图;0016图6是本发明的半导体制冷系统DD剖面图;0017图7是本发明的主箱体内部空气循环图;。

10、0018图8是本发明的主箱体引入外界冷空气循环图;0019图9是本发明的主箱体引入外界暖空气循环图;0020图10是本发明的电控箱设备自动切换电路及对应的接口电路;0021图中,主箱体1、风机组2、太阳能集热器3、半导体制冷系统4、电控箱5、相变材料层6、空气层7、PEF塑料保温层8和PVC板9、半导体片10、半导体片用散热风机11、板翅式换热器12、换热器用散热风机13、管路14、水泵15、矩形盒体16。具体实施方式0022如图1、图2所示,户外移动通信基站设备用高效冷却系统包括主箱体1、风机组2、太阳能集热器3、半导体制冷系统4、电控箱5;主箱体1左侧壁设有半导体制冷系统4;主箱体1顶部设。

11、有风机组2;主箱体1上方设有太阳能集热器3,太阳能集热器3与风机组2、半导体制冷系统4相连;主箱体1内设有温度传感器并与电控箱5相连。0023如图1、图3所示,主箱体1前、后侧壁从里到外依次设有相变材料层6、空气层7、PEF塑料保温层8和PVC板9;主箱体1左、右侧壁从里到外依次设有PVC板9、空气层7、PEF塑料保温层8和PVC板9。0024如图3所示,相变材料层6内充注有相变材料,相变材料的相变温度为2530。相变材料为二苯醚/优态盐。0025如图1、图3、图4、图5、图6所示,半导体制冷系统4包括两个半导体片10、两个半导体片用散热风机11、板翅式换热器12、换热器用散热风机13、管路1。

12、4、水泵15,其中两个半导体片10分别与两个半导体片用散热风机11紧贴连接,置于主箱体1左侧壁,半导体片10与水泵15通过管路14连接,板翅式换热器12与换热器用散热风机13紧贴相连,用于冷却水泵15循环水。板翅式换热器12,换热器用散热风机13、管路14、水泵15集装在矩形盒体16内。0026该结构可实现各箱面的整体更换;白天主箱体内部气流循环、侧壁的空气层静止;夜间侧壁的空气层由顶部风机组驱动与主箱体内外空气形成流动循环。当内部温度高于外部时,引入外界冷量;当内部温度过低时,将外部热量导入箱体。太阳能驱动半导体制说明书CN102065669ACN102065679A3/3页5冷系统在环境冷。

13、量不足时为箱体内空间及相变材料层提供冷量。0027以下以户外移动通信基站用蓄电池为例,对户外移动通信基站设备用高效冷却系统的工作原理进行说明。蓄电池的最佳工作温度在25。相变材料可以选择实测相变温度为268的二苯醚。00281当环境温度T030夏季时00291主箱体内部温度TI30开启半导体制冷系统,顶部风机组关闭,相变材料由液态变成固态,主箱体内部温度TI下降,同时贮存冷量如图7所示;00302主箱体内部温度TI30关闭半导体制冷系统,顶部风机组关闭,相变材料由固态变成液混合状态,实现冷量的释放和贮存,维持TI小范围如图7所示。00312当环境温度15TO26春、秋季时00321主箱体内部温。

14、度TITO关闭半导体制冷系统,顶部风机组关闭,相变材料为固体状态,可以利用其贮存的冷量如图7所示;00332主箱体内部温度TITO关闭半导体制冷系统,顶部风机组开启,相变材料为固体状态,可以引入外界冷量并贮存如图8所示。00343当环境温度TO15冬季时00351改换相变材料实现过程与前两点类似;00362保持相变材料关闭半导体制冷系统,顶部风机组开启,引入机箱热量并贮存如图9所示。0037主箱体内部温度维持在2530。电控箱控制半导体制冷系统的开关如图10所示。说明书CN102065669ACN102065679A1/6页6图1图2说明书附图CN102065669ACN102065679A2/6页7图3说明书附图CN102065669ACN102065679A3/6页8图4图5说明书附图CN102065669ACN102065679A4/6页9图6图7说明书附图CN102065669ACN102065679A5/6页10图8图9说明书附图CN102065669ACN102065679A6/6页11图10说明书附图CN102065669A。

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