CN1365599A - 用于冷却电器部件的装置和技术仪器 - Google Patents

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Abstract

装置有至少一个薄膜过滤器(MB)用于从进入电器部件用于冷却的冷却空气中将至少脏粒子进行表面过滤以及有至少一个冷却装置用于在壳体内建立空气流和将变热的冷却空气从至少一个空气出口从壳体中排出。有特征的是将薄膜过滤器借助于振动发生器置于机械振动,机械振动造成落在表面上的脏粒子脱离。

Description

用于冷却电器部件的装置和技术仪器
本发明涉及到冷却安装在壳体内的电器部件的装置和技术仪器，特别是移动无线系统或者无绳用户连接系统的基站。
在电器运行的技术仪器中电流通过元件和部件的功率损耗导致仪器的发热。因为技术仪器的电器标准受限制的允许运行温度范围只有例如70℃，将这些通过冷却装置冷却。这些冷却装置例如是风扇，风扇在壳体内建立围绕或者通过电器元件和部件的气流和因此将产生的热功率排出。
此外当电器仪器运行时除了将封闭空间或者在封闭空间内不利情况的热排出之外附加安排了充分保护例如脏粒子和液体的环境影响。此外还必须遵守按照专门IP-等级的保护规定，以确保技术仪器的持久功能。
在DE 19755944中已知，在壳体的空气入口处安排了薄膜过滤器用于将进入的冷却空气的脏粒子进行表面过滤。例如与在DE 19626778中已知的确保内部冷却循环与外部冷却循环完全隔离的具有空气/空气热交换器的壳体相比较，可以通过使用薄膜过滤器用简单方法达到充分保护对于上述使用领域相应保护规定的技术仪器的电器部件。同时对于冷却必要的大气环境温度和壳体内部的温度之间的温差变小。
例如这样的薄膜过滤器是建立在名称为Goretex，Sypatex等应用于覆盖对象上的已知的薄膜基础上的。这种薄膜是由可能有非常小的孔尺寸的纤维的细的编织物或者针织物构成的。例如作为材料已知使用PTFE(聚四氟乙烯)，特氟隆名字也是熟习的。一般来说将薄膜实现为载体材料，以达到薄膜过滤器的一定稳定性和硬度。
由于薄膜过滤器的孔尺寸非常小这个与传统过滤器相比较脏东西是顽固的，例如因为脏粒子不可能固定在薄膜的针织物上和不可能在过滤器表面被分离出来。由于这种特性脏粒子落在薄膜过滤器的表面上和构成所谓的过滤器蛋糕，这对冷却空气代表了应该附加克服的阻力。缺点是由于过滤器蛋糕减少了冷却空气的通过量由于反压力的提高有可能造成超过允许的临界温度。
以下任务以本发明为基础，规定一种冷却装置和一种技术仪器，这些使容易地清洁薄膜过滤器成为可能。这个任务是通过按照权利要求1的冷却装置和按照权利要求12的技术仪器解决的。本发明有益的扩展结构是由子权利要求中获悉的。
按照本发明安装在壳体内的电器部件的冷却装置至少有一个安装在壳体各个空气入口处的薄膜过滤器用于至少将进入的用于冷却电器部件的冷却空气的脏粒子进行表面过滤以及至少有一个冷却装置用于在壳体内建立空气流和为了将被过滤的，穿过和/或绕过部件变热的冷却空气从壳体的至少一个空气出口排出。薄膜过滤器的特征是借助于至少一个振动发生器使薄膜过滤器处于机械振动，机械振动的作用是将落在薄膜过滤器表面上的脏粒子脱开。
按照本发明装置结构具有的优点是，薄膜过滤器通过所产生的机械振动用简单的方法将落在表面上的脏粒子脱开，实际上是将过滤器蛋糕摇晃下来。
按照本发明的第一种实施结构，薄膜过滤器将附加的液体在表面上进行过滤，因此技术仪器也可以使用在封闭空间的外边或者在不利的环境条件下。
按照本发明另外实施结构产生的机械振动有对应于薄膜过滤器固有频率的一个频率。这个频率造成薄膜过滤器尽可能大振幅的机械运动，从而有益地达到薄膜过滤器的有效清洁。
振动发生器可以按照四种可选择的实施结构实现为电动变换器，电磁变换器，电机械变换器或者静电变换器。
在前三种可选择的实施结构中将薄膜过滤器机械地与产生机械振动的电机械的，电磁的变换器耦合。此外例如还可以将薄膜过滤器固定在一个框架上，使框架进行机械振动，此时在任何情况下必须确保脏粒子或者液体不可以通过由于振动产生的缝隙或者开口进入壳体。
按照扩展结构例如可以将电机械变换器实现为压电变换器。
在第四种可选择的实施结构中将薄膜过滤器安装在两个电容板之间，此时在两个电容板之间的静电力造成薄膜过滤器的机械运动。薄膜过滤器必须完全或者部分地由导电材料实现。
按照第四种实施结构的扩展结构电容板是由导电的编织物实现的。这种编织物的作用是有益地不限制冷却空气通过量和可以使用于电磁屏蔽以及将薄膜过滤器对环境影响进行附加清洁。
按照前面实施结构之一的扩展结构由导电材料实现为电容板，从而有益地简化了机械结构。
按照本发明装置的扩展结构控制装置周期地和/或依赖于薄膜过滤器脏的程度控制清洁薄膜过滤器的振动发生器。控制装置控制振动发生器例如是依赖于作为风扇的冷却装置的必要的转速。此时在考虑外部大气和壳体内部之间的温差情况下可以求出必要的冷却空气通过量。如果有必要将风扇转速提高一定的系数，以达到同样的冷却空气通过量，或者当风扇恒定转速时冷却空气通过量低于一定的阈值时，可以归结为薄膜过滤器的一定的脏的程度和通过控制装置启动清洁过程。此外可以通过在壳体内的压力测量启动清洁过程，例如通过压力差开关进行控制。此外持续或者周期地测量壳体内的压力和与一个阈值相比较由控制装置启动清洁过程。除了清洁过程的动态控制之外清洁过程也可以周期地进行，例如通过在控制装置内的计时器进行控制。清洁薄膜过滤器因此可以用简单的方法在技术仪器正常维护间隔之外可以将落下的脏粒子清除。
此外例如控制装置可以控制振动发生器中产生振动的频率。
按照本发明的装置可以使用在具有至少一个电器部件的技术仪器中例如移动无线系统或者无绳用户连接系统(存取网络系统)的基站，交通引导装置，供电装置或者控制工业机器的开关柜上。用同样的方法按照本发明的装置例如可以使用在比较小的电器仪器上，例如便携式或者固定的家用计算机或者电测量仪上。
借助于附图详细叙述本发明的实施例。
附图表示
附图1移动无线系统的基站具有按照本发明的装置用于冷却在
     侧视图上的电器部件，
附图2按照本发明的装置薄膜过滤器承受压力波负荷，
附图3具有静电变换器的按照本发明装置的侧视图，和
附图4附图1至附图3的按照本发明装置的上视图。
一个技术仪器，例如移动无线系统或者无绳用户连接系统的基站BTS，按照附图1当代技术水平包括多个电器部件BG。当电器仪器运行时单个电器部件BG的损耗功率导致发热，因此存在冷却的必要性，以便不超过部件BG或者单个电器元件的最大允许运行温度。
在侧视图上表示的电器仪器的壳体G在端部有薄膜过滤器MB的空气入口LE。空气入口LE的尺寸例如是这样设计的，从技术仪器的大气环境通过薄膜过滤器MB进入的冷却空气可以各自从下面和必要时从前面穿过电器部件和因此造成部件的冷却。薄膜过滤器MB的工作表面，例如这通过卷集结构可以大于空气入口LE，是这样设计的，进入的冷却空气的压力降可以通过冷却装置进行补偿或者虽然部分附加在薄膜过滤器MB上的脏粒子或者液体还可以有足够的冷却空气量进入。为了满足关于电磁相容性的规定在薄膜过滤器MB的前边例如安装了导线编织物，这个与技术仪器的壳体G电连接。这个导线编织物也可以同时代表薄膜过滤器MB对环境影响的机械保护。
通过将部件BG安装得相互有一段距离使穿过或者绕过部件BG的空气流成为可能。按照已知的结构形式例如部件BG是由插入式壳体构成的其中有电器部件和高功率电路。将插入式壳体构成为具有通气缝隙，通过通气缝隙冷却空气可以到达部件和电路。在本发明范围内将部件理解为技术仪器的所有电器装置。这样例如实施在个人计算级中的印刷电路板以及外部设备例如固定磁盘属于这些。
附图1的装置在单个部件BG以及最下边的下边和最上边的上边的部件BG之间的空间内有空气引导装置，其任务是使通过薄膜滤波器流过的冷却空气均匀地分布在各个部件BG的基面上，这样使整个部件BG达到均匀的通过。此外可以将空气引导装置使用在部件BG相互屏蔽上以满足EMV-规定。
例如将薄膜过滤器MB安装在一个框架内，这个为了维护目的和清洁目的或者为了更换使快速取下由薄膜过滤器和框架组成的薄膜过滤器盒成为可能。同时框架使薄膜过滤器MB的上述卷集成为可能。框架可以限制技术仪器的外部尺寸也可以集成在壳体G中。
将薄膜过滤器MB构成为表面过滤器，表面过滤器具有特别有益的特性，将大气环境的脏粒子和液体在薄膜表面上进行过滤，因此例如保护了敏感的电器部件或者部件BG内的开关针对这种环境影响。例如这种薄膜过滤器MB是建立在名称为Goretex，Sympatex等应用于覆盖对象上的已知的薄膜基础上的。过滤器的薄膜是由细的纤维编织物或者针织物构成的。孔尺寸非常小避免脏粒子的进入和从而不可逆转地掺入薄膜。同时脏粒子可以落在薄膜表面上成为所谓的过滤器蛋糕，然而这个可以用按照本发明的简单方法清除。用同样的方法直到单位面积比压的液体不能通过薄膜。例如可以使用PTFE作为薄膜材料，特氟隆名字也是熟习的。一般来说将薄膜放在粗编织的载体材料例如聚酰胺上，以达到薄膜过滤器的高稳定性和硬度。
通过薄膜过滤器MB的专门设计可以满足按照IP-规范的保护规定IP55，因此将技术仪器使用在封闭空间外边或者如在工业生产中出现的不利环境条件下是可能的。此外通过专门选定薄膜过滤器材料可以与实际的环境条件单独地进行匹配，例如耐酸。
通过将冷却空气直接穿过壳体G使电器部件BG冷却具有的优点是接近零趋势的在大气环境温度或者进入的冷却空气温度与壳体G内部温度之间的必要的温差，因此确保了电器部件BG也在大气环境温度为+70℃下运行，这个温度对应于部件的临界温度，降低了内部变热的度数。
将冷却装置VE例如安装在壳体壁背后的上面区域，这个冷却装置抽出穿过或者绕过电器部件BG变热的空气和将其通过空气出口LA排出到大气环境。例如使用产生空气流的一个或者多个风扇作为冷却装置VE。借助于天然对流对于在临界温度以下部件BG可靠的运行是不够的，如果由于内部高损耗功率使部件BG产生显著的变热。同样可以通过薄膜过滤器MB针对液体或者脏粒子的进入将空气出口LA进行保护。
为了调节壳体G内部的温度将风扇转速通过控制装置ST进行调节。为了获取这些调节参数例如可以在空气入口LE，空气出口LA区域以及在壳体G内部不同的地方安装温度传感器，这些持续地求出进入的冷却空气温度和在壳体G内部的大气温度以及专门元件的温度，和由控制装置ST进行处理。当调节时通过冷却装置VE的风扇转速改变进入壳体G冷却空气的通过量，例如以便得到与大气环境温度无关的壳体G内部的恒定温度。部件BG的恒定运行温度例如对电器部件和高功率电路的运行寿命有好处。另外始终保持冷却装置VE的低转速，在不超过部件临界温度条件下，技术仪器的噪声发射最小。此外可以通过调节仪器冷启动时一开始不考虑运行冷却装置VE，以便将部件BG快速加热到所希望的运行温度和只有当达到运行温度时才继续调节冷却装置VE以保持恒定的运行温度。
当技术仪器运行时通过持续进入薄膜过滤器MB的冷却空气脏粒子落在薄膜过滤器MB表面上，脏粒子可以导致限制冷却空气通过量。由于薄膜过滤器MB已经叙述过的专门特性将在过滤器表面的脏粒子分离。由于脏粒子没有进入过滤器和可以固定在过滤器上的事实，可以通过下面叙述的按照本发明的装置用简单的方法将落在表面上的脏粒子排除。
例如可以通过依赖于冷却装置VE的转速持续测量空气通过量当低于固定的预先规定的数值时开始薄膜过滤器MB的清洁过程，此时被测量的情况说明薄膜过滤器MB脏的程度。例如通过安装在空气出口LA的空气通过量测量装置测量空气通过量和由控制装置ST进行处理。另外的可能性是在壳体内持续或者周期的压力测量，例如通过压差开关，这个将现实的一定的压力与预先规定的阈值进行比较和当低于这个阈值时发送给控制装置一个信号。当确定限制的冷却空气通过量通过薄膜过滤器MB时冷却装置VE例如从壳体G内排出比通过空气入口LE进入壳体G多很多的冷却空气，从而在壳体G内产生负压。将这个信号处理之后控制装置ST开始清洁过程。用同样的方法例如清洁过程可以通过时钟进行控制按照周期的时间间隔由控制装置ST启动。
在处理上述参数之后或者在预先规定的时间间隔过去之后控制装置ST控制振动发生器SE，这个将薄膜过滤器MB按照本发明置于机械振动。薄膜过滤器MB的机械运动造成过滤器蛋糕的破碎和脱离从而达到清洁效应。这种自动清洁过程例如对应于在技术仪器维护框架内的薄膜过滤器MB的清洁的优点是，一方面可以延迟维护间隔，另一方面由于最佳运行方式不仅冷却装置VE而且部件BG可以减少技术仪器的运行费用。
按照本发明可以将振动发生器SE实现为很多种可选择的变换器装置。在附图1上振动发生器SE例如是电磁的，电动的或者电机械的变换器，这些各自与薄膜过滤器MB或者与框架机械耦合，薄膜过滤器MB是安装在框架内的。
将电磁变换器例如可以构成为已知的电机，其回转轴上的偏心盘造成与薄膜过滤器MB或者与框架连接的移动杆的运动。此外构成为已知的电磁变换器可以在接上交流电压时例如由薄钢板制成的软铁薄膜通过线圈磁场产生振动，线圈是与薄膜过滤器MB或者其框架相连的。
将电机械变换器例如构成为压电变换器。压电变换器是建立在以下原理基础上的，压电晶体例如石英通过接上交流电压激励产生振动。通过机械耦合将这个振动可以传送到薄膜过滤器MB或者其框架上。已知例如实现为片状的压电变换器。当接上交流电压时片进行同样频率的机械振动，其振幅和方向是由机械特性-大小，形状，预应力和支撑决定的。为了达到大的机械运动，压电片必须有适当的尺寸和形状和/或安排有用于振幅放大或者振幅变换的机械结构。
清洁薄膜过滤器MB的另外可能性是使用电动变换器。这是建立在交流电通过的线圈在持续磁场中的运动基础上的。线圈移动是与接上的交流电压成比例的，因为通过在线圈中的交流电压产生一个磁力场，这个与永久磁铁相连接产生一个运动。如果线圈与一个薄膜机械耦合则将薄膜处于振动。
可以将上述变换器如附图2表示的有选择地同样使用在产生压力波上，薄膜过滤器MB承受其负荷-在这里机械耦合是经过空气进行的。将一个或多个变换器安装在壳体内薄膜过滤器MB的背面，此时是这样进行安装的，薄膜过滤器MB的这个面承受压力波的负荷。压力波造成在振动方向周期的压过程和拉过程。
在附图3上表示了按照本发明的另外解决方法，在其中使用了静电变换器用于产生薄膜过滤器MB的或者其框架的机械运动。静电变换器是建立在电容器原理基础上的，在其中是利用两个电容板KP之间电场的力的作用，以使导电薄膜产生振动。在附图3和附图4上将两个电容板KP例如各自实现为由导电材料构成的编织物，例如铜或者铝，和安装在与薄膜过滤器MB成一段距离。可以用同样的方法使用例如已经穿孔的钢板。如在附图4上可以看出，编织物不会造成限制空气通过量和可以有益地附加使用作为薄膜过滤器MB的机械保护。在技术仪器正常运行期间可以将电容板KP使用作为电磁屏蔽，此时例如将电容板通过振动发生器SE接地或者与壳体G相连。对于清洁过程将电容板KP脱开接地和振动发生器SE给电容板KP接上电压，这个电压在两个电容板KP之间产生一个电场和激励薄膜过滤器MB产生振动。
此外有选择地可以按照没有表示的变型这样实现静电变换器，将薄膜过滤器MB整个或者部分地由导电材料构成和使用作为电容板KP。对面的刚性的电容板KP例如还是由编织物构成作为电磁屏蔽。通过改变运动的电容板KP或者薄膜过滤器MB的电荷达到电容板KP的振动。
在所有上述情况中有益地产生具有薄膜过滤器MB共振频率的振动，因为这会引起薄膜过滤器MB最大可能的运动和因此加强了清洁过程。当薄膜过滤器MB承受压力波负荷时也可以例如在单个振源之间选择确定的相位移，这样就将薄膜过滤器MB的表面置于波形运动和从而比较快地将脏粒子脱离。

Claims (13)

1.用于冷却安装在壳体(G)中电器部件(BG)的装置，具有至少一个安装在壳体(G)的各个空气入口(LE)的薄膜过滤器(MB)用于至少将用于冷却电器部件(BG)的空气进行表面过滤，和具有至少一个冷却装置(VE)用于在壳体(G)内建立空气流和用于将被过滤的、由于穿过和/或者围绕部件(BG)变热的冷却空气从壳体(G)的至少一个空气出口(LA)排出，
其特征为，
将薄膜过滤器(MB)借助于至少一个振动发生器(SE)置于机械振动，机械振动的作用是将落在薄膜过滤器(MB)表面上的脏粒子脱离。
2.按照权利要求1的装置，
其特征为，
薄膜过滤器(MB)将附加在表面上的液体分离出来。
3.按照权利要求1或2的装置，
其特征为，
产生的振动有对应于薄膜过滤器(MB)固有频率的一个频率。
4.按照权利要求1至3之一的装置，
其特征为，
将振动发生器(SE)实现为电动变换器，其与薄膜过滤器(MB)是机械连接的。
5.按照权利要求1至3之一的装置，
其特征为，
将振动发生器(SE)实现为产生机械振动的电磁变换器，此时振动发生器(SE)是与薄膜过滤器(MB)机械连接的。
6.按照权利要求1至3之一的装置，
其特征为，
将振动发生器(SE)实现为电机械变换器，其是与薄膜过滤器(MB)机械连接的。
7.按照权利要求6的装置，
其特征为，
将电机械变换器实现为压电变换器，
8.按照上述权利要求之一的装置，
其特征为，
将振动发生器(SE)实现为静电变换器，其中薄膜过滤器(MB)是由导电材料实现的和安装在两个电容板(KP)之间，在电容板(KP)之间的静电力造成薄膜过滤器(MB)的机械运动。
9.按照上述权利要求之一的装置，
其特征为，
将电容板(KP)实现为由导电材料制成的编织物。
10.按照权利要求8或9的装置，
其特征为，
将由导电材料制成的薄膜过滤器(MB)实现为电容板(KP)中的一个。
11.按照上述权利要求之一的装置，
其特征为，
控制装置(ST)周期地和/或依赖于薄膜过滤器(MB)脏的程度控制振动发生器(SE)。
12.技术仪器，具有按照上述权利要求之一的装置。
13.将按照上述权利要求的装置
实现为移动无线系统和/或无绳用户连接系统的基站(BTS)。
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