DE69921191T2 - Auf einem turm montierbarer tieftemperaturkühler und hochtemperatursupraleitender filter - Google Patents

Auf einem turm montierbarer tieftemperaturkühler und hochtemperatursupraleitender filter Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Hochtemperatursupraleitende (HTSC) Filtersysteme zur Verwendung in zum Beispiel zellularen PCS Systemen und insbesondere Mastmontierbare HTSC Filtersysteme und Abdeckungen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • In letzter Zeit wurde der Entwicklung von Hochtemperatursupraleitenden-Hochfrequenz (RF) Filtern zur Verwendung in zum Beispiel zellularen Telekommunikationssystemen eine wesentliche Aufmerksamkeit geschenkt. Jedoch sind derartige Filter extrem temperaturempfindlich und die Verwendung von derartigen Filtern in Mast-montierten Kommunikationssystemen kann signifikante Wärmemanagement-Probleme verursachen.
  • Eines dieser Probleme ist das Problem der Kryokühler-'cold finger'-Temperaturregulation, welche Gegenstand der US-Patentanmeldung Nr. 09/204,897 ( US 6,098,409 ) ist, die am 3. Dezember 1989 eingereicht wurde und mit 'Temperature Control Of High Temperature Superconducting Thin Film Filter Subsystems' betitelt ist, deren Offenbarung hierin via Bezugnahme mit aufgenommen ist.
  • Jedoch ist ein anderes vergleichsweise wichtiges Problem, das hierin angesprochen wird, das Problem der Wärmeableitung. Mit anderen Worten muss für ein HTSC-Filtersystem, damit es richtig funktioniert, die Wärme der Kompression, die durch einen Kryokühler erzeugt wird, der in dem System vorgesehen ist, effizient und angemessen an die nähere Umgebung abgeleitet werden. Wenn die Wärme nicht effizient und angemessen abgeleitet werden kann, kann das einen ernsten Einfluss auf die Systemoperation haben, und abhängig von den Umständen könnte es eine ineffiziente Kryokühleroperation und/oder einen Kryokühlerausfall zur Folge haben.
  • Das US-Patent Nr. 5,385,010, ausgestellt auf Horn, beschreibt ein kryogenetisches Kühlersystem, das eine Mehrzahl von Kompressoren aufweist, die mit jeweiligen 'Cold-Fingers' verbunden sind. Eine Mehrzahl von Kühlrohren verbindet die jeweiligen 'Cold-Fingers' mit einer Kälteplatte. Kühlrippen sind auf jedem der Kompressoren vorgesehen. Das System hat mehrfache Kompressoren, sodass zu jedem Zeitpunkt einer der Kompressoren aktiv ist, um einen Arbeits-Gasdruck bereitzustellen.
  • Der Fachmann wird einsehen, dass, wenn zum Beispiel mehrfache HTSC-Filter in einem Dewar eingesetzt werden, der durch einen Kryokühler gekühlt wird, und der Kryokühler zum Beispiel auf einem Telekommunikationsmast montiert ist, im Wesentlichen Haltbarkeits- und Zuverlässigkeitsprobleme entstehen können. Zum Beispiel, wenn ein System an der Spitze eines Mastes montiert werden soll, muss das System im Stande sein, signifikanten Veränderungen im Klima und Wetter stand zuhalten und das System muss zuverlässig sein und eine minimale Wartung erfordern. In diesem letzteren Aspekt kann durch die Verwendung einer minimalen Anzahl von beweglichen Teilen die Zuverlässigkeit verbessert werden und die Wartungsanforderung reduziert werden. Damit wäre es wünschenswert, wenn ein Kryokühler und ein zugehöriges HTSC-Fitersystem an der Spitze eines Mastes montiert werden sollen, einen Kryokühler mit so wenigen beweglichen Teilen wie möglich zu verwenden. Vergleichsweise sollte jedes zugehörige Wärmemanagementsystem eine minimale Anzahl von beweglichen Teilen aufweisen.
  • Im Hinblick auf das vorangegangene ist anzunehmen, dass ein Fachmann ein verbessertes System zum 'Managen' der Wärme einer Kompression, die durch einen Kryokühler erzeugt wird, innerhalb eines Mast-montierten HTSC-Filtersystems nützlich finden würde. Es ist ebenfalls anzunehmen, dass ein Fachmann ein Mast-montiertes HTSC-System nützlich findet, das sehr zuverlässig ist und eine minimale Anzahl von beweglichen Teilen verwendet.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kryokühleranordnung für ein HTSC-Filtersystem mit einem verbesserten Wärmemanagement zu schaffen, wobei eine reduzierte Anzahl von beweglichen Teilen ermöglicht wird.
  • Dies wird erzielt durch eine Kryokühleranordnung für ein HTSC-Filtersystem mit den Merkmalen in Anspruch 1. Vorteilhafte weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschreiben.
  • In einer zur Zeit bevorzugten Ausführungsform weisen die Kühlrohre abgedichtete rostfreie Stahlrohre auf, die mit Ammoniak gefüllt sind, und das umgebende abgedichtete Gehäuse weist einen zylindrischen doppelwandigen Aluminiumbehälter auf.
  • Andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden deutlich durch Berücksichtigung der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Explosionsansicht eines Mast-montierten HTSC-Filtersystems mit einer Kryokühleranordnung gemäß der Erfindung.
  • 2 ist eine Schnittansicht eines Kühlrohrs gemäß der Erfindung.
  • 3 illustriert, wie das HTSC-Filtersystem nach 1 montiert werden kann zum Beispiel auf einem Telefonpfahl oder einem anderen Mast.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine Explosionsansicht eines Mast-montierten HTSC-Filtersystems 10 mit einer Kryokühleranordnung gemäß einer bevorzugten Form der Erfindung. Wie dargestellt, weist das HTSC-Filtersystem 10 einen Rahmen 12, eine Wärmeableitungsanordnung 14, eine Elektronik-Platinenanordnung 16, eine Steuerungsanordnung 18, eine Blitzschutz-Anordnung 20, eine Kondensatoranordnung 21 und eine Kryokühler-, Dewar- und Kühlrohranordnung 22 auf.
  • Vorzugsweise sind die Wärmeableitungsanordnung 14, die Elektronik-Platinenanordnung 16, die Steuerungsanordnung 18, die Blitzschutz-Anordnung 20, die Kondensatoranordnung 21 und die Kryokühler-, Dewar- und Kühlrohranordnung 22 an dem Rahmen 12 befestigt und die sich daraus ergebende Unteranordnung ist in einem Gehäuse oder Behälter 60 montiert. Ferner kann es in einigen Ausführungsformen für das HTSC-Filtersystem 10 wünschenswert sein, als weiteren Teil der Wärmeableitungsanordnung 14 eine Gitter-Abdeckung 23 mit einer oder mehreren Lüftereinheiten (nicht dargestellt) aufzuweisen.
  • Jedoch wurde herausgefunden, dass das HTSC-Filtersystem 10 adäquat arbeitet, ohne die Verwendung von derartigen Lüftereinheiten zu fordern.
  • Die Kryokühler-, Dewar- und Kühlrohranordnung 22 weist zum Beispiel eine Stirling-Kreislauf-Kryokühler-Einheit 24, wie etwa in der US Patentanmeldung Nr. 09/175,924 beschriebene, welche betitelt ist mit 'Kryocooler Motor with Split Return Iron', die hierin via Bezugnahme mit aufgenommen ist, eine Dewaranordnung 26, die mit der Kryokühlereinheit 24 verbunden ist, und eine Mehrzahl von Kühlrohren 28 auf. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Dewaranordnung 26 einen Kühlkörper (nicht dargestellt) aufweist, auf dem eine Vielzahl von HTSC-Filtern (nicht dargestellt) montiert sein können. Ein derartiger Kühlkörper ist zum Beispiel in der US Patentanmeldung Nr. 09/204,897 ( US 6,098,409 ) gezeigt, die betitelt ist mit 'Temperature Control Of High Temperature Superconduction Thin Film Filter Subsystems', welche am 3. Dezember 1989 eingereicht wurde und auf die oben verwiesen wurde.
  • Die Kühlrohre 28 sind vorzugsweise aus rostfreien Stahlrohen gebildet und haben darin eine vorbestimmte Menge von Ammoniak vorgesehen. Die Kühlrohre 28 schaffen eine thermische Verbindung zwischen der Wärmeableitungsanordnung 14 und einem oder mehreren Wärmeabgabeblöcken 30, die Außen an der Kryokühlereinheit 24 vorgesehen sind. Die Kühlrohre 28 stellen ein effizientes Mittel zum Transportieren von Wärmeüberschuss weg von der Kryokühlereinheit 24 und zum Weiterleiten der Wärme zu der Wärmeableitungsanordnung 14 dar.
  • Die Wärmeableitungsanordnung 14 weist vorzugsweise eine Basisplatte 32 und ein Vielzahl von senkrecht orientierten Rippen 34 auf. Die Basisplatte 32 und die Rippen 34 sind vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt und haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Zusätzlich hat die Basisplatte 32 vorzugsweise einen Kühlrohr-Befestigungsbereich (nicht dargestellt), der um 7° im Bezug auf die Horizontale geneigt ist. Die Wärmeableitungsanordnung 14 ist vorzugsweise auch chemisch behandelt, um ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltfaktoren wie Niederschlag zu verbessern.
  • Wie in 2 dargestellt, weisen die Kühlrohre 28 vorzugsweise ein Drahtgitter 40 oder ähnliche Struktur auf, das in einem Verdampferende 42 davon bereitgestellt wird. Das Drahtgitter 40 weist vorzugsweise 120 Drähte pro Inch rostfreies Stahldrahtgewebe auf und ist entlang einer inneren Oberfläche oder internen Durchmesser 44 des Kühlrohrs 28 vorgesehen. Das Drahtgitter 40 schafft eine gleichmäßige Verteilung von zusätzlichen Flächenbereichen zum Verdampfen von flüssigem Ammoniak. Damit wird ein Fachmann anerkennen, dass das Ende 42 von jedem Kühlrohr 28 vorzugsweise mit dem Wärmeabgabeblock 30 einer Kryokühlereinheit 24 verbunden ist.
  • Wie oben angesprochen, sind die Kühlrohre 28 vorzugsweise derart geformt, dass ein oberer Bereich 46 der Kühlrohre 28, wenn die Kühlrohre 28 an eine Kryokühlereinheit 24 und eine zugehörige Wärmeableitungsanordnung 14 angebracht und thermisch verbunden sind, einen Winkel von etwa 7° im Bezug auf die Horizontale bildet. Das stellt sicher, dass, sogar wenn ein HTSC-Filtersystem 10 mit den Kühlrohren 28 +/– 5° schief installiert wird, die oberen Abschnitte 46 der Kühlrohre 28 geneigt im Bezug auf die Horizontale bleiben.
  • Dies gewährleistet eine regelgerechte Drainage von kondensiertem Ammoniak von dem oberen Abschnitt 46 der Kühlrohre 28.
  • Wie ferner in 2 dargestellt, weisen die Kühlrohre 28 vorzugsweise 1,27 cm (0.5 Inch) Durchmesser rostfreier Stahlrohre auf und haben Endkappen 50 und 52, die an den jeweiligen Enden davon vorgesehen sind. Die Endkappen 50 und 52 sind vorzugsweise an die jeweiligen Enden eines rostfreien Stahlrohrs 53 TIG-geschweißt. Zusätzlich ist ein 0,635 cm (0.25 Inch) Durchmesser Abschnürrohr 54 an dem einen Ende des rostfreien Stahlrohrs 53 vorgesehen. Wenn die Kühlrohre 28 mit Ammoniak gefüllt werden, ist das eine Ende des Kühlrohrs 28 in flüssigem Stickstoff eingetaucht und kondensierter Ammoniak wird in das Kühlrohr 28 durch das Abschnürrohr 54 eingefüllt. Vorzugsweise werden 3,2 Gramm Ammoniak in das Kühlrohr 28 eingefüllt. Sobald das kondensierte Ammoniak in dem Kühlrohr 28 ist, wird das Abschnürrohr 54 abgeschnürt, um das Kühlrohr 28 abzudichten, und eine Kappe 52 wird über dem korrespondierenden Ende des Kühlrohrs 28 bereitgestellt, um die Spitze 55 des Abschnürrohrs 54 zu schützen.
  • Ein Fachmann wird erkennen, dass ein Kühlrohr, wie etwa das hierin beschriebene Kühlrohr 28, eine einzigartige Vorrichtung ist, die eine große Menge von Wärme mit einem sehr kleinen Temperaturverlust transportieren kann. In der Tat ist die Wärmeleitfähigkeit eines Kühlrohres 28 gemäß der Erfindung einige eintausend mal diejenige der Besten Metallwärmeleiter wie etwa Kupfer, Silber oder Aluminium. Es wird auch eingesehen, dass ein Kühlrohr, wenn es gemäß der Erfindung verwendet wird, ein einzigartiges Wärmemanagement-Werkzeug darstellt, da es keine beweglichen Teile aufweist und in der Lage ist, eine leise, zuverlässige, langlebige Operation bereitzustellen, wenn es im Zusammenhang mit zum Beispiel einem HTSC-Filtersystem oder einem zellularen Kommunikationssystem verwendet wird. Zurück zur 1, in einer bevorzugten Form ist das HTSC-Filtersystem 10 eingeschlossen in einem doppelwandigen Aluminiumbehälter 60. der doppelwandige Behälter 60 schützt das HTSC-Filtersystem 10 vor Umweltfaktoren, einer Belastung durch Sonnenlicht und Vandalismus (d.h. Gewehrfeuer). Sobald es in dem doppelwandigen Behälter 60 eingeschlossen ist, kann das HTSC-Filtersystem an der Spitze eines Telefonpfostens oder einer anderen Maststruktur angebracht werden, wie in 4 illustriert.

Claims (6)

  1. Kryokühler- und Dewaranordnung (22) für ein HTSC-Filtersystem (10) mit einer Kryokühlereinheit (24), die mit einer einen Kühlkörper aufweisenden Dewaranordnung (26) verbunden ist, einer Wärmeableitungsanordnung (14) und zumindest einem Wärmeabgabeblock (30), der auf der Außenseite der Kryokühlereinheit (24) vorgesehen ist, und einer Vielzahl von Kühlrohren (28) mit Ammoniak darin, wobei die Vielzahl von Kühlrohren (28) jeweils ein senkrechtes Segment und ein horizontal herausstehendes Segment aufweisen, wobei das horizontal herausstehende Segment eine regelgerechte Drainage von kondensiertem Ammoniak sicherstellt und die Vielzahl von Kühlrohren (28) eine thermische Verbindung zwischen der Wärmeableitungsanordnung (14) und dem zumindest einen Wärmeabgabeblock (30) herstellt.
  2. Kryokühler- und Dewaranordnung (22) gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Kühlrohren (28) jeweils ein verschlossenes rostfreies Rohr aufweist.
  3. Kryokühler- und Dewaranordnung (22) nach Anspruch 2, wobei ein rostfreies Drahtgitter (40) entlang eines inneren Durchmessers einer ausgewählten Länge eines Verdampferendes (42) des einen oder der mehreren Kühlrohre (28) vorgesehen ist.
  4. Kryokühler- und Dewaranordnung (22) nach Anspruch 1, wobei die Wärmeableitungsanordnung (14) ferner eine Basisplatte (32) und Rippen (34) aufweist, wobei die Basisplatte (32) thermisch mit der Vielzahl von Kühlrohren (28) verbunden ist.
  5. Kryokühler- und Dewaranordnung (22) nach Anspruch 1, die ferner eine Gitter-Abdeckung (23) mit einer oder mehrerer Lüftereinheiten aufweist, wobei die Gitter-Abdeckung (23) die Wärmeableitungsanordnung (14) abdeckt.
  6. Kryokühler- und Dewaranordnung (22) nach Anspruch 1, die ferner ein Gehäuse (60) zum Bereitstellen einer geschlossenen Abdeckung für die Dewaranordnung (26) und die Kryokühlereinheit (24) aufweist.
DE69921191T 1998-12-21 1999-12-10 Auf einem turm montierbarer tieftemperaturkühler und hochtemperatursupraleitender filter Expired - Lifetime DE69921191T2 (de)

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