5G基站AAU散热系统、辐射制冷涂层、涂料及涂料制备方法与流程

5g基站aau散热系统、辐射制冷涂层、涂料及涂料制备方法
技术领域
1.本发明涉及设备散热设计领域，具体涉及5g基站aau散热系统，更进一步，还涉及了用于5g基站aau散热系统的辐射制冷涂层、用于制备辐射制冷涂层的涂料及涂料的制备方法。


背景技术：

2.随着互联网、大数据、云计算时代的到来，人们对网络容量以及速度的要求越来越高。近年来，5g的发展实现了通信技术的高速率、低时延和大连接。然而，5g基站在建设过程中，功耗大，产热多，散热慢的问题尤为突出。作为5g基站重要组成部分，aau(有源天线单元)采用大规模密集型多输入多输出天线阵列技术。与4g基站相比，5g基站天线通道数增长八倍，载波带宽增长五倍，芯片算力增长数十倍，5g基站aau散热量也随之增长近三倍。与4g基站rru由整个壳体散热不同，5g基站aau只能靠背壳单面散热，可用散热空间近乎减半。目前5g基站aau采用散热齿形式的对流散热，箱体内部产生的热量主要通过流经散热齿的空气对流换热消散到空气中，散热效果较差。而且散热齿体积约占5g基站aau总体积的2/3，使得箱体较笨重、安装困难。考虑设备安装条件和运行条件，要严格控制5g基站aau整体的重量和体积，提高5g基站aau的散热性能。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于：控制5g基站aau整体的重量和体积的同时，提高5g基站aau的散热性能和安全性。
4.为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种5g基站aau散热系统，包括：与5g基站aau箱体内壁接触的真空腔均温板，以及与5g基站aau箱体外表面接触的辐射制冷涂层。通过真空腔均温板将5g基站aau局部产生的热量平均到基站外壁面，然后通过壁面辐射制冷涂层将热量辐射到外太空，从而达到降低5g基站aau的温度。
5.在一些可能的实施例中，真空腔均温板包括：用于形成真空腔的板体、位于真空腔内的冷却液，以及位于真空腔内的相变引导结构。
6.在一些可能的实施例中，所述相变引导结构包括：与真空腔均温板的板体内壁接触的蒸发器，以及沿蒸汽上升方向设置的导流件；所述蒸发器为多孔状铜网，所述导流件包括若干毛细管道。
7.第二方面，本发明提供了一种涂料，用于制备用于上述5g基站aau散热系统中的辐射制冷涂层，所述涂料的原料组分按照质量百分比包括：10％-50％中空玻璃微球、0.5-5％增稠剂、0.1-10％粘接剂和水。
8.进一步地，所述增稠剂选自：羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酸钠中的至少一种。
9.进一步地，所述粘接剂选自：丁苯橡胶、水性聚氨酯和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种。
10.进一步地，所述涂料的原料组分按照质量百分比还包括：0.2％-0.5％光交联剂；所述光交联剂包括聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和光引发剂。
11.第三方面，本发明提供了一种涂料的制备方法，用于制备上述涂料，具体包括如下步骤：
12.步骤s1、将增稠剂加入水中，加热到50-90℃后搅拌1-2h，得到混合物a；
13.步骤s2、将中空玻璃微球加入混合物a中，搅拌至形成白色浆料，得到混合物b；
14.步骤s3、将粘接剂加入混合物b中，混合均匀，得到混合物c；
15.步骤s4、将光交联剂加入混合物c中，得到混合物d；让超声细胞破碎仪在混合物d中运行2-3min，使混合物d产生若干气泡，然后静置12-24h，得到所述涂料。
16.进一步地，步骤s4中，混合物d产生若干气泡后，加入异丙醇。
17.第四方面，本发明提供了一种辐射制冷涂层，通过如下步骤制得：
18.将上述涂料涂布到基底层上；
19.然后用紫外光固化5-30min；
20.最后在20-80℃的环境中干燥至涂层表面不再有水蒸气，得到所述辐射制冷涂层。
21.使用本发明提供的技术方案，至少具有如下有益效果：
22.(1)采用均温板与辐射制冷涂层相结合的方式，可以有效避免热量的局部集中，将热量平均到整个辐射制冷涂层上，从而提升散热特性，降低表面局部温度。
23.(2)大幅减轻了5g基站aau的重量，缩小了5g基站aau总体积，为基站安装工程节省了大量的工时。
24.(3)本发明制备、使用的辐射制冷涂层具有更宽的红外发射光谱，因而使整个散热系统具有更高的散热效率。
25.(4)本发明制备、使用的辐射制冷涂层具有良好的阻燃性和高温稳定性，用于5g基站aau散热系统，使整个散热系统更安全。
26.(5)本发明制备、使用的涂料可以直接涂敷在不同基底上，且具有良好的附着力，从而辐射制冷涂层不易从基底上脱落。
27.(6)本发明制备、使用的涂料具有更好的分散稳定性，涂料涂布在涂层上涂料组分分布更均匀，更美观。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
29.图1为本发明实施例所提供的一种5g基站aau散热系统的结构示意图；
30.图2为图1所示的5g基站aau散热系统的热量走向示意图；
31.图3为图1所示的辐射制冷涂层的反射光谱曲线；
32.图4为图1所示的真空腔均温板的散热原理示意图；
33.图5为本发明提供的模拟实验装置的结构示意图；
34.图6为本发明提供的模拟实验装置中加热片以及测点的具体位置。
35.图7为本发明提供的模拟实验所测得的太阳辐射强度变化曲线，该图展示了每次测量时的太阳辐射强度；
36.图8为本发明提供的模拟实验所测得的a组测点最高温度随加热时间变化曲线；
37.图9为本发明提供的模拟实验所测得的b组测点最高温度随加热时间变化曲线；
38.图10为本发明提供的模拟实验所测得的c组测点最高温度随加热时间变化曲线；
39.图11本发明提供的模拟实验所测得的无均温板、有涂层的铝板温度分布图；
40.图12本发明提供的模拟实验所测得的有均温板、有涂层铝的板温度分布图；
41.图13为本发明提供的两种不同宽度的红外发射光谱的散热效果模拟图；其中，a示出了两种红外发射光谱的具体光谱范围，b示出了两种红外发射光谱的模拟散热速度，c示出了采用两种红外发射光谱的涂层在散热后的最高温度以及平均温度。
具体实施方式
42.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本发明中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本发明的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。
43.除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的设备或材料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的设备或材料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。本发明中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
44.请参阅图1，本发明实施例所提供的一种5g基站aau散热系统，包括：与5g基站aau箱体内壁接触的真空腔均温板，以及与5g基站aau箱体外表面接触的辐射制冷涂层。
45.如图2所示，在本实施例中，真空腔均温板将5g基站aau箱体内部工作产生的热量q传输到箱体外表面，且热量q1在箱体外表面均匀分布(箱体外表面的热量用q1表示)。又因为辐射制冷涂层在大气窗口段辐射率高，所以辐射制冷涂层能高效地将箱体外表面的热量q1辐射给外界(由辐射制冷涂层辐射到外界的热量用q2表示)。
46.5g基站aau都设置在户外，经常受到太阳光的照射。而如图3所示，辐射制冷涂层对太阳光波段反射率高，能够反射阳光，避免5g基站aau因为阳光照射而快速升温。
47.在本实施例中，真空腔均温板包括：用于形成真空腔的板体、位于真空腔内的冷却液，以及位于真空腔内的相变引导结构。
48.在本实施例中，所述冷却液为水，在另一些具体的实施例中，所述冷却液还可以采用其他液体，例如酒精与水的混合液。
49.在本实施例中，相变引导结构包括：与真空腔均温板的板体内壁接触的蒸发器，以及沿蒸汽上升方向设置的导流件。具体地，所述蒸发器为多孔状铜网，所述导流件包括若干毛细管道。在本实施例中，毛细管道采用铜芯。
50.在本实施例中，真空腔均温的散热原理如图4所示：
51.1)5g基站aau箱体内部功率器件散发的热量作为真空腔均温板的热输入；
52.2)冷却液(水)在真空超低压环境下受热快速蒸发为热空气；
53.3)热空气在铜芯的导流作用下迅速传递热量；
54.4)热空气持续上升，遇到温度较低的真空均温板板体部分，重新凝结成液体，并散发热量；
55.5)凝结后的冷却液通过铜芯导流后，回流入真空腔均温板底部蒸发源处，回流的冷却液通过蒸发器受热后再次气化，开始下一个传热过程。
56.真空腔均温板中的热量是在一个二维的面上传导，因此比传统的线型传热管传热效率更高，且热量分布更均匀。
57.除了从原理上说明了本发明实施例提供的5g基站aau散热系统的散热效果，本发明还从实验角度对本发明实施例提供的5g基站aau散热系统的散热效果进行了证明。受实验条件所限，本发明的实验测试环节采用加热片模拟5g基站aau芯片的实际发热情况，用泡沫箱模拟aau箱体其它面的绝热条件，用热电偶监控箱体表面的温度。测试在日间相同气相条件、热源分布不同时该散热系统的散热性能，评估该散热系统的经济性以及使用稳定性。实验装置包括箱体、散热系统、加热片、电源、电池、热电偶和辐射计等。
58.如表1所示，本实施例的测试环节一种设计了三组实验，第一组实验用于比较有无均温板及有无辐射制冷涂层对实验的影响，第二组实验用于比较加热面积与散热面积比不同对实验的影响，第三组实验用于比较加热功率不同对实验的影响。
59.实验过程中，用辐射计监测太阳辐射强度，用热电偶监测测点的温度，用数据采集器每间隔30秒自动读取实验开始前以及加热片开始加热后的测点温度、太阳辐射强度。
60.如图6所示：a组实验加热片位置如图6中(a)所示，b组实验加热片位置分别如图6中(a)、(b)、(c)所示，c组实验加热片位置如图6中(c)所示。取对角线上
①
、
②
、
③
点为每块板测点。
61.a、b、c三组实验中，每次测量时的太阳辐射强度如图7所示、测点的最高温度随加热时间变化的折线图分别如图8、图9和图10所示，a组实验无均温板及有均温板的温度分布分别如图11和图12所示。
62.表1模拟实验分组
[0063][0064]
如图8所示，在a组实验中，太阳辐射强度平均值为921w/m2，环境温度平均值为41.8℃。当其它条件一定时，有涂层的测点最高温度比无涂层的测点最高温度平均低14.1℃，可见涂层具有较好的降温效果。但如图11和图12所示，仅有涂层的铝板局部温升较大，均温板使有涂层的铝板局部温升大大降低，且有均温板的测点最高温度比无均温板的测点
最高温度的平均值低5.2℃，可见均温板有较好的均温降温效果。当加热功率为8w时，铝板的测点最高温度比环境温度平均高22.7℃，有均温板和涂层的铝板测点最高温度比环境温度平均高3.4℃，可见涂层和均温板有较好的散热性能，使箱体外表面温度接近于环境温度。
[0065]
如图9所示，在b组实验中，太阳辐射强度平均值为903w/m2，环境温度平均值为41.7℃。其它条件一定时，加热面积与散热面积之比不同对实验影响较小，可见均温板具有较好的均温效果。
[0066]
如图10所示，在c组实验中，太阳辐射强度平均值为919w/m2，环境温度平均值为39.1℃。其它条件一定时，测点最高温度随加热功率的增加而增加。但是在较大功率下，温度较高，辐射换热量较多(辐射换热量与温度的四次方成正比)，温升速率较小。因此，当加热功率分别为5w、10w、15w时，有均温板和涂层的铝板测点最高温度与环境温度的差值分别为5.8℃、8.4℃、11.0℃，增加相同的加热功率对应的温升减小，涂层的降温效果在高发热功率时更为显著。
[0067]
综上所述，均温板与辐射制冷涂层组成的散热系统可以较好地实现将内部工作元件的产热均匀分散到外箱体并有效地完成散热。
[0068]
相比于传统的散热齿散热系统，本发明实施例提供的5g基站aau散热系统除了表现出良好的散热效果，进一步保障了设备运行的安全性和可靠性，还大幅减轻了5g基站aau的重量，缩小了5g基站aau总体积，为基站安装工程节省了大量的工时。
[0069]
针对上述5g基站aau散热系统，本发明实施例还提供了一种辐射制冷涂层，该辐射制冷涂层为5g基站aau散热系统带去更加优异的散热性能。具体地，本发明实施例提供的辐射制冷涂层的由以下方法制备得到：
[0070]
将含有光交联剂的涂料涂布到基底层上；然后用紫外光固化15min；最后在60℃的环境中干燥至涂层表面不再有水蒸气，得到所述辐射制冷涂层。由于涂料中含有光引发剂，再经过紫外光固化能够促进涂料中的组分交联，提升辐射制冷涂层的机械强度。
[0071]
在另一些具体的实施例中，紫外光固化时间可以是5-30min，干燥环境可以是20-80℃。
[0072]
请参阅图13，本发明实施例提供的辐射制冷涂层具有较宽的红外发射光谱(4-20um)，不同与传统辐射制冷涂层较窄的红外发射光谱(8-13um)。宽光谱发射率更有利于对5g基站aau表面散热。为了进一步证明本实施例所提供的辐射制冷涂层的散热效果，发明人对前述两种宽度的红外发射光谱进行了散热数值模拟分析，分析结果可以直观地显示本实施例的辐射制冷涂层的宽红外发射光谱可以使得涂层的最高温度和平均温度下降几十度。
[0073]
本发明实施例中，用于制备辐射制冷涂层的涂料按照质量百分比，包括如下组分：
[0074]
28.49％中空玻璃微球、0.87％增稠剂、4.75％粘接剂、0.29％光交联剂和余量的水。当然，在另一些具体的实施例中，中空玻璃微球的质量百分比可以选自10％-50％中的任意数值；增稠剂的质量百分比可以选自0.5-5％中的任意数值；粘接剂的质量百分比可以选自0.1-10％的任意数值；光交联剂的质量百分比可以选自0.2％-0.5％中的任意数值。
[0075]
在本实施例中，增稠剂为羧甲基纤维素钠；在另一些具体的实施例中，增稠剂可以选自：羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酸钠中的至少一种。
[0076]
在本实施例中，粘接剂为丁苯橡胶，；在另一些具体的实施例中，粘接剂可以选自：
丁苯橡胶、水性聚氨酯和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种。
[0077]
在本实施例中，光交联剂包括聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和光引发剂1173；在另一些具体的实施例中，光引发剂还可以采用其他相似产品替代。
[0078]
具体地，本实施例中的涂料制备方法如下：
[0079]
步骤s1、将增稠剂加入水中，加热到50-90℃后搅拌1-2h，得到混合物a；具体地，将1g羧甲基纤维素钠分解在75g水中，80℃高温搅拌1-2h形成分散均匀；
[0080]
步骤s2、将中空玻璃微球加入混合物a中，搅拌至形成白色浆料，得到混合物b；具体地，取14g混合物a,其中加入6g中空玻璃微球混合搅拌形成白色浆料；
[0081]
步骤s3、将粘接剂加入混合物b中，混合均匀，得到混合物c；具体地，将1g丁苯橡胶乳液作为粘合剂加入到混合物b中。
[0082]
步骤s4、将光交联剂加入混合物c中，得到混合物d；让超声细胞破碎仪在混合物d中运行2-3min，使混合物d产生若干气泡，然后静置12-24h，得到所述涂料；具体地，将聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(60毫克)和光引发剂1173(0.6毫克)加入到混合物c中；让超声细胞破碎仪在混合物d中运行2min，然后加入5g异丙醇，静置12h，得到所述涂料。
[0083]
用本发明实施例提供的涂料制备方法所制得的涂料制备的辐射制冷涂层具有良好的机械性能，具体来说是：
[0084]
(1)因为中空玻璃相比于实心玻璃微球更不容易沉降，因此制得的涂料具有更好的分散稳定性，涂料涂布在涂层上涂料组分分布更均匀，更美观。
[0085]
(2)因为涂料具有良好的附着力，可以直接涂敷在不同基底上(例如亚克力板、纸盒和金属板)，辐射制冷涂层不易从基底上脱落。
[0086]
(3)该辐射制冷涂层具有良好的阻燃性和高温稳定性，因此，本发明实施例提供的辐射制冷涂层用于5g基站aau散热系统，使整个散热系统更安全。
[0087]
在本说明书中描述的“一些具体的实施例中”、“一些可能的实施例中”或“本发明”等意味着在本发明的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书的不同之处出现的语句“一些具体的实施例中”、“一些可能的实施例中”或“本发明”等不是必然都参考相同的实施例，而意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
[0088]
以上所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制本发明的保护范围，而仅仅是表示本发明的选定实施例。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。此外，基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下可获得的所有其它实施例，都应属于本发明保护的范围。