Aparato eléctrico y sistema de refrigeración.

Un amplificador de alta potencia que tiene un sistema de refrigeración,

comprendiendo el amplificador:

una primera cubierta (22) montada en la placa base (40) que define un primer recinto (20) para alojar unaprimera parte del aparato eléctrico que se refrigerará, estando el primer recinto ecológicamente sellado;primeros medios de circulación (72) para provocar que el aire circule en el primer recinto;

un segundo recinto (30) que aloja una segunda parte del aparato que se enfriará definido entre la placa base(40) y una caja protectora base (6) y que contiene un sistema de circuitos y hardware para la amplificación,teniendo el segundo recinto (30) una entrada de aire (14) y una salida de aire (16);

segundos medios de circulación (50, 52) dispuestos para atraer el aire a la entrada de aire (14), provocandoque el aire pase sobre una estructura de intercambio de calor (54, 56) y saliendo a través de la salida de aire(16);

una segunda cubierta (4) que sustancialmente cerca la primera cubierta (22) para define un espaciocircundante (26) entre las mismas;

la placa base (40) que tiene una o más aberturas (46) que comunican con el espacio circundante; y el espaciocircundante que tiene una salida (86);

en el que parte del flujo de aire creado por dichos segundos medios de circulación (50, 52) se desvía a travésde las aberturas (46) al espacio circundante (26) y circula a través del espacio circundante (26) sobre losmedios de transferencia de calor (76, 78) entre el primer recinto y el espacio circundante, de manera que elcalor se transfiere del primer recinto al fluido refrigerante en el espacio circundante y fuera a través de lasalida (86).

Aparato eléctrico y sistema de refrigeración La presente invención se refiere a un aparato eléctrico que tiene un sistema de refrigeración, y en particular, a un amplificador de alta potencia que tiene un sistema de refrigeración, tal como los usados en aplicaciones de enlace ascendente a satélite.

Los amplificadores de alta potencia (AAPs) se usan en terminales terrestres de comunicaciones por satélite, por ejemplo, para impulsar la señal en un enlace ascendente a satélite al nivel necesario para la transmisión a través de la atmósfera. Una AAP típico emplea un Tubo de Onda Viajera (TOV) para amplificar la señal recibida en una entrada de Radio Frecuencia (RF) . El aumento del TOV puede ser tanto como 400.000, lo que significa que un señal de 1 mW recibida en la entrada puede producirse con una potencia de aproximadamente 400 W. Durante la amplificación, el TOV consume aproximadamente 1.100 W de potencia, con mucho de esto, aproximadamente 800 W, disipándose como calor. El calor también se genera con los circuitos electrónicos que controlan el AAP, y puede ascender a 300 W más.

Los componentes electrónicos usados en el AAP necesitan que las temperaturas de funcionamiento se mantengan por debajo de aproximadamente 35 ºC más que la ambiente para un funcionamiento fiable. Esto pude ser especialmente difícil considerando la localización al aire libre de la mayoría de las estaciones terrenas satelitales, en las que la luz solar puede añadirse al efecto de calentamiento en tanto como 30 W, además de la gran cantidad de calor producido por el propio AAP durante su funcionamiento. Por lo tanto, hay la necesidad de un sistema de refrigeración efectivo y eficiente para prevenir que las temperaturas de funcionamiento asciendan a un nivel en el que el AAP no puede funcionar o en el que está permanentemente averiado.

Anteriormente, los sistemas de refrigeración conocidos para AAP han eliminado el calor mediante refrigeración de aire forzado de un disipador de calor montado en una única superficie del recinto, y la conducción/convección natural del resto de las superficies.

La patente de Estados Unidos 4.807.441 en el nombre de Allied-Signal Inc, desvela un sistema de refrigeración de uso general para refrigerar un recinto sellado en el que está alojado el equipo generador de calor. El sistema de refrigeración o intercambiador de calor está montado en la pared del recinto sellado e incluye dos placas laterales que están montadas separadas a una distancia una de la otra. Una placa lateral forma una parte de una pared del recinto sellado y tiene elementos aletas montados en el lado que está fuera del recinto. Los elementos aletas están montados entre las dos placas laterales que se extienden hacia dentro a una distancia deseada desde los lados opuestos de las placas laterales formando de este modo una cámara de sobrepresión central entre los dos elementos aletas. Un ventilado está montado de una manera que atrae el aire entre las placas laterales y lo devuelve al medio cerrado.

La patente de Estados Unidos 5.894.407 desvela un recinto con un plan de refrigeración para refrigerar los dispositivos que producen calor.

La patente de Estados Unidos 4.525.769 desvela una caja de material para un conversor de potencia, con una disposición de refrigeración integrada.

Tales sistemas de refrigeración han resultado ser insuficientes en la refrigeración de AAPs del tipo mencionado anteriormente, y, por lo tanto, los presentes inventores han apreciado que hay una necesidad de un sistema mejorado de refrigeración.

La invención se define en las reivindicaciones independientes a las cuales debería hacerse referencia ahora. Las características ventajosas se exponen en las reivindicaciones dependientes.

Una realización preferente de la invención se describirá ahora con más detalles, a modo de ejemplo, y con referencia a los dibujos en los que:

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un amplificador de alta potencia de acuerdo con la realización preferente de la invención; La Figura 2 es una sección transversal longitudinal del amplificador de alta potencia mostrado en la Figura 1, a lo largo del plano II; La Figura 3 es una vista en perspectiva del amplificador de alta potencia mostrado en la Figura 1, con las dos cubiertas superiores quitadas y el recinto de componentes electrónicos expuesto; La Figura 4 es una vista trasera en perspectiva del amplificador de alta potencia que muestra el detalle de secciones del recinto de componentes electrónicos y los componentes de la amplificación, montados sobre la placa base; La Figura 5 es una sección transversal lateral a través del amplificador de alta potencia mostrado en la Figura 1, a lo largo del plano V;

La Figura 6 es una vista en perspectiva del amplificador de alta potencia mostrado en la Figura 1, que ilustra con más detalle la construcción de la cubierta interior; La Figura 7 es una vista inferior en perspectiva del amplificador de alta potencia con la cubierta externa quitada, que muestra una sección del sistema de refrigeración con más detalle; y La Figura 8 es una vista en perspectiva del amplificador de alta potencia mostrado en la Figura 1, que indica el flujo del fluido refrigerante debajo de la cubierta más externa.

El amplificador de alta potencia de acuerdo con la presente invención está diseñado para ser adecuado para aplicaciones satelitales, y por lo tanto, puede instalarse en una terminal terrena satelital o sobre el techo de una furgoneta de comunicaciones móviles. Es también adecuado para la aplicación en enlaces de microondas terrestres, tales como los enlaces de microondas terrestres en línea de vista.

Un amplificador de alta potencia de acuerdo con una realización preferente de la invención se muestra en la Figura 1 al que debería hacerse ahora referencia. El amplificador de alta potencia 2 comprende una cubierta exterior 4 montada sobre la caja protectora base 6 y asegurado en su lugar por un número de tornillos 8. La caja protectora base 6 tiene una salida de radio frecuencia (RF) 10 y una cubierta de entrada de aire 12 colocadas sobre su lado.

Preferentemente, la cubierta exterior está hecha de un material plástico para que sea resistente al calentamiento del sol. El color de la cubierta exterior 4 se elige en consecuencia para reflejar una gran proporción de la radiación incidente del sol. La caja protectora base está preferentemente hecha de metal, para durabilidad y para proteger los componentes electrónicos del AAP de la influencias eléctricas externas.

La Figura 2 muestra una sección transversal a través del amplificador de alta potencia mostrado en la Figura 1. El número II en la Figura 1 ilustra el plano de la sección transversal. En referencia a la Figura 2, el amplificador de alta potencia puede además verse para que esté compuesto de un recinto de componentes electrónicos 20 y un recinto de RF 30, separados por la placa base 40. El grosor de la placa base 40 en la realización preferente es aproximadamente 6 mm.

El recinto de componentes electrónicos 20 está definido entre la placa base 40 y la cubierta del recinto 22, que está asegurada a la placa base por un número de tornillos. Momentáneamente en referencia a la Figura 8, se apreciará que la cubierta del recinto 22 está provista de un reborde 24 que se une a la placa base y comprime una junta tórica, dispuesta en la placa base, para formar un sello ambiental. El reborde 24 también permite que la cubierta del recinto 22 se aparte o separe ligeramente de la cubierta exterior 4. Por lo tanto, la cubierta exterior crea un espacio cercado o circundante 26 alrededor del recinto de componentes electrónicos, como puede verse parcialmente en la Figura 2, a través del cual puede hacerse que circule un flujo refrigerante de aire.

Se apreciará con referencia a las Figuras 2 y 8 que tanto la cubierta exterior 4 como la cubierta del recinto 22 tienen generalmente la misma forma, la de un cuboide con esquinas pulidas o redondeadas. Esto facilita un flujo fluido de aire alrededor del espacio cercado, evitando zonas muertas, y otros trastornos en el flujo.

El recinto de componentes electrónicos 20 contiene los circuitos de Acondicionamiento de Potencia Electrónica (APE) 28 que acondicionan el suministro de entrada de potencia principal y generan todos los suministros necesarios para el correcto funcionamiento del Tubo de Onda Viajera (TOV) y los circuitos auxiliares, tales como los montajes de RF, los montajes de refrigeración y control.... [Seguir leyendo]

1. Un amplificador de alta potencia que tiene un sistema de refrigeración, comprendiendo el amplificador:

una primera cubierta (22) montada en la placa base (40) que define un primer recinto (20) para alojar una primera parte del aparato eléctrico que se refrigerará, estando el primer recinto ecológicamente sellado; primeros medios de circulación (72) para provocar que el aire circule en el primer recinto; un segundo recinto (30) que aloja una segunda parte del aparato que se enfriará definido entre la placa base (40) y una caja protectora base (6) y que contiene un sistema de circuitos y hardware para la amplificación, teniendo el segundo recinto (30) una entrada de aire (14) y una salida de aire (16) ; segundos medios de circulación (50, 52) dispuestos para atraer el aire a la entrada de aire (14) , provocando que el aire pase sobre una estructura de intercambio de calor (54, 56) y saliendo a través de la salida de aire (16) ; una segunda cubierta (4) que sustancialmente cerca la primera cubierta (22) para define un espacio circundante (26) entre las mismas; la placa base (40) que tiene una o más aberturas (46) que comunican con el espacio circundante; y el espacio circundante que tiene una salida (86) ; en el que parte del flujo de aire creado por dichos segundos medios de circulación (50, 52) se desvía a través de las aberturas (46) al espacio circundante (26) y circula a través del espacio circundante (26) sobre los medios de transferencia de calor (76, 78) entre el primer recinto y el espacio circundante, de manera que el calor se transfiere del primer recinto al fluido refrigerante en el espacio circundante y fuera a través de la salida (86) .

2. Un amplificador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la placa base y la primera cubierta definen juntas el recinto sellado para el aparato electrónico, y en el que el sistema de refrigeración comprende una estructura de intercambio de calor dispuesta sobre la placa base fuera del recinto sellado en el flujo del aire refrigerante.

3. Un amplificador de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que los segundos medios de circulación comprenden uno o más ventiladores montados sobre la placa base. 30

4. Un amplificador de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende una restricción en el flujo de fluido refrigerante en la región de las aberturas, de tal manera que la presión del fluido fuerza al fluido refrigerante a través de las aberturas.

5. Un amplificador de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la restricción comprende una estructura de transferencia de calor.

6. Un amplificador de acuerdo con cualquier reivindicación preferente, que comprende: una partición que define un recinto para una segunda parte del aparato eléctrico que se quiere enfriar, estando la partición unida a la placa base; y una estructura de intercambio de calor dispuesta en el flujo de fluido refrigerante y dispuesta para atraer el calor de la segunda parte del aparato eléctrico.

7. Un amplificador de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la segunda parte del aparato está situada sobre el 45 lado opuesto de la placa base a la primera parte.

8. Un amplificador de acuerdo con la reivindicación 6 ó 7, en el que la segunda parte del aparato comprende un dispositivo de tubo de vacío.

50 9. Un amplificador de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que los medios de transferencia de calor comprenden una primera estructura de intercambio de calor dispuesta sobre el interior de la primera cubierta, dentro del recinto.

10. Un amplificador de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que los medios de transferencia de 55 calor comprenden una segunda estructura de intercambio de calor dispuesta sobre el exterior de la primera cubierta, dentro del recinto.

11. Un amplificador de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la primera y la segunda estructura de intercambio de calor están montadas una en correspondencia con la otra sobre lados opuestos de la primera cubierta. 60

12. Un amplificador de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende una cubierta interna montada en el recinto que crea un recorrido de flujo de fluido circulante en el recinto.

13. Un amplificador de acuerdo con la reivindicación 12, en el que los primeros medios de circulación están 65 montados sobre la cubierta interna.

14. Un amplificador de acuerdo con la reivindicación 12 ó 13, en el que la primera cubierta comprende una estructura de intercambio de calor sobre su superficie interior, dentro del recinto, y en el que la cubierta interna se extiende en el recinto de tal manera que el recorrido de flujo de fluido circulante pasa a través de la estructura de intercambio de calor.

15. Un amplificador de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende medios que definen el recorrido dispuestos en el espacio circundante que define un recorrido circulante para el flujo del fluido refrigerante, entre las aberturas y una salida.

16. Un amplificador de acuerdo con la reivindicación 15, en el que los medios que definen el recorrido comprenden una protuberancia dispuesta sobre la primera cubierta.

17. Un amplificador de acuerdo con la reivindicación 15 ó 16, en el que los medios que definen el recorrido obligan al fluido refrigerante a fluir sustancialmente sobre la superficie completa del recinto. 15

18. Un amplificador de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende un tubo respiradero alojado en la primera superficie, una cámara en comunicación con el tubo respiradero y con el recinto, y un material desecante situado en la cámara.

19. Un amplificador de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que tiene una entrada de fluido y una salida de fluido en comunicación con el espacio circundante.

20. Un amplificador de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el fluido refrigerante es aire.

21. Un amplificador de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la primera cubierta es metálica.

22. Un amplificador de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la segunda cubierta es de un material plástico.

23. Un amplificador de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la primera y la segunda cubierta tienen esquinas pulidas.

24. Un amplificador de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la salida se une al recorrido de flujo de fluido adyacente al recinto. 35

25. Un amplificador de radiofrecuencia de alta potencia que comprende el amplificador de cualquier reivindicación precedente.

26. Un amplificador de enlace ascendente a satélite que comprende el amplificador de cualquiera de las 40 reivindicaciones 1 a 25.