MXPA99003170A - Dispositivo para alojar equipo de comunicaciones y electronico, que utiliza un material con coeficiente de temperatura positivo - Google Patents

Abstract

Se proporciona una caja mejorada para alojar equipos de comunicaciones y electrónicos que comprende un elemento de calentamiento fabricado con un material de coeficiente de temperatura positivo. La caja es particularmenteútil para alojar equipo de comunicaciones y las estaciones de base de sitio de celda para sistemas telefónicos celulares en exteriores;tiene capacidades de calentamiento autorregulables que no dependen de par metros de voltaje, por lo que permiten su uso en diversas posiciones geográficas. En una modalidad preferida, se utiliza una pluralidad de elementos de calentamiento PTC y se localizan selectivamente adyacentes a una pluralidad de regiones de circuitos. Se puede utilizar la energía de DC para energizar los calentadores PTC y la caja puede ser utilizada para equipo telefónico que opera con energía AC o DC.

Description

DISPOSITIVO PARA ALOJAR EQUIPO DE OMlTCACIOES Y T??-.T*Í.?T?ON CO, QUE UTILIZA ÜN MATERIAL CON COEFICIENTE DE TEMPERATURA POSITIVO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con una caja para alojar equipo de comunicaciones y electrónico que utiliza un elemento de calentamiento que comprende un material con coeficiente de temperatura positivo. La caja es particularmente útil para montaje exterior de equipo de comunicaciones y especialmente estaciones de base de sitio de celda de sistemas de teléfono celular.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Es importante que se mantenga una temperatura adecuada de operación dentro de una caja que alberga un montaje eléctrico o equipo de comunicaciones . El equipo con frecuencia necesita mantenerse en o por encima de una temperatura mínima de operación. Por ejemplo, ciertos dispositivos electrónicos no operarán a temperaturas inferiores a 0°C. Aún debido al uso propuesto para equipo (por ejemplo una estación de base de sitio de celda para un sistema de teléfono celular) , el equipo puede estar montado en el exterior en donde la temperatura ref.29797 ambiente algunas veces disminuye a temperaturas inferiores a 0°C u otra temperatura mínima de operación para el equipo. Tradicionalmente, para equipo montado en el exterior, se han colocado calentadores en los alojamientos para mantener el equipo lo suficientemente caliente. Sin embargo, los calentadores tradicionales han presentado dificultades considerables. Una dificultad se relaciona con la inhabilitación del equipo en un ambiente frío el cual puede ser necesario, por ejemplo, cuando el equipo es inspeccionado para mantenimiento, reparado o cuando hay una interrupción de suministro de energía. En estos casos, puede ser necesario calentar el equipo a la temperatura de operación mínima antes de reactivación, pero para hacer esto, el calentador debe ser operado manualmente. Surge otra dificultad debido a que el equipo en si mismo puede tener componentes que generen calor, o puede ser calentado por los rayos del sol que incidan en los montajes en el exterior. Se sabe «que los calentadores convencionales generan riesgos de incendio. Se han colocado blindajes solares sobre los dispositivos para evitar un incremento en la temperatura del sol, pero estos blindajes inhiben adversamente la disipación de calor del sistema. Se han colocado controles de termostato sobre las cajas y se han regulado externamente, esto es, en un esfuerzo por controlar la temperatura dentro de la caja, pero al regular la temperatura de esta manera se produce un funcionamiento inestable, no es confiable y genera una tasa relativamente elevada de fallas. Otra dificultad con los calentadores tradicionales es «que las almohadillas calentadoras disponibles actualmente están constituidas de materiales los cuales no operan en los intervalos de voltaje estrechos, estableciendo límites respecto al uso de los dispositivos. Por ejemplo, estos sistemas no son operables para estaciones de base de sitio de celda localizados en Europa o en otras partes del mundo en donde se requiere un voltaje de operación elevado (por ejemplo >110V) . Los retos presentados por el ambiente exterior, junto con el uso cada vez mayor de e<quipo de comunicaciones montado en el exterior ha llevado a diseños inovadores para las unidades de alojamiento eléctrico mismas. Por ejemplo, un nuevo diseño de alojamiento que tiene aletas de disipación de calor se describe en la patente norteamericana número de serie 09/008,726, "Heat Dissipation Structure for an Electrical Assembly" , presentada el 1 de enero de 1998 por Aa alu et al., y cedida al cesionario de la presente, la cual se incorpora como referencia en la presente. Véase también la solicitud de patente norteamericana 08/976,708, "Multi -Layered Polymer Structure For Fabricating Housings For Communications And Electrical Products" , por Zimmerman et al . , y la solicitud de patente norteamericana número de serie 08/976,713, "Dual Network Housing Device And Improved Method For Enclosing Networks" ambas presentadas el 24 de noviembre de 1997 y cedidas a Lucent Technologies y la patente norteamericana 3,900,700 para Gaudet, " Protective Enclosure" . La totalidad de las tres patentes mencionadas en lo inmediatamente anterior se incorporan en la presente como referencia. Estos dispositivos proporcionan características mejoradas de disipación de calor y materiales pirorretardantes. Sin embargo, sería ventajoso proporcionar un alojamiento mejorado que evite el uso de elementos calentadores tradicionales y sus inconvenientes asociados .

DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN Los solicitantes han descubierto una caja mejorada para alojar dispositivos electrónicos y de comunicaciones en exteriores, «que comprende una caja «que tiene un elemento de calentamiento colocada en la misma, en donde el elemento de calentamiento está constituido de un material que tiene un coeficiente de temperatura positivo (PCT) para generar calor en virtud de la resistencia interna del material cuando se hace pasar corriente a través del mismo, y en donde el material de PCT está acoplado a una fuente de energía para generar corriente. Preferiblemente, el alojamiento está configurado para encerrar circuitos de una estación de base de sitio de celda de teléfono celular y una pluralidad de elementos de calentamiento que comprenden una o más placas de PCT las cuales se localizan selectivamente en regiones adyacentes de los circuitos. Con el uso de material PTC, se proporciona una caja que tiene capacidades de calentamiento autorregulables y que no depende de parámetros de voltaje, por lo que permite su uso en diversas posiciones geográficas.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS Para una mejor comprensión de la invención, se describe a continuación una modalidad ejemplar, considerada junto con los dibujos anexos, en los cuales: la figura 1 es una representación esquemática de una modalidad de la caja de la invención que tiene dos calentadores de coeficientes de temperatura positiva colocados en la misma; la figura 2 es una vista lateral en sección transversal de una modalidad de un elemento calentador PTC para uso en la caja de la invención; y la figura 3 es una vista en planta en perspectiva del tablero de circuito de una estación de base de sitio de celda alojado dentro de la caja de la invención que tiene una pluralidad de elementos calentadores de coeficiente de temperatura positiva que se colocan selectivamente en la misma, la caja se muestra en la posición abierta.

Se debe entender que estos dibujos son con el propósito de ilustrar los conceptos de la invención y no están a escala.

DESCRIPCIÓN p-BrAT.T.?TiA DE LA INVENCIÓN Los solicitantes han descubierto que se puede configurar una caja mejorada para alojar equipo electrónico y de comunicaciones utilizando un material de coeficiente de temperatura positiva. En la figura 1 se ilustra una representación esquemática de la caja de la invención. La unidad 8 de recinto tiene una estructura exterior de pared 10 exterior para albergar al equipo. Se proporciona una caja 12 de acceso para tener acceso al interior de la unidad y se fijan una pluralidad de aletas 14 de disipación de calor a la pared exterior de la unidad. Las subunidades 20, 22 electrónicas tienen circuitos colocados en las mismas y que se alojan dentro de la caja. Los elementos 30, 40 de calentamiento, constituidos de un material termistor o resistor con coeficiente de temperatura positivo (PTC) se localizan estratégicamente dentro de la caja adyacentes al circuito. Los elementos de calentamiento PTC pueden comprender cada uno una o más placas de material termistor o resistor PTC colocado entre un par de electrodos . Los calentadores con coeficiente de temperatura positivo (PTC) comprenden - 1 -semiconductores en estado sólido y generalmente se han utilizado en productos de consumidor tales como secadores para el pelo, secadores para ropa, calentadores de espacio, espejos para automóviles y similares. Un calentador PTC comprende un material resistor o termistor PTC cerámico o polimérico colocado en contacto con una fuente generadora de corriente, por ejemplo, electrodos. El material PTC produce calor en virtud de una resistencia interna generada por el material cuando se hace pasar corriente a través del mismo. Algunos calentadores con coeficiente de temperatura positiva se describen, por ejemplo en la patente norteamericana número 5,658,479 para Tadokoro, "Posi tive Temperature Coefficient Thermistor Heater and Positive Temperature Coefficient Thermistor Heater Device Using the Same", otorgada el 19 de agosto de 1997 y la patente norteamericana número 4,972,067 para Lokar et al . , PTC Heater Assembly and A Method of Manufacturing the Heater Assembly , otorgado el 21 de junio de 1989, las dos las cuales se incorporan como referencia. La figura 2 muestra la configuración básica de un elemento 30 de calentamiento con más detalle en comparación con la figura 1. El elemento de calentamiento puede estar constituido de placas de material 32 PTC separadas por material 36 aislante, aunque también se puede utilizar una sola placa de material PTC. El material PTC se coloca entre un par de electrodos 34a, 34b, para generar corriente. Los electrodos se conectan a una fuente de energía (no mostrada) . La energía de DC puede ser utilizada para energizar los calentadores PTC, y la caja puede ser utilizada para equipo telefónico que opere con energía AC o DC. En operación, cuando se hace pasar corriente a través de las placas 32 PTC por activación de los electrodos 34a, 34b, se genera calor debido a la resistencia interna del material PTC. La velocidad a la cual se incrementa la temperatura o la constante de disipación de calor (*) (es decir, el calor disipado en un período de tiempo específico por un cambio de 1°C con la temperatura ambiente) dependerá del tipo de material PTC seleccionado, sus características eléctricas, la corriente generada y la temperatura ambiente. La resistencia del material PTC se puede incrementar a una tasa exponencial o cercana a la exponencial hasta que se alcanza una temperatura predeterminada, punto en el cual el material conduce una corriente despreciable de manera que ya no se genera calor. De esta manera, el dispositivo PTC es autoestabilizante y autorregulable, es decir, se autoestabiliza a una temperatura predeterminada. Ventajosamente, se pueden conectar un par de unidades PTC en paralelo entre si, compartiendo una terminal conductora conectada a una fuente de energía para optimizar las propiedades de generación de calor en relación a la potencia aplicada.

Se pueden seleccionar diversas composiciones de materiales para el material PTC, los electrodos, o los materiales aislantes, como se conoce en el ámbito. Por ejemplo, el material PTC puede comprender titanato de bario o una pasta de carbón estampada por estarcido sobre una película o firme de poliéster. Los electrodos pueden comprender aluminio y el material aislante puede comprender poliimida o dióxido de silicio. Los diferentes aditivos o concentraciones de aditivos se pueden difundir o implantar en las placas PTC dependiendo de la temperatura de operación predeterminada que se desee mantener, y la selección de aditivos se puede determinar por aquellos familiarizados en el campo de elaboración de materiales PTC y elementos de calentamiento. Las propiedades de generación de calor de los elementos de calentamiento PTC se pueden ajustar en base en las temperaturas locales anticipadas del ambiente en el cual se va a colocar la caja. Ante la especificación de las temperaturas y condiciones de operación deseadas, los elementos de calentamiento PTC se pueden obtener de Texas Instruments, Inc., Panasonic Corp., Hartford Eichenauer, E.l. duPont de Nemours and Co., o DBK Techniterm de Alemania. Para una estación de base de teléfono celular, se pueden utilizar elementos de calentamiento PTC que tengan una longitud de aproximadamente 20 cm (8 pulgadas) y una anchura de aproximadamente 2.5 cm (1 pulgada) .

Como se ilustra en la figura 3 , se pueden montar uno o más elementos de calentamiento PTC, 30, 40, 50 sobre ménsulas 38, 48 y se pueden asegurar al tablero 24 de circuito impreso de un sistema electrónico o de comunicaciones. Además, los elementos de calentamiento PTC se pueden asegurar a la pared de la unidad 10 de caja, o al interior de la puerta 12, en vez de, o además de ser instalados sobre el tablero 24 de circuito impreso. Como se muestra, se seleccionan ventajosamente uno o más elementos de calentamiento constituidos de materiales que tengan diferentes coeficientes de temperatura, y se colocan estratégicamente dentro de la caja para proporcionar un calentamiento distribuido y controlado. Por ejemplo, en el caso de una estación de base de teléfono de celda, se puede seleccionar al elemento de calentamiento colocado cerca del amplificador de RF de alta energía para que esté constituido de un material «que no disipe calor durante condiciones normales de operación, mientras que el elemento o elementos de calentamiento colocados cerca de los paquetes de circuito deben disipar calor cuando la temperatura ambiente es de aproximadamente 0°C o inferior. Los elementos de calentamiento se pueden fabricar para ser flexibles, lo que incrementa las capacidades de montaje dentro de la caja. Todos los elementos de calentamiento preferiblemente deben disipar calor cuando la unidad es activada para la etapa de calentamiento, es decir, cuando la unidad es calentada para iniciar su operación. Los elementos de calentamiento PTC se pueden configurar para activarse automáticamente al alcanzar una temperatura mínima umbral, de manera que no se requiere activación externa. Para la estación de base de teléfono celular, la salida del calentador debe ser insensible a los voltajes de entrada. De esta manera, se puede utilizar el mismo montaje calentador sin importar el voltaje de AC al cual opera cada estación de base celular particular, y por lo tanto, se puede utilizar en el mismo tipo de unidad de caja para diferentes posiciones geográficas. Los elementos de los circuitos y sus propiedades generadoras de calor son bien conocidas, de manera que la colocación selectiva de los elementos PTC se puede llevar a cabo por una persona familiarizada en el campo. Los circuitos de estación de base de celda también se describen en la patente norteamericana número 5,613,234, otorgada el 18 de marzo de 1997 para Vella-Coleiro, "Receive Filter Using Frequency Translation for or in Cellular Telephony Base Station", asignada a Lucent Technologies Inc., el cesionario de la presente, la cual se incorpora en la presente como referencia. Los elementos PTC se pueden localizar selectivamente basados no solo en los circuitos del dispositivo sino también en la configuración del alojamiento. Por ejemplo, se puede utilizar un alojamiento como se describe en la solicitud de patente norteamericana número de serie 09/008,726, incorporada en la presente como en lo anterior; esto es, el alojamiento puede tener un arreglo de aletas conductoras de calor aseguradas a una pared exterior de la caja y una cubierta perforada sobre las latas. Los elementos PTC pueden ser colocados selectivamente sobre la pared de la caja, tal como una pared alejada de las aletas conductoras de calentamiento. El uso de elementos de calentamiento PTC proporciona ventajas en la medida en que ya no se necesita más controles de termostato externos. Los calentadores se pueden dejar activados en todo momento, y no es necesario que sean activados o desactivados externamente para evitar problemas de enfriamiento. La caja de la invención tiene un elemento calentador PTC que tiene confiabilidad mejorada en comparación con dispositivos tradicionales con controles de termostato y se obtiene un control pasivo sobre la temperatura. Se mejora la seguridad; debido a la naturaleza autorregulable de los calentadores y se reduce el riesgo de posibles peligros de incendio. La salida del calentador puede ser insensible al voltaje de entrada para proporcionar un dispositivo más versátil el cual se puede utilizar en las más diversas posiciones geográficas. Se debe entender que las modalidades descritas en la presente son únicamente ejemplares y que una persona familiarizada en la técnica puede realizar variaciones y modificaciones sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. La totalidad de tales variaciones y modificaciones se pretende que se incluyan dentro del alcance de las reivindicaciones anexas. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos o productos a que la misma se refiere.

Claims (12)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Una caja mejorada para alojar equipo electrónico o de comunicaciones que tiene una temperatura mínima de operación, en donde la mejora está caracterizada porque comprende por lo menos un calentador colocado dentro de la caja que comprende por lo menos una placa de un material de coeficiente de temperatura positivo (PTC) conectado a una fuente de energía para generar corriente a través del material PTC.

2. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material PTC comprende un material termistor o resistor.

3. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos un calentador comprende una o más placas de material PTC colocadas entre un par de electrodos.

4. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque comprende además una pluralidad de calentadores PTC colocados selectivamente en el dispositivo adyacente al equipo.

5. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el equipo comprende por lo menos un tablero de circuito impreso, y la pluralidad de calentadores PTC se montan selectivamente sobre el tablero de circuito impreso.

6. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la pluralidad de calentadores PTC se montan selectivamente en una o más de las paredes interiores de la caja.

7. Una estación de base de teléfono celular, caracterizada porque comprende el dispositivo mejorado de conformidad con la reivindicación 1.

8. Una estación de base de teléfono celular caracterizada porque comprende el dispositivo mejorado de conformidad con la reivindicación 6.

9. Una estructura mejorada para albergar un montaje eléctrico y calentar el montaje a o por encima de una temperatura mínima de operación, el montaje está contenido dentro de una caja del tipo que comprende un arreglo de aletas planas paralelas conductoras de calor aseguradas a una pared exterior de la caja, las aletas están alineadas paralelas a un eje vertical cuando la caja se monta para definir una pluralidad de canales verticales entre pares de aletas adyacentes, las aletas se forman con una pluralidad de muescas alineadas para definir una pluralidad de canales horizontales, y una cubierta perforada sobre y separada de las aletas, en donde la mejora está caracterizada porque comprende: un calentador colocado dentro de la caja que comprende por lo menos una placa de material termistor o resistor PTC conectado a una fuente de energía, en donde ante la activación de la fuente de energía, una corriente generada a través del material PTC incrementa la temperatura del material y del ambiente que rodea al equipo a o por encima de la temperatura mínima de operación.

10. El dispositivo mejorado de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende además una pluralidad de calentadores PTC colocados selectivamente dentro de la caja, en donde cada calentador comprende una o más placas de material PTC colocadas entre un par de electrodos .

11. Una estación de base de teléfono celular, caracterizada porque comprende el dispositivo mejorado de conformidad con la reivindicación 10.

12. Un método mejorado para mantener la temperatura de un montaje electrónico o de comunicaciones montado en el exterior en o por encima de una temperatura mínima de operación, el método está caracterizado porque comprende la etapa de asegurar una pluralidad de calentadores PTC dentro de una caja para el montaje.