КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ТЕПЛОЗАЩИТЫ КВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА Российский патент 1997 года по МПК H05K7/20 G12B7/00 F28C3/08 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для обеспечения вакуумной теплоизоляции в параметрическом термостате, используемом для стабилизации частоты опорного кварцевого генератора электрических импульсов.

Известна композиция теплозащитной конструкции, состоящая из хладагента и адсорбирующей ткани а.св. N 169408, СССР, опубл. 11.03.65 Бюл. N 6.

Однако при применении хладагента, который расходуется в процессе работы, понижается надежность теплозащитной конструкции. Кроме того, размещение хладагента в локальном объеме и подведении его к адсорбирующей ткани требует использования трубопроводов и емкостей для хранения запасов хладагента, что усложняет конструкцию и приводит к ее удорожанию.

Ближайшим техническим решением является устройство теплозащитной конструкции летательных аппаратов а.св. N 1376696, СССР, в котором композиция для теплозащиты состоит из сорбента и смеси газов, причем один из газов обладает меньшей сорбционной способностью при температуре выше 273 К. В качестве такой смеси используется, например, смесь водорода и ксенона, гелия и ксенона и др.

Однако недостатком этой композиции является использование смеси газов, а не одного газового компонента, что сопряжено с дополнительными операциями по приготовлению и напуску газовых смесей, требующего специального устройства - системы напуска, а также достаточной дороговизной указанных газов.

Задачей изобретения является упрощение композиции для теплозащиты кварцевого генератора, сокращение технологических операций, связанных с приготовлением газовой среды при сохранении эффективности теплозащиты.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известном композиции для теплозащиты объекта, содержащий сорбент и газообразный теплоноситель, в качестве сорбента использован силикагель, а в качестве теплоносителя аммиак при следующем соотношении концентраций ингредиентов: силикагель 13,84• 10^-9 моль/л, аммиак 0,47•10^-9 моль/л.

Использование силикагеля в качестве сорбента, поглощающего водород и пары воды, известно (Косяков Н.Е. и др. Адсорбционное равновесие системы водород-вода-силикагель. Ж. физ.химии, 1985, N 59, с.470-471.

Известно также использование аммиака как сорбента, например, Кировская И. А. и др. Кислотно-основные свойства поверхности системы GaAs-ZnSe. Сб. Физико-химия поверхности. Томск, 1979, с.45-46. Томский ун-т. Деп. в ОНИИТЭХИМ, Черкассы, 19.11.79, 3185/79.

Однако неожиданным оказался результат совместного использования силикагеля с аммиаком в качестве композиции для теплозащиты объекта, в частности, кварцевого генератора, заключающийся в упрощении системы напуска теплоносителя, связанном с заменой смеси газов одним газом и удешевлении защитной композиции.

В процессе поиска по источникам научно-технической и патентной литературы не обнаружено технических решений, в которых бы одновременно использовались силикагель и аммиак для теплозащиты объекта.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод, что данное техническое решение отвечает критерию "изобретательский уровень".

При экспериментальной проверке предлагаемой композиции (силикагель-аммиак), так же, как и в прототипе, использовали параметрический термостат, представляющий собой баллон, наполненный газом при низком давлении, внутрь которого помещается защищаемый объект в данном случае кварцевый генератор, а на внутреннюю стенку баллона наносится адсорбент таким образом, чтобы он имел надежный тепловой контакт с его металлической стенкой. Предлагаемая композиция изменяет свою теплопроводность при изменении температуры внешней среды и характеризуется оптимальной температурой зависимостью давления, максимально приближающейся к "идеальной" для параметрического термостата.

Основной характеристикой параметрического термостата является зависимость р f(T), которая обеспечивает наилучшую термостабилизацию.

Для определения оптимальных параметров выбранной системы (термостат плюс композиция) была составлена программа. В основу алгоритма программы положены разработанные нами методы расчета изохор адсорбции газов, наиболее пригодных для создания гибких оптимальных адсорбционных систем.

При определении оптимальных параметров термостата учитывалась рабочая температура, давление газа-теплоносителя, емкость термостата, масса адсорбента. В результате расчетов была получена, так называемая, "идеальная" кривая р f(T) фиг.1.

Из всех представленных изохор наиболее приближена к "идеальной" изохора адсорбция аммиака. Поэтому кривые р f(T) снимались для аммиака в рабочем режиме термостата.

Пример. Изохоры адсорбции снимали на стандартной высоковакуумной установке. Модель параметрического термостата показана на фиг.2.

В стеклянный цилиндрический корпус 1 с напыленной на внутреннюю поверхность металлической пленкой помещали внутренний нагреватель 2 (сопротивление МЛТ с номиналом 470 Ом), датчик температуры 3 (термосопротивление) и силикагель 4. Питание на нагреватель подавали со стабилизированного источника постоянного тока Б5-47 (5). Мощность внутреннего нагревателя задавали из условия, что при температуре окружающей среды ((T_{__→})) 213 К температура внутри термостата ((T_{←_})) равнялась 343 К. Температуру внутри термостата измеряли расположенным рядом с нагревателем термосопротивлением 3, показания которого регистрировали вольтметром Щ 4300 (6). Термосопротивление было предварительно откалибровано.

Температуру внешней среды измеряли термометром, прижатым к внешней стенке корпуса на одной уровне с термосопротивлением. Для получения температур ниже комнатной термостат выдерживали над жидким азотом, а для получения температур выше комнатной термостат помещали внутрь печи с нагревателем из нихромовой спирали, нагреваемой лабораторным автотрансформатором.

Используемый для заполнения термостата аммиак был получен по стандартной методике Рапопорт Ф.М. Ильинская А.А. Лабораторные методы получения чистых газов. М. Госхимиздат, 1963, с. 419 разложением хлористого аммония и очищен от паров воды пропусканием последовательно через ловушку, охлаждаемую льдом, и через ловушку со спрессованным оксидом кальция. Затем пары аммиака дополнительно обезвоживались вымораживанием в ловушке, охлаждаемой жидким азотом. После размораживания ловушки в резервуар для хранения газов отбирали начальную фракцию, содержащую только пары аммиака.

Эталонные зависимости были получены для параметрического термостата как в отсутствии, так и при наличии внутри него адсорбента. При наличии в термостате адсорбента в ходе эксперимента снимали непосредственно эталонные зависимости давления аммиака от температуры внешней среды при внутренних температурах 338, 343, 348^oК.

Как видно из графика, максимально к "идеальной" кривой приближается изохора адсорбции аммиака (по сравнению с другими газовыми средами) при соотношениях концентраций ингредиентов: силикагель 13,84•10^-9 моль/л, аммиак 0,47•10^-9 моль/л.

Таким образом, предлагаемая композиция при данном соотношении ингредиентов позволяет обеспечить теплозащиту кварцевого генератора.

Предложенная композиция является более простой, так как исключается смесь газов, для напуска которой в термостат необходимо применять сложную аппаратуру, и одновременно более дешевой не только из-за отказа от сложного оборудования, но и замены дорогостоящих инертных газов на недорогой газ - аммиак.

Область использования изобретения - изобретение относится к области технической физики и может быть использовано для обеспечения вакуумной теплоизоляции в параметрическом термостате. Сущность изобретения заключается в том, что в композиции для теплозащиты кварцевого генератора, содержащей сорбент и газообразный теплоноситель, в качестве сорбента использован силикагель, а в качестве теплоносителя - аммиак при следующем соотношении концентраций ингредиентов: силикагель - 13,84• 10^-9 моль/л, аммиак - 0,47•10^-9 моль/л. 2 ил.

Композиция для теплозащиты кварцевого генератора, содержащая сорбент и газообразный теплоноситель, отличающаяся тем, что она содержит в качестве сорбента силикагель, а в качестве теплоносителя аммиак при следующем соотношении концентраций ингредиентов: силикагель 13,84 • 10^- 9 моль/л, аммиак 0,47 • 10^- 9 моль/л.