СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ Российский патент 2008 года по МПК H05K7/20 H05K5/02 

Способ и устройство тепловой защиты электронных модулей относятся к специальной области электронной техники и могут быть использованы для защиты в аварийных ситуациях электронных модулей типа регистраторов полетной информации, используемых на самолетах и любых других транспортных средствах.

Известен способ тепловой защиты электронных модулей путем отвода тепла с помощью двух слоев теплозащитных смесей, состоящих из смеси кристаллов цитрата бария и цитрата кальция в весовом соотношении от 20:80 до 80:20 и смеси кристаллов цитрата бария и двойной соли цитрата натрия в весовом соотношении от 20:80 до 80:20, причем кристаллы цитратов бария, кальция и двойной соли цитрата натрия покрыты пористой оболочкой из кремниевой кислоты (заявка №2004126459/09(028595), МПК 7 H05K 7/20, H05K 5/02).

Известно устройство для осуществления способа тепловой защиты электронных модулей, которое содержит корпус, внутренние поверхности которого образуют внутреннюю полость для размещения электронных модулей, теплоотражающий кожух, разделяющий внутреннюю полость корпуса на две части, заполненные теплозащитными смесями, и средства для удаления из корпуса газообразных продуктов разложения, причем часть полости между внутренними поверхностями корпуса и внешними поверхностями теплоотражающего кожуха заполнена смесью, состоящей из кристаллов цитрата бария и цитрата кальция, часть полости между внутренними поверхностями теплоотражающего кожуха и электронными модулями заполнена смесью, состоящей из кристаллов цитрата бария и двойной соли цитрата натрия, причем кристаллы цитратов бария, кальция и двойной соли цитрата натрия покрыты пористой оболочкой из кремниевой кислоты (заявка №2004126459/09(028595), МПК 7 Н05K 7/20, Н05K 5/02).

Описанные способ и устройство тепловой защиты по совокупности существенных признаков являются наиболее близкими к заявляемым изобретениям и выбраны в качестве ближайших аналогов (прототипов).

Недостатком ближайших аналогов является малая удельная теплоотводящая способность смесей, в результате чего для защиты модулей от воздействия высоких температур окружающей среды в течение необходимого периода времени требуется значительная масса смеси, что неприемлемо при ограниченных объемах.

Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемых изобретений, заключается в повышении удельной теплоотводящей способности смесей и обеспечении их работы в течение необходимого периода времени меньшим по массе и объему количеством смеси.

Технический результат достигается за счет того, что в способе тепловой защиты электронных модулей путем отвода тепла из устройства с помощью теплозащитной смеси в качестве теплозащитной смеси используют смесь кристаллов цитрата бария и цитрата кальция в весовом соотношении от 80:20 до 40:60 с гелем кремниевой кислоты и цитрата натрия, причем кристаллы цитрата бария и цитрата кальция предварительно покрыты оболочкой из абиетата цинка, насыщенной смесью кремниевой кислоты и цинкатов натрия.

Устройство для осуществления способа тепловой защиты электронных модулей содержит корпус, внутренние поверхности которого образуют полость для размещения в ее центре электронных модулей, термическую прокладку, прилегающую к внутренней поверхности корпуса, средства для удаления из корпуса газообразных продуктов, при этом пространство между электронными модулями и термической прокладкой заполнено смесью кристаллов цитрата бария и цитрата кальция с гелем кремниевой кислоты и цитрата натрия, причем кристаллы цитрата бария и цитрата кальция предварительно покрыты оболочкой из абиетата цинка, насыщенной смесью кремниевой кислоты и цинкатов натрия.

На чертеже представлена конструкция устройства тепловой защиты электронных модулей.

Устройство тепловой защиты содержит корпус 1, изготовленный, обычно, из металла высокой прочности. Корпус 1 может иметь любую требуемую форму, обеспечивающую устойчивость к раздавливанию и проникающему удару. К внутренней поверхности корпуса 1 прилегает термическая прокладка 2 из материала на основе базальтовых волокон, имеющих высокую пористость и низкий коэффициент теплопроводности. В центре внутренней полости корпуса 1 расположен защищаемый электронный модуль 3. Теплозащитная смесь 4 занимает пространство между электронным модулем 3 и прокладкой 2 и состоит из кристаллов цитрата бария и цитрата кальция, смешанных с гелем кремниевой кислоты и цитрата натрия, причем кристаллы цитрата бария и цитрата кальция предварительно покрыты высокопористой, нерастворимой в воде оболочкой из абиетата цинка, насыщенной смесью кремниевой кислоты и цинкатов натрия. Корпус 1 закрыт крышкой 5. Корпус 1 и крышка 5 имеют специальные отверстия для удаления пара из устройства.

При воздействии на корпус 1 высокой температуры энергия поступающего тепла идет на выделение и испарение воды из кремниевой кислоты и плавление солей с последующей дегидратацией смеси 4. Структура смеси 4 представляет собой вязкую, резиноподобную массу, что заставляет водяной пар идти к корпусу 1 с большим гидравлическим сопротивлением. Работа смеси 4 происходит следующим образом: при температуре слоя 103...105°С идет дегидратация геля кремниевой кислоты, при этом пар выходит через еще не работающие соли и покрытие из абиетата цинка. При температуре 135°С, 150°С, 185°С идет плавление и дегидратация цитратов бария, кальция, при этом выход пара затрудняется покрытием солей и мелкодисперсным кварцем обезвоженного геля кремниевой кислоты. При температуре слоя 205°С в слоях геля и солей, вышерасположенных и отработанных, происходит плавление покрытия из абиетата цинка, сдерживаемое кварцем геля и отработанными солями, что дополнительно повышает экономный расход водяного пара на охлаждение.

Эти реакции при равномерном тепловом потоке происходят послойно, в одной паровой и нескольких, концентрически расположенных относительно модуля 3, «расплавленных оболочках» толщиной 0,5...0,8 мм, повторяющих форму внутренней поверхности корпуса 1 и перемещающихся от периферии к центру. Высокая энергия дегидратации используемой смеси 4 обусловлена наличием молекул только конституционной воды первичной гидратации в цитратах бария и кальция, нечетного количества молекул воды в цитрате бария и цитрате кальция.

Явления плавления и дегидратации смеси 4 сопровождаются испарением воды. При прохождении водяного пара через смесь 4 происходит отвод тепла от модулей 3 и принудительное охлаждение корпуса 1. Такой процесс позволяет удерживать максимальную температуру платы модуля 3 на уровне приемлемых величин - 98...102°С, то есть на уровне, при котором электронному модулю 3, находящемуся в корпусе 1, не наносится существенного повреждения. Однако накопление большого количества пара внутри герметичного корпуса 1 может привести к перегреву данного пара и повышению температуры электронного модуля 3 выше критической. Для выхода пара в корпусе 1, крышке 5 имеются специальные отверстия. Выход пара специально затруднен образующейся структурой отработанных и частично отработанных слоев смеси 4, что ведет к более экономному расходу водяного пара и, следовательно, увеличению времени работы смеси. Толщина слоев смеси 4 зависит от весовых соотношений солей и геля кремниевой кислоты в этих смесях и от времени их дегидратации.

Вязкая, резиноподобная структура смесей способствует рассеиванию части энергии ударов по корпусу устройства.

Использование в предлагаемых способе и устройстве теплозащитного слоя, состоящего из смеси кристаллов цитрата бария, цитрата кальция, геля кремниевой кислоты и цитрата натрия, кроме того, кристаллы цитрата бария и цитрата кальция предварительно покрыты оболочкой из абиетата цинка, насыщенной смесью кремниевой кислоты и цинкатов натрия, позволило увеличить удельную теплоотводящую способность смеси на 55-60% и обеспечило защиту электронного модуля меньшей массой смеси в течение не менее 60 минут при температуре 1100°С и 10 часов при температуре 260°С.

Изобретения предназначены для защиты в аварийных ситуациях электронных модулей регистраторов полетной информации, используемых на самолетах и любых других транспортных средствах. Технический результат - повышение удельной теплоотводящей способности смеси и, как следствие, обеспечение ее работы в течение необходимого периода времени меньшим по массе и объему количеством смеси. Сущность способа заключается в отводе тепла от электронных модулей с помощью теплозащитной смеси в процессе ее плавления и дегидратации, а устройство для осуществления этого способа содержит корпус, внутренние поверхности которого образуют полость для размещения в ее центре электронных модулей, термическую прокладку из материала на основе базальтового волокна, прилегающую к внутренней поверхности корпуса, при этом пространство между электронными модулями и термической прокладкой заполнено смесью кристаллов цитрата бария, цитрата кальция и геля кремниевой кислоты и цитрата натрия, причем кристаллы цитрата бария и цитрата кальция предварительно покрыты оболочкой из абиетата цинка, насыщенной смесью кремниевой кислоты и цинкатов натрия. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ тепловой защиты электронных модулей путем отвода тепла с помощью теплозащитной смеси, отличающийся тем, что в качестве теплозащитной смеси используют смесь кристаллов цитрата бария и цитрата кальция в весовом соотношении от 80:20 до 40:60 с гелем кремниевой кислоты и цитрата натрия, причем кристаллы цитрата бария и цитрата кальция предварительно покрыты оболочкой из абиетата цинка, насыщенной смесью геля кремниевой кислоты и цинкатов натрия.2. Устройство для осуществления способа тепловой защиты электронных модулей содержит корпус, внутренние поверхности которого образуют полость для размещения в ее центре электронных модулей, термическую прокладку, прилегающую к внутренней поверхности корпуса, и специальные средства удаления газообразных продуктов, отличающееся тем, что пространство между электронными модулями и термической прокладкой заполнено смесью кристаллов цитрата бария и цитрата кальция с гелем кремниевой кислоты и цитрата натрия, причем кристаллы цитрата бария и цитрата кальция предварительно покрыты оболочкой из абиетата цинка, насыщенной смесью кремниевой кислоты и цинкатов натрия.