СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ Российский патент 2009 года по МПК H05K7/20 

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 (патент РФ № 2275763, МПК7 Н05К 7/20, Н05К 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 (патент РФ №2275763, МПК7 Н05К 7/20, Н05К 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 смеси и обеспечении работы устройства 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 ортофосфата никеля и цитрата бария в весовом соотношении от 20:80 до 80:20 с гелем кремниевой кислоты, силиката алюминия и цитрата натрия, причем кристаллы ортофосфата никеля и цитрата бария предварительно покрыты оболочкой из абиетата железа, насыщенной гелем силиката натрия и ацетата железа, а кристаллы ортофосфата никеля в оболочке из абиетата железа расположены вокруг кристаллов цитрата бария в их собственной оболочке из абиетата железа.

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 ортофосфата никеля и цитрата бария с гелем кремниевой кислоты, силиката алюминия и цитрата натрия, причем кристаллы ортофосфата никеля и цитрата бария предварительно покрыты оболочкой из абиетата железа, насыщенной гелем силиката натрия и ацетата железа, а кристаллы ортофосфата никеля в оболочке из абиетата железа расположены вокруг кристаллов цитрата бария в их собственной оболочке из абиетата железа.

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 ортофосфата никеля и цитрата бария, смешанных с гелем кремниевой кислоты, силиката алюминия и цитрата натрия, причем кристаллы ортофосфата никеля и цитрата бария предварительно покрыты высокопористой, нерастворимой в воде оболочкой из абиетата железа, насыщенной гелем силиката натрия и ацетата железа, а кристаллы ортофосфата никеля в оболочке из абиетата железа расположены вокруг кристаллов цитрата бария в их собственной оболочке из абиетата железа. Корпус 1 закрыт крышкой 5, в которой имеется специальное отверстие для выхода 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 спресованную массу, обеспечивающую гидравлическое сопротивление выходящему пару для увеличения ресурса работы смеси 4.

Работа смеси 4 происходит следующим образом: при температуре слоя 101...103°С идет дегидратация частично обезвоженного геля кремниевой кислоты, при этом пар выходит через еще не работающие соли и покрытие из абиетата железа. При температуре 110...260°С, 150°С идет плавление и дегидратация ортофосфата никеля и цитрата бария соответственно, при этом выход пара затрудняется покрытием солей и мелкодисперсным кварцем обезвоженного геля кремниевой кислоты. При температуре слоя 205...220°С в слоях геля и солей, вышерасположенных и отработанных, происходит плавление покрытия из абиетата железа, сдерживаемое кварцем геля и частично 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 ортофосфате никеля и цитрате бария, нечетного количества молекул воды в ортофосфате никеля и цитрате бария (по 7·Н₂О в каждой из солей).

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 крышке 5 имеется специальное отверстие. 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.

Использование в предлагаемых способе и устройстве теплозащитного слоя, состоящего из смеси кристаллов ортофосфата никеля, цитрата бария, геля кремниевой кислоты, силиката алюминия и цитрата натрия, причем кристаллы ортофосфата никеля и цитрата бария предварительно покрыты оболочкой из абиетата железа, насыщенной гелем силиката натрия и ацетата железа, а кристаллы ортофосфата никеля в оболочке из абиетата железа расположены вокруг кристаллов цитрата бария в их собственной оболочке из абиетата железа, что позволило увеличить удельную теплоотводящую способность смеси на 60-75% 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 типа регистраторов полетной информации, используемых на самолетах и любых других транспортных средствах. Технический результат - повышение удельной теплоотводящей способности смеси на 60-75% и, как следствие, обеспечение защиты электронного модуля меньшей массой смеси в течение не менее 60 минут при температуре 1100°С и 10 часов при температуре 260°С. Достигается в способе тепловой защиты электронных модулей путем отвода 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, прилегающую к внутренней поверхности корпуса. Пространство между электронными модулями и термической прокладкой заполнено смесью кристаллов ортофосфата никеля, цитрата бария, геля кремниевой кислоты, силиката алюминия и цитрата натрия. Кристаллы ортофосфата никеля и цитрата бария предварительно покрыты оболочкой из абиетата железа, насыщенной гелем силиката натрия и ацетата железа, причем кристаллы ортофосфата никеля в оболочке из абиетата железа расположены вокруг кристаллов цитрата бария в их собственной оболочке из абиетата железа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ тепловой защиты электронных модулей путем отвода тепла из устройства с помощью теплозащитной смеси, отличающийся тем, что в качестве теплозащитной смеси используют смесь кристаллов ортофосфата никеля и цитрата бария в весовом соотношении от 20:80 до 80:20 с гелем кремниевой кислоты, силиката алюминия и цитрата натрия, причем кристаллы ортофосфата никеля и цитрата бария предварительно покрыты оболочкой из абиетата железа, насыщенной гелем силиката натрия и ацетата железа, а кристаллы ортофосфата никеля в оболочке из абиетата железа расположены вокруг кристаллов цитрата бария в их собственной оболочке из абиетата железа.2. Устройство для осуществления способа тепловой защиты электронных модулей, содержащее 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 ортофосфата никеля и цитрата бария с гелем кремниевой кислоты, силиката алюминия и цитрата натрия, причем кристаллы ортофосфата никеля и цитрата бария предварительно покрыты оболочкой из абиетата железа, насыщенной гелем силиката натрия и ацетата железа, а кристаллы ортофосфата никеля в оболочке из абиетата железа расположены вокруг кристаллов цитрата бария в их собственной оболочке из абиетата железа.