Способ и устройство для тепловой защиты электронных модулей
Изобретения предназначены для защиты в аварийных ситуациях электронных модулей типа регистраторов полетной информации, используемых на самолетах и любых других транспортных средствах. Сущность способа заключается в отводе тепла от электронных модулей с помощью теплозащитных смесей в процессе их плавления и дегидратации, а устройство для осуществления этого способа содержит корпус, теплоотражающий кожух, разделяющий внутреннюю полость, образованную внутренней поверхностью корпуса, на две части, заполненные теплозащитными смесями, и средства для удаления из корпуса паров воды. Часть полости между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью теплоотражающего кожуха содержит смесь, состоящую из кристаллов цитрата бария и цитрата кальция, а часть полости между внутренней поверхностью теплоотражающего кожуха и электронными модулями заполнена смесью, состоящей из кристаллов цитрата бария и цитрата натрия два, при этом кристаллы теплозащитных смесей покрыты оболочкой из кремниевой кислоты. Техническим результатом изобретений является повышение надежности тепловой защиты электронных модулей за счет повышения ресурса работы теплозащитных смесей, что обеспечивает работу электронных модулей в течение более длительного времени. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Способ и устройство для 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 из устройства с помощью теплозащитной смеси, состоящей из бикарбонатной смеси и связующего вещества (патент США №5932839, МПК Н 05 К 5/02).
Известно устройство для осуществления этого способа, содержащее внешний корпус, внутренние поверхности которого образуют внутреннюю полость, заполненную теплозащитной смесью, в которой размещены электронные модули, изолирующую термическую прокладку, расположенную между внутренними поверхностями и теплозащитной смесью, и средства для удаления из корпуса двуокиси углерода (патент США №5932839, МПК Н 05 К 5/02).
Для известных изобретений характерна низкая надежность защиты, обусловленная коротким периодом времени, до 160 сек, в течение которого модули защищены от воздействия высоких температур окружающей среды.
Известен способ тепловой защиты электронных модулей путем отвода тепла из устройства с помощью двух слоев теплозащитных смесей, состоящих из смеси кристаллогидратов карбоната натрия и пентаэритритбората натрия в весовом соотношении от 80:20 до 20:80 и смеси кристаллогидратов карбоната натрия и гидрофосфата натрия в весовом соотношении от 20:80 до 80:20 (заявка РФ №2002118812, опубл. 20.03.2004).
Известно устройство, содержащее корпус, внутренние поверхности которого образуют внутреннюю полость для размещения электронных модулей, теплоотражающий кожух, разделяющий внутреннюю полость корпуса на две части, заполненные теплозащитными смесями: часть полости между внутренними поверхностями корпуса и внешними поверхностями теплоотражающего кожуха заполнена смесью, состоящей из кристаллогидратов карбоната натрия и гидрофосфата натрия, а часть полости между внутренними поверхностями теплоотражающего кожуха и электронными модулями заполнена смесью, состоящей из кристаллогидратов карбоната натрия и пентаэритритбората натрия, и средства для удаления из корпуса газообразных продуктов разложения (заявка РФ №2002118812, опубл. 20.03.2004).
Описанные способ и устройство для тепловой защиты по совокупности существенных признаков являются наиболее близкими к заявляемым изобретениям и выбраны в качестве ближайших аналогов.
Недостатком ближайших аналогов является также низкая надежность, обусловленная малым ресурсом работы теплозащитных смесей в заданном объеме, т.е. их низкая теплоотводящая способность, в результате чего модули защищены от воздействия высоких температур окружающей среды в течение короткого периода времени - до 30 мин.
Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемых изобретений, заключается в повышении надежности тепловой защиты электронных модулей за счет повышения ресурса работы теплозащитных смесей, что обеспечивает работу электронных модулей в течение более длительного времени.
Технический результат достигается за счет того, что в способе тепловой защиты электронных модулей путем отвода тепла из устройства с помощью двух слоев теплозащитных смесей в качестве теплозащитных смесей используют смесь кристаллов цитрата бария и цитрата кальция в весовом соотношении от 20:80 до 80:20 и смесь кристаллов цитрата бария и цитрата натрия два (двойная соль) в весовом соотношении от 20:80 до 80:20.
Для увеличения времени дегидратации, обеспечения равномерной плотности смесей и увеличения срока ее пригодности кристаллы цитратов бария, кальция и натрия два покрывают пористой оболочкой из кремниевой кислоты.
Устройство для осуществления способа тепловой защиты электронных модулей 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 цитрата натрия два (двойная соль).
Между внутренней поверхностью корпуса и теплозащитной смесью помещена термическая прокладка.
Теплоотражающий кожух изготовлен из слоев алюминиевой фольги, разделенных эпоксидной или силиконовой смолой.
На чертеже представлена конструкция устройства тепловой защиты электронных модулей.
Устройство для тепловой защиты содержит корпус 1, изготовленный обычно из металла, имеющего высокую прочность и устойчивого к раздавливанию и прониканию острия. Корпус 1 может иметь любую требуемую форму. К внутренней поверхности корпуса 1 прилегает термическая прокладка 2, представляющая собой, например, материал на основе кварцевых волокон, облицованный с двух сторон кремнеземной тканью, имеющий низкую удельную теплопроводность. Теплоотражающий кожух 3 делит внутреннюю полость на две части, между прокладкой 2 и внешними поверхностями теплоотражающего кожуха 3 расположена теплозащитная смесь 4, состоящая из кристаллов цитрата бария и цитрата кальция в весовом соотношении от 20:80 до 80:20. Внутренние поверхности кожуха 3 образуют полость, в центре которой расположены один или несколько защищаемых электронных модулей 5. Теплозащитная смесь 6 занимает часть указанной полости между внутренними поверхностями кожуха 3 и электронными модулями 5 и состоит из кристаллов цитрата бария и цитрата натрия два (двойная соль) в весовом соотношении от 20:80 до 80:20. Кристаллы теплозащитных смесей 4 и 6 покрыты оболочкой из кремниевой кислоты.
Корпус 1 и кожух 3 закрывают соответственно крышками 7 и 8.
При воздействии на корпус 1 высокой температуры энергия поступающего тепла идет на плавление смесей 4 и 6, а так как температура плавления солей, составляющих смеси 4 и 6 разная, от 130 до 185°С, то и реакция плавления солей происходит последовательно, с переходом в дегидратацию. Эти реакции при равномерном тепловом потоке происходят послойно, в "оболочке" толщиной 0,5...0,8 мм, повторяющей форму внутренней поверхности корпуса 1, перемещающейся от периферии к центру. Высокая энергия дегидратации используемых смесей обусловлена наличием молекул только конституционной воды первичной гидратации в цитратах бария, кальция и натрия, нечетного количества молекул воды в цитратах бария и натрия два.
Реакции плавления и дегидратации смесей сопровождаются испарением воды. При прохождении водяного пара через смеси 4 и 6 происходит принудительное охлаждение корпуса 1 и поглощение тепла из окружающей среды, имеющей высокую температуру. Такой процесс позволяет удерживать максимальную температуру внутри корпуса 1 на приемлемом уровне, 98...105°С, то есть на уровне, при котором электронным модулям 5, находящимся в корпусе 1, не наносятся существенные повреждения. Однако накопление большого количества пара внутри герметичного корпуса 1 может привести к раздавливанию размещенных там электронных модулей 5 под действием избыточного давления. Для выхода пара в корпусе 1, кожухе 3, крышках 7 и 8 имеются специальные средства. Более того, выход наружу Н2О способствует гашению пламени. Выходу пара способствует также и пористый материал покрытия (кремниевая кислота) кристаллов солей, поэтому плотность смесей не ограничивается и определяется усилиями при набивке смесей в корпус изделия.
Толщина слоев смесей 4 и 6 зависит от весовых соотношений солей в этих смесях и от времени их дегидратации.
Шероховатость, твердость и плавные очертания покрытия кристаллов солей способствуют рассеиванию части энергии ударов по корпусу изделия на энергию трения между зернами солей.
Использование в предлагаемом устройстве двух теплозащитных слоев из смеси кристаллов цитрата бария с цитратом кальция и смеси кристаллов цитрата бария с цитратом натрия два (двойная соль), покрытых оболочкой и разделенных теплоотражающим кожухом, наличие изолирующей прокладки позволило обеспечить защиту электронных модулей в течение не менее 60 минут при температуре 1100°С и 10 часов при температуре 260°С.
1. Способ тепловой защиты электронных модулей путем отвода тепла с помощью двух слоев теплозащитных смесей, отличающийся тем, что в качестве теплозащитных смесей используют смесь кристаллов цитрата бария и цитрата кальция в весовом соотношении от 20:80 до 80:20 и смесь 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 кремневой кислоты.
2. Устройство для осуществления способа тепловой защиты электронных модулей 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, отличающееся тем, что к внутренней поверхности корпуса прилегает термическая прокладка, часть полости между термической прокладкой и внешними поверхностями теплоотражающего кожуха заполнена смесью, состоящей из кристаллов цитрата бария и цитрата кальция, а 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.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что теплоотражающий кожух изготовлен из слоев алюминиевой фольги, разделенных эпоксидной или силиконовой смолой.
