極低温ロケットの搭載能力の向上に伴い、推進剤充填流量の要求も高まっています。極低温流体搬送パイプラインは、極低温推進剤充填システムで使用される航空宇宙分野において不可欠な機器です。低温流体搬送パイプラインにおいて、低温真空ホースは、その優れたシール性、耐圧性、および曲げ性能により、温度変化による熱膨張または冷収縮によって生じる変位変化を補償および吸収し、パイプラインの設置ずれを補償し、振動と騒音を低減できるため、低温充填システムにおいて不可欠な流体搬送要素となっています。保護塔の狭い空間における推進剤充填コネクタのドッキングおよび脱着動作によって生じる位置変化に対応するため、設計されたパイプラインは、横方向と縦方向の両方においてある程度の柔軟性を備えている必要があります。

新しい極低温真空ホースは、設計直径を拡大し、極低温流体の移送能力を向上させるとともに、横方向と縦方向の両方において柔軟な適応性を備えています。

極低温真空ホースの全体構造設計

使用要件および塩水噴霧環境に応じて、パイプラインの主材料として金属材料06Cr19Ni10が選定されています。パイプアセンブリは、内側本体と外側ネットワーク本体の2層のパイプ本体で構成され、中央で90°エルボによって接続されています。内側本体の外面には、アルミ箔と非アルカリ布が交互に巻き付けられ、断熱層が形成されています。断熱層の外側には、複数のPTFEホースサポートリングが配置され、内側パイプと外側パイプの直接接触を防ぎ、断熱性能を向上させています。接続要件に応じて、ジョイントの両端は、大径断熱ジョイントの適合構造を設計しています。2層のチューブの間に形成されたサンドイッチ構造内には、5A分子ふるいを充填した吸着ボックスが配置され、パイプラインが極低温下で良好な真空度と真空寿命を確保します。サンドイッチ真空プロセスインターフェースには、シーリングプラグが使用されています。

断熱層材料

断熱層は、断熱壁に交互に巻き付けられた複数の反射スクリーン層とスペーサー層から構成される。反射スクリーンの主な機能は、外部からの放射熱伝達を遮断することである。スペーサーは、反射スクリーンとの直接接触を防ぎ、難燃性および断熱材として機能する。反射スクリーンの材料としては、アルミ箔、アルミ蒸着ポリエステルフィルムなどが用いられ、スペーサー層の材料としては、非アルカリガラス繊維紙、非アルカリガラス繊維布、ナイロン布、断熱紙などが用いられる。

設計案では、反射スクリーンとして絶縁層にアルミ箔を、スペーサー層に非アルカリガラス繊維布を採用した。

吸着剤と吸着ボックス

吸着剤は、微細な多孔質構造を持つ物質であり、単位質量あたりの吸着表面積が大きく、分子間力によってガス分子を吸着剤の表面に引き寄せます。極低温配管のサンドイッチ構造における吸着剤は、極低温下でサンドイッチ構造の真空度を確保・維持する上で重要な役割を果たします。一般的に使用される吸着剤は、5Aモレキュラーシーブと活性炭です。真空および極低温条件下では、5Aモレキュラーシーブと活性炭は、N2、O2、Ar2、H2などの一般的なガスに対して同様の吸着能力を有します。活性炭は、サンドイッチ構造内で真空引きを行う際に脱水しやすい反面、O2中では燃焼しやすいという欠点があります。そのため、活性炭は液体酸素媒体配管の吸着剤としては選択されません。

設計案では、サンドイッチ型吸着剤として5A型分子ふるいが選択された。