極低温ロケットの搭載能力の向上に伴い、燃料充填流量に対する要求も高まっています。極低温流体輸送パイプラインは、極低温燃料充填システムに用いられる航空宇宙分野に欠かせない設備です。低温流体輸送パイプラインにおいて、低温真空ホースは、優れた密閉性、耐圧性、曲げ性能を有し、温度変化による熱膨張や冷収縮による変位変化を補償・吸収し、パイプラインの設置偏差を補償し、振動や騒音を低減できるため、低温充填システムに不可欠な流体輸送要素となっています。防護塔の狭い空間内で燃料充填コネクタがドッキングおよび分離動作を行うことで生じる位置変化に対応するため、設計パイプラインは横方向と縦方向の両方に柔軟な適応性を持つ必要があります。

新しい極低温真空ホースは、設計直径が大きくなり、極低温流体の移送能力が向上し、横方向と縦方向の両方向に柔軟に適応できます。

極低温真空ホースの全体構造設計

使用要件と塩水噴霧環境に応じて、金属材料06Cr19Ni10をパイプラインの主材料として選択しました。パイプアセンブリは、内部本体と外部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°エルボで接続されています。内部本体の外面には、アルミ箔と無アルカリ布を交互に巻き付けて断熱層を構成しています。断熱層の外側には、多数のPTFEホース支持リングが設置されており、内管と外管の直接接触を防ぎ、断熱性能を向上させています。ジョイントの両端は接続要件に応じて、大口径断熱ジョイントのマッチング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には、5A分子ふるいを充填した吸着ボックスを配置し、パイプラインが極低温でも良好な真空度と真空寿命を持つことを保証します。シーリングプラグは、サンドイッチ真空プロセスインターフェースに使用されます。

絶縁層材料

断熱層は、反射スクリーンとスペーサー層を交互に断熱壁に巻き付けた多層構造です。反射スクリーンの主な機能は、外部からの放射熱を遮断することです。スペーサーは反射スクリーンとの直接接触を防ぎ、難燃性と断熱性を兼ね備えています。反射スクリーンの材質にはアルミ箔、アルミ蒸着ポリエステルフィルムなどが挙げられ、スペーサー層の材質には無アルカリガラス繊維紙、無アルカリガラス繊維布、ナイロン織物、断熱紙などがあります。

設計案では、反射スクリーンとしての絶縁層としてアルミ箔が選択され、スペーサー層として無アルカリガラス繊維布が選択されました。

吸着剤と吸着ボックス

吸着剤は微孔構造を持つ物質で、単位質量あたりの吸着表面積が大きく、分子間力でガス分子を吸着剤の表面に引き寄せます。極低温パイプのサンドイッチ構造における吸着剤は、極低温における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分子ふるいと活性炭です。真空下および極低温下において、5A分子ふるいと活性炭は、N2、O2、Ar2、H2などの一般的なガスに対して同等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水分を脱着しやすい一方で、O2中では燃焼しやすいため、液体酸素媒体パイプラインの吸着剤としては活性炭は選択されません。

5設計スキームでは、サンドイッチ吸着剤として分子ふるいが選択されました。