JP2016176489A - Thermal insulation material - Google Patents

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尚喜 草場
Naoki Kusaba
尚喜 草場
加福 秀考
Hidenaru Kafuku
秀考 加福
名島 憲治
Kenji Najima
憲治 名島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal insulation material having a high heat resistance.SOLUTION: There is used an air-permeable structure, from which contained gases leave in the vacuum. In order that the gas contained in the air by the air-permeable structure, a foamed layer containing independent air bubbles is formed between the air-permeable structure and a thermal protection object. In order to prevent the immersion into the air-permeable structure and to reflect the sunlight or to radiate the heat input from the outside, a protective layer 233 is formed on the surface of the air-permeable structure.SELECTED DRAWING: Figure 5D

Description

本発明は断熱材に関する。断熱材は、例えば、ロケットなどの液体燃料タンクを熱的に保護するために好適に利用できるものである。   The present invention relates to a heat insulating material. The heat insulating material can be suitably used to thermally protect a liquid fuel tank such as a rocket, for example.

液体水素などの液体燃料を燃焼して推進するロケットが知られている。このようなロケットは、液体燃料を格納する液体燃料タンクを有する。   A rocket that burns and propels liquid fuel such as liquid hydrogen is known. Such rockets have a liquid fuel tank that stores liquid fuel.

液体水素の場合、沸点は摂氏約マイナス252.6度であり、この温度を超えると気化する。気化した気体水素は、液体燃料タンクから排出される。ロケットのより長い航続距離を実現するために、液体燃料タンクを熱的に保護して、液体燃料の気化を防ぐことが考えられる。   In the case of liquid hydrogen, the boiling point is about minus 252.6 degrees Celsius, and vaporizes above this temperature. The vaporized gaseous hydrogen is discharged from the liquid fuel tank. In order to realize a longer cruising range of the rocket, it is conceivable to thermally protect the liquid fuel tank to prevent vaporization of the liquid fuel.

打ち上げ前のロケットは、地上に設置されている。地上に設置されたロケットの周囲には空気があるので、例えば、空気を伝わる熱伝導による入熱から燃料タンクを熱的に保護することが考えられる。   The rocket before launch is installed on the ground. Since there is air around the rocket installed on the ground, for example, it is conceivable to thermally protect the fuel tank from heat input due to heat conduction through the air.

また、打ち上げの最中のロケットは、主に推進方向前方の空気を圧縮するので、例えば、空力加熱と呼ばれる断熱圧縮現象などによって発熱する空気から伝わる熱伝導による入熱からも燃料タンクを熱的に保護することが考えられる。   In addition, the rocket that is being launched mainly compresses the air in the forward direction of the propulsion, so for example, the fuel tank is also thermally affected by heat input due to heat conduction transmitted from the air that generates heat due to adiabatic compression called aerodynamic heating. It is conceivable to protect.

さらに、宇宙空間に到達したロケットの周囲には空気は無く、また、ロケットには空力加熱が発生しない。他方で、ロケットは、太陽光の直射に晒されるので、例えば、太陽からの輻射入熱から燃料タンクを熱的に保護することが考えられる。   Furthermore, there is no air around the rocket that has reached the outer space, and no aerodynamic heating occurs in the rocket. On the other hand, since the rocket is exposed to direct sunlight, for example, it is conceivable to thermally protect the fuel tank from radiation heat input from the sun.

上記に関連して、特許文献1(WO2014/087834)には、断熱材が開示されている。この断熱材は、真空断熱材と、真空断熱材の少なくとも一面と接する硬質ポリウレタンフォームとを有する。真空断熱材は、気密性を有する外袋と、ヒュームドシリカの表面にバインダが付与されたバインダ付きヒュームドシリカを含む芯材が成形された成形体とを有する。成形体は、外袋内に減圧封入されている。硬質ポリウレタンフォームは、連続気泡を有している。   In relation to the above, Patent Document 1 (WO 2014/087834) discloses a heat insulating material. This heat insulating material has a vacuum heat insulating material and a rigid polyurethane foam in contact with at least one surface of the vacuum heat insulating material. A vacuum heat insulating material has the outer bag which has airtightness, and the molded object by which the core material containing the fumed silica with a binder by which the binder was provided to the surface of the fumed silica was shape | molded. The molded body is sealed under reduced pressure in the outer bag. Rigid polyurethane foam has open cells.

WO2014/087834WO2014 / 087834

本発明の目的は、高い耐熱性を有する断熱材を提供することにある。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The objective of this invention is providing the heat insulating material which has high heat resistance. Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

以下に、(発明を実施するための形態)で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、(特許請求の範囲)の記載と(発明を実施するための形態)との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、(特許請求の範囲)に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。   The means for solving the problem will be described below using the numbers used in the (DETAILED DESCRIPTION). These numbers are added to clarify the correspondence between the description of (Claims) and (Mode for Carrying Out the Invention). However, these numbers should not be used to interpret the technical scope of the invention described in (Claims).

いくつかの実施形態による断熱材は、第1断熱層(231)と、第2断熱層(232)と、保護層(233)とを有する。ここで、第1断熱層(231)は、熱的保護対象物(22)の表面に積層される。第2断熱層(232)は、第1断熱層(231)の表面に積層される。保護層(233)は、第2断熱層(232)の表面に積層されて、水の浸入を防ぐ。第1断熱層(231)は、互いに独立した複数の独立気泡を内包する第1発泡体層(231−Aなど)を有する。第2断熱層(232)は、通気性構造体層(232−Aなど)を有する。通気性構造体層(232−Aなど)の少なくとも一部(24、24−A〜24−C)は、外部環境と連通している。   The heat insulating material according to some embodiments includes a first heat insulating layer (231), a second heat insulating layer (232), and a protective layer (233). Here, a 1st heat insulation layer (231) is laminated | stacked on the surface of a thermal protection target object (22). The second heat insulating layer (232) is laminated on the surface of the first heat insulating layer (231). The protective layer (233) is laminated on the surface of the second heat insulating layer (232) to prevent water from entering. A 1st heat insulation layer (231) has the 1st foam layer (231-A etc.) which includes a plurality of independent bubbles independent of each other. The second heat insulating layer (232) has a breathable structure layer (such as 232-A). At least a portion (24, 24-A to 24-C) of the breathable structure layer (such as 232-A) communicates with the external environment.

本発明による断熱材は、高い耐熱性を有する。   The heat insulating material according to the present invention has high heat resistance.

図1Aは、多段式ロケットの一構成例を示す図である。FIG. 1A is a diagram illustrating a configuration example of a multistage rocket. 図1Bは、図1Aに示した多段式ロケットのうち、第2段ロケットの一構成例を示す図である。FIG. 1B is a diagram illustrating a configuration example of a second stage rocket among the multistage rockets illustrated in FIG. 1A. 図2Aは、大気中の環境および真空中の環境における、各種断熱材の耐熱性能を比較するグラフである。FIG. 2A is a graph comparing the heat resistance performance of various heat insulating materials in an atmospheric environment and a vacuum environment. 図2Bは、独立気泡型発泡断熱材の一構成例を示す断面図である。FIG. 2B is a cross-sectional view showing a configuration example of a closed cell foam heat insulating material. 図2Cは、連続気泡型発泡断熱材の一構成例を示す断面図である。FIG. 2C is a cross-sectional view showing a configuration example of an open-cell foam heat insulating material. 図3Aは、連続気泡型発泡断熱材を用いた液体燃料タンクの一構成例を示す、図1Bに示した断面線A−Aによる断面図である。FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the cross-sectional line AA shown in FIG. 1B, showing a configuration example of a liquid fuel tank using an open-cell foam heat insulating material. 図3Bは、連続気泡型発泡断熱材を用いた液体燃料タンクの一構成例を示す、図1Bに示した断面線B−Bによる断面図である。FIG. 3B is a cross-sectional view taken along a cross-sectional line BB shown in FIG. 1B, showing a configuration example of a liquid fuel tank using an open-cell foam heat insulating material. 図4Aは、空気中の連続気泡型発泡断熱材に発生し得る現象の一例を示す、図3Aの一部を拡大した図である。FIG. 4A is an enlarged view of a part of FIG. 3A showing an example of a phenomenon that can occur in an open-cell foam heat insulating material in air. 図4Bは、空気中の連続気泡型発泡断熱材に発生し得る現象の別の一例を示す、図3Aの一部を拡大した図である。FIG. 4B is an enlarged view of a part of FIG. 3A showing another example of a phenomenon that can occur in an open-cell foam heat insulating material in air. 図5Aは、いくつかの実施形態による断熱材を用いた液体燃料タンクの一構成例を示す、図1Bに示した断面線A−Aによる断面図である。FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the cross-sectional line AA shown in FIG. 1B, showing a configuration example of a liquid fuel tank using a heat insulating material according to some embodiments. 図5Bは、いくつかの実施形態による断熱材を用いた液体燃料タンクの一構成例を示す、図1Bに示した断面線B−Bによる断面図である。FIG. 5B is a cross-sectional view taken along a cross-sectional line BB shown in FIG. 1B, showing a configuration example of a liquid fuel tank using a heat insulating material according to some embodiments. 図5Cは、いくつかの実施形態による断熱材によって空気中で得られる作用効果を示す断面図である。FIG. 5C is a cross-sectional view illustrating effects obtained in air with a thermal insulator according to some embodiments. 図5Dは、いくつかの実施形態による断熱材によって真空中で得られる作用効果を示す断面図である。FIG. 5D is a cross-sectional view illustrating effects obtained in a vacuum with a thermal insulator according to some embodiments. 図6Aは、第1実施形態による断熱材の一構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。FIG. 6A is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing a configuration example of the heat insulating material according to the first embodiment. 図6Bは、第1実施形態による断熱材の一構成例を示す、図5Aの別の一部を拡大した図である。FIG. 6B is an enlarged view of another part of FIG. 5A showing a configuration example of the heat insulating material according to the first embodiment. 図6Cは、第1実施形態による断熱材の一構成例を示す、図5Aのさらに別の一部を拡大した図である。FIG. 6C is an enlarged view of still another part of FIG. 5A showing a configuration example of the heat insulating material according to the first embodiment. 図7Aは、第1実施形態による断熱材の別の構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。FIG. 7A is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing another configuration example of the heat insulating material according to the first embodiment. 図7Bは、第1実施形態による断熱材の別の構成例を示す、図5Aの別の一部を拡大した図である。FIG. 7B is an enlarged view of another part of FIG. 5A showing another configuration example of the heat insulating material according to the first embodiment. 図7Cは、第1実施形態による断熱材の別の構成例を示す、図5Aのさらに別の一部を拡大した図である。FIG. 7C is an enlarged view of still another part of FIG. 5A showing another configuration example of the heat insulating material according to the first embodiment. 図8Aは、図7Bに示した排気管の一構成例における第1状態を示す断面図である。FIG. 8A is a cross-sectional view showing a first state in one structural example of the exhaust pipe shown in FIG. 7B. 図8Bは、図7Bに示した排気管の一構成例における第2状態を示す断面図である。FIG. 8B is a cross-sectional view showing a second state in one structural example of the exhaust pipe shown in FIG. 7B. 図9Aは、第2実施形態による断熱材の一構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。FIG. 9A is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing a configuration example of a heat insulating material according to the second embodiment. 図9Bは、第2実施形態による断熱材の別の構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。FIG. 9B is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing another configuration example of the heat insulating material according to the second embodiment. 図10Aは、第3実施形態による断熱材の一構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。FIG. 10A is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing a configuration example of the heat insulating material according to the third embodiment. 図10Bは、第3実施形態による断熱材の別の構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。FIG. 10B is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing another configuration example of the heat insulating material according to the third embodiment. 図10Cは、第3実施形態による断熱材のさらに別の構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。FIG. 10C is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing still another configuration example of the heat insulating material according to the third embodiment. 図10Dは、第3実施形態による断熱材のさらに別の構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。FIG. 10D is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing still another configuration example of the heat insulating material according to the third embodiment. 図11Aは、第4実施形態による断熱材の一構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。FIG. 11A is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing a configuration example of a heat insulating material according to the fourth embodiment. 図11Bは、第4実施形態による断熱材の別の構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。FIG. 11B is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing another configuration example of the heat insulating material according to the fourth embodiment.

添付図面を参照して、断熱材について、いくつかの実施形態を以下に説明する。なお、以下において、いくつかの実施形態に係る断熱材をロケットに適用した例について説明する。   With reference to the attached drawings, some embodiments of the heat insulating material will be described below. In addition, below, the example which applied the heat insulating material which concerns on some embodiment to a rocket is demonstrated.

図1Aは、多段式ロケット1の一構成例を示す図である。図1Aに示した多段式ロケット1は、第1段ロケット11と、第2段ロケット12とを有している。第2段ロケット12は、フェアリング13を有している。   FIG. 1A is a diagram illustrating a configuration example of a multistage rocket 1. The multistage rocket 1 shown in FIG. 1A has a first stage rocket 11 and a second stage rocket 12. The second stage rocket 12 has a fairing 13.

なお、ここでは多段式ロケット1の段数が2段である場合について説明するが、この段数はあくまでも一例にすぎない。   In addition, although the case where the number of stages of the multistage rocket 1 is two will be described here, this number of stages is merely an example.

図1Aに例示した多段式ロケット1の構成要素の位置関係について説明する。なお、図1Aに示した座標系のとおり、ここでは、ロケットの進行方向(推進方向)+Z方向を上方向と呼び、反対の−Z方向を下方向と呼ぶ。   The positional relationship of the components of the multistage rocket 1 illustrated in FIG. 1A will be described. As in the coordinate system shown in FIG. 1A, the rocket traveling direction (propulsion direction) + Z direction is referred to as an upward direction, and the opposite −Z direction is referred to as a downward direction.

第1段ロケット11は、多段式ロケット1の最下部に配置されている。第2段ロケット12は、第1段ロケット11の上段に設置されている。フェアリングは、第2段ロケット12の最上部に配置されている。   The first stage rocket 11 is arranged at the lowermost part of the multistage rocket 1. The second stage rocket 12 is installed on the upper stage of the first stage rocket 11. The fairing is arranged at the top of the second stage rocket 12.

多段式ロケット1の打ち上げにおいて、最初に第1段ロケット11のエンジンが点火される。多段式ロケット1が、例えば、第1段ロケット11の推進力によって所定の高度に達すると、第1段ロケット11は第2段ロケット12から切り離され、第2段ロケット12が点火される。   When the multistage rocket 1 is launched, the engine of the first stage rocket 11 is first ignited. When the multistage rocket 1 reaches a predetermined altitude by the propulsive force of the first stage rocket 11, for example, the first stage rocket 11 is disconnected from the second stage rocket 12, and the second stage rocket 12 is ignited.

フェアリング13は、その内部に配置されている人工衛星等を、空気抵抗や空力加熱などから保護する目的で設けられている。第2段ロケット12が大気圏外に到達すると、フェアリング13も第2段ロケット12から切り離される。   The fairing 13 is provided for the purpose of protecting an artificial satellite or the like disposed therein from air resistance or aerodynamic heating. When the second stage rocket 12 reaches the outside of the atmosphere, the fairing 13 is also separated from the second stage rocket 12.

図1Bは、図1Aに示した多段式ロケット1のうち、第2段ロケット12の一構成例を示す図である。図1Bに例示した第2段ロケット12は、第2段エンジン121と、液体燃料タンク122と、人工衛星分離装置123と、人工衛星124とを有している。なお、図1Bに例示した第2段ロケット12からは、第1段ロケット位置110に配置されていた第1段ロケット11が既に切り離されており、また、フェアリング位置130に設けられていたフェアリング13も既に切り離されている。   FIG. 1B is a diagram showing a configuration example of the second stage rocket 12 in the multistage rocket 1 shown in FIG. 1A. The second stage rocket 12 illustrated in FIG. 1B includes a second stage engine 121, a liquid fuel tank 122, an artificial satellite separation device 123, and an artificial satellite 124. It should be noted that the first stage rocket 11 arranged at the first stage rocket position 110 has already been separated from the second stage rocket 12 illustrated in FIG. 1B, and the fairing provided at the fairing position 130 The ring 13 has already been cut off.

図1Bに例示した第2段ロケット12の構成要素の位置関係について説明する。なお、図1Bに示した座標系のとおり、図1Aの場合と同様に、ここでも+Z方向を上方向と呼び、−Z方向を下方向と呼ぶ。   The positional relationship of the components of the second stage rocket 12 illustrated in FIG. 1B will be described. As in the coordinate system shown in FIG. 1B, as in the case of FIG. 1A, the + Z direction is also referred to as the upward direction and the −Z direction is referred to as the downward direction.

第2段エンジン121は、第2段ロケット12の最下部に配置されている。第2段エンジン121の上には、液体燃料タンク122が配置されている。液体燃料タンク122の上には人工衛星分離装置123が配置されている。人工衛星分離装置123の上には、人工衛星124が配置されている。   The second stage engine 121 is disposed at the lowermost part of the second stage rocket 12. A liquid fuel tank 122 is disposed on the second stage engine 121. An artificial satellite separator 123 is disposed on the liquid fuel tank 122. An artificial satellite 124 is arranged on the artificial satellite separator 123.

図1Bに例示した第2段ロケット12の構成要素の動作について説明する。   The operation of the components of the second stage rocket 12 illustrated in FIG. 1B will be described.

第2段エンジン121は、第1段ロケット11が切り離された後に点火されて、推進力を供給する。液体燃料タンク122は、液体水素などの液体燃料を格納しており、この液体燃料を第2段エンジン121に供給する。人工衛星分離装置123は、例えば、第2段ロケット12が所定の位置に到達すると、人工衛星124を、液体燃料タンク122および第2段エンジン121から分離する。人工衛星124は、分離された後、または分離される前から、所定の動作を行う。   The second stage engine 121 is ignited after the first stage rocket 11 is disconnected and supplies a propulsive force. The liquid fuel tank 122 stores liquid fuel such as liquid hydrogen and supplies the liquid fuel to the second stage engine 121. For example, when the second stage rocket 12 reaches a predetermined position, the artificial satellite separation device 123 separates the artificial satellite 124 from the liquid fuel tank 122 and the second stage engine 121. The artificial satellite 124 performs a predetermined operation after being separated or before being separated.

ここで、図1Aおよび図1Bに例示した多段式ロケット1では、液体燃料タンク122自体が、多段式ロケット1の外壁の一部としても用いられている。言い換えれば、液体燃料タンク122の外側には、熱的に保護する断熱材等の表層材はあっても、ロケットの自重等の大きな荷重を支持する構造体は無い。   Here, in the multistage rocket 1 illustrated in FIGS. 1A and 1B, the liquid fuel tank 122 itself is also used as a part of the outer wall of the multistage rocket 1. In other words, outside the liquid fuel tank 122, there is no structure that supports a large load such as the weight of the rocket even though there is a surface layer material such as a heat insulating material that is thermally protected.

このとき、液体燃料タンク122の外壁は、構造体としては多段式ロケット1の外壁の一部であり、また、断熱材を介して外部の環境に晒されている。具体的には、打ち上げ前および打ち上げの最中には、液体燃料タンク122と、周囲の空気の間には断熱材等の表層材しか無い。したがって、液体燃料タンク122の外壁は、空気を伝達する熱伝導などによる入熱を断熱材が直接受ける。また、宇宙空間に到達した後は、周囲に空気がないため、液体燃料タンク122の断熱材等(表層材)が太陽光の直射に晒される。   At this time, the outer wall of the liquid fuel tank 122 is a part of the outer wall of the multistage rocket 1 as a structure, and is exposed to the external environment through a heat insulating material. Specifically, there is only a surface layer material such as a heat insulating material between the liquid fuel tank 122 and the surrounding air before the launch and during the launch. Therefore, the heat insulating material directly receives the heat input by heat conduction etc. which transmits the air in the outer wall of the liquid fuel tank 122. Further, after reaching the outer space, since there is no air around, the heat insulating material (surface layer material) of the liquid fuel tank 122 is exposed to direct sunlight.

したがって、液体燃料タンク122の外壁に設ける断熱材は、例えば、空気中および真空中の両方において、液体燃料タンク122を熱的に保護する性能を有することが望ましい。   Therefore, it is desirable that the heat insulating material provided on the outer wall of the liquid fuel tank 122 has a performance of thermally protecting the liquid fuel tank 122 both in air and in vacuum, for example.

図2Aは、大気中の環境および真空中の環境における、各種断熱材の耐熱性を比較するグラフである。図2Aのグラフにおいて、縦軸は熱伝導率を表している。   FIG. 2A is a graph comparing the heat resistance of various heat insulating materials in an atmospheric environment and a vacuum environment. In the graph of FIG. 2A, the vertical axis represents the thermal conductivity.

図2Aのグラフは、合計8本の棒グラフを含んでいる。これら8本の棒グラフを、それぞれ、第1棒グラフa1、第2棒グラフa2、第3棒グラフb1、第4棒グラフb2、第5棒グラフc1、第6棒グラフc2、第7棒グラフd1および第8棒グラフd2と呼ぶ。これら8本の棒グラフの長さは、それぞれ、熱伝導率の相対評価を表している。   The graph of FIG. 2A includes a total of eight bar graphs. These eight bar graphs are referred to as a first bar graph a1, a second bar graph a2, a third bar graph b1, a fourth bar graph b2, a fifth bar graph c1, a sixth bar graph c2, a seventh bar graph d1, and an eighth bar graph d2, respectively. . The lengths of these eight bar graphs each represent a relative evaluation of thermal conductivity.

第1棒グラフa1および第2棒グラフa2は、それぞれ、空気中および真空中における、PIF(PolyIsocyanurate Foam:ポリイソシアヌレート・フォーム)の熱伝導率を示している。   The first bar graph a1 and the second bar graph a2 indicate the thermal conductivity of PIF (Polyisocyanurate Foam) in air and in vacuum, respectively.

第3棒グラフb1および第4棒グラフb2は、それぞれ、空気中および真空中における、エアロゲル断熱材の熱伝導率を示している。   The third bar graph b1 and the fourth bar graph b2 indicate the thermal conductivity of the airgel heat insulating material in air and in vacuum, respectively.

第5棒グラフc1および第6棒グラフc2は、それぞれ、空気中および真空中における、第3棒グラフb1および第4棒グラフb2とは別のエアロゲル断熱材(の一種)の熱伝導率を示している。   The 5th bar graph c1 and the 6th bar graph c2 have shown thermal conductivity of the airgel heat insulating material (one kind) different from the 3rd bar graph b1 and the 4th bar graph b2 in air and vacuum, respectively.

第7棒グラフd1および第8棒グラフd2は、それぞれ、空気中および真空中における、U−Vacua(登録商標)の熱伝導率を示している。なお、U−Vacua(登録商標)は、真空断熱材の一種である。   The seventh bar graph d1 and the eighth bar graph d2 indicate the thermal conductivity of U-Vacua (registered trademark) in air and in vacuum, respectively. U-Vacua (registered trademark) is a kind of vacuum heat insulating material.

図2Aに示したグラフから読み取れるように、同一の断熱材であっても、空気中の熱伝導率よりも、真空中の熱伝導率の方が低い。これは、断熱材が内包する空気自体の熱伝導率が無視できない影響力を有していることを意味している。   As can be seen from the graph shown in FIG. 2A, even in the same heat insulating material, the thermal conductivity in vacuum is lower than the thermal conductivity in air. This means that the thermal conductivity of the air itself contained in the heat insulating material has an influence that cannot be ignored.

なお、熱伝導率がより低いということは、熱がより伝達し難いことを意味しており、したがって断熱材としての性能がより高いことを意味している。   Note that the lower thermal conductivity means that heat is more difficult to transfer, and thus means higher performance as a heat insulating material.

図2Aに示したグラフからさらに読み取れるように、熱伝導率の、空気中および真空中の差は、PIFおよびU−Vacuaでは比較的小さく、エアロゲルクPPおよびエアロゲルクGWでは比較的大きい。この違いは、各断熱材の構造の違いに由来する。すなわち、PIFは独立気泡型発泡断熱材であり、エアロゲルクPPおよびエアロゲルクGWは連続気泡型発泡断熱材である、という構造上の違いが存在する。以降、独立気泡型発泡断熱材および連続気泡型発泡断熱材の違いについて説明する。なお、U−Vacuaはその表面が密閉された構成であって、独立気泡型発泡断熱材とも、連続気泡型発泡断熱材とも異なる特性を有しているので、以降は触れない。   As can be further read from the graph shown in FIG. 2A, the difference in thermal conductivity between air and vacuum is relatively small for PIF and U-Vacua, and relatively large for Aerogel PP and Aerogel GW. This difference is derived from the difference in the structure of each heat insulating material. That is, there is a structural difference in that PIF is a closed cell foam heat insulating material, and aerogel PP and aerogel GW are open cell foam heat insulating materials. Hereinafter, the difference between the closed cell foam heat insulating material and the open cell foam heat insulating material will be described. U-Vacua has a structure in which the surface is sealed and has different characteristics from the closed cell type foamed heat insulating material and the open cell type foamed heat insulating material.

図2Bは、独立気泡型発泡断熱材の一構成例を示す断面図である。図2Bに例示したように、独立気泡型発泡断熱材は、樹脂構造体の内部に多数の独立気泡が存在する。これら多数の独立気泡は、内部に気体を含んでおり、かつ、それぞれに独立している。したがって、独立気泡型発泡断熱材は、たとえ真空中に置かれても、内包される気体はほぼそのまま残る。その結果、独立気泡型発泡断熱材の熱伝導率は、空気中および真空中での変化が比較的小さい。   FIG. 2B is a cross-sectional view showing a configuration example of a closed cell foam heat insulating material. As illustrated in FIG. 2B, the closed cell foam heat insulating material has a large number of closed cells inside the resin structure. These many closed cells contain gas inside and are independent of each other. Therefore, even if the closed-cell foam heat insulating material is placed in a vacuum, the contained gas remains almost as it is. As a result, the thermal conductivity of the closed cell foam heat insulating material is relatively small in air and in vacuum.

図2Cは、連続気泡型発泡断熱材の一構成例を示す断面図である。図2Cに例示したように、連続気泡型発泡断熱材は、樹脂構造体の内側に多数の連続気泡が存在する。空気中において、これら多数の連続気泡は、内側に空気を含んでおり、かつ、互いに連通している。したがって、連続気泡型発泡断熱材は、真空中に置かれると、内側に含んでいた空気が外部に抜け出して、樹脂構造体だけが残る。このため、連続気泡の内側も真空になる。その結果、連続気泡型発泡断熱材の熱伝導率は、空気中および真空中での変化が比較的大きい。   FIG. 2C is a cross-sectional view showing a configuration example of an open-cell foam heat insulating material. As illustrated in FIG. 2C, the open cell foam heat insulating material has a large number of open cells inside the resin structure. In the air, these many open bubbles contain air inside and communicate with each other. Therefore, when the open-cell foam heat insulating material is placed in a vacuum, the air contained inside escapes to the outside and only the resin structure remains. For this reason, the inside of an open cell also becomes a vacuum. As a result, the thermal conductivity of the open-cell foam insulation is relatively large in air and in vacuum.

したがって、真空環境で使用される多段式ロケット1の液体燃料タンク122を、熱的により効果的に保護するためには、独立気泡型発泡断熱材よりも、連続気泡型発泡断熱材を用いることが望ましいと考えられる。   Therefore, in order to more effectively protect the liquid fuel tank 122 of the multistage rocket 1 used in a vacuum environment, it is preferable to use an open-cell foam insulation material rather than a closed-cell foam insulation material. It is considered desirable.

図3Aは、連続気泡型発泡断熱材を用いた液体燃料タンクの一構成例を示す、図1Bに示した断面線A−Aによる断面図である。図3Aに示した座標系は、図1Aおよび図1Bの場合と同様であって、+Z方向が多段式ロケット1の推進方向を示している。図3Bは、連続気泡型発泡断熱材を用いた液体燃料タンクの一構成例を示す、図1Bに示した断面線B−Bによる断面図である。   FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the cross-sectional line AA shown in FIG. 1B, showing a configuration example of a liquid fuel tank using an open-cell foam heat insulating material. The coordinate system shown in FIG. 3A is the same as that in FIGS. 1A and 1B, and the + Z direction indicates the propulsion direction of the multistage rocket 1. FIG. 3B is a cross-sectional view taken along a cross-sectional line BB shown in FIG. 1B, showing a configuration example of a liquid fuel tank using an open-cell foam heat insulating material.

図3Aおよび図3Bに示した液体燃料タンク122は、液体燃料格納領域210と、タンク外壁220と、断熱材230とを有している。   The liquid fuel tank 122 shown in FIGS. 3A and 3B includes a liquid fuel storage area 210, a tank outer wall 220, and a heat insulating material 230.

液体燃料格納領域210は、タンク外壁220の内部に設けられている。また、断熱材230は、熱的保護対象物としてのタンク外壁220の外側に積層されている。   The liquid fuel storage area 210 is provided inside the tank outer wall 220. Moreover, the heat insulating material 230 is laminated | stacked on the outer side of the tank outer wall 220 as a thermal protection target object.

ここで、断熱材230が、連続気泡型発泡断熱材の一種である連続気泡型PIF層であった場合について考える。宇宙空間において、すなわち真空中において、断熱材230としての連続気泡型PIF層は、液体燃料タンク122の表面を太陽光の直射から保護する。さらに、真空中において連続気泡型PIF層の内部は真空になっており、すなわち、太陽光の輻射入熱による熱量を液体燃料タンク122に伝達し得る気体を内包していない。このように、真空中において、連続気泡型PIFは液体燃料タンク122を熱的に保護する断熱材として好適であると考えられる。   Here, consider a case where the heat insulating material 230 is an open cell PIF layer which is a kind of open cell foam heat insulating material. In outer space, that is, in a vacuum, the open cell PIF layer as the heat insulating material 230 protects the surface of the liquid fuel tank 122 from direct sunlight. Furthermore, the inside of the open-cell PIF layer is in a vacuum in a vacuum, that is, it does not contain a gas that can transmit the amount of heat generated by the radiant heat of sunlight to the liquid fuel tank 122. As described above, it is considered that the open cell PIF is suitable as a heat insulating material for thermally protecting the liquid fuel tank 122 in a vacuum.

次に、液体燃料タンク122の外壁を、空気中に配置する場合を想定する。   Next, it is assumed that the outer wall of the liquid fuel tank 122 is disposed in the air.

図4Aは、空気中の連続気泡型発泡断熱材に発生し得る現象の一例を示す、図3Aの一部を拡大した図である。より詳細には、図4Aでは、図3Aに示した断面図のうち、破線で囲った領域30を拡大して示している。なお、図4Aに示した座標系では、図3Aの場合と同様に、+Z方向が多段式ロケット1の推進方向を示している。また、領域30においては、−X方向が液体燃料タンク122の内側から外側を見た外側方向を示している。   FIG. 4A is an enlarged view of a part of FIG. 3A showing an example of a phenomenon that can occur in an open-cell foam heat insulating material in air. More specifically, in FIG. 4A, the region 30 surrounded by a broken line in the cross-sectional view shown in FIG. 3A is enlarged. In the coordinate system shown in FIG. 4A, the + Z direction indicates the propulsion direction of the multistage rocket 1 as in the case of FIG. 3A. In the region 30, the −X direction indicates the outer direction when the liquid fuel tank 122 is viewed from the inner side to the outer side.

図4Aに示した例では、タンク外壁220の外側に連続気泡型PIF層230−Aが積層されている。前述のとおり、液体燃料タンク122の外壁は多段式ロケット1の外壁の一部でもあるので、連続気泡型PIF層230−Aは周囲の空気に接している。   In the example shown in FIG. 4A, an open cell PIF layer 230 -A is laminated on the outside of the tank outer wall 220. As described above, since the outer wall of the liquid fuel tank 122 is also a part of the outer wall of the multistage rocket 1, the open cell PIF layer 230-A is in contact with the surrounding air.

ここで、打ち上げ前に地上で雨が降った場合などには、連続気泡型PIF層230−Aの内側に水分などの浸入41が発生する。浸入した水分は、表面張力などの作用によって、連続気泡型PIF層230−Aの内部に留まる可能性がある。このとき、連続気泡型PIF層230−Aのうち、水分などが浸入して留まっている部分は、水分の存在によって熱伝導率が悪化してしまう。この部分を、熱伝導率悪化領域230−Bと呼ぶ。   Here, in the case where it rains on the ground before the launch, intrusion 41 of moisture or the like occurs inside the open cell PIF layer 230-A. The infiltrated moisture may stay inside the open-cell PIF layer 230-A due to an effect such as surface tension. At this time, in the open cell type PIF layer 230-A, the portion where moisture or the like has permeated has deteriorated thermal conductivity due to the presence of moisture. This portion is referred to as a thermal conductivity deterioration region 230-B.

図4Bは、空気中の連続気泡型発泡断熱材に発生し得る現象の別の一例を示す、図3Aの一部を拡大した図である。図4Bも、図4Aと同様に、図3Aに示した断面図のうち、破線で囲った領域30を拡大しており、座標系の−X方向が液体燃料タンク122の内側から外側を見た外側方向を示している。   FIG. 4B is an enlarged view of a part of FIG. 3A showing another example of a phenomenon that can occur in an open-cell foam heat insulating material in air. 4B, as in FIG. 4A, in the cross-sectional view shown in FIG. 3A, the region 30 surrounded by a broken line is enlarged, and the −X direction of the coordinate system is viewed from the inside to the outside of the liquid fuel tank 122. The outward direction is shown.

図4Bに示した例でも、図4Aの場合と同様に、タンク外壁220に連続気泡型PIF層230−Aが積層されている。前述のとおり、液体燃料タンク122は液体水素などの液体燃料を格納しており、その温度は非常に低い。その結果、液体燃料格納領域210から発生する冷却作用42が連続気泡型PIF層230−Aまで達し、連続気泡に内包される空気が液化する。空気などの液化によって生じた液体も、表面張力などの作用によって、連続気泡型PIF層230−Aの内部に留まる可能性がある。このとき、連続気泡型PIF230−Aのうち、液体が留まっている部分は、液体の存在によって熱伝導率が悪化してしまう。この部分を、熱伝導率悪化領域230−Cと呼ぶ。また、タンク外壁220が低温(例えば、摂氏10度以下、あるいは摂氏0度以下)である場合には、タンク外壁220の周囲の空気中の水蒸気が凝固して、水となる。この場合も、水分の存在によって熱伝導率が悪化してしまう。   In the example shown in FIG. 4B as well, the open cell PIF layer 230-A is laminated on the tank outer wall 220 as in the case of FIG. 4A. As described above, the liquid fuel tank 122 stores liquid fuel such as liquid hydrogen, and its temperature is very low. As a result, the cooling action 42 generated from the liquid fuel storage area 210 reaches the open cell type PIF layer 230-A, and the air contained in the open cells is liquefied. Liquid generated by liquefaction such as air may also remain inside the open-cell PIF layer 230-A due to an action such as surface tension. At this time, in the open cell type PIF230-A, the portion where the liquid remains is deteriorated in thermal conductivity due to the presence of the liquid. This portion is referred to as a thermal conductivity deterioration region 230-C. In addition, when the tank outer wall 220 is at a low temperature (for example, 10 degrees Celsius or less, or 0 degrees Celsius or less), water vapor in the air around the tank outer wall 220 is solidified to become water. Also in this case, the thermal conductivity deteriorates due to the presence of moisture.

いくつかの実施形態では、連続気泡型発泡断熱材を用いて液体燃料タンク122を熱的に保護しながら、熱伝導率悪化領域230−B、230−Cの発生を防ぐ構成を提案する。   In some embodiments, a configuration is proposed in which the generation of the thermal conductivity deterioration regions 230-B and 230-C is prevented while the liquid fuel tank 122 is thermally protected using an open-cell foam insulation.

図5Aは、いくつかの実施形態による断熱材を用いた液体燃料タンクの一構成例を示す、図1Bに示した断面線A−Aによる断面図である。図5Aに示した座標系は、図3Aなどの場合と同様であって、+Z方向が多段式ロケット1の推進方向を示している。図5Bは、いくつかの実施形態による断熱材を用いた液体燃料タンクの一構成例を示す、図1Bに示した断面線B−Bによる断面図である。   FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the cross-sectional line AA shown in FIG. 1B, showing a configuration example of a liquid fuel tank using a heat insulating material according to some embodiments. The coordinate system shown in FIG. 5A is the same as in FIG. 3A and the like, and the + Z direction indicates the propulsion direction of the multistage rocket 1. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along a cross-sectional line BB shown in FIG. 1B, showing a configuration example of a liquid fuel tank using a heat insulating material according to some embodiments.

図5Aおよび図5Bに示した液体燃料タンク122は、液体燃料格納領域21と、タンク外壁22と、断熱材23とを有している。断熱材23は、第1断熱層231と、第2断熱層232と、保護層233とを含んでいる。   The liquid fuel tank 122 shown in FIGS. 5A and 5B has a liquid fuel storage area 21, a tank outer wall 22, and a heat insulating material 23. The heat insulating material 23 includes a first heat insulating layer 231, a second heat insulating layer 232, and a protective layer 233.

液体燃料格納領域21は、タンク外壁22の内部に設けられている。断熱材23は、熱的保護対象物としてのタンク外壁22のうち、例えば、側壁部分の外側に積層されている。   The liquid fuel storage area 21 is provided inside the tank outer wall 22. The heat insulating material 23 is laminated | stacked on the outer side of a side wall part among the tank outer walls 22 as a thermal protection target object, for example.

断熱材23のうち、第1断熱層231は、タンク外壁22の表面に積層されている。第2断熱層232は、第1断熱層231の外側表面に積層されている。保護層233は、第2断熱層232の外側表面に積層されている。このように、タンク外壁22と、第1断熱層231と、第2断熱層232と、保護層233とは、この順番に積層されている。   Of the heat insulating material 23, the first heat insulating layer 231 is laminated on the surface of the tank outer wall 22. The second heat insulation layer 232 is laminated on the outer surface of the first heat insulation layer 231. The protective layer 233 is laminated on the outer surface of the second heat insulating layer 232. Thus, the tank outer wall 22, the first heat insulating layer 231, the second heat insulating layer 232, and the protective layer 233 are laminated in this order.

いくつかの実施形態では、第2断熱層232として、通気性構造体層を用いる。通気性構造体層とは、少なくともその一部が外部環境に連通しており、前述した連続気泡型発泡断熱材のように、空気中においては周囲の空気などの気体を内包する空間を有し、真空中においては内包していた気体が排出されてその空間が真空になる程度の通気性を有する構造体層である。第2断熱層232としては、後述するように、連続気泡型PIF層や、連続気泡型PI(PolyImide:ポリイミド)発泡体層や、繊維構造体層を用いることが出来る。   In some embodiments, a breathable structure layer is used as the second thermal insulation layer 232. The breathable structure layer is at least partially communicated with the external environment, and has a space that encloses a gas such as ambient air in the air, like the open cell foam heat insulating material described above. In addition, the structure layer has air permeability such that the gas contained in the vacuum is discharged and the space is vacuumed. As the second heat insulating layer 232, as will be described later, an open cell PIF layer, an open cell PI (Polyimide) foam layer, or a fiber structure layer can be used.

また、いくつかの実施形態では、保護層233を、図4Aを参照して説明した事象等に対応するために用いる。保護層233としては、後述するように、連続気泡型の断熱材や、塗料や、金属などによる反射膜およびコーティング剤などによる放射膜の積層構造体や、F−OSR(Flexible−Optical Solar Reflector:フレキシブルオプティカルソーラーリフレクタ)などのように、気体や液体の第2断熱層232への浸入を抑制する気密性を有する構造体層を用いることが望ましい。   In some embodiments, the protective layer 233 is used to respond to the event described with reference to FIG. 4A. As described later, as the protective layer 233, an open-cell-type heat insulating material, a laminated structure of a radiation film made of a reflective film and a coating agent made of paint, metal, or the like, or an F-OSR (Flexible-Optical Solar Reflector: It is desirable to use an airtight structure layer that suppresses intrusion of gas or liquid into the second heat insulating layer 232, such as a flexible optical solar reflector.

さらに、いくつかの実施形態では、第1断熱層231を、図4Bを参照して説明した事象等に対応するために用いる。第1断熱層231としては、後述するように、独立気泡型PIF層などのように、独立気泡を内包する発泡体層などを用いることが望ましい。   Further, in some embodiments, the first thermal insulation layer 231 is used to respond to the event described with reference to FIG. 4B. As the first heat insulating layer 231, as described later, it is desirable to use a foam layer containing closed cells, such as a closed cell type PIF layer.

図5Cは、断熱材23によって空気中で得られる作用効果を示す断面図である。図5Dは、断熱材によって真空中で得られる作用効果を示す断面図である。   FIG. 5C is a cross-sectional view showing effects obtained in the air by the heat insulating material 23. FIG. 5D is a cross-sectional view showing effects obtained in a vacuum by a heat insulating material.

図5Cおよび図5Dは、いずれも、図5Aに示した断面図のうち、破線で囲った領域31を拡大して示している。図5A〜図5Dのそれぞれに示した座標系が示すように、+Z方向は多段式ロケット1の推進方向を示している。また、−X方向は、図5A、図5Cおよび図5Dに示した領域31において、液体燃料タンク122の内側から外側を見た外側方向を示している。   5C and 5D both show an enlarged region 31 surrounded by a broken line in the cross-sectional view shown in FIG. 5A. As indicated by the coordinate systems shown in FIGS. 5A to 5D, the + Z direction indicates the propulsion direction of the multistage rocket 1. Further, the −X direction indicates an outward direction when the liquid fuel tank 122 is viewed from the inside to the outside in the region 31 illustrated in FIGS. 5A, 5C, and 5D.

まず、図5Cは、タンク外壁22と、第1断熱層231と、第2断熱層232と、保護層233とが、この順番に積層されている構成例を示している。図5Cは、液体燃料タンク(タンク外壁22)が空気中の環境にある状態を示している。保護層233の外側には空気があり、第2断熱層232は連続気泡の内部に空気を含んでいる。   First, FIG. 5C shows a configuration example in which the tank outer wall 22, the first heat insulating layer 231, the second heat insulating layer 232, and the protective layer 233 are laminated in this order. FIG. 5C shows a state in which the liquid fuel tank (tank outer wall 22) is in an air environment. There is air outside the protective layer 233, and the second heat insulating layer 232 contains air inside the open cell.

図5Cに示した状態において、保護層233を第2断熱層232の表面に設けることによって得られる作用効果の一例として、第2断熱層232への風雨浸入の抑制51がある。すなわち、図4Aを参照して説明したように、第2断熱層232の連続気泡に外部から水分が浸入した部分において熱伝導効率が悪化する事態を抑制出来る。また、保護層233が、光を反射する反射性能や、熱量を外部へ放射する放射性能や、その他の断熱性能を有していれば、断熱材23の全体としての、外部から液体燃料タンクへの入熱の抑制52が向上する。   In the state shown in FIG. 5C, as an example of the operational effect obtained by providing the protective layer 233 on the surface of the second heat insulating layer 232, there is a suppression 51 of wind and rain intrusion into the second heat insulating layer 232. That is, as described with reference to FIG. 4A, it is possible to suppress a situation in which the heat conduction efficiency deteriorates at a portion where moisture enters the continuous bubbles of the second heat insulating layer 232 from the outside. Further, if the protective layer 233 has a reflection performance for reflecting light, a radiation performance for radiating heat to the outside, and other heat insulation performance, the heat insulation material 23 as a whole from the outside to the liquid fuel tank The heat input suppression 52 is improved.

図5Cに示した状態において、第1断熱層231をタンク外壁22および第2断熱層232の間に設けることによって得られる作用効果として、液体燃料による冷却の抑制53がある。すなわち、図4Bを参照して説明したように、第2断熱層232に内包される空気、水蒸気などが冷却されて液化した部分において熱伝導効率が悪化する事態を抑制出来る。また、第1断熱層231は、当然ながら、外部からの入熱の抑制52にも寄与する。   In the state shown in FIG. 5C, as an effect obtained by providing the first heat insulating layer 231 between the tank outer wall 22 and the second heat insulating layer 232, there is a cooling suppression 53 by liquid fuel. That is, as described with reference to FIG. 4B, it is possible to suppress a situation in which the heat conduction efficiency deteriorates in a portion where air, water vapor, or the like included in the second heat insulating layer 232 is cooled and liquefied. Moreover, the 1st heat insulation layer 231 contributes also to the suppression 52 of the heat input from the outside naturally.

次に、図5Dは、図5Cと同様に、タンク外壁22と、第1断熱層231と、第2断熱層232と、保護層233とが、この順番に積層されている構成例を示している。ただし、図5Dは、図5Cとは異なり、液体燃料タンク(タンク外壁22)が真空中の環境にある状態を示しており、保護層233の外側は、宇宙空間などの真空である。また、この環境において、通気性を有する第2断熱層232は、内包していた気体が外部に抜け出した状態にある。   Next, FIG. 5D shows a configuration example in which the tank outer wall 22, the first heat insulating layer 231, the second heat insulating layer 232, and the protective layer 233 are laminated in this order, similarly to FIG. 5C. Yes. However, FIG. 5D shows a state in which the liquid fuel tank (tank outer wall 22) is in a vacuum environment, unlike FIG. 5C, and the outside of the protective layer 233 is a vacuum such as outer space. Further, in this environment, the second heat insulating layer 232 having air permeability is in a state where the gas contained therein has escaped to the outside.

図5Dに示した状態において、保護層233を第2断熱層232の表面に設けることによって得られる作用効果の一例として、保護層233が反射性能を有している場合は、太陽光の反射54がある。このとき、保護層233の反射性能は、太陽光のうち、輻射入熱に特に影響する帯域である可視光に対して発揮されることが望ましい。また、保護層233が、光を反射する反射性能や、その他の断熱性能を有していれば、断熱材23の全体としての、外部から液体燃料タンクへの入熱の抑制52が向上する。さらに、保護層233が放射性能を有している場合は、熱量の放射56が得られる。   In the state shown in FIG. 5D, as an example of the effect obtained by providing the protective layer 233 on the surface of the second heat insulating layer 232, when the protective layer 233 has reflection performance, the sunlight reflection 54 There is. At this time, it is desirable that the reflection performance of the protective layer 233 be exhibited with respect to visible light, which is a band that particularly affects radiation heat input, among sunlight. Moreover, if the protective layer 233 has the reflective performance which reflects light, and other heat insulation performance, the suppression 52 of the heat input to the liquid fuel tank from the outside as the whole heat insulating material 23 will improve. Furthermore, when the protective layer 233 has radiation performance, radiation 56 of heat quantity is obtained.

なお、真空中において空気が抜けている状態の第2断熱層232は、空気中で空気を内包している状態よりも、断熱性能が向上している。断熱性能が向上した第2断熱層232を越える入熱については、第1断熱層231が液体燃料タンク122への入熱を抑制する。   In addition, the heat insulation performance is improving the 2nd heat insulation layer 232 in the state which air has escaped in the vacuum compared with the state which encloses air in the air. For heat input exceeding the second heat insulating layer 232 with improved heat insulating performance, the first heat insulating layer 231 suppresses heat input to the liquid fuel tank 122.

以降、より具体的な実施形態を説明する。   Hereinafter, more specific embodiments will be described.

(第1実施形態、構成例その1)
図6Aは、第1実施形態による断熱材23の一構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。より詳細には、図6Aは、図5Aに示した断面図のうち、破線で囲った領域31を拡大して示している。ただし、図5Aおよび図6Aのそれぞれに示した座標系が示すとおり、+Z方向は、ロケットの推進方向を示しており、−X方向は、領域31において、液体燃料タンク122の内側から外側を見た外側方向を示している。
(First embodiment, configuration example 1)
FIG. 6A is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing a configuration example of the heat insulating material 23 according to the first embodiment. More specifically, FIG. 6A shows an enlarged region 31 surrounded by a broken line in the cross-sectional view shown in FIG. 5A. However, as indicated by the coordinate system shown in each of FIGS. 5A and 6A, the + Z direction indicates the propulsion direction of the rocket, and the −X direction indicates the outside from the inside of the liquid fuel tank 122 in the region 31. The outer direction is shown.

図6Aに示した実施形態では、図5A〜図5Dに示した第1断熱層231として独立気泡型PIF層231−Aが用いられている。同様に、第2断熱層232として連続気泡型PIF層232−Aが用いられており、保護層233として独立気泡型PIF層233−Aが用いられている。   In the embodiment shown in FIG. 6A, the closed cell PIF layer 231-A is used as the first heat insulating layer 231 shown in FIGS. 5A to 5D. Similarly, an open cell PIF layer 232 -A is used as the second heat insulating layer 232, and a closed cell PIF layer 233 -A is used as the protective layer 233.

言い換えれば、図6Aに示した実施形態では、タンク外壁22と、独立気泡型PIF層231−Aと、連続気泡型PIF層232−Aと、独立気泡型PIF層233−Aとが、この順番に積層されている。   In other words, in the embodiment shown in FIG. 6A, the tank outer wall 22, the closed cell PIF layer 231-A, the open cell PIF layer 232-A, and the closed cell PIF layer 233-A are arranged in this order. Are stacked.

ここで、液体燃料タンク(タンク外壁22)によって冷却された連続気泡型PIF層232−A内部の空気を気体のまま保ちたい。その一方で、多段式ロケット1の総重量はなるべく少なく保ちたい。このとき、一例として、独立気泡型PIF層231−Aの厚さは、10ミリメートル以上40ミリメートル以上、特に20ミリメートル以上30ミリメートル以下であることが望ましい。   Here, the air inside the open cell PIF layer 232 -A cooled by the liquid fuel tank (tank outer wall 22) is desired to be kept in a gaseous state. On the other hand, it is desirable to keep the total weight of the multistage rocket 1 as small as possible. At this time, as an example, it is desirable that the thickness of the closed cell PIF layer 231 -A is 10 millimeters or more and 40 millimeters or more, particularly 20 millimeters or more and 30 millimeters or less.

図6Bは、第1実施形態による断熱材23の一構成例を示す、図5Aの別の一部を拡大した図である。より詳細には、図6Bは、図5Aに示した断面図のうち、破線で囲った領域32を拡大して示している。なお、座標系については、図6Aの場合と同様である。   FIG. 6B is an enlarged view of another part of FIG. 5A showing a configuration example of the heat insulating material 23 according to the first embodiment. More specifically, FIG. 6B shows an enlarged region 32 surrounded by a broken line in the cross-sectional view shown in FIG. 5A. The coordinate system is the same as in FIG. 6A.

図6Bは、本実施形態による断熱材23のうち、液体燃料タンク122の下側における端面を示している。この端面には、通気性構造体としての連続気泡型PIF層232−Aに内包される気体が、真空中において外部に抜け出るために、すなわち外部環境との連通を確保するために、通気部24を設けることが望ましい。   FIG. 6B shows an end face of the heat insulating material 23 according to the present embodiment on the lower side of the liquid fuel tank 122. In order to ensure that the gas contained in the open-cell PIF layer 232 -A as the air-permeable structure escapes to the outside in a vacuum, that is, to ensure communication with the external environment, this end surface has the air-permeable portion 24. It is desirable to provide

図6Bに示した通気部24は、−Z方向、すなわち多段式ロケット1を打ち上げる前においては重力の方向を向いている。したがって、打ち上げ前に通気部24から雨水などが連続気泡型PIF層232−Aの連続気泡内部に浸入する可能性は少ない。   The ventilation part 24 shown in FIG. 6B faces the direction of gravity before launching the multistage rocket 1 in the −Z direction. Therefore, there is little possibility that rainwater or the like enters the open cell of the open cell type PIF layer 232 -A from the ventilation part 24 before the launch.

図6Bに示した実施形態による断熱材23のうち、上記の説明以外の特徴については、図6Aを参照して説明した領域31の場合と同様である。   In the heat insulating material 23 according to the embodiment shown in FIG. 6B, the features other than the above description are the same as those in the region 31 described with reference to FIG. 6A.

図6Cは、第1実施形態による断熱材23の一構成例を示す、図5Aのさらに別の一部を拡大した図である。より詳細には、図6Cは、図5Aに示した断面図のうち、破線で囲った領域33を拡大して示している。座標系については、図6Aの場合と同様である。   FIG. 6C is an enlarged view of still another part of FIG. 5A showing a configuration example of the heat insulating material 23 according to the first embodiment. More specifically, FIG. 6C shows an enlarged region 33 surrounded by a broken line in the cross-sectional view shown in FIG. 5A. The coordinate system is the same as in FIG. 6A.

図6Cは、本実施形態による断熱材23のうち、液体燃料タンク122の上側における端面を示している。この端面は、+Z方向、すなわち多段式ロケット1を打ち上げるまでは重力と反対の方向を向いている。したがって、連続気泡型PIF層232−Aを雨水などの浸入から保護するために、気密性(シール性)を有する密閉部25を設けることが望ましい。この密閉部25として、例えば、独立気泡型PIFを用いても良い。   FIG. 6C shows an end face on the upper side of the liquid fuel tank 122 in the heat insulating material 23 according to the present embodiment. This end face faces the + Z direction, that is, the direction opposite to the gravity until the multistage rocket 1 is launched. Therefore, in order to protect the open-cell type PIF layer 232 -A from the intrusion of rainwater or the like, it is desirable to provide the sealing portion 25 having an airtightness (sealability). As this sealing part 25, you may use a closed cell type PIF, for example.

図6Cに示した実施形態による断熱材23のうち、その他の構成および動作については、図6Aを参照して説明した領域31の場合と同様である。   Other configurations and operations of the heat insulating material 23 according to the embodiment shown in FIG. 6C are the same as those in the region 31 described with reference to FIG. 6A.

図6A〜図6Cを参照して説明した本実施形態による断熱材23は、第1断熱層231、第2断熱層232および保護層233の全てを、発泡倍率は異なるものの、同じPIFで形成している。PIFは、形成時に発泡倍率を適宜に調節することで、独立気泡型PIF層の形成と、連続気泡型PIF層の形成とを、切り替えることが可能である。したがって、本実施形態による断熱材23は、第1断熱層231、第2断熱層232および保護層233の全てを、同一の装置で、比較的容易に、かつ、比較的安価に形成できる。なお、第1断熱層231(独立気泡層)と、第2断熱層232(連続気泡層)と、保護層233(独立気泡層)とを、PIF以外の同じ材料を用いて形成することも可能である。   In the heat insulating material 23 according to the present embodiment described with reference to FIGS. 6A to 6C, all of the first heat insulating layer 231, the second heat insulating layer 232, and the protective layer 233 are formed with the same PIF, although the expansion ratios are different. ing. PIF can be switched between the formation of a closed cell type PIF layer and the formation of an open cell type PIF layer by appropriately adjusting the expansion ratio at the time of formation. Therefore, the heat insulating material 23 according to the present embodiment can form all of the first heat insulating layer 231, the second heat insulating layer 232, and the protective layer 233 with the same apparatus relatively easily and at a relatively low cost. Note that the first heat insulating layer 231 (closed cell layer), the second heat insulating layer 232 (open cell layer), and the protective layer 233 (closed cell layer) can be formed using the same material other than PIF. It is.

(第1実施形態、構成例その2)
ここで、図6Bに示した通気部24の変更例について説明する。液体燃料タンク122を含む第2段ロケット12が、真空環境である宇宙空間に到達した際には、通気性構造体である第2断熱層232に内包されている空気が速やかに外部に排出されることが望ましい。また、第2断熱層232から排出された空気は、宇宙空間において冷却されて液化し、第2段ロケット12の望ましくない場所に付着する可能性が考えられる。そこで、図6Bに示した通気部24の配置や、排出方向や、総面積などを変更する手法を提案する。
(First embodiment, configuration example 2)
Here, the example of a change of the ventilation part 24 shown to FIG. 6B is demonstrated. When the second stage rocket 12 including the liquid fuel tank 122 reaches the outer space which is a vacuum environment, the air contained in the second heat insulating layer 232 which is a breathable structure is quickly discharged to the outside. It is desirable. In addition, the air discharged from the second heat insulating layer 232 may be cooled and liquefied in outer space, and may adhere to an undesired location of the second stage rocket 12. Therefore, a method for changing the arrangement, discharge direction, total area, and the like of the ventilation portion 24 shown in FIG. 6B is proposed.

図7Aは、第1実施形態による断熱材23の別の構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。より詳細には、図7Aは、図6Aに対応する変更例であって、図5Aに示した断面図のうち、破線で囲った領域31を拡大して示している。なお、座標系については、図6Aの場合と同様である。   FIG. 7A is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing another configuration example of the heat insulating material 23 according to the first embodiment. More specifically, FIG. 7A is a modified example corresponding to FIG. 6A, and shows an enlarged region 31 surrounded by a broken line in the cross-sectional view shown in FIG. 5A. The coordinate system is the same as in FIG. 6A.

図7Aに示した構成例は、図6Aに示した構成例に、排気管26−Aと、栓25−Aとを追加したものである。ここで、栓25−Aと呼ぶ構成要素は、実際には、排気管26−Aと、周囲の断熱材23との隙間を埋めるシール材であっても良いし、排気管26−Aを固定する支持部であっても良い。このような構成要素を総称して、以降も栓と呼ぶ。図7Aに示したその他の構成要素については、図6Aの場合と同様である。   The configuration example shown in FIG. 7A is obtained by adding an exhaust pipe 26-A and a plug 25-A to the configuration example shown in FIG. 6A. Here, the component called the plug 25-A may actually be a sealing material that fills the gap between the exhaust pipe 26-A and the surrounding heat insulating material 23, or the exhaust pipe 26-A is fixed. It may be a supporting part. Such components are collectively referred to as a stopper hereinafter. Other components shown in FIG. 7A are the same as those in FIG. 6A.

排気管26−Aは、保護層233としての独立気泡型PIF層233−Aを貫通している。排気管26−Aの一方の端部は、断熱材23の外部に突出しており、開口部24−Aを有している。排気管26−Aの他方の端部は、第2断熱層232としての連続気泡型PIF層232−Aに達している。栓25−Aは、排気管26−Aと、独立気泡型PIF層233−Aとの間の隙間を塞いでいる。   The exhaust pipe 26 -A passes through the closed cell PIF layer 233 -A as the protective layer 233. One end of the exhaust pipe 26-A protrudes outside the heat insulating material 23 and has an opening 24-A. The other end of the exhaust pipe 26 -A reaches the open cell PIF layer 232 -A as the second heat insulating layer 232. The plug 25-A closes the gap between the exhaust pipe 26-A and the closed cell PIF layer 233-A.

排気管26−Aの両端は互いに連通しており、通気性構造体である連続気泡型PIF層232−Aに内包される空気などは、真空中においては排気管26−Aの内側を通って外部に排出される。なお、空気中において雨などが排気管26−Aの内側を通って連続気泡型PIF層232−Aに浸入しないように、開口部24−Aは、−Z方向、すなわち重力の方向(鉛直下方向)を向いていることが望ましい。しかしながら、排出された空気などの第2段ロケット12への望ましくない付着を抑制する観点からは、開口部24−Aの方向は、−Z方向よりも、第2段ロケット12から見て外側(例えば、重力方向と外側方向との合成方向である斜め下方向)を向いていても良い。   Both ends of the exhaust pipe 26-A communicate with each other, and the air contained in the open cell PIF layer 232-A, which is a breathable structure, passes through the inside of the exhaust pipe 26-A in a vacuum. It is discharged outside. In order to prevent rain or the like from entering the open cell PIF layer 232-A through the inside of the exhaust pipe 26-A in the air, the opening 24-A is in the −Z direction, that is, in the direction of gravity (vertically below Direction). However, from the viewpoint of suppressing undesirable adhesion of discharged air or the like to the second stage rocket 12, the direction of the opening 24-A is more outward than the −Z direction as viewed from the second stage rocket 12. For example, it may be directed in a diagonally downward direction, which is a combined direction of the gravity direction and the outer direction.

図7Bは、第1実施形態による断熱材23の別の構成例を示す、図5Aの別の一部を拡大した図である。より詳細には、図7Bは、図6Bに対応する変更例であって、図5Aに示した断面図のうち、破線で囲った領域32を拡大して示している。なお、座標系については、図6Aの場合と同様である。   FIG. 7B is an enlarged view of another part of FIG. 5A showing another configuration example of the heat insulating material 23 according to the first embodiment. More specifically, FIG. 7B is a modified example corresponding to FIG. 6B, and shows an enlarged region 32 surrounded by a broken line in the cross-sectional view shown in FIG. 5A. The coordinate system is the same as in FIG. 6A.

図7Bに示した構成例は、図6Bに示した構成例に、排気管26−Bと、栓25−Bとを追加したものである。図7Bに示したその他の構成要素については、図6Bの場合と同様である。   The configuration example shown in FIG. 7B is obtained by adding an exhaust pipe 26-B and a plug 25-B to the configuration example shown in FIG. 6B. The other components shown in FIG. 7B are the same as in FIG. 6B.

図7Bに示した排気管26−Bおよび栓25−Bは、それぞれ、図7Aに示した排気管26−Aおよび栓25−Aと同様の構成であるが、設ける場所および形状が変更されている。すなわち、排気管26−Bおよび栓25−Bは、連続気泡型PIF層232−Aの、液体燃料タンク122の下側における端面に設けられている。また、排気管26−B自身が−Z方向、すなわち重力の方向に設けられているので、排気管26−Bの開口部24−Bも−Z方向を向いている。言い換えれば、図7Bに示した排気管26−Bは、図7Aに示した排気管26−Aのように曲げる必要が無い。   The exhaust pipe 26-B and the plug 25-B shown in FIG. 7B have the same configuration as the exhaust pipe 26-A and the plug 25-A shown in FIG. 7A, respectively, but the place and the shape are changed. Yes. That is, the exhaust pipe 26 -B and the plug 25 -B are provided on the end surface of the open cell PIF layer 232 -A on the lower side of the liquid fuel tank 122. Further, since the exhaust pipe 26-B itself is provided in the -Z direction, that is, in the direction of gravity, the opening 24-B of the exhaust pipe 26-B is also oriented in the -Z direction. In other words, the exhaust pipe 26-B shown in FIG. 7B does not need to be bent like the exhaust pipe 26-A shown in FIG. 7A.

排気管26−Bおよび栓25−Bに係るその他の構成および動作は、図7Aに示した排気管26−Aおよび栓25−Aの場合とそれぞれ同様である。   Other configurations and operations of the exhaust pipe 26-B and the plug 25-B are the same as those of the exhaust pipe 26-A and the plug 25-A shown in FIG. 7A, respectively.

図7Cは、第1実施形態による断熱材23の別の構成例を示す、図5Aのさらに別の一部を拡大した図である。より詳細には、図7Cは、図6Cに対応する変更例であって、図5Cに示した断面図のうち、破線で囲った領域33を拡大して示している。なお、座標系については図6Aの場合と同様である。   FIG. 7C is an enlarged view of another part of FIG. 5A, showing another configuration example of the heat insulating material 23 according to the first embodiment. More specifically, FIG. 7C is a modified example corresponding to FIG. 6C, and shows an enlarged region 33 surrounded by a broken line in the cross-sectional view shown in FIG. 5C. The coordinate system is the same as in FIG. 6A.

図7Cに示した構成例は、図6Cに示した構成例に、排気管26−Cと、栓25−Cとを追加したものである。図7Cに示したその他の構成要素については、図6Cの場合と同様である。   The configuration example shown in FIG. 7C is obtained by adding an exhaust pipe 26-C and a plug 25-C to the configuration example shown in FIG. 6C. The other components shown in FIG. 7C are the same as in FIG. 6C.

図7Cに示した排気管26−Cおよび栓25−Cは、それぞれ、図7Aに示した排気管26−Aおよび栓25−Aと同様の構成であるが、設ける場所および形状が変更されている。すなわち、排気管26−Cおよび栓25−Cは、連続気泡型PIF層232−Aの、液体燃料タンク122の上側における端面に設けられている。したがって、図7Cに示した排気管26−Cは、開口部24−Cが−Z方向を向くために、図7Aに示した排気管26−Aよりもさらに曲がっている。その結果、開口部24−Cの方向は、重力の方向を向いている。代替的に、開口部24−Cの方向は、重力方向と、外壁22である側壁の外側方向との合成方向である斜め下方向を向いていても良い。   The exhaust pipe 26-C and the plug 25-C shown in FIG. 7C have the same configuration as the exhaust pipe 26-A and the plug 25-A shown in FIG. 7A, respectively, but the location and shape are changed. Yes. That is, the exhaust pipe 26 -C and the plug 25 -C are provided on the end surface of the open cell PIF layer 232 -A on the upper side of the liquid fuel tank 122. Therefore, the exhaust pipe 26-C shown in FIG. 7C is further bent than the exhaust pipe 26-A shown in FIG. 7A because the opening 24-C faces the −Z direction. As a result, the direction of the opening 24-C is directed to the direction of gravity. Alternatively, the direction of the opening 24-C may be directed obliquely downward, which is a combined direction of the direction of gravity and the outer side direction of the side wall that is the outer wall 22.

排気管26−Cおよび栓25−Cに係るその他の構成および動作は、図7Aに示した排気管26−Aおよび栓25−Aの場合とそれぞれ同様である。   Other configurations and operations related to the exhaust pipe 26-C and the plug 25-C are the same as those of the exhaust pipe 26-A and the plug 25-A shown in FIG. 7A, respectively.

図7A〜図7Cを参照して説明した、排気管26−A〜26−Cおよび栓25−A〜25−Cを用いる構成では、第2断熱層232への雨などの浸入を抑制するために、開口部24−A〜24−Cを、例えば重力の方向に向けた。この構成の変更例として、排気管26−A〜26−Cの内部に逆止弁を設けても良い。この変更例について説明する。   In the configuration using the exhaust pipes 26-A to 26-C and the plugs 25-A to 25-C described with reference to FIGS. 7A to 7C, in order to suppress the intrusion of rain or the like into the second heat insulating layer 232 In addition, the openings 24-A to 24-C are directed, for example, in the direction of gravity. As a modification of this configuration, check valves may be provided inside the exhaust pipes 26-A to 26-C. This modification will be described.

図8Aは、図7Bに示した排気管26−Bの一構成例における第1状態を示す断面図である。図8Bは、図7Bに示した排気管26−Bの一構成例における第2状態を示す断面図である。図8Aおよび図8Bは、図7Bに示した排気管26−Bに逆止弁27を設けた場合について、大気環境から第2断熱層232への風雨浸入の抑制57を行う第1状態と、第2断熱層232から真空環境への空気の流出58を行う第2状態とを、それぞれ示している。なお、図7Aに示した排気管26−Aと、図7Cに示した排気管26−Cにも、同様の逆止弁27を設けることが出来る。   FIG. 8A is a cross-sectional view showing a first state in one configuration example of the exhaust pipe 26-B shown in FIG. 7B. FIG. 8B is a cross-sectional view showing a second state in one configuration example of the exhaust pipe 26-B shown in FIG. 7B. 8A and 8B show a first state in which the intrusion of wind and rain 57 from the atmospheric environment to the second heat insulation layer 232 is performed in the case where the check valve 27 is provided in the exhaust pipe 26-B shown in FIG. A second state in which air outflow 58 from the second heat insulating layer 232 to the vacuum environment is shown. A similar check valve 27 can be provided in the exhaust pipe 26-A shown in FIG. 7A and the exhaust pipe 26-C shown in FIG. 7C.

図8Aおよび図8Bに示した構成例による排気管26−Bは、例えば、逆止弁27と、蝶番28と、バネ29とを有している。蝶番28は、排気管26−Bの内壁に設けられている。逆止弁27は、排気管26−Bの内側を遮断または連通するように設けられており、かつ、一端が蝶番28に接続されている。バネ29は、一端が排気管26−Bの内壁に接続されており、他端が逆止弁27に接続されている。   The exhaust pipe 26 -B according to the configuration example shown in FIGS. 8A and 8B includes, for example, a check valve 27, a hinge 28, and a spring 29. The hinge 28 is provided on the inner wall of the exhaust pipe 26-B. The check valve 27 is provided so as to block or communicate the inside of the exhaust pipe 26 -B, and one end thereof is connected to the hinge 28. One end of the spring 29 is connected to the inner wall of the exhaust pipe 26 -B, and the other end is connected to the check valve 27.

図8Aに示した第1状態の大気環境においては、開口部24−Bから排気管26−Bの奥へ風雨が浸入しようとした場合は、逆止弁27が排気管26−Bを遮断する位置に配置されることが望ましい。   In the atmospheric state of the first state shown in FIG. 8A, the check valve 27 shuts off the exhaust pipe 26-B when wind and rain try to enter from the opening 24-B into the exhaust pipe 26-B. It is desirable to be placed in position.

図8Bに示した第2状態の真空環境においては、第2断熱層232から外部へ流出する空気を妨げないように、逆止弁27が排気管26−Bを解放する位置に配置されることが望ましい。   In the vacuum environment of the 2nd state shown to FIG. 8B, the non-return valve 27 is arrange | positioned in the position which releases the exhaust pipe 26-B so that the air which flows out from the 2nd heat insulation layer 232 outside may not be blocked. Is desirable.

逆止弁27の配置は、バネ29の力を適宜に調整することで実現しても良いし、他の制御装置を用いても良い。   The arrangement of the check valve 27 may be realized by appropriately adjusting the force of the spring 29, or another control device may be used.

(第2実施形態)
ここで、第2実施形態について説明する。以降、図9Aおよび図9Bを参照して、本実施形態による断熱材23として、2種類の構成例について説明する。これら2種類の構成例は、共通する特徴を有している。すなわち、図6Aに示した第1実施形態と同様に、第1断熱層231として独立気泡型PIF層を用いており、かつ、第2断熱層232として連続気泡型PIF層を用いている。言い換えれば、これら2種類の構成例のそれぞれにおいて、図6Aに示した第1実施形態と比較すると、保護層233の構成が異なる。
(Second Embodiment)
Here, the second embodiment will be described. Hereinafter, with reference to FIG. 9A and FIG. 9B, two types of configuration examples will be described as the heat insulating material 23 according to the present embodiment. These two types of configuration examples have common features. That is, as in the first embodiment shown in FIG. 6A, a closed cell PIF layer is used as the first heat insulation layer 231 and an open cell PIF layer is used as the second heat insulation layer 232. In other words, in each of these two types of configuration examples, the configuration of the protective layer 233 is different from the first embodiment shown in FIG. 6A.

したがって、本実施形態による断熱材23で得られる効果のうち、第1断熱層231および第2断熱層232に係る部分は第1実施形態の場合と同様である。   Therefore, among the effects obtained by the heat insulating material 23 according to the present embodiment, the portions related to the first heat insulating layer 231 and the second heat insulating layer 232 are the same as in the case of the first embodiment.

(第2実施形態、その1)
図9Aは、第2実施形態による断熱材23の一構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。より詳細には、図9Aは、図6Aに対応する変更例であって、図5Aに示した断面図のうち、破線で囲った領域31を拡大して示している。
(Second embodiment, part 1)
FIG. 9A is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing a configuration example of the heat insulating material 23 according to the second embodiment. More specifically, FIG. 9A is a modified example corresponding to FIG. 6A, and shows an enlarged region 31 surrounded by a broken line in the cross-sectional view shown in FIG. 5A.

図9Aに示した断熱材23は、図6Aに示した第1実施形態による断熱材23のうち、保護層233としての独立気泡型PIF層233−Aを、塗膜233−Bに置き換えたものに等しい。図9Aに示したその他の構成要素は、図6Aの場合と同様である。すなわち、図9Aに示した連続気泡型PIF層232−Bおよび独立気泡型PIF層231−Bは、それぞれ、図6Aに示した連続気泡型PIF層232−Aおよび独立気泡型PIF層231−Aに対応する。   The heat insulating material 23 shown in FIG. 9A is obtained by replacing the closed cell PIF layer 233-A as the protective layer 233 with the coating film 233-B in the heat insulating material 23 according to the first embodiment shown in FIG. 6A. be equivalent to. Other components shown in FIG. 9A are the same as those in FIG. 6A. That is, the open cell type PIF layer 232-B and the closed cell type PIF layer 231-B shown in FIG. 9A are the same as the open cell type PIF layer 232-A and the closed cell type PIF layer 231-A shown in FIG. 6A, respectively. Corresponding to

塗膜233−Bは、連続気泡型PIF層232−Bの表面に塗料を塗布し、塗料に含まれる溶剤が揮発して乾燥することなどで得られる。塗膜233−Bの主成分は、塗料に含まれるベース材である。   The coating film 233-B is obtained by applying a paint on the surface of the open-cell PIF layer 232-B, and evaporating and drying the solvent contained in the paint. The main component of the coating film 233-B is a base material contained in the paint.

塗料に含まれる顔料61は、塗膜233−Bの内部に、所定の密度で分布している。顔料61は、太陽光の、特に可視光帯域に対して反射性能を有していることが望ましい。このような特性を有する顔料61の具体例としては、酸化チタン(TiO)などがある。酸化チタンは、一般的な白色塗料にも用いられており、入手や取り扱いが比較的容易である。 The pigment 61 contained in the paint is distributed at a predetermined density inside the coating film 233-B. It is desirable that the pigment 61 has a reflection performance for sunlight, particularly in the visible light band. Specific examples of the pigment 61 having such characteristics include titanium oxide (TiO 2 ). Titanium oxide is also used in general white paints and is relatively easy to obtain and handle.

(第2実施形態、その2)
図9Bは、第2実施形態による断熱材23の別の構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。より詳細には、図9Bは、図9Aに対応する変更例であって、図5Aに示した断面図のうち、破線で囲った領域31を拡大して示している。
(Second embodiment, part 2)
FIG. 9B is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing another configuration example of the heat insulating material 23 according to the second embodiment. More specifically, FIG. 9B is a modified example corresponding to FIG. 9A and shows an enlarged region 31 surrounded by a broken line in the cross-sectional view shown in FIG. 5A.

図9Bに示した断熱材23は、保護層233として、図9A示した塗膜233−BをF−OSR233−Cに置き換えたものに等しい。図9Bに示したその他の構成要素は、図9Aの場合と同様である。すなわち、図9Bに示した連続気泡型PIF層232−Cおよび独立気泡型PIF層231−Cは、それぞれ、図9Aに示した連続気泡型PIF層232−Bおよび独立気泡型PIF層231−Bに対応する。   The heat insulating material 23 shown in FIG. 9B is equivalent to the protective layer 233 in which the coating film 233-B shown in FIG. 9A is replaced with F-OSR 233-C. Other components shown in FIG. 9B are the same as those in FIG. 9A. That is, the open cell type PIF layer 232-C and the closed cell type PIF layer 231-C shown in FIG. 9B are respectively the open cell type PIF layer 232-B and the closed cell type PIF layer 231-B shown in FIG. 9A. Corresponding to

F−OSR233−Cは、太陽光の吸収率が小さく、かつ、全半球赤外放射率が高い、太陽光反射板であって、連続気泡型PIF層232−Cの表面に接着する(例えば、表面に巻き付けて接着する)ことが可能である。なお、連続気泡型PIF層232−Cの表面形状は、F−OSRの変形特性に適合する範囲内で設計することが望ましい。   F-OSR233-C is a solar reflector having a low solar absorptance and a high total hemispherical infrared emissivity, and adheres to the surface of the open-cell PIF layer 232-C (for example, It is possible to wrap and adhere to the surface). Note that the surface shape of the open-cell PIF layer 232-C is desirably designed within a range suitable for the deformation characteristics of the F-OSR.

上記に説明したように、本実施形態による断熱材23は、保護層233が反射性能を有している。保護層233の反射性能によって、宇宙空間において太陽光の、特に可視光帯域の成分による輻射入熱から液体燃料タンク122を熱的に保護する、という効果が得られる。   As described above, in the heat insulating material 23 according to the present embodiment, the protective layer 233 has reflection performance. The reflection performance of the protective layer 233 provides an effect of thermally protecting the liquid fuel tank 122 from radiant heat generated by sunlight, particularly components in the visible light band, in outer space.

その他、図9Aに示した塗膜233−Bも、図9Bに示したF−OSR233−Cも、連続気泡型PIF層232−B、233−Cへの風雨の浸入を防止することが出来る。   In addition, both the coating film 233-B shown in FIG. 9A and the F-OSR 233-C shown in FIG. 9B can prevent intrusion of wind and rain into the open cell PIF layers 232-B and 233-C.

(第3実施形態)
ここで、第3実施形態について説明する。以降、図10A〜図10Dを参照して、本実施形態による断熱材23として、4種類の構成例について説明する。これら4種類の構成例は、共通する特徴を有している。すなわち、図6Aに示した第1実施形態や、図9Aおよび図9Bに示した第2実施形態と同様に、本実施形態でも第1断熱層231として独立気泡型PIF層を用いている一方で、第2断熱層232としては、本実施形態では連続気泡型PIF層ではなく連続気泡型PI発泡体層を用いている。また、これら4種類の構成例のそれぞれにおいて、保護層233の構成がそれぞれ異なる。
(Third embodiment)
Here, the third embodiment will be described. Hereinafter, with reference to FIG. 10A to FIG. 10D, four types of configuration examples will be described as the heat insulating material 23 according to the present embodiment. These four types of configuration examples have common features. That is, as in the first embodiment shown in FIG. 6A and the second embodiment shown in FIGS. 9A and 9B, the present embodiment uses a closed cell PIF layer as the first heat insulating layer 231. As the second heat insulating layer 232, in this embodiment, an open cell type PI foam layer is used instead of the open cell type PIF layer. Further, in each of these four types of configuration examples, the configuration of the protective layer 233 is different.

したがって、本実施形態による断熱材23で得られる効果のうち、第1断熱層231に係る部分は第1実施形態および第2実施形態の場合と同様である。なお、本実施形態の第2断熱層232に用いる連続気泡型PI発泡体層は、PI材料が発泡したPI発泡体で形成される。PI発泡体の耐熱性能は、PIFの耐熱性能よりも優れているので、本実施形態による断熱材23には、第1実施形態または第2実施形態による断熱材23よりも優れた耐熱性能が期待される。   Therefore, the part which concerns on the 1st heat insulation layer 231 among the effects acquired by the heat insulating material 23 by this embodiment is the same as that of the case of 1st Embodiment and 2nd Embodiment. Note that the open-cell PI foam layer used for the second heat insulating layer 232 of the present embodiment is formed of a PI foam obtained by foaming a PI material. Since the heat resistance performance of the PI foam is superior to that of PIF, the heat insulating material 23 according to the present embodiment is expected to have a heat resistance performance superior to that of the heat insulating material 23 according to the first embodiment or the second embodiment. Is done.

(第3実施形態、その1)
図10Aは、第3実施形態による断熱材23の一構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。より詳細には、図10Aは、図9Aに対応する変更例であって、図5Aに示した断面図のうち、破線で囲った領域31を拡大して示している。
(Third embodiment, part 1)
FIG. 10A is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing a configuration example of the heat insulating material 23 according to the third embodiment. More specifically, FIG. 10A is a modified example corresponding to FIG. 9A, and shows an enlarged region 31 surrounded by a broken line in the cross-sectional view shown in FIG. 5A.

図10Aに示した断熱材23は、第2断熱層232として、図9Aに示した連続気泡型PIF層232−Bを、連続気泡型PI発泡体層232−Dに置き換えたものに等しい。図10Aに示したその他の構成要素は、図9Aの場合と同様である。すなわち、図10Aに示した独立気泡型PIF層231−D、塗膜233−Dおよび顔料61は、それぞれ、図9Aに示した独立気泡型PIF層231−B、塗膜233−Bおよび顔料61に対応する。   The heat insulating material 23 shown in FIG. 10A is equivalent to the second heat insulating layer 232 in which the open cell type PIF layer 232 -B shown in FIG. 9A is replaced with an open cell type PI foam layer 232 -D. The other components shown in FIG. 10A are the same as those in FIG. 9A. That is, the closed cell PIF layer 231-D, the coating film 233-D and the pigment 61 shown in FIG. 10A are the closed cell PIF layer 231-B, the coating film 233-B and the pigment 61 shown in FIG. 9A, respectively. Corresponding to

本実施形態による断熱材23としての塗膜233−Dおよび顔料61が有する反射性能と、この反射性能もたらす作用効果については、図9Aの場合と同様である。   The reflection performance of the coating film 233-D and the pigment 61 as the heat insulating material 23 according to the present embodiment and the operational effects brought about by this reflection performance are the same as in the case of FIG. 9A.

その一方で、前述のとおり、連続気泡型PI発泡体層232−Dを構成するPI樹脂は、PIF樹脂よりも耐熱性能に優れている。すなわち、PI発泡体は摂氏約300度以上程度の耐熱性能を有する一方で、PIFの耐熱性能は摂氏約120度以下程度である。ここで、外部からの入熱によって加熱された独立気泡型PIF層231−Dの温度を、例えば摂氏約100度以下に保つことを考える。その一方で、多段式ロケット1の総重量はなるべく少なく保つことを考える。このとき、一例として、連続気泡型PI発泡体層232−Dの厚さは、10ミリメートル以上50ミリメートル以下であることが望ましい。   On the other hand, as described above, the PI resin constituting the open-cell PI foam layer 232 -D has better heat resistance than the PIF resin. That is, the PI foam has a heat resistance of about 300 degrees Celsius or higher, while the PIF has a heat resistance of about 120 degrees Celsius or less. Here, it is considered that the temperature of the closed-cell PIF layer 231 -D heated by external heat input is kept at, for example, about 100 degrees Celsius or less. On the other hand, consider keeping the total weight of the multistage rocket 1 as small as possible. At this time, as an example, the thickness of the open-cell PI foam layer 232 -D is desirably 10 mm or more and 50 mm or less.

また、液体燃料タンク122によって冷却された連続気泡型PI発泡体層232−D内部の空気を気体のまま保ちたい。その一方で、多段式ロケット1の総重量はなるべく少なく保ちたい。このとき、一例として、独立気泡型PIF層231−Dの厚さは、10ミリメートル以上40ミリメートル以下であることが望ましい。   In addition, the air inside the open-cell PI foam layer 232-D cooled by the liquid fuel tank 122 is desired to be kept in a gaseous state. On the other hand, it is desirable to keep the total weight of the multistage rocket 1 as small as possible. At this time, as an example, the thickness of the closed-cell PIF layer 231 -D is desirably 10 mm or more and 40 mm or less.

(第3実施形態、その2)
図10Bは、第3実施形態による断熱材23の別の構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。より詳細には、図10Bは、図10Aに対応する変更例であって、図5Aに示した断面図のうち、破線で囲った領域31を拡大して示している。
(Third embodiment, part 2)
FIG. 10B is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing another configuration example of the heat insulating material 23 according to the third embodiment. More specifically, FIG. 10B is a modified example corresponding to FIG. 10A, and shows an enlarged region 31 surrounded by a broken line in the cross-sectional view shown in FIG. 5A.

図10Bに示した断熱材23は、保護層233として、図10Aに示した塗膜233−Dを、反射膜233−Eおよび放射膜234−Eの積層構造体に置き換えたものに等しい。図10Bに示したその他の構成要素は、図10Aの場合と同様である。すなわち、図10Bに示した連続気泡型PI発泡体層232−Eおよび独立気泡型PIF層231−Eは、それぞれ、図10Aに示した連続気泡型PI発泡体層232−Dおよび独立気泡型PIF層231−Dに対応する。   The heat insulating material 23 shown in FIG. 10B is equivalent to a protective layer 233 in which the coating film 233-D shown in FIG. 10A is replaced with a laminated structure of a reflective film 233-E and a radiation film 234-E. The other components shown in FIG. 10B are the same as in FIG. 10A. That is, the open cell type PI foam layer 232-E and the closed cell type PIF layer 231-E shown in FIG. 10B are the same as the open cell type PI foam layer 232-D and the closed cell type PIF shown in FIG. 10A, respectively. Corresponds to layer 231-D.

反射膜233−Eは、例えば、銀(Ag)、金(Au)またはアルミニウム(Al)を含む金属を、連続気泡型PI発泡体層232−Eの表面に蒸着して形成した蒸着層である。ここで、上記3種類の金属は、太陽光の可視光帯域において特に高い反射率が得られる材料であるが、本実施形態による反射膜233−Eはこれらの金属を用いた蒸着層に限定するものではない。   The reflective film 233-E is a deposited layer formed by, for example, depositing a metal containing silver (Ag), gold (Au), or aluminum (Al) on the surface of the open-cell PI foam layer 232-E. . Here, the three kinds of metals are materials that can obtain a particularly high reflectance in the visible light band of sunlight, but the reflective film 233 -E according to the present embodiment is limited to a vapor deposition layer using these metals. It is not a thing.

放射膜234−Eは、例えば、シリコーンなどの材料を用いた透明コーティング剤による膜である。ここで、シリコーンは、高い全半球赤外放射率および高い垂直放射率を有しており、外部から入熱した熱量を放射膜234−Eが外部に放射することによって、液体燃料タンク122に入熱する熱量の総量を低減する効果が得られる。さらに、シリコーンなどの透明コーティング剤は、可視光に対して優れた透過性を有し、反射膜233−Eの反射性能を阻害しないことが望ましい。   The radiation film 234-E is a film made of a transparent coating agent using a material such as silicone. Here, the silicone has a high total hemispherical infrared emissivity and a high vertical emissivity, and the radiation film 234 -E radiates the amount of heat input from the outside to the liquid fuel tank 122. The effect of reducing the total amount of heat to be heated is obtained. Furthermore, it is desirable that the transparent coating agent such as silicone has excellent transparency to visible light and does not hinder the reflective performance of the reflective film 233-E.

(第3実施形態、その3)
図10Cは、第3実施形態による断熱材23のさらに別の構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。より詳細には、図10Cは、図10Aに対応する変更例であって、図5Aに示した断面図のうち、破線で囲った領域31を拡大して示している。
(Third embodiment, part 3)
FIG. 10C is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing still another configuration example of the heat insulating material 23 according to the third embodiment. More specifically, FIG. 10C is a modified example corresponding to FIG. 10A and shows an enlarged region 31 surrounded by a broken line in the cross-sectional view shown in FIG. 5A.

図10Cに示した断熱材23は、保護層233として、図10Aに示した塗膜233−Dの代わりに、第2断熱層232としての連続気泡型PI発泡体層232−Dの表面にあるPIスキン膜233−Fを用いて顔料61を保持したものに等しい。図10Cに示したその他の構成は、図10Aの場合と同様である。すなわち、図10Cに示した独立気泡型PIF層231−Fおよび連続気泡型PI発泡体層232−Fは、それぞれ、図10Aに示した独立気泡型PIF層231−Dおよび連続気泡型PI発泡体層232−Dに対応する。   The heat insulating material 23 shown in FIG. 10C is on the surface of the open-cell PI foam layer 232 -D as the second heat insulating layer 232 as the protective layer 233 instead of the coating film 233 -D shown in FIG. 10A. This is equivalent to holding the pigment 61 using the PI skin film 233-F. Other configurations shown in FIG. 10C are the same as those in FIG. 10A. That is, the closed cell type PIF layer 231 -F and the open cell type PI foam layer 232 -F shown in FIG. 10C are the closed cell type PIF layer 231 -D and the open cell type PI foam shown in FIG. 10A, respectively. Corresponds to layer 232-D.

PI発泡体の製造方法として、型枠を用いる手法が知られている。すなわち、所望する形状を有する型枠を用意し、型枠の内側でPI材料が発泡することで、所望する形状を有するPI発泡体が得られる。このとき、PI発泡体の、型枠の内壁に接していた表面には、他の部分よりも発泡倍率が低い、または発泡していない、気密性を有する膜状の部分が形成される。このような部分をPIスキン膜と呼ぶ。PIスキン膜は、PI発泡体の内部への風雨の浸入を防ぐことが出来る。   As a method for producing a PI foam, a method using a mold is known. That is, a PI foam having a desired shape is obtained by preparing a mold having a desired shape and foaming the PI material inside the mold. At this time, on the surface of the PI foam that has been in contact with the inner wall of the mold, a film-like portion having an airtightness that has a lower expansion ratio than other portions or is not foamed is formed. Such a portion is called a PI skin film. The PI skin film can prevent wind and rain from entering the PI foam.

本実施形態では、上記の製造方法などを用いて、第2断熱層232としての連続気泡型PI発泡体層232−Fの、液体燃料タンク122から見て外側の表面に、PIスキン膜233−Fを形成する。ただし、その前段階として、型枠内壁のうち、PIスキン膜233−Fを形成したい面に、顔料61を予め散布しておく。この状態で、PI材料を型枠の内部に流入し、PI材料が発泡して連続気泡型PI発泡体層232−Fが形成されると、顔料61はPIスキン膜233−Fに取り込まれて、その表面に付着し、またはその内部に分散する。   In the present embodiment, the PI skin film 233-is formed on the outer surface of the open cell type PI foam layer 232 -F as the second heat insulating layer 232 as viewed from the liquid fuel tank 122 using the manufacturing method described above. F is formed. However, as a previous step, the pigment 61 is spread in advance on the surface of the inner wall of the formwork where the PI skin film 233-F is to be formed. In this state, when the PI material flows into the mold and the PI material is foamed to form the open-cell PI foam layer 232-F, the pigment 61 is taken into the PI skin film 233-F. , Adhere to its surface or disperse within it.

その結果、顔料61を内包するPIスキン膜233−Fは、図9Aに示した塗膜233−Bや、図10Aに示した塗膜233−Dなどの場合と同様に、太陽光の、特に可視広帯域に対して反射性能を有する保護膜として機能する。   As a result, the PI skin film 233-F encapsulating the pigment 61 is not limited to sunlight, particularly in the case of the coating film 233-B shown in FIG. 9A, the coating film 233-D shown in FIG. It functions as a protective film having reflection performance for the visible broadband.

(第3実施形態、その4)
図10Dは、第3実施形態による断熱材23のさらに別の構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。より詳細には、図10Dは図9Bまたは図10Aに対応する変更例であって、図5Aに示した断面図のうち、破線で囲った領域31を拡大して示している。
(Third embodiment, part 4)
FIG. 10D is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing still another configuration example of the heat insulating material 23 according to the third embodiment. More specifically, FIG. 10D is a modified example corresponding to FIG. 9B or FIG. 10A, and shows an enlarged region 31 surrounded by a broken line in the cross-sectional view shown in FIG. 5A.

保護層233に注目すると、図10Dに示した断熱材23は、図10Aに示した塗膜233−DをF−OSR233−Gに置き換えたものに等しい。図10Dに示した他の構成要素は、図10Aの場合と同様である。すなわち、図10Dに示した連続気泡型PI発泡体層232−Gおよび独立気泡型PIF層231−Gは、それぞれ、図10Aに示した連続気泡型PI発泡体層232−Dおよび独立気泡型PIF層231−Dに対応する。   When attention is paid to the protective layer 233, the heat insulating material 23 shown in FIG. 10D is equivalent to a film obtained by replacing the coating film 233-D shown in FIG. 10A with F-OSR 233-G. The other components shown in FIG. 10D are the same as in FIG. 10A. That is, the open cell type PI foam layer 232-G and the closed cell type PIF layer 231-G shown in FIG. 10D are the same as the open cell type PI foam layer 232-D and the closed cell type PIF shown in FIG. 10A, respectively. Corresponds to layer 231-D.

また、第2断熱層232に注目すると、図10Dに示した断熱材23は、図9Bに示した連続気泡型PIF層232−Cを連続気泡型PI発泡体層232−Gに置き換えたものに等しい。図10Dに示した他の構成要素は、図9Bの場合と同様である。すなわち、図10Dに示したF−OSR233−Gおよび独立気泡型PIF層231−Gは、それぞれ、図9Bに示したF−OSR233−Cおよび独立気泡型PIF層231−Cに対応する。   When attention is paid to the second heat insulating layer 232, the heat insulating material 23 shown in FIG. 10D is obtained by replacing the open cell type PIF layer 232-C shown in FIG. 9B with an open cell type PI foam layer 232-G. equal. Other components shown in FIG. 10D are the same as those in FIG. 9B. That is, the F-OSR 233-G and the closed cell type PIF layer 231-G shown in FIG. 10D correspond to the F-OSR 233-C and the closed cell type PIF layer 231-C shown in FIG. 9B, respectively.

図10Dに示したF−OSR233−Gについて、その特性、得られる作用効果、形成時の注意点などは、図9Bの場合と同様である。   With respect to F-OSR233-G shown in FIG. 10D, its characteristics, obtained effects, precautions for formation, and the like are the same as in FIG. 9B.

(第4実施形態)
ここで、第4実施形態について説明する。以降、図11Aおよび図11Bを参照して、本実施形態による断熱材23として、2種類の構成例について説明する。これら2種類の構成例は、共通する特徴を有している。すなわち、図6A、図9A、図9Bおよび図10A〜図10Dに示した第1実施形態〜第3実施形態と同様に、本実施形態でも第1断熱層231として独立気泡型PIF層を用いている。また、その一方で、第2断熱層232としては、本実施形態では、第1実施形態〜第3実施形態とは異なり、連続気泡型PIF層や連続気泡型PI発泡体層ではなく、通気性構造体層である繊維構造体層を用いている。また、本実施形態による2種類の構成例において、保護層233の構成はそれぞれ異なる。
(Fourth embodiment)
Here, the fourth embodiment will be described. Hereinafter, with reference to FIG. 11A and FIG. 11B, two types of configuration examples will be described as the heat insulating material 23 according to the present embodiment. These two types of configuration examples have common features. That is, as in the first to third embodiments shown in FIGS. 6A, 9A, 9B and 10A to 10D, the present embodiment also uses a closed cell PIF layer as the first heat insulating layer 231. Yes. On the other hand, unlike the first to third embodiments, the second heat insulating layer 232 is not an open-cell type PIF layer or an open-cell type PI foam layer, but is breathable. A fiber structure layer which is a structure layer is used. Further, in the two types of configuration examples according to the present embodiment, the configuration of the protective layer 233 is different.

本実施形態で用いる繊維構造体層は、繊維構造体で構成されている。この繊維構造体は、高い難燃性および高い耐熱性と、低い熱伝導性とを有していることが望ましい。また、この繊維構造体層は、連続気泡型PIF層や連続気泡型PI発泡体と同様に、内包された空気が真空中で抜け出せる程度の通気性を有していることが望ましい。   The fiber structure layer used in the present embodiment is composed of a fiber structure. The fiber structure desirably has high flame retardancy and high heat resistance and low thermal conductivity. Moreover, it is desirable that the fiber structure layer has air permeability that allows the contained air to escape in vacuum, like the open-cell PIF layer and open-cell PI foam.

本実施形態で用いる繊維構造体層は、一例として、アクリル焼成対炎繊維のニードルフェルトや、3次元構造の織布などからなる難燃シート材を、中空構造を有するように貼り合せて構成することが出来る。このように構成された難燃シート材は、積層された繊維同士が離間しないように、高い層間強度を備えていることが望ましい。   As an example, the fiber structure layer used in the present embodiment is configured by laminating a flame retardant sheet material made of needle-fired acrylic fire-resistant flame fibers or a three-dimensional woven fabric so as to have a hollow structure. I can do it. It is desirable that the flame retardant sheet material configured as described above has a high interlayer strength so that the laminated fibers are not separated from each other.

このようなアクリル焼成対炎繊維の具体例としては、ポリアクリルニトリル前駆体を、摂氏約300〜500度程度で焼成炭素化した繊維であるポリアクリルニトリル系耐炎化成繊維がある。   As a specific example of such an acrylic fire-resistant fiber, there is a polyacrylonitrile-based flameproofing fiber which is a fiber obtained by firing and carbonizing a polyacrylonitrile precursor at about 300 to 500 degrees Celsius.

その他の代替繊維としては、メタアラミド繊維、PTFE(PolyTetraFluoroEthylen:ポリテトラフルオロエチレン)、PEEK(PolyEtherEtherKetone:ポリエーテルエーテルケトン)、PPS(PolyPhenylene Sulfide:ポリフェニレンサルファイド)などがある。これらの代替繊維は、いずれも、高い耐熱性および高い難燃性を有する有機系繊維である。   Other alternative fibers include meta-aramid fiber, PTFE (PolyTetraFluoroethylene: polytetrafluoroethylene), PEEK (PolyEtherEtherKetone: polyetheretherketone), PPS (PolyPhenylene Sulfide: polyphenylene sulfide), and the like. All of these substitute fibers are organic fibers having high heat resistance and high flame retardancy.

また、このように構成された繊維構造体層の表面には、表皮材を設けることが望ましい。この表皮材は、樹脂バインダーなどによる接着が可能であって、その表面に保護層233を積層可能であることが望ましい。   Moreover, it is desirable to provide a skin material on the surface of the fiber structure layer configured as described above. This skin material can be bonded with a resin binder or the like, and it is desirable that a protective layer 233 can be laminated on the surface thereof.

本実施形態で用いる接着剤(表皮材と、保護層233とを接着する接着剤)は、高い耐熱性を有していることが望ましい。このような接着剤の具体例としては、エポキシ、エポキシ/ビスマレイミド、ポリイミド/シリコーンなどの熱硬化型接着剤がある。これらの熱硬化型接着剤は、最大で摂氏約350度程度の高温まで適用可能である。その他、一液硬化型のエポキシや、二液硬化型のエポキシもある。これらの接着剤は、最大で摂氏約200度程度の高温まで適用可能である。   The adhesive used in this embodiment (adhesive that bonds the skin material and the protective layer 233) desirably has high heat resistance. Specific examples of such an adhesive include thermosetting adhesives such as epoxy, epoxy / bismaleimide, and polyimide / silicone. These thermosetting adhesives can be applied up to a high temperature of about 350 degrees Celsius. In addition, there are also one-component curable epoxy and two-component curable epoxy. These adhesives can be applied up to a high temperature of about 200 degrees Celsius at the maximum.

(第4実施形態、構成例その1)
図11Aは、第4実施形態による断熱材23の一構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。より詳細には、図11Aは、図9Aに対応する変更例であって、図5Aに示した断面図のうち、破線で囲った領域31を拡大して示している。
(Fourth embodiment, configuration example 1)
FIG. 11A is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing a configuration example of the heat insulating material 23 according to the fourth embodiment. More specifically, FIG. 11A is a modified example corresponding to FIG. 9A and shows an enlarged region 31 surrounded by a broken line in the cross-sectional view shown in FIG. 5A.

図11Aに示した断熱材23は、第2断熱層232として、図9Aに示した連続気泡型PIF層232−Bを、繊維構造体層としての難燃シート232−Hに置き換えたものに等しい。図11Aに示したその他の構成要素は、図9Aの場合と同様である。すなわち、図11Aに示した独立気泡型PIF層231−H、塗膜233−Hおよび顔料61は、それぞれ、図9Aに示した独立気泡型PIF層231−B、塗膜233−Bおよび顔料61に対応する。   The heat insulating material 23 shown in FIG. 11A is equivalent to the second heat insulating layer 232 in which the open-cell PIF layer 232-B shown in FIG. 9A is replaced with a flame retardant sheet 232-H as a fiber structure layer. . Other components shown in FIG. 11A are the same as those in FIG. 9A. That is, the closed cell PIF layer 231-H, the coating film 233-H, and the pigment 61 shown in FIG. 11A are the closed cell PIF layer 231-B, the coating film 233-B, and the pigment 61 shown in FIG. 9A, respectively. Corresponding to

本構成例による断熱材23としての塗膜233−Hおよび顔料61が有する反射性能と、この反射性能もたらす作用効果については、図9Aの場合と同様である。   The reflection performance of the coating film 233-H and the pigment 61 as the heat insulating material 23 according to this configuration example, and the effect that brings about this reflection performance are the same as those in FIG. 9A.

(第4実施形態、構成例その2)
図11Bは、第4実施形態による断熱材23の別の構成例を示す、図5Aの一部を拡大した図である。より詳細には、図11Bは、図9Bに対応する変更例であって、図5Aに示した断面図のうち、破線で囲った領域31を拡大して示している。
(Fourth embodiment, configuration example 2)
FIG. 11B is an enlarged view of a part of FIG. 5A showing another configuration example of the heat insulating material 23 according to the fourth embodiment. More specifically, FIG. 11B is a modified example corresponding to FIG. 9B, and shows an enlarged region 31 surrounded by a broken line in the cross-sectional view shown in FIG. 5A.

図11Bに示した断熱材23は、第2断熱層232として、図9Bに示した連続気泡型PIF層232−Bを、繊維構造体としての難燃シート232−Iに置き換えたものに等しい。図11Bに示した他の構成要素は、図9Bの場合と同様である。すなわち、図11Bに示した独立気泡型PIF層231−IおよびF−OSR233−Iは、それぞれ、図9Bに示した独立気泡型PIF層231−CおよびF−OSR233−Cに対応する。   The heat insulating material 23 shown in FIG. 11B is equivalent to the second heat insulating layer 232 in which the open cell PIF layer 232 -B shown in FIG. 9B is replaced with a flame retardant sheet 232 -I as a fiber structure. Other components shown in FIG. 11B are the same as those in FIG. 9B. That is, the closed cell PIF layers 231 -I and F-OSR 233 -I shown in FIG. 11B correspond to the closed cell PIF layers 231 -C and F-OSR 233 -C shown in FIG. 9B, respectively.

本構成例による断熱材23としてのF−OSR233−Iが有する反射性能と、この反射性能がもたらす作用効果については、図9Bの場合と同様である。   About the reflective performance which F-OSR233-I as the heat insulating material 23 by this structural example has, and the effect which this reflective performance brings, it is the same as that of the case of FIG. 9B.

上記で説明された実施形態に係る断熱材23をロケットに適用した場合、地上における空気中の環境と、宇宙における真空中の環境との両方において、高い耐熱性を有する断熱材を有するロケットが提供される。   When the heat insulating material 23 according to the embodiment described above is applied to a rocket, a rocket having a heat insulating material having high heat resistance is provided in both an air environment on the ground and a vacuum environment in space. Is done.

以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、前記実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。   The invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. In addition, the features described in the embodiments can be freely combined within a technically consistent range.

1 多段式ロケット
11 第1段ロケット
110 第1段ロケット位置
12 第2段ロケット
121 第2段エンジン
122 液体燃料タンク
123 人工衛星分離装置
124 人工衛星
13 フェアリング
130 フェアリング位置
21 液体燃料格納領域
210 液体燃料格納領域
22 タンク外壁
220 タンク外壁
23 断熱材
230 断熱材
230−A 連続気泡型PIF層
230−B 熱伝導率悪化領域
230−C 熱伝導率悪化領域
231 第1断熱層
231−A 独立気泡型PIF層
231−B 独立気泡型PIF層
231−C 独立気泡型PIF層
231−D 独立気泡型PIF層
231−E 独立気泡型PIF層
231−F 独立気泡型PIF層
231−G 独立気泡型PIF層
231−H 独立気泡型PIF層
231−I 独立気泡型PIF層
232 第2断熱層
232−A 連続気泡型PIF層
232−B 連続気泡型PIF層
232−C 連続気泡型PIF層
232−D 連続気泡型PI発泡体層
232−E 連続気泡型PI発泡体層
232−F 連続気泡型PI発泡体層
232−G 連続気泡型PI発泡体層
232−H 難燃シート
232−I 難燃シート
233 保護層
233−A 独立気泡型PIF層
233−B 塗膜
233−C F−OSR
233−D 塗膜
233−E 反射膜
233−F PIスキン膜
233−G F−OSR
233−H 塗膜
233−I F−OSR
234−E 放射膜
24 通気部
24−A 開口部
24−B 開口部
24−C 開口部
25 密閉部
25−A 栓
25−B 栓
25−C 栓
26−A 排気管
26−B 排気管
26−C 排気管
27 逆止弁
28 蝶番
29 バネ
30 領域
31 領域
32 領域
33 領域
41 水分などの浸入
42 冷却作用
51 風雨の浸入の抑制
52 入熱の抑制
53 冷却の抑制
54 太陽光の反射
55 入熱の抑制
56 熱量の放射
57 風雨浸入の抑制
58 空気の流出
61 顔料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multistage rocket 11 First stage rocket 110 First stage rocket position 12 Second stage rocket 121 Second stage engine 122 Liquid fuel tank 123 Artificial satellite separation device 124 Artificial satellite 13 Fairing 130 Fairing position 21 Liquid fuel storage area 210 Liquid fuel storage area 22 Tank outer wall 220 Tank outer wall 23 Heat insulating material 230 Heat insulating material 230-A Open-cell PIF layer 230-B Thermal conductivity deteriorated area 230-C Thermal conductivity deteriorated area 231 First heat insulating layer 231-A Closed cell Type PIF layer 231 -B closed cell type PIF layer 231 -C closed cell type PIF layer 231 -D closed cell type PIF layer 231 -E closed cell type PIF layer 231 -F closed cell type PIF layer 231 -G closed cell type PIF Layer 231-H Closed cell type PIF layer 231-I Closed cell type PI Layer 232 Second heat insulation layer 232-A Open cell PIF layer 232-B Open cell PIF layer 232-C Open cell PIF layer 232-D Open cell PI foam layer 232-E Open cell PI foam layer 232-F Open-cell PI foam layer 232-G Open-cell PI foam layer 232-H Flame retardant sheet 232-I Flame retardant sheet 233 Protective layer 233-A Closed cell PIF layer 233-B Coating film 233 C F-OSR
233-D coating film 233-E reflective film 233-F PI skin film 233-G F-OSR
233-H coating film 233-I F-OSR
234-E Radiation membrane 24 Ventilation part 24-A Opening part 24-B Opening part 24-C Opening part 25 Sealing part 25-A Plug 25-B Plug 25-C Plug 26-A Exhaust pipe 26-B Exhaust pipe 26- C Exhaust pipe 27 Check valve 28 Hinge 29 Spring 30 Region 31 Region 32 Region 33 Region 41 Intrusion of moisture 42 Cooling action 51 Suppression of intrusion of wind and rain 52 Suppression of heat input 53 Suppression of cooling 54 Reflection of sunlight 55 Heat input Suppression 56 Radiation of heat 57 Suppression of wind and rain intrusion 58 Air outflow 61 Pigment

Claims (19)

熱的保護対象物の表面に積層される第1断熱層と、
前記第1断熱層の表面に積層される第2断熱層と、
前記第2断熱層の表面に積層されて水の浸入を防ぐ保護層と
を具備し、
前記第1断熱層は、
互いに独立した複数の独立気泡を内包する第1発泡体層
を具備し、
前記第2断熱層は、
通気性構造体層
を具備し、
前記通気性構造体層の少なくとも一部は、外部環境と連通している
断熱材。
A first heat insulating layer laminated on the surface of the thermal protection object;
A second heat insulating layer laminated on the surface of the first heat insulating layer;
A protective layer which is laminated on the surface of the second heat insulating layer and prevents water from entering,
The first heat insulating layer is
Comprising a first foam layer enclosing a plurality of independent cells independent of each other;
The second heat insulating layer is
Comprising a breathable structure layer;
At least a part of the breathable structure layer communicates with an external environment.
請求項1に記載の断熱材において、
前記通気性構造体層は、連続気泡を有する第2発泡体層である
断熱材。
The heat insulating material according to claim 1,
The breathable structure layer is a second foam layer having open cells.
請求項2に記載の断熱材において、
前記第1発泡体層は、
独立気泡型PIF(ポリイソシアヌレートフォーム)層
を具備し、
前記第2発泡体層は、
連続気泡型PIF層
を具備する
断熱材。
The heat insulating material according to claim 2,
The first foam layer is
Comprising a closed cell PIF (polyisocyanurate foam) layer;
The second foam layer is
A heat insulating material comprising an open cell PIF layer.
請求項2に記載の断熱材において、
前記第1発泡体層は、
独立気泡型PIF層
を具備し、
前記第2発泡体層は、
連続気泡型PI(ポリイミド)発泡体層
を具備する
断熱材。
The heat insulating material according to claim 2,
The first foam layer is
A closed cell PIF layer,
The second foam layer is
A heat insulating material comprising an open-cell type PI (polyimide) foam layer.
請求項1に記載の断熱材において、
前記第1発泡体層は、
独立気泡型PIF層
を具備し、
前記通気性構造体層は、
繊維構造体層
を具備する
断熱材。
The heat insulating material according to claim 1,
The first foam layer is
A closed cell PIF layer,
The breathable structure layer is
A heat insulating material comprising a fibrous structure layer.
請求項3に記載の断熱材において、
前記保護層は、
独立気泡型PIF層
を具備する
断熱材。
In the heat insulating material according to claim 3,
The protective layer is
A heat insulating material comprising a closed cell PIF layer.
請求項2〜5のいずれか一項に記載の断熱材において、
前記保護層は、
可視光に対する反射性能を有する白色顔料を含む塗膜
を具備する
断熱材。
In the heat insulating material according to any one of claims 2 to 5,
The protective layer is
A heat insulating material comprising a coating film containing a white pigment having a reflective property to visible light.
請求項2〜5のいずれか一項に記載の断熱材において、
前記保護層は、
可視光に対する反射性能を有するF−OSR(フレキシブルオプティカルソーラーリフレクタ)
を具備する
断熱材。
In the heat insulating material according to any one of claims 2 to 5,
The protective layer is
F-OSR (flexible optical solar reflector) with reflective performance for visible light
A heat insulating material comprising:
請求項4に記載の断熱材において、
前記保護層は、
前記第2断熱層の表面に積層されて、可視光に対する反射性能を有する反射膜と、
前記反射膜の表面に積層されて、可視光に対する透過性能および熱量に係る放射性能を有する放射膜
を具備する
断熱材。
In the heat insulating material according to claim 4,
The protective layer is
A reflective film that is laminated on the surface of the second heat-insulating layer and has a reflective performance with respect to visible light;
A heat insulating material comprising a radiation film laminated on the surface of the reflective film and having a transmission performance for visible light and a radiation performance related to the amount of heat.
請求項9に記載の断熱材において、
前記反射膜は、
銀、金またはアルミニウムのうち少なくとも1つ
を含む
断熱材。
In the heat insulating material according to claim 9,
The reflective film is
A heat insulating material containing at least one of silver, gold, and aluminum.
請求項4に記載の断熱材において、
前記保護層は、
前記連続気泡型PI発泡体層の表面に形成されたPIスキン層と、
前記PIスキン層の表面に分散または付着し、可視光に対する反射性能を有する白色顔料と
を具備する
断熱材。
In the heat insulating material according to claim 4,
The protective layer is
A PI skin layer formed on the surface of the open-cell PI foam layer;
A heat insulating material comprising: a white pigment dispersed or adhered to the surface of the PI skin layer and having a reflective property with respect to visible light.
請求項5に記載の断熱材において、
前記繊維構造体層は、
焼成炭素化繊維、メタアラミド繊維、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)またはPPS(ポリフェニレンサルファイド)のうち少なくとも1つ
を含む
断熱材。
In the heat insulating material according to claim 5,
The fiber structure layer is
A heat insulating material comprising at least one of calcined carbonized fiber, meta-aramid fiber, PTFE (polytetrafluoroethylene), PEEK (polyetheretherketone) or PPS (polyphenylene sulfide).
請求項1〜12のいずれか一項に記載の断熱材において、
前記通気性構造体層の少なくとも一部と、前記外部環境とは、排気管を介して連通している
断熱材。
In the heat insulating material according to any one of claims 1 to 12,
At least a part of the breathable structure layer and the external environment communicate with each other through an exhaust pipe.
請求項13に記載の断熱材において、
前記排気管は、
大気環境において前記排気管を閉塞可能な逆止弁
を具備する
断熱材。
The heat insulating material according to claim 13,
The exhaust pipe is
A heat insulating material comprising a check valve capable of closing the exhaust pipe in an atmospheric environment.
請求項1〜14のいずれか一項に記載の断熱材において、
前記第2断熱層のうち少なくとも1つの端面に配置される水浸入防止部材
をさらに具備する
断熱材。
In the heat insulating material according to any one of claims 1 to 14,
A heat insulating material further comprising a water intrusion preventing member disposed on at least one end face of the second heat insulating layer.
請求項1〜15のいずれか一項に記載の断熱材において、
前記第1断熱層の厚さは、10ミリメートルより大きく、かつ、40ミリメートルより小さい
断熱材。
In the heat insulating material according to any one of claims 1 to 15,
The thickness of the first heat insulation layer is greater than 10 millimeters and less than 40 millimeters.
請求項1〜16のいずれか一項に記載の断熱材において、
前記第2断熱層の厚さは、10ミリメートルより大きく、かつ、50ミリメートルより小さい
断熱材。
In the heat insulating material according to any one of claims 1 to 16,
The thickness of the second heat insulation layer is greater than 10 millimeters and less than 50 millimeters.
請求項1〜17のいずれか一項に記載の断熱材を外壁の外側表面に設けた
液体燃料タンク。
The liquid fuel tank which provided the heat insulating material as described in any one of Claims 1-17 in the outer surface of the outer wall.
請求項18に記載の液体燃料タンク
を具備する
ロケット。
A rocket comprising the liquid fuel tank according to claim 18.
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