JPH0454015B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱保護スクリーン、より詳しくは、非
常に高い温度に達することのある強度の熱の攻撃
（これは2000℃を越える温度に達することのある
非常に重大な熱的現象または火災の場合がある）
に比較的長い時間耐えるべき部分を保護するため
のスクリーンに関する。

この種の現象は、例えば、火災が航空機の破壊
に対する原因である時に起る。しかしながら、フ
ライト・データ・レコードボツクスを救けるため
には、事故後にこれらのボツクスを回収すること
が事故の起因追跡を可能ならしめるのに重要であ
るから、これらは効率的に熱から遮蔽されねばな
らない。

更に多くの他の場合、比較的長時間にわたり、
或る部分を強烈な熱攻撃から保護することも有用
でありうる。このことは、例えば、大気中への再
突入の間の宇宙船にとりつけられている円錐、ま
たは瞬間的に強烈になりうる熱源に近接位置する
門扉ないし他の防火性隔壁についても起り得る。

高い熱攻撃に対しての種々の保護手段が公知で
ある。このような保護手段は、ある場合には、保
護さるべき部品を一定の充分に低い温度に、充分
に長い期間にわたり保つには非常に屡々無効でさ
えもありうる。

しかしながら、意図する目的に達するため、す
なわち、例えば、周囲温度は1100℃または2000℃
以上にも達することがあるのに最高温度100℃で
保護されるべき部品を保ちつつ、旧来の絶縁材料
からなる熱保護スクリーンに比較して保護用スク
リーンの厚さを少なくとも半減するという補足的
利点を有している熱保護スクリーンが既に提案さ
れている。1969年２月27日付フランス特許第
6905203号で、第2061509号で公告されているもの
の主題であるこのスクリーンは実質的に次のこと
を特徴としている。高温にさらされる側の壁（以
下熱壁とも称する）及び保護されるべき要素側、
即ち低温側の壁（以下冷壁とも称する）との間に
冷壁に接触している層状水和要素を、熱壁と水和
要素の間に層状過熱要素を、熱壁と過熱要素の間
に多孔性層状耐火性要素とを含み、後者はそれの
中にオリフイスが形成されており、スクリーンの
機能している間に水和要素中で生じ、過熱要素中
を通過する間に過熱された飽和蒸気が熱壁外へ逸
散することを許すようにする。

過熱を用いる完全蒸発においては、モリエ線図
（当業者公知）から結果する如く、蒸気の過熱は
一定保護温度に対しエンタルピーの増加を生じ、
このエンタルピーは縦軸において等圧線と飽和線
との交点と、それらの等温線との交点との間の差
で与えられることは実際に知られている。

しかしながら、上述の如きスクリーンでは、効
率的な熱に対する保護が実現されるが、それによ
ると最低温度はかかる蒸発の全継続時間にわたり
水和要素の中に含まれた水の蒸発温度を越えな
い、すなわち、例えば１バールの通常大気圧にあ
る水に対し、また該水和要素中に含まれる水量に
直接比例する継続時間にわたつて100℃を越えな
いことが実現される。

それで直ちに注目されることは、かかるスクリ
ーンは従前のスクリーンをこえる一定の利点を有
するけれども、また、上記の特許の目的であると
ころのスクリーンの厚さを望まれる一定の保護の
程度に対して明らかに減少させるけれども、特に
そのスクリーン自身が小さな容積内に制限され、
かつ実質的に外部ないし周辺の嵩高さが許されな
い部材を保護すべきとき、必ずしも何時も有効に
利用されることのない嵩高な余分の空間を必要と
するという事実は残つている。しかしながら、そ
れの保護が欠くことができず、また先の特許のス
クリーンは一方において寸法の点で適当でなく、
他方において構造の相対的剛性の点で適当でない
ことから、最小の嵩と柔軟性の双方であるスクリ
ーンが斯界技術者により考案されねばならない。

更に、先の特許のスクリーンは、保護さるべき
要素または期間が通常うける温度が水和要素中に
含まれた水の蒸発温度よりも高い時、即ち100℃
より高い時に困難を起している。実際のところ、
そうした通常の使用温度では、そうした水和要素
中に含まれる水の量は減少し、該特許中に記述さ
れた如くに、過熱蒸気をそれの凝縮後に水和要素
中に再循環するための手段が設けられねば、通常
回収し得ない。しかしながら、そうした手段は総
ての場合に必ずしも満足しうる解答ではない。従
つて火事の場合、保護の効率に対し本来の役目と
機能とを有する水和要素中の液体量が不十分であ
るという大きな危険があろう。従つて、斯界技術
者は、どんな温度でも充分な水負荷を有する水和
要素を準備し使用することが出来ねばならない。

最後に、該特許のスクリーンの構成に従う耐火
性要素等は非情な高温（2000℃に等しいかまたは
それ以上）に対し、貧弱な応答性を有し、その故
にそれの劣化を惹起している。この問題に対する
適切な解答も従つて必要である。

ここで、本発明は、これら三つの問題を解き、
改良されたスクリーンで、水を吸収し維持し得
（以後水和状態と称する）、高チクソトリピー効率
を有するゲル状態になりうる粉末状態およびその
ための補強材として使用可能な層状、マツト状、
繊維網目状の柔軟な材料から作られた要素（以後
水和−過熱要素と称することもある）は該ゲル状
態ではゲル中の水の存在で、熱の攻撃の進行（高
温にされる側の壁即ち熱壁の加熱）に従い、該水
が水和状態から過熱水蒸気状態へと変化する。

本発明による熱保護スクリーンは、熱の攻撃開
始時には、その熱の攻撃が高温にさらされる側の
壁（熱壁）の表面から水和−過熱要素中の水を加
熱蒸発させる。しかし保護されるべき要素側の壁
（冷壁）には水和−過熱要素中の水が常に液体の
まま存在する。水の温度は常圧では100℃を越え
ないことは良く知られている。従つて本発明の熱
保護スクリーン中に存在する水は冷たい水の部分
と上記表面の沸とう蒸発する部分の間で存在す
る。このスクリーンの部分は水和状態を有する。

続いて熱の攻撃を受けると、水は上記熱壁から
更に深く入つた部分で蒸発をし、これは上記熱壁
の表面へと進行して行く。この間水蒸気は同じ圧
力下にあり、そして過熱される（100℃以上に）
（これが過熱状態である）。そして大量の熱量を取
り去る。

そして熱保護スクリーンにおいて、熱の攻撃の
時間経過に従つて熱保護スクリーン中に存在する
ゲル中の残存水の厚さは益々少なくなつて行き、
上記熱壁の表面より見て益々深い所で水は沸とう
蒸発するようになり、表面に向うに従つて過熱さ
れる。

同時に輻射された熱（即ち輻射により熱保護ス
クリーンによつて放出される熱）が、高温にさら
される側の温度によつて益々大量になる。外部よ
りの攻撃を行なう熱は常に同じ値を有するが、熱
攻撃開始時の上記輻射される熱は、水を蒸発させ
るため熱保護スクリーン中に入る熱に比して少な
い。しかし熱攻撃が進行するに従つて輻射熱は、
スクリーン内部の沸とう蒸発部分が深くなればな
る程増大する。このため熱攻撃を受けたスクリー
ンの外面はもはや100℃の温度を保つことができ
ず、スクリーンのこの部分では非常に高い温度に
なり、大量の熱を輻射するようになる。従つて本
発明のスクリーンにおいては、水和状態と過熱水
蒸気状態を発現させるので以下この機能を有する
要素を水和−過熱要素と称する。

本発明の更に別の特長によれば、 前記水和−過熱要素は二枚の柔軟な被覆要素間
にサンドイツチされて置かれ、一つの被覆要素は
保護さるべき要素の面と緊接に接触した壁になつ
ており、他の被覆要素は完成したスクリーンの外
面を形成し、この面が加熱を受ける壁となつてい
て、高温時には通気性である。

− 柔軟な被覆要素は繊維材料で補強したか、ま
たは、していない弾性材料からなる。

− 完成スクリーンの外面を構成している柔軟な
被覆要素は、水和−過熱要素から蒸発し、過熱
された水蒸気と吸熱反応を生ずるような材料を
含んでいる。

本発明によるスクリーンを実現するための材料
の例の中には下記の如きものがあげられる。

− 水を吸収し維持し、高チクソトロピー効率を
有するゲルを生ぜしめることを意図する粉末状
材料としてコロイド状二酸化ケイ素、 − 層状、マツト状、繊維網目状の柔軟な材料と
して、岩石、セラミツクス等の如き耐火性材料
製の繊維、ウエブ、織物類、 − 柔軟な被覆要素として耐火性材料製の繊維、
ウエブまたは織物類等で補強したか、またはし
ていない弾性体、特にシリコーン弾性体、そし
て最後に、 − 水和−過熱要素からの蒸発する水蒸気と吸熱
反応を生ずる材料としてのカーボン。

カーボンは水と共に高温で、所謂公知の反応で
ある強度に吸熱的な水性ガスの形成反応を生ず
る。非常に高い熱の攻撃に対して保護をするため
のかかる吸熱反応の意義と利点とを以下に説明す
る。

本発明の他の特長と利点とは、本発明によるス
クリーンの保護さるべき要素の壁上に取付けられ
たところの略図であるところの付図に照して行わ
れる下記の記述から一層明白となろう。

図を参照すると、保護さるべき要素１はその上
に被覆要素（壁）２が膠付け、カバー等のそれ自
身公知の何等かの手段で適用されているのが断面
略図で示されてある。被覆要素２はそれ自身が水
和−過熱要素３用の支持体として使用される。上
記水和−過熱要素３は高チクソトロピー効率の物
質および保護さるべき要素が保たれるべき温度に
よつて決る蒸発温度即ち100℃を有する水により
作られるゲルで含浸されている柔軟な繊維性補強
材によつて構成するのが有利であり、或いは水と
共に高チクソトロピー効率を有する該ゲルを生ぜ
しめることを意図している粉末状態での該物質を
均質に分布させている柔軟な繊維補強材により構
成し、使用時に水を加えるのが有利である。

水和−過熱要素３は、被覆要素２のものに比較
して同一か異なつている構造または構成の被覆要
素（壁）４で覆われている。

被覆要素２と４は、例えばシリコーン弾性体の
如き弾性体で、石英またはその類の耐火性材のフ
エルトまたは織物、マツトの形になつた耐火性糸
で補強されたか、されていないものからなると有
利である。これらの壁は膠付けか、または何等か
の適当な手段で、それの支持体として使用されて
いるそれぞれの下層要素１と３上に適用されてい
る。本発明によりそのように実現されたスクリー
ンの構成要素の性質と柔軟性とに鑑み、保護さる
べき要素の輪郭に最少のかさで正確に追随し得
て、これから後に出される例から結果する如く
に、最少の厚みで著しい保護効率が得られる。

水和−過熱要素３がコロイド状二酸化ケイ素の
水性ゲルに基づいている場合から始めて、本発明
のスクリーンについて起る現象は次の如くにな
る。

被覆要素４の外面（熱壁）が強烈な熱（110℃
に達しうる温度）の攻撃をうけ、即ち加熱され、
またスクリーンが１バールの圧力下にある時に、
そうした熱が水和−過熱要素３に届くと、一方に
おいて該要素に含まれる水の蒸発を与えられた圧
力で惹起し、他方において、そのようにして生じ
た蒸気を過熱させ、これが該熱攻撃の影響下に多
孔質となつた要素４を通して最大のカロリーを放
出せしめる。

かくして、過熱を伴う蒸発の全体の過程の間、
蒸気の過熱はエンタルピーの増加を惹起するが、
これは保護されるべき要素側換言すれば低温側の
壁即ち冷壁における蒸気の安定した温度と熱的保
護を出た時の該蒸気の最高温度の間の差で与えら
れる。この理由のために、熱攻撃が強ければ強い
程、活性の材料により排出されるカロリー量は一
層大きくなることが容易に理解されよう。更に、
最低温度が水和−過熱要素３中に含まれている水
の蒸発温度を越えない効率的な熱保護が得られ、
そしてこれは、そうした蒸発の持続する間すべ
て、100℃で１バールの大気圧で、かつ、熱攻撃
が何であろうとも該水和−過熱要素３中に含まれ
るそうした水の量に直接に比例する継続期間だけ
起る。

直ちに注目されうることは、最低の保護温度は
水和−過熱要素中に含まれる水の蒸発温度およ
び／または該水和−過熱要素がうける圧力により
決められうることである。

かくして、水和−過熱要素に含まれる水は0.02
バールで約17℃で蒸発することと、この理由のた
めに、得られうるであろう保護温度が約0.02から
１バールまでの圧力変動に対して17℃と100℃と
の間にあつて、他方、熱による攻撃はまだ1100℃
以上の桁にあるだろうことが判る。

本発明の興味ある性質は、従つて、斯界技術者
にとつて明白に現れ、より特別には、宇宙領域
（宇宙船の大気への突入は0.02から１バールへの
圧力変動を伴う）に対して明白である。

かくの如き具合に保護温度の種々の範囲を決め
ることを許すところの水和−過熱要素内に含まれ
る水の量が保護の持続時間を決める。

しかしながら、水和−過熱要素のそれ自身の構
成にかんがみ、後者の水再負荷を計算できる。そ
れを構成している物質が水に対し強く親和性であ
り、水と共に高チクソトロピー効率ゲルを形成す
るからである。

従つて本発明によるスクリーンは開始状態にお
いて、既に構成されている水和−過熱要素を構成
する成分であるゲルおよび逸出した水量および／
または温度の関数として自動的に制御される循環
ポンプ６付きの水給源７から来る水の供給用の導
管５（図面の一点鎖線の部分）を含むか、また
は、使用の時にはゲルを生ずるように意図された
物質を含み、そうした物質は粉末状態（例えば、
粉末状二酸化ケイ素）でそれの支持体上に分布さ
れ、前記の水供給用の回路を含んでいる。そのよ
うに実現すると、どんな時でも、熱攻撃の間に起
りうる水損失を補償できるようになる。更に、カ
ロリーの消散は、被覆要素４として、高温におい
て必然的に多孔質となり、その上更に、膨張する
ことが可能であり、それによつて消散を容易にす
るような弾性物材料を選ぶことによつてもつと増
加するように出来る。

別の実施態様によると、被覆要素４は、それの
配合と実現化とにおいて、カーボンに基づく物質
または配合物を含むと有利である。カーボンは水
蒸気の特殊な場合、強く吸熱反応（ガスと水との
反応）を生じ、それにより消し去るべきカロリー
を駆逐する。

下記の実施例は本発明によつて得られる結果を
示すための例であつて、限定するために示すので
はない。

かかる結果は諸試験を行つて集めたもので、試
験は、本発明による熱的に保護される試料を火事
をシミユレートしている熱攻撃にさらした。試料
は炭化水素の焔床（約900℃）上１メートルに置
き、サーモカプルを外側皮部と保護部との間に均
等に分布配置し、実験の間に試験に種々の点で温
度を検出しうるようにした。例１および２におけ
る支持体は本発明による熱保護スクリーンにより
保護せんとするものである。

例 １ タンクの保護 650mm径の容器についての試験： 試料の定義： 支持体：650mm径および１メートル長さのガラス
−エポキシ樹脂性渦巻コンデンサー。

保 護：厚み25mm、全質量101Kg。

７本のサーモカプルをコンデンサーの外
側皮部と保護部との間に均等に分布して
設置。

試験結果： − ２時間暴露した後、容器上の温度測定点７個
は100℃±10℃で安定化。

−温度は100℃±10℃にて４時間変化せず。

− 熱に６時間暴露後、最も熱い点は110℃に達
する。この時間の終りに燃料1400リツトルを使
用した。

注目すべきことは、これらの試験条件下では、
現在公知の最良の材料は、同じ厚みの場合、１時
間程度の保護しか確実でない。これは、以前のフ
ランス特許第2061509号により製作したスクリー
ンで同じ厚みのものの場合でも同じであつた。

例 ２ 建築用材料の機械的保護： 沖合プラツトホーム上の二本の安全防水性歩廊上
での試験 使用された保護材料 使用された材料は容器についての試験における
ものと同じ、 しかしながら、焔上の１メートル（支持体間距
離：１メートル）に置かれた歩廊は、その上更
に、500daNの力（犠牲者を運搬する救助者をシ
ミユレートするため）を各歩廊の中心上に300×
300mmの面積上に加えた。

試料の定義： 支持体：軽量合金歩廊 （第型：落下する水を除くための孔明きなし） （第型：落下する水を除くための孔付き） 寸 法：1080×300mm 厚 さ：25mm 保 護：歩廊の下側に本発明の熱保護スクリーン
をとりつける（歩廊の上面には保護な
し） 試料の質量：第型：14.215Kg 第型：13.545Kg 試験結果： −試料の保護してない面上での温度測定： ・暴露１時間後：第型＝115℃ 第型＝150℃ ・暴露１時間半後：第型：140℃ 第型：200℃ ・熱に１時間半暴露後、試料の中心でのたるみ
の増加の測定： ・第型：４mm ・第型：９mm すなわち、試験の終わりにおける全体たるみ： ・第型に対し14mm ・第型に対し19mm これらの資料に対し指示されている臨界的たる
みは22mmである。

比較の目的で同じ歩廊を同条件で試験した： −熱保護スクリーンなし：暴露６分後崩壊。

−岩綿による熱保護付き：暴露12分後崩壊。

上記の結果より下記の結論がもたらされる。

本発明による熱保護スクリーンは、水和−過熱
要素中に含まれる水の蒸発温度（100℃）で温度
の安定化を可能ならしめるその性質と、それの効
率の持続性とにより、現在使用されている如何な
る他の絶縁性被覆より大いに優ることを証明して
いる。更に、それの構造と構成により、蒸発さる
べき水を望むままに負荷または再負荷でき、必要
とされ、または、充分である量が常に得られる。

そうした結果に鑑み、応用の可能性は非常に著
しく広汎であつて、宇宙空間領域、石油化学、そ
して一般的に、激烈な熱からの火事または攻撃に
対して闘うことが今や決定的な具合にまだ起つて
いる如何なる分野においても使用されうる。

更に、火事の危険があるときに、装置や装置部
品の実現、構成、または製造用に禁止されている
材料等も、本発明により実現された保護と組合せ
て使用されうる。例えば、沖合穿設孔用プラツト
ホーム上にガラス樹脂複合体も利用できよう。

本発明は純粋に説明的で非制限的な具合に記述
されているのみであることと、その特許請求の範
囲を離れることなく、それの如何なる有用な修飾
をも行ないうることが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

付図は本発明によるスクリーンが保護さるべき
要素の壁上に取付けられた時の略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温にさらされる側の壁４と保護されるべき
   要素側の壁２とを有し、水を吸収し維持して、高
   チクソトロピー効率のゲル状態になりうる粉末状
   材料およびそのための補強材として使用される柔
   軟な材料から作られた要素３を高温にさらされる
   側の壁４と保護されるべき要素側の壁２の間に有
   しており、かかる要素３は該ゲル状態ではゲル中
   の水の存在により、高温にさらされる側の壁４の
   加熱に従い、該水が水和状態から加熱水蒸気状態
   へと変化して行くようになつている水和−過熱要
   素であり、上記高温にさらされる壁４が高温時に
   通気性である熱保護スクリーン。 ２ 該水和−過熱要素３は二つの柔軟な被覆要素
   の間にサンドイツチされて置かれており、その一
   つの被覆要素は保護されるべき要素の面と緊密に
   接触した壁２になつており、他の被覆要素は完成
   したスクリーンの外面を構成しており、この面が
   加熱を受ける壁４となるようになつている特許請
   求の範囲第１項記載のスクリーン。 ３ 該被覆要素が弾性材料からなつている特許請
   求の範囲第２項記載のスクリーン。 ４ 該柔軟な被覆要素が、繊維材料にて補強され
   た弾性材料からなつている特許請求の範囲第３項
   記載のスクリーン。 ５ 完成したスクリーンの外面を構成する壁４で
   ある柔軟な被覆要素が高温時通気性であり、水和
   −過熱要素３からの蒸発し過熱した水蒸気と吸熱
   反応を生ずる材料を含んでいる特許請求の範囲第
   ２項記載のスクリーン。 ６ 水を吸収し維持して、高チクソトロピー効率
   のゲルを生ぜしめることを意図する粉末材料が二
   酸化ケイ素である特許請求の範囲第１項記載のス
   クリーン。 ７ 該補強材料として使用される柔軟な材料が層
   状、マツト状、繊維網目状であり、繊維、ウエブ
   類、耐火性素子の繊維の織物などの類からなつて
   いる特許請求の範囲第１項記載のスクリーン。 ８ 被覆要素がマツト、フエルト類、又は織物の
   形になつている耐火性繊維で補強されている弾性
   体からなつている特許請求の範囲第２項記載のス
   クリーン。 ９ 水和−過熱要素から蒸発し、過熱した水蒸気
   と吸熱反応を生ずる材料が炭素である特許請求の
   範囲第５項記載のスクリーン。 １０ 加熱の間に、水が水和−過熱要素へと供給
   される特許請求の範囲第１項記載のスクリーン。