【手続補正書】
【提出日】平成22年12月3日(2010.12.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炎バリアによって分離される冷却室と燃焼室を規定するハウジングであって、前記冷却室は電極アセンブリの周りに配置され、前記火炎バリアは直径約１０ミクロン未満の流路を含み、前記電極アセンブリは電極を取り囲む絶縁管をさらに取り囲む境界シースを含む、ハウジングと、
前記ハウジングを通って前記冷却室へと至るように配置された燃料導入管とを含む、燃焼システム。
【請求項２】
前記電極アセンブリが電気コネクタと電源をさらに含む火花点火アセンブリの一部である、請求項１記載の燃焼システム。
【請求項３】
前記燃焼室が前記ハウジングに隣接するアブレーティブライナーを含む、請求項１記載の燃焼システム。
【請求項４】
前記燃焼室が基端と末端を規定し、前記火炎バリアは前記基端にあり、スロート狭窄部は前記末端にある、請求項１記載の燃焼システム。
【請求項５】
前記火炎バリアが直径約０．５ミクロン未満の流路を含む、請求項１記載の燃焼システム。
【請求項６】
前記電極が先端、一点、二点、三点、四点、星形または分割構造を含む、請求項１記載の燃焼システム。
【請求項７】
さらに、前記火炎バリア、前記冷却室、前記ハウジングの間にシールを備えている、請求項１記載の燃焼システム。
【請求項８】
前記冷却室が前記導入管を介して燃料を受け取る、請求項１記載の燃焼システム。
【請求項９】
末端と基端を有するチャンバを規定し、前記基端に冷却室を規定し、前記末端に燃焼室を規定し、前記冷却室と燃焼室との間に火炎バリアを規定するハウジングと、
前記ハウジングの前記基端、前記冷却室、前記火炎バリアを通り、前記燃焼室に隣接する火炎バリアの面で終結するように配置された電極アセンブリであって、境界シース内に配置される絶縁管内に配置される電極を含む電極アセンブリと、
前記ハウジングの側部を通って前記冷却室へと至るように配置された燃料導入管とを含む、燃焼システム。
【請求項１０】
前記火炎バリアが直径約１ミクロン未満の流路を含む、請求項９記載の燃焼システム。
【請求項１１】
前記火炎バリアが直径約０．５ミクロン未満の流路を含む、請求項１０記載の燃焼システム。
【請求項１２】
前記火炎バリアが直径約０．２ミクロン未満の流路を含む、請求項１１記載の燃焼システム。
【請求項１３】
前記火炎バリアが直径約１ｃｍ未満の流路を含む、請求項１１記載の燃焼システム。
【請求項１４】
前記境界シースおよび前記火炎バリアが同じような熱膨張率を有する材料からなる、請求項９記載の燃焼システム。
【請求項１５】
前記境界シースおよび前記火炎バリアが、ステンレススチール合金、純ニッケル、ニッケル合金、ニオブ、レニウム、モリブデン、タングステン、タンタル、タンタル合金、焼結セラミックまたは積層構造からなる、請求項１４記載の燃焼システム。
【請求項１６】
前記燃焼室が前記ハウジングに隣接するアブレーティブライナーまたは高温ライナーを含む、請求項９記載の燃焼システム。
【請求項１７】
前記燃焼室が前記ハウジングの先端にスロート狭窄部を規定する、請求項９記載の燃焼システム。
【請求項１８】
前記電極が先端、一点、二点、三点、四点、星形または分割構造を含む、請求項９記載の燃焼システム。
【請求項１９】
さらに、前記火炎バリア、前記冷却室、前記ハウジングの間にシールを備えている、請求項９記載の燃焼システム。
【請求項２０】
前記冷却室が前記導入管を介して燃料を受け取る、請求項９記載の燃焼システム。
【請求項２１】
燃焼室と供給推進薬の間のフラッシュバックを防ぎ、電極アセンブリの循環冷却を行う方法であって、
前記電極アセンブリを取り囲む冷却室に推進薬入口を設け、
直径約５ミクロンあるいはそれ未満の流路を含むマイクロ流体火炎バリアを設けて、前記冷却室と燃焼室を分離し、
供給推進薬を前記燃料入口から前記冷却室へ、そして前記火炎バリアを通るように流す、方法。
【請求項２２】
前記火炎バリアが直径約２ミクロンあるいはそれ未満の流路を含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記火炎バリアが直径約１ミクロンあるいはそれ未満の流路を含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記火炎バリアが直径約０．５ミクロンあるいはそれ未満の流路を含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記火炎バリアが直径約０．２ミクロンあるいはそれ未満の流路を含む、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記火炎バリアが直径約１ｃｍ未満の流路を含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２７】
前記火炎バリアは火炎面を維持するものである、請求項１に記載の燃焼システム。
【請求項２８】
前記火炎面は、前記火炎バリアから０．１ミクロンより離れている、請求項２８に記載の燃焼システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
【図１】請求項に係る発明の燃料噴射器ヘッドの縦断面図である。
【図２】燃焼室の内部からみた燃料噴射器ヘッドの断面図である。
【図３】混合された推進薬の濃度に対する、ある例示的な可燃性Ｎ２Ｏと燃料ガスの混合物の有効な消炎距離を示す。この場合、消炎距離は、フィルタが通さないものよりも大きなメディアグレードの粒子サイズから実験的に推定される。
【図４】火炎バリアにおける熱分布と火炎バリアにわたる圧力降下を理解するのに有用なジオメトリとパラメータを示す。Ｔadiabaticは火炎温度で、ｑrad、ｑcond、ｑconvはそれぞれ放射性熱流束、導電性熱流束、対流性熱流束である。
【図５】火炎バリアの内部温度と、燃焼室の加熱面の熱流束にさらされた例示的な多孔質媒体の火炎バリアを通した圧力降下を示す。
【図６】火炎バリア面からの火炎面の位置の関数としての火炎バリアにわたる推進薬の圧力降下と火炎バリアの燃焼室面の温度の感度を判定するために行った分析を示す。
【図７】火炎バリアの圧力降下対推進薬の質量流束の実験測定を示す。
【図８】高温ライナーを備えた試作品のロケットスラスタに一体化された、開示されている燃料噴射器ヘッドの縦断面図である。
【図９】最新の循環冷却式ロケットスラスタに一体化された、開示されている燃料噴射器ヘッドの断面図である。
【図１０】開示されている燃料噴射器ヘッドを利用する循環冷却式ロケットスラスタの等角図である。
【図１１】循環冷却式ロケットスラスタの燃料噴射器ヘッドが遭遇するであろう推進薬の予熱温度を予測する、例示的な熱分析を示す。
【図１２】５００℃、７５０℃、１０００℃の３つの異なる温度でのフィルタのオーブン加熱前後の圧力降下対推進薬の質量流量を示す。
【図１３】ある焼結媒体による火炎バリアの実験的な引っ張りテストデータである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
焼結および／またはマイクロ流体火炎バリア（図１に１０８で示す）は、火炎および／または初期燃焼（爆燃および／または爆轟）波が推進薬供給システムの未燃焼の推進薬に届かないように設計されている。一般的には点火の際に燃焼波が発生し、この波がフラッシュバックの原因となる推進薬供給システムの未燃焼の推進薬との相互作用を起こさないようにしなければならない。比較的定常状態の流れのアプリケーション（すなわち、ロケットエンジン）では、点火後に比較的定常状態の火炎面が形成され、火炎バリアの下流に存在する（図４）。他のプロセス（例えば、ピストンエンジン）では、火炎面は各燃焼サイクルにおいて一時的に火炎バリアと相互作用するかもしれない。この場合、火炎バリアはこの短時間の相互作用における燃焼熱エネルギーを吸収する熱容器としても作用し、噴射時にこの熱エネルギーを取り込まれた次のサイクルの未燃焼推進薬へと消散させる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
図６は、火炎面の位置の関数としての、火炎バリアにわたる推進薬の流体圧力降下と火炎バリアの表面温度（燃焼室側）の感度を示す。この場合、３１７７℃の断熱火炎温度（Ｔadiabaticは燃焼した推進薬の最大燃焼温度である）を持つ例示的な推進薬を、未燃焼のおよび燃焼した例示的な推進薬の熱輸送性と熱物性を使用して分析した。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
火炎バリアとその接着接合部が耐えなければならない温度の極限の定義を助けるために、図１１は循環冷却式エンジン（図９および１０）の例示的な熱分析を示す。この場合、燃焼室冷却ジャケットへの噴射から火炎バリアが燃焼ライナー壁９０８に装着されるまで未燃焼の推進薬の温度を分析する。高温ライナー（図８）を有するエンジンは、図５で既に分析されている火炎バリア温度を有する。循環冷却式エンジンの最高フィルタ温度は、およそ図１１に示すジャケット予熱を行った推進薬の最高温度と図５でモデリングした最高温度の和である。したがって循環冷却式エンジンの概念の例示的な分析では、火炎バリアの最高温度は火炎バリアの燃焼室面から＞１ミクロンの場所にある火炎面で＜６００℃である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
推進薬の噴射器ヘッドの設計は、以下に限定しないが消炎距離、火炎バリアにおける推進薬の加熱による圧力降下の変化、高温の多孔質構造に対する機械的荷重（例えば、加熱された噴射器面の圧力荷重）、加熱による機械的強度のロス、火炎面を火炎バリア面に近接して固定できる程度に推進薬の燃焼室への噴射速度が十分に低い場合にマイクロ流体通路および孔に起こり得る焼結などの多くの因子を考慮する必要がある（図４および６を参照のこと）。さらに、燃料噴射器ヘッドの設計は、以下に説明する場所に高温の確かな結合部分を設けるのに必要な材料の選択や製造工程の因子も考慮する必要がある。高温の結合プロセスによって焼結および／またはマイクロ流体火炎バリアは著しく変わらないかまたはこのバリアを損傷させないことを実証するために、種々の孔径を有する焼結金属フィルタに対して一連の実験を行った。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
図１２は、実際の動作または高温の結合プロセス時に見られるであろう温度までオーブン加熱された焼結金属フィルタの実験データを示す。この実験では、焼結金属フィルタの圧力降下対質量流量をフィルタの加熱前後に測定し、マイクロ流体構造に大きな変化があったかどうかを圧力降下のグローバルな推定特性に基づいて判定した。オーブン加熱温度が５００℃、７５０℃、１０００℃の場合をテストした。見て分かるように、フィルタには持続する変化は殆ど生じなかった。さらに、このような温度は、火炎面を火炎バリア面から＞１ミクロンになるように制御可能な具体的なケースについての（上述の）理論分析を使用して既に推定済みのフィルタの内部温度よりも著しく高い。