JP4041984B2 - Micro combustor - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロコンバスタに係り、詳しくは、電気ヒータの代替製品として用いられるいわゆるスイスロール型のマイクロコンバスタに関する。   The present invention relates to a micro combustor, and more particularly to a so-called Swiss roll type micro combustor used as an alternative product of an electric heater.

一般に、半導体の製造技術等の分野では、ガラス管内に載置された被加熱物を加熱するにあたり、ガラス管の周囲を覆う複数個の電気ヒータが用いられている。一方、近年では、この電気ヒータの代替製品としてスイスロール型のマイクロコンバスタの開発が進められている。
当該マイクロコンバスタは、直径が数ｃｍ程度の小型の燃焼加熱器であり、通常では火炎が伝ぱできない消炎距離よりも小さい隙間の中で燃焼させるものである。消炎距離程度の隙間たるマイクロチャネル内で燃焼を行わせる前に十分に予熱して燃焼を可能ならしめている。マイクロコンバスタには、燃焼の分類によって予混合燃焼方式によるものと、拡散燃焼方式によるものとが存在する。 In general, in the field of semiconductor manufacturing technology and the like, a plurality of electric heaters that cover the periphery of a glass tube are used to heat an object to be heated placed in the glass tube. On the other hand, in recent years, a Swiss roll type micro combustor has been developed as an alternative to this electric heater.
The micro combustor is a small combustion heater having a diameter of about several centimeters, and is usually burned in a gap smaller than the extinguishing distance where a flame cannot propagate. Before the combustion is performed in the microchannel, which is a gap of about the extinction distance, the combustion is possible by sufficiently preheating. There are two types of microcombustors, one based on the premixed combustion method and the other based on the diffusion combustion method, depending on the classification of combustion.

前者の予混合燃焼方式によるものでは、予混合ガスの燃焼で生じる燃焼ガスを比較的クリーンに保つことが可能であるとともに、燃焼を短期間で終了させることが可能になることから、燃焼室をコンパクトに構成できる利点を有する。
ここで、上記予混合燃焼方式の火炎は、予混合ガスの流速と火炎の層流燃焼速度（燃焼速度）とがつり合った点では、安定な火炎が形成される。しかし、予混合ガスの流速と燃焼速度とがつり合わなければ、極めて不安定な火炎が形成されてしまうとの問題がある（例えば、非特許文献１参照）。 In the former premixed combustion system, the combustion gas generated by the combustion of the premixed gas can be kept relatively clean and the combustion can be completed in a short period of time. It has the advantage that it can be made compact.
Here, the flame of the premixed combustion method forms a stable flame in that the flow rate of the premixed gas and the laminar combustion speed (combustion speed) of the flame balance. However, there is a problem that an extremely unstable flame is formed unless the flow rate of the premixed gas and the combustion rate are balanced (see, for example, Non-Patent Document 1).

つまり、マイクロチャネル内の燃焼において予混合ガスの流速を上昇させると、火炎が消滅する消炎現象が起こることが報告されている。より具体的には、予混合ガスの流速が燃焼速度よりも非常に大きくなって、火炎は燃焼室から離れて浮き上がり、火炎が伝ぱできずに消滅するのである（吹き飛び現象）。
丸田薫、他６名，「Extinction Limits of Catalytic Combustion in Microchannels」，第２９回国際燃焼シンポジウム講演論文集，ｐ．９５７−９６３ That is, it has been reported that when the flow rate of the premixed gas is increased in combustion in the microchannel, a flame extinction phenomenon occurs in which the flame disappears. More specifically, the flow rate of the premixed gas becomes much higher than the combustion rate, the flame rises away from the combustion chamber, and the flame cannot be propagated and disappears (blown phenomenon).
Jun Maruta and 6 others, “Extinction Limits of Catalytic Combustion in Microchannels”, Proceedings of the 29th International Combustion Symposium, p. 957-963

ところで、マイクロコンバスタは、体積に対して表面積の大きな小型の燃焼器であり、燃焼器を小型にするに連れて消炎が生じやすくなるので、燃焼室で予混合ガスを安定して燃焼させるには予混合ガスをより高温に予熱する必要がある。一方、予混合ガス温度が高くしすぎると、燃焼室から予混合気流路側に逆火現象が生じ易くなるという問題がある。
また、このマイクロコンバスタでは、被加熱物の更なる加熱を図るべく、高負荷運転を実現することが要求されている。この場合には、予混合ガスの流速をより上昇させれば燃焼室で多くの燃料を燃やすことができ、マイクロチャネル内の燃焼の高負荷運転を達成できるとも考えられる。 By the way, a micro combustor is a small combustor having a large surface area relative to its volume, and as the combustor becomes smaller, flame extinction is likely to occur, so that the premixed gas can be stably burned in the combustion chamber. It is necessary to preheat the premixed gas to a higher temperature. On the other hand, if the premixed gas temperature is too high, there is a problem that a flashback phenomenon easily occurs from the combustion chamber to the premixed gas flow path side.
Further, in this micro combustor, it is required to realize a high-load operation in order to further heat the object to be heated. In this case, if the flow rate of the premixed gas is further increased, a large amount of fuel can be burned in the combustion chamber, and it is considered that high-load operation of combustion in the microchannel can be achieved.

しかし、上述の非特許文献１の図１にも記載されているように、予混合ガスの流路の断面積を一定に保持させたまま特別な保炎機構を設けずに、予混合ガスの流速を単に上昇させると、吹き飛び現象が生ずると云う別の問題が存在する。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、マイクロチャネル内の予混合燃焼において、予混合ガスを効率良く高温に予熱できるとともに、逆火現象と同時に火炎の吹き飛び現象を防止して、火炎の安定化を図りつつ、小型化及び高負荷運転を実現することができるマイクロコンバスタを提供することを目的とする。 However, as described in FIG. 1 of Non-Patent Document 1 described above, the premixed gas flow is maintained without providing a special flame holding mechanism while keeping the cross-sectional area of the premixed gas flow path constant. Another problem is that if the flow velocity is simply increased, a blow-off phenomenon occurs.
The present invention has been made in view of such problems. In the premixed combustion in the microchannel, the premixed gas can be efficiently preheated to a high temperature, and at the same time, the flash-off phenomenon is prevented at the same time as the flashback phenomenon. An object of the present invention is to provide a micro combustor capable of realizing downsizing and high load operation while stabilizing the flame.

上記の目的を達成するべく、請求項１記載のマイクロコンバスタは、燃料及び燃焼用酸化ガスからなる予混合ガスをマイクロチャネルの燃焼室で燃焼させるマイクロコンバスタであって、予混合ガスを燃焼室に導入させる予混合ガス流路と、燃焼ガスを燃焼室から排出させる燃焼ガス流路と、予混合ガス流路と燃焼ガス流路との間に形成され、燃焼ガスの熱を回収させて予混合ガスを加熱する伝熱壁とを備え、予混合ガス流路と燃焼ガス流路とが燃焼室を中心にして渦巻き状に配置されてマイクロチャネルが形成されるとともに、燃焼室は、予混合ガス流路に連通する複数個の流入部を有し、かつ、消炎等価径で表される各流入部の形状が、燃焼作動時における予混合ガスの消炎距離よりも小さく設定され、消炎等価径で表される予混合ガス流路の形状が、常温時の予混合ガスの消炎距離よりも小さく設定され、かつ、設定された流入部の消炎等価径が予混合ガス流路の消炎等価径よりも小に設定されることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the micro combustor according to claim 1 is a micro combustor for combusting a premixed gas comprising a fuel and an oxidizing gas for combustion in a combustion chamber of a microchannel, wherein the premixed gas is introduced into the combustion chamber. Premixed gas flow path to be introduced, combustion gas flow path for exhausting combustion gas from the combustion chamber, and premixed gas flow path and combustion gas flow path are formed to recover heat of combustion gas and premix A heat transfer wall for heating the gas, and the premixed gas flow path and the combustion gas flow path are arranged in a spiral shape around the combustion chamber to form a microchannel. The shape of each inflow portion that has a plurality of inflow portions that communicate with the flow path and is represented by the extinction equivalent diameter is set to be smaller than the extinction distance of the premixed gas during the combustion operation , Premixed gas represented The shape of the road is set smaller than the quenching distance of the premixed gas at the normal temperature, and the Rukoto is set smaller than the quenching equivalent diameter quenching equivalent diameter of the premixed gas passage inlet which is set It is a feature.

また、請求項２記載の発明では、予混合ガス流路と燃焼ガス流路とが燃焼室を中心にして渦巻き状に配置されてマイクロチャネルが形成されるとともに、燃焼室は、予混合ガス流路に連通する流入部を有し、当該流入部における予混合ガスの流速が同予混合ガスの温度における燃焼速度よりも小さく、かつ、消炎等価径で表される流入部の形状が、燃焼作動時における予混合ガスの消炎距離よりも小さく設定され、消炎等価径で表される予混合ガス流路の形状が、常温時の予混合ガスの消炎距離よりも小さく設定され、かつ、設定された流入部の消炎等価径が予混合ガス流路の消炎等価径よりも小に設定されることを特徴としている。
さらに、請求項３記載の発明では、請求項２の発明において、燃焼室が予混合ガス流路に連通する複数個の流入部を有することを特徴としている。 In the invention according to claim 2 , the premixed gas flow path and the combustion gas flow path are spirally arranged around the combustion chamber to form a microchannel. An inflow portion that communicates with the flow path, the flow rate of the premixed gas in the inflow portion is smaller than the combustion speed at the temperature of the premixed gas, and the shape of the inflow portion represented by the extinguishing equivalent diameter is combustion The premixed gas flow path shape, which is set smaller than the extinction distance of the premixed gas at the time of operation and is represented by the extinction equivalent diameter, is set smaller than the extinction distance of the premixed gas at normal temperature. and anti-inflammatory equivalent diameter of the inlet portion is set smaller than the quenching equivalent diameter of the premixed gas passage is characterized in Rukoto.
Further, in the invention described in claim 3, in the invention of claim 2, the combustion chamber has a plurality of inflow portions communicating with the premixed gas flow path.

したがって、請求項１、２記載の本発明のマイクロコンバスタによれば、マイクロチャネルが、予混合ガス流路と燃焼ガス流路とが燃焼室を中心にして渦巻き状に配置されて形成されるので、伝熱壁を介して燃焼ガスから予混合ガスに、極めて効率良く熱回収を行わせることができる。したがって、予混合ガスが、燃焼室に導入される前に高温に加熱され、マイクロチャネル内での燃焼の安定化が図られ、マイクロコンバスタの小型化を可能にできる。 Therefore, according to the microcombustor according to the first and second aspects of the present invention, the microchannel is formed by arranging the premixed gas flow path and the combustion gas flow path in a spiral shape around the combustion chamber. Heat recovery can be performed very efficiently from the combustion gas to the premixed gas via the heat transfer wall. Therefore, the premixed gas is heated to a high temperature before being introduced into the combustion chamber, the combustion in the microchannel is stabilized, and the microcombustor can be miniaturized.

そして、流入部の消炎等価径で表される形状が、燃焼作動時における予混合ガスの消炎距離よりも小さく設定されることから、予混合ガスを高温に加熱した場合にも、火炎が予混合ガス流路側に入り込んでしまう逆火現象を防止することができる。
さらに、上述のように、流入部の消炎等価径で表される形状が小さく設定されても、燃焼速度以下の予混合ガスの流速であれば火炎は安定し、特に請求項１、３記載の如く燃焼室への流入部を複数設けることから、流入部における予混合ガスの流速を低下させて火炎を安定に保持することができる。換言すれば、高負荷化を図るために、従来に比してより多くの予混合ガスを燃焼室側に向かわせても、流入部の合計面積が大きくなっているので、その予混合ガスの流速は低く抑えることができ、火炎の吹き飛び現象が生じない。したがって、マイクロチャネル内の燃焼において高負荷運転を実現することができる。 And since the shape represented by the flame extinction equivalent diameter of the inflow part is set to be smaller than the flame extinguishing distance of the premixed gas at the time of combustion operation, the flame is premixed even when the premixed gas is heated to a high temperature. The backfire phenomenon that enters the gas flow path can be prevented.
Furthermore, as described above, even if the shape represented by the flame extinction equivalent diameter of the inflow portion is set to be small, the flame is stable as long as the flow rate of the premixed gas is equal to or lower than the combustion rate, and in particular, according to claims 1 and 3 . As described above, since a plurality of inflow portions to the combustion chamber are provided, the flow rate of the premixed gas in the inflow portion can be reduced to stably hold the flame. In other words, in order to increase the load, even if more premixed gas is directed toward the combustion chamber as compared with the conventional case, the total area of the inflow portion is increased. The flow rate can be kept low, and no flame blowing phenomenon occurs. Therefore, high-load operation can be realized in the combustion in the microchannel.

また、請求項１及び２記載の発明によれば、予混合ガス流路は、常温時の予混合ガスの消炎距離に比して小さな消炎等価径形状を有しており、かつ、各流入部の設定された消炎等価径が予混合ガス流路のそれよりも小さく設定されているので、着火時においても予混合ガス流路における逆火現象が生じる心配もなくすことができる。 In addition, according to the first and second aspects of the invention, the premixed gas flow path has a flame extinguishing equivalent diameter shape smaller than the extinguishing distance of the premixed gas at normal temperature, and each inflow portion. Is set to be smaller than that of the premixed gas flow path, so that it is possible to eliminate the possibility of a backfire phenomenon occurring in the premixed gas flow path even during ignition.

以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１乃至図４は、本実施形態のマイクロコンバスタ１を示す。当該マイクロコンバスタ１は、直径が数ｃｍ程度の円柱形をなす燃焼器本体２の内部にマイクロチャネルが形成された、いわゆるスイスロール型の燃焼器である。当該スイスロール型とは、予混合ガス流路６と燃焼ガス流路８とが燃焼室４を中心にして渦巻き状に配置される形状を意味する。つまり、図２の断面図に示されるように、予混合ガス流路６と燃焼ガス流路８とは伝熱壁１０を介して交互に配される。なお、図４は、渦巻き状に二次元或いは三次元で表された図１乃至図３の予混合ガス流路６及び燃焼ガス流路８の流れを、説明の都合上一次元カウンタフローの燃焼器及び熱交換器を概念的に表したものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 4 show a micro combustor 1 of this embodiment. The micro combustor 1 is a so-called Swiss roll type combustor in which a microchannel is formed inside a combustor body 2 having a cylindrical shape with a diameter of about several centimeters. The Swiss roll type means a shape in which the premixed gas flow path 6 and the combustion gas flow path 8 are arranged in a spiral shape around the combustion chamber 4. That is, as shown in the sectional view of FIG. 2, the premixed gas flow path 6 and the combustion gas flow path 8 are alternately arranged via the heat transfer wall 10. Note that FIG. 4 shows the flow of the premixed gas flow path 6 and the combustion gas flow path 8 of FIGS. 1 to 3 expressed in a two-dimensional or three-dimensional shape in a spiral shape for the sake of convenience of explanation, in a one-dimensional counter flow combustion. It is a conceptual representation of a heat exchanger and a heat exchanger.

より詳細に説明すると、該燃焼器本体２は、上面側及び下面側にそれぞれ位置する円板状の上側加熱板１２及び円板状の下側加熱板１４を備えた円筒状の容器に構成されており、燃焼器本体２の略中央部分に燃焼室４が配設され、未燃の予混合ガスは、予混合ガス流路６を介して燃焼室４に導入させられる。
予混合ガス流路６は、燃焼器本体２の外周側から燃焼室４に向けて予混合ガスを送るための通路であり、上述した両側の伝熱壁１０、上側加熱板１２及び下側加熱板１４とで区画されて渦巻き状に形成される。本体２の外壁には、予混合ガスを導入するためのガス導入口２０が設けられている。このガス導入口２０には、ガス燃料（メタン）と空気の予混合ガスが、その燃料と空気の混合割合（等量比）と流量が調整されて図示しない燃料源から導入される。 More specifically, the combustor body 2 is configured as a cylindrical container having a disk-shaped upper heating plate 12 and a disk-shaped lower heating plate 14 positioned on the upper surface side and the lower surface side, respectively. The combustion chamber 4 is disposed substantially at the center of the combustor body 2, and unburned premixed gas is introduced into the combustion chamber 4 via the premixed gas flow path 6.
The premixed gas flow path 6 is a passage for sending the premixed gas from the outer peripheral side of the combustor body 2 toward the combustion chamber 4, and the heat transfer walls 10, the upper heating plate 12, and the lower heating described above on both sides. It is partitioned by the plate 14 and formed in a spiral shape. A gas inlet 20 for introducing a premixed gas is provided on the outer wall of the main body 2. A gas fuel (methane) and air premixed gas is introduced into the gas introduction port 20 from a fuel source (not shown) with the mixing ratio (equal ratio) and flow rate of the fuel and air adjusted.

燃焼室４からの既燃の燃焼ガスは、燃焼ガス流路８によって燃焼室４から燃焼器本体２の外周側に向けて排出させられる。この燃焼ガス流路８も、上述した両側の伝熱壁１０、上側加熱板１２及び下側加熱板１４とで区画されて渦巻き状に形成され、本体２の外壁には、燃焼ガスを排出するためのガス排出口１６が設けられている。
予混合ガス流路６と燃焼ガス流路８との間に形成される金属製の伝熱壁１０は未燃の予混合ガスと既燃の燃焼ガスとを分離するための分離壁であると同時に、燃焼ガスの廃熱を回収して予混合ガスを予熱するための熱交換壁でもある。したがって、伝熱壁１０には、伝熱性に優れた材質を選定し、その板厚も可能な限り薄く設定した方が良い。予混合ガス流路６を流れる予混合ガスＭの流れ（図中実線の矢印で示す）と燃焼ガス流路８を流れる燃焼ガスＫの流れ（図中破線の矢印で示す）は、伝熱壁１０を挟んで対向流となり、ガス導入口２０から導入される予混合ガスＭは予混合ガス流路６を燃焼室４に向かって流れるにしたがって、より高温の燃焼ガスＫから加熱され、燃焼室４に至る時点では、後述するように着火可能温度以上に加熱される。 Burned combustion gas from the combustion chamber 4 is discharged from the combustion chamber 4 toward the outer peripheral side of the combustor body 2 by the combustion gas flow path 8. This combustion gas flow path 8 is also divided into the above-described heat transfer walls 10 on both sides, the upper heating plate 12 and the lower heating plate 14 and formed in a spiral shape, and the combustion gas is discharged to the outer wall of the main body 2. A gas discharge port 16 is provided.
The metal heat transfer wall 10 formed between the premixed gas flow path 6 and the combustion gas flow path 8 is a separation wall for separating unburned premixed gas and burned combustion gas. At the same time, it is a heat exchange wall for recovering the waste heat of the combustion gas and preheating the premixed gas. Therefore, it is better to select a material having excellent heat transfer properties for the heat transfer wall 10 and set the plate thickness as thin as possible. The flow of the premixed gas M flowing through the premixed gas flow path 6 (indicated by solid arrows in the figure) and the flow of the combustion gas K flowing through the combustion gas flow paths 8 (indicated by broken arrows in the figure) are heat transfer walls. The premixed gas M introduced from the gas inlet 20 through the gas inlet 20 is heated from the higher-temperature combustion gas K as it flows toward the combustion chamber 4 through the gas introduction port 20. At the time point 4, it is heated to a temperature that can be ignited as described later.

予混合ガス流路６と燃焼ガス流路８はいずれも、一辺が２ｍｍの正方形の断面形状を有している。燃焼器本体２、上側及び下側加熱板１２、１４、並びに伝熱壁１０に使用される材質は特に限定しないが、例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０６の耐熱性ステンレス鋼や、インコネル（商標名）等の耐熱合金が好適である。
また、使用する燃料ガスも特に限定しないが、本実施形態においては、メタンと空気との予混合ガスが用いられており、この他にもプロパン、ブタン、エチレン、アセチレン、水素等の燃料ガスに空気を混合させた予混合ガスであっても良い。なお、燃焼用酸化ガスとして本実施形態では空気を用いたが、これに限定されず、空気に代えて酸素濃度と窒素濃度を調整して人工的に作った空気であっても良いし、酸素とアルゴン等の不活性ガスであっても良く、場合によっては酸素のみを使用しても良い。 Both the premixed gas channel 6 and the combustion gas channel 8 have a square cross-sectional shape with a side of 2 mm. The materials used for the combustor main body 2, the upper and lower heating plates 12, 14 and the heat transfer wall 10 are not particularly limited. For example, heat resistant stainless steel such as SUS304 or SUS306 or heat resistant such as Inconel (trade name). Alloys are preferred.
Further, the fuel gas to be used is not particularly limited, but in this embodiment, a premixed gas of methane and air is used, and in addition to this, a fuel gas such as propane, butane, ethylene, acetylene, hydrogen, etc. It may be a premixed gas mixed with air. In this embodiment, air is used as the oxidizing gas for combustion. However, the present invention is not limited to this. Air that is artificially prepared by adjusting the oxygen concentration and nitrogen concentration instead of air may be used. And an inert gas such as argon, or in some cases, only oxygen may be used.

また、燃焼室４には、予混合ガスを点火するための点火手段（図示省略）が設けられており、本発明の要旨に特に関係しないので、その詳細な説明を省略する。
ここで、本実施形態のマイクロコンバスタ１では、マイクロチャネル内での燃焼を行う燃焼室４と予混合ガス流路６を連通させ、予混合ガスを燃焼室４に流入させる複数の流入部１８、１９が設けられている。より具体的には、図４に示されるように、予混合ガス流路６が燃焼室４を介して燃焼ガス流路８に折り返すカウンタフロー部２２には、２つの伝熱壁１０の間に第一の流入部１８が、また、第一の流入部１８の近傍の伝熱壁１０には第二の流入部１９が、それぞれ設けられている。二つの流入部１８，１９の形状は同じ形状であってもよいが、それぞれ異なる形状に形成することもできる。いずれにしても、各流入部の形状は、後述するように、消炎等価径で表して燃焼室４から予混合ガス流路６に火炎の逆火現象が生ずることのない、形状に形成されなければならない。 Further, the combustion chamber 4 is provided with ignition means (not shown) for igniting the premixed gas, which is not particularly related to the gist of the present invention, and therefore detailed description thereof is omitted.
Here, in the micro combustor 1 of the present embodiment, the combustion chamber 4 that performs combustion in the microchannel and the premixed gas flow path 6 communicate with each other, and a plurality of inflow portions 18 that allow the premixed gas to flow into the combustion chamber 4; 19 is provided. More specifically, as shown in FIG. 4, the counterflow portion 22 in which the premixed gas flow path 6 turns back to the combustion gas flow path 8 through the combustion chamber 4 is interposed between the two heat transfer walls 10. A first inflow portion 18 is provided, and a second inflow portion 19 is provided in the heat transfer wall 10 in the vicinity of the first inflow portion 18. The two inflow portions 18 and 19 may have the same shape, but may be formed in different shapes. In any case, as will be described later, the shape of each inflow portion must be formed in a shape that does not cause a flashback phenomenon of the flame from the combustion chamber 4 to the premixed gas flow path 6 in terms of the flame extinction equivalent diameter. I must.

次に本実施形態のマイクロコンバスタ１による作用をより具体的に説明する。
ところで、一般に、予混合ガスの消炎距離（Quenching Distance）ｄは、管壁モデルの径の大きさで表されるものであり、次の式（１）のように求められる。 Next, the operation of the micro combustor 1 according to this embodiment will be described more specifically.
By the way, in general, the quenching distance d of the premixed gas is expressed by the size of the diameter of the tube wall model, and is obtained by the following equation (1).

Figure 0004041984
Figure 0004041984

消炎距離ｄは、図５（ａ）、（ｂ）に示される通り、予混合ガスや管壁温度の上昇に伴って低下する。例えば、予混合ガスが充満される管路において、管路径が消炎距離よりも十分に大であれば管路内を火炎伝ぱすることができるが、管壁径が、常温時或いは高温時における予混合ガスの消炎距離より小さい（例えば、１ｍｍ）であれば、予混合ガスが高温に加熱されても管路を火炎伝ぱすることができないことを意味している。   The flame extinguishing distance d decreases as the premixed gas and the tube wall temperature increase, as shown in FIGS. For example, in a pipe filled with a premixed gas, if the pipe diameter is sufficiently larger than the extinguishing distance, the inside of the pipe can be propagated with flame, but the pipe wall diameter is set at room temperature or high temperature. If it is smaller than the flame extinguishing distance of the mixed gas (for example, 1 mm), it means that even if the premixed gas is heated to a high temperature, the pipeline cannot be propagated through the flame.

そして、上記予混合ガス流路６や流入部１８、１９の形状は、次式（２）で表される消炎等価径Ｄｅを有しており、それらの流路断面形状が円形でなくても消炎等価径Ｄｅでそれぞれの流路内を火炎が伝ぱできるか否かを評価することができる。
消炎等価径Ｄｅ＝通路断面積×４／通路のぬれ縁周辺長 ・・・・・式（２）
換言すれば、本実施形態のマイクロコンバスタ１において、予混合ガス流路６及び燃焼ガス流路８は、常温時においては、予混合ガスの消炎距離よりも小さい消炎等価径形状を有しており（本実施形態では２ｍｍに設定されている）、例えば６００Ｋにおいては予混合ガスの消炎距離ｄより大きい消炎等価距離を有しているから、予混合ガスの火炎伝ぱが可能になる。一方、本実施形態の第一の流入部１８及び第二の流入部１９は、いずれもその消炎等価径で表される形状が予混合ガス流路６の消炎等価径で表される形状よりも小さくなるよう設定されている（例えば、１ｍｍ）。つまり、図４に示されるように、予混合ガス流路６が常温の予混合ガスの消炎距離よりも小さい等価径ＤｅＢを有し、各流入部１８、１９は、予混合ガス流路６の等価径ＤｅＢよりも小さい等価径Ｄｅｂを有するよう設定される。 And the shape of the said premixed gas flow path 6 and the inflow parts 18 and 19 has the flame-extinguishing equivalent diameter De represented by following Formula (2), Even if those flow path cross-sectional shapes are not circular. It is possible to evaluate whether or not the flame can propagate through each flow path by the flame extinguishing equivalent diameter De.
Equivalent extinction diameter De = Cross sectional area × 4 / Wet edge peripheral length of the passage (2)
In other words, in the micro combustor 1 of the present embodiment, the premixed gas flow path 6 and the combustion gas flow path 8 have a flame extinguishing equivalent diameter shape smaller than the extinction distance of the premixed gas at normal temperature. (In this embodiment, it is set to 2 mm). For example, at 600K, since the flame extinction equivalent distance is larger than the flame extinguishing distance d of the premixed gas, flame propagation of the premixed gas becomes possible. On the other hand, the first inflow portion 18 and the second inflow portion 19 of the present embodiment both have a shape represented by the extinguishing equivalent diameter of the premixed gas passage 6 and a shape represented by the extinguishing equivalent diameter of the premixed gas passage 6. It is set to be small (for example, 1 mm). That is, as shown in FIG. 4, the premixed gas flow path 6 has an equivalent diameter DeB that is smaller than the quenching distance of the normal temperature premixed gas, and the inflow portions 18 and 19 are connected to the premixed gas flow path 6. It is set to have an equivalent diameter Deb that is smaller than the equivalent diameter DeB.

しかも、第一の流入部１８及び第二の流入部１９の消炎等価径Ｄｅｂは、予混合ガスの予熱に伴う逆火現象を防止すべく、燃焼室４近傍の伝熱壁１０における設定温度に対応する予混合ガスの消炎距離よりも小さくなるよう設定され、燃焼室４から予混合ガス流路６側への逆火現象が防止されている。
ガス導入口２０から予混合ガス流路６に導入された予混合ガスＭは、伝熱壁１０を介して燃焼ガス流路８を流れる燃焼ガスに加熱されながら、外側から内側（中心部）の燃焼室４に向かい、徐々に高温に加熱されて、最終的には吹き飛び現象が生じない温度以上に加熱され、流入部１８、１９を介して燃焼室４に達する。この吹き飛び現象が生じないガス温度は燃焼室４に達する予混合ガスの速度に依存し、ガス速度が低い程吹き飛び現象が生じ難い。 Moreover, the extinguishing equivalent diameter Deb of the first inflow portion 18 and the second inflow portion 19 is set to a set temperature in the heat transfer wall 10 in the vicinity of the combustion chamber 4 in order to prevent a backfire phenomenon associated with preheating of the premixed gas. It is set to be smaller than the flame extinguishing distance of the corresponding premixed gas, and the flashback phenomenon from the combustion chamber 4 to the premixed gas flow path 6 side is prevented.
The premixed gas M introduced from the gas inlet 20 into the premixed gas channel 6 is heated by the combustion gas flowing through the combustion gas channel 8 via the heat transfer wall 10, and is moved from the outside to the inside (center portion). It goes to the combustion chamber 4 and is gradually heated to a high temperature, and finally heated to a temperature that does not cause a blow-off phenomenon, and reaches the combustion chamber 4 via the inflow portions 18 and 19. The gas temperature at which this blow-off phenomenon does not occur depends on the speed of the premixed gas reaching the combustion chamber 4, and the blow-off phenomenon is less likely to occur as the gas speed is lower.

図５（ａ）、（ｂ）は、予混合ガス温度及びその速度の違いによる燃焼室４での着火可能条件を示している。
同図（ａ）、（ｂ）の破線は、１気圧常温の下でガス導入口２０の予混合ガスの流速がそれぞれ０．５ｍ／ｓ、１．０ｍ／ｓであったものが、ガス温度の上昇に伴って予混合ガスの流速がいかに変化するかを示したもので、図中の実線は燃焼速度を示している。この予混合ガスの流速は、ガス導入口２０では０．５ｍ／ｓで一定であるが、燃焼ガスの熱を回収することで膨張し、燃焼室４に到達する時点において加熱された予混合ガス温度に対応するガス速度を示しており、図示の如く加熱されてガス温度が上昇すると燃焼室４に流入する速度も次第に大きくなる。 5 (a) and 5 (b) show the possible ignition conditions in the combustion chamber 4 due to the difference in the premixed gas temperature and its speed.
The broken lines in FIGS. 5A and 5B show the gas temperature at which the flow rate of the premixed gas at the gas inlet 20 is 0.5 m / s and 1.0 m / s, respectively, at a normal temperature of 1 atm. This shows how the flow rate of the premixed gas changes as the gas rises, and the solid line in the figure indicates the combustion speed. The flow rate of the premixed gas is constant at 0.5 m / s at the gas inlet 20, but the premixed gas heated when it reaches the combustion chamber 4 is expanded by recovering the heat of the combustion gas. The gas velocity corresponding to the temperature is shown, and when the gas temperature rises as shown in the figure, the velocity flowing into the combustion chamber 4 gradually increases.

そして、実線で示される燃焼速度が破線で示される予混合ガスの流速Ｕ0を４５０Ｋ近傍で超えており、燃焼室４での吹き飛び現象に関する着火可能条件をクリアすることができる。しかし、予混合ガスの流速Ｕ0が遅く、吹き飛び現象を予混合ガス温度４５０Ｋでクリアしても、同温度における予混合ガスの消炎距離ｄが燃焼室４の消炎等価径（２ｍｍ）より大であるから、火炎伝ぱができずに消炎してしまい、マイクロチャネル内の燃焼室４での安定な火炎を保持できない。 The combustion speed indicated by the solid line exceeds the flow velocity U 0 of the premixed gas indicated by the broken line in the vicinity of 450K, and the ignition enabling condition relating to the blow-off phenomenon in the combustion chamber 4 can be cleared. However, even if the flow velocity U 0 of the premixed gas is slow and the blow-off phenomenon is cleared at the premixed gas temperature 450K, the premixed gas extinguishing distance d at the same temperature is larger than the equivalent flame extinguishing diameter (2 mm) of the combustion chamber 4. Therefore, the flame cannot be propagated and the flame is extinguished, and a stable flame cannot be maintained in the combustion chamber 4 in the microchannel.

つまり、ガス導入口２０の予混合ガスの流速が０．５ｍ／ｓの場合には、予混合ガス温度に起因する消炎距離ｄが支配的となり、燃焼室４に至る予混合ガスを約６００Ｋ以上に加熱しないと火炎は維持できない。したがって、ガス導入口２０の予混合ガスの流速が０．５ｍ／ｓの場合には、予混合ガスの温度が約６００Ｋ以上に加熱できるように、燃焼室４付近の予混合ガスの温度を設定する必要があり、これがマイクロコンバスタ１の設定温度となる。
同図（ｂ）は、１気圧常温の下でガス導入口２０の予混合ガスの流速が１．０ｍ／ｓの場合を示したものである。なお、この場合の予混合ガスの流速も、ガス導入口２０では１．０ｍ／ｓで一定であるが、燃焼ガスの熱を回収することで膨張し、燃焼室４に到達する時点ではその時点でのガス温度に対応して図示の如く次第に大きくなる。
そして、この場合には、一点鎖線で示される消炎距離ｄが燃焼室４の消炎等価径ＤｅＢ（２ｍｍ）以下となれば、燃焼室４での火炎伝ぱができないことによる消炎現象に関する着火可能条件をクリアすることができる。しかし、このときには、実線で示される燃焼速度が破線で示される予混合ガスの流速Ｕ0を超えていないので、吹き飛び現象に関する着火可能条件を未だクリアしていない。 That is, when the flow rate of the premixed gas at the gas inlet 20 is 0.5 m / s, the extinction distance d due to the premixed gas temperature becomes dominant, and the premixed gas reaching the combustion chamber 4 is about 600K or more. The flame cannot be maintained without heating. Accordingly, when the flow rate of the premixed gas at the gas inlet 20 is 0.5 m / s, the temperature of the premixed gas in the vicinity of the combustion chamber 4 is set so that the temperature of the premixed gas can be heated to about 600K or higher. This is the set temperature of the micro combustor 1.
FIG. 5B shows the case where the flow rate of the premixed gas at the gas inlet 20 is 1.0 m / s at a normal temperature of 1 atm. Note that the flow rate of the premixed gas in this case is also constant at 1.0 m / s at the gas inlet 20, but when the heat of the combustion gas expands and reaches the combustion chamber 4 at that time As shown in the figure, it gradually increases corresponding to the gas temperature.
In this case, if the extinguishing distance d indicated by the alternate long and short dash line is equal to or less than the extinguishing equivalent diameter DeB (2 mm) of the combustion chamber 4, the ignitable condition regarding the extinction phenomenon due to the fact that the flame cannot propagate in the combustion chamber 4 is satisfied. It can be cleared. However, at this time, since the combustion speed indicated by the solid line does not exceed the flow velocity U 0 of the premixed gas indicated by the broken line, the ignition enabling condition regarding the blow-off phenomenon has not yet been cleared.

つまり、ガス導入口２０の予混合ガスの流速が１．０ｍ／ｓの場合には、当該予混合ガスの流速Ｕ0が支配的となり、燃焼速度が予混合ガスの流速Ｕ0を超えた時点、すなわち燃焼室４に至るまでに加熱される予混合ガスの温度が約８５０Ｋを越えたときに、吹き飛び現象に関する着火可能条件をもクリアすることができる。従って、ガス導入口２０の予混合ガスの流速が１．０ｍ／ｓの場合には、予混合ガスの温度が約８５０Ｋ以上にて安定燃焼が可能であることになり、これがマイクロコンバスタ１の設定温度となる。 That is, when the flow rate of the premixed gas at the gas inlet 20 is 1.0 m / s, the flow rate U 0 of the premixed gas becomes dominant, and the combustion speed exceeds the flow rate U 0 of the premixed gas. In other words, when the temperature of the premixed gas heated up to the combustion chamber 4 exceeds about 850K, the ignitable condition regarding the blow-off phenomenon can be cleared. Therefore, when the flow rate of the premixed gas at the gas inlet 20 is 1.0 m / s, stable combustion is possible when the temperature of the premixed gas is about 850 K or higher. This is the setting of the micro combustor 1. It becomes temperature.

このように、上記の如くのマイクロコンバスタ１では、マイクロチャンネル内の消炎等価径が極めて小さい燃焼室で予混合ガスを燃焼させるので、予混合ガスの予熱が極めて重要であるが、本発明に係るマイクロコンバスタ１では、燃焼室４で燃焼された燃焼ガスＫは、燃焼室４から排出された後、伝熱壁１０を挟んで予混合ガスの流れに対向して移動する。具体的には、燃焼ガス流路８に導入された燃焼ガスＫは、燃焼室４から遠ざかる如く内側から外側へ流路に沿って旋回しながら移動し、マイクロコンバスタ１の外部に達する。このとき、渦巻き状に巻回された燃焼ガス流路８の燃焼ガスＫから伝熱壁１０を介して予混合ガス流路６の予混合ガスＭに熱が効率良く伝達され、排気ガスの廃熱が回収され、予混合ガスＭを燃焼室４に到達するまでに上述した所望の予混合ガス温度に加熱させることができる。   Thus, in the micro combustor 1 as described above, the premixed gas is burned in the combustion chamber having a very small extinguishing equivalent diameter in the microchannel, so that preheating of the premixed gas is extremely important. In the micro combustor 1, the combustion gas K burned in the combustion chamber 4 is discharged from the combustion chamber 4 and then moves opposite to the flow of the premixed gas with the heat transfer wall 10 interposed therebetween. Specifically, the combustion gas K introduced into the combustion gas flow path 8 moves while turning along the flow path from the inside to the outside so as to move away from the combustion chamber 4 and reaches the outside of the micro combustor 1. At this time, heat is efficiently transferred from the combustion gas K of the combustion gas flow path 8 wound in a spiral shape to the premixed gas M of the premixed gas flow path 6 through the heat transfer wall 10, and the exhaust gas is discarded. The heat is recovered and the premixed gas M can be heated to the desired premixed gas temperature described above before reaching the combustion chamber 4.

そして、燃焼ガスＫは、所定の熱量を上側加熱板１２及び下側加熱板１４に与え、上側加熱板１２及び下側加熱板１４からの熱伝導或いは輻射熱により、例えば半導体の製造技術におけるガラス管内に載置された被加熱物を両加熱板１２、１４で加熱し、マイクロコンバスタ１の所期の目的を達成することができる。
次に本実施形態のマイクロコンバスタ１によるカウンタフロー部２２に設けた複数の流入部１８、１９の作用をより具体的に説明する。 Then, the combustion gas K gives a predetermined amount of heat to the upper heating plate 12 and the lower heating plate 14, and by heat conduction or radiant heat from the upper heating plate 12 and the lower heating plate 14, for example, in a glass tube in a semiconductor manufacturing technology. The target object of the micro combustor 1 can be achieved by heating the object to be heated placed on both the heating plates 12 and 14.
Next, the operation of the plurality of inflow portions 18 and 19 provided in the counter flow unit 22 by the micro combustor 1 of the present embodiment will be described more specifically.

図６（ａ）は、カウンタフロー部に一つの流入部を設けた、従来のマイクロコンバスタの事例を示す。従来のマイクロコンバスタの場合には、マイクロチャネル内の燃焼において高負荷運転を実現させるべく、予混合ガスＭの流速をより上昇させて多くの燃料を燃やそうとすると、流入部が一カ所であることから、予混合ガスＭの流速が燃焼速度よりも極めて大きくなるので、流入部からは大きな火炎が生じ、吹き飛び現象が生じ易くなって火炎が安定しない。すなわち、流入部から燃焼室に流入する予混合ガスの流速が高いと、図５を参照して上述した通り、燃焼室に流入する予熱ガス温度を高めなければならず、一つの流入部しか設けられていない場合には、火炎を安定させる機能を持たせるための特別な保炎機構が必要になり、これを設けない限り高負荷運転を実現できない。   FIG. 6A shows an example of a conventional micro combustor in which one inflow portion is provided in the counter flow portion. In the case of a conventional micro combustor, in order to realize a high load operation in combustion in the micro channel, if the flow rate of the premixed gas M is further increased and a large amount of fuel is burned, there is only one inflow portion. Therefore, since the flow velocity of the premixed gas M is extremely higher than the combustion velocity, a large flame is generated from the inflow portion, and a blow-off phenomenon is likely to occur and the flame is not stabilized. That is, when the flow velocity of the premixed gas flowing into the combustion chamber from the inflow portion is high, the temperature of the preheating gas flowing into the combustion chamber must be increased as described above with reference to FIG. 5, and only one inflow portion is provided. If not, a special flame holding mechanism for stabilizing the flame is required, and high load operation cannot be realized unless this is provided.

これに対し、図６（ｂ）のように、本実施形態のマイクロコンバスタ１では、第一の流入部１８及び第二の流入部１９が設けられている。したがって、予混合ガス流路６の予混合ガスＭが仮に上記（ａ）と同一の流速であったとしても、予混合ガスＭの流速は流入部１８、１９で一つの流入部に比し必ず低減され、流入部１８、１９からは小さな火炎が生ずることが分かり、吹き飛び現象も生じ難くなる。換言すれば、本実施形態のマイクロコンバスタ１では、燃焼室４に流入する予混合ガス温度を低く設定することができ、特別な保炎機構を設けることなく、マイクロチャネル内の燃焼において高負荷運転を実現することができる。   On the other hand, as shown in FIG. 6B, in the micro combustor 1 of the present embodiment, the first inflow portion 18 and the second inflow portion 19 are provided. Therefore, even if the premixed gas M in the premixed gas flow path 6 has the same flow rate as the above (a), the flow rate of the premixed gas M is always higher than that of one inflow portion at the inflow portions 18 and 19. As a result, it can be seen that a small flame is generated from the inflow portions 18 and 19, and the blow-off phenomenon is less likely to occur. In other words, in the micro combustor 1 of the present embodiment, the temperature of the premixed gas flowing into the combustion chamber 4 can be set low, and high-load operation is performed in combustion in the microchannel without providing a special flame holding mechanism. Can be realized.

また、各流入部１８、１９は、設定温度の予混合ガスの消炎距離よりも小さな消炎等価径Ｄｅｂ（例えば、１ｍｍ）を有するスロット形状とされていることから、マイクロチャネル内での燃焼の安定化を図るべく予混合ガスを予熱させる場合であっても、火炎が予混合ガス流路６側に入り込まず、この予混合ガスの予熱に伴う逆火現象を防止することができる。
しかも、各流入部１８、１９は、予混合ガス流路６の等価径ＤｅＢよりも小さなスロットとされているので、二つの流入部１８、１９を用いる場合であっても、予混合ガスＭの流速が燃焼速度よりも過度に小さくなることがあっても、これにより、複数個の流入部の設置に伴う逆火現象をも防止することができ、広い流速範囲での火炎のより一層の安定保持を達成できる。 Further, each inflow portion 18 and 19 has a slot shape having a flame extinguishing equivalent diameter Deb (for example, 1 mm) smaller than the extinguishing distance of the premixed gas at the set temperature, so that combustion in the microchannel is stable. Even when the premixed gas is preheated in order to achieve this, the flame does not enter the premixed gas channel 6 side, and the backfire phenomenon associated with the preheating of the premixed gas can be prevented.
In addition, since the inflow portions 18 and 19 are slots smaller than the equivalent diameter DeB of the premixed gas flow path 6, even when the two inflow portions 18 and 19 are used, the premixed gas M Even if the flow velocity is excessively smaller than the combustion velocity, this can also prevent the flashback phenomenon associated with the installation of multiple inlets, making the flame more stable over a wide flow velocity range. Retention can be achieved.

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、予混合ガス流路６と燃焼ガス流路８とが燃焼室４を中心にして円を描く如くの渦巻き状に配置されているが、この配置の他、４角形や６角形の多角形を描く如くの渦巻き状に配置されていても良く、この場合にも火炎の安定化を図りつつ、高負荷運転を実現することができる。また、このような形状のマイクロコンバスタは、多数個を稠密に配列させることができ、被加熱物の加熱をより正確に制御することができる。 The description of one embodiment of the present invention is finished above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the premixed gas flow path 6 and the combustion gas flow path 8 are arranged in a spiral shape so as to draw a circle around the combustion chamber 4. It may be arranged in a spiral shape to draw a hexagonal polygon. In this case as well, high load operation can be realized while stabilizing the flame. In addition, a large number of microcombustors having such a shape can be arranged densely, and heating of an object to be heated can be controlled more accurately.

さらに、本実施形態では、二つの流入部１８、１９が示されているが、必ずしもこの実施形態に限定されるものではなく、三個以上の複数個の流入部を設けても良く、この場合にも上記と同様に、火炎の安定化を図りつつ、高負荷運転を実現することができる。
また、本発明のマイクロコンバスタは、上記半導体の製造技術の分野の他、各種の技術分野にて利用が可能である。一例としては、中小型の電気炉の代替製品としても用いることができる。この場合には、熱効率が良いのでＣＯ2排出量の削減が可能となる。さらに、例えば、スチームリフォーマ等の熱源、熱電変換素子と組み合わせた携帯電源としても用いることが可能であり、また、給湯器、ガスコンロ、暖房器具や、コンクリート養生、熱加工、投げ込みヒータ等にも適用できる可能性がある。 Further, in the present embodiment, the two inflow portions 18 and 19 are shown. However, the present invention is not necessarily limited to this embodiment, and three or more inflow portions may be provided. In addition, similarly to the above, it is possible to realize a high load operation while stabilizing the flame.
Further, the micro combustor of the present invention can be used in various technical fields in addition to the field of semiconductor manufacturing technology. As an example, it can be used as an alternative product for a small and medium electric furnace. In this case, since the thermal efficiency is good, CO 2 emission can be reduced. Furthermore, for example, it can be used as a portable power source combined with a heat source such as a steam reformer or a thermoelectric conversion element, and also for a water heater, gas stove, heating appliance, concrete curing, thermal processing, throwing heater, etc. May be applicable.

本発明の一実施形態に係るマイクロコンバスタの斜視図である。It is a perspective view of the micro combustor concerning one embodiment of the present invention. 図１のマイクロコンバスタにおけるII−II線矢視断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line in the micro combustor of FIG. 図２のマイクロコンバスタにおけるIII−III線矢視断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in the micro combustor of FIG. 2. 図１のマイクロコンバスタにおける要部を一次元カウンタフローで示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the principal part in the micro combustor of FIG. 1 with the one-dimensional counter flow. 図１のマイクロコンバスタによる着火可能条件を説明する、予混合ガス流速、消炎距離、燃焼速度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the premixed gas flow velocity, the flame extinguishing distance, and the combustion speed explaining the ignition possible conditions by the micro combustor of FIG. 図１のマイクロコンバスタによる作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action by the micro combustor of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ マイクロコンバスタ
４ 燃焼室
６ 予混合ガス流路
８ 燃焼ガス流路
１０ 伝熱壁
１８ 流入部
１９ 流入部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Micro combustor 4 Combustion chamber 6 Premixed gas flow path 8 Combustion gas flow path 10 Heat transfer wall 18 Inflow part 19 Inflow part

Claims (3)

燃料及び燃焼用酸化ガスからなる予混合ガスをマイクロチャネルの燃焼室で燃焼させるマイクロコンバスタであって、
前記予混合ガスを前記燃焼室に導入させる予混合ガス流路と、
燃焼ガスを前記燃焼室から排出させる燃焼ガス流路と、
前記予混合ガス流路と前記燃焼ガス流路との間に形成され、前記燃焼ガスの熱を回収させて前記予混合ガスを加熱する伝熱壁とを備え、
前記予混合ガス流路と前記燃焼ガス流路とが前記燃焼室を中心にして渦巻き状に配置されて前記マイクロチャネルが形成されるとともに、前記燃焼室は、前記予混合ガス流路に連通する複数個の流入部を有し、かつ、消炎等価径で表される各流入部の形状が、燃焼作動時における予混合ガスの消炎距離よりも小さく設定され、
消炎等価径で表される前記予混合ガス流路の形状が、常温時の前記予混合ガスの消炎距離よりも小さく設定され、かつ、前記設定された流入部の消炎等価径が前記予混合ガス流路の消炎等価径よりも小に設定されることを特徴とするマイクロコンバスタ。 A micro combustor for burning a premixed gas comprising a fuel and an oxidizing gas for combustion in a combustion chamber of a microchannel,
A premix gas flow path for introducing the premix gas into the combustion chamber;
A combustion gas flow path for discharging combustion gas from the combustion chamber;
A heat transfer wall formed between the premixed gas flow path and the combustion gas flow path for recovering heat of the combustion gas and heating the premixed gas;
The premixed gas flow path and the combustion gas flow path are spirally arranged around the combustion chamber to form the microchannel, and the combustion chamber communicates with the premixed gas flow path. The shape of each inflow portion having a plurality of inflow portions and represented by the extinguishing equivalent diameter is set smaller than the extinction distance of the premixed gas at the time of combustion operation ,
The shape of the premixed gas flow path represented by the extinguishing equivalent diameter is set smaller than the extinguishing distance of the premixed gas at normal temperature, and the set extinguishing equivalent diameter of the inflow portion is the premixed gas. micro combustor, wherein Rukoto is set smaller than the quenching equivalent diameter of the channel. 燃料及び燃焼用酸化ガスからなる予混合ガスをマイクロチャネルの燃焼室で燃焼させるマイクロコンバスタであって、
前記予混合ガスを前記燃焼室に導入させる予混合ガス流路と、
燃焼ガスを前記燃焼室から排出させる燃焼ガス流路と、
前記予混合ガス流路と前記燃焼ガス流路との間に形成され、前記燃焼ガスの熱を回収させて前記予混合ガスを加熱する伝熱壁とを備え、
前記予混合ガス流路と前記燃焼ガス流路とが前記燃焼室を中心にして渦巻き状に配置されて前記マイクロチャネルが形成されるとともに、前記燃焼室は、前記予混合ガス流路に連通する流入部を有し、当該流入部における予混合ガスの流速が当該流入部における予混合ガスの温度に対応する燃焼速度よりも小さく、かつ、消炎等価径で表される流入部の形状が、燃焼作動時における予混合ガスの消炎距離よりも小さく設定され、
消炎等価径で表される前記予混合ガス流路の形状が、常温時の前記予混合ガスの消炎距離よりも小さく設定され、かつ、前記設定された流入部の消炎等価径が前記予混合ガス流路の消炎等価径よりも小に設定されることを特徴とするマイクロコンバスタ。 A micro combustor for burning a premixed gas comprising a fuel and an oxidizing gas for combustion in a combustion chamber of a microchannel,
A premix gas flow path for introducing the premix gas into the combustion chamber;
A combustion gas flow path for discharging combustion gas from the combustion chamber;
A heat transfer wall formed between the premixed gas flow path and the combustion gas flow path for recovering heat of the combustion gas and heating the premixed gas;
The premixed gas flow path and the combustion gas flow path are spirally arranged around the combustion chamber to form the microchannel, and the combustion chamber communicates with the premixed gas flow path. The inflow portion has an inflow portion, the flow rate of the premixed gas in the inflow portion is lower than the combustion speed corresponding to the temperature of the premixed gas in the inflow portion, and the shape of the inflow portion represented by the extinguishing equivalent diameter is combustion It is set smaller than the extinction distance of the premixed gas during operation ,
The shape of the premixed gas flow path represented by the extinguishing equivalent diameter is set smaller than the extinguishing distance of the premixed gas at normal temperature, and the set extinguishing equivalent diameter of the inflow portion is the premixed gas. micro combustor, wherein Rukoto is set smaller than the quenching equivalent diameter of the channel. 前記燃焼室は、前記予混合ガス流路に連通する複数個の流入部を有していることを特徴とする請求項２記載のマイクロコンバスタ。 3. The micro combustor according to claim 2 , wherein the combustion chamber has a plurality of inflow portions communicating with the premixed gas flow path.
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