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技術 火炎発生装置

出願人 株式会社東芝東芝エネルギーシステムズ株式会社
発明者 山田昂市川長佳浅田隆利村上満洋上條芳武小林昌平大向真哉橘高大悟
出願日 2018年4月6日 (2年10ヶ月経過) 出願番号 2018-074015
公開日 2019年10月24日 (1年4ヶ月経過) 公開番号 2019-184134
状態 未査定
技術分野 携帯用照明装置 ガスバーナ
主要キーワード 矩形管状 ベンチュリ構造 火炎発生装置 メッシュ状部材 吹出流量 固定台座 放出穴 防護機構
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年10月24日)のものです。
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図面 (20)

課題

火炎視認性を高めることができる火炎発生装置の提供。

解決手段

実施の形態の火炎発生装置は、筐体水素燃料ノズル流路構成部、炎色反応体及び通気孔を備えている。水素燃料は、筐体に内蔵されている。ノズルは、筐体内で水素燃料を上方に向けて噴出させる。流路は、下端側の流入口の内側にノズルの先端部が挿入されている共に、上端側の流出口が筐体の外部に開口する。炎色反応体は、流入口から流出口までにわたって流路の内壁に設けられ、ノズルの上方に形成される水素の火炎を炎色反応によって着色する。通気孔は、流路の壁部を貫通する。

概要

背景

従来、火炎発生装置は、炭化水素系の液体燃料を一般に使用しているため、燃焼の際に二酸化炭素などの微粒子が生成される。したがって、この種の火炎発生装置では、環境負荷が高いことが懸念されている。

そこで、燃焼時に二酸化炭素や煤などの微粒子を放出しない水素燃料の適用が要望されている。しかしながら、水素火炎無色透明であるため、視認できない課題がある。このため、炎色反応物質を用いて水素の火炎を着色する技術が提案されている。

この着色技術の具体例としては、炎色反応物質を含む溶液を水素の火炎中噴霧する機構や、メッシュ状の部材に担持された炎色反応物質を水素の火炎と接触させるように配置する構成などが例示されている。

概要

火炎の視認性を高めることができる火炎発生装置の提供。実施の形態の火炎発生装置は、筐体、水素燃料、ノズル流路構成部、炎色反応体及び通気孔を備えている。水素燃料は、筐体に内蔵されている。ノズルは、筐体内で水素燃料を上方に向けて噴出させる。流路は、下端側の流入口の内側にノズルの先端部が挿入されている共に、上端側の流出口が筐体の外部に開口する。炎色反応体は、流入口から流出口までにわたって流路の内壁に設けられ、ノズルの上方に形成される水素の火炎を炎色反応によって着色する。通気孔は、流路の壁部を貫通する。

目的

本発明が解決しようとする課題は、火炎の視認性を高めることができる火炎発生装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

筐体と、前記筐体に内蔵された水素燃料と、前記筐体内で前記水素燃料を上方に向けて噴出させるノズルと、下端側の流入口の内側に前記ノズルの先端部が挿入されている共に、上端側の流出口が前記筐体の外部に開口する流路と、前記流入口から前記流出口までにわたって前記流路の内壁に設けられ、前記ノズルの上方に形成される水素火炎炎色反応によって着色する炎色反応体と、前記流路の壁部を貫通する通気孔と、を備える火炎発生装置

請求項2

前記炎色反応体の一部は、金属酸化物で構成されている、請求項1に記載の火炎発生装置。

請求項3

前記流出口は、前記筐体の上端から突出する位置に配置されている、請求項1又は2に記載の火炎発生装置。

請求項4

前記流路は、ベンチュリ構造を有する、請求項1から3までのいずれか1項に記載の火炎発生装置。

請求項5

前記流路の壁部は、多孔質体で形成されている、請求項1から4までのいずれか1項に記載の火炎発生装置。

請求項6

前記流出口から上方に延びる火炎を風から防護する防護機構をさらに備える、請求項1から5までのいずれか1項に記載の火炎発生装置。

請求項7

前記流路の壁部と接触するように配置された蓄熱材をさらに備える、請求項1から5までのいずれか1項に記載の火炎発生装置。

請求項8

前記流路中での前記炎色反応体と前記水素燃料との接触時間は、前記流路の内壁に設けられた炎色反応体の体積を、前記ノズルから噴出される水素燃料の体積流量で、除して求まる0.002秒以上、0.4秒以下の時間に設定されている、請求項1から7までのいずれか1項に記載の火炎発生装置。

請求項9

前記流路の内壁は、前記炎色反応体が設けられた部位と、メッシュ状の部材で構成された前記通気孔を備える部位と、を有する、請求項1から8までのいずれか1項に記載の火炎発生装置。

請求項10

前記流路の壁部全体がメッシュ状の部材で構成されていると共に、当該メッシュ状の部材の内側の一部に前記炎色反応体が保持されており、さらに、前記炎色反応体を構成する粒子粒径よりも当該メッシュ状の部材の目開きが小さい、請求項1から8までのいずれか1項に記載の火炎発生装置。

請求項11

前記メッシュ状の部材は、前記流路の流入口側を構成する第1のメッシュ状部材構成部と前記流路の流出口側を構成する第2のメッシュ状部材構成部とを有し、前記第1のメッシュ状部材構成部の目開きは、前記第2のメッシュ状部材構成部の目開きよりも大きい、請求項9又は10に記載の火炎発生装置。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、火炎発生装置に関する。

背景技術

0002

従来、火炎発生装置は、炭化水素系の液体燃料を一般に使用しているため、燃焼の際に二酸化炭素などの微粒子が生成される。したがって、この種の火炎発生装置では、環境負荷が高いことが懸念されている。

0003

そこで、燃焼時に二酸化炭素や煤などの微粒子を放出しない水素燃料の適用が要望されている。しかしながら、水素火炎無色透明であるため、視認できない課題がある。このため、炎色反応物質を用いて水素の火炎を着色する技術が提案されている。

0004

この着色技術の具体例としては、炎色反応物質を含む溶液を水素の火炎中噴霧する機構や、メッシュ状の部材に担持された炎色反応物質を水素の火炎と接触させるように配置する構成などが例示されている。

先行技術

0005

特開2017−17029号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、上記した火炎の着色技術では、火炎に着色斑が生じる。つまり、火炎の外周部は着色されるものの、火炎の中心部は着色が弱く、火炎発生装置の使用環境が例えば屋外晴天である場合などには、火炎の視認性が十分とはいえない。また、同様に、火炎発生装置が屋外で使用される場合、風の影響を受けて火炎自体の長さが短くなり、この際にも火炎の視認性が低下する。

0007

本発明が解決しようとする課題は、火炎の視認性を高めることができる火炎発生装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0008

実施の形態に係る火炎発生装置は、筐体、水素燃料、ノズル流路構成部、炎色反応体及び通気孔を備えている。水素燃料は、筐体に内蔵されている。ノズルは、筐体内で水素燃料を上方に向けて噴出させる。流路は、下端側の流入口の内側にノズルの先端部が挿入されている共に、上端側の流出口が筐体の外部に開口する。炎色反応体は、流入口から流出口までにわたって流路の内壁に設けられ、ノズルの上方に形成される水素の火炎を炎色反応によって着色する。通気孔は、流路の壁部を貫通する。

発明の効果

0009

本発明によれば、火炎の視認性を高めることができる火炎発生装置を提供することが可能である。

図面の簡単な説明

0010

第1の実施形態に係る火炎発生装置の構成を模式的に示す図。
図1の火炎発生装置が備えた流路構成ユニット水平断面図。
図2Aの流路構成ユニットの垂直断面図。
図1の火炎発生装置で発生させた火炎の写真
比較例の火炎発生装置で発生させた火炎の写真。
第2の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す図。
第3の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す図。
第4の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す図。
第5の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す図。
第6の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す平面図。
図9Aの流路構成ユニットの外観を示す斜視図。
第7の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す平面図。
図10Aの流路構成ユニットの外観を示す斜視図。
第8の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す平面図。
図11Aの流路構成ユニットの外観を示す斜視図。
第9の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す平面図。
図12Aの流路構成ユニットの外観を示す斜視図。
第10の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す平面図。
図13Aの流路構成ユニットの外観を示す斜視図。
第11の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す平面図。
図14Aの流路構成ユニットの外観を示す斜視図。

実施例

0011

以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
<第1の実施の形態>
図1に示すように、火炎発生装置10は、有底円筒状の筐体8、円柱状の水素タンク1、ボールバルブ2、オリフィス部材3、レギュレータ4、ノズル5、ガス配管6、固定台座7、熱伝導体9、流路構成ユニット18を備えている。

0012

水素タンク1は、火炎発生装置10の燃料となる水素燃料を収容している。水素タンク1は、この水素燃料として、気体状態の水素(水素ガス)を吸蔵した水素吸蔵合金を収容している。水素タンク1は、水素の火炎を発生させる側と逆向きに水素の放出穴を有する。水素吸蔵合金として、マグネシウム合金などを選択することも可能である。なお、これに代えて、水素タンク1は、液体の水素や気体状態の水素を収容している高圧タンク低圧タンクなどで構成されていてもよい。

0013

筐体8は、ケーシング本体8a及び上蓋8bを有する。筐体8は、上記した水素燃料を収容する水素タンク1、ボールバルブ2、オリフィス部材3、レギュレータ4、ノズル5、ガス配管6などの内部部品を収容(内蔵)している。

0014

固定台座7は、ノズル5を固定するための台座である。ノズル5は、筐体8内で水素燃料を上方に向けて噴出させる。ノズル5は、最先端部(最上端部)に水素燃料の噴出口を備えている。なお、ノズル5は、2重管などによって構成される環状の噴出口を備えていてもよい。

0015

図1に示すように、ガス配管6は、水素タンク1内の水素吸蔵合金から放出された水素(水素燃料)を、ボールバルブ2、オリフィス部材3、レギュレータ4を経由しつつノズル5へと移送する。つまり、ガス配管6の上流側の端部は、水素タンク1に接続され、一方、ガス配管6の下流側の端部は、ノズル5に接続されている。

0016

ボールバルブ2は、ガス配管6内を通る水素の流れをオン開放)、オフ遮断)することによって、着火のタイミングを制御する。オリフィス部材3は、ガス配管6上におけるレギュレータ4とボールバルブ2との間に介在されており、ガス配管6の口径をオリフィス(穴)によって絞り、ボールバルブ2の開放時における急激な水素の吐出を抑える。レギュレータ4は、ガス配管6上における水素タンク1とオリフィス部材3との間に介在されており、ガス配管6内の圧力(高圧)を一定に保つための圧力レギュレータである。

0017

熱伝導体9は、筐体8の上部に形成される水素の火炎の熱を授受し、授受した熱を水素タンク1内の水素吸蔵合金に伝熱してこれを加熱するための伝熱部材である。ここで、水素タンク1内の水素吸蔵合金は、温度に対する依存性が高く、例えば温度が大きく低下した際には水素の吸蔵作用などが生じる可能性があるものの、上述したように、水素の火炎の熱を効率良く水素タンク1側へ伝達できるので、水素吸蔵合金の温度の低下を抑制することができる。

0018

次に、流路構成ユニット18の構造について詳述する。図1図2A図2Bに示すように、流路構成ユニット18は、メッシュ状の部材(材料)で構成された保持容器12と、ノズル5から噴出された水素燃料(水素ガス)のガス流通路となる流路15と、炎色反応体14と、通気孔16aを有する通気部16と、を備えた火炎着色ユニットである。

0019

流路15は、下端側の流入口15aの内側にノズル5の先端部5aが挿入されていると共に、上端側の流出口15bが筐体8の外部に開口する。詳述すると、保持容器12の底部(下端部)の中央部分には、ノズル5の外径と嵌合する嵌合穴が流入口15aとして設けられている。また、図1に示すように、流路15の流出口15bは、筐体8の上端(上蓋8bの上端)8cから突出する位置に配置されている。

0020

炎色反応体14は、上記した流入口15aから流出口15bまでにわたって流路15の内壁に設けられている。ノズル5の上方に形成される水素の火炎(流路15内で水素が燃焼することで生じる火炎)を炎色反応によって着色する。通気部16が有する通気孔16aは、流路15の壁部15cを貫通している。この通気孔16aは、ノズル5から水素燃料を噴出した際に負圧となった流路15内に、壁部15cの外側の空気(空気中の酸素)を流入して、水素燃料の燃焼効率を高めるための構成要素である。

0021

ここで、保持容器12(メッシュ状の部材)は、流路15の壁部15c全体を構成していると共に、当該保持容器12本体の内側の一部に炎色反応体14を保持している。より具体的には、図2A図2Bに示すように、保持容器12は、矩形管状に構成されており、互いに対向する一組の内壁面(メッシュ状の内壁面)を炎色反応体14で覆っている。また、保持容器12の外形は熱伝導体9と接触しており、これにより保持容器12を安定した状態で固定させている。

0022

さらに、このような図2A図2Bの構成例に代えて、上記した流路の内壁が、メッシュ状の部材で構成された通気孔を備える部位と、メッシュ状でない中実平板に炎色反応体を保持させた部位と、で構成されていてもよい。

0023

なお、以下の説明において「〜」及びその前後の下限値及び上限値で表した数値範囲は、下限値以上かつ上限値以下の数値範囲(「〜」の前後の数値自体を含めた数値範囲)を特定するものである。

0024

また、上記した通気孔を備えるメッシュ状の部材やメッシュ状の保持容器12の目開きが、炎色反応体14を構成する粒子粒径よりも小さいことが好ましい。つまり、炎色反応体14は、上記の目開きよりも大きい顆粒成形体を適用でき、これにより、炎色反応体14を確実に保持させることが可能となる。なお、保持容器12の材料としては、メッシュ数が10〜100の金網などを例示することができる。

0025

また、上述した炎色反応体14は、火炎を橙色に着色可能な例えば塩化ナトリウムなどの炎色反応試薬(炎色反応物質)のペレットである。炎色反応により火炎が色づく現象は、化学発光と呼ばれる現象である。化学発光は、燃焼で生じた熱エネルギにより炎色反応体14の電子状態が安定な基底状態から、よりエネルギの高い励起状態となった際に、瞬時に基底状態に戻る際に放出されるエネルギに起因し、励起状態と基底状態とのエネルギ差に起因する。

0026

塩化ナトリウムで生じる発光は、次の式1によって与えられる。

0027

NaCl+Q → NaCl* → NaCl+hν … 式1

0028

ここで、Qは熱エネルギ、NaCl*は塩化ナトリウムの励起状態、hνは光エネルギを表している。

0029

塩化ナトリウムの場合、光エネルギが可視光の橙色の波長に相当するため橙色に見える。式1から光の視認性を向上するためには、熱エネルギが多いことが望ましいことがわかる。図2A図2Bに示すように、流路構成ユニット(火炎着色ユニット)18では、ノズル5より噴出した水素(水素燃料)は、炎色反応体14と接しながら流路15の上方に移動する。

0030

また、ノズル5から水素が噴出することより、流路15内が負圧となるため、流路15における壁部15cの外側の空気が通気部16の通気孔16a(及び保持容器12の底面)を通って流路15内に導入される。通気孔16aを介して流路15内に導入された空気と、ノズル5から流路15内に噴出された水素とが混合されることで効率的な燃焼が生じ、火炎が形成される。この火炎に接する範囲に置かれている炎色反応体14は、火炎の熱エネルギを受け取り、式1に示す反応により、橙色に発光するため、火炎が視認可能となる。

0031

また、火炎は、水素の流れの方向に生成され、流路15内の炎色反応体14の上部に熱を伝播することで、火炎温度が相対的に低い炎色反応体14の上部でも良好な炎色反応を生じさせることが可能となる。

0032

火炎発生装置10を屋外の環境で使用する場合において、風の影響で火炎が縮小する現象は、火炎と外気との相境膜が風により剥離されることで、火炎が冷却されるために生じる。ここで、流路15の流出口15bは、上蓋8bよりも上方にあり、炎色反応体14における流路15の上端部にも火炎が生じ炎色反応も起こる。詳述すると、流路15の流出口15bを上蓋8bの上端8cから突出させているものの、上記したように炎色反応が起こる高温の流出口15bでは、風による火炎の冷却効果を相殺する分の熱量を確保することが可能となり、これにより風による火炎の縮小が抑制される。

0033

なお、保持容器12として、例えば底面が10mm×10mmの正方形で深さが40mmの直方体型の保持容器を火炎発生装置10に適用し、水素吹出流量4L/minで10分間の燃焼試験を実施した場合、個々の炎色反応体(炎色反応試薬ペレット)14の厚さが0.1〜0.4cmの範囲で良好な火炎を確認できる。

0034

この際、個々の炎色反応体14の重量は1〜3gであり、当該炎色反応体14の量は単位水素放出量あたり25〜75mg/Lとなる。空気の取り込み量目安として、開口率を考える。開口率は直方体型の保持容器の内面積に対する通気部16の面積の割合で定義すると開口率は32〜44%である。

0035

一方、流路15中での炎色反応体14と水素燃料との接触時間は、流路15の内壁に設けられた炎色反応体の体積を、ノズル5から噴出される水素燃料の体積流量で、除して求まる0.002〜0.4秒(0.002秒以上、0.4秒以下)の時間に設定されていることが好ましい。

0036

したがって、炎色反応体を単位水素噴出量あたり0.025〜0.075g/Lの範囲の重量とし、また通気部16の開口率を32〜44%とし、さらに水素燃料と炎色反応体との接触時間を0.002〜0.4秒とする条件を火炎発生装置10に適用することで、着色斑がなく視認性の高い火炎を確認できる。この場合の火炎は、例えば屋外の環境(100,000Lx相当の明るい環境)であっても良好な視認性を得ることができる。

0037

ここで、図3は、前述した条件を本実施形態の火炎発生装置10に設定したうえで発生させた火炎の写真である。一方、図4は、主に、通気部を設けてない比較例の火炎発生装置で発生させた火炎の写真である。図3に示す火炎は、長さ(図3中では約30cm)が長く、着色斑もなく視認性が高い火炎である。一方、図4に示す火炎は、長さ(図4中では約9cm)が短く着色斑もあり、図3に示す火炎と比べて視認性の劣る火炎である。

0038

なお、炎色反応体は、以下に示す化合物群のうち、少なくとも1つ以上を含むものが材料となる。アルカリ金属塩化物(LiX,NaX,KX,RbX,CsX,X=Cl,Br,I)、アルカリ土類金属の塩化物(CaX2,CaX2,SrX2,BaX2,X=Cl,Br,I)、ホウ酸(H3BO3)、塩化銅(CuCl2)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)、炭酸ナトリウム(Na2CO3)、インジウム(In)、酸化リチウム(Li2O)。

0039

既述したように、本実施形態の火炎発生装置10では、図1図2Bに示すように、水素燃料を噴出するノズル5の先端部5aは、流路15の下端側(上流側)の流入口15aの内側に挿入されている。流入口15a付近でノズル5の上方に形成される水素の火炎は、図2A図2Bに示すように、流入口15aから流出口15bまでにわたって流路15の内壁に設けられた火炎反応体14と接触し、この火炎反応体14との炎色反応によって着色される。

0040

この際、ノズル5からの水素燃料の噴出により負圧となった流路15内に、流路15の外部から主に通気部16の通気孔16aを介して空気(空気中の酸素)が導入されることで、水素の燃焼が効果的に促進される。さらに、このようにして得られる火炎は、流路15の流入口15a側から流出口15bまでに向う過程で火炎反応体14と常に接触していることで、良好な炎色反応により着色される。

0041

これにより、流路15の流出口15bから、その上方に向けて長く延びている大きな火炎が形成される。効率的な燃焼及び良好な炎色反応によって得られたこのような火炎は、長さが長くしかも着色斑などの発生も抑えられていることから、視認性が高められている。また、本実施形態の火炎発生装置10では、図1図2Bに示すように、筐体8の上端から突出した流路15の流出口15bに対して、流路15における筐体8内部の流入口15aの近傍に火種が形成されるため、風の影響による火炎の縮小が抑制され、これにより火炎の視認性を向上させることができる。

0042

<第2の実施の形態>
次に、第2の実施の形態を図5に基づき説明する。なお、図5において、図2Bに示した第1の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。本実施形態の火炎発生装置は、第1の実施形態の火炎発生装置10が備えていた流路構成ユニット18に代えて、図5に示すように、流路構成ユニット28を備えている。

0043

流路構成ユニット28は、炎色反応体24の一部が、金属酸化物24aで構成されている。なお、金属酸化物24aは、以下に示す化合物群のうち、少なくとも1つ以上を含むものが材料となる。酸化銅(CuO)、酸化コバルト(Co3O4)、酸化鉄(Fe2O3)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ケイ素(SiO2)。

0044

このような金属酸化物24aは、それ自体が酸素を消費して水素を酸化し、その際に大量の熱を発生させるため、火炎の持続性が向上する。また、図5に示すように、金属酸化物24aがノズル5の近傍(流路15の流入口15a側)に配置されていることで、燃焼時初期にノズル5から急激に噴出される水素のうち空気で燃焼しきれない水素を酸化することが可能となり、より大きな火炎を生成できる。また、金属酸化物24aと水素との反応で発生する熱が、金属酸化物よりも上部に位置する炎色反応体の加熱源となり、風雨などの除熱環境においても火炎の耐久性を向上させることが可能となる。

0045

<第3の実施の形態>
次に、第3の実施の形態を図6に基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第1の実施形態の火炎発生装置10が備えていた流路構成ユニット18に代えて、図6に示すように、流路構成ユニット38を備えている。流路構成ユニット38は、流路構成ユニット18の備えていたメッシュ状の保持容器12に代えて、メッシュ状の保持容器32を備えている。

0046

メッシュ状の保持容器(メッシュ状の部材)32は、流路15の流入口15a側を構成する第1のメッシュ状部材構成部32aと流路15の流出口15b側を構成する第2のメッシュ状部材構成部32bとを有する。ここで、第1のメッシュ状部材構成部の目開きは、第2のメッシュ状部材構成部の目開きよりも大きく(粗く)形成されている。

0047

本実施形態の火炎発生装置では、目開きを大きくした第1のメッシュ状部材構成部32aから、積極的に多くの空気を流路15内に導入することで、燃焼時初期にノズル5から急激に噴出される水素のうち空気で燃焼しきれない水素を酸化することが可能となり、より大きな火炎を生成できる。一方、第1のメッシュ状部材構成部32aに保持された炎色反応体と水素との反応で発生する熱が、目開きを小さくした(放熱し難く蓄熱作用の高い)第2のメッシュ状部材構成部32bに保持された炎色反応体の加熱源となることから、効果的な炎色反応を得ることができると共に、形成された火炎の持続性を向上させることができる。

0048

なお、第1のメッシュ状部材構成部32aを開口率の大きい第1のパンチングメタルで形成し、一方、第2のメッシュ状部材構成部32bを第1のパンチングメタルよりも開口率の小さい第2のパンチングメタルで形成してもよい。

0049

<第4の実施の形態>
次に、第4の実施の形態を図7に基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第1の実施形態の火炎発生装置10が備えていた流路構成ユニット18に代えて、図7に示すように、流路構成ユニット48を備えている。流路構成ユニット48は、流路構成ユニット18の備えていたメッシュ状の保持容器12に代えて、ベンチュリ構造を有するベンチュリ管42を備えている。つまり、ベンチュリ管42の下端側の流入口45aから上端側の流出口45bへと延びるベンチュリ管42内の流路45は、流路断面積を狭くしたベンチュリ管42の軸方向の中央部分では、水素燃料の流速が増加する。

0050

ここで、流入口45aから流出口45bまでにわたって流路45(ベンチュリ管42)の内壁に炎色反応体が設けられている。一方、ベンチュリ管42の軸方向の上記した中央部分42aには、流路45の壁部(ベンチュリ管42の壁部)45cを貫通する通気孔36aが形成されている。

0051

したがって、本実施形態の火炎発生装置では、ベンチュリ管42内において水素燃料の流速が増加する部位(上記中央部分42a)へ空気を導入することができるので、水素燃料をより効率的に燃焼させることができる。これにより、流路45の流出口45b(上蓋8bの上端8c)の上方へと延びる火炎の視認性を向上させることできる。

0052

<第5の実施の形態>
次に、第5の実施の形態を図8に基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第1の実施形態の火炎発生装置10が備えていた流路構成ユニット18に代えて、図8に示すように、流路構成ユニット58を備えている。流路構成ユニット58は、流路構成ユニット18の備えていたメッシュ状の保持容器12に代えて、円筒状に形成された多孔質体52を備えている。円筒状の多孔質体52は、下端側の流入口55aから上端側の流出口55bへと延びる流路45を備えている。換言すると、多孔質体52本体は、流路55の壁部55cを形成している。

0053

ここで、流入口55aから流出口55bまでにわたって流路55(多孔質体52)の内壁に炎色反応体が設けられていてもよいし、多孔質体52自体が炎色反応体の材料で構成されていてもよい。また、多孔質体52が有する複数の細孔は、流路45の壁部55cを貫通する通気孔56aを構成している。本実施形態の火炎発生装置によれば、流路構成ユニット(火炎着色ユニット)58の構造の簡略化を図ることができる。

0054

<第6の実施の形態>
次に、第6の実施の形態を図9A図9Bに基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第1〜第5の実施形態の火炎発生装置が備えていた流路構成ユニット58(18、28、38又は48)に加え、図9A図9Bに示すように、防護機構61をさらに備えている。防護機構61は、流路55の流出口55bから上方に延びる火炎を風(風の影響)から防護する。この防護機構61は、流路構成ユニット58における、図1図8に例示した上蓋8bの上端8cよりも上側の位置に設けられている。また、後述する実施形態の防護機構も、流路構成ユニット58における、上蓋8bの上端8cよりも上側の位置に設けられている。さらに、防護機構61は、図9A図9Bに示すように、流路構成ユニット58よりも大径の円筒状の部材を、等角度(90度)の間隔をおいて4分割した構造の一対の防護部材62、及び一対の防護部材63を有する。

0055

一対の防護部材62どうし及び一対の防護部材63どうしは、流路構成ユニット58を径方向から挟んで互いに対向する位置にそれぞれ配置されている。一対の防護部材62及び一対の防護部材63は、それぞれの上端と、流路構成ユニット58の上端と、の高さがそろう位置関係で、流路構成ユニット58の外周面接合されている。また、一対の防護部材62には、これらの防護部材62本体内を径方向に貫通する貫通孔が設けられている。この貫通孔及び流路構成ユニット58の通気孔56aを介して流路55内に空気を導入することが可能となる。

0056

ここで、例えば防護部材62、63の上端よりも下側の高さ位置から、流路構成ユニット58の上端の流出口55b(流出口の開口端)に向おうとする風の流れは、図9Aに示すように、防護部材62、63に遮られて流れの向きが変更される。つまり、防護部材62、63は、流路55の流出口55bから上方に延びる火炎に対しての風の影響を低減する。これにより、風の影響による火炎の温度の低下が抑制されるので、安定した火炎の持続性を向上させることができる。

0057

なお、上述した防護部材62、63は、それぞれの上端と、流路構成ユニット58の上端と、の高さがそろう位置関係で配置されていたが、防護部材62、63の上端を、流路構成ユニット58の上端よりも、わずかに高い位置に配置してもよい。この場合、流路構成ユニット58の上端の流出口55b(流出口の開口端)に向おうとする風の流れをより確実に遮ることができ、火炎に対する風の影響をさらに低減することができる。また、後述する実施形態についても、防護部材の上端を流路構成ユニットの上端よりも、わずかに高い位置に配置してもよい。

0058

<第7の実施の形態>
次に、第7の実施の形態を図10A図10Bに基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第1〜第5の実施形態の火炎発生装置が備えていた流路構成ユニット58(18、28、38又は48)に加え、図10A図10Bに示すように、防護機構71をさらに備えている。防護機構71は、流路55の流出口55bから上方に延びる火炎を風(風の影響)から防護する。防護機構71は、図10A図10Bに示すように、流路構成ユニット58の周りに等角度(90度)の間隔をおいて、流路構成ユニット58の周面から放射上に延びる4つの板状の支持部材72aを介して4つの板状の防護部材72が配置されている。一方の組の防護部材72どうし及び他方の組の防護部材72どうしは、流路構成ユニット58を当該防護部材72の厚さ方向から挟んで対向する位置関係でそれぞれ配置されている。

0059

4つの支持部材72aは、図10Aに示すように、流路構成ユニット58の軸方向からみて当該支持部材72aの厚さがみえる向きで、流路構成ユニット58の周面と防護部材72との間に介在されている。また、4つの防護部材72は、それぞれの上端と、流路構成ユニット58の上端と、の高さがそろう位置関係で配置されている。

0060

したがって、例えば防護部材72の上端よりも下側の高さ位置から、流路構成ユニット58の上端の流出口55b(流出口の開口端)に向おうとする風の流れは、図10Aに示すように、防護部材72に遮られて流れの向きが変更される。このような防護部材72は、流路55の流出口55bから上方に延びる火炎を、風の影響から防護するので、火炎の温度の低下が抑えられ、火炎の安定化を図ることができる。

0061

<第8の実施の形態>
次に、第8の実施の形態を図11A図11Bに基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第1〜第5の実施形態の火炎発生装置が備えていた流路構成ユニット58(18、28、38又は48)に加え、図11A図11Bに示すように、防護機構81をさらに備えている。防護機構81は、流路55の流出口55bから上方に延びる火炎を風(風の影響)から防護する。防護機構81は、図11A図11Bに示すように、流路構成ユニット58の周りに等角度(90度)の間隔をおいて、流路構成ユニット58の周面から湾曲しつつ延びる4つの板状の防護部材72を備えている。

0062

湾曲している4つの防護部材72は、図11A図11Bに示すように、流路構成ユニット58の軸方向からみて当該防護部材82の厚さがみえる向きで、流路構成ユニット58の周面に接合されている。また、4つの防護部材82は、それぞれの上端と、流路構成ユニット58の上端と、の高さがそろう位置関係で配置されている。また、流路構成ユニット58と接合されている側の防護部材82の基端部分には、風の吹き抜け孔82aが穿孔されている。この吹き抜け孔82aは、防護部材82の上端よりも低い位置に形成されている。

0063

したがって、例えば防護部材82の上端よりも下側の高さ位置から、流路構成ユニット58の上端の流出口55b(流出口の開口端)に向おうとする風の流れは、図11Aに示すように、防護部材82に遮られたり、吹き抜け孔82aを吹き抜けたりすることで当該流れの向きが変更される。このような防護部材82においても、流路55の流出口55bから上方に延びる火炎を、風の影響から防護するので、火炎における温度の低下を抑制し、安定した火炎を維持することが可能となる。

0064

<第9の実施の形態>
次に、第9の実施の形態を図12A図12Bに基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第1〜第5の実施形態の火炎発生装置が備えていた流路構成ユニット58(18、28、38又は48)に加え、図12A図12Bに示すように、防護機構91をさらに備えている。防護機構91は、流路55の流出口55bから上方に延びる火炎を風(風の影響)から防護する。防護機構91は、図12A図12Bに示すように、流路構成ユニット58の周りに等角度(90度)の間隔をおいて、4つの三角柱状の防護部材92を備えている。4つの防護部材92は、それぞれの上端と、流路構成ユニット58の上端と、の高さがそろう位置関係で配置されている。

0065

このように構成された防護機構91では、例えば防護部材92の上端よりも下側の高さ位置から、流路構成ユニット58の上端の流出口55b(流出口の開口端)に向おうとする風の流れは、図12Aに示すように、防護部材82に遮られて流れの向きが変更される。したがって、三角柱状の防護部材92においても、流路55の流出口55bから上方に延びる火炎を風から防護するので、火炎における温度の低下が抑えられ、安定した火炎を形成することができる。

0066

<第10の実施の形態>
次に、第11の実施の形態を図13A図13Bに基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第1〜第5の実施形態の火炎発生装置が備えていた流路構成ユニット58(18、28、38又は48)に加え、図13A図13Bに示すように、防護機構101をさらに備えている。防護機構101は、流路55の流出口55bから上方に延びる火炎を風(風の影響)から防護する。防護機構101は、図13A図13Bに示すように、流路構成ユニット58の周りに等角度(45度)の間隔をおいて、流路構成ユニット58の周面から放射状に延びる8つの板状の防護部材102を備えている。

0067

8つの板状の防護部材102は、図13A図13Bに示すように、流路構成ユニット58の軸方向からみて当該防護部材102の厚さがみえる向きで、流路構成ユニット58の周面に接合されている。また、8つの防護部材102は、それぞれの上端と、流路構成ユニット58の上端と、の高さがそろう位置関係で配置されている。

0068

したがって、例えば防護部材102の上端よりも下側の高さ位置から、流路構成ユニット58の上端の流出口55bに向おうとする風の流れは、図13Aに示すように、防護部材102に遮られて流れの向きが変更される。このように6つの防護部材102を備える防護機構101によれば、流路55の流出口55bから上方に延びる火炎を風の影響か防護するので、火炎における温度の低下が抑えられ、安定した火炎の持続性を向上させることができる。

0069

<第11の実施の形態>
次に、第11の実施の形態を図14A図14Bに基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第1〜第5の実施形態の火炎発生装置が備えていた流路構成ユニット58(18、28、38又は48)に加え、図14A図14Bに示すように、流路構成ユニット58における流路55の壁部55cと接触するように配置された複数(例えば4つ)の円柱状の蓄熱材111をさらに備えている。個々の蓄熱材111は、流路構成ユニット58を包囲するようにして、円柱状の支持部材112を介して流路構成ユニット58に支持されている。蓄熱材111は、接触している流路構成ユニット58の周面(流路55の壁部55c)の熱を蓄熱する。このような蓄熱材111及び支持部材112は、流路構成ユニット58における、図1図8に例示した上蓋8bの上端8cよりも上側の位置に設けられている。

0070

また、例えば4つの蓄熱材111は、それぞれの上端と、流路構成ユニット58の上端と、の高さがそろう位置関係で配置されている。したがって、例えば防護部材102の上端よりも下側の高さ位置から、流路構成ユニット58の上端の流出口55bに向おうとする風の流れは、図14Aに示すように、蓄熱材111に遮られて流れの向きが変更される。さらに、蓄熱材111は、自身に蓄えられた熱で、流路55の流出口55bから上方に延びる火炎を加温する。

0071

このような蓄熱材111によれば、流路55の流出口55bから上方に延びる火炎を風の影響か防護できることに加え、この火炎を蓄熱材111の熱で加温できるので、火炎の温度の低下が抑制され、安定した火炎を継続的に形成することができる。

0072

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

0073

1…水素タンク、5…ノズル、5a…ノズルの先端部、8…筐体、8a…ケーシング本体、8b…上蓋、8c…上蓋の上端、10…火炎発生装置、12,32…保持容器、14,24…炎色反応体、15,45,55…流路、15a,45a,55a…流入口、15b,45b,55b…流出口、15c,55c…壁部、16…通気部、16a,36a,46a,56a…通気孔、18,28,38,48,58…流路構成ユニット(火炎着色ユニット)、24…炎色反応体、24a…金属酸化物、32a…第1のメッシュ状部材構成部、32b…第2のメッシュ状部材構成部、42…ベンチュリ管、42a…ベンチュリ管の中央部分、61,71,81,91,101…防護機構、62,63,72,82,92,102…防護部材、82a…吹き抜け孔、111…蓄熱材。

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