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技術 水素燃焼装置

出願人 岩谷産業株式会社
発明者 松本和人加藤勇人阿部好伸中村貞紀小池国彦
出願日 2018年7月11日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2018-131543
公開日 2020年1月16日 (5ヶ月経過) 公開番号 2020-008244
状態 未査定
技術分野 ガスバーナ 非予混合(先混合)ガスバーナ
主要キーワード 発色部材 雲形定規 短円筒形状 横断面形 空円錐ノズル 微小粒子状物質 平面視方形 炎色反応
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

所望の色を放つ大きな水素炎を長時間にわたって燃焼させることが手間をかけずにできるようにする。

解決手段

水素を燃焼させて水素炎Fを発するバーナ15と、水素炎Fを着色する着色部17を備えた水素燃焼装置11において、着色部17に、バーナ15に隣接する位置に設けられて、炎色反応を呈する着色液噴霧する噴霧ノズル71を備える。噴霧ノズル71の径方向の周囲には、噴霧ノズル71が噴霧する際に生じる空気巻き込み流路に位置する鍔状部74aからなる巻き込み抑制手段74を備えて、空気巻き込み流路を遮断する。

概要

背景

水素炎可視光が少なく、ほぼ透明であるため目視では捉えにくい。このため、目視による水素炎の燃焼状態の確認や検知は困難であるので、水素炎を着色することが提案されていた。

水素炎の着色は、下記特許文献1のように、バーナノズルの先端に炎色反応を呈する塩類を保持して行うものがある。この構成では、バーナから水素炎を発生させると、水素炎がノズル先端の塩類に接して、塩類の炎色反応で水素炎が可視光を放つ。

しかし、炎色反応を呈する塩類が円筒状のノズルの先端に保持された構造であるため、火炎外炎部のみが着色して見える。また、特許文献1に記載されているように、拡散燃焼するため塩類の塗布量を増大すると火炎の輝度レベルを上昇させることができるが、火炎の輝度レベルの急激な減衰が生じる。この難点を、特許文献1ではノズルの先端に溝を形成して、火炎の立ち上がり部をノズルの内部に引き込むことで解決しているが、それでも、長時間にわたって発色を維持させることは困難である。このため、イベントにおいて演出目的で大きな水素炎を見せることはできなかった。

このため、下記特許文献2のように、炎色反応を呈する発色材担持した多孔質体からなる発色部材を、水素炎の発せられる方向の先に置いた水素炎着色装置を提案した。この装置は、所望の色を放つ大きな水素炎を長時間にわたって燃焼させることができ、イベント等において使用するのに好適なものである。

しかしながら、発色部材を得たうえで、それを運搬したり装置に仕込んだり交換したりする管理作業が必要であって、使用しにくい場合があった。

概要

所望の色を放つ大きな水素炎を長時間にわたって燃焼させることが手間をかけずにできるようにする。水素を燃焼させて水素炎Fを発するバーナ15と、水素炎Fを着色する着色部17を備えた水素燃焼装置11において、着色部17に、バーナ15に隣接する位置に設けられて、炎色反応を呈する着色液噴霧する噴霧ノズル71を備える。噴霧ノズル71の径方向の周囲には、噴霧ノズル71が噴霧する際に生じる空気巻き込み流路に位置する鍔状部74aからなる巻き込み抑制手段74を備えて、空気巻き込み流路を遮断する。

目的

この発明は、所望の色を放つ大きな水素炎を長時間にわたって燃焼させることが、手間をかけずにできるようにすることを主な目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

水素燃焼させて水素炎を発するバーナと、前記水素炎を着色する着色部を備えた水素燃焼装置であって、前記着色部に、前記バーナに隣接する位置に設けられて、炎色反応を呈する着色液噴霧する噴霧ノズルを備え、前記噴霧ノズルの径方向の周囲に、前記噴霧ノズルが噴霧する際に生じる空気巻き込み流路に位置する巻き込み抑制手段を備えた水素燃焼装置。

請求項2

前記巻き込み抑制手段が、外周方向張り出す形状の鍔状部又は外周を囲む形状の壁状部の少なくとも一方である請求項1に記載の水素燃焼装置。

請求項3

前記巻き込み抑制手段が、外周方向に張り出す形状の鍔状部であり、前記鍔状部が、前記噴霧ノズルの先端の噴霧口より反噴霧方向側であって前記噴霧口に近接した位置に備えられた請求項1に記載の水素燃焼装置。

請求項4

前記巻き込み抑制手段として、外周方向に張り出す形状の鍔状部と外周を囲む形状の壁状部を備え、前記壁状部が前記鍔状部における前記噴霧ノズルの噴霧方向側の面に形成された請求項1に記載の水素燃焼装置。

請求項5

前記バーナが複数備えられ、前記噴霧ノズルが前記バーナに囲まれて設けられた請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載の水素燃焼装置。

請求項6

前記バーナの炎口噴射方向に、間隔をあけて邪魔板が備えられた請求項1から請求項5のうちいずれか一項に記載の水素燃焼装置。

技術分野

0001

この発明は、透明の水素炎視認できるように燃焼させる水素燃焼装置に関する。

背景技術

0002

水素炎は可視光が少なく、ほぼ透明であるため目視では捉えにくい。このため、目視による水素炎の燃焼状態の確認や検知は困難であるので、水素炎を着色することが提案されていた。

0003

水素炎の着色は、下記特許文献1のように、バーナノズルの先端に炎色反応を呈する塩類を保持して行うものがある。この構成では、バーナから水素炎を発生させると、水素炎がノズル先端の塩類に接して、塩類の炎色反応で水素炎が可視光を放つ。

0004

しかし、炎色反応を呈する塩類が円筒状のノズルの先端に保持された構造であるため、火炎外炎部のみが着色して見える。また、特許文献1に記載されているように、拡散燃焼するため塩類の塗布量を増大すると火炎の輝度レベルを上昇させることができるが、火炎の輝度レベルの急激な減衰が生じる。この難点を、特許文献1ではノズルの先端に溝を形成して、火炎の立ち上がり部をノズルの内部に引き込むことで解決しているが、それでも、長時間にわたって発色を維持させることは困難である。このため、イベントにおいて演出目的で大きな水素炎を見せることはできなかった。

0005

このため、下記特許文献2のように、炎色反応を呈する発色材担持した多孔質体からなる発色部材を、水素炎の発せられる方向の先に置いた水素炎着色装置を提案した。この装置は、所望の色を放つ大きな水素炎を長時間にわたって燃焼させることができ、イベント等において使用するのに好適なものである。

0006

しかしながら、発色部材を得たうえで、それを運搬したり装置に仕込んだり交換したりする管理作業が必要であって、使用しにくい場合があった。

先行技術

0007

特公昭59−33805号公報
特許第6225219号公報

発明が解決しようとする課題

0008

そこでこの発明は、所望の色を放つ大きな水素炎を長時間にわたって燃焼させることが、手間をかけずにできるようにすることを主な目的とする。

課題を解決するための手段

0009

そのための手段は、水素を燃焼させて水素炎を発するバーナと、前記水素炎を着色する着色部を備えた水素燃焼装置であって、前記着色部に、前記バーナに隣接する位置に設けられて、炎色反応を呈する着色液噴霧する噴霧ノズルを備え、前記噴霧ノズルの径方向の周囲に、前記噴霧ノズルが噴霧する際に生じる空気巻き込み流路に位置する巻き込み抑制手段を備えた水素燃焼装置である。

0010

この構成では着色部の噴霧ノズルから噴霧された着色液は、周囲の空気を巻き込みながら霧となって適宜の噴霧角で以て飛散する。このときに巻き込み抑制手段が、噴霧に際して生じる空気巻き込み流路に位置して、巻き込む空気の流れを遮断したり減速させたり、空気の量を低減させたりして、空気の巻き込みを抑制する。これにより、噴霧角の狭まりが抑制され、または噴霧角が広げられて広角の噴霧がなされる。噴霧された着色液は、バーナから発せられた水素炎と接触・加熱され炎色反応を呈して水素炎を着色する。

発明の効果

0011

以上のように、この発明によれば、着色液の広角な噴霧ができるので、着色液と水素炎の接触を広範囲に及ぼすことができる。このため、所望の色を放つ大きな水素炎を得ることが可能である。しかも、水素炎の着色は、着色液の噴霧で行うので、着色した燃焼状態を長時間にわたって継続させることができる。また、多孔質体からなる発色部材を用いる場合とは異なり、着色液を供給できればどこでも使用でき、取扱いが容易である。

図面の簡単な説明

0012

水素燃焼装置の一部破断正面図。
水素燃焼装置の斜視図。
作用状態を示す説明図。
バーナの斜視図。
作用状態を示す説明図。
試験方法を示す説明図。
試験で用いる巻き込み抑制手段の平面図と断面図。
他の例に係る巻き込み抑制手段の平面図。

実施例

0013

この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。

0014

図1に、燃焼状態にある水素燃焼装置11の一部破断正面図を示している。この水素燃焼装置11は、たとえば各種イベントや式典店舗営業神社仏閣庭園などで用いられる聖火や炬火、かがり火などの火炎Faを灯す装置として好適に用いられる。

0015

水素燃焼装置11は、外装体12の内部に備えられている。外装体12は適宜の形状に形成されており、上面が開口した形状である。水素燃焼装置11は、図2にも示したように、外装体12内に形成された平面視円形の隔壁13で囲まれた内側に設けられ、水素を燃焼させて水素炎F(図3参照)を発するバーナ15と、水素炎Fを着色する着色部17を備えている。

0016

バーナ15は円筒状であり、平面視円形の炎口51を上に向けている。このようなバーナ15を複数備え、これらバーナ15が、間隔をあけて全体として平面視円形の面を形成するように配設されている。具体的には円を描く円周部15Aと、円周部15Aの内側に位置して十文字を描く内側部15Bを有している。複数のバーナ15によって形成される円形の面の大きさは、外装体12の収容空間12aの上部における隔壁13に収まる大きさである。バーナ15には適宜の径の炎口51を有するものが使用され、バーナ15の数や配置間隔は、全体として所望の大きさの水素炎Fが得られるように適宜設定される。

0017

すべてのバーナ15にはガス供給管52から水素が供給される。水素は、バーナ15を出るまで水素100vol%の状態で供給され、バーナ15において拡散燃焼する。

0018

またバーナ15には、上端の炎口51の噴射方向に、図4に示したように間隔をあけて邪魔板53を備えるとよい。邪魔板53は水素炎Fの出る方向や態様を、邪魔板53なしの場合と異なるものとする。

0019

図4の(a)に示した邪魔板53aは、図5に示したように主に水素炎Fの出る方向に変化を付けるものであって、バーナ15の炎口51に斜めの姿勢で対向する円板で構成されており、支持金具54でバーナ15に保持されている。邪魔板53aの角度や大きさは適宜設定される。

0020

図4の(b)に示した邪魔板53bは、主に水素炎Fの出方に変化を付けるものであって、バーナ15の炎口51に真っ直ぐ対峙する板状であり、支持金具54でバーナ15に保持されている。邪魔板53bの大きさや形状は適宜設定される。図4の(b)に示した邪魔板53bは円板形状であり、平面視で炎口51を塞ぐ大きさに形成されている。水素炎Fは、矢印で示したように、支持金具54を有する部位を除く全周から上方へ上がることになる。

0021

着色部17は、炎色反応を呈する着色液を噴霧する噴霧ノズル71で構成され、バーナ15に隣接する位置に複数設けられる。噴霧ノズル71は円環状に配設された複数の噴霧口71aを有しており、噴霧口71aを上に向けて備えられる。

0022

着色部17の配設位置は、バーナ15に囲まれた位置であって、この例では、複数のバーナ15が形成する円周部15Aと内側部15Bの間の4箇所に配設されている。噴霧ノズル71には、図3概略構造を示したように、着色液を貯蔵するタンク72が、給液路73を介して接続されており、噴霧ノズル71からは適宜の圧搾空気圧力と適宜の液圧力で噴霧がなされるように構成されている。

0023

給液路73には少なくとも1個のタンク72が備えられる。複数のタンク72を備える場合には、タンク72には、それぞれ異なる色の炎色反応を示す着色液が貯蔵されるとよい。そしてこの場合、給液路73には供給する着色液を切り替え電磁弁等からなる適宜の切り替え手段(図示せず)が備えられる。

0024

着色液の例をあげると、黄色に着色するためには炭酸ナトリウムを、青紫色に着色するためは炭酸セシウムを、赤色に着色するには炭酸リチウムを、赤紫色に着色するには炭酸カリウムを、緑色に着色するにはホウ酸アンモニウムを、橙色に着色するには酢酸カルシウム水溶液にしたものが用いられる。このように着色液に、主に炭酸塩を用い、従来のような塩化物を用いないので、燃焼によって発生する有害な塩素系ガス微小粒子状物質を抑制できる。

0025

噴霧ノズル71の径方向の周囲には、噴霧ノズル71が噴霧する際に生じる空気巻き込み流路に位置する巻き込み抑制手段74が設けられている。空気巻き込み流路は、図3に矢印で示したように、主に噴霧ノズル71の外周面に形成され、空気巻き込み流路の空気は噴霧ノズル71の先端の噴霧口71aに向けて流れる。

0026

巻き込み抑制手段74は、外周方向張り出す形状の鍔状部74a又は外周を囲む形状の壁状部の少なくとも一方で構成される。図1図2図3に示した巻き込み抑制手段74は鍔状部74aである。鍔状部74aは、適宜大で適宜形状の板状であり、空気巻き込み流路において、噴霧ノズル71の外周面に沿って噴霧口71a方向に移動する空気を遮断するとともに、外周方向から流入する巻き込み空気を減少させる。

0027

図示例の鍔状部74aは円板形状であり、噴霧ノズル71の先端の噴霧口71aよりも反噴霧方向側であって噴霧口71aに近接した位置に備えられている。

0028

このような巻き込み抑制手段74によって、噴霧ノズル71から噴霧される着色液の噴霧角の狭まりが抑制され、または噴霧角が広げられて広角の噴霧がなされる(このような噴霧角の狭まりの抑制と噴霧角の広げを、以下、「噴霧角の広角化」という)。この結果、噴霧ノズル71による噴霧範囲(噴霧径または噴霧幅)が広くなる。
このことを検証するため、次のような複数の試験を行った。

0029

図6に示したように噴霧ノズル71を上方に向けて水を噴霧し、種々の条件で噴霧角θ°を調べた。

0030

噴霧ノズル71には、加圧式二流体の形式のものを使用した。具体的には、株式会社いけうち製の空円錐ノズルIMK6004を用い、液(水)圧力を0.1MPa(大気圧基準。以下同じ)とした。

0031

この噴霧ノズル71を用いて水を噴霧して、図6に示したように噴霧口71aから100mm先の位置での噴霧径Lmmを測定し、これに基づいて噴霧角θ°を算出する。演算式は次のとおりである。
θ=2・arctan(b/a)
ここで、aは、噴霧口71aから噴霧径Lmmを測定する位置までの距離<100>であり、bは噴霧径Lmmの半分<L/2>である。

0032

次に試験内容を示す。
<試験1>噴霧ノズル71の圧搾空気圧力MPa(0.2、0.3、0.4)と巻き込み抑制手段74、ここでは図7の(a)に示す平面視円形の鍔状部74a(径φ100mm)の有無。
<試験2> 巻き込み抑制手段74、ここでは図7の(a)に示す鍔状部74aの有無と鍔状部74a(径φ100mmとφ120mm)の噴霧ノズル71の噴霧口71aを基準とした高さ。

0033

ただし、図6に示したように、噴霧口71aを有する部位の全体を露出して噴霧口71aから数mm下を「高」とし、「高」位置よりも4mm低い位置を「中」とし、「中」位置よりも8mm低い位置を「低」とする。高位置、中位置、低位置は、鍔状部74aの上面の位置である。
<試験3> 巻き込み抑制手段74、ここでは鍔状部74aの有無と鍔状部74aの径φmm(20、30、40、50、60、70、90、100、120)。
<試験4> 巻き込み抑制手段74、具体的には図7の(b)に示す鍔状部74aと、鍔状部74a(径φ100mm)における噴霧ノズル71の噴霧方向側の面の外周縁で外周を囲む短円筒形状の壁状部74bを有するものの、壁状部74bの高さhmm(15、20、30)と壁状部74bの有無。

0034

ただし、図7の(b)に示したように、壁状部74bの高さhmmは鍔状部74aの上面からの高さである。

0035

各試験の結果はつぎのとおりである。

0036

<試験1>
圧搾空気圧は、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPaの3種類で行った。鍔状部74aからなる巻き込み抑制手段74(径φ100)の噴霧口71aからの高さは「高」位置とした。

0037

その結果、表1に示したように、鍔状部74aからなる巻き込み抑制手段74なしの場合、圧搾空気圧が0.2MPaの場合には噴霧角は53°であり、0.3MPaの場合も噴霧角は53°である。0.4MPaの場合には噴霧角は狭くなり43°であった。

0038

一方、鍔状部74aからなる巻き込み抑制手段74(径φ100)を有する場合は、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPaの場合においてそれぞれ、84°、77°、77°であった。

0039

このことから、噴霧ノズル71の圧搾空気圧が小さいほど噴霧角が大きくなることと、鍔状部74aからなる巻き込み抑制手段74を備える方が噴霧角を大きくできることがわかる。ただし、圧搾空気圧を下げると噴霧量も大きくなる。

0040

<試験2>
圧搾空気圧は0.3MPaで行った。鍔状部74aからなる巻き込み抑制手段74の噴霧口71aからの高さは「高」位置とした。

0041

その結果、表2に示したように、鍔状部74aの径φが100mmの場合には、位置が「高」であると噴霧角が77°で、「中」であると61°、「低」であると53°であった。鍔状部74aの径φが120mmの場合には、位置が「高」であると噴霧角が77°、「中」、「低」となるとそれぞれ70°、61°となった。

0042

このことから、鍔状部74aからなる巻き込み抑制手段74の高さ(取り付け位置)が、噴霧ノズル71の噴霧口71aに近いほど、噴霧角が大きくなることが判る。

0043

また、試験1における結果と照らし合わせると、圧搾空気圧0.3MPaで鍔状部74aなしの場合に噴霧角が53°であって、表2の径φ100mmの鍔状部74aで取り付け位置「低」の場合の噴霧角と同じであることが判る。このことから、鍔状部74aが径φ100mmで取り付け位置が「低」の場合には噴霧角の広角化にはほとんど寄与しないと判断できる。

0044

<試験3>
圧搾空気圧は0.3MPaで、鍔状部74aの取り付け位置は「高」で行った。

0045

その結果、表3に示したように、鍔状部74aなしの場合には噴霧角が53°で、鍔状部74aの径φが20mmの場合には噴霧角が61°となった。以下同様に、径φ30mm、径φ40mm、径φ50mm、径φ60mmの場合に噴霧角は70°であり、径φ70mm、径φ90mm、径φ100mm、径φ120mmの場合に噴霧角は77°であった。

0046

このことから、少なくとも鍔状部74aの取り付け位置が「高」の場合には、鍔状部74aの径が大きいほど、噴霧角が大きくなることが判る。

0047

<試験4>
圧搾空気圧は0.3MPaで、鍔状部74aの取り付け位置は「高」で行った。

0048

その結果、表4に示したように、壁状部74bなし(h=0mm)の場合は、噴霧角が77°であって、15mmの場合には95°、20mmの場合には100°、30mmの場合にも100°であった。30mmの場合には、噴霧液が壁状部74bに衝突した結果、巻き込み抑制手段74内に液溜まりが見られた。

0049

このことから、壁状部74bを有し、壁状部74bが高い方が、噴霧角が大きくなることが判る。また、壁状部74bの高さが高くなると、噴霧液が壁状部74bに衝突して巻き込み抑制手段74内に液溜まりが発生するので、壁状部74bの高さは噴霧角を考慮して設定すると良いことも判る。

0050

以上の試験結果から、巻き込み抑制手段74によって、噴霧ノズル71の噴霧角の広角化が図れるといえる。

0051

以上のような巻き込み抑制手段74を備えた着色部17では、噴霧角の広角化がはかれるので、噴霧範囲を拡大することができ、水素炎Fの着色が広く確実に行える。このため、火炎Faを大きく見せることができるとともに、炎色濃度を向上させることもでき、図1に示したように、所望の色を放つ大きな火炎Faを得ることが可能である。

0052

しかも、水素炎Fの着色は着色液の噴霧で行うので、着色液の供給が続く限り長時間にわたって着色した燃焼状態を継続させることができる。また、多孔質体からなる発色部材を用いる場合には、固形物であるので運搬や装置に対する仕込みなども必要であるが、本発明では液体の着色液を用いるので、着色液を供給できればどこでも使用でき、取扱いが容易である。
上記試験では、空円錐状で噴霧するノズルを使用したが、扇形状充円錐状等で噴霧するノズルを使用しても良い。扇形状で噴霧するノズルの場合には、水素燃焼装置11外へ着色液を噴霧することを低減できる。また、着色液を水素炎に対してより絞った形で噴霧できることから、バーナとの位置関係により一対バーナのみ着色することもでき、空円錐状のものと異なる水素炎Fの演出を行うことができる。

0053

複数種類の着色液を備えた場合には、給液路73の切り替えだけで火炎Faの色の変更も容易である。このため、火炎Faによる演出が効果的に行える。

0054

また、噴霧ノズル71は、複数備えられたバーナ15に囲まれて設けられているうえに、噴霧ノズル71は着色液を広角に噴霧するので、この点からもバーナ15から発せられる水素炎Fを効果的に着色できる。
上記とは反対に、バーナを囲むように噴霧ノズルを配置しても良い。この場合、同種又は異なる種類の着色液を同時或は連続的に変化させることで、より多様な水素炎Fの着色を行うことができる。

0055

水素炎Fを発するバーナ15の炎口51の噴射方向に邪魔板53を備えた場合には、水素炎Fを噴霧ノズル71側に移行させて噴霧された着色液との接触を促したり、発せられる水素炎Fの動きに変化を付けたりして、所望の態様の火炎Faを得ることができる。

0056

以上の構成はこの発明を実施するための一形態であって、この発明は前述の構成のみに限定されるものではなく、その他の構成を採用することもできる。

0057

例えば巻き込み抑制手段74は、バーナ15下部からの空気の巻き込みを低減できれば壁状部74bのみで構成することもできる。壁状部74bの形状は、前述の円筒状の他、角筒状、横断面形状が略円錐、台形丸底などの他の形状にすることもできる。

0058

また、巻き込み抑制手段74の鍔状部74aは、前述のような平面視円形のほか、例えば図8に示したような様々な形状にすることができる。図8の(a)は平面視方形の鍔状部74aであり、図8の(b)は、雲形定規のように曲線で囲まれた平面視雲形の鍔状部74aである。外形を様々にするほか、図8の(c)に示したように、適宜位置細長三角形状のスリット75を有する鍔状部74aとしてもよい。スリット75を有する部位では、噴霧角の広角化が図れないので、周方向で部分的に噴霧の態様に変化を付けることができる。スリット75の位置を噴霧口71aに対応させると、濃密な噴霧になりやすい部位の希薄化を図ることもできる。

0059

バーナ15に備える邪魔板53は、すべてのバーナ15に備えるほか、部分的に備えてもよい。

0060

11…水素燃焼装置
15…バーナ
17…着色部
51…炎口
53…邪魔板
71…噴霧ノズル
71a…噴霧口
74…巻き込み抑制手段
74a…鍔状部
74b…壁状部
F…水素炎

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