JP2009063222A - Portable tubular flame burner system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バーナの内部に管状火炎(Tubular Flame)を形成するための管状火炎バーナシステムに関し、特に持ち運び可能な携帯型管状火炎バーナシステムに関する。 The present invention relates to a tubular flame burner system for forming a tubular flame inside a burner, and more particularly to a portable portable tubular flame burner system.
管状火炎は、円筒座標系の火炎素として基礎燃焼学の立場から研究されてきた。特に回転伸長場に形成される管状火炎は、利便性のある形状と、予混合気を管内に接線方向に吹き出すだけで形成できるといった簡易性から実用燃焼器への応用が進められている。 Tubular flames have been studied from the standpoint of basic combustion studies as flame elements in a cylindrical coordinate system. In particular, tubular flames formed in a rotating and extending field are being applied to practical combustors because of their convenient shape and the simplicity that they can be formed simply by blowing the premixed gas into the tube in the tangential direction.
火炎は中空の管状である。管状火炎を形成するためには、管状の内壁面を有するバーナに燃料と空気を混合した予混合気を接線方向に吹き込むか、あるいは、バーナに吹き出し口を複数用意し、燃料と空気を別々の吹き出し口から接線方向に吹き込むことが行われていた(特許文献1参照)。
しかし、管状火炎を形成するには高速で混合気を吹き出す必要があり、その付帯設備のため装置が大型化する傾向があった。具体的には、従来の管状火炎バーナシステムにおいては、高速で混合気を吹き出す必要性からコンプレッサなどの空気供給設備を必要とした。そして、「空気の供給圧」を利用して、燃料と空気の混合気をバーナ内に吹き込んでいた。空気供給設備の必要性は、管状火炎バーナシステムの大型化を招くから、実験室や工場でしか管状火炎を形成することができない。 However, in order to form a tubular flame, it is necessary to blow out the air-fuel mixture at a high speed, and there is a tendency for the apparatus to be enlarged due to the accompanying facilities. Specifically, in the conventional tubular flame burner system, an air supply facility such as a compressor is required because of the necessity of blowing the air-fuel mixture at a high speed. Then, the fuel / air mixture was blown into the burner using the “air supply pressure”. The necessity of the air supply equipment leads to an increase in the size of the tubular flame burner system, so that the tubular flame can be formed only in a laboratory or a factory.
そこで本発明は、管状火炎をより身近なものにすべく、空気供給設備を必要とせず、持ち運び可能な携帯型管状火炎バーナシステムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a portable tubular flame burner system that can be carried without requiring an air supply facility in order to make the tubular flame more familiar.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、液化した燃料を貯蔵するボンベと、管状の内壁面を有し、内部に管状火炎を形成するためのバーナと、蒸発した気体燃料の噴流を作り、噴流の負圧を利用して空気を吸い込み、管状火炎を形成できるように気体燃料と空気を混合する混合気形成装置と、前記バーナの内壁面に沿って混合気を吹き出し、前記バーナ内に混合気の旋回流れをつくる吹き出し部と、前記混合気に着火する着火装置と、を備える携帯型管状火炎バーナシステムである。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 is a cylinder for storing liquefied fuel, a burner having a tubular inner wall surface for forming a tubular flame, and vaporized gaseous fuel. An air-fuel mixture forming device that mixes gaseous fuel and air so as to form a tubular flame, and blows out air-fuel mixture along the inner wall surface of the burner, It is a portable tubular flame burner system comprising a blow-out unit that creates a swirling flow of an air-fuel mixture in the burner and an ignition device that ignites the air-fuel mixture.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の携帯型管状火炎バーナシステムにおいて、前記混合気形成装置は、理論混合気よりも濃い濃度に気体燃料と空気を混合することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the portable tubular flame burner system according to the first aspect, the air-fuel mixture forming device mixes gaseous fuel and air at a concentration higher than the theoretical air-fuel mixture. .
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の携帯型管状火炎バーナシステムにおいて、前記吹き出し部は、バーナの周方向に位置をずらして複数設けられることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the portable tubular flame burner system according to the first or second aspect of the present invention, a plurality of the blowing portions are provided with their positions shifted in the circumferential direction of the burner.
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の携帯型管状火炎バーナシステムにおいて、前記吹き出し部は、バーナの軸線方向に位置をずらして複数設けられることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the portable tubular flame burner system according to any one of the first to third aspects, a plurality of the blowing portions are provided at different positions in the axial direction of the burner. .
請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の携帯型管状火炎バーナシステムにおいて、前記バーナの内部の管状火炎を視認できるように、前記バーナが透明な材料を含むことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the portable tubular flame burner system according to any one of the first to fourth aspects, the burner includes a transparent material so that the tubular flame inside the burner can be visually recognized. It is characterized by.
請求項6に記載の発明は、請求項1ないし5のいずれかに記載の携帯型管状火炎バーナシステムにおいて、前記バーナの内径が、直径10mm以下の円筒状又は径10mm以下の多角形状であることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the portable tubular flame burner system according to any one of claims 1 to 5, wherein the inner diameter of the burner is a cylindrical shape having a diameter of 10 mm or less or a polygonal shape having a diameter of 10 mm or less. It is characterized by.
請求項7に記載の発明は、請求項1ないし6のいずれかに記載の携帯型管状火炎バーナシステムにおいて、前記バーナの内壁面は、軸線方向の一端が開放されると共に、軸線方向の他端が閉鎖され、前記着火装置は、バーナの軸方向において、前記吹き出し部と閉鎖された端面との間で、前記混合気に着火することを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is the portable tubular flame burner system according to any one of the first to sixth aspects, wherein the inner wall surface of the burner is open at one end in the axial direction and at the other end in the axial direction. Is closed, and the ignition device ignites the air-fuel mixture between the blowing portion and the closed end surface in the axial direction of the burner.
本発明によれば、「燃料の蒸気圧」を利用し、管状火炎に適した量の空気を取り込んで、燃料及び空気の混合気をバーナ内に吹き出す。管状火炎を形成するにあたり必要とされてきた空気供給設備を不要とした結果、容易に持ち運び可能な携帯型管状火炎バーナを製作することが可能になる。 According to the present invention, the “fuel vapor pressure” is used to take in an amount of air suitable for the tubular flame and blow out the fuel / air mixture into the burner. As a result of eliminating the need for air supply equipment that has been required to form a tubular flame, it is possible to produce a portable tubular flame burner that is easily portable.
管状という利便性のある形状の火炎が作れるだけでなく、ハンディ、且つ、上向き下向きに無関係に(強遠心力場中に)火炎が安定に形成できるので、パイロットフレーム、トーチフレーム、微細加工作業、それに観賞用炎、として多方面での用途が期待できる。 Not only can you make a flame with a convenient shape like a tube, but you can form a flame stably (in a strong centrifugal force field) regardless of whether it is handy or upward, downward, pilot frame, torch frame, microfabrication work, In addition, it can be used in various fields as an ornamental flame.
この管状火炎には、理論混合気よりも燃料過剰側で小さな直径の火炎が形成できるという特異性がある。 This tubular flame has the peculiarity that a flame having a small diameter can be formed on the fuel excess side of the theoretical mixture.
さらに、直径10mm以下の円筒状のバーナを用いるならば、直径2mm以下の火炎を形成することも可能になる。従来、直径2mm程度の火炎を形成することは困難であり、直径1mm程度の火炎は世界的にも形成されていなかった。 Furthermore, if a cylindrical burner having a diameter of 10 mm or less is used, a flame having a diameter of 2 mm or less can be formed. Conventionally, it is difficult to form a flame having a diameter of about 2 mm, and a flame having a diameter of about 1 mm has not been formed worldwide.
以下添付図面に基づいて、本発明の管状火炎バーナシステムの一実施形態を説明する。図1は、管状火炎バーナシステムの概略構成図を示す。ボンベ1には、プロパン、ブタン、又はプロパンとブタンの混合ガスの燃料が加圧・液化されている。ボンベ1の燃料開閉用のつまみ2をひねり、着火装置で火をつければ、管状のバーナ3内に管状火炎を形成することができる。 An embodiment of the tubular flame burner system of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a schematic block diagram of a tubular flame burner system. The cylinder 1 is pressurized and liquefied with propane, butane, or a mixed gas fuel of propane and butane. A tubular flame can be formed in the tubular burner 3 by twisting the fuel opening / closing knob 2 of the cylinder 1 and igniting it with an ignition device.
まず、管状火炎の幾何学的な特徴を説明する。図2は、バーナ3内に形成される管状火炎4を示す。バーナ3は管状の内壁面を有する。バーナ3の軸方向の一端は閉鎖され、多端は開放されている。バーナ3の接線方向に吹き出された混合気は、管状火炎4の中に移動し、燃焼する。バーナ3内には旋回流れが形成されるので、遠心力によって、燃焼前の重いガスがバーナ3の周囲に、燃焼後の軽いガスがバーナ3の中央に同心円状に分離される。そして、燃焼後のホットな軽いガスは、バーナ3の軸方向に排出される。 First, the geometric features of the tubular flame will be described. FIG. 2 shows a tubular flame 4 formed in the burner 3. The burner 3 has a tubular inner wall surface. One end of the burner 3 in the axial direction is closed and the other end is open. The air-fuel mixture blown in the tangential direction of the burner 3 moves into the tubular flame 4 and burns. Since a swirl flow is formed in the burner 3, the heavy gas before combustion is separated around the burner 3 by the centrifugal force, and the light gas after combustion is concentrically separated at the center of the burner 3. The hot light gas after combustion is discharged in the axial direction of the burner 3.
混合気の流線5は、火炎面に垂直な成分5aと、火炎面の接線方向の成分5bとに分けられる。火炎面の垂直方向の流速と燃焼速度がつりあって、バーナ3内の一定の位置に管状火炎4が形成される。 The streamline 5 of the air-fuel mixture is divided into a component 5a perpendicular to the flame surface and a component 5b in the tangential direction of the flame surface. The tubular flame 4 is formed at a fixed position in the burner 3 by balancing the flow velocity in the vertical direction of the flame surface and the combustion speed.
携帯型管状火炎バーナシステムの開発にあたって、バーナ径10mm以下の場合の管状火炎の形成限界や火炎直径、火炎長さを基礎的に調べ、次に、この火炎形成に適した燃料・空気混合気を燃料ジェットの負圧を利用して形成させるための装置を製作し、最後に、これを実際のバーナに装着して携帯型管状火炎バーナとしての成否を確認した。以下に実験装置、火炎外観、火炎形成限界、混合気形成装置、バーナ、着火装置、携帯型管状火炎バーナシステムとしての成否について順番に説明する。 In developing a portable tubular flame burner system, the formation limit, flame diameter, and flame length of a tubular flame with a burner diameter of 10 mm or less are fundamentally investigated, and then a fuel / air mixture suitable for this flame formation is determined. An apparatus for forming the fuel jet by using the negative pressure of the fuel jet was manufactured. Finally, the apparatus was attached to an actual burner to confirm the success or failure as a portable tubular flame burner. The success or failure of the experimental device, flame appearance, flame formation limit, mixture formation device, burner, ignition device, and portable tubular flame burner system will be described in order.
[実験装置]
図3は、基礎実験のための装置の概略を示す。バーナ内径としては、耐熱硬質ガラス管の規格に合わせて、10,7.6,6,4mmの4種類を採用した。耐熱硬質ガラス管の長さは100mmで一定とした。一方、混合気を接線方向に吹き出すために、接線方向に直径1.5mmの吹き出し孔を対称位置に2箇所取り付けて吹き出し部とした。この吹き出し部の下端には、石英ガラスの窓を設け、内部に形成される火炎を下方および側面より観察できるようにした。吹き出し部下端からパイレックス(登録商標)管出口までの長さは、107.5mmである。
[Experimental device]
FIG. 3 shows an outline of an apparatus for basic experiments. As the inner diameter of the burner, four types of 10, 7.6, 6, and 4 mm were adopted according to the standard of the heat-resistant hard glass tube. The length of the heat-resistant hard glass tube was constant at 100 mm. On the other hand, in order to blow out the air-fuel mixture in the tangential direction, two blowing holes having a diameter of 1.5 mm in the tangential direction were attached at two symmetrical positions to form a blowing portion. A quartz glass window was provided at the lower end of the blowing portion so that the flame formed inside could be observed from below and from the side. The length from the lower end of the blowing portion to the Pyrex (registered trademark) tube outlet is 107.5 mm.
携帯型バーナで使用する燃料としては、カセットボンベに充填されているプロパン、ブタン、あるいは、ブタンとプロパンの混合燃料を想定する。そこで、基礎実験には、実験データが豊富なプロパンを用いることにした。空気およびプロパンは、それぞれ、コンプレッサ6、ボンベ7より供給され、流量測定用オリフィス8a,8bおよび流量調節バルブ9a,9bを経た後に混合され、バーナ3に供給される。 As the fuel used in the portable burner, propane, butane, or a mixed fuel of butane and propane filled in a cassette cylinder is assumed. Therefore, we decided to use propane with abundant experimental data for basic experiments. Air and propane are respectively supplied from the compressor 6 and the cylinder 7, mixed through the flow rate measuring orifices 8 a and 8 b and the flow rate adjusting valves 9 a and 9 b, and supplied to the burner 3.
[火炎外観]
適当な組み合わせの空気流量・燃料流量に対し、バーナ3内に管状火炎が形成される。バーナ3の外観、および、水平方向・下方から撮影した火炎の外観を図4に示す。理論混合気(図4(b))では火炎は短いが、当量比をより希薄あるいは過濃にしていくと火炎直径は減少し、また、火炎が長くなる。若干不安定な領域を経た後、さらに混合気を希薄あるいは過濃とすると、火炎はバーナ根元から吹き飛んで消炎する。
[Flame appearance]
A tubular flame is formed in the burner 3 for an appropriate combination of air flow and fuel flow. FIG. 4 shows the appearance of the burner 3 and the appearance of a flame photographed from the horizontal direction and from below. In the theoretical mixture (FIG. 4 (b)), the flame is short, but as the equivalence ratio becomes more lean or rich, the flame diameter decreases and the flame becomes longer. After passing through a slightly unstable region, if the air-fuel mixture is made leaner or richer, the flame blows off from the burner root and extinguishes.
[火炎形成限界]
内径10mmのバーナを用い、系統的に空気流量と燃料流量を変化させ求めた火炎形成限界を図5に示す。希薄・過濃可燃限界近くの燃料濃度まで管状火炎が形成されることがわかる。
[Flame formation limit]
FIG. 5 shows the flame formation limit obtained by systematically changing the air flow rate and the fuel flow rate using a burner having an inner diameter of 10 mm. It can be seen that the tubular flame is formed to a fuel concentration close to the lean / super-rich flammability limit.
参考に、空気流量を53.4ml/Sと一定に保ちつつ燃料流量を減少または増加させて求めた火炎直径の変化を図6に示す。希薄にしていった場合は、火炎直径はさほど変化せず消炎するが、過濃にしていくと火炎直径は徐々に減少し、この場合は、約4.5mmで消炎する。プロパン・空気混合気で、希薄側では火炎直径が小さくなれないのに対し、過濃側では小さくなれるのは、いわゆる不足成分のルイス数効果により、以前観察された結果と一致する。 For reference, FIG. 6 shows changes in flame diameter obtained by decreasing or increasing the fuel flow rate while keeping the air flow rate constant at 53.4 ml / S. When diluting, the flame diameter does not change so much and extinguishes. However, when it becomes excessive, the flame diameter gradually decreases. In this case, the flame extinguishes at about 4.5 mm. In the propane / air mixture, the flame diameter cannot be reduced on the lean side, whereas it can be reduced on the rich side, which is consistent with the previously observed result due to the Lewis number effect of the so-called insufficient component.
さて、バーナ内径が4mmと小さくなった場合の火炎形成限界を求めた結果を図7に示す。火炎は希薄混合気ではほとんど形成されず、理論混合気の燃料濃度Ω=4%よりも燃料過濃側で形成される。しかし、過濃可燃限界である燃料濃度9.5%よりかなり小さい燃料濃度約7%以下でないと火炎が形成できないことがわかる。 FIG. 7 shows the result of obtaining the flame formation limit when the burner inner diameter is reduced to 4 mm. The flame is hardly formed in the lean air-fuel mixture, and is formed on the fuel rich side with respect to the fuel concentration Ω = 4% of the theoretical air-fuel mixture. However, it can be seen that a flame cannot be formed unless the fuel concentration is approximately 7% or less, which is considerably lower than the fuel concentration of 9.5%, which is the overrich combustible limit.
以上の結果より、内径が10mmのバーナにおいてはプロパンの可燃範囲のほぼ全域で燃焼が可能であるが、内径が4mmのバーナにおいては、可燃範囲は狭く、燃料過濃側の4〜7%の燃料濃度で管状火炎が形成可能であることがわかった。管状火炎の特性として、燃焼後のホットガスの外周側に未燃ガスが存在し、ホットガスが直接バーナの壁面に触れることがないことが挙げられる。断熱性がよく、熱損失が少ないので、内径が4mm以下のバーナにも火炎を形成しても、熱損失によって消炎に至ることがない。 From the above results, the burner with an inner diameter of 10 mm can be combusted in almost the entire flammable range of propane. However, in the burner with an inner diameter of 4 mm, the flammable range is narrow and 4 to 7% on the fuel rich side. It was found that a tubular flame can be formed at the fuel concentration. As a characteristic of the tubular flame, unburned gas exists on the outer peripheral side of the hot gas after combustion, and the hot gas does not directly touch the wall surface of the burner. Since heat insulation is good and heat loss is small, even if a flame is formed on a burner having an inner diameter of 4 mm or less, the heat loss does not lead to extinction.
[混合気形成装置]
図8は混合気形成装置の外観図を示し、図9は断面図を示す。携帯型管状火炎バーナでは、カセットボンベ1に充填された液体燃料を用い、空気の導入には、燃料の噴流の負圧を利用する。そこで、例えば内径1mmのパイプ11内にオリフィス板12を挿入し,そこを通過させることで燃料の噴流を作り、一方、オリフィス板12下流に適当な大きさの空気導入孔13を設けて空気を吸い込み、もって、管状火炎形成に適した可燃性混合気を作った。すなわち、燃料は混合気形成装置14へ一定の圧力で供給され、フィルタ15を通過し、オリフィス板12より噴出する。このとき、流れの圧力が低下し、オリフィス12直後に設けられた空気が引き込まれる。その後、燃料と空気は自然に混合されてバーナ3内へと噴出される。
[Air-fuel mixture forming device]
FIG. 8 shows an external view of the air-fuel mixture forming apparatus, and FIG. 9 shows a cross-sectional view. In the portable tubular flame burner, liquid fuel filled in the cassette cylinder 1 is used, and the negative pressure of the jet of fuel is used for introducing air. Therefore, for example, an orifice plate 12 is inserted into a pipe 11 having an inner diameter of 1 mm and passed therethrough to create a fuel jet. On the other hand, an air introduction hole 13 of an appropriate size is provided downstream of the orifice plate 12 to supply air. Inhaled to create a flammable mixture suitable for tubular flame formation. That is, the fuel is supplied to the air-fuel mixture forming device 14 at a constant pressure, passes through the filter 15, and is ejected from the orifice plate 12. At this time, the pressure of the flow decreases, and the air provided immediately after the orifice 12 is drawn. Thereafter, the fuel and air are naturally mixed and ejected into the burner 3.
プロパンを用いた場合の結果の一例を図10に示す。なお、この混合気形成装置をバーナに取り付けた場合、バーナ径により圧力抵抗が変わるので、実際に10,7.6,6,4mmのバーナに取り付けた状態で、プロパンの供給圧力を変化させ、空気導入孔13を塞いで燃料のみを吹き出した場合、空気導入孔13を開けて空気を引き込んだ場合の双方についてバーナ出口におけるそれぞれの流量を石鹸膜流量計で測定し、総流量と燃料濃度を求めた。また、参考に、図10には、内径10mmおよび4mmのバーナについて求められた火炎形成限界を示す。 An example of the results when propane is used is shown in FIG. When this air-fuel mixture forming device is attached to the burner, the pressure resistance changes depending on the burner diameter, so the propane supply pressure is actually changed while attached to a 10, 7.6, 6, 4 mm burner, When the air introduction hole 13 is closed and only fuel is blown out, the flow rate at the burner outlet is measured with a soap film flow meter in both cases where the air introduction hole 13 is opened and air is drawn in, and the total flow rate and fuel concentration are determined. Asked. For reference, FIG. 10 shows the flame formation limits determined for burners having an inner diameter of 10 mm and 4 mm.
[バーナ]
バーナ3には、(1)単吸い込みバーナ、(2)垂直3吸い込みバーナ及び水平3吸い込みバーナ、(3)水平2吸い込みバーナを用意した。
[Burner]
For burner 3, (1) single suction burner, (2) vertical 3 suction burner and horizontal 3 suction burner, and (3) horizontal 2 suction burner were prepared.
(1) 単吸い込みバーナ
図11に示されるように、混合気の吹き出し部である吹き出し孔3aが一箇所のバーナ3である。火炎の構造をバーナ側面より観察するため、バーナ上部をガラス管で製作し、火炎の断面構造を観察するためにバーナ下部をガラス円盤で製作した。バーナ3の内壁面は、一端が閉鎖された円筒形状である。
(1) Single Suction Burner As shown in FIG. 11, a blowout hole 3 a that is a blowout portion of the air-fuel mixture is a single burner 3. In order to observe the flame structure from the side of the burner, the upper part of the burner was made of a glass tube, and to observe the cross-sectional structure of the flame, the lower part of the burner was made of a glass disk. The inner wall surface of the burner 3 has a cylindrical shape with one end closed.
この単吸い込みバーナに管状火炎を形成したところ、火炎断面がひずんだ円形であり、火炎に明るさのむらがあることが見て取れた。火炎断面のひずみは試作バーナの場合と同様に吹き出し孔3aが一箇所であるためにバーナ内部の流れの軸対称性が悪いことや、混合気の量が少ないために未燃の混合気の流路が狭くなったことなどが原因と考えられる。また、火炎のむらは吹き出し孔3aからバーナ出口3bへ混合気が螺旋状に流れることが予想されるため、その流れる軌跡に沿って火炎の明るい部分が存在していると考えられる。従来の予混合気を使用する管状火炎バーナにおいて、火炎に明るさのむらが観察されることは稀であるが、これはそのほとんどが混合気をスリットから供給するため、スリットからバーナ出口まで混合気が螺旋状に流れたとしても混合気が供給されにくい場所が生じにくいためであると考えられる。 When a tubular flame was formed on this single suction burner, it was found that the flame cross-section was distorted and the flame had uneven brightness. As in the case of the prototype burner, the distortion of the flame cross section has only one blowing hole 3a, so the axial symmetry of the flow inside the burner is poor, and the amount of air-fuel mixture is small, so the flow of unburned air-fuel mixture This may be due to the narrow road. Further, since it is expected that the air-fuel mixture flows spirally from the blowout hole 3a to the burner outlet 3b, it is considered that there is a bright portion of the flame along the flowing locus. In a tubular flame burner using a conventional premixed gas, it is rare that uneven brightness is observed in the flame. However, since most of the air is supplied from the slit, the mixed gas is supplied from the slit to the burner outlet. This is considered to be because a place where the air-fuel mixture is difficult to be supplied is less likely to occur even if the gas flows spirally.
(2) 垂直3吸い込みバーナ及び水平3吸い込みバーナ
単吸い込みバーナにおいては、バーナ内の流れの軸対称性の悪さや予混合気が供給されにくい場所が存在することなどの問題点が発見された。そこで、これらの問題点を解決するために、バーナ3内に混合気を供給する吹き出し孔3aを3箇所設けたバーナを製作した。このとき、吹き出し孔3aの配置を二種類考え、一つは供給する位置を縦方向にずらせて配置する垂直3吸い込みバーナと、供給する位置を水平面内で周方向に120度ごとに設置した水平3吸い込みバーナをそれぞれ製作した。図12及び図13にこれらのバーナの概要を示す。なお、これらのバーナは混合気形成装置を3箇所に用いているため、単吸い込みバーナと比べ燃料流量が3倍になっている。
(2) Vertical 3-suction burner and horizontal 3-suction burner In the single-suction burner, problems such as poor axial symmetry of the flow in the burner and the location where premixed gas is difficult to be supplied were discovered. Therefore, in order to solve these problems, a burner having three blowing holes 3a for supplying air-fuel mixture into the burner 3 was manufactured. At this time, two types of arrangement of the blowout holes 3a are considered, one is a vertical three suction burner arranged by shifting the supply position in the vertical direction, and a horizontal position in which the supply position is installed every 120 degrees in the circumferential direction in the horizontal plane. Three suction burners were produced. 12 and 13 show an outline of these burners. Since these burners use the air-fuel mixture forming device at three locations, the fuel flow rate is three times that of the single suction burner.
垂直3吸い込みバーナに火炎を形成したところ、単吸い込みバーナの火炎と比較すると、火炎長さが伸びていることがわかった。また、火炎断面は円に近づいていることも見て取れる。火炎長さは、単吸い込みバーナの場合に比べてバーナ3に供給される混合気の量が増加したために長くなったと考えられる。一方、火炎断面は混合気流量の増加によって火炎の周囲を十分な未燃の混合気が包み込む構造となったため、混合気の流れが軸対称に近づいてひずみが小さくなったと考えられる。火炎中の明るさのむらは、単吸い込みの場合と比較すると、少なくなっていた。これは、吹き出し孔3aが3箇所になったことで、バーナ3内で混合気がより均一に供給されたためであると考えられる。 When a flame was formed in the vertical three-suction burner, it was found that the flame length was longer than that of the single-suction burner. It can also be seen that the flame cross section is approaching a circle. It is considered that the flame length became longer because the amount of the air-fuel mixture supplied to the burner 3 was increased as compared with the case of the single suction burner. On the other hand, the flame cross-section has a structure in which a sufficient amount of unburned air-fuel mixture is wrapped around the flame by increasing the flow rate of the air-fuel mixture. Therefore, it is considered that the flow of the air-fuel mixture approaches axial symmetry and the strain is reduced. The brightness unevenness in the flame was reduced compared to the case of single suction. This is considered to be because the air-fuel mixture was supplied more uniformly in the burner 3 due to the three blowout holes 3a.
水平3吸い込みバーナにおいては、火炎がバーナ中心軸に対して非常に良い対称性を有していた。また、火炎のむらも少なく、均質な火炎であることも見て取れた。これは、混合気を吹き込む位置がバーナの軸に対してより対称な位置に配置してあるために、バーナ3内に形成される混合気の流れがより軸対称に近づいたためであると考えられる。 In the horizontal 3 suction burner, the flame had very good symmetry with respect to the burner central axis. In addition, it was found that there was little unevenness in the flame and it was a homogeneous flame. This is considered to be because the flow of the air-fuel mixture formed in the burner 3 is closer to the axial symmetry because the position where the air-fuel mixture is blown is arranged at a position more symmetrical with respect to the axis of the burner. .
火炎のむらは、バーナ3内において混合気の供給量にむらがあるために生じていると考えられるが、混合気がバーナ内において供給されやすい場所は、バーナ3内に吹き出し孔3aから燃料を供給した際にバーナ円周方向の速度が最大になるところであると予想され、その位置は、図14に示すように螺旋構造をとっていることが予想される。この螺旋構造は、バーナのスワール数や燃焼時の体積膨張などの影響を受けるために一意的には定めることができないが、おおよそ単吸い込みバーナを(a),垂直3吸い込みバーナを(b),水平3吸い込みバーナを(c)として予想したものである。この図14より、十分な混合気が火炎を包み込む構造であれば、混合気を最も均一に近い状態でバーナ内に供給するためには、図(c)の構造が優れていることが予想される。 It is considered that the unevenness of the flame is caused by the uneven supply amount of the air-fuel mixture in the burner 3. However, in the place where the air-fuel mixture is easily supplied in the burner, the fuel is supplied into the burner 3 from the blowing holes 3 a. In this case, the speed in the circumferential direction of the burner is expected to be maximized, and the position is expected to have a spiral structure as shown in FIG. Although this spiral structure cannot be uniquely determined due to the influence of the swirl number of the burner and the volume expansion during combustion, the single suction burner is approximately (a), the vertical three suction burner is (b), The horizontal 3 suction burner is assumed as (c). From FIG. 14, it is expected that the structure of FIG. (C) is excellent in order to supply the air-fuel mixture into the burner in the most uniform state if the air-fuel mixture wraps the flame. The
(3) 水平2吸い込みバーナ
混合気吹き出し孔の位置を図14(c)に示す水平位置に配置することが、火炎のむらを低減できることが明らかになったが、水平3吸い込みバーナは3方向から混合気を供給する必要があるために小型化に対して不利であるということができる。そこで、図15に示されるように、混合気吹き出し孔3aを水平の2方向に設置した水平2吸い込みバーナを製作した。このことにより、奥行き方向の大きさの削減が容易になるものと思われる。
(3) Horizontal 2-suction burner It has been clarified that the unevenness of the flame can be reduced by placing the air-fuel mixture outlet at the horizontal position shown in Fig. 14 (c). It can be said that it is disadvantageous for miniaturization because it is necessary to supply air. Therefore, as shown in FIG. 15, a horizontal two-suction burner in which the air-fuel mixture blowing holes 3a are installed in two horizontal directions was manufactured. This seems to facilitate the reduction of the size in the depth direction.
[着火装置]
着火装置には、圧電着火装置又はイグナイタが用いられる。圧電着火装置は、衝撃ひずみを与えると高圧電気を発生する圧電素子を利用している。圧電素子には、超電性、耐久性に優れている、例えば、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、ニオブ酸マグネシウム酸鉛などの三元系圧電磁器、水晶、ロッシェル円を用いることができる。イグナイタは、バーナ内に挿入される電極の電気スパークを利用する。この他にも、発火石とヤスリをこすり合わせ、その時に生じる火花を混合気に着火してもよい。
[Ignition device]
A piezoelectric ignition device or an igniter is used as the ignition device. Piezoelectric ignition devices use piezoelectric elements that generate high-voltage electricity when subjected to impact strain. As the piezoelectric element, for example, ternary piezoelectric ceramics such as lead titanate, lead zirconate, lead niobate, etc., quartz, and Rochelle circle, which are excellent in superelectricity and durability, can be used. The igniter utilizes an electrical spark of an electrode inserted into the burner. In addition to this, the ignition stone and the file may be rubbed together, and the spark generated at that time may be ignited in the air-fuel mixture.
着火装置は、バーナの軸方向における、吹き出し部と燃焼室の閉鎖された端面との間で、混合気に着火する。バーナ内径が10,7.6,6mmまでは、バーナの上部で着火しても火炎がバーナの内部に入っていく。しかし、バーナ内径が4mmのときは、火炎がバーナの内部に入っていくことができない。バーナの軸方向における混合気の流速が速くなるからである。着火装置が着火する位置(着火装置が火花を形成する位置)は、吹き出し部と同一平面上であるか、わずかに下側が望ましい。 The ignition device ignites the air-fuel mixture between the blowing portion and the closed end face of the combustion chamber in the axial direction of the burner. If the inner diameter of the burner is up to 10, 7.6, 6 mm, the flame will enter the burner even if ignited at the upper part of the burner. However, when the burner inner diameter is 4 mm, the flame cannot enter the burner. This is because the flow rate of the air-fuel mixture in the axial direction of the burner increases. The position where the ignition device ignites (the position where the ignition device forms a spark) is preferably on the same plane as the blowing portion or slightly below.
[携帯型管状火炎バーナシステムとしての成否]
実際に混合気形成装置をバーナに取り付け、ブタンのカセットボンベから燃料を供給したときに形成される火炎の写真を図16に示す。上側はバーナ側面より、下側は鏡を介してバーナ下方より撮影した火炎写真である。内径10,7.6,6mmのバーナでは、出口で着火すると火炎が上流端まで伝播して火炎が形成される。一方、内径4mmのバーナでは、火炎は上流端まで伝播できないが、ガラス管長を半分にすると火炎は上流端まで伝播し、安定な管状火炎をえることができた。図より、バーナ内径の減少に伴って火炎長さが増加している。これは、バーナに供給している混合気の流量がほぼ等しいために、内径の小さいバーナでは同じ火炎面積を得るために軸方向の火炎長さが増加したためと考えられる。
[Success or failure as a portable tubular flame burner system]
FIG. 16 shows a photograph of a flame formed when the air-fuel mixture forming apparatus is actually attached to the burner and fuel is supplied from a butane cassette cylinder. The upper photo is from the side of the burner, and the lower photo is a flame photograph taken from below the burner through a mirror. In a burner having an inner diameter of 10, 7.6, and 6 mm, when ignited at the outlet, the flame propagates to the upstream end to form a flame. On the other hand, in the burner having an inner diameter of 4 mm, the flame cannot propagate to the upstream end, but when the glass tube length is halved, the flame propagates to the upstream end and a stable tubular flame can be obtained. From the figure, the flame length increases as the burner inner diameter decreases. This is probably because the flow rate of the air-fuel mixture supplied to the burner is almost equal, and the burner with a small inner diameter has an increased flame length in the axial direction in order to obtain the same flame area.
なお、本発明は上記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更できる。例えば、バーナの内壁面の形状は、円筒に限られることはなく、八角形、六角形、四角形、三角形などの多角形でもよい。多角形の径が10mm以下とは、多角形の一辺からこの一辺に対している辺又は角までの距離が10mm以下のことをいう。実験により、四角形以上のときにも管状の火炎を形成することができた。 In addition, this invention is not restricted to the said embodiment, In the range which does not change the summary of this invention, it can change variously. For example, the shape of the inner wall surface of the burner is not limited to a cylinder, but may be a polygon such as an octagon, a hexagon, a quadrangle, or a triangle. The polygon having a diameter of 10 mm or less means that the distance from one side of the polygon to the side or corner with respect to the one side is 10 mm or less. Through experiments, it was possible to form a tubular flame even when it was a square or larger.
管内での燃焼になり、風等の外乱の影響で消炎することが無いことから、本発明の携帯型管状火炎システムは、屋外で使用されるライタ等の着火装置、登山やキャンプで使用されるカセットコンロやカセットバーナに適用できる。ライタに適用する場合には、手持ち可能なケース内にボンベ、バーナ、混合気形成装置、着火装置をコンパクトに収容するレイアウト設計をすればよい。また、これらの携帯型管状火炎システムの重量は、携帯可能なようにボンベまで入れて500g以下が望ましい。 The portable tubular flame system of the present invention is used in an ignition device such as a writer used outdoors, mountain climbing or camping because it is burned in the pipe and does not extinguish due to the influence of disturbance such as wind. Applicable to cassette stoves and cassette burners. When applied to a writer, a layout design that compactly accommodates a cylinder, a burner, an air-fuel mixture forming device, and an ignition device in a hand-held case may be used. In addition, the weight of these portable tubular flame systems is preferably 500 g or less in a cylinder so that they can be carried.
1…ボンベ
3…バーナ
3a…吹き出し孔(吹き出し部)
4…管状火炎
14…混合気形成装置
1 ... cylinder 3 ... burner 3a ... blowing hole (blowing part)
4 ... Tube flame 14 ... Air-fuel mixture forming device
Claims (7)
管状の内壁面を有し、内部に管状火炎を形成するためのバーナと、
蒸発した気体燃料の噴流を作り、噴流の負圧を利用して空気を吸い込み、管状火炎を形成できるように気体燃料と空気を混合する混合気形成装置と、
前記バーナの内壁面に沿って混合気を吹き出し、前記バーナ内に混合気の旋回流れをつくる吹き出し部と、
前記混合気に着火する着火装置と、
を備える携帯型管状火炎バーナシステム。 A cylinder for storing liquefied fuel;
A burner having a tubular inner wall and forming a tubular flame inside;
An air-fuel mixture forming device that creates a jet of vaporized gaseous fuel, sucks air using the negative pressure of the jet, and mixes gaseous fuel and air so that a tubular flame can be formed;
A blowout part that blows out the air-fuel mixture along the inner wall surface of the burner, and creates a swirling flow of the air-fuel mixture in the burner;
An ignition device for igniting the air-fuel mixture;
A portable tubular flame burner system comprising:
前記着火装置は、バーナの軸方向において、前記吹き出し部と閉鎖された端面との間で、前記混合気に着火することを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の携帯型管状火炎バーナシステム。
The inner wall surface of the burner is open at one end in the axial direction and closed at the other end in the axial direction.
7. The portable tubular flame according to claim 1, wherein the ignition device ignites the air-fuel mixture between the blowing portion and the closed end surface in the axial direction of the burner. Burner system.
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