JP2022061667A - ガス切断火口 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料ガスと予熱酸素を効果的に混合させることができるガス切断火口を提供する。【解決手段】火口Ａは、中心に配置された切断酸素噴射口１１と、切断酸素噴射口と同心上で周囲に複数配置された燃料ガス噴射口１２を有するガス噴射ノズル１と、切断酸素噴射口と同心上で周囲に形成された予熱酸素噴射口１３を有するカバー２と、を有し、ガス噴射ノズルは、切断酸素噴射口が配置された第１端面１ｃと、燃料ガス噴射口が配置された第２端面１ｄと、を有し、第１端面１ｃとカバーの端面２ｂとが略同一平面内に配置されると共に、第１端面とカバーの端面を含む平面と第２端面との間に環状溝４が形成され、予熱酸素噴射口は、環状溝４に連通しカバーの先端側内周面と第２端面の外周面とによって形成された環状噴射口と、環状噴射口及び環状溝に連通しカバーの先端側内周面に形成された複数のスリット１３ｃとを有して構成される。【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料ガスと予熱用酸素を混合させる領域が燃料ガス噴射口の外部であるにも関わらず良好な予熱炎を形成し得るようにしたガス切断火口に関するものである。

ガス切断は、燃料ガスと予熱酸素を混合させて燃焼させた予熱炎によって被切断材を予熱し、予熱された被切断材に切断酸素を噴射して母材を燃焼させると共に切断酸素の噴射エネルギーによって溶融金属や酸化生成物を母材から排除することで行われる。燃料ガスとしては、アセチレンガス、液化石油ガス、天然ガス、エチレンガス、水素ガスなどが利用されている。

燃料ガスと予熱酸素を混合させる代表的な方式としては、ガス切断火口を取り付けるトーチの内部で混合させた混合ガスを、トーチに取り付けたガス切断火口に供給するトーチミキシング方式がある。また、ガス切断火口に対し燃料ガスと予熱酸素を夫々独立させた経路で供給して該ガス切断火口の内部で混合させるチップミキシング方式がある。これらの混合方式に対応するガス切断火口は、中心に切断酸素噴射口が配置され、この切断酸素噴射口の周囲に環状又は複数のスリット或いは複数の孔からなる混合ガス噴射口が配置されている。そして、混合ガス噴射口から噴射した燃料ガスと予熱酸素との混合ガスに点火して予熱炎を形成することで被切断材を予熱する。

上記混合方式を採用したガス切断火口では、該ガス切断火口の内部を燃料ガスと予熱酸素の混合ガスが流通するため、該ガス切断火口の内部で混合ガスが燃焼するいわゆる逆火現象が生じる虞があり、この場合、切断が中断することになる。このため、燃料ガス通路と予熱酸素通路を夫々独立して形成しておき、これらの通路に対し個別に燃料ガス、予熱酸素を供給し得るように構成したアウトミキシング方式或いはポストミキシング方式と呼ばれる混合方式を採用したガス切断火口が提供されている。

アウトミキシング方式或いはポストミキシング方式のガス切断火口では、燃料ガス通路から噴射した燃料ガスに予熱酸素通路から噴射した予熱酸素を混合させて燃焼させることで予熱炎を形成するように構成されている。このような混合方式を採用したガス切断火口では、燃料ガスと予熱酸素との混合を予め火口内部で行うものではないため、逆火を起こす虞がない。しかし、被切断材に対する予熱時間が長くなってしまうという問題が生じている。このような問題を解決するために、特許文献１に記載されたポストミキシング火口が提案されている。

このポストミックス火口は、燃料ガスと一部の予熱酸素を火口の先端部に形成されたリング溝に噴射させて混合させるようにしたものである。即ち、内部火口（３）先端の小径部（１２）と外部火口（４）先端の縮径部（４０）との間に形成されたリング溝（４４）に、燃料ガス噴射口（１６ａ）及び予熱酸素噴射口（４３）が夫々開口しており、予熱酸素噴射口（４３）の外周に補助酸素噴射口（４１）が配設されている。

従って、予熱酸素孔（１８）を通過した予熱酸素は、先端の縮径部に到達して一部が予熱酸素噴射口からリング溝に、他の一部が補助酸素噴射口から大気に噴射する。そして、リング溝に噴射した燃料ガスに対し、予熱酸素噴射口からから噴射した一部の予熱酸素が混合し、火口（１）の先端面（１ｂ）から外部で補助酸素が混合して火炎が形成される。

特開平７－２１７８３０号公報

特許文献１に記載された発明では、ガス切断火口の先端部分に形成されたリング溝で燃料ガスと予熱酸素の一部とが混合し、この混合ガスによって火炎（予熱炎）が形成される。このため、リング溝で混合された混合ガスによって火炎を形成することができ、予熱時間の短縮化をはかることができる。

しかし、上記ガス切断火口で形成された火炎はまとまりがあるものの、燃料ガスの不完全燃焼による赤色炎が存在する。このため、燃料ガスをより完全燃焼に近づけつつまとまりのある火炎を形成し得るアウトミキシング方式のガス切断火口の開発が求められているのが実情である。

本発明の目的は、燃料ガスと予熱酸素を効果的に混合させることができるガス切断火口を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る代表的なガス切断火口は、中心に配置された切断酸素噴射口と、該切断酸素噴射口と同心上に且つ該切断酸素噴射口の周囲に複数配置された燃料ガス噴射口を有するガス噴射ノズルと、前記切断酸素噴射口と同心上に配置され且つ前記燃料ガス噴射口の周囲に形成された予熱酸素噴射口を有するカバーと、を有し、前記ガス噴射ノズルは、切断酸素噴射口が配置された第１端面と、該第１端面よりも後退して形成され燃料ガス噴射口が配置された第２端面と、を有し、前記ガス噴射ノズルの第１端面と前記カバーの先端面とが略同一平面内に配置されると共に、該第１端面と該カバーの先端面を含む平面と前記第２端面との間に環状溝が形成され、前記カバーに形成された予熱酸素噴射口は、前記環状溝に連通し該カバーの先端側内周面と前記第２端面の外周面とによって形成された環状噴射口と、該環状噴射口及び前記環状溝に連通し該カバーの先端側内周面に形成された複数のスリットとを有して構成され、前記環状溝に噴射した燃料ガスに前記予熱酸素噴射口を構成する環状噴射口及び複数のスリットから噴射した予熱酸素が混合するように構成されているものである。

本発明に係るガス切断火口（以下単に「火口」という）では、燃料ガス、予熱酸素、切断酸素を噴射させて火炎を形成したとき、該火炎の広がりを抑えてまとまった火炎を形成することができる。この結果、予熱時間の短縮化をはかることができる。

即ち、この火口では、先端部分に形成された環状溝に向けて噴射した燃料ガスに対し、該環状溝の周囲から環状噴射口と複数のスリットを介して予熱酸素が噴射して混合する。このため、環状溝に噴射した燃料ガスの量に対する予熱酸素の量を多くしてより高い混合率を実現することができる。従って、形成された火炎をより完全燃焼の火炎に近づけることができ、まとまりのある火炎を形成することができる。

火口の構成を説明する断面図である。 火口の構成を説明する正面図である。 要部の構成を説明する拡大図である。 火口をトーチに取り付けた状態を説明する模式図である。

以下、本発明に係る火口について説明する。本発明に係る火口は、燃料ガスと、該燃料ガスを燃焼させる予熱酸素と、を内部で混合させることなく大気に噴射した後に混合させて燃焼させるようにしたアウトミキシング方式の火口として構成されている。このアウトミキシング方式の火口では、燃料ガス、予熱酸素、切断酸素を夫々独立させて噴射させることで、該切断酸素気流を包むように火炎が形成される。

本実施例に係る火口Ａについて図を用いて説明する。本実施例に係る火口Ａは、切断酸素に添えて二次切断酸素を噴射し得るように構成されている。この二次切断酸素は切断酸素の純度を保持する機能を有するが、必ずしも必要ではない。

火口Ａは、ガス噴射ノズル１と、該ガス噴射ノズル１を嵌挿するカバー２を有しており、図４に示すように切断トーチＢに対しナットＣによって取り付けられる。そして、トーチＢの内部に夫々独立して形成された切断酸素供給路５１、二次切断酸素供給路５２、燃料ガス供給路５３、予熱酸素供給路５４と接続され、各ガスが独立して火口Ａに供給されて夫々対応する噴射口から噴射し得るように構成されている。

火口Ａを構成するガス噴射ノズル１は、中心に配置された切断酸素噴射口１１と、該切断酸素噴射口１１と同心上に且つ該切断酸素噴射口１１の周囲に複数配置された燃料ガス噴射口１２を有している。そして、ガス噴射ノズル１をカバー２に嵌挿したとき、切断酸素噴射口１１及び燃料ガス噴出口１２の周囲に予熱酸素噴射口１３が形成される。

前述したように、本実施例に係る火口Ａでは、切断酸素噴射口１１の周囲に該切断酸素に沿って二次切断酸素を噴射し得るように構成されている。このため、ガス噴射ノズル１に二次切断酸素噴射用の補助ノズル３が配置されており、該補助ノズル３の中心側に切断酸素噴射口１１が形成され、遠心側に二次切断酸素噴射口１４が形成されている。

補助ノズル３は、ガス噴射ノズル１の中心に形成された孔１ｂに挿通されると共に、該ガス噴射ノズル１の一方の端部１ａ（図１に於ける左側の端部）にねじなどの手段によって気密を保持して固定されている。そして、補助ノズル３の内部が切断酸素噴射口１１と連続した切断酸素通路１１ａとして構成され、補助ノズル３の外周面３ａとガス噴射ノズル１に形成された孔１ｂの内周面との間に二次切断酸素噴射口１４と連続した二次切断酸素通路１４ａが構成されている。

ガス噴射ノズル１に形成されている複数の燃料ガス噴射口１２は、中心に形成された切断酸素噴射口１１と同心上に配置された複数の孔によって構成されている。

ガス噴射ノズル１の他方の端部（図１に於ける右側の端部）側は、切断酸素噴射口１１が開口する第１端面１ｃと、燃料ガス噴射口１２が開口する第２端面１ｄとの間に段差が形成されている。この段差は、ガス噴射ノズル１の他方の端部側に、燃料ガス噴射口１２を構成する複数の孔の内接円の径よりも小さい外径と端部１ａ側に所定寸法後退させた第２端面１ｄとによって突起１ｅを形成することで構成されている。

そして、ガス噴射ノズル１に形成された第１端面１ｃ、第２端面１ｄの間の段差とカバー２の先端面となる端面２ｂに形成された予熱酸素噴射口１３とによって、突起１ｅの周囲に環状溝４が形成されている。また、第２端面１ｄの外周部分は環状溝４に向けて縮径するテーパ部１ｆが形成されている。

ガス噴射ノズル１の端部１ａには、火口ＡをナットＣによってトーチＢに取り付けたとき、該トーチＢに形成された分配部５５と気密的に当接するテーパ状の分配部５が形成されている。この分配部５は、切断酸素通路１１ａと二次切断酸素通路１４ａを分離する第１シート５ａ、二次切断酸素通路１４ａと燃料ガス通路１２ａを分離する第２シート５ｂ、燃料ガス通路１２ａと予熱酸素通路１３ａを分離する第３シート５ｃ、予熱酸素通路１３ａと大気とを分離する第４シート５ｄを有して構成されている。

カバー２は、一方の端部側が端面２ａを有するフランジ状に形成され、他方の端部側に予熱酸素噴射口１３が形成されている。特に、カバー２にガス噴射ノズル１を挿通したとき、該ガス噴射ノズル１の第１端面１ｃとカバー２の先端面となる他方側の端面２ｂとが略同一の平面内に配置される。即ち、カバー２の長さは、ガス噴射ノズル１に形成された分配部５の端面５ｅから第１端面１ｃまでの寸法と略等しい長さを有している。また、カバー２にガス噴射ノズル１を挿通することによって、該カバー２の内周面２ｃとガス噴射ノズル１の外周面１ｇとの間に予熱酸素通路１３ａが形成される。

カバー２の端面２ｂ側の端部に形成された予熱酸素噴出口１３は、ガス噴射ノズル１のテーパ部１ｆと対向して配置されたテーパ部１３ｂと、該テーパ部１３ｂと連続し環状溝４と端面２ｂに開口する複数のスリット１３ｃとを有して構成されている。このため、カバー２にガス噴射ノズル１を挿通したとき、環状溝４には、複数の孔からなる燃料ガス噴射口１２が開口すると共に、テーパ部１ｆとテーパ部１３ｂからなる環状噴射口を構成する環状の予熱酸素通路及び複数のスリット１３ｃからなる歯車状の予熱酸素通路が開口する。

ガス噴射ノズル１のテーパ部１ｆとカバー２のテーパ部１３ｂとの隙間やスリット１３ｃの数及び寸法は限定するものではなく、目的の火口に供給する予熱酸素の流量に対応させて適宜設定することが好ましい。しかし、スリット１３ｃは環状溝４に対し満遍なく予熱酸素を噴射し得るように形成することが好ましい。

カバー２にガス噴射ノズル１を挿通して構成した火口Ａでは、カバー２をナットＣに挿通して該ナットＣをトーチＢに締結することで、分配部５をトーチＢの分配部５５に圧接させて取り付ける。その後、トーチＢに配置された燃料ガス供給路５３、予熱酸素供給路５４から予め設定された圧力に調整された燃料ガスと予熱酸素を火口Ａに供給する。

火口Ａに供給された燃料ガスは燃料ガス通路１２ａを経て、燃料ガス噴射口１２から環状溝４に噴射する。また、予熱酸素は予熱酸素通路１３ａを経て、テーパ部１３ｂ及びスリット１３ｃから環状溝４に噴射する。そして、環状溝４に噴射した燃料ガスと予熱酸素は該環状溝４で混合して該環状溝４から大気中に噴射した時点で点火されて火炎を形成する。

更に、トーチＢに配置された切断酸素供給路５１、二次切断酸素供給路５２から予め設定された圧力に調整された切断酸素と二次切断酸素を火口Ａに供給する。火口Ａに供給された切断酸素は切断酸素通路１１ａを経て、切断酸素噴射口１１から大気に噴射する。また、二次切断酸素は二次切断酸素通路１４ａを経て、二次切断酸素噴出口１４から大気に噴射する。切断酸素、二次切断酸素の噴射によって、火炎は切断酸素気流及び二次切断酸素気流に吸引されて二次切断酸素の一部と更に混合し、これらの酸素気流に沿って予熱炎を形成する。

上記の如く、燃料ガスと予熱酸素を混合させる際に、環状溝４に対し予熱酸素噴射口１３を構成するテーパ部１３ｂからなる環状の予熱酸素通路と歯車状の予熱酸素通路とから予熱酸素が供給される。即ち、カバー２の端面２ｂから大気に噴射される予熱酸素の大半を環状溝４に噴射させることが可能となる。

このため、環状溝４に於ける予熱酸素の流量が多くなるが、環状溝４の予熱酸素量を多くするだけであれば、該環状溝４の断面積を大きくすれば良い。しかし、予熱酸素使用量が過多になってしまうこととなる。このため、環状溝４の外周部に環状噴射口及び複数のスリットから構成される歯車状の予熱酸素噴射口を設けることで、燃料ガスの燃焼に最適な流速及び流量の分布を形成することが可能となり、燃料ガスと予熱酸素の混合比を完全燃焼に近く高めることが可能となる。従って、燃料ガスの不完全燃焼に伴って生じる赤色炎の範囲が狭くなってよりまとまりのある予熱炎を形成することが可能である。

本発明に係るガス切断火口は、厚板を切断する火口として利用して有利である。

Ａ 火口
Ｂ トーチ
Ｃ ナット
１ ガス噴射ノズル
１ａ 端部
１ｂ 孔
１ｃ 第１端面
１ｄ 第２端面
１ｅ 突起
１ｆ、１３ｂ テーパ部
１ｇ 外周面
２ カバー
２ａ、２ｂ、５ｅ 端面
２ｃ 内周面
３ 補助ノズル
３ａ 外周面
４ 環状溝
５、５５ 分配部
５ａ～５ｄ 第１シート～第４シート
１１ 切断酸素噴射口
１１ａ 切断酸素通路
１２ 燃料ガス噴射口
１２ａ 燃料ガス通路
１３ 予熱酸素噴射口
１３ａ 予熱酸素通路
１３ｃ スリット
１４ 二次切断酸素噴射口
１４ａ 二次切断酸素通路
５１ 切断酸素供給路
５２ 二次切断酸素供給路
５３ 燃料ガス供給路
５４ 予熱酸素供給路

Claims (1)

1. 中心に配置された切断酸素噴射口と、該切断酸素噴射口と同心上に且つ該切断酸素噴射口の周囲に複数配置された燃料ガス噴射口を有するガス噴射ノズルと、
   前記切断酸素噴射口と同心上に配置され且つ前記燃料ガス噴射口の周囲に形成された予熱酸素噴射口を有するカバーと、を有し、
   前記ガス噴射ノズルは、切断酸素噴射口が配置された第１端面と、該第１端面よりも後退して形成され燃料ガス噴射口が複数配置された第２端面と、を有し、
   前記ガス噴射ノズルの第１端面と前記カバーの予熱酸素噴射口が配置された先端面とが略同一平面内に配置されると共に、該第１端面と該カバーの先端面を含む平面と前記第２端面との間に環状溝が形成され、
   前記カバーに形成された予熱酸素噴射口は、前記環状溝に連通し該カバーの先端側内周面と前記第２端面の外周面とによって形成された環状噴射口と、該環状噴射口及び前記環状溝に連通し該カバーの先端側内周面に形成された複数のスリットとを有して構成され、
   前記環状溝に噴射した燃料ガスに前記予熱酸素噴射口を構成する環状噴射口及び複数のスリットから噴射した予熱酸素が混合するように構成されていることを特徴とするガス切断火口。

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