JP6534552B2 - ガス切断トーチ - Google Patents

Description

本発明は、所謂チップミキシング型のガス切断火口を装着するガス切断トーチに関し、特に、予熱時間の短縮化をはかることができるガス切断トーチに関するものである。

ガス切断火口には、供給された燃料ガスと予熱酸素との混合機構を有するチップミキシング型、或いは中圧火口と呼ばれるものがある。このようなガス切断火口を装着するガス切断トーチは、一方側の端部にガス切断火口を装着する器頭が、他方側の端部に燃料ガス、予熱酸素、切断酸素が供給される分配部材が配置され、器頭及び分配部材に夫々独立して設けた燃料ガス通路、予熱酸素通路、切断酸素通路を導管によって接続して構成されている。

器頭には、ガス切断火口の頭部に形成されたテーパ状の分配部に対応するテーパを有する３段のシートが形成され、各シートの間に燃料ガス、予熱酸素の供給溝が形成されている。また、分配部材に設けた燃料ガス通路、予熱酸素通路、切断酸素通路には夫々ニップルが設けられており、夫々のニップルに取り付けたホースを介して、燃料ガスの供給源、予熱酸素の供給源、切断酸素の供給源と接続されている。

分配部材に供給された燃料ガス、予熱酸素、切断酸素は、夫々が導管を介して独立して器頭に流通する。そして、被切断材に対する予熱時には、燃料ガスと予熱酸素が器頭に装着されたガス切断火口に供給され、該ガス切断火口の内部で混合して予熱用の孔或いはスリットから噴出して予熱炎を形成する。

被切断材から特殊な図形を切断する場合、該被切断材の面内から切断するのが一般的である。この場合、被切断材の表面を充分に予熱した後、該部位に切断酸素を噴射して穴明けするピアシングを行い、この穴明け部位を起点として図形の切断が行われる。

ガス切断火口は中心に切断酸素の噴出孔が形成されており、その周囲に燃料ガスと予熱酸素との混合ガスの噴出孔が配置されている。このため、ピアシングを実施する際には、穴明けすべき部位（切断酸素を噴出する部位）の周囲を予熱炎によってリング状に加熱することとなる。この結果、リングの中心部分である切断酸素を噴出すべき部分が充分に加熱されず黒点状になる部分が生じてしまい、ピアシング時に予熱時間がかかるという問題がある。

従来、ピアシング時にかかる予熱時間の短縮はガス切断火口の問題として捉えられており、混合ガス噴出孔を切断酸素の噴出孔に接近させたり、ピアシング時と切断時とで、燃料ガス及び予熱酸素の流量を変化させたりすることで解決しようとしている。このため、ピアシングを実施する際に、被切断材に対する予熱時間の短縮化をはかろうとする場合、ガス切断トーチに着目した技術は存在していないのが実情である。

本発明の目的は、予熱時間の短縮化をはかることができるガス切断トーチを提供することにある。

本件発明者は継続的にガス切断火口やガス切断トーチの開発を行う過程で、被切断材をピアシングする際の予熱時に形成される黒点状の部分に対する効率的な予熱を如何にして実現するか、との観点でガス切断トーチの開発を行った。この結果、被切断材に対する予熱時に、火炎の一部が被切断材の表面に衝突して切断酸素噴出孔側に逃げてしまい、充分に予熱することができずに予熱時間が長くなるとの知見を得た。

このため、切断酸素噴出孔側に逃げる火炎を阻止することによって効率の良い予熱を実現できるとの結論に達した。この結果、本発明に係るガス切断トーチは、燃料ガスと予熱酸素との混合機構を有するガス切断火口を着脱し得るように構成されたガス切断トーチであって、一方側の端部に配置されガス切断火口を着脱する器頭と、他方側の端部に配置され燃料ガス通路、予熱酸素通路、切断酸素通路が形成された分配部材と、前記分配部材に形成された燃料ガス通路、予熱酸素通路、切断酸素通路の一方側の端部に夫々接続された弁と、前記分配部材に形成された燃料ガス通路、予熱酸素通路、切断酸素通路の夫々の他方側の端部に接続され、該分配部材と前記器頭とを連結して配置された燃料ガス配管、予熱酸素配管、切断酸素配管と、を有し、前記分配部材には、予熱酸素通路と切断酸素通路を結ぶ酸素導通路が形成されているものである。

上記ガス切断トーチに於いて、前記酸素導通路には流量調整部材が配置されていることが好ましい。

本発明に係るガス切断トーチ（以下単に「トーチ」という）では、分配部材に予熱酸素通路と切断酸素通路を結ぶ酸素導通路が形成されている。このため、被切断材を予熱する際に燃料ガスと予熱酸素を供給すると、予熱酸素の一部が酸素導通路を介して切断酸素通路に供給され、ガス切断火口（以下単に「火口」という）に形成された切断酸素噴出孔から噴出する。この切断酸素噴出孔から噴出した酸素によって、被切断材に対する予熱時に切断酸素噴出孔の方向に火炎が逃げるのを防ぐことが可能となる。

この結果、被切断材に対する効率の良い予熱を行うことが可能となり、予熱時間の短縮化をはかることができる。

また、予熱酸素通路と切断酸素通路を結ぶ酸素導通路に流通調整部材を配置したことによって、予熱時に予熱酸素通路から切断酸素通路に供給する酸素の流量を調整することができる。このため、予熱時間を短縮するために必要な火口の切断酸素噴出孔から噴出させる酸素を最適な量に設定することができる。

トーチの構成を説明する断面図である。 酸素導通路（オリフィス）の構成を説明する図である。 トーチの外観構成を説明する図である。

以下、本実施例に係るトーチＡについて図１〜図３を用いて説明する。図に示すように、トーチＡは筒状の本体１を有しており、該本体１の一方側の端部に器頭２が配置され、他方側の端部に分配部材３が配置されている。器頭２と分配部材３は燃料ガス配管４、予熱酸素配管５、切断酸素配管６を介して接続されている。

器頭２は火口Ｂを取り付けると共に、取り付けた該火口Ｂに燃料ガス、予熱酸素、切断酸素を夫々独立して供給するものである。このため、器頭２に火口Ｂを差し込んでナット９を締結することで取り付け、ナット９を緩めて火口Ｂを取り外すことが可能なように構成されている。

特に、器頭２の内面は火口Ｂの端部に設けたテーパ面と同一のテーパ面が形成されており、このテーパ面に溝７ａ、７ｂが形成され、これらの溝７ａ、７ｂによってテーパ面からなるシート２ａ〜２ｃが形成されている。また、器頭２の中心には穴８が形成され、該穴８がシート２ｃに開口している。そして、溝７ａに燃料ガス配管４が、溝７ｂに予熱酸素配管５が、穴８に切断酸素配管６が夫々接続されている。

分配部材３には、該分配部材３を貫通して燃料ガス通路１０、予熱酸素通路１１、切断酸素通路１２が形成されている。そして、燃料ガス通路１０にはニードル弁１０ａを設けた燃料ガス用ニップル１０ｂが接続されると共に燃料ガス配管４が接続され、予熱酸素通路１１にはニードル弁１１ａを設けた予熱酸素用ニップル１１ｂが接続されると共に予熱酸素配管５が接続され、切断酸素通路１２にはニードル弁１２ａを設けた切断酸素用ニップル１２ｂが接続されると共に切断酸素配管６が接続されている。

特に、予熱酸素通路１１と切断酸素通路１２を結んで酸素導通路１５が形成されている。この酸素導通路１５は、被切断材に対する予熱時に予熱酸素通路１１を流れる酸素の一部を切断酸素通路１２に流すための通路であり、極めて断面積の小さい通路として構成されている。

本実施例では、酸素導通路１５はφ０．１５のオリフィス１５として構成されている。しかし、このような太さのオリフィス１５を、分配部材３の側面から予熱酸素通路１１を貫通して切断酸素通路１２に至る経路で形成することは容易ではない。このため、分配部材３の側面から予熱酸素通路１１を貫通して切断酸素通路１２に至る経路で径の大きい穴を形成しておき、この穴に予めオリフィス１５を形成した部材を装着し得るように構成しておくことが好ましい。

このため、本実施例では、酸素導通路１５を構成するオリフィス１５は、分配部材３の側面から予熱酸素通路１１を貫通して切断酸素通路１２に至る経路に形成された取付穴１７に配置されている。即ち、取付穴１７に於ける予熱酸素通路１１と切断酸素通路１２の間に、オリフィス１５を形成したオリフィス部材１８を挿入して固定することで構成されている。そして、取付穴１７に於ける予熱酸素通路１１と大気に開放した部分に封止栓１９を配置して固定することで、予熱酸素通路１１を流通する酸素の漏洩を防いでいる。

オリフィス部材１８、封止栓１９の取付穴１７に対する固定構造は特に限定するものではなく、取付穴１７に雌ねじを形成すると共にオリフィス部材１８、封止栓１９に雄ねじを形成して螺合することで良い。この場合、径の異なるオリフィス１５を形成したオリフィス部材１８を選択的に用いることが可能となる。しかし、この構造に限定するものではなく、例えば接着剤による固定構造や、打ち込みによる固定構造を採用することも可能である。

このように、予め設定された径のオリフィス１５が形成されたオリフィス部材１８を取付穴１７に配置することで、被切断材に対する予熱を行う際に、切断酸素通路１２に切断酸素を流通させることなく、予熱酸素通路１１に流通させた予熱酸素の一部を、切断酸素通路１２、切断酸素配管６、器頭２に形成された穴８を介して火口Ｂに供給し、該火口Ｂの切断酸素噴出孔から噴出させることが可能である。

そして、火口Ｂの切断酸素噴出孔から酸素を噴出することによって、被切断材に対する予熱時に、リング状に配置された予熱炎が切断酸素噴出孔に逃げるのを防ぐことが可能となり、リング状の加熱部の中心に形勢された黒点部分が縮小して合理的な予熱を行うことが可能となる。

本件発明者は、燃料ガスとしてＬＰＧ（液化石油ガス）を利用する火口Ｂ（１０６型火口）を用い、番手０番（被切断材厚さ９ｍｍ）、番手１番（被切断材厚さ１２ｍｍ）、番手２番（被切断材厚さ２８ｍｍ）、番手３番（被切断材厚さ４０ｍｍ）、を利用して、従来の切断トーチを用いたときと、本実施例に係るトーチと、によるピアシング時間の変化を調査した。

燃料ガスの流量は、番手０番、番手１番では毎時３１０ノルマルリットル（ＮＬ／Ｈ）、番手２番、番手３番では３６０ＮＬ／Ｈとし、予熱酸素流量は、形成された火炎が中性炎となったときの流量を計測した。ピアシングは予め予熱時間を設定しておき、設定時間が経過したときに切断酸素を噴出させてピアシングを実行し得るか否かを測定した。特に、同一設定時間で５回のピアシングを行い、全ての回で確実なピアシングが行えたときにピアシング可とし、１回でもピアシング不能であったときはピアシング不可とした。

従来のガス切断トーチに番手０番、番手１番の火口を装着して燃料ガス３１０ＮＬ／Ｈ流したとき、予熱酸素流量は１１５０ＮＬ／Ｈであった。また番手２番、番手３番の火口を装着して燃料ガスを３６０ＮＬ／Ｈ流したとき、予熱酸素流量は１３３０ＮＬ／Ｈであった。

本実施例に係るトーチに番手０番、番手１番の火口を装着して燃料ガス３１０ＮＬ／Ｈ流したとき、予熱酸素流量は１１８０ＮＬ／Ｈであった。また番手２番、番手３番の火口を装着して燃料ガスを３６０ＮＬ／Ｈ流したとき、予熱酸素流量は１３７０ＮＬ／Ｈであった。

上記の如くして、従来のガス切断トーチと本実施例に係るトーチに於ける予熱酸素流量を比較すると、番手０番、番手１番の火口では３０ＮＬ／Ｈ、番手１番、番手２番の火口では４０ＮＬ／Ｈ、本実施例に係るトーチのほうが多い。この増加した流量分が、分配部材３に設けたオリフィス１５を介して切断酸素通路１２に流れ、火口Ｂの切断酸素噴出孔から噴出していることになる。

ピアシング実験の結果、従来のガス切断トーチを用いた場合、番手０番の火口で板厚９ｍｍの被切断材をピアシングしたときの時間は１４秒であった。番手１番の火口で板厚１２ｍｍの被切断材をピアシングしたときの時間は１６秒であった。番手２番の火口で板厚２８ｍｍの被切断材をピアシングしたときの時間は２３秒であった。番手３番で板厚４０ｍｍの被切断材をピアシングしたときの時間は２５秒であった。

これに対し、本実施例に係るトーチを用いた場合、番手０番の火口で板厚９ｍｍの被切断材をピアシングしたときの時間は１２秒であり、従来のガス切断トーチの場合と比較して２秒短縮された。番手１番の火口で板厚１２ｍｍの被切断材をピアシングしたときの時間は１６秒であり、従来のガス切断トーチの場合と比較して大きな変化はなかった。番手２番の火口で板厚２８ｍｍの被切断材をピアシングしたときの時間は２２秒であり、従来のガス切断トーチの場合と比較して１秒短縮された。番手３番の火口で板厚４０ｍｍの被切断材をピアシングしたときの時間は２１秒であり、従来のガス切断トーチの場合と比較して４秒短縮された。

上記結果から、予熱時に予熱酸素の一部を切断酸素側に流し、火口の切断酸素噴出孔から噴出させることはピアシング時間の短縮につながるといえる。

被切断材に対する予熱時に予熱酸素の一部を切断酸素通路に流して火口の切断酸素噴出工から噴出させる場合、このときの流量を調整し得ることが好ましい。即ち、予熱酸素の切断酸素に流れる酸素の流量を調整して例えば火口番手に応じて最適な流量に調整し得ることが好ましい。このため、オリフィス１５を流量調整機能を有するような構造とすることが好ましい。

流量調整機能を有するオリフィス１５としての構造を限定するものではなく、この機能を発揮し得るものであれば良い。本実施例に於いて、オリフィス部材１８及び封止栓１９は、外周に形勢されたネジによって取付穴１７に対し着脱可能に構成されている。このため、予め異なる径のオリフィス１５を形成した複数のオリフィス部材１８を用意しておき、これらのオリフィス部材１８を選択的に装着することによって、流量調整部材としての機能を発揮することが可能である。

また、流量調整部材としては、径が決められたオリフィス１５を有するオリフィス部材１８に代えて開度に応じて断面積が変化するニードル弁を用いることも可能である。この場合、予熱酸素通路１１と切断酸素通路１２を結ぶ取付穴１７にテーパ状のシートを形勢すると共に、分配部材３の側面から予熱酸素通路１１までの取付穴１７の内周面にネジを形勢しておき、シートに対向してテーパ状の弁体を配置すると共にネジに螺合させることで、ニードル弁の開度を調整して切断酸素通路に流れる予熱酸素の流量を調整することが可能である。

尚、本実施例に係るトーチでは、被切断材に対するピアシングを開始したとき、切断酸素通路内の圧力が上昇するため、オリフィス１５を介して切断酸素の一部が予熱酸素通路に流れることになる。このため、予熱炎が多少酸化炎気味になるが、より強予熱炎となるものの、ピアシングや切断に支障をきたすことはない。

本発明に係るガス切断トーチは、チップミキシング方火口、中圧火口を装着するトーチに適用して有利である。

Ａ トーチ
Ｂ 火口
１ 本体
２ 器頭
２ａ〜２ｃ シート
３ 分配部材
４ 燃料ガス配管
５ 予熱酸素配管
６ 切断酸素配管
７ａ、７ｂ 溝
８ 穴
９ ナット
１０ 燃料ガス通路
１０ａ、１１ａ、１２ａ ニードル弁
１０ｂ 燃料ガス用ニップル
１１ 予熱酸素通路
１１ｂ 予熱酸素用ニップル
１２ 切断酸素通路
１２ｂ 切断酸素用ニップル
１５ 酸素導通路、オリフィス
１７ 取付穴
１８ オリフィス部材
１９ 封止栓

Claims (2)

1. 燃料ガスと予熱酸素との混合機構を有するガス切断火口を着脱し得るように構成されたガス切断トーチであって、
   一方側の端部に配置されガス切断火口を着脱する器頭と、
   他方側の端部に配置され燃料ガス通路、予熱酸素通路、切断酸素通路が形成された分配部材と、
   前記分配部材に形成された燃料ガス通路、予熱酸素通路、切断酸素通路の一方側の端部に夫々接続された弁と、
   前記分配部材に形成された燃料ガス通路、予熱酸素通路、切断酸素通路の夫々の他方側の端部に接続され、該分配部材と前記器頭とを連結して配置された燃料ガス配管、予熱酸素配管、切断酸素配管と、を有し、
   前記分配部材には、予熱酸素通路と切断酸素通路を結ぶ酸素導通路が形成されていることを特徴とするガス切断トーチ。
2. 前記酸素導通路には流量調整部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載したガス切断トーチ。

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