JP6744682B1 - 酸素溶断ランスパイプの着火器 - Google Patents

Abstract

【課題】着火の迅速性が損なわれにくい酸素溶断ランスパイプの着火器を提供する。【解決手段】酸素溶断ランスパイプの着火器１は、基体１０と、この基体１０に設けられた着火材挿入穴１２に挿入された着火材２０とを備える。着火材２０は、成形炭からなり酸素溶断ランスパイプの先端部分が挿入可能な貫通孔２１ａを有する外周材２１と、成形炭より難燃焼性の材料からなり貫通孔２１ａの下端を塞ぐ底材２２と、粉炭を主体としてなり貫通孔２１ａ内に挿入された燃焼材２３とを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、酸素溶断ランスパイプの着火器に関する。なお、本明細書では、「酸素溶断ランスパイプ」を単に「ランスパイプ」ともいう。

従前より、ガス切断や機械的切断では困難を伴う対象材（板厚の厚い鋼材など）を切断あるいは穿孔する際には、酸素溶断装置を用いた溶断を行っている。
酸素溶断装置は、内部に酸素流路を有する金属製のランスパイプに対して、外部より一定以上の熱源を先端部に与えて、ランスパイプを溶融・着火させ、酸素流路に送り込まれている酸素とランスパイプとで、連続的に酸化反応を起こさせて自己燃焼させ、その先端部の酸化反応熱によって対象材（被溶断物）を切断あるいは穿孔する溶断装置である。

このような酸素溶断装置において、ランスパイプの先端部に着火するための技術として、特許文献１に、「主に木材や圧縮した紙材等からなる適宜着火材基体に、ランスパイプの先端部分が挿入可能な着火用挿入穴を設け、鉄を主体とした金属粉を臘や樹脂の如きバインダーにて固形化してなる着火用燃焼材を、ランスパイプ挿入空間が開口近傍に残るように着火用挿入穴に内装せしめて構成したことを特徴とする酸素ランスパイプ用着火材」、及び「酸素ボンベからの酸素を、ホースを介してランスパイプ内に供給すると共に、ランスパイプ先端から噴出せしめ、このランスパイプの先端部分を、主に木材や圧縮した紙材等からなる着火材基体の着火用挿入穴内に挿入すると共に、この着火用挿入穴内に適宜火種を入れ、ランスパイプ先端から噴出されて、ランスパイプ外表面と着火用挿入穴内壁面との間隙を着火用挿入穴開口部分に向って移動する返り酸素で、着火材基体の着火用挿入穴内壁部分を燃焼せしめ、この着火用挿入穴内壁部分の燃焼による一次燃焼で、着火用挿入穴内に予め内装せしめてある鉄を主体とした金属粉を臘や樹脂等のバインダーにて固形化してなる着火用燃焼材を燃焼せしめ、この着火用燃焼材の燃焼による発熱量の大きい二次燃焼で、着火用挿入穴内にあるランスパイプの先端部分を燃焼せしめるようにすることを特徴とした酸素ランスパイプの着火方法」が開示されている。

特許第３５４１３９３号公報

本発明者らが特許文献１の着火材の性能調査として着火作業を繰り返し実施したところ、初めのうちは迅速な着火が可能であるが、着火作業の回数を重ねる毎に、着火材基体の一次燃焼により着火用挿入穴が拡大して熱源の集中性が損なわれることがわかった。また、着火作業の回数を重ねる毎に、着火用燃焼材が二次燃焼により消耗すると共に着火用燃焼材の上にランスパイプ先端部の溶融物がスラグとなって被さって着火作業の障害となり、着火用挿入穴が拡大して熱源の集中性が損なわれることと相まって、迅速な着火ができなくなる、すなわち着火の迅速性が損なわれやすいことがわかった。

本発明が解決しようとする課題は、着火の迅速性が損なわれにくい酸素溶断ランスパイプの着火器を提供することにある。

本発明の一観点によれば、次の酸素溶断ランスパイプの着火器が提供される。
基体と、この基体に設けられた着火材挿入穴に挿入された着火材とを備える、酸素溶断ランスパイプの着火器であって、
前記着火材は、成形炭からなり酸素溶断ランスパイプの先端部分が挿入可能な貫通孔を有する外周材と、成形炭より難燃焼性の材料からなり前記貫通孔の下端を塞ぐ底材と、粉炭を主体としてなり前記貫通孔内に挿入された燃焼材とを含む、酸素溶断ランスパイプの着火器。

本発明によれば、着火材の外周材が成形炭で形成されているから、着火作業の回数を重ねても外周材の貫通孔が拡大しにくく、着火時の熱源の集中性が損なわれにくくなる。そのため、着火の迅速性が損なわれにくくなる。

本発明の一実施形態である酸素溶断ランスパイプの着火器の斜視図。 図１のＡ−Ａ断面図。 図１の着火器による着火方法の概念的な工程図（１回目の着火）。 図１の着火器による着火方法の概念的な工程図（２回目以降の着火）。 図１の着火器による繰り返し着火試験の結果（試験後の着火器の外観）を示す写真。 図１の着火器による繰り返し着火試験の結果（試験後の着火器から取り出した着火材の外観）を示す写真。 特許文献１に開示されている酸素ランスパイプ用着火材による繰り返し着火試験の結果（試験後の着火材の外観）を示す写真。

図１は本発明の一実施形態である酸素溶断ランスパイプの着火器（以下、単に「着火器」という。）１の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
着火器１は、基体１０と着火材２０とを備える。
基体１０は、一辺が１００ｍｍ程度の立方体の正面の上辺部分を切り欠いて傾斜面１１とした七面体の形状を有し、その傾斜面１１に直径が４５ｍｍ程度で深さが５０ｍｍ程度の着火材挿入穴１２が設けられている。着火材挿入穴１２の深さ方向は傾斜面１１に垂直である。基体１０は、木材、金属等で形成することができる。

着火材２０は、外周材２１と、底材２２と、燃焼材２３とを含む。
外周材２１は成形炭で円筒状に形成されており、ランスパイプの先端部分が挿入可能な貫通孔２１ａを有する。本実施形態において貫通孔２１ａの直径（円筒状の外周材２１の内径）は２０ｍｍ程度であるが、使用するランスパイプの外径（一般的には５〜３０ｍｍ程度）に応じて、そのランスパイプの先端部分が挿入可能な大きさとする。外周材２１の外径は着火材挿入穴１２の直径よりわずかに小さく、外周材２１の高さは着火材挿入穴１２の深さとほほ同じである。

底材２２は成形炭より難燃焼性の材料で形成されており、貫通孔２１ａの下端を塞ぐものである。本実施形態において底材２２は、鉄粉を無機バインダー（珪酸ナトリウム水溶液）で固めたもので、貫通孔２１ａの下端に挿入することで貫通孔２１ａの下端を塞いでいる。このほか、底材２２を外周材２１の外径とほぼ同じ大きさとし、その底材２２を外周材２１の下端面に接着（接合）することで、貫通孔２１ａの下端を塞ぐこともできる。また、成形炭より難燃焼性の材料としては、鉄板、ステンレス板、真鍮板、鉄粉又はステンレス粉を無機バインダーで固めたもの等が挙げられる。

燃焼材２３は粉炭を主体としてなり貫通孔２１ａ内に挿入されている。燃焼材２３は主体である粉炭のほかに鉄粉等の金属粉を含み得る。主体である粉炭の含有率は８０質量％以上であることが好ましい。
なお、本実施形態において燃焼材２３は、ランスパイプの先端部分を挿入可能な空間が貫通孔２１ａの上端開口近傍に残るように貫通孔２１ａ内に挿入されており、その空間内には、綿糸、導火線、油引き紙、油引き布等からなる導火材２４が挿入されている。

以上の構成を有する着火材２０は、基体１０に設けた着火材挿入穴１２に挿入される。このとき、着火材２０の外周材２１の上端面の高さ位置は、着火材挿入穴１２の上端開口縁の高さ位置と同一又は若干低い位置とすることが好ましい。

次に、本実施形態の着火器１によるランスパイプの着火方法について説明する。図３に、１回目の着火の工程を概念的に示している。また、図４には、２回目以降の着火の工程を概念的に示している。なお、図３及び図４では基体１０を省略して示している。
１回目の着火の際には、図３（ａ）に示すように導火材２４に着火して、これを火種とする。続いて、図３（ｂ）に示すようにランスパイプＰの先端部を貫通孔２１ａの上端開口に近付ける。そうすると、ランスパイプＰの先端部から供給される酸素と火種との酸化反応が生じる。引き続きランスパイプＰの先端部から酸素を供給しながらランスパイプＰの先端部を貫通孔２１ａ内に挿入すると、図３（ｃ）に示すように粉炭を主体とする燃焼材２３とランスパイプＰの先端部との間で激しい燃焼が起こり、図３（ｄ）に示すようにランスパイプＰの先端部が溶融して着火に至る。このとき、ランスパイプＰの先端部の溶融物Ｐ１は、着火完了後には図３（ｅ）に示すようにスラグＳとなって外周材２１の底部に沈殿する。また、１回目の着火完了後には、図３（ｅ）に示すように成形炭からなる外周材２１の貫通孔２１ａ内壁面に火種Ｆが残る。
なお、図３（ｃ）及び図３（ｄ）において、着火して高温となったランスパイプＰの先端部には、他の部分とは異なるハッチングを施している。後述する図４（ｂ）においても同様である。

このように１回目の着火の際には、成形炭からなる外周材２１の貫通孔２１ａに挿入された燃焼材２３とランスパイプＰの先端部との間の燃焼を主たる熱源として着火する。このとき、外周材２１の貫通孔２１ａ内壁面も若干燃焼するが、成形炭からなる外周材２１は、特許文献１で使用されている木材からなる基体に比べてはるかに難燃焼性であるので、着火のための燃焼空間である外周材２１の貫通孔２１ａは拡大しにくく健全な状態で維持され、熱源の集中性も維持される。
また、燃焼材２３は粉炭を主体としており、粉炭は燃焼するとガスとなって消失するため、外周材２１の貫通孔２１ａ内に堆積することはない。この点からも、着火のための燃焼空間である外周材２１の貫通孔２１ａは健全な状態で維持される。なお、燃焼材２３が鉄粉等の金属粉を主体とする場合、燃焼した金属粉はスラグとなって外周材２１の貫通孔２１ａ内に堆積又は外周材２１の底部に沈殿する。そのため、着火のための燃焼空間である外周材２１の貫通孔２１ａの健全性が損なわれる。
さらに、外周材２１の貫通孔２１ａの下端は、成形炭より難燃焼性の材料からなる底材２２で塞いでいるから、この点からも、着火のための燃焼空間である外周材２１の貫通孔２１ａは健全な状態で維持され、熱源の集中性も維持される。すなわち、底材２２は、ランスパイプＰの先端部の直下に位置することから、着火の際にランスパイプＰの先端部の燃焼熱が伝わりやすいが、底材２２を成形炭より難燃焼性の材料で形成することで、底材２２の燃焼による損耗を抑制することができる。なお、１回目の着火の際、燃焼材２３は、ランスパイプＰの先端部の燃焼熱が直接底材２２に伝わらないようにする熱緩衝材としての役割も果たす。

１回目の着火後、そのランスパイプを用いて酸素溶断を行うが、ランスパイプは約３分間程度で消耗するので、所望の酸素溶断を完了するまでには複数本のランスパイプを使用する場合が多い。この場合、着火器１は、約３〜５分間隔で断続的に使用される。ここで、１回目の着火完了後には上述の図３（ｅ）に示すように外周材２１の貫通孔２１ａ内壁面に火種Ｆが残り、この火種Ｆは少なくとも３０分間程度は残る。したがって、上述の約３〜５分間隔での断続的使用の場合、２回目の着火の際にはその火種Ｆは残っている。また、外周材２１の底部に沈殿しているスラグＳも相当の熱量を保持している。
そのため、２回目の着火の際に、図４（ａ）に示すようにランスパイプＰの先端部を貫通孔２１ａ内に挿入すると、ランスパイプＰの先端部から供給される酸素と火種Ｆとの酸化反応が生じる。引き続きランスパイプＰの先端部から酸素を供給しながらランスパイプＰの先端部を貫通孔２１ａ内に進入させると、図４（ｂ）に示すようにランスパイプＰの先端部からの酸素が底部のスラグＳを再溶融化し、その溶融熱によりランスパイプＰの先端部が溶融して着火に至る。このとき、ランスパイプＰの先端部の溶融物は、着火完了後には図４（ｃ）に示すようにスラグＳとなって外周材２１の底部に沈殿する。また、２回目の着火完了後には、図４（ｃ）に示すように、１回目の着火完了後と同様に成形炭からなる外周材２１の貫通孔２１ａ内壁面に火種Ｆが残る。そのため、３回目以降の着火の際にも図４（ａ）〜（ｃ）と同様の工程によりランスパイプに着火できる。
なお、２回目以降の着火に際に、外周材２１の貫通孔２１ａ内壁面に火種Ｆが残っていないときは、別途、綿糸などの導火材を使用して着火作業を始めることができる。

このように、２回目以降の着火では、外周材２１の底部のスラグＳを再溶融化し、その溶融熱によりランスパイプに着火する。すなわち、本実施形態によれば上述のとおり、着火のための燃焼空間である外周材２１の貫通孔２１ａは健全な状態で維持され、熱源の集中性も維持されることから、外周材２１の底部のスラグＳの再溶融化が可能であり、その溶融熱を熱源としてランスパイプに着火することができる。そして、本実施形態によれば外周材２１の底部のスラグＳを熱源としてランスパイプに着火することができることから、燃焼材２３が消耗してなくなったとしても繰り返しランスパイプに着火することができる。なお、外周材２１の底部のスラグＳは、着火作業の回数を重ねる毎に厚みを増すが、繰り返し着火の熱源として利用可能である。

以上のとおり、本実施形態によれば、着火作業の回数を重ねても、着火のための燃焼空間である外周材２１の貫通孔２１ａが拡大しにくく健全な状態で維持され、着火時の熱源の集中性も維持される。そのため、着火の迅速性が損なわれにくくなると共に着火作業の回数を増加させることができる。

本発明の実施例として、図１に示す着火器１を用いて着火作業を繰り返し実施した。また、比較例として特許文献１に開示されている酸素ランスパイプ用着火材を用いて着火作業を繰り返し実施した。なお、実施例、比較例共に基体の材質は木材とした。

実施例では、４個の着火材を用い、それぞれの着火材で着火作業を１０回繰り返した。具体的には、１個目の着火材で着火作業を１０回繰り返し、その後、１個目の着火材を基体から取り出し、その基体に２個目の着火材を挿入して着火作業を１０回繰り返した。これを４個目の着火材まで繰り返した。
図５（ａ）〜（ｄ）に、１個目〜４個目の着火材でそれぞれ着火作業を１０回繰り返した後の着火器の外観を示している。すなわち、図５（ａ）には１個目の着火材の１０回着火後、図５（ｂ）には２個目の着火材の１０回着火後、図５（ｃ）には３個目の着火材の１０回着火後、図５（ｄ）には４個目の着火材の１０回着火後の着火器の外観を示している。また、図６には各着火材の１０回着火後の外観を示している。

図６に示すように、１０回着火後の各着火後材には大きな損傷はみられず健全な状態が維持されており、着火の迅速性も維持された。また、図５に示すように、４個の着火材を用いて合計４０回の着火作業を実施しても基体に大きな損傷はみられず、着火材を交換すればさらに着火作業を実施できる状態であった。

一方、比較例では、４箇所の着火用挿入穴を順次限界まで使用した。その結果を図７（ａ）〜（ｄ）に示している。すなわち、図７（ａ）には１箇所目の着火用挿入穴を使用して限界の１５回着火後、図７（ｂ）には２箇所目の着火用挿入穴を使用して限界の１２回着火後、図７（ｃ）には３箇所目の着火用挿入穴を使用して限界の５回着火後、図７（ｄ）には４箇所目の着火用挿入穴を使用して限界の４回着火後の外観を示している。４箇所の着火用挿入穴はいずれも着火の回数を重ねる毎に拡大し、４箇所目の着火用挿入穴を限界まで使用した後は各着火用挿入穴が区別できないほど大きく損傷した。
また、各着火用挿入穴に内装されている燃焼材は４〜５回の着火で消耗してなくなり、以降は基体である木材が自己燃焼することで、かろうじて着火可能であった。そして、燃焼材の消耗と共に着火用挿入穴が拡大することから熱源の集中性が損なわれ、着火の迅速性も着火の回数を重ねる毎に大きく損なわれた。

１ 着火器
１０ 基体
１１ 傾斜面
１２ 着火材挿入穴
２０ 着火材
２１ 外周材
２１ａ 貫通孔
２２ 底材
２３ 燃焼材
２４ 導火材
Ｆ 火種
Ｐ ランスパイプ
Ｐ１ ランスパイプの先端部の溶融物
Ｓ スラグ

Claims (1)

1. 基体と、この基体に設けられた着火材挿入穴に挿入された着火材とを備える、酸素溶断ランスパイプの着火器であって、
   前記着火材は、成形炭からなり酸素溶断ランスパイプの先端部分が挿入可能な貫通孔を有する外周材と、成形炭より難燃焼性の材料からなり前記貫通孔の下端を塞ぐ底材と、粉炭を主体としてなり前記貫通孔内に挿入された燃焼材とを含む、酸素溶断ランスパイプの着火器。