JP7039369B2 - 火炎発生装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、火炎発生装置に関する。

従来、火炎発生装置は、炭化水素系の液体燃料を一般に使用しているため、燃焼の際に二酸化炭素や煤などの微粒子が生成される。したがって、この種の火炎発生装置では、環境負荷が高いことが懸念されている。

そこで、燃焼時に二酸化炭素や煤などの微粒子を放出しない水素燃料の適用が要望されている。しかしながら、水素の火炎は無色透明であるため、視認できない課題がある。このため、炎色反応物質を用いて水素の火炎を着色する技術が提案されている。

この着色技術の具体例としては、炎色反応物質を含む溶液を水素の火炎中に噴霧する機構や、メッシュ状の部材に担持された炎色反応物質を水素の火炎と接触させるように配置する構成などが例示されている。

特開２０１７－１７０２９号公報

しかしながら、上記した火炎の着色技術では、火炎に着色斑が生じる。つまり、火炎の外周部は着色されるものの、火炎の中心部は着色が弱く、火炎発生装置の使用環境が例えば屋外で晴天である場合などには、火炎の視認性が十分とはいえない。また、同様に、火炎発生装置が屋外で使用される場合、風の影響を受けて火炎自体の長さが短くなり、この際にも火炎の視認性が低下する。

本発明が解決しようとする課題は、火炎の視認性を高めることができる火炎発生装置を提供することである。

実施の形態に係る火炎発生装置は、筐体、水素燃料、ノズル、流路構成部、炎色反応体及び通気孔を備えている。水素燃料は、筐体に内蔵されている。ノズルは、筐体内で水素燃料を上方に向けて噴出させる。流路は、下端側の流入口の内側にノズルの先端部が挿入されていると共に、上端側の流出口が筐体の上端から突出する位置に配置されて外部に開口する。炎色反応体は、流入口から流出口までにわたって流路の内壁に設けられ、ノズルの上方に形成される水素の火炎を炎色反応によって着色する。通気孔は、流路の壁部を貫通する。

本発明によれば、火炎の視認性を高めることができる火炎発生装置を提供することが可能である。

第１の実施形態に係る火炎発生装置の構成を模式的に示す図。 図１の火炎発生装置が備えた流路構成ユニットの水平断面図。 図２Ａの流路構成ユニットの垂直断面図。 図１の火炎発生装置で発生させた火炎の写真。 比較例の火炎発生装置で発生させた火炎の写真。 第２の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す図。 第３の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す図。 第４の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す図。 第５の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す図。 第６の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す平面図。 図９Ａの流路構成ユニットの外観を示す斜視図。 第７の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す平面図。 図１０Ａの流路構成ユニットの外観を示す斜視図。 第８の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す平面図。 図１１Ａの流路構成ユニットの外観を示す斜視図。 第９の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す平面図。 図１２Ａの流路構成ユニットの外観を示す斜視図。 第１０の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す平面図。 図１３Ａの流路構成ユニットの外観を示す斜視図。 第１１の実施形態に係る火炎発生装置が備えた流路構成ユニットを概略的に示す平面図。 図１４Ａの流路構成ユニットの外観を示す斜視図。

以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、火炎発生装置１０は、有底円筒状の筐体８、円柱状の水素タンク１、ボールバルブ２、オリフィス部材３、レギュレータ４、ノズル５、ガス配管６、固定台座７、熱伝導体９、流路構成ユニット１８を備えている。

水素タンク１は、火炎発生装置１０の燃料となる水素燃料を収容している。水素タンク１は、この水素燃料として、気体状態の水素（水素ガス）を吸蔵した水素吸蔵合金を収容している。水素タンク１は、水素の火炎を発生させる側と逆向きに水素の放出穴を有する。水素吸蔵合金として、マグネシウム合金などを選択することも可能である。なお、これに代えて、水素タンク１は、液体の水素や気体状態の水素を収容している高圧タンクや低圧タンクなどで構成されていてもよい。

筐体８は、ケーシング本体８ａ及び上蓋８ｂを有する。筐体８は、上記した水素燃料を収容する水素タンク１、ボールバルブ２、オリフィス部材３、レギュレータ４、ノズル５、ガス配管６などの内部部品を収容（内蔵）している。

固定台座７は、ノズル５を固定するための台座である。ノズル５は、筐体８内で水素燃料を上方に向けて噴出させる。ノズル５は、最先端部（最上端部）に水素燃料の噴出口を備えている。なお、ノズル５は、２重管などによって構成される環状の噴出口を備えていてもよい。

図１に示すように、ガス配管６は、水素タンク１内の水素吸蔵合金から放出された水素（水素燃料）を、ボールバルブ２、オリフィス部材３、レギュレータ４を経由しつつノズル５へと移送する。つまり、ガス配管６の上流側の端部は、水素タンク１に接続され、一方、ガス配管６の下流側の端部は、ノズル５に接続されている。

ボールバルブ２は、ガス配管６内を通る水素の流れをオン（開放）、オフ（遮断）することによって、着火のタイミングを制御する。オリフィス部材３は、ガス配管６上におけるレギュレータ４とボールバルブ２との間に介在されており、ガス配管６の口径をオリフィス（穴）によって絞り、ボールバルブ２の開放時における急激な水素の吐出を抑える。レギュレータ４は、ガス配管６上における水素タンク１とオリフィス部材３との間に介在されており、ガス配管６内の圧力（高圧）を一定に保つための圧力レギュレータである。

熱伝導体９は、筐体８の上部に形成される水素の火炎の熱を授受し、授受した熱を水素タンク１内の水素吸蔵合金に伝熱してこれを加熱するための伝熱部材である。ここで、水素タンク１内の水素吸蔵合金は、温度に対する依存性が高く、例えば温度が大きく低下した際には水素の吸蔵作用などが生じる可能性があるものの、上述したように、水素の火炎の熱を効率良く水素タンク１側へ伝達できるので、水素吸蔵合金の温度の低下を抑制することができる。

次に、流路構成ユニット１８の構造について詳述する。図１、図２Ａ、図２Ｂに示すように、流路構成ユニット１８は、メッシュ状の部材（材料）で構成された保持容器１２と、ノズル５から噴出された水素燃料（水素ガス）のガス流通路となる流路１５と、炎色反応体１４と、通気孔１６ａを有する通気部１６と、を備えた火炎着色ユニットである。

流路１５は、下端側の流入口１５ａの内側にノズル５の先端部５ａが挿入されていると共に、上端側の流出口１５ｂが筐体８の外部に開口する。詳述すると、保持容器１２の底部（下端部）の中央部分には、ノズル５の外径と嵌合する嵌合穴が流入口１５ａとして設けられている。また、図１に示すように、流路１５の流出口１５ｂは、筐体８の上端（上蓋８ｂの上端）８ｃから突出する位置に配置されている。

炎色反応体１４は、上記した流入口１５ａから流出口１５ｂまでにわたって流路１５の内壁に設けられている。ノズル５の上方に形成される水素の火炎（流路１５内で水素が燃焼することで生じる火炎）を炎色反応によって着色する。通気部１６が有する通気孔１６ａは、流路１５の壁部１５ｃを貫通している。この通気孔１６ａは、ノズル５から水素燃料を噴出した際に負圧となった流路１５内に、壁部１５ｃの外側の空気（空気中の酸素）を流入して、水素燃料の燃焼効率を高めるための構成要素である。

ここで、保持容器１２（メッシュ状の部材）は、流路１５の壁部１５ｃ全体を構成していると共に、当該保持容器１２本体の内側の一部に炎色反応体１４を保持している。より具体的には、図２Ａ、図２Ｂに示すように、保持容器１２は、矩形管状に構成されており、互いに対向する一組の内壁面（メッシュ状の内壁面）を炎色反応体１４で覆っている。また、保持容器１２の外形は熱伝導体９と接触しており、これにより保持容器１２を安定した状態で固定させている。

さらに、このような図２Ａ、図２Ｂの構成例に代えて、上記した流路の内壁が、メッシュ状の部材で構成された通気孔を備える部位と、メッシュ状でない中実の平板に炎色反応体を保持させた部位と、で構成されていてもよい。

なお、以下の説明において「～」及びその前後の下限値及び上限値で表した数値範囲は、下限値以上かつ上限値以下の数値範囲（「～」の前後の数値自体を含めた数値範囲）を特定するものである。

また、上記した通気孔を備えるメッシュ状の部材やメッシュ状の保持容器１２の目開きが、炎色反応体１４を構成する粒子の粒径よりも小さいことが好ましい。つまり、炎色反応体１４は、上記の目開きよりも大きい顆粒の成形体を適用でき、これにより、炎色反応体１４を確実に保持させることが可能となる。なお、保持容器１２の材料としては、メッシュ数が１０～１００の金網などを例示することができる。

また、上述した炎色反応体１４は、火炎を橙色に着色可能な例えば塩化ナトリウムなどの炎色反応試薬（炎色反応物質）のペレットである。炎色反応により火炎が色づく現象は、化学発光と呼ばれる現象である。化学発光は、燃焼で生じた熱エネルギにより炎色反応体１４の電子状態が安定な基底状態から、よりエネルギの高い励起状態となった際に、瞬時に基底状態に戻る際に放出されるエネルギに起因し、励起状態と基底状態とのエネルギ差に起因する。

塩化ナトリウムで生じる発光は、次の式１によって与えられる。

ＮａＣｌ＋Ｑ → ＮａＣｌ* → ＮａＣｌ＋ｈν … 式１

ここで、Ｑは熱エネルギ、ＮａＣｌ*は塩化ナトリウムの励起状態、ｈνは光エネルギを表している。

塩化ナトリウムの場合、光エネルギが可視光の橙色の波長に相当するため橙色に見える。式１から光の視認性を向上するためには、熱エネルギが多いことが望ましいことがわかる。図２Ａ、図２Ｂに示すように、流路構成ユニット（火炎着色ユニット）１８では、ノズル５より噴出した水素（水素燃料）は、炎色反応体１４と接しながら流路１５の上方に移動する。

また、ノズル５から水素が噴出することより、流路１５内が負圧となるため、流路１５における壁部１５ｃの外側の空気が通気部１６の通気孔１６ａ（及び保持容器１２の底面）を通って流路１５内に導入される。通気孔１６ａを介して流路１５内に導入された空気と、ノズル５から流路１５内に噴出された水素とが混合されることで効率的な燃焼が生じ、火炎が形成される。この火炎に接する範囲に置かれている炎色反応体１４は、火炎の熱エネルギを受け取り、式１に示す反応により、橙色に発光するため、火炎が視認可能となる。

また、火炎は、水素の流れの方向に生成され、流路１５内の炎色反応体１４の上部に熱を伝播することで、火炎温度が相対的に低い炎色反応体１４の上部でも良好な炎色反応を生じさせることが可能となる。

火炎発生装置１０を屋外の環境で使用する場合において、風の影響で火炎が縮小する現象は、火炎と外気との相境膜が風により剥離されることで、火炎が冷却されるために生じる。ここで、流路１５の流出口１５ｂは、上蓋８ｂよりも上方にあり、炎色反応体１４における流路１５の上端部にも火炎が生じ炎色反応も起こる。詳述すると、流路１５の流出口１５ｂを上蓋８ｂの上端８ｃから突出させているものの、上記したように炎色反応が起こる高温の流出口１５ｂでは、風による火炎の冷却効果を相殺する分の熱量を確保することが可能となり、これにより風による火炎の縮小が抑制される。

なお、保持容器１２として、例えば底面が１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形で深さが４０ｍｍの直方体型の保持容器を火炎発生装置１０に適用し、水素吹出流量４Ｌ／ｍｉｎで１０分間の燃焼試験を実施した場合、個々の炎色反応体（炎色反応試薬ペレット）１４の厚さが０．１～０．４ｃｍの範囲で良好な火炎を確認できる。

この際、個々の炎色反応体１４の重量は１～３ｇであり、当該炎色反応体１４の量は単位水素放出量あたり２５～７５ｍｇ／Ｌとなる。空気の取り込み量の目安として、開口率を考える。開口率は直方体型の保持容器の内面積に対する通気部１６の面積の割合で定義すると開口率は３２～４４％である。

一方、流路１５中での炎色反応体１４と水素燃料との接触時間は、流路１５の内壁に設けられた炎色反応体の体積を、ノズル５から噴出される水素燃料の体積流量で、除して求まる０．００２～０．４秒（０．００２秒以上、０．４秒以下）の時間に設定されていることが好ましい。

したがって、炎色反応体を単位水素噴出量あたり０．０２５～０．０７５ｇ／Ｌの範囲の重量とし、また通気部１６の開口率を３２～４４％とし、さらに水素燃料と炎色反応体との接触時間を０．００２～０．４秒とする条件を火炎発生装置１０に適用することで、着色斑がなく視認性の高い火炎を確認できる。この場合の火炎は、例えば屋外の環境（１００，０００Ｌｘ相当の明るい環境）であっても良好な視認性を得ることができる。

ここで、図３は、前述した条件を本実施形態の火炎発生装置１０に設定したうえで発生させた火炎の写真である。一方、図４は、主に、通気部を設けてない比較例の火炎発生装置で発生させた火炎の写真である。図３に示す火炎は、長さ（図３中では約３０ｃｍ）が長く、着色斑もなく視認性が高い火炎である。一方、図４に示す火炎は、長さ（図４中では約９ｃｍ）が短く着色斑もあり、図３に示す火炎と比べて視認性の劣る火炎である。

なお、炎色反応体は、以下に示す化合物群のうち、少なくとも１つ以上を含むものが材料となる。アルカリ金属の塩化物（ＬｉＸ，ＮａＸ，ＫＸ，ＲｂＸ，ＣｓＸ，Ｘ＝Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）、アルカリ土類金属の塩化物（ＣａＸ₂，ＣａＸ₂，ＳｒＸ₂，ＢａＸ₂，Ｘ＝Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）、ホウ酸（Ｈ₃ＢＯ₃）、塩化銅（ＣｕＣｌ₂）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ₃）、炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）、インジウム（Ｉｎ）、酸化リチウム（Ｌｉ₂Ｏ）。

既述したように、本実施形態の火炎発生装置１０では、図１、図２Ｂに示すように、水素燃料を噴出するノズル５の先端部５ａは、流路１５の下端側（上流側）の流入口１５ａの内側に挿入されている。流入口１５ａ付近でノズル５の上方に形成される水素の火炎は、図２Ａ、図２Ｂに示すように、流入口１５ａから流出口１５ｂまでにわたって流路１５の内壁に設けられた火炎反応体１４と接触し、この火炎反応体１４との炎色反応によって着色される。

この際、ノズル５からの水素燃料の噴出により負圧となった流路１５内に、流路１５の外部から主に通気部１６の通気孔１６ａを介して空気（空気中の酸素）が導入されることで、水素の燃焼が効果的に促進される。さらに、このようにして得られる火炎は、流路１５の流入口１５ａ側から流出口１５ｂまでに向う過程で火炎反応体１４と常に接触していることで、良好な炎色反応により着色される。

これにより、流路１５の流出口１５ｂから、その上方に向けて長く延びている大きな火炎が形成される。効率的な燃焼及び良好な炎色反応によって得られたこのような火炎は、長さが長くしかも着色斑などの発生も抑えられていることから、視認性が高められている。また、本実施形態の火炎発生装置１０では、図１、図２Ｂに示すように、筐体８の上端から突出した流路１５の流出口１５ｂに対して、流路１５における筐体８内部の流入口１５ａの近傍に火種が形成されるため、風の影響による火炎の縮小が抑制され、これにより火炎の視認性を向上させることができる。

＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態を図５に基づき説明する。なお、図５において、図２Ｂに示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。本実施形態の火炎発生装置は、第１の実施形態の火炎発生装置１０が備えていた流路構成ユニット１８に代えて、図５に示すように、流路構成ユニット２８を備えている。

流路構成ユニット２８は、炎色反応体２４の一部が、金属酸化物２４ａで構成されている。なお、金属酸化物２４ａは、以下に示す化合物群のうち、少なくとも１つ以上を含むものが材料となる。酸化銅（ＣｕＯ）、酸化コバルト（Ｃｏ₃Ｏ₄）、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）。

このような金属酸化物２４ａは、それ自体が酸素を消費して水素を酸化し、その際に大量の熱を発生させるため、火炎の持続性が向上する。また、図５に示すように、金属酸化物２４ａがノズル５の近傍（流路１５の流入口１５ａ側）に配置されていることで、燃焼時初期にノズル５から急激に噴出される水素のうち空気で燃焼しきれない水素を酸化することが可能となり、より大きな火炎を生成できる。また、金属酸化物２４ａと水素との反応で発生する熱が、金属酸化物よりも上部に位置する炎色反応体の加熱源となり、風雨などの除熱環境においても火炎の耐久性を向上させることが可能となる。

＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態を図６に基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第１の実施形態の火炎発生装置１０が備えていた流路構成ユニット１８に代えて、図６に示すように、流路構成ユニット３８を備えている。流路構成ユニット３８は、流路構成ユニット１８の備えていたメッシュ状の保持容器１２に代えて、メッシュ状の保持容器３２を備えている。

メッシュ状の保持容器（メッシュ状の部材）３２は、流路１５の流入口１５ａ側を構成する第１のメッシュ状部材構成部３２ａと流路１５の流出口１５ｂ側を構成する第２のメッシュ状部材構成部３２ｂとを有する。ここで、第１のメッシュ状部材構成部の目開きは、第２のメッシュ状部材構成部の目開きよりも大きく（粗く）形成されている。

本実施形態の火炎発生装置では、目開きを大きくした第１のメッシュ状部材構成部３２ａから、積極的に多くの空気を流路１５内に導入することで、燃焼時初期にノズル５から急激に噴出される水素のうち空気で燃焼しきれない水素を酸化することが可能となり、より大きな火炎を生成できる。一方、第１のメッシュ状部材構成部３２ａに保持された炎色反応体と水素との反応で発生する熱が、目開きを小さくした（放熱し難く蓄熱作用の高い）第２のメッシュ状部材構成部３２ｂに保持された炎色反応体の加熱源となることから、効果的な炎色反応を得ることができると共に、形成された火炎の持続性を向上させることができる。

なお、第１のメッシュ状部材構成部３２ａを開口率の大きい第１のパンチングメタルで形成し、一方、第２のメッシュ状部材構成部３２ｂを第１のパンチングメタルよりも開口率の小さい第２のパンチングメタルで形成してもよい。

＜第４の実施の形態＞
次に、第４の実施の形態を図７に基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第１の実施形態の火炎発生装置１０が備えていた流路構成ユニット１８に代えて、図７に示すように、流路構成ユニット４８を備えている。流路構成ユニット４８は、流路構成ユニット１８の備えていたメッシュ状の保持容器１２に代えて、ベンチュリ構造を有するベンチュリ管４２を備えている。つまり、ベンチュリ管４２の下端側の流入口４５ａから上端側の流出口４５ｂへと延びるベンチュリ管４２内の流路４５は、流路断面積を狭くしたベンチュリ管４２の軸方向の中央部分では、水素燃料の流速が増加する。

ここで、流入口４５ａから流出口４５ｂまでにわたって流路４５（ベンチュリ管４２）の内壁に炎色反応体が設けられている。一方、ベンチュリ管４２の軸方向の上記した中央部分４２ａには、流路４５の壁部（ベンチュリ管４２の壁部）４５ｃを貫通する通気孔３６ａが形成されている。

したがって、本実施形態の火炎発生装置では、ベンチュリ管４２内において水素燃料の流速が増加する部位（上記中央部分４２ａ）へ空気を導入することができるので、水素燃料をより効率的に燃焼させることができる。これにより、流路４５の流出口４５ｂ（上蓋８ｂの上端８ｃ）の上方へと延びる火炎の視認性を向上させることできる。

＜第５の実施の形態＞
次に、第５の実施の形態を図８に基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第１の実施形態の火炎発生装置１０が備えていた流路構成ユニット１８に代えて、図８に示すように、流路構成ユニット５８を備えている。流路構成ユニット５８は、流路構成ユニット１８の備えていたメッシュ状の保持容器１２に代えて、円筒状に形成された多孔質体５２を備えている。円筒状の多孔質体５２は、下端側の流入口５５ａから上端側の流出口５５ｂへと延びる流路４５を備えている。換言すると、多孔質体５２本体は、流路５５の壁部５５ｃを形成している。

ここで、流入口５５ａから流出口５５ｂまでにわたって流路５５（多孔質体５２）の内壁に炎色反応体が設けられていてもよいし、多孔質体５２自体が炎色反応体の材料で構成されていてもよい。また、多孔質体５２が有する複数の細孔は、流路４５の壁部５５ｃを貫通する通気孔５６ａを構成している。本実施形態の火炎発生装置によれば、流路構成ユニット（火炎着色ユニット）５８の構造の簡略化を図ることができる。

＜第６の実施の形態＞
次に、第６の実施の形態を図９Ａ、図９Ｂに基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第１～第５の実施形態の火炎発生装置が備えていた流路構成ユニット５８（１８、２８、３８又は４８）に加え、図９Ａ、図９Ｂに示すように、防護機構６１をさらに備えている。防護機構６１は、流路５５の流出口５５ｂから上方に延びる火炎を風（風の影響）から防護する。この防護機構６１は、流路構成ユニット５８における、図１、図８に例示した上蓋８ｂの上端８ｃよりも上側の位置に設けられている。また、後述する実施形態の防護機構も、流路構成ユニット５８における、上蓋８ｂの上端８ｃよりも上側の位置に設けられている。さらに、防護機構６１は、図９Ａ、図９Ｂに示すように、流路構成ユニット５８よりも大径の円筒状の部材を、等角度（９０度）の間隔をおいて４分割した構造の一対の防護部材６２、及び一対の防護部材６３を有する。

一対の防護部材６２どうし及び一対の防護部材６３どうしは、流路構成ユニット５８を径方向から挟んで互いに対向する位置にそれぞれ配置されている。一対の防護部材６２及び一対の防護部材６３は、それぞれの上端と、流路構成ユニット５８の上端と、の高さがそろう位置関係で、流路構成ユニット５８の外周面に接合されている。また、一対の防護部材６２には、これらの防護部材６２本体内を径方向に貫通する貫通孔が設けられている。この貫通孔及び流路構成ユニット５８の通気孔５６ａを介して流路５５内に空気を導入することが可能となる。

ここで、例えば防護部材６２、６３の上端よりも下側の高さ位置から、流路構成ユニット５８の上端の流出口５５ｂ（流出口の開口端）に向おうとする風の流れは、図９Ａに示すように、防護部材６２、６３に遮られて流れの向きが変更される。つまり、防護部材６２、６３は、流路５５の流出口５５ｂから上方に延びる火炎に対しての風の影響を低減する。これにより、風の影響による火炎の温度の低下が抑制されるので、安定した火炎の持続性を向上させることができる。

なお、上述した防護部材６２、６３は、それぞれの上端と、流路構成ユニット５８の上端と、の高さがそろう位置関係で配置されていたが、防護部材６２、６３の上端を、流路構成ユニット５８の上端よりも、わずかに高い位置に配置してもよい。この場合、流路構成ユニット５８の上端の流出口５５ｂ（流出口の開口端）に向おうとする風の流れをより確実に遮ることができ、火炎に対する風の影響をさらに低減することができる。また、後述する実施形態についても、防護部材の上端を流路構成ユニットの上端よりも、わずかに高い位置に配置してもよい。

＜第７の実施の形態＞
次に、第７の実施の形態を図１０Ａ、図１０Ｂに基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第１～第５の実施形態の火炎発生装置が備えていた流路構成ユニット５８（１８、２８、３８又は４８）に加え、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、防護機構７１をさらに備えている。防護機構７１は、流路５５の流出口５５ｂから上方に延びる火炎を風（風の影響）から防護する。防護機構７１は、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、流路構成ユニット５８の周りに等角度（９０度）の間隔をおいて、流路構成ユニット５８の周面から放射上に延びる４つの板状の支持部材７２ａを介して４つの板状の防護部材７２が配置されている。一方の組の防護部材７２どうし及び他方の組の防護部材７２どうしは、流路構成ユニット５８を当該防護部材７２の厚さ方向から挟んで対向する位置関係でそれぞれ配置されている。

４つの支持部材７２ａは、図１０Ａに示すように、流路構成ユニット５８の軸方向からみて当該支持部材７２ａの厚さがみえる向きで、流路構成ユニット５８の周面と防護部材７２との間に介在されている。また、４つの防護部材７２は、それぞれの上端と、流路構成ユニット５８の上端と、の高さがそろう位置関係で配置されている。

したがって、例えば防護部材７２の上端よりも下側の高さ位置から、流路構成ユニット５８の上端の流出口５５ｂ（流出口の開口端）に向おうとする風の流れは、図１０Ａに示すように、防護部材７２に遮られて流れの向きが変更される。このような防護部材７２は、流路５５の流出口５５ｂから上方に延びる火炎を、風の影響から防護するので、火炎の温度の低下が抑えられ、火炎の安定化を図ることができる。

＜第８の実施の形態＞
次に、第８の実施の形態を図１１Ａ、図１１Ｂに基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第１～第５の実施形態の火炎発生装置が備えていた流路構成ユニット５８（１８、２８、３８又は４８）に加え、図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、防護機構８１をさらに備えている。防護機構８１は、流路５５の流出口５５ｂから上方に延びる火炎を風（風の影響）から防護する。防護機構８１は、図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、流路構成ユニット５８の周りに等角度（９０度）の間隔をおいて、流路構成ユニット５８の周面から湾曲しつつ延びる４つの板状の防護部材７２を備えている。

湾曲している４つの防護部材７２は、図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、流路構成ユニット５８の軸方向からみて当該防護部材８２の厚さがみえる向きで、流路構成ユニット５８の周面に接合されている。また、４つの防護部材８２は、それぞれの上端と、流路構成ユニット５８の上端と、の高さがそろう位置関係で配置されている。また、流路構成ユニット５８と接合されている側の防護部材８２の基端部分には、風の吹き抜け孔８２ａが穿孔されている。この吹き抜け孔８２ａは、防護部材８２の上端よりも低い位置に形成されている。

したがって、例えば防護部材８２の上端よりも下側の高さ位置から、流路構成ユニット５８の上端の流出口５５ｂ（流出口の開口端）に向おうとする風の流れは、図１１Ａに示すように、防護部材８２に遮られたり、吹き抜け孔８２ａを吹き抜けたりすることで当該流れの向きが変更される。このような防護部材８２においても、流路５５の流出口５５ｂから上方に延びる火炎を、風の影響から防護するので、火炎における温度の低下を抑制し、安定した火炎を維持することが可能となる。

＜第９の実施の形態＞
次に、第９の実施の形態を図１２Ａ、図１２Ｂに基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第１～第５の実施形態の火炎発生装置が備えていた流路構成ユニット５８（１８、２８、３８又は４８）に加え、図１２Ａ、図１２Ｂに示すように、防護機構９１をさらに備えている。防護機構９１は、流路５５の流出口５５ｂから上方に延びる火炎を風（風の影響）から防護する。防護機構９１は、図１２Ａ、図１２Ｂに示すように、流路構成ユニット５８の周りに等角度（９０度）の間隔をおいて、４つの三角柱状の防護部材９２を備えている。４つの防護部材９２は、それぞれの上端と、流路構成ユニット５８の上端と、の高さがそろう位置関係で配置されている。

このように構成された防護機構９１では、例えば防護部材９２の上端よりも下側の高さ位置から、流路構成ユニット５８の上端の流出口５５ｂ（流出口の開口端）に向おうとする風の流れは、図１２Ａに示すように、防護部材８２に遮られて流れの向きが変更される。したがって、三角柱状の防護部材９２においても、流路５５の流出口５５ｂから上方に延びる火炎を風から防護するので、火炎における温度の低下が抑えられ、安定した火炎を形成することができる。

＜第１０の実施の形態＞
次に、第１１の実施の形態を図１３Ａ、図１３Ｂに基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第１～第５の実施形態の火炎発生装置が備えていた流路構成ユニット５８（１８、２８、３８又は４８）に加え、図１３Ａ、図１３Ｂに示すように、防護機構１０１をさらに備えている。防護機構１０１は、流路５５の流出口５５ｂから上方に延びる火炎を風（風の影響）から防護する。防護機構１０１は、図１３Ａ、図１３Ｂに示すように、流路構成ユニット５８の周りに等角度（４５度）の間隔をおいて、流路構成ユニット５８の周面から放射状に延びる８つの板状の防護部材１０２を備えている。

８つの板状の防護部材１０２は、図１３Ａ、図１３Ｂに示すように、流路構成ユニット５８の軸方向からみて当該防護部材１０２の厚さがみえる向きで、流路構成ユニット５８の周面に接合されている。また、８つの防護部材１０２は、それぞれの上端と、流路構成ユニット５８の上端と、の高さがそろう位置関係で配置されている。

したがって、例えば防護部材１０２の上端よりも下側の高さ位置から、流路構成ユニット５８の上端の流出口５５ｂに向おうとする風の流れは、図１３Ａに示すように、防護部材１０２に遮られて流れの向きが変更される。このように６つの防護部材１０２を備える防護機構１０１によれば、流路５５の流出口５５ｂから上方に延びる火炎を風の影響か防護するので、火炎における温度の低下が抑えられ、安定した火炎の持続性を向上させることができる。

＜第１１の実施の形態＞
次に、第１１の実施の形態を図１４Ａ、図１４Ｂに基づき説明する。本実施形態の火炎発生装置は、第１～第５の実施形態の火炎発生装置が備えていた流路構成ユニット５８（１８、２８、３８又は４８）に加え、図１４Ａ、図１４Ｂに示すように、流路構成ユニット５８における流路５５の壁部５５ｃと接触するように配置された複数（例えば４つ）の円柱状の蓄熱材１１１をさらに備えている。個々の蓄熱材１１１は、流路構成ユニット５８を包囲するようにして、円柱状の支持部材１１２を介して流路構成ユニット５８に支持されている。蓄熱材１１１は、接触している流路構成ユニット５８の周面（流路５５の壁部５５ｃ）の熱を蓄熱する。このような蓄熱材１１１及び支持部材１１２は、流路構成ユニット５８における、図１、図８に例示した上蓋８ｂの上端８ｃよりも上側の位置に設けられている。

また、例えば４つの蓄熱材１１１は、それぞれの上端と、流路構成ユニット５８の上端と、の高さがそろう位置関係で配置されている。したがって、例えば防護部材１０２の上端よりも下側の高さ位置から、流路構成ユニット５８の上端の流出口５５ｂに向おうとする風の流れは、図１４Ａに示すように、蓄熱材１１１に遮られて流れの向きが変更される。さらに、蓄熱材１１１は、自身に蓄えられた熱で、流路５５の流出口５５ｂから上方に延びる火炎を加温する。

このような蓄熱材１１１によれば、流路５５の流出口５５ｂから上方に延びる火炎を風の影響か防護できることに加え、この火炎を蓄熱材１１１の熱で加温できるので、火炎の温度の低下が抑制され、安定した火炎を継続的に形成することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…水素タンク、５…ノズル、５ａ…ノズルの先端部、８…筐体、８ａ…ケーシング本体、８ｂ…上蓋、８ｃ…上蓋の上端、１０…火炎発生装置、１２，３２…保持容器、１４，２４…炎色反応体、１５，４５，５５…流路、１５ａ，４５ａ，５５ａ…流入口、１５ｂ，４５ｂ，５５ｂ…流出口、１５ｃ，５５ｃ…壁部、１６…通気部、１６ａ，３６ａ，４６ａ，５６ａ…通気孔、１８，２８，３８，４８，５８…流路構成ユニット（火炎着色ユニット）、２４…炎色反応体、２４ａ…金属酸化物、３２ａ…第１のメッシュ状部材構成部、３２ｂ…第２のメッシュ状部材構成部、４２…ベンチュリ管、４２ａ…ベンチュリ管の中央部分、６１，７１，８１，９１，１０１…防護機構、６２，６３，７２，８２，９２，１０２…防護部材、８２ａ…吹き抜け孔、１１１…蓄熱材。

Claims (10)

1. 筐体と、
   前記筐体に内蔵された水素燃料と、
   前記筐体内で前記水素燃料を上方に向けて噴出させるノズルと、
   下端側の流入口の内側に前記ノズルの先端部が挿入されていると共に、上端側の流出口が前記筐体の上端から突出する位置に配置されて外部に開口する流路と、
   前記流入口から前記流出口までにわたって前記流路の内壁に設けられ、前記ノズルの上方に形成される水素の火炎を炎色反応によって着色する炎色反応体と、
   前記流路の壁部を貫通する通気孔と、
   を備える火炎発生装置。
2. 前記炎色反応体の一部は、金属酸化物で構成されている、
   請求項１に記載の火炎発生装置。
3. 前記流路は、ベンチュリ構造を有する、
   請求項１または２に記載の火炎発生装置。
4. 前記流路の壁部は、多孔質体で形成されている、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の火炎発生装置。
5. 前記流出口から上方に延びる火炎を風から防護する防護機構をさらに備える、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の火炎発生装置。
6. 前記流路の壁部と接触するように配置された蓄熱材をさらに備える、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の火炎発生装置。
7. 前記流路中での前記炎色反応体と前記水素燃料との接触時間は、前記流路の内壁に設けられた炎色反応体の体積を、前記ノズルから噴出される水素燃料の体積流量で、除して求まる０．００２秒以上、０．４秒以下の時間に設定されている、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の火炎発生装置。
8. 前記流路の内壁は、前記炎色反応体が設けられた部位と、メッシュ状の部材で構成された前記通気孔を備える部位と、を有する、
   請求項１から７までのいずれか１項に記載の火炎発生装置。
9. 前記流路の壁部全体がメッシュ状の部材で構成されていると共に、当該メッシュ状の部材の内側の一部に前記炎色反応体が保持されており、
   さらに、前記炎色反応体を構成する粒子の粒径よりも当該メッシュ状の部材の目開きが小さい、
   請求項１から７までのいずれか１項に記載の火炎発生装置。
10. 前記メッシュ状の部材は、前記流路の流入口側を構成する第１のメッシュ状部材構成部と前記流路の流出口側を構成する第２のメッシュ状部材構成部とを有し、
    前記第１のメッシュ状部材構成部の目開きは、前記第２のメッシュ状部材構成部の目開きよりも大きい、
    請求項８又は９に記載の火炎発生装置。

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