WO1998059200A1 - Meche de combustion pour appareil brulant un combustible liquide - Google Patents

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WO1998059200A1
WO1998059200A1 PCT/JP1998/002671 JP9802671W WO9859200A1 WO 1998059200 A1 WO1998059200 A1 WO 1998059200A1 JP 9802671 W JP9802671 W JP 9802671W WO 9859200 A1 WO9859200 A1 WO 9859200A1
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WO
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combustion
wick
fuel
core
surface area
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Application number
PCT/JP1998/002671
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hideo Mifune
Yasuaki Nakamura
Masato Seki
Takashi Tsukamoto
Original Assignee
Tokai Corporation
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Filing date
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Application filed by Tokai Corporation filed Critical Tokai Corporation
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Priority to DK98928524T priority patent/DK0926443T3/da
Priority to US09/242,600 priority patent/US6196832B1/en
Priority to DE69817523T priority patent/DE69817523T2/de
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Priority to CA002263965A priority patent/CA2263965A1/en
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q2/00—Lighters containing fuel, e.g. for cigarettes
    • F23Q2/34—Component parts or accessories
    • F23Q2/44—Wicks; Wick guides or fastenings

Definitions

  • the present invention relates to a combustion wick for sucking and burning liquid fuel from a fuel tank by utilizing a capillary phenomenon in a burning appliance such as a liquor for a smoking article, an igniter and the like using a liquid fuel mainly composed of alcohol. Things.
  • alcohol fuel such as ethyl alcohol, petroleum benzene-based benzene fuel including gasoline, liquefaction of butane gas, propane gas, etc.
  • Gas fuel is used as fuel for burning equipment such as lighters for smoking equipment, igniters, torches, and lighting equipment.
  • each combustion device differs from the performance, ease of use, and design structure of each combustion device differ, and each has its own characteristics.
  • this fuel is a mixture of compounds having different boiling points, and the benzene component having a low boiling point volatilizes in the early stage of use after ignition of a combustion appliance.
  • gasoline in which volatile components move sequentially to hydrocarbons with higher boiling points, so that the fuel composition remaining in the combustion equipment changes according to the burning time, and this causes a change in flame length.
  • benzene and gasoline have high volatility, and combustion equipment that uses them requires a sealed structure that reduces volatilization from the fuel storage unit and the combustion wick. The fuel is volatilized and lost, the refueling frequency is high and cumbersome, and benzine and gasoline have a peculiar smell and may not be preferred.
  • the gas pressure is high in the operating temperature range of the combustion equipment, and the container for storing the fuel must have a pressure-resistant structure. Further, the flame length changes in accordance with the fluctuation of the gas pressure. In particular, there is a characteristic that the gas pressure greatly changes logarithmically with respect to the temperature. In order to reduce this flame length change, special design measures to compensate the temperature of the fuel supply mechanism of the combustion equipment are required, and the structure becomes complicated. It is disadvantageous in terms of cost.
  • liquid fuel mainly composed of alcohol such as lower monohydric alcohol such as ethyl alcohol, methyl alcohol, and propyl alcohol is liquid at room temperature, has a relatively low vapor pressure, and is used for fuel storage.
  • a pressure-resistant container is not required, and the fuel tank and the wick may be hermetically sealed so that the alcohol does not evaporate. This is advantageous in terms of simplification of the structure of combustion equipment and cost.
  • the continuous pores are formed by utilizing the surface tension of the liquid fuel.
  • a combustion wick is used, which sucks up the gaps of bundled fine fibers by capillary action and burns at the tip.
  • the above-mentioned combustion wick is made of a string-like twisted fiber, a bundle of glass fibers, or a combination of both, in which the glass fiber is wrapped with a cotton yarn to absorb the fuel, and a metal is used so that it cannot be unraveled.
  • the lower wicking part functions as a fuel wicker and burns at the upper burning part.
  • the initial flame length after ignition, the change in the flame length, the saturated flame length, and the like differ depending on the material, size, and shape of the combustion wick.
  • a burning device such as a liquor for smoking equipment
  • liquid fuel mainly composed of alcohol
  • the burning wick when the burning wick is ignited, the fuel present on the surface of the burning wick starts burning and forms a flame. I do.
  • the length of this flame is defined as the initial flame length.
  • the combustion wick is heated by the next combustion, the amount of fuel volatilized from the surface of the combustion wick decreases, and the flame length increases.
  • the temperature rise due to the combustion of fuel on the surface of the wick becomes equilibrium with the progress of combustion and stops, and the elongation of the flame length also saturates and stops, resulting in a saturated flame length.
  • the fuel burns and evaporates from the surface of the combustion wick, the fuel diffuses from the inside of the combustion wick to the surface, and the fuel in the fuel tank is sucked up and replenished through the suction portion of the combustion wick.
  • the fuel is consumed from the surface of the wick, the fuel is supplied from the inside of the wick, and the fuel is sucked and supplied from the fuel tank, the fuel continues in an equilibrium state and the flame length is stabilized.
  • the supply of fuel from inside the combustion wick to the consumption of fuel from the combustion wick surface If no fuel is supplied, the flame length will change from the initial flame length, and will reach an equilibrium state or disappear according to the fuel supply.
  • the initial flame length immediately after ignition is as long as possible for burning equipment such as ryuiichi for smoking equipment and an igniter, and in practical use this value is at least about 20 mm, and the flame length is 25 It satisfies the combustion condition that the time to reach the thigh is as short as possible, within about 10 seconds in practical use, and about 70 mm in practical use so that the saturated flame length after ignition time does not become too long. Is required.
  • the present invention provides a combustion apparatus using a liquid fuel mainly composed of alcohol, in which an optimal combustion state is ensured and the protrusion amount of a combustion wick is reduced to realize a compact fuel combustion. It is intended to provide a wick for the appliance.
  • the combustion wick in the liquid fuel combustion device of the present invention which has solved the above-mentioned problems, is a combustion wick which draws up liquid fuel mainly composed of alcohol contained in a fuel tank by a wicking portion by capillary action and burns it at a tip combustion portion.
  • the non-circular cross-sectional shape of the combustion portion of the combustion wick is desirably formed in an elliptical shape, a square shape, or the like.
  • the cross-sectional shape of the combustion portion of the combustion wick in order to secure the surface area necessary for obtaining predetermined combustion conditions such as the initial flame length, the cross-sectional shape should be non-elliptical or square. Circular shape per unit length compared to circular shape As a result, the surface area of the fuel cell increases, and the amount of protrusion of the combustion portion protruding from the core holder 1 can be reduced, thereby increasing the degree of design freedom in relation to the closing cap and the like, and realizing compactness.
  • the time required for the initial flame length immediately after ignition and the flame length to reach 25 bandits The size and material of the combustion wick are related to the saturated flame length after ignition time. Then, the liquid fuel is sucked up from the tank through the suction part of the wick, moves to the combustion part, volatilizes from its surface, and ignites the volatilized liquid fuel, mixes the secondary air to perform flame combustion. From this, it was found that the combustion characteristics during the flame combustion were related to the surface area of the portion of the combustion core protruding from the core holder 1.
  • the protruding length L becomes
  • the length L of the protruding portion of the combustion core from the core holder can be shortened to 3.7 thighs. This is advantageous when designing a small-sized combustion device such as an igniter, considering the closed structure when the wick is not used.
  • the burning portion of the burning wick is made of heat-resistant fiber, for example, glass fiber, ceramic fiber, or carbon fiber.
  • the combustion wick must be made of a porous and heat-resistant material because it absorbs liquid fuel and volatilizes it from its surface, and it needs to be supplied from inside for the volatilization of fuel from the surface. Holding power is required. For this reason, it is effective to use heat-resistant fiber, and glass fiber, ceramic fiber, and carbon fiber are suitable as the material for the material.
  • the retained amount of alcohol per unit volume of the glass fiber combustion wick is 0.6 mg / mm 3
  • the retained amount of alcohol in the portion of the combustion wick protruding from the wick holder is:
  • the protrusion length L of the combustion core of a square cross section (W 4 thigh XT 4 thigh) using ceramic fiber from the core holder 1 is 4 If you are a marauder, the volume of the protruding burning part is
  • the surface area of the portion of the combustion wick protruding from the wick holder is preferably provided at 170 thighs 2 or less, and is preferably provided at 30 strokes 2 or more. In particular, the surface area is good in the range of 30 Hall 2 to 1 70 ⁇ 2.
  • the combustion wick by providing a surface area of the projecting portion of the wick to 1 70 wicked person 2 or less, it can be saturated flame length to 7 0 mm or less.
  • the combustion wick when the combustion wick is ignited in this burning appliance, its flame length elongates with time from immediately after ignition and becomes a saturated flame length.
  • the saturated flame length has a correlation with the surface area of the exposed portion protruding from the wick holder of the combustion wick, as shown in an experimental example described later.In order to make the saturated flame length less than the desired length, the combustion flamm This is because it is necessary to limit the exposed surface area that contributes, and this maximum surface area is 170 0 2 .
  • the initial flame length after ignition straight with an on 2 0 ⁇ , when up to post-ignition flame length reaches 2 5 mm can be less than 10 seconds.
  • the surface area of the exposed portion protruding from the wick holder of the combustion wick should be shortened.
  • the initial flame length immediately after ignition should be 20 thighs or more, and the time required for the flame length to reach 25 mm after ignition should be 10 seconds or less.
  • wick by ceramic fibers in the surface area of 4 0 ⁇ 2 or more, in particular,
  • the saturated flame length is reduced to 60 marshals to 70 mm or less, the initial flame length immediately after ignition is set to 20 dishes or more and about 45 marshals, and the time required for the flame length to reach 25 strokes after ignition is 10 times. It can be reduced to about seconds or less, which satisfies the practical use as an igniter.
  • the combustion core may be formed by binding heat-resistant fibers, adding a small amount of binder to the heat-resistant fibers, or forming the core into a felt shape.
  • combustion wick is divided between a suction portion and a combustion portion, and at least one of the divided portions is provided so as to be able to move toward and away from the other.
  • the fuel can be supplied to the fuel cell, the fuel supply can be cut off with the separation, and a predetermined amount of fuel can be burned.
  • the combustion wick shape is used.
  • the amount of fuel retained and the amount of fuel consumed are related, and a predetermined quantitative combustion time and combustion characteristics can be obtained. Therefore, by selecting the shape and material including the non-circular cross section of the combustion part of the combustion wick in the liquid fuel combustion appliance, It becomes possible to design a combustion wick in a combustion appliance suitable for various uses.
  • the combustion wick in the present invention as described above has a fuel wicking portion and a combustion portion integrally formed of the same material, or a fuel wicking portion and a combustion portion formed of different materials. It is composed of those both connected.
  • the liquid fuel mainly composed of alcohol includes, for example, a lower monohydric alcohol such as methyl alcohol, ethyl alcohol or propyl alcohol, and a saturated hydrocarbon such as hexane or heptane for coloring the flame. A mixture is used.
  • FIG. 1 is a plan view and a schematic cross-sectional view of a smoking article lighter as an example of a burning appliance according to the first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a plan view of a lighter for comparative smoking equipment
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a smoking article rye in the second embodiment
  • Fig. 4 is a cross-sectional view of a basic sample of the combustion equipment used in the experiment.
  • Fig. 5 is a graph showing the relationship between the combustion core surface area and the initial flame length in the example of a glass fiber combustion core.
  • Fig. 6 is a graph showing the relationship between the surface area of the combustion core and the time to reach the flame length of 25 thighs in the example of the glass fiber combustion core.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the surface area of the combustion core and the saturated flame length in the example of the glass fiber combustion core.
  • Figure 8 shows the relationship between the surface area of the combustion core and the initial flame length in the example of a ceramic fiber combustion core.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the surface area of the combustion core and the time required to reach the flame length of 25 in the example of the ceramic fiber combustion core.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the combustion core surface area and the saturated flame length in the example of the ceramic fiber combustion core.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the combustion core surface area and fuel consumption.
  • FIG. 1 shows a plan view and a schematic cross-sectional structure of a smoking article lighter as an example of a liquid fuel combustion apparatus.
  • the fuel tank 1 has a bottomed cylindrical fuel tank 2, a fiber material 3 (filling) is inserted into the fuel tank 2, and an upper lid 4 is fixed to the upper part of the fuel tank 2.
  • a fuel storage unit 5 for storing liquid fuel is configured.
  • the fuel tank 2 is a molded article made of polypropylene and has an inner volume of 5 cm 3 .
  • the fibrous material 3 is obtained by pushing polypropylene fiber having a thickness of 6 denier into the fuel tank 2 at a density of 0.05 g / cm 3 . 4 g of liquid fuel mixed with 5 wt% of xan is injected and impregnated and stored.
  • a combustion wick 6 vertically penetrating the upper lid 4 into the fuel tank 2 and fixed by a wick holder 17.
  • the combustion wick 6 is formed by separating the upper combustion wick 6 1 and the lower suction wick 6 2 from different materials, and the lower end of the upper combustion wick 6 1 is in contact with the upper end of the suction wick 6 2.
  • the two are joined together by a square tube-shaped core holder 17 having a square cross section whose inner surface is made of metal and whose side is 4 mm.
  • the lower end of the suction core 62 contacts the fiber material 3 in the fuel tank 2 and sucks up the liquid fuel impregnated in the fiber material 3 by using a capillary phenomenon. Then, the wick tip burning portion projecting above the wick holder 17 of the upper wick 61 of the wick 6 is ignited to generate flame and burn.
  • the upper combustion core 61 is mainly composed of, for example, alumina and silica having a thickness of 2.8 m. And the raw material ceramic fibers fiberized, so that by adding a binder of organic traces packing density of the fibers becomes 2 0 O mg / cm 3, width what thickness was molded into 4 ⁇ plate 4
  • the rod holder 7 was cut into a 10 mm long, 10 mm long band and formed into a square rod shape.
  • the combustion part of this upper combustion wick 61 protrudes from the wick holder 7 by a length of 3.7 remarks, and the surface area of the protruding combustion part is 75.2 mm 2 and the volume is 59.2 mm 3 . ing.
  • the combustion portion of the upper combustion core 61 protruding from the core holder 17 contains 65.lmg of liquid fuel.
  • the suction core 62 is formed by bundling and fixing acrylic fibers, and is formed in a rod shape having a large-diameter head 62 a.
  • the head 62 a is inserted into a lower portion of the core holder 7.
  • the upper combustion wick 61 is brought into contact with the lower end 6 lb of the upper combustion wick 61, and in this state, the upper end and the lower end of the wick holder 17 are caulked, and the upper combustion wick 61 and the suction wick 62 are connected. And integrated.
  • the suction core 62 has a head outer diameter of 3.4 mm and a length of 3 orchids, and the lower leg portion has an outer diameter of 3.0 mm and a length of 37 marauders. .
  • the thickness of the acrylic fiber is 3 denier, and the porosity after fixed molding is 60%.
  • An ignition member 10 is disposed on the upper lid 4 so as to face the tip of the upper combustion core 61, and the ignition member 10 is movable vertically in a bracket 11 fixed to the upper lid 4.
  • the igniter stone 12 is inserted, and a rotating file 13 is provided on the upper cover of the bracket 11.
  • the tip of the igniter stone 12 is pressed around the rotating file 13 by the urging force of the stone pressing spring 14. It is provided so that sparks fly toward the combustion wick 6 by the rotating operation of the rotating file 13.
  • a volatilization prevention closure cap 16 is provided to cover the upper combustion core 61 and the projection of the core holder 7 in an openable and closable manner.
  • the closure cap 16 is provided at one end of the upper surface of the upper lid 4 in the fuel tank 2. Is rotatably supported by a bin 17.
  • An inner lid 16a is provided on the inner surface of the closing cap 16 so as to surround the outer peripheral portion of the wick holder 7 and cover and seal the upper combustion wick 61.
  • An O-ring 19 is horizontally attached to the outer peripheral root of the core holder 7 and presses against the inner peripheral surface of the inner lid 16a to improve the airtightness.
  • a top plate 18 is provided on the upper surface of the upper lid 4.
  • FIG. 2 shows a plane structure of a smoking article lighter prepared for comparison with the lighter of the first embodiment.
  • the cross-sectional shape of the upper combustion core 61 of the combustion core 6 of this comparative example is circular, and the shape of the core holder 7 for holding the same is also provided in a cylindrical shape (an inner diameter of 0.4).
  • the other structure is the same as that of FIG.
  • the upper combustion core 61 is made of, for example, a ceramic fiber obtained by fiberizing a raw material mainly composed of alumina and silica having a thickness of 2.8 ⁇ m, and adding a trace amount of an organic binder to a fiber packing density of 20%. O mg / cm 3 and an outer diameter of ⁇ 4 mm are inserted into the core holder 7.
  • the combustion portion of the upper combustion core 61 protrudes 5 thighs from the core holder 17, and the surface area of the combustion portion is 75.4 hall 2 and the volume is 62.8 band 3 .
  • the combustion portion of the upper combustion wick 61 contains 69.lmg of liquid fuel.
  • the length of the combustion portion protruding from the wick holder 7 of the upper combustion wick 61 is reduced to 3.7 mm from 5 imn of the comparative example.
  • the exposed surface area of the burning part was almost the same, and the flame length change characteristics that satisfy the required burning conditions as a smoking article liquorice were obtained.
  • Fig. 3 is a quantitative combustion type lighter for smoking devices that has a structure in which the upper combustion wick and the suction wick of the combustion wick can be separated and automatically extinguishes the fire after burning for a certain period of time after ignition.
  • the upper combustion core 6 1 of the combustion core 6 has a rectangular cross section and is slidably supported in the vertical direction by a core holder 7 on the upper lid 4, while the suction core 6 2 has an upper head 6 2 a having an upper lid 4. And the lower part is inserted into the fuel storage unit 5. As the upper combustion core 61 slides up and down, the lower end is moved toward and away from a state where the lower end is in contact with the upper end of the suction core 62 and a state where it is separated.
  • the upper combustion core 61 and the core holder ⁇ are urged in a separating direction (upward) by a coil spring 15 as elastic means.
  • the coil spring 15 is contracted between the upper surface of the upper lid 4 and the upper end of the wick holder 17.
  • the upper combustion wick 61 is moved upward by the biasing force of the spring 15, the lower end is sucked up. It is provided so as to be separated from the upper end of the core 62 and form a gap therebetween.
  • an O-ring 21 is interposed between the upper lid 4 and the core holder 7 to seal between the two.
  • a volatilization-preventing closure cap 16 is provided to cover the projecting portion of the upper combustion core 61 so as to be openable and closable.
  • the closure cap 16 is turned around one end of the upper surface of the upper lid 4 of the fuel tank 2 by a pin 17. It is pivotally movable.
  • the inner surface of the closing cap 16 is provided with an inner lid 16 a which abuts on the upper end of the wick holder 17 and covers and seals the upper combustion wick 61.
  • a sealing member 16 is attached to the lower end of the inner lid 16a, and the inner lid 16a is pressed against the upper surface of the upper lid 4 to improve the airtightness. Others are the same as the first embodiment shown in FIG.
  • the sealing member 16 b at the lower end of the inner lid 16 a contacts the upper end of the core holder 17 and pushes it down against the spring 15.
  • the lower end of the upper combustion wick 61 is brought into contact with the upper end of the suction wick 62 to supply fuel to the upper combustion wick 61, and the combustion portion of the upper combustion wick 61 is sealed to supply liquid fuel. Prevent volatilization.
  • the upper combustion wick 61 moves together with the wick holder 7 by the urging force of the spring 15, and the lower end thereof sucks up.
  • the fuel is separated from the upper end of the core 62 and the fuel supply to the upper combustion core 61 is cut off.
  • the combustion portion of the upper combustion wick 61 is ignited, quantitative combustion is performed in which the flame is extinguished when the fuel held in the upper combustion wick 61 is completely burned.
  • the flame length immediately after ignition was 27 mm, and the flame length gradually increased from there. Approximately 30 seconds after the ignition, the flame length became 47 thighs, after which the flame length did not change and became equilibrium. At about 40 seconds after the ignition, the flame length sharply shortened, and after about 44 seconds, it extinguished naturally.
  • FIG. 11 shows the relationship between the surface area of the burning portion in the glass fiber combustion core and the ceramic fiber combustion core and the fuel consumption accompanying combustion.
  • the fuel consumption has a correlation with the surface area, and the fuel consumption by the material of the glass fiber and the ceramic fiber shows almost the same value with almost no difference.
  • the length of the upper combustion wick is 10 marauders and the protrusion length from the wick holder 1 is 3.7 marauders in the case of ceramic fiber wicks.
  • the fuel consumption per second may be determined to be about 4 mg from 1 1, the 1 7
  • the combustion time required to burn out 6 mg of fuel is about 44 seconds.
  • a quantitative combustion using a combustion part structure in which the combustion portion protrudes 5 mm from the core holder was considered.
  • the fuel alcohol retention is 75.4 mg
  • the combustion core surface area is 75.4 thighs 2
  • the fuel consumption per second is about 4 mg from Fig. 11, which is 75.4 above. Burning mg of fuel is calculated to burn out in about 19 seconds.
  • the cross-sectional shape of the tip burning portion of the burning wick in the burning appliance such as Raiyuichi of the present invention is non-circular, and in addition to the square shape as in the above embodiment, an elliptical shape and other non-circular shapes. Configurable in shape.
  • the experiment to determine the relationship between the combustion characteristic (flame length change characteristic) and the surface area is shown below.
  • Fig. 4 shows a reference sample as a combustion tool in which various experiments were performed.
  • the container 35 serving as a fuel tank is filled with a batting 34 impregnated with a liquid fuel mainly composed of alcohol, and the sucking portion 32 of the combustion wick 30 is inserted in contact with the batting 34 to open the opening of the container 5.
  • the upper lid 36 A jig holding section 38 supporting the upper end of the suction cup 32 is fixed to the center of the upper lid 36, and the combustion section 31 of the combustion core 30 is held on the jig holding section 38.
  • a lead holding jig 37 as a lead holder is attached, and a lower end of the combustion part 31 is connected to an upper end of the suction part 32.
  • the combustion part 31 of the combustion core 30 one using a glass fiber core obtained by binding glass fibers and one using a ceramic fiber core are used.
  • the fiber diameter and porosity of these combustion sections 31 are properly selected and connected to the suction section 32 made of acryl fibers, and the suction section 32 can supply more than the amount consumed by the combustion in the combustion section. Have the ability to do so.
  • a glass fiber core with a fiber diameter of 6 ⁇ m and a fiber density of 15 Omg / cm 3 was used. It suffices if the fuel supply capacity for consumption is satisfied.
  • As the ceramic fiber core a fiber having a fiber diameter of 2.8 ⁇ m and a fiber density of 20 Omg / cm 3 was also used. In this experiment, specific glass fibers and ceramic fibers were used.However, if the heat resistance and the wicking diffusion ability were the same even when other materials were used, the results were also similar. Applicable.
  • a fiber bundle having a fiber filling density of 15 Omg / cm 3 and a cross-sectional shape formed into a quadrangle and a quadrangle having a square shape of 4 thighs was manufactured.
  • a wick holder that locks this was fabricated, and a test piece with a combustion wick whose protruding length from the wick holder was 3 mm or 5 mm was used as a test sample.
  • ceramic fiber wick as an organic binder one addition to ceramic textiles of the fiber one diameter 2.8, packing density of the fibers into a plate shape in the thickness 4 ⁇ becomes 2 0 O mg / cm 3
  • the molded products were made into a circular shape with a cross section of 4 thighs and a square shape with a square shape of 4 mm square, which were used as test samples.
  • the protruding length of the combustion wick from the wick holder was set to 3 and 5 as described above.
  • Table 1 shows the results of igniting and burning the combustion wick of each test sample described above and measuring the change in flame length.
  • the glass fiber per one packing density of the fiber was bundled so that 1 5 O mg / cm 3, a value obtained by measuring the amount retained per unit volume of fuel alcohol contained 0. 6 g / cm Was 3 .
  • the ceramic fibers per one packing density of the fibers was molded into a 2 ⁇ O mg / cm 3, the holding amount per unit volume of fuel alcohol contained in the same manner in the 1. 1 g / cm 3, The fuel holding amounts of the two differ greatly.
  • the initial flame length immediately after ignition the time until the flame length becomes 25 thighs, and the saturation, which are the characteristics required for the combustion wick in Table 1 above, are given.
  • the characteristics of the combustion wick are different from each other, and the surface condition is microscopically microscopic.
  • the constituent materials of the combustion wick are the same and the simple surface area calculated from their outer dimensions is the same, It was found that the same characteristics were exhibited in a range that could be used as a combustion wick for a suitable igniter. If this phenomenon is used, the outer peripheral dimension can be increased by making the cross section of the combustion core a non-circular shape such as a square or an ellipse rather than a circle. It has been found that the length of protrusion from the lead holder can be reduced.
  • the surface area of the combustion wick based on these measured values is considered to be microscopically uneven on the surface of any of the combustion wicks using glass fiber or ceramic fiber, and the actual surface area is considered to be large. Based on the external dimensions of the exposed surface area from the support part, the side area and the tip end area are shown as simply calculated values.
  • Fig. 5 shows the relationship between the surface area of the combustion core and the initial flame length when a glass fiber core was used. part surface area required 3 0 thigh 2 or more. From this figure, when the surface area of the combustion wick is 100 bandages 2 , the initial flame length is about 35 bandages within the experimental range, and the surface area is 170 employment 2 and the dimensions are large. Also, the initial flame length is about 4 Oram, which is considered to be appropriate for use as an igniter.
  • Fig. 6 shows the measurement results of the surface area of the combustion core and the time required for the flame length to reach 25 dishes when a glass fiber core is used. In order to reduce this time to about 10 seconds or less, A surface area of 30 mm 2 or more is required.
  • Figure 7 shows the measurement results of saturated flame length post-ignition flame length is extended equilibrium with wick surface area in the case of using a glass fiber core as well, the wick surface area in 1 7 O im 2 above,
  • the saturated flame length is 65 thighs, and the saturated flame length should be less than this surface area in order to be 60 to 70 thighs or less.
  • the saturated flame length is preferably 50 to 60 thighs or less for applications such as smoking equipment, the combustion wick surface area may be up to 100 thighs 2 .
  • Figs. 8 to 10 show the experimental results of the combustion wick using ceramic fibers.
  • Fig. 8 shows the relationship between the combustion wick surface area and the initial flame length.
  • the surface area of the combustion part must be 4 O mm 2 or more.
  • the initial flame length when the surface area is larger 1 7 0 ⁇ 2 and dimensions of the wick becomes 4 5 ⁇ degree, as slightly longer initial flame length of ignitor and to be considered until this extent. If the above surface area is 10 O mm 2 , the initial flame length will be about 35 mm, and depending on the use of the igniter, especially for smoking equipment In the evening, it is considered an appropriate upper limit of the initial flame length.
  • Fig. 9 shows the measurement results of the combustion core surface area and the time required for the flame length to reach 25 mm when a ceramic fiber core is used. Is required to be 40 mm 2 or more.
  • Figure 1 0 shows the measurement results for wick surface area and saturated flame length in the case of using a ceramic fiber wick
  • the wick surface area above 1 7 0 thigh 2 saturated flame length is 6 5 negation Yes, in order to make the saturated flame length 60 to 70 mm or less, the surface area may be less than this.
  • Et al is, those preferably saturated flame length in applications such as the smoking article for Lai evening one is to 5 0 mm to 6 0 thigh below, wick surface area may be set to up to 1 0 0 negation 2.
  • the fiber diameter of the glass fiber and the ceramic fiber is expressed as a numerical value, but it shows the average representative dimension, and the actual dimension has a distribution with respect to the indicated fiber diameter.
  • the displayed values are representative expressions, and various types of thicker and thinner ones are mixed.

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Description

曰月 田 液体燃料用燃焼器具における燃焼芯 技術分野
本発明は、 アルコールを主体とする液体燃料を用いた喫煙具用ライ夕一、 着火 器等の燃焼器具において、 液体燃料を燃料タンク中より毛細管現象を利用して吸 い上げ燃焼させる燃焼芯に関するものである。
背景技術
一般に、 喫煙具用ライター、 着火器、 トーチ、 照明具等の燃焼器具における燃 料としては、 エチルアルコール等のアルコール燃料、 ガソリンを含む石油べンジ ン系のベンジン燃料、 ブタンガス、 プロパンガス等の液化ガス燃料が利用されて いる。
そして、 使用燃料の種類に応じてそれそれの燃焼器具の性能、 使い勝手、 設計 構造が異なり、 それそれの特徴を有する。
例えば、 石油ベンジン系炭化水素化合物の混合物によるベンジン燃料の場合は、 この燃料がそれそれ沸点の異なる化合物の混合体であり、 燃焼器具に着火した使 用初期は沸点の低いベンジン成分が揮発し、 順次沸点の高い炭化水素へと揮発成 分が移行するため、 燃焼時間に応じて燃焼器具内に残留する燃料組成が変化し、 このために炎長の変化を生起する、 ガソリンでも同様である。 また、 ベンジンお よびガソリンは揮発性が高くこれを使用する燃焼器具においては、 燃料貯蔵部お よび燃焼芯の部分から揮発を低減する密閉構造が必要であり、 この密閉が不十分 であると燃料が揮発して失われ、 燃料の補充頻度が高く煩雑であり、 さらに、 こ のベンジンおよびガソリンには特有の臭いがあり、 好まれない場合がある。
液化ガス燃料の場合には、 燃焼器具の使用温度範囲でガス圧が高く、 燃料を貯 蔵する容器は耐圧構造が必要とされる。 また、 上記ガス圧の変動に応じて炎長が 変化し、 特にそのガス圧は温度に対し対数的に大きく変化する特性があり、 温度 に対する炎長の変化が大きい問題を有する。 この炎長変化を少なくするためには 燃焼器具の燃料供給機構に温度補償を行う特別な設計対策を要し、 構造が複雑に なると共にコスト面で不利となる。
一方、 アルコール燃料の場合には、 エチルアルコール、 メチルアルコール、 プ 口ピルアルコール等の低級 1価アルコール等のアルコールを主体とする液体燃料 は常温で液体であり、 蒸気圧も比較的低く、 燃料貯蔵部の耐圧容器が不要で、 燃 料タンクおよび燃焼芯に対する密閉はアルコールが揮発しない程度の密閉構造で よく、 燃焼器具の構造の簡素化、 コスト面で有利となる。
また、 このアルコールを主体とした液体燃料を用いる燃焼器具では、 液体燃料 を燃料貯蔵部から燃焼部への燃料供給を行う手段として、 一般には、 液体燃料の 表面張力を利用して、 連続細孔または細い繊維を束ねた細隙を毛管現象により吸 い上げ、 先端部で燃焼させる燃焼芯を使用している。
具体的には、 上記燃焼芯は、 燃料の吸い上げには繊維を撚つた紐状のもの、 ガ ラス繊維を束ねたもの、 或いはこの両者を使用しガラス繊維を綿糸で包み込み、 これが解けないよう金属細線で巻回したものなどを利用し、 下端吸上部分が燃料 吸い上げに機能し、 上端燃焼部分で燃焼を行うようにしている。
しかして、 上記のような燃焼芯を使用する燃焼器具においては、 この燃焼芯の 材質、 寸法、 形状により、 着火後の初期炎長、 炎長の変化、 飽和炎長等が異なる ので、 燃焼器具に対しての要望特性を満たすように構成する必要がある。
つまり、 アルコールを主体とする液体燃料を用いる喫煙具用ライ夕一等の燃焼 器具を作製した場合に、 その燃焼芯に着火すると、 燃焼芯の表面に存在する燃料 が燃焼を開始し炎を形成する。 この炎の長さを初期炎長とする。
次のこの燃焼により燃焼芯は加熱され、 燃焼芯の表面よりの燃料の揮発量は增 犬し、 炎長は伸びる。 しかし、 燃焼芯表面の燃料の燃焼による温度上昇は燃焼の 進行と共に平衡状態となり停止し、 炎長の伸長も飽和し停止して飽和炎長となる。 燃焼芯はその表面より燃料が燃焼揮散するのに伴い、 燃焼芯の内部よりその表面 に燃料を拡散すると共に燃料タンク内の燃料が燃焼芯の吸上部分を通して吸い上 げ補給される。
そして、 燃焼芯表面よりの燃料の消費と燃焼芯内部よりの燃料供給と、 さらに 燃料タンクよりの燃料の吸い上げ供給が行われれば燃料は平衡状態で継続し炎長 は安定する。 上記燃焼芯表面よりの燃料の消費に対し燃焼芯内部よりの燃料の供 給が伴わなければ炎長は初期炎長より変化し、 燃料供給に応じた平衡状態となる か消滅する。
ところで、 喫煙具用ライ夕一、 着火器等の燃焼器具においては、 着火直後の初 期炎長は出来るだけ長く、 実用上ではこの値が少なくとも 2 0 mm程度を有し、 炎 長が 2 5腿に達する迄の時間を出来るだけ早く、 実用上では 1 0秒程度以内とし、 また、 着火経時後の飽和炎長があまり長くならないように実用上では 7 0 mm程度 とする燃焼条件を満足することが要求される。
しかし、 断面円形状の燃焼芯では、 上記のような条件を達成するためには、 燃 焼芯の外径を小さくすると芯ホルダーからの突出量が大きくなる一方、 この突出 量を小さくするには外径を大きくする必要があり、 この燃焼芯よりの燃料の揮発 を防止するための閉塞キヤップの大きさと開閉作動との関係により、 これらの構 造のコンパク ト化を図る際の障害となる。 つまり、 燃焼芯の寸法は出来るだけ小 さく、 および燃焼芯の突出量を短く構成することが要望される。
本発明は上記事情に鑑み、 アルコールを主体とする液体燃料を用いる燃焼器具 において最適な燃焼状態を確保しつつ燃焼芯の突出量を小さく してコンパク ト化 が実現できるようにした液体燃料用燃焼器具における燃焼芯を提供せんとするも のである。
発明の開示
上記課題を解決した本発明の液体燃料用燃焼器具における燃焼芯は、 燃料タン クに収容したアルコールを主体とする液体燃料を吸上部分によって毛管現象によ り吸い上げ先端燃焼部分で燃焼させる燃焼芯と、 該燃焼芯を保持する芯ホルダー と、 該燃焼芯に着火する着火部材と、 前記燃焼芯を開閉可能に密閉する揮発防止 用の閉塞キヤップとを備え、 前記燃焼芯の燃焼部分の断面形状が非円形であるこ とを特徴とするものである。
前記燃焼芯の燃焼部分の非円形断面形状としては、 楕円形、 角形等に形成する のが望ましい。
この場合、 燃焼芯の燃焼部分の断面形状を非円形としたことにより、 初期炎長 等の所定の燃焼条件を得るために必要な表面積を確保するについて、 断面形状が 楕円形または角形等の非円形状のものでは円形状のものに比べて単位長さ当たり の表面積が大きくなって、 芯ホルダ一から突出する燃焼部分の突出量を小さくで き、 これにより、 閉塞キャップ等との関係における設計自由度が増大すると共に、 コンパク ト化が実現できる。
ところで、 前記燃焼芯を具備するアルコールを主体とする液体燃料を用いる喫 煙具用ライター、 着火器等の燃焼器具を作製する場合、 着火直後の初期炎長、 炎 長が 25匪に達する迄の時間、 着火経時後の飽和炎長には、 燃焼芯の寸法形状、 材質が関連する。 そして、 液体燃料はタンク中より燃焼芯の吸上部分を通じて吸 い上げられ燃焼部分に移動してその表面より揮発し、 揮発した液体燃料に着火す ると 2次空気を混入して炎燃焼することから、 この炎燃焼の際の燃焼特性は、 燃 焼芯の芯ホルダ一より突出した部分の表面積と係わることが判明した。
つまり、 上記燃焼器具の燃焼芯で前述のような条件を満足する所期の燃焼状態 を得るために、 燃焼芯の表面積を所定量確保することが必要であり、 この場合に 燃焼芯の断面形状を非円形にすることにより表面積が拡大し、 その燃焼芯の芯ホ ルダ一よりの突出量を小さくすること、 また所定のスペースに燃焼芯を配設する ことが可能となる。
具体的には、 前記燃焼芯の設計を考える場合、 断面が円形状で前記燃焼条件を 満足するものとして、 例えば外径 D = 4画で芯ホルダ一よりの突き出し長さ L = 5腿の燃焼芯の表面積を計算すると、
Figure imgf000006_0001
= 1/ 4 x 3. 14 X 42 + 3. 14 x 4 x 5 = 75. 4腿2
となる。 一方、 この燃焼芯と燃焼器具としての初期炎長等の 3特性を同じにして、 すなわち表面積が同一で燃焼芯の断面形状を角形で 4腿角とすると、 その突き出 し長さ Lは、
L= (75. 4-4 x 4) / (4 x 4) = 3. 7皿
となり、 燃焼芯の芯ホルダ一よりの突き出し長さ Lを 3. 7腿と短くできる。 こ れは着火器等の小型燃焼器具の設計上、 燃焼芯に対しては不使用時の密閉構造を 考えると有利になる。
また、 前記燃焼芯の燃焼部分を耐熱性繊維、 例えば、 ガラス繊維、 セラミック 繊維、 炭素繊維で構成するのが好適である。 つまり、 燃焼芯は液体燃料を吸い上げその表面より揮発させるため、 多孔質で かつ耐熱性材料で構成される必要があり、 さらに表面よりの燃料の揮発に対する 内部よりの供給を必要とするので液体燃料の保持力が必要となる。 このため、 耐 熱性繊維で構成すると効果的であり、 この具体化材料としてガラス繊維、 セラミ ック繊維、 炭素繊維が適切である。
具体的には、 ガラス繊維の充填密度を 1 5 Omg/cm3 とした場合、 ガラス繊維 を用いて断面形状を円形にして燃焼芯の芯ホルダーよりの突き出し長さ Lが 5扁 のときの燃焼部の体積は、
1/4 TTD 2 X L= 1/4 X 3 . 1 4 x 4 x 4 x 5 = 6 2. 8誦 3
となる。 このガラス繊維燃焼芯の単位体積当りのアルコールの保持量は 0. 6mg /mm3 であって、 燃焼芯の芯ホルダ一より突き出した部分のアルコールの保持量 は、
6 2. 8mm3 x 0. 6 mg/mm3 = 3 8mg
となる。 また、 セラミック繊維の充填密度を 2 0 Omg/cm3 とした場合、 セラミ ック繊維を用いた断面角形 （W 4腿 X T 4腿） の燃焼芯の芯ホルダ一よりの突き 出し長さ Lを 4匪とすると、 突き出した燃焼部分の体積は、
Wx T x L = 4 x 4 x 4 = 64mm3
となる。 この燃焼芯の芯ホルダ一より突き出した部分のアルコールの保持量は、 セラミック繊維燃焼芯の単位体積当りのアルコールの保持量は 1. lmg/誦 3 よ り、
64mm3 x 1. 1 mg/mm3 = 7 Omg
となる。 燃焼芯のアルコールの保持量が多いことは、 乾燥或いは燃焼による燃焼 消費に対する補給の点で、 燃焼芯として有利である。
また、 前記燃焼芯の芯ホルダーより突出した部分の表面積は、 1 70腿2 以下 に設けるのが好ましく、 また、 30画2 以上に設けるのが好ましい。 特に、 上記 表面積が 30廳 2 〜 1 70誦 2 の範囲が良好である。
このように、 燃焼芯の突出部分の表面積を 1 70匪2 以下に設けることにより、 飽和炎長を 7 0mm以下にすることができる。 つまり、 この燃焼器具において燃焼 芯に着火するとその炎長は着火直後より経時的に伸長し飽和炎長となるが、 この 飽和炎長は後述の実験例に示すように燃焼芯の芯ホルダーより突出した露出部分 の表面積と相関関係があり、 飽和炎長を所望の長さ以下にするためには、 燃焼芯 の燃焼に寄与する露出表面積に限定が必要となり、 この最大表面積が 1 7 0扁 2 だからである。
また、 燃焼芯の突出部分の表面積を 3 0 mm2 以上に設けることにより、 着火直 後の初期炎長を 2 0匪以上とするとともに、 着火後炎長が 2 5 mmに達する迄の時 間を 1 0秒以下にすることができる。 つまり、 この燃焼器具において燃焼芯へ着 火直後の初期炎長を長く、 また炎長が 2 5 mmに達する迄の時間を短くするために は、 燃焼芯の芯ホルダーより突出する露出部分の表面積が係わっているが、 着火 器としての実用上の必要特性として、 着火直後の初期炎長を 2 0腿以上とし、 着 火後炎長が 2 5 mmに達する迄の時間を 1 0秒以下にするためには、 上記表面積を
3 0 mm2 以上とする必要があるからである。
セラミック繊維による燃焼芯の場合には、 前記表面積が 4 0誦 2 以上で、 特に、
4 0靈 2 〜 1 7 0 mm2 の範囲が好適である。 これにより、 飽和炎長を 6 0匪〜 7 0 mm以下とし、 着火直後の初期炎長を 2 0皿以上 4 5匪程度とし、 着火後炎長が 2 5画に達する迄の時間を 1 0秒程度以下にすることができ、 着火器としての実 用上の用途を満たすものとなる。
なお、 前記燃焼芯を、 耐熱性繊維を結束するか、 または、 耐熱性繊維に微量の バインダーを添加して成形するか或いはフェルト状としたもので構成することが 可能である。
また、 前記燃焼芯を吸上部分と燃焼部分との間で分割し、 分割部分の少なくと も一方を他方に対して接離移動が可能なように設け、 その接触時に吸上部分より 燃焼部分へ燃料を供給し、 分離に伴って燃料供給を遮断し所定量の燃料を燃焼さ せるように設けることができる。
このように、 燃焼芯の燃焼部分を着火時に吸上部分より分離する構造とし、 燃 焼芯に保持された燃料を燃焼し尽く して消火する定量^焼式とする場合は、 燃焼 芯の形状および材質の選定により、 その燃料の保持量と燃料消費量とが係わり、 所定の定量燃焼時間、 燃焼特性を得ることができる。 したがって、 液体燃料用燃 焼器具における燃焼芯の燃焼部分の断面非円形状を含む形状、 材質の選定により、 各種用途に適した燃焼器具における燃焼芯の設計が可能となる。
すなわち、 燃焼芯として安定した燃焼を継続するには、 燃焼芯の燃焼部分の表 面に内部より燃料の供給が必要で、 このためには、 燃焼芯はその内部に液体燃料 を保持する必要がある。 この燃焼芯の燃料保持量は燃焼芯の構成により異なるた め、 燃焼芯の表面積よりの単位時間の燃料消費量を勘案して燃焼芯を設計するこ とが必要である。 したがって、 燃焼芯を着火時に分離する定量燃焼方式とする場 合は、 着火より消火迄の時間を想定し、 この間に燃焼芯の表面積よりの単位時間 当りの燃焼消費量に応じた燃料の保持量を設定することが必要であり、 適切な設 定により、 所定の定量燃焼時間、 燃焼特性を得ることが可能となる。
なお、 上記のような本発明における燃焼芯は、 燃料吸上部分と燃焼部分とが同 一素材で一体に形成されたもの、 または、 燃料吸上部分と燃焼部分とが異なる材 料によって形成され、 両者が接続されたものなどによって構成される。
また、 アルコールを主体とする液体燃料としては、 例えば、 メチルアルコール、 エチルアルコールまたはプロピルアルコールによる低級 1価アルコールを主成分 とし、 これに炎に着色するためのへキサンまたはヘプタン等の飽和炭化水素を混 合したものが使用される。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第 1の実施の形態における燃焼器具の一例としての喫煙具用 ライターの平面図および概略断面図、
図 2は、 比較用喫煙具用ライターの平面図、
図 3は、 第 2の実施の形態における喫煙具用ライ夕一の概略断面図、
図 4は、 実験に使用した燃焼器具の基本サンプルの断面図、
図 5は、 ガラス繊維燃焼芯の例における燃焼芯表面積と初期炎長との関係を示 すグラフ、
図 6は、 ガラス繊維燃焼芯の例における燃焼芯表面積と炎長 2 5腿に達する時 間との関係を示すグラフ、
図 7は、 ガラス繊維燃焼芯の例における燃焼芯表面積と飽和炎長との関係を示 すグラフ、
図 8は、 セラミック繊維燃焼芯の例における燃焼芯表面積と初期炎長との関係 を示すグラフ、
図 9は、 セラミック繊維燃焼芯の例における燃焼芯表面積と炎長 2 5態に達す る時間との関係を示すグラフ、
図 1 0は、 セラミック繊維燃焼芯の例における燃焼芯表面積と飽和炎長との関 係を示すグラフ、
図 1 1は、 燃焼芯表面積と燃料消費量の関係を示すグラフである。
発明を実方 するための最良の形態 以下、 本発明の液体燃料用燃焼器具における燃焼芯の実施の形態を図面に沿つ て説明する。
<第 1の実施の形態 >
図 1に液体燃料用燃焼器具の一例としての喫煙具用ライ夕一の平面図および概 略断面構造を示す。 ライ夕一 1は、 有底筒状の燃料タンク 2を有し、 この燃料夕 ンク 2の内部には繊維材 3 (中綿） が挿入され、 燃料タンク 2の上部には上蓋 4 が固着されて、 液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵部 5が構成されている。
例えば、 上記燃料夕ンク 2は、 ポリプロピレンによる成形品で内容積が 5 cm3 に設けられている。 繊維材 3は、 太さが 6デニールのポリプロピレン繊維を、 燃 料タンク 2内に密度 0 . 0 5 g /cm3 で押し込んでなり、 この繊維材 3にェチル アルコール 9 5 w t %、 n—へキサン 5 w t %を混合した液体燃料が 4 g注入含 浸されて貯蔵される。
さらに、 前記上蓋 4を燃料タンク 2内に垂直に貫通して芯ホルダ一 7で固定さ れた燃焼芯 6が配設されている。 燃焼芯 6は、 上部燃焼芯 6 1と下方の吸上芯 6 2とに異なる素材で分離形成され、 上部燃焼芯 6 1の下端部と吸上芯 6 2の上端 部とが接触された状態で、 両者が金属製の断面形状が内面の 1辺が 4丽の正方形 の角筒状の芯ホルダ一 7によって結合されている。
前記吸上芯 6 2の下端部は前記燃料タンク 2内の繊維材 3に接触し、 該繊維材 3に含浸された液体燃料を毛管現象を用いて吸い上げる。 そして、 この燃焼芯 6 の上部燃焼芯 6 1の芯ホルダ一 7より上方に突出した芯先端燃焼部分に着火され 炎を生じて燃焼する。
前記上部燃焼芯 6 1は、 例えば、 太さが 2 . 8〃mのアルミナとシリカを主体 とした原料を繊維化したセラミック繊維に、 微量の有機質のバインダーを加えて 繊維の充填密度が 2 0 O mg/cm3 となるよう、 厚さが 4顏の板状に成形したもの を幅 4 mm、 長さ 1 0匪に切断して角棒状に構成したものを前記芯ホルダー 7に揷 入している。 この上部燃焼芯 6 1の燃焼部分は芯ホルダー 7より 3 . 7誦の長さ 突き出しており、 突出した燃焼部分の表面積は 7 5 . 2 mm2 で、 体積は 5 9 . 2 mm3 となっている。 また、 前記上部燃焼芯 6 1の芯ホルダ一 7より突き出してい る燃焼部分には 6 5 . l mgの液体燃料が含有される。
また、 前記吸上芯 6 2は、 アクリル繊維を束ねて固着させ、 径の大きい頭部 6 2 aを有する棒状に形成してなり、 この頭部 6 2 aを前記芯ホルダー 7の下部に 挿入して、 前記上部燃焼芯 6 1の下端部 6 l bに接触させ、 この状態で芯ホルダ 一 7の上端部および下端部をかしめて、 上部燃焼芯 6 1と吸上芯 6 2とを結合し て一体化している。
例えば、 前記吸上芯 6 2は、 頭部外径が 3 . 4 mmで長さが 3蘭、 下方の脚部は 外径が 3 . 0 mmで長さが 3 7匪に形成されている。 アクリル繊維の太さは 3デニ —ルで、 固着成形後の空隙率は 6 0 %となっている。
前記上蓋 4には上部燃焼芯 6 1の先端と対向して着火部材 1 0が配設され、 こ の着火部材 1 0は上蓋 4に固定されるブラケッ ト 1 1内に上下方向に移動可能に 発火石 1 2が挿入され、 ブラケッ ト 1 1の上蓋には回転ヤスリ 1 3が設けられ、 該回転ヤスリ 1 3の周囲に発火石 1 2の先端が石押しスプリング 1 4の付勢力に よって押圧される構造に設けられ、 回転ヤスリ 1 3の回転操作によって燃焼芯 6 に向けて火花が飛ぶように設けられている。
前記上部燃焼芯 6 1を芯ホルダー 7の突出部と共に、 開閉可能に覆う揮発防止 用の閉塞キヤップ 1 6が設けられ、 この閉塞キヤップ 1 6は前記燃料タンク 2に おける上蓋 4の上面の一端部にビン 1 7によって回動可能に枢支されている。 閉 塞キャップ 1 6の内面には、 前記芯ホルダー 7の外周部を囲繞し、 上部燃焼芯 6 1を覆って密閉する内蓋 1 6 aが設けられている。 また、 上記芯ホルダー 7の外 周根元部分に水平に 0リング 1 9が取り付けられ、 内蓋 1 6 aの内周面に圧接し て密閉性を高めている。 なお、 上蓋 4の上面には表板 1 8が設けられている。 前記芯ホルダ一 7には、 前記閉塞キャップ 1 6が閉じられた際、 前記内蓋 1 6 aの内側に位置し、 燃料タンク 2内の燃料貯蔵部 5と外部とを連通する、 1翻角 の通気孔 2 0が設けられている。
上記第 1の実施の形態のライターの比較用として用意した、 喫煙具用ライ夕一 の平面構造を図 2に示す。
この比較例の燃焼芯 6の上部燃焼芯 6 1の断面形状は円形であり、 これを保持 する芯ホルダー 7の形状も円筒形 （内径 0 4誦） に設けられている。 その他は図 1と同一構造である。
前記上部燃焼芯 6 1は、 例えば、 太さが 2 . 8〃mのアルミナとシリカを主体 とした原料を繊維化したセラミック繊維に、 微量の有機質のバインダーを加えて 繊維の充填密度が 2 0 O mg/cm3 、 外径が ø 4 mmとしたものを芯ホルダー 7に挿 入している。 前記上部燃焼芯 6 1の燃焼部分は芯ホルダ一 7より 5腿の長さ突き 出しており、 燃焼部分の表面積は 7 5 . 4廳 2 で、 体積は 6 2 . 8匪3 となって いる。 また、 この上部燃焼芯 6 1の燃焼部分には 6 9 . l mgの液体燃料が含有さ れる。
上記のような図 1および図 2の喫煙具用ライ夕一を用いて、 着火から連続 2分 間燃焼させた場合の炎長の変化を測定すると、 断面円形状の燃焼芯 （突出量 5腿） による比較用の喫煙具用ライター （図 2 ) では、 着火直後の炎長が 2 7 mmで、 そ こから徐々に炎長が伸び、 着火から約 3 0秒後に炎長が 4 7腿となり、 その後炎 長は変化せず平衡状態となった。 一方、 断面角形の燃焼芯 （突出量 3 . 7腿） に よる本発明の喫煙具用ライター （図 1 ) では、 着火直後の炎長が 2 7匪で、 そこ から徐々に炎長が伸び、 着火から約 3 0秒後に炎長が 4 7 miDとなり、 その後炎長 は変化せず平衡状態となり、 上記比較例と同様の測定結果が得られた。
つまり、 本発明燃焼芯 6では前記上部燃焼芯 6 1の芯ホルダー 7より突き出し ている燃焼部分の長さが、 比較例の 5 imnから 3 . 7 mmと短くなつている力 断面 形状が角形となって燃焼部分の露出表面積がほぼ同等であることにより、 喫煙具 用ライ夕一としての要求燃焼条件を満たす炎長変化特性が得られた。
上記のような燃焼部分の表面積と炎長変化特性との関係は、 後述の実験例 2に より詳述する。
<第 2の実施の形態〉 この例は図 3に示し、 燃焼芯の上部燃焼芯と吸上芯とを分離可能な構造とし、 着火後一定時間燃焼した後に自動的に消火する定量燃焼式の喫煙具用ライターで ある。
燃焼芯 6における上部燃焼芯 6 1は断面角形で上下方向に摺動自在に芯ホルダ —7を介して上蓋 4に支持される一方、 吸上芯 6 2は上端頭部 6 2 aが上蓋 4に 固着され、 下部が燃料貯蔵部 5内に挿入されている。 上部燃焼芯 6 1はその上下 摺動に伴い、 下端部が吸上芯 6 2の上端部に接触した状態と、 分離した状態に接 離移動される。
上記上部燃焼芯 6 1および芯ホルダー Ίは弾性手段としてのコイルスプリング 1 5によって分離方向 （上方） に付勢されている。 このコイルスプリング 1 5は 上蓋 4の上面と芯ホルダ一 7の上端との間に縮装され、 このスプリング 1 5の付 勢力によって上部燃焼芯 6 1が上昇移動したときには、 その下端部は吸上芯 6 2 の上端部から分離して両者間に隙間が形成されるように設けられている。 また、 上蓋 4と芯ホルダー 7の間には 0リング 2 1が介装され、 両者間のシールが行わ れる。
前記上部燃焼芯 6 1の突出部を開閉可能に覆う揮発防止用の閉塞キャップ 1 6 が設けられ、 この閉塞キャップ 1 6は前記燃料タンク 2における上蓋 4の上面の 一端部にピン 1 7によって回動可能に枢支されている。 閉塞キャップ 1 6の内面 には、 前記芯ホルダ一 7の上端部に当接し、 上部燃焼芯 6 1を覆って密閉する内 蓋 1 6 aが設けられている。 また、 内蓋 1 6 aの下端部にはシール部材 1 6 が 取り付けられ、 上蓋 4の上面に圧接して密閉性を高めている。 その他は図 9に示 した第 1の実施の形態と同様である。
そして、 前記閉塞キャップ 1 6の閉塞時には、 内蓋 1 6 aの下端部のシール部 材 1 6 bが芯ホルダ一 7の上端部に当接してこれをスプリング 1 5に抗して押し 下げて、 上部燃焼芯 6 1の下端部を吸上芯 6 2の上端部に接触させて、 上部燃焼 芯 6 1へ燃料を供給すると共に、 上部燃焼芯 6 1の燃焼部分を密閉して液体燃料 の揮発を防止する。
一方、 点火使用のために閉塞キャップ 1 6を開くと、 スプリング 1 5の付勢力 によって芯ホルダー 7と共に上部燃焼芯 6 1が上方に移動し、 その下端部は吸上 芯 6 2の上端部から分離し、 上部燃焼芯 6 1への燃料の供給が遮断される。 この 状態で上部燃焼芯 6 1の燃焼部分に点火されると、 この上部燃焼芯 6 1に保持さ れた燃料が燃焼し尽く した時点で炎が消火する定量燃焼が行われる。
ここで、 前記上部燃焼芯 6 1の断面形状が 4醒 X 4誦の角形で、 長さが 1 O mni に設けた場合に、 上部燃焼芯 6 1の全体の体積は 1 6 0誦 3 であり、 この部分に は液体燃料が 1 7 6 mg保持される。 また、 芯ホルダー 7からの突き出し長さは 3 . 7 mmとなっている。
本例の実施の形態による定量燃焼式の喫煙具用ライターを用いて、 着火後の炎 長の変化を測定すると、 着火直後の炎長は 2 7 mmで、 そこから徐々に炎長が伸び、 着火から約 3 0秒後に炎長が 4 7腿となり、 その後炎長は変化せず平衡状態とな つた。 着火から約 4 0秒経過した時点で炎長は急激に短くなり、 約 4 4秒後に自 然消火した。
上記のような定量燃焼における燃焼時間の設計について説明すれば、 図 1 1に はガラス繊維燃焼芯とセラミック繊維燃焼芯における燃焼部分の表面積と燃焼に 伴う燃料消費量との関係を示している。 この図 1 1から分かるように、 燃料消費 量も前記表面積と相関関係を有すると共に、 ガラス繊維とセラミック繊維との材 質による燃料消費量には殆ど差がなく略同じ値を示している。
前述の第 2の実施の形態における燃焼芯の場合には、 セラミック繊維燃焼芯で 上部燃焼芯の長さが 1 0匪で、 芯ホルダ一からの突き出し長さが 3 . 7匪であり、 前述のように燃料アルコールの保持量が 1 Ί 6 mg、 燃焼部の表面積が 7 5 . 2腿 2 であるので、 1秒間の燃料消費量は図 1 1より約 4 mgと求められ、 上記 1 7 6 mgの燃料を燃焼し尽くすのに要する燃焼時間は約 4 4秒となる。 これに対し、 例 えば、 ガラス繊維燃焼芯で断面形状が円形で燃焼芯の長さを 1 0廳とし、 芯ホル ダ一より燃焼部分が 5 mmの長さ突き出した燃焼部構造による定量燃焼については、 燃料アルコールの保持量は 7 5 . 4 mgで、 燃焼芯表面積は 7 5 . 4腿2 であり、 図 1 1より 1秒間の燃料消費量は約 4 mgと求まり、 上記 7 5 . 4 mgの燃料を燃焼 させると約 1 9秒で燃え尽きる計算となる。
次に、 本発明のライ夕一等の燃焼器具における燃焼芯の先端燃焼部分の断面形 状は非円形であり、 上記実施の形態のような角形のほか、 楕円形状その他の非円 形状に構成可能である。 つまり、 芯ホルダーから突出した燃焼部分の表面積を大 きくするために断面非円形状としているものであって、 燃焼特性 （炎長変化特性） と表面積との関係を求めた実験を次に示す。
まず、 各種実験を行った燃焼器具としての基準サンプルを図 4に示す。 燃料夕 ンクとしての容器 3 5にアルコールを主体とする液体燃料を含浸する中綿 3 4を 詰め、 この中綿 3 4に接して燃焼芯 3 0の吸上部 3 2を挿入し、 容器 5の開口部 には上蓋 3 6を締め付ける。 この上蓋 3 6の中心部には上記吸上部 3 2の上端部 を支持した治具保持部 3 8を固着し、 この治具保持部 3 8上に燃焼芯 3 0の燃焼 部 3 1を保持した芯ホルダーとしての芯保持治具 3 7を取り付けて、 吸上部 3 2 の上端に燃焼部 3 1の下端部を接続してなる。
前記燃焼芯 3 0の燃焼部 3 1としては、 ガラス繊維を結束したガラス繊維芯に よるものと、 セラミック繊維芯によるものとを使用する。 これらの燃焼部 3 1の 繊維径および空隙率を適切に選定し、 ァクリル繊維による吸上部 3 2と接続して なり、 この吸上部 3 2は燃焼部での燃焼に伴う消費量以上の補給が行える能力を 有する。
なお、 ガラス繊維芯として、 繊維径が 6〃m、 繊維密度が 1 5 O mg/cm3のもの を使用したが、 これはこの前後の寸法条件のものを用いても燃焼芯表面への燃料 消費に対する燃料供給能力が満たされればよい。 また、 セラミック繊維芯として も、 繊維径が 2 . 8〃m、 繊維密度が 2 0 O mg/cm3のものを使用したが、 これも 上記と同様である。 また、 この実験においては、 特定のガラス繊維およびセラミ ック繊維を用いて実施したが、 他の材料を使用しても耐熱性と吸上拡散能力が同 様であれば、 この結果は同様に適用可能である。
上記のような燃焼部 3 1のガラス繊維芯およびセラミック繊維芯の寸法 （外径、 長さ） を各種変更したものを用意すると共に、 これに対応した形状の芯保持治具 3 7を用意して突き出し長さおよび露出部分の表面積を変更して設置し、 次のよ うな実験例 1および実験例 2のような燃焼試験を行った。 なお、 液体燃料として は前記第 1の実施の形態に例示したものを使用している。
<実験例 1 >
燃焼芯として、 ファイバ一径 6〃mのガラス繊維、 および、 アルミナ、 シリカ を主体とするファイバ一径 2 . 8〃mのセラミック繊維を用いて、 それそれ断面 形状が外径 ø 4腿の円形のもの、 および、 4麗角の角形に成形したものを、 前記 図 4に示す実験用ライターに組込み、 上部燃焼芯の芯ホルダーよりの突き出し長 さをそれぞれ 3匪と 5腿に設定して、 着火燃焼に伴う炎長変化における必要特性 を比較測定した。
ここでガラス繊維芯の場合は、 繊維の充填密度が 1 5 O mg/cm3 になるように、 且つ断面形状が 4腿の円形と 4丽角の角型に成形結束したものを作製し、 これ を係止する芯ホルダーを作製、 燃焼芯の芯ホルダーよりの突き出し長さを 3匪と 5 mmのものを試験サンプルとして供試した。
一方セラミック繊維燃焼芯は、 上記のファイバ一径 2 . 8 のセラミック繊 維に有機バインダ一を加え、 厚さ 4誦に板状に繊維の充填密度が 2 0 O mg/cm3 になるように成形したものを、 ガラス繊維燃焼芯の場合と同様にその断面形状が ø 4腿の円形のものと 4 mm角の角型のものを作製し試験サンプルとした。 これも 上記と同様燃焼芯の芯ホルダーよりの突き出し長さを 3腿と 5腿とした。
前述の各試験サンプルの燃焼芯について着火燃焼を行い、 その炎長の変化を測 定した結果を表 1に示す。
【表 1】
突き出し 3. 0mm
ガラス繊維 セラ ミ ツク繊維 寸法、 形 各 6. 0 πι 150mg/cm3 各 2.8〃m 200mg/cm3 断面 円形 初期炎長 25mjD 初期炎長 20mm
4 廳 ζζ> 50.2mm2 立上がり時間 0秒 立上がり時間 2秒 飽和炎長 40mm 飽和炎長 40腿 断面 角形 表面積 初期炎長 28mm 初期炎長 24顧 4 nm x 4 mm 64. 0mmz 立上がり時間 0秒 立上がり時間 1秒 飽和炎長 48mm 飽和炎長 bUmm
突き出し 5. Omm
ガラス繊維 セラミ ツク繊維 寸法、 形^^^^ 各 6. 0〃m 150mg/cm3 各 2.8 m 200mg/cm3 断面 円形 初期炎長 30mm 初期炎長 3lmm ΊΜ 75.4mm2 立上がり時間 0秒 立上がり時 0秒 飽和炎長 45mm 飽和炎長 48mm 断面 角形 初期炎長 ^2mm 初期炎長 35mm 4 薦 X 4 mm 96.0mm2 立上がり時間 0秒 立上がり時間 0秒 飽和炎長 o5mm 飽和炎長 53腿
ここで、 ガラス繊維を繊維の充填密度が 1 5 O mg/cm3 となるように結束した ものにつき、 含有される燃料アルコールの単位体積当りの保持量を測定した値は 0 . 6 g /cm3 であった。 一方、 セラミック繊維を繊維の充填密度が 2◦ O mg/ cm3 となるように成形したものにつき、 同様に含有される燃料アルコールの単位 体積当りの保持量は 1 . 1 g/cm3 で、 両者の燃料の保持量は大きく異なってい る。
これらガラス繊維燃焼芯とセラミック繊維燃焼芯の特性が異なるなかで、 前記 表 1の燃焼芯として必要特性としての、 着火直後の初期炎長、 炎長が 2 5腿にな る迄の時間および飽和炎長についてみると、 その諸特性は燃焼芯が異なり、 また その表面状態が微視的には多孔質で微細孔をもつ凹凸粗面で構成材質により芯の 表面状態が異なるに関わらず、 断面形状が円形の場合でその直径 腿の芯ホル ダ一の上端よりの突き出し長さ L腿より単純に計算したその表面積 1 / 4 7T D 2 + 7T D X Lとの関係、 および、 断面形状が 1辺 Wの角型の場合の表面積 W 2 + 4 W x Lとの関係をみると、 燃焼芯の構成材料により異なるが、 上記外寸より単純 に計算した表面積が上記 3特性と係わることが分かった。
<実験例 2 >
上記の実験結果をふまえ、 ガラス繊維燃焼芯とセラミック繊維燃焼芯について、 さらに詳細な燃焼芯の寸法形状に対する炎長特性変化を測定する実験を行った。 ガラス繊維燃焼芯については断面形状を円形とし、 その外径を 1誦〜 ø 5腿、 燃焼芯の芯ホルダ一からの突き出し長さを 1廳〜 9腿の範囲内で変更して測定し た諸特性を、 燃焼芯の外径とその突き出し長さより単純計算した燃焼芯の表面積 との関係について求めた結果を図 5、 図 6、 図 7に示す。
セラミック繊維燃焼芯については 3丽厚さの板を幅 1腿〜 5腿、 燃焼芯の芯ホ ルダ—からの突き出し長さを 1 mm〜 9皿の範囲内で変更して測定した諸特性を、 燃焼芯の寸法とその突き出し長さより単純計算した燃焼芯の表面積との関係につ いて求めた結果を図 8、 図 9、 図 1 0に示す。
ここで図 5、 図 6、 図 7と図 8、 図 9、 図 1 0を見たとき、 燃焼芯の構成材質 が同じで、 その外寸より算出した単純表面積が同じであれば、 このような着火器 の燃焼芯としての実用になる範疇で同じ特性を示すことが分かった。 この事象を使用すれば燃焼芯の断面形状を円形より角形或いは楕円形等の非円 形にすることにより、 その外周寸法を大きくとることができ、 表面積を同じにす る場合には燃焼芯の芯ホルダーからの突き出し長さを短くすることが可能になる ことが分かった。
これらの測定値における燃焼芯の表面積は、 ガラス繊維、 セラミック繊維を用 いたいずれの燃焼芯の表面も微視的には凹凸があり、 その実表面積は大きくなる と考えられるが、 ここでは燃焼芯の支持部よりの露出表面積をその外形寸法に基 づき、 側面積と先端端面積を単純計算した値で示している。
具体的には、 まず、 図 5は、 ガラス繊維芯を用いた場合の燃焼芯表面積と初期 炎長の関係を示したものであり、 2 0誦以上の初期炎長を得るためには、 燃焼部 表面積は 3 0 腿2 以上必要となる。 この図より、 燃焼芯の表面積が 1 0 0匪2 の 場合、 寸法形状がこの実験範囲内では初期炎長は 3 5 匪程度であり、 表面積が 1 7 0雇2 と寸法形状が大きくなつても初期炎長は 4 O ram程度であり、 着火器とし ての使用上適切な炎長であると考えられる。
図 6は、 同様にガラス繊維芯を用いた場合の燃焼芯表面積と炎長が 2 5皿に達 する迄の時間との測定結果で、 この時間を 1 0秒程度以下とするためには、 表面 積は 3 0 mm2 以上は必要とされる。
図 7は、 同様にガラス繊維芯を用いた場合の燃焼芯表面積と着火後炎長が伸長 し平衡した飽和炎長との測定結果であり、 燃焼芯表面積が前述の 1 7 O im2 では、 飽和炎長が 6 5腿であり、 飽和炎長が 6 0誦〜 7 0腿以下とするためにはこの表 面積以下でよい。 さらに、 喫煙具用ライ夕一のような用途で飽和炎長が 5 0 腦〜 6 0 腿以下とするのが好ましいものでは、 燃焼芯表面積は 1 0 0腿2 迄とすれば よい。
次に、 セラミック繊維を用いた燃焼芯の実験結果は図 8〜図 1 0であり、 図 8 は燃焼芯表面積と初期炎長との関係を示し、 2 0扁以上の初期炎長を得るために は、 燃焼部表面積は 4 O mm2 以上必要となる。 また、 燃焼芯の表面積が 1 7 0誦 2 と寸法形状が大きくなると初期炎長は 4 5 匪程度となり、 やや長く着火器とし ての初期炎長としてはこの程度迄と考えられる。 上記表面積が 1 0 O mm2 とする と、 初期炎長は 3 5 mm程度となり、 着火器の使用用途により、 特に喫煙具用ライ 夕一においては適切な初期炎長の上限と考えられる。
図 9は、 同様にセラミック繊維芯を用いた場合の燃焼芯表面積と炎長が 2 5 mm に達する迄の時間との測定結果で、 この時間を 1 0秒程度以下とするためには、 表面積は 4 0 mm2 以上は必要とされる。
図 1 0は、 同様にセラミック繊維芯を用いた場合の燃焼芯表面積と飽和炎長と の測定結果であり、 燃焼芯表面積が前述の 1 7 0腿2 では、 飽和炎長が 6 5匪で あり、 飽和炎長が 6 0翻〜 7 0 mm以下とするためにはこの表面積以下でよい。 さ らに、 喫煙具用ライ夕一のような用途で飽和炎長が 5 0 mm〜 6 0腿以下とするの が好ましいものでは、 燃焼芯表面積は 1 0 0匪2 迄とすればよい。
上記のような実験結果に基づき、 ガラス繊維燃焼芯またはセラミック燃焼芯に ついて、 その燃焼芯の表面積と形状について前述のような範囲に限定することに より、 良好な燃焼特性を有するアルコールを主体とする液体燃料を用いる燃焼器 具の燃焼芯を得ることができるものである。
なお、 前記ガラス繊維およびセラミック繊維のファイバ一径を数値で表現して いるが、 これは平均的な代表寸法を示したものであり、 この表示ファイバ一径に 対し実際寸法はそれそれ分布をもち、 表示値は代表表現であり、 これより太いも の細いもの各種混在している。

Claims

請求の範隨
( 1 ) 燃料タンクに収容したアルコールを主体とする液体燃料を吸上部分によ つて毛管現象により吸い上げ先端燃焼部分で燃焼させる燃焼芯と、 該燃焼芯を保 持する芯ホルダーと、 該燃焼芯に着火する着火部材と、 前記燃焼芯を開閉可能に 密閉する揮発防止用の閉塞キヤップとを備えた液体燃料用燃焼器具において、 前記燃焼芯の燃焼部分の断面形状が非円形であることを特徴とする液体燃料用 燃焼器具における燃焼芯。
( 2 ) 前記燃焼芯の燃焼部分の断面形状が楕円形であることを特徴とする請求 項 1に記載の燃焼芯。
( 3 ) 前記燃焼芯の燃焼部分の断面形状が角形であることを特徴とする請求項 1に記載の燃焼芯。
( 4 ) 前記燃焼芯の燃焼部分が耐熱性繊維よりなることを特徴とする請求項 1、 2または 3に記載の燃焼芯。
( 5 ) 前記耐熱性繊維がガラス繊維であることを特徴とする請求項 4に記載の 燃焼芯。
( 6 ) 前記耐熱性繊維がセラミック繊維であることを特徴とする請求項 4に記 載の燃焼芯。
(7) 前記耐熱性繊維が炭素繊維であることを特徴とする請求項 4に記載の燃 焼 liAo
(8) 前記燃焼芯の芯ホルダーより突出した部分の表面積が 170匪2 以下で あることを特徴とする請求項 1 ~ 7のいずれかに記載の燃焼芯。
(9) 前記燃焼芯の芯ホルダーより突出した部分の表面積が 30腿2 以上であ ることを特徴とする請求項 1〜 7のいずれかに記載の燃焼芯。
( 1 0) 前記燃焼芯の芯ホルダーより突出した部分の表面積が 3 Omin2 〜 17 0 mm2 の範囲であることを特徴とする請求項 1〜 9のいずれかに記載の燃焼芯。
( 1 1 ) 前記燃焼芯の芯ホルダーより突出した部分の表面積が 40腦 2 以上で あることを特徴とする請求項 6に記載の燃焼芯。
( 1 2) 前記燃焼芯の芯ホルダ一より突出した部分の表面積が 40腿2 〜 1 7 0匪2 の範囲であることを特徴とする請求項 6または 1 1に記載の燃焼芯。
( 1 3 ) 前記燃焼芯を、 耐熱性繊維を結束するか、 または、 耐熱性繊維に微量 のバインダーを添加して成形するか或いはフヱルト状としたもので構成したこと を特徴とする請求項 1〜 1 2のいずれかに記載の燃焼芯。
( 1 4 ) 前記燃焼芯を吸上部分と燃焼部分との間で分割し、 分割部分の少なく とも一方を他方に対して接離移動が可能なように設け、 その接触時に吸上部分側 より燃焼部分側へ燃料を供給し、 分離に伴って燃料供給を遮断し所定量の燃料を 燃焼させるように設けたことを特徴とする請求項 1〜 1 3のいずれかに記載の燃 焼心 o
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