火炎演出装置および火炎演出方法
【課題】都市ガスにより発生した火炎をトルネード状に形成する。
【解決手段】火炎演出装置１ａは、燃焼ガスと空気との混合流の供給路２１ａと、供給路２１ａの一部に設けられた、混合流を吐出させる吐出口２２ａと、吐出口２２ａから発生する火炎の周囲に、吐出口２２ａを通らない鉛直軸３４ａを中心として空気の旋回流を形成する旋回流形成機構３とを有している。
【解決手段】火炎演出装置１ａは、燃焼ガスと空気との混合流の供給路２１ａと、供給路２１ａの一部に設けられた、混合流を吐出させる吐出口２２ａと、吐出口２２ａから発生する火炎の周囲に、吐出口２２ａを通らない鉛直軸３４ａを中心として空気の旋回流を形成する旋回流形成機構３とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は火炎演出装置に関し、特に、都市ガスの燃焼によって生じる火炎の形状をらせん状に形成する火炎演出装置および火炎演出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般向けの科学教育や企業の広報活動のために、多くの科学館や企業のＰＲ館などが設置され、各種の啓蒙活動がおこなわれている。石油・石炭や天然ガス、都市ガスなどのエネルギー分野においては、これらのエネルギーの象徴ともいえる火炎を効果的に演出できると、大きなＰＲ効果が期待できる。
【０００３】
このような観点から、例えば、火炎が噴き出したり飛散するように火炎を形成する技術が知られている（特許文献１参照。）。また、火炎をトルネード（竜巻）形状に形成する装置が実用化されている。これは英国のマグマ・サイエンス・アドベンチャー・センターに設置されているもので、灯油によって発生した火炎の周囲四隅からにファンで空気を送り込み、火炎をトルネード状に演出する装置である。
【特許文献１】特開２００３−１４２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
火炎をトルネード状に演出することは、火の持つ神秘性や力強さや不思議さをアピールするために有効であり、上記の英国の事例もその一つである。しかし、都市ガスのＰＲのために都市ガスを用いて同様のトルネード状の火炎演出をおこなおうとしても、都市ガスの燃焼速度は灯油のそれと比べてはるかに速いため、きれいな形のトルネードは形成されないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決し、都市ガスにより発生した火炎をトルネード状に形成することのできる火炎演出装置および火炎演出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の火炎演出装置は、燃焼ガスと空気との混合流の供給路と、供給路の一部に設けられた、混合流を吐出させる吐出口と、吐出口から発生する火炎の周囲に、吐出口を通らない鉛直軸を中心として空気の旋回流を形成する旋回流形成機構とを有している。
【０００７】
このように、混合流が吐出されて火炎形成の中心軸となる吐出口と、火炎の周囲に旋回流を発生させる鉛直軸とをずらすことによって、火炎が鉛直軸の周囲に巻きつきながら上昇するように挙動するため、火炎のらせん運動が視認しやすくなる。
【０００８】
燃焼ガスとしては、例えば都市ガスを用いることができる。
【０００９】
旋回流形成機構は、鉛直軸が中心を通る仮想円の円周上に、鉛直方向に延び、互いに略等角度で複数個設置されている空気供給管であり、空気供給管の各々は、吐出口に対して鉛直方向上側となる複数の位置に、仮想円の略接線方向に、仮想円の円周に沿って同一方向に開口する送風用スリットを備えているように構成することができる。
【００１０】
また、旋回流形成機構は、鉛直軸を中心として、少なくとも一部が吐出口から鉛直方向下向きに延び、鉛直方向上側を向く端面が開口した第１の空気対流用円筒と、第１の空気対流用円筒内に、第１の空気対流用円筒の側壁の近傍の、吐出口に対して鉛直方向下側となる位置に設けられ、側壁の接線方向に沿う方向成分のみを、または方向成分と鉛直方向上側を向く方向成分とのみを有する方向に向かって開口する第１の空気供給ノズルとを有するように構成することができる。
【００１１】
ここで、第１の空気供給ノズルは、第１の空気対流用円筒の側壁の接線方向に対して約１０度の上向き角をなすのが好ましい。
【００１２】
さらに、旋回流形成機構は、第１の空気対流用円筒の外側に第１の空気対流用円筒と同心円状に設けられた第２の空気対流用円筒と、第２の空気対流用円筒内に、第２の空気対流用円筒の側壁の近傍の、吐出口に対して鉛直方向下側となる位置に互いに略等角度で複数個設けられ、各々が、第２の空気対流用円筒の側壁の接線方向に沿う方向成分のみを、または第２の空気対流用円筒の側壁の接線方向に沿う方向成分と鉛直方向上側を向く方向成分とのみを有する方向に向かって開口する第２の空気供給ノズルとを有するように構成することができる。
【００１３】
ここで、第２の空気供給ノズルは、第２の空気対流用円筒の側壁の接線方向に対して約１０度の上向き角をなすのが好ましい。
【００１４】
このとき、旋回流形成機構は、第２の空気対流用円筒の外側に第２の空気対流用円筒と同心円状に設けられた空気ガイド用円筒と、第２の空気対流用円筒と空気ガイド用円筒との間に環状に設けられ、鉛直方向上向きに空気を送風する環状空気供給部とを有するようにしてもよい。
【００１５】
旋回流形成機構は、この他にも、鉛直軸を中心として、少なくとも一部が吐出口から鉛直方向上側に向かって略鉛直に延び、鉛直方向上側を向く端面が開口した空気対流用円筒と、空気対流用円筒内に、空気対流用円筒の側壁の近傍に設けられ、側壁の接線方向に沿う方向成分のみを、または方向成分と鉛直方向上側を向く方向成分とのみを有する方向に向かって開口する空気供給ノズルとを有するように構成することができる。
【００１６】
ここで、空気供給ノズルは、空気対流用円筒の側壁の接線方向に対して約２０度の上向き角をなすのが好ましい。
【００１７】
本発明の火炎演出方法は、燃料ガスと空気との混合流を吐出口から吐出させるステップと、吐出口から吐出した混合流を燃焼させて吐出口から火炎を発生させるステップと、火炎の周囲に、吐出口を通らない鉛直軸を中心として空気の旋回流を形成するステップとを有している。
【発明の効果】
【００１８】
このように、本発明の火炎演出装置等によれば、燃料ガスにより発生した火炎についても火炎のらせん運動が視認しやすくなり、時間とともにダイナミックに変化するトルネード状の炎を容易に形成することができ、燃料ガスのＰＲ効果を一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の火炎演出装置の詳細について説明する。図１（ａ）には本発明の火炎演出装置の第１の実施形態の側方図を、図１（ｂ）には図１（ａ）中１−１方向からみた平面図を示す。
【００２０】
火炎演出装置１ａは、円筒形の収納架台２ａと、その上に等間隔に設けられた４つの空気供給管３とを有している。
【００２１】
収納架台２ａは、収納架台２ａの上面に向けて延びるバーナー２１ａを内部に備え、バーナー２１ａの火炎発生側端部は、収納架台２ａの上面に吐出口２２ａとして開口している。バーナー２１ａの仕様には特に制約はなく、一例として、細山熱器株式会社製ボイラー用パイロットバーナーＵＰＢ−４０（バーナーノズル径４８．６ｍｍ）が用いられる。
【００２２】
バーナー２１ａにはガス供給路２３と燃焼空気供給路２４とが接続されている。また、吐出口２２ａの近傍には点火バーナ（図示せず）が設けられており、ガス供給路２３から供給された常温の都市ガスと、燃焼空気供給路２４から供給された常温の空気はバーナー２１ａの内部で混合流となって上昇し、点火バーナで着火されて、吐出口２２ａで火炎となって燃焼する。火炎演出装置１ａは供給口２２ａが上向きに設置されるので、火炎発生方向は吐出口２２ａから鉛直方向上向きとなる。ここで、都市ガスとは、メタンを主成分とする天然ガスを原料として製造される可燃性ガスである。また、燃料としては都市ガス以外にもメタンを主成分とする燃焼ガスを用いることができる。
【００２３】
空気供給管３は収納架台２ａ上の、仮想的な鉛直軸３４ａが中心を通る仮想円３２上に９０°間隔で４つ設けられ、各々が鉛直方向上向きに延びている。また、４本の空気供給管３の上端には円環状の天板３３が設けられ、火炎の排気口を形成している。一例では、収納架台２ａの径は約１０００ｍｍ、収納架台２ａから天板３３までの高さは約１０００ｍｍ、天板３３の開口は約３５０ｍｍである。
【００２４】
図２には空気供給管付近の斜視図を、図３（ａ）には空気供給管の側方図を、図３（ｂ）には同図（ａ）中Ａ部として示された部分の詳細側方図を示している。空気供給管３の内部には空気の流路が形成されており、空気供給源（図示せず）から空気供給管３の収納架台２ａ側の端部に空気が供給されると、空気は空気供給管３の内部を上昇する。空気供給管３には、図２、３に示すように、内部の流路と連通し、鉛直方向に細長い形状の多数の送風用スリット３１が、空気供給管３の軸方向に均等間隔で、軸方向と直角方向を向いて設けられている。図示の例では、送風用スリット３１は、空気供給管３の延びる方向のほぼ全域に設けられ、長さ約１０５０ｍｍ、外径約７５ｍｍの空気供給管３に対して、長さ５０ｍｍ、幅２ｍｍ、設置間隔５ｍｍで１本当たり計１８個設けられている。また、各空気供給管３の送風用スリット３１は、図１（ｂ）の白抜き矢印に示す向きに、すなわち、仮想円３２の略接線方向を向いて、仮想円３２の円周に沿って同一方向に開口している。したがって、空気供給管３の内部を上昇した空気は、各送風用スリット３１から、鉛直軸３４ａのまわりに、同一回転方向に噴き出し、旋回流が形成される。
【００２５】
吐出口２２ａは仮想円３２の中心点からずれた位置に設けられている。このため、空気の旋回流の中心軸と火炎の中心軸は偏芯する。図示の例では、仮想円３２の直径Ｘ１が９００ｍｍであるのに対して、鉛直軸３４ａと吐出口２２ａとの偏芯量Ｙ１は約５０ｍｍである。
【００２６】
次に火炎演出装置１の運転方法を説明する。まず、ガス供給路２３と燃焼空気供給路２４とを開いてバーナー２１ａの内部を混合流で満たす。次に点火バーナを作動させ、混合流を燃焼させる。これによって、吐出口２２ａから鉛直方向上側に向けて火炎が発生し、同時にガス供給路２３と燃焼空気供給路２４から混合流が補充され燃焼が継続するので、定常状態の鉛直方向上向きの火炎が形成される。ここでは、ガスの流量は約２ｍ3／ｈ、ガスの供給圧力は２ｋＰａ、空気比は０．２以下とした。なお、空気比とは、燃料が完全燃焼するのに必要な空気量（理論空気量）の何倍の空気が供給されているかを示す指標である。
【００２７】
ここで空気供給源を開き、空気供給管３の送風用スリット３１から空気を送風する。ここでは、供給する空気流量は約５２ｍ3／ｈ、空気風速は約２ｍ／ｓとした。空気は鉛直軸３４ａのまわりを旋回する旋回流となり、火炎に鉛直軸３４ａを中心とした旋回運動を引き起こす。図４はこのときの火炎の状態を模式的に示したもので、火炎１１は鉛直軸３４ａのまわりを不規則に旋回するように動くことが確認された。このときの火炎の高さは８００ｍｍ程度、火炎の幅は３００ｍｍ程度であった。また、火炎の色はオレンジ色であった。
【００２８】
なお、火炎の高さを変えるにはガス供給量を調整すればよく、一定時間後に火炎はガス供給量に応じた定常状態に復帰する。
【００２９】
ここで、空気の旋回流の中心軸と火炎の中心軸とを偏芯させる理由について説明する。もし、吐出口２２ａを仮想円３２の中心点に一致させても、火炎は旋回流を受けるので旋回する。しかし、この場合火炎が火炎の中心軸まわりに回転するだけなので、らせん状に上昇する火炎に見えにくい。いわば、パイプが軸を中心に回転し、パイプの表面に模様を付けない限りパイプが回転していることが分からない状態である。これに対して、吐出口２２ａを偏芯させると、火炎の軸が鉛直軸３４ａのまわりをらせん状に回り込みながら上昇する。いわば、ビニールパイプが軸の周りを巻きつきながら回転するような状態となるので、らせん構造が見えやすくなるのである。また、偏芯させることで、流れのバランスが多少崩れ、らせん状に上昇する火炎に揺らぎが生じ、時間とともにダイナミックに変化するトルネード状の炎が形成されることになる。しかしながら、偏芯量が大きすぎると流れのバランスが崩れすぎ、火炎の上昇流と空気旋回流とのバランスがとれず、らせん構造も崩れてしまう。また、旋回流の風速は火炎演出装置１ａの外周に行くほど、すなわち空気供給管３に近くなるほど早くなるので、火炎が拡散しすぎて太く短い火炎になったり、吹き消えたりする可能性がある。上記の偏芯量はこのような観点から、最適な偏芯量の範囲にあると考えられる。
【００３０】
また、このような構成によって、燃焼速度の速い都市ガスにおいてもきれいな形のトルネードが形成されるのは、空気比を０．２以下に抑え拡散燃焼させるとともに、流れのバランスを意図的に崩して、燃焼速度を低下させているためである。すなわち、炎を安定させるには、通常、空気比を１．０に近づけて予混合燃焼火炎を生じさせる（青い炎が形成される）が、この空気比では燃焼速度が速すぎて、トルネードが形成されない。これに対して、空気比を０．２以下に下げると炎の安定性は低下するが、燃焼速度の遅い拡散燃焼が生じるので、供給ガスが吐出口２２ａから天板３３の開口に至る間の拡散進行（空気との混合）の度合いを調整することによって、燃焼反応の進行を抑えた長い火炎を作ることができるのである。なお、拡散燃焼が生じているので炎の色はオレンジ色になる。また、拡散進行は主にガスと空気の流れの乱れ（乱流拡散）に影響されるが、このように偏芯させることによって、流れのバランスを意図的に少し崩し、拡散進行の度合いを調整し、流れに乱れを与える燃焼速度を調整することができる。
【００３１】
次に、図５を用いて本発明の火炎演出装置の第２の実施形態について説明する。図５（ａ）には本発明の火炎演出装置の第２の実施形態の側方図を、図５（ｂ）には図５（ａ）中５−５方向からみた平面図を示す。本実施形態は、第１の実施形態と比べてバーナーが長く延びており、旋回流が吐出口の下方から形成される点が大きく異なっている。
【００３２】
収納架台２ｂ上面に鉛直軸３４ｂを中心として、第１の空気対流用円筒４１が設けられている。第１の空気対流用円筒４１の先端は吐出口２２ｂとほぼ同じ高さまで延び、全面が開口となっているが、第１の実施形態のように一部を天板で覆ってもよい。第１の空気対流用円筒４１は、吐出口２２ｂを基準とすれば、少なくとも一部が吐出口２２ｂから鉛直方向下向きに延び、鉛直方向上側を向く端面が開口した空気対流用円筒である。
【００３３】
第１の空気対流用円筒４１を構成する側壁の近傍の収納架台２ｂ上には、第１の空気供給ノズル４２が設けられている。第１の空気供給ノズル４２は一端が第１の空気対流用円筒４１内に開口し、他端より空気が供給される。第１の空気供給ノズル４２は側壁の円周に沿って、かつ、収納架台２ｂの上面に対して若干上向きに設けられている。図５（ａ）、（ｂ）の白抜き矢印の角度はこのことを意味している。すなわち、第１の空気供給ノズル４２は、側壁の接線方向に沿う方向成分と鉛直方向上側を向く方向成分とを有する方向に向かって開口している。ただし、鉛直方向上側を向く方向成分は０でもよい（例えば、第３の実施形態参照。）。第１の空気供給ノズル４２は収納架台２ｂ上に設けられなくてもよいが、少なくとも第１の空気対流用円筒４１の内部に設けられる必要がある。
【００３４】
供給口２２ｂは第１の空気対流用円筒４１に対して偏芯して設けられている。一例では、第１の空気対流用円筒４１は内径（Ｘ２）１９０ｍｍ、高さ２７０ｍｍ程度であり、偏芯量Ｙ２は２０ｍｍ程度である。バーナー２１ｂとしては、前述のボイラー用パイロットバーナーＵＰＢ−４０をノズル口径約６０ｍｍに改造したものが用いられ、第１の空気供給ノズル４２の上向き角は約１０°、開口部の径は約５０ｍｍとした。
【００３５】
上記の装置仕様で、ガスの流量約０．５ｍ3／ｈ、ガスの供給圧力２ｋＰａ、空気比０．２以下、空気流量約５２ｍ3／ｈ、空気風速約２ｍ／ｓで作動させた。第１の空気供給ノズル４２から送風された空気は、第１の空気対流用円筒４１の側壁のまわりに沿って上昇旋回流となり、この上昇旋回流が火炎に旋回運動を引き起こし、火炎は第１の実施形態と同様、鉛直軸３４ｂのまわりを不規則に旋回するように動くことが確認された。このときの火炎の高さは５００ｍｍ程度、火炎の幅は１５０ｍｍ程度であった。また、火炎の色はオレンジ色であった。
【００３６】
次に、図６を用いて本発明の火炎演出装置の第３の実施形態について説明する。図６（ａ）には本発明の火炎演出装置の第３の実施形態の側方図を、図６（ｂ）には図６（ａ）中６−６方向からみた平面図を示す。本実施形態は、第２の実施形態をさらに改良したもので、旋回流形成用の円筒を二重化し、空気流を各々の円筒に沿って供給している点が異なっている。
【００３７】
収納架台２ｃ上面に鉛直軸３４ｃを中心として、第１の空気対流用円筒５１が設けられている。第１の空気対流用円筒５１の先端は吐出口２２ｃとほぼ同じ高さまで延び、全面が開口となっている。第１の空気対流用円筒５１の外側には、同心円状に第１の空気対流用円筒５１とほぼ同じ高さまで、第２の空気対流用円筒５２が延びている。さらに、第２の空気対流用円筒５２の外側には、同心円状に空気ガイド円筒５３が延びている。
【００３８】
第１の空気対流用円筒５１を構成する側壁の近傍の収納架台２ｃ上には、第１の空気供給ノズル５４が設けられている。第１の空気供給ノズル５４は一端が第１の空気対流用円筒５１内に開口し、他端より空気が供給される。第１の空気供給ノズル５４は側壁の円周に沿って、かつ、収納架台２ｃの上面と平行に設けられている。第２の空気対流用円筒５２を構成する側壁の近傍の収納架台２ｃ上には、第２空気供給ノズル５５が９０°間隔で４つ設けられている。第２の空気供給ノズル５５は一端が第２の空気対流用円筒５２内に開口し、他端より空気が供給される。第２の空気供給ノズル５５は側壁の円周に沿って側壁の接線方向に、かつ、収納架台２の上面に対して若干上向きに設けられている。さらに、第２の空気対流用円筒５２と空気ガイド用円筒５３との間には、環状に設けられ、鉛直方向上向きに空気を送風する環状空気供給部５６が設けられている。環状空気供給部５６には空気を供給するための空気供給路５７が接続している。図６（ａ）、（ｂ）の各白抜き矢印の角度は以上のことを意味している。
【００３９】
吐出口２２ｃは、第１、第２の空気対流用円筒５１，５２、空気ガイド円筒５３に対して偏芯して設けられている。一例では、第１の空気対流用円筒５１は内径２００ｍｍ、高さ４２０ｍｍ程度、第２の空気対流用円筒５２は内径４５０ｍｍ、高さ４２０ｍｍ程度、第３の空気対流用円筒５３は内径６００ｍｍ、高さ４２０ｍｍ程度であり、偏芯量Ｙ３は２０ｍｍ程度である。バーナー２１ｃとしては、ノズル口径を約６０ｍｍに改造した前述のボイラー用パイロットバーナーＵＰＢ−４０を用い、また、第１の空気供給ノズル５４の開口部の径は１６ｍｍ、第２の空気供給ノズル５５の上向き角は約１０°、開口部の径は約１６ｍｍとした。
【００４０】
上記の装置仕様で、ガスの流量約２．５ｍ3／ｈ、ガスの供給圧力２ｋＰａ、空気比０．２以下、空気流量約１４５ｍ3／ｈ、空気風速約２ｍ／ｓで作動させた。第１の空気供給ノズル５４から送風された空気は、第１の空気対流用円筒５１の側壁の周りに沿って上昇旋回流となり、この上昇旋回流が火炎に旋回運動を引き起こす。さらに、第２の空気供給ノズル５４から送風された空気は、第２の空気対流用円筒５２の側壁の周りに沿って上昇旋回流となり、第１の空気供給ノズル５４によって旋回運動を引き起こされた火炎に、さらに旋回運動を与える。一方、環状空気供給部５６から鉛直方向上向きに吹き出す上昇空気流は、火炎を当該上昇空気流の内部に閉じ込めるとともに、外部の空気流による火炎への影響を防止し、一種のエアカーテンとして作用する。この結果、火炎は第１の実施形態と同様、鉛直軸３４ｃのまわりを不規則に旋回するように動くことが確認された。このときの火炎の高さは１５００ｍｍ程度、火炎の幅は３００ｍｍ程度であった。また、火炎の色はオレンジ色であった。
【００４１】
次に、図７を用いて本発明の火炎演出装置の第４の実施形態について説明する。図７（ａ）には本発明の火炎演出装置の第４の実施形態の側方図を、図７（ｂ）には図７（ａ）中７−７方向からみた平面図を示す。本実施形態は、第１の実施形態と同様、吐出口が収納架台に近接して設けられているが、旋回流の発生に円筒のガラス容器を用いる点が異なっている。
【００４２】
収納架台２ｄ上面に鉛直軸３４ｄを中心として、空気対流用円筒６１が設けられている。空気対流用円筒６１の先端は吐出口２２ｄとほぼ同じ高さまで延び、上端には火炎の排気口となる開口を形成する天板６３を有しているが、第１の実施形態のように全面が開口していてもよい。空気対流用円筒６１は、内部に発生する火炎を目視可能なように耐熱ガラスで製作される。
【００４３】
空気対流用円筒６１を構成する側壁の近傍の収納架台２ｄ上には、空気供給ノズル６２が設けられている。空気供給ノズル６２は一端が空気対流用円筒６１内に開口し、他端より空気が供給される。空気供給ノズル６２は側壁の円周に沿って、かつ、収納架台２ｄの上面に対して若干上向きに設けられている。図７（ａ）、（ｂ）の白抜き矢印の角度はこのことを意味している。すなわち、側壁の接線方向に沿う方向成分と鉛直方向上側を向く方向成分とを有する方向に向かって開口しているが、鉛直方向上側を向く方向成分は０でもよい。空気供給ノズル６２は収納架台２ｄ上に設けられなくてもよいが、少なくとも空気対流用円筒６１の内部に設けられる必要がある。
【００４４】
供給口２２ｄは空気対流用円筒６１に対して偏芯して設けられている。一例では、空気対流用円筒６１は内径（Ｘ４）１９０ｍｍ、高さ５００ｍｍ程度であり、偏芯量Ｙ４は２０ｍｍ程度である。バーナー２１ｄとしては、前述のボイラー用パイロットバーナーＵＰＢ−４０を用い、空気供給ノズル６２の上向き角は約２０°とした。
【００４５】
上記の装置仕様で、ガスの流量約０．５ｍ3／ｈ、ガスの供給圧力２ｋＰａ、空気比０．２以下、空気流量約５２ｍ3／ｈ、空気風速約２ｍ／ｓで作動させた。空気供給ノズル６２から送風された空気は、空気対流用円筒６１の側壁の周りに沿って上昇旋回流となり、この上昇旋回流が火炎に旋回運動を引き起こし、火炎は第１の実施形態と同様、鉛直軸３４ｄのまわりを不規則に旋回するように動くことが確認された。このときの火炎の高さは４００ｍｍ程度、火炎の幅は１００ｍｍ程度であった。また、火炎の色はオレンジ色であった。
【００４６】
以上、本発明の実施形態をいくつか説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、第１の実施形態で示した空気供給管の本数は所定の旋回流を形成することが可能であれば、４本に限らず、必要に応じて増減することができる。また、送風用スリットの大きさや設置間隔を空気供給管の軸方向に変化させ、火炎発生方向に対して旋回流の風速、風量を調整してもよく、スリットに上向きの角度を付けてもよい。空気供給ノズルに関しても、複数個設けてより強い旋回流を発生させるようにしてもよい。また、第４の実施形態で示したガラス製の円筒容器の内部に第１の実施形態で示した空気供給管を少なくとも１本設置するような実施形態も可能である。
【００４７】
さらに、吐出口の近傍に空気送風口を設け、流速の遅い空気を供給することによって、炎を薄い青色に変えることもできる。これは空気供給量を高めることによって、燃焼状態が予混合燃焼火災に近づくためであり、オレンジ色のトルネードから青色のトルネードへの変化、その逆の変化を実現することができる。
【００４８】
また、金属塩の水溶液を炎の周辺に噴霧することで、トルネード火炎に金属塩の有色炎による彩色を施すこともできる。例えばナトリウムであれば黄色、カリウムであれば紫色、リチウムであれば赤色、銅であれば緑色などを付けることができ、本発明をより一層効果的なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る火炎演出装置の側面図および平面図である。
【図２】図１に示す火炎演出装置の空気供給管付近の部分斜視図である。
【図３】図１に示す火炎演出装置の空気供給管の部分詳細側面図である。
【図４】図１に示す火炎演出装置の火炎の発生状況を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る火炎演出装置の側面図および平面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る火炎演出装置の側面図および平面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る火炎演出装置の側面図および平面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ａ、１ｂ，１ｃ，１ｄ 火炎演出装置
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 収納架台
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ バーナー
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ 吐出口
２３ ガス供給路
２４ 燃焼空気供給路
３ 空気供給管
３１ 送風用スリット
３２ 仮想円
３３ 天板
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ 鉛直軸
４１ 第１の空気対流用円筒
４２ 第１の空気供給ノズル
５１ 第１の空気対流用円筒
５２ 第２の空気対流用円筒
５３ 空気ガイド用円筒
５４ 第１の空気供給ノズル
５５ 第２の空気供給ノズル
５６ 環状空気供給部
５７ 空気供給路
６１ 空気対流用円筒
６２ 空気供給ノズル
６３ 天板
【技術分野】
【０００１】
本発明は火炎演出装置に関し、特に、都市ガスの燃焼によって生じる火炎の形状をらせん状に形成する火炎演出装置および火炎演出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般向けの科学教育や企業の広報活動のために、多くの科学館や企業のＰＲ館などが設置され、各種の啓蒙活動がおこなわれている。石油・石炭や天然ガス、都市ガスなどのエネルギー分野においては、これらのエネルギーの象徴ともいえる火炎を効果的に演出できると、大きなＰＲ効果が期待できる。
【０００３】
このような観点から、例えば、火炎が噴き出したり飛散するように火炎を形成する技術が知られている（特許文献１参照。）。また、火炎をトルネード（竜巻）形状に形成する装置が実用化されている。これは英国のマグマ・サイエンス・アドベンチャー・センターに設置されているもので、灯油によって発生した火炎の周囲四隅からにファンで空気を送り込み、火炎をトルネード状に演出する装置である。
【特許文献１】特開２００３−１４２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
火炎をトルネード状に演出することは、火の持つ神秘性や力強さや不思議さをアピールするために有効であり、上記の英国の事例もその一つである。しかし、都市ガスのＰＲのために都市ガスを用いて同様のトルネード状の火炎演出をおこなおうとしても、都市ガスの燃焼速度は灯油のそれと比べてはるかに速いため、きれいな形のトルネードは形成されないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決し、都市ガスにより発生した火炎をトルネード状に形成することのできる火炎演出装置および火炎演出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の火炎演出装置は、燃焼ガスと空気との混合流の供給路と、供給路の一部に設けられた、混合流を吐出させる吐出口と、吐出口から発生する火炎の周囲に、吐出口を通らない鉛直軸を中心として空気の旋回流を形成する旋回流形成機構とを有している。
【０００７】
このように、混合流が吐出されて火炎形成の中心軸となる吐出口と、火炎の周囲に旋回流を発生させる鉛直軸とをずらすことによって、火炎が鉛直軸の周囲に巻きつきながら上昇するように挙動するため、火炎のらせん運動が視認しやすくなる。
【０００８】
燃焼ガスとしては、例えば都市ガスを用いることができる。
【０００９】
旋回流形成機構は、鉛直軸が中心を通る仮想円の円周上に、鉛直方向に延び、互いに略等角度で複数個設置されている空気供給管であり、空気供給管の各々は、吐出口に対して鉛直方向上側となる複数の位置に、仮想円の略接線方向に、仮想円の円周に沿って同一方向に開口する送風用スリットを備えているように構成することができる。
【００１０】
また、旋回流形成機構は、鉛直軸を中心として、少なくとも一部が吐出口から鉛直方向下向きに延び、鉛直方向上側を向く端面が開口した第１の空気対流用円筒と、第１の空気対流用円筒内に、第１の空気対流用円筒の側壁の近傍の、吐出口に対して鉛直方向下側となる位置に設けられ、側壁の接線方向に沿う方向成分のみを、または方向成分と鉛直方向上側を向く方向成分とのみを有する方向に向かって開口する第１の空気供給ノズルとを有するように構成することができる。
【００１１】
ここで、第１の空気供給ノズルは、第１の空気対流用円筒の側壁の接線方向に対して約１０度の上向き角をなすのが好ましい。
【００１２】
さらに、旋回流形成機構は、第１の空気対流用円筒の外側に第１の空気対流用円筒と同心円状に設けられた第２の空気対流用円筒と、第２の空気対流用円筒内に、第２の空気対流用円筒の側壁の近傍の、吐出口に対して鉛直方向下側となる位置に互いに略等角度で複数個設けられ、各々が、第２の空気対流用円筒の側壁の接線方向に沿う方向成分のみを、または第２の空気対流用円筒の側壁の接線方向に沿う方向成分と鉛直方向上側を向く方向成分とのみを有する方向に向かって開口する第２の空気供給ノズルとを有するように構成することができる。
【００１３】
ここで、第２の空気供給ノズルは、第２の空気対流用円筒の側壁の接線方向に対して約１０度の上向き角をなすのが好ましい。
【００１４】
このとき、旋回流形成機構は、第２の空気対流用円筒の外側に第２の空気対流用円筒と同心円状に設けられた空気ガイド用円筒と、第２の空気対流用円筒と空気ガイド用円筒との間に環状に設けられ、鉛直方向上向きに空気を送風する環状空気供給部とを有するようにしてもよい。
【００１５】
旋回流形成機構は、この他にも、鉛直軸を中心として、少なくとも一部が吐出口から鉛直方向上側に向かって略鉛直に延び、鉛直方向上側を向く端面が開口した空気対流用円筒と、空気対流用円筒内に、空気対流用円筒の側壁の近傍に設けられ、側壁の接線方向に沿う方向成分のみを、または方向成分と鉛直方向上側を向く方向成分とのみを有する方向に向かって開口する空気供給ノズルとを有するように構成することができる。
【００１６】
ここで、空気供給ノズルは、空気対流用円筒の側壁の接線方向に対して約２０度の上向き角をなすのが好ましい。
【００１７】
本発明の火炎演出方法は、燃料ガスと空気との混合流を吐出口から吐出させるステップと、吐出口から吐出した混合流を燃焼させて吐出口から火炎を発生させるステップと、火炎の周囲に、吐出口を通らない鉛直軸を中心として空気の旋回流を形成するステップとを有している。
【発明の効果】
【００１８】
このように、本発明の火炎演出装置等によれば、燃料ガスにより発生した火炎についても火炎のらせん運動が視認しやすくなり、時間とともにダイナミックに変化するトルネード状の炎を容易に形成することができ、燃料ガスのＰＲ効果を一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の火炎演出装置の詳細について説明する。図１（ａ）には本発明の火炎演出装置の第１の実施形態の側方図を、図１（ｂ）には図１（ａ）中１−１方向からみた平面図を示す。
【００２０】
火炎演出装置１ａは、円筒形の収納架台２ａと、その上に等間隔に設けられた４つの空気供給管３とを有している。
【００２１】
収納架台２ａは、収納架台２ａの上面に向けて延びるバーナー２１ａを内部に備え、バーナー２１ａの火炎発生側端部は、収納架台２ａの上面に吐出口２２ａとして開口している。バーナー２１ａの仕様には特に制約はなく、一例として、細山熱器株式会社製ボイラー用パイロットバーナーＵＰＢ−４０（バーナーノズル径４８．６ｍｍ）が用いられる。
【００２２】
バーナー２１ａにはガス供給路２３と燃焼空気供給路２４とが接続されている。また、吐出口２２ａの近傍には点火バーナ（図示せず）が設けられており、ガス供給路２３から供給された常温の都市ガスと、燃焼空気供給路２４から供給された常温の空気はバーナー２１ａの内部で混合流となって上昇し、点火バーナで着火されて、吐出口２２ａで火炎となって燃焼する。火炎演出装置１ａは供給口２２ａが上向きに設置されるので、火炎発生方向は吐出口２２ａから鉛直方向上向きとなる。ここで、都市ガスとは、メタンを主成分とする天然ガスを原料として製造される可燃性ガスである。また、燃料としては都市ガス以外にもメタンを主成分とする燃焼ガスを用いることができる。
【００２３】
空気供給管３は収納架台２ａ上の、仮想的な鉛直軸３４ａが中心を通る仮想円３２上に９０°間隔で４つ設けられ、各々が鉛直方向上向きに延びている。また、４本の空気供給管３の上端には円環状の天板３３が設けられ、火炎の排気口を形成している。一例では、収納架台２ａの径は約１０００ｍｍ、収納架台２ａから天板３３までの高さは約１０００ｍｍ、天板３３の開口は約３５０ｍｍである。
【００２４】
図２には空気供給管付近の斜視図を、図３（ａ）には空気供給管の側方図を、図３（ｂ）には同図（ａ）中Ａ部として示された部分の詳細側方図を示している。空気供給管３の内部には空気の流路が形成されており、空気供給源（図示せず）から空気供給管３の収納架台２ａ側の端部に空気が供給されると、空気は空気供給管３の内部を上昇する。空気供給管３には、図２、３に示すように、内部の流路と連通し、鉛直方向に細長い形状の多数の送風用スリット３１が、空気供給管３の軸方向に均等間隔で、軸方向と直角方向を向いて設けられている。図示の例では、送風用スリット３１は、空気供給管３の延びる方向のほぼ全域に設けられ、長さ約１０５０ｍｍ、外径約７５ｍｍの空気供給管３に対して、長さ５０ｍｍ、幅２ｍｍ、設置間隔５ｍｍで１本当たり計１８個設けられている。また、各空気供給管３の送風用スリット３１は、図１（ｂ）の白抜き矢印に示す向きに、すなわち、仮想円３２の略接線方向を向いて、仮想円３２の円周に沿って同一方向に開口している。したがって、空気供給管３の内部を上昇した空気は、各送風用スリット３１から、鉛直軸３４ａのまわりに、同一回転方向に噴き出し、旋回流が形成される。
【００２５】
吐出口２２ａは仮想円３２の中心点からずれた位置に設けられている。このため、空気の旋回流の中心軸と火炎の中心軸は偏芯する。図示の例では、仮想円３２の直径Ｘ１が９００ｍｍであるのに対して、鉛直軸３４ａと吐出口２２ａとの偏芯量Ｙ１は約５０ｍｍである。
【００２６】
次に火炎演出装置１の運転方法を説明する。まず、ガス供給路２３と燃焼空気供給路２４とを開いてバーナー２１ａの内部を混合流で満たす。次に点火バーナを作動させ、混合流を燃焼させる。これによって、吐出口２２ａから鉛直方向上側に向けて火炎が発生し、同時にガス供給路２３と燃焼空気供給路２４から混合流が補充され燃焼が継続するので、定常状態の鉛直方向上向きの火炎が形成される。ここでは、ガスの流量は約２ｍ3／ｈ、ガスの供給圧力は２ｋＰａ、空気比は０．２以下とした。なお、空気比とは、燃料が完全燃焼するのに必要な空気量（理論空気量）の何倍の空気が供給されているかを示す指標である。
【００２７】
ここで空気供給源を開き、空気供給管３の送風用スリット３１から空気を送風する。ここでは、供給する空気流量は約５２ｍ3／ｈ、空気風速は約２ｍ／ｓとした。空気は鉛直軸３４ａのまわりを旋回する旋回流となり、火炎に鉛直軸３４ａを中心とした旋回運動を引き起こす。図４はこのときの火炎の状態を模式的に示したもので、火炎１１は鉛直軸３４ａのまわりを不規則に旋回するように動くことが確認された。このときの火炎の高さは８００ｍｍ程度、火炎の幅は３００ｍｍ程度であった。また、火炎の色はオレンジ色であった。
【００２８】
なお、火炎の高さを変えるにはガス供給量を調整すればよく、一定時間後に火炎はガス供給量に応じた定常状態に復帰する。
【００２９】
ここで、空気の旋回流の中心軸と火炎の中心軸とを偏芯させる理由について説明する。もし、吐出口２２ａを仮想円３２の中心点に一致させても、火炎は旋回流を受けるので旋回する。しかし、この場合火炎が火炎の中心軸まわりに回転するだけなので、らせん状に上昇する火炎に見えにくい。いわば、パイプが軸を中心に回転し、パイプの表面に模様を付けない限りパイプが回転していることが分からない状態である。これに対して、吐出口２２ａを偏芯させると、火炎の軸が鉛直軸３４ａのまわりをらせん状に回り込みながら上昇する。いわば、ビニールパイプが軸の周りを巻きつきながら回転するような状態となるので、らせん構造が見えやすくなるのである。また、偏芯させることで、流れのバランスが多少崩れ、らせん状に上昇する火炎に揺らぎが生じ、時間とともにダイナミックに変化するトルネード状の炎が形成されることになる。しかしながら、偏芯量が大きすぎると流れのバランスが崩れすぎ、火炎の上昇流と空気旋回流とのバランスがとれず、らせん構造も崩れてしまう。また、旋回流の風速は火炎演出装置１ａの外周に行くほど、すなわち空気供給管３に近くなるほど早くなるので、火炎が拡散しすぎて太く短い火炎になったり、吹き消えたりする可能性がある。上記の偏芯量はこのような観点から、最適な偏芯量の範囲にあると考えられる。
【００３０】
また、このような構成によって、燃焼速度の速い都市ガスにおいてもきれいな形のトルネードが形成されるのは、空気比を０．２以下に抑え拡散燃焼させるとともに、流れのバランスを意図的に崩して、燃焼速度を低下させているためである。すなわち、炎を安定させるには、通常、空気比を１．０に近づけて予混合燃焼火炎を生じさせる（青い炎が形成される）が、この空気比では燃焼速度が速すぎて、トルネードが形成されない。これに対して、空気比を０．２以下に下げると炎の安定性は低下するが、燃焼速度の遅い拡散燃焼が生じるので、供給ガスが吐出口２２ａから天板３３の開口に至る間の拡散進行（空気との混合）の度合いを調整することによって、燃焼反応の進行を抑えた長い火炎を作ることができるのである。なお、拡散燃焼が生じているので炎の色はオレンジ色になる。また、拡散進行は主にガスと空気の流れの乱れ（乱流拡散）に影響されるが、このように偏芯させることによって、流れのバランスを意図的に少し崩し、拡散進行の度合いを調整し、流れに乱れを与える燃焼速度を調整することができる。
【００３１】
次に、図５を用いて本発明の火炎演出装置の第２の実施形態について説明する。図５（ａ）には本発明の火炎演出装置の第２の実施形態の側方図を、図５（ｂ）には図５（ａ）中５−５方向からみた平面図を示す。本実施形態は、第１の実施形態と比べてバーナーが長く延びており、旋回流が吐出口の下方から形成される点が大きく異なっている。
【００３２】
収納架台２ｂ上面に鉛直軸３４ｂを中心として、第１の空気対流用円筒４１が設けられている。第１の空気対流用円筒４１の先端は吐出口２２ｂとほぼ同じ高さまで延び、全面が開口となっているが、第１の実施形態のように一部を天板で覆ってもよい。第１の空気対流用円筒４１は、吐出口２２ｂを基準とすれば、少なくとも一部が吐出口２２ｂから鉛直方向下向きに延び、鉛直方向上側を向く端面が開口した空気対流用円筒である。
【００３３】
第１の空気対流用円筒４１を構成する側壁の近傍の収納架台２ｂ上には、第１の空気供給ノズル４２が設けられている。第１の空気供給ノズル４２は一端が第１の空気対流用円筒４１内に開口し、他端より空気が供給される。第１の空気供給ノズル４２は側壁の円周に沿って、かつ、収納架台２ｂの上面に対して若干上向きに設けられている。図５（ａ）、（ｂ）の白抜き矢印の角度はこのことを意味している。すなわち、第１の空気供給ノズル４２は、側壁の接線方向に沿う方向成分と鉛直方向上側を向く方向成分とを有する方向に向かって開口している。ただし、鉛直方向上側を向く方向成分は０でもよい（例えば、第３の実施形態参照。）。第１の空気供給ノズル４２は収納架台２ｂ上に設けられなくてもよいが、少なくとも第１の空気対流用円筒４１の内部に設けられる必要がある。
【００３４】
供給口２２ｂは第１の空気対流用円筒４１に対して偏芯して設けられている。一例では、第１の空気対流用円筒４１は内径（Ｘ２）１９０ｍｍ、高さ２７０ｍｍ程度であり、偏芯量Ｙ２は２０ｍｍ程度である。バーナー２１ｂとしては、前述のボイラー用パイロットバーナーＵＰＢ−４０をノズル口径約６０ｍｍに改造したものが用いられ、第１の空気供給ノズル４２の上向き角は約１０°、開口部の径は約５０ｍｍとした。
【００３５】
上記の装置仕様で、ガスの流量約０．５ｍ3／ｈ、ガスの供給圧力２ｋＰａ、空気比０．２以下、空気流量約５２ｍ3／ｈ、空気風速約２ｍ／ｓで作動させた。第１の空気供給ノズル４２から送風された空気は、第１の空気対流用円筒４１の側壁のまわりに沿って上昇旋回流となり、この上昇旋回流が火炎に旋回運動を引き起こし、火炎は第１の実施形態と同様、鉛直軸３４ｂのまわりを不規則に旋回するように動くことが確認された。このときの火炎の高さは５００ｍｍ程度、火炎の幅は１５０ｍｍ程度であった。また、火炎の色はオレンジ色であった。
【００３６】
次に、図６を用いて本発明の火炎演出装置の第３の実施形態について説明する。図６（ａ）には本発明の火炎演出装置の第３の実施形態の側方図を、図６（ｂ）には図６（ａ）中６−６方向からみた平面図を示す。本実施形態は、第２の実施形態をさらに改良したもので、旋回流形成用の円筒を二重化し、空気流を各々の円筒に沿って供給している点が異なっている。
【００３７】
収納架台２ｃ上面に鉛直軸３４ｃを中心として、第１の空気対流用円筒５１が設けられている。第１の空気対流用円筒５１の先端は吐出口２２ｃとほぼ同じ高さまで延び、全面が開口となっている。第１の空気対流用円筒５１の外側には、同心円状に第１の空気対流用円筒５１とほぼ同じ高さまで、第２の空気対流用円筒５２が延びている。さらに、第２の空気対流用円筒５２の外側には、同心円状に空気ガイド円筒５３が延びている。
【００３８】
第１の空気対流用円筒５１を構成する側壁の近傍の収納架台２ｃ上には、第１の空気供給ノズル５４が設けられている。第１の空気供給ノズル５４は一端が第１の空気対流用円筒５１内に開口し、他端より空気が供給される。第１の空気供給ノズル５４は側壁の円周に沿って、かつ、収納架台２ｃの上面と平行に設けられている。第２の空気対流用円筒５２を構成する側壁の近傍の収納架台２ｃ上には、第２空気供給ノズル５５が９０°間隔で４つ設けられている。第２の空気供給ノズル５５は一端が第２の空気対流用円筒５２内に開口し、他端より空気が供給される。第２の空気供給ノズル５５は側壁の円周に沿って側壁の接線方向に、かつ、収納架台２の上面に対して若干上向きに設けられている。さらに、第２の空気対流用円筒５２と空気ガイド用円筒５３との間には、環状に設けられ、鉛直方向上向きに空気を送風する環状空気供給部５６が設けられている。環状空気供給部５６には空気を供給するための空気供給路５７が接続している。図６（ａ）、（ｂ）の各白抜き矢印の角度は以上のことを意味している。
【００３９】
吐出口２２ｃは、第１、第２の空気対流用円筒５１，５２、空気ガイド円筒５３に対して偏芯して設けられている。一例では、第１の空気対流用円筒５１は内径２００ｍｍ、高さ４２０ｍｍ程度、第２の空気対流用円筒５２は内径４５０ｍｍ、高さ４２０ｍｍ程度、第３の空気対流用円筒５３は内径６００ｍｍ、高さ４２０ｍｍ程度であり、偏芯量Ｙ３は２０ｍｍ程度である。バーナー２１ｃとしては、ノズル口径を約６０ｍｍに改造した前述のボイラー用パイロットバーナーＵＰＢ−４０を用い、また、第１の空気供給ノズル５４の開口部の径は１６ｍｍ、第２の空気供給ノズル５５の上向き角は約１０°、開口部の径は約１６ｍｍとした。
【００４０】
上記の装置仕様で、ガスの流量約２．５ｍ3／ｈ、ガスの供給圧力２ｋＰａ、空気比０．２以下、空気流量約１４５ｍ3／ｈ、空気風速約２ｍ／ｓで作動させた。第１の空気供給ノズル５４から送風された空気は、第１の空気対流用円筒５１の側壁の周りに沿って上昇旋回流となり、この上昇旋回流が火炎に旋回運動を引き起こす。さらに、第２の空気供給ノズル５４から送風された空気は、第２の空気対流用円筒５２の側壁の周りに沿って上昇旋回流となり、第１の空気供給ノズル５４によって旋回運動を引き起こされた火炎に、さらに旋回運動を与える。一方、環状空気供給部５６から鉛直方向上向きに吹き出す上昇空気流は、火炎を当該上昇空気流の内部に閉じ込めるとともに、外部の空気流による火炎への影響を防止し、一種のエアカーテンとして作用する。この結果、火炎は第１の実施形態と同様、鉛直軸３４ｃのまわりを不規則に旋回するように動くことが確認された。このときの火炎の高さは１５００ｍｍ程度、火炎の幅は３００ｍｍ程度であった。また、火炎の色はオレンジ色であった。
【００４１】
次に、図７を用いて本発明の火炎演出装置の第４の実施形態について説明する。図７（ａ）には本発明の火炎演出装置の第４の実施形態の側方図を、図７（ｂ）には図７（ａ）中７−７方向からみた平面図を示す。本実施形態は、第１の実施形態と同様、吐出口が収納架台に近接して設けられているが、旋回流の発生に円筒のガラス容器を用いる点が異なっている。
【００４２】
収納架台２ｄ上面に鉛直軸３４ｄを中心として、空気対流用円筒６１が設けられている。空気対流用円筒６１の先端は吐出口２２ｄとほぼ同じ高さまで延び、上端には火炎の排気口となる開口を形成する天板６３を有しているが、第１の実施形態のように全面が開口していてもよい。空気対流用円筒６１は、内部に発生する火炎を目視可能なように耐熱ガラスで製作される。
【００４３】
空気対流用円筒６１を構成する側壁の近傍の収納架台２ｄ上には、空気供給ノズル６２が設けられている。空気供給ノズル６２は一端が空気対流用円筒６１内に開口し、他端より空気が供給される。空気供給ノズル６２は側壁の円周に沿って、かつ、収納架台２ｄの上面に対して若干上向きに設けられている。図７（ａ）、（ｂ）の白抜き矢印の角度はこのことを意味している。すなわち、側壁の接線方向に沿う方向成分と鉛直方向上側を向く方向成分とを有する方向に向かって開口しているが、鉛直方向上側を向く方向成分は０でもよい。空気供給ノズル６２は収納架台２ｄ上に設けられなくてもよいが、少なくとも空気対流用円筒６１の内部に設けられる必要がある。
【００４４】
供給口２２ｄは空気対流用円筒６１に対して偏芯して設けられている。一例では、空気対流用円筒６１は内径（Ｘ４）１９０ｍｍ、高さ５００ｍｍ程度であり、偏芯量Ｙ４は２０ｍｍ程度である。バーナー２１ｄとしては、前述のボイラー用パイロットバーナーＵＰＢ−４０を用い、空気供給ノズル６２の上向き角は約２０°とした。
【００４５】
上記の装置仕様で、ガスの流量約０．５ｍ3／ｈ、ガスの供給圧力２ｋＰａ、空気比０．２以下、空気流量約５２ｍ3／ｈ、空気風速約２ｍ／ｓで作動させた。空気供給ノズル６２から送風された空気は、空気対流用円筒６１の側壁の周りに沿って上昇旋回流となり、この上昇旋回流が火炎に旋回運動を引き起こし、火炎は第１の実施形態と同様、鉛直軸３４ｄのまわりを不規則に旋回するように動くことが確認された。このときの火炎の高さは４００ｍｍ程度、火炎の幅は１００ｍｍ程度であった。また、火炎の色はオレンジ色であった。
【００４６】
以上、本発明の実施形態をいくつか説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、第１の実施形態で示した空気供給管の本数は所定の旋回流を形成することが可能であれば、４本に限らず、必要に応じて増減することができる。また、送風用スリットの大きさや設置間隔を空気供給管の軸方向に変化させ、火炎発生方向に対して旋回流の風速、風量を調整してもよく、スリットに上向きの角度を付けてもよい。空気供給ノズルに関しても、複数個設けてより強い旋回流を発生させるようにしてもよい。また、第４の実施形態で示したガラス製の円筒容器の内部に第１の実施形態で示した空気供給管を少なくとも１本設置するような実施形態も可能である。
【００４７】
さらに、吐出口の近傍に空気送風口を設け、流速の遅い空気を供給することによって、炎を薄い青色に変えることもできる。これは空気供給量を高めることによって、燃焼状態が予混合燃焼火災に近づくためであり、オレンジ色のトルネードから青色のトルネードへの変化、その逆の変化を実現することができる。
【００４８】
また、金属塩の水溶液を炎の周辺に噴霧することで、トルネード火炎に金属塩の有色炎による彩色を施すこともできる。例えばナトリウムであれば黄色、カリウムであれば紫色、リチウムであれば赤色、銅であれば緑色などを付けることができ、本発明をより一層効果的なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る火炎演出装置の側面図および平面図である。
【図２】図１に示す火炎演出装置の空気供給管付近の部分斜視図である。
【図３】図１に示す火炎演出装置の空気供給管の部分詳細側面図である。
【図４】図１に示す火炎演出装置の火炎の発生状況を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る火炎演出装置の側面図および平面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る火炎演出装置の側面図および平面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る火炎演出装置の側面図および平面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ａ、１ｂ，１ｃ，１ｄ 火炎演出装置
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 収納架台
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ バーナー
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ 吐出口
２３ ガス供給路
２４ 燃焼空気供給路
３ 空気供給管
３１ 送風用スリット
３２ 仮想円
３３ 天板
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ 鉛直軸
４１ 第１の空気対流用円筒
４２ 第１の空気供給ノズル
５１ 第１の空気対流用円筒
５２ 第２の空気対流用円筒
５３ 空気ガイド用円筒
５４ 第１の空気供給ノズル
５５ 第２の空気供給ノズル
５６ 環状空気供給部
５７ 空気供給路
６１ 空気対流用円筒
６２ 空気供給ノズル
６３ 天板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスと空気との混合流の供給路と、
前記供給路の一部に設けられた、前記混合流を吐出させる吐出口と、
前記吐出口から発生する火炎の周囲に、前記吐出口を通らない鉛直軸を中心として空気の旋回流を形成する旋回流形成機構とを有する火炎演出装置。
【請求項２】
前記燃焼ガスは都市ガスである、請求項１に記載の火炎演出装置。
【請求項３】
前記旋回流形成機構は、前記鉛直軸が中心を通る仮想円の円周上に、鉛直方向に延び、互いに略等角度で複数個設置されている空気供給管であり、該空気供給管の各々は、前記吐出口に対して鉛直方向上側となる複数の位置に、該仮想円の略接線方向に、該仮想円の円周に沿って同一方向に開口する送風用スリットを備えている、請求項１または２に記載の火炎演出装置。
【請求項４】
前記旋回流形成機構は、
前記鉛直軸を中心として、少なくとも一部が前記吐出口から鉛直方向下向きに延び、鉛直方向上側を向く端面が開口した第１の空気対流用円筒と、
前記第１の空気対流用円筒内に、該第１の空気対流用円筒の側壁の近傍の、前記吐出口に対して鉛直方向下側となる位置に設けられ、該側壁の接線方向に沿う方向成分のみを、または該方向成分と鉛直方向上側を向く方向成分とのみを有する方向に向かって開口する第１の空気供給ノズルとを有する、請求項１または２に記載の火炎演出装置。
【請求項５】
前記第１の空気供給ノズルは、前記第１の空気対流用円筒の側壁の接線方向に対して約１０度の上向き角をなす、請求項４に記載の火炎演出装置。
【請求項６】
前記旋回流形成機構は、
前記第１の空気対流用円筒の外側に該第１の空気対流用円筒と同心円状に設けられた第２の空気対流用円筒と、
前記第２の空気対流用円筒内に、該第２の空気対流用円筒の側壁の近傍の、前記吐出口に対して鉛直方向下側となる位置に互いに略等角度で複数個設けられ、各々が、該第２の空気対流用円筒の側壁の接線方向に沿う方向成分のみを、または該第２の空気対流用円筒の側壁の接線方向に沿う方向成分と鉛直方向上側を向く方向成分とのみを有する方向に向かって開口する第２の空気供給ノズルとを有する、請求項４または５に記載の火炎演出装置。
【請求項７】
前記第２の空気供給ノズルは、前記第２の空気対流用円筒の側壁の接線方向に対して約１０度の上向き角をなす、請求項６に記載の火炎演出装置。
【請求項８】
前記旋回流形成機構は、
前記第２の空気対流用円筒の外側に該第２の空気対流用円筒と同心円状に設けられた空気ガイド用円筒と、
前記第２の空気対流用円筒と前記空気ガイド用円筒との間に環状に設けられ、鉛直方向上向きに空気を送風する環状空気供給部とを有する、請求項７に記載の火炎演出装置。
【請求項９】
前記旋回流形成機構は、
前記鉛直軸を中心として、少なくとも一部が前記吐出口から鉛直方向上側に向かって略鉛直に延び、鉛直方向上側を向く端面が開口した空気対流用円筒と、
前記の空気対流用円筒内に、該空気対流用円筒の側壁の近傍に設けられ、該側壁の接線方向に沿う方向成分のみを、または該方向成分と鉛直方向上側を向く方向成分とのみを有する方向に向かって開口する空気供給ノズルとを有する、請求項１または２に記載の火炎演出装置。
【請求項１０】
前記空気供給ノズルは、前記空気対流用円筒の側壁の接線方向に対して約２０度の上向き角をなす、請求項９に記載の火炎演出装置。
【請求項１１】
燃料ガスと空気との混合流を吐出口から吐出させるステップと、
前記吐出口から吐出した前記混合流を燃焼させて前記吐出口から火炎を発生させるステップと、
前記火炎の周囲に、前記吐出口を通らない鉛直軸を中心として空気の旋回流を形成するステップとを有する火炎演出方法。
【請求項１】
燃焼ガスと空気との混合流の供給路と、
前記供給路の一部に設けられた、前記混合流を吐出させる吐出口と、
前記吐出口から発生する火炎の周囲に、前記吐出口を通らない鉛直軸を中心として空気の旋回流を形成する旋回流形成機構とを有する火炎演出装置。
【請求項２】
前記燃焼ガスは都市ガスである、請求項１に記載の火炎演出装置。
【請求項３】
前記旋回流形成機構は、前記鉛直軸が中心を通る仮想円の円周上に、鉛直方向に延び、互いに略等角度で複数個設置されている空気供給管であり、該空気供給管の各々は、前記吐出口に対して鉛直方向上側となる複数の位置に、該仮想円の略接線方向に、該仮想円の円周に沿って同一方向に開口する送風用スリットを備えている、請求項１または２に記載の火炎演出装置。
【請求項４】
前記旋回流形成機構は、
前記鉛直軸を中心として、少なくとも一部が前記吐出口から鉛直方向下向きに延び、鉛直方向上側を向く端面が開口した第１の空気対流用円筒と、
前記第１の空気対流用円筒内に、該第１の空気対流用円筒の側壁の近傍の、前記吐出口に対して鉛直方向下側となる位置に設けられ、該側壁の接線方向に沿う方向成分のみを、または該方向成分と鉛直方向上側を向く方向成分とのみを有する方向に向かって開口する第１の空気供給ノズルとを有する、請求項１または２に記載の火炎演出装置。
【請求項５】
前記第１の空気供給ノズルは、前記第１の空気対流用円筒の側壁の接線方向に対して約１０度の上向き角をなす、請求項４に記載の火炎演出装置。
【請求項６】
前記旋回流形成機構は、
前記第１の空気対流用円筒の外側に該第１の空気対流用円筒と同心円状に設けられた第２の空気対流用円筒と、
前記第２の空気対流用円筒内に、該第２の空気対流用円筒の側壁の近傍の、前記吐出口に対して鉛直方向下側となる位置に互いに略等角度で複数個設けられ、各々が、該第２の空気対流用円筒の側壁の接線方向に沿う方向成分のみを、または該第２の空気対流用円筒の側壁の接線方向に沿う方向成分と鉛直方向上側を向く方向成分とのみを有する方向に向かって開口する第２の空気供給ノズルとを有する、請求項４または５に記載の火炎演出装置。
【請求項７】
前記第２の空気供給ノズルは、前記第２の空気対流用円筒の側壁の接線方向に対して約１０度の上向き角をなす、請求項６に記載の火炎演出装置。
【請求項８】
前記旋回流形成機構は、
前記第２の空気対流用円筒の外側に該第２の空気対流用円筒と同心円状に設けられた空気ガイド用円筒と、
前記第２の空気対流用円筒と前記空気ガイド用円筒との間に環状に設けられ、鉛直方向上向きに空気を送風する環状空気供給部とを有する、請求項７に記載の火炎演出装置。
【請求項９】
前記旋回流形成機構は、
前記鉛直軸を中心として、少なくとも一部が前記吐出口から鉛直方向上側に向かって略鉛直に延び、鉛直方向上側を向く端面が開口した空気対流用円筒と、
前記の空気対流用円筒内に、該空気対流用円筒の側壁の近傍に設けられ、該側壁の接線方向に沿う方向成分のみを、または該方向成分と鉛直方向上側を向く方向成分とのみを有する方向に向かって開口する空気供給ノズルとを有する、請求項１または２に記載の火炎演出装置。
【請求項１０】
前記空気供給ノズルは、前記空気対流用円筒の側壁の接線方向に対して約２０度の上向き角をなす、請求項９に記載の火炎演出装置。
【請求項１１】
燃料ガスと空気との混合流を吐出口から吐出させるステップと、
前記吐出口から吐出した前記混合流を燃焼させて前記吐出口から火炎を発生させるステップと、
前記火炎の周囲に、前記吐出口を通らない鉛直軸を中心として空気の旋回流を形成するステップとを有する火炎演出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３８２８５（Ｐ２００６−３８２８５Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２１５８２７（Ｐ２００４−２１５８２７）
【出願日】平成１６年７月２３日（２００４．７．２３）
【出願人】（０００２２２１７４）東洋エンジニアリング株式会社 (69)
【出願人】（０００１７３３５９）細山熱器株式会社 (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２３日（２００４．７．２３）
【出願人】（０００２２２１７４）東洋エンジニアリング株式会社 (69)
【出願人】（０００１７３３５９）細山熱器株式会社 (12)
【Ｆターム（参考）】
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