最近、真空管の自作に挑戦しています。真空管などのガラスを用いた電子管を製作するためには、ガラス管を熱して加工するための環境が必要になります。このようなガラス細工で用いられるバーナーにはいくつかの種類があります。エアーのみで手軽に利用できるエアーバーナー、高温度を得られる酸素バーナーなどが一般的に用いられています。酸素バーナーは少し特殊なため、導入の敷居が高めです。必要な機材や使い方に関する情報がネット上にあまりなく、必要な機材をそろえるのに大変苦労しました…
エアーバーナー
LPガスと空気を混合させて燃焼させるタイプのバーナーです。約1500℃程度の温度を得ることが可能です。このバーナーでは、軟化する温度の低い軟質ガラスを加工することができます。軟化する温度の高い、パイレックスガラスやホウケイ酸ガラスの加工はできません。
当初、SCHOTT社のAR-GLASというソーダライムガラスの加工を行うために購入しました。しかし、到達温度が低いため、加工が難しく大型のガラス管を加工するのには向いていませんでした。実際に加工に用いると、φ15mm程度のガラス管であれば長時間加熱することで加工することができます。φ25mmくらいのガラス管になると溶かすのがやっとという印象でした。
濃い青色の炎が特徴的です。
酸素バーナー
GTT社のbobcatという酸素バーナーを購入しました。LPガスと酸素を混合させて燃焼させるタイプのバーナーです。酸素バーナーの中では小型で酸素の消費量が小さく、取り扱いが簡単ということが購入の決め手となっています。約2500℃程度の温度を得ることが可能です。このバーナーでは、軟化する温度の高い、パイレックスガラスやホウケイ酸ガラスなどの加工も行うことができます。
A3 Internationalさんより購入しました。
小型の酸素バーナーで酸素の消費量も5[L/min]～10[L/min](火力による)と小さいため、小型の酸素ボンベでも1時間程度連続して使うことができると考えてGTT社のbobcatを選定しました。大型の酸素バーナーの場合、酸素やLPガスの消費量が大きいため、ボンベのサイズもある程度の大きさ(もしくは予備ボンベを用意しておく)が無いと運用は難しいと思います。
明るい白っぽい炎が特徴的です。
酸素バーナー周辺機器の構成
以下の図のような周辺機器の構成で酸素バーナーを運用しています。
LPガス 0.02[MPa]、酸素 0.2[MPa]で利用しています
LPガス、酸素の調達
オール電化住宅のため、燃料となるLPガスを確保する必要がありました。さらに、酸素バーナーでは純粋な酸素をLPガスと混合して燃焼させるため、酸素の供給ソースも用意する必要があります。酸素の供給ソースとしては、酸素発生器と酸素ボンベから選択することができます。酸素発生器は取り扱い面では酸素ボンベよりも簡単そうではありましたが、一番安いものでも30万円近くするため早々に候補から外れました。今回は、LPガス、酸素ともにボンベからの供給を選択しました。
「○○ガス」や「○○酸素」といった地域のガス屋さんに問い合わせをしてLPガスと酸素ボンベの購入と充填が可能であるかを確認します。大抵は、「何に使うのか」を伝えることで購入が可能かと思います。オークションサイトやネット通販でもボンベ単体を購入することが可能ですが、充填先を調査してから購入することをお勧めします。正体不明なボンベだと充填を拒否されることがあるそうです。
酸素バーナーの能力から見積もって、そこまで大容量のボンベを購入する必要はないと判断し、2kgのLPガスボンベ(約1.5万円)と1500Lの酸素ボンベ(約3万円)を購入しました。充填時の問い合わせ先を統一する目的で、どちらも同じガス屋さんからの購入としています。充填費用はLPガスが1kg 500円程度、酸素ガスが1500Lで5000円程度でした。
充填にかかる期間を考慮すると2本ボンベを所有しておくことがおすすめとのことです。業務用途ではないため、酸素バーナーを利用できない期間があっても問題ないため、今回は1本づつの購入にとどめています。
ちなみに、高圧ガスボンベには充填期限というものが設定されています。この期間を過ぎたボンベは耐圧試験に合格しなければ再充填を行うことができません。今回購入しガスボンベや酸素ボンベの充填期限は5年となっています。したがって5年ごとに耐圧試験を実施する必要があります。この検査もガス屋さんで実施してくれるそうです(約5000円)。
※どちらも高圧ガスなので取り扱いには細心の注意を払う必要があります。最悪死にます….
LPガスボンベは精神衛生上、室内に保管しておきたくないので物置小屋に保管しています。
酸素用圧力調整器、LPガス用圧力調整器
LPガスボンベに充填されているガスの圧力は1.8[MPa]。酸素ボンベに充填されているガスの圧力は14.7[MPa]になります。どちらも非常に高圧で圧縮された状態でガスが充填されていることが分かります。したがって、そのままの状態で利用することは基本的にありません。そこで、圧力調整器という機器をボンベの出力口に接続してガスの圧力を安全に利用できる範囲まで落として出力してやります。
酸素用圧力調整器
酸素用圧力調整器はガス屋さんで酸素ボンベに合うものを選定してもらって、ボンベと同時に購入しました。ガス溶接用途などに用いられるタイプを選定してもらっています。そのため、調整器に乾式安全器が接続できるようになっており、安全性が高いです。モノタロウなどでも購入できるようですが、こちらはガス屋さんから直接購入したほうが安く買えると思います。
LPガス用圧力調整器
こちらも、ガス溶接などの用途に用いられる工業用の調整器を購入しました。当初、一般ガス機器用の安い圧力調整器を購入して使おうと考えたのですが、ガス圧が小さく途中の逆止弁などを動作させることができないという問題が発生しました。安い一般機器用の圧力調整器は利用できないようです。そのため、酸素バーナーなどのガス機器を利用する場合は、圧力調整が可能な工業用のLPガス調整器を用いる必要があります。また、念のためこちらも乾式安全器が付いているものを購入しています。
ホース、接続部品など
溶断用ホース JIS規格(JIS K 6333)認証取得品から選定しました。酸素バーナー側のタケノコが6mm用、酸素用圧力調整器側のタケノコが8mm、LPガス側のタケノコが9.5mmとなっていました。そこで内径6.3mmのホースと内径8.0mmのホースをアポロコックというワンタッチ式の継手で接続することにしました。
アポロコックを用いて内径の異なるホースを接続しています。
接続に利用したのは、アポロコックというソケットとプラグ。ガス溶断の燃料・酸素ガスラインをワンタッチで切り替えることが出来るため、様々な機器を用いる場合にも便利です。また、ホースを切り離した場合に、自動的にガスの流路がふさがるようになっているのでガスが漏れず切り替え作業を安全に行うことができます。さらに今回は、逆止弁入りのプラグを用いて逆流が発生しないように経路を構築しています。圧力調整器についている乾式安全器にも逆止弁が内蔵されているため、ここまでやらなくても良さそうです。逆止弁が経路に二重に入っている分には特に問題が無いため念には念を入れておきます。
LPガス警報器
万が一のLPガス漏れに備えてLPガス警報器を設置しました。警報器は信頼のできる日本メーカー製を購入しています。酸素を混合する酸素バーナーなので不完全燃焼の可能性は低いと考えて一酸化炭素警報器は設置していません。そのため、酸素バーナーの運用中は常に換気扇を回して、換気に注意して運用するようにしています。警報器があっても油断は禁物です…
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