ライターの炎はどれくらい熱いですか?温度、科学、実際の比較の説明

ライターの炎の熱さはどれくらいですか？ 直接の答え: 標準的なブタン ライターの炎は約 1,970℃ (3,578°F) 最も熱い点、つまり炎の底部にある内側の青い円錐形です。ほとんどの人が炎を連想する目に見えるオレンジ色または黄色の先端は、かなり温度が低く、通常は次の範囲です。 300°C ～ 500°C (572°F ～ 932°F) 。正確な温度は、燃料の種類、酸素の利用可能性、炎の大きさの調整、風の状態、および特定のライターの設計によって異なります。この記事では、影響を与えるあらゆる要因を分析します。 軽い 炎の温度 では、さまざまなライターのタイプを比較し、その温度が実際に何を意味するのかを説明します。

ライターの炎温度の背後にある科学

ライターの炎は単一の均一な温度ではなく、根元から先端まで明確な温度勾配を持つ複雑な燃焼反応です。この勾配を理解することが理解の鍵となります ライターの炎はどれほど熱いのか 実際に得ます。

ブタン (C₄H₁₀) (ほとんどのポケット ライターで使用される燃料) がノズルから出て点火すると、次の 2 つのゾーンの燃焼プロセスで酸素と反応します。

• 内側のゾーン (青いコーン): ここで一次燃焼が起こります。燃料が豊富な条件と酸素との直接接触により、最も高温の温度が生成されます。 1,970℃ (3,578°F) 。青色は、反応中に特定の波長の光を放出する励起された CH および C2 ラジカルに由来します。
• 外側ゾーン (オレンジ/黄色の炎): 不完全燃焼生成物、つまり燃えていない炭素粒子（すす）は、通常、はるかに低い温度で白熱光を発します。 300°C ～ 500°C (572°F ～ 932°F) 。黄色はこれらの高温の炭素粒子からの黒体放射であり、燃焼反応自体からのものではありません。
• 炎の先端: 燃焼がほぼ完了し、高温のガスが冷たい周囲の空気と混合する炎の先端では、次の温度に達します。 200°C ～ 400°C (392°F ～ 752°F) .

ブタンの完全燃焼方程式は次のとおりです: C4H10 6.5 O2 → 4 CO2 5 H2O 熱。空気中でのブタン燃焼の理論上の断熱火炎温度は約 1,970°C — 完全な断熱と熱損失のない完全燃焼を想定した値。現実のライターの炎は周囲の空気とライター本体自体に熱を失うため、平均炎温度は低くなりますが、内側の円錐は依然としてこの理論上の最大値に近づきます。

タイプ別のライターの炎温度: 完全な比較

すべてのライターが同じ温度で燃焼するわけではありません。燃料の種類、エアフロー設計、ノズルの形状はすべて影響します ライターの炎の温度 著しく。以下の表は、最も一般的なライターのタイプを比較しています。

表 1: 一般的なライター タイプの最大炎温度の比較。トーチ/ジェット ライターは、より熱く見えるにもかかわらず、標準のブタン ライターよりもピーク温度が低いことに注意してください。青色の予混合炎はより完全に燃焼し、より効率的に熱を集中させるため、理論上の最大値が低いにもかかわらず、実際の作業ではより効果的になります。

ピーク温度が低いにもかかわらず、トーチライターがより熱く感じる理由

トーチライターは、実際には炎のピーク温度が低いにもかかわらず、標準的なライターよりも物体を加熱するのにはるかに効果的です。この明らかな矛盾は、燃焼化学と熱伝達物理学によって説明されます。

標準的なブタンライターでは、 拡散炎 — 燃焼が起こると燃料と空気が混合し、高く輝く黄オレンジ色の炎が生成されます。この炎の熱エネルギーの多くは、ターゲット表面に熱を伝導するのではなく、燃焼ガスの加熱と光の放射に使われます。炎は空気の動きによっても簡単に中断されます。

対照的に、懐中電灯ライターは、 予混合炎 — 燃料と空気は点火前に正確な割合で混合され、高度に集中した乱流の青いジェットを生成します。この設計には、次の 3 つの重要な利点があります。

• より高い熱流束: 集中ジェットは、拡散火炎ライターの場合 10 ～ 30 kW/m² の速度で熱エネルギーを 50 ～ 200 kW/m² の速度で小さなターゲット領域に送ります。
• 熱損失の低減: 乱流でコンパクトな炎は、広くゆっくりとした拡散炎に比べて、周囲の空気に失うエネルギーがはるかに少なくなります。
• 風の耐性: 加圧燃料ジェットは最大 80 km/h (50 マイル) の風でも炎の形状を維持するため、屋外での信頼性の高いトーチライターになります。

実際には、トーチ ライターは 3 ～ 5 秒で葉巻に点火しますが、標準的なブタン ライターは理論的には最高温度が高いにもかかわらず、同じ作業に 10 ～ 20 秒かかる場合があります。

ナフサライターとブタンライター: 燃料が炎の温度に与える影響

ライター内の燃料はライターの最大の決定要因です。 炎の温度 。ブタンとナフサは 2 つの主要な軽量燃料であり、燃焼特性が大きく異なります。

ブタン (C₄H₁₀) ナフサよりも単位体積あたりのエネルギー密度が高く（液体約 29 MJ/L）、よりクリーンに燃焼します。空気中での断熱火炎温度は約 1,970°C です。ブタンは室温および常圧で気体です。つまり、すぐに燃焼できる蒸気としてライターのノズルから排出され、クリーンで無臭の燃焼に貢献します。

ナフサ (ライター流体としても知られる液体石油留出物) は、かなり低い温度 (約 900°C) で燃焼し、より広く、より明るい黄色の炎を生成し、より多くの煤が目に見えます。ナフサライターは芯を使用して毛細管現象によって燃料を燃焼ゾーンに引き込みますが、これは本質的にブタンの加圧バルブに比べて制御性の低い供給メカニズムです。火炎温度が低く、燃焼が拡散するため、ナフサライターは精密な加熱作業には効率が悪くなりますが、炎が大きく、燃焼時間も長いため (1 回の充填で)、屋外での使用や着火に適しています。

表 2: ブタンライターとナフサライターの火炎特性の直接比較。ブタンはかなり高温の炎を生成します。ナフサは寒い環境でより優れた性能を発揮します。

状況に応じたライターの炎の温度: 実際に何が溶けたり、燃えたり、発火したりするのでしょうか?

それを知って、 ライターの炎は約 1,970°C で燃焼します 日常の物質の融点と発火点と比較すると、より意味が大きくなります。これらの比較により、小型ライターの驚異的な火力とその実際的な限界の両方が明らかになります。

表 3: 現実世界の材料ベンチマークとライターの炎の温度。ブタンライターの炎のピーク温度は理論的には金を溶かすのに十分な高さ (1,064°C) ですが、実際には限られた熱流束とバルク金属の急速な熱放散がこれを妨げます。

ライターの炎が燃える熱さに影響を与える要因

測定された ライターの炎の温度 いくつかの制御可能な環境変数に応じて大幅に変化します。これらを理解すると、同じライターが条件が異なると性能が大きく異なる理由を説明できます。

1. 酸素の利用可能性

酸素は燃焼反応における酸化剤です。十分な酸素がないと燃焼は不完全になり、火炎温度は急激に低下します。高度 (海抜 3,000 メートルなど) では、酸素分圧が海抜よりも約 30% 低くなり、火炎温度が約 150 ～ 200°C 低下し、より大きくて明るい (不完全燃焼) 火炎が生成されます。酸素が枯渇した閉鎖空間では、標準的なブタン ライターの炎は 800°C を下回る可能性があります。

2. 炎の大きさの調整

詰め替え可能なライターの多くには、調整可能なガスバルブが付いています。火炎設定を大きくすると、1 秒あたりにより多くの燃料が放出され、空気の巻き込みが続けば、燃焼温度を維持またはわずかに上昇させることができます。ただし、小型ライターの特大の炎は燃料が豊富な状態 (燃料に対して十分な酸素が不足している) で動作することが多く、そのため温度が低下し、黄色の発光や煤の生成が増加します。

3. 周囲温度

ブタンの蒸気圧は寒い気候では大幅に低下します。 0°C (32°F) 未満では、ブタン燃料が適切に蒸発することが困難になり、バーナーへの燃料流量が減少し、弱い低温の炎が発生したり、完全な点火が失敗したりすることがあります。イソブタンブレンド (多くの屋外用ライターに使用されている) は、-10°C (14°F) まで効果を維持します。ナフサライターは、液体燃料供給システムにより、-20°C (-4°F) まで信頼性の高い性能を維持します。

4. 風速

風は火炎のエンベロープを乱し、冷たい空気を燃焼ゾーンに混ぜ込み、火炎温度を急速に低下させます。時速 10 km (6 マイル) の微風でも、標準的なブタン ライターの炎の有効加熱温度が 30 ～ 40% 低下する可能性があります。これが、トーチ (ジェット) ライターが屋外で好まれる理由です。加圧された燃料ジェットにより、風の干渉に対して燃焼形状が維持されます。

5. 燃料の純度

低純度のブタン (安価な使い捨てライターによく使用される) には、不純物としてプロパン、メタン、その他の炭化水素が多く含まれています。これらは燃焼化学量論を変更し、最大火炎温度を最大 100 ～ 150°C 下げることができます。ハイエンドの詰め替え式ライターに使用されているプレミアム三重精製ブタンは、よりクリーンに燃焼し、理論上の最高温度に近いため、葉巻愛好家はフレーバーに影響を与えない照明としてそれを主張します。

ライターの炎温度が安全に及ぼす影響

内側の円錐では約 2,000°C になります。 ライターの炎 重度の火傷を引き起こし、最も一般的な物質に発火し、数秒で敏感なコンポーネントに損傷を与えるほど高温です。いくつかの重要な安全上のポイント:

• 皮膚への接触: 人間の皮膚は 44°C で痛みを感じ始め、わずか 1 秒接触しただけで 70°C で全層熱傷を負います。ライターの比較的「冷たい」外側の火炎ゾーン (300 ～ 500°C) であっても、接触すると即座に 3 度の火傷を引き起こします。
• エアロゾルおよび可燃性液体の近接: 一般的なエアロゾル噴射剤 (プロパン、ブタン) の発火温度はそれぞれ 405°C と 405°C で、ライターの外炎の範囲内ですら十分にあります。加圧されたエアゾール容器、燃料キャニスター、または可燃性液体蒸気の近くではライターを決して操作しないでください。
• 軽い体温: 長時間使用すると (30 秒間の連続炎)、ライター本体自体がかなり熱くなります。金属ホイールと本体は 60 ～ 90°C に達する可能性があり、長時間皮膚に接触すると火傷を引き起こすのに十分です。これが、ライターに連続燃焼時間を制限する子供向け安全機構が組み込まれている理由の 1 つです。
• ライターを車内に放置した場合： 夏の太陽の下で駐車した車の内部温度は 70 ～ 80°C に達することがあります。これは、プラスチック製のライター本体が変形し、ガス圧が危険なレベルまで上昇する温度に近づきます。ライターを閉め切った車内に直射日光の当たる場所に放置しないでください。

ライターの炎の温度に関するよくある質問

結論: 軽い炎の温度は単一の数値よりも複雑です

に対する答えは、 ライターの炎はどれくらい熱いですか これは単一の数字ではありません。これは、冷たい炎の先端での約 200 °C から、ブタン ライターの内側の青い円錐の約 2,000 °C までにわたる範囲であり、具体的な値は、燃料の種類、酸素供給、炎の大きさ、風、および周囲温度に大きく依存します。標準的なブタンライターのピークは約 1,970℃ (3,578°F) 理想的な条件下で。ナフサライターは約 900°C までしか到達しません。トーチライターは 1,300 ～ 1,600°C で燃焼しますが、集中した予混合炎を通してはるかに効果的に熱を伝えます。

実際の用途（キャンドルに火をつける、キャンプファイヤーに点火する、小さなワイヤーをはんだ付けする、現場で金属器具を加熱する）の場合、ライターの炎のどこに熱があるのか​​（先端ではなく根元）、どのライターの種類がその作業に最も適しているかを理解することで、結果に大きな違いが生じます。そして、安全のために、比較的「冷たい」外側の火炎ゾーンでさえ 300°C を超えるという事実を考慮すると、ライターは、たとえ小さくても、慎重な取り扱いが必要な重大な熱エネルギー源であることがわかります。