ガスライターの炎の大きさは、タンク内のガスの残りが減るとなぜ小さくなる

質問

ガスライターの炎の大きさは、タンク内のガスの残りが減るとなぜ小さくなるのでしょうか？

回答No.5

indoken2

燃焼時のガスは平衡状態の圧力になっていないはずというのはその通りでしょう。
しかし、
タンク内のガス容積が大きい方が、燃焼による圧力の低下割合はむしろ小さいはずです。
また、圧力低下に応じてガスが気化する速度は、気液境界の面積に比例するはずですが、本当に残りわずかになるまで、ガス液体境界の面積は、あまり変化しませんので、気化速度に対する残液量の影響は小さいと思われます。
ということで、空間が広くなるに従って平衡圧を回復するのに要する時間が長くなるとは、考えにくいです。

気化熱によって燃料が冷やされて、圧力が低下するという説明は、説得力があります。
ただしこれは、ライターに着火した直後の炎の大きさではなく、燃やし続けた時に炎が急速に小さくなる、という現象が対象の場合に有効な説明です。

はたして、元々の質問が、このような現象を念頭に置いていたのかどうか、文面だけでははっきりしませんが、どうなのでしょう。

補足

今回の質問は、ガスの残りが少なくなると煙草に火が着かなくてライターを振ったり手の中で温めたりぐるぐる回したり、いろいろやってみた経験から来た質問です。つまり着火直後ではなく数秒経過した後の炎の大きさ（あるいは着火のしやすさ）に関する質問です。

プラスチック製のライターの場合、タンクは縦長の構造なので、気液境界面が広がればガスも沢山出てくるかと思ってライターを寝かせてみることもあります。見た目では境界面の広さは数倍になっていますが、着火のしやすさや炎の大きさに目に見えるような変化はありませんでした。

ちょうど目の前にガスが残り少ない（底から8mm程度）ライターがあるので着火してから炎の大きさの大きさがどのように変化するか撮影して質問欄に添付しました。（横倒しの画像ですみません）このライターはタンクが左右２室に分かれていて、最下部でつながっています。
動画を見ると、着火直後に一瞬大きな炎が上がってすぐに小さくなり、その後徐々に小さくなっていって、さらに数十秒経つとタンク内の気体部分の容積が小さくなって再び炎が大きく不安定になるのが分かります。参考になりますでしょうか？

回答No.4

htms42

＞気相と液相のガスが混在する密閉されたタンクの内圧は温度だけで決まるのではないのでしょうか？

・確かのそうですが条件があります。
これは平衡状態が実現した時の話です。
ガスが噴出しているのですから平衡が実現しているとは限りません。
空間が広くなるに従って一定の圧力になるまでの時間が長くなるということが起こっているというのが考えられます。

・気化に起こることに伴っての温度変化が大きいです。
ライターの容器はプラスティックスですから触っていても良く分かりません。
キャンプ用のガスボンベでしたら容器が金属です。
使っているとボンベに水滴が付き始めます。
気化熱を奪われるので温度が下がるのです。触ってみても冷たくなっていることがすぐに分かります。
卓上で使うカセットコンロ用のボンベの場合、触れるような構造になっていませんので気が付かないのです。
今の時期は湿度が高いですから気が付きやすいです。
冬場でしたら気温が低いことにこの温度降下が加わりますから火力がものすごく弱くなります。
プロパンの割合を高めた寒冷地用というボンベが売られています。
炎の熱をボンベに伝えて気化を促進するための補助用具も売られています。

お礼

ご回答いただきありがとうございます。
確かにガスが噴出している状態と密閉されている状態では同じ状態とは言えないですね。温度変化の話もよく分かりました。ありがとうございます。

回答No.3

indoken2

液相がある限りガス圧は温度だけで決まるはずなのに、というご質問ですよね。

確かに、妙ですね。
私もなんとなくそんな気がします。

でも、まずはじめに、本当に小さくなるか、確かめる必要があるかもしれませんね。

また、使っているうちに少しずつ擦り減ったり不具合が出てきて、炎が小さくなるという可能性もあるかもしれませんね。

もうひとつの可能性として、液体ガスが単一物質ではなく、混合物だという可能性もあるかもしれません
。
ちょっと調べたところ、ライター用ガスはブタンだと書いてある事例が多いですが、ブタンガスを”主成分”とした可燃性のガス と書いているものもありました。

さて、どうなんでしょう。

お礼

磨滅や不具合など、ライターの劣化により炎が小さくなる可能性については見落としていました。確かに液化ガスの中には不純物が含まれているらしく、私が使っているターボライターは長く使っているとガスの流路にゴミが堆積してくるので時々掃除してやる必要があります。劣化の影響については、充填式のライターを使って確かめてみることにします。
液体ガスが混合物である場合の熱力学的な挙動については全く不勉強なので、少し自分で調べてみることにしたいと思います。ご指摘どうもありがとうございました。

回答No.2

OKWaveNo1（@OKWeveNo1）

プラスチックはそれほど熱の良導体じゃないので
気化熱が関係するのかなあ。

液体ガスがたくさんあれば冷えにくいけれど
少量だとすぐ冷える。

蒸気圧が下がって噴出量が減るって理屈はどうよ。

お礼

なるほどです！　同じ速度でガスが気化するとすると液化ガスの温度はその量が少ないほど大きく低下するはずですね。そうすると液化ガスの残量がごくわずかになると炎が非常に小さくなることも納得いきます。どうもありがとうございます。

回答No.1

kaZho_em

液化ガスが減り、変わってタンク空き容量が増える結果、
内圧が小さくなる為です。

補足

さっそくご回答いただきありがとうございます。
まだよく理解できないのですが、タンクの空き容量が増えると何故内圧が小さくなるのでしょうか？
気相と液相のガスが混在する密閉されたタンクの内圧は温度だけで決まるのではないのでしょうか？