フレームレスランプは、1816年にハンフリー・デービー (Humphry Davy) によって開発された鉱山労働者のための安全ランプである。このランプは裸火がなくても点灯するためアフロロジスティック(無炎)であり、当時の他の従来の鉱山労働者用ランプに対して決定的な優位性を持つ。このランプはデービー灯に関連しているが、その改良型である。

歴史 19世紀の初めに、工業化の進展に伴い、エネルギー源としてより多くの石炭が必要となった。これは、必要な量の石炭を抽出するために、より深い炭層から採掘することを意味していた。浅い坑道からは鉱山ガス(主にメタン)が容易に抜けたが、当時の換気設備が不十分であったため、深部からはガスが安全に抜けなかった。その結果、坑内にメタンと空気の爆発性混合気体が形成され、これは「爆発性ガス(坑内ガス)」と呼ばれていた。しかし、地下では良好な照明が不可欠である一方、当初はむき出しの火(裸火)しか利用できなかったため、これは鉱山労働者にとって大きな問題となった。裸火はしばしば坑内でガス爆発を引き起こしたため、爆発を誘発しない照明の可能性が模索された。1815年、イギリスの化学者ハンフリー・デービーが安全な鉱夫用ランプの開発を依頼された。最初に使用されたのは、回転する鋼鉄の車輪に火打ち石を押し当て、火花を散らして坑内を照らす装置(スチール・ミル)であった。しかし、これは爆発を完全に防ぐことはできず、光度も比較的低かった。初期には、発光する燐光体、発熱させたレンガ、さらには電灯を用いた実験も行われた。デービーは1801年の時点で、電流によって強く加熱されたプラチナ線が輝いて光を放つことをすでに観察していた。しかし、これらの方法はいずれも期待された成果を上げられず、デービーはまず鉱山ガスの特性を研究することに着手した。異なる熱源を用いて調査を重ねた結果、直火のないガスと空気の混合気体は、595℃という比較的高い着火温度を必要とすることを発見した。通常の鉱夫用ランプを安全にするため、彼は直火を金属製の金網で囲んだ。これにより火炎の熱が非常に素早く放散され、温度が爆発性ガスの点火温度以下に抑えられた。金網が赤熱するまで加熱されたときでさえ、この技術は防爆性を維持した。

しかし、依然として残された欠点は、坑内爆発が発生したり酸素が不足したりした場合にランプの炎が消えてしまい、鉱山労働者が明かりのない状態で安全な場所に避難することが困難になる点であった。たとえ実際の爆発から命を取り留めたとしても、多くの鉱山労働者がそのために命を落とした。この問題に対する解決策として、デービー(Davy)は1816年にすでに行っていた発見を応用した。彼は、空気とメタンの混合気体が、あらかじめ加熱された白金(プラチナ)線と無炎で反応することを観察していた。この反応により、白金線が輝き始めるほどの十分な熱が放出される。酸素の欠乏や爆風によって鉱夫用ランプの炎が消えたときでも、この輝きは持続した。この経験をもとに、彼は既存の鉱山ランプの技術をさらに向上させた。サムネイル|メタルグリッド付マイナーズランプ

テクノロジー デービーは既存の安全鉱山灯をベースにし、らせん状に曲げた白金(プラチナ)線をスピリットランプの芯に取り付け、コイルが芯を越えて炎の中に突き出るように改良した。これらの巻線は炎によって加熱され、炎が消えた後もガスが消費され尽くすまで白熱し続けた。その後、このランプはさまざまな形状で販売され、製造の容易さから広く普及した。

しかし、このランプの欠点は、依然として光度が比較的低く、健康に有害なエタナール(アセトアルデヒド)による不快な臭いを放つことであった。さらに、白金(プラチナ)の価格が高価であることもデメリットであった。その一方で、前述のような利点もあり、必要に応じて白熱した白金線からいつでも再び火を灯すことができるという強みもあった。

主反応において、 エタノールは酸素と変換される。

CH3-CH2OH + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O CH3-CH2OH + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O

最も重要な副反応は、酸素欠乏下でのエタノールのエタナールへの変換である。

2CH3CH2OH + O2 -> 2CH3CHO + 2H2O 2CH3CH2OH + O2 -> 2CH3CHO + 2H2O

ここでの反応は、金属線を触媒(および助触媒)として行われるものである。

変種 プラチナに代わる材料は、有効性の降順で次の通りである。プラチナ > 銅 > 銅(銀メッキ) > コンスタンタン > ニッケル。これら以外のワイヤーは、銀のようにそれ自体が十分に反応しないか、あるいは熱に耐えられないことが示されている。

メタノール、石油エーテル、アセトン、およびその他の混合物も代替燃料として使用された。しかし、有毒なメタノールの反応中にはホルムアルデヒドが生成されるため、これは不適当であることが証明された。石油エーテルを使用した場合のみ、健康に有害なエタナール(アセトアルデヒド)の強い臭いが発生しなかった。

脚注

関連項目 デービー灯