質問: 微粉炭、石油、ガスといった種類がある、理科の実験などで用いられる燃焼装置は何?
回答: バーナー

タイトル: バーナー
バーナー(Burner)は、気体燃料、霧状液体燃料、微粉炭などの燃料に空気を適量混合して燃焼させる装置。また、その火口。広義には燃焼装置全体を指す言葉として用いられるが、狭義には燃焼炎が噴き出す火口を指す。

タイトル: バーナー
燃料を気体中に拡散させることにより、高温で燃焼させる。常温で気体・液体・粉体の燃料を用いるものがあり、燃料の発熱量・燃焼速度、目的とする燃焼温度・温度分布などによって構造も異なる。通常は燃料単体では燃焼しないので、酸化剤として空気、または酸素を燃料と最適な比率に混合する機構と燃焼させるための火口を有している。最も身近なバーナーは家庭の台所にあるガスコンロである。このほかではキャンプなどで利用される小型ストーブが一般にはなじみの深いものとなる。産業用としてはボイラーやガス溶接用の吹管、道路工事などに利用されるガスバーナーなど各所で利用されている。

タイトル: 酸素燃焼
酸素燃焼、酸素富化燃焼ともに溶融炉や焼却炉に設置する工業用バーナーの燃焼技術として用いられることが多く、ガラス製造、ゴミ焼却、鉄鋼炉といった大規模な燃焼を必要とする分野で利用されている。工業用以外でも、ガラスを成形するバーナーワークにおいて、高温火炎を作りやすい小型の酸素バーナーを利用した技法がある。20世紀末から21世紀に入ってからは、地球温暖化対策の一手段として、前節5の特長を生かしたCCS用酸素燃焼技術の研究開発が、世界各地で進められている。さらに最近では、酸素燃焼で得られる高温火炎を利用し、高融点材料の球状化を目的にした利用方法も開発されている。

タイトル: バーナー
気体燃料バーナーは、液体燃料用と比較して機構が単純である。都市ガス・液化石油ガス(LPG)・製鉄所副生ガスなどが使用される。また、高温を得る目的でアセチレンと酸素を用いたものがある。拡散燃焼バーナーは、燃料の拡散作用による燃焼を行う。予混合燃焼バーナーは、あらかじめ混合装置で燃料と酸化剤を最適な比率で混ぜ合わせ、火口で燃焼させるものである。液体燃料バーナーには液体を噴霧化あるいは気化させるための装置が必要である。気化装置としては燃焼炎の熱で燃料を気化させるものが一般的である。液体燃料として重油・軽油・灯油・ガソリンなどが利用される。固体燃料を細かく粉砕したものを使用する。粉砕した燃料は粉塵爆発の危険がある。粉砕した燃料を直ちにバーナーに送り燃焼させるものである。粉砕した燃料を一旦貯蔵した後に必要量をバーナーに送り燃焼させるものである。

タイトル: 湿式化学
湿式化学では、材料が意図しない物質によって汚染されたり干渉されたりしないように、ビーカーやメスシリンダーといった実験用ガラス器具を使用する。ガソリン、ブンゼンバーナー、るつぼを使用して、蒸発させ、乾燥物質を分離することも行われる。湿式化学では物質を自動分析するような最新の装置は使用されない。しかし、物質が変化する前後の重量を測定するための簡単な測定器具は用いられる。多くの高校および大学の研究室は、基本的な湿式化学の分析手法を学生に教えている。

タイトル: ビーカー
2021年現在、高校化学の指導内容に、コニカルビーカーは中和滴定に使用する実験器具として扱われている。プラスチックなどでできた、取っ手のある手付きビーカーは、熱い液体を注ぐのに使用しやすい。材質は通常ガラスであるが、用途によってはポリエチレン・ポリプロピレン・ポリスチレン・ポリテトラフルオロエチレン(商品名:テフロン)などの合成樹脂や、ステンレス・ホーロー製などもある。ステンレスビーカーは腐食性の高い液体に用いられる。石英ガラスビーカーは透明度が高く、1000°C程度の炎の中でも使用することができる。また、キッチン用品・インテリア・コーヒー器具・メイク道具など、生活雑貨にアレンジされたビーカーも存在する。コーヒーやビールなどのアルコールをビーカーで飲める飲食店もあり、2015年にはニュースに取り上げられた。

タイトル: 石油ストーブ
また再点火は消火後5分以上経過し、本体および芯が十分冷えてから行う(消火直後に再点火すると芯へ爆発的に着火して臭いや煤が出る場合があり、従来型フィラメント式点火ヒーター採用機種では点火ヒーターが断線することがある)。部品交換時は必ず「各メーカー純正部品」を用いるよう指示されており、メーカー純正以外の部品を用いたり(取扱説明書に記載された箇所以外を)素人改造すると不完全燃焼や一酸化炭素中毒の危険がある(摩耗した芯の交換は専門店への依頼を推奨=かつては芯交換方法がストーブ本体説明書に詳しく書かれていたが、現行モデルは各機種に適合したメーカー純正別売り替え芯に付属の説明書にのみ芯交換方法を記載。耐震自動消火装置の感震部を分解したり潤滑油で拭くと、装置誤作動や動作不良による火災のおそれあり)。

タイトル: プラズマ
地球上では、雷や電離層などが代表的であり、地球電磁気学や超高層大気物理学によって研究される。マーチソン広視野電波干渉計を用いた観測によって、高度約600kmの電離層上部からその上のプラズマ圏に向かって地磁気に沿って伸びるチューブ状のプラズマ構造物の存在が確認されている。我々の生活に必要不可欠な火もプラズマの一種である。地下水脈において、水が勢いよく岩盤に衝突することでプラズマが発生するとも言われる。火は燃料の酸化によって高温となり、燃料の一部が電離してプラズマ状態になっている。ろうそくの炎が高電圧をかけた電極に引き寄せられるといった簡単な実験を通して、プラズマの存在を身近なものとして理解できる。炎の中に金属化合物などを入れると、炎色反応により元素特有のスペクトルを放射する。ただし、有機物を燃焼させた際の炎の色は原子スペクトルではなく、主に炭素の黒体放射に由来する。

タイトル: ガソリンエンジン
燃焼は混合気の体積が最小になる上死点付近の短時間に一気に行われるため、容積がほぼ一定で燃焼する。このため定積燃焼サイクル、または開発者の名前からオットーサイクルと呼ばれる。かつてマツダがスーパーチャージャー付きミラーサイクル機関を実用化した。トヨタのハイブリッドカーであるプリウスのエンジンはアトキンソンサイクル機関と称しているが、そのうちのミラーサイクル機関である。 吸気と圧縮、膨張と排気の2つの行程をとる2ストローク機関はクラークサイクルである。 ごく少数ではあるが、6つの行程を経る6ストローク機関も存在する。他に、往復運動を伴わないロータリーエンジンも実用化されている。気筒あたりの行程容積が600mL程度を超えると熱効率が悪くなるので、大出力(仕事率)エンジンは多気筒でなければならない。

タイトル: アマーバッケ
煙突から排気を連続的に排出するのではなく、水蒸気のスモークリングを作る実験も行われた。

タイトル: 火力発電
電磁誘導の法則を利用して、機械的エネルギーから電気エネルギーを得る機械である。現在の発電用では三相交流同期発電機が使用され、日本では商用電源として50Hz用と60Hz用に分けて採用されている。発電機で発生した電力を送電するにあたり、送電ロスを少なくするために電圧を昇圧する変圧器。日本では主に275kVや500kVまで昇圧している。特に石炭火力などは煙突より煤煙を噴出し公害をイメージするものとして描かれる事が多い。環境負荷を低減させるため、様々な処理設備を設けている。なお、LNG(液化天然ガス)はガスを液化する際にガス中の「ちり」、燃焼時に硫黄分などの不純物を取り除いているため、硫黄酸化物や煤塵の発生がない。また、近年では電子ビームを使用して脱硝、脱硫する装置もある。高熱による上昇気流の原理で排気を上方に導き上空に排出させる。

タイトル: 原子炉安全性研究炉
原子力事故に近い状態を疑似的に再現することで、より安全な原子炉の構造や素材、運転方法、新しい核燃料による影響などを研究する。燃料はウラニウムとジルコニウムの合金を用いている。NSRRは、米国ゼネラル・アトミックス社製のTRIGA‐ACPR型(Annular Core Pulse Reactor:円環炉心パルス炉)と呼ばれる型式の研究用原子炉。原子炉の出力上昇により燃料の温度が上昇した際に出力を下げようとする性質(負のフィードバック特性)を燃料自身が備えており、NSRRでは短時間だけ高い出力を得るパルス出力運転が可能で、安全に反応度事故を模擬することが出来る。1975年6月の初臨界以来、30年以上にわたって順調に運転を続けており、これまで3154回のパルス運転、1350回の燃料照射実験を実施した。

タイトル: 放出ガス
 ベーキングのための加熱には通常、真空チャンバーにヒーターなどを取り付けることにより加熱を行う場合が多い。真空装置の写真などでアルミホイルにくるまれた状態の物があるが、これはベーキングの際アルミホイルにより周囲と断熱し、中の真空チャンバーの温度を均一にするための処置である。 但し、ベーキングは真空フランジに使用されるシール材などに対する影響や、真空装置を構成している真空用材料の耐熱温度を十分考慮した温度で行う必要がある。真空チャンバーや真空部品は真空排気する以前の状態で十分洗浄する必要がある。真空チャンバーや真空部品の大半は機械加工部品であり、そのため切削のための切削油や人の油分や大気中における水分、その他埃やなどが大量に付着している。そのため真空装置として組立する前に洗浄し事前に取り除くことが重要である。洗浄手段は様々であるが、溶剤による超音波洗浄が多く用いられている。

タイトル: 反応器
反応器(はんのうき、英: (chemical) Reactor)とは、化学物質の製造過程において、化学反応を行わせる装置をさす。反応器の設計を扱う分野として,化学工学には反応工学と呼ばれる分野がある.

タイトル: 水素燃料
水素燃料(水素分子)は、他の燃料・エネルギー源を消費して生産可能である。各種の生産方法が考えられる。

タイトル: 活性炭
なお、外観や成分は似ているものの、用途が異なる点から、燃料としての木炭と活性炭は別物として区別される。ただし、活性炭を廃棄する際に、特に脱臭剤として用いた物であれば、燃料として用いることも可能ではある。

タイトル: フィッシャー・トロプシュ法
 したがって、産業上有用な燃料(ガソリン等)を選択的に得るためには、水素化分解や蒸留によって分離・精製が必要となる。

タイトル: 煆焼
英語で calcination と呼ぶのは、炭酸カルシウム(石灰石)を酸化カルシウム(石灰)と二酸化炭素に分解しセメントの原料を作るプロセスに由来する。生成されたものを総称して「焼鉱 (calcine)」という(何を熱したかは問わない)。炉や窯あるいは反応器を使って行う。工業生産に使われるプロセスには、例えば次のようなものがある。

タイトル: 台湾総督府鉄道600形蒸気機関車
残った613も、長期の使用休止を経て1934年(昭和9年)に手焚きに改造され、微粉炭燃焼装置は終焉を迎えた。

タイトル: 石炭ガス
気体燃料は天然ガス、石炭系ガス、石油系ガス(オイルガス)に大別される。石炭を高温乾留して得られる石炭ガス(coal gas)は石炭系ガスの一種であり、石炭系ガスには他に、高温固体燃料に水蒸気を作用させて得られる水性ガス(water gas)、石炭やコークスの不完全燃焼によって得られる発生炉ガス(producer gas)、溶鉱炉の副産物として得られる高炉ガス(blast furnace gas)などがある。石炭ガスと天然ガスは経済的に競合関係にある。

タイトル: ロケット
ロケットの方式で良く知られているものとしては、その使用するエネルギー源から分類して、化学ロケット、電気ロケット、原子力ロケットがある。化学ロケットは、燃料の燃焼(化学反応)によって生じる熱エネルギーを利用し、燃料自体を推進剤として噴射するもので、効率は最も悪いが利用しやすい。また、短時間に大きな推力を発生させることができる。実用化されたロケットのほとんどは化学ロケットである。電気ロケットは、イオン推進など、推進剤を電気的に加速して噴射するものである。人工衛星や宇宙探査機などのスラスターとして実用化されている。大きい推力を得ることは難しいが、長期間の使用に向く。

タイトル: 粉体分離器
1939年にオランダの国営炭鉱で濃縮器として実用化され、その後1946年に米国へ渡り、日本には1950年に炭鉱へ紹介され、現在に至っている。その利用は鉱業界だけでなく化学工業のほか、工作機械産業にまで及んでいる。

タイトル: 空燃比
混合気中の酸素と燃料が、過不足なく反応する時の空燃比を理論空燃比という。例えば、エタノールを含有しないガソリン1 gの燃焼には空気14.7 gが必要であり、ガソリンにおける理論空燃比は14.7となる。理論空燃比よりも濃い混合気の状態を混合気がリッチであるといい、薄い状態をリーンであるという。理論空燃比のことをストイキオメトリー(ストイキ)ともいう。

タイトル: メチルtert-ブチルエーテル
メチルtert-ブチルエーテル (methyl tert-butyl ether、略称 MTBE) はエーテルに分類される有機化合物。IUPAC命名法では2-メトキシ-2-メチルプロパンと表される。引火点 -28 °C、沸点 55.2 °C。動物実験で発癌性が認められている。日本では消防法による危険物(第四類引火性液体、第一石油類)、労働安全衛生法による2019年有害物ばく露作業報告対象物に指定されている有機化学物質である。ガソリンに添加することで以下のような効果が得られる。1987年(昭和62年)、共同石油(現JXTGエネルギー)が日本国内で無鉛ハイオクガソリンを販売する際に、アンチノック剤として MTBE を添加し、「環境に優しい。加速が良い」とのキャッチフレーズで販売した。

タイトル: 石油ストーブ
かつては燃焼筒上部がドーム型の製品もあったが、現行モデルの燃焼筒は全て「筒型」に統一されている(燃焼筒のガラスが割れたり亀裂が入った場合、火災や不完全燃焼防止のため当該機種に適合する新品をサービスパーツとして取り寄せ交換する)。本体前面には燃焼筒でやけどをしないようガードが設けられており、(高圧放電点火の)上位機種は網目の細かい「メッシュガード」を採用している。灯油を気化させる「芯」は使用によって先端が炭化するため、シーズン中に1〜2度と収納時に灯油を抜いた状態で点火して残存灯油とともに炭化部分を燃やし切る「空焼き」を行うようにと指示される事がある。しかし、この空焼き処理によっても芯は消耗するため、メーカーから補修部品として替え芯が販売されている(芯に水などの不純物が付着するとタールによって不完全燃焼するおそれがあるため、芯と灯油を新品に交換する)。

タイトル: 懐炉
広告では「火を用ひざれば火災の患ひなく夜中に消え又は蒲團の損じると更に無し」「熱度は御好み次第百五十度位迄は御随意なり」「一度入れば四ヶ月熱す」などと謳っていた。定価は並一円、中一円二十銭、上一円四十銭、特製一円七十銭、送料いずれも三十銭。『滑稽新聞』155号(1908年1月20日号)によれば、本製品を取り寄せたという記事がある。製法は「鐵粉に何かを混ぜそれに水分を加へて温氣を發せしめるもの」で、使い捨てカイロそのものだが、記者によれば「幾分の熱度は放散するがそれも直に冷却して再び用を作さない、しかも一種の悪臭を放つなど、衛生上にもよからぬもので、經濟上一圓五十錢ばかり損をした」という。その原理が酸化による発熱反応の典型であることから、中学校の理科の実験で学生が製作することがある。

タイトル: Kamado Jiko
2g/cmの軽い断熱レンガを1000°Cで焼く事ができると説明しているのに対し、UNHCRは厚みがあるため野焼きでは作成できず窯と薪が必要で、割れないように焼くには温度のコントロールが難しく、地元の陶器師を訓練し歩留まり10%以上で焼けるようになるのに1年の訓練が必要な場合もあり、また良い粘土と型枠も必要なため焼き物を使用したストーブの製造は非常に大変であるとしている。ストーブ用の焼き物を製作する点については脚注に示した The Kenya Ceramic Jiko: A Manual for Stove Makers のpp. 31-72も参照。空き缶と金属の煙突、断熱材に灰を詰めて製作した、かけ口1つのロケットストーブの場合、実験室では5Lの水を沸かすのに必要な薪は361gで熱効率は34%、さらに45分間静かに煮立たせるのに必要な薪は372gである。

タイトル: ロケットエンジン
ヘリウムガスや窒素ガス等でタンク内を加圧する事によって推進剤を燃焼室に送る。ターボポンプを使用する方式よりも構造が単純で信頼性が高い。構造上大規模なエンジンには適さない。三液推進系には複数の形式があり、三種類の推進剤を組み合わせる形式と飛行段階に応じて推進剤を切り替える形式がある。前者の場合リチウム/フッ素・水素を同時に燃焼させる方式があり、後者の場合は単段式宇宙輸送機への搭載を企図して低高度ではケロシン/液体酸素、高度が上昇すると液体水素/液体酸素の組み合わせに切り替える方法が模索される。低高度で密度の大きいケロシンを燃焼することで燃料タンクの小型化が可能になり高高度では比推力の大きい水素を燃焼する。ポゴ振動(Pogo振動)とは液体燃料ロケットの飛行中にエンジンが共鳴振動する現象である。

タイトル: 石炭液化
狭義では、種々の方法で「化学的」に石炭を分解して石油類似の炭化水素油を製造することを指す。一方、広義では「物理的」に石炭を微粉化して水や石油と混ぜて流体化する事も石炭液化に含める場合もある。カーボンニュートラルではないという欠点はあるが、価格と大量供給においてバイオ燃料より優位である。主に技術面よりコスト面が問題とされ、「石油が不足・高騰したときだけ一時的に注目されて研究・開発されるが、不足・高騰が解消すると忘れ去られて研究・開発は停滞する」傾向があった。2000年代初頭、原油の値上がりと石油ピーク以降の石油の本格的な枯渇・高騰が懸念され、経済的競争力のある石油代替燃料の生産方法のひとつとして石炭液化が注目された。