クエリ: 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?
文章: 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。
文章: 石油発動機 レシプロ式内燃機関の代表的なものには、ガソリンを燃料とする火花点火機関と軽油や重油などを燃料とする圧縮点火機関があるが、石油機関は主な燃料に灯油を用いる気化器式火花点火機関である。 基本構造はガソリンエンジンとほぼ共通する。ただし、灯油はオクタン価がガソリンに比べて低いため圧縮比をあまり上げることはできず、熱効率ではガソリンエンジンに劣る が、安価で入手しやすいケロシンを燃料に使うことができるため、農作業用などに広く用いられた。 グローエンジン(または焼玉エンジン)やディーゼルエンジンとは点火(着火)方式において別種のものであるが、ケロシンを燃料に使うことができるために往々にして混同される。石油発動機は、焼玉エンジンよりは取り扱いが容易である。ガソリンエンジンと比較して低圧縮・低回転での使用が前提で、構成部品に高い工作精度を要求されないため、点火用マグネトーを除けば全般に製作が容易で、地方の零細企業などで広く製造された。1930年代から1950年代の最盛期には、日本国内でも地方の小規模メーカーに至るまで100近いメーカーが存在したと伝えられる。 文章: 焜炉 業務用器具としては、IHクッキングヒーターのように天板が平らであるが加熱方式はガス燃焼式の焜炉もある。近年、省エネの点でも改良が進み熱効率が向上し調理時間がさらに早くなっている。炎の形状では外炎式と内炎式がある。内炎式の場合、炎が内側に向くため効率がよい。カートリッジガスこんろ(カセットこんろ)においても内炎式商品が製造されている。たとえばある内炎式のカートリッジガスこんろは72分間の持続時間がある。2008年10月1日「ガス事業法」および「液化石油ガスの保安の確保及び取引の適正化に関する法律(液石法)」により「PSTG」または「PSLPG」マークを貼付していないガス焜炉の販売、販売目的の陳列が禁止された。中古品等についても同規制を受けるので注意が必要。また、「カセットこんろ」の名称が「カートリッジガスこんろ」に変更され、関係省庁の公示文書では変更された名称で表示されている。 文章: マイクロリアクター マイクロリアクター (microreactor) は一辺あたり1mm以下の大きさの空間で化学反応を行う装置で、一般的なものはマイクロチャネルを使う 。物理過程を行うためのマイクロ熱交換器などの装置とともに、マイクロプロセス工学の分野で研究される。通常はバッチ反応器(いわゆる普通のフラスコなど)でなく、フロー型反応装置である。 より大きなスケールで反応を行う他の装置と比べ、エネルギー効率、反応速度、収率、安全性、スケールアップ、装置の設置箇所や対応できる反応、条件の制御能に優れるとされる。 文章: 一液式ロケット 一液式ロケットまたはモノプロペラントロケット(英: Monopropellant rocket)とは、単一の化学物質を燃料に使用するロケットである。一液式ロケットは化学反応に依存し、反応によって推力を生み出す。推進剤を構成する化学物質の分子の化学結合が解き放たれることにより結合エネルギーに相当するエネルギーが解放され、高温のガスが噴出する事によりその反動で推進する。その特性上推進剤を構成する化学物質は化学的に不安定な物が多く、熱や光、金属等によって容易に分解し、その分解反応は連鎖的に波及する。 通常、燃料は触媒としてスポンジ状の銀や白金を内蔵した反応槽に入れられる。よく使われる燃料としてはヒドラジン(N2H4)がある。最も一般的な触媒としては、粒状のアルミナをイリジウム(一例としてS-405やKC 12 GA)でコーティングしたもの(例えば、Shell-405)がある。ヒドラジンを用いるエンジンには点火装置は不要である。Shell-405 は自発的触媒であり、ヒドラジンは接触しただけで分解し始める。反応は高熱を発し、1000°Cのガス(窒素と水素とアンモニアの混合物)を発生する。他の一液式推進剤としては濃度を90%以上にした過酸化水素があり、高温または触媒によって連鎖的に分解する。 亜酸化窒素と炭化水素を混合した常温で貯蔵可能な推進剤もある。ヒドラジン系推進剤とは異なり、腐食性が無く、毒性が低い。 一液式ロケットの多くは、エチレンプロピレンゴムで内張りされたチタンまたはアルミニウム製の球状の燃料タンクが付属する。燃料タンクはヘリウムで加圧されており、燃料は反応槽に押し出される。燃焼室(反応槽)と燃料タンクの間にはポペット弁があり、燃焼室内で分解される。一般に人工衛星には複数の一液式ロケットがあり、それぞれにポペット弁がある。 文章: 粉体工学 粉体の性質を検査する方法として、形状(外形、表面状態、粒径、表面積など)、力学的特性(せん断、圧縮、引張り強さなど)、粒度分布などの測定項目がある。また、液体中に分散した粉体の性質を示す指標として、表面電荷(電位・ゼータ電位)の測定も行われる。(粒度分布測定装置の項も参照) 数マイクロメートル以下の微粉体の検査では、光学的手法による観察が不可能であるため、走査形電子顕微鏡や、走査形プローブ顕微鏡が用いられる。 また、粉体の流動性や、コロイドにおける粉体の挙動、破壊現象、粉体の溶解など、動的な特性も重要な性質である。 文章: 実験器具 テーブルトップで扱われる実験器具としては化学実験で用いられる、ビーカー、フラスコ、メスシリンダーなどの器具が代表的な例である。これらは、酸やアルカリ、有機溶媒などによる腐食に強く、洗浄が容易で耐熱性のあるパイレックスなどで作られることが多い。実験器具としては、容器類・測定器具がほとんどの場で必要とされる。それらは日用品にも類似物があるが、より高い精度が求められる。 実験に使う器具は実用品で代用できるならそれでもよく、かつてはその例も多かったであろう。日本では江戸時代末期に化学が持ち込まれた際、ビーカやフラスコはなかったため、青年たちはとっくりやぐい飲みで実験を行ったという。現在では、学校教育の充実や医療検査など、実験器具の需要が大きく広くなっているから、大抵のものは既製品がある。しかしかつてはそのようなものはなかったから、また現在でも特殊な実験を行う場合には既製品では間に合わない。 文章: 石油ストーブ 油を気化させて発生した気化ガスを燃焼させ、その燃焼熱(エネルギー)を利用して加熱し、暖をとる装置である。器具の構造によって異なるが、上部にやかんや鍋を載せて湯を沸かしたり、鍋物などを煮炊きが可能な製品もある。 「石油...」と一般に呼ばれるが、石油(原油)を直接燃料にするわけではない。厳密には「灯油ストーブ」と呼ばれるべきではあるが、灯油は石油からしか分離・製造できないため、「灯油=石油」とみなされて、この呼称が一般化している。 全てのストーブは必ず「水平な場所で使用する」よう指示されており、段差・傾斜・凹凸のある床面に置くと耐震自動消火装置が誤作動したり、灯油漏れなどによる火災事故のおそれがある(かつては全てのストーブに「水平器」が設けられていたが、現行モデルでは廃止)。移動・持ち運びは(万一転倒しストーブ本体が倒れた場合の火災・やけど・灯油漏れを防ぐため)必ず手動消火し本体が十分冷えてから行う。 文章: 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)。 文章: マイクロリアクター 使用法は通常のガラス容器を用いる反応の場合とは多少異なる。実験化学者などが反応の設計を行う際に有用であるとされている。マイクロリアクターの伝熱係数は低くとも1MWmK、高ければ500MWmK程度である。これに対し、1Lのガラス製フラスコはおよそ10kWmKである。つまり、マイクロリアクターは通常の反応容器と比べ熱を効率よく逃がすことができるため、ニトロ化などの危険な反応を、高温でもより安全に行うことができるとされる。また、温度の高い箇所が部分的に発生するホットスポット現象や、反応系が長時間高温にさらされるのを防ぐことができる。ゆえに反応速度に影響を与える温度分布の偏りを避けられるようになり、反応速度論の研究に有利であるとされている。反応系の加熱や冷却も、-100°C程度までならば素早く行うことができる。 文章: 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。 文章: 発熱材 化学反応を利用した発熱体で、目的に応じていくつかの方式がある。一般に普及している駅弁の自己加熱容器や、保存食品とともに防災用品として取り入れられているのがこの種類であり、規格化がなされて広く用いられている。生石灰と水のみで反応が進むため、使用後の消石灰は石灰肥料として再利用可能、と記載の製品もある。CaO (生石灰) + H2O (水) = Ca(OH)2 (消石灰) + 熱エネルギー。こちらは軍用レーション等に用いられることが多い。より高い温度の加熱に向く。株式会社協同のモーリアンヒートパックがこの方法を用いている。CaO (生石灰) +H2O (水) = Ca(OH)2 (消石灰) + 熱エネルギーAl (アルミニウム) + Ca(OH)2 (消石灰) = Ca(AlO2)2 (アルミン酸カルシウム) + 熱エネルギー + H2 (水素) 文章: 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。 文章: 焜炉 プロパンや都市ガスなどを使用する据え置きタイプの物は火力の調節が簡単で、炒め物などの高温を必要とする調理から煮物などの弱火を長時間用いる調理にまで、幅広く用いることが可能である。簡易式のカートリッジを使うタイプでも他の移動式焜炉より点火が簡便で、また高温も得やすい。 燃料とするガス種類は大きく分けて、メタンを主成分とする天然ガスと、高圧下で液体にしてタンクに貯蔵してあるプロパン・ブタンを主成分とする液化石油ガスがある。ガス種にあう焜炉を用いないと適切な燃焼状態を確保することが困難である。部品交換により燃料転換修理も可能な焜炉も少なくないが、意外と料金がかかる場合がある。 温度や気圧で揮発・膨張率に大きな差が生じることから、液化石油ガスをカートリッジに入れて用いる卓上用(カセットこんろ)およびキャンプ用のカートリッジガスこんろは、寒冷地や高山地帯における使用に支障をきたすことがある。そのため、一般的にカートリッジにはブタンが充填されるところ、冬季用ではより沸点の低いイソブタン、またはプロパンも混入されている。 文章: 微生物燃料電池 微生物燃料電池(Microbial fuel cell; MFC)とは、微生物を利用して有機物(燃料)を電気エネルギーに変換する装置である。微生物燃料電池は燃料(有機物の溶液)に陽極(アノード)と陰極(カソード)が浸されている。アノードでは、燃料(有機物)が微生物により酸化分解される時に発生する電子を電極で回収する。その電子は外部回路を経由してカソードに移動する。移動した電子はカソードで、酸化剤の還元反応により消費される。アノードでおきる化学反応とカソードで起きる化学反応の酸化還元電位(電子を授受する能力)の勾配に従い電子が流れる。二つの極の電位差と外部回路を流れる電流の積に相当するエネルギーが外部回路において得られる。廃棄物バイオマスなどのエネルギー利用を可能にするものとして期待されている。なお、アノードの反応で副次的に生じる水素イオンは電極内の膜(陽イオン交換膜)を通過してカソードに到達する。水素イオンは、カソードで電子および酸素と反応して水を生じる。 MFCは、媒介型と非媒介型の2種類に大別される。20世紀初頭に実証された最初のMFCは、細胞内のバクテリアから陽極に電子を移動させる化学物質であるメディエーターを人工的に添加していた。非媒介型MFCは1970年代に登場した。このタイプのMFCでは、細菌の外膜にシトクロムなどの電気化学的に活性な酸化還元タンパク質が存在し、電子を直接陽極に移動させることができる。21世紀に入ってから、MFCは主に廃水処理で実用化され始めた。 また、土壌を利用した微生物燃料電池は、微生物学、地球化学、電気工学などの複数の科学分野を網羅しており、土壌や冷蔵庫の中にあるものなど、身近な材料で作ることができるため、教育ツールとしても有効である。実際に、家庭や学校で利用できる実験キットが販売されている。 文章: アンモニア アンモニアは硝酸などの基礎化学品、硫安などチッソ肥料の原料となるため、工業的に極めて重要な物質である。2008年度日本国内生産量は 1,244,083t、消費量は 403,841t である。全世界の年間生産量(2010年)は1.6億tで、そのうち8割が肥料用であると言われている。 ソルベー法が盛んに用いられた時期には炭酸ナトリウムを製造するための原料だった。 液化したアンモニアはバーチ還元の溶媒として使用される。また、蒸発熱が大きいため (5.581 Kcal/mol)、冷蔵機・冷凍機の冷媒として利用されているが、小型の機器では吸収式冷凍機を除きそのほとんどがフロンなどに替わられた。しかし新しい冷媒に比べオゾン層の破壊係数が少ないことから、最近この用途で見直されつつある。また人工衛星などの宇宙開発用機器の冷却にも多く用いられている。 前述のようにアンモニアは条件次第で燃焼し、燃やしても代表的な温暖化ガスである二酸化炭素が生成されない。このためアンモニアを火力発電用燃料として使う技術開発が行われている。微粉炭と混焼させたり、ガスタービン発電で燃料や空気の供給量・速度を調整したりする方法等が研究されている。2020年現在、日本の火力発電所の燃料として利用する実証試験が行われている。この試験では、産油国であるサウジアラビアの化学プラントで天然ガスからアンモニアを製造する際に、排出される二酸化炭素を分離回収して、EOR(石油増進回収)やCCS(二酸化炭素回収貯留)に利用する。こうしたことから、使用するアンモニアを、カーボンニュートラルな燃料として、「ブルーアンモニア」と呼称している。