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拡散燃焼?予混合燃焼?気体の燃焼方式の違いをメリット、デメリットに触れながら、機械系出身ライターが5分でわかりやすく解説!

今回は気体の燃焼に関して勉強していきます。
ものが燃える光景は皆日常的に目にしていると思う。ですが、物体の燃焼という現象について説明できるやつはなかなかいないんじゃないか?
今回は燃焼の中でも特に気体の燃焼について、原理や方式の違いを機械系出身で熱力学に詳しい理系ライター、ふっくらブラウスと一緒に解説します。

ライター/ふっくらブラウス

理系単科大学で機械系を専攻、制御工学や各種力学のほか化学や情報工学も学んだ。塾講師時代の経験を活かし、理系科目を中心に解説している。

ものが燃えるってそもそもどういうこと?

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ものが燃える現象は、ガスコンロやロウソク、焚き火など日常的に見られる現象です。しかし、あまりに日常的すぎて、そもそも燃えるとはどんな現象なのか考えたことがある人はあまりいないかもしれません。

そこで、気体の燃焼について解説する前に、ものが燃えるために何が必要なのか初めに考えてみることにしましょう。

先に結論を言ってしまうと、ものの燃焼には熱源、酸素、可燃物の3要素が必要です。

実際に、水をかけ温度を下げる、土などを被せて酸素を遮断する、周りの可燃物を取り除いて鎮火を待つといった方法により燃焼を止めることができます。

それでは次に、燃えている時には具体的にどんなことが起こっているのか見ていきましょう。

燃焼のカギを握るのは酸素

身の回りの可燃物は油や炭など、炭素や水素から構成される有機物が中心であり、それらの燃焼には酸素が必要です。

炭素や水素、酸素と聞いてピンときた人もいるかもしれません。炭素と酸素が結合すると二酸化炭素に、水素と酸素が結合すると水になりますよね。

そう、実は燃焼とは熱源からのエネルギーにより可燃物が酸素と結合する化学反応、いわゆる酸化反応の一種にあたる現象となります。

また、燃焼の際に見られる炎は、気体や微粒子が舞い上がりながら燃焼し光を放っている状態です。つまり、炎を上げる燃焼については、気化もしくは分離して気体となった燃料と酸素がなければ成立しません

このように考えると、酸素がない状態でものの燃焼が進まない理由がよくわかると思います。引き続き解説する気体の燃焼についても、酸素の供給は重要なポイントです。

気体の燃焼は拡散燃焼・予混合燃焼の2つ

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これまで、燃焼には酸素が重要であることについて触れてきました。そして、気体の燃焼方式は酸素供給の方法により拡散燃焼・予混合燃焼の2種類に分かれています。

続いて、実際にこれらの燃料が利用されているエンジンの仕組みを紐解きながら、拡散燃焼および予混合燃焼の原理や特徴についてそれぞれ見ていきましょう。

ディーゼルエンジンから見る拡散燃焼

拡散燃焼を利用している主要な機械にディーゼルエンジンがあります。

ディーゼルエンジンの着火の仕組みは、圧縮し高温高圧にした空気中に軽油を噴霧、飛散し蒸発した軽油が酸素と混合し高温下で発火するというものです。可燃ガスと酸素をあらかじめ混合するのではなく、蒸発により拡散、混合させるのが特徴となります。

このように、拡散燃焼とは空気の拡散により酸素を供給する燃焼であり、燃料となる気体と酸素を別方向から供給して自然に混合されるのを待つ方式です。

\次のページで「拡散燃焼の特徴は橙色の炎、すすが出やすい」を解説!/

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