燃焼〜言葉で言えば簡単ですが、炉・窯の世界では、この言葉程奥深い
ものはありません。また、燃焼形式と炉材の選定、窯の設計には密接な
関係があります。基本的にどんな分類があって、どういう意味を持つのか
について、簡単に紹介をしていきたいと思います。
昇炎式・横炎式・倒炎式に分かれます。もっと簡単に言えば、下から炎が
立ち上る形式、炎が横に流れる形式、炎がぐるっとまわって上からかぶさって
くる形式の3つに大別されます。
では、この形式の違いを、窯の歴史を紐解きながら、説明をしましょう。
古代の窯には電気やガスなどあろう筈もありません。
当然、薪等の天然資源を使っての焼成になるわけですが、もっとも古い時代は
窯の概念がなく、野焼きというもっとも原始的な方法で焼かれていましたが、
これでは温度もあがらず、炎も一定しないため、安定した焼成を望むのが困難でした。
→燃焼形式に見る窯の歴史→ | ||
古代昇炎式の窯 | 穴窯(横炎式) | 登り窯(倒炎・横炎式) |
次に昇炎式の窯が登場することによって、初めて、窯という形式が認められるように
なりましたが、この形式では、炉内ガスや炎の調節をする事が困難でした。
これが、次の穴窯に進化すると、煙道のダンパーによる炉圧調整が可能になり、
焼成温度の上昇によって、従来より高温での焼成が可能になり、同時に傾斜地
に作られた事によって、天然の煙突効果を持ち合わせ、窯としての機能を複合的
に発揮出来るようになったわけです。そして、それがさらに機能的進化を遂げたのが
登り窯です。ここでは予熱という考え方が登場します。そして倒炎式の炎は、炉内の
雰囲気をより安定させ、熱効率を高めています。登り窯は各個室で倒炎式、全体で
横炎式という、両方の特徴を兼ね備えています。倒炎式の顕著な例としては他に
下図の角窯(和窯)があります。
倒炎式角窯 |
現代の窯も、炎の形式は大体この3方式に分類が出来ます。(電気炉除く)大きく違うのは、
さまざまな熱エネルギーを得たこと、炉圧調整(ダンパー)や燃料・空気量の
調整によって、細かな設定が出来るようになった事です。最近ではコンピューター
電子計測機器の導入によって、一定の雰囲気になるようにコントロールされています。
連続式焼成(例えばホフマン型リングキルン)の様に、大量生産型の窯も近代に
なって登場し、単独炉(シャトル)・連続炉と区別をされています
文明社会の発達と共に、さまざまな燃料が生まれました。その進化によって近代の
さまざまな炉の形式が生み出されたと言ってもいいでしょう。大まかに現在の燃料を
検証しますと、
固体 | 石炭・コークス・木材(薪)・木炭 |
液体 | ガソリン・灯油・軽油・重油・アルコール・クレオソート |
気体 | 石炭ガス・水素・天然ガス・プロパンガス・ブタン |
その他 | 電気 |
おもな燃料だけでもこれだけの種類があります。これから炉を作るという時に、燃焼形式
をどれにするかというのは重要なポイントになるでしょう。特に、燃料の違いによる、燃焼
時の現象・特色をつかんでおきませんと、目的によっては障害になる場合もあります。
固体燃料より、液体燃料の方が燃焼効率が良く、燃焼温度・熱効率の点でも勝っています。
気体燃料はさらに熱効率が良く、燃焼空気との混合が楽だが、多少理論火炎温度が低い。
尚、これらの燃料組成のの元素記号、C・H・Oから分かるように、燃焼時にHが多いほど
水蒸気ガスが出やすいという事等も考慮して、炉の設計にあたると良いと思います。
水蒸気の対策が悪いと、製品上にマットになりやすい等あるからです。
電気炉は炉の雰囲気という点では、もっとも安定していますが、例えば、陶芸のように
炎が生み出す独特の味という楽しみ方は出来ません。
きれいな完全燃焼の状態を酸化、燃焼に必要な空気量が不足気味で、ややくすぶって
燃焼している状態を還元と呼びます。つまり逆に言えば、燃焼に必要な空気量が足りて
いる状態が酸化、不足状態が還元となります。何故、こうした焼き方の違いが求められる
のでしょうか。それはこの焼き方の違いで製品が全く様子が異なるからです。
日本が世界に誇る磁器は、その生地の白さ・美しさにあるといえますが、これは生地の中
に含まれる酸化物が還元状態で白く焼成する為で、還元雰囲気の焼成が不可欠なのです。
炉の設計・バーナーのコーナーで詳しく説明する事になりますが、炉を設計施工する場合は
これらのことを念頭に着手をする必要があります。つまり目的を明確化し、それに応じた燃焼
形式を決めていくという事です。バーナーの選択もその一つです。
燃料形式によるバーナーの選択もありますし、バーナー自体も窯の形状に合わせて様々な
炎を形作る事が出来るからです。
バーナーの種類は沢山ありますので、必要がありましたらお問い合わせください
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