Fire & Flame Studio
焚き火の火と炎を見ていると安らぎが感じられ、また自然に人が集まってくる不思議な力があります。焚き火は近年のアウトドアの流行にもなってます。そのほか火と炎を利用したものはたくさんあり、ロケットストーブだけでなくいろいろとこれらについての情報が近年たくさん出てきました。
薪などの木は燃えて二酸化炭素を排出します。地球温暖化の悪者のように扱われていますが、植物の成長にとっては、なくてはならないものです。近年の石油の高騰で多くの方が経済的な負担を強いられている中、間伐材、木工のあまり材、解体から生じた古材、間伐材の薪などを使うことにより、低価格で運用できる効率の良いストーブの開発はなくてはならない技術の一つだと思われます。
このページは火と炎の考察のページです。先人からの知恵が詰まっているロケットストーブなどを実際に製作し各種実験などの試行錯誤を通して、より効率の高い、扱いの容易な機器などを開発するための情報開示のページです。
ご意見、ご相談などは、Contactよりお問い合わせください。
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5ｍｍ厚のシナベニア、2ｍｍ厚のベニアそれに9ｍｍ厚のＭＤＦを使いロケットストーブのレーザーカットによる型枠つくりです。切らずに曲げるのは試行錯誤がいりました。
初号機の完成です。長尺ものも簡単に燃やすことができました。上からの自然落下方式と、前からの薪入れが可能ですが、上部からだと常時監視が必要なので、通常前から燃料は入れてます。ダウンドラフトチェンバー上部での温度は320度ぐらいまで上げれますが、通常運転では180度平均ぐらいでしょうか。チェンバー下部の排煙付近では１００度ぐらいです。強く燃やしているときで差は120度、弱く燃やすと50度ぐらいです。この温度差によりダウンドラフトが生じ下の写真ようなアクロバテックな煙突の配置が可能になったと思ってます。
煙突は総延長18ｍプラスで、最初に2.5ｍあがり、その後天井近辺で8ｍ、後はほとんど床をはいずる程度に急激に下がり、その後外に出ます。外はストーブ焚口より20ｃｍ上で排煙するようにしてみました。排煙はこのような奇想天外な煙突配置でも順調でした。温度は排煙直後は100度ぐらいで、2.5ｍほど昇ったところでは50度、天井近辺ではせいぜい35度、外の排煙時は外気温とほぼ同じに下がっていました。35度が排煙が煙突内で結露開始する温度ではないでしょうか。
一般的には強い上昇気流が煙突内の排煙を強め長い横引き煙突でも大丈夫といわれていますが、バッチ方式ロケットストーブなどで吸気を絞って運用するときは強い上昇気流はないので、個人的にはこのドラフトチェンバーでのダウンドラフトが強い煙突の引きを実現しているのではないかと考察します。冷たい空気は重くなり後ろから来る熱い空気を引っ張るのではないでしょうか。木酢液は天井から下がり始めのところから発生しています。温度は35度近辺で、結露状態が生じることによるのでは。ダクトの繋ぎ目から木酢液の発生を確認できました。
製作はセメント、パーライトそれに軽石で作りました。大き目の軽石を入れたことで、セメントの混ざりが阻害されたようです。
製作後記
大変残念ですが、初号機は移動の際に破損しました。原因はセメントの練り不足と水が少なすぎ、そして乾燥不足でしょう。
海外のロケットストーブのブログ、Ｙｏｕｔｕｂｅなどを参照。日本では窯業系のロケットの大御所のイルカさんのＹｏｕｔｕｂｅチャンネルなどを参照しました。
そして早速2号機の製作に取り掛かりました。サイクロン方式を目指します。
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王術のサイクロン方式（Vortex方式）のロケットストーブが完成しました。基本バッチ式で薪を数本入れて、空気取入れを絞って運用します。。今後予定はしていますが、ヒートライザーでの2次燃焼促進のための空気取り入れ口はつけていません。このため炭等を作るような蒸し焼き状態に誓い運用が主になりました。このために大量の木酢液が出てきます。煙突に小さい穴を開けて回収しています。特徴の燃焼音は空気を絞っても順調です。大きめの木っ端2つほどで、無人で手がかからずに30分ほど燃え続けます。
サイクロンの特徴の渦巻きが見れます。これにより、炎がより空気と混ざりかつヒートライザーを時間をかけて登って行きます。
真上から見た図です。左の出っ張りがジャンプ台のような役割をします。黄色の部分が後述の破損個所です。見た目でわかるのは燃焼炉のサイクロンを押し出す壁が摩耗し、炎が回転せずに上昇を始めた模様。これはこれで良しとしても、全体が摩耗し始まった可能性がある。実際の設置写真です。ドラム缶の上部温度計は300度程度まで上昇、下部煙突付近ではせいぜい100度まで下がります。５０度近辺まで下がると木酢液が煙突内部で発生。汚れた部分がその写真です。ドラム缶１．５本分の放熱チェンバーです。鉄の溶ける温度は約1,538℃です。一方、鉄が劣化し始める温度は、一般的には500℃から600℃程度とされています。これは鉄が高温にさらされると、内部の組織が変性し、脆くなってしまうためです。ドラム缶の温度はせいぜい350度程度ですので、現在のところ劣化はみとめられません。ちなみにアルミニウムの融点は約660℃です。
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初号機が壊れて大急ぎで準備したロケットストーブです。何もかも間に合わずに、あるものを使って作ったロケットストーブです。耐熱レンガを使ったロケットストーブで、ロケットストーブの基本といわれる断熱材料を使ったものではありません。耐熱ガラスは100円ショップから調達。チェンバー、鉄なべおよびヒートライザーは初号機から移設。ただ良く燃えます。耐火レンガなので気兼ねなく何でも燃やせそうです。ただし最初の着火が少し大変です。ガスバーナーでの強制温度上げが必要です。普通の耐火煉瓦は燃やし始めた時に熱を吸いまくるので、小型のロケットストーブには不向きのようです。かなりの勢いで燃やし続けないとすぐに火力が弱まります。実用的なロケットストーブとしては不向きですね。
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２号機の炉内の壁の亀裂ができて、新たにほぼ同じ設計で同じ概念で作っておいたものを設置しなおしました。
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２号機－改の燃焼が高温になり（ドラム缶外側上部の温度が350から430度超に上昇)、個性が出てきたので、どこかが摩耗したか破損した可能性が高まり、今度は耐火煉瓦を用いての全く新しい制作にかかりました。
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４号機の２次燃焼の空気穴が大きく、燃焼効果がわかりずらいため、直接目で見える方式に変えました。
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ロケットストーブは、1980年代初頭にアメリカのオレゴン州にあるAprovecho Research Centerで働いていたLarry Winiarski博士によって発明されました。ロケットストーブは、開発途上国で木材、木炭、獣糞などのバイオマス燃料を使って調理や暖房をする人々のために、より効率的でクリーンな燃焼ができるストーブとして設計されました。ロケットストーブの設計は、燃焼効率と熱伝達の原理に基づいています。燃料が燃焼する燃焼室と、空気を引き込んで火をつけ、煙と排気ガスを運び出す縦型煙突から構成されています。ストーブの狭く断熱された燃焼室と断熱された煙突は、完全燃焼を促進し、煙や排出物を最小限に抑える高温、低酸素の環境を作り出します。
ロケットストーブは、燃料消費量の削減、室内空気質の改善、温室効果ガスの排出削減などの能力から、人道支援団体や開発機関の間で急速に普及しました。今日、ロケットストーブは世界中で調理や暖房、さらには発電にも使用されています。また、他の効率的なストーブや暖房技術の開発にも影響を与えました。
ロケットストーブの2次燃焼は、燃焼過程で発生した未燃焼物質を燃焼させることで、煙や有害物質の排出を低減することを目的としています。具体的には、一次燃焼で燃焼した燃料ガスが、燃焼室内で空気と混合し、2次燃焼室に送られます。2次燃焼室では、燃焼ガスが高温の状態で燃焼するため、煙が発生せず、排出される排気ガスもクリーンなものとなります。
また、ロケットストーブの燃焼室は、断熱材で覆われており、燃焼が完全に行われる高温の環境を維持することができます。このため、燃焼効率が高く、燃料の消費量が少なくて済むという利点があります。さらに、燃焼室内の温度が高いことから、燃焼室から放出される熱も非常に高いため、ロケットストーブを利用して、簡易的な発電装置や暖房器具などを作ることもできます。
- 続く
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ロケットストーブは基本的にバーントンネルとヒートライザー部分があり、通常空気を絞らないために、バーントンネルが大量の空気を取り込み燃焼効率が上がりますが、これではバッチ式のロケットストーブではすぐに燃料がなくなり、大変忙しい運転になります。そこで空気を絞るために燃焼の効率が悪くなり不完全燃焼が起きます。これを改善するためにヒートライザーに空気を取り込み燃やす仕組みが必要になります。そこで新たに燃焼が起き燃焼の効率をよくします。これが二次燃焼の仕組みです。
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ロケットストーブにドラム缶を使う？一般的なイメージは上の画像のようなものでしょう。焼却炉のイメージが強いかと思います。一般的には、ドラム缶を使ったロケットストーブは、比較的簡単に作れるDIYストーブの一種で、ロケットストーブの中でもっとも一般的な形式のひとつです。ドラム缶は、燃料の容器としてだけでなく、燃焼室や煙突としても機能します。
ドラム缶を利用したロケットストーブは、他のロケットストーブと同様に、燃料の燃焼効率を高めることに特化しています。ロケットストーブは、燃料を完全に燃焼させるために、高い熱効率を実現しています。燃焼過程で発生する熱は、燃焼室内の壁面や、煙突に吸われる空気によって再循環され、燃焼効率を向上させます。
ドラム缶を使ったロケットストーブの作り方は、ドラム缶を切断して燃焼室として利用し、下部にエアインレットを設置します。上部には煙突を接続する穴を開け、煙突を設置します。また、燃料を載せるためのトレイを設けることもできます。
ドラム缶を利用したロケットストーブは、比較的低コストで作ることができるため、DIY愛好家や野外でのアウトドア活動において広く利用されています。ただし、ドラム缶には塗装や薬品が含まれることがあるため、使用前によく洗浄することが必要です。また、ドラム缶を使ったロケットストーブの性能は、素材や設計によって異なるため、正確な燃焼効率を求める場合には、専門的な知識や経験が必要になる場合があります。
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ロケットストーブとは？大変難しいですが、ロケットのように轟音を立てて燃えるストーブというのが一般的です。長いロケットのような炎も加えたいです。
ロケットストーブを一つで作れば、一国一城の主になった気分が味わえるのは確かですね。そこがロケットストーブを作る魅力の一つです。
大変面白いブログがあります。それは”ロケットストーブ20の嘘”という軽井沢薪ストーブ工房さんのブログです。
それでは実際に利用してみて感じた経験から比較してみましょう。
- 寒い朝などストーブからの逆流はダウンドラフトチェバーの機構から言ってロケットストーブのほうが少ない。
- 部屋の匂いがロケットストーブのほうが少ない。これはいったん着火するとロケットストーブのほうが逆流が少ないからではないか。
- 運転がはじめは煙が出るが、通常運転時は煙は圧倒的に少なく、水蒸気が出ている感じ。1～2ｍで消えてなくなる。木酢液は煙突に穴をあけて回収しているが、結構たまる。。
- 続く
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地球温暖化で大騒ぎしているCo2ですが、大気の構成については、以下の通りです。
窒素: 78.08%
酸素: 20.95%
アルゴン: 0.93%
二酸化炭素: 0.041% 410 ppm（百万分の四百十）
その他の気体（ネオン、ヘリウム、クリプトンなど）: 0.002%
水蒸気: 0〜4%ただし、水蒸気は湿度や気温によって変動するため、上記の割合は常に一定ではありません。また、二酸化炭素の濃度は地域や季節、時間帯によって異なる場合があります。
- 続く
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- ドラム缶 薄い鉄製で耐熱温度は高い。鉄の溶ける温度は約1,538℃です。一方、鉄が劣化し始める温度は、一般的には500℃から600℃程度。
- 耐火煉瓦
- アルミダクト
- アルミテープ
- シリコン
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薪ストーブを使い始めてからかれこれ30年以上たつ。販売もしていた。これらの経験よりいろいろ考察をしてみる。- 煙突は絶対曲げてはだめ これによりかなり設置場所が限られてくる。一番は吹抜けのストレート煙突が一番だ。上に天井扇は必須。曲げたとたん、煤、クレオソートが煙突にたまり定期的な掃除を余儀なくされる。
- 薪がもったいないからといって、空気の流入を絞るのはだめ。炎は大変きれいに揺らめくが、クレオソートがたまりまくる。次の日には燃えずらくなる。そして煙突掃除をする羽目になる。
- 屋外煙突は2重煙突にすべし。屋内は逆に2重だと煙突からの暖気が来なくなる。
- 薪ストーブのガラスの掃除は燃やした灰が一番。どろどろに水で溶かし、ウエスでふき取る。きれいになるし、煤が着きづらくなる。また炉内が３５０度近辺になると、煤が燃え始め、ガラスの黒い曇りが消えます。
- ストーブのドアを開けたときに外気が室内に入ってきて、着火できないときは、煙突を直接ガスバーナーで暖めてやるのが一番早い。燃やす前に外からの空気の流入があったときに、始めに煙突を暖めて、それから着火がよい。
- クレオソートで煙突が詰まると燃えが悪くなります。つまり状況を確認するには両手でパンと煙突をたたいてみることです。音が金属音でないときは詰まってます。バンバンと強くたたくとガサガサと剥がれ落ちるのがわかると思います。
- 灰は全部取り除くのではなく、少し残します。そうすることで炉内の断熱効果が出ます。
- 続く