自然農ガットポンポコ - ロケットストーブ🔥の基本を改めて考える

ロレイナストーブ
ロレイナストーブの失敗
断熱と蓄熱
ロケットストーブのしくみ
二次燃焼
燃やし方 J-tubeの形の意味
参考

そろそろ寒くなってきたので、ストーブの研究を再開。

ロレイナストーブ

Lorena adobe stoveというものがある。

身近で手に入る粘土に砂と水を混ぜた材料だけで、薪を燃やして調理するための装置を作れる。オクドサン（カマド）をどうやって作ろうか研究しているときに、土で作れる Lorena adobe stove に魅力を感じていた。

ところが、

ロレイナストーブの失敗

5年後に科学者達がロレイナストーブをテストした所、使い方次第ではロレイナストーブは焚き火より多くの燃料を消費する可能性があると判明した。
アプロヴェチョ - Wikipedia

えぇっ;￣Д￣)／！

なんと、失敗作。

薪の節約という点では効果がなかったが、自分で簡単に直せる点や、煙突による排煙ということがよかった。
Lorena adobe stove - Cook stove | Wikipedia

設計したアプロヴェチョ自ら認めております。(;ﾟдﾟ)

断熱材は熱が通過しないようにするが、 thermal mass は反対に熱を吸収する。テストを重ねるとロレーナストーブに使われる rammed earth は調理に向かうべき熱を吸収してしまっていることが判明した。
その後の設計では、 rammed earth は軽石などの断熱材に変更された。

よかった、ちゃんと改良されたんだ。

thermal mass - 土や石といった重い物体
rammed earth - 型枠の中で土を主体とした材料を搗き固めて、壁やブロックを作る建築技法

断熱と蓄熱

ロケットストーブに限らず、ストーブの燃焼効率を高めようとすると、「断熱」と「蓄熱」というキーワードが出てくる。我が家のレンガ製ぬくぬくベンチ型ロケットストーブは、燃焼炉と燃焼煙突に「断熱」効果に優れた珪藻土レンガを使った。私は、これ間違えたと思った。その後、燃焼炉内の壁に、「蓄熱」性を持つ耐火レンガを並べたらようやくロケットストーブ的に燃えるようになったからだ。

ガスが燃えるには、温度と酸素が必要だ。だからガスの通り道が「蓄熱」して500℃以上になっているべきだと思う。だけど優れた「断熱」効果を示す珪藻土レンガは、熱を反射する素材なので、耐火レンガのようなものと比べてそれ自体の温度が上がらず、ガスに着火できない。だからロケットストーブの燃焼炉に「断熱」材を使うのは間違いだと思ったんだけど、おかしい。

ロレーナストーブは熱を吸収するので、燃焼効率が悪いという話。なんでだ。燃焼炉が「蓄熱」するなら良いと思っていたが、逆だ。

追記:2023/3/2 - その後分かったこと。
断熱素材で囲われた空間は、熱が外に逃げず内部に集中するので、温度はより高くなる。逆も真なりで、熱は拡散すると冷える。
燃えるようになったのは、バーントンネルの断面積が減って、ロケットストーブに必要な寸法になったから。つまり、細長い空間で燃やすと、やはり熱が拡散せずに、その空間内に集中するので、温度はより高くなる。より高温になるほど、完全燃焼に近くなる。

ロケットストーブのしくみ

わけが分からなくなったので、Erica が描いたロケットマスヒーターの基本構造図を眺める。

RocketHeater6in20000 rocketstoves - www.ErnieAndErica.info

そういうことか。

燃焼炉[BURN TUNNEL]は蓄熱素材のレンガや石の組構造で作り、「その周りを」断熱材で囲う。薪火と接する面は蓄熱素材なので、着火温度が維持される。触媒だね。触媒をより高熱にするためには、触媒の外側を断熱してやればいい。偶然だけど、我が家のロケットストーブもこうなったわ。だよねー。やっぱこうなるよねー。

ロレイナストーブとの違いは、「蓄熱素材より外へは熱を逃さない」ということ。ロレイナストーブには断熱材が入っていなかった。そしてストーブ自体が大きいから、ストーブ全体が暖まるまでずっと熱が逃げつづけるんだね。

よくあるキッチンロケットストーブの場合、ステンレス煙突を燃焼炉として使うけど、これが触媒。その周りに断熱材。という仕組みかな。

追記:2019/08/26
珪藻土レンガもアサヒキャスターも消耗品ですという記事で書いたように、内張りの構造体に耐火レンガを使うのは、蓄熱して触媒という以外にも、耐久性が高いという大事な理由がある。
追記:2015/10/25
さらには、ロケットストーブには珪藻土レンガ（キッチンロケットストーブ作るよ）で実験したように、断熱レンガ（珪藻土レンガ）でロケットストーブに必要な寸法通りにJ-tubeを組めば、触媒となる蓄熱素材の内張りがなくても、完全燃焼（便宜的に完全と書いておく）する。

二次燃焼

ロケットストーブでの二次燃焼は、燃焼煙突の入口～真ん中で起きると想像していたんだけど、Erica の図では、燃焼煙突の上の鉄板付近で二次燃焼している。なぜ鉄板に当たって冷えるところで二次燃焼するんだろう。PLASMA RE-BURN という表現がよく分からない。電離再燃焼。何だろう。

追記：2020/11/3
長年の疑問「プラズマリバーン」が分かった。物質の状態には、個体、液体、気体の他に、プラズマという状態もあるのだとか。火はこのプラズマという状態。
つまり、「プラズマリバーン」とは、「プラズマ状態のガス（火）が再燃焼する」ということなのだと思う。

Ernie & Erica に二次燃焼についてのヒントが書いてあった。

短い、断熱された、そのためとても熱くなる煙突が、強い引きを作り、最上部にとても熱い点を作り、残ったガスが再燃焼して丸い輪のエネルギーの流れになる。
firescience - www.ErnieAndErica.info

乱気流によるガスと酸素の撹乱を起こすために、鉄板にぶつけるという訳ではないようだ。鉄板の位置が問題というより、二次燃焼に必要な燃焼煙突の高さを確保しましょう、ということになるのかな。コントラフローと、やや似ている。

ここで言う short とは、外に出す煙突と比べると短いという意味だろうとおもう。

燃やし方 J-tubeの形の意味

図を見ていて、もう一つ気になるのは、木を縦に入れて、燃えているは先端のみ、というところ。ロケットストーブについての、よくある絵なんだけどね。

ロケットストーブの設計者といわれるLarry Winiarski の Rocket Stove Principles にその答えが書いてあった。

燃えている部分のみ（適切な量で）温めなさい。薪は完全燃焼を妨げる余分な量のガスや炭を出すべきではない。

もっと見ていると、この薪のくべ方をどこか別の場所で見た気がしてきた。これ、囲炉裏と似てる。囲炉裏は、火処（燃焼の中心）に薪の先端を置き、薪が燃えるに従って残った木の先端を火処へと送っていく。よく似ている。いまさらながら気づいた。囲炉裏で普通にやることが、ストーブという箱の中でも同じだ、ということになかなか気づかなかった。