暖房用ロケットストーブの作り方２実用編

断熱にこだわってパーライトモルタルで作った室内暖房用ロケットストーブです。製作過程、運転の様子、灰や排気の様子などを詳しくレポートしました。2017年バージョンです。

40分以上の冗長な動画なので、目次を設けました。時間のリンクからジャンプできます。

●00:45　ヒートライザーのカバーの製作
●02:40　ガルバリウム鋼板を曲げる方法（邪道）について
●03:00　厚めの鉄板に穴をあけるには？
●09:45　ドリル（錐）の研ぎ方（余談）
●11:10　耐火断熱レンガの紹介、切り方
●13:45　点火の様子（室内設置後初）　
●16:00　本格的な燃焼の様子、火力調整の方法
●17:30　ホヤの役割、火力調節の考え方
●25:15　燃焼後の灰の様子
●27:00　カバーの中の様子
●30:30　排気の様子
●31:30　ツーバイフォー材を2本投入
●32:50　最適な吸入口の大きさ
●40:30　乾燥砂による消火実験

今シーズンはアプロヴェチョという組織の技術責任者であったロケットストーブの開発者であるラリー・ウィニアルスキ(Larry Winiarski)のストーブ設計の10原則を確認し、原点を見直し、断熱にこだわって、製作しました。

アプロヴェチョはオレゴン州に拠点があり、再生可能エネルギーを含む持続可能な生活に焦点を当てている非営利組織（NPO）です。
途上国で使用するための効率的な調理用の開発を手掛けていましたが、
技術責任者のラリー・ウィニアルスキが1982年に開発したロケットストーブは有名です。
アプロヴェチョの機関誌の執筆者であるディーン・スティルが2002年の4月に友人宛に書いた手紙の内容を上げておきます。

Dean Still, April 2002

Dear Friends,
I was typing up Larry's latest simple stove principles for Aprovecho'snewsletter, "News From Aprovecho", (two to three times a year, $30/year,
describes activity, I'm editing number 59) and thought I'd send it along.

Reflecting on the Rocket I might point out a interesting point: no secondary air.

I've tried adding heated secondary air into the top end of the internal
chimney above the combustion chamber but haven't noticed an improvement in amount of smoke or in fuel efficiency. I ended up thinking that enough primary air is left at the top of the combustion zone anyway. Adding air may just reduce temperatures. I'll test this further with better equipment.

The Rocket stove is trying to create supportive conditions for complete initial combustion which seems to pretty much work when the right amount of fuel is introduced. The added draft created by the insulated chimney above the fire pulls in lots of air, which like a fan, makes a hotter, vigorous burn.
Anyway, here are Larry's principles of stove design:
Best,
Dean

親愛なる友人、
私はラリーの最新の単純なストーブの原則を記した"アプロヴェチョからのニュース"（年に3回の機関紙。$30/年。私は第59号を編集しています。）を一緒に送ろうと思っています。

私はロケットストーブについて興味深い点を指摘できます。二次燃焼の空気は無いということです。

私は、燃焼室の上の内部煙突（ヒートライザー）の先端部分に、加熱した二次空気を追加してみたのですが、煙の量や燃料効率の改善を認められませんでした。私はとにかく、燃焼ゾーン（燃焼室）のはじめに十分に主要な空気があるということを最終的結論とします。追加空気はただ温度を下げるだけなんです。私はいずれもっと良い機器でこれをテストします。

ロケットストーブは、完全な初期燃焼（1次燃焼）をサポートする条件を実現しようとしています。これは、適切な量の燃料が導入されたときにはほぼ達成できるようです。 燃焼室の火の上の断熱された煙突(ヒートライザー）によって作られたドラフト（上昇気流）は、ファンのように多くの空気を引っ張って、より熱く、激しい燃焼をもたらします。

とにかく、ラリーのストーブデザインの原則はここにあります。
最高です。
ディーン

注1.ｔop end　を先端と訳しました。Topは先、ひいてははじめという意味があるように感じました。

興味深いのは、上のページで「ロケットストーブにおける2次燃焼は無い」と明言されていることです。
ロケットストーブは非常に単純な構造と仕組みで完全燃焼を実現しています。例えば、基本的なロケットストーブは空気の吸入口と燃料の投入口の区別すらありません。同じ場所から供給されます。しかし、単純であるということは決して低レベルであるということではなく、現実的に工夫され、洗練され無駄なものがそぎ落とされた結果できたものであり、逆に非常に高度な完成度を感じさせられます。2次燃焼や3次燃焼といった複雑なメカニズムによらなくても、高温でクリーンな燃焼ができるということをロケットストーブは実証しています。次にロケットストーブの高度な燃焼のメカニズムを考えてみます。
ロケットストーブの焚口の薪の初期の燃焼による燃焼ガスは、断熱されたバーントンネルやヒートライザーで加熱され、ドラフト（上昇気流）を生じます。その力よって十分な流速の空気が焚口から大量に吸引されて焚口の薪の先の炎に当たり、轟音とともにより強い燃焼へと導かれます。そして、さらに断熱された燃焼経路を加熱します。それに伴ってヒートライザーのドラフトはより強力になり、このフィードバックが焚口の空気吸入を増加させ、さらに温度上昇が起こります。すなわち燃焼による温度上昇のループが出来上がります。この温度上昇の連鎖サイクルはやがて臨界状態となって完全燃焼を実現します。したがって、燃焼経路内の場所によって1次2次という燃焼行程の段階的な差異はなく、焚口からヒートライザーの出口までの経路全体で、燃焼と温度上昇の連鎖が途切れずに行われてフィードバックループを形成し、最終的には質の高い一定の燃焼状態で継続的な燃焼を実現するという極めてシンプルな仕組みがロケットストーブの燃焼の仕方です。質の高い一定の燃焼状態とは、高温でクリーンな燃焼のことであり、理想的ないわゆる完全燃焼です。
この燃焼ループの臨界状態をできるだけ速やかに、より質の高い状態で実現し維持するには焚口以降ヒートライザー出口までの燃焼経路全体をできるだけ完全に断熱することが求められます。例えば焚口付近に鍋を置いたりバーントンネルを断熱せずに輻射熱で暖をとるなど、ループ内で熱を利用し、熱の放散を行うことは経路の燃焼の質を下げてしまいます。熱の利用は、あくまでヒートライザーを出てからの排気による、排熱を利用すべきです。そうすれば燃焼経路の燃焼ループの臨界状態に影響を与えません。つまり、燃焼系統と排気系統の役割を完全に分けなければなりません。ロケットストーブを調理器具として使うにはヒートライザーの出口以降で調理用の鍋などを利用し、暖房器具として使うときもヒートライザーの出口以降の排気の熱をヒートライザーのカバーや引き回された煙突で室内の空気と熱交換します。熱交換の効率を高めるために、質量の大きい土や砂やセメントやレンガの中に排気を引き回して備え付けの大型暖房設備とするロケット・マス・ヒーターも有名です。
大城茂櫻さんのコメントにもありましたが、「蓄熱するレンガと断熱だけのパーライトの使い分けはこのロケストのキモ」であると思います。断熱のためには発泡スチロールが断熱材として多用されるように質量が小さくなければなりません。質量が小さいとすぐに表面温度が上昇し、熱を吸収しにくくなります。言い換えれば保温性があるということです。従って、断熱素材は燃焼系統で使用すれば質の高い燃焼を実現できます。もちろん発泡スチロールを使うわけにはいかないので、多孔質で質量は小さいけれども耐熱性も兼ね備えた断熱レンガなどを使うべきです。この動画では一つの試みとしてパーライトモルタルを使いました。他にもたまきもりさんのコメントにもあった鹿沼土のほか、軽石や、防犯防草砂利など軽くて熱に強そうなものは燃焼系統に用いる素材として非常に興味深いと思います。一方、排気系統では質量が大きい素材を使用すべきです。質量が大きいと温度は上がりにくいです。温度が上がりにくいと熱をどんどん吸収します。従って熱交換の効率を高めます。そして、たくさんの熱を吸収した物体は冷めにくいです。つまり蓄熱性があります。だから排気系統では断熱ではなく蓄熱性のある耐熱レンガやセメントなど、質量の大きい素材を使用すべきです。ロケットマスヒーターの効率が良いのは、断熱性を重視した燃焼系統と蓄熱性を重視した排気系統の素材の使い分けが適切になされている結果だと思います。
今回のロケットストーブ製作で、以上のようなロケットストーブの基本的な考え方を実感として理解することができました。

「先達はあらまほしきことなり」

#ロケットストーブ

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