本物のロケットストーブを求めてロケットストーブの原理・原則を理解する

2017年シーズン、ようやくロケットストーブ自作のスタートラインに立てた気分です。ここから未知でワクワクするロケットストーブをめぐる冒険が始まります。本来のロケットストーブ製作について自分なりにわかったことや考え方をすべてお話します。

【目次（時間のリンクからジャンプ）】

★第一部　ロケットストーブをめぐる冒険2017
01:13　今シーズンモデルのコンセプト
03:45　点火のようす-10㎝四方の新聞紙で-
05:35　上に火が回る状況とは？収拾の仕方は？
08:13　強い燃焼で赤熱した天板
08:38　焚口が大きすぎると上に火が回る
11:02　安定した燃焼のための焚口の大きさ
12:19　長い木をくべてみる
14:29　長い木をくべて30分放置
15:36　長い木をくべる場合の問題点、注意点
17:10　普通の燃焼時の天板の温度
17:43　カバー上部の熱による損傷
18:23　カバーにたまった灰を排出
20:47　マシュマロを焼いてみた
21:59　無煙ロースター焼肉！広い焚口で3人前
25:43　断熱レンガとパーライトモルタルの耐火性

★第二部　ロケットストーブ閑話
28:35　オリジナルの前にスタンダード
30:31　断熱の重要性
32:00　ロケットストーブに二次燃焼はない
34:00　単純な構造が進化のあかし
36:00　ロケットストーブの燃焼のメカニズム
39:50　燃焼系統と排気系統を分けて考える
48:10　焚口を絞ることについて

ロケットストーブにはいろいろな形があって良いと思いますが、開発者のラリー・ウィニアルスキの考えに則ったものを一つのスタンダードとして確認しておく必要はあると思います。そのモデルの能力を知った上で独自のいろいろな工夫があって良いと思います。こういうことを言うのは私の場合、ロケットストーブの本来的な基本性能を知らなかったために、昨シーズンは回り道をしていたなと思うからです。独自のものを作ってみたいと思って、勝手な解釈で昨シーズンのモデルは燃焼室を断熱しなかったり、ヒートライザー下部に空気吸入口を開けたりしましたがいずれもロケットストーブのポテンシャルを引き出せず、かえって性能を悪くするものでした。正直、去年のものより一昨年のペール缶のモデルの方が良い性能だったと思います。
今年は去年の反省から、ラリー・ウィニアルスキの原則で強調されている断熱にこだわってロケットストーブを作りました。、その結果、初めてロケットストーブの本来的な能力の高さを知って、はっきり言ってびっくりしました。こういう風に絶賛しているとロケットストーブの信者のように思われるかもしれません。実際私は信者になっているのかもしれません。しかし、ラリーウィニアルスキの10の原則というのがありますが、ロケットストーブの20のウソという話もあり、良いことばかりではないという人もいらっしゃいます。この動画もご覧になった方はいろんな情報を総合してご判断いただければと思います。とりあえず私はロケットストーブ肯定派です。
ロケットストーブを作り出して3シーズン目で何もわかったようなことを言えるほどの経験はしていませんし、わからないことだらけなんですが、今更ながらようやくロケットストーブ製作のスタートラインに立てたような気がしています。これからまだまだ知らないロケットストーブのいろいろな発見がありそうでワクワクします。まさに、ロケットストーブをめぐる冒険が始まったという感じです。
ロケットストーブの原則で最も大事なこと他のストーブと一線を画することはともかく、断熱です。焚口からヒートライザーの出口までの燃焼系統では断熱が必要です。断熱とは言い換えれば保温ということでともかく熱を外に出さずに温度を上げることに専念します。この温度上昇こそがロケットストーブの原動力であって、燃焼温度が高いほどロケットストーブの性能は良くなります。なぜなら、ヒートライザーのドラフト（上昇気流）の力は温度に比例するからです。温度が高いほど吸引力が強くなり、空気を大量に吸い込み、完全燃焼が実現できます。
普通の薪ストーブでは2次燃焼で完全燃焼させるものがありますが、ロケットストーブはそういうことではありません。ラリー・ウィニアルスキが技術責任者となっているアプロベチョというNPOのの機関誌を書いている人が
「ロケットストーブにおける2次燃焼は無い」
と明言しています。2次燃焼がなくても完全燃焼するのがロケットストーブです。これについては昨シーズンのモデルに対するコメントでfooo80さんが指摘されていました。結果的にはこのコメントがあったから今年のモデルが生まれたのでその意味では今となっては感謝すべきと思っています。
ともかく2次燃焼とかややこしいことじゃなく、単純な構造と仕組みで完全燃焼を実現するのがロケットストーブです。単純とは例えば、最も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＝焚口からどちらも供給されます。たまった灰を下に落とすロストル、それすらありません。断面積の変わらない単なるトンネル構造です。ただし、そのトンネルは断熱されているという、そこがミソです。
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、多分何度も実験されて工夫された結果洗練され無駄なものがそぎ落とされてできたものであって、逆に非常に高度な完成度を感じさせられます。薪ストーブの構造なんかを見ていると、2次燃焼、3次燃焼、触媒、ディストリビューターよくわかりませんが、そういった複雑なメカニズムがありますが、そういうものはなくても、単なるトンネルだけで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。
ロケットストーブのこのような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にある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るということで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。
燃焼→温度上昇→吸気増加
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断熱の程度に応じたレベルで臨界状態となります。内部の最高温度（ヒートライザーの下のあたり）が1000度とかそれ以上の非常に高い温度での臨界状態となれば燃焼経路内で完全燃焼を実現しているということになります。温度が先か空気が先かそれは鶏と卵ですが結果的にそういう高い温度で炭素や水素が燃えているということはこれは完全燃焼にほかならないわけです。つまり、燃焼経路内の場所によって燃焼室で1次燃焼、ヒートライザーで2次燃焼といった1次2次という燃焼行程の段階的な差とか場所的な差はなくて、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フィードバックループを形成し、トータルと言いますか全体としてとして高温の臨界状態を最終的に作って、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とか、こんなこと言ってる私も無煙ロースターやりましたけど、そういう、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高度な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「ロケスト」の「キモ」であると思います。断熱のためには、例えば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、温度が上がると熱が移動しなくなって、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、耐火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の移動が止まらず、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。
ラリー・ウィニアルスキの原則に
「薪を投入する開口部も、ストーブの内部も、煙突も、全てほぼ同じ断面積にする。」というのがありまして、これはまさにその通りで断熱とともにロケットストーブの本質的な大原則と思います。しかし、この原則に対するリスペクトは決して失いませんが敢えて例外を補足するなら、開口部だけは場合によって小さくしてよいと思います。開口部、すなわち焚口、すなわち燃料と空気の吸入口は燃焼の規模によって断面積を小さくしても良いと思います。むしろ小さくしなければうまく燃えないと言っていいと思います。そのような仕組みを作った方がうまくいくと言いたいです。連続の式とか、ベンチュリー効果とか私は火吹き竹効果とか言っていていろいろ後付けの理屈はありますが、そんなことよりこれはほんとにやってみれば一目瞭然でわかります。やればわかります。それをやりもしないでそうじゃないよとあーだこうだ否定することは良くないです。全然。筋道の問題です。
普通の薪ストーブは空気の吸入口を絞ることで空気の不足状態＝不完全燃焼を作り火力を落とすようですが私はまじめに考えて、ロケットストーブの場合は燃焼の規模に応じて最適な空気の流速を確保するために吸入口を絞るべきだと思います。つまり、規模が小さいときは絞るということ。そのことは初めてロケットストーブを作って以来ずっと実感していることなので今シーズンの最後に強調しておきます。
#ロケットストーブ

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