薪ストーブとロケットストーブの構造や設計思想の3つの違い

1.燃焼に対する考え方の違い

まずはじめにお話したいことは、一般的な薪ストーブとロケットストーブの燃焼に対する考え方の違いについてです。

薪ストーブの歴史とその燃焼について

現在主流になっている鋳物の薪ストーブは、別名フランクリンストーブと呼ばれています。

Franklin_stoveの構造

そのフランクリンストーブは、ベンジャミン・フランクリン(1706~1790)が古いヨーロッパの家庭でよく見られた燃焼効率の悪い開放型の暖炉に、5枚の鉄製板を使った覆いや独自の排煙構造を設けるなどの工夫を加えたことにより、暖房効率を大幅に引き上げる事に成功しました。

現在の薪ストーブはこのフランクリンストーブを、小型で後付が可能な形に改良されてきたものにあたります。

薪ストーブのイメージ

その燃焼のイメージは、その開放型の暖炉という由来から分かるように、焚き火を家の中に持ってきたような感じです。

ある程度の大きさの燃焼室の中に薪をいれ、そこに熱源(火)と空気(酸素)を入れて着火することによって、薪や薪から発生する燃焼ガスが燃えだします。

薪ストーブ燃焼のイメージ

薪ストーブは燃焼室が大きいため、一度に沢山の薪を入れることができ、比較的長い時間燃焼を維持する事が出来る、つまり低温での長時間の燃焼が可能な点が薪ストーブの燃焼の特徴です。

また、近年では、薪ストーブの中で薪が低温燃焼したときに発生する未燃焼ガス(火をつければ燃えるもの)を、二次燃焼機構や触媒などを使って燃やし、更なる燃焼効率の向上や煙突火災の発生の低減を実現している製品も開発されています。

薪ストーブの二次燃焼機構や触媒機構で未燃焼ガスを燃やす

ロケットストーブの歴史とその燃焼について

ロケットストーブとは、持続可能な生活の研究、教育を目的としたNGO AProvechoのテクニカルディレクター、ラリー・ウィニアルスキー博士によって1982年頃に開発された、効率の良いストーブの燃焼原理です。

ロケットストーブのイメージ

出典)Rocket stove|Wikipedia

ウィニアルスキー博士がロケットストーブを開発した目的は、発展途上諸国や難民キャンプにおいて木質燃料を使用することから起こる環境問題(森林伐採、排気による気候変動への影響など)、料理や暖房のために室内でかまどや焚き火などを使用し、その結果不完全な燃焼の排気を吸う事による健康の悪化などの解決を目指すことから始まりました。

つまり、ロケットストーブの基本思想は、薪の使用量の削減とクリーンな排気ということになります。

そのロケットストーブの燃焼方法は、開放された鉄製のL字パイプの水平部に薪をいれ、それに着火すると、薪から発生した燃焼ガスが断熱された垂直のパイプ(ヒートライザー)内で燃焼しながら急激に膨張し、そのパイプの中を勢い良く上昇していきます。

Rocket_stoveの燃焼方式

出典)Rocket stove|Wikipedia

このように、比較的簡単な構造で未燃焼ガスを燃やしきることが出来るため、燃焼効率が良く、排気もクリーンなのがロケットストーブの特徴です。

ロケットストーブの燃焼室を設計する上で重要なポイント

先ほどの薪ストーブは燃焼室が大きいことが特徴でしたよね?

その結果、薪ストーブは低温で長時間の燃焼が可能だともお話しました。

それに対してロケットストーブの燃焼室を設計する上で重要なポイントは、燃焼室の大きさ(パイプの内径)を大きくしすぎてはならない、言い換えると、燃焼室を大きくしてはならないという点です。

ロケットストーブは木材の投入口付近の狭い空間で木材を燃焼させ、そこで得られる高温の熱で木材とパイプの隙間を通ってきた空気を暖め、木材から発生した未燃焼ガスをヒートライザー(垂直の煙突)内で燃焼させることによって、燃焼効率の向上とクリーンな排気を実現しています。

ロケットストーブの二次燃焼のイメージ

ですから、薪ストーブのように燃焼時間を長くしたいからといって、単純にロケットストーブの燃焼室を大きくして、沢山の薪を入れられるようにしてしまうと、ヒートライザーに流入する空気の温度が低下し、未燃焼ガスが残ったまま排気されることになります。

つまり、ロケットストーブの燃焼は、短時間で高温燃焼させるのがポイントであり、薪ストーブより薪を投入する間隔が短くなってしまうことがデメリットになります。

2.熱の伝熱形態に対する考え方の違い

3つ目は、薪ストーブとロケットストーブの熱の伝え方の違いについてお話していきます。

薪ストーブの熱の伝熱形態

薪ストーブは、主に薪ストーブ本体や煙突から発せられる輻射熱によって、直接体を温める伝熱形態をとります。

薪ストーブから発せられる輻射熱で体を温める

だから、薪ストーブを設置した部屋は温度が低くても、薪ストーブの近くにいると太陽に照らされたような、ぽかぽかした暖かさを感じることが出来ます。

もちろん、ストーブ本体や煙突は高温になっているため、それらが空気を暖める役割も果たしていますが、その割合が小さいのが薪ストーブの特徴です。

輻射熱によって暖房するメリットは、その抜群のなんともいえない気持ちよい暖かさと、空気や家全体を暖めなくても体が温かくなるため、その点において燃料を消費しなくて済むという点です。

デメリットは、薪ストーブが置かれている部屋にいる時は輻射熱で暖かさを感じることが出来ますが、壁をはさんだ反対側の部屋には輻射熱が到達しないため、全館暖房には向いていないという点。

このことから、相当な広さのある部屋の暖房や、大きな一つの部屋だけで構成されている仕切り壁の少ない家などの暖房に適している器具であるといえます。

薪ストーブの輻射熱のいい所

ロケットストーブの熱の伝熱形態

ロケットストーブの伝熱形態は、比較的幅が広く、本体や煙突から発せられる輻射熱とともに、燃焼後の空気がが低温になるまで室内に熱を伝えきることも出来ます。

その理由は、先ほどの排気のところで説明したとおり、ロケットストーブ本体のヒートライザー部ですでに強力な排気力を生み出しているため、そこから先の煙突を相当長く、また曲がりくねった形にしても良いという点にあります。

ロケットストーブの煙突のイメージ

ロケットストーブの煙突のイメージ2

ベンチタイプのロケットストーブ

このように、ロケットストーブの延長した煙突をベンチシートの中に配置した場合、屋外に排出される煙の温度は30℃程度になっていることもあり、100~200℃という高温のままで屋外に排気をしなければならない薪ストーブより、少ない薪でも沢山の熱を取り出すことが出来るため、暖房で使用する薪の消費量が少ないというのがロケットストーブの特徴です。

また、私が作ったロケットストーブのように、ロケットストーブの上部に取り付けた煙突にファンで風を当てることにより、ファンヒーターのように空気を暖めることもできます。

輻射熱だけではなくファンヒーター機能もプラス

この方式なら壁の多い日本の2×4工法で建てられた量産型の家にも、後付のセントラルヒーティングのベースを賄う暖房器具として、ロケットストーブを活用する事も可能になります。

続いては、ロケットストーブを自作する場合、非常に重要な要素になってくる排煙や煙突の構造に対する薪ストーブとロケットストーブの違いについてお話します。

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