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薪ストーブ生活に必要な焚火を科学する

薪ストーブ生活に必要な焚火を科学する

ウチでは脱炭素や薪ストーブを推奨しています。今後は化石燃料(灯油やガス)を使うことはドンドン大変になっていきます。日本では電気も火力が83%(2023年3月時点)なので電気料金も同様です。化石燃料はそのほとんどが輸入に頼っていますが、その輸入先からの運送費や円安での徐々に高騰していきます。例えば灯油のこの5年の推移です。

これはより顕著になっていく傾向にあります。脱炭素(カーボン・ニュートラル)という方向性と世界における日本の立ち位置です。日本の人口減は世界に先駆けています。圧倒的に。それによる経済邸な低迷による円の失墜。その両方の要因により上昇は免れないでしょう。現在は国からの措置によりあらわれていない部分があります。実際は2023年の1月から開始された、「電気・ガス価格激変緩和対策事業」の影響が大きく関連しています。この補助は、家庭や企業の電気使用量に応じて政府がその電気代の一部を支援し負担を軽減するものです。補助制度の開始当初は、2023年9月使用分を最後に終了が予定されていましたが、補助期間が延長されることが決定しました。

その理由からウチでは薪ストーブ+αという形が理想であると提唱します。薪を用意するのは大変です。しかし自ら乾燥させてそれをくべて燃やすことは豊かな生活であると感じます。

燃えるという現象を、化学では燃焼(ねんしょう)といいます。燃焼とは、物質が光と熱を出して激しく酸素と反応することと定義されています。また、この化学反応を成立させるには、3つの要素が必要となります。”薪が燃える”という現象について詳しく見ていくとします。


薪の燃焼は、水の蒸発、分解燃焼、表面燃焼の3つの段階に分けられます。

【燃焼】
薪が加熱されると、まず含まれる水分が蒸発を始めます。この段階では、外から与えられる熱エネルギーは水の蒸発に使われます。よく乾燥していない薪や、生木を燃やすとなかなか火が着かないのはこのためです。乾いてからでないと火は着かないのです。

しっかり乾燥すると薪の温度が上がります。このとき薪(木材)の成分が熱により分解され可燃性ガスを生成し始めます。これを熱分解といいます。​熱分解により生じた可燃性ガスがある条件を満たすことで、着火し炎を上げて燃えます。これを有炎燃焼といいます。私たちが見ている焚き火の炎は薪自体が燃えているのではなく、熱分解により生じた可燃性ガスの燃焼なのです。これを分解燃焼といいます。

可燃性ガスを出し尽くすと、やがて炭素成分が残り木炭となります。この段階になると炎はなくなり、酸素と触れる表面だけが燃焼する表面燃焼となります。よく燃えている木炭で青白い炎が見えることがありますが、これは高温下で二酸化炭素が分解され生成した一酸化炭素が燃焼している炎です。

【薪は、1本では燃えない】
薪をバーナーであぶってみてください。火が着いたかなと思っても、バーナーを消すと火は小さくなり、やがて消えてしまいます。

焚き火の炎は、それぞれ異なった段階(蒸発、ガス、熾き)の薪を共存させることで維持しています。うまく燃やすには、薪を2本並べます。薪は互いに熱エネルギーを与え合うことで激しく燃え上がります。人も同じなのではないでしょうか。

焚き火をはじめる際は、上から着火することをお勧めしています。組み上げた薪の下に火口と焚きつけを配置、または火の着いた焚きつけの上に薪を置いていきます。この方法でも着火はできますが、焚き火フリークとなるのであれば着火方法にも理由が欲しくなります。薪が加熱されると煙が出はじめます。この煙は、ある条件を満たすと着火しますが、下から薪を加熱しても、なかなかこの条件が成立しないので、煙として出て行ってしまうのです。くすぶっていた薪に火が着くと、すぐに煙が消えるのはこのためです。上から着火する理由は、炎(口火)を一番上に持ってくるためです。煙は上に昇るので、口火が上にあれば、着火し燃えて炎となります。

薪をくべると、水分の蒸発がはじまります。外側が乾燥してくると温度が上昇します。早ければ100℃で可燃性ガスが出はじめ、およそ280℃で急激に熱分解が進みます。この可燃性ガスが着火すれば炎となります。着火に至るには2つの条件を満たす必要があります。
①可燃性ガスと空気の混合気が、燃焼範囲にある。
②着火に必要な熱エネルギーが与えられる。
焚き火が勢いよく燃えている場合は、着火に必要な熱エネルギーが炎から与えられるので②は成立します。①が成立するとき、すなわち混合気が燃焼範囲の下限値に達したときに着火が起きます。このように口火がある場合を引火といいます。
口火がない場合。つまり、炎がおさまり熾火の状態となった焚き火へ薪を入れた場合は、加熱され①が先に成立するので、②が成立したときに着火が起きます。これを発火といいます。樹種によらず400~500℃で発火が起きます。

薪をくべたときになぜ煙が出てしまうのか。
可燃性ガス(煙)は、比較的低い温度から出はじめ280℃でモクモクと出はじめます。しかし、この可燃性ガス(煙)が発火するには500℃に近い温度が必要となるため。その間に可燃性ガス(煙)が燃やされないまま放出されてしまいます。

うまく焚き火をするには煙は逃さず、燃やす。


焚きつけは、多めに用意
焚き火の途中でモクモク煙が出た際は、焚きつけを入れて炎を起こすことで収まります。
・薪は細く短め
太い薪は、内部まで温まるのに時間がかかります。また、炎の範囲から出る長い薪は、小口からの煙が燃えずに出て行ってしまいます。

焚き火(初期)
・焚きつけでしっかり燃やす
火が着きやすく煙が出にくいので、焚き火の初期は特に絶やさず炎を維持する。

焚き火(中盤)
・タイミングを逃さない
炎に勢いが付けば薪を投入できますが、次の薪を入れるタイミングを逃すとなかなか燃え上がらずに煙が出てしまいます。

□焚き火(終盤)
・熾火
煙は立たず、火力も落ち着きます。煤やタールも出ないので器具が汚れにくく調理に向いています。


長くなりましたが理屈を知ると楽にできるようになります。

一緒に薪ストーブライフしませんか?

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