薪ストーヤ屋なので燃焼についてブログを更新します。
スバリ燃焼とは酸化反応です。燃焼の酸化反応とは、物質が酸素と結びつく化学反応のことで、一般的に熱と光（炎）が発生します。燃焼は、特定の温度以上で進行する酸化反応で、薪や石油などの燃料が酸素と反応することでエネルギー（熱）が放出されるのです。余談ですが金属の赤錆や黒錆の酸化反応です。
薪ストーブにおける酸化反応（燃焼プロセス）は、薪が酸素と反応して熱と光（火）を発生する過程です。この反応は複数の段階を経て進み、それぞれに異なる温度や生成物が関わります。
1. 乾燥と熱分解
- 最初に、薪が燃焼室内で加熱されると、薪に含まれる水分が蒸発します。乾燥した薪であっても多少の水分が含まれており、まずはこの水分が蒸発するため、熱エネルギーが消費されます。
- 薪の温度が上がると、200°C〜300°Cあたりで「熱分解」が始まります。熱分解は薪の成分（主にセルロースやリグニン）が熱によって分解し、可燃性ガス（メタン、一酸化炭素、揮発性有機化合物など）と炭化した固体（炭）を生成する段階です。この可燃性ガスが燃焼の主要な燃料となり、酸素と反応して炎を生じます。
2. 可燃性ガスの燃焼（揮発性燃焼）
- 可燃性ガスは薪から発生し、温度が上がると周囲の酸素と反応して燃焼します。燃焼温度はおよそ500°C〜700°Cに達し、炎が形成されるのはこのプロセスです。
- 不完全燃焼が起こると、一酸化炭素（CO）などの有害な生成物が増え、黒い煙やすすが発生する原因となります。そのため、薪ストーブでは適切な通気が重要です。
3. 炭の燃焼（固体燃焼）
- 揮発性成分が燃焼した後には、炭化した固体部分（木炭）が残ります。この炭は、さらに高温で燃焼し、非常に安定した燃焼プロセスを経ます。炭の燃焼は約800°C〜1000°Cの高温で進行し、二酸化炭素（CO₂）や時には少量の一酸化炭素（CO）を発生します。
- 炭の燃焼が続くと、薪は最終的に灰と気体成分に分解され、燃焼が完了します。このプロセスでは火力が安定し、長時間持続するため、ストーブの加熱を効率よく維持できます。
4. 完全燃焼（完全に近い95％以上の燃焼効率）と不完全燃焼
- 薪が完全燃焼すると、生成物は主に二酸化炭素（CO₂）と水蒸気（H₂O）です。この状態ではエネルギーが最大限に放出され、煙やすすの発生も最小限に抑えられます。
- しかし、未乾燥の薪や酸素が不足すると不完全燃焼が発生し、一酸化炭素（CO）やタールが生成され、これが煙突や薪ストーブ内部に付着しやすくなります。不完全燃焼を防ぐためには、薪を乾燥させ、十分な酸素を確保することが重要です。また、適切な燃焼温度を維持するために、空気の供給量を調整することも効果的です。
5. 二次燃焼
- 多くの薪ストーブは「二次燃焼機能」を備えています。一次燃焼で出た可燃性ガスがまだ残っている場合、二次燃焼用の空気が供給されることで、未燃焼ガスを再度燃焼させる仕組みです。これにより、薪ストーブの燃焼効率が向上し、煙やタールの発生が減少します。
- 二次燃焼は、薪ストーブ内部の温度が高く、かつ二次空気が供給される条件下で進み、クリーンで効率的な燃焼を実現します。
以上が薪ストーブの燃焼に関する模範解答です。
しかし、実際は2次燃焼3次燃焼は連続した燃焼です。高温の環境下で十分な温かい酸素が供給され、長い時間、燃焼が滞留することが重要なのです。
先日、遊びで、市販品のキャンプ用小型薪ストーブを改造してキャンプを楽しみました。改造はバッフルプレートと茶こしを煙突下部に取り付けました。バッフルプレートは滞留時間の伸ばすひとつの方法です。茶こしは簡易の触媒的考えです。炎が茶こしの網を通過する過程で、酸化反応を促進します。金属が高温になり、空気中の酸素と効率よく反応することで、燃焼効率が上がり、より安定した火力を維持します。