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ストーブ燃焼試験 (燃料の考察)

2016 年 1 月 2 日 土曜日

登山やキャンプ用の携帯コンロをストーブと呼びます。今年のお正月はアルコールストーブとガスストーブの徹底比較を行いました。具体的には,水を沸騰させるために必要な時間,燃料消費量などを計測し,出力と効率 (燃焼効率×熱効率) を計算しました。

目次

  1. 燃料の考察 (低位発熱量の計算) (当ページ)
  2. 燃焼試験の条件 (2 ページ目)
  3. アルコールストーブの着火から消化までの燃焼時間 (2 ページ目)
  4. ガスストーブにおける着火からの沸騰時間と効率 (6 ページ目)
  5. アルコールストーブの着火から沸騰までの時間と出力と効率 (8 ページ目)
  6. 重量まとめ (8 ページ目)

燃料の考察 (低位発熱量の計算)

燃料用アルコール

燃料用アルコールの原料として一般的に用いられるのはメタノール,エタノール,イソプロパノール (以下,IPA と略します) です。それぞれの発熱量について下記の通り計算してみました。特に記載がない限り,1 気圧,25℃ の条件です。

燃料用アルコールの物性
燃料メタノールエタノールIPA
モル質量32.042 g/mol46.068 g/mol60.094 g/mol
比重0.7918 g/ml0.7896 g/ml0.7808 g/ml
燃焼熱725.7 kJ/mol1,367.6 kJ/mol2,006.9 kJ/mol
水の蒸発潜熱87.92 g/mol131.88 g/mol175.84 g/mol
高位発熱量22.648 kJ/g
17.933 kJ/ml
29.687 kJ/g
23.441 kJ/ml
33.396 kJ/g
26.076 kJ/ml
低位発熱量19.905 kJ/g
15.760 kJ/ml
26.824 kJ/g
21.180 kJ/ml
30.470 kJ/g
23.791 kJ/ml
火力比
(重量)
100135153
燃料用アルコールの組成 (重量パーセント濃度と想定) と熱量
燃料メタ
ノール
エタ
ノール
IPA高位発熱量
低位発熱量
単価
アルコ K295%5%――18.209 kJ/ml
16.032 kJ/ml
0.6
円/ml
兼一95v%4v%――17.974 kJ/ml
15.819 kJ/ml
0.42
円/ml
ケンエー76.6%21.4%0.3%18.918 kJ/ml
16.754 kJ/ml
0.558
円/ml
ニワトリ,
ネンアル
37.0%63.0%――21.406 kJ/ml
19.178 kJ/ml
0.82
円/ml

よって,完全燃焼を前提にするとトーヤク アルコ K2 や 兼一薬品工業 燃料用アルコール と比較して ケンエー 燃料用アルコール は約 4%,小堺製薬 ニワトリ印 燃料用アルコール は約 20% 火力が強いです。メタノールは一斗缶 (16 L) で購入するととても安いです。大伸科学の メタノール (99.9%) は 楽天で送料込みで 3,430 円 (0.214 円/ml)Yahoo! ショッピングポンパレモール でも同額で購入できます。別の容器 (ポリエチレン,ポリプレピレン,ガラスなど) に移し替えて使うと良いでしょう。イソプロパノールは病院等ですと 500 ml あたり 302 円 (0.604 円/ml) で購入できるようですが,一般人ですと最安価格は 486 円 (0.972 円/ml) のようです。なお,灯油の低位発熱量は 34.8 kJ/ml で,単価は 0.054 円/ml (2016 年 1 月現在) ほどです。

各アルコールの配合割合を足しても 100% にならない燃料用アルコールがいくつかありますが,これは排除しにくい水分を律儀に表示しているためです。計算上は火力が下がってしまいますが好感が持てます。各アルコールの配合割合を足して 100% になっている燃料用アルコールに本当に水分が含まれていないかどうかは疑問です。

LP ガス

LP ガスの原料として一般に用いられるのはブタン (ノルマルブタン),イソブタン,プロパンです。それぞれの熱量は大きくは変わりませんが,後者ほど沸点が低く低温でも燃焼しやすいという特徴があり,高山で有利です。後者の割合が多いガスほど価格が高くなる傾向にあります。ただし,プロパンは圧力が高いため堅牢な容器にしか入れることができず,家庭用テーブルコンロのカセットガスボンベ (以下 CB 缶と略す) や登山用のガスカートリッジ,通称アウトドア缶 (以下 OD 缶と略す) にはまったく入っていないか入っていても少量です。

OD 缶のガスは高価ですが,CB 缶のガスは比較的安価です。そのため,CB 缶から OD 缶に詰め替える接続器具 が売られていますが,どちらの缶も再利用を想定していない再充てん禁止容器であるため,長く使用してサビやへこみができると事故の危険性が高まるばかりか,そもそも 高圧ガスの再充てんは高圧ガス保安法に抵触する そうです。ガスの再充てんは違法行為だったのですね。どうしても CB 缶を使いたければ CB 缶の口金を OD 缶の口金に変換するアダプター を使い OD 缶のかわりに CB 缶を使用しましょう。これなら合法です。SOD-310 のように OD 缶に直結するタイプのガスストーブの場合には スタンド付きのアダプター が良いかもしれません。

LP ガスの物性については 日本 LP ガス協会のページ に掲載されていたので下記の通り抜粋し,火力比についても計算します。なお,都市ガスの主成分 (約 90w%) のメタンについてもおまけとして載せておきます。

LP ガスの物性
燃料ノルマル
ブタン
イソブタンプロパンメタン
沸点-0.5℃-11.72℃-42.04℃-161.5℃
高発熱量49.501 kJ/g49.359 kJ/g50.350 kJ/g55.501 kJ/g
低発熱量45.719 kJ/g45.572 kJ/g46.355 kJ/g50.016 kJ/g
火力比10099.7101.4109.4

以上の情報をもとにプリムス IP-110,東邦金属工業 ゴールド カセットガス三陽 スーパープレミアムゴールド キャリーボーイユニフレーム プレミアムガス の低位発熱量などを下記の通り計算します。

LP ガスの組成 (重量パーセント濃度と想定) と熱量
燃料ノルマル
ブタン
イソ
ブタン
プロ
パン
高位発熱量
低位発熱量
単価
プリムス
IP-110
75%――25%49.713 kJ/g
45.878 kJ/g
2.636
円/g
東邦金属
ゴールド
30%70%――49.402 kJ/g
45.616 kJ/g
0.616
円/g
プレミアム
キャリー
ボーイ
5%?95%――49.366 kJ/g
45.579 kJ/g
1.08
円/g
ユニフレーム
プレミアム
――95%5%49.409 kJ/g
45.611 kJ/g
1.32
円/g

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