アルコール燃焼を考える。

例によって人様を置き去りにした趣味の話です。

今日は、給排気について必要な開口面積を計算します。最初に吸気と排気の面積比を出しましょう。

アルコール（正確にはメタノールですが以下略）の燃焼の化学式は下記の通り。
2CH3OH＋3O2→4H2O＋2CO2

1molあたりの容積は普通の気体なら同一と考えて良いので、3の酸素を吸い込み、4の水と2のCO2を排出することになります。単純計算では、吸気が１に対して1.67の排気があることになります。

ところが実際には空気中には大量の窒素が含まれるので、吸気が5に対して排気は5.67とするのが妥当ですね。

ところがところが、排気温度がかなり高いのでこれを加味する必要があります。気体の体積は絶対温度に比例します。

吸気が293度K（摂氏20度、以下省略します）とすると、排気は・・・何度なんだろう。一般に薪ストーブなどの煙突が300〜400度と言われているので、これに準ずるとすれば約600〜700K。

5*300 : 5.67*700 →　概算で　1：2.67。

給気口に対し、2.67倍の面積の排気口が最低限必要、ということになります。

一般的にアルコールストーブは、30mlで10分ほど燃焼しますので、1秒あたりの必要吸気量を計算してみましょう。

2CH3OH＋3O2→4H2O＋2CO2

再びこの式に戻ります。アルコール1molは32.4g、これはほぼ40mlに相当します。このため10分間で0.75molを燃やす能力がアルコールストーブにはあるわけです。

この燃焼の間に必要な酸素量は1.125mol、排気は2.25mol。酸素の4倍の窒素（4.5mol）が一緒に素通りしていきますのでこれを加味して

吸気 : 5.625mol　　排気 : 6.75mol

1mol 300度K　＝　24.6リットル
1mol 700度K　＝　57.4リットル

なので、吸気　138.375リットル、排気　387.45リットル。これは10分間＝600秒間の数字なので、

吸気（秒間）＝　0.23L
排気（秒間）＝　0.65L

意外と多いと思いつつ、こんなもんかという気もしますね。



次の考察は、アルコールストーブの熱効率です。いろいろな検証ブログを読んでいると、条件が良い場合30mlで１Lの水を沸騰させられるかどうか、という感じですね。個人的な体験でも、かなりギリな数字だと思います。
沸騰までの時間はストーブの能力にも影響されますのでいったん無視して、30mlで1Lのお湯を沸騰というところに着目します。

水　20度C→100度C　＋80度昇温　→　80000cal = 80Kcal

アルコール30ml →燃焼熱 = 4.2Kcal/ml *30 =126kcal

熱効率は70％弱か・・・ほんまかいな、めっちゃ高い数字ですねこれ。にわかには信じがたいですが・・・計算式が単純なので、そーいうことにしておきましょう。

とりあえず本日はここまで。