CCAT ロケットマスコブベンチヒーター

プロジェクトデータ

タイプ	コブベンチ ロケットストーブ
著者	エイダン・ベロー ベン・グエン マイケル・ペレス
状態	展開済み
OKHマニフェスト	ダウンロード

2019 年春学期、Cal Poly Humboldt のエンジニアリング 305 適正技術コースでは、適正技術の生き生きと進化するインスタレーションとして次のプロジェクトを設計するように依頼されました。このプロジェクトは、統合されたチームワーク、組織全体での強力なコミュニケーション、創造的な問題解決、および 150 時間を超える肉体労働を反映しています。

チーム ロケット パワーは、カリフォルニア州立ポリテクニック大学ハンボルト校のキャンパス センター フォー アプロプリエイト テクノロジー (CCAT) の敷地内の既存の屋外暖炉の前に、ロケット マス ヒーテッド (RMH) コブ ベンチを設置しました。CCAT は、持続可能な生活とデザインを促進する適切なテクノロジーを実演する、学生が運営する教育施設です。セメントの基礎と漆喰塗りのレンガの煙突は、ベンチの背もたれの基礎として機能し、ベンチの背もたれは暖炉に直接設置されます。

サイトの潜在能力

このエリアは現在 CCAT で十分に活用されていませんが、適切な技術を実証する共同ワークショップ スペースやインタラクティブなレクリエーション エリアとして活用できる可能性があります。ロケット マスの加熱ベンチを操作することで、学生や地域住民は適切な技術とデザインがどのように機能するかを学ぶことができます。

プロジェクトの範囲

コブ ロケット マス ヒーテッド ベンチは、暖房付きのラウンジ スペース、調理、コミュニティ メンバーが集まる場所として機能します。コブは、粘土、わら、砂、水など、すべて天然の成分で構成された建築材料です。熱マス ヒーティングは、ベッド、床、土造りの家屋構造を暖める​​ために世界中で使用されています。

チームメンバー

チームロケットパワーは、ベン・グエン、エイダン・ベロー、マイケル・ペレスで構成されています。

チームロケットパワーは、2019 年春学期に前述の技術を設計、試作、実装する予定です。

完成したプロジェクトの概要ビデオ

CCAT ロケットストーブ マスヒーテッドコブベンチ 2019

問題の説明

Rocket Power の目的は、CCAT に、地元産で見た目も美しく、完全に機能するロケット マス加熱コブ ベンチを設計することです。

私たちは、適切な技術のこのデモンストレーションが、アクセスしやすく快適な座席として活用されるとともに、将来の世代の学生のための教育ツールとしても役立つことを願っています。

プロジェクト評価基準

CCAT コミュニティの優先順位を整理し、チームにとって適切な目標を検討することが重要でした。次の基準は、CCAT 共同ディレクター、プロジェクト マネージャー、プロジェクト チームとの最初の会話に基づいて選択されました。スケール (1 ～ 10) は、記載されている各基準の制約を満たす重要度レベルを表します (10 が最も重要)。

CCAT の共同ディレクターとプロジェクト マネージャーは、学生とコミュニティの安全、学習のアクセシビリティ、プロジェクトの機能性を主な優先事項として強調しました。これは、達成すべき最も重要な事項として、プロジェクトの基準に示されています。システム自体の操作は、ロケット ストーブによって得られる効率性を維持するために不可欠であるため、操作の順序は明確かつ簡潔でなければなりません。これは、標識とアクセス可能なリソースによって実現されます。ただし、ベンチが CCAT の中心となっている現在の場所では、元の暖炉が十分に活用されていません。このプロジェクトは、適切なテクノロジーについて学びながら、より多くの人々がリラックスして空間と関わることを目指します。

文献レビュー

ロケットマスヒーターの概要

ロケットマスヒーター、またはロケットストーブは、断熱容器内の直角の「J」字型の燃焼室で構成されています。この断熱容器は通風を作り出し、熱ガスが通風されてパイプを通ってマスに押し出されます。この概念は、高い熱質量を持つ住宅の土造り家具を加熱するのに適用できます。^[1]

RMHのテストと認証

ロケットマスヒーターの排出効率のテストは、システムごとに異なるため、決定的なデータを得るのは非常に困難です。燃料、操作、構造設計が変数であるため、1つのシナリオがまったく同じになることはありません。テストには8,000ドルから30,000ドルと非常に高額な費用がかかり、特定の設計のライセンスと特許取得を事業とする製造業者が対象となります。^[2]

クリーン燃焼の基礎

以下は、マーク・ブレイデンらの著書『改良型薪ストーブの設計』から抜粋したものです。^[3]

「優れた燃焼室は、煙やクレオソート（凝縮した木材タール）をほとんど発生させずに、木材やその他のバイオマスを熱に変換します。木材の完全燃焼により、二酸化炭素と水蒸気という 2 つの副産物が発生します。対照的に、不完全燃焼では、汚染の原因となる未燃焼粒子と、煙突に充満し、発火すると煙突火災を引き起こす可能性のあるクレオソートが生成されます。」

1. ) 燃料の計量 - 木材を小さな断片（手首より大きくなく、長さ 16 インチ以下）に分割し、一定の速度で燃料を供給します。
2. ) 熱い火を起こす - 燃料、炎、空気が混ざり合う燃焼ゾーンを管理して、燃焼が速く、効率的な石炭貯蔵庫を作ります。
3. ) 燃焼室の断熱 - 高い日射特性を持つ材料にエネルギーを蓄えるマスストーブヒーターにとって重要です（R値の理解を参照）
4. ) 逃げる煙に点火する - 点火室が最適な効率に達するようにするには、排気口から排出されるガスは CO2 と水蒸気だけである必要があります。
5. ) 十分な酸素を供給する – 火を枯渇させると、火の勢いが弱まり、冷却されて煙が発生します。
6. ) 火に入る冷たい空気を温め、速度を増す - 空気は小さな開口部 (通常は木材を入れる入り口と同じ) を通って燃焼室に入るときに温められます。ファンのないシステムの場合は、ドアの下に燃焼室への小さな穴を十分開けて、ストーブから出る煙突と同じ断面積になるようにします。穴の位置は、一次空気が石炭に吸い込まれ、燃焼中の木材に吸い込まれるように配置します。
7. ) 十分なドラフトの作成 - 内部の垂直燃焼室の幅の 2 倍の高さの煙突を使用してください。断熱された煙突は、断熱されていない煙突よりもはるかに多くのドラフトを作成します。火の下から石炭を通り抜けて空気が激しく流れ込み、混合することで排出物を減らします。煙突にダンパーを使用しないでください。ストーブは、燃料をきれいに燃やすために十分な空気がストーブに出入りして効率的に作動するように設計してください。

空気取り入れ口を塞がないでください。一次空気を減らし、必要な量の取り入れ口を塞ぐと、粒子状大気汚染が発生します。

大量加熱ロケットストーブの種類

J 字型燃焼室のさまざまなデザインは、世界中の何百人ものパーマカルチャー主義者やホームステッドの住人によって改良されてきました。成功を評価し、全体的なデザインの長寿命化という主な目標を達成するために、以下のプロジェクト リファレンスでは理想的な品質と戦略を示しています。例は、低コストでデザインの複雑さが最小限のものから始まり、高額で技術的かつ専門的に設計されたものへと進んでいきます。

J型燃焼室と55ガロンバレル

私たちの設計は、主にこのレイアウトに基づいています。ベンチを通る8インチのストーブパイプが排気管として機能します。これらのシステムのドラフトにより、燃料エネルギーを最も効率的かつ完全に使用できます。J型燃焼により、燃料は下から上に向かって燃焼し、水平の炎は90度のライザースタックの周りを移動しながら高濁度に達します。^[4]

燃焼効率と熱伝達効率

ラリー・ウィニアルスキ博士が考案したロケットストーブは、断熱された火室と短い煙突（14インチ）を特徴としています。木灰などの低質量断熱材は、燃焼温度を高く保ち、燃焼効率を向上させます。また、燃焼温度が高いため煙が大幅に減少し、木材の節約にもつながり、より効率的なストーブになります。^[5]

ソルユニット ロケットストーブ

私たちのビジョンとプロジェクトの範囲により、この例の設計面のいくつかが最終的なベンチ レイアウトに組み込まれました。

総費用 = 700ドル

材料: 耐火レンガ110個、55ガロンドラム、リサイクルされた給湯器コア、約20フィート8インチ径¼インチ鋼管、コンクリート、軽石、数トンのコブ^[6 ]

コブの基礎

コブは建築に使用された最初の土質材料とみなされています。1400 年代のコブ建築は今日でも残っており、コブが長持ちすることを思い出させてくれます。^[7]最も一般的な形態は、強度のための粘土、収縮によるひび割れを減らすための砂、凝集性を生み出すための水を組み合わせたものです。^[8]これら 4 つの材料を組み合わせると、簡単に可鍛性があり、自己乾燥する媒体が作成されます。藁は混合物の重量を減らしたり、乾燥プロセスを助けるなどの他の機能を提供しますが、その主な目的は引張強度を提供することです。したがって、引張強度特性がある限り、多くの材料を藁の代わりに使用できます (例: ハーブ、松葉、さまざまな種類の草)。

コブの作成とミキシング

コブの作成は、場所、手元にある材料、環境的および経済的合理性、好み、時間の余裕、および望ましい結果に特化しています。媒体の極端な変動性のため、コブの混合の普遍的な標準はありません。^[9]検討から、わらと水を多く含む混合物は、収縮が最も大きくなる傾向があることがわかっています。^[10]したがって、わらと水の含有量に留意し、さまざまな混合物のサンプルレンガを作成し、タスク、手元にある材料、および望ましい結果に最適な組み合わせを決定します。ただし、研究と経験を通じて、大規模な混合プロセスは防水シートの上を歩いて行われます。

湿気の影響（メンテナンス上の懸念）

カリフォルニア州アルカタでは、年間の半分以上にわたって湿度が高く、降水量が多いことはよく知られています。^[11]これは、アルカタが米国西海岸の北カリフォルニアに位置しているためです。水分と湿度は乾燥速度に影響を及ぼし、混合物を変化させ、主に石膏で見られる予期しない収縮と乾燥の結果を引き起こす可能性があります。^[12]ここでも、さまざまな配合の石膏サンプルを作成し、後で決定されるテストにかける必要があります。実際のところ、アルカタの気候は、コブで作られた構造物が数年間の頻繁な使用に耐えることを可能にします。^[13]

R値を理解する

R 値は、材料の熱抵抗を測定します。これは、一定期間に 1 単位の熱が 1 単位の面積を通過する温度差として表すこともできます。土を使用して RMH 内の熱を捕捉することは、基本的に、異なる R 値を使用して、燃焼室から放出される熱放射とストーブのパイプ全体から放出される熱放射を捕捉し、座席ベンチを加熱することです。

InspectApediaは、さまざまな断熱材とさまざまな一般的な建築資材を含む包括的なR値表を提供しています。^{[14] [15]}

熱力学

熱、温度、熱エネルギー 熱エネルギーは、原子や分子がエネルギーの形として運動することによって生じるシステムのエネルギーです。この意味では、システムは孤立した環境でも熱エネルギーを維持できます。熱力学の第一法則によれば、熱エネルギーを変化させる仕事や熱は、圧力、体積、温度、その他の変数も変化させます。これは、ロケットストーブの煙突内の高圧によって極度の熱が発生し、それを周囲の隔離された容器に押し上げる仕組みを説明しています。これは、狭い空間で高い燃焼温度を得るために不可欠です。^{[16] [17]}

建設プロセス

ロケットストーブ

プロジェクトは、ロケット ストーブの設計、構築、試作から始まりました。これは、まず耐火レンガを J 字型に配置して、ロケット ストーブの燃焼プロセスをより効率的にすることから構成されていました。この J 字型が完成したら、試作品を小さな火でテストし、目に見えるひび割れがあっても、安定した一貫したドラフトを得ることができました。燃焼室の試作品全体を通して、全体的な J 字型は維持されましたが、レンガのパターンと配置は、モルタルで固定する前に数回変更されました。

私たちはこのシステムを、8 インチのストーブパイプ熱伝導を使用して構築しました。RMH 全体で断面積を測定して維持することが重要です。給水室の開口部の断面は、最終的に 5 インチ x 7 インチ (A) になりました。燃焼管の断面寸法は 4 インチ x 5.5 インチ (C) です。煙突ライザーの断面寸法は 5 インチ x 5.5 インチ (F) です。ライザー煙突の上部と 55 ガロンドラムの間のスペースは約 1.5 インチ (G) でした。これらの寸法は、システム全体で適切なドラフトと吸引を得るという点で非常に重要です。私たちが使用した優れた参考資料は、Ianto Evans の本^[18]で、55 ガロンバレル プロジェクトに必要な正しい寸法について説明しています (35 ページから 42 ページを参照することを強くお勧めします)。システム全体の高さは約 42 インチ、背後の壁からの高さは 40 インチです。

寸法を固めた後、樽とストーブパイプを所定の場所に配置し、生の粘土で隙間を一時的に塞いでシステム全体のプロトタイプを作成しました。システムを希望の温度 (パイプに触れることができる温度以上) まで上げることができました。デザインが確定し、合意に達し、プロトタイプが完成したら、最終的なモルタルでモルタルを塗る段階に移りました。

J 燃焼室でレンガを固定するために使用される耐火セメントのレシピを以下に示します。

モルタル混合物に耐火粘土を使用することで、燃焼室（バレル内）内の予想される温度に耐えられるモルタルが実現します。最後に、バレルの外側にはストーブ ペイント（定格 2,500F）を使用して、マット仕上げの美しい外観を実現しました。

コブベンチ

ベンチの全体的なアイデアは、コブの使用量をできるだけ少なくすることでした。ベンチの構造的完全性に影響を与えないコブに壊れた使用済みのレンガを挿入することで、コブの混合 (重労働の作業) を減らす一般的な方法を実践しました。さらに、底近くに 2 インチの風化花崗岩層を追加しました。この充填方法は、多くの専門家が提案するほどには活用されておらず、コブを何度も何度も作る必要がありました。

断熱に関しては、ベンチの底部と背面には、熱損失を減らすために、より高い R 値バリアが必要でした。断熱目標を達成するために、最初のコブ層の前に、コンクリートの上に約 3 ～ 4 インチの厚さのストロー スリップ (粘土、水、ストロー) を敷きました。ストロー スリップは、ベンチの最初の 20 インチの部分で、ベンチの背面と暖炉の間にも敷かれました。ベンチの層の断面図は、底部から順に、3 ～ 4 インチのストロー スリップ、1 層のコブ、2 インチの風化花崗岩の層、ベンチの残りの部分はコブ、その間にレンガとアーバナイト (そしてもちろん、座席エリアの上部の 3/4 ほどのところにある 8 インチのストーブ パイプ ダクト) になります。

コブへの愛のために

私たちの粘土は、CCAT の現場で、改修中の温室とメイン ヤードの中央の両方から掘り出されました。CCAT は、適度な粘稠度、高品質、砂含有量の少ない茶色の粘土です。私たちは 5 ガロンのバケツを使用して、粘土と川砂の 3:1 の混合物を測定しました。

注意: この混合比率は、砂と粘土の品質によって異なります。メイソンジャーと小さじ 1 杯の塩を使って「振ってテスト」することをお勧めします。

• -コブの混ぜ方の説明-

1. ) 大型の丈夫な防水シートの上に砂を敷きます。
2. ）砂の上に粘土を置き、両者を乾式混合します。
3. ) よく混ぜたら、じょうろから水を加えて、柔らかくなるまで続けます。
4. ) 混合物が可能な限り均一で塊がないことを確認するために、裸足で作業してください。
5. ) ストローを追加します（最初はバスケットボールくらいの大きさです）
6. ) 混ぜて、混ぜて、混ぜて、混合物がコブパンの形になるまで水/ストローを加えます。
7. ) コブパンを腰から落としてテストすると、パンにひび割れや裂けが生じたり、平らになりすぎたりすることはありません。
8. ) 混ぜ合わせたコブをすべてパンの形にします。
9. ) コブが夢に現れるまで繰り返します。

コブライフハック

ふるい分けステーションは重要です。腰の高さ、2X4構造の頑丈な金属スクリーン、30ガロンのゴミ箱以上が適しています。

タープミックスとコブの反転方法は非常に効率的でした。タープを積極的に使用するより良い方法があるでしょうか?

各バッチ内で混ぜるには、合計 5 ガロンのバケツが適切な量でした。

乾燥しやすく、運搬しやすいように、コブの木の板を敷きます。

コブは時間をかける

コッビング作業の多くの時間は、チーム メンバーがそれぞれ 10 日以上のフルタイム作業に費やす必要がありましたが、私たちは追加の人員を投入しました。エンジニアリング 305 のクラスメート、CCAT の Volunteer Friday のボランティア、そして多くの親切な仲間との協力により、コッビングの収集、移動、ふるい分け、混合、塗布、成形という骨の折れる作業が可能になりました。これが 3 人で作業していたら、ベンチのコッビング プロセスだけで数週間のフルタイム作業が必要だったでしょう。

ステップバイステップの写真ギャラリーによる建設

• ファイル:ファイルファイル: RMH Cobb Bench Prototype @ CCAT.jpeg

  燃焼室の位置とダクトの大まかなレイアウトの初期プロトタイプ。材料の寸法を測定して調整します。

• 

  燃焼室から排気煙突までのわずかな上昇のためにダクトが組み立てられています。コブフットプリントのフレームワーク用のレンガとモルタル。

• 

  燃焼室の上にバレルを置いて最初のテスト燃焼を実施。システム全体を正常に燃焼しました。

• 

  底部基礎に対するわらスリップ断熱材 - 粘土と水の 4:1 の混合物に稲わらを加えます。

• 

  ENGR305 の学生約 20 名と集中的にコッビングを行った 1 日。ベンチ内部の正面の壁と約 10 ～ 14 インチの内部充填が完了しました。

• 

  コブを塗布してから約 5 ～ 6 営業日後のコブのステージ 3。フィード チューブにキャットを追加します。コブはバレルの縁まで続きます。

• 

  Ben Nyguen によって、バレルの周りにさらにコブが追加され、マウスのカップ ホルダーが追加されました。コブ付けの 7 日目、右から左への適用を続けます。

• ファイル:Team Rocket Power Cobb Stage 5、CCAT のクローズアップ.JPG

  餌箱の近くにいる猫とネズミのクローズアップ。本当に壮大です...

料金

以下の予算の内訳は、プロジェクト用に設計されたすべての代替案を網羅するように作成されています。表は 2 つの部分に分かれています。最初の部分は、ロケット ストーブの大量加熱コブ ベンチに必要な構造材料と天然材料で構成されています。2 番目の部分は、ベンチを通して熱/排気を伝達するスチール ストーブ コンポーネントのため、より高価です。私たちのチームは、寄付、無料、または回収した材料を可能な限り調達したいと考えています。ストーブの配管は予算の中で最も高価な部分ですが、中古のストーブの配管は安価で、品質に疑問があることも認識しています。そのため、品質が保証された新しいストーブを購入する動機があります。

以下に、ロケットストーブの大量加熱コブベンチを構築するために必要なコンポーネントとその現地コストを示します。

ベンチと石膏材料

総予算額: 356 ドル

提案されたタイムライン

コブは非常に時間のかかるプロセスであるため、建設プロセスの準備に積極的に取り組むことが非常に重要です。当社が提案するタイムラインでは、建設が始まるかなり前にチームがコブの混合物と石膏の配合をテストすることを計画しています。

手術

当社の RMH コブベンチは、維持し、持続的に作動させるには、少しの愛情が必要です。このストーブは、一般的な薪ストーブの始動方法とは大きく異なり、知っておくべき重要な特徴があります。このストーブを、あなたのお尻、そしてできればたくさんのお尻のために、心地よく暖める方法について、以下のステップバイステップのマニュアルを注意深く読んで検討してください。

説明書

RMH コブベンチを効率的に点火する方法。このビデオでは、ロケットストーブの火を適切に点火して維持する方法をより視覚的に詳しく説明しています。>>>> CCAT ロケットストーブ マスヒーテッド コブベンチ 2019 <<<<

2

火口燃料は常に乾燥した場所に保管してください。最初に追加する木材は鉛筆サイズの割り木です。

3

火が点火され、ドラフトがシステム全体を通過すると、すべての燃料が垂直に追加されます。

4

新聞紙は、ドラフトを開始したり、着火材に火をつけるためにのみ使用してください。他の紙には、燃焼室の内部にクレオソートを蓄積させる化学物質や添加物が含まれています。

5

これは火を起こすために最初に使う薪のサイズです

6

燃焼が進み熱くなってきたら、より大きな破片を垂直に追加します。

7

火が熱体を温めるにつれてベンチがどのくらい熱くなるかを感じ取ってください。ベンチ全体がお尻を温めるのに適した温度に達したら、燃料の追加を止めて火を消します。

8

友達を誘ってベンチに座り、暖かさを楽しんでください。熱質量と R 値について話し合ってください。一緒に暖かいお尻を楽しんでください。郡で最もクールな (または最も暖かい ;) ベンチに触れながら、CCAT の革新性に感心してください。好きなことをしてください...

メンテナンス

これは、CCAT の従業員と現場のファシリテーター向けに、Team Rocket Power が必要と考えるメンテナンスの詳細なスケジュールです。RMH ストーブでよく見られる主な問題は次のとおりです (発生確率順)。

*燃焼室内の火の始動と維持のトラブル、*逆火と不適切な通風、ストーブダクト内の灰の蓄積、*燃焼室内の灰の除去、*燃焼室および/またはダクト内の動物の巣作り、*ストーブパイプと排気煙突の錆、

ロケット ストーブとコブ ベンチのメンテナンスには、毎週水が溜まっていないか確認することが必要です。ストーブ トップには水が溜まり、石膏とコブが侵食され始めます。大雨のときに水が溜まる可能性のあるもう 1 つの場所は、給水室、カップ ホルダー、スチール バーベキューの下の背もたれの後ろの場所です。この場所をチェックして、溜まった余分な水を吸い取ることをお勧めします。システム内に余分な灰が溜まっていないか確認するために、毎月クリーン アウト キャップをチェックすることをお勧めします。毎年、ショップ バキュームを使用してバレルから灰を吸い出してください。ひび割れや侵食が明らかな場合は、石灰石膏のメンテナンスが必要です。内部のコブに水が浸み込まないように、毎年たっぷりと石灰を塗る必要があります。

Schedule

Follow routine check-ups on the entire RMH system to ensure the maintenance problems listed above do not happen.

Daily

*Check for built up water in cupholders, behind the bench, and on top of the stove.*Make sure feed chamber cap and chimney cap are in place.

Weekly

*Clean outfeed chamber of any ash and debris.*Check cleanout cap and stove piping for any blockage.

Monthly

*Use shop-vac and clean out the cap to suck out excess ash and debris. *test fire to ensure the system is working properly.

Yearly

*Use a chimney scrub to clean the stovepipes of ash and debris.*Repaint exhaust and stove top with stove pipe as needed. *Apply generous coats of lime wash to maintain waterproof coat and plaster strength.

Every other year

*Fix plaster if cracking. replace tiles if falling out.*Replace flashing on exhaust, or replace exhaust if rusting.

References

ページデータ

の一部	Engr305 適切な技術
キーワード	ccat アクティブ プロジェクト、ccat、ロケット ストーブ、コブ、ベンチ
持続可能な開発目標	SDG11 持続可能な都市とコミュニティ
著者	ロレンツ・ヘルナンデス、エイダン・ベロー、ベン・グエン、マイケル・ペレス
ライセンス	CC-BY-SA-3.0
言語	英語(en)
翻訳	中国語、韓国語
関連している	2 つのサブページ、14 ページのリンクはこちら
インパクト	ページビュー数 1,868 (以上)
作成	2019年2月10日エイダン・ベロー
最終更新日	2024年6月18日フェリペ・シェノーネ
引用元	Lorenz Hernandez、Aidan Belleau、Ben Nguyen、Michael Perez (2019–2024)。「CCAT ロケット マス コブ ベンチ ヒーター」。Appropedia。2024年 9 月 12 日閲覧。
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