CCAT rocket stove/zh

这台改良燃料炉（或称火箭炉）是加州州立理工大学洪堡分校工程305课程的期末专案。该计划的目标是为加州州立理工大学洪堡分校校园内的适用技术中心建造一台示范火箭炉。这台火箭炉将作为改良型燃料炉技术和发展的范例；参观中心的学生和公众将了解世界各地改良型燃料炉的设计、功能和需求。

火箭炉也能让中心居民使用传统生质燃料烹饪，进而减少他们对石油能源的依赖。值得注意的是，火箭炉是为世界各地依赖生物质燃料烹饪的人设计的。已开发国家没有必要使用火箭炉。采用现代烹饪方式的已开发国家不会面临传统烹饪方式带来的健康和环境问题。这款改良燃料炉由丹尼尔·莫耶和泰勒·琼斯设计、制造和测试。

人们越来越依赖生物质作为烹饪燃料，这阻碍了现代烹饪方式的普及。发展中国家的人们渴望拥有像美国郊区常见的那种现代化的、自清洁的、对流式下吸式炉灶。许多人认为现代烹饪方式较为合适。现代烹饪方式燃料转换率高，产生的空气颗粒物也更少，然而，对石油的依赖限制了现代烹饪方式的适用性。

改良型炉灶旨在解决传统三石灶对环境和社会造成的负面影响。改良型炉灶提高了燃料利用效率，并减少了室内烹饪环境中的污染排放。改良型炉灶采用金属外壳和隔热材料，将炉膛完全包裹起来。改良型炉灶改善了热传递和燃料燃烧，从而成为高效清洁的燃木炉。

设计

设计原则

1. 结构良好的火箭炉能保证空气流通。因此，确保空气流通路径均匀至关重要。烟囱、燃烧室和裙边缝隙的横断面积应该相同。
2. 如果氧气无法流通，火就会熄灭。建造燃烧室时，必须为燃料设置一个搁架。这样，新鲜空气就能从下方进入燃烧的燃料下方。
3. 烟囱应该短一些，刚好位于烹饪锅上方。这样可以让热气更快流经整个系统。
4. 热量会从燃烧室辐射出来。为了提高效率，请在燃烧室周围进行隔热。

素材

火箭炉主体的制作材料取自回收的金属桶。一个旧柠檬油罐被裁剪成合适的尺寸，用作炉裙。隔热燃烧室由购自当地陶器用品商店的陶瓷隔热砖构成。燃烧室透过18号不锈钢板固定，并用3/8英寸的五金件连接。火箭炉的五金零件包括机螺丝、螺帽、垫圈和自攻螺丝；所有五金零件均购自当地五金商店。

物料清单

施工步骤

1

方形燃烧室由隔热砖砌成。砖块用钢锯切割成型。密封材质采用耐热腻子。

2

金属支架支撑著一个金属薄壳，将燃烧室固定到位。金属薄壳是用锡剪剪裁而成，边缘用螺丝固定。

3

用钻头和锡剪在枪管上切出一个与金属外壳尺寸相对应的方形孔。燃烧室外壳装入孔中，两侧突出。

4

枪管外壳牢固地固定在一根横跨枪管的金属梁上。这根金属梁两侧用L形支架固定。

5

为了隔绝燃烧室，会在桶内倒入蛭石。这种隔热材料填满了燃烧室和桶身之间的空隙，并一直填到燃烧室顶部。

6

我们在燃烧室顶部开口处安装了一个金属架。这个金属架呈圆形，与枪管内部完美契合。金属架上有一个方形切口，与燃烧室顶部开口的位置相对应。这样一来，气体可以穿过切口，但又能将其与枪管下半部隔开。金属架用L型支架和螺丝牢固地固定在枪管外侧。

7

我们在桶的上半部制作了一个裙边。这个裙边环绕着烹饪锅，底部和侧面留出一些缝隙。裙边是用一个罐头盒做的。我们用锡剪在罐头盒底部剪出一个方形开口，用来引导热气。罐头盒的顶部则用往复锯完全切开。裙边用螺丝和垫圈固定在架子上。

8

将锅子插入桶顶的开口中。我们用锡剪出一个圆孔，然后用方形钳和木槌小心地将金属向下弯曲成直角。这样锅子就密封得更好了，开口也不会有锯齿或尖锐的边缘。

9

我们在桶的上侧开了一个孔，然后用螺丝将一个圆形金属烟囱固定在孔上。

10

使用我们的火箭炉时，在燃烧室内燃烧燃料，并将锅子放在炉裙内。

测试

测试对于火箭炉专案至关重要。测试应贯穿炉灶专案的整个生命周期。改良型炉灶的评估有助于确定该型号是否具有市场竞争力、生产成本是否已降至最低，以及是否需要改进。 “对炉灶进行仔细测试，有助于更准确地了解如何制造更好的炉灶。如果没有实验和测试，炉灶的开发就只能基于推测。”仅靠能源效率方面的技术进步并不能确保成功。炉灶计划必须辅以适当的计划设计、实施和完善的机构支援。如果没有适当的测试，炉灶工程会对改良型炉灶的效率抱有不切实际的期望。在受控的实验室环境下进行测试时，炉灶专案可能会高估改进型炉灶的效率。改良型炉灶在实际家庭环境的表现往往不如实验室检验结果。 “在实验室中实现的燃料节省量通常与实际使用条件下的节省量几乎没有关系”^{[ 1 ]}。许多在受控实验室环境下进行的炉灶专案实现了燃料消耗量降低75%。但在对早期炉灶计划进行审查后，人们对改良型炉灶的燃料效率预期已大幅降低。 “目前，炉具领域的大多数人都认为，燃料消耗量减少50%已属重大成就，而节省25%甚至更少的燃料量就应该感到满意了。”^{[ 1 ]}实验室环境对于改进型炉具的设计和初步测试至关重要；而实地测试则能确保最终产品的设计和制造符合规范。设计一款符合当地文化的炉具对于确保炉具计划的成功至关重要。

测试类型

在测试炉灶时，我们想了解烧开水需要多长时间以及消耗多少木材。我们还检查了炉灰，以确定木材是否完全燃烧。最终，我们进行了三种类型的测试。

1. 我们分别进行了冷水烧开和热水烧开的测试。热水烧开是指在木柴已经燃烧的情况下开始测试。水的初始温度为63度。
2. 我们保持水沸腾30分钟。直到最初将水烧开的木柴全部燃尽，我们才开始计时。这样可以获得更精确的结果。

结果

1. 将四升水加热至 108 华氏度（约 42 摄氏度）耗时 13 分钟，消耗了 0.36 磅（约 0.1 公斤）木材。^这是从冷启动（初始未燃烧任何燃料）开始的。初始温度为^华氏62 度（约摄氏 17 度），最终温度为华氏 170^度（约摄氏 77度） 。
2. 从高温开始，用 10 分钟和 0.56 磅木材将相同体积的水加热到 149^华氏度。起始温度为华氏 63^度，最终温度为华氏 212^度。
3. 从高温开始，花了 11 分钟和 0.72 磅木材将 6 升水加热到 146^华氏度。起始温度为华氏 64^度，最终温度为华氏 210^度。
4. 要让六升水保持沸腾半小时，需要0.18磅木材。初始温度为华氏212^度，最终温度为华氏210^度。

结论

我们的测试结果表明，该专案取得了成功。首先，我们注意到空气流通非常好。我们从未遇到进气不足或烟雾从燃烧室倒流的问题。这使得生火非常容易。此外，我们很高兴地看到几乎没有灰烬残留。木柴燃烧充分，温度很高。虽然炉顶在火势旺盛时会变热，但蛭石对炉底的隔热效果非常好。炉子的下半部从未烫手，炉底甚至从未发热。一旦炉火燃起，就必须定期照顾。除了在燃烧过程中添加木柴外，还必须不断地将燃烧的木柴推入燃烧室深处。我们的炉子非常有效率。用我们的炉子煮意大利面大约需要一磅木柴，而且只比普通炉子多花几分钟。透过使用大量的木柴并产生较大的火焰，可以快速烧开水。用较少的木柴也能烧开同样多的水，但需要更长。刚开始加热水需要很多木柴，但维持水沸腾只需要很少的木柴。一磅木柴大约能让六升水沸腾两个半小时。炉子燃烧时，锅子和炉裙会积聚很多烟灰。需要定期清理这些烟灰。

在制作火箭炉的过程中，我们学到了一些重要的东西。首先，完全可以用回收材料制作这种炉子。最难找到的是五金配件。其次，不用电动工具也能制作火箭炉。我们可以用铁锤和钉子代替电钻，也可以用钢锯代替往复锯。我们只用过一次往复锯，用来切割炉裙。正如我们所预料的那样，炉顶会很烫。如果把炉子放在另一个桶子里并做好隔热，使用起来会更方便。就我个人而言，我宁愿忍受高温，也不愿在炉子上花更多功夫。如果有孩子使用炉子，滚烫的金属表面可能会很危险。我们这个炉子唯一缺少的就是一个搁板，用来放置燃烧的长木柴。

世界各地的人们在未来很长一段时间内都将继续使用生物质燃料。使用改良型炉灶有助于控制对环境和人类社会造成的外部成本。 “越来越多的生物质燃料将被购买并在购买的炉灶中燃烧，这似乎不可避免。”^{[ 1 ]}节省燃料可能并非推广改良型炉灶的主要驱动因素。改良型炉灶之所以有效，是因为它们让烹饪更快速、更安全、更干净。改良型炉灶可以保护儿童免受明火烫伤的危险，减少呼吸系统疾病，并且燃烧更充分，不产生烟尘。

2011年9月更新

洛根·沃德和埃里克·拉斯穆森

9月11日，我们去CCAT参观了火箭炉，查看它的运行状况并更新了页面。炉子状况良好，但仍有一些地方可以改进。自建成以来，火箭炉经历了一些细微的改变。最近，它重新粉刷了一遍。此外，烟囱也加长了许多。正如您从之前的照片中看到的，原来的烟囱比较短。新的烟囱高得多，顶部还加装了烟囱帽。我们还留下了一份塑封的说明牌，可以挂在烟囱周围，向人们介绍火箭炉的用途以及相关的知识。

更新测试

我们和丹碰面并测试了炉子。看起来这炉子已经好几年没用过了。

• 第一步是清洗锅具。
• 然后，我们收集了一些长度为1英尺到1.5英尺的引火柴。这些引火柴总重0.44磅。
• 之后，我们把锅子装满水，然后把它放在裙子里。
• 接下来，我们开始在燃烧室里燃烧木块。我们还在引火物中加入了枯草。
• 水在7分25秒内迅速沸腾。
• 水温经测量为华氏150度。

我们发现了一些问题。用于隔热燃烧室的蛭石已经老化，需要更换。此外，燃烧室和炉膛金属外壳之间存在一些细小的缝隙，这可能会降低锅周围的热量集中度，导致沸水温度偏低。这些缝隙可以用耐热密封剂轻松填补。另外，加长烟囱是否改善了瓦斯流动尚不清楚。如前所述，烟囱应该较短，刚好位于锅子上方，因此加长烟囱实际上可能阻碍了燃气流动。燃烧室内的砖块也可能需要更换。如果这台炉子经常使用，最好解决这些问题，确保炉子处于最佳运作状态。

2014年10月更新

由 Jacob Carroll-Johnson 和Carlos A. Sanchez更新

看起来火箭炉已经很久没用了。不用的原因主要是操作不便。它很难点火，而且点着之后也很难保持燃烧。锅底很容易烧焦。使用时还会冒出很多烟。天气也对它造成了很大的损害。我很遗憾我们没能测试一下它的实际效果。我们计划回去做一些测试，看看它和刚建成时相比有什么变化。测试完成后我们会发布结果。

我们继续进行分析。首先注意到的是烟囱和层压说明书都不见了。锈蚀严重，炉子受损尤为严重。炉顶和炉底受损最为严重。炉顶上有一些锈蚀穿透的孔洞，因此很快就需要更换。炉底也受到了影响，锈蚀似乎已经侵蚀了金属，现在底部非常薄。目前还没有出现孔洞，但可能不久就会出现。炉体结构似乎已经不太完整。接下来检查燃烧室。用于密封陶瓷砖的耐热密封胶几乎完全失效。底部的陶瓷砖状况也很糟。我们晃动底部陶瓷砖时发现只有一大块可以移动。我们也注意到燃烧室后部出现了裂缝。

另请参阅

• 阿普罗韦乔研究中心
• 拉里·温尼亚斯基的火箭炉
• WaterPod火箭炉

参考文献