炭火に薪を追加しても燃えない、煙が出る、科学的にはどういう現象？

「低温の燻焼（smoldering）」が起きていて、揮発分は出るのに燃える条件（温度・酸素）が足りず、未燃の粒子やタールが煙になって出ています。

吸熱で温度が落ちる

薪が冷たい／湿っていると、まず乾燥（水の蒸発潜熱 ≈2.3 MJ/kg）で大量に熱を奪う。

次に熱分解（乾留）が始まるが、これも基本は吸熱。炭床の温度が下がり、炎が起きにくい。

酸素が足りない

炭は酸素不足だと CO を多く出す（C + 1/2 O₂ → CO）。この CO も温度が足りないと燃えきらない。

煙の正体（未燃物と微粒子）

低温の熱分解で出たタール滴、未燃の炭化水素、すす（微小炭素）、水蒸気、有機酸などが、火炎に入らず凝縮エアロゾル＝白／灰色の煙として見える。

いつ「炎」になるか

十分な温度（薪表面が着火温度域に達する）と十分な酸素（対流・ドラフト）が同時に満たされると、揮発分に拡散火炎がつき、煙は急に減ります。

炭火は何度？

赤く熾っている炭の表面はだいたい 600–900 ℃。

送風や強いドラフトがあると1000–1200 ℃まで上がり得ます。

その温度で木材が乾留されてもガスに火がつかない？

木の乾留ガスはまず炭表面の還元雰囲気（酸素ほぼ無し）で生まれます。

可燃下限（LFL）はおおよそ H₂ 4%, CH₄ 5%, CO 12.5%（v/v, 空気中）

発生直後は極端に燃料過濃で燃えません。

空気を巻き込むと可燃域には近づくが、室温の空気で希釈されて温度が数百℃スッと下がり、自着火温度（例：CO ≈609 ℃, CH₄ ≈537 ℃, H₂ ≈500–585 ℃）を割って失火。

なるほどね

拡散火炎とは

拡散火炎（diffusion flame／非予混合火炎）は、燃料と酸素（空気）が最初は混ざっておらず、界面で拡散しながら混ざった“その場”で燃える火です。ろうそく、空気穴を閉じたバーナー、薪や炭の上で立つ炎、油のプール火災などが典型例。

拡散火炎：混合が遅く、混合（拡散・渦混合）が燃焼速度を律速。界面の当量（ストイキ）面に薄い反応層（フレームシート）ができる。

燃料リッチ核（ガス発生源の近傍）—O₂が乏しい

反応層（フレームシート）—混合比が当量になる薄膜で主反応が進む

外側の酸化帯—CO/H₂/すす等の二次酸化

反応層の局所温度は、当量近傍なら理論火炎温度 ~ 1700–2100 ℃（燃料による）に近づくが、実際は放射・希釈で低下。

薪・炭の現場では、ガスが当量面で≳800–1000 ℃まで上がり、十分に酸素が巻き込まれると拡散火炎が安定して立ち、煙が減る。混合不足や冷却で600–800 ℃域だとタール酸化が追いつかず白/黄煙になりやすい。

なるほどね、炭火の低い側600℃だと分解してガスは出るがそれが炎になってくれない、800~1000 ℃とかになるとよい

コツ

炭床がさくら色（≈700–800℃）以上のときに追加。

一度に少量（体積で現状の10–20%）→周縁で予熱→中心への二段投入。

ベストタイミング: 置いた枝が1–2秒で着火する状態。

これが大事そう、1本入れて着火するかどうか見て、まずそうなら引き上げよう

確認しないでたくさん入れると温度が下がってしまう

周縁で30–90秒“炙って乾かす”→水蒸気が止んだら立てかけて炎先端にかぶせる。

1–2本ずつ、格子状に置いて隙間を作る。太い枝は割って比表面積↑。

木を炭火に乗せたときの温度帯

〜100 ℃：乾燥（自由水の除去）

H₂O(l) → H₂O(g)（蒸発潜熱 2.26 MJ/kg）

150–200 ℃：脱酢酸など（へミセルロース初期分解、酢酸やメタノール発生）

200–260 ℃：へミセルロース熱分解（CO₂、酢酸、軽質ガス）

240–350 ℃：セルロース熱分解（レボグルコサン＝タール主成分、CO、CO₂、H₂、CH₄）

280–500 ℃：リグニン熱分解（フェノール類・芳香族タール）

300–400 ℃：木材表面の自己着火温度帯（条件依存）

400–600 ℃：チャー（炭）酸化が優勢、赤熱開始

≥600–800 ℃：揮発分・CO/H₂の二次燃焼が進み炎が安定（タール分解も進む）

≥700–900+ ℃：タール熱分解・すす酸化が進んで煙が減少

目視目安：暗赤550–650 ℃、さくら色730–800 ℃、オレンジ930–1000 ℃

代表的な化学反応（25 ℃基準・標準反応熱）

乾燥・熱分解（吸熱・発煙源）

乾燥：H₂O(l) → H₂O(g)　+40.7 kJ/mol（= 2.26 MJ/kg）

木材熱分解（模式）：(C₆H₁₀O₅)ₙ → C_(s) + タール + CO + CO₂ + H₂ + CH₄ + …（吸熱、生成物は条件依存）

表面（固体）での炭/木炭の反応

完全酸化：C + O₂ → CO₂　−393.5 kJ/mol

不完全酸化：C + ½O₂ → CO　−110.5 kJ/mol（酸素不足で増える）

ブドワール反応：C + CO₂ → 2 CO　+172 kJ/mol（強い吸熱→床温低下）

水性ガス反応：C + H₂O(g) → CO + H₂　+131 kJ/mol（吸熱→床温低下）

気相での二次燃焼（炎側）

COの酸化：CO + ½O₂ → CO₂　−283 kJ/mol（**約≥600 ℃**で速くなる）

H₂の酸化：H₂ + ½O₂ → H₂O(g)　−242 kJ/mol

メタンの酸化：CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O(g)　−802 kJ/mol

自己着火・燃焼の温度目安（条件で変動）

木材表面：約300–400 ℃

CO：約609 ℃

H₂：約500–585 ℃

CH₄：約537 ℃

タール蒸気：組成依存だが**概ね≥300–500 ℃で着火しやすく、≥700–800 ℃**で分解・燃えやすい

なぜ「薪を足すと煙る」のか（数値感）

含水20%の薪1 kgだと、水0.2 kgを100 ℃まで昇温（≈63 kJ）+ 蒸発（≈451 kJ）で≈0.51 MJを奪う。

さらに木質部（≈0.8 kg）を25→300 ℃へ上げるだけで≈0.33 MJ（比熱≈1.5 kJ/kgK仮定）。

合計**≈0.8 MJ以上の吸熱で炭床温が600–800 ℃域から落ちやすい**。

温度が**<600–700 ℃に落ちるとCO二次燃焼が鈍化**、揮発分が炎に入れず、タールが凝縮して白/青煙が目立つ。

さらにCO₂/水蒸気が炭と反応（ブドワール／水性ガス、いずれも吸熱）→追い打ちで冷える。

要するに、吸熱（乾燥・熱分解・ガス化）で温度が落ちる＋一時的な酸素不足で、

「発生ガスの気相燃焼に必要な ≥600–800 ℃」に届かず→未燃のタール/すす＝煙が出ます。