동절기 연소기구(버너, 난방장치)의 선택과 안전에 대하여...

조금 골치아프지만, 우리 모두의 안전과 편의를 위해 중요한 얘기를 하고자 합니다.   캠핑용 취사용 버너 또는 난방기구에서 주로 사용하는 연료는 부탄, 프로판, 휘발유, 등유이다.   장비 선정함에 있어 먼저 연료를 알고 선택함이 중요하다.   먼저 동절기를 제외하고는 부탄가스가 구하기 쉽고, 가격 저렴하고, 장비 운영이 쉽고 간편하여 대다수가 가장 선호하는 연료임은 분명하다. 예를 들어, 국민가스기기인 부루스타, 코베아의 부탄가스용 버너, 난로 등 부탄가스를 사용하는 장비는 가격 또한 프로판가스 장비보다 대체적으로 저렴하다.   동절기를 포함한 사계절용으로는 프로판가스, 휘발유, 등유를 연료로 선택한다.   이 글에서는 프로판가스와 석유연료(휘발유, 등유)를 대상으로 이야기하고자 한다. 취사용 버너 또는 난방기구는 모두 연료를 연소시켜 필요한 열량을 얻기위한 장치이다. 따라서 연소의 기본개념을 먼저 알아본다.   연소(combustion)란 연료 중의 가연성분(탄소, 수소, 황)이 공기 중의 산소와 화합하여 산화되는 현상을 말하며, 이때 대부분의 경우 반응열을 발생시키는 발열반응이 일어나게 된다.   여기서 연료와 산소 그리고 점화원(불씨)을 연소반응의 삼요소라 한다. 연료(C, H, S) ＋ 산소(O2) = 연소가스 ＋ 열에너지(반응열)   완전연소는 산소가 충분한 상태에서 가연분이 완전히 산화되는 반응을 말하며, 각 가연성분이 반응시 아래와 같은 열량을 발휘한다. C ＋ O2 = CO2 ＋ 8,100 kcal/kg H2＋ O2 = H2O ＋ 3,050 kcal/Nm3 S ＋ O2 = SO2 ＋ 2,500 kcal/kg   불완전연소는 산소가 부족한 상태에서 가연분이 불완전하게 산화되는 반응을 말한다. C ＋ ½O2 = CO ＋ 2,450 kcal/kg   위의 연소열량에서 보듯이 연소 주성분인 탄소의 불완전 연소 시에는 유해가스인 일산화탄소가 발생할 뿐만 아니라 열량도 완전연소 대비 70% 정도의 손실이 발생한다.   하지만 연료와 산소가 충분하다고 해서 연소반응이 완전하게 일어나는 것은 아니다.   연료와 산소는 일차적인 필수요건이며, 이들과 더불어 다음과 같은 세 가지 조건이 충족되어야 비로소 완전연소가 일어날 수 있다. (1) 충분한 온도(Temperature) : 연소반응이 시작되기 위한 최소한의 온도 (2) 충분한 체류시간(Time) : 연소반응이 완결되기 위한 반응시간 (3) 충분한 혼합(Turbulence) : 가연분과 산소의 충분한 접촉 프로판, 부탄, 아세틸렌, 메탄 등의 가스연료의 연소에 있어서는 21%의 산소를 함유하고 있는 공기의 확산에 의해서 연소반응이 지배되는 '확산연소'가 이루어진다. 따라서 기체연료는 공기와의 혼합비율에 따라 연소속도가 다르게 나타난다.   휘발유, 등유, 경유 등의 액체연료의 연소에 있어서는 증발 기화된 액체연료의 증기가 공기와 혼합되면서 연소가 이루어지는 '증발연소'가 이루어진다. 따라서 액체연료의 연소장치에서는 대부분 분무 상태로 연소시키게 된다.     다소 골치 아팠지만 이상의 연소 기본개념을 가지고 연료 및 장비 선택의 포인트를 점검해본다. 여기에서는 이해를 돕기 위해 비교할 장비 대상을 단순화시켜 부엉이2구와 뉴테크버너를 예로 들었다. 에너지의 발열량은 기체연료가 높다. 프로판가스 12,000kcal/kg 부탄가스   11,800kcal/kg 휘발유      8,300kcal/l 등유        8,700kcal/l 경유        9,200kcal/l   따라서 동일한 량의 연료를 연소시에는 프로판가스를 이용한 장비의 발열량이 높다. (비중을 고려해도 결과는 비슷하다.)   부엉이2구(모델명: MH24T)는 미국의 Mr. Heater사에서 제작한 프로판가스용 야외 난방기구로 캠퍼들 사이에 인기가 높은 장비이다.   이 모델은 3단계로 화력이 조절되는 2개의 화구를 장착한 모델로 총 6단계의 화력조절이 가능하다. 2,020 - 3,030 - 3,530 - 4,030 - 6,050 - 7,060(kcal/h) 20파운드(9kg) 연료를 최대화력 연소시 15시간 사용 가능하다. 즉, 시간당 0.6kg 의 연료를 소비한다.   뉴테크버너는 실내용 백등유를 사용한 버너로 난로망을 씌워 취사는 물론이고 난방장치로도 사용이 가능한 다목적 연소장치이다.   이 버너는 880~5,300(kcal/h)의 화력을 발휘한다. 연료는 시간당 0.1~0.6리터를 소비한다.   두 버너의 화력 차이는 결국 에너지의 발열량 차이에서 기인한다.   두 연료의 가격은... 지역에 따라 다르지만 대략 미제 9kg통 또는 국산 10kg통 충전시 10,000원, 등유 10l에 9,500원 기준시 등유가 약간 저렴해 보이나, 발열량 차이를 감안시 비슷하다고 보아도 무방할 것 같다.(지역별 가격차이가 커서 정확한 비교 불가)   연료 구입과 수납면에서... 캠핑장비의 프로판가스 사용은 국내에서는 불법으로 태생적인 문제를 안고 있는 연료이다. 가스통을 구입하여 미리 충전해 사용하거나 또는 캠핑장에 배달시켜 사용할 수는 있으나 남는 가스를 버리기 아까워 현지에서 불법 재충전해 사용하는 현실을 감안하면 이 경우에도 가스통을 가지고 다녀야 하는 실정이다. 또한 외지에서는 가스충전소를 찾기도 어려울뿐더러 배달 자체도 쉽지 않다. 따라서 국내에서는 가스 충전이 익숙치 못한 캠퍼들에게는 다소 귀찮게 생각되는 연료이다. ※ 캠핑장에서 배달시킨 가스를 충전키트를 이용해 나누어 사용하는 경우가 많이 보이는데, 이는 불법으로 많은 회원들이 모여있는 캠핑장의 특성상 예기치 못한 사건이나 사고를 유발시킬 잠재적 위험을 가진 행위로 자제가 필요하다.   등유는 전국 대부분의 주유소에서 쉽게 구입할 수 있다. 따라서 캠핑장가는 도중 쉽게 구입할 수 있으며, 사용 도중 연료가 떨어져도 자동차가 있는 한 구하기는 어렵지 않다. 수납면에서 10kg 정도의 플라스틱 기름통은 같은 무게의 가스통에 비해 크기나 무게가 훨씬 작고 가볍다.   연소효율 면에서... 모든 연소기구는 완전연소를 위한 적정공기비가 존재한다. 공기비는 완전연소를 이론공기량대 실제공기량의 비율을 말하는데, (실제로 완전연소를 위해서는 이론공기량보다 실제공기량이 많아야 한다.) 연료가 기체-액체-고체의 순으로 완전연소를 위해 필요한 공기량이 많아진다. 이는 연료와 공기가 균일하게 접촉할수록 완전연소할 확률이 높음을 생각하면 이해가 되는 부분이다.   적정공기비 또한 가스연료는 1.1~1.2 액체연료는 1.15~1.3 정도로 가스연료는 액체나 고체연료보다 적은 공기로도 완전연소가 가능하다.   따라서 확산연소를 하는 기체연료가 증발연소를 하는 액체연료보다는 완전연소가 수월하다.   그러나 공기 흐름이 차단된 밀폐된 공간에서는 연속 연소시 어느 연료든 불완전연소가  발생하나, 우리가 주로 사용하는 야외환경에서는 공기의 완전한 차단이 어려워 불완전연소 가능성이 훨씬 낮아진다. 다만 가스연료보다 많은 공기를 필요로 하는 석유 연소장치의 특성상 불완전연소의 가능성은 좀 더 있음을 염두에 두고 텐트내에서 사용시에는 환기를 통한 충분한 공기 공급에 신경을 써야 한다.   프로판가스라서 실내 사용이 안전한 것이 아니라 액체연료 대비 조금 더 안전한 것임을 알고 가스연료 사용시에도 실내 환기를 시켜 주어야 한다.   어느 연료를 사용하든 취침시에는 충분한 환기장치를 해 두거나, 안전을 확실하게 하기위해서는 소화하는 것이 바람직하다.   캠핑용 모든 버너는 간이 연소장치이지, 산업용의 전문버너에 비할 바가 못된다. 따라서 대부분 연소전 연료에 공급되는 1차공기와 연소시 공급되는 2차공기를 공급받아 연소에 사용한다.(산업용버너는 연소후 재연소를 위한 3차공기도 사용)   부엉이는 연소되기 전에 가스관에 뚤린 구멍으로 유입된 1차공기와 혼합되어 연소를 시작하고 연소중에는 대기중의 공기와 접촉하여 연소에 필요한 2차 공기를 공급받는다.   석유, 휘발유버너는 무화를 위해 펌핑을 통해 주입된 공기를 1차공기로 사용하고, 연소중에 대기에 접촉되는 공기를 2차 공기로 사용한다.   이러한 부분은 연료 자체의 특성 차이 외에 장치의 설계차이에서 완전연소의 효율 차이를 만들어 낸다.   하지만 사용자는 육안으로 불꽃의 색(붉은색-노란색-파란색)을 살펴 장치를 조절함으로써 완전연소를 유도한다.   결국 어느 장비를 선택하든 사용자는 장비의 특성 및 조작법을 숙지한 후 사용해야 한다.     이상 장황하게 이야기했는데, 결론은... 어느 장비든 사용자는 자신의 사용 환경, 목적, 가격, 수납 등 장비의 특성을 고려하여 신중히 장비를 선택해야 하며, 이러한 선택은 모든 사람이 같을 수가 없다.   또한 캠핑용 가스 장비는 불법이며, 또한 지식 및 경험 부족에서 오는 사고의 위험성을 감안하여 신중한 접근이 필요하다. 선택시에는 가스에 대한 지식을 충분히 쌓아야 한다.     이 글을 읽는 분들은 부디 스스로 공부하여 자신에게 적합한 장비를 찾길 바라며, 어느 장비를 선택하든 항상 안전을 염두에 두고 캠핑하시길 당부드립니다.   "안전 제일!"     ※ 꼬리말: 이 글은 부엉이와 뉴테크버너를 예로 들었지만 장비선정에 있어 어느 장비가 더 낫고 못함을 비교함이 아닙니다.   연료와 연소장치 외에 가격, 수납성 등 기타 특성을 감안하여 다른 장비까지도 대상에 포함시켜 선택하시는데 도움이 되기를 바라는 것입니다.