효율 좋은 화목 난로 만들기

[옵져버]

강력한 화력을 내는데는 원리가 있습니다.

로켓스토브 작동 동영상

화덕의 귀환의 저자

김성원 선생님의 Rocket Stove연소 이론에 글입니다.

로켓스토브Rocket Stove의 장점과  열에너지 이용

1. 장작을 똑바로 세울 수 있기때문에 장작 끝에 연소점을 집중시킬 수 있다. 중력에 의해 자동으로 장작이 연소실 밑으로 타 들어간다.

2. 로켓스토브의 연소실 구조는 급격한 각을 가진 'J' 자 형태이다. 이러한 형태 때문에 낮은 연소실 입구로 차갑고 무거운 공기가 빨려들어가고 높은 열기상승구(수직 연통)쪽으로 뜨겁고 가벼워진 열기가 밀려 올라간다. 'J'자 형태의 연소부 구조가 로켓스토브의 핵심구조라 할 수 있다.

3. 연소실과 연소로가 단열처리 되어 있어 고온을 유지하게 되고 완전 연소된다.  (단열 = 고온= 완전 연소 = 고효율 = 화목 절감)

4. 열기가 상승하게 되는 수직연통(열기상승구)이 내장되어 있고 단열재로 감싸져 있어 고온을 유지하고 화염과 열기의 흐름을 로켓처럼 가속시킨다.

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연통의 역할과 열기의 흐름

  야외에서 장작 더미에 불을 붙이면 휘발성 나무 기름과 나무 가스가 발생하면서 여기에 불이 붙어 지속적으로 연소된다. 장작불은 지나치게 화력이 높기 때문에 가까이 가기 쉽지 않을 뿐 아니라 주위에 오래 앉아 있으면 연기 때문에 눈이 아프고 눈물이 나기 싶다. 나무 연기는 냄새는 좋을 지 모르나 대부분이 유독 가스이기 때문에 해롭다.  장작불 가까이 있는 사람만 따뜻하고 대부분의 열을 공기중으로 급격히 사라진다.

  장작더미에 연통을 세우면 연통은 연기와 불꽃을 빨아들인다. 연통 안쪽이 연통 바깥쪽 보다 온도가 높기 때문에 연통 안쪽의 공기가 더 가볍고 뜨꺼워진다. 상대적으로 연통 주변의 공기는 온도가 낮고 무겁기 때문에 연통 아래로 모였다가 연통 속으로 빨려 올라가게 된다. 이때 연기와 불꽃, 열기가 함께 연통 속으로 빨려들어가게 된다. 흡입력은 연통의 높이와 화력에 따라 달라진다. 화력에 높을수록 연통을 높일 수 있다. 연통이 높고 상대적으로 온도가 낮은 경우나 연통 높이가 낮고 온도가 높은 두 경우 모두 같은 효과를 기대할 수 있다. 연통의 높이가 비록 낮다고 하여도 연통을 단열해서 온도를 높이면 강력한 흡입력을 갖게 할 수 있다.

  화목난로는 난로 안에 장작을 넣고 불을 붙인다. 장작이 연소되면서 집 안의 차가운 공기가 화목난로의 입구를 지나 장작 사이를 통해 밀려들어온다. 장작불에 의해 뜨거워진 연소 가스는 연통을 통해 배출된다. 차가운 공기, 즉 산소 공급이 부족하게 되면 장작은 불완전 연소된다. 차가운 공기가 너무 많이 공급되면 고온의 연소가스가 희박해진다. 또한 화목 난로 안의 연소실 온도가 낮아진다. 연소실 온도가 떨어지면 역시 불완전 연소가 일어난다. 화목 난로가 제대로 구실을 하려면 연통의 온도가 높아야 한다. 그러나 만약 연통의 대부분이 건물 밖에 있다면 상당한 열을 공중으로 날려보내게 된다. 화목 난로의 열을 최대한 잡아 두기 위해서는 화목난로 안에 내장 배기지연판(내장 댐퍼) 을 달아두는 것이 효과적이다. 내장 배기지연판(내장 댐퍼)을 단 것 만으로도 연통을 통해 실외로 빠져나가는 배기가스 온도를 낮출 수 있다. 실외로 빠져나가는 연기의 온도가 낮다는 것은 그 만큼 집밖으로 날려보내는 열에너지가 준다는 걸 의미한다.

로켓스토브의 내장 연통

  로켓스토브가 다른 화목난로와 확연하게 다른 점은 수직연통(열기상승구)이 화목난로 안에 내장되어 있다는 점이다. 이렇게 연통을 내장하게 되면 배기 가스의 열을 최대한 자체에 잡아둘 수가 있고 연통을 고온으로 유지할 수 있을 뿐 아니라 강력한 흡입력을 갖는다. 기본형의 로멧스토브 안에 내장된 수직연통의 높이는 보통 91.48cm 정도이다.  이 수직연통(열기상승구) 안의 온도는 대략 섭씨 640~970도 정도이다. 고온의 배기가스는 수직연통을 감싸고 있는 열교환기 드럼통을 통과하면서 온도는 섭씨 257~367도까지 떨어진다. 열교환기 드럼통을 통해 열이 방안의 공기를 데우는 데 사용되기 때문이다. 그 다음 축열체로 사용되는 흙침대나 흙의자 밑의 수평연통을 지나면서 다시 32~92도 정도까지 식는다. 이때 열은 흙침대나 흙의자에 저장된 후 방안으로 열을 서서히 방사한다. 이러한 과정을 거쳐 집 안을 충분히 데운 후 마지막으로 차가워진 배기가스가 집밖 연통을 통해 배출된다.

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5. 열복사, 대류, 축열(열전도) 난방 기능이 결합되어 있어 최대한 화목난로의 열에너지를 동시에 이용할 수 있다. 

6. 열기를 연소실에서 연소로, 열기상승구(수직 연통), 열교환 드럼통, 흙의자나 흙침대, 방바닥 밑으로 밀어 보낼 수 있다. 즉 공간난방과 바닥난방을 겸할 수 있다.

7. 연소부와 축열부가 기능적으로 연결되어 있어 열을 오랜 동안 저장할 수 있으며 자연적인 가구의 역할을 한다.

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열복사, 열전도, 대류

  열은 항상 열평형을 이루려는 성질이 있다. 즉 뜨거운 물질은 항상 보다 차가운 물질을 데워서 같은 온도로 만들려는 성질을 갖고 있다. 열평형은 열복사(방사), 대류, 열전도를 통해 이뤄진다.

  열복사(방사)는 열에너지가 곧바로 공간으로 전달되는 현상이다. 마치 태양빛이 온 대지를 따뜻하게 하는 것처럼 뜨거운 물질로부터 열에너지가 공간으로 쏘여진다고 생각하면 이해하기 쉽다. 다만 화목난로에서 방사되는 파장이 긴 열에너지는 사람이 볼 수 없다. 열복사 에너지는 모든 방향에서 열을 흡수하거나 반응하는 물질을 만날 때까지 직선으로 움직인다. 열복사의 가장 큰 단점은 표면만을 가열시킬 수 있다는 점이다. 만약 어떤 장애물이 놓여 있다면 그 뒤에 있는 물질은 가열되지 않는다. 마치 뜨거운 여름에도 햇빛을 가린 그늘 아래 있으면 시원한 것과 같은 이치이다.

  대류는 공기나 액체의 흐름과 순환을 통해 열을 전달하는 현상이다. 화목난로 위의 공기는 뜨겁게 달궈지고 방 위로 올라간다. 다시 차가워진 공기는 방 바닥으로 내려오게 된다. 이러한 대류가 반복되면서 집 안의 공기가 따뜻해지게 된다. 대류 난방의 가장 큰 단점은 주로 위쪽이 따뜻해진다는 점이다. 대류난방기를 사용할 경우 대부분 천정 쪽이 가장 따뜻하다.

  열전도는 접촉에 의해 열이 전달되는 현상이다. 열전도는 항상 뜨거운 물질에서 차가운 물질로 열평형을 이루면 일어난다. 열전도는 대류와 달리 위 아래 옆 어느 방향으로든지 일어난다. 돌이나 흙의 경우 밀도가 높을 수록 열전도가 빨리 일어난다. 석회석이나 벽돌은 중간 정도이다.  돌이나 흙은 열을 빨리 흡수하지만 일단 뜨거우지면 서서히 열을 집안으로 방출한다. 단열재는 열이 전달되는 속도를 늦추는 물질이다. 열전도에 의한 열전달을 늦추기 위해서는 밀도가 작고 가벼운 물질을 사용하면 된다. 대부분 가볍고 밀도가 낮은 물질은 그 안에 공기가 차 있는 공극이 있다. 잘 알려진 화학단열재인 스치로폼은 말 그대로 공기주머니 덩어리라 볼 수 있다. 사실 공기는 가장 훌륭한 단열재인 셈이다. 공극이 많은 부석이나 질석은 열전도가 가장 늦게 일어난다. 부석이나 질석의 공극 안에 있는 공기가 열전도를 방해하기 때문이다. 때문에 이러한 경량광물을 단열재로 많이 사용한다.

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8. 특히 완전 연소에 가까울 정도로 연소효율이 높아  장작 사용량을 획기적으로 줄일 수 있다.

9. 경제적인 비용으로 만들기 쉽다.

 몬타나주 미줄라에서 개최된 워크숍에서 시현된 나무 박스에 로켓 메스 히터

연소시  불이 강하게 빨려 들어 가는 로켓 메스 히터의 연소실

[환농꾼]

좋은정보 감사합니다.

[별~~밤]

좋은내용 감사드립니다.
로켓스토브에 관심을 가지고 자료를 모으고 있는데요.
궁금한점 몇가지 질문드립니다.
1.화목투입규 단면적은 비율에 맞추고 길이를 크게한후(약 1M) 뚜껑을 닫아 밀폐시키고 연소구 앞에 가변형 공기유입구를 설치한다,
2.위와 같은 방법으로 연소로나 연도의 비율보다 화목투입구를 조금크게하여 나무를 조금 크거나 굴곡이 있는 나무도 가능하도록 한다
이렇게 하면 로켓스토브의 단점인 나무의 제약에서 어느정도 자유로ㅇ워지지 않을까요?.

새해복많이 받으시고 건강하세

[옵져버]

많이 공부 하셨네요 불편한점을 잘알고 계시네요
1. 기존이론과 구조에 집착해서 많은 스토브를 만들어 보았습니다 대안적인 방법으로 화구입구를 키우고 높이를 늘이고 대신 말씀하신대로 재청소구 쪽에서 미세한 공기 투입구를 만들어 문제를 해결 했구요
대신 철저하게 밀폐된 뚜껑을 제작해서 올리셔야 합니다 그렇지 않으면
장작 투입구가 오히려 굴뚝에 역활을 하게되어 장작에 불이 붙어 올려 타게 됩니다 또한가지 장작 투입구를 연소시 열게 될때 반드시 공기 구멍을 막고 열어야 불의 역류로 인한 화상 위험을 방지 할 수 있습니다. 마지막으로 연료 투입구는 항상 차게 유지 되어야 전체 불의 흐름에 방해가 되지 않습니다

[별~~밤]

로켓스토브의 원리를 이용한 화목보일러를 만들면 어떤문제가 있을까요?.
보일러 규격 600*1200*1500(폭*길이*높이)

1.화목투입구를 150*180 *1000 규격으로 만들고 뚜껑으로 밀폐시킨다.
2.연소부 앞쪽에 가변형 공기유입부를 만든다.
3.연소부 아래에 재 청소부를 만들어 연소된 재가 자동으로 아래로 떨어지도록 한다.
4.수직상승관 높이를 700MM 하고 3 PASS 방식으로 한다.

위와 같이 만들면 어떤문제가 있을까요?.
아무래도 수직상승관 길이가 쨟고 단열이 않되서 문제가 있을까요?.

옵져버 님의 인터넷 강의와 자료들을 통해 많은것을 배우고 있읍니다.
감사합니다

[옵져버]

단열이 안된 열기 상승관에서는 상승 압력이 상당히 떨어 집니다.
열이란것이 연소실과 최고 온도점에서는 1400도 까지 올라가는데.
바로 한면만 넘어가면 700~800도 까지 떨어 지거든요..(물론 온수나 보일러 데울 열량은 충분 합니다만)
거꾸로 타는 원리로 만들어진 화목 보일러에 관한 자료를 본적은 있습니다.
관심있게 깊이 보지는 않았구요..
요즘들어 화목 보일러에 관한 흥미가 또 생기고 있습니다.
벽난로의 연소실 구조를 접목한 구들에 관한 실험이 끝나면..
한번 열심히 공부 해서 자료 올려 드릴께요.

[휴매니스트]

좋은내용 감사합니다^^
많이 배우겠습니다

[우학]

정보 나눔에 감사드립니다

[황금붕어빵]

좋은내용 감사해요^^!!!!

[꺼야]

좋은 정보 감사 드립니다 펌하여 공부하고 실험 해 볼까합니다.

[꼴짜기]

대단들 하십니다

[달아미]

올려주신 글은 잘 보고 있습니다.
감사드리며....

드럼통은....고열로 오랜 시간 지나면 삭을텐데요....
몇 년 지나면 재시공해야 하는지요?
아니면 다른 방법은....

그리고
위는 바닥난방까지 겸할수 있어 좋은데
열장고...로 바닥난방(침대 정도) 가능할까요?
연통으로는 열랑이 많이 나가지 않으니 어려울듯 하지만...연료를 많이하면 가능할지요..

[옵져버]

적정기술은 항상 주변에서 구하기 쉬운 소재와 저렴한 시설 비용에 관점을 맞추다보니까.
내구성이 떨어지는 드럼통을 사용 하는것이 사실입니다.
처음 보급을 할 때 드럼통으로 교육을 하다 보니까 현재는 아예 드럼통으로 하는 것이 일반화 되었구요
조금더 내구성이 있는 소재들로 생각해 볼 필요가 있습니다,
요즘은 자료를 찿아 보면 상당히 발전된 소재들로 시설을 하고 계시더군요.
열장고의 연통을 연결해서 폐열을 재 사용 하는 경우로
열량을 높인 열장고에 구들에 연결해서 침대로 시설을 해본 경험은 있습니다.
상당히 만족해 하시구요

[옵져버]

3월 초에 벽난로의 연소실과 구들을 결합해서
효율 높은 구들을 만들어 보는 실험적인 워크숍을 계획하고 있습니다.

[navi(나비)]

와~~~!!! 워크숍 기대하겠습니다~!!

[달아미]

귀촌을 하고....
난로와 보일러 등에 대해 몇 달 동안 조금씩 공부해 보니 전체적인 그림이 잡힙니다.
이제 설치한 곳을 둘러보거나
교육을 받아 올 봄에 제작하려 합니다.

3월의 워크숍에 시간이 맞게 되면 참석하고 싶습니다

옵져버님과 많은 분들의 노력과 열정에 깊이 감사드립니다...^^

[난쟁이]

올려주시글 정말 유익하게 보고있습니다. ^^
정말 궁금한게있는데요.. 사실 챙피해서 여쭙기도 그렇네요.. 제가 워낙 초짜라 이해를 바랍니다. ^^;

난로의 연통이 여기저기 자료들을보면 모두 굵은데.. 구경이 작은것으로하면 안되나요??
어떤 단점이 있는지 궁금하네요..
죄송합니당~~!!! ^^;

[옵져버]

불이 빠져 나가는 전 과정의 단면적의 비율은 불의 역류와 연기의 역류에 영향을 미치며
전체 화력에 상당한 영향을 미칩니다.
연통쪽으로 빠져 나가면서 단면적이 조금씩 늘어 나야지만 배출이 원활해 지는 것입니다.

[청송1]

감사합니다

[섬진강풀빛]

옵져버님의 열정과
깊은 식견
노력에 찬사를 보냅니다.
늘,
건강하세요.

[지니투]

많이 배웁니다.......

[문수행]

좋은정보 감사합니다.

[호남/뷰티 팜]

좋은정보 감사하구요...스크랩해 갈게요... 전 오늘 처음봤습니다..우연히 요즘 화목보일러와 로켓 스토브가 대세인거 같아서...ㅎㅎ 이제부터라도 공부좀 해야겠습니다..

[산내들농장]

좋은 정보에 감사 드립니다.
3월 워크숍시 메일좀 부탁 드립니다...
꼭 참석해서 배우고 싶습니다..

[도시여안녕반갑다고향아]

만들어보고 싶은 마음이 간절합니다. 좋은 자료 정보 감사합니다.

[세상을내품에]

감사합니다

[행복남1(울진,평택)]

간단한 원리이지만 귀농하신 분들은 정말 좋은 정보이지요 감사드립니다. 배기쪽에 부하를 걸리게 하고 팬을 달면 어떨런지요 자동or반자동 ^^;;

[금병산 소하]

저도 궁금이 많아 한번 보고싶네요 3월 워크샵에 초청메일 부탁해요 꼬옥

[art_house]

자료 감사합니다..

[우산장수]

옵저버님 정말 감사합니다.
많은 도움 되었습니다..^^ 스크랩해갑니다

[TMB120]

고맙습니다

[스카이장비]

자료 감사드려요

[명천미가(경주)]

혹시 만들어서 판매하시는 분도 계신가요?
가게에 하나 놓고 싶어서요...