SIGG Firejet의 내연소 문제의 해결방안과 불조절 문제, 그리고 몇 가지 참고사항

[백련(이영수)]

SIGG Firejet의 내연소 문제와 관련한 내용입니다.  Firejet의 연료로 석유와 휘발유 뿐만 아니라 가스를 사용하기 위한 작업을 하면서 버너부 내부에 인입되는 공기량의 조절을 위하여 스페이스를 만들어 튜닝한 적이 있는데요. 파이어젯에 사용하는 연료를 가스까지 확대하였으니 활용도는 더할나위 없이 좋아졌는데 휘발유든 가스든 버너부가 가열된 상태에서 발생하는 약한 불에서의 내연소가 문제였습니다.

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이 내연소의 문제는 미국이나 일본의 스토브와 관련한 포럼에 많은 내용이 등재되어 있는데요. 파이어젯은 버너부의 제트노즐과 불꽃확산기의 간격이 크고 불꽃 확산기와 버너부의 틈이 커서 약한 불에서는 휘발유나 가스 모두 내연소가 일어나는 구조적인 문제가 있었고 사용자들의 평가 중에 가장 불만스러운 점이었습니다. 내연소 문제가 드레인 호스로 인한 렉타임과 맞물려 불조절이 어렵다는 등 이런저런 말들이 많은 것이 사실입니다. 라면을 끓이는 데에는 약한 불이 거의 필요치 않지만 약한 불에서 내연소가 일어나면 바닥이 얇은 코펠로 밥을 지어 뜸을 들이기가 어렵게 되죠. 밥을 주식으로 하는 한국인에게 밥을 지을 때 밥이 탄다면 좀 문제가 있다고 생각합니다. 파이어젯이 백패킹에 특화된 스토브로 스타일리시한 외관과 다양한 연료를 사용할 수 있는 장점이 있다 하더라도 밥을 지을 때 밥이 타는 스토브라면 문제가 있는 것이죠. 가스 연료까지 사용할 수 있는 Firejet의 내연소 문제가 해결된다면 참 좋겠는데... 파이어젯을 약한 불에서 버너 내부로 인입되는 산소량을 최소한으로 줄이면 내연소가 방지되지 않을까? 하는 생각을 했습니다. 

위 사진은 파이어젯에서 가스를 사용하기 위하여 직경 9.5mm, 높이 6.5mm로 동파이프를 잘라서 버너부의 공기 인입량을 일정 부분 차폐하기 위해 만든 스페이서입니다. 가스 연료로 연소 테스트를 하면서 발견한 내용인데요. 이 스페이서를 버너 내부에 삽입하면 휘발유에서는 내연소가 완전히 없어지지만 가스 연료로 약불에서 발생하는 내연소가 현저히 줄어들기는 했지만 완전히 없어지지는 않았습니다. 내연소는 버너 내부에 기화된 연료가 인화될 정도의 산소가 있기 때문에 내연소가 일어나는데 인입되는 공기를 더 줄이면 되지 않을까 하는 생각이 들더군요. 그래서 스페이서를 다시 만들어 봤습니다. 위 사진의 스페이서는 부탄이나 프로판가스를 사용할 때 인입되는 공기량의 최적화에 초점을 맞추어 만들었는데 거기에 더하여 내연소까지 방지할 수 있도록 목적을 확대한 것이죠. 스페이서의 높이를 0.5mm 씩 높게 하여 인입되는 공기량을 좀 더 줄이도록 했습니다.

왼쪽부터 외경 9.5mm에 높이가 6.5mm, 7.0mm, 7.5mm입니다. 스페이서는 버너부의 불꽃 확산기를 열고 안에 넣으면 됩니다. 버너부에 인입되는 공기량이 많으면 불꽃이 날리며 연소음이 커지고, 적으면 연소음이 작으나 붉은 불꽃이 생기는데요. 휘발유, 부탄가스, 프로판가스를 겸용하며 모든 연료에서 내연소를 방지하기 위한 최적화 테스트 결과 높이 7.0mm 스페이서가 가장 적합했습니다. 석유는 테스트를 해보지 않았지만 석유를 연료를 사용할 때에는 스페이서의 높이를 좀 더 낮추는 것이 좋지 않을까 생각합니다. 석유는 좀 더 많은 공기량의 인입이 필요하니까요. 버너부의 조립 상태에 따라 높이가 달라질 수도 있습니다.

스페이서를 넣기 전후의 모습입니다. 조절 레버는 'B'의 위치로 완전 개방 상태. 레버를 'A'의 위치로 하면 인입구가 50% 차단됩니다. 안에 연료를 분사하는 제트노즐이 보이는데 제트노즐에서 기화된 연료가 분사되면서 인입된 공기와 섞여 상부의 불꽃 확산기로 분출되어 연소되죠. 파이어젯과 같은 멀티 퓨얼 스토브는 분사되는 연료의 종류와 양에 따라 연소음을 최소한으로 줄이며 연소 효율을 극대화하기 위한 인입 공기량의 조절이 필요한데, 파이어젯을 설계한 Kurt Zimmerli는 캠핑용 스트브로서는 드물게 사용 연료에 따라 버너부에 공기 인입량을 조절하기 위한 가변조절 밸브를 설계한 것이죠. 그러니 이 가변조절밸브와 연료의 분사량을 잘 조합하여 활용하면 다양한 연료를 사용하면서 파이어젯의 약점인 내연소의 문제를 완전히 해결할 수 있는 것입니다. 제가 생각하기에 이 방식이 연료의 종류에 따라 제트 노즐을 교체하는 것보다 좀 더 혁신된 아이디어라고 생각합니다. 파이어젯은 버너부 뿐만 아니라 펌프도 모든 부품을 작은 동전 외에 별도의 연장 없이 모두 손으로 분해조립이 가능하도록 만들어져 있습니다. 그래서 사용하는 연료의 종류에 따라 노즐을 교체하는 방식을 적용하지 않은 것이 아닐까요? 버너의 구조상 노즐의 교체는 별도의 연장이 필요하니까요. 내연소의 방지를 위해서는 공기 인입의 차폐를 위한 스페이서를 버너 내부에 만들어 넣은 다음, 버너부를 바닥에 톡톡 쳐서 원판이 밑으로 내려오게 한 후, 공기인입 조절 밸브를 적적히 조정하여 사용하면 됩니다. 휘발유와 부탄가스 그리고 LPG 연료를 사용할 때 발생하던 약한 불에서의 내연소 문제와 불 조절 문제가 깨끗하게 해결됩니다.

지난 8월 말, ebay에 민트급 파이어젯이 지그 연료통의 가장 작은 크기인 300ml  두 개와 같이 매물로 나왔더군요. 저는 필요한 300ml 연료통 한 개를 먼저 구입했는데, 최근의 경매 낙찰 가격에 비해 파이어젯은 그리 높은 가격이 아닌데도 닷새가 지나도록 팔리지 않더라고요. 그래서 제가 구입했습니다. 일본의 파이어젯 자료를 보면 마니아 층에서 다소 인기는 있지만 연소음, 화력, 약한 불에서 퍽퍽거리다가 불이 꺼지는 문제, 그리고 불 조절의 문제로 뭐... 별로라는  평가가 많거든요. 저는 파이어젯의 원래의 펌프킷이 어떤 구조를 가졌는지 좀 궁금했고, 스페이서 삽입으로 내연소 문제가 해결되었기 때문에 하나 더 있어도 좋겠다고 생각했습니다. 또 자료를 보니 파이어젯은 시기별로 세 가지 버전이 있던데 매물로 나온 것은 단종될 당시의 후기형이라 어떤 점이 개선되었는지 궁금하기도 했고 사용 연료를 석유, 휘발유 뿐만 아니라 가스까지 범위를 확대했으며, 퍽퍽거리는 연소음 문제, 화력 문제, 불 조절 문제, 내연소 문제와 같이 기존에 알려져 있던 문제점들이 모두 해결되었기 때문에 이렇게 멋진 개념을 가진 스토브는 하나 더 있어도 좋을 것 같았습니다. 배송대행지에 모아서 묶음배송했고 국제 배송료는 $11.16이었습니다.

불을 한두 번 붙여봤음직한 상태 좋은 파이어젯이 300ml 연료통 두 개와 함께 배송되어 왔습니다. 클리닝 니들과 석유 예열을 위한 심지는 없는데요. 사용하는 데에는 지장은 없습니다. 펌프의 가느다란 연료 이송관이 빠진 것 외에 흠잡을 데 없는 상태입니다. 부품으로 펌프와 같은 소재의 합성수지 링이 있던데 이건 어디에 사용하는 부품인지 도무지 감이 오지 않네요. 혹시 아시는 분 계시면 알려주시면 고맙겠습니다.

궁금했던 파이어젯의 펌프. 가느다란 연료 이송관이 빠져 없어진 것 외에 흠잡을 데 없이 깨끗합니다.

펌프의 구조뿐만 아니라 소재도 궁금했는데요. POM입니다. Poly Oxy Methylen의 약자로 듀폰에서 개발한 소재인데 폴리아세탈이라고도 합니다.  우수한 강성, 강도, 탄성을 가지고 있고, 고온이나 저온에서 탄성 회복도 좋기 때문에 350kg/㎠ 정도의 응력까지는 금속과 함께 사용할 수 있는 엔지니어링 플라스틱입니다. 내마멸, 내마모 특성도 우수할 뿐만 아니라 자기 윤활성도 있어 접동부의 무윤활상태에서도 사용할 수 있는 POM은 스토브의 펌프로 더할 나위 없이 적합한 합성수지라고 할 수 있겠죠. 내유 특성은 말할 것도 없습니다. 

오랜 기간 사용하지 않은 것이라 중요한 부위는 모두 다시 정비를 했습니다. 파이어젯 사용자들의 말들이 많은 연료 조절밸브는 밸브의 물매가 좀 급하기는 하지만 외형상 연료 조절에 문제가 없는 구조인데 왜 그럴까요? 일단, 연료가 닿는 부위라 수세에 강한 듀폰 크라이톡스로 정비를 했습니다. 합성수지의 변형을 유발하지 않으며 우주선과 같은 극한의 환경에서 사용하는 그리스입니다.

기름기가 없는 가죽 펌프컵과 피스톤 실린더에는 오일을 소량 주입하고... 파이어젯 펌프는 분해 정비에 연장이 필요치 않고 모두 맨손으로 분해하여 정비할 수 있는 구조입니다. 재미있는 경험이었습니다.

파이어젯은 세 가지 버전이 있는데 기존에 사용하던 중기형에 후기형이 추가되었습니다. 초기형은 실물을 보지 못했지만 자료 사진으로 보면 스테인리스 스틸 피복의 드레인 호스가 아닌 피복이 없는 합성수지 호스를 사용했고 버너부와 펌프부는 이후의 버전과 크게 다르지는 않은 것 같습니다. SIGG 연료통의 용량은 300ml, 600ml, 1,000ml, 1,500ml 네 가지가 있는데 백패킹을 위한 파이어젯에 어울리는 용량은 300ml이며, 오토캠핑에 어울리는 용량은 1,000ml입니다. 프리머스 에르고 펌프를 끼울 수 있는 제일 작은 연료통은 600ml네요. 300ml는 좀 작았습니다.

자료를 찾아보니 위 사진의 모델이 초기형인데요. 드레인 호스에 피복이 없는 것 이외에 중기형과 다르지 않아 보이고, 드레인 호스 양단의 커넥터의 모양을 보면 호스를 교체할 수 있도록 제작되어 있는 것으로 보입니다. 호스가 낡아지면 커넥터를 탈거하여 교체할 수 있는 이 구조가 더 좋은 것으로 생각되는데요... 암튼 그렇습니다. 

중기형과 후기형은 외형상 크게 달라진 것은 없고... 

소소한 것의 차이가 있는데요. 위가 중기, 아래가 후기형이고... 공기 조절밸브의 스토퍼 형태가 후기형은 핀의 형태로 바뀌었고... 커넥터의 나사산이 후기형이 하나 더 많은 정도입니다. 자료를 보면 후기형에 밸브 스토퍼가 없는 것도 간혹 있다고 하던데 구입한 것은 핀 모양의 스토퍼가 있는 것입니다.

가장 큰 차이점인 불꽃 확산기의 원판 모양인데요. 외형은 동일하나 후기형은 원판이 주름진 형태입니다. 이 원판은 뒤집어져 있는 캡의 내부로 쏙 들어가는 크기인데 캡 위쪽으로 끼워진 상태로 버너부에 장착되면 안 됩니다. 그렇게 끼워진 상태에서는 불꽃의 모양이 좋지 않을 뿐더러 버너부가 가열된 상태에서 약한 불로 조절하면 내연소가 쉽게 일어나기 때문입니다. 원판은 아래 사진과 같이 밑으로 내려와 버너부에 닿아 있어야 불꽃의 모양도 이쁘고 불꽃 확산기의 틈이 줄어들어 그 말 많은 약불에서의 내연소 발생도 줄어듭니다. 버너를 바닥에 톡톡 내려쳐서 원판이 아래로 내려오게 한 후 점화하면 됩니다.

사진과 같이 아래쪽 후기형의 주름진 플레이트는 버너부와의 틈새를 줄여서 내연소가 다소 줄어들었고, 위쪽의 중기형보다 가늘고 섬세한 파란색 불꽃이 길게 뿜어져 나와 보기에 더 좋습니다. 파란색 파이어젯의 불꽃은 특이한 형태여서 장점 중의 하나로 꼽는 사용자가 많죠. 이 원판은 캡 속에 들어가 있으면 안 되고 사진과 같아 이렇게 버너부에 밀착되어 올라간 상태가 정위치 입니다. 후기형은 주름을 버너부에 맞춰줘야 하는데 바닥에 톡톡 쳐서 원판을 내리고 캡을 살짝 돌려보면 감이 옵니다.

망실된 펌프의 연료 이송관을 외경 3mm 내경 2mm의 PTFE 튜브를 잘라서 만들어 끼웠습니다. PTFE 튜브는 내부에 이물질이 달라붙지 않아서 요즘 3D 프린터 부품으로 많이 사용하나 봅니다. 예전보다 가격도 싸졌고 구입하기도 쉬웠습니다.

그리고, 아래의 내용은 파이어젯과 관련한 몇 가지 참고사항입니다.

- 사용 연료에 대하여...
석유, 휘발유를 주 연료로 사용할 수 있으며 연결 어댑터를 활용하면 가스를 연료로 사용할 수 있습니다. 석유의 사용은 바람직하지 않습니다. 예열을 오래 해야 합니다. 가스는 부탄가스, 이소가스, 프로판가스를 사용할 수 있습니다.

- 파이어젯의 예열에 대하여...
버너의 구조(카뷰레터 파이프)가 예열에 효율적이 구조가 아니고 바람막이가 없어 특별한 경우가 아니고서는 예열을 충분히 해야 하는 석유를 연료로 사용하는 것은 바람직하지 않습니다.(바람막이가 없지만 바람이 많이 부는 환경에서는 그릇 받침대를 펼치지 않은 동그랗게 버너부를 싸고 있는 상태에서 에열을 하면 됩니다.)  석유 사용을 위한 예열은 오래 해야 하며 오래 해도 불꽃의 안정에 시간이 걸립니다. 예열을 할 때는 연료통의 연료를 조금 올려서 예열하는 것보다는 그을음이 나지 않는 알코올로 예열하는 것이 바람직합니다. 알코올이 없을 때는 액체연료를 조금 올려서 예열을 하더라도 가급적 알코올로 예열하는 것이 그을음이 끼지 않고 좋습니다. 가스를 연료로 사용할 때 굳이 액출을 하지 않아도 10,000 BTU 이상의 충분한 화력이 나옵니다. 캬브레터 파이프가 충분히 가열된 상태에서 액출방식의 연소가 가능합니다. 

- 약한 불에서의 내연소에 대하여...
파이어젯 사용자의 평가대로 약한 불에서 내연소가 쉽게 일어나며 가장 큰 단점입니다. 버너부가 가열되지 않은 상태에서는 내연소가 발생하지 않으나 가열된 후에는 약한 불에서 내연소가 아주 쉽게 일어나는 경향이 있습니다. 내연소가 쉽게 일어나는 원인은 버너의 불꽃 확산기의 틈이 크고 제트 노즐과 불꽃 확산기의 이격이 클 뿐만 아니라 공기 인입구가 노즐의 아래쪽에 있지 않고 위쪽에 있는 것이 원인으로 추정됩니다. 불꽃 확산기의 원판이 주름진 후기 모델은 틈새가 줄어들어 약불에서 내연소가 좀 덜해졌으나 완전히 없어진 것은 아닙니다. 파이어젯에서 내연소를 방지하기 위해서는 버너부에 인입되는 공기량의 조절이 필요합니다. 버너 내부를 위의 내용과 같이 스페이서로 튜닝하여 인입 공기량을 조절함으로써 휘발유와 부탄가스, 프로판 가스를 사용할 때 약불에서 발생하는 내연소 문제를 해결할 수 있습니다. 외경 9.0mm, 내경 8mm, 높이 7mm 동파이프로 스페이서를 만들어 버너 내부에 넣어 인입 공기량의 일부를 차폐하고 가변 조절밸브로 공기량을 조절하면 휘발유, 부탄가스, 프로판가스를 연료로 사용할 때, 약한 불에서 일어나던 내연소 문제가 완전히 해결될 수 있습니다.  

- 불 조절의 어려움에 대하여...
파이어젯은 연료통이 버너부에 붙어있지 않고 연료통이 버너부와 떨어져 있으며 드레인 호스를 통하여 연료가 버너에 공급되는 기종입니다. 연료 조절 밸브가 버너부에 붙어 있는 것이 아니라 연료탱크 쪽인 펌프에 장치되어 있는 구조라서 조절 밸브로 연료의 공급을 줄이더라도 버너의 불꽃 세기가 즉시 줄여지지 않습니다. 연료탱크에서 밸브를 통하여 압출 방식으로 공급되는 연료의 양을 줄이더라도 액화된 상태로 드레인 호스를 통과하는 연료는 버너부의 기화기 역할을 하는 카뷰레터 파이브(SIGG Firejet 설명서의 용어)에 나사 방식으로 직결되어 있어 액체 상태의 연료가 기화될 때 발생하는 부피 팽창 압력 때문에 제트 노즐에 미치는 압력은 즉시 줄어들지 않기 때문입니다. 반대로 연료의 공급을 늘리면 즉시 압력이 제트 노즐에 영향을 주기 때문에 불꽃의 세기가 바로 세지게 됩니다. 바로 이런 구조적인 연료 조절밸브의 렉 타임(Lag Time) 때문에 불 조절이 어렵다고 하는 것이며, 드레인 호스의 길이가 길면 길수록 렉타임이 길어지는 것은 당연합니다. 불 조절 시, 늘릴 때는 바로 커지나(드레인 호스로 연료 통과 시간은 필요함) 줄일 때는 위와 같은 이유에서 바로 줄어들지 않습니다. 불의 세기를 약한 불로 줄일 때의 요령은 일단 밸브를 완전히 잠가서 불의 세기가 줄어들게 한 다음에 조금씩 불을 키우는 방식으로 조정하는 것입니다. 나사식 연료 조절 밸브의 물매가 가파른 것도 조절의 어려움을 더하는 요인이 되는 것 같습니다. 연료 조절 밸브가 연료통 쪽이 아닌 버너 쪽에 장치되어 있는 옵티머스 노바와 같은 기종보다는 불 조절이 확실히 어렵습니다만 불조절이 되지 않는 것은 아닙니다.노바와 같이 불조절 밸브가 버너부에 위치하는 경우 접어서 수납할 수 없기 때문에 깔끔하게 접히지 않는데 이것은 장단점이 있는 것 같습니다. 

- 드레인 호스의 커넥터가 약하다는 평가에 대하여...
드레인 호스의 커넥터를 분해하여 보면 호스 내부로 삽입되는 바브가 가늘고 좀 짧기는 하지만 문제가 될 정도로 약한 구조는 아닙니다. 다만, 카뷰레터 파이프에 직결되는 커넥터가 버너부에 바짝 붙어 있어 커넥터가 과열될 가능성은 있습니다. 드레인 호스와 오링의 소재인 FKM이 230도 이상에서는 열변형이 일어나기 때문에 이 커넥터가 과열되지 않도록 사용하는 것이 필요합니다. 별도의 접이식 바람막이로 버너부를 둘러싸더라도 이 커넥터 부위는 열어두어 방열이 될 수 있도록 해줘야 합니다. 커넥터의 온도가 230도 이상 올라가면 오링과 드레인 호스의 소재가 열화되어 수명이 단축될 수 있으니 커넥터가 과열되지 않도록 주의가 필요합니다.    

- 화재 위험과 안전에 대하여...
파이어젯을 사용하기 위해서는 조립이 필요하고, 수납을 위해서는 펌프의 분리가 필요합니다. 연료통에 펌프를 체결하고 드레인 호스로 연료통과 버너를 연결해야만 사용할 수 있습니다. 드레인 호스 방식의 스토브라 연료탱크의 과열에 비교적 안전하다고는 하지만 펌프와 커넥터 등의 부위에서 연료의 누설 위험이 있습니다. 연료탱크의 과압을 방지하기 위하여 펌프의 피스톤을 통하여 과압된 기체가 분출되는 구조로 설계되어 있다고 설명서에 나와 있지만 그것은 펌핑동작에서의 얘기이며, 일단 가압된 생태에서 연료탱크의 온도가 올라가며 발생하는 팽창압력을 체크밸브를 통하여 과잉 압력을 배출하는 구조는 아니니 연로탱크가 가열되지 않도록 유의해야 합니다.

[뒷산레인져(김보섭)]

너무 어렵습니다. 초보에겐.......이해가 다 안되지만 정독했네유^^

[백련(이영수)]

파이어젯 사용자라면 겪고 있는 문제점이라 그리 어렵지 않을 텐데요. 동영상을 한번 만들어 볼까 하다가 그만뒀습니다. 스토브와 관련한 일반적인 내용도 아니고 날씨도 썰렁한데 밖에 나가 불 붙이기도 귀찮더라고요. 관심 가지고 봐주셔서 고맙습니다. ^^

[박포수(박양희)]

좋은정보 감사합니다.
수고하셨습니다.

[백련(이영수)]

파이어젯에 가스연료를 사용하고 계시는군요. 사용하고 계시는 어댑터는 클래식스토브 포럼에서 사진으로 본적이 있습니다. 스페이서를 만들어 넣으시면 부탄가스를 사용하실 때 약불에서 퍽퍽 거리며 내연소가 발생하는 문제점이 깨끗하게 해결 될 거에요. 가스를 사용하면 냄새가 나지 않아 실내에서 사용하기에 제격인 것 같습니다.