薪で暖房する利点の 1 つは、ストーブ 1 つであらゆるニーズに対応できることです。薪ストーブは、私たちを暖かくしてくれるだけでなく、食事を調理したり、衣類を乾かしたり、冷えたつま先を温めたりすることもできます。しかし、あの黒い箱が温かいシャワーも浴びられたら素敵だと思いませんか?
実際、家庭用の薪給湯器は目新しいものではありません。1 世紀以上前は、多くのストーブにタンクが付属していました。しかし、「密閉型」の薪ストーブと加圧水システムの登場により、古いバッチ加熱技術のほとんどは後回しにされ、密閉サイクルに基づく新しい方法が開発されました。
ほとんどの給湯器アクセサリは、炉室または機器の煙突内に設置された熱交換器を使用します。このアプローチの最も優れた商用例は非常にうまく機能しています。炉が一日の大半稼働していれば、家全体にお湯を供給できます。ただし、安全のため、これらのデバイスはステンレス鋼（高価な商品）で作られていることが多く、暖房システム内で発生する可能性のある非常に高い温度に耐えられることを確認するために圧力テストを受ける必要があります。そのため、優れた内部熱交換器にはかなり高額な値札が付いています。一方、自家製の内部部品は、蒸気爆発によるやけどを起こすことで有名です。
また、炉室や薪ストーブの煙突から熱を取り出すと、残念な副作用が生じる可能性があります。火から直接 Btu を取り出すと (炉室熱交換器を使用)、燃焼効率が低下します。不完全燃焼の生成物が凝縮する温度以下に冷却されると (燃焼室または煙突熱交換器を介して)、大量のクレオソートが蓄積される可能性があります。間違いなく、煙突火災と水で満たされた熱交換器の組み合わせは、大惨事を招く可能性があります。
無償の昼食はないという事実を認識し、私たちは独自の薪ストーブ給湯器の設計に保守的なアプローチを取りました。ヒーターや煙突の中に熱交換器を置く代わりに、火室の外側に熱交換器を取り付けました。この戦略を採用することで、ヒーターへの大幅な変更を避け、Underwriters Laboratories の認定を維持できました。さらに重要なことは、すでに述べた安全基準のいくつかが満たされていることです。ヒーターの筐体の外側の温度では水が沸騰することはありません (液体が循環している限り)、水を加熱するために使用される熱はヒーターによって放射されるため、火室から余分な熱が逃げることはありません。
私たちの給湯器の付属品は、パリス充填乾式壁に巻かれた約 50 フィートの 1/4 インチ銅管のみで構成されています。石膏ベースの材料は、コイルに熱を均等に分散するのに役立ち、熱交換器が過熱することなく炉体と直接接触できるようにします (提案してくれた Ed Walkinstik に感謝します)。アセンブリはヒーターの片側にボルトで固定され、リサイクルされた 42 ガロン給湯器 (バーンアウト エレメントと防音ボックス付きの給湯器を使用) に差し込まれます。太陽熱予熱器とまったく同じです。
ヒーターの排水口に取り付けられた毎分 10 ガロンのポンプが、水をコイルを通して循環させ、タンク上部の安全弁のすぐ下にある「T」字管に戻します (この弁は安全対策として確保されています)。冷水は通常の入口から容器に入り、薪で温められた水は標準の熱出口から従来の電気ヒーターに入ります。すべての配線は、1 インチ厚の高密度フォームでしっかりと断熱されています。
もちろん、水が常に循環していれば、火が燃えていないときにストーブの熱が失われる可能性があります。これを防ぐために、研究者のデニス・バークホルダーは、ポンプの電源コードに接続されたライン電圧エアコンのサーモスタットに自動オン/オフ制御を取り付けました。（冷房モードに設定された、より一般的な暖房/エアコンの組み合わせのコントロールを使用することもできます。）サーモスタットは、ヒーターから 3 フィート離れた壁に取り付けられており、ヒーターの上部から約 1 フィート離れています。気温が 80°F に達すると、120 ボルトのコントローラーがポンプをオンにして、水が加熱され始めます。温度が 76°F に下がると、内蔵の差動スイッチがサーキュレーターを再びオフにします。
熱交換器システムのコンポーネントは添付の図面に示されていますが、もちろん、すべての設置では基本寸法に何らかの変更が必要です。たとえば、お客様の炉が当社のものより大きい場合は、パネルを十分に拡張して、より大きな交換器フレーム内に 1/4 インチの軟銅管の 60 フィートのコイル全体を収めることができます。ただし、ヒーターが小さい場合は、配線の量が少なくて済みます。
いずれにしても、輸送のためにチューブをコイル状に巻いた状態で使用するのが最も簡単です。圧着したワイヤーをフレームに入れ、パイプをゆっくりと曲げて長方形を埋めるだけです。柔軟な素材は、よじれることなく半径約 1 1/2 インチまで曲げることができるため、潜在的な「ホット スポット」に無理やり押し込むのは難しくありません。作業は外側の端から内側に向​​かって行い、作業を進めながらコイルをバックプレーンに取り付けます。(チューブの外側のリングを固定するワイヤーがないと、全体がフレームから飛び出しそうになります。)
銅管がフレーム内に均等に配置されたら、焼石膏を薄く塗り、その混合物をフレームに注ぎます。定規をアングル鉄板に当てて表面を水平にし、数日間乾燥させます。その後、パネルを炉の側面に取り付け、1/4 インチのラインを予熱タンクの 1/2 インチのパイプに接続します。
スイッチの最も効率的な構成を決定し、機器が安全に作動するという確信を得るために、拡張テストを実行しました。たとえば、停電でポンプが停止した場合に何が起こるかを確認するために、予熱タンクから出ているパイプを密閉し、安全弁に圧力ゲージを取り付けました。システムで発生できた最高圧力は 3 PSI でした。これは、Atlanta Stove Works Catalytic が最大燃焼速度で 8 時間にわたって流れを停止させた後の圧力です。
さらに、炉壁を通じた伝導熱交換が不健康なレベルまで促進されているかどうかを判断するために、私たちは毎日、薪ストーブの火室内部のクレオソートの蓄積の増加を調べました。4 つの壁のいずれにおいても、堆積物の外観や深さに違いは見られませんでした。これは、熱交換器が主に炉の外壁から放射エネ​​ルギーを受け取っていたことを示しています。(セラミックが断熱の役割を果たして、伝導率の増加を相殺していた可能性があります。)
熱交換器はどのくらいの量の温水を生成しますか? そうですね、通常の 7 時間サイクルでは、アトランタ触媒に 55 ～ 60 ポンドの木材を投入し、42 ガロンのタンクの内容物をほぼ 140°F まで上げます。この 8 ポンド/時の燃焼率は、おそらくほとんどの人が使用する量よりも少し高いので、同様の装置から生成される温水は若干少なくなるかもしれません。もちろん、一日中激しく燃焼し続ける場合、24 時間の合計でも 1 日あたり 100 ガロンを超える十分な温水になります。ストーブを頻繁に「オフ」にして操作する場合でも、このシステムにより光熱費が大幅に削減されます。
世帯の規模と各人の水の消費量に応じて、このシステムにより冬の給湯料金を削減できます。つまり、同等の量の電気やガスよりもずっと少ない費用で薪を入手できれば、薪ストーブのお湯を温めるために使用するエネルギー (もちろん、器具から発生するスペースと熱は除く) は、投資する価値が十分にあることになります。さらに、再生不可能なエネルギー源を置き換えるためのもう 1 つのステップを踏んだことを知ってうれしく思うでしょう。
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