나무로 난방하는 장점 중 하나는 하나의 난로만으로 모든 용도에 사용할 수 있다는 것입니다. 나무를 태우는 기계는 우리를 따뜻하게 하는 것 외에도 식사를 요리하고, 옷을 말리고, 차가운 발을 녹일 수 있습니다. 하지만 그 검은 상자가 따뜻한 샤워도 할 수 있다면 얼마나 멋질까요?
사실, 가정용 장작 온수기는 전혀 새로운 것이 아닙니다. 100년 전만 해도 많은 난로에 탱크 부착물이 있었습니다. 그러나 "폐쇄형" 장작 버너와 가압수 시스템의 등장으로 대부분의 오래된 일괄 가열 기술은 뒷전으로 밀려났고 폐쇄형 사이클을 기반으로 한 새로운 방법이 개발되었습니다.
대부분의 온수기 부속품은 연소실이나 장비 굴뚝에 설치된 열교환기를 사용합니다. 이 접근 방식의 가장 좋은 상업적 예는 매우 효과적입니다. 난방기가 하루 종일 작동하면 집 전체에 뜨거운 물을 공급할 수 있습니다. 그러나 안전을 위해 이러한 장치는 종종 스테인리스 스틸(비싼 품목)로 만들어지며 난방 시스템 내부에서 발생할 수 있는 매우 높은 온도를 견딜 수 있는지 확인하기 위해 압력 테스트를 거쳐야 합니다. 따라서 좋은 내부 열교환기는 가격이 상당히 비쌉니다. 반면에 자체 제작한 내부 부품은 끓는 증기 폭발로 악명이 높습니다.
또한 연소실이나 나무 난로의 굴뚝에서 열을 추출하면 불행한 부작용이 발생할 수 있습니다. 즉, 불에서 직접 Btu를 추출하면(연소실 열교환기를 사용하여) 연소 효율이 감소합니다. 불완전 연소 생성물이 응축되는 온도보다 낮게 냉각되면(연소실이나 굴뚝 열교환기를 통해) 크리오소트가 대량으로 축적될 수 있습니다. 착각하지 마십시오. 굴뚝 화재와 물이 가득 찬 열교환기가 결합되면 재앙이 초래될 수 있습니다.
무급 점심 식사가 없다는 사실을 인식하고, 우리는 우리만의 나무 난로 온수 가열 장치를 설계하는 데 보수적인 접근 방식을 취했습니다. 히터나 굴뚝 내부에 교환기를 넣는 대신, 연소실 외부에 교환기를 부착했습니다. 이 전략을 채택함으로써, Underwriters Laboratories 인증을 유지하고 있는 히터에 대한 주요 수정을 피할 수 있었습니다. 더 중요한 것은, 우리가 이미 언급한 여러 안전 기준을 충족한다는 것입니다. 히터 덮개 외부에서 발생하는 온도는 물을 끓이지 않으며(액체가 계속 순환하는 한), 물을 가열하는 데 사용되는 열은 어쨌든 히터에서 방출되므로 연소실에서 과도한 열이 빠져나가지 않습니다.
저희의 온수기 부속품은 1/4인치 구리 튜브를 파리 충전 건식벽체에 감아 약 50피트 길이로 만든 것입니다.석고 기반 소재는 열을 코일에 고르게 분배하는 데 도움이 되며, 열교환기가 과열되지 않고 용광로 본체와 직접 접촉할 수 있게 해줍니다.(제안해 주신 Ed Walkinstik에게 감사드립니다.) 이 조립품은 히터 한쪽에 볼트로 고정하고 재활용된 42갤런 온수기에 꽂습니다(저희는 번아웃 요소가 있지만 방음 상자가 있는 온수기를 사용했습니다).태양열 예열기와 똑같습니다.
분당 10갤런 펌프가 히터 배수구에 장착되어 코일을 통해 물을 순환시키고 탱크 상단의 방출 밸브 바로 아래에 있는 "T"로 다시 돌려보냅니다(이 밸브는 안전 조치로 예비되어 있습니다). 차가운 물은 일반 입구를 통해 용기에 들어가고, 나무로 데운 물은 표준 열 배출구를 통해 기존 전기 히터로 들어갑니다. 모든 배선은 1인치 두께의 고밀도 폼으로 잘 절연되어 있습니다.
물론, 물이 계속 순환한다면 불이 타지 않을 때 열이 스토브로 손실될 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 연구원 데니스 버크홀더는 펌프의 전원 코드에 연결된 라인 전압 에어컨 온도 조절 장치에 자동 켜짐/꺼짐 제어 기능을 넣었습니다. (또한 보다 일반적인 난방/에어컨 조합 제어를 냉방 모드로 설정할 수도 있습니다.) 온도 조절 장치는 히터로부터 3피트 떨어진 벽에, 히터 꼭대기에서 약 1피트 떨어진 곳에 장착됩니다. 기온이 80°F에 도달하면 120볼트 컨트롤러가 펌프를 켜고 물이 가열되기 시작합니다. 온도가 76°F로 떨어지면 내장된 차동 스위치가 순환 장치를 다시 끕니다.
열교환기 시스템의 구성 요소는 첨부된 도면에 표시되어 있지만 물론 모든 설치에는 기본 치수를 약간 변경해야 합니다. 예를 들어, 귀하의 퍼니스가 저희 퍼니스보다 크다면 패널을 충분히 확장하여 더 큰 열교환기 프레임 내에 1/4인치 연성 구리 파이프로 된 60피트 코일을 넣을 수 있습니다. 그러나 히터가 작은 경우 더 적은 양의 배선을 사용해야 합니다.
어떤 경우든, 운반을 위해 코일로 감겨져 있으므로 튜빙을 사용하는 것이 가장 쉽습니다.우리는 압착된 와이어를 프레임에 넣고 파이프를 조심스럽게 구부려 직사각형을 채웠습니다.유연한 소재는 꼬이지 않고 약 1-1/2인치 반경으로 구부릴 수 있으므로 잠재적인 "핫스팟"에 강제로 넣는 것이 어렵지 않습니다.우리는 바깥쪽 가장자리에서 안쪽으로 작업하면서 진행하면서 코일을 백플레인에 부착합니다.(튜브의 바깥쪽 링을 고정할 와이어가 없으면 전체가 프레임 밖으로 튀어나갈 것 같았습니다.)
구리 파이프를 프레임 안에 고르게 분배한 후 석고를 얇게 펴서 섞은 후 프레임에 붓습니다. 각형 철제 위에 자를 긋고 표면을 평평하게 한 다음 며칠 동안 재료를 말립니다. 그런 다음 패널을 용광로 측면에 부착하고 1/4인치 라인을 예열 탱크의 1/2인치 파이프에 연결할 수 있습니다.
우리는 스위치의 가장 효율적인 구성을 결정하고 장비가 안전하게 작동할 것이라는 확신을 갖기 위해 광범위한 테스트를 수행했습니다.예를 들어, 정전으로 인해 펌프가 꺼지면 어떻게 될지 알아보기 위해 예열 탱크에서 나오는 파이프를 봉하고 압력 릴리프 밸브에 압력 게이지를 설치했습니다.시스템에서 개발할 수 있었던 가장 높은 압력은 3 PSI였습니다.이것은 Atlanta Stove Works Catalytic이 가능한 가장 높은 연소 속도에서 8시간 동안 흐름을 멈춘 후의 압력입니다!
또한, 가열로 벽을 통한 전도 열 교환이 건강에 해로운 수준으로 촉진되는지 확인하기 위해, 우리는 나무 연소실의 내부를 매일 검사하여 크리오소트 축적이 증가했는지 확인했습니다. 우리는 4개 벽 모두에서 침전물의 모양이나 깊이에 차이가 없음을 발견했는데, 이는 열 교환기가 주로 외부 가열로 벽에서 복사 에너지를 받고 있음을 시사합니다.(세라믹이 어느 정도 단열 역할을 해서 전도도 증가를 상쇄했을 수 있습니다.)
교환기는 얼마나 많은 온수를 생산할까요? 일반적인 7시간 사이클에서 애틀랜타 촉매에 55~60파운드의 나무를 넣으면 42갤런 탱크의 내용물이 거의 140°F까지 올라갑니다. 시간당 8파운드의 연소율은 대부분의 사람들이 사용하는 것보다 약간 높을 수 있으므로 비슷한 장치에서 얻을 수 있는 온수는 약간 적을 수 있습니다. 물론 하루 종일 강하게 연소를 계속한다면 24시간 총량은 하루에 100갤런 이상의 온수에 충분할 것입니다. 스토브를 자주 "끄기"로 작동하더라도 이 시스템은 공과금을 크게 줄여줍니다.
가구 규모와 각 개인의 물 소비량에 따라 이 시스템을 사용하면 겨울철 온수 ​​요금을 없앨 수 있습니다. 따라서 동일한 양의 전기나 가스보다 훨씬 저렴하게 나무를 구할 수 있다면, 나무 난로에서 물을 데우는 데 사용하는 에너지(물론 공간과 기기가 제공하는 열은 제외)에 투자할 만한 가치가 있습니다. 게다가 재생 불가능한 에너지원을 대체하는 데 한 걸음 더 다가갔다는 사실을 알게 되어 기뻐하실 겁니다.
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