화목난로 개량방법과 이론 Improvemnet method and theory of wood stove

1. 연소이론과 고효율화목난
로
제작 방법과 원리
전환기술사회적협동조합 김성원

2. 화목 연소 이론 기초

3. 나무의 구성
나무 속의 탄소화 함께 산소 , 질소 , 수소 .
즉 나무 속에 포함된 공기도 함께 탄다 .

4. 나무연소 열작용
공기
복사열
주변으로
복사열
불꽃 꼭지
뜨거운 연소가
스
주변으로
대류열
휘발성
나무가스
재
장작
숯
연기

5. 나무연소 과정
나무 연
료
공기
밑불
열
휘발성 물질
( 나무가스 / 나무 기
름 )
복사열
전도열
숯 ( 고정탄
소 )
연소활성화
공기
공기
불꽃연소 연소
가스
연소
가스
열
불빛
적외
선
열복
사
대류열
전도열
복사열

9. 나
무
연
소
불
꽃
높
이
와
온
도
숯
가스 / 기름 분해
이산화탄소와
타르 발생
나무기름 증기 /
나무가스 분출
그을음이 분해되며
밝은 나무가스 분출
가스 , 그을음 , 타르 연
소 시작
연소 생성물
불꽃 속에 공기 확산
400 o
C
400 o
C
600 o
C
1000 o
C
1500 o
C

11. 연소효율을 높이는 방법
( 어떻게 고온 완전연소시킬 것인
가 ?)

13. 12/4/11

14. 집을 따뜻하게 하는 것일까 ?
지구를 뜨겁게 만드는 것일
까 ?

15. 저효율 화목난로와 고효율 화목난로의 비교
- 저효율난로의 열손실은 평균 75% 를 넘는다 .

16. 방법 1 : 화실은 좁고 (40cm 이하 ), 높게 (70cm 이상 ),
그리고 , 얕게 (45cm 이하 ) 만들어라 .
고온의 불꽃이 충분히 치솟을 수 있도록 화실을 높게 만든다 .
• 화실이 낮으면 연기가 불을 눌러 고온연소를 방해한다 .
• 화실이 낮을 경우 화실 상부 중앙에 수직 열기상승관을 둔다 .
• 화실이 좁은 것이 넓은 것보다 고온연소에 유리하다 .
• 화실이 깊으면 화실 맨 안쪽에 공기희박으로 불완전연소한다 .
• 이때는 안쪽 끝까지 공기를 보낼 수 있는 별도의 구조를 만들어준다 .

17. 방법 2 : 화실 라이너 (Liner) 로 감싸라 .
내화토판이나 내화벽돌 , 두꺼운 철판으로 화실 안쪽을 한겹 더 감싼다 .
화실 라이너는 열을 저장해서 ( 축열 ) 화실 내의 급격한 열손실을 막고
( 단열 ),
열반사를 통해 연소를 돕고 , 초고온에 의한 화실벽의 산화부식을 방지한다 .

18. 방법 3 : 화구문 , 재서랍문의 기밀성을 강화하라 .
일반적인 화목난로의 경우 나무 연소에 필요한 공기량의 2.5 배 이상 과도한
공기가 화실로 유입되어 되려 화실 온도를 낮추는 역효과가 있다 .
화구문 , 재서랍 등에 압착 또는 세라믹로프 등을 이용하여 기밀을 유지하
라 .
화실에 들어가는 공기조절은 미세조절이 가능한 공기조절구를 둔다 .

19. 방법 4 : 장작받침 ( 화격자 , grate) 과 별도의 재서랍
재는 불연재료다 . 재가 쌓이면 연소를 방해한다 .
장작의 밑으로 공기가 올라올 수 있도록 만들어야 고온연소된다 .
화실 바닥 중앙으로 경사지고 , 틈이 좁은 (5~10mm) 장작받침을 둔다 .
화실 하부에 재를 받을 수 있는 재서랍을 두되 재서랍문이 기밀되도록 만든
다 .

20. 방법 5 : 2 차 공기주입관을 부착하여 다중연소를 유도하라 .
화실의 안쪽 , 불꽃의 상단부는 공기희박 현상이 발생하기 쉽다 .
고온의 불꽃 상단부에 뜨겁게 예열된 2 차 공기를 불어넣어주면 2~3 차 연소
를 일으킬 수 있다 .
다중연소가 일어나면 연기와 불완전연소물 ( 그을음 등 ) 이 줄어든다 .
2 차 공기의 흡입부는 분사부 보다 낮은 위치에 있어야 연기가 역류하지 않는
다 .
2 차 공기는 연소가스의 밀도가 높아지는 불목 또는 화후부 병목지점에 분사
한다 .

25. 2 차 공기주입구는 가능하면 난로의 가장 낮은 곳에 뚫는다 .
2 차 공기주입관은 화실 라이너 뒷편을 우회해야 공기가 뜨겁게 예열된다 .
2 차 공기분사관의 끝 부분은 막고 , 가능하면 불꽃의 진행방향을 향해
다수의 공기분사구멍을 뚫는다 .
가능하면 공기주입관은 스텐파이프를 사용한다 .

26. 방법 6 : 거꾸로 타게 해서 나무가스를 태우도록 만든다 .
나무연료를 가열할 때 발생하는 나무가스가 완전연소하도록 만든다 .
상향연소의 연소율은 평균 60% 이하이고 , 하향연소의 경우 80% 이상이다 .

28. 백금촉매 / 측하방연소로 고온연소를 유도한다 .
측하방연소 시 화격자 ( 장작받침 ) 을 경사지게 설치한다 .
예열된 공기의 주입위치 , 주입방향에 유의한다 .
( 측 ) 하방연소의 경우 대부분 공기는 화실 상부에서 화실 하부로 공급
된다 .

29. 연소효율은 2 차 공기주입 < 측하방연소 < 하방연소 순으로 높다 .
상향연소와
2 차 공기 주입
측하방연소와
2 차 공기 주입
하방연소와
2 차 공기 주입

30. 거꾸로 타는 깡통난로 (Pocket Stove)

31. 하향 연소 ( 나무가스화 ) 방식의 경우 평균 연료소비를 50% 감소
시킨다 .

33. 소제목

36. 연통
강화흙미장
( 철망 / 흙 1: 모래 3: 석회 0.4)
LPG 통 (2
개 )
드럼통 (2
개 )
흙 / 자갈 ( 축
열 )
스텐 열기상승
관
철제 장작투입
구
재청소구
( 공기조절구 ) 단열재 ( 펄라이트 )
축열

40. 방법 7 : 위에서 아래로 타게 만든다 .(TLUD 방식 )
화실 내 장작의 상부에 착화하여 위에서 아래로 타 내려가게 만든다 . (Top lit)
이때 불꽃은 하방연소와 달리 위로 (Up draft) 솟는다 .
화실 내 공기분사 방향은 아래에서 위 , 또는 위에서 아래로 분사될 수 있다 .
화실로 주입되는 공기는 최대한 가열하여 공급한다 .
TLUD 방식에서 연료주입은 기본적으로 배치 (Batch), 즉 일괄투입 방식이
다 .

41. TLUD(Top lit up draft) 연소방식의 난로

42. TLUD(Top lit up draft) 연소방식의 보일러
목재의 경우 30 시간 연소 / 석탄의 경우 7 일 연소

43. 열이용율을 높이는 방법
( 열전달율은 높이고 ,
열손실은 줄이고 .)

44. 방법 8 : 연통으로 가기 전 열기우회 구조를 만들어라 .
가장 간단한 열기우회 구조는 열기배출지연판이다 .
열기통로 , 별도의 발열통 등 다양한 열기배출우회 구조를 둘 수 있다 .
열기우회구조는 전열면적과 발열면적을 넓혀준다 .

45. 열기배출지연판 (Baffle)
불티막음판 / 역풍방지판

50. Improved
Iron Stove
With Heat Exchange
Pass & Bypass Damper
Like as Smoke channel
of Masonry mass heater

57. 방법 9 : 돌로 난로에 얹거나 감싸서 축열하라 .
밀도가 높은 돌은 좋은 축열재이다 .
난로 주변에 돌을 쌓아 축열하면 불이 꺼진 후에도 여열을 이용할 수 있다 .
구들도 결국은 구들돌에 축열한 열을 이용하는 방식이다 .
현대적인 돌난로들은 열전도 , 열복사 , 대류열을 모두 이용한다 .

65. 방법 10 : 대류가열을 위한 구조나 송풍장치를 부착하라 .
열기우회구조는 난로의 부피를 크게 만든다 .
난로를 작고 가볍게 만들면서 열이용율을 높이기 위해 대류가열 구조를 만든다 .
넓은 공간의 난방에는 대류식난로가 효율적이다 .

66. 열기배출지연판
열기 우회 구조
연소부 ( 단열 ) 와
발열부 분리
열교환장치
강제대류장치