CCAT rocket stove/ko

이 개량형 연료 스토브 , 즉 로켓 스토브는 캘리포니아 폴리테크닉 훔볼트 대학교 Engr305 의 최종 프로젝트입니다 . 이 프로젝트의 목표는 캘리포니아 폴리테크닉 훔볼트 캠퍼스 내 캠퍼스 적정기술센터(Campus Center for Appropriate Technology) 에 시범용 로켓 스토브를 설치하는 것입니다. 이 로켓 스토브는 개량형 연료 스토브 기술과 개발의 모범 사례가 될 것입니다. 센터를 방문하는 학생들과 일반인들은 전 세계 개량형 연료 스토브의 설계, 기능, 그리고 필요성에 대해 배우게 될 것입니다.

로켓 스토브는 센터 주민들이 전통적인 바이오매스 로 요리할 수 있도록 하여 석유 기반 에너지원에 대한 의존도를 줄일 수 있도록 합니다. 로켓 스토브는 전 세계적으로 바이오매스를 연료로 사용하는 사람들을 위해 설계되었다는 점에 유의해야 합니다. 선진국에서는 로켓 스토브를 반드시 사용할 필요는 없습니다. 현대적인 조리 방식을 사용하는 선진국들은 전통적인 조리 방식과 관련된 건강 및 환경 문제에 직면하지 않습니다. 개선된 연료 스토브는 다니엘 모이어와 타일러 존스가 설계, 제작 및 테스트를 진행했습니다.

인구는 점점 더 바이오매스에 의존하여 조리 연료를 생산하고 있으며, 이는 현대식 조리 방식으로 나아가는 다음 단계를 가로막고 있습니다. 개발도상국의 인구는 미국 교외 지역에서 볼 수 있는 것과 같은 현대식, 자가 세척, 대류, 하향 기류 방식의 스토브를 원합니다. 많은 사람들이 현대식 조리 방식이 더 적절하다고 주장합니다. 현대식 조리 방식은 연료 전환 효율이 높고 대기 중 미세먼지 배출량이 적지만, 석유에 대한 의존도는 현대식 조리 방식의 적합성을 저해합니다.

개선된 조리용 스토브는 삼석화(三石火)로 인한 환경적, 사회적 부정적 영향을 해결하기 위한 시도입니다. 개선된 스토브는 연료 소비 효율을 높이고 실내 조리 환경으로 배출되는 오염 물질을 줄입니다. 개선된 연료 스토브는 금속 하우징과 단열재로 불을 감싸는 구조로 설계되었습니다. 개선된 연료 스토브는 열 전달과 연료 연소를 개선하여 효율적이고 깨끗한 연소가 가능한 나무 스토브를 만들어냅니다.

디자인

디자인 원칙

1. 잘 제작된 로켓스토브는 공기 순환이 원활합니다. 따라서 공기가 고르게 흐를 수 있도록 하는 것이 중요합니다. 굴뚝, 연소실, 그리고 스커트 갭은 모두 동일한 단면적을 가져야 합니다.
2. 산소가 순환되지 않으면 불은 꺼집니다. 연소실을 만들 때는 연료를 위한 공간을 마련해야 합니다. 이렇게 하면 연소 중인 연료 아래로 신선한 공기가 유입됩니다.
3. 굴뚝은 짧아야 하며, 조리대 바로 위까지 닿아야 합니다. 이렇게 하면 뜨거운 가스가 시스템을 더 빨리 통과할 수 있습니다.
4. 연소실에서 열이 방출됩니다. 효율을 높이려면 연소실 주변을 단열하십시오.

자료

로켓 스토브 본체 제작에 사용된 재료는 재활용 금속 통입니다. 오래된 레몬 오일 캔을 적절한 크기로 잘라 냄비 받침대로 사용했습니다. 단열 연소실은 지역 도자기 용품점에서 구입한 세라믹 단열 벽돌로 구성되어 있습니다. 연소실은 18게이지 스테인리스 스틸 금속판에 3/8인치(약 1.6mm) 두께의 금속 부품으로 고정되어 있습니다. 로켓 스토브 제작에 사용된 금속 부품에는 기계 나사, 너트, 와셔, 판금 나사가 있으며, 사용된 모든 금속 부품은 지역 철물점에서 구입했습니다.

BOM

건설 단계

1

사각형 연소실은 단열 벽돌로 제작되었습니다. 벽돌은 쇠톱을 사용하여 자르고 모양을 잡았습니다. 실런트로는 내열 퍼티를 사용했습니다.

2

금속 브래킷은 연소실을 고정하는 금속판 케이스를 지지합니다. 금속은 주석 가위로 잘라내고 가장자리를 나사로 고정했습니다.

3

드릴과 주석 가위를 사용하여 금속 케이스 크기에 맞게 배럴을 정사각형 모양으로 자릅니다. 연소실 케이스는 양쪽으로 튀어나온 구멍에 맞춰 끼워집니다.

4

케이스는 총신을 가로지르는 금속 막대에 단단히 고정되어 있습니다. 이 막대는 양쪽이 L자 브래킷으로 고정되어 있습니다.

5

연소실 단열을 위해 버미큘라이트를 배럴에 붓습니다. 이 단열재는 연소실과 배럴 사이의 공간을 채우고, 연소실 상단까지 채워집니다.

6

연소실 상단 개구부에 금속 선반을 설치했습니다. 이 선반은 원형으로 배럴 내부에 완벽하게 들어맞습니다. 연소실 상단 개구부에 맞춰 사각형으로 잘려 있습니다. 이 덕분에 가스는 통과할 수 있지만, 배럴 하단 절반에서는 가스가 새어 나가지 않습니다. 선반은 L자형 브래킷과 나사를 사용하여 배럴 외부에 단단히 고정됩니다.

7

통 윗부분에 스커트를 만들었습니다. 이 스커트는 냄비를 감싸면서 바닥과 옆면에 작은 틈을 남겨둡니다. 스커트는 캔으로 만들었습니다. 뜨거운 가스가 빠져나갈 수 있도록 양철 가위로 바닥에 사각형 구멍을 냈습니다. 캔 윗부분은 톱으로 완전히 잘라냈습니다. 스커트는 나사와 와셔를 사용하여 선반에 고정했습니다.

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냄비는 통 윗부분의 구멍에 넣습니다. 여기서는 양철 가위로 원을 잘라낸 다음, 사각 펜치와 망치를 사용하여 금속 부분을 직각으로 조심스럽게 구부렸습니다. 이렇게 하면 냄비가 더욱 견고하게 밀봉되고, 입구가 들쭉날쭉하거나 날카롭지 않습니다.

9

우리는 통의 윗면에 구멍을 뚫고 나사를 사용하여 구멍 위에 원형 금속 굴뚝을 고정했습니다.

10

로켓스토브를 사용하려면 연소실 내부에서 연료를 태우고 스커트 안에 냄비를 놓습니다.

테스트

로켓 스토브 프로젝트에는 테스트가 필수적입니다. 테스트는 스토브 프로젝트 전체 수명 주기에 걸쳐 이루어져야 합니다. 개선된 스토브를 평가하면 해당 모델의 시장성, 생산 비용의 최소화 여부, 그리고 개선 필요성을 판단하는 데 도움이 됩니다. "스토브에 대한 신중한 테스트를 통해 더 나은 스토브를 만드는 방법을 더욱 정확하게 이해할 수 있었습니다. 실험과 테스트 없이는 스토브 개발은 추측에 기반합니다." 에너지 효율의 기술적 발전만으로는 성공을 보장할 수 없습니다. 스토브 프로그램은 적절한 프로젝트 설계, 구현 및 적절한 제도적 지원으로 보완되어야 합니다. 적절한 테스트 없이는 스토브 프로그램이 개선된 스토브의 효율성에 대해 비현실적인 기대를 갖게 될 것입니다. 통제된 실험실 환경에서 테스트할 경우 개선된 스토브의 효율성을 과대평가할 수 있습니다. 개선된 스토브는 실제 가정에서는 결코 좋은 결과를 내지 못합니다. "실험실에서 얻을 수 있는 연료 절감 효과는 현장 조건에서 가능한 절감 효과와 거의 관련이 없는 경우가 많습니다." ^{[ 1 ]} 통제된 실험실 환경에서 진행된 많은 스토브 프로그램에서 연료 소비량을 75% 절감했습니다. 초기 스토브 프로그램을 검토한 결과, 개선된 스토브의 연료 효율에 대한 기대치가 상당히 낮아졌습니다. "스토브 업계 종사자 대부분은 이제 연료 소비량 50% 감소를 주요 성과로 간주해야 하며, 25% 이하의 절감으로도 만족해야 한다는 데 동의합니다." ^{[ 1 ]} 실험실 환경은 개선된 스토브의 설계 및 초기 테스트에 유용할 수 있으며, 현장 테스트는 최종 제품이 올바르게 제작 및 설계되었는지 확인할 수 있습니다. 성공적인 스토브 프로그램을 위해서는 지역 문화에 부합하는 스토브 설계를 개발하는 것이 매우 중요합니다.

테스트 유형

스토브를 테스트하면서 물이 끓는 데 걸리는 시간과 나무가 얼마나 사용되는지 알아보고 싶었습니다. 또한 나무가 완전히 연소되었는지 확인하기 위해 재를 검사했습니다. 최종적으로 세 가지 유형의 테스트를 진행했습니다.

1. 차가운 상태에서 물을 끓이고, 뜨거운 상태에서도 끓였습니다. 뜨거운 상태에서는 나무가 타고 있을 때 테스트를 시작했음을 의미합니다. 물의 시작 온도는 63도였습니다.
2. 30분 동안 끓였습니다. 물을 끓이는 데 사용된 나무가 모두 타 버릴 때까지 시계를 작동시키지 않았습니다. 이렇게 하면 더 정확한 결과를 얻을 수 있었습니다.

결과

1. ^{물 4리터를 108 °} F(섭씨 47.6도) 로 가열하는 데 13분과 0.36파운드(약 1.36kg)의 나무가 걸렸습니다. 이 작업은 차가운 상태에서 시작했습니다(처음에는 아무것도 타지 않았습니다). 시작 온도는 섭씨 18도(섭씨 62 ^도 )였고 , 최종 온도는 섭씨 83도( 섭씨 170 ^{도 )였습니다.}
2. 뜨거운 상태에서 시작하여 같은 양의 물을 149 ^° F로 가열하는 데 10분과 0.56파운드의 나무가 걸렸습니다. 시작 온도는 63 ^° F였고 최종 온도는 212 ^° F 였습니다.
3. ^{뜨거운 상태에서 시작하여 6리터의 물을 146 °} F 로 가열하는 데 11분과 0.72파운드의 나무가 걸렸습니다. 시작 온도는 64 ^° F였고 최종 온도는 210 ^° F 였습니다.
4. 6리터의 물을 30분 동안 끓이려면 나무 18파운드가 필요했습니다. 시작 온도는 212 ^° F(94°C)였고, 최종 온도는 210 ^° F( 94°C)였습니다.

결론

테스트 결과, 프로젝트가 성공적이었다는 것이 입증되었습니다. 가장 먼저 눈에 띄는 것은 공기 순환이 매우 원활하다는 점이었습니다. 불 속으로 충분한 공기를 불어넣거나 연소실에서 연기가 다시 빠져나가는 데 전혀 문제가 없었습니다. 덕분에 불을 피우기가 매우 수월했습니다. 또한, 재가 거의 남지 않아 매우 만족스러웠습니다. 나무는 뜨겁게 타오르며 완전히 연소되었습니다. 불이 빠르게 타면서 난로 윗부분이 뜨거워지지만, 버미큘라이트는 아랫부분을 단열하는 데 매우 효과적입니다. 난로 아랫부분은 만질 수 없을 정도로 뜨거워지지 않았고, 바닥은 따뜻해지지 않았습니다. 불이 붙으면 정기적으로 관리해야 합니다. 불이 타면서 새 나무를 추가하는 것 외에도, 타오르는 나무 조각을 연소실 안으로 끊임없이 밀어 넣는 것이 중요합니다. 저희 난로는 매우 효율적입니다. 저희 난로로 스파게티를 요리하려면 약 450g의 나무가 필요하고, 일반 난로보다 몇 분 정도 더 걸립니다. 나무를 많이 사용하고 큰 불꽃을 만들면 물을 빠르게 끓일 수 있습니다. 나무가 적으면 같은 양의 물을 끓일 수 있지만 시간이 더 오래 걸립니다. 처음에는 물을 데우는 데 나무가 많이 필요하지만, 계속 끓이는 데는 나무가 거의 필요하지 않습니다. 나무 1파운드(약 450g)로 6리터의 물을 약 2시간 30분 동안 끓일 수 있습니다. 난로가 타면 냄비와 난로 밑부분에 그을음이 많이 생깁니다. 주기적으로 이 그을음을 제거해야 합니다.

로켓 스토브를 만들면서 우리는 몇 가지 중요한 사실을 배웠습니다. 첫째, 재활용 재료만 사용하여 이런 종류의 스토브를 만들 수 있다는 것이었습니다. 하지만 하드웨어는 구하기가 가장 어려웠습니다. 또한 전동 공구 없이도 로켓 스토브를 만들 수 있었습니다. 드릴 대신 망치와 못을 사용할 수도 있었고, 톱날 대신 쇠톱을 사용할 수도 있었습니다. 하지만 이 공구는 스커트를 자르는 데 한 번만 사용했습니다. 예상대로 스토브 윗부분이 뜨거워졌습니다. 스토브를 다른 통 안에 넣고 단열 처리하면 더 사용하기 편리했을 것입니다. 개인적으로는 스토브에 더 많은 노력을 기울이는 것보다 뜨거운 표면을 처리하는 것이 더 낫다고 생각합니다. 아이들이 스토브를 사용하는 상황에서는 뜨거운 금속이 위험할 수 있습니다. 우리 스토브에는 연소하는 동안 긴 나무 조각을 올려놓을 수 있는 선반이 없습니다.

전 세계 인구는 앞으로도 바이오매스 연료를 계속 사용할 것입니다. 개선된 스토브를 사용하면 환경과 인간 사회 모두의 외부 비용을 통제하는 데 도움이 될 수 있습니다. "점점 더 많은 양의 바이오매스 연료를 구매하여 구매한 스토브에서 태우는 것은 불가피해 보입니다." ^{[ 1 ]} 연료 절감이 개선된 스토브 도입의 주요 요인이 아닐 수도 있습니다. 개선된 스토브는 요리를 더 빠르고, 안전하고, 깨끗하게 만들어주기 때문에 효과적입니다. 개선된 스토브는 어린이를 불로 인한 화상 위험으로부터 보호하고, 호흡기 질환을 줄이며, 깨끗하고 그을음 없이 연소시킵니다.

2011년 9월 업데이트

로건 워드 와 에릭 라스무센

9월 11일, CCAT에 있는 로켓 스토브를 방문하여 상태를 확인하고 페이지를 업데이트했습니다. 스토브는 상태가 양호하지만 개선의 여지가 있는 부분이 몇 군데 있습니다. 로켓 스토브는 처음 설치한 이후 몇 가지 사소한 변경이 있었습니다. 최근에는 새 페인트칠을 했습니다. 또한 굴뚝도 상당히 길어졌습니다. 이전 사진에서 보시다시피, 원래 굴뚝은 다소 짧았습니다. 새 굴뚝은 훨씬 높고 꼭대기에 뚜껑이 있습니다. 또한 굴뚝 주변에는 로켓 스토브에 대한 정보와 전반적인 정보를 알려주는 라미네이트 안내판을 걸어두었습니다.

업데이트된 테스트

댄을 만나 스토브를 테스트해 봤습니다. 스토브는 몇 년 동안 사용하지 않은 것 같았습니다.

• 첫 번째 단계는 냄비를 씻는 것입니다.
• 그런 다음 1피트에서 1.5피트 길이의 장작을 모았습니다. 장작의 무게는 총 0.44파운드였습니다.
• 그 후 냄비에 물을 채워 치마에 올려 놓았습니다.
• 다음으로, 연소실에서 나무 조각을 태우기 시작했습니다. 그리고 불쏘시개에 죽은 풀도 넣었습니다.
• 물은 7분 25초 만에 빠르게 끓었습니다.
• 물의 온도는 화씨 150도로 측정되었습니다.

몇 가지 문제점을 발견했습니다. 연소실 단열에 사용된 질석이 오래되어 교체가 가능합니다. 또한 연소실과 통의 금속 케이스 사이에 작은 틈이 있는데, 이 틈이 냄비 주변의 열 집중도와 끓는 물의 온도를 낮췄을 가능성이 있습니다. 이러한 틈은 내열성 실란트로 쉽게 메울 수 있습니다. 또한, 더 긴 굴뚝을 추가한 것이 가스 흐름을 개선했는지 여부는 불분명했습니다. 앞서 언급했듯이 굴뚝은 조리대 바로 위까지 닿도록 짧아야 하므로, 길어진 굴뚝이 실제로 가스 흐름을 방해했을 가능성이 있습니다. 또한 연소실의 벽돌도 일부 교체해야 할 수 있습니다. 이 스토브를 지속적으로 사용했다면 스토브를 최상의 상태로 유지하는 것이 중요하므로 이러한 문제를 해결하는 것이 좋습니다.

2014년 10월 업데이트

Jacob Carroll-Johnson과 Carlos A. Sanchez 가 업데이트했습니다.

로켓 스토브를 꽤 오랫동안 사용하지 않은 것 같습니다. 로켓 스토브를 사용하지 않는 이유는 사용하기 편리하기 때문입니다. 불을 붙이기가 어렵고, 한 번 불을 붙이면 불을 유지하기가 어렵습니다. 냄비 바닥이 타버리고, 사용 중에 연기가 많이 납니다. 날씨도 영향을 주었습니다. 실제 성능을 테스트하고 확인할 수 없어서 아쉬웠습니다. 다시 가서 테스트를 해보고 처음 만들었을 때와 비교해 볼 계획입니다. 몇 가지 테스트를 거친 후 결과를 게시하겠습니다.

우리는 분석 분석을 진행합니다.우리가 가장 먼저 알아차린 것은 연기 플루트와 적층 정보가 사라졌다는 것입니다.녹이 스토브에 큰 타격을 입혔습니다.상단과 하단이 가장 큰 타격을 입었습니다.녹으로 인한 구멍이 상단을 관통하고 있습니다.따라서 상단을 곧 교체해야 합니다.하단도 영향을 받았습니다.녹이 금속을 먹어치운 것으로 보이며 이제 하단이 정말 얇습니다.아직 구멍은 없지만 가까운 미래에 생길 수도 있습니다.로켓의 연속성이 많지 않은 것 같습니다.연소실로 이동합니다.세라믹 벽돌을 밀봉하는 데 사용된 내열성 실란트가 거의 완전히 없어졌습니다.하단 벽돌도 상태가 좋지 않습니다.하단 벽돌을 흔들었을 때 큰 덩어리 하나만 움직인 것을 보았습니다.또한 연소실의 뒤쪽 부분에 균열이 있는 것도 발견했습니다.

또한

• 아프로베초 연구 센터
• 래리 위니아스키의 로켓스토브
• 워터팟 로켓 스토브

참고문헌