薪による暖房の利点の 1 つは、すべてのニーズに 1 台のストーブだけで対応できることです。薪ストーブは、体を温めるだけでなく、食事を調理したり、衣類を乾燥させたり、冷えた足先をトーストしたりすることができます。しかし、そのブラック ボックスで熱いシャワーも浴びることができたら、素敵だと思いませんか?
実際、家庭用薪給湯器は新しいものではありません。1 世紀以上前には、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」薪バーナーと加圧水システムの出現により、古いバッチ加熱技術のほとんどが後回しになり、密閉サイクルに基づいた新しい方法が開発されました。
ほとんどの給湯アクセサリは、火室または機器の煙突に取り付けられた熱交換器を使用します。このアプローチの商業用の最良の例は、非常にうまく機能します。炉が 1 日のほとんど稼働している場合、家全体に温水を供給できます。ただし、安全のため、これらの機器は多くの場合ステンレス鋼 (高価な商品) で作られており、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かどうかを確認するために圧力テストを行う必要があります。そのため、優れた内部熱交換器にはかなりの高額が伴います。自家製の内部部品、一方で、熱傷の水蒸気爆発を起こすことで有名です。
また、火室や薪ストーブの煙突から熱を取り出すことには、残念な副作用が生じる可能性があります。(火室交換器を使用して) 火から Btu を直接取り出すと、燃焼効率が低下します。不完全燃焼の生成物が (燃焼室または煙突熱交換器を通じて) 凝縮する温度以下に冷却されると、クレオソートが大量に蓄積す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、災害を引き起こす可能性があります。
無給の昼の食事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アタッチメントの設計に保守的なアプローチを採用しました。交換器をヒーターや煙突の中に設置する代わりに、熱交換器を火室の外側に取り付けました。この戦略を採用することで、ヒーターへの大幅な変更を回避し、アンダーライターズ・ラボラトリーズの認定を維持しました。さらに重要なのは、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で発生する温度では水が沸騰しません(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とにかく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。
当社の給湯アタッチメントは、パリ充填乾式壁にコイル状に巻かれたわずか約 50 フィートの 1/4 インチの銅管で構成されています。石膏ベースの材料により、熱がコイルに均一に分配され、熱交換器が過熱することなく炉本体に直接接触することが可能になります。(提案してくれた Ed Walkinstik に感謝します。) 組み立て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 ガロンの給湯器に差し込まれます (バーンアウト要素を備えた給湯器を使用しましたが、防音ボックス）太陽予熱器と同じです。
ヒーターのドレンに取り付けられた毎分 10 ガロンのポンプは、コイルを通って水を循環させ、タンク上部のリリーフバルブのすぐ下の「T」字に戻します (このバルブ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。すべての配線は厚さ 1 インチの高密度フォームで十分に絶縁されています。
もちろん、水が絶えず循環している場合、火が燃えていないときに熱がストーブに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のエアコンサーモスタットに自動オン/オフ制御を追加しました。(より一般的な暖房/空調制御を組み合わせて冷却モードに設定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、その上部から約 1 フィートです。気温が 80°F に達すると、1 20 ボルトのコントローラーがポンプをオンにし、水が加熱し始めます。温度が 76°F まで下がると、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、どの設置でも基本的な寸法にいくつかの変更が必要です。たとえば、お客様の炉が当社の炉よりも大きい場合は、より大きな熱交換器フレーム内に 60 フィートの 1/4 インチ軟銅パイプのコイルを完全に設置できるほどパネルを拡張できます。ただし、小型のヒーターを使用する場合は、使用する配線の量が少なくなります。
いずれの場合も、輸送用にコイル状になっているチューブを使用するのが最も簡単です。圧着ワイヤをフレームに入れて、パイプをゆっくりと曲げて長方形を埋めるだけです。柔軟な素材はね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」に無理に押し込むのは難しくありません。外縁から内側に向​​かって作業を進めながら、コイルをバックプレーンに取り付けます。(外輪を固定するワイヤは使用しません)チューブ、全体がフレームから飛び出したかった。)
銅パイプがフレーム内に均等に配置されたら、パリ石膏の薄い層をかき混ぜ、混合物をフレームに注ぎます。山形アイロンの上に定規を走らせて表面を平らにし、材料を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。
私たちは、スイッチの最も効率的な構成を決定し、装置が安全に動作するという自信を得るために、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、予熱器タンクから出ているパイプを密閉し、リリーフバルブに圧力計を取り付けました。システム内で発生させることができた最高圧力は 3 PSI でした。これは、当社の Atlanta Stove Works 触媒が可能な限り最高の燃焼速度で流れを 8 時間停止させた後です。
さらに、炉壁を介した伝導熱交換が不健全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、薪バーナーの火室の内部を毎日調べて、クレオソートの蓄積が増加していないか調べました。4つの壁のいずれの堆積物の外観や深さにも違いは見つかりませんでした。これは、熱交換器が主に炉の外壁から放射エネ​​ルギーを受けていることを示唆しています（セラミックは、伝導率の増加を相殺して、断熱の役割を果たしている可能性があります）。
熱交換器はどれくらいの熱水を生成しますか?典型的な 7 時間のサイクルでは、55 ～ 60 ポンドの木材をアトランタ触媒に装填し、42 ガロンのタンクの内容物を 140°F 近くまで上昇させます。この 8 ポンド/時間の燃焼速度は、おそらくほとんどの人が使用する速度よりも少し高いため、同様の装置から得られる熱水の量はわずかに少ないかもしれません。もちろん、1 日を通して激しく燃焼し続ける場合は、合計 24 時間でも十分なはずです。 1 日あたり 100 ガロンを超えるお湯を使用できます。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。
世帯の規模と全員の水道消費量に応じて、このシステムは冬の給湯費を削減できます。そのため、同等の電気やガスの量よりもはるかに安い価格で木材を入手できる場合、薪ストーブから水を加熱するために使用するエネルギー（もちろん、スペース、家電製品が提供する熱を差し引いたもの）は、それだけの価値があります。投資する価値があります。さらに、非再生可能エネルギー源の代替に向けて新たな一歩を踏み出したことを知ってうれしいでしょう。
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