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[버너/랜턴] 캠프장을 밝히는 낭만 속에 숨은 과학, 랜턴 맨틀 Mantle 조회수 6904 
작성자 관리자(admin) 2013-01-17

캠프장을 밝히는 낭만 속에 숨은 과학
랜턴 맨틀 Mantle

 

 

캠핑을 극기 훈련이 아닌 낭만으로 만들어 준 장비를 꼽으라면 단연 랜턴이라 하겠다. 그만큼 아무런 빛도 없는 자연 속 긴긴 밤을 환하게 밝혀주는 랜턴의 불빛은 적막뿐인 어둠을 즐거운 대화가 있는 낭만으로 바꾸었다. 아무 것도 안하고 랜턴이 발하는 불빛만 바라보고 있어도 푸근함이 느껴지는 신비의 마법. 랜턴 맨틀이 가지고 있는 마법의 비밀이 궁금하다.

 

 

직물을 망 형태로 짜서 랜턴의 연료가 분사되는 곳에 장착해 태우면 빛을 발하는 장비를 맨틀(Mantle)이라고 부른다. 랜턴에 있어 가장 중요한 장비지만 쉽게 깨지기 쉬운 소모성 장비로 막상 맨틀이 깨지기까지는 그 중요성을 인식하고 사용하는 사람들은 그리 많지 않다. 1791년 최초로 일종의 천연가스가 채굴되기 시작하면서 영국의 발명가가 가스를 이용해 집집마다 불을 밝힐 수 있는 가스 랜턴을 발명하게 되면서 생활 시간이 늘어났다. 하지만 초기 가스 랜턴의 불빛은 가스가 직접 연소되는 불꽃 그대로를 사용해 휘도(Luminance, 밝기)가 그렇게 높지 않았다. 랜턴이 획기적인 생활의 변화를 가지고 온 것은 1885년 희토류 원소를 연구하던 오스트리아 기술자 카를 아우어 폰 벨스바흐(Carl Auer Freiherr von Welsbach)가 고안한 희토류 산화물에 의한 백열 가스맨틀(Welsbach gas mantle)의 등장이었다. 이 가스 맨틀은 도시가스의 연소구에 씌워 점화했을 때 휘도가 높은 빛을 발생하게 하는 종 모양의 그물 같은 특수한 물질이었다. 여기서 나오는 빛은 강한 적외선을 포함하고 있어서 등불용 외에 실험용으로도 많이 쓰였다.  

 

석면과 희토류
캠핑을 하는 사람들이 랜턴을 사용할 때마다 갖는 의문은 랜턴 맨틀은 어떤 소재로 만들어져서 저렇게 빛을 낼까 하는 것과 왜 꼭 먼저 태워준 후 사용해야 하는가다. 먼저 첫 번째 의문, 맨틀의 소재가 석면이라는 것이다. 캠핑을 하는 대부분의 사람들이 랜턴을 사용하면서도 불안해하는 것이 바로 이것 때문이다. 하지만 맨틀의 구조를 이해한다면 그리 걱정할 것 없다. 또한 주재료도 석면이 아니기에 합법적인 제품이라면 걱정하지 않아도 된다.
맨틀은 한 가지 재료가 아닌 보통 3가지 재료를 배합해 사용된다. 석면은 기술이 발달하지 않았던 초창기에 사용되었던 재료로 현재 판매중인 맨틀에는 석면이 사용되지 않는다. 실제로 석면을 주재료로 알고 있는 맨틀에 대해 콜맨은 홈페이지를 통해 비석면, 비 방사성(No abestos, no radioactive)이라고 밝히고 있고 스노우피크에서는 비스코스 레이온(Viscose Rayon Yarn)과 이트륨 질산(Yttrium Nitrate), 석영(Quartz Tying String)을 사용한다고 밝혔다. 석면은 기술이 발달함으로 인해 비스코스 방식으로 직조된 레이온으로 대체되었고 히토류 산화물도 방사성 물질이던 토륨232에서 비방사성 물질인 이트륨 질산으로 바뀌었다.
희토류는 란타늄(La, no 57)부터 루테튬(Lu, no 71)까지 란탄계열(lanthanoids) 15개 원소와 스칸듐(Sc, no 21), 이트륨(Y, no 39)을 포함한 17개 원소를 통틀어 일컫는다. 1794년 핀란드 화학자 요한 가돌린이 처음 발견했는데, 18세기 당시 잘 알려졌던 이산화규소, 석회 등에 비해 양이 적고 추출이 어려워 희귀(rare)하다는 뜻으로 희토류(稀土類·Rare Earth Elements·REEs)라고 불렸다. 경(經)과 중중(中重) 2개 그룹으로 분류되는 희토류는 화학적·물리적 성질이 비슷해 분리하기 매우 까다롭고, 방사성 물질이 혼합된 경우가 많아 채취도 어렵지만 화학적으로 안정되어 있어 열을 잘 전달하는 성질이 있어 다양한 전도체로 사용된다. 전 세계 소비량의 97%를 매장량 36%를 차지하고 있는 중국이 공급하고 있다.
이트륨은 Yt라고 표시하는 금속 원소로써 토륨을 함유하는 광물인 가돌리나이트(gadolinite) 중에 산화물을 전해함에 따라 얻어지는 산화물이다. 암회색의 분말로 비중 3.80, 녹는점 1250℃, 물을 분해시키고, 또 산에 용해되기 때문에 질산(초산)에 용해하여 사용한다. 이트륨은 산화 토륨의 일종인데 약 1%의 산화세륨을 가해서 가스 맨틀의 발광체로 사용되기 때문에 백열 가스맨틀에 주로 사용된다. 토륨과 이트륨은 방사선과 비방사선으로 구분되는데 맨틀에 사용되는 대부분은 비방사성 이트륨이다. 초기 맨틀은 방사성 물질인 토륨232를 사용하기도 했지만 기술이 발달한 지금은 비상사성 이트륨 질산을 사용한다.
현재 합법적으로 제조 판매되고 있는 제품에는 석면이 함유될 수 없다. 법적으로 2008년 1월 1일부터는 석면이 제품 중량의 0.1%를 초과하는 제품은 제조, 수입 및 판매를 하지 못하게 되어 있다. 따라서 우리나라에서 판매되는 맨틀은 석면이 전혀 섞이지 않은 제품이니 안심하고 사용해도 된다.

 

 

주의해야 할 초기 연소
양초나 에탄올을 공기 속에서 가열하면 열과 빛을 내면서 연소하여 물과 이산화탄소를 생성하는데, 물은 수소와 공기 속의 산소가 결합하여 생긴 물질이고, 이산화탄소는 탄소와 공기 속의 산소가 결합하여 생긴 물질이다. 이와 같이, 물질이 열과 빛을 발생시키면서 산소와 결합하는 것을 연소라고 한다.
스틸 울이나 마그네슘도 공기 중에서 가열하면 빛과 열을 내면서 연소하여 산소와 결합해서 각각 산화철과 산화마그네슘이 된다. 이와 같이, 물질이 연소하면 원래의 물질과 다른 물질이 생긴다. 이러한 변화도 화학적 변화의 하나이다. 맨틀은 제품을 장착 후 바로 사용하는 것이 아닌 한 번 연소시킨 후 사용하게 된다. 이는 맨틀 재료인 이트륨 질산을 연소시켜 화학적 변화를 일으킴으로써 지속적으로 밝은 광원을 발할 수 있게 되기 때문이다. 이트륨 질산이라는 소재의 특성상 초기 연소 때에는 질소산화 가스가 발생하기 때문에 비석면 비방사성 소재라도 가능하면 환기가 잘 되는 곳에서 태우는 것이 안전하다. 또한 초기에 연소를 시키면 맨틀이 고유의 모양을 잡아가게 되고 본격적으로 연소하게 되면 숯 형태로 남기 때문에 충격에 약하다. 맨틀을 오래 사용하기 위해서는 전용 케이스에 보관하고 절대로 눕혀서 수납하면 안 된다. 맨틀은 연소구의 불꽃을 안에 가두어주는 역할을 하기 때문에 일부분이 깨어졌을 경우 그대로 사용하게 되면 그 방향으로 불꽃이 새어나가 글로브에 손상을 줄 수도 있다. 한 번 연소시킨 맨틀은 조심해서 다루고 일부분이 깨졌을 때도 아까워하지 말고 새것으로 교체해야 한다. 
랜턴 맨틀은 자연 속에서 편리한 캠핑을 할 수 있게 도와주는 장비지만 많은 오해를 받아왔다. 잘못 알려진 정보는 오해를 낳고 오해는 또다른 오해를 낳을 뿐이다. 최대한 자연 가까운 곳에서 캠핑하기 원하는 사람들에게 건강에 좋지 않은 재료를 제공한다는 것은 있을 수 없는 일이다. 이제부터라도 안심하고 랜턴의 불빛에 빠져보자. 다른 장비에서 느낄 수 없는 특별한 감성을 몸 가득 채울 수 있을 것이다.

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