P9150174

Creative Commons-Licentie Batch Box Rocket door Peter van den Berg

is beschikbaar onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationaal licentie

Alle hier beschreven kernen zijn ontworpen door Peter van den Berg, tenzij anders aangegeven.

1: Gemetselde kern

Een gemetselde vuurkamer en riser is het eenvoudigste, hoewel hiervoor chamotte stenen verzaagd moeten worden. Met een geoptimaliseerd ontwerp kan dat minimaal zijn.
(lees meer)

P-channel

Dit is de de buis die de secundaire beluchting verzorgt in het oorspronkelijke ontwerp. Eenvoudig van opzet en werkt louter door het natuurkundig principe dat bekend staat als de wet van Bernoulli.
(lees meer)

2: Gemetselde kern

Het probleem van het niet rond zijn van de riser is opgelost bij het volgende ontwerp, de riser is nu achthoekig wat een betere benadering is van rond. De lagen zijn om en om staand en liggend aangebracht met een redelijk metselverband.
(lees meer)

3: Gegoten kern

Het ontwerp is een vuurkamer samenstelling met het onderste deel van de riser in twee delen. Deze is al vaak gebouwd en werkt goed maar is gevoelig voor barsten.
(lees meer)

4: Gegoten kern

Dit is een recent ontwerp (2015) waarvan de vuurkamer uit drie delen bestaat. Er is geen p-channel aanwezig maar in plaats daarvan een floor channel.
(lees meer)

Floor channel

Ook een secundaire lucht voorziening maar deze voert de lucht aan op halverwege de hoogte van de poort. Deze buis ligt op de bodem van de vuurkamer en kan gevoed worden via de gewone luchtinlaat.
(lees meer)

5: Gegoten kern (sidewinder)

Een ontwerp dat de riser niet achter de vuurkamer heeft staan maar in plaats daarvan er naast, wat de inbouw diepte beperkt. Helaas wordt het ontwerp hierdoor tevens ingewikkelder.
(lees meer)

6: Gemetselde sidewinder

Een eenvoudiger manier dan mallen maken en gieten om een enkele sidewinder te bouwen is met chamotte stenen. Er moet dan toch heel wat gezaagd worden.
(lees meer)

Een simpeler kern ontwerp

Een combinatie van een vierkante riser en een floor channel. Eenvoudiger te bouwen, minder stenen te zagen en toch erg goede resultaten.
(lees meer)

1: Gemetseld

Met een goed patroon en een geschikt klei/zand mengsel is deze gemetselde versie zeker geschikt om voor jezelf uit te proberen. Bijvoorbeeld ergens buiten in de tuin of in een schuur of garage, wat maar het eenvoedigste is. Hou wel in de gaten dat er vlammen uit de bovenkant van de riser kunnen komen dus zorg voor een adequate afvoer als het ding binnen wordt gebouwd. Dat gezegd hebbende, deze kern is ook meer dan geschikt om in een vaste opstelling als de verwarming van een ruimte te dienen (het klei/zand mengsel maakt het mogelijk om het ding uit elkaar te halen na het testen). Uiteraard met een constructie er omheen om de warmte af te staan en/of op te slaan.

 Afbeelding en tekening van gemetselde batchrocket

Natuurlijk is het verstandig om op een ondergrond te bouwen die stabiel is, liefst isolerend of met een isolerende laag er tussen. De tekening in SketchUp 8 formaat van dit ontwerp staat via deze link klaar voor download. De riser is hier vierkant, dat is een minder goede vorm voor een riser in combinatie met een p-channel. Het werkt wel maar het is geen optimale vorm. Deze uitvoering is geschikt om te bouwen van harde chamotte stenen, waalformaat. Uiteraard moet minstens de riser rondom voorzien worden van isolatie. Dat is niet nodig als het is gebouwd met behulp van isolerende vuurvaste stenen. Hoewel voor de vuurkamer die weer net iets te kwetsbaar zijn.

Terug naar boven

P-channel

De stalen buis die bovenop de vuurkamer ligt verzorgt de secundaire beluchting. Dit onderdeel wordt de p-channel genoemd, afkorting van Peter-channel naar de ontwerper ervan. Het kan gebouwd worden van gewoon stalen profiel of roestvast staal. In dit 150 mm systeem is het een rechthoek buis van 60x20x2 mm.

Gelaste p-channel voor secundaire beluchting

Het naar beneden hangende uiteinde komt precies boven de poort uit met een kleine overhang. Die overhang is om het simpel te houden even groot gekozen als de diepte van het stalen buis profiel. Aan de achterkant, die naar de riser is toegekeerd is een stukje uitgespaard om de aanzuiging van lucht te bevorderen. Door de onderdruk in de poort komt er tijdens normaal gebruik nooit rook of wat dan ook uit tenzij het ook uit alle andere gaten en kieren naar buiten stroomt. De secundaire lucht dient toegevoegd te worden voordat de sterke turbulentie plaats vindt in de poort en daar achter. Omgekeerd, als er frequent rook uit de p-channel en/of primaire lucht inlaat komt betekent dit waarschijnlijk dat er iets mis is met het systeem.

Lucht toevoeren in de riser zelf lijkt voor de hand te liggen maar de menging is op deze manier niet volledig genoeg. Toevoegen van lucht in de riser zelf lijkt voor de hand te liggen maar het werkt niet goed, waarschijnlijk omdat de menging niet goed genoeg is.

Doordat de buis wordt gekoeld door de binnenstromende lucht is de standtijd van gewoon staal behoorlijk. In een toepassing die twee jaar heeft dienst gedaan was er van schade door corrosie nauwelijks sprake. Het is dus zaak om de inlaat van de p-channel tijdens de stook nooit af te sluiten. Het vermoeden bestaat dat een grotere wand dikte van de buis snellere corrosie in de hand werkt omdat het materiaal de hitte minder snel af kan voeren.

Terug naar boven

2: Gemetseld

Het probleem van het niet rond zijn van de riser is opgelost bij dit volgende ontwerp, de riser is nu achthoekig wat een betere benadering is van rond. De lagen zijn om en om staand en liggend aangebracht met een redelijk metselverband. Hoe gladder de riser aan de binnenkant hoe beter, dus het loont de moeite om hier nauwkeurig te werken.

De achthoek is een gunstiger vorm waardoor de dubbele vortex eerder in de stook op gang komt. Het nadeel van deze methode is de grotere massa. Als de riser wordt gebouwd van isolerende vuurvaste stenen dan is dat nadeel niet aan de orde en dan is ook isolatie er omheen niet meer nodig.

Gemetselde kern met achthoekige riser

De kleine gele driehoekjes zijn in werkelijkheid van hetzelfde materiaal en hier een andere kleur gegeven voor de duidelijkheid. De constructie van deze kern verschilt van de vorige, de connectie tussen riser en vuurkamer is anders. Ook van dit ontwerp is een tekening beschikbaar, via deze link.

Hieronder nog twee voorbeelden hoe de riser achthoekig gemaakt kan worden met gewone steenformaten. Beide mogelijkheden bestaan uit een hele steen die onder 45 graden is doorgezaagd in twee gelijke delen en op deze manier twee zijden van de achthoekige riser vormen. De onderste is eenvoudig maar laat maar een formaat riser toe, de bovenste biedt de mogelijkheid om de stenen iets uit elkaar te schuiven. Op die manier is het mogelijk om binnen deze methode een wat grotere maat riser te bouwen. Met een bijpassende vuurkamer natuurlijk, de schalings tabel gaat ook bij deze normaal op.

Alternatieve patronen voor de achthoekige riser

Terug naar boven

3: Gegoten

Dit is een bewezen ontwerp, al vaak gebouwd. Een in het oog lopend maar geen fatale tekortkoming is de grote kans dat er barsten ontstaan links en rechts in de vuurkamer. Overigens valt het geheel niet uit elkaar, als de barsten er eenmaal zijn gebeurt er niet zoveel meer. Het vermoeden bestaat dat ze gaan fungeren als dilatatie voegen. De spanning is dan uit het materiaal en de barsten breiden zich niet meer uit.

De dikte van de wanden is niet meer dan 30 mm en waar nuttig is gebruik gemaakt van vulstukken in de mal om materiaal te besparen. Dat is niet gedaan uit zuinigheid maar om de massa van de kern te verminderen. Hoe minder er opgewarmd wordt hoe sneller het ding op bedrijfs temperatuur is.

Het deel van de riser boven de vuurkamer is ook samengesteld uit twee onderdelen die gelijk aan elkaar zijn en theoretisch in dezelfde mal gemaakt kunnen worden.

Eenvoudige gegoten vuurkamer en riser van vuurbeton

Het kruis op de zijkanten geeft aan wat tijdens het gieten de bovenkant was, die kant blijft relatief ruw maar dat heeft verder geen consequenties. De achthoek vorm van de riser is gekozen omdat de stukken die in de mal geplakt moeten worden met een cirkelzaag tafel gemaakt kunnen worden, de zaag hoeft enkel maar onder 45 graden ingesteld te kunnen worden. Ook deze tekening is vrij verkrijgbaar, en kan gedownload worden via deze link.

Terug naar boven

4: Gegoten

Dit ontwerp is recent en heeft een winter in dagelijks gebruik doorstaan zonder barsten te vertonen. In mijn implementatie steunt de onderkant op een frame en is daarmee gefixeerd, de bovenkant wordt bij elkaar gehouden door nokken in het bovenste deel. De afbeelding hieronder geeft een aangepaste tekening weer maar in essentie is dit hetzelfde ding.

Gecompliceerder methode voor een kern zonder barsten

Uiteraard is het ook bij deze nodig om de riser van boven tot onder te isoleren. De constructie is tamelijk simpel, de volgende afbeelding laat dat duidelijk zien.

Constructie van 3-delige layout batchrocket kern

Terug naar boven

Floor channel

Deze secundaire beluchting is een alternatief voor de p-channel, het is niet de bedoeling om ze allebei tegelijk te gebruiken. De constructie is heel anders dan de normale p-channel, hij ligt op de bodem in een sleuf en krijgt zijn lucht door dezelfde inlaat als de primaire beluchting. Het is een floor channel en als zodanig een variant van Matt Walker's  pre-port tube maar het verticale deel is korter en minder dik. Daardoor is er ook minder ruimte voor nodig in de vuurkamer.

De lucht wordt bovendien vrijwel exclusief aangevoerd halverwege de hoogte van de poort wat er onder andere voor zorgt dat de dubbele vortex gemiddeld lager in de riser blijft. Het ding is wat eenvoudiger te maken dan die van Matt, er is alleen een kleine haakse slijper met een dunne doorslijpschijf en een las apparaat voor gebruikt. De floor channel is heel gemakkelijk te vervangen, dit is een voordeel ten opzichte van de p-channel die vrijwel niet gedemonteerd kan worden zonder de kachel open te maken.

Alternatieve secundaire beluchting voor batchrocket kern

De buis is gemaakt van normale twee millimeter dikke stalen profielen maar vertoont na een winter gebruik vrijwel geen corrosie na een winter in Nederland. Het gebrek aan corrosie is gelegen in het feit dat de binnenkant gekoeld wordt door de langs stromende lucht. En de buitenkant zit op een plaats waar gedurende de stook een zuurstof arme omgeving heerst, staal corrodeert niet in afwezigheid van zuurstof.

Dit is dus een van de weinige stalen onderdelen die een wat langer leven is beschoren dan ongeveer tien stookbeurten. Mijn volgende floor channel ga ik maken van roestvrij staal 304, de verwachte levensduur zou beter moeten zijn.

De winter van 2015/2016 is geheel besteed om deze beluchting goed te krijgen, er zijn ongeveer 12 varianten getest. De tekening laat een horizontale buis zien van 60x30x2 mm, het verticale stuk is 35x35x2 mm. De doorlaat van het grootste profiel is 1,5 maal zo groot als het rechtopstaande stuk. Dat is niet toevallig, er zijn drie formaten liggende buis getest met drie formaten staande buis in verschillende samenstellingen. De buis van 60x30x2 mm doet het even goed als die van 60x40x2, zolang als de toevoer maar groter is dan de afvoer. Met de gebruikte stalen profielen is het staande deel 5,4% van de dwarsdoorsnede van de riser en het liggende deel 8,25%. Door deze percentages zo goed mogelijk aan te houden is het mogelijk om maten te vinden voor een grotere of kleinere batchrocket.

In tegenstelling tot de normale uitvoering met p-channel dient deze versie bovenop de lading hout achterin aangestoken te worden, bekend onder de noemer "omgekeerd stoken". Deze methode levert de beste resultaten op.

Grafiek van batchrocket resultaten

Dit diagram vertegenwoordigt een testrun met dik, kurkdroog berken, bovenop aangestoken. De kachel zelf was maar matig warm, aanvang temperatuur van de schoorsteen 30 ºC. De CO daalde op 18 minuten onder 500 ppm en bleef daar 58 minuten lang. De gemiddelden van deze stook: O2 13%, eff. 95,2%, CO 282ppm, Tr 66,4 ºC. Merk op dat het niveau aan het eind van de stook ongebruikelijk laag is.

En tot slot: de tekening van deze kern is ook beschikbaar, via deze link.

Terug naar boven

5: Gegoten sidewinder

Dit is een variant van een batch box rocket die de riser naar keuze links of rechts van de vuurkamer heeft staan. Het ontwerp is ontwikkeld door Adiel Shnior en Shilo Kinarty die rocket mass heaters bouwen in Israël. Max Edleson, een kachel bouwer in de USA heeft de er naam "sidewinder" aan gegeven. Dat is de naam van een woestijnslang die zich zijwaarts kronkelend over het hete zand beweegt, maar ook van een lucht-lucht raket.

Door de poort en de riser aan de zijkant kan links en rechts niet meer symmetrisch zijn waardoor het aantal mallen met een toeneemt. In dit ontwerp bestaat de vuurkamer uit vijf delen die samen in vier mallen gemaakt kunnen worden. 

Gegoten sidewinder batchrocket

Dit ontwerp is analoog aan de voorgaande met een losse bovenkant uitgevoerd, de meest ingewikkelde mal is nu de achterwand waar een helft van de onderkant van de riser aan vast zit. Beide zijwanden kunnen in dezelfde mal gegoten worden met een vulstukje voor de poort. Het bovendeel is gelijk aan die van het rechte ontwerp en de andere onderhelft van de riser is een losse en tamelijk eenvoudige mal. Voor goed begrip van de situatie een exploded view.

Sidewinder exploded view

Het geheel oogt behoorlijk ingewikkeld, maar na zorgvuldige inspectie en overweging is het geheel binnen de mogelijkheden van een handige doe-het-zelver. Hoewel schijnbaar gecompliceerder, deze mallen zijn niet anders gemaakt dan de uitleg in de "Hoe te bouwen" sectie. Een gecoate multiplex doos met doelmatig gevormde stukken geëxtrudeerde polystyreen schuim (of iets dergelijks) er in geplakt om de uiteindelijke vorm tot stand te brengen.

Voor veel mensen is dit mogelijk de eerste poging om in "negatieve ruimtes" te denken en hoe het gietstuk te lossen. Ik denk dat het binnen de mogelijkheden ligt van een goede "schuurtje in achtertuin knutselaar" dus wees niet bang. Het lijkt een goed idee om je mallen te testen met stucgips of zelfs een zwakke cement/zand mix, voordat je de straf geprijsde vuurvaste beton in een mal verknoeit omdat de mal aangepast moet worden voordat het juiste eind resultaat behaald kan worden.

Zoals vermeld in de Introductie is dit een open source project die ook beschikbaar is voor commerciële doeleinden (klik alsjeblieft op een van de links die leiden naar de voorwaarden van de licentie). Als het in de planning ligt om meer dan een paar van deze ontwerpen te bouwen dan is het verstandig om eerst een paar positieve 'moedermallen' of 'plugs' te maken (dat zijn de eigenlijke vormen zelf, de positieven).  En die vervolgens te gebruiken om rubber mallen in te gieten (i.e. dit zijn dan de 'negatieven') waar de eigenlijke productie run in gegoten kan worden.

Deze negatieve rubber mallen zullen van tijd tot tijd vervangen moeten worden door ze opnieuw te gieten met behulp van de moedermallen. Het lijkt een levensvatbaar bedrijfs plan te zijn om deze gietstukken te maken en te verkopen samen met goede instructies om ze in elkaar te zetten compleet met de "doe-het-zelf' werkzaamheden die nodig zijn om het uiteindelijke resultaat te bereiken. Het totale aantal mallen compleet met heat riser is vijf, en het is mogelijk om daarmee 7 gietstukken te maken. De tekening van dit ontwerp is beschikbaar via deze link.

Terug naar boven

6: Gemetselde sidewinder

Met chamotte stenen en een watergekoelde steenzaag machine is dit ontwerp niet moeilijk te bouwen. Tenminste, niet moeilijker dan een rechte batch box rocket. Om alles wat eenvoudiger te maken is de ontwerp maat iets vergroot, van 150 mm riser doorsnede naar 160 mm. Daarmee wordt de vuurkamer ook iets groter waardoor er wat dikker en langer hout in kan.

Als voor de vuurkamer dezelfde diepte aangehouden wordt als bij de rechte versie dan is de inbouw diepte 486 mm. Dat is een winst van 216 mm ten opzichte van de 702 mm van de rechte als dit formaat vuurvaste stenen gebruikt wordt. De verschillen in stook gedrag zijn maar heel klein, dat maakt dit een goed alternatief. Deze maten zijn allemaal nominaal en er is geen rekening gehouden met de dikte van de mortel tussen de stenen.

De floorchannel is wat aangepast aan de wat grotere maat van de riser en de poort. Tevens is deze channel eenvoudiger uitgevoerd, zonder knik van 90º er in zoals bij de gegoten sidewinder en het verticale gedeelte is asymmetrisch geplaatst om voldoende afstand naar de poort te creëren. Aan weerszijden van het verticale deel moet ongeveer zoveel ruimte zijn als de helft van de poort breedte, gemeten in een horizontaal vlak haaks op de zijden van het verticale deel, tussen dit en de hoeken van de poort.

Uiteraard is het mogelijk en ook beter om de achthoekige riser van het ontwerp 2: Gemetseld te gebruiken waardoor de stook resultaten merkbaar beter worden. De tekening is weer beschikbaar via deze link.

Terug naar boven

Een ander kern ontwerp

Tussen de herfst van 2017 en de zomer van 2018 is er vrij veel ervaring opgedaan met een ontwerp bestaande uit een floor channel en een riser die vierkant is inplaats van de meer gebruikelijke ronde of achtkantige vorm. De prestaties zijn op zijn minst zo goed als een batchrocket met p-channel en ronde riser maar heeft het bijkomende voordeel van een veel gemakkelijker constructie - minder stenen zagen en een simpeler layout. Bouwen op deze manier is veel eenvoudiger geworden. Soms, gedurende deze testen is de backsweep, de schuin oplopende kant in de bodem/achterkant van de riser weggelaten (meer eenvoud) met gelijke excellente en bemoedigende resultaten.

In dit ontwerp is het nu alleen maar aan de achterkant van de riser, over de hoogte van de poort dat we schuine kanten hebben (let er op in de video) resulterend in een halve achtkant die de vorming van de dubbele vortex bevordert.

De reeds gepubliceerde dimensies tabel en spreadsheet kunnen voor dit ontwerp gebruikt worden. Dat betekent dat een 150 mm design een riser heeft van 150 maal 150 mm en alle verdere dimensies komen van  de spreadsheet en tabel voor een ronde 150 mm riser. Hetzelfde voor alle andere formaten, dus een batchrocket formaat van maat (X) heeft alle maten van dat systeem formaat gekoppeld met een riser van maat (X*X). De ronde doorsnede van de riser is eenvoudigweg vervangen door een vierkante doorsnede riser met de zijden dezelfde maat als de diameter van de ronde.

Dit ontwerp kwam er eigenlijk per ongeluk uitrollen, tijdens een workshop op het Spaanse eiland Mallorca in november 2017. De gehuurde steenzaag machine was niet in staat om de benodigde 45 graden sneden te doen met de nauwkeurigheid die we nodig hadden, op die manier waren we gedwongen om deze constructie methode te gebruiken. Het was niet een sprong in het duister zoals op het eerste gezicht lijkt, mijn ervaring gedurende jaren heeft geleid tot het vermoeden dat deze methode doenlijk was, en sommige andere recente experimenten hebben dat vermoeden ondersteund. Misschien geluk bij een ongeluk, wie zal het zeggen. En het werkte direct uit de doos om zo te zeggen, natte stenen ten spijt. Hier is een time-lapse video van de complete worshop. De tekening van deze bouw is te downloaden via deze link.


Veel van het eigenlijke bouwen en testen is gedaan door Yasin Gach in Frankrijk gedurende andere workshops en een paar commerciële opdrachten. Aanbevolen layout voor deze floor channel/riser combinatie is nu zoals de tekening en het plaatje. De tekening van deze kern is te downloaden via deze link.

square2

Terug naar boven

Flag Counter