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

1: Gemetselde kern

Het eenvoudigste is een gemetselde vuurkamer en riser, 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

Bij het volgende ontwerp is de riser is nu achthoekig waarmee rond beter benaderd wordt. 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 helften. 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 ernaast, zodat de inbouwdiepte beperkt blijft. Helaas wordt het ontwerp hierdoor tevens ingewikkelder.
(lees meer)

6: Gemetselde sidewinder

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

7: 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)

8: Double Shoebox Rocket

Varianten die een aanmerkelijk kleinere inbouwhoogte behoeven. Compact, met een geheel eigen karakter.
(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 eenvoudigste 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 eromheen voor opslag een afgifte van de warmte.

 

Natuurlijk is het verstandig om te bouwen op een ondergrond die stabiel is, liefst isolerend of met een isolerende laag ertussen. De tekening van dit ontwerp (in SketchUp 8 formaat) staat via deze link klaar om te downloaden. 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 niet optimaal. 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 hij wordt gebouwd met behulp van isolerende vuurvaste stenen. Hoewel die voor de vuurkamer 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, (een afkorting afkorting van Peter-channel, naar de ontwerper ervan). Hij kan gebouwd worden van gewoon stalen profiel of roestvast staal. In dit 150 mm systeem is het een rechthoek buis van 60x20x2 mm.

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 buisprofiel. Aan de achterkant, die naar de riser is toegekeerd, wordt een stukje uitgespaard om de aanzuiging van lucht te bevorderen. Dankzij 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 toegevoerd te worden voordat de sterke turbulentie plaatsvindt in de poort en daarachter. Omgekeerd, mocht er frequent rook uit de p-channel en/of primaire lucht inlaat komen, dan 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. Doordat de buis wordt gekoeld met de binnenstromende lucht is de levensduur van gewoon staal behoorlijk. In een toepassing die twee jaar heeft dienstgedaan 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 wanddikte van de buis sneller corrosie in de hand werkt, omdat het materiaal de hitte minder snel af kan voeren.

Terug naar boven

2: Gemetseld

Het probleem van de niet-ronde riser is opgelost in dit volgende ontwerp: de riser is nu achthoekig waarmee een ronde vorm dichter benaderd wordt. 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 gunstige vorm, zodat de dubbele vortex eerder in de stook op gang komt. Het nadeel van deze methode is de grotere massa. Dat nadeel is niet aan de orde als de riser wordt gebouwd van isolerende vuurvaste stenen en dan is ook isolatie eromheen niet meer nodig.

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

Hier nog twee voorbeelden die tonen 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: de twee delen kunnen op deze manier twee zijden vormen van de achthoekige riser. Het onderste patroon is eenvoudig maar laat maar één formaat riser toe; het bovenste patroon biedt de mogelijkheid om de stenen iets uit elkaar te schuiven. Dat maakt het mogelijk om binnen deze methode een wat grotere maat riser te bouwen. Met een bijpassende vuurkamer natuurlijk, de schalingstabel gaat ook bij deze normaal op.

Terug naar boven

3: Gegoten

Dit is een bewezen ontwerp, al vaak gebouwd. Een in het oog lopende, maar niet-fatale tekortkoming is de grote kans dat er barsten ontstaan links en rechts in de vuurkamer. Daarmee valt het geheel overigens niet uit elkaar, als de barsten er eenmaal zijn gebeurt er niet zoveel meer. Het vermoeden bestaat dat ze gaan fungeren als dilatatievoegen. 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 om materiaal te besparen is gebruik gemaakt van vulstukken in de mal, waar dat nuttig was. Dat is niet gedaan uit zuinigheid maar om de massa van de kern te verminderen. Hoe minder er opgewarmd wordt, des te sneller is het ding op bedrijfstemperatuur.

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

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 achthoekige vorm van de riser is gekozen opdat de stukken die in de mal geplakt moeten worden met een cirkelzaagtafel te maken waren; de zaag hoeft enkel maar onder 45 graden ingesteld te 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 lang dagelijks gebruik doorstaan zonder barsten te vertonen. In mijn implementatie steunt de onderkant op een frame en is daarmee gefixeerd. De bovenkant wordt bijeengehouden door nokken in het bovenste deel. De afbeelding hieronder toont een aangepaste versie, maar in essentie is dit hetzelfde ding.

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.

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 floorchannel heeft een heel andere constructie: hij ligt op de bodem in een sleuf en krijgt zijn lucht door dezelfde inlaat als de primaire beluchting. Deze floorchannel is een variant op 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.

Bovendien wordt de lucht 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; het enige wat je nodig hebt is een kleine haakse slijper met een dunne doorslijpschijf en een lasapparaat. De floorchannel 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.

De buis is gemaakt van normale twee millimeter dikke stalen profielen maar vertoont vrijwel geen corrosie na een Nederlandse winter. Dat is te danken aan het feit dat de binnenkant gekoeld wordt door de lucht die er door stroomt. En de buitenkant zit op een plaats waar gedurende de stook een zuurstofarme 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 floorchannel ga ik maken van roestvrij staal 304, de te verwachten levensduur zou langer 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 de toevoer maar groter is dan de afvoer. Met de gebruikte stalen profielen meet 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.

01/05/2019 Een wat eenvoudiger constructie met een wijder aanvoeronderdeel en een langer verticaal deel. De luchtstroom is geoptimaliseerd, op zo'n manier dat de bovenste helft van de poort het grootste deel van de luchttoevoer ontvangt.

De doorsnede van het aanvoereind is in dit geval twee keer zo groot als het afvoereind. Net zoals de eerdere versie is deze geproduceerd met een dunne schijf in een haakse slijper en een lasapparaat. Een tekening van een formaat dat geschikt is voor een 150 mm systeem kan hier gedownload worden.

In tegenstelling tot de normale uitvoering met p-channel dienen kachels met dit floorchannel-ontwerp bovenop de lading hout achterin aangestoken te worden. Dit staat bekend onder de noemer "omgekeerd stoken". Deze methode levert de beste resultaten op.

Dit diagram toont een testrun met dik, kurkdroog berken, bovenop aangestoken. De kachel zelf was maar matig warm, aanvangstemperatuur 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: groen O2 13%, rood eff. 95,2%, paars CO 282ppm, blauw eindtemperatuur Tr 66,4 ºC. Merk op dat het CO niveau aan het eind van de stook ongebruikelijk laag is.

Ook de tekening van deze kern is beschikbaar, via deze link.

Terug naar boven

5: Gegoten sidewinder

Dit is een variant van een batchrocket die de riser naast de vuurkamer heeft staan, naar keuze links of rechts. Het ontwerp is ontwikkeld door Adiel Shnior en Shilo Kinarty die rocket mass heaters bouwen in Israël. Max Edleson, een kachelbouwer in de USA heeft er de 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-luchtraket.

Met de poort en de riser opzij zijn links en rechts niet meer symmetrisch. Daardoor is een extra mal nodig. In dit ontwerp bestaat de vuurkamer uit vijf delen, die samen in vier mallen gemaakt kunnen worden. 

Net als in het vorige ontwerp zien we ook hier een losse bovenkant. De meest ingewikkelde mal is nu de achterwand, waaraan een helft van de riser-onderkant vastzit. Beide zijwanden kunnen in dezelfde mal gegoten worden met een vulstukje voor de poort. Het bovendeel is gelijk aan dat van het rechte ontwerp en de andere helft van de riser-onderkant is een losse en tamelijk eenvoudige mal. Voor beter begrip een exploded view.

Het geheel oogt behoorlijk ingewikkeld, maar na zorgvuldige inspectie en overweging ligt het geheel binnen de mogelijkheden van een handige doe-het-zelver. Deze mallen zijn gemaakt volgens de uitleg in het "Hoe te bouwen" hoofdstuk. Een gecoate multiplex doos, met daarin geplakt wat doelmatig gevormde stukken geëxtrudeerde polystyreenschuim (of iets dergelijks) om de uiteindelijke vorm tot stand te brengen.

Voor veel mensen zal dit de eerste poging zijn om in "negatieve ruimtes" te denken en het gietstuk te lossen. Ik denk dat een goede schuurtje-in-achtertuin-knutselaar het best zal kunnen, dus laat je niet afschrikken. Het lijkt een goed idee om je mallen te testen met stucgips of zelfs een zwakke cement-zand mix, voordat je de stevig geprijsde vuurvaste beton in een mal verknoeit enkel omdat voor het juiste eindresultaat de mal nog een kleine aanpassing nodig heeft.

Zoals vermeld is dit een open source project dat ook beschikbaar is voor commerciële doeleinden (klik alsjeblieft op een van de links die leiden naar de licentievoorwaarden). 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 van te gieten (de 'negatieven') waarin de eigenlijke productierun 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 bedrijfsplan te zijn om deze gietstukken te maken en te verkopen samen met goede instructies om de onderdelen in elkaar te zetten en eventuele aanpassingen te doen. 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 steenzaagmachine is dit ontwerp niet moeilijk te bouwen. Tenminste, niet moeilijker dan een rechte batchrocket. Om alles wat eenvoudiger te maken is de ontwerpmaat iets vergroot, van 150 mm riser-doorsnede naar 160 mm. Daarmee wordt de vuurkamer ook iets groter zodat er wat dikker en langer hout in kan.

Als voor de vuurkamer dezelfde diepte aangehouden wordt als bij de rechte versie dan is de inbouwdiepte 486 mm. Dat is een winst van 216 mm ten opzichte van de 702 mm van de rechte, bij dit formaat vuurvaste stenen. De verschillen in stookgedrag 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 aangepast aan de wat grotere maat van de riser en de poort. Tevens is deze channel eenvoudiger uitgevoerd, zonder knik van 90º erin 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 poortbreedte, 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 wat de stookresultaten wat verbetert. De tekening is weer beschikbaar via deze link.

Terug naar boven

7: Een ander kern ontwerp

Tussen de herfst van 2017 en de zomer van 2018 is er vrij veel ervaring opgedaan met een ontwerp dat bestaat uit een floorchannel 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 daarbij heeft dit ontwerp het voordeel van een veel gemakkelijker constructie - minder stenen zagen en een simpeler layout. Bouwen is op deze manier veel eenvoudiger geworden. Tijdens deze testen is omwille van de eenvoud soms de backsweep, de schuin oplopende kant op de bodem-achterkant van de riser weggelaten zonder dat dat iets afdeed aan de excellente en bemoedigende resultaten.

In het hier gepresenteerde ontwerp heeft de riser nu alleen maar aan de achterkant schuine kanten, over de hoogte van de poort (let er op in de video). Resultaat is een halve achtkant, die de vorming van de dubbele vortex bevordert.

Voor dit ontwerp kunnen we gebruik maken van de inmiddels bekende matentabel en spreadsheet. Dat betekent bijvoorbeeld dat een 150 mm ontwerp een riser heeft van 150 maal 150 mm en alle verdere afmetingen worden gegeven door de spreadsheet en tabel voor een ronde 150 mm riser. Hetzelfde geldt 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 riser is eenvoudigweg vervangen door een vierkante riser, met zijden die zo lang zijn als de diameter van een ronde riser zou zijn geweest (een principe dat we al eerder tegenkwamen).

Dit ontwerp kwam er eigenlijk per ongeluk uitrollen, tijdens een workshop op het Spaanse eiland Mallorca in november 2017. De gehuurde steenzaagmachine was niet in staat om de benodigde sneden van 45 graden nauwkeurig te doen. Derhalve moesten we noodgedwongen uitwijken naar deze constructiemethode. Het was geen sprong in het duister, al lijkt het misschien zo. Mijn jarenlange ervaring leidde tot het vermoeden dat deze methode doenlijk was, en sommige andere recente experimenten ondersteunden dat vermoeden. Misschien geluk bij een ongeluk, wie zal het zeggen. En het werkte zogezegd direct uit de doos, natte stenen ten spijt. Hier is een time-lapse video van de complete worshop. De tekening van dit ontwerp is te downloaden via deze link.

Veel van het eigenlijke bouwen en testen is gedaan door Yasin Gach in Frankrijk tijdens andere workshops en een paar commerciële opdrachten. De nu aanbevolen layout voor deze floorchannel-riser combinatie is als op het plaatje en de tekening, Die kan worden gedownload via deze link.

Terug naar boven

8: Double Shoebox Rocket: DSR 1, 2 en 3

Herfst 2021.
Alle voorgaande ontwerpen zijn varianten op de verticale riser, al dan niet achter de vuurkamer. Een nadeel daarvan is de forse inbouwhoogte. Samen met de minimale "top gap" levert dat een vaste hoogte op voor om het even welke methode om warmte aan de rookgassen te onttrekken. In de loop van 2017 ben ik begonnen met een riser die als het ware horizontaal bovenop de vuurkamer ligt. Het voordeel is een geringere inbouwhoogte en doordat er geen riser achter is geplaatst is de diepte ongeveer zoals bij de sidewinder. De vorm van het geheel doet denken aan twee dozen boven op elkaar: de werktitel werd daardoor "double shoebox rocket". Het is er niet van gekomen om een betere naam te verzinnen dus is het zo gebleven. Al snel werd het een afkorting: DSR, en Satamax Antone uit Frankrijk vond dat dat een afkorting van Désirée kon zijn. Heel romantisch, omdat die naam betekent "de lang verwachte".

Op dit moment zijn er drie varianten van hetzelfde concept waar de ontwikkeling van de eerste (DSR1) in 2018 is gestopt, die heeft nooit geleid tot een betrouwbaar ontwerp. Als vrijstaand bouwsel met een meter pijp erop deed het ding het goed, heel goed zelfs. Maar in een paar vaten ingebouwd en aangesloten aan een volwassen schoorsteen had hij de neiging om steeds harder te gaan branden, totdat alle brandstof op was. Op zichzelf niet erg, maar tijdens zo'n thermische overdrive kwamen er grote donkergrijze rookwolken uit de schoorsteen. Niet iets wat, met de tegenwoordige focus op het verminderen van fijnstof en rookhinder, door de buren gewaardeerd zal worden.

Een groot deel is gepubliceerd op drie fora: Ecologieforum, Donkey32 proboards en twee links voor het derde forum Permies.com en Permies.com DSR cookstove.
Dit alles is relevant voor de ontwikkeling van de DSR3. Dat is de reden dat ik het verhaal hier verteld heb.

In de herfst van 2018 ging de ontwikkeling verder met de tweede variant: DSR2. Die heeft wel geleid tot een bruikbare kern. Veel van de goede eigenschappen van de oorspronkelijke batchrocket zijn daarin terug te vinden.
Ook deze ontwikkeling is zoals gebruikelijk gepubliceerd: Ecologieforum en Donkey.proboards.

Kort gezegd bestaat deze DSR2-kern uit een vuurkamer met een korte riser erachter, dit is de eerste box. De proporties van deze box zijn gelijk aan die van de rechte batchrocket, dus de maatvoering is conform de inmiddels bekende tabel en spreadsheet. Bovenop de eerste ligt nog een tweede box, even breed als de vuurkamer eronder en met een hoogte die gelijk is aan de breedte. De totale diepte van beide boxen is ook gelijk, dus alle wanden kunnen bovenop die van de onderste box geplaatst worden. In de bovenste doos kan ook een deurtje gemaakt worden, zodat die als (zwarte) oven kan fungeren. De vuurkamer heeft een normale poort van gelijke afmetingen als in andere batchrocket ontwerpen. De vierkante riser komt uit in de bovenste box, die weer een uitgang heeft in de vorm van een dwarse sleuf relatief dicht bij de voorkant. Dan is in de bovenste box, halverwege aan het plafond nog een zogenaamd struikelblok, ook dwars geplaatst.

Met een kort schoorsteentje bovenop de uitgang werkt deze versie voortreffelijk. Een open uitvoering is echter niet geschikt voor toepassing binnenshuis, een deurtje ervoor met een luchtinlaat is veiliger. Er is tot nu toe (herfst 2021) redelijk wat ervaring met deze kern opgedaan. In de tussentijd zijn er ook wat principetekeningen gemaakt die een paar mogelijkheden weergeven. Een daarvan heeft een volledig uitgewerkte deur- en luchtinlaat combinatie. Alle bestanden hebben het SketchUp versie 8 bestandsformaat en zijn hier te dowloaden.

DSR2 closed, de gegoten versie met deurstel en gecombineerde primaire/secundaire luchtinlaat.
DSR2 openbrick, de gemetselde versie, zoals hierboven getoond.
DSR2 opensplit, een versie gebouwd van dunne chamotte stenen met een doos van ceramische vezelplaat eromheen als structureel element. 
DSR2 cast open, de gegoten versie zonder deur of secundaire luchtinlaat.

De uitvoering met secundaire luchtinlaat, hier in de vorm van een floorchannel, wijkt wat af van de andere principe-doorsneden. De vuurkamer is wat hoger, ter compensatie van de dikte van de floorchannel. In overeenstemming daarmee is ook de poort hoger. Alle andere maten zijn gelijk.

Er bestaan twee uitvoeringen met verwarmde bank waar ik aan meegewerkt heb. De eerste staat in Amayuelas, in het noorden van Spanje. De afvoer is laag in het kleine bankje aan de linkerkant gesitueerd. De tekening is te downloaden via deze link.

De tweede staat in Gierle, ten zuiden van Turnhout in België. Ook bij deze is geen afvoer ingetekend, die is laag in de achterwand van de rechter-bank geplaatst, dicht bij de bell. Te downloaden via deze link.

 

Werk in uitvoering, er komt meer!

Inleiding

We zullen nu aandacht besteden aan complete massakachels en varianten zonder massa die rond een batchrocket-kern gebouwd zijn. Niet alles is voorzien van foto's omdat die vaak beschermd zijn door copyright. Maar de maten en schetsen kunnen worden omgezet in 3D-tekeningen op SketchUp formaat. Op deze manier komt er (hopelijk) voldoende informatie beschikbaar voor mensen die een of meer ontwerpen willen nabouwen.
Alle hier beschreven varianten zijn door Peter van den Berg ontworpen en/of gebouwd, tenzij anders aangegeven. Op deze site worden uitsluitend ontwerpen en beschrijvingen opgenomen die vrij gebruikt kunnen worden, zowel voor eigen gebruik als commerciëel. De Creative Commons licentie Naamsvermelding en GelijkDelen is van toepassing. Als alternatief is de GPLv3 public licence ook mogelijk, die is éénzijdig uitwisselbaar met de genoemde CC licentie.

Werkplaats batchrocket

Drie olievaten en een gegoten batchbox-rocket kern. Heel weinig massa, de kern zelf weegt 60 kg en de opwarmtijd van de hele kachel is extreem kort.
(lees meer)

Bell met twee bankjes

Dit was een tijdelijke opstelling, gebouwd door een heel team in iets meer dan 2 dagen. Heel interessant, werkte voortreffelijk ondanks de lage verwachtingen van sommige toeschouwers.
(lees meer)

Massakachel van gegoten onderdelen

Een recent ontwerp, (2015) dat geheel bestaat uit gegoten vuurbetonnen onderdelen. Heel geschikt voor seriematige vervaardiging, snelle opbouw mogelijk.
(lees meer)

Hout-cv

Ook een ontwerp uit 2015. Het geheel bestaat uit flink wat roestvrij staal, chamotte platen en dunne chamotte stenen. Het brandt schoon en heet, de drukloze buffer wordt ermee opgewarmd die op zijn beurt de vloerverwarming van warm water voorziet.
(lees meer)

Pizza oven + zwembad verwarming

Een tweede ontwerp om water te verwarmen, een zwembad deze keer, gebouwd als combinatie met een pizza-oven. Omdat de buitenwand ook warm wordt is het ook een terrasverwarmer.
(lees meer)

Open batch rocket systemen

Deze systemen zijn gebouwd in de buitenlucht, zonder deur en zonder secundaire lucht inlaat.
(lees meer)

Drievaten batchrocket

Deze kachel heeft gedurende de winter van 2013/2014 dienst gedaan in mijn toenmalige werkplaats. Hij is gebouwd als een systeem met een riser-diameter van 150 mm, gelijk aan de gebruikte kachelpijp. Het geheel bestaat uit drie vaten die op elkaar zijn gezet zodat ze een doorlopende cylinder vormen. Het deksel en de bodem van het middelste vat zijn er allebei uit gezaagd. De onderste is aan de bovenkant open en de bovenste aan de onderkant. Van elk deksel is een rand van 25 mm rondom blijven staan met als doel vervorming te voorkomen. De batch rocket is een gegoten exemplaar dat door de zijkant van de vaten cylinder heen steekt. Zie het schema hieronder.

De gemetselde kolom in het onderste vat staat rechtstreeks op de vloer. Daartoe is een vierkant gat gemaakt in de bodem van het vat ongeveer ter grootte van de kolom. Met een waterpomptang en een hamer is vervolgens een flens gemaakt aan elk van de vier kanten van het gat. De opening tussen de vatbodem en de kolom is volgestopt met superwool om een afdichting te vormen. Op deze manier staan zowel de kolom als het vat op de vloer. De onderste helft van de kern steekt door een opening in het onderste vat waar ook weer flenzen aan zijn gemaakt.

De kern wordt niet rechtstreeks op de rand geplaatst, samen met een tweede kolom buiten het vat wordt een platform gevormd dat ongeveer 8 mm hoger ligt dan de flens. Een rand superwool op de flens waar de kern boven staat zorgt voor de afdichting. De riser staat niet precies midden in het vat zodat de vuurkamer wat minder uit steekt.

Te zien is dat de kieren tussen de zijkanten van de vuurkamer en de flens ook met superwool volgestopt zijn. Het tweede vat heeft ook een uitsparing voor de vuurkamer plus een kleintje voor de p-channel. Overal weer flenzen aan gebogen/geslagen en de ruimte die overblijft volgestopt met superwool.

De volgende stap is het plaatsen van de riser, daar heb ik helaas geen foto van. Hier is een vacuum gevormde superwool riser voor benut zoals die veel gebruikt worden in de metallurgische industrie. Ze worden daar toegepast als buis of trechter om gesmolten metaal doorheen te gieten bij het vullen van gietvormen. Google "riser sleeve" of gebruik deze link.

De laatste stap is het gereed maken en plaatsen van het derde vat. De randen zijn afgeplakt met aluminium tape, die heeft niet het eeuwige leven maar tegelijkertijd is het duidelijk zichtbaar als er wat aan mankeert. De randen worden overigens minder heet dan de rest van het vat oppervlak, voornamelijk omdat de gas stroom langs de wanden naar beneden is gericht. Door de bocht die de gassen afleggen om de 25 mm flens heen die is achtergebleven blijft de temperatuur van die randen altijd tientallen graden lager.

De gloeiend hete gassen worden omhoog de cylinder in geblazen en moeten naar beneden omdat de afvoer dicht bij vloerniveau zit. Die afvoer bevindt zich zelfs lager dan de vuurkamer zelf, ongeveer 500 mm. Om te zorgen dat de stroom gemakkelijk van alle kanten in de schoorsteen kan komen is de pijp 100 mm uit de vloer gemonteerd met als doel om een restrictie te voorkomen. Een andere manier om hetzelfde effect te bereiken is een groter gat van 200 mm te maken. En een verloop te gebruiken van 200 naar 150 mm, naar de dikte van de kachelpijp.

Tijdens de stook kan in deze opstelling het bovenste vat gemakkelijk 200 ºC worden. Een deur is voor deze variant nooit gemaakt, daar is steeds een los plaatje Robax vuurvast glas voor gebruikt en een paar chamotte stenen die de inlaat vormden. De gebruikte schoorsteen is recht, van metselwerk en 8,5 meter hoog vanaf het punt waar de kachelpijp er in gaat. Er is een video (van slechte kwaliteit), die vrij goed in stappen laat zien hoe de stook verloopt.

En tenslotte: het verslag op het Ecologieforum van oktober 2013 over dit onderwerp. Geen 3D-tekening beschikbaar, sorry.

Terug naar boven

Bell met cul-de-sac banken

Deze massakachel is gebouwd tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van de Masonry Heater Association of North America in 2015. Dat is een organisatie van kachelmetselaars die van alles doen om de ontwikkeling van de normen een beetje in hun richting te buigen. Deze organisatie is ook bezig met ontwerpen die door alle leden gebruikt kunnen worden en als zodanig wordt het open source idee omarmd.

Over de titel: cul-de-sac betekent letterlijk doodlopende weg. Bij geen van de banken is aan het eind een afvoer gemaakt.

De bell zelf is getekend als dubbelwandig maar tijdens de (6!) workshops en diverse mini-clinics bleek dat er niet genoeg chamotte stenen voorhanden waren. Dus is de layout wat aangepast naar een volledig enkelwandige opbouw, het doel was tenslotte een proof of concept af te geven. Dat is heel goed gelukt, het ding brandde echt schoon, de bankjes werden warm.

De riser is een vacuum gevormde superwool koker van 200 mm diameter, de bankjes zijn enkelwandig getekend, de hoofd bell dubbelwandig. Een aantal leden van de MHA vonden het maar vreemd dat die bankjes geen uitgang hadden; op deze manier zouden er geen warme rookgassen doorheen kunnen stromen. Deze foto toont de heater tijdens droogstoken, de damp komt er met wolken tegelijk af. De bovenkant van het bankje toont lichte plekken die al aan het drogen zijn.

Er zijn in deze constructie een paar trucs uitgehaald om de gassen onder de zitting de bank in te laten stromen en over de bodem door dezelfde opening er weer uit, als een soort lus. Dit mechanisme steunt op een natuurkundig principe, het feit dat warme lucht lichter wordt omdat het is uitgezet. Dus stijgen de warme gassen naar boven en zakken de koudere naar beneden, richting uitgang. Zie hiervoor ook "Bell theorie".

Op deze verticale doorsnede is zichtbaar dat de openingen naar de bell toe even hoog en breed zijn als de binnenkant van de bank. Wat er in feite gebeurt is dat de bell op de hoogte van de batch rocket kern kleiner in doorsnede wordt en op de hoogte van de banken opeens veel groter. Als gevolg daarvan hebben de gassen veel meer ruimte en gaan langzamer stromen. En dus is er ook veel meer tijd om warmte af te geven. De bankjes blijven nauwelijks achter in snelheid van opwarming ten opzichte van de hoofd bell.

De plaatsing van de uitgang naar de schoorsteen is hier uiteraard heel belangrijk. Door middel van een schot achter de kern wordt een ruime gedeelde doorlaat gecreëerd, veel groter dan de uitgang zelf die wat hoger achter het schot is geplaatst. Op deze manier is er overal rondom de uitgang van de bell voldoende ruimte, ook aan de bovenkant zodat de complete omtrek van de cirkelvormige opening benut kan worden voor afvoer van de rookgassen.

Het ronde gat van de uitlaat is midden achter het schot gemaakt. Door dat schot zit alle afvoer onder de helft van de bankhoogte, en stromen de gassen de kant op die de bedoeling was. Als de afvoeropening(en) hoger hadden gezeten, zou de stroom direct doorgaan naar de uitgang. Uiteraard is het niet echt nodig om de constructie met het schot toe te passen. Zou er een brede lage opening in de achterkant van de bell zijn gemaakt die achter de kachel als een trechter naar de afvoerpijp leidde dan werkte dat natuurlijk ook. Iets dergelijks is gedaan in het volgende ontwerp.

Het was een gedenkwaardig gebeuren, met verschillende prominente namen in het Rocket Heater team. Lasse Holmes, de bedenker van de batchrocket-basis, Leslie Jackson, co-auteur van "Rocket mass heaters" en Kirk "Donkey" Mobert, die het eerste rocket mass heater forum heeft opgezet. Onderstaande foto toont Lasse en Leslie dansend voor de kachel (of rond het vuur?).

Op de twee actiefoto's rust MHA-copyright, voor meer foto's met commentaar van Norbert Senf en mij, zie de fotorapportage van de MHA van deze workshop. De 3D-tekening van de complete heater is vrij verkrijgbaar via deze link.

Terug naar boven

Bell kachel van gegoten onderdelen

Dit is een ontwerp gemaakt in 2015 Een kachel die helemaal is opgebouwd uit gegoten onderdelen van vuurbeton. Het ontwerp is er helemaal op gericht om het ding te kunnen bouwen van zo weinig mogelijk verschillende onderdelen, die heel vaak herhaald worden. De mallen zijn een grote investering, op deze manier is het aantal moedermallen klein en worden de rubber productiemallen optimaal gebruikt.

De mantel van speciaal geproduceerd, terracotta-rood gekleurd vuurbeton bestaat uit 28 onderdelen die allemaal dezelfde vorm hebben. Twee platen vormen telkens een blok met dubbelzijdige zwaluwstaarten, die staan op elkaar en zijn gecentreerd met nokken. Deze platen zijn met opzet gedeeld, om te voorkomen dat het gewicht onhanteerbaar wordt. Tussen elk blok van twee stuks en het volgende zit een kier, om te zorgen dat de zwaluwstaarten altijd het gewicht van het hele blok dragen en op deze manier door de zwaartekracht bij elkaar gehouden worden.

De deur is gemaakt van stalen T-profiel en hangt in een kozijn van stalen U-profiel met de open kant naar boven, onder, links en rechts. De mantelplaten zijn 50 mm dik en passen in het U-profiel zodat het hele kozijn op zijn plek gehouden wordt door de onderdelen van de mantel. In de deur is een eenvoudige kantelende klep zonder scharnieren aangebracht, die zowel de primaire als de secundaire luchtinlaat verzorgt. 

De vuurkamer is gelijk aan de beschrijving van "4: Gegoten kern" in het hoofdstuk "Ontwerpen" en bestaat uit 3 verschillende onderdelen. De linker- en rechterhelft van de vuurkamer zijn elk niet hoger dan de poort en vormen één geheel met het onderste deel van de riser.

Het deel van de vuurkamer boven de poort heeft de vorm van een eenvoudige bak en centreert zichzelf met nokken op de onderste delen. De kern staat op een gelast metalen frame met verticale en horizontale stelmogelijkheden om het geheel te kunnen centreren in de binnenzijde van de bell. Dit frame houdt tevens de linker- en rechterhelft van de vuurkamer bij elkaar door van de zwaartekracht gebruik te maken. Beide helften dragen alleen maar op de buitenkant van het frame links en rechts maar niet in het midden. Als gevolg daarvan hebben deze twee gietstukken de neiging naar elkaar toe te vallen zodat de verticale naad altijd dicht gehouden wordt.

Het bovenste deel van de riser bestaat uit een vacuum gevormde superwool koker in twee delen die vrijwel los bovenop de vuurbetonnen basis van de vuurkamer staat, alleen op zijn plaats gehouden door een paar centreerpennetjes. Op de meest simpele manier: een paar kleine gaatjes in de vuurbeton geboord met daarin een paar afgeknipte draadnagels.

De (binnen-) wanden van de bell zijn opgebouwd uit twee verschillende onderdelen die elk 24 keer herhaald worden; het plafond uit een onderdeel dat twee maal herhaald wordt. De wandblokken zijn voorzien van groef en messing, ook op de kopkanten. Samen met de mantel is het geheel 98 x 98 x 210 cm groot en weegt iets meer dan 2000 kg. Een ring van 4 onderdelen is 150 mm hoog en 120 mm dik, elke volgende ring wordt een kwartslag gedraaid op de voorgaande geplaatst zodat ze elkaar opsluiten. De afdichting bestaat uit zelfklevend gebreid glasband van 10 mm breed en 4 mm dik, dat op de messing wordt geplakt en door het gewicht van de gietstukken tot 2 mm in elkaar wordt gedrukt.

De uitgang naar de schoorsteen zit bij deze opbouw laag aan de linkerkant in de achterste helft. Dankzij het feit dat het een bellconstructie betreft maakt het niet uit waar op de bell-omtrek de uitgang zich bevindt. Om te voorkomen dat er bij de uitgang een restrictie ontstaat zo dicht bij de vloer en de binnenhoek is de ronde uitgang als een trechter uitgevoerd. De opening aan de binnenkant is 250 mm diameter en dat verloopt in de dikte van de wand naar 150 mm, de diameter van de kachelpijp naar de schoorsteen. Op deze manier is er veel ruimte voor de rookgassen om de opening in te stromen.

In de binnenwand van de bell zijn openingen gemaakt voor de vuurkamer, en sponningen ter dikte van de vuurkamerwanden. Hiermee wordt de vuurkamer op zijn plaats gehouden aan de voorkant, de achterkant blijft gecentreerd door het verstelbare frame. De zijkanten van de vuurkameropening zijn afgeschuind onder 45 graden, voor een bredere deur en een beter zicht op het vuur.

De tekening ilaat zien waarom de vuurkamer aan de voorkant buiten het frame steekt, en hoe het deurkozijn op zijn plaats gehouden wordt door de mantelplaten. De opbouw van de mantel is in de volgende foto ook goed zichtbaar.

De configuratie voor de secundaire beluchting die de beste resultaten opleverde is door veel experimenteren tot stand gekomen. In totaal zijn er 12 verschillende combinaties getest met diverse doorsneden van de horizontale en verticale buis. Ook de sleuven en openingen zijn op een aantal verschillende manieren getest. De volgende foto laat vijf van deze combinaties zien. Allemaal zijn ze aangetast door corrosie, de een erger dan de ander. Het model dat in deze kachel gebruikt blijft worden is het tweede van rechts (de definitieve versie heeft een kortere verticale buis dan op de foto). De middelste heeft een ronde staande buis en is vergelijkbaar met de pre-port tube van Matt Walker.

De luchtinlaat in de deur bevindt zich niet direct op de hoogte van het vuur, maar in plaats daarvan een stuk lager. Alle lucht die binnenkomt is ijskoud, vergeleken bij de temperatuur in de vuurkamer, dus die lucht zakt onmiddelijk naar beneden. Dankzij dit effect wordt de secundaire toevoer altijd optimaal gevoed, want die bevindt zich laag achter de deur. Hoe heter de omgeving hoe meer lucht de floorchannel in stroomt. De buis zelf wordt heet door het vuur wat twee effecten heeft: de buis wordt gekoeld en de lucht wordt opgewarmd. De driehoekige opening aan de top van de verticale buis voert de voorverwarmde lucht aan op de halve hoogte van de poort.

Aan de voorzijde van de vuurkamer is een stalen plaatje op de floorchannel gemonteerd die de rest van de binnenkomende lucht afbuigt naar boven. Dankzij deze voorziening brandt deze uitvoering wat rustiger en is de kans op een forse CO-piek een flink stuk kleiner. Zie voor deze voorziening de tekening in het hoofdstuk Ontwerpen.

Het is voor Nederlandse begrippen een grote kachel met een wonderlijk kleine vuurkamer. Deze vuurkamer kan tamelijk compact volgestapeld worden, alle hout ligt in de diepte van voor naar achter. Geen blokhutten- of kampvuurstijl, niet kruislings, met heel weinig openingen ertussenin. Een volle lading van kurkdroog berken weegt op deze manier ongeveer 6 kg. Het beste resultaat met de floorchannel zoals op de tekening wordt bereikt met omgekeerd stoken. Bovenop, zover als mogelijk naar achter aansteken met een klein aanmaakvuurtje en dat vreet zich dan vanzelf door de hele stapel heen.

Afhankelijk van de dikte van de stukken en de schoorsteentrek duurt de stook 55 tot 90 minuten. De schoorsteen temperatuur gemeten in het hart van de pijp wordt niet hoger dan 80 ºC bij een koude kachel. Is de kachel een aantal dagen achter elkaar gestookt dan wordt de hoogste temperatuur 120 ºC in de schoorsteen. In het dat geval is het verstandig om dikker hout te gebruiken, omdat de trek (van de schoorsteen) dan veel sterker is.

Alle mallen en gietstukken, uitgezonderd die van de vuurkamer zijn op bestelling gemaakt door Bergkachel v.o.f. in Den Haag. De 3D-tekening in SketchUp formaat van het complete ontwerp is te downloaden via deze link.
Tekening aangepast en vernieuwd op 10/05/2016.

Terug naar boven

Batchrocket hout-cv

Het hier beschreven ontwerp is bedacht en gebouwd door Rémy Bakker. Hij woont in de kop van Noord-Limburg. De hele voorgeschiedenis komt uitgebreid aan bod op het Ecologieforum onder de titel "Update bouw houtkachel", de beschrijving van deze kachel begint op 27 november 2015. Rémy schrijft op het forum onder het pseudoniem "Holtere", naar het Reichswald dat in de buurt van zijn woonplaats ligt. Het volgende artikel is van zijn hand.

"In ons huis staat de kachel niet centraal en we hebben redelijk wat warmte nodig voor de vloerverwarming in de belendende ruimtes die veel ouder zijn en minder goed geïsoleerd dan de woonkamer. SWW (sanitair warm water) was bovendien mooi meegenomen en zo is de keus voor een hout-cv ontstaan die bovendien goed samengaat met twee flinke zonnecollectoren en bijbehorende buffer van 1000 liter.

RBB-hout-cv voor drukloos systeem:
Afmetingen van de kachel: 48 x 75 x 157 cm.
Systemsize van de RBB is 150 cm2 oftewel 13,8 cm diameter, schoorsteenaansluiting 150 mm.
Binnenmaat van de stookruimte: 20 x 30 x 50 cm.
Maximaal 6 kilo beuken per stookcyclus van 45 minuten
Warmteafgifte kamerzijdig geschat op 2 tot max 4 Kw.

De kachel geeft weinig warmte kamerzijdig, 2 tot 4 Kw naar schatting. De zijpanelen worden tussen de 60 en 75 ºC (de temperatuur van het water) de achterzijde een fractie warmer. De voorzijde met de deur wordt natuurlijk wel wat heter aan de bovenkant (max 180 ºC) maar zou aan de binnenkant nog geïsoleerd kunnen worden.

De kachel kan een buffer verwarmen tot ongeveer 75 ºC. Wordt de retourtemperatuur van het water hoger dan moet er nog maar gematigd gestookt worden i.v.m. kookgeluiden in de warmtewisselaars.

Er kan gekozen worden om de warmtewisselaars wat ruimer uit te voeren bijvoorbeeld met een diepte van 9 cm en slechts 11 vlampijpen i.p.v. 12 zoals in deze uitvoering. Zo krijgt de wisselaar meer volume. Ook kan de zijkant van de warmtewisselaar binnenin de kachel geïsoleerd worden, het water wordt daar nu van twee kanten af verwarmd.

Drukloze systemen zijn aanmerkelijk gevoeliger voor kookgeluiden dan gesloten systemen waarbij de kooktemperatuur tot wel 125 ºC opgestuwd wordt. De grote zijvlakken van deze kachel laten echter geen druk toe zonder te vervormen.

De onderzijde van de kachel is van roestvast staal, i.v.m. condenswater dat licht zurig is en corrosie kan veroorzaken. Er is niet voorzien in een afvoer voor condenswater maar die kan later eventueel aangebracht worden.

 De rookgassen komen via de wisselaars samen rondom de aslade en stromen naar achter waar de pijp naar de schoorsteen begint. De aslade hangt aan een paar rails en is korter dan de diepte van de kachel zodat er altijd ruimte genoeg is voor de rookgassen om naar de uitgang te stromen. Het is in deze constructie niet nodig om de aslade gasdicht te maken omdat tijdens de stook een tweede channel op de sleuf in de vloer ligt.

De waterwarmtewisselaars zijn 99 x 75 x 7,5 cm. Met ieder 12 pijpen van 48 x 2 mm. Aan de onderzijde steken de pijpen uit als afdruiprand voor condens. De rookgassen van de rocket stromen van boven naar beneden door de buizen, het water bevindt zich in het paneel rondom de buizen en stroomt van onder naar boven. Er zitten 3 horizontale stromings-schotten in de wisselaar om het omhoog stromende water te dwingen een langere weg af te leggen.

Het deksel is dubbelwandig met een tussenruimte van 2 cm aan de zijden tot 3 cm voor de bovenzijde. Tussen binnen- en buitendeksel is de ruimte geheel opgevuld met superwool.

Boven de riser, in het binnenste deksel zijn vlamplaten van 2 cm vermiculiet aangebracht. De buitentemperatuur van het deksel is tijdens het stoken tussen 50 en 80 ºC, ongeveer gelijk aan de zijkanten van de wisselaars.

De riser is gezaagd uit vuurvaste steentjes van 3 cm dikte. Deze zijn allemaal gezaagd met aan beide lange zijden een hoek van 67,5 graden, samen vormen ze een achthoekige riser.

Het geheel is verlijmd met kachelkit en gezekerd met lasdraad. Om een samenhangend geheel te verkrijgen zijn de kopse voegen in een verspringend patroon aangebracht zodat er een metselverband ontstaat.

Verder is de riser rondom gefixeerd en geïsoleerd met een mengsel van vermiculiet en klei. 

De brandkamer is opgebouwd met platen vuurvaste steen van 30 x 30 x 4 cm.

De zijkanten van de vuurkamer zijn ook weer voorzien van een isolatielaag van superwool. Dit is gedaan om te voorkomen dat de wanden van de vuurkamer te veel warmte verliezen naar de wisselaar. Op deze manier blijft de temperatuur van de vuurkamer hoger, wat de verbranding ten goede komt.

Op de bovenstaande foto is de tweede channel goed zichtbaar, later is het bekleed met vermiculiet en dient het tevens als afsluiting van de aslade.

Afgastemperatuur zonder turbulatoren tussen 80 en 120 ºC afhankelijk van de cv-watertemperatuur. Zoals duidelijk te zien, is de riser na het stookseizoen volledig wit aan de binnenkant en de vliegas op de wisselaars alleen maar groezelig van kleur.

Mèt turbulatoren (kettingen met 6 mm. schalm) zijn de rookgassen gelijk aan de cv watertemperatuur, max. 75- 80 ºC in de pijp gemeten."
Een tekening van de warmtewisselaars is via deze link beschikbaar.

Terug naar boven

Pizza-oven / terraswarmer / zwembadverwarming

Dit ontwerp is bedacht en gebouwd in 2015 door Tom De Smedt, woonachtig in Genk, Belgisch Limburg. Dit artikel is vrijwel gelijk aan zijn onderwerp op Donkey32's Rocket Stove Forum, vertaald en hier opgenomen met zijn toestemming.
Noot: het is aan te raden alleen aan een dergelijk systeem te beginnen als men beschikt over toereikende kennis van installatie techniek.

"Nadat ik een zwembad had opgezet in de tuin, en erachter was gekomen dat het niet leuk is om een zwembad schoon te houden waarin niet gezwommen wordt, ben ik met het idee gaan spelen van een houtgestookte zwembadverwarmer. De meeste voorbeelden op internet, zowel YouTube doe-het-zelf versies als commercieel verkrijgbare, schenen tamelijk rokerige toestanden te zijn, om niet te spreken van gevaarlijk en vaak gewoonweg spuuglelijk. Toen kwam ik de rocketstove-technologie tegen, stak er wat tijd in om bij te lezen en na te denken over hoe het toe te passen op een esthetisch plezierige manier.

Ik besloot een rocket-aangedreven zwembadverwarmer te gaan bouwen. Maar gegeven het feit dat er een hoop tijd in zou gaan zitten en het een tamelijk groot ding zou gaan worden, plus dat er toch wel aardig wat geld in zou gaan zitten, wilde ik een vangnet hebben voor als de badverwarmer niet naar verwachting zou presteren. Daardoor kwam ik op het idee om een pizza-oven te integreren met een zwembadverwarming. Als de opbrengst van de verwarmer een lachertje zou zijn dan zou ik altijd plezier kunnen hebben van het pizza-oven deel.

Uiteindelijk resulteerde dit in de opbouw die ik graag zou laten zien in dit onderwerp. Het is bewezen dat het ding capabel genoeg is om 16000 liter water te verwarmen van 20 naar 30 °C in 24 uur stoken. Ik heb het uitgerekend, het betekent dat de kachel gemiddeld 10 kW levert naar het bad, waar ik echt blij van word. tijdens de bouw heeft de oven al flink wat pizza's gebakken, plus een paar kippen gebraden.

Gegeven het feit dat mijn vrouw het ding heeft geaccepteerd, denk ik dat het ook aardig is om te zien, maar ik laat het oordeel aan jullie over. Als iemand een poging wil doen om hetzelfde te bereiken dan hoop ik dat inspiratie opgedaan kan worden met de volgende foto's.

Stap een: fundering. Let op de pomp op de achtergrond, heel belangrijk voor de goede werking van de waterverwarmer.

Stap twee: isoleren van de fundering met een mengsel van portlandcement en vermiculiet.

Stap drie: het kopen van een tweedehands roestvrijstalen boiler en het zagen van 30 mm dikke chamotte stenen voor onderdelen van de riser en een batch box. Let op: de uiteindelijke layout is anders dan de onderstaande foto, de boiler staat dan achter de riser.

Stap vier: samenstellen van de batchbox-rocket op de fundering met vuurvaste cement, en na uitharding het eerste vuurtje stoken. => eerste succes!

 Stap vijf: de wanden opmetselen en de kachel verdelen in twee compartimenten met behulp van een roestvrijstalen plaat.

Stap zes: isoleren van de rocketstove met vermiculiet en het maken van een ovenvloer met T-profielen en 40 mm dikke betonnen platen. De T-profielen hebben speling in het metselwerk om uitzetting te faciliteren.

Stap zeven: isoleren van de betonnen platen met portlandcement-vermiculiet mengsel, en het leggen van chamotte tegels. Er is niet veel ruimte tussen de wanden en het begin van het gewelf, ik weet het, allemaal om de footprint klein te houden. Ik heb de boog "geïsoleerd" met 5 lagen aluminiumfolie wat uiteindelijk redelijk bleek te werken. De wand warmt op tot het punt dat je je hand er niet meer dan een paar seconden op kunt houden, maar het is heel gezellig en comfortabel om ervoor te zitten in de avond.

Stap acht: maken van een mal voor het gewelf en het bouwen er van.

Stap negen: het lossen en weghalen van de mal, en het zagen en metselen van vuurvaste stenen voor de voor- en de achterkant.

Stap tien: metselen op een tweede mal, opnieuw en opnieuw. Uiteindelijk had ik een boog aan de voorkant en een afsluitbare opening aan de achterkant met dezelfde doorsnede als de schoorsteen, 150 mm diameter. De bovenkant van de achterste opening is gelijk met het plafond van de oven, om zo weinig mogelijk stromingsweerstand te krijgen.

Stap elf: het sluiten van de achterste opening en het testen van de oven. De oven is een aardig tijdje in dit stadium blijven staan, totdat ik uitgezocht had hoe de wanden van het boiler-compartiment te isoleren tegen een redelijke prijs en een goed rendement.

Stap twaalf: het kopen van een rol superwool en het maken van een skelet waar ik de isolatie aan vast kon maken en rond de boiler aanbrengen. 
Ik heb ook een condenswater-opvangschaal gemaakt van de buitenschaal van de boiler waar ik de bodem van af gezaagd heb. Die buitenschaal was geen roestvrij staal dus ik aarzelde om die hiervoor te gebruiken. Maar de metaalbewerker die de pijpjes heeft gelast zei dat die schaal voorlopig niet door zou roesten. Uiteraard zou roestvrij staal een betere oplossing zijn geweest... de tijd zal het leren.

Stap dertien: opstellen van de boiler op een soort van sokkel zodat de as weggehaald kan worden die zich in de schaal gaat ophopen.

Stap veertien: opvullen van de hoeken van het boiler-compartiment, om te voorkomen dat de gassen de kortste weg naar de afvoer gaan nemen. Ik heb hier afzaagsels van de buitenschaal van de boiler voor gebruikt en bovenaan opgestopt met superwool.
(Noot van de redactie: niet echt nodig, de hete gassen willen boven blijven en vullen alle beschikbare ruimte voordat ze naar beneden gaan.)

Stap vijftien: sluiten van de top van de boiler, wat hoofdruimte houden en isoleren. Het langere stukje pijp is de koudwaterinlaat die bijna tot op de bodem van het vat reikt, het kortere stuk is de heetwateruitlaat dicht bij de bovenkant van het vat. Tussen die twee in is een thermokoppelpijpje waarmee de temperatuur van het water gemeten kan worden. Zie deze kleine png hoe dat eruit ziet.

Stap zestien: sluiten van de achterkant van de kachel en aansluiten van de roestvrijstalen pijpen en PVC slangen van de pomp, en nog wat extra aluminiumfolie rond de top voor de zekerheid.

Stap zeventien: ik heb zowel de top van de oven als van het boiler compartiment bedekt met porlandcement-vermiculiet mengsel om het te isoleren en gasdicht te maken. Daarna heb ik een tweedehands geïsoleerde roestvrijstalen schoorsteen gekocht en geïnstalleerd. En ik heb wat metaalplaat gebogen en wat resten isolatie gebruikt om twee deurtjes te maken voor de oven en de batchbox. Roestvrijstalen handgrepen zijn gekocht bij IKEA.

Zo ver is het nu, ik heb nog steeds een roestvrije afdekking nodig of een stoepsteen-plaat, dat is nog niet besloten. Ik heb ook nog wat voegwerk te doen.

(Om geschetter over de gevaren van water verhitten met vuur te voorkomen, en mogelijke drukopbouw enzovoorts, wil ik even opmerken dat ik dit ontwerp als veilig beschouw. Omdat de boiler is verbonden met het zwembad en de pomp zonder kleppen of belemmeringen. Mijn badfilterpomp is geprogrammeerd om met een interval van 15 minuten, 15 minuten lang gefilterd water door de boiler te pompen. In het geval dat de stroom uitvalt kan ik altijd de pizza-ovendeur openen en de opening naar de boiler sluiten zodat er geen water meer wordt verwarmd en er geen slangen smelten door gloeiend heet water. In het geval van een falen van het systeem staat de boiler tenminste buiten en niet in een potentieel gevaarlijke plek als het sousterrain.)

Wat oventemperaturen betreft: ik heb nog geen mogelijkheid om die te meten, maar op zondag 25 juni 2015 waren de boog en de vloer van de oven brandschoon, nog geen roetvlekje of gemorste kaas te zien. Ik heb me laten vertellen dat dit gebeurt als de wanden tussen 370 en 400 ºC zijn.

Toen ik ging bakken met de boiler geïnstalleerd merkte ik dat de hitte sneller afnam dan in de voorgaande stook sessies toen de achterste opening gesloten was. Dat is natuurlijk niet verwonderlijk, plus het is allemaal relatief, de 8ste pizza was toch nog klaar in minder dan 4 minuten.

Vermeldenswaard is dat door de hitte een barst ontstond in het buitenste metselwerk tijdens een van de eerste stooksessies. De barst is een beetje groter wanneer de oven heet is, en wordt weer kleiner als alles weer afkoelt. Het schijnt niet erger te worden, dus ik denk dat het staal zijn eigen expansieruimte heeft gecreëerd. Een beter ontwerp van mij zou dat kunnen voorkomen, als ik dit opnieuw zou doen zou ik het staal niet op de buitenste muur hebben laten steunen maar in plaats daarvan op de binnenste, zodat de buitenste bakstenen niet geraakt worden.

Stap achttien: het metselwerk is gevoegd rond half juli 2015 en ik heb een aflopende hardhouten afdekking gemaakt voor de oven zodat de stijl meer overeenkomt met die van het huis.

Rond de batchrocket is voor isolatie losse vermiculiet gestort. Achteraf gezien zou ik er beter aan gedaan hebben om het geheel stabieler te maken met een beetje portland cement of klei er doorheen gemengd."

Terug naar boven

Open systemen, zonder deur, p-channel of floorchannel

Tussen juli 2017 en juni 2018 heb ik een paar open systemen ontworpen zonder deur, en (derhalve) zonder voorziening voor secundaire luchttoevoer. Denk maar niet dat deze open kachels op het gebied van efficiëntie vergelijkbaar zijn met gesloten kachels, de lucht-overmaat is daarvoor veel te groot. Hoewel er sterke aanwijzingen zijn dat deze kachels net zo schoon verbranden als hun efficiëntere broers.

1: Münster, juli 2017

Het eerste open systeem werd ingebouwd in een sculptuur ontworpen door Oscar Tuazon dat tegelijkertijd gebouwd werd gedurende de Tienjaarlijkse Sculpture Projecte Münster van 2017. De term 'open' is blijven hangen als het systeem beschreven moet worden. De betonnen sculptuur werd gebouwd in de open lucht naast een kanaal en was bedoeld voor mensen om wat rond te hangen (als hangplek dus). Met de mogelijkheid om een vuur aan te steken in de vuurkamer zodat de betonnen kolom opgewarmd wordt. Wat erg comfortabel kan zijn om tegen aan te leunen gedurende kille avonden.

Houd er rekening mee dat een batchrocket zonder deur voor gebruik in een huis niet wordt aanbevolen. Omdat het in wezen een open haard is, kan er rook in de woonkamer terechtkomen. Ook betekent geen deur dat de kachel niet kan worden gesloten, wat gevaarlijk kan zijn als er intussen mensen slapen. Als het vuur niet helemaal uit is, kan er dodelijk koolmonoxide uit de kachel komen, bijvoorbeeld als gevolg van weersveranderingen.

De vuurkamer en riser zijn een 250 mm systeem, met de vuurkamer gegoten zodat die zou passen achter de ronde opening. De riser werd gegoten met een achthoekige doorsnede. De cirkelvormige frontopening heeft exact dezelfde doorsnede als de rechthoekige front opening van een 250 mm systeem volgens de aanbevolen proporties. De riser lijkt op de foto erg kort en dat klopt ook, een ander deel van gelijke lengte werd erbovenop geplaatst.

De betonnen cylinder is hol met een gesloten bovenkant en dient als een enkele bell met een fors gewicht, 6 ton. De schoorsteen is binnenin geplaatst, beginnend 40 cm boven vloerniveau en slechts 30 cm boven de bell uit stekend. De riser heeft de normale 'back-sweep' (de schuine kant in de bodem van de riser).

 

picture © Henning Rogge

Terug naar boven

2: Vrije Universiteit, Brussel

Het tweede open systeem is gebouwd op een terrein van de Vrije Universiteit Brussel (ULB) in april 2018 als een workshop voor en door de studenten. Het is een chamotte stenen 200 mm systeem geplaatst in een grote bakstenen bell. Nogmaals in de buitenlucht, deze keer een binnenplaats op een ondergrondse parkeergarage. Wat deze bouw interessant maakte is het feit dat de achterwand van de bell in werkelijkheid een bestaande muur was van een aangrenzend gebouw.

Teneinde veel warmte verlies tegen te gaan in de grote achterwand is die geïsoleerd met 25 mm Superwool. Aangezien de structuur gebouwd is volgens de aanbevolen maten betekent dat tevens dat het volume van de bell heel groot is, zelfs meer dan verwacht. De riser is gebouwd zoals die in Mallorca, vierkant, van dunne vuurvaste stenen, geen back-sweep, alleen maar de afgeschuinde kanten tegen de achterwand van de riser tot aan de hoogte van de poort.

De resultaten, hoewel niet getest met een rookgasanalyser, waren heel bemoedigend. Het werkte zonder al te veel aandringen binnen een uur nadat het hele ding klaar was. In feite waren er nog twee dames bezig met voegen terwijl het donker werd en de kachel werd opgestart. Een heleboel waterdamp kwam uit de korte schoorsteenpijp en nog een uur later verdween dit volledig. De tekening in SketchUp 8 formaat is hier te krijgen:

De volgende morgen heb ik een video opgenomen, jammer genoeg zonder het indrukwekkende rommelende geluid van deze bijzondere kachel.

Terug naar boven

3: Maureen Paley, Londen

Een andere is gebouwd in de kunst galerie van Maureen Paley in Londen, juni 2018. Hij bestaat uit twee roestvrijstalen vaten op elkaar met een verbrandings-kern gebouwd van isolerende vuurvaste plaat erin.

Deze kachel heeft een systeemgrootte van 120 mm, dus de riser is een vierkant met zijden van 120 mm en de overige maten zijn volgens de spreadsheet voor een formaat van 120 mm. Het is gebouwd in een gedeeltelijk open binnenplaats als een toevoeging bij de opening van een kunst tentoonstelling met de naam Fire! door Oscar Tuazon.

De afvoer is een eenvoudige rechte pijp binnenin de vaten, 20 cm boven vloerniveau beginnend. Deze configuratie presteerde heel goed, hoewel hij alleen gestookt kon worden met kleine stukjes hout. Er zijn geen verdere tests gedaan met deze kachel.

Alledrie de bovenstaande projecten werden geinitiëerd door Antoine Rocca, docent architectuur aan de Vrije Universiteit van Brussel (ULB).

Terug naar boven

Gegevens

Hits: 52845

Materialen

Wat materialen betreft is er van alles mogelijk. Chamotte steen, vuurvast beton, klei - al of niet gecombineerd.
(lees meer) 

Metaal

Bij een houtkachel denkt menigeen aan een metalen kachel. Maar dat gaat voor de Batchrocket niet op, tenminste: niet wat betreft de kern. De temperaturen daarin worden zo hoog, dat metalen onderdelen het niet lang uithouden.
(lees meer)

Maatvoering en schaalbaarheid

De geteste versie uit 2012 is er één met een riser-diameter van 150 mm. Maar ook andere groottes zijn heel goed mogelijk.
(lees meer)

Batchrocket dimensioneren

Een artikel over een simpele manier van vergroten en verkleinen van de batchrocket voor een gegeven ruimte.
(lees meer)

Zelf bouwen: metselen

Je hoeft geen specialist te zijn om een batchrocket te kunnen bouwen. Met wat technisch inzicht, en met materialen die overal verkrijgbaar zijn is een goed resultaat heel goed mogelijk.
(lees meer)

Zelf bouwen: gieten

Dat kan met vuurvast beton, een materiaal dat bestaat uit aluminiumcement en onder andere gemalen chamotte als toeslagstof. Er moeten mallen voor gemaakt worden, het beton moet met zo weinig mogelijk water aangemaakt worden en er is een triltafel voor nodig om het materiaal te verdichten.
(lees meer)

Bell theorie

In het hoofdstuk "Toepassingen" zal vaak het woord "bell" voorkomen. In dit artikel wordt uitgelegd wat het is, hoe het werkt en waar het voor wordt gebruikt.
(lees meer)

Bell formaat

Een bell kan niet limietloos groter gemaakt worden, dit artikel legt uit hoe de omvang mee te schalen met de batchrocket.
(lees meer)

Materialen

Er zijn allerlei combinaties mogelijk om deze verbrandingskamer te bouwen. Bijvoorbeeld van chamotte stenen al dan niet met een echte vuurvaste mortel gemetseld of juist een mengsel van klei en zand. Ook een mogelijkheid: dunne chamotte stenen of platen die door een metalen frame op hun plaats worden gehouden. In een mal gieten van vuurvast beton biedt weer andere voordelen (en helaas ook andere problemen).

Er zijn ook al mensen geweest die een mengsel van klei en perliet hebben gebruikt (liever geen vermiculiet, dat neemt veel vocht op) met een beetje portlandcement er doorheen om al een stevig geheel te hebben voordat er gestookt wordt. Tegen de tijd dat de cement het begeeft vanwege de temperatuur zou de klei al redelijk stevig moeten zijn. Er zijn er ook al een paar gebouwd van alleen maar leem, met korte plantaardige vezels er doorheen voor de sterkte. En als laatste: isolerende vuurvaste stenen, dat is helemaal ideaal vanuit de verbranding gezien. Heel weinig massa in de kern om op te warmen en sterk isolerend zodat de temperatuur snel oploopt, maar als nadeel: gevoelig voor beschadigingen.

Voor zover de constructie van de kern zelf niet isolerend is (onthou dat massa niet isoleert!) dient in elk geval rond de riser isolatie aangebracht te worden. Die isolatie kan overal uit bestaan zolang als het maar hittebestendig is. Perliet en vermiculiet zijn prima, vooral de wat grovere soorten gemengd met wat klei en een beetje water om uitzakken te voorkomen. Maar ook keramische deken zoals Superwool kan prima dienen voor dit doel. Wat minder bekend maar toch zeker afdoende zijn de gebakken kleikorrels waar hydrocultuur op groeit zoals Leca.

Al deze bouwsels kunnen stuk voor stuk leiden tot een ding dat ook echt uitstekend werkt en spectaculaire resultaten geeft. Uiteraard zijn er allerlei combinaties mogelijk dus is er een flinke keus.

Terug naar boven

Metaal

Wat metaal voor de constructieve delen van de kern betreft: dat leidt onherroepelijk tot teleurstelling. Het maakt niet uit of het staal is of roestvast staal, in een omgeving met temperaturen hoger dan 760 ºC en een flinke zuurstof-overmaat gaat elke normaal verkrijgbare metaalsoort met een sneltreinvaart corroderen. Na elke stook komen er schilfers en plakken af en binnen afzienbare tijd valt er een gat in. Dit proces is bekend onder de naam spalling (afsplinteren). De schilfers zijn dof grijs, licht van gewicht en vrijwel niet-magnetisch.

Een van de manieren om dat te ontlopen is de temperatuur laag houden door bijvoorbeeld geen isolatie rond de heetste delen toe te passen - maar daarmee komt de complete verbranding in het gedrang. Een andere manier is: zorgen dat er geen zuurstof (m.a.w. lucht) bij het metaal kan komen. Dat vraagt weer om dure coatings of een zo kleine luchttoevoer dat er vrijwel geen zuurstof meer over is om met het metaal te reageren. Ook deze mogelijkheid heeft nogal wat haken en ogen, aangezien door gebrek aan zuurstof de kwaliteit van de verbranding kan teruglopen met opnieuw onvolledige verbranding als gevolg. Voor sommige onderdelen ligt staal wel binnen de mogelijkheden, daar kom ik op terug als dat aan de orde is.

Terug naar boven

Maatvoering en schaalbaarheid

Het leeuwendeel van de ontwikkeling is gedaan in 2012. Het experimentele model was er een met een 150 mm diameter riser. Ook toen al waren er mensen die vroegen naar de schaalbaarheid van het ding. Jim uit Blacksburg, Virginia wilde een kleinere bouwen, niet meer dan 10 cm riser-diameter. Omdat er wel maten van de 150 mm versie voorhanden waren heeft hij met behulp daarvan een schalingsmethode uitgewerkt. Hij heeft daarbij een gemeenschappelijke factor gevonden die als een soort basismaat fungeert: alle andere belangrijke maten zijn een veelvoud of een deel van die basismaat.

Tot nog toe is het kleinste werkende model dat van Jim, de grootste zijn o.a. gebouwd door Radek Stastny uit Tsjechië en Alex Harpin uit Canada, 22 cm exemplaren. In oktober 2016 is bij mijn weten het grootste systeem gebouwd door Pablo Kulbaba (Pablo Oresku) en Ramiro Walti tijdens een workshop in Las Amalias San Pedro in Argentinië. De grotere zijn wat consistenter in prestaties dan de kleinere maar de resultaten zijn goed over de hele linie. De basismaat die Jim gevonden heeft is 72,34% van de riser-diameter.

Het is mogelijk de riser een andere vorm te geven dan de 'perfect ronde of achthoekige' buis, in weerwil van wat lang als vaststaand is gehanteerd. De vorm kan ook vierkant zijn, gebouwd en getest alleen in combinatie met een floorchannel. Een vierkante doorsnede is eenvoudiger en goedkoper te bouwen dus als recent ontwikkeld alternatief van belang voor alle batchrocket bouwers. Bij de vierkante riser kan er nog wel ter hoogte van de poort twee driehoeken tegen de achterwand (van de riser) gezet worden, waardoor deze ter plaatse een half-achthoekige vorm krijgt. Het natuurlijk gedrag van de gassen (geholpen door de half-achthoekige vorm van de riser waar de gassen binnenkomen door de poort en hun draaiïng inzetten) is om een cylindrische vorm aan te nemen terwijl ze opstijgen. Zie ook dit voorbeeld in het hoofdstuk Ontwerpen.

Bij een vierkante riser moeten we in gedachten houden dat deze een grotere dwarsdoorsnede nodig heeft in termen van vierkante centimeters. Het formaat moet groot genoeg zijn om de gaskolom zonder belemmering door het vierkant te laten gaan. Een vierkant oppervlak is 1,27 keer groter dan de cirkel die er precies in past. Tegelijkertijd neemt de omtrek met dezelfde factor toe, waardoor er ook meer wrijving is langs de wanden ten opzichte van de cirkelvormige buis. Die twee grootheden heffen elkaar vrijwel op waardoor we de vierkante riser qua doorvoer-capaciteit gelijk kunnen stellen aan een ronde riser die erin past. Voor de maat van de riser kunnen we dus uitgaan van de zijde van het vierkant, gelijk aan de diameter van de cirkel. Een rechthoek is een minder goede vorm gebleken voor deze toepassing tijdens de ontwikkeling in 2012. En aangezien die voor de kosten of voor de constructie niet gunstiger is dan een vierkant kunnen we de rechthoek verder negeren.

Zoals gezegd is de riser-diameter een standaarddimensie die de overige maten bepaalt. Er zijn handige spreadsheets gemaakt, in Nederland door Ritsaert Snijder en in de V.S. door Doug Ptacek: je hoeft dan alleen de riser-diameter te weten en de rest van de maten rolt er zo uit. Die spreadsheet kun je hier downloaden. Tabellen zijn er ook, dan is er niet eens een computer nodig en volstaat een print op een A4'tje. Hieronder de tabel van Doug, zowel in inches als in millimeters.

Hou in gedachten dat de dwarsdoorsnede van de schoorsteen gelijk of groter moet zijn dan die van de riser. Groter kan, kleiner niet.

De batchrocket-vermating kan ook met de hand berekend worden. De formule is heel simpel.

Aan de hand van een gemeenschappelijke basismaat kunnen alle andere maten berekend worden. Die basis maat kwam al eerder ter sprake. Hij is verkregen uit de diameter van de riser, voor een vierkante riser de zijde van het vierkant zoals hierboven uitgelegd.

De basismaat bedraagt 72.34% van de riser-diameter.
Breedte van de vuurkamer is 2 maal basis.
Hoogte van de vuurkamer is 3 maal basis.
Diepte van de vuurkamer is 4 tot 5.5 maal basis.
Hoogte van de poort is 2.2 maal basis.
Breedte van de poort is 0.5 maal basis.
Hoogte van de riser is 8 tot 10 maal basis, gemeten vanaf de vuurkamervloer. De vuurkamervloer bestaat uit een smal horizontaal oppervlak ter breedte van de poort; links en rechts daarvan zijn 45 graden hellingen met als doel de gloeiende houtskool in het midden te concentreren. Die 45 graden afschuining maakt deel uit van de vermating van de vuurkamer. Er is ook net zo'n schuin vlak in de achter- onderkant van de riser.

De totale luchtinlaat is 25% van de riser dwarsdoorsnede.
De p-channel is 5% van de riser dwarsdoorsnede.
Primaire luchtinlaat is 20%, een eventuele window-wash inbegrepen. Primaire inlaat kan groter zijn bij een koude start, en bevindt zich in de deur, even boven de vloer van de vuurkamer.
De p-channel zou net zo breed als de poort moeten zijn of wat meer, voor de berekening van de 5% inlaat moet de breedte van de poort genomen worden, niet de werkelijke breedte van de buis. De buis hangt over de bovenkant van de poort, dezelfde afstand als de diepte van de buis.
De achterkant van de p-channel-buis die rust tegen de achterwand van de vuurkamer is uitgezaagd over dezelfde hoogte als de overhang.

Terug naar boven

Batchrocket opschalen (of neerschalen) voor gegeven ruimte

Yasin Gach, de vertaler van de Franse versie, heeft een spreadsheet beschikbaar gesteld om het systeemformaat van een batchrocket voor een gegeven ruimte te berekenen. De uitkomsten zijn indicatief, niet absoluut, ze geven een goede indruk van het formaat waarmee rekening gehouden moet worden. Het volgende artikel is van Yasin, de spreadsheet is hier beschikbaar.

De eerste stap is de berekening van het vermogen van elke batchrocket, als functie van zijn riser-diameter. Standaard is het vermogen van een kachel te definiëren als het vermogen dat geleverd wordt in een 24-uurs periode met twee stoken per dag. Dit vermogen wordt berekend door uit te gaan van 80% gemiddeld rendement. Met dit rendement levert de verbranding van een kilogram luchtgedroogd hout 3,7 kWu op.

Hoe groter de riser-diameter, hoe groter de lading is voor elke stook:
Riser-diameter (mm) -- Lading hout (kg) -- Gemiddeld vermogen (kW)

• 125 mm -- 3,5 kg -- 1,1 kW
• 140 mm -- 4,9 kg -- 1,5 kW
• 150 mm -- 6,0 kg -- 1,9 kW
• 175 mm -- 9,5 kg -- 2,9 kW
• 200 mm -- 14,2 kg -- 4,4 kW
• 230 mm -- 21,6 kg -- 6,7 kW
• 250 mm -- 27,8 kg -- 8,6 kW

De tweede stap is het berekenen van de warmteverliezen van het te verwarmen huis (of de kamer). Dit is afhankelijk van drie factoren: het volume van het huis, de mate van isolatie, en het gevraagde temperatuurverschil tussen binnen en buiten.

De formule is Q = GxVxD met Q als het warmte verlies, G als de isolatie factor, V het volume van het huis. G wordt geschat door met een paar klassieke gevallen te vergelijken:

1,8 voor een oud, lekkend, steen en kleimortel huis (klassieke Franse boerderij)

1,6 voor een huis van baksteen, stenen of holle betonblokken zonder isolatie

1,4 voor een huis geïsoleerd met 4 cm polystyreen

1,2 voor een huis geïsoleerd met 10 cm polystyreen

0,8 voor een recent huis gebouwd van 37 cm dikke isolerende ongebakken klei stenen bijvoorbeeld

0,5 voor een stobalen huis bijvoorbeeld

De derde stap is de eigenlijke berekening van het riserformaat. Het idee is om de warmteverliezen te berekenen en dan een formaat batchrocket te kiezen dat meer vermogen levert dan de verliezen groot zijn. We geven nu een rekenvoorbeeld voor een gegeven situatie. Dit is alleen maar bedoeld om te laten zien hoe de spreadsheet werkt. In de praktijk download je de spreadsheet en vult de gele vakken in die voor jouw situatie van toepassing zijn: de spreadsheet doet de rest via de volgende methode.

Neem bijvoorbeeld een 60 m² steen en kleimortel huis met een plafondhoogte van 2,5 meter. Het volume van het huis is dan 150 m³. Er is 20 cm steenwol in het dak aangebracht. De aansluitingen zijn recent gedaan en het houtwerk is redelijk kierdicht. Als isolatiefactor kiezen we een coëfficiënt G = 1,6. 'sWinters beweegt de buitentemperatuur rond 0 ºC en kan gedurende een paar dagen zakken naar -5 ºC. De warmteverliezen die aangevuld moeten worden om binnenshuis een temperatuur van 20 ºC te kunnen handhaven gedurende die koudeperiodes is Q = 1,6*60*2,5*25 = 6 kW. Als batchrocket-formaat is dan een 230 mm systeem gewenst, dat in staat is om een vermogen van 6,7 kW te leveren.

Uiteraard is dit een erg simpele benadering van de warmtebehoefte van een huis, maar het voordeel van massakachels is dat je ze rustig groter kunt maken dan strikt nodig, geen probleem. Bij gietijzeren kachels is een te groot formaat veel problematischer. Dan ben je gedwongen om een groot deel van de winter langzaam brandende en vervuilende vuurtjes te stoken om te voorkomen dat je huis oververhit raakt. Met massakachels heb je dat probleem niet, het vuur blijft altijd heet en schoon, je moet ze alleen minder vaak stoken.

Met deze methode heeft Yasin consistente en werkbare resultaten behaald voor vijf batchrocket-heaters die in 2016 gebouwd gebouwd zijn en twee jaar later nog dagelijks gebruikt werden. Bouw altijd een te grote kachel, dat is het belangrijkste punt. Uiteraard kun je een massakachel die onvoldoende vermogen opbrengt drie keer per dag of vaker stoken, maar dat verlaagt het gemiddeld rendement aanzienlijk omdat de massa tijd nodig heeft om de opgeslagen warmte af te leveren.

Terug naar boven

Metselen van de kern

De opzet met chamotte stenen lijkt voor de hand te liggen omdat dit product bij de meeste bouwmateriaal-handelaren wel voorhanden is. Nadeel is weer dat de stenen bewerkt moeten worden met een watergekoelde diamantzaag of een geschikte doorslijpschijf. Om duidelijk te maken hoe zoiets eruit ziet eerst een afbeelding.

Dit is een complete kern met als systeemformaat 150 mm, gebouwd van waalformaat vuurvaste stenen. Er zijn een paar manieren om de bovenkant van de vuurkamer dicht te maken. Op de tekening is dat een chamotte plaat, er zijn diverse leveranciers die dit kunnen leveren. Een vuurbetonnen plaat kan ook, als een gietmal eenvoudig gemaakt kan worden en er al een triltafel voorhanden is. Als dat allemaal niet voorhanden is dan kunnen de stenen gelegd worden in een cantilever-constructie, ze zijn immers te kort om in een keer de opening te overspannen.

Om het ding eens buitenshuis te proberen kan gebruik gemaakt worden van gewone bakstenen en een trottoirtegel. Verwacht niet dat het lang heel blijft maar het geeft een indicatie van wat er feitelijk gebeurt. Zorg voor een niet al te kleine spiegel die hoog boven de riser onder 45 graden gehouden kan worden zodat anderen erin kunnen kijken en zien wat er in de riser feitelijk plaatsvindt. Wees overigens wel voorzichtig, op de top van de stook kan de riser gemakkelijk temperaturen van 700ºC uitspuwen.

De stenen los opstapelen werkt niet, er wordt in dat geval te veel lucht aangetrokken door alle kieren en gaten en daardoor blijft complete verbranding achterwege. We moeten dit dus tijdelijk zien dicht te krijgen. Voor dat doel zijn fijne klei en zand of zelfs modder tussen de stenen een prima materiaal voor dit doel. Maar het kan ook met tegellijm van de bouwmarkt, vooropgesteld dat het spaarzaam wordt aangebracht. Een ander geschikt materiaal voor experimenten is cellenbeton, dat verkocht wordt onder een enorme veelheid van namen over de hele wereld. Het is licht, isolerend, gemakkelijk te zagen met handgereedschap en is beperkt hittebestendig.

Alle versies met p-channel (de zwarte stalen buis die over de vuurkamer loopt en direct boven de poort uitkomt) kunnen het beste aangestoken worden door middel van een klein aanmaakvuur direct voor, maar beslist niet in, de poort. Als dat eenmaal goed brandt kan de rest van de stookhoeveelheid geladen worden. Laad de stukken hout zoveel mogelijk in de lengte van de vuurkamer, van voor naar achter met weinig openingen tussen de stukken. Laat wel tenminste 5 cm vrij tussen de brandstof en het plafond van de vuurkamer. En zorg ervoor dat er beslist geen hout, hoe klein ook, in de poort steekt. Dat is namelijk een gegarandeerd recept voor een rokende kachel.

Terug naar boven

Gieten van de kern

Gieten kan met vuurvast beton, een materiaal dat bestaat uit aluminiumcement en onder andere gemalen chamotte als toeslagstof. Er moeten mallen voor gemaakt worden, het beton moet met zo weinig mogelijk water aangemaakt worden en er is een triltafel voor nodig om het materiaal te verdichten.

De mallen kunnen gemaakt worden van plaatmateriaal zoals betontriplex en in elkaar geschroefd. De vormgeving van de uitsparingen kan tot stand gebracht worden met behulp van stukken geëxtrudeerd polystyreenschuim. Verwerken van dit materiaal gaat vrij goed met een goede tafel-cirkelzaagmachine. Details zijn met grof schuurpapier aan te brengen. Die stukken kunnen in de mal en/of op elkaar geplakt worden met dubbelzijdige tape, de soort die gebruikt wordt om vloerbedekking aan de vloer te plakken. Als het gegoten stuk uit de mal gelost moet worden betekent het meestal dat hakken de enige manier is om het schuim eruit te krijgen.

Hier zien we een voorbeeld van een mal die op die manier is gemaakt. De mal in kwestie was nog niet klaar, dit is slechts om te tonen hoe het eruit kan zien.

Het nadeel van zo'n mal is dat het éénmalig is: meerdere keren gebruiken is er niet bij of de vorm moet heel eenvoudig zijn. Voor serieproductie is het zaak om een houten moedermal (ook wel plug genoemd) te maken van het product zelf en daarvan een negatieve mal af te gieten van polyurethaan rubber. Het is mogelijk, maar zo'n proces is eigenlijk alleen geschikt voor commerciële doeleinden omdat het vrij duur is.

Het is nodig om de mal voor het storten in te smeren met een losmiddel, vuurvast beton hecht namelijk heel sterk aan bijna alle oppervlakken. Dat losmiddel kan van alles zijn, bijenwas gaat goed. Ik gebruik vaak gewoon een minerale olie. Ook een spuitbusje WD40 gaat prima mits spaarzaam aangebracht. Niet vergeten om met een poetslap de mal wat minder vet te maken, een dunne film is al voldoende.

Gebruik zo weinig mogelijk water om door het beton te mengen, voor de verharding is veel minder nodig dan voor het verwerkbaar maken. Een betonmolen is eigenlijk niet geschikt omdat er meer water voor nodig is dan vereist voor de verharding. Te weinig water in een betonmolen veroorzaakt balvorming, elke bal bevat dan mortel die niet is bevochtigd. In kleine hoeveelheden is het nog wel mogelijk om het mengen met de hand te doen, persoonlijk heb ik het nooit anders dan in een mortelkuip met een troffel gedaan. De beste oplossing is een dwangmenger maar voor eenmalig gebruik is zo'n apparaat uiteraard een dure aanschaf.

 Teneinde het materiaal goed te verdichten kan een reeks van technieken worden gebruikt. Schudden, porren, een mini-trilnaald, een klopboormachine met een bout in de kop, noem het maar op. Om een goede kwaliteit van het eindproduct te bereiken is een triltafel eigenlijk onontbeerlijk. In tegenstelling tot een dwangmenger is zo'n tafel een vrij simpel apparaat. Zelf heb ik ettelijke jaren geleden een tafel in elkaar geknutseld van afvalhout uit glaskisten, een dikke inductiemotor met een excentriek onder het blad en een paar doorgeslepen achterveren van een bromfiets tussen het blad en het onderstel.

Maar het kan nog eenvoudiger, met een autoband, een plaatje multiplex en een oude boormachine kan het ook. Hier is een video die laat zien hoe het geheel in elkaar zit.

In deze video wordt een echte trilmotor gebruikt maar een boormachine met een eenvoudig excentriek doet het dus ook. En nog mooier: een kleine handschuurmachine onder het blad gemonteerd werkt perfect. Indien mogelijk, gebruik een machine waarvan het toerental geregeld kan worden. Als er een olieachtige vloeistof op het oppervlak van de beton komt stop dan met trillen anders bestaat de kans dat de componenten waaruit het materiaal bestaat gaan scheiden. Met als resultaat dat de kwaliteit van het materiaal sterk achteruitgaat.

Als alles goed verdicht is plaats je de mal op een vlakke en horizontale ondergrond. Staat het scheef, dan wordt het gietstuk aan een kant dikker. Tijdens de verharding wordt het materiaal heet, het meeste water aan de oppervlakte kan daardoor verdampen waardoor de gietkant poederig kan worden. Dek daarom het verse gietstuk voor de verharding af met plastic om het water binnen te houden. De meeste vuurbetons kunnen na acht uur bij kamertemperatuur gelost worden. Dan is 90% van de sterkte al bereikt, de rest volgt in ongeveer een week. In de praktijk blijven de stukken een nacht over staan. Uiteraard kan het helemaal geen kwaad om het gietstuk wat langer in de mal te laten zitten.

Het is niet mogelijk om een kern van vuurbeton te gieten als een monoliet en heel te houden als het ding heet wordt. Dat wordt veroorzaakt door het feit dat de beton uitzet bij verhitting. Tijdens het stoken is de temperatuur niet overal gelijk waardoor er scheuren ontstaan. Waar de barsten verschijnen is niet het heetste deel, maar het koudste. De hete delen zetten uit, de koelere blijven achter en scheuren van elkaar af. De oplossing is uiteraard te vinden in opdelen van het geheel op een zodanige manier dat de delen van een verschillende temperatuur van elkaar gescheiden zijn. De naden kunnen dichtgemaakt worden met aluminiumsilicaat-vilt en de delen hou je bij elkaar met ijzerdraad, een stalen bandje of een stalen ondersteuningsframe.

Het is verstandig om de wanddikte klein te houden en waar mogelijk en zinvol vulstukken in de mal te plakken of te klemmen. De massa van de kern wordt op deze manier zo laag mogelijk. Hoe minder er opgewarmd wordt hoe sneller het ding op bedrijfstemperatuur is.

Terug naar boven

Bell werking, hoe en waarom

Een belangrijke term die goed begrepen moet worden is de term "bell". Het is inmiddels een deel van het jargon geworden voor de mensen die deze kachels bouwen. Anders dan je zou denken heeft het niets te maken met een kerkklok of iets dergelijks. Een bell is in dit verband niets meer dan een grote gesloten ruimte, afgebakend door vier wanden, een deksel en een bodem. Hij kan elke vorm hebben, net wat het beste in de situatie past. Hij kan van elk materiaal gebouwd worden, net wat het doel het beste dient: staal/metaal, baksteen, vuurvaste materialen, steen of ook klei uit de achtertuin gegraven gemengd met stro.

Het gaat je om de snelheid, het gaat je om de esthetiek,

      

of het gaat je om een lage prijs. Voor elk doel zijn volop geschikte materialen voorhanden.

Combineren we nu de eerder beschreven verbrandingskern met een steenachtige bell, dan hebben we een bell-kachel. Dat kan met de kern binnenin en de bell eromheen, of met een externe kern naast de bell. Waar het om gaat is dat de erg hete en relatief schone gassen uit de verbrandingskern in de bell terechtkomen en daar de "magie laten gebeuren".

Nu zien we meteen waarom een bell zo goed werkt. Hete gassen uit de kern stromen in de bell, en zoals vrijwel iedereen weet, stijgt hete lucht op ten opzichte van koude lucht. Doordat de bell veel groter is dan de pijp die de hete gassen aanvoert gaan die gassen niet direct de kortste weg naar de uitgang zoals je misschien zou verwachten. Als ze de veel grotere ruimte van de bell instromen neemt de voorwaartse snelheid sterk af, wat het principe van "hete lucht stijgt" mogelijk maakt. De heetste gassen stijgen naar de bovenkant van de bell en staan hun warmte af aan de wanden en plafond van de bell. Intussen koelen ze af en zakken in de bell naar beneden.

Omdat er steeds hete gassen de bell binnenkomen, moet er ook voor een uitgang gezorgd worden, met andere woorden, een gewone kachelpijp. Het is gebruikelijk om deze uitgang zo laag mogelijk in de bell te plaatsen, zo laag als praktisch haalbaar is. Want zoals hete lucht in princpe stijgt, zo daalt koude lucht. Het zijn dus de koudste gassen die de bell verlaten, en tenslotte uit de schoorsteen komen.

Hier blijkt nogmaals hoe eenvoudig en succesvol we 'de hitte oogsten'. Wie even terugdenkt aan de ouderwetse ijzeren kacheltjes herinnert zich meteen hoe heet daarbij altijd de schoorsteenpijp werd. Daar waren het juist de heetste gassen die de pijp uitgingen. Zonde.

Op deze foto zien we in één oogopslag wat een bell is, en hoe het werkt.

De hete afvoer van het olievat (links) komt ongeveer halverwege de enkelwandige bell binnen. Wie goed kijkt ziet op vloerniveau aan de rechterkant de pen-thermometer die in de kachelpijp-uitgang steekt. De binnenkant van de bell is niets anders dan open ruimte. Het maakt het mogelijk voor de hete afvoer om de bell binnen te komen, sterk te vertragen, te stijgen naar de bovenkant van de bell, af te koelen en omlaag te zakken tot vloerniveau voordat het de bell verlaat via de afvoerpijp de schoorsteen in. (Het gebruik van metalen olievaten zal in een ander artikel worden uitgelegd.)

De werking van een bell berust dus op het natuurkundig principe dat warmere gassen stijgen ten opzichte van koudere omdat de warmere zijn uigezet en derhalve lichter zijn. Dit gedrag en de consequenties ervan zijn voor het eerst beschreven in 1910 door V. E. Grum-Grzhimailo, indertijd professor in de metallurgie aan de universiteit van Sint Petersburg.

We hebben nu globaal gezien hoe een bell warmte aan gassen onttrekt. Deze vereenvoudigde uitleg gaat voorbij aan allerlei complexe processen die in werkelijkheid plaatsvinden, want het is een heel dynamisch systeem dat continu in verandering is. Niet alleen wordt de hitte gevangen door de wanden van de bell; die wanden stralen ook naar binnen toe warmte uit. Uiteindelijk worden de bellwanden zo warm dat ze niet meer warmte kunnen opnemen, dus verplaatst de hitte-absorptie zich naar een lager niveau waar de wand wat minder heet is. Zodra de warmte-opnamecapaciteit van de bell is bereikt zal de temperatuur van de afvoergassen gaan stijgen omdat ze dan minder warmte aan de wanden kunnen afstaan. Zo is de interactie voortdurend in beweging. Toch zullen de afvoergassen vrijwel nooit dezelfde temperatuur bereiken als de inkomende gassen.

Is de temperatuur van de afvoergassen hoog en willen we niet dat al die warmte verdwijnt naar de buitenlucht, dan kunnen we dit idee van een bell uitbreiden. We kunnen immers de afvoer van de ene bell beschouwen als de aanvoer voor een volgende, tweede bell. Deze werkt op exact dezelfde manier als de eerste, en opnieuw is het eindresultaat dat de afvoer van deze tweede bell koeler is dan de aanvoer. Dit concept met een tweede bell maakt een kachel natuurlijk efficiënter. Doorgaans hangt het af van de schoorsteentemperatuur: is die bij een enkele bell al laag genoeg dan volstaat dat blijkbaar. De bell heeft zijn werk al gedaan en een extra bell is niet nodig. Want toevoegen van een tweede bell kan het rendement weliswaar verhogen, maar het introduceert ook grotere complexiteit.

Er bestaan vuistregels om het formaat van de bell te bepalen. Dat hangt samen met het formaat van de verbrandingskern. Er moet altijd een zekere minimum temperatuur in de schoorsteen aanwezig zijn (grofweg 80 tot 100 ºC op de top van de stook) om verzekerd te zijn van voldoende trek. Met andere woorden: de temperatuur in de schoorsteen mag niet lager zijn dan die van de omgeving.

Een bijkomend voordeel van het bell-systeem is dat het vrijwel geen, of slechts een verwaarloosbare weerstand oplevert voor de gassen die erdoor stromen. Dat dit bereikt kan worden met een zo simpele constructie is echt een toegevoegde waarde. Een systeem met kanalen, zoals de Duits-Oostenrijkse bouwwijze, geeft veel meer weerstand omdat de kanalen bij elkaar veel meer wandoppervlak hebben. Zulke kachels hebben dus ook een sterk trekkende schoorsteen nodig om alle weerstand te overwinnen. Bovendien volgt letterlijk elke gas molecuul de hele weg door het labyrint, koud en warm door elkaar, want er vindt geen scheiding plaats zoals in een bell.

Het 'simpele' en effectieve bell-systeem heeft één enkel echt nadeel: alle massa zit in de al of niet enkelwandige buitenkant. Dat maakt deze dingen 'groot'. Er zijn wel technieken om daaraan te ontkomen. Het plaatsen van de vuurkamer hoger in de constructie in plaats van op vloerniveau resulteert in de opslag van warmte op een hogere temperatuur omdat gassen lager moeten zakken dan waar de kern zich bevindt. Bovendien kunnen interne structuren (bijv. kolommen) in de bell gebouwd worden die zelf ook weer warmte opnemen, want de massa en het binnenoppervlak nemen toe. Met zulke maatregelen is het mogelijk om binnen de omvang van een normale lege bell toch meer massa op te nemen.

Een stalen kachel gebouwd als bell genereert veel convectie en warmt snel op. Goed voor een werkplaats die niet elke dag van de week gebruikt wordt. Een bell van steenachtig materiaal is groter, zwaarder en warmt langzaam op. Afkoelen gaat nog veel langzamer, een flinke kachel is in staat om een heel etmaal te overbruggen zonder stoken. Heel goed voor een woonruimte, vanwege de lage temperatuur stralingswarmte die continu doorgaat. Deze laatste categorie wordt vanwege het gewicht massakachel genoemd.

Vrijwel alle kachels die op deze website worden beschreven zijn werkende bell-systemen in een of andere vorm.
Nog een laatste commentaar op de foto hierboven. Het is een voorbeeld van wat we een hybride zouden noemen, halverwege tussen een massakachel en een metalen-drumsysteem. Het toont een combinatie van materialen zoals die beschikbaar zijn voor specifieke eisen. In dit voorbeeld geeft het vat snelle stralingswarmte, terwijl de bell wordt opgeladen als de rookgassen het huis verlaten. De bakstenen bell heeft een vertraging van 4 uur, wat betekent dat er vier uur ligt tussen het moment dat het vuur op zijn heetst is en de buitenkant van de bell op zijn warmst. De warmte moet opgenomen worden door de interne oppervlakte en dan middels conductie getransporteerd door het materiaal voordat het kan uitstralen in de kamer. Ogenblikkelijke warmte komt door de metalen drum, en opgeslagen warmte wordt door de gekoppelde bell langzaam afgegeven tijdens de nacht (of tot de volgende stook). Belangrijk om te weten: de uitgangstemperatuur (gemeten in het hart van de kachelpijp) blijft hier steken op 50 tot 80 ºC. Zonder twijfel zijn sommige kopjes koffie heter dan dat.

Terug naar boven

Bell formaat

Het formaat van een bell heeft nog enige toelichting nodig. De meeste mensen veronderstellen dat de warmte-extractie van de bell wordt gedicteerd door het volume, maar dat is niet het geval. Grof gesteld: de overheersende factor is oppervlakte, namelijk de wanden en plafond van de bell, dus dat is wat wordt gebruikt voor de dimensionering van de bell. De vorm is nagenoeg irrelevant, dat de gassen voldoende voorwaartse snelheid verliezen en dat onbedoelde weerstand niet wordt ingebouwd is belangrijk om in gedachten te houden. In de praktijk zou de horizontale doorsnede van de bell tenminste 5x groter moeten zijn dan een van de openingen van ingang en uitgang. De afstand tussen het eind van de riser en de bovenkant van de bell zou liefst twee keer de diameter van de riser moeten bedragen. In het overgrote deel van de gevallen zal dat genoeg zijn, hoewel meer beter is, want hoe meer de gassen vertraagd worden, des te beter de scheiding van hete en koude gassen.

De juiste dimensionering van de bell is op de moeilijke manier uitgevonden door experimenteren, en zoals alle open source projecten hebben veel verschillende mensen bijdragen geleverd. Klemen Urbanija uit Radomlje, Slovenië kwam na veel proberen tot de slotsom dat een 15 cm systeem met een enkele bell en een binnenoppervlakte van 6 m², uitgezonderd de vloer, een afgastemperatuur (in de pijp kort na de bell) gaf van 60 ºCelsius. Hij had zijn experiment in de buitenlucht gebouwd en veranderde het een aantal maal totdat de resultaten bevredigend genoemd konden worden, om vervolgens het geheel af te breken en binnenshuis opnieuw op te bouwen. Een tweede ronde aan problemen diende zich aan toen bleek dat de gemetselde schoorsteen genoeg warmte aan de rookgassen onttrok om de trek om zeep te helpen. Dit vergde meer geknutsel en herverbouwen met het doel de afgastemperatuur omhoog te brengen en daarmee de trek te herstellen. Het uiteindelijke resultaat was een getal van 5,3 m² aan 'warmte-opnemend oppervlak'. Het is belangrijk om te begrijpen waarom de vloer geen deel uitmaakt van dat oppervlak, simpelweg omdat de afvoer boven de vloer is geplaatst. Zo is het ook als de vuurkamer in de bell gebouwd is: het oppervlak van de vuurkamer speelt dan geen rol in de berekening van dit warmte-opnemend bell-oppervlak.

De term die gehanteerd wordt voor de hele oppervlakte die warmte opneemt in een bell is ISA, wat staat voor Internal Surface Area (interne wandoppervlakte). De vloer oppervlakte doet dus niet mee omdat de vloer niet (direct) warmte opneemt. In termen van ISA maakt het weinig verschil of het gaat om een stalen bell die zijn warmte meteen kwijtraakt, of een bell die de warmte opslaat in een massa van steen of baksteen. Mijn werkplaats kachel (zie artikel Drie vaten batch rocket) is gebouwd van drie olievaten: hun gezamenlijke oppervlakte komt erg dicht bij de oppervlakte van Klemens bakstenen bell. Beide systemen hebben een vergelijkbare afgastemperatuur.

Opschalen van deze cijfers bleek een lastig probleem tot het uiteindelijk in 2015 werd opgelost. Toen werd uitgevonden dat dezelfde kritische maten die we gebruiken voor de vuurkamer en riser (in dit geval de dwarsdoorsnede van de riser) ook gebruikt kunnen worden voor een systeem op basis van het door Klemen behaalde resultaat. Tijdens de Masonry Heater Association meeting van 2015 heb ik een workshop geleid (zie artikel Bell met twee bankjes). De maximum ISA van dat 20 cm systeem met een gemetselde bellconstructie was geschat op 9,4 m² en het werkte naar behoren. De doorsnedeverhouding van Klemens heat riser ten opzichte van de MHA riser was 1 : 1,77, dezelfde verhouding bestond ook tussen beide ISA's.

Elk willekeurig ander bellformaat kan hiermee berekend worden. Door de factor te nemen tussen de dwarsdoorsnede van een 150 mm riser en de grotere of kleinere riser. Vermenigvuldigd met de ISA van het 150 mm systeem volgt daar de ISA van het verlangde systeem uit. Voor zover we weten is deze manier correct, systemen van 100 mm tot 320 mm zijn gebouwd en werken. Hieronder nog een simpele tabel met een aantal veel gebruikte maten.

Riser diameter  /  Internal Surface Area

• 12,5 cm   ISA 3,7 m²
• 15,0 cm   ISA 5,3 m²
• 17,5 cm   ISA 7,2 m²
• 20.0 cm   ISA 9,4 m²
• 22,5 cm   ISA 11,4 m²
• 25,0 cm   ISA 14,7 m²

Wanneer de bell is uitgevoerd met een schoorsteen-bypass kan de ISA naar schatting tot 30% groter zijn dan in de tabel aangegeven. Een bypass is een klep die indien geopend de rookgassen op een hoger niveau dan normaal uit de bell laat ontsnappen. Het maakt de constructie helaas gecompliceerder, de kwetsbaarheid voor storingen neemt toe omdat de klep erg heet kan worden en daardoor vervormen. 

Benen Huntley uit Adelaide, Zuid Australië heeft een simpele manier gevonden om de maximale ISA te berekenen, voor om het even welke systeemgrootte. Bereken de dwarsdoorsnede van de riser in vierkante meters en vermenigvuldig dat getal met 300. Dit geeft je de maximaal aanbevolen grootte van de ISA voor een enkele bell. Het maakt niet uit of die bell dubbelwandig of enkelwandig is, alleen de binnenkant telt in dit geval. Uiteraard moeten ook eventuele kolommen binnen in de bell als oppervlak meegeteld worden.

Bijvoorbeeld: een 150 mm systeem geeft je (PiR²= 3,1415927x0,075²= 0,0176715 m². Vermenigvuldigd met 300 resulteert dat in 5,3014376 m², wat afgerond tot 5,3 m² exact de maximaal interne wandoppervlakte voor zo'n systeem is. Natuurlijk moet wel rekening gehouden worden met het feit dat een 150 mm ronde riser aerodynamisch gesproken net zo goed is als een vierkante riser met zijden van 150 mm. De ronde riser is glad en zonder hoeken. De vierkante is groter in doorsnede maar heeft hoeken en een grotere omtrek, wat allebei leidt tot weerstand voor de gassen. Bij een vierkante riser gaan we derhalve uit van het ronde formaat dat daar net in zou passen, zoals we al eerder hebben gedaan. We meten een zijde van het vierkant, beschouwen dat als de diameter van een cirkel en gaan bij de berekeningen verder uit van die denkbeeldige 'ronde' riser.

Nog een voorbeeld: een 200 mm systeem geeft je een oppervlakte van 0,031415927 m². Vermenigvuldigd met 300 komt dat neer op 9,424778 m². Afgerond tot 9,4 m² is dat weer precies gelijk aan de aanbevolen waarden.

Terug naar boven

Wat is eigenlijk een houtvuur?

Bij het verbranden van hout vallen door de hitte de organische moleculen uiteen in kleinere brokstukken. Uiteindelijk worden het gassen, waarvan we de verbranding zien als vlammen. Bij een optimale verbranding is het resultaat: hitte, CO2 en water.
(lees meer)

Mengen

Houtgas is uiterst brandbaar, explosief zelfs, als het heet genoeg is en vermengd met verse lucht. Dat mengen gebeurt niet spontaan, het wordt bereikt door de sterk turbulente condities in de poort en riser.
(lees meer)

Turbulentie in de Batch Box

In de wereld van Rocketstove-bouwers heet het geïsoleerde interne schoorsteentje een "riser". De hoge en smalle opening onderin de riser heet de "poort". Het geheel van de riser en de vuurkamer wordt de "kern" genoemd. De manier waarop turbulentie wordt opgewekt is anders dan bij een gewone houtkachel.
(lees meer)

Hitte

Een andere omgevingsfactor is net zo belangrijk: hoge temperatuur. Dat kan nog behoorlijk oplopen, gedurende de ontwikkeling is meerdere keren in de riser een temperatuur gemeten van tegen de 1200 ºCelsius.
(lees meer)

Beperkingen

De afmetingen van de vuurkamer, de riser, de poort en de luchtinlaten luisteren erg nauw. Een kleine wijziging daarin kan de goede werking van de kachel verstoren. Ook een goede schoorsteen is van belang.
(lees meer)

De Testo 330-2

De metingen die tot de uiteindelijke Batch Box hebben geleid, zijn verricht met een digitale rookgasanalyser, de Testo 330-2. Dit apparaat meet van elke "stook" de temperatuur van de rookgassen, het niveau van de zuurstof (O²) en het niveau van de koolmonoxide (CO).
(lees meer)

Luchtstromen in de poort

Sinds 2012 is er veel meer bekend over hoe de stromen in de poort eruit zien en wat hun functie in het geheel is.
(lees meer)

Houtvuur

Om een vuur te beginnen en aan de gang te houden, heb je drie dingen nodig: brandstof, zuurstof en hitte. Zoals getoond in deze vuurdriehoek:

Hout kan onder specifieke omstandigheden reageren met zuurstof met als resultaat dat er hitte wordt geproduceerd plus CO2 en water. Precies zoals aardgas doet als het tot ontbranding wordt gebracht in een goede brander. Op zichzelf lijkt hout verbranden niet moeilijk. Wat droge takjes en wat papier, een vlammetje eronder en het vuur is begonnen.

Met de onderlinge afstemming tussen de factoren van de driehoek luistert het nauw. Is er in verhouding te weinig brandstof, zuurstof of hitte, dan zal de verbranding niet goed verlopen. Bij onvolledige verbranding worden nog steeds water en kooldioxide (CO2) geproduceerd, maar daarnaast komt koolmonoxide (CO) vrij, en er verschijnen kleine koolstofdeeltjes in de vorm van roet en rook. Bovendien lukt het dan niet meer, de hoogst mogelijke temperatuur te produceren.

Iets moeilijker wordt het, hoewel niet heel veel, om dit proces goed aan de gang te houden. De temperatuur van een klein houtvuur zal hooguit een paar honderd graden zijn. Voor volledige verbranding in een houtkachel hebben we hogere temperaturen nodig. En tegelijk moeten we zorgen dat het proces niet uit de hand loopt. We houden het onder controle door het vuur te isoleren van de omgeving. In de vuurkamer blijft de meeste hitte binnen het vuur zelf. Dat bevordert volledige verbranding.

Een rookloos vuur lijkt een simpel doel. Maar het stelt hoge eisen aan een kachelontwerp: enerzijds een hoge temperatuur, anderzijds hoge precisie bij de luchttoevoer (niet teveel, niet te weinig, juist goed). Het heeft in werkelijkheid grote moeite gekost om aan die voorwaarden te voldoen voor het hier gepresenteerde ontwerp. Het is in dit verband belangrijk om te begrijpen wat rook eigenlijk is: niets meer of minder dan onverbrande brandstof. Van de in hout beschikbare energie bevindt zich feitelijk tot 60 % in zulke brandbare gassen. Rook is dus niet alleen maar iets hinderlijks voor de omgeving buitenshuis, het is bovendien "geld dat de schoorsteen uitvliegt" in de ware zin van het woord.

Afgezien van de as (ongeveer 1 %) kan letterlijk alles van het hout worden omgezet in hitte**. Rook is derhalve alleen maar een indicator dat de brandstof niet volledig in hitte wordt omgezet. Deze kachels hebben een heel hoge verbrandingstemperatuur waardoor de rook heel erg heet is. Met die hete rook combineren we voorverwarmde lucht, wat leidt tot volledige verbranding van die rook. Zelfs de terecht gevreesde koolmonoxide (CO) een dodelijk gas, is in feite onverbrande brandstof. Zoals gezegd komt dat bij volledige houtverbranding niet voor als product. De vrees voor koolmonoxide is heel begrijpelijk. Ooit gebruikte men stadsgas, dat ongeveer 8% CO bevatte (als brandstof dus!). Omdat CO van zichzelf geen geur heeft, werd tot ver in de twintigste eeuw het smerig ruikende mercaptan aan het gas toegevoegd, simpelweg om mensen te waarschuwen voor lekken of openstaande gasbranders. Feit blijft intussen dat CO een brandstof is, en als de verbranding correct verloopt kan alle energie in de brandstof worden benut.

** Deze kachels worden niet gebruikt onder laboratoriumomstandigheden met pure zuurstof, ze worden thuis gebruikt. Zelfs fluctuerende weersomstandigheden kunnen en zullen het vuur beïnvloeden. Heel belangrijk: luchtgedroogd hout zal altijd nog enig vocht bevatten. Dit moet uitgedampt worden voordat verbranding van het hout kan plaatsvinden. Voor verdamping is namelijk heel veel energie nodig. Het zou zonde zijn als die verdamping in de kachel plaatsvindt, want dan gaat het ten koste van het rendement. Laten we even wat beter bekijken hoe verdamping in zijn werk gaat.

De bovenstaande grafiek laat zien hoe de watertemperatuur stijgt terwijl er energie toegevoerd wordt. (De grafiek begint ver onder nul maar dat kunnen we negeren. Tenzij het hout dat je gebruikt zelf onder nul is!) Terwijl energie toegevoerd wordt (de horizontale as), stijgt de temperatuur langs de rechte lijn C, zo is er voor elk beetje aangevoerde energie een corresponderende stijging in temperatuur, daarom is het een rechte lijn.

Wanneer het water het kookpunt bereikt (100 º) wordt het niet meer heter (dit is zichtbaar bij lijn D, die is horizontaal zelfs terwijl er meer energie wordt aangevoerd blijft die lijn horizontaal). Gedurende deze fase maakt de energie die wordt opgenomen het water niet heter, maar in plaats daarvan verandert het water van vloeistof in gas, en dat vindt plaats zonder verandering van temperatuur. Lijn E begint pas als al het water is veranderd in stoom.

De omzetting van water naar stoom kost dus veel energie. Dat geldt ook voor het vocht dat zich in stookhout bevindt. Met andere woorden: dat is verspilde energie, die niet meer ten goede kan komen aan de hitte. Natuurlijk is er in de praktijk altijd wat onvermijdelijk verlies. Maar de belangrijke les is: verbrand uitsluitend hout dat zo droog mogelijk is.

Deze video laat duidelijk de ontvlambaarheid van rook zien.

Terug naar boven

Mengen en turbulentie

Vreemd genoeg brandt hout zelf niet rechtstreeks. Het is op dat gebied als met benzine, die ook van zichzelf niet brandt. Als je snel genoeg bent is het mogelijk om een lucifer te doven in vloeibare benzine. Het is af te raden om dat zelf te proberen, want er is een grote kans dat de lucifer het mengsel van benzinedamp en lucht net boven het vloeistof oppervlak zal ontsteken. Wie dit eenmaal inziet zal begrijpen dat eigenlijk niet het hout de substantie is die brandt, maar het mengsel van 'houtdampen' met zuurstof.

Hitte maakt dat de chemische samenstelling van het hout wordt opgesplitst in kleinere, ontvlambare componenten die reageren met zuurstof. Dat genereert op zijn beurt meer hitte waardoor de cyclus door blijft gaan. Een pure houtgasvlam zou blauw moeten zijn, slecht te zien in zonlicht. Maar doordat er ook gloeiende koolstofdeeltjes met de vlam meegevoerd worden is de kleur rood, oranje of geel: hoe hoger de temperatuur des te lichter de kleur. Wanneer er een heleboel gas in de vlam aanwezig is en een klein beetje koolstof dan kan de kleur overkomen als geel-paars.

We zien van een vuur een rookkolom oprijzen, en hoogstwaarschijnlijk brandt die kolom alleen aan de uiterste buitenkant, waar rook (brandstof) en zuurstofrijke lucht elkaar treffen. In het binnenste van de rookkolom vindt geen verbranding plaats, omdat daar haast geen zuurstof is. Zo verdwijnt de meeste rook en gaat als onverbrande brandstof verloren. Zelfs als de rook onderweg nog op voldoende zuurstof stuit vindt er geen verbranding meer plaats, omdat de rook dan teveel is afgekoeld. Er zijn immers drie voorwaarden voor verbranding: naast brandstof en zuurstof ook hitte.

Het meest gebruikte systeem om lucht toe te voegen en voldoende turbulentie op te wekken is injecteren van verse lucht op een aantal plaatsen tegelijk. Nadeel hiervan is dat er flink wat lucht nodig is, wat de temperatuur van het vuur omlaag brengt, (dus ingaat tegen een van de drie voorwaarden voor complete verbranding). Dit koelen van het vuur  wordt in metalen kachels niet als een nadeel gezien maar juist als een voordeel: deze kachels blijven daardoor langer heel.

De kachels die op deze website beschreven worden zijn ontworpen om de hoogst mogelijke temperaturen te handhaven -veel hoger dan metalen kachels kunnen weerstaan- en zorgen voor de juiste menging van houtgas en zuurstof door middel van methoden die in het volgende artikel worden beschreven.

Terug naar boven

Mengen en turbulentie in de batch box

Het mengen van houtgas en zuurstof in de batch box rocket wordt bereikt door de zorgvuldig ontworpen geometrie van de verbrandingskamer en de correcte positionering van zowel de primaire als de secundaire luchtinlaten. Deze kritische dimensies komen later aan de orde. De rangschikking van de bouwcomponenten is verrassend simpel. De vuurkamer is langer dan breed en heeft een afvoer voor de onverbrande gassen aan de achterkant, waar een korte verticale en geïsoleerde "schoorsteen" is geplaatst. Dat is wat we de heat riser noemen of kortweg de riser. De functie van de vuurkamer is natuurlijk om het hout in te verbranden, de functie van de geïsoleerde heat riser is om de secundaire (en volledige) verbranding van alle houtgas geproduceerd door het houtvuur tot stand te brengen. Als zodanig kan de riser beschouwd worden als een naverbrander. Uit het voorgaande valt op te maken wat er nodig is voor deze volledige verbranding. Zuurstof, brandstof (houtgas) en hitte: van het vuur én van de verbranding van het houtgas zelf. Want dat is waarom de riser goed is geïsoleerd: ook in het verdere verbrandingsproces mag er zo weinig mogelijk hitte verloren gaan.

Let in het bijzonder op de verbinding tussen de twee elementen vuurkamer en heat riser, een hoge en smalle opening tussen deze twee. Dit staat bekend als  de "poort" en heeft een oppervlakte van 70% van de dwarsdoorsnede van de heat riser (de doorsnede van de riser geldt als een van de "standaarddimensies" in het ontwerp: andere afmetingen worden van zulke afmetingen afgeleid). Deze plotselinge vernauwing in het pad van de gasstroom heeft een erg belangrijke functie, aangezien te allen tijde dezelfde hoeveelheid gas door het systeem stroomt. Wanneer deze stroom een vernauwing passeert dan moet de gas snelheid omhoog op die plek anders kan er niet hetzelfde volume gas doorheen. Het resultaat van die versnelling op die exacte plek is dat de druk op die plek omlaag gaat.

Verwijzend naar de tekening hierboven: een holle buis (zichtbaar in zwart op de bovenkant van de vuurkamer) brengt de secundaire luchtaanvoer direct naar de plek van de laagste druk in het systeem, de opening van de poort. We noemen deze buis de P-channel of voluit Peter channel. De P-channel brengt verse lucht in de gasstroom die de poort ingaat. Je kunt je indenken dat we nu de drie voorwaarden hebben die nodig zijn voor verbranding: brandstof, hitte en zuurstof. Het houtgas is reeds extreem heet en er is een verschrikkelijke hoeveelheid hitte op deze plek, alles wat we nog nodig hebben is de laatste menging van zuurstof met houtgas. Een laatste punt om te onthouden, doordat de secundaire lucht die in de poort wordt gezogen via de stalen buis die boven het vuur hangt, is deze lucht dus voorverwarmd op zijn weg naar de poort.

De grondige en complete menging van houtgas en zuurstof vindt plaats als het mengsel de poort passeert en aankomt in de heat riser daarachter. Als de gasstroom eerst versnelt (door de vernauwing van de poort) en dan abrupt langzamer gaat (in de toegenomen ruimte achter de poort) vindt een massale botsing plaats: de nog snel bewegende moleculen uit de poort botsen op de plotseling vertraagde moleculen voor hen. Dit veroorzaakt flinke turbulentie die continue doorgaat zolang de snelheid van de gassen in de poort hoger ligt dan in de riser, en dat is in de praktijk het overgrote deel van de stooktijd. Deze omstandigheden veroorzaken dat de brandbare gassen mengen in een wervelende dubbele vortex, aanvankelijk in een horizontaal vlak en dan opstijgen in de vorm van een dubbele kurkentrekker terwijl het omhoog gaat in de heat riser en het systeem verlaat.

De opstijgende dubbele kurkentrekker dwingt de gassen om een veel langere weg af te leggen (zodat ze langer onderweg zijn) dan als ze recht omhoog zouden gaan. Dat deze langere weg plaatsvindt in een geïsoleerde, extreem hete omgeving stelt het mengsel van gas en zuurstof in staat om gemakkelijk te ontbranden.

Het versnellen van de gassen als ze door een vernauwing stromen staat bekend als "het venturi effect", een natuurkundige wetmatigheid die als eerste is beschreven door Daniel Bernoulli in de 18e eeuw.

Het chaotisch ogende resultaat toont de nu volgende video. Van bovenaf kijken we in de heat riser, waar de botsing plaatsvindt. Zo zien we hoe de dubbele vortex en de opstijgende kurkentrekker worden gevormd.

De tamelijk unieke manier waarop deze kachels de turbulente condities creëren nodig voor volledige menging van zuurstof en brandstof heeft meer voordelen. In de botte-bijlmethode van metalen kistvormige kacheltjes wordt er veel lucht aangevoerd. Dat verlengt het leven van deze kachels maar verlaagt tevens de efficiëntie. In de batch box rocket komt voor-verhitte secundaire lucht binnen op exact de plek waar de sterkste menging plaatsvindt. Daardoor hebben we op geen stukken na de hoeveelheid lucht nodig als in gangbare ijzeren kachels. Dus de totale doorsnede van de luchtinlaten bij elkaar is kleiner dan verwacht kan worden in een normale kachel. Deze kleinere luchtinlaten zijn misschien nog meer verrassend als duidelijk wordt hoe snel de brandstof wordt geconsumeerd.

Nog een laatste toelichting waarom "grote hoeveelheden koude lucht" nadelig zijn voor goede efficiëntie. De essentiële component voor verbranding is zuurstof, 21% van de lucht overal om ons heen. Elk ander bestanddeel in lucht is alleen maar een meeliftende passagier, die niets bijdraagt aan het proces van verbranding maar in plaats daarvan het vuur koelt (ze staan bekend als 'ballast gassen': ook op een schip is ballast alleen maar overmaat aan gewicht en geen lading). Zo zie je: door zorgvuldig gebruik te maken van geometrie en natuurkundige wetten voegen deze kachels de juiste hoeveelheid zuurstof op de juiste plaats toe om volledige menging en verbranding mogelijk te maken.

Misschien kunnen we dit idee uitbreiden. Het is niet teveel en niet te weinig, precies goed, maar is tevens precies op de juiste plaats.

Batch box rockets maken ook een heel typisch geluid, een soort van laag gerommel (op een merkwaardige manier geruststellend). Aan dit karakteristieke geluid hebben al de varianten van deze kachels de naam "Rocket Stoves" te danken.Een indruk geeft de korte video hieronder. In dit voorbeeld heeft het geluid nog meer 'galm', door de metalen behuizing. Uitvoeringen met steenachtige behuizingen hebben een minder galmend, lager rommelend timbre; agressief klinken ze nooit.

Terug naar boven

Veel hitte

Door afdoende isolatie aan te brengen rond de vuurkamer maar vooral rond de riser, wordt de ideale temperatuur voor volledige verbranding eerder bereikt. En dat niet alleen, ook de brandbaarheid van de houtgassen gaat er met sprongen op vooruit. Dat heeft dan weer zijn effect op het rendement: meer gassen worden brandbaar, dus tijdens een stook komt complete verbranding eerder in zicht.

Terug naar boven

Beperkingen

Het is belangrijk om je te realiseren dat het met de vorm en maatvoering van deze verbrandingsunit vrij kritisch ligt. Afwijkingen daarvan zijn in principe ongetest (jouw speciale uitvoering zou een winnaar kunnen zijn, maar zonder uitvoerig testen zal niemand dat ooit weten). Dat het heel precies aankomt op de juiste afmetingen en proporties is logisch. Dat bepaalt immers het proces binnenin. Deze verbrandingsunit is speciaal ontwikkeld en getest opdat anderen het ontwerp kunnen volgen en zelf bouwen. Voor een rookloze, hoog-efficiënte verbranding is het dus van groot belang om daarbij de hier gepresenteerde afmetingen zo goed mogelijk aan te houden.

Een goede schoorsteen is nodig, dat is de "motor" van elke houtkachel, en het is de aandrijving die voldoende trek voor de schone verbranding creëert. De diameter van de schoorsteen stellen we gelijk aan die van de riser, dat garandeert voldoende trek. Zoals gezegd zijn de luchtinlaten kleiner dan je zou verwachten en als zodanig gemakkelijker beïnvloed door afwijkingen van het hier gegeven ontwerp. Proporties van het ontwerp zijn gegeven in het hoofdstuk "Bouwen". Wanneer de schoorsteentemperatuur te snel stijgt tijdens het gebruik (en als gevolg daarvan een sterkere trek ontstaat) kunnen grotere stukken hout gebruikt worden. Grote hompige stukken hout hebben minder buitenoppervlak dan een gelijk gewicht aan kleine stukjes en branden als gevolg daarvan minder snel.

De batch box rocket (of kortweg batchrocket) verbrandt de complete lading brandstof zonder beperking in de lucht toevoer of om het even welke andere maatregel dan ook. Zulke ingrepen zouden hier dus averechts werken: ze hebben een nadelige invloed op ons doel van maximale efficiëntie en schone stook. Om de opgewekte hitte goed aan te wenden is er een groot uitstralend oppervlak of een voldoende grote massa nodig om de warmte op te nemen en de opgeslagen warmte langzaam uit te stralen. Deze verschillende benaderingen zullen in een ander hoofdstuk behandeld worden.

Een merkwaardig fenomeen van de batchrocket is de tijd dat een stook duurt. Het blijkt dat (tamelijk contra-intuïtief) een volle lading hout ongeveer even lang brandt als een halve lading (of een andere verhouding), vanaf aansteken tot aan de gloeifase. Een halve lading produceert de helft van de energie van een volle lading in dezelfde tijd. Dus is het duidelijk dat een volle lading hout een verbazend grote hoeveelheid energie produceert in een korte tijd. Daarom hebben we manieren nodig om deze hitte te oogsten, wat besproken zal worden in het volgende hoofdstuk.

Terug naar boven

Resultaten

In vier opeenvolgende jaren (2012 t/m 2016) heb ik met dit type vele honderden testsessies uitgevoerd en in de meeste omstandigheden zijn de resultaten ronduit uitstekend. De Testo 330-2, de rookgasanalyser die ik gebruik meet de gasen die de schoorsteen in gaan en aan de hand van die data wordt de efficiëntie berekend. De rookgasanalyser kan aan een computer gekoppeld worden en de bijbehorende software genereert dan zelf grafieken en spreadsheets van de resultaten.

Een grafiek van het verbrandingsverloop.
De grafiek hierboven is van een stook in een warme kachel, te zien aan de hoge aanvangstemperatuur (gemeten in de kachelpijp, in graden Celsius, vertegenwoordigd door de blauwe lijn). Zoals eerder vermeld, een warme schoorsteen zal een overeenkomstig sterkere trek hebben en dus ontwikkelde het vuur zich snel. Gedurende de stook zakt het zuurstofniveau (de groene lijn)  onder wat ik beschouw als de grens tussen optimaal en niet optimaal (6%). Onder dat getal is er een grotere kans op een hoge CO output (paarse lijn) als er te weinig zuurstof aanwezig is. In dit geval zien we dat dat niet gebeurt, dus hoewel een groter risico op de loer ligt blijkt dat een uitstekende stook toch bereikt kan worden. Onze eerdere uitleg over verbranding heeft al duidelijk gemaakt dat het zuurstofniveau en de schoorsteentemperatuur direct van invloed zijn op de stookefficiëntie. De rode lijn vertegenwoordigt de efficiëntie.

Wanneer het zuurstofniveau niet zakt onder 10% met een corresponderend lage temperatuur van 80 ºC, dan zal het rendement hoger zijn dan in de bovenstaande grafiek. Hoewel een lagere uitgangstemperatuur minder sterke trek betekent wat weer gevolgen kan hebben voor de verbranding als gevolg van de lagere gassnelheid door het systeem.

De relatie tussen de verschillende parameters in deze grafiek laat nog eens duidelijk zien hoe nauw het allemaal luistert. Het hier beschreven kachelontwerp heeft een lange voorgeschiedenis en is veelvuldig getest. Daarvan afwijken zal niet gauw een optimale kachel opleveren. Uitgesloten is het natuurlijk niet, maar wel hoogst twijfelachtig. De interacties in de verbrandingsunit zijn buitengewoon complex. Elke experimentele verandering zou dan ook weer terdege geëvalueerd moeten worden met nieuwe metingen en berekeningen op dezelfde manier.

De bovenstaande grafiek is uiteraard een heel mooie en juist daarom niet erg representatief. Een enigszins normaler ogend diagram dat gegenereerd is gedurende de ontwikkeling in 2012 zou het volgende kunnen zijn.

Vergelijking van de grafieken leert ons een paar dingen (bijvoorbeeld waarom een gasanalyser een essentiëel stuk gereedschap is om te weten te komen wat er gebeurt tijdens een stook). Het beeld van deze grafiek komt veel vaker voor en is daarom representatiever dan het eerste voorbeeld dat minder vaak voorkomt. Duidelijk zichtbaar is dat het extreem lage CO-niveau (paarse lijn) dat duidt op volledige verbranding later begint en minder lang duurt. Merk op dat ook het zuurstofniveau (groene lijn) niet zo heel erg laag komt maar toch op een heel acceptabele waarde. Deze zuurstofwaarde is bekend onder de term 'lucht-overmaat' of 'zuurstof-overmaat'.

Het bovenstaande diagram, gemaakt tijdens de eerste ontwikkeling, representeert een hele woeste stook, brullend, hortend en stotend en af en toe ook rokend. Recente ontwikkelingen zijn afgesloten met veel betere resultaten: dit komt ter sprake in het hoofdstuk "Ontwerpen".

Terug naar boven

Werking van de luchtstromen

Augustus, 2020
Sinds het begin van de batchrocket-ontwikkeling in 2012 is er veel meer duidelijk geworden over hoe het geheel werkt. De goede schaalbaarheid liet al zien dat er kennelijk een paar fundamentele principes aan ten grondslag liggen. Er zijn nu, acht jaar later, wat conclusies te trekken, op sommige punten ondersteund door mensen die meer verstand van aerodynamica hebben dan gewone stervelingen. Die conclusies zijn getrokken op basis van wat er waargenomen wordt door meerdere bouwers en ontwikkelaars op verschillende continenten. Dat maakt die conclusies beslist aannemelijk, al kunnen we in geen geval spreken van wetenschappelijk onderbouwde feiten.

1# Dat het mogelijk is een zéér fel en zéér heet vuur te bereiken, wordt verklaard door het drukverschil tussen de voor- en achterkant van de vuurkamer. De poort werkt als een venturi, zoals eerder uitgelegd. In die venturi is de luchtsnelheid groter en de druk overeenkomstig lager dan aan de voorkant, waar de lucht binnenkomt. Dat drukverschil is altijd groter dan de trek van de schoorsteen; de poort werkt als een versterker. Hoe groter dat verschil des te feller het vuur (vergelijk bijv. het aanblazen door een ventilator). Dat is ook waarom de tijd die verstrijkt vanaf het aansteken tot aan de gloeifase bij een halve lading vrijwel identiek is, onder gelijke omstandigheden, aan de tijd bij een volle lading. Die volle lading produceert een groter vuur, een sterkere onderdruk in de poort en dus ook een snellere verbranding. Het is overigens niet zo dat een kwart lading er ook zo lang over doet, kennelijk is er een limiet. Een fel en helder vuur levert de meest volledige verbranding.

2# Als de riser van boven af wordt bekeken zien we dat de stroom vuur door de poort smaller schijnt te zijn dan de poort zelf. Ook is de snelheid van die stroom groter dan wat verwacht kan worden op grond van wat zichtbaar is in de vuurkamer. Dat heeft te maken met de haakse randen van de poort. Over dit punt is uitgebreid gediscussieerd met dr. Larry Winiarski (*zie voetnoot) tijdens een workshop in Warschau in juli 2015. Al een aantal keren hadden zelfbouwers, in een poging het geheel fraaier te maken, de randen van de poort afgeschuind of afgerond. Als die afschuining groot genoeg was (ongeveer éénderde van de poortdiepte of meer), bleek dat charmante detail steevast afbreuk te doen aan de complete verbranding, met als resultaat: zwarte rook uit de schoorsteen.

Mogelijke verklaring van dit fenomeen: scherpe haakse randen veroorzaken veel kleine turbulentie langs de wanden van de poort. Die wandturbulentie vertraagt tevens de stroming langs de wanden. In het midden van de poort blijft de snelheid hoog: voor het oog is de stroom daardoor smaller. Als gevolg van de vertraging links en rechts splitst de stroom zich gemakkelijk en krullen de twee stromen om zodat de dubbele vortex ontstaat. De verblijfstijd in de hete riser wordt als gevolg daarvan verlengd waardoor de verbranding dichter bij volledig komt.

Hieruit volgt dat de poort altijd twee haakse kanten moet hebben en in het midden van de riser moet uitkomen.

Het is bijvoorbeeld verleidelijk om een sidewinder (zie Ontwerpen) zo te bouwen dat de achterwand van de vuurkamer vlak overloopt in de wand van de poort. Deze situatie voldoet niet aan de hierboven geschetste voorwaarden en de eigenschappen van de batchrocket kunnen als gevolg daarvan slechter zijn. Als de poort niet in het midden van de riser is gebouwd maar aan een zijkant, dan ontstaat een enkele vortex. De verblijfstijd in de hete omgeving van de riser wordt dan korter, wat weer van invloed is op de kwaliteit van de verbranding.

3# Een goed functionerende batchrocket laat, zeker in het begin van de stook als de naverbranding aanslaat, een horizontale vlam zien. En die vlam bevindt zich ook nog in de onderste helft van de poort terwijl de bovenste helft voor het oog helemaal leeg is.

Vooral in het begin van de ontwikkeling zijn er wat batchrockets gebouwd waarvan de poort de volle hoogte had van de vuurkamer-achterwand. Hoewel de breedte dan kleiner werd gekozen was het resultaat altijd slechter tot veel slechter dan met het tegenwoordig gangbare stukje wand boven de poort.

Tevens doet zich met open systemen (zie Toepassingen) het fenomeen voor dat zonder deur en zonder secundaire luchttoevoer de verbranding nog steeds heel goed is. Het rendement is dan weliswaar lager maar niet meer dan 4% of 5%. Ook in deze variant ontsteekt de vlam in de riser heel laag.

De verklaring voor alle drie de bovenstaande fenomenen ligt waarschijnlijk in de stroom lucht die over het vuur heen gaat in de richting van de poort. Omdat die lucht boven het vuur heel heet wordt stroomt die direct langs het plafond. Bij de achterwand wordt de stroom omlaag gebogen en tevens versneld door de venturiewerking bij het binnenkomen van de poort. Hoe groter de luchtsnelheid op dat moment, hoe minder gemakkelijk de stroom van richting verandert. Totdat de stroom een of ander obstakel tegenkomt die de stroom een andere kant op dwingt. Alle lucht door de openingen tussen de stukken hout in de vuurkamer vormt ook zo’n stroom. De vlammen in de vuurkamer worden naar achter geblazen, en de stroom lucht langs het plafond dwingt die naar beneden. In een gesloten systeem zorgt een p-channel of floor channel voor secundaire lucht op juist die plek.

Een open systeem maakt gebruik van dit effect waardoor er toch voldoende verse en hete lucht in de poort en riser kan komen in een agressief turbulente omgeving. Dan is het logisch dat een poort met de volle hoogte van de vuurkamer niet goed werkt: de hete lucht gaat dan langs het plafond recht de riser in.
Tenslotte: mogelijk verklaart dit ook waarom een voorwerp als een stuk hout dat in de poort steekt afbreuk kan doen aan de volledige verbranding. De stromingen worden verstoord en het hele aerodynamische beeld verandert. Door dat stuk hout terug te trekken functioneert het hele systeem binnen een minuut weer zoals het hoort.

Houd er rekening mee dat een batchrocket zonder deur niet wordt aanbevolen voor gebruik in een huis. Omdat het in wezen een open haard is, kan er rook in de woonkamer terechtkomen. Ook kan de kachel niet worden gesloten, wat gevaarlijk kan zijn terwijl mensen slapen. Als het vuur niet helemaal uit is, zou er dodelijk koolmonoxide uit de kachel kunnen komen, bijvoorbeeld als gevolg van weersveranderingen.

*Larry Winiarski wordt algemeen beschouwd als de bedenker van de oer-rocketstove. Die was gemaakt als efficiënter alternatief voor de traditionele open vuren in veel ontwikkelingslanden en vluchtelingenkampen waar op een houtvuur gekookt wordt.
(naar artikel) 

Terug naar boven