Ontwikkeling van een compacte batchrocket kern

[peterberg]

Het ontwikkelmodel is sinds 4 januari 3 keer opgestookt. Op de 5e, een volle lading kleine zachthout plankjes. Niets schokkends, het ging gladjes met misschien een beetje erg lage O² halverwege de stook maar geen sprake van teveel houtgas productie. Geen verrassingen hier, een stookje zonder zorgen.

Op de 6e heb ik nog maar eens een stook geprobeerd met hardhout. Nog steeds niet droog genoeg, 20% vocht. De stook kwam niet goed op gang en het was nodig om af en toe te porren, stukken te keren enzo. Mogelijk te dicht gestapeld, geen mooie stook en het gemiddelde CO niveau was boven de EU norm. Niet goed dus, het ding is duidelijk meer tevreden met droge brandstof. Tenzij... de natte stukken bovenop een gloeiende laag houtskool werden gelegd.

Op de 7e heb ik het nog eens geprobeerd met het vochtige eiken. Losser gestapeld deze keer, met de brandstof beslist niet hoger dan de bovenkant van de poort. Deze gemeten testrun bleek nummer #51 te zijn. Alle drie de hier beschreven testruns produceerden licht grijze Testo filters.



Het zag er goed uit, maar de kern weigerde mee te werken. De stook ontwikkelde zich maar heel langzaam, hoewel morrelen met de pook niet nodig was. Het is duidelijk niet goed om vochtig hout voor een koude start te gebruiken en dan te verwachten dat het vanzelf een goeie stook wordt. Omdat deze stook toch al verprutst was, heb ik twee pallet klossen op een groot, heet gloeibed gelegd die natuurlijk meteen in de fik vlogen.



Hou in gedachten dat bijvullen in een batchrocket of J-tube de CO omhoog laat komen in een torenhoge piek, vergezeld van zichtbare rook uit de schoorsteen. En dat het vuur dat uit zichzelf na ongeveer 5 minuten corrigeert hoewel dat soms ook wel veel langer kan duren.

Deze keer niet dus, zowel zuurstof als koolmonoxide gingen naar beneden, en steil ook. Zie het volgende diagram, er was bijgevuld op de 55 minuten lijn. Al toekijkend kwam al snel de gedachte op: "dit is te goed om waar te zijn". Dus was een controle nodig, een derde klos ging erbij op 71 minuten in het diagram. Hetzelfde gedrag, allebei de lijnen gingen opnieuw naar beneden, hoewel half zoveel als bij de eerste keer. Klinkt logisch, de helft van de hoeveelheid brandstof, de helft van de hoeveelheid geproduceerde houtgas (ongeveer).



De conclusie: bijvullen van brandstof werkt heel erg goed bij deze kern. De riser box schijnt bij deze configuratie in staat te zijn om korte golven van houtgas zonder problemen te verwerken. Zoiets gebeurde ongeveer een maand geleden ook, gepubliceerd op 20 december (?). Vier stukken eiken werden bijgelegd en allebei de O² en CO lijnen zakten naar beneden, hoewel niet zo opvallend als gisteren.

Het ziet er naar uit dat we ergens beginnen te komen, hoewel de gehoopte stook begrenzing (nog) niet wil werken.

[Jimmeuh]

Prachtig Peter! Ik blijf je experimenten en onderzoeken opvolgen. Geweldig om te zien hoe je jezelf blijft uitdagen!

Doe zo verder!

[LeaD]

Ik kijk vooral uit naar de uitkomst door een extra vernauwing aan het uiteinde van de riser . Lijkt mij een goed idee om nog meer hitte in de riser te produceren en te houden .

[peterberg]

Ik kijk vooral uit naar de uitkomst door een extra vernauwing aan het uiteinde van de riser . Lijkt mij een goed idee om nog meer hitte in de riser te produceren en te houden .

Heel goed opgemerkt! Moet nog gebeuren, staat al op mijn lijstje, dat trouwens wat kort begint te worden. Ik wil nog graag een ingebouwde maximum verbrandingssnelheid voor elkaar te krijgen. Niet echt nodig voor een fornuis bijvoorbeeld, dat het ding zo goed met bijvullen omgaat is daarin veel belangrijker.

[peterberg]

The devil is in the details, een heel waar gezegde in de Engels-sprekende wereld.
Zo is er maar één test stook per dag mogelijk, meer dan dat lukt niet vanwege het passief huis waar we in wonen. Doe ik het toch, dan moeten alle ramen en deuren in de werkplaats een paar uur open om het meeste van de overtollige warmte weer kwijt te raken.
De testrun van 12 januari is gedaan op de klassieke manier. Een klein vuur recht voor de poort en zodra dit goed brandde alle hout van die stook daar bovenop. Helemaal niet slecht, om die reden heb ik er gelijk een andere test aan gekoppeld. Het bijvullen met drie dikke pallet klossen terwijl het gloeiende houtskool bed op zijn heetst was. Het laat zien dat bijvullen ook overdreven kan worden, een smalle en hoge piek van CO kwam omhoog. Het duurde maar twee minuten en corrigeerde zichzelf moeiteloos.



Een punt die nog op mijn te-doen-lijstje stond was een krappere eind poort, alleen maar om te zien wat voor effect dat zou hebben. Een modificatie die ook al door LeaD was voorgesteld. Met wat moeite en kleine stukjes kon ik de poort naar 89% brengen, dicht genoeg bij het doel van 90%.



Het zag er toch niet echt kleiner uit vergeleken met de vorige situatie. De batch was een beetje slordig geladen, niet zo compact als ik gewend ben. Hou in gedachten, dit is zachthout en heel erg droog, minder dan 10% vocht dus het ontbrandt erg snel.



De zuurstof lijn zakte in één keer naar 4% en bleef daar. Ik heb geprobeerd om meer verse lucht aan te voeren door het deurtje te openen maar dat had geen effect. Dit was duidelijk niet het resultaat waar ik op zat te wachten, het was geen overproductie van brandbare gassen maar het zat er oncomfortabel dicht bij. Niet goed, dus heb ik de volgende dag de vaten weer van elkaar gehaald en de modificatie er uit.

Terwijl ik de vorige stukken bekeek en na mat drong het tot me door dat die opening geen 100% van de kachelpijp dwarsdoorsnede was geweest maar inplaats daarvan 95%. Om het toch wel goed te krijgen was het even knoeien maar met een paar chamotte kruimels en wat klodders kachelkit slaagde ik er in om die opening wel precies op 100% te krijgen. Pfhoei!



De daarop volgende stook was precies wat ik op het oog had, zeer stabiel, O² een fractie boven 6% en geen pieken. Een beetje hoog eind CO niveau maar ja, dat is wat je kan krijgen met zo'n wisselend proces.



Voor vandaag had ik ook een testrun gepland, dezelfde gortdroge brandstof en wat dichter gestapeld. Ook weer prima, geen enkel probleem. Nette cijfers en geen overlading van gassen, verre van dat. Dit was gemeten testrun nummer #56.



Dit is de laatste stand van zaken. Normale bovenop aangestoken batches beter niet hoger dan de bovenkant van de poort en een beetje ruimte tussen de brandstof en de achterwand van de vuurkamer.
Volgende experiment wordt een testrun met hardhout. Dat vochtige eiken is mogelijk niet de beste keus maar dat is wat ik hier nog heb liggen.

[peterberg]

Na een ruime pauze is de draad van de ontwikkeling weer opgepakt. Deze post gaat over een enkel aspect, de lucht inlaat. De primaire inlaat en tegelijkertijd de enige inlaat is, vergeleken met systeem grootte, ongeveer 42%. Deze testrun is uitgevoerd met de inlaat beperkt tot 27,7%. Dat is een beetje kleiner dan de gecombineerde doorlaat van de rechthoekige stijlen van het deurkozijn. Het is nog steeds een sleuf, 160 breed om precies te zijn.



Het ziet er een beetje grof uit en dat is het ook, maar goed genoeg voor het experiment. Een van de effecten zou kunnen zijn dat de stook wat vertraagd wordt. Maar aan de andere kant, een erg laag zuurstof niveau zou eerder bereikt kunnen worden, met houtgas overproductie als consequentie. Om de kans op zo'n situatie groter te maken is heel erg droog (8,5%!) zacht hout gebruikt.



Elke testrun wordt gestart vanaf koud, voornamelijk om vergelijken met andere stoken mogelijk te maken. Het vuur kwam maar heel langzaam op gang, de deur werd gesloten op de 11 minuten lijn. Zuurstof ging heel erg laag, voorbij het "beter om erboven te blijven" niveau. De stook werd inderdaad onstabiel zoals te zien is, maar geen spoor van houtgas overproductie of een thermal runaway.



Ziet er goed uit, volgende run waarschijnlijk met een paar pallet klossen en de lucht inlaat niet als een sleuf maar meer als een rechthoek, grofweg een hoogte-breedte verhouding van 1 op 3, denk ik.

[Simonj]

Wat dacht je Peter, verandering van spijs doet eten nu eens overstappen naar de inlaatzijde.
Allemaal erg interessant, nu heb je nog wat aan de warmte, over anderhalve maand moet de deur er misschien bij open.

[peterberg]

Wat dacht je Peter, verandering van spijs doet eten nu eens overstappen naar de inlaatzijde.
Allemaal erg interessant, nu heb je nog wat aan de warmte, over anderhalve maand moet de deur er misschien bij open.

Helaas, ik heb er nu ook vrijwel niets aan omdat mijn werkplaats binnen de geïsoleerde schil van ons huis ligt. En het is een passiefhuis, met één stook stijgt de temperatuur in deze ruimte gemakkelijk van 16 naar 24 graden dus de ramen gaan al halverwege de stook open. Die vaten hebben een massa van vrijwel nul komma nul met als gevolg dat alle vermogen er in één klap uit komt...
Als de alu tape om de vaten af te dichten net is vervangen dan stinkt de plaklaag bovendien als de hel. Open die ramen dus!

[peterberg]

Op 3 en 4 februari heb ik op beide dagen een testrun gedaan. Allebei de runs gingen jammerlijk de mist in, niet omdat de stook uit de hand liep maar omdat de Testo software op mijn ouwe laptopje bevroor. Bij beide gelegenheden ging de data verloren en de vacuum pomp van de Testo 300 bleef lopen, zelfs als het apparaat uitgeschakeld werd. Dus het rotklusje van 6 Torx 1 schroefjes losdraaien, de achterkant er af pulken en de jumper van de voeding op het moederbord losmaken met een lang punttangetje moest twee keer uitgevoerd worden.

De testrun van 4 februari zag er trouwens best goed uit, dat wil zeggen, de eerste 8 minuten. De CO ging zakken in een vroege fase en vanaf 4 minuten en verder allebei de CO en O² lijnen bewogen netjes congruent.



Op 6 februari is een nieuwe poging gedaan, op hoop van zegen. Die Acer Netbook is echt oud, in hetzelfde jaar, 2009, gekocht als de nu afgedankte Testo 330-2. Het ding draait nog steeds Windows 7, geen updates meer sinds 2011 omdat ik de wifi heb uitgeschakeld om te voorkomen dat het ding ging updaten tijdens een meetsessie (heel ergerlijk!). Het kan zijn dat dit laptopje wat te langzaam is voor de recente Testo software, hoewel Windows 7 gespecificeerd is als de laagste versie om het te kunnen draaien. Mogelijk moet ik er over denken om een nieuwe of refurbished laptop aan te schaffen van een wat recenter makelij.

Hoe het ook zij, de test ging best goed, ondanks de minder favoriete omstandigheden van 6/7 Bft wind met vlagen tot 8 Bft. De lading bestond geheel uit zachthout plankjes, dicht gestapeld voor deze gelegenheid. Ook de beperkte inlaat is zichtbaar, 30% van de schoorsteen doorsnede en 3 op 1 breedte/hoogte verhouding.



De test zelf was niet zo zenuwen teisterend als sommige andere, verrassend genoeg. De lijnen laten zien hoe snel de vlagen elkaar opvolgden maar allebei de CO en O² lijnen maakten geen ongewenste sprongen. Eind temperatuur ging te hoog voor het mooi, ook gereflecteerd door de efficientie. De vaten zijn mogelijk wat te klein voor het vermogen van de kern, of de uitlaat zou nog een stuk lager kunnen.



Helemaal niet slecht, we gaan best goed tot nu toe. Ik denk dat een volgende testrun nodig is in deze configuratie, gedurende wat kalmer weer, alleen om te controleren of de inlaat nu niet te krap is geworden.

[benthuis]

Heb hier een uitstekend laptop je voor dit doel!
Dinsdag ben ik in Den Haag....

[peterberg]

Heb hier een uitstekend laptop je voor dit doel!
Dinsdag ben ik in Den Haag....

Daar zeg ik geen nee tegen! Dank voor de snelle respons.
In de loop van de dinsdag ochtend ben ik naar de tandarts. Ik verwacht om 11:00 uur weer thuis te zijn.

[peterberg]

Hier zijn de resultaten van een nieuwe testrun, van 6 dagen geleden. Ik weet het, wel wat laat, maar hier is het dan. Configuratie gelijk aan de vorige, brandstof opnieuw kleine plankjes zachthout. Enige echte verschil: windkracht 2 Bft in plaats van 6/7 Bft de vorige keer.



Ontwikkeling van het vuur ging erg langzaam, op 20 minuten vanaf de start was de naverbrander vlam op de rand van uitgaan of niet. Maar kort daarop vatte een ander deel van de lading vlam en het ging opnieuw naar ferme activiteit. Alles bij elkaar, ik verwacht dat deze kern zonder problemen grotere stukken hout kan verwerken.



Hoewel de bult in de CO lijn er niet leuk uitziet, zijn de cijfers best goed.
Gemiddelden: O² 13.03%, eff. 87.23%, CO 702.1 ppm, Tr 140 ºC.
Het ziet er naar uit dat de stoken in deze kern in verreweg de meeste situaties stabiel blijven. Opmerkelijk genoeg, het gemiddelde rendement laat maar weinig fluctuatie zien over de hele lijn van resultaten.

Mogelijk ga ik nog een andere test doen voor het weekeinde, ik heb een nieuwere laptop gekregen van een lid van het Ecologie forum. Ben, nogmaals hartelijk bedankt! De verleiding om die laptop toch nog even uit te proberen ligt natuurlijk op de loer.

Het komende weekeinde ga ik naar België, een workshop bezoeken, om te zorgen dat alle neuzen in de juiste richting wijzen. Je zou het de leiding van een workshop kunnen noemen, maar dat vind ik toch een te groot woord.
Gedurende deze workshop wordt de eerste implementatie gebouwd van een bell constructie onder een betonnen trap, aangedreven door een opgeschaalde Shorty. Ik zal druk bezig zijn met foto's maken, sommige zullen ook hier wel terecht komen.

[Pietje]

Een betonnen trap, da's een flinke massa! Veel plezier daar, en we zien de foto's natuurlijk graag!

[peterberg]

De Belgische workshop had zijn beslag twee weken geleden. De laatste anderhalve dag was ik de enige ter plekke die metsel ervaring had. Dus heb ik een flink deel van het zware werk zelf gedaan en dat heb ik geweten ook. Eenmaal thuis was ik compleet afgedraaid, de daaropvolgende week heb ik van elk etmaal de helft geslapen. Helemaal boven Jan ben ik nog niet, hoewel het al wat beter gaat. Ik moet nog leren dat verlies van energie het lot is van mensen tegen de 80...

Maar... ik heb weer een paar nieuwe dingen geleerd en gedaan!
Als eerste: de benodigde chamotte platen waren er niet allemaal. Ik heb een truc gebruikt die ik kort geleden heb gezien van Glenn Littman, die zijn kachelbouw project publiceert op het permies forum. https://permies.com/t/238503/Batch-Rock ... ld#2212309
Dit is een manier om een stalen kern ondersteuning zó aan te passen dat die ingevuld kan worden met alleen maar vuurvaste stenen.





De tweede noviteit was de allereerste opgeschaalde Shorty kern, van 130 mm naar 180 mm systeem maat. Na wat aandringen werkte het ook nog, dus er is een gerede kans dat ook deze variant volledig schaalbaar is. En nog een "2B": de kale kern werkte ook nog zonder een schoorsteen of ook maar iets wat daar in de verte op leek. De foto laat de kern zien, overal dampwolken, maar uit de uitlaat opening was na 10 minuten geen rook meer te zien. Plus hij maakte het bijbehorende geluid.



Om met de derde af te ronden, het geheel van de geplande constructie was wat in Oostenrijk een "triple skin heater" genoemd wordt. De kern is de eerste huid, de enkelwandige bell daaromheen de tweede, en de metselwerk-en-lateien trap er omheen de derde huid. Alleen aan één zijde, de voorkant rondom de deur opening, volgt de derde huid de tweede met superwool ertussen. Overal elders, aan de zijkanten, achterkant en bovenkant is de derde huid 10 tot 50 cm en plaatselijk soms wat meer verwijderd van de eigenlijke bell.
Doordat de derde huid ook een dicht geheel vormt ontstaan er wel convectie stromen erbinnen maar kan de lucht niet vervangen worden. Verder wordt de stenen trap door de eigenlijke bell aangestraald en warmt alleen daardoor al aanzienlijk op.
Helaas geen foto van het resultaat, de hele trap omhulling is nog in de bouw fase.

[peterberg]

Wat eikenhout lag maar zo'n beetje naast het ontwikkel model, wachtend op een test. Na een stuk gekloofd en gemeten te hebben bleek dat het klaar was om te gebruiken voor een test: 12,5% vocht gehalte.
De kachel hoort eerst op bedrijfstemperatuur te zijn voor een officiële test, dus heb ik een halve lading zachthout verstookt. Deze werd ook gemeten, meer omdat het een gewoonte is geworden dan om wat anders.
Het resultaat zag er best goed uit maar niet uitstekend, vuur ontwikkeling was mogelijk te snel.



Na een uur nagloeien was het houtskool bed klein genoeg om het er uit te scheppen en een nieuw vuur in de hete vuurkamer te maken.



Dat ging verdraaid goed, zag er uit alsof dit altijd de bedoeling was geweest. Maar... na ongeveer 42 minuten crashte de software weer eens. De data kon niet meer gered worden en tegen de tijd dat alles weer draaide was de stook alweer in de eindfase.



Een heel mooie eindfase, daar niet van. Nu zat ik dus alweer met een groot gloeibed en nog een aantal stukken eiken over, wat ging ik hier mee doen? Ik besloot ter plekke dat het een prima gelegenheid was voor een bijvul test, na een uur was het gloeibed weer klein genoeg. Ik heb de houtskool naar de achterkant geschoven en de brokken eikenhout er tegenaan, niet direct er bovenop. Het geheel ging al binnen een minuut branden en produceerde een van de mooiste vuurtjes die ik in dit ontwikkelmodel heb gezien.



Om te voorkomen dat alle data weer helemaal verloren zou gaan heb ik af en toe een foto van het laptop scherm genomen, hier is er eentje.



De complete testrun was zo goed als ik maar kon hopen, gemiddelden O² 13.64%, eff. 84.01%, CO 543.6 ppm, Tr 156.67 ºC. Het enige mankement is dat volgens de EU regels de stook tenminste 40 minuten moet duren, dat haalde deze net niet. Met wat meer en dikkere stukken zou dat op te lossen moeten zijn.



Gedurende de week na dit evenement voelde ik de noodzaak om een finale testrun te houden, gebruik makend van mijn gewone brandstof, houtafval van pallets. Een volle lading, bovenop aangestoken, windkracht 2 Bft. Dit ging heel goed, de CO bult aan het begin is daar vanwege de koude start. Maar voor de rest: een voorbeeld van wat een zich goed gedragende kachel zou moeten doen.
Hier is de lading:



En hier de resulterende lijn grafiek:



Gemiddelden voor deze stook: O² 12.1%, eff. 88.57%, CO 434.2 ppm, Tr 144.03 ºC. Let op: de CO is minder dan 500 ppm voor de duur van 40 minuten. Ronduit uitstekend voor een stook die net 60 minuten duurt!
Ik denk dat dit een goed moment is om deze ontwikkeling gedaan te verklaren, wat mij betreft. De Vrijlemerij in Groningen wil een opgeschaalde versie bouwen als test bed, een 200 mm systeem, gebouwd als een sidewinder. Dat betekent voor mij dat er een tekening gemaakt moet worden en een reisje naar het noorden met meet apparatuur als het ding klaar is. Ik ben reuze benieuwd wat de resultaten zullen zijn!

Tekeningen maken is wat ik trouwens toch al van plan was, om ze hier (en daar) te kunnen publiceren.