Vorrichtung zur Reinigung eines Abgasstromes

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betriff eine Vorrichtung zur Reduzierung von Feinstaubbelastungen der Umwelt durch Verbrennungsprozesse mit hochem Anteil an Feinstaub im Abgasstrom, wie dies gattungsgemäß aus der De 20 2007 016 125 U1 bekannt ist.

[0002] Die Vermeidung von Luftverunreinigungen spielt eine zunehmende Rolle in Fragen des Gesundheitsschutzes, der Lebensqualität und des Umweltschutzes. Eine problematische Form der Luftverunreinigung ist die Belastung mit Stäuben, also in der Luft enthaltenen Partikel unterschiedlicher Größe. Als gesundheitlich bedenklich werden dabei insbesondere Stäube angesehen, deren Partikelgröße kleiner 10 µm ist. Nach dem weithin verwendeten sogenannten PM-Standard der US-amerikanischen Umweltschutzbehörde EPA (Environmental Protection Agency) aus dem Jahre 1987 sind in der Kategorie PM10 Partikel mit einem Durchmesser kleiner 10 µm (sog. inhalierbarer Feinstaub) und in der Kategorie PM 2,5 solche mit einem Durchmesser kleiner 2,5 µm (sog. alveolengängiger Feinstaub; Feinststaub) umfasst.

[0003] Ein hoher Anteil von Feinstäuben wird durch Verbrennungsprozesse freigesetzt. Während insbesondere an industrielle Verbrennungsanlagen und Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren hohe Anforderungen gestellt sind und deren Einhaltung überwacht wird, entlassen insbesondere für den sogenannten Hausbrand geeignete Anlagen immer noch große Mengen an Stäuben durch die Verbrennung von festen Brennstoffen ungefiltert in die Umwelt.

[0004] Gerade diese vergleichsweise kleinen Anlagen weisen den Nachteil auf, dass diese aufgrund kleiner Brennkammern mit oftmals geringen Brennstoffauflagen, unverhältnismäßig viele Emissionen in Form von unverbrannten Stäuben und unvollständig umgesetzten Verbindungen wie z. B. Stickoxiden, Schwefelverbindungen oder Kohlenmonoxid ausstoßen.

[0005] Es sind aus dem Stand der Technik Lösungen bekannt, mittels derer die Emissionen neu entstehender oder bereits vorhandener Anlagen für feste Brennstoffe deutlich reduziert werden können.

[0006] Dabei handelt es sich um verschiedene Filtersysteme, die in den Brennraum oder in den Abgasstrom eingebracht werden.

[0007] Beispielhaft sei hier ein System genannt, wie es aus der EP 1 750 071 B1 bekannt ist. In einem Kaminofen mit einer Brennkammer und einer Umleitung für das bei der Verbrennung entstehende Gasgemisch (fortan als Abgasstrom bezeichnet) ist in der Umleitung ein adsorbierendes Material untergebracht, an dem organischer Feinstaub adsorbiert und in einer späteren Feuerungsphase freigegeben und verbrannt wird. Als adsorbierendes Material dient hier hauptsächlich vulkanisches Gestein einer Korngröße von 2 bis 64 mm (sog. Lapilli).

[0008] Das hier vorgeschlagene System arbeitet auf Basis adsorbierender Materialien und ist nicht für die katalytische Umsetzung von Stoffen vorgesehen.

[0009] Eine weitere Lösung zur Reduzierung von Feinstaub und unvollständigen Stoffumsetzungen ist durch einen Ofenkatalysator der Firma moreCat GmbH (Kamp-Lintfort, DE) bekannt. Dabei wird die Reduzierung von Emissionen neben einer Filterung auch durch die Verwendung eines die Umsetzung von Stoffen unterstützenden Nur-Metall-Katalysators erreicht. Das Katalysatorsystem besteht aus einem mit verschiedenen Metallen als Katalysatormaterial gefüllten, linsenförmigen Metallgehäuse, das in ein handelsübliches Ofenrohr integriert ist und aus diesem zum Zwecke der Reinigung des Katalysators herausgenommen werden kann. Während der Feuerungsphasen, in denen der Abgasstrom keine ausreichende Temperatur für den Betrieb des Katalysators aufweist, wird das Metallgehäuse manuell so in dem Abgasstrom ausgerichtet, dass dieser an dem Katalysator vorbeistreichen kann. Während des Betriebes des Katalysators ist dieser so in den Abgasstrom eingeschwenkt, dass dieser im Wesentlichen durch den Katalysator hindurchtritt. Die Haltbarkeit des Ofenkatalysators wird mit mindestens zwei Heizperioden angegeben.

[0010] Der Ofenkatalysator ist in einer Standardausführung verfügbar. Andere Gestaltungen sind zwar möglich, jedoch ist eine Anpassung an einen bestimmten Anlagentyp oder gar an eine einzelne Anlage zumindest zeit- und kostenaufwändig, da die benötigten Abmaße des Ofenkatalysator nicht von vornherein feststehen und empirisch ermittelt werden müssen. Zudem ist gegebenenfalls eine andere, nicht normierte Größe der die Katalysatoren beinhaltenden Metalllinse als Einzelstück anzufertigen, was hohe Kosten mit sich bringen kann.

[0011] Ein weiteres Produkt zur katalytischen Reinigung von Abgasen aus Verbrennungsprozessen von festen Brennstoffen ist der Abgaskatalysator FIRECAT® (in: Sattler, Michael: Staubscheider für den Hausbrand (< 50 kW), http://www.so.ch/filedamin/internet/bjd/bumaa/pdf/luft/staubscheider.pdf, 2007, recherchiert am 30.04.2010). Ein Katalysator in Form eines Wabenkörpers wird in den Abgasstrom einer Verbrennungsanlage eingebracht und von dem Abgasstrom durchströmt. Die Reinigung des Abgasstromes erfolgt zum Einem nach dem bekannten Prinzip eines Wandstromfilters und zum Anderen durch eine katalytisch unterstützte Nachverbrennung von in dem Abgasstrom noch enthaltenen brennbaren Partikeln, Stoffen und Verbindungen.

[0012] In der emissionsintensiven Startphase wird der Katalysator mit einer Bypassklappe umgangen, wodurch eine manuelle Nachregulierung nach etwa 20 bis 30 Minuten bei jedem Heizvorgang erforderlich ist. Eine Reinigung des Katalysators ist ein- bis zweimal pro Jahr notwendig.

[0013] Eine Nachrüstung bestehender Feuerstätten mit dem Katalysator ist zwar theoretisch möglich, wird aber aufgrund vieler potenzieller Probleme nicht empfohlen. Die durch die Offenbarung nicht näher spezifizierten Probleme scheinen wesentlich dadurch gegeben zu sein, dass der Wabenkörper des Abgaskatalysators nicht einfach an die sehr individuellen Anforderungen bestehender Verbrennungsanlagen, wie z. B. Heizungsanlagen, angepasst werden kann.

[0014] Aus der EP 1 353 125 A1 ist eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen von Verbrennungsanlagen für Festbrennstoffe bekannt, bei der ein Keramiknetzwerk so in den Abgasstrom eingebracht ist, dass dieses von dem Abgasstrom durchströmt wird. Die in dem Keramiknetzwerk vorhandenen Stege können mit katalytisch wirkenden Stoffen beschichtet sein. Eine Reinigung erfolgt durch eine Selbstentzündung und einen Abbrand der auf dem Keramiknetzwerk abgelagerten Partikel. Eine elektrische Beheizung ist ebenfalls möglich.

[0015] Nachteilig an dieser Art von Vorrichtung ist, dass keine Einstellbarkeit an unterschiedliche Phasen des Betriebes der Verbrennungsanlage möglich ist. Zudem besteht die Gefahr, dass das Keramiknetzwerk durch verbrannte Partikel (Asche), die nicht durch die Poren des Keramiknetzwerkes passen, zugesetzt und dessen Leistungsfähigkeit eingeschränkt wird.

[0016] Einen gewissen Grad an Einstellbarkeit eines Rußpartikelfilters mit katalytischer Funktion wird in der DE 20 2007 016 125 U1 offenbart. In einem Gehäuse werden flache Filterscheiben aus Keramik eingepresst, die gelocht und hintereinander so in dem Gehäuse angeordnet sind, dass die Filterscheiben von einem Abgasstrom durchströmt werden. Die Löcher der Filterscheiben sind zueinander ausgerichtet, so dass die hintereinander liegenden Löcher der Filterscheiben Kanäle bilden, durch die der Abgasstrom mit geringem Strömungswiderstand hindurchtreten kann. Alle, oder auch nur einige Filterscheiben können mit katalytisch wirksamen Stoffen versehen sein. Rußpartikel werden gemäß der Lösung der DE 20 2007 016 125 U1 in einem Rußpartikelspeicher gesammelt und bei Bedarf nach elektrischer Zündung verbrannt. Der vorgeschlagene Rußpartikelfilter soll über einen längeren Zeitraum wartungsfrei arbeiten. Außerdem erlaubt die vorgeschlagene Lösung eine Anpassung der Anzahl der verwendeten Filterscheiben an verschiedene Betriebsbedingungen. Allerdings werden die Filterscheiben in das Gehäuse eingepresst und sind daher nicht einfach austauschbar oder in ihrer Anzahl veränderbar.

[0017] Der bekannte Stand der Technik weist den Nachteil auf, dass eine individuelle Anpassung des Filtersystems an spezifische, insbesondere die Nachrüstung bereits bestehender, Heizungsanlagen sehr zeit- und arbeitsaufwändig ist und mit hohen Kosten verbunden sein kann.

[0018] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit für eine erstmalige oder nachträgliche Ausrüstung einer Verbrennungsanlage mit einem modularen Filtersystem vorzuschlagen.

[0019] Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Reinigung eines, bei einem Verbrennungsprozess entstehenden und in eine Richtung geführten, Abgasstromes mit in dem Abgasstrom entlang einer in Richtung des Abgasstromes verlaufenden Längsachse hintereinander gestapelt angeordneter und eine Filtereinheit bildender Filterelemente, wobei die Filterelemente in Richtung der Längsachse eine Anzahl von das jeweilige Filterelement vollständig durchdringende Perforierungen aufweisen, dadurch gelöst,
dass mindestens zwei Filterelemente lösbar in dem Abgasstrom angeordnet sind,
dass die Perforierungen der einzelnen Filterelemente hinsichtlich ihrer Form, ihrer Größe und ihrer Anordnung auf den jeweiligen Filterelementen so vorhanden sind, dass die Perforierungen einander benachbart angeordneter Filterelemente zueinander korrespondieren,
dass die Filterelemente relativ zueinander beweglich angeordnet sind, wobei die Perforierungen einander benachbart angeordneter Filterelemente einander zustellbar sind, so dass durch ein Ausrichten mindestens zweier Filterelemente gegeneinander ein Druckabfall des Abgasstromes einstellbar ist und
dass die Filterelemente aus einem so hitzebeständigen und feuerfesten Material bestehen, dass ein für das Filterelement schadloser Abbrand von aus dem Abgasstrom herausgefilterten und auf den Filterelementen abgelagerten Partikeln möglich ist.

[0020] Als Verbrennungsanlagen sind nachfolgend Anlagen bezeichnet, in denen feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe, sowie Kombinationen dieser, durch Verbrennen umgesetzt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bezieht sich zudem auf Feuerungsanlagen, die in der Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen - 1. BlmSchV) vom 26. Januar 2010 (Bundesgesetzblatt 2010 Teil 1 Nr. 4, ausgegeben am 01. Februar 2010) unter § 3 Absatz I Nr. 1 bis 8 und 13 aufgeführt sind.

[0021] Die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem Abgasstrom kann in oder direkt hinter einer Brennkammer oder in einem der Brennkammer nahen Bereich des Abzugs, z. B. in einem Ofenrohr oder im Beginn eines Kamins, erfolgen. Dabei ist von Bedeutung, dass die Betriebstemperatur des Abgasstromes für die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausreichend hoch ist.

[0022] Perforierungen sind Durchbrüche, z. B. Bohrungen, in den Filterelementen, durch die ein Teil des Abgasstromes durch das jeweilige Filterelement hindurchtreten kann.

[0023] Jedes Filterelement kann mehrere Perforierungen, Ränder und Vertiefungen aufweisen.

[0024] Unter zueinander korrespondierenden Perforierungen werden hier nicht nur deckungsgleiche Durchbrüche in den Filterelementen verstanden, sondern auch solche, die aufgrund ihrer Anordnung auf einem Filterelement einer oder mehreren Perforierungen eines anderen, benachbart angeordneten Filterelements, zustellbar sind. Dabei können auch Perforierungen unterschiedlicher Größe und/oder Form einander zustellbar sein.

[0025] Es ist ferner von Vorteil, wenn mindestens eines der Filterelemente eine oder mehrere Vertiefungen in der Oberfläche aufweist, die einer Perforierung des benachbart angeordneten Filterelements zustellbar ist. Eine solche Gestaltung erlaubt eine günstige Führung des Abgasstromes und dessen Verwirbelung.

[0026] Unter einer Zustellung der Perforierungen wird nachfolgend eine gesteuerte Bewegung benachbarter Filterelemente relativ zueinander verstanden, aufgrund derer Perforierungen die Filterelemente zumindest teilweise in Deckung gebracht sind. Dabei muss eine Perforierung einer anderen Perforierung nicht symmetrisch zugestellt sein.

[0027] In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist um mindestens einer Perforierung mindestens eines Filterelementes ein aus der Oberfläche des Filterelementes herausragender Rand vorhanden.

[0028] In einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Filterelemente gegeneinander um eine Längsachse verdrehbar, die so gewählt ist, dass diese senkrecht durch den Mittelpunkt der Filterelemente verläuft. Bei rotationssymmetrisch ausgebildeten Filterelementen fällt die Längsachse des Stapels von Filterelementen mit den Rotationssymmetrieachsen der Filterelemente zusammen.

[0029] Die Filterelemente sind gegeneinander um die Längsachse in Winkeln zwischen 0° und 360° verdrehbar, wobei eine Veränderung der relativen Winkellage zwischen den jeweiligen Filterelementen einstellbar ist. Je nach gewählter relativer Winkellage stehen sich die Perforierungen der Filterelemente deckungsgleich gegenüber oder sind um einen bestimmten Teil eines Kreisbogens gegeneinander verschoben. Mit zunehmender Verschiebung der Perforierungen und einer damit einhergehenden Verkleinerung des freien Querschnitts des durch die zueinander gestellten Perforierungen gebildeten Kanals, wird der Druckabfall des Abgasstromes erhöht.

[0030] Es ist in einer weiteren Ausführung der Erfindung möglich, dass mehr als zwei Filterelemente vorhanden sind und diese als mindestens zwei Pakete von Filterelementen gestaltet sind. Eine Einstellung der relativen Winkellage erfolgt dann nur zwischen den Paketen von Filterelementen.

[0031] Ferner können auch einzelne Filterelemente und Pakete von Filterelementen miteinander kombiniert werden.

[0032] In weiteren Ausführungen sind die Filterelemente lateral, im Wesentlichen orthogonal zur Richtung des Abgasstromes, gegeneinander verschiebbar. Die Ausrichtung der Perforierungen zueinander erfolgt durch ein geradliniges Verschieben mindestens eines Filterelements, wodurch eine relative Lageänderung der Perforierungen mindestens zweier Filterelemente zueinander bewirkt wird.

[0033] Es ist möglich, verschiedenen Bewegungsformen, wie horizontales oder vertikales Verschieben der Filterelemente sowie ein Führen mindestens eines Filterelements auf einer Kreisbahn oder einem Kreisbahnausschnitt vorzusehen oder zu kombinieren.

[0034] Ungeachtet der realisierten Bewegungsform ist es eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wenn zwei benachbart angeordnete Filterelemente stufenlos zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung relativ zueinander einstellbar sind, wobei in der ersten Stellung (geöffnete Stellung) die mindestens eine Perforierung jedes Filterelementes zueinander ausgerichtet sind und ein geringer Druckabfall des Abgasstromes auftritt und in der zweiten Stellung (geschlossene Stellung) die Perforierung mit dem Rand des einen Filterelements der Vertiefung des benachbart angeordneten Filterelements zugestellt ist, so dass ein großer Druckabfall auftritt, jedoch eine Abführung des Abgasstromes gewährleistet bleibt.

[0035] Die Perforierungen weisen vorzugsweise einen runden Querschnitt auf, können aber auch z. B. oval, schlitzförmig, mehreckig oder unregelmäßig geformt sein.

[0036] Eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gegeben, dass bei zwei hintereinander angeordneten Filterelementen zwischen den Filterelementen ein Zwischenraum gebildet ist, der durch die Abmessungen des Randes sowie der Beabstandung der Filterelemente zueinander bestimmt ist.

[0037] Eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass der Rand an seinem oberen Ende radiale Aussparungen aufweist, so dass durch diese Aussparungen ein Teil des Abgasstromes seitlich in den Zwischenraum treten kann. Dazu sind die Filterelemente so zueinander angeordnet, dass das obere Ende des Rands nahe beabstandet (z. B. < 1 mm Abstand) zu der die Vertiefung aufweisenden Oberfläche des zweiten Filterelements angeordnet ist.

[0038] Bei geschlossener Stellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Anteil des Abgasstromes, der durch die Perforierung tritt, durch Wirkung des Rands in die Vertiefung gerichtet. Dort wird er abgebremst, umgelenkt und durch die Aussparungen am oberen Ende des Randes seitlich in den Zwischenraum zwischen den Filterelementen geleitet. Von dort tritt der Anteil des Abgasstromes durch Perforierungen des zweiten Filterelements und wird weiter in Richtung eines Abzuges abgeführt. Mittels der Gestaltung des Randes, der Aussparungen und der Vertiefungen sowie deren Anordnung auf den Filterelementen ist der Druckverlust für jeden Ofen oder Ofentyp einstellbar.

[0039] Es ist ferner vorteilhaft, wenn der seitlich abgeleitete Teil des Abgasstromes eine hohe Verwirbelung erfährt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mindestens auf Teilen der Oberfläche der Filterelemente ein Umsatz von in dem Abgasstrom enthaltenen Stoffen und Stoffverbindungen katalytisch unterstützende Stoffe vorhanden sind. Katalytisch wirkende Stoffe können dabei alle geeigneten Stoffe oder Stoffverbindungen sein, die insbesondere eine oxidative Umsetzung von Abgasen unterstützen oder erst ermöglichen.

[0040] Zudem wird durch eine oben beschriebene Verwirbelung die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass in dem Abgasstrom enthaltene Partikel mit den Filterelementen in physischen Kontakt gelangen und an der Oberfläche der Filterelemente adsorbiert werden. Dies entspricht der Funktion eines Wandstromfilters.

[0041] Der Betrag des seitlich abgeleiteten Teils des Abgasstromes hängt wesentlich von den gewählten relativen Lagen der Filterelemente und damit der Ausrichtung der Perforierungen zueinander und den daraus resultierendem Druckabfall des Abgasstromes ab. Stehen die Perforierungen nur zu einem geringen Anteil deckungsgleich zueinander, wird ein hoher Druckabfall bewirkt. Stehen dagegen die Perforierungen zu einem großen Anteil oder gänzlich deckungsgleich zueinander, tritt nur ein geringer Druckabfall auf.

[0042] Bei einem hohen Druckabfall wird ein größerer Teil des Abgasstromes durch die Aussparungen der Filterelemente seitlich abgeleitet, als dies bei einem geringen Druckabfall geschieht.

[0043] Daher erlaubt die Wahl der relativen Lagen der Filterelemente zueinander eine Anpassung der Reinigungsleistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowohl an verschiedene Betriebsbedingungen als auch an verschiedene Betriebsphasen. So kann beispielsweise der Druckabfall durch entsprechende Wahl der relativen Lagen der Filterelemente zueinander während der Phase des Anheizens verringert und nach Erreichen der Betriebstemperatur der Verbrennungsanlage wieder erhöht sein.

[0044] Es ist auch möglich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Ofen eingebaut ist, in dessen Abzug ein Ventilator oder eine wirkungsgleiche Lüftungsvorrichtung befindet. Sofern der in der geschlossenen Stellung auftretende Druckabfall durch den Ventilator oder die wirkungsgleiche Lüftungsvorrichtung kompensiert werden kann, ist auch ein fester Einbau der Filterelemente möglich. Die Filterelemente müssen dann nicht relativ zueinander bewegbar sein. Auf jeden Fall gilt aber, dass die Filterelemente lösbar und die einzelnen Filterelemente im ausgebauten Zustand, z. B. zum Zweck der Reinigung, leicht vereinzelbar sind.

[0045] Die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, entweder in einem Ofen oder in einem Abzug eines Ofens, richtet sich auch nach der zu erwartenden Temperaturverteilung des Ofens. Bevorzugt wird die Vorrichtung an einem Bereich des Ofens oder des Abzugs angeordnet, über den Temperaturen zwischen 200°C und 600°C erreicht werden. Entsprechend dem Arbeitsbereich und der Temperaturstabilität des Katalysators wird die Vorrichtung in dem Ofen oder in dem Abzug positioniert.

[0046] Es ist möglich, dass in einer Verbrennungsanlage mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen angeordnet sind. So kann in einer vorteilhaften Anwendung der Erfindung eine erfindungsgemäße Vorrichtung, deren Filterelemente aus korrosions- und hitzebeständiger Keramik bestehen, z. B. direkt am Übergang der Brennkammer zum Abgassystem des Ofens angebracht sein. Diese Vorrichtung hält hohen Temperaturen von mindestens 1000 °C stand. Eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einem Bereich des Abzugs angeordnet sein, in dem niedrigere Temperaturen von beispielsweise 200 bis 300°C vorliegen. Die Filterelemente der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mit katalytisch wirkenden Stoffen beschichtet, die keiner Temperatur von 1000 °C oder mehr widerstehen müssen.

[0047] Die Anzahl der angeordneten Filterelemente ist variabel und hängt von den individuellen Anforderungen der jeweiligen Verbrennungsanlage ab.

[0048] Ebenfalls kann die Dicke der vorhandenen Filterelemente voneinander verschieden sein.

[0049] Durch die variable Anzahl und die aufeinander abgestimmten Abmaße und Gestaltung der Perforierungen und der Strukturen der einzelnen Filterelemente ist eine Modularität der Filterelemente und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegeben. Aufgrund der Modularität der Vorrichtung ist ein Druckabfall eines Abgasstromes einer Verbrennungsanlage individuell einstellbar. Die Kombinierbarkeit der Vorrichtung mit einem Ventilator, einem Saugzuggebläse oder einer wirkungsgleichen Lüftungsvorrichtung erhöht die Anpassbarkeit an die jeweilige Verbrennungsanlage.

[0050] Die Filterelemente bestehen vorteilhaft aus hitzebeständigen und feuerfesten Keramiken, vorzugsweise aus silikatischen Keramiken, wie z. B. Cordierit und/oder Mullit. In weiteren Ausführungen sind jedoch auch andere keramische Werkstoffe oder Werkstoffverbunde einsetzbar. Es können auch Filterelemente aus verschiedenen Werkstoffen und mit verschiedenen mechanischen, strömungstechnischen, chemischen sowie katalytischen Eigenschaften in einer Halterung kombiniert sein.

[0051] Es ist auch möglich, dass andere Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung wie z. B. die Halterung, aus hitzebeständigen und feuerfesten Keramiken bestehen.

[0052] Die Oberflächen der Filterelemente weisen jeweils eine definierte Porosität auf. Als definierte Porosität wird hier die Porosität des keramischen Werkstoffes (ausgedrückt als offene Porosität, gemessen durch das in der keramischen Industrie übliche Messverfahren zur Bestimmung der Wasseraufnahme; vorzugsweise mit einer offenen Porosität von 10 bis 50%) sowie die Größenverteilung der Poren und die mittlere Porengröße verstanden, die innerhalb bestimmter Bereiche liegen und die in ihrer Kombination eine bestimmte und gewünschte Wirkung bei ihrer Verwendung in Filterelementen in einem Abgasstrom entfalten.

[0053] Es ist möglich, dass die Oberflächen verschiedener Filterelemente, aber auch die Oberflächen nur eines Filterelementes, verschiedene definierte Porositäten aufweisen.

[0054] In vorteilhaften Ausführungen können einige oder alle vorhandenen Filterelemente elektrisch kontaktiert und elektrisch erwärmbar sein. Ferner sind andere bekannte Verfahren zur Vorwärmung von Katalysatoren, wie z. B. die Verwendung von Strahlungen, erwärmten Gasen oder Heizkörpern einsetzbar.

[0055] In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Filterelemente perforierte Scheiben.

[0056] In weiteren Ausführungen können die Filterelemente auch Wabenkörper mit in einer Richtung durchgehend offenen Zellen sein. Die durchgehend offenen Zellen entsprechen den vorgenannten Perforierungen. Dabei kann die Richtung der offenen Zellen mit der Richtung des Abgasstromes übereinstimmen oder in einem bestimmten Winkel zur Richtung des Abgasstromes verlaufen.

[0057] Die Filterelemente können jede beliebige Form aufweisen. Es stellt jedoch bevorzugte Ausführungen dar, wenn die Form eines jeden perforierten Filterelementes aus einer Gruppe umfassend die dreidimensionale Grundform einer Scheibe, eines Quaders und eines Zylinders ausgewählt ist. Dabei weisen als Filterelemente dienende perforierte Scheiben vorzugsweise eine kreisförmige Grundform auf. Weitere Grundformen können beispielsweise dreieckig, viereckig, mehreckig oder aber abgerundet sein. Werden die Filterelemente beispielsweise aus Wabenkörpern gebildet, ist deren Grundform vorzugsweise ein Quader oder ein Zylinder. Es ist ebenfalls möglich, dass die Filterelemente aus verschiedenen Grundformen kombiniert sind. Auch können Filterelemente mit verschiedenen Grundformen in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kombiniert angeordnet sein.

[0058] Es ist weiterhin eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wenn Mittel zur mechanischen Abscheidung vorhanden sind, durch welche Partikel, die durch die Filterelemente aus dem Abgasstrom herausgefiltert wurden, mechanisch von den Filterelementen abgeschieden werden. Durch die relative Beweglichkeit der Filterelemente zueinander wird die Abreinigung der Filterelemente gefördert.

[0059] Vorteilhaft kann eine entleerbare Sammelvorrichtung vorhanden sein, in der die von den Filterelementen abgereinigten Partikel gesammelt werden.

[0060] Ferner kann eine Rückfallvorrichtung vorhanden sein, durch welche die von den Filterelementen abgereinigten Partikel wieder in einen Verbrennungsraum der Vorrichtung zurückgeführt werden. Außerdem ist es möglich, dass abgereinigte Partikel in einen im Ofen oder im Abzug vorhandenen Sammelbehälter fallen und dort gesammelt sind.

[0061] Außerdem ist es möglich, dass die Filterelemente in bestimmten zeitlichen Intervallen aus der Verbrennungsanlage manuell und/oder automatisch entfernt und gereinigt werden können. Dazu ist es von Vorteil, wenn die Filterelemente durch entsprechende Öffnungen in der Umhüllung der Verbrennungsanlagen in diese reversibel eingebracht und wieder entfernt werden können.

[0062] Es ist ferner möglich, dass Mittel zur gezielten Erzeugung eines Abbrandes von an den Filterelementen adsorbierten Partikeln vorhanden sind. Solche Mittel können beispielweise elektrisch betriebene Glühfäden oder Glühkerzen sein.

[0063] Eine Halterung der Filterelemente ist vorzugsweise so gestaltet, dass sie in Rohre oder Kanäle mit Normabmaßen eingesetzt werden kann, in denen der Abgasstrom geführt ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Halterung lösbar und leicht entfernbar in dem Abgasstrom angeordnet und befestigt ist. Geeignete Mechanismen für eine lösbare Befestigung der Halterung in dem Abgasstrom können beispielsweise einstellbare Haltekrallen oder lösbare Klemmmechanismen sein, mit denen die Halterung an der Innenwand der den Abgasstrom führenden Rohre oder Kanäle befestigt sind. Die Haltevorrichtung kann eine mit einem sehr geringen Strömungswiderstand durchströmbare Vorrichtung wie ein Korb oder ein Käfig aus temperaturbeständigen Material, welches durch die Wirkung der Abgase vorteilhafterweise nicht angegriffen wird und in vorteilhaften Ausführungen der Erfindung selbst eine katalytische Wirkung entfalten kann. Die Halterung kann auch ein Ring mit an seinem Umfang angeordneten Vorrichtungen zur Befestigung der Halterung sein.

[0064] Es ist ferner möglich, dass in der Verbrennungsanlage, einschließlich dessen Abzugs, Ausformungen zur Aufnahme der Filterelemente vorhanden sind.

[0065] In die Halterung sind einzelne Filterelemente einzubringen, z. B. einleg- oder einsteckbar, die z. B. bei einem vertikalen Einbau der Halterung durch die Gewichtskraft der Filterelemente in der Halterung gehalten sind. Es ist ferner möglich, dass die Filterelemente lösbar durch axial wirkende Elemente wie z. B. Spangen oder Federn gehalten sind, die beispielsweise in einer Wand der Halterung gelagert sind oder an einer Wand der Halterung angreifen. Durch ein Halten der Filterelemente mittels Spangen oder Ähnlichem, kann die Halterung auch horizontal oder unter einem beliebigen Winkel zur Horizontalen angeordnet sein.

[0066] Der Einbau der Vorrichtung in nicht genormte Rohre oder Kanäle kann einerseits durch entsprechend weite Verstellmöglichkeiten der Befestigung der Halterung sowie durch Anpassungen der Abmaße von Halterung und Filterelementen ermöglicht sein.

[0067] Der Einbau der Halterung in die in den Abgasstrom führenden Rohre oder Kanäle kann durch bereits vorhandene oder durch eigens dafür in der Wand der Rohre oder Kanäle eingebrachte Öffnungen, erfolgen.

[0068] Halterung und Filterelemente können so dimensioniert sein, dass ein Teil des Abgasstromes an den Filterelementen vorbeistreicht, ohne durch diese hindurchtreten zu müssen. Es ist ferner möglich, dass Halterung und Filterelemente so dimensioniert und auf einander abgestimmt sind, dass der ganze Abgasstrom oder zumindest der überwiegende Teil (mindestens 70%) durch die Filterelemente hindurchtritt.

[0069] Um den Abgasstrom regulieren zu können, kann in oder an dem Abzug ein Ventilator angeordnet sein, der vorzugsweise regelbar ist.

[0070] Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Filterung von Abgasen von Verbrennungsprozessen streicht mindestens ein überwiegender Anteil des Abgasstromes aus einem Verbrennungsort, wie z. B. einer Brennkammer, kommend durch die Perforierungen der Filterelemente und, je nach Stellung der Filterelemente zueinander in wechselnden Anteilen, durch den Zwischenraum. Dabei werden nach dem bekannten Prinzip eines Wandstromfilters selbst feinste Partikel an der umstrichenen Oberfläche der Filterelemente adsorbiert. Zusätzlich können in dem Abgasstrom enthaltene Stoffe und Stoffverbindungen durch die Unterstützung katalytisch wirkender Stoffe oxidativ umgesetzt werden. Nach Erreichen einer Betriebstemperatur des Abgasstromes wird ein Teil der zuvor adsorbierten Partikel verbrannt. Die Verbrennung der Partikel auf den Filterelementen kann auch durch vorhandene Zündmittel, wie elektrisch betriebene Glühkerzen oder Glühfäden, eingeleitet sein.

[0071] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Verwendung in Anlagen, in denen Verbrennungsprozesse mit hohem Feinstaubanteil im Abgasstrom erfolgen, vorgesehen. Eine Verwendung in Anlagen mit mittleren und geringem Feinstaubanteil ist ebenfalls möglich. Bei sachgemäßer Dimensionierung und Einbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung in eine Verbrennungsanlage werden die in der Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen - 1. BlmSchV) vom 26. Januar 2010 (Bundesgesetzblatt 2010 Teil 1 Nr. 4, ausgegeben am 01. Februar 2010) unter Anlage 4 aufgeführten Grenzwerte eingehalten und unterschritten.

[0072] Gerade bei nachzurüstenden Heizungsanlagen werden in der Praxis immer sehr individuelle Anforderungen und spezifische Betriebsbedingungen sowie bauliche Gegebenheiten wie die Größe, Länge und Form des Abzuges zu beachten sein. Selbst bei neu produzierten Heizungsanlagen, wie z. B. im häuslichen Umfeld eingesetzte Öfen, sind die tatsächlichen Betriebsbedingungen nicht vorhersehbar. Es ist daher ein großer Vorteil der Erfindung, dass das erfindungsgemäße Filtersystem modular aufgebaut und dadurch leicht, reversibel und individuell angepasst und eingestellt werden kann.

[0073] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Abbildungen näher erläutert, wobei weitere, hier nicht ausgeführte jedoch im Rahmen der Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegende Möglichkeiten der Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich sind.

[0074] Es zeigen die Abbildungen in:

Fig. 1

eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Filterscheibe a) in der Draufsicht, b) als dreidimensionale Darstellung schräg von oben und c) als medianer, vertikaler Längsschnitt;

Fig. 2

eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Filterscheibe a) in der Draufsicht, b) als medianer, horizontaler Längsschnitt und c) als medianer, vertikaler Längsschnitt;

Fig. 3

eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Filterscheiben in offener Stellung;

Fig. 4

eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Filterscheiben in geschlossener Stellung;

Fig. 5

eine dritte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Wabenkörpern und mit Sammelbehälter und

Fig. 6

eine vierte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit lateral einschiebbaren Filterelementen.

[0075] In Fig. 1 ist eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Filterelements 4a gezeigt, das als eine Filterscheibe ausgebildet ist. Das Filterelement 4a weist eine Anzahl von auf einem Kreisumfang liegenden Perforierungen 4.1 in Form von Durchgangsbohrungen gleichen Durchmessers auf. Auf einer der Oberflächen 6 des Filterelementes 4a, ist um jede der Perforierungen 4.1 ein herausragender Rand 4.2 in Form eines die jeweilige Perforierung 4.1 umgebenden Walls vorhanden.

[0076] Die Ränder 4.2 sind an ihrem oberen Ende mit radialen Aussparungen 4.4 versehen, durch die in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer der Fig. 3 bis 6 (siehe dort) eine seitliche Ableitung eines Teils eines Abgasstromes 7 in einen Zwischenraum 14 möglich ist, der zwischen benachbart angeordneten Filterelementen 4 gebildet ist.

[0077] Eine zweite Ausführung eines Filterelements 4b ist in Fig. 2 dargestellt. Dieses Filterelement 4b ist wie das Filterelement 4a gestaltet, weist jedoch keine Ränder 4.2 um die Perforierungen 4.1 auf. Das Filterelement 4b besitzt alternierend zu den Perforierungen 4.1 auf einer seiner Oberflächen 6 Vertiefungen 4.3, die in Form, Abmaßen und Anordnung auf der Oberfläche 6 des Filterelements 4b zu den Rändern 4.2 eines benachbart anzuordnenden Filterelements 4a korrespondieren.

[0078] In weiteren Ausführungen der erfindungsgemäßen Filterelemente 4a und 4b sind in Bereichen der Oberfläche 6 eine Anzahl weiterer kreisrunder Perforierungen 4.1 mit verschiedenen freien Durchmessern und ohne Ränder 4.2 vorhanden. Durch eine solche Gestaltung wird ein ständiger Durchtritt des Abgasstromes 7 durch die Filterelemente 4 gewährleistet und ein nachteiliger Rückstau des Abgasstromes 7 vermieden.

[0079] Ferner ist eine andere Anordnung, insbesondere das Vorhandensein von Rändern 4.2 und/oder Vertiefungen 4.3 auf einer oder beiden Seiten von Filterelementen 4b und/oder auf Filterelementen 4a möglich.

[0080] Alle oben für Filterelemente 4a und 4b in Form von Filterscheiben ausgeführten Ausführungsbeispiele sind uneingeschränkt auch auf Filterelemente 4a und 4b in Form von Wabenkörpern übertragbar.

[0081] Eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 3 schematisch gezeigt. Als wesentliche Elemente sind zwei Filterelemente 4a und 4b mit Perforierungen 4.1 vorhanden, die lösbar entlang einer Längsachse 12 gestapelt und in einem, mit einer Brennkammer 1 als Verbrennungsort fester Brennstoffe verbundenem Abzug 2, in einem den Abzug 2 von der Brennkammer 1 her durchströmenden Abgasstrom 7 lösbar befestigt sind. Die Längsachse 12 fällt mit der Symmetrieachse des Abzugs 2 zusammen. Durch die Filterelemente 4a und 4b ist eine Filtereinheit 4 (siehe Fig. 5) gebildet.

[0082] Das Filterelement 4b ist in eine Halterung 3 lösbar eingebracht, die in einem horizontal verlaufenden Abschnitt des Abzugs 2 in eine umlaufende Ausnehmung in der Innenseite einer Wand 2.1 des Abzugs 2 eingelegt ist. Das Filterelement 4a ist lösbar in einer Halterung 3 gehalten, die in einer Ausnehmung in der Wand 2.1 geführt und um die Längsachse 12 drehbar ausgeführt ist. Die Filterelemente 4a und 4b sind orthogonal zur Längsachse 12 angeordnet. Bei einer Verdrehung des Filterelements 4a und der damit einhergehenden relativen Lageveränderung der Perforierungen 4.1 des Filterelements 4a zu den Perforierungen 4.1 des Filterelements 4b verbleiben die Filterelemente 4a und 4b in sich orthogonal zur Längsachse 12 erstreckenden Ebenen.

[0083] In die Halterung 3 ist das als Filterscheibe ausgebildete Filterelement 4a und das als Filterscheibe ausgebildete Filterelement 4b eingelegt. Die Filterelemente 4a und 4b weisen gemäß Fig. 3 vollständig durchdringende Perforierungen 4.1 in Form von Rundlöchern auf, die sich hinsichtlich ihrer Lage und Größe entsprechen.

[0084] Die Filterelemente 4a und 4b sind so angeordnet, dass zwischen ihnen ein Zwischenraum 14 gebildet ist. Der Zwischenraum 14 ist durch eine Spaltbildung aufgrund der Abmaße der Ränder 4.2 (siehe Fig. 1) und durch eine voneinander beabstandete Anordnung der Filterelemente 4a und 4b entlang der Längsachse 12 gegeben.

[0085] In der Wand 2.1 ist eine verschließbare Öffnung 5 vorhanden, durch welche die Halterung 3 in den Abzug 2 eingebracht ist. Die Öffnung 5 erstreckt sich oberhalb des Bereiches des Abzugs 2, über den die Halterung 3 mittels der Haltevorrichtung 3.1 an der Wand 2.1 des Abzugs 2 befestigt ist. Die Öffnung 5 ist mittels einer Klappe 2.11 verschlossen, durch die über den Bereich der Öffnung 5 ein Abschnitt der Wand 2.1 gebildet ist.

[0086] Die Filterelemente 4a und 4b sind als Filterscheiben ausgebildet und aus dem silikatischen Keramikwerkstoff Cordierit gefertigt. Die Filterelemente 4a und 4b sind außerdem jeweils mit einem katalytisch wirkenden Stoff versehen.

[0087] Die einzelnen Filterelemente 4a und 4b sind gemäß Fig. 3 in einer geöffneten Stellung der Vorrichtung so zueinander ausgerichtet, dass die Perforierungen 4.1 übereinander zu liegen kommen und durch die Perforierungen 4.1 Kanäle gebildet sind, durch die der Abgasstrom 7 mit geringem Druckabfall hindurchtreten und die Filterelemente 4a und 4b passieren kann.

[0088] Weiterhin ist ein Stellhebel als Stellmittel 11 zur Einstellung einer relativen Winkellage der Filterelemente 4a und 4b zueinander vorhanden, wobei die Einstellung der relativen Winkellage durch Verdrehung des Filterelements 4a mitsamt seiner Halterung 3 um die Längsachse 12 erfolgt. Das Stellmittel 11 ist mit der Halterung 3 des Filterelements 4a verbunden, ragt in dem Bereich der Öffnung 5 aus dem Abzug 2 heraus und ist von außerhalb des Abzugs 2 manuell und/oder mechanisch, pneumatisch, elektrisch und/oder hydraulisch bedienbar.

[0089] In weiteren Ausführungen kann eine relative Winkellage der Filterelemente 4a und 4b beim Einlegen dieser in die Halterung 3 manuell eingestellt und visuell kontrolliert werden.

[0090] Im weiteren Verlauf des Abzugs 2 ist oberhalb der Halterung 3 ein Ventilator 8 (schematisch gezeigt) vorhanden, durch dessen Betrieb ein günstiger Druckverlauf vor, in und nach den Filterelementen 4a und 4b sowie in der Brennkammer 1 einstellbar ist. In weiteren Ausführungen kann die Vorrichtung auch ohne Ventilator 8 ausgebildet sein. Zudem kann das Material, die Anzahl und Verhältnisse der Dicke der Filterelemente 4a und 4b anders sein, wobei das Material jedenfalls hitzebeständig und feuerfest ist. Ferner kann die Anzahl, die Anordnung, die Abmaße und die Form der Perforierungen 4.1 anders gestaltet und ausgeführt sein.

[0091] Die Anordnung der Filterelemente 4a und 4b kann in weiteren Ausführungen der Vorrichtung so gestaltet sein, dass an den Filterelementen 4a und 4b abgeschiedene Partikel in die Brennkammer 1 zurückfallen und dort entsorgt werden können. In weiteren Ausführungen können Halterung 3 und Filterelemente 4a und 4b so angeordnet sein, dass die Partikel in einen Sammelbehälter 10 (siehe Fig. 5) fallen, über den sie entsorgt werden können.

[0092] In der Fig. 4 ist die Vorrichtung wie zu Fig. 3 beschrieben gezeigt, jedoch sind die Filterelemente 4a und 4b so gegeneinander verdreht, dass die Perforierungen 4.1 des Filterelements 4a nicht den Perforierungen 4.1 des Filterelements 4b zugestellt sind, sondern der durch die Perforierungen 4.1 des Filterelements 4a tretende Abgasstrom 7 auf das Filterelement 4b prallt, insbesondere jeweils in eine Vertiefung 4.3 (nicht gezeigt) gerichtet ist.

[0093] Gemäß Fig. 5 können Halterung 3 und eine aus den Filterelementen 4a und 4b gebildete Filtereinheit 4 auch in einem Bereich des Abzugs 2 angeordnet sein, in den der Abgasstrom 7 erst nach einer Umleitung seiner ursprünglichen Strömungsrichtung eintritt. In der Halterung 3 sind hintereinander zwei Wabenkörper als Filtereinheit 4 gehalten. Die Halterung 3 und die darin gehaltenen Filterelemente 4a und 4b sind in einem Bereich des Abzugs 2 gehalten, der unter einem Winkel von 45° ansteigt.

[0094] Senkrecht unter der Halterung 3 und der Filtereinheit 4 ist ein von außen entleerbarer und zur Umgebung des Abzugs 2 abgedichteter Sammelbehälter 10 angeordnet, in den verbrannte und/oder von der Filtereinheit 4abfallende Partikel (Asche) durch die Öffnung 5 hineinfallen und von dort entsorgt werden können. Günstig für ein Abfallen von Partikeln von der Filtereinheit 4 ist dabei, wenn die Filterelemente 4a und 4b, wie in Fign. 3 und 4 gezeigt, bewegt werden können. Unabhängig von einer Beweglichkeit sind die Filterelemente 4a und 4b aus dem Abzug 2 herausnehmbar.

[0095] In einer vierten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, wie in Fig. 6 gezeigt, die Wand 2.1 des Abzugs 2 über einen Bereich des Abzugs 2 in eine Richtung orthogonal zur Ausdehnung des Abzugs 2 ausgebuchtet. Über den Bereich der Ausbuchtung 13 ist ein freier Querschnitt des Abzugs 2 vergrößert. In dem Bereich der Ausbuchtung 13 sind zwei Filterelemente 4a und 4b vorhanden, von denen das in Richtung des Abgasstromes 7 gesehene hintere Filterelement 4b relativ zu dem vorderen Filterelement 4a orthogonal zur Richtung des Abgasstroms 7 um einen Betrag in die Ausbuchtung 13 hinein verschiebbar angeordnet ist. Das Filterelement 4a ist am Beginn der Ausbuchtung 13 so angeordnet, dass dieses den freien Querschnitt des Abzugs 2 überspannt. Das Filterelement 4b ist mit einem Stellmittel 11 zur lateralen Verschiebung des Filterelements 4b und zur Zustellung der Perforierungen 4.1 des Filterelements 4b zu den Perforierungen 4.1 des Filterelements 4a verbunden. Durch eine laterale Verschiebung des Filterelements 4b sind die Perforierungen 4.1 der Filterelemente 4a und 4b einander zustellbar.

[0096] Auch diese Ausführung ist in einer weiteren Ausgestaltung mit einem Sammelbehälter 10 oder mit einer Rückführung der Asche in die Brennkammer 1 kombinierbar.

[0097] Bei einer Verwendung der in Fig. 1 und 2 beschriebenen Filterelemente 4a und 4b in einer Anlage zur Verbrennung von festen Brennstoffen wird die Halterung 3 durch eine Öffnung 5 oder auf eine andere Weise in den Abzug 2 eingesetzt und mittels der Haltevorrichtungen 3.1 lösbar an der Wand 2.1 des Abzugs 2 befestigt. In der Halterung 3 werden die Filterelemente 4a und 4b lösbar befestigt. Dabei korrespondieren in den Filterelementen 4a und 4b vorhandene Perforierungen 4.1 mindestens soweit miteinander, dass ein Durchtritt eines Abgasstromes 7 durch die Filterelemente 4a und 4b möglich ist.

[0098] Die relative Winkellage der Filterelemente 4a und 4b zueinander wird mittels des Stellmittels 11 eingestellt. Während einer Anheizphase der Verbrennungsanlage kann mittels des Stellmittels 11 ein geringer Druckabfall des Abgasstromes 7 dadurch eingestellt sein, dass die Perforierungen 4.1 der Filterelemente 4a und 4b zueinander deckungsgleich zu liegen kommen. Nach dem Erreichen einer vorgesehenen Betriebstemperatur des Abgasstromes 7 wird die relative Winkellage der beiden Filterelemente 4a und 4b zueinander so verändert, dass die Perforierungen 4.1 nicht mehr deckungsgleich zueinander zu liegen kommen. Diese überlappen dann nur noch über höchstens jeweils einen freien Durchtrittsbereich ihrer jeweiligen freien Querschnitte. Der Abgasstrom 7 tritt durch die Perforierungen 4.1 des Filterelements 4a hindurch und trifft zumindest über Bereiche des Querschnitts einer jeden Perforierung 4.1 auf die unperforierte Oberfläche 6 des Filterelements 4b. Der Abgasstrom 7 wird gestaut und ein Teil desselben über die Aussparungen 4.4 in den Zwischenraum 14 zwischen den Filterelementen 4a und 4b geleitet. Dabei gelangen Partikel mit den Oberflächen 6 beider Filterelemente 4a und 4b in Kontakt und werden an diesen adsorbiert. Zugleich unterstützt der auf der Oberfläche 6 vorhandene katalytisch wirkende Stoff den Umsatz, insbesondere die Oxidation, von im Abgasstrom 7 enthaltenen Stoffen und Stoffgemischen.

[0099] Der nicht abgeleitete Teil des Abgasstromes 7 wird in seiner Richtung abgelenkt, tritt durch den jeweiligen freien Durchtrittsbereich hindurch und wird durch den Abzug 2 weggeführt.

[0100] In Abhängigkeit der konkreten Gestaltung der Verbrennungsanlage, ihres Abzugs 2, eines möglicherweise vorhandenen Ventilators 8 sowie dessen Leistung und Schaltregimes ist durch das Einlegen von Filterelementen 4a und 4b in verschiedener Anzahl, Dicke und Gestaltung ein gewünschter Druckabfall leicht, reversibel und individuell einstellbar.

[0101] Durch die Wahl und Kombination von Filterelementen 4a und 4b, deren Oberflächen 6 mindestens teilweise mit katalytisch wirkenden Stoffen versehen sind, ist zudem eine Reinigungsleistung hinsichtlich einer Verbrennung von Partikeln und nicht vollständig thermisch umgesetzter Stoffe oder Stoffverbindungen einstellbar.

[0102] Die Erfindung kann zur Reduzierung von Feinstaubemissionen und zur katalytischen Umsetzung von unvollständig thermisch umgesetzten Stoffen oder Stoffverbindungen in Verbrennungsanlagen im industriellen als auch im privaten Bereich eingesetzt werden. Ein besonders wichtiges Einsatzgebiet stellt die Erstausrüstung und die Nachrüstung von Öfen und Kaminen im privaten Bereich dar, um die durch Hausbrand verursachten Emissionen wirksam zu verringern. Die Vorrichtung kann darüber hinaus auch in industriellen Öfen, z. B. zum Ausheizen von organischen Bindern, eingesetzt werden, insbesondere wenn bei den Brennprozessen Feinstaub entsteht oder entstehen kann.

Bezugszeichenliste

[0103] 

1

Brennkammer

2

Abzug

2.1

Wand

2.11

Klappe

3

Halterung

3.1

Haltevorrichtung

4

Filtereinheit

4 a

Filterelement

4 b

Filterelement

4.1

Perforierung

4.2

Rand

4.3

Vertiefung

4.4

Aussparungen

5

Öffnung

6

Oberfläche

7

Abgasstrom

8

Ventilator

9

Ascheraum

10

Sammelbehälter

11

Stellmittel

12

Längsachse

13

Ausbuchtung

14

Zwischenraum

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Reinigung eines, bei einem Verbrennungsprozess entstehenden und in eine Richtung geführten, Abgasstromes mit in dem Abgasstrom entlang einer in Richtung des Abgasstromes verlaufenden Längsachse hintereinander gestapelt angeordneter und eine Filtereinheit bildende Filterelemente, wobei die Filterelemente in Richtung der Längsachse eine Anzahl von das jeweilige Filterelement vollständig durchdringende Perforierungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet,

- dass mindestens zwei Filterelemente (4a, 4b) lösbar in dem Abgasstrom (7) angeordnet sind,

- dass die Perforierungen (4.1) der einzelnen Filterelemente (4a, 4b) hinsichtlich ihrer Form, Größe und Anordnung auf den jeweiligen Filterelementen (4a, 4b) so vorhanden sind, dass die Perforierungen (4.1) einander benachbart angeordneter Filterelemente (4a, 4b) zueinander korrespondieren;

- dass die Filterelemente (4a, 4b) relativ zueinander beweglich angeordnet sind, wobei die Perforierungen (4.1) einander benachbart angeordneter Filterelemente (4a, 4b) einander zustellbar sind, so dass durch ein Ausrichten mindestens zweier Filterelemente (4a, 4b) gegeneinander ein Druckabfall des Abgasstromes (7) einstellbar ist;

- dass die Filterelemente (4a, 4b) aus einem so hitzebeständigen und feuerfesten Material bestehen, dass ein für die Filterelemente (4a, 4b) schadloser Abbrand von aus dem Abgasstrom (7) herausgefilterten und auf den Filterelementen (4a, 4b) abgelagerten Partikeln möglich ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass um mindestens eine Perforierung (4.1) mindestens eines der Filterelemente (4) ein aus einer Oberfläche (6) des Filterelements (4) herausragender Rand (4.2) vorhanden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (4.2) an seinem oberen Ende radiale Aussparungen (4.4) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Oberfläche (6) mindestens eines der Filterelemente (4) mindestens eine Vertiefung (4.3) in der Oberfläche (6) vorhanden ist, die einer Perforierung (4.1) eines benachbart angeordneten Filterelements (4) zustellbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbart angeordnete Filterelemente (4) stufenlos zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung relativ zueinander einstellbar sind, wobei in der ersten Stellung die mindestens eine Perforierung jedes der Filterelemente (4) einander zustellbar sind und ein geringer Druckabfall des Abgasstroms auftritt und in der zweiten Stellung die Perforierung (4.1) mit dem Rand (4.2) des einen Filterelements (4a) und der Vertiefung des benachbart angeordneten Filterelements (4b) zugestellt ist, so dass ein hoher Druckabfall auftritt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (4) aus silikatischen Keramikwerkstoffen bestehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens auf Bereichen der Oberfläche (6) mindestens eines der Filterelemente (4) katalytisch wirksame Stoffe vorhanden sind, durch die ein Umsatz von in dem Abgasstrom (7) enthaltenen Stoffen und Stoffverbindungen unterstützt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Form eines jeden Filterelementes (4) aus einer Gruppe umfassend die dreidimensionale Grundform einer Scheibe, einer Platte, eines Quaders und eines Zylinders ausgewählt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur mechanischen Abscheidung vorhanden sind, durch welche Partikel, die durch die Filterelemente (4) aus dem Abgasstrom (7) herausgefiltert wurden, mechanisch von den Filterelementen (4) abgeschieden werden.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sammelbehälter (10) vorhanden ist, in der die von den Filterelementen (4) abgeschiedenen Partikel gesammelt werden.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückfallvorrichtung vorhanden ist, durch welche die von den Filterelementen (4) abgeschiedenen Partikel wieder in einer Brennkammer (1) der Vorrichtung zurückgeführt werden.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltevorrichtung (3) lösbar in dem Abgasstrom (7) angeordnet ist, in welche die variable Anzahl von Filterelementen (4) lösbar und einzeln austauschbar einlegbar sind und in der die eingelegten Filterelemente (4) lösbar gehalten sind.

Claims

1. Device for cleaning an exhaust gas flow being produced during a combustion process and being guided in one direction, the device having filter elements which are arranged in the exhaust flow one after the other in piles along a longitudinal axis extending in the direction of the exhaust flow and which form a filter unit, wherein the filter elements have a number of perforations in the direction of the longitudinal axis which completely perforate the respective filter element, characterized in that

- at least two filter elements (4a, 4b) are detachably arranged in the exhaust flow (7),

- with respect to their form, size and arrangement, the perforations (4.1) of the individual filter elements (4a, 4b) are present on the respective filter elements (4a, 4b) such that the perforations (4.1) of adjacently arranged filter elements (4a, 4b) correspond to one another;

- the filter elements (4a, 4b) are movably arranged relative to one another, wherein the perforations (4.1) of adjacently arranged filter elements (4a, 4b) can be moved towards one another, so that a pressure drop of the exhaust flow (7) is adjustable by aligning at least two filter elements (4a, 4b) with respect to one another;

- the filter elements (4a, 4b) consist of such a heat-resistant and fireproof material that a combustion of particles filtered out of the exhaust flow (7) and deposited on the filter elements (4a, 4b) which causes no damage to the filter elements (4a, 4b) is possible.

2. Device according to claim 1, characterized in that a rim (4.2) protruding from a surface (6) of the filter element (4) is present around at least one perforation (4.1) of at least one of the filter elements (4).

3. Device according to claim 2, characterized in that the rim (4.2) has radial recesses (4.4) at its upper end.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that, on a surface (6) of at least one of the filter elements (4), at least one cavity (4.3) in the surface (6) is present, which cavity (4.3) can be moved towards a perforation (4.1) of an adjacently arranged filter element (4).

5. Device according to claim 4, characterized in that two adjacently arranged filter elements (4) are continuously adjustable relative to one another between a first position and a second position, wherein, in the first position, the at least one perforation of each of the filter elements (4) can be moved towards one another and a low pressure drop of the exhaust flow occurs, and in the second position, the perforation (4.1) with the rim (4.2) of the one filter element (4a) is moved towards the cavity of the adjacently arranged filter element (4b) so that a high pressure drop occurs.

6. Device according to claim 5, characterized in that the filter elements (4) consist of silicate ceramic materials.

7. Device according to claim 5 or 6, characterized in that catalytically active substances are present at least on areas of the surface (6) of at least one of the filter elements (4), which catalytically active substances support a conversion of substances and substance compounds contained in the exhaust flow (7).

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a form of each filter element (4) is selected from a group comprising the three-dimensional basic form of a disc, a plate, a cuboid, and a cylinder.

9. Device according to claim 8, characterized in that means for the mechanical separation are present, by means of which particles having been filtered out of the exhaust flow (7) by the filter elements (4) are mechanically separated from the filter elements (4).

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a collecting receiver (10) is present, in which the particles separated from the filter elements (4) are collected.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a fall-back device is present, by means of which the particles separated from the filter elements (4) are guided back into a combustion chamber (1) of the device.

12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a holding device (3) is detachably arranged in the exhaust flow (7), the variable number of filter elements (4) being insertable in the holding device (3) in a detachable and individually replaceable manner and the inserted filter elements (4) being detachably held in the holding device (3).

Revendications

1. Dispositif destiné au nettoyage d'un flux de gaz d'échappement produit pendant un processus de combustion et guidé dans une direction, le dispositif ayant des éléments de filtre qui sont disposés dans le flux de gaz d'échappement l'un derrière l'autre empilés le long d'un axe longitudinal s'étendant dans la direction du flux de gaz d'échappement et qui forment une unité de filtre, dans lequel les éléments de filtre ont un nombre de perforations dans la direction de l'axe longitudinal qui perforent complètement l'élément de filtre respectif, caractérisé en ce que

- au moins deux éléments de filtre (4a, 4b) sont disposés de manière détachable dans le flux de gaz d'échappement (7),

- en ce qui concerne leur forme, dimension et disposition, les perforations (4.1) des éléments de filtre (4a, 4b) individuels sont présentes sur les éléments de filtre (4a, 4b) respectifs de telle façon que les perforations (4.1) d'éléments de filtre (4a, 4b) disposés de manière adjacente correspondent les unes aux autres;

- les éléments de filtre (4a, 4b) sont disposés de façon mobile les uns par rapport aux autres, les perforations (4.1) d'éléments de filtre (4a, 4b) disposés de manière adjacente pouvant être déplacées les unes vers les autres, de telle façon qu'une baisse de pression du flux de gaz d'échappement (7) est ajustable en alignant au moins deux éléments de filtre (4a, 4b) l'un par rapport à l'autre;

- les éléments de filtre (4a, 4b) sont constitués d'un matériau si résistant à la chaleur et au feu qu'une combustion de particules filtrées du flux de gaz d'échappement (7) et déposés sur les éléments de filtre (4a, 4b) qui ne cause aucun dommage aux éléments de filtre (4a, 4b) est possible.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un bord (4.2) dépassant d'une surface (6) de l'élément de filtre (4) est présent autour d'au moins une perforation (4.1) d'au moins un des éléments de filtre (4).

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bord (4.2) a des échancrures radiales (4.4) à son extrémité supérieure.

4. Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à une surface (6) d'au moins un des éléments de filtre (4) au moins une cavité (4.3) dans la surface (6) est présente, ladite cavité (4.3) pouvant être déplacée vers une perforation (4.1) d'un élément de filtre (4) disposé de manière adjacente.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que deux éléments de filtre (4) disposés de manière adjacente sont ajustable continûment l'un par rapport à l'autre entre une première position et une deuxième position, dans lequel, dans la première position, l'au moins une perforation de chacun des éléments de filtre (4) peuvent être déplacées les unes vers les autres et une faible baisse de pression du flux de gaz d'échappement se produit, et dans la deuxième position, la perforation (4.1) avec le bord (4.2) de l'un élément de filtre (4a) est déplacée vers la cavité de l'élément de filtre (4b) disposé de manière adjacente de façon qu'une haute baisse de pression se produit.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments de filtre (4) sont constitués de matériaux céramiques silicates.

7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que des substances à effet catalytique sont présentes au moins sur des zones de la surface (6) d'au moins un des éléments de filtre (4), les substances à effet catalytique supportant une conversion de substances et de composés de substances contenues dans le flux de gaz d'échappement (7).

8. Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une forme de chaque élément de filtre (4) est sélectionnée d'un groupe comprenant la forme de base tridimensionnelle d'un disque, d'une plaque, d'un parallélépipède rectangle et d'un cylindre.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que des moyens pour la séparation mécanique sont présents, par lesquels des particules qui ont été filtrées du flux de gaz d'échappement (7) par les éléments de filtre (4) sont séparées mécaniquement des éléments de filtre (4).

10. Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un récipient collecteur (10) est présent, dans lequel sont collectionnées les particules séparées des éléments de filtre (4).

11. Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un dispositif de retour est présent, au moyen duquel les particules séparées des éléments de filtre (4) sont reconduites dans une chambre de combustion (1) du dispositif.

12. Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un dispositif de retenue (3) est disposé de manière détachable dans le flux de gaz d'échappement (7), le nombre variable d'éléments de filtre (4) étant insérable dans le dispositif de retenue (3) d'une manière détachable et remplaçable individuellement et les éléments de filtre (4) insérés étant retenus de manière détachable dans le dispositif de retenue (3).

Zeichnung