Kaminofen und Filterkassette für einen Kaminofen

Abstract

 Ein Kaminofen (1) umfasst einen Brennraum (2), der eine Luftzufuhr und eine Heizgasleitung (20) aufweist, wobei in einem mit Verbrennungsluft durchströmten Bereich ein Filtermaterial (15) vorgesehen ist, mittels dem Feinstaubpartikel in einer Anbrandphase absorbierbar und in einer späteren Brandphase desorbierbar sind. Erfindungsgemäß ist das Filtennaterial (15) in einer herausnehmbaren Filterkassette (5) angeordnet ist, die eine luftdurchlässige Trägerschicht (7, 12) aufweist, auf der das Filtermaterial (15) aufliegt. Die herausnehmbare Filterkassette (5) kann dadurch leicht gereinigt und bei Bedarf nachgerüstet werden.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kaminofen, mit einem Brennraum, der eine Luftzufuhr und eine Heizgasleitung aufweist, wobei in einem mit Verbrennungsluft durchströmten Bereich ein Filtermaterial vorgesehen ist, mittels dem Feinstaubpaitikel in einer Anbrandphase absorbierbar und in einer späteren Brandphase desorbierbar sind.

[0002] Bei der Nutzung von Kaminöfen ist der Einsatz von Holz als Brennstoff hinsichtlich der Kohlendioxidbilanz besonders vorteilhaft, allerdings tritt bei der Verbrennung von Holz das Problem der Feinstaubbelastung auf. Die EP 1 750 071 offenbart einen Kaminofen, welcher eine Reduzierung insbesondere der kanzerogenen Feinstäube in der Anbrandphase bewirkt. Diese Art der Feinstaubfilterung hat sich grundsätzlich als sehr effizient erwiesen, allerdings setzt sich das Filtermaterial im Laufe der Zeit durch Verunreinigungen zu und verliert an Wirksamkeit. Zudem besteht das Problem, dass bestehende Kaminöfen keine Feinstaubfilter aufweisen und daher erheblich zur Feinstaubbelastung beitragen.

[0003] Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kaminofen und eine Filterkassette für einen Kaminofen zu schaffen, der bzw. die eine effektive Reinigung der Verbrennungsluft für einen langen Zeitraum gewährleisten.

[0004] Diese Aufgabe wird mit einem Kaminofen mit den Merkmalen des Anspruches 1 und einer Filterkassette mit den Merkmalen des Anspruches 11 gelöst.

[0005] Der erfindungsgemäße Kaminofen umfasst einen Brennraum, aus dem Verbrennungsluft durch ein Filtermaterial geleitet wird, mittels dem Feinstaubpartikel in einer Anbrandphase absorbierbar und in einer späteren Brandphase desorbierbar sind. Das Filtermaterial ist dabei in einer herausnehmbaren Filterkassette angeordnet, die eine luftdurchlässige Trägerschicht aufweist, an der das Filtermaterials an oder aufliegt. Dadurch kann die Filterung der Verbrennungsluft mit hoher Qualität erfolgen, da das Filtermaterial in regelmäßigen Abständen gereinigt werden kann und seine Wirkung behält. Dadurch lassen sich die Emissionen von kanzerogenen organischen Feinstäuben, wie beispielsweise prozyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (BAK) reduzieren, denn gerade diese Stoffe entweichen im Holz in einer Anbrandphase, ohne dabei vollständig verbrannt zu werden. Erst in einer späteren Brandphase können diese Feinstäube verbrannt werden.

[0006] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bildet die Filterkassette einen den Brennraum begrenzenden Wandabschnitt aus. Die Filterkassette kann beispielsweise teilweise oder vollständig einen Deckenabschnitt des Brennraumes bilden, so dass die Verbrennungsluft durch die Filterkassette strömt und dort gereinigt werden kann. Dadurch kann die durchströmbare Querschnittsfläche der Filterkassette besonders groß gewählt werden, so dass langsame Strömungsgeschwindigkeiten eine gute Reinigung gewährleisten. Zudem können auch bestehende Kaminöfen mit einer erfindungsgemäßen Filterkassette ausgerüstet werden, da im Bereich des Brennraumes oben meist eine Heizgasumleitung vorgesehen ist, die demontierbar ist und durch eine erfindungsgemäße Filterkassette ersetzt werden kann.

[0007] Die Filterkassette weist vorzugsweise eine untere luftdurchlässige Trägerschicht und eine obere luftdurchlässige Trägerschicht auf, zwischen denen Filtermaterial angeordnet ist. Die Trägerschichten können beispielsweise als metallische Netze ausgebildet sein. Dabei kann ein Randabschnitt der unteren und oberen Trägerschicht in einem im Querschnitt U-förmigen Rahmen eingefasst sein, so dass das Filtermaterial eingeschlossen ist und auch bei einer Reinigung nicht herausfallen kann. Insbesondere kann das Filtermaterial auch einer Druckstrahlreinigung unterzogen werden.

[0008] Für eine stabile Befestigung der Filterkassette in einem Kaminofen kann der Rahmen der Filterkassette nach unten hervorstehende Haltestege umfassen, die an einer Innenseite einer Seitenwand des Brennraums angeordnet sind. Dadurch wird eine exakte Positionierung der Filterkassette gewährleistet und mögliche Bypassöffnungen verschlossen, die den Wirkungsgrad bei der Reinigung der Verbrennungsluft herabsetzen könnten. Vorzugsweise liegt die Filterkassette dabei an gegenüberliegenden Seiten im Randbereich jeweils auf den Seitenwänden des Brennraumes auf, so dass keine zusätzlichen Haltemittel montiert werden müssen. Die Filterkassette kann natürlich auch über andere Befestigungsmittel im Verbrennungsluftstrom positioniert werden.

[0009] Das Filtermaterial ist vorzugsweise eine Schüttschicht aus Vulkanasche, Lapilli, Bims, Gesteinsschaum und/oder Blähton. Die Schüttschicht besteht aus einzelnen Körnern, die beispielsweise einen Durchmesser zwischen 2 mm und 70 mm, insbesondere 5 mm und 20 mm, aufweisen, damit der Strömungswiderstand nicht zu hoch ist, aber auch die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Filterkassette so weit herabgesetzt ist, dass eine Reinigung der Verbrennungsluft erfolgen kann. Vorzugsweise enthält das Filtermaterial auch mehrere verschiedene Filtennaterialien. Insbesondere kann das Filtermaterial ein Metalloxid als Katalysator aufweisen, insbesondere Eisenoxid. Zudem können auch Metallspäne als Katalysator eingesetzt werden. Das katalytisch-wirkende Eisenoxid kann in Form von Nanopartikeln als Beschichtung auf zumindest einen Teil der Schüttschicht aufgebracht sein. Auch die Trägerschichten oder anderen Bauteile der Filterkassette können mit Nanopartikeln aus Eisenoxid beschichtet sein.

[0010] Erfindungsgemäß wird auch eine Filterkassette bereitgestellt, die eine untere luftdurchlässige Trägerschicht und eine obere luftdurchlässige Trägerschicht aus einem hitzebeständigen Material aufweist, zwischen denen eine eingeschlossene Schüttung als Filtermaterial angeordnet ist, mittels dem Feinstaubpartikel in einer Anbrandphase absorbierbar und in einer späteren Brandphase desorbierbar sind. Diese Filterkassette kann insbesondere bei bestehenden Kaminöfen nachgerüstet werden, wenn ein Wandabschnitt des Brennraumes, insbesondere im oberen Bereich, entfernt wird und die Filterkassette eingebaut wird. Dadurch kann eine große Vielzahl von bestehenden Kaminöfen mit einem effektiven Filter versehen werden, um die Feinstaubbelastung beim Verbrennungsvorgang zu reduzieren.

[0011] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kaminofens mit Filterkassette;

Figur 2

eine perspektivische Ansicht der Filterkassette, und

Figur 3

eine Schnittansicht durch die Filterkassette der Figur 2.

[0012] Ein Kaminofen 1 umfasst einen Brennraum 2, insbesondere für Holz, aber auch für andere Brennstoffe, der von Seitenwänden 3 umgeben ist. Im unteren Bereich ist ein Boden 4 zum Ablegen des Brennmaterials und eine Luftzufuhr vorgesehen. Die im Brennraum 2 erzeugte Verbrennungsluft durchströmt eine Filterkassette 5, die den Brennraum 2 nach oben hin begrenzt. Die gereinigte Verbrennungsluft wird dann durch einen Abluftkanal 20 in einen Kamin eingeleitet. Die Filterkassette 5 liegt an gegenüberliegenden Seiten mit einem Randabschnitt auf den Seitenwänden 3 des Brennraumes 2 auf. Ferner sind an der Filterkassette 5 nach unten hervorstehende Stege 8 vorgesehen, die an der Innenseite der Seitenwände 3 anliegen oder benachbart zu diesen angeordnet sind. Im hinteren Bereich ist ebenfalls ein Steg 13 der Filterkassette 5 vorgesehen, der benachbart zu einer Rückwand des Brennraumes 2 angeordnet ist. Durch die Stege 8 und 13 ist die Filterkassette 5 an den Seitenwänden 3 positioniert und zudem wird ein Umströmen der Filterkassette 5 weitgehend vermieden.

[0013] Die Filterkassette 5 ist an der Oberseite des Brennraumes 2 angeordnet, an der bei älteren Kaminöfen eine plattenförmige Heizgasumleitung vorgesehen ist. Zum Nachrüsten älterer Kaminöfen mit einer solchen Heizgasumleitung kann diese demontiert werden, um dann die erfindungsgemäße Filterkassette 5 an der Oberseite des Brennraumes 2 zu montieren.

[0014] Die Filterkassette 5 ist in den Figuren 2 und 3 im Detail dargestellt. Die Filterkassette 5 umfasst eine untere Trägerschicht 12 und eine obere Trägerschicht 7, die jeweils aus einem luftdurchlässigen Metallnetz gebildet sind. Die Trägerschichten 7 und 12 sind am Rand durch einen Rahmen 6 eingefasst, der im Querschnitt U-fönnig ausgebildet ist und mit einem oberen Schenkel 9 auf der Trägerschicht 7 aufliegt und mit einem unteren Schenkel 11 die Trägerschicht 12 untergreift. An dem unteren Schenkel 11 des Rahmens 6 sind die Stege 8 und 13 festgelegt. Ein Bodenabschnitt 10 des Rahmens 6 ist umlaufend an der Stirnseite der Filterkassette 5 angeordnet. Dadurch ist ein Filtermaterial 15 allseitig umschlossen in der Filterkassette 5 angeordnet.

[0015] Das Filtermaterial 15 ist als Schüttung ausgebildet, wobei die Korngröße des Filtermaterials größer ist als die Maschenweite der Trägerschichten 7 und 12. Dadurch wird ein Herausfallen von Filtermaterial 15 aus der Filterkassette 5 verhindert, auch wenn beispielsweise eine Reinigung im Druckstrahlverfahren stattfindet.

[0016] Als Filtermaterial wird insbesondere eine Schüttung aus Vulkanasche, Schlacke, Lapilli, Bims, Gesteinsschaum und/oder Blähton verwendet, die jeweils in geeigneter Korngröße in die Filterkassette 5 eingebracht werden. Es können mehrere verschiedene Filtennaterialien in der Filterkassette 5 angeordnet sein, insbesondere kann auch ein Metalloxid, insbesondere Eisenoxid, als Katalysator in dem Filtermaterial 15 enthalten sein. Das Metalloxid kann in Form von Metallspänen oder als Beschichtung eingebracht werden, wobei vorzugsweise katalytisch-wirkende Nanopartikel auf zumindest einen Teil des Filtermaterials aufgebracht sind. Ferner können auch die Trägerschichten 7 und 12 mit einer Beschichtung versehen sein.

[0017] Die Dicke der Filterkassette 5 ist so gewählt, dass im Hinblick auf das Filtermaterial 15 der Strömungswiderstand nicht zu hoch wird, beispielsweise kann die Filterkassette eine Dicke zwischen 1 bis 5 cm, insbesondere 2 bis 4 cm, aufweisen. Wird eine größere Körnung eingesetzt, kann die Filterkassette etwas dicker ausgebildet sein, während eine kleinere Körnung eine dünnere Gestaltung erforderlich macht. Mit der erfindungsgemäßen Filterkassette 5 kann die Feinstaubbelastung, insbesondere in der Anbrandphase, erheblich reduziert werden. Hierzu wurden Versuche nach DIN/EN 13 240 durchgeführt, wobei in der nachfolgenden Tabelle 1 die Versuchsergebnisse bei einem Kaminofen mit einer Standardumlenkung für die Verbrennungsluft gezeigt sind, während in Tabelle 2 die Versuchsergebnisse bei einem Kaminofen mit einer erfindungsgemäßen Filterkassette gezeigt sind.

Tabelle1: Prüfung der Nennwärmeleistung nach DIN/EN 13240 mit Standardumlenkung

Prüfbrennstoff		Scheitholz	Scheitholz	Scheitholz	DIN/EN erfüllt
Versuchstag		02.03.2009	02.03.09	02.03.09
Aufgabemenge (gesamt)	kg	1,60	1,60	1,60	ja
Stellung der Einstellungsrichtungen für: Primärluft		zu	zu	zu
Sekundärluft		max	max.	max.
Mittlerer Förderdruck	Pa	12	12	12	ja
Mittlerer Abgastemperatur ta-tr	K	285	280	270
Mittlerer CO2-Gehalt	%	9,6	9,8	8,9
Mittlerer CO-Gehalt	%	0,21	0,18	0,22
Mittlerer CO-Gehalt der Abgase bezogen auf 13 % O2	%	0,16	0,14	0,19
Stündlicher Abbrand	kg/h	2,72	2,68	2,81
Verlust durch freie Wärme	%	21,4	20,7	21,5
Verlust durch gebundene Wärme	%	1,3	1,1	1,5
Verlust durch Brennbares im Rost- und Schürdurchfall	%	0,5	0,5	0,5
Wirkungsgrad	%	76,8	77,7	76,5	ja
Wärmeleistung P	kW	8,7	8,7	8,9	ja
Mittlerer CO-Gehalt der Abgase bez,. auf 12 % O2	mg/Nm3	2000	2000	2000	ja
Staub bez. auf 13 % O2	mg/Nm3	35	31	40

Tabelle 2: Prüfung der Nennwcirmeleistzcng nach DIN/EN 13240 mit der erfindungsgemäßen Kassette

Prüfbrennstoff		Scheitholz	Scheitholz	Scheitholz	DIN/EN erfüllt
Versuchstag		04.02.09	04.02.09	04.002.09
Aufgabemenge (gesamt)	kg	1,60	1,60	1,60	ja
Stellung der Einstellungsrichtungen für: Primärluft		zu	zu	Zu
Sekundärluft		max.	max.	max.
Mittlerer Förderdruck	Pa	12	12	12	ja
Mittlerer Abgastemperatur ta-tr	K	276	270	288
Mittlerer CO2-Gehal	%	8,6	8,7	10,2
Mittlerer CO-Gehalt	%	0,14	0,10	0,13
Mittlerer CO-Gehalt der Abgase bezogen auf 13 % O2	%	0,12	0,09	0,09
Stündlicher Abbrand	kg/h	2,62	2,97	2,76
Verlust durch freie Wärme	%	22,9	22,3	20,5
Verlust durch gebundene Wärme	%	1,0	0,7	0,8
Verlust durch Brennbares im Rost- und Schürdurchfall	%	0,5	0,5	0,5
Wirkungsgrad	%	75,6	76,5	78,2	ja
Wärmeleistung P	kW	8,3	9,4	9,0	ja
Mittlerer CO-Gehalt der Abgase bez,. auf 12 % O2	mg/Nm3	1750	1125	1125	ja
Staub bez. auf 13 % O2	mg/Nm3	9	9	10

[0018] Wie die Tabellen zeigen, wurde der Feinstaub bei zwei Versuchen mit einem Kaminofen ohne Filterkassette mit 24 bzw. 26 mg/Nm³ gemessen. Bei dem Kaminofen mit der erfindungsgemäßen Filterkassette konnte die Feinstaubbelastung auf 9 mg/Nm³ verringert werden. Dies entspricht einer Reduzierung der Feinstaubbelastung um mehr als 75 %. Bei dem Versuch wurde als Filtermaterial Lapilli mit einer Nanobeschichtung aus Eisenoxid eingesetzt.

[0019] Die Filterkassette 5 kann auch mehrere Schichten eines oder unterschiedlicher Filtennaterialien enthalten. Dabei können die Schichten durch ein oder mehrere luftdurchlässige Mittelschichten voneinander getrennt sein. Zudem können in einen Kaminofen 1 auch mehrere Filterkassetten 5 im Verbrennungsluftstrom vorgesehen werden.

Ansprüche

1. Kaminofen (1), mit einem Brennraum (2), der eine Luftzufuhr und eine Heizgasleitung (20) aufweist, wobei in einem mit Verbrennungsluft durchströmten Bereich ein Filtermaterial (15) vorgesehen ist, mittels dem Feinstaubpartikel in einer Anbrandphase absorbierbar und in einer späteren Brandphase desorbierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial (15) in einer herausnehmbaren Filterkassette (5) angeordnet ist, die eine luftdurchlässige Trägerschicht (7, 12) aufweist, an der das Filtermaterial (15) anliegt.

2. Kaminofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkassette (5) einen den Brennraum (2) begrenzenden Wandabschnitt ausbildet.

3. Kaminofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkassette (5) eine untere luftdurchlässige Trägerschicht (12) und eine obere luftdurchlässige Trägerschicht (7) aufweist, zwischen denen das Filtennaterial (15) angeordnet ist.

4. Kaminofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkassette (5) einen im Querschnitt U-förmigen Rahmen (6) aufweist, der einen Randabschnitt der unteren und oberen Trägerschicht (7, 12) einfasst.

5. Kaminofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (6) nach unten hervorstehende Haltestege (8, 13) aufweist, die an einer Innenseite einer Seitenwand des Brennraums angeordnet sind.

6. Kaminofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkassette (5) den Brennraum (2) nach oben begrenzt und an gegenüberliegenden Seiten im Randbereich jeweils auf den Seitenwänden (3) des Brennraumes (2) aufliegt.

7. Kaminofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schicht des Filtermaterials (15) eine Schüttschicht aus Vulkanschlacke, Lapilli, Bims, Gesteinsschaum und/oder Blähton ist.

8. Kaminofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial ein Metalloxid als Katalysator aufweist, insbesondere Eisenoxid.

9. Kaminofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtennaterial katalytisch-wirkende Nanopartikel mit Eisenoxid enthält.

10. Kaminofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial (15) als Schüttung ausgebildet ist, deren Korngröße größer als eine Maschenweite eine Metallnetzes der Trägerschichten.

11. Filterkassette (5), insbesondere für einen Kaminofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkassette (5) eine untere luftdurchlässige Trägerschicht (12) und eine obere luftdurchlässige Trägerschicht (7) aus einem hitzebeständigem Material aufweist, zwischen denen eine eingeschlossene Schüttung als Filtennaterial (15) angeordnet ist, mittels dem Feinstaubpartikel in einer Anbrandphase absorbierbar und in einer späteren Brandphase desorbierbar sind.

Zeichnung