DE102013020398A1 - Combustion chamber installed in e.g. chimney oven, has active high temperature stable assembly which is provided with support portion in which catalytically active substance is coated for reduction of pollutant emissions - Google Patents

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Bodo Specht
Frank Werner
Wolf-Dietrich Einicke
Daniel Dvoracek
Dirk Enke
Ingo Hartmann
Saad Butt
René Bindig
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Dbfz Deutsches Biomasseforschungszentrum Gemei De
Universitaet Leipzig De
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Dbfz Deutsches Biomasseforschungszentrum Gemeinnuetzige GmbH
Specht Modulare Ofensysteme & Co KG GmbH
Universitaet Leipzig
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Abstract

The combustion chamber has active high temperature stable assembly which is provided catalytically for the reduction of pollutant emissions in the combustion chamber main portion. The active high temperature stable assembly has a support portion in which catalytically active substance is coated. The coated catalytically active substance is comprised of catalytically effective material for performing catalytically active surface area conversion on a substrate. The support portion is provided with an open-cell and macro-porous structure. Independent claims are included for the following: (1) firing kiln; and (2) method of finishing, conversion and operating combustion chamber.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennraum, einen Brennofen, ein Verfahren und einen Nachrüstsatz. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Brennraum eines Kaminofens, oder eines Kessels oder desgleichen, als Brennofen insbesondere einen Kaminofen, oder einen Kessel oder desgleichen, sowie ein Verfahren zum Ausrüsten, Umrüsten und/oder Betreiben eines Brennraums sowie einen Nachrüstsatz als Kit zum Durchführen eines solchen Verfahrens.The invention relates to a combustion chamber, a kiln, a method and a retrofit kit. In particular, the invention relates to a combustion chamber of a stove, or a boiler or the like, as a kiln in particular a stove, or a boiler or the like, and a method for equipping, converting and / or operating a combustion chamber and a retrofit kit as a kit for performing such a method ,

Beschreibung des Standes der TechnikDescription of the Prior Art

Zum Stand der Technik der Emissionsminderung bei Kleinfeuerungsanlagen gehören bisher nachgeschaltete Verfahren, sogenannte sekundäre Maßnahmen der Abgasreinigung. Auch integrierte Systeme werden vereinzelt eingesetzt. Messergebnisse deuten auf einen weiteren Entwicklungsbedarf hin. An herkömmlichen Kaminöfen lassen sich zwar Schadstoffreduzierungen mit nachgeschalteten Katalysatoren und Abscheidern erzielen, jedoch erreichen derartige Kombinationen aus Feuerung und Nachbehandlungsstufe aufgrund der hohen Abgasverluste nur Wirkungsgrade von deutlich weniger als 70%. Beispielsweise vermindert eine aus energetischer Sicht notwendige Reduzierung der Abgastemperatur einen ausreichenden Abbau an nachgeschalteten Katalysatoren. Um die notwendigen Schadstoffreduzierungen schon bei Abgastemperaturen zwischen 200 bis 300°C zu erreichen, besteht die Option, die Katalysatoren elektrisch zu beheizen. Der Gesamtnutzungsgrad des Kaminofens verschlechtert sich jedoch durch die benötigte Zusatzenergie. Zusätzlich kann die notwendige Hilfsenergie zu Akzeptanzproblemen beim Nutzer führen.The state of the art of emission reduction in small combustion plants so far include downstream process, so-called secondary measures of emission control. Even integrated systems are used occasionally. Measurement results indicate a further need for development. Although emissions reductions with downstream catalysts and separators can be achieved in conventional stoves, such combinations of firing and aftertreatment stage only achieve efficiencies of significantly less than 70% due to the high exhaust gas losses. For example, reducing the exhaust gas temperature, which is necessary from an energy point of view, reduces sufficient degradation of downstream catalysts. In order to achieve the necessary emissions reductions even at exhaust gas temperatures between 200 and 300 ° C, there is the option of electrically heating the catalysts. However, the overall efficiency of the stove worsened by the required additional energy. In addition, the necessary auxiliary energy can lead to acceptance problems for the user.

Bei Betrachtung des realen Verbrennungsprozesses wird in Festbrennstofffeuerungen das organische Material im Biomasse-Brennstoff aus den Hauptelementen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff zu einem gewissen Teil unvollständig mit Sauerstoff zu Kohlenstoffmonoxid und flüchtige organische Verbindungen umgesetzt. Eigene Messungen der Erfinder zeigen, dass derzeit nur mit vollautomatischen Holzpelletkesseln modernster Bauart bei optimaler Prozessgestaltung ein nahezu vollständiger Ausbrand ohne nennenswerte CO- und VOC-Emissionen erzielbar ist. Oftmals und in Abhängigkeit von dem Verbrennungsverlauf werden un- oder teiloxidierte Verbindungen zu höhermolekularen kondensierbaren Verbindungen umgesetzt. Es sind dabei vor allem die hochtoxischen aromatischen Kohlenwasserstoffe als wichtigste Schadstoffgruppe zu nennen, welche über das Abgas in für die Umwelt äußerst schädlichen Mengen abgegeben werden. Diese aromatischen Kohlenwasserstoffe lagern sich bei Abkühlung des Abgases an primären Aerosolen an und/oder führen durch weitere Ringbildung durch Addition von Acetylen zur Rußpartikelbildung.Considering the real combustion process in solid fuel firing, the organic material in the biomass fuel from the main elements carbon, hydrogen and oxygen is to some extent incompletely converted with oxygen to carbon monoxide and volatile organic compounds. Own measurements of the inventors show that currently only with fully automatic wood pellet boilers modern design with optimal process design, a nearly complete burnout without significant CO and VOC emissions can be achieved. Often, and depending on the course of combustion, un- or partially oxidized compounds are converted to higher molecular weight condensable compounds. There are especially the highly toxic aromatic hydrocarbons to be mentioned as the most important pollutant group, which are released via the exhaust in extremely harmful to the environment amounts. These aromatic hydrocarbons accumulate on cooling of the exhaust gas to primary aerosols and / or lead by further ring formation by addition of acetylene for soot particles.

Der Abbrandverlauf bei Biomasseverbrennungen gliedert sich in die vier Abschnitte Trocknung, Pyrolyse, Vergasung und Nachverbrennung. Eine Trennung von Primärzone (Trocknung, Pyrolyse, Feststoffvergasung) und Sekundärzone (Oxidation/(Nach)Verbrennung) ist erwünscht. In modernen Anlagen wird diese grundlegende Verfahrensweise für einen emissionsarmen Betrieb durch ausreichende Luftstufung (Trennung von Primär- und Sekundärluftzuführung) erzielt.The combustion process in biomass incineration is divided into the four sections drying, pyrolysis, gasification and afterburning. Separation of primary zone (drying, pyrolysis, solid gasification) and secondary zone (oxidation / (post) combustion) is desired. In modern plants, this basic procedure for low-emission operation is achieved by adequate air staging (separation of primary and secondary air supply).

Trocknung: Zunächst wird der Holzbrennstoff in einem endothermen Prozess aufgeheizt und getrocknet. Eine Zersetzung des organischen Materials findet dabei kaum statt.Drying: First, the wood fuel is heated in an endothermic process and dried. There is hardly any decomposition of the organic material.

Pyrolytische Zersetzung: Bei Temperaturen zwischen 200 und 300°C beginnt mit der Pyrolyse ein Abbau- und Zerstörungsvorgang der Biomasse-Polymere (Cellulose, Hemicellulose und Lignin). Unter Sauerstoffabschluss entstehen Pyrolysekoks („Holzkohle”), Methan, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffverbindungen, welche teilweise als Pyrolyseöl auskondensieren können. In diesem Prozessschritt werden bis ca. 80% der Biomasse verflüchtigt.Pyrolytic decomposition: At temperatures between 200 and 300 ° C, pyrolysis starts a decomposition and destruction process of the biomass polymers (cellulose, hemicellulose and lignin). Under exclusion of oxygen arise pyrolysis ("charcoal"), methane, hydrogen and hydrocarbon compounds, which can partially condense out as pyrolysis. In this process step up to approx. 80% of the biomass is volatilized.

Vergasungsprozess: Der bei der Pyrolyse gebildete kohlenstoffreiche Feststoff („Holzkohle”) wird mit unterstöchiometrischem Sauerstoffangebot (0 < lambda < 1) aus der sogenannten Primärluft zu weiteren Brenngasen (Vergasung), wie z. B. Kohlenstoffmonoxid, Wasserstoff und Methan umgewandelt.Gasification process: The carbon-rich solid ("charcoal") formed during the pyrolysis is used with substoichiometric oxygen supply (0 <lambda <1) from the so-called primary air to other fuel gases (gasification), such. As carbon monoxide, hydrogen and methane converted.

Oxidation/(Nach)Verbrennung: In der sich anschließenden Oxidation mit definiertem Luftüberschuss werden die in den vorangegangen Teilschritten entstandenen brennbaren gasförmigen Stoffe unter Flammenausbildung mit dem Sauerstoff der Luft zu Abgasen (CO2, H2O) oxidiert.Oxidation / (post) combustion: In the subsequent oxidation with a defined excess of air, the flammable gaseous substances formed in the preceding substeps are oxidized to flue gases (CO2, H2O) with the oxygen of the air under flame formation.

Deutlich ist der erhöhte Ausstoß von Schadstoffen (Kohlenmonoxid CO, Methan CH4, aromatische Verbindungen) und von Acetylen C2H2 als Vorläufersubstanz von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) und Ruß in der Startphase von Holzfeuerungen messbar. PAK bilden sich bevorzugt in brennstoffreichen Flammenregionen, indem sich Acetylenradikale an bestehende aromatische Ringe wie Benzol anlagern, so dass sich größere Ringkomplexe bilden. Über das Naphthalin C10H8 – den einfachsten PAK – werden so sukzessive immer größere und relativ stabile PAK synthetisiert. Bei niedrigen Flammentemperaturen und geringen Verweilzeiten erfahren diese durch die sogenannte Pyrosynthese gebildeten PAK keine weitere Oxidation und werden somit über das Abgas entweder adsorbiert an festen Partikeln oder durch Rußbildung als kohlenstoffreicher Feststoff emittiert. Aus der Praxis liegen Erfahrungen für die benötigten Temperaturen von größer 800°C und Verweilzeiten von mindestens 1 s vor.The increased emissions of pollutants (carbon monoxide CO, methane CH4, aromatic compounds) and of acetylene C2H2 as precursors of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and soot in the start-up phase of wood combustion are clearly measurable. PAHs prefer to form in fuel-rich flame regions by attaching acetylene radicals to existing aromatic rings, such as benzene, to form larger ring complexes. The naphthalene C10H8 - the simplest PAH - is used to synthesize progressively larger and relatively stable PAHs. At low flame temperatures and low residence times, these PAHs formed by the so-called pyrosynthesis undergo no further oxidation and are thus adsorbed via the exhaust gas either on solid particles or by soot formation as carbon-rich solid emitted. From experience there are experiences for the required temperatures of more than 800 ° C and residence times of at least 1 s.

Die Stäube aus Verbrennungsprozessen bestehen im Allgemeinen aus einer Mischung aus unvollständig verbrannten Kohlenstoffwasserstoffverbindungen, Ruß, mineralischen Brennstoffbestandteilen und Fremdstoffen aus Verunreinigungen. Die Ursachen einer übermäßigen Staubbildung sind in einem zu kleinen oder zu großen Verbrennungsluftverhältnis und in einem vorzeitigen Verlassen der Brennstoffpartikel aus der heißen Reaktionszone zu finden. Die Untersuchungen ergaben, dass bei herkömmlichen Kaminen bis zu 50% der Feinstaubemissionen in der Startphase entstehen können. Die bisher bekannten katalytischen Emissionsminderungsverfahren können ohne Hilfsenergie in dieser Phase noch keine ausreichende Wirkung entfalten.The dusts from combustion processes generally consist of a mixture of incompletely burned hydrocarbon compounds, soot, mineral fuel constituents, and contaminant impurities. The causes of excessive dust formation are found in too small or too large a combustion air ratio and in premature leaving of the fuel particles from the hot reaction zone. The investigations showed that with conventional fireplaces up to 50% of the fine dust emissions in the starting phase can arise. The previously known catalytic emission reduction process can not develop sufficient power without auxiliary energy in this phase.

Kurz gesagt zielen bisherige Maßnahmen auf einen nachgeschalteten Abbau der schwer zu oxidierenden aromatischen Verbindungen ab. Beispielsweise werden in den USA nachgeschaltete Katalysatoren in vielen Kaminöfen eingesetzt. Ein etablierter Hersteller dieser Systeme ist die Applied Ceramics, Inc. aus Atlanta. In Europa bietet die Firma gs-components handelsges. m. b. H. aus Österreich diese Katalysatoren unter der Marke Firecat® für Feuerungshersteller als OEM-Produkt an. Seit ca. zwei Jahren können Verbraucher Kaminöfen des Herstellers Caminos mit nachgeschaltetem Katalysator „KlimaKAT” erwerben. Langzeiterfahrungen zu diesem Produkt liegen jedoch noch nicht vor. Die Vorrichtung wurde zum Einbau in der Nachverbrennungskammer von Kaminöfen konzipiert und als Europäische Patentschrift EP 1 750 071 B1 angemeldet.In short, previous measures are aimed at downstream degradation of the difficult-to-oxidize aromatic compounds. For example, in the US downstream catalysts are used in many stoves. An established manufacturer of these systems is Applied Ceramics, Inc. of Atlanta. In Europe the company gs-components Handelsgesges. mb H. from Austria listed these catalysts under the brand name Firecat ® for combustion manufacturers as an OEM product. For about two years consumers can buy stoves from the manufacturer Caminos with downstream catalyst "KlimaKAT". However, long-term experience with this product is not yet available. The device was designed for installation in the afterburner chamber of stoves and as a European patent EP 1 750 071 B1 Registered.

Die Fa. Specht besitzt ein am 05.08.2009 zugeteiltes europäisches Patent EP 1 340 943 , welches einen Ofen für Festbrennstoffe mit einem Brennprinzip auf Basis der Holzvergasertechnik mit zwei übereinanderliegenden Brennkammern beschreibt. In der zweiten Brennkammer werden die Abgase aus der oberen Brennkammer mithilfe der Unterbrandtechnik und aufgrund der widerstandsarmen Luftführung und der guten Durchmischung der Abgase mit Sekundärluft in einer gleichbleibend hohen Umgebungstemperatur nahezu vollständig verbrannt. Der xeoos-Kaminofen basiert auf dem von der Firma Specht entwickelten TwinFire-Brennverfahren. Hierbei werden zwei Brennkammern vertikal übereinander angeordnet. Der obere Brennraum wird mit Brennstoff beschickt und ist über einen in „Sandwich”-Bauweise und mit Luft durchspültem Doppelboden von dem unteren Brennraum getrennt. Die Verbindung zwischen beiden Brennräumen stellt ein runder Durchlass, abgedeckt mit einem speziellen Rost, dar. Der xeoos ist nach der DIN 18891 und EN 13240 für Kaminöfen nach Bauart 1 zugelassen. Das patentierte TwinFire-System funktioniert nach dem Prinzip einer Vergaserfeuerung. Im oberen Feuerraum wird zur ersten Verbrennungsstufe Primärluft entsprechend der gewünschten Heizleistung zugeführt. Das dabei entstehende noch energiereiche Holzgas wird durch die Glut gezogen und zentral unter Zuführung von Sekundärluft bei ausreichend hohen Temperaturen verbrannt. Nach einer Anheizphase von ca. 30 min wird in dem oberen Brennraum eine ausreichende Grundglut gebildet, welches die Grundlage für das Zünden des TwinFires darstellt. Die Glutzone im oberen Brennraum ist bis zu 1200°C heiß. Nach der Anheizphase wird der obere Brennraum mittels einer Abgasklappe abgedichtet und der natürliche Schornsteinzug steht dann in dem unteren Brennraum an. Dadurch werden die Abgase des oberen Brandes durch die heiße Glutzone gesaugt und gelangen durch Zugabe von ausreichend Sekundärluft wieder zur Verbrennung. Die Abgase verbrennen im unteren Brennraum als reine nach unten gerichtete Gasflamme. Der räumlich zweigeteilte Verbrennungsprozess im oberen und unteren Feuerraum ist durch die große Glaskeramikscheibe jederzeit gut zu beobachten. Durch den guten Ausbrand in der zweiten Verbrennungsstufe erreicht der xeoos einen hohen Wirkungsgrad.The company Specht owns a European patent assigned on 05.08.2009 EP 1 340 943 , which describes a furnace for solid fuels with a firing principle based on the Holzvergasertechnik with two superimposed combustion chambers. In the second combustion chamber, the exhaust gases from the upper combustion chamber are almost completely burned by means of the underfire technique and due to the low-resistance air flow and the good mixing of the exhaust gases with secondary air in a constantly high ambient temperature. The xeoos stove is based on the TwinFire combustion process developed by Specht. Here, two combustion chambers are arranged vertically one above the other. The upper combustion chamber is supplied with fuel and is separated from the lower combustion chamber via a double-bottomed "sandwich" design and air-flushed double bottom. The connection between the two combustion chambers is a round passage, covered with a special grate. The xeoos is after the DIN 18891 and EN 13240 approved for type 1 stoves. The patented TwinFire system works on the principle of carburetor firing. In the upper combustion chamber, primary air is supplied to the first combustion stage in accordance with the desired heat output. The resulting high-energy wood gas is drawn through the embers and burned centrally with the supply of secondary air at sufficiently high temperatures. After a heating phase of approx. 30 min, a sufficient base heat is formed in the upper combustion chamber, which forms the basis for igniting the TwinFire. The glow zone in the upper combustion chamber is up to 1200 ° C hot. After the Anheizphase the upper combustion chamber is sealed by means of an exhaust flap and the natural chimney draft is then in the lower combustion chamber. As a result, the exhaust gases of the upper fire are sucked through the hot glowing zone and return to combustion by adding sufficient secondary air. The exhaust gases burn in the lower combustion chamber as a pure downwardly directed gas flame. The spatially split combustion process in the upper and lower combustion chambers is easy to observe at all times thanks to the large glass ceramic pane. Due to the good burnout in the second combustion stage, the xeoos achieves a high degree of efficiency.

Aufgabenstellungtask

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen.The invention has for its object to provide the prior art an improvement or an alternative.

Lösungsolution

Nach einem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung löst diese Aufgabe ein Brennraum, insbesondere eines Kaminofens, oder eines Kessels oder desgleichen, wobei innerhalb des Brennraums eine katalytisch wirksame hochtemperaturstabile (das heißt dauerhaft bei > 650°C einsetzbare) Baugruppe zur Minderung von Schadstoffemissionen vorgesehen ist.According to a first aspect of the present invention, this object solves a combustion chamber, in particular a stove, or a boiler or the like, within the combustion chamber, a catalytically effective high-temperature stable (that is permanently used at> 650 ° C) assembly is provided to reduce pollutant emissions ,

Die Erfinder haben festgestellt, dass die pyrosynthetische Bildung von thermisch und chemisch stabilen PAK über radikalische Zwischenstufen der Vorläufersubstanzen durch gezielte Zerstörung eben jener Vorläufer im heißen Brennraum verhindert werden kann. Der hier vorgestellte Aspekt der Erfindung kann also mit kurzen Worten dahingehend zusammengefasst werden, dass die Schadstoffe gar nicht erst entstehen gelassen werden. Die Schadstoffe, welche von einem derart gestalteten Brennraum emittiert werden, sind daher gegenüber dem bisherigen Stand der Technik ganz erheblich gemindert. So haben sich bei Prototypenversuchen der Erfinder an einem Kaminofen mit Holzvergasung Reduzierungen der Schadstoffemissionen von teilweise um 70% eingestellt. Da für die de-novo-Synthese beispielsweise fester Kohlenstoff in Form von Ruß notwendig ist, kann eine Rußreduzierung auch eine PCDD/F-Bildung deutlich mindern.The inventors have found that the pyrosynthetic formation of thermally and chemically stable PAHs via radical intermediates of the precursor substances can be prevented by targeted destruction of precisely those precursors in the hot combustion chamber. The presented here aspect of the invention can therefore be summarized in a nutshell to the effect that the pollutants are not even allowed to arise. The pollutants which are emitted by a combustion chamber designed in this way are therefore considerably reduced compared to the prior art. For example, in prototype experiments, the inventors of a wood-burning stove with wood gas emissions have reduced their pollutant emissions by at least 70%. As for the de novo synthesis For example, solid carbon in the form of carbon black is necessary, soot reduction can also significantly reduce PCDD / F formation.

Die Verwendung eines Teils der Lösungsansätze auf Basis der zur Anwendung kommenden Katalysatortechnik ist nicht auf das Unterbrandprinzip beschränkt. Der Grund dafür ist, dass die Wände der Brennkammern in der Regel als Wärmeübertragerfläche ausgeführt sind. Die Temperaturen an den Innenwänden sind durch die benötigte Temperaturdifferenz als Triebkraft des Wärmetransportes zumeist deutlich geringer, als die Temperaturen im Kern der Reaktionszone. Vor allem Strahlungsaustauschvorgänge zwischen der „kalten” Innenwand und der heißen Gasströmung können eine vollständige Oxidation vor allem in der Randzone erschweren. Durch eine hohe Turbulenz der Gasströmung können hohe radiale Temperaturgradienten vermieden werden. Die grundsätzlich allgemein anwendbare Grundidee, die Innenwände mit einer katalytisch wirkenden Beschichtung zu versehen, basiert auf der Annahme, dass an einer definiert kälteren Oberfläche (hier Innenwand des Brennraums) die flüchtigen organischen Verbindungen adsorbieren und durch Diffusion in den Poren zu den aktiven Zentren des Katalysatormaterials gelangen, dort chemisch aktiviert werden und damit schneller vollständig oxidiert werden. Somit stehen für die Pyrosynthese von PAK im umschlossenen Brennraum kaum noch Edukte zur Verfügung, so dass eine effektive Emissionsvermeidung erzielt wird. Die obige Ausführung zeigt aber auch, dass die katalytische Wirkung der Brennkammerwände ein bestimmtes Temperaturfenster für einen effektiven Einsatz bei langer Standzeit benötigt. Damit ist eine gezielte Auslegung der Brennkammergeometrie in der Praxis von Vorteil.The use of some of the approaches based on the catalyst technology used is not limited to the subfire principle. The reason for this is that the walls of the combustion chambers are usually designed as a heat exchanger surface. The temperatures on the inner walls are usually much lower than the temperatures in the core of the reaction zone due to the required temperature difference as a driving force of the heat transfer. Above all, radiation exchange processes between the "cold" inner wall and the hot gas flow can make complete oxidation, especially in the edge zone, more difficult. By a high turbulence of the gas flow high radial temperature gradients can be avoided. The basic principle, which is generally applicable in principle, of providing the inner walls with a catalytically active coating is based on the assumption that the volatile organic compounds adsorb on a defined colder surface (here inner wall of the combustion chamber) and by diffusion in the pores to the active centers of the catalyst material reach there, be chemically activated there and thus faster oxidized completely. Thus, hardly any starting materials are available for the pyrosynthesis of PAH in the enclosed combustion chamber, so that an effective emission prevention is achieved. However, the above embodiment also shows that the catalytic effect of the combustion chamber walls requires a specific temperature window for effective use with a long service life. This is a targeted interpretation of the combustion chamber geometry in practice an advantage.

Bevorzugt weist die katalytisch wirksame Baugruppe einen Träger mit einem katalytisch wirksamen Stoff auf, insbesondere als eine Beschichtung, wobei die Beschichtung einen katalytisch wirksamen Stoff aufweist, oder als eine katalytisch wirksame Oberflächenumwandlung des Trägers. Es hat sich bei verschiedenen Prototypenversuchen der Erfinder als sehr vorteilhaft herausgestellt, die katalytisch wirkenden Stoffe als eine möglichst gut in die herkömmliche Geometrie einer Brennkammer einpassbare Baugruppe zu erstellen. Außerdem stellt ein Trägerkörper immer sogleich eine große Oberfläche zur Verfügung, so dass die Katalyse möglichst effektiv vonstattengehen kann. Ein Körper, der sich im Brennraum und somit in den Strömungswegen der Verbrennungsgase und Verbrennungs-Partikel befindet, hat außerdem im Normalfall an seiner äußeren Oberfläche die größte Kontaktfläche mit der Strömung, so dass die Beschichtung die katalytisch wirksamen Stoffe genau dort hinbringt, wo der größte Effekt zu erreichen ist. Im Inneren des Körpers hingegen ist mit einem geringeren oder sogar gar keinem Effekt zu rechnen.The catalytically active assembly preferably has a carrier with a catalytically active substance, in particular as a coating, wherein the coating has a catalytically active substance, or as a catalytically effective surface conversion of the carrier. It has been found in various prototype experiments by the inventor to be very advantageous to create the catalytically active substances as a as well as possible in the conventional geometry of a combustion chamber assembly. In addition, a carrier body always immediately provides a large surface area, so that the catalysis can be carried out as effectively as possible. A body, which is located in the combustion chamber and thus in the flow paths of the combustion gases and combustion particles, also normally has on its outer surface the largest contact surface with the flow, so that the coating brings the catalytically active substances right where the largest Effect is achieved. On the other hand, there is less or no effect on the inside of the body.

Ein geeigneter Träger kann beispielsweise einen voluminösen Körper aufweisen, beispielsweise in Quaderform, in Scheibenform, in Plattenform oder in Stabform. Es kann aber auch ein komplexerer Körper sein, wie beispielsweise ein aus mehreren Stäben zusammengesetztes Element, wie beispielsweise ein Gitterrost.For example, a suitable carrier may have a bulky body, for example, cuboid, disc, plate, or rod. But it may also be a more complex body, such as a composite of several rods element, such as a grating.

Es versteht sich von selbst, dass nicht zwingend ein gesamter Trägerkörper katalytisch beschichtet sein muss. Vielmehr reicht es aus, wenn nur ein Teil der Oberfläche katalytisch beschichtet ist. Naturgemäß ist jedoch eine umso stärkere katalytische Wirkung zu erwarten, wenn die Beschichtung möglichst großflächig vorgenommen ist. Dies gilt jedenfalls für mindestens eine Oberfläche eines Körpers.It goes without saying that not necessarily an entire carrier body must be catalytically coated. Rather, it is sufficient if only a part of the surface is catalytically coated. Naturally, however, an even stronger catalytic effect is to be expected if the coating is made as large as possible. This applies in any case for at least one surface of a body.

Generell sei im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung darauf hingewiesen, dass eine Angabe mit einem unbestimmten Zahlenartikel wie „ein ...”, „zwei ...” usw. im Regelfall als eine Mindestens-Angabe zu verstehen sein soll, also als „mindestens ein ...”, „mindestens zwei ...” usw. Dies gilt nur dann nicht, wenn etwa im Kontext einer solchen Formulierung sich ausdrücklich ergibt, dass dort nur „genau ein ...”, „genau zwei ...” usw. gemeint sein soll.In general, it should be noted in the context of the present patent application that an indication with an indefinite number article such as "a ...", "two ..." and so on should usually be understood as a minimum statement, ie as "at least a ... "," at least two ... ", etc. This only applies if, for example, in the context of such a wording, it expressly states that only" exactly one ... "," exactly two ... " etc. should be meant.

Um die katalytisch wirkende Oberfläche zu maximieren, wird vorgeschlagen, dass der Träger die Struktur eines porösen Schwammes aufweist. Als porös sei ein Trägerkörper dann zu verstehen, wenn er entweder offene oder geschlossene Poren aufweist, also Gänge, welche miteinander verbunden oder nicht miteinander verbunden für sich betrachtet zumindest zum Teil eine Längserstreckung haben, gerade, gekrümmt oder anders verlaufend, welche erheblich länger sind als der Durchmesser dieser Gänge und Kanäle beträgt. Anders herum kann man von einem porösen Körper auch dann sprechen, wenn seine Porosität mehr als beispielsweise 10% beträgt.In order to maximize the catalytically active surface, it is proposed that the support has the structure of a porous sponge. A carrier body is to be understood as being porous if it has either open or closed pores, ie passages which, connected to one another or not connected to one another, have at least in part a longitudinal extent, straight, curved or otherwise running, which are considerably longer than the diameter of these passages and channels is. On the other hand, one can speak of a porous body even if its porosity is more than 10%, for example.

Chemisch-technisch wird vorgeschlagen, dass die Baugruppe, insbesondere der Träger, Aluminium aufweist, insbesondere Aluminiumoxid, oder sogar überwiegend daraus besteht. Es hat sich bei den Prototypenversuchen der Erfinder herausgestellt, dass die Träger aus Aluminiumoxid die hier gewünschte Katalyse in erfreulichem Maße unterstützen und dass außerdem ein solcher Träger eine ausreichende Hitzebeständigkeit aufweist, weil bei der Anwendung der hier vorliegenden Erfindung Temperaturen von mehreren hundert °C der Normalfall sind.From a chemical-technical point of view, it is proposed that the assembly, in particular the support, comprises aluminum, in particular aluminum oxide, or even predominantly thereof. It has been found in the prototype experiments of the inventors that the support of alumina support the desired here catalysis in a pleasing extent and that also such a support has sufficient heat resistance, because in the application of the present invention, temperatures of several hundred ° C, the normal case are.

Alternativ oder kumulativ kann die Baugruppe, insbesondere der Träger, vorteilhaft Korund und/oder Zinkaluminat aufweisen, insbesondere Korund und Zinkaluminat, wobei auch andere Aluminate (wie Ni, Co usw.) infrage kommen und wobei auch andere Ferrite infrage kommen.Alternatively or cumulatively, the assembly, in particular the carrier, may advantageously comprise corundum and / or zinc aluminate, in particular corundum and zinc aluminate, although other aluminates (such as Ni, Co, etc.) come into question and in which other ferrites are eligible.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Baugruppe, insbesondere die Beschichtung, ein Manganoxid auf oder besteht sogar zumindest überwiegend daraus.In the preferred embodiment of the invention, the assembly, in particular the coating, a manganese oxide or even at least predominantly thereof.

Wenn immer in einem Brennraum eine Baugruppe vorgesehen wird, nimmt die Baugruppe Einfluss auf die Strömungsverhältnisse von der Brennstelle zum Abgasabzug. Wenn der Strömungswiderstand hierbei zu sehr erhöht wird, besteht die Gefahr, dass ein aktives Hilfsmittel zum Nachführen von Verbrennungsluft erforderlich wird oder dass jedenfalls die Verbrennung schlechter stattfindet. Es hat sich daher als eine vorteilhafte Variante herausgestellt, die hier vorgeschlagene katalytisch wirkende Baugruppe als ein Auskleidungselement des Brennraums vorzusehen. Ein „Auskleidungselement” ist ein solches Element, welches sich an eine Wand, einen Boden und/oder eine Decke des Brennraums anschmiegt. Definieren lässt sich dies beispielsweise dadurch, dass das jeweilige Element eine ausgeprägt flächige Struktur annimmt oder sich in Mehrzahl von Elementen zu einer ausgeprägt flächigen Struktur zusammensetzt, wobei die flächige Struktur zumindest in etwa parallel zur jeweiligen Wand, zum Boden oder zur Decke des Brennraums, in welchem die flächige Struktur angeordnet und Idealerweise an welcher/welchem sie befestigt oder im Falle eines Bodens zumindest aufgelegt ist. In den meisten Fällen wird sich ein Auskleidungselement dadurch kennzeichnen, dass es mit einem Halter entweder direkt an Wand, Boden oder Decke befestigt ist oder dass es mit einem Abstand dort gehalten ist.If an assembly is always provided in a combustion chamber, the assembly influences the flow conditions from the combustion chamber to the exhaust gas outlet. If the flow resistance is increased too much in this case, there is a risk that an active tool for tracking combustion air is required or that in any case the combustion takes place worse. It has therefore proved to be an advantageous variant to provide the catalytically active assembly proposed here as a lining element of the combustion chamber. A "lining element" is one such element which conforms to a wall, floor and / or ceiling of the combustion chamber. This can be defined, for example, by virtue of the fact that the respective element assumes a pronounced planar structure or is composed of a plurality of elements to form a pronounced planar structure, the planar structure being at least approximately parallel to the respective wall, floor or ceiling of the combustion chamber in which the planar structure is arranged and, ideally, to which / which it is fastened or at least applied in the case of a floor. In most cases, a lining element will be characterized by being fastened with a holder either directly to the wall, floor or ceiling, or held there with a clearance therebetween.

Alternativ und kumulativ hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Baugruppe als ein Gitterrost ausgestaltet ist, insbesondere unterhalb einer Brennstelle. Ein Gitterrost hat den Vorteil, dass es einer Durchströmung im Allgemeinen relativ wenig Strömungswiderstand entgegensetzt. Die schadstoffbelastete Luft, welche von der Brennstelle aus zum Abgasabzug strömt, kann somit leicht durch einen Gitterrost hindurchgeführt werden. Es wird dabei in die Strömungsverhältnisse relativ wenig eingegriffen. Dennoch bietet der Gitterrost der durch es hindurch laufenden Strömung eine große Kontaktoberfläche für die katalytische Reaktion an.Alternatively and cumulatively, it has proved to be advantageous if the assembly is designed as a grate, in particular below a combustion point. A grate has the advantage that it opposes a flow generally relatively little flow resistance. The polluted air, which flows from the firing point to the exhaust gas outlet, can thus be easily passed through a grid. It is relatively little intervened in the flow conditions. Nevertheless, the grate of the flow passing through it provides a large contact surface for the catalytic reaction.

Insbesondere können mehrere Gitterroste hintereinander vorgesehen sein oder der Gitterrost kann von einfachen Rundstäben abweichend beispielsweise mit Blechen vorgesehen sein, wobei die Bleche jeweils sich in Strömungsrichtung erstrecken, so dass sich gewissermaßen eine Vielzahl großer Kanäle ergeben, durch welche die die Gase hindurchströmen können und im Idealfall müssen.In particular, a plurality of gratings may be provided in succession or the grating may be provided by simple round rods deviating, for example, with sheets, the sheets each extending in the flow direction, so that, as it were, a plurality of large channels, through which the gases can flow and ideally have to.

In einer Anwendung des Brennraum-Prinzips mit einem oder mehreren katalytisch wirkenden Baugruppen wird nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ein Brennofen vorgeschlagen, insbesondere ein Kaminofen, oder ein Kessel oder desgleichen, mit einem Brennraum, insbesondere mit einem Brennraum wie vorstehend beschrieben, wobei vom Brennraum ausgehend ein Durchlass zu einem benachbarten Brennraum vorgesehen ist, wobei der benachbarte Brennraum für eine Holzvergasung eingerichtet sein kann und/oder wobei eine Führung für Rauchgase durch ein Glutbett im Betrieb vorgesehen sein kann, wobei eine katalytisch wirkende Baugruppe wie vorstehend beschrieben spezifiziert innerhalb des Brennraums und/oder innerhalb des benachbarten Brennraums und/oder im Durchlass vorgesehen sein kann.In one application of the combustion chamber principle with one or more catalytically active assemblies is proposed according to a second aspect of the invention, a furnace, in particular a stove, or a boiler or the like, with a combustion chamber, in particular with a combustion chamber as described above, wherein the combustion chamber starting from a passage to an adjacent combustion chamber is provided, wherein the adjacent combustion chamber can be set up for a wood gasification and / or wherein a guide for flue gases can be provided by an ember bed in operation, wherein a catalytically active assembly as described above specified within the combustion chamber and / or may be provided within the adjacent combustion chamber and / or in the passage.

Ein solcher Brennofen, insbesondere Kaminofen, zeichnet sich kurz gesagt dadurch aus, dass er zwei Brennräume hat. Wenn die Brennräume identisch eingesetzt werden, gewissermaßen also parallel betrieben werden, ergibt sich nur wenig andere Wirkung als bei einem Brennofen mit nur einem Brennraum. Wenn hingegen die beiden Brennräume unterschiedliche Aufgaben erfüllen, gewissermaßen also in Serie gesetzt benutzt werden, dann können besonders gute Reinigungseffekte beobachtet werden. Insbesondere sei bei einem Brennofen mit zwei Brennräumen an einen Kaminofen gedacht, welcher zum Verbrennen von Holz im Unterbrand-Verfahren eingerichtet ist, welcher also in einem ersten Brennraum die Verbrennungsstelle für die Holzscheite oder andere organische Brennmaterialien vorsieht und dort eine herkömmliche Verbrennungsflamme in mehr oder weniger starkem Maße zulässt, welcher aber in der benachbarten Brennkammer eine Holzvergasung vorsieht, also im Unterbrand-Verfahren in die unterhalb der ersten Brennkammer liegende benachbarte zweite Brennkammer über Hinzufuhr von Sekundärverbrennungsluft Einströmung nach unten erzeugt, so dass die Holzvergasung nach unten in den zweiten Brennraum hinein erfolgt, naturgemäß mit deutlich höheren Temperaturen als in der oberen, ersten Brennkammer anzutreffen sind. Dieses Verfahren ist als solches schon dazu geeignet, die Schadstoffemissionen eines Kaminofens oder eines anderen Brennofens zu reduzieren, weil durch die höheren Temperaturen bei der Holzvergasung diverse Schadstoffe sogleich verbrannt werden. Es hat sich aber nun gezeigt, dass wohl gerade durch die hohen entstehenden Temperaturen die gezielt herbeigeführte katalytische Reaktion an der katalytisch wirkenden Baugruppe gemäß der hier vorliegenden Erfindung es in ungeahnt hohe Wirkungsgrade steigern kann.Such a furnace, in particular stove, is characterized in short by the fact that it has two combustion chambers. If the combustion chambers are used identically, that is to say operated in parallel, there is little other effect than in the case of a kiln with only one combustion chamber. If, on the other hand, the two combustion chambers fulfill different tasks, that is to say they are used in series, then particularly good cleaning effects can be observed. In particular, in a kiln with two combustion chambers is intended to a stove, which is set up for burning wood in the underburn process, which thus provides in a first combustion chamber, the combustion point for the logs or other organic fuels and there a conventional combustion flame in more or less allows strong measures, but which provides a wood gasification in the adjacent combustion chamber, so in the subfire process in the lying below the first combustion chamber adjacent second combustion chamber via supply of secondary combustion air inflow generated down so that the wood gasification takes place down into the second combustion chamber , naturally with significantly higher temperatures than in the upper, first combustion chamber can be found. As such, this method is already suitable for reducing the pollutant emissions of a wood-burning stove or another kiln, because the higher temperatures in wood gasification cause various pollutants to be burned immediately. However, it has now been shown that it is probably precisely due to the high temperatures that arise that the catalytically active assembly of the catalytically active assembly according to the present invention, which has been brought about in a targeted manner, can increase it to unimaginably high efficiencies.

Dabei können durchaus mehrere katalytisch wirkende Baugruppen vorgesehen sein, weil sich die Mehrzahl katalytisch wirkender Baugruppen vorteilhaft auf die Schadstoffreduzierung auswirkt, so lange nicht ein Übermaß an Baugruppen vorgesehen wird, welches dann Gefahr läuft, die Strömung zu stark einzuschränken.It is quite possible to provide a plurality of catalytically active assemblies because the majority of catalytically active assemblies has an advantageous effect on the pollutant reduction, as long as an excess of modules is not provided, which then runs the risk of restricting the flow too much.

Es scheint vielversprechend zu sein, dem Träger mit seiner Beschichtung bzw. mit seiner Oberflächenumwandlung eine Zweitkomponente wie Palladium oder Platin hinzuzufügen. Alternativ scheinen Kupferoxide, Eisenoxide oder Nickeloxide vorteilhaft.It seems promising to add a second component such as palladium or platinum to the support with its coating or its surface conversion. Alternatively, copper oxides, iron oxides or nickel oxides appear advantageous.

Konstruktiv wird vorgeschlagen, hinsichtlich der Baugruppe innerhalb des benachbarten Brennraums diese auf einer vom Durchlass entfernten Seite des benachbarten Brennraums anzuordnen. Dort kann sie im Normalfall nur wenig Einfluss auf die Strömung durch den Durchlass hindurch haben. Dennoch läuft die Strömung vom Durchlass auf sie hinzu, was für eine großflächige Kontaktierung sorgt. So ist beispielswiese im Falle eines Unterbrand-Kaminofens nach bisheriger Meinung der Erfinder ideal, wenn die im benachbarten Brennraum vorgesehene katalytisch wirkende Baugruppe am Boden der benachbarten Kammer liegt, während die benachbarte Kammer unterhalb der oberen Brennkammer mit der Brennstelle angeordnet ist. Die Unterbrand-Gase strömen dann mit der zugespeisten Sekundärluft nach unten durch den Durchlass hindurch und auf den Boden der zweiten Brennkammer zu, wo die katalytisch wirkende Reaktion stattfinden kann. Konstruktiv können dort beispielsweise zumindest ein flächiges Element vorgesehen sein, und/oder eine Vielzahl vom Boden nach oben stehender schmaler Elemente, so dass selbst bei herunterfallenden Reststoffen diese zwischen die nach oben stehenden Elemente fallen und die nach oben stehenden Elemente immer noch aus diesen heraus nach oben in den freien Luftraum in der zweiten Brennkammer ragen und dort mit den Brenngasen reagieren können.In terms of design, it is proposed that, with regard to the assembly within the adjacent combustion chamber, these be arranged on a side of the adjacent combustion chamber remote from the passage. There it can normally have little influence on the flow through the passage. Nevertheless, the flow from the passage to them, which ensures a large-area contact. For example, in the case of an underfloor stove, according to the present inventors, it is ideal if the catalytically active assembly provided in the adjacent combustion chamber lies at the bottom of the adjacent chamber, while the adjacent chamber is arranged below the upper combustion chamber with the combustion chamber. The underfire gases then flow with the secondary air supplied down through the passage and to the bottom of the second combustion chamber where the catalytic reaction can take place. Constructively, for example, at least one planar element can be provided there, and / or a plurality of narrow elements standing up from the floor, so that even if the residual material falls, they fall between the upwardly projecting elements and the upwardly projecting elements still fall out of them protrude above in the free air space in the second combustion chamber and can react there with the fuel gases.

Einen guten Effekt auf die erfindungsgemäße Wirkung scheint auch die Anordnung der katalytisch wirkenden Baugruppe innerhalb des Durchlasses zu haben. Es wurde bereits erläutert, dass im Durchlass bevorzugt ein oder mehrere Gitterroste mit oder aus katalytisch wirkenden Elementen vorgesehen sein können.A good effect on the effect of the invention also seems to have the arrangement of the catalytically active assembly within the passage. It has already been explained that preferably one or more gratings with or from catalytically active elements can be provided in the passage.

Der Einsatz eines katalytisch wirkenden Rostes ist grundsätzlich nur für die bevorzugt zum Einsatz kommende Unterbrandtechnologie (auch „Sturzbrand” genannt) sinnvoll, da nur bei diesem Feuerungsprinzip die gebildeten Brenngase aus der pyrolytischen Zersetzung und der Vergasungsstufe durch das Rost abgeführt werden, wodurch ein intensiver Kontakt zwischen Brenngas, Sauerstoff und Katalysator ermöglicht wird. Durch die hohen Temperaturen in der Primärzone wird ein Großteil des organischen Materials bereits vor Eintritt in die Nachbrennkammer in CO2 und H2O oder in leicht oxidierbare Kohlenwasserstoffe überführt. Auch CO aus der Pyrolysekoksvergasung wird heterogen-katalytisch sehr viel leichter zu CO2 oxidiert als homogen in der Gasphase, so dass eine Kohlenwasserstoffneubildung (z. B. Methanisierung) oder eine Bildung von elementarem Kohlenstoff nach der Boudouard-Reaktion verhindert wird. Zudem soll durch den Einsatz eines katalytisch wirkenden Keramikrostes eine Flammenstabilisierung ermöglicht werden, so dass eine signifikante Schadstoffbildung durch Flammenabriss und -auskühlung in den Randzonen der Flamme vermieden werden.The use of a catalytically active grate is basically useful only for the preferred use underburner technology (also called "dive fire"), since only in this firing principle, the fuel gases formed from the pyrolytic decomposition and the gasification stage are removed through the grate, creating an intensive contact between fuel gas, oxygen and catalyst is possible. Due to the high temperatures in the primary zone, a large part of the organic material is converted into CO2 and H2O or into readily oxidizable hydrocarbons before it enters the afterburner chamber. Also, CO from the pyrolysis coke gasification is much more heterogeneously catalytically oxidized to CO2 than homogeneous in the gas phase, so that a hydrocarbon formation (eg methanation) or a formation of elemental carbon after the Boudouard reaction is prevented. In addition, a flame stabilization is to be made possible by the use of a catalytically active ceramic grate, so that a significant pollutant formation by flame separation and cooling in the edge zones of the flame can be avoided.

Die Erfinder halten es für vorteilhaft, wenn eine Sichtscheibe des Brennofens zum Einsichtnehmen in den Brennraum eine gegenüber herkömmlichem Kaminglas erhöhte Infrarotreflektierung aufweist, insbesondere dass die Sichtscheibe Keramikglas aufweist. Die Idee des Einsatzes IR-reflektierender Frontscheiben rührt daher, dass damit ein Teil der Wärmestrahlung im Brennraum für eine gesteigerte Brennraumtemperatur genutzt werden kann. Verfügbare Keramikglasscheiben mit entsprechender Beschichtung reflektieren 40 bis 60% der auftreffenden Infrarotstrahlung. Durch die dadurch erhöhte Temperatur wird die Oxidation der organischen Verbindungen zusätzlich beschleunigt. Nach einer groben Abschätzung durch die RGT-Regel (Van't Hoffsche Reaktionsgeschwindigkeits-Temperaturregel) kann abgeschätzt werden, dass bei einer Temperaturerhöhung um 10 K eine Verdoppelung der Reaktionsgeschwindigkeit zu erwarten ist. Der Effekt der IR-reflektierenden Scheibe bezüglich der Brennraumtemperatur wird derzeit im Mittel mit 20 bis 50 K abgeschätzt. Somit ist eine deutliche Steigerung der Oxidationsgeschwindigkeiten und damit eine zusätzliche Vermeidung der Schadstoffbildung zu erwarten. Weiterhin vermindert die höhere Scheibeninnentemperatur eine Anlagerung von schwerflüchtigen organischen Material schon in der Anzündphase. Damit wird nicht nur der optische Eindruck verbessert, sondern auch gleichzeitig eine Anreicherung mit kohlenstoffreichen Substanzen an diesen Stellen vermieden. Heutige Kaminöfen mit Frontscheibe benötigen eine aufwendige Verbrennungsluftführung, welche zumeist von oberhalb der Scheibe mit einem Schlitzeinlass eine Überströmung mit Verbrennungsluft ermöglicht. Eine Ablagerung von dunklen organischen Schichten wird damit erst nach dem Erreichen optimaler Betriebstemperaturen – in der Regel dem zweiten Chargenabbrand – effektiv verhindert.The inventors find it advantageous if a viewing window of the kiln for viewing into the combustion chamber has an increased infrared reflection compared with conventional firing glass, in particular that the viewing pane has ceramic glass. The idea of using IR-reflecting windshields is due to the fact that a part of the heat radiation in the combustion chamber can be used for an increased combustion chamber temperature. Available ceramic glass panes with appropriate coating reflect 40 to 60% of the incident infrared radiation. Due to the increased temperature, the oxidation of the organic compounds is additionally accelerated. After a rough estimate by the RGT rule (Van't Hoff's reaction rate temperature rule), it can be estimated that a doubling of the reaction rate is to be expected if the temperature increases by 10 K. The effect of the IR-reflecting disk with respect to the combustion chamber temperature is currently estimated to be on average 20 to 50 K. Thus, a significant increase in the oxidation rates and thus an additional avoidance of pollutant formation can be expected. Furthermore, the higher internal disk temperature reduces an accumulation of low-volatility organic material even in the ignition phase. Thus, not only the visual impression is improved, but also avoided an enrichment with carbon-rich substances at these points. Today's stoves with windscreen require a complex combustion air duct, which usually allows an overflow with combustion air from above the disc with a slot inlet. A deposition of dark organic layers is thus effectively prevented only after the achievement of optimum operating temperatures - usually the second batch burn-off.

Nach den vorstehenden Ausführungen wird deutlich, dass ein Vorteil erreicht wird, wenn ein Verfahren durchgeführt wird (Ausrüsten, Umrüsten und/oder Betreiben eines Brennraums, insbesondere des Brennraums eines Kaminofens, oder eines Kessels oder desgleichen), wobei zum Mindern von Schadstoffemissionen der Brennraum und/oder ein etwa vorhandener benachbarter Brennraum mit einer katalytisch wirksamen Baugruppe versehen wird bzw. werden, insbesondere mit einem Träger mit einer Beschichtung.From the foregoing, it will be apparent that an advantage is achieved when performing a method (equipping, converting and / or operating a combustion chamber, especially the combustion chamber of a wood-burning stove, or a boiler or the like), wherein to reduce pollutant emissions of the combustion chamber and / or any existing adjacent combustion chamber with a catalytically active assembly is or will be provided, in particular with a carrier having a coating.

Demgemäß wird vorgeschlagen, ein Kit als Nachrüstsatz vorzusehen, aufweisend eine katalytisch wirksame Baugruppe und bevorzugt Befestigungsmittel zum Befestigen der Baugruppe im Brennraum. So kann beispielsweise bei einem bestehenden Kaminofen im Unterbrand-Prinzip der Gitterrost ausgetauscht werden, und/oder es können im Durchgang von der oberen zur unteren Brennkammer katalytisch wirksame Gitterroste oder andere die Strömung nicht allzu stark einschränkende konstruktive Bauelemente eingesetzt werden, und/oder es kann der Boden und/oder die Wände und/oder die Decken des oberen und/oder des unteren Brennraums mit katalytisch wirksamen Baugruppen ausgerüstet werden. Es versteht sich, dass sämtliche in dieser Patentanmeldung in der Beschreibungseinleitung, in den Patentansprüchen oder in den Beispielen beanspruchten und/oder beschriebenen katalytisch wirksamen Baugruppen in einem solchen Kit vorhanden sein können.Accordingly, it is proposed to provide a kit as a retrofit kit, comprising a catalytically active assembly and preferably fastening means for securing the assembly in the combustion chamber. Thus, for example, in an existing stove underburner principle of the grid can be replaced, and / or it can be used in the passage from the upper to the lower combustion chamber catalytically active gratings or other flow not too restrictive structural elements, and / or it can the floor and / or the walls and / or the ceilings of the upper and / or the lower combustion chamber are equipped with catalytically active assemblies. It is understood that all catalytically active assemblies claimed and / or described in this patent application in the introduction to the description, in the patent claims or in the examples can be present in such a kit.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dort zeigt:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment with reference to the drawing. There shows:

die einzige Figur schematisch in einem vertikalen Schnitt durch einen Kaminofen nach dem Unterbrand-Prinzip mit einer oberen Brennkammer und einer unteren Brennkammer die Anordnung verschiedener katalytisch wirksamer Baugruppen.the single figure schematically in a vertical section through a stove after the underfire principle with an upper combustion chamber and a lower combustion chamber, the arrangement of various catalytically active assemblies.

Der Kaminofen 1 (nur hinsichtlich seines Innenraums dargestellt) arbeitet nach dem Unterbrandprinzip. Dazu verfügt er über einen oberen Brennraum 2 und einen unteren Brennraum 3. Im oberen Brennraum 2 ist eine Brennstelle 4 für beispielsweise einen Holzscheit 5 oder anderes organisches zu verbrennendes Material vorgesehen.The stove 1 (shown only in terms of its interior) works on the underbrand principle. For this he has an upper combustion chamber 2 and a lower combustion chamber 3 , In the upper combustion chamber 2 is a focal point 4 for example, a log 5 or other organic material to be burned.

Der obere Brennraum 2 ist vom unteren Brennraum 3 mittels einer doppelwandigen Platte 6 getrennt. Diese weist seitlich eine Luftzuführung 7, 8 für Sekundärverbrennungssauerstoff auf. Etwa in der Mitte der Platte 6 befindet sich ein Durchlass 9 vom oberen Brennraum 2 zum unteren Brennraum 3. Der Durchlass ist mit einer Lochplatte 10 aus Gusswerkstoff überdeckt, die Gase passieren lässt, aber große Abbrandstücke vom Holzscheit 5 aufhält und somit ein Glutbett bildet.The upper combustion chamber 2 is from the lower combustion chamber 3 by means of a double-walled plate 6 separated. This has laterally an air supply 7 . 8th for secondary combustion oxygen. About in the middle of the plate 6 there is a passage 9 from the upper combustion chamber 2 to the lower combustion chamber 3 , The passage is with a perforated plate 10 covered with cast iron that allows gases to pass through, but large chips from the log 5 stops and thus forms an ember bed.

Im unteren Bereich des Durchlasses 9 ist ein gitterartiger Rostkatalysator 11 angeordnet.In the lower part of the passage 9 is a grid-like rust catalyst 11 arranged.

Zusätzlich befinden sich auf einem Boden 12, auf dem sich ein zweites Glutbett ausbilden kann, Bodenkatalysatorelemente 13 (exemplarisch beziffert) und an Wänden 14, 15 des unteren Brennraums 3 Wandkatalysatorelemente 16, 17.Additionally are located on a ground 12 on which a second ember bed can form, bottom catalyst elements 13 (numbered as an example) and on walls 14 . 15 of the lower combustion chamber 3 Wall catalyst elements 16 . 17 ,

Im Betrieb des Kaminofens 1 findet mit primärer Verbrennungsluft 18 eine herkömmliche Verbrennung in einer primären Zersetzungsreaktionszone 19 statt. Gleichzeitig findet in einer sekundären Verbrennungsreaktionszone 20 mittels der sekundären Verbrennungsluft aus den Luftzuführungen 6, 7 in und unterhalb der Platte 6 eine Gasverbrennung statt, und zwar bei Temperaturen von in der Regel über 600°C.In the operation of the stove 1 finds with primary combustion air 18 a conventional combustion in a primary decomposition reaction zone 19 instead of. At the same time takes place in a secondary combustion reaction zone 20 by means of the secondary combustion air from the air supply lines 6 . 7 in and below the plate 6 a gas combustion takes place, namely at temperatures of usually above 600 ° C.

Unterstützt durch die hohen Temperaturen kommt es an alle drei vorgesehen katalytisch wirkenden Baugruppen zu erheblichen Reduktionsprozessen an allen Emissionen. Bei Prototypversuchen haben sich Reduktionsraten beispielsweise für Staub in Höhe von 70%, für CO in Höhe von etwa 62% und für VOC in Höhe von 74 bis 85% ergeben, wobei der guten Ordnung halber begrifflich erläutert sei, dass mit dem „Reduzieren” hier nicht die chemische Reaktion gemeint ist, sondern schlicht das Erreichen eines niedrigeren Wertes.Supported by the high temperatures, all three catalytically active assemblies that are provided have significant reduction processes for all emissions. In prototype experiments, for example, reduction rates have been found to be 70% for dust, about 62% for CO, and 74 to 85% for VOCs, with the good order to explain conceptually that "reducing" here Not the chemical reaction is meant, but simply the achievement of a lower value.

Es wurde außerdem beobachtet, dass die Reduktionen bei möglichst starker Wärmedämmung der unteren Brennkammer nochmals gesteigert werden konnten.It was also observed that the reductions could be further increased with the highest possible thermal insulation of the lower combustion chamber.

Unabhängig von der Ausführung der Figur, aber vorteilhaft damit kombinierbar, wurden beispielsweise MnOx/Al2O3-Schwämme mit einer Zweitkomponente beschichtet.Regardless of the embodiment of the figure, but advantageously combined with it, for example, MnOx / Al 2 O 3 sponges were coated with a secondary component.

Für das Rost wurde unter anderem ein Versuch mit einem Keramikkörper und einer MnOx-Beschichtung erfolgreich durchgeführt.Among other things, a trial with a ceramic body and a MnOx coating was successfully carried out for the rust.

Zum Herstellen katalytisch wirksamer Körper wurden insbesondere die folgenden Verfahren vorteilhaft durchgeführt:
Präparation von Mangan beladenen monolithischen Al2O3-Platten durch Tauchen von gereinigten Platten in 1M Mn(NO3)2 Lösung. Trocknen bei 80°C und anschließende Behandlung bei 180°C. Wiederholen der Schritte für vier weitere Durchlaufe, und abschließende Behandlung für 12 Stunden bei 1000°C.
For the preparation of catalytically active bodies, in particular the following processes have been advantageously carried out:
Preparation of manganese-loaded monolithic Al 2 O 3 plates by immersion of purified plates in 1M Mn (NO 3 ) 2 solution. Drying at 80 ° C and subsequent treatment at 180 ° C. Repeat the steps for four more runs, and final treatment for 12 hours at 1000 ° C.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1750071 B1 [0011] EP 1750071 B1 [0011]
  • EP 1340943 [0012] EP 1340943 [0012]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • DIN 18891 [0012] DIN 18891 [0012]
  • EN 13240 [0012] EN 13240 [0012]

Claims (16)

Brennraum, insbesondere eines Kaminofens, oder eines Kessels oder desgleichen, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Brennraums eine katalytisch wirksame hochtemperaturstabile Baugruppe zur Minderung von Schadstoffemissionen vorgesehen ist.Combustion chamber, in particular a stove, or a boiler or the like, characterized in that within the combustion chamber, a catalytically effective high temperature stable assembly is provided to reduce pollutant emissions. Brennraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe einen Träger mit einem katalytisch wirksamen Stoff aufweist, insbesondere als eine Beschichtung, wobei die Beschichtung einen katalytisch wirksamen Stoff aufweist, oder als eine katalytisch wirksame Oberflächenumwandlung des Trägers.Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the assembly comprises a carrier with a catalytically active substance, in particular as a coating, wherein the coating comprises a catalytically active substance, or as a catalytically effective surface conversion of the carrier. Brennraum nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine offenzellige und makroporöse Struktur aufweist.Combustion chamber according to claim 2, characterized in that the carrier has an open-cell and macroporous structure. Brennraum nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe, insbesondere der Träger, Aluminium aufweist, insbesondere Aluminiumoxid, oder sogar überwiegend daraus besteht.Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the assembly, in particular the carrier, comprises aluminum, in particular aluminum oxide, or even predominantly thereof. Brennraum nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe, insbesondere der Träger, Korund aufweist, insbesondere Korund und Zinkaluminat.Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the assembly, in particular the carrier, comprises corundum, in particular corundum and zinc aluminate. Brennraum nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe, insbesondere die Beschichtung und/oder die Oberflächenumwandlung, ein Manganoxid aufweist oder sogar zumindest überwiegend daraus besteht.Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the assembly, in particular the coating and / or the surface conversion, has a manganese oxide or even at least predominantly consists thereof. Brennraum nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe als ein Auskleidungselement des Brennraums vorgesehen ist.Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the assembly is provided as a lining element of the combustion chamber. Brennraum nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe als ein offenzelliger und makroporöser Rostmonolith, insbesondere unterhalb einer Brennstelle, vorgesehen ist.Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the assembly is provided as an open-cell and macroporous rust monolith, in particular below a combustion point. Brennofen, insbesondere Kaminofen, vor allem Stückholzkaminofen, oder Kessel oder desgleichen, mit einem Brennraum, insbesondere einem Brennraum nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei vom Brennraum ausgehend ein Durchlass zu einem benachbarten Brennraum vorgesehen ist, wobei der benachbarte Brennraum für eine Holzvergasung eingerichtet sein kann und/oder wobei eine Führung für Rauchgase durch ein Glutbett im Betrieb vorgesehen sein kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine katalytisch wirksame Baugruppe wie in den vorstehenden Ansprüchen 2 bis 8 spezifiziert innerhalb des Brennraums und/oder innerhalb des benachbarten Brennraums und/oder im Durchlass vorgesehen ist.Kiln, especially a wood-burning stove, especially a log wood stove, or boiler or the like, with a combustion chamber, in particular a combustion chamber according to any one of the preceding claims, wherein from the combustion chamber starting a passage to an adjacent combustion chamber is provided, wherein the adjacent combustion chamber can be set up for a wood gasification and / or wherein a guide for flue gases can be provided by an ember bed in operation, characterized in that a catalytically active assembly as specified in the preceding claims 2 to 8 specified within the combustion chamber and / or within the adjacent combustion chamber and / or in the passage is. Brennofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der benachbarte Brennraum unterhalb des Brennraums liegt.Kiln according to claim 9, characterized in that the adjacent combustion chamber is below the combustion chamber. Brennofen nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe innerhalb des benachbarten Brennraums vorgesehen ist, insbesondere auf einer vom Durchlass entfernten Seite des benachbarten Brennraums.Kiln according to one of claims 9 or 10, characterized in that the assembly is provided within the adjacent combustion chamber, in particular on a side remote from the passage of the adjacent combustion chamber. Brennofen nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe innerhalb des Durchlasses vorgesehen ist.Kiln according to one of claims 9 to 11, characterized in that the assembly is provided within the passage. Brennofen nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Durchlass ein offenzelliger und makroporöser Rostmonolith vorgesehen ist.Kiln according to one of claims 9 to 12, characterized in that in the passage an open-cell and macroporous rust monolith is provided. Brennofen nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sichtscheibe des Brennofens zum Einsichtnehmen in den Brennraum eine gegenüber herkömmlichen Sichtscheiben erhöhte Infrarotreflektierung aufweist.Kiln according to one of claims 9 to 13, characterized in that a viewing window of the kiln for inspection in the combustion chamber has an over conventional lenses increased infrared reflection. Verfahren zum Ausrüsten, Umrüsten und/oder Betreiben eines Brennraums, insbesondere des Brennraums eines Kaminofens, oder eines Kessels oder desgleichen, dadurch gekennzeichnet, dass zum Mindern von Schadstoffemissionen der Brennraum und/oder ein etwa vorhandener benachbarter Brennraum mit einer katalytisch wirksamen Baugruppe versehen wird, insbesondere mit einem Träger mit einer Beschichtung.Method for equipping, converting and / or operating a combustion chamber, in particular the combustion chamber of a wood-burning stove, or a boiler or the like, characterized in that, for reducing pollutant emissions, the combustion chamber and / or any adjacent combustion chamber is provided with a catalytically active assembly, in particular with a carrier with a coating. Nachrüstsatz als Kit zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 15, aufweisend eine katalytisch wirksame Baugruppe und bevorzugt Befestigungsmittel zum Befestigen der Baugruppe im Brennraum.Retrofit kit as a kit for carrying out the method according to claim 15, comprising a catalytically active assembly and preferably fastening means for securing the assembly in the combustion chamber.
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