DE102015115933A1

DE102015115933A1 - Apparatus and method for treating exhaust gases in individual room combustion systems

Info

Publication number: DE102015115933A1
Application number: DE102015115933.3A
Authority: DE
Inventors: Jörg Adler; Uwe Petasch; Daniela Haase; Werner Hark; Udo Hark
Original assignee: Hark & Co KG Kamin- U Kachelofenbau GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Hark & Co KG Kamin- U Kachelofenbau GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2015-09-21
Filing date: 2015-09-21
Publication date: 2017-03-23
Also published as: WO2017050692A1; EP3353470A1; EP3353470B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verbrennungstechnik und betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, die beispielsweise zur Verbrennung von Holz oder Kohle im häuslichen Bereich zur Anwendung kommen können. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eine Vorrichtung, die technisch einfach und kostengünstig ist und mit der eine im Wesentlichen kontinuierliche Abgasbehandlung im Hinblick auf die diskontinuierliche Arbeitsweise der Einzelraumfeuerungsanlage realisiert wird. Die erfindungsgemäße Lösung besteht aus einer Vorrichtung, bei der im Abgasstrom mindestens ein Bauelement angeordnet ist, welches ganz oder teilweise aus einem katalytisch wirkenden Material besteht, und bei der weiterhin im Abgasstrom in Strömungsrichtung nach dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material mindestens ein Bauelement angeordnet ist, welches aus einem Material mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität als das Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material besteht.The invention relates to the field of combustion technology and relates to an apparatus and a method that can be used, for example, for the combustion of wood or coal in the home. The object of the present invention is to specify a device which is technically simple and inexpensive and with which a substantially continuous exhaust gas treatment is realized in view of the discontinuous operation of the individual room combustion system. The solution according to the invention consists of a device in which at least one component is arranged in the exhaust gas stream, which consists entirely or partially of a catalytically active material, and in which at least one component is arranged in the exhaust gas flow in the flow direction after the component of a catalytically active material , which consists of a material with a higher volumetric heat capacity than the component of a catalytically active material.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verbrennungstechnik und betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von Abgasen in Einzelraumfeuerungsanlagen, die beispielsweise zur Verbrennung von Holz oder Kohle im häuslichen Bereich zur Anwendung kommen können.The invention relates to the field of combustion technology and relates to an apparatus and a method for the treatment of exhaust gases in individual room combustion systems, which can be used for example for the combustion of wood or coal in the domestic sector.

Stand der TechnikState of the art

Einzelraumfeuerungsanlagen sind Feuerstätten, die zur Beheizung von Räumen und/oder der Warmwasserversorgung dienen, mit Festbrennstoffen betrieben werden und mit der Abgasanlage zusammen die Feuerungsanlage bilden. Diese Definition ist Bestandteil der Feuerungsverordnungen der Länder und der Bundes-Immissionsschutzverordnung. Gemäß der Entscheidung der Europäischen Kommission (Amtsblatt EG L 184 vom 17.07.1999) sind Einzelraumfeuerungsanlagen „Raumerwärmungsanlagen, die feste (...) Brennstoffe verbrennen zur Verwendung in Gebäuden“.Individual room firing systems are fireplaces that serve for heating rooms and / or the hot water supply, are operated with solid fuels and together with the exhaust system form the firing system. This definition is part of the firing regulations of the federal states and the Federal Immission Control Ordinance. According to the decision of the European Commission (Official Gazette EC L 184 of 17.07.1999), single room combustion systems are "space heating systems that burn solid (...) fuels for use in buildings".

Einzelraumfeuerungsanlagen sind national und europäisch genormt. Sie sind als Bauprodukte in der Bauregelliste A Teil 1 und 2 des Deutschen Institutes für Bautechnik enthalten.Individual room firing systems are standardized nationally and European. They are included as construction products in Building Rules List A Part 1 and 2 of the Deutsches Institut für Bautechnik.

Festbrennstoffe sind biogene oder fossile, feste Brennstoffe. Zu den biogenen festen Brennstoffen gehören im Wesentlichen naturbelassenes stückiges oder nichtstückiges Holz und Presslinge aus naturbelassenem Holz. Fossile feste Brennstoffe sind Stein- und Braunkohlenkoks sowie Stein- und Braunkohlenbriketts. Solid fuels are biogenic or fossil solid fuels. The biogenic solid fuels essentially include untreated lumpy or non-piece wood and pellets made of untreated wood. Fossil solid fuels are coal and lignite coke, as well as briquettes and lignite briquettes.

Einzelraumfeuerungsanlagen sind im Wesentlichen durch folgende Parameter charakterisiert:

– Leistungsbereich bis 50 kW
– Abgastemperaturen bis 400 °C
– erforderliche Mindestabgasförderdrücke 8 bis 20 Pa
– Abgasmassenströme bis 60 g/s.

Individual room firing systems are characterized by the following parameters:

- Power range up to 50 kW
- Exhaust gas temperatures up to 400 ° C
- Required minimum exhaust gas pressure 8 to 20 Pa
- Exhaust gas mass flows up to 60 g / s.

Die Einzelraumfeuerungsanlagen werden an Abgasanlagen angeschlossen.The individual room combustion systems are connected to exhaust systems.

Einzelraumfeuerungsanlagen zur Verbrennung von Festbrennstoffen, wie Holz, werden zunehmend mehr angewandt. Dabei ist insbesondere die Emission von nicht erwünschten gasförmigen Schadstoffen eine Problematik, die derzeit noch nicht ausreichend gelöst ist.Single-room combustion plants for burning solid fuels, such as wood, are being used more and more. In particular, the emission of unwanted gaseous pollutants is a problem that is currently not sufficiently solved.

Für die Behandlung von Abgasströmen von Einzelraumfeuerungsanlagen mit geringen Wärmeleistungen wurden in den letzten Jahren Filter entwickelt, bei denen feste Schadstoffpartikel und Aerosole zurückgehalten und beim Erreichen ausreichend hoher Temperaturen verbrannt werden. For the treatment of exhaust gas streams of individual room combustion systems with low heat outputs filters have been developed in recent years, in which solid pollutant particles and aerosols are retained and burned when sufficiently high temperatures are reached.

Dagegen sind Lösungen zur Behandlung von gasförmigen Schadstoffen noch nicht in breitem Umfang angewandt worden.In contrast, solutions for the treatment of gaseous pollutants have not yet been widely used.

Unter gasförmigen Schadstoffen werden vor allem Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) verstanden, die bei der unvollständigen Verbrennung von Holz oder auch anderen Brennstoffen, die in häuslichen Einzelraumfeuerungsanlagen eingesetzt werden, entstehen. Unter den Kohlenwasserstoffen befinden sich eine Reihe von Verbindungen, die bei Raumtemperatur fest oder flüssig vorliegen, aber bei erhöhter Temperatur, wie sie im Rauchgas vorherrschen, gasförmig werden. Werden diese Kohlenwasserstoffe und CO unbehandelt in die Umgebung entlassen, so rufen sie schädliche und unerwünschte Wirkungen vor, z.B. gesundheitliche, toxische Schädigungen von Menschen und Tieren oder auch geruchsbelästigende Wirkungen.The term "gaseous pollutants" refers above all to carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) resulting from the incomplete combustion of wood or other fuels used in domestic single-room combustion systems. Among the hydrocarbons are a number of compounds which are solid or liquid at room temperature, but which become gaseous at elevated temperature, as prevalent in the flue gas. If these hydrocarbons and CO are released into the environment untreated, they cause harmful and undesirable effects, e.g. health, toxic damage to humans and animals or odor-causing effects.

Die gasförmigen Schadstoffe im Abgas von Einzelraumfeuerungsanlagen können durch chemische Reaktionen zu unschädlichen Verbindungen umgewandelt werden. The gaseous pollutants in the exhaust gas of individual room combustion systems can be converted by chemical reactions to harmless compounds.

In der Regel handelt es sich dabei um Oxidationsreaktionen, bei denen aus den schädlichen Verbindungen die unschädlichen Verbindungen Kohlendioxid und Wasser gebildet werden. Für diese Reaktionen ist die Anwesenheit von Sauerstoff notwendig, der im der Feuerstätte zugeführten Verbrennungsgas enthalten ist, welches zumeist Luft ist und durch Primär-, Sekundär- und weitere Zuführungen in die Feuerstätte gelangt. Weiterhin benötigen diese Reaktionen eine notwendige Aktivierungsenergie, die zumeist thermisch zugeführt werden muss. Dies bedeutet, dass die Reaktionen eine bestimmte Mindesttemperatur erfordern, wobei sie schneller und vollständiger ablaufen, je höher die Temperaturen sind. Für eine möglichst vollständige Umsetzung der Schadstoffe ist weiterhin eine notwendige Reaktionszeit erforderlich.As a rule, these are oxidation reactions in which the harmless compounds carbon dioxide and water are formed from the harmful compounds. For these reactions, the presence of oxygen is necessary, which is contained in the combustion chamber supplied combustion gas, which is mostly air and passes through primary, secondary and further feeds into the fireplace. Furthermore, these reactions require a necessary activation energy, which usually has to be supplied thermally. This means that the reactions require a certain minimum temperature, and they run faster and more complete the higher the temperatures are. For a complete implementation of the pollutants, a necessary reaction time is still required.

Der Abbau und die Umwandlung von gasförmigen Schadstoffen in oder nach der Feuerstätte hängen neben der Konzentration der Schadstoffe vor allem von der Temperatur und der Verweilzeit der Abgase bei diesen Temperaturen ab. Der Abbau erfolgt umso besser, je höher die Temperatur und je länger die Verweilzeit ist. Die Temperatur in einer Feuerstätte ist an verschiedenen Stellen unterschiedlich und nimmt in der Regel vom Ort der Verbrennung bis zur Abgasabführung in die Abgasanlage kontinuierlich ab. Während in der Nähe der Flamme Temperaturen um 1000°C oder höher herrschen können, treten am Abgasstutzen, wo das Rauchgas in die Abgasanlage entweicht, Rauchgastemperaturen von 200°C bis 300°C auf. Bei konstanter Temperatur in der Verbrennungszone stellt sich eine bestimmte Temperaturverteilung der Komponenten der Feuerstätte ein, die von der konstruktiven Gestaltung der Feuerstätte und den verwendeten Materialien abhängt und die wiederum die Temperaturverteilung des Abgasstromes beeinflusst.The degradation and the conversion of gaseous pollutants in or after the fireplace depends not only on the concentration of pollutants, but above all on the temperature and the residence time of the exhaust gases at these temperatures. Degradation takes place the better, the higher the temperature and the longer the residence time. The temperature in a fireplace is different in different places and usually decreases from the place of combustion to the exhaust gas discharge into the exhaust system continuously. While near the flame temperatures around 1000 ° C or higher can prevail, occur at the exhaust pipe, where the flue gas in the Exhaust system escapes, flue gas temperatures from 200 ° C to 300 ° C on. At a constant temperature in the combustion zone, a certain temperature distribution of the components of the fireplace, which depends on the structural design of the fireplace and the materials used and in turn affects the temperature distribution of the exhaust gas flow.

Darüber hinaus ist die Temperaturverteilung in Einzelraumfeuerungsanlagen hochdynamischen Veränderungen unterworfen, da die Temperaturen in der Verbrennungszone sehr stark schwanken können. Derartige Schwankungen können Folge unterschiedlicher Brennstoffqualität und Menge, vom Nutzer beeinflusster Auflagezyklen von Brennstoff oder auch der manuell betriebenen Zuluftregelung sein. So ist typisch, dass beispielsweise nach der Anfeuerung der Feuerstätte ein Abbrand des Brennstoffes erfolgt, bis es zu einer Glutbildung kommt, auf die dann nach einiger Zeit wieder neuer Brennstoff aufgelegt wird. Dadurch entstehen sehr starke zyklische Temperaturänderungen in der Feuerstätte und des Rauchgases. Auch schwankt der Schadstoffgehalt im Abgas signifikant. Beim Anfeuern der Feuerstätte, beim Ausbrand und kurz nach der Neuauflage von Brennstoff auf die Glut kommt es zu hohen Emissionsspitzen. Auch kann bei sehr geringen Auflagen und niedrigen Temperaturen sowie bei geringer Luftzufuhr ein hoher Schadstoffgehalt entstehen.In addition, the temperature distribution in individual room firing systems is subject to highly dynamic changes, since the temperatures in the combustion zone can fluctuate very greatly. Such fluctuations can be the result of different fuel quality and quantity, user-influenced support cycles of fuel or manually operated air supply control. It is typical that, for example, after the firing of the fireplace burned the fuel until it comes to a formation of glow on which then new fuel is re-launched after some time. This results in very strong cyclic temperature changes in the fireplace and the flue gas. Also, the pollutant content in the exhaust gas varies significantly. When the fireplace is lit, when it burns out and shortly after the new edition of fuel on the embers it comes to high emission peaks. Also, with very low levels and low temperatures and low air intake, a high pollutant content arise.

Die Verweilzeit der Abgaskomponenten bei einer bestimmten Temperatur wird durch die konkrete Abgasführung in der Feuerstätte bestimmt, die neben der konstruktiven Gestaltung der Feuerstätte auch von dem Abgasvolumenstrom und dem Abgasförderdruck (Unterdruck) der angeschlossenen Abgasanlage abhängt. Bei sehr niedrigen Temperaturen des Abgases und einer zu kurzen Verweilzeit werden nicht genügend gasförmige Schadstoffe abgebaut, so dass die Konzentration der in die Umwelt entweichenden Schadstoffe hoch ist. The residence time of the exhaust gas components at a certain temperature is determined by the concrete exhaust system in the fireplace, which depends not only on the structural design of the fireplace but also on the exhaust gas volume flow and the exhaust gas pressure (negative pressure) of the connected exhaust system. At very low temperatures of the exhaust gas and too short a residence time not enough gaseous pollutants are degraded, so that the concentration of pollutants escaping into the environment is high.

Eine Verbesserung der Schadstoffemission in die Umwelt kann durch den Einsatz von Katalysatoren erreicht werden.An improvement of pollutant emissions into the environment can be achieved by the use of catalysts.

Unter einem Katalysator oder einem katalytisch wirkenden Material wird ein Stoff verstanden, der die Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion durch Senkung der Aktivierungsenergie erhöht, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Er beschleunigt die Hin- und Rückreaktion gleichermaßen und ändert somit die Kinetik der chemischen Reaktionen, allerdings nicht deren Thermodynamik. Ein Katalysator nimmt zwar an der Reaktion teil, wird aber durch diese nicht verbraucht, sondern kann diese Reaktionen mehrfach durchlaufen.A catalyst or a catalytically active material is understood as meaning a substance which increases the reaction rate of a chemical reaction by lowering the activation energy without itself being consumed. It accelerates the back and forth reaction in the same way and thus alters the kinetics of the chemical reactions, but not their thermodynamics. Although a catalyst participates in the reaction, it is not consumed by it, but can undergo these reactions several times.

Nach der Art des Katalysators und der Reaktanten lassen sie sich in homogene und heterogene Katalysatoren unterscheiden. Um eine heterogene Katalyse handelt es sich bei der Reaktion von gasförmigen Schadstoffen an einem festen Katalysator.Depending on the nature of the catalyst and the reactants, they can be distinguished into homogeneous and heterogeneous catalysts. Heterogeneous catalysis is the reaction of gaseous pollutants on a solid catalyst.

Der Einsatz von Katalysatoren in Einzelraumfeuerungsanlagen ermöglicht eine bessere Reaktion der gasförmigen Schadstoffe, was dadurch erreicht wird, dass chemische Reaktionen bereits bei niedrigeren Temperaturen als bei Einzelraumfeuerungsanlagen ohne Einsatz von Katalysatoren ablaufen. Dabei hat jeder Katalysator in Bezug auf die jeweilige chemische Reaktion ein bestimmtes Arbeitsfenster, das unter anderem von der herrschenden Temperatur abhängt. Ist die Temperatur zu niedrig, so wird auch der Katalysator keine nennenswerten chemischen Reaktionen bewirken. Ist die Temperatur zu hoch, kann der Katalysator möglicherweise durch Zersetzung und/oder Vergröberung der spezifischen Oberfläche geschädigt werden („thermische Alterung“). Es ist daher wichtig, den Katalysator auf eine optimale Arbeitstemperatur für die jeweilige Reaktion einzustellen und bei dieser Arbeitstemperatur zu halten, um optimale Umsatzraten von chemischen Reaktionen und einen Abbau oder eine Umwandlung von gasförmigen Schadstoffen zu erreichen. The use of catalysts in individual room combustion systems allows a better reaction of the gaseous pollutants, which is achieved by the fact that chemical reactions take place even at lower temperatures than in individual room combustion systems without the use of catalysts. Each catalyst has a specific working window with respect to the respective chemical reaction, which depends, among other things, on the prevailing temperature. If the temperature is too low, then the catalyst will cause no significant chemical reactions. If the temperature is too high, the catalyst may possibly be damaged by decomposition and / or coarsening of the specific surface ("thermal aging"). It is therefore important to adjust the catalyst to an optimum operating temperature for the particular reaction and to maintain it at this operating temperature in order to achieve optimum conversion rates of chemical reactions and degradation or conversion of gaseous pollutants.

Ein Charakteristikum des Katalysators ist die Arbeitstemperatur. So ist die T50-Temperatur für eine chemische Reaktion die Temperatur, bei der 50% des Umsatzes, z.B. eines Kohlenwasserstoffs, erfolgt. Gleichermaßen beschreibt der T10-Wert die Temperatur, bei der 10% umgesetzt werden. Bei der T90-Temperatur sind somit 90% z.B. des Kohlenwasserstoffes umgesetzt. A characteristic of the catalyst is the working temperature. Thus, the T50 temperature for a chemical reaction is the temperature at which 50% of the conversion, e.g. of a hydrocarbon. Likewise, the T10 value describes the temperature at which 10% is converted. Thus, at the T90 temperature, 90% is e.g. of the hydrocarbon reacted.

Als Anspringtemperatur des Katalysators wird die Temperatur bezeichnet, bei der eine erste messbare chemische Reaktion erfolgt. Typischerweise wird der Reaktionsverlauf ohne Einsatz eines Katalysators vergleichend untersucht und dann die Umsatztemperaturen der chemischen Reaktion mit und ohne Katalysator verglichen. The light-off temperature of the catalyst is the temperature at which a first measurable chemical reaction takes place. Typically, the reaction course without the use of a catalyst is investigated comparatively and then compared the reaction temperatures of the chemical reaction with and without catalyst.

Außerdem wird die Alterung eines Katalysators untersucht, indem ein chemisch und/oder thermisch gealterter Katalysator mit einem unbenutzten Katalysator im Bereich der T50-Temperatur verglichen wird.In addition, the aging of a catalyst is investigated by comparing a chemically and / or thermally aged catalyst with an unused catalyst in the range of T50 temperature.

Das Arbeitsfenster des Katalysators hängt für die jeweiligen chemischen Reaktionen im Wesentlichen von der stofﬂichen Zusammensetzung und der spezifischen Oberfläche des Katalysators ab. Die spezifische Oberfläche wird durch die für die chemischen Reaktionen verfügbare Oberfläche des Katalysators beschrieben. Es können für die gleichen chemischen Reaktionen unterschiedliche Katalysatoren verwendet werden, die wiederum jeweils für sich unterschiedliche Arbeitsfenster aufweisen können. Umgekehrt ist es bei einer Vielzahl von Schadstoffen im Abgas notwendig, dass der oder die Katalysatoren in einem breiten Spektrum von chemischen Reaktionen mit unterschiedlichem Arbeitsfenster wirken. Bei technisch aufwändigen industriellen Einrichtungen der Abgasnachbehandlung wird der Katalysator beispielsweise durch eine spezielle Vorrichtung der Heizung und Kühlung auf die optimale Arbeitstemperatur gebracht und dort gehalten. Bei schwankenden Temperaturen des Abgases wird diese Temperatur mit Sensoren gemessen und das Abgas durch diese Vorrichtung auf die optimale Arbeitstemperatur gefahren und gehalten. Solche Vorrichtungen kommen für Einzelraumfeuerungsanlagen jedoch aus Kostengründen oder aufgrund der technischen Komplexität derartiger Vorrichtungen nicht zum Einsatz.The working window of the catalyst for the respective chemical reactions depends essentially on the material composition and the specific surface area of the catalyst. The specific surface area is described by the surface area of the catalyst available for the chemical reactions. Different catalysts can be used for the same chemical reactions, each in turn may have different working windows. Conversely, with a variety of pollutants in the exhaust, it is necessary for the catalyst or catalysts to operate in a wide range of chemical reactions with different operating windows. In technically complex industrial facilities for exhaust aftertreatment, the catalyst is brought to the optimum working temperature, for example, by a special device of the heating and cooling and held there. At fluctuating temperatures of the exhaust gas, this temperature is measured with sensors and the exhaust gas is driven and held by this device to the optimum operating temperature. However, such devices are not used for individual room firing systems due to cost reasons or due to the technical complexity of such devices.

Für die Behandlung von gasförmigen Schadstoffen bei der Nutzung von Einzelraumfeuerungsanlagen sind bereits Lösungen bekannt, bei denen ein Teil des Abgases oder auch das gesamte Abgas über oder durch einen Katalysator geleitet wird. Eine Nachverbrennung von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen wird in der Regel durch den Einbau von keramischen oder metallischen Bauteilen mit katalytischen Eigenschaften in die Abgasanlage oder in die Feuerstätte realisiert. Das können beispielsweise Verkleidung der Feuerraumwände, Prall- und Umlenkplatten, Lochplatten, offenzelluläre Schaumkeramik oder Formkörper wie Waben bis hin zu Schüttungen aus regelmäßig oder unregelmäßig geformten Formteilen, wie beispielsweise Kugeln, sein. Diese sind entweder aus Materialien aufgebaut, die selbst katalytische Eigenschaften aufweisen oder sie sind an der Oberfläche mit katalytisch wirkenden Materialien versehen.For the treatment of gaseous pollutants in the use of individual room combustion systems solutions are already known in which a portion of the exhaust gas or the entire exhaust gas is passed over or through a catalyst. Post-combustion of carbon monoxide and hydrocarbons is usually realized by the incorporation of ceramic or metallic components with catalytic properties in the exhaust system or in the fireplace. This can be, for example, cladding of the firebox walls, baffle plates and deflector plates, perforated plates, open-cell ceramic foam or shaped bodies such as honeycombs through to fillings of regularly or irregularly shaped parts, such as balls. These are either constructed of materials which themselves have catalytic properties or they are provided on the surface with catalytically active materials.

Probleme bereiten die bisher bekannten Lösungen bei der Konzeption von Einzelraumfeuerungsanlagen mit geringer Wärmeleistung, wie sie im modernen Wohnungsbau mittlerweile aufgrund der wesentlich verbesserten Wärmedämmeigenschaften des Baukörpers erforderlich sind. Kleine Feuerräume mit geringen Brennstoffauflagen führen hingegen zu hohen Emissionen. Gleiches trifft für konventionelle Geräte zu, sofern sie aufgrund des geringen Wärmebedarfes im Teillastbetrieb gefahren werden.Problems prepare the previously known solutions in the design of individual room combustion systems with low heat output, as they are now required in modern housing due to the significantly improved thermal insulation properties of the building. Small combustion chambers with low fuel requirements, however, lead to high emissions. The same applies to conventional devices, provided they are driven in part-load operation due to the low heat requirement.

Aus der DE 37 05 793 A1 ist ein Filterapparat zur Gasreinigung, vorzugsweise zur Rauchgasreinigung mit einem Staubfilter im Rohgasraum des Staubfilters bekannt, bei dem als Staubfilter in dem Filterapparat Elemente aus einer offenporiger Schaumkeramik angeordnet sind, die gegebenenfalls mit Metallen, Metalloxyden oder sonstigen Metallverbindungen beschichtet sind. From the DE 37 05 793 A1 is a filter apparatus for gas purification, preferably for flue gas cleaning with a dust filter in the raw gas chamber of the dust filter known, are arranged as dust filter in the filter apparatus elements of an open-cell foam ceramic, which are optionally coated with metals, metal oxides or other metal compounds.

Ebenfalls bekannt ist aus der DE 102 15 734 A1 eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen von Feststoff-Feuerstätten, bei der ein Keramiknetzwerk eingebaut ist, welches von dem Abgasstrom vollständig oder im überwiegenden Maße durchströmt ist. Also known is from the DE 102 15 734 A1 a device for the treatment of exhaust gases from solid fuel fireplaces, in which a ceramic network is installed, which is flowed through by the exhaust gas flow completely or predominantly.

Außerdem ist aus der DE 10 2010 007 253 A1 eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen einer Kleinfeuerungsanlage bekannt, die ein katalytisch aktives Material aufweist, welches eine Keramik ist, und die Keramik eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die von Abgasen durchströmbar sind. Moreover, from the DE 10 2010 007 253 A1 a device for the treatment of exhaust gases of a small combustion plant is known which comprises a catalytically active material, which is a ceramic, and the ceramic has a plurality of openings through which exhaust gases can flow.

Aus der DE 20 2010 007 246 U1 ist ein Apparat zur Abgasbehandlung einer Kleinfeuerungsanlage bekannt, der aus einem Gehäuse mit Boden und Deckel und mindestens zwei im Gehäuse zwischen Boden und Deckel angeordneten Vorrichtungen besteht. Diese enthalten jeweils eine Katalysatoreinrichtung, die ein katalytisch aktives Material aufweist, wobei das katalytisch aktive Material eine Keramik ist, mit der eine Oxidation der Abgase katalysierbar ist, und die Katalysatoreinrichtung eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die von den Abgasen durchströmbar sind. Der Boden des Apparats weist eine Öffnung auf, durch die Abgas aus der Kleinfeuerungsanlage in den Apparat geleitet werden kann. Der Deckel des Apparats weist eine Öffnung auf, durch die das behandelte Abgas abgeleitet werden kann.From the DE 20 2010 007 246 U1 a device for the exhaust gas treatment of a small combustion plant is known, which consists of a housing with bottom and lid and at least two arranged in the housing between the bottom and lid devices. These each contain a catalyst device which has a catalytically active material, wherein the catalytically active material is a ceramic with which an oxidation of the exhaust gases is catalyzable, and the catalyst device has a plurality of openings through which the exhaust gases can flow. The bottom of the apparatus has an opening through which exhaust gas from the small combustion plant can be directed into the apparatus. The lid of the apparatus has an opening through which the treated exhaust gas can be discharged.

Bekannt aus der DE 20 2008 012 668 U1 ist eine Einrichtung zur Emissionsminderung für Festbrennstoff-Feuerstätten, die zumindest ein Katalysatorelement und zumindest ein Filterelement umfasst.Known from the DE 20 2008 012 668 U1 is a device for emission reduction for solid fuel fireplaces, comprising at least one catalyst element and at least one filter element.

Aus der DE 10 2013 210 985 A1 sind Einbauten in Kleinfeuerungsanlagen bekannt, die eine Vermischung von brennbaren Abgasbestandteilen mit Verbrennungsluft bewirken und eine Wärmekapazität aufweisen, welche einen Abfall der Temperatur unter eine gewünschte Mindesttemperatur durch eine vorübergehend abgesenkte Verbrennungsleistung verhindert.From the DE 10 2013 210 985 A1 are installations in small combustion plants known that cause a mixture of combustible exhaust components with combustion air and have a heat capacity, which prevents a drop in temperature below a desired minimum temperature by a temporarily lowered combustion performance.

Bekannt aus der DE 196 27 028 A1 ist eine Rauchgasfilteranlage für Kleinfeuerungen, insbesondere Kleinfeuerungen für die Verbrennung von Holz, mit einem Abluftkamin, der einen Partikelabscheider aufweist, der als regenerierbares Filter mit Rauchgasgebläse ausgebildet ist und dem eine regenerierbare Einrichtung zur chemischen Reduzierung der gasförmigen Schadstoffe im Rauchgas nachgeschaltet ist.Known from the DE 196 27 028 A1 is a flue gas filter system for small furnaces, especially small furnaces for the combustion of wood, with an exhaust chimney having a particle, which is designed as a regenerable filter with flue gas blower and a regenerable means for chemical reduction of gaseous pollutants in the flue gas is connected downstream.

Außerdem ist aus der DE 10 2006 021 133 A1 ein Verfahren zur Reinigung von mit Schadstoffen belasteten Abgasströmen bekannt, bei dem der Abgasstrom in einem Reaktor mit einer darin enthaltenen Schüttung aus Metallspänen katalytisch gereinigt wird und bei dem die dotierten Metallspäne vor dem Einsatz auf einer Starttemperatur aufgeheizt werden. Vor, mit oder nach der katalytischen Reinigung erfolgt eine Entstaubung der magnetisierbaren Partikel des Abgasstromes in einem Magnetfeld. Moreover, from the DE 10 2006 021 133 A1 a method for the purification of contaminated with pollutants exhaust gas streams is known in which the exhaust gas stream is catalytically cleaned in a reactor with a bed of metal chips contained therein and in which the doped metal chips are heated to a starting temperature before use. Before, with or after the catalytic cleaning is done dedusting of the magnetizable particles of the exhaust stream in a magnetic field.

Nachteilig ist, dass die bekannten Lösungen zur Behandlung von Abgasen in Einzelraumfeuerungsanlagen technisch aufwendig und kostenintensiv sind und eine kontinuierliche Abgasbehandlung im Hinblick auf die diskontinuierliche Arbeitsweise der Einzelraumfeuerungsanlage nicht möglich ist. The disadvantage is that the known solutions for the treatment of exhaust gases in individual room firing systems are technically complicated and cost-intensive and a continuous exhaust treatment in view of the discontinuous operation of the individual room firing system is not possible.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen in Einzelraumfeuerungsanlagen anzugeben, die technisch einfach und kostengünstig ist und mit der eine im Wesentlichen kontinuierliche Abgasbehandlung im Hinblick auf die diskontinuierliche Arbeitsweise der Einzelraumfeuerungsanlage realisiert wird.The object of the present invention is to provide a device for the treatment of exhaust gases in individual room combustion systems, which is technically simple and inexpensive and with which a substantially continuous exhaust treatment is realized in view of the discontinuous operation of the individual room combustion system.

Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, wobei die Erfindung auch Kombinationen der einzelnen abhängigen Ansprüche im Sinne einer und -Verknüpfung mit einschließt, solange sie sich nicht gegenseitig ausschließen.The object is achieved by the invention specified in the claims. Advantageous embodiments are the subject matter of the subclaims, wherein the invention also includes combinations of the individual dependent claims in the sense of a and linkage, as long as they are not mutually exclusive.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht aus einer Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen in Einzelraumfeuerungsanlagen, bei der im Abgasstrom mindestens ein Bauelement angeordnet ist, welches ganz oder teilweise aus einem katalytisch wirkenden Material besteht, und bei der weiterhin im Abgasstrom in Strömungsrichtung nach dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material mindestens ein Bauelement angeordnet ist, welches aus einem Material mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität als das Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material besteht.The solution according to the invention consists of a device for the treatment of exhaust gases in individual room combustion systems, in which at least one component is arranged in the exhaust stream, which consists wholly or partly of a catalytically active material, and further in the exhaust gas flow in the direction of flow of the component from a catalytically acting Material is arranged at least one component which consists of a material having a higher volumetric heat capacity than the component of a catalytically active material.

Vorteilhafterweise stehen die aus dem Volumen der Bauelemente und deren spezifischen volumetrischen Wärmekapazität resultierenden absoluten Wärmekapazitäten in einem Verhältnis von Bauelement aus katalytisch wirkendem Material:Bauelement mit höherer volumetrischen Wärmekapazität = 1:5 bis 1:20.Advantageously, the absolute heat capacities resulting from the volume of the components and their specific volumetric heat capacity are in a ratio of component made of catalytically active material: component with a higher volumetric heat capacity = 1: 5 to 1:20.

Ebenfalls vorteilhafterweise weist das Volumen des Bauelementes mit einer höheren spezifischen volumetrischen Wärmekapazität gegenüber dem Volumen des Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material eine Abweichung mit dem Faktor von ≤ 2 auf. Likewise advantageously, the volume of the component with a higher specific volumetric heat capacity than the volume of the component with a catalytically active material has a deviation with the factor of ≦ 2.

Vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität eine plattenförmige und/oder unregelmäßige Geometrie aufweist. It is advantageous if the at least one component with a higher volumetric heat capacity has a plate-shaped and / or irregular geometry.

Ebenfalls vorteilhafterweise besteht das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität aus Schamotte, Mullit, Cordierit-, Vermiculit-, Aluminiumoxid- und/oder Siliciumcarbid-Keramik.Likewise advantageously, the at least one component with a higher volumetric heat capacity consists of chamotte, mullite, cordierite, vermiculite, aluminum oxide and / or silicon carbide ceramic.

Vorteilhaft ist es auch, wenn bei der Vorrichtung die Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, die dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material abgewandt ist, eine wärmeisolierende Schicht aufweist, Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die wärmeisolierende Schicht aus keramischem Faserdämmstoff, porosiertem Feuerleichtstein und/oder Vermiculit ist. It is also advantageous if in the device, the side of the device with a higher volumetric heat capacity, which faces away from the component of a catalytically active material, a heat insulating layer, It is particularly advantageous if the heat insulating layer of ceramic fiber insulation, porosiert Refractory brick and / or vermiculite is.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, wenn das Material der Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, das einem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material zugewandt ist, einen Bereich mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit aufweist, als das Material der Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, die dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material abgewandt ist. A further advantageous embodiment of the device according to the invention, when the material of the side of the device with a higher volumetric heat capacity, which faces a component of a catalytically active material, a region having a higher thermal conductivity, as the material of the side of the device with a higher volumetric heat capacity, which faces away from the component of a catalytically active material.

Vorteilhafterweise weist die Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, die dem mindestens einem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material zugewandt ist, einen Emissionskoeffizienten > 0,8 auf.Advantageously, the side of the component with a higher volumetric heat capacity, which faces the at least one component of a catalytically active material, has an emission coefficient> 0.8.

Auch ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität eine katalytisch wirkende Beschichtung aufweist.It is also advantageous if the at least one component having a higher volumetric heat capacity has a catalytically active coating.

Vorteilhafterweise besteht das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität aus einem katalytisch wirkenden Material. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine plattenförmige und/oder unregelmäßige Geometrie aufweist. Advantageously, the at least one component with a higher volumetric heat capacity consists of a catalytically active material. It is advantageous if the at least one component made of a catalytically active material has a plate-shaped and / or irregular geometry.

Vorteilhafterweise ist das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine offenzellige Schaumkeramik, ein von textilen Strukturen abgeformtes Keramiknetzwerk, eine Schüttung, eine Platte und/oder eine mit einem katalytisch wirkenden Material beschichtete Platte.Advantageously, the at least one component of a catalytically active material is an open-cell foam ceramic, a ceramic network molded by textile structures, a bed, a plate and / or a plate coated with a catalytically active material.

Weiterhin vorteilhafterweise weist das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine spezifische volumetrische Wärmekapazität von 200 kJ/(K·m³) bis 1000 kJ/(K·m³) auf. Further advantageously, the at least one component made of a catalytically active material has a specific volumetric Heat capacity of 200 kJ / (K · m ³ ) to 1000 kJ / (K · m ³ ) on.

Ebenfalls vorteilhafterweise sind das katalytisch wirkende Material, Eisen, Platin und/oder Palladium oder Mischungen von Eisen, Platin und/oder Palladium.Also advantageously, the catalytically active material, iron, platinum and / or palladium or mixtures of iron, platinum and / or palladium.

Vorteilhafterweise weist die Geometrie des mindestens einen Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität gegenüber der Geometrie des mindestens einen Bauelementes aus einem katalytisch wirkenden Material eine Abweichung mit dem Faktor von ≤ 1,5 auf.Advantageously, the geometry of the at least one component with a higher volumetric heat capacity compared with the geometry of the at least one component made of a catalytically active material has a deviation with a factor of ≦ 1.5.

Und ebenfalls vorteilhaft ist, wenn bei der Vorrichtung das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität und das mindestens eine Bauelementes aus einem katalytisch wirkenden Material eine im Wesentlichen gleiche Geometrie aufweisen.It is also advantageous if in the device the at least one component with a higher volumetric heat capacity and the at least one component made of a catalytically active material have a substantially identical geometry.

Auch ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität und/oder das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine lokal unterschiedliche Dicke oder eine kontinuierlich verlaufende Dickenveränderung aufweist. It is also advantageous if the at least one component with a higher volumetric heat capacity and / or the at least one component made of a catalytically active material has a locally different thickness or a continuously varying thickness change.

Besonders vorteilhafterweise sind das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität und das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material parallel zueinander angeordnet sind. Und insbesondere ist es von Vorteil, wenn das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material in einem Abstand von 3mm bis 50mm zu dem mindestens einen Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität angeordnet ist. Particularly advantageously, the at least one component with a higher volumetric heat capacity and the at least one component made of a catalytically active material are arranged parallel to one another. In particular, it is advantageous if the at least one component of a catalytically active material is arranged at a distance of 3 mm to 50 mm from the at least one component with a higher volumetric heat capacity.

Vorteilhafterweise weist das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität eine spezifische volumetrische Wärmekapazität von 1200 kJ/(K·m³) bis 3500 kJ/(K·m³) auf. Advantageously, the at least one component with a higher volumetric heat capacity has a specific volumetric heat capacity of 1200 kJ / (K · m ³ ) to 3500 kJ / (K · m ³ ).

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung sind das mindestens eine Bauelement mit dem katalytisch wirkenden Material und das mindestens eine Bauelement mit der höheren volumetrischen Wärmekapazität in der Abgasführung nach einem Filterbauelement angeordnet.In an advantageous embodiment of the device, the at least one component with the catalytically active material and the at least one component with the higher volumetric heat capacity in the exhaust gas guide are arranged downstream of a filter component.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung von Abgasen von Einzelraumfeuerungsanlagen wird der Abgasstrom mindestens durch ein Bauelement, welches ganz oder teilweise aus einem auf Bestandteile des Abgasstroms katalytisch wirkenden Material besteht, geführt und direkt nachfolgend zu einem Bauelement, welches aus einem Material mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität als das Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material besteht, und der Abgasstrom an und/oder um und/oder höchstens teilweise durch dieses Bauelement mit der höheren volumetrischen Wärmekapazität entlang in Richtung des Abgasausgangs geführt.In the method according to the invention for the treatment of exhaust gases from individual room combustion systems, the exhaust gas flow is guided at least by a component which consists wholly or partly of a material catalytically acting on constituents of the exhaust gas flow, and directly following to a component which consists of a material with a higher volumetric heat capacity as the component consists of a catalytically active material, and the exhaust gas flow to and / or around and / or at most partially guided by this device with the higher volumetric heat capacity along in the direction of the exhaust outlet.

Erfindungsgemäß wird erstmals eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen in Einzelraumfeuerungsanlagen bereitgestellt, die sich durch einen kostengünstigen und technisch einfachen Aufbau auszeichnet und mit der eine im Wesentlichen kontinuierliche Abgasbehandlung in Hinblick auf die diskontinuierliche Arbeitsweise der Einzelraumfeuerungsanlage realisiert wird.According to the invention, a device for treating exhaust gases in individual room combustion systems is provided for the first time, which is characterized by a cost-effective and technically simple design and with which a substantially continuous exhaust gas treatment is realized in view of the discontinuous operation of the individual room combustion system.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es insbesondere durch eine bessere Ausnutzung der Funktionsweise eines Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material möglich, bei Abbrand von Feststoffen in einer Einzelraumfeuerungsanlage die Schadstoffemission an die Umwelt signifikant zu verringern.With the device according to the invention, it is possible in particular by better utilization of the operation of a component with a catalytically active material to significantly reduce pollutant emissions to the environment when burning off solids in a single room combustion system.

Erfindungsgemäß wird eine kontinuierliche Arbeitsweise eines Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material erreicht. Unter einem katalytisch wirkenden Material soll im Rahmen der Erfindung ein Material verstanden werden, welches auf mindestens einen der Bestandteile des Abgasstromes katalytisch wirkt. According to the invention, a continuous operation of a component with a catalytically active material is achieved. In the context of the invention, a catalytically active material is to be understood as meaning a material which acts catalytically on at least one of the constituents of the exhaust gas stream.

Beim Abbrand von Festbrennstoffen treten brennstoffauﬂagebedingte Schwankungen der Abgastemperatur auf. Diese Temperaturschwankungen des Abgasstromes werden durch die materialabhängige Wärmestrahlung des mindestens einen Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität kompensiert. Dadurch wird eine im Wesentlichen gleichbleibende Arbeitstemperatur des mindestens einen Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material erreicht und eine bessere Arbeitsweise dieses Bauelementes und der gesamten Einzelraumfeuerungsanlage realisiert.When solid fuel burns up, flue gas-related fluctuations in the exhaust gas temperature occur. These temperature fluctuations of the exhaust gas flow are compensated by the material-dependent heat radiation of the at least one component with a higher volumetric heat capacity. As a result, a substantially constant working temperature of the at least one component with a catalytically active material is achieved and a better operation of this component and the entire individual room firing system is realized.

Die Kompensierung der Temperaturschwankungen und eine im Wesentlichen gleichbleibende Arbeitstemperatur werden damit über den gesamten Leistungsbereich der Einzelraumfeuerungsanlage und insbesondere auch bei Teillastbetrieb der Einzelraumfeuerungsanlage erreicht.The compensation of the temperature fluctuations and a substantially constant working temperature are thus achieved over the entire power range of the individual room combustion system and in particular also at partial load operation of the individual room combustion system.

Das mindestens eine Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material kann ein hochporöser Träger oder ein zellulärer Aufbau oder eine Schüttung sein, die aus einem katalytisch wirkenden Material besteht und/oder mit diesem beschichtet ist. Das erfindungsgemäße Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material kann im Abgasstrom nach einem Filterbauelement angeordnet sein. Mit einem derartigen Filterbauelement werden feste Partikel, wie beispielsweise Ruß, aus dem Abgasstrom gefiltert. The at least one component with a catalytically active material may be a highly porous carrier or a cellular structure or a bed which consists of and / or is coated with a catalytically active material. The component of a catalytically active material according to the invention can be arranged in the exhaust gas stream downstream of a filter component. With a Such filter component, solid particles such as soot, are filtered from the exhaust stream.

Das nach dem Filterelement angeordnete Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material kann aus einzelnen Komponenten aufgebaut sein, die vom Abgas durchströmt werden. Typischerweise weist das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine plattenförmige Geometrie mit einer großen Fläche senkrecht zur Richtung des Abgasstromes und einer geringen Ausdehnung in Richtung des Abgasstromes auf. Jedoch sind auch unregelmäßig geformte Bauelemente mit unterschiedlichen Dicken einsetzbar. Möglich ist auch, dass die von der Plattenform abweichenden Bauelemente gewölbte und plissierte Platten, Halbkugelschalen oder Zylindermäntel sind. The arranged after the filter element of a catalytically active material may be constructed of individual components, which are flowed through by the exhaust gas. Typically, the at least one component of a catalytically active material has a plate-shaped geometry with a large area perpendicular to the direction of the exhaust gas flow and a small extension in the direction of the exhaust gas flow. However, irregularly shaped components with different thicknesses can be used. It is also possible that the deviating from the plate form components are curved and pleated plates, hemispherical shells or cylinder jackets.

Erfindungsgemäß besitzt das mindestens eine Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material eine geringe spezifische volumetrische Wärmekapazität von ≤ 1000 kJ/(K·m³), vorzugsweise von < 500 kJ/(K·m³), besonders bevorzugt von 200 bis 400 kJ/(K·m³). Erfindungsgemäß ist unmittelbar benachbart von dem und im Abgasstrom nach dem mindestens einen Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material ein Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität angeordnet. Dieses Bauelement weist eine spezifische volumetrische Wärmekapazität von > 1200 kJ/(K·m³), vorzugsweise von 1500 bis 3500 kJ/(K·m³), auf. Unter benachbart soll im Rahmen der Erfindung der Abstand der beiden zueinander angeordneten Seiten des mindestens einen Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material und des mindestens einen Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität verstanden werden. Dieser Abstand kann zwischen 3 mm und 50 mm betragen, in einer bevorzugten Ausführung beträgt der Abstand zwischen 5 und 20 mm. According to the invention, the at least one component with a catalytically active material has a low specific volumetric heat capacity of ≦ 1000 kJ / (K * m ³ ), preferably of <500 kJ / (K * m ³ ), particularly preferably of 200 to 400 kJ / ( K · m ³ ). According to the invention, a component with a higher volumetric heat capacity is arranged directly adjacent to and in the exhaust gas stream downstream of the at least one component with a catalytically active material. This device has a specific volumetric heat capacity of> 1200 kJ / (K · m ³ ), preferably from 1500 to 3500 kJ / (K · m ³ ). In the context of the invention, the term "adjacent" should be understood to mean the distance between the two mutually arranged sides of the at least one component with a catalytically active material and the at least one component with a higher volumetric heat capacity. This distance can be between 3 mm and 50 mm, in a preferred embodiment the distance is between 5 and 20 mm.

Die spezifische volumetrische Wärmekapazität (auch Wärmespeicherzahl genannt) ist die auf das Volumen bezogene Wärmekapazität eines Materials und ergibt sich aus der spezifischen, also massebezogenen Wärmekapazität eines Materials, multipliziert mit dessen Dichte. Die Einheit ist kJ/(K·m³). Da vor allem die Wärmekapazität ein temperaturabhängiger Wert ist, sind die genannten Werte auf Werte bei Raumtemperatur bezogen. Zwar ist für die erfindungsgemäße Anwendung die Wärmekapazität bei den höheren Betriebstemperaturen die korrekte physikalische Größe, da aber die bekannten Temperaturabhängigkeiten der Wärmekapazitäten der meisten Materialien ähnlich ist, wird zur Vereinfachung Bezug auf die Raumtemperaturwerte genommen.The specific volumetric heat capacity (also called heat storage number) is the volume-related heat capacity of a material and results from the specific, ie mass-related heat capacity of a material multiplied by its density. The unit is kJ / (K * m ³ ). Since, above all, the heat capacity is a temperature-dependent value, the stated values are based on values at room temperature. Although the heat capacity at the higher operating temperatures is the correct physical quantity for the application according to the invention, since the known temperature dependencies are similar to the heat capacities of most materials, reference is made to the room temperature values for the sake of simplicity.

Die spezifische volumetrische Wärmekapazität eines Bauelementes errechnet sich aus der Wärmekapazität und Dichte der das Bauelement bildenden Materialien, bezogen auf das Gesamtvolumen des Bauelementes. Das Gesamtvolumen wird durch die äußere begrenzende Geometrie des Bauelementes definiert. Ist das Bauelement aus verschiedenen Komponenten und Materialien aufgebaut, ergibt sich die spezifische volumetrische Wärmekapazität aus der Summe der Wärmekapazitäten der einzelnen Komponenten und Materialien, bezogen auf das Gesamtvolumen des Bauelementes. Die spezifische volumetrische Wärmekapazität vieler fester Stoffe liegt im Bereich von 1500 bis 4500 kJ/(K·m³), was im Wesentlichen von der molaren Masse und der Dichte der atomaren Packung abhängt. Geringe spezifische volumetrische Wärmekapazitäten unter 1500 kJ/(K·m³) können durch Porosierung oder durch einen zellularen Aufbau der Materialien erreicht werden, da das in den Poren enthaltene Gas (zumeist Luft) eine vernachlässigbare geringe volumetrische Wärmekapazität besitzt. Insofern wirkt sich die Verringerung der Dichte in Folge der Porosierung oder Zellularität eines Materials sehr stark auf die Verringerung der spezifischen volumetrischen Wärmekapazität eines Materials aus.The specific volumetric heat capacity of a component is calculated from the heat capacity and density of the components forming the component, based on the total volume of the component. The total volume is defined by the outer limiting geometry of the component. If the component is composed of different components and materials, the specific volumetric heat capacity results from the sum of the heat capacities of the individual components and materials, based on the total volume of the component. The specific volumetric heat capacity of many solids is in the range of 1500 to 4500 kJ / (K · m ³ ), which essentially depends on the molar mass and the density of the atomic packing. Low specific volumetric heat capacities below 1500 kJ / (K · m ³ ) can be achieved by porosation or by a cellular structure of the materials since the gas (mostly air) contained in the pores has a negligible low volumetric heat capacity. In this respect, the reduction in density due to the porosity or cellularity of a material has a strong effect on the reduction in the specific volumetric heat capacity of a material.

Eine zusätzliche Wärmeaufnahme und -abgabe wird realisiert, wenn die Materialien Stoffe enthalten, die einen Phasenwechsel bei einer bestimmten Temperatur aufweisen (sogenannte PCM = phase change materials), z.B. aufschmelzen, erstarren und/oder kristallisieren. Auch können zusätzliche thermische Effekte durch Adsorption/Desorption auftreten. An additional heat absorption and release is realized when the materials contain substances that have a phase change at a certain temperature (so-called PCM = phase change materials), e.g. melt, solidify and / or crystallize. Also, additional thermal effects can occur through adsorption / desorption.

Das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität ist, ausgehend von der Richtung des Abgasstromes, hinter dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material, vorteilhafterweise parallel, angeordnet. Damit wird erreicht, dass der gesamte oder zumindest der überwiegende Anteil des heißen Abgases zuerst das mindestens eine Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material durchströmt und erst danach das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität an- und/oder um- und/oder höchstens teilweise durchströmt. The at least one component with a higher volumetric heat capacity is, starting from the direction of the exhaust gas flow, behind the component of a catalytically active material, advantageously arranged in parallel. This ensures that the entire or at least the predominant portion of the hot exhaust gas flows first through the at least one component with a catalytically active material and only then the at least one component with a higher volumetric heat capacity on and / or um- and / or at most partially flows through.

Erfindungsgemäß ist die Geometrie des mindestens einen Bauelementes mit einer höheren spezifischen volumetrischen Wärmekapazität im Wesentlich gleich der Geometrie des mindestens einen Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material, wobei eine Abweichung der geometrischen Abmessungen der beiden Bauelemente mit dem Faktor von ≤1,5 vorhanden sein kann, beispielsweise, dass ein Bauelement eine bis zu 1,5 mal größere Länge und/oder Breite und/oder Dicke aufweisen kann. According to the invention, the geometry of the at least one component with a higher specific volumetric heat capacity is essentially the same as the geometry of the at least one component with a catalytically active material, wherein a deviation of the geometric dimensions of the two components by a factor of ≦ 1.5 may be present. for example, that a component can have up to 1.5 times greater length and / or width and / or thickness.

Dabei kann das Volumen des Bauelementes mit einer höheren spezifischen volumetrischen Wärmekapazität im Wesentlichen gleich dem, größer als oder auch kleiner als das Volumen des mindestens einen Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material sein, wobei eine Abweichung des Volumens der beiden Bauelemente mit dem Faktor von ≤ 2 vorhanden sein kann. Die aus dem Volumen der Bauelemente und deren spezifischen volumetrischen Wärmekapazität resultierenden absoluten Wärmekapazitäten (in J/K) stehen dadurch im Verhältnis von 1:5 bis 1:20 (Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material:Bauelement mit höherer volumetrischer Wärmekapazität). Bei Werten über 1:5 = 0,2 ist der ausgleichende Effekt der Bauelemente auf die Temperaturverteilung zu gering. Bei Werten unter 1:20 = 0,05 beeinflusst die thermische Trägheit die Aufheizung der beiden Bauelemente nachteilig, so dass die Arbeitstemperatur des Katalysators erst sehr spät erreicht wird.In this case, the volume of the component with a higher specific volumetric heat capacity substantially equal to, greater than or be smaller than the volume of the at least one component with a catalytically active material, wherein a deviation of the volume of the two components with the factor of ≤ 2 may be present. The absolute heat capacities (in J / K) resulting from the volume of the components and their specific volumetric heat capacity are therefore in the ratio of 1: 5 to 1:20 (component with a catalytically active material: component with higher volumetric heat capacity). For values above 1: 5 = 0.2, the compensatory effect of the components on the temperature distribution is too low. At values below 1:20 = 0.05, the thermal inertia adversely affects the heating of the two components, so that the working temperature of the catalyst is reached only very late.

Erfindungsgemäß wird die Behandlung von Abgasen von Einzelraumfeuerungsanlagen dadurch realisiert, dass bei Inbetriebnahme der Einzelraumfeuerungsanlage der Abgasstrom durch das mindestens eine Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material geführt wird. Beim Durchführen des heißen Abgasstromes durch das mindestens eine Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material wird die benötigte Arbeitstemperatur dieses Bauelementes infolge seiner sehr niedrigen volumetrischen Wärmekapazität rasch erreicht. Nach dem Durchströmen des Abgasstromes durch das mindestens eine Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material wird der Abgasstrom direkt zu dem nachfolgend angeordneten Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität geführt. Durch die hohe Wärmekapazität des Bauelementes mit der höheren volumetrischen Wärmekapazität wird dieses Bauelement langsam erwärmt, wobei die Funktion des Katalysatorelementes dadurch nicht beeinflusst wird. Mit zunehmender Zeit erfolgt die Angleichung der Temperaturen der benachbarten Bauelemente. According to the invention, the treatment of exhaust gases of individual room combustion systems is realized in that when commissioning the individual room combustion system of the exhaust gas flow is passed through the at least one component with a catalytically active material. When carrying out the hot exhaust gas flow through the at least one component with a catalytically active material, the required working temperature of this component is rapidly achieved due to its very low volumetric heat capacity. After flowing through the exhaust gas flow through the at least one component with a catalytically active material, the exhaust gas flow is led directly to the subsequently arranged component with a higher volumetric heat capacity. Due to the high heat capacity of the component with the higher volumetric heat capacity of this component is slowly heated, the function of the catalyst element is not affected thereby. With increasing time, the alignment of the temperatures of the adjacent components takes place.

Besitzt dagegen das Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material eine hohe volumetrische Wärmekapazität, entweder allein oder in Kombination mit dem Bauelement mit höherer volumetrischer Wärmekapazität, so führt dies zu einer sehr langsamen Aufheizung des Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material, so dass die Arbeitstemperatur erst sehr spät, oder, z.B. bei Teillast, gar nicht erreicht wird.In contrast, if the device with a catalytically active material has a high volumetric heat capacity, either alone or in combination with the device with higher volumetric heat capacity, this leads to a very slow heating of the device with a catalytically active material, so that the working temperature until very late , or, eg at partial load, not reached.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren wird erreicht, dass bei Abbrand der Festbrennstoffe in der Einzelraumfeuerungsanlage und dem damit einhergehenden Absinken der Abgastemperatur durch die Wärmeabstrahlung des Bauelementes mit einer höheren Wärmekapazität an das benachbarte Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material die Temperatur des Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material auf einem höheren Temperaturniveau trotz Absinken der Abgastemperatur verbleibt. Dieser Effekt wird völlig ohne die Zufuhr weiterer Hilfsenergie, beispielsweise durch einen elektrischen Heizer und ohne den Einsatz spezieller Steuerungs- und Regelungselemente, insbesondere über einen Zeitraum erreicht, der die Zeitspanne bis zur nächsten Festbrennstoffauflage überbrückt.With the apparatus and the method according to the invention it is achieved that at combustion of the solid fuels in the individual room furnace and the concomitant decrease in the exhaust gas temperature by the heat radiation of the component with a higher heat capacity to the adjacent component with a catalytically active material, the temperature of the component with a catalytic acting material remains at a higher temperature level despite dropping the exhaust gas temperature. This effect is achieved completely without the supply of additional auxiliary energy, for example by an electric heater and without the use of special control and regulating elements, in particular over a period of time that bridges the time span until the next solid fuel deposit.

Ein weiterer positiver Effekt der Erfindung besteht darin, dass bei Überlastung der Einzelraumfeuerungsanlage, wie sie durch Fehlbedienung durch den Nutzer z.B. infolge zu hoher Brennstoffauflage auftreten kann, die hohe Wärmekapazität des Bauelementes mit der höheren volumetrischen Wärmekapazität auch das katalytisch wirkende Bauelement vor einer zu starken Überhitzung schützt, wodurch eine thermische Schädigung des katalytisch wirkenden Materials vermieden wird.A further positive effect of the invention is that in the case of overloading of the individual room firing system, as caused by incorrect operation by the user, e.g. can occur as a result of excessive fuel bearing, the high heat capacity of the device with the higher volumetric heat capacity and the catalytic device protects against excessive overheating, whereby thermal damage to the catalytically active material is avoided.

Das mindestens eine Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material und das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität sind so in der Abgasführung angeordnet, dass bei Abbrand der Festbrennstoffe eine Arbeitstemperatur für das Bauelement mit dem katalytisch wirkenden Material von 250°C bis 600°C zur Verfügung steht.The at least one component with a catalytically active material and the at least one component with a higher volumetric heat capacity are arranged in the exhaust system such that, when the solid fuels burn, a working temperature for the component with the catalytically active material of 250 ° C. to 600 ° C. Available.

Das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein und entsprechend unterschiedliche physikalische und thermische Eigenschaften aufweisen. Die genaue Auswahl und Auslegung der Materialien, deren Geometrie und Anordnung hängt von der jeweiligen Konstellation der Einzelraumfeuerungsanlage ab, insbesondere der Größe des Feuerraumes und der Nennleistung, sowie der Geometrie und Auskleidung der Abgasführung. Nach der erfindungsgemäßen Auswahl der Komponenten gemäß ihrer spezifischen volumetrischen Wärmekapazität kann der Fachmann die weitere Abstimmung durch Gestaltung der Volumina und der Abstände vornehmen. Weitere Einflussgrößen auf den erfindungsgemäß zu erreichenden Effekt bestehen in dem Wärmeübergangskoeffizienten und der Wärmeleitfähigkeiten der Materialien. Es hat sich aber gezeigt, dass die wesentliche Einflussgröße in den Wärmekapazitäten der beiden Bauelemente und deren Verhältnis zueinander liegt. Diese wiederum hängen von dem Volumen der Bauelemente und den spezifischen volumetrischen Wärmekapazitäten der dafür eingesetzten Materialien ab. The at least one device with a higher volumetric heat capacity can be made of different materials and correspondingly have different physical and thermal properties. The exact selection and design of the materials, their geometry and arrangement depends on the particular constellation of the individual room firing system, in particular the size of the firebox and the rated power, as well as the geometry and lining of the exhaust system. After the selection of the components according to the invention according to their specific volumetric heat capacity, the person skilled in the art can carry out the further tuning by designing the volumes and the distances. Further factors influencing the effect to be achieved according to the invention are the heat transfer coefficient and the heat conductivities of the materials. However, it has been shown that the main factor influencing the heat capacities of the two components and their relationship to each other. These in turn depend on the volume of the components and the specific volumetric heat capacities of the materials used.

Eine erste Auswahl der benötigten Materialien zur Erreichung des erfindungsgemäßen Effektes der thermischen Ausgleichswirkung von auflagebedingten Temperaturschwankungen zur Einhaltung eines optimalen Arbeitsfensters des katalytisch wirkenden Materials kann analog der einschlägigen Auslegung von Speicherfeuerstätten vorgenommen werden, wie sie z.B. beschrieben ist in: H. Hofbauer, T. Schiffert, D. Vogl, Auslegung keramischer Speicher, Schriftenreihe des Österreichischen Kachelofenverbandes, Wien 2002, ISBN 3-901680-07-1 . Eine genauere Abstimmung kann der Fachmann durch wenige experimentelle Messungen der Temperaturen am katalytisch wirkenden Material und/oder der CO- und HC-Emissionen vornehmen.A first selection of the materials needed to achieve the effect according to the invention of the thermal compensation effect of temperature variations due to the coating to maintain an optimum working window of the catalytically active material can be analogous to the relevant one Design of storage fireplaces are made, as described for example in: H. Hofbauer, T. Schiffert, D. Vogl, interpretation of ceramic memory, series of publications of the Austrian Kachelofenverbandes, Vienna 2002, ISBN 3-901680-07-1 , The expert can carry out a more precise tuning by means of a few experimental measurements of the temperatures of the catalytically active material and / or of the CO and HC emissions.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, die dem Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material abgewandt ist, ein thermisch isolierendes Material aufweist. Auch ist es vorteilhaft, wenn die thermische Leitfähigkeit des Materials an der dem Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material zugewandten Seite möglichst hoch ist. Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität die dem mindestens einen Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material zugewandt ist, einen hohen Emissionskoeffizienten > 0,8 aufweist. Das kann z.B. durch eine spezielle Beschichtung der Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität erreicht werden. Damit wird erreicht, dass die im Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität gespeicherte Wärme überwiegend nur in Richtung des Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material abgegeben wird.It is particularly advantageous if the side of the component with a higher volumetric heat capacity, which faces away from the component with a catalytically active material, has a thermally insulating material. It is also advantageous if the thermal conductivity of the material at the side facing the component with a catalytically active material is as high as possible. It is also advantageous if the side of the component with a higher volumetric heat capacity which faces the at least one component made of a catalytically active material has a high emission coefficient> 0.8. This can e.g. be achieved by a special coating of the side of the device with a higher volumetric heat capacity. This ensures that the heat stored in the component with a higher volumetric heat capacity is dissipated predominantly only in the direction of the component with a catalytically active material.

Außerdem ist es möglich, dass das mindestens eine Bauelement mit der höheren volumetrischen Wärmekapazität eine katalytisch wirkende Beschichtung aufweist. Dies kann durch eine Oberflächenschicht aus katalytisch wirkenden Materialien auf der dem Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material zugewandten Fläche realisiert sein. Möglich ist auch, dass das Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität selbst ein katalytisch wirkendes Bauelement ist. Als katalytisch wirkende Materialien können Eisen, Platin oder Palladium und/oder deren Mischungen eingesetzt werden. In addition, it is possible for the at least one component with the higher volumetric heat capacity to have a catalytically active coating. This can be realized by a surface layer of catalytically active materials on the surface facing the component with a catalytically active material. It is also possible that the device with a higher volumetric heat capacity is itself a catalytic device. As catalytically active materials iron, platinum or palladium and / or mixtures thereof can be used.

Ausführungsbeispielembodiment

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.

Ein mit Holz betriebener Kaminofen als Einzelraumfeuerungsanlage weist eine Nennwärmeleistung von 7 kW auf, wobei die Abgastemperatur 230 °C, der Abgasförderdruck 12Pa und der Abgasmassenstrom 9,7 g/s beträgt. Der Feuerraum des Kaminofens besitzt einen Querschnitt von 200 × 350 mm. Zwischen dem Feuerraum und dem Abgassammler ist ein Filtermaterial eingebaut. Das Filtermaterial ist eine offenzellige Schaumkeramik aus Cordierit mit einer Zellweite von 10 ppi mit den Abmessungen 200 x 300 x 25 mm und ist in einem Rahmen fixiert. Oberhalb des Filters im Abgasstrom in Strömungsrichtung ist parallel im Abstand von 60 mm ein Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eingebaut. Das Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material ist eine offenzellige Schaumkeramik aus Cordierit mit einer Zellweite von 10 ppi mit den Abmessungen 200 × 300 × 20 mm, die mit einem Pt-Pd-Katalysator beschichtet ist. Der Katalysator weist eine T50 Umsatztemperatur für CO von 150°C und für HC (gemessen als Propan) von 300°C auf. A wood-burning stove as Einzelraumfeuerungsanlage has a nominal heat output of 7 kW, the exhaust gas temperature 230 ° C, the exhaust gas pressure 12Pa and the exhaust gas mass flow is 9.7 g / s. The firebox of the stove has a cross section of 200 × 350 mm. Between the combustion chamber and the exhaust collector, a filter material is installed. The filter material is an open celled ceramics made of cordierite with a cell width of 10 ppi with the dimensions 200 x 300 x 25 mm and is fixed in a frame. Above the filter in the exhaust stream in the flow direction, a component made of a catalytically active material is installed in parallel at a distance of 60 mm. The catalytically active material member is an open-celled cordierite foamed ceramic having a cell width of 10 ppi having dimensions of 200 × 300 × 20 mm coated with a Pt-Pd catalyst. The catalyst has a T50 conversion temperature for CO of 150 ° C and for HC (measured as propane) of 300 ° C.

Für einen möglichst hohen Schadstoffabbau von > 90% wird eine Arbeitstemperatur von 400°C angestrebt. Eine thermische Schädigung des Katalysators setzt bei Temperaturen oberhalb von 800°C ein.For a maximum pollutant reduction of> 90%, a working temperature of 400 ° C is desired. Thermal damage to the catalyst starts at temperatures above 800 ° C.

Die spezifische volumetrische Wärmekapazität des Bauelementes mit dem katalytisch wirkenden Material bei Raumtemperatur beträgt 350 kJ/(K·m³), die absolute Wärmekapazität 420 J/K. Oberhalb im Abgasstrom in Strömungsrichtung des Bauelementes mit dem katalytisch wirkenden Material ist parallel dazu im Abstand von 20 mm ein weiteres Bauelement in Form einer Platte mit den Abmessungen 180 × 280 × 40 mm eingebaut. Das Bauelement weist eine höhere volumetrische Wärmekapazität auf als das Bauelement mit dem katalytisch wirkenden Material und besteht aus Siliciumcarbidkeramik mit einer spezifischen volumetrischen Wärmekapazität bei Raumtemperatur von 1300 kJ/(K·m³). Die absolute Wärmekapazität dieses Bauelementes beträgt 2600 J/K. Die dem Feuerraum abgewandte Seite dieses Bauelementes ist mit einer 3 mm dicken Schicht aus einem keramischen Faserdämmstoff beschichtet. Die dem Feuerraum zugewandte Seite der dieses Bauelementes weist einen Emissionskoeffizienten von 0,85 auf. Das Verhältnis der absoluten Wärmekapazitäten des Bauelementes mit dem katalytisch wirkenden Material und dem weiteren Bauelement beträgt 420:2600 = 1:6,2 = 0,16.The specific volumetric heat capacity of the catalytically active material element at room temperature is 350 kJ / (K · m ³ ), the absolute heat capacity is 420 J / K. Above in the exhaust gas flow in the flow direction of the component with the catalytically active material, another component in the form of a plate with dimensions of 180 × 280 × 40 mm is installed parallel to it at a distance of 20 mm. The device has a higher volumetric heat capacity than the catalytic material element and is made of silicon carbide ceramics having a room temperature specific volumetric heat capacity of 1300 kJ / (K · m ³ ). The absolute heat capacity of this device is 2600 J / K. The side facing away from the combustion chamber of this device is coated with a 3 mm thick layer of a ceramic fiber insulation. The side facing the combustion chamber of this component has an emission coefficient of 0.85. The ratio of the absolute heat capacities of the component with the catalytically active material and the further component is 420: 2600 = 1: 6.2 = 0.16.

Bei Betrieb der Einzelraumfeuerungsanlage unter Nennlast wird bei der ersten Auflage des Festbrennstoffes die Arbeitstemperatur des Bauelementes mit dem katalytisch wirkenden Material von 400°C nach 10 Minuten erreicht. Nach weiteren 20 min ist der Abbrand erfolgt, so dass weitere Auflagen von Scheitholz in einem zeitlichen Abstand von 30 Minuten erfolgen. Während der Auflagezyklen schwankt die Temperatur des Bauelementes mit dem katalytisch wirkenden Material lediglich zwischen 350 °C und 450°C. When operating the individual room combustion system under rated load, the working temperature of the component with the catalytically active material of 400 ° C is reached after 10 minutes in the first edition of the solid fuel. After a further 20 minutes, the burning is carried out, so that further runs of logs occur at a time interval of 30 minutes. During the bearing cycles, the temperature of the component with the catalytically active material varies only between 350 ° C and 450 ° C.

Dadurch wird bei der Einzelraumfeuerungsanlage eine im Wesentlichen kontinuierliche Abgasbehandlung erreicht.As a result, an essentially continuous exhaust gas treatment is achieved in the individual room combustion system.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3705793 A1 [0026] DE 3705793 A1 [0026]
DE 10215734 A1 [0027] DE 10215734 A1 [0027]
DE 102010007253 A1 [0028] DE 102010007253 A1 [0028]
DE 202010007246 U1 [0029] DE 202010007246 U1 [0029]
DE 202008012668 U1 [0030] DE 202008012668 U1 [0030]
DE 102013210985 A1 [0031] DE 102013210985 A1 [0031]
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DE 102006021133 A1 [0033] DE 102006021133 A1 [0033]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

H. Hofbauer, T. Schiffert, D. Vogl, Auslegung keramischer Speicher, Schriftenreihe des Österreichischen Kachelofenverbandes, Wien 2002, ISBN 3-901680-07-1 [0077] H. Hofbauer, T. Schiffert, D. Vogl, interpretation of ceramic memory, series of publications of the Austrian Kachelofenverbandes, Vienna 2002, ISBN 3-901680-07-1 [0077]

Claims

Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen in Einzelraumfeuerungsanlagen, bei der im Abgasstrom mindestens ein Bauelement angeordnet ist, welches ganz oder teilweise aus einem katalytisch wirkenden Material besteht, und bei der weiterhin im Abgasstrom in Strömungsrichtung nach dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material mindestens ein Bauelement angeordnet ist, welches aus einem Material mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität als das Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material besteht.Device for the treatment of exhaust gases in individual room combustion systems, in which at least one component is arranged in the exhaust stream, which consists wholly or partly of a catalytically active material, and in which at least one component is arranged in the exhaust gas flow in the flow direction after the component of a catalytically active material , which consists of a material with a higher volumetric heat capacity than the component of a catalytically active material.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die aus dem Volumen der Bauelemente und deren spezifischen volumetrischen Wärmekapazität resultierenden absoluten Wärmekapazitäten in einem Verhältnis stehen von Bauelement aus katalytisch wirkendem Material:Bauelement mit höherer volumetrischen Wärmekapazität = 1:5 bis 1:20.Apparatus according to claim 1, in which the absolute heat capacities resulting from the volume of the components and their specific volumetric heat capacity are in the ratio of component made of catalytically active material: component with a higher volumetric heat capacity = 1: 5 to 1:20.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Volumen des Bauelementes mit einer höheren spezifischen volumetrischen Wärmekapazität gegenüber dem Volumen des Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material eine Abweichung mit dem Faktor von ≤2 aufweist. The device of claim 1, wherein the volume of the device having a higher specific volumetric heat capacity than the volume of the device having a catalytically active material has a deviation by a factor of ≤ 2.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität eine plattenförmige und/oder unregelmäßige Geometrie aufweist. The device of claim 1, wherein the at least one device having a higher volumetric heat capacity has a plate-shaped and / or irregular geometry.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität aus Schamotte, Mullit, Cordierit-, Vermiculit-, Aluminiumoxid- und/oder Siliciumcarbid-Keramik besteht. Apparatus according to claim 1, wherein the at least one device having a higher volumetric heat capacity consists of chamotte, mullite, cordierite, vermiculite, alumina and / or silicon carbide ceramic.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, die dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material abgewandt ist, eine wärmeisolierende Schicht aufweist. The device of claim 1, wherein the side of the device having a higher volumetric heat capacity facing away from the catalytic-material element comprises a heat-insulating layer.

Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die wärmeisolierende Schicht aus keramischem Faserdämmstoff, porosiertem Feuerleichtstein und/oder Vermiculit ist. Apparatus according to claim 6, wherein the heat insulating layer is of ceramic fiber insulation, porous refractory brick and / or vermiculite.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Material der Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, das einem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material zugewandt ist, einen Bereich mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit aufweist, als das Material der Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, die dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material abgewandt ist. The device of claim 1, wherein the material of the side of the higher volumetric heat capacity device facing a catalytic material device has a region of higher thermal conductivity than the material of the higher volumetric side of the device Heat capacity, which is remote from the component of a catalytically active material.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, die dem mindestens einem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material zugewandt ist, einen Emissionskoeffizienten >0,8 aufweist. Apparatus according to claim 1, wherein the side of the device with a higher volumetric heat capacity, which faces the at least one component of a catalytically active material, has an emission coefficient> 0.8.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität eine katalytisch wirkende Beschichtung aufweist.The device of claim 1, wherein the at least one device having a higher volumetric heat capacity comprises a catalytic coating.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität aus einem katalytisch wirkenden Material besteht.The device of claim 1, wherein the at least one device having a higher volumetric heat capacity consists of a catalytically active material.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine plattenförmige und/oder unregelmäßige Geometrie aufweist. Apparatus according to claim 1, wherein the at least one component made of a catalytically active material has a plate-shaped and / or irregular geometry.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine offenzellige Schaumkeramik, ein von textilen Strukturen abgeformtes Keramiknetzwerk, eine Schüttung, eine Platte und/oder eine mit einem katalytisch wirkenden Material beschichtete Platte ist.Apparatus according to claim 1, wherein the at least one component made of a catalytically active material is an open-cell foam ceramic, a ceramic network molded by textile structures, a bed, a plate and / or a plate coated with a catalytically active material.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine spezifische volumetrische Wärmekapazität von 200 kJ/(K·m³) bis 1000 kJ/(K·m³) aufweist. Apparatus according to claim 1, wherein the at least one component of a catalytically active material has a specific volumetric heat capacity of 200 kJ / (K · m ³ ) to 1000 kJ / (K · m ³ ).

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das katalytisch wirkende Material, Eisen, Platin und/oder Palladium oder Mischungen von Eisen, Platin und/oder Palladium sind. Apparatus according to claim 1, wherein the catalytically active material is iron, platinum and / or palladium or mixtures of iron, platinum and / or palladium.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Geometrie des mindestens einen Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität gegenüber der Geometrie des mindestens einen Bauelementes aus einem katalytisch wirkenden Material eine Abweichung mit dem Faktor von ≤ 1,5 aufweist.Apparatus according to claim 1, wherein the geometry of the at least one device having a higher volumetric heat capacity than the geometry of the at least one component of a catalytically active material has a deviation by a factor of ≤ 1.5.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität und das mindestens eine Bauelementes aus einem katalytisch wirkenden Material eine im Wesentlichen gleiche Geometrie aufweisen.Apparatus according to claim 1, wherein the at least one component with a higher volumetric heat capacity and the at least one component made of a catalytically active material have a substantially identical geometry.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität und/oder das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine lokal unterschiedliche Dicke oder eine kontinuierlich verlaufende Dickenveränderung aufweist. Apparatus according to claim 1, wherein the at least one component with a higher volumetric heat capacity and / or the at least one component made of a catalytically active material have a locally different thickness or has a continuously changing thickness.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität und das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material parallel zueinander angeordnet sind.Apparatus according to claim 1, wherein the at least one component with a higher volumetric heat capacity and the at least one component made of a catalytically active material are arranged parallel to each other.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material in einem Abstand von 3mm bis 50mm zu dem mindestens einen Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität angeordnet ist. Device according to claim 1, wherein the at least one component made of a catalytically active material is arranged at a distance of 3 mm to 50 mm to the at least one component with a higher volumetric heat capacity.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität eine spezifische volumetrische Wärmekapazität von 1200 kJ/(K·m³) bis 3500 kJ/(K·m³) aufweist. The device of claim 1, wherein the at least one device having a higher volumetric heat capacity has a specific volumetric heat capacity of 1200 kJ / (K · m ³ ) to 3500 kJ / (K · m ³ ).

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement mit dem katalytisch wirkenden Material und das mindestens eine Bauelement mit der höheren volumetrischen Wärmekapazität in der Abgasführung nach einem Filterbauelement angeordnet sind.Apparatus according to claim 1, wherein the at least one component with the catalytically active material and the at least one component with the higher volumetric heat capacity in the exhaust gas duct are arranged downstream of a filter component.

Verfahren zur Behandlung von Abgasen von Einzelraumfeuerungsanlagen, bei dem der Abgasstrom mindestens durch ein Bauelement, welches ganz oder teilweise aus einem auf Bestandteile des Abgasstroms katalytisch wirkenden Material besteht, geführt wird und direkt nachfolgend zu einem Bauelement, welches aus einem Material mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität als das Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material besteht, und der Abgasstrom an und/oder um und/oder höchstens teilweise durch dieses Bauelement mit der höheren volumetrischen Wärmekapazität entlang in Richtung des Abgasausgangs geführt wird.A method for the treatment of exhaust gases of individual room combustion systems, wherein the exhaust gas stream at least by a component which consists wholly or partly of a material catalytically acting on components of the exhaust gas flow material, and directly following a component, which consists of a material having a higher volumetric heat capacity as the component consists of a catalytically active material, and the exhaust gas flow to and / or around and / or at most partially passed through this device with the higher volumetric heat capacity along in the direction of the exhaust outlet.