DE102015103337A1

DE102015103337A1 - Rauchgas-Staubfilter

Info

Publication number: DE102015103337A1
Application number: DE102015103337.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Knab
Original assignee: Oberland Mangold GmbH
Current assignee: Oberland Mangold GmbH
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2016-09-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Abscheiden von Feinstaub aus einem Gas, insbesondere den Rauchgasen einer mit Biomasse befeuerten Kleinfeuerungsanlage. Erfindungsgemäß ist ein Reinigungsweg (11), in dem sich ein Feinstaub-Abscheider (7) befindet, abseits des Hauptströmungsweges der Rauchgase angeordnet, sodass die Rauchgase ganz oder teilweise wahlweise über den Reinigungsweg (11) geführt werden und dort der Feinstaub reduziert wird, oder – insbesondere wenn der Abscheider (7) außer Funktion ist – ohne Abscheidung über den Hauptströmungsweg ungehindert abströmen können, der somit einen Bypass zum Reinigungsweg (11) darstellt.

Description

I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abfangen von Staubpartikeln und gegebenenfalls auch unerwünschten Gas-Anteilen aus den Rauchgasen von Kleinfeuerungsanlagen, welche mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff, vorzugsweise jedoch mit festem (beispielsweise Biomasse oder Kohle), betrieben werden.
Als Kleinfeuerungsanlagen werden zum einen Einzelraumfeuerungsanlagen bezeichnet. Dazu zählen Kaminöfen, Kachelöfen, Herde und andere Feuerstätten, welche meist zur Erwärmung oder Nutzung von Wärmeenergie in Wohn- oder Gewerbe-Räumen aufgestellt werden. Weiter zählen zu den Kleinfeuerungsanlagen auch Kesselfeuerungen, wie z.B. Scheitholz-, Hackschnitze- oder Pelletkessel.
Als Feinstaub werden für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung Staubpartikel einer Größe (insbes. größter Durchmesser) von maximal 10 μm (PM 10), oder gar nur von maximal 2,5 μm (PM 2,5) und im Extremfall von mal 1,0 μm (PM 1) in bezeichnet.
Die Bereitstellung von Wärme im häuslichen Bereich wird zunehmend durch Verbrennung von Biomasse realisiert.
Dabei ist das Verbrennen von Holz in Einzelraumfeuerungen und Kesselanlagen politisch gewünscht und volkswirtschaftlich sinnvoll, aufgrund der lokalen bzw. nationalen Wertschöpfung durch die Bereitstellung des Brennstoffes. Zudem ist die Verfeuerung von Holz CO2-neutral, da bei der Verbrennung genau so viel CO2 freigesetzt wird, wie das Holz aus der Atmosphäre während des Wachstums aufgenommen hat.
Mit zunehmender Nutzung des Brennstoffes ergeben sich aber auch zusätzliche Belastungen der Umwelt durch feste und gasförmige Verbrennungsrückstände. Nicht- oder teilverbrannte Kohlenwasserstoffe sowie Aschen werden in nicht unerheblichen Mengen emittiert. Hierbei sind auch Rußpartikel und angelagerte Kohlenwasserstoffe (PAK) zu nennen, die nachweislich krebserzeugende Wirkung und ein deutlich größeres Green House Warming Potential (GHW) besitzen als CO2.
Diese Problematik wurde von Seiten des Gesetzgebers erkannt und neue niedrigere Grenzwerte für Emissionen aus häuslichen Feuerungen vorgeschrieben. Besonderes Augenmerk wurde hier den Staubemissionen zu Teil. Die zulässigen Obergrenzen sanken bei Kesseln von 60 mg/m³ auf 20 mg/m³ Staub in dem an die Umwelt abgegebenen Rauchgas.
Die Messungen erfolgen unter definierten Umständen an einem Zertifizierungsprüfstand. Es hat sich aber gezeigt, dass die Emissionen nur zum Teil durch die Konstruktion und Steuerung des Brennverfahrens beeinflusst werden.
Eine sehr hohe Bedeutung für die Gesamtstaubemission hat vor allem die Qualität des Brennstoffes. So haben unterschiedliche Hölzer deutlich unterschiedliche Emissionen, ja sogar die Herkunft bzw. die Bodenbeschaffenheit, auf dem der Baum gewachsen ist, entscheidet mit über die Abgaswerte.
Zudem kommt noch der Faktor Mensch als Einflussgröße hinzu, welcher durch schlechte Wartung der Anlage, durch eine falsche Einstellung der Feuerstätte sowie dem falschen Zuführen von Holz und dessen Aufbereitung vor der Verbrennung deutlich zu den erhöhten Emissionen beiträgt. So werden die niedrigeren Prüfstandergebnisse im realen Betrieb selten erreicht und deutliche Überschreitungen der Grenzwerte sind die Folge.
Es kann hier durchaus davon ausgegangen werden, dass die Emissionen aus häuslicher Feuerung in der Praxis nicht deutlich reduziert werden, zumal es auch sehr lange Übergangsfristen für Altanlagen geben wird.
Ein zusätzliches Problem aus der Immission ergibt sich aus der Tatsache, dass die Bereitstellung von Wärme hauptsächlich dem Jahresrhythmus folgt und in den kalten Wintermonaten sich auch noch – zum Teil dauerhafte – Inversionswetterlagen bilden, die ein Abziehen der Abgase unterbinden und die Anrainer einer dauerhaften Immission der Abgase aussetzt. Speziell in Ballungszentren, die über ein Monitoring der Luftqualität verfügen, ist dieser Effekt am Feinstaub PM10 und PM1 messbar. Städte und Kommunen sind laut EU-Gesetz verpflichtet, ihren Bürgern ein gewisses Maß an Sauberkeit der Luft zu garantieren. Ist dies nicht der Fall, kann es zu Klagen und ggf. Forderungen gegenüber der Behörde kommen.
Um eine deutliche Reduzierung auf der Immissionsseite zu erreichen, müssten die Abgasemissionen im Betrieb dauerhaft auf deutlich niedrigere Werte gebracht werden.
II. Technischer Hintergrund
Zur Staubreduktion in Rauchgasen werden für Klein-Feuerungsanlagen, die insbesondere mit Holz betrieben werden, Elektrofilter als Stand der Technik angesehen und vielfach beschrieben.
Vorteile des Elektrofilters in dieser Anwendung sind in erster Linie der niedrige Abgasgegendruck. Weniger Vorteilhaft sind die vielfach auftretenden Spannungsübersprünge, welche oft wegen einer fehlenden oder ungenügenden Abreinigung der Niederschlagselektrode auftreten. Weiter ist bisher unzureichend die Abreinigung des Elektrofilters gelöst. Aufgrund der beschränkten Bauräume sowie der unausgereiften Reinigungstechnik führt dies oftmals zu starkem Ausflocken der zurückgehaltenen Staubpartikel. Die bekannten Filter sind aufgrund Ihres Aufbaues oft fehlerbehaftet. Der reale Wirkungsgrad sinkt dadurch stark und erbringt somit meist nur Ist-Leistungen zwischen 30 % und 50% der Nennleistung.
In der DE 10 2008 059 432 wird eine Rauchgasreinigungseinrichtung beschrieben, welche in einem Abgaskanal anzuordnen ist, und über einen Bypass und einen Ventilator verfügt sowie einen keramischen Abgasfilter aufweist, der durch Strömungsumkehr abzureinigen ist.
In der DE 10 2007 035 480 A1 wird ein Staubabscheider beschrieben, welcher wahlweise hinter der Feuerungsanlage oder am Rauchabzugkopf aufgebaut wird. Dort wird vorgeschlagen, dass der Feinstaubfilter in Verbindung mit einem nachgeschaltetem Sauggebläse und einer Auffangeinrichtung für abfallende Staubpartikel in dem freien Querschnitt des Rauchabzug, bzw. Abgasrohres platziert wird. Um den sich häufig ändernden Druckverhältnissen entgegenzuwirken, wird um den Feinstaubfilter ein Bypass gelegt, welcher auch mit einer Bypass-Klappe versehen sein kann. Weiter wird eine Steuereinrichtung beschrieben, welche den Beladungszustand der Filterelemente erfasst und Hinweise für die Wartung gibt und über Druckdifferenzsensoren das Sauggebläse ansteuert.
Bei der Integration des Feinstaubfilters in den freien Querschnitt eines Schonsteines oder Abgasrohres wurde bei dieser Lösung nicht berücksichtigt, dass diese Einrichtung den Zugang zum Rauchabzug verschließt und dadurch Wartungsarbeiten im Rauchabzug, z.B. durch den Schornsteinfeger, erschwert werden. In der Folge ist zuvor eine Entfernung des Feinstaubfilters erforderlich, was den Wartungsaufwand unerwünscht erhöht.
Außerdem ist zu berücksichtigen, dass in den Rauchabzügen oftmals Drücke von nur 10 Pa (Pascal) und darunter vorliegen. Drucksensoren in dem Abgaskanal, welche Differenzen von wenigen Pa anzeigen sollen, sind aufgrund der Umgebungsbedingungen sehr häufig störanfällig.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, die beschriebenen Probleme so weit wie möglich zu lösen, und insbesondere eine Abscheidevorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche einfach herzustellen ist, dauerhaft den Belastungen standhält und eine effiziente Abscheidung von Staubpartikeln ermöglicht. Weiter soll die Vorrichtung die Reinigung des Raucherzuges nicht unnötig behindern.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 30 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hinsichtlich der Abscheidevorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Bypass-Weg, der an dem Reinigungsraum mit dem Feinstaub-Abscheider vorbeiführt, keinen nennenswerten strömungstechnischen Widerstand in der Rauchgasführung darstellt:
Dies erreicht man, indem sein Querschnitt an keiner Stelle kleiner ist als 50 %, besser kleiner als 70 %, besser kleiner als 90 %, besser kleiner als 100 % der geringste Querschnitt des gesamten Abgasstranges, in dem sich die Abscheidevorrichtung befindet sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts der Abscheidevorrichtung. In der Regel besitzt ein solcher Abgasstrang ja einen durchgängig gleichen Querschnitt, beispielsweise ein Kamin-Rohr.
Wenn in ein solches Kaminrohr die erfindungsgemäße Abscheidevorrichtung eingesetzt wird, ist der Querschnitt des Kaminrohres gleichzeitig der Querschnitt der Einlassöffnung und/oder der Auslassöffnung der Abscheidevorrichtung. Deshalb kann in den meisten Fällen diese Größenbedingung auch auf der Einlassöffnung in die Abscheidevorrichtung oder deren obere Auslassöffnung angewandt werden, je nachdem, welche den kleinsten Querschnitt aufweist.
Sollte vor der Einlassöffnung oder nach der Auslassöffnung gegenüber dem Querschnitt des ankommenden oder weitergehenden Abgasstranges ein – insbesondere separates – Aufweitungsteil oder Verengungsteil eingesetzt sein, so wird dieses Aufweitungsteil oder Verengungsteil als Teil der Abscheidevorrichtung gesehen.
Die Verlaufsrichtung des Bypass-Weges wird für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung als Längsrichtung oder Hauptströmungsrichtung definiert.
Da ferner diese Hauptströmungsrichtung in aller Regel von unten nach oben verläuft, wird für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung

– "unten“ verwendet im Sinne von Strömungseingang, stromaufwärts der Abscheidungsvorrichtung und
– "oben" verwendet im Sinne von Strömungsausgang, stromabwärts der Abscheidevorrichtung.

Vorzugsweise ist daher der Reinigungsraum in der Aufsicht betrachtet abseits, insbesondere seitlich angrenzend an, den Bypass-Weg angeordnet, wobei das eventuell vorhandene Gebläse auf dem Reinigungsweg und damit im Reinigungsraum, und somit ebenfalls abseits des Bypass-Weges angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine sehr kompakte Bauform, ohne dass die Strömung entlang des Bypass-Weges und auch die Reinigung des Bypass-Weges nicht behindert wird.
Statt dieser seitlichen Anordnung kann das Filterelement in der Aufsicht betrachtet den von unten nach oben verlaufenden Bypass-Weg auch konzentrisch umgeben und damit das Gehäuse der Abscheidevorrichtung, insbesondere in der Aufsicht betrachtet, rund ausgebildet sein, wodurch sich eine symmetrische, konzentrische Anordnung und auch Gewichtsverteilung bezüglich des vorhandenen Rauchgasrohres oder Kaminrohres ergibt, an dem die Abscheidevorrichtung befestigt werden soll.
Das Gehäuse kann gerade in diesem Fall topfförmig mit im Zentrum der Unterseite angeordneter Einlassöffnung ausgebildet sein, und mit einem das topfförmige Gehäuse oben – bis auf die Auslassöffnung – dicht verschließenden Deckel.
Dabei kann insbesondere an dem Deckel das wenigstens eine Filterelement und das Gebläse angeordnet sein, vorzugsweise auch das Verschlusselement, etwa die Schaltklappe.
Durch Abnehmen des Deckels sind all diese Elemente sehr einfach und gut zugänglich, was vor allem beim Reinigen und Austauschen des Filters wichtig ist.
Damit das Gehäuse der Abscheidevorrichtung auf der endseitigen Öffnung eines Rauchgaskanals, wie etwa eines Kaminrohres, befestigt werden kann, besitzt das Gehäuse zumindest auf der Seite der unteren Einlassöffnung eine entsprechende Anschlussvorrichtung, beispielsweise eine Klemmvorrichtung, zum Befestigen an einem Kaminrohr, Rauchgasrohr oder Schornstein.
Da die Einlassöffnung in aller Regel nicht kleiner gewählt wird als die Rauchgasführung, in die die Abscheidevorrichtung eingesetzt wird, ist sichergestellt, dass bei Ausströmung der Rauchgase durch den Bypass ein ausreichender Zug der Rauchgase der Feuerungsanlage aufrechterhalten bleibt.
Dies ist wichtig, wenn für die Rauchgase der Reinigungsweg über den Feinstaub-Abscheider aus irgendwelchen Gründen nicht funktioniert, beispielsweise weil z.B. der Feinstaub-Abscheider momentan nicht funktionsfähig ist, weil im Fall eines Filters der Filter ganz oder teilweise bereits zugesetzt ist oder auch eine Filterung momentan nicht notwendig ist, da der momentan verbrannte Brennstoff auch ohne Feinstaub-Abscheidung einen Feinstoff-Ausstoß unterhalb der zulässigen Grenzwerte ermöglicht.
Auch beim Inbetriebnehmen einer Kleinfeuerungsanlage kann es sinnvoll sein, das Rauchgas zu Beginn nicht zu filtern, um einen für das Anbrennen ausreichenden Zug, also Unterdruck, im abströmenden Rauchgas zur Verfügung zu haben.
Die Feinstaub-Abscheidevorrichtung kann überall im Abgas-Strang oder strömungstechnisch damit verbunden am Abgas-Strang der Feuerungsanlage angeordnet sein, z.B. unmittelbar stromabwärts der Feuerungsanlage, an die sich nach oben noch ein längerer Kamin anschließt, oder die Abscheidevorrichtung ist z.B. weit von der Feuerungsanlage entfernt, etwa am oberen Auslass des Kamins, platziert.
In aller Regel wird die Abscheidevorrichtung einen zusätzlichen Differenzdruckerzeuger, beispielsweise ein Gebläse, benötigen, welches hauptsächlich dazu dient, den gewünschten Differenzdruck über der Feinstaub-Abscheidevorrichtung zu erzeugen.
Der Differenzdruckerzeuger kann jedoch auch eine Venturi-Düse sein, die mit Hilfe der Strömungsgeschwindigkeit eines Gases oder einer Flüssigkeit Unterdruck erzeugt, beispielsweise direkt mit Hilfe eines Teilstromes des nach oben strömenden Rauchgases einen Unterdruck erzeugt, der einen anderen, zum Beispiel den verbleibenden, Teilstrom des Rauchgases durch den Reinigungsweg saugt.
Bei Verwendung eines Gebläses als Differenzdruckerzeuger kommen hierfür unterschiedliche Bauformen, wie etwa Radialventilator, Halbradialventilator, Tangentialventilator, Querstrom- und/oder Zentrifugalventilator in Frage.
Damit auf dem Bypass-Weg die Rauchgase möglichst behinderungsfrei durch strömen können, sollte der Bypass-Weg vorzugsweise von der unteren Einlassöffnung zur oberen Rohgas-Auslassöffnung von unten nach oben verlaufen und insbesondere stetig von unten nach oben verlaufen, insbesondere vertikal nach oben verlaufen.
Der Reinigungsweg zweigt vom Bypass-Weg ab, und mündet in diesen vorzugsweise auch wieder ein, vorzugsweise oberhalb, also stromabwärts, der Abzweigungsstelle.
Dadurch verläuft auch in dem Reinigungsraum der Reinigungsweg von unten nach oben, sodass der durch den Feinstaub-Abscheider erzeugte Staudruck möglichst gering gehalten wird.
Vorzugsweise ist die Reingas-Auslassöffnung des Filterweges eine separate Auslassöffnung zusätzlich zu der Rohgas-Auslassöffnung des Bypass-Weges, oder die Reingas-Auslassöffnung des Reinigungsweges mündet im Bypass-Weg stromaufwärts von dessen Rohgas-Auslassöffnung.
Ob die Rauchgase durch den Bypass-Weg oder den Filter-Weg strömen oder teilweise durch den einen und teilweise durch den anderen Weg, wird idealerweise durch eine entsprechende Auslegung der Druckverhältnisse in den beiden Strömungswegen – basierend auf entsprechender Dimensionierung dieser Strömungswege in Verbindung mit einer entsprechenden Regelung des Unterdruck-Erzeugers – erreicht.
Unterstützend oder optional ist der Einsatz eines Verschlusselementes vorgesehen, insbesondere eines ansteuerbaren Verschlusselementes, insbesondere einer Verschlussklappe, die dann

– entweder an der Einmündung, also der Einspeisung, des Reinigungsweges in den Bypass-Weg, also am stromabwärtigen Ende des Reinigungsweges, angeordnet ist,
– oder an der Abzweigung des Reinigungsweges vom Bypass-Weg, also am stromaufwärtigen Ende des Reinigungsweges, angeordnet ist.

Letzteres hat den Vorteil, dass die Rauchgase und eventuell darin enthaltene, von einem Funkendetektor der detektierte, Funken ein Filterelement – sofern vorhanden – im Reinigungsraum nicht mehr erreichen, wenn der Filterweg am stromaufwärtigen Ende dicht verschlossen werden kann.
Die Verschlussklappe kann aber auch am unteren Ende eines hülsenförmigen Filterelementes so angeordnet sein, dass es den Bypass-Weg wahlweise verschließt oder freigibt, entweder ganz oder teilweise.
Dieses Verschlusselement, vorzugsweise die Verschlussklappe, kann manuell verstellt werden, um wahlweise entweder den Bypass-Weg oder den Reinigungsweg zu verschließen oder in einer Mittelstellung, um nach Wahl beide Wege in einem gewünschten Maß offenzuhalten.
Vorzugsweise wird das Verschlusselement, insbesondere die Verschlussklappe, jedoch mittels des Differenzdruckes über dem Feinstaub-Abscheider gesteuert, beispielsweise indem der stromabwärts des Abscheiders, aber stromaufwärts des Verschlusselementes angeordnete Differenzdruckerzeuger, etwa ein Gebläse, eine so starke Strömung im Reinigungsweg in Richtung Verschlusselement bewirkt, dass dieses durch die Strömung aufgedrückt wird und dadurch automatisch eine Stellung einnimmt, in der es den Bypass-Weg teilweise oder gar ganz verschließt.
Der Feinstaub-Abscheider kann unterschiedlich beschaffen sein, beispielsweise ein Schwerkraft-Abscheider sein, ein elektrostatischer Partikelabscheider oder ein Filter, insbesondere ein Speicherfilter, wobei letzteres den Vorteil hat, dass hierfür kein Antrieb und damit auch keine Stromversorgung notwendig ist.
Bei Anwendung eines Filters als Feinstaub-Abscheider können natürlich auch auf dem Reinigungsweg hintereinander mehrere Filterelemente eingesetzt werden, die zusammen den Filter ergeben und die insbesondere in Strömungsrichtung abnehmende Porengrößen aufweisen, um die Zusetzung der einzelnen Filterelemente möglichst hinauszuzögern.
Als Form können Filterelemente wie Plattenfilter oder Taschenfilter verwendet werden, wobei letztere vorzugsweise von der Innenseite zur Außenseite durchströmt werden, und vorzugsweise der Taschenfilter mit seinem geschlossenen Ende nach unten eingesetzt wird, um ein Herausfallen von im Inneren des Taschenfilters angesammeltem Staub zu vermeiden.
Der Filter, insbesondere mit seinen mehreren Filterelementen, ist vorzugsweise als aus dem Gehäuse der Vorrichtung herausnehmbare Filterkartusche ausgebildet, um den Filter leicht zu Reinigungs- oder Ersatzarbeiten aus der Abscheidevorrichtung herausnehmen zu können.
Die Filterkartusche besitzt dabei vorzugsweise eine untere Auffangschale zum Auffangen des von den Filterelementen herabgefallenen Feinstaubes.
Das filternde Material des Filters ist nicht auf ein bestimmtes Material festgelegt, so lange die gewünschte Porengröße und damit Durchlassgröße erreicht wird, kann das Grundmaterial des Filterelementes Metall, Keramik, Textilmaterial, Kunststoff oder auch ein Papierwerkstoff sein, solange die auftretenden Temperaturen vom jeweiligen Material verkraftet werden können.
Von der inneren Struktur her kann es sich bei den Filterelementen um Gewebe, Flies, Fasergewirk, Schaum oder auch z.B. mittels Laserbeschuss gelochte Folien oder Platten handeln.
Gerade bei plattenförmigen Filterelementen kann diese Filterplatte eine Sekundärstruktur aufweisen, also beispielsweise einen gewellten oder zickzackförmigen Verlauf einer Außenfläche aufweisen, wobei die Wellen oder Erhebungen vorzugsweise quer zur Strömungsrichtung der Rauchgase angeordnet sind, sodass von diesen eine möglichst große Oberfläche des Filterelements überstrichen wird. Dies erleichtert das Ablagern von Partikeln in dem Filterelement.
Bevorzugt umfasst die Abscheidevorrichtung auch eine Steuerung, insbesondere eine elektrische oder elektronische Steuerung, die alle beweglichen Teile der Abscheidevorrichtung ansteuert, beispielsweise das Verschlusselement, wie eine Verschlussklappe, oder den Differenzdruckerzeuger, beispielsweise ein Gebläse.
Um diese Funktion erfüllen zu können, ist die Steuerung vorzugsweise mit einem oder mehreren Sensoren wirkverbunden, und bewirkt die Ansteuerung der beweglichen Komponenten in Abhängigkeit der von diesen Sensoren gelieferten Signale.
Bei den Sensoren handelt es sich vorzugsweise um einen Drucksensor und/oder einen Temperatursensor und/oder einen Geschwindigkeitssensor für die Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases und/oder einen Sensor für die Feuchtigkeit der Rauchgase und/oder der Umgebungsluft, und/oder um einen Lamda-Sensor und/oder um einen Funken-Sensor.
Für die Druckmessung werden vorzugsweise zwei Drucksensoren eingesetzt, einer stromaufwärts und einer stromabwärts des Abscheiders, um den Differenzdruck über dem Abscheider zu ermitteln.
Der Temperatursensor wird vorzugsweise stromaufwärts des Feinstaub-Abscheiders eingesetzt, da die Temperatur der anströmenden Rauchgase vor allem für das Material der Filterelemente von Bedeutung ist. Bei einer zu hohen Abgastemperatur kann von der Steuerung der Weg über den Feinstaub-Abscheider geschlossen werden, vor allem wenn es sich dabei um ein Filterelement aus einem bei höheren Temperaturen brennbaren Material handelt.
Gleiches gilt bei zu hoher Feuchtigkeit der Rauchgase, die dann möglicherweise das Filterelement zu stark befeuchten und dieses sich dann leichter zusetzen kann.
Auch ein Funken-Detektor kann stromaufwärts des Feinstaub-Abscheiders eingesetzt werden, und zwar stromaufwärts der verschließbaren Verzweigung zwischen Bypass-Weg und Reinigungs-Weg, um bei auftretenden und detektierten Funken den Weg über den Feinstaub-Abscheider zu verschließen, insbesondere wenn es sich dabei um einen Filter handelt, denn an dem Filter lagern sich Rußpartikel an, die fast vollständig aus Kohlenstoff bestehen und damit leicht brennbar sind, wodurch die gesamte Abscheidevorrichtung in Brand geraten könnte.
Die Abscheidevorrichtung kann entweder als Feinstaub-Abscheider oder auch dem Feinstaub-Abscheider stromaufwärts vorgeschaltet einen elektrostatischen Abscheider umfassen, der in der Abscheidevorrichtung untergebracht sein kann oder auch als eigenes Modul stromaufwärts der Eingangsöffnung der Abscheidevorrichtung angeordnet sein kann und bereits einen Teil der Staubpartikel, insbesondere die größeren Staubpartikel, herausfiltern kann.
Der Bypass kann dann zusätzlich auch den elektrostatischen, vorgeschalteten Filter umgehen, oder dieser elektrostatische Filter besitzt einen eigenen Bypass mit ggf. entsprechender Steuerung eines dortigen Verschlusselementes.
In der Abscheidevorrichtung kann auch ein Wärmetauscher angeordnet sein, um den Rauchgasen Wärme zu entziehen und diese anderweitig zu nutzen, beispielsweise um sie dem Heizkreislauf zuzuführen, der von der Feuerungsanlage, deren Rauchgase hier gereinigt werden sollen, versorgt wird.
Der notwendige Strom für ein elektrisch betriebenes Gebläse und/oder die Steuerung und/oder einen Stellmotor für das Verschlusselement kann von einem thermo-elektrischen Generator erzeugt werden, also einem Element, welches aus der Wärme der Rauchgase elektrischen Strom erzeugt, beispielsweise einem Peltierelement.
Dadurch kann die Abscheidevorrichtung energie-autark betrieben werden, was vor allem den Einsatz z.B. am oberen Ende eines Kamins erleichtert.
In der Abscheidevorrichtung kann auch ein Gas-Umwandler im Strömungsweg der Rauchgase – also im Bypass-Weg oder im Reinigungs-Weg oder in dem gemeinsamen Strömungsweg vor oder nach deren Aufspaltung – installiert sein, um unerwünschte, beispielsweise eine Geruchsbelästigung darstellende, Gasanteile des Rauchgases in andere unkritische Gasanteile umzuwandeln. Ein solcher Gas-Umwandler kann beispielsweise Aktiv-Kohle enthalten, über welche die Rauchgase geführt werden, und die beispielsweise eine Geruchsneutralisierung bewirkt, indem die einen unerwünschten Geruch enthaltenden Anteile sich an den Aktivkohle-Partikeln anlagern.
Vorzugsweise kann ein Gebläse oder ein anderer Differenzdruckerzeuger hinsichtlich der Richtung der von ihm erzeugten Strömung auch umgekehrt oder umgeschaltet werden, sodass die Filter von der von der Staubablagerungsseite gegenüber liegenden Seite aus angeströmt werden können, um den angelagerten Staub vom Filterelement zu lösen und damit den Filter zu reinigen.
Statt durch Drehrichtungsumkehr des Gebläses kann die umgekehrte Strömungsrichtung auch bewirkt werden durch entsprechende Kanalführungen der vom Gebläse abgegebenen Strömung, durch die die vom Gebläse sich weg bewegende Strömung nicht der Auslassöffnung der Abscheidevorrichtung, sondern zunächst dem Filter, allerdings wie vorbeschrieben in umgekehrter Anströmungsrichtung, als im normalen Filterbetrieb zugeführt wird.
Hinsichtlich der Betriebsweise der Abscheidevorrichtung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Steuerung den Anteil des über den Reinigungsweg geführten Anteils der anströmenden Rauchgase durch Steuerung z.B. der Stellung des Verschlusselementes oder der Strömungsparameter in den beiden Wegen in Abhängigkeit unterschiedlicher Parameter steuert:

– In Abhängigkeit der Signale eines also stromaufwärts vor dem Feinstaub-Abscheider im Strömungsweg angeordneten Partikelsensors so, dass der über den Reinigungsweg gereinigte Anteil der anströmenden Rauchgase zusammen mit dem über dem Bypass-Weg ungereinigt strömenden Anteil der Rauchgase in der Summe noch die zulässigen Höchstwerte für Feinstaubbeladung erfüllt. Dadurch müssen nicht mehr Partikel als nötig herausgefiltert werden, und die Lebensdauer des Feinstaub-Abscheiders, insbesondere der Filterelemente, wird hierdurch drastisch erhöht;
– In Abhängigkeit von dem über dem Feinstaub-Abscheider gemessenen Differenzdruck kann das Ingangsetzen und/oder die Drehzahl des Differenzdruckerzeugers, insbesondere eines Gebläses, gesteuert werden.

Der Differenzdruck wird dabei vorzugsweise gemessen, wenn die Abscheidungsvorrichtung nicht mit Rauchgas beaufschlagt wird, insbesondere bei einer vorgegebenen Referenz-Temperatur oder unter Berücksichtigung der beim Messen vorliegenden, von der Referenz-Temperatur abweichenden, Temperatur. Die Messung des Differenzdruckes kann auch bei unterschiedlichen Leistungen und insbesondere Drehzahlen des Differenzdruck-Erzeugers durchgeführt werden.
Bei zu hohem Differenzdruck, was in der Regel ein weitestgehendes Zusetzen des Filters bedeutet, kann ein entsprechend hoher Anteil der anströmenden Rauchgase ohne Abscheidung über den Bypass geführt werden und/oder ein Warnsignal abgegeben werden, damit manuell eine Reinigung oder ein Austausch der Filter vorgenommen wird, und/oder automatisch ein Reinigungsvorgang des Filters bewirkt wird, beispielsweise durch Strömungsumkehr, etwa durch Drehrichtungsumkehr des Gebläses.

– Bei zu hoher gemessener Feuchtigkeit der Rauchgase kann das Rauchgas großenteils oder vollständig über den Bypass geführt werden durch entsprechende Ansteuerung des Verschlusselementes des Reinigungsweges, um ein Nasswerden des Filterelementes zu vermeiden, welches in der Folge zu einem sehr schnellen Verstopfen und/oder Zerstören des Filterelementes führt.
– In Abhängigkeit von der gemessenen Funken-Anzahl im anströmenden Rauchgas kann die Steuerung durch entsprechende Ansteuerung des Verschlusselementes die Rauchgase auch vollständig über den Bypass zur Auslassöffnung der Abscheidevorrichtung führen.
– In Abhängigkeit der von dem Differenzdruck-Erzeuger seit Wechseln der Filterelemente gelaufenen Betriebsstunden – so dass die Anzahl der Betriebsstunden beim Einsetzen neuer Filterelemente wieder auf Null gesetzt werden muss – und Erhöhen der Leistung und insbesondere Drehzahl des Differenzdruck-Erzeugers mit steigender Anzahl von Betriebsstunden, da hierbei von zunehmend zugesetzten Filterelementen auszugehen ist.

c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
1a: Schnitte durch eine erste Bauform der Abscheidevorrichtung,
1b: einen Vertikalschnitt durch eine zweite Bauform der Abscheidevorrichtung,
2: einen Vertikalschnitt durch eine dritte Bauform der Abscheidevorrichtung,
3: einen Vertikalschnitt durch eine vierte Bauform der Abscheidevorrichtung, und
4: einen Vertikalschnitt durch eine fünfte Bauform der Abscheidevorrichtung.
Die 1a1 zeigt in einem Vertikalschnitt von der Seite betrachtet und 1a2 einen Horizontalschnitt in der Aufsicht betrachtet eine erste Bauform der Feinstaub-Abscheidevorrichtung mit einer unteren Einlassöffnung 2 und zumindest einer oberen Auslassöffnung 4 für das Rauchgas.
Das Gehäuse 1 der Abscheidevorrichtung umfasst zum einen die in diesem Fall durchgängig gerade von der unteren Einlassöffnung 2 zur oberen Auslassöffnung 4 verlaufende Rohrleitung für den Bypass-Weg 12 der Strömungsgase, der in diesem Fall einen über seine gesamte Länge unveränderten Querschnitt aufweist, und einen in der Aufsicht betrachtet seitlich davon auf einer Seite abstrebenden Gehäuseteil, der den Reinigungsraum 21 umgibt, welcher im Wesentlichen zum Bypass-Weg 12 hin offen ist.
Dieser Gehäuseteil, der den Reinigungsraum 21 umgibt, ist zu der von dem Bypass-Weg 12 abgewandten Seite, seiner Frontseite, hin im Wesentlichen offen, und von dort aus ist eine Kartusche 9, hier eine Filterkartusche 9, in das Gehäuse 1 eingeschoben, in dem die einzelnen Filterelemente 8a–d angeordnet sind, durch die das Rauchgas auf seinem Reinigungsweg 11 hindurch geführt und von den Feinstaubpartikeln durch Herausfiltern gereinigt werden soll.
Die Kartusche 9 ist abgedichtet gegenüber dem Gehäuse 1 befestigt, beispielhaft dargestellt anhand einer O-Ring-Dichtung 19.
Ob die Rauchgase 10 durch den Reinigungsraum 21 und damit durch die Filterelemente 8a–d geführt werden oder über den Bypass-Weg 12 an dem Filter vorbei auf dem kürzesten Weg die obere Auslassöffnung ungefiltert erreichen, wird mittels einer Steuerklappe 6 geregelt, die in diesem Fall an der Einmündung 26 des Reinigungsweges 11 in den Bypass-Weg 12, also an der Rückführstelle, angeordnet ist und in ihren beiden Endstellungen entweder den Bypass-Weg 12 oder die Einmündung 26 vollständig verschließen kann, aber auch eine Mittelstellung einnehmen kann, beispielsweise manuell oder von einer Steuerung 20 geregelt, die vorzugsweise mit allen beweglichen Bauteilen der Abscheidevorrichtung in Verbindung steht.
Der Filter 8 besteht in diesem Fall aus mehreren, in der Seitenansicht übereinander angeordneten und im Vertikalschnitt U-förmigen Taschenfiltern 8a–d, die mit ihrer jeweils offenen Seite zum Bypass-Weg 12 hin gerichtet sind, sodass von dort bei der den Bypass-Weg 12 verschließenden Steuerklappe 6, wie in 1a1 dargestellt, die Rauchgase durch die einzelnen Taschenfilter 8a–d strömen müssen, da dies die einzigen verbleibenden Abzweigungen 22 von Bypass-Weg 12 in den Reinigungsraum 21 und damit auf den Reinigungsweg 11 hin sind, denn die übrigen Bereiche um die offenen Seiten der Taschenfilter 8a–d herum sind durch die Kartusche 9 verschlossen.
Die Taschenfilter 8a–d sind jeweils auf ebenfalls taschenförmige Filterhalter 18 aufgeschoben, und werden somit von den Rauchgasen 10 von innen nach außen durchströmt, sodass sich der an den Filterelementen 8a–d angelagerte Feinstaub an den Innenseiten der Taschenfilter 8a–d befindet und dadurch beim Herausnehmen der Filterkartusche 9 und den dabei auftretenden Erschütterungen weniger leicht herabfallen und unerwünschter Weise im Gehäuse 1 der Abscheidevorrichtung verbleiben kann und insbesondere auch nicht in die untere Einlassöffnung 2 hineinfallen kann.
Zusätzlich umfasst die Kartusche 9 an ihrer Unterseite eine Auffangschale 13 für dennoch herabfallenden, zuvor an den Filterelementen 8a–d abgelagerten, Feinstaub. Vorzugsweise ist die gesamte Unterseite der Kartusche 9 als eine solche Auffangschale 13 ausgebildet, die sich somit in der Aufsicht betrachtet unterhalb der gesamten Grundfläche der übereinander angeordneten Filterelemente 8a–d befindet.
Damit – bei den Bypass-Weg 12 verschließender Steuerklappe 6, wie in 1a1 dargestellt – die Rauchgase 10 durch die Filterelemente 8a–d in Richtung obere Auslassöffnung 4 strömen, ist eine ausreichende Druckdifferenz über dem Filter 8 notwendig, also z.B. zwischen den Abzweigungen 22 und etwa der Einmündung 26 der Rauchgase zurück in den Bypassweg 12, und/oder zwischen dem freien Ende der Abgasleitung, in der sich die Abscheidevorrichtung befindet und der Feuerstätte, um den durch den Filter 8 bewirkten Strömungswiderstand zu überwinden.
Diese Druckdifferenz kann dadurch gegeben sein, dass sich die Abscheidevorrichtung in einem ausreichend langen Kamin befindet, der durch seine Kaminwirkung eine solche ausreichende Druckdifferenz erzeugt, vor allem wenn die Rauchgase bereits eine gegenüber der Umgebung am oberen Auslass des Kamins ausreichend hohe Temperatur erreicht haben, die das Aufsteigen im Kamin beschleunigen.
Um nicht auf eine solche natürliche Sogwirkung angewiesen zu sein, umfasst die Abscheidevorrichtung vorzugsweise einen Differenzdruckerzeuger, hier in Form eines Gebläses 5, welches im Reinigungsweg 11 stromabwärts des Filters 8 angeordnet ist. Bei der dargestellten Form der Abscheidevorrichtung strömen die Rauchgase von den einzelnen Abzweigungen 22 in die einzelnen Taschenfilter 8a–d im Wesentlichen horizontal durch diese Taschenfilter 8a–d, und radial außerhalb der geschlossenen Enden der Taschenfilter 8a–d wieder vertikal nach oben zu einem am unteren äußeren Ende offenen Rückführkanal im Gehäuse 1, der von seinem radial inneren Ende mit dem Bypass-Weg 12 in Verbindung steht, sofern diese Einmündung 26 nicht von der Steuerklappe 6 verschlossen wird.
Das Gebläse 5 sitzt in diesem Fall in dem Rückführkanal 27, vorzugsweise oberhalb der radial äußeren Einlassöffnung an dessen Unterseite, und wird von der Steuerung 20 ein- und ausgeschaltet und ggf. auch in seiner Drehzahl geregelt.
Die Steuerung 20 regelt die Stellung der Steuerklappe 6 und die Leistung oder Drehzahl des Gebläses 5 in Abhängigkeit von Informationen, die sie von einem oder mehreren Sensoren 17 an oder in der Abscheidevorrichtung erhält:
In der 1a1 ist ein Sensor 17 in Form eines Drucksensors nahe der unteren Einlassöffnung 2 angeordnet und ein weiterer Sensor 17 in der Bauform des Drucksensors nahe der oberen Auslassöffnung 4.
Wenn sich die Steuerklappe 6 in der den Bypass-Weg 12 verschließenden Stellung behindert, kann aus den beiden Drucksignalen der Druckabfall über dem Filter 8 gemessen werden. Zum einen sagt diese Druckdifferenz etwas über die Durchlässigkeit des Filters aus, die ja mit zunehmender Beladung mit Feinstaub abnimmt. Dieser Druckabfall ist jedoch vor allem dann aussagefähig, wenn zusätzlich bekannt ist, mit welcher Strömungsgeschwindigkeit die Rauchgase beispielsweise aus der oberen Auslassöffnung 4 austreten, denn auch diese Strömungsgeschwindigkeit geht in die Druckdifferenz mit ein. Vorzugsweise ist deshalb zumindest einer der beiden Sensoren 17 zusätzlich als ein Sensor ausgebildet, der in der Lage ist, die Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase zu messen.
In Abhängigkeit von diesen Werten kann die Steuerung zum einen bei zu starker Beladung der Filterelemente 8a–d des Filters 8 mit Feinstaub ein Warnsignal abgeben, um dem Bediener mitzuteilen, dass eine Auswechslung oder Reinigung der Filterelement 8a–d notwendig ist.
Zum anderen kann bei festgestellter zu geringer Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase der über den Filter 8 geführten Rauchgase 10 die Steuerung 20 das Gebläse 5 in Gang setzten, um diese Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen.
Der obere Sensor 17 sollte ferner vorzugsweise auch als Partikelzähler ausgebildet sein, der die Anzahl der Partikel ermittelt, welche noch im die obere Auslassöffnung 4 verlassenden Rauchgas enthalten sind.
Ist dieser Anteil höher als ein vorgegebener oberer Grenzwert, so deutet dies – bei dem Bypass-Weg 6 vollständig verschließender Steuerklappe 6 – auf eine Beschädigung eines der Filterelemente 8a–d hin, woraufhin die Steuerung 20 ein entsprechendes Warnsignal abgeben kann.
Ist der Partikelgehalt der ausströmenden Rauchgase 10 geringer als ein vorgegebener Maximalwert, kann – je nach Programmierung der Steuerung 20 – die Steuerung 20 die Steuerklappe 6 auch in eine Mittelstellung bewegen, so dass das aus der oberen Auslassöffnung 4 ausströmende Rauchgas eine Mischung aus über den Bypass-Weg 12 umgeleitet strömendem Rauchgas und über den Reinigungsweg 11 gefiltertes Rauchgas darstellt, so dass der im ausströmenden Rauchgas vorhandene Feinstaubgehalt immer noch unter den gesetzlich zulässigen Grenzwerten liegt, wodurch das Zusetzen der Filterelemente 8a–d vermieden wird.
Das den Reinigungsraum 21 umgebende Gehäuse kann z.B. vom Rückführkanal 27 aus eine separate Reingas-Auslassöffnung 3 besitzen, zusätzlich oder an Stelle der Einmündung 26 zurück in den Bypass-Weg 12.
Sofern der Rückführkanal 27 jedoch nicht mehr in den Bypass-Weg 12 mündet, sondern z.B. eine eigene Reingasauslassöffnung besitzt, muss die Steuerklappe 6 statt an der Einmündung 26 zurück in den Bypass-Weg 12 an dessen ein oder mehreren Abzweigungen 22 vom Bypassweg 12 in den Reinigungsraum 21 angeordnet werden, was bei der Vielzahl von Abzweigungen 22 bei der Lösung der 1a1 aufwendig ist, aber bei Bauformen wie im Folgenden dargestellt einfacher realisierbar ist.
Dadurch bleibt der Bypass-Weg 12 – sofern sich die Steuerklappe 6 in der den Reinigungsweg 11 verschließenden und damit den Bypass-Weg 12 freigebenden Stellung befindet – voll und ungehindert von oben nach unten durchgängig, zumindest wenn kein thermoelektrischer Generator 23 und kein Wärmetauscher 24 im Bypass-Weg 12 angeordnet sind, so dass der Kaminkehrer den Bypass-Weg 12 von oben her reinigen kann, ohne die Abscheidevorrichtung zuvor aus dem Kamin oder Abgasrohr zu entfernen.
Nahe der Einlassöffnung 2 oder der Auslassöffnung 4 kann im Strömungsweg der Rauchgase auch ein thermoelektrischer Generator 23 angeordnet sein, der beispielsweise Energie für die zu betreibende Steuerung 20 liefert, so dass diese von einer externen Stromversorgung unabhängig ist. Stattdessen oder zusätzlich kann ein Wärmetauscher 24 angeordnet sein, der den Rauchgasen 10 weitere Wärme entnimmt, und diese einem beliebigen Verbraucher zuführt.
Zu diesem Zweck können thermoelektrische Generator und/oder Wärmetauscher 24 wie angedeutet auch im Reinigungsraum 21 angeordnet sein.
Eine zweite Bauform der Abscheidevorrichtung, wie sie in 1b ebenfalls im Vertikalschnitt dargestellt ist, unterscheidet sich zum einen dadurch, dass die ebenfalls als Filterelemente 8a–d verwendeten Taschenfilter in diesem Fall vertikal und seitlich nebeneinander stehend angeordnet sind, mit ihrer offenen Seite nach oben gerichtet.
Dadurch gibt es nur eine einzige zentrale Abzweigung 22 vom Bypass-Weg 12 hinein in den Reinigungsraum 21, und zwar auf einer Höhe oberhalb des oberen offenen Endes der Taschenfilter 8a–d. Dies bewirkt zum einen, dass beispielsweise die Steuerklappe 6 statt an der Einmündung 26 des Rückführkanals 27 für die Rauchgase zurück in den Bypass-Weg 12 auch so angeordnet sein kann, dass sie wahlweise die Abzweigung 22 oder den Bypass-Weg 12 verschließt an Stelle der dargestellten Lösung, bei der wahlweise die Einmündung 26 oder der Bypass-Weg 12 verschlossen wird.
Dadurch wäre es bei dieser Bauform auch möglich, dass der Rückführkanal 27 überhaupt nicht mehr in den Bypass-Weg 12 einmündet, sondern gegenüber diesem fest verschlossen ist, der Reinigungsraum 21 dagegen eine eigene Reingas-Auslassöffnung 3 besitzt, die beispielsweise oberhalb des Gebläses 5 angeordnet ist.
Ein weiterer Vorteil dieser Bauform sind die aufrechtstehenden Taschenfilter, bei denen sich der Feinstaub in ihrem Inneren ansammelt, und wegen der nach oben gerichteten Öffnung der Taschenfilter beim Herausziehen der Filterkartusche 9 so gut wie kein darin festgehaltener Feinstaub unerwünschter Weise im Gehäuse 1 der Abscheidevorrichtung verbleiben kann.
Natürlich können die in 1a1 dargestellten Sensoren 17, thermoelektrische Generator 23 und/oder Wärmetauscher 24, auch bei den anderen Bauformen der folgenden Figuren analog eingesetzt und positioniert werden.
In 1b ist auch eine alternative und/oder zusätzliche Positionierung eines Gebläses 5 dargestellt, nämlich im Querschnitt des Bypass-Weges 12, und zwar in diesem Fall unterhalb der Abzweigung 22.
Dabei ist das Gebläse 5 jedoch an der Filterkartusche 9 befestigt, und wird beim Herausziehen der Filterkartusche 9 aus dem Gehäuse 1 mit aus dem Querschnittsbereich des Bypass-Kanals 12 herausbewegt.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass beispielsweise beim Anheizen der Kleinfeuerungsanlage, deren Rauchgase 10 diese Abscheidevorrichtung reinigen soll, durch Ingangsetzen des Gebläses 5 im Bypass-Weg 12 ein ausreichender Zug im Rauchgasrohr erzeugt werden kann, wodurch das Anheizen schneller gelingt.
Dennoch kann der Kaminkehrer das Rauchgasrohr, von dem der Bypass-Weg 12 einen Abschnitt darstellt, problemlos reinigen, sofern er vorher lediglich die Filterkartusche 9 um einen ausreichenden Weg nach außen, also zur Seite, aus dem Gehäuse 1 herausgezogen hat, so dass sich dieses dann in der Nähe stehende Gebläse 5 nicht mehr innerhalb des Querschnittes des Bypass-Weges 12 befindet.
2 zeigt – ebenfalls im Vertikalschnitt – eine Abscheidevorrichtung, die in ihrem körperlichen Aufbau im wesentlich der der 1a1 entspricht, jedoch ist als Abscheider hier kein Filter angeordnet, sondern ein elektrostatischer Abscheider 25.
Die meist plattenförmigen Anlagerungskörper 15 eines solchen elektrostatischen Abscheiders, die entweder elektrisch alle gleich geladen sind, oder auch abwechselnd sowohl positiv als auch negativ geladen sein können, befinden sich wie in 1a1 die einzelnen Filterelemente 8a–d beabstandet übereinander, so dass die durch den Reinigungsraum 21 gesaugten Rauchgase – bei entsprechender Stellung der Steuerklappe 6 – zwischen diesen Anlagerungskörpern 15 hindurchströmen müssen und sich an diesen elektrostatisch aufgeladenen Anlagerungskörpern anlagern sollen.
Dies kann gefördert werden, indem stromaufwärts des Reinigungsraumes 25 die von der unteren Einlassöffnung 2 in die Abscheidevorrichtung einströmenden Rauchgase mittels eines Ionisierers 14 ionisiert werden, also eine positive oder negative elektrische Ladung besitzen, und sich dadurch verstärkt an den entsprechend gegenteilig geladenen Anlagerungskörpern 15 anlagern.
Die 4 zeigt – wiederum in einem Vertikalschnitt – eine Abscheidevorrichtung, die vom körperlichen Aufbau her dem Bau der 2 entspricht, da hier Filterelemente 8a, b, c senkrecht stehend und in radialer Richtung zum vertikalen Bypass-Weg 12 beabstandet zueinander in Reinigungsraum 21 angeordnet sind. Der Reinigungsweg 11 verläuft dabei jedoch horizontal der Reihe nach durch diese drei Filterelemente 8a, b, c hindurch, die deshalb auch in diese Richtung eine abnehmende Porengröße aufweisen.
Dementsprechend verschließen sie den Reinigungsweg 11 in seinem Querschnitt vollständig, und die Abzweigung 22 vom Bypass-Weg 12 in den Reinigungsweg 11 hinein erstreckt sich über die gesamte Fläche dieser Filterelemente 8a, b, c, und es handelt sich vorzugsweise nur um eine einzige Abzweigung 22 für den gesamten Filterweg 11.
Besonders in diesem Fall ist es wichtig, dass die Filterkartusche 9, in der die Filterelemente 8a, b, c angeordnet sind, darunter eine Auffangschale 13 für an den Filterelementen 8a, b, c angelagerten Feinstaub besitzt, falls dieser herabfallen sollte.
3 zeigt – wiederum in einem Vertikalschnitt – eine in der Aufsicht betrachtet den Bypass-Weg 12 umgebende, vorzugsweise rotationssymmetrisch umgebende, Bauform der Abscheidevorrichtung:
Der vorzugsweise vertikal von der unteren Einlassöffnung 2 zur oberen Auslassöffnung 4 verlaufende Bypass-Weg 12 für die Rauchgase 10 ist – insbesondere ringförmig – umlaufend von einem Filter 8 umgeben.
Dieser ist in einem topfförmigen, ebenfalls konzentrisch zum zentralen Bypass-Weg 12 angeordneten Gehäuse 1 angeordnet, welches gerade in alle Richtungen beabstandet zur Außenseite der Filter verläuft und auch auf der Unterseite beanstandet zum unteren Ende der Filter, so dass die Rauchgase unterhalb des hülsenförmigen Filters 8 im Gehäuse 1 radial nach außen und dort nach oben strömen können und auf jeder beliebigen Höhe des hülsenförmigen aufrechtstehenden Filters 8 diesen von außen nach innen durchlaufen und wieder in dem Bypass-Weg 12 münden, der natürlich für diesen Zweck zur radialen Innenseite der Filter 1 hin offen ist.
Das topfförmige Gehäuse 1 ist auf der Oberseite durch einen dicht aufgesetzten Deckel 16, der ebenfalls ringförmig ausgebildet ist und das Rohr, welches zur oberen Auslassöffnung 4 führt, dicht umgibt, aber über diesen nach oben abgezogen werden kann.
An der Unterseite des Deckels 16 ist der hülsenförmige Filter 8 befestigt, so dass dieser mit nach oben abgezogen werden kann zum Zwecke der Reinigung oder des Austausches.
Auch die Schaltklappe 6, die in diesem Fall im freien inneren Querschnitt des hülsenförmigen Filters 8 an dessen unteren Ende angeordnet ist, ist ebenfalls an dem Deckel 16 befestigt, und kann mit diesem nach oben abgezogen werden.
Dadurch ist nach Abnehmen des Deckels 16 der freie Querschnitt des Bypass-Weges 12 für Reinigungszwecke frei zugänglich, außer es befindet sich zusätzlich ein Gebläse 5 im Querschnitt dieses Bypass-Weges 12, welches jedoch – ebenso wie der zu der oberen Auslassöffnung 4 führende Rohrstutzen – Bestandteil des Deckels 16 sein kann und damit zusammen mit diesem abgenommen werden kann.
Es ist jedoch auch möglich, das Gebläse 5 und/oder die Schaltklappe 6 außerhalb des Bypass-Weges 12 anzuordnen, um die volle mechanische Durchgängigkeit des Bypass-Weges 12 und damit zum Beispiel des Kamines aufrechtzuerhalten für den Kaminkehrer.
Der Vorteil dieser Bauform ist eine relativ kompakte Abmessung bei großer Filterfläche.
Der Nachteil besteht darin, dass eine solche Bauform im Verlauf einer vorhandenen Rauchgasführung schlecht eingebaut werden kann.
Ebenfalls Bestandteil des Deckels 16 kann eine an diesem befestigte, unterhalb der Filter 8 angeordnete, Auffangschale 13 sein, wie auf einer Seite der 3 dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: untere Einlassöffnung
3: obere Reingas-Auslassöffnung
4: obere Auslassöffnung
5: Differenzdruckerzeuger, Gebläse
6: Steuerklappe
7: Feinstaub-Abscheider
8: Filter
8a–d: Filterelemente, Taschenfilter
9: Filterkartusche
10: Strömungsrichtung, Rauchgas
11: Reinigungsweg
12: Bypass-Weg
13: Auffangschale
14: Ionisierer
15: Anlagerungskörper
16: Deckel
17: Sensor
18: Filterhalter
19: O-Ring-Dichtung
20: Steuerung
21: Reinigungsraum
22: Abzweigung
23: thermoelektrischer Generator
24: Wärmetauscher
25: elektrostatischer Abscheider
26: Einmündung
27: Rückführkanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008059432 [0016]
DE 102007035480 A1 [0017]

Claims

Abscheidevorrichtung für Rauchgas, zur Anordnung in einem Abgasstrang einer Feuerungsanlage, insbesondere einer Biomasse-Kleinfeuerungsanlage, um zumindest den im Rauchgas enthaltenen Feinstaub wenigstens teilweise abzuscheiden, mit – einem Gehäuse (1) mit einer unteren Einlassöffnung (2) und wenigstens einer, vorzugsweise hierzu fluchtenden, oberen Auslassöffnung (3, 4) für das Rauchgas (10), – einem in dem Gehäuse (1) zwischen unterer Einlassöffnung (2) und oberer Auslassöffnung (4, 3) körperlich durch umgebende Trennwände ausgebildeten Reinigungsweg (11) für das Rauchgas (10), in dessen Verlauf in einem Reinigungsraum (21) ein Feinstaub-Abscheider (7) angeordnet ist, der eine Reingas-Auslassöffnung (3) aufweist sowie mit der Einlassöffnung (2) über eine Abzweigung (22) in Verbindung steht, – einem im Gehäuse (1) zwischen unterer Einlassöffnung (2) und oberer Auslassöffnung (4) körperlich durch umgebende Trennwände ausgebildeten, von dem Reinigungsweg (11) getrennten, Bypassweg (12) an dem Feinstaub-Abscheider vorbei, der in einer oberen Rohgas-Auslassöffnung (4) mündet, und – der Bypassweg (12) an keiner Stelle einen Querschnitt besitzt, der kleiner ist als 50%, besser kleiner als 70%, besser kleiner als 90%, besser kleiner als 100%, – entweder des geringsten Querschnittes des gesamten vor- oder nachgelagerten Abgasstranges, – oder der Einlassöffnung (2) oder der Auslassöffnung (4), insbesondere je nachdem, welcher der beiden den kleineren Querschnitt besitzt.
Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzdruckerzeuger (5) vorhanden ist, der in der Lage ist, wenigstens auf dem Reinigungsweg (11) einen Differenzdruck über dem Feinstaub-Abscheider (7) zu erzeugen.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypassweg (12) von der unteren Einlassöffnung (2) zur oberen Rohgas-Auslassöffnung (4) von unten nach oben verläuft, insbesondere stetig von unten nach oben verläuft, und insbesondere der Reinigungsweg (11) vom Bypassweg (12) abzweigt.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reingas-Auslassöffnung (3) und die Rohgas-Auslassöffnung (4) identisch sind und an der Stelle der Zusammenführung von Reinigungsweg (11) und Bypassweg (12) oder an der Abzweigstelle des Bypass-Weges (12) vom Reinigungsweg (11) ein ansteuerbares Verschlusselement, insbesondere eine Verschlussklappe (6), zum wahlweisen Verschließen der Einmündung des Reinigungsweges (11) oder des Bypass-Weges (12) vorhanden ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerklappe (6) durch den im Reinigungsweg (11) erzeugten Differenzdruck, insbesondere die Strömung des Rauchgases entlang des Reinigungsweges (11), betätigt wird zum Verschließen des Bypass-Weges (12).
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feinstaub-Abscheider (7) ein Schwerkraftabscheider, insbesondere ein Zyklon, ein elektrostatischer Abscheider (25) oder ein Filter (8), insbesondere ein Speicherfilter, ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (8) auf dem Reinigungsweg (12) hintereinander mehrere Filterelemente (8a, b, c) umfasst, die insbesondere in Strömungsrichtung (10) abnehmende Porengrößen aufweisen.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Filterelemente (8a–d) Plattenfilter oder Taschenfilter umfasst, letztere insbesondere durchströmt von der Innenseite zur Außenseite.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (8) als eine aus dem Gehäuse (1) herausnehmbare Filterkartusche (9) ausgebildet ist, in der insbesondere sämtliche Filterelemente (8a, b) angeordnet sind und vorzugsweise die Filterkartusche (9) eine untere Auffangschale (13) zum Auffangen des von den Filterelementen (8a, b) herabgefallenen Feinstaubes umfasst.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdruckerzeuger eine Venturi-Düse oder ein Gebläse (5), insbesondere ein Radialventilator, Halbradialventilator, Tangentialventilator, Querstrom- oder Zentrifugalventilator, ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Filterelementes (8a, b) Metall, Keramik, Textilmaterial, Kunststoff oder ein Papierwerkstoff ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Struktur des Filterelementes (8a, b) aus einem Gewebe, einem Vlies, einem Fasergewirk, einem Schaum, einer gelochten Folie oder Platte besteht.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (8a, b), insbesondere die Filterplatte, eine Sekundärgeometrie aufweist, insbesondere das Filterelement (8a, b), insbesondere die Filterplatte, einen gewellten oder zickzackförmigen Verlauf quer zur Strömungsrichtung der Rauchgase, sodass die von den Rauchgasen bestrichene Oberfläche des Filterelementes (8a, b) vergrößert wird.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) eine Anschlussvorrichtung zumindest auf der Seite der unteren Einlassöffnung (2) aufweist zum Befestigen an einem Schornstein oder Rauchgasrohr.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidevorrichtung eine Steuerung (20) umfasst, die wenigstens den Differenzdruckerzeuger, insbesondere das Gebläse (5), steuert, insbesondere in seiner Drehzahl steuert, und insbesondere z. B. alle beweglichen Elemente der Abscheidevorrichtung.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidevorrichtung mindestens einen Sensor (17) umfasst, insbesondere einen Drucksensor und/oder einen Temperatursensor und/oder einen Geschwindigkeitssensor für die Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases, und/oder einen Feuchtesensor, und/oder einen Lambda-Sensor, und/oder einen Funken-Sensor, der mit der Steuerung (20) in Verbindung steht, und wobei vorzugsweise stromaufwärts und stromabwärts des Abscheiders je ein Drucksensor angeordnet ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidevorrichtung einen elektrostatischen Abscheider umfasst, der insbesondere stromaufwärts im Reinigungsweg (12) des Filters (8) oder stromaufwärts der Einlassöffnung (2) angeordnet ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass-Weg (12) in der Aufsicht betrachtet abseits, insbesondere seitlich angrenzend an, den Reinigungsraum (21) angeordnet ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (5) entweder auf dem Reinigungsweg (11) abseits des Bypass-Weges (12) oder fluchtend zu der Einlassöffnung (2) aber befestigt an der Abscheiderkartusche, insbesondere Filterkartusche (9), angeordnet ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter (8) in der Bauform als Taschenfilter mit der Öffnung nach oben weisend, insbesondere vertikal nach oben weisend, im Gehäuse (1) angeordnet sind.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Filterelement (8a, b) in der Aufsicht betrachtet den von unten nach oben gerichteten Bypass-Weg (12) konzentrisch umgibt und insbesondere das Gehäuse (1) in der Aufsicht betrachtet rund ausgebildet ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Aufsicht insbesondere runde Gehäuse (1) topfförmig mit im Zentrum der Unterseite angeordneter Einlassöffnung (2) ausgebildet ist mit einem das Gehäuse (1) oben dicht verschließenden Deckel (16), an dem insbesondere das wenigstens eine Filterelement (8a, b) und/oder das Gebläse (5), insbesondere und/oder auch die Schaltklappe (6), angeordnet ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerklappe (6) am unteren Ende des hülsenförmigen Filters so angeordnet ist, dass es den Bypass-Weg (12) verschließt oder freigibt.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidevorrichtung einen Wärmetauscher (24) aufweist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidevorrichtung einen thermoelektrischen Generator (23) aufweist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidevorrichtung einen Gas-Umwandler aufweist, der unerwünschte gasförmige Bestandteile des Rauchgases umwandelt, und der Gas-Umwandler insbesondere Aktivkohle enthält, über welches das Rauchgas geleitet wird.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidevorrichtung eine Umkehrvorrichtung zum Umkehren der Strömungsrichtung durch den Feinstaub-Abscheider (7), insbesondere den Filter (8), aufweist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidevorrichtung stromaufwärts des Filters (8) einen Funken-Detektor im Strömungsweg der Rauchgase aufweist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidevorrichtung modular aufgebaut ist mit – einem Vorfilter-Modul, welches insbesondere einen elektrostatischen Abscheider (25) aufweist und – stromabwärts davon einem Endfiltermodul, welches einen Feinstaub-Abscheider (7), insbesondere einen Filter, in einem Reinigungsraum (21) aufweist, – einem Bypass-Weg (12) im Endfiltermodul und/oder im Vorfilter-Modul, welches den oder die Feinstaub-Abscheider (7) umgeht.
Verfahren zum Abscheiden von Feinstaub-Partikeln aus einem Gas, insbesondere dem Rauchgas einer Biomasse-Kleinfeuerungsanlage, indem das Rauchgas teilweise oder ganz entweder durch einen Reinigungsweg, in dessen Verlauf das Rauchgas einen Feinstaub-Abscheider (7) durchlaufen muss, geführt wird oder durch einen Bypass-Weg, der keinen Feinstaub-Abscheider (7) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung der Rauchgase durch den einen oder den anderen Weg gesteuert wird durch – entweder entsprechende Auslegung der Druckverhältnisse in den beiden Strömungswegen – und/oder ein Steuerungselement, welches in der Lage ist, den Reinigungsweg und/oder den Bypass-Weg ganz oder teilweise zu verschließen, auf Grund – entsprechender Steuerung eines Differenzdruck-Erzeugers, der insbesondere im Reinigungsweg (11) angeordnet ist, und/oder – durch entsprechende Dimensionierung dieser Strömungswege, insbesondere deren Querschnitte.
Verfahrensanspruch nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuerung der Rauchgase durch den einen oder den anderen Weg, insbesondere die Steuerung des Differenzdruck-Erzeugers, erfolgt in Abhängigkeit der Signale eines stromaufwärts des Feinstaub-Abscheiders (7) angeordneten Partikelsensors, der die Anzahl der insbesondere pro Zeiteinheit oder pro Volumeneinheit des Rauchgases enthaltenen Partikel misst, und – die Aufteilung der anströmenden Rauchgase so auf Strömungsweg und Reinigungsweg vorgenommen wird, dass die sich ergebende Mischung stromabwärts des Rauchgasabscheiders gerade noch die zulässigen Höchstwerte an Feinstaubbeladung der an die Umwelt abgegebenen Rauchgase erfüllt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuerung der Rauchgase durch den einen oder den anderen Weg, insbesondere die Steuerung des Differenzdruck-Erzeugers in Abhängigkeit von dem über dem Feinstaub-Abscheider (7) gemessenen Differenzdruck erfolgt, indem bei einem Differenzdruck unterhalb eines ersten vorgegebenen Grenzdruckes der Differenzdruck-Erzeuger (5) in Gang gesetzt und/oder dessen Drehzahl erhöht wird, und – bei einem zweiten Grenzdruck, der oberhalb eines zweiten vorgegebenen Druckwertes liegt, – entweder ein Warnsignal an den Bediener abgegeben wird, um eine Reinigung oder einen Austausch des Filters vorzunehmen – oder/und ein automatischer Reinigungsvorgang des Filters bewirkt wird, insbesondere durch Strömungsumkehr des Differenzdruck-Erzeugers.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdruck über dem- Feinstaub-Abscheider (7) ermittelt wird, während der Feinstaub-Abscheider (7) nicht mit Rauchgas beaufschlagt wird, und insbesondere bei einem definierten Temperatur, und insbesondere in Abhängigkeit von der Leistung oder Drehzahl des Differenzdruck-Erzeugers (5).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Rauchgase durch den einen oder den anderen Weg, insbesondere die Steuerung des Differenzdruck-Erzeugers (5), erfolgt in Abhängigkeit der gemessenen Feuchtigkeit der anströmenden Rauchgase, indem bei einem oberhalb eines vorgegebenen Feuchtigkeitswertes liegenden Ist-Feuchtigkeitswert die Rauchgase vollständig über den Bypass-Weg (12) geleitet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdruck-Erzeuger (5) in Abhängigkeit der gezählten Betriebsstunden des Differenzdruck-Erzeugers (5) seit dem letzten Wechsel der Filterelemente so gesteuert wird, dass mit zunehmender Anzahl der Betriebsstunden die Leistung, insbesondere die Drehzahl, des Differenzdruck-Erzeugers (5) erhöht wird.