Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Feuerstätte, aufweisend zumindest einen Strömungs pfad, welcher von einem ersten Ende der Abgasnachbehand lungseinrichtung zu einem zweiten Ende der Abgasnachbehand lungseinrichtung in Form einer Schraubenlinie verläuft.

Aus der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 102019 218 807 Al ist eine Abgasnachbehandlungseinrich tung bekannt, welche aus einer Mehrzahl scheibenförmiger Elemente zusammengesetzt ist. Die scheibenförmigen Elemente weisen jeweils eine Öffnung auf. Sofern ein scheibenförmiges Element gegenüber dem benachbarten scheibenförmigen Element um einen vorgebbaren Winkel verdreht angeordnet wird, ergibt sich ein gewendelter Strömungspfad. Während der Durchströ mung können Schadstoffe im Abgas nachoxidiert und/oder Fein stäube abgeschieden werden.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese bekannte Abgasnachbe handlungseinrichtung nicht in allen Ausführungsformen eine effiziente Schadstoffreduktion sicherstellen kann. Darüber hinaus kann der Aufbau aus einzelnen scheibenförmigen Elementen aufwendig sein. Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Abgas nachbehandlungseinrichtung mit verbesserter Reinigungs wirkung bereitzustellen. Weiterhin liegt der Erfindung in einigen Ausführungsformen die Aufgabe zugrunde, den Aufbau einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zu vereinfachen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abgasnachbehand lungseinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen .

Erfindungsgemäß wird eine Abgasnachbehandlungseinrichtung vorgeschlagen, welche zumindest einen Strömungspfad auf weist. Der Strömungspfad reicht von einem ersten Ende der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu einem zweiten Ende der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Das Abgas kann somit am ersten Ende in die Abgasnachbehandlungseinrichtung eintreten, dem Strömungspfad folgen und am zweiten Ende aus der Abgasnachbehandlungseinrichtung austreten. Innerhalb der Abgasnachbehandlungseinrichtung können gasförmige Schadstoffe und/oder Feinstäube unschädlich gemacht werden. Beispielsweise können Stickoxide reduziert werden. Kohlen monoxid und/oder Kohlenwasserstoffe und/oder Feinstaub kann oxidiert werden.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Strömungspfad innerhalb der Abgasnachbehandlungseinrichtung zumindest abschnittsweise in Form einer Schraubenlinie verläuft. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bezeichnet eine Schraubenlinie eine Kurve, die sich mit einer vorgebbaren Steigung um den Mantel eines Zylinders windet. Die Steigung kann konstant oder entlang der Längserstreckung variabel sein. Diejenige Strecke, um welche sich die Schraubenlinie bei einer vollen Umdrehung nach oben in Richtung der Zylinderachse windet, wird in der nachfolgenden Beschreibung als Ganghöhe h bezeichnet. Der Quotient aus Ganghöhe h und Umfang wird nachfolgend als Steigung k bezeichnet, d. h. k = . Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die

Schraubenlinie des Strömungspfades eine Steigung k besitzt, welche größer als etwa 0,35 ist. In anderen Ausführungs formen der Erfindung ist die Steigung k größer als etwa 0,6. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung ist die Steigung k größer als etwa 0,8. In wiederum anderen Aus- führungsformen der Erfindung ist die Steigung k größer als etwa 1,0. Schließlich kann die Steigung k in einigen Aus führungsformen größer als etwa 1,2 sein. Dieses Merkmal hat die Wirkung, dass eine gute Durchmischung des nachzube handelnden Abgases mit einem Oxidations- und/oder Reduktionsmittel erfolgen kann, die Verweilzeit verlängert werden kann und Feinstäube durch einen Zykloneffekt abge schieden werden können. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung eine effiziente Abgasreinigung sicherstellen.

Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung wird in Feuerstätten eingesetzt, wie beispielsweise Heizkessel oder Einzelraumfeuerungsanlagen, wie beispielsweise Kachel- oder Kaminöfen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung auch für Industrieöfen, thermische Abfallverwertung, Krematorien oder andere, heiße Abgase erzeugende Einrichtungen verwendet werden.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Schraubenlinie des Strömungspfades eine Steigung k aufweisen, welche kleiner als etwa 1,0 ist. In einigen Aus führungsformen der Erfindung kann die Schraubenlinie eine Steigung k aufweisen, welche kleiner als etwa 1,2 ist. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Schraubenlinie eine Steigung k aufweisen, welche kleiner als etwa 1,6 ist. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Steigung k der Schraubenlinie kleiner als etwa 2,0 sein. Schließlich kann die Steigung k der Schraubenlinie in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 2,5 sein.

Die Steigung k kann somit aus folgenden Bereichen gewählt sein: 0,35 < k < 1,0 oder 0,35 < k < 1,2 oder 0,35 < k < 1,6 oder 0,35 ^ k < 2,0 oder 0,35 ^ k < 2,5 oder 0,6 ^ k < 1,0 oder 0,6 ^ k < 1,2 oder 0,6 ^ k < 1,6 oder 0,6 ^ k < 2,0 oder 0,6 ^ k < 2,5 oder 0,8 ^ k < 1,0 oder 0,8 ^ k < 1,2 oder 0,8 ^ k < 1,6 oder 0,8 ^ k < 2,0 oder 0,8 ^ k < 2,5 oder 1,0 < k < 1,2 oder 1,0 < k < 1,6 oder 1,0 < k < 2,0 oder 1,0 < k < 2,5 oder 1,2 < k < 1,6 oder 1,2 < k < 2,0 oder 1,2 < k < 2,5. Hierbei kann die Steigung an die Länge der Abgasnachbehandlungseinrichtung angepasst werden.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Strö mungspfad einen Durchmesser von etwa 20 cm bis etwa 150 cm aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Strömungspfad einen Durchmesser von etwa 25 cm bis etwa 80 cm aufweisen. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Strömungspfad einen Durchmesser von etwa 80 cm bis etwa 120 cm aufweisen. In wiederum anderen Aus führungsformen der Erfindung kann der Strömungspfad einen Durchmesser von etwa 20 cm bis etwa 50 cm aufweisen. Hierbei kann der Durchmesser und damit der Querschnitt des Strö mungspfades an die anfallende Abgasmenge angepasst werden, wobei die jeweils niedrigeren Werte beispielsweise für Einzelraumfeuerungsanlagen Verwendung finden und die größeren Werte für größere Heizkessel, beispielsweise zur Versorgung eines Mehrparteienhauses oder einer Industrie anlage. Die Anpassung des Durchmessers an die anfallende Abgasmenge stellt dabei sicher, dass die Strömungsge schwindigkeit in einem vorgebbaren Bereich bleibt, welcher den Druckverlust des Abgases in der Abgasnachbehandlungsein richtung in einem tolerablen Bereich hält und andererseits eine hinreichend turbulente Strömung ermöglicht, welche eine gute Durchmischung des Abgases mit einem Oxidations und/oder Reduktionsmittel ermöglicht.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Innenseite des Strömungspfades eine Mehrzahl von Stufen aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Stufen jeweils eine Höhe von etwa 8 mm bis etwa 30 mm aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Stufen jeweils eine Höhe von etwa 15 mm bis etwa 25 mm aufweisen. Die Stufen können scharfkantig ausgeführt sein, sodass an den Vorderkanten der Stufen ein Strömungsabriss erfolgt und das in der Abgasnachbehandlungseinrichtung strömende Abgas turbulent durch den Strömungspfad strömt.

Die hierdurch zusätzlich eingebrachte Turbulenz ermöglicht eine effiziente Durchmischung des Abgases mit einem Oxidations- oder Reduktionsmittel, sodass die Effizienz der Abgasnachbehandlung erhöht sein kann.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Länge des Strömungspfades etwa das 0,5-fache bis 5-fache der Ganghöhe h betragen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Länge Strömungspfades etwa das 0,9-fache bis etwa das 3-fache der Ganghöhe h betragen. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Länge des Strömungspfades etwa das 1-fache bis etwa das 2,5-fache der Ganghöhe h betragen. Schließlich kann in einigen Aus führungsformen der Erfindung die Länge des Strömungspfades etwa das 0,9-fache bis etwa das 2-fache der Ganghöhe h betragen. Eine solchermaßen ausgestaltete Abgasnachbehand lungseinrichtung nimmt wenig Bauraum ein und stellt trotzdem sicher, dass Schadstoffe aus dem Abgas mit hoher Effizienz entfernt werden.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung können Quer schnitt, Länge und Steigung k des Strömungspfades so gewählt sein, dass der Druckverlust eines den Strömungspfad durch strömenden Abgases kleiner als etwa 100 Pa ist. Eine solche Abgasnachbehandlungseinrichtung kann beispielsweise die Abgase eines Heizkessels oder eines Industrieofens effizient reinigen, welcher mit einem Gebläse ausgestattet ist, welches Verbrennungsluft und Abgas durch den Kessel fördert.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung können Querschnitt, Länge und Steigung k des Strömungspfades so gewählt sein, dass der Druckverlust eines den Strömungspfad durchströmenden Abgases kleiner als etwa 50 Pa ist. Durch den geringeren Abgasgegendruck kann die Leistung und/oder der Wirkungsgrad eines mit der Abgasnachbehandlungseinrich tung ausgestatteten Heizkessels erhöht sein.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung können Querschnitt, Länge und Steigung k des Strömungspfades so gewählt sein, dass der Druckverlust eines den Strömungspfad durchströmenden Abgases kleiner als etwa 10 Pa oder kleiner als etwa 3 Pa ist. In diesem Fall eignet sich die Abgasnach behandlungseinrichtung besonders gut für Einzelraum feuerungsanlagen, deren Abgasstrom allein durch die Tempera turdifferenz zwischen Glutbett und Kamin angetrieben wird. Gleichwohl kann durch den geringen Druckverlust eine sichere Durchströmung der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermöglicht werden, ohne dass es zum Rückstau der Abgase in den Aufstellraum der Einzelraumfeuerungsanlage kommt.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Querschnitt des Strömungspfades zwischen etwa 30 % und etwa 50 % eines Gesamtquerschnittes der Abgasnachbehandlungsein richtung betragen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Querschnitt des Strömungspfades zwischen etwa 35 % und etwa 40 % eines Gesamtquerschnittes der Abgas nachbehandlungseinrichtung betragen. Ein solchermaßen ausgebildeter Querschnitt des Strömungspfades kombiniert niedrigen Druckverlust einerseits mit hoher Turbulenz andererseits, sodass eine sichere Durchströmung und eine hinreichend starke Turbulenz sichergestellt sind.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Abgas nachbehandlungseinrichtung als Gussteil hergestellt sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Abgasnach behandlungseinrichtung durch Gießen in einer verlorenen Form hergestellt werden.

In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Abgas nachbehandlungseinrichtung aus mehreren Elementen zusammengesetzt sein. Beispielsweise kann die Abgasnachbe- handlungseinrichtung in einigen Ausführungsformen aus einer Mehrzahl von scheibenförmigen Elementen zusammengesetzt sein, welche jeweils einen Längsabschnitt der Abgasnachbe handlungseinrichtung bilden und welche jeweils zumindest eine Ausnehmung aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung aus einer Mehrzahl von Elementen zusammengesetzt sein, welche jeweils ein Segment der Abgasnachbehandlungseinrichtung bilden. Eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, welche aus einzelnen Elementen zusammengesetzt ist, kann in einigen Ausführungs formen der Erfindung einen geringeren Herstellungsaufwand erfordern und/oder leichter transportierbar sein und/oder aus identischen Teilen modular in unterschiedlichen Größen hergestellt werden, um diese flexibel an den jeweiligen Anwendungszweck anzupassen.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Abgas nachbehandlungseinrichtung zumindest einen anorganischen, nicht metallischen Werkstoff enthalten oder daraus bestehen. Ein solcher Werkstoff kann einerseits eine hohe Wärmekapa zität aufweisen und andererseits eine hohe Beständigkeit gegen thermische oder korrosive Angriffe aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann ein anor ganischer, nicht metallischer Werkstoff zumindest eine Keramik enthalten oder daraus bestehen. In einigen Aus führungsformen der Erfindung kann die Abgasnachbehandlungs- einrichtung aus einem Material gefertigt sein, welches zumindest eine Oxidkeramik oder ein Carbid oder ein Nitrid oder ein Oxinitrid enthält oder daraus besteht. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Abgasnachbehand lungseinrichtung zumindest Siliziumdioxid und/oder Aluminiumoxid und/oder Magnesiumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Zirkoniumoxid und/oder Chromoxid und/oder Silizium- carbid enthalten oder daraus bestehen. Diese Materialien sind hochtemperaturfest, können in einigen Ausführungsformen der Erfindung katalytische Eigenschaften aufweisen und sind beständig gegen aggressive Medien, welche in den Abgasen vorhanden sein können oder durch die Umsetzung der Abgase in der Abgasnachbehandlungseinrichtung entstehen können.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Innenseite des Strömungspfades eine gemittelte Rautiefe R _z von etwa 10 mpibis etwa 3 mpiaufweisen. In anderen Aus führungsformen der Erfindung kann die Innenseite des Strö mungspfades eine gemittelte Rautiefe R _z von etwa 8 mpibis etwa 4 mpiaufweisen. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Innenseite des Strömungspfades eine gemittelte Rautiefe R _z von etwa 6 mpibis etwa 4,5 mpiauf- weisen. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung bezeichnet die gemittelte Rautiefe R _z den Mittelwert aus Einzelrautiefen von fünf aufeinanderfolgenden Einzelmess strecken im Rauheitsprofil. Die Extremwerte in jedem Mess abschnitt werden addiert und die Spannweite durch die Anzahl der Messabschnitte dividiert. Die Rauheit der Innenseite des Strömungspfades kann dazu führen, dass Feinstäube und Rußpartikel in der Abgasnachbehandlungseinrichtung abgeschieden und nachfolgend oxidiert werden, sodass diese die Abgasnachbehandlungseinrichtung nicht in Form unerwünschter Partikel verlassen können.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungs beispieles ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungs gedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt

Figur 1 eine Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in der Ansicht.

Figur 2 zeigt die Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß Figur 1 entlang der Schnittlinie A-A.

Figur 3 zeigt die Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß Figur 1 entlang der Schnittlinie B-B. Figur 4 zeigt den gewendelten Strömungspfad gemäß der vorliegenden Erfindung in einer teilweise geschnittenen, dreidimensionalen Darstellung.

Anhand der Figuren 1 bis 4 wird eine beispielhafte Aus führungsform einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungs- einrichtung näher erläutert. Die Abgasnachbehandlungsein richtung 1 weist zumindest einen Strömungspfad 2 auf, welcher von einem ersten Ende 11 der Abgasnachbehandlungs- einrichtung 1 zu einem zweiten Ende 12 der Abgasnachbehand lungseinrichtung 1 in Form einer Schraubenlinie verläuft.

Bei Betrieb der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird dem Strömungspfad über das erste Ende 11 ein Abgas zugeführt, beispielsweise aus einem Heizkessel, einem Industrieofen oder einer Einzelraumfeuerungsanlage. Das Abgas durchströmt den Strömungspfad 2 und tritt am zweiten Ende 12 der Abgas nachbehandlungseinrichtung 1 aus.

Wie aus Figur 2 und Figur 4 ersichtlich ist, verläuft der Strömungspfad entlang einer Schraubenlinie, d. h. einer Kurve, die sich mit einer Steigung um den Mantel eines Zylinders windet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steigung konstant. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Steigung entlang der Länge der Schraubenlinie variieren.

Die Schraubenlinie ist durch die Ganghöhe h charakterisiert, also diejenige Strecke, um welche sich der Strömungspfad bei einer vollen Umdrehung nach oben windet, d. h. in Richtung des zweiten Endes 12. Weiterhin ist die Form des Strömungs pfades durch die Steigung k charakterisiert, welches sich aus dem Radius des Strömungspfades und der Ganghöhe zu k = ergibt. Erfindungsgemäß weist die Schraubenlinie eine Steigung k auf, welche größer als etwa 0,8 und kleiner als etwa 1,2 ist. Wie in den Querschnitten gemäß Figur 2 und Figur 3 ersichtlich ist, weist die Innenseite 20 des Strömungs pfades 2 eine Mehrzahl von Stufen 25 auf, welche jeweils eine Höhe von etwa 8 mm bis etwa 30 mm oder von etwa 15 mm bis etwa 25 mm aufweisen. Das im Strömungspfad 2 strömende Abgas erfährt somit eine turbulente Strömung, welche dafür sorgt, dass sich das Abgas effizient mit einem Oxidations und/oder Reduktionsmittel durchmischt, sodass Kohlenwasser stoffe, Kohlenmonoxid, Feinstäube, Ruß oder andere Schad stoffe effizient oxidiert werden.

Querschnitt, Länge und Steigung k des Strömungspfades sind so gewählt, dass der Druckverlust eines den Strömungspfad 2 durchströmenden Abgases kleiner als etwa 10 Pa ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abgasnachbe handlungseinrichtung aus einer Mehrzahl von Scheiben 3 zusammengesetzt, welche jeweils eine kleeblattförmige Öffnung 35 aufweisen. Durch Übereinanderstapeln der Scheiben, welche um jeweils einen vorgebbaren Drehwinkel zur benachbarten Scheibe versetzt sind, entsteht der Strömungs pfad 2 in der gewünschten Form. In einigen Ausführungsbei spielen der Erfindung können die scheibenförmigen Elemente 3 eine Dicke von etwa 15 mm bis etwa 25 mm aufweisen und um einen Winkel zwischen etwa 10° und etwa 30° gegenüber den benachbarten scheibenförmigen Elementen 3 gedreht sein. Hierbei kann der Drehwinkel umso größer sein, je kürzer die Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 insgesamt ist, sodass die Steigung der Schraubenlinie des Strömungspfades im genannten Bereich liegt.

Nachfolgend soll die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Ab gasnachbehandlungseinrichtung anhand eines Vergleichs beispiels näher erläutert werden. Im Vergleichsbeispiel wird ein Heizkessel mit 85 kW thermischer Leistung verwendet, welcher mit Hackschnitzeln und Stroh befeuert wird. Die Abgase des Heizkessels werden einmal über ein konventionelles Abgasrohr abgeleitet und zum anderen der vorstehend beschriebenen Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführt. In beiden Fällen erfolgt eine Abgasmessung nach DIN 18895. Dabei ergeben sich folgende Verbesserungen der Abgaswerte, wenn die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungs- einrichtung eingesetzt wird:

Die vorstehenden Werte zeigen, dass durch die erfindungs gemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung die Verbrennung wesentlich verbessert werden kann. Der Restsauerstoff im Abgas sinkt und der C0 ₂ -Gehalt steigt an, was auf eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes hinweist. Ebenso nimmt der Schadstoffgehalt des Abgases ab und erreicht oder unterschreitet typische Werte einer Erdgasheizung.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die darge stellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Be schreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste" und „zweite" Ausführungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Aus führungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen.