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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Partikelabscheider für eine Rauchgasleitung einer Feuerungsanlage, umfassend eine in der Rauchgasleitung anordenbare Elektrode, eine an der Rauchgasleitung, insbesondere an dessen Außenseite anordenbare Abdeckung, die eine in der Rauchgasleitung ausgebildete Öffnung abdeckt, wobei die Elektrode mit der Abdeckung verbunden ist, so dass die Elektrode durch die an der Rauchgasleitung angebrachte Abdeckung in der Rauchgasleitung positionierbar ist, und ein Gebläse, mittels welchem Frischluft von außerhalb der Abdeckung ansaugbar und durch diese hindurch in die Rauchgasleitung zuführbar ist, um die Ablagerung von ionisierten Feinstaubpartikeln im Bereich der Elektrode innerhalb der Rauchgasleitung zu verhindern.
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Bei einem derartigen Partikelabscheider kommt es bei ausreichend hoher Spannung an der Elektrode, die üblicherweise etwa in der Mitte des Abgasstroms angeordnet ist, zu Ionisierungsprozessen. Hierdurch entstehen im Abgasstrom geladene Teilchen, sog. Ladungsträger, und Gasionen. Die durch Ionisierung erzeugten Gasionen lagern sich an die Feinstaubpartikel an und führen zu deren Aufladung. Die auf diese Weise geladenen Teile werden aufgrund der elektrostatischen Kräfte an die Innenwände des Abgasrohres gedrängt und dort abgelagert. Die Ladung der Partikel wird während des Ablagerungsprozesses neutralisiert. Aufgrund ihrer mechanischen Verzahnung bleiben die Partikel dann aber am Abgasrohr haften und werden nicht über den Schornstein in die Umgebungsluft abgegeben.
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Ein derartiger bekannter Partikelabscheider wird beispielsweise von der Anmelderin unter dem Namen KW Zumikron vertrieben. Das Prinzip der elektrostatischen Partikelabscheidung ist universell und kann bei den meisten Kleinholzfeuerungsanlagen eingesetzt werden. Der Partikelabscheider eignet sich insbesondere für Holzfeuerungsanlagen mit einem Leistungsbereich bis ca. 40 kW und mit Abgasrohrdurchmessern von etwa 100 bis 300 mm.
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Um im Bereich der Elektrode die Ablagerung von ionisierten Feinstaubpartikeln innerhalb der Rauchgasleitung zu verhindern, umfasst der Partikelabscheider ein Gebläse, das bei Betrieb der Feuerungsanlage Frischluft in die Rauchgasleitung einbläst, so dass im Bereich der Elektrode eine ständige Spülung mit Frischluft gewährleistet ist.
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Diese für eine optimale Funktionsweise des Partikelabscheiders erforderliche Frischluftspülung birgt allerdings die Gefahr, dass bei nicht funktionierendem Gebläse Abgase aus der Rauchgasleitung durch das nicht in Betrieb befindliche Gebläse in einen Innenraum gelangen, in welchem die Feuerungsanlage aufgebaut ist.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Partikelabscheider der genannten Art derart weiterzubilden, dass ein Rauchgasaustritt durch den Partikelabscheider hindurch in einen Raum, in welchem die Feuerungsanlage aufgestellt ist, verhindert werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass der Partikelabscheider ein Verschlusselement aufweist, das zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung automatisch verstellbar ist in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsparametern.
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Das Verschlusselement ist in einem Normalbetrieb der Feuerungsanlage in seiner Öffnungsstellung, damit mittels des Gebläses Frischluft in die Rauchgasleitung geblasen werden kann, um die oben erwähnte Frischluftspülung zwecks Verhinderung von Ablagerungen von ionisierten Feinstaubpartikeln zu ermöglichen. Ändert sich ein bestimmter Betriebsparameter, wie beispielsweise Temperatur des Rauchgases, Stromzufuhr zum Gebläse, Druck in der Rauchgasleitung bzw. in der damit verbundenen Abdeckung des Partikelabscheiders oder dgl., wird mittels einer Steuerung oder/und mittels thermisch bzw. mechanisch arbeitenden Mitteln das Öffnen bzw. Schließen des Verschlusselements bewirkt, um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Feuerungsanlage zu ermöglichen.
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Es wird vorgeschlagen, dass der Partikelabscheider wenigstens einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur im Abgasstrom in der Rauchgasleitung umfasst. Mittels eines solchen Temperatursensors kann beispielsweise beim Inbetriebnehmen der Feuerungsanlage erfasst werden, dass die Temperatur in der Abgasleitung ansteigt. Im Zusammenwirken mit einer vorzugsweise vorgesehenen Steuereinheit kann bei Erreichen eines bestimmten Temperaturwerts in der Rauchgasleitung das Öffnen des Verschlusselements sowie das Inbetriebnehmen des Gebläses veranlasst werden.
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Weiterbildend wird vorgeschlagen, dass der Partikelabscheider ferner einen Elektromagneten umfasst, welcher mit dem Verschlusselement verbunden ist, derart, dass bei Stromfluss durch den Elektromagneten das Verschlusselement in seiner Öffnungsstellung gehalten ist. Das Verschlusselement kann somit bei kontinuierlicher Stromzufuhr zum Elektromagneten zuverlässig in seiner Öffnungsstellung gehalten werden. Die Bestromung des Elektromagneten kann vorzugsweise durch die bereits erwähnte Steuereinheit ausgelöst werden.
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Vorzugsweise ist der Partikelabscheider derart ausgebildet, dass das Verschlusselement bei Überschreiten eines vorbestimmten Drucks von Abgas in der Rauchgasleitung bzw. in der Abdeckung in seine Schließstellung gedrückt wird, insbesondere entgegen der Haltekraft des Elektromagneten. Der Elektromagnet kann also derart ausgelegt bzw. dimensioniert sein, dass die bei Bestromung wirkende Haltekraft gerade ausreicht, um das Verschlusselement in seiner Öffnungsstellung zu halten. Der Fall des Überschreitens eines vorbestimmten Abgasdrucks in der Rauchgasleitung kann beispielsweise bei einem raschen Druckanstieg aufgrund einer Verpuffung vorkommen. Das Verschlusselement wirkt in diesem Falle in der Art einer Rückschlagklappe, so dass kein Rauchgas austreten kann.
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Vorzugsweise wird das Verschlusselement, insbesondere mittels des Elektromagneten entgegen einer in Richtung der Schließstellung wirkenden Vorspannkraft, insbesondere Federvorspannkraft, in der Öffnungsstellung gehalten. Aufgrund dieser wirkenden Vorspannung wird das Verschlusselement bei stromfreiem Elektromagneten selbsttätig in seine Schließstellung bewegt. Somit kann bei einem Stromausfall, wenn also das Gebläse, die erwähnte Steuerungseinheit, die Elektrode und der Elektromagnet stromlos werden, ein zuverlässiges Verschließen der Rauchgasleitung nach außen hin ermöglicht werden, so dass auch im Falle eines Stromausfalls bei in Betrieb befindlicher Feuerungsanlage kein Rauchgas austreten kann.
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Zur Herstellung der gewünschten Vorspannkraft wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Elektromagneten und dem Verschlusselement eine Feder, vorzugsweise Schraubenfeder angeordnet ist, die in Öffnungsstellung des Verschlusselements vorzugsweise zusammengedrückt wird. Diese Feder entspannt sich, sobald der Elektromagnet stromlos geschaltet wird, wobei durch deren Entspannung das Verschlusselement in seine Schließstellung bewegt wird.
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Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Stromversorgung des Elektromagneten ein Thermosicherungselement umfasst, das in der Abdeckung angeordnet ist, derart, dass es mit Rauchgas in Kontakt kommen kann bzw. kommt, um eine Stromzufuhr zum Elektromagneten ab einer bestimmten Temperatur des Rauchgases in der Abdeckung zu unterbrechen. Eine derartige Situation kann beispielsweises bei einem Überdruck in der Abgasleitung vorkommen. In einem solchen Fall tritt heiße Luft in die Abdeckung des Partikelabscheiders ein und lässt dann die Thermosicherung schmelzen. Hierdurch kann die Stromzufuhr zum Elektromagneten und vorzugsweise auch zum Ventilator unterbrochen werden. Sobald der Elektromagnet stromlos geschaltet ist, bringt die oben erwähnte Rückstellfeder das Verschlusselement in seine Schließstellung, so dass ein Abgasaustritt nicht mehr möglich ist.
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Das Verschlusselement ist vorzugsweise in einer an das Gebläse anschließenden Hülse aufgenommen, wobei die Hülse vorzugsweise stromaufwärts bezogen auf den anzusaugenden Frischluftstrom angeordnet ist. Hierzu wird ferner vorgeschlagen, dass die Hülse und das Verschlusselement derart dimensioniert sind, dass in Öffnungsstellung des Verschlusselements zwischen ihnen eine spaltartige Öffnung, insbesondere Ringspalt für Frischluftdurchtritt gebildet ist und dass in Schließstellung des Verschlusselements das Verschlusselement abdichtend an der Hülse, insbesondere an einem nach innen vorspringenden Umfangsrand der Hülse anliegt. Im Beispielsfall einer kreisförmigen Hülse und eines kreisförmigen Verschlusselements ist also der Außendurchmesser des Verschlusselements etwas kleiner als der Innendurchmesser der Hülse, so dass zwischen dem Außenumfang des Verschlusselements und dem Innenumfang der Hülse ein Ringspalt gebildet ist. An seinem Frischluftansaugende weist die Hülse einen radial nach innen weisenden, in Umfangsrichtung durchgehenden Vorsprung auf, dessen Innenumfang kleiner ist als der Außenumfang des Verschlusselements. In geschlossenem Zustand liegt das Verschlusselement in axialer Richtung flächig an diesem radialen Vorsprung der Hülse an und verhindert so den Austritt von Abgasen.
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Das Verschlusselement besteht vorzugsweise aus einem sich unter Einwirkung von Wärme in seinem Volumen vergrößernden Material oder es weist zumindest eine Beschichtung aus einem derartigen Material auf. Als Material kommt beispielsweise ein unter dem Markennamen PROMASEAL bekanntes Erzeugnis in Frage, das sich bei Hitze um etwa das 40-Fache in seinem Volumen ausdehnt. Eine derartige Materialwahl für das Verschlusselement bzw. dessen Beschichtung stellt eine zusätzliche Sicherung dar. Falls das Verschlusselement nicht in seine Schließstellung zurückkehren kann, wird das Material des Verschlusselements bzw. der Beschichtung durch heißes Abgas erwärmt und dehnt sich dann sehr rasch aus. Durch diese Ausdehnung wird der Innenraum der das Verschlusselement umgebenden Hülse ausgefüllt und abgedichtet. Dabei bildet sich eine Art poröser Schaumpfropf innerhalb der Hülse aus.
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Wie bereits erwähnt, umfasst der Partikelabscheider vorzugsweise eine Steuereinrichtung, welche derart eingerichtet ist, dass bei einer bestimmten durch den Temperatursensor erfassten Temperatur in der Rauchgasleitung das Verschlusselement geöffnet und das Gebläse eingeschaltet wird. Die Steuereinrichtung dient auch dazu, die Elektrode im Betrieb der Feuerungsanlage einzuschalten und nach Beenden des Betriebs der Feuerungsanlage die Elektrode wieder stromlos zu schalten. Ferner ist die Steuereinrichtung vorzugsweise auch mit dem oben erwähnten Elektromagneten verbunden, um diesen zu aktivieren oder zu deaktivieren.
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Die Erfindung betrifft neben einem Partikelabscheider als solches auch eine Feuerungsanlage mit Rauchgasleitung, welche einen an der Rauchgasleitung angebrachten erfindungsgemäßen Partikelabscheider aufweist.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beispielhaft und nicht einschränkend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer Feuerungsanlage mit Rauchgasleitung und daran angeordnetem Partikelabscheider.
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2 zeigt eine schematisch vergrößerte Ansicht des Partikelabscheiders der 1.
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3 zeigt schematisch eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines Verschlusselements des Partikelabscheiders der 1 und 2.
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4 zeigt eine zur 3 ähnliche Darstellung mit geschlossenem Frischluftkanal aufgrund von Materialausdehnung unter Hitzeeinwirkung.
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1 zeigt schematisch eine Feuerungsanlage 10 mit einem im oberen Bereich der Feuerungsanlage 10 angebrachten Abgasrohr bzw. Rauchgasrohr 12, das durch eine Wand 14 in einen Schornstein 16 mündet. Die Feuerungsanlage 10 ist im Betrieb dargestellt, also mit einem im Brennraum aktiven Feuer 18. Durch die Verbrennung entstehen Feinstaubpartikel 20, welche durch die aufsteigenden heißen Abgase in das Rauchgasrohr 12 bzw. den Schornstein 16 gelangen.
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Am Rauchgasrohr 12 ist ein Partikelabscheider 22 an einer am Rohr 12 ausgebildeten Öffnung 24 angebracht. Der Partikelabscheider 22 deckt die Öffnung 24 im Abgasrohr 12 dicht ab. Der Partikelabscheider 22 umfasst eine etwa in der Mitte des Durchmessers des Abgasrohrs 12 angeordnete, sich im Wesentlichen parallel zum Rohrverlauf erstreckende Elektrode 26, mittels welcher der Abgasstrom ionisiert wird. Die Elektrode ist über eine Halterung 28 mit einer Abdeckung bzw. einem Gehäuse 30 des Partikelabscheiders verbunden, so dass die Elektrode 26 mittels der Halterung 28 am Abgasrohr 12 befestigt ist. Der Partikelabscheider 22 weist ferner ein Gebläse 32 auf, durch welches Frischluft FL aus dem die Feuerungsanlage 10 aufweisenden Raum in das Abgasrohr 12 eingeblasen werden kann. Wie bereits einleitend erwähnt, dient die Zufuhr von Frischluft dazu, im Bereich der Elektrode 26 eine Frischluftspülung vorzusehen, um ein Ablagern von ionisierten Feinstaubpartikeln im Bereich der Elektrode 26 bzw. des Partikelabscheiders 22 zu verhindern.
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Der Partikelabscheider 22 weist ferner eine an der Wand 14 angebrachte Steuereinrichtung 34 auf, mittels welcher der Betrieb des Partikelabscheiders gesteuert bzw. geregelt werden kann. Zwischen dem Gehäuse 30 des Partikelabscheiders 22 und der Steuereinrichtung 34 verläuft in schematischer Weise ein Elektrokabel 36. Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass die Steuereinrichtung 34 bei 38 geerdet ist.
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2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Partikelabscheiders 22 und den entsprechenden Abschnitt des Rauchgasrohres 12, an welchem der Partikelabscheider 22 an der Öffnung 24 angebracht ist. Neben den bereits erwähnten Komponenten Elektrode 26, Halterung 28, Gehäuse bzw. Abdeckung 30 und Gebläse 32 ist in dieser Darstellung noch ein Temperatursensor 40 ersichtlich, welcher die im Abgasstrom AS (Doppelpfeil) herrschende Temperatur erfasst. Der Temperatursensor 40 ist mittels einer elektrischen Leitung 42 mit der Steuereinrichtung 34 (1) verbunden. Aus der Figur sind noch weitere elektrische Leitungen 44, 46 ersichtlich, welche die elektrische Anbindung der Elektrode 26 bzw. des Gebläses 32 andeuten. Bezogen auf den Frischluftstrom FL, welcher durch zwei Pfeile angedeutet ist, ist stromaufwärts des Gebläses 32 ein Verschlusselement bzw. Deckel 48 vorgesehen, das bzw. der eine in einer Hülse 50 ausgebildete Frischluftzufuhröffnung 52 verschließen kann. Das Verschlusselement 48 ist mittels eines Ankers 54 mit einem Elektromagneten 56 verbunden.
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Der Aufbau der Absperranordnung mit Verschlusselement bzw. Deckel 48, Elektromagnet 56 und Hülse 50 wird anhand der vergrößerten Schnittdarstellung der 3 näher erklärt. Der Elektromagnet 56 ist mittels einer Elektromagnethalterung 58 mit einer eine Art Durchmesserlinie bildenden Strebe 60 mit der Hülse 50 verbunden, so dass der Elektromagnet 56 innerhalb der Hülse 50 unverschieblich gehalten ist. Der Elektromagnet 56 steht mittels des Ankers 54 in Verbindung mit dem Deckel 48, so dass der Deckel 48 bei Bestromung des Elektromagneten 56 in Axialrichtung AR in Richtung Gebläse 32 bewegt wird. In dieser Stellung. kann Frischluft FL durch die in der Hülse 50 ausgebildete Öffnung 52 angesaugt und in Richtung des Gehäuses 30 und des Abgasrohrs 12 geblasen werden. Wenn der Elektromagnet 56 nicht bestromt ist, wird der Anker 54 zusammen mit dem Deckel 48 in axialer Richtung AR vom Gebläse 32 weg bewegt, bis der Deckel 48 an einem radial nach innen gerichteten Vorsprung 62 der Hülse 50 dichtend anliegt (gestrichelte Darstellung des Deckels 48). Diese Rückstellbewegung in die Schließstellung des Deckels 48 wird unterstützt durch eine in diese Schließstellung wirkende Feder 64, welche um den Anker 54 herum angeordnet ist und sich an der Halterung 58 abstützt. Die Feder 64 dient also dazu, ein automatisches mechanisches Verschließen des Partikelabscheiders 22 zu ermöglichen, indem der Deckel 48 gegen den Vorsprung 62 gedrückt wird. Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass der Steg 60 und ein das Gebläse 32 tragender Steg 66 von der Frischluft FL umströmt werden können, um die Zufuhr von Frischluft FL von der Öffnung 52 zum Rauchgasrohr 12 hin zu gewährleisten.
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Der Deckel 48 umfasst einen Grundkörper 48-1, der vorzugsweise aus einem Hartgewebe hergestellt ist. Auf diesem Grundelement 48-1 befindet sich eine Beschichtung bzw. Platte 48-2 aus einem Material, das sich unter Hitzeeinwirkung in seinem Volumen rasch ausdehnt, insbesondere aus dem unter dem Handelsnamen erhältlichen Material PROMASEAL. Die Hülse 50 und ein das Gebläse 32 umgebendes Gehäuse 68 sind miteinander verbunden, beispielsweise durch mehrere in Axialrichtung AR verlaufende Gewindestangen 70, wobei in der 3 eine derartige Gewindestange 70 als strichpunktierte Linie rein schematisch angedeutet ist. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass das Gehäuse 50 und das Gebläsegehäuse 68 miteinander materialschlüssig verbunden sind oder ggf. auch aus einem Stück gefertigt sind und ein gemeinsames Gehäuse für Gebläse 32, Elektromagnet 56 und Deckel 48 bilden.
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Der Elektromagnet 56 weist eine durch ein Kabel 72 angedeutete Stromversorgung auf, die über ein Thermosicherungselement 74 mit der Steuereinheit 34 verbunden ist. Auch das Gebläse 32 kann über eine gestrichelt dargestellte elektrische Leitung 76 mit dem Thermosicherungselement 74 verbunden sein. Alternativ kann das Gebläse auch über eine elektrische Leitung 78 direkt mit der Steuereinheit 34 verbunden sein. Das Thermosicherungselement 74 befindet sich innerhalb der Abdeckung bzw. des Gehäuses 30 und kann bei ausbleibendem Frischluftstrom FL von heißem Abgas AS umströmt werden. Das heiße Abgas AS führt zu einem Schmelzen des Thermosicherungselements 74, so dass die Stromzufuhr zum Elektromagneten 56 und vorzugsweise auch zum Gebläse 32 unterbrochen wird. Diese Unterbrechung der Stromzufuhr führt zu einem Abschalten des Gebläses 32 und zu einem Bewegen des Deckels 48 in seine Schließstellung aufgrund der wirkenden Vorspannkraft durch die Feder 64. Die Thermosicherung 74 kann also aktiv werden, wenn das Gebläse 32 ausfällt, aber auch, wenn der Abgasdruck größer wird als der durch die Frischluftzufuhr erzeugte Gegendruck. Ein Austreten von Abgas durch die Öffnung 52 ist somit in jedem Fall ausgeschlossen.
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4 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung den Fall, dass Abgas AS in den Partikelabscheider 22 strömt. Das heiße Abgas führt zu einer Erwärmung bzw. Erhitzung der Platte 48-2, welche sich unter Wärmeeinwirkung auf ein Vielfaches ihres Volumens vergrößert hat. Hierdurch wird die Hülse 50 im Bereich ihres gesamten Innendurchmessers geschlossen, so dass ein Ausströmen von Abgasen durch die Öffnung 52 wirkungsvoll verhindert werden kann. Das Vorsehen einer Platte 48-2 stellt eine zusätzliche Sicherung dar für den Fall, dass die Thermosicherung 74 versagen sollte. Ferner könnte es auch vorkommen, dass der Deckel 48 aufgrund mechanischer Probleme nicht in seine Schließstellung zurückkehren kann. Auch in diesem Falle stellt die Platte 48-2 eine wirkungsvolle Ergänzung der Absperrfunktion bereit, da sie die Öffnung 52 wirkungsvoll verschließen kann, sobald heiße Abgase bis zum Deckel 48 gelangen.
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Durch den hier vorgestellten Partikelabscheider mit Verschlusselement kann sowohl eine effiziente Partikelabscheidung im Abgasstrom erreicht werden als auch eine Absperrung der Rauchgas führenden Komponenten zu einem die Feuerungsanlage aufweisenden Raum hin. Durch unterschiedliche Sicherungselemente, wie etwa Thermosicherung 74, Vorspannfeder 64, Material der Platte 48-2, kann ein wirkungsvolles und sicheres Verschließen des Deckels 48 für unterschiedliche Betriebszustände, wie etwa Stromausfall, Verpuffung, Gebläseausfall und dgl., erreicht werden.
