AT504749A2 - Elektrostatischer feinstaubfilter für rauchgasreinigung - Google Patents

Description

5-FEB-2008 14:40 UON:SCHUSZTER +4326826956951 AN:00153424535 S:11'33 / 5-FEB-2008 14:40 UON:SCHUSZTER +4326826956951 AN:00153424535 S:11'33 / ··· 9 ·«

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Elektrostatischer Feinstaubfilter für Rauchgasreinigung

Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Feinstaubfilter mit einem lonisatfonsteil und einem Filterteil. Sein Einsatzgebiet sind bevorzugt 5 Hauskamine.

Der Feinstaub ist seit einigen Jahren besonders in der Winterzeit ein Thema von öffentlichem Interesse. ln den großen städtischen Räumen wird die Fefnstaubgrenze oft massiv 10 überschritten. Der Grund dafür ist, dass bei den häufig auftretenden

Inversionslagen zu wenig Luftaustausch stattfindet und somit die Konzentration der Festpartikel in der Luft stetig ansteigt

Verschiedene Studien beweisen, dass Feinstaub, besonders Partikel kleiner als 1 iS pm im Durchmesser, die Gesundheit gefährden, indem sie bis in die

Lungenbläschen gelangen (Mögliche Folgen: Husten, Bronchitis, Asthma, Herzkreislauferkrankungen und Lungenkrebs).

Der Feinstaub stammt aus verschiedenen Quellen unter anderem aus 20 Holzheizungen.

In Bezug auf die Überschreitung der Feinstaubgrenzwerte wird die Bedeutung der Holzhelzungen noch verschärft, da sie während der bezüglich Feinstaubs kritischen kalten Jahreszeit betrieben werden. Zudem fallen Ihre Emissionen im Siedlungsraum an. Somit Ist der Beitrag der Holzfeuerungen zur lokalen 25 Feinstaubbelastung Im Winter noch deutlich höher als Im Jahresdurchschnitt. Maßnahmen zur Verminderung der Feinstaubemissionen aus Holzfeuerungen sind deshalb besonders wichtig. 30 Elektrostatische Feinstaub-Abscheidegeräte sind in Ihrem grundsätzlichen Aufbau bekannt und beispielsweise in "ULLMANNS Enzyklopädie der Technischen Chemie", Band 1,1951, Seiten 37Θ/380 bzw, auch In Dubbel's 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EM NR 3038] 0011 5-FEB-2008 14:41 UON:SCHUSZTER +432682S956951 AN:00153424535 S:12^33

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Taschenbuch für den Maschinenbau," Springer-Verlag Bertin, Heidelberg, New York, 17th Edition 1990, Page L 54, Illustration 19, beschrieben.

Staubbeladenes Abgas strömt dabei durch Platten oder Rohre, die mit einer 5 Sprühelektrode ausgerüstet sind, wobei die Sprühelektrode unter einer hohen elektrischen Negativ-Spannung steht. Siehe Beschreibung von z.B. US-A-5766319 bzw. von DE-A-3324803.

Die Sprühelektrode ist meist als Draht ausgebildet der in eine Kammer 10 eingehängt ist. Die Kammer ist stehend angeordnet und wird vom zu reinigenden Gas von unten nach oben durchströmt Siehe z.B. GB-A-1395323. Der Draht ist mit einer Isolierung abströmsettig gehalten, während sein zur Einströmseite gelegenes Ende in der Mitte der Kammer gehalten wird. Die Kammer ist im wesentlichen ais ein geerdetes Metallrohr ausgeführt, an dessen Innenwand sich 15 der Staub niederschlägt, während der negativ gespannte Draht mit einer

Hochspannungsmaschine auf etwa 30 bis 80 kV gehalten Ist. Die Spannungsquelle ist bei diesen bekannten Geräten extern und erfordert entsprechende Zuleitungen und Instaliationsmassnahmen. Für abgelegene Heizanlagen im Gebirge, Jagdhütten o.dgl, ohne Strom-Netz sind solche 20 bekannten Geräte daher nicht einsetzbar.

Die JP-A-61050657 zeigt einen Luftreiniger mit mehreren Sprühelektroden und einen darauffolgenden Plattenabscheider, wobei die Platten gegenüber der Sprühelektrode auf einem unterschiedlichen elektrischen Potential liegen. 25

Die GB-A-1395323 bzw. die DE-A-22253B zeigen einen elektrostatischen Staubabscheider, und es wird z.B. auf das Problem der Ozonentetehung eingegangen. Bei diesen bekannten Aufbauten wird die Ionisierung - die gegebenenfalls zu Ozonbildung führen kann - über einen Regelkreis gesteuert. 30 Der lonisationsstrom ist darin so schwach bemessen, dass kein wesentlicher Anteil an Ozon im Gastrom auftritt. Weitere ist die Strömungsgeschwindigkeit des Gases gering gehalten, so dass sich dar Staubgehalt in der Abscheidekammer reduziert, Die Anströmung erfolgt von unten nach oben, wobei nach einem 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EH HR 3038] @012

5-FEB-2008 14:41 UONsSCHUSZTER +43Ε68Ξ6956951 Ss13'33 ΟΝ:001534Ξ4535 080205A289ATDE ···♦··* ·· » «i :: I : t • · «» »· ··· ·# 3 lonisatlonsteil der Abscheideteil folgt, der Querschnitt des Filters kann kreisförmig oder rechteckig sein.

Der weitere bekannte Stand der Technik zeigt im Wesentlichen industrielle 5 Lösungen zur Reduzierung der Feinstaubbelastung in

Verbrennungskraftmaschinen z.B. Feintaubabscheider in den Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen, z.B. EP-A-1640573 oder EP-A-0770766. Die Strömungsgeschwindigkeiten des Gases sind bei solchen Aufbauten jedoch höher und die Durchmesser geringer als z.B. in einem Kamin. Derartige Anlagen 10 lassen sich daher nicht einfach für Kaminanwendungen Übertragen. Die Spannungsversorgung ist dort jedenfalls ebenfalls extern.

Die WO-A-98/10868 zeigt eine Vorrichtung für die Reinigung eines staubbeladenen Gasstroms mit getrenntem lonisatlonsteil und einem Filterteil, 15 Fig, 1 der WO-A-98/10868 zeigt einen lonisationsteil mit einer Sprühelektrode. Außen befinden sich geerdete Platten. Davon abgesetzt ist der Filterteil, wobei die mittlere und die beiden äußeren Platten auf Masse gelegt sind und die beiden mittleren Platten negatives oder positives Potential haben. Die Spannungsversorgung erfolgt hier auch extern. 20

Der Aufbau eines Filters gemäss der WO-A-08/10868 Ist nächstliegender Stand der Technik zu einem erfindungsgemäßen Feinstaubfilter. Im Schnittbild seiner Rohre und in der Anordnung des elektrostatischen Potentials kommt der erflndungsgemässe Aufbau nahe zu dem Platten-Aufbau der WO-A-98/10868. 25 Die Verteilung der Spannung im Filterteil ist ähnlich aufjgebaut wie in der WO-A- 98/1 0868, innen wie außen ist Masse angelegt und dazwischen ein elektrostatisches negatives Potential. Dadurch baut sich zwischen der Außenseite des inneren Rohres sowie der Innenseite des mittleren Rohres ein elektrostatisches Feld auf. Weiters baut sich an der Innenfläche des äußeren 30 Rohres und der Außenfläche des mittleren Rohres ebenfalls ein elektrostatisches Feld auf. In diesen Feldern findet die Abscheidung der elektrisch geladenen Teilchen statt. Die SprGhelektrode ist gemäss der WO-A-98/10868 z.B. aus Kohlefasem aufgebaut, und die Platten haben einen hohen elektrischen 05/02 2008 DI 13.35 [SE/EM NR 8038] @013 5-FEB-2008 14:42 UON: SCHUSZTER +4326826956951 S: 14--33 AN:00153424535

5-FEB-2008 14:42 UON: SCHUSZTER +4326826956951 S: 14--33 AN:00153424535 «t 44 • · · ♦ i :: t • · · # ·· ·· • • 9 ·· • · • ·· · · • • · • « « * ···· • ··« • • • · ··· e IM M

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Widerstand. Sie sind z.B. aus Papier aufgebaut, im Gegensatz zur Erfindung, wo die Rohre bevorzugt aus Edelstahlblech bestehen und die SprQhelektrode bevorzugt aus z.B. Kupferdraht. In der WO-A-98/10868 gibt es keine Hinweise auf die Erzeugung der Spannung für die Erzeugung der Elektrostatik, Der S Fachmann darf jedoch davon ausgehen, dassdie Spannungsversorgung auch bei diesem Aufbau von Extern erfolgt, wie bei allen anderen elektrostatischen Rauchgasreinigungsgeraten auch, die dem Stand der Technik zuzuordnen sind.

Aufgrund der Ähnlichkeiten fm Aufbau des elektrostatischen Feldes zwischen den 10 Platten im Vergleich zu den erfindungsgemäßen Rohren und wird die WO-A-98/10868 somit berechtigt als nächstliegender Stand der Technik angesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es gegenüber diesem nächstliegenden Stand der 15 Technik einen verbesserten und kostengünstigen elektrostatischer Felnstaubfilter für die Rauchgasreinigung z.B. in Hauskaminen mit Holzfeuerungen bereitzustellen, der bevorzugt aus leicht zerlegbaren Modulen wie lonisationsteil einschließend eine oder mehrere Sprühelektroden und mindestens einem Filterteil mit Staubabscheidung bestehen kann und ohne externe 20 Spannungsversorgung zur Erzeugung einer elektrischen Hochspannung für den lonisationsteil und den Fiiterteflen auskommt.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Hauptanspruchs 1. Ein einzigartiges Merkmal des erfindungsgemäßen Feinstaubfilters ist somit, dass 25 das System ohne externe Stromversorgung arbeitet, indem die elektrische Energie direkt aus der Abwärme im Kamin gewonnen wird. Die Spannung zum Aufbau des elektrostatischen Feldes wird direkt durch die Heizwärme mittels Peltierelement erzeugt. Diese neuartige Spannungsversorgung für elektrostatische Feinstaubfilter hat verschiedene Vorteile, die Ober den 30 grundsätzlichen Vorteil gegenüber einer externen Spannungsquelle hinausgeht, z.B. steht nur dann eine Hochspannung in lonisationsteil und im Filterteil an, wenn tatsächlich geheizt wird. Das ist energiesparend und reduziert sicherheitstechnische Probleme. Wenn ein Kamin beheizt wird, sind seine 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EM NR 9038] 0014 5-FEB-2008 14:43 UON: SCHUSZTER +4326826956951 S:15'33 RN:00153424535 • · • ·

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Abgasrohre aufgrund der Hitzeentwicklung ohnedies dem einfachen menschlichen Zugriff verwehrt Gerade dann aberfindet auch die Erzeugung und Anwendung der Hochspannung steil Bei einem herkömmlichen Gerät mit externer Spannungsversorgung, kann die Hochspannung jedoch auch im S ausgekehlten Zustand der Abgasrohre anliegen und somit eine potentielle Gefahr fQr unachtsame Personen darstellen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung erfolgt die erfindungsgemäße Regelung der Hochspannung derart, dass möglichst kein Ozon durch die elektrostatische 10 Entladung entsteht und dabei trotzdem eine bestmögliche elektrostatische Aufladung der Felnstaubteilchen und eine Abscheidung im Fiiterteil erfolgt.

Der erfindungsgemäße elektrostatische Filter lässt sich einfach in bestehende Kamine einbauen und filtert bis zu 90% des bei der Feuerung entstehenden 15 Fernstaubs heraus. Der Filter ist ökologisch und ökonomisch vorteilhaft, weil damit auch ältere Heizsysteme umweltschonend weiter genutzt werden können. Durch die Erfindung können bestehenden ältere Heizsysteme jeglicher Art, felnstaubtaugllch" gemacht werden. Die Erfindung ist somit auf Holzhefzungen nicht eingeschränkt. 20

Funktion des erfindungsgemäßen elektrostatischen Felnstaubfllters:

Die Rauchgase, die durch den Kamin strömen, werden in einer ersten Sektion 25 ionisiert (Fig. 1). Dabei wird jedem Feinstaubpartikel ein Ladungsträger in Form eines oder mehrerer Elektronen angeheftet, um es negativ zu laden. Im elektrostatischen Filterteil (Fig.2a,b und Fig.3) wird mit einem starken elektrischen Feld das geladene Staubpartikel auf die Innenseite des Außenrohres bzw. Außenseite des Innersten Rohres gezogen und dort abgelagert. 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EM NR 9038] @015 30 5-FEB-2008 l-=»:43 UON: SCHUSZTER +4326Θ26956951 PN:00153424535 S:16'33

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Details des Aufbaus:

Der erfindungsgemäße eieictrostatieche Feinstaubfllter besteht vorzugsweise aus einem Blechrohrsystem, welches in jeden genormten - im Wesentlichen krümmungsfreien - Kamin einführbar ist. Er setzt sich gemäss einer besonderen 5 Ausgestaltung aus drei Teilsystemen zusammen: 1. lonisatfonstell:

Beim Eintritt ins Filtersystem werden die Rauchabgase in einer ersten Sektion ionisiert. Dabei werden in einem speziell ausgeprägten elektrischen Feld auf die 10 Feinstaubpartikel elektrostatische Kräfte ausgeübt, die das Ladungsgleichgewicht beeinflussen und dadurch die Feinstaubpartikel elektrisch laden. Dazu ist eine Spannung von ca. 5'OOOV bis 10O00V notwenig.

Diese Spannung wird von der integrierten Steuerung gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung automatisch den jeweiligen Umgebungsbedingungen bzw. 15 Eigenschaften des Rauchgases angepasst, so dass möglichst keine unkontrollierten elektrischen Durchschläge (Blitze) entstehen um eine Ozonisierung der Abgase und in der Folge der Umgebungs-Luft zu vermeiden. 2. Elektrostatischer Filter: 20 Die durch die Ionisation geladenen Feinstaubpartlkal werden im abströmseitlg anschließenden Rohrsystem durch das elektrische Feld zu einer sogenannten Sammelelektrode (Fig.2a., Fig.2b., Flg> 3) hin beschleunigt und lagern sich auf dieser Elektrode ab. Diese Elektrode muss von Zeit zu Zeit vom abgelagerten Feinstaub gesäubert oder ausgetauscht werden, damit die Effizienz des 25 Reinigungsvorgangs nicht beeinträchtigt wird.

Dieser Reinigungsvorgang erfolgt gemäss einer besonderen Ausgestaltung jedoch auch automatisch durch eine Umkehrung des elektrischen Feldes. Dieser Reinigungsvorgang wird gegebenenfalls in einer »kühlen“ Phase des Kamins mit 30 zwischengespeicherter Energie gefahren, so dass die Filterwirkung nicht beeinträchtigt wird. Der abgelüste Feinstaub wild im Sammelbehälter (Fig.5) wieder aufgefangen. Dieser Sammelbehälter muss dann In einem bestimmten Intervall geleert werden. Alternativ kann die Sammelelektrode auch 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EM HR 9038] @016 5-FEB-2008 14:44 UON: SCHJSZTER +4326826956951 S:17'33 AN:00153424535 • ♦ · ♦

5-FEB-2008 14:44 UON: SCHJSZTER +4326826956951 S:17'33 AN:00153424535 080205A289ATDE • · · · • · · « ·· ·· • ···· • · ··· · • ··· • · ··· ·» 7 austauschbar oder mechanisch reinigbar sein, Je nach Ofenkonstruktion und Kaminaufbau kann auf den Sammeibehälter u.U. auch verzichtet werden, so dass abgelöster Feinstaub wieder In den Verbrennungsraum zurückfällt und dort nachverbrannt wird. 5 Wegen der durch den Strömungsvorgang im Abgas erforderlichen Länge des Filters ist er bevorzugt In mehrere Sektionen zerlegbar, damit er leichter in bestehende Kamine eingeschoben werden kann.

Das elektrische Feld wird mit einer Spannung von ca. 5’OOOV bis 10'OOOV 10 erzeugt. Diese Spannung wird durch eine eriindungsgemäße Regelung eines Hochspannungsteils, der durch einen Wärmegenerator gespeist wird, den Abgasbedingungen und/oder den Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit, Temperatur und Luftdruck angepasst. 15 3. Steuerungselektronik und Stromerzeugung:

Der erflndungsgemässe elektrostatische Feinstaubfilter gewinnt die elektrische Energie aus der Abwärme im Kamin. Dazu wird über einen an sich bekannten Thermogenerator (siehe Fig.6) aus einem Wärmefluss eine elektrische Spannung bzw. ein elektrischer Stromfluss erzeugt. 20 Damit eine möglichst große Temperaturdifferenz für den Thermogenerator nutzbar wird, muss der Thermogenerator an die heiße Seite Im Kamin und die kühle Seite an den äußeren Kaminrand angekoppelt sein. Der äussere Kaminrand kann diesbezüglich Verbesserungen aufweisen, wie etwa Kühlrippen o.dgl. 25

Die im Thermogenerator entstehende elektrische Energie wird genutzt, um die Hochspannungen zu erzeugen und das gesamte System anzutreiben und zu steuern (siehe Flg.4 und Fig.5 und Fig.7).

Die dabei verwendete Technologie ist für Feinstaubfilter einzigartig und stellt das 30 eigentliche Kernstück des elektrostatischen Feinstaubfilters dar. Somit arbeitet das Filter nur, wenn auch tatsächlich geheizt wird und ist somit äußerst energieeffizient. Je mehr geheizt wird, umso schneller fliessen die Rauchgase 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EM NR 3038] @017 5-FEB-2008 14:44 UON:SCHUSZTER +4326826956951 AN:00153424535 S:18^33 ·· ·· • e • M • • • · • · • ·· · · • • • · • · e # · · • e • e • * ··· • • • • • · ♦ * ·♦ ·· #·· • ··· ·%

060205A2Ö9ATDE 8 und umso mehr Thermoenergie wird dem Thermogenerator zugeführt, was wiederum auf die Leistungsfähigkeit der Abscheideleistung positiv rückwirkt. 5 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EM NR 8038] @018 -FEB-2008 14:45 UON:SCHUSZTER +43Ξ63Ξ6956951 ΑΝ:00153424535 S:19'33 -FEB-2008 14:45 UON:SCHUSZTER +43Ξ63Ξ6956951 ΑΝ:00153424535 S:19'33 ·· * · • ·· e • · • 0 · ·· · · • • · • ···· • ··· • • · « · • e ·· ··· · ··· ee 9

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Bezugszeichenliste 1 Rohr 1 2 Rohr 2 3 Rohr 3 5 4 Halterung 5 Halterung 6 Sprühelektrode 7 Sprühelektrode 8 Abdeckplatte 10 9 10 lonisationsteil 11 Unterkante der Rohre 1,2,3 12 Oberkante der Rohre 1,2,3 13 15 20 Halterung für den Thermogenerator 21 Rohrteil 22 Elnlegestefle für das Peltierelement 23 Elnlegestelle für das Peltierelement 24 Koppelstelle 20 25 Thermogenerator 26 Thermogenerator 27 28 29 25 30 Filterteil 31 Rohr 32 Rohr 33 Rohr 34 Untere Halterung 30 35 Untere Halterung 36 Obere Halterung 37 Obere Halterung 38 Abdeckplatte 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EM NR 9038] @019 5-FEB-200S 14!45 UON:SCHUSZTER +4326826956951 RH:00153424535 S:20'33 ·· «· • · • • · • · ·· · ·· • · • · • · · • • · • * • ···# • • · • · • · • ·· ··» · ·· · ·· ·*

080205A289ATDE 10 39 Oberes Ende der Rohre 31,32,33 40 Filterteil 41 Rohr 42 Rohr 5 43 Rohr 44 Untere Halterung 45 Untere Halterung 46 Obere Halterung 47 Obere Halterung 10 48 Abdeckplatte 49 Oberes Ende der Rohre 41,42,43 50 Filterteil 51 Rohr 52 Rohr 15 53 Rohr 54 Untere Halterung 55 Untere Halterung 56 Obere Halterung 57 Oberes Ende 20 58 Abdeckplatte 59 Oberes Ende 60 Staubbehälter 61 Lappung auf Rohr 51 62 25 63 Lappung auf Rohr 53 64 70 Elektronik 71 Steuerung 72 Hochspannungsgenerator Ionisation 30 73 Hochspannungsgenerator Filter 74 Fangelektrode 75 Fangelektrode 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EM MR 9038] @020 5-FEB-2008 14:46 UONrSCHUSZTER +4326826956951 S:21'33 PN:00153424535 *

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Figurenboschreibung

Anhand eines Ausführungsbelspiels wir die Erfindung beispielhaft näher erläutert es zeigen dabei 5

Fig.1: einen lonisationsteil in Auf- und Grundriß mit Sprühelektroden, Abdeckplatte und Halterungen;

Flg.2 : einen ersten und einen mit diesem Identischen zweiten Filterteil in Auf- und 10 Grundriß mit Abdeckplatte und Halterungen;

Flg.3: einen dritten Filterteil in Auf- und Grundriß mit Lappung, Abdeckplatte und Halterungen; 15 Fig.4; eine Halterung für einen Thermogenerator in Auf- und Grundriß;

Flg.5: einen Staubbehälter in Auf- und Grundriß für herunterfallenden Staub; Fig.6: eine thermische Koppelstelle mit Raum für Elektronik; 20

Fig.7: einen Prinzipaufbau einer Elektronik-Struktur;

Fig.8 : einen zusammengestellten kompletten Filter 25

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im Detail beispielhaft näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen bedeuten dabei gleiche Bauteile. Die Figuren werden übergretfend beschrieben. Weitere Details sind in den Ansprüchen beschrieben bzw. unter Schutz gestellt 30 05/02 2008 01 13:35 [SE/EM NR 9038] @021 5-FEB-2008 14:47 UON: SCHUSZTER +4326826956951 S:£2^33 AN:00153424535 5-FEB-2008 14:47 UON: SCHUSZTER +4326826956951 S:£2^33 AN:00153424535 ·· e# e e e ee e · • e • e e • eee t : • • eee· e ee • e • e e e e · ee ee eee e eee ·· 12

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Fig. 1 zeigt einen lonisatlonetell In Aufsicht Flg. 1.1 und Flg.1.2 Im Schnitt A-A 5 Drei Rohre 1,2,3, z.B. aus Edelstahl-V4A-Blech, sind konzentrisch an einer Halterung, z.B. zwei Epoxyplatten 4,5 umfassend, fixiert. Die drei Rohre sind mit einem Draht elektrisch verbunden und auf Masse (Erde) gelegt.

Die bevorzugte Blechdicke der Stahlrohre betrögt ca. 1 mm.

Das innere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von ca. 50mm, 1 o das mittlere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von ca.100mm das öußere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von ca. 150mm.

Im Inneren, zwischen den Stahlrohren 1,2 und 2,3 sind zwei Sprühelektroden 6, 7 z.B. In Form von Kupferdrahtringen auf den Halterungen 4,5 befestigt und mit 15 einem negativen elektrischen Potential belegt Durch die starke Krümmung der Drahtoberfläche konzentriert sich das elektrische Feld stärker und fördert dadurch die lonisationswlrkung.

Die Anströmselta des Inneren Stahlrohres 3 ist mit einer Abdeckplatte 8 20 abgedichtet, so dass das Rauchgas nur in den Zwischenraum zwischen Rohr 1,2 und 2,3 strömen kann, in denen sich die Sprühelektroden befinden.

Belm Durchströmen werden die Rauchgaspartikel elektrostatisch aufgeladen.

Die Höhe des lonlaationstells betrögt bevorzugt ca. 50mm, die Sprühelektroden 25 sind bevorzugt ca. 20mm von der Unterkante 11 der Stahlrohre 1,2,3 entfernt angebracht.

Fig. 2 zeigt den Filterten 30 In Aufsicht und im Schnitt A-A 30 Drei Rohre 31,32,33, z.B. aus Edelstahl-V4A-Blech, sind konzentrisch über eine obere Halterung 34,35 und 36,37, mittel je zwei Platten aus Kunststoff - z.B. Epoxyharz - fixiert. Die bevorzugte Blechdicke der Stahlrohre betrögt ca. 1mm. 05/02 2008 01 13:35 [SE/EM NR 9038] @022 5-FEB-2008 14:47 UONsSCHUSZTER +4326826956951 S:23'33 AN:00153424535

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Das innere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von ca. 50mm, das mittlere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von ca.100mm das äußere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von ca. 150mm. Dadurch schließen die Dimensionen unmittelbar an den lonisationsteii an. 5

Das äußere Blechrohr31 und das innere Blechrohr 33 sind elektrisch verbunden und auf Masse (Erde) gelegt Diese beiden Rohrflächen bilden die Fangeiektnoden für den Feinstaub. Durch die zwei Rohre 31 und 33 lässt sich die Fläche gegenüber einer Draht-Fang-Eiektrode für die Partikelablagerung 10 vergrößern.

Das mittlere Blechrohr 32 Ist auf ein negatives Potential gelegt und kann unabhängig von der Sprühelektrode des lonisationsteils angesteuert werden.

Die Anströmseite des inneren Stahlrohres 33 ist wie beim lonisationsteii mit einer 15 Abdeckplatte 38 abgedichtet, so dass das Rauchgas nur in die Zwischenräume zwischen Rohr 31,32 und 32,33 strömen kann.

An einem oberen Ende 39 können die Rohre 31.32,33 bevorzugt auf einer Länge von 10mm eingeprägt sein, damit man einen zweiten baugleichen Filterteil 20 40 darüber schieben kann.

Flg. 2 zeigt den Filterten 40 In Aufsicht und im Schnitt A-A

Dieses zweite Filterten 40 ist identisch zum Filterteil 30 aufgebaut. 25 An einem z.B. oberen Ende 49 können die Rohre 41,42,43 bevorzugt auf einer Länge von 10mm eingeprägt sein, damit man einen weiteren Filterte)! oder ein Filterteil-Ende 50 darüber schieben kann.

Die bevorzuge Länge der beiden Filtertelle 30,40 beträgt je etwa 400mm. 30 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EM NR 3038] @023 5-FEB-S008 14:40 UON:SCHUSZTER +4326026956951 S:24'33 AN:00153424535

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Ffg. 3 zeigt das Filtertell-Ende 50

Drei Rohre 51,52,53, z.B. aus EdelstahlAMA-Blech, sind konzentrisch Ober eine obere Halterung 54,55 und eine untere Halterung 56.77, z.B. mit je zwei 5 Epoxyplatten fixiert. Die bevorzugte Blechdicke der Stahlrohre betrögt 1 mm.

Das Innere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von 50mm, das mittlere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von 100mm das äußere Rohr hat einen bevorzugten Durchmesser von 150mm. 10 Das äußere Blechrohr 51 und das innere Blechrohr 53 sind elektrisch verbunden und auf Masse (Erde) gelegt. Diese beiden Rohrflachen bilden die Fangelektroden für den Feinstaub. Durch die zwei Rohre 51 und 53 lässt sich die Fläche für die Paitlkelablagerung vergrößern. Das mittlere Blechrohr 52 ist auf das negative Potential gelegt. 15

Die Anströmseite des inneren Stahlrohres 53 Ist mit einer Abdeckplatte 58 abgedichtet, so dass das Rauchgas nur in die Zwischenräume zwischen Rohr 51,52 und 52,53 strömen kann. 20 Bis auf das Ende 59 des inneren Rohres 51 und des äußeren Rohre 51 ist dieser Filterteil mit derjenigen in Fig. 2 identisch. Am oberen Ende 59 befindet sich auf Rohr 51 und 53 eine Lappung 61,63, die die Staubpartikel einfängt und ablagert, sofern sie sich noch nicht an den Wänden der Rohre 51,52, 52 bzw. an den unteren Rohrabschnitten im Filterteil 30 bzw. 40 abgelagert haben. 25 Die bevorzuge Länge des Filterteils 50 beträgt etwa 400mm.

Fig. 4 zeigt eine Halterung 20 für den Thermogenerator

In eine Rohrteil 21 sind zwei Einlegestellen 22,23 angebracht, in die der 30 Thermogenerator 25,26 in Form von Peltlarelementen eingelegt wird und mit Thermoieitpaste wärmetechnisch mit dem Rohrteil 21 verbunden ist An der Außenwand des Rohrteils 21 befindet sich die Koppelstelle 24 für die Kaltseite der Pettierelemente und für die Steuerelektronik. 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EM NR 3038] @024

5-FEB-2008 14:48 U0N:SCHUS2TER +4326826956951 S:25'33 AN: 00153424535 080205A289ATDE ·· ·· • · · · • · · « • · · · • ·« · ·· ·· • · ·♦ · « · · • ♦··· • · ··· · ··« ·· 15

An der Oberseite 29 hat das Rohrteil 21 einen etwa 10 mm breiten eingeprägten Rand, damit man die Rohrteile leichter zusammenstecken kann.

Fig. 5 zeigt einen Staubbehälter 60 5

Oer optionale Staubbehätter 60 wird ist in die Halterung 20 eingelegt.

Der Staubbehälter 60 hat die Form einer am Innen-Umfang des Rohrteils 21 umlaufenden Schale und fängt den von den darüberilegenden Filtertellen 30,40 und 50 herunterfallenden Staub auf. Der Staubfilter ist leicht auswechselbar, und 10 kann z.B. bei einer Kaminreinigung entleert werden.

Fig. 6 zeigt die thermische Koppelstelle 24 des Thermogenerators 25,26 im Detail 15 Die Koppelstelle 24 ist an der Außenseite des Rohrtells 21 befestigt.

Im Außenteil der Koppelstelle 24 erfolgt die Wärmekopplung zur kalten Seite des Thermogenerators 25,25 mit den Peltierelementen. Weiters ist in diesem Bereich die Elektronik mit der Erzeugung der Hochspannung und der Steuerung des elektrostatischen Feldes der Sprühelektroden 6,7 und der Fiiterteile 30,40,50 20 untergebracht

Fig. 7 zeigt die Struktur der Elektronik

Die elektrische Energie der Thermogenerators 25,26 wird der Steuerung 71 25 zugeführt. Diese Energie dient gleichzeitig für die Funktion der Elektronik, und der Erzeugung einer Hochspannung im Bereich von 5000 bis 10000 Volt in je einem Hochspannungsgenerator 72,73. Die Hochspannung wird getrennt und regelbar dem lonisatorteil 10 und den Filterteilen 30,40,50 zuführt. Zur Minimierung der Ozonbelastung kann der lonlsationsstrom extra geregelt werden.

Fig. 8 zeigt die Zusammenstellung des elektrostatischen Feinstaubfilters aus den oben angeführten Elementen. 05/02 2008 01 13:35 [SE/EM NR 9038] @025 30 -FEB-2008 14:49 UQN:SCHUSZTER +4326826956951 S:26'33 AN:00153424535 -FEB-2008 14:49 UQN:SCHUSZTER +4326826956951 S:26'33 AN:00153424535 ·· ·· • • • • • · ·· • • • • · • • · • • • « • ··· • • • · • • ·· ·· ··· • ♦ ·· ·· · · • · · • · · · • · ·♦· ··

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Anmerkungen: Die vorliegende Patentanmeldung und deren Patentansprüche sind beispielhaft auf eine Holzfeuerungsanlage abgestellt. Für den Fachmann ergibt sich jedoch, dass die erfindungsgemfisse neue Feinstaubabscheidevorrichtung als solche nicht eingeschränkt ist auf die 5 Verwendung mit einer Holzheizanlage, wie im Übrigen in der Regel eine Holzheizanlage auch nicht darauf eingeschränkt ist, auch andere brennbare Substanzen und Materialien in ihr zu verbrennen, wie z.B. Papier, Kohle, Koks, Brandbeschieuniger, Kohlenwasserstoffverbindungen, wie öl o.dgl. Kehricht etc. 10 Somit ist der Schutzbereich auch nicht eingeschränkt auf die reine Holzfeuerung.

Das erfindungsgemässe Prinzip der Energiegewinnung aus den Abgasen um damit eine elektrostatische Feinstaubabscheidung zu betreiben ist somit für alle jene Anlagen geschützt, in denen gleichzeitig Abgas-Wärme und Feinstaub auftritt. Damit sind u.a. mitumfasst: ölfeuerungsaniagen, 15 Kehrrichtverbrennungsanlagen, Motore, wie Diesel- oder Benzinmotor© in jeglicher Anwendung (Schiff, Bahn, Kraftfahrzeuge einschliessend Traktore, Personenkraftwagen usw.) usw.

Eine Weiterentwicklung der oben angegebenen Erfindung umfasst einen 20 zusätzlichen Energiespeicher, der imstande ist, elektrische Energie zwlschenzuspeichem, so dass nach Beendigung des Heizvorgangs bzw. des Feinstaubabscheidevorgangs noch genügend Energie gespeichert bleibt, um bei neuerlichem Beginn des Heizvorgangs sofort mit der Feinstaubabscheidung beginnen zu können, auch wenn Infolge des erst langsam aufwärmenden 25 Abgases noch wenig Wärmeenergie für den Thermogenerator zur Verfügung steht. Bekanntlich ist gerade am Heizbeginn die Feinstaubentwicklung am grössten. Dieses gilt analog auch für die oben erwähnten Motore usw. Der Energiespeicher kann z.B. eine Bufferbatterie (Kondensator o.dgl.) sein, die/der es dem Thermogenerator erlaubt erst langsam hochzufahren, trotzdem aber dem 30 Feinstaubabscheider bereits die nötige Energie liefert, um bereits vor Wirksamkeit der Themogeneratore schon abzuscheiden. 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EM NR 9038] @026 5-FEB-S008 14:49 UOH:SCHUSZTER +43Ξ6826956951 S:£7'33 RN:00153424535 5-FEB-S008 14:49 UOH:SCHUSZTER +43Ξ6826956951 S:£7'33 RN:00153424535 ·· ·· • · • ·· • · • · ·· · ·· • • * · • · • · · • · • • * • § • ···« • • m • • · ·· • · ·· • · »·· · • ··· ·· •

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Dabei ist in der Regel ein Temperaturfühler vorgesehen, der den Anstieg der Abgastemperatur und damit den Heizbeginn erkennt, um in der Folge die Steuerung bzw. die elektrostatische Feinstaubabscheidung zu aktivieren. Der Temperaturfühler kann auch mit einer eigenen Logik verbunden sein, die 5 unterscheiden kann, ob der Temperaturanstieg infolge eines Heizungsbeginns oder infolge anderer Umstände (z,B. Erwärmung des Kamins durch Sonneneinstrahlung) erfolgt. Eine erfinderische Möglichkeit diskriminierender Feststellung des Heizungsbeginns wäre, die Temperaturänderung (Temperaturgradienten) zu ermitteln und daraus - gestützt auf entsprechende 10 Vorgaben in einem Speicherbaustein der Temperaturfühlerlogik - den tatsächlichen Heizungsbeginn zu ermitteln.

Die obigen Angaben sind sinngemäss auch für alle anderen Feinstaubabscheider, wie z.B. bei den Motoren usw. anzuwenden. 15

Schliesslich soll noch erwähnt werden, dass der erfindungsgemässe Feinstaubabscheider nicht darauf beschränkt ist, ausschliesslich Eigenenergie zu verwenden. So Ist z.B. denkbar, auch Fremdenergie, wie z.B. Strom aus Photovoltaikanlagen zum Betrieb der Feinstaubabscheidung einzusetzen. 20

Hinsichtlich des mechanischen Aufbaus der erfindungegemässen Elemente des erflndungegemässen Feinstaubabscheiders wird noch hingewiesen auf bevorzugte elektrischen Verbindungskontakte zwischen den Rohrelementen, um dort beim Zusammenstecken der Rohrteile bei Bedarf eine sichere elektrische 25 Verbindung herzustellen. Ebenso können die Rohrteile mit Sicken, Markierungen o.dgl. versehen sein, um eine gezielte Passung der Rohrteile zueinander herzustellen, wenn sie Stück um Stück in den Kamin nachgerüstet werden.

Zur besseren Übersicht wurden in den Zeichnungen wurden einige Erklärungen 30 und Anmerkungen weggelassen. Teilweise sind diese auch bereits in der Fjgurenbeschreibung enthalten. In Ergänzung dazu wird zu den einzelnen Figuren noch folgendes vermerkt: 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EM NR 9038] @027 5-FEB-2008 14:50 UON:SCHUSZTER +4326826956951 S:28'33 ΑΝ:00153424535 • · ·· • • . , • ·' #· • • · • · • • · • t • · 9 ···« • · • · • • ·· ·· ··· •

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ZuFIg, 1:

Die aus Kupferdraht bestehenden Sprühelektroden 6,7 weisen vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von ca. 2 mm auf. Die Sprühelektroden können auch spiralförmig ausgebildet sein. S Die Halterungen 4, 5 bestehen beispielsweise aus Epoxyplatten mit einer Dicke von ca. 2 mm.

Zu Fig. 2:

Die Halterungen 34,35 bestehen beispielsweise aus Epoxyplatten mit einer Dicke von ca. 2 mm. 10 Die Rohre 31 und 33 bilden mit 75 bezeichnete Fang-Elektroden.

Zu Fig. 3: .Die vorzugsweise aus V4AJ=delstahlblech bestehenden Rohre weisen vorzugsweise eine Blechstärke von ca. 1 mm auf. Das äusserste Rohr 51 und das innerste Rohr 53 bilden ebenfalls Fang-Elektroden 76. 15 Die Halterungen 54,55 bestehen beispielsweise ebenfalls aus Epoxyplatten mit einer Dicke von ca. 2 mm. 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EM NR 9038] @028

Claims (19)

1. 5-FEB-2008 14:51 UON: SCHUSZTER +4326826956951 S:29'33 AN:00153424535 080205A289ATDE • I ·· • · · · e · · · • · · · • · · · ·· M • · ·· · • · S « ···· • · III * • ·· ·· · · • · · • ·«* • · • · · · · 19 Patentansprüche 1. Elektrostatischer Feinstaubfilter für Rauchgasreinigung mit einem lonisatfonsteil (10) einschfießend eine oder mehrere Sprühelektroden (6,7) 5 die im Betriebszustand ein elektrostatisches Feld zwischen sich und unterschiedlich gepolten Flächen (1,2,3) aufbauen und mindestens einem Fifterteil (30,40,50), sowie mit einer Spannungsquelle (24,25) zur Erzeugung einer elektrischen Hochspannung für den lonisationsteii (10) und den Filterteilen (30,40,50), dadurch gekennzeichnet, dass die 10 Spannungsquelle ein Thermogenerator (24,25) ist, der im Betriebszustand die Wärme des Rauchgases zu seinem Betrieb nutzt.
2. 2. Feinstaubfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronischer Regler vorgesehen ist, der im Betriebszustand die 15 elektrostatische Ladung des lonisationsteii (10) und des Filterteils (30,40,50) getrennt regelt.
3. 3. Feinstaubfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Teile des lonisationsteii (10) und des Fiitertells (30,40,50) geerdet bzw. i ( I I 20 elektrostatisch auf Masse gelegt sind.
4. 4. Elektrostatischer Felnstaubfilter nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der lonisationsteii (10) drei zueinander konzentrische Rohrteile (1,2,3) umfasst, wobei das mittlere Rohr zur 25 Rauchquelle hin durch eine Abdeckung (8) verschlossen ist, so dass das Gas nicht durch das Innenrohr (3) strömen kenn, und gegebenenfalls den bzw. einen Regler bzw, eine elektronische Steuerung aufnimmt.
5. 5. Elektrostatischer Felnstaubfilter nach einem der vorhergehenden 30 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im der Rauchquelle zugewandten Teil des lonisatlonsteiles (10) eine oder mehrere 05/02 200Θ DI 13:35 [SE/EM NR 9038] @029
6. 5-FEB-2008 14:51 UON: SCHUSZTER +4326826956951 S AN:00153424535 080205A289ATDE ·· «· • · · « * · · · · • · #> « 9 • · · « · ·· ·· »·· ·· • * ··# 20 Sprühelektroden (6,7) in einer Ebene quer zur Rohrerstreckung und vorzugsweise spiralförmig angebracht sind.
7. 6, Elektrostatischer Feinstaubfilter nach einem der vorhergehenden 5 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Rohrteile (1,2,3) des lonisatbnsteils (10) elektrostatisch auf Masse (Erde) getagt sind und die Sprühelektroden (6,7) ein negatives Potential haben, wobei vorzugsweise sowohl das Spannungspotential der Sprühelektroden (6,7) wie auch das Spannungspotential der Masse unabhängig von einander (gegenüber 1 o absoluter Masse) einstellbar ist.
8. 7. Elektrostatischer Feinstaubfilter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogenerator (24,25) im Anschluss an den ionisationsteil (10) vorzugsweise mittels einer 15 Thermogeneratorhalterung (20) angebracht ist
9. 8. Elektrostatischer Feinstaubfilter nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass am Thermogeneratorhalter (20) mindestens ein Staubbehälter (60) angebracht ist. 20 Θ, Elektrostatischer Feinstaubfilter nach einem dar vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Im Anschluss an die Thermogeneratorhalterung (20) ein oder mehrere Identische konzentrische rohrförmige Filtertelle (30,40) angeordnet sind, wobei das innere (33,43) 25 und das äußere (31,41) Rohr elektrostatisch auf Masse (Erde) gelegt sind und das mittlere (32,42) Rohr negatives Potential hat.
10. 10. Elektrostatischer Feinstaubfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den Filtertet! 30 (30,40) ein weiterer rohrförmigsr Filterteil (50) angeordnet ist, der am oberen Ende (59) seiner Rohre (51,53) eine Lappung (61,63) zur verbesserten Feinstaubabscheidung aufweist. 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EM NR 9038] 5-FEB-2008 14:52 UON:SCHUSZTER +4326826956951 AN:00153424535 5:31^33 5-FEB-2008 14:52 UON:SCHUSZTER +4326826956951 AN:00153424535 5:31^33 • · • · • · • • · • • · • · · • s • • • · • · · · · • • · • ·· • · * · • · ··· · • • es • · 080205A289ATDE 21
11. 11 .Verfahren zur Feinstaubabscheidung insbesondere mit einem elektrostatischem Feinstaubfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung und die Stromstärke im lonisationsteil (10) und im Filterten (30,40,50) so gewählt 5 wird, dass beim Eintritt des Rauchabgase die Feinstaubpartikels bei einer Spannung von ca. 5'OOOV bis 1OO00V ionisiert werden und in den folgenden Filterteilen (30,40,50) abgeschieden werden und dass diese Spannung von der integrierten Steuerung automatisch den Umgebungsbedingungen angepasst wird, so dass keine elektrischen 10 Durchschläge entstehen und damit eine Ozonisierung des Abgases vermieden wird.
12. 12. Anwendung des elektrostatischer Feinstaubfilters nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 1-10 in genormten Kaminsystemen z3. für 15 Holzfeuerungen, gegebenenfalls nachträglich eingebaut.
13. 13. Steuerung für einen elektrostatischen Feinstaubfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche *1-10, dadurch gekennzeichnet, dass lonisationsteil (1) und Filterteil (30,40,50) getrennt voneinander geregelt 20 mit Hochspannung versorgt werden, wobei und dass die Stromversorgung für die Steuerung und die Hochspannungserzeugung aus dem Thermogenerator (24,25), z.B. aus Peltierelementen stammt, wobei die Energie für den Thermogenerator (24,25) aus der Wärme des Abgases stammt 25
14. 14. Steuerung für einen elektrostatischen Feinstaubfilter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke im lonisationsteil (10) gemessen wird und unabhängig vom Filterteil (30,40,50) geändert werden kann. 30
15. 15. Steuerung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass Umgebungseinflüsse wie Druck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit für die Regelung der Hochspannung mit berücksichtig werden. 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EM NR 9038] @031 5-FEB-2008 14:52 UON:SCHUSZTER +4326826956951 AN:00153424535 S:32'33 • · Φ • · • Φ Φ 080205A289ATDE 22
16. 16. Verfahren zur Reinigung der Sammelelektroden eines elektrostatischen Feinstaubfilters nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass zu Reinigungszwecken in einer kühlen 5 Phase des Abgasstromes die Spannungsverh&ltnisse an den Elektroden umgekehrt werden, wodurch die Staubpartikeln von den Sammelelektroden abgelöst werden und nach unten fallen.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass dem 10 Thermogenerator ein Energiespeicher zugeordnet ist, der einen Spannungsaufbau zu Reinigungszwecken auch ohne heissem Rauchgas ermöglicht. 16. Elektrostatischer Feinstaubfilter nach einem der vorhergehenden iS Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass dem Thermogenerator ein Energiespeicher - vorzugsweise eine Akkumulator oder ein Kondensator o.dgl, - zugeordnet ist, der einen Spannungsaufbau zu Reinigungszwecken Ober einen gewissen Zeitraum auch ohne heissem Rauchgas ermöglicht. 20
18. 19. Elektrostatischer Feihstaubfilter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass dem Thermogenerator mit Energiespeicher ein Temperaturfühler zugeordnet ist, der im Betriebezustand durch Messen der Rauchgastemperatur das Vorhandensein einer Verbrennung mit 25 entsprechenden Abgasen feststellt und demnach den zunächst energiespeichergestützten Abscheidevorgang triggert
19. 20. Elektrostatischer Feinstaubfilter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler mit einer Loglkschaltung 30 verbunden ist, die im Betriebszustand den Temperaturgradienten ermittelt und derart eine zufällige Erwärmung des Kamins als Startpunkt für die Rauchgasabscheidung ausschliesst 05/02 2008 DI 13:35 [SE/EM HR 303Θ] 0032