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Stand der Technik
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Ein erhebliches Problem in unserer Konsumgesellschaft ist die Verwertung von Altbrot (u. a. auch als Rest- bzw. Rückbrot bezeichnet, Schneideabfälle, Fehlchargen, nichtverkaufter Überschuss etc.) und vergleichbaren Nahrungsmitteln wie Brot, Brötchen, Dauergebäck, Kuchen odgl. (nachfolgend insgesamt als Altbrot bezeichnet), die nicht verkauft wurden, nicht mehr als frisch genug empfunden werden, nicht anderweitig stofflich verwertet werden, aufgrund von Konzessionsvereinbarungen zurückgenommen werden müssen, das Haltbarkeitsdatum überschritten haben oder schlicht zum Verzehr für Mensch oder auch Tier nicht mehr geeignet sind.
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Allein für das Gebiet Süd-Württemberg ergeben sich bei einer Rücklaufquote von z. B. 6% ca. 8.700 Tonnen feuchtes Altbrot pro Jahr oder im lufttrockenen Zustand immer noch ca. 6.000 Tonnen pro Jahr. Hochgerechnet für die Bundesrepublik Deutschland ergibt dies bei einer mittleren angenommenen Rücklaufquote von 7,5% ca. 300.000 Tonnen feuchtes bzw. 205.000 Tonnen lufttrockenes Altbrot pro Jahr. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Rücklaufmengen ist Mehl bzw. Getreide (u. a. auch Saaten, Körner, Malz, etc.) und damit stärkehaltig und brennbar.
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Obwohl ein Teil dieses Altbrotes an Tafeln abgegeben werden kann als Futtermittel (zunehmend durch Hygienevorschriften erschwert) oder z. T. durch Beimischen in Nahrungsmittel z. B. in Teige in Form von Restbrotzugabe, als Weckmehl oder in sonstiger Art und Weise verwertet wird, bleibt doch ein wesentlicher Teil unverwendet und muss ungenutzt entsorgt bzw. vernichtet werden. Häufig wird Altbrot odgl. in offenen Behältnissen (z. B. Transportkörben oder Absetzbehältern) gesammelt, was gegebenenfalls zu einer Geruchsbelästigung führen kann und unter Umständen Fliegen sowie anderes Ungeziefer anlockt. Jedenfalls stellen die anfallenden großen Abfallmengen (für die Bäckereien) ein nicht geringes Problem dar, da ihre Entsorgung hohe Kosten und erheblichen Aufwand verursachen.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln, mit dem dieses Altbrot oder sonstige alte Backwaren sinnvoll und nützlich energetisch verwertet werden können. Es handelt sich somit um eine sehr komplexe Aufgabe, nämlich einerseits zu einer Verwertung bzw. Entsorgung der Altbrotanfälle beizutragen und andererseits eine Optimierung der anfallenden Energie zu erzielen bzw. diese zu nutzen. So sind beispielsweise Wärmerückgewinneranlagen für Abgase im Zusammenhang mit Bäckereien bekannt (
DD 0154323 ,
DE 201 06 186 und
DE 20 2007 003 509 ) (vgl. hierzu auch den Verwertungsgedanken und die Hierarchiestufen des KrW-/AbfG, wonach stoffliche und energetische Verwertung auf der selben Stufe vor der Entsorgung stehen und die bei einer energetischen Verwertung entstehende Energie genutzt werden muss. Die thermische Verwertung in Müllheizkraftwerken wird dabei jedoch der Entsorgung und nicht der Verwertung zugeordnet).
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Lösung der Aufgabe
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Ausgehend von bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Energieerzeugung aus biogenen Festbrennstoffen wie Holz, Getreide, Mais, Raps odgl. durch Vergasen bzw. Verbrennen derselben bzw. Ethanolgewinnung als Ersatz für Diesel und Heizöl wird aufgrund des hohen Anteils an Stärke bzw. sonstigen biologischen Anteilen erfindungsgemäß aus dem Altbrot Energie gewonnen. Der dabei gewonnene, energetisch verwertbare Reststoff bzw. Abfall kann (ggf. durch Umwandlung) gasförmig oder auch flüssig sein oder, wie in der Vorrichtung dargestellt, sofort zur Energieerzeugung im festen Zustand verbrannt werden. In jedem Fall besteht der Kern der Erfindung darin, durch das Verbrennen von Altbrot Energie zu gewinnen, unabhängig davon, zu welchem Zweck diese gewonnene Energie weiter verwendet wird. Zusätzlich zu dem besteht auch die Möglichkeit der Nutzung durch Vergasungstechnik, wobei beim Verbrennen der Biomasse in Öfen unter hohen Temperaturen und zusätzlicher Sauerstoffeinleitung ein brennbares Gas entsteht, das zur Stromerzeugung in herkömmlichen Gasturbinen eingesetzt werden kann. Mit dieser Methode kann aus der gleichen Menge Biomasse doppelt so viel Strom erzeugt werden wie aus einfacher Verbrennung. Die Abwärme der Gasturbinen kann in einem zweiten Kreislauf durch einen Wärmetauscher zu weiteren Zwecken verwendet werden. Unabhängig davon, kann die Abwärme bzw. Überschusswärme zur Dampferzeugung und Betrieb von Turbinen dienen um Strom zu gewinnen.
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Abgesehen davon, dass durch die Erfindung eine sehr wertvolle energieerzeugende Nutzung der an sich erneuerbarer Grund-/Reststoffe besteht, insbesondere bei gleichzeitiger Entsorgung derselben, bietet die Erfindung eine zusätzliche Anwendungsmöglichkeit, nämlich die Verwertung erneuerbarer, im Grunde nachwachsender Rohstoffe, die ansonsten entsorgt und anschließend unter hohem Aufwand ggf. ökologisch und ökonomisch weitaus ineffizienter in der Müllverbrennungsanlage entsorgt bzw. energetisch verwertet werden müssten.
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Bekannt ist besonders die Verbrennung von biogenen Brennstoffen wie Getreide, Schilfgras, Stroh, oder Ethanol bzw. Biogas aus denselben, usw. zur Energiegewinnung. Problematisch hierbei ist allerdings, dass bei großflächiger Nutzung eine Monokultur mit Auslaugung des Bodens entstände, was unvertretbar ist. Andere Vorschläge, wie beispielsweise die Entwicklung von Algen in Salzteichen oder aus Bioabfall (beispielsweise aus Geflügelresten) oder aus Ganzpflanzen, aus denen anschließend Energie gewonnen werden soll, haben sich bis jetzt nicht umsetzen lassen.
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Die Erfindung zur Altbrotverwertung (bzw. -entsorgung) weist folgende Verfahrensschritte als Merkmale auf:
Verfahren zur energetischen Verwertung von Altbrot bzw. alten Backwaren, gekennzeichnet durch die energetische Verwertung des Altbrotes durch anschließende Nutzung der dabei freisetzbaren Energie für unterschiedliche Zwecke (Backen, Heizen, Kühlen, Stromerzeugung usw.). Hierdurch ist es auch möglich, den im Altbrot enthaltenen Energiegehalt im Sinne des energetischen Kreislaufgedankens zum Backen frischen Brotes zu nutzen.
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Obwohl, wie oben ausgeführt, im Rahmen erneuerbarer Energien die Verbrennung biologischer/biogener Stoffe bekannt ist, ist der Vorschlag Altbrot zu verbrennen überraschend. Ganz abgesehen davon, dass bisher hier möglicherweise auch ethische Hemmnisse einer solchen Überlegung im Wege standen, verlangt ein solches Verbrennen von biogenen Stoffen wie Altbrot o. ä. ein diesbezügliches Verfahren.
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In einem ersten Verfahrensschritt wird das Altbrot durch geeignete Methoden/Maßnahmen aufbereitet, z. B. zerkleinert, danach kann das zerkleinerte Altbrot in einem zweiten Schritt getrocknet werden. Die Trocknung erfolgt durch meist von unten zuströmende Warmluft, idealerweise mit ca. 30–200°C.
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In einem dritten Schritt wird das so aufbereitete Altbrot über eine Fördereinrichtung einer Feuerung zugeführt und dort verbrannt. Die Trocknung kann unter Verwendung der bei der Verbrennung anfallenden Wärme erfolgen.
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Grundsätzlich ist es unerheblich, ob die Altbackware dabei noch feucht, ganz trocken oder in einem Zwischenzustand ist. Allerdings sollte der Aufwand für die Trocknung (falls gegeben) keinen zusätzlichen Energieeinsatz erfordern, sondern,
und das ist auch ein selbstständiges eigenes Merkmal in einem Nebenanspruch beansprucht,
durch eine zweckmäßige Auskopplung von für den genannten Zweck nicht direkt nutzbaren Wärme aus der bei der Verbrennung des Altbrotes entstehenden Wärme,
zum Beispiel durch eine Brennrostkühlung oder/und ggf. bei einer Nutzung der entstehenden Wärme zum Betrieb einer Thermo-Öl-Backofenanlage (Hauptzweck) einen dem Thermo-Öl-Wärmetauscher nachgeschalteten
Abgas-Wärmetauscher, durch
Wärmerückgewinnung aus den abgeleiteten Schwaden der Backöfen oder sonstigen Wärmerückgewinnungsmöglichkeiten erfolgen.
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Die Abgastemperatur der Feuerung liegt in Falle des Hauptzwecks (Backen) etwa bei 250–350°C, wobei der Energieverlust je nach Verbrennungsluftverhältnissen bei mindestens 10% liegt, im feuchten Zustand wären es 20–25°C. Ziel der Trocknung ist es deshalb den Energiegehalt des Altbrotes (idealerweise den Brennwert) möglichst vollständig auszunutzen, nämlich dem größtmöglichen Teil dabei dem Hauptzweck zuzuführen und nicht durch den Hauptzweck nicht nutzbare Energie an der Stelle auf niedrigerem Temperaturniveau im Rauchgas auszukoppeln und übrig zu haben, da diese Mengen zu groß sind um ganzjährig für Zwecke wie Heizung udgl. genutzt zu werden. Dies ist dadurch begründet, dass Energie in Form von heißem Wasserdampf im Abgas nicht für den Hauptzweck direkt nutzbar ist, da die in diesem Wasserdampf enthaltene latente Wärme erst durch Kondensation bei deutlich niedereren Temperaturen möglich ist. Für die Trocknung ist die im Abgasstrom enthaltene Wärme, falls erforderlich, nur zu verwenden, solange nicht durch andere Maßnahmen (z. B. Brennrostkühlung, Wärmerückgewinnung aus den Schwaden oder ähnlichem) Energie sinnvoller ausgekoppelt oder zurückgewonnen werden kann. Zweckmäßig ist es deshalb den Brennstoff Altbrot in möglichst trockenem Zustand (durch Vortrocknung außerhalb der Feuerung) zu verbrennen und nur noch den durch Reaktion des im Brennstoff gebundenen Wasserstoffs mit Sauerstoff entstehenden Wasserdampfes im Abgas auf geeignetem Temperaturniveau auszukondensieren. Die Trocknungsabluft kann nach Auskondensieren des darin enthaltenen Wasserdampfes ggf. auch der Feuerung als Verbrennungsluft zugeführt werden bzw. der Verbrennungsluft beigemischt werden. Die Trocknung über Wärme aus dem Abgas oder der Brennrostkühlung ist so, wenn keine Puffersysteme eingesetzt werden, allerdings nur möglich, so lange die Verbrennung stattfindet.
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Nach einem zusätzlichen ausgestaltenden Merkmal des Verfahrens erfolgt die Verbrennung auf einem Brennrost und u. U. ist stets eine Kühlung des Brennrosts der Feuerung gegeben, welche zu besseren Emissionswerten (u. a. CO, NOx) führt und ein Verschlacken/Versintern des Brennrostes bzw. Brennraumes verhindert, da so gegebenenfalls der Ascheschmelzpunkt nicht überschritten wird und damit die Feuerungseinrichtung vor Schäden bewahrt wird.
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Nach einem zusätzlichen ausgestaltenden Merkmal des Verfahrens werden die Abgase erforderlichenfalls gereinigt, was wiederum bei geringen Emissionswerten, z. B. bei Brennrostkühlung, u. U. nicht bzw. in geringerem Maße erforderlich ist.
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Nach einer auch für sich geltend gemachten Ausgestaltung der Erfindung kann nach einem zusätzlichen Merkmal die in der feuchten Trocknungsabluft enthaltene Wärme über einen Wärmetauscher ausgekoppelt und bei einem Wärmemangel ggf. wieder zu Wärmeergänzungszwecken verwendet werden. Bei dem gesamten Verfahren können Wärmeüberschüsse jeglicher Art (sei es durch Brennrostkühlung, Abgaswärmetauscher, Wärmerückgewinnung aus den abgeleiteten Schwaden der Backöfen oder Wärmerückgewinnung aus der Trocknungsabluft) falls erforderlich zusätzlich auch zu Zwecken der Warmwasserbereitung zur Raumheizung oder zu Zwecken der Kühlung über besondere Kältemaschinen genutzt werden, auch in Verbindung mit geeigneten Puffersystemen oder ggf. anderen oder zusätzlichen Wärmetauschern und Energie-/Wärmerückgewinnungsverfahren.
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Nach einer zusätzlichen auch für sich geltend gemachten Ausgestaltung des Verfahrens ist die Auskopplung des größten Teils der entstehenden Wärme über einen Thermo-Öl-Wärmetauscher zum Betrieb des Thermo-Öl-Kreislaufs der Backofenanlage vorgesehen (Hauptzweck), um damit Backwaren oder ähnliches zu backen bzw. einem Verfahren/Prozess unter Einsatz von Wärme zu unterziehen (vgl. hierzu insbesondere den Kreislaufgedanken des KrW-/AbfG – „energetische Verwertung von Altbrot zum Backen von frischem Brot”). Hierbei handelt es sich üblicherweise um Temperaturen von ca. 280°C im Rücklauf und 320°C im Vorlauf mit Abgastemperaturen von ca. 300–350°C.
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Deckt die Wärmeerzeugung durch die Altbrotverbrennung nur einen Teil des Wärmebedarfs z. B. der Backofenanlage, zum Beispiel die Grundlast, so müssen Spitzenlasten oder Lastschwankungen erforderlichenfalls von einem zusätzlichen Wärmeerzeuger ggf. unter Einsatz zusätzlicher oder anderer Brennstoffe/Energieträger gedeckt werden.
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Die Erfindung betrifft allerdings auch Kessel/Feuerungen, die außer Altbrot zusätzlich (z. B. gleichzeitig oder nacheinander) z. B. Holzpellets, Holzhackschnitzel, ähnliche biogene oder sonstige Brennstoffe verbrennen.
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Der Einsatz der Erfindung der Verbrennung von Altbrot ist gemäß Nebenanspruch nicht eingeschränkt auf die Wärmeerzeugung für entsprechende Backofenanlagen, sondern kann ebenfalls auch zur Erzeugung von Strom, Wärme zum Heizen und zur Warmwasserbereitung, zur Kühlung über besondere Kältemaschinen oder zur gekoppelten Erzeugung von Strom und Wärme eingesetzt werden, wobei ein wesentliches Merkmal der Erfindung die möglichst ohne Verbrauch von Zusatzenergie vorgesehene Verbrennung von Altbrot ist.
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In einer auf die Verfahrensansprüche zurückgreifenden, aber vor allem für sich geltend gemachten Vorrichtung zur Energieerzeugung aus Altbrot ist ausgehend von dem meist Wärmetauscher zur Energierückgewinnung betreffenden Stand der Technik eine Vorrichtung mit folgenden Einrichtungen geltend gemacht, nämlich
- 1. einer Zerkleinerungseinrichtung für Altbrot im Anschluss an einem Altbrotbehälter,
- 2. möglicherweise einer Trocknungseinrichtung für das zerkleinerte Altbrot,
- 3. einer Feuerstelle sowie einer Fördereinrichtung des getrockneten Altbrotes zur Feuerstelle hin und
- 4. Nutzungseinrichtung in Form von Wärmetauschern odgl. für die Wärmerückgewinnung bzw. bei der Kühlung der Feuerstelle.
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Bei 2. kann zur Feuerstelle hin ein Sammelbehälter zwischengeschaltet werden.
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Einrichtungen zur Wärmerückgewinnung sind in mehrfacher Weise bekannt, beispielsweise
DD 0154323 .
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Nach einer zusätzlichen die Trocknungseinrichtung betreffenden Einrichtung ist in deren Abluftrohr ein Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung und Wärmenutzung angeordnet. Hierbei kann auch die Abluft getrocknet werden um insbesondere wieder zur Beimischung der Verbrennungsluft in der Verbrennungsanlage zu dienen.
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Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist der Verbrennung im Verbrennungsofen ein Wärmetauscher mit einem eingegebenen Thermo-Öl-Kreislauf odgl. nachgeschaltet, welcher die erforderliche Backtemperatur (ca. 300°C) zu einem außerhalb des Verbrennungsofens angeordneten Bäckereibackofen leitet. Dieser Bäckereibackofen kann trotzdem funktionell mit der Verbrennungsvorrichtung unmittelbar verbunden sein, d. h. mit ihr baulich eine Einheit bilden.
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Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung wird die am Verbrennungsrost auftretende Übertemperatur (> 1100°C) durch einen am bzw. im Verbrennungsrost angeordneten Wärmetauscher abgeleitet. Die hierbei auftretenden erheblichen Temperaturen können einerseits für den Trockenluftwärmetauscher der Trocknungseinrichtung verwendet werden aber auch für sonstige Wärmebedarfsstellen genutzt werden.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann im Abgasrohr des Verbrennungsofens ein Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung und deren Nutzung angeordnet sein, beispielsweise für die Trockenluftvorwärmung für Warmwasserbereitung oder für die Kälteerzeugung udgl.
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Zeichnungen
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
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Es zeigen:
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1 die Vorrichtung einschließlich der Trocknung des Altbrotes und
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2 die Vorrichtung zur Verbrennung des Altbrotes jeweils entsprechend den Verfahrens- bzw. Vorrichtungsansprüchen.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Wie in 1 dargestellt wird das Altbrot odgl. in einem siloartigen Behälter 1 gesammelt und von dort über ein Förderband 2 einer Zerkleinerungseinrichtung 3 zugeführt und dort zerkleinert. Über ein Förderband 4 wird das zerkleinerte Altbrot einer Trocknungseinrichtung 5 zugeführt, die von unten, bei 6, von Trockenluft durchströmt wird, die über einen Wärmetauscher erwärmt wird. Die Trocknungsluft wird durch ein Gebläse 8 dem Wärmetauscher 7 zugeführt. Der feuchten Abluft 9 im Abluftrohr 10 ist ein Ventilator 11 nachgeschaltet und ein Wärmetauscher 12 für Wärmerückgewinnung in der Abluft. In jedem Fall wird das zerkleinerte Altbrot weitgehend getrocknet und dann über ein Förderband 13 der in 2 dargestellten Verbrennungsanlage zugeführt. Der Wärmetauscher 7 kann die erforderliche Energie von der Verbrennungsanlage (Wärmetauscher 15 oder 21) beziehen, aber auch von dem Wärmetauscher 12. In jedem Fall kann die Anlage energetisch weitgehend autonom arbeiten.
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Bei der in 2 dargestellten Verbrennungsanlage wird das zerkleinerte und getrocknete Gut über das Förderband 13 einem Verbrennungsrost 14 zugeführt, welcher über einen Wärmetauscher 15 gegen Überhitzung geschützt ist. Immerhin können bei der Verbrennung über 1100°C erreicht werden, nämlich wertvolle Energie für andere Zwecke. So kann die beim Wärmetauscher 15 gewonnene Energie für die Trocknungseinrichtung und den Wärmetauscher 7 verwendet werden. In jedem Fall durchstreift das eine hohe Temperatur aufweisende Rauchgas 16 einen Thermo-Öl durchströmten Wärmetauscher 17, wobei die dort gewonnene Energie einem Backofen 18 zur Erzeugung von Frischbackwaren zugeführt wird. Im Abgasrohr 19 des Brennofens 20 ist ein Wärmetauscher 21 angeordnet, dessen gewonnene Energie auch vielfältig verwendbar ist. Falls erforderlich kann dem Abgasrohr eine Filteranlage 22 nachgeschaltet werden.
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Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behälter
- 2
- Förderband
- 3
- Zerkleinerungseinrichtung
- 4
- Förderband
- 5
- Trocknungseinrichtung
- 6
- Trocknungsluft
- 7
- Wärmetauscher
- 8
- Gebläse
- 9
- Abluft
- 10
- Abluftrohr
- 11
- Ventilator
- 12
- Wärmetauscher
- 13
- Förderband
- 14
- Verbrennungsrost
- 15
- Wärmetauscher
- 16
- Abgas
- 17
- Wärmetauscher
- 18
- Backofen
- 19
- Abgasrohr
- 20
- Brennofen
- 21
- Wärmetauscher
- 22
- Filteranlage
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DD 0154323 [0004, 0023]
- DE 20106186 [0004]
- DE 202007003509 [0004]
