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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Wasser
mit wenig Salz, niedrigem TOC und vielleicht wenigem Gas, insbesondere Wasser
von hoher Qualität.
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In
einer großen
Zahl von Ländern
in der Welt gibt es einen Mangel an Trinkwasser. Dies ist insbesondere
in trockenen Regionen und in Regionen, in denen die Infrastruktur
für sorgfältige Herstellung
und Transport von Trinkwasser unzureichend ist, der Fall.
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Es
ist daher allgemein wichtig, Trinkwasser so ökonomisch wie möglich zu
verwalten und mögliche
Trinkwasserquellen so gut wie möglich
zu verwenden.
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Die
derzeit meist verwendeten Quellen für Trinkwasser sind Grundwasser,
Quellwasser und Oberflächenwasser,
welche nach Reinigung als Trinkwasser verwendet werden können. In
einigen Fällen
wird auch Regenwasser verwendet.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Mitteln
für die
Herstellung von Wasser aus Quellen, die bis jetzt nicht genutzt
worden sind. Dadurch wird der Versuch unternommen, Wasser hoher
Reinheit bereitzustellen, das direkt als Boilerzufuhrwasser oder
für andere
technische Anwendungen verwendet werden kann. Die üblichen Quellen
von Trinkwasser müssen
hierbei für
diese Anwendung nicht länger
ausgebeutet werden.
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Weiterhin
wird der Versuch unternommen, solch eine Vorrichtung bereitzustellen,
bei der der Aufwand in Bezug auf Investition, Energieverbrauch und
andere Mühen
minimal ist.
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Aus
der EP-A-0 192 893 ist eine Herstellvorrichtung zur Herstellung
von Wasser aus wasserenthaltenden Gasen bekannt, die in einer Vorrichtung zum
Umwandeln chemischer Energie in mechanische Energie freigesetzt
werden, wobei die Herstellvorrichtung umfasst:
- – zumindest
eine Membran, die dafür
ausgelegt ist, zumindest teilweise den Durchgang von Wassermolekülen zu gestatten
und im wesentlichen den Durchgang anderer Moleküle zu verhindern;
- – Mittel
zum Leiten der Wasserdampf-enthaltenden Gase längs einer ersten Seite der
Membran,
- – Abgabemittel,
die auf der zweiten Seite der Membran angeordnet sind, zum Abgeben
des auf der zweiten Seite der Membran freigesetzten Wassers.
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Diese
Veröffentlichung
aus dem Stand der Technik bezieht sich auf eine Umwandlungsvorrichtung
mit interner Verbrennung. Solche Vorrichtungen werden in großer Zahl
von Form von Verbrennungsmotoren, sowohl stationär als auch mobil, verwendet. Schwere
und sperrige Hilfsausrüstung
wird benötigt, um
Wasser aus den Abgasen eines solchen Motors herzustellen. So muss
eine Vakuumpumpe verwendet werden, um einen hinreichend niedrigen
Druck auf der zweiten Seite der Membran aufrechtzuerhalten, und
ein Kondensator muss verwendet werden, um zu gestatten, dass auf
der zweiten Seite der Membran eine hinreichend niedrige Temperatur
vorherrscht.
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Dies
sind teure, schwere und sperrige Vorrichtungen, bei denen es kaum
möglich
ist, sie in einem Fahrzeug unterzubringen, sicherlich wenn Vorkehrungen
für das
Speichern des hergestellten Wassers getroffen werden müssen. Bereits
dies ist in keiner Weise proportional zur derart erhaltenen Wasserausbeute.
Diese Nachteile sind auch in Bezug auf stationäre Motoren relevant.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Anwendung einer
solchen Herstellvorrichtung in einer Situation, in der diese Nachteile
nicht auftreten.
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Diese
Aufgabe wird durch die Verwendung einer Herstellvorrichtung zur
Gewinnung von Wasser aus Wasser-enthaltenden Gasen erzielt, wobei
die Vorrichtung umfasst: zumindest eine Membran, die dafür eingerichtet
ist, zumindest teilweise den Durchtritt von Wassermolekülen zu gestatten
und im wesentlichen den Durchtritt anderer Moleküle zu verhindern, Leitmittel
zum Leiten der Gase längs
einer ersten Seite der Membran, und auf der zweiten Seite der Membran
angeordnete Ausgabemittel zum Ausgeben des auf der zweiten Seite
der Membran freigesetzten Wassers, wobei die Vorrichtung zum Gewinnen
von Wasser aus Wasser-enthaltenden Gasen verwendet wird, die aus
einer Umwandlungsvorrichtung mit externer Verbrennung zum Umwandeln
chemischer Energie in mechanische Energie freigesetzt werden, die
Umwandlungsvorrichtung einen Kondensator und eine Pumpe zum Aufrechterhalten
des Drucks innerhalb des Kondensators, der niedriger ist als derjenige
der Umgebungstemperatur, umfasst, die Vorrichtung zum Gewinnen von
Wasser aus Wasser enthaltenden Gasen, die von der Umwandlungsvorrichtung
freigesetzt werden, verwendet wird, und die Ausgabemittel durch
den Kondensator oder die Pumpe gebildet werden.
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Diese
Maßnahmen
ermöglichen
die Verwendung der in einer Vorrichtung zur Umwandlung chemischer
Energie in mechanische Energie mit externer Verbrennung erforderlichen
Hilfsausrüstung.
Die externe Verbrennung nimmt einen Carnot-Zyklus an, welchen ein
Hilfsmedium als Energieträger
durchlaufen muss. Das Durchlaufen eines Carnot-Zyklus erfordert
die Anwesenheit eines Kondensators. Eine Pumpe ist üblicherweise
vorhanden, um zu verursachen, dass ein Unterdruck im Kondensator
vorherrscht.
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Die
Maßnahmen
gemäß der Erfindung
ermöglichen
die fruchtbare Verwendung dieser Einrichtungen, so dass diese per
se sperrigen Geräte
nicht getrennt platziert werden müssen.
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Es
ist damit möglich,
eine bislang unbenutzte Quelle von Wasser hoher Qualität zu verwenden,
d.h. Wasserdampf enthaltende Gase, wie etwa Abgase einer Energieumwandlungsvorrichtung.
Es sei hier angemerkt, dass bei der derzeit vorgeschlagenen Verwendung
das hergestellte Wasser als Boilerzufuhrwasser oder als Wasser für andere
industrielle Anwendungen verwendet wird. Dies ist die Folge der hohen
Reinheit des mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung erhältlichen
Wassers. Es ist vorstellbar, das Wasser als Trinkwasser zu verwenden,
d.h. nach der Hinzufügung
von normalerweise in Trinkwasser vorhandenen Substanzen, oder durch
Verwendung von Membranen, die Durchtritte der fraglichen Substanzen
gestatten.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
wird die Herstellungsvorrichtung zum Gewinnen von Wasser aus Wasser-enthaltenden
Gasen, die von einem Kraftwerk freigesetzt werden.
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Eine
Umwandlungsvorrichtung von außerordentlich
großen
Abmessungen ist hier bei einer hohen Rate von Wasser-enthaltenden
Gasströmen
vorhanden. Die Hilfsausrüstung
ist darüber
hinaus von entsprechenden Abmessungen, so dass die zusätzliche
Last durch den Fluss der Wassergewinnung gemäß der Erfindung keinen oder
kaum einen Effekt auf die Dimensionierung der Hilfsausrüstung hat.
Es ist üblicherweise
sogar möglich,
diese Hilfsausrüstung ohne
Modifikationen zu verwenden, so dass es leicht ist, solch eine Wassergewinnungsvorrichtung
in einem existierenden Kraftwerk anzuordnen.
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Im
Hinblick auf die außerordentlich
großen Mengen
an Rauchgasen, die von einem elektrischen Kraftwerk erzeugt werden,
ist es besonders attraktiv, die Rauchgase als Quelle von Wasser
zu verwenden. Wie oben erklärt,
führt dies
zu großen
Einsparungen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
die Membran nur geeignet, den Durchtritt von Wassermolekülen in Dampfform
zu gestatten. Dies hat die Konsequenz, dass auf der Ausgabeseite
der Membran nur Wasser erhältlich
wird, das in Dampfphase gewesen ist, was die Anwesenheit von gelösten oder
sonst wie im Wasser vorhandenen Substanzen ausschließt.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
ist die Membran als eine Anzahl von im wesentlichen zylinderoberflächenförmigen Einheiten ausgebildet,
wobei die Achsen jeder der Zylinderoberflächen sich im wesentlichen zueinander parallel erstrecken
und wobei zumindest ein Ende der Zylinder mit einem Sammeltank verbunden
ist, der einen Teil der Ausgabemittel bildet.
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Es
ist ersichtlich, dass bei einer Anwendung der vorliegenden Erfindung
im großen
Maßstab,
wo die Aufgabe natürlich
ist, eine hinreichende Wasserausgabe zu erreichen, die Membran eine
so große Oberfläche wie
möglich
haben muss. Es ist gefunden worden, dass mittels der oben genannten
Maßnahmen
eine große
Oberfläche
der Membran innerhalb eines relativ kleinen Volumens realisiert
werden kann, wobei aber die Dimensionierung noch zu bestimmen ist.
Dies hängt
in jedem Fall von den Eigenschaften der Membran, ihrer Dicke, der
Flussrate des Gases, aus denen das Wasser extrahiert werden muss,
Drücken,
Temperaturen usw. ab.
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Es
ist im Prinzip auch möglich,
andere Konfigurationen der Membran anzuwenden, wie etwa eine Membran
in Form einer Platte, einer Spirale usw.
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Eine
andere bevorzugte Ausführungsform lehrt,
dass die im wesentlichen zylinderoberflächenförmigen Einheiten mit einer
vertikalen Achse in einer sich im wesentlichen vertikal erstreckenden
Rauchgasleitung platziert sind.
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Die
Vorteile der oben genannten Konfigurationen werden hierdurch kombiniert.
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Es
ist andererseits auch möglich,
die Achse der Zylinderoberflächen
horizontal zu falten.
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Wenn
die Vorrichtung in einer Rauchgasausgabeleitung einer mit einer
mit Wasser betriebenen Rauchgasentschwefelungsinstallation versehenen Veraschungsfabrik
verwendet wird, wird die Vorrichtung vorzugsweise stromabwärts der
Rauchgasentschwefelungsinstallation platziert.
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Rauchgasentschwefelungsinstallationen
arbeiten allgemein mit großen
Wassermengen, von denen ein Teil in den mit Wasserdampf gesättigten Rauchgasen
verbleibt, um weiter in die Atmosphäre freigesetzt zu werden. Es
ist daher wichtig, die Vorrichtung gemäß der Erfindung stromabwärts der Rauchgasentschwefelungsinstallation
zu platzieren, um auch das Wiedergewinnen des von der Rauchgasentschwefelungsinstallation
zugeführten
Wassers zu ermöglichen.
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Eine
weitere Effizienzsteigerung ist damit möglich, dass der Wassergehalt
in den Rauchgasen verringert wird. Die Gefahr von auftretender Kondensation
wird ebenfalls verringert. Die Notwendigkeit zusätzlichen Erhitzens der Rauchgase,
bevor sie zum Kamin geführt
werden, um Kondensation zu verhindern, wird hierdurch verringert.
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Die
vorliegende Erfindung ist nunmehr weiter unter Bezugnahme auf die
beigefügte
Figur beleuchtet, in welcher:
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1 eine schematische Ansicht
einer Rauchgasleitung zeigt, in der die Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung eingesetzt wird.
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1 eine Rauchgasleitung 1 zeigt,
die mit einem erweiterten Teil 2 versehen ist. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, die in ihrer Gesamtheit mit 3 bezeichnet wird,
ist im erweiterten Teil 2 angeordnet. Der erweiterte Teil 2 dient
dazu, einen hinreichenden Durchgang trotz der Anordnung von Vorrichtung 3 aufrechtzuerhalten.
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Es
ist andererseits auch möglich,
die Vorrichtung in einer nicht erweiterten Rauchgasleitung zu platzieren;
dies gilt besonders dann, falls die Vorrichtung in einem existierenden
Kamin platziert wird.
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Die
eigentliche Vorrichtung wird durch eine Anzahl von Röhren 4 gebildet,
die aus Membranmaterial hergestellt sind, und die in vertikaler
Richtung von einem Verteiler 5 herunterhängen. Die
Schläuche
sind an ihrem oberen Ende mit der Innenseite des Verteilers 5 angeschlossen,
der mit einem Tank 8 verbunden ist. Auf ihrer Unterseite
sind die Schläuche
mittels eines Klemmrings 6 oder einer anderen Verbindung
an einem Verteiler 7 angeschlossen, der ebenfalls mit Tank 8 verbunden
ist. Obwohl die Verteiler 5, 7 nur in einer Dimension
gezeigt sind, ist es ersichtlich, dass sie im allgemeinen zweidimensionale
Form einnehmen.
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Mit
Tank 8 verbunden ist eine Ausstoßröhre 9, in der ein
Ventil 10 angeordnet ist. Weiterhin wird eine Kühlvorrichtung 11 verwendet,
die bereits per se in einem Kraftwerk vorhanden ist und deren Kühlspirale
sich in Tank 8 erstreckt, und Tank 8 ist mit einer Vakuumpumpe 13 verbunden.
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Der
Betrieb dieser Vorrichtung wird nunmehr beschrieben.
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Wenn
sich die Rauchgase durch Leitung 1 bewegen, tritt der in
den Rauchgasen vorhandene Wasserdampf durch die in den Schläuchen aufgenommene
Membran hindurch. Er gelangt dann ins Innere der Schläuche 4 und
fließt
nachfolgend durch Verteiler 7 in Tank 8. Der Tank
kann nach Bedarf mittels eines Ventils 10 abgelassen werden.
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Um
den Transport durch die Membran zu verstärken, wird eine Vakuumpumpe 13 verwendet, die
das Vakuum vermindert und damit auch den Wasserpartialdruck nahe
dem Tank 8.
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Um
den Inhalt von Tank 8 zu kühlen, wird eine Kühlvorrichtung 11 verwendet.
Dies verbessert auch den Transport durch die Membranwand.
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Es
ist ersichtlich, dass der Kühler
gemäß der obigen
Ausführungsform
durch einen Kondensator einer Vorrichtung zum Umwandeln von chemischer Energie
in mechanische Energie gebildet wird. Andere Komponenten können ebenfalls
Teil der normalen Infrastruktur eines elektrischen Kraftwerks bilden.
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Diese
Möglichkeit
stellt darüber
hinaus die Option des Erzeugens eines zirkulierenden Gasstroms bereit,
wodurch der Dampfdruck innerhalb der Schläuche einfacher auf einem niedrigen
Pegel gehalten werden kann. Bei diesem zirkulierenden Gasstrom kann
ein "Spülgas" verwendet werden,
das z.B., aber nicht notwendigerweise, aus Stickstoff gebildet wird.
Das Strömungsgas vermindert
die Konzentration von Wassermolekülen auf der Rückseite der
Membran, wodurch der Transport von Wassermolekülen verstärkt wird.
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Es
ist andererseits auch möglich,
Membranen in anderen Konfigurationen als Röhren oder röhrenförmigen Konfigurationen anzuwenden.
So ist es beispielsweise möglich,
die Membranen in im wesentlichen flachen Ebenen zu platzieren. Der
Strom von Abgasen wird vorzugsweise parallel längs der Ebene geleitet, um
so die Kontaktzeit so lang als möglich
zu machen. Die Membran kann weiterhin mit Rippen und Falten versehen
sein, um die Oberfläche so
groß wie
möglich
zu machen. Zahlreiche andere Konfigurationen sind ebenfalls vorstellbar.
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Die
Vorteile der Erfindung werden besonders manifest, wenn die Herstellvorrichtung
in ein elektrisches Kraftwerk integriert wird.
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Das
elektrische Kraftwerk umfasst einen Boiler und eine Ausggabeleitung
für Rauchgase,
die mit ihm verbunden ist. Eine Membran wird in dieser Ausgabeleitung
platziert, die auch den Kamin beinhaltet, zusammen mit optionalen
Rauchgasentschwefelungsinstallationen. Unter einer Membran versteht man
alle vorstellbaren Kombinationen und Konfigurationen von Membranen,
die für
die Erfindung geeignet sind.
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Der
Boiler ist weiterhin in einem Kreislauf zur Durchführung eines
Carnot-Zyklus eingebaut, wobei der Kreislauf mit einer Turbine,
einem Kondensator und einer Pumpe versehen ist. Eine Pumpe wird
angeordnet, um einen hinreichend niedrigen Druck im Kondensator
aufrechtzuerhalten. Solch ein Kreislauf wird allgemein bei elektrischen
Kraftwerken angewendet. Gemäß der Erfindung
können
vorteilhafterweise der Kondensator und die Vakuumpumpe verwendet
werden. Diese beiden Elemente werden verwendet, um die gewünschten
Bedingungen auf der Auslassseite der Membran aufrechtzuerhalten.
Es ist auch oder alternativ möglich,
andere bereits in dem elektrischen Kraftwerk vorhandene Elemente,
wie etwa Pumpen und dergleichen, einzusetzen.
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Die
zylinderoberflächenförmigen Körper können in
einem Ring längs
des Umfangs einer Rauchgasleitung platziert werden.
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Ein
anderes Anwendungsgebiet besteht bei Kühltürmen, wie sie etwa bei elektrischen
Kraftwerken verwendet werden. Von dem Kühlkreislauf des Kraftwerks
kommendes Wasser wird darin gekühlt, bevor
es dem Oberflächenwasser
zugeführt
wird. Zu diesem Zweck wird das Wasser zum Kühlen gesprüht. Ein signifikanter Teil
dieses gesprühten
Wassers wird verdampft. Die Verdampfungsenergie geht vom verbleibenden
Wasser aus, das sich abkühlt.
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Der
Wasserdampf steigt innerhalb des Kühlturms auf und geht in die
Atmosphäre.
Dies ist eine beachtenswerte Menge Wasser, die normalerweise für eine weitere
effektive Verwendung verloren ist.
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Durch
Platzieren einer Vorrichtung gemäß der Erfindung
im Kühlturm
kann zumindest ein signifikanter Teil des verdampften Wassers wiedergewonnen
und für
effektive Zwecke verwendet werden.
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Es
geht hier um enorme Wassermengen, die unter Verwendung der Vorrichtung
gemäß der Erfindung
ohne den Einsatz von Energie verfügbar werden. Dem steht natürlich die
für die
Erfindung notwendige Investition gegenüber.
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Bei
der in Frage stehenden Anwendung kann eine Konfiguration verwendet
werden, die im Fall von Rauchgasleitungen eingesetzt wird, jedoch
mit einem wesentlich größeren Durchmesser.
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Auch
können
die in der Infrastruktur eines elektrischen Kraftwerks vorhandenen
Komponenten verwendet werden, d.h. ein Kondensator oder eine Vakuumpumpe
zum Erzeugen von Bedingungen zum Verbessern des Betriebs der Membran.
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Zusätzlich wird
die Anwendung des oben genannten Prinzips auch in einem kleineren
Maßstab für möglich gehalten,
beispielsweise in Wohnungen. Es ist hierbei möglich, dezentrale Energieerzeugung zu
verwenden, beispielsweise in warmen Ländern mit wenig Wasser. Üblicherweise
werden dabei Klimaanlagensysteme verwendet, bei denen eine Energieumwandlung
notwendig ist. Heizsysteme können ebenfalls
eine fruchtbare Verwendung einer solchen Vorrichtung gemäß der Erfindung
sein.
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Die
Erfindung kann auch in der chemischen Industrie und der Verarbeitungsindustrie
eingesetzt werden; die Anwesenheit einer Umwandlungsvorrichtung
mit externer Verbrennung und der Anwesenheit von Strömen von
Wasser-enthaltenden Gasen sind wichtig.