JPH094510A - 燃焼エンジンプラント、燃焼エンジンプラント用過給燃焼エンジン装置および燃焼エンジンプラントの効率を改善する方法 - Google Patents
燃焼エンジンプラント、燃焼エンジンプラント用過給燃焼エンジン装置および燃焼エンジンプラントの効率を改善する方法Info
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- JPH094510A JPH094510A JP8151125A JP15112596A JPH094510A JP H094510 A JPH094510 A JP H094510A JP 8151125 A JP8151125 A JP 8151125A JP 15112596 A JP15112596 A JP 15112596A JP H094510 A JPH094510 A JP H094510A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低質熱流内の利用しうる熱エネルギを利用し
て、燃焼エンジンの全効率を改善すること。 【解決手段】 本発明の燃焼エンジンプラントは、燃焼
エンジン(1)、過給機(2b)、空気を過給機(2
b)に供給する第1空気供給手段(3)および過給され
た空気を過給機から燃焼エンジン(1)に供給する第2
空気供給手段(4)を含む空気供給手段、熱源手段およ
びプラントから熱を回収する熱回収手段を含む。熱回収
手段は熱源手段から回収した低質の熱を第1空気供給手
段(3)に供給して過給機(2b)に入る供給空気の温
度を上昇せしめ、過給機(2b)において圧縮された供
給空気から回収しうる熱の量を一層多くする伝達手段
(6,8,9,10)を含んでいる。また、本発明は、
燃焼エンジンプラント用過給燃焼エンジン装置および燃
焼エンジンプラントの全効率を改善する方法にも関す
る。
て、燃焼エンジンの全効率を改善すること。 【解決手段】 本発明の燃焼エンジンプラントは、燃焼
エンジン(1)、過給機(2b)、空気を過給機(2
b)に供給する第1空気供給手段(3)および過給され
た空気を過給機から燃焼エンジン(1)に供給する第2
空気供給手段(4)を含む空気供給手段、熱源手段およ
びプラントから熱を回収する熱回収手段を含む。熱回収
手段は熱源手段から回収した低質の熱を第1空気供給手
段(3)に供給して過給機(2b)に入る供給空気の温
度を上昇せしめ、過給機(2b)において圧縮された供
給空気から回収しうる熱の量を一層多くする伝達手段
(6,8,9,10)を含んでいる。また、本発明は、
燃焼エンジンプラント用過給燃焼エンジン装置および燃
焼エンジンプラントの全効率を改善する方法にも関す
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低質の熱を利用し
て、ディーゼルエンジンのような、過給熱エンジンの全
効率を改善する、請求項1の前段に記載された燃焼エン
ジンプラントに関する。本発明はまた、燃焼エンジンプ
ラント用過給燃焼エンジンおよび燃焼エンジンプラント
の効率を改善する方法にも関する。本発明は、とくに、
動力プラントに利用することができる。動力プラントに
おいて、エンジンはほぼ一定の出力レベルで機械的エネ
ルギを発生し、そこでエンジン運転の高度の最適化が可
能になる。
て、ディーゼルエンジンのような、過給熱エンジンの全
効率を改善する、請求項1の前段に記載された燃焼エン
ジンプラントに関する。本発明はまた、燃焼エンジンプ
ラント用過給燃焼エンジンおよび燃焼エンジンプラント
の効率を改善する方法にも関する。本発明は、とくに、
動力プラントに利用することができる。動力プラントに
おいて、エンジンはほぼ一定の出力レベルで機械的エネ
ルギを発生し、そこでエンジン運転の高度の最適化が可
能になる。
【0002】
【従来の技術】補助装置を駆動するため、燃焼エンジン
の熱流中の熱エネルギを利用して予熱または加熱するこ
とが知られている。そのような用途において、排気ガス
または過給された供給空気のような、高温熱流から熱エ
ネルギを回収することは有利である。米国特許第418
2127号明細書には、いくつかの異なった熱源を利用
することが開示されている。またヨーロッパ特許出願第
0636779号には、エンジンの高温冷却剤から、排
気ガスからまた過給された供給空気からそれぞれ回収さ
れた熱エネルギを利用することが開示されている。
の熱流中の熱エネルギを利用して予熱または加熱するこ
とが知られている。そのような用途において、排気ガス
または過給された供給空気のような、高温熱流から熱エ
ネルギを回収することは有利である。米国特許第418
2127号明細書には、いくつかの異なった熱源を利用
することが開示されている。またヨーロッパ特許出願第
0636779号には、エンジンの高温冷却剤から、排
気ガスからまた過給された供給空気からそれぞれ回収さ
れた熱エネルギを利用することが開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】文献にはさらに、燃焼
エンジンに供給される過給された空気を何等かの方法で
冷却することがその温度を下げるために必要であること
が記載されているが、この冷却工程において回収された
熱の利用についてはなにも記載されていない。これは、
この種の低温の熱が通常“低質の熱(low-value hea
t)”、すなわち利用する価値のない熱と考えられ、し
たがって利用されないままにされたからである。これは
エンジンの全効率に対して有害であり、その理由は供給
空気の温度が有害な程に高いままであるためである。本
発明の目的は、低質熱流内の利用しうる熱エネルギを利
用して、燃焼エンジンの全効率を改善することである。
エンジンに供給される過給された空気を何等かの方法で
冷却することがその温度を下げるために必要であること
が記載されているが、この冷却工程において回収された
熱の利用についてはなにも記載されていない。これは、
この種の低温の熱が通常“低質の熱(low-value hea
t)”、すなわち利用する価値のない熱と考えられ、し
たがって利用されないままにされたからである。これは
エンジンの全効率に対して有害であり、その理由は供給
空気の温度が有害な程に高いままであるためである。本
発明の目的は、低質熱流内の利用しうる熱エネルギを利
用して、燃焼エンジンの全効率を改善することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、前記請
求項1に記載の過給燃焼エンジンによって達成される。
供給空気がターボ過給機などを通過する前に熱エネルギ
が過給エンジンの供給空気に伝達されるため、ターボ過
給機下流の空気温度はそのような熱伝達のない場合より
も高い。したがって、過給された供給空気の熱エネルギ
は、一層多くかつ一層有利に利用することができる。本
発明に従ってエンジン供給空気を予熱すると、利用可能
な高温の熱または熱エネルギの量は増加する。本明細書
において、“高温”とは上記低質の熱の温度より高く、
かつ公知の熱の利用目的に適した温度を意味する。供給
空気の予熱に利用される熱は低質であるかまたは排熱
で、たとえばターボ過給機下流の同じ供給空気から回収
される熱である。上記目的に利用することは有利なだけ
であって、エンジンの全効率を改善するものであり、そ
の理由は、エンジンに供給される空気の温度を本発明を
実施することなしにはできない程に低下させるからであ
る。
求項1に記載の過給燃焼エンジンによって達成される。
供給空気がターボ過給機などを通過する前に熱エネルギ
が過給エンジンの供給空気に伝達されるため、ターボ過
給機下流の空気温度はそのような熱伝達のない場合より
も高い。したがって、過給された供給空気の熱エネルギ
は、一層多くかつ一層有利に利用することができる。本
発明に従ってエンジン供給空気を予熱すると、利用可能
な高温の熱または熱エネルギの量は増加する。本明細書
において、“高温”とは上記低質の熱の温度より高く、
かつ公知の熱の利用目的に適した温度を意味する。供給
空気の予熱に利用される熱は低質であるかまたは排熱
で、たとえばターボ過給機下流の同じ供給空気から回収
される熱である。上記目的に利用することは有利なだけ
であって、エンジンの全効率を改善するものであり、そ
の理由は、エンジンに供給される空気の温度を本発明を
実施することなしにはできない程に低下させるからであ
る。
【0005】本発明により、たとえば主エンジンによっ
て駆動される発電機のような補助エンジンを冷却する媒
体流の熱エネルギを利用することによって、主エンジン
の全効率を改善することが便利である。とくに高出力装
置において、そのような媒体流はかなりの量の熱エネル
ギを含有している。同様に、燃焼エンジンプラントの冷
却装置から回収される熱も、同じ目的に利用することが
できる。通常、熱交換器は一方の流体流の熱エネルギを
他方の流体流に伝達するため利用され、もっとも有効な
熱伝達は対向流モードにおける熱交換作用によって得ら
れる。全効率に関するもっともよい結果は、通常いくつ
かの異なった熱源を供給空気の予熱のため組合わせて使
用するときに得られる。
て駆動される発電機のような補助エンジンを冷却する媒
体流の熱エネルギを利用することによって、主エンジン
の全効率を改善することが便利である。とくに高出力装
置において、そのような媒体流はかなりの量の熱エネル
ギを含有している。同様に、燃焼エンジンプラントの冷
却装置から回収される熱も、同じ目的に利用することが
できる。通常、熱交換器は一方の流体流の熱エネルギを
他方の流体流に伝達するため利用され、もっとも有効な
熱伝達は対向流モードにおける熱交換作用によって得ら
れる。全効率に関するもっともよい結果は、通常いくつ
かの異なった熱源を供給空気の予熱のため組合わせて使
用するときに得られる。
【0006】本発明は、たとえばディーゼルエンジンの
ような、往復動内燃エンジンの全効率を改善するのにと
くに適している。ディーゼルエンジンは通常のエンジン
で、エンジンは燃料として重油を使用するかまたはガス
エンジンであり、点火燃焼式とすることもできる。熱エ
ンジンは十分に大きいことが有利で、少なくとも0.5
MW、好適には5MWの出力を有する。本発明による装
置において、高温の熱が過給された供給空気から得られ
るとき、発明の目的は少量の余熱しか残さないこととす
べきである。余熱は最高で85℃、好適には70℃とす
ることが推奨される。
ような、往復動内燃エンジンの全効率を改善するのにと
くに適している。ディーゼルエンジンは通常のエンジン
で、エンジンは燃料として重油を使用するかまたはガス
エンジンであり、点火燃焼式とすることもできる。熱エ
ンジンは十分に大きいことが有利で、少なくとも0.5
MW、好適には5MWの出力を有する。本発明による装
置において、高温の熱が過給された供給空気から得られ
るとき、発明の目的は少量の余熱しか残さないこととす
べきである。余熱は最高で85℃、好適には70℃とす
ることが推奨される。
【0007】過給された供給空気から回収される高温の
熱は、地域暖房装置または他の加熱目的に利用するのが
有利である。もしエンジンの燃料が重油であるならば、
熱は燃料の予熱にも利用することができる。高温の熱を
利用する別の方法は、熱を蒸気タービンによって電気に
変換することである。通常、供給空気は大気であり、そ
の温度は環境条件によっていちじるしく変化する。低質
の熱を使用することは、その周囲の空気温度より高いと
きだけ可能である。実際上、このことは利用可能な低質
温度が40℃より高くなければならないことを意味す
る。本発明の他の特徴は前記請求項10および11に記
載されている。以下、本発明の実施例を、単なる例とし
てではあるが、添付図面を特に参照して説明する。
熱は、地域暖房装置または他の加熱目的に利用するのが
有利である。もしエンジンの燃料が重油であるならば、
熱は燃料の予熱にも利用することができる。高温の熱を
利用する別の方法は、熱を蒸気タービンによって電気に
変換することである。通常、供給空気は大気であり、そ
の温度は環境条件によっていちじるしく変化する。低質
の熱を使用することは、その周囲の空気温度より高いと
きだけ可能である。実際上、このことは利用可能な低質
温度が40℃より高くなければならないことを意味す
る。本発明の他の特徴は前記請求項10および11に記
載されている。以下、本発明の実施例を、単なる例とし
てではあるが、添付図面を特に参照して説明する。
【0008】
【発明の実施の形態】図面において、符号1はディーゼ
ルエンジンの型式の燃焼エンジンを示し、燃焼エンジン
1は管3を通って供給されるエンジン用供給空気を装入
するターボ過給機2a,2bを備えている。過給機2b
とエンジン1の間で、供給空気は管4を通って熱交換器
5に達し、熱交換器5は、好適には、矢印16で示され
たような対向流モードで作用する一つまたはいくつかの
熱交換段階を含んでいる。熱交換器5は、後で使用する
ため、過給機2bによって加えられた圧力上昇の結果と
してかなり加熱された供給空気から高温の熱を回収す
る。供給空気は熱交換器5から冷却器6に流通せしめら
れ、冷却器6は同様に対向流モードで作用して、約50
℃の温度を有する、冷却された、過給された供給空気を
ディーゼルエンジン1に供給する。エンジン1は電気を
発生する発電機7を駆動する。エンジンの排気ガスから
回収された熱を利用する通常の熱回収回路は、図示され
ていない。
ルエンジンの型式の燃焼エンジンを示し、燃焼エンジン
1は管3を通って供給されるエンジン用供給空気を装入
するターボ過給機2a,2bを備えている。過給機2b
とエンジン1の間で、供給空気は管4を通って熱交換器
5に達し、熱交換器5は、好適には、矢印16で示され
たような対向流モードで作用する一つまたはいくつかの
熱交換段階を含んでいる。熱交換器5は、後で使用する
ため、過給機2bによって加えられた圧力上昇の結果と
してかなり加熱された供給空気から高温の熱を回収す
る。供給空気は熱交換器5から冷却器6に流通せしめら
れ、冷却器6は同様に対向流モードで作用して、約50
℃の温度を有する、冷却された、過給された供給空気を
ディーゼルエンジン1に供給する。エンジン1は電気を
発生する発電機7を駆動する。エンジンの排気ガスから
回収された熱を利用する通常の熱回収回路は、図示され
ていない。
【0009】液体収容管8,9は、冷却器6を対向流モ
ードで作用する熱交換器10に連結し、冷却器6の低質
の熱を過給機2bに供給される空気に伝達し、供給空気
の温度を上昇させる。循環ポンプ11は所望量の液体流
を管8,9内に発生させる。処理されていない供給空気
の温度は、いちじるしく変化する。もしエンジンが極地
の条件で運転されるならば、供給空気の温度は通常外気
の温度と同じかまたはほとんど同じである。凍結または
湿気の問題があるため、しばしば空気を予熱または他の
方法で処理する必要がある。温暖な気候において、供給
空気の温度は+30℃またはそれ以上になる。管9内に
収容された液体の温度は通常20〜30℃であるが、異
なった用途および異なった大気条件において変化する。
管9から冷却器に流入する液体の温度は、通常2〜20
℃上昇するが、もし流量が少ないかまたは冷却器が熱交
換器としてきわめて有効に作用するならば、それ以上に
上昇する。
ードで作用する熱交換器10に連結し、冷却器6の低質
の熱を過給機2bに供給される空気に伝達し、供給空気
の温度を上昇させる。循環ポンプ11は所望量の液体流
を管8,9内に発生させる。処理されていない供給空気
の温度は、いちじるしく変化する。もしエンジンが極地
の条件で運転されるならば、供給空気の温度は通常外気
の温度と同じかまたはほとんど同じである。凍結または
湿気の問題があるため、しばしば空気を予熱または他の
方法で処理する必要がある。温暖な気候において、供給
空気の温度は+30℃またはそれ以上になる。管9内に
収容された液体の温度は通常20〜30℃であるが、異
なった用途および異なった大気条件において変化する。
管9から冷却器に流入する液体の温度は、通常2〜20
℃上昇するが、もし流量が少ないかまたは冷却器が熱交
換器としてきわめて有効に作用するならば、それ以上に
上昇する。
【0010】図1にはまた、発電機7の冷却装置に連結
された液体冷却器14を含む熱交換器が示されている。
この冷却器14は、管12,13を通して上記熱利用装
置に連結することができる。冷却器14,6は直列また
は並列に連結することができる。適当な循環により、ど
の連結モードがそれぞの場合に一層有利かを解析するこ
とができる。もし要すれば、冷却器14を通る適当な液
体流量を確保するため、また冷却器14,6を通る流量
を適当な値に調節し得るため、循環ポンプ15を設ける
ことができる。上記目的に対して、過給機上流の空気を
加熱するため、利用し得る低質熱流を単独でまたは他の
熱流と一緒に利用して、本発明により装置の全熱効率を
改善することも可能である。
された液体冷却器14を含む熱交換器が示されている。
この冷却器14は、管12,13を通して上記熱利用装
置に連結することができる。冷却器14,6は直列また
は並列に連結することができる。適当な循環により、ど
の連結モードがそれぞの場合に一層有利かを解析するこ
とができる。もし要すれば、冷却器14を通る適当な液
体流量を確保するため、また冷却器14,6を通る流量
を適当な値に調節し得るため、循環ポンプ15を設ける
ことができる。上記目的に対して、過給機上流の空気を
加熱するため、利用し得る低質熱流を単独でまたは他の
熱流と一緒に利用して、本発明により装置の全熱効率を
改善することも可能である。
【0011】図2において、上方の曲線17は本発明に
よる装置におけるディーゼルエンジンの供給空気温度の
変化を、また下方の曲線18は本発明が実施されないと
きの対応する温度変化を示す。部分10′は熱交換器1
0の機能に、部分2b′はターボ過給機2bの機能に、
部分5′は熱交換器5の機能に、そして部分6′は冷却
器6の機能にそれぞれ対応する。T1 は熱交換器10上
流の供給空気の温度を示す。本発明による装置におい
て、供給空気は熱交換器10において約40℃である温
度T2 に加熱されるが、それ以上とすることもできる。
本発明の装置を備えていないとき、供給空気は過給機2
bに温度T1 で入り、過給機2bの下流で通常200〜
230℃である温度T3 に達する。本発明が実施される
とき、空気は過給機2bによって、温度T2 からT3 よ
りかなり高く通常240℃である温度T4 に加熱され
る。熱交換器5において、高温の熱が利用するため回収
される。
よる装置におけるディーゼルエンジンの供給空気温度の
変化を、また下方の曲線18は本発明が実施されないと
きの対応する温度変化を示す。部分10′は熱交換器1
0の機能に、部分2b′はターボ過給機2bの機能に、
部分5′は熱交換器5の機能に、そして部分6′は冷却
器6の機能にそれぞれ対応する。T1 は熱交換器10上
流の供給空気の温度を示す。本発明による装置におい
て、供給空気は熱交換器10において約40℃である温
度T2 に加熱されるが、それ以上とすることもできる。
本発明の装置を備えていないとき、供給空気は過給機2
bに温度T1 で入り、過給機2bの下流で通常200〜
230℃である温度T3 に達する。本発明が実施される
とき、空気は過給機2bによって、温度T2 からT3 よ
りかなり高く通常240℃である温度T4 に加熱され
る。熱交換器5において、高温の熱が利用するため回収
される。
【0012】通常80〜90℃の温度T5 は、本発明を
実施しないときならびに実施するときの、熱交換器5の
下流の圧縮された供給空気の温度である。このことは、
本発明による装置において、利用のため、本発明が実施
されないときよりいちじるしく高温の熱または熱エネル
ギを回収し得ることを意味する。冷却器6において、圧
縮された供給空気の温度は、本発明が実施されないとき
もまた実施されるときもほぼ同じである、温度T6 に低
下する。通常、温度T6 は最高で約50℃である。温度
T1 は、極地条件の0℃以下であってさえも通常30℃
以下である。図2が本発明の一実施例を示すに過ぎない
ことを認識すべきである。冷却器6および熱交換器5の
いずれか一方または双方の機能的有効性を調節すること
により、一層好適な結果が得られる。熱交換器5から回
収された高温の熱または熱エネルギは、地域暖房の供
給、重油の予熱、蒸気発生および他の用途のすべてまた
はいずれかに適している。本発明は図示された実施例に
限定されるものと考えるべきでなく、その理由は、特許
請求の範囲と同じ特徴であるものの必らずしも文字通り
各項の記載どおりではないいくつかの変形が可能である
からである。
実施しないときならびに実施するときの、熱交換器5の
下流の圧縮された供給空気の温度である。このことは、
本発明による装置において、利用のため、本発明が実施
されないときよりいちじるしく高温の熱または熱エネル
ギを回収し得ることを意味する。冷却器6において、圧
縮された供給空気の温度は、本発明が実施されないとき
もまた実施されるときもほぼ同じである、温度T6 に低
下する。通常、温度T6 は最高で約50℃である。温度
T1 は、極地条件の0℃以下であってさえも通常30℃
以下である。図2が本発明の一実施例を示すに過ぎない
ことを認識すべきである。冷却器6および熱交換器5の
いずれか一方または双方の機能的有効性を調節すること
により、一層好適な結果が得られる。熱交換器5から回
収された高温の熱または熱エネルギは、地域暖房の供
給、重油の予熱、蒸気発生および他の用途のすべてまた
はいずれかに適している。本発明は図示された実施例に
限定されるものと考えるべきでなく、その理由は、特許
請求の範囲と同じ特徴であるものの必らずしも文字通り
各項の記載どおりではないいくつかの変形が可能である
からである。
【図1】本発明による燃焼エンジン動力プラントの流れ
図。
図。
【図2】図1の動力プラントの典型的温度変化曲線の略
図。
図。
1 燃焼エンジン 2a ターボ過給機 2b ターボ過給機 3 管 4 管 5 熱交換器 6 冷却器 7 発電機 8 管 9 管 10 熱交換器 11 循環ポンプ 12 管 13 管 14 冷却器 15 循環ポンプ
Claims (11)
- 【請求項1】 燃焼エンジンプラントであって、燃焼エ
ンジン(1)、過給機(2b)、空気を該過給機(2
b)に供給する第1空気供給手段(3)および過給され
た空気を前記過給機から燃焼エンジン(1)に供給する
第2空気供給手段(4)を含む空気供給手段、熱源手段
および該プラントから熱を回収する熱回収手段を含む燃
焼エンジンプラントにおいて、前記熱回収手段が前記熱
源手段から回収された低質の熱を前記第1空気供給手段
(3)に供給して前記過給機(2b)に入る供給空気の
温度を上昇せしめ、前記過給機(2b)において圧縮さ
れた供給空気から回収しうる熱の量を一層多くする伝達
手段(6,8,9,10)を含むことを特徴とする燃焼
エンジンプラント。 - 【請求項2】 前記熱源手段は供給空気が前記過給機
(2b)において圧縮された後に、かつ前記圧縮された
供給空気に含まれる高温の熱が一般用に回収された後
に、前記第2空気供給手段(4)における供給空気内に
存在する余熱を含む請求項1に記載の燃焼エンジンプラ
ント。 - 【請求項3】 このプラントが前記エンジン(1)によ
って駆動される機械(7)および該機械(7)を冷却す
るための熱交換媒体流動手段(12〜15)を含むこ
と、および前記熱源手段が前記機械(7)から熱を抽出
した後の熱交換媒体流動手段の熱交換媒体を含む請求項
1または2に記載の燃焼エンジンプラント。 - 【請求項4】 前記熱源手段が前記エンジン(1)の冷
却装置から回収された熱を含む請求項1から3のいずれ
か一項に記載の燃焼エンジンプラント。 - 【請求項5】 前記熱源手段が複数の別々の熱源を含む
請求項1から4のいずれか一項に記載の燃焼エンジンプ
ラント。 - 【請求項6】 前記エンジン(1)が往復動内燃エンジ
ン、好適にはディーゼルエンジン(1)である請求項1
から5のいずれか一項に記載の燃焼エンジンプラント。 - 【請求項7】 前記エンジン(1)の出力が少なくとも
0.5MW、好適には5MWである請求項1から6のい
ずれか一項に記載の燃焼エンジンプラント。 - 【請求項8】 前記圧縮された前記供給空気の低質の余
熱の温度が最高で85℃、好適には最高で70℃である
請求項1から7のいずれか一項に記載の燃焼エンジンプ
ラント。 - 【請求項9】 前記低質の熱の温度が40℃以上である
請求項1から8のいずれか一項に記載の燃焼エンジンプ
ラント。 - 【請求項10】 エンジンおよび該エンジンに供給され
る供給空気を過給する過給機を含む過給燃焼エンジン装
置において、該装置が前記過給機(2b)の上流に前記
供給空気(3)を予熱するための手段(10)を備えて
いることを特徴とする過給燃焼エンジン装置。 - 【請求項11】 燃焼エンジンプラントの効率を改善す
る方法であって、燃焼エンジンに供給する前に空気を過
給することを含む方法において、前記供給空気が過給さ
れる前に燃焼エンジンプラントの少なくとも一つの熱源
の熱を利用して予熱されることを特徴とする方法。
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FI952869 | 1995-06-12 |
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- 1996-06-10 DK DK96304345T patent/DK0750106T3/da active
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