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EP2045521B1 - Brenner mit einer Verdampferkammer - Google Patents

Brenner mit einer Verdampferkammer Download PDF

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Publication number
EP2045521B1
EP2045521B1 EP08165000.4A EP08165000A EP2045521B1 EP 2045521 B1 EP2045521 B1 EP 2045521B1 EP 08165000 A EP08165000 A EP 08165000A EP 2045521 B1 EP2045521 B1 EP 2045521B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
side wall
evaporator chamber
burner
evaporator
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Not-in-force
Application number
EP08165000.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2045521A3 (de
EP2045521A2 (de
Inventor
Josef Wueest
Claude Minder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Glutz AG
Original Assignee
Glutz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Glutz AG filed Critical Glutz AG
Publication of EP2045521A2 publication Critical patent/EP2045521A2/de
Publication of EP2045521A3 publication Critical patent/EP2045521A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2045521B1 publication Critical patent/EP2045521B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/44—Preheating devices; Vaporising devices
    • F23D11/441—Vaporising devices incorporated with burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/44—Preheating devices; Vaporising devices
    • F23D11/441—Vaporising devices incorporated with burners
    • F23D11/443—Vaporising devices incorporated with burners heated by the main burner flame
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/44—Preheating devices; Vaporising devices
    • F23D11/441—Vaporising devices incorporated with burners
    • F23D11/448—Vaporising devices incorporated with burners heated by electrical means

Definitions

  • the invention relates to a burner with an evaporator chamber referred to in the preamble of claim 1 Art.
  • Such an evaporator burner is designed for the combustion of liquid fuels such as commercial heating oil of various qualities or kerosene and is particularly suitable for heating systems of residential buildings, but also of non-residential buildings, where a rather low heating power in the range of a few kilowatts is sufficient.
  • the heat generated by the burner when burning the fuel for example, heats water in a boiler.
  • the liquid fuel is vaporized under heat, mixed with air and then burned.
  • An evaporator burner referred to in the preamble of claim 1 is known from the WO 00/12935 known.
  • the evaporator burner is located below the boiler. This burner has an evaporator chamber whose interior is delimited by a bottom and a cylindrical wall.
  • the evaporator chamber is electrically preheated at the start of the burner. As soon as the flame burns, the evaporator chamber is then heated by the hot combustion gases flowing past the evaporator chamber, which is achieved by means of a deflecting collar. Once the evaporator chamber has reached a predetermined temperature, which is monitored by means of a temperature sensor, the electric heater can be turned off.
  • Within the evaporator chamber is a rotating mixing wheel which swirls the supplied air and mixes it with the fuel vaporized on the wall of the evaporator chamber.
  • WO 2004/109183 is another evaporator burner with a same evaporator chamber known.
  • This evaporator burner is designed as a tumble burner and is mounted on top of the boiler. The flame burns below the evaporator chamber. The rising hot combustion gases heat the evaporator chamber directly.
  • evaporator burners are designed as modulating burners, i. Their heating power can be steplessly controlled in a predetermined work area. The working range is typically about 5 to 15 kW. However, there are also evaporator burners with a heating power of 3-9 kW or 10-30 kW.
  • burners can on the wall of the evaporator chamber and the mixing wheel over time deposits, in particular a layer of coke, form, which stems from the fact that fuel components with a higher boiling point remain on the wall and not evaporate or on the mixing wheel condense.
  • the invention has for its object to prevent the formation of such a coke layer.
  • the Fig. 1 shows a vertical section through the necessary for understanding the invention parts of a designed as a tumble burner evaporator burner.
  • the evaporator burner comprises an evaporator chamber 1, a blower 2, an electric motor for driving the blower 2, an atomizer cup 3, a mixing wheel 4 and a flame holder 5.
  • the flame burns on the outer wall of the flame holder 5.
  • the blower 2 comprises two rotors 7 and 8, which are mounted on a drive shaft 6 driven by the motor.
  • the rotors 7, 8 convey combustion air into the evaporator chamber 1.
  • the flame holder 5 contains a lid and rests on the evaporator chamber 1.
  • the evaporator chamber 1 is a chamber open to the flame holder 5 with a bottom 12 and a side wall 13.
  • the space enclosed by the bottom 12 and the side wall 13 of the evaporator chamber 1 space forms a mixing and evaporator zone.
  • an electric heater 14 is integrated in the wall of the evaporator chamber 1.
  • the atomizer cup 3 and the mixing wheel 4 are also mounted on the drive shaft 6 in this embodiment, ie the atomizer cup 3, the mixing wheel 4 and the rotors 7, 8 of the blower 2 rotate together at the same speed.
  • the atomizer cup 3 and the mixing wheel 4 could also be driven separately.
  • a fuel pump 15 delivers liquid fuel through a fuel line 16, which projects into the atomizer cup 3. The conveyed fuel flows or drips on the inner wall of the atomizer cup 3.
  • the fuel flows under the action of centrifugal force against the outer edge of the atomizer cup 3, is thrown off the edge and impinges on the inner wall of the evaporator chamber 1. Simultaneously is conveyed by the rotors 7, 8 of the blower 2 combustion air. A certain proportion of the combustion air flows outside the atomizer cup 3 directly into the evaporator chamber 1, another portion of the combustion air passes through openings in the bottom of the atomizer cup 3 into the interior of the atomizer cup 3 and the mixing wheel 4.
  • the rotary mixing wheel 4 serves to supply To redirect combustion air into the evaporator chamber 1, to swirl and with the vaporized To mix fuel oil vapor.
  • Such an evaporator burner can be designed as a tumble burner as shown, but it can also be designed for any other installation position, for example, a horizontal mounting position. It is suitable for use with condensing boilers as well as boilers of other types.
  • the atomizer cup 3 is advantageously designed as a wave-shaped surface.
  • the fuel supplied via the fuel line 16 flows or drips into a wave trough 9, migrates outwards due to the centrifugal force to a shaft maximum 10 and to a lower edge 10 than the shaft maximum 11.
  • the inner wall of the evaporator chamber 1 is bounded by a bottom 12 and a side wall 13 adjacent to the bottom 12.
  • the side wall 13 terminates at a projection 18 on which the flame holder 5 is seated.
  • the bottom 12 is a flat surface
  • the side wall 13 is formed according to the invention in this embodiment as a curved surface.
  • Seen from the bottom 12, the side wall 13 is a convex surface that extends to the projection 18. This results in a stepless transition from the bottom 12 to the side wall 13 and further to the projection 18, i. the transition from the bottom 12 to the side wall 13 is rounded.
  • the evaporator chamber 1 thus contains neither corners nor edges.
  • the side wall 13 is advantageously a part of the outer surface of a torus, which is a circular arc 17 in cross-section, as shown in the Fig. 1 is shown.
  • the radius of curvature of the circular arc 17 is for example 16 mm.
  • the circular arc 17 extends over an angle ⁇ , which is preferably greater than 90 °.
  • the Fig. 2 shows a further embodiment of the evaporator chamber 1 in section, in which the side wall 13 includes a straight portion 19.
  • the transition from the bottom 12 to the straight portion 19 of the side wall 13 is a first circular arc 20, which is characterized by a first radius of curvature R 1 .
  • the transition from the straight portion 19 to the projection 18 is a second circular arc 21, which is characterized by a second radius of curvature R 2 .
  • the first radius of curvature R 1 , the second radius of curvature R 2 and the length L of the straight portion 19 are determined according to the space conditions.
  • the smallest distance between the side wall 13 and the mixing wheel 4 is greater than in the Fig. 2 illustrated embodiment.
  • the smallest distance between the side wall 13 and the mixing wheel 4 is at most about 4.5 mm.
  • the smallest distance between any point on the mixing wheel 4 and any point on the side wall 13 more than 5 millimeters, typically 8 millimeters. Even a small increase in the smallest distance between the side wall 13 and the mixing wheel 4 causes more air circulates in this area and thus to a reduction of deposits.
  • the advantage of the inventive evaporator chamber is that there are no dead spaces for the flow of air, because in all embodiments, the side wall 13 is continuously formed from the bottom 12 to the projection 18.
  • vortices form in corners and behind edges, and the flow of air there is almost zero.
  • the heat which is discharged from the evaporator chamber to the inside, poorly dissipated, resulting in a higher temperature of the mixing wheel 4, the evaporator chamber and the surrounding air.
  • Hot oil vapors form long-chain hydrocarbons at such sites, which deposit as coke, which is difficult to dissolve, evaporate or burn.
  • Another advantage is that the mixing wheel 4 has a greater distance to the evaporator chamber 1. As a result, less oil vapor reaches the mixing wheel 4 and the temperature of the mixing wheel 4 is lower. Both effects cause the mixing wheel 4 scoffs less.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einer Verdampferkammer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
  • Ein solcher Verdampferbrenner ist ausgelegt für die Verbrennung von flüssigen Brennstoffen wie handelsüblichem Heizöl verschiedener Qualität oder Kerosin und eignet sich insbesondere für Heizungsanlagen von Wohnbauten, aber auch von Nichtwohnbauten, bei denen eine eher geringe Heizleistung im Bereich von wenigen Kilowatt ausreicht. Die vom Brenner beim Verbrennen des Brennstoffs erzeugte Wärme heizt beispielsweise Wasser in einem Heizkessel auf. Bei einem Verdampferbrenner wird der flüssige Brennstoff unter Wärmeeinwirkung verdampft, mit Luft vermischt und dann verbrannt.
  • Ein Verdampferbrenner der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der WO 00/12935 bekannt. Der Verdampferbrenner ist unterhalb des Heizkessels angeordnet. Dieser Brenner weist eine Verdampferkammer auf, deren Innenraum durch einen Boden und eine zylinderförmige Wand begrenzt ist. Die Verdampferkammer wird beim Start des Brenners elektrisch vorgeheizt. Sobald die Flamme brennt, erfolgt dann eine Beheizung der Verdampferkammer durch die an der Verdampferkammer vorbeiströmenden heissen Verbrennungsgase, was mittels eines Umlenkkragens erreicht wird. Sobald die Verdampferkammer eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat, was mittels eines Temperaturfühlers überwacht wird, kann die elektrische Heizung ausgeschaltet werden. Innerhalb der Verdampferkammer befindet sich ein rotierendes Mischrad, das die zugeführte Luft verwirbelt und mit dem an der Wand der Verdampferkammer verdampften Brennstoff vermischt.
  • Aus der WO 2004/109183 ist ein weiterer Verdampferbrenner mit einer gleichen Verdampferkammer bekannt. Dieser Verdampferbrenner ist als Sturzbrenner ausgeführt und wird oben am Heizkessel montiert. Die Flamme brennt unterhalb der Verdampferkammer. Die aufsteigenden heissen Verbrennungsgase heizen die Verdampferkammer direkt auf.
  • Aus der EP 1162403 ist ein Brenner mit einer Verdampferkammer bekannt, deren Innenraum durch einen Boden und eine Wand mit mehrfach abgestuften Flächen begrenzt ist.
  • Diese bekannten Verdampferbrenner sind als modulierende Brenner konzipiert, d.h. ihre Heizleistung kann in einem vorbestimmten Arbeitsbereich stufenlos gesteuert werden. Der Arbeitsbereich beträgt typischerweise etwa 5 bis 15 kW. Es gibt jedoch auch Verdampferbrenner mit einer Heizleistung von 3-9 kW oder 10-30 kW.
  • Bei diesen Brennern können sich an der Wand der Verdampferkammer und am Mischrad im Laufe der Zeit Ablagerungen, insbesondere eine Schicht aus Koks, bilden, die daher rührt, dass Brennstoffanteile mit einem höheren Siedepunkt an der Wand zurückbleiben und nicht verdampfen oder auf dem Mischrad kondensieren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bildung einer solchen Koksschicht zu verhindern.
  • Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt einen als Sturzbrenner ausgelegten Verdampferbrenner mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Verdampferkammer, und
    Fig. 2
    zeigt im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Verdampferkammer.
  • Die Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch die für das Verständnis der Erfindung nötigen Teile eines als Sturzbrenner ausgelegten Verdampferbrenners. Der Verdampferbrenner umfasst eine Verdampferkammer 1, ein Gebläse 2, einen elektrischen Motor für den Antrieb des Gebläses 2, einen Zerstäuberbecher 3, ein Mischrad 4 und einen Flammenhalter 5. Die Flamme brennt an der Aussenwand des Flammenhalters 5. Das Gebläse 2 umfasst zwei Rotoren 7 und 8, die auf einer vom Motor angetriebenen Antriebswelle 6 befestigt sind. Die Rotoren 7, 8 fördern Verbrennungsluft in die Verdampferkammer 1. Der Flammenhalter 5 enthält einen Deckel und sitzt auf der Verdampferkammer 1 auf. Die Verdampferkammer 1 ist eine zum Flammenhalter 5 hin offene Kammer mit einem Boden 12 und einer Seitenwand 13. Der vom Boden 12 und der Seitenwand 13 der Verdampferkammer 1 umschlossene Raum bildet eine Misch- und Verdampferzone. In die Wand der Verdampferkammer 1 ist eine elektrische Heizeinrichtung 14 integriert. Der Zerstäuberbecher 3 und das Mischrad 4 sind bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls auf der Antriebswelle 6 befestigt, d.h. der Zerstäuberbecher 3, das Mischrad 4 und die Rotoren 7, 8 des Gebläses 2 rotieren miteinander mit der gleichen Geschwindigkeit. Der Zerstäuberbecher 3 und das Mischrad 4 könnten aber auch separat angetrieben werden. Eine Brennstoffpumpe 15 fördert flüssigen Brennstoff durch eine Brennstoffleitung 16, die in den Zerstäuberbecher 3 hineinragt. Der geförderte Brennstoff fliesst oder tropft auf die innere Wand des Zerstäuberbechers 3. Wegen der Drehung des Zerstäuberbechers 3 fliesst der Brennstoff unter der Wirkung der Zentrifugalkraft gegen den äusseren Rand des Zerstäuberbechers 3, wird vom Rand weggeschleudert und trifft auf die Innenwand der Verdampferkammer 1. Gleichzeitig wird durch die Rotoren 7, 8 des Gebläses 2 Verbrennungsluft gefördert. Ein gewisser Anteil der Verbrennungsluft strömt aussen am Zerstäuberbecher 3 entlang direkt in die Verdampferkammer 1, ein anderer Anteil der Verbrennungsluft gelangt durch Öffnungen im Boden des Zerstäuberbechers 3 in das Innere des Zerstäuberbechers 3 und zum Mischrad 4. Das rotierende Mischrad 4 dient dazu, die zugeführte Verbrennungsluft in die Verdampferkammer 1 umzuleiten, zu verwirbeln und mit dem verdampften Heizöldampf zu vermischen. Ein solcher Verdampferbrenner kann wie dargestellt als Sturzbrenner ausgeführt sein, er kann aber auch für jede andere Einbaulage, beispielsweise auch eine horizontale Einbaulage, konzipiert sein. Er eignet sich für die Verwendung mit kondensierenden Kesseln wie mit Kesseln anderer Bauart.
  • Der Zerstäuberbecher 3 ist mit Vorteil als wellenförmige Fläche gestaltet. Der über die Brennstoffleitung 16 zugeführte Brennstoff fliesst oder tropft in ein Wellental 9, wandert infolge der Zentrifugalkraft nach aussen auf ein Wellenmaximum 10 und zu einem tiefer als das Wellenmaximum 10 gelegenen Rand 11.
  • Die Innenwand der Verdampferkammer 1 ist durch einen Boden 12 und eine an den Boden 12 angrenzende Seitenwand 13 begrenzt. Die Seitenwand 13 endet an einem Vorsprung 18, auf dem der Flammenhalter 5 sitzt. Der Boden 12 ist eine ebene Fläche, die Seitenwand 13 ist bei diesem Ausführungsbeispiel erfindungsgemäss als gekrümmte Fläche ausgebildet. Vom Boden 12 aus gesehen ist die Seitenwand 13 eine konvexe Fläche, die sich bis zum Vorsprung 18 hinzieht. Dadurch ergibt sich ein stufenloser Übergang vom Boden 12 zur Seitenwand 13 und weiter bis zum Vorsprung 18, d.h. der Übergang vom Boden 12 zur Seitenwand 13 ist abgerundet. Die Verdampferkammer 1 enthält somit weder Ecken noch Kanten.
  • Die Seitenwand 13 ist mit Vorteil ein Teil der Aussenfläche eines Torus, die im Querschnitt ein Kreisbogen 17 ist, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist. Der Krümmungsradius des Kreisbogens 17 beträgt beispielsweise 16 mm. Der Kreisbogen 17 erstreckt sich über einen Winkel ϕ, der bevorzugt grösser als 90° ist.
  • Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Verdampferkammer 1 im Schnitt, bei dem die Seitenwand 13 einen geraden Abschnitt 19 enthält. Der Übergang vom Boden 12 zum geraden Abschnitt 19 der Seitenwand 13 ist ein erster Kreisbogen 20, der durch einen ersten Krümmungsradius R1 charakterisiert ist. Der Übergang vom geraden Abschnitt 19 zum Vorsprung 18 ist ein zweiter Kreisbogen 21, der durch einen zweiten Krümmungsradius R2 charakterisiert ist.
  • Der erste Krümmungsradius R1, der zweite Krümmungsradius R2 und die Länge L des geraden Abschnitts 19 werden entsprechend den Platzverhältnissen festgelegt.
  • Das in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Verdampferkammer 1, bei dem die Seitenwand 13 keinen geraden Abschnitt aufweist, bietet bei gleicher Aussengeometrie der Verdampferkammer 1 den Vorteil, dass die kleinste Entfernung zwischen der Seitenwand 13 und dem Mischrad 4 grösser ist als bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel. Bei einer herkömmlichen Verdampferkammer mit rechteckförmigem Querschnitt beträgt die kleinste Entfernung zwischen der Seitenwand 13 und dem Mischrad 4 höchstens etwa 4.5 mm. Bei einer Verdampferkammer 1 gemäss der Erfindung beträgt die kleinste Entfernung zwischen einem beliebigen Punkt auf dem Mischrad 4 und einem beliebigen Punkt auf der Seitenwand 13 mehr als 5 Millimeter, typischerweise 8 Millimeter. Bereits eine kleine Zunahme der kleinsten Entfernung zwischen der Seitenwand 13 und dem Mischrad 4 führt dazu, dass in diesem Bereich mehr Luft zirkuliert und damit zu einer Reduzierung der Ablagerungen.
  • Der Vorteil der erfindungsgemässen Verdampferkammer ist, dass sich für die Strömung der Luft keine Toträume ergeben, weil bei allen Ausführungsbeispielen die Seitenwand 13 vom Boden 12 bis zum Vorsprung 18 hin stufenlos ausgebildet ist. Bei den herkömmlichen Verdampferkammern bilden sich in Ecken und hinter Kanten Wirbel und die Strömung der Luft ist dort annähernd Null. Dadurch wird die Wärme, die von der Verdampferkammer nach innen abgegeben wird, schlecht abgeführt, was zu einer höheren Temperatur des Mischrads 4, der Verdampferkammer und der umgebenden Luft führt. Heisse Öldämpfe bilden an solchen Stellen langkettige Kohlenwassermoleküle, die sich als Koks ablagern, der sich nur schwer wieder auflöst oder verdampft oder verbrennt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das Mischrad 4 eine grössere Distanz zur Verdampferkammer 1 hat. Dadurch gelangen weniger Öldämpfe an das Mischrad 4 und die Temperatur des Mischrads 4 ist tiefer. Beide Effekte führen dazu, dass das Mischrad 4 weniger versottet.

Claims (2)

  1. Brenner mit einer Verdampferkammer (1), einem Zerstäuberbecher (3), einer Brennstoffpumpe (15) für die Förderung von Brennstoff zum Zerstäuberbecher (3), einem Gebläse (2) für die Förderung von Verbrennungsluft in die Verdampferkammer (1), einem Mischrad (4) und einem Flammenhalter (5), wobei der Zerstäuberbecher (3) und das Mischrad (4) in der Verdampferkammer (1) angeordnet sind, wobei die Verdampferkammer (1) eine zum Flammenhalter (5) hin offene Kammer ist, die durch einen Boden (12) und eine an den Boden angrenzende Seitenwand (13) begrenzt ist, wobei die Seitenwand (13) an einem Vorsprung (18) endet, wobei der Flammenhalter (5) auf dem Vorsprung (18) sitzt und wobei die Flamme im Betrieb an einer Aussenwand des Flammenhalters (5) brennt, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (13) gegen den Boden (12) hin als gekrümmte Fläche und gegen den Vorsprung (18) hin als gekrümmte Fläche ausgebildet ist, so das der Übergang vom Boden (12) zur Seitenwand (13) und vom Vorsprung (18) zur Seitenwand (13) stufenlos ist.
  2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geringste Entfernung zwischen einem beliebigen Punkt des Mischrads (4) und einem beliebigen Punkt der Seitenwand (13) mehr als 5 mm beträgt.
EP08165000.4A 2007-10-01 2008-09-24 Brenner mit einer Verdampferkammer Not-in-force EP2045521B1 (de)

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CH01561/07A CH700919B1 (de) 2007-10-01 2007-10-01 Brenner mit einer Verdampferkammer.

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EP2045521A2 EP2045521A2 (de) 2009-04-08
EP2045521A3 EP2045521A3 (de) 2014-03-05
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CH (1) CH700919B1 (de)

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EP2045521A3 (de) 2014-03-05
EP2045521A2 (de) 2009-04-08

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