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WO2001006179A1 - Überwachungsvorrichtung für ölbrenner - Google Patents

Überwachungsvorrichtung für ölbrenner Download PDF

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WO2001006179A1
WO2001006179A1 PCT/DE2000/002193 DE0002193W WO0106179A1 WO 2001006179 A1 WO2001006179 A1 WO 2001006179A1 DE 0002193 W DE0002193 W DE 0002193W WO 0106179 A1 WO0106179 A1 WO 0106179A1
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WO
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flame
phase
iii
threshold
during
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marco Techt
Rudolf Haug
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Karl Dungs GmbH and Co KG
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Karl Dungs GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/08—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/08—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
    • F23N5/082—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M11/00—Safety arrangements
    • F23M11/04—Means for supervising combustion, e.g. windows
    • F23M11/045—Means for supervising combustion, e.g. windows by observing the flame
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2239/00—Fuels
    • F23N2239/06—Liquid fuels

Definitions

  • the invention relates to a device for flame monitoring of oil burners, in particular of yellow or blue burning oil burners, comprising a flame sensor detecting the illuminance in the combustion chamber and a monitoring circuit controlling the fuel supply as a function of the detected illuminance with a light threshold for the startup phase of the oil burner, above which an error message takes place, and with a higher than the light threshold dark threshold for the stabilization and operating phase of the oil burner, below which an error message occurs.
  • the European standard EN 230 allows the use of flame sensors (flame sensors) for monitoring oil burners, which have an illuminance of at least 1 lx (lux) in the visible range. Furthermore, the standard requires a "negative switching difference", ie the bright message before fuel-free (extraneous light) must be given at lower illuminance levels than a dark message when the flame goes out during operation (flame failure).
  • the illuminance detected by a flame sensor in the combustion chamber must not exceed the light threshold B max (I), otherwise the fuel supply is stopped.
  • the safety phase II following the start-up phase is the maximum time from when the fuel valves are opened, during which fuel can flow into the combustion chamber without the formation of a flame.
  • the detected illuminance must not fall below the dark threshold B m j_ n (III, IV) (> B max (D) occurring in the event of a flame failure, otherwise the fuel supply is stopped.
  • Yellow-burning oil burners have a high lighting intensity in the visible range.
  • Blue-burning oil burners blue burners
  • the different courses of the illuminance for yellow burners (a) and blue burners (B) are shown in FIG. 2.
  • Another problem can be short-circuits on the conductor tracks of the burner control, short-circuits in the supply lines to the flame monitor or other short-circuits that can occur during operation with a flame. With such a short circuit, it is not possible to register a flame failure.
  • this object is achieved in that the dark threshold during the stabilization phase is higher than the dark threshold during the subsequent operating phase.
  • the higher dark threshold was introduced during the stabilization phase or after the safety phase, so that increased illuminance is required during the stabilization phase. Since a blue burner starts up as a yellow burner and is only driven into the blue area during operation, an increased lighting signal is also available during the stabilization phase. The requirement of increased illuminance during the stabilization phase or after the safety time also reduces the risk of short circuits with contact resistance.
  • the dark threshold during the stabilization phase is chosen to be higher than the illuminance during its operating phase. Low illuminance is required during operation to ensure safe operation for blue burners.
  • the monitoring circuit has, at least for the operating phase, a maximum light threshold above the dark threshold, above which the fuel supply is interrupted.
  • This maximum light threshold is preferably also provided for the stabilization phase and for a safety phase provided between the start-up phase and the stabilization phase.
  • the conventional monitoring process was supplemented by an additional maximum light threshold for short-circuit detection (low-impedance short-circuits).
  • the short-circuit detection can rule out the case of an undetected flame simulation (eg due to a fuel valve, a defective flame monitor lead, etc.).
  • the monitoring circuit according to the invention can be implemented, for example, by means of hardware with different switching thresholds or by means of analog value detection with definition of different switching thresholds via software.
  • the invention also relates to corresponding monitoring methods and automatic firing systems which work or are equipped with such a flame monitoring device.
  • Fig. 1 is a monitoring diagram of an inventive
  • Flame monitoring device with schematically indicated temporal courses of the illuminance of yellow (a) and for blue (b) burning oil burners;
  • Fig. 2 is a monitoring diagram of a conventional monitoring with schematically indicated temporal profiles of the illuminance of yellow (a) and for blue (b) burning oil burners.
  • the evaluation of the flame signal is changed in the monitoring diagram according to FIG. 1.
  • the monitoring diagram shown in FIG. 2 was achieved by an additional maximum light threshold B max for short-circuit detection (low-impedance short circuits) during the safety, stabilization and operating phases II, III, IV and by a higher dark threshold B m -j_ during stabilization phase III.
  • n (III) added for increased illuminance.
  • the short-circuit detection can rule out the case of a flame simulation.
  • an illuminance becomes higher than B m; y_ n (III) required. Since a blue burner starts to ignite as a yellow burner and is only driven into the blue area during operation, an increased lighting signal is also present during stabilization phase III.
  • the dark threshold B mj _ n (IV) is then lowered in order to also permit lower illuminance and thus to ensure safe operation for blue burners.
  • the requirement of an increased illuminance B m -j_ n (III) after the safety time II reduces the risk of short circuits with contact resistance.
  • the monitoring diagram shown in FIG. 1 thus offers the following advantages:
  • Short circuits during the operating times with flame formation i.e. during the stabilization phase III and the operating phase IV, are reliably recognized.
  • a single flame sensor type LDR (light depending resistor) can be used for yellow and blue burners, which increases efficiency.
  • the LDR can instead the commonly used IRD (infrared flicker detector), which is much more expensive than the LDR.
  • a device for flame monitoring of oil burners in particular of yellow or blue burning oil burners, comprises a flame sensor detecting the illuminance in the combustion chamber and a monitoring circuit controlling the fuel supply depending on the detected illuminance with a light threshold B max (I) for the start-up phase I of the oil burner, above of an error message, is, and is effected with a higher than the light threshold B max (I) lying dark threshold B m i n (III, IV) for the stabilization and the operating phase III, IV of the Olbrenners below which an error message
  • the dark threshold B m j_ n (III) during the stabilization phase III is higher than the dark threshold B m -j_ n (IV) during the subsequent operating phase IV.
  • the same flame sensor can be used to monitor yellow and blue-burning oil burners.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Combustion (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung zur Flammenüberwachung von Ölbrennern, insbesondere von gelb oder blau brennenden Ölbrennern, umfasst einen die Beleuchtungsstärke im Brennraum erfassenden Flammensensor und eine die Brennstoffzufuhr abhängig von der erfassten Beleuchtungsstärke steuernde Überwachungsschaltung mit einer Hellschwelle (Bmax(I)) für die Anlaufphase (I) des Ölbrenners, oberhalb der eine Fehlermeldung erfolgt, wird, und mit einer höher als die Hellschwelle (Bmax(I)) liegenden Dunkelschwelle (Bmin(III, IV)) für die Stabilisierungs- und die Betriebsphase (III, IV) des Ölbrenners, unterhalb der eine Fehlermeldung erfolgt. Dabei ist die Dunkelschwelle (Bmin(III)) während der Stabilisierungsphase (III) höher als die Dunkelschwelle (Bmin(IV)) während der nachfolgenden Betriebsphase (IV). So kann zur Überwachung von gelb- und blaubrennenden Ölbrennern der gleiche Flammensensor verwendet werden.

Description

ÜberwachunαsVorrichtung für Ölbrenner
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flammenüberwachung von Ölbrennern, insbesondere von gelb oder blau brennenden Olbrennem, umfassend einen die Beleuchtungsstärke im Brennraum erfassenden Flammensensor und eine die Brennstoffzufuhr abhängig von der erfaßten Beleuchtungsstärke steuernde Überwachungsschaltung mit einer Hellschwelle für die Anlaufphase des Olbrenners, oberhalb der eine Fehlermeldung erfolgt, und mit einer höher als die Hellschwelle liegenden Dunkelschwelle für die Stabilisierungs- und die Betriebsphase des Olbrenners, unterhalb der eine Fehlermeldung auftritt. Die europäische Norm EN 230 erlaubt zur Überwachung von Ölbrennern den Einsatz von Flammensensoren (Flammenfühler) , die im sichtbaren Bereich eine Beleuchtungsstärke von mindestens 1 lx (Lux) haben. Weiterhin fordert die Norm eine "negative Schaltdifferenz", d.h. die Hellmeldung vor Brennstofffreig be (Fremdlicht) muß bei kleineren Beleuchtungsstärken erfolgen als eine Dunkelmeldung bei Erlöschen der Flamme im Betrieb (Flammenausfall) .
Diese Anforderungen an das Flammensignal sind in Fig. 2 anhand des Anlaufvorgangs eines herkömmlichen Feuerungsautomaten verdeutlicht. Die Werte, die das Flammensignal nicht annehmen darf sind schraffiert dargestellt. Andernfalls erfolgt eine Fehlermeldung und die Brennstoffzufuhr wird gestoppt .
Während der Anlaufphase I des Olbrenners darf die im Brennraum von einem Flammensensor erfaßte Beleuchtungsstärke die Hellschwelle Bmax(I) nicht übersteigern, andernfalls wird die Brennstoffzufuhr gestoppt. Die sich an die Anlaufphase anschließende Sicherheitsphase II ist die maximale Zeitdauer ab dem Öffnen der Brennstoffventile, in der Brennstoff ohne Ausbildung einer Flamme in den Brennraum einströmen darf. Während der Stabilisierungsphase III und der Betriebsphase IV darf die erfaßte Beleuchtungsstärke die bei Flammenausfall auftretende Dunkelschwelle Bmj_n (III , IV) (> Bmax(D) nicht unterschreiten, andernfalls wird die Brennstoffzufuhr gestoppt. Um die Sicherheit der Überwachung zu erhöhen, muß die negative Schaltdifferenz ΔB = Bmax(I) - Bm-j_n ( III , IV) möglichst große Werte annehmen, und die Hellmeldung im Betrieb muß bei möglichst hohen Beleuchtungsstärken erfolgen.
Gelbbrennende Ölbrenner (Gelbbrenner) haben eine hohe Be- leuchtungsintensität im sichtbaren Bereich. Blaubrennende Ölbrenner (Blaubrenner) haben eine geringe Abstrahlung im sichtbaren Bereich, starten aber als Gelbbrenner, so daß diese zumindest während der Anlaufphase eine hohe Beleuchtungsstärke erreichen. Die unterschiedlichen Verläufe der Beleuchtungsstärken für Gelbbrenner (a) und Blaubrenner (B) sind in Fig. 2 dargestellt.
Bisher war es üblich, die unterschiedlichen Beleuchtungsintensitäten der Brennertypen durch Einsatz von Flammensensoren mit unterschiedlicher Empfindlichkeit zu berücksichtigen. Das bedeutet für Blaubrenner, daß die Flammenmeldung im Betrieb auf wesentlich kleinere Beleuchtungsstärken gelegt wird, so daß durch Fremdstrahlung, z.B. bei abgenommener Brennerhaube, eine Flamme simuliert wird und auf einen Flam- menausfall erst verspätet oder gar nicht reagiert werden kann .
Ein weiteres Problem können Kurzschlüsse auf den Leiterbahnen des Feuerungsautomaten, Kurzschlüsse in den Zuleitungen zum Flammenwächter oder sonstige Kurzschlüsse sein, die während der Betriebszeit mit Flamme auftreten können. Bei einem solchen Kurzschluß ist es nicht möglich, einen Flammenausfall zu registrieren.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Flammenüberwachungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß zur Überwachung von gelb- und blaubrennenden Ölbrennern der gleiche Flammensensor verwendet werden kann, sowie die an Flammenüberwachungsvorrichtungen gestellten Sicherheitsanforderungen weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt der Erfindung dadurch gelöst, daß die Dunkelschwelle während der Stabilisie- rungsphase höher als die Dunkelschwelle während der nachfolgenden Betriebsphase ist. Für den Einsatz des Flammensensors in Blaubrennern wurde die höhere Dunkelschwelle während der Stabilisierungsphase bzw. nach der Sicherheitsphase eingeführt, so daß während der Stabilisierungsphase eine erhöhte Beleuchtungsstärke gefordert wird. Da ein Blaubrenner zum Zünden als Gelbbrenner anläuft und erst im Betrieb in den Blaubereich gefahren wird, ist während der Stabilisierungsphase auch ein erhöhtes Beleuchtungssignal vorhanden. Durch die Forderung einer erhöhten Beleuchtungsstärke während der Stabilisierungsphase bzw. nach der Sicherheitszeit ist auch die Gefahr von Kurzschlüssen mit Übergangswiderstand vermindert .
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist bei blaubrennenden Ölbrennern die Dunkelschwelle während der Stabilisierungsphase höher als die Beleuchtungsstärke während ihrer Betriebsphase gewählt. Im Betrieb wird eine geringe Beleuchtungsstärke gefordert, um für Blaubrenner einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.
Die oben genannte Aufgabe wird in einem zweiten Aspekt der Erfindung auch dadurch gelöst, daß die Überwachungsschaltung zumindest für die Betriebsphase eine oberhalb der Dunkelschwelle liegende maximale Hellschwelle aufweist, oberhalb der die Brennstoffzufuhr unterbrochen wird. Vorzugsweise ist diese maximale Hellschwelle auch für die Stabilisierungspha- se und für eine zwischen Anlaufphase und Stabilisierungspha- se vorgesehene Sicherheitsphase vorgesehen.
Der herkömmliche Überwachungsverlauf wurde durch eine zusätzliche maximale Hellschwelle zur Kurzschlußerkennung (nierderohmige Kurzschlüsse) ergänzt. Durch die Kurzschluß- erkennung kann der Fall einer nichterkannten Flammensimulation (z.B. durch ein Brennstoffventil , eine defekte Flammen- wächterzuleitung, usw.) ausgeschlossen werden. Die erfindungsgemäße Überwachungsschaltung kann z.B. mittels Hardware mit verschiedenen Schaltschwellen oder mittels Ana- logwerterfassung mit Definition verschiedener Schaltschwelle über Software realisiert werden.
Die Erfindung betrifft auch entsprechende Überwachungsverfahren sowie Feuerungsautomaten, die mit einer solchen Flammenüberwachungsvorrichtung arbeiten bzw. ausgerüstet sind.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigte und beschriebene Ausführungsform ist nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern hat vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Überwachungsdiagramm einer erfindungsgemäßen
Flammenüberwachungsvorrichtung mit schematisch angedeuteten zeitlichen Verläufen der Beleuchtungsstärken von gelb (a) und für blau (b) brennende Ölbrenner; und
Fig. 2 ein Überwachungsdiagramm einer herkömmlichen Überwachung mit schematisch angedeuteten zeitlichen Verläufen der Beleuchtungsstärke von gelb (a) und für blau (b) brennende Ölbrenner.
Um die oben geschilderten Probleme des Überwachungsdiagramms nach Fig. 2 auszuschließen, ist in dem Überwachungsdiagramm nach Fig. 1 die Bewertung des Flammensignals geändert. Das in Fig. 2 gezeigte Überwachungsdiagramm wurde durch eine zusätzliche maximale Hellschwelle Bmax zur Kurzschlußerkennung (nierderohmige Kurzschlüsse) während der Sicherheits- , Stabilisierungs- und Betriebsphasen II, III, IV und durch eine während der Stabilisierungsphase III höhere Dunkel- schwelle Bm-j_n(III) für eine erhöhte Beleuchtungsstärke ergänzt .
Durch die Kurzschlußerkennung kann der Fall einer Flammensimulation ausgeschlossen werden.
Während der Stabilisierungsphase III wird eine Beleuchtungsstärke höher als Bm;j_n(III) gefordert. Da ein Blaubrenner zum Zünden als Gelbbrenner anläuft und erst im Betrieb in den Blaubereich gefahren wird, ist während der Stabilisierungsphase III auch ein erhöhtes Beleuchtungssignal vorhanden. In der Betriebsphase IV wird die Dunkelschwelle Bmj_n(IV) dann abgesenkt, um auch geringere Beleuchtungsstärke zuzulassen und so für Blaubrenner einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Durch die Forderung einer erhöhten Beleuchtungsstärke Bm-j_n(III) nach der Sicherheitszeit II wird die Gefahr der Kurzschlüsse mit Übergangswiderstand vermindert.
Das in Fig. 1 gezeigte Überwachungsdiagramm bietet damit folgende Vorteile:
Kurzschlüsse während den Betriebszeiten mit Flammenbildung, d.h. während der Stabilisierungsphase III und der Betriebsphase IV, werden sicher erkannt.
Erhöhung der Sicherheit durch Forderung eines überhöhten Flammensignals während der Stabilisierungsphase.
Ein einziger Flammensensortyp LDR (light depending resi- stor) ist für Gelb- und Blaubrenner einsetzbar, wodurch sich die Wirtschaftlichkeit erhöht. Der LDR kann anstelle der üblicherweise verwendeten IRD (Infrarot-Flackerdetektor) , die im Vergleich zum LDR wesentlich teurer sind, eingesetzt werden.
Das Einstellen der Flammensensoren auf den jeweiligen Brenner, wie es beim IRD erforderlich ist, entfällt.
Eine Vorrichtung zur Flammenüberwachung von Ölbrennern, insbesondere von gelb oder blau brennenden Ölbrennern, umfaßt einen die Beleuchtungsstärke im Brennraum erfassenden Flammensensor und eine die Brennstoffzufuhr abhängig von der erfaßten Beleuchtungsstärke steuernde Überwachungsschaltung mit einer Hellschwelle Bmax ( I ) für die Anlaufphase I des Olbrenners, oberhalb der eine Fehlermeldung erfolgt, wird, und mit einer höher als die Hellschwelle Bmax(I) liegenden Dunkelschwelle Bmin(III,IV) für die Stabilisierungs- und die Betriebsphase III, IV des Olbrenners, unterhalb der eine Fehlermeldung erfolgt, Dabei ist die Dunkelschwelle Bmj_n(III) während der Stabilisierungsphase III höher als die Dunkelschwelle Bm-j_n(IV) während der nachfolgenden Betriebsphase IV. So kann zur Überwachung von gelb- und blaubrennenden Ölbrennern der gleiche Flammensensor verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zur Flammenüberwachung von Ölbrennern, insbesondere von gelb oder blau brennenden Ölbrennern, umfassend: einen die Beleuchtungsstärke im Brennraum erfassenden Flammensensor und eine die Brennstoffzufuhr abhängig von der erfaßten Beleuchtungsstärke steuernde Überwachungsschaltung mit einer Hellschwelle (Bmax(I)) für die Anlaufphase (I) des Olbrenners, oberhalb der eine Fehlermeldung erfolgt, und mit einer höher als die Hellschwelle (Bmax(I)) liegenden Dunkelschwelle (Bmj_n (III , IV) ) für die Stabilisierungs- und die Betriebsphase (III, IV) des Olbrenners, unterhalb der eine Fehlermeldung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dunkelschwelle (Bmj_n (III) ) während der Stabilisierungsphase (III) höher als die Dunkelschwelle (Bm-j_n ( IV) ) während der nachfolgenden Betriebsphase (IV) ist.
Flammenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei blaubrennenden Ölbrennern die Dunkelschwelle (Bm-j_n (III) ) während der Stabilisierungsphase (II) höher als die Beleuchtungsstärke während ihrer Betriebsphase (IV) gewählt ist.
Flammenüberwachungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung zumindest für die Betriebsphase (IV) eine oberhalb der Dunkelschwelle (Bmin(IV) liegende maximale Hellschwelle (Bmax) auf- weist, oberhalb der die Brennstoffzufuhr unterbrochen wird .
4. Flammenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Hellschwelle
(Bmax) ) auch für die Stabilisierungsphase (III) vorgesehen ist .
5. Flammenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Hellschwelle
(Bmax) auch für eine zwischen Anlaufphase (I) und Stabilisierungsphase (III) vorgesehene Sicherheitsphase (II) vorgesehen ist.
6. Feuerungsautomat mit einer Flammenüberwachungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche .
7. Verfahren zur Flammenüberwachung von Ölbrennern mit einer Flammenüberwachungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5.
PCT/DE2000/002193 1999-07-17 2000-07-05 Überwachungsvorrichtung für ölbrenner Ceased WO2001006179A1 (de)

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