EP0003934A1 - Dispositif de sécurité contre l'encrassement du corps de chauffe d'appareils du genre chauffe-eau à gaz - Google Patents

Dispositif de sécurité contre l'encrassement du corps de chauffe d'appareils du genre chauffe-eau à gaz Download PDF

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EP0003934A1
EP0003934A1 EP79400101A EP79400101A EP0003934A1 EP 0003934 A1 EP0003934 A1 EP 0003934A1 EP 79400101 A EP79400101 A EP 79400101A EP 79400101 A EP79400101 A EP 79400101A EP 0003934 A1 EP0003934 A1 EP 0003934A1
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safety device
heating body
diaphragm
chimney
skirt
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EP79400101A
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Jean Claude Charron
Rene Granier
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Saunier Duval SA
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Saunier Duval SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/20—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters
    • F24H9/2035—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters using fluid fuel
    • F24H9/2042—Preventing or detecting the return of combustion gases
    • F24H9/205—Closing the energy supply

Definitions

  • the invention relates to a safety device for gas water heaters, reacting to fouling of the heating body.
  • safety systems which are based on the slow and gradual heating of a counterweight which after a certain time reaches a temperature for which it causes the arrival of the gas burner.
  • thermoelectric ignition safety device which reacts to the abnormal rise in temperature of the skirt which is only licked by the burnt gases in the event of the latter overflowing downwards.
  • This additional safety device uses a fuse placed on the skirt of the heating body, which fuse is integrated into the circuit of the thermoelectric ignition safety device usually mounted on the appliances and which keeps the gas inlet valve open to the burner when the thermoelement is heated by the pilot flame. As soon as a predetermined temperature is exceeded, the fuse blows and the thermoelectric safety device is cut, causing the appliance to stop.
  • a safety device is also known in which the combustion air from the pilot light is taken, via a small duct, at the outlet of a perforated hole in the wall of the heating body, at a level determined according to the fouling threshold of this body not to be exceeded.
  • this device has a significant drawback. In fact, the combustion air from the pilot light sucked into the level of the appliance's heating body causes fatty vapors which, when burned, form tar. as for clogging the injector and the pilot tube and consequently disrupting the normal operation of the device.
  • the invention makes it possible to avoid these drawbacks in that it makes it possible to detect the overpressure of hot gas upstream of the fin block of the heating body and consequently to intervene automatically in the direction of an interruption in the operation of the device from the start of a partial fouling, and before there is a dangerous production of carbon monoxide.
  • the device according to the invention also has the advantage of acting as positive safety, that is to say that in the event of failure of the safety itself, the system operates and causes the shutdown of the device from the start of partial soiling.
  • the invention uses for this the known phenomenon of natural draft normally caused inside the skirt of the heating p r burning gas to the burner, causing circulation in the combustion chamber a relative vacuum compared to the ambiant air.
  • the base just above the burners is in depression, which causes a call for air, and the upper part, near the fin exchanger is under pressure due to expansion. gases due to combustion. Between the two is a plane where the pressure is equal to atmospheric pressure.
  • a small duct oriented towards the bottom of the appliance is mounted directly on the skirt of the heating body and at a certain distance above the lower orifice of the combustion chamber.
  • the free end of this small duct is positioned near the pilot light, so that, as soon as the fouling of the heating body begins, the pressure which exists in the combustion, tends to entrain combustion products in the small duct.
  • Very hot combustion products cool very quickly in contact with the pipe which is at a much lower temperature and then separate by gravity.
  • the carbon dioxide heavier than air follows the descending vertical line of the duct, opens without speed in the vicinity of the pilot light and mixes by diffusion with the gas which leaves the injector of said pilot light.
  • the flame of the latter blows out due to a relative lack of oxidant, and by a decrease in its combustion speed with respect to the speed of the gaseous mixture, which causes the device to stop.
  • the end of the small duct disposed near the pilot light is oriented substantially from bottom to top so that the carbon dioxide which leaves by this small duct is sucked in by the call for air created by the pilot flame.
  • a small vertical chimney is attached to the horizontal part of the small duct at the outlet of the heating body.
  • This chimney of variable height is provided at its end with a diaphragm with adjustable opening.
  • This device improves the sensitivity of the device; in fact, when the heater of the appliance is not dirty, the chainee causes a pulling effect of the residues of combustion products which are evacuated upwards. When the heating element is dirty, the draft effect in the small chimney is transformed into a proboscis effect by the passage at a higher speed of the combustion products in the small duct.
  • the products of combustion suck in air through the chimney which transforms part of the carbon monoxide into carbon dioxide, to which are added the nitrogen of the unburned air, as well as the nitrogen of the mixed air.
  • the pilot flame therefore draws inert gases through the small duct which considerably reduce its combustion speed and cause it to go out.
  • the variation of the aperture of the diaphragm associated with the variation of the height avoids having to determine with precision the 'ideal position of the small duct on the skirt of the heating body as a function of the toxicity threshold not to be exceeded.
  • the figures show a low-power gas water heater designated as a whole by the reference 1 comprising a fin block 2 capped with a draft hood 3 in direct communication with the atmosphere of the room.
  • the combustion chamber 4 is limited, in a known manner, by the skirt of the heating body 5 disposed above the burner ramps 6.
  • the arrival of the gas to the burners by the pipe 7 is conditioned on the one hand by the opening of a small inlet valve not shown, controlled by a thermocouple safety device 8 (FIG. 2) placed directly in the flame of the pilot light 9 and on the other hand by a conventional opening mechanism (controlled during drawing) itself comprising a valve, this mechanism being shown diagrammatically at 10.
  • a small duct 11 directed towards the lower part of the appliance is mounted directly on an orifice 12 provided in the skirt 5 of the heating body 4.
  • the end 11a of this duct being oriented upwards from a point d inflection A located below the flame of the pilot light 9 is positioned in the immediate vicinity of said pilot light.
  • the conduit 11 is mounted directly on the orifice 12 of the skirt 5 for example by welding or crimping so as to directly communicates the combustion chamber 4 with the area located near the pilot.
  • FIG 3 there is shown a variant of the invention.
  • a small vertical chimney 13 which opens into the open air.
  • the end of the chimney 13 is provided with an adjustable diaphragm 14.
  • This diaphragm can for example be constituted by a removable injector which fits on the end of the chimney.
  • the pulling effect in the chimney 13 is transformed into a proboscis effect by the passage at a higher speed of the combustion products in the duct 11.
  • the combustion products suck through the chimney 13 of the air which transforms part of the carbon monoxide into carbon dioxide with which are added the nitrogen of the unburned air, as well as the nitrogen of the mixed air.
  • These products exit in the vicinity of the pilot light 9 through the end 11a of the conduit 11. The flame of the combustion pilot light, which causes it to go out and the appliance to stop.
  • the device reacts as a positive safety, that is to say that the products of combustion penetrate more quickly into the duct 11 and immediately cause the pilot light extinguished. Therefore, the safety works faster on the one hand when the diaphragm is more and more blocked and on the other hand when the heating element is more and more dirty.

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Abstract

Dispositif de sécurité contre l'encrassement du corps de chauffe d'appareils du genre chauffe-eau à gaz comportant un petit conduit (11) de prélèvement des gaz brûlés par un orifice (12) prévu sur la jupe (5) du corps de chauffe (4) lequel a une section et une orientation propices au transfert immédiat du surplus de gaz brûlés vers l'extrémité libre (11a) dudit conduit qui débouche à proximité immédiate de la flamme de la veilleuse d'allumage (9). Le petit conduit (11) présente une partie horizontale (11b) et une petite cheminée verticale (13) qui débouche à l'air libre et qui est munie d'un diaphragme (14).

Description

  • L'invention se rapporte à un dispositif de sécurité pour chauffe-eau à gaz, réagissant à l'encrassement du corps de chauffe.
  • On sait que les chauffe-eau instantanés à gaz de faible puissance ne sont pas obligatoirement raccordés à des conduits de fumée sous réserve que des précautions imposées par les règlements soient strictement observés à savoir que l'appareil soit installé dans une pièce de volume suffisant et que cette pièce soit au moins munie d'orifices de ventilation haute et basse de dimensions suffisantes. Il n'en reste pas moins que des accidents peuvent se produire et l'on sait qu'il n'y a de danger réel qu'en cas de présence simultanée de trois facteurs défavorables suivants :
    • - une utilisation abusivement prolongée (remplissage de baignoires ou de bacs à laver).
    • - une installation défectueuse ou devenue défectueuse au niveau de l'aération ou de l'évacuation des gaz brûlés (local d'un volume trop petit, orifice d'aération bouché, etc...)
    • - un appareil lui-même mal entretenu et plus particulièrement le bloc à ailettes du corps de chauffe encrassé.
  • En ce qui concerne l'utilisation prolongée, on connaît des systèmes de sécurité basés sur l'échauffement lent et progressif d'une masselotte qui atteint au bout d'un certain temps une température pour laquelle elle provoque l'interruption de l'arrivée du gaz brûleur.
  • Si par ailleurs, l'installation est défectueuse et que les produits de combustion ne sont pas normalement évacués par les orifices de ventilation,par exemple en cas d'obstruction intempestive des ces orifices surtout si les dimensions de la pië- ce sont trop faibles, en connalt des dispositifs de sécurité qui réagissent à l'augmentation en gar toxique.
  • Si enfin c'est le bloc à ailettes du corps de chauffe qui est encrassé cela se caractérise par une diminution de plus en plus grande de l'interdistance entre les ailettes, dote par une restriction de la section de passage des gaz brûlés au travers desdites ailettes. L'évacuation des gaz brûlés vers le haut de l'appareil devient difficile. Les gaz ont alors tendance à stagner dansle corps de chauffe et à le mettre en surpression en s'échauffant avant de s'évacuer finalement par la très large ouverture que constitue la base de la jupe. La température dans le corps de chauffe augmente donc ; les dissociations dans les gaz sent plus nombreuses, et la combustion devient incomplète de sorte que la teneur en oxyde de carbone augmente très rapidement dans les gaz brûlés et par conséquent dans l'air ambiant avec les risques de toxicité qui en découlent.
  • Pour se prémunir contre cet indicent, on a proposé des dispositifs de sécurité réagissant à l'élévation anormale de température de la jupe qui n'est léchée par les gaz brûlés qu'en cas de débordement de ceux-ci vers le bas. Ce dispositif de sécurité complémentaire utilise un fusible placé sur la jupe du corps de chauffe, lequel fusible est intégré dans le circuit du dispositif thermoélectrique de sécurité d'allumage monté habituellement sur les appareils et qui maintient ouvert le clapet d'admission gaz au brûleur quand le thermoélément est chauffé parla flamme de la veilleuse. Dès qu'il y a dépassement d'une température prédéterminée le fusible fond et la sécurité thermoélectrique est coupée provoquant l'arrêt de l'appareil. La localisation du fusible directement sur la jupe du corps de chauffe ou dans la zone de débordement des gaz brûlés à la base de cette jupe présente toutefois un inconvénient grave dû au fait que le fusible ne peut-réagir qu'à une surchauffe importante, c'est-àdire seulement s'il y a un encrassement presque total du corps de chauffe.
  • On connaît également un dispositif de sécurité dans lequel l'air comburant de la veilleuse d'allumage est prélevé, par l'intermédiaire d'un petit conduit, à la sortie d'un trou perforé dans la paroi du corps de chauffe, à un niveau déterminé en fonction du seuil d'encrassement de ce corps à ne pas dépasser. Mais ce dispositif présente un inconvénient important. En effet, l'air comburant de la veilleuse aspiré au niveau du corps de chauffe de l'appareil entraîne des vapeurs grasses qui, en brûlant, forment du goudron risquant d'encrasser l'injecteur et le tube de la veilleuse et par conséquent de perturber le fonctionnement normal de l'appareil.
  • L'invention permet d'éviter ces inconvénients en ce qu'elle permet de détecter la mondre surpression de gaz chaud en amont du bloc à ailettes du corps de chauffe et par conséquent d'intervenir automatiquement dans le sens d'une interruption de fonctionnement de l'appareil dès le début d'un encrassement partiel, et avant qu'il y ait production dangereuse d'oxyde de carbone.
  • Le dispositif suivant l'invention présente en outre l'avantage d'agir comme une sécurité positive c'est-à-dire qu'en cas de défaillance de la sécurité elle-même, le système fonctionne et provoque l'arrêt de l'appareil dès le début d'un encrassement partiel.
  • L'invention utilise pour cela le phénomène connu du tirage naturel normalement provoqué à l'intérieur de la jupe du corps de chauffe pr la combustion du gaz au brûleur, tirage qui provoque dans la chambre de combustion une relative dépression par rapport à l'air ambiant. On sait que dans une chambre de combustion, la base juste au-dessus des brûleurs est en dépression, ce qui provoque un appel d'air, et la partie supérieure, près de l'échangeur à ailettes est en pression à cause de la dilatation des gaz due à la combustion. Entre les deux se situe un plan où la pression est égale à la pression atmosphérique.
  • Si on obture l'échangeur à ailettes, la perte de charge des gaz brûlés augmentera, ainsi que la pression de l'échangeur. Le plan où la pression est égale à la pression atmosphérique se déplacera donc vers le bas.
  • Si on monte un petit conduit orienté vers le bas de l'appareil, sur une paroi latérale du corps de chauffe en un point où la pression est sensiblement à la pression atmosphérique, il n'y aura aucune circulation des gaz dans ce petit conduit tant que l'appareil fonctionnera normalement. Dès que l'échangeur s'encrassera, le plan dont la pression est égale à la pression atmosphérique se déplacera vers le bas, la pression dans la chambre de combustion à la hauteur de l'endroit où débouche le petit conduit dans le corps de chauffe, deviendra supérieur à la pression atmosphérique et on observera un courant des gaz brûlés qui s'écoulera de la chambre dans le petit conduit, et ceci bien avant que le plan à la pression atmosphérique ne se situe au bas de la jupe, c'est-à-dire avant qu'il n'y ait début de débordement.
  • Par conséquent, on monte directement sur la jupe ùu corps de chauffe et à une certaine distance au-dessus de l'orifice inférieur de la chambre de combustion, un petit conduit orienté vers le bas de l'appareil .
  • Suivant l'invention, l'extrémité libre de ce petit conduit est positionnée à proximité de la veilleuse d'allumage, de telle sorte que, -dès le début d'encrassement du corps de chauffe- la pression, qui existe dans la chambre de combustion, a tendance à entraîner les produits de combustion dans le petit conduit. Les produits de combustion très chauds se refroidissent très rapidement au contact du conduit qui est à une température nettement inférieure et se séparent alors par gravité. Le gaz carbonique plus lourd que l'air suit la verticale descendante du conduit, débouche sans vitesse au voisinage de la veilleuse et se mélange par diffusion au gaz qui sort de l'injecteur de ladite veilleuse. La flamme de cette dernière se souffle par manque relatif d'oxydant, et par diminution de sa vitesse de combustion vis-à- vis de la vitesse du mélange gazeux ce qui provoque l'arrêt de l'appareil.
  • Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité du petit conduit disposé à proximité de la veilleuse est sensiblement orientée de bas en haut de telle manière que le gaz carbonique qui sort par ce petit conduit soit aspiré par l'appel d'air créé par la flamme de la veilleuse.
  • Suivant une variante de l'invention, une petite cheminée verticale est rapportée sur la partie horizontale du petit conduit à la sortie du corps de chauffe. Cette cheminée de hauteur variable est munie à son extrémité d'un diaphragme à ouverture réglable. Ce dispositif permet d'améliorer la sensibilité de l'appareil ; en effet, quand le corps de chauffe de l'appareil n'est pas encrassé, la chaminée provoque un effet de tirage des résidus de produits de combustion qui s'évacuent vers le haut. Lorsquele corps de chauffe est encrassé, l'effet de tirage dans la petite cheminée se transforme en effet de trompe par le passage à plus grande vitesse des produits de combustion dans le petit conduit. Les produits de combustion aspirent par la cheminée de l'air qui transforme une partie du monoxyde de carbone en gaz carbonique, auxquels viennent s'ajouter l'azote de l'air non brûlé, ainsi que l'azote de l'air mélangé. La flamme de la veilleuse aspire donc par l'intermédiaire du petit conduit des gaz inertes qui diminuent considérablement sa vitesse de combustion et provoquent son extinction.
  • La variation de l'ouverture du diaphragme associé à la variation de la hauteur de la cheminée permet d'éviter d'avoir à déterminer avec précision la ' position idéale du petit conduit sur la jupe du corps de chauffe en fonction du seuil de toxicité à ne pas dépasser.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'une forme de réalisation et en référence aux dessins annexés qui représentent :
    • - figure 1 : une vue schématique d'un appareil à gaz muni du dispositif de sécurité, suivant l'invention.
    • - figure 2 : une vue schématique en coupe transversale du même appereil.
    • - figure 3 : une vue schématique d'une variante de l'invention.
  • Les figures montrent un chauffe-eau à gaz de faible puissance désigné dans son ensemble par la référence 1 comportant un bloc à ailettes 2 coiffé d'un coupe-tirage 3 en communication directe avec l'atmosphère de la pièce. La chambre de combustion 4 est limitée, de manière connue, par la jupe du corps de chauffe 5 disposée au-dessus des rampes de brûleur'6. L'arrivée du gaz aux brûleurs par la canalisation 7 est conditionnée d'une part par l'ouverture d'un petit clapet d'admission non représenté, commandé par un dispositif de sécurité à thermocouple 8 (figuré 2) placé directement dans la flamme de la veilleuse.d'allumage 9 et d'autre part par un mécanisme classique d'ouverture (commandé lors du puisage) comportant lui-même un clapet, ce mécanisme étant schématisé en 10.
  • Un petit conduit 11 dirigé vers la partie inférieure de 1"appareil est monté directement sur un orifice 12 prévu dans la jupe 5 du corps de chauffe 4. L'extrémité lla de ce conduit étant orientée vers le haut à partir d'un point d'inflexion A situé au-dessous de la flamme de la veilleuse 9 est positionnée à proximité immédiate de ladite veilleuse. Le conduit 11 est monté directement sur l'orifice 12 de la jupe 5 par exemple par soudage ou sertissage de façon à mettre directement en communication la chambre de combustion 4 avec la zone située à proximité de la veilleuse.
  • En fonctionnement normal, les produits de combustion dans la chambre 4, à la hauteur de l'orifice 12 sont en dépression par rapport à l'atmosphère et n'ont pas tendance à s'écouler dans le conduit 11.
  • Lorsque par suite de l'encrassement du bloc à ailettes 3 du corps de chauffe, les produits de combustion de la chambre 4 ne trouvent plus un passage normal vers le haut de l'appareil, il s'établit une relative surpression dans la chambre de combustion qui tend à refouler ces produits hors de la chambre notamment dans le petit conduit 11. Les produits de combustion très chauds se refroidissent au contact du conduit 11 qui est à une température nettement inférieure et se séparent alors par gravité. Le gaz carbonique plus lourd que l'air suit la verticale descendante du conduit 11, sort sans vitesse au voisinage delà veilleuse 9 par l'extrémité lla du conduit 11 et se mélange par diffusion au gaz qui sort de l'injecteur de veilleuse. La flamme de la veilleuse 9 se souffle donc par manque relatif d'oxydant et par diminution de sa vitesse de combustion vis-à-vjs de la vitesse du mélange gazeux. Le thermocouple 8 n'étant plus chauffé par la flamme de la veilleuse, provoque l'arrêt de l'appareil.
  • A la figure 3 on a représenté une variante de l'invention. Sur la partie horizontale llb du conduit 11, à la sortie du corps de chauffe 4, est montée une petite cheminée verticale 13 qui débouche à l'air libre.
  • L'extrémité de la cheminée 13 est munie d'un diaphragme réglable 14. Ce diaphragme peut par exemple être consitué par un injecteur amovible qui s'emboîte sur l'extrémité de la cheminée.
  • En fonctionnement normal, la cheminée 13 et le diaphragme 14 provoquent un effet de tirage des résidus des produits de combustion par l'orifice 12, qui s'évacuent vers le haut de ladite cheminée 13.
  • Lorsque le corps de chauffe est encrassé, l'effet de tirage dans la cheminée 13 se transforme en effet de trompe par le passage à plus grande vitesse des produits de combustion dans le conduit 11. Les produits de combustion aspirent par la cheminée 13 de l'air qui transforme une partie du monoxyde de carbone en gaz carbonique avec lesquels viennent s'ajouter l'azote de l'air non brûlé, ainsi que l'azote de l'air mélangé. Ces produits sortent au voisinage de la veilleuse 9 par l'extrémité lla du conduit 11. La flamme de la veilleuse de combustion, ce qui provoque son extinction et l'arrêt de l'appareil.
  • En cas de bouchage du diaphragme 14 par exemple par un dépôt de suie ou de graisse, le dispositif réagit comme une sécurité positive, c'est-à-dire que les produits de combustion pénètrent plus rapidement dans le conduit 11 et provoquent immédiatement l'extinction de la veilleuse. Parmnséquent, la sécurité fonctionne plus vite d'une part quand le diaphragme est de plus en plus bouché et d'autre part quand le corps de chauffe est de plus en plus encrassé.
  • En fonction du seuil de toxicité à ne pas dépasser, il est possible de modifier d'une part la hauteur de la cheminée 13 et l'ouverture du diaphragme 14 ce qui permet d'éviter d'avoir à déterminer avec précision l'emplacement du conduit 11 sur la jupe 5 du corps de chauffe 4.
  • La description se rapporte à un mode de réalisation préférentielle de l'invention, des variantes pouvant être envisagées, notamment en ce.qui concerne la position du tube par rapport àla jupe du corps de chauffe, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (5)

1. Dispositif de sécurité contre l'encrassement d'un corps de chauffe d'un appareil du genre chauffe-eau à gaz, destiné à assurer l'extinction de la veilleuse dès l'apparition du freinage notable de la circulation des produits de combustion à travers le bloc à ailettes dudit corps de chauffe consécutif à un taux d'encrassement supérieur à une certaine limite et comportant à cet effet un petit conduit à proximité de la jupe du corps de chauffe destiné à renvoyer une partie des gaz brûlés à proximité immédiate de la flamme de la veilleuse d'allumage caractérisé parle fait que la partie horizontale (llb) du petit conduit (11) monté directement sur un orifice (12) de la jupe (5) pour recueillir uniquement un excès de gaz brûlés comporte une petite cheminée verticale (13) qui débouche à l'air libre et qui est munie d'un diaphragme (14).
2. Dispositif de sécurité selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la hauteur de la cheminée (13) et l'ouverture du diaphragme (14) sont réglables en fonction du seuil de toxicité à ne pas dépasser.
3. Dispositif de sécurité selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le diaphragme (14) est constitué par un injecteur amovible qui s'en- boite sur l'extrémité de la cheminée (13).
4. Dispositif de sécurité selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'un encrassement du diaphragme (14) entraîne immédiatement la mise en sécurité de l'appareil.
5. Dispositif de sécurité selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'extrémité (lla) du conduit est orientée vers le haut à partir d'un point d'inflexion (A) situé au-dessous de la flamme de veilleuse.
EP79400101A 1978-02-24 1979-02-19 Dispositif de sécurité contre l'encrassement du corps de chauffe d'appareils du genre chauffe-eau à gaz Withdrawn EP0003934A1 (fr)

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FR2418420A1 (fr) 1979-09-21
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Inventor name: CHARRON, JEAN CLAUDE

Inventor name: GRANIER, RENE