FR2684170A1 - COMBUSTION AND ASH GRID WITH ROTATING BARS TRAIN. - Google Patents
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Abstract
Description
GRILLE DE COMBUSTION ET DE DECENDRAGE
AIRAIN DE BARREAUX ROTATIFS
DESCRIPTION
A) Techniques de base à laquelle se rapporte l'invention:
La présente invention concerne une grille destinée à équiper un foyer de chaudière ou un four d'incinération permettant de brûler tous types de matières combustibles ou semi-combustibles solides, et en particulier des déchets et mélanges divers tels que: bois, textile, papiers, paille, ordures ménagères, déchets de supermarchés, biomasse agricole, déchets industriels, etc...COMBUSTION AND ASH GRID
PLAIN WITH ROTATING BARS
DESCRIPTION
A) Basic techniques to which the invention relates:
The present invention relates to a grate intended to equip a boiler hearth or an incineration oven making it possible to burn all types of solid combustible or semi-combustible materials, and in particular waste and various mixtures such as: wood, textile, papers, straw, household waste, supermarket waste, agricultural biomass, industrial waste, etc.
Ces matières à brûler posent en général deux difficultés majeures: non homogénéité du mélange se traduisant par un pouvoir calorifique et un taux d'humidité plus ou moins variables, mais aussi présence intempestive de corps étrangers incombustibles tels que métaux, verre, etc... These materials to be burned generally pose two major difficulties: non-homogeneity of the mixture resulting in a more or less variable calorific value and humidity, but also untimely presence of incombustible foreign bodies such as metals, glass, etc.
II existe traditionnellement, en particulier dans la construction ancienne de certains gazogènes, des grilles de combustion constituées par des barreaux rotatifs avec soufflage d'air intégré qui présentent l'intérêt d'assurer simultanément une double fonction: - Alimenter de façon continue le foyer avec dosage et répartition de l'air primaire. There are traditionally, in particular in the old construction of certain gas generators, combustion grates constituted by rotary bars with integrated air blowing which have the advantage of simultaneously ensuring a double function: - Continuously feeding the hearth with dosing and distribution of primary air.
- Eliminer régulièrement les résidus de combustion (décendrage).- Regularly eliminate combustion residues (ash removal).
La grille selon l'invention est inspirée par ce type de grille dans sa conception initiale, mais tout en bénéficiant des avantages de base, se caractérise par des aptitudes à de nouvelles fonctions, par une certaine simplicité de conception, et par une fiabilité et une sécurité de fonctionnement accrues. The grid according to the invention is inspired by this type of grid in its initial design, but while benefiting from the basic advantages, is characterized by aptitudes for new functions, by a certain simplicity of design, and by a reliability and a increased operational safety.
B) Composition du dispositif selon l'invention:
La figure 1 représente de façon schématique une vue en plan de la grille constituée par un ensemble de barreaux (1) identiques, à axes horizontaux, juxtaposés parallèlement, et reposant sur deux rails de roulement(2) situes aux extrémités.B) Composition of the device according to the invention:
Figure 1 schematically shows a plan view of the grid consisting of a set of identical bars (1), with horizontal axes, juxtaposed parallel, and resting on two running rails (2) located at the ends.
Les barreaux de section circulaire sont assemblés entre eux à leurs extrémités par de gros maillons de chaînes(3) pour constituer ainsi un train de barreaux. The bars of circular section are joined together at their ends by large chain links (3) to thus constitute a train of bars.
Le pas de la chaîne réalisée selon la figure 1 correspond à l'entraxe des barreaux. The pitch of the chain produced according to FIG. 1 corresponds to the distance between the bars.
Afin d'assurer un déplacement latéral dans les deux sens du train de barreaux, les extrémités des deux chaînes sont raccordées à deux palonniers(4) reliés à deux vérins(5) hydrauliques ou pneumatiques à simple ou double effet couplés entre eux. Ceci permet de pouvoir effectuer un mouvement de va et vient régulier du train de barreaux sur les deux rails supports(2). To ensure lateral movement in both directions of the bar train, the ends of the two chains are connected to two lifting beams (4) connected to two hydraulic or pneumatic cylinders (5) with single or double effect coupled together. This makes it possible to carry out a regular back and forth movement of the train of bars on the two support rails (2).
A titre indicatif les dimensions approximatives d'un barreau (non définitivement fixées) peuvent être de l'ordre de 3 mètres de longueur et 0,3 mètre de diamètre. As an indication, the approximate dimensions of a bar (not definitively fixed) can be of the order of 3 meters in length and 0.3 meters in diameter.
La figure 2 représente en élévation et en coupe l'extrémité d'un barreau qui pourra être réalisé creux et dans ce cas l'air de combustion sera distribué par un collecteur(6) qui pourra être fixe ou mobile, I'air étant introduit à l'extrémité de chaque barreau par l'intermédiaire d'un double cône sonique (7). Figure 2 shows in elevation and in section the end of a bar which can be made hollow and in this case the combustion air will be distributed by a collector (6) which can be fixed or mobile, the air being introduced at the end of each bar by means of a double sonic cone (7).
Le principe du cône sonique consiste à la manière d'un venturi à augmenter la vitesse de l'air traversant un conduit par une réduction progressive de la section de passage, afin de créer un effet de pression dynamique dans le sens longitudinal du barreau diminuant ainsi la pression statique s'exercant transversalement et par voie de conséquence l'importance des fuites d'air. The principle of the sonic cone consists in the manner of a venturi to increase the speed of the air passing through a duct by a progressive reduction of the passage section, in order to create a dynamic pressure effect in the longitudinal direction of the bar thus decreasing static pressure being exerted transversely and consequently the importance of air leaks.
Ce système emporte ainsi un double avantage; d'une part d'utiliser l'effet de pression dynamique pour répartir l'air plus uniformément sur toute la longueur du barreau notamment dans la partie centrale théoriquement défavorisée; et d'autre part de réaliser une connexion par proximité non étanche entre le barreau mobile et le collecteur fixe. This system thus has a double advantage; on the one hand, to use the dynamic pressure effect to distribute the air more uniformly over the entire length of the bar, particularly in the theoretically disadvantaged central part; and on the other hand to make a non-sealed proximity connection between the movable bar and the fixed collector.
La liaison entre le barreau(1) et les maillons de chaîne(3) est constituée par un moyeu équipé d'une bague d'usure(8) à résistance au frottement a haute température. The connection between the bar (1) and the chain links (3) consists of a hub fitted with a wear ring (8) with high temperature friction resistance.
La figure 3 représente en coupe la section courante d'un barreau dont le profil extérieur est semblable à celui d' une roue à cliquet, qui comporte des dents(9) et dans le cas d'un barreau creux des orifices de soufflage(10) répartis de manière alternative et uniforme sur toute la périphérie du barreau. Figure 3 shows in section the current section of a bar whose external profile is similar to that of a ratchet wheel, which has teeth (9) and in the case of a hollow bar blowing orifices (10 ) alternately and uniformly distributed over the entire periphery of the bar.
La figure 4 représente une coupe longitudinale du barreau avec un profil de denture régulier mais non rectiligne de façon à limiter les risques de coincement par d'éventuels corps étrangers. FIG. 4 shows a longitudinal section of the bar with a regular but not rectilinear toothing profile so as to limit the risks of jamming by possible foreign bodies.
C) Différentes variantes de conception
La présente invention basée sur le principe décrit précédemment comprend toutes les variantes de conception suivantes dont l'adoption dépendra de la taille globale de l'équipement, du type de matière à bruler, de la technique de fabrication, de la qualité des matériaux mis en oeuvre, et de l'automatisation ou non du dispositif:
- L'assemblage des barreaux(1) constituant le train de barreau pourra être réalisé de toute autre manière en lieu et place du système à maillons de chaîne défini dans la figure 1, à condition que les barreaux puissent toujours tourner sur eux-mêmes selon leur axe principal. Peut être utilisé tel que défini par exemple dans la figure 9 un système de peigne mobile(1 4) qui pourrait se situé en dessous du niveau des rails(2) ou au dessus tel que précisé sur la figure.Plus simplement, suivant les exemples définis dans la figure 10 peut être utilisé tout dispositif(15) jouant le rôle d'entretoise entre les barreaux avec différentes possibilités en utilisant des pièces de frottement ou galets, simples ou multiples, montés libres assemblés entre eux pour constituer des ensembles flottants situés à l'extérieur ou éventuellement à l'intérieur des extrémités de barreaux. Selon la configuration choisie le déplacement du train de barreaux devra s'effectuer uniquement par traction ou compression de l'ensemble monté.C) Different design variants
The present invention based on the principle described above includes all of the following design variants, the adoption of which will depend on the overall size of the equipment, the type of material to be burned, the manufacturing technique, the quality of the materials used. work, and automation or not of the device:
- The assembly of the bars (1) constituting the bar train can be carried out in any other way instead of the chain link system defined in Figure 1, provided that the bars can always rotate on themselves according to their main axis. Can be used as defined for example in Figure 9 a movable comb system (1 4) which could be located below the level of the rails (2) or above as specified in the figure. More simply, according to the examples defined in Figure 10 can be used any device (15) playing the role of spacer between the bars with different possibilities using friction parts or rollers, single or multiple, free mounted assembled together to form floating assemblies located outside or possibly inside the ends of bars. Depending on the configuration chosen, the movement of the train of bars must be carried out only by traction or compression of the assembled assembly.
- Les rails supports de roulement(2) pourront être augmentés en nombre, supporter la totalité des barreaux ou même des groupes de barreaux en définissant au préalable des bandes de roulement(1 1) affectées à chaque barreau ou chaque groupe de barreaux selon l'exemple du croquis défini dans la figure 6. - The bearing support rails (2) can be increased in number, supporting all of the bars or even groups of bars by first defining treads (1 1) assigned to each bar or each group of bars according to the example of the sketch defined in figure 6.
- Les rails supports de roulement(2) pourront être positionnés horizontaux ou dans un plan incliné selon l'exemple du croquis défini dans la figure 7, tout en maintenant les axes des barreaux horizontaux, et dans ce cas le mouvement de va et vient du train de barreaux pourra être réalisé par l'intermédiaire d'un ensemble unique composé d'un palonnier(4) et d'un vérin (5), I'ensemble étant situé du coté le plus haut du train de barreaux. Le mouvement de rappel du train de barreau pouvant s'effectuer naturellement par gravité sous l'effet du poids du train de barreaux. En cas par exemple d'inclinaison insuffisante des rails supports(2) le mouvement de rappel pourra être accompagné par un système à un ou plusieurs ressorts(12) ou tout autre moyen mécanique hydraulique ou pneumatique produisant le même effet. - The bearing support rails (2) can be positioned horizontal or in an inclined plane according to the example of the sketch defined in FIG. 7, while maintaining the axes of the horizontal bars, and in this case the movement back and forth from the train of bars may be produced by means of a single assembly composed of a lifting beam (4) and a jack (5), the assembly being situated on the highest side of the train of bars. The return movement of the bar train can be carried out naturally by gravity under the effect of the weight of the bar train. In the event, for example, of insufficient inclination of the support rails (2), the return movement may be accompanied by a system with one or more springs (12) or any other hydraulic or pneumatic mechanical means producing the same effect.
- Les rails supports de roulement(2) au lieu d'être fixes pourront être mobiles selon croquis défini dans la figure 8, montés sur des patins de glissement ou des galets(13) montés fous autour de leur axe, les rails pouvant être déplacés selon leur axe longitudinal de la même manière que les chaînes(3) en utilisant les mêmes dispositifs que ceux décrits précédemment. Dans ce cas les extrémités des deux chaînes composant le train de barreaux seront raccordées sur un chassis fixe et le déplacement des rails fera tourner les barreaux sur eux-mêmes sans déplacement du train de barreaux. - The bearing support rails (2) instead of being fixed may be movable according to the sketch defined in FIG. 8, mounted on sliding pads or rollers (13) mounted idly around their axis, the rails being able to be moved along their longitudinal axis in the same way as the chains (3) using the same devices as those described above. In this case, the ends of the two chains making up the train of bars will be connected to a fixed frame and the movement of the rails will make the bars rotate on themselves without moving the train of bars.
- Le ou les palonniers(4) pourront être supprimés et dans ce cas les vérins(5) seront raccordés directement aux extrémités des deux chaînes(2), I'action des vérins nécessitant d'être couplée et coordonnée de maniere à obtenir le mouvement désiré du train de barreaux. - The spreader (s) (4) can be deleted and in this case the jacks (5) will be connected directly to the ends of the two chains (2), the action of the jacks needing to be coupled and coordinated so as to obtain the movement desired from the train of bars.
- Le ou les vérins(5) utilisés pourront être à simple ou double effet combiné ou non, suivant que l'on désir maintenir une tension ou une compression permanente ou intempestive sur les deux chaînes(3). - The cylinder (s) (5) used may be single or double acting combined or not, depending on whether one wishes to maintain tension or permanent or untimely compression on the two chains (3).
- Les vérins pourront être hydrauliques ou pneumatiques et remplacés par tout dispositif mécanique pneumatique ou électrique produisant un mouvement de translation linéaire alternatif similaire du train de barreaux. - The cylinders may be hydraulic or pneumatic and replaced by any pneumatic or electric mechanical device producing a similar linear linear translational movement of the train of bars.
- Les barreaux pourront être indifféremment pleins ou creux, selon que l'on désir alimenter en air de combustion au dessus ou en dessous de la grille par l'intermédiaire d'un réseau de distribution d'air indépendant, ou par l'intérieur des barreaux eux-mêmes. - The bars can be either full or hollow, depending on whether you want to supply combustion air above or below the grate via an independent air distribution network, or through the interior of the bars themselves.
D) Avantages procurés par la grille selon l'invention
La grille selon l'invention, outre des avantages certains et notoirement connus liés à la technique des barreaux rotatifs; tel en particulier l'amélioration de la tenue des matériaux grâce au refroidissement assuré par la circulation d'air à l'interieur des barreau, ainsi qu'une répartition très uniforme de l'air de combustion; présente de nombreuses caractéristiques nouvelles qui lui sont propres.D) Advantages provided by the grid according to the invention
The grid according to the invention, in addition to certain and well known advantages linked to the technique of rotary bars; such in particular the improvement of the behavior of the materials thanks to the cooling provided by the circulation of air inside the bars, as well as a very uniform distribution of the combustion air; has many unique features.
Pour satisfaire aux multiples conditions permettant d'assurer une combustion la plus complète possible en réduisant le taux d'imbrûlés au niveau des cendres, il est souhaitable de créer tout d'abord un circuit de séchage préalable des matières à brûler au niveau du four, et ensuite d'alimenter régulièrement et uniformément le foyer en air de combustion primaire, d'assurer une bonne répartition et un brassage permanent des déchets à brûler en couche pas trop épaisse et uniforme, et enfin d'évacuer régulièrement et si possible automatiquement les résidus de combustion. To satisfy the multiple conditions making it possible to ensure the most complete combustion possible by reducing the rate of unburnt at the level of the ashes, it is desirable first of all to create a circuit for the prior drying of the materials to be burned at the level of the oven, and then to regularly and uniformly supply the combustion air with primary combustion air, to ensure a good distribution and permanent mixing of the waste to be burned in a layer not too thick and uniform, and finally to evacuate the residues regularly and if possible automatically combustion.
La mise en rotation des barreaux par roulement sur des rails se distingue nettement par rapport au systeme sui consiste à les faire tourner sur des paliers supports situes aux extrémités. The rotation of the bars by rolling on rails is clearly different from the system which consists in rotating them on support bearings located at the ends.
Cette mise en rotation des barreaux s'accompagnant d'un déplacement par rapport à une simple rotation sur eux-même selon un axe longitudinal fixe permet de réunir simultanément les meilleures conditions pour satisfaire à la combustion décrite précédemment. La création d'un effet dynamique permet en même temps que l'évacuation des cendres un brassage facilitant l'homogénéisation et l'aération de la couche en combustion, ce qui a pour effet d'améliorer l'activation du foyer et d'augmenter ainsi nettement la capacité thermique du four. This rotation of the bars being accompanied by a displacement relative to a simple rotation about themselves along a fixed longitudinal axis makes it possible to simultaneously meet the best conditions for satisfying the combustion described above. The creation of a dynamic effect allows at the same time as the evacuation of the ashes a mixing facilitating the homogenization and the aeration of the layer in combustion, which has the effect of improving the activation of the hearth and increasing thus clearly the thermal capacity of the furnace.
Le profil extérieur asymétrique de la denture tel que présenté dans la figure 3, permet grâce à un mouvement de va et vient saccadé du train de barreaux, d'une part par un effet de hachoir de broyer les mâchefers qui ont habituellement tendance à former une couche dure difficile à évacuer en même temps que les cendres à travers les barreaux, et d'autre part par un effet de tapis roulant d'assurer le déplacement progressif à la partie supérieure du train de barreaux des éventuels corps étrangers incombustibles, jusqu'à leur évacuation en bout de grille. The asymmetrical external profile of the teeth as shown in Figure 3, allows thanks to a jerky back and forth movement of the train of bars, on the one hand by a chopper effect to grind the bottom ash which usually tend to form a hard layer difficult to evacuate at the same time as the ash through the bars, and on the other hand by a treadmill effect to ensure the progressive displacement at the upper part of the train of bars of any incombustible foreign bodies, up to their evacuation at the end of the grid.
En cas de blocage d'un corps étranger quelconque entre deux barreaux, la sécurité est automatiquement assurée par le glissement des barreaux concernés sur les rails lors du déplacement du train de barreaux, ce qui permet de bénéficier d'un rôle de limiteur de couple du système. Grâce au profil asymétrique de la denture, le déplacement en sens inverse du train de barreaux va assurer automatiquement le déblocage. In the event of any foreign body blocking between two bars, safety is automatically ensured by the sliding of the bars concerned on the rails during the movement of the bar train, which makes it possible to benefit from a role of torque limiter of the system. Thanks to the asymmetrical profile of the teeth, the movement in the opposite direction of the train of bars will automatically ensure the release.
La mise en rotation des barreaux par roulement sur deux rails permet également d'éviter la mise en oeuvre de paliers supports de barreaux, qui constituent habituellement une difficulté de mise en oeuvre dans une ambiance difficile et corrosive à haute température. The rotation of the bars by rolling on two rails also makes it possible to avoid the use of bar support bearings, which usually constitute a difficulty of implementation in a difficult and corrosive atmosphere at high temperature.
La section droite uniforme des barreaux permet d'éviter tout positionnement angulaire l'un par rapport à l'autre, et d'admettre par sécurité des écarts de rotation notamment par le jeu du glissement des barreaux sur les rails, et d'éviter ainsi d'avoir constamment la même surface de barreau exposée au feu et à l'abrasion. Ceci va contribuer à augmenter nettement la longévité et la durée de vie des barreaux. The uniform cross-section of the bars makes it possible to avoid any angular positioning with respect to each other, and to allow for safety deviations in rotation in particular by the play of the sliding of the bars on the rails, and thus to avoid to constantly have the same bar surface exposed to fire and abrasion. This will help to significantly increase the longevity and life of the bars.
Un autre avantage du train de barreaux réside dans la facilité d'extraire pour réparation ou maintenance l'ensemble de la grille par simple roulement sur les deux rails supports sans adjonction d'un dispositif supplémentaire. Another advantage of the set of bars lies in the ease of extracting the entire grid for repair or maintenance by simple rolling on the two support rails without the addition of an additional device.
Dans le cas de l'utilisation de barreaux creux, I'introduction de l'air à l'intérieur des barreaux s'effectue a vitesse élevée grâce à un cône sonique placé a chaque extrémité de barreau. Par effet dynamique on assure ainsi une répartition uniforme des débits sur toute la longueur du barreau et un meilleur équilibre aéraulique. In the case of the use of hollow bars, the introduction of air inside the bars takes place at high speed thanks to a sonic cone placed at each end of the bar. By dynamic effect, this ensures a uniform distribution of the flow rates over the entire length of the bar and a better aeraulic balance.
L'utilisation d'un cône sonique permet d'éviter une liaison mécanique directe posant des difficultés à température élevée tout en minimisant les fuites d'air. The use of a sonic cone makes it possible to avoid a direct mechanical connection posing difficulties at high temperature while minimizing air leaks.
Les fuites d'air occasionnées par le système lors du déplacement du train de barreaux ne présentent pas de difficultés attendu qu'elles ont l'avantage de permettre le refroidissement et le dépoussiérage des éléments mécaniques situés aux extrémités des barreaux. The air leaks caused by the system during the movement of the train of bars do not present any difficulties since they have the advantage of allowing the cooling and dedusting of the mechanical elements located at the ends of the bars.
Le décendrage est assuré par un mouvement de va et vient assez rapide et plus ou moins fréquent suivant l'évolution de la combustion, la nature et les caractéristiques des déchets brûlés. Ash removal is ensured by a movement back and forth quite fast and more or less frequent depending on the evolution of combustion, the nature and characteristics of the waste burned.
La surface de grille peut être facilement modifiée par adjonction ou suppression d'un ou plusieurs barreaux par exemple à l'aide des maillons de chaîne. The grid surface can be easily modified by adding or removing one or more bars, for example using chain links.
La facon qui consiste à assembler les barreaux par l'intermédiaire d'un système composé de maillons de chaîne est au départ avantageuse compte-tenu des températures élevées rencontrées ou tout élément rigide de grande longueur est à éviter à cause du risque de deformation. The way which consists in assembling the bars by means of a system made up of chain links is initially advantageous taking into account the high temperatures encountered or any rigid element of great length is to be avoided because of the risk of deformation.
Le jeu de fonctionnement entre deux barreaux, qui pourra éventuellement être défini et ajusté en fonction de la nature du combustible brûlé, peut être réglé de façon permanente par modification de la longueur des maillons de chaîne utilises. The operating clearance between two bars, which may possibly be defined and adjusted according to the nature of the fuel burned, can be permanently adjusted by modifying the length of the chain links used.
Mais en cas de nécessité et si la nature et les caractéristiques des produits à brûler le justifient, un jeu entre les barreaux pourra aussi être réalisé utilement de manière intempestive, de manière à assurer un déblocage régulier du train de barreaux par simple variation de l'espace disponible entre les barreaux. Dans ce cas une modification technique simple consiste à réaliser des maillons de chaînes avec des trous non circulaires mais oblongs en forme de lumière horizontale formant moyeu dans lesquels sont introduits les axes circulaires des barreaux selon croquis défini dans la figure 5. But if necessary and if the nature and the characteristics of the products to be burned justify it, a play between the bars can also be usefully carried out in an untimely manner, so as to ensure a regular release of the train of bars by simple variation of the space available between the bars. In this case, a simple technical modification consists in making chain links with non-circular but oblong holes in the form of horizontal light forming a hub into which the circular axes of the bars are introduced according to the sketch defined in FIG. 5.
Cette modification permet grâce à une action simultanée de traction/compression aux extrémités des chaînes du train de barreaux de moduler l'espace disponible entre les barreaux, facilitant ainsi le passage de corps étrangers à travers la grille. Ceci nécessite évidemment en fonctionnement automatique une coordination de l'action des vérins. This modification makes it possible, thanks to a simultaneous traction / compression action at the ends of the chains of the train of bars, to modulate the space available between the bars, thus facilitating the passage of foreign bodies through the grid. This obviously requires in automatic operation a coordination of the action of the jacks.
Les déplacements peuvent être assurés avec une grande fiabilité par l'intermédiaire de vérins reliés aux deux palonniers et commandés par un groupe hydraulique ou pneumatique, en autorisant ainsi la mise en place d'un automatisme complet par l'intermédiaire d'un asservissement et/ou d'une programmation quelconque. The movements can be ensured with great reliability by means of jacks connected to the two lifting beams and controlled by a hydraulic or pneumatic group, thus authorizing the installation of a complete automation by means of a servo and / or any programming.
La grille de combustion selon l'invention présente outre un coût de fabrication très modéré un nombre important d'avantages, tout en utilisant un système mécanique et hydraulique d'une grande simplicité adapté aux conditions d'ambiance difficiles de haute température et d'abrasion imposées par la combustion de déchets divers. The combustion grate according to the invention has, in addition to a very moderate manufacturing cost, a large number of advantages, while using a mechanical and hydraulic system of great simplicity adapted to the difficult ambient conditions of high temperature and abrasion. imposed by the combustion of various wastes.
Suivant le type de matière brûlée et la taille choisie pour les barreaux le soufflage d'air pourra s'effectuer de manière indépendante sous un train de barreaux pleins. De même la forme de la denture notamment le nombre de dents pourra être modifié. Depending on the type of material burned and the size chosen for the bars, the air blowing can be carried out independently under a train of solid bars. Likewise the shape of the toothing, in particular the number of teeth, can be modified.
La présente invention est réputée couvrir ces diverses variantes ainsi qu'il est stipulé dans les revendications ci-après. The present invention is deemed to cover these various variants as stipulated in the claims below.
Claims (14)
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