FR2706679A1 - Machine for manufacturing a thermoelectric converter, and converter thus manufactured - Google Patents
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Abstract
Description
MACHINE DE FABRICATION D'UN CONVERTISSEUR THERMO ELECTRIOUE, ET CONVERTISSEUR AINSI FABRIOUE
L'invention concerne une machine de fabrication d'un convertisseur thermoélectrique du type comportant une pluralité de thermocouples connectés en série, et elle concerne également un convertisseur thermoélectrique destiné en particulier à l'alimentation d'un récepteur radio à transistors.MACHINE FOR MANUFACTURING A THERMO ELECTRIC CONVERTER, AND CONVERTER THUS MANUFACTURED
The invention relates to a machine for manufacturing a thermoelectric converter of the type comprising a plurality of thermocouples connected in series, and it also relates to a thermoelectric converter intended in particular for supplying a radio receiver with transistors.
I1 est bien connu dans la technique qu'un convertisseur thermoélectrique constitué d'une pluralité de thermocouples dont les jonctions sont soumises à des températures différentes, permet de produire une énergie électrique par effet SEEBECK. It is well known in the art that a thermoelectric converter made up of a plurality of thermocouples, the junctions of which are subjected to different temperatures, makes it possible to produce electrical energy by the SEEBECK effect.
En fonction des conducteurs qui sont utilisés pour constituer les thermocouples, il est nécessaire d'associer plusieurs centaines de thermocouples en série pour obtenir une tension de quelques volts aux bornes du convertisseur pour une différence de température de l'ordre d'une centaine de degrés Celsius entre les jonctions chaudes et les jonctions froides des thermocouples. Depending on the conductors which are used to form the thermocouples, it is necessary to associate several hundred thermocouples in series to obtain a voltage of a few volts across the terminals of the converter for a temperature difference of the order of a hundred degrees Celsius between hot and cold junctions of thermocouples.
Ces conditions peu favorables, auxquelles s'ajoute un prix de revient élevé du fait d'une fabrication quasi-artisanale, font que les applications de ces convertisseurs restent très limitées, au moins au niveau du grand public. These unfavorable conditions, to which is added a high cost price due to a quasi-artisanal manufacture, means that the applications of these converters remain very limited, at least at the level of the general public.
La présente invention est basée essentiellement sur une technique de fabrication automatisée en grande série de ces convertisseurs, permettant de baisser très sensiblement leur prix de revient, et sur une application grand public de ces convertisseurs. The present invention is based essentially on an automated mass production technique for these converters, making it possible to very significantly lower their cost price, and on a general public application of these converters.
Elle propose à cet effet une machine de fabrication d'un convertisseur thermoélectrique comportant une pluralité de thermocouples connectés en série, caractérisée en ce qu'elle comprend un support mobile, des moyens de positionnement de tronçons de fils conducteurs sur ie support mobile, et des moyens de déplacement pas à pas de ce support successivement devant un poste de pose compre nant des moyens d'alimentation de deux fils conducteurs de nature différente et des moyens de coupe de tronçons de longueur prédéterminée de ces fils, un poste de soudure comprenant des moyens de soudure des extrémités d'un tronçon d'un fil aux extrémités de tronçons d'un autre fil pour former un thermocouple, un poste de pose de fils de liaison, comprenant des moyens de déroulement d'un fil électroconducteur, des moyens de coupe d'une longueur de ce fil et des moyens de soudure de cette longueur de fil sur une extrémité libre d'un tronçon de fil conducteur précité, et un poste d'enroulement comprenant des moyens d'amenée d'une bande de matière isolante sur ou sous l'ensemble de thermocouples réalisés, des moyens d'enroulement de cette bande et des thermocouples, et des moyens de pose d'un lien sur le rouleau obtenu. To this end, it proposes a machine for manufacturing a thermoelectric converter comprising a plurality of thermocouples connected in series, characterized in that it comprises a mobile support, means for positioning sections of conductive wires on the mobile support, and means for moving this support step by step successively in front of a laying station comprising means for feeding two conductive wires of different nature and means for cutting sections of predetermined length of these wires, a welding station comprising means of welding the ends of a section of a wire to the ends of sections of another wire to form a thermocouple, a station for laying connecting wires, comprising means for unwinding an electroconductive wire, cutting means a length of this wire and means for welding this length of wire to a free end of a section of the aforementioned conductive wire, and a post winding comprising means for feeding a strip of insulating material onto or under the set of thermocouples produced, means for winding this strip and thermocouples, and means for laying a link on the roll obtained.
La machine selon l'invention permet de produire des thermocouples connectés en série à cadence élevée, par exemple de l'ordre de 30 à 40 convertisseurs à l'heure, chaque convertisseur comprenant 150 thermocouples (300 soudures) en série. The machine according to the invention makes it possible to produce thermocouples connected in series at a high rate, for example of the order of 30 to 40 converters per hour, each converter comprising 150 thermocouples (300 welds) in series.
Dans ces conditions, le prix de revient d'un convertisseur est relativement très bas. Under these conditions, the cost price of a converter is relatively very low.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le support mobile précité est un tapis convoyeur dont la face supérieure comporte des rainures transversales de réception des tronçons de fils, ces rainures étant de préférence orientées en zigzag sur la longueur du tapis. According to another characteristic of the invention, the aforementioned movable support is a conveyor belt, the upper face of which comprises transverse grooves for receiving the sections of son, these grooves preferably being oriented in a zigzag fashion over the length of the belt.
Avantageusement! le poste de soudure comporte des têtes multiples de soudure, alignées le long du support mobile et constituées par exemple de micro-torches à plasma. Advantageously! the welding station comprises multiple welding heads, aligned along the movable support and constituted for example by plasma micro-torches.
L'invention propose également un convertisseur thermoélectrique fabriqué au moyen de la machine définie ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend un enroulement serré d'un ensemble de thermocouples connectés en série et en zigzag et d'une bande de matière isolante telle que de la laine de verre ou analogue, et au moins un lien posé sur cet enroulement pour le maintenir serré. The invention also provides a thermoelectric converter manufactured by means of the machine defined above, characterized in that it comprises a tight winding of a set of thermocouples connected in series and in a zigzag and of a strip of insulating material such as glass wool or the like, and at least one tie placed on this winding to keep it tight.
Avantageusement, cet enroulement comprend une extrémité axiale concave comportant les soudures chaudes et une extrémité axiale convexe comportant les soudures froides des thermocouples. Advantageously, this winding comprises a concave axial end comprising the hot welds and a convex axial end comprising the cold welds of the thermocouples.
Selon d'autres caractéristiques de l'Invention, le lien précité de l'enroulement peut comporter des moyens de fixation au-dessus du foyer d'une lampe-tempête, et les fils de jonction fixés aux extrémités de l'ensemble de thermocouples, peuvent être reliés à un connecteur d'alimentation électrique d'un récepteur radio à transistors. According to other characteristics of the invention, the aforementioned link of the winding may comprise means of attachment above the hearth of a hurricane lamp, and the connecting wires fixed to the ends of the set of thermocouples, can be connected to a power supply connector of a transistor radio receiver.
Le convertisseur thermoélectrique selon l'invention peut donc avantageusement être utilisé dans les régions peu ou non électrifiées, où les populations se servent de lampes-tempête pour s'éclairer dans la soirée, et permet alors de générer, à partir du flux de chaleur dissipé par une lampe-tempête, une énergie électrique suffisante pour alimenter un récepteur radio à transistors, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser les piles électriques habituellement prévues à cet effet. The thermoelectric converter according to the invention can therefore advantageously be used in regions with little or no electrification, where the populations use storm lamps to light up in the evening, and then makes it possible to generate, from the dissipated heat flux by a hurricane lamp, sufficient electrical energy to power a transistor radio receiver, without the need to use the electric batteries usually provided for this purpose.
L'invention trouve une application particulièrement intéressante dans les pays à climat tropical humide, où la durée de vie des piles électriques est beaucoup plus faible que dans les pays à climat tempéré et où en général il est relativement difficile et coûteux de se procurer des piles de rechange. The invention finds a particularly interesting application in countries with a humid tropical climate, where the life of electric batteries is much shorter than in countries with a temperate climate and where in general it is relatively difficult and expensive to obtain batteries. spare.
Ainsi, par l'intermédiaire des lampes-tempête qui sont d'un usage quasi-universel, l'invention permet à des populations réparties sur de vastes territoires non électrifiés et peu ou mal équipés en biens de service de recevoir des informations, des messages, des instructions, des avertissements, etc, qui sont émis à leur attention par un gouvernement, une organisation internatio nale, nationale ou régionale, etc. Thus, by means of storm lamps which are of almost universal use, the invention allows populations spread over vast territories which are not electrified and little or poorly equipped with service goods to receive information, messages , instructions, warnings, etc., which are issued to them by a government, an international, national or regional organization, etc.
Un convertisseur thermoélectrique selon l'invention est par ailleurs utilisable avec toute source de chaleur dégageant une énergie thermique suffisante pour élever d'environ une centaine de degrés Celsius la température des jonctions chaudes des thermocouples par rapport à celle des jonctions froides. A thermoelectric converter according to the invention can also be used with any heat source releasing sufficient thermal energy to raise the temperature of the hot junctions of thermocouples by about a hundred degrees Celsius compared to that of cold junctions.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels
La figure 1 est une vue schématique en plan d'une machine de fabrication de convertisseurs thermoélectriques selon l'invention
La figure 2 est une vue de dessus, à plus grande échelle, d'une partie de la machine de la figure 1
La figure 3 représente schématiquement un convertisseur thermoélectrique selon l'invention connecté à un récepteur radio à transistors.The invention will be better understood and other characteristics, details and advantages thereof will appear more clearly on reading the description which follows, given by way of example with reference to the appended drawings in which
Figure 1 is a schematic plan view of a machine for manufacturing thermoelectric converters according to the invention
Figure 2 is a top view, on a larger scale, of a part of the machine of Figure 1
FIG. 3 schematically represents a thermoelectric converter according to the invention connected to a radio receiver with transistors.
On se réfère d'abord aux figures 1 et 2, qui représentent schématiquement les moyens essentiels d'une machine de fabrication de convertisseurs thermoélectriques selon l'invention. Reference is first made to FIGS. 1 and 2, which schematically represent the essential means of a machine for manufacturing thermoelectric converters according to the invention.
Dans ces figures, la référence 10 désigne un convoyeur comprenant un tapis ou une bande sans fin 12 passant sur des rouleaux 14 de guidage et d'entraînement pas à pas, la face supérieure de ce tapis comportant des encoches ou rainures transversales 16 agencées en V ou en zigzag pour recevoir chacune un tronçon de fil électroconducteur destiné à faire partie d'un thermocouple. In these figures, the reference 10 designates a conveyor comprising an endless belt or belt 12 passing over rollers 14 for guide and drive step by step, the upper face of this belt comprising notches or transverse grooves 16 arranged in V or zigzag to each receive a section of electroconductive wire intended to form part of a thermocouple.
Ces tronçons de fils sont fournis par des bobines 18 de fil électroconducteur qui sont disposées de part et d'autre du tapis 12, le fil d'une première bobine 18 étant par exemple un alliage nickel-cuivre à 45 % de nickel et 55 % de cuivre, et le fil de l'autre bobine 18 étant par exemple un alliage nickel-chrome à 90 % de nickel et 10 % de chrome, ces fils ayant un diamètre par exemple de l'ordre de 0,5 mm. These sections of wire are supplied by coils 18 of electroconductive wire which are arranged on either side of the belt 12, the wire of a first coil 18 being for example a nickel-copper alloy containing 45% nickel and 55%. of copper, and the wire of the other coil 18 being for example a nickel-chromium alloy with 90% nickel and 10% chromium, these wires having a diameter for example of the order of 0.5 mm.
Chaque bobine est associée à un dévidoir à galets 20 qui redresse le fil, qui en mesure une longueur prédéterminée et qui coupe le fil à cette longueur, la sortie de chaque dévidoir 20 aboutissant à un système 22 de guidage et de pose d'un tronçon de fil dans une rainure 16 du tapis 12, de telle sorte que les tronçons de fils disposés dans deux rainures consécutives sont de nature différente. Each reel is associated with a roller reel 20 which straightens the wire, which measures a predetermined length and which cuts the wire to this length, the output of each reel 20 leading to a system 22 for guiding and laying a section of wire in a groove 16 of the belt 12, so that the sections of son arranged in two consecutive grooves are of different nature.
Comme on le voit mieux en figure 2, chaque tronçon de fil peut avoir une longueur supérieure à celle de la rainure 16 où il est reçu, de sorte que ses extrémités 24 dépassent de part et d'autre du tapis 12. La machine comprend ensuite un poste 26 de soudure, comprenant deux têtes de soudure 28 de part et d'autre du tapis 12, agencées de telle sorte que les extrémités 24 des tronçons de fil passent au niveau de ces têtes de soudure lorsque le tapis 12 est déplacé vers l'avant dans le sens indiqué par la flèche 30. As best seen in Figure 2, each section of wire can have a length greater than that of the groove 16 where it is received, so that its ends 24 protrude on either side of the belt 12. The machine then comprises a welding station 26, comprising two welding heads 28 on either side of the mat 12, arranged so that the ends 24 of the sections of wire pass at the level of these welding heads when the mat 12 is moved towards the forward in the direction indicated by arrow 30.
Ces têtes de soudure comprennent par exemple des groupes de microtorches à plasma équipées d'un générateur et d'un système de balayage d'argon, pour réaliser simultanément un certain nombre de soudures, par exemple compris entre 3 et 10, de chaque coté du tapis 12. Ainsi, au poste de soudure 18, les extrémités 24 adjacentes ou croisées des tronçons de fils sont soudées deux à deux, chaque soudure constituant une jonction d'un thermocouple. These welding heads include, for example, groups of plasma microtorches equipped with a generator and an argon scanning system, to simultaneously carry out a certain number of welds, for example between 3 and 10, on each side of the mat 12. Thus, at the welding station 18, the adjacent or crossed ends 24 of the sections of wires are welded two by two, each weld constituting a junction of a thermocouple.
Le poste suivant 30 de la machine est un poste de pose de fils de liaison aux extrémités d'un ensemble de thermocouples. Les fils de liaison sont formés à partir d'une bobine (non représentée) de fil électroconducteur, qui est associée à un dévidoir à galets identique à ceux des bobines 18 des fils de thermocouples, permettant de dérouler et de redresser une longueur prédéterminée de fil de liaison, de couper ce fil à la longueur voulue et de l'amener en regard d'une extrémité d'un ensemble de thermocouples, au niveau d'une tête de soudure du même type que celles précédemment décrites
Les fils de liaison sont habituellement pourvus d'une gaine d'isolation électrique, et l'on prévoit pour cette raison des moyens de dénudage de ces fils sur une longueur d'environ 10 mm au niveau des moyens de coupe
La machine comprend ensuite, au-delà de l'extrémité avant du convoyeur 10, une bobine 32 sur laquelle est enroulée une bande ou un ruban 34 d'une matière électriquement et thermiquement isolante telle que de la laine de verre ou de la laine de roche, qui passe, en sortie de la bobine 32, sur un rouleau 36 pour être amené sous l'ensemble de thermocouples sortant du convoyeur 10 et passer ensuite dans une pince 38 d'enroulement, suivie d'un système 40 de coupe de la bande ou du ruban de matière isolante.The next station 30 of the machine is a station for laying connection wires at the ends of a set of thermocouples. The connecting wires are formed from a coil (not shown) of electroconductive wire, which is associated with a reel with rollers identical to those of the coils 18 of the thermocouple wires, making it possible to unwind and straighten a predetermined length of wire. connection, cut this wire to the desired length and bring it opposite one end of a set of thermocouples, at the level of a welding head of the same type as those previously described
The connecting wires are usually provided with an electrical insulation sheath, and for this reason provision is made for stripping means of these wires over a length of approximately 10 mm at the cutting means.
The machine then comprises, beyond the front end of the conveyor 10, a reel 32 on which is wound a strip or a tape 34 of an electrically and thermally insulating material such as glass wool or wool of glass. rock, which passes, at the outlet of the coil 32, on a roller 36 to be brought under the set of thermocouples leaving the conveyor 10 and then pass through a winding clamp 38, followed by a system 40 for cutting the tape or tape of insulating material.
Le poste suivant 42 de la machine comprend des moyens d'amenée et de pose d'un lien, tel qu'un cerclage métallique, sur le rouleau ainsi obtenu, qui peut ensuite subir au poste 44 une pulvérisation ou un dépôt d'un matériau réfractaire sur une de ses extrémités. The next station 42 of the machine comprises means for supplying and laying a link, such as a metal strapping, on the roll thus obtained, which can then undergo at station 44 a spraying or a deposition of a material refractory on one of its ends.
Cette machine est utilisée de la façon suivante
des tronçons de fils de nickel-cuivre et de nickel-chrome d'une longueur de 50 mm par exemple, sont disposés en alternance dans les rainures 16 du tapis 12 de telle sorte que leurs extrémités 24 se chevauchent ou soient sensiblement deux à deux adjacentes, après quoi ces extrémités chevauchantes ou adjacentes sont soudées l'une à l'autre par les têtes de soudure 28.This machine is used as follows
sections of nickel-copper and nickel-chromium wires with a length of 50 mm for example, are arranged alternately in the grooves 16 of the belt 12 so that their ends 24 overlap or are substantially two by two adjacent , after which these overlapping or adjacent ends are welded to each other by the welding heads 28.
Pour fabriquer un convertisseur thermoélec trique comprenant par exemple 150 thermocouples en série, chaque thermocouple comprenant une jonction chaude et une jonction froide, il faut disposer 300 tronçons de fils dans 300 rainures 16 consécutives, après quoi on laisse vides au moins deux rainures 16 consécutives qui définissent le début et la fin respectivement d'un ensemble de thermocouples. To manufacture a thermoelectric converter comprising for example 150 thermocouples in series, each thermocouple comprising a hot junction and a cold junction, it is necessary to have 300 sections of wires in 300 consecutive grooves 16, after which at least two consecutive grooves 16 are left empty which define the beginning and the end respectively of a set of thermocouples.
Chaque extrémité d'un tel ensemble de thermocouples reçoit un fil de liaison 46 qui lui est soudé et qui s'étend sur une longueur prédéterminée. Une bande ou un ruban de matière isolante (laine de verre ou laine de roche par exemple), est ensuite amené sous l'ensemble de thermocouples à la sortie du convoyeur 10, et est enroulé avec cet ensemble pour former un bloc cylindrique au moyen de la pince d'enroulement 38. Each end of such a set of thermocouples receives a connecting wire 46 which is welded to it and which extends over a predetermined length. A strip or ribbon of insulating material (glass wool or rock wool for example) is then brought under the thermocouple assembly at the outlet of the conveyor 10, and is wound with this assembly to form a cylindrical block by means of the winding clamp 38.
Celle-ci est associée à des moyens de transfert qui la déplacent vers l'avant au cours de l'enroulement et qui la ramènent ensuite vers l'arrière. This is associated with transfer means which move it forward during the winding and which then bring it back.
Lorsque l'ensemble de thermocouples a été entièrement enroulé avec la bande ou le ruban de matière isolante, cette bande ou ce ruban est coupé par le système 40, puis le rouleau obtenu reçoit au poste 42 un lien ou cerclage 48 de matière résistant à la chaleur.When the set of thermocouples has been completely wound up with the strip or ribbon of insulating material, this strip or this ribbon is cut by the system 40, then the roll obtained receives at station 42 a link or strapping 48 of material resistant to heat.
Avantageusement, ce cerclage 48 peut comprendre ou recevoir des pattes latérales 50 servant à sa fixation sur un objet approprié (tel qu'une lampe-tempête) comme représenté schématiquement en figure 3. Advantageously, this strapping 48 can include or receive lateral tabs 50 used for fixing it to an appropriate object (such as a hurricane lamp) as shown diagrammatically in FIG. 3.
Une extrémité du rouleau ainsi obtenu reçoit ensuite au poste 44 un revêtement de matériau réfractaire, cette extrémité correspondant aux soudures ou jonctions froides des thermocouples. One end of the roll thus obtained then receives at station 44 a coating of refractory material, this end corresponding to the welds or cold junctions of the thermocouples.
Ensuite, un connecteur électrique 52 d'un type approprié peut être monté sur les extrémités libres des fils de liaison 46, ce connecteur électrique permettant par exemple le raccordement à un récepteur radio à transistors représenté schématiquement en 54 en figure 3. Next, an electrical connector 52 of an appropriate type can be mounted on the free ends of the connecting wires 46, this electrical connector allowing for example the connection to a transistor radio receiver shown diagrammatically at 54 in FIG. 3.
Comme on l'a représenté également en figure 3, les extrémités du rouleau obtenu en sortie de la machine de fabrication peuvent être l'une concave et l'autre convexe, notamment lorsque le convertisseur selon l'invention est destiné à être disposé au-dessus de la flamme d'une lampe-tempête, de telle sorte que les flammes de cette iampe et les gaz chauds de combustion viennent lécher davantage la face inférieure concave du convertisseur et lui cédent une plus grande quantité de chaleur. Par ailleurs, la forme convexe de la face supérieure du convertisseur améliore son refroidissement. As also shown in FIG. 3, the ends of the roller obtained at the outlet of the manufacturing machine can be one concave and the other convex, in particular when the converter according to the invention is intended to be placed at the above the flame of a hurricane lamp, so that the flames of this lamp and the hot combustion gases come to lick the concave underside of the converter more and give it a greater amount of heat. Furthermore, the convex shape of the upper face of the converter improves its cooling.
Les formes incurvées des extrémités du convertisseur s'obtiennent facilement lors de l'enroulement, par déplacement axial de la pince d'enroulement 38. The curved shapes of the ends of the converter are easily obtained during winding, by axial displacement of the winding clamp 38.
De façon globale, on peut augmenter le rendement du convertisseur de 30 à 40% en lui donnant des formes concave et convexe à ses extrémités chaude et froide comme précité, et en déposant sur son extrémité froide un revêtement réfractaire qui va s'opposer à l'établissement d'un équilibre thermique entre les deux extrémités du convertisseur. Overall, the efficiency of the converter can be increased by 30 to 40% by giving it concave and convex shapes at its hot and cold ends as mentioned above, and by depositing on its cold end a refractory lining which will oppose the 'establishment of a thermal equilibrium between the two ends of the converter.
Lorsque le convertisseur selon l'invention est placé au-dessus de la flamme d'une lampe-tempête, la différence de température entre ses jonctions chaudes (inférieures) et froides (supérieures) est de l'ordre de 200 à 300 e C et permet d'alimenter correctement un poste radio à transistors d'un type classique, par exemple avec une tension de plusieurs volts et une intensité de courant de l'ordre d'un ampère, pendant plusieurs heures. When the converter according to the invention is placed above the flame of a hurricane lamp, the temperature difference between its hot (lower) and cold (upper) junctions is of the order of 200 to 300 e C and allows to properly power a transistor radio of a conventional type, for example with a voltage of several volts and a current intensity of the order of an ampere, for several hours.
De façon générale, trois opérateurs suffisent pour faire fonctionner la machine selon l'invention à cadence élevée et assurer une production qui autrement nécessiterait le travail de 900 personnes utilisant des machines individuelles de soudure automatique. Cela se traduit par une baisse très importante du prix de revient d'un convertisseur thermoélectrique. In general, three operators are sufficient to operate the machine according to the invention at a high rate and to ensure production which would otherwise require the work of 900 people using individual automatic welding machines. This results in a very significant drop in the cost price of a thermoelectric converter.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9307172A FR2706679A1 (en) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | Machine for manufacturing a thermoelectric converter, and converter thus manufactured |
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FR9307172A FR2706679A1 (en) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | Machine for manufacturing a thermoelectric converter, and converter thus manufactured |
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FR2706679A1 true FR2706679A1 (en) | 1994-12-23 |
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FR9307172A Withdrawn FR2706679A1 (en) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | Machine for manufacturing a thermoelectric converter, and converter thus manufactured |
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