ITRM980452A1 - PERFECTED GAS-LIQUID HEAT EXCHANGER - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo: accompanying a patent application for an industrial invention entitled:
"Scambiatore di calore gas-liquido perfezionato" "Improved gas-liquid heat exchanger"
La presente invenzione riguarda uno scambiatore di calore gas-liquido perfezionato. The present invention relates to an improved gas-liquid heat exchanger.
Più in particolare, l'invenzione riguarda uno scambiatore del tipo detto strutturato in maniera tale da consentire di ottenere vantaggi notevoli rispetto agli scambiatori noti. More particularly, the invention relates to an exchanger of the above type structured in such a way as to allow considerable advantages to be obtained with respect to known exchangers.
Come è noto a tutti gli addetti del settore, gli scambiatori di calore gas-liquido servono per trasferire calore da un gas ad un liquido, o viceversa. Questo tipo di scambiatore è utilizzato spesso in diversi settori. As is known to all workers in the sector, gas-liquid heat exchangers are used to transfer heat from a gas to a liquid, or vice versa. This type of exchanger is often used in various sectors.
Ad esempio, uno dei settori in cui più è utilizzato questo tipo di scambiatore è quello del riscaldamento, con particolare riferimento allo scambiatore primario fumi-acqua dei generatori di calore (caldaie). For example, one of the sectors in which this type of exchanger is most used is that of heating, with particular reference to the primary flue-water exchanger of heat generators (boilers).
Si tratta di un elemento di caldaie per riscaldamento e di caldaie miste, per riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria. It is an element of heating boilers and mixed boilers, for heating and domestic hot water production.
I fumi caldi sono sviluppati dalla combustione in aria di combustibili gassosi, liquidi o solidi che alimentano un bruciatore, e l'acqua riscaldata viene utilizzata come fluido termovettore per il riscaldamento di ambienti a mezzo di radiatori e per il riscaldamento di acqua destinata al consumo umano a mezzo di un'ulteriore scambiatore acqua-acqua. Hot fumes are developed from the combustion in air of gaseous, liquid or solid fuels that feed a burner, and the heated water is used as a heat transfer fluid for space heating by means of radiators and for heating water intended for human consumption. by means of an additional water-water exchanger.
In questo contesto viene ad inserirsi la soluzione proposta secondo la presente invenzione che consente di realizzare uno scambiatore di calore gasliquido con prestazioni decisamente migliori rispetto alle soluzioni attualmente disponibili sul mercato. In this context, the solution proposed according to the present invention is inserted, which allows to realize a gas-liquid heat exchanger with much better performance than the solutions currently available on the market.
Scopo principale della presente invenzione è quello di fornire uno scambiatore di calore che possa essere applicato universalmente come scambiatore primario nel settore del riscaldamento. The main object of the present invention is to provide a heat exchanger that can be universally applied as a primary exchanger in the heating sector.
Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire uno scambiatore di calore gasliquido che possa funzionare in regime di condensazione dei gas. A further object of the present invention is to provide a gas-liquid heat exchanger that can operate in the gas condensation regime.
Ancora uno scopo della presente invenzione è quello di fornire una soluzione estremamente solida e che possa essere pulita con estrema facilità. Another object of the present invention is to provide an extremely solid solution which can be cleaned very easily.
Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire uno scambiatore di calore che preveda differenti composizioni degli stessi elementi per la realizzazione di scambiatori utilizzabili per varie tipologie di apparecchi. A further object of the present invention is to provide a heat exchanger which includes different compositions of the same elements for the construction of exchangers that can be used for various types of appliances.
Questi ed altri risultati sono ottenuti, secondo la presente invenzione, mediante la realizzazione di uno scambiatore di calore gas-liquido con una struttura delle alette degli elementi che consente una variabilità' della compenetrazione delle alette fra due o piu' elementi, con il lato gas alettato per consentire di introdurre più elementi sovrapposti in serie e/o di abbinare più serie affiancate, per realizzare potenze di scambio crescenti, così sfruttando al meglio lo scambio gas-liquido in controcorrente, ed eventualmente il lato liquido alettato, costituito da uno o più canali comprendenti uno o più circuiti. These and other results are obtained, according to the present invention, through the realization of a gas-liquid heat exchanger with a structure of the fins of the elements which allows a variability of the interpenetration of the fins between two or more elements, with the gas side finned to allow the introduction of more superimposed elements in series and / or to combine several series side by side, to achieve increasing exchange powers, thus making the most of the gas-liquid exchange in countercurrent, and possibly the finned liquid side, consisting of one or more channels comprising one or more circuits.
Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione uno scambiatore di calore gas-liquido, comprendente almeno due elementi scambiatori di calore che prevedono ciascuno almeno un canale di passaggio del liquido, o lato liquido, che prevede esternamente un pacco alettato, o lato gas, con alette sostanzialmente parallele tra di loro accoppiate alla radice a detto almeno un canale di passaggio, detti almeno due elementi scambiatori essendo in comunicazione idraulica tra di loro con passaggio del liquido da un elemento all'altro in direzione inversa a quella di moto del gas, e i pacchi alettati dei canali di passaggio dei rispettivi elementi scambiatori essendo compenetrabili uno con l'altro, il grado di compenetrabilità dei pacchi alettati essendo variabile. Therefore, the specific object of the present invention is a gas-liquid heat exchanger, comprising at least two heat exchanger elements which each have at least one channel for the passage of the liquid, or liquid side, which provides externally a finned pack, or gas side, with fins substantially parallel to each other coupled at the root to said at least one passage channel, said at least two exchanger elements being in hydraulic communication with each other with passage of the liquid from one element to another in the opposite direction to that of gas motion, and the packs fins of the passage channels of the respective exchanger elements being interpenetrable with each other, the degree of interpenetration of the finned packs being variable.
Preferibilmente, secondo l'invenzione, ciascun elemento scambiatore può prevedere più di un canale di passaggio dei liquido disposti in parallelo e idraulicamente connessi, in parallelo, in serie o in altro modo. Preferably, according to the invention, each exchanger element can provide more than one channel for the passage of the liquid arranged in parallel and hydraulically connected, in parallel, in series or in another way.
Ulteriormente, secondo l'invenzione, detti canali di passaggio di ciascun elemento scambiatore possono essere complanari. Furthermore, according to the invention, said passage channels of each exchanger element can be coplanar.
Sempre secondo l'invenzione, possono essere previste alette anche internamente a detti canali di passaggio. Always according to the invention, fins can also be provided inside said passage channels.
Ancora secondo l'invenzione, possono essere affiancati più scambiatori secondo l'invenzione. Still according to the invention, several exchangers according to the invention can be placed side by side.
Ulteriormente, lo scambiatore secondo 1'invenzione può essere costituito da più circuiti idraulici, ad esempio per acqua primaria e acqua sanitaria. Furthermore, the exchanger according to the invention can consist of several hydraulic circuits, for example for primary water and sanitary water.
Secondo l'invenzione, in una forma di realizzazione preferita, sono previsti due, tre o più elementi scambiatori sovrapposti. According to the invention, in a preferred embodiment, two, three or more superimposed exchanger elements are provided.
La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: la figura 1 è una vista schematica laterale di una prima forma di realizzazione dello scambiatore di calore gas-liquido secondo l'invenzione; The present invention will now be described, for illustrative but not limitative purposes, according to its preferred embodiments, with particular reference to the figures of the attached drawings, in which: Figure 1 is a schematic side view of a first embodiment of the exchanger gas-liquid heat according to the invention;
la figura 2 è una vista laterale di un particolare dello scambiatore di figura 1; Figure 2 is a side view of a detail of the exchanger of Figure 1;
la figura 3 è una vista in sezione presa lungo la linea III-III di figura 2; Figure 3 is a sectional view taken along the line III-III of Figure 2;
la figura 4 è una vista dall'alto di un particolare dello scambiatore di figura 1; Figure 4 is a top view of a detail of the exchanger of Figure 1;
la figura 5 è una vista in sezione presa lungo la linea V-V di figura 4; Figure 5 is a sectional view taken along the line V-V of Figure 4;
la figura 6 è una vista schematica laterale di una seconda forma di realizzazione dello scambiatore di calore gas-liquido secondo l'invenzione; figure 6 is a side schematic view of a second embodiment of the gas-liquid heat exchanger according to the invention;
la figura 1 è una vista laterale di un particolare dello scambiatore di figura 6; Figure 1 is a side view of a detail of the exchanger of Figure 6;
la figura 8 è una vista in sezione presa lungo la linea VIII-VIII di figura 7; Figure 8 is a sectional view taken along the line VIII-VIII of Figure 7;
la figura 9 è una vista dall'alto di un particolare dello scambiatore di figura 6; e figure 9 is a top view of a detail of the exchanger of figure 6; And
la figura 10 è una vista in sezione presa lungo la linea X-X di figura 9. Figure 10 is a sectional view taken along the line X-X of Figure 9.
Osservando dapprima le figure 1 - 5, è mostrata una caldaia a tiraggio naturale provvista di scambiatore secondo l'invenzione, che prevede un ingresso 1 dell'acqua primaria, su cui è prevista una pompa 2, per l'invio dell'acqua attraverso gli elementi dello scambiatore, in questo caso tre, rispettivamente indicati con i riferimenti numerici 3, 4 e 5. Observing first the figures 1 - 5, a natural draft boiler is shown equipped with an exchanger according to the invention, which provides a primary water inlet 1, on which a pump 2 is provided, for sending the water through the elements of the exchanger, in this case three, respectively indicated with the numerical references 3, 4 and 5.
Con il riferimento numerico 6 è indicata l'uscita dell'acqua primaria. The numerical reference 6 indicates the primary water outlet.
L'aria comburente entra attraverso l'ingresso 7, passando per il bruciatore 8 e la camera di combustione 9, e quindi uscendo attraverso il camino O uscita dei fumi 10. The combustion air enters through the inlet 7, passing through the burner 8 and the combustion chamber 9, and then exiting through the chimney O flue outlet 10.
Come detto, in questa forma di realizzazione, sono previsti tre elementi 3, 4, 5 sovrapposti (vedere la figura 3), ognuno dei quali si presenta esteriormente come un pacco alettato, costituente il "lato gas", le cui alette 11 sono prevalentemente parallele fra loro e sono unite alla radice al canale di passaggio del liquido, costituenti il "lato liquido". As mentioned, in this embodiment, three superimposed elements 3, 4, 5 are provided (see figure 3), each of which appears externally as a finned pack, constituting the "gas side", the fins 11 of which are mainly parallel to each other and joined at the root to the channel for the passage of the liquid, constituting the "liquid side".
In questa soluzione sono previsti, per ogni elemento 3, 4 , 5, tre canali paralleli {vedere figura 4), uniti idraulicamente tra di loro dai collettori 12 e 13, e connessi tramite i raccordi 14 e 15 agli elementi superiore e/o inferiore. In this solution, three parallel channels are provided for each element 3, 4, 5 (see figure 4), hydraulically joined together by the manifolds 12 and 13, and connected through the fittings 14 and 15 to the upper and / or lower elements .
Anche all'interno dei canali possono essere presenti una o più alette (non mostrate) per accrescere la superficie di scambio a disposizione del liquido. Also inside the channels there may be one or more fins (not shown) to increase the exchange surface available to the liquid.
L'interconnessione attuata, illustrata nelle figure, che sfrutta il passaggio in controcorrente dei due fluidi, per cui in ogni elemento i vari canali complanari percorsi dal liquido sono perpendicolari alla direzione dei fumi e sono fra di loro in parallelo; il flusso del liquido da un elemento e quello sovrapposto immediatamente successivo avviene in modo che il movimento dell'acqua da un elemento al successivo risulti inverso al moto dei fumi. The interconnection implemented, illustrated in the figures, which exploits the counter-current passage of the two fluids, so that in each element the various coplanar channels traveled by the liquid are perpendicular to the direction of the fumes and are parallel to each other; the flow of liquid from one element and the immediately following superimposed one occurs in such a way that the movement of water from one element to the next is inverse to the motion of the fumes.
Frazionando lo scambiatore secondo l'invenzione in elementi sovrapposti si realizza una assenza di continuità fra le alette 11 dei vari elementi e quindi l'assenza ponti termici fra di essi, per cui si può attuare al meglio lo scambio in controcorrente. By dividing the exchanger according to the invention into superimposed elements, there is an absence of continuity between the fins 11 of the various elements and therefore the absence of thermal bridges between them, so that the exchange in countercurrent can be carried out in the best possible way.
Infatti, a parità di superficie di scambio, il passaggio dei due fluidi in controcorrente, rispetto al passaggio in equicorrente ed al passaggio in senso ortogonale, fa aumentare la potenza termica scambiata fra i due fluidi. In fact, with the same exchange surface, the passage of the two fluids in counter-current, with respect to the passage in a co-current direction and the passage in an orthogonal direction, increases the thermal power exchanged between the two fluids.
Ovviamente, si possono affiancare più scambiatori secondo 1'invenzione, eventualmente interconnessi idraulicamente, per comporre un unico scambiatore più grande capace di scambiare potenze termiche crescenti. I vari elementi da sovrapporre e/o da affiancare possono essere fra loro uguali o diversi o in parte uguali. Obviously, several exchangers according to the invention can be placed side by side, possibly hydraulically interconnected, to compose a single larger exchanger capable of exchanging increasing thermal powers. The various elements to be superimposed and / or to be placed side by side can be the same or different or partly the same.
Osservando ora le figure da 6 a 10, è mostrata un seconda forma di realizzazione dello scambiatore secondo l'invenzione. Gli stessi numeri di riferimento sono stati utilizzati per indicare gli elementi corrispondenti a quelli della forma di realizzazione precedente. Observing now figures 6 to 10, a second embodiment of the exchanger according to the invention is shown. The same reference numbers have been used to indicate the elements corresponding to those of the previous embodiment.
In questo caso, si tratta di una caldaia a tiraggio forzato, in cui è previsto il ventilatore 16 che aiuta all'estrazione dei fumi. In this case, it is a forced draft boiler, in which the fan 16 is provided which helps to extract the fumes.
Nella forma di realizzazione illustrata, sono previsti due elementi 4, 5 sovrapposti, invece dei tre della forma di realizzazione precedente, ma è da intendersi che tale soluzione potrebbe essere adottata nella forma di realizzazione precedente e viceversa. In the illustrated embodiment, two superimposed elements 4, 5 are provided, instead of the three of the previous embodiment, but it is to be understood that this solution could be adopted in the previous embodiment and vice versa.
Lo scambiatore secondo l'invenzione potrà in ogni caso essere "monotermico" o anche "bitermico" o "pluritermico", potendo inglobare uno o più circuiti idraulici, dei quali, ad esempio uno percorso dall'acqua "primaria" destinata al riscaldamento, e un secondo circuito per la preparazione di acqua calda sanitaria. The exchanger according to the invention can in any case be "monothermal" or even "bithermic" or "plurithermic", being able to incorporate one or more hydraulic circuits, of which, for example, one run by the "primary" water intended for heating, and a second circuit for the preparation of domestic hot water.
Le alette 11 dei singoli elementi 3, 4, 5, sono realizzate in modo tale che nella sovrapposizione di più elementi si può ottenere una compenetrazione prestabilita fra gli elementi stessi. Si può infatti osservare che in figura 1 la compenetrazione delle alette 11 è minore che non in figura 6. The fins 11 of the individual elements 3, 4, 5 are made in such a way that in the superposition of several elements, a predetermined interpenetration between the elements can be obtained. It can in fact be observed that in Figure 1 the interpenetration of the fins 11 is less than in Figure 6.
La compenetrazione delle alette 11 può avvenire tra un valore minimo (superficie affacciata nulla) ed un valore massimo (massima superficie affacciata). The interpenetration of the fins 11 can take place between a minimum value (zero facing surface) and a maximum value (maximum facing surface).
Al crescere della compenetrazione si restringono i passaggi attraverso i quali possono transitare i gas ottenendosi in tal modo due effetti importanti ai fini del comportamento dello scambiatore: As the interpenetration increases, the passages through which the gases can transit shrink, thus obtaining two important effects for the behavior of the exchanger:
a) a parità di portata dei gas aumenta la resistenza aerodinamica totale dello scambiatore al passaggio dei gas stessi; a) with the same flow rate of the gases, the total aerodynamic resistance of the exchanger to the passage of the gases increases;
b) a parità di portata di gas cresce il coefficiente di scambio fluidodinamico dello scambiatore quindi aumenta la potenza termica scambiabile. b) with the same gas flow rate, the fluid-dynamic exchange coefficient of the exchanger increases, therefore the exchangeable thermal power increases.
Nel campo del riscaldamento con gli stessi elementi combinati e "compenetrati" opportunamente risulta possibile realizzare tre distinte tipologie di scambiatori e quindi di caldaie: In the field of heating with the same elements combined and "interpenetrated" it is conveniently possible to create three distinct types of exchangers and therefore of boilers:
- caldaia a tiraggio naturale (figure 1 - 5), - natural draft boiler (figures 1 - 5),
- caldaia a tiraggio forzato (figure 6 - 10), - forced draft boiler (figures 6 - 10),
- caldaia a condensazione del vapore acqueo dei fumi (non rappresentata. - flue gas condensing boiler (not shown.
Con la soluzione secondo l'invenzione, a parità di portata termica dei fumi, nelle caldaie a tiraggio naturale è necessaria una minore compenetrazione per limitare la resistenza aerodinamica al passaggio dei fumi, per cui la superficie alettata complessiva deve essere maggiore, nelle caldaie a tiraggio forzato la compenetrazione attuabile è maggiore perché la maggiore resistenza aerodinamica viene vinta con mezzi meccanici che forzano il flusso dei fumi, pertanto il più alto coefficiente di scambio conseguibile consente di avere una superficie alettata totale minore, e, infine, nelle caldaie a condensazione a flusso forzato la superficie alettata deve essere più elevata per conseguire un maggior raffreddamento dei fumi e recuperare il calore latente di condensazione del vapore acqueo, quindi lo scambiatore potrà sia avere più elementi, sia una maggiore compenetrazione delle alette 11 rispetto ad un tiraggio forzato senza condensazione; la direzione spaziale dei fumi potrà avvenire anche dall'alto verso il basso onde favorire il deflusso e la raccolta della condensa. With the solution according to the invention, with the same heat flow rate of the fumes, less interpenetration is required in natural draft boilers to limit the aerodynamic resistance to the passage of the fumes, so the overall finned surface must be greater in draft boilers. forced interpenetration is greater because the greater aerodynamic resistance is overcome by mechanical means that force the flue gas flow, therefore the higher achievable exchange coefficient allows for a smaller total finned surface, and, finally, in flow condensing boilers forced, the finned surface must be higher to achieve greater cooling of the fumes and recover the latent heat of condensation of the water vapor, therefore the exchanger can have more elements and a greater penetration of the fins 11 compared to a forced draft without condensation; the spatial direction of the fumes may also occur from top to bottom in order to favor the outflow and collection of condensate.
Nel caso di applicazione dello scambiatore di calore secondo l'invenzione in settori differenti, si possono prevedere compenetrazioni delle alette differenti in base ad esigenze contingenti di funzionamento dello scambiatore. In the case of application of the heat exchanger according to the invention in different sectors, it is possible to foresee interpenetration of the different fins according to contingent operating needs of the exchanger.
Si può inoltre ipotizzare l'impiego dello scambiatore nelle applicazioni in cui è il liquido che cede calore al gas. It is also possible to hypothesize the use of the exchanger in applications where it is the liquid that transfers heat to the gas.
Per la realizzazione delle alette 11 e di ogni singolo elemento 3, 4 o 5 dello scambiatore secondo l'invenzione si impiegheranno di volta in volta i materiali più idonei a seconda della specifica applicazione, con la tecnologia più appropriata (ad esempio per l'alluminio la pressofusione o la fusione in sabbia o in conchiglia, per il rame lo stampaggio e la saldobrasatura), e la forma più adatta a soddisfare le esigenze a cui lo scambiatore è destinato. For the realization of the fins 11 and of each single element 3, 4 or 5 of the exchanger according to the invention, the most suitable materials will be used from time to time according to the specific application, with the most appropriate technology (for example for aluminum die casting or sand or shell casting, for copper molding and brazing), and the most suitable shape to meet the needs for which the exchanger is intended.
Inoltre, la loro resistenza meccanica dovrà essere adeguata a resistere alle sollecitazioni indotte dalla pressione interna del liquido e dalle variazioni di temperatura, a resistere alla corrosività dei gas e delle sue condense, e adeguata a resistere alle azioni meccaniche e chimiche attuate nel corso della pulizia da incrostazioni, fuliggine e sporco in genere. Furthermore, their mechanical resistance must be adequate to withstand the stresses induced by the internal pressure of the liquid and temperature variations, to resist the corrosiveness of gases and its condensates, and adequate to withstand the mechanical and chemical actions implemented during cleaning. from encrustations, soot and dirt in general.
La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate. The present invention has been described by way of illustration, but not of limitation, according to its preferred embodiments, but it is to be understood that variations and / or modifications may be made by those skilled in the art without thereby departing from the relative scope of protection, as defined from the attached claims.
Claims (8)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT98RM000452A IT1299548B1 (en) | 1998-07-06 | 1998-07-06 | PERFECTED GAS-LIQUID HEAT EXCHANGER |
| EP99830429A EP0971195A3 (en) | 1998-07-06 | 1999-07-05 | Improved gas-liquid heat exchanger |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT98RM000452A IT1299548B1 (en) | 1998-07-06 | 1998-07-06 | PERFECTED GAS-LIQUID HEAT EXCHANGER |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ITRM980452A0 ITRM980452A0 (en) | 1998-07-06 |
| ITRM980452A1 true ITRM980452A1 (en) | 2000-01-06 |
| IT1299548B1 IT1299548B1 (en) | 2000-03-16 |
Family
ID=11406032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT98RM000452A IT1299548B1 (en) | 1998-07-06 | 1998-07-06 | PERFECTED GAS-LIQUID HEAT EXCHANGER |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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Family Cites Families (6)
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| GB601833A (en) * | 1944-06-19 | 1948-05-13 | Calumet And Hecla Cons Copper | Method of preforming finned tubing and the product thereof |
| DE1937652A1 (en) * | 1969-07-21 | 1971-01-28 | Mecano Bundy Gmbh | Heat exchanger |
| DE4022730A1 (en) * | 1990-07-17 | 1992-01-23 | Viessmann Hans | HEATING THROTTLE BAG |
| JP3287171B2 (en) * | 1994-06-15 | 2002-05-27 | 株式会社デンソー | Integrated cooling machine |
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-
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- 1998-07-06 IT IT98RM000452A patent/IT1299548B1/en active IP Right Grant
-
1999
- 1999-07-05 EP EP99830429A patent/EP0971195A3/en not_active Withdrawn
Also Published As
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|---|---|
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| EP0971195A2 (en) | 2000-01-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 0001 | Granted |