DE3516410A1 - Evaporator element - Google Patents
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Abstract
Description
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verdampferelement für flüssige Brennstoffe gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to an evaporator element for liquid fuels according to the preamble of claim 1.
Bei einem bekannten Verdampferelement dieser Art (DE-OS 31 14 958) erstreckt sich ein als elektrisch betriebener Heizstab ausgebildetes Heizelement längs der Achse einer zylindrisch ausgebildeten Verdampfungskammer bis in die Brennstoffaustrittsöffnung und durch diese hindurch nach außen. Der Wirkungsgrad dieses Verdampferelements ist verhältnismäßig schlecht, wenn die Heizstabtemperatur so niedrig gehalten wird, daß beim Austritt des verdampften Brennstoffes aus dem Verdampferelement keine Selbstentzündung auftritt. In a known evaporator element of this type (DE-OS 31 14 958) a heating element designed as an electrically operated heating rod extends along the axis of a cylindrical evaporation chamber up to the fuel outlet opening and through it to the outside. The efficiency of this evaporator element is relatively bad if the heating rod temperature is kept so low that that when the evaporated fuel emerges from the evaporator element, there is no spontaneous ignition occurs.
Gemäß einem älteren Vorschlag der Anmelderin erstrekken sich in der zylindrischen Verdampfungskammer achsenparallel mehrere aneinander und an die Verdampfungskammerwand angrenzende elektrisch betriebene Heizstäbe, die ebenfalls bis in den Bereich der Austrittsöffnung ragen. Auch bei dieser Lösung ist der Wirkungsgrad noch nicht optimal, insbesondere danninicht, wenn die Temperatur der Heizstäbe so niedrig gehalten wird, daß eine Selbstentzündung des verdampften Brennstoffes nicht zu befürchten steht. According to an older proposal by the applicant, the cylindrical evaporation chamber parallel to the axis several to each other and to the evaporation chamber wall adjacent electrically operated heating elements, which also extend into the area of the Protrude outlet opening. Even with this solution, the efficiency is not yet optimal, especially not if the temperature of the heating elements is kept so low, that self-ignition of the evaporated fuel is not to be feared.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad eines Verdampferelements der eingangs genannten Art zu verbessern. The object of the invention is to improve the efficiency of an evaporator element of the type mentioned at the beginning.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verdampferelement gelöst, wie es in Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist. This object is achieved according to the invention by an evaporator element, as it is characterized in claim 1.
Durch das Vorsehen einer Misch- und Beruhigungszone zwischen dem Ende der beheizten Zone und der Austrittsöffnung wird erreicht1 daß sich Brennstoffgasanteile unterschiedlicher Temperatur zu einem Gas einheitlicher Temperatur, die vorzugsweise unter der Selbstentzündungstemperatur liegt, mischen können, bevor dieses durch die Austrittsöffnung das Verdampferelement verläßt. Außerdem ergibt sich durch die Misch- und Beruhigungszone ein über den direkt beheizten Bereich hinausreichender Bereich, der insbesondere durch Strahlung ebenfalls heiß ist und in dem sonst für die Verdampfung verlorene Teile der aufgewendeten elektrischen Energie zusätzlich für die Verdampfung herangezogen werden. By providing a mixing and calming zone between the The end of the heated zone and the outlet opening is reached 1 that fuel gas components of different temperatures to form a gas that is more uniform Mix at a temperature preferably below the auto-ignition temperature can before it leaves the evaporator element through the outlet opening. aside from that The mixing and calming zone results in a directly heated area Extensive area that is also hot, especially due to radiation, and in the parts of the expended electrical parts otherwise lost for the evaporation Energy can also be used for evaporation.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous further developments of the invention are the subject of the subclaims.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. The following are embodiments of the invention in conjunction described with the accompanying drawing.
Auf dieser zeigt Fig. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdampferelements, Fig. 2 eine teilgeschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Verdampferelements gemäß der Erfindung, Fig. 3 einen Schnitt durch ein Verdampferelement gemäß Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt entsprechend Fig. 3 bei Verwendung von sieben Heizstäben, Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Heizstabes, Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Heizstabes, und Fig. 7 eine Darstellung der Anordnung eines Verdampferelements in einem Ansaugluftrohr. On this Fig. 1 shows a partially sectioned side view of a first embodiment of an evaporator element according to the invention, FIG. 2 is a partially sectioned Side view of a second embodiment of an evaporator element according to the invention, 3 shows a section through an evaporator element according to FIG. 2, FIG. 4 shows a section corresponding to FIG. 3 when using seven heating rods, FIG. 5 shows a longitudinal section by a first embodiment of a heating rod, Fig. 6 a Longitudinal section through a further embodiment of a heating rod, and FIG. 7 shows a Representation of the arrangement of an evaporator element in an intake air pipe.
Fig. 1 zeigt ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Verdampferelement mit einem Körper 4 und einer daran anschließenden im wesentlichen rohrförmigen Verdampfungskammer 9. Die Brennstoffzufuhr in die Verdampfungskammer erfolgt über einen Brennstoffanschluß 10 durch den Körper 4 hindurch. Fig. 1 shows a total of 1 designated evaporator element with a body 4 and a substantially tubular evaporation chamber adjoining it 9. The fuel is fed into the evaporation chamber via a fuel connection 10 through the body 4.
Der Brennstoffeintritt in die Verdampfungskammer 9 erfolgt im körperseitigen Ende derselben, der Austritt des verdampften Brennstoffes durch eine Austrittsöffnung 14, die sich in dem vom Körper 4 abgewandten Ende der Verdampfungskammer 9 befindet.The fuel entry into the evaporation chamber 9 takes place in the body-side At the end of the same, the vaporized fuel exits through an exit opening 14, which is located in the end of the evaporation chamber 9 facing away from the body 4.
Vom körperseitigen Ende der Verdampfungskammer 9 erstreckt sich über einen.Teil der Länge derselben ein der Wand der Verdampfungskammer folgendes zylindrischer Heizkörper 3, welcher eine Heiz- bzw. Verdampfungszone 5 umgibt. An die Verdampfungszone 5 schließt zwischen dem körperfernen Ende des Heizkörpers 3 und der Austrittsöffnung 14 eine von Heizelementen freie Misch- und Beruhigungszone 6 an. Die in Richtung der Achse gemessene Länge dieser Mischzone 6 ist vorzugsweise deutlich größer, mindestens aber vergleichbar mit ihrem Durchmesser. From the body end of the evaporation chamber 9 extends over ein.Teil the length of the same one of the wall of the evaporation chamber following cylindrical Heating element 3, which surrounds a heating or evaporation zone 5. To the evaporation zone 5 closes between the end of the radiator 3 remote from the body and the outlet opening 14 a mixing and calming zone 6 free of heating elements. The direction The length of this mixing zone 6 measured along the axis is preferably significantly greater, at least but comparable to their diameter.
Der Querschnitt der Austrittsöffnung 14 ist vorzugsweise etwas kleiner als der Querschnitt des die Verdampfungskammer 9 bildenden Rohres. Dadurch wird eine den Misch- und Beruhigungseffekt unterstützende Stauwirkung erzielt.The cross section of the outlet opening 14 is preferably somewhat smaller than the cross section of the tube forming the evaporation chamber 9. This will a damming effect that supports the mixing and calming effect is achieved.
Bei dem Heizkörper 3 handelt es sich um ein elektrisches Heizelement, das über eine Anschlußleitung 2 an eine Spannungsquelle anschließbar ist, wobei der Anschlußbe- reich des Verdampfereements vorzugsweise mit einer Wasserschutzkappe 11 geschützt wird. The heating element 3 is an electrical heating element, which can be connected to a voltage source via a connecting line 2, wherein the connection rich of the evaporator element preferably with one Water protection cap 11 is protected.
Der Körper 4 des Verdampferelements 1 kann zur Montage beispielsweise ein Gewinde mit einer Mutter 12 besitzen. The body 4 of the evaporator element 1 can be used for assembly, for example have a thread with a nut 12.
Im Betrieb wird der über den Brennstoffanschluß 10 zugeführte Brennstoff in den Hohlraum 5 geleitet, wo er durch die allseitige Wärmestrahlung und durch Wärmeleitung so viel thermische Energie erhält, daß er sich bis auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und dabei ganz oder teilweise in den gasförmigen Zustand übergeht. In dem nachfolgenden Hohlraum 6 durchmischt sich der ursprünglich eine ungleichmäßige Temperaturverteilung aufweisende Brennstoffdampf, so daß er beim Austritt aus der Öffnung 14 eine gleichmäßige Temperaturverteilung aufweist. In den meisten Anwendungsfällen ist es günstig, wenn beim Austritt des Brennstoffdampfes dessen Temperatur unter der Selbstentzündungstemperatur liegt. Insgesamt kann der Verdampfungskammeraufbau als Hohlraumstrahler aufgefaßt werden. Aus der Austrittsöffnung 14 tritt in Richtung des austretenden verdampften Brennstoffes auch eine bei 21 angedeutete Wärmestrahlung aus, die dem austretenden Brennstoffdampf weitere thermische Energie mitgibt und so verhindert, daß der Brennstoffdampf an der Luft vorzeitig wieder abkühlt und kondensiert Dadurch, daß der Querschnitt der Austrittsöffnung etwas kleiner als der Querschnitt des die Verdampfungskammer 9 bildenden Rohres gewählt ist, wird auch eine Konzentration der austretenden Wärmestrahlung 21 auf einen engen Strahl erreicht. In operation, the fuel supplied via the fuel connection 10 is passed into the cavity 5, where it through the all-round thermal radiation and through Thermal conduction receives so much thermal energy that it can be down to a certain level Heated temperature and thereby completely or partially changes into the gaseous state. In the subsequent cavity 6, the originally uneven space mixes Temperature distribution having fuel vapor, so that it exits the Opening 14 has a uniform temperature distribution. In most use cases it is favorable if the temperature of the fuel vapor falls below it when the fuel vapor emerges the auto-ignition temperature. Overall, the evaporation chamber structure can be understood as a cavity radiator. From the outlet opening 14 occurs in the direction of the evaporated fuel exiting, there is also thermal radiation indicated at 21 which gives the exiting fuel vapor additional thermal energy and thus prevents the fuel vapor from cooling down again prematurely in the air and condenses in that the cross section of the outlet opening is slightly smaller than the cross section of the tube forming the evaporation chamber 9 is selected also a concentration of the exiting thermal radiation 21 in a narrow beam achieved.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Verdampferelements, das in seiner äußeren Gestalt gleich aufgebaut ist wie das Verdampferelement der Fig. 1. im Inneren der Verdampfungskammer 9 befinden sich hier anstelle des ringförmigen Heizkörpers 3 Heizstäbe 7, die sich im wesentlichen über die gleiche Teillänge der Verdampfungskammer 9 erstrecken wie bei der Ausführungsform der Fig.1 der Heizkörper 3 und deren Verteilung über den Querschnitt der Verdampfungskammer aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die Brennstoffzufuhr erfolgt hier über den Brennstoffanschluß 10 und durch den Körper 4 in eine Kapillare 8, die vom Körper ausgeht, in einem Zwischenraum zwischen Heizstäben und Wand der Verdampfungskammer 9 längs dieser zum austrittsöffnungsseitigen Ende der Heizstäbe geführt ist und um diese herum U-förmig wieder in den körperseitigen Bereich der Verdampfungskammer 9 zurückkehrt. Der Brennstoffaustritt in die Verdampfungskammer erfolgt durch im Endbereich der am Ende verschlossenen Kapillare in der Kapillarenwand vorgesehene Schlitze 13. Fig. 2 shows a further embodiment of an evaporator element, which is constructed the same in its external shape as the evaporator element of the Fig. 1. Inside the evaporation chamber 9 are here instead of annular radiator 3 heating rods 7, which are essentially the same Partial length of the evaporation chamber 9 extend as in the embodiment of Figure 1 the heating element 3 and its distribution over the cross section of the evaporation chamber from Fig. 3 can be seen. The fuel is supplied here via the fuel connection 10 and through the body 4 into a capillary 8, which extends from the body, in one Space between the heating rods and the wall of the evaporation chamber 9 along this is guided to the outlet end of the heating rods and around them Returns in a U-shape to the area of the evaporation chamber 9 on the body side. The fuel is discharged into the evaporation chamber through the end area of the Slits 13 provided in the capillary wall at the end of the closed capillary.
Die Heizstäbe 7, deren Anzahl, wie in den Fign. 2 und 3 dargestellt, vorzugsweise vier oder, wie in Fig. 4 dargestellt, sieben beträgt, sind so angeordnet, daß sie sich jeweils längs einer Mantellinie berühren und so kleine Spalte 17 bilden. Weitere Spalte 16 ergeben sich zwischen den Heizstäben und der Wand der Verdampfungskammer 9. Die Kapillare 8 ist vorzugsweise so gelegt, daß sie mit den Heizstäben 7 weitere Spalte 15 und mit dem Schutzrohr weitere Spalte 18 bildet. Dadurch daß die Kapillare am Ende verschlossen ist und der Brennstoffaustritt durch die in der Kapillarenwand vorhandenen Schlitze erfolgt, wird eine gleichmäßigere Brennstoffverteilung über den Heizbereich bewirkt. Da die Kapillare 8 an den Heizstäben 7 entlanggeführt wird, wird diese und damit auch der in ihr befindliche Brennstoff erwärmt. Der an den Schlitzen 13 austretende Kraftstoff ist also bereits vorerwärmt, wobei eventuell leicht siedende Anteile bereits gasförmig sein können. Durch die Expansion des Kraftstoffdampfes innerhalb der Kapillare werden die schwer siedenden Anteile aus der Kapillare gepreßt und verteilen sich gieichmäßig über die Oberfläche der Heizstäbe, insbesondere im Bereich der engen Spalte zwischen ihnen. The heating rods 7, the number of which, as shown in FIGS. 2 and 3 shown, is preferably four or, as shown in Fig. 4, seven, are arranged in such a way that that they touch each other along a surface line and thus form small gaps 17. Further gaps 16 arise between the heating rods and the wall of the evaporation chamber 9. The capillary 8 is preferably placed so that it connects with the heating rods 7 more Column 15 and with the protective tube further column 18 forms. Because the capillary is closed at the end and the fuel escapes through the in the capillary wall Any existing slots will result in a more even distribution of fuel over it causes the heating area. Since the capillary 8 is guided along the heating rods 7, this and thus also the fuel in it is heated. The one to the Fuel exiting slots 13 is therefore already preheated, and possibly low-boiling components can already be gaseous. Due to the expansion of the fuel vapor the high-boiling components are pressed out of the capillary inside the capillary and distribute equally over the surface of the heating elements, especially in the area of the narrow gaps between them.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 ist der freie Querschnitt der Verdampfungszone 5 infolge des von den Heizstäben 7 eingenommenen Raumes sehr viel kleiner als derjenige der Misch- und Benihigunyszone 6, was zur Folge hat, daß der Brennstoffdampf im Bereich der heißen Heizstäbe eine hohe Stromungsgeschwindigkeit erhält. Er kann sich aber in der nachfolgenden Misch-und Beruhigungszone 6 wieder beruhigen und mit seinen überhitzten Anteilen auf eine gleichmäßige Temperatur abkühlen und mit dieser gleichmäßigen Temperatur aus der Austrittsöffnung 14 austreten. Dadurch wird verhindert, daß sich der Brennstoff beim Austritt in die Verbrennungsluft entzündet. Die Heizelementtemperatur - Gleiches gilt natürlich auch für die Ausführungsform der Fig. 1 - kann also höher gewählt werden, als wenn keine Misch- und Beruhigungszone vorhanden wäre, wodurch der Strahlungsanteil ebenfalls erhöht wird. In the arrangement according to FIG. 2, the free cross section is the evaporation zone 5 due to the space occupied by the heating rods 7 is much smaller than that the mixed and Benihigunyszone 6, which has the consequence that the fuel vapor in the The area around the hot heating rods receives a high flow rate. He can but calm down again in the subsequent mixed and calming zone 6 and cool with its overheated parts to an even temperature and with emerge from the outlet opening 14 at this uniform temperature. This will prevents the fuel from igniting when it escapes into the combustion air. The heating element temperature - the same of course also applies to the embodiment 1 - can therefore be selected higher than if there was no mixing and calming zone would be present, whereby the radiation component is also increased.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine sonst derjenigen der Fig. 2 entsprechende Ausführungsform eines Verdampferelements mit sieben Heizstäben, die sich beim Verdampfen größerer Brennstoffmengen anbietet. Fig. 4 shows a cross section through what is otherwise that of the Fig. 2 corresponding embodiment of an evaporator element with seven heating rods, which is useful when vaporizing larger amounts of fuel.
Das Mischverhalten der Misch- und Beruhigungszone 6 kann durch Vorsehen von einer oder mehreren Stauscheiben einer Spiralfeder oder dergl. Strömungshindernissen in ihr unterstützt werden. The mixing behavior of the mixing and calming zone 6 can be provided by provision from one or more baffle plates of a spiral spring or similar flow obstacles be supported in it.
Um eine kurze Aufheizzeit der Heizstäbe 7 zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der in den Heizstäben enthaltene elektrische Widerstand aus einem Heizwiderstand und einem mit diesem in Reihe liegenden Regelwiderstand mit stark positivem Temperaturkoeffizienten aufgebaut ist. In order to achieve a short heating-up time for the heating elements 7, it is advantageous to when the electrical resistance contained in the heating rods comes from a heating resistor and a series resistor with a strongly positive temperature coefficient is constructed.
Eine derartige Ausführungsform eines Heizstabes 7 zeigt Fig. 5. Innerhalb eines Glührohres 23 ist eingebettet in eine isolierende Masse 25 eine Widerstandswendel, die aus einer Regelwendel 19 mit positivem Temperaturkoeffizienten und einer mit dieser bei 29 verschweißten Heizwendel 20 besteht. Die Widerstandsreihenschaltung kontaktiert heizwendelseitig einerseits über eine Verbindung 30 mit dem Glührohr 23 und regelwendelseitig andererseits mit einem Innenpol 24. Der Heizstab wird durch einen Dichtring 27 vor eindringender Feuchtigkeit geschützt. Um eine möglichst gleichmäßig heiße Glührohroberfläche im vorderen Teil des Heizstabes zu erzielen, sind Heiz- und Regelwendel so gelegt, daß die Heizwendel 20 sowohl zur Glührohrspitze als auch zur Regelwendel 19 einen gewissen Abstand einhält. Such an embodiment of a heating rod 7 is shown in FIG. 5. Inside a glow tube 23 is embedded in an insulating mass 25, a resistance coil, the from a control coil 19 with a positive temperature coefficient and one with this at 29 welded heating coil 20 exists. The resistor series connection makes contact on the heating coil side on the one hand via a connection 30 to the glow tube 23 and on the control coil side on the other hand with an inner pole 24. The heating rod is through a sealing ring 27 in front Protected from penetrating moisture. To ensure that the glow tube surface is as uniformly hot as possible to achieve in the front part of the heating element, the heating and control coils are placed in such a way that that the heating coil 20 both to the glow tube tip and to the control coil 19 one keeps a certain distance.
Zum gleichen Zweck ist bei dem Heizstab gemäß Fig. 6, der sonst mit dem Heizstabaufbau gemäß Fig. 5 übereinstimmt, vorgesehen, daß die Heizwendel 20 zwar unmittelbar an der Glührohrspitze kontaktiert aber mit einer verhältnismäßig großen Steigung gewickelt ist. For the same purpose, the heating rod according to FIG. 6, which is otherwise with corresponds to the heating rod structure according to FIG. 5, it is provided that the heating coil 20 although it is directly at the tip of the glow tube, it makes contact with a relatively large slope is wrapped.
Fig. 7 zeigt den Einbau eines gegenständlichen Verdampferelements 1 in ein schematisch dargestelltes Ansaugluftrohr 26, das z. B. Bestandteil eines Verbrennungsmotors oder eines Brenners sein kann. Aus dem Verdampferelement 1, der als Hohlraumstrahler wirkt, tritt eine Wärmestrahlung 21 in Richtung des austretenden Brennstoffdampfes aus. Die Richtung dieser Strahlung entspricht auch der Strömungsrichtung der Ansaugluft an dieser Stelle. Die kalte Ansaugluft 22 strömt an der Außenseite der Verdampfungskammer 9 entlang, wo sie die von der auch außen warmen Verdampfungskammer nach außen abgegebene bzw. abgestrahlte Wärme aufnimmt. Die dadurch etwas angewärmte Ansaugluft 28 vermischt sich schließlich mit dem Brennstoffdampf und wird dem Verbrennungsmotor bzw. dem Brenner zugeführt. Durch diese Anordnung wird selbst nach außen abgestrahlte Verlustwärme über die Verbrennungsluft dem Mo- tor zugeführt, so daß nahezu die gesamte zugeführte elektrische Energie genutzt wird und sich somit ein hoher Wirkungsgrad ergibt. 7 shows the installation of an evaporator element in question 1 in a schematically shown intake air pipe 26, the z. B. Part of a Internal combustion engine or a burner can be. From the evaporator element 1, the acts as a cavity radiator, a thermal radiation 21 occurs in the direction of the exiting Fuel vapor. The direction of this radiation also corresponds to the direction of flow the intake air at this point. The cold intake air 22 flows outside the evaporation chamber 9 along, where they are from the evaporation chamber, which is also warm on the outside absorbs heat given off or radiated to the outside. The one warmed up a bit Intake air 28 eventually mixes with the fuel vapor and becomes the internal combustion engine or fed to the burner. This arrangement means that it is radiated outwards Heat loss via the combustion air to the mo- gate fed so that almost all of the electrical energy supplied is used and thus results in a high degree of efficiency.
Wärmeverluste des Verdampferelements aus dem Ansaugrohr 26 nach außen können dadurch verringert werden, daß der Körper 4 des Verdampferelements aus einem die Wärme schlecht leitenden Werkstoff hergestellt wird. Heat losses of the evaporator element from the intake pipe 26 to the outside can be reduced in that the body 4 of the evaporator element from a the heat-poorly conductive material is produced.
Soll mit dem Verdampferelement 1 ein Brennstoff verdampft werden, der zum Verkoken neigt (z. B. Dieselöl) kann eine Temperaturregelung erforderlich sein. Dazu wird über ein Fühlerelement die Temperatur der Heizstäbe, die Dampftemperatur, die Durchflußmenge oder eine entsprechende andere Größe gemessen und einem Regelkreis zugeführt, der die Heizenergie entsprechend regelt. Ein solcher Regelkreis unterstützt die Selbstregelung der Heizstäbe und erweitert dadurch den Regelbereich. Die Regelung wird so ausgelegt, daß die Dampftemperatur den für die Verkokung kritischen Bereich nicht erreicht. Durch eine solche äußere Regelung kann auch der maximale Brennstoffdurchsatz noch weiter heraufgesetzt werden. If a fuel is to be evaporated with the evaporator element 1, which tends to coke (e.g. diesel oil), temperature control may be required be. For this purpose, the temperature of the heating rods, the steam temperature, the flow rate or a corresponding other variable measured and a control loop supplied, which regulates the heating energy accordingly. Such a control loop supports the self-regulation of the heating elements and thereby expands the control range. The regulation is designed so that the steam temperature is the critical area for coking not reached. Such an external control also enables the maximum fuel throughput can be increased even further.
Claims (7)
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Publication number | Publication date |
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BR8602001A (en) | 1987-01-06 |
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Legal Events
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8141 | Disposal/no request for examination |