ES2813249A1 - Separador ciclónico compacto y un dispositivo de limpieza de partículas y vapores en un flujo de gas - Google Patents
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- B04C3/06—Construction of inlets or outlets to the vortex chamber
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Abstract
Un separador ciclónico compacto que comprende de: al menos un helicoide oblicuo (1), un decantador (4) y como opción, un colector (15) de separados, un condensador (18), un medio impulsor (20) y un compensador (21) que permite su instalación en flujos variables o de bajo caudal, tanto ascendentes como descendentes.
Description
DESCRIPCIÓN
Este dispositivo se enmarca dentro de los separadores ciclónicos y los dispositivos de limpieza de partículas y vapores en suspensión en flujos de gases.
Los generadores de vapores, o gases con partículas y vapores en suspensión, requieren de sistemas de filtrado que eviten condensaciones en el recinto donde se generen, en los conductos que los portan o en los medios de impulsión que los hacen fluir.
Las soluciones existentes en el mercado, basados en filtros mecánicos o electrolíticos, como el reflejado en los documentos ES2094368, tienen el inconveniente de ser costosa la adquisición y el mantenimiento de los mismos.
Los sistemas de condensación de vapores, como por ejemplo, procedentes de máquinas de lavado industriales mediante un circuito frigorífico, tienen la eficiencia condicionada a las dimensiones del intercambiador del mismo, lo que requiere equipos de grandes dimensiones.
El ciclón convencional, en sus diferentes realizaciones, es una solución existente en el dominio de la técnica de gran eficiencia, pero tienen el inconveniente de requerir altas velocidades y de generar altas pérdidas de carga para conseguir la eficiencia.
Otro problema que existe en el tratamiento de humos y vapores generados a baja velocidad variable, como los generados en un horno de brasa para gastronomía mediante un ciclón, es la dificultad de adaptar el diseño del ciclón a un rango de velocidades sin perder eficiencia y sin influir en las condiciones de presión en el interior del generador de humos.
Los ciclones axiales, como el descrito en la invención ES2354265T3, mejora la eficiencia del invento descrito en el documento GB1127514 (Bahco), pero incorpora elementos de sujeción de los álabes rotores que provocan pérdidas de carga al flujo, tiene un último tramo descendente, lo que obliga a cambios de dirección en flujos ascendentes, y el dispositivo drena lo separado mediante unas ranuras cuya eficiencia depende de su longitud, incrementando la longitud del ciclón.
La solución que se propone a los problemas anteriores se describe en las siguientes realizaciones, no limitativas, de un separador ciclónico compacto (Figura 1 o 3) que comprende de: un helicoide oblicuo (1), como los representados individualmente en las
Figuras 2 o 4, y; una envolvente llamada decantador (4) y, con la aplicación del mismo, se propone un dispositivo de limpieza de partículas y vapores en un flujo de gases (Figura 9 o 10).
El helicoide oblicuo (1) detallado en la figura 2 o 4 se caracteriza por: tener un desarrollo preferentemente dextrógiro en el hemisferio norte o levógiro en el hemisferio sur, con un perfil generador (2) que forma un ángulo agudo con la vertical magnética terrestre orientado sustancialmente hacia la fuerza de la gravedad (g) al igual que todas sus secciones y que, preferentemente, termina progresivamente su desarrollo en una superficie plana (3), con perfil sinuoso y en un plano axial al eje principal (7) del helicoide oblicuo (1).
La envolvente del separador ciclónico compacto llamado decantador (4), representado en la figura 1 o 3, se caracteriza por disponer una apertura, llamada boca de entrada (5), coincidente con la base directriz (D) del helicoide oblicuo (1) y otra apertura, llamada boca de salida (6), coincidente con el círculo que circunscribe la superficie plana (3) del helicoide oblicuo (1).
El invento descrito y representado en la figura 1 o 3, aporta la ventaja de separar y drenar simultáneamente partículas en suspensión con eficiencia en el mismo tramo de conducto que transporta los gases a tratar, consiguiendo; aumentar el contacto entre lo separado y el flujo del gas; mejorar el intercambio térmico de los mismos y; permitir realizaciones para flujos ascendentes (Figura 1) o descendentes (Figura 3), evitando cambios en la trayectoria del flujo de los gases, todo ello motivado porque el paso del flujo de un gas con partículas y gotas en suspensión, por el separador ciclónico compacto (Figura 1 o 3) en cualquiera de sus realizaciones, las partículas con mayor densidad experimentan un desplazamiento a líneas de flujo más alejadas del eje principal (7) del helicoide oblicuo (1), reduciendo su velocidad hasta descender por gravedad (g) entre las paredes interiores del decantador (4) y el borde del helicoide oblicuo (1), tanto en flujos ascendentes como descendentes.
Una realización mejorada del separador ciclónico compacto, representado en la Figura 5, que permite variaciones en el caudal del flujo de gases a tratar, comprende además de: una espiral con desarrollo cilíndrico, representado individualmente en la Figura 6, llamado husillo de regulación (9), con perfil (9A) preferentemente prismático, unido rígidamente a cada helicoide oblicuo (1) descrito, en el extremo de la boca de salida (6) del separador ciclónico compacto; un cuerpo cilíndrico (Figura 7) llamado regulador (10), embocado a la boca de salida (6) del decantador (4), con un acoplamiento giratorio (Detalle 7.1), que permite el giro
e impide el desplazamiento axial y que presenta en su interior unos canales llamados canales de regulación (11) caracterizados por ser coincidentes con las espiras del husillo de regulación (9) descrito; un apéndice prismático (Figura 6), paralelo al eje principal (7) del helicoide oblicuo (1) cónico y localizado en el extremo de la base directriz (D), en el borde de cada helicoide oblicuo (1) cónico, en los primeros grados del desarrollo, llamado guía de regulación (12); y un anillo perimetral (Detalle 7.2) llamado anillo guía (13), embocando rígidamente a la boca de entrada (5) al decantador (4), que presenta en su cara interior unos canales guía (14) coincidentes con las mencionadas guías de regulación (12) que contenga el separador ciclónico compacto (Figura 6), y el invento está caracterizado porque el giro del regulador (10), de forma manual o automática, por medios ajenos al objeto de esta invención, en sentido de desarrollo de la espiral, transmite al helicoide oblicuo (1), un desplazamiento axial, en sentido contrario al flujo del gas a tratar, separando el helicoide oblicuo (1), con respecto al decantador (4), reduciendo la pérdida de carga del ciclón en momentos de aumento del flujo del gas, sin interponer ningún objeto en el flujo de gases, adicional al helicoide oblicuo (1) generador del flujo ciclónico.
Una segunda mejora del invento (Figura 8) comprende además de un conducto llamado colector (15) embocado rígidamente en el extremo más bajo del conjunto helicoide oblicuo (1)- decantador (4) con respecto a su centro geométrico, en cuyo perímetro interior dispone (Detalle 8.1) de una ménsula que forma conjuntamente con el conducto mencionado, un canal llamado canal de separados (16), con forma preferentemente cóncava hacia arriba, y que en la pared exterior del colector (15) dispone, en la generatriz más baja del conducto, un orificio llamado boca de salida de separados (17), y presenta la ventaja de drenar los separados que descienden por sus paredes interiores del invento, extrayéndolos eficientemente por la boca de salida de separados (17) sin depender de su dimensión.
En base al invento descrito, se propone un dispositivo de limpieza de partículas y vapores en suspensión en un flujo de gas como el representado en la Figura 9 o 10 que comprende: además del separador ciclónico compacto acorde a lo descrito anteriormente; un conducto llamado condensador (18) embocado rígidamente a la boca de entrada (5) del separador ciclónico compacto mencionado, que dispone en su perímetro interior de; al menos un difusor (19) -atomizador orientado al interior, preferentemente hacia el sentido de desarrollo del helicoide oblicuo (1), caracterizado por proyectar al interior una nube de un fluido condensador atomizado, a temperatura de diseño, formando una cortina, preferentemente, en un plano oblicuo al plano axial del flujo en el condensador (18), imprimiendo al flujo de gas a tratar, una trayectoria ciclónica y provocando la condensación de los vapores en
suspensión en el flujo de gases, al portar, el caudal de fluido condensador, las frigorías necesarias para que la mezcla, de gases a tratar y fluido condensador, alcance la temperatura de condensación de los vapores que porta en suspensión y; el colector (15) reivindicado, embocado rígidamente en el extremo más bajo del conjunto helicoide oblicuo (1) - decantador (4) - condensador (18) con respecto a su centro geométrico, en función del flujo y el dispositivo ofrece la ventaja de limpiar partículas y vapores en flujos de gases, tanto ascendentes como descendentes.
Una realización mejorada del dispositivo descrito es el representado en la Figura 11 y comprende además de; un medio impulsor (20) del flujo, localizado en la boca de salida de los gases del dispositivo y dimensionado para compensar la pérdida de carga del dispositivo al paso del flujo de gas; y de un conducto perforado llamado compensador (21), embocado en la entrada de gases al dispositivo, que aporta la mejora de permitir su instalación en la salida de humos de generadores de gases con caudales o presiones deficientes para la eficiencia del separador ciclónico compacto mencionado, sin modificar las condiciones de presión en el interior del generador de gases, aportando el caudal complementario para la eficiencia del separador axial compacto descrito, mediante una cortina perimetral al flujo de gas de aire exterior, con el caudal necesario para la eficiencia del dispositivo, siendo la forma y tamaño de las perforaciones del compensador (21) las necesarias para generar la pérdida de carga mínima para permitir el paso de aire exterior necesario para no crear depresión en el interior del generador gases particulados y/o vapores y la necesaria para garantizar el flujo de gases a través del compensador (21), impidiendo que corrientes transversales desvíen su trayectoria directa al dispositivo.
El dispositivo de limpieza de partículas y vapores en suspensión en un flujo de gas de acuerdo con las descripciones precedentes presenta la ventaja de aplicarse: como filtro de humos procedentes de la combustión de combustibles sólidos, como por ejemplo hornos de combustible sólido; como apaga-llamas en un flujo de gases con partículas incandescentes en suspensión, al hacerlo atravesar por una cortina de un fluido extintor atomizado y a continuación por un circuito sinuoso de decantación, como por ejemplo un separador ciclónico axial compacto como los reivindicados anteriormente; como condensador de vahos entálpico, al hacer circular una mezcla de aire y vapor, primero a través de una cortina de un fluido a temperatura de condensación, como por ejemplo agua, y a continuación por un circuito sinuoso de decantación, como por ejemplo un separador ciclónico axial compacto como los reivindicados anteriormente; y como regulador de la combustión de combustibles
sólidos en cámaras mediante la variación del flujo de aire comburente al acelerar el medio impulsor (20) y/o activando el suministro de fluido de condensación a los difusores (19).
DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Los dibujos que acompañan esta solicitud son ejemplos de realizaciones del separador ciclónico compacto descrito y del dispositivo de limpieza de partículas y vapores en suspensión en un flujo de gas.
La Figura 1 es la sección transversal de un separador ciclónico compacto, diseñado preferentemente para el hemisferio norte, de paso constante y flujo ascendente, donde se referencia el helicoide oblicuo (1), el perfil generador (2), el eje principal (7) del helicoide oblicuo (1), el decantador (4) y, la boca de entrada (5) y boca de salida (6) del separador ciclónico compacto.
Figura 2 es una perspectiva del conjunto helicoides oblicuos (1) contenidos en el separador ciclónico compacto de la Figura 1, donde se referencia su diámetro directriz (D), un perfil generador (2), eje principal (7) y la superficie plana (3) de la terminación del helicoide oblicuo (1).
La Figura 3 es una sección transversal de un separador ciclónico compacto diseñado para el hemisferio norte, de paso constante y flujo descendente, donde se muestra el helicoide oblicuo (1), el perfil generador (2), el eje principal (7) del helicoide oblicuo (1) y el decantador (4).
La Figura 4 es una perspectiva del conjunto de helicoides oblicuos (1) contenidos en el separador ciclónico compacto de la Figura 3, donde se muestra su diámetro directriz (D), su perfil generador (2), eje principal (7) y la superficie plana (3) de la terminación del helicoide oblicuo (1).
La Figura 5 es una vista superior de un separador ciclónico compacto regulable y una sección transversal que referencia el husillo de regulación (9) y el canal de regulación (11), el regulador (10), el anillo guía (13), la guía de regulación (12) y el canal guía (14).
La Figura 6 es una perspectiva del helicoide oblicuo (1) incluido en el separador ciclónico compacto regulable donde se referencia el husillo regulador (9) con el perfil generador (9A) en el detalle 6.1.
La Figura 7 es una sección del conjunto regulador (10), decantador (4) y anillo guía (13), donde se muestra los canales de regulación (11), una vista de detalle 7.1 del acoplamiento axial y una vista de detalle 7.2 del acoplamiento rígido entre la anillo guía (13) y el decantador (4), donde se muestran una vista ampliada de la sección del anillo guía (13), un canal guía (14).
La Figura 8 es una sección transversal del separador ciclónico compacto con colector (15) para flujos ascendentes, referenciando la boca de entrada (5) y la boca de salida (6) de los gases.
La Figura 9 es una sección transversal del separador ciclónico compacto con colector (15) para flujos descendentes, referenciando la boca de entrada (5) y la boca de salida (6) de los gases.
La Figura 10 es una sección de un dispositivo de limpieza de partículas y vapores en flujos de gases diseñado para un flujo ascendente donde se muestra una vista de detalle 10.1, referenciando el anillo guía (13), el helicoide oblicuo (1), el condensador (18), el difusor (19), el decantador (4), el colector (15), el canal de separados (16) y la boca de salida de separados (17).
La figura 11 es una sección de un dispositivo de limpieza de partículas y vapores en flujos de gases diseñado para un flujo ascendente donde se referencia el medio impulsor (20) y el compensador (21)
Claims (15)
1. Un separador ciclónico compacto (Figura 1 o 3) para la separación de partículas y gotas en suspensión en un flujo de un gas, que comprende: al menos, un helicoide oblicuo (1), preferentemente dextrógiro en el hemisferio norte o levógiro en el hemisferio sur, generado por un perfil generador (2) que forma un ángulo agudo con la vertical magnética terrestre, orientado sustancialmente hacia a la fuerza de la gravedad (g), al igual que todas sus secciones y que, preferentemente, termina progresivamente su desarrollo en una superficie plana (3) con perfil sinuoso en un plano axial al eje principal (7) del helicoide oblicuo (1); una envolvente al helicoide oblicuo (1) llamado decantador (4), con una ventana coincidente con la base directriz (D) del helicoide oblicuo (1) llamada boca de entrada (5) y otra ventana, en el área que define el círculo que circunscribe el otro extremo del desarrollo del helicoide oblicuo (1), llamada boca de salida (6) y está caracterizado porque el paso del flujo de un gas con partículas y gotas en suspensión, por el separador ciclónico compacto (Figura 1 o 3) en cualquiera de sus realizaciones, las partículas con mayor densidad experimentan un desplazamiento a líneas de flujo más alejadas del eje principal (7) del helicoide oblicuo (1), reduciendo su velocidad hasta descender por las paredes interiores del decantador (4) y el borde del helicoide oblicuo (1) motivado por la fuerza de la gravedad (g) y; porque separa y drena simultáneamente, partículas y gotas en suspensión, por el mismo conducto por el que fluyen los gases, aumentando el contacto entre los separados y el flujo del gas y mejorando el intercambio térmico de los mismos; y porque permite realizaciones eficientes en flujos ascendentes (Figura 1) o descendentes (Figura 3), evitando cambios en la trayectoria del flujo de los gases.
2. El separador ciclónico compacto , de acuerdo con reivindicación 1 caracterizado por contener N helicoides oblicuos (Figura 2 o 4) generados preferentemente con el mismo eje principal (7), base directriz (D), paso, altura e igual perfil generador (2), formando respectivamente entre ellos, preferentemente, un ángulo de 360°/N con respecto al eje principal (7) del helicoide oblicuo (1).
3. El separador ciclónico compacto (Figura 1 o 3), de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque: el helicoide oblicuo (1), reivindicado anteriormente, tiene un desarrollo cónico, estrechándose en el sentido del flujo, de paso preferentemente constante; el decantador (4) con forma de tronco de cono adaptado al contorno del helicoide oblicuo (1), formando el conjunto helicoide oblicuo (1)-decantador (4), al menos, un conducto con trayectoria helicoidal y con sección decreciente.
4. El separador ciclónico compacto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes (Figura 5) que comprende además de: una espiral con desarrollo cilindrico (Figura 6) llamado husillo de regulación (9), con perfil preferentemente prismático (9A), unido rígidamente a cada helicoide oblicuo (1), en el extremo de la boca de salida (6) del decantador ciclónico compacto; un cuerpo cilíndrico (Figura 7) llamado regulador (10), embocado a la boca de salida (6) del decantador (4) con un acoplamiento giratorio (Detalle 7.1), que permite el giro e impide el desplazamiento axial, que presenta en su interior unos canales llamados canales de regulación (11) caracterizados por ser coincidentes con las espiras del husillo de regulación (9) descrito; un apéndice prismático (Figura 6) llamado guía de regulación (12), paralelo al eje principal (7) del helicoide oblicuo (1) cónico y localizado en el extremo de su base directriz (D), en el borde del helicoide oblicuo (1) cónico, en los primeros grados del desarrollo; un anillo perimetral (Detalle 7.2) llamado anillo guía (13), embocando rígidamente a la boca de entrada (5) del decantador (4), que presenta en su cara interior unos canales guía (14) coincidentes con las mencionadas guías de regulación (12) que contenga el separador ciclónico compacto (Figura 6), y está caracterizado porque el giro del regulador (10), de forma manual o automática, por medios ajenos al objeto de esta invención, en sentido de desarrollo de la espiral, transmite al helicoide oblicuo (1), un desplazamiento axial, en sentido contrario al flujo del gas a tratar, separando el helicoide oblicuo (1), con respecto al decantador (4), reduciendo la pérdida de carga del ciclón en momentos de aumento del flujo del gas.
5. El separador ciclónico compacto (Figura 8), de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende además de: un conducto llamado colector (15), embocado rígidamente en el extremo más bajo del conjunto helicoide oblicuo (1)-decantador (4) con respecto a su centro geométrico, en cuyo perímetro interior dispone de una ménsula que forma, conjuntamente con el conducto mencionado, un canal llamado canal de separados (16) con forma preferentemente cóncava hacia arriba, y que en la pared exterior del colector (15) dispone, en la generatriz más baja del conducto, un orificio llamado boca de salida de separados (17), y el conjunto se caracteriza por recoger y drenar los separados que descienden por las paredes interiores del dispositivo, extrayéndolos por la boca de salida de separados (17).
6. Un dispositivo de limpieza de partículas y vapores en suspensión en un flujo de gas (Figura 9) que comprende: el separador ciclónico compacto acorde a las reivindicaciones precedentes; un conducto llamado condensador (18) embocado rígidamente a la boca de entrada (5) del decantador (4) mencionado, que dispone en su perímetro interior de, al menos, un difusor (19) -atomizador orientado al interior, preferentemente hacia el sentido de desarrollo del helicoide oblicuo (1), que proyecta al interior una nube de un fluido condensador atomizado, a temperatura de diseño, formando una cortina, preferentemente, en un plano oblicuo al plano axial del flujo en el condensador (18), y que imprime al flujo de gas a tratar, una trayectoria ciclónica y provocando la condensación de los vapores en suspensión en el flujo de gases, al portar, el caudal de fluido condensador, las frigorías necesarias para que la mezcla, de gases a tratar y fluido condensador, alcance la temperatura de condensación de los vapores que porta en suspensión el flujo de gases a tratar y; el colector (15) reivindicado, embocado rígidamente en el extremo más bajo del conjunto helicoide oblicuo (1) - decantador (4) - condensador (18) con respecto a su centro geométrico.
7. El dispositivo de limpieza de partículas y vapores en suspensión en un flujo de gas (Figura 11), de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, comprende además de: un medio impulsor (20) del flujo, localizado a la salida de los gases del dispositivo y dimensionado para compensar la pérdida de carga del dispositivo al paso del flujo de gas, y un conducto perforado llamado compensador (21), embocado en la entrada de gases al dispositivo.
8. El dispositivo de limpieza de partículas y vapores en suspensión en un flujo de gas (Figura 11), de acuerdo con la reivindicación anterior, está caracterizado porque, el compensador (21) aporta el caudal complementario para la eficiencia del separador axial compacto descrito, en un flujo de gases con partículas y vapores en suspensión con caudales deficientes para la eficiencia del separador ciclónico compacto mencionado, generando una cortina perimetral al flujo de gas, con el caudal de aire exterior necesario para la eficiencia del dispositivo sin modificar las condiciones de presión en el interior del generador de gases particulados, siendo la forma y tamaño de las perforaciones del compensador (21) las necesarias para generar la pérdida de carga mínima para permitir el paso de aire exterior necesario en situaciones de caída del flujo de gases a tratar y la suficiente para impedir corrientes externas, transversales a la trayectoria directa, del gas a tratar, al dispositivo.
9. El dispositivo de limpieza de partículas y vapores en suspensión en un flujo de gas, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, está caracterizado por limpiar gases partículas con un separador ciclónico, sin influir en las condiciones de presión internas del generador del flujo de gases particulados y con vapores en suspensión.
10. El dispositivo de limpieza de partículas y vapores en suspensión en un flujo de gas (Figura 2), de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, está caracterizado por no ensuciar los medios de impulsión con el paso de gases a tratar.
11. El dispositivo de limpieza de partículas y vapores en suspensión en un flujo de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, está caracterizado por aplicarse en la limpieza de humos procedentes de la combustión de combustibles sólidos, como por ejemplo hornos de combustible sólido.
12. El dispositivo de limpieza de partículas y vapores en suspensión en un flujo de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, está caracterizado por aplicarse como apaga llamas en un flujo de gases con partículas incandescentes en suspensión, al hacerlo atravesar por una cortina de un fluido extintor atomizado y a continuación por un circuito sinuoso de decantación, como por ejemplo un separador ciclónico axial compacto como los reivindicados anteriormente.
13. El dispositivo de limpieza de partículas y vapores en suspensión en un flujo de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, está caracterizado por aplicarse como condensador de vahos entálpico compacto o pequeñas dimensiones, al hacer circular una mezcla de aire y vapor, primero a través de una cortina de un fluido a temperatura de condensación, como por ejemplo agua, y a continuación por un circuito sinuoso de decantación, como por ejemplo un separador ciclónico axial compacto como los reivindicados anteriormente.
14. Un método de limpieza de grasas en flujos de gases mediante una condensación entálpica caracterizado por hacer pasar los vapores por una cortina de un fluido condensador como por ejemplo agua, a la temperatura necesaria para que la mezcla de vapores, partículas, gases y fluido de condensación alcancen la temperatura de condensación de los vapores.
15. El dispositivo de limpieza de partículas y vapores en suspensión en un flujo de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por aplicarse como regulador de la combustión de combustibles sólidos en cámaras, acelerando la misma mediante la activación o aceleración del medio impulsor (20) incrementando el flujo de aire comburente por la cámara, o atenuar la intensidad mediante la deceleración del medio impulsor (20) y/o activando la alimentación del fluido condensador a los difusores (19), con la finalidad de bajar la temperatura de la cámara.
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CN104475275A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-04-01 | 苏州爱纳杰智能科技有限公司 | 双入口斜切螺旋面旋风分离器 |
CN207277149U (zh) * | 2017-07-24 | 2018-04-27 | 浙江美通筑路机械股份有限公司 | 一种沥青路面综合养护车的旋风水浴除尘装置 |
CN208659167U (zh) * | 2017-12-01 | 2019-03-29 | 莱克电气股份有限公司 | 一种吸尘器二级旋风过滤尘杯 |
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2019
- 2019-08-31 ES ES201930763A patent/ES2813249B2/es active Active
Patent Citations (3)
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BA2A | Patent application published |
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FG2A | Definitive protection |
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