FR3159008A1 - Structure with circulation of heat transfer fluid - Google Patents
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Abstract
Titre : Structure à circulation de fluide caloporteur L’invention concerne une structure à circulation de fluide caloporteur (1) configurée notamment pour former un dispositif de régulation thermique (100) pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie, la structure à circulation de fluide caloporteur (1) comportant au moins un canal de circulation de fluide caloporteur (10) formé entre une première plaque (3) et une deuxième plaque (5) soudées entre elles, le long d’au moins une ligne de soudure laser (4), le canal (10) présentant au moins une zone morte (8) à une jonction entre les première plaque (3) et deuxième plaque (5), la zone morte (8) étant comblée par un matériau de comblement (20) distinct des matériaux des première plaque (3) et deuxième plaque (5). Figure pour l’abrégé : Figure 1 Title: Heat Transfer Fluid Circulation Structure The invention relates to a heat transfer fluid circulation structure (1) configured in particular to form a thermal regulation device (100) for cooling and/or heating components whose operation is sensitive to temperature, these components being intended in particular for energy storage and possibly being battery cells, the heat transfer fluid circulation structure (1) comprising at least one heat transfer fluid circulation channel (10) formed between a first plate (3) and a second plate (5) welded together, along at least one laser weld line (4), the channel (10) having at least one dead zone (8) at a junction between the first plate (3) and second plate (5), the dead zone (8) being filled with a filling material (20) distinct from the materials of the first plate (3) and second plate (5). Abstract: Figure 1
Description
La présente invention a pour objet une structure à circulation de fluide caloporteur, notamment configurée pour former un dispositif de régulation thermique pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants, ainsi qu’un procédé de fabrication d’une telle structure à circulation de fluide caloporteur.The present invention relates to a structure for circulating heat transfer fluid, in particular configured to form a thermal regulation device for cooling and/or heating components, as well as a method for manufacturing such a structure for circulating heat transfer fluid.
Il est actuellement connu que la régulation thermique des batteries et pack batteries, notamment dans le domaine automobile et encore plus particulièrement des véhicules électriques et hybrides, est un point important car si les batteries sont soumises à des températures trop froides, leur autonomie peut décroitre fortement, et si elles sont soumises à des températures trop importantes, il y a un risque d'emballement thermique pouvant aller jusqu'à la destruction de la batterie.It is currently known that the thermal regulation of batteries and battery packs, particularly in the automotive sector and even more particularly in electric and hybrid vehicles, is an important point because if the batteries are subjected to temperatures that are too cold, their autonomy can decrease significantly, and if they are subjected to temperatures that are too high, there is a risk of thermal runaway which can lead to the destruction of the battery.
Afin de réguler la température des batteries, il est connu d'ajouter un dispositif de régulation de température du module de batterie. Ces dispositifs utilisent généralement des fluides caloporteurs circulant, par exemple au moyen d'une pompe, dans des canaux de circulation. Parmi, les fluides caloporteurs l'eau glycolée peut être choisie. Le refroidissement des batteries de véhicule automobile se fait à l'aide d’échangeurs de chaleur qui sont formés par l'assemblage de deux plaques. Lesdits canaux de circulation passant notamment sous ou à l'intérieur d'une plaque d'échangeur thermique en contact direct avec les batteries.In order to regulate the temperature of the batteries, it is known to add a temperature control device to the battery module. These devices generally use heat transfer fluids circulating, for example by means of a pump, in circulation channels. Among the heat transfer fluids, glycol water can be chosen. The cooling of motor vehicle batteries is done using heat exchangers which are formed by the assembly of two plates. Said circulation channels pass in particular under or inside a heat exchanger plate in direct contact with the batteries.
L'une des plaques d’échangeur thermique est appelée « plaque de base » (ou « base plate » en anglais) qui est généralement plane, et l'autre des plaques est appelée « plaque de canal » (ou « chanel plate » en anglais) qui présente des formes permettant de définir avec la plaque de base, un ou plusieurs canaux de circulation pour le fluide caloporteur (eau glycolée). Il faut noter que ce type de fluide caloporteur (eau glycolée) peut générer une corrosion non négligeable, dans certaines situations, au sein du canal entre les plaques. Ces plaques sont généralement assemblées par brasage. Cependant ce type d'assemblage de plaques par brasage nécessite un four qui consomme une grande quantité d'énergie et donc entraîne une forte empreinte CO2. De plus, le brasage peut manquer de flexibilité ou de précision lors des opérations.One of the heat exchanger plates is called the "base plate" (or "base plate" in English) which is generally flat, and the other plate is called the "channel plate" (or "channel plate" in English) which has shapes allowing to define with the base plate, one or more circulation channels for the heat transfer fluid (glycol water). It should be noted that this type of heat transfer fluid (glycol water) can generate significant corrosion, in certain situations, within the channel between the plates. These plates are generally assembled by brazing. However, this type of plate assembly by brazing requires a furnace which consumes a large amount of energy and therefore results in a high CO2 footprint. In addition, brazing can lack flexibility or precision during operations.
L’invention vise à proposer une structure à circulation de fluide caloporteur qui remédie certains au moins des problèmes mentionnés ci-dessus.The invention aims to propose a structure with circulation of heat transfer fluid which remedies at least some of the problems mentioned above.
L’invention a ainsi pour objet une structure à circulation de fluide caloporteur configurée notamment pour former un dispositif de régulation thermique pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie, la structure à circulation de fluide caloporteur comportant au moins un canal de circulation de fluide caloporteur formé entre une première plaque et une deuxième plaque soudées entre elles, le long d’au moins une ligne de soudure laser, le canal présentant au moins une zone morte à une jonction entre les première plaque et deuxième plaque, la zone morte étant comblée par un matériau de comblement distinct des matériaux des première plaque et deuxième plaque.The invention thus relates to a heat transfer fluid circulation structure configured in particular to form a thermal regulation device for cooling and/or heating components whose operation is sensitive to temperature, these components being in particular intended for energy storage and possibly being battery cells, the heat transfer fluid circulation structure comprising at least one heat transfer fluid circulation channel formed between a first plate and a second plate welded together, along at least one laser welding line, the channel having at least one dead zone at a junction between the first plate and second plate, the dead zone being filled by a filling material distinct from the materials of the first plate and second plate.
L'invention est avantageuse dans la mesure où la soudure laser est moins consommatrice d'énergie que le brasage qui nécessite un four consommant une grande quantité d'énergie. L'invention permet ainsi de réduire l'empreinte de CO2 pour la fabrication de la structure à circulation de fluide caloporteur. La soudure laser permet également une meilleure précision dans le contrôle des lignes de soudure le long du ou des canaux, ainsi qu’une meilleure tenue mécanique de l’assemblage. L'invention permet en outre, grâce au matériau de comblement qui vient combler la zone morte, de réduire significativement le risque de corrosion à la jonction entre les première plaque et deuxième plaque. En effet en l'absence d'un tel matériau additionnel de comblement, la zone morte pourrait voir s'accumuler du fluide caloporteur stagnant et ce fluide caloporteur stagnant pourrait provoquer une corrosion à cet endroit. Cette zone morte qui serait laissée non comblée, peut aussi être une zone de capture d'air qui empêcherait de faire un vide total dans le canal lors de la fabrication de la structure à circulation de fluide. Grâce à l’invention, on évite ainsi le risque de corrosion ou une présence de bulle d'air indésirable dans le canal.The invention is advantageous in that laser welding consumes less energy than brazing, which requires a furnace that consumes a large amount of energy. The invention thus makes it possible to reduce the CO2 footprint for the manufacture of the structure with circulation of heat transfer fluid. Laser welding also allows for greater precision in the control of the weld lines along the channel(s), as well as better mechanical strength of the assembly. The invention also makes it possible, thanks to the filling material that fills the dead zone, to significantly reduce the risk of corrosion at the junction between the first plate and second plate. Indeed, in the absence of such an additional filling material, the dead zone could see stagnant heat transfer fluid accumulate and this stagnant heat transfer fluid could cause corrosion at this location. This dead zone, which would be left unfilled, can also be an air capture zone that would prevent a total vacuum from being created in the channel during the manufacture of the structure with circulation of fluid. Thanks to the invention, the risk of corrosion or the presence of unwanted air bubbles in the channel is avoided.
Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement fait partie d’une couche présente sur l'une au moins des première plaque et deuxième plaque.According to one aspect of the invention, the filling material is part of a layer present on at least one of the first plate and second plate.
Par exemple, le matériau de comblement fait partie d’une couche déposée sur la première plaque.For example, the filler material is part of a layer deposited on the first plate.
En variante, le matériau de comblement fait partie d’une couche déposée sur la deuxième plaque.Alternatively, the filler material is part of a layer deposited on the second plate.
Selon l’un des aspects de l’invention, la couche de matériau s’étend entre deux bords longitudinaux parallèles du canal.According to one aspect of the invention, the layer of material extends between two parallel longitudinal edges of the channel.
Selon l’un des aspects de l’invention, cette couche déborde dans la ou les zones mortes présentes au sein du canal, à la jonction entre les première plaque et deuxième plaque.According to one aspect of the invention, this layer overflows into the dead zone(s) present within the channel, at the junction between the first plate and second plate.
Selon l’un des aspects de l’invention, à la place d’une couche, le matériau de comblement forme un bandeau qui longe la jonction entre les première plaque et deuxième plaque. Selon l’un des aspects de l’invention, le bandeau peut être préformé de sorte que l’on puisse manipuler le bandeau comme une pièce à part. Par exemple, lors de la fabrication, le bandeau peut être posé sur la jonction entre les plaques. Le bandeau peut se différencier d’une couche par le fait que la couche est issue d’un dépôt du matériau de comblement (qui peut par exemple être assez fluide pour pouvoir être étalé) sur l’une des plaques. En outre, le bandeau peut être de moindre largeur que la couche qui, de préférence, s’étend sur toute la largeur du canal.According to one aspect of the invention, instead of a layer, the filling material forms a strip that runs along the junction between the first plate and the second plate. According to one aspect of the invention, the strip may be preformed so that the strip can be handled as a separate piece. For example, during manufacture, the strip may be placed on the junction between the plates. The strip may be distinguished from a layer by the fact that the layer is formed by depositing the filling material (which may, for example, be fluid enough to be spreadable) on one of the plates. Furthermore, the strip may be of lesser width than the layer, which preferably extends across the entire width of the channel.
Selon l’un des aspects de l’invention, pour le canal, il y a deux bandeaux de matériau de comblement distants qui longent respectivement deux bords longitudinaux parallèles du canal.According to one aspect of the invention, for the canal, there are two distant bands of filling material which run respectively along two parallel longitudinal edges of the canal.
Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement est un matériau ayant subi une fusion par exposition à une chaleur dégagée lors de la soudure laser.According to one aspect of the invention, the filling material is a material which has undergone fusion by exposure to heat released during laser welding.
Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement est ainsi un matériau qui a refroidi à la suite d’une fusion lors du procédé de soudure laser.According to one aspect of the invention, the filling material is thus a material which has cooled following fusion during the laser welding process.
Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement est configuré pour renforcer l'étanchéité du canal, à la jonction des première et deuxième plaque, vis-à-vis du fluide caloporteur qui circule dans ce canal.According to one aspect of the invention, the filling material is configured to reinforce the sealing of the channel, at the junction of the first and second plates, with respect to the heat transfer fluid which circulates in this channel.
Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement est un matériau de protection à base d’aluminium de type 7072 ou 1050.According to one aspect of the invention, the filling material is an aluminum-based protective material of type 7072 or 1050.
Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement est un matériau de couverture (ou « cladding » en anglais), notamment choisi parmi un matériau de couverture de type 4343, 4045, 4047.According to one aspect of the invention, the filling material is a covering material (or “cladding” in English), notably chosen from a covering material of type 4343, 4045, 4047.
Selon l’un des aspects de l’invention, la zone morte présente, dans une section transversale du canal, un profil de coin formé à la jonction des première et deuxième plaques.According to one aspect of the invention, the dead zone has, in a cross-section of the channel, a wedge profile formed at the junction of the first and second plates.
Selon l’un des aspects de l’invention, le profil de coin de la zone morte est par exemple sensiblement triangulaire.According to one aspect of the invention, the corner profile of the dead zone is for example substantially triangular.
Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement vient remplir ce profil de coin.According to one aspect of the invention, the filling material fills this corner profile.
Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement forme un ménisque, convexe ou concave, sur un côté du canal.According to one aspect of the invention, the filling material forms a meniscus, convex or concave, on one side of the canal.
Selon l’un des aspects de l’invention, ce ménisque est par exemple similaire à un ménisque obtenu lors d’un procédé de brasage.According to one aspect of the invention, this meniscus is for example similar to a meniscus obtained during a brazing process.
Ce ménisque est formé lors de la soudure laser. Le laser de la soudure apporte la chaleur pour faire fondre le matériau de comblement, qui vient alors remplir la zone morte en créant le ménisque.This meniscus is formed during laser welding. The welding laser provides heat to melt the filler material, which then fills the dead zone, creating the meniscus.
La forme du matériau de comblement permet ainsi de supprimer des zones mortes susceptible d'être des zones soumises à des problèmes de corrosion et/ou susceptibles d'être des pièges à bulle d'air indésirables.The shape of the filling material thus makes it possible to eliminate dead zones which may be areas subject to corrosion problems and/or which may be unwanted air bubble traps.
Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement présente une épaisseur comprise entre 5% et 10% de l’épaisseur de la plaque sur laquelle le matériau de comblement est présent.According to one aspect of the invention, the filling material has a thickness of between 5% and 10% of the thickness of the plate on which the filling material is present.
Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de comblement longe le canal sur toute sa longueur.According to one aspect of the invention, the filling material runs along the canal along its entire length.
Selon l’un des aspects de l’invention, les première plaque et deuxième plaque sont à base d’aluminium.According to one aspect of the invention, the first plate and second plate are made of aluminum.
Selon l’un des aspects de l’invention, l'une des plaques est appelée « plaque de base » (ou « base plate » en anglais) qui est généralement plane, et l'autre des plaques est appelée « plaque de canal » (ou « chanel plate » en anglais) qui présente des formes permettant de définir avec la plaque de base, un ou plusieurs canaux de circulation pour un fluide caloporteur.According to one aspect of the invention, one of the plates is called a "base plate" (or "base plate" in English) which is generally flat, and the other of the plates is called a "channel plate" (or "channel plate" in English) which has shapes making it possible to define with the base plate, one or more circulation channels for a heat transfer fluid.
L’invention porte aussi sur un dispositif de régulation thermique pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie, dispositif de régulation thermique comportant une structure à circulation de fluide caloporteur tel que précité, cette structure à circulation de fluide caloporteur comportant une face agencée pour pouvoir y poser un composant.The invention also relates to a thermal regulation device for cooling and/or heating components whose operation is sensitive to temperature, these components being in particular intended for energy storage and possibly being battery cells, thermal regulation device comprising a structure for circulating heat transfer fluid as mentioned above, this structure for circulating heat transfer fluid comprising a face arranged to be able to place a component thereon.
L’invention concerne également un système à composant refroidi comportant une structure à circulation de fluide caloporteur telle que précitée, et au moins un composant posé sur une face de la structure à circulation de fluide caloporteur.The invention also relates to a cooled component system comprising a heat transfer fluid circulation structure as mentioned above, and at least one component placed on one face of the heat transfer fluid circulation structure.
L’invention a encore pour objet un procédé de fabrication d’une structure à circulation de fluide caloporteur configurée notamment pour former un dispositif de régulation thermique pour le refroidissement et/ou le chauffage de composants dont le fonctionnement est sensible à la température, ces composants étant notamment destinés au stockage d’énergie et pouvant être des cellules de batterie, la structure à circulation de fluide caloporteur comportant au moins un canal de circulation de fluide caloporteur formé entre une première plaque et une deuxième plaque, le canal présentant au moins une zone morte à une jonction entre les première plaque et deuxième plaque, le procédé comportant les étapes suivantes :
- déposer sur l’une au moins des première plaque et deuxième plaque, un matériau de comblement, notamment sous la forme d’une couche,
- souder par laser les première plaque et deuxième plaque pour former au moins une ligne de soudure laser, la zone morte étant comblée par le matériau de comblement suite à une fusion de ce matériau de comblement.
- depositing on at least one of the first plate and second plate, a filling material, in particular in the form of a layer,
- laser welding the first plate and second plate to form at least one laser weld line, the dead zone being filled by the filler material following melting of this filler material.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et d’exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence au dessin schématique annexé d’autre part, sur lequel :Other characteristics, details and advantages of the invention will emerge more clearly on reading the description which follows on the one hand, and examples of embodiment given for informational and non-limiting purposes with reference to the attached schematic drawing on the other hand, in which:
Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.The features, variants and different embodiments of the invention may be combined with each other in various combinations, provided that they are not incompatible or mutually exclusive. In particular, variants of the invention may be conceived comprising only a selection of features described below in isolation from the other features described, if this selection of features is sufficient to confer a technical advantage and/or to differentiate the invention from the prior art.
On a représenté, sur la
La structure 1 est formée de deux plaques 3 et 5 en aluminium et soudées entre elles pour délimiter un canal de circulation 10 de fluide caloporteur, ici de l’eau glycolée. Parmi ces plaques, une première plaque 3 est appelée « plaque de base » (ou « base plate » en anglais) qui est plane et une deuxième plaque 5 est appelée « plaque de canal » (ou « chanel plate » en anglais). Dans l’exemple de la
Les deux plaques 3 et 5 sont soudées par deux lignes de soudure laser 4 de part et d’autre du canal 10. Aux jonctions des deux plaques 3 et 5, dans une section transversale du canal 10, ledit canal 10 présente deux zones mortes 8 avec un profil de coin triangulaire. Ces zones mortes 8 sont comblées par un matériau de comblement 20 notamment pour renforcer l'étanchéité du canal 10 vis-à-vis de l’eau glycolée qui y circule. Ce matériau 20 est un matériau de protection à base d’aluminium de type 7072 ou 1050. Alternativement, il peut aussi être un matériau de couverture (ou « cladding » en anglais), choisi parmi un matériau de couverture de type 4343, 4045, 4047. Le matériau de comblement 20 subit une fusion lors de l’exposition à la chaleur dégagée au cours de la soudure laser et refroidit à la suite de cette fusion.The two plates 3 and 5 are welded by two laser welding lines 4 on either side of the channel 10. At the junctions of the two plates 3 and 5, in a cross-section of the channel 10, said channel 10 has two dead zones 8 with a triangular corner profile. These dead zones 8 are filled with a filling material 20 in particular to reinforce the sealing of the channel 10 with respect to the glycolated water circulating therein. This material 20 is an aluminum-based protective material of type 7072 or 1050. Alternatively, it can also be a covering material (or “cladding” in English), chosen from a covering material of type 4343, 4045, 4047. The filling material 20 undergoes melting during exposure to the heat released during the laser welding and cools following this melting.
Ce matériau 20 forme une couche 21 présente sur la première plaque 3, qui déborde dans les zones mortes 8 sous forme de ménisque et s’étend sur toute la largeur w du canal 10, entre deux bords longitudinaux parallèles. En outre, le matériau de comblement 20 longe le canal 10 sur toute sa longueur. La longueur est la dimension mesurée suivant la direction longitudinale des canaux 10.This material 20 forms a layer 21 present on the first plate 3, which overflows into the dead zones 8 in the form of a meniscus and extends over the entire width w of the channel 10, between two parallel longitudinal edges. In addition, the filling material 20 runs along the channel 10 over its entire length. The length is the dimension measured along the longitudinal direction of the channels 10.
Ce ménisque est par exemple similaire à un ménisque obtenu lors d’un procédé de brasage et est formé au cours de la soudure laser. En effet, le laser de la soudure apporte la chaleur et fait fondre le matériau 20 afin de combler les zones mortes 8. Le matériau 20 se retrouve alors sous la forme d’un ménisque qui comble chaque zone morte 8 du canal 10. Le matériau 20 présente ici une épaisseur comprise entre 5% et 10% de l’épaisseur de la première plaque 3.This meniscus is for example similar to a meniscus obtained during a brazing process and is formed during laser welding. Indeed, the welding laser provides heat and melts the material 20 in order to fill the dead zones 8. The material 20 is then in the form of a meniscus which fills each dead zone 8 of the channel 10. The material 20 here has a thickness of between 5% and 10% of the thickness of the first plate 3.
Le matériau 20 permet de supprimer des zones mortes 8 susceptibles d'être des zones soumises à des problèmes de corrosion et/ou susceptibles d'être des pièges à bulle d'air indésirables.The material 20 makes it possible to eliminate dead zones 8 which may be areas subject to corrosion problems and/or which may be unwanted air bubble traps.
La structure 1 est ainsi fabriquée dans un procédé de fabrication selon les étapes suivantes :
- déposer sur la première plaque, le matériau 20 sous la forme d’une couche,
- souder par laser la première plaque 3 et la deuxième plaque 5 pour former les lignes de soudure laser 4, les zones mortes 8 sont comblées par fusion du matériau 20.
- depositing on the first plate, the material 20 in the form of a layer,
- laser welding the first plate 3 and the second plate 5 to form the laser welding lines 4, the dead zones 8 are filled by melting the material 20.
Dans un autre mode de réalisation, non représenté, le matériau 20 se présente sous la forme de deux bandeaux de matériau 20 distants qui longent respectivement les deux bords longitudinaux parallèles du canal 10.In another embodiment, not shown, the material 20 is in the form of two distant strips of material 20 which run respectively along the two parallel longitudinal edges of the channel 10.
Dans un autre exemple de réalisation illustrée à la
Dans encore un autre exemple de réalisation illustré à la
Claims (10)
- déposer sur l’une au moins des première plaque (3) et deuxième plaque (5), un matériau de comblement (20), notamment sous la forme d’une couche (21),
- souder par laser les première plaque (3) et deuxième plaque (5) pour former au moins une ligne de soudure laser (4), la zone morte (8) étant comblée par le matériau de comblement (20) suite à une fusion de ce matériau de comblement (20).
- depositing on at least one of the first plate (3) and second plate (5), a filling material (20), in particular in the form of a layer (21),
- laser welding the first plate (3) and second plate (5) to form at least one laser welding line (4), the dead zone (8) being filled by the filling material (20) following a melting of this filling material (20).
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|---|---|---|---|
| FR2401122A FR3159008A1 (en) | 2024-02-06 | 2024-02-06 | Structure with circulation of heat transfer fluid |
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| FR2401122 | 2024-02-06 | ||
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|---|---|---|---|
| FR2401122A Pending FR3159008A1 (en) | 2024-02-06 | 2024-02-06 | Structure with circulation of heat transfer fluid |
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-
2024
- 2024-02-06 FR FR2401122A patent/FR3159008A1/en active Pending
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