FR2550859A1 - Sampling device for analysis of atmospheres of hot and humid enclosures - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'échantillonnage de gaz ou vapeurs, et plus particulièrement un dispositif d'échantillonnage pour analyse d'atmosphères d'enceintes chaudes et humides.The present invention relates to a method and a device for sampling gases or vapors, and more particularly a sampling device for analyzing atmospheres of hot and humid chambers.
Dans les fours de biscuiteries, de boulangeries industrielles ou dans toute enceinte chauffée avec des brûleurs à gaz, il existe un risque permanent d'extinction de brûleurs pouvant entrainer la formation d'un mélange explosif. Pour des raisons de sécurité, il est indispensable que toute accumulation de gaz soit détectée avant que le mélange explosif ne soit formé.In biscuit ovens, industrial bakeries or in any enclosure heated with gas burners, there is a permanent risk of burner extinction which can lead to the formation of an explosive mixture. For safety reasons, it is essential that any accumulation of gas is detected before the explosive mixture is formed.
Des détecteurs de gaz installés directement dans les fours peuvent assurer une certaine sécurité. Cependant leur durée de vie est fortement réduite par la température élevée, associée dans certains cas à un taux d'humidité important.Gas detectors installed directly in the ovens can provide some security. However their lifespan is greatly reduced by the high temperature, associated in some cases with a high humidity.
On a également proposé de prélever un échantillon du mélange gazeux se trouvant dans l'enceinte chauffée par des brûleurs à gaz afin de l'analyser en dehors de l'enceinte de telle sorte que le détecteur ne soit pas constamment placé dans des conditions de température élevée et d'humidité importante. Ainsi, le gaz peut être aspiré en dehors de l'enceinte, à travers un échangeur de chaleur pour abaisser sa température, jusqu'à un détecteur. Un tel dispositif, qui exige une mise au point précise et délicate pour fonctionner de manière fiable, ne procure pas cependant des résultats satisfaisants en toutes circonstances, en raison notamment de l'eau de condensation résultant du refroidissement du gaz, qui risque d'être introduite dans le circuit d'aspiration, d'endommager ou de saturer le détecteur et de compromettre le fonctionnement de l'ensemble.It has also been proposed to take a sample of the gaseous mixture present in the enclosure heated by gas burners in order to analyze it outside the enclosure so that the detector is not constantly placed under temperature conditions. high and high humidity. Thus, the gas can be sucked outside the enclosure, through a heat exchanger to lower its temperature, to a detector. Such a device, which requires precise and delicate development to operate reliably, does not however give satisfactory results in all circumstances, in particular because of the water of condensation resulting from the cooling of the gas, which is likely to be introduced into the suction circuit, damaging or saturating the detector and compromising the operation of the assembly.
L'invention a pour objet un procédé d'échantillonnage d'atmosphère se trouvant dans une enceinte chaude et humide du type décrit ci-dessus, permettant leur analyse et la détection de risques d'explosion dans d'excellentes conditions de fiabilité et de sécurité.The subject of the invention is a method for sampling the atmosphere found in a hot and humid enclosure of the type described above, allowing their analysis and the detection of risks of explosion under excellent conditions of reliability and safety. .
L'invention a également pour objet un dispositif d'échantillonnage d'atmosphère dans une enceinte chaude et humide pour analyse au moyen d'un détecteur raccordé à l'enceinte par un circuit d'aspiration, assurant soit l'aspiration des gaz de l'enceinte vers le détecteur, soit le refoulement vers l'enceinte des condensats ou poussières qui peuvent se trouver dans les canalisations.The invention also relates to an atmosphere sampling device in a hot and humid enclosure for analysis by means of a detector connected to the enclosure by a suction circuit, ensuring either the suction of the gases of the 'enclosure to the detector, i.e. the discharge to the enclosure of the condensates or dust that may be in the pipes.
Le dispositif d'échantillonnage d'atmosphère chaude et humide suivant l'invention pour analyse au moyen d'un détecteur raccordé à l'enceinte par un circuit d'aspiration, comporte successivement un condenseur, une pompe et une chambre d'analyse contenant un détecteur et raccordée à l'enceinte par une canalisation de retour- évitant le rejet dans l'atmosphère ambiante.The device for sampling a hot and humid atmosphere according to the invention for analysis by means of a detector connected to the enclosure by a suction circuit, successively comprises a condenser, a pump and an analysis chamber containing a detector and connected to the enclosure by a return pipe - avoiding discharge into the ambient atmosphere.
Suivant une forme préférentielle de réalisation de l'invention, le dispositif d'échantillonnage comprend un circuit du type indiqué ci-dessus, qui comporte en outre deux électrovannes à trois voies placées de part et d'autre de la pompe, la première étant placée entre l'enceinte et la pompe et sa troisième voie étant raccordée à une alimentation de gaz extérieure, la deuxième électrovanne étant placée entre la pompe et le détecteur et sa troisième voie étant raccordée au circuit entre l'enceinte et la première électrovanne. Les deux électrovannes sont commandées simultanément par un relais temporisé afin de provoquer soit l'aspiration du gaz se trouvant dans l'enceinte, soit le refoulement du gaz extérieur vers l'enceinte.De plus, un filtre sec, un régulateur de débit à contrôle automatique ou visuel, et un débitmètre sont avantageusement placés entre le condenseur et la première électrovanne.According to a preferred embodiment of the invention, the sampling device comprises a circuit of the type indicated above, which further comprises two three-way solenoid valves placed on either side of the pump, the first being placed between the enclosure and the pump and its third path being connected to an external gas supply, the second solenoid valve being placed between the pump and the detector and its third path being connected to the circuit between the enclosure and the first solenoid valve. The two solenoid valves are controlled simultaneously by a time relay to cause either the suction of the gas inside the enclosure, or the discharge of the external gas towards the enclosure. In addition, a dry filter, a flow regulator with control automatic or visual, and a flow meter are advantageously placed between the condenser and the first solenoid valve.
Le condenseur peut être équipé d'un récupérateur de condensats avec un siphon, ce qui permet de placer la sonde sur un côté ou une paroi de l'enceinte. De plus, les condensats s'accumulant dans le récupérateur constituent un filtre supplémentaire pour les gaz aspirés.The condenser can be equipped with a condensate collector with a siphon, which allows the probe to be placed on one side or a wall of the enclosure. In addition, the condensate accumulating in the recuperator constitutes an additional filter for the aspirated gases.
Le fonctionnement du dispositif s'effectue comme indiqué ci-après.The operation of the device is carried out as indicated below.
La mise en marche de la pompe provoque une première phase d'aspiration, où une fraction des gaz se trouvant dans l'enceinte chauffée par des brûleurs à gaz, est aspirée, refroidie au passage du condenseur, filtrée, puis amenée jusqu'à la chambre d'analyse à travers le régulateur de débit, le débitmètre, la première électrovanne, la pompe, et la deuxième électrovanne. Le détecteur se trouvant dans la chambre d'analyse enregistre toute concentration anormale de gaz explosibles et déclenche le cas échéant une alarme. Les gaz sont ensuite ramenés dans l'enceinte par une canalisation de retour.Switching on the pump causes a first suction phase, where a fraction of the gases in the enclosure heated by gas burners is sucked, cooled by the passage of the condenser, filtered, then brought to the analysis chamber through the flow regulator, the flow meter, the first solenoid valve, the pump, and the second solenoid valve. The detector in the analysis chamber records any abnormal concentration of explosive gases and, if necessary, triggers an alarm. The gases are then brought back into the enclosure by a return pipe.
Cette phase d'aspiration peut durer de quelques minutes à plusieurs heures en fonction de l'atmosphère dans l'enceinte et des dimensions des canalisations, notamment. Au terme de ce temps, le relais temporisé commute les électrovannes provoquant ainsi l'admission du gaz extérieur par la première électrovanne tandis que la sortie vers la chambre d'analyse est fermée au niveau de la deuxième électrovanne. Le gaz extérieur aspiré par la pompe, dont le fonctionnement n'est pas interrompu, se trouve alors refoulé par l'intermédiaire de la deuxième électrovanne, vers la canalisation d'aspiration, à contre-courant, et permet donc de purger le circuit, en provoquant le refoulement dans l'enceinte des gouttes de condensats ou des poussières qui auraient pu s'engager dans la canalisation à travers le filtre et le débitmètre..Le débitmètre est muni d'une butée ajourée de façon à permettre la circulation du gaz à contre-sens. Le gaz extérieur peut être l'air ambiant, de préférence préalablement filtré, ou un gaz comprimé. La durée de cette phase de refoulement peut être comprise entre quelques secondes et 1 minute environ.This suction phase can last from a few minutes to several hours depending on the atmosphere in the enclosure and the dimensions of the pipes, in particular. At the end of this time, the time relay switches the solenoid valves thus causing the admission of external gas by the first solenoid valve while the outlet to the analysis chamber is closed at the level of the second solenoid valve. The external gas sucked in by the pump, the operation of which is not interrupted, is then discharged via the second solenoid valve, towards the suction pipe, against the current, and therefore makes it possible to purge the circuit, by causing backdraft into the enclosure of drops of condensate or dust which could have entered the pipe through the filter and the flow meter. The flow meter is provided with a perforated stop so as to allow gas circulation against the direction. The external gas can be ambient air, preferably previously filtered, or a compressed gas. The duration of this delivery phase can be between a few seconds and about 1 minute.
Le relais temporisé déclenche alors à nouveau les électrovannes pour commencer un nouveau cycle d'aspiration suivi d'une phase de refoulement.The time relay then triggers the solenoid valves again to start a new suction cycle followed by a discharge phase.
Lorsque le condenseur peut être monté verticalement directement sur l'enceinte, il n'est pas nécessaire de l'équiper d'un récupérateur de condensats, car le liquide de condensation retombe directement dans l'enceinte. Dans ce cas, le risque d'introduction de condensat dans le circuit est plus faible et par conséquent les phases de refoulement peuvent être plus espacées. Par exemple, la phase d'aspiration peut durer plusieurs heures, pour une phase de refoulement de 15 à 30 secondes environ. Suivant la nature de l'atmosphère du four, le condenseur direct rejetant directement les condensats dans le four, et le filtre peuvent suffire à éviter toute introduction de condensat dans le circuit et la phase de refoulement n'est alors pas utile. Dans ce cas, les électrovannes peuvent ne pas être montées dans le circuit.When the condenser can be mounted vertically directly on the enclosure, it is not necessary to equip it with a condensate collector, because the condensing liquid falls directly into the enclosure. In this case, the risk of introducing condensate into the circuit is lower and therefore the discharge phases can be spaced further apart. For example, the suction phase can last several hours, for a delivery phase of around 15 to 30 seconds. Depending on the nature of the furnace atmosphere, the direct condenser directly discharging the condensate into the furnace, and the filter may be sufficient to avoid any introduction of condensate into the circuit and the discharge phase is then not useful. In this case, the solenoid valves may not be fitted in the circuit.
Suivant une variante de l'invention, on peut prévoir le montage d'une pompe dont le sens d'aspiration peut être inversé; une seule électrovanne à trois voies est alors montée entre la pompe et la chambre d'analyse, troisième voie étant raccordée à l'alimentation de gaz extérieure.According to a variant of the invention, provision can be made for mounting a pump whose suction direction can be reversed; a single three-way solenoid valve is then mounted between the pump and the analysis chamber, the third way being connected to the external gas supply.
L'électrovanne est pilotée par le relais temporisé qui commande simultanément l'inversion de la pompe pour passer de la phase d'aspiration à la phase de refoulement, et inversement.The solenoid valve is controlled by the time relay which simultaneously controls the reversal of the pump to go from the suction phase to the discharge phase, and vice versa.
Le condenseur utilisé est de type usuel dans la technique. Il est choisi en fonction des conditions de température de façon à abaisser la température du gaz, qui peut être par exemple de l'ordre de 150 à 3000C dans l'enceinte, à une valeur proche de la température ambiante, c'est-à-dire entre 10 et 300C. Le fluide réfrigérant du condenseur peut entre avantageusement de l'eau, ou le cas échéant un fréon, de l'ammoniac liquide, etc. Le filtre placé entre le condenseur et le régulateur de débit peut être en acier inox, en verre ou en polycarbonate, selon la nature des gaz.The condenser used is of the usual type in the art. It is chosen according to the temperature conditions so as to lower the temperature of the gas, which can for example be of the order of 150 to 3000 ° C. in the enclosure, to a value close to ambient temperature, that is to say - say between 10 and 300C. The condenser refrigerant can advantageously be between water, or if necessary a freon, liquid ammonia, etc. The filter placed between the condenser and the flow regulator can be made of stainless steel, glass or polycarbonate, depending on the nature of the gases.
La dimension des canalisations est déterminée de manière à limiter les pertes de charge et à permettre un débit de gaz aussi rapide que possible de telle sorte que le temps de réponse du détecteur soit de l'ordre de quelques secondes à quelques dizaines de secondes. I1 est avantageux d'utiliser des canalisations en acier inox de diamètre compris entre 2 et 6mm environ et dont la longueur entre l'enceinte et la pompe est inférieure à 30m environ, pour obtenir un fonctionnement satisfaisant du dispositif. La pompe est choisie pour procurer un débit de l'ordre de 1 à 10 I/mn, et de préférence de 2 à 5 1/mon. Le cas échéant, elle peut être remplacée par un système Venturi.The size of the pipes is determined so as to limit the pressure drops and to allow a gas flow rate as fast as possible so that the response time of the detector is of the order of a few seconds to a few tens of seconds. It is advantageous to use stainless steel pipes with a diameter of between 2 and 6 mm approximately and the length of which between the enclosure and the pump is less than approximately 30 m, in order to obtain satisfactory operation of the device. The pump is chosen to provide a flow rate of the order of 1 to 10 I / min, and preferably 2 to 5 1 / min. If necessary, it can be replaced by a Venturi system.
Bien entendu, il est possible de monter plusieurs dispositifs d'échantillonnage sur une même enceinte, et de les raccorder à plusieurs détecteurs ou à un seul détecteur. Par exemple, on peut disposer plusieurs sondes d'échantillonnage sur une enceinte et les raccorder à une meme pompe par des canalisations se rejoignant en amont de la première électrovanne; chaque canalisation comporte un condenseur, un filtre, un régulateur de débit et un débitmètre.Of course, it is possible to mount several sampling devices on the same enclosure, and to connect them to several detectors or to a single detector. For example, several sampling probes can be placed on an enclosure and connected to the same pump by pipes joining upstream of the first solenoid valve; each pipe includes a condenser, a filter, a flow regulator and a flow meter.
Le dispositif suivant l'invention est tout particulièrement utile pour la détection de l'extinction accidentelle d'un brûleur à gaz dans un four de biscuiterie ou de panification. I1 convient également à la surveillance de toute enceinte chaude, méme dans des conditions d'humidité importante, par exemple dans l'industrie du raffinage, de la pétrochimie, de la peinture industrielle, des tunnels de séchage, des unités de récupération de solvants, etc.The device according to the invention is very particularly useful for the detection of the accidental extinction of a gas burner in a cookie or bread-making oven. It is also suitable for monitoring any hot enclosure, even in conditions of high humidity, for example in the refining industry, petrochemical industry, industrial painting, drying tunnels, solvent recovery units, etc.
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront en détail dans la description ci-après relative à des formes préférentielles et non limitatives de réalisation, en référence aux dessins annexés, qui représentent:
Figure 1: un schéma du dispositif suivant l'invention en phase de
fonctionnement par aspiration.The characteristics and advantages of the invention will appear in detail in the description below relating to preferred and non-limiting embodiments, with reference to the accompanying drawings, which represent:
Figure 1: a diagram of the device according to the invention in phase of
suction operation.
Figure 2: un schéma du dispositif de la figure 1 en phase de
refoulement.Figure 2: a diagram of the device of Figure 1 in phase of
repression.
Figure 3: un schéma d'une variante du dispositif suivant l'invention.Figure 3: a diagram of a variant of the device according to the invention.
Le dispositif conforme à la présente invention permet d'analyser, au moyen du détecteur (1), l'atmosphère se trouvant dans l'enceinte (2) portée à température élevée, sous une humidité relative importante. L'enceinte (2) est raccordée au détecteur (1) par les canalisations d'aspiration (3) et (4) d'une part, et par la canalisation de retour (5) d'autre part.The device according to the present invention makes it possible to analyze, by means of the detector (1), the atmosphere located in the enclosure (2) brought to high temperature, under a high relative humidity. The enclosure (2) is connected to the detector (1) by the suction pipes (3) and (4) on the one hand, and by the return pipe (5) on the other hand.
Les gaz se trouvant dans l'enceinte (2) sont aspirés par la pompe (6) à travers un condenseur (7) à récupérateur de condensats (8), un filtre (9) et un régulateur de débit (10), et ils débouchent par la canalisation (4) dans la chambre d'analyse (11) où se trouve placé le détecteur (1). Ils sont ensuite évacués par la canalisation (5) jusque dans l'enceinte (2).The gases in the enclosure (2) are sucked by the pump (6) through a condenser (7) with condensate recovery (8), a filter (9) and a flow regulator (10), and they emerge through the pipe (4) in the analysis chamber (11) where the detector (1) is placed. They are then evacuated through the pipe (5) into the enclosure (2).
Deux électrovannes à 3 voies (12) et (13) sont placées de part et d'autre de la pompe et sont commandées par un relais temporisé (14). L'électrovanne (12) est placée entre le débitmètre (10) et la pompe (6) et sa troisième voie est munie d'un filtre (15) connecté à une alimentation extérieur de gaz (non représentée). L'électrovanne (13) est placée sur la canalisation (4) entre la pompe (6) et la chambre d'analyse (11) du détecteur (1), et sa troisième voie est raccordée par la canalisation (16) à la canalisation (3), entre le débitmètre (10) et l'électrovanne (12). Two 3-way solenoid valves (12) and (13) are placed on either side of the pump and are controlled by a time relay (14). The solenoid valve (12) is placed between the flow meter (10) and the pump (6) and its third channel is provided with a filter (15) connected to an external gas supply (not shown). The solenoid valve (13) is placed on the pipeline (4) between the pump (6) and the analysis chamber (11) of the detector (1), and its third channel is connected by the pipeline (16) to the pipeline (3), between the flow meter (10) and the solenoid valve (12).
En phase d'aspiration, le gaz est aspiré dans la canalisation (3), et refoulé dans les canalisations (4) et (5) comme indiqué par les flèches sur la figure 1. Au passage du mélange gazeux dans la chambre d'analyse (11), le détecteur (1) détecte toute concentration de gaz explosible dépassant un seuil déterminé et déclenche un dispositif d'alarme (17) de type usuel. Cette phase d'aspiration peut durer environ 30mn.In the suction phase, the gas is sucked into the line (3), and discharged into the lines (4) and (5) as indicated by the arrows in Figure 1. When the gas mixture passes through the analysis chamber (11), the detector (1) detects any concentration of explosive gas exceeding a determined threshold and triggers an alarm device (17) of the usual type. This aspiration phase can last around 30 minutes.
En fin de phase d'aspiration, le relais temporisé (14) commande les deux électrovannes (12) et (13), l'arrivée de la canalisation (3) à l'élec- trovanne (12) étant fermée tandis qu'un gaz extérieur est aspiré à travers le filtre (15) par la pompe (6). La sortie de l'électrovanne (13) vers la chambre d'analyse (11) étant fermée, le gaz est injecté par la canalisation (16) dans la canalisation (3), à contre-courant, dans le sens représenté par les flèches sur la figure (2). Le gaz ainsi injecté refoule les condensats et les poussières qui auraient pu s'engager dans la canalisation (3) au-delà du condenseur (7), jusque dans l'enceinte (2). En particulier, lorsque le récupérateur (8) est saturé, les condensats qui auraient pu s'engager au-delà du filtre (9) et du débitmètre (10) se trouvent ainsi refoulés dans l'enceinte (2).At the end of the suction phase, the time relay (14) controls the two solenoid valves (12) and (13), the arrival of the pipe (3) at the solenoid valve (12) being closed while a external gas is sucked through the filter (15) by the pump (6). The outlet of the solenoid valve (13) to the analysis chamber (11) being closed, the gas is injected through the line (16) into the line (3), against the current, in the direction shown by the arrows in figure (2). The gas thus injected discharges the condensates and the dust which could have entered the pipe (3) beyond the condenser (7), as far as the enclosure (2). In particular, when the recuperator (8) is saturated, the condensates which could have engaged beyond the filter (9) and the flow meter (10) are thus discharged into the enclosure (2).
Cette phase de refoulement dure environ 20 secondes, puis le relais temporisé (14) déclenche à nouveau les électrovannes (12) et (13), de manière à fermer le raccordement au filtre (15) et à la canalisation (16), respectivement, et un nouveau cycle comportant une phase d'aspiration suivie d'une phase de refoulement est engagé.This delivery phase lasts approximately 20 seconds, then the time relay (14) triggers the solenoid valves (12) and (13) again, so as to close the connection to the filter (15) and to the pipe (16), respectively, and a new cycle comprising a suction phase followed by a discharge phase is started.
Comme le montrent les figures 1 et 2, le dispositif peut comporter un condenseur direct (7') disposé verticalement, lorsque l'enceinte rend possible une telle disposition. Dans ce cas, il n'est plus nécessaire de prévoir un récupérateur de condensat car le liquide de condensation retombe directement par gravité dans l'enceinte (2) et le gaz est aspiré dans la canalisation (3') à travers le filtre (9') et le débitmètre (10').As shown in Figures 1 and 2, the device may include a direct condenser (7 ') arranged vertically, when the enclosure makes such an arrangement possible. In this case, it is no longer necessary to provide a condensate collector because the condensation liquid falls directly by gravity into the enclosure (2) and the gas is sucked into the pipe (3 ') through the filter (9 ') and the flow meter (10').
Le risque d'entrainement de condensats dans la canalisation (3') étant alors plus faible, le cycle de fonctionnement peut être modifié en espaçant les phases de refoulement. Selon les conditions d'utilisation, il est possible de supprimer les électrovannes (12) et (13) et de faire fonctionner le dispositif uniquement en aspiration. The risk of entraining condensate in the pipe (3 ') being lower, the operating cycle can be modified by spacing the delivery phases. Depending on the conditions of use, it is possible to remove the solenoid valves (12) and (13) and operate the device only in suction.
Le dispositif représenté sur les figures 1 et 2 présente l'avantage de comporter une pompe (6) dont le fonctionnement est continu. Suivant la variante représentée sur la figure 3, la pompe (18) est une pompe à double effet, dont le sens d'aspiration peut être inversé. Les deux électrovannes (12) et (13) sont alors remplacées par une seule électrovanne (19) à 3 voies, raccordée à la pompe (18), la chambre d'analyse (11) et un filtre (20) connecté à une alimentation de gaz extérieure (non représentée). Le relais temporisé (21) commande l'inversion de sens de fonctionnement de la pompe et 1'électrovanne (19). En phase d'aspiration de l'enceinte (2) vers le détecteur (1) l'électrovanne (19) laisse passer le gaz de la pompe vers la chambre d'analyse (11), l'alimentation extérieure étant fermée. En fin de phase d'aspiration, le relais (21) commande l'inversion de l'électrovanne (19), la sortie vers la chambre d'analyse (11) étant fermée tandis que l'arrivée de gaz extérieur à travers le filtre (20) est ouverte. Le gaz extérieur se trouve alors aspiré vers l'enceinte (2) par la canalisation (3), repoussant ainsi les condensats qui peuvent s'y trouver. Après quelques secondes, le relais (21) inverse à nouveau la pompe (18) et l'électrovanne (19), mettant à nouveau en communication la pompe et la chambre d'analyse afin de recommencer une nouvelle phase d'aspiration. The device shown in Figures 1 and 2 has the advantage of comprising a pump (6) whose operation is continuous. According to the variant shown in Figure 3, the pump (18) is a double-acting pump, the direction of suction can be reversed. The two solenoid valves (12) and (13) are then replaced by a single 3-way solenoid valve (19), connected to the pump (18), the analysis chamber (11) and a filter (20) connected to a power supply. outdoor gas (not shown). The time relay (21) controls the reversal of the pump operating direction and the solenoid valve (19). In the suction phase from the enclosure (2) to the detector (1), the solenoid valve (19) lets the gas pass from the pump to the analysis chamber (11), the external supply being closed. At the end of the suction phase, the relay (21) controls the reversal of the solenoid valve (19), the output to the analysis chamber (11) being closed while the arrival of external gas through the filter (20) is open. The external gas is then sucked towards the enclosure (2) by the pipe (3), thus pushing back the condensates which may be there. After a few seconds, the relay (21) again reverses the pump (18) and the solenoid valve (19), putting the pump and the analysis chamber in communication again in order to start a new suction phase.
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Also Published As
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