JP2019100563A - Heat exchanger and refrigeration system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は熱交換器およびそれを用いた冷凍システムに関し、特に、冷媒が流れる板状のプレートフィンを積層して構成されたプレートフィン積層型の熱交換器とそれを用いた冷凍システムに関する。 The present invention relates to a heat exchanger and a refrigeration system using the same, and more particularly to a plate-fin stack type heat exchanger configured by laminating plate-like plate fins through which refrigerant flows, and a refrigeration system using the same.
一般に空気調和機や冷凍機等の冷凍システムは、圧縮機によって圧縮した冷媒を凝縮器や蒸発器等の熱交換器に循環させ、第2流体と熱交換させて冷房もしくは暖房を行うが、前記熱交換器の熱交換効率によってシステムとしての性能や省エネ性が大きく左右される。従って、熱交換器は高効率化が強く求められている。 Generally, a refrigeration system such as an air conditioner or a refrigerator circulates the refrigerant compressed by the compressor to a heat exchanger such as a condenser or an evaporator and exchanges heat with the second fluid to perform cooling or heating. The heat exchange efficiency of the heat exchanger greatly affects the system performance and energy saving performance. Therefore, high efficiency is strongly required for heat exchangers.
このような中にあって、冷凍システムの熱交換器は、一般的には、フィン群に伝熱管を貫通させて構成したフィンチューブ型熱交換器を用いており、その伝熱管の細径化を図って熱交換効率の向上及び小型化が進められている。 Under such circumstances, the heat exchanger of the refrigeration system generally uses a finned tube heat exchanger configured by allowing a fin group to penetrate a heat transfer pipe, and the diameter reduction of the heat transfer pipe In order to improve the heat exchange efficiency and to miniaturize the
しかしながら、上記伝熱管の細径化には限度があるため、熱交換効率の向上及び小型化は限界に近づきつつある。 However, since the diameter reduction of the heat transfer tube is limited, improvement and miniaturization of heat exchange efficiency are approaching their limits.
一方、熱エネルギーを交換するために使用される熱交換器の中には、冷媒流路を有するプレートフィンを積層して構成したプレートフィン積層型熱交換器が知られている。 On the other hand, among heat exchangers used for exchanging heat energy, a plate fin laminated type heat exchanger is known in which plate fins having refrigerant channels are laminated.
このプレートフィン積層型熱交換器は、プレートフィンに形成された冷媒流路を流れる冷媒と、積層されたプレートフィの間を流れる第2流体との間で熱交換を行うもので、車両用の空気調和機において広く使用されている(特許文献1参照)。 This plate fin laminated type heat exchanger performs heat exchange between the refrigerant flowing in the refrigerant flow path formed in the plate fins and the second fluid flowing between the laminated plate fins, and is used for vehicles. It is widely used in an air conditioner (see Patent Document 1).
図12、図13は上記特許文献1記載のプレートフィン積層型熱交換器を示し、この熱交換器100は、冷媒流通用の流路101を有するプレートフィン102を積層したプレートフィン積層体103の両側部にエンドプレート104を積層配置し、前記流路101の左右両端部に入口側ヘッダ流路105及び出口側ヘッダ流路106を形成して構成してある。
FIG. 12 and FIG. 13 show the plate-fin laminated type heat exchanger described in Patent Document 1 described above, and this
上記プレートフィン102は流路101となる凹状溝と入口側ヘッダ流路105及び出口側ヘッダ流路106となる環状突出部107とを設けた一対の板状部材を接合して構成してあり、プレートフィン102同士はその環状突出部107を突き合わせて接合してある。
The
上記特許文献1記載のプレートフィン積層型熱交換器は、プレートフィン102となる板状部材に凹状溝をプレス成形して流路101を形成しているので、当該流路101の断面積をフィンチューブ型の伝熱管に比べさらに小さくでき、熱交換効率を高めることができる。
In the plate fin laminated type heat exchanger described in Patent Document 1 described above, the recessed groove is press-formed in the plate-like member to be the
しかしながら、上記構成のプレートフィン積層型熱交換器は、プレートフィン102同士を接合する入口側ヘッダ流路105及び出口側ヘッダ流路106の環状突出部107同士の突き合わせ接合部分から腐食が進行して最悪の場合孔あきが生じる、という課題があった。
However, in the plate fin laminated type heat exchanger of the above configuration, corrosion proceeds from the butt joint portion between the annular projecting
即ち、一般的に熱交換器はアルミニウムでプレートフィン102が形成されており、そのプレートフィン102は凝縮水が生じる側の面、すなわちプレートフィン102の表面側の面に犠牲防食層が形成してある。そのため、図12の(a)に拡大して示すように、各プレートフィン102の環状突出部107同士の接合は犠牲防食層109を介して行われることとなり、特に塩害地等においては前記環状突出部107同士の接合部分から腐食が進行して孔あきが生じる場合があるのであった。
That is, generally, the heat exchanger is made of aluminum and the
本発明はこのような点に鑑みてなしたもので、プレートフィン同士の接合部での防食性を高めて耐食性を向上させた熱交換器とそれを用いた冷凍システムの提供を目的としたものである。 The present invention was made in view of such a point, and it aims at offer of a heat exchanger which raised corrosion resistance in a joined part of plate fins, and improved corrosion resistance, and a refrigeration system using it. It is.
本発明は、上記目的を達成するため、ヘッダ流路用の環状突出部と前記ヘッダ流路に繋がる伝熱流路用の凹状溝とを備えた一対の板状部材を接合してプレートフィンとし、前記プレートフィンはその表面側に犠牲防食層を形成するとともに、前記環状突出部の先端部に折り返し片を設け、この折り返し片の折り返しにより表面側となる非犠牲防食面同士を向かい合わせに接合してプレートフィンを積層一体化した構成としてある。 In order to achieve the above object, the present invention joins a pair of plate-like members provided with an annular protrusion for a header channel and a concave groove for a heat transfer channel connected to the header channel to form a plate fin. The plate fins form a sacrificial anticorrosive layer on the surface side, and provide a folded piece at the tip of the annular protrusion, and fold the non-sacrificial anticorrosive surfaces that become the surface side by folding the folded piece. Plate fins are integrally laminated.
これにより、伝熱流路を流れる冷媒等と熱交換して凝縮水が生じるプレートフィンの表面側の面は犠牲防食層によって耐食性を維持しつつ、前記プレートフィンを接合一体化した環状突出部の接合部分は非犠牲防食面同士の接合として腐食を抑制し、耐食性の高い熱交換器とすることができる。 Thereby, the surface on the surface side of the plate fin on which heat exchange is performed with the refrigerant flowing through the heat transfer channel to generate condensed water is maintained by the sacrificial anticorrosive layer while maintaining corrosion resistance, and joining of the annular projections joining the plate fins The portion can suppress corrosion as a joint between non-sacrificial anti-corrosion surfaces and can be a heat exchanger having high corrosion resistance.
本発明は、上記構成により、耐食性の高い熱交換器及びそれを用いた高耐久性の冷凍システムとすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION this invention can be used as the heat exchanger with high corrosion resistance, and the highly durable refrigeration system using the same by said structure.
第1の発明は、ヘッダ流路用の環状突出部と前記ヘッダ流路に繋がる伝熱流路用の凹状溝とを備えた一対の板状部材を接合してプレートフィンとし、前記プレートフィンはその表面側に犠牲防食層を形成するとともに、前記環状突出部の先端部に折り返し片を設け、この折り返し片の折り返しにより表面側となる非犠牲防食面同士を向かい合わせに接合してプレートフィンを積層一体化した構成としてある。 According to a first aspect of the present invention, a plate fin is formed by joining a pair of plate-like members provided with an annular protrusion for a header flow channel and a concave groove for a heat transfer flow channel connected to the header flow channel. A sacrificial anticorrosive layer is formed on the surface side, and a folded piece is provided at the tip of the annular projection, and non-sacrificial anticorrosion surfaces that become the surface side are joined facing each other by folding the folded piece to laminate plate fins As an integrated structure.
これにより、伝熱流路を流れる冷媒等と熱交換して凝縮水が生じるプレートフィンの表面側の面は犠牲防食層によって耐食性を維持しつつ、前記プレートフィンを接合一体化した環状突出部の接合部分は非犠牲防食面同士の接合として腐食を抑制し、耐食性の高い熱交換器とすることができる。 Thereby, the surface on the surface side of the plate fin on which heat exchange is performed with the refrigerant flowing through the heat transfer channel to generate condensed water is maintained by the sacrificial anticorrosive layer while maintaining corrosion resistance, and joining of the annular projections joining the plate fins The portion can suppress corrosion as a joint between non-sacrificial anti-corrosion surfaces and can be a heat exchanger having high corrosion resistance.
第2の発明は、第1の発明において、前記プレートフィンを形成する板状部材は犠牲防食層を施した面を含めその両面をロウ材で被覆した構成としてある。 In a second invention according to the first invention, the plate-like member forming the plate fins is coated with a brazing material on both sides including the surface on which the sacrificial anticorrosive layer is provided.
これにより、一対の板状部材の接合及びプレートフィンの接合時のロウ付け作業が容易になり、ロウ付けの作業性を向上させることができる。 Thereby, the brazing operation at the time of joining of a pair of plate-like members and joining of plate fins becomes easy, and the workability of brazing can be improved.
第3の発明は、冷凍システムであり、この冷凍システムは冷凍サイクルを構成する熱交換器を前記第1又は第2の発明のいずれかに記載の熱交換器としてある。 A third invention is a refrigeration system, and the refrigeration system uses a heat exchanger constituting a refrigeration cycle as the heat exchanger according to any one of the first and second inventions.
これにより、熱交換器の耐食性が高いことから、高耐久性の冷凍システムとすることができる。 As a result, the corrosion resistance of the heat exchanger is high, so a refrigeration system with high durability can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における熱交換器の外観斜視図、図2は同熱交換器を分離した状態で示す分解斜視図、図3は同熱交換器のフィン積層体を示す斜視図、図4は同熱交換器のフィンプレートに設けたヘッド流路形成用環状突出部を示す拡大斜視図、図5(a)は同ヘッド流路形成用環状突出部の接合部分を示す拡大斜視図、(b)は同ヘッド流路形成用環状突出部の接合部分を示す拡大概略断面図、図7は同熱交換器のプレートフィンを構成する板状部材の拡大断面図、図8は同熱交換器を構成するプレートフィンの平面図、図9は同熱交換器を構成するプレートフィンの構成を一部を拡大して示す分解図である。
Embodiment 1
FIG. 1 is an external perspective view of a heat exchanger according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view showing the heat exchanger in a separated state, and FIG. 3 is a perspective view showing a fin laminate of the heat exchanger. FIG. 4 is an enlarged perspective view showing a head channel forming annular projection provided on a fin plate of the same heat exchanger, and FIG. 5 (a) is an enlarged view showing a joint portion of the head channel forming annular projection FIG. 8 is an enlarged schematic cross-sectional view showing a joint portion of the annular projection for forming the head channel, FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a plate-like member which constitutes a plate fin of the heat exchanger, FIG. The top view of the plate fin which comprises the same heat exchanger, FIG. 9 is an exploded view which expands and shows a part of structure of the plate fin which comprises the same heat exchanger.
図1〜図9において、本実施の形態の熱交換器1は、長方形の板状である複数のプレートフィン2aと、プレートフィン2aの積層方向の両側(図1では上側及び下側)に配したエンドプレート3a、3bとを備え、前記両側のエンドプレート3a、3bをボルト等の締結手段7により連結固定して構成してあり、蒸発器として用いる場合には入口となり凝縮器として用いる場合は出口となる管A4及びその逆となる管B5とを有している。
1 to 9, the heat exchanger 1 of the present embodiment is disposed on both sides (upper and lower sides in FIG. 1) of the plurality of
上記プレートフィン2aは、後述するように、内部に第1流体である冷媒が流れる複数の並行した伝熱流路群を有しており、この伝熱流路群は略U字状に形成されていて、これと繋がる前記管A4、管B5は、プレートフィン積層体2の一方側(図2では左側)のエンドプレート3aの一端部側に纏めて配置されている。
As described later, the
詳述すると、上記プレートフィン2aは、図8に示すように、複数の並行した伝熱流路(以下、冷媒流路と称す)11とこれに繋がるヘッダ流路A8およびヘッダ流路B10を形成した一対の板状部材6a、6b(図9参照)を向い合せにロウ付け接合して構成してあり、複数の冷媒流路11は略U字状に形成されていてこれに繋がるヘッダ流路A8とヘ
ッダ流路B10とが一端部側に纏まった形となっている。
More specifically, as shown in FIG. 8, the plate fins 2a form a plurality of parallel heat transfer channels (hereinafter referred to as refrigerant channels) 11 and a header channel A8 and a header channel B10 connected thereto. A plurality of
そして、上記構成のプレートフィン2aは、図3に示すように多数積層して熱交換器の主体をなすプレートフィン積層体2を構成しており、各プレートフィン2a同士の間には当該プレートフィン2aの長辺両端部及び冷媒流路11間に適宜設けた複数の突起12(図8参照)によって第2流体である空気が流れる隙間を形成している。
And as shown in FIG. 3,
このように構成したプレートフィン積層体2の上記プレートフィン2aを構成する一対の板状部材6a、6bは、図7に示すように、プレートフィン2aを構成する板状部材6a、6bの表面側となる一方の面に犠牲防食層14を設けるとともに、犠牲防食層14を施した面を含めその両面をロウ材15で被覆したクラッド板としてある。
As shown in FIG. 7, the pair of
そして、上記一対の板状部材6a、6bは、前記犠牲防食層14側の面とは反対側の非犠牲防食面側から犠牲防食層14側の面に向かってヘッダ流路A8、B10用の環状突出部16が設けてあり、一対の板状部材6a、6bを接合することによってプレートフィン2aを構成した際には、その外側の面、すなわち空気が流れる表面側の面が犠牲防食層14面となっている。
The pair of
そして更に、上記一対の板状部材6a、6bは、図4〜図6に示すように、その環状突出部16の先端部に折り返し片16aを設け、この折り返しによって表面側に向くことになる折り返し片16aの非犠牲防食面同士を向かい合わせにして接合することによりプレートフィン2a同士を積層一体化してある。
Further, as shown in FIGS. 4 to 6, the pair of plate-
なお、上記冷媒流路11のうちヘッダ流路A8に繋がるヘッダ流路A側冷媒流路11aとヘッダ流路B10に繋がるヘッダ流路B側冷媒流路11bとの間にはこれら両者間の熱移動を防止すべくスリット溝18(図9参照)が形成してある。
Among the
またこの例では、上記ヘッダ流路B側冷媒流路11bは本数を多くし図9に示すようにヘッダ流路B10の連絡流路19と対向する部分は冷媒流路のない無孔部20として凝縮条件使用時に入口側となるヘッダ流路B10から各ヘッダ流路B側冷媒流路11bへと流れる冷媒が無孔部20の壁部に衝突して各ヘッダ流路B側冷媒流路11bへ均等に流れるように構成してある。
Further, in this example, the number of the header flow passage B side
以上のように構成した空気調和機について、以下その作用効果を説明する。 The effects of the air conditioner configured as described above will be described below.
本実施形態のプレートフィン積層型熱交換器は、冷媒がプレートフィン積層体2の各プレートフィン2aの内部の冷媒流路11群を長手方向に並行に流れUターンして折り返しヘッダ流路A8或いはヘッダ流路B10から管A4あるいは管B5を通して排出される。
In the plate fin laminated type heat exchanger according to the present embodiment, the refrigerant flows U-turn in parallel in the longitudinal direction of the
一方、空気は、プレートフィン積層体2を構成するプレートフィン2aの積層間に形成された隙間を通り抜ける。これにより第1流体である冷媒と第2流体である空気との熱交換が行われる。
On the other hand, the air passes through the gap formed between the laminations of the
ここで、上記プレートフィン2aは犠牲防食層14側の面が空気の流れる表面側に位置しているので、塩害地等であってその表面に冷媒流路11を流れる冷媒等と熱交換して凝縮水が生じるようなことがあっても、この凝縮水による腐食を防止することができる。
Here, since the surface of the
また、上記プレートフィン2aはその環状突出部16の端部を折り返して折り返し片16aの非犠牲防食面同士を向かい合わせて接合し一体化してあるから、従来のように接合部分に犠牲防食層14が存在することによって生じる腐食の進行を防止でき、長期間にわ
たって確実に腐食を防止することができる。
Further, since the
つまり、冷媒流路11を流れる冷媒等と熱交換して凝縮水が生じるプレートフィン2aの表面側の面は犠牲防食層14によって耐食性を維持しつつ、プレートフィン2aを接合一体化した環状突出部16の接合部分は非犠牲防食面同士の接合として腐食を抑制し、耐食性を向上させることができる。
That is, the surface on the surface side of the
また、上記プレートフィン2aを構成する板状部材6a、6bは犠牲防食層14を施した面を含めその両面をロウ材15で被覆してあるから、一対の板状部材6a、6bの接合及びプレートフィン2aの接合時のロウ付け作業が容易になり、ロウ付けの作業性を向上させることができる。
Further, since the plate-
(実施の形態2)
この実施の形態2は、先に示した実施の形態1における熱交換器を用いて構成した冷凍システムである。
Second Embodiment
The second embodiment is a refrigeration system configured using the heat exchanger according to the first embodiment described above.
図10は冷凍システムの一例として示す空気調和機の冷凍サイクル図、図11は同空気調和機の室内機を示す概略断面図である。 FIG. 10 is a refrigeration cycle diagram of an air conditioner shown as an example of a refrigeration system, and FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an indoor unit of the air conditioner.
図10、図11において、この空気調和装置は、室外機51と、室外機51に接続された室内機52から構成されている。室外機51には、冷媒を圧縮する圧縮機53、冷房暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁54、冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器55、冷媒を減圧する減圧器56、室外送風機59が配設されている。また、室内機52には、冷媒と室内空気の熱を交換する室内熱交換器57と、室内送風機58とが配設されている。そして、前記圧縮機53、四方弁54、室内熱交換器57、減圧器56、室外熱交換器55を冷媒回路で連結してヒートポンプ式冷凍サイクルを形成している。
In FIG. 10 and FIG. 11, the air conditioner is composed of an
本実施形態による冷媒回路には、テトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペン、ジフルオロメタンまたはペンタフルオロエタンまたはテトラフルオロエタンを、単体、もしくはそれぞれ2成分混合または3成分混合した冷媒を使用している。 In the refrigerant circuit according to the present embodiment, a refrigerant in which tetrafluoropropene or trifluoropropene, difluoromethane or pentafluoroethane or tetrafluoroethane is used singly or in combination of two components or three components is used.
上記空気調和機は、冷房運転時には、四方弁54を圧縮機53の吐出側と室外熱交換器55とが連通するように切り換える。これにより、圧縮機53によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁54を通って室外熱交換器55に送られる。そして、外気と熱交換して放熱し、高圧の液冷媒となり、減圧器56に送られる。減圧器56では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室内機52に送られる。室内機52では、冷媒は室内熱交換器57に入り室内空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温のガス冷媒となる。この時室内空気は冷却されて室内を冷房する。さらに冷媒は室外機51に戻り、四方弁54を経由して圧縮機53に戻される。
The air conditioner switches the four-
暖房運転時には、四方弁54を圧縮機53の吐出側と室内機52とが連通するように切り換える。これにより、圧縮機53によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁54を通り、室内機52に送られる。高温高圧の冷媒は室内熱交換器57に入り、室内空気と熱交換して放熱し、冷却され高圧の液冷媒となる。この時、室内空気は加熱されて室内を暖房する。その後、冷媒は減圧器56に送られ、減圧器56において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器55に送られて外気と熱交換して蒸発気化し、四方弁54を経由して圧縮機53へ戻される。
During the heating operation, the four-
上記のように構成された空気調和機は、その室外熱交換器55或いは室内熱交換器57の一方もしくは双方に前記実施の形態で示した耐食性の高い熱交換器を使用することによ
り、高耐久性の空気調和機とすることができる。
The air conditioner configured as described above is highly durable by using the highly corrosion resistant heat exchanger shown in the above embodiment for one or both of the
以上、本発明に係る熱交換とそれを用いた冷凍システムについて、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。つまり、今回開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 As mentioned above, although the heat exchange which concerns on this invention, and the refrigeration system using it were demonstrated using the said embodiment, this invention is not limited to this. That is, the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect, and the scope of the present invention includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims. Intended.
本発明は、凝縮水が生じる表面側の面は犠牲防食層によって耐食性を維持しつつ、プレートフィンを接合一体化した環状突出部の接合部分は非犠牲防食面同士の接合として腐食を抑制し、耐食性の高い熱交換器及びそれを用いた高耐久性の冷凍システムとすることができる。よって、家庭用及び業務用エアコン等に用いる熱交換器や各種冷凍機器等に幅広く利用でき、その産業的価値は大なるものがある。 According to the present invention, the surface on the surface side where the condensed water is generated maintains corrosion resistance by the sacrificial anticorrosive layer, and the joint portion of the annular projecting portion joining and integrating the plate fins suppresses the corrosion as joining non-sacrificial anticorrosion surfaces It is possible to provide a highly corrosion resistant heat exchanger and a highly durable refrigeration system using the same. Therefore, it can be widely used for heat exchangers and various refrigeration devices used for household and commercial air conditioners, etc., and its industrial value is great.
1 熱交換器
2 プレートフィン積層体
2a プレートフィン
3a、3b エンドプレート
4 管A
5 管B
6a 板状部材
6b 板状部材
7 締結手段
8 ヘッダ流路A
10 ヘッダ流路B
11 冷媒流路(第1流体流路)
11a ヘッダ流路A側冷媒流路
11b ヘッダ流路B側冷媒流路
12 突起(切り起こし突起)
14 犠牲防食層
15 ロウ材
16 環状突出部
16a 折り返し片
17 凹状溝
18 スリット溝
19 連絡流路
20 無孔部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
5 tube B
10 Header channel B
11 Refrigerant channel (first fluid channel)
11a header flow path A side
14 sacrificial corrosion
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1017966A (en) * | 1996-07-08 | 1998-01-20 | Showa Alum Corp | Aluminum material for vacuum brazing and drawn cup type heat exchanger which has excellent corrosion resistance and is formed by using the material |
JP2000205785A (en) * | 1999-01-14 | 2000-07-28 | Denso Corp | Heat exchanger |
-
2017
- 2017-11-29 JP JP2017228541A patent/JP2019100563A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1017966A (en) * | 1996-07-08 | 1998-01-20 | Showa Alum Corp | Aluminum material for vacuum brazing and drawn cup type heat exchanger which has excellent corrosion resistance and is formed by using the material |
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CN113424009A (en) * | 2019-10-17 | 2021-09-21 | 松下知识产权经营株式会社 | Heat exchanger |
CN113424009B (en) * | 2019-10-17 | 2022-12-20 | 松下知识产权经营株式会社 | Heat exchanger |
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