CN102985780B - 热交换器板和板式热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种板式热交换器包括彼此毗邻设置的若干热交换器板(1),这些热交换器板(1)以交替次序形成第一板间隙(3)和第二板间隙(4)。每隔一个热交换器板形成主要板(V)且每隔一个形成次要板(1")。每个热交换器板在延伸平面(p)中延伸且包括传热区和在传热区周围的边缘区。传热区包括脊(30)和谷(40)的波纹,脊(30)和谷(40)各在纵向方向延伸。脊具有两个边缘表面(31,32)和支承表面(33),其在边缘表面之间且具有横向于纵向方向的第一宽度(34)。谷具有两个边缘表面(41,42)和支承表面(43),其在边缘表面之间且具有横向于纵向方向的第二宽度(44)。主要板的谷的支承表面相对于延伸平面倾斜且次要板的脊的支承表面相对于延伸平面倾斜。

Description

热交换器板和板式热交换器
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序所述的热交换器板。本发明还涉及根据权利要求6的前序所述的板式热交换器。这种板式热交换器在US-A-4,423,772中公开。
本发明尤其,但非排他性地涉及所谓的非对称板式热交换器。在非对称的板式热交换器中,第一板间隙(interspace)中用于第一介质的流动面积或流动体积不同于在第二板间隙中用于第二介质的流动面积或流动体积,也参看SE-B-458 718和上文所提到的US-A-4,423,772。
背景技术
这样的非对称板式热交换器在其中介质具有不同性质的各种应用中是受到关注的。这样的应用的一个示例是在冷却回路中,例如热泵,其中,冷却介质具有不同于待加热的例如水的介质的其它性质。冷却介质在特定具体温度和压力范围内操作。
许多热交换器板,特别是在非对称板式热交换器中,具有带有较宽支承表面的脊和/或谷的波纹。这样的支承表面的一个问题在于在热交换器板之间的接触点形成相对较大的接触区。在硬焊(brazed)的板式热交换器中,硬焊材料将在整个接触区中流出。在这些接触区中不存在直接传热,因为在接触区一侧上的介质与在接触区的另一侧上的介质成热交换接触。接触区因此形成一种短路。在接触区太大的情况下这会成为问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热交换器板和板式热交换器,其有助于减小接触点或接触区的大小。特别地,其目的是为了减小在非对称的板式热交换器中的接触区的大小。
通过最初限定的热交换器板来实现这个目的,该热交换器板的特征在于谷的支承表面相对于延伸平面是倾斜的。由于谷的支承表面倾斜,所以与支承表面平行于延伸平面相比而言,由相对应的热交换器板所形成的接触点将形成更小的接触区。
根据本发明的一个实施例,第二宽度比第一宽度更长,即,谷的支承表面比脊的支承表面更宽,这允许实现非对称板式热交换器。在谷的相对较宽支承表面处的接触区的大小可通过限定的倾角而以优雅的方式来减小。
根据本发明的另一实施例,第一宽度接近零,即,脊的支承表面接近零且可通过倒圆(rounding)而形成。这样的倒圆可具有曲率半径,那么该曲率半径相对较短。
根据本发明的另一实施例,谷的支承表面为大致平面的。但应当指出的是,支承表面可具有特定曲率、凹入或凸出,但仍有从边缘表面中的一个到边缘表面中的另一个的倾角。
根据本发明的另一实施例,谷的支承表面相对于延伸表面以3-15°,优选地3-7°的倾角倾斜。
通过最初限定的板式热交换器来实现这个目的,该板式热交换器的特征在于主要板的谷的支承表面相对于延伸平面倾斜且次要板的脊的支承表面相对于延伸平面倾斜。
由于主要板的谷的支承表面和次要板的脊的支承表面倾斜,形成于主要板和次要板的这些支承表面之间的接触点将形成与这些支承表面平行于延伸平面的情况而言更小的接触区。
根据本发明的一个实施例,主要板的第二宽度比主要板的第一宽度更长,其中次要板的第一宽度比次要板的第二宽度更长。利用主要板和次要板的脊和谷的这样的配置,实现了非对称板式热交换器。
根据本发明的另一实施例,主要板的第一宽度和次要板的第二宽度接近零。这意味着主要板的脊的支承表面和次要板的谷的支承表面接近零且可通过倒圆而形成。这样的倒圆可具有曲率半径,则该曲率半径相对较短。
根据本发明的另一实施例,主要板的谷的支承表面和次要板的脊的支承表面为大致平面的。但应当指出的是这些支承表面可具有特定曲率、凹入或凸出,但仍有从边缘表面中的一个到另一个边缘表面的倾角。
根据另一实施例,主要板的谷的支承表面和次要板的脊的支承表面相对于延伸平面以3-15°,优选地3-7°的倾角倾斜。这样的角度有利地用于高效地减小接触区的大小,且同时使板式热交换器的充分非对称性能够实现。
根据本发明的另一实施例,主要板中的一个的谷的支承表面和次要板中的一个的脊的支承表面彼此邻接,其中,此主要板和此次要板封闭具有第一流动体积的第一板间隙中的一个,同时因为主要板中的一个的脊的支承表面和次要板中的一个的谷的支承表面彼此邻接,其中此主要板和此次要板封闭具有第二流动体积的第二板间隙中的一个,其中第一流动体积和第二流动体积之间的商(quotient)在1.2与3之间,优选地在1.5与2.5之间,且更优选地在1.8与2.1之间。
根据本发明的另一实施例,主要板和次要板由不同形状的热交换器板形成。这种设计特别有利地用于硬焊或以任何其它方式永久连接的热交换器板,热交换器板可具有外凸缘,外凸缘绕热交换器板的全部或部分远离延伸板延伸。主要板和次要板此处单独地制造,其中主要板的脊的支承表面具有比次要板的脊的支承表面更小的宽度。
根据本发明的另一实施例,主要板与次要板相同,其中在板组件中的每隔一个热交换器以如下方式旋转180°,即使得每隔一个热交换器板的脊的支承表面邻接中间热交换器板的脊的支承表面且与中间热交换器板的脊的支承表面交叉,且其中热交换器板依靠连结构件而压靠在彼此上。本发明还有利地用于下面这种板式热交换器:当将热交换器板压靠在彼此上时导致接触点的某些变形使得它们形成接触区。利用创造性的设计和主要板的谷的支承表面和次要板的脊的支承表面的倾角,接触区的大小与支承表面具有平行于延伸平面的延伸部的情况相比将减小。
根据本发明的另一实施例,每个热交换器板相对于中心轴线具有第一端和第二相对端,其中主要板和次要板的第一边缘表面转向第一端,而主要板和次要板的第二边缘表面转向第二端。
根据此实施例的有利变型,主要板的谷的支承表面在朝向延伸平面和朝向第二边缘表面的方向中从第一边缘表面倾斜,而同时次要板的脊的支承表面在朝向延伸平面和朝向第二边缘表面的方向中从第一边缘表面倾斜。如果以此方式来布置热交换器板,则在第一板间隙中的流动阻力在一个流动方向中相对较小但在第二相对流动方向中相对较大。
根据此实施例的第二有利变型,主要板的谷的支承表面在朝向延伸平面和朝向第二端部表面的方向中从第一边缘表面倾斜,而同时次要板的脊的支承表面从第二边缘表面在朝向延伸平面和朝向第一边缘表面的方向中倾斜。在此变型中,在第一板间隙中的流动阻力在两个流动方向中大致相等。
附图说明
现通过参考附图的各种实施例的描述来更详细地解释本发明。
图1示意性地公开了根据本发明的第一实施例的板式热交换器的正视图。
图2示意性地公开了图1中的板式热交换器的侧视图。
图3示意性地公开了根据本发明的第二实施例的板式热交换器的正视图。
图4示意性地公开了图3中的板式热交换器的侧视图。
图5示意性地公开了呈图1中的板式热交换器的主要板的形式的热交换器板的平面图。
图6示意性地公开了呈图1中的板式热交换器的次要板的形式的热交换器板的平面图。
图7示意性地公开了图5中的主要板和图6中的次要板设置到彼此上的视图。
图8示意性地公开了通过在图1至图4中的板式热交换器中的热交换器板中的四个的截面图。
图9示意性地公开了根据第一变型的主要板和次要板的图案的视图。
图10示意性地公开了根据第二变型的主要板和次要板的图案的视图。
具体实施方式
参看附图,分别参看图1、图2、图3和图4,公开了板式热交换器。板式热交换器包括多个热交换器板1,多个热交换器板1彼此毗邻地设置以形成板组件2,板组件2具有用于第一介质的第一板间隙3和用于第二介质的第二板间隙4。第一板间隙3和第二板间隙4以交替地次序设置于板组件2中,即,每隔一个板间隙为第一板间隙3且每隔一个板间隙为第二板间隙4,参看图8。
在图1和图2中所公开的板式热交换器具有热交换器板1,热交换器板1永久地接合到彼此,优选地通过硬焊。热交换器板1也可通过胶合或焊接而永久地接合到彼此。两个最外部的热交换器板可形成端板5和6或者由端板5或6来替代。
在图3和图4中所公开的板式热交换器中,热交换器板依靠连结构件5而彼此压靠到板组件上,连结构件5被设计为延伸穿过两个端板6和7的螺栓,在两个端板6和7之间设有热交换器板1。
板式热交换器还包括入口通道和出口通道11-14,入口通道和出口通道11-14被布置成将第一介质传送到第一板间隙3内并从第一板间隙3出来且将第二介质传送到第二板间隙4内并从第二板间隙4出来。
现将更详细描述热交换器板1,热交换器板1参考用于根据在图1和图2中所公开的第一实施例的板式热交换器的热交换器板1。每个热交换器板1在延伸平面或主要延伸平面p中延伸,参看图8,且包括传热区15和绕传热区15延伸的边缘区16。延伸平面p也至少关于传热区域15形成用于每个热交换器板的中央平面。每个热交换器板1还包括两个端孔区17和18,端孔区17和18分别设于热交换器板1的第一端1A和热交换器板1的第二端1B处。端孔区17和18位于边缘区16内,且更具体而言在边缘区16与传热区15之间。每个端孔区17、18包括两个端孔19,两个端孔19与相应的入口通道和出口通道11-14对准。每个热交换器板1还包括远离延伸平面p延伸的周围外凸缘20,参看图1。凸缘20设于边缘区16外侧或形成边缘区16的外部。应当指出的是,根据第一实施例的热交换器板1还可不具有这样的外凸缘20或者具有沿着热交换器板1的外围的一部分延伸的外凸缘。
在所公开的实施例中,每个热交换器板1具有从第一端1A到第二端1B的细长形状。因此每个热交换器板1限定纵向中心轴线x,纵向中心轴线x位于延伸平面p中且延伸穿过第一端1A和第二端1B。更具体而言,中心轴线x位于第一端孔区17的两个端孔19之间且在第二端孔区18的端孔19之间。
传热区15包括脊30和谷40的波纹,脊30和谷40各沿纵向方向r延伸,纵向r在所公开的实施例中形成角度α,参见图5。角度α可在25°与70°之间,优选地在45°与65°之间,尤其是大约60°。在所公开的实施例中,波纹被设计为箭头图案。但应当指出的是,在本发明的范围内的其它图案也是可能的,例如,具有跨整个传热区15对角延伸的脊30和谷40的波纹。
如在图8中可看出地,脊30具有第一边缘表面31、第二边缘表面32和在第一边缘表面31与第二边缘表面32之间延伸的支承表面33。脊30具有横向于纵向方向r的第一宽度34。谷也具有第一边缘表面41、第二边缘表面42和在第一边缘表面与第二边缘表面42之间延伸的支承表面43。谷的支承表面43具有横向于纵向方向r的第二宽度44。如在图8中可看出地,脊30的第一边缘表面31继续到谷40的第一边缘表面41。这些第一边缘表面31和41在延伸平面p分开。以此方式,脊30的第二边缘表面32继续到谷40的第二边缘表面42且由延伸平面p分开。
在图8中,在支承表面33、43与边缘表面31、32;41、42之间的边界相对尖锐。然而,应当指出的是,这二者或者它们中的一个可为倒圆的。
如在图5至图8中可以看出地,在板组件2中的热交换器板1包括或形成主要板1'(参看图5)和次要板1"(参看图6)。它们以如下方式布置,即使得在板组件中的每隔一个热交换器板1形成主要板1'且设于它们之间的每隔一个热交换器板1形成次要板1",参看图7和图8。
主要板1'的第二宽度44,即,支承表面43的宽度比主要板1'的第一宽度34,即支承表面33的宽度更长或者显著更长。以相同方式,次要板1"的第一宽度34,即,支承表面33的宽度比次要板1"的第二宽度44,即支承表面43的宽度更长或者显著更长。更具体而言,主要板1'的第一宽度34以及次要板1"的第二宽度44可接近零。以此方式,实现非对称板式热交换器,其中第二板间隙4的流动面积或流动体积大于第一板间隙3的流动面积或流动体积。
在图8中示出这种非对称性,其中,可看出第一板间隙3具有比第二板间隙4更大的流动面积或流动体积。而且,如从图8中可看出的,主要板1'中的一个的谷40的支承表面43和次要板1"中的一个的脊30的支承表面33彼此邻接。此主要板1'和此次要板1"封闭第一板间隙3中的一个,第一板间隙因此具有第一流动体积。以相同方式,主要板1'中的一个的脊30的支承表面33邻接次要板1"中的一个的谷40的支承表面43。此主要板1'和此次要板1"封闭第二板间隙4中的一个,第二板间隙因此具有第二流动体积。第一流动体积和第二流动体积之间的商在1.2与3之间,优选地在1.5与2.5之间且更优选地在1.8与2.1之间。
如也在图8中可看出地,主要板1'的谷40的支承表面43相对于延伸平面p倾斜。以相同方式,次要板1"的脊30的支承表面33相对于延伸平面p倾斜。这种倾斜意味着在上文所提到的在支承表面43与33之间的邻接将在相对较小的接触区50上延伸,特别是与在支承表面43和33具有与延伸平面p平行的延伸部的情况相比。这些支承表面33和43相对于延伸平面p以倾角β倾斜。倾角β为3-15°,优选地为3-7°,例如5°或接近5°。
如还在图8中示出地,支承表面33和43为大致平面。但应当指出的是,这些表面并非必须为平面,而是也可在从边缘表面41、42和31、32中的一个分别到边缘表面41、42和31、32中的另一个的总体倾角内具有弯曲形状或以任何其它方式不规则的形状。支承表面33和43的倾角也可以以各种方式布置于主要板1'和次要板1"中。图5至图8公开了主要板1'和次要板1"的第一边缘表面31、41如何转向第一端1A而主要板1'和次要板1"的第二边缘表面32,42如何转向第二端1B。主要板1'的谷40的支承表面43从第一边缘表面41在朝向延伸平面p和朝向主要板1'的谷40的第二边缘表面42的方向中倾斜。次要板1"的脊30的支承表面33从第一边缘表面31沿朝向延伸平面p和朝向次要板1"的脊30的第二边缘表面32的方向倾斜。由于沿相同方向的这种倾角,实现具有图9中所示的外观的接触区50。接触区50具有三角形的形状且当流动在箭头51的方向中时造成与流动在相对方向,即在箭头52的方向中的情况相比时更低的流动阻力。
也可能使支承表面在不同的方向中倾斜,其中,主要板1'的谷40的支承表面43从第一边缘表面41在朝向延伸平面p和朝向主要板1'的谷40的第二边缘表面42的方向中倾斜,且其中次要板1"的脊30的支承表面33从边缘表面32在朝向延伸平面p和朝向次要板31'的脊30的第一边缘表面31的方向中倾斜。由于支承表面33、43的这种倾角,实现具有在图10中所示外观的接触区50。而且,在此情况下,得到接触区50的类似三角形的形状,但在相对方向51和52中的流动阻力大致相等。
在接触区50内,热交换器板1将彼此接触。在利用硬焊板式热交换器的图示实施例中,将由硬焊材料来形成或大致由硬焊材料来形成接触区50。
在所公开的实施例中,主要板1'和次要板1"由单独制造的不同形状的热交换器板形成,其中每个热交换器板1具有从延伸平面p在一个方向中延伸的周围凸缘20。那么主要板1'具有根据图5的传热区15中的箭头图案,而次要板1"具有根据图6在相对方向中定向的传热区15中的箭头图案。
在热交换器板并不具有任何周围凸缘的情况下,主要板1'和次要板1"可为相同的。在此情况下,主要板1'和次要板1"通过使得每隔一个热交换器板(例如次要板1")在延伸平面p中旋转180°来提供。以此方式,主要板1'的传热区15将具有带有根据图5的箭头图案的波纹,且次要板1"的传热区15具有根据图6的波纹的箭头图案。这样的相同的热交换器板1可有利地用于板式热交换器中,其中热交换器板1依靠连结构件5而压靠在彼此上,参看图3和图4。
本发明并不受限于所公开的实施例,而是可在下文的权利要求的范围内做出变化和修改。

Claims (17)

1.一种用于板式热交换器的热交换器板(1),所述板式热交换器具有多个热交换器板,所述多个热交换器板彼此毗邻设置以形成用于第一介质的第一板间隙(3)和用于第二介质的第二板间隙(4),其中,所述热交换器板(1)在延伸平面(p)中沿着中心轴线(x)延伸且包括传热区(15)和边缘区(16),所述边缘区(16)绕所述传热区(15)延伸,
其中,所述传热区(15)包括脊(30)和谷(40)的波纹,所述脊(30)和谷(40)各在纵向方向(r)中延伸,
其中,所述脊(30)具有第一边缘表面(31)、第二边缘表面(32)和支承表面(33),所述脊(30)的所述支承表面(33)在所述脊(30)的所述第一边缘表面(31)与第二边缘表面(32)之间延伸且具有横向于所述纵向方向(r)的第一宽度(34),以及
其中,所述谷(40)具有第一边缘表面(41)、第二边缘表面(42)以及支承表面(43),所述谷(40)的所述支承表面(43)在所述谷(40)的所述第一边缘表面(41)与第二边缘表面(42)之间延伸且具有横向于所述纵向方向(r)的第二宽度,
其特征在于,所述谷(40)的支承表面(43)相对于所述延伸平面(p)倾斜。
2.根据权利要求1所述的热交换器板,其特征在于,所述第二宽度(44)比所述第一宽度(34)更长。
3.根据权利要求2所述的热交换器板,其特征在于,所述第一宽度(34)接近为零。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器板,其特征在于,所述谷(40)的支承表面(43)为大致平面的。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的热交换器板,其特征在于,所述谷(40)的支承表面(43)相对于所述延伸平面(p)以3-15°的倾角(β)倾斜。
6.一种板式热交换器,其包括多个热交换器板(1),所述多个热交换器板(1)彼此毗邻设置以形成板组件(2),所述板组件(2)具有用于第一介质的第一板间隙(3)和用于第二介质的第二板间隙(4),
其中,所述第一板间隙(3)和第二板间隙(4)在所述板组件(2)中以交替次序设置,
其中,在所述板组件(2)中的每隔一个热交换器板(1)形成主要板(1')且设于它们之间的每隔一个热交换器板(1)形成次要板(1"),
其中,每个热交换器板(1)在延伸平面(p)中沿着中心轴线(x)延伸且包括传热区(15)和边缘区(16),所述边缘区(16)绕所述传热区(15)延伸,
其中,所述传热区(15)包括脊(30)和谷(40)的波纹,所述脊(30)和谷(40)各在纵向方向(r)中延伸,
其中,所述脊(30)具有第一边缘表面(31)、第二边缘表面(32)和支承表面(33),所述脊(30)的所述支承表面(33)在所述脊(30)的所述第一边缘表面(31)与第二边缘表面(32)之间延伸且具有横向于所述纵向方向(r)的第一宽度(34),以及
其中,所述谷(40)具有第一边缘表面(41)、第二边缘表面(42)和支承表面(43),所述谷(40)的所述支承表面(43)在所述谷(40)的所述第一边缘表面(41)与第二边缘表面(42)之间延伸且具有横向于所述纵向方向(r)的第二宽度(44),
其特征在于,所述主要板(1')的谷(40)的支承表面(43)相对于所述延伸平面(p)倾斜,且所述次要板(1")的脊(30)的支承表面(33)相对于所述延伸平面(p)倾斜。
7.根据权利要求6所述的板式热交换器,其特征在于,所述主要板(1')的第二宽度(44)比所述主要板(1')的第一宽度(34)更长,并且其中,所述次要板(1")的第一宽度(34)比所述次要板(1")的第二宽度(44)更长。
8.根据权利要求7所述的板式热交换器,其特征在于,所述主要板(1')的第一宽度(34)接近零,并且其中,所述次要板(1")的第二宽度(44)接近零。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的板式热交换器,其特征在于,所述主要板(1')的谷(40)的支承表面(43)为大致平面的,且所述次要板(1")的脊(30)的支承表面(33)为大致平面的。
10.根据权利要求6至8中的任一项所述的板式热交换器,其特征在于,所述主要板(1')的谷(40)的支承表面(43)和所述次要板(1")的脊(30)的支承表面(33)相对于所述延伸平面(p)以3-15°的倾角(β)倾斜。
11.根据权利要求6至8中的任一项所述的板式热交换器,其特征在于,
所述主要板(1')中的一个的谷(40)的支承表面(43)和所述次要板(1")中的一个的脊(30)的支承表面(33)彼此邻接,其中,此主要板(1')和此次要板(1")封闭具有第一流动体积的第一板间隙(3)中的一个,
所述主要板(1')中的一个的脊(30)的支承表面(33)和所述次要板(1")中的一个的谷(40)的支承表面(43)彼此邻接,其中,此主要板(1')和此次要板(1")封闭具有第二流动体积的第二板间隙(4)中的一个,以及
在所述第一流动体积和所述第二流动体积之间的商在1.2与3之间。
12.根据权利要求6至8中的任一项所述的板式热交换器,其特征在于,所述主要板(1')和所述次要板(1")由不同形状的热交换器板(1)形成。
13.根据权利要求12所述的板式热交换器,其特征在于,每个热交换器板具有远离所述延伸平面(p)延伸的周围凸缘(20)。
14.根据权利要求12所述的板式热交换器,其特征在于,所述热交换器板(1)永久地彼此连接。
15.根据权利要求6至8中的任一项所述的板式热交换器,其特征在于,所述主要板(1')与所述次要板(1")相同,其中,在所述板组件(2)中的每隔一个热交换器板(1)以如下方式旋转180°,即使得每隔一个热交换器板(1)的脊(30)的支承表面(33)邻接所述中间热交换器板(1)的脊(30)的支承表面(33)且与所述中间热交换器板(1)的脊(30)的支承表面(33)交叉,并且其中,所述热交换器板(1)依靠连结构件(5)而压靠在彼此上。
16.根据权利要求6-8和13-14中的任一项所述的板式热交换器,其特征在于,每隔一个热交换器板(1)相对于所述中心轴线(x)具有第一端(1A)和第二相对端(1B),所述主要板(1')和所述次要板(1")的所述脊(30)和所述谷(40)的第一边缘表面(31,41)转向所述第一端(1A),而所述主要板(1')和所述次要板(1")的所述脊(30)和谷(40)的第二边缘表面(32,42)转向所述第二相对端(1B),
所述主要板(1')的谷(40)的支承表面(43)在朝向所述延伸平面(p)和朝向所述谷(40)的所述第二边缘表面(42)的方向中从所述谷(40)的所述第一边缘表面(41)倾斜;以及
所述次要板(1")的脊(30)的支承表面(33)在朝向所述延伸平面(p)和朝向所述脊(30)的所述第二边缘表面(32)的方向中从所述脊(30)的所述第一边缘表面(31)倾斜。
17.根据权利要求6-8和13-14中的任一项所述的板式热交换器,其特征在于,
每个热交换器板(1)相对于所述中心轴线(x)具有第一端(1A)和第二相对端(1B),
所述主要板(1')和所述次要板(1")的所述脊(30)和所述谷(40)的第一边缘表面(31,41)转向所述第一端(1A),而所述主要板(1')和所述次要板(1")的所述脊(30)和所述谷(40)的第二边缘表面(32,42)转向所述第二相对端(1B),
所述主要板(1')的谷(40)的支承表面(43)在朝向所述延伸平面(p)和朝向所述谷(40)的所述第二边缘表面(42)的方向中从所述谷(40)的所述第一边缘表面(41)倾斜,以及
所述次要板(1")的脊(30)的支承表面(33)在朝向所述延伸平面(p)和朝向所述脊(30)的所述第一边缘表面(31)的方向中从所述脊(30)的所述第二边缘表面(32)倾斜。
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