DE102013020462A1 - Thermal safety valve with temperature detection at the heat exchanger outlet and pressure-controlled cold water supply - Google Patents
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- F24D2220/04—Sensors
- F24D2220/042—Temperature sensors
Abstract
Bekannte Zwangskühlvorrichtungen für Festbrennstofffeuerstätten verwenden im Störfall zusätzliche Kühlwasserübertrager bei der Warmwassererzeugung, die sich im Wärmeübertrager befinden. Liegt im Wärmeübertrager eine unzulässige Übertemperatur vor, so aktiviert ein Sicherheitsventil, welches am Trinkwassernetz angeschlossen ist, die Kühlung im Kühlwasserübertrager und damit im Warmwassersystem. Die Erfindung ermöglicht eine Wärmeübertragerkühlung, welche aus einem Kaltwasseranschluss (4) mit nachgeschaltetem Wasserzähler (5), einem Rohrtrenner (6) bei Trinkwasserspeisung und einem Druckminderer (7) mit Nachfüllfunktion durch den Wärmeübertrager (3) hindurch über ein Sicherheitsventil (2) gespeist wird. Durch das geöffnete Sicherheitsventil (2) erfolgt die Kühlwasserentsorgung über einen offenen Abfluss (20). Die Temperaturerfassung (14) für das Sicherheitsventil (2) erfolgt außerhalb des Wärmeübertragers (3) am Wärmeübertragerausgang (23) in einem Anschlussblock (1), wobei die Tauchhülse (22) zur Aufnahme der Temperaturerfassung (14) vollständig vom Wasser umschlossen ist. Im Heizbetrieb ergibt sich der Wärmekreislauf (11) oder im Störfall der Kühlwasserfluss (12). Damit kann auf die Verwendung eines zusätzlichen Kühlwasserübertragers einschließlich der Verrohrung verzichtet werden und der sichere Einsatz von Wärmeübertragern ohne integrierte Kühlwasserübertrager ist möglich. Die automatische Funktion der Kaltwassernachfüllung (4, 5, 6, 7) sorgt für Sicherheit und Komfort im Heizungsbetrieb, da der Druck im Warmwassersystem durch den Druckminderer (7) mit ausgangsseitiger Druckeinstellung und Druckregelung konstant gehalten wird. Mit dem Wasserzähler (5) ist eine Leckageüberwachung möglich.Known forced cooling devices for solid fuel stoves use in case of failure additional cooling water transfer in hot water production, which are located in the heat exchanger. If there is an inadmissible excess temperature in the heat exchanger, then a safety valve, which is connected to the drinking water network, activates the cooling in the cooling water transmitter and thus in the hot water system. The invention enables a Wärmeübertragerkühlung, which from a cold water connection (4) with downstream water meter (5), a pipe separator (6) in drinking water supply and a pressure reducer (7) with refilling function through the heat exchanger (3) through a safety valve (2) is fed , Through the opened safety valve (2), the cooling water disposal via an open drain (20). The temperature detection (14) for the safety valve (2) takes place outside the heat exchanger (3) at the heat exchanger outlet (23) in a connection block (1), wherein the immersion sleeve (22) for receiving the temperature detection (14) is completely enclosed by the water. In heating mode, the heat cycle (11) or in case of failure, the cooling water flow (12). This can be dispensed with the use of an additional Kühlwasserübertragers including the piping and the safe use of heat exchangers without integrated cooling water exchanger is possible. The automatic function of the cold water replenishment (4, 5, 6, 7) ensures safety and comfort in heating operation, since the pressure in the hot water system is kept constant by the pressure reducer (7) with pressure setting and pressure control on the output side. With the water meter (5) leakage monitoring is possible.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur sicherheitsgerichteten Kühlung eines überhitzten Wärmeübertragers einer Feuerstätte für Festbrennstoffe bei Störfällen wie Umwälzpumpenversagen, Stromausfall oder bei mangelnder Wärmeabnahme.The invention relates to a device and method for safety-related cooling of a superheated heat exchanger of a fireplace for solid fuels in accidents such as circulation pump failure, power failure or lack of heat loss.
Da die Energiezufuhr der festen Brennstoffe zum Beispiel bei der Verwendung von Holzscheiten beim Auftreten von Übertemperaturen verfahrenstechnisch nicht abschaltbar ist, erfolgt die Zwangskühlung mittels einer Kaltwassereinspeisung im Wärmeübertrager ohne zusätzlichen Kälteübertrager. Die Temperaturerfassung der thermischen Ablaufsicherung – im Folgenden TAS genannt – wird als Sicherheitsventil verwendet und ist dabei außerhalb des Wärmeübertragers in einem Anschlussblock, durch welchen das erhitzte Wasser hindurchfließt, vorgesehen.Since the energy supply of solid fuels, for example, in the use of logs when excessive temperatures occur procedurally not be disabled, the forced cooling takes place by means of a cold water supply in the heat exchanger without additional refrigeration transformer. The temperature detection of the thermal discharge safety device - referred to below as TAS - is used as a safety valve and is provided outside the heat exchanger in a connection block through which the heated water flows.
Stand der TechnikState of the art
Die bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Zwangskühlung bei Festbrennstoffkesseln oder zugehörigen Wärmeübertragern verwenden separate Kälteübertrager, die im Kessel oder Wärmeübertrager der wasserführenden Anordnung einschließlich der Temperaturerfassung der TAS integriert sind. Die Kälteübertrager sind insbesondere als Kühlschlangen ausgeführt und kühlen den überhitzen Wärmeübertrager durch kaltes Wasser, welches über ein Zweiwegesicherheitsventil in der Regel aus dem Trinkwassersystem oder aus einer sonstigen unerschöpflichen Kaltwasserquelle zugeführt wird, auf zulässige Temperaturwerte ab.The known devices and methods for forced cooling in solid fuel boilers or associated heat exchangers use separate refrigeration transformers, which are integrated in the boiler or heat exchanger of the water-bearing arrangement including the temperature detection of the TAS. The refrigerators are designed in particular as cooling coils and cool the superheated heat exchanger by cold water, which is supplied via a two-way safety valve usually from the drinking water system or from any other inexhaustible cold water source, to allow temperature values.
Es sind ebenso Lösungen bekannt, die ohne einen zusätzlichen Kälteübertrager auskommen und dabei Dreiwegeventile in Kombination mit einer TAS bzw. einem Sicherheitsventil verwenden (siehe NL8202719-A). Der Wärmetauscher oder Kessel mit zusätzlichen Dreiwegeventilen ist durch die Stellung der Dreiwegeventile entweder direkt mit einer zentralen Heizungspumpe und Heizkörpern verbunden oder zwischen der Kaltwasserversorgung und dem Haus-Heißwasserrohrsystem für das Bad und die Dusche. Kaltes Wasser wird zur Kühlung oder Versorgung von Bad und Dusche durch den Wärmetauscher geführt, wobei die Temperaturerfassung im Wärmetauscher oder Kessel erfolgt. Die Versorgungsleitungen zum Bad oder der Dusche und das Ablassrohr, welches das Wasser in einen Abfluss oder Drainage ablaufen lässt, wenn das Wasser zu kochen beginnt, sind mit einem Sicherheitsventil verbunden. Die Dreiwegeventile können von Hand oder über eine Temperaturerfassung betätigt werden.Solutions are also known which manage without an additional refrigerant exchanger and use three-way valves in combination with a TAS or a safety valve (see NL8202719-A). The heat exchanger or boiler with additional three-way valves is connected by the position of the three-way valves either directly to a central heating pump and radiators or between the cold water supply and the house hot water pipe system for the bathroom and the shower. Cold water is passed through the heat exchanger to cool or supply the bath and shower, whereby the temperature is detected in the heat exchanger or boiler. The supply lines to the bath or the shower and the drain pipe, which drain the water into a drain or drain when the water begins to boil, are connected to a safety valve. The three-way valves can be operated by hand or via a temperature detection.
Darstellung des technischen ProblemsPresentation of the technical problem
Die bekannten technischen Lösungen erfordern einen zusätzlichen Kälteübertrager, der innerhalb des Wärmeübertragers oder Kessels eingebaut und extern verrohrt werden muss. Dabei erfolgt die TAS-Temperaturerfassung im Wärmeübertrager oder im Kessel.The known technical solutions require an additional refrigerant transformer, which must be installed inside the heat exchanger or boiler and piped externally. The TAS temperature detection takes place in the heat exchanger or in the boiler.
Es werden Wärmeübertrager im Handel angeboten, die über keine Zwangskühlung im Störfall verfügen und damit im Wärmebetrieb bei auftretenden Störfällen unsicher sind.There are heat exchangers available in the trade, which have no forced cooling in case of failure and are thus uncertain in the heat mode in case of incidents occurring.
Weitere technische Lösungen verwenden zusätzlich zur TAS mindestens ein Dreiwegeventil zur manuellen oder temperaturabhängigen Warmwasserführung und zeigen keine Lösung auf, wie eine sichere Trennung des Warmwasser -oder Heizungssystems zum Trinkwassersystem erreicht werden kann, um Verunreinigungen des Trinkwassers zu verhindern.Other technical solutions use in addition to the TAS at least a three-way valve for manual or temperature-dependent hot water and show no solution on how a safe separation of the hot water or heating system can be achieved to the drinking water system to prevent contamination of drinking water.
Mittel der technischen Lösung und resultierende Vorteile der ErfindungMeans of technical solution and resulting advantages of the invention
Die Erfindung ermöglicht eine Zwangskühlung im Störfall, ohne dass ein zusätzlicher Kälteübertrager im Wärmeübertrager oder Kessel vorgesehen werden muss. Die erforderliche Zwangskühlung mit Kaltwasser erfolgt direkt im flüssigen Wärmeträgermedium des Wärmeübertragers oder Kessels.The invention enables forced cooling in the event of a fault, without having to provide an additional refrigeration transformer in the heat exchanger or boiler. The required forced cooling with cold water takes place directly in the liquid heat transfer medium of the heat exchanger or boiler.
Hierfür ist ein TAS-Anschlussblock mit der integrierten redundanten Temperaturerfassung vorgesehen, der unmittelbar am Wärmeübertragervorlauf angeschlossen wird, um Übertemperaturen exakt und sicher zu erfassen. Damit können auch Wärmeübertrager an eine TAS angeschlossen werden, die bisher aus Platzgründen keinen sicherheitsgerichteten redundanten Temperaturfühler aufnehmen konnten.For this purpose, a TAS connection block with integrated redundant temperature detection is provided, which is connected directly to the heat exchanger supply in order to precisely and safely detect excess temperatures. This means that heat exchangers can also be connected to a TAS, which previously could not accommodate a safety-related redundant temperature sensor for reasons of space.
Bei der Zwangskühlung im Störfall wird der Wärmeübertrager angesteuert durch das Sicherheitsventil mit kaltem Trinkwasser durchströmt und aus dem kritischen Temperaturbereich heruntergekühlt. Dabei sorgt der dem Trinkwasseranschluss nachgeschaltete Rohrtrenner mit einem Dreikammersystem für die notwendige sichere Trennung des Trinkwassers vom Heizungswasser. Die Funktion Rohrtrennung ermöglicht nicht nur ein Zurückfließen von verunreinigtem oder bakterienbehaftetem Heizungswassers zurück in das Trinkwassersystem, sondern sorgt zusätzlich für eine räumliche Trennung der beiden Wassersysteme voneinander durch das Dreikammersystem, wobei die mittlere Kammer als Trennkammer dient.In forced cooling in the event of a fault, the heat exchanger is controlled by the safety valve with cold drinking water flows through and cooled down from the critical temperature range. Here, the downstream of the drinking water connection pipe separator provides with a three-chamber system for the necessary safe separation of drinking water from the heating water. The function of pipe separation not only allows backflow of contaminated or bacteria-laden heating water back into the drinking water system, but also ensures a spatial separation of the two water systems from each other through the three-chamber system, the middle chamber serves as a separation chamber.
Durch die permanent vorliegende druckgeregelte Kaltwassereinspeisung bleibt der Sytemdruck im Wärmekreislauf insbesondere im Störfall und aktiver TAS nahezu konstant. Dadurch können Pumpenstörungen oder ungewollte Lufteintritte in das Rohrsystem vermieden werden. Ebenso besteht nicht die Gefahr, dass durch Wassermangel bei kleineren Leckagen die Umwälzung im Wärmekreislauf unterbrochen wird und der Pumpenstrom abreißt. Due to the permanent pressure-controlled cold water supply, the system pressure in the heating circuit remains almost constant, especially in the event of a malfunction and active TAS. This can avoid pump malfunctions or unwanted air inlets in the pipe system. Likewise, there is no danger that water shortage in smaller leaks, the circulation is interrupted in the heating circuit and the pump current breaks.
Das mechanische Rückschlagventil verhindert den ungewollten Kaltwasserfluss im Störfall durch den parallelen Wärmekreislauf. Der Einsatz von separat anzusteuernden Ventilen ist nicht notwendig.The mechanical non-return valve prevents unwanted cold water flow in the event of a fault due to the parallel heating circuit. The use of separately controlled valves is not necessary.
Der Wasserzähler ermöglicht die Erkennung von Leckagen im Heizungskreislauf durch das regelmäßige Ablesen des Anlagenbetreibers und ermöglicht damit eine Kontrollfunktion im Rahmen der regelmäßigen Wartung der Heizungsanlage. Da moderne Heizungsanlagen immer häufiger über permanent angeschlossene Nachfülleinrichtungen verfügen, muss diese nicht zwangsläufig nachgerüstet werden bzw. kann diese für die erfindungsgemäße Funktion als weitere Anwendung genutzt werden.The water meter allows the detection of leaks in the heating circuit by the regular reading of the plant operator and thus allows a control function in the context of the regular maintenance of the heating system. Since modern heating systems increasingly have permanently connected refill devices, they do not necessarily have to be retrofitted or can be used for the function according to the invention as a further application.
Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings
Fig. 1:Fig. 1:
Thermische Ablaufsicherung als Zweiwegesicherheitsventil mit externer Temperaturerfassung im Anschlussblock in Reihenschaltung mit einem Wärmeübertrager und permanenter druckgeregelter Trinkwassernachspeisung sowie parallelem Wärmekreislauf Thermal safety valve as a two-way safety valve with external temperature detection in the connection block in series with a heat exchanger and permanent pressure-controlled drinking water supply as well as a parallel heating circuit
Die
Der Wärmekreislauf erfolgt über eine am Wärmeübertrager angeschlossene Heizungsanlage oder Warmwasseranlage, welche mittels der Umwälzpumpe mit Wärme versorgt wird. Bei auftretender Übertemperaturen im Störfall verhindert ein Rückschlagventil den Kaltwasserfluss im Wärmekreis.The heat cycle is via a heat exchanger connected to the heating system or hot water system, which is supplied by the circulation pump with heat. If excessive temperatures occur in the event of a malfunction, a check valve prevents the cold water flow in the heating circuit.
Fig. 2:Fig. 2:
Anschlussblock zur Temperaturerfassung für die TAS aus einem massiven Metallblock Der Anschlussblock ist für die mechanische Aufnahme einer Temperaturerfassung vorgesehen. Der Anschlussblock wird aus einem massiven Metallblock hergestellt. Der Fluss des flüssigen Wärmeträgermediums erfolgt mittels der zwei Doppelnippelverbindungen durch den Anschlussblock hindurch.Terminal block for temperature detection for the TAS made of a solid metal block The connection block is intended for the mechanical recording of a temperature measurement. The terminal block is made of a solid metal block. The flow of the liquid heat transfer medium takes place by means of the two double nipple connections through the connection block.
Fig. 3:3:
Anschlussblock zur Temperaturerfassung für die TAS aus Blechen oder Gussformteilen Der Anschlussblock unterscheidet sich im Vergleich zur Ausführung der
Fig. 4:4:
Thermische Ablaufsicherung als Dreizweiwegesicherheitsventil mit externer Temperaturerfassung im Anschlussblock in Reihenschaltung mit einem Wärmeübertrager und permanenter druckgeregelter Trinkwassernachspeisung sowie parallelem Wärmekreislauf Thermal safety valve as a three-way safety valve with external temperature detection in the connection block in series with a heat exchanger and permanent pressure-controlled drinking water supply as well as a parallel heating circuit
Die
Der Wärmekreislauf erfolgt über eine am Wärmeübertrager angeschlossene Heizungsanlage oder Warmwasseranlage, welche mittels der Umwälzpumpe mit Wärme versorgt wird.The heat cycle is via a heat exchanger connected to the heating system or hot water system, which is supplied by the circulation pump with heat.
Die
Ausführungsbeispiel embodiment
Das hydraulische Blockschaltbild der
Der Wärmekreislauf (
Ein Störfall liegt vor, wenn der Temperaturfühler der TAS (
Der durch eine Störung verursachte Kaltwasserfluss (
Der Anschlussblock (
Der Anschlussblock (
Die vollständige Umspülung des Wassers im Medienraum (
Ausführungsartenembodiments
Ausführungsart mit Verwendung eines DreizweiwegesicherheitsventilsEmbodiment using a three-way safety valve
Das hydraulische Blockschaltbild der
Der Wärmekreislauf (
Der Störfall liegt vor, wenn der Temperaturfühler (
Der Kühlwasserfluss (
Anschlussblock aus Blechen oder Gussformteilen gefertigtTerminal block made of sheet metal or molded parts
Die Zeichnung der
Mögliche Anbauvarianten und Formen des AnschlussblocksPossible mounting variants and forms of the connection block
-
– Waagerechter Anbau an den Wärmeübertrager (
3 ) gemäß Darstellung der5 - Horizontal attachment to the heat exchanger (3 ) as shown in the5 -
– Senkrechter Anbau an den Wärmeübertrager (
3 )- Vertical attachment to the heat exchanger (3 ) - – Anbauort für den Temperatursensor entweder oben, unten, links oder rechts- Location for the temperature sensor either top, bottom, left or right
Die Anschlussblockausführungen können hinsichtlich der dimensionierten Maße und von der äußeren Formgebung variieren. Eckige -oder abgerundete Formen sind möglich. Die Größen der internen Temperaturerfassung (
Folgende Störfälle können die Wärmeübertragung unterbrechen oder stark behindern:
- – Spannungsausfall zur elektrischen Speisung der Umwälzpumpe
- – Elektrisches oder mechanisches Versagen der Umwälzpumpe
- – Leckagen im Wärmekreislauf
- – Klemmendes Rückschlagventil
- – Verstopfungen durch Verunreinigungen im Wärmekreislauf
- - Power failure for electrical supply of the circulation pump
- - Electrical or mechanical failure of the circulation pump
- - Leaks in the heating circuit
- - Clamping check valve
- - Blockages due to impurities in the heating circuit
Die aus den aufgeführten Störfällen u. U. entstehenden unzulässigen Übertemperaturen und Gefährdungen für Feuerstättenbetreiber und die Ausrüstungskomponenten werden mit den erfindungsgemäßen Sicherheitsaßnahmen vermieden.The u from the listed incidents u. U. resulting impermissible excess temperatures and hazards for fireplace operators and the equipment components are avoided with the security measures according to the invention.
Hinweise zur InbetriebnahmeNotes on commissioning
Der Druckminderer ist ausgangsseitig so einzustellen und mit der Manometeranzeige zu kontrollieren, dass der notwendige Ausgangsdruck vorzugsweise 1 Bar über dem Systemdruck des Wärmekreises bzw. der Heizungsanlage oder der Warmwasserversorgung liegt. Mit dieser Einstellung ist eine bestimmungsgemäße Nachfüllfunktion und Wärmeübertragerkühlung im Störfall möglich, da die handelsüblichen Differenzdrucküberwachungen der automatischen Nachfüllsysteme insbesondere bereits ab Druckdifferenzen zwischen dem Trinkwasseranschluss und der Wärmekreise von insbesondere 0,4 Bar ansprechen und kaltes Trinkwasser nachspeisen.On the output side, the pressure reducer must be set and checked with the manometer display that the necessary outlet pressure is preferably 1 bar above the system pressure of the heating circuit or the heating system or the hot water supply. With this setting, a designated refilling function and heat exchanger cooling in case of failure is possible because the commercial differential pressure monitoring of the automatic refill systems in particular already address from pressure differences between the drinking water connection and the heat circuits of 0.4 bar in particular and feed cold drinking water.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Externer Anschlussblock für die Temperaturerfassung der thermischen Ablaufsicherung TASExternal connection block for the temperature detection of the thermal discharge safety device TAS
- 22
- Thermische Ablaufsicherung TAS mit einem ZweiwegesicherheitsventilThermal drain safety device TAS with a two-way safety valve
- 33
- Wärmeübertrager einer FestbrennstofffeuerstätteHeat exchanger of a solid fuel heater
- 44
- Trinkwasseranschluss als unerschöpfliche Kaltwasserversorgung, TrinkwassersystemDrinking water connection as inexhaustible cold water supply, drinking water system
- 55
- Wasserzähler zur visuellen LeckageüberwachungWater meter for visual leakage monitoring
- 66
- Rohrtrenner mit DreikammertrennsystemPipe divider with three-chamber separation system
- 77
- Druckminderer mit ausgangsseitiger Druckeinstellung und DruckregelungPressure reducer with output pressure setting and pressure control
- 88th
- Umwälzpumpe für den WärmekreislaufCirculation pump for the heating circuit
- 99
- Wärmeverbraucher für die Raumheizung oder WarmwasserversorgungHeat consumers for space heating or hot water supply
- 1010
- Rückschlagventil oder SchwerkraftbremseCheck valve or gravity brake
- 1111
- Wärmekreislauf im HeizbetriebHeating circuit in heating mode
- 1212
- Kühlwasserfluss durch den Wärmeübertrager im Störfall bzw. Flussrichtung der sicherheitsgerichteten KaltwasserkühlungCooling water flow through the heat exchanger in the event of a fault or flow direction of the safety-related cold water cooling
- 1313
- Thermische Ablaufsicherung TAS mit einem DreizweiwegesicherheitsventilThermal safety valve TAS with a three-way safety valve
- 1414
- Temperaturerfassung für das Sicherheitsventil mit redundanten Temperatursensoren zur TauchhülsenaufnahmeTemperature detection for the safety valve with redundant temperature sensors for immersion sleeve receptacle
- 1515
- Anschlusspunkt für den Wärmeübertragerausgang (Vorlauf)Connection point for the heat exchanger outlet (flow)
- 1616
- Bohrungen zur Medienverbindung zwischen Tauchhülse und Wärmekreislauf bzw. Kühlwasserfluss im AnschlussblockDrill holes for media connection between immersion sleeve and heat circuit or cooling water flow in connection block
- 1717
- Stopfen für den Verschluss der Bohrungen, welche die vollständige Wasserflutung in der Tauchhülse ermöglichtPlug for closing the holes, which allows the complete water flow in the immersion sleeve
- 1818
- Stopfen für den Verschluss der Bohrung, die den vollständigen Wassermantel um die Temperaturerfassung herum bewirktPlug for closing the bore, which causes the complete water jacket around the temperature detection around
- 1919
- Vollständig mit Wasser durchfluteter Medienraum im AnschlussblockCompletely water-flooded media room in the connection block
- 2020
- Ablauftrichter für den offenen KühlwasserabflussDrain funnel for the open cooling water drain
- 2121
- Anschlusspunkt für den Wärmeverbraucher und das SicherheitsventilConnection point for the heat consumer and the safety valve
- 2222
- Tauchhülse zur Temperaturerfassung für das SicherheitsventilImmersion sleeve for temperature detection for the safety valve
- 2323
- Vorlaufanschluss am Wärmeübertrager bzw. WärmeübertragerausgangFlow connection at the heat exchanger or heat exchanger outlet
- 2424
- Rücklaufanschluss am WärmeübertragerReturn connection on the heat exchanger
- 2525
- Rauchgasrohr der FestbrennstofffeuerstätteFlue gas pipe of solid fuel heater
Claims (6)
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DE (1) | DE102013020462A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019103275A (en) * | 2017-12-04 | 2019-06-24 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Rotary electric machine and rotary electric machine system |
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2013
- 2013-12-06 DE DE102013020462.3A patent/DE102013020462A1/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2019103275A (en) * | 2017-12-04 | 2019-06-24 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Rotary electric machine and rotary electric machine system |
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