DE102018216047A1 - Cooling structure - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kühlstruktur (1) zur Kühlung von insbesondere Batteriezellen (2).Erfindungswesentlich ist dabei,- dass die Kühlstruktur (1) eine ebene Grundplatte (4) aufweist,- dass zumindest zwei rinnenförmig umgeformte Kühlplatten (5) vorgesehen sind, die über ihre Randbereiche (12) dicht mit einem Grundblech (16) verbunden sind und die zusammen mit diesem jeweils einen Kühlkanal (6) bilden,- dass die Kühlplatten (5) über ihr Grundblech (16) mit der Grundplatte (4) verbunden sind,- dass die Grundplatte (4) je Kühlkanal (6) eine als Einlass ausgebildete erste Durchgangsöffnung (7) und eine als Auslass ausgebildete zweite Durchgangsöffnung (8) aufweist,- dass auf der von den Kühlplatten (5) abgewandten Seite der Grundplatte (4) ein Einlassverteilkanal (9) und ein Auslasssammelkanal (10) angeordnet sind, die jeweils kommunizierend mit den ersten Durchgangsöffnungen (7) oder mit den zweiten Durchgangsöffnungen (8) verbunden sind.The invention relates to a cooling structure (1) for cooling battery cells (2) in particular. It is essential to the invention that - the cooling structure (1) has a flat base plate (4) - that at least two channel-shaped cooling plates (5) are provided, which are tightly connected to a base plate (16) via their edge regions (12) and each form a cooling channel (6) with this, - that the cooling plates (5) are connected to the base plate (4) via their base plate (16), - That the base plate (4) has a first through opening (7) and an second through opening (8) designed as an inlet for each cooling channel (6), - that on the side of the base plate (4) facing away from the cooling plates (5) an inlet distribution channel (9) and an outlet manifold (10) are arranged, which are each communicating with the first through openings (7) or with the second through openings (8).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlstruktur zur Kühlung von insbesondere Batteriezellen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Batteriekühleinrichtung, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer solchen Kühlstruktur.The present invention relates to a cooling structure for cooling battery cells in particular, according to the preamble of
Insbesondere bei rein elektromotorisch betriebenen Kraftfahrzeugen, aber auch bei sogenannten Plug-in-Hybridfahrzeugen, sind eine Vielzahl von Batteriezellen vorhanden, die thermisch konditioniert, insbesondere gekühlt bzw. in einem vordefinierten Temperaturfenster betrieben werden müssen, um nicht nur deren Leistung zu steigern, sondern auch um deren vorzeitige Alterung zu verhindern. Aus diesem Grund werden in derartigen Fahrzeugen heute bereits Batteriekühleinrichtungen eingesetzt.Especially in purely electric motor vehicles, but also in so-called plug-in hybrid vehicles, there are a large number of battery cells that have to be thermally conditioned, in particular cooled or operated in a predefined temperature window, in order not only to increase their performance, but also to prevent their premature aging. For this reason, battery cooling devices are already used in such vehicles today.
Die hierfür verwendeten Kühlstrukturen bestehen üblicherweise aus zwei miteinander verbundenen Kühlplatten (2-Layer-Design), die an die jeweiligen Batteriezellen angebracht werden, wobei zu einer Reduzierung der Teilevielfalt und der Komplexität bereits versucht wird, die Kühlfunktion in ein Bodenblech eines Batteriegehäuses zu integrieren.The cooling structures used for this usually consist of two interconnected cooling plates (2-layer design), which are attached to the respective battery cells, with attempts to reduce the number of parts and the complexity to integrate the cooling function into a base plate of a battery housing.
Nachteilig bei derartig integrierten Lösungen ist, dass zur Umformung des Bodenblechs, das heißt zur Herstellung von Strömungsstrukturen bzw. Strömungskanälen sehr hohe Umformkräfte erforderlich sind, die wiederum nur von Pressen mit einer hohen Tonnage und großen Pressentischen bewerkstelligt werden können. Darüber hinaus erfordern derartige Kühlstrukturen mit einem 2-Layer-Design einen hohen Handlingsaufwand, da zwei große und damit auch schwere Platten im Werk bewegt werden müssen. Des Weiteren sind auch vergleichsweise große Lötöfen erforderlich.A disadvantage of such integrated solutions is that very high forming forces are required for forming the bottom plate, that is to say for producing flow structures or flow channels, which in turn can only be achieved by presses with a high tonnage and large press tables. In addition, such cooling structures with a 2-layer design require a lot of handling, since two large and therefore heavy plates have to be moved in the factory. Comparatively large soldering furnaces are also required.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Kühlstruktur der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.The present invention is therefore concerned with the problem of specifying an improved or at least an alternative embodiment for a cooling structure of the generic type, which in particular overcomes the disadvantages known from the prior art.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this problem is solved by the subject matter of
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Kühlstruktur ebenfalls in einem sogenannten 3-Layer-Design auszuführen, aus einer ebenen und damit einfach zu fertigenden Grundplatte und mehreren, kleineren Kühlplatten, die zusammen mit einem jeweils zugehörigen Grundblech jeweils nur einen Kühlkanal bilden (2-Layer-Design), wodurch die bislang einstückige große Kühlplatte aufgeteilt werden kann. Zur Herstellung derartiger kleinerer Kühlplatten können somit dünnere Bleche und kleinere Pressen zum Umformen verwendet werden und zugleich entfällt der bislang hohe Handlingsaufwand von zwei großen Platten im Werk. Die erfindungsgemäße Kühlstruktur, welche beispielsweise zur Kühlung von insbesondere Batteriezellen eingesetzt werden kann, besitzt oben genannte ebene Grundplatte und zumindest zwei rinnenförmig umgeformte Kühlplatten mit zugehörigen Grundblechen (2-Layer Design), die auf der Grundplatte positioniert und, insbesondere mechanisch, fixiert sind, wobei die Kühlplatten und die zugehörigen Grundbleche zusammen jeweils einen Kühlkanal bilden. Die Grundplatte besitzt je Kühlkanal eine als Einlass ausgebildete erste Durchgangsöffnung und eine als Auslass ausgebildete zweite Durchgangsöffnung, so dass zu jedem Kühlkanal ein Einlass und ein Auslass für Kühlfluid besteht, wobei die Verbindung dicht (vorzugsweise stoffschlüssige Verbindung, z.B. Schweißen, Flammlöten, Kleben) ausgeführt wird. Alternativ ist selbstverständlich auch ein dichtes Verschrauben o.ä. denkbar. The present invention is based on the general idea of also designing a cooling structure in a so-called 3-layer design, consisting of a flat and therefore easy-to-manufacture base plate and a plurality of smaller cooling plates, which together with an associated base plate each form only one cooling channel ( 2-layer design), whereby the previously one-piece large cooling plate can be divided. Thinner sheets and smaller presses for forming can thus be used to produce such smaller cooling plates, and at the same time the previously high handling effort of two large plates in the factory is eliminated. The cooling structure according to the invention, which can be used, for example, for cooling battery cells in particular, has the above-mentioned flat base plate and at least two channel-shaped cooling plates with associated base plates (2-layer design), which are positioned on the base plate and, in particular mechanically, fixed, whereby the cooling plates and the associated base plates each form a cooling channel. The base plate has a first through opening designed as an inlet and a second through opening designed as an outlet for each cooling channel, so that there is an inlet and an outlet for cooling fluid for each cooling channel, the connection being tight (preferably material connection, for example welding, flame soldering, adhesive bonding) becomes. Alternatively, tight screwing or the like is of course also possible. conceivable.
Auf der von den Kühlplatten/Grundblechen abgewandten Seite der Grundplatte sind ein Einlassverteilkanal und ein Auslasssammelkanal angeordnet, die jeweils kommunizierend mit den ersten Durchgangsöffnungen der einzelnen Kühlkanäle oder mit den zweiten Durchgangsöffnungen der einzelnen Kühlkanäle verbunden sind. Mit der erfindungsgemäßen Kühlstruktur ist es somit möglich, die bislang einstückige und damit große und schwere Kühlplatte, die zusammen mit der Grundplatte ein schwer handzuhabendes 2-Layer-Design besaß, in mehrere einzelne kleinere Kühlplatten mit Grundblechen (2-Layer-Design) und der Grundplatte (dann 3-Layer-Design) aufzuteilen und dadurch deren Handling deutlich zu vereinfachen. Die Kühlplatten werden dabei mit den zugehörigen Grundblechen dicht verlötet und brauchen anschließend nur noch auf der Grundplatte fixiert werden, beispielsweise durch Verkleben, wodurch das komplette Einstellen der Grundplatte in einen Lötofen entfallen kann. Lediglich die kleineren Kühlplatten mit den zugehörigen Grundblechen müssen noch im Lötofen dicht verlötet werden, was jedoch mit kleineren Lötöfen erfolgen kann. Zudem können für die Herstellung der kleineren Kühlplatten, das heißt zum Umformen derselben, kleinere Pressen verwendet werden, die eine geringere Tonnage aufweisen müssen. Ein Umformen der Grundplatte hingegen ist überhaupt nicht mehr erforderlich (gegebenenfalls lokale Umformungen sind möglich), lediglich unter Umständen ein Zuschneiden derselben. Insgesamt kann somit eine äußerst flexible, leicht handzuhabende und bezüglich einer Größe eines Lötofens optimierte Lösung angeboten werden.On the side of the base plate facing away from the cooling plates / base plates, an inlet distribution duct and an outlet collecting duct are arranged, which are each communicatively connected to the first through openings of the individual cooling ducts or to the second through openings of the individual cooling ducts. With the cooling structure according to the invention, it is thus possible to split the previously one-piece and thus large and heavy cooling plate, which together with the base plate had a difficult-to-handle 2-layer design, into several individual smaller cooling plates with base plates (2-layer design) and the Divide the base plate (then 3-layer design) and thereby significantly simplify its handling. The cooling plates are tightly soldered to the associated base plates and then only need to be fixed on the base plate, for example by gluing, which means that the complete setting of the base plate in a soldering oven can be omitted. Only the smaller cooling plates with the associated base plates still have to be soldered tightly in the soldering furnace, but this can be done with smaller soldering furnaces. In addition, smaller presses, which must have a lower tonnage, can be used for the production of the smaller cooling plates, that is to say for forming them. Reshaping the base plate, on the other hand, is no longer necessary at all (local reshaping may be possible), only cutting it under certain circumstances. Overall, an extremely flexible, easy-to-use solution that is optimized with regard to the size of a soldering furnace can thus be offered.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind der Einlassverteilkanal durch eine erste Rinne und der Auslasssammelkanal durch eine zweite Rinne gebildet. Die Rinnen können dabei als Kunststoffformteile, insbesondere als Kunststoffspritzgussteile oder als umgeformte Blechbauteile ausgebildet und dicht mit der Grundplatte verbunden sein. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass jede erste Durchgangsöffnung über einen Stutzen, insbesondere einen T-förmigen Stutzen, mit dem Einlassverteilkanal verbunden ist, wobei der Einlassverteilkanal rohrförmig ausgebildet ist. In gleicher Weise ist jede zweite Durchgangsöffnung ebenfalls über einen Stutzen, beispielsweise einen T-förmigen Stutzen, mit dem Auslasssammelkanal verbunden, wobei der Auslasssammelkanal ebenfalls rohrförmig ausgebildet ist. Die Ausbildung mit der ersten und zweiten Rinne zeichnet sich dabei durch eine im Vergleich zur zweiten Ausführungsform reduzierte Bauraumhöhe aus. In an advantageous further development of the solution according to the invention, the inlet distribution channel is formed by a first channel and the outlet collecting channel is formed by a second channel. The channels can be formed as plastic molded parts, in particular as plastic injection molded parts or as formed sheet metal components and can be tightly connected to the base plate. Alternatively, it is of course also conceivable for each first through-opening to be connected to the inlet distribution channel via a connector, in particular a T-shaped connector, the inlet distributor channel being tubular. In the same way, every second through opening is also connected to the outlet manifold via a nozzle, for example a T-shaped nozzle, the outlet manifold also being tubular. The design with the first and second channel is characterized by a reduced installation space height in comparison to the second embodiment.
Zweckmäßig sind die Rinnen und/oder die Kühlplatten und/oder die Grundbleche mit der Grundplatte verklebt, verschweißt oder verlötet. Werden beispielsweise die Rinnen und die Grundbleche mit der Grundplatte lediglich verklebt, so kann auf bislang erforderliche große Lötöfen gänzlich verzichtet werden, da nur noch zur Herstellung der Kühlkanäle die Kühlplatten mit den zugehörigen Grundblechen verlötet werden müssen, was jedoch in deutlich kleineren Lötöfen erfolgen kann. Klebeverbindungen sind heutzutage dauerhaft und dicht herstellbar und insbesondere im Vergleich zu einem Lötprozess deutlich energieärmer.The channels and / or the cooling plates and / or the base plates are expediently glued, welded or soldered to the base plate. If, for example, the channels and the base plates are only glued to the base plate, the previously required large soldering furnaces can be dispensed with entirely, since the cooling plates only have to be soldered to the associated base plates in order to produce the cooling channels, but this can be done in significantly smaller soldering furnaces. Adhesive bonds can be made permanently and tightly nowadays and, in particular compared to a soldering process, are significantly less energy-intensive.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind die Kühlkanäle parallel zueinander angeordnet, wobei der Einlassverteilkanal und der Auslasssammelkanal ebenfalls parallel zueinander angeordnet sind. Die Kühlkanäle sind dabei orthogonal zum Einlassverteilkanal und zum Auslasssammelkanal angeordnet. Ein Einlass in den Einlassverteilkanal bzw. ein Auslass aus dem Auslasssammelkanal kann dabei entweder längsendseitig am Einlassverteilkanal bzw. am Auslasssammelkanal oder an einer beliebigen Zwischenstelle vorgesehen werden. Hierdurch lässt sich insbesondere eine parallele und damit gleichmäßige Durchströmung der einzelnen Kühlkanäle erreichen.In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the cooling channels are arranged parallel to one another, the inlet distribution channel and the outlet collecting channel likewise being arranged parallel to one another. The cooling channels are arranged orthogonally to the inlet distribution channel and the outlet manifold. An inlet into the inlet distribution channel or an outlet from the outlet manifold can be provided either on the longitudinal end side of the inlet manifold or on the outlet manifold or at any intermediate point. This allows in particular a parallel and thus uniform flow through the individual cooling channels.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind zumindest zwei Kühlplatten beabstandet zueinander angeordnet, wobei die Grundplatte in einem von den zumindest zwei Kühlplatten und/oder von zwei Grundblechen nicht überdeckten Bereich zumindest eine Ausnehmung aufweist. Die Grundplatte besitzt somit vorzugsweise in Längsrichtung und parallel zu den Kühlkanälen angeordnete Ausnehmungen, die zwischen zwei benachbarten Kühlkanälen verlaufen und die eine Gewichtsreduzierung der Grundplatte und damit eine Gewichtsreduzierung der gesamten Kühlstruktur bewirken. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass sich die Ausnehmung nicht über nahezu die gesamte Länge des jeweiligen Kühlkanals erstrecken muss, sondern lediglich in einem mittleren Bereich. Ebenfalls denkbar sind mehrere in Längsrichtung zueinander beabstandete Ausnehmungen zwischen zwei benachbarten Kühlkanälen. Soll die Kühlkanalstruktur hingegen eine große Festigkeit aufweisen, so kann auf die Ausnehmungen auch verzichtet werden und zusätzlich daran gedacht werden, zwei benachbarte Kühlplatten und/oder Grundbleche überlappend zueinander anzuordnen. Hierdurch steigt aber auch das Gewicht.In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, at least two cooling plates are arranged at a distance from one another, the base plate having at least one recess in an area not covered by the at least two cooling plates and / or by two base plates. The base plate thus preferably has recesses arranged in the longitudinal direction and parallel to the cooling channels, which run between two adjacent cooling channels and which reduce the weight of the base plate and thus reduce the weight of the entire cooling structure. Of course, it is also conceivable that the recess does not have to extend over almost the entire length of the respective cooling channel, but only in a central area. Likewise conceivable are a plurality of recesses spaced apart in the longitudinal direction between two adjacent cooling channels. If, on the other hand, the cooling duct structure is to be of great strength, the recesses can also be dispensed with and, in addition, it can be considered to arrange two adjacent cooling plates and / or base plates to overlap one another. This also increases the weight.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Batteriekühleinrichtung, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einer solchen Kühlstruktur auszustatten und mit zumindest einer Batterie, die mit den zumindest zwei Kühlplatten wärmeübertragend verbunden ist. Eine derartige Batteriekühleinrichtung bietet dabei den großen Vorteil, dass die hierfür erforderliche Kühlstruktur kostengünstig, einfach im Handling und bei dem Vorsehen von Ausnehmungen in der Grundplatte zusätzlich auch gewichtsoptimiert herzustellen ist. Insgesamt kann mit der erfindungsgemäßen Batteriekühleinrichtung vor allem das Handling einer bislang großen und mehrere Kühlkanäle umfassenden Kühlplatte deutlich vereinfacht werden.The present invention is further based on the general idea of equipping a battery cooling device, in particular for an electric or hybrid vehicle, with such a cooling structure and with at least one battery which is connected to the at least two cooling plates in a heat-transferring manner. Such a battery cooling device offers the great advantage that the cooling structure required for this is inexpensive, simple to use and, if recesses are provided in the base plate, can also be produced in a weight-optimized manner. Overall, with the battery cooling device according to the invention, above all, the handling of a previously large cooling plate which comprises several cooling channels can be significantly simplified.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention result from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, the same reference numerals referring to the same or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematisch,
-
1 eine Ansicht von schräg oben auf eine erfindungsgemäße Kühlstruktur, -
2 eine Ansicht von schräg unten auf die erfindungsgemäße Kühlstruktur, -
3 eine Darstellung wie in2 , jedoch mit Ausnehmungen in der Grundplatte zwischen den einzelnen Kühlkanälen, -
4 eine Schnittdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlstruktur, -
5 die erfindungsgemäße Kühlstruktur aus beispielsweise2 oder3 mit einer Detaildarstellung, -
6 eine alternative Ausführungsform zur Gestaltung eines Einlassverteilkanals bzw. eines Auslasssammelkanals, -
7 eine Detaildarstellung eines T-förmigen Stutzens.
-
1 2 shows a view obliquely from above of a cooling structure according to the invention, -
2nd 2 shows a view obliquely from below of the cooling structure according to the invention, -
3rd a representation like in2nd , but with recesses in the base plate between the individual cooling channels, -
4th -
5 the cooling structure according to the invention from, for example2nd or3rd with a detailed representation, -
6 an alternative embodiment for designing an inlet distribution channel or an outlet manifold, -
7 a detailed view of a T-shaped nozzle.
Entsprechend den
In den
Durch die Aufsplittung der bislang einstückigen großen Kühlplatte in mehrere kleinere Kühlplatten
Betrachtet man die
Die Rinnen des Einlassverteilkanals
Betrachtet man die
Betrachtet man die
In
Mit der erfindungsgemäßen Kühlstruktur
- - Verringerung der Umformkräfte bei der Herstellung der
Kühlplatten 5 , - - Herstellen eines dichten vorfertigbaren Kühlkanals
6 aus jeweils einer Kühlplatte5 und einem Grundblech16 , - -
Wahl des Einlassverteilkanals 9 und des Auslasssammelkanals10 als rohrförmiger beabstandet angeordneter Verteiler (rail) oder als aufgeschweißte Rinne, da dieKanäle 9 ,10 nun nicht mehr abhängig vom Umformprozess sind, - - Reduzierung der Lötofengröße,
- - Reduzierung des Handlingsaufwandes, da die bislang einstückige große Kühlplatte in
einzelne kleine Kühlplatten 5 unterteilt wird, - - Entfall des Umformens der
Grundplatte 4 , so dass diese gegebenenfalls nur beschnitten werden muss, - -
Ausführung der Grundplatte 4 aus einem höherfesten Material als dieKühlplatten 5 , weil dies nun nicht mehr gelötet wird, - - Reduzierung einer thermischen Verlustleistung und des Gewichts durch Luftspalte (Ausnehmungen
13 )zwischen Kühlplatte 5 und Grundplatte4 ).
- - Reduction of the forming forces in the manufacture of the
cooling plates 5 , - - Creation of a sealed
prefabricated cooling channel 6 from one cooling plate each5 and abase plate 16 , - - Choice of the
inlet distribution channel 9 and the exhaust manifold10th as a tubular spaced-apart distributor (rail) or as a welded-on channel, since thechannels 9 ,10th are no longer dependent on the forming process, - - reduction of the size of the soldering furnace,
- - Reduction of handling effort, since the previously one-piece large cooling plate into individual
small cooling plates 5 is divided - - Elimination of the forming of the base plate
4th , so that it may only have to be trimmed, - - Execution of the base plate
4th made of a higher strength material than thecooling plates 5 because this is no longer soldered, - - Reduction of thermal power loss and weight through air gaps (recesses
13 ) between the coolingplate 5 and base plate4th ).
Claims (9)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102018216047.3A DE102018216047A1 (en) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | Cooling structure |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102018216047A1 true DE102018216047A1 (en) | 2020-03-26 |
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ID=69725565
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102018216047.3A Pending DE102018216047A1 (en) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | Cooling structure |
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