DE29513487U1 - Instantaneous water heater with electric heating elements - Google Patents
Instantaneous water heater with electric heating elementsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer mit elektrischen Heizstäben gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.The invention relates to a continuous flow heater with electric heating elements according to the type specified in the preamble of claim 1.
Für die Beheizung der Fahrgasträume von Oberleitungsbussen ist es aufgrund bestehender Sicherheitsvorschriften (VEAB) zwingend erforderlich, eine doppelte elektrische Isolierung zwischen elektrischen, an Oberleitungsspannung liegenden Heizdrähten des Heizstabes und dem als Wärmeträger dienenden Fluid vorzusehen.Due to existing safety regulations (VEAB), it is mandatory to provide double electrical insulation between the electrical heating wires of the heating element, which are connected to the overhead line voltage, and the fluid used as a heat transfer medium, in order to heat the passenger compartments of trolleybuses.
Hierzu schreibt die Sicherheitsvorschrift eine erste elektrische Isolation für 3875 V bei 50 Hz und eine zweite elektrische Isolation für 2500 V bei 50 Hz vor,For this purpose, the safety regulation prescribes a first electrical insulation for 3875 V at 50 Hz and a second electrical insulation for 2500 V at 50 Hz,
Es ist bekannt, die erste elektrische Isolation zwischem dem an Spannung liegenden Heizdraht und dem diesen umfassenden stabförmigen Metallmantel einzubringen. Als Isoliermaterial wird z. B. Magnesiumoxyd verwendet. Der Heizdraht, das den Heizdraht umgebende Isoliermaterial und der das ganze aufnehmende stabförmige Metallmantel bilden den Heizstab.It is known to introduce the first electrical insulation between the live heating wire and the rod-shaped metal sheath that surrounds it. Magnesium oxide, for example, is used as an insulating material. The heating wire, the insulating material surrounding the heating wire and the rod-shaped metal sheath that contains the whole form the heating rod.
Die zweite elektrische Isolation wird durch einen äquidistanten Luftspalt von wenigstens 10 mm zwischen dem Heizstab und dem zugeordneten Hüllrohr gebildet.The second electrical insulation is formed by an equidistant air gap of at least 10 mm between the heating element and the associated cladding tube.
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Dies führt jedoch unter Berücksichtigung der Anzahl der anzuordnenden Heizstäbe zu räumlich groß bauenden Durchlauferhitzern, was bei modernen Bussen, insbesondere bei Niederflurbussen störend ist, da die Raumverhältnisse als Durchmesser für die Durchlauferhitzer einschließlich deren Wärmeisolierung weniger als 300 mm zulassen.However, taking into account the number of heating elements to be arranged, this leads to large-scale installation of the instantaneous water heaters, which is a problem in modern buses, especially low-floor buses, as the spatial conditions allow a diameter of less than 300 mm for the instantaneous water heaters, including their thermal insulation.
Zudem erfordern die Maßnahmen zur Verhinderung einer Kondensatbildung innerhalb des Luftspaltes und somit eines elektrischen Überschlages einen erheblichen Aufwand.In addition, the measures to prevent condensation forming within the air gap and thus electrical arcing require considerable effort.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchlauferhitzer gemäß der im Oberbegriff des Anspruches l angegebenen Art derart weiterzubilden, daß bei erheblicher Verbesserung der elektrischen Isolierung ein wesentlicher Raumgewinn, eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung und eine Verminderung der elektrischen Überschlagsgefahr erzielbar ist.The invention is based on the object of developing a continuous flow heater according to the type specified in the preamble of claim 1 in such a way that, with a considerable improvement in the electrical insulation, a significant gain in space, an improvement in the efficiency of heat transfer and a reduction in the risk of electrical flashover can be achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.This object is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1 in conjunction with its preamble features.
Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung ist der Zwischenraum zwischen jedem Heizstab und dem zugeordneten Hüllrohr vollständig mit elektrisch isolierendem Material ausgefüllt, wodurch die elektrische Überschlagsgefahr minimiert und die Voraussetzungen für einen wesentlichen Raumgewinn geschaffen werden.As a result of the design according to the invention, the space between each heating rod and the associated cladding tube is completely filled with electrically insulating material, thereby minimizing the risk of electrical flashover and creating the conditions for a significant gain in space.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung überragt jedes Ende des elektrisch isolierenden Materials das Ende jedes Hüllrohres.According to a further feature of the invention, each end of the electrically insulating material projects beyond the end of each sheath tube.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, daß jedes Ende des Heizstabes das Ende des elektrisch isolierden Materials überragt.Furthermore, it is expedient that each end of the heating rod protrudes beyond the end of the electrically insulating material.
Auf diese Weise wird eine günstige Einbettung des elektrisch isolierenden Materials in das Hüllrohr erzielt, insbesondere dann, wenn das den Heizstab umgebene elektrisch isolierende Material an jedem Ende wenigstens 10 mm langer als das Hüllrohr ist und wenn der Heizstab an jedem Ende wenigstens 10 mm langer als das elektrisch isolierende Material ist.In this way, a favorable embedding of the electrically insulating material in the cladding tube is achieved, in particular when the electrically insulating material surrounding the heating rod is at least 10 mm longer than the cladding tube at each end and when the heating rod is at least 10 mm longer than the electrically insulating material at each end.
Das elektrisch isolierende Material kann dabei aus Quarz, Magnesiumoxyd und/oder keramischen Werkstoffen bestehen.The electrically insulating material can consist of quartz, magnesium oxide and/or ceramic materials.
In der Praxis hat es sich insbesondere als zwecksmäßig erwiesen, daß die Enden des elektrisch isolierenden Materials durch keramische Zylinder gebildet werden. In axialer Richtung des Heizstabes können zudem beabstandet keramische Zentrierringe vorgesehen sein. Der Rest des Zwischenraumes ist dann beispielsweise mit verdichtetem Magnesiumoxyd vollständig ausgefüllt. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß die Wärme des Heizdrahtes des Heizstabes durch Wärmeleitung optimal übertragen wird. Dadurch ist es möglich, die Anzahl der Heizstäbe bei gleicher Leistung auf 1/3 gegenüber bisher bekannten Ausführungen zu reduzieren. Durch die Verdichtung des Magnesiumoxyds werden sowohl die erforderlichen elektrischen Isolationswerte erreicht als auch die eben genannte hervorragende Wärmeleitung ermöglicht.In practice, it has proven particularly useful that the ends of the electrically insulating material are formed by ceramic cylinders. Ceramic centering rings can also be provided at a distance in the axial direction of the heating rod. The rest of the space is then completely filled with, for example, compressed magnesium oxide. This design has the advantage that the heat from the heating wire of the heating rod is optimally transferred by thermal conduction. This makes it possible to reduce the number of heating rods to 1/3 compared to previously known designs for the same output. The compression of the magnesium oxide both achieves the required electrical insulation values and enables the excellent thermal conduction mentioned above.
Des weiteren wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Durchlauferhitzers eine erhebliche Verbesserung der elektrischen Isolation und eine Reduzierung des Aufwandes zur atmosphärischenFurthermore, the design of the instantaneous water heater according to the invention results in a significant improvement of the electrical insulation and a reduction in the expenditure for atmospheric
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Abdichtung bei gleichzeitigem erheblichem Raumgewinn erreicht.Sealing is achieved while at the same time significantly gaining space.
Im Hinblick auf bisher bekannte Durchlauferhitzer mit einem Luftspalt von mindestens 10 mm für jeden Heizstab weist der erfindungsgemäße Durchlauferhitzer nunmehr lediglich einen den Zwischenraum bildenden Ringspalt von 3,5 mm für jeden Heizstab auf. Auch bei Erfüllung aller Sicherheitsvorschriften benötigt der erfindungsgemäße Durchlauferhitzer einen Durchmesser von nicht größer als 210 mm.In view of previously known instantaneous water heaters with an air gap of at least 10 mm for each heating rod, the instantaneous water heater according to the invention now only has an annular gap of 3.5 mm for each heating rod, forming the intermediate space. Even if all safety regulations are met, the instantaneous water heater according to the invention does not need a diameter of greater than 210 mm.
Bildet ein Quarzrohr das elektrisch isolierende Material, so hat dies den Vorteil, daß durch den geringen Abstand zwischen Heizstab und Hüllrohr die Energiedichte der Wärmestrahlung ansteigt. Obwohl die Strahlung um die vom Quarzrohr absobierte Strahlung ein wenig reduziert wird, kann die Temperatur der Heizstäbe geringer als bisher gehalten werden, was sich auf die Lebensdauer günstig auswirkt.If a quartz tube forms the electrically insulating material, this has the advantage that the energy density of the thermal radiation increases due to the small distance between the heating rod and the cladding tube. Although the radiation is slightly reduced by the amount absorbed by the quartz tube, the temperature of the heating rods can be kept lower than before, which has a positive effect on the service life.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigen:Further advantages and features of the invention emerge from the following description of two embodiments in conjunction with the drawing. They show:
Fig. 1 einen nur teilweise dargestellten Längsschnitt durch einen Durchlauferhitzer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 30Fig. 1 is a partially illustrated longitudinal section through a continuous flow heater according to an embodiment of the invention; 30
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Durchlauferhitzer gemäß der Linie II - II in Fig. 1, undFig. 2 is a cross-section through the instantaneous water heater along the line II - II in Fig. 1, and
Fig. 3 eine Detailansicht im Schnitt des Heizstabes des elektrisch isolierenden Materials und desFig. 3 a detailed view in section of the heating element of the electrically insulating material and the
Hüllrohres gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.Sheath tube according to another embodiment of the invention.
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In den Figuren 1 und 2 ist ein Durchlauferhitzer 10 dargestellt, der einen zylinderischen Außenbehälter und einen koaxial zum Außenbehälter 12 angeordneten zylinderischen Innenbehälter 14 aufweist. Der Außenbehälter 12 besteht bei dieser Ausführungsform beispielsweise aus zwei miteinander verbundenen Halbschalen 16 und 18.Figures 1 and 2 show a continuous flow heater 10 which has a cylindrical outer container and a cylindrical inner container 14 arranged coaxially to the outer container 12. In this embodiment, the outer container 12 consists, for example, of two interconnected half shells 16 and 18.
Der Innenbehälter 14 wird von einem als Wärmeträger dienenden Fluid, hier Wasser, durchflossen. An den Stirnseiten des Innenbehälters 14 sind Anschlußstutzen 20 vorgesehen, die mit dem hier nicht dargestellten Heizrohrsystems eines Fahrgastraumes eines Oberleitungsbusses verbunden sind.A fluid, here water, which serves as a heat carrier, flows through the inner container 14. Connection pieces 20 are provided on the end faces of the inner container 14, which are connected to the heating pipe system (not shown here) of a passenger compartment of a trolleybus.
In den - in Fig. 1 nur teilweise dargestellten - Raum zwischen Außenbehälter 12 und Innenbehälter 14 ist Wärmdämmaterial 22 eingebracht, um einen vorzeitigen Wärmeverlust zu vermeiden.Thermal insulation material 22 is inserted into the space between the outer container 12 and the inner container 14 - only partially shown in Fig. 1 - in order to prevent premature heat loss.
In dem Innenbehälter 14 befinden sich mehrere, jeweils zur Achse des Innenbehälters 14 im gleichen radialen Abstand angeordnete sowie zu dieser Achse parallel ausgerichtete Hüllrohre 24, die fluidisch dicht mit den Stirnseiten des Innenbehälters 14 verbunden sind. In diesen Hüllrohren 24 ist jeweils ein Heizstab 26 angeordnet. Der Heizstab 26 besteht dabei aus einem Heizdraht 28, den Heizdraht 28 umgebenden ersten elektrisch isolierenden Material, nämlich Magnesiumoxyd 30, und einen das Ganze aufnehmenden stabförmigen Metallmantel 32.In the inner container 14 there are several cladding tubes 24, each arranged at the same radial distance from the axis of the inner container 14 and aligned parallel to this axis, which are connected in a fluid-tight manner to the end faces of the inner container 14. A heating rod 26 is arranged in each of these cladding tubes 24. The heating rod 26 consists of a heating wire 28, a first electrically insulating material surrounding the heating wire 28, namely magnesium oxide 30, and a rod-shaped metal casing 32 accommodating the whole.
Jeder Heizstab 26 ist von einem dünnwandigen Quarzrohr 34 umgeben, das den freien Raum zwischen der Innenmantelfläche des Hüllrohres 24 und der Außenmantelfläche des Heizstabes 26 vollständigEach heating rod 26 is surrounded by a thin-walled quartz tube 34, which completely fills the free space between the inner surface of the cladding tube 24 and the outer surface of the heating rod 26.
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ausfüllt. Jedes Ende eines Quarzrohres 34 überragt das Ende eines jeden Hüllrohres 24.Each end of a quartz tube 34 projects beyond the end of each cladding tube 24.
Wie aus Fig. 1 ebenfalls ersichtlich ist, überragt jedes Ende des Heizstabes 26 das Ende eines jeden Quarzrohres 34. Die Wandstärke des Quarzrohres 34 sowie die Überstandslängen sind so bemessen, daß eine elektrische Isolierung zwischen Hüllrohr 24 und Heizstab 26 für wenigstens 2500 V bei 50 Hz erreicht wird.As can also be seen from Fig. 1, each end of the heating rod 26 projects beyond the end of each quartz tube 34. The wall thickness of the quartz tube 34 and the projection lengths are dimensioned such that an electrical insulation between the cladding tube 24 and the heating rod 26 for at least 2500 V at 50 Hz is achieved.
Jeder Heizstab 26 des Durchlauferhitzers 10 ist an eine elektrische Stromversorgung angeschlossen. Dieser Heizstab 26 wird beim Betrieb des Durchlauferhitzers auf eine maximale Temperatur von rund 900° C aufgeheizt. Die dabei entstehende Wärme wird durch Strahlung über das Quarzrohr 34 auf das zugeordnete Hüllrohr 24 übertragen.Each heating rod 26 of the continuous flow heater 10 is connected to an electrical power supply. This heating rod 26 is heated to a maximum temperature of around 900° C when the continuous flow heater is in operation. The heat generated is transferred by radiation via the quartz tube 34 to the associated cladding tube 24.
Das als Wärmeträger dienende Fluid umspült die Hüllrohre 24 im Innenbehälter 14 auf der gesamten Länge und wird dadurch aufgeheizt, über die Austrittsstutzen 20 wird das Fluid zur Beheizung des Fahrgastraumes in das Heizungsrohrsystem geleitet und über einen Eintrittsstutzen 20 wieder zurück in den Innenbehälter 14 geführt.The fluid serving as a heat transfer medium flows around the cladding tubes 24 in the inner container 14 over their entire length and is thereby heated up. The fluid is fed into the heating pipe system for heating the passenger compartment via the outlet nozzles 20 and is fed back into the inner container 14 via an inlet nozzle 20.
Der vorgesehene überstand des elektrisch isolierenden Materials 34 und der Heizstäbe 26 gewährleistet, daß auch bei thermisch bedingter Längung des Hüllrohres eine ausreichende elektrische Isolierung zwischen dem Heizstab 26 und dem Hüllrohr 24 vorhanden ist.The intended projection of the electrically insulating material 34 and the heating rods 26 ensures that even if the sheath tube is thermally elongated, there is sufficient electrical insulation between the heating rod 26 and the sheath tube 24.
In Fig. 3 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines elektrisch isolierenden Materials zwischen dem Heizstab 26 und dem Hüllrohr 24 in einer Detailschnittdarstellung gezeigt.In Fig. 3, another preferred embodiment of an electrically insulating material between the heating rod 26 and the cladding tube 24 is shown in a detailed sectional view.
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Das elektrisch isolierende Material besteht aus keramischen Zylindern 36 und keramischen Ringen 38 sowie aus verdichtetem Magnesiumoxyd 40. Die keramischen Zylinder 36 und Ringe 38 dienen zur Zentrierung des Heizstabes 26 in dem Hüllrohr 24. Der übrige Zwischenraum ist mit dem verdichteten Magnesiumoxyd 40 vollständig ausgefüllt.The electrically insulating material consists of ceramic cylinders 36 and ceramic rings 38 as well as compressed magnesium oxide 40. The ceramic cylinders 36 and rings 38 serve to center the heating rod 26 in the cladding tube 24. The remaining space is completely filled with the compressed magnesium oxide 40.
Bei der Herstellung des Hüllrohres 24 mit dem Heizstab 26 wird zunächst ein keramischer Zylinder 36 auf den Heizstab 26 aufgebracht. Der Heizstab 26 mit dem aufgebrachten keramischen Zylinder 36 wird sodann bereichsweise in das Hüllrohr 24 eingebracht. Der keramische Zylinder 36 bildet auf diese Weise ein Ende des elektrisch isolierenden Materials und überragt ein Ende des Hüllrohres 24. Der Heizstab 26 überragt wiederum das Ende des keramischen Zylinders 36.When producing the cladding tube 24 with the heating rod 26, a ceramic cylinder 36 is first applied to the heating rod 26. The heating rod 26 with the applied ceramic cylinder 36 is then inserted into the cladding tube 24 in sections. The ceramic cylinder 36 thus forms one end of the electrically insulating material and projects beyond one end of the cladding tube 24. The heating rod 26 in turn projects beyond the end of the ceramic cylinder 36.
Anschließend wird Magnesiumoxyd in den verbleibenden Ringspalt zwischen Hüllrohr 24 und Heizstab 26 eingebracht und verdichtet. Dann kommt auf das verdichtete Magnesiumoxyd 40 ein keramischer Ring 38 zum weiteren Zentrieren des Heizstabes 26 in dem Hüllrohr 24. Dann wird wieder Magnesiumoxyd 40 in den verbleibenden Ringspalt eingebracht. Diese Verfahrensschritte wiederholen sich so lange, bis im wesentlichen das andere Ende des Hüllrohres 24 erreicht ist.Magnesium oxide is then introduced into the remaining annular gap between the cladding tube 24 and the heating rod 26 and compacted. A ceramic ring 38 is then placed on the compacted magnesium oxide 40 to further center the heating rod 26 in the cladding tube 24. Magnesium oxide 40 is then again introduced into the remaining annular gap. These process steps are repeated until essentially the other end of the cladding tube 24 is reached.
Der restliche verbleibende Ringspalt zwischen Hüllrohr 24 und Heizstab 26 und dem verdichteten Magnesiumoxyd 40 wird entsprechend dem anderen Ende mit einem keramischen Zylinder 36 verschlossen.The remaining annular gap between the cladding tube 24 and the heating rod 26 and the compressed magnesium oxide 40 is closed with a ceramic cylinder 36 corresponding to the other end.
Auch dieser keramische Zylinder 36 ragt über das ein Ende des Hüllrohres 24 hinaus, ebenso wie ein Ende des Heizstabes 26 über ein Ende dieses keramischenThis ceramic cylinder 36 also protrudes beyond one end of the cladding tube 24, just as one end of the heating rod 26 protrudes beyond one end of this ceramic
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Zylinders 36 hinausragt.cylinder 36.
Besonders vorteilhaft ist diese Konstruktion, da die Wärmeübertragung vom Heizstab 26 auf das Hüllrohr nunmehr durch Wärmeleitung erfolgt. Durch das ausgewählte Material bleibt aber die notwendige elektrische Isolation des metallischen Hüllrohres gegenüber dem Metallmantel 32 des Heizstabes trotzdem erhalten.This design is particularly advantageous because the heat transfer from the heating rod 26 to the cladding tube now takes place by heat conduction. However, the material selected means that the necessary electrical insulation of the metal cladding tube from the metal casing 32 of the heating rod is still maintained.
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10 Durchlauferhitzer10 instantaneous water heaters
12 Außenbehälter12 outer containers
14 Innenbehälter14 inner containers
16 Halbschale16 Half shell
18 Halbschale18 Half shell
20 Anschlußstutzen20 connection pieces
22 Wärmedämmaterial22 Thermal insulation material
24 Hüllrohr24 Sheath tube
26 Heizstab26 Heating element
28 Heizdraht28 Heating wire
30 Magnesiumoxyd30 Magnesium oxide
32 Metallmantel32 Metal jacket
34 Quarzrohr34 Quartz tube
36 Keramischer Zylinder36 Ceramic cylinder
38 Keramischer Ring38 Ceramic Ring
40 Magnesiumoxyd40 Magnesium oxide
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Claims (1)
Werkstoff (36, 38) als elektrisch isolierendes Material.6. Instantaneous water heater according to one of the preceding claims , characterized by ceramic
Material (36, 38) as electrically insulating material.
elektrisch isolierende Material mit in axialer Richtung des Heizstabes (26) beabstandet7. Continuous-flow heater according to one of the preceding claims, characterized in that the
electrically insulating material with in the axial direction of the heating rod (26) spaced
verdichtetem Magnesiumoxyd (30) versehen ist.arranged ceramic rings (38) and with
compacted magnesium oxide (30).
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|---|---|
| DE (2) | DE9413737U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19806902A1 (en) * | 1998-02-19 | 1999-09-09 | Eberspaecher J Gmbh & Co | Motor vehicle throughflow water heater for rapid preheating of water circuit in IC engines |
| EP2607120A1 (en) * | 2011-12-19 | 2013-06-26 | Valeo Japan Co., Ltd. | Electric heating type hot water heating apparatus, vehicle air-conditioning apparatus provided therewith, and vehicle |
| CN104048395A (en) * | 2013-03-08 | 2014-09-17 | 斯飞乐有限责任公司 | Mixed-type heater |
-
1994
- 1994-08-25 DE DE19949413737 patent/DE9413737U1/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-08-22 DE DE29513487U patent/DE29513487U1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19806902A1 (en) * | 1998-02-19 | 1999-09-09 | Eberspaecher J Gmbh & Co | Motor vehicle throughflow water heater for rapid preheating of water circuit in IC engines |
| EP2607120A1 (en) * | 2011-12-19 | 2013-06-26 | Valeo Japan Co., Ltd. | Electric heating type hot water heating apparatus, vehicle air-conditioning apparatus provided therewith, and vehicle |
| CN104048395A (en) * | 2013-03-08 | 2014-09-17 | 斯飞乐有限责任公司 | Mixed-type heater |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE9413737U1 (en) | 1994-10-13 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19951123 |
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