FR2787872A1 - Motor vehicle coolant radiator has plastics fluid tubes with undulating shape glued together in set relative positions - Google Patents
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Abstract
Description
Echangeur de chaleur à tubes souples, en particulier pour une installationFlexible tube heat exchanger, especially for installation
de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile La présente invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur, notamment pour des installations de refroidissement de moteurs de véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement des échangeurs de chaleur à tubes souples, The present invention relates to the field of heat exchangers, in particular for installations for cooling motor vehicles. It relates more particularly to flexible tube heat exchangers,
par exemple réalisés en matière plastique. for example made of plastic.
De tels échangeurs de chaleur, décrits notamment dans la Demande de Brevet français non publié n 98 04966 de la Demanderesse, comportent des tubes réalisés dans une matière sensiblement souple et dont les extrémités communiquent avec Such heat exchangers, described in particular in the unpublished French Patent Application No. 98 04966 of the Applicant, include tubes made of a substantially flexible material and the ends of which communicate with
au moins une boîte collectrice d'un fluide d'échange ther- at least one manifold of a heat exchange fluid
mique, coopérant par exemple avec un flux d'air qui traverse l'échangeur. De manière à augmenter la coopération thermique du flux avec les tubes de l'échangeur, il est actuellement souhaité de maintenir des interstices entre les tubes, par lesquels pénètre le flux d'air. De tels interstices permettraient en mique, cooperating for example with an air flow which passes through the exchanger. In order to increase the thermal cooperation of the flow with the tubes of the exchanger, it is currently desired to maintain interstices between the tubes, through which the air flow penetrates. Such interstices would allow
outre de perturber le flux à la manière des ailettes pertur- besides disturbing the flow in the manner of the fins disturbing
batrices que comportent habituellement des échangeurs de batrices that usually include heat exchangers
chaleur à tubes rigides.rigid tube heat.
La présente invention vient alors améliorer la situation. The present invention then improves the situation.
Elle porte sur un échangeur de chaleur à tubes souples, du type précité qui comporte, selon une caractéristique générale de l'invention, des moyens de maintien des tubes en rangées sensiblement parallèles. Les tubes sont conformés pour présenter des formes générales de lignes sensiblement sinusoïdales. Les sinusoïdes de deux tubes en contact, de deux rangées consécutives respectives, sont sensiblement décalées entre elles, l'une part rapport à l'autre, de sorte que les deux tubes sont maintenus en deux zones de contact par période It relates to a flexible tube heat exchanger, of the aforementioned type which comprises, according to a general characteristic of the invention, means for holding the tubes in substantially parallel rows. The tubes are shaped to have general shapes of substantially sinusoidal lines. The sinusoids of two tubes in contact, of two respective consecutive rows, are substantially offset from one another, one part relative to the other, so that the two tubes are maintained in two contact zones per period
de sinusoïdes.sinusoids.
Préférentiellement, les sinusoïdes des tubes respectifs de deux rangées consécutives sont sensiblement en opposition de phase, tandis que les sinusoïdes d'une même rangée sont en phase. Selon une autre caractéristique optionnelle de la présente invention, les zones de contact des tubes respectifs de rangées consécutives sont sensiblement inscrites dans un plan Preferably, the sinusoids of the respective tubes of two consecutive rows are substantially in phase opposition, while the sinusoids of the same row are in phase. According to another optional feature of the present invention, the contact zones of the respective tubes of consecutive rows are substantially inscribed in a plane
perpendiculaire aux rangées.perpendicular to the rows.
Avantageusement, l'espacement entre les rangées est sensible- Advantageously, the spacing between the rows is sensitive-
ment constant.constant.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, According to another advantageous characteristic of the invention,
une partie au moins de la surface externe des tubes, compre- at least part of the outer surface of the tubes, including
nant les zones de contact précitées, est revêtue d'une couche ning the aforementioned contact areas, is coated with a layer
de colle pour former des moyens de maintien des tubes. glue to form means for holding the tubes.
Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, les surfaces externes des tubes portent un matériau rendu adhésif par un traitement par vulcanisation, formant ainsi la In a preferred embodiment of the present invention, the outer surfaces of the tubes carry a material made adhesive by vulcanization treatment, thereby forming the
couche de colle précitée.aforementioned glue layer.
Dans une forme de réalisation plus élaborée de l'invention, les moyens de maintien comportent en outre une pluralité de tiges sensiblement perpendiculaires aux rangées et implantées In a more elaborate embodiment of the invention, the holding means further comprise a plurality of rods substantially perpendicular to the rows and implanted
chacune entre les sinusoïdes respectives de rangées consécu- each between the respective sinusoids of consecutive rows
tives, pour maintenir les tubes des rangées consécutives tives, to hold the tubes in consecutive rows
sensiblement écartés.significantly apart.
D'autres avantages et caractéristiques de la présente Other advantages and features of this
invention apparaîtront à la lecture de la description invention will appear on reading the description
détaillée ci-après et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement une vue partielle d'un dispositif de refroidissement du moteur d'un véhicule automobile dans l'exemple décrit, - la figure 2 représente une vue schématique d'un échangeur de chaleur, en particulier d'un radiateur de refroidissement 2 d'un dispositif représenté sur la figure 1, - la figure 3A représente les tubes d'un échangeur de chaleur selon la présente invention, conformés selon des lignes de forme sensiblement sinusoïdale, - la figure 3B représente, selon une vue de face, les tubes de la figure 3A, - la figure 3C est une vue selon la coupe C-C de la figure 3B, dans le plan de section des tubes, - la figure 3D est une vue selon la coupe D-D de la figure 3B, - la figure 3E est une vue de côté des tubes de la figure 3A, - la figure 4A représente les tubes d'un échangeur de chaleur, munis de tiges parallèles, - la figure 4B est une vue de dessus des tubes de la figure 4A, et detailed below and the accompanying drawings, in which: - Figure 1 shows schematically a partial view of a device for cooling the engine of a motor vehicle in the example described, - Figure 2 shows a schematic view of a heat exchanger, in particular a cooling radiator 2 of a device shown in FIG. 1, FIG. 3A represents the tubes of a heat exchanger according to the present invention, shaped according to lines of substantially sinusoidal shape , - Figure 3B shows, in a front view, the tubes of Figure 3A, - Figure 3C is a view along section CC of Figure 3B, in the section plane of the tubes, - Figure 3D is a view along the section DD of FIG. 3B, - FIG. 3E is a side view of the tubes of FIG. 3A, - FIG. 4A represents the tubes of a heat exchanger, provided with parallel rods, - FIG. 4B is a top view of the fig tubes re 4A, and
- la figure 4C est une vue de côté des tubes de la figure 4A. - Figure 4C is a side view of the tubes of Figure 4A.
Les dessins annexés contiennent pour l'essentiel des éléments de caractère certain. Ils pourront non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention mais aussi The attached drawings essentially contain elements of a certain nature. They can not only serve to better understand the present invention but also
contribuer à sa définition, le cas échéant. contribute to its definition, if necessary.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 pour décrire un dispositif de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. Un tel dispositif comporte de manière connue en soi un groupe moto-ventilateur 1 muni d'une pluralité de pales. Le groupe moto-ventilateur 1 est habituellement placé derrière la calandre du véhicule (non représentée). Un échangeur de chaleur selon l'invention est interposé dans un flux d'air First of all, reference is made to FIG. 1 to describe a device for cooling a motor vehicle engine. Such a device comprises, in a manner known per se, a motor-fan unit 1 provided with a plurality of blades. The fan motor unit 1 is usually placed behind the grille of the vehicle (not shown). A heat exchanger according to the invention is interposed in an air flow
(flèches F) que produit la rotation des pales du groupe moto- (arrows F) produced by the rotation of the blades of the power unit
ventilateur 1, ou encore le déplacement même du véhicule. En pratique, l'échangeur de chaleur est alimenté par le liquide de refroidissement du moteur, habituellement sous le contrôle d'une vanne thermostatique 3. L'agencement d'une telle vanne dans le circuit du liquide de refroidissement 4 permet généralement d'obtenir un rendement satisfaisant du moteur M lors de son démarrage à froid, en coupant l'alimentation du fan 1, or even the movement of the vehicle itself. In practice, the heat exchanger is supplied by the engine coolant, usually under the control of a thermostatic valve 3. The arrangement of such a valve in the coolant circuit 4 generally makes it possible to obtain satisfactory performance of the M motor when it is started cold, by cutting off the power to the
radiateur.radiator.
On se réfère maintenant à la figure 2 pour décrire la We now refer to Figure 2 to describe the
structure de l'échangeur de chaleur 2 (radiateur de refroidis- structure of the heat exchanger 2 (radiator for cooling
sement, dans l'exemple). Cet échangeur de chaleur comporte des tubes souples 20 (représentés par des hachures sur la figure 2), réalisés généralement dans une matière plastique, qui in the example). This heat exchanger comprises flexible tubes 20 (represented by hatching in FIG. 2), generally made of a plastic material, which
communiquent par leurs extrémités avec deux boîtes collectri- communicate at their ends with two collective boxes
ces 21 et 22. En effet, les boites collectrices sont munies d'ouvertures 215 et 225 logeant étroitement les extrémités des tubes 20. En pratique, les boîtes comportent des plaques collectrices munies des ouvertures 215 et 225, et qui forment ainsi des moyens de maintien des tubes, en particulier de these 21 and 22. In fact, the manifolds are provided with openings 215 and 225 closely accommodating the ends of the tubes 20. In practice, the boxes include manifold plates provided with the openings 215 and 225, and which thus form means of holding tubes, especially
leurs extrémités.their ends.
Les boîtes collectrices 21 et 22 présentent habituellement des compartiments 210, 211, 212 et 221, 222, séparés par des cloisons 213, 214 et 223, respectivement, pour définir un trajet du fluide d'échange thermique précité (liquide de refroidissement dans l'exemple décrit), entre une entrée C (flèche E) qui communique avec un conduit 23 d'arrivée et une sortie (flèche S) qui communique avec un conduit d'évacuation 24. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, les boîtes collectrices comportent en tout cinq compartiments et le fluide d'échange thermique effectue en tout trois parcours "aller" et deux parcours "retour" de la boîte collectrice 21 The manifolds 21 and 22 usually have compartments 210, 211, 212 and 221, 222, separated by partitions 213, 214 and 223, respectively, to define a path of the aforementioned heat exchange fluid (coolant in the example described), between an inlet C (arrow E) which communicates with an inlet duct 23 and an outlet (arrow S) which communicates with a discharge duct 24. In the example shown in FIG. 2, the boxes manifolds have a total of five compartments and the heat exchange fluid performs a total of three "outward" and two "return" routes from the manifold 21
à la boîte collectrice 22.to the manifold 22.
Les trajets du fluide entre les deux boîtes collectrices 21 et 22 sont alors assurés par les tubes 20, dans lesquels circule le fluide. Ainsi, les tubes coopèrent thermiquement avec le flux d'air F. Cependant, pour optimiser l'échange thermique entre les tubes 20, d'une part, et le flux d'air F, d'autre part, il est nécessaire de maintenir les tubes sensiblement écartés les uns des autres pour créer des The paths of the fluid between the two manifolds 21 and 22 are then provided by the tubes 20, in which the fluid circulates. Thus, the tubes cooperate thermally with the air flow F. However, to optimize the heat exchange between the tubes 20, on the one hand, and the air flow F, on the other hand, it is necessary to maintain the tubes substantially apart from each other to create
interstices entre eux.interstices between them.
On se réfère alors aux figures 3A à 3E pour décrire l'ensemble des tubes d'un échangeur de chaleur selon un premier mode de Reference is then made to FIGS. 3A to 3E to describe all of the tubes of a heat exchanger according to a first mode of
réalisation de la présente invention. realization of the present invention.
Selon une caractéristique générale de l'invention, les tubes de l'échangeur sont agencés en rangées 20A horizontales According to a general characteristic of the invention, the exchanger tubes are arranged in rows 20A horizontal
dans l'exemple décrit (figure 3E). Ces rangées sont sensible- in the example described (Figure 3E). These rows are sensitive-
ment parallèles entre elles et espacées, dans l'exemple décrit, d'une distance correspondant sensiblement à une épaisseur de tube 20, de sorte que les différentes rangées ment parallel to each other and spaced, in the example described, by a distance corresponding substantially to a thickness of tube 20, so that the different rows
sont sensiblement adjacentes par des paires de tubes respec- are substantially adjacent by pairs of tubes respec-
tifs de deux rangées consécutives, sensiblement en contact tifs of two consecutive rows, substantially in contact
l'un avec l'autre.with each other.
En se référant à la figure 3A, il apparaît que les tubes présentent globalement des formes générales sensiblement sinusoïdales. Les tubes 211, 212 d'une même rangée 20A ont leur sinusoïde sensiblement en phase. En se référant à la figure 3B, il apparaît que deux tubes 211, 212 en contact, de deux rangées consécutives, respectives, sont en opposition de phase et sont en contact sur des zones 210 correspondant à des Referring to FIG. 3A, it appears that the tubes generally have generally substantially sinusoidal shapes. The tubes 211, 212 of the same row 20A have their sinusoid substantially in phase. Referring to FIG. 3B, it appears that two tubes 211, 212 in contact, of two consecutive rows, respective, are in phase opposition and are in contact on zones 210 corresponding to
noeuds des deux sinusoïdes.nodes of the two sinusoids.
La figure 3C représente une vue en coupe (plan de section des tubes) des noeuds des sinusoïdes précités. Les tubes d'une même rangée 20A sont sensiblement écartés entre eux, puisque les sinusoïdes d'une même rangée sont en phase, tandis que les tubes de deux rangées consécutives sont en contact au niveau Figure 3C shows a sectional view (section plane of the tubes) of the nodes of the aforementioned sinusoids. The tubes of the same row 20A are substantially separated from each other, since the sinusoids of the same row are in phase, while the tubes of two consecutive rows are in contact at the level
des zones 210 (noeuds des sinusoïdes). 210 zones (sinusoid nodes).
La figure 3D est une vue en coupe (plan de section des tubes) des ventres que forment les sinusoïdes des tubes des rangées consécutives. Il apparaît alors un écart entre deux tubes de deux rangées consécutives, respectives, puisque les sinusoïdes des deux tubes sont en opposition de phase d'une rangée 20A Figure 3D is a sectional view (section plane of the tubes) of the bellies formed by the sinusoids of the tubes of the consecutive rows. A difference then appears between two tubes of two consecutive rows, respectively, since the sinusoids of the two tubes are in phase opposition of a row 20A
à l'autre, consécutives.to the next, consecutive.
Comme le montre la figure 3C, les zones de contact 210 entre les tubes de rangées consécutives sont inscrites dans des plans sensiblement horizontaux, tandis que les rangées 20A sont agencées en plans sensiblement verticaux. Ainsi, les As shown in FIG. 3C, the contact areas 210 between the tubes of consecutive rows are inscribed in substantially horizontal planes, while the rows 20A are arranged in substantially vertical planes. So the
zones de contact 210 des tubes respectifs de rangées consécu- contact areas 210 of the respective tubes of consecutive rows
tives sont sensiblement inscrites dans des plans perpendicu- tives are substantially inscribed in planes perpendicular to
laires aux rangées 20A.rows in rows 20A.
Préférentiellement, les tubes sont réalisés dans une matière plastique rendue adhésive par un traitement thermique. Ainsi, après traitement à chaud, les tubes sont reliés mécaniquement Preferably, the tubes are made of a plastic material made adhesive by a heat treatment. Thus, after heat treatment, the tubes are mechanically connected
les uns aux autres par collage, en leurs zones de contact 210. to each other by gluing, in their contact zones 210.
En variante, il peut être prévu de revêtir les surfaces externes des tubes d'un matériau présentant une telle propriété, ou encore d'une couche de colle pour former les moyens de maintien précités. En particulier, des points de colle disposés sur les zones de contact 210 suffisent pour maintenir les tubes en rangées 20A, et sensiblement fixes les uns par rapport aux autres. Il est à noter que les ouvertures des boites collectrices sont agencées elles-mêmes en rangées et colonnes pour maintenir d'emblée les extrémités des tubes Alternatively, provision may be made to coat the external surfaces of the tubes with a material having such a property, or else with a layer of adhesive to form the aforementioned holding means. In particular, glue dots arranged on the contact areas 210 are sufficient to maintain the tubes in rows 20A, and substantially fixed with respect to each other. It should be noted that the openings of the manifolds are themselves arranged in rows and columns to immediately hold the ends of the tubes
en rangées.in rows.
On se réfère maintenant aux figures 4A à 4C pour décrire l'agencement des tubes d'un échangeur de chaleur selon un Reference is now made to FIGS. 4A to 4C to describe the arrangement of the tubes of a heat exchanger according to a
second mode de réalisation de la présente invention. second embodiment of the present invention.
Comme dans le premier mode de réalisation décrit ci-avant, les As in the first embodiment described above, the
tubes d'une même rangée 20A forment des sinusoïdes sensible- tubes of the same row 20A form sensitive sinusoids-
ment en phase, tandis que des tubes de deux rangées consécuti- in phase, while tubes of two consecutive rows
ves forment des sinusoïdes en opposition de phase. Dans ce mode de réalisation, il est prévu en outre des tiges 213 sensiblement parallèles entre elles et perpendiculaires aux rangées 20A. Chacune de ces tiges vient s'insérer dans les ventres que forment les sinusoïdes des tubes de rangées consécutives, comme le montre la figure 4B. De telles tiges 213 permettent ainsi de maintenir les tubes sensiblement écartés dans les rangées consécutives. Par conséquent, il n'est pas nécessaire de prévoir ici un revêtement adhésif sur These form sinusoids in phase opposition. In this embodiment, there are further provided rods 213 substantially parallel to each other and perpendicular to the rows 20A. Each of these rods is inserted into the bellies formed by the sinusoids of the tubes of consecutive rows, as shown in FIG. 4B. Such rods 213 thus make it possible to keep the tubes substantially apart in the consecutive rows. Therefore, it is not necessary to provide an adhesive coating here on
les tubes, en particulier sur les zones de contact 210. Cepen- the tubes, in particular on the contact areas 210. However
dant, il peut être prévu encore de munir les surfaces externes des tubes et, en particulier, les surfaces externes des tiges d'une couche de colle ou d'un revêtement rendu adhésif par traitement thermique, par exemple par vulcanisation, pour renforcer le maintien des tubes en rangée enchevêtrées, telles In addition, provision may also be made to provide the external surfaces of the tubes and, in particular, the external surfaces of the rods with a layer of adhesive or of a coating made adhesive by heat treatment, for example by vulcanization, to reinforce the support tangled row tubes, such
que représentées sur les figures 3A et 4A. as shown in Figures 3A and 4A.
Ainsi, l'espacement entre les tubes, en particulier dans les ventres de sinusoïdes, laissent pénétrer le flux d'air F dans Thus, the spacing between the tubes, in particular in the sinusoid bellies, allow the air flow F to enter
l'échangeur, tout en perturbant le flux F, avantageusement. the exchanger, while disturbing the flow F, advantageously.
Par ailleurs, les tubes souples de l'échangeur sont de façon générale de petit diamètre, typiquement d'environ 1 à 4 mm et d'épaisseur de paroi voisine de 0,2 mm. Il est alors souhaité de maintenir les tubes en structure sensiblement rigide par leur agencement en sinusoïdes décrit ci-avant, en vue de les Furthermore, the flexible tubes of the exchanger are generally of small diameter, typically about 1 to 4 mm and with a wall thickness close to 0.2 mm. It is then desired to maintain the tubes in a substantially rigid structure by their arrangement in sinusoids described above, in order to
protéger par rapport aux contraintes d'utilisation (vibra- protect against constraints of use (vibra-
tions, vieillissement de la matière, pression du fluide d'échange thermique, etc...) qui tendent à les fragiliser. Un autre avantage que procure la présente invention consiste alors en ce que les tubes sont maintenus fixement les uns par tions, aging of the material, pressure of the heat exchange fluid, etc.) which tend to weaken them. Another advantage provided by the present invention then consists in that the tubes are fixedly fixed to one another.
rapport aux autres.compared to others.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite ci-avant à titre d'exemple. Elle Of course, the present invention is not limited to the embodiment described above by way of example. She
s'étend à d'autres variantes.extends to other variants.
On comprendra ainsi que les sinusoïdes des tubes d'une même rangée ne sont pas nécessairement en phase. En variante, il peut être envisagé en effet de disposer les tubes d'une même rangée suffisamment écartés, tandis que les phases entre leur It will thus be understood that the sinusoids of the tubes of the same row are not necessarily in phase. As a variant, it can in fact be envisaged to have the tubes of the same row sufficiently spaced apart, while the phases between their
sinusoïde sont sensiblement aléatoires. sinusoids are noticeably random.
Par ailleurs, les tubes adjacents de deux rangées consécutives ne sont pas nécessairement en opposition de phase. En effet, il suffit de décaler en phase les deux sinusoïdes pour laisser Furthermore, the adjacent tubes of two consecutive rows are not necessarily in phase opposition. Indeed, it is enough to shift in phase the two sinusoids to leave
pénétrer un flux d'air entre les tubes. Cependant, l'agence- penetrate an air flow between the tubes. However, the agency-
ment des deux sinusoïdes en opposition de phase permet une pénétration maximale du flux d'air par les ventres qu'elles forment. Dans l'exemple décrit ci-avant, les rangées sont sensiblement horizontales, tandis que les zones de contact 210 sont agencées sensiblement dans des plans verticaux. De façon plus ment of the two sinusoids in phase opposition allows maximum penetration of the air flow by the bellies they form. In the example described above, the rows are substantially horizontal, while the contact areas 210 are arranged substantially in vertical planes. More
générale, ces plans ne sont pas nécessairement perpendiculai- general, these planes are not necessarily perpendicular to
res aux rangées, en particulier si les tubes adjacents entre rangées consécutives sont décalés latéralement d'une rangée res to the rows, in particular if the adjacent tubes between consecutive rows are offset laterally by a row
à l'autre.to the other.
Les moyens de maintien précités des tubes (film de colle, revêtement rendu adhésif par traitement thermique, tiges The aforementioned means of holding the tubes (glue film, coating made adhesive by heat treatment, rods
entretoises 213) sont décrits ci-avant à titre d'exemple. spacers 213) are described above by way of example.
D'autres moyens de maintien peuvent être envisagés. Other holding means can be envisaged.
Par ailleurs, dans l'exemple représenté sur la figure 2, l'échangeur 2 comporte deux boîtes collectrices. En variante, Furthermore, in the example shown in FIG. 2, the exchanger 2 comprises two manifolds. Alternatively,
il peut n'être prévu qu'une boîte collectrice munie d'ouver- only a manifold provided with an opening may be provided.
tures dans lesquelles sont introduites les extrémités des tubes, tandis que chaque tube présente une forme de "U" dont les deux branches sont ondulées et inscrites dans une même rangée, ou encore entrelacées, tandis que chaque branche de tures in which are inserted the ends of the tubes, while each tube has a shape of "U" whose two branches are wavy and inscribed in the same row, or even intertwined, while each branch of
"U" est inscrite dans une rangée distincte. "U" is entered in a separate row.
Enfin, l'échangeur de chaleur décrit ci-avant à titre d'exemple est destiné à opérer en tant que radiateur de refroidissement d'un véhicule automobile. En variante, cet échangeur de chaleur peut être prévu en tant que radiateur de chauffage logé dans une branche d'air chaud d'une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation de l'habitacle du véhicule, ou encore en tant qu'évaporateur d'une boucle de climatisation de cette installation, ou autre. Par ailleurs, le fluide traversant l'échangeur de chaleur (flux d'air F dans l'exemple décrit ci-avant) peut être de nature différente, par exemple de l'huile, notamment pour une application de l'échan- geur en tant que radiateur de refroidissement d'huile du moteur.5 Finally, the heat exchanger described above by way of example is intended to operate as a radiator for cooling a motor vehicle. As a variant, this heat exchanger can be provided as a heating radiator housed in a hot air branch of a ventilation, heating and / or air conditioning installation of the passenger compartment of the vehicle, or even as an evaporator. an air conditioning loop of this installation, or other. Furthermore, the fluid passing through the heat exchanger (air flow F in the example described above) may be of a different nature, for example oil, in particular for an application of the exchanger in as an engine oil cooler. 5
Claims (8)
Priority Applications (7)
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