JP2002174492A - ループヒートパイプ - Google Patents
ループヒートパイプInfo
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- JP2002174492A JP2002174492A JP2000372333A JP2000372333A JP2002174492A JP 2002174492 A JP2002174492 A JP 2002174492A JP 2000372333 A JP2000372333 A JP 2000372333A JP 2000372333 A JP2000372333 A JP 2000372333A JP 2002174492 A JP2002174492 A JP 2002174492A
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- heat
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発熱源からの吸熱を適切に制御する。
【解決手段】 凝縮器２から蒸発器に至る液管４内の作
動流体の温度を温度センサ８で計測する。そして、この
検出温度が一定になるように、コントローラ９が温度調
節器７を制御する。
動流体の温度を温度センサ８で計測する。そして、この
検出温度が一定になるように、コントローラ９が温度調
節器７を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発熱源から吸熱源
へ熱を輸送するループヒートパイプ、特に発熱源の温度
を効果的に制御するものに関する。
へ熱を輸送するループヒートパイプ、特に発熱源の温度
を効果的に制御するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、宇宙用・工業用・家庭用の熱
輸送装置として、ループヒートパイプが知られており、
例えば米国特許第４，７６５，３９６号公報や特開平１
０−２４６５８３号公報などに示されている。
輸送装置として、ループヒートパイプが知られており、
例えば米国特許第４，７６５，３９６号公報や特開平１
０−２４６５８３号公報などに示されている。
【０００３】このループヒートパイプでは、蒸発器によ
り発熱源から吸熱して作動流体を蒸発し気相にし、得ら
れた蒸気を凝縮器に供給しここで吸熱源へ放熱して液相
にする。このため、例えば宇宙船などにおいて、内部の
各種機器の発熱を蒸発器により吸熱し、この熱を凝縮器
において宇宙に放熱して、各種機器の温度を制御するこ
とができる。特に、このようなループヒートパイプは、
機械的な駆動部分がないため、無人の宇宙船などで長期
間安定して使用することができる。
り発熱源から吸熱して作動流体を蒸発し気相にし、得ら
れた蒸気を凝縮器に供給しここで吸熱源へ放熱して液相
にする。このため、例えば宇宙船などにおいて、内部の
各種機器の発熱を蒸発器により吸熱し、この熱を凝縮器
において宇宙に放熱して、各種機器の温度を制御するこ
とができる。特に、このようなループヒートパイプは、
機械的な駆動部分がないため、無人の宇宙船などで長期
間安定して使用することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例で
は、吸熱源の温度が変化すると、凝縮器からの作動流体
の温度が変化し、これによって蒸発器に流入する作動流
体の温度が変化してしまう。そこで、蒸発器における吸
熱が変化して発熱源の温度が変化し、発熱源の温度調節
を所望のものにできないという問題があった。
は、吸熱源の温度が変化すると、凝縮器からの作動流体
の温度が変化し、これによって蒸発器に流入する作動流
体の温度が変化してしまう。そこで、蒸発器における吸
熱が変化して発熱源の温度が変化し、発熱源の温度調節
を所望のものにできないという問題があった。
【０００５】また、米国特許第４，５１５，２０９号公
報には、ループヒートパイプと同様の熱交換システムで
あって、凝縮器と蒸発器を接続する液管に接続して作動
流体を保持するリザーバを有するキャピラリポンプルー
プが示されている。このキャピラリポンプループでは、
吸熱源の温度が低下すると、ガスによる加圧やヒータに
よる加熱によりリザーバ内の圧力を上昇させ作動流体を
リザーバから押しだし、これによって凝縮器内における
液相の作動流体の領域を増加させて、蒸気相の作動流体
の温度を上昇させる。
報には、ループヒートパイプと同様の熱交換システムで
あって、凝縮器と蒸発器を接続する液管に接続して作動
流体を保持するリザーバを有するキャピラリポンプルー
プが示されている。このキャピラリポンプループでは、
吸熱源の温度が低下すると、ガスによる加圧やヒータに
よる加熱によりリザーバ内の圧力を上昇させ作動流体を
リザーバから押しだし、これによって凝縮器内における
液相の作動流体の領域を増加させて、蒸気相の作動流体
の温度を上昇させる。
【０００６】しかし、ループヒートパイプにおいては、
キャピラリポンプループと異なり蒸発器から独立したリ
ザーバなどは設けず、蒸発器および凝縮器における熱交
換により、作動流体を循環させている。従って、リザー
バを設けるとしても、これは蒸発器に隣接一体化して設
けるか、蒸発器内部に内蔵される。
キャピラリポンプループと異なり蒸発器から独立したリ
ザーバなどは設けず、蒸発器および凝縮器における熱交
換により、作動流体を循環させている。従って、リザー
バを設けるとしても、これは蒸発器に隣接一体化して設
けるか、蒸発器内部に内蔵される。
【０００７】従って、リザーバは熱的に蒸発器と強く結
合しており、このリザーバの圧力を直接制御することは
できない。そこで、ループヒートパイプにおいて、発熱
源の温度を効率的に制御することが求められる。
合しており、このリザーバの圧力を直接制御することは
できない。そこで、ループヒートパイプにおいて、発熱
源の温度を効率的に制御することが求められる。
【０００８】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、発熱源のループヒートパイプにおいて効率的な発
熱源温度制御が行えるループヒートパイプを提供するこ
とを目的とする。
あり、発熱源のループヒートパイプにおいて効率的な発
熱源温度制御が行えるループヒートパイプを提供するこ
とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、発熱源から吸
熱源へ熱を輸送するループヒートパイプであって、発熱
源から吸熱して作動流体を蒸発する蒸発器と、吸熱源へ
放熱し作動流体を凝縮する凝縮器と、蒸発した気相の作
動流体を蒸発器から凝縮器に輸送する蒸気管と、凝縮し
た液相の作動流体を凝縮器から蒸発器に輸送する液管
と、前記液管内の作動流体を加熱または冷却して温度調
節する温度調節手段と、を有し、前記温度調節手段によ
って、蒸発器に流れ込む作動流体の温度を調整すること
を特徴とする。
熱源へ熱を輸送するループヒートパイプであって、発熱
源から吸熱して作動流体を蒸発する蒸発器と、吸熱源へ
放熱し作動流体を凝縮する凝縮器と、蒸発した気相の作
動流体を蒸発器から凝縮器に輸送する蒸気管と、凝縮し
た液相の作動流体を凝縮器から蒸発器に輸送する液管
と、前記液管内の作動流体を加熱または冷却して温度調
節する温度調節手段と、を有し、前記温度調節手段によ
って、蒸発器に流れ込む作動流体の温度を調整すること
を特徴とする。
【００１０】このように、本発明によれば、温度調節手
段により、蒸発器への作動流体の温度を調節することが
できる。従って、吸熱源の温度変化の影響を排除して、
発熱源からの吸熱を制御することができる。
段により、蒸発器への作動流体の温度を調節することが
できる。従って、吸熱源の温度変化の影響を排除して、
発熱源からの吸熱を制御することができる。
【００１１】また、前記温度調節手段は、ヒータおよび
ペルチェ素子を有する加熱冷却手段であることが好適で
ある。ヒータ、ペルチェ素子のいずれかを利用すること
によって、蒸発器へ流入する作動流体の温度を任意に制
御することができる。
ペルチェ素子を有する加熱冷却手段であることが好適で
ある。ヒータ、ペルチェ素子のいずれかを利用すること
によって、蒸発器へ流入する作動流体の温度を任意に制
御することができる。
【００１２】また、液管内の温度を検出する温度検出手
段をさらに有し、この温度検出手段の温度検出結果に応
じて前記温度調節手段により温度調節を制御することが
好適である。このように、温度を検出して制御すること
で、作動流体の温度を所定の温度に確実に制御すること
ができる。
段をさらに有し、この温度検出手段の温度検出結果に応
じて前記温度調節手段により温度調節を制御することが
好適である。このように、温度を検出して制御すること
で、作動流体の温度を所定の温度に確実に制御すること
ができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面に基づいて説明する。
て、図面に基づいて説明する。
【００１４】図１は、実施形態に係るループヒートパイ
プの一構成例を示す図である。図において、蒸発器１
は、発熱源からの熱を吸収し、内部の作動流体５を加熱
蒸発する。ここで、発熱源は、蒸発器１に直接接触して
いてもよいが、通常は蒸発器１から物理的に離れてお
り、熱媒などを介し熱伝達がなされる。凝縮器２は、給
熱源へ熱を放熱し、内部の作動流体５を冷却凝縮する。
吸熱源は、通常直接凝縮器２に接触しているが、蒸発器
１の場合と同様に熱媒などで熱伝達してもよい。
プの一構成例を示す図である。図において、蒸発器１
は、発熱源からの熱を吸収し、内部の作動流体５を加熱
蒸発する。ここで、発熱源は、蒸発器１に直接接触して
いてもよいが、通常は蒸発器１から物理的に離れてお
り、熱媒などを介し熱伝達がなされる。凝縮器２は、給
熱源へ熱を放熱し、内部の作動流体５を冷却凝縮する。
吸熱源は、通常直接凝縮器２に接触しているが、蒸発器
１の場合と同様に熱媒などで熱伝達してもよい。
【００１５】蒸発器１の出口と、凝縮器２の入口には、
蒸気管３が接続されており、凝縮器２の出口と蒸発器１
の入口は液管４で接続されている。作動流体５は、熱の
授受によって、液相と気相の間で相変化を起こす流体で
あり、図中５ａは液相、５ｂは蒸気相（気相）を示して
いる。なお、図において液相５ａと気相５ｂは、異なる
ハッチングで示してある。
蒸気管３が接続されており、凝縮器２の出口と蒸発器１
の入口は液管４で接続されている。作動流体５は、熱の
授受によって、液相と気相の間で相変化を起こす流体で
あり、図中５ａは液相、５ｂは蒸気相（気相）を示して
いる。なお、図において液相５ａと気相５ｂは、異なる
ハッチングで示してある。
【００１６】また、蒸発器１の内部には、特開平１０−
２４６５８３号公報に示されるような、円筒状多孔体か
らなるウィック１ａが設けられており、これによって、
内部側の液相の作動流体５ａの室と、外周側の気相の作
動流体５ｂの室に仕切られている。なお、ウィック１ａ
と蒸発器１のケーシング（容器）の間には外部からの熱
をウィック１ａに良好に伝達するためのスペーサなどが
配置される。
２４６５８３号公報に示されるような、円筒状多孔体か
らなるウィック１ａが設けられており、これによって、
内部側の液相の作動流体５ａの室と、外周側の気相の作
動流体５ｂの室に仕切られている。なお、ウィック１ａ
と蒸発器１のケーシング（容器）の間には外部からの熱
をウィック１ａに良好に伝達するためのスペーサなどが
配置される。
【００１７】特に、本実施形態では、蒸発器１内の図に
おける左側の空間がウィック１ａ内部と連通するリザー
バ６となっており、ここに所定量の液相の作動流体５ａ
が貯留される。
おける左側の空間がウィック１ａ内部と連通するリザー
バ６となっており、ここに所定量の液相の作動流体５ａ
が貯留される。
【００１８】なお、熱の輸送に蒸発潜熱を利用するた
め、作動流体としては気化特性の良い流体が一般に選ば
れ、例えば、アンモニア、アルコールなどが使用され
る。
め、作動流体としては気化特性の良い流体が一般に選ば
れ、例えば、アンモニア、アルコールなどが使用され
る。
【００１９】このような装置において、蒸発器１におい
ては、外部の発熱源からの熱を吸熱して、ウィック１ａ
が加熱され、ウィック１ａの表面から液相の作動流体５
ａが蒸発する。蒸気となった作動流体５ｂは、蒸気管３
を通り凝縮器２に流れる。凝縮器２内では、作動流体５
ｂは、外部の吸熱源に熱を放熱し、凝縮して液体にな
る。液体になった作動流体５ａは、液管４を通って蒸発
器１に還流する。
ては、外部の発熱源からの熱を吸熱して、ウィック１ａ
が加熱され、ウィック１ａの表面から液相の作動流体５
ａが蒸発する。蒸気となった作動流体５ｂは、蒸気管３
を通り凝縮器２に流れる。凝縮器２内では、作動流体５
ｂは、外部の吸熱源に熱を放熱し、凝縮して液体にな
る。液体になった作動流体５ａは、液管４を通って蒸発
器１に還流する。
【００２０】このようにして、ループヒートパイプによ
って、発熱源の熱を吸熱源に放熱することができる。
って、発熱源の熱を吸熱源に放熱することができる。
【００２１】ここで、本実施形態では、液管４にヒータ
およびペルチェ素子からなる温度調節器７が設けられて
いる。なお、温度調節器７は、ヒータまたはペルチェ素
子のいずれか一方のみを有し、加熱または冷却のいずれ
かのみを行うものでもよい。また、加熱手段として、直
接加熱するヒータに代えて熱媒などを介して加熱するも
のを採用したり、冷却手段としてもペルチェ素子に代え
て、冷媒を介し冷却するものを採用してもよい。また、
この実施形態では、液管４の外側に温度調節器７を取り
付け、液管４を介し作動流体５ａを加熱したが、これに
限定されることはなく、液管４の内部の作動流体５ａを
直接加熱するようにしてもよい。
およびペルチェ素子からなる温度調節器７が設けられて
いる。なお、温度調節器７は、ヒータまたはペルチェ素
子のいずれか一方のみを有し、加熱または冷却のいずれ
かのみを行うものでもよい。また、加熱手段として、直
接加熱するヒータに代えて熱媒などを介して加熱するも
のを採用したり、冷却手段としてもペルチェ素子に代え
て、冷媒を介し冷却するものを採用してもよい。また、
この実施形態では、液管４の外側に温度調節器７を取り
付け、液管４を介し作動流体５ａを加熱したが、これに
限定されることはなく、液管４の内部の作動流体５ａを
直接加熱するようにしてもよい。
【００２２】さらに、蒸発器１の入口付近には、作動流
体の温度を検出する温度センサ８が設けられており、こ
の検出結果はコントローラ９に供給される。そして、こ
のコントローラ９は、温度センサ８の検出結果に従い、
温度調節器７による加熱または冷却を制御する。
体の温度を検出する温度センサ８が設けられており、こ
の検出結果はコントローラ９に供給される。そして、こ
のコントローラ９は、温度センサ８の検出結果に従い、
温度調節器７による加熱または冷却を制御する。
【００２３】ここで、凝縮器２出口における液相の作動
流体５ａと、蒸発器１出口での気相の作動流体５ｂの温
度差は、蒸発器１への熱負荷量と、蒸発器１での相変化
量の比で決定される。すなわち、熱負荷量と相変化量の
差に相当する顕熱分の温度差が凝縮器２出口と、蒸発器
１出口とで生じる。
流体５ａと、蒸発器１出口での気相の作動流体５ｂの温
度差は、蒸発器１への熱負荷量と、蒸発器１での相変化
量の比で決定される。すなわち、熱負荷量と相変化量の
差に相当する顕熱分の温度差が凝縮器２出口と、蒸発器
１出口とで生じる。
【００２４】そして、本実施形態の装置では、液管４に
おいてその内部の作動流体に熱の供給もしくは除去を行
うことにより、見かけ上の蒸発器１への熱負荷量と相変
化量の比を変化させ、蒸発器１の温度制御を行う。
おいてその内部の作動流体に熱の供給もしくは除去を行
うことにより、見かけ上の蒸発器１への熱負荷量と相変
化量の比を変化させ、蒸発器１の温度制御を行う。
【００２５】すなわち、吸熱源の温度低下を液管４内の
作動流体の温度低下として温度センサ８が検知すると、
コントローラ９は温度調節器７（例えばヒータ）により
液管４を加熱する。これによって、凝縮器２出口からの
作動流体の温度が上昇され、見かけ上の相変化量と熱負
荷量の比を小さくし、顕熱分の温度差を大きくする。反
対に、吸熱源温度の上昇を液管４内の作動流体温度上昇
として温度センサ８が検知すると、温度調節器７（例え
ばペルチェ素子）によって液管４を冷却し、見かけ上の
相変化量と熱負荷量の比を大きくして顕熱分の温度差を
小さくする。
作動流体の温度低下として温度センサ８が検知すると、
コントローラ９は温度調節器７（例えばヒータ）により
液管４を加熱する。これによって、凝縮器２出口からの
作動流体の温度が上昇され、見かけ上の相変化量と熱負
荷量の比を小さくし、顕熱分の温度差を大きくする。反
対に、吸熱源温度の上昇を液管４内の作動流体温度上昇
として温度センサ８が検知すると、温度調節器７（例え
ばペルチェ素子）によって液管４を冷却し、見かけ上の
相変化量と熱負荷量の比を大きくして顕熱分の温度差を
小さくする。
【００２６】このように、本実施形態においては、温度
調節器７により、蒸発器１入口の作動流体５ａの温度を
調節することができる。従って、蒸発器１における発熱
源からの吸熱を任意に制御することができる。例えば、
温度センサ８において検出される温度が一定温度になる
ように、温度調節器７による加熱または冷却を制御する
ことによって、蒸発器１入口の作動流体５ａの温度を常
に一定に保持できる。従って、吸熱源の温度変化の影響
を排除して、発熱源からの吸熱を制御することができ
る。
調節器７により、蒸発器１入口の作動流体５ａの温度を
調節することができる。従って、蒸発器１における発熱
源からの吸熱を任意に制御することができる。例えば、
温度センサ８において検出される温度が一定温度になる
ように、温度調節器７による加熱または冷却を制御する
ことによって、蒸発器１入口の作動流体５ａの温度を常
に一定に保持できる。従って、吸熱源の温度変化の影響
を排除して、発熱源からの吸熱を制御することができ
る。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
温度調節手段により、蒸発器へ流入する作動流体の温度
を調節することができる。従って、吸熱源の温度変化の
影響を排除して、発熱源からの吸熱を制御することがで
きる。
温度調節手段により、蒸発器へ流入する作動流体の温度
を調節することができる。従って、吸熱源の温度変化の
影響を排除して、発熱源からの吸熱を制御することがで
きる。
【００２８】また、温度調節手段がヒータおよびペルチ
ェ素子を有することで、ヒータ、ペルチェ素子のいずれ
かを利用することによって、蒸発器へ流入する作動流体
の温度を任意に制御することができる。
ェ素子を有することで、ヒータ、ペルチェ素子のいずれ
かを利用することによって、蒸発器へ流入する作動流体
の温度を任意に制御することができる。
【００２９】また、温度を検出して温度調節手段による
温度調節を制御することで、作動流体の温度を所定の温
度に確実に制御することができる。
温度調節を制御することで、作動流体の温度を所定の温
度に確実に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態に係るループヒートパイプの構成を
示す図である。
示す図である。
１ 蒸発器、１ａ ウィック、２ 凝縮器、３ 蒸気
管、４ 液管、５ 作動流体、６ リザーバ、７ 温度
調節器、８ 温度センサ、９ コントローラ。
管、４ 液管、５ 作動流体、６ リザーバ、７ 温度
調節器、８ 温度センサ、９ コントローラ。
Claims (3)
- 【請求項１】 発熱源から吸熱源へ熱を輸送するループ
ヒートパイプであって、 発熱源から吸熱して作動流体を蒸発する蒸発器と、 吸熱源へ放熱し作動流体を凝縮する凝縮器と、 蒸発した気相の作動流体を蒸発器から凝縮器に輸送する
蒸気管と、 凝縮した液相の作動流体を凝縮器から蒸発器に輸送する
液管と、 前記液管内の作動流体を加熱または冷却して温度調節す
る温度調節手段と、 を有し、 前記温度調節手段によって、蒸発器に流れ込む作動流体
の温度を調整するループヒートパイプ。 - 【請求項２】 請求項１に記載のループヒートパイプに
おいて、 前記温度調節手段は、ヒータおよびペルチェ素子を有す
る加熱冷却手段であるループヒートパイプ。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載のループヒート
パイプにおいて、 液管内の温度を検出する温度検出手段をさらに有し、 この温度検出手段の温度検出結果に応じて前記温度調節
手段により温度調節を制御するループヒートパイプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000372333A JP4204187B2 (ja) | 2000-12-07 | 2000-12-07 | ループヒートパイプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000372333A JP4204187B2 (ja) | 2000-12-07 | 2000-12-07 | ループヒートパイプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002174492A true JP2002174492A (ja) | 2002-06-21 |
| JP4204187B2 JP4204187B2 (ja) | 2009-01-07 |
Family
ID=18841897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000372333A Expired - Lifetime JP4204187B2 (ja) | 2000-12-07 | 2000-12-07 | ループヒートパイプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4204187B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004088048A (ja) * | 2002-07-05 | 2004-03-18 | Sony Corp | 冷却装置、電子機器装置、音響装置及び冷却装置の製造方法 |
| JP2009250516A (ja) * | 2008-04-04 | 2009-10-29 | Fujitsu Ltd | 冷却装置 |
| JP2011069546A (ja) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Fujitsu Ltd | ループ型ヒートパイプ及び電子機器 |
| JP2012198019A (ja) * | 2012-06-18 | 2012-10-18 | Fujitsu Ltd | ループ型ヒートパイプおよび電子機器 |
| US9455212B2 (en) | 2009-11-19 | 2016-09-27 | Fujitsu Limited | Loop heat pipe system and information processing apparatus |
| JP2018035730A (ja) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | マツダ株式会社 | エンジンの排熱回収装置 |
| WO2018047537A1 (ja) * | 2016-09-09 | 2018-03-15 | 株式会社デンソー | 機器温調装置 |
| WO2018055926A1 (ja) * | 2016-09-23 | 2018-03-29 | 株式会社デンソー | 機器温調装置 |
| WO2018168276A1 (ja) * | 2017-03-16 | 2018-09-20 | 株式会社デンソー | 機器温調装置 |
| KR20220010880A (ko) * | 2020-07-20 | 2022-01-27 | 한국항공우주연구원 | 극저온 루프 히트 파이프의 주증발기의 표면온도를 조절하는 방법 |
-
2000
- 2000-12-07 JP JP2000372333A patent/JP4204187B2/ja not_active Expired - Lifetime
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