JP2004060605A - Electric compressor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、CO2を冷媒として用いる冷凍サイクル装置に適用される電動圧縮機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の電動圧縮機に関わる技術として、特開2001−12352号公報に示されるように、モータ室を低圧雰囲気とし、吸入冷媒でモータを冷却するいわゆる吸入冷却方式としたものが知られている。
【0003】
この電動圧縮機においては、例えばCO2を冷媒として臨界圧力を超えるような高圧力下で使用する場合でも、モータ室を形成するハウジングの板厚は低圧雰囲気としていることから最小限に留めることができ、軽量化に有効なものとしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、吸入冷却方式ではモータ室を吐出冷媒中に含まれるオイルの分離室として使用することができないので、圧縮機の潤滑を行うためには冷凍サイクルのシステム内循環による帰還オイルでの潤滑が必要となり、システム内のオイルレートを下げることができなかった。システム内のオイルレートが高いと、熱交換器の熱交換効率低下や圧縮機自身の体積効率低下等を招き、システムの効率低下を引き起こす。
【0005】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、CO2を冷媒として高圧力下で用いられるものにおいても、耐圧性確保のための重量増加を最小限におさえつつ、冷凍サイクルシステムの効率向上を可能とする電動圧縮機を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【0007】
請求項1に記載の発明では、CO2を作動流体とし、吸入された作動流体がモータ部(120)を流通した後に、圧縮機部(130)で圧縮される電動圧縮機において、圧縮機部(130)の吐出側で作動流体中に含まれる潤滑油を分離する潤滑油分離器(150)と、分離された潤滑油を溜める貯油室(160)と、貯油室(160)に溜められた潤滑油を圧縮機部(130)の低圧側に減圧して還流させる還流通路(170)とが設けられたことを特徴としている。
【0008】
これにより、モータ部(120)は、作動流体圧縮後の高圧に耐え得る強度を備える必要が無く、ハウジング(112)の板厚を下げることができるので、電動圧縮機(100)の重量増加を抑えることができる。特にCO2を作動流体として臨界圧力を超えるような高圧力下で用いられる電動圧縮機(100)においては、もともと耐圧性確保のために重量が非常に大きくなるが、上記の耐圧性を不要とする分の重量低減効果が大きく得られる。
【0009】
また、作動流体中の潤滑油を吐出側で分離して再び圧縮機部(130)の低圧側に還流させることで圧縮機部(130)の潤滑をまかなうことができるので、作動流体中のオイルレートを下げて熱交換器や圧縮機部(130)自身の効率低下を抑え、冷凍サイクル装置のシステム効率を向上させることができる。
【0010】
潤滑油分離器(150)としては、請求項2に記載の発明のように、遠心分離式が好適であり、安価な構造で容易に対応することができる。
【0011】
ところで、CO2のように作動流体を高圧力下で扱うものにおいて所定量の潤滑油を還流させるために還流通路(170)の絞り部(171)として通常の孔加工による絞りで対応すると非常に孔径の小さいものが必要となり、加工の難易度が高くなるが、請求項3に記載の発明のように、還流通路(170)における減圧のための絞り部(171)は、還流通路(170)が圧縮機部(130)内の部材(135、140)間の隙間に開口することで形成される隙間部(171)とすれば、容易に絞り部(171)を形成することができる。
【0012】
そして、請求項4に記載の発明では、還流通路(170)の開口部(172)と対向する側の部材(135)は、圧縮機部(130)内の可動部材(135)であることを特徴としている。
【0013】
これにより、潤滑油内に含まれる微小な異物が可動部材(135)の動きに伴って潤滑油と共に流動しやすくなるので、開口部(172)近傍で停滞してこの開口部(172)を閉塞させることを防止することができる。
【0014】
尚、請求項5記載の発明のように、圧縮機部(130)はスクロール式の圧縮機部(130)とし、可動部材(135)は可動スクロール(135)として適用すると好適である。
【0015】
請求項6に記載の発明では、圧縮機部(135)の外郭(113)は、低圧側の圧力を受けるハウジング(113)として形成され、ハウジング(113)内に包含される第2ハウジング(161)によって貯油室(160)が形成されたことを特徴としている。
【0016】
これにより、圧縮機部(130)のハウジング(113)は、モータ部(120)と同様に低圧側圧力と大気圧との差分の圧力に耐え得るものとすれば良く、大気側への直接的な作動流体の洩れに対する安全率を高めることができる。また、ハウジング(113)の板厚をモータ部(120)側と統一してハウジング材の標準化を図ることができる。
【0017】
更に、第2ハウジング(161)は、高圧側圧力と低圧側圧力との差分の圧力を受けることになるので、高圧側圧力を大気圧で受けるものに比べて第2ハウジング(161)は薄肉化して対応することができる。
【0018】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
本発明における第1実施形態について図1〜図4を用いて説明する。電動圧縮機100は、CO2を冷媒(作動流体)とする冷凍サイクル装置(図示せず)に適用されるもので、内部に組み込まれたモータ部120によって圧縮機部130が作動される圧縮機としている。
【0020】
モータ部120および圧縮機部130は、フロントハウジング111、ミドルハウジング112、エンドハウジング113が互いに溶接されて形成される密閉容器としてのハウジング110内に収容されている。尚、フロントハウジング111には冷媒が吸入される吸入口111aが設けられている。
【0021】
ミドルハウジング112内のフロントハウジング111側および中間部には、それぞれ軸受け132、133が固定される支持板114およびフレーム115が設けられており、この軸受け132、133によって駆動シャフト131が回転可能に支持されている。
【0022】
モータ部120は、ミドルハウジング112内に形成されるモータ室123に収容されるロータ部121とステータ部122とから成る。ロータ部121は、駆動シャフト131に固定されており、また、ステータ部122はロータ部121の外周側でミドルハウジング112の内周面に圧入によって固定されている。そして、図示しない外部電源からの電力がステータ部122に供給されると、ロータ部121の回転に伴って駆動シャフト131が回転駆動されるようにしている。尚、支持板114には、吸入口111aから吸入された冷媒がモータ室123内に流通する流通路114aが設けられている。
【0023】
圧縮機部130は、内部部材としての可動スクロール135と固定スクロール136とを有する周知のスクロール式圧縮機を成すものである。固定スクロール136は、ミドルハウジング112内の反モータ部側に固定されており、この固定スクロール136に噛み合うように可動部材としての可動スクロール135が配設されている。
【0024】
可動スクロール135の反固定スクロール側には駆動シャフト131の先端部に設けられた偏心部131aが軸受け134を介して挿入されている。そして、可動スクロール135は、図示しない自転防止機構によって駆動シャフト131の回転駆動に伴い固定スクロール136に対して公転する。
【0025】
両スクロール135、136間の外周側には吸入室141が形成され、中心側に向けて圧縮室142が形成されている。そして、フレーム115にはモータ室123内に流入した冷媒が吸入室141に流通する流通路115aが形成されている。
【0026】
また、固定スクロール136には、圧縮室142で圧縮された冷媒が吐出される吐出ポート136aおよび吐出室143が形成されている。吐出ポート136aは固定スクロール136の中心部に設けられた孔として形成されており、吐出室143は、固定スクロール136に設けられた凹状部が仕切り板137によって区画される空間として形成されている。
【0027】
そして、圧縮された冷媒が吐出室143から流通路136bを経て吐出口112aから吐出される間には、本発明の特徴部となるオイルセパレータ150、貯油室160、還流通路170が設けられている。
【0028】
オイルセパレータ150は、圧縮機部130の吐出側で冷媒中に含まれる潤滑油を分離する遠心分離式の潤滑油分離器であり、分離パイプ151、分離筒152、導入通路153、排出孔154から成る。
【0029】
分離パイプ151は、外径寸法が2段に設定されたパイプ部材である。分離筒152は、固定スクロール136および仕切り板137に設けられた両凹状部によって形成される筒状の空間である。
【0030】
分離パイプ151の外径の大きい側は、分離筒152の上側に圧入固定され、また、分離パイプ151の外径の小さい側は、分離筒152内で下側に向けて延びている。そして、分離パイプ151は、流通路136b、吐出口112aに連通している。
【0031】
分離筒152には、図2に示すように、分離筒152の内周面に接するように導入通路153が設けられ、吐出室143と分離筒152内とが連通されるようにしている。更に、分離筒152の下側には貯油室カバーとしてのエンドハウジング113と仕切り板137との間に形成される貯油室160内に連通する排出孔154が設けられている。
【0032】
貯油室160は、上記オイルセパレータ150によって分離された冷媒中の潤滑油を溜めるものである。貯油室160内は、吐出室143から導入通路153、分離筒152、排出孔154を経て冷媒の吐出圧力(高圧側圧力)が付加されるため、エンドハウジング113の板圧t2は、圧縮前の冷媒圧力(低圧側圧力)が付加されるフロントおよびミドルハウジング111、112の板圧t1よりも厚く設定されている。
【0033】
還流通路170は、貯油室160に溜められた潤滑油を圧縮機部130の低圧側に減圧して還流させるものであり、給油通路170aと給油管170bとから成る。給油通路170aは、固定スクロール136の吸入室141近傍に設けられている。図3に示すように、給油通路170aは、可動スクロール135に対向して、作動時にスラスト力によって両スクロール135、136間に生ずる隙間δに開口部172を形成し、吸入室141に連通している。また、給油通路170aは、給油管170bが接続されて貯油室160の下側近傍と連通するようにしている。
【0034】
そして、図4に示すように、隙間δと給油通路170aの内径φdとによって形成される仮想扁平円柱の側面の隙間部(面積πdδ部)が、貯油室160から吸入室141に対する減圧のための絞り部171となっている。
【0035】
次に上記構成に基づく作動および作用効果について説明する。電動圧縮機100はモータ部120の駆動によって可動スクロール135が公転作動され、吸入口111a、流通路114a、モータ室123、流通路115aを経て吸入室141に流入する冷媒を圧縮室142で圧縮する。この時冷媒がモータ部120を流通することにより、モータ部120は冷却される。そして、圧縮室142で圧縮された冷媒が所定の吐出圧力に達すると、冷媒は吐出ポート136aから吐出室143に吐出される。
【0036】
更に、冷媒は吐出室143からオイルセパレータ150の導入通路153から分離筒152内に流入する。この時冷媒は分離パイプ151と分離筒152との間で旋回しながら下方に流れ、比重の小さい冷媒は分離パイプ151内に流入し、流通路136bを経て吐出口112aから流出する。
【0037】
一方、冷媒中の比重の大きい潤滑油は遠心力によって分離筒152の内周壁側に分離され、重力によって下降し、排出孔154から貯油室160内に溜められる。
【0038】
そして、貯油室160内に溜められた潤滑油は、貯油室160と吸入室141との圧力差によって還流通路170、絞り部171を経て圧縮機部130に還流され、圧縮機部130の潤滑を行う。尚、還流される潤滑油量は、絞り部171(隙間部面積πdδ)によって予め設定した量に調整される。
【0039】
これにより、モータ部120は、冷媒圧縮後の高圧に耐え得る強度を備える必要が無く、ハウジング112の板厚t1を下げることができるので、電動圧縮機100の重量増加を抑えることができる。特にCO2を冷媒として臨界圧力を超えるような高圧力下で用いられる電動圧縮機100においては、もともと耐圧性確保のために重量が非常に大きくなるが、上記の耐圧性を不要とする分の重量低減効果が大きく得られる。
【0040】
また、冷媒中の潤滑油を吐出側で分離して再び圧縮機部130の低圧側に還流させることで圧縮機部130の潤滑をまかなうことができるので、冷媒中のオイルレートを下げて熱交換器や圧縮機部130自身の効率低下を抑え、冷凍サイクル装置のシステム効率を向上させることができる。
【0041】
また、オイルセパレータ150として遠心分離式のものを用いているので、安価な構造で容易に対応することができる。
【0042】
ところで、CO2のように冷媒を高圧力下で扱うものにおいて所定量の潤滑油を還流させるために還流通路170の絞り部171として通常の孔加工による絞りで対応すると非常に孔径の小さいものが必要となり、加工の難易度が高くなるが、ここでは絞り部171を両スクロール135、136間の隙間部によって形成するようにしているので、容易に絞り部171を形成することができる。
【0043】
更に、還流通路170の開口部172と対向する側を可動スクロール135としているので、潤滑油内に含まれる微小な異物が可動スクロール135の動きに伴って潤滑油と共に流動しやすくなり、開口部172近傍で停滞してこの開口部172を閉塞させることを防止することができる。
【0044】
尚、絞り部171の隙間部は、図5に示すように、可動スクロール135に段差部135aを設けることで調整したり、図6に示すように、切欠き部135bを設けて可動スクロール135の運動に応じて間欠的に開口部172を開放し、異物排出性を向上させるようにしても良い。
【0045】
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図7に示す。第2実施形態は上記第1実施形態に対して、貯油室160をエンドハウジング113内に包含されるように形成したものである。
【0046】
圧縮機部130には、吸入室141からエンドハウジング113内に連通する連通路136cが設けられ、エンドハウジング113内を低圧側雰囲気として、エンドハウジング113は、フロント、ミドルハウジング111、112と同一の板圧t1で設定している。そして、この連通路136cよりも内側の領域に貯油室カバー(第2ハウジング)161を設け、その内部に貯油室160が形成されるようにしている。この貯油室カバー161の板圧t3は、フロント、ミドルハウジング111、112の板圧t1と上記第1実施形態でのエンドハウジング113の板圧t2との中間の厚さとしている。
【0047】
これにより、圧縮機部130のリヤハウジング113は、モータ部120と同様に低圧側圧力と大気圧との差分の圧力に耐え得るものとすれば良く、大気側への直接的な作動流体の洩れに対する安全率を高めることができる。また、リヤハウジング113の板厚をモータ部120側と統一してハウジング材の標準化を図ることができる。
【0048】
更に、貯油室カバー161は、高圧側圧力と低圧側圧力との差分の圧力を受けることになるので、高圧側圧力を大気圧で受けるものに比べて貯油室カバー161は薄肉化して対応することができる。
【0049】
(その他の実施形態)
上記第1、第2実施形態では、スクロール式の圧縮機部130を用いたものとして説明したが、これに限らず、図8に示すように、シリンダ181内をロータ182が公転し、ロータ182に当接するベーン183によって吸入室141および圧縮室142が区画されるロータリ式の圧縮機部130としても良く、この時の還流通路170の開口部172は、吸入室141側となるベーン(可動部材)183の側面に対向して開口するようにすれば、貯油室160からの潤滑油を還流させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における電動圧縮機を示す断面図である。
【図2】図1におけるA−A部を示す断面図である。
【図3】図1における絞り部近傍を示す拡大図である。
【図4】絞り部における隙間部面積を示すモデル図である。
【図5】図1における絞り部近傍の変形例1を示す拡大図である。
【図6】図1における絞り部近傍の変形例2を示す拡大図である。
【図7】本発明の第2実施形態における電動圧縮機を示す断面図である。
【図8】本発明のその他の実施形態における圧縮機部を示す断面図である。
【符号の説明】
100 電動圧縮機
113 エンドハウジング(外郭、ハウジング)
120 モータ部
130 圧縮機部
135 可動スクロール(部材、可動部材)
136 固定スクロール(部材)
150 オイルセパレータ(潤滑油分離器)
160 貯油室
161 貯油室カバー(第2ハウジング)
170 還流通路
171 絞り部(隙間部)
172 開口部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric compressor applied to a refrigeration cycle device using CO 2 as a refrigerant.
[0002]
[Prior art]
As a technique related to a conventional electric compressor, there is known a so-called suction cooling system in which a motor chamber is set to a low-pressure atmosphere and a motor is cooled by a suction refrigerant, as disclosed in JP-A-2001-12352.
[0003]
In this electric compressor, for example, even when CO 2 is used as a refrigerant under a high pressure exceeding the critical pressure, the thickness of the housing forming the motor chamber is kept to a minimum because the low pressure atmosphere is used. It is possible and effective for weight reduction.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the suction cooling system, the motor chamber cannot be used as a separation chamber for oil contained in the discharged refrigerant, so lubrication of the compressor requires lubrication with return oil by circulation in the refrigeration cycle system to lubricate the compressor. And the oil rate in the system could not be reduced. When the oil rate in the system is high, the heat exchange efficiency of the heat exchanger is reduced, the volume efficiency of the compressor itself is reduced, and the like, and the efficiency of the system is reduced.
[0005]
In view of the above problems, an object of the present invention is to make it possible to improve the efficiency of a refrigeration cycle system while minimizing an increase in weight for ensuring pressure resistance, even when CO 2 is used as a refrigerant under high pressure. The present invention provides an electric compressor.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following technical means to achieve the above object.
[0007]
According to the first aspect of the present invention, in the electric compressor in which CO 2 is used as a working fluid, and the sucked working fluid flows through the motor unit (120), the compressor is compressed by the compressor unit (130). A lubricating oil separator (150) for separating the lubricating oil contained in the working fluid on the discharge side of (130), an oil storage chamber (160) for storing the separated lubricating oil, and an oil storage chamber (160). A recirculation passage (170) for reducing pressure and returning the lubricating oil to the low pressure side of the compressor section (130) is provided.
[0008]
Accordingly, the motor section (120) does not need to have a strength capable of withstanding high pressure after the working fluid is compressed, and the thickness of the housing (112) can be reduced, so that the weight of the electric compressor (100) increases. Can be suppressed. In particular, in the electric compressor (100) used under a high pressure exceeding the critical pressure using CO 2 as a working fluid, the weight becomes extremely large from the beginning to secure the pressure resistance, but the pressure resistance described above is unnecessary. A large weight reduction effect can be obtained.
[0009]
Further, since the lubricating oil in the working fluid is separated on the discharge side and returned to the low-pressure side of the compressor unit (130) again, the lubrication of the compressor unit (130) can be provided, so that the oil in the working fluid can be provided. By reducing the rate, it is possible to suppress a decrease in the efficiency of the heat exchanger and the compressor section (130) itself, and to improve the system efficiency of the refrigeration cycle apparatus.
[0010]
As the lubricating oil separator (150), a centrifugal separator is suitable as in the invention described in claim 2, and can be easily coped with an inexpensive structure.
[0011]
By the way, in the case where the working fluid is handled under a high pressure such as CO 2 , it is very difficult to reduce the lubricating oil by a predetermined amount as the throttle portion (171) of the return passage (170) in order to return a predetermined amount of lubricating oil. Although a hole having a small diameter is required and the processing becomes more difficult, the throttle portion (171) for reducing the pressure in the return passage (170) is provided with a return passage (170) as in the invention according to claim 3. Is a gap (171) formed by opening into a gap between members (135, 140) in the compressor section (130), the throttle section (171) can be easily formed.
[0012]
According to the fourth aspect of the present invention, the member (135) on the side facing the opening (172) of the reflux passage (170) is a movable member (135) in the compressor section (130). Features.
[0013]
Thereby, the minute foreign matter contained in the lubricating oil easily flows together with the lubricating oil along with the movement of the movable member (135), so that the stagnation occurs near the opening (172) and the opening (172) is closed. Can be prevented.
[0014]
It is preferable that the compressor section (130) be a scroll type compressor section (130) and the movable member (135) be applied as a movable scroll (135).
[0015]
In the invention described in claim 6, the outer shell (113) of the compressor section (135) is formed as a housing (113) that receives a low pressure side pressure, and the second housing (161) included in the housing (113). ) To form an oil storage chamber (160).
[0016]
Thus, the housing (113) of the compressor section (130) may be capable of withstanding the pressure of the difference between the low pressure side pressure and the atmospheric pressure similarly to the motor section (120), and may be directly connected to the atmosphere. The safety factor against leakage of the working fluid can be increased. In addition, the thickness of the housing (113) can be unified with the motor (120) side to standardize the housing material.
[0017]
Further, since the second housing (161) receives a pressure difference between the high-pressure side pressure and the low-pressure side pressure, the thickness of the second housing (161) is reduced as compared with the case where the second housing (161) receives the high-pressure side pressure at atmospheric pressure. Can respond.
[0018]
Note that the reference numerals in parentheses of the above means indicate the correspondence with specific means described in the embodiment described later.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The
[0020]
The
[0021]
A
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
An
[0025]
A
[0026]
In the fixed
[0027]
An
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
The large-diameter side of the
[0031]
As shown in FIG. 2, an
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
Then, as shown in FIG. 4, a gap (area πdδ) on the side surface of the virtual flat cylinder formed by the gap δ and the inner diameter φd of the
[0035]
Next, operations and effects based on the above configuration will be described. In the
[0036]
Further, the refrigerant flows from the
[0037]
On the other hand, the lubricating oil having a large specific gravity in the refrigerant is separated on the inner peripheral wall side of the
[0038]
Then, the lubricating oil stored in the
[0039]
Accordingly, the
[0040]
Also, since the lubricating oil in the refrigerant is separated on the discharge side and returned to the low-pressure side of the
[0041]
In addition, since a centrifugal separator is used as the
[0042]
By the way, in the case where the refrigerant is handled under a high pressure, such as CO 2 , if the
[0043]
Further, since the
[0044]
The gap of the narrowed
[0045]
(2nd Embodiment)
FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment in that an
[0046]
The
[0047]
As a result, the
[0048]
Further, since the oil
[0049]
(Other embodiments)
In the first and second embodiments, the scroll
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an electric compressor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing an AA part in FIG. 1;
FIG. 3 is an enlarged view showing the vicinity of a diaphragm in FIG. 1;
FIG. 4 is a model diagram showing an area of a gap in a narrowed portion.
FIG. 5 is an enlarged view showing a first modification of the vicinity of the throttle unit in FIG. 1;
FIG. 6 is an enlarged view showing a second modification of the vicinity of the throttle unit in FIG. 1;
FIG. 7 is a sectional view showing an electric compressor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing a compressor section according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
100
120
136 Fixed scroll (member)
150 Oil separator (lubricating oil separator)
160
170
172 opening
Claims (6)
前記圧縮機部(130)の吐出側で前記作動流体中に含まれる潤滑油を分離する潤滑油分離器(150)と、
前記分離された潤滑油を溜める貯油室(160)と、
前記貯油室(160)に溜められた潤滑油を前記圧縮機部(130)の低圧側に減圧して還流させる還流通路(170)とが設けられたことを特徴とする電動圧縮機。In an electric compressor in which CO 2 is used as a working fluid and the sucked working fluid flows through a motor section (120) and is compressed by a compressor section (130),
A lubricating oil separator (150) for separating lubricating oil contained in the working fluid at a discharge side of the compressor unit (130);
An oil storage chamber (160) for storing the separated lubricating oil;
An electric compressor, comprising: a recirculation passage (170) for reducing the pressure of lubricating oil stored in the oil storage chamber (160) to a low pressure side of the compressor unit (130) and recirculating the lubricating oil.
前記可動部材(135)は、可動スクロール(135)としたことを特徴とする請求項4に記載の電動圧縮機。The compressor unit (130) is a scroll-type compressor unit (130);
The electric compressor according to claim 4, wherein the movable member (135) is a movable scroll (135).
前記ハウジング(113)内に包含される第2ハウジング(161)によって前記貯油室(160)が形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の電動圧縮機。An outer shell (113) of the compressor section (135) is formed as a housing (113) for receiving a low pressure side pressure,
The electric compressor according to any one of claims 1 to 5, wherein the oil storage chamber (160) is formed by a second housing (161) contained in the housing (113).
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