JP2017030742A - 空調装置用蒸発器コアとヒーターコアの一体型モジュール - Google Patents

空調装置用蒸発器コアとヒーターコアの一体型モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】車両の空調機に設置され、送風ファンから供給された空気と熱交換することによって冷風や温風を提供する熱交換器に係り、さらに詳しくは、車両の空調機を構成するとともに冷房機能を行う蒸発器と暖房機能を行うヒーターコアとを一体型に製作することにより設備の簡素化を図ることができる自動車空調装置用蒸発器コアとヒーターコアの一体型モジュールを提供する。
【解決手段】自動車空調装置用蒸発器コアとヒーターコアの一体型モジュールは、蒸発器ヘッド１００とヒーターヘッド３００が同一体に積層された状態で固定されることにより設備の簡素化が図れるため、従来に比べて設置が容易であり、体積を減らすことができて車両の重量減少に符合できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用熱交換器に係り、さらに詳しくは、車両の空調機を構成するとともに冷房機能を行う蒸発器と暖房機能を行うヒーターコアを一体型に製作することにより設備の簡素化を図ることができる自動車空調装置用蒸発器コアとヒーターコアの一体型モジュールに関する。
通常、車両には、搭乗者の呼吸や外気の状態、外部の温度変化などに汚染された室内を新鮮な状態に維持し、または室内温度を冷暖房して搭乗者の身体に適した温度に維持して快適な室内環境を形成できるようにする、空調装置が設置される。
このような空調装置は、暖房時のエンジンによって加熱された冷却水をヒーターコアに貫流させて送風機の空気と熱交換して温風を供給し、冷房時の冷媒の冷凍サイクルを成す蒸発器の蒸発熱により送風機の空気を冷却させて冷風を供給する。
ところが、通常の車両用空調装置は、図１に示すように、蒸発器３０とヒーターコア３２が分離して構成されているため、これらをそれぞれ設置するための設置スペース及びブラケットなどの設置構造物を別途備えなければならないという煩わしさがある。
また、従来の空調装置は、蒸発器とヒーターを設置するための構造物が互いに離隔した状態で複雑に構成されているため、車両のエンジンルームを含む設置スペースの確保が必要となり、車両全体の体積と重量を拡大させるという問題がある。
ここで、通常の蒸発器やヒーターコアのような熱交換器は、図２に示すように、冷媒や冷却水などの流体が供給されて循環する１対の蒸発器ヘッド１と、蒸発器ヘッド１同士を連結させるとともに流体をジグザグ状に移動させながら空気との熱交換を行うチューブ２と、チューブ２の間に設置されて熱交換面積を拡張させる放熱フィン３とから構成される。
このような熱交換器は、通常の車両の空調ユニットの構造が矩形状の蒸発器やヒーターコアが設置されるように構成されるため、図２に示すように横方向が縦方向より長い長さを有する矩形に製作されることが一般的である。
ここで、熱交換器は矩形状を成し、図２の（ａ）に示すように蒸発器ヘッド１が水平に配列されるときの伝熱面積Ｗ１に比べて、（ｂ）に示すように蒸発器ヘッド１が垂直に配列されるときにより広い伝熱面積Ｗ２を有する。
何故なら、熱交換器はチューブ２が配列された部分が伝熱面積を供給するため、蒸発器ヘッド１の面積が小さいほど伝熱面積が増加するからである。
すなわち、蒸発ヘッド１は、長さの長い水平方向に形成されるほど、熱交換が行われるチューブ２による伝熱面積を減少させる。
従って、熱交換器は矩形に構成され、かつチューブ２が水平方向に配列される場合に最大の伝熱面積を提供する。
一方、蒸発器は、低温の冷媒をチューブ２に循環させながら空気と熱交換するため、チューブ２の表面や放熱フィン３の表面に凝縮水が発生する。
よって、従来の蒸発器は、図２の（ａ）に示すようにチューブ２が垂直方向を有するように配列されるしかなく、伝熱面積を拡張させられないという限界がある。
すなわち、従来の蒸発器は、チューブ２が垂直方向に配列されることによってチューブ２の表面に発生する凝縮水をチューブ２の長さ方向に沿って落下させて除去する構成であり、もしチューブ２が水平方向に配列される場合には、凝縮水が除去されず、送風機の送風圧力により冷風と共に飛散してしまう問題が発生するため、必ずチューブ２が垂直方向に配列されなければならないという問題がある。
韓国公開特許第１０−２０１４−０１１４１９１号公報
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、冷房機能を行う蒸発器と暖房機能を行うヒーターコアを一体型に製作することにより設備の簡素化を図ることができる自動車空調装置用蒸発器コアとヒーターコアの一体型モジュールを提供することにある。
そして、本発明の他の目的は、ヘッドを垂直方向に配置することによって横比が大きい矩形構造に形成して伝熱面積の極大化を図ることができ、チューブの水平構造においても送風ファンによる凝縮水の飛散を防止することができる自動車空調装置用蒸発器コアとヒーターコアの一体型モジュールを提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明に係る自動車空調装置用蒸発器コアとヒーターコアの一体型モジュールは、車両の空調機に設置され、送風ファンから供給された空気との熱交換によって冷風や温風を提供する熱交換器であって、向かい合うように離隔して設置される１対が１組を成して、車両の冷凍サイクルから供給される冷媒が一側部に流入し、流入した冷媒の循環経路を提供しながら熱交換済みの冷媒を前記冷凍サイクルに排出する蒸発器ヘッドと、前記１対の蒸発器ヘッドを横切るように疎通可能に連結されて前記蒸発器ヘッドの長さ方向に沿って等間隔に連結され、前記蒸発器ヘッドの一部側に流入した冷媒を前記蒸発器ヘッドの他側部を介してジグザグ状に移動させながら冷媒の蒸発熱により空気を冷却させる蒸発器チューブと、前記蒸発器ヘッドと同様に１対が１組を成して、車両エンジンの冷却水が一側部に流入し、流入した冷却水の循環経路を提供しながら熱交換済みの冷却水を排出するヒーターヘッドと、前記１対のヒーターヘッドを横切るように疎通可能に連結されて前記ヒーターヘッドの長さ方向に沿って等間隔に連結され、前記ヒーターヘッドの一側部に流入した冷却水を前記ヒーターヘッドの他側部を介してジグザグ状に移動させながら冷却水の熱気により加熱させ、前記蒸発チューブと等間隔に配列されて前記蒸発器チューブに並ぶ状態を成すヒーターチューブと、前記ヒーターチューブ及び前記蒸発器チューブの離隔空間に密着状態で介在され、前記送風ファンから供給された空気を疎通させながら前記ヒーターチューブまたは前記蒸発器の熱を放熱する放熱フィンと、を含み、前記蒸発器ヘッド及び前記ヒーターヘッドは、それぞれの一側部及び他側部が同一の長さで形成され、互いに同一体に積層された状態で固定される。
また、本発明は、前記蒸発器ヘッド及び前記ヒーターヘッドが垂直方向に配置されるとともに前記蒸発器チューブ及び前記ヒーターチューブが水平方向に配置され、前記蒸発器チューブ及び前記ヒーターチューブの長さが前記蒸発器ヘッド及び前記ヒーターヘッドの長さより長く形成されて矩形状を成す。
また、本発明は、前記送風ファンの反対側で前記蒸発器チューブまたは前記ヒーターチューブに隣接状態に設置され、前記送風ファンの送風圧力によって前記送風ファンの反対側に飛散する凝縮水を遮って下部へ案内するドレンガイドをさらに含んで構成される。
例えば、前記ドレンガイドは、前記蒸発器チューブまたは前記ヒーターチューブの一側に垂直状態に設置され、複数の構成で等間隔に設置されるとともに離隔空間を介して前記放熱フィンを通過した空気の疎通流路を提供するガイド本体と、前記ガイド本体の両側面に突出して前記ガイド本体の離隔空間に交互に突出し、前記離隔空間に移動する冷風を交互に遮って、冷風に含まれている凝縮水を捕集して前記ガイド本体の下部へ落下させるバッフルボードと、を含んで構成される。
本発明に係る自動車空調装置用蒸発器コアとヒーターコアの一体型モジュールは、蒸発器ヘッドとヒーターヘッドが同一体に積層された状態で固定されることにより設備の簡素化が可能であるため、従来に比べて設置が容易であり、体積を減らすことができて車両の重量減少に符合できる。
また、本発明は、チューブの水平方向の構成により蒸発器全体の同一面積で伝熱面積の極大化を図ることができ、ドレンガイドを構成するガイド本体が冷風の疎通流路を提供するとともにバッフルボードを介して冷風を遮って、冷風に含まれている凝縮水を捕集して下部へ落下させるため、チューブを水平構造に構成する場合にも凝縮水の飛散が防止できる。
従来技術に係る車両用空調機の構成を示す構成図である。 熱交換器の矩形状を示す正面図である。 本発明に係る車両用一体型熱交換器を示す全体斜視図である。 図３に示す一体型熱交換器の構成を示すための分離斜視図である。 本発明の放熱フィンの構成を示すための縦断面図である。 本発明のドレンガイドを示すための斜視図である。 図６に示すドレンガイドを示す平面図である。
以下、添付図面を参考にして本発明の実施例ついてさらに詳細に説明する。本発明を説明するにあたり、関連する公知の汎用的な機能または構成に対する詳細な説明は省略する。
本発明の概念による実施例は多様な変更を加えることができ、様々な形態を有することができるので、特定の実施例を図面に例示して本明細書または出願について詳細に説明することにする。しかし、これは本発明の概念による実施例を特定の開示形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むことを理解しなければならない。
ある構成要素が他の構成要素に「連結」あるいは「接続「されていると言及された時は、その他の構成要素に直接的に連結、あるいは接続され得ることもあるが、中間に他の構成要素が存在し得ることも理解しなければならない。一方、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結」あるいは「直接接続」されていると言及された時は、中間に他の構成要素が存在しないことを理解しなければならない。構成要素間の関係を説明する他の表現、すなわち「〜間に」と「すぐ〜間に」または「〜に隣接する」と「〜に直接隣接する」なども同様に解釈されなければならない。
本明細書で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書で、「含む」または「有する」などの用語は、説示された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはその以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性をあらかじめ排除しないことを理解しなければならない。
本発明に係る自動車空調装置用蒸発器コアとヒーターコアの一体型モジュールは、図３に示すように、蒸発器ヘッド１００、蒸発器チューブ２００、ヒーターヘッド３００、ヒーターチューブ４００及び放熱フィン５００と、を含んで構成される。
蒸発器ヘッド１００は、冷房のための冷媒の循環経路を提供する構成要素であって、図示されていない車両の冷凍サイクルに連結されて低温低圧の冷媒が流入した後、送風ファンにより供給された空気と熱交換された冷媒が排出される。
すなわち、蒸発器ヘッド１００は、図３に示すように、向かい合うように離隔して設置される１対が１組を成し、管体型に構成されて一側部に冷凍サイクルの冷媒が流入し、後述の蒸発器チューブ２００を介して他側部に冷媒を移動させて空気と熱交換させた後、熱交換済みの冷媒を冷凍サイクルに排出させる。
ここで、蒸発器ヘッド１００は、図３に示すように、一側部に冷媒が出入りする出入口１００ａが備えられる。
このような蒸発器ヘッド１００は、容量に応じて複数組を成して積層形成され、内部に隔壁が設けられて隔壁を介して冷媒を他側部に移動させる。
また、蒸発器ヘッド１００は、流入した冷媒を他側部に移動させながら、他側部に連通するチューブ２００の疎通数量を次第に増加する形態に疎通させることが好ましい。
例えば、蒸発器ヘッド１００は、一側部に流入した冷媒を２つのチューブ２００を介して他側部に移動させた後、さらに他側部の冷媒を３つのチューブを介して一側部に移動させ、またさらに４つのチューブ２００を介して冷媒を他側部に移動させることができる。
これは、冷媒の放熱面積を次第に拡大させることで冷媒の円滑な相変化を誘導するためである。
蒸発器チューブ２００は、図４に示すように、１対の蒸発器ヘッド１００を横切るように疎通可能に設置され、冷媒をジグザグ状に移動させて、送風ファンから供給された空気と熱接触させながら冷媒の蒸発熱により空気を冷却させる構成要素である。
このような蒸発器チューブ２００は、蒸発負荷により互いに異なる数量を成して設置され、図３に示すように上端部が補強板１５０によって遮蔽されて保護されることができる。
ヒーターヘッド３００は、エンジン冷却数の循環経路を提供する構成要素として図示されていないエンジンに連結されてエンジンによって加熱された冷却水が流入した後、送風ファンにより供給された空気と熱交換された冷却水が排出される。
すなわち、ヒーターヘッド３００は、図３に示すように蒸発器ヘッド１００と同様に１対に構成されて１対が１組を成し、管体型に構成されて一側部に冷却水が流入し、後述のヒーターチューブ４００を介して他側部に冷却水を移動させて空気と熱交換させた後、熱交換済みの冷却水をエンジンに排出させる。
このようなヒーターヘッド３００は、図３に示すように一側部に冷却水が出入りする出入口３００ａが備えられ、内部に隔壁が設けられて隔壁を介して冷却水を他側部に移動させる。
さらに、ヒーターヘッド３００は、図３に示すように単数組に構成されるか、または容量に応じて複数組を成して積層されてもよい。
ここで、ヒーターヘッド３００の出入口３００ａと蒸発器ヘッド１００の出入口１００ａは、図４に示すように互いに反対側に形成されて熱干渉を最小化することができ、設置環境によって互いに同一の方向に形成されてもよい。
一方、ヒーターヘッド３００は、図３に示すように前述した蒸発器ヘッド１００と同一の長さで形成され、蒸発器ヘッド１００と同一体に積層状態で固定されて一体型を成す。
つまり、ヒーターヘッド３００は、蒸発器ヘッド１００と同一体に製作されるとともに互いに異なる流体の循環流路を提供することで従来設備の体積を簡素化させる。
例えば、ヒーターヘッド３００及び蒸発器ヘッド１００は、図４に示すように互いに分離された状態でそれぞれ製作された後、積層状態で溶接、または別途の締結部材により締結されて一体型を成してもよく、他に積層された状態で一体型に成型されてもよい。
ヒーターチューブ４００は、図４に示すように１対のヒーターヘッド３００を横切るように疎通可能に設置され、冷却水をジグザグ状に移動させて放風ファンから供給された空気と熱接触させながら冷却水の熱気により空気を加熱させる。
放熱フィン５００は、図３に示すように蒸発器チューブ２００及びヒーターチューブ４００の間に密着された状態に介在され、蒸発器チューブ２００の冷熱やヒーターチューブ４００の高熱を空気に伝達する構成要素である。
このような放熱フィンは、図４に示すように凸凹状の波形を成して連続されてもよく、他に折り曲げられたジグザグ状など本発明の属する分野における公知の形態に構成されてもよい。
ここで、放熱フィン５００は、図４及び図５に示すように蒸発器チューブ２００の離隔空間でヒーターチューブ４００の離隔空間に延長される一体型に製作されることができる。
つまり、放熱フィン５００は、図５に示すように蒸発器ヘッド１００とヒーターヘッド３００の幅に該当する長さを有する一体型に形成されて蒸発器チューブ２００の離隔空間でヒーターチューブ４００に離隔空間に延長されることができ、これによって、放熱フィン５００は、ヒーターチューブ４００による熱気や蒸発器チューブ２００による冷気を伝達するための空気との接触面積が拡大され、従来に比べて広い面積で冷気または熱気を空気に伝達することによって空調機の冷暖房性能を向上させることができる。
一方、本発明の自動車空調装置用蒸発器コアとヒーターコアの一体型モジュールは、図３及び図４に示すように蒸発器チューブ２００とヒーターチューブ４００が水平に配列されて蒸発器ヘッド１００とヒーターヘッド３００が垂直に配列される構造に製作されることができ、これと同時に横比が縦比に比べて長く形成される矩形構造に構成されてもよい。
これによって、本発明の熱交換器は、前述した図２を参照して説明したようにチューブ２００、４００の垂直構造より伝熱面積が拡張できる。
そして、本発明は、図６に示すようにドレンガイド７００をさらに含んで構成される。
ドレンガイド７００は、冷媒の蒸発熱によって蒸発器チューブ２００の表面に発生する凝縮水が送風機の送風圧力によって飛散することを防止するための構成要素である。
つまり、ドレンガイド７００は、送風ファンの反対側に設置されて空気の排出方向により図６及び図７に示すようにヒーターヘッド３００及びヒーターチューブ４００に隣接状態に設置、または図示されたように蒸発器ヘッド１００及び蒸発器チューブ２００に隣接状態に設置され、冷風の疎通流路を提供することで冷風と一緒に排出される凝縮水を捕集して落下させることで凝縮水が冷風と共に排出されることを防止する構成要素である。
このようなドレンガイド７００は、図６及び図７に示すようにガイド本体７１０及びバッフルボード７２０を含んで構成される。
ガイド本体７１０は、図７に示すように板状を成してチューブ２０の一側に垂直状態に設置され、等間隔を成して複数に設置されて離隔空間を介して冷風の疎通流路を提供する。
このようなガイド本体７１０は、図示されていない固定部材が設けられ、チューブ２００、４００を保護する補強板１５０に固定されることができる。
ここで、ガイド本体７１０を固定する固定部材は図示されていないブラケットと締結ボルトから構成されてもよく、図示されていないフック方式やクランプ方式から構成されてもよい。
一方、ガイド本体７１０は、図７に示すように折曲部が形成され、傾斜面を成してジグザグ状に折り曲げられて形成されて冷風の移動方向をジグザグ状に転換させることができる。
もちろん、ガイド本体７１０は折曲部が省略された平板状に構成されてもよい。
バッフルボード７２０は、ガイド本体７１０による疎通流路に排出される冷風を遮って、冷風に含まれている凝縮水を捕集して下部へ落下させる構成要素である。
このようなバッフルボード７２０は、図７に示すように、ガイド本体７１０の両側面に突出してガイド本体７１０の離隔空間に交互に突出し、離隔空間に移動する冷風を交互に遮って凝縮水を冷風から分離させる。
つまり、送風ファンから供給された空気は、蒸発器チューブ２００及び放熱フィン５００を通過して冷媒と熱交換して冷却され、蒸発器チューブ２００および放熱フィン５００の表面に発生する凝縮水と一緒にガイド本体７１０の離隔空間を介して排出される。この際に冷風と一緒に排出される凝縮水は離隔空間に突出されたバッフルボード７２０にぶつかって冷風から分理された後、バッフルボード７２０に沿って落下して別途のドレンに排出される。
一方、バッフルボード７２０は、図７に示すようにガイド本体７１０の折曲部にそれぞれ突出することが好ましく、折曲部を成すガイド本体７１０の傾斜面と同一の傾斜に延長されて突出してもよい。
これによって、本発明はチューブ２００、４００が水平状態に配列された構造に設置された場合にも凝縮水が飛散されることなく、ガイド本体４１０及びバッフルボード７２０によって捕集されて下部へ落下し、そのためにチューブ２００、４００の水平配列構造が可能で、同一の大きさを有する同級蒸発器に比べて伝熱面積が拡大されることができる。
一方、本発明のドレンガイド７００は、図７に示すように凝縮水フィルター７３０をさらに含んで構成される。
凝縮水フィルター７３０は、図示の如く、ガイド本体７１０の出入口側の端部に設置されて、ガイド本体７１０の離隔空間、つまり冷風の疎通流路を疎通可能に遮蔽して冷風に残る凝縮水をフィルタリングする。
つまり、凝縮水フィルター７３０は、バッフルボード７２０によって分離されず、ガイド本体７１０の離隔空間に排出される凝縮水をフィルタリングして分離することで凝縮水の飛散を防止する。
以上説明したように、本発明に係る車両用一体型熱交換器は、蒸発器ヘッド１００とヒーターヘッド３００が同一体に積層された状態で固定されることにより設備の簡素化が図れるため、従来に比べて設置が容易であり、体積を減らすことができて車両の重量減少に符合することができる。
以上、本発明の具体的な実施例を説明したが、これらは単に説明することを目的としたものであって、本発明の保護範囲を制限しようとするものではない。本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で多様な置換、変形及び変更が可能であることは、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に自明である。
１００ 蒸発器ヘッド
２００ 蒸発器チューブ
３００ ヒーターヘッド
４００ ヒーターチューブ
５００ 放熱フィン
７００ ドレンガイド
７１０ ガイド本体
７２０ バッフルボード
７３０ 凝縮水フィルター

Claims (4)

  1. 車両の空調機に設置され、送風ファンから供給された空気と熱交換することにより冷風や温風を提供する熱交換器であって、
    向かい合うように離隔して設置される１対が１組を成して、車両の冷凍サイクルから供給される冷媒が一側部に流入し、流入した冷媒の循環経路を提供しながら熱交換済みの冷媒を前記冷凍サイクルに排出する蒸発器ヘッドと、
    前記１対の蒸発器ヘッドを横切るように疎通可能に連結されて前記蒸発器ヘッドの長さ方向に沿って等間隔に連結され、前記蒸発器ヘッドの一側部に流入した冷媒を前記蒸発器ヘッドの他側部を介してジグザグ状に移動させながら冷媒の蒸発熱により空気を冷却させる蒸発器チューブと、
    前記蒸発器ヘッドと同様に１対が１組を成して車両エンジンの冷却水が一側部に流入し、流入した冷却水の循環経路を提供しながら熱交換済みの冷却水を排出するヒーターヘッドと、
    前記１対のヒーターヘッドを横切るように疎通可能に連結されて前記ヒーターヘッドの長さ方向に沿って等間隔に連結され、前記ヒーターヘッドの一側部に流入した冷却水を前記ヒーターヘッドの他側部を介してジグザグ状に移動させながら冷却水の熱気により加熱させ、前記蒸発チューブと等間隔に配列されて前記蒸発器チューブに並ぶ状態を成すヒーターチューブと、
    前記ヒーターチューブ及び前記蒸発器チューブの離隔空間に密着状態で介在され、前記送風ファンから供給された空気を疎通させて前記ヒーターチューブまたは前記蒸発器チューブの熱を放熱する放熱フィンと、を含み、
    前記蒸発器ヘッド及び前記ヒーターヘッドは、
    それぞれの一側部及び他側部が同一の長さで形成され、互いに同一体に積層された状態で固定されることを特徴とする、自動車空調装置用蒸発器コアとヒーターコアの一体型モジュール。
  2. 前記熱交換器は、
    前記蒸発器ヘッド及び前記ヒーターヘッドが垂直方向に配置されるとともに前記蒸発器チューブ及び前記ヒーターチューブが水平方向に配置され、前記蒸発器チューブ及び前記ヒーターチューブの長さが前記蒸発器ヘッド及び前記ヒーターヘッドの長さより長く形成されて矩形状を成すことを特徴とする、請求項１に記載の自動車空調装置用蒸発器コアとヒーターコアの一体型モジュール。
  3. 前記熱交換器は、
    前記送風ファンの反対側で前記蒸発器チューブまたは前記ヒーターチューブに隣接状態に設置され、前記送風ファンの送風圧力によって前記送風ファンの反対側に飛散する凝縮水を遮って下部へ案内するドレンガイドと、をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の自動車空調装置用蒸発器コアとヒーターコアの一体型モジュール。
  4. 前記ドレンガイドは、
    前記蒸発器チューブまたは前記ヒーターチューブの一側に垂直状態に設置され、複数の構成で等間隔に設置されるとともに離隔空間を介して前記放熱フィンを通過した空気の疎通流路を提供するガイド本体と、
    前記ガイド本体の両側面に突出して前記ガイド本体の離隔空間に交互に突出し、前記離隔空間に移動する冷風を交互に遮って、冷風に含まれている凝縮水を捕集して前記ガイド本体の下部へ落下させるバッフルボードと、を含むことを特徴とする、請求項３に記載の自動車空調装置用蒸発器コアとヒーターコアの一体型モジュール。
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