JP2022028490A - 熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】空気と冷媒との熱交換の性能を向上させる。【解決手段】熱交換器は、各々の内部に複数の風下側流路35と複数の風上側流路34とが形成される複数の扁平伝熱管23と、差込空間が内部に形成されるヘッダ21とを備えている。ヘッダ21は、複数の扁平伝熱管23が貫通する管貫通壁部分68と、差込空間を風下側差込空間62と風上側差込空間61とに区画する凸壁45と、管貫通壁部分68のうちの風下側差込空間62に接する風下側内壁面65に向かって冷媒が流れるように、冷媒を風下側差込空間62に供給する複数の冷媒流入口67とを備えている。凸壁45は、風下側差込空間62から風上側差込空間61に冷媒が流れる連通路63が凸壁45と管貫通壁部分68との間に形成されるように、管貫通壁部分68から離れている。【選択図】図6

Description

本発明は、熱交換器に関する。
複数の流路を有する扁平伝熱管の両端が2つのヘッダにそれぞれ挿入、接続され、一方のヘッダから扁平伝熱管に冷媒を分流する構造を有し、冷媒と空気の間で熱交換を行う熱交換器が知られている(特許文献1、2)。
空気調和機において、蒸発器として使用された熱交換器を通過する途中で気液二相状態から気相状態となった冷媒は、出口側において過熱状態で流出する。過熱状態の冷媒は気液二相状態のときよりも空気との温度差ΔTが小さくなるため、空気との熱交換量Φ(=K*ΔT*A K:熱通過率、A:伝熱面積)が低下してしまう。また、熱交換器の出口における冷媒の乾き度が1.0を下回るような場合、熱交換器を通過した冷媒の乾き度が1.0の場合と比較して、熱交換器を通過する冷媒の乾き度の平均値が下がる。熱交換器を通過する冷媒の乾き度の平均値が下がると冷媒の流速が低下するため、冷媒側の熱伝達率が低くなる。冷媒側の熱伝達率が低いと、冷媒と空気との間の熱通過率Kが低くなり、冷媒と空気との熱交換量が低下してしまう。よって、熱交換器を蒸発器として利用したとき、熱交換器の出口における冷媒の乾き度がちょうど1.0となるように冷媒循環量を調整することが理想的である。
特開2006-266521号公報 特開2018-100800号公報
一方、上述した熱交換器を用いて外部の空気と冷媒との熱交換を行う際、扁平伝熱管における風上側に位置する流路は通過する空気との温度差が大きいため、風下側に比べて熱交換量が大きい。このため、熱交換器は、例えば蒸発器として利用されたときに、扁平伝熱管における風上側に位置する流路を流れる冷媒だけが気相状態となり、この気相冷媒が過熱状態になることがある。一方で、風上側に位置する流路を流れる冷媒が気化して過熱状態とならないようにするため、乾き度の低い冷媒を扁平伝熱管に流入させることが考えられる。しかし、扁平伝熱管における風下側に位置する流路は、扁平伝熱管における風上側に位置する流路よりも熱交換量が小さい。そのため、扁平伝熱管における風下側に位置する流路を流れる冷媒と空気との熱交換が不十分となり、当該流路を通過した冷媒の乾き度が1.0よりも低くなる。この場合、熱交換器を通過した冷媒の乾き度がちょうど1.0となるように冷媒循環量が調整された理想的な場合と比較して冷媒と空気との間の熱通過率Kが低くなるため、冷媒と空気との熱交換量が低下する、という問題がある。
開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、空気と冷媒との熱交換量を向上させる熱交換器を提供することを目的とする。
本開示の一態様による熱交換器は、各々の内部に複数の第1流路と複数の第2流路とが形成される複数の扁平伝熱管と、差込空間が内部に形成されるヘッダとを備えている。前記ヘッダは、前記差込空間のうちの第1空間に前記複数の第1流路が接続されるように、かつ、前記差込空間のうちの第2空間に前記複数の第2流路が接続されるように、前記複数の扁平伝熱管が貫通する管貫通壁部分と、前記差込空間を前記第1空間と前記第2空間とに区画する凸壁と、前記管貫通壁部分のうちの前記第1空間に接する内壁面に向かって前記冷媒が流れるように、前記冷媒を前記第1空間に供給する流入部とを有している。前記凸壁は、前記第1空間から前記第2空間に前記冷媒が流れる連通路が前記凸壁と前記管貫通壁部分との間に形成されるように、前記管貫通壁部分から離れている。
開示の熱交換器は、空気と冷媒との熱交換量を向上させることができる。
図1は、実施例1の熱交換器が設けられている空気調和装置を示すブロック図である。 図2は、実施例1の熱交換器を示す正面図である。 図3は、実施例1の熱交換器を示す平面図である。 図4は、実施例1の熱交換器の扁平伝熱管を示す正面図である。 図5は、実施例1の熱交換器のヘッダを示す斜視図である。 図6は、実施例1の熱交換器のヘッダを示す横断面図である。 図7は、実施例2の熱交換器のヘッダを示す断面図である。 図8は、実施例2の熱交換器のヘッダを示す斜視図である。 図9は、実施例3の熱交換器のヘッダを示す縦断面図である。 図10は、実施例3の熱交換器のヘッダを示す横断面図である。
以下に、本願が開示する実施形態にかかる熱交換器について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の記載により本開示の技術が限定されるものではない。また、以下の記載においては、同一の構成要素に同一の符号を付与し、重複する説明を省略する。
[空気調和装置]
実施例1の熱交換器7は、図1に示されているように、空気調和装置1に設けられている。図1は、実施例1の熱交換器7が設けられている空気調和装置1を示すブロック図である。空気調和装置1は、室外機2と室内機3とを備えている。室外機2は、屋外に設置されている。室内機3は、空気調和装置1により冷暖房される室内に設置されている。室外機2は、圧縮機5と四方弁6と熱交換器7と膨張弁8とを備えている。圧縮機5は、吸入管11を介して四方弁6に接続され、吐出管12を介して四方弁6に接続されている。圧縮機5は、吸入管11から供給される低圧気相冷媒を圧縮し、低圧気相冷媒が圧縮されることにより生成された高圧気相冷媒を吐出管12に吐出する。
四方弁6は、冷媒配管14を介して熱交換器7に接続され、冷媒配管15を介して室内機3に接続されている。四方弁6は、空気調和装置1が冷房運転を行う向き(冷房モード)または暖房運転を行う向き(暖房モード)に切り替えられる。四方弁6は、冷房モードに切り替えられているときに、吐出管12を冷媒配管14に接続し、冷媒配管15を吸入管11に接続する。四方弁6は、暖房モードに切り替えられているときに、吐出管12を冷媒配管15に接続し、冷媒配管14を吸入管11に接続する。熱交換器7は、冷媒配管16を介して膨張弁8に接続されている。膨張弁8は、冷媒配管17を介して室内機3に接続されている。室内機3は、熱交換器18を備えている。熱交換器18は、冷媒配管15を介して室外機2の四方弁6に接続され、冷媒配管17を介して室外機2の膨張弁8に接続されている。
[熱交換器7]
図2は、実施例1の熱交換器7を示す正面図である。熱交換器7は、ヘッダ21とヘッダ22と複数の扁平伝熱管23と複数のフィン24とを備えている。ヘッダ21は、管状に形成され、上下方向25に平行である直線に沿うように、配置されている。上下方向25は、熱交換器7を設置したとき鉛直方向に概ね平行である。ヘッダ21には、冷媒配管16が接合され、ヘッダ21の内部は、冷媒配管16を介して膨張弁8に接続されている。ヘッダ22は、管状に形成され、上下方向25に平行である直線に沿うように、かつ、ヘッダ21の上下方向25における端部の位置がヘッダ22の上下方向25における端部の位置と等しくなるように、配置されている。ヘッダ22には、冷媒配管14が接合され、ヘッダ22の内部は、冷媒配管14を介して四方弁6に接続されている。
複数の扁平伝熱管23は、それぞれ、直線状の帯状に形成されている。複数の扁平伝熱管23は、ヘッダ21とヘッダ22との間に配置され、上下方向25に所定の間隔をあけて積層されている。複数の扁平伝熱管23にそれぞれ沿う複数の直線は、互いに平行であり、上下方向25に垂直であり、ヘッダ21に沿う直線に垂直であり、ヘッダ22に沿う直線に垂直である。複数の扁平伝熱管23の一方の端は、ヘッダ21に接合され、ヘッダ21に固定されている。複数の扁平伝熱管23の他方の端は、ヘッダ22に接合され、ヘッダ22に固定されている。
複数のフィン24は、それぞれ、平板状に形成されている。複数のフィン24は、複数の扁平伝熱管23にそれぞれ沿う複数の直線に垂直である複数の平面に沿うように、配置されている。複数のフィン24は、それぞれ、複数のフィン24が複数の扁平伝熱管23に熱的に接続されるように、複数の扁平伝熱管23に接合され、複数の扁平伝熱管23に固定されている。
室外機2は、図示されていないファンを備えている。ファンは、室外機2の内部に配置され、外部の空気が室外機2の内部を流通するように、外部の空気を送風する。図3は、実施例1の熱交換器7を示す平面図である。室外機2の内部でファンにより外部の空気が流れる流通方向26は、上下方向25に垂直であり、すなわち、熱交換器7を設置したとき水平面に概ね平行である。熱交換器7は、複数のフィン24にそれぞれ沿う複数の平面が流通方向26に平行になるように、かつ、複数の扁平伝熱管23にそれぞれ沿う複数の直線が流通方向26に垂直になるように、室外機2の内部に配置されている。
[複数の扁平伝熱管23]
複数の扁平伝熱管23のうちの1つの扁平伝熱管31は、図4に示されているように、概ね平坦である帯状に形成されている。図4は、実施例1の熱交換器の扁平伝熱管31を示す正面図である。扁平伝熱管31の幅広な面に沿う平面は、流通方向26に平行であり、上下方向25に概ね垂直である。扁平伝熱管31の内部には、流通方向26に並ぶ複数の流路33が形成されている。複数の流路33は、複数の風上側流路34(複数の第2流路)と複数の風下側流路35(複数の第1流路)とを含んでいる。複数の風上側流路34は、扁平伝熱管31の端面の流通方向26における中央36より風上側に位置している。複数の風下側流路35は、中央36より風下側に位置し、複数の風上側流路34より風下側に配置されている。複数の扁平伝熱管23のうちの扁平伝熱管31と異なる他の扁平伝熱管も、扁平伝熱管31と同様に形成され、複数の流路33が並ぶ方向が流通方向26に沿うように配置されている。
[ヘッダ21]
図5は、実施例1の熱交換器7のヘッダ21を示す斜視図である。ヘッダ21は、本体部41と第1仕切り部材42と第2仕切り部材43と第3仕切り部材44と凸壁45とを備えている。本体部41は、筒状部材46と上壁部材47と下壁部材48とを備えている。筒状部材46は、円筒状に形成され、上下方向25に平行な直線に沿うように配置されている。上壁部材47は、筒状部材46の上端の開口を塞いでいる。下壁部材48は、筒状部材46の下端の開口を塞いでいる。すなわち、本体部41は、中空状に形成され、本体部41の内部には、円柱状の内部空間49が形成されている。
第1仕切り部材42は、円板状に形成され、上下方向25に垂直である平面に沿うように内部空間49に配置され、筒状部材46に接合されて本体部41に固定されている。内部空間49は、第1仕切り部材42が内部空間49に配置されることにより、冷媒流入空間51と上部空間52とに区画されている。冷媒流入空間51は、第1仕切り部材42と下壁部材48とに挟まれている。上部空間52は、冷媒流入空間51の上側に配置され、第1仕切り部材42と上壁部材47とに挟まれている。冷媒配管16の一端は、冷媒配管16の内部に形成される流路が冷媒流入空間51に接続されるように、筒状部材46に接合されて本体部41に固定されている。
第2仕切り部材43は、概ね長方形状の板状に形成されている。第2仕切り部材43は、上部空間52に配置され、筒状部材46及び上壁部材47に接合されて本体部41に固定されている。第2仕切り部材43が沿う平面は、上下方向25に平行であり、複数の扁平伝熱管23にそれぞれ沿う複数の直線に垂直である。上部空間52は、第2仕切り部材43が上部空間52に配置されることにより、差込空間53と循環空間54とに区切られている。複数の扁平伝熱管23は、複数の扁平伝熱管23の端部が差込空間53に配置されるように、筒状部材46のうちの差込空間53に接する管貫通壁部分68を貫通している(図6参照)。複数の扁平伝熱管23の複数の流路33は、複数の扁平伝熱管23の端部が差込空間53に配置されることにより、差込空間53に接続されている。第2仕切り部材43の下部には、第2仕切り部材43の下端が第1仕切り部材42から離れていることにより、下側連通路55が形成されている。下側連通路55は、差込空間53の下部と循環空間54の下部とを連通している。
第3仕切り部材44は、概ね長方形状の板状に形成されている。第3仕切り部材44は、流通方向26に垂直である平面に沿うように、循環空間54に配置され、筒状部材46と第2仕切り部材43とに接合されて本体部41に固定されている。循環空間54は、第3仕切り部材44が循環空間54に配置されることにより、第1循環路56と第2循環路57とに区画されている。第1循環路56は、第2循環路57より流通方向26の下流側に配置されている。第3仕切り部材44の上部付近には、第3仕切り部材44の上端が上壁部材47から離れていることにより、上側連通路58が形成されている。上側連通路58は、第1循環路56の上部と第2循環路57の上部とを連通している。第3仕切り部材44の下部付近には、第3仕切り部材44の下端が第1仕切り部材42から離れていることにより、下側連通路59が形成されている。下側連通路59は、第2循環路57の下部と第1循環路56の下部とを連通している。
第1仕切り部材42には、冷媒流入口60が形成されている。冷媒流入口60は、第1仕切り部材42のうちの循環空間54の第1循環路56に接する部分に形成され、冷媒流入空間51と第1循環路56とを連通している。
凸壁45は、帯状に形成されている。凸壁45は、流通方向26に垂直である平面に沿うように、差込空間53に配置され、第2仕切り部材43に接合されて本体部41に固定されている。図6は、実施例1の熱交換器7のヘッダ21を示す横断面図である。差込空間53は、凸壁45が差込空間53に配置されることにより、風上側差込空間61(第2空間)と風下側差込空間62(第1空間)とに区画されている。凸壁45は、複数の扁平伝熱管23の複数の風上側流路34が風上側差込空間61に接続されるように、かつ、複数の風下側流路35が風下側差込空間62に接続されるように、配置されている。すなわち、凸壁45は、第2仕切り部材43から複数の扁平伝熱管23の中央36の端部に向かって突出するように、形成されている。凸壁45のうちの第2仕切り部材43に接合されている縁の反対側の縁が筒状部材46と複数の扁平伝熱管23の端部とから離れていることにより、凸壁45と管貫通壁部分68の内壁との間には、連通路63が形成されている。連通路63は、風上側差込空間61と、風下側差込空間62とを連通している。さらに、凸壁45のうちの第2仕切り部材43に接合されている縁の反対側の縁は、凸壁45が複数の扁平伝熱管23に干渉しないように、複数の扁平伝熱管23の端から離れている。
筒状部材46の管貫通壁部分68には、風上側内壁面64と風下側内壁面65(内壁面)とが形成されている。風上側内壁面64は、風上側差込空間61に面している。風下側内壁面65は、風下側差込空間62に面している。管貫通壁部分68は、風上側内壁面64と風下側内壁面65との境界に段差が形成されないように、すなわち、風上側内壁面64と風下側内壁面65とが滑らかに接続されるように、緩やかに屈曲している。第2仕切り部材43には、複数の冷媒流入口67(流入部)が形成されている。複数の冷媒流入口67は、第1循環路56と風下側差込空間62とを連通している。
[暖房運転]
空気調和装置1は、四方弁6が暖房モードに切り替えられることにより、暖房運転を実行する。圧縮機5は、四方弁6から供給された低圧気相冷媒を圧縮し、低圧気相冷媒が圧縮されることにより生成された高圧気相冷媒を四方弁6に供給する(図1参照)。四方弁6は、暖房モードに切り替えられていることにより、圧縮機5から供給された高圧気相冷媒を室内機3の熱交換器18に供給する。熱交換器18は、凝縮器として機能し、四方弁6から供給された高圧気相冷媒と室内の空気とを熱交換することにより、室内の空気を加熱し、高圧気相冷媒が放熱することにより生成される過冷却状態の高圧液相冷媒を室外機2の膨張弁8に供給する。膨張弁8は、熱交換器18から供給された高圧液相冷媒を膨張させ、高圧液相冷媒が膨張することにより生成される湿り度の高い状態の低圧気液二相冷媒を熱交換器7に供給する。
熱交換器7は、膨張弁8から供給された気液二相冷媒を冷媒流入空間51に供給する(図5、6参照)。冷媒流入空間51に供給された気液二相冷媒は、第1仕切り部材42の冷媒流入口60を介して第1循環路56の下部に供給される。第1循環路56の下部に供給された気液二相冷媒は、第1循環路56を上昇する。第1循環路56を上昇した気液二相冷媒は、上側連通路58を介して第2循環路57の上部に供給される。第2循環路57の上部に供給された気液二相冷媒は、第2循環路57を下降する。第2循環路57を下降した気液二相冷媒は、下側連通路59を介して第1循環路56の下部に供給される。下側連通路59を介して第1循環路56の下部に供給された気液二相冷媒は、冷媒流入口60を介して第1循環路56に供給される気液二相冷媒に押し上げられ、冷媒流入口60を介して第1循環路56に供給される気液二相冷媒とともに第1循環路56を上昇する。
第1循環路56に存在する気液二相冷媒は、第2仕切り部材43の複数の冷媒流入口67を介して差込空間53の風下側差込空間62に供給される。風下側差込空間62に供給された気液二相冷媒は、複数の冷媒流入口67を通過したことで噴流となり、筒状部材46の風下側内壁面65に向かって流れ、風下側内壁面65に衝突する。風上側内壁面64に衝突した気液二相冷媒のうち、多くの液冷媒は風下側内壁面65に付着し、多くのガス冷媒は複数の風下側流路35に流入する。即ち、液冷媒とガス冷媒とに分離される。風下側内壁面65に付着した液冷媒は、複数の冷媒流入口67から風上側内壁面64に向かって流れる気液二相冷媒に押されることにより、筒状部材46の管貫通壁部分68に沿って移動し、連通路63を介して風上側差込空間61に供給される。ガス冷媒は、凸壁45により風上側差込空間61に流れることが阻害される。このため、風上側差込空間61に存在する気液二相冷媒の液冷媒の割合は、風下側差込空間62に存在する気液二相冷媒の液冷媒の割合より多い。また、気液二相冷媒は、設置時の上下方向25が鉛直方向に対して少し傾いている場合でも、上下方向25が鉛直方向に平行である場合と概ね同様の挙動を示し、風上側差込空間61にある液冷媒の割合は、風下側差込空間62にある液冷媒の割合より多くなる。
差込空間53に存在する液冷媒の一部は、重力により差込空間53を下降し、差込空間53の下部に溜まる。差込空間53の下部に溜まった液冷媒は、下側連通路55を介して、第2循環路57の下部とに供給される。第2循環路57の下部に供給された液冷媒は、下側連通路59を介して第1循環路56の下部に供給される。第1循環路56の下部に供給された液冷媒は、冷媒流入口60を介して第1循環路56に供給される気液二相冷媒に押し上げられ、第1循環路56を上昇する気液二相冷媒とともに第1循環路56を上昇する。すなわち、暖房運転時に循環空間54に供給された気液二相冷媒は、第1循環路56を上昇し、第2循環路57を下降することにより、循環空間54を循環する。
風上側差込空間61に存在する気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管23の複数の風上側流路34に入り込み、複数の風上側流路34を流れる。風下側差込空間62に存在する気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管23の複数の風下側流路35に入り込み、複数の風下側流路35を流れる。複数の風上側流路34と複数の風下側流路35とを流れる気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管23の外部を流れる空気と熱交換することにより吸熱し、過熱状態の低圧気相冷媒に状態変化する。すなわち、熱交換器7は、蒸発器として機能し、膨張弁8から供給された気液二相冷媒と外気とを熱交換し、気液二相冷媒が吸熱することにより生成された過熱状態の低圧気相冷媒を四方弁6に供給する。四方弁6は、熱交換器7から供給された低圧気相冷媒を圧縮機5に供給する。
複数の扁平伝熱管23の複数の風上側流路34を流れる気液二相冷媒の質量流量は、風上側差込空間61にある液冷媒の割合が、風下側差込空間62にある液冷媒の割合より大きいことから、複数の風下側流路35を流れる気液二相冷媒の質量流量より大きくなる。複数の風下側流路35を流れる冷媒と熱交換する空気は、複数の風上側流路34を流れる冷媒と熱交換した空気である。そのため、複数の風上側流路34を流れる冷媒と空気との温度差は、複数の風下側流路35を流れる冷媒と空気との温度差よりも大きい。そのため、複数の風上側流路34を流れる気液二相冷媒に空気から伝達される熱量は、複数の風下側流路35を流れる気液二相冷媒に空気から伝達される熱量より大きい。すなわち、複数の風上側流路34を流れる比較的多くの気液二相冷媒には、比較的多くの熱量が伝達され、複数の風下側流路35を流れる比較的少ない量の気液二相冷媒には、比較的少ない量の熱量が伝達される。このため、熱交換器7は、複数の扁平伝熱管23の複数の風上側流路34及び複数の風下側流路35を通過した冷媒の乾き度を揃えることができる。これにより、熱交換器7を蒸発器として利用したとき、熱交換器7を通過した熱交換器7の出口側の冷媒の乾き度がおよそ1.0となるような理想的な状態にすることができる。
複数の流路33に冷媒が均等に流れる比較例の熱交換器は、複数の風上側流路34を流れる気液二相冷媒のうちの液冷媒の全部が気化した後に、その気化されたガス冷媒に空気から熱を伝達してガス冷媒を過熱することがある。比較例の熱交換器は、さらに、複数の風下側流路35を流れる気液二相冷媒のうちの液冷媒は空気との熱交換が不十分で蒸発し切らない場合がある。この場合、液冷媒が蒸発し切った場合と比較して空気と冷媒との熱交換量が少ない。これに対して、熱交換器7は、複数の扁平伝熱管23の複数の風上側流路34及び複数の風下側流路35を通過した冷媒の乾き度を揃えることにより、ガス冷媒を過熱することを防止することができる。これにより、熱交換器7は、蒸発器として利用されるときに、熱交換器7を通過した冷媒の乾き度がおよそ1.0となるような理想的な状態にすることができる。
なお、本実施形態では、冷媒流入口60が第1仕切り部材42のうちの循環空間54の第1循環路56に連通する部分に形成されているが、冷媒流入口60が第2循環路57に接する部分に形成されていても良い。この場合、冷媒流入空間51に供給された気液二相冷媒は、第1仕切り部材42の冷媒流入口60を介して第2循環路57の下部に供給される。その後、気液二相冷媒は、第2循環路57において上昇し、第1循環路56において下降する。
[冷房運転]
空気調和装置1は、四方弁6が冷房モードに切り替えられることにより、冷房運転を実行する。圧縮機5は、四方弁6から供給された低圧気相冷媒を圧縮し、低圧気相冷媒が圧縮されることにより生成された高圧気相冷媒を四方弁6に供給する(図1参照)。四方弁6は、冷房モードに切り替えられていることにより、圧縮機5から供給された高圧気相冷媒を熱交換器7に供給する。四方弁6から熱交換器7に供給された高圧気相冷媒は、ヘッダ22の内部空間に供給され、複数の扁平伝熱管23の複数の流路33に分流される。複数の流路33を流れるガス冷媒は、複数の扁平伝熱管23の外部を流れる空気と熱交換することにより、過冷却状態の高圧液相冷媒に状態変化する。複数の流路33を流れた高圧液相冷媒は、ヘッダ21の差込空間53に供給される(図5、6参照)。差込空間53(風上側差込空間61、風下側差込空間62)に供給された高圧液相冷媒は、複数の冷媒流入口67を介して第1循環路56に供給され、第1循環路56を下降し、第1循環路56の下部に溜まる。第1循環路56の下部に溜まった高圧液相冷媒は、冷媒流入口60を介して冷媒流入空間51に供給される。冷媒流入空間51に供給された液冷媒は、冷媒配管16を介して膨張弁8に供給される。すなわち、熱交換器7は、四方弁6から供給された高圧気相冷媒と外気とを熱交換することにより、高圧気相冷媒が放熱することにより生成された過冷却状態の高圧液相冷媒を膨張弁8に供給し、凝縮器として適切に機能することができる。
膨張弁8は、熱交換器7から供給された高圧液相冷媒を膨張させ、高圧液相冷媒が膨張することにより生成される湿り度の高い状態の低圧気液二相冷媒を熱交換器18に供給する。熱交換器18は、蒸発器として機能し、膨張弁8から供給された低圧気液二相冷媒と室内の空気とを熱交換することにより、室内の空気を冷却し、低圧気液二相冷媒が吸熱することにより生成される過熱状態の低圧気相冷媒を室外機2の四方弁6に供給する。四方弁6は、熱交換器18から供給された低圧気相冷媒を圧縮機5に供給する。
熱交換器7は、複数の扁平伝熱管23と凸壁45とが離れている。これにより、複数の扁平伝熱管23が凸壁45に干渉しないので、複数の扁平伝熱管23の流路33の一部がつぶれることを防止することができ、複数の扁平伝熱管23に冷媒を適切に確実に流すことができる。
[実施例1の熱交換器7の効果]
実施例1の熱交換器7は、複数の扁平伝熱管23とヘッダ21とを備えている。複数の扁平伝熱管23の各々の内部には、複数の風下側流路35と複数の風上側流路34とが形成されている。ヘッダ21の内部には、差込空間53が形成されている。ヘッダ21は、さらに、管貫通壁部分68と凸壁45と複数の冷媒流入口67とを備えている。管貫通壁部分68には、差込空間53のうちの風下側差込空間62に複数の風下側流路35が接続されるように、かつ、差込空間53のうちの風上側差込空間61に複数の風上側流路34が接続されるように、複数の扁平伝熱管23が貫通している。凸壁45は、差込空間53を風下側差込空間62と風上側差込空間61とに区画している。複数の冷媒流入口67は、管貫通壁部分68のうちの風下側差込空間62に接する風下側内壁面65に向かって冷媒が流れるように、冷媒を風下側差込空間62に供給する。このとき、凸壁45は、風下側差込空間62から風上側差込空間61に冷媒が流れる連通路63が凸壁45と管貫通壁部分68との間に形成されるように、管貫通壁部分68から離れている。
実施例1の熱交換器7は、複数の冷媒流入口67から風下側差込空間62に供給される気液二相冷媒を風下側内壁面65に衝突させることができ、気液二相冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離することができる。凸壁45は、ガス冷媒が風下側差込空間62から風上側差込空間61に流れることを妨げることができ、液冷媒が風上側差込空間61から風下側差込空間62に流れることを妨げることができる。熱交換器7は、風下側差込空間62にある気液二相冷媒の液冷媒の割合より、風上側差込空間61にある気液二相冷媒の液冷媒の割合を多くすることができる。熱交換器7は、複数の扁平伝熱管23の複数の風上側流路34を流れる冷媒の流量を、複数の風下側流路35を流れる冷媒の流量より多くすることができる。熱交換器7は、蒸発器として利用される場合で、複数の風上側流路34が風上に配置されるときに、空気と冷媒との熱交換量を向上させることができる。
また、実施例1の熱交換器7の複数の冷媒流入口67は、風下側内壁面65に対向する領域に形成されている。このとき、実施例1の熱交換器7は、複数の冷媒流入口67から風下側差込空間62に供給される気液二相冷媒を適切に管貫通壁部分68に衝突させることができ、気液二相冷媒を液冷媒とガス冷媒とに適切に分離することができる。このため、熱交換器7は、複数の扁平伝熱管23の複数の風上側流路34を流れる気液二相冷媒の流量を、複数の風下側流路35を流れる気液二相冷媒の流量より多くすることができ、空気と冷媒との熱交換量を向上させることができる。
実施例2の熱交換器は、図7に示されているように、既述の実施例1の熱交換器7のヘッダ21が他のヘッダ70に置換されている。図7は、実施例2の熱交換器のヘッダ70を示す断面図である。ヘッダ70は、既述のヘッダ21の凸壁45が他の凸壁71に置換されている。凸壁71は、概ね帯状に形成され、流通方向26に垂直である平面に沿うように、差込空間53に配置され、第2仕切り部材43に接合されて本体部41に固定されている。
図8は、実施例2の熱交換器のヘッダ70を示す斜視図である。凸壁71のうちの第2仕切り部材43に接合されている縁の反対側の縁72には、複数の切欠き73が形成されている。凸壁71は、複数の扁平伝熱管23の端部を差し込むための複数の切欠き73が設けられている。複数の扁平伝熱管23は、複数の扁平伝熱管23の端部が複数の切欠き73にそれぞれ差し込まれるが、複数の扁平伝熱管23の端面が凸壁71に干渉しないように凸壁71から離れている。凸壁71が複数の扁平伝熱管23の端面に干渉しないため、複数の扁平伝熱管23の流路33が凸壁71によって閉塞されない。凸壁71の縁72と管貫通壁部分68との間の距離d1は、図7に示されているように、複数の扁平伝熱管23の端部と管貫通壁部分68との間の距離d2より短い。
実施例2の熱交換器は、図8に示されているように、複数の第4仕切り部材74(複数の仕切り部材)をさらに備えている。複数の第4仕切り部材74は、それぞれ、板状に形成されている。複数の第4仕切り部材74は、上下方向25に垂直である複数の平面にそれぞれ沿うように差込空間53に配置され、第2仕切り部材43と筒状部材46とに固定されている。差込空間53は、複数の第4仕切り部材74が差込空間53に配置されることにより、複数の差込空間75に区画されている。複数の差込空間75のそれぞれには、複数の扁平伝熱管23のうちの対応する扁平伝熱管23の端部が配置されている。このとき、第2仕切り部材43には、複数の扁平伝熱管23の端部が複数の冷媒流入口67に対向しないように複数の冷媒流入口67が形成されている。また、複数の冷媒流入口67は、複数の差込空間75の各々の下部と第1循環路56とを連通するように形成されている。
複数の差込空間75のうちの1つの差込空間75-1は、凸壁71が差込空間53に配置されることにより、図7に示されているように、風上側差込空間76(第2空間)と風下側差込空間77(第1空間)とに区画されている。凸壁71は、複数の扁平伝熱管23の複数の風上側流路34が風上側差込空間76に接続されるように、かつ、複数の風下側流路35が風下側差込空間77に接続されるように、配置されている。凸壁71の縁72が筒状部材46の管貫通壁部分68から離れていることにより、凸壁71と管貫通壁部分68との間には、風上側差込空間76と風下側差込空間77とを連通する連通路78が形成されている。複数の差込空間75のうちの差込空間75-1と異なる他の差込空間も、差込空間75-1と同様に、風上側差込空間76と風下側差込空間77とに区画され、連通路78が形成されている。
実施例2の熱交換器が蒸発器として利用されるときに、冷媒流入空間51には、冷媒配管16を介して気液二相冷媒が供給される。冷媒流入空間51に供給された気液二相冷媒は、冷媒流入口60を介して循環空間54の第1循環路56の下部に供給され、実施例1の熱交換器7の場合と同様に、第1循環路56を上昇し、第2循環路57を下降することにより、循環空間54を循環する。
第1循環路56に存在する気液二相冷媒は、第2仕切り部材43の複数の冷媒流入口67を介して複数の差込空間75の各々の風下側差込空間77に供給される。風下側差込空間77に供給された気液二相冷媒は、複数の冷媒流入口67を通過したことで噴流となり、筒状部材46の風下側内壁面65に向かって流れ、風下側内壁面65に衝突する。風上側内壁面64に衝突した気液二相冷媒のうち、多くの液冷媒は風下側内壁面65に付着し、多くのガス冷媒は複数の風下側流路35に流入する。即ち、液冷媒とガス冷媒とに分離される。風下側内壁面65に付着した液冷媒は、複数の冷媒流入口67から風下側差込空間77に供給される気液二相冷媒に押されることにより、筒状部材46の管貫通壁部分68に沿って移動し、連通路63を介して風上側差込空間76に供給される。ガス冷媒は、凸壁71により風上側差込空間76に流れることが阻害される。このため、風上側差込空間76に存在する気液二相冷媒の液冷媒の割合は、風下側差込空間77に存在する気液二相冷媒の液冷媒の割合より多い。
風上側差込空間76に存在する気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管23の複数の風上側流路34に入り込み、複数の風上側流路34を流れる。風下側差込空間77に存在する気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管23の複数の風下側流路35に入り込み、複数の風下側流路35を流れる。複数の風上側流路34と複数の風下側流路35とを流れる気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管23の外部を流れる空気と熱交換することにより吸熱し、過熱状態の低圧気相冷媒に状態変化し、ヘッダ22に供給され、ヘッダ22を介して冷媒配管14に供給される。
実施例2の熱交換器の凸壁71と筒状部材46との間の距離(d1)は、既述の実施例1の熱交換器7の凸壁45と筒状部材46との間の距離より小さい。風下側内壁面65に衝突して分離された液冷媒は、管貫通壁部分68に沿って膜状に分布している。凸壁71の縁72と管貫通壁部分68との間の距離d1を短くするほど、凸壁71の縁72と図示しない当該液冷媒の膜表面の距離が短くなる。この距離は、連通路63におけるガス冷媒が通過する流路の幅を表しており、当該距離が小さい程、連通路78を介して風下側差込空間77から風上側差込空間76に供給されるガス冷媒の量が少なくなる。このため、実施例2の熱交換器は、既述の実施例1の熱交換器7に比較して、連通路78を介して風下側差込空間77から風上側差込空間76に供給されるガス冷媒の量を低減することができる。実施例2の熱交換器は、さらに、凸壁71の縁72と図示しない当該液冷媒の膜表面の距離が短くなることで、連通路78を介して風上側差込空間76から風下側差込空間77に逆流する液冷媒の量が減るため、既述の実施例1の熱交換器7に比較して、連通路78を介して風上側差込空間76から風下側差込空間77に供給される液冷媒の量を低減することができる。この結果、実施例2の熱交換器は、複数の扁平伝熱管23の複数の風上側流路34に供給される気液二相冷媒の液冷媒の割合を、複数の風下側流路35に供給される気液二相冷媒の液冷媒の割合より大きくすることができる。
実施例2の熱交換器は、複数の冷媒流入口67が複数の扁平伝熱管23の端部に対向していないことにより、複数の冷媒流入口67を介して風下側差込空間77に供給される気液二相冷媒が複数の扁平伝熱管23の端部に衝突することを防止することができる。実施例2の熱交換器は、気液二相冷媒が複数の扁平伝熱管23の端部に衝突することが防止されることにより、複数の冷媒流入口67から風下側差込空間77に供給された気液二相冷媒のうちの液冷媒が、風下側内壁面65に衝突することなく直接複数の扁平伝熱管23の複数の風下側流路35に流入することを防止できる。すなわち、複数の風下側流路35に供給される気液二相冷媒のうちの液冷媒の割合をさらに低減することができる。このため、実施例2の熱交換器は、複数の扁平伝熱管23の複数の風上側流路34に供給される気液二相冷媒の液冷媒の割合を、複数の風下側流路35に供給される気液二相冷媒の液冷媒の割合よりさらに大きくすることができる。実施例2の熱交換器は、複数の風上側流路34に供給される気液二相冷媒の液冷媒の割合が、複数の風下側流路35に供給される気液二相冷媒の液冷媒の割合より大きいことにより、空気と気液二相冷媒との熱交換量を向上させることができる。
実施例2の熱交換器が凝縮器として利用されるときに、ヘッダ22の内部空間には、冷媒配管14を介して高圧気相冷媒が供給される。ヘッダ22の内部空間に供給された高圧気相冷媒は、複数の扁平伝熱管23の複数の流路33に概ね均等に分流される。複数の流路33を流れるガス冷媒は、複数の扁平伝熱管23の外部を流れる空気と熱交換されることにより、過冷却状態の高圧液相冷媒に状態変化する。複数の流路33を流れた高圧液相冷媒は、ヘッダ21の複数の差込空間75にそれぞれ供給される。複数の差込空間75に供給された高圧液相冷媒は、複数の差込空間75の下部に溜まる。複数の差込空間75の下部に溜まった高圧液相冷媒は、複数の冷媒流入口67を介して第1循環路56に供給され、第1循環路56を下降し、第1循環路56の下部に溜まる。第1循環路56の下部に溜まった高圧液相冷媒は、冷媒流入口60を介して冷媒流入空間51に供給され、冷媒配管16に供給される。
実施例2の熱交換器は、既述の実施例1の熱交換器7と同様に、凝縮器として適切に利用されることができる。実施例2の熱交換器は、さらに、複数の冷媒流入口67が複数の差込空間75の各々の下部に形成されていることより、複数の差込空間75の各々の下部に溜まる高圧液相冷媒を適切に第1循環路56に供給することができる。このため、実施例2の熱交換器は、複数の差込空間が形成された場合でも、凝縮器として利用されるときに、複数の差込空間75の各々の下部に溜まる高圧液相冷媒の量を低減することができ、高圧液相冷媒を膨張弁8に適切に供給することができる。
ところで、実施例2の熱交換器の複数の冷媒流入口67は、複数の扁平伝熱管23の端部に対向しないように形成されているが、複数の扁平伝熱管23の端部に対向していてもよい。実施例2の熱交換器は、複数の冷媒流入口67が複数の扁平伝熱管23の端部に対向する場合でも、蒸発器として利用されるときに、複数の風上側流路34を流れる冷媒の質量流量を、複数の風下側流路35を流れる冷媒の質量流量より大きくすることができる。このため、実施例2の熱交換器は、空気と気液二相冷媒との熱交換量を向上させることができる。
実施例3の熱交換器は、図9に示されているように、既述の実施例1の熱交換器7のヘッダ21が他のヘッダ80に置換され、分流器81さらに備えている。図9は、実施例3の熱交換器のヘッダ80を示す縦断面図である。ヘッダ80は、既述のヘッダ21と同様に、既述の本体部41を備えている。ヘッダ80は、複数の仕切り部材82と凸壁83とをさらに備えている。複数の仕切り部材82は、板状に形成され、上下方向25に垂直である複数の平面に沿うように、本体部41の内部空間49に配置され、本体部41に固定されている。内部空間49は、複数の仕切り部材82が内部空間49に配置されることにより、複数の差込空間84に区画されている。複数の仕切り部材82は、複数の扁平伝熱管23の端部が複数の差込空間84にそれぞれ配置されるように、配置されている。
凸壁83は、概ね帯状に形成されている。図10は、実施例3の熱交換器のヘッダ80を示す横断面図である。凸壁83は、流通方向26に垂直である平面に沿うように、内部空間49に配置されている。複数の差込空間84のうちの1つの差込空間85は、凸壁83が内部空間49に配置されることにより、風上側差込空間86(第2空間)と風下側差込空間87(第1空間)とに区画されている。凸壁83は、複数の扁平伝熱管23の複数の風上側流路34が風上側差込空間86に接続されるように、かつ、複数の風下側流路35が風下側差込空間87に接続されるように、配置されている。凸壁83ののうちの複数の扁平伝熱管23に近い側の縁88が筒状部材46の管貫通壁部分68から離れていることにより、凸壁83と管貫通壁部分68との間には、風上側差込空間86と風下側差込空間87とを連通する連通路89が形成されている。
凸壁83の縁88には、図9に示されているように、複数の切欠き91が形成されている。凸壁83は、複数の扁平伝熱管23の端部が差し込まれる複数の切欠き91が配置されている。複数の扁平伝熱管23は、複数の扁平伝熱管23の端部が複数の切欠き91にそれぞれ差し込まれることにより、凸壁83に干渉しないように凸壁83から離れている。さらに、凸壁83の縁88と管貫通壁部分68との間の距離は、複数の扁平伝熱管23の端部と管貫通壁部分68との間の距離より小さい。複数の差込空間84のうちの差込空間85と異なる他の差込空間も、差込空間85と同様に、風上側差込空間86と風下側差込空間87とに区画され、連通路89が形成されている。
分流器81は、冷媒配管16に接続され、複数の冷媒配管92の一端に接続されている。複数の冷媒配管92のうちの他端は、複数の差込空間84にそれぞれ接続されている。複数の冷媒配管92のうちの差込空間85に接続される冷媒配管93は、図10に示されているように、冷媒配管93の端部が差込空間85の風下側差込空間87に配置されるように、筒状部材46を貫通し、差込空間85の風下側差込空間87に接続されている。冷媒配管93は、さらに、冷媒配管93の端部が風下側内壁面65に向くように、すなわち、風下側内壁面65が冷媒配管93の端部に対向するように、配置されている。複数の冷媒配管92のうちの冷媒配管93と異なる他の冷媒配管も、冷媒配管93と同様に、端部が風下側内壁面65に向くように、端部が風下側差込空間87に配置されている。
実施例3の熱交換器が蒸発器として利用されるときに、分流器81には、冷媒配管16を介して気液二相冷媒が供給される。分流器81は、例えばディストリビュータであり、冷媒配管16を介して供給された気液二相冷媒を乾き度が同程度になるように分流して、複数の冷媒配管92を介して乾き度が同程度の気液二相冷媒を複数の差込空間84の風下側差込空間87にそれぞれ供給する。差込空間85の風下側差込空間87に供給された気液二相冷媒は、複数の冷媒流入口67を通過したことで噴流となり、筒状部材46の風下側内壁面65に向かって流れ、風下側内壁面65に衝突する。風上側内壁面64に衝突した気液二相冷媒のうち、多くの液冷媒は風下側内壁面65に付着し、多くのガス冷媒は複数の風下側流路35に流入する。即ち、液冷媒とガス冷媒とに分離される。風下側内壁面65に付着した液冷媒は、冷媒配管93から風下側差込空間87に供給される気液二相冷媒に押されることにより、筒状部材46の管貫通壁部分68に沿って移動し、連通路89を介して風上側差込空間86に供給される。ガス冷媒は、凸壁83により風上側差込空間86に流れることが阻害される。このため、風上側差込空間86に存在する気液二相冷媒の液冷媒の割合は、風下側差込空間87に存在する気液二相冷媒の液冷媒の割合より多い。
風上側差込空間86に存在する気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管23の複数の風上側流路34に入り込み、複数の風上側流路34を流れる。風下側差込空間87に存在する気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管23の複数の風下側流路35に入り込み、複数の風下側流路35を流れる。複数の風上側流路34と複数の風下側流路35とを流れる気液二相冷媒は、複数の扁平伝熱管23の外部を流れる空気と熱交換することにより吸熱し、過熱状態の低圧気相冷媒に状態変化し、ヘッダ22に供給され、ヘッダ22を介して冷媒配管14に供給される。
実施例3の熱交換器は、蒸発器として利用されるときに、既述の実施例2の熱交換器と同様に、複数の扁平伝熱管23の複数の風上側流路34に供給される気液二相冷媒の質量流量を、複数の風下側流路35に供給される気液二相冷媒の質量流量より大きくすることができる。このため、実施例3の熱交換器は、空気と気液二相冷媒との熱交換量を向上させることができる。
実施例3の熱交換器が凝縮器として利用されるときに、ヘッダ22の内部空間には、冷媒配管14を介して高圧気相冷媒が供給される。ヘッダ22の内部空間に供給された高圧気相冷媒は、複数の扁平伝熱管23の複数の流路33に概ね均等に分流される。複数の流路33を流れるガス冷媒は、複数の扁平伝熱管23の外部を流れる空気と熱交換することにより、過冷却状態の高圧液相冷媒に状態変化する。複数の流路33を流れた高圧液相冷媒は、ヘッダ80の複数の差込空間84にそれぞれ供給される。複数の差込空間84に供給された高圧液相冷媒は、複数の冷媒配管92を介して分流器81に供給され、冷媒配管16に供給される。このように、実施例3の熱交換器は、既述の実施例1、2の熱交換器と同様に、凝縮器として適切に利用されることができる。
ところで、扁平伝熱管31の複数の風上側流路34と複数の風下側流路35とは、扁平伝熱管31の端面の中央36で分かれているが、扁平伝熱管31の端面の中央36と異なる他の位置で分かれてもよい。この場合でも、熱交換器は、蒸発器として利用されるときに、複数の風上側流路34の質量流量を複数の風下側流路35の質量流量より大きくすることができ、空気と冷媒との熱交換量を向上させることができる。
以上、実施例を説明したが、前述した内容により実施例が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施例の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも1つを行うことができる。
7 :熱交換器
21:ヘッダ
23:複数の扁平伝熱管
34:複数の風上側流路
35:複数の風下側流路
41:本体部
42:第1仕切り部材
43:第2仕切り部材
44:第3仕切り部材
45:凸壁
53:差込空間
61:風上側差込空間
62:風下側差込空間
63:連通路
64:風上側内壁面
65:風下側内壁面
67:複数の冷媒流入口
68:管貫通壁部分
70:ヘッダ
71:凸壁
72:縁
73:複数の切欠き
74:複数の第4仕切り部材
75:複数の差込空間
76:風上側差込空間
77:風下側差込空間
78:連通路
80:ヘッダ
82:複数の仕切り部材
83:凸壁
84:複数の差込空間
86:風上側差込空間
87:風下側差込空間
88:縁
89:連通路
91:複数の切欠き
本開示の一態様による熱交換器は、各々の内部に複数の第1流路と複数の第2流路とが形成される複数の扁平伝熱管と、差込空間が内部に形成されるヘッダとを備えている。前記ヘッダは、前記差込空間のうちの第1空間に前記複数の第1流路が接続されるように、かつ、前記差込空間のうちの第2空間に前記複数の第2流路が接続されるように、前記複数の扁平伝熱管が貫通する管貫通壁部分と、前記差込空間を前記第1空間と前記第2空間とに区画する凸壁と、前記管貫通壁部分のうちの前記第1空間に接する内壁面に向かって前記冷媒が流れるように、前記冷媒を前記第1空間に供給する流入部と、前記冷媒が循環する循環空間と前記差込空間とを隔てる仕切り部材とを有している。前記流入部は、前記仕切り部材のうちの前記第1空間と前記循環空間とを連通する孔から形成され、前記凸壁は、前記第1空間から前記第2空間に前記冷媒が流れる連通路が前記凸壁と前記管貫通壁部分との間に形成されるように、前記管貫通壁部分から離れている。

Claims (7)

  1. 各々の内部に複数の第1流路と複数の第2流路とが形成される複数の扁平伝熱管と、
    差込空間が内部に形成されるヘッダとを備え、
    前記ヘッダは、
    前記差込空間のうちの第1空間に前記複数の第1流路が接続されるように、かつ、前記差込空間のうちの第2空間に前記複数の第2流路が接続されるように、前記複数の扁平伝熱管が貫通する管貫通壁部分と、
    前記差込空間を前記第1空間と前記第2空間とに区画する凸壁と、
    前記管貫通壁部分のうちの前記第1空間に接する内壁面に向かって冷媒が流れるように、前記冷媒を前記第1空間に供給する流入部とを有し、
    前記凸壁は、前記第1空間から前記第2空間に前記冷媒が流れる連通路が前記凸壁と前記管貫通壁部分との間に形成されるように、前記管貫通壁部分から離れている
    熱交換器。
  2. 前記流入部は、前記内壁面に対向する領域に形成される
    請求項1に記載の熱交換器。
  3. 前記ヘッダは、前記冷媒が循環する循環空間と前記差込空間とを隔てる仕切り部材をさらに有し、
    前記流入部は、前記仕切り部材のうちの前記第1空間と前記循環空間とを連通する孔から形成される
    請求項1または請求項2に記載の熱交換器。
  4. 前記凸壁には、前記複数の扁平伝熱管の端部が差し込まれる複数の切欠きが形成される
    請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の熱交換器。
  5. 前記ヘッダは、前記複数の扁平伝熱管がそれぞれ配置される複数の空間に前記差込空間を区切る複数の仕切り部材をさらに有し、
    前記流入部は、前記複数の空間に前記冷媒をそれぞれ供給する複数の流入部を含む
    請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の熱交換器。
  6. 前記複数の流入部は、前記複数の扁平伝熱管の端面が前記複数の流入部に対向しないように、配置される
    請求項5に記載の熱交換器。
  7. 前記複数の流入部は、前記複数の空間の下部にそれぞれ接続されるように、形成される
    請求項5または請求項6に記載の熱交換器。
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