JP7026846B2 - 分離器、油分離器、気液分離器および空気調和装置、ならびに分離器の製造方法 - Google Patents

分離器、油分離器、気液分離器および空気調和装置、ならびに分離器の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、例えば空気調和装置の冷凍サイクルに用いられる分離器、油分離器および気液分離器、ならびに分離器の製造方法に関するものである。
空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器などから構成され、冷媒を循環させる冷凍サイクルを備えている。このような冷凍サイクルではさらに、冷媒と冷凍機油を分離するための油分離器(例えば、特許文献1参照)や気液二相冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離するための気液分離器(例えば、特許文献2参照)を備えることがある。
特開2004-169983号公報 実開平4-74269号公報
一般的な油分離器や気液分離器は、円筒形状の容器の長手方向の両端部と側面のそれぞれに冷媒や冷凍機油が出入りするための出入口配管を有する。つまり、油分離器や気液分離器は、T字形状をなすように3つの出入口配管を有する。油分離器の場合、3つの配管のいずれか1つから冷凍機油が混合した冷媒が容器内に流入し、残りの2つから分離した冷媒と冷凍機油がそれぞれ流出する。一方、気液分離器の場合、3つの配管のいずれか1つから気液二相冷媒が容器内に流入し、残りの2つからガス冷媒と液冷媒がそれぞれ流出する。このような分離器を製造する場合、容器の側面の出入口配管は、容器の側面に穴あけ加工などであけられた穴にろう付けなどで取り付けられる。
しかし、このように製造された分離器では、経年劣化し、内部に高い圧力がかかったときに、容器と配管をろう付けした箇所に亀裂が入り破損してしまう。これは容器の素材の耐久性よりもろう付け箇所の耐久性が低いためであり、素材の耐久性を十分に発揮できていないことを意味している。
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、ろう付けで配管を取り付けた場合でも、ろう付けした箇所から破損せず、容器の素材の耐久性を十分に活かした分離器を提供することを目的とする。
本発明における分離器は、長手方向の一端部に形成された第1の管口と、長手方向の他端部に形成された第2の管口と、第1の管口と第2の管口の間の側面に形成された差し込み穴と、差し込み穴を含む内周面に形成された他の部分の厚さよりも厚い肉寄せ部と、を有する容器本体と、差し込み穴に取り付けられる配管と、を備え、肉寄せ部は、容器本体が肉寄せされて形成されたものである。
本発明における分離器によれば、容器の素材の耐久性を十分に活かすことができるため、従来より高い内圧に耐えることができる。
本発明の実施の形態1に係る分離器の断面図である。 本発明の実施の形態1に係る分離器の製造工程を示す工程別断面図である。 本発明の実施の形態1に係る分離器の製造工程を示す工程別断面図である。 本発明の実施の形態1に係る分離器の製造工程を示す工程別断面図である。 本発明の実施の形態1に係る分離器の製造工程を示す工程別断面図である。 本発明の実施の形態1に係る分離器の製造工程を示す工程別断面図である。 本発明の実施の形態1に係る分離器の製造工程を示す工程別断面図である。 本発明の実施の形態1に係る分離器の製造工程を示す工程別断面図である。 本発明の実施の形態1の分離器の変形例を示す断面図である。 変形例に係る分離器の製造工程の一部を示す工程断面図である。 本発明の実施の形態1に係る分離器から構成される油分離器の断面図である。 本発明の実施の形態1に係る分離器から構成される気液分離器の断面図である。
以下、本発明の実施の形態に係る分離器について図面などを参照しながら説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略または簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさおよび配置などは、この発明の範囲内で適宜変更することができる。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る分離器1の断面図である。本発明に係る分離器1は、空気調和装置における冷凍サイクル中に設置される油分離器や気液分離器として用いることができる。なお、分離器1を油分離器や気液分離器として用いる場合の詳細な説明については後述する。
分離器1は、円筒形状で中空の容器本体2と容器本体2の側面に取り付けられた配管3から構成される。容器本体2は、銅製の素管から形成され、分離器1の本体を構成する。容器本体2は、円筒形状であり、長手方向の一端部に第1の管口21を有し、他端部に第2の管口22を有する。第1の管口21および第2の管口22は、縮管加工などで形成される。また容器本体2は、第1の管口21と第2の管口22の間の側面に配管3が取り付けられる差し込み穴23を有する。差し込み穴23は、一般的な穴あけ加工などにより形成される。配管3はろう付けなどによって差し込み穴23に取り付けられる。
さらに容器本体2は、差し込み穴23を含む容器の内周面に、他の部分の厚さよりも厚い肉寄せ部24を有する。肉寄せ部24は、後述するハイドロフォーミング加工により形成される。肉寄せ部24以外の部分の厚さは、容器本体2の元となる素管の厚さを維持しており、例えば1~2mmである。それに対して肉寄せ部24の厚さは、素管の厚さの約3~5倍にすることが好ましく、例えば5~10mmとする。
従来の分離器は、本発明における肉寄せ部を有しておらず、素管の厚さのままで側面に穴あけ加工などにより差し込み穴を形成し、ろう付けで配管を取り付けていた。このように製造された分離器では経年劣化し、内部に高い圧力がかかった場合、容器本体の差し込み穴と配管をろう付けした箇所に亀裂が入り破損することがあった。これは容器本体の素材である銅の耐久性よりもろう付け箇所の耐久性が低いことが原因である。一方、本発明に係る分離器1は、他の部分の厚さよりも厚い肉寄せ部24を含む箇所に差し込み穴23を形成し、配管3をろう付けにより取り付けている。このように分離器1を製造することによって、ろう付け箇所の耐久性を容器本体の素材である銅の耐久性よりも高めることができる。
耐圧試験では従来の分離器の場合、内部に10.0MPaをかけたところで容器本体の差し込み穴と配管のろう付け箇所に亀裂が入り破損した。一方、本発明に係る分離器1では内部に16.0MPaをかけたところで、肉寄せ部24以外の容器本体2の側面に亀裂が入り破損した。これは素管の素材である銅本来の耐久性を十分に発揮できていることを意味している。以上のように、本発明に係る分離器1は、従来の分離器に比べて高い内圧に耐えることができる。
次に、本実施の形態に係る分離器1の製造方法について説明する。図2は、本発明の実施の形態1に係る分離器の製造工程を示す工程別断面図である。
図2aに示すように、まず容器本体2の元となる円筒形状の素管20を外型4、4で挟んで配置させる。本実施の形態では、素管20として厚さ約1.5mmの銅製の中空管を用いている。
次に図2bのように素管20の両端から軸押し工具5を押し込み、素管20を固定する。軸押し工具5は、素管20の内側に挿入される挿入部51と素管20の端面に押し当てられる押し当て部52と水などの流体を素管20の内部に送り込むノズル穴53を有する。挿入部51の外径は、素管20の内径とほぼ等しい形状である。そのため、軸押し工具5の挿入部51を素管20の両端から挿入すると、挿入部51の外面は素管20の内面に当接し、素管20は挿入部51と外型4に挟まれる状態になる。なお、この工程では軸押し工具5を押し当て部52が素管20の端面に当接するまで押し込む。
次に図2cにようにノズル穴53を介して水などの流体を素管20の内部に充填し、内圧を加える。図2cに記載されている矢印は流体がノズル穴53を通って素管20の内部に流れ込んでいる様子を表している。
次に図2dのように素管20の内部を流体で充填した状態のまま図2bの工程よりもさらに軸押し工具5を素管20の両端から押し込む。素管20は押し当て部52により両端から押し込まれるため、挿入部51と当接していない部分に素管20が肉寄せされて肉寄せ部24が形成される。このとき、流体により内側から素管20に内圧をかけつつ、両端から軸押し工具5を押し込むことによって、座屈を防止しながら肉寄せ部24を形成することができる。肉寄せ部24は、肉寄せされて形成されるため、内側表面にしわ状の凹凸を有する。なお、図2cと図2dで説明したように流体を用いて加工することをハイドロフォーミング加工あるいはハイドロフォーム加工と呼ぶ。本実施の形態では、ハイドロフォーミング加工を用いることで、素管20の内周面に肉寄せ部24を形成する。
肉寄せ部24を形成した後は、図2eのように素管20を外型4や軸押し工具5から取り外し、肉寄せ部24を含む側面に差し込み穴23を形成する。差し込み穴23を形成する方法は一般的な穴あけ加工で良い。
その後、図2fにように素管20の両端部を縮管加工などにより第1の管口21および第2の管口22を形成する。ここまでの製造工程により本実施の形態に係る分離器1の容器本体2を得る。
最後に、図2gにように容器本体2の差し込み穴23に配管3をろう付けなどにより取り付ける。以上説明したように図2a~図2gに示す製造工程により、本実施の形態に係る分離器1を得る。
上記の製造方法によれば、本発明に係る分離器1は第1の管口21と第2の管口22の間の内周面に肉寄せ部24を有し、肉寄せ部24を含む側面に形成された差し込み穴23に配管3をろう付けで取り付けているため、ろう付け箇所の耐久性を容器本体の素材である銅の耐久性よりも高めることができる。
なお、肉寄せ部24の幅wと厚さtは軸押し工具5を押し込む程度と軸押し工具5の挿入部51の長さによって調整することができる。肉寄せ部24の幅wは、図2dに示すように軸押し工具5を押し込んだ際に2つの軸押し工具5の挿入部51の先端が離れている距離と等しくなる。また肉寄せ部24の厚さtは、図2dの工程で軸押し工具5を押し込む程度と幅wに基づいて決まる。つまり、素管20の体積は図2dの工程の前後で変わることはないため、軸押し工具5により押し込まれた分が挿入部51と当接していない部分に肉寄せされて、肉寄せ部24として形成される。したがって、肉寄せ部24の幅wと厚さtは軸押し工具5を押し込む程度と軸押し工具5の挿入部51の長さによって調整することができる。
また、上記の実施の形態1では、図2cで示した素管20の内部に流体を充填する工程の後に図2dで示した軸押し工具5を素管20の両端からさらに押し込む工程を実施したが、この順番に限定されるものではない。素管20の内側から圧力を加えずに軸押し工具5を素管20の両端から押し込まなければ良く、例えば、素管20の内部に流体を充填する工程と軸押し工具5を素管20の両端からさらに押し込む工程を同時に実施しても良い。
また、上記の実施の形態1では、図2fで示した素管20の両端部を縮管加工により第1の管口21および第2の管口22を形成する工程の後に図2gで示した容器本体2の差し込み穴23に配管3をろう付けなどにより取り付ける工程を実施したが、この順番に限定されるものではない。例えば、容器本体2の差し込み穴23に配管3をろう付けなどにより取り付ける工程の後に素管20の両端部を縮管加工などにより第1の管口21および第2の管口22を形成する工程を実施しても良い。
<変形例>
図3は、本発明の実施の形態1の分離器の変形例を示す断面図である。実施の形態1の分離器1は、容器本体2の長手方向において中央付近に肉寄せ部24を形成し配管3を有する構成であったが、図3に示す変形例の分離器1aは、第2の管口22よりも第1の管口21に近い側に肉寄せ部24を形成し配管3を有する構成となっている。肉寄せ部24および配管3は、分離器1aを使用する用途や状況に応じて任意の位置に形成することができる。
図4は、変形例に係る分離器1aの製造工程の一部を示す工程断面図である。図4は、実施の形態1の図2dに相当する工程である。図3に示す分離器1aのように肉寄せ部24を任意の箇所に形成するためには、素管20の両端から押し込む軸押し工具5の挿入部51の長さを調整すれば良い。図2で示す製造工程で説明したように、肉寄せ部24は素管20の両端から押し込まれた軸押し工具5の挿入部51と当接していない素管20の内周面に形成される。したがって、図4に示すように挿入部51の長さが異なる軸押し工具5を用いることで、肉寄せ部24を任意の箇所に形成することができる。
なお、分離器1aを製造する製造工程は図2で説明した内容と実質的に同じである。図4のように肉寄せ部24を形成した後は、図2e~図2gで説明したように、肉寄せ部24を含む側面に差し込み穴23を形成する工程と、素管20の両端部を縮管加工などにより第1の管口21および第2の管口22を形成する工程と、差し込み穴23に配管3をろう付けなどにより取り付ける工程を経て分離器1aを製造する。
以上説明したように、実施の形態1に係る分離器1は、長手方向の一端部に形成された第1の管口21と、長手方向の他端部に形成された第2の管口22と、第1の管口21と第2の管口22の間の側面に形成された差し込み穴23と、差し込み穴23を含む内周面に形成された他の部分の厚さよりも厚い肉寄せ部24と、を有する容器本体2と、差し込み穴23に取り付けられる配管3と、を備える。
この構成によれば、ろう付け箇所の耐久性を容器本体の素材である銅の耐久性よりも高めることができるため、ろう付けした箇所から破損しなくなる。つまり、容器の素材の耐久性を十分に活かすことができるため、従来より高い内圧に耐えることができる。
また実施の形態1に係る分離器1において、肉寄せ部24の厚さは、容器本体2における他の部分の厚さの3~5倍である。この構成によれば、ろう付け箇所の耐久性を容器本体の素材である銅の耐久性よりも高めることができる。
また実施の形態1に係る分離器1において、肉寄せ部24は、ハイドロフォーミング加工により流体で内圧を加えつつ、肉寄せされて形成されるため、内側表面にしわ状の凹凸を有する。この構成によれば、座屈を防止しながら肉寄せ部24を形成することができる。
また実施の形態1に係る分離器1の製造方法は、素管20を外型4で挟んで配置する工程と、素管20の両端から軸押し工具5を押し込み、素管20を固定する工程と、素管20の内部に流体を充填する工程と、素管20の両端からさらに軸押し工具5を押し込み、素管20の内周面に肉寄せ部24を形成する工程と、肉寄せ部24を含む素管20の側面に差し込み穴23を形成する工程と、差し込み穴23に配管3を取り付ける工程と、を含む。
この製造方法によって製造される分離器1は、ろう付け箇所の耐久性を容器本体の素材である銅の耐久性よりも高めることができるため、ろう付けした箇所から破損しなくなる。つまり、容器の素材の耐久性を十分に活かすことができるため、従来より高い内圧に耐えられる分離器1を得ることができる。
また実施の形態1に係る分離器1の製造方法は、さらに素管20の両端部を縮管加工により第1の管口21および第2の管口22を形成する工程を含む。
また実施の形態1に係る分離器1の製造方法において、軸押し工具5は、素管20の内側に挿入される挿入部51と、素管20の端面に押し当てられる押し当て部52と、流体を素管20の内部に送り込むノズル穴53を有する。また挿入部51の外径は、素管20の内径とほぼ等しい形状である。この製造方法によれば、使用する用途や状況に応じて任意の位置に肉寄せ部24を形成することができる。
また実施の形態1に係る分離器1の製造方法において、素管20の内部に流体を充填する工程と、素管20の両端からさらに軸押し工具5を押し込み、素管20の内周面に肉寄せ部24を形成する工程は同時に実施される。この製造方法によれば、座屈を防止しながら、肉寄せ部24を形成することができる。
また実施の形態1に係る分離器1の製造方法において、配管3は、ろう付けにより差し込み穴23に取り付けられる。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2では実施の形態1の分離器1を油分離器として用いた場合について説明する。図5は、本発明の実施の形態1に係る分離器を油分離器として用いるときの断面図である。図5において、図1と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。
油分離器100は、圧縮機の吐出側に設置され、圧縮機から吐出された冷凍機油を含む冷媒から冷媒と冷凍機油を分離する装置である。油分離器100は、流入部101、冷媒排出部102、油排出部103を備える。
流入部101は、実施の形態1の配管3に相当し、圧縮機から吐出された冷媒を容器本体2内に流入する部分である。冷媒排出部102は、実施の形態1の第1の管口21に相当し、容器本体2内で分離されたガス冷媒を油分離器100から排出する部分である。油排出部103は、実施の形態1の第2の管口22に相当し、容器本体2内で分離された冷凍機油を油分離器100から排出する部分である。
油分離器100は、冷媒排出部102が油排出部103より上方に位置し、冷凍機油を含んだ冷媒が流入部101を介して水平方向から容器本体2に流入するように設けられている。このように設置することで、流入部101を介して油分離器100内に流入した冷凍機油を含んだ冷媒は、容器本体2の内面に沿って旋回しながら下降する。その際に、冷媒中に含まれる冷凍機油は容器本体2の内面に付着して冷媒から分離される。そして、冷凍機油は重力の作用により、油分離器100の下部に移動し、油排出部103を介して油分離器100から排出される。排出された冷凍機油は、圧縮機の吸入側へ戻される。
一方、流入部101を介して流入した冷媒は高温高圧のガス冷媒であるため、容器本体2内で冷凍機油から分離して、冷媒排出部102を介して油分離器100から排出される。
なお、実施の形態2に係る油分離器100は、少なくとも圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を有する冷凍サイクルを備えた空気調和装置に搭載される。油分離器100は、圧縮機と凝縮器の間に設置されて、圧縮機から吐出された冷凍機油を含む冷媒から冷媒と冷凍機油を分離する。流入部101は圧縮機の吐出側と接続され、冷媒排出部102は凝縮器と接続され、油排出部103は圧縮機の吸入側と接続される。このように設置することで、圧縮機から吐出された冷凍機油を冷媒から分離させ、圧縮機に返油することができる。
以上説明したように、実施の形態1で説明した分離器は、配管3を冷凍機油を含んだ冷媒を容器本体2内に流入する流入部101とし、第1の管口21を容器本体2内で分離されたガス冷媒を油分離器100から排出する冷媒排出部102とし、第2の管口22を容器本体2内で分離された冷凍機油を油分離器100から排出する油排出部103とし、冷媒排出部102が油排出部103より上方に位置することで、油分離器100として用いることができる。
実施の形態3.
本発明の実施の形態3では実施の形態1の分離器1を気液分離器として用いた場合について説明する。図6は、本発明の実施の形態1に係る分離器を気液分離器として用いるときの断面図である。図6において、図1と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。
気液分離器200は、凝縮器で凝縮された気液二相冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離する装置である。気液分離器200は、流入部201、ガス冷媒排出部202、液冷媒排出部203を備える。
流入部201は、実施の形態1の配管3に相当し、気液二相冷媒を容器本体2内に流入する部分である。ガス冷媒排出部202は、実施の形態1の第1の管口21に相当し、容器本体2内で分離されたガス冷媒を気液分離器200から排出する部分である。液冷媒排出部203は、実施の形態1の第2の管口22に相当し、容器本体2内で分離された液冷媒を気液分離器200から排出する部分である。
気液分離器200は、ガス冷媒排出部202が液冷媒排出部203より上方に位置し、気液二相冷媒が流入部201を介して水平方向から容器本体2に流入するように設けられている。このように設置することで、流入部201を介して気液分離器200内に流入した気液二相冷媒のうちの液冷媒は、重力の作用により、気液分離器200の下部に移動し、液冷媒排出部203を介して気液分離器200から排出される。一方、気液二相冷媒のうちのガス冷媒は、高温高圧のガス冷媒であるため、容器本体2内で液冷媒から分離して、ガス冷媒排出部202を介して気液分離器200から排出される。
なお、実施の形態3に係る気液分離器200は、少なくとも圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を有する冷凍サイクルを備えた空気調和装置に搭載される。気液分離器200は、凝縮器と膨張弁の間に設置され、凝縮器で凝縮された気液二相冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離する。流入部101は凝縮器と接続され、ガス冷媒排出部202は圧縮機の吸入側を接続され、液冷媒排出部203は膨張弁に接続される。このように設置することで、凝縮器で凝縮された気液二相冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離することができる。
以上説明したように、実施の形態1で説明した分離器は、配管3を気液二相冷媒を容器本体2内に流入する流入部201とし、第1の管口21を容器本体2内で分離されたガス冷媒を気液分離器200から排出するガス冷媒排出部202とし、第2の管口22を容器本体2内で分離された液冷媒を気液分離器200から排出する液冷媒排出部203とし、ガス冷媒排出部202が液冷媒排出部203より上方に位置することで、気液分離器200として用いることができる。
以上、本発明を、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施の形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
1 分離器、1a 分離器、2 容器本体、3 配管、4 外型、5 軸押し工具、21 第1の管口、22 第2の管口、23 差し込み穴、24 肉寄せ部、51 挿入部、52 押し当て部、53 ノズル穴、100 油分離器、101 流入部、102 冷媒排出部、103 油排出部、200 気液分離器、201 流入部、202 ガス冷媒排出部、203 液冷媒排出部、w 幅、t 厚さ

Claims (15)

  1. 長手方向の一端部に形成された第1の管口と、長手方向の他端部に形成された第2の管口と、前記第1の管口と前記第2の管口の間の側面に形成された差し込み穴と、前記差し込み穴を含む内周面に形成された他の部分の厚さよりも厚い肉寄せ部と、を有する容器本体と、
    前記差し込み穴に取り付けられる配管と、を備え
    前記肉寄せ部は、前記容器本体が肉寄せされて形成されたものである分離器。
  2. 前記肉寄せ部の厚さは、前記容器本体における他の部分の厚さの3~5倍である請求項1に記載の分離器。
  3. 前記肉寄せ部は、内側表面にしわ状の凹凸を有する請求項1または請求項2に記載の分離器。
  4. 前記肉寄せ部は、ハイドロフォーミング加工により形成されるものである請求項1~3のいずれか一項に記載の分離器。
  5. 前記配管は、ろう付けにより前記差し込み穴に取り付けられるものである請求項1~4のいずれか一項に記載の分離器。
  6. 前記配管は、冷凍機油を含む冷媒を前記容器本体内に流入する流入部であり、
    前記第1の管口は、前記容器本体内で分離されたガス冷媒を排出する冷媒排出部であり、
    前記第2の管口は、前記容器本体内で分離された冷凍機油を排出する油排出部である請求項15のいずれか一項に記載の分離器から構成される油分離器。
  7. 請求項6に記載の油分離器を搭載した空気調和装置。
  8. 前記配管は、気液二相冷媒を前記容器本体内に流入する流入部であり、
    前記第1の管口は、前記容器本体内で分離されたガス冷媒を排出するガス冷媒排出部であり、
    前記第2の管口は、前記容器本体内で分離された液冷媒を排出する液冷媒排出部である請求項15のいずれか一項に記載の分離器から構成される気液分離器。
  9. 請求項8に記載の気液分離器を搭載した空気調和装置。
  10. 素管を外型で挟んで配置する工程と、
    前記素管の両端から軸押し工具を押し込み、前記素管を固定する工程と、
    前記素管の内部に流体を充填する工程と、
    前記素管の両端からさらに前記軸押し工具を押し込み、前記素管の内周面に肉寄せ部を形成する工程と、
    記肉寄せ部を含む前記素管の側面に差し込み穴を形成する工程と、
    前記差し込み穴に配管を取り付ける工程と、を含む分離器の製造方法。
  11. さらに、前記素管の両端部を縮管加工により第1の管口および第2の管口を形成する工程を含む請求項10に記載の分離器の製造方法。
  12. 前記軸押し工具は、前記素管の内側に挿入される挿入部と、前記素管の端面に押し当てられる押し当て部と、流体を前記素管の内部に送り込むノズル穴を有する請求項10または請求項11に記載の分離器の製造方法。
  13. 前記挿入部の外径は、前記素管の内径とほぼ等しい形状である請求項12に記載の分離器の製造方法。
  14. 前記素管の内部に流体を充填する工程と、前記素管の両端からさらに前記軸押し工具を押し込み、前記素管の内周面に肉寄せ部を形成する工程は同時に実施される請求項10~13のいずれか一項に記載の分離器の製造方法。
  15. 前記配管は、ろう付けにより前記差し込み穴に取り付けられる請求項10~14のいずれか一項に記載の分離器の製造方法。
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