DE112005001062B4 - Wärmetauscher für einen Kältekreislauf - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmetauscher für die Verwendung in Kältekreisläufen, welche z. B. Kraftfahrzeugklimaanlagen bereit stellen, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen.
- Die oberen und unteren Seiten der
1 sind hier und in den angefügten Ansprüchen mit ”oben” und ”unten” bezeichnet. - Die Kombination eines Sammelbehälters und eines Flüssigkeitsbehälters, der hieran befestigt ist, ist als ein Kondensator in einem Kältekreislauf, welcher eine Kraftfahrzeugklimaanlage bereitstellt, zum Einsatz gebracht, um die Installation des Kondensators in dem Körper des Fahrzeuges einfacher zu machen und um den Installationsraum zu verkleinern. Außerdem sind Unterkühler zum Einsatz gebracht worden, um das flüssige Kältemittel, wenn es von dem Kondensator kondensiert wird, auf eine Temperatur von ungefähr 5 bis ungefähr 15°C unter der Kondensationstemperatur zu unterkühlen, um Verbesserungen in der Kälteerzeugungskapazität des Kältekreislaufes zu erzielen, und es sind Wärmetauscher vom Einheitentyp zum Einsatz gebracht worden, bei denen ein Kondensatorbereich, welcher die Funktion eines Kondensators hat, und ein Unterkühlerbereich, welcher die Funktion eines Unterkühlers hat, in der Form einer Einheit bereitgestellt sind.
- Derartige bereits bekannte Wärmetauscher beinhalten jene mit einem Paar von Sammelbehältern, die sich nach oben oder unten und beabstandet voneinander erstrecken, einer Mehrzahl von Kältemittelrohren, die eines über dem anderen parallel zueinander in einem Zwischenraum zwischen dem Paar von Sammelbehältern angeordnet sind, wobei gegenüberliegende Enden mit den jeweiligen Sammelbehältern verbunden sind, Rippen, welche zwischen den jeweils benachbarten Paaren von Kältemittelrohren angeordnet sind, und einem Flüssigkeitsbehälter, welcher an einem der Sammelbehälter befestigt ist. Der Sammelbehälter, an welchem der Behälter befestigt ist, und der andere Sammelbehälter sind intern in Bereichen hiervon, welche auf derselben Höhe angeordnet sind, geteilt, um so einen Kondensatorbereich, welcher die Funktion eines Kondensators hat, und einen Unterkühlerbereich, welcher unter dem Kondensatorbereich angeordnet ist und die Funktion eines Unterkühlers hat, bereit zu stellen, wobei der Sammelbehälter, an welchem der Behälter befestigt ist, befestigt an einer Peripheriewand hiervon einen Behälterverbindungsblock aufweist, der Kanäle hat, die es dem Kältemittel, das aus dem Kondensatorbereich ausströmt, erlaubt, durch den Flüssigkeitsbehälter zu gelangen und in den Unterkühlerbereich zu strömen, wobei der Flüssigkeitsbehälter an dem Behälterverbindungsblock befestigt ist, und wobei der Behälterverbindungsblock und der Flüssigkeitsbehälter jeweils Kontaktflächen aufweisen, die dafür ausgebildet sind, um in engen Kontakt miteinander gebracht zu werden. Der Flüssigkeitsbehälter ist an dem Behälterverbindungsblock mit Schrauben befestigt, wobei die Kontaktflächen des Behälterverbindungsblocks und des Behälters in engem Kontakt miteinander sind (siehe die Publikation der
JP H11-2475 A - Die
US 5358034 A offenbart einen Wärmetauscher, mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass, die in einem Bauteil ausgebildet sind und an die jeweils eine Fluidleitung angeschlossen ist. Zur Verbindung der Fluidleitung mit dem Einlass wird die Fluidleitung in die Einlassöffnung eingeschoben, und anschließend wird die Fluidleitung mit dem Bauteil in dem die Einlass- bzw. Auslassöffnung ausgebildet ist, verlötet. Zusätzlich ist in dem Verbindungsbereich ein Ringelement vorgesehen. Dieses dient der Stabilisierung der Anordnung im Bereich der Einassöffnung, um Verformungen zu verhindern. DieJP 2002 257 435 A - Bei den Wärmetauschern, die in der oben genannten Publikation offenbart sind, ist es allerdings wahrscheinlich, dass Regenwasser oder ähnliches in eine Fuge zwischen den Kontaktflächen des Behälterverbindungsblocks und des Flüssigkeitsbehälters eindringt.
- Die
US 5884678 A offenbart eine Verbindungsvorrichtung, die dazu dient, zwei stirnseitig aneinander stoßende Leitungsabschnitte miteinander zu verbinden. Dazu ist die Verbindungsvorrichtung nach Art eines Hülsenelements ausgebildet, in welches die zueinander weisenden Endbereiche der zu verbindenden Leitungsabschnitte eingeschoben sind. DieUS 5884678 A lehrt einen Fachmann, das Hülsenelement aus einem thermoplastischen Material herzustellen, welches zum Verbinden der beiden Leitungsabschnitte erhitzt und damit in einen verformbaren Zustand gebracht wird, so dass es möglich ist, die Innenkontur des Hülsenelements an die Außenkontur der zu verbindenden Leitungen anzupassen. Insbesondere ist es möglich, im plastifizierten Zustand die Innenwandung des Hülsenelements so zu verformen, dass das Material des Hülsenelements in die Rillen eines Außengewindes eindringt, mit welchem die Leitungsabschnitte versehen sein können. Nach dem Erkalten verliert das thermoplastische Material seine Verformungsfähigkeit, so dass das Hülsenelement nach dem Erkalten im Wesentlichen starr ist. - Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die oben genannten Probleme zu überwinden und einen Wärmetauscher bereit zu stellen, der dafür ausgelegt ist, Regenwasser oder ähnliches daran zu hindern, in eine Fuge zwischen den Kontaktflächen eines Behälterverbindungsblockes und eines Flüssigkeitsbehälters einzudringen. Ferner soll ein Verfahren zu dessen Herstellung angegeben werden.
- Die oben genannte Aufgabe ist durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen von Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 11 gelöst.
- Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ist der Flüssigkeitsbehälter an dem Behälterverbindungsblock mit den Kontaktflächen der Befestigungsbereiche des Behälterverbindungsblockes und des Flüssigkeitsbehälters in engem Kontakt miteinander befestigt, und das Dichtungselement ist flüssigkeitsdicht um die jeweiligen äußeren peripheren Oberflächen der beiden Befestigungsbereiche bereitgestellt, um eine Grenze zwischen den Kontaktflächen der Befestigungsbereiche des Behälterverbindungsblockes und des Flüssigkeitsbehälters zu bedecken. Regenwasser oder ähnliches kann daher durch die Funktion des Dichtungselementes davon abgehalten werden, in eine Fuge zwischen der Kontaktfläche des Blockbefestigungsbereiches und die Kontaktfläche des Behälterbefestigungsbereiches einzudringen. Dies verhindert die Entwicklung von Korrosion an den Kontaktflächen.
- Bevorzugt bedeckt das Dichtungselement die äußeren Wandungsflächen der Befestigungsbereiche des Behälterverbindungsblocks und des Flüssigkeitsbehälters jeweils über eine Länge von mindestens 5 mm in der Richtung der Länge der Befestigungsbereiche, um einen verbesserten Effekt des Verhinderns des Eindringens von Regenwasser oder ähnlichem in die Fuge zwischen den Kontaktflächen der Befestigungsbereiche des Behälterverbindungsblockes und des Behälters zu bewirken.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das röhrenförmige Dichtungselement an seiner inneren Wandfläche über den gesamten Umfang mit einer Mehrzahl ringförmiger Dichtungsrillen versehen. Dadurch wird, selbst wenn eine kleine Menge von Regenwasser von einem Endbereich des röhrenförmigen Dichtungselements in einen Zwischenraum zwischen dem röhrenförmigen Dichtungselement und den äußeren Wandungsflächen der Kontaktflächen des Behälterverbindungsblockes und der Behälterbefestigungsbereiche eintritt, das Regenwasser in ringförmigen Dichtungsrillen in der inneren Wandungsfläche des Dichtungselementes eingeschlossen und daher davon abgehalten, in die Fuge zwischen den Kontaktflächen einzudringen.
- Es ist bevorzugt, dass die Außendurchmesser der Befestigungsbereiche des Behälterverbindungsblocks und des Flüssigkeitsbehälters die Größe d haben und der Innendurchmesser des röhrenförmigen Dichtungselements die Größe D hat, wobei diese Durchmesser zueinander die Beziehung 0,7 d < D < d haben.
- Dadurch ist das röhrenförmige Dichtungselement verlässlich in engem Kontakt mit den äußeren Wandungsflächen der Block- und Behälterbefestigungsbereiche, wobei es wirkt, um einen weiter verbesserten Effekt des Verhinderns des Eintrittes von Regenwasser oder ähnlichem in die Fuge zwischen den Kontaktflächen der Block- und Behälterbefestigungsbereiche zu bewirken. Das röhrenförmige Dichtungselement kann nichtsdestoweniger problemlos mit Hilfe des Verfahrens nach Anspruch 11 um die Befestigungsbereiche angeordnet werden.
- Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, dass ein leicht flüchtiges Schmiermittel auf der äußeren Oberfläche von zumindest einem der Befestigungsbereiche des Behälterverbindungsblockes und dem Befestigungsbereich des Flüssigkeitsbehälters aufgebracht wird, wonach ein ringförmiges Dichtungselement um die äußere Wandungsfläche des Befestigungsbereiches, welcher mit dem Schmiermittel versehen ist, angebracht wird, und der Flüssigkeitsbehälter an dem Behälterverbindungsblock mit den Kontaktflächen der Befestigungsbereiche des Behälterverbindungsblockes und des Flüssigkeitsbehälters in engem Kontakt miteinander befestigt wird, und wonach das röhrenförmige Dichtungselement verschoben wird, um das röhrenförmige Dichtungselement um die beiden Befestigungsbereiche herum anzuordnen, um so eine Grenze zwischen den Kontaktflächen der Befestigungsbereiche zu bedecken. Das röhrenförmige Dichtungselement ist auf Grund der Wirkung des leicht flüchtigen Schmiermittels einfach verschiebbar und kann daher leicht an seinem Platz bereitgestellt werden. Da das leicht flüchtige Schmiermittel nach der Installation des Dichtungselementes verdampft, verschiebt sich das Dichtungselement nach der Verdampfung des Schmiermittels nicht leicht.
- Vorzugsweise ist das röhrenförmige Dichtungselement aus einem Gummi hergestellt, der aus der Gruppe bestehend aus Siliziumgummi, Ethylenpropylengummi, Butadiene-Acrylnitrilkautschuk und hydriertem Butadiene-Acrylnitrilkautschuk ausgewählt ist, so dass das röhrenförmige Dichtungselement eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist.
- Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Sammelbehälter, innen in Bereichen hiervon auf der selben Höhe geteilt, um einen Kondensatorbereich, und einen Unterkühlerbereich, welcher unterhalb des Kondensatorbereichs angeordnet ist, vorzusehen, wobei der Behälterverbindungsblock Kanäle aufweist, die es einem Kältemittel, das aus dem Kondensatorbereich strömt, erlauben, durch das Innere des Flüssigkeitsbehälters und in den Unterkühlerbereich zu strömen.
- Vorteilhaft ist ein Kältekreislauf, der einen Kompressor, einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer umfasst, wobei der Kondensator einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher aufweist. Der Kältekreislauf kann als eine Klimaanlage in einem Fahrzeug installiert sein.
- Erfindungsgemäße Ausgestaltungen werden in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt. Darin ist
-
1 eine fragmentarische Vorderansicht, die einen Wärmetauscher als Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers zeigt. -
2 eine vergrößerte fragmentarische Ansicht im vertikalen Schnitt des Wärmetauschers. -
3 eine fragmentarische perspektivische Explosionsansicht, die den Wärmetauscher der1 in einem vergrößerten Maßstab zeigt. -
4 eine perspektivische Ansicht, die einige Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des Wärmetauschers der1 zeigt. -
5 eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines modifizierten Dichtungselementes für die Verwendung in dem Wärmetauscher der1 . - Ausführungsformen der Erfindung werden unten mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
- In der folgenden Beschreibung umfasst der Begriff ”Aluminium” Aluminiumlegierungen zusätzlich zu reinem Aluminium. Auch in der folgenden Beschreibung werden die oberen und unteren Seiten und die linken und die rechten Seiten der Zeichnungen außer der
3 bis5 jeweils mit ”oben”, ”unten”, ”links” und ”rechts” bezeichnet. Die Vorderseite der Papierebene, welche die1 beinhaltet, wird als ”vorne” und die Rückseite hiervon als ”hinten” bezeichnet. - Eine Ausführungsform ist in den
1 bis4 gezeigt und ist ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher, der einen Kondensatorbereich umfasst, welcher die Funktion eines Kondensators hat, und einen Unterkühlerbereich, welcher die Funktion eines Unterkühlers hat, wobei diese in der Form einer Einheit sind. - Die
1 zeigt die Gesamtkonstruktionen des Wärmetauschers und die2 und3 zeigen die Konstruktion von Hauptbereichen hiervon. Die4 zeigt einige Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des Wärmetauschers. - Mit Bezug auf die
1 umfasst der Wärmetauscher1 ein Paar von linken und rechten Aluminiumsammelbehältern2 ,3 , welche sich nach oben oder nach unten beabstandet voneinander erstrecken, eine Mehrzahl von Aluminiumkältemittelrohren4 , welche zwischen den Sammelbehältern2 ,3 parallel zueinander nach oben oder nach unten gerichtet in einem Zwischenraum angeordnet und mit gegenüber liegenden Enden mit den Sammelbehältern2 ,3 durch Löten verbunden sind, gewellten Aluminiumrippen5 , welche zwischen jeweils benachbarten Paaren von Kältemittelrohren4 angeordnet und mit diesen verlötet sind, ein Aluminiumbehälter-Verbindungsblock6 , welcher durch Verlöten mit dem linken Sammelbehälter2 , welcher der Sammelbehälter ist, an dem der Behälter befestigt ist, befestigt ist, und ein Flüssigkeitsbehälter7 , welcher an dem Verbindungsblock6 befestigt ist. Zwei Aluminiumseitenplatten8 sind jeweils über und beabstandet von dem Kältemittelrohr4 an dem oberen Ende und unter und beabstandet von dem Kältemittelrohr4 an dem unteren Ende bereit gestellt. Eine gewellte Aluminiumrippe5 ist ebenfalls zwischen jeder Seitenplatte8 und dem hierzu benachbarten Kältemittelrohr4 angeordnet und mit der Platte8 und dem Rohr4 verlötet. - Die zwei Sammelbehälter
2 ,3 des Wärmetauschers1 sind intern in einen oberen und einen unteren Bereich in unteren Bereichen hiervon auf derselben Höhe geteilt, um einen Kondensatorbereich10 , welcher die Funktion eines Kondensators hat ein Kältemittel aus einer Dampfphase in eine flüssige Phase zu kondensieren, und einen Unterkühlerbereich11 , welcher in derselben vertikalen Ebene wie der Kondensatorbereich10 und unter dem Bereich10 angeordnet ist und welcher die Funktion eines Unterkühlers hat das flüssige Kältemittel, welches von dem Kondensatorbereich10 kondensiert wurde, auf eine Temperatur von ungefähr 5 bis ungefähr 15°C unter der Kondensationstemperatur zu unterkühlen, bereit zu stellen, wobei die zwei Bereiche10 ,11 in der Form einer Einheit bereitgestellt werden. Das Innere des linken Sammelbehälters2 ist von einem Trennbereich27 , welcher integral mit dem Behälterverbindungsblock6 ist, wie dies später beschrieben wird, in einen oberen und einen unteren Bereich geteilt. Das Innere des rechten Sammelbehälters3 ist von einer Aluminiumtrennwand12 in einen oberen und unteren Bereich geteilt. - Der Bereich des linken Sammelbehälters
2 über dem Trennbereich27 des Verbindungsblockes6 wird mit der ”Kondensator linker Sammelbehälterbereich2a ”, der Bereich desselben Sammelbehälters2 unter dem Trennbereich27 als der ”Unterkühler linker Sammelbehälterbereich2b ”, der Bereich des rechten Sammelbehälters3 über der Trennplatte12 als der ”Kondensator rechter Sammelbehälterbereich3a ” und der Bereich desselben Sammelbehälters3 unter der Trennplatte12 als der ”Unterkühler rechter Sammelbehälterbereich3b ” bezeichnet. - Eine erste Trennplatte
13 aus Aluminium ist innerhalb des Kondensator rechter Sammelbehälterbereichs3a in dessen Mittelbereich mit Bezug auf die Höhe bereit gestellt, und eine zweite Trennplatte14 aus Aluminium ist innerhalb des Kondensator linker Sammelbehälterbereichs2a an dessen unterem Bereich bereit gestellt. Kanalgruppen15 ,16 ,17 , welche jeweils aufeinander folgende nach oben oder nach unten angeordnete Kältemittelrohre4 aufweisen, sind jeweils in dem Kondensatorbereich10 in dessen oberem Bereich über der ersten Trennplatte13 , in dem Bereich hiervon zwischen den zwei Trennplatten13 ,14 und in dem unteren Teil unter der zweiten Trennplatte14 bereit gestellt. Die Anzahl der Kältemittelrohre4 in jeder der Kanalgruppen15 bis17 nimmt aufeinander folgend von oben nach unten ab. Alle Kältemittelrohre4 in jeder Kanalgruppe sind gleich in der Richtung der Strömung des Kältemittels hierdurch und jedes benachbarte Paar von Kanalgruppen15 und16 oder16 und17 ist unterschiedlich in der Richtung der Strömung des Kältemittels durch die Rohre4 . Ein Kältemitteleinlasselement18 ist mit dem oberen Ende des Kondensator rechten Sammelbehälterbereichs3a verlötet, um mit dem Inneren dieses Sammelbehälterbereichs3a zu kommunizieren. Ein Kältemittelauslasselement19 ist mit dem Unterkühler rechter Sammelbehälterbereich3b verlötet, um mit dem Inneren dieses Sammelbehälterbereichs3b zu kommunizieren. - Wie dies in den
2 und3 gezeigt ist, weist der Behälterverbindungsblock6 einen Blockkörper21 und einen Befestigungsbereich22 auf, der auf dem oberen Ende des Blockkörpers21 integral hiermit ausgebildet ist und nach oben von dem Blockkörper21 vorragt. - Der Blockkörper
21 ist integral mit einem Steg23 versehen, welcher sich vertikal erstreckt und an jeder vorderen und hinteren Seitenkante der rechten Seitenwand hiervon ausgebildet ist. Ein vertiefter Bereich24 ist in einem unteren Teil des Bereiches zwischen den zwei Stegen23 auf der rechten Seitenwand des Blockkörpers21 ausgebildet und hat eine innere Wandungsfläche in der Form einer vertieften zylindrischen Oberfläche, welche für einen engen Kontakt mit dem äußeren Umfang des linken Sammelbehälters2 ausgelegt ist. Der Blockkörper21 weist einen Einpassbereich26 , der über dem vertieften Bereich24 angeordnet ist, und der in den linken Sammelbehälter2 durch eine rechteckige Öffnung25 , welche in dem linken Sammelbehälter2 ausgebildet ist, einpassbar ist, auf. Der Einpassungsbereich26 weist einen oberen Endperipheriekantenbereich auf, der den Trennbereich27 in Kontakt mit dem inneren Umfang des linken Sammelbehälters2 ausbildet und der das Innere des linken Sammelbehälters2 in den Kondensator linken Sammelbehälterbereich2a und den Unterkühler linker Sammelbehälterbereich2b teilt. In dem Blockkörper21 ist zwischen jeder der vorderen und hinteren Kanten des Einpassungsbereiches26 und der korrespondierenden Stege23 ein Ausschnitt28 für den vorderen oder hinteren Seitenbereich der Umfangswand des linken Sammelbehälters2 ausgebildet, die die rechteckige Öffnung25 zum Einpassen bildet. Die Verbindung zwischen der inneren Wandungsfläche des vertieften Bereiches24 und der unteren Oberfläche des Einpassungsbereiches26 weist eine konkave Oberfläche auf. Der Behälterverbindungsblock6 ist an dem linken Sammelbehälter2 befestigt, indem die inneren Seitenflächen der zwei Stege23 des Blockkörpers21 und die innere Wandungsfläche des vertieften Bereiches24 mit der äußeren Wandungsfläche des linken Sammelbehälters2 und der Trennbereich27 des Einpassbereiches26 mit der inneren Wandungsfläche des linken Sammelbehälters2 verlötet sind. - Der Befestigungsbereich
22 hat die Form eines massiven Zylinders, der eine vertikale Länge von mindestens 5 mm hat, und der einen äußeren Umfang in der Form einer zylindrischen Oberfläche und eine kreisförmige Kontur aufweist. Der Befestigungsbereich22 weist ein oberes Ende auf, das eine flache enge Kontaktfläche22a zum engen Inkontaktbringen mit der unteren Fläche eines Befestigungsbereiches36 des Flüssigkeitsbehälters7 bereitstellt, wobei dieser Bereich unten beschrieben wird. Der Befestigungsbereich22 weist vordere und hintere gegenüber liegende Seitenteile auf, welche sich nach außen über den Blockkörper6 erstrecken, wobei sich eine Bohrung29 vertikal durch jede dieser Erstreckungen erstreckt. - Der Behälterverbindungsblock
6 weist zwei erste und zweite Kanäle31 ,32 auf. Der erste Kanal31 ist an einem Ende mit einer Öffnung in einer oberen Fläche des Einpassbereiches26 bereitgestellt, wobei das andere Ende mit einer Öffnung in einem rechten Seitenbereich der engen Kontaktfläche22a des Befestigungsbereiches22 bereitgestellt ist. Der zweite Kanal32 hat ein Ende, welches mit einer Öffnung in einem Bodenbereich der inneren Wandungsfläche Oberfläche des vertieften Bereichs24 bereit gestellt ist, wobei das andere Ende mit einer Öffnung in einem linken Seitenbereich der engen Kontaktfläche22a des Befestigungsbereiches22 bereit gestellt ist. Die eine Endöffnung des zweiten Kanals32 kommuniziert durch ein kreisförmiges Durchgangsloch33 , welches in der peripheren Wand des linken Sammelbehälters2 ausgebildet ist, mit dem Inneren des Unterkühler linker Sammelbehälterbereichs2b . Ein Außenrohrbereich34 , welcher nach oben vorragt, ist um die andere Endöffnung des zweiten Kanals32 , welcher in der Fläche22a des Befestigungsbereiches22 ausgebildet ist, herum bereit gestellt. Ein O-Ring35 ist um den Außenrohrbereich34 bereit gestellt. - Der Flüssigkeitsbehälter
7 ist ein röhrenförmiger Körper, welcher ein geschlossenes oberes Ende und ein offenes unteres Ende aufweist, und der an seinem unteren Ende den oben genannten Befestigungsbereich36 aufweist, welcher an dem Befestigungsbereich22 des Behälterverbindungsblockes6 befestigt ist. Der Befestigungsbereich36 ist in der Form eines massiven Zylinders, welcher eine vertikale Länge von mindestens 5 mm hat, und der einen äußeren Umfang in der Form einer zylindrischen Oberfläche und eine kreisförmige Kontur hat. Der Befestigungsbereich36 hat einen Außenseitendurchmesser, der gleich zu dem des Befestigungsbereiches22 des Behälterverbindungsblockes6 ist. Dies versieht die jeweiligen Konturen der äußeren Umfänge der Befestigungsbereiche22 ,36 des Behälterverbindungsblockes6 und des Flüssigkeitsbehälters7 mit derselben Form und Größe. Nebenbei bemerkt, können die äußeren Umfänge der Befestigungsbereiche22 ,36 leicht unterschiedlich in der Kontur sein. Die Bodenfläche des Befestigungsbereiches36 ist in der Form einer flachen engen Kontaktfläche36a in engem Kontakt mit der Fläche22a des Befestigungsbereiches22 des Behälterverbindungsblockes6 . - Der Befestigungsbereich
36 des Flüssigkeitsbehälters7 ist mit einem ersten Kanal37 , der eine Endöffnung in der engen Kontaktfläche36a aufweist und der mit dem ersten Kanal31 des Behälterverbindungsblockes6 kommuniziert, und einem zweiten Kanal38 , der eine Endöffnung in der engen Kontaktfläche36a aufweist und der mit dem zweiten Kanal32 des Behälterverbindungsblocks6 kommuniziert, versehen. Um die Öffnung des ersten Kanals37 in der engen Kontaktfläche36a des Befestigungsbereiches36 ist integral mit diesem Bereich36 ein Außenrohrbereich39 bereit gestellt, welcher nach unten vorragt, um in die andere Endöffnung des ersten Kanals31 des Behälterverbindungsblocks6 eingesetzt zu werden. Ein O-Ring41 ist um den Rohrbereich39 herum bereit gestellt. Der Befestigungsbereich36 ist an dem unteren Ende des zweiten Kanals38 mit einem Bereich mit großem Durchmesser38a zum Einsetzen des Außenrohrbereichs34 des Behälterverbindungsblockes6 versehen. Obwohl nicht gezeigt, sind Gewindebohrungen in den vorderen und hinteren gegenüber liegenden Seitenbereichen der Kontaktfläche36a des Befestigungsbereiches36 so ausgebildet, dass sie in Passung mit den jeweiligen Durchgangsbohrungen29 des Behälterverbindungsblocks6 sind. - Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist der Flüssigkeitsbehälter
7 durch Verschweißen von einer Mehrzahl von Elementen durch Lichtbogenschweißen ausgebildet intern mit einem Filter, um Fremdmaterial aus dem Kältemittel zu entfernen, und einem Trockner zum Absorbieren von Wasser aus dem Kältemittel versehen (keines von beiden ist gezeigt). - Der Flüssigkeitsbehälter
7 ist an dem Behälterverbindungsblock6 befestigt, indem Schraubenspindeln (nicht gezeigt), welche von unten durch die jeweiligen Bohrungen29 des Behälterverbindungsblocks6 eingesetzt sind, in die jeweiligen Gewindebohrungen des Behälters7 eingeschraubt werden, befestigt, wobei der Befestigungsbereich36 des Flussigkeitsbehälters7 auf dem Befestigungsbereich22 des Behälterverbindungsblocks6 angeordnet ist, und wobei der äußere Rohrbereich39 des Behälters7 in den ersten Kanal31 des Behälterverbindungsblocks6 eingesetzt ist, und wobei der äußere Rohrbereich34 des Behälterblocks6 in den Bereich mit großem Durchmesser38a des zweiten Kanals38 des Behälters7 eingesetzt ist, und wobei die Flächen22a ,36a der zwei Befestigungsbereiche22 ,36 in engem Kontakt miteinander sind. - Ein zylindrisches Dichtungselement
42 ist flüssigkeitsdicht um die zwei Befestigungsbereiche22 ,36 herum bereit gestellt, um die Grenze zwischen den Kontaktflächen22a ,36a des Befestigungsbereiches22 des Behälterverbindungsblocks6 und des Befestigungsbereiches36 des Flüssigkeitsbehälters7 zu bedecken. Es ist wünschenswert, dass das Dichtungselement42 den Befestigungsbereich22 des Behälterverbindungsblockes6 und den Befestigungsbereich36 des Flüssigkeitsbehälters7 jeweils über eine Länge von mindestens 5 mm in der Richtung der Dicke des Befestigungsbereiches (die Richtung nach oben oder nach unten) bedeckt. Wenn die Länge des äußeren Umfangs von jedem der Befestigungsbereiche22 ,36 , welche von dem Dichtungselement42 bedeckt ist, geringer als 5 mm ist, ist es wahrscheinlich, dass z. B. Regenwasser oder ähnliches durch den Zwischenraum zwischen der inneren Oberfläche des Dichtungselementes42 und der äußeren Oberfläche von jedem Befestigungselement strömt, um in die Fuge zwischen den Kontaktflächen22a ,36a einzutreten. Das zylindrische Dichtungselement42 hat eine gummiähnliche Elastizität. Das Dichtungselement42 , welches einen kleineren Innendurchmesser D als der Außendurchmesser d der Befestigungsbereiche22 ,36 des Behälterverbindungsblocks6 und des Flüssigkeitsbehälters7 hat, wird elastisch deformiert und sowohl um den Blockbefestigungsbereich22 und den Behälterbefestigungsbereich36 in engem Kontakt mit den äußeren Umfängen der beiden Befestigungsbereichen22 ,36 durch seine eigene Elastizität angebracht. Genauer gesagt ist das zylindrische Dichtungselement42 aus einem Gummi ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumgummi, Ethylenpropylengummi, Butadiene-Acrylnitrilkautschuk und hydrierter Butadiene-Acrylnitrilkautschuk hergestellt. - Bevor das Dichtungselement
42 um die Befestigungsbereiche herum angebracht wird, ist der Innendurchmesser D des Elements kleiner als der Außendurchmesser d der Befestigungsbereiche22 ,36 . Unter der Voraussetzung, dass der äußere Durchmesser der Befestigungsbereiche22 ,36 des Behälterverbindungsblockes6 und des Flüssigkeitsbehälters7 (der Durchmesser der kombinierten Kontur der äußeren Umfänge der zwei Befestigungsbereiche22 ,36 ) d ist, und dass der Innendurchmesser des Dichtungselementes42 vor der Installation D ist, ist es wünschenswert, dass diese Durchmesser die Beziehung von 0,7 d < D < d haben. Wenn D ≤ 0,7 d ist, ist es wahrscheinlich, dass das Dichtungselement42 schwierig um die Befestigungsbereiche herum anzubringen ist, wobei wenn D ≥ d ist eine Wahrscheinlichkeit besteht, dass Regenwasser oder ähnliches durch den Zwischenraum zwischen dem inneren Umfang des Dichtungselementes42 und den äußeren Umfängen der Befestigungsbereiche22 ,36 in die Fuge zwischen den Kontaktflächen22a ,36a eintritt. Die Materialien für die Herstellung des Dichtungselementes42 sind nicht auf die oben erläuterten Beispiele begrenzt. - Vorzugsweise ist das zylindrische Dichtungselement
42 , wie dies in5 gezeigt ist, in seinem inneren Umfang mit einer Mehrzahl von ringförmigen Dichtungsrillen43 über seinen gesamten Umfang versehen. Selbst dann, wenn eine kleine Menge von beispielsweise Regenwasser in den Zwischenraum zwischen dem Dichtungselement42 und den äußeren Umfängen der Befestigungsbereiche22 ,36 des Behälterverbindungsblocks6 und des Flüssigkeitsbehälters7 von einem Ende des Dichtungselementes42 eintritt, wird in diesem Fall das Regenwasser in den ringförmigen Dichtungsrillen43 in dem inneren Umfang des Dichtungselementes42 eingeschlossen und verlässlich daran gehindert, in die Fuge zwischen den Kontaktflächen22a ,36a der Befestigungsbereiche22 ,36 des Behälterverbindungsblocks6 und des Behälters7 einzudringen. - Der Flüssigkeitsbehälter
7 weist einen oberen Endbereich auf, welcher mit einer Klammer44 an dem linken Sammelbehälter2 befestigt ist, wobei die Klammer44 an dem oberen Ende des linken Sammelbehälters2 und an einem Einsetzbereich45 , der einem Stift ähnelt und der an dem oberen Ende des Behälters7 bereit gestellt ist, befestigt ist. - Die Klammer
44 ist aus einem Metall, d. h. einem Aluminiumblech, durch Pressen zum Biegen hergestellt und weist eine Mehrzahl von horizontalen Bereichen, d. h. einen ersten horizontalen Bereich44a und einen zweiten horizontalen Bereich44b , der sich nach rechts von dem Bereich44a auf ein unteres Niveau erstreckt, auf. Die Klammer44 weist eine Bolzenöffnung (nicht gezeigt), die in dem oberen ersten horizontalen Bereich44a ausgebildet ist, und eine Behälter haltende kreisförmige Durchgangsöffnung (nicht gezeigt), die in dem unteren zweiten horizontalen Bereich44b ausgebildet ist, auf. Ein Klammerbefestigungsbolzen46 , welcher von der Deckwand des linken Sammelbehälters2 integral hiermit vorragt, ist durch die Bolzenöffnung des ersten horizontalen Bereichs44a von unten eingesetzt und eine Mutter47 ist mit dem oberen Ende des Bolzens46 verschraubt, wodurch die Klammer44 entfernbar an dem linken Sammelbehälter2 befestigt ist. Der Einsetzbereich45 ist in der Form eines Stiftes mit kreisförmigen Querschnitt, der nach oben von einer Wand, welche das obere Ende des Flüssigkeitsbehälters7 verschließt, vorragt und der integral mit dieser Wand ist und der durch die Behälter haltende Durchgangsöffnung eingesetzt ist. Ein röhrenförmiges Dämpfungselement48 ist um den Einsetzbereich45 herum angebracht. Das Dämpfungselement48 besteht aus Gummi, z. B. einem Gummi ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chloroprengummi, Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer, Butadiene-Acrylnitrilkautschuk, und hydriertem Butadiene-Acrylnitrilkautschuk. Das Dämpfungselement48 ist um den Einsetzbereich45 in der Behälter haltenden Durchgangsöffnung bereit gestellt. - Der Wärmetauscher
1 wird mit dem als nächstes zu beschreibenden Verfahren hergestellt. - Zuerst werden ein Paar von Sammelbehältern
2 ,3 , welche sich nach oben oder nach unten und beabstandet zueinander erstrecken, eine Mehrzahl von Kältemittelrohren4 , eine Mehrzahl von gewellten Rippen5 , obere und untere Seitenplatten8 , Trennplatten12 ,13 ,14 und ein Behälterverbindungsblock6 wie spezifiziert positioniert und gleichzeitig miteinander verlötet. - Dann wird ein leichtflüchtiges Schmiermittel auf der äußeren Wandungsfläche von zumindest einem der Befestigungsbereiche
22 eines Behälterverbindungsblockes6 und dem Befestigungsbereich36 eines Flüssigkeitsbehälters7 , d. h. auf der äußeren Wandungsfläche des Befestigungsbereiches36 des Behälters7 , aufgebracht und ein Dichtungselement42 wird hiernach um den Befestigungsbereich36 herum angebracht [siehe4(a) ]. Das verwendete leicht flüchtige Schmiermittel ist vorzugsweise Propylenglycol. Das leicht flüchtige Schmiermittel kann auf der äußeren Wandungsflächen der zwei Befestigungsbereiche22 ,36 aufgebracht werden. - Anschließend wird der Befestigungsbereich
22 des Behälterverbindungsblockes6 auf dem Befestigungsbereich36 des Flüssigkeitsbehälters7 angeordnet, der Außenrohrbereich39 des Flüssigkeitsbehälters7 und der Außenrohrbereich34 des Behälterverbindungsblocks6 werden jeweils in den ersten Kanal31 des Behälterverbindungsblocks6 und den zweiten Kanal38 des Behälters7 eingesetzt und die Kontaktflächen22a ,36a der zwei Befestigungsbereiche22 ,36 werden in engen Kontakt miteinander gebracht. Der Flüssigkeitsbehälter7 wird dann in diesem Zustand an dem Behälterverbindungsblock6 befestigt, indem Schraubenspindeln, welche durch die Bohrungen29 von unten eingesetzt sind, in die jeweiligen Gewindebohrungen des Behälters7 eingeschraubt werden. Der Flüssigkeitsbehälter7 wird danach mit einer Klemme49 gegriffen und das Dichtungselement42 wird nach unten geschoben, um durch das Bewegen der Klemme49 nach unten das Dichtungselement42 um die beiden Befestigungsbereiche22 ,36 herum anzubringen, um die Grenze zwischen den Kontaktflächen22 ,36 der zwei Befestigungsbereiche22 ,36 zu bedecken [siehe4(b) ]. - Zuletzt wird die Klammer
44 an dem linken Sammelbehälter2 befestigt und der Einsetzbereich45 an dem Flüssigkeitsbehälter7 wird durch die Öffnung in der Klammer44 eingesetzt. Auf diese Weise wird der Wärmetauscher1 hergestellt. - Der Wärmetauscher
1 bildet zusammen mit einem Kompressor, einem Expansionsventil und einem Verdampfer einen Kältekreislauf und der Kreislauf ist in einem Fahrzeug als Klimaanlage eingebaut. - Ein gasförmiges Kältemittel, welches von dem Kompressor komprimiert worden ist und das eine hohe Temperatur und einen hohen Druck hat, strömt durch das Kältemitteleinlasselement
18 in den Kondensator rechter Sammelbehälterbereich3a , wird in dem Kondensatorbereich10 kondensiert während es zickzack durch die Kanalgruppen15 ,16 ,17 strömt, strömt in den Kondensator linker Sammelbehälterbereich2a , strömt dann durch den ersten Kanal31 des Behälterverbindungsblockes6 und den ersten Kanal37 des Befestigungsbereiches36 in den Flüssigkeitsbehälter7 , in welchem Fremdmaterial und Wasser aus dem Kältemittel entfernt werden. Das Kältemittel strömt dann durch den zweiten Kanal38 des Befestigungsbereiches36 und den zweiten Kanal32 des Behälterblockes6 in den Unterkühler linker Sammelbehälterbereich2b , wird während es nach rechts durch die Kältemittelrohre4 strömt um 5 bis 15°C unterkühlt, wird in den Unterkühler rechter Sammelbehälterbereich3b eingelassen und danach durch das Auslasselement19 und das Expansionsventil zu einem Verdampfer geschickt. - Die oben beschriebene Ausführungsform ist ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher, der dafür ausgelegt ist, als ein Wärmetauscher verwendet zu werden, der einen Kondensator und einen Unterkühler kombiniert in einer Einheit aufweist, wobei allerdings der erfindungsgemäße Wärmetauscher natürlich auch als ein einzelner Kondensator getrennt von einem Unterkühler ausgebildet werden kann.
- INDUSTRIELLE ANWENDUNG
- Der Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung ist geeignet, um in Kältekreisläufen verwendet zu werden, welche beispielsweise Kraftfahrzeugklimaanlagen bereit stellen.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wärmetauscher
- 2
- linker Sammelbehälter
- 2a
- Kondensator linker Sammelbehälterbereich
- 2b
- Unterkühler linker Sammelbehälterbereich
- 3
- rechter Sammelbehälter
- 3a
- Kondensator rechter Sammelbehälterbereich
- 3b
- Unterkühler rechter Sammelbehälterbereich
- 4
- Kältemittelrohre
- 5
- Rippen
- 6
- Behälterverbindungsblock
- 7
- Flüssigkeitsbehälter
- 8
- Seitenplatten
- 10
- Kondensatorbereich
- 11
- Unterkühlerbereich
- 12
- Trennplatte
- 13
- erste Trennplatte
- 14
- zweite Trennplatte
- 15
- Kanalgruppe
- 16
- Kanalgruppe
- 17
- Kanalgruppe
- 18
- Kältemitteleinlasselement
- 19
- Kältemittelauslasselement
- 21
- Blockkörper
- 22
- Befestigungsbereich
- 22a
- Kontaktfläche
- 23
- Steg
- 24
- vertiefter Bereich
- 25
- Öffnung
- 26
- Einpassungsbereich
- 27
- Trennbereich
- 28
- Ausschnitt
- 29
- Bohrung
- 31
- erster Kanal
- 32
- zweiter Kanal
- 33
- Durchgangsloch
- 34
- Außenrohrbereich
- 35
- O-Ring
- 36
- Befestigungsbereich
- 36a
- Kontaktfläche
- 37
- erster Kanal
- 38
- zweiter Kanal
- 38a
- großer Durchmesser
- 39
- Außenrohrbereich
- 41
- O-Ring
- 42
- Dichtungselement
- 43
- Dichtungsrillen
- 44
- Klammer
- 44a
- erster horizontaler Bereich
- 44b
- zweiter horizontaler Bereich
- 45
- Einsetzbereich
- 46
- Klammerbefestigungsbolzen
- 47
- Mutter
- 48
- Dämpfungselement
- 49
- Klemme
- D
- Innendurchmesser
- d
- Außendurchmesser
Claims (11)
- Wärmetauscher (
1 ) mit zwei Sammelbehältern (2 ,3 ), die sich beabstandet voneinander nach oben oder nach unten erstrecken, einer Mehrzahl von Kältemittelrohren (4 ), die zwischen den beiden Sammelbehältern (2 ,3 ) übereinander liegen und parallel beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei die gegenüberliegenden Enden mit den jeweiligen Sammelbehältern (2 ,3 ) verbunden sind, Rippen (5 ), die zwischen jeweils benachbarten Paaren von Kältemittelrohren (4 ) angeordnet sind, einem Flüssigkeitsbehälter (7 ), der in seinem unteren Bereich einen Befestigungsbereich (36 ) mit einer unteren Kontaktfläche (36a ) aufweist, der eine äußere Wandungsfläche in der Form eines Zylindermantels besitzt, und einem Behälterverbindungsblock (6 ), der an dem Flüssigkeitsbehälter (7 ) und an einer Außenwand des Sammelbehälters (2 ) befestigt ist und Kanäle (31 ,32 ) aufweist, durch die das Innere des Sammelbehälters (2 ) und das Innere des Flüssigkeitsbehälters (7 ) in Kommunikation gebracht sind, wobei der Behälterverbindungsblock (6 ) in seinem oberen Bereich einen Befestigungsbereich (22 ) mit einer äußeren Wandungsfläche in der Form eines Zylindermantels mit einem Außendurchmesser (d), der gleich dem des Befestigungsbereichs (36 ) des Flüssigkeitsbehälters (7 ) ist, und einer oberen Kontaktfläche (22a ), die mit der unteren Kontaktfläche (36a ) des Befestigungsbereiches (36 ) des Flüssigkeitsbehälters (7 ) in engem Kontakt steht, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein röhrenförmiges Dichtungselement (42 ) flüssigkeitsdicht um die äußeren Wandungsflächen der beiden Befestigungsbereiche (22 ,36 ) vorgesehen ist, um die Grenze zwischen den Kontaktflächen (22a ,36a ) der Befestigungsbereiche (22 ,36 ) des Behälterverbindungsblocks (6 ) und des Flüssigkeitsbehälters (7 ) abzudecken, wobei das röhrenförmige Dichtungselement (42 ) Gummielastizität aufweist und eine innere Form hat, die kleiner als die Konturen der äußeren Wandungsflächen der Befestigungsbereiche (22 ,36 ) des Behälterverbindungsblocks (6 ) und des Flüssigkeitsbehälters (7 ) ist und in elastisch deformiertem Zustand in engem Kontakt an den äußeren Wandungsflächen der beiden Befestigungsbereiche (22 ,36 ) durch die elastische Kraft des röhrenförmigen Dichtungselementes (42 ) angebracht ist, und der Zylindermantel von einem der Befestigungsbereiche (22 ,36 ), insbesondere von dem Befestigungsbereich (36 ) des Flüssigkeitsbehälters (7 ), eine Höhe aufweist, die größer als eine in der Achsrichtung des Zylinders gemessene Länge des Dichtungselements (42 ) ist. - Wärmetauscher (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (42 ) die äußeren Wandungsflächen der Befestigungsbereiche (22 ,36 ) des Behälterverbindungsblocks (6 ) und des Flüssigkeitsbehälters (7 ) jeweils über eine Länge von mindestens 5 mm in der Richtung der Länge der Befestigungsbereiche (22 ,36 ) bedeckt. - Wärmetauscher (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das röhrenförmige Dichtungselement (42 ) in seiner inneren Wandfläche über den gesamten Umfang mit einer Mehrzahl ringförmiger Dichtungsrillen (43 ) versehen ist. - Wärmetauscher (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außendurchmesser der Befestigungsbereiche (22 ,36 ) des Behälterverbindungsblocks (6 ) und des Flüssigkeitsbehälters (7 ) die Größe d haben und der Innendurchmesser des röhrenförmigen Dichtungselements (42 ) die Größe D hat, wobei diese Durchmesser zueinander die Beziehung 0,7 d < D < d haben. - Wärmetauscher (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das röhrenförmige Dichtungselement (42 ) aus einem Gummi hergestellt ist, der aus der Gruppe bestehend aus Siliziumgummi, Ethylenpropylengummi, Butadiene-Acrylnitrilkautschuk und hydriertem Butadiene-Acrylnitrilkautschuk ausgewählt ist. - Wärmetauscher (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelbehälter (2 ,3 ), innen auf der selben Höhe geteilt sind, um einen Kondensatorbereich (10 ), und einen Unterkühlerbereich (11 ), welcher unterhalb des Kondensatorbereichs (10 ) angeordnet ist, vorzusehen, wobei der Behälterverbindungsblock (6 ) Kanäle (31 ,32 ) derart aufweist, dass ein Kältemittel, das aus dem Kondensatorbereich (10 ) strömt, durch das Innere des Flüssigkeitsbehälters (7 ) in den Unterkühlerbereich (11 ) strömt. - Kältekreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Kompressor, einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer umfasst, wobei der Kondensator einen Wärmetauscher (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst. - Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass darin der Kältekreislauf gemäß Anspruch 7 als eine Klimaanlage installiert ist.
- Kältekreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Kompressor, einen Wärmetauscher gemäß Anspruch 6, ein Expansionsventil und einen Verdampfer umfasst.
- Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass darin ein Kältekreislauf nach Anspruch 9 als Klimaanlage installiert ist.
- Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Kältemittelrohren (4 ) zwischen zwei Sammelbehältern (2 ,3 ), die sich beabstandet voneinander nach oben oder nach unten erstrecken, angeordnet werden, zwischen jeweils benachbarten Paaren von Kältemittelrohren (4 ) Rippen angeordnet werden, für einen der Sammelbehälter (2 ) ein Behälterverbindungsblock (6 ) bereitgestellt wird und die resultierende Anordnung kollektiv verlötet wird, ein leicht flüchtiges Schmiermittel wird auf einer äußeren Wandungsfläche von zumindest einem der Befestigungsbereiche (22 ,36 ) des Behälterverbindungsblocks (6 ) und eines Flüssigkeitsbehälters (7 ), insbesondere auf einer äußeren Wandungsfläche des Flüssigkeitsbehälters (7 ), aufgebracht wird, und anschließend ein röhrenförmiges Dichtungselement (42 ) in elastisch deformiertem Zustand an der äußeren Wandungsfläche des Befestigungsbereiches (22 ,36 ) angebracht wird, die mit dem Schmiermittel versehen ist, und der Flüssigkeitsbehälter (7 ) an dem Behälterverbindungsblock (6 ) befestigt wird, wobei die Kontaktflächen (22a ,36a ) der Befestigungsbereiche (22 ,36 ) des Behälterverbindungsblocks (6 ) und des Flüssigkeitsbehälters (7 ) miteinander in engem Kontakt gehalten sind, und danach das röhrenförmige Dichtungselement (42 ) derart verschoben wird, dass es um die beiden Befestigungsbereiche (22 ,36 ) herum angeordnet wird, um die Grenze zwischen den Kontaktflächen (22a ,36a ) der Befestigungsbereiche (22 ,36 ) abzudecken.
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