JP4062775B2 - 複式熱交換器 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルのコンデンサコアおよびエンジン冷却水を冷却するラジエータコア等の複数のコア部を有する複式熱交換器に関するもので、車両用に用いて有効である。
【0002】
【従来の技術】
複数のコア部を有する複式熱交換器に関して、出願人は既に特願平8−279550号を出願している。そして、発明者等は、複式熱交換器の実用化にあたり、種々の試験検討を実施したところ、以下に述べる問題を新たに発見した。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、上記出願では、図10に示すように、コンデンサヘッダタンク24とラジエータヘッダタンク35とが近接しているので、両ヘッダタンク24、35をそれぞれ各コア部に組付ける際に、両ヘッダタンク24、35(特にラジエータヘッダタンク35)が傾いてしまい、両ヘッダタンク24、35が比較的広範囲に渡って互い接触した状態で両コア部および両ヘッダタンク24、35がろう付け接合してしまう。
【0004】
このため、ラジエータヘッダタンク側からコンデンサヘッダタンク側に熱が移動してしまうので、コンデンサコア(複式熱交換器)の熱交換能力が低下してしまうという問題が発生する。
本発明は、上記点に鑑み、ヘッダタンクが傾くことを防止して複式熱交換器の熱交換能力が低下することを防止することを目的とする。
【0005】
【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用いる。請求項1〜に記載の発明では、両ヘッダタンク(24、35)のうち少なくとも一方側のヘッダタンク(24)には、他方側のヘッダタンク(35)に向けて突出して他方側のヘッダタンク(35)に接触する突起部(24c)が形成されており、第1ヘッダタンク(24)は、第1チューブ(21)に接合された第1コアプレート(24a)、および第1コアプレート(24a)に接合された第1ヘッダタンク本体(24b)を有して構成され、第1コアプレート(24a)には、第1ヘッダタンク本体(24b)側に向けて突出するとともに、第1ヘッダタンク(24)の長手方向側に向けて曲げられたカシメ突起部(24e)が形成されており、第1ヘッダタンク本体(24b)は、カシメ突起部(24e)により第1コアプレート(24a)にカシメ固定されていることを特徴とする。
【0006】
これにより、両ヘッダタンク(24、35)が傾いてしまうことを防止できるので、両ヘッダタンク(24、35)が比較的広範囲に渡って互い接触した状態でろう付けが完了してしまうことを防止できる。したがって、複式熱交換器1の熱交換能力が低下してしまうことを防止できる。さらに、後述するように、カシメ治具を第1ヘッダタンク本体(24b)側から両ヘッダタンク(24、35)間に挿入することにより、容易に第2ヘッダタンク(35)側のカシメ突起部(24e)を曲げる(塑性変形させる)ことができる。したがって、第1ヘッダタンク(24)のカシメ作業(カシメ突起部(24e)を曲げる作業)の作業性を向上させることができるので、複式熱交換器の製造工数(時間)低減を図ることができるとともに、カシメ作業を確実に行うことができる。延いては、ろう付け不良の低減を図ることができ、複式熱交換器の歩留りが向上するので、複式熱交換器の製造原価低減を図ることができる。なお、突起部(24c)は、請求項2に記載のごとく、一方側のヘッダタンク(24)の長手方向に離散的に3個以上形成することが望ましい。
【0007】
また、突起部(24c)と他方側のヘッダタンク(35)との接触部位寸法のうち他方側のヘッダタンク(35)の長手方向と平行な寸法(この寸法を接触寸法と呼ぶ。)は、請求項3に記載の発明のごとく、他方側のヘッダタンク(35)の長手方向寸法(L)の略50%以下とすることが望ましい。
さらに望ましくは、接触寸法は、請求項4に記載の発明のごとく、他方側のヘッダタンク(35)の長手方向寸法(L)の略20%以下とすることがよい。
【0008】
なお、後述するように、突起部(24c)が1個のときは、その1個の突起部(24c)の接触寸法を他方側のヘッダタンク(35)の長手方向寸法(L)の略50%以下とし、突起部(24c)が複数個のときには、接触寸法の合計寸法を他方側のヘッダタンク(35)の長手方向寸法(L)の略50%以下とすることが望ましい。
【0011】
請求項に記載の発明では、第2コアプレート(35a)および第2ヘッダタンク本体(35b)は、第2ヘッダタンク(35)の長手方向に延びる折曲部(35c、35d)を有するように断面L字状に折り曲げ成形されており、さらに第2コアブレート(35a)の折曲部(35c)は、第1ヘッダタンク(24)側に面していることを特徴とする。
【0012】
これにより、第2コアブレート(35a)と第2ヘッダタンク本体(35b)との接合部位が、第1ヘッダタンク(24)と重なることなく、直接に目視することができる部位に位置することとなる。
したがって、両ヘッダタンク(24、35)のろう付け接合部を直接に目視することができるので、検査工程時にろう付け接合部の不良の有無を容易に検査確認することができるとともに、ろう付け接合部の不良を発見したときには容易にろう付け不良を修正することができる。延いては、最終製品として複式熱交換器の歩留りを向上させることができるので、複式熱交換器の製造原価低減を図ることができる。
【0013】
また、請求項に記載の発明では、第2ヘッダタンク(35)内のうち第2ヘッダタンク本体(35b)にはオイルクーラ(60)が固定されていることを特徴とする。これにより、第2ヘッダタンク本体(35b)およびオイルクーラ(60)をサブアッセンブリとして、第2ヘッダタンク本体(35b)を第2コアプレート(35a)に組付けることにより、容易に第2ヘッダタンク(35)内にオイルクーラ(60)を配設することができる。
【0014】
なお、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。
【0015】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
本実施形態は、第1コア部として車両用冷凍サイクルのコンデンサコア部を、第2コア部としてエンジン(図示せず)の冷却水を冷却するラジエータコア部を用いた車両用の複式熱交換器である。
【0016】
そして、通常、コンデンサコア部を流れる冷媒の温度は、ラジエータコア部を流れる冷却水の温度に比べて低いので、この複式熱交換器ではコンデンサコア部をラジエータコア部より空気流れ上流側にして、空気の流通方向に直列に並んでエンジンルームの最前部に配置されている。以下に、本実施形態に係る複式熱交換器(以下、熱交換器と略す。)の形状を述べる。
【0017】
図1は、本実施形態に係る熱交換器1の斜視図であり、図2は図1のA−A断面図である。2はコンデンサコア部であり、3はラジエータコア部である。そして、両コア部2、3は、互いに熱伝導を遮断するために、後述する両チューブ21、32間に所定の隙間46を有して空気流れに直列に並んでいる。
そして、コンデンサコア部2は、冷媒(第1流体)が流通するとともに、偏平状に形成された複数本のコンデンサチューブ21と、このコンデンサチューブ21にろう付けされたコルゲート状(波形状)の冷却フィン22とから構成されている。
【0018】
また、ラジエータコア部3もコンデンサコア部2と同様な構造をしており、冷却水が流通するラジエータチューブ31と冷却フィン32とから構成されている。そして、これらのチューブ21、31と冷却フィン22、23とは交互に積層されて、それぞれろう付けされている。
なお、両冷却フィン22、32には、熱交換を促進するためのルーバ22a、32aが形成されており、両冷却フィン22、32は、ローラ成形法等によりルーバ22a、32aとともに一体に成形されている。
【0019】
また、図1に示すように、ラジエータチューブ31の両端には、ラジエータチューブ31の長手方向と直交する方向に延びるラジエータへッダタンク34、35がろう付け接合されており、ラジエータへッダタンク34は各ラジエータチューブ31に冷却水を分配し、ラジエータへッダタンク35は熱交換を終えた冷却水を回収する(集合させる)ものである。
【0020】
そして、ラジエータタンク34の上方端側には、エンジンから流出した冷却水をラジエータタンク34内に流入させる流入口36が設けられており、一方、ラジエータタンク35の下方端側には、冷却水をエンジンに向けて流出する流出口37が設けられている。
また、コンデンサチューブ21の両端には、コンデンサチューブ21の長手方向と直交する方向(ラジエータタンクと平行な方向)に延びるコンデンサへッダタンク24、25がろう付け接合されており、コンデンサへッダタンク24は各コンデンサチューブ21に冷媒を分配し、コンデンサへッダタンク25は熱交換(凝縮)を終えた冷媒を回収するものである。
【0021】
そして、26は冷凍サイクルの圧縮機(図示せず)から吐出された冷媒をコンデンサタンク24内に流入させる流入口であり、27は熱交換(凝縮)を終えた冷媒を冷凍サイクルの膨張弁(図示せず)に向けて流出させる流出口である。
因みに、48は両コア部2、3の補強部材をなすサイドプレートであり、49は、熱交換器1を車両に組付けるためのブラケットである。
【0022】
ところで、コンデンサヘダタンク24、25は互いに等しい構造であり、ラジエータヘッダタンク34、35は互いに等しい構造であるので、以下、コンデンサヘッダタンク24およびラジエータヘッダタンク35を例に両ヘッダタンク24、25、34、35の構造について述べる。
なお、以下、特に記載がない場合は、コンデンサヘッダタンク24はコンデンサヘッダタンク25も含む意味であり、ラジエータヘッダタンク35はラジエータヘッダタンク34も含む意味である。
【0023】
コンデンサヘッダタンク24は、図3、4に示すように、コンデンサチューブ21に接合されたコンデンサコアプレート24a、およびコンデンサコアプレート24aに接合されたコンデンサヘッダタンク本体24bを有して構成されている。
そして、コンデンサヘッダタンク本体24bのうちラジエータヘッダタンク35側には、図3〜5に示すように、ラジエータヘッダタンク35に向けて突出してラジエータヘッダタンク35に接触する第1突起部24cが、コンデンサヘッダタンク24の長手方向に離散的に3個以上形成されている。
【0024】
一方、コンデンサヘッダタンク本体24bのうちラジエータヘッダタンク35と反対側には、図3、4に示すように、第1突起部24cと反対の向きに突出する第2突起部24dが、第1突起部24cと対称にコンデンサヘッダタンク24の長手方向に離散的に3個以上形成されている。
また、コンデンサコアプレート24aのうち両突起部24c、24dに対応する部位には、コンデンサヘッダタンク本体24b側に向けて突出するとともに、図6に示すように、コンデンサヘッダタンク24の長手方向側(両突起部24c、24d側)に向けて曲げられたカシメ突起部24eが形成されており、このカシメ突起部24eを塑性変形させることにより、コンデンサヘッダタンク本体24bはコンデンサコアプレート24aにカシメ固定されている。
【0025】
一方、コンデンサヘッダタンク35は、図3、4に示すように、コンデンサチューブ31接合されたラジエータコアプレート35a、およびラジエータコアプレート35aに接合されたラジエータヘッダタンク本体35bを有して構成されいる。
そして、ラジエータコアプレート35aおよびラジエータヘッダタンク本体35bは、ラジエータヘッダタンク35の長手方向に延びる折曲部35c、35dを有するように断面L字状にプレス加工にて折り曲げ成形されており、ラジエータコアブレート35aの折曲部35cは、コンデンサヘッダタンク24側に面している。
【0026】
なお、ラジエータコアプレート35aのうち折曲部35c(コンデンサヘッダタンク24)と反対側には、ラジエータヘッダタンク本体35bにより挟み込み固定される(図7参照)コア側固定部35eが一体形成され、ラジエータヘッダタンク本体35bのうちコア側固定部35eに対応する部位には、ラジエータヘッダタンク本体35bの一部を切り起こしてコア側固定部35eを挟み込み固定する挟持部35fが形成されている。
【0027】
これと同様に、ラジエータヘッダタンク本体35bにはタンク側固定部35gが形成され、ラジエータコアプレート35aにはタンク側固定部35gを挟み込み固定する挟持部35hが形成されている。
ここで、本実施形態に係る熱交換器1の製造方法の概略を述べておく。
先ず、押し出し又は引き抜き加工にてアルミニウム材からコンデンサチューブ21およびラジエータチューブ31を成形する(チューブ成形工程)。なお、ラジエータチューブ31は電縫管などの溶接管でもよい。
【0028】
また、アルミニウム板材から両コアプレート24a、35aおよび両ヘッダタンク本体24b、35b、並びにサイドプレート48をプレス加工にて成形する(プレス工程)。なお、このとき、両コアプレート24a、35aおよびラジエータヘッダタンク本体35bの外側に相当する面、並びにコンデンサヘッダタンク本体24bの表裏両面にろう材を被覆しておく。
【0029】
次に、各チューブ21、31および各冷却フィン22、32を順次積層していき、両コア部2、3を仮組み立てするとともに、両コア部2、3の端部にサイドプレート48を仮組み付けし、この組上がったものをワイヤー等の治具により仮固定する(第1仮組工程)。
次に、各チューブ21、22を各コアプレート24a、35aに挿入するとともに、各コアプレート24a、35aに各ヘッダタンク本体24b、35bを組付ける(第2仮組工程)。このとき、図8に示すように、カシメ治具50をコンデンサヘッダタンク本体24b側からコンデンサコアプレート24a側に向けて押し付けることにより、カシメ突起部24eをコンデンサヘッダタンク24の長手方向側(両突起部24c、24d側)に向けて塑性変形させてコンデンサヘッダタンク本体24bをコンデンサコアプレート24aにカシメ固定する。
【0030】
そして、第2仮組工程にて組上がったものを炉内で加熱し、各部を一体ろう付けする(ろう付け工程)。その後、各部のろう付け不良および寸法を検査し、不良箇所については修正する(検査工程)。
なお、第1突起部24cはラジエータヘッダタンク35に接触していればよく、必ずしも第1突起部24cとラジエータヘッダタンク35とがろう付け接合されていなくてもよい。
【0031】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
第1突起部24cがラジエータヘッダタンク35(ラジエータコアプレート35a)に接触しているので、両ヘッダタンク24、35(特に体格の大きいラジエータヘッダタンク35)が傾いてしまうことを防止できる。
したがって、両ヘッダタンク24、35が比較的広範囲に渡って互い接触した状態で、両コア部2、3および両ヘッダタンク24、35のろう付けが完了してしまうことを防止できるので、コンデンサコア部2(熱交換器1)の熱交換能力が低下してしまうことを防止できる。
【0032】
ところで、両ヘッダタンク24、35が傾いてしまうことを防止していると言えども、第1突起部24cがラジエータヘッダタンク35に接触しているので、この接触部位を介してラジエータコア部3側の熱がコンデンサコア部2側に移動する。
そこで、本実施形態では、各第1突起部24cとラジエータヘッダタンク35との接触部位寸法のうちラジエータヘッダタンク35の長手方向と平行な寸法(以下、この寸法を接触寸法と呼ぶ。)の合計寸法が、ラジエータヘッダタンク35の長手方向寸法Lの略20%以下となるように選定されている。
【0033】
なお、本実施形態では、第1突起部24cをコンデンサヘッダタンク24の長手方向に離散的に複数個形成したが、仮に、第1突起部24cを1個とした場合には、その1個の接触寸法がラジエータヘッダタンク35の長手方向寸法Lの略20%以下となるように選定する必要がある。
因みに、ラジエータヘッダタンク35の長手方向寸法Lとは、図1に示すように、ラジエータヘッダタンク35の両端に接合されたキャップ38を含まない部部の寸法をいう。なお、図1では、ラジエータヘッダタンク35の端部が表示されていないので、ラジエータヘッダタンク34側に寸法Lを示した。
【0034】
また、カシメ突起部24eが、コンデンサヘッダタンク24の長手方向側(両突起部24c、24d側)に向けて曲げられる(塑性変形させられる)ことにより、コンデンサヘッダタンク本体24bがコンデンサコアプレート24aにカシメ固定されているので、前述のごとく、カシメ治具50をコンデンサヘッダタンク本体24b側から両ヘッダタンク24、35間に挿入することにより、容易にラジエータヘッダタンク35側のカシメ突起部24eを曲げる(塑性変形させる)ことができる。
【0035】
したがって、コンデンサヘッダタンク24のカシメ作業(カシメ突起部24eを曲げる作業)の作業性を向上させることができるので、熱交換器の製造工数(時間)低減を図ることができるとともに、カシメ作業を確実に行うことができる。延いては、ろう付け不良の低減を図ることができ、熱交換器1の歩留りが向上するので、熱交換器1の製造原価低減を図ることができる。
【0036】
また、ラジエータコアブレート35aの折曲部35cが、コンデンサヘッダタンク24側に面しているので、ラジエータコアブレート35aとラジエータヘッダタンク本体35bとの接合部位(コア側固定部35e、挟持部35f、タンク側固定部35g、挟持部35h)が、コンデンサヘッダタンク24と重なることなく、図3に示すように、直接に目視することができる部位に位置することとなる。
【0037】
したがって、両ヘッダタンク24、35のろう付け接合部(コア側固定部35e、挟持部35f、タンク側固定部35g、挟持部35h、およびコンデンサコアプレート24aとコンデンサヘッダタンク本体24bとの接合部)を直接に目視することができるので、検査工程時にろう付け不良の有無を容易に検査確認することができるとともに、ろう付け接合部の不良を発見したときには容易にろう付け不良を修正することができる。延いては、最終製品として熱交換器1の歩留りを向上させることができるので、熱交換器1の製造原価低減を図ることができる。
【0038】
(第2実施形態)
本実施形態は、ラジエータヘッダタンク35(正確にはラジエータヘッダタンク34)内にエンジンオイルやミッションオイル(オートマチィクトランスミッション用オイルを含む。)を冷却するオイルクーラ60等の付属機器を内蔵した熱交換器1である。
【0039】
この場合、オイルクーラ60は、図9に示すように、ラジエータヘッダタンク本体35bに固定する。これにより、ラジエータヘッダタンク本体35bおよびオイルクーラ60をサブアッセンブリとして、ラジエータヘッダタンク本体35bをラジエータコアプレート35aに組付けることにより、容易にラジエータヘッダタンク35内にオイルクーラ60を配設することができる。
【0040】
(第3実施形態)
上述の実施形態では、ラジエータヘッダタンク35の長手方向寸法Lに対する接触寸法の合計寸法の比(タンク結合比)を20%以下としたが、発明者等のさらなる詳細試験結果によれば、図11に示すように、タンク結合比を50%以下としても、コンデンサコア部2の放熱能力の低下(悪化量)は、第1突起部24cとラジエータヘッダタンク35との接触部位がない場合(タンク結合比=0%)の約10%以下に抑制することができることを確認した。
【0041】
これは、本実施形態では、図2に示すように、サイドプレート(閉塞部材)48によって両コア部2、3の端部にて両コア部2、3間の隙間が閉塞されているので、ラジエータコア部3を通過した空気がコンデンサコア部2を迂回することなく、コンデンサコア部2を通過することにより、両コア部2、3間の隙間を開放したときに比べてコンデンサコア部2を通過する風量が増大するからである。
【0042】
以上に述べたように、タンク結合比を50%以下としても本発明を実施することができる。
なお、図11に示す試験は、実車にてコンデンサコア部2に対する性能要求が最も厳しくなる、アイドリング運転に相当する状態で行ったものである。
また、図11(b)では、タンク結合比=タンク接触面積/(タンク長さL×接触巾)と記載されているが、タンク接触面積は、接触寸法と接触巾の積を示すものである。
【0043】
ところで、上述の実施形態では、コンデンサヘッダタンク24に形成された第1突起部24cをラジエータヘッダタンク35に接触させていたが、ラジエータヘッダタンク35にコンデンサヘッダタンク24側に突出する突起部を形成し、この突起部をコンデンサヘッダタンク24に接触させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係る複式熱交換器の斜視図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】図1のB−B断面図である。
【図4】B−B断面の斜視図である。
【図5】コンデンサヘッダタンクの分解斜視図である。
【図6】コンデンサヘッダタンクの側面図である
【図7】(a)はラジエータヘッダタンクの分解斜視図であり、(b)はラジエータコアプレートおよびラジエータヘッダタンク本体を接合した状態を示す斜視図である。
【図8】(a)はB−B断面の斜視図であり、(b)はコンデンサヘッダタンクの側面図である。
【図9】第2実施形態に係る図1のB−B断面に相当する断面図である。
【図10】従来の技術に係る図1のB−B断面に相当する断面図である。
【図11】(a)はタンク結合比とコンデンサコア部の悪化量との関係を示すグラフであり、(b)はタンク結合比の説明図である。
【符号の説明】
24…コンデンサヘッダタンク(第1ヘッダタンク)、
24a…コンデンサコアプレート(第1コアプレート)、
24b…コンデンサヘッダタンク本体(第1ヘッダタンク本体)
24c…第1突起部、24e…カシメ突起部、
35…ラジエータヘッダタンク(第2ヘッダタンク)、
35a…ラジエータコアプレート(第2コアプレート)、
35b…ラジエータヘッダタンク本体(第2ヘッダタンク本体)。

Claims (6)

  1. 第1流体が流通する複数本の第1チューブ(21)を有し、前記第1流体と空気との間で熱交換を行う第1コア部(2)と、
    第2流体が流通する複数本の第2チューブ(31)を有するとともに、前記第1コア部(2)に対して空気の流通方向に直列に配設されて、前記第2流体と空気との間で熱交換を行う第2コア部(3)と、
    前記複数本の第1チューブ(21)の両端にろう付け接合され、前記第1チューブ(21)の長手方向と直交する方向に延びる第1ヘッダタンク(24)と、
    前記複数本の第2チューブ(31)の両端にろう付け接合され、前記第1ヘッダタンク(24)の長手方向と平行な方向に延びる第2ヘッダタンク(35)とを備え、
    前記両ヘッダタンク(24、35)のうち少なくとも一方側のヘッダタンク(24)には、他方側のヘッダタンク(35)に向けて突出して前記他方側のヘッダタンク(35)に接触する突起部(24c)が形成されており、
    前記第1ヘッダタンク(24)は、前記第1チューブ(21)に接合された第1コアプレート(24a)、および前記第1コアプレート(24a)に接合された第1ヘッダタンク本体(24b)を有して構成され、
    前記第1コアプレート(24a)には、前記第1ヘッダタンク本体(24b)側に向けて突出するとともに、前記第1ヘッダタンク(24)の長手方向側に向けて曲げられたカシメ突起部(24e)が形成されており、
    前記第1ヘッダタンク本体(24b)は、前記カシメ突起部(24e)により前記第1コアプレート(24a)にカシメ固定されていることを特徴とする複式熱交換器。
  2. 前記突起部(24c)は、前記一方側のヘッダタンク(24)の長手方向に離散的に3個以上形成されていることを特徴とする請求項1に記載の複式熱交換器。
  3. 前記両コア部(2、3)の端部には、前記両コア部(2、3)の隙間を閉塞する閉塞部材(48)が配設されており、前記突起部(24c)と前記他方側のヘッダタンク(35)との接触部位寸法のうち、前記他方側のヘッダタンク(35)の長手方向と平行な寸法は、前記他方側のヘッダタンク(35)の長手方向寸法(L)の略50%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の複式熱交換器。
  4. 前記突起部(24c)と前記他方側のヘッダタンク(35)との接触部位寸法のうち、前記他方側のヘッダタンク(35)の長手方向と平行な寸法は、前記他方側のヘッダタンク(35)の長手方向寸法(L)の略20%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の複式熱交換器。
  5. 前記第2ヘッダタンク(35)は、前記第2チューブ(31)に接合された第2コアプレート(35a)、および前記第2コアプレート(35a)に接合された第2ヘッダタンク本体(35b)を有して構成され、
    前記第2コアプレート(35a)および前記第2ヘッダタンク本体(35b)は、前記第2ヘッダタンク(35)の長手方向に延びる折曲部(35c、35d)を有するように断面L字状に折り曲げ成形されており、
    前記第2コアプレート(35a)の折曲部(35c)は、前記第1ヘッダタンク(24)側に面していることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の複式熱交換器。
  6. 前記第1コア部(2)には、車両用冷凍サイクルの冷媒が流通し、前記第2コア(3)には、車両エンジンの冷却水が流通しており、さらに、前記第2ヘッダタンク(35)内のうち前記第2ヘッダタンク本体(35b)には、オイルを冷却するオイルクーラ(60)が固定されていることを特徴とする請求項に記載の複式熱交換器。
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