JP6415741B2 - 送風機、および、それを備えた空気調和装置 - Google Patents
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Description
このため、翼の形状を側板側と主板側とで同一の形状とすると、翼の側板側と主板側の一方で翼の表面から気流が剥離する現象が起こる。この気流の剥離が起きると騒音が発生するだけではなく、送風効率が著しく低下するという問題があった。
なお、以下で説明する構成、動作等は、一例にすぎず、本発明に係る送風機は、そのような構成、動作等に限定されない。また、各図において、同一又は類似するものには、同一の符号を付すか、又は、符号を付すことを省略している。また、細かい構造については、適宜図示を簡略化又は省略している。また、重複又は類似する説明については、適宜簡略化又は省略している。
実施の形態1に係る空気調和装置1を図1、2を用いて説明する。
図1は、実施の形態1に係る多翼遠心ファンを搭載する空気調和装置の室内機の斜視図である。
図2は、実施の形態1に係る空気調和装置の内部構成を説明するための斜視図である。
空気調和装置1は、空調対象空間の天井面に設置されたケーシング2を備えている。ケーシング2は、例えば直方体形状で構成されている。ケーシング2は、上面部2aと、下面部2bと、4面の側面部2cとを含んでいる。
下面部2bには、例えば矩形形状の吸込口4が開口している。吸込口4には、吸込グリル4aが設置されている。ケーシング2における吸込グリル4aの内部側には、吸込グリル4aを通過した後の空気を除塵するフィルタ(図示しない)が設けられている。
ファンモータ6は、ケーシング2の下面部2b上に固定されたモータサポート6aにより支持されている。また、ファンモータ6は、多翼遠心ファン5の羽根車10の回転軸6bを回転駆動する。
多翼遠心ファン5の渦形ケーシング5aは、羽根車10を囲うように設けられ、羽根車10から吹出された空気を整流する。渦形ケーシング5aの吸込口には、ベルマウス5bが形成され、多翼遠心ファン5に流入する気流を整流する。ベルマウス5bが連通するケーシング2内の吸込側空間2dと、渦形ケーシング5aの吹出口が連通するケーシング2内の吹出側空間2eとは、仕切板2fにより仕切られている。
図3は、実施の形態1に係る羽根車の斜視図である。
図4は、実施の形態1に係る翼を側板側から回転軸線Jの方向に見た拡大図である。
多翼遠心ファン5の羽根車10は、図3に示すように円盤形状の主板10aとリング形状の側板10bとを平行に対向配置し、円筒形状で構成されている。羽根車10は、回転軸線Jを回転軸として回転方向12向きに回転する。
主板10aの外周縁と、側板10bとの間には、複数の翼11が回転軸線Jと平行に配置されている。複数の翼11は、羽根車10の回転軸線Jを囲むように設けられている。
また、主板10aは、回転軸線J上にファンモータ6の回転軸6bが接続されるボス部10cを備えている。
羽根車10は、樹脂成形品として一体成形してもよいし、主板10a、側板10b、翼11をそれぞれ別体とし、組み立てる構成としてもよい。材質は、樹脂や各種金属等を適宜採用することが可能である。
複数の翼11は、同一形状として形成されている。翼11は、図3に示すように主板10a側に配置された第1翼20と、側板10b側に配置された第2翼21とにより構成されている。第1翼20と第2翼21とは一体で成形されてもよいし、別体として組み立てる構成としてもよい。第1翼20と第2翼21とは接続部22で接続されている。
第1翼20は、回転軸線Jと平行な板状体で構成された前曲翼形となっている。
一方、第2翼21は、側板10b側の側端面21eから第1翼20につながるよう捻れた形状となっている。
また、図3に示すように、翼11の回転軸線J方向の長さL1に対して、第2翼21の回転軸線J方向の長さ(側端面21eと接続部22の間の長さ)L2は、L2/L1が1/2以内となるように構成されている。
第2翼21は、羽根車10の内周側の一端に位置する内周側前縁部21aと、羽根車10の外周側の他端に位置する外周側後縁部21bと、を有している。また、構成面として、回転方向12側の翼表面である正圧面21cと、回転方向12と反対側の翼表面である負圧面21dと、を有している。
ここで、外周側後縁部20b、21bにおける第1翼出口角α1と第2翼出口角β1の定義について説明する。
第1翼出口角α1は、図4に示すように、外周側後縁部20bにおいて、第1翼20の厚み方向の中心を示す第1翼中心線20fの接線20gと、外周側後縁部20bが通過する第1仮想円30の接線20hと、が成す角度として定義される。このとき第1翼出口角α1は、図4において、第1仮想円30の接線20hを基準として第1翼中心線20fの接線20gまで反時計回りに回転したときの回転角となっている。
第2翼出口角β1は、図4に示すように、外周側後縁部21bにおいて、第2翼21の厚み方向の中心を示す第2翼中心線21fの接線21gと、外周側後縁部21bが通過する第1仮想円30の接線21hと、が成す角度として定義される。このとき第2翼出口角β1は、図4において、第1仮想円30の接線21hを基準として第2翼中心線21fの接線21gまで反時計回りに回転したときの回転角となっている。
なお、第2翼21の外周側後縁部21bの位置は、対応する第1翼20の外周側後縁部20bの位置よりも回転方向12に進んだ位置となっている。
次に、羽根車10における空気の流れについて説明する。
はじめに、空気の吹出角γ1の定義について説明する。
空気の吹出角γ1は、図4に示すように、外周側後縁部20b、21bが通過する第1仮想円30における吹き出し空気40の風向と、第1仮想円30の接線41と、が成す角度として定義される。
一般的に、前曲翼形を有する多翼遠心ファン(シロッコファン)において、翼11の主板10a近傍では吹出角γ1が小さく、翼11の側板10b近傍では吹出角γ1が大きくなる。
すると、翼11の出口角が回転軸線J方向で一定のため、吹出角γ1が大きい翼11の側板10b近傍では、翼11の第2翼出口角β1と吹出角γ1との角度差が大きくなってしまう。よって、翼11の側板10b近傍では気流が乱れやすく、翼11から気流が剥離することで圧力損失が大きくなる。
これに対し、実施の形態1に係る多翼遠心ファン5では、側板10b側の第2翼21の第2翼出口角β1を主板10a側の第1翼20の第1翼出口角α1よりも大きくしたため、第2翼出口角β1と吹出角γ1との角度差が縮小する。
実施の形態1に係る多翼遠心ファン5では、翼11の主板10a側と側板10b側とで空気の吹出角γ1が異なることに着目し、第1翼出口角α1と第2翼出口角β1とを調整し、翼11の全面において気流の剥離が生じない構成とした。
すなわち、側板10b側の第2翼21の第2翼出口角β1を主板10a側の第1翼20の第1翼出口角α1よりも大きくし、第2翼出口角β1と吹出角γ1との角度差が縮小させた。
よって、特に第2翼21で気流の剥離が低減され、気流の乱れが減少することで多翼遠心ファン5の高効率化と低騒音化を図ることができる。
また、翼11の第1翼20側は、第2翼21側に対して空気の通過風速が高く吹出角γ1が安定しており、高効率化に寄与する部位である。よって、第1翼20の第1翼出口角α1を一定値に固定することで多翼遠心ファン5の高効率化と低騒音化を図ることができる。
実施の形態2に係る多翼遠心ファン5を、図5を用いて説明する。
図5は、実施の形態2に係る翼を側板側から回転軸線Jの方向に見た拡大図である。
実施の形態2に係る多翼遠心ファンは、羽根車10、渦形ケーシング5a等の基本構成について実施の形態1と同様のため説明を省略する。
複数の翼11は、同一形状として形成されている。翼11は、実施の形態1と同様に図3に示すように主板10a側に配置された第1翼20と、側板10b側に配置された第2翼21とにより構成されている。第1翼20と第2翼21とは一体で成形されてもよいし、別体として組み立てる構成としてもよい。第1翼20と第2翼21とは接続部22で接続されている。
第1翼20は、回転軸線Jと平行な板状体で構成された前曲翼形となっている。
一方、第2翼21は、側板10b側の側端面21eから第1翼20につながるよう捻れた形状となっている。
第2翼21は、羽根車10の内周側の一端に位置する内周側前縁部21aと、羽根車10の外周側の他端に位置する外周側後縁部21bと、を有している。
また、構成面として、回転方向12側の翼表面である正圧面21cと、回転方向12と反対側の翼表面である負圧面21dと、を有している。
第1平面部21iにおける外周側後縁部21bから内周側端部21pまでの径方向長さL3は、回転軸線J方向において、接続部22から側板10b側に向かって漸次拡大する。
また、内周側前縁部20a、21aが通過する軌跡を第2仮想円31とすると、第2仮想円31と内周側端部21pとの間の回転軸線Jを通る半径方向長さM2は、第1仮想円30と第2仮想円31との間の半径方向長さM1に対してM1の2/3倍を超える寸法(M2>2/3×M1)となっている。
以上のように構成された実施の形態2の多翼遠心ファン5によれば、実施の形態1で得られる効果に加えて、第2翼出口角β1を拡大した範囲において、正圧面21cの外周側後縁部21b側に第1平面部21iを形成する。すると、翼11から空気が吹き出す際に、第1平面部21iで空気の流れを安定させることができる。よって、特に第2翼21で気流の剥離が低減され、気流の乱れが減少することで多翼遠心ファン5の高効率化と低騒音化を図ることができる。
実施の形態2の変形例に係る多翼遠心ファン5を、図6を用いて説明する。
図6は、実施の形態2の変形例に係る翼を側板側から回転軸線Jの方向に見た拡大図である。
実施の形態2の変形例に係る多翼遠心ファンは、羽根車10、渦形ケーシング5a等の基本構成について実施の形態1と同様のため説明を省略する。
第2平面部21jの外周側後縁部21bから内周側端部21qまでの径方向長さL4は、回転軸線J方向において、接続部22から側板10b側に向かって漸次拡大する。
また、内周側前縁部20a、21aが通過する軌跡を第2仮想円31とすると、第2仮想円31と内周側端部21qとの間の回転軸線Jを通る半径方向長さN2は、第1仮想円30と第2仮想円31との間の半径方向長さN1に対してN1の2/3倍を超える寸法(N2>2/3×N1)となっている。
以上のように構成された実施の形態2の変形例に係る多翼遠心ファン5によれば、凸面である第2翼21の負圧面21dにおいて、気流が一度剥離しても第2平面部21jで再付着しやすい。そのため、負圧面21dにおいて剥離した気流が正圧面20c、21cへ流入することで正圧面20c、21cに気流が集中することが抑制され、気流が安定しやすくなる。すると、多翼遠心ファン5の高効率化と低騒音化を図ることができる。
なお、実施の形態2に係る第1平面部21iと、変形例に係る第2平面部21jとは、構成の両方を採用してもよい。この場合、第1平面部21iと、第2平面部21jとにより気流の乱れを抑制する相乗効果が期待できる。
そして、第1平面部21iと、第2平面部21jとの両方が形成された部分の翼11の肉厚は、一定寸法としてもよい。肉厚を一定にすることで、第2翼21の外周側後縁部21bの強度を保ちながら気流を整流することができる。
実施の形態3に係る多翼遠心ファン5を、図7を用いて説明する。
図7は、実施の形態3に係る翼を側板側から回転軸線Jの方向に見た拡大図である。
実施の形態3に係る多翼遠心ファンは、羽根車10、渦形ケーシング5a等の基本構成について実施の形態1と同様のため説明を省略する。
複数の翼11は、同一形状として形成されている。翼11は、図3に示すように主板10a側に配置された第1翼20と、側板10b側に配置された第2翼21とにより構成されている。第1翼20と第2翼21とは一体で成形されてもよいし、別体として組み立てる構成としてもよい。第1翼20と第2翼21とは接続部22で接続されている。
第1翼20は、回転軸線Jと平行な板状体で構成された前曲翼形となっている。
一方、第2翼21は、側板10b側の側端面21eから第1翼20につながるよう捻れた形状となっている。
また、図3に示すように、翼11の回転軸線J方向の長さL1に対して、第2翼21の回転軸線J方向の長さ(側端面21eと接続部22の間の長さ)L2は、L2/L1が1/2以内となるように構成されている。
第2翼21は、羽根車10の内周側の一端に位置する内周側前縁部21aと、羽根車10の外周側の他端に位置する外周側後縁部21bと、を有している。また、構成面として、回転方向12側の翼表面である正圧面21cと、回転方向12と反対側の翼表面である負圧面21dと、を有している。
ここで、内周側前縁部20a、21aにおける第1翼入口角α2と第2翼入口角β2の定義について説明する。
第1翼入口角α2は、図7に示すように、内周側前縁部20aにおいて、第1翼20の厚み方向の中心を示す第1翼中心線20fの接線20mと、内周側前縁部20aが通過する第2仮想円31の接線20kと、が成す角度として定義される。このとき第1翼入口角α2は、図7において、第2仮想円31の接線20kを基準として第1翼中心線20fの接線20mまで反時計回りに回転したときの回転角となっている。
第2翼入口角β2は、図7に示すように、内周側前縁部21aにおいて、第2翼21の厚み方向の中心を示す第2翼中心線21fの接線21mと、内周側前縁部21aが通過する第2仮想円31の接線21kと、が成す角度として定義される。このとき第2翼入口角β2は、図7において、第2仮想円31の接線21kを基準として第2翼中心線21fの接線21mまで反時計回りに回転したときの回転角となっている。
なお、第2翼21の内周側前縁部21aの位置は、対応する第1翼20の内周側前縁部20aの位置よりも回転方向12に進んだ位置となっている。
以上のように構成された実施の形態3に係る多翼遠心ファン5によれば、空気の流入角γ2を、図7に示すように、内周側前縁部20a、21aが通過する第2仮想円31における流入空気50の風向と、第2仮想円31の接線51と、が成す角度として定義する。すると、主板10a側に対し風量が小さく気流の流入角γ2が小さくなる側板10b側の第2翼21において、第2翼21の第2翼入口角β2と流入角γ2との角度差が小さくなる。よって、第2翼21の内周側前縁部21aの負圧面21dにおいて、気流の剥離が生じにくくなる。また、内周側前縁部21aにおける気流の剥離から、気流が正圧面20c、21cへ流入することで正圧面20c、21cに気流が集中することが抑制され、気流が安定しやすくなる。すると、多翼遠心ファン5の高効率化と低騒音化を図ることができる。
実施の形態4に係る多翼遠心ファン5を、図8を用いて説明する。
図8は、実施の形態4に係る翼を側板側から回転軸線Jの方向に見た拡大図である。
実施の形態4に係る多翼遠心ファンは、羽根車10、渦形ケーシング5a等の基本構成について実施の形態1と同様のため説明を省略する。
以上のように構成された実施の形態4に係る多翼遠心ファン5によれば、実施の形態1に係る多翼遠心ファン5の効果に加え、翼11の側端面21e側からも翼11の間に気流が流入するため、第2翼21の翼間における風量が増加する。すると、翼11の正圧面20c、21cの外周側後縁部20b、21bで気流が剥離しにくくなり、気流の乱れが抑制される。
実施の形態5に係る多翼遠心ファン5を、図9、10を用いて説明する。
図9は、実施の形態5に係る多翼遠心ファンの斜視図である。
図10は、実施の形態5に係る多翼遠心ファンを別の角度から見た斜視図である。
多翼遠心ファン5の羽根車10は、図9、10に示すように円盤形状の主板10aと、主板10aの両端部に2枚配置されたリング形状の側板10bとを平行に配置し、円筒形状で構成されている。羽根車10は、回転軸線Jを回転軸として回転方向12向きに回転する。
主板10aの外周縁と、2枚の側板10bとの間には、複数の翼11が回転軸線Jと平行に配置されている。複数の翼11は、羽根車10の回転軸線Jを囲むように設けられている。
この羽根車10は、渦形ケーシング5aの対向する2面に配置された2つのベルマウス5bに側板10bが対向して配置され取り付けられる。すなわち、ベルマウス5bから渦形ケーシング5a内に吸い込まれた空気は、2枚の側板10bの両側から羽根車10内に流入する。
羽根車10は、樹脂成形品として一体成形してもよいし、主板10a、側板10b、翼11をそれぞれ別体とし、組み立てる構成としてもよい。材質は、樹脂や各種金属等を適宜採用することが可能である。
複数の翼11は、主板10aの一面側に配置された翼A(11A)と、主板10aの他面側に配置された翼B(11B)とでそれぞれ同一形状として形成されている。翼A(11A)は、図9に示すように主板10a側に配置された第1翼20Aと、側板10b側に配置された第2翼21Aとにより構成されている。また、翼B(11B)は、図9に示すように主板10a側に配置された第1翼20Bと、側板10b側に配置された第2翼21Bとにより構成されている。第1翼20Aと第2翼21Aとは接続部22Aで接続されている。また、第1翼20Bと第2翼21Bとは接続部22Bで接続されている。
第1翼20A、20Bは、回転軸線Jと平行な板状体で構成された前曲翼形となっている。
一方、第2翼21A、21Bは、側板10b側の側端面21eから第1翼20A、20Bにつながるよう捻れた形状となっている。
また、図10に示すように、翼A(11A)の第2翼21Aにおける回転軸線J方向の長さL5は、翼B(11B)の第2翼21Bにおける回転軸線J方向の長さL6の長さよりも長くなるように構成されている。
そして、ファンモータ6は、翼A(11A)側に配置されている。
なお、第1翼20A、20B、第2翼21A、21Bがそれぞれ第1翼出口角α1と第2翼出口角β1を備えた構成は、実施の形態1と同様のため説明を省略する。
以上のように構成された実施の形態5に係る多翼遠心ファン5によれば、主板10aの両端面側から気流を吸い込む両吸込形の多翼遠心ファンにおいて、ファンモータ6を設置した側では、気流の通風抵抗が大きくなる。すると、翼A(11A)が配置されたファンモータ側は、第2翼出口角β1と吹出角γ1との角度差が大きくなる回転軸線J方向の長さが拡大する。よって、第2翼21Aの長さL5を反対側の第2翼21Bの長さL6より相対的に長く構成し、第2翼21Aにおいて第2翼出口角β1と吹出角γ1との成す角度差を小さくすることができる。したがって、特に第2翼21Aで気流の剥離が低減され、気流の乱れが減少することで多翼遠心ファン5の高効率化と低騒音化を図ることができる。
図11は、実施の形態6に係る空気調和装置の構成図である。
実施の形態6では、上述した多翼遠心ファン5を備えた室内機200を有する空気調和装置について説明する。
空気調和装置は、室外機100と室内機200とを有し、これらが冷媒配管で連結されて冷媒回路を構成している。冷媒配管のうち、ガス冷媒が流れる配管をガス配管300とし、液冷媒または気液二相冷媒が流れる配管を液配管400とする。
室外側熱交換器103の近傍には、冷媒と空気との熱交換を効率よく行うため、室外側送風機104が配置されている。室外側送風機104としては、例えば上述の実施の形態1〜6で記載した多翼遠心ファン5を採用することができる。室外側送風機104は、インバータ装置によりファンモータ6の運転周波数を任意に変化させて多翼遠心ファン5の回転速度を変化させるようにしてもよい。絞り装置105は、開度を変化させることで、冷媒の前後圧力差を調整する。
以上のように実施の形態6に係る空気調和装置では、実施の形態1〜5において記載した多翼遠心ファン5を室外機100や室内機200に採用することで、高効率でありかつ騒音の発生を抑制した空気調和装置を得ることができる。
また、実施の形態1〜6に記載した多翼遠心ファン5の各構成を組み合わせて適宜採用することが可能である。
(1)吸込口が開口した渦形ケーシング5aと、円盤形状の主板10aと、リング形状の側板10bと、主板10aと側板10bとの間に配置された複数の翼11と、を備えた羽根車10と、を有し、羽根車10は、渦形ケーシング5a内に収納され、主板10a側に配置された第1翼20と、前記第1翼と前記側板との間に配置された第2翼と、を有し、第2翼21の外周側後縁部21bにおける第2翼出口角β1は、第1翼20の外周側後縁部20bにおける第1翼出口角α1と異なる角度で構成され、第2翼21の正圧面21cと、第2翼21の負圧面21dと、の少なくとも一方は、外周側後縁部21bから内周側前縁部21a側に延設された平面部21i、21jを有するものである。すると、翼11から空気が吹き出す際に、平面部21i、21jで空気の流れを安定させることができる。よって、特に第2翼21で気流の剥離が低減され、気流の乱れが減少することで多翼遠心ファン5の高効率化と低騒音化を図ることができる。
(3)また、上記(1)に記載の送風機において、平面部21jは、第2翼21の負圧面21dに配置されたものである。
(4)また、上記(1)に記載の送風機において、平面部21i、21jは、第2翼21の正圧面21cと負圧面21dの両面に配置されたものである。
上記(2)〜(4)に記載の送風機では、平面部21i、21jの設置位置が翼11の正圧面21c及び負圧面21dの一方または両方に形成されることで、空気の流れを安定させることができる。よって、特に第2翼21で気流の剥離が低減され、気流の乱れが減少することで多翼遠心ファン5の高効率化と低騒音化を図ることができる。
主板10aの両端面側から気流を吸い込む両吸込形の多翼遠心ファンにおいて、ファンモータ6を設置した側では、気流の通風抵抗が大きくなる。すると、ファンモータ6側は、第2翼出口角β1と吹出角γ1との角度差が大きくなる回転軸線J方向の長さが拡大する。よって、図10における第2翼21Aの長さL5を反対側の第2翼21Bの長さL6より相対的に長く構成し、第2翼21Aにおいて第2翼出口角β1と吹出角γ1との成す角度差を小さくすることができる。したがって、特に第2翼21Aで気流の剥離が低減され、気流の乱れが減少することで多翼遠心ファン5の高効率化と低騒音化を図ることができる。
Claims (15)
- 吸込口が開口した渦形ケーシングと、
円盤形状の主板と、リング形状の側板と、前記主板と前記側板との間に配置された複数の翼と、を備えた羽根車と、
を有し、
前記羽根車は、前記渦形ケーシング内に収納され、
前記翼は、
前記主板側に配置された第1翼と、前記第1翼と前記側板との間に配置された第2翼と、を有し、
前記第2翼の外周側後縁部における第2翼出口角は、前記第1翼の外周側後縁部における第1翼出口角と異なる角度で構成され、
前記第2翼の正圧面と、前記第2翼の負圧面と、の少なくとも一方は、外周側後縁部から内周側前縁部側に延設された平面部を有する送風機。 - 前記平面部は、前記第2翼の正圧面に配置された請求項1に記載の送風機。
- 前記平面部は、前記第2翼の負圧面に配置された請求項1に記載の送風機。
- 前記平面部は、前記第2翼の正圧面と負圧面の両面に配置された請求項1に記載の送風機。
- 前記平面部における前記第2翼の肉厚は一定値となる請求項4に記載の送風機。
- 前記平面部の前記羽根車における径方向長さは、前記羽根車の回転軸線方向において、前記主板側から前記側板側に向かって漸次長くなる請求項2〜5のいずれか1項に記載の送風機。
- 前記第2翼出口角は、前記第1翼出口角よりも大きく構成された請求項1〜6のいずれか1項に記載の送風機。
- 前記第1翼出口角は、前記羽根車の回転軸線方向において、一定値となる請求項1〜7のいずれか1項に記載の送風機。
- 前記第2翼出口角は、前記第2翼の前記側板側から前記主板側に向けて漸次減少する請求項1〜8のいずれか1項に記載の送風機。
- 前記第2翼の内周側前縁部における第2翼入口角は、前記第1翼の内周側前縁部における第1翼入口角と異なる角度で構成された請求項1〜9のいずれか1項に記載の送風機。
- 前記第2翼入口角は、前記第1翼入口角よりも小さく構成された請求項10に記載の送風機。
- 前記第2翼入口角は、前記第2翼の前記側板側から前記主板側に向けて漸次増加する請求項10または11に記載の送風機。
- 前記渦形ケーシングの前記吸込口は、ベルマウスを有し、
該ベルマウスの最小径は、前記第2翼の内周側前縁部が通過する仮想円の直径よりも大きく構成された請求項1〜12のいずれか1項に記載の送風機。 - 前記羽根車は、中央に配置された前記主板と、該主板を挟んで両端に配置された一対の前記側板と、前記主板と前記一対の側板の一方との間に配置された前記複数の翼と、前記主板と前記一対の側板の他方との間に配置された前記複数の翼と、により構成され、
前記一対の側板の一方側には、前記羽根車を回転駆動するファンモータが配置され、
前記側板の一方側に配置された前記第2翼の回転軸線方向の長さは、前記側板の他方側に配置された前記第2翼の回転軸線方向の長さよりも長く構成された請求項1〜13のいずれか1項に記載の送風機。 - 請求項1〜14のいずれか1項に記載された送風機を備えた空気調和装置。
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