CN201237375Y - 一种平铺型太阳能热水器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种平铺型太阳能热水器，其包括有太阳能热能转换联箱(5)、贮热水箱(8)、温差控制单元；贮热水箱(8)通过A导管(6)与太阳能热能转换联箱(5)的B接口(502)连通，贮热水箱(8)通过B导管(7)与太阳能热能转换联箱(5)的A接口(501)连通；B导管(7)上安装有循环泵(11)；太阳能热能转换联箱(5)由多支集热导热管、多支强化传热管、一个集热联箱(15)构成；本实用新型是一种能够实现与建筑物一体化设计的平铺式太阳能热水器，采用了循环流动液体强制换热的方式进行热量交换，且集热导热管对称平行排列分布于集热联箱的两侧。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能热水器，更特别地说，是指一种采用循环流动液体强制换热的方式进行热量交换的、能够方便大面积采集太阳热量的、适用于房顶、墙体安装的平铺型太阳能热水器。
背景技术
太阳能热水器是由全玻璃真空太阳集热管、保温水箱、支承架三大部件组成。其核心集热元件是全玻璃真空集热管，它由两根为同心圆的高硼硅特硬玻璃管组成。经过全自动全电脑镀膜设备并以国际上先进的“磁控溅射独膜技术”，在真空中将内管外壁镀上多层渐变铝—氮—铝涂层或不锈钢氮化铝，可经受400℃的高温，该涂层对太阳光有选择性吸收，其吸收比≥0.92，发射比≤0.09(80℃)。真空集热管选择性吸收太阳光将光能转化为热能使真空管中的水不断加热。由于“热虹吸”作用，即冷水的比重较大，热水的比重较小。因而真空管中的热水自然不断地往上浮，进入水箱。水箱中的冷水自然不断地往下沉，进入真空管。周而复始，太阳热水器保温水箱中的水也就被加热了。
直插式全玻璃真空集热管太阳能热水器，是利用真空集热管具有的高吸收率和低发射率，将吸收的太阳辐射转换成热能，利用冷水比重大，热水比重小的特点，在真空管内形成冷水自上而下，热水自下而上的自然循环，使整个水的温度逐步升高，达到一定温度。但现有真空集热管的管内储水量过大，热传导启动速度慢，易造成热损。一般，直径58mm，长1.8m的一支真空集热管的管内水容量为3L，一个30支管的太阳能热水器水箱容量为250L，则真空集热管内的水将达到90L，占总水量的26％。因现有结构的缺陷，升温后贮留在真空集热管内的这部分水及其所携带的热量，不仅不能被有效利用，反而起到散热的作用。
现有直插式全玻璃真空集热管太阳能热水器大致存在的缺陷如下：
(1)真空集热管内的水量过大，启动速度慢。以直径58mm，长1.5m的真空集热管为例，管内水量占可用水量的1/3左右，转换得太阳的热量必须先加热管内的水，故造成启动速度慢；
(2)热损大，可用热量低。真空集热管内部分的水，不仅不能使用，造成热损，而且驻留在真空集热管内的水起到散热的反作用，尤其是管内水经过夜间或阴天将温，当再次太阳能升温时，必须先加热已将温的水。这个问题在北方的冬天特别严重，尤其当冰雪覆盖时，管内的水结冰造成真空管的破裂，致使系统瘫痪的事屡有发生；
(3)单支真空管的破裂即造成整个系统瘫痪，特殊情况，如阳台壁挂，单支真空管的破裂易酿造危险事故；
(4)因制造工艺及安装的要求，管间隙大，单位面积的光热转换率低。以直径58mm、长1.8m的真空管，管间距国标为80mm，其光热转换率一般低于55％；
(5)真空集热管内结垢并沉淀，严重影响热量交换，甚至使真空集热管失效。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种采用循环流动液体强制换热的方式，进行热量交换的、真空集热管对称平行排列于集热联箱的平铺型太阳能热水器，该平铺式太阳能热水器在同等数量太阳能真空集热管所需的面积，提高单位面积光热转换率、降低热损，同时提高换热效率。可以轻易实现与建筑物的一体化设计。也可以根据房顶、墙体的现场空间面积进行因地制件装配。
本实用新型是一种平铺式太阳能热水器，其包括有太阳能热能转换联箱(5)、贮热水箱(8)、温差控制单元；贮热水箱(8)通过A导管(6)与太阳能热能转换联箱(5)的B接口(502)连通，贮热水箱(8)通过B导管(7)与太阳能热能转换联箱(5)的A接口(501)连通；B导管(7)上安装有循环泵(11)；太阳能热能转换联箱(5)由多支集热导热管、多支强化传热管、一个集热联箱(15)构成；
所述贮热水箱(8)上开有A接口(801)、B接口(802)、C接口(803)、D接口(804)四个接口，贮热水箱(8)的上端安装有排气阀(81)，贮热水箱(8)的一侧板上安装有水位控制阀(82)；
所述集热联箱(15)由外箱体(51)和内管(52)构成，外箱体(51)与内管(52)之间有空腔(53)；
A集热导热单元(1A)由真空集热管(1)、导热管(2)和定位阻热塞(3)组成，且真空集热管(1)与导热管(2)为管套管的装配方式即形成管中管结构；即真空集热管(1)的A通孔(101)内通过定位阻热塞(3)套接有导热管(2)；
温差控制单元由A温度传感器(12)、B温度传感器(13)、温差控制器(14)、循环泵(11)组成；贮热水箱(8)的内壁上安装有B温度传感器(13)，B温度传感器(13)用于感知贮热水箱(8)内的水温即热水水温T13，并将热水水温T13输出给温差控制器(14)；A温度传感器(12)安装在距离贮热水箱(8)最近的集热导热管的导热管的外壁，A温度传感器(12)用于感知真空集热管内的温度即热能温度T12，并将热能温度T12输出给温差控制器(14)；温差控制器(14)对接收的热水水温T13、热能温度T12进行差值比较，获得驱动循环泵(11)的开启和关闭信息ΔT＝T12-T13。
本实用新型的分体式太阳能热水器具有如下优点：
(1)提供一种新型的换热模式，以循环泵11提供的动力使集热联箱15中的液体实现强制换热，与自然换热进行的水加热，其加热时间缩短了30％～45％。
(2)实现了高效集热导热，通过安装在真空集热管内部的导热管仅存少量水，且靠外部动力带动水流循环将集热管内的热量带出；有效提高可用热量达到20％～30％。
(3)采用真空管密排方式，以直径为58mm的真空管为例，现有太阳能热水器中真空管与真空管之间的间隙为22mm，而本实用新型采用密排技术后可以缩小到真空管与真空管之间的间隙为2mm，有效地提高了25％以上的单位集热率。
(4)采用集热管管壁没有水直接接触，则热损大幅度减小。
(5)采用强化传热管、导热管、真空集热管的管套管结构，不会因水和真空集热管管壁的接触而炸管，即使单支真空集热管意外破裂不会使整体热水器瘫痪；
(6)两排平行的真空集热管对称地安装在同一集热联箱的两侧，缩小了集热管部分的整体面积，提高了单位面积的光热转换率、大幅度降低制造成本。
(7)本实用新型采用循环流动液体强制换热方式能够真正实现快速导热，再加上集热导热单元的密排，可以使本实用新型的分体式太阳能热水器整体厚度大大降低，达到8～10cm的超薄设计，易与建筑物结合。
(8)真空集热管内的导热管内没有水的存在，有效地解决了真空管结水垢的问题，更不会因水垢影响换热。
附图说明
图1是本实用新型太阳能热水器的结构简图。
图2是本实用新型的集热联箱的剖视简图。
图3是本实用新型集热导热管的结构图。
图3A是本实用新型集热导热管中真空集热管的结构图。
图3B是本实用新型集热导热管中导热管的结构图。
图3C是本实用新型集热导热管中定位阻热塞的结构图。
图4是本实用新型强化传热管的结构图。
图中： 1.真空集热管 101.A通孔 102.左端 103.右端
2.导热管 201.B通孔 202.左端 203.右端 2A.金属丝
3.定位阻热塞 301.中心通孔 302.塞柱 31.C通孔 32.左端
33.右端 5.太阳能热能转换联箱 501.A接口 502.B接口
503.上面板 504.下面板 505.左面板 506.右面板 51.外箱体
511.A外联通口 512.B外联通口 513.C外联通口 514.D外联通口 515.E外联通口
516.F外联通口 52.内管 521.A内联通口 522.B内联通口 523.C内联通口
6.A导管 7.B导管 8.贮热水箱 801.A接口 802.B接口
803.C接口 804.D接口 81.排气阀 82.水位控制阀 83.C导管
84.D导管 85.A阀门 86.B阀门 11.循环泵
12.A温度传感器 13.B温度传感器 14.温差控制器
1A.A集热导热管 1B.B集热导热管 1C.C集热导热管
1D.D集热导热管 1E.E集热导热管 1F.F集热导热管
15A.A强化传热管 15B.B强化传热管 15C.C强化传热管
15D.D强化传热管 15E.E强化传热管 15F.F强化传热管
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
参见图1所示，本实用新型的平铺式太阳能热水器，包括有一个太阳能热能转换联箱5、贮热水箱8、温差控制单元；贮热水箱8通过A导管6与太阳能热能转换联箱5的B接口502连通，贮热水箱8通过B导管7与太阳能热能转换联箱5的A接口501连通；B导管7上安装有循环泵11；
参见图2所示，太阳能热能转换联箱5由多支集热导热管、多支强化传热管、一个集热联箱15构成；
在本实用新型中不失一般性，多支集热导热管是指A集热导热管1A、B集热导热管1B、C集热导热管1C、D集热导热管1D、E集热导热管1E、F集热导热管1F；集热导热管的排列个数可以根据用户使用的热水量进行匹配装配。如一个使用热水量为350L的热水器，可以平行对称排列30～36支集热导热管装配在一个集热联箱15上。
在本实用新型中不失一般性，多支强化传热管是指A强化传热管15A、B强化传热管15B、C强化传热管15C、D强化传热管15D、E强化传热管15E、F强化传热管15F；强化传热管所使用的支数与集热导热管使用的支数相符合。
参见图3所示，集热导热管由真空集热管1、导热管2和定位阻热塞3组成，且真空集热管1与导热管2为管套管的装配方式即形成管中管结构；即真空集热管1的A通孔101内通过定位阻热塞3套接有导热管2。
参见图3A所示，真空集热管1的左端102为密封结构，真空集热管1的右端103开有A通孔101。A通孔101用于放置定位阻热塞3。真空集热管1的长度H1＝1.15～3.0m，真空集热管1的外径D1＝40～80mm，真空集热管1的内径D10＝30～70mm。在本实用新型中，真空集热管1可以是市场上常见的双层全玻璃真空太阳集热管。
参见图3B所示，导热管2的左端202为密封结构，导热管2的右端203开有B通孔201。B通孔201用于A强化传热管15A插入。导热管2的管体上缠绕有金属丝2A。导热管2的长度H2＝0.5～3.0m，导热管2的外径D2＝15～65mm，导热管2的内径D20＝10～64mm。在本实用新型中，导热管2的管体上金属丝2A的缠绕一般为插入真空集热管1内的那段管体的外壁上缠绕有金属丝2A，金属丝2A有利于加快热量的转换。金属丝2A的横截面面积为0.05～2mm2。
参见图3C所示，定位阻热塞3采用硅胶、软木材料加工成一体成型件，定位阻热塞3的中心开有中心通孔301，定位阻热塞3的塞体上设有塞柱302；定位阻热塞3的中心通孔301用于导热管2的左端202通过。定位阻热塞3的塞柱302与真空集热管1的A通孔101内壁紧密接合，以达到真空集热管1内的热量不损失。定位阻热塞3装配在A通孔101内另一方面能够起到限制导热管2插入真空集热管1内的深度。
本实用新型的导热管2与外箱体51的A外联通口511的连接可以是螺纹连接、或者是插接、或者焊接。若为螺纹连接可以在导热管2的外部或内部设置螺纹，以配合A外联通口511上设置的螺纹。
参见图4所示，A强化传热管15A为中间开有C通孔31的圆柱结构。A强化传热管15A的左端32插入A集热导热管1A中，A强化传热管15A的右端33与内管52上开的A内联通口521连接。A强化传热管15A的长度H3＝0.5～3.0m，A强化传热管15A的外径D3＝4～30mm，A强化传热管15A的内径D30＝1～29mm。不失一般性，A强化传热管15A与D强化传热管15D连接在A内联通口521上，B强化传热管15B与E强化传热管15E连接在B内联通口522上，C强化传热管15C与F强化传热管15F连接在C内联通口523上。
参见图2所示，集热联箱15由外箱体51和内管52构成，外箱体51与内管52之间有空腔53；
外箱体51的上面板503上设有A接口501；A接口501上连接有B导管7；
外箱体51的下面板504上设有B接口502；B接口502上连接有A导管6；
外箱体51的左面板505上开有A外联通口511、B外联通口512、C外联通口513；
A外联通口511上连接有A集热导热管1A；
B外联通口512上连接有B集热导热管1B；
C外联通口513上连接有C集热导热管1C；
外箱体51的右面板506上开有D外联通口514、E外联通口515、F外联通口516；
D外联通口514上连接有D集热导热管1D；
E外联通口515上连接有E集热导热管1E；
F外联通口516上连接有F集热导热管1F；
内管52的管体上以中心线对称开有A内联通口521、B内联通口522、C内联通口523；
A内联通口521的两端分别连接有A强化传热管15A、D强化传热管15D；
B内联通口522的两端分别连接有B强化传热管15B、E强化传热管15E；
C内联通口523的两端分别连接有C强化传热管15C、F强化传热管15F。
外箱体51是金属箱，外箱体51的宽度D51＝30～100mm。
内管52可以是金属管、或者是塑料管，内管52的内径D52＝15～50mm。
在本实用新型中，多支集热导热管相互平行且对称分布排列在集热联箱15的中心线两侧。不失一般性，A集热导热管1A、B集热导热管1B、C集热导热管1C相互平行构成右列集热导热单元，D集热导热管1D、E集热导热管1E、F集热导热管1F相互平行构成左列集热导热单元，右列集热导热单元与左列集热导热单元以集热联箱15的中心线对称分布排列。多支强化传热管分别安装在集热联箱15的内管52的联通口上。
每支集热导热管的间隙D＝1～15mm。即A集热导热单元1A与B集热导热单元1B之间间隙D＝1～15mm，B集热导热单元1B与C集热导热单元1C之间间隙D＝1～15mm；D集热导热单元1D与E集热导热单元1E之间间隙D＝1～15mm，E集热导热单元1E与F集热导热单元1F之间间隙D＝1～15mm。
参见图1所示，贮热水箱8上开有A接口801、B接口802、C接口803、D接口804四个接口，贮热水箱8的上端安装有排气阀81，贮热水箱8的一侧板上安装有水位控制阀82，水位控制阀82与A阀门85联通，在本实用新型中，通过水位控制阀82控制调节贮热水箱8的的进水水位，以及用于打开或关闭A阀门85；
A接口801通过A导管6与集热联箱15的B接口152连接；
B接口802通过B导管7与集热联箱15的A接口151连接，B导管7上设有循环泵11；
C接口803通过C导管83与外部的供水端连接，实现冷水注入贮热水箱8内，C导管83上安装有A阀门85，水位控制阀82与A阀门85联通；水位控制阀82选用西子TMC-2水温水位仪。
D接口804通过D导管84将贮热水箱8内的热水输出供给给用户使用，D导管84上安装有B阀门86，B阀门86用于开启或关闭热水的供给。
参见图1所示，温差控制单元由A温度传感器12、B温度传感器13、温差控制器14、循环泵11组成；
贮热水箱8的内壁上安装有B温度传感器13，B温度传感器13用于感知贮热水箱8内的水温T13(简称为热水水温T13)，并将热水水温T13T13输出给温差控制器14。
A温度传感器12安装在距离贮热水箱8最近的集热导热管的导热管的外壁，A温度传感器12用于感知真空集热管内的温度T12(简称为热能温度T12)，并将热能温度T12输出给温差控制器14。
温差控制器14对接收的热水水温T13、热能温度T12进行差值比较，获得驱动循环泵11的开启和关闭信息ΔT＝T12-T13。所述开启和关闭信息ΔT的温差高于为8℃时开启循环泵11，即ΔT＝T12-T13>8；所述开启和关闭信息ΔT的温差低于2℃时关闭循环泵11，即ΔT＝T12-T13<2。
通过温差控制循环泵11的启动或关闭，从而控制贮热水箱8内的水流速度，以及热交换的速度。
本实用新型的平铺型太阳能热水器的工作流程为：
(一)打开A阀门85，通过对贮热水箱8注水，当水位到达预定水位时，水位控制器82控制A阀门85关闭进水；
(二)当有阳光照射到真空集热管上时，真空集热管内层玻璃外侧的镀膜将90％以上的光能转换为热能，由于真空集热管双层玻璃之间抽真空，上部又有定位阻热塞阻止热量散发，致使真空集热管内部的热量无法散发到大气中去；
(三)当温差控制器14接收的热水温度T13、热能温度T12在设定温度范围值8℃时，启动循环泵11；
(四)在循环泵11的带动下，系统内的水开始循环。贮热水箱8内的水由B接口802流出，经循环泵11、A接口151进入主流通道内管5，再经主流通道内管5上的各内管联接口流入各支分流通道内管。水流经过各支分流通道内管伸入到各自的分流通道外管的开口端后，进入各支分流通道外管；
(五)此时，各支分流通道外管与真空集热管内壁间形成的空腔是一个相对的高温区域。水流从各支分流通道内管流入到分流通道外管后，水流即被加热，即：通过水流循环带走了真空集热管内的热量；
(六)流经各支分流通道外管被加热的水流，经各自开设在主流通道外管的外管联接口，汇入主流通道外管4；
(七)由被循环流动的水强制带走热量的方式进行加热的水经A导管6流入贮热水箱8中，此时，流入贮热水箱8中的水已经将真空集热管转换的太阳光的部分热量经循环泵11提供的动力强制地循环带到了贮热水箱8中，即：贮热水箱里的水被太阳能真空集热管加热了；
(八)经过一端时间的循环，A温度传感器12探测到的热能温度T12会逐渐降低，而B温度传感器13探测到的热水温度T13会逐渐升高，当温差ΔT低于设定值2℃时，循环泵11停止工作；
(九)经过多次循环泵11的开启、关闭，太阳能的热量将源源不断地转换为热水存储在贮热水箱中，开启贮热水箱的B阀门86即可使用太阳能热水。
Claims (7)
1、一种平铺型太阳能热水器，其特征在于：包括有太阳能热能转换联箱(5)、贮热水箱(8)、温差控制单元；贮热水箱(8)通过A导管(6)与太阳能热能转换联箱(5)的B接口(502)连通，贮热水箱(8)通过B导管(7)与太阳能热能转换联箱(5)的A接口(501)连通；B导管(7)上安装有循环泵(11)；太阳能热能转换联箱(5)由多支集热导热管、多支强化传热管、一个集热联箱(15)构成；
所述贮热水箱(8)上开有A接口(801)、B接口(802)、C接口(803)、D接口(804)四个接口，贮热水箱(8)的上端安装有排气阀(81)，贮热水箱(8)的一侧板上安装有水位控制阀(82)，水位控制阀(82)与A阀门(85)联通；
A接口(801)通过A导管(6)与集热联箱(15)的B接口(152)连接；
B接口(802)通过B导管(7)与集热联箱(15)的A接口(151)连接，B导管(7)上设有循环泵(11)；
C接口(803)通过C导管(83)与外部的供水端连接，实现冷水注入贮热水箱(8)内，C导管(83)上安装有A阀门(85)，水位控制器(82)与A阀门(85)联通；
D接口(804)通过D导管(84)将贮热水箱(8)内的热水输出供给给用户使用，D导管(84)上安装有B阀门(86)，B阀门(86)用于开启或关闭热水的供给；
所述集热联箱(15)由外箱体(51)和内管(52)构成，外箱体(51)与内管(52)之间有空腔(53)；
外箱体(51)的上面板(503)上设有A接口(501)；A接口(501)上连接有B导管(7)；
外箱体(51)的下面板(504)上设有B接口(502)；B接口(502)上连接有A导管(6)；
外箱体(51)的左面板(505)上开有A外联通口(511)、B外联通口(512)、C外联通口(513)；
A外联通口(511)上连接有A集热导热管(1A)；
B外联通口(512)上连接有B集热导热管(1B)；
C外联通口(513)上连接有C集热导热管(1C)；
外箱体(51)的右面板(506)上开有D外联通口(514)、E外联通口(515)、F外联通口(516)；
D外联通口(514)上连接有D集热导热管(1D)；
E外联通口(515)上连接有E集热导热管(1E)；
F外联通口(516)上连接有F集热导热管(1F)；
内管(52)的管体上以中心线对称开有A内联通口(521)、B内联通口(522)、C内联通口(523)；
A内联通口(521)的两端分别连接有A强化传热管(15A)、D强化传热管(15D)；
B内联通口(522)的两端分别连接有B强化传热管(15B)、E强化传热管(15E)；
C内联通口(523)的两端分别连接有C强化传热管(15C)、F强化传热管(15F)；
A集热导热单元(1A)由真空集热管(1)、导热管(2)和定位阻热塞(3)组成，且真空集热管(1)与导热管(2)为管套管的装配方式即形成管中管结构；即真空集热管(1)的A通孔(101)内通过定位阻热塞(3)套接有导热管(2)；
真空集热管(1)的左端(102)为密封结构，真空集热管(1)的右端(103)开有A通孔(101)，A通孔(101)用于放置定位阻热塞(3)；
导热管(2)的左端(202)为密封结构，导热管(2)的右端(203)开有B通孔(201)，B通孔(201)用于强化传热管插入；
导热管(2)的管体上缠绕有金属丝(2A)；
定位阻热塞(3)的中心开有中心通孔(301)，定位阻热塞(3)的塞体上设有塞柱(302)；
A强化传热管(15A)为中间开有C通孔(31)的圆柱结构；
温差控制单元由A温度传感器(12)、B温度传感器(13)、温差控制器(14)、循环泵(11)组成；
贮热水箱(8)的内壁上安装有B温度传感器(13)，B温度传感器(13)用于感知贮热水箱(8)内的水温即热水水温T13，并将热水水温T13输出给温差控制器(14)；
A温度传感器(12)安装在距离贮热水箱(8)最近的集热导热管的导热管的外壁，A温度传感器(12)用于感知真空集热管内的温度即热能温度T12，并将热能温度T12输出给温差控制器(14)；
温差控制器(14)对接收的热水水温T13、热能温度T12进行差值比较，获得驱动循环泵(11)的开启和关闭信息ΔT＝T12-T13。
2、根据权利要求1所述的平铺型太阳能热水器，其特征在于：温差控制单元中开启和关闭信息ΔT的温差高于为8℃时开启循环泵(11)，即ΔT＝T12-T13>8；开启和关闭信息ΔT的温差低于2℃时关闭循环泵(11)，即ΔT＝T12-T13<2。
3、根据权利要求1所述的平铺型太阳能热水器，其特征在于：相邻两个集热导热管的间隙D＝1～15mm。
4、根据权利要求1所述的平铺型太阳能热水器，其特征在于：真空集热管(1)长度H1＝1.15～3.0m，真空集热管(1)的外径D1＝40～80mm，真空集热管(1)的内径D10＝30～70mm。
5、根据权利要求1所述的平铺型太阳能热水器，其特征在于：导热管(2)的长度H2＝0.5～3.0m，导热管(2)的外径D2＝15～65mm，导热管(2)的内径(D20)＝10～64mm。
6、根据权利要求1所述的平铺型太阳能热水器，其特征在于：A强化传热管(15A)的长度H3＝0.5～3.0m，A强化传热管(15A)的外径D3＝4～30mm，A强化传热管(15A)的内径D30＝1～29mm。
7、根据权利要求1所述的平铺型太阳能热水器，其特征在于：外箱体(51)的宽度D51＝30～100mm；内管(52)的内径D52＝15～50mm。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN101999844A (zh) * | 2010-10-21 | 2011-04-06 | 莱芜市凤凰太阳能有限公司 | 太阳能饮水机 |
| CN106989523A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-07-28 | 广西阳升新能源有限公司 | 一种新型热交换装置的太阳能集热器 |
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2008
- 2008-05-30 CN CNU2008201081612U patent/CN201237375Y/zh not_active Expired - Fee Related
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