JPH10132419A - ヒートポンプ蓄冷熱給湯システム - Google Patents

ヒートポンプ蓄冷熱給湯システム

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JPH10132419A
JPH10132419A JP28849296A JP28849296A JPH10132419A JP H10132419 A JPH10132419 A JP H10132419A JP 28849296 A JP28849296 A JP 28849296A JP 28849296 A JP28849296 A JP 28849296A JP H10132419 A JPH10132419 A JP H10132419A
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JP
Japan
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hot water
heat
water supply
heat exchanger
tanks
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Application number
JP28849296A
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English (en)
Inventor
Shinichi Tomota
伸一 友田
Yoshikazu Ito
美和 伊藤
Tetsuya Matsuyama
哲也 松山
Masakatsu Nakayama
雅勝 中山
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力負荷のピークシフトを安価な構成で行う
とともに、冷房と湯切れのしないヒートポンプ蓄冷熱給
湯システムを得る。 【解決手段】 互いに直列に接続された給湯側蓄熱タン
ク1a及び蓄冷タンク1bと室外熱交換器12、空調用
熱交換器13及び圧縮機9を備えたヒートポンプと、ヒ
ートポンプに接続された熱交換器7aと、タンク1bと
熱交換器7aに接続された管路に設けらた循環ポンプ6
と、熱交換器7aとタンク1aを接続する管路にもうけ
られた流用調節弁8aと、熱交換器7aとタンク1bを
接続する管路にもうけられた電磁弁と、を備え、蓄冷タ
ンク1bと空調用熱交換器7bにより冷房運転を行い、
蓄熱タンク1aに設けられた温度センサA3aが一定温
度未満になるとヒートポンプにより自動的に沸き上げを
行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ヒートポンプサ
イクル及びヒーターを用いて、給湯及び冷房を行うヒー
トポンプ蓄冷熱給湯システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、ヒートポンプサイクルを応用
した給湯器及び空調機はあったが、各々独立に動作する
構成となっていた。例えば、ヒートポンプ給湯器は、室
外機を蒸発器、給湯用熱交換器を凝縮器として動作さ
せ、貯湯タンク内のお湯を沸き上げていた。一方、ヒー
トポンプ空調機給は冷暖房を兼用しており、暖房時は室
外機を蒸発器、室内用熱交換器を凝縮器として動作さ
せ、室内の暖房を行い、冷房時は冷媒の向きを四方弁等
により反転させることにより、室外機を凝縮器、室内熱
交換器を蒸発器として動作させ、室内の冷房を行ってい
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のヒ
ートポンプ給湯器及びヒートポンプ空調機は各々独立に
動作する構成であるため、ヒートポンプ給湯器は給湯用
蓄熱タンクを、ヒートポンプ空調機は空調用蓄熱タンク
を各々備える必要があり、また、昼夜の時間に関係な
く、いつでも動作してしまうため、電力負荷のピーク時
(例えば、夏場の午後1時から4時)にも動作してしま
い、電力負荷のピークをさらに押し上げてしまうという
課題があった。
【0004】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、湯切れのしない給湯と冷房運転
を行うとともに、電力負荷のピークシフトを安価な構成
で行うヒートポンプ蓄冷熱給湯システムを提供すること
を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明に係わるヒート
ポンプ蓄冷熱給湯システムは、互いに直列に接続され水
またはお湯を貯える複数のタンクと、これらのタンク近
傍に設けられヒートポンプに接続された熱交換器と、上
記複数のタンクの両端部のタンクの一つと上記熱交換器
に接続された管路に設けられた循環ポンプと、上記熱交
換器と上記複数のタンクの各々を接続する管路の分岐点
に配設され、上記複数のタンクを各々切り替える切換手
段と、を備え、上記ヒートポンプにより上記熱交換器を
蒸発器または凝縮器として作用させるとともに、上記複
数のタンクを各々上記切換手段により切換えて、上記複
数のタンクのうち、一部を蓄熱タンクとし、残りのタン
クを蓄冷タンクとするものである。
【0006】また、蓄熱タンクに温度センサAを設け、
複数のタンクの一部を蓄冷タンクとしたときは、上記温
度センサAの温度が予め定められた温度未満のときは、
ヒートポンプにより蓄熱タンクの水またはお湯の沸き上
げを行うものである。
【0007】また、昼間の予め定められた特定時刻Aま
でに蓄熱タンクの水またはお湯を、温度センサAの温度
が予め定められた温度以上になるように沸き上げてお
き、上記特定時刻Aから予め定められた特定時刻Bの間
は沸き上げを禁止するものである。
【0008】また、蓄熱タンクに温度センサAより出湯
側に温度センサBを設け、この温度センサBの温度が予
め定められた温度未満になったときは、特定時刻Aから
特定時間Bの沸き上げ禁止を解除するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。図1はこの発明の実施の形態を示すヒー
トポンプ蓄冷熱給湯システムの構成図である。図1にお
いて、1aは給湯側(蓄熱)タンク、1bは給水側のタ
ンクであって、互いに直列に配管接続されており、給湯
側タンク1aの上部に給湯口を設け、給水側タンク1b
の下部に給水口を設けている。なお、給水側のタンク1
bは後述のように、蓄熱タンク、または、蓄冷タンクと
しても使用される。2aは給湯側発熱体、2bは給水側
発熱体、3aは給湯側タンク1aの下部に取り付けた温
度センサA、3bは給湯側タンク1aの上部より50リ
ットルの位置に取り付いた温度センサB、3cは給水側
タンク1bの下部に取り付けた温度センサC、3dは給
水側タンク1bの上部に取り付けた温度センサD、3e
は給湯側においてヒートポンプ沸き上げの温度制御を行
うための温度センサEである。
【0010】4は給水水圧を減圧するための減圧弁、5
は前記タンク1a、1bでお湯を沸き上げた時の膨張に
よる圧力上昇を防ぐための逃し弁、6はヒートポンプ沸
き上げ時や冷却時または蓄冷エネルギー利用による冷房
時に動作する循環ポンプ、7aは給湯用熱交換器、7b
は空調用熱交換器、8aは給湯用熱交換器7aと給湯側
タンク1aの上部をつなぐ配管途中に設けられた流量調
整弁、8bは給湯用熱交換器7aと給水側タンク1bの
下部をつなぐ配管途中に設けられた給湯用電磁弁であ
り、切換手段は流量調整弁8a及び給湯用電磁弁8bか
らなる。15aは給水経路及び循環経路を給水側タンク
1bの上部に接続するか下部に接続するかを切り換える
三方弁A、15bは空調用熱交換器7bへ水を送るか否
かを切り替える三方弁Bである。
【0011】これら給湯側(蓄熱)タンク1a、給水側
タンク1b、減圧弁4、逃がし弁5、循環ポンプ6、給
湯用熱交換器7a、空調用熱交換器7b、流量調整弁8
a、給湯用電磁弁8b、三方弁15a、三方弁B15b
は各々接続され給湯部31を構成する。
【0012】図1において、9は圧縮機、10a、10
b、10c、10dは冷媒回路の開閉を行う冷媒用電磁
弁、11a、11bは高圧の冷媒を低圧まで膨張させる
膨張機構、12は室外熱交換器、13は室内熱交換器、
14は冷媒の流れを切り換える四方弁である。これら、
圧縮機9、冷媒用電磁弁10a、10b、10c、10
d、膨張機構11a、11b、室外熱交換器12、室内
熱交換器13、四方弁14は各々接続され冷媒回路を構
成するヒートポンプである。
【0013】図2は、この発明の実施の形態を示す制御
ブロック図である。図において、20は給湯器部の制御
を行う給湯器制御装置である。給湯器制御装置20に
は、の温度センサA3a、温度センサB3b、温度セン
サC3c、温度センサD3d、温度センサE3e及びリ
モコン21から入力が行われる。リモコン21は蓄冷運
転モードの設定/ 解除を行う。
【0014】給湯器制御装置20は、上述の入力に基づ
いて、循環ポンプ6の運転/停止制御、流量調整弁8a
の開度制御、給湯用電磁弁8bの開閉制御及び三方弁A
15aと三方弁B15bの切換制御を行う。なお、図示
してないが、さらに、時計機能を備え予め定められた時
刻に対応した制御を行う。
【0015】22は給湯器制御装置20からの通信回路
23を介した情報により、冷媒回路の制御を行う冷媒回
路制御装置であり、圧縮機9の運転/停止制御、電磁弁
10a、10b、10c、10dの開閉制御及び四方弁
14の切換制御を行う。なお、給湯器制御装置20と冷
媒回路制御装置22の間では、通信回路23を介して情
報のやりとりを行っている。
【0016】次に実施の形態の動作について図1、図2
及び図3のフローチャートにより説明する。まず、ステ
ップS51で深夜電力時間帯(PM11時からAM7
時)か否か判定する。これは、時計により判定する方法
または深夜電力電源の供給の有無を判定する方法があ
る。ここで、深夜電力時間帯の場合はステップS52に
進む。ステップS52では、蓄冷運転モードがリモコン
21などの設定器により設定されているか否か判定し、
給水側タンク1bを発熱体で加熱するか冷凍サイクルに
より冷却するかの選択を行う。ここで、蓄冷モードが設
定されていなければ、ステップS53に進む。
【0017】ステップS53では、発熱体2aにより給
湯側タンク1a内の水をリモコン21などの設定器にて
設定されている温度まで沸き上げる。設定温度は、55
℃から90℃まで任意に設定可能である。沸き上げは、
給水タンク1aの壁面に取り付いた温度センサA3aが
設定温度になるまで発熱体2aに通電を行う。温度セン
サA3aが設定温度以上になったら、発熱体2aの通電
を停止する。その後、ステップS54に進む。
【0018】ステップS54では、発熱体2bにより給
水側タンク1b内の水を上記設定温度まで沸き上げる。
沸き上げは、給水タンク1bの壁面に取り付いた温度セ
ンサC3cが設定温度になるまで発熱体2bに通電を行
う。温度センサC3cが設定温度以上になったら、発熱
体2bの通電を停止する。その後、ステップS51に戻
る。
【0019】次に、ステップS52の蓄冷運転モードか
否かの判定で、蓄冷運転モードが設定されている場合
は、ステップS55に進む。ステップS55では、ステ
ップS53と同様にして発熱体2aにより給湯側タンク
1a内の水を最高温度(例えば90℃)まで沸き上げ
る。蓄冷運転モードでは、給湯で使用するタンクが1本
(蓄冷モードでないときの半分)になってしまうため、
湯切れがし易くなるので、湯切れを防ぐため、リモコン
21の設定温度に関係なく最高温度(例えば90℃)で
沸き上げ、できる限り湯切れを防止する。その後、ステ
ップS56に進む。
【0020】ステップS56では、冷凍回路の冷凍サイ
クルにより、給湯用熱交換器7aを蒸発器として、給水
側タンク1b内の水を低温(例えば2℃)まで冷却す
る。給水タンク1bの壁面に取り付いた温度センサD3
dが2℃になるまで、冷却を行う。温度センサD3dが
2℃以下になったら、冷却を停止する。その後、ステッ
プS51に戻る。ここで、冷却された水は冷房時のエネ
ルギーとなる。なお、水と冷媒の流れについては図4に
より後述する。
【0021】なお、給水側タンク1bの水は、熱交換器
7aを循環することにより水が冷却されるが、ここで給
水側タンク1bの上部より水を取り出し、熱交換され冷
却した水は給水側タンク1bの下部から補充される。冷
却された水は比重が重いため下部に貯まっていく。その
ため、冷却の終了を検知する温度センサは給水側タンク
1bの上部に取り付けられた温度センサD3dを使う必
要がある。
【0022】次に、ステップS51の深夜電力時間帯か
否かの判定で、深夜電力時間帯以外の場合は、ステップ
S57に進む。ステップS57では、蓄冷運転モードか
否かの判定を行う。ここで、蓄冷運転モードでない場合
は、何もせずにステップS51に戻る。これは、その前
の深夜電力で貯湯タンク1a、1bの両方とも発熱体2
a、2bにより沸き上げているため湯切れの心配はない
ものとして何もしないのである。ステップS57の蓄冷
運転モードか否かの判定で、蓄冷運転モードが設定され
ている場合は、ステップS58に進む。
【0023】ステップS58では、給湯側タンク1aの
上部50リットルに取り付けた温度センサB3bの温度
が45℃未満か否か判定する。45℃以上の時はお湯が
あると判断し、45℃未満の時はお湯が無いと判断す
る。ステップS58で、温度センサB3bが45℃以上
の場合は、50リットル以上はお湯が残っていると判断
し、ステップS59に進む。ステップS58で、温度セ
ンサB3bが45℃未満の場合は、残湯が50リットル
未満となっていて、湯切れを起こす可能性が高いため、
ヒートポンプ沸き上げになるようにステップS61に進
む。
【0024】なお、45℃としたのは、シャワーなどで
使用する温度が通常42℃以上であるためである。
【0025】ステップS59では、電力負荷のピーク時
間が予め定められた特定時刻Aである午後1時から特定
時刻Bである4時の間か否かを判定する。電力負荷のピ
ーク時間(午後1時〜4時の間)ならば、残湯が50リ
ットル以上あるので、電力負荷をさらに押し上げるのを
避けるため何もせずにステップS51に戻る。ステップ
S59で、電力負荷のピーク時間(午後1時〜4時の
間)以外ならば、ステップS60に進む。
【0026】ステップS60では、給湯側タンク1aの
下部に取り付いた温度センサA3aの温度が45℃未満
かどうか判定する。給湯側タンク1aの下部の湯温の低
い所にある温度センサA3aが45℃以上の場合は、給
湯側タンク1aにお湯がたくさんあると判断し、何もせ
ずにステップS51に戻る。ステップS60で温度セン
サD3dが45℃未満の場合は、お湯が使われたと判断
し、ステップS61に進む。
【0027】ステップS61では、ヒートポンプによ
り、給湯用熱交換器7aを蒸発器として作用させ、給湯
側タンク1a内の水を50℃まで沸き上げる。この例で
は、給湯側タンク1aをヒートポンプで沸き上げる時
は、熱交換器7aで加熱されたお湯が給湯側タンク1a
の上部より補充される。ここで、温度センサA3aの温
度が50℃になるまでヒートポンプ沸き上げが行われ
る。この温度50℃は使用する冷媒によって決まるもの
で、冷媒にR22を使用した場合は50℃となる。な
お、冷媒と水の流れについては図6により後述する。
【0028】次に、図3のステップS55、S56の蓄
冷運転について図4により説明する。図において、給水
側タンク1b内の水を冷却するときの冷媒の流れと水の
流れを実線矢印で示す。このときの冷媒の流れについて
説明する。圧縮機9で高温高圧になったガス冷媒は室外
機12( 凝縮器) で大気と熱交換され高圧の液冷媒とな
る。さらに膨張機構11bをとおり低圧の液冷媒とな
る。さらに給湯用熱交換器7a(蒸発器)により水の冷
却が行われ、低圧のガス冷媒となり、圧縮機9に戻され
る。
【0029】このときの水の流れについて説明する。給
水側タンク1b内の水は、タンク上部より、循環ポンプ
6の力で三方弁15aを通って、三方弁15bの方向に
流れる。三方弁15bでは、実線の方に流路を切換、熱
交換器7bを経由せずに循環ポンプ6に流れる。循環ポ
ンプ6を経由した水は熱交換器7aに流れる。熱交換器
7aで水は冷却され、給湯用電磁弁8bを通って、再び
給水側タンク1bの下部に戻ってくる。これにより、給
水側タンク1bの水を下部より除々に冷却していく。
【0030】ここで、冷たい水は比重が重いため、タン
クの下部から貯まっていく。そのため、給水側タンク1
b内の水を冷却するときは、水を上部から取り出して循
環させてやる必要がある。また、同様の理由により、給
水側タンク1b内の水を冷却する時、冷却が終了したか
を検知する温度センサは給水側タンク1bの上部に取り
付けられた温度センサD3dを使用する必要がある。
【0031】次に、図3のステップS61の蓄冷モード
時の沸き上げについて、図5により説明する。図におい
て、湯切れを防ぐために給湯側タンク1aをヒートポン
プにより沸き上げるときの冷媒の流れと水の流れを実線
矢印で示す。このときの冷媒の流れについて説明する。
圧縮機9で高温高圧になったガス冷媒は給湯用熱交換器
7a(凝縮器)で水と熱交換され水は加熱されるととも
に、冷媒は高圧の液冷媒となる。さらに膨張機構11b
をとおり低圧の液冷媒となる。さらに室外機12(蒸発
器)により、低圧のガス冷媒となり、圧縮機9に戻され
る。
【0032】このときの水の流れについて説明する。給
湯側タンク1aの水はタンク下部より、給水側タンク1
bの上部に循環ポンプ6の力で流れる。さらに水は、給
水側タンク1b上部より三方弁15aをとおり三方弁1
5bをとおり循環ポンプ6に流れる。このとき空調用熱
交換器7bは通らない。循環ポンプより給湯用熱交換器
7aをとおり水が加熱され、流量調整弁8aをとおって
給湯側タンク1aの上部に戻される。ここで、給湯側タ
ンク1a上部より約50℃のお湯が補充されていく。5
0℃のお湯にするために、温度センサD3dの温度によ
って、流量調整弁8aの開度を最適に調整する。
【0033】次に、給水側タンク1bに蓄冷したエネル
ギーを利用して冷房運転を行う時の水の流れを図6によ
り、説明する。図において、給水側タンク1bに蓄冷し
たエネルギーを利用して冷房運転を行う時の水の流れを
実線矢印で示す。給水側タンク1bの水は、タンク上部
より、循環ポンプ6の力で三方弁15aを通って、三方
弁15bの方向に流れる。三方弁15bでは、点線の方
に流路を切換、熱交換器7bを経由して循環ポンプ6に
流れる。熱交換器7bにより冷たい水を空気と熱交換さ
せ冷房を行う。循環ポンプを経由した水は熱交換器7a
の方向に流れる。さらに、給湯用電磁弁8bを通って、
再び給水側タンク1bの下部に戻ってくる。なお、この
冷房運転は電力負荷のピーク時に行い、給湯エネルギー
を利用した暖房は行わない。
【0034】
【発明の効果】以上のようにこの発明に係るヒートポン
プ蓄冷熱給湯システムは、互いに直列に接続され水また
はお湯を貯える複数のタンクと、これらのタンク近傍に
設けられヒートポンプに接続された熱交換器と、上記複
数のタンクの両端部のタンクの一つと上記熱交換器に接
続された管路に設けられた循環ポンプと、上記熱交換器
と上記複数のタンクの各々を接続する管路の分岐点に配
設され、上記複数のタンクを各々切り替える切換手段
と、を備え、上記ヒートポンプにより上記熱交換器を蒸
発器または凝縮器として作用させるとともに、上記複数
のタンクを各々上記切換手段により切換えて、上記複数
のタンクのうち、一部を蓄熱タンクとし、残りのタンク
を蓄冷タンクとしたので、安価で簡単な構成により蓄冷
を利用した冷房運転ができる。それにより、昼間の電力
負荷のピークカットができるとともに、必要に応じてタ
ンクの用途を切換できるため、湯切れを防止することが
できる。
【0035】また、蓄熱タンクに温度センサAを設け、
複数のタンクの一部を蓄冷タンクとしたときは、上記温
度センサAの温度がが予め定められた温度未満のとき
は、ヒートポンプにより蓄熱タンクの水またはお湯の沸
き上げを行うので、タンクの一部を蓄冷として使用して
も湯切れを防止することができる。
【0036】また、昼間の予め定められた特定時刻Aま
でに蓄熱タンクの水またはお湯を、温度センサAの温度
が予め定められた温度以上になるように沸き上げてお
き、上記特定時刻Aから予め定められた特定時刻Bの間
は沸き上げを禁止するので、湯切れを防ぎ、電力負荷の
ピークとなる時間(例えば夏場の1時から4時)に電力
を使用しないようにして、ピークカットを行い、また、
特定時刻Aの前にお湯を用意しておくことで、湯切れを
防ぐことができる。
【0037】また、蓄熱タンクに温度センサAより出湯
側に温度センサBを設け、この温度センサBの温度が予
め定められた温度未満になったときは、特定時刻Aから
特定時間Bの沸き上げ禁止を解除するので、緊急で湯切
れが発生しそうなときは、湯切れを防止を優先し、使い
勝手に優れた給湯システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態を示すヒートポンプ蓄
冷熱給湯システムの構成図である。
【図2】 この発明の実施の形態を示すヒートポンプ蓄
冷熱給湯システムの制御ブロック図である。
【図3】 この発明の実施の形態のお湯の沸き上げ、水
の冷却動作例を示すフローチャートである。
【図4】 この発明の実施の形態の蓄冷時の冷媒と水の
流れを示す図である。
【図5】 この発明の実施の形態のヒートポンプによる
お湯の沸き上げの冷媒と水の流れを示す図である。
【図6】 この発明の実施の形態の蓄冷エネルギー利用
冷房時の水の流れを示す図である。
【符号の説明】
1 タンク、2 発熱体、3 温度センサ、6 循環ポ
ンプ、7 熱交換器、9 圧縮機、12 室外熱交換
器、13 空調用熱交換器、14 四方弁、 15 三
方弁、20 給湯器制御装置、21 リモコン、22
冷媒回路制御装置、31 給湯部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 雅勝 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに直列に接続され水またはお湯を貯
    える複数のタンクと、 これらのタンク近傍に設けられヒートポンプに接続され
    た熱交換器と、 上記複数のタンクの両端部のタンクの一つと上記熱交換
    器に接続された管路に設けられた循環ポンプと、 上記熱交換器と上記複数のタンクの各々を接続する管路
    の分岐点に配設され、上記複数のタンクを各々切り替え
    る切換手段と、を備え、 上記ヒートポンプにより上記熱交換器を蒸発器または凝
    縮器として作用させるとともに、上記複数のタンクを各
    々上記切換手段により切換えて、上記複数のタンクのう
    ち、一部を蓄熱タンクとし、残りのタンクを蓄冷タンク
    とすることを特徴とするヒートポンプ蓄冷熱給湯システ
    ム。
  2. 【請求項2】 蓄熱タンクに温度センサAを設け、複数
    のタンクの一部を蓄冷タンクとしたときは、上記温度セ
    ンサAの温度がが予め定められた温度未満のときは、ヒ
    ートポンプにより蓄熱タンクの水またはお湯の沸き上げ
    を行うことを特徴とした請求項1記載のヒートポンプ蓄
    冷熱給湯システム。
  3. 【請求項3】 昼間の予め定められた特定時刻Aまでに
    蓄熱タンクの水またはお湯を、温度センサAの温度が予
    め定められた温度以上になるように沸き上げておき、上
    記特定時刻Aから予め定められた特定時刻Bの間は沸き
    上げを禁止することを特徴とした請求項2項記載のヒー
    トポンプ蓄冷熱給湯システム。
  4. 【請求項4】 蓄熱タンクに温度センサAより出湯側に
    温度センサBを設け、この温度センサBの温度が予め定
    められた温度未満になったときは、特定時刻Aから特定
    時刻Bの沸き上げ禁止を解除することを特徴とした請求
    項3項記載のヒートポンプ蓄冷熱給湯システム。
JP28849296A 1996-10-30 1996-10-30 ヒートポンプ蓄冷熱給湯システム Pending JPH10132419A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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