CN101573486B - 用于干燥潮湿物品的家用电器和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通过气流干燥潮湿物品(2)的家用电器(1)和方法,其中所述气流可以在大致封闭的干燥气体通道(3)内被引导并通过一风扇(4)被驱动。该气流可以流经具有所述物品(2)的处理室(5)、冷却结构(6、7)以及加热结构(8),其中所述冷却结构用于冷却气流(3)并在气流流经所述处理室(5)之后通过冷凝的方式从所述气流取出水分,所述加热结构用于在气流流经处理室(5)之前加热气流。为此,冷却结构(6、7)包括第一热交换器(6),借助于所述第一热交换器,来自气流的热量可以被输送至处理气体,其中所述处理气体在再生气体循环过程中被引导,所述加热结构(8)设有第二热交换器(8),借助于所述第二热交换器,来自处理气体的热量被输送至气流。
Description
技术领域
本发明涉及用于借助于气流干燥潮湿物品的家用电器,其中所述气流可以在大致封闭的干燥空气通道内被引导并通过风扇被驱动,所述气流可以流经具有所述物品的处理室、流经用于冷却气流的并在气流流经处理室之后从气流冷凝出水分的冷却结构、并流经加热结构,其中所述加热结构加热流经所述处理室之前的气流。
本发明还涉及用于借助于气流干燥潮湿物品的方法,其中所述气流可以在大致封闭的干燥空气通道内被引导并通过风扇被驱动,所述气流可以流经具有所述物品的处理室、流经用于冷却气流的并在气流流经处理室之后从气流冷凝出水分的冷却结构、并流经加热结构,其中所述加热结构加热流经所述处理室之前的气流。
背景技术
由专利公开文献4023000C2、19738735C2或WO 2006/029953A1已知这种家用电器。在这些专利公开文献中,公开了对应的家用电器,其中,冷却结构和加热结构属于热泵,其中从冷却结构内的气流提取的一部分热量被再次返回到加热结构内的气流中。
根据专利公开文献4023000C2,采用了压缩机热泵,其中,工作媒介(二氧化碳或氯化和/或氟化烃)通过压缩机被压缩到气体状态,然后在第一热交换器内被冷凝同时发出热量,然后在通过一节流阀时被解压并在热交换器内被蒸发同时发出热量。最后,工作媒介回到压缩机。根据专利公开文献19738735C2,采用了热泵,其中,第一工作媒介(Ammonia)周期性地被吸收并被释放到第二工作媒介(水)中。根据专利公开文献WO 2006/029953A1,热泵被使用,其中,被称为珀耳帖元件并由特定的半导体材料构成的电热元件用于输送热量。
由专利公开文献1410206A已知一种洗衣机,其中衣物不仅可被清洗还可被干燥。该公开文献还示出了为此所需的附加的装置的多个可选方案。设置了用于加热干燥衣物的气流的电加热装置以及用于冷却施加至衣物之后的加热的气流的简单热交换器,然而加热器和冷却器可以属于热泵装置。热泵装置还被构造成,其利用珀耳帖元件操作以利用热电效应。
由属于数据库“Patent Abstract of Japan”的专利公开文献JP08057194A的英文摘要可知的用于干燥衣物的装置在其第一通道***内除了加热器和冷却器以外还包含附加的热交换器和附加的加热装置,其中所述加热器和冷却器属于可热电操作的热泵装置,所述附加的热交换器在上游从冷却器连接至从衣物被导出的气流,所述附加的加热装置在下游从用于进一步加热施加至衣物之前的气流的加热器连接。
从Dr.Hans-Detlev Hühl的文献“ohnePhasenumwandlung”(无相位转换的热学转化过程),其在国际互联网址http://hdl.handle.net/2003/2798于2006年11月26日可获得,具体见第1至29页,可知例如为再生气体循环方法的斯特林(Stirling)方法和维勒米尔(Vuilleumier)方法。每种方法适于用在热泵或冰箱中,而引用了能量技术(例如建筑物加热)或材料分离(尤其空气蒸发和分离)的应用。
对于维勒米尔方法,读者还可参看发明人Ruodolph Vuilleumier的美国专利No.1275507。
在具有并不使用热电效应的热泵的所有常规家用电器中,在工作媒介的相移过程中出现热量的吸收和释放。与压力和温度有关的特定条件必须被遵守,从而可以实现并高效地利用所需的相移。这使得热泵对于家用电器内所需的温度级别的适应性在某些情况下是很难的。热电热泵要求使用不常用的昂贵的半导体部件,并导致了与热绝缘以及干燥空气引导有关的问题,这是因为热量仅仅经由相对短的空间距离被泵送到那里。这使得对应的家用电器很难构造。另外,家用电器内的每个已知的热泵在其启动时相对缓慢地达到最佳的操作状况。这产生了对于干燥过程的延长的时间要求,这由使用者认为是有缺点的,在一定程度上这是因为具有热泵的家用电器通常以非常高的价格被销售并具有相应高预期地被购买。
发明内容
本发明的目的是提供一种家用电器,其中不像已知的装置那样,可以实现热量的回收。本发明的目的还在于提供一种对应的方法。
该目的通过具有对应的独立权利要求的特征的家用电器或方法实现。优选实施例为独立权利要求的技术主题。
根据本发明的家用电器用于借助于气流干燥潮湿物品,其中所述气流可以在基本上封闭的干燥空气通道内被引导并通过风扇被驱动,在所述家用电器中,空气可以流经具有所述物品的处理室、流经冷却结构以及加热结构,其中所述冷却结构用于冷却气流并在所述气流流经所述处理室之后从所述气流中冷凝出水分,所述加热装置用于在所述气流流经所述处理室之前加热所述气流,其特征在于,所述冷凝结构设有第一热交换器,其中热量可通过所述第一热交换器供应至于再生气体循环过程内输送的处理气体,所述加热结构设有第二热交换器,热量可通过所述第二热交换器从所述处理气体被供应至所述气流。
根据本发明的方法用于借助于气流干燥潮湿物品,其中所述气流可以在基本上封闭的干燥空气通道内被引导并通过风扇被驱动,在所述方法中,空气可以流经具有所述物品的处理室、流经冷却结构以及加热结构,其中所述冷却结构用于冷却气流并在所述气流流经所述处理室之后从所述气流中冷凝出水分,所述加热装置用于在所述气流流经所述处理室之前加热所述气流,其特征在于,热量在冷却结构内从气流被供应至在再生气体循环过程内输送的处理气体,并且热量在加热结构内从处理气体被输送至气流。
因此,根据本发明,再生气体循环过程被用于将从冷却结构内的气流提取的热量在热力学选择体系内输送至加热结构,并将热量返回到气流中。在某些情况中,这种过程并不能像压缩机热泵中的循环过程那样以静态方式运行——易于受到不可逆的节流损失并因而是不可再生的。它还要求一定程度地使用诸如活塞以及相关驱动器的机械。然而,对于给定的操作条件,基本上达到热力学最佳化并因而在实际中还允许达到最佳性能值。
优选地,再生气体过程被设置成,其以周期性重复循环的方式运行,对应的周期的时间段明显低于对于物品的调节干燥以及家用电器因而被设计具有的顺应性所需的持续时间,其中所述物品具有通常所期望的湿度以及通常所期望的容积(通常的干燥过程)。对于滚筒式干衣机或洗碗机的应用而言,通常的干燥过程的持续时间设定为一个小时大小级别的时间,并且再生气体过程的周期时间设定为十分之一秒大小级别的时间。通常的干燥过程的持续时间与再生气体过程的周期持续时间最优之比因而是在10000与100000之间,特别优选是在30000与40000之间。
特别有利的是,再生气体过程并不专用于必须在特定的温度和压力表现出相移的一种工作媒介。因而,氯化和/或氟化烃的使用基本上是不需要的,其中这种使用可由压缩机热泵可知并在某些情况下从环境保护的观点看是有问题的。选择工作媒介的最关键点在于,该工作媒介尽可能地在所考虑的温度和压力表现像理想气体。这使得很容易使用简单成分的气体和/或在正常环境中出现的气体,尤其具有并不造成环境问题的成分的气体。
由压缩机热泵基本上已知的气体-气体热交换器适于作为热交换器。这些热交换器至少在某些情况中涉及气体-气体热交换器(如果在它们中也出现相移而这并不在再生气体循环过程中出现),其中所述气体-气体热交换器因而基本上是期望的并适于用在气体之间传热中。
家用电器的优选实施例其特征在于,处理气体是氢气或惰性气体,尤其氦气。氢气和氦气是两种优秀的双或单原子气体,它们在通常家用电器中出现的状态中表现像理想气体。每种惰性气体还具有基本上完全化学惰性的优点。这尤其适用于氦气,最简单的惰性气体,其因而是特别优选的。
本发明家用电器的改型同样是优选的,这是因为第一热交换器被构造成用于气流与处理气体之间的直接热交换和/或第二热交换器被构造成用于气流与处理气体之间的直接热交换。在任何情况下,产生对应的热交换器或两个热交换器以及还有家用电器的最简单布局。
本发明的家用电器的另一优选改型还使得第一热交换器和第二热交换器是干燥空气通道内的唯一的热交换器。在该家用电器中,再生气体过程因而是用于潮湿物品的干燥过程的唯一驱动源。
在前述两段中的实施例还将使得清楚的是,具有除了所述段落中描述的优选改型以外特征的实施例也是可行的并可以被认为属于本发明的体系中。特别地,可以间接地、即经由附加的措施或媒介物提供气流与处理气体之间的热交换和/或提供附加的热交换器和/或干燥空气通道内的附加的加热。该评述也应用于在此所述的本发明的所有其它优选改型。
本发明家用电器的改型同样是优选的,这是因为其包含一个用于实现再生气体循环过程的热泵,所述第一热交换器和所述第二热交换器属于所述热泵。为此目的,还有利的是,新家用电器具有两个在缸体内可移动的活塞,以便用于热泵内处理气体的周期移动。在这种情况中,每个活塞可具有无接触的直线驱动器。作为选择可想到的是,这种直线驱动器是所谓的连接变速器(coupling transmission),其设有用于每个活塞的单独的曲轴驱动器。在这种情况中,这两个活塞相对于它们的运动轴线分别沿一侧或一个在另一个之后设置,并且曲轴驱动器设置成在周期性运动的活塞之间存在大约90°的相移。作为另一改型,这两个活塞可以布置成彼此相互大约90°角度的V形结构,并且活塞可以铰接在单个曲轴驱动器上,以实现必要的相移。利用这种类型的结构,可以实现斯特林过程或维勒米尔过程。家用电器的另一改型也是优选的,这是因为热泵设有处理气体通道,处理气体通过所述处理气体通道可以被推动,而处理气体通道具有储热器。利用这种储热器(也被称为“再生器”并表示为最佳构造的热泵),再生气体循环过程的功能以及效果被最佳化,这是因为再生器用作为过多热量的存储器并实现了彼此相邻的处理气体的各部分容积内的不同温度大小之间的补偿。
本发明方法的优选实施例其特征在于,再生处理气体过程是维勒米尔过程。该过程是基于提供消耗用于泵送形式为热的热量的能量。该过程仅仅需要机械能量,因为气体必须在其被封闭的封闭***内移动。因此,对应的机械装置必须仅仅克服流动气体的摩擦阻力以及在它们中出现的摩擦力:机械能的使用因此非常小。维勒米尔过程因此并不限于操作气体循环过程的电能的使用;热能如果需要的话可以以其它方式被提供,例如利用气体或油燃烧器。
作为维勒米尔过程的替代,还可以考虑采用再生气体循环过程作为斯特林过程。然而,在上下文中,除了使用操作气体循环过程的热能以外,还需要使用机械能。然而,这种使用借助于合适的电机、尤其电动电机被提供,而没有非传统的部件必须在家用电器内被使用并且基本上现有的经验可以被使用。
特别有利的是,本发明的家用电器的处理室可以被设置为可旋转的滚筒,在此所述的本发明的每个其它改型还可以与该改型组合。
在此分别说明的本发明的家用电器的优选改型与本发明的方法的优选改型对应并且反之亦然。这种其它改型并未确切地在一些情况中提出或者详细说明,但是必须被认为属于本发明的体系。
附图说明
参照附图以下说明本发明的示意性实施例。附图示出了本发明主要特征所来源于的功能性草图。为了从这些功能性草图看出具体的示意性实施例,读者参看背景技术部分内所引用的现有技术文献,尤其是关于转筒式干衣机的文献以及Dr.Hans-Delter Kühl的文献。各图如下:
图1示出了具有维勒米尔热泵的家用电器;并且
图2示出了具有斯特林热泵的家用电器。
具体实施方式
两个附图中彼此相互对应的特征分别具有同样的附图标记。
为了解释图中所示的家用电器的功能,最初一起参照这两个附图。
每个图中示出了家用电器1,其是转筒式干衣机1,用于干燥潮湿物品2、即洗衣物品2。家用电器1包括大致封闭的干燥空气通道3,在所述通道内引导气流。为此,气流通过风扇4被驱动。潮湿物品2在处理室5内布置,所述处理室5以已知的方式设置为可旋转的滚筒5。在气流已经输入滚筒5之后,气流在第一热交换器6处到达干燥空气通道3中,其中所述第一热交换器6用作为冷凝器6。在这种情况中,气流被冷却,直至在滚筒5内吸收的来自潮湿物品2的水分被冷凝出。水分分离器7在本发明的示意性实施例中被设置在冷凝器6之后,其中所述水分分离器7被用于从气流中取出由气流冷凝出的水分。传统而实际的是将冷凝器6与水分分离器7结合在单个部件中;在该专利文献的图中,这些部件然而被单独地示出,这是出于清楚的目的。在冷凝器6与水分分离器7之后,在干燥空气通道3中设有所述的风扇4,在所述干燥空气通道3中在风扇4之后设有第二热交换器8,其中所述第二热交换器设置为用于气流的加热器8。在气流已经经过第二热交换器8并在该过程中已经被加热之后,气流回到其从潮湿物品2吸收水分之处的滚筒中。
在每个示意性实施例中,第一热交换器6和第二热交换器8是热泵6、8至19的部件。在图1的情况中,这是维勒米尔热泵6、8至19,另一方面在图2的情况中,这是斯特林热泵6、8、9、11至15、17至19。这种热泵(以及具有再生气体循环过程的其它热泵)的基本的和示意性的实施例可在Dr.Hans-Detlev Hühl的文献中发现,该文献全文结合在此引作参考。
在根据图1的示意性实施例中,现在将参看该附图,维勒米尔热泵6、8至19被使用,其在以下被详细说明。
热泵6、8至19包含处理通道9,在所述处理通道中封闭合适的处理气体以及基本上在给定的温度对应于理想气体的气体,即氦气。该处理气体通道9具有位于第一热交换器6处的第一端部,其在低温用作为吸热器(heat sink),其正如所述从干燥空气通道3中的气流吸收热量。在处理通道9内设有第二热交换器8,其中所述第二热交换器在平均温度用作为热源,其向干燥空气通道3内的气流以所述的方式供应热量。在处理空气通道9的第二端部设有加热器10,其是可电操作的并将供应至其的处理气体加热至高温。在这种方式中进入处理气体的热量为在处理气体通道9内驱动再生气体循环过程的能量,在这种情况中,即维勒米尔过程。在第一热交换器6与第二热交换器8之间,处理气体通道9设有第一缸体11,在所述第一缸体11内第一活塞12可移动。与第一缸体11并行连接的是第一再生器13,所述第一再生器是第一储热器13,处理气体基本上可以自由地流经所述第一储热器。第一活塞12的移动推动处理气体经过第一再生器13,并且因而可以从第一热交换器6输送至第二热交换器8或者反向输送。在这种情况中,处理气体将过剩的热量输出至第一再生器13或者从第一再生器吸收有可能过剩的热量,而沿此方向,处理气体流经所述第一再生器13。
在第二热交换器8与加热器10之间,处理气体通道9具有第二缸体14,在所述第二缸体内具有可移动的第二活塞15,并且与所述第二缸体14并行地连接有第二再生器16。通过使得第二活塞15移动,处理气体通过再生器16从第二热交换器8被输送至加热器10或者反向输送,因而处理气体再次发出过剩的热量或者吸收过多热量。
对于利用处理气体操作维勒米尔过程而言绝对必要的是,彼此相互同步的以及以彼此相互良好限定相位关系定位的第一活塞12和第二活塞15的周期运动。为此原因,为第一活塞12设置第一直线驱动器17,并为第二活塞15设置第二直线驱动器18,其中所述驱动器通过一控制装置19被控制并使得活塞12和15以无接触的方式移动。因此,这可以以有利的方式实现,这是因为维勒米尔过程仅仅通过由加热器10输送的热量被驱动,并且经由活塞12和15的机械能量的介入仅仅需要使得,处理气体必须在第一热交换器6、第二热交换器8与加热器10之间来回被输送。在这种情况中,仅仅流动的处理气体以及运动的活塞12和15的惯性和摩擦力必须被克服。特别地,直线驱动器17和18不必与活塞12和15彼此接触,实际上,可以以不与直线驱动器17和18接触的方式引导活塞12和15。因此不必以密封的方式将运动成分从处理气体通道9取出;实际上,处理气体通道9形成了完全自封闭的以及一定程度刚性的单元,所述单元因此可以以简单的、可靠的和耐用的方式被密封——即使在处理气体处于最大至几百巴的压力。这对于家用电器1的操作安全性以及耐用性而言是非常重要的。
热泵6、8至19在传统的干燥过程中***作,为此,通过处理气体在处理气体通道9内的反复移动将需要一个小时大小级别的时间,而在十分之一小时大小级别的周期内,活塞12和15周期性移动并彼此相互相移。干燥过程与再生气体处理的持续时间之间的最佳比因而位于10000与100000之间,尤其优选是在30000与40000之间。
图2示出了家用电器1,其具有斯特林热泵6、8、9、11至15、17至19,所述热泵为维勒米尔热泵6、8至19的替换。与图1的维勒米尔热泵6、8至19相比,图2的斯特林热泵6、8、9、11至15、17至19缺少加热器10和第二再生器16。另外,第二缸体14并未完全包含在处理气体通道9内,而实际上,处理气体通道9终止于第二缸体14内的第二活塞15。远离第二热交换器8的第二缸体14的端部是打开的。就像根据图1的维勒米尔热泵6、8至19那样,根据图2的斯特林热泵6、8、9、11至15、17至19必须周期性移动、彼此相互同步并彼此相互之间具有精确预确定的相位关系,为此目的,再次设置通过控制器19被控制的直线驱动器17和18。
然而,斯特林过程并不供有需要作为热能操作的能量,而供有机械能——该能量借助于第二活塞15被消耗,以周期性地压缩和膨胀处理气体。斯特林热泵6、8、9、11至15、17至19因此并不像维勒米尔热泵6、8至19那样具有加热器10,因而在斯特林热泵6、8、9、11至15、17至19中,第二直线驱动器18与维勒米尔热泵6、8至19中的第二直线驱动18相比必须明显是更加有力的。另外,处理气体通道9必须可移动地与第二活塞15密封并承受在实际上没有泄漏的情况下有处理气体所加载的压力。这在某些情况下也要求了显著的额外的努力。
斯特林热泵6、8、9、11至15、17至19的更加简单而基本的结构与维勒米尔热泵6、8至19的第二直线驱动器18的低机械要求相反,维勒米尔热泵6、8至19与斯特林热泵6、8、9、11至15、17至19相比在操作所需的热能产生方面是明显更加灵活的。
在每种情况中,在此所述的家用电器以及利用再生气体循环过程的优选实施例提供了在功能性与安全性方面利用了完全不重要的工作媒介的可能性。另外,在对应的热泵中可以获得低温的高热泵性能。在优选的实施例中,由于维勒米尔热泵具有高温与低温之间的最高可能的温差以及平均温度与低温之间的相对小的温差,所以热泵可以获得高性能性能。这可以产生这样一种家用电器,其形式为转筒式干衣机,其可以被配置为A级能耗。通过选择处理气体以及必须在热泵中出现的处理气体压力可以考虑对应的关键因素。热泵内储热器的设计还可有利地影响了热泵的性能特征。
本发明覆盖了在用于干燥潮湿物品的家用电器内再生气体循环过程的使用,并因而有助于产生特别节能的家用电器。
附图标记列表
1家用电器
2潮湿物品、衣物
3干燥空气通道
4风扇
5处理室、滚筒
6第一热交换器、冷凝器
7水分分离器
8第二热交换器、加热器
9处理气体通道
10用于处理气体的加热器
11第一缸体
12第一活塞
13第一储热器、第一再生器
14第二缸体
15第二活塞
16第二储热器或第二再生器
17第一直线驱动器
18第二直线驱动器
19控制装置
Claims (19)
1.一种用于干燥潮湿物品(2)的家用电器(1),在所述家用电器中,气流可以通过一风扇(4)在基本上封闭的干燥气体通道(3)内被输送,所述气流可以流经具有所述物品(2)的处理室(5);所述气流流经用于冷却所述气流(3)的冷却结构(6、7),并且所述冷却结构在气流流经所述处理室(5)之后从气流中冷凝出水分;所述气流流经一加热结构(8),所述加热结构用于在气流流经所述处理室(5)之前加热所述气流,其特征在于,所述冷却结构(6、7)设有第一热交换器(6),来自所述气流的热量可以通过所述第一热交换器被输送到在再生气体循环过程中被引导的处理气体中,并且所述加热结构(8)设有第二热交换器(8),热量通过所述第二热交换器适于从所述处理气体被输送到所述气流中。
2.根据权利要求1所述的家用电器,其特征在于,所述处理气体是氢气或惰性气体。
3.根据前述权利要求任一所述的家用电器(1),其特征在于,所述第一热交换器(6)被构造用于所述气流与所述处理气体之间的直接热交换。
4.根据权利要求1或2所述的家用电器(1),其特征在于,所述第二热交换器(8)被构造用于所述气流与所述处理气体之间的直接热交换。
5.根据权利要求1或2所述的家用电器(1),其特征在于,所述第一热交换器(6)和所述第二热交换器(8)是所述干燥空气通道(3)内唯一的热交换器(6、8)。
6.根据权利要求1或2所述的家用电器(1),其特征在于,还包含用于实现所述再生气体循环过程的热泵(6、8至19),而所述第一热交换器(6)和所述第二热交换器(8)属于所述热泵(6、8至19)。
7.根据权利要求6所述的家用电器(1),其特征在于,所述热泵(6、8至19)设有两个可在缸体(11、14)内移动的活塞(12、15),它们分别用于所述处理气体的周期性移动。
8.根据权利要求6所述的家用电器(1),其特征在于,所述热泵(6、8至19)设有处理气体通道(9),所述处理气体可通过所述处理气体通道移动,所述气体处理通道(9)设有至少一个储热器(13、16)。
9.根据权利要求6所述的家用电器(1),其特征在于,所述热泵(6、8至19)被设置用于维勒米尔过程中的操作。
10.根据权利要求9所述的家用电器(1),其特征在于,所述热泵(6、8至19)设有用于所述处理气体的电加热器(10)。
11.根据权利要求6所述的家用电器(1),其特征在于,所述热泵(6、8至19)被设置用于斯特林过程中的操作。
12.根据权利要求1或2所述的家用电器(1),其特征在于,所述处理室(5)是可旋转的滚筒(5)。
13.根据权利要求1或2所述的家用电器(1),其特征在于,所述家用电器为滚筒式干衣机(1)。
14.根据权利要求2所述的家用电器(1),其特征在于,所述惰性气体为氦气。
15.一种用于干燥潮湿物品(2)的方法,在所述方法中,气流可以通过一风扇(4)在基本上封闭的干燥气体通道(3)内被输送,所述气流可以流经具有所述物品(2)的处理室(5);所述气流流经用于冷却所述气流(3)的冷却结构(6、7),并且所述冷却结构在气流流经所述处理室(5)之后从气流中冷凝出水分;所述气流流经一加热结构(8),所述加热结构用于在气流流经所述处理室(5)之前加热所述气流,其特征在于,所述冷却结构(6、7)设有第一热交换器(6),来自所述气流的热量可以通过所述第一热交换器被输送到在再生气体循环过程中被引导的处理气体中,并且所述加热结构(8)设有第二热交换器(8),热量通过所述第二热交换器适于从所述处理气体被输送到所述气流中。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述再生气体循环过程是维勒米尔过程。
17.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述再生气体循环过程是斯特林过程。
18.根据权利要求15至17任一所述的方法,其特征在于,干燥过程与再生气体处理的持续时间之比是在10000与100000之间。
19.根据权利要求18所述的方法,其特征在于,干燥过程与再生气体处理的持续时间之比是在30000与40000之间。
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