DE1808667A1 - Kondensator - Google Patents
KondensatorInfo
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Description
Saline Water Conversion Corporation. Oradell. N. J./USA
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kondensator, bestehend aus einer Kammer, Einrichtungen
die die zu kondensierenden Dämpfe in diese Kammer leiten, einer Anzahl in der Kammer angeordneter Kondensationsrohre
und Einrichtungen, die die zur Bildung des Kondensats an der Rohroberfläche notwendige Kühlflüssigkeit
durch die Rohre fördern, sowie Einrichtungen zur Sammlung des Kondensats.
Oberflächenkondensatoren sind zur Verminderung des Volumens und damit des Gegendruckes des ausgestoßenen
Dampfes bei Dampfkraftmaschinen sehr verbreitet, weil das System dadurch einen größeren Wirkungsgrad erreicht.
Oberflächenkondensatoren finden auch bei Abdampfungs- und Kondensationssystemen Verwendung, die
aus Salz- oder anderen verschmutzten Lösungen frisches Wasser rückgewinnen.
Die konstruktive Grundform einer Anlage für Oberflächenkondensation
sieht ein Gehäuse oder eine langgestreckte Außenverkleidung vor, welche an beiden Enden
durch eine Abschlußplatte verschlossen ist. Eine Anzahl
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von runden Kondensationsrohren verläuft im Inneren des Gehäuses und durchdringt an beiden Enden die Abschlußplatten.
Durch die Kondensationsrohrβ wird eine
Kühlflüssigkeit geleitet, die die Oberflächen der Kondensationsrohre stets auf einem niedrigen Teraperaturniveau
hält. Anschließend werden der zu kondensierende Wasserdampf oder andere Dämpfe in das Gehäuse hineingeleitet,
wobei sie zwangsläufig mit der kühleren Oberfläche der Kondensationsrohre in Berührung kommen.
An diesen kühlen Oberflächen kondensiert der eingeleitete Kampf zu einer Flüssigkeit und tropft anschließend
in ein unter den Rohren angeordnetes Sammelbecken ab.
In der Praxis wird bei Kondensatoranlagen der bekannten Art zur Erzielung eines möglichst großen Wirkungsgrades
eine sehr große Anzahl von Kondensationsrohren
verwendet. Diese Kondensationsrohre durchlaufen gewöhnlich das Innere des Kondensatorgehäuses und
ragen an dessen beiden Enden durch die jeweilige Ab- «whlußplatte hindurch. In typischen Ausführungsformen
von Kondaisatoranlagen der bekannten Art wird die Oberfläche
der Abschlußplatten zu 22 % bis ^$ % von Kondensationsrohren
eingenommen.
Einer der größten wirtschaftlichen Nachteile eines konventionellen Oberflächenkondensators sind seine Herstellungskosten.
Den größten Teil dieser Kosten bilden dabei die in der Anlage verwendeten Kondensationsrohre.
Auch ist die Verbindung zwischen jedem der einzelnen Kondensationsrohre und der Abschlußplatte sehr teuer
und zeitraubend, da jede dieser Verbindungen sorgfältig abgedichtet und anschließend auf Dichtheit geprüft werden
muß. Konstruktive Probleme ergeben sich außerdem
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aus der Notwendigkeit, eine möglichst große Anzahl von Kondensationsrohren anzuordnen, wobei zwangsläufig
für die Befestigung der Kondensationsrohre an beiden Enden des Kondensators nur ein kleiner Teil der
Abschlußplatte verwendet werden kann. Infolgedessen müssen oft sehr kostspielige Verstärkungselemente vorgesehen
werden. Kondensationsrohre mit kreisförmigem Querschnitt haben ganz allgemein den Nachteil, daß der
an der Oberfläche kondensierte Dampf zu beiden Seiten an der fiohroberflache hinunterfließt und sich vor dem
Abtropfen auf der Unterseite des Rohres sammelt. Diese Sammelfläche auf der Unterseite des Rohres ist deshalb μ
mit einer relativ dicken Flüssigkeitsschicht bedeckt. Die Größe dieser Fläche kann 10 % bis 12 % der gesamten
Rohroberfläche betragen. Da die auf dieser Fläche angesammelte Flüssigkeitsschicht den für die gewünschte
Kondensierung notwendigen Wärmeübergang erschwert, wird dadurch die wirksame Arbeitsoberfläche der Kondensationsrohre
erheblich vermindert.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kondensationsrohr für einen Oberflächenkondensator zu
schaffen, der die Leistung von Oberflächenkondensationsanlagen der bekannten Art erheblich übertrifft und dabei
leichter und wirtschaftlicher zu bauen ist als die M bisher gebräuchlichen Kondensationssysteme vergleichbarer
Kapazität.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
die Kondensationsröhre in Flußrichtung des Kondensats
einen zugespitzten Querschnitt aufweisen, der vergleichsweise eine Kante bildet.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der zugespitzte
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Querschnitt des Kondensationsrohres in Pließrichtung
des Kondensates wenigstens .teilweiee stromlinienförmig
ausgebildet ist und eine sich in Achsrichtung des Rohres erstreckende, das Ansammeln von Wasserteilchen auf
der Rohroberfläche vermindernde Kante bildet.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Kondensationsrohre entlang ihrer Kante gezackt sind und auf
ihrer Innenseite mit Wärmeübergangsrippen versehen sind.
Gemäß der Erfindung wird die Verminderung der wirksamen
Oberfläche eines Kondensationsrohres durch die Verringerung derjenigen Oberfläche vermieden, auf welcher
sich die Flüssigkeit ansammeln kann, ehe sie abtropft. Durch diese Maßnahme wird die wirksame Arbeiteoberfläche
des Kondensationsrohres vergrößert. Die Verringerung
dieser Oberfläche, an der sich das Kondensat ansammelt, wird dadurch erreicht, daß jedes Kondensationsrohr mit einem flossenförmigen Ansatz Versehen
wird, der in Flleßriehtung des Kondensats angeordnet und derart ausgebildet ist, daß sich am unteren Ende
jedes Rohres eine relativ scharfe Kante ergibt» Diese Kante kann dabei beispielsweise durch Angießen oder mechanisches
Anbringen eines tropfenförmigen oder floseenartlgen
Ansatzes an ein rundes Kondensationsrohr gebildet werden. Auch ist es möglich, die gewünschte
Form durch eine stromlinienförmige Ausbildung dee Kondensat loner öhre s zu erreichen.
Das Ansammeln von Flüssigkeit an der Oberfläche des Kondensationsrohreβ kann zusätzlich noch dadurch
verringert werden, daß die Kante des flossenartigen Ansatzes mit Zacken versehen wird. Diese über die gesamte
Länge dee Kondensattonsrohreβ angeordneten sägeförmigen
Zacken bilden eine Reihe punktartiger Gebilde
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und vermindern somit in erhöhtem Maße die Oberfläche, an der sich Kondensat ansammeln kann.
Da der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Kondensatoranlage
bedeutend größer ist als der herkömmlicher Anlagen, sind zur Erstellung von Anlagen vergleichbarer
Kapazität erfindungsgemäß weniger Kondensationsrohre notwendig als bisher.
Der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Oberflächenkondensationseinheit
kann noch dadurch erhöht werden, daß die erfindungsgemäßen Kondensationsrohre nach der
in der USA-Patentanmeldung Serial-Nr. 6l7 642 offenbarten
Lehre angeordnet werden. Gemäß dieser Anmeldung sind die in verschiedenen horizontalen Ebenen angeordneten
Kondensationsrohre derart gegeneinander versetzt, daß das von den höher gelegenen Rohren abtropfende Kondensat
die tiefer gelegenen Rohre berührungslos passiert. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß das von den
Rohren gebildete Kondensat direkt in die Sammelvorrichtung tropft, ohne daß es auf diesem Weg mit weiteren
Rohren in Verbindung kommt.
Werden die Rohre in der oben beschriebenen und gemäß der USA-Patentanmeldung 6l7 64-2 offenbarten Art und
Weise angeordnet, so wird neben der Verringerung der Bildung von Plüssigkeitsschichten auch eine äußerst
kompakte Kondensatorbauweise ermöglicht. Dies nicht zuletzt deshalb, da die Kondensationsrohre wegen des genau
festgelegten Tropfweges näher aneinander angeordnet werden können als dies bisher möglich war.
Im folgenden sind zur weiteren Erläuterung und
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zum besseren Verständnis Ausführungsbeispiele der Erfindung
in den Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein mit erfindungsgemäßen neuartigen Kondensatorrohren
ausgestattetes Kondensatorsystem
Fig. 2 zeigt eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Kondensatorsystems.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch ein Kondensationsrohr wie es in dem in Fig. 1 gezeigten Kondensator
verwendet wird.
Fig. k und 5 zeigen Schnitte durch weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kondensations■
rohres.
Fig. 6 zeigt ein mit Wärme leitenden Rippen versehenes Kondensationsrohr der Fig. 3.
Fig. 7 zeigt ein mit Wärme leitenden Rippen versehenes Kondensationsrohr der Fig. k und
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles des
erfindungsgemäßen Kondensationsrohres.
In Fig. 1 und 2 ist eine Frischwassergewinnüngsanlage
dargestellt, die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugszahl 10 versehen ist. Auf der Oberseite dieser Anlage
ist ein Salzwasserspeicher 12 vorgesehen, aus dessen
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Salzwasser Frischwasser gewonnen werden soll. Der Salzwasserbehälter 12 selbst ruht auf einer von einer
Anzahl von langgestreckten Bauteilen 16 gebildeten Oberseite Ik, Diese langgestreckten Bauteile 16 sind
in bestimmten Abständen von abwärts gerichteten Zufuhreinrichtungen 18 unterbrochen. Diese Zufuhreinrichtungen
18 erstrecken sich, wie in Fig. 2 gezeigt, über die gesamte Länge des langgestreckten Bauteiles
l6, also vom Anfang bis zum Ende der Anlage 10. Jede
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dieser Zufuhreinrichtungen/umfaßt einen sich vertikal erstreckenden engen Verdampfungskanal 20, der eine Verbindung zwischen dem Salzwasserbehälter 12 und einem Kondensationsraum 22 herstellt. Die Kondensationsräume 22 sind bedeutend größer als die mit ihnen verbunlenen Verdampfungskanäle 20 und erstrecken sich, wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt, vom Anfang bis zum Ende der Einrichtung.
dieser Zufuhreinrichtungen/umfaßt einen sich vertikal erstreckenden engen Verdampfungskanal 20, der eine Verbindung zwischen dem Salzwasserbehälter 12 und einem Kondensationsraum 22 herstellt. Die Kondensationsräume 22 sind bedeutend größer als die mit ihnen verbunlenen Verdampfungskanäle 20 und erstrecken sich, wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt, vom Anfang bis zum Ende der Einrichtung.
Jeder Kondensationsraum 22 ist mit einer wasserdichten
Ausfütterung 24- ausgekleidet und mit einem U-förmigen, sich vom Anfang bis zum Ende der Vorrichtung
erstreckenden Abscheidergefäß 26 ausgestattet.
Ungefähr in der Mitte zwischen der Oberseite des Abscheidergefäßes 26 und der obersten Wandung des Kondensationsraumes
22 ist ein hakenförmiges Leitblech 28 vorgesehen, das das Abscheidergefäß 26 derart überdacht,
daß keinerlei Wassertropfen direkt in das U-föraige Abscheidergefäß 26 hineinfallen können* Dieses
Leitblech 28 sowie die im folgenden beschriebenen Leitbleohe
können selbstverständlich in verschiedensten Formen ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Leitblech
aus einer geneigten Metallplatte bestehen, die die Flüssigkeitstropfen nur auf eine Seite de· Kondensationsrauaes
22 ableitet.
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Wie aus Fig. 1 zu ersehen, ist der Kondensationsraum
22 mit einem oberen Kondensatorrohrpaket, bestehend aus den Rohren 30a, 30b und 3O0, ausgestattet. Unterhalb
dieses oberen Kondensatorrohrpaketes ist in dem Kondensationsraum 22 noch ein unteres Kondensatorrohrpaket
vorgesehen, das aus den Rohren 31a, 31b und 31c besteht.
Die Kondensationsrohre selbst erstrecken sich horizontal zwischen einer in den Zeichnungen nicht dargestellten
vorderen und hinteren Abschlußplatte der Anlage und werden von einer ebenfalls in den Zeichnungen nicht
dargestellten Versorgungseinrichtung mit Kühlflüssigkeit 32 bespeist. Besonders beachtenswert ist außerdem,
daß die Kondensationsrohre der einzelnen Konden-
rohr
sator/Pakete in dreieckiger Anordnung derart zusammengefaßt
sind, daß keines der Rohre direkt über einem anderen Rohr des Rohrpaketes zu liegen kommt. Dieses
vertikale Versetzen der Kondensationsrohre bewirkt, daß ein Abtropfen des Kondensats von einem Rohr auf ein
anderes Rohr des Rohrpaketes verhindert wird.
Zwischen den beiden Rohrpaketen 30 und 31 ist ein weiteres Leitblech 34 angeordnet, um zu verhindern, daß
das abtropfende Kondensat des oberen Rohrpaketes auf das untere Rohrpaket fällt. Dieses Leitblech 3^ kann
ebenfalls wie das obere Leitblech 28 in verschiedenster Weise geformt sein.
In der bevorzugten Ausführungsform sind sowohl die Kondensationsrohre 30a bis 30c als auch die Kondensationsrohre
31a bis 31c in gleicher Weise angeordnet. Wie aus den Figuren 1, 3 und 6 zu ersehen ist, ist der
Querschnitt jedes Kondensationsrohres in der Flußrichtung des Kondensats derart stromlinienförmig ausgebildet,
daß an der Unterseite des Rohres eine scharfe Kan-
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te gebildet wird. Die Kante k2 kann dabei beispielsweise
durch Angießen oder mechanisches Anbringen eines tropfenförmigen oder flossenartigen Ansatzes 44 an
ein rundes Kondensationsrohr gebildet werden. Das Kondensationsrohr kann aber auch so ausgebildet sein,
wie es in den Zeichnungen dargestellt ist. In einer anderen Ausführungsform, wie sie in den Figuren k und
7 gezeigt ist, wird eine tropfenförmige Rohrform verwendet, um das Rohr mit der gewünschten Ablaufkante
zu versehen. In Fig. 5 ist dann noch eine weitere Ausführungsform eines Kondensationsrohres gezeigt, bei
der die gewünschte Form durch Angießen, Anschweißen oder mechanisches Anbringen einer geraden streifenförraigen
Flosse erzielt wird.
Eine weitere Möglichkeit der Formgebung der Ablaufkante der bereits beschriebenen Kondensationsrohre ist in Fig. 8 gezeigt. Dieses Rohr ist auf seiner
Unterseite im Bereich der Ablaufkante mit einer Reihe von Spitzen 50 versehen. Mit dieser sägeartigen
Ausbildung über die gesamte Länge der durch die Stromlinienform gebildeten Ablaufkante kann ein Kondensationsrohr
des in Fig. 3 gezeigten Querschnittes versehen werden. Die.se Konstruktion bildet sich beim
Kondensationsrohr der in Fig. 3 gezeigten Art in Längsrichtung in verstärktem Maße stromlinienförmig aus
und vermindert ferner den Bereich, an dem sich ein Wasserfilm ansammeln kann. Ebenso kann selbstverständlich
auch ein Kondensationsrohr der in Fig. 5 gezeigten Ausführung in der beschriebenen Art auf
seiner gesamten Länge sägeartig ausgebildet sein.
Um einen besseren Wärmeübergang und damit einen höheren Wirkungsgrad zu erzielen,, können alle im vorangegangenen
beschriebenen Kondensationsrohre, wie in
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- ίο -
den Pig. 6 und 7 gezeigt, mit wärmeleitenden Rippen versehen werden.
Die oben beschriebene Anlage arbeitet nun in folgender Weise:
Das auf der Oberseite 14 der Anlage befindliche Salzwasser
12 befindet sich in gesättigtem Zustand. Das gesättigte Salzwasser 12 fließt dann durch den von der
Zuführeinrichtung 18 gebildeten Verdampfungskanal 20
direkt in den Kondensationsraum 22 der Anlage 10. Während dieses AbwärtsfHeßens erfährt das Wasser einen
bestimmten Druckabfall, woraus sich eine einen Teil des Salzwassers verdampfende Unterdruckverdampfung
ergibt. Die erzeugten Dämpfe werden in kurzer Zeit nach unten durch den Verdampfungskanal 20 getrieben
und durchlaufen damit ein gleichmäßig nach der Tiefe des Kanals gestaffeltes Druckgefälle, wodurch sich
zwangsläufig ein allmähliches Verdampfen auf dem Weg durch den Kanal ergibt. Dieser durch einen gesteuerten
Druckabfall zustandegebrachte AusdampfVorgang ist ähnlich dem in der USA-Patentschrift 3 21^ 350 beschriebenen.
Die gesamte unverdampfte Flüssigkeit fließt in der Hauptsache die Wände des Kondensationsraumes 22
hinab zu einem Salzwassersammelbehälter 36 am Boden des Kondensationsraumes. Das Leitblech 28 verhindert
dabei das Eindringen von unverdampftem Salzwasser in den Innenraum des U-förmigen Abscheidergefäßej3 26.
Die erzeugten Dämpfe füllen den größten Teil des Kondensationsraumes 22 aus und berühren damit direkt
die Oberfläche der stromlinienförmigen Kondensatorrohre 30a - 30c und 31a - 31c, wobei sich an der Oberfläche
dieser Rohre Kondensat bildet. Das sich an der Oberfläche bildende Kondensat fließt den stromlinien-
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förmlgen Körper hinunter zu der Ablaufkante oder dem
Scheitelpunkt 42. Das Kondensat sammelt sich darauf an der Ablaufkante 42 und tropft anschließend ab, um
in dem darunterliegenden Prischwassersammelbehalter 40 aufgefangen zu werden.
Wie im einzelnen in der bereits oben erwähnten Patentanmeldung mit der Seriennummer 617 642 dargelegt,
sind die einzelnen Kondensationsrohre 30a - 30°
derart vertikalversetzt angeordnet, daß keines der Rohre jeweils direkt über einem anderen Bohr zu liegen
kommt. Damit wird erreicht, daß das an jedem Kondensationsrohr gebildete Kondensat ohne eines der anderen
Rohre zu berühren, direkt auf das Leitblech 34 und von dort in den Frischwassersammelbehälter 40 tropft.
Die Kondensationsrohre 31a - 31° sind gleichermaßen
gegeneinander vertikal versetzt, so daß das abtropfende Kondensat jedes Rohres direkt in den Frischwassersammelbehälter
40 fallen kann.
Wie im vorangegangenen bereits erwähnt, sammelt sich das Kondensat jedes stromlinienförmigen Rohres
an dessen Ablaufkante 42. Wenngleich sich auch an einem
runden Kondensationsrohr in einem Bereich an der Unterseite ein Wasserfilm bildet, so ist doch die Ausdehnung
dieses Bereiches bei Kondensationsrohren der erfindungsgemäßen Ausgestaltung erheblich schmaler. Die
vorliegende Erfindung erhöht die Wirksamkeit bzw. die effektive Oberfläche von Kondensationsrohren in einem
von runden Kondensationsrohren vor-dem nicht erreichten Maße und verbessert damit den gesamten Wirkungsgrad
der Kondensatoranlage. Da der Gesamtwirkungsgrad der Anlage beträchtlich höher ist, sind weniger Kondensationsrohre
notwendig als dies bei mit runden Kondensa-
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tionsrohren ausgestatteten Kondensatorsystemen vergleichbarer
Kapazität nötig wäre. Polglich kann eine Anlage dieser Art weniger groß und wirtschaftlicher
konstruiert werden als Kondensatoren der bekannten Art vergleichbarer Kapazität.
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Claims (9)
1. Kondensator, bestehend aus einer Kammer, Einrichtungen, die die zu kondensierenden Dämpfe in diese
Kammer leiten, einer Anzahl in der Kammer angeordneter Kondensationsrohre und Einrichtungen, die die
zur Bildung deo Kondensats an der Bohroberfläche notwendige
Kühlflüssigkeit durch die Rohre fördern, sowie Einrichtungen zur Sammelung des Kondensats, dadurch
gekennzeichnet , daß die Kondensationsrohre (30, 3D in Flußriohtung des Kondensats
einen zugespitzten Querschnitt aufweisen, der vergleichsweise eine Kante (42) bildet.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kondensationsrohre
entlang der Kante (42) gezackt sind.
3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der zugespitzte Querschnitt
der Kondensationsrohre von einem runden Rohr mit einer geraden Bandflosse gebildet ist.
4. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kondensationsrohre
aus einem runden Rohr mit einem Tropfansatz gebildet sind.
5. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationsrohre
auf ihrer Innenseite mit Wärmeübergangsrippen (52) versehen sind.
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6. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch g e kennze ichnet , daß der zugespitzte Querschnitt
in Fließrichtung des Kondensates wenigstens teilweise stromlinienförmig ausgebildet ist und eine
sich in Achsrichtung des Rohres erstreckende, das
Ansammeln von Wasserteilchen auf der Bohroberfläche vermindernde Kante (4-2) bildet.
Ansammeln von Wasserteilchen auf der Bohroberfläche vermindernde Kante (4-2) bildet.
7. Kondensator nach Anspruch 6, dadurch g e kenzeichnet, daß die Kondensationsrohre
entlang der Scheitellinie der Stromlinienform gezackt sind.
entlang der Scheitellinie der Stromlinienform gezackt sind.
8. Kondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationsrohre
im Querschnitt tränenförmig ausgebildet sind.
9. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in verschiedenen
horizontalen Ebenen angeordneten Kondensationsrohre derart gegeneinander versetzt sind, daß das von den höher gelegenen Rohren abtropfende Kondensat die tiefer gelegenen Rohre berührungslos passiert.
horizontalen Ebenen angeordneten Kondensationsrohre derart gegeneinander versetzt sind, daß das von den höher gelegenen Rohren abtropfende Kondensat die tiefer gelegenen Rohre berührungslos passiert.
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