DE3140618A1 - Solar/gas'heater - Google Patents
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Description
SOUTH AUSTRALIA GAS COMPANY, 35 Waymouth Street, Adelaide, Südaustralien 5007, AustralienSOUTH AUSTRALIA GAS COMPANY, 35 Waymouth Street, Adelaide, South Australia 5007, Australia
Solar-Gas-ErhitzerSolar gas heater
Die Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer zur Haushaltsheißwasserversorgung, wobei das Wasser durch Solar- und/oder Gasenergie erhitzbar ist.The invention relates to a water heater for domestic hot water supply, the water through Solar and / or gas energy can be heated.
Stand der TechnikState of the art
Gegenwärtig besteht ein großes Interesse daran, die Solarenergie zur Erhitzung von Haushalts-Brauchwasser zu verwenden. Viele derartige Systeme sehen eine elektrische Heizung vor, um eine ausreichende Heißwasserversorgung zu gewährleisten wenn die von den Solar-There is currently a great deal of interest in using solar energy to heat domestic hot water to use. Many such systems use electrical heating to provide an adequate supply of hot water to ensure if the solar
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BOEHMERär & JBOEHME&TBOEHMERär & JBOEHME & T
zellen absorbierte Sonnenenergie nicht ausreicht, um das Wasser hinreichend zu erhitzen. Auch sind Speichersysteme auf Sonnen/Gas-Basis erhältlich.cells absorbed by the sun is insufficient to heat the water sufficiently. Also are storage systems available on a solar / gas basis.
Obwohl diese befriedigend arbeiten, ist zu beachten, daß viele Haushalte mit Gas versorgt sind, entweder durch Anschluß an das Gasnetz oder durch Eigenversorgung aus Gasflaschen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit Gas arbeitenden Durchlauferhitzer zur Haushalts-Heißwasserversorgung zu schaffen.While these work satisfactorily, it should be noted that many households are supplied with gas, either by connection to the gas network or by self-supply from gas bottles. The present invention resides in the The underlying task is to create a gas water heater for domestic hot water supply.
In der allgemeinsten Ausführung des Erfindungsgedankens ist der mit Gas betriebene Durchlauferhitzer zur Haushaltsheißwasserversorgung an die Wasserversorgung angeschlossen, wobei das Wasser durch eine Heizschlange strömt, die durch, einen Gasbrenner erhitzbar ist.In the most general embodiment of the inventive idea, the gas-operated water heater is used for supplying domestic hot water connected to the water supply, the water flowing through a heating coil that can be heated by a gas burner.
Der Auslaß aus der Heizschlange ist mit einem Strömungs-Schalter und einem Temperaturfühler verbunden, wobei der Strömungs-Schalter mit einem elektrischen Steuersystem verbunden ist, um über ein Haupt-Ventil den Gaszustrom zu steuern, welcher in Ansprache auf die Wasserströmung gezündet wird, wobei der Temperaturfühler ein Regel-Ventil beaufschlagt, um die Gasströmung zum Haupt-Brenner zu regeln.The outlet from the heating coil is with a flow switch and connected to a temperature sensor, the flow switch being connected to an electrical control system is connected to control the gas flow via a main valve, which in response to the Water flow is ignited, whereby the temperature sensor acts on a control valve to regulate the gas flow to regulate the main burner.
Kurzbeschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Erfindung;Fig. 1 shows a schematic representation of the invention;
Fig. 2 (a) und Fig. 2 (b) sind Schalt-Diagramme der Steuerung;Figs. 2 (a) and 2 (b) are circuit diagrams of the controller;
Fig. 3 ist ein bevorzugtes AusführungsbeispielFig. 3 is a preferred embodiment
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des Haupt-Ventils; undthe main valve; and
Fig. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen magnetischen Strömungs-Schalter.Fig. 4 shows a preferred embodiment of a magnetic flow switch.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrische Steuerung mit einer aufladbaren Batterie versehen, die mittels eines Ladegerätes 2 kontinuierlich aufladbar ist, wobei das Ladegerät 2 an die elektrische Hauptversorgung angeschlossen ist, so daß auch bei Ausfall der Hauptversorgung die Anlage weiterhin betriebsbereit ist.In a preferred embodiment of the invention, the electrical control is with a rechargeable battery provided, which can be continuously charged by means of a charger 2, the charger 2 to the electrical Main supply is connected, so that even if the main supply fails, the system continues to be operational is.
Sobald bei Betrieb heißes Wasser durch den Wasser-Auslaß 3 a strömt, wird der Strömungs-Schalter 4 durch die Wasserströmung aktiviert, welcher dann seinerseits das Haupt-Ventil betätigt, um den Gaszustrom in die Zünd-Düse 6 zu ermöglichen und einen Zünder 7 mittels einer Zündersteuerung 8 zu zünden, um die Zündflamme zu erzeugen. Nach der Zündung zeigt ein Eisenstift-Fühler 9 die Flamme an und beaufschlagt eine Hauptsteuerung 10, welche sodann mittels des Motores 12 das Regel- und Abschaltventil 11 öffnet, um den Brenner 13 mit Gas zu versorgen. Die elektrische Hauptsteuerung 10 wird durch den Temperaturfühler 14 beaufschlagt, welcher die Temperatur des aus der Heizschlange 15 strömenden Wassers mißt , um den Motor 12 derart zu aktivieren, daß der Gaszustrom zum Haupt-Brenner so eingestellt wird, daß die Wassertemperatur auf einem gewünschten Niveau gehalten wird.As soon as hot water flows through the water outlet 3 a during operation, the flow switch 4 is through activates the water flow, which in turn actuates the main valve to control the gas flow into the To enable ignition nozzle 6 and to ignite an igniter 7 by means of an igniter control 8 to the ignition flame to create. After ignition, an iron pin sensor 9 indicates the flame and acts on a main control 10, which then opens the control and shut-off valve 11 by means of the motor 12 to the burner 13 to be supplied with gas. The main electrical control 10 is acted upon by the temperature sensor 14, which measures the temperature of the water flowing out of the heating coil 15 in order to control the motor 12 in such a manner activate that the gas flow to the main burner is adjusted so that the water temperature is on a desired level is maintained.
Das Regel- und Abschaltventil wird durch eine Motorsteuerung beaufschlagt, welche den ventilsteuerndenThe regulating and shut-off valve is acted upon by an engine control which controls the valve
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Motor gepulst antreibt. Auf diese Weise entsteht eine "Blind-Zone" , innerhalb derer der Wert der gesteuerten Variablen die Steuerung inaktiv laßt. Der mit der Motorsteuerung verbundene Temperaturfühler bestimm^ ob der Wert in der "Blind-Z one" liegt, in welchem Falle keine Pulse erzeugt werden, ob der Wert unterhalb der "Blind-Zone" liegt, in welchem Falle die Pulse das Regel-Ventil öffnen, oder ob der Wert oberhalb der "Blind-Zone" liegt, in welchem Falle die Pulse das Regel-Ventil schließen.Motor drives pulsed. This creates a "blind zone" within which the value of the controlled Leave the control inactive for variables. The temperature sensor connected to the motor control determine ^ whether the value is in the "blind zone", in which case no pulses are generated, whether the value is below the "blind zone", in which case the pulses open the control valve, or whether the value is above the "blind zone", in which case the Pulse close the control valve.
Die Steuerung ist so einstellbar, daß der Drehwinkel pro Puls im wesentlichen festliegt, die Puls-Frequenz aber manuell oder automatisch einstellbar ist. Andererseits kann aber auch die Puls-Frequenz fest vorgegeben sein, während der Dreh-Winkel entweder manuell oder automatisch einstellbar ist. In einer dritten Variante ist die Umlauf-Zeit im wesentlichen festgelegt, während das Verhältnis Drehwinkel zu "Aus-Zeit" manuell oder automatisch einstellbar ist.The control can be adjusted so that the angle of rotation per pulse is essentially fixed, the pulse frequency but can be set manually or automatically. On the other hand, the pulse frequency can also be fixed while the angle of rotation can be adjusted either manually or automatically. In a third variant the rotation time is essentially fixed, while the ratio of angle of rotation to "off time" is manual or is automatically adjustable.
Auf diese Weise ist die Temperatursteuerung so ausgelegt, daß sie den Zeit-Konstanten der Gaskomponenten des Systems entspricht und für das Wasser am Ausgang eine Temperatur gewährleistet, die innerhalb angemessener Grenzen gesteuert ist, wobei die Temperatur am Eingang (der Heizschlange) in Abhängigkeit von der Ergiebigkeit des Solar-Kollektors schwanken kann.In this way, the temperature control is designed to that it corresponds to the time constants of the gas components of the system and for the water at the outlet ensures a temperature that is controlled within reasonable limits, the temperature at the input (the heating coil) can fluctuate depending on the productivity of the solar collector.
Ein Ausführungsbeispiel der in Fig. 2 a gezeigten Regel-Einrichtung kann durch einen herkömmlichen Thermistor gegeben sein, welcher ein miniaturisiert eingekappselter Temperaturfühler ist und welcher schnell auf einen Wechsel der UmgebungstemperaturenAn embodiment of the control device shown in Fig. 2a can by a conventional Thermistor be given, which is a miniaturized encapsulated temperature sensor and which quickly to a change in ambient temperatures
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anspricht. Dieser Thermistor ist mit einem Operations-Verstärker 20 in einer Brücken-Schaltung verbunden, die einen Widerstand 21 aufweist, der zur Temperatureinstellung dient und auf einen vorbestimmten Temperaturwert eingestellt ist.appeals to. This thermistor comes with an operational amplifier 20 connected in a bridge circuit which has a resistor 21 for temperature adjustment is used and is set to a predetermined temperature value.
Der Verstärkungsfaktor ist weiterhin durch einen Widerstand 22 definiert und je größer der Verstärkungsfaktor ist, um so kleiner ist der Temperaturbereich am Ausgang zwischen Höchst- und Niedrigstwert.The gain factor is furthermore defined by a resistor 22 and the greater the gain factor the smaller the temperature range at the output between maximum and minimum value.
Die Steuerung weist auch einen Zeitgeber 2 3 auf, der ein Zeit-Multi-Vibrator sein kann, um das Zeitintervall zu bestimmen, in den die Temperatur über die Spannung VI abgeschätzt wird und in dem der zeitproportionale Puls den Motor im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn antreibt, je nach dem Wert der Spannung, die proportional der zu Beginn eines jeden Zeitintervalls an den Ausgängen A und B bestimmten Temperatur ist. Ebenfalls vorgesehen ist ein "Vorwärts-Proportional-Zeitgeber" 24, welcher über die angelegte Spannung in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur arbeitet. Der Schaltkreis für den "Vorwärts-Proportional-Zeitgeber" erzeugt den gepulsten Antrieb für den Motor in Vorwärts-Richtung. The controller also has a timer 2 3, which can be a time multi-vibrator to set the time interval in which the temperature is estimated via the voltage VI and in which the time-proportional pulse drives the motor clockwise or counterclockwise, depending on the value of the voltage that is proportional to the temperature determined at the beginning of each time interval at outputs A and B. Also provided is a "forward proportional timer" 24, which indicates the applied voltage works depending on the measured temperature. The circuit for the "forward proportional timer" generates the pulsed drive for the motor in the forward direction.
Dementsprechend ist auch ein "Rückwärts-Proportional-Zeitgeber" 25 vorgesehen, der den Antrieb des Motors gegen den Uhrzeigersinn erzeugt. Diese sind mit dem Motor-Steuerkreis 26 verbunden, der derart ausgelegt ist, daß im Falle daß sowohl ein Vorwärts- als auch ein Rückwärtssignal gleichzeitig am Eingang erscheinen, aus Sicherheitsgründen das Rückwärtssignal das Vorwärtssignal "überbrückt", so daß der Motor derart be-Accordingly, a "reverse proportional timer" 25 is also provided, which drives the motor generated counterclockwise. These are connected to the motor control circuit 26, which is designed in this way is that in the event that both a forward and a reverse signal appear at the same time at the input, for safety reasons, the reverse signal "bridges" the forward signal so that the motor
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aufschlagt wird, daß das Ventil geschlossen wird.is imposed that the valve is closed.
Der Ausschalt-Gasabschalt-Kreis gewährleistet die Sicherheit der Anlage. Wird der Schalter 28 geschlossen, so wird der Transistor 29 offengehalten und der Kondensator 30 entladen. Wird der Schalter 28 geöffnet und der Transistor 29 geschlossen, so lädt der Kondensator 30 langsam auf, um den Motor in Rückrichtung so lange anzutreiben, bis der Kondensator 30 geladen ist.The cut-off gas cut-off circuit ensures that Plant security. If the switch 28 is closed, the transistor 29 is kept open and the capacitor 30 discharges. If the switch 28 is opened and the transistor 29 is closed, so charges the capacitor 30 slowly to drive the motor in the reverse direction until the Capacitor 30 is charged.
Der mit "Rückwärtsantrieb bei Zündung" bezeichnete Teil der Schaltung verbindet den Zünd- und Steuerkreis mit dem Motorantrieb in Rückrichtung (Fig. 2 b). Das Ausgangssignal 2 C in Fig. 2 (b) ist niedrig, während der die Hochspannung erzeugende Wechselrichter in Betrieb ist. In der Heiz- und Meßphase ist das Signal bei C für die meiste Zeit nicht niedrig. Während C über den Großteil der Zeit oszilliert,wird das Rück-Antriebssignal erzeugt, welches entfernt wird, wenn der Oszillator in die Flamm-Beobachtungsphase zurückkehrt.The part of the circuit labeled "reverse drive during ignition" connects the ignition and control circuit with the motor drive in the reverse direction (Fig. 2 b). The output signal 2 C in Fig. 2 (b) is low, while the inverter generating the high voltage is in operation. That is in the heating and measuring phase Signal at C not low for most of the time. While C oscillates most of the time, becomes generates the reverse drive signal which is removed when the oscillator enters the flame observation phase returns.
Der magnetische Strömungs-Schalter 4 zum Nachweis der Wasserströmung kann einen Körper 4 9 aufweisen, in dem ein federbeaufschlagtes Stöpsel-Ventil 50 angeordnet ist, um das Ventil auf seinem Sitz 51 zu schließen, wenn keine Wasserströmung vorliegt. Sobald aber eine Wasserströmung vorhanden ist, wird die Wasserströmung das Ventil 50 öffnen, wobei bei jedweder Wasserströmung eine volle Öffnung des Ventils gewährleist ist.The magnetic flow switch 4 for detecting the water flow can have a body 4 9 in which a spring-loaded stopper valve 50 is arranged to close the valve on its seat 51, when there is no water flow. But as soon as there is a flow of water, it becomes the flow of water open the valve 50 ensuring full opening of the valve in any water flow.
Das Stöpsel-Ventil 50 ist mittels des Ventil-StiftesThe plug valve 50 is by means of the valve pin
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52 mit einem Magneten 53 verbunden, wobei der Magnet 5 3 und der Stift in einer Hülse 54 angeordnet sind. Die Hülse 54 ist an ihrem äußeren Endabschnitt mit einem Montage-Block 55 versehen, auf dem ein Reed-Schalter 56 angebracht ist, wobei die Anordnung derart ausgelegt ist, daß bei öffnen des Ventils 50 der Magnet 5 3 die Kontakte des Reed-Schalters 56 schließt.52 is connected to a magnet 53, the magnet 5 3 and the pin being arranged in a sleeve 54 are. The sleeve 54 is provided at its outer end portion with a mounting block 55 on which a Reed switch 56 is attached, the arrangement is designed such that when the valve 50 opens, the magnet 5 3 contacts the reed switch 56 closes.
Der Ventil-Stift 52 ist an seinem oberen Endabschnitt mit einer in der Hülse 54 montierten Feder 57 versehen, so daß im Falle eines Ausfalls der Strömung die Feder 57 sofort das Ventil schließt.The valve pin 52 is provided at its upper end portion with a spring 57 mounted in the sleeve 54, so that in the event of a failure of the flow, the spring 57 immediately closes the valve.
Das motorgetriebene Steuer- und Regelventil 11 ist vorzugsweise derart ausgelegt, daß das den Gasstrom steuernde Abschalt-Ventil vollständig elektrisch vom Antriebsmotor getrennt ist. Vorzugsweise ist eine magnetische Kupplung zwischen dem Motor und dem Ventil vorgesehen.The motor-driven control and regulating valve 11 is preferably designed such that the shut-off valve controlling the gas flow is completely electrical is separated from the drive motor. Preferably there is a magnetic coupling between the motor and the valve provided.
Das den Gasstrom in Abhängigkeit von der Wassertemperatur steuernde Steuer- und Abschaltventil 11 weist einen Ventil-Körper 60 auf mit einem axialen Auslaß-Ventilsitz 61, welcher durch ein Pfropf en-Ventil geschlossen wird. Dieses Pfropfen-Ventil ist durch einen Stift 63 in einer Dreh—Welle 64abgestützt, wobei die Dreh-Welle 64 mit einer Serie von Magneten 65 verbunden ist. Die Dreh-Welle 64 ist in einem Gehäuse 66 montiert, welches durch einem-O-Ring 67 gegen eine Kapsel 68 abgedichtet ist, die den einen Endabschnitt der Dreh-Welle 64 und deren Montage-Schraube 69 umhüllt, welche die MagnetenThe control and cut-off valve 11 which controls the gas flow as a function of the water temperature has a valve body 60 with an axial outlet valve seat 61, which through a plug valve is closed. This plug valve is through a pin 63 supported in a rotary shaft 64, the rotating shaft 64 having a series of magnets 65 is connected. The rotary shaft 64 is mounted in a housing 66 which is supported by an O-ring 67 is sealed against a capsule 68, the one end portion of the rotary shaft 64 and the Mounting screw 69 encases the magnets
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abstützt. Die Motor-Dreh-Welle 70 ist mit einem Joch 71 versehen, welches die Magneten 72 trägt, so daß sich die Joch-Magneten 72 in den Magneten 65 entsprechenden Positionen befinden, wobei die Magnete 65 mit der Dreh-Welle 64 verbunden sind, so daß sich die Dreh-Welle 64 gleichförmig mit dem Joch 71 bewegt.supports. The motor rotating shaft 70 is provided with a yoke 71 provided, which carries the magnets 72, so that the yoke magnets 72 in the magnets 65 corresponding Positions are, wherein the magnets 65 are connected to the rotary shaft 64, so that the rotary shaft 64 moved uniformly with the yoke 71.
Der Einlaß 73 in das Ventil ist radial in Bezug auf den Ventilsitz 61 ausgeformt urid das Pfropfen-Ventil 62 weist einen Gummi-Dichtring 74 auf, der den Ventil-Sitz in der Schließstellung des Ventils abdichtet.The inlet 73 into the valve is formed radially with respect to the valve seat 61 and the plug valve 62 has a rubber sealing ring 74 which seals the valve seat in the closed position of the valve.
Das zur Gassteuerung vorgesehene Haupt-Ventil 5, welches die Gaszufuhr unterbinden kann und auch den Gasstrom zur Zündbrenner-Düse 6 steuert, kann von herkömmlicher Bauart sein und ist ebenfalls durch den Strömungs-Schalter beaufschlagt.The main valve 5 provided for gas control, which can cut off the gas supply and also the gas flow to the Pilot burner nozzle 6 controls, can be of conventional design and is also through the flow switch applied.
Die Gas-Zündungssteuerung kann ebenfalls von herkömmlicher Bauart sein, wobei die Fühleinrichtung als Ionisations-Elektrode ausgebildet sein kann, um die Zünd-Flamme anzuzeigen, so daß die Hauptsteuerung aktiviert werden kann, um das motorgetriebene Abschalt- und Regelventil zu öffnen und den Gaszustrom zum Haupt-Brenner zu steuern.The gas ignition control can also be of conventional design, with the sensing device as an ionization electrode can be designed to display the pilot flame, so that the main control can be activated can to open the motor-driven shut-off and control valve and to shut off the gas flow to the main burner steer.
Der Gas-Durchlauferhitzer kann unter unterschiedlichsten Bedingungen einsetzbar sein. Beispielsweise ist gemäß der Zeichnung der Durchlauferhitzer mit einer'Solarzellen-Anordnung kombiniert, welche mit einem Wasser-Speicher 81 verbunden ist, welcher wiederum einen KaIt-Wasser-Einlaß 82 aufweist. Der Auslaß 83 des Speicher-Zylinders 81 ist mit der Heizschlange verbunden. DieThe gas water heater can be used under a wide variety of conditions. For example, according to the drawing of the water heater combined with a solar cell arrangement, which is combined with a water storage tank 81 is connected, which in turn has a cold water inlet 82. The outlet 83 of the storage cylinder 81 is connected to the heating coil. the
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Kaltwasserversorgung ist ebenfalls mit dem oberen Abschnitt des Speicher-Zylinders 81 über einen Kaltwasser-Misch-Thermostaten 84 verbunden, so daß bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur im Speicher-Zylinder das Ventil 84 durch den Thermostaten automatisch gesteuert öffnet, um die Temperatur des in den Auslaß strömenden Wassers um das erforderliche Maß zu senken.Cold water supply is also provided to the upper portion of the storage cylinder 81 via a Cold water mixing thermostats 84 connected so that when a certain temperature is exceeded in the Storage cylinder valve 84 automatically controlled by the thermostat opens to the temperature of the cylinder water flowing into the outlet by the required amount.
Der Durchlauferhitzer kann direkt mit einer Kaltwasserversorgung verbunden sein oder aber auch mit einer beliebigen Quelle vorgewärmten Wassers, wie beispielsweise durch Abwärme vorgeheiztes Wasser.The water heater can be connected directly to a cold water supply or also to any source of preheated water, such as waste heat preheated water.
Auf diese Weise ist erfindungsgemäß ein Gas-Durchlauferhitzer mit einer solarbetriebenen Zusatzversorgung ermöglicht, bei dem die Zündflamme nicht kontinuierlich brennt, sondern nur dann mit Gas versorgt und gezündet wird, wenn heißes Wasser aus dem Speicher des Systems fließt.In this way, according to the invention, there is a gas water heater with a solar-powered additional supply in which the pilot flame does not burn continuously, but only with gas is supplied and ignited when hot water flows from the system's storage tank.
Auf diese Weise könnten der Durchlauferhitzer und der Brenner sowie alle Steuerelemente in der Solarzellenanordnung selbst untergebracht.werden, so daß an dem einen Ende der Speicher-Behälter angeordnet wäre und an dem anderen Ende der Anordnung ein Gehäuse vorgesehen wäre für den Brenner und die Steuerelemente, wobei die einzigen Zuleitungen zu der Anlage aus der Gasversorgung, der Wasserversorgung und der elektrischen Versorgung für das Ladegerät bestünden.In this way the water heater and the burner as well as all control elements in the solar cell arrangement even accommodated, so that the storage container is arranged at one end and at the other end of the assembly a housing would be provided for the burner and the Controls, the only supply lines to the system from the gas supply, the water supply and the electrical supply for the charger.
Obwohl nur eine Ausfuhrungsform der Erfindung imAlthough only one embodiment of the invention in
•$Qp.HMERT <S§ BOTHMERT• $ Qp.HMERT <S§ BOTHMERT
einzelnen beschrieben wurde, versteht sich, daß der Erfindungsgedanke nicht nur auf dieses Ausführungsbeispiel begrenzt ist, sondern eine Vielzahl von Anwendungen gestattet.Has been described individually, it goes without saying that the concept of the invention is not limited to this embodiment, but a variety of Applications permitted.
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Claims (6)
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