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CN114440328A - 热交换器及具备该热交换器的制冷循环装置 - Google Patents

热交换器及具备该热交换器的制冷循环装置 Download PDF

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CN114440328A
CN114440328A CN202210159443.XA CN202210159443A CN114440328A CN 114440328 A CN114440328 A CN 114440328A CN 202210159443 A CN202210159443 A CN 202210159443A CN 114440328 A CN114440328 A CN 114440328A
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CN
China
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heat transfer
region
heat exchanger
fins
heat
Prior art date
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Withdrawn
Application number
CN202210159443.XA
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English (en)
Inventor
田代雄亮
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

本发明提供一种热交换器及具备该热交换器的制冷循环装置。在翅片(1)设有未设置传热促进部(3)的区域(L)和设置传热促进部(3)的区域(L)以外的区域，区域(L)设为传热管(2A)的下端部与传热管(2B)的上端部之间的区域。

Description

热交换器及具备该热交换器的制冷循环装置
本申请是申请日为2014年5月15日，申请号为“201480078695.3”，发明创造名称为“热交换器及具备该热交换器的制冷循环装置”的分案申请。
技术领域
本发明涉及抑制耐霜性的恶化并设置于室外机等热源机的热交换器及具备该热交换器的制冷循环。
背景技术
以往，作为在例如空气调节装置等的制冷循环装置中应用的热交换器，存在翅片管型热交换器。这样的热交换器通常通过向形成有圆形形状的孔的多张板状的翅片插入截面为圆形形状的多根传热管而构成。
作为这样的结构，提出了“一种翅片管型热交换器，其具备空出规定的间隔而大致平行地层叠的多个传热翅片和在与该传热翅片的平面方向大致正交的方向上贯通传热翅片的多个传热管，在所述传热管贯通的所述传热翅片的贯通孔的周围，形成有在与所述传热翅片的平面方向大致正交的方向上延伸的大致圆筒状的翅片垫圈，所述传热管以与所述翅片垫圈紧贴的状态插入于所述贯通孔，在沿着所述传热翅片的平面方向流动的气体与在所述传热管的内部流动的冷热介质之间进行热交换，其中，在所述传热翅片上，仅在成为与所述气体的流动方向大致垂直方向的层方向上设有切口，所述翅片管型热交换器具备山部，该山部使所述切口的所述气体流动的上风侧的所述传热翅片部隆起并在下风侧具有由所述切口形成的开口部，在与通过所述传热管的中心且平行于所述气体的流动方向的直线交叉的位置未形成所述山部”(例如，参照专利文献1)。
另外，提出了“一种热交换器，其包括：传热管12、12…、12、12…；相对于该传热管12、12…、12、12…以交叉的状态并列设置多片的电热翅片13a、13a…、13b、13b…；以及设置在该电热翅片13a、13a…、13b、13b…的电热面上的切起片14、14…、14、14…，其中，在上述切起片14、14…、14、14…的下端部设有向下方侧延伸的冷凝水引导用的线条部b、b…、c、c…”(例如，参照专利文献2)。
另外，提出了“一种热交换器，其包括传热管、相对于该传热管以交叉的状态并列设置多片的电热翅片、以及设置在该电热翅片的电热面上的切起片，其中，在上述切起片的下端部设有排水用的水引导部”(例如，参照专利文献3)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4775429号公报(实施方式1等)
专利文献2：日本特开2008-249320号公报(图1、图2等)
专利文献3：日本特开2010-255974号公报(图1、图2等)
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1记载的翅片管型热交换器中，通过形成山部而能够得到优异的传热性能，并且通过确定未形成山部的范围来确保冷凝水的排水路径而抑制通风阻力的增大。
专利文献2、3记载的热交换器在传热管间设置狭缝等切口来提高热传递而提高热交换器的性能，并且为了提高排水性而致力于在传热管间设置排水路径等。
当将这样构成的热交换器设置于室外机等热源机来执行制热运转时，热交换器作为蒸发器发挥作用。当使热交换器作为蒸发器发挥作用时，热交换器有时会产生结霜。向热交换器产生的结霜除了翅片前缘部(翅片的风流最上游侧)、翅片狭缝部之外，也从传热管部分产生。并且，向传热管部分产生的结霜成为风路闭塞的一个原因。
在专利文献1～3的任一个中记载的热交换器中，在结霜时成为空气的逸散路的传热管之间具有山部或切口，因此能促进热传递，在结霜时，空气的逸散路被生长的霜堵塞。
尤其是结霜在位于风路的上游侧的传热管部分生长时，耐霜性恶化，空气无法到达热交换器的下游侧，在结霜时无法进行热交换，即耐霜性低。
本发明为了解决上述那样的课题而作出，其目的在于提供一种确保结霜时的空气的逸散路，抑制耐霜性的降低的热交换器及具备该热交换器的制冷循环装置。
用于解决课题的方案
本发明的热交换器具有平行地空出规定间隔而配置的多张翅片和贯通所述多张翅片的传热管，所述多张翅片为多列结构，所述传热管在与所述多张翅片的列方向正交的方向上配置成多层，所述热交换器的特征在于，所述传热管包括：第一传热管，其从在所述热交换器中流动的空气流的最上游侧观察时贯通第一列的翅片；以及第二传热管，其贯通第二列的翅片，最接近所述第一传热管，且在层方向上比所述第一传热管靠上方及下方，在沿列方向排列的所述第一列的翅片以及所述第二列的翅片上设有第一区域和第二区域，所述第一区域至少在一部分形成有狭缝，所述第二区域未形成所述狭缝，所述第二区域设置于所述第一传热管的下端部与所述第二传热管的上端部之间的区域、及所述第一传热管的上端部与所述第二传热管的下端部之间的区域中的至少一个区域，是在所述第一列的翅片以及所述第二列的翅片上沿列方向连续，并沿着所述空气流的方向从所述第一列的翅片的上风方向延伸至所述第二列的翅片的下风方向的平面部，所述层方向上的所述第二区域的宽度比所述层方向上的所述第一区域的宽度大。
本发明的制冷循环装置具备：搭载有上述热交换器的热源机；与所述热源机连接的利用侧设备。
发明效果
根据本发明的热交换器，由于在翅片设有第二区域，因此能够确保结霜时的空气的逸散路，能够抑制耐霜性的降低。
根据本发明的制冷循环装置，由于具备上述热交换器，因此即使在热交换器结霜时，热交换器的风路也不会被闭塞，能够持续执行运转。
附图说明
图1是概略性地表示设置有本发明的实施方式1的热交换器的一例的热源机的内部结构的立体图。
图2是用于说明设置有本发明的实施方式1的热交换器的一例的热源机的结构的说明图。
图3是概略性地表示本发明的实施方式1的热交换器的一例的从传热管的中心轴方向侧观察的状态的概略图。
图4是概略性地表示本发明的实施方式1的热交换器的另一例的从传热管的中心轴方向侧观察的状态的概略图。
图5是概略性地表示本发明的实施方式1的热交换器的另一例的从传热管的中心轴方向侧观察的状态的概略图。
图6是概略性地表示本发明的实施方式1的热交换器的从与传热管的中心轴方向正交的方向侧观察的状态的概略图。
图7是用于说明本发明的实施方式1的热交换器的具体的数值的一例的概略说明图。
图8是示意性地表示本发明的实施方式2的制冷循环装置的基本的制冷剂回路结构的制冷剂回路图。
具体实施方式
以下，适当参照附图，说明本发明的实施方式。需要说明的是，在包括图1在内的以下的附图中，各构成构件的大小关系有时与实际的情况不同。另外，在包括图1在内的以下的附图中，标注相同符号的构件是相同或彼此相当的构件，这在说明书的全文中通用。此外，说明书全文示出的构成组件的方式只不过是例示，并不限定为这些记载。
实施方式1.
图1是概略性地表示设置有本发明的实施方式1的热交换器(以下，称为热交换器50)的一例的热源机60的内部结构的立体图。图2是用于说明热源机60的结构的说明图。基于图1及图2，首先说明热源机60的结构。
热源机(也称为室外机或室外单元)60构成制冷循环装置的一部分。热源机60通过与室内机(也称为室内单元、利用侧设备(利用侧单元)或负载侧机(负载侧单元))连接而构成制冷循环装置。并且，通过将搭载于热源机60及室内机的组件设备(压缩机、热源侧热交换器(热交换器50)、节流装置(膨胀阀12)、利用侧热交换器71)进行配管连接而形成制冷剂回路，执行例如空调运转、供热水运转。需要说明的是，关于制冷循环装置在实施方式2中进行说明。
热源机60具有构成轮廓的框体60A。如图1及图2所示，在框体60A的内部设有分隔板61。通过设置分隔板61，框体60A的内部被划分为机械室62和鼓风机室63。
在机械室62设有压缩机10、四通阀11、膨胀阀12、消声器16以及将它们连接的制冷剂配管15等。
在鼓风机室63设有热交换器50、鼓风风扇20、风扇电动机21及电动机支承件22等。
以下，说明设于机械室62及鼓风机室63的各构件的详情。
压缩机10将在制冷循环中循环的制冷剂压缩成为高温高压的制冷剂而喷出。
四通阀11是对应于运转来切换制冷剂的流动的构件。在执行向负载侧供给热能的热能供给运转时，四通阀11如图2的实线所示那样进行切换。在执行向负载侧供给冷能的冷能供给运转时，如图2的虚线所示那样进行切换。
膨胀阀12对制冷剂进行减压而使制冷剂膨胀，由能够可变地控制开度的结构例如电子式膨胀阀等构成。
消声器16具有通过积存规定量的气体制冷剂并使制冷剂流向压缩机10而使制冷剂的流量稳定的作用。
热交换器50是交叉翅片式的翅片管型的热交换器。关于热交换器50的详情在后文叙述。热交换器50在俯视观察的状态下形成为大致L字形。通过将热交换器50形成为大致L字形，能够扩大热交换器50的热交换面积。
鼓风风扇20是例如由轴流式风扇(螺旋桨式风扇)构成的鼓风机构。
风扇电动机21用于使鼓风风扇20旋转。风扇电动机21由电动机支承件22支承。
电动机支承件22是对风扇电动机21进行支承的构件。
说明热源机60的热能供给运转时的动作。
当压缩机10被驱动时，通过压缩机10使制冷剂升压，成为高温高压的状态而被喷出。从压缩机10喷出的制冷剂经由四通阀11之后，向搭载于省略图示的室内机的热交换器供给，通过与空气进行热交换而被冷却，成为低温高压的状态。此时，从室内机供给制热用的空气，进行空调对象空间的制热。该制冷剂返回热源机60，由膨胀阀12膨胀减压成低温低压的状态。该制冷剂由热交换器50加热之后，再次返回压缩机10。
当制冷循环装置执行热能供给运转(例如制热运转)时，在热源机60中，热交换器50作为蒸发器发挥作用。当使热交换器50作为蒸发器发挥作用时，热交换器50有时会产生结霜。如上所述，向热交换器50产生的结霜除了翅片前缘部、翅片狭缝部之外，也从传热管部分产生。当结霜生长时，任意的风路会闭塞。
通常，在交叉翅片式的翅片管型的热交换器中，为了发挥传热促进效果而在翅片形成狭缝等传热促进部。当存在这样的传热促进部时，能促进热传递，就连在结霜时想要确保的空气的逸散路也被霜堵塞。尤其是当结霜在位于风路的上游侧的传热管部分生长时，空气无法到达热交换器的下游侧，在结霜时无法进行热交换。即，热交换器的耐霜性显著降低。因此，在热交换器50中，采用以下所述的结构。
图3是概略性地表示热交换器50的一例的从传热管的中心轴方向侧观察的状态的概略图。图4是概略性地表示热交换器40的另一例的从传热管的中心轴方向侧观察的状态的概略图。图5是概略性地表示热交换器50的另一例的从传热管的中心轴方向侧观察的状态的概略图。图6是概略性地表示热交换器50的从与传热管的中心轴方向正交的方向侧观察的状态的概略图。图7是用于说明热交换器50的具体的数值的一例的概略说明图。基于图3～图7，详细说明热交换器50。需要说明的是，在图3、图4中图示出2列结构的热交换器50作为一例，在图5中图示出3列结构的热交换器50作为一例。
如图5所示，热交换器50具有相互平行地空出规定间隔而配置的多张翅片1和贯通多张翅片1的传热管2，在翅片1之间流动的空气与在传热管2的内部流动的制冷剂之间执行热交换。
翅片1沿着与空气的流动方向平行的方向排列多个，成为多列结构。
在图3中，将配置在空气流上游侧的翅片1图示为翅片1A，将配置在空气流下游侧的翅片1图示为翅片1B。即，在图3所示的例子中，翅片1成为2列结构。
在图5中，将配置在空气流上游侧的翅片1图示为翅片1A，将配置在空气流下游侧的翅片1图示为翅片1C，将配置在翅片1A与翅片1C之间的翅片1图示为翅片1B。即，在图5所示的例子中，翅片1成为3列结构。
需要说明的是，将与空气的流动方向平行的方向定义为“列方向”。
从在热交换器50中流动的空气流最上游侧观察时，翅片1A相当于“第一列的翅片”。
从在热交换器50中流动的空气流最上游侧观察时，翅片1B相当于“第二列的翅片”。
传热管2在与翅片1的空气的流动方向垂直的方向上设置多根。
在图3中，将贯通翅片1A的传热管2图示为传热管2A，将贯通翅片1B的传热管2图示为传热管2B。即，在图3所示的例子中，传热管2配置成多层。即，传热管2在与翅片1的列方向正交的方向上配置成多层。
在图5中，将贯通翅片1A的传热管2图示为传热管2A，将贯通翅片1B的传热管2图示为传热管2B，将贯通翅片1C的传热管2图示为传热管2C。即，在图5所示的例子中，将传热管2配置成多层。
需要说明的是，将与空气的流动方向垂直的方向定义为“层方向”。另外，传热管2A相当于本发明的“第一传热管”，传热管2B相当于本发明的“第二传热管”。
并且，在热交换器50中，在结霜时，为了抑制向成为最终的逸散路的空气的流路部分产生的结霜，在翅片1的前后的传热管2之间未设置狭缝等传热促进部。前后的传热管2是指，以进行热交换的空气流中的最上游侧的传热管2A为基准，该传热管2A和最接近该传热管2A且比该传热管2A靠上方及下方的1根或2根传热管2B。即，在热交换器50中，传热管2A的下端部与传热管2B的上端部之间的区域、及传热管2A的上端部与传热管2B的下端部之间的区域(图3及图5所示的区域(第二区域)L，在图3及图5中存在3个区域L)未设置传热促进部。
但是，图5所示的热交换器50为3列结构，因此将区域L沿列方向伸长，在传热管2C的下端部与传热管2B的上端部之间也未设置传热促进部。需要说明的是，区域L设定为至少包含传热管2A的下端部与传热管2B的上端部的中央部分在内的区域。
另一方面，在热交换器50中，在翅片1的不包含区域L的区域(第一区域)形成用于发挥传热促进效果的狭缝等传热促进部3。但是，翅片1的不包含区域L的区域只要是能够形成传热促进部3的区域即可，不需要必须形成传热促进部3。需要说明的是，在翅片1的不包含区域L的区域中的以下说明的δ2形成传热促进部3。
由此，在热交换器50中，即使结霜生长，也能够将区域L确保作为空气的逸散路。尤其是即使结霜在传热管2A的部分生长，区域L也作为空气的逸散路发挥功能，因此空气到达热交换器50的下游，持续进行热交换。因此，根据热交换器50，能够抑制耐霜性的恶化。
另一方面，在热交换器50中，不包含区域L的区域能够形成传热促进部3，若形成传热促进部3则能促进热传递。
需要说明的是，在图3及图5中，以与列方向平行的情况为例而示出了区域L，但是无需严格意义上的平行。例如，也可以将区域L确保成从空气流上游朝向下游倾斜。这样的话，区域L也作为霜融化时的排水路发挥功能。即，作为区域L，只要包含传热管2A(传热管2C)的下端部与传热管2B的上端部的中央部分、传热管2A(传热管2C)的上端部与传热管2B的下端部的中央部分即可，区域L可以与列方向平行，也可以不与列方向平行，二者皆可。
另外，可以将区域L设置于一部分。例如图4所示，可以将最上层的传热管2A与最上层的传热管2B之间设定为区域L。或者，虽然未图示，但是也可以将最下层的传热管2A与最下层的传热管2B之间设定为区域L。即，区域L的个数没有特别限定。但是，如图3及图5那样在传热管的上下两侧设定区域L时，能够进一步抑制耐霜性的降低。另外，若将最下层的传热管2A与最下层的传热管2B之间设定为区域L，则由于传热促进部3的不存在而增加了排水性，除霜后的排水性提高。
另外，在构成热交换器50的基础上，优选考虑传热管2的周围的滞流区域长度(δ1)来决定区域L的大小。δ1的部分是由于空气流从传热管2的前缘部剥离而结霜量原本少的部分。即，将区域L设为除δ1的部分之外的范围。由此，能够在δ1的部分形成传热促进部3，在δ1的部分实现热传递的促进，对于宽度而言，能够通过区域L确保空气的逸散路。
此外，在构成热交换器50的基础上，优选考虑传热管2的尾流的滞流区域长度(δ2)来决定区域L以外的区域、即形成传热促进部3的区域。δ2的部分是传热管2的尾流部分，是空气原本难以流动的部分。即，在区域L未形成传热促进部3，在包含δ2的区域形成传热促进部3。由此，在δ2的部分形成传热促进部3，在δ2的部分实现热传递的促进，对于宽度而言，能够通过区域L确保空气的逸散路。需要说明的是，作为此时的区域L，可以包含δ1，也可以不包含δ1，二者皆可。
如以上所述，根据热交换器50，通过形成区域L，能够确保结霜时的空气的逸散路，能够抑制耐霜性的降低。因此，在热交换器50中，即使在结霜时风路也不闭塞，因此能够持续运转。
实施方式2.
图8是示意性地表示本发明的实施方式2的制冷循环装置100的基本的制冷剂回路结构的制冷剂回路图。基于图8，说明制冷循环装置100的结构及动作。该制冷循环装置100具备热源机60及室内机70，通过使制冷剂在搭载于热源机60及室内机70的组件设备中循环，能够执行热能供给运转(例如制热运转)或冷能供给运转(例如制冷运转)。需要说明的是，在实施方式2中，对于与实施方式1相同的部分标注同一符号而省略说明。
室内机(也称为室内单元、利用侧设备(利用侧单元)或负载侧机(负载侧单元))70与热源机60一起构成制冷循环装置100的一部分。并且，通过将搭载于热源机60及室内机70的组件设备(压缩机10、热交换器50、膨胀阀12、利用侧热交换器71)进行配管连接而形成制冷剂回路。制冷循环装置100例如在执行空调对象空间(设置室内机70的室内空间等)的空调运转时被利用。另外，制冷循环装置100例如在执行通过利用侧热交换器71使水沸腾成热水的供热水运转时被利用。但是，在实施方式2中，说明制冷循环装置100执行空调运转的情况。
关于热源机60，如实施方式1中说明所述。
在室内机70搭载有利用侧热交换器71、鼓风风扇72。
利用侧热交换器(也称为室内热交换器、负载侧热交换器)71与热交换器50同样地可以由交叉翅片式的翅片管型热交换器构成。但是，在通过水或载冷剂等进行热交换的情况下，利用侧热交换器71可以由微通道热交换器、管壳式热交换器、热管式热交换器、双重管式热交换器、板式热交换器等构成。需要说明的是，在此，列举利用侧热交换器71通过空气与制冷剂进行热交换的情况为例进行说明。
鼓风风扇72是例如由直流式风扇(交叉流式风扇)构成的鼓风机构。
对于制冷循环装置100的空调运转动作进行说明。
[制热运转]
当驱动压缩机10时，通过压缩机10使制冷剂升压，成为高温高压的状态而喷出。从压缩机10喷出的制冷剂向利用侧热交换器71供给，通过与空气进行热交换而被冷却，成为低温高压的状态。此时，从室内机70供给制热用的空气，进行空调对象空间的制热。该制冷剂从利用侧热交换器71流出，由膨胀阀12进行膨胀减压，成为低温低压的状态。该制冷剂在由热交换器50加热之后，再次返回压缩机10。
[制冷运转]
当驱动压缩机10时，通过压缩机10使制冷剂升压，成为高温高压的状态而喷出。从压缩机10喷出的制冷剂向热交换器50供给，通过与空气进行热交换而被冷却，成为低温高压的状态。该制冷剂从热交换器50流出，通过膨胀阀12进行膨胀减压，成为低温低压的状态。该制冷剂由利用侧热交换器71加热。此时，从室内机70供给制冷用的空气，进行空调对象空间的制冷。从利用侧热交换器71流出的制冷剂再次返回压缩机10。
如以上所述，制冷循环装置100具备热交换器50，因此，即使在结霜时也能够确保空气的逸散路，能够抑制耐霜性的降低。另外，制冷循环装置100即使在热交换器50结霜时，热交换器50的风路也不会被闭塞，因此能够持续执行热能供给运转。
需要说明的是，在实施方式1中说明的数值只不过是例子，没有限定为记载的数值。
符号说明
1翅片，1A翅片，1B翅片，1C翅片，2传热管，2A传热管，2B传热管，2C传热管，3传热促进部，10压缩机，11四通阀，12膨胀阀，15制冷剂配管，16消声器，20鼓风风扇，21风扇电动机，22电动机支承件，50热交换器，60热源机，60A框体，61分隔板，62机械室，63鼓风机室，70室内机，71利用侧热交换器，72鼓风风扇，100制冷循环装置，L区域。

Claims (7)

1.一种热交换器，其具有平行地空出规定间隔而配置的多张翅片和贯通所述多张翅片的传热管，所述多张翅片为多列结构，所述传热管在与所述多张翅片的列方向正交的方向上配置成多层，
所述热交换器的特征在于，
所述传热管包括：第一传热管，其从在所述热交换器中流动的空气流的最上游侧观察时贯通第一列的翅片；以及第二传热管，其贯通第二列的翅片，最接近所述第一传热管，且在层方向上比所述第一传热管靠上方及下方，
在沿列方向排列的所述第一列的翅片以及所述第二列的翅片上设有第一区域和第二区域，所述第一区域至少在一部分形成有狭缝，所述第二区域未形成所述狭缝，
所述第二区域设置于所述第一传热管的下端部与所述第二传热管的上端部之间的区域、及所述第一传热管的上端部与所述第二传热管的下端部之间的区域中的至少一个区域，是在所述第一列的翅片以及所述第二列的翅片上沿列方向连续，并沿着所述空气流的方向从所述第一列的翅片的上风方向延伸至所述第二列的翅片的下风方向的平面部，
所述层方向上的所述第二区域的宽度比所述层方向上的所述第一区域的宽度大。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，
所述第一区域是与所述第二区域独立的区域。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，
所述第二区域至少包括所述第一传热管的下端部与所述第二传热管的上端部之间的中央部分。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的热交换器，其特征在于，
所述第二区域至少包括所述第一传热管的上端部与所述第二传热管的下端部之间的中央部分。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换器，其特征在于，
所述第二区域设为除所述传热管的周围的滞流区域长度之外的区域。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的热交换器，其特征在于，
所述第一区域设为包括所述传热管的尾流的滞流区域长度在内的区域，在该区域至少形成有所述狭缝。
7.一种制冷循环装置，其特征在于，具备：
搭载有权利要求1～6中任一项所述的热交换器的热源机；以及
与所述热源机连接的利用侧设备。
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