CN102898033A - 一种太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备方法及装置，属于及太阳能膜层或涂层技术领域。所述方法包括：所述方法包括制备待用溶胶-凝胶溶液；将所述溶液放入溶液罐内；将第一组所述外玻璃管竖直浸没在所述溶液内，静置10-20min；保持所述第一组外玻璃管静止不动，从所述溶液罐底端排出所述溶液，排出时控制液面下降速度为1-20cm/min；将所述第一组外玻璃管静置30-40min后转入加热炉中，以加热速度不超过10℃/min的方式升温到400-600℃，保温0.5-2小时，然后逐渐降温至室温，降温速度不超过20℃/min，在所述第一组外玻璃管内外壁面上形成所述增透膜。本发明通过使外玻璃管静止不动，将溶液匀速放出，使溶液均匀的附着在外玻璃管的内外表面形成膜层，加快了生产速度，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能膜层或涂层技术领域，特别涉及一种应用于槽式太阳能聚光集热及发电系统的高温太阳能集热管外玻璃的增透膜层的制备方法及装置。
背景技术
高温太阳能集热管是槽式太阳能聚光集热系统及其热发电系统中最为核心的部件，其主要包括外玻璃管、设置在所述外玻璃管内的金属内管、玻璃与金属封接件及波纹管，所述金属内管外表面镀有太阳选择性吸收涂层，并通过玻璃与金属封接件与外玻璃管之间成真空环形空间，该真空环形空间用来降低热损失和防止选择性吸收膜层遇到空气老化，波纹管用来缓解金属内管和外玻璃管之间的热膨胀差，为了获得好的光热转换效率，该高温太阳能集热管的外玻璃管需要具有较高的透光率。一般玻璃管透光率仅91%左右，需要采用增透膜技术提高透光率，从而提高槽式太阳能聚光集热系统的光热转化效率。
目前，太阳能集热管外玻璃管的增透膜通常采用溶胶-凝胶法制备，溶胶-凝胶法是一种用化学原料制造陶瓷膜的技术，其具有操作方便、成本低廉的优点。该技术通常通过提拉法操作，具体为：在地面下设置溶胶-凝胶溶液罐，将玻璃管浸没在溶胶-凝胶溶液罐中，然后手工或用提拉设备将外玻璃管从溶胶-凝胶溶液中提拉出来，使其内外表面粘附溶胶-凝胶溶液，形成膜层。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：提拉法提拉过程中容易产生机械震动和速度不均匀的情况，震动引起的液面的搅动及提拉时产生的空气流动均会造成膜层的不均匀，为了产生均匀、稳定的膜层，提拉法需要控制提拉速度和提拉设备的稳定性高且必须采用防震设施，速度低生产效率低，难以实现高效批量生产，设备要求高势必会造成生产成本增高。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备方法及装置。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备方法，所述方法包括：制备待用溶胶-凝胶溶液；
将所述溶液放入溶液罐内；
将第一组所述外玻璃管竖直浸没在所述溶液内，静置10-20min；
保持所述第一组外玻璃管静止不动，从所述溶液罐底端排出所述溶液，排出时控制液面下降速度为1-20cm/min；
将所述第一组外玻璃管静置30-40min后转入加热炉中，以加热速度不超过10℃/min的方式升温到400-600℃，保温0.5-2小时，然后逐渐降温至室温，降温速度不超过20℃/min，在所述第一组外玻璃管内外壁面上形成所述增透膜。
进一步地，所述保持所述第一组外玻璃管静止不动，从所述溶液罐底端排出所述溶液，排出时控制液面下降速度为1-20cm/min与所述将所述外玻璃管静置30-40min后转入加热炉中之间，还包括：
将排出的所述溶液导入与所述溶液罐连通的另一个溶液罐内，使所述另一个溶液罐内的第二组所述外玻璃管竖直浸没在所述溶液中。
进一步地，所述将所述第一组外玻璃管静置30-40min后转入加热炉中，以加热速度不超过10℃/min的方式升温到400-600℃，保温0.5-2小时，然后逐渐降温至室温，降温速度不超过20℃/min，在所述第一组外玻璃管内外壁面上形成所述增透膜之后，还包括：
所述第二组外玻璃管在所述另一个溶液罐内静置10-20min后，保持所述第二组外玻璃管静止不动，将所述溶液从所述另一个溶液罐底端排到所述溶液罐内，排出时控制液面下降速度为1-20cm/min；
将所述第二组外玻璃管静置30-40min后转入加热炉中，以加热速度不超过10℃/min的方式升温到400-600℃，保温0.5-2小时，然后逐渐降温至室温，降温速度不超过20℃/min，在所述第二组外玻璃管内外壁面上形成所述增透膜。
所述将第一组所述外玻璃管竖直浸没在所述溶液内，具体包括：
将第一组所述外玻璃管竖直固定在夹具上，通过升降装置将所述夹具下放到所述溶液罐内，使所述第一组外玻璃管竖直浸没在所述溶液内。
所述将排出的所述溶液导入与所述溶液罐连通的另一个溶液罐内，使所述另一个溶液罐内的第二组所述外玻璃管竖直浸没在所述溶液中，具体包括：
所述溶液罐与另一个溶液罐连通，将第二组所述外玻璃管竖直固定在另一套夹具上，在下放所述第一组外玻璃管时，通过所述升降装置将所述另一套夹具下放到所述另一个溶液罐内，将排出的所述溶液导入所述另一个溶液罐内，使所述第二组外玻璃管竖直浸没在所述溶液中。
具体地，所述第一组外玻璃管与所述第二组外玻璃管均至少包括两根所述外玻璃管，每组的所述外玻璃管相互之间的距离不小于100mm，且所述玻璃管进入所述溶液后与所述溶液罐内壁之间的距离也不小于100mm。
另一方面，提供了一种太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备装置，所述装置包括加热炉和第一溶液罐，其中，所述第一溶液罐靠近下底面的位置设有开口，所述开口与外界管路连接，所述管路上设有所述开口的开关阀门和计量泵。
进一步地，所述装置还包括第二溶液罐，所述第二溶液罐通过所述管路与所述第一溶液罐连通，所述管路上设有所述第二溶液罐的开关阀门。
进一步地，所述装置还包括外玻璃管夹具和升降装置，所述夹具包括固定平板和至少两个三爪卡具，所述固定平板上表面与所述升降装置连接，所述固定平板下表面与所述三爪卡具连接，所述三抓卡具夹持所述外玻璃管后所述外玻璃管之间的距离不小于100mm，所述外玻璃管进入所述溶液罐后与所述溶液罐的内壁的距离也不小于100mm。
具体地，所述外玻璃管夹具包括第一夹具和第二夹具，所述第一夹具对应所述第一溶液罐，所述第二夹具对应所述第二溶液罐。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过使外玻璃管静止不动，将溶液罐内的溶胶-凝胶溶液匀速放出，使溶胶-凝胶溶液均匀的附着在外玻璃管的内外表面形成膜层，避免了现有技术由于机械震动和速度不均匀造成的膜层不均匀，提高了增透膜的透光率；由于对设备要求低，降低了生产成本；外玻璃管内外表面形成膜层后通过静置一段时间待膜层稳定，可快速将外玻璃管移走，加快了生产速度，提高了生产效率，有利于进行批量化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例三提供的太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备装置结构示意图。
其中：
1、第一溶液罐，2、管路，3、第一阀门，4、计量泵，5、第二溶液罐，6、第二阀门，7、外玻璃管8、升降装置，9、第一夹具，10、第二夹具，11、固定平板，12、三爪卡具。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：制备待用溶胶-凝胶溶液；
将正硅酸乙酯、无水乙醇和水按摩尔比1:20:4混合均匀，采用盐酸作为催化剂进行催化，催化后搅拌溶液2小时，得到溶胶-凝胶溶液，将所述溶胶-凝胶溶液在室温下密封静置6天进行陈化，陈化后得到透明、稳定的悬浮二氧化硅粒子的乙醇胶体溶液，采用0.3μm的滤网对该溶液进行过滤，完成待用溶胶-凝胶溶液的制备。
本发明实施例所使用的溶胶-凝胶溶液的配方及使用前的处理方法也可以用现有的其他配方及方法替代，并不用于限制本发明。
步骤2：将所述溶液放入溶液罐内；
将步骤1制得的待用溶胶-凝胶溶液放入溶液罐内，为了使所述外玻璃管浸没在所述溶液内，溶液罐内的液面高度超过将要放入的外玻璃管的长度，在本发明实施例中，使用的外玻璃管的长度为4m，液面高度为4.2米。
步骤3：将第一组所述外玻璃管竖直浸没在所述溶液内，静置20min；
在本发明实施例中所述外玻璃管洗净烘干后，分组进行增透膜的制备，每组所述外玻璃管为一根，在其他实施例中每组外玻璃管可以为多根。为了方便将所述外玻璃管放入或提出所述溶液罐内，本发明实施例将所述外玻璃管竖直固定在夹具上，通过升降装置将所述夹具下放到所述溶液罐内，使所述第一组外玻璃管竖直浸没在所述溶液内。
步骤4：保持所述第一组外玻璃管静止不动，从所述溶液罐底端排出所述溶液，排出时控制液面下降速度为1cm/min；
本发明实施例通过在下底面设置液体流出口将所述溶液排出，在其他实施例中也可以通过其他方式将所述溶液从底端排出。膜层的厚度可以通过液面下降的速率的改变来控制，采用1-20cm/分钟的速度进行涂膜，可以保证获得适当折射率和均匀的膜层。
步骤5：将所述第一组外玻璃管静置40min后通过能左右移动的升降装置转入加热炉中，以加热速度不超过10℃/min的方式升温到500℃，保温2小时，然后逐渐降温至室温，降温速度不超过20℃/min，在所述第一组外玻璃管内外壁面上形成所述增透膜。
本发明实施例提供的太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备方法，通过使外玻璃管静止不动，将溶液罐内的溶胶-凝胶溶液匀速放出，使溶胶-凝胶溶液均匀的附着在外玻璃管的内外表面形成膜层，避免了现有技术由于机械震动和速度不均匀造成的膜层不均匀，提高了增透膜的透光率；由于对设备要求低，降低了生产成本；外玻璃管内外表面形成膜层后通过静置一段时间待膜层稳定，可快速将外玻璃管移走，加快了生产速度，提高了生产效率，有利于进行批量化生产。用本发明实施例提供的方法制备的增透膜均匀稳定，透光率为97%远远高于现有增透膜91%的透光率。
实施例二
本发明实施例提供了一种太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1’：和实施例一相同，唯一不同的是采用的催化剂为氨水，密封静置时间为4天：
步骤2’:将所述溶液放入溶液罐A内，所述溶液罐A靠近下底面的底端与另一个溶液罐B靠近下底面的底端通过阀门连通或隔断，使用的外玻璃管的长度为4.5m，液面高度为4.8m。
步骤3’：将第一组所述外玻璃管竖直固定在夹具上，通过升降装置将所述夹具下放到溶液罐A内，使所述第一组外玻璃管竖直浸没在所述溶液内，静置10min，在将所述第一组外玻璃管竖直固定在夹具上时，将所述第二组外玻璃管竖直固定在另一套夹具上，在下放所述第一组外玻璃管的同时，通过所述升降装置将所述另一套夹具也下放到溶液罐B内，使所述第二组外玻璃管位于溶液罐B内。
为了防止镀膜时所述外玻璃管之间的液面产生相互干扰波动，同时也能保证溶液具有一定的蒸发速率，形成较好的成膜气氛，每根所述外玻璃管之间的距离不小于100mm，且所述玻璃管进入所述溶液后与溶液罐内壁之间的距离也不小于100mm。
在本发明实施例中第一组外玻璃管和第二组外玻璃管均为9根，玻璃管相互之间的距离为120mm，且第一组外玻璃管与溶液罐A内壁之间的距离为120mm，第二组外玻璃管与溶液罐B内壁之间的距离为120mm，第二组外玻璃管的根数及管间间距可以与第一组相同也可以不同，并不用于限制本发明。
步骤4’：保持所述第一组外玻璃管静止不动，打开溶液罐A与溶液罐B之间的阀门，从所述溶液罐A底端排出所述溶液，排出的所述溶液进入溶液罐B内，使溶液罐B内的第二组所述外玻璃管竖直浸没在所述溶液中，排出时通过计量泵控制液面下降速度为20cm/min。
在所述溶液流入溶液罐B前将所述第二组外玻璃管放入溶液罐B内，可以避免所述溶液流入溶液罐B后再放置所述第二组玻璃管导致的液面再次波动，充分利用了所述溶液排入溶液罐B时液面产生波动的时间，提高了生产效率。
步骤5’：将所述第一组外玻璃管静置30min后转入加热炉中，以加热速度不超过10℃/min的方式升温到600℃，保温0.5小时，然后逐渐降温至室温，降温速度不超过20℃/min，在所述第一组外玻璃管内外壁面上形成所述增透膜。
步骤6’：将所述第二组外玻璃管在溶液罐B内静置20min后，保持所述第二组外玻璃管静止不动，将所述溶液从溶液罐B底端排到溶液罐A内，排出时控制液面下降速度为10cm/min；
步骤7’：将所述第二组外玻璃管静置35min后转入加热炉中，以加热速度不超过10℃/min的方式升温到400℃，保温1小时，然后逐渐降温至室温，降温速度不超过20℃/min，在所述第二组外玻璃管内外壁面上形成所述增透膜。
如果是需要进行批量生产，将要加工的所述外玻璃管分组依次放入溶液罐内，重复上述步骤即可，为了缩短制备时间提高工作效率，在溶胶-凝胶溶液流入溶液罐前将所述外玻璃管放入溶液罐内。
溶胶-凝胶溶液时效性较短，陈化后需尽快用完，本发明实施例提供的方法使溶胶-凝胶溶液在两个溶液罐内循环使用，批量生产时能充分利用溶胶-凝胶溶液，避免了时效性内无法用完造成的溶胶-凝胶溶液的浪费，本发明实施例提供的方法只需定期添加溶胶-凝胶溶液即可满足批量生产的需要，大大提高了生产效率，用本发明实施例提供的方法制备的增透膜透光率为98%。
实施例三
参见图1，本发明实施例提供了一种太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备装置，所述装置包括加热炉（图中未示出）和第一溶液罐1，第一溶液罐1靠近下底面的位置设有开口，所述开口与外界管路2连接，管路2上设有控制所述开口开关的阀门第一阀门3和控制第一溶液罐1内液体流动速度的计量泵4。
为了提高生产效率实现批量化生产，本发明实施例提供的装置还包括第二溶液罐5，第二溶液罐5通过管路2与第一溶液罐1连通，管路2上设有控制第二溶液罐5开关的第二阀门6。
为了方便将所述外玻璃管提出或放入溶液罐内，本发明实施例提供的装置还包括外玻璃管7的夹具和升降装置8，所述夹具包括用于给第一溶液罐1提拉外玻璃管的第一夹具9和用于给第二溶液罐提拉外玻璃管的第二夹具10，第一夹具9的上端与升降装置8连接，能通过升降装置上、下、左、右移动，下端与第一溶液罐1正相对，第二夹具10的上端与升降装置8连接，能通过升降装置上、下、左、右移动，下端与第二溶液罐5正相对。本发明实施例提供的所述夹具包括包括固定平板11、三个三爪卡具12，固定平板11上表面与升降装置8连接，固定平板11下表面与三爪卡具12连接，三个三爪卡具12相互之间的距离为225mm，夹持所述外玻璃管后所述外玻璃管之间的距离为105mm，所述外玻璃管进入所述溶液罐后与所述溶液罐的内壁的距离也不小于100mm。
本发明实施例提供的第一溶液罐1和第二溶液罐5的为圆柱体高度为5m，在其他实施例中溶液罐也可以为长方体或正方体等形状，高度可以根据外玻璃管的长度设计，通常可以选择4-5m，为了方便操作，一般设置在地下。
本发明实施例提供的一种太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备装置，使用方法如下：
将增透膜装置放置在恒温恒湿的洁净间内，以减少污染，设置通风设施，从而能够控制溶胶-凝胶溶液在镀膜后的蒸发速度。
按实施例一提供的方法制备待用溶胶-凝胶溶液；
清洗烘干一批长4m的外玻璃管7，然后将外玻璃管7每3根为一组分成几组，先将两组外玻璃管7分别固第一夹具9和第二夹具10上；夹好后任意两相邻外玻璃管1之间间距为120mm，防止相互之间镀膜时液面产生相互干涉；
然后将陈化好的溶胶-凝胶溶液放入第一溶液罐1内，液面深度为4.2m，第二溶液罐空置；
通过升降装置8分别吊装第一夹具9和第二夹具10，使两组外玻璃管7分别进入第一溶液罐1和第二溶液罐5内；
静置20分钟后，依次打开第一阀门3和第二阀门6，通过计量泵4将第一溶液罐1内的溶胶-凝胶溶液缓慢打入第二溶液罐5内，控制第一溶液罐1内液面下降速度为1cm/分钟，待第一溶液罐1内溶胶-凝胶溶液全部排放到第二溶液罐5内后，关闭第一阀门3和计量泵4，最后关闭第二阀门6；
待第一溶液罐1内的外玻璃管1静置干燥40分钟后，通过升降装置8将外玻璃管1提升出第一溶液罐1外，然后水平移动到加热炉中开始加热，加热速度设定在10℃/分钟，保温温度为500℃，时间2小时，然后逐渐降温至室温，降温速度小于20℃/分钟，从而在外玻璃管7的内外壁面上得到透光率为96%的增透膜层。
在第一溶液罐1内的外玻璃管7被吊走后，重新放置新的一组外玻璃管7，此时第二溶液罐5内的外玻璃管7已经在溶胶-凝胶溶液中静置好了，因此依次打开第二阀门6和第一阀门3，通过计量泵将第二溶液罐5的溶胶-凝胶溶液缓慢打入第一溶液罐1内，使第二溶液罐5内液面下降速度为1cm/分钟，待第二溶液罐5内溶胶-凝胶溶液全部排放到第一溶液罐1内后，关闭第二阀门6和计量泵4，最后关闭第一阀门3；
类似的，第二溶液罐5内的外玻璃管7静置干燥，然后通过升降装置8转入加热炉中，进行加热处理，待冷却后完成在外玻璃管内外壁面上实现双面氧化硅增透膜的制备。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备方法，所述方法包括制备待用溶胶-凝胶溶液，其特征在于，所述方法还包括：
将所述溶液放入溶液罐内；
将第一组所述外玻璃管竖直浸没在所述溶液内，静置10-20min；
保持所述第一组外玻璃管静止不动，从所述溶液罐底端排出所述溶液，排出时控制液面下降速度为1-20cm/min；
将所述第一组外玻璃管静置30-40min后转入加热炉中，以加热速度不超过10℃/min的方式升温到400-600℃，保温0.5-2小时，然后逐渐降温至室温，降温速度不超过20℃/min，在所述第一组外玻璃管内外壁面上形成所述增透膜。
2.根据权利要求1所述的太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备方法，其特征在于，所述保持所述第一组外玻璃管静止不动，从所述溶液罐底端排出所述溶液，排出时控制液面下降速度为1-20cm/min与所述将所述外玻璃管静置30-40min后转入加热炉中之间，还包括：
将排出的所述溶液导入与所述溶液罐连通的另一个溶液罐内，使所述另一个溶液罐内的第二组所述外玻璃管竖直浸没在所述溶液中。
3.根据权利要求2所述的太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备方法，其特征在于，所述将所述第一组外玻璃管静置30-40min后转入加热炉中，以加热速度不超过10℃/min的方式升温到400-600℃，保温0.5-2小时，然后逐渐降温至室温，降温速度不超过20℃/min，在所述第一组外玻璃管内外壁面上形成所述增透膜之后，还包括：
所述第二组外玻璃管在所述另一个溶液罐内静置10-20min后，保持所述第二组外玻璃管静止不动，将所述溶液从所述另一个溶液罐底端排到所述溶液罐内，排出时控制液面下降速度为1-20cm/min；
将所述第二组外玻璃管静置30-40min后转入加热炉中，以加热速度不超过10℃/min的方式升温到400-600℃，保温0.5-2小时，然后逐渐降温至室温，降温速度不超过20℃/min，在所述第二组外玻璃管内外壁面上形成所述增透膜。
4.根据权利要求2所述的太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备方法，其特征在于，所述将第一组所述外玻璃管竖直浸没在所述溶液内，具体包括：
将第一组所述外玻璃管竖直固定在夹具上，通过升降装置将所述夹具下放到所述溶液罐内，使所述第一组外玻璃管竖直浸没在所述溶液内。
5.根据权利要求4所述的太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备方法，其特征在于，所述将排出的所述溶液导入与所述溶液罐连通的另一个溶液罐内，使所述另一个溶液罐内的第二组所述外玻璃管竖直浸没在所述溶液中，具体包括：
所述溶液罐与另一个溶液罐连通，将第二组所述外玻璃管竖直固定在另一套夹具上，在下放所述第一组外玻璃管时，通过所述升降装置将所述另一套夹具下放到所述另一个溶液罐内，将排出的所述溶液导入所述另一个溶液罐内，使所述第二组外玻璃管竖直浸没在所述溶液中。
6.根据权利要求2所述的太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备方法，其特征在于，所述第一组外玻璃管与所述第二组外玻璃管均至少包括两根所述外玻璃管，每组的所述外玻璃管相互之间的距离不小于100mm，且所述玻璃管进入所述溶液后与所述溶液罐内壁之间的距离也不小于100mm。
7.一种太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备装置，所述装置包括加热炉和第一溶液罐，其特征在于，所述第一溶液罐靠近下底面的位置设有开口，所述开口与外界管路连接，所述管路上设有所述开口的开关阀门和计量泵。
8.根据权利要求7所述的太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备装置，其特征在于，所述装置还包括第二溶液罐，所述第二溶液罐通过所述管路与所述第一溶液罐连通，所述管路上设有所述第二溶液罐的开关阀门。
9.根据权利要求7所述的太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备装置，其特征在于，所述装置还包括外玻璃管夹具和升降装置，所述夹具包括固定平板和至少两个三爪卡具，所述固定平板上表面与所述升降装置连接，所述固定平板下表面与所述三爪卡具连接，所述三抓卡具夹持所述外玻璃管后所述外玻璃管之间的距离不小于100mm，所述外玻璃管进入所述溶液罐后与所述溶液罐的内壁的距离也不小于100mm。
10.根据权利要求8所述的太阳能集热管外玻璃管的增透膜的制备装置，其特征在于，所述外玻璃管夹具包括第一夹具和第二夹具，所述第一夹具对应所述第一溶液罐，所述第二夹具对应所述第二溶液罐。
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