CN102917892A - 热介质加热装置及具备其的车辆用空调装置 - Google Patents

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Abstract

目的在于提供一种能够提高冷却板的密接性而不会大型化的热介质加热装置及具备该热介质加热装置的车辆用空调装置。具备：电极板，夹着PTC元件而至少在其两面分别依次层叠；多个扁平状的热交换管（17），具有供给热介质的入口集管部（22）及将热介质导出的出口集管部（23）、设于入口集管部（22）及出口集管部（23）的密接构件，相互之间夹着电极板而相互平行地层叠并与电极板进行热交换；基板，设于层叠的多个热交换管（17）的一面侧，与电极板连接；发热元件，与基板连接；板状的按压构件（16），与基板的另一面侧连接，按压层叠的多个热交换管（17）；外壳（11），收容电极板、热交换管（17）、基板、按压构件（17）及发热元件。

Description

热介质加热装置及具备其的车辆用空调装置
技术领域
本发明涉及热介质加热装置及具备其的车辆用空调装置。
背景技术
以往，作为对被加热介质进行加热的热介质加热装置之一，已知有使用了以正特性热敏电阻元件（PTC元件）为发热要素的PTC加热器的装置。
PTC加热器具有正特性的热敏电阻特性，电阻值随着温度的上升而上升，由此控制消耗电流并使温度上升变缓，然后，使消耗电流及发热部的温度达到饱和区域而稳定，具备自我温度控制特性。
如此，PTC加热器具有如下的特性，即：当加热器的温度上升时消耗电流降低，然后在达到一定温度的饱和区域时，消耗电流稳定为低值。通过利用该特性，具有能够节省消耗电力并且能够防止发热部温度的异常上升的优点。
由于具有这种优点，因此PTC加热器使用在较多的技术领域中。在空调领域中，例如在车辆用空调装置中，提出了应用于对向空气加温用的散热器供给的热介质（在此为发动机的冷却水）进行加热用的加热装置的方案（例如，专利文献1及专利文献3）。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-7106号公报
专利文献2：日本特开2010-2094号公报
专利文献3：日本专利第4100328号公报
发明的概要
发明要解决的课题
专利文献2记载的发明中，在制造冷却器时，对垂直地插入到外壳中的多个冷却板之间进行加压而使各冷却板上设置的隔膜部变形，由此使半导体元件与冷却板密接。因此，在沿着水平方向层叠冷却板时，存在无法减小冷却器的高度方向的问题。
发明内容
本发明鉴于这种情况而作出，目的在于提供一种能够提高冷却板的密接性而不会大型化的热介质加热装置及具备该热介质加热装置的车辆用空调装置。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明提供以下的手段。
本发明第一方面的热介质加热装置具备：电极板，夹着PTC元件而至少在其两面分别层叠；多个扁平状的热交换管，具有供给热介质的入口集管部及将所述热介质导出的出口集管部、设于所述入口集管部及所述出口集管部的密接构件，相互之间夹着所述电极板而相互平行地层叠并与该电极板进行热交换；基板，设于层叠的多个所述热交换管的一面侧，与所述电极板连接；发热元件，与该基板连接；板状的按压构件，与所述基板的另一面侧连接，按压层叠的多个所述热交换管；外壳，收容所述电极板、所述热交换管、所述基板、所述按压构件及所述发热元件。
将与夹着PTC元件而至少分别层叠在其两面的电极板进行热交换的多个热交换管相互平行地层叠，并在层叠的多个热交换管的一面侧设置基板和按压构件。因此，通过按压构件能够使设置在入口集管部之间及出口集管部之间的密接构件密接。由此，能提高层叠的热交换管的密接性，能够减小电极板与热交换管的接触热阻。因此，能够形成为提高了从热交换管向电极板的传热效率的热介质加热装置。
根据本发明第一方面的热介质加热装置，所述发热元件设于所述基板与所述按压构件之间，所述按压构件为金属制。
在金属制的按压构件与基板之间设置了发热元件。因此，能够利用按压构件对层叠的热交换管进行按压，并经由按压构件利用来自热交换管的冷却热对发热元件进行冷却。因此，能够进一步提高热介质加热装置的传热效率。
另外，通过按压构件能兼用对层叠的热交换管进行按压的按压构件和对发热元件进行冷却的冷却构件。因此，能够减少构成热介质加热装置的部件数。因此，能够实现热介质加热装置整体的小型化。
根据本发明第一方面的热介质加热装置，在所述外壳一体地形成有热介质导入导出路，该热介质导入导出路进行向层叠后的多个所述热交换管引导的所述热介质的导入导出。
将进行热介质的导入导出的热介质导入导出路一体地形成于外壳。因此，在将热介质向热介质加热装置供给时，能够使作用在层叠的热交换管上的应力分散。因此，能够减小作用在层叠的热交换管上的载荷。
根据本发明第一方面的热介质加热装置，所述电极板具有从其长度方向的一端部突出的多个端子，所述基板在其长度方向的一端部具有与所述多个端子相向的多个端子台，所述多个端子与所述多个端子台相接合。
将从电极板的长度方向的一端部突出的多个端子和位于基板的长度方向的一端部与设于电极板的多个端子相向的多个端子台接合。由此，能够将电极板与基板直接电接合。因此，不需要用于将电极板与基板电连接的配线（线束）。因此，不会使配线路径复杂化，能够容易组装，也能够削减部件数。
根据本发明第一方面的热介质加热装置，所述发热元件设于所述入口集管部附近。
将与基板连接的发热元件设于接近供给热介质的入口集管部的位置。因此，利用被PTC元件加热之前的比较低温度的热介质能够有效地冷却发热元件。因此，能够提高发热元件的进一步的冷却性能。
根据本发明第一方面的热介质加热装置，设于与所述外壳相向的所述入口集管部及所述出口集管部的所述密接构件为O形环。
铝制的热交换管在冬季由于被PTC元件加热可能因与周围温度（外气温度）的温度差而发生热膨胀。使用液状密封垫作为设于与周围温度（外气温度）相同且材质不同的外壳与热交换管之间的密接构件时，由于热交换管的热膨胀而可能会产生液状密封垫的剪切破坏。
因此，在热交换管与外壳之间使用了O形环。因此，能够防止热膨胀造成的剪切破坏。因此，能够防止热交换管与外壳之间的密封性的下降。
本发明第二方面的车辆用空调装置具备上述任一项记载的热介质加热装置。
使用能够提高传热效率而不会大型化的热介质加热装置。因此，能够提高车辆用空调装置的性能，且能够减少设置空间。
发明效果
根据本发明的多个热介质加热装置，将与夹着PTC元件而至少分别层叠在其两面的电极板进行热交换的多个热交换管相互平行地层叠，并在层叠的多个热交换管的一面侧设置基板和按压构件。因此，通过按压构件能够使设于入口集管部之间及出口集管部之间的密接构件密接。由此，能提高层叠的热交换管的密接性，能够减小电极板与热交换管的接触热阻。因此，能够形成为提高了从热交换管向电极板的传热效率的热介质加热装置。
附图说明
图1是具备本发明的一实施方式的热介质加热装置的车辆用空调装置的概略结构图。
图2是用于说明图1所示的热介质加热装置的组装顺序的分解立体图。
图3A表示图1所示的热介质加热装置的俯视图。
图3B表示图1所示的热介质加热装置的侧视图。
标号说明
1车辆用空调装置
10热介质加热装置
11外壳
12IGBT（发热元件）
13基板
16热交换压板（按压构件）
17热交换管（冷却管）
22入口集管部
23出口集管部
具体实施方式
参照图1至图3，说明本发明的一实施方式的热介质加热装置。
图1表示具备本实施方式的热介质加热装置的车辆用空调装置的概略结构图。
车辆用空调装置1具备外壳3，该外壳3用于形成将外气或车室内空气引入而进行调温并将其导向车室内的空气流路2。
在外壳3的内部，从空气流路2的上游侧到下游侧依次设有：鼓风机4，将外气或车室内空气吸入并升压，将其压送向下游侧；冷却器5，对由鼓风机4压送的空气进行冷却；散热器6，对经冷却器5冷却的空气进行加热；空气混合调节阀7，调整通过散热器6的空气量与绕过散热器6而流动的空气量的比例，并调节在其下游侧混合的空气的温度。
外壳3的下游侧经由未图示的吹出模式切换调节阀及管道，与将调温后的空气吹出到车室内的多个吹出口连接。
冷却器5与未图示的压缩机、冷凝器、膨胀阀一起构成冷却介质回路，使由膨胀阀进行了隔热膨胀的冷却介质蒸发，由此对通过此处的空气进行冷却。
散热器6与罐8、泵9及热介质加热装置10一起构成热介质循环回路10A，由热介质加热装置10加热后的热介质（例如水）经由泵9进行循环，由此对通过此处的空气进行加温。
图2表示用于说明图1所示的热介质加热装置的组装顺序的分解立体图。图3A表示从组装后的热介质加热装置的上方观察到的图，图3B表示组装后的热介质加热装置的侧视图。
如图2所示，热介质加热装置10具备：基板13；电极板14（参照图3B）；IGBT12（参照图3B）；热交换压板（按压构件）16；多个（例如3个）热交换管（冷却管）17；PTC（Positive TemperatureCoefficient）元件18（参照图3B）；收容电极板14、层叠的热交换管17、基板13、IGBT12（发热元件）及热交换压板16的外壳11。
通过电极板14、PTC元件18及后述的绝缘体（未图示）构成PTC加热器。
外壳11成为分割为上半侧和下半侧这两部分的结构，具备位于上半侧的上壳体11a（参照图3B）和位于下半侧的下壳体11b。而且，在上壳体11a及下壳体11b的内部，通过从下壳体11b的上方将上壳体11a搭载于下壳体11b的开口部11c，而形成用于收容基板13、IGBT12、电极板14、热交换压板16、层叠的热交换管17及PTC元件18的空间。
在下壳体11b的下表面一体地形成有进行向层叠起来的3个热交换管17引导的热介质的导入的热介质入口路（热介质导入导出路）11d和进行热介质的导出的热介质出口路（热介质导入导出路）11e。下壳体11b由线膨胀性与形成收容在该内部空间的热交换管17的铝接近的树脂材料（例如PBT）成形。
理想的是，上壳体11a也与下壳体11b同样地由树脂材料成形。通过由树脂材料成形为上壳体11a，由此能够实现轻量化。
在下壳体11b的下表面开口有供电源线束27和LV线束28的前端部贯通的电源线束用孔11f和LV线束用孔11g（参照图3A）。
电源线束27向基板13供给电源。电源线束27的前端部分为两部分，通过电极线束连接用螺钉13b而能够螺纹紧固在基板13上设置的2个电源线束用端子台13c。
LV线束28向设置在热交换压板16上的IGBT12发送控制用的信号。LV线束28的前端部与基板13能够进行连接器连接。
构成PTC加热器的热交换管17为铝制。如图3B所示，热交换管17例如将3个热交换管17以相互平行的方式层叠。3个热交换管17按照下层、中层、上层热交换管17c、17b、17a的顺序层叠。各热交换管17a、17b、17c的流路内形成波纹状的内翅片（未图示）。由此，在各热交换管17a、17b、17c的内部形成有沿着其轴向连通的多个流路。
通过在各热交换管17a、17b、17c内形成内翅片，各热交换管17a、17b、17c的刚性增加。因此，即使通过后述的基板子装配体15对各热交换管17a、17b、17c向下壳体11b的内底面的方向施力，各热交换管17a、17b、17c也难以变形。
如图2所示，各热交换管17a、17b、17c具有：供给热介质的入口集管部22及导出热介质的出口集管部23；设置在入口集管部22之间及出口集管部23之间的液状密封垫（密闭构件）。各热交换管17a、17b、17c将电极板14夹在它们之间而相互平行地层叠。
在俯视观察的情况下，各热交换管17a、17b、17c呈沿轴向（图2中的左右方向）纵长的扁平状。扁平状的各热交换管17a、17b、17c在扁平方向即与轴向正交的厚度方向（图2中的上下方向）上成为宽幅。
在各热交换管17a、17b、17c的轴向的端部分别设有入口集管部22和出口集管部23。入口集管部22及出口集管部23在其中心具有连通孔（未图示）。
使各热交换管17c、17b、17a依次层叠，并通过后述的基板子装配体15向下壳体11b的内底面的方向按压，由此液状密封垫将中层热交换管17b的入口集管部22及出口集管部23的下表面与位于其下方的下层热交换管17c的入口集管部22及出口集管部23的上表面之间密接，且中层热交换管17b的入口集管部22及出口集管部23的上表面与上层热交换管17a的入口集管部22及出口集管部23的下表面密接。如此，通过使各热交换管17a、17b、17c层叠，上层热交换管17a、中层热交换管17b及下层热交换管17的各连通孔连通。
从热介质入口路11d导入的热介质从各入口集管部22导向各热交换管17a、17b、17c。向各热交换管17a、17b、17c流入的热介质在通过各热交换管17a、17b、17c时升温（被加热），从各热交换管17a、17b、17向各出口集管部23流入，从热介质出口路11e向热介质加热装置10外导出。向热介质加热装置10导出的热介质经由热介质循环回路10A（参照图1）向散热器6供给。
如图3B所示，电极板14供给用于使PTC元件18工作的电力，在俯视观察的情况下，为呈矩形形状的铝制的板状构件。夹着PTC元件18至少在其两面分别依次层叠有电极板14。电极板14以与PTC元件18的上表面相接的方式设置一张，且以与PTC元件18的下表面相接的方式设置一张。从而PTC元件18的上表面和PTC元件18的下表面被这两张电极板14夹入。
另外，位于PTC元件18的上表面侧的电极板14以其上表面与热交换管17的下表面相接的方式配置。位于PTC元件18的下表面侧的电极板14以其下表面与热交换管17的上表面相接的方式配置。在本实施方式的情况下，在下层热交换管17c与中层热交换管17b之间及在中层热交换管17b与上层热交换管17a之间分别设置2张总计4张电极板14。
4张电极板14与热交换管17a、17b、17c大致为相同形状。各电极板14在其长边侧设有1个端子14a。设置在电极板14上的端子14a在使各电极板14层叠时不重合而沿着电极板14的长边设置。即，设置在各电极板14上的端子14a以沿着电极板14的长边而位置稍错开的方式设置，在使各电极板14层叠时直列设置。
各端子14a以向上方突出的方式设置。各端子14a通过端子连接用螺钉14b而与设置在基板13上的端子台13a连接。
基板子装配体15将基板13与热交换压板16相互平行地设置，并将设于热交换压板16上表面的IGBT12夹在基板13与热交换压板16之间。基板13和热交换压板16通过例如4根基板子装配体连接用螺钉15a而固定。由此，基板子装配体15一体化。
构成基板子装配体15的基板13中，在与设置于各电极板14的端子14a对应的一边上，在下表面设置有例如4个与电极板14的端子14a相向的端子台13a。而且，以与4个端子台13a直列排列的方式设有与电源线束27的前端部连接的2个电源线束用端子台13c。
各端子台13a及电源线束用端子台13c以从基板13的下表面向下方突出的方式设置。而且，各端子台13a及电源线束用端子台13c沿着层叠的热交换管17a、17b、17c的长边直列设置。
设置在基板13上的各端子台13a及电源线束用端子台13c以比下壳体11f的开口部11c稍靠上方的方式设置。因此，与各端子台13a及电源线束用端子台13c连接的电极板14的端子14a或电源线束27的前端部容易固定。
如图3B所示，IGBT12（Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅极型双极晶体管）是呈大致长方形形状的晶体管。IGBT12是因工作而产生热量的发热元件。IGBT12通过IGBT12连接用螺钉12a而螺纹紧固于热交换压板16的上表面的上层热交换管17a的入口集管部22附近。
构成基板子装配体15的热交换压板16是俯视观察时为扁平状的金属制的板状构件。板状的热交换压板16比基板13在轴向上更大，形成为能够覆盖热交换管17a、17b、17c的尺寸。在比基板13沿轴向更大的热交换压板16上例如在4个部位设置有用于将热交换压板16固定于下壳体11b的基板子装配体固定用螺钉15b（参照图3A）能够贯通的贯通孔（未图示）。
基板子装配体15搭载在层叠的上层热交换管17a的上方。即，基板子装配体15以热交换压板16的下表面与上层热交换管17a的上表面相接的方式配置。
基板子装配体15利用4根基板子装配体固定用螺钉15b将热交换压板16螺纹紧固于下壳体11b，由此将层叠在热交换压板16的下表面与下壳体11b的内底面之间的热交换管17a、17b、17c夹入。如此，通过将基板子装配体15螺纹紧固于下壳体11b，而能够向下壳体11b的内底面的方向对热交换管17a、17b、17c施力（按压）。
另外，构成基板子装配体15的热交换压板16为金属制，因此能够将在热交换管17a、17b、17c内流动的热介质的冷却热经由热交换压板16而用于IGBT12的冷却。
接下来，使用图2、图3A及图3B，说明本实施方式的热介质加热装置10的组装顺序。
向下壳体11b的开口部11c涂布液状密封垫（未图示）。以与下壳体11b的内底面大致平行的方式将下层热交换管17c设置在下壳体11b的内部空间。
将PTC元件18的两面利用绝缘片（未图示）夹持，并从下层热交换管17c的上方搭载。
向下层热交换管17c的入口集管部22及出口集管部23的上表面涂布液状密封垫，从下层热交换管17c的上方搭载中层热交换管17b。
将PTC元件18的两面利用绝缘片夹持，并从中层热交换管17b的上方搭载。
向中层热交换管17b的入口集管部22及出口集管部23的上表面涂布液状密封垫，从中层热交换管17b的上方搭载上层热交换管17a。
从搭载的上层热交换管17a的上方将基板子装配体15以热交换压板16处于下方的方式搭载。将搭载于上层热交换管17a的基板子装配体15的热交换压板16通过基板子装配体固定用螺钉15b而螺纹紧固于下壳体11b。
由此，对各热交换管17a、17b、17c的入口集管部22之间及出口集管部23之间向下壳体11b的内底面方向施力，从而使各个入口集管22之间及出口集管部23之间密接。
由于各个入口集管22之间及出口集管部23之间进行密接，因此夹在下层热交换管17c与中层热交换管17b之间及中层热交换管17b与上层热交换管17a之间的PTC元件18及电极板14与各热交换管17a、17b、17c密接。
接下来，设置在构成基板子装配体15的基板13上的各端子台13a和各电极板14的端子14a通过端子连接用螺钉14b进行最终固定。
向电源线束用孔11f插入电极线束27，通过电极线束连接用螺钉13b对电极线束27的前端部与设置在构成基板子装配体15的基板13上的各电源线束用端子台13c进行螺纹紧固。
此外，将LV线束28的前端部从向下壳体11b的侧壁开口的LV线束用孔11g插入到下壳体11b的内部，与基板13进行连接器连接。
从下壳体11b的外底面通过电源线束固定用螺钉27a将电极线束27固定，并将LV线束28固定于LV线束用孔11g。
向下壳体11b的开口部11c涂布液状密封垫。从下壳体11b的上方搭载上壳体11a。将设置在上壳体11a上的夹部（未图示）卡挂于下壳体11b上设置的爪部（未图示）而将上壳体11a与下壳体11b连接，完成（结束）热介质加热装置10的组装。
如以上所述，根据本实施方式的热介质加热装置10及车辆用空调装置1，可起到以下的效果。
与夹着PTC元件18而至少分别依次层叠在其两面的电极板14进行热交换的3个（多个）热交换管17相互平行地层叠，在层叠的上层热交换管17a的上表面（热交换管17的一面侧）设有将基板13与热交换压板（按压构件）16组合的基板子装配体15。因此，通过构成基板子装配体15的热交换压板16能够使设置在入口集管部22之间及出口集管部23之间的液状密封垫（密接构件）密接。由此，能提高层叠的热交换管17之间的密接性，能够减少电极板14与热交换管17的接触热阻。因此，能够形成提高了从热交换管17向电极板14的传热效率的热介质加热装置10。
在金属制的热交换压板16与基板13之间设有IGBT（发热元件）12。因此，能够通过热交换压板16及基板13对层叠的热交换管17进行按压，并经由热交换压板16而利用来自热交换管17的冷却热对IGBT12进行冷却。因此，能够进一步提高热介质加热装置10的传热效率。
另外，通过热交换压板16来兼用层叠的热交换管17的按压和IGBT12的冷却。因此，能够减少构成热介质加热装置10的部件数。因此，能够实现热介质加热装置10整体的小型化。
进行热介质的导入的热介质入口路（热介质导入导出路）11d和进行热介质的导出的热介质出口路（热介质导入导出路）11e一体地形成于下壳体11b。因此，在将热介质向热介质加热装置10供给时，能够使作用在层叠的热交换管17上的应力分散。因此，能够减少热交换管17的载荷。
另外，在基板子装配体15与各电极板14的电连接中，仅通过端子连接用螺钉14b将设置在构成基板子装配体15的基板13上的各端子台13a和设置在各电极板14上的端子14a进行固定即可，可以不需要用于电连接的配线（线束）。因此，不会使配线路径复杂化，能够容易组装，能够削减部件数。
而且，将与基板13连接的IGBT（发热元件）12设置在接近热交换管17的入口集管部22的位置。因此，能够通过由PTC元件18加热之前的温度比较低的热介质对IGBT12进行冷却。因此，在进一步提高IGBT12的冷却性能方面为优选。
使用了传热效率提高且能够小型化的热介质加热装置10。因此，能够提高车辆用空调装置1的性能并减少设置空间。
在此使用的液状密封垫是耐热性优异且适合于对暴露在高温下的各热交换管17的入口集管部22及出口集管部23之间等进行密封的固化性的液状密封剂（例如，株式会社三键制的以硅酮为主成分的产品编号1207d的硅酮系液状密封垫）。
另外，在本实施方式中，说明使用液状密封垫作为密接构件的情况，但本发明并未限定于此，可以使用O形环等，也可以利用钎焊进行固定。
在使用O形环等时，在各热交换管17a、17b、17c由例如铝等形成的情况下，在冬季，由于被PTC元件18加热而可能会出现与周围温度（外气温度）的温度差引起的热膨胀。因此，在使用由不同的材质形成的外壳11（例如树脂等）的情况下，由于将液状密封垫用于下壳体11b的热介质入口路11d及热介质出口路11e与热交换管17c的入口集管部22及出口集管部23的固定，因而如上述那样热交换管17c发生热膨胀。此时，由于外壳11与周围温度（外气温度）相同，因此因热膨胀而液状密封垫可能会产生剪切破坏。
考虑到这些情况，例如，使用液状密封垫作为彼此为同材质的热交换管17a、17b、17c之间的入口集管部22及出口集管部23的密接构件，使用O形环作为不同种材质的热交换管17c的入口集管部22及出口集管部23与下壳体11b的热介质入口路11d及热介质出口路11e的密接构件，由此能够防止剪切破坏。
如此，可以根据外壳11的构件或热交换管17的构件，选定液状密封垫或O形环等适当优选的最佳密接构件。

Claims (7)

1.一种热介质加热装置，具备：
电极板，夹着PTC元件而至少分别层叠在该PTC元件的两面；
多个扁平状的热交换管，具有供给热介质的入口集管部、将所述热介质导出的出口集管部、设于所述入口集管部及所述出口集管部的密接构件，相互之间夹着所述电极板而相互平行地层叠并与该电极板进行热交换；
基板，设于层叠的多个所述热交换管的一面侧，与所述电极板连接；
发热元件，与该基板连接；
板状的按压构件，与所述基板的另一面侧连接，按压层叠的多个所述热交换管；以及
外壳，收容所述电极板、所述热交换管、所述基板、所述按压构件及所述发热元件。
2.根据权利要求1所述的热介质加热装置，其中，
所述发热元件设于所述基板与所述按压构件之间，所述按压构件为金属制。
3.根据权利要求1或2所述的热介质加热装置，其中，
在所述外壳一体地形成有热介质导入导出路，该热介质导入导出路进行向层叠后的多个所述热交换管引导的所述热介质的导入导出。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的热介质加热装置，其中，
所述电极板具有从其长度方向的一端部突出的多个端子，
所述基板在其长度方向的一端部具有与所述多个端子相向的多个端子台，
所述多个端子与所述多个端子台相接合。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的热介质加热装置，其中，
所述发热元件设于所述入口集管部附近。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的热介质加热装置，其中，
设于与所述外壳相向的所述入口集管部及所述出口集管部的所述密接构件为O形环。
7.一种车辆用空调装置，具备权利要求1~6中任一项所述的热介质加热装置。
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