CN103615776A - 游泳池太阳能电池加热板水过滤空调系统 - Google Patents

游泳池太阳能电池加热板水过滤空调系统 Download PDF

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Abstract

游泳池太阳能电池加热板水过滤空调系统由空气流动夹层，加热水流层，太阳能电池板，水泵泵气风扇，过滤池，太阳能充电控制器，逆变电源等构成；游泳池内的水流入过滤池后，通过过滤层进行过滤，水流经过浮子单向阀和小水泵后，进入层底层为太阳能电池板加热水流层，水层和空气层之间进行热交换后，将空气流动夹层的空气输送到游泳馆内，实现游泳馆内温度调节，实现游泳馆空气流动及温度调节。本发明利用太阳的紫外线对游泳池的水进行消毒杀菌；产生的热量加热水，太阳能电池板电力用于驱动水泵和排气风扇；利用水层和空气层之间的热交换，实现游泳馆空气流动及温度调节；水层流动降低太阳能电池板的温度，提高光电转换效率；多余的电量回馈电网。

Description

游泳池太阳能电池加热板水过滤空调系统
技术领域
本发明涉及一种游泳池太阳能电池加热板水过滤空调系统，特别是太阳能电池板与太阳能热水器结合，空气流动与水层结合。属于建筑节能领域。 
背景技术
目前的游泳馆要求游泳池内的水温常年保持在26℃，并且要求进行循环过滤，保持水的洁净。水质维护：一般而言，1.游泳池日常维护药剂用量：酵素澄清剂基础用量0.3克/吨，用量0.4克/吨~0.6克/吨；超氯水质活化剂基础用量0.3克/吨，用量0.4克/吨~0.6克/吨；每吨水日常维护药剂总量：0.8克/吨；酵素澄清剂180元/瓶，1千克/瓶；超氯水质活化剂，180元/瓶1千克/瓶；每吨水日常维护每日费用：0.8克/1000克*180元=0.144元。2.药剂初次添加量：酵素澄清剂2克/吨；超氯水质活化剂3克/吨。3.去稳定化处理：约50天/次 （50元~100元）/次 依据实际情况而定；4.冲击处理：室内有较大氯臭味时需要冲击性处理。费用依据实际情况而定。依据上述维护方法，室内一般不会出现较大氯臭味。 
 游泳池加温:游泳池恒温设备有多种，根据不同的条件可以选择不同的加热方式，只要是安全，可靠，节能，都可以达到游泳池加热恒温的效果各种加热方式对比分析如下：（以600立方的游泳池为例）对于游泳池从直接运行费用上分析：主要分为水费、电费、加热费用、药剂费用，对于小型游泳池加热费用占这几项费用总和的80%以上。因此选择一个合理合适的游泳池加热方式直接决定着游泳池的运行成本。结合宁夏的地理气候特点和小区的现状：游泳池加热可以选择以下几种方式：1、燃煤锅炉、2、燃气、油锅炉、3、水源热泵、4、空气源热泵、5、太阳能、6、电锅炉。结合实际情况本游泳池加热不考虑燃气锅炉、水源热泵加热方式。太阳能则需要大量的屋顶面积本次也暂不考虑，但是太阳能可以作为夏季和春季秋季的淋浴卫生热水供应的热源。游泳池设计水量假设按600 吨计算1、游泳池水加热所需热量，应为下列热量的总和：1.1、水面蒸发和传导损失的热量；1.2、池壁和池底传导损失的热量；1.3、管道的净化水设备损失的热量；1.4、补充水加热需要的热量。2、游泳池水表面蒸发损失的热量。按下式计算：Qx＝α·у（0.0174vf ＋0.0229）(Pb－Pq) A(760/B)3、运行费用对比3.1、平均每天需要的能量：CMΔt＝1（大卡/千克℃）×50000（千克/天）×（55－15）℃＝2000000 大卡/天3.2、空气源热泵平均每天需要的电耗运行费用(COP 值选3.7)：2000000（大卡/天）÷860 大卡/度÷3.7×0.50 元/度＝314.27 元/天3.3、若采用电锅炉平均每天需要的燃料运行费用：2000000（大卡/天）÷860 大卡/度×0.50 元/度＝1162.79 元/天3.4、若采用燃气锅炉平均每天需要的燃料运行费用：2000000（大卡/天）÷8942 大卡/m3÷0.75(效率)×1.8 元/ m3＝536.79 元/天3.5、若采用燃油锅炉平均每天需要的燃料运行费用：2000000（大卡/天）÷10200 大卡/ Kg÷0.85(效率)×3.6 元/ Kg＝830.45 元/天以上的热耗计算均按理论上的定量计算，经济费用由低到高分别是：空气源热泵、燃气锅炉、燃油锅炉、电锅炉。 这里能源支出，加热费用是最大的一项成本支出，特别是在冬季。在北方大多游泳池在冬季是难以赢利的，其主要原因是冬季的燃料费用支出的大幅度增加，有的游泳池冬季每月亏损高达万元，甚至不得不关闭或暂停经营。造成这一问题的关键因素是没有能合理利用能源，如果合理有效利用资源，实现能量梯级利用，温度对口，采用热电联产技术，亏损可以大大减少。游泳池的设计是多种多样的，其尺寸、节能标准、客户对象等均有所不同，对于电力、热力的需求可能也不同，但是需要电力和热力才能维持运营的基本特性是没有区别的。游泳池不仅是一个用热大户，也是一个用电大户。一般游泳池安装了大量水泵、水过滤系统和照明等系统，需要较多的电力。往往游泳池不是一个独立的经营单元，它是其他经营项目的一个功能性组成部分，对电力需求的范围可能更大。而且，这些项目多属于娱乐性商业场所，购电电价很高。我们可以根据各个游泳池不同的能量需求特性，针对性地采用新型节能技术解决方案，以提高游泳池的经济性。 
 国家鼓励发展节能环保，节约资源的法律和政策是非常明确的。最直接的方案是利用太阳能对游泳池进行加热。如何充分利用太阳能是目前重要的课题，如何利用太阳能实现太阳能对游泳池的水进行加热并在夏天对游泳馆内室内降温，冬天则对游泳馆室内空气进行加温；如何利用太阳能对游泳的水进行过滤消毒，对于节能环保是一件极有价值事情。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种游泳池太阳能电池加热板水过滤空调系统，同时解决了如下问题：1.利用阳光对太阳能热水器照射时产生电力并同时加热游泳池的水；2.利用太阳的紫外线对游泳池的水进行消毒杀菌，分解消毒药剂；3.利用太阳能照射太阳能电池板时产生的热量加热水，将太阳能电池板将光能转换为电力用于驱动水泵和排气风扇；4.利用水的势能转换为动能驱动泵气风扇；5.利用水层和空气层之间的热交换，实现游泳馆空气流动及温度调节；6.利用水层流动降低太阳能电池板的温度，提高了太阳能电池板的光电转换效率；7.能将多余的电量回馈电网。 
一种游泳池太阳能电池加热板水过滤空调系统由空气流动连接层（1）、空气流动夹层（2）、加热水流层（3）、太阳能电池板（4）、太阳能电池加热板托架（5）、小水泵（6）、浮子单向阀（7）、进水管（8）、水泵泵气风扇（10）、排气风扇（11）、送气管（12）、回水管（13）、储水槽（15）、过滤池（16）、输水管（17）、出风口（18）、太阳能充电控制器（19）、蓄电池（20）、总控制板（21）、逆变电源（22）构成；小水泵(6)构成的阵列通过输水管(17)泵水，使得过滤池(16)产生负压，游泳池(15)内的水流入过滤池(16)后，通过过滤层进行过滤，过滤后的水经输水管(17)进入进水管(8)中，所有排列的进水管(8)与输水管(17)并联联通，进水管(8)上串接小水泵(6)和浮子单向阀(7)，水流经过浮子单向阀(7)和小水泵(6)后，进入加热水流层(3)内，该水流层底层为太阳能电池板(4)，顶层为透明材料板，在该透明材料之上为透明玻璃，透明材料板与透明玻璃板之间构成空气流动夹层(2)，某一面积的太阳能电池板(4)及其之上的加热水流层(3)和空气流动夹层(2)复合叠加构成太阳能电池加热板(9)，加热水流层（3）内水流经过所有的太阳能电池加热板(9)内后，到达游泳馆屋顶，具有最大的势能，通过所有进水管(8)汇聚进入到回水管(13)内，水向下流动带动回水管(13)上串接的水泵泵气风扇(10)转动，把势能转换为动能，水流减缓，流入用泳池内；每一块相邻太阳能电池加热板(9)之间通过一个串有浮子单向阀(7)和小水泵(6)的进水管(8)进行联通，单向阀流通的方向是由低位至高位，空气流动夹层(2)通过空气流动连接层(1)进行联通,空气在空气流动夹层(2)内流动，空气与流动水流层之间虽然隔着透明材料层，但水层和空气层之间可以进行热交换后，流入空气流动连接层(1)，通过与该连接层相连通的分支管汇聚进入送气管(12)，该送气管连通环形管，该环形管环绕水泵泵气风扇(10)，环形管上有多个出风口(18)，水泵泵气风扇(10)转动使得其后方周围出现负压，强行抽吸出风口(18)内的空气，将经过空气流动夹层(2)的空气输送到游泳馆内，实现游泳馆内温度调节，游泳馆内的空气通过排气风扇(11)排除室外，实现游泳馆空气流动及温度调节。 
太阳能电池加热板(9)的外形可以是任意不规则形状，根据游泳馆屋顶的形状决定。 
浮子单向阀(7)具有单向阀和浮子阀的功能，内部设置有浮子位置传感器。 
本系统总控制板采用单片机进行控制，浮子阀位置信号和蓄电池电压信号经过A/D转换，传输单片机进行控制，单片机将控制信号传输给驱动电路板来驱动继电器控制水泵、风扇和控电源切换，在发电量充裕时，切换至逆变器后，回馈至市电电网。 
具体工作原理：小水泵6构成的阵列通过输水管17泵水，使得过滤池16产生负压，游泳池15内的水流入过滤池16后，通过过滤层进行过滤，过滤后的水经输水管17进入进水管8中，所有排列的进水管8与输水管17并联联通，进水管8上串接小水泵6和浮子单向阀7，水流经过浮子单向阀7和小水泵6后，进入加热水流层3内，该水流层底层为太阳能电池板4，顶层为透明材料板，在该透明材料之上为透明玻璃，透明材料板与透明玻璃板之间构成空气流动夹层2，某一面积的太阳能电池板4及其之上的加热水流层3和空气流动夹层2复合叠加构成太阳能电池加热板9，每一块相邻太阳能电池加热板9之间通过一个串有浮子单向阀7和小水泵6的进水管8进行联通，单向阀流通的方向是由低位至高位，使得水流不会反流。 
水流在流经太阳能电池板4表面时，带走太阳能电池板表面的热量，降低了太阳能电池的温度，太阳能电池板的光电转换效率低于20%，80%以上变为热能，而太阳能电池板最佳工作温度为25oC，这样就提高了发电效率，提高了水流温度，游泳池内的水分布在一个大范围薄层中流动，经受阳光的直接曝晒，阳光中的紫外线会对水中的细菌具有杀灭作用，同时，阳光的照射会对超氯水质活化剂等消毒药剂具有分解作用，流动的水流具有冲击处理效应，使得室内不在存有氯臭味。 
空气在空气流动夹层2内流动，空气与流动水流层之间虽然隔着透明材料层，但水层和空气层之间可以进行热交换后，流入空气流动连接层1，通过与该连接层相连通的分支管汇聚进入送气管12，该送气管连通环形管，该环形管环绕水泵泵气风扇10，环形管上有多个出风口18，水泵泵气风扇10转动使得其后方周围出现负压，强行抽吸出风口18内的空气，将经过空气流动夹层2的空气输送到游泳馆内，游泳馆内的空气通过排气风扇11排除室外。一般而言，夏天游泳池的水温低于游泳馆温度，这样水层和空气层之间的热交换降低了空气流动夹层2内空气的温度，这些降了温度的空气重新流动到游泳馆内，实现游泳馆内空气降温；对于冬天，在阳光的照射下，加热水流层3内的温度高于空气流动夹层2内空气的温度，这样水层和空气层之间的热交换提高了空气流动夹层2内空气的温度，这些提升了温度的空气重新流动到游泳馆内，实现游泳馆空气流动及温度调节。 
水流经过所有的太阳能电池加热板9后，到达游泳馆屋顶，具有最大的势能，通过所有进水管8汇聚进入到回水管13内，如图8所示，水向下流动带动回水管13上串接的水泵泵气风扇10转动，把势能转换为动能，水流减缓，流入用泳池内； 
水泵泵气风扇10周围环绕一个环形管，该环形管连通送气管12，该送气管联通所有空气流动连接层1，环形管上有多个出风口18，水泵泵气风扇10转动使得其后方周围出现负压，强行抽吸出风口18内的空气，将经过空气流动夹层2的空气输送到游泳馆内，实现游泳馆内温度调节，游泳馆内的空气通过排气风扇11排除室外，实现游泳馆内空气流动。
所有太阳能电池板的直流输电线进行并联，如图5所示，所有太阳能电池板的直流输电线进行并联，如图5所示，并联之后，输入太阳能充电控制器19，该控制器的输出端接入蓄电池组 20，蓄电池为总控制板 21 提供电源，浮子单向阀7把浮子测出的水位通过信号线传输给种控制板，总控制板 21控制所有的小水泵6和排风扇11。总控制板21根据蓄电池组20的电压控制逆电器22，蓄电池组电压过高时，逆变器工作，把多余的电能回馈给市电电网23。 
电控部分中，浮子阀位置信号和蓄电池32电压信号经过A/D(ADC0809)转换，传输单片机（TA89S52）进行控制，单片机将控制信号传输给ULN2003驱动继电器控制水泵和控制电源切换，在发电量充裕时，切换至逆变器后，回馈至市电电网。 
本发明的有益效果是：提供一种游泳池太阳能电池加热板水过滤空调系统，提供了一种新的综合利用太阳能方式，利用阳光对太阳能热水器照射时产生电力并同时加热游泳池的水，利用太阳的紫外线对游泳池的水进行消毒杀菌，分解消毒药剂；利用太阳能照射太阳能电池板时产生的热量加热水，将太阳能电池板将光能转换为电力用于驱动水泵和排气风扇；利用水的势能转换为动能驱动泵气风扇；利用水层和空气层之间的热交换，实现游泳馆空气流动及温度调节；利用水层流动降低太阳能电池板的温度，提高了太阳能电池板的光电转换效率；多余的电量回馈电网。全方位地综合利用太阳能，可以大大降低游泳馆的运行成本，具有良好的推广价值。 
附图说明：
图1为本发明太阳能电池热水板剖面结构示意图；
图2为游泳池屋顶太阳能电池热水板铺设示意图；
图3为游泳池太阳能电池加热板水过滤空调系统整体结构示意图；
图4为太阳能电池加热板连接示意图；
图5为本发明整体电路结构示意图；
图6为本发明电控板结构示意图；
图7为本发明控制逻辑原理图；
图8为回水管与进水管分支结构示意图。
图1～8中：1、空气流动连接层，2、空气流动夹层，3、加热水流层，4、太阳能电池板，5、太阳能电池加热板托架，6、小水泵，7、浮子单向阀，8、进水管，9、太阳能电池加热板，10、泵气风扇，11、排气风扇，12、送气管、13、回水管、14、游泳馆玻璃幕墙，15、储水槽，16、过滤池，17、输水管，18、出风口，19、太阳能充电控制器，20、蓄电池，21、总控制板，22、逆变电源，23、电网。 
具体实施方式：下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 
实施方案一：本系统由1、空气流动连接层，2、空气流动夹层，3、加热水流层，4、太阳能电池板，5、太阳能电池加热板托架，6、小水泵，7、浮子单向阀，8、进水管，10、水泵泵气风扇，11、排气风扇，12、送气管、13、回水管、15、储水槽，16、过滤池，17、输水管，18、出风口，19、太阳能充电控制器，20、蓄电池，21、总控制板，22、逆变电源构成, 小水泵6构成的阵列通过输水管17泵水，使得过滤池16产生负压，游泳池15内的水流入过滤池16后，通过过滤层进行过滤，过滤后的水经输水管17进入进水管8中，所有排列的进水管8与输水管17并联联通，进水管8上串接小水泵6和浮子单向阀7，水流经过浮子单向阀7和小水泵6后，进入加热水流层3内，该水流层底层为太阳能电池板4，顶层为透明材料板，在该透明材料之上为透明玻璃，透明材料板与透明玻璃板之间构成空气流动夹层2，某一面积的太阳能电池板4及其之上的加热水流层3和空气流动夹层2复合叠加构成太阳能电池加热板9，每一块相邻太阳能电池加热板9之间通过一个串有浮子单向阀7和小水泵6的进水管8进行联通，单向阀流通的方向是由低位至高位，空气流动夹层2通过空气流动连接层1进行联通。 
水流在流经太阳能电池板4表面时，带走太阳能电池板表面的热量，降低了太阳能电池的温度，游泳池内的水流入太阳能电池板4表面后，分布在一个大范围薄层中流动，经受阳光的直接曝晒。 
空气在空气流动夹层2内流动，空气与流动水流层之间虽然隔着透明材料层，但水层和空气层之间可以进行热交换后，流入空气流动连接层1，通过与该连接层相连通的分支管汇聚进入送气管12，该送气管连通环形管，该环形管环绕水泵泵气风扇10，环形管上有多个出风口18，水泵泵气风扇10转动使得其后方周围出现负压，强行抽吸出风口18内的空气，将经过空气流动夹层2的空气输送到游泳馆内，实现游泳馆内温度调节，游泳馆内的空气通过排气风扇11排除室外，实现游泳馆空气流动及温度调节。 
实施方案二：系统由1、空气流动连接层，2、空气流动夹层，3、加热水流层，4、太阳能电池板，5、太阳能电池加热板托架，6、小水泵，7、浮子单向阀，8、进水管，10、水泵泵气风扇，11、排气风扇，12、送气管、13、回水管、15、储水槽，16、过滤池，17、输水管，18、出风口，19、太阳能充电控制器，20、蓄电池，21、总控制板，22、逆变电源构成, 小水泵6构成的阵列通过输水管17泵水，使得过滤池16产生负压，游泳池15内的水流入过滤池16后，通过过滤层进行过滤，过滤后的水经输水管17进入进水管8中，所有排列的进水管8与输水管17并联联通，进水管8上串接小水泵6和浮子单向阀7，水流经过浮子单向阀7和小水泵6后，进入加热水流层3内，该水流层底层为太阳能电池板4，顶层为透明材料板，在该透明材料之上为透明玻璃，透明材料板与透明玻璃板之间构成空气流动夹层2，某一面积的太阳能电池板4及其之上的加热水流层3和空气流动夹层2复合叠加构成太阳能电池加热板9，每一块相邻太阳能电池加热板9之间通过一个串有浮子单向阀7和小水泵6的进水管8进行联通，单向阀流通的方向是由低位至高位，空气流动夹层2通过空气流动连接层1进行联通。 
水流在流经太阳能电池板4表面时，带走太阳能电池板表面的热量，降低了太阳能电池的温度，游泳池内的水流入太阳能电池板4表面后，分布在一个大范围薄层中流动，经受阳光的直接曝晒。 
空气在空气流动夹层2内流动，空气与流动水流层之间虽然隔着透明材料层，但水层和空气层之间可以进行热交换后，流入空气流动连接层1，通过与该连接层相连通的分支管汇聚进入送气管12，该送气管连通环形管，该环形管环绕水泵泵气风扇10，环形管上有多个出风口18，水泵泵气风扇10转动使得其后方周围出现负压，强行抽吸出风口18内的空气，将经过空气流动夹层2的空气输送到游泳馆内，实现游泳馆内温度调节，游泳馆内的空气通过排气风扇11排除室外，实现游泳馆空气流动及温度调节。 
水流经过所有的太阳能电池加热板9后，到达游泳馆屋顶，具有最大的势能，通过所有进水管8汇聚进入到回水管13内，水向下流动带动回水管13上串接的水泵泵气风扇10转动，把势能转换为动能，水流减缓，流入用泳池内； 
水泵泵气风扇10周围环绕一个环形管，该环形管连通送气管12，该送气管联通所有空气流动连接层1，环形管上有多个出风口18，水泵泵气风扇10转动使得其后方周围出现负压，强行抽吸出风口18内的空气，将经过空气流动夹层2的空气输送到游泳馆内，实现游泳馆内温度调节，游泳馆内的空气通过排气风扇11排除室外，实现游泳馆内空气流动。
所有太阳能电池板的直流输电线进行并联，如图5所示，所有太阳能电池板的直流输电线进行并联，如图5所示，并联之后，输入太阳能充电控制器19，该控制器的输出端接入蓄电池组 20，蓄电池为总控制板 21 提供电源，浮子单向阀7把浮子测出的水位通过信号线传输给种控制板，总控制板 21控制所有的小水泵6和排风扇11。总控制板21根据蓄电池组20的电压控制逆电器22，蓄电池组电压过高时，逆变器工作，把多余的电能回馈给市电电网23。 
电控部分中，浮子阀位置信号和蓄电池32电压信号经过A/D(ADC0809)转换，传输单片机（TA89S52）进行控制，单片机将控制信号传输给ULN2003驱动继电器控制水泵和控制电源切换，在发电量充裕时，切换至逆变器后，回馈至市电电网。 

Claims (4)

1.一种游泳池太阳能电池加热板水过滤空调系统，其特征是：本系统由空气流动连接层（1）、空气流动夹层（2）、加热水流层（3）、太阳能电池板（4）、太阳能电池加热板托架（5）、小水泵（6）、浮子单向阀（7）、进水管（8）、水泵泵气风扇（10）、排气风扇（11）、送气管（12）、回水管（13）、储水槽（15）、过滤池（16）、输水管（17）、出风口（18）、太阳能充电控制器（19）、蓄电池（20）、总控制板（21）、逆变电源（22）构成；小水泵(6)构成的阵列通过输水管(17)泵水，使得过滤池(16)产生负压，游泳池(15)内的水流入过滤池(16)后，通过过滤层进行过滤，过滤后的水经输水管(17)进入进水管(8)中，所有排列的进水管(8)与输水管(17)并联联通，进水管(8)上串接小水泵(6)和浮子单向阀(7)，水流经过浮子单向阀(7)和小水泵(6)后，进入加热水流层(3)内，该水流层底层为太阳能电池板(4)，顶层为透明材料板，在该透明材料之上为透明玻璃，透明材料板与透明玻璃板之间构成空气流动夹层(2)，某一面积的太阳能电池板(4)及其之上的加热水流层(3)和空气流动夹层(2)复合叠加构成太阳能电池加热板(9)，加热水流层(3)内水流经过所有的太阳能电池加热板(9)内后，到达游泳馆屋顶，具有最大的势能，通过所有进水管(8)汇聚进入到回水管(13)内，水向下流动带动回水管(13)上串接的水泵泵气风扇(10)转动，把势能转换为动能，水流减缓，流入用泳池内；每一块相邻太阳能电池加热板(9)之间通过一个串有浮子单向阀(7)和小水泵(6)的进水管(8)进行联通，单向阀流通的方向是由低位至高位，空气流动夹层(2)通过空气流动连接层(1)进行联通,空气在空气流动夹层(2)内流动，空气与流动水流层之间虽然隔着透明材料层，但水层和空气层之间可以进行热交换后，流入空气流动连接层(1)，通过与该连接层相连通的分支管汇聚进入送气管(12)，该送气管连通环形管，该环形管环绕水泵泵气风扇(10)，环形管上有多个出风口(18)，水泵泵气风扇(10)转动使得其后方周围出现负压，强行抽吸出风口(18)内的空气，将经过空气流动夹层(2)的空气输送到游泳馆内，实现游泳馆内温度调节，游泳馆内的空气通过排气风扇(11)排除室外，实现游泳馆空气流动及温度调节。
2.按权利要求1所述的游泳池太阳能电池加热板水过滤空调系统，其特征是：太阳能电池加热板(9)的外形可以是任意不规则形状，根据游泳馆屋顶的形状决定。
3.按权利要求1所述的游泳池太阳能电池加热板水过滤空调系统，其特征是：浮子单向阀(7)具有单向阀和浮子阀的功能，内部设置有浮子位置传感器。
4.按权利要求1所述的游泳池太阳能电池加热板水过滤空调系统，其特征是：本系统总控制板采用单片机进行控制，浮子阀位置信号和蓄电池电压信号经过A/D转换，传输单片机进行控制，单片机将控制信号传输给驱动电路板来驱动继电器控制水泵、风扇和控电源切换，在发电量充裕时，切换至逆变器后，回馈至市电电网。
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