CN103673404A - 一种微通道热交换器 - Google Patents

Abstract

一种微通道热交换器，包括位于下方的第一集流管、位于上方的第二集流管、多组扁管、位于第一集流管外的分配器；在呈竖向或斜向设置的分配器偏向下侧位置设置有至少一个主出口，偏向上侧位置设置有至少一个次出口，第一集流管上设置有至少一个主流体接口，主流体接口与分配器的主出口通过主连接管连接，在第一集流管或第二集流管上设置有次流体接口，分配器的次出口与次流体接口通过次连接管连接，且分配器所处位置的高度高于第一集流管的高度。使流向第一集流管的主出口中的流体中气体的比例大幅下降，从而降低冷媒分配到扁管中的噪音，且这样的分配器通过连接管与集流管连接，避免了在圆管上开孔或开槽的复杂工艺，减少了分配器的加工难度。

Description

一种微通道热交换器

技术领域

本发明涉及制冷控制技术领域，具体涉及空调用的一种微通道热交换器，如车用、家用或商用微通道蒸发器。

背景技术

目前在制冷控制技术领域，越来越多的蒸发器开始使用微通道热交换器，以提高热交换效率，微通道热交换器一般包括两组集流管、两组集流管之间设置的多组扁管、扁管之间设置的换热翅片、边板等。当冷媒经过膨胀阀节流降压后成为气液两相状态后进入集流管再分配到扁管的过程中，每根扁管之间会出现冷媒分配不均匀的现象。靠近集流管两端的扁管可能会分配较多的冷媒流量。同时因为冷媒是气液两相态，冷媒因为气液的分层现象会进一步加剧分配不均。为了保证微通道换热器的冷媒在各扁管内分配均匀，一般会在集流管内插入一根金属导流管作为分配管，该管插入到集流管底部，端部密封，同时在管的圆弧面上沿长度方向间隔一定距离开孔或者开槽，冷媒就可以通过这些孔或者槽均匀地分配到各扁管内再流通，如图8所公开的方案，微通道热交换器包括两组集流管1’、两组集流管1’之间设置的多组扁管3’、扁管3’之间设置的换热翅片，并通过将分配器2’插入集流管1’，并通过在分配器2’设置的多个小孔向扁管分配流体。另外有的技术方案是插入一个金属平板将集流管隔成两个流路，同时在平板侧面沿长度方向间隔一定距离开孔或者开槽，实现冷媒的均匀分配和收集，如US20080023185所公开的技术方案。

上面的两种技术方案中都是每一个孔负责一个区域扁管的冷媒分配，一个孔对应多个扁管，使得从孔流出的冷媒在局部再分配。由于通过分配器的流体为两相流，两相流体在分配器进入集流管时可能会产生噪音，同时，流体流进扁管时，也同样可能会产生噪音。对于蒸发器置放于室内的空调，用户较难接受此噪音。另外，上面的两种技术方案中，采用插入到集流管内的分配器或在平板上进行开孔，都存在开孔结构工艺复杂，且要求加工精度较高。另外由于在在调试分配均匀度时，需要不断地去调试孔的流通面积的大小及间距，也会造成蒸发器开发周期过长，开发费用相对较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种流体分配噪音相对较小、装配调试相对简单方便、分配更均匀的微通道热交换器。为此，本发明采用以下技术方案：

一种微通道热交换器，包括位于下方的第一集流管、位于上方的第二集流管、第一集流管与第二集流管之间设置的多组扁管，其特征在于：所述微通道热交换器还包括位于所述第一集流管外的分配器，所述分配器主体为管状结构，所述分配器在分配器主体高度方向的中心向下位置设置有至少一个主出口，另外分配器在分配器主体高度方向的中心向上位置设置有至少一个次出口，所述第一集流管上设置有至少一个主流体接口，主流体接口与所述分配器的主出口直接连接或通过主连接管连接，所述微通道热交换器在所述第一集流管或第二集流管上设置有次流体接口，所述分配器的次出口与次流体接口通过次连接管连接，且所述分配器主体为垂直设置或斜向设置，分配器主体所处位置的高度高于所述第一集流管所在的高度。

进一步，所述分配器上还设置有与系统连接的第一接口，第一接口设置于所述分配器主体的中部位置的侧部；第一接口高于所述主出口的高度，并低于所述次出口的高度；所述第二集流管设置有与系统连接的第二接口。

进一步，所述分配器还包括位于主体上方端部的第一端盖及位于下方端部的第二端盖，第一端盖、第二端盖与分配器主体通过焊接密封连接，所述主出口设置于所述第二端盖或与所述第二端盖密封连接的管路件上；所述次出口设置于所述第一端盖或与所述第一端盖密封连接的管路件上。

所述第一集流管上设置的与所述分配器主出口连接的主流体接口优选为两个以上，连接主出口与主流体接口的主连接管与主流体接口的数量相同；且第一集流管的主流体接口的中心设置在第一集流管的高度方向的中心或中心偏向上位置，且主流体接口位于相邻的两根扁管之间。

进一步，所述第一集流管可通过隔板分隔成两部份：主集流部、辅集流部，其中主流体接口基本均匀地设置在主集流部的轴线方向，次流体接口设置在辅集流部，主集流部的长度是辅集流部长度的6倍以上；主集流部、辅集流部分别通过扁管与第二集流管连接。

所述次流体接口也可设置在第二集流管，从所述分配器的次出口连接出来的流体通过次连接管连接到位于上方的第二集流管；所述第一集流管内没有设置隔板，所述主流体接口基本均匀地设置在第一集流管的轴线方向。

进一步，所述次流体接口设置在第二集流管的中间位置或中间位置与第二集流管的远离第二接口的另一端之间，且在分配器的次出口和第二集流管的次流体接口之间的次连接管中设置有单向阀，从所述次出口向第二集流管的次流体接口方向时导通，而从第二集流管的次流体接口向分配器的次出口方向时关闭。

所述主流体接口还可以设置在所述第一集流管的两端部或其中一端部，所述分配器的主出口与第一集流管的端部的主流体接口通过主连接管连接，所述分配器的主出口的高度高于第一集流管的端部的主流体接口的高度；所述主流体接口的轴线与所述第一集流管的轴线可以平行、或垂直、或呈一个30°-150°之间的角度。

所述第一集流管可通过隔板分隔成两部份：主集流部、辅集流部，其中主流体接口设置在主集流部一端的端部，次流体接口设置在辅集流部，主集流部的长度是辅集流部长度的6倍以上；主集流部、辅集流部分别通过扁管与第二集流管连接。

所述次流体接口也可设置在第二集流管，从所述分配器的次出口连接出来的流体通过次连接管连接到位于上方的第二集流管；所述第一集流管内没有设置隔板，所述主流体接口设置在第一集流管轴线方向的一个端部。

这样，本发明通过在集流管外相对上侧设置管状的分配器，并通过在分配器的上、下两个方向分别设置分配出口，使流向第一集流管的主出口中的流体中气体的比例能大幅下降甚至基本没有，从而使这部份流体分配到扁管中时的噪音能进一步降低，并使微通道热交换器分配更均匀、换热更加充分，且这样的分配器取消了原先设置于集流管中的分配器，解决了分配器上加工分配小孔相对难度较大的问题，零部件的加工总体相对容易且装配过程相对简单。

附图说明

图1是本发明第一种具体实施方式的微通道热交换器的连接结构示意图；

图2是图1所示微通道热交换器的分配器的剖视结构示意图；

图3是本发明第二种具体实施方式的微通道热交换器的连接结构示意图；

图4是本发明第三种具体实施方式的微通道热交换器的连接结构示意图；

图5是本发明第四种具体实施方式的微通道热交换器的连接结构示意图；

图6是本发明第五种具体实施方式的微通道热交换器的连接结构示意图；

图7是本发明第六种具体实施方式的微通道热交换器的连接结构示意图；

图8是一种现有技术的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

其中本发明的第一种具体实施方式如图1-图2所示，图1是本发明第一种具体实施方式的微通道热交换器的连接结构示意图，图2是图1所示微通道热交换器的分配器的剖视结构示意图；图示的箭头为微通道热交换器作为蒸发器使用时的冷媒流动方向示意图。

微通道热交换器包括位于下方的第一集流管1、相对位于上方的第二集流管4、第一集流管1与第二集流管4之间设置的多组扁管3、扁管3之间设置的多组换热翅片5，为使图中其它部位能够清晰显示，图中只画出了局部的扁管与换热翅片；第二集流管4通过第二接口40与系统连接，第一集流管1通过隔板11分隔成两部份：主集流部13、辅集流部14，其中主集流部13设置有两个以上的主流体接口12，其中辅集流部14设置有至少一个的次流体接口15；分配器2大致呈纵向设置，分配器主体26呈纵向的管状结构，在本实施方式中分配器2的主体26为圆管状结构，分配器主体26与第一集流管1大致垂直设置，且分配器2的主体26的最下端要高于第一集流管1所处位置的高度；分配器2在其下侧位置设置有与主流体接口12连接的主出口21，主流体接口12与主出口21通过多根主连接管7连接，这样分配器2与第一集流管1的主集流部13相连接；另外分配器2在其上侧位置设置有至少一个次出口22，次出口22优先考虑设置在顶部位置，次出口22与第一集流管1的辅集流部14的次流体接口15通过次连接管8连接。分配器2的两端分别通过第一端盖23、第二端盖24连接密封。具体地，在本实施方式中，主出口21、次出口22是分别设置在与第二端盖24、第一端盖23连接密封的管接件上的。

具体地，换热器芯体呈轴向垂直设置或呈斜向上设置，分配器2呈大致垂直设置或斜向设置，图示的实施方式中分配器2与第一集流管1相对垂直设置，另外，分配器2可以放置在换热器芯体A的迎风面及背风面或侧面，具体可随系统安装的空间位置而定。第一集流管1的主流体接口12基本呈均匀分布，这样，从第一接口20流入的汽液两相冷媒，经过分配器2时，由于液态冷媒的重力要大于汽态冷媒的重力，两相流在分配器2内将发生分离或基本发生分离，液态冷媒会相对集中地汇集于分配器2的下半部份，而气态冷媒会基本集中于上部空间，这样，在分配器2顶部区域基本为气态冷媒，气态冷媒从顶部的次出口22由次连接管8连接进入第一集流管1的辅集流部14，再通过与辅集流部14连接的另一部分扁管30（扁管外表面可加上翅片以扩大热交换面积），引至第二集流管4，使这部份气态冷媒过热。而液态冷媒由于重力作用，经过分配器2下端的主出口21分配给多组主连接管7进入第一集流管1的主集流部13，这样主集流部13内基本上都是液态冷媒，分配到与主集流部13连接的扁管3内的冷媒也基本上是液态冷媒；同时，第一集流管1的主集流部13与辅集流部14用隔板11完全隔断，使主集流部13与辅集流部14的冷媒完全分离，这样可以解决第一集流管1分配时发出的噪音问题。冷媒在热交换器中经过各自的路径换热后，在第二集流管4汇合后流出热交换器，并通过第二接口40流出。这样能达到均匀分配冷媒的效果，同时，也可以克服两相流所产生的噪音问题。

另外，上面实施方式中的隔板主要是使从分配器中流出的两种流体完全隔断，隔板位置随制冷系统的变化是相对可变的，且主集流部的长度大于辅集流部的长度，主集流部的长度是辅集流部的长度的6倍以上；另外与主集流部连接的主连接管7的数量少于与主集流部13连接的扁管3的数量的1/2。另外，分配器的截面形状首选圆柱体，但也可以为非圆柱体的其他各种规则或不规则的立体结构，同样可以实现本发明的目的。而与主连接管连接的主流体接口12一般均匀的开在第一集流管1的主集流部13的侧面位置，位于相邻的两根扁管之间，并高于第一集流管的内径或高度方向的中心线；这样分配效果相对较好。另外分配器2的内径或其内部宽度D与主连接管的内径d之间满足：2≤D/d≤10。

另外，本发明的微通道热交换器还可以采用其它的连接方式，如图3所示，图3是本发明第二种具体实施方式的微通道热交换器的连接结构示意图。本实施方式与上面介绍的第一实施方式的主要区别在于，第一集流管的结构不同，分配器2的次出口22的连接方式不同。具体地，该实施方式中第一集流管1a中没有设置隔板，第一集流管1a内部是全部连通的，这样第一集流管中没有设置次流体接口，次流体接口41设置在第二集流管4a上；分配器2下端的主出口21通过多根主连接管7与第一集流管1a的多个主流体接口12连接，主连接管7与主流体接口12的数量是相同的；主流体接口12在第一集流管内大致均匀分布；分配器2上端的次出口22通过次连接管18与第二集流管4a的次流体接口41连接，优选地，分配器2的主体26的下端所处的高度高于第一集流管1a所处位置的高度。这样，在微通道热交换器作为蒸发器使用时，从第一接口20流入的经节流的汽液两相冷媒，经过分配器2时，由于液态冷媒的重力要大于汽态冷媒的重力，两相冷媒在分配器2内将发生分离或基本发生分离，液态冷媒会相对集中地汇集于分配器2的下半部份，而气态冷媒会基本集中于上部空间，这样，在分配器2顶部区域基本为气态冷媒，气态冷媒从顶部的次出口22经次连接管18到达第二集流管4a；而在分配器2下部区域内的液态冷媒经主出口21，并经主连接管7分配到第一集流管1a内，并通过与第一集流管1a连通的扁管3；在冷媒经过扁管3时，与换热翅片5一起与外部进行热交换，冷媒吸收热量蒸发后流到第二集流管4a，这两路冷媒经过各自的路径在第二集流管4a汇合后流出热交换器，并通过第二接口40流出。

具体地，次流体接口41设置在第二集流管的中间位置或中间位置与第二集流管的远离第二接口的另一端之间的另一半的位置。这样，从分配器2上方的次出口22流出的气态冷媒就从次连接管18通到第二集流管4a，由于第二集流管4a设置在相对上方位置，次连接管18又具有一定的长度，这样，从次连接管18通到第二集流管4a的冷媒可以保证基本为气态冷媒，且由于该部份冷媒的压力相对较高，可以直接从第二集流管4a排出，这样，还可以使分配器2内下部保证为液态冷媒且使该部份液态冷媒的温度降低，虽然这部份气态冷媒是直接排放回去，但总体的换热效果反而会得到提高。另外在次出口22和第二集流管4a的次流体接口41之间的连接管路中还可以设置一个单向阀（图中未画出），防止第二集流管4a内的气态冷媒倒灌至分配器，同时，可以防止制热时，冷媒不经过换热器参与换热而直接进入分配器。

下面介绍本发明的第三种具体实施方式，如图4所示，图4是本发明第三种具体实施方式的微通道热交换器的连接结构示意图。微通道热交换器包括位于下方的第一集流管1b、位于上方的第二集流管4、第一集流管1b与第二集流管4之间设置的多组扁管3、扁管3之间设置的多组换热翅片5；第二集流管4连接通过第二接口40与系统连接，第一集流管1b通过隔板11分隔成两部份：主集流部13、辅集流部14，其中主集流部13设置有一个主流体接口16，主流体接口16设置在第一集流管1b远离辅集流部14的相对侧，另外辅集流部14设置有至少一个次流体接口15；分配器2b的主体为圆管状结构，分配器2b大致呈纵向设置，与扁管3平行或呈一定角度地设置在换热器芯体的侧部；分配器2b在偏向下侧位置设置有与主流体接口16连接的主出口21，主流体接口16与主出口21通过主连接管25连接相连通，这样分配器2与第一集流管1b的主集流部13相连通；另外分配器2在偏向上侧位置设置有至少一个次出口22，次出口22优先考虑设置在竖向的顶部位置，次出口22与第一集流管1b的辅集流部14的次流体接口15通过次连接管8连接。这一实施方式的优点是分配器与第一集流管的连接更加简单方便，可减少焊接点，且由于分配器呈纵向设置，从主出口2b出来的流体基本上是液态冷媒，同样，通过主连接管25到第一集流管1b的冷媒也基本上为液态冷媒，这种实施方式同样可以达到均匀分配冷媒，并克服因两相流而产生的噪音。本实施方式的其他结构与连接方式可以参照上面的其他实施方式，这里不再详细介绍。

另外，分配器的次出口也可以采用与第二集流管连接，如图5所示，图5是本发明第四种具体实施方式的微通道热交换器的连接结构示意图，本实施方式与上面介绍的第三实施方式的主要区别在于，第一集流管的结构不同，分配器的次出口的连接方式不同。具体地，该实施方式中第一集流管1c中没有设置隔板，分配器2下端的主出口21通过主连接管25直接与第一集流管1c的主流体接口16连接，第一集流管1c内基本都是从分配器2b下端流动过来的液态冷媒，分配器2上端的次出口22通过次连接管18与第二集流管4a的次流体接口41相连接连通，次连接管18上也可以设置单向阀以防止流体倒流。同样优选地，分配器2主体的下端所处的高度高于第一集流管1c的高度。第一集流管1c的主流体接口16设置在第一集流管1c的一端，而不是均匀设置于第一集流管上。另外，主流体接口也可以设置为两个，分别设置在第一集流管的两端部，这样也同样可以实现本发明的目的。而具体的运行方式与上面相同，这里不再详细介绍。

另外，分配器与第一集流管的连接还可以采用其它连接方式，如图6所示，其中图6是本发明第五种具体实施方式的微通道热交换器的连接结构示意图。这种实施方式与图4所示的第三实施方式的主要区别在于，第一集流管的结构有所不同、分配器的主出口与第一集流管的连接结构不同。第一集流管1d在其靠近分配器2d的一端设置有一个连接部，连接部没有设置扁管，而是设置了主流体接口16d，主流体接口16d与最接近的扁管之间具有一定的间距，主流体接口16d与最接近的扁管之间的距离大于相邻两根扁管之间的距离的两倍。分配器2d同样设置有一个位于下端的主出口21d，位于上端的次出口22d，第一接口20d大致位于分配器2d的中部位置。第一集流管1d通过隔板11d分隔成两部份：主集流部13d、辅集流部14d；分配器2d的主出口21d通过主连接管25d与主集流部13d连通，次出口22d通过次连接管8d与辅集流部14d连通，主连接管25d与第一集流管1d大致垂直设置或呈一个30°-150°之间的角度，这样通过主连接管25d进入第一集流管1d的冷媒，由于是采用了内径相对较小的圆形主连接管25d管接到内径相对较大的第一集流管1d上，冷媒流动时压强的变化也不大，从而减小涡流对靠近的几根扁管的影响。

同样地，采用这样的连接方式后，分配器的次出口也是可以直接连接到第二集流管上的，如图7所示，连接图7是本发明第六种具体实施方式的微通道热交换器的连接结构示意图，这一连接方式与图6所示的第五实施方式的主要区别在于：第一集流管1e内没有设置隔板，分配器的主出口22d是通过次连接管18d连接到第二集流管4a的次出口41；其他的连接与使用可以参照上面介绍的其它实施方式，这里不再详细介绍。

对于微通道热交换器来说，噪音的来源主要是制冷剂的流动声和喷射声。进一步来说，对于作为蒸发器使用的微通道热交换器，经过节流阀之后的两相流冷媒经过下部集流管可能会有喷射声。喷射噪声具有声级高、频带宽、传播远的特点，是由高速气流冲击和剪切周围静止气体，引起剧烈的气体扰动而产生的。而当底部集流管基本为液态冷媒时，就不会存在喷注和空化噪音，进而解决了微通道换热器气液两相的冷媒分配而产生的噪音问题。

另外上面介绍的实施方式中都是一个分配器与一组换热器芯体配套，在换热器结构较大时，如集流管的长度较长时，也可以一组微通道热交换器采用两组或更多组分配器进行结合使用，具体地，是采用多组分配器，使经过多组分配器后的冷媒经分配器后分别通过分配器的主出口连接到第一集流管的多个主流体接口，而使分配器的次出口连接到第一集流管的次流体接口或第二集流管，这样，可以满足相对较大的微通道热交换器的使用，其它具体结构可以参照上面所描述的具体实施方式，这里不再详细介绍。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。说明书中所用到的方位词如上下、内外只是为了说明清楚，而不应视作对本发明的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，如将上面所描述的实施方式进行组合、或替代等等。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种微通道热交换器，包括位于下方的第一集流管、位于上方的第二集流管、第一集流管与第二集流管之间设置的多组扁管，其特征在于：所述微通道热交换器还包括位于所述第一集流管外的分配器，所述分配器主体为管状结构，所述分配器在分配器主体高度方向的中心向下位置设置有至少一个主出口，另外分配器在分配器主体高度方向的中心向上位置设置有至少一个次出口，所述第一集流管上设置有至少一个主流体接口，主流体接口与所述分配器的主出口直接连接或通过主连接管连接，所述微通道热交换器在所述第一集流管或第二集流管上设置有次流体接口，所述分配器的次出口与次流体接口通过次连接管连接，且所述分配器主体为垂直设置或斜向设置，分配器主体所处位置的高度高于所述第一集流管所在的高度。

2.根据权利要求1所述的微通道热交换器，其特征在于，所述分配器上还设置有与系统连接的第一接口，第一接口设置于所述分配器主体的中部位置的侧部；第一接口高于所述主出口的高度，并低于所述次出口的高度；所述第二集流管设置有与系统连接的第二接口。

3.根据权利要求2所述的微通道热交换器，其特征在于，所述分配器还包括位于主体上方端部的第一端盖及位于下方端部的第二端盖，第一端盖、第二端盖与分配器主体通过焊接密封连接，所述主出口设置于所述第二端盖或与所述第二端盖密封连接的管路件上；所述次出口设置于所述第一端盖或与所述第一端盖密封连接的管路件上。

4.根据权利要求1-3其中任一所述的微通道热交换器，其特征在于，所述第一集流管上设置的与所述分配器主出口连接的主流体接口为两个以上，连接主出口与主流体接口的主连接管与主流体接口的数量相同；且第一集流管的主流体接口的中心设置在第一集流管的高度方向的中心或中心偏向上位置，且主流体接口位于相邻的两根扁管之间。

5.根据权利要求4所述的微通道热交换器，其特征在于，所述第一集流管通过隔板分隔成两部份：主集流部、辅集流部，其中主流体接口基本均匀地设置在主集流部的轴线方向，次流体接口设置在辅集流部，主集流部的长度是辅集流部长度的6倍以上；主集流部、辅集流部分别通过扁管与第二集流管连接。

6.根据权利要求4所述的微通道热交换器，其特征在于，所述次流体接口设置在第二集流管，从所述分配器的次出口连接出来的流体通过次连接管连接到位于上方的第二集流管；所述第一集流管内没有设置隔板，所述主流体接口基本均匀地设置在第一集流管的轴线方向。

7.根据权利要求6所述的微通道热交换器，其特征在于，所述次流体接口设置在第二集流管的中间位置或中间位置与第二集流管的远离第二接口的另一端之间，且在分配器的次出口和第二集流管的次流体接口之间的次连接管中设置有单向阀，从所述次出口向第二集流管的次流体接口方向时导通，而从第二集流管的次流体接口向分配器的次出口方向时关闭。

8.根据权利要求1-3其中任一所述的微通道热交换器，其特征在于，所述主流体接口设置在所述第一集流管的两端部或两端部之一，所述分配器的主出口与第一集流管的端部的主流体接口通过主连接管连接，所述分配器的主出口的高度高于第一集流管的端部的主流体接口的高度；所述主流体接口的轴线与所述第一集流管的轴线平行、或垂直、或呈一个30°-150°之间的角度。

9.根据权利要求8所述的微通道热交换器，其特征在于，所述第一集流管通过隔板分隔成两部份：主集流部、辅集流部，其中主流体接口设置在主集流部一端的端部，次流体接口设置在辅集流部，主集流部的长度是辅集流部长度的6倍以上；主集流部、辅集流部分别通过扁管与第二集流管连接。

10.根据权利要求8所述的微通道热交换器，其特征在于，所述次流体接口设置在第二集流管，从所述分配器的次出口连接出来的流体通过次连接管连接到位于上方的第二集流管；所述第一集流管内没有设置隔板，所述主流体接口设置在第一集流管轴线方向的一个端部。

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