CN111344519A - 用于工件的蒸汽清洗的蒸汽发生器和设备 - Google Patents

Abstract

在一种已知的用于借助于蒸汽射束清洗工件的装置中，蒸汽由液态水储备产生。这种装置是迟钝和能量效率低的。在此提出一种用于利用蒸汽射束清洗工件的装置，其具有专用的蒸汽发生器(1)，在所述蒸汽发生器中，蒸汽在空心柱形的芯(2)中产生，该芯的外侧被加热并且待蒸发的水借助于喷嘴(6)喷洒到该芯的内侧上。所提出的蒸汽发生器(1)具有附加加热装置(10)，该附加加热装置带有能加热的体(10A)，该体具有空腔(11)，为了进行再加热，该空腔能够被在上游产生的蒸汽(13)穿流，以便产生用于干蒸汽清洗的干蒸汽(14)。还提出了一种具有这种蒸汽发生器的自动化清洗装置。所述装置能够灵活地与自动化周期式生产的要求相匹配并且尤其需要较少的能量和排列面积。本发明尤其能够应用在机械制造中的工业清洗中，尤其应用在汽车部件的制造中。

Description

用于工件的蒸汽清洗的蒸汽发生器和设备

技术领域

本发明总体上涉及一种借助于蒸汽射束对工件的工业清洗以及一种特别适合于此的蒸汽发生器。本发明尤其涉及一种对例如用于汽车工业的或在汽车工业中以大批量生产的构件或组件的蒸汽清洗。在此例如可以涉及切削加工的部件(例如内燃机、传动机构的构件)或其它机器构件、尤其机动车驱动系统的机器构件。然而，本发明不限于清洗用于传统内燃机或电驱动系统的部件，而是可以完全普及地应用于自动化生产。

所提出的蒸汽清洗系统不仅适合于(在后续的工序之前的)中间清洗，例如用于清洗MMS加工残留物，或者适合于卸载后续的最终清洗剂。视构件类型和清洗要求而定，也可以用于根本上的最终清洗。

背景技术

现代的大量生产使用自动的生产线，其中必要时需集成有清洗系统。在此，清洗过程特别是在汽车工业中起到重要作用，因为对构件的清洁性要求(残余污物、颗粒尺寸等)是基本的，并且尤其是对于发动机和传动机构是重要的。典型地，例如由金属制成的部件被切削加工，其中，使用润滑剂并且产生切屑或毛边。在将这种工件进一步加工或装配成组件之前，必须去除杂质，诸如冷却润滑剂的残留物。

最近，尤其已经实施了所谓的最小量润滑(MMS)用于切削加工。由DE 10 2014 101123 A1已知一种用于在使用MMS的切削加工后清洗由金属制成的工件的方法和设备。在此，涂施清洗剂浓缩物并且在预定的作用时间之后用蒸汽射束处理表面。蒸汽发生器的结构形式未被公开。

由WO 2011/124 868 A1中公知另一种方法，其专门用于在切削加工后清洗由金属制成的工件。在此，蒸汽射束被空气压力射束包络。包络的空气压力罩应保护蒸汽射束免受摩擦损失，并且因此提高其在去油脂时的有效性。作为蒸汽发生器，这里还提出了一种传统的锅炉或直流式蒸汽发生器。传统的蒸汽锅炉是迟钝的、能量效率低的并且需要相当大的安装空间。

US 6,299,076 B1描述了一种用于工件、尤其是用于半导体工业的蒸汽清洗系统。为了改善热传递并减少莱顿弗罗斯特现象，在蒸汽发生器的内表面上设置多孔涂层。

对于蒸汽射束清洗而言，快速蒸汽发生器显得明显更有意义。DE 37 79 634 T2或EP 0 302 125 A1描述了一种用于不同的家务应用的快速蒸汽发生器，然而所述快速蒸汽发生器不是为工业目的设计的。

更典型的快速蒸汽发生器是强制直流式锅炉或直流式锅炉。在这种结构形式中，水/蒸汽流被强制通过螺旋盘管，该螺旋盘管被气体或燃油燃烧器从外部加热。根据Stone-Vapor、Clayton或Sulzer和Benson原理，直流式蒸汽发生器是公知的。存在能量效率高的直流式水管锅炉，其例如具有多重嵌套的盘管和废气-热回收，所述直流式水管锅炉在启动后约3分钟内已经可以提供蒸汽。所述直流式水管锅炉是复杂且维护频繁的。它们对于(如蒸汽清洗通常所要求的)较小的蒸汽量或对于在大量生产的周期中的周期式运行不是最佳地设计的。

在后公开的DE 10 2016 107 840 A1中描述了一种用于对工件的工业蒸汽射束清洗的装置。该装置包括清洗容器、保持和输送装置、至少一个可在清洗容器中相对于工件定位的蒸汽喷嘴以及蒸汽发生器，所述保持和输送装置能够保持、转动工件以及将工件输送到清洗容器中并且再将其输送出。在此，作为优选描述了一种电极式蒸汽发生器，其应当利用足以导电的含矿物质水来运行。电极式蒸汽发生器通常包含一定的水储备并且在运行中相对迟钝，也就是说，它不能快速地起动或关断。然而，这对于工件的以几分钟或更短的周期进行的连续清洗是不利的，因为在工件的输送或更换期间不需要蒸汽。然而，蒸汽发生器必须保持在一定温度，而这会不必要地消耗能量。如果蒸汽发生器具有缓冲体积并且在输送周期期间积聚了蒸汽，则可以在一定程度上对此进行补偿。然而，这造成了庞大且复杂的结构形式。

此外，在先进的清洗方法中，视在清洗时要去除的污物的类型而定可选地使用饱和蒸汽或干蒸汽。为了以干蒸汽进行清洗，必须专门地设计直流式水管锅炉以及电极式蒸汽发生器。它们通常必须包含一定的水储备，并且通常装配有附加的过热器。这也是复杂的并且又需要附加的能量消耗和安装空间。

“干蒸汽(英文“dry steam”)”在此理解为温度高于沸腾温度的蒸汽，然而其尤其仅略微地相对于饱和蒸汽过热。“超临界蒸汽(英文“superheated steam”)”当前在概念上被干蒸汽一并包括，然而在清洗技术上对于工业目的通常是不需要的并且在能量方面不太有意义。

在EP 1 380 795 A1中已经提出了一种用于一般工业应用的能量效率高且结构紧凑的蒸汽发生器。这种蒸汽发生器可能确实适合于周期式运行，但其设计成用于产生饱和蒸汽，即不是用于干蒸汽。

在所提出的蒸汽发生器方面，将US 8,132,545 B2中的内容视作最接近的现有技术。

US 8,132,545 B2描述了一种蒸汽发生器，其具有带有能加热的柱形内表面的套和用于加热该内表面的加热装置。与压力泵连接的喷洒喷嘴将水喷洒到被加热的内表面上。该蒸汽发生器设计成用于高于10bar的内压和高于150℃的温度。在一个实施方式(图4)中，在套的内部空间中设置有附加的加热棒作为辅助加热单元，以便对内部空间中的蒸汽供应另外的热量。由于小水滴的喷入，这种蒸汽发生器在能量方面更有效率并且原则上也允许借助辅助加热单元产生干蒸汽。

发明内容

基本的目标设置是提供一种用于工业清洗工件的装置和方法，其更好地匹配于制造的时间周期和清洗任务和/或提供了特别紧凑的结构形式。此外，与已知的蒸汽发生器相比，用于产生蒸汽的能量消耗应被降低。

因此，本发明的第一个任务在于，提供一种适合的并且相对于现有技术被改进的蒸汽发生器。该蒸汽发生器尤其应适合于在根据本发明的用于清洗工件的装置中使用、需要小的安装空间并且具有尽可能少的能量消耗。

该任务通过根据独立权利要求1的蒸汽发生器和根据权利要求10的装置来实现。此外，根据权利要求16提出一种用于自动化工业清洗的应用。从属权利要求涉及优选的实施方式。

这类工业清洗设备为了借助于蒸汽射束清洗工件的目的包括清洗室、在清洗室中的至少一个蒸汽喷嘴和至少一个蒸汽发生器，所述清洗室优选能够密封地封闭以防蒸汽逸出，所述蒸汽喷嘴用于以蒸汽加载工件，其中，所述蒸汽喷嘴能够位置固定地或可定位地布置，所述蒸汽发生器对所述蒸汽喷嘴供应蒸汽。此外，为了使清洗设备自动化，设置有适合的操作装置，借助该操作装置能够将工件和所述至少一个蒸汽喷嘴相对于彼此定位，以便使工件的期望的区域经历清洗过程。

根据本发明，提出了蒸汽发生器的特别的构型。这种构型的特征首先在于：

-所述蒸汽发生器具有能加热的套式芯元件，所述芯元件具有能加热的、优选为柱形的、由导热材料构成的内表面，并且所述蒸汽发生器配备有至少一个加热装置，所述加热装置安装在所述芯元件上、尤其安装在所述芯元件的外侧，用于加热所述内表面，以及

-所述蒸汽发生器包括至少一个喷洒喷嘴，所述喷洒喷嘴指向所述能加热的内表面，以便将水配量地喷洒到所述内表面上。一个/多个喷洒喷嘴与水流入部连接，并且所述芯配有蒸汽排出部，用于输出产生的蒸汽。

这种构造方式允许有针对性地以能控制的方式仅将根据规定蒸汽清洗过程所需的水量喷入并使其蒸发，而不会损害清洗质量。这允许显著的能量节省以及水节省，因为不出现不必要的蒸汽产生。因为尤其完全取消了水缓冲体积，所以明显地减少了所需的安装空间。由于相应地配量添加的水，使得能够更快或更少延迟地产生蒸汽，这又使得更好地集成到现代的高度灵活的制造设备中。

根据本发明的装置的蒸汽发生器因此不包含液态水储备，而是仅包含被加热的内表面，在该内表面上，少量喷洒的水在短时间内被蒸发。由此可以在生产线的周期中快速地接通或关断。此外，该蒸汽发生器极其紧凑。

能加热的芯的优选柱形的形状以及必要时容器的优选柱形的形状能够实现节省空间地合并到一个或多个“蒸汽筒”形式的清洗装置中。

此外，根据本发明的蒸汽发生器的特征在于，在蒸汽排出部上游、优选在蒸汽发生器容器的内部存在另外的附加加热装置，为了进行再加热，所述附加加热装置可以被所产生的蒸汽穿流。通过选择性地接通或关断附加加热装置，蒸汽发生器既可以产生干蒸汽，也可以产生饱和蒸汽。蒸汽可以在其离开蒸汽发生器之前穿流附加加热装置。因此，所产生的饱和蒸汽可以被过度加热成干蒸汽。

通过将附加加热装置至少部分地、优选完全地布置在容器中、尤其是芯的空腔中，与外部的过热器相比缩短了蒸汽的流动路径并且不需要另外的加热装置的特殊的绝热部。这也有利于紧凑的结构形式并且节省了用于再加热蒸汽的能量。

根据本发明的蒸汽发生器适合于产生干蒸汽。它可以根据需要以小的额外花费提供饱和蒸汽以及干蒸汽。

有利地，用于再加热的附加加热装置在柱形容器的轴线上布置在蒸汽排出部处。

尤其地，附加加热装置可以具有能加热的体，该体带有副空腔，为了进行再加热，该副空腔被在芯的主空腔中的上游产生的蒸汽穿流，以便将该蒸汽加热成干蒸汽。所述副空腔在输入侧经由穿通开口与芯的主空腔连接并且在输出侧与蒸汽排出部连接。所述穿通开口可以相对于芯的主轴线径向或轴向地布置。

在一个优选的实施方式中，所述穿通开口包括或形成横截面缩窄部，该横截面缩窄部引起压力差，尤其在附加加热装置的副空腔中的压力小于芯内的主空腔中的压力。由此避免了液相中的水雾流出并且还由于再加热器中的较小的压力而降低了用于再加热成干蒸汽的能量需求。所述横截面缩窄部可以以任何适合压降的结构方式实现，例如实现为节流部、隔板、孔、喷嘴等。

在一个优选的实施方式中，主加热装置具有能控制的电加热元件，并且附加加热装置具有至少一个能单独控制的电加热元件。例如在关断再加热的情况下，这允许进一步节省能量并且根据需要不仅产生饱和蒸汽而且产生干蒸汽。

在另一实施方式中，为了在每个蒸汽发生器上选择性地配量，可以设置有配量阀，以便配量地或者例如也脉冲式地运行蒸汽发生器。因此，每个蒸汽发生器可以单独运行，这允许分级式地调设蒸汽发生功率，或者也允许通过冗余来进行连续操作的维护。多个结构相同的蒸汽发生器可以作为套组并行地以配量方式运行。

在一种紧凑的实施方式中，蒸汽发生器容器基本上柱形地实施有带有空腔的内置的芯、例如作为能加热的套的空心柱体，其在端侧压力密封地封闭。在此，优选在蒸汽发生器容器的内置的芯和外套之间设置有绝热部。有利地，水流入部和蒸汽排出部布置在柱形的蒸汽发生器的对置的端面上、特别优选地布置在柱体的轴线上。由此尤其促使蒸汽发生器紧凑地集成到根据本发明的装置中。

所述喷洒喷嘴可以具有相对于芯或套的柱体轴线同轴地定向的喷射特性。蒸汽发生器容器优选在装配位态中以其柱体轴线垂直地定向。所述喷射特性例如可以是空心锥形喷射特性，以便使喷入的小水滴尽可能大面积地分布在内表面上。通过垂直的定向实现尚未蒸发的液体在内表面上的向下流动，这支持完全蒸发。

尤其也考虑将雾喷嘴(也称作喷雾喷嘴或雾化喷嘴)作为喷洒喷嘴。所述雾喷嘴将水雾化成具有大的特殊表面的极细液滴。在这种喷嘴中，喷射特性具有次要的意义，因为例如雾的分布可以通过对流在芯的主空腔中进行。

如同喷洒喷嘴，所述另外的加热装置也优选地关于或沿柱形的蒸汽发生器容器的轴线对称地布置。尽管如此，该加热装置优选为了再加热而设置在蒸汽排出部处并且尤其直接通入该蒸汽排出部。在此，为了特别紧凑的结构形式，附加加热装置至少以其结构长度的主要部分轴向地被接收在芯的内部空腔中。优选地，附加加热装置(再加热器)的能加热的体完全被接收在芯的内部空腔中。这允许进一步节省能量，因为该体本来就布置在被加热的芯中并且再加热的热损失被最小化。

所述设备优选包括布置在水流入部上游的泵，该泵对喷洒喷嘴加载适合于喷入的供水压力。所述供水压力优选可以在1至10bar(atm)的范围内、尤其在2至9bar(atm)的范围内。

喷洒喷嘴的供给压力应当超过在产生蒸汽时芯的主空腔内的期望运行压力，该期望压力例如可以在3-6bar(atm)之间、例如大约为4bar。

有利地，根据本发明的装置或设备包括控制单元，该控制单元至少将工件和蒸汽喷嘴之间的相对运动以及蒸汽发生器的运行(尤其是蒸汽喷嘴或用于蒸汽喷嘴的配量阀的运行)彼此协调控制。这例如意味着，蒸汽产生能够在安装和移除工件期间被中断，因为此时不会进行清洗并且不需要蒸汽。也可能的是，当在工件在清洗室中相对运动期间蒸汽供应是有利的时，例如当蒸汽射束多次沿一个方向扫描工件或者区域被不同程度地污染并且例如应可选地以饱和蒸汽或干蒸汽和/或不同的蒸汽量加载时，中断或调整蒸汽供应。

所述控制单元也可以优选地将到主加热装置的加热元件、例如对蒸汽发生器的容器的外侧上的加热导体中的电能供应控制成使得所述电能供应与供给到蒸汽发生器中的水量和/或输出的蒸汽量相协调。这相应地也适用于能单独控制的附加加热装置。

也有利的是，所述装置构型成使得蒸汽发生器能够脉冲式地输出蒸汽。例如，这可以通过接通和关断水流入部和/或蒸汽排出部处的阀来实现。“脉冲式”在此意味着蒸汽流在0.1-10秒内从大约0变化到最大值。这些功能也可以由控制单元与其他制造步骤相协调地控制。

优选地，为了脉冲式或周期式地输出蒸汽，在直接位于蒸汽喷嘴上游的供应管线中设置有受控的配量阀。

被证实为特别优选的是，具有空心锥特性和/或具有喷嘴几何形状的喷洒喷嘴，这在喷嘴预压力≤10bar时保证体积流<0.2l/min、优选<0.15l/min，以便进一步优化水和能量消耗。如果需要更大量的蒸汽，则能够使用相应数量的结构相同的蒸汽发生器。

在另一个优选实施方式中，根据本发明的设备因此包括多个相同的上述类型的蒸汽发生器。所述蒸汽发生器可以模块化地作为“蒸汽筒”使用，并且例如以一个或多个套组的形式以成组的方式合并到根据本发明的装置中，所述套组分别具有例如2、3、4或6例结构相同的蒸汽筒。

这种实施方式提供了一系列其它的优点。首先，各个蒸汽发生器可以实施得更小。因此，它们即使在较小的材料厚度下也足够抗压并且因此可以总体上更成本有利地制造。它们也可以更容易地合并到结构紧凑的清洗装置中，因为它们的几何布置能够匹配于给定的比例。通过单独地控制各个蒸汽发生器或各个套组，也可以在清洗期间灵活地调设所述装置以满足改变的蒸汽要求。最后，如果视所述装置的尺寸而定设置有不同数量的蒸汽发生器，则不同尺寸的清洗装置可以配备有可更经济地制造的统一的蒸汽发生器实施方式。

水流入部和/或蒸汽排出部可以分别针对一个套组或者也可以针对所有蒸汽发生器共同地实施和控制。例如，可以在水流入部上游设置可电气或气动控制的供应截止阀，并且可以在蒸汽排出部下游设置可电气或气动控制的排出截止阀。但也可以附加或替代地为每个蒸汽发生器、尤其为水流入部设置能单独控制的(配量)阀。为了对蒸汽产生配量，所述控制单元尤其可以协调控制供应截止阀、配量阀和/或排出截止阀。

在一个相应于根据DE 10 2016 107 840.9的结构方式的实施方式中，清洗室能够实施为可封闭的清洗容器。在此，操作装置可以是工件专用的保持和输送装置，该保持和输送装置保持工件、将工件输送到清洗容器中又将其输送出并且可以相对于蒸汽喷嘴移动。替代地，为此可以设置可通用于不同工件的工业机器人、例如铰接臂机器人。在这两种情况下，所述操作装置优选能够具有所述清洗容器的压力密封的封闭件。

在一种替代的实施方式中，在清洗室中可以设置有具有至少四个自由度的工业机器人，蒸汽喷嘴布置在该工业机器人上，以便使所述蒸汽喷嘴相对于工件移动。所述工件在此可以在清洗期间位置固定地被保持或者也可以通过第二操作装置可定位地被保持。

根据本发明，提出了一种蒸汽发生器，其尤其但不仅适用于根据前述实施例中的任一个的装置或设备，也就是说，其被确定用于在任何类型的清洗装置中使用。

在最简单的实施方式中，根据本发明的蒸汽发生器包括：能从外部加热的芯、例如空心柱体，其压力密封封闭或布置在压力密封的蒸汽发生器容器中；设置在芯或空心柱体内部的喷洒喷嘴或喷射喷嘴，其与优选被引导穿过端面的水流入部连接；以及蒸汽排出部。根据本发明，所述喷洒喷嘴或喷射喷嘴指向芯的能加热的内表面，使得可以将水配量地喷洒到该内表面上。

在一个优选的实施方式中，蒸汽发生器以筒状的结构方式包括：

-能加热的、压力密封的、由导热材料构成的芯，其具有内部的空腔；

-加热装置，用于尤其从外部加热所述芯；

-被引导穿过端面的水流入部；

-相对于所述芯或空心柱体轴向地布置的喷洒喷嘴，该喷洒喷嘴优选具有空心锥特性，该喷洒喷嘴将水对准所述芯的内表面；以及

-蒸汽排出部，用于将产生的蒸汽输出到清洗过程。

有利地，所述蒸汽排出部布置在芯或空心柱体的与水流入部对置的端侧，优选布置在芯或空心柱体的轴线上。

所述蒸汽发生器可以具有上述作为优选已经阐述的特征。

在本发明的优选改进方案中，例如另外的加热装置尤其轴向地安装在与水流入部对置的端侧的内表面上，使得在蒸汽到达蒸汽排出部之前所述另外的加热装置为了进行再加热被该蒸汽穿流，所述蒸汽例如在空心柱形的芯中产生。

压力密封的芯或空心柱体(主加热装置)的加热可以以任何已知的方式、例如通过流体热载体实现，所述流体热载体通过相应的具有供应管线和排出管线的套引导。符合目的并且优选的是例如电阻丝或加热导体形式的电加热装置。该电阻丝或加热导体可以以符合目的的方式、例如作为螺旋绕组在电绝缘的情况下导热地贴靠在芯的外套面上。所述电加热装置可以构型成使得由其输出的热功率可以通过控制单元来影响。在此，主加热装置和优选另外的副加热装置可以分别具有至少一个能单独控制的电加热元件。主加热装置包括优选一个或多个加热导体，所述加热导体周向且轴向分布地、导热地安装在芯的外侧。所述附加加热装置例如可以包括多个围绕轴线分布的加热筒或环绕的加热导体。

在此，可以在芯的轴线上布置唯一的喷洒喷嘴。特别优选的是具有对称的喷洒特性、尤其是具有空心锥特性的喷嘴。由此，喷洒射束旋转对称地指向能加热的芯的内侧，并且芯的在喷洒射束的冲击位置下游的整个内表面可以用于传热。视所需的蒸汽量而定，多个喷洒喷嘴也可以围绕柱体轴线旋转对称地分布，以便即使在体积流量较大时也获得尽可能小的微滴尺寸。

此外，根据本发明的蒸汽发生器包括用于控制水流入和蒸汽流的器件、例如阀。符合目的地，这些阀可以通过例如来自控制单元的电信号来调设。

根据本发明的蒸汽发生器的芯符合目的地实施成由导热且抗腐蚀的材料、例如不锈钢构成。

芯的电加热装置符合目的地向外绝热，使得不会出现不经济的热损失。为此，可以使用已知的隔绝材料，例如玻璃棉、无机多孔材料、弹性和塑性的(必要时需硬化的)热稳定的聚合物泡沫。一种适合的材料例如是Conti Thermo

(ContiTech股份公司，汉诺威)。在加热导体上方布置的、内部镜面化的并且必要时通过气隙与加热导体隔绝的(例如由钢板制成的)套也支持绝热。

在这种绝热部和芯之间优选设置热反射的内套，其例如具有用于反射热辐射的镜面部。

此外，本发明还涉及一种利用蒸汽射束清洗工件的方法，其特征在于，借助于如上所述的蒸汽发生器实施所述方法。

该方法可以包括：供给；工件与至少一个蒸汽喷嘴的相对运动；蒸汽射束的接通；必要时对应于工件相对于蒸汽喷嘴的定位来控制蒸汽射束；以及将工件从清洗室取出。在此，借助根据本发明的蒸汽发生器实现的蒸汽产生以及工件输送和/或相对于一个/多个蒸汽喷嘴的相对运动优选被彼此协调控制。有利地，蒸汽射束在此可以仅在清洗过程的持续时间期间脉冲式地产生，并且在将工件输送到清洗容器中和从中输送出期间以及在所述装置停机时关断。由此已经得到了显著的进一步的能量节省。由于根据需要配量地供应水和低的质量比，根据本发明的蒸汽发生器特别适合这种周期式运行方式。

有利地，供应给蒸汽发生器的加热功率在此在时间上与供应给清洗装置中的蒸汽喷嘴的蒸汽流相应地切换。由此，除了明显的能量节省之外还实现了清洗和均匀的条件，并且由此得到更好的结果。

另一方面，在清洗周期期间，工件可以不同于一个/多个蒸汽喷嘴地定位或移动，并且在此通过受控地改变加热功率和/或改变蒸汽排出部处的阀的位态，视工件上正在处理的部位的特性、如污染度或表面形状而定，对清洗效果进行匹配。在用于批量成熟的周期式生产的训练过程中，可以基于所观察到的清洗结果相应地调设可能存在的控制器。

根据本发明的装置的应用领域尤其是在制造期间、优选在切削变形之后的再加工之前对工件的清洗。所述装置可以容易地结合到具有预给定的周期的生产线中。本发明尤其适合于在(专用于汽车构件的)机械制造中的应用，特别优选地在用于汽车和其它机动车的驱动和传动部件的制造中应用。所述设备或方法对于车身部件的蒸汽清洗也是有利的。

根据本发明的蒸汽发生器可以实现>95％的效率。本发明的其它优点是：与通常的设备相比减小的空间需求和排列面积需求；即使在不同的构件中也有良好的清洗效果，因为蒸汽喷嘴相对于工件的定位以及蒸汽的加载可以迅速且灵活地与工件相匹配；并且最后显著减少了能量消耗。与传统蒸汽发生器的比较试验显示出仅在电功率消耗上就节省了至少25％。

附图说明

下面根据实施例参照附图在不限制一般性的情况下对本发明的其它特征和优点进行详细阐述。在此示出：

图1A：以纵截面示出根据本发明的装置的单个蒸汽发生器单元；

图1B：以分解图示出图1A的蒸汽发生器单元；

图1C：以横截面示出另一根据本发明的蒸汽发生器单元；

图2：以立体图示出蒸汽发生器套组，其具有根据图1和相关管线技术和阀技术的两个单元；

图3：具有根据图2的蒸汽发生器套组的工业清洗设备的简化流程图；和

图4：具有根据本发明的蒸汽发生器单元的蒸汽发生器套组的简化的管道线路和仪器流程图。

具体实施方式

图1A中以纵截面水平示出蒸汽发生器1，但在实践中优选空心柱形轴线的垂直布置。蒸汽发生器1在其内部包括空心柱形的套，该套基本上由专用的芯2、第一端侧3和与该第一端侧对置的第二端侧4组成。这些端侧3、4法兰状地实施并且压力密封地封闭芯2。在第一端侧3的轴线上安装有水流入部5，该水流入部对空心锥式喷洒喷嘴6供给，其中，“射入喷嘴”、“喷射喷嘴”和“喷洒喷嘴”这些术语在此是同义的。配量地通过水流入部5流入空心锥式喷洒喷嘴6的水被喷洒成空心锥形的喷洒射束7，该喷洒射束撞击到芯2的内表面上。供水压力优选在大约2至9bar(atm)的范围内。喷嘴几何形状、尤其是喷入喷嘴6的射束角度和喷嘴横截面选择成使得能够实现例如＜0.15l/min的低的水消耗。

因为芯2通过一个或多个电加热导体8加热，所以喷洒射束7的水在撞击时或者在芯2的内表面上向下流动并转化成饱和蒸汽期间蒸发，所述饱和蒸汽的流动由箭头13表示。多个加热导体8(分别具有约1.2-3.6kW的功率)例如可以以双螺旋的形式作为主加热装置在设置在芯2外部。优选地，在芯2的外侧设置有用于加热导体8的接收槽(图1B)。

在芯2的轴线上布置有另外的加热装置10、例如加热空心柱体，其具有约4至8个围绕其轴线同轴分布的加热筒10B，该加热筒例如分别具有500W的电功率。附加的加热装置10的加热筒10B的功率与具有加热导体8的主加热装置分开控制并且通过这里未示出的电接头供以能量。附加加热装置10允许选择性地产生干蒸汽(过热蒸汽)。该加热装置10包括带有轴向孔11的体10A，所述轴向孔与在第二端面4处的蒸汽排出部9连接。因此，在被加热的芯2上产生的饱和蒸汽13可以通过一个或多个穿通开口12流入所述另外的加热装置10的体10A中的孔11中并且从那里进一步流至蒸汽排出部9，蒸汽从那里经由通至一个或多个蒸汽喷嘴(图3)的阀被引导到清洗室中。如果将能量供应给该加热装置10，那么饱和蒸汽13在再加热的意义上被进一步加热并且作为干蒸汽14离开蒸汽排出部9。该加热装置10的加热筒10B必要时可以单独操控，以便能够精确地调设蒸汽参数。

所述加热筒10B可以例如分别在相应的、朝端侧4敞开的轴向孔中围绕体10A中的孔11分布地安装并且导热地与体10A连接，其方式例如是，将所述加热筒10B力锁合地安装在体10A中。

图1B示出了根据图1A的蒸汽筒形式的蒸汽发生器1的优选紧凑的、轴向彼此嵌套的结构形式。图1B以与图1A相同的附图标记表示结构相同的构件。

套式的芯2是特定地由不锈钢一体制成的成型件，其具有柱形的内表面(图1A)和端侧的连接法兰，用于与端侧3、4的法兰元件压力密封地连接。在外侧引入螺旋环绕的接收槽，用于例如带状的加热导体8。在此，如图1A-1B所示，芯2类似于具有柱形内表面2A的空心柱体地实施并且应具有尽可能小的质量。

在热反射的内套16与施加有隔绝材料15的间隔保持器19之间，必要时可以设置有另外的隔绝部。端侧3、4具有由单个部件构成的法兰状结构，这些单个部件在芯2的端侧法兰上密封、使这些端侧法兰绝热并且同时将内套16和外套18同轴且固定地与芯2连接。所述附加加热装置10同轴地接收在芯2的内部空间中(图1A)，并且为此留出柱形的、环绕的自由空间，以便在芯2的内表面上得到最大的蒸发面积。芯2的结构长度和直径与射入喷嘴6的几何形状、尤其喷射锥角度相协调。在图1A-1B中示出的筒状结构方式尤其简化了维护、例如射入喷嘴6的更换。

内套16上的镜面化减少了由热辐射造成的损失。在该内套16和芯2的外表面之间设置有套式环绕的气隙17作为附加的隔绝部。代替气隙17，在此也可以以相应的额外耗费设置有根据杜瓦容器(英文：Dewar flask)原理的真空或负压，然而这会使构造和维护变困难。

在图1C中以横截面示出根据图1A-1B的方案的蒸汽发生器1’的一种优选的改进方案。该蒸汽发生器1’的区别主要在于，(在这里恰好一个)穿通开口12同轴地设置在再加热器10的体10A中，即设置在喷洒喷嘴6的侧。所述穿通开口12从主空腔2B引导到副空腔11中，例如引导到在体10A中的孔中。该穿通开口12还引起压力差：副空腔11中的压力(例如3.5bar)相对于芯2的主空腔2B中的运行压力(例如大约4bar)更低。穿通开口12的横截面缩窄部避免未蒸发的水雾流出。此外，通过蒸汽的释压或副空腔11中的压力降低，能够以较少的能量供应提供干蒸汽14。为了产生预定的压力减小，例如喷嘴12A或其它构件(诸如节流部、隔板或诸如此类)可以设置在轴向穿通开口12处或设置为轴向穿通开口12，例如设置在体10A端侧处的轴向螺纹孔中。此外，图1C示出了由低导热材料构成的两个保持环16A中的一个，利用该保持环16A将镜面化的内套16在端侧点接触地相对于芯2的内表面2A保持间距。每个保持环可以例如在端侧旋到芯2上。附加于隔绝部15，在外套18的内部根据图1C为了隔热还设置有外隔绝部15A，外套18被该外隔绝部包围。

图1C的其它细节与图1A-1B一致，例如芯2的空心柱形的内表面2A以及内套16和外套18的圆柱形的形状。此外，图1C例如也示出了加热筒10B(在此例如为六件)在体10A中的周向对称分布，并且示出了体10A在横截面上为旋转体的构型，其具有外部的凹陷，用于增加向外到主空腔2B的有效热传递并且减小体10A的质量。体10A的外侧能够朝向喷嘴6锥形地渐缩并且在任何情况下都与芯2的内表面2A间隔开。通过使再加热器10完全地(在此是同轴地)被接收到芯2的内部空腔2B中，进一步降低了能量需求。此外，借助于由穿通开口12引起的压力减小，主空腔2B可以形成一定的蒸汽缓冲，使得当在蒸汽排出部9处发生减少时根据需要产生干蒸汽14。可更换的加热筒10B可以作为“翻开的”、在横截面上为C形的加热元件从端侧4插入或者说压入到轴向孔中，以便牢固地并且面式地贴靠在体10A上，如在图1C中示意性示出的那样。

图2以根据图1A-1B的结构方式示出了蒸汽发生器套组20，其具有两个或四个蒸汽筒或蒸汽发生器1，所述蒸汽筒或蒸汽发生器例如分别具有约4-6kW加热功率。根据图2的模块化蒸汽发生器套组20可以在标定约2-4bar的运行压力下产生约18-20kg/h的湿蒸汽，并且必要时可以多倍地以并联布置设置。在脉冲运行中，蒸汽可以在>10bar的最大压力下被输出。在输入侧，蒸汽发生器单元1的水流经由共同的供给水分配器22与可气动/电气控制的配量/截止阀23连接，用于配量地加载供给水。供给水分配器22确保了在两个蒸汽发生器1的喷洒喷嘴6(图1)上的均匀的供给压力。供给水分配器22上的排气装置24避免空气进入到喷洒喷嘴6中(图1)。在输出侧，每个蒸汽排出部9(图9)都直接连接到蒸汽分配器25上。蒸汽分配器25一方面具有能控制的截止阀26，用于受控地将蒸汽输出到清洗装置或清洗设备的清洗室的蒸汽喷嘴处(参见图3)。蒸汽分配器25处的压力限制阀或安全阀27保护蒸汽筒1免受过压。另一方面，蒸汽分配器25与阀28连接，用于蒸汽的快速排出(压力排出)、例如用于受控的紧急关断(紧急关闭)。

图3以根据图2的结构形式示出具有至少一个、优选2至4个蒸汽发生器套组20的清洗设备30的概览图。在清洗/或处理室31中设置有多个蒸汽喷嘴32，在此例如设置在两个对置的类似转子的承载臂上，所述承载臂在蒸汽清洗期间实施旋转运动，用于面式地清洗工件49。蒸汽喷嘴32可以是本身已知的结构形式并且由蒸汽供应管线33供给，所述蒸汽供应管线连接在(一个或多个)蒸汽发生器套组20的输出部上，更准确地说连接在蒸汽分配器25(图2)上。

图3还示出了清洗设备30的回流回路，利用该回流回路从处理室31回收清洗液。在负压下产生的蒸汽烟羽从处理室31中经由第一过滤器单元41被真空泵40抽吸并且然后供应给下游的第二过滤和分离阶段42，所述第二过滤和分离阶段具有油分离器43。过滤器单元41的出口通到油分离器43中。真空泵40在输出侧与冷凝单元44连接，该冷凝单元的回流部同样通到油分离器43中。从第二过滤和分离阶段42中的清洁罐45中，经由供应管线37中的水泵36，通过一个/多个供给水分配器22将蒸汽发生器套组20与各个蒸汽发生器1连接。水泵36产生用于各个蒸汽发生器1的所期望的供水压力，其例如为大约8bar(atm)。根据喷嘴几何形状、加热功率和运行模式，蒸汽发生器1向蒸汽喷嘴32提供例如在2至6bar(atm)范围内的期望蒸汽压力。

由于蒸汽发生器1的输出压力或者蒸汽分配器25处的输出压力(附图2)和必要时真空泵40的可选地附加的抽吸作用，利用高动态压力增强蒸汽的喷入，进而也增强清洗作用。清洗室31在负压下的运行是纯可选的。在根据图3的闭合回路中，来自清洗室31的冷凝废水(其必要时具有蒸汽烟羽)被冷凝，从而回收清洗液。此外，回收的清洗液的余热可以被用于附加的能量节省。新鲜水仅根据需要由于尤其在第二过滤和分离阶段42中的损失被供应。如果使用蒸馏水或软化水来产生蒸汽以确保蒸汽发生器1、尤其空心锥式喷洒喷嘴6的长的操作时间，则回收是特别有利的。

图3纯示例性地且示意性地示出用于工件49的自动操作装置48，所述操作装置能够沿两个轴线H、V自动地运动进出处理室31。操作装置48使工件49在处理室31中相对于蒸汽喷嘴32移动。操作装置48同时具有抗压的封闭件，该封闭件在工作位态中压力密封地封闭处理室31的开口。

在一个替代的实施方式中(在此未示出)，一个或多个蒸汽喷嘴32能够布置在自动操作装置处的处理室31中并且借此可选地相对于工件定位和/或运动。为此，例如可以使用6轴工业铰接臂机器人(参见WO 2011/124 868A1中的图1)。

图3示出全自动的设备控制装置50，其将(一个或多个)蒸汽发生器套组20的运行与清洗室31的运行、例如自动操作装置48的周期式运行相协调地控制。此外，该设备控制装置50也可以控制和/或能量优化地、例如通过转速调节装置调节供给水泵36。该设备控制装置50的控制线路和测量线路以本身已知的技术实施并且在此示意性地以虚线标明。该设备控制装置50也可以有利地使回流回路的促动器和传感器(例如调节阀、真空泵41和冷凝单元44)与清洗室31和蒸汽发生器20的运行相协调和/或根据需要进行控制，以便实现进一步的能量节省。

每个蒸汽发生器套组20在此可以根据需要与工作室31的周期式运行和/或与对蒸汽喷嘴32的清洗过程的要求相一致地单独由设备控制装置50操控。必要时，借助于独立的配量阀(未示出)可以单独地操控蒸汽发生器套组20中的每个蒸汽发生器1，以便可以更精确地调设蒸汽功率。

用于从一个或多个蒸汽发生器套组20周期式地输出蒸汽、尤其是干蒸汽14的特别简单的解决方案可以通过在蒸汽供应管线33中的适合的控制阀(未示出)来实现，该控制阀通过设备控制装置50根据需求控制。优选地，该控制阀以短的剩余管线布置在蒸汽喷嘴32附近。为了能量优化，设备控制装置50根据需要与自动化清洗协调一致地通过供给阀23控制水的供应以及也通过主和副加热装置8、10A控制每个蒸汽发生器1的加热功率。

图4示出了蒸汽发生器套组20，其具有为了通过设备控制装置50进行过程控制或过程调节优选地设置在其中的测量和调节元件和例如根据图1A-B或图1C的四个结构相同的蒸汽发生器1A、1B、1C、1D。根据图1-3的功能相同的部件在图4中具有相同的附图标记。

在每个蒸汽发生器1A…1D中，在芯2上设置有主温度传感器61(在图1A-1C中未设置)，用于控制或调节作为调节元件的主加热装置8的功率，例如调节到直至600℃的额定温度。相应地，为了独立地控制或调节再加热器10的作为单独的调节元件的副加热装置10B，在体10A上也相应地设置有副温度传感器62(在图1A-1C中未设置)。温度传感器61、62作为测量元件与设备控制装置50连接。设备控制装置50进一步与供给水分配器22处的压力传感器63连接。通过适合的调节元件、例如供给泵的控制装置(参见图3在输入部“PSP”处)和/或溢流阀64，可以或者通过所述设备控制装置或者必要时作为固定的预设将供给压力调设或调节到例如直至8bar的供给压力。如果不需要蒸汽，则设备控制装置50通过能控制的供给阀23关断水供应。

设置有另外的压力传感器65作为蒸汽分配器25处的测量元件并且其测量在蒸汽排出部9处输出的蒸汽压力，尤其用于通过可由设备控制装置50控制的安全阀28向清洗室(输出部“RZ1-2”)中受控地卸载。所述设备控制装置也控制通到蒸汽喷嘴的蒸汽供应管线中的能控制的输出阀26，该输出阀优选用作纯粹的止回阀。此外，在蒸汽分配器25或蒸汽供应管线33处设置有温度传感器66并且其与设备控制装置50连接。在压力传感器65和温度传感器66处的测量例如可以被纳入到经由在蒸汽喷嘴附近的控制阀(未示出)或输出阀26对再加热和/或受控的蒸汽供应进行的控制或调节中。在蒸汽供应管线33中(在输出部“RZ1”和清洗室之间)可以设置压力调整阀，其被预设到所希望的额定蒸汽压力或者由设备控制装置50主动地根据需求或者根据蒸汽清洗所需的蒸汽压力来调设。

附图标记列表

图1A-1B

1 蒸汽发生器

2 芯

2A 内表面

3 空心柱体的第一端侧

4 空心柱体的对置的第二端侧

5 水流入部

6 喷洒喷嘴/空心锥式喷嘴

7 空心锥形的喷洒射束

8 加热导体(主加热装置)

9 蒸汽排出部

10 再加热器(附加加热装置)

10A 再加热器的体

10B 加热筒

11 孔(副空腔)

12 穿通开口(径向)

13 饱和蒸汽

14 干蒸汽

15 隔绝材料

16 镜面化的内套

17 气隙

18 外套

19 间隔保持器

图1C

1’ 蒸汽发生器

2 芯

2A 内表面

2B 主空腔

10 再加热器(附加加热装置)

10A 再加热器的体

10B 加热筒

11 副空腔

12 穿通开口(轴向)

12A 喷嘴

15 隔绝材料

15A 外隔绝部

16 镜面化的内套

16A 保持环

17 气隙

18 外套

图2

1 蒸汽发生器

20 蒸汽发生器套组

22 供给水分配器

23 能控制的供给阀

24 排气装置

25 蒸汽分配器

26 能控制的输出阀

27、28 安全阀

图3

20 蒸汽发生器套组

30 蒸汽清洗设备

31 清洗室

32 蒸汽喷嘴

33 蒸汽供应管线

36 供给水泵

37 供给水供应管线

40 真空泵

41 第一过滤单元

42 第二过滤单元

43 油分离器

44 冷凝单元

45 清洁罐

48 操作装置

49 工件

50 设备控制装置

图4

1A、1B、1C、1D 蒸汽发生器

8 主加热装置

10 再加热器(附加加热装置)

10B 副加热装置

20 蒸汽发生器套组

22 供给水分配器

23 能控制的供给阀

25 蒸汽分配器

26 能控制的输出阀

27 安全阀(手动预设)

28 能控制的安全阀

33 蒸汽供应管线

61 主温度传感器(蒸汽发生器)

62 副温度传感器(蒸汽发生器)

63 压力传感器(供给水)

64 溢流阀(供给水)

65 压力传感器(蒸汽输出)

66 温度传感器(蒸汽输出)

Claims (16)

1.一种用于工业蒸汽清洗的蒸汽发生器(1)，尤其用于产生用于自动化清洗设备(30)的干蒸汽，所述清洗设备用于借助于蒸汽射束清洗工件，所述蒸汽发生器包括：

-带有水流入部(5)和蒸汽排出部(9)的蒸汽发生器容器；

-布置在所述蒸汽发生器容器中的能加热的芯(2)，所述芯由导热材料构成并且具有内部的主空腔和内表面(2A)；

-用于加热所述芯(2)的主加热装置(8)；

-喷洒喷嘴(6)，所述喷洒喷嘴与所述水流入部(5)连接并且布置成将水配量地喷洒到所述芯(2)的内表面(2A)上；和

-另外的附加加热装置(10)，所述附加加热装置在所述蒸汽发生器容器中设置在所述蒸汽排出部(9)上游并且至少部分地设置在所述芯(2)的内部；

其特征在于，

-所述附加加热装置(10)具有能加热的体(10A)，所述体具有副空腔(11)，为了进行再加热，所述副空腔能够被在所述芯(2)的主空腔中的上游产生的蒸汽(13)穿流，以便将所述蒸汽加热成干蒸汽(14)，并且所述副空腔在输入侧经由穿通开口(12)与所述芯(2)的主空腔连接并且在输出侧与所述蒸汽排出部(9)连接。

2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述穿通开口(12)包括或形成横截面缩窄部，所述横截面缩窄部引起压力差，尤其是所述附加加热装置(10)的副空腔(11)中的压力小于所述芯(2)内部的主空腔中的压力。

3.根据权利要求1或2所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述穿通开口(12)相对于所述芯(2)的纵轴线径向或轴向地设置。

4.根据权利要求1、2或3所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述主加热装置具有能控制的电加热元件(8)，并且所述附加加热装置具有至少一个能单独控制的电加热元件(10B)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述附加加热装置(10)以所述能加热的体(10A)至少在所述附加加热装置的结构长度的主要部分上或者完全地在轴向上被接收在所述芯(2)的内部，并且所述体的副空腔(11)优选直接通入所述蒸汽排出部(9)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述喷洒喷嘴(6)相对于空心柱形的芯(2)轴向地布置和/或指向所述芯(2)的柱形内表面(2A)，其中，所述喷洒喷嘴(6)优选实施有空心锥特性和/或喷嘴几何形状，优选所述喷洒喷嘴(6)实施有在喷嘴预压力≤10bar时确保体积流<0.2l/min、优选<0.15l/min的空心锥特性和/或喷嘴几何形状。

7.根据前述权利要求中任一项所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述水流入部(5)布置在一个端侧(3)，并且所述蒸汽排出部(9)布置在另一个端侧(4)，其中，所述附加加热装置(10)安装在与所述水流入部(5)对置的端侧(4)并且同轴地安装在优选为空心柱形的芯(2)中并且优选完全被接收在所述芯中。

8.根据前述权利要求中任一项所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述芯(2)空心柱形地实施有柱形内表面(2A)，和/或所述蒸汽发生器容器基本上柱形地实施有内置的芯(2)，所述内置的芯在端侧(3、4)压力密封地封闭，其中，在所述内置的芯和所述蒸汽发生器容器的外套(18)之间设置有绝热部(15)。

9.根据前述权利要求中任一项、尤其根据权利要求8所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述蒸汽发生器容器在所述绝热部(15)和所述芯(2)之间具有热反射的内套(16)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的蒸汽发生器，其特征在于：

-所述芯(2)套式或空心柱式地、尤其作为由不锈钢构成的成型件一体式地实施有柱形内表面(2A)和端侧的连接法兰，用于在所述端侧(3；4)压力密封地封闭；和/或

-恰好一个穿通开口(12)或多个穿通开口(12)设置在所述能加热的体(10A)中；和/或

-所述水流入部(5)和所述蒸汽排出部(9)同轴地安装在所述蒸汽发生器容器、尤其所述芯(2)的对置的端面(3、4)上；和/或

-所述喷洒喷嘴(6)具有与所述芯(2)的轴线同轴地定向的喷射特性；和/或

-所述蒸汽发生器容器优选在装配位态中以其柱体轴线垂直地定向；和/或

-所述另外的附加加热装置(10)在柱形的蒸汽发生器容器的轴线上布置在所述蒸汽排出部(9)处。

11.一种用于借助于蒸汽射束清洗工件的工业清洗设备(30)，包括：

清洗室(31)，所述清洗室具有在所述清洗室中的至少一个蒸汽喷嘴(32)；

操作装置(48)，借助所述操作装置能够将工件和所述至少一个蒸汽喷嘴相对彼此定位；其特征在于，

具有根据权利要求1至10中任一项所述的至少一个蒸汽发生器(1)，所述蒸汽发生器对所述蒸汽喷嘴供以蒸汽。

12.根据权利要求11所述的清洗设备，其特征在于，

-在所述蒸汽发生器(1)的蒸汽排出部(9)和所述至少一个蒸汽喷嘴之间设置有配量阀，以便配量地和/或脉冲式地输出蒸汽；和/或

-在水流入部的上游布置有泵(36)，所述泵对喷洒喷嘴(6)加载适合于喷入的供水压力。

13.根据权利要求11或12所述的清洗设备，其特征在于，所述设备包括控制单元(50)，所述控制单元至少将工件(49)和蒸汽喷嘴(32)之间的相对运动以及所述至少一个蒸汽发生器(1)的运行彼此协调控制，并且优选地，在水流入部(5)的上游设置有能控制的供应截止阀(23)，并且在蒸汽排出部的下游设置有能控制的排出截止阀(26)，其中，尤其地，所述控制单元(50)将所述供应截止阀(23)和所述排出截止阀(26)协调控制。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的清洗设备，其特征在于，

-所述清洗室(31)实施为能封闭的清洗容器并且所述操作装置(48)是保持和输送装置，所述保持和输送装置保持工件(49)、将所述工件输送到所述清洗容器(31)中且又将所述工件输送出并且能够相对于所述蒸汽喷嘴(32)移动，其中，所述操作装置优选具有用于所述清洗容器的封闭件；和/或

-在所述清洗室(31)中设置有具有至少四个自由度的工业机器人，在所述工业机器人上布置有所述蒸汽喷嘴(32)，以便使所述蒸汽喷嘴相对于工件移动。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的装置，其特征在于，以套组组件(20)的方式设置多个结构相同的根据权利要求1所述的蒸汽发生器(2)，这些蒸汽发生器优选具有用于对各个水流入部(5)供给的、共同的水分配器(22)和由各个蒸汽排出部(9)供应的、用于排出蒸汽的、共同的蒸汽分配器(25)。

16.一种根据权利要求1至10中任一项所述的蒸汽发生器在工业清洗设备(30)中的应用，所述工业清洗设备用于清洗工件，尤其用于清洗机动车的、尤其机动车驱动系统的被切削加工的构件。

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