CN112690519A - 一种基于仿生学原理的全身性复合降温服 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于仿生学原理的全身性复合降温服，该复合降温服基于人体仿生学设计，根据人体表面散热量分布、汗腺分布，主动脉血管分布、人体器官产热量，充分考虑人体不同器官的保暖要求及人体热舒适性要求，在设置有隔热层的基础上，对应不同人体部分的复合降温服内的液冷循环换热通道区别化设计，通过冷却液在复合降温服内的液冷循环换热通道内循环流动，将复合降温服内侧的人体的热量转移到外侧，实现人体降温的目的。设置于复合降温服背侧的液冷供给箱为液冷循环提供动力，并通过半导体制冷组件对回流的冷却液进行降温，当微型水泵将冷却液输送到液冷循环换热通道内时温度较低，提高液冷循环降温的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种全身性复合降温服，尤其涉及一种基于仿生学原理的全身性复合降温服，利用水冷循环换热管和热舒适性降温服实现高温环境下人体温度调控的全身性复合降温服。
背景技术
人在炎热的夏季或者高温环境中,尤其是当环境温度超过32度时,人的生理机能会出异常改变,比如大量出汗会让心血管负担加重,如高温超过人体的承受极限,轻则降低工作效率,影响判断力严重则会引发中暑的现象如得不到及时救护甚至有可能危及生命。同时,人体最适宜的相对湿度为45％-65％RH,低于或高于这个湿度都会让人产生一定的不适感。
为了解决此类问题,人们研究出了降温服,现有的降温服大体分为两种一种为遮光通风型,既通过遮蔽辐射源如在服装内加装反射和热膜或通风如在衣服内加装风扇来实现。另一种为在服装内设计循环冷却系统冷却液带走热量来实现。目前,降温服的应用范围已逐步扩展到军用、航天、消防、冶金、采矿、医疗和体育等众多领域,主要用于在高温环境中避免人体过热,增强人体热舒适性,以及应用于某些疾病的治疗等。虽然效果很好,但随着全球气温的变暖,夏日的酷热越来越成为人们工作生活的障碍。而如何有效便利为高温工作人群实施降温则成为困扰研发人员的一个难题。同时简单可靠的解决方案及成本可控的产品则成为关键。
国外已研发了适合不同行业人员穿着要求的冷却服。1991年海湾战争期间,美国空军采用了一种新型间歇性多人降温系统,该系统由空调器、化学战剂过滤器和背心等组成。空调器产生的冷气流通入化学战剂过滤器,再通入防护服的背心内而降低人体的温度。美国海军航空兵系统司令部正开发一种称为“制冷盔甲”的背心式空调系统,该系统通过一套过滤吹风管将周围的空气吸进位于进气口一侧的空调器,经过调节的空气从出气口进入飞行服内的导管而达到降低飞行员体温的目的。
从1980年开始,我国研发了直升机飞行员用液冷头盔和便携式局部液冷服。我国也研发了新型便携式单兵降温系统,该系统由降温背心和制冷系统组成,背心前后布满蛇形塑料软管,制冷系统包括作为冷源的冰袋、泵和电池等。使用时将背心和制冷系统相连接,开启电源后,水泵将冰袋的冰水注入背心的塑料软管中,通过冰水循环达到人体降温的目的。
在现有技术中,降温服一般采用制冷剂制冷原理,制冷剂循环路径单一，管径固定，为考虑人体不同部位的不同降温需求，且制冷速度慢,效率低,需要不断的提供制冷剂,无法做到能源的持续利用,不符合当今社会提倡的环保主题。目前的降温服质量重,功能少，不足以满足使用者的需求。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有降温服的不足，提供了一种基于仿生学原理的全身性复合降温服，该降温服具有充分考虑人体热舒适性要求，可以满足矿用、军用、警用等特殊情况下作业人员的散热或热舒适性的要求，而且所述全身性复合降温服具有使用便捷、续航时间长、人体活动空间不受限制等优点。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种基于仿生学原理的全身性复合降温服，其特征在于，该复合降温服包括复合降温服本体和液冷供给箱，所述复合降温服本体为高领连体衣样式，手部跟脚部为封闭设计，后背设置有用于穿脱的拉链连接结构；所述复合降温服本体1由四层材料复合而成，从外到内依次为本体层、隔热材料层、换热腔层和里料层，四层材料通过黏合或其他的方式复合构成复合降温服本体；
所述换热腔层内设置有液冷循环换热通道，液冷循环换热通道排布参考人体主动脉血管分布，具体的，在换热腔层的衣领前侧部分的中部设置有一个呈“v”型排布的主动脉换热管道，主动脉换热管道的上部的两端朝衣领两侧延伸并延伸到衣领的后侧；两侧的主动脉换热管道在衣领后侧延伸到对应侧的三分之一长之后往下延伸至肩部往下1/3上身衣长处，之后与顺流导液管连接；顺流导液管的另一端穿过隔热材料层、本体层上预留的小孔后，通过转换接头与微型水泵的液体输出端连通；
主动脉换热管道的下部位于换热腔层的前侧且在距离肩部的1/6上身衣长的位置，其末端通过一个转换接头与三根胸前换热管道连通，其中，中间的胸前换热管道设置于换热腔层的前侧的正中间位置且朝下延伸，两侧的两个胸前换热管道与中间的胸前换热管道均成30°夹角且向两侧延伸，两侧的两个胸前换热管道的末端均分别斜街有水平设置的半圆形转换管道，半圆形转换管道的开口朝换热腔层的前侧的中间位置；在两侧的两个胸前换热管道与半圆形转换管道的衔接处均设置有转换接头，使两侧的两个胸前换热管道均与竖直朝向肩膀设置的手臂换热管道连通；手臂换热管道向上延伸到腋窝与肩膀的之间的中部高度时水平向外侧延伸，到达在衣袖位置后沿衣袖的中线向封闭设计的手部的末端延伸；在衣袖的肘部的手臂换热管道上通过转换接头朝向衣袖的两侧设置有手臂微换热管道，手部的手臂换热管道从当前侧绕手部的末端折回朝向手部的另一侧向上延伸，并与手臂微换热管道汇合后沿衣袖另一侧的中线往肩部延伸，到达腋窝与肩膀的之间的中部高度时，水平向衣领处延伸，在肩部的二分之一长度位置时，朝向往换热腔层的背侧往下延伸至后侧腰部处并连接有回流导液管；
两侧的半圆形转换管道通过一端水平连接管与位于中间的胸前换热管道的末端汇合，三根管道汇合后再通过转换接头与排布在其下方两侧的“S”型腹部换热管连通，两侧的“S”型腹部换热管连通为多层迂回且通道流通方向为从上往下，两侧的“S”型腹部换热管相对设置且两者的底部连通；在两侧的“S”型腹部换热管的底部的两侧的末端及两侧的三分之一长度处分别向裤腿膝盖部位延伸有大腿换热管道，同一侧的末端和三分之一长度处的大腿换热管道在同一侧的大腿肘部汇合并沿裤腿前侧的中部往脚部末端延伸；在裤腿膝盖部位往上1/15衣长的地方的大腿换热管道上通过转换接头设置有往上且朝向裤腿大腿两侧的大腿微换热管；在裤腿膝盖部位往下1/12衣长的地方的大腿换热管道上通过转换接头设置有往下且朝裤腿小腿两侧的小腿微换热管；脚部末端的大腿换热管道从当前侧绕脚部末端朝脚部的另一侧折回且经过脚跟并沿裤腿后侧的中部往上、与大腿微换热管和小腿微换热管的末端汇合后延伸到后侧腰部处并连接有回流导液管；回流导液管穿过隔热材料层、本体层上预留的小孔后，与液冷供给箱内的储液罐的底部连通；
液冷供给箱包括采用隔热材料制作而成的箱体，箱体内设置有微型水泵、过滤器、流量计、便携式电池、半导体制冷组件、储液罐，储液罐固定在箱体内侧的底部，储液罐的底部与箱体底部上均设置有一个通孔，两个通孔位置正对，多根回流导液管的末端通过多孔密封端盖安装在储液罐与箱底底部的通孔上且与储液罐内部连通；每根回流导液管上均设置有逆止阀；半导体制冷组件固定在箱体的后侧的侧面上，且其制冷端位于箱体的内侧，其散热端位于箱体的外侧，其制冷端与散热端通过箱体的后侧的侧面隔离，通过密封胶使其制冷端密封在箱体的内侧；微型水泵的液体输入端通过冷凝导液管与储液罐内部的底部连通，冷凝导液管的中部与半导体制冷组件的制冷端接触，在靠近微型水泵2的输入端的冷凝导液管上设置有过滤器和流量计；
每根顺流导液管上设置有逆止阀；微型水泵固定在箱体内侧的顶部的一侧，过滤器、流量计固定在箱体内侧的顶部的另一侧，微型水泵的调控开关与流量计的显示盘位于箱体外侧的顶面上；便携式电池固定在箱体一侧面的上部，且在该侧面上设置有可拆卸式卡块，用于更换便携式电池；便携式电池通过导电线分别与微型水泵、流量计、半导体制冷组件连接，为其供电；
箱体上用于容纳顺流导液管的小孔上安装有多孔密封端盖，用于使顺流导液管通过的同时实现箱体内部的密封；在顺流导液管与回流导液管的外侧面上均设置有保温涂层，用于避免导液管内的液体与外界发生热交换；
液冷供给箱通过设置肩带或者缝制的方式设置在复合降温服本体的背侧。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：本发明全身性复合降温服基于人体仿生学设计，根据人体表面散热量分布、汗腺分布，主动脉血管分布、人体器官产热量，充分考虑人体不同器官的保暖要求及人体热舒适性要求，在设置有隔热层的基础上，对应不同人体部分的复合降温服内的液冷循环换热通道区别化设计，通过冷却液在复合降温服内的液冷循环换热通道内循环流动，将复合降温服内侧的人体的热量转移到外侧，实现人体降温的目的。设置于复合降温服背侧的液冷供给箱为液冷循环提供动力，并通过半导体制冷组件对回流的冷却液进行降温，当微型水泵将冷却液输送到液冷循环换热通道内时温度较低，提高液冷循环降温的效率。
附图说明
图1为本发明复合降温服一种实施例的复合降温服本体的构成示意图(剖视)；
图2为本发明复合降温服一种实施例的复合降温服本体内的液冷循环换热通道排布示意图；
图3为本发明复合降温服一种实施例的液冷供给箱内的管道连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明内容做进一步阐述。
本发明提供一种基于仿生学原理的全身性复合降温服(简称复合降温服，参见图1-3)，该复合降温服包括复合降温服本体1和液冷供给箱，所述复合降温服本体1为高领连体衣样式，手部跟脚部为封闭设计，后背设置有用于穿脱的拉链连接结构；所述复合降温服本体1由四层材料复合而成，从外到内依次为本体层19、隔热材料层20、换热腔层21和里料层22，四层材料通过黏合或其他的复合形式构成复合降温服本体1；里料层由80％棉、20％氨纶纺织而成；
所述换热腔层21内设置有液冷循环换热通道，液冷循环换热通道排布参考人体主动脉血管分布，具体的，在换热腔层21的衣领前侧部分的中部设置有一个呈“v”型排布的主动脉换热管道8，主动脉换热管道8的上部的两端朝衣领两侧延伸并延伸到衣领的后侧；两侧的主动脉换热管道8在衣领后侧延伸到对应侧的三分之一长之后往下延伸至肩部往下1/3上身衣长处，之后与顺流导液管连接；顺流导液管的另一端穿过隔热材料层20、本体层19上预留的小孔后，通过转换接头与微型水泵2的液体输出端连通；
主动脉换热管道8的下部位于换热腔层21的前侧且在距离肩部的1/6上身衣长的位置(从肩部到腿部分叉处的衣长为上身衣长)，其末端通过一个转换接头与三根胸前换热管道9连通，其中，中间的胸前换热管道9设置于换热腔层21的前侧的正中间位置且朝下延伸，两侧的两个胸前换热管道9与中间的胸前换热管道9均成30°夹角且向两侧延伸，两侧的两个胸前换热管道9的末端均分别斜街有水平设置的半圆形转换管道，半圆形转换管道的开口朝换热腔层21的前侧的中间位置；在两侧的两个胸前换热管道9与半圆形转换管道的衔接处均设置有转换接头，使两侧的两个胸前换热管道9均与竖直朝向肩膀设置的手臂换热管道10连通；手臂换热管道10向上延伸到腋窝与肩膀的之间的中部高度时水平向外侧延伸，到达在衣袖位置后沿衣袖的中线向封闭设计的手部的末端延伸；在衣袖的肘部的手臂换热管道10上通过转换接头朝向衣袖的两侧设置有手臂微换热管道，手部的手臂换热管道10从当前侧绕手部的末端折回朝向手部的另一侧向上延伸，并与手臂微换热管道汇合后沿衣袖另一侧的中线往肩部延伸，到达腋窝与肩膀的之间的中部高度时，水平向衣领处延伸，在肩部的二分之一长度位置时，朝向往换热腔层21的背侧往下延伸至后侧腰部处并连接有回流导液管；
两侧的半圆形转换管道通过一端水平连接管与位于中间的胸前换热管道9的末端汇合，三根管道汇合后再通过转换接头与排布在其下方两侧的“S”型腹部换热管连通，两侧的“S”型腹部换热管连通为多层迂回且通道流通方向为从上往下，两侧的“S”型腹部换热管相对设置且两者的底部连通；在两侧的“S”型腹部换热管的底部的两侧的末端及两侧的三分之一长度处分别向裤腿膝盖部位延伸有大腿换热管道，同一侧的末端和三分之一长度处的大腿换热管道在同一侧的大腿肘部汇合并沿裤腿前侧的中部往脚部末端延伸；在裤腿膝盖部位往上1/12衣长(从衣领顶部到脚底的长度为衣长)的地方的大腿换热管道上通过转换接头设置有往上且朝向裤腿大腿两侧的大腿微换热管；在裤腿膝盖部位往下1/12衣长的地方的大腿换热管道上通过转换接头设置有往下且朝裤腿小腿两侧的小腿微换热管；脚部末端的大腿换热管道从当前侧绕脚部末端朝脚部的另一侧折回且经过脚跟并沿裤腿后侧的中部往上、与大腿微换热管和小腿微换热管的末端汇合后延伸到后侧腰部处并连接有回流导液管。回流导液管穿过隔热材料层20、本体层19上预留的小孔后，与液冷供给箱内的储液罐6的底部连通；
液冷供给箱包括采用隔热材料制作而成的箱体，箱体内设置有逆止阀7、微型水泵2、过滤器3、流量计4、便携式电池、半导体制冷组件5、储液罐6，储液罐6固定在箱体内侧的底部，储液罐6的底部与箱体底部上均设置有一个通孔，两个通孔位置正对，多根回流导液管的末端通过多孔密封端盖安装在储液罐6与箱底底部的通孔上且与储液罐6内部连通；每根回流导液管上均设置有逆止阀7；半导体制冷组件5固定在箱体的后侧的侧面上，且其制冷端位于箱体的内侧，其散热端位于箱体的外侧，其制冷端与散热端通过箱体的后侧的侧面隔离，通过密封胶使其制冷端密封在箱体的内侧；微型水泵2的液体输入端通过冷凝导液管与储液罐6内部的底部连通，冷凝导液管的中部与半导体制冷组件5的制冷端接触，在靠近微型水泵2的输入端的冷凝导液管上设置有过滤器3和流量计4。
每根顺流导液管上设置有逆止阀7。微型水泵2固定在箱体内侧的顶部的一侧，过滤器3、流量计4固定在箱体内侧的顶部的另一侧，微型水泵2的调控开关与流量计4的显示盘位于箱体外侧的顶面上；便携式电池固定在箱体一侧面的上部，且在该侧面上设置有可拆卸式卡块，用于更换便携式电池；便携式电池通过导电线分别与微型水泵2、流量计4、半导体制冷组件5连接，为其供电。
箱体上用于容纳顺流导液管的小孔上安装有多孔密封端盖，用于使顺流导液管通过的同时实现箱体内部的密封。在顺流导液管与回流导液管的外侧面上均设置有保温涂层，用于避免导液管内的液体与外界发生热交换。
液冷供给箱通过设置肩带或者缝制的方式设置在复合降温服本体1的背侧。
所述液冷循环换热通道由抗弯折硅胶软管构成，通过黏合等方式固定在隔热材料层20或里料层22上。
所述微型水泵2的作用是为液冷循环提供动力，一般采用直流微型隔膜水泵。当对流量调节要求较严格时，也可采用直流变频水泵。逆止阀7的作用是防止系统环路内液体倒流，特别是避免系统停止运行后高位液体倒灌溢出。
所述微型水泵2扬程为15m，体长为11cm，功率为60W，额定电压为12V。
所述便携式电池为12V、100Ah的锂电池，长*宽*高分别为56*40*67，单位为mm。
所述半导体制冷组件型号为XH-X255，功率峰值为60W，工作电压为12V。
本发明复合降温服的工作原理为：储液罐内冷却液在微型水泵2的作用下，经过半导体制冷组件5的制冷后被输送到主动脉换热管道8，并沿着主动脉换热管道8的走向往复合降温服的前侧流动，在复合降温服的前侧处沿胸前换热管道9、手臂换热管道10往复合降温服的腹部以及衣袖处流动，衣袖处的冷却液在衣袖由上到下在回流到肩部，然后沿复合降温服的背侧流动到复合降温服背侧的腰部位置，然后通过回流导液管回流到储液罐内；复合降温服的腹部的冷却液沿大腿往小腿流到脚部，并沿着脚部的另一侧、小腿的另一侧、大腿的另一侧回流至复合降温服背侧的腰部位置，然后通过回流导液管回流到储液罐内，完成一次冷却液从液冷供给箱到复合降温服的循环流动，同时实现一次热交换，将复合降温服内侧的人体热量转移到储液罐内。通过流量计4可以观察到冷却液输入到主动脉换热管道8的流量大小，通过调控微型水泵2的工作档位来调整冷却液的流量大小，以调节冷却液与人体热交换速度的快慢。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (6)
1.一种基于仿生学原理的全身性复合降温服，其特征在于，该复合降温服包括复合降温服本体和液冷供给箱，所述复合降温服本体为高领连体衣样式，手部跟脚部为封闭设计，后背设置有用于穿脱的拉链连接结构；所述复合降温服本体由四层材料复合而成，从外到内依次为本体层、隔热材料层、换热腔层和里料层，四层材料通过黏合或其他的方式复合构成复合降温服本体；
所述换热腔层内设置有液冷循环换热通道，液冷循环换热通道排布参考人体主动脉血管分布，具体的，在换热腔层的衣领前侧部分的中部设置有一个呈“v”型排布的主动脉换热管道，主动脉换热管道的上部的两端朝衣领两侧延伸并延伸到衣领的后侧；两侧的主动脉换热管道在衣领后侧延伸到对应侧的三分之一长之后往下延伸至肩部往下1/3上身衣长处，之后与顺流导液管连接；顺流导液管的另一端穿过隔热材料层、本体层上预留的小孔后，通过转换接头与微型水泵的液体输出端连通；
主动脉换热管道的下部位于换热腔层的前侧且在距离肩部的1/6上身衣长的位置，其末端通过一个转换接头与三根胸前换热管道连通，其中，中间的胸前换热管道设置于换热腔层的前侧的正中间位置且朝下延伸，两侧的两个胸前换热管道与中间的胸前换热管道均成30°夹角且向两侧延伸，两侧的两个胸前换热管道的末端均分别斜街有水平设置的半圆形转换管道，半圆形转换管道的开口朝换热腔层的前侧的中间位置；在两侧的两个胸前换热管道与半圆形转换管道的衔接处均设置有转换接头，使两侧的两个胸前换热管道均与竖直朝向肩膀设置的手臂换热管道连通；手臂换热管道向上延伸到腋窝与肩膀的之间的中部高度时水平向外侧延伸，到达在衣袖位置后沿衣袖的中线向封闭设计的手部的末端延伸；在衣袖的肘部的手臂换热管道上通过转换接头朝向衣袖的两侧设置有手臂微换热管道，手部的手臂换热管道从当前侧绕手部的末端折回朝向手部的另一侧向上延伸，并与手臂微换热管道汇合后沿衣袖另一侧的中线往肩部延伸，到达腋窝与肩膀的之间的中部高度时，水平向衣领处延伸，在肩部的二分之一长度位置时，朝向往换热腔层的背侧往下延伸至后侧腰部处并连接有回流导液管；
两侧的半圆形转换管道通过一端水平连接管与位于中间的胸前换热管道的末端汇合，三根管道汇合后再通过转换接头与排布在其下方两侧的“S”型腹部换热管连通，两侧的“S”型腹部换热管连通为多层迂回且通道流通方向为从上往下，两侧的“S”型腹部换热管相对设置且两者的底部连通；在两侧的“S”型腹部换热管的底部的两侧的末端及两侧的三分之一长度处分别向裤腿膝盖部位延伸有大腿换热管道，同一侧的末端和三分之一长度处的大腿换热管道在同一侧的大腿肘部汇合并沿裤腿前侧的中部往脚部末端延伸；在裤腿膝盖部位往上1/15衣长的地方的大腿换热管道上通过转换接头设置有往上且朝向裤腿大腿两侧的大腿微换热管；在裤腿膝盖部位往下1/12衣长的地方的大腿换热管道上通过转换接头设置有往下且朝裤腿小腿两侧的小腿微换热管；脚部末端的大腿换热管道从当前侧绕脚部末端朝脚部的另一侧折回且经过脚跟并沿裤腿后侧的中部往上、与大腿微换热管和小腿微换热管的末端汇合后延伸到后侧腰部处并连接有回流导液管；回流导液管穿过隔热材料层、本体层上预留的小孔后，与液冷供给箱内的储液罐的底部连通；
液冷供给箱包括采用隔热材料制作而成的箱体，箱体内设置有微型水泵、过滤器、流量计、便携式电池、半导体制冷组件、储液罐，储液罐固定在箱体内侧的底部，储液罐的底部与箱体底部上均设置有一个通孔，两个通孔位置正对，多根回流导液管的末端通过多孔密封端盖安装在储液罐与箱底底部的通孔上且与储液罐内部连通；每根回流导液管上均设置有逆止阀；半导体制冷组件固定在箱体的后侧的侧面上，且其制冷端位于箱体的内侧，其散热端位于箱体的外侧，其制冷端与散热端通过箱体的后侧的侧面隔离，通过密封胶使其制冷端密封在箱体的内侧；微型水泵的液体输入端通过冷凝导液管与储液罐内部的底部连通，冷凝导液管的中部与半导体制冷组件的制冷端接触，在靠近微型水泵2的输入端的冷凝导液管上设置有过滤器和流量计；
每根顺流导液管上设置有逆止阀；微型水泵固定在箱体内侧的顶部的一侧，过滤器、流量计固定在箱体内侧的顶部的另一侧，微型水泵的调控开关与流量计的显示盘位于箱体外侧的顶面上；便携式电池固定在箱体一侧面的上部，且在该侧面上设置有可拆卸式卡块，用于更换便携式电池；便携式电池通过导电线分别与微型水泵、流量计、半导体制冷组件连接，为其供电；
箱体上用于容纳顺流导液管的小孔上安装有多孔密封端盖，用于使顺流导液管通过的同时实现箱体内部的密封；在顺流导液管与回流导液管的外侧面上均设置有保温涂层，用于避免导液管内的液体与外界发生热交换；
液冷供给箱通过设置肩带或者缝制的方式设置在复合降温服本体的背侧。
2.根据权利要求1所述的一种基于仿生学原理的全身性复合降温服，其特征在于，所述液冷循环换热通道由抗弯折硅胶软管构成，通过黏合等方式固定在隔热材料层或里料层上。
3.根据权利要求1所述的一种基于仿生学原理的全身性复合降温服，其特征在于，里料层由80％棉、20％氨纶纺织而成。
4.根据权利要求1所述的一种基于仿生学原理的全身性复合降温服，其特征在于，所述微型水泵的扬程为15m，体长为11cm，功率为60W，额定电压为12V。
5.根据权利要求1所述的一种基于仿生学原理的全身性复合降温服，其特征在于，所述便携式电池为12V、100Ah的锂电池，长*宽*高分别为56*40*67，单位为mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于仿生学原理的全身性复合降温服，其特征在于，所述半导体制冷组件型号为XH-X255，功率峰值为60W，工作电压为12V。
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