CN113152609A - 一种气控磁吸通断式水阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气控磁吸通断式水阀，包括阀体、设置在阀体内部的控制管路、输入管路及输出管路、用于实现输入管路与输出管路通断的控制执行机构；所述控制执行机构包括第一阀芯组件、堵头及第二阀芯组件；控制管路内部间歇性的通入空气或形成真空，用以驱动第一阀芯组件带动堵头运动，进而通过阀体内部的通水管路及泄压管路实现第二阀芯组件的动作，并通断输入管路与输出管路；本发明采用气控磁吸开闭式控制技术，实现气控水阀控制堵头的开闭力不会受到水压压力的影响，进而使得适用的水压变化范围大；同时控制腔室单独设立，由输入管路及通水管路进入的液体不会进入控制腔室中，进而不会使得与之连接的其他器件发生故障。

Description

一种气控磁吸通断式水阀

技术领域

本发明涉及真空厕所相关设备用冲水水阀技术领域，特别涉及一种气控磁吸通断式水阀。

背景技术

真空马桶，即将整个马桶系统制造成真空状态，在通向每个马桶的通道上都会有一道冲水水阀与系统隔离开来，当冲洗马桶时，此道阀便会打开，依靠于大气压间的压差，来清理马桶内的排泄物。现有技术中的冲水水阀大多采用电磁水阀技术，更具体的，其一，采用电磁铁通电吸附其中的铁芯的伸缩来控制水阀中膜片的开闭；其二，采用电磁铁通电会旋转水阀中的球形阀芯转子而关闭水阀；其三，采用二位二通电磁换向阀式。

上述三种方式均存在如下共性问题：

(1)真空马桶安装现场环境要求必须配置方便取用的电电线和插排，对于新农村旱厕升级改造成真空马桶后期需要使用大量的电线和插排，项目成本比较大；配置好的电线电缆和插排，存在很大的安全隐患，不仅涉及插排和电缆的质量问题，还涉及接线问题；

(2)用电环境不稳定，特别是偏远地区的农村，比如大西北项目，农村电力不稳定，个别的地方晚上凌晨是不通电的，这段时间就没法用了，或者影响使用效果；

(3)耗电量比较大，现有技术中常采用电驱动的技术方案，都存在用电量的问题，特别是冬天气候寒冷，和夏日酷热难耐的极端天气，耗电量更大；

(4)存在安全隐患，电驱动过程中，真空马桶使用环境禁止有水，特别是洪水，而农村，特别是偏远的山区，洪涝灾害和泥石流自然灾害时有发生，不仅会导致设备故障，而且会对使用者的人身安全构成致命威胁；

(5)维保耗时和费用高，安装不方便，在安装使用过程中，使用相关的配套零件数量也比较多，占用空间也大，同时随着项目安装数量的增加，会在一定程度上造成连接干扰，比如接错管路等；

(6)使用成本过高，由于电磁水阀需要采用电源，而电源的电力来源一般包括如下几种情况：其一，采用电池组，其缺陷在于需要定期更换电池，若存在电池长期未更换的情况，则会导致电池组亏电而使得对应设备无法使用的情况；其二，采用市电，其存在漏电和附近电网电压供电不稳定的限制，而且也在一定程度上增加了投入成本；其三，采用太阳能供电，其受到季节、天气、安装位置、电池板的清洁度等多种因素的限制，进而导致充电不稳定，同时其成本也相对较高；其四，采用风力发电，其受到周围的风能的影响，也存在充电不稳定的问题；再者，还包括其它能源，比如燃料电池供电，其耗材非常昂贵，得不偿失，更不便于应用于电磁水阀的控制。

目前现有技术中也出现了气控冲水水阀，比如第一发明人申请的相关专利，该类气控冲水水阀的进水口水压压力范围有限，不适用于更大范围的水压压力，特别是农村水压波动幅度较大的场合，以及山区和丘陵村镇供水管路，更重要的是已公知技术相关零部件的使用寿命容易受到供水水质的影响，比如供水水源中含有大量水垢会导致相关零件的过早失效的问题；同时，现有技术中关于气控冲水水阀的安装方式一般采用钣金卡箍式安装，需要配备两个或四个零部件，在一定程度上增加了产品的成本。

因此针对现有技术中存在的各个问题，本发明研制了一种气控磁吸通断式水阀，以解决现有技术中存在的问题，经检索，未发现与本发明相同或相似的技术方案。

发明内容

本发明目的是：提供一种气控磁吸通断式水阀，以解决现有技术中应用于真空马桶的冲水水阀进水口水压压力范围有限，不适用于更大范围的水压压力，从而导致其适用性较差的问题，以及产品零部件寿命短和安装方式成本过高的问题。

本发明的技术方案是：一种气控磁吸通断式水阀，包括阀体、设置在阀体内部的控制管路、输入管路及输出管路、用于实现输入管路与输出管路通断的控制执行机构；所述阀体外壁上设置有与控制管路相连通并间歇性通入空气或形成真空的控制口、与输入管路相连通的输入口、以及与输出管路相连通的输出口；所述阀体内部还设置有通水管路及泄压管路；所述控制执行机构包括第一阀芯组件、堵头及第二阀芯组件；所述第一阀芯组件通过控制管路内的压力变化实现升降，并驱动堵头同步运动；所述堵头设置在通水管路与泄压管路之间，控制通水管路与泄压管路之间的通断，并实现第二阀芯组件上下两端压差变化；所述第二阀芯组件设置在输入管路与输出管路之间，通过压差变化实现升降运动而通断输入管路与输出管路。

优选的，所述阀体内部包括同轴且依次设置的控制腔室、第一单向阀腔室、第二单向阀腔室及第三单向阀腔室；所述第一阀芯组件设置在控制腔室内，且控制腔室与控制管路相连通；所述堵头设置在第一单向阀腔室内，并可运动延伸至第二单向阀腔室中，且第二单向阀腔室连通泄压管路与通水管路；所述第二阀芯组件设置在第三单向阀腔室内，并将第三单向阀腔室分隔为上腔室及下腔室，所述上腔室与下腔室之间设置有节流孔，且所述上腔室与通水管路相连通，所述下腔室与输入管路及输出管路相连通，所述输出管路还与泄压管路相连通。

优选的，所述第一阀芯组件包括设置在控制腔室内的导向套筒、与导向套筒上端固定连接的第一波纹膜片、以及实现第一波纹膜片自动复位的第一复位弹簧；所述第一波纹膜片密封盖设在控制腔室上端，所述第一复位弹簧套设在导向套筒外侧；所述堵头上端连接有设置在第一单向阀腔室内的第二复位弹簧；所述第二阀芯组件包括第二波纹膜片、安装在第二波纹膜片中部的密封板、以及实现第二波纹膜片自动复位的第三复位弹簧；所述节流孔贯穿密封板及第二波纹膜片设置。

优选的，所述阀体包括由上至下依次设置的上壳体、中壳体及下壳体；所述控制腔室、第一单向阀腔室及第二单向阀腔室均设置在上壳体内，其中控制腔室上端呈开口状，并不与第一单向阀腔室及第二单向阀腔室相连通，所述第一单向阀腔室及第二单向阀腔室的下端均呈开口状，并相连通；所述第三单向阀腔室由中壳体下端部及下壳体上端部组合形成；所述控制管路设置在上壳体内，并与控制腔室相连通；所述输入管路及输出管路设置在下壳体内，并分别与第三单向阀腔室相连通；所述通水管路设置在中壳体内，下端与第三单向阀腔室相连通，上端与第二单向阀腔室相连通；所述泄压管路设置在中壳体与下壳体内，上端部与第二单向阀腔室相连通，并形成泄压口，下端部与输出管路相连通。

优选的，所述上壳体上端外壁设置有卡槽，所述第一波纹膜片外缘端部扣合在上壳体上端，且外侧端部与卡槽限位固定；所述第二波纹膜片外缘端部扣合在中壳体与下壳体配合连接的台阶面之间。

优选的，所述输入口与输出口均设置在快插接头上，所述快插接头通过固定螺丝锁紧固定在下壳体上，并分别用于与阀体内部形成连通的输入管路与输出管路。

优选的，所述导向套筒选用POM件，上端固定有永磁铁，所述堵头上端固定有带磁性的顶针；所述第一复位弹簧及第二复位弹簧选用不带磁性的不锈钢弹簧。

优选的，所述导向套筒选用带磁性的不锈钢件，所述堵头上端固定有带磁性的顶针；所述第一复位弹簧及第二复位弹簧选用不带磁性的不锈钢弹簧。

优选的，所述导向套筒呈下端开口的中空结构，所述控制腔室下端面设置有供导向套筒下端插接配合的导向槽，所述导向槽侧壁上设置有通气槽。

优选的，所述堵头及顶针与第一单向阀腔室内壁之间采用间隙配合。

优选的，所述上腔室上端固定有细长型的插杆，所述插杆沿竖直方向设置，并插设在节流孔内。

优选的，所述密封板下端设置有密封头，所述密封头与输出管路内侧端部过盈配合，并可沿运动方向移动至输出管路端部实现输出管路与输入管路的断开。

与现有技术相比，本发明的优点是：

(1)本发明主要应用于真空马桶，由于采用气控磁吸开闭式控制技术，实现气控水阀控制堵头的开闭力不会受到水压压力的影响，进而使得适用的水压变化范围大，特别针对农村各个住户家庭的水压压力波动较大的特点；同时针对整体结构而言，控制腔室单独设立，由输入管路及通水管路进入的液体不会进入控制腔室中，进而不会使得与之连接的其他器件发生故障，因而不存在水污染其它器件的问题。

(2)整体结构安装方便，外侧壁处仅设置有控制口、输入口及输出口，其中输入口与输出口均采用快插接头实现与阀体固定连接，安装牢固可靠，同时快插接头的设置也使得安装方式更加快捷方便。

(3)结构维修方便，由于第一波纹膜片及第二波纹膜片均采用扣合的方式与阀体固定连接，而不是采用密封件进行螺纹固定式连接，因而使用零件数量少，结构紧凑，拆装方便，进而便于维修。

(4)外形结构大方美观不复杂，结构紧凑、小巧轻便，其中大量部件可采用注塑工艺进行制作，进一步增加轻便性，实现单次产品运输成本低。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明所述的一种气控磁吸通断式水阀的外形结构示意图；

图2为本发明所述的一种气控磁吸通断式水阀剖视图；

图3为本发明所述阀体的剖视图；

图4为本发明所述上壳体、中壳体及下壳体的爆炸剖视结构图；

图5为本发明所述第一阀芯组件及堵头的设置结构示意图；

图6为本发明所述第二阀芯组件的设置结构示意图；

图7为本发明所述密封板的剖视图；

图8为本发明所述的一种气控磁吸通断式水阀非工作状态下的剖视图；

图9为本发明所述的一种气控磁吸通断式水阀工作状态下的剖视图。

其中：1、阀体；

11、上壳体，12、中壳体，13、下壳体，14、快插接头，15、控制管路，16、输入管路，17、输出管路，18、通水管路，19、泄压管路；

151、控制口，161、输入口，171、输出口，191、泄压口；

101、控制腔室，102、第一单向阀腔室，103、第二单向阀腔室，104、第三单向阀腔室，1041、上腔室，1042、下腔室；

2、第一阀芯组件；

21、导向套筒，22、第一波纹膜片，23、第一复位弹簧，24、永磁铁，25、导向槽，26、通气槽；

3、堵头；

31、顶针，32、第二复位弹簧；

4、第二阀芯组件；

41、第二波纹膜片，42、密封板，43、第三复位弹簧，44、插杆；

421、密封头，422、节流孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：

如图1、图2所示，一种气控磁吸通断式水阀，包括阀体1、设置在阀体1内部的控制管路15、输入管路16及输出管路17、用于实现输入管路16与输出管路17通断的控制执行机构；简单而言，阀体1外壁上设置有与控制管路15相连通并间歇性通入空气或形成真空的控制口151、与输入管路16相连通的输入口161、以及与输出管路17相连通的输出口171；阀体1内部还设置有通水管路18及泄压管路19；控制执行机构包括第一阀芯组件2、堵头3及第二阀芯组件4；第一阀芯组件2通过控制管路15内的压力变化实现升降，并驱动堵头3同步运动；堵头3设置在通水管路18与泄压管路19之间，控制通水管路18与泄压管路19之间的通断，并实现第二阀芯组件4上下两端压差变化；第二阀芯组件4设置在输入管路16与输出管路17之间，通过压差变化实现升降运动而通断输入管路16与输出管路17。

更具体的，如图3、图4所示，阀体1包括由上至下依次设置的上壳体11、中壳体12及下壳体13；阀体1内部包括同轴且依次设置的控制腔室101、第一单向阀腔室102、第二单向阀腔室103及第三单向阀腔室104；其中，控制腔室101、第一单向阀腔室102及第二单向阀腔室103均设置在上壳体11内，控制腔室101上端呈开口状，并不与第一单向阀腔室102及第二单向阀腔室103相连通，第一单向阀腔室102及第二单向阀腔室103的下端均呈开口状，并相连通；第三单向阀腔室104由中壳体12下端部及下壳体13上端部组合形成；控制管路15设置在上壳体11内，并与控制腔室101相连通；输入管路16及输出管路17设置在下壳体13内，并分别与第三单向阀腔室104相连通，且输入口161与输出口171均设置在快插接头14上，该快插接头14通过固定螺丝锁紧固定在下壳体13上，并分别用于与阀体1内部形成连通的输入管路16与输出管路17；通水管路18设置在中壳体12内，下端与第三单向阀腔室104相连通，上端与第二单向阀腔室103相连通；泄压管路19设置在中壳体12与下壳体13内，上端部与第二单向阀腔室103相连通，并形成泄压口191，下端部与输出管路17相连通。

结合图2所示，第一阀芯组件2设置在控制腔室101内，该控制腔室101与控制管路15相连通；堵头3设置在第一单向阀腔室102内，并可运动延伸至第二单向阀腔室103中，且第二单向阀腔室103连通泄压管路19与通水管路18；第二阀芯组件4设置在第三单向阀腔室104内，并将第三单向阀腔室104分隔为上腔室1041及下腔室1042，上腔室1041与下腔室1042之间设置有节流孔422，且上腔室1041与通水管路18相连通，下腔室1042与输入管路16及输出管路17相连通，输出管路17还与泄压管路19相连通。

如图5所示，第一阀芯组件2包括设置在控制腔室101内的导向套筒21、与导向套筒21上端固定连接的第一波纹膜片22、以及实现第一波纹膜片22自动复位的第一复位弹簧23；第一波纹膜片22密封盖设在控制腔室101上端，与之连接的上壳体11外壁设置有卡槽，第一波纹膜片22外缘端部扣合在上壳体11上端，且外侧端部与卡槽限位固定；第一复位弹簧23套设在导向套筒21外侧，导向套筒21呈下端开口的中空结构，控制腔室101下端面设置有供导向套筒21下端插接配合的导向槽25，导向槽25侧壁上设置有通气槽26，便于导向套筒21下端部能够自如的在导向槽25内运动；堵头3上端固定有顶针31，并连接有设置在第一单向阀腔室102内的第二复位弹簧32，堵头3及顶针31与第一单向阀腔室102内壁之间采用间隙配合；其中，第一复位弹簧23及第二复位弹簧32均选用不带磁性的不锈钢弹簧。

关于第一阀芯组件2驱动堵头3同步运动的实现结构主要有如下两种：其一，导向套筒21选用POM件，上端固定有永磁铁24，堵头3上端固定的顶针31具有磁性；其二，导向套筒21选用带磁性的不锈钢件，堵头3上端固定有带磁性的顶针31。

如图6所示，第二阀芯组件4包括第二波纹膜片41、安装在第二波纹膜片41中部的密封板42、以及实现第二波纹膜片41自动复位的第三复位弹簧43；其中，第二波纹膜片41外缘端部扣合在中壳体12与下壳体13配合连接的台阶面之间；如图7所示，密封板42下端设置有密封头421，密封头421与输出管路17内侧端部过盈配合，并可沿运动方向移动至输出管路17端部实现输出管路17与输入管路16的断开；节流孔422贯穿密封板42及第二波纹膜片41设置，上腔室1041上端固定有细长型的插杆44，插杆44沿竖直方向设置，并插设在节流孔422内。

本发明的工作原理具体如下，其中，第一阀芯组件2与堵头3的同步运动实现结构以导向套筒21上端固定永磁铁24为例：

其一，非工作状态，控制口151接通空气：

如图8所示，在此状态下，控制腔室101中的空气与外界气压相等，即第一波纹膜片22上下两端的气压相等，第一波纹膜片22在第一复位弹簧23的弹簧力作用下复位上升，进而永磁铁24与顶针31之间产生一个较大的距离，以至于永磁铁24对顶针31产生的磁吸力较小，第二复位弹簧32的弹簧力大于磁吸力而将顶针31和堵头3顶紧在泄压口191上。

输入口161进入的水通过输入管路16进入下腔室1042，并通过节流孔422进入至上腔室1041、通水管路18及第二单向阀腔室103中，此时由于泄压口191被封闭，因此输入口161进入的水不会进入泄压管路19中；而由于堵头3及顶针31与第一单向阀腔室102内壁间隙配合，因此水会进入至顶针31上方的第一单向阀腔室102内。

而关于第二波纹膜片41，其上下两端均充满水，在第三复位弹簧43及部分水压的作用下，其向下运动，密封板42下端的密封头421封堵在输出管路17内侧端部，进而断开了输入管路16与输出管路17之间的连通，从而实现了气控水阀的关闭。

该状态下，与控制口151连通的空间内的空气流通路径如图8中的虚线所示，由输入口161进入的水的流通路径如图8中的实线所示。

其二，工作状态，控制口151形成真空：

如图9所示，在此状态下，控制腔室101内的真空与外界气压之间产生压力差，因而第一波纹膜片22承受一个向下的作用力，进而克服第一复位弹簧23的作用逐渐下降，永磁铁24也随着导向套筒21一同下降，当降到最低点时，永磁铁24产生的磁吸力逐渐变大，直至磁吸力克服第二复位弹簧32的弹簧力之后，将顶针31将堵头3吸引并向上移动，以至于堵头3脱离泄压口191，并将输出口171的低压压力与上腔室1041的水压导通而实现迅速泄压。

此时，由于节流孔422的节流作用导致下腔室1042的水来不及进入至上腔室1041，进而导致上腔室1041的水压压力小于下腔室1042的水压压力，第二波纹膜片41受到一个向上的压力，该压力克服第三复位弹簧43的弹簧力而使得第二波纹膜片41带动密封板42脱离输出管路17内侧端部，进而连通输入管路16与输出管路17，实现由输入口161进入的水自如地排入下游的输出口171中；与此同时，随着第二波纹膜片41的上移，其上腔室1041内的积水经过泄压管路19排入至输出口171中。

该状态下，输入口161进入的水沿图9中的虚线流出至输出口171，上腔室1041内的积水沿图9中的实线经泄压管路19排出至输出口171。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (12)

1.一种气控磁吸通断式水阀，其特征在于：包括阀体、设置在阀体内部的控制管路、输入管路及输出管路、用于实现输入管路与输出管路通断的控制执行机构；所述阀体外壁上设置有与控制管路相连通并间歇性通入空气或形成真空的控制口、与输入管路相连通的输入口、以及与输出管路相连通的输出口；所述阀体内部还设置有通水管路及泄压管路；所述控制执行机构包括第一阀芯组件、堵头及第二阀芯组件；所述第一阀芯组件通过控制管路内的压力变化实现升降，并驱动堵头同步运动；所述堵头设置在通水管路与泄压管路之间，控制通水管路与泄压管路之间的通断，并实现第二阀芯组件上下两端压差变化；所述第二阀芯组件设置在输入管路与输出管路之间，通过压差变化实现升降运动而通断输入管路与输出管路。

2.根据权利要求1所述的一种气控磁吸通断式水阀，其特征在于：所述阀体内部包括同轴且依次设置的控制腔室、第一单向阀腔室、第二单向阀腔室及第三单向阀腔室；所述第一阀芯组件设置在控制腔室内，且控制腔室与控制管路相连通；所述堵头设置在第一单向阀腔室内，并可运动延伸至第二单向阀腔室中，且第二单向阀腔室连通泄压管路与通水管路；所述第二阀芯组件设置在第三单向阀腔室内，并将第三单向阀腔室分隔为上腔室及下腔室，所述上腔室与下腔室之间设置有节流孔，且所述上腔室与通水管路相连通，所述下腔室与输入管路及输出管路相连通，所述输出管路还与泄压管路相连通。

3.根据权利要求2所述的一种气控磁吸通断式水阀，其特征在于：所述第一阀芯组件包括设置在控制腔室内的导向套筒、与导向套筒上端固定连接的第一波纹膜片、以及实现第一波纹膜片自动复位的第一复位弹簧；所述第一波纹膜片密封盖设在控制腔室上端，所述第一复位弹簧套设在导向套筒外侧；所述堵头上端连接有设置在第一单向阀腔室内的第二复位弹簧；所述第二阀芯组件包括第二波纹膜片、安装在第二波纹膜片中部的密封板、以及实现第二波纹膜片自动复位的第三复位弹簧；所述节流孔贯穿密封板及第二波纹膜片设置。

4.根据权利要求3所述的一种气控磁吸通断式水阀，其特征在于：所述阀体包括由上至下依次设置的上壳体、中壳体及下壳体；所述控制腔室、第一单向阀腔室及第二单向阀腔室均设置在上壳体内，其中控制腔室上端呈开口状，并不与第一单向阀腔室及第二单向阀腔室相连通，所述第一单向阀腔室及第二单向阀腔室的下端均呈开口状，并相连通；所述第三单向阀腔室由中壳体下端部及下壳体上端部组合形成；所述控制管路设置在上壳体内，并与控制腔室相连通；所述输入管路及输出管路设置在下壳体内，并分别与第三单向阀腔室相连通；所述通水管路设置在中壳体内，下端与第三单向阀腔室相连通，上端与第二单向阀腔室相连通；所述泄压管路设置在中壳体与下壳体内，上端部与第二单向阀腔室相连通，并形成泄压口，下端部与输出管路相连通。

5.根据权利要求4所述的一种气控磁吸通断式水阀，其特征在于：所述上壳体上端外壁设置有卡槽，所述第一波纹膜片外缘端部扣合在上壳体上端，且外侧端部与卡槽限位固定；所述第二波纹膜片外缘端部扣合在中壳体与下壳体配合连接的台阶面之间。

6.根据权利要求4所述的一种气控磁吸通断式水阀，其特征在于：所述输入口与输出口均设置在快插接头上，所述快插接头通过固定螺丝锁紧固定在下壳体上，并分别用于与阀体内部形成连通的输入管路与输出管路。

7.根据权利要求3所述的一种气控磁吸通断式水阀，其特征在于：所述导向套筒选用POM件，上端固定有永磁铁，所述堵头上端固定有带磁性的顶针；所述第一复位弹簧及第二复位弹簧选用不带磁性的不锈钢弹簧。

8.根据权利要求3所述的一种气控磁吸通断式水阀，其特征在于：所述导向套筒选用带磁性的不锈钢件，所述堵头上端固定有带磁性的顶针；所述第一复位弹簧及第二复位弹簧选用不带磁性的不锈钢弹簧。

9.根据权利要求7或8所述的一种气控磁吸通断式水阀，其特征在于：所述导向套筒呈下端开口的中空结构，所述控制腔室下端面设置有供导向套筒下端插接配合的导向槽，所述导向槽侧壁上设置有通气槽。

10.根据权利要求7或8所述的一种气控磁吸通断式水阀，其特征在于：所述堵头及顶针与第一单向阀腔室内壁之间采用间隙配合。

11.根据权利要求3所述的一种气控磁吸通断式水阀，其特征在于：所述上腔室上端固定有细长型的插杆，所述插杆沿竖直方向设置，并插设在节流孔内。

12.根据权利要求3所述的一种气控磁吸通断式水阀，其特征在于：所述密封板下端设置有密封头，所述密封头与输出管路内侧端部过盈配合，并可沿运动方向移动至输出管路端部实现输出管路与输入管路的断开。

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