CN114457772B - 一种基于水能或太阳能发电的水面垃圾收集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于水能或太阳能发电的水面垃圾收集装置，包括筒体，筒体内套有浮动内桶，浮动内桶可沿筒体内壁上下移动；筒体上端固定有太阳能电池板，筒体内设有与太阳能电池板电性连接的太阳能蓄电池；筒体外侧转动安装一旋转套，旋转套上设有涡轮叶片；筒体内还设有水力发电组件和水力蓄电池，水力发电组件中间设有主转轴，主转轴为中空结构，主转轴下端与旋转套通过齿轮传动；筒体底部安装一潜水泵；还设有一双电源自动转换开关，太阳能蓄电池与水力蓄电池通过双电源自动转换开关连接潜水泵。本发明可将太阳能和水能转换为电能，来对潜水泵进行供电，潜水泵带动浮动内桶上下移动，可收集水面垃圾，保证水面的整洁。

Description

一种基于水能或太阳能发电的水面垃圾收集装置
技术领域
本发明涉及垃圾收集技术，特别涉及一种基于水能或太阳能发电的水面垃圾收集装置。
背景技术
伴随着社会工业的发展，人们生活水平的提高，工业污染和生活垃圾也随之而来，导致了湖面和河面出现大量的塑料垃圾以及由于水质恶化而造成大量繁殖的藻类植物，如不长时间清理将会对水体产生无法逆转的污染。水面垃圾的传统处理方式一般都是人工采用网兜进行打捞，非常耗时耗力，且清洁效率低下。
申请号为202110163937.0的专利中公开了一种水面垃圾收集装置，包括：筒体；筒体内套有浮动内桶，浮动内桶内套有过滤袋；筒体的筒底设有抽水口，筒体的底部相对应抽水口的位置安装有潜水泵；筒体可上下滑动安装在主架上，主架上安装有驱动筒体上下运动的驱动机构。该方案通过驱动机构调节筒体的高度使其与水面形成合适位置，使初始状态下浮动内桶的边缘高于水面；使用时，浮动内桶与过滤袋在潜水泵的作用下实现上下运动，当浮动内桶低于水面时产生涡流，将桶口边缘的垃圾吸入过滤袋内；当浮动内桶高于水面时，垃圾在负压的作用下，沉入过滤袋底部；从而实现水面垃圾的高效收集，省时省力。这个装置可以自动清理水面垃圾，但是筒体安装在主架上，而主架需要设置在岸边，且还需要连接外部电源，这就限制了这个垃圾收集装置的使用范围，只能在靠近岸边且有电力供应的位置使用。同时主架、电源电缆这些都太占地方，且不美观。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于水能或太阳能发电的水面垃圾收集装置，结构简单美观，无需连接外部电源，适用范围广。
为此，本发明的技术方案是：一种基于水能或太阳能发电的水面垃圾收集装置，包括筒体，筒体内套有浮动内桶，浮动内桶可沿筒体内壁上下移动；所述筒体外侧设有若干浮球；所述筒体内部设有一隔板，隔板中间设有抽水口，浮动内桶位于隔板上方，隔板下方为电力控制区；所述筒体上端通过支架固定有太阳能电池板，电力控制区内设有与太阳能电池板电性连接的太阳能蓄电池；所述筒体外侧转动安装一旋转套，旋转套外圆周上设有涡轮叶片；所述电力控制区内设有水力发电组件和水力蓄电池，水力蓄电池电性连接水力发电组件；所述水力发电组件中间设有主转轴，主转轴为中空结构，上端转动安装在隔板上，下端伸出筒体底部的通孔，与旋转套通过齿轮传动；所述筒体底部固定安装一潜水泵，潜水泵通过抽水管连接至筒体隔板的抽水口，且抽水管从主转轴的内部穿行；所述水力控制区内还设有双电源自动转换开关，太阳能蓄电池与水力蓄电池通过双电源自动转换开关连接潜水泵，轮流向潜水泵供电。
本发明根据自身重量、浮力来设置浮球的大小和数量，使得筒体的高度位于水面的合适位置，使初始状态下浮动内桶的边缘高于水面；使用时，浮动内桶与过滤袋在潜水泵的作用下实现上下运动，当浮动内桶低于水面时产生涡流，将桶口边缘的垃圾吸入过滤袋内；当浮动内桶高于水面时，垃圾在负压的作用下，沉入过滤袋底部；从而实现水面垃圾的高效收集，省时省力。
本发明利用太阳能和水力来解决潜水泵的供电问题，在筒体上方设置太阳能电池板，将太阳光转换为电能，存储在太阳能蓄电池中，供潜水泵使用；同时，雨水多发季节，太阳不够强烈，出现的时间少，仅凭太阳能电池不足以应对各类天气下进行垃圾收集工作，由于垃圾收集装置位于水里，因此在垃圾收集装置上增加水力发电组件，在雨水多发季节，水流会比较湍急，从而通过涡轮叶片带动旋转套转动，从而使得旋转套带动主转轴转动，从而驱动水力发电组件，将水能转化为电能，驱动潜水泵工作，继续收集水面垃圾。双电源自动转换开关在太阳能蓄电池或水力蓄电池突然断电时，自动连接到另一蓄电池上，继续进行垃圾收集工作。
优选地，所述太阳能电池板的输出端连接第一DC-DC转换器的输入端，第一DC-DC转换器的输出端分别与太阳能蓄电池以及励磁控制器的输入端连接，太阳能蓄电池的输出端分别与第二DC-DC转换器的输入端以及励磁控制器的输入端连接；所述励磁控制器的输出端连接水力发电组件，水力发电组件的输出端连接AC-DC转换器，AC-DC转换器连接至水力蓄电池，水力蓄电池的输出端连接第三DC-DC转换器的输入端，第二DC-DC转换器的输出端和第三DC-DC转换器的输出端通过双电源自动转换开关连接潜水泵。
太阳能电池板在阳光照射下，将太阳能转化为直流电，水力发电组件在励磁控制器的控制作用下，将水能转化为交流电；太阳能电池板产生的直流电能经过DC-DC变换以后被存储于太阳能蓄电池中，太阳能蓄电池兼具潜水泵的供电电源和水力发电组件的励磁电源两个功能。水力发电组件在励磁控制器的作用下，太阳能蓄电池向励磁绕组供电，从而将水能转化为交流电能，再将交流电转换为直流电，被存储于水力蓄电池中，成为潜水泵的备用供电电源。太阳能蓄电池是潜水泵的主供电电源，水力蓄电池为潜水泵的备用供电电源，双电源自动转换开关可以在其中一个蓄电池没电时自动切换成另一蓄电池供电，保证潜水泵正常工作，可以抽吸水流，清理水面垃圾。
优选地，所述水力发电组件包括机座、定子和转子，机座固定在筒体内壁上，定子固定在机座内部，转子固定在主转轴上，转子与定子配合工作；所述主转轴上设有集电环，集电环连接励磁控制器。
转子采用凸极式结构，转子铁芯由磁轭与磁极组成，磁轭是磁极磁力线的通路，磁轭安装在主转轴上，被主转轴带动；在磁轭外圆周开有T形槽，磁极通过T形榫头固定在磁轭上；每个磁极上都绕有励磁线圈，线圈连接主轴端头上的集电环，励磁电源为太阳能蓄电池，通过集电环向励磁线圈供电，励磁线圈两两连接组成南北相间的磁极；在主转轴的上端头安装有集电环，磁极励磁绕组的引出线连接到集电环上。定子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，在铁芯内圆均匀分布着许多槽，用来嵌放定子线圈。将整个转子插在定子中间，与定子有很小间隙，转子可以自由旋转，转子转动时，会产生交流电。
优选地，所述旋转套内壁与筒体外壁通过轴承转动连接，旋转套下端内侧设有齿状结构，主转轴下端固定有从动齿轮，从动齿轮与旋转套的齿状结构相啮合，旋转套带动主转轴转动。旋转套外侧的蜗轮叶受到水流驱动，会带动旋转套转动，而旋转套与筒体之间以轴承相连接，可以相对筒体快速转动，且通过啮合的齿轮结构带动主转轴转动，从而带动主转轴上的转子相对定子转动，进行水力发电。
优选地，所述浮动内桶的外壁上设有至少两个凹槽，所述筒体的内壁上设有至少两个与所述凹槽相配合的凸台，所述抽水口处设有过滤网。浮动内桶通过凹槽与凸台的配合，沿筒体上下移动，且浮动内桶不会在筒体内浮动时发生旋转，保证垃圾的清理效率。
优选地，所述浮动内桶内套有过滤袋，所述浮动内桶的顶部安装有橡胶盖板，所述橡胶盖板的底部设有与浮动内桶边缘相配合的卡槽，橡胶盖板通过卡槽将过滤袋安装在浮动内桶内；所述橡胶盖板上设有锥形导流面。过滤袋通过橡胶盖板固定，方便过滤袋收集垃圾后取出；橡胶盖板上锥形导流面可方便将水面垃圾流入过滤袋中，且橡胶盖板更加的耐腐蚀、耐磨损。
优选地，所述太阳能电池板通过两组支架固定在筒体上，一组支架顶端与太阳能支撑板转动连接，一组支架顶端设有插孔，太阳能电池板底板设有插杆，插杆插入插孔内。太阳能电池板一侧可将插杆从支架上拔出，绕另一组支架转动，方便清洁工人取出筒体内的过滤袋，定期清理收集的垃圾。
优选地，所述筒体内壁设有走线通道，太阳能电池板的导线置于支架内，太阳能电池板的导线沿走线通道连接隔板下方的太阳能蓄电池。导线可设置在转动连接的一侧支架上，既方便太阳能电池板开合，又方便导线沿支架、走线通道进行布线，防止导线长时间接触水，延长导线的使用寿命。
优选地，所述主转轴内设有一安装架，安装架一端固定在筒体的隔板上，另一端伸出筒体下方，潜水泵安装在安装架上，潜水泵的电源线置于安装架内部，连接至双电源切换开关。安装架从主转轴中间穿行，既能将潜水泵固定在筒体上，又不会干涉主转轴的转动，保证水力发电组件正常工作。
优选地，还包括锚组件，锚组件包括固定锚以及与固定锚相连的链条，链条固定在潜水泵的安装架上。为了防止整体装置被水流冲走，设置了固定锚，可以将筒体固定在原位，不会随波逐流。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在筒体上设置了太阳能电池组件和水力发电组件，将太阳能和水能转换为电能，来对潜水泵进行供电；利用筒体外侧的浮球和下方的锚组件来固定筒体的位置，无需额外的安装支架，使用起来更加方便，使用场地不受用电条件限制，适用范围广；潜水泵带动浮动内桶上下浮动，从而收集水面垃圾，保证水面的整洁。
附图说明
以下结合附图和本发明的实施方式来作进一步详细说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构剖视图；
图3为图2的局部放大图；
图4为本发明的结构俯视图；
图5为筒体的结构俯视图(隐藏太阳能电池板)；
图6为本发明水能、太阳能发电系统框图。
图中标记为：筒体1、浮动内桶11、过滤袋12、橡胶盖板13、隔板14、抽水口15、过滤网16、电力控制区17、走线通道18、浮球19、第一支架21、第二支架22、销轴23、插杆24、太阳能电池板31、太阳能蓄电池32、旋转套4、轴承41、涡轮叶片42、齿状结构43、机座51、定子52、转子53、主转轴54、水力蓄电池55、从动齿轮56、集电环57、潜水泵6、安装架61、抽水管62、固定锚71、链条72。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向(X)”、“纵向(Y)”、“竖向(Z)”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参见附图。本实施例所述的水面垃圾收集装置，包括筒体1，筒体内套有浮动内桶11，浮动内桶11可沿筒体1内壁上下移动；所述浮动内桶11内套有过滤袋12，浮动内桶11的顶部安装有橡胶盖板13，所述橡胶盖板的底部设有与浮动内桶边缘相配合的卡槽，橡胶盖板通过卡槽将过滤袋安装在浮动内桶内；所述橡胶盖板上设有锥形导流面。过滤袋通过橡胶盖板固定，方便过滤袋收集垃圾后取出；橡胶盖板上锥形导流面可方便将水面垃圾流入过滤袋中，且橡胶盖板更加的耐腐蚀、耐磨损。
所述浮动内桶11的外壁上设有至少两个凹槽，所述筒体1的内壁上设有至少两个与所述凹槽相配合的凸台。浮动内桶通过凹槽与凸台的配合，沿筒体上下移动，且浮动内桶不会在筒体内浮动时发生旋转，保证垃圾的清理效率。所述筒体1外侧设有若干浮球19，根据装置自身重量、浮力来设置浮球的大小和数量，使得筒体的高度位于水面的合适位置，使初始状态下浮动内桶的边缘高于水面。
所述筒体1下方设有一隔板14，隔板14中间设有抽水口15，抽水口处设有过滤网16；浮动内桶11设置在隔板14上方，隔板14下方为电力控制区17，太阳能蓄电池32、水力蓄电池55、双电源自动转换开关、水力发电组件、第一DC-DC转换器、第二DC-DC转换器、第三DC-DC转换器、励磁控制器、AC-DC转换器等电气元件都设置在隔板下方的电力控制区内，隔板可以防止水流进入电力控制区，实现水电分离，保证使用安全。
所述筒体1上端通过第一支架21、第二支架22固定有太阳能电池板31，太阳能电池板通过两组支架固定在筒体上，第一支架21顶端通过销轴23与太阳能支撑板转动连接，第二支架22顶端设有插孔，太阳能电池板31底板设有插杆24，插杆插入插孔内。太阳能电池板31一侧可将插杆从第二支架22上拔出，绕第一支架21转动，使得太阳能电池板31呈直立状，方便清洁工人取出筒体内的过滤袋，定期清理收集的垃圾。
第一支架23为中空结构，筒体1内壁也设有走线通道18，走线通道18底端与电力控制区17相连通，太阳能电池板31的输出导线沿第一支架、走线通道延伸至隔板下方的电力控制区。
所述筒体1外侧转动安装一旋转套4，旋转套4内壁与筒体1外壁通过轴承41转动连接，旋转套4外圆周上设有涡轮叶片42，可被水流带动旋转，旋转套4下端内侧设有齿状结构43。所述水力发电组件包括机座51、定子52、转子53和主转轴54，机座51固定在筒体1内壁上，定子52固定在机座51内部，转子53固定在主转轴54上，转子53与定子52配合工作；主转轴54位于中间位置，主转轴54为中空结构，上端转动安装在隔板14上，下端伸出筒体底部的通孔，下端固定有从动齿轮56，从动齿轮56与旋转套的齿状结构43相啮合，旋转套4可带动主转轴54转动。所述主转轴上设有集电环57，集电环连接励磁控制器。
转子53采用凸极式结构，转子铁芯由磁轭与磁极组成，磁轭是磁极磁力线的通路，磁轭安装在主转轴上，被主转轴带动；在磁轭外圆周开有T形槽，磁极通过T形榫头固定在磁轭上；每个磁极上都绕有励磁线圈，线圈连接主轴端头上的集电环，励磁电源为太阳能蓄电池，通过集电环向励磁线圈供电，励磁线圈两两连接组成南北相间的磁极；在主转轴的上端头安装有集电环，磁极励磁绕组的引出线连接到集电环上。定子52铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，在铁芯内圆均匀分布着许多槽，用来嵌放定子线圈。将整个转子插在定子中间，与定子有很小间隙，转子可以自由旋转，转子转动时，会产生交流电。水力发电中转子与定子之前的配合是成熟的现有技术，本实施例不做过多描述。
旋转套4外侧的蜗轮叶片42受到水流驱动，会带动旋转套4转动，而旋转套与筒体之间以轴承相连接，可以相对筒体快速转动，且通过啮合的齿轮结构带动主转轴54转动，从而带动主转轴上的转子53相对定子52转动，进行水力发电。
所述主转轴54内部设置一安装架61和抽水管62，安装架61上端固定在隔板14上，安装架下方通过主转轴伸出筒体底部，潜水泵6安装在安装架61上，潜水泵6的电源线置于安装架内部，连接至双电源切换开关。所述抽水管62上方与隔板的抽水口15紧密连接，下端连接潜水泵6；潜水泵由太阳能蓄电池32或水力蓄电池55进行供电，潜水泵6通过抽水管62抽吸筒体1内的水，使得浮动内桶11上下移动，当浮动内桶低于水面时产生涡流，将桶口边缘的垃圾吸入过滤袋内；当浮动内桶高于水面时，垃圾在负压的作用下，沉入过滤袋底部，从而实现水面垃圾的高效收集，省时省力。
为了防止垃圾收集装置被水流冲走，在安装架上设置锚组件，锚组件包括固定锚71以及与固定锚相连的链条72，链条72固定在潜水泵的安装架61上，固定锚插入河底，将垃圾收集装置固定在原位，不会随波逐流。
所述太阳能电池板31的输出导线连接第一DC-DC转换器的输入端，第一DC-DC转换器的输出端分别与太阳能蓄电池32以及励磁控制器的输入端连接，太阳能蓄电池32的输出端分别与第二DC-DC转换器的输入端以及励磁控制器的输入端连接；所述励磁控制器的输出端连接水力发电组件，水力发电组件的输出端连接AC-DC转换器，AC-DC转换器连接至水力蓄电池55，水力蓄电池的输出端连接第三DC-DC转换器的输入端，第二DC-DC转换器的输出端和第三DC-DC转换器的输出端连接至双电源自动转换开关，双电源自动转换开关连接潜水泵6。双电源自动转换开关是现有产品，可实现太阳能蓄电池和水力蓄电池的交替使用。
太阳能电池板产生的直流电能经过DC-DC变换以后被存储于太阳能蓄电池中，太阳能蓄电池兼具潜水泵的供电电源和水力发电组件的励磁电源两个功能。水力发电组件在励磁控制器的作用下，太阳能蓄电池向励磁绕组供电，从而将水能转化为交流电能，再将交流电转换为直流电，被存储于水力蓄电池中，成为潜水泵的备用供电电源。太阳能蓄电池是潜水泵的主供电电源，水力蓄电池为潜水泵的备用供电电源，双电源自动转换开关可以在其中一个蓄电池没电时自动切换成另一蓄电池供电，保证潜水泵正常工作，可以抽吸水流，清理水面垃圾。
本实施例利用太阳能和水力来解决潜水泵的供电问题，在筒体上方设置太阳能电池板，将太阳光转换为电能，存储在太阳能蓄电池中，供潜水泵使用；同时，雨水多发季节，太阳不够强烈，出现的时间少，仅凭太阳能电池不足以应对各类天气下进行垃圾收集工作，由于垃圾收集装置位于水里，因此在垃圾收集装置上增加水力发电组件，在雨水多发季节，水流会比较湍急，从而通过涡轮叶片带动旋转套转动，从而使得旋转套带动主转轴转动，从而驱动水力发电组件，将水能转化为电能，驱动潜水泵工作，继续收集水面垃圾。双电源自动转换开关在太阳能蓄电池无电后，自动连接到水力蓄电池上，继续进行垃圾收集工作；若水力蓄电池无电后，自动连接到太阳能蓄电池上，进行驱动潜水泵。
使用时，浮动内桶11与过滤袋12在潜水泵6的作用下实现上下运动，当浮动内桶低于水面时产生涡流，将桶口边缘的垃圾吸入过滤袋内；当浮动内桶高于水面时，垃圾在负压的作用下，沉入过滤袋底部，从而实现水面垃圾的高效收集，省时省力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于水能或太阳能发电的水面垃圾收集装置，包括筒体，筒体内套有浮动内桶，浮动内桶可沿筒体内壁上下移动；其特征在于：所述筒体外侧设有若干浮球；所述筒体内部设有一隔板，隔板中间设有抽水口，浮动内桶位于隔板上方，隔板下方为电力控制区；所述筒体上端通过支架固定有太阳能电池板，电力控制区内设有与太阳能电池板电性连接的太阳能蓄电池；所述筒体外侧转动安装一旋转套，旋转套外圆周上设有涡轮叶片；所述电力控制区内设有水力发电组件和水力蓄电池，水力蓄电池电性连接水力发电组件；所述水力发电组件中间设有主转轴，主转轴为中空结构，上端转动安装在隔板上，下端伸出筒体底部的通孔，与旋转套通过齿轮传动；所述筒体底部固定安装一潜水泵，潜水泵通过抽水管连接至筒体隔板的抽水口，且抽水管从主转轴的内部穿行；所述电力控制区内还设有双电源自动转换开关，太阳能蓄电池与水力蓄电池通过双电源自动转换开关连接潜水泵，轮流向潜水泵供电；
所述旋转套内壁与筒体外壁通过轴承转动连接，旋转套下端内侧设有齿状结构，主转轴下端固定有从动齿轮，从动齿轮与旋转套的齿状结构相啮合，旋转套带动主转轴转动；
还包括锚组件，锚组件包括固定锚以及与固定锚相连的链条，链条固定在潜水泵的安装架上；
所述太阳能电池板的输出端连接第一DC-DC转换器的输入端，第一DC-DC转换器的输出端分别与太阳能蓄电池以及励磁控制器的输入端连接，太阳能蓄电池的输出端分别与第二DC-DC转换器的输入端以及励磁控制器的输入端连接；所述励磁控制器的输出端连接水力发电组件，水力发电组件的输出端连接AC-DC转换器，AC-DC转换器连接至水力蓄电池，水力蓄电池的输出端连接第三DC-DC转换器的输入端，第二DC-DC转换器的输出端和第三DC-DC转换器的输出端通过双电源自动转换开关连接潜水泵；
所述水力发电组件包括机座、定子和转子，机座固定在筒体内壁上，定子固定在机座内部，转子固定在主转轴上，转子与定子配合工作；所述主转轴上设有集电环，集电环连接励磁控制器。
2.如权利要求1所述的一种基于水能或太阳能发电的水面垃圾收集装置，其特征在于：所述浮动内桶的外壁上设有至少两个凹槽，所述筒体的内壁上设有至少两个与所述凹槽相配合的凸台，所述抽水口处设有过滤网。
3.如权利要求1所述的一种基于水能或太阳能发电的水面垃圾收集装置，其特征在于：所述浮动内桶内套有过滤袋，所述浮动内桶的顶部安装有橡胶盖板，所述橡胶盖板的底部设有与浮动内桶边缘相配合的卡槽，橡胶盖板通过卡槽将过滤袋安装在浮动内桶内；所述橡胶盖板上设有锥形导流面。
4.如权利要求1所述的一种基于水能或太阳能发电的水面垃圾收集装置，其特征在于：所述太阳能电池板通过两组支架固定在筒体上，一组支架顶端与太阳能电池板转动连接，一组支架顶端设有插孔，太阳能电池板底板设有插杆，插杆插入插孔内。
5.如权利要求4所述的一种基于水能或太阳能发电的水面垃圾收集装置，其特征在于：所述筒体内壁设有走线通道，太阳能电池板的导线置于支架内，太阳能电池板的导线沿走线通道连接隔板下方的太阳能蓄电池。
6.如权利要求1所述的一种基于水能或太阳能发电的水面垃圾收集装置，其特征在于：所述主转轴内设有一安装架，安装架一端固定在筒体的隔板上，另一端伸出筒体下方，潜水泵安装在安装架上，潜水泵的电源线置于安装架内部，连接至双电源自动转换开关。
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