CN114468456A - 一种头盔 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种头盔，包括辐射层、隔热层、支撑层和通风层，辐射层位于头盔的外表面，辐射层能够反射太阳光波段和/或辐射红外波段，隔热层位于辐射层下方，隔热层填充气体或抽真空，通风层设置在支撑层和头戴空间之间并间隔设置有多个流道。辐射层对太阳光波段具有高反射率，可有效减少头盔对夏日太阳光热量的吸收，减少热量传入头盔内部。同时，辐射层对红外波段具有高辐射率，可直接将头盔表面的热量辐射至空气中，无需耗能即可实现头盔表面降温的效果。隔热层能够有效减缓热量传入头盔内部。通风层通过使外界气体流经多个流道以带走佩戴者头部散发的热量，防止长时间佩戴头盔时头戴空间的温度过高导致佩戴者不适或中暑，提升使用体验。
Description
技术领域
本申请涉及护具技术领域，尤其涉及一种头盔。
背景技术
在骑行时一般需要佩戴头盔，头盔与头部的内部空间封闭，夏天天气炎热，长时间佩戴会让人感到头部闷热，特别是长期在室外环境下送外卖和快递的工作人员，佩戴头盔的闷热不仅影响正常工作的顺利开展，严重时还会影响身体健康，比如引发中暑等疾病。
目前市场上有采用风扇这种强制风冷的措施来进行散热的头盔，但风扇会带来噪音和供电的问题，且骑手长期处于靠近耳朵的风扇噪音环境下，影响工作状态。
发明内容
本申请提供了一种头盔，该头盔可通过提高散热性能提高佩戴者的使用体验。
本申请提供一种头盔，所述头盔包括：辐射层、隔热层和支撑层，所述辐射层位于所述头盔的外表面，所述辐射层能够反射太阳光波段和/或辐射红外波段，所述隔热层位于所述辐射层下方，所述隔热层填充气体或抽真空，所述支撑层连接于所述隔热层远离所述辐射层的一侧，且所述支撑层围成用于人体头部的头戴空间。
在一种可能的设计中，所述隔热层由栅格组成，所述栅格设置有连通孔，所述隔热层中的气体能够通过所述连通孔在所述栅格间流通。
在一种可能的设计中，所述栅格包括多个栅格单元，所述栅格单元相互拼接，所述连通孔设置于所述栅格单元相互拼接处的环侧。
在一种可能的设计中，所述连通孔的形状为矩形、三角形、菱形、圆形或椭圆形。
在一种可能的设计中，所述隔热层中的气体的导热系数λ满足小于同等条件下的空气导热系数。
在一种可能的设计中，所述隔热层中的气体为氪气或氙气。
在一种可能的设计中，所述头盔还包括：进风口、出风口和通风层，所述进风口和所述出风口均与所述头盔的外部连通，所述通风层设置在所述支撑层和头戴空间之间，所述通风层间隔设置有多个流道，所述流道连通所述进风口和所述出风口，外界空气能够经所述进风口、所述流道和所述出风口流经所述头盔。
在一种可能的设计中，所述头盔还包括用于封闭或开启所述进风口和/或所述出风口的阻挡件。
在一种可能的设计中，所述头盔还包括设置于所述阻挡件的限位件，所述限位件能与所述头盔配合限制所述阻挡件运动。
在一种可能的设计中，所述头盔还包括嵌入所述支撑层的主板和电池，所述电池为所述主板供电。
在一种可能的设计中，所述头盔还包括太阳能薄膜，所述太阳能薄膜能够将光能转化为电能，所述太阳能薄膜和所述辐射层连接并形成所述头盔的外表面，所述太阳能薄膜用于为所述主板供电和/或为所述电池充电。
在一种可能的设计中，所述头盔还包括传热组件，所述传热组件包括：散热片、热管和散热块，所述散热片位于所述隔热层远离所述头戴空间的一侧，所述热管位于所述辐射层和所述支撑层之间，所述热管与所述主板和所述电池连接，所述散热块连接所述散热片和所述热管。
在一种可能的设计中，所述热管与所述主板和所述电池通过导热体连接。
在一种可能的设计中，所述通风层间隔设置有储热块和/或所述支撑层间隔设置有储热块。
在本申请中，辐射层位于头盔的外表面，辐射层对太阳光波段(0.3～2.5微米)具有高反射率，可有效减少头盔对夏日太阳光热量的吸收，减少热量传入头盔内部。同时，辐射层对红外波段(8～13微米)具有高辐射率，可直接将头盔表面的热量穿过大气层辐射至温度较低的外太空，无需耗能即可实现头盔表面降温的效果。在辐射层下方设置隔热层，隔热层能够有效减缓辐射层吸收的少量来自太阳光的能量传入头盔内部，防止长时间佩戴头盔时头戴空间的温度过高导致佩戴者不适或中暑，从而提升使用体验。此外，在隔热层的下方设置支撑层能够提高头盔的结构强度、安全性和可靠性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
图1为本申请所提供头盔在第一种具体实施例中的结构示意图；
图2为图1中隔热层的结构示意图；
图3为图1中阻挡件、限位件及进风口的结构示意图，其中进风口被阻挡件封闭；
图4为图1中阻挡件、限位件及进风口的结构示意图，其中进风口被阻挡件开启；
图5为图3的剖视图；
图6为本申请所提供头盔在第二种实施例中的结构示意图；
图7为图6中A区域的局部放大图；
图8为图6中B区域的局部放大图；
图9为图6的爆炸图；
图10为通风层及储热块的结构示意图；
图11为图1中头盔的传热示意图；
图12为图6中头盔的传热示意图。
附图标记：
1-头盔；
11-辐射层；
12-隔热层；
121-栅格单元；
122-连通孔；
13-支撑层；
14-通风层；
141-流道；
15-储热块；
16-传热层；
161-散热片；
162-热管；
163-散热块；
17-太阳能薄膜；
2-进风口；
3-出风口；
4-阻挡件；
41-限位件；
5-主板；
6-电池；
7-头戴空间。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
具体实施方式
为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
需要注意的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
本申请实施例提供一种头盔，该头盔具有高效的散热性能。如图1所示，头盔1包括：辐射层11、隔热层12和支撑层13，辐射层11位于头盔1的外表面，辐射层11能够反射太阳光波段和/或辐射红外波段，隔热层12位于辐射层11下方，隔热层12填充气体或抽真空，支撑层13连接于隔热层12远离辐射层11的一侧，且支撑层13围成用于人体头部的头戴空间7。
在本实施方式中，如图1所示，辐射层11位于头盔1的外表面，辐射层11对太阳光波段(0.3～2.5微米)具有高反射率，可有效减少头盔1对夏日太阳光热量的吸收，减少热量传入头盔1内部。同时，辐射层11对红外波段(8～13微米)具有高辐射率，可直接将头盔1表面的热量穿过大气层辐射至温度较低的外太空，无需耗能即可实现头盔表面降温的效果。在辐射层11下方设置隔热层12，隔热层12能够有效减缓辐射层11吸收的少量来自太阳光的能量传入头盔内部，防止长时间佩戴头盔1时头戴空间7的温度过高导致佩戴者不适或中暑，从而提升使用体验。此外，在隔热层12的下方设置支撑层13能够提高头盔的结构强度、安全性和可靠性。
其中，辐射层11由有机高分子材料与无机功能材料构成，可以为反射型辐射制冷涂层或反射型辐射制冷膜，通过涂覆或贴附的方式与隔热层连接。具体地，形成辐射层11的材料可以为以下三种：
1)由SiO2、HfO2和银膜组成的光子晶体，具有太阳光波段97％反射率和0.7的红外辐射率；
2)嵌入平均直径为8微米的SiO2小球的聚4-甲基戊烯薄膜，具有太阳光波段96％反射率和0.93的红外辐射率；
3)具有多尺度微纳孔结构的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVdF-HFP)薄膜，具有太阳光波段96％反射率和0.97的红外辐射率。
隔热层12是通过将空气替换为导热系数极低的真空或稀有气体来减缓热量的传递，从而起到在夏天减缓热量传入头盔1内部，在冬天减缓热量从头盔1内部散失至外界环境的作用。因此隔热层12可以是通过抽真空方法得到的真空层，也可以是通过充入稀有气体作为隔热气体的方法得到的稀有气体层。
支撑层13的材质为高强度塑料，在保证头盔1结构强度的同时质量较轻，使用体验较好。
在一种具体的实施方式中，如图2所示，隔热层12由栅格组成，栅格设置有连通孔122，隔热层12中的气体能够通过连通孔122在栅格间流通。
在本实施方式中，如图2所示，隔热层12由栅格组成，栅格内部中空，质量较小，从而使头盔1更加轻便。通过连通孔122可以将栅格中的空气抽出形成真空层或在栅格中充入稀有气体形成稀有气体层，从而实现隔热层12减缓热量传入的功能。
在一种具体的实施方式中，如图2所示，栅格包括多个栅格单元121，栅格单元121相互拼接，连通孔122设置于栅格单元121相互拼接处的环侧。
在本实施方式中，如图2所示，栅格单元121相互拼接形成栅格，连通孔122可以设置于栅格单元121相互拼接处的环侧，具体可以为环侧的顶部、中部或底部，保证隔热层12中的气体能被顺利抽出或充入，从而使隔热层12的导热系数极低，减缓热量传入头戴空间7。
在一种具体的实施方式中，如图2所示，连通孔122的形状为矩形、三角形、菱形、圆形或椭圆形。
在本实施方式中，如图2所示，连通孔122的形状多样，具体可以为矩形、方形等多边形，也可以为圆形、椭圆形等形状。当连通孔122设置于栅格单元121的环侧的顶部或底部时，连通孔122优选为半圆形、半椭圆形、三角形，且连通孔122的直线段长边靠近底部下侧边缘或顶部上侧边缘，从而在增大连通孔122的截面积的同时增强栅格的结构强度。当连通孔122设置于栅格单元121的环侧的中部时，连通孔122优选为圆形或椭圆形孔，从而保证栅格的结构强度较高，不易损坏。
在一种具体的实施方式中，隔热层12中的气体的导热系数λ满足小于同等条件下的空气导热系数。
在本实施方式中，隔热层12中的气体的导热系数应小于同等条件下的空气的导热系数，即在头盔1的使用状态下，相同温度和气压时，隔热层12中的气体的导热系数小于空气的导热系数，从而使隔热层12起到较好的隔热作用。
空气在0℃时的导热系数约为0.023W/m·K)，空气在100℃时的导热系数约为0.031W/m·K。优选的，隔热层12中的气体的导热系数λ满足：0＜λ＜0.03W/(m·K)且导热系数λ越小越好。隔热层12中的气体的导热系数不应过大，若隔热层12中的气体的导热系数λ过大(例如导热系数λ大于0.03W/m·K))，则在非稳态条件下辐射层11吸收的少量来自太阳光的热量会较快地通过隔热层12传入头戴空间7，从而不能较好地起到隔热作用，影响佩戴者的使用体验。
在一种具体的实施方式中，隔热层12中的气体为导热系数λ＝0.008W/m·K)的氪气或λ＝0.005W/m·K)的氙气等。
在本实施方式中，隔热层12中充入的气体具体可以为氪气或氙气等导热系数极低的气体，从而最大程度的减缓热量传入头戴空间7，防止头戴空间7闷热，提高佩戴者的使用体验。
在一种具体的实施方式中，如图1所示，头盔1还包括：进风口2和出风口3，进风口2和出风口3均与头盔1的外部连通；通风层14，通风层14设置在支撑层13和头戴空间7之间，通风层14间隔设置有多个流道141，流道141连通进风口2和出风口3；外界空气能够经进风口2、流道141和出风口3流经头盔1。
在本实施方式中，如图1所示，当佩戴者佩戴头盔1骑行时，快速流动的外界空气通过进风口2进入通风层14的多个流道141，由于流道141直接位于头戴空间7紧邻的上方，因此流道141中快速流动的空气能够带走佩戴者头部散发的热量，并从出风口3流出，快速、高效、节能地实现散热，提升佩戴者的体验，防止佩戴者因头戴空间7闷热而不适或中暑。
在一种具体的实施方式中，如图3和图4所示，头盔1还包括用于封闭或开启进风口2和/或出风口3的阻挡件4。
在本实施方式中，如图3和图4所示，阻挡件4设置有相对的两片，当佩戴者在夏天佩戴头盔1时，向左右两侧拉动阻挡件4使阻挡件4开启进风口2和/或出风口3，从而保证空气顺利进入流道141实现高效散热；当佩戴者在冬天佩戴头盔1时，推动阻挡件4使阻挡件4封闭进风口2和/或出风口3，流道141中的空气被封闭于头盔1内部，佩戴者头部散发的热量随空气散失较少，从而起到保暖的作用。
在一种具体的实施方式中，如图4和图5所示头盔1还包括设置于阻挡件4的限位件41，限位件41能与头盔1配合限制阻挡件4运动。
在本实施方式中，如图4和图5所示，限位件41设置于阻挡件4，限位件41可以为凸筋，当佩戴者向左右两侧拉动阻挡件4时，限位件41能够与头盔1接触，由于限位件41与头盔1之间存在挤压、摩擦力较大，因此阻挡件4不会随佩戴者的运动而运动，进而封闭进风口2和出风口。此外，还可以在头盔1上设置凹槽，当佩戴者向左右两侧拉动阻挡件4时，限位件41卡入凹槽中，从而保证阻挡件4不会随佩戴者的运动而封闭进风口2和出风口，且可靠性较好。
在一种具体的实施方式中，本申请还提供一种智能头盔，如图6和图9所示，头盔还包括嵌入支撑层13的主板5和电池6，电池6为主板5供电。
在本实施方式中，如图6和图9所示，人们对头盔1往往有更高的功能需求，因此在支撑层13加工安装槽以安装主板5和电池6，从而制成智能头盔，同时由于支撑层13的结构强度较高，因此在支撑层13开设安装槽对头盔1的强度影响较小，且主板5和电池6的安装较为稳固。
在一种具体的实施方式中，如图6～9所示，头盔1还包括太阳能薄膜17，太阳能薄膜17能够将光能转化为电能，太阳能薄膜17和辐射层11连接并形成头盔1的外表面，太阳能薄膜17用于为主板5供电和/或为电池6充电。
在本实施方式中，如图6～9所示，太阳能薄膜17设置于头盔1的外表面，能够被太阳光直接照射到，从而便于将太阳光的光能转化为电能，并为主板5供电或为电池6充电。同时，太阳能薄膜17减少了照射在头盔1表面的太阳光以热量形式被头盔1吸收，从而有益于防止头戴空间7的温度过高。
在一种具体的实施方式中，如图6和图9所示，头盔1还包括传热组件16，传热组件16包括：散热片161、热管162和散热块163，散热片161位于隔热层12远离头戴空间7的一侧，热管162位于辐射层11和支撑层13之间，热管162与主板5和电池6连接，散热块163连接散热片161和热管162。
在本实施方式中，如图6和图9所示，由于主板5和电池6工作时会产生较多的热量，因此通过将传热组件16与主板5和电池6连接，实现将主板5和电池6产生的热量以较快的速度散发到空气中，以降低头盔1的温度。
具体地，太阳能薄膜17占据头盔1外表面的前半部分，辐射层11占据头盔1外表面的后半部分，散热片161可以为贴覆于太阳能薄膜17和辐射层11下方的铜片，电池5和主板6设置于头盔1后端，散热块163可以为导热系数较高的铜块。利用热管162将主板5和电池6产生的热量从头盔1的后端传导至头盔顶部，再通过散热块163将热量快速传导至与散热块163的上表面连接的散热片161，利用散热片161的较大面积快速扩散热量，同时，骑行时在头盔1前部和顶部表面流过的外界气流能够更快速地将散热片161上的热量带走，实现头盔1的高效散热。
此外，散热块163可以用半导体制冷片(Thermo Electric Cooler，TEC)代替，太阳能薄膜17能够为TEC供电。在骑行过程中热管162、TEC、散热片161及头盔1表面快速流动的外界气流形成了完整的散热路径，实现了对主板5和电池6的有效散热。
在一种具体的实施方式中，热管162与主板5和电池6通过导热体连接。
在本实施方式中，导热体可以是导热硅脂、导热凝胶或导热垫等导热系数较高的材料，从而提高主板5和电池6产生的热量向热管162扩散的效率，减少主板5和电池6产生的热量向头戴空间7扩散的比率。
此外，热管162和散热块163可以通过双面胶粘贴或锡膏焊接方式连接，散热块163和散热片161可以通过导热体连接也可以通过双面胶粘贴或锡膏焊接方式连接。
在一种具体的实施方式中，如图10所示，通风层14间隔设置有储热块15和/或支撑层13间隔设置有储热块15。
在本实施方式中，如图10所示，储热块15可以间隔设置于通风层14的流道141之间，也可以间隔设置于支撑层13。储热块15通过发生相变吸收热量，从而降低头戴空间7的温度，防止佩戴者因头戴空间7的温度过高而不适或中暑。
具体地，储热块15由孔隙率为95％以上的金属多孔材料填充相变储热材料制成，相变储热材料可以是石蜡(相变点37～43℃)和九水合硝酸铁(相变点47℃)等相变点在37～60℃之间的相变材料，金属多孔材料可以是铝，铜或其他金属，以增强储热块15的复合导热系数，高效吸收热量。
如图1和图11所示，本申请提供的第一种头盔1的散热设计包括辐射层11、隔热层12、支撑层13和通风层14。
第一种头盔1的传热分析为：假设夏日太阳光照射到头盔1上的热量为Qsolar，辐射层11可以反射或辐射90％以上的太阳光波段的热量，辐射层11反射或辐射的热量为Q1，进入头盔的热量为Q2，则Qsolar＝Q1+Q2，由于隔热层12的导热系数极低，减缓了辐射层11吸收的热量向头盔1内部的扩散，大大增加了隔热层12上下表面之间的温差，降低了隔热层12下表面的温度，从辐射层11进入隔热层12的热量为Q3，支撑层13的导热系数在0.1～1W/(m·K)之间，导热系数相对较低，从隔热层12扩散到通风层14的热量为Q4，通风层14中随流动的空气带走的热量为Q5，因此最终能够到达头戴空间7的热量为Q6，Q4＝Q5+Q6，稳态条件下各热量之间的大小关系为：Qsolar>Q1>Q2＝Q3＝Q4>Q6。综上，本申请提供的第一种头盔1的散热性能较好。
如图6和图12所示，本申请提供的第二种头盔1的散热设计包括辐射层11、隔热层12、支撑层13、通风层14、储热块15和传热组件16。
第二种头盔1的传热分析为：假设夏日太阳光照射到头盔上的热量为Qsolar，辐射层11可以反射或辐射90％以上的太阳光波段的热量，辐射层11反射或辐射的热量为Q1，进入头盔1的热量为Q2，则Qsolar＝Q1+Q2，由于隔热层12的导热系数极低，大大增加了隔热层12上下两个表面的温差，从辐射层11进入隔热层12的热量为Q3，主板5和电池6产生的热量为Q4，通过传热组件16散热到头盔1外表面的热量为Q5，支撑层13导热系数较低，从隔热层12到通风层14的热量为Q6，其中一部分热量Q7和Q8在储热块15中被储存。经过通风层14散热带走的热量为Q9，因此最终能够从外界到达头戴空间7的热量为Q10。综上，本申请提供的第二种头盔1的散热性能较好。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种头盔，其特征在于，所述头盔(1)包括：
辐射层(11)，所述辐射层(11)位于所述头盔(1)的外表面，所述辐射层(11)能够反射太阳光波段和/或辐射红外波段；
隔热层(12)，所述隔热层(12)位于所述辐射层(11)下方，所述隔热层(12)填充气体或抽真空；
支撑层(13)，所述支撑层(13)连接于所述隔热层(12)远离所述辐射层(11)的一侧，且所述支撑层(13)围成用于人体头部的头戴空间(7)。
2.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述隔热层(12)由栅格组成，所述栅格设置有连通孔(122)，所述隔热层(12)中的气体能够通过所述连通孔(122)在所述栅格间流通。
3.根据权利要求2所述的头盔，其特征在于，所述栅格包括多个栅格单元(121)，所述栅格单元(121)相互拼接，所述连通孔(122)设置于所述栅格单元(121)相互拼接处的环侧。
4.根据权利要求3所述的头盔，其特征在于，所述连通孔(122)的形状为矩形、三角形、菱形、圆形或椭圆形。
5.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述隔热层(12)中的气体的导热系数λ满足小于同等条件下的空气导热系数。
6.根据权利要求5所述的头盔，其特征在于，所述隔热层(12)中的气体为氪气或氙气。
7.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述头盔(1)还包括：
进风口(2)和出风口(3)，所述进风口(2)和所述出风口(3)均与所述头盔(1)的外部连通；
通风层(14)，所述通风层(14)设置在所述支撑层(13)和头戴空间(7)之间，所述通风层(14)间隔设置有多个流道(141)，所述流道(141)连通所述进风口(2)和所述出风口(3)；
外界空气能够经所述进风口(2)、所述流道(141)和所述出风口(3)流经所述头盔(1)。
8.根据权利要求7所述的头盔，其特征在于，所述头盔(1)还包括用于封闭或开启所述进风口(2)和/或所述出风口(3)的阻挡件(4)。
9.根据权利要求8所述的头盔，其特征在于，所述头盔(1)还包括设置于所述阻挡件(4)的限位件(41)，所述限位件(41)能与所述头盔(1)配合限制所述阻挡件(4)运动。
10.根据权利要求1至9任一项所述的头盔，其特征在于，所述头盔还包括嵌入所述支撑层(13)的主板(5)和电池(6)，所述电池(6)为所述主板(5)供电。
11.根据权利要求10所述的头盔，其特征在于，所述头盔(1)还包括太阳能薄膜(17)，所述太阳能薄膜(17)能够将光能转化为电能，所述太阳能薄膜(17)和所述辐射层(11)连接并形成所述头盔(1)的外表面，所述太阳能薄膜(17)用于为所述主板(5)供电和/或为所述电池(6)充电。
12.根据权利要求10所述的头盔，其特征在于，所述头盔(1)还包括传热组件(16)，所述传热组件(16)包括：
散热片(161)，所述散热片(161)位于所述隔热层(12)远离所述头戴空间(7)的一侧；
热管(162)，所述热管(162)位于所述辐射层(11)和所述支撑层(13)之间，所述热管(162)与所述主板(5)和所述电池(6)连接；
散热块(163)，所述散热块(163)连接所述散热片(161)和所述热管(162)。
13.根据权利要求12所述的头盔，其特征在于，所述热管(162)与所述主板(5)和所述电池(6)通过导热体连接。
14.根据权利要求10所述的头盔，其特征在于，所述通风层(14)间隔设置有储热块(15)；
和/或所述支撑层(13)间隔设置有储热块(15)。
Priority Applications (1)
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