CN114619897A - 储氢装置、车辆、控制方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

一种储氢装置、车辆、控制方法和控制装置。储氢装置包括：储氢容器，设有氢气出口；可膨胀部件，设于储氢容器内，可膨胀部件设有流体入口；和增压部件，与流体入口连通，用于向可膨胀部件输入流体，使可膨胀部件膨胀以增加氢气出口的压力。这样，储氢装置在使用过程中，随着氢气的减少，可以通过开启增压部件促使可膨胀部件膨胀，来为储氢容器增压，有利于储氢容器内的剩余氢气满足喷射压力的需求，进而促进储氢容器内的氢气可以全部利用，实现提高储氢装置的氢气利用率的目的。

Description

储氢装置、车辆、控制方法和控制装置

技术领域

本文涉及但不限于储氢技术，尤指一种储氢装置、车辆、控制方法和控制装置。

背景技术

目前，随着氢燃料电池及氢气发动机的使用，储氢装置的量产使用也越来越多。现阶段，已经量产的储氢方案为高压储氢(如日本储氢压力为70MPa，国内为35MPa)，储氢罐容积一定。因此，随着氢气使用，储氢压力会不断下降。而氢气发动机需求的喷射压力较高，喷射压力的降低将会导致发动机负荷降低及效率下降，进而导致氢气发动机性能和经济性恶化。目前较常用的发动机氢气喷射压力为10MPa至15MPa，这意味着对于35MPa的储氢装置，储氢罐中只有大约2/3的氢气可以利用，无法有效利用罐内全部氢气。

发明内容

本申请实施例提供了一种储氢装置，可以在使用过程中增加储氢压力，保证氢气的供给要不低于设定阈值，提高储氢装置的氢气利用率。

本申请实施例提供了一种储氢装置，包括：储氢容器，设有氢气出口；可膨胀部件，设于所述储氢容器内，所述可膨胀部件设有流体入口；和增压部件，与所述流体入口连通，用于向所述可膨胀部件输入流体，使所述可膨胀部件膨胀以增加所述氢气出口的压力。

本申请实施例提供的储氢装置，包括储氢容器、可膨胀部件和增压部件。储氢容器用于储存氢气，通过氢气出口向氢气发动机等外部装置供给氢气。可膨胀部件设在储氢容器内，可以通过膨胀占用储氢容器内的容积，以减小储氢容器的有效容积，对剩余氢气产生增压的作用，有利于储氢容器维持最低储存压力(如10MPa)。增压部件与可膨胀部件的流体入口连通，可以向可膨胀部件内输入流体(如气体或液体)，为可膨胀部件发生膨胀提供动力。

这样，储氢装置在使用过程中，随着氢气的减少，可以通过开启增压部件促使可膨胀部件膨胀，来为储氢容器增压，有利于储氢容器内的剩余氢气满足喷射压力的需求，进而促进储氢容器内的氢气可以全部利用，实现提高储氢装置的氢气利用率的目的。

在一种示例性的实施例中，所述储氢装置还包括：压力传感器，设置为检测所述氢气出口的压力；和控制器，与所述压力传感器以及所述增压部件电连接，用于根据所述压力传感器的检测结果控制所述增压部件的启停。

在一种示例性的实施例中，所述控制器设置为：当所述氢气出口的压力降低至第一设定范围时，开启所述增压部件；当所述氢气出口的压力增加至第二设定范围时，关闭所述增压部件。

在一种示例性的实施例中，所述储氢装置还包括：连接管路，所述连接管路的一端连通所述流体入口，所述连接管路的另一端连通所述增压部件的流体出口；和阀门，设在所述连接管路上，用于控制所述连接管路的通断。

在一种示例性的实施例中，所述增压部件为空气增压泵。

本申请实施例还提供了一种车辆，包括如上述实施例中任一项的储氢装置，因而具有上述一切有益效果，在此不再赘述。

本申请实施例还提供了一种控制方法，用于上述实施例中任一项的储氢装置，所述控制方法包括：获取储氢容器的氢气出口的压力；根据所述氢气出口的压力控制增压部件的启停。

在一种示例性的实施例中，所述根据所述氢气出口的压力控制增压部件的启停，包括：当所述氢气出口的压力降低至第一设定范围时，开启所述增压部件；当所述氢气出口的压力增加至第二设定范围时，关闭所述增压部件。

在一种示例性的实施例中，所述第一设定范围为：小于或等于第一设定阈值；所述第二设定范围为：大于或等于第二设定阈值，所述第二设定阈值大于所述第一设定阈值。

在一种示例性的实施例中，所述储氢装置设置成为氢气发动机提供氢燃料；所述第一设定阈值＝氢气发动机喷嘴的设定喷射压力-第一预设值；所述第二设定阈值＝氢气发动机喷嘴的设定喷射压力+第二预设值。

在一种示例性的实施例中，所述第一预设值＝所述第二预设值＝所述氢气发动机喷嘴的设定喷射压力×10％。

在一种示例性的实施例中，所述根据所述氢气出口的压力控制增压部件的启停，还包括：在所述当所述氢气出口的压力降低至第一设定范围时，开启所述增压部件的步骤之前，先判断所述氢气出口的压力是否大于或等于第三设定阈值；当所述氢气出口的压力小于所述第三设定阈值时，再判断所述氢气出口的压力是否降低至所述第一设定范围。

在一种示例性的实施例中，所述第三设定阈值等于所述第二设定阈值。

本申请实施例还提供了一种控制装置，包括处理器以及存储有计算机程序的存储器，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述实施例中任一所述的控制方法的步骤。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请一个实施例提供的储氢装置的结构示意图；

图2为本申请一个实施例提供的控制方法的流程示意图；

图3为本申请一个实施例提供的控制方法的流程示意图；

图4为本申请一个实施例提供的控制方法的流程示意图；

图5为本申请一个实施例提供的控制装置的示意图。

其中，图1和图5中的附图标记如下：

102储氢容器，1022氢气出口，104可膨胀部件，106增压部件，108压力传感器，110控制器，112连接管路，114阀门；

500控制装置，502存储器，504处理器；

图1中虚线表示信号线或功率线。

具体实施方式

定容储氢罐的储氢压力随着使用过程降低，无法有效利用罐内全部氢气。本申请实施例主要解决该问题，提出一种可变容积的储氢装置及控制方式。

本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。

此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。

如图1所示，本申请的一个实施例提供了一种储氢装置，包括：储氢容器102、可膨胀部件104和增压部件106。

其中，储氢容器102设有氢气出口1022。可膨胀部件104设于储氢容器102内。可膨胀部件104设有流体入口。增压部件106与流体入口连通，用于向可膨胀部件104输入流体，使可膨胀部件104膨胀以增加氢气出口1022的压力。

本申请实施例提供的储氢装置，包括储氢容器102、可膨胀部件104和增压部件106。储氢容器102用于储存氢气，通过氢气出口1022向氢气发动机等外部装置供给氢气。可膨胀部件104设在储氢容器102内，可以通过膨胀占用储氢容器102内的容积，以减小储氢容器102的有效容积，对剩余氢气产生增压的作用，有利于储氢容器102维持最低储存压力(如10MPa)。增压部件106与可膨胀部件104的流体入口连通，可以向可膨胀部件104内输入流体(如气体或液体)，为可膨胀部件104发生膨胀提供动力。

这样，储氢装置在使用过程中，随着氢气的减少，可以通过开启增压部件106促使可膨胀部件104膨胀，来为储氢容器102增压，有利于储氢容器102内的剩余氢气满足喷射压力的需求，进而促进储氢容器102内的氢气可以全部利用，实现提高储氢装置的氢气利用率的目的。

在一种示例性的实施例中，如图1所示，储氢装置还包括：压力传感器108和控制器110。

其中，压力传感器108设置为检测氢气出口1022的压力。控制器110与压力传感器108以及增压部件106电连接，用于根据压力传感器108的检测结果控制增压部件106的启停。

控制器110根据压力传感器108的检测结果来控制增压部件106自动启停，实现了增压部件106的自动化控制，有利于提高产品的自动化程度。

其中，控制器110可以是独立的部件，也可以集成在其他控制器110(如发动机控制器110、电池控制器110或车载控制器110)中。

在一种示例性的实施例中，控制器110设置为：当氢气出口1022的压力降低至第一设定范围时，开启增压部件106；当氢气出口1022的压力增加至第二设定范围时，关闭增压部件106。

当储氢容器102的氢气出口1022的压力降低至第一设定范围时，表明内部储氢压力相对偏低，不能够满足氢气发动机等外部装置的使用需求。因此，开启增压部件106，使储氢容器102内的可膨胀部件104发生膨胀，来提高氢气出口1022的压力，以满足氢气发动机等外部装置的使用需求。

而开启增压部件106后，当氢气出口1022的压力增加至第二设定范围时，表明内部储氢压力相对较高，可以满足氢气发动机等外部装置的使用需求。因此，关闭增压部件106，避免持续增压导致储氢容器102内部压力过高而产生安全隐患，也减少耗能、噪声和震动。

在一种示例性的实施例中，如图1所示，储氢装置还包括：连接管路112和阀门114。

其中，连接管路112的一端连通流体入口，连接管路112的另一端连通增压部件106的流体出口。阀门114设在连接管路112上，用于控制连接管路112的通断。

这样，便于在连接管路112与储氢容器102之间、连接管路112与可膨胀部件104的流体入口之间、连接管路112与增压部件106的流体出口之间进行密封，以保证储氢装置的使用可靠性。

其中，阀门114可以为机械阀门，也可以是电控阀门。当阀门114采用电控阀门时，电控阀门也可以与控制器110电连接，在控制器110的控制下实现自动开闭。

比如：当氢气出口1022的压力降低至第一设定范围时，开启增压部件106和电控阀门。当氢气出口1022的压力增加至第二设定范围时，关闭增压部件106和电控阀门。

在一种示例性的实施例中，增压部件106为空气增压泵。

增压部件106采用空气增压泵，可以直接向可膨胀部件104内输送空气，相较于采用液体增压泵，本方案无需额外设置流体来源，也无需设置流体回收装置，因而有利于简化结构，降低降低生产成本。

在一种示例性的实施例中，可膨胀部件104为气囊，如可充气的耐高压膨胀式橡胶气囊。当然，可膨胀部件104也可以采用其他形式。

本申请实施例还提供了一种车辆，包括如上述实施例中任一项的储氢装置，因而具有上述一切有益效果，在此不再赘述。

如图2所示，本申请实施例还提供了一种控制方法，用于如上述实施例中任一项的储氢装置。该控制方法包括：

步骤S210：获取储氢容器的氢气出口的压力；

步骤S220：根据氢气出口的压力控制增压部件的启停。

本申请实施例提供的控制方法，随着氢气的减少，可以通过开启增压部件106促使可膨胀部件104膨胀，来为储氢容器102增压，有利于储氢容器102内的剩余氢气满足喷射压力的需求，进而促进储氢容器102内的氢气可以全部利用，实现提高储氢装置的氢气利用率的目的。

并且，本方案可以根据储氢容器102的氢气出口1022的压力来控制增压部件106自动启停，实现了增压部件106的自动化控制，有利于提高产品的自动化程度。

在一种示例性的实施例中，如图3所示，根据氢气出口1022的压力控制增压部件106的启停，包括：

步骤S222：当氢气出口的压力降低至第一设定范围时，开启增压部件；

步骤S224：当氢气出口的压力增加至第二设定范围时，关闭增压部件。

当储氢容器102的氢气出口1022的压力降低至第一设定范围时，表明内部储氢压力相对偏低，不能够满足氢气发动机等外部装置的使用需求。因此，开启增压部件106，使储氢容器102内的可膨胀部件104发生膨胀，来提高氢气出口1022的压力，以满足氢气发动机等外部装置的使用需求。

而开启增压部件106后，当氢气出口1022的压力增加至第二设定范围时，表明内部储氢压力相对较高，可以满足氢气发动机等外部装置的使用需求。因此，关闭增压部件106，避免持续增压导致储氢容器102内部压力过高而产生安全隐患，也减少耗能、噪声和震动。

在一种示例性的实施例中，第一设定范围为：小于或等于第一设定阈值。第二设定范围为：大于或等于第二设定阈值，第二设定阈值大于第一设定阈值。

换言之，当氢气出口1022的压力降低至小于或等于第一设定阈值时，开启增压部件106。当氢气出口1022的压力增加至大于或等于第二设定阈值时，关闭增压部件106。当氢气出口1022的压力处于第一设定阈值与第二设定阈值之间时，增压部件106保持当前状态。如此循环往复，可以维持氢气压力在一定的区间内，直至氢气消耗殆尽。

由于本方案在控制流程中设置了一段滞回区间，可以防止增压部件106频繁启动，也减少耗能、噪声和震动。

在一种示例性的实施例中，储氢装置设置成为氢气发动机提供氢燃料。第一设定阈值＝氢气发动机喷嘴的设定喷射压力-第一预设值。第二设定阈值＝氢气发动机喷嘴的设定喷射压力+第二预设值。

在一个示例中，第一预设值＝第二预设值＝氢气发动机喷嘴的设定喷射压力×10％。

比如，氢气发动机喷嘴的设定喷射压力为10Mpa，则第一预设值为9MPa，第二预设值为11MPa。

这相当于在氢气发动机喷嘴的设定喷射压力的基础上可以上下浮动10％，增加了滞回区间，可以有效防止增压部件106频繁启动，使得增压部件106不需要连续工作，只需间歇式工作，没有瞬态响应的问题，耗能少。

当然，储氢装置也可以用于为其他装置供氢，如氢燃料电池。第一设定阈值和第二设定阈值不局限于上述方案，也可以根据需要进行调整。

在一种示例性的实施例中，根据氢气出口1022的压力控制增压部件106的启停，还包括：

在步骤S222之前，先判断氢气出口1022的压力是否大于或等于第三设定阈值；

当氢气出口1022的压力小于第三设定阈值时，再判断氢气出口1022的压力是否降低至第一设定范围，若是，执行步骤S222。

在一个示例中，第三设定阈值等于第二设定阈值。

在一个具体实施例中，如图4所示，控制方法包括：

步骤S302：判断氢气出口的压力是否大于或等于第三设定阈值；若是，执行步骤S304；若否，返回执行步骤S302；

步骤S304：判断氢气出口的压力是否小于或等于第一设定阈值；若是，执行步骤S306；若否，返回执行步骤S304；

步骤S306：开启增压部件和阀门；

步骤S308：判断氢气出口1022的压力是否大于或等于第二设定阈值；若是，执行步骤S310；若否，返回执行步骤S308；

步骤S310：关闭增压部件和阀门。

上述流程循环往复，直至储氢容器102内的氢气消耗殆尽。

其中，第二设定阈值＝第三设定阈值＞第一设定阈值。增压部件106为空气增压泵。空气增压泵与可膨胀部件104通过连接管路112连通，连接管路112上设有电控阀门。

空气增压泵可以将空气加压冲入储氢容器102内的可膨胀部件104，该可膨胀部件104体积发生变化从而改变储氢容器102的有效容积，对剩余氢气产生加压的作用。随着氢气使用，储氢容器102内压力逐渐下降至接近发动机喷嘴的设定喷射压力(如10MPa)，此后空气增压泵和阀门114打开，空气增压泵开始工作。当氢气压力达到设定值食物停止工作，减少耗能、噪声和震动。氢气压力在使用过程中再次下降至接近发动机喷嘴的设定喷射压力时，空气增压泵再次工作。如此循环往复，储氢容器102内的氢气压力可以维持在一定的区间内，直至氢气消耗殆尽。

与储氢容器102直接串联气泵对氢气加压的方式相比，本方案可避免氢气泄露的问题，不需要连续工作，只需要间歇工作，没有瞬态响应的问题，耗能少。

如图5所示，本申请实施例还提供了一种控制装置500，包括处理器504以及存储有计算机程序的存储器502，处理器504执行计算机程序时实现如实施例中任一的控制方法的步骤，因而具有上述一切有益效果，在此不再赘述。

处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

在上述任意一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可以硬件、软件、固件或其任一组合来实施。如果以软件实施，那么功能可作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或经由计算机可读介质传输，且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可包含对应于例如数据存储介质等有形介质的计算机可读存储介质，或包含促进计算机程序例如根据通信协议从一处传送到另一处的任何介质的通信介质。以此方式，计算机可读介质通常可对应于非暂时性的有形计算机可读存储介质或例如信号或载波等通信介质。数据存储介质可为可由一个或多个计算机或者一个或多个处理器存取以检索用于实施本公开中描述的技术的指令、代码和/或数据结构的任何可用介质。计算机程序产品可包含计算机可读介质。

举例来说且并非限制，此类计算机可读存储介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置、快闪存储器或可用来以指令或数据结构的形式存储所要程序代码且可由计算机存取的任何其它介质。而且，还可以将任何连接称作计算机可读介质举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)或例如红外线、无线电及微波等无线技术从网站、服务器或其它远程源传输指令，则同轴电缆、光纤电缆、双纹线、DSL或例如红外线、无线电及微波等无线技术包含于介质的定义中。然而应了解，计算机可读存储介质和数据存储介质不包含连接、载波、信号或其它瞬时(瞬态)介质，而是针对非瞬时有形存储介质。如本文中所使用，磁盘及光盘包含压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软磁盘或蓝光光盘等，其中磁盘通常以磁性方式再生数据，而光盘使用激光以光学方式再生数据。上文的组合也应包含在计算机可读介质的范围内。

举例来说，可由例如一个或多个数字信号理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其它等效集成或离散逻辑电路等一个或多个处理器来执行指令。因此，如本文中所使用的术语“处理器”可指上述结构或适合于实施本文中所描述的技术的任一其它结构中的任一者。另外，在一些方面中，本文描述的功能性可提供于经配置以用于编码和解码的专用硬件和/或软件模块内，或并入在组合式编解码器中。并且，可将所述技术完全实施于一个或多个电路或逻辑元件中。

本公开实施例的技术方案可在广泛多种装置或设备中实施，包含无线手机、集成电路(IC)或一组IC(例如，芯片组)。本公开实施例中描各种组件、模块或单元以强调经配置以执行所描述的技术的装置的功能方面，但不一定需要通过不同硬件单元来实现。而是，如上所述，各种单元可在编解码器硬件单元中组合或由互操作硬件单元(包含如上所述的一个或多个处理器)的集合结合合适软件和/或固件来提供。

Claims (14)

1.一种储氢装置，其特征在于，包括：

储氢容器，设有氢气出口；

可膨胀部件，设于所述储氢容器内，所述可膨胀部件设有流体入口；和

增压部件，与所述流体入口连通，用于向所述可膨胀部件输入流体，使所述可膨胀部件膨胀以增加所述氢气出口的压力。

2.根据权利要求1所述的储氢装置，其特征在于，还包括：

压力传感器，设置为检测所述氢气出口的压力；和

控制器，与所述压力传感器以及所述增压部件电连接，用于根据所述压力传感器的检测结果控制所述增压部件的启停。

3.根据权利要求2所述的储氢装置，其特征在于，所述控制器设置为：

当所述氢气出口的压力降低至第一设定范围时，开启所述增压部件；

当所述氢气出口的压力增加至第二设定范围时，关闭所述增压部件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的储氢装置，其特征在于，还包括：

连接管路，所述连接管路的一端连通所述流体入口，所述连接管路的另一端连通所述增压部件的流体出口；和

阀门，设在所述连接管路上，用于控制所述连接管路的通断。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的储氢装置，其特征在于，

所述增压部件为空气增压泵。

6.一种车辆，其特征在于，包括如上述权利要求1至5中任一项所述的储氢装置。

7.一种控制方法，用于如上述权利要求1至5中任一项所述的储氢装置，其特征在于，所述控制方法包括：

获取储氢容器的氢气出口的压力；

根据所述氢气出口的压力控制增压部件的启停。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述氢气出口的压力控制增压部件的启停，包括：

当所述氢气出口的压力降低至第一设定范围时，开启所述增压部件；

当所述氢气出口的压力增加至第二设定范围时，关闭所述增压部件。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，

所述第一设定范围为：小于或等于第一设定阈值；

所述第二设定范围为：大于或等于第二设定阈值，所述第二设定阈值大于所述第一设定阈值。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，

所述储氢装置设置成为氢气发动机提供氢燃料；

所述第一设定阈值＝氢气发动机喷嘴的设定喷射压力-第一预设值；

所述第二设定阈值＝氢气发动机喷嘴的设定喷射压力+第二预设值。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，

所述第一预设值＝所述第二预设值＝所述氢气发动机喷嘴的设定喷射压力×10％。

12.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述氢气出口的压力控制增压部件的启停，还包括：

在所述当所述氢气出口的压力降低至第一设定范围时，开启所述增压部件的步骤之前，先判断所述氢气出口的压力是否大于或等于第三设定阈值；

当所述氢气出口的压力小于所述第三设定阈值时，再判断所述氢气出口的压力是否降低至所述第一设定范围。

13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述第三设定阈值等于所述第二设定阈值。

14.一种控制装置，其特征在于，包括处理器以及存储有计算机程序的存储器，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求7至13中任一所述的控制方法的步骤。

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