CN207091045U - 一种太阳能蒸馏装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种太阳能蒸馏装置，包括液体盛放装置、透光装置和冷凝装置，液体盛放装置用于盛放待蒸馏液体，透光装置被设置成能够使环境光线照射到所述液体盛放装置；冷凝装置被设置成能够为液体盛放装置产生的蒸汽提供冷凝表面；所述冷凝装置包括一个朝向所述液体盛放装置的反光表面，所述反光表面的光反射率为50％以上。该太阳能蒸馏装置既有较高的蒸汽产生速率，又有较高的蒸汽冷凝速率。
Description
技术领域
本实用新型属于蒸馏装置领域，具体涉及一种太阳能蒸馏装置。
背景技术
淡水资源短缺是21世纪人类面临的重大危机之一。在我国，人均水资源占有量仅为世界人均水资源量平均值的1/4，被联合国列为13个最贫水国家之一。尤其在我国的沿海地带和海岛地区，缺水数量占到全国缺水总量的1/3以上，水资源紧张已成为制约这些地区经济和社会发展的瓶颈。但沿海地带和海岛地区却有着得天独厚的自然优势：太阳能丰富和海水资源丰富，这使得太阳能海水淡化成为了理想的解决方案。并且从海水淡化技术的发展趋势来看，利用太阳能淡化海水是低成本制取淡水的可行途径。
在太阳能海水淡化领域，传统的太阳能海水淡化器虽然具备结构简单、取材方便、运行费用低等优点，但由于存在光热转化效率较低、运行温度低、冷凝潜热损失等缺点，以至于它的单位产水量较低。
实用新型内容
本实用新型第一方面提供一种太阳能蒸馏装置，包括液体盛放装置、透光装置和冷凝装置，液体盛放装置用于盛放待蒸馏液体，透光装置被设置成能够使环境光线照射到所述液体盛放装置；冷凝装置被设置成能够为液体盛放装置产生的蒸汽提供冷凝表面；
所述冷凝装置包括一个朝向所述液体盛放装置的反光表面，所述反光表面的光反射率为50％以上。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，所述反光表面的光反射率为90％以上。
在一个实施方案中，反光表面的材质是镜面银(反射率约95％)、抛光氧化镜面铝(反射率约90％)、亮白色上光金属(反射率约80％)、漫白色上光金属(反射率约80％)、光亮铬(反射率约65％)或抛光不锈钢(反射率约55～65％)。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，所述液体盛放装置中设置有光吸收体，所述光吸收体的光吸收率为80％以上。
在一个实施方案中，所述光吸收体的光吸收率为90％以上。
在一个实施方案中，所述光吸收体吸收光能蒸馏水的能量转化效率为70％以上。
在一个实施方案中，所述光吸收体吸收光能蒸馏水的能量转化效率为80％以上。
在一个实施方案中，在一个实施方案中，光吸收体能够吸收光能，并将光能转化为热能，用于蒸馏液体。
在一个实施方案中，光吸收体能够漂浮于待蒸馏液体表面。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，所述光吸收体包括多层体；
所述多层体包括第一基体以及所述第一基体上的碳材料层，其中，所述第一基体是水可渗透的；所述碳材料包括下述材料的一种：石墨、石墨烯、氧化石墨烯或碳纳米管。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，所述碳材料层为氧化石墨烯层。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，所述第一基体包括带毛细孔的吸水材料和低热导率材料，所述低热导率材料被所述带毛细孔的吸水材料包裹。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，所述光吸收体包括复合材料器件；所述复合材料器件包括第二基体，所述第二基体上有多个孔，所述孔的内壁附着有多个金属颗粒，所述金属颗粒的粒径为1～200纳米，所述多个金属颗粒具有至少x种不同的颗粒粒径d，x大于或等于2。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，x种不同的颗粒粒径d选自以下d1至d10中的任意x种：1纳米≤d1＜10纳米、10纳米≤d2＜20纳米、20纳米≤d3＜30纳米、30纳米≤d4＜40纳米、40纳米≤d5＜50纳米、50纳米≤d6＜60纳米、60纳米≤d7＜70纳米、70纳米≤d8≤80纳米、80纳米≤d9≤90纳米、90纳米≤d10≤100纳米；x等于2、3、4、5、6、7、8、9或10。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，所述光吸收体包括复合材料器件；所述复合材料器件包括第二基体，所述第二基体上有多个孔，所述孔的内壁附着有多个金属颗粒，所述多个孔至少包括z种孔径f，z大于或等于2。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，所述z种不同的孔径f选自以下f1至f8中的任意z种：100≤f1＜150、150≤f2＜200、200≤f3＜250、250≤f4＜300、300≤f5＜350、350≤f6＜400，400≤f7＜450，450≤f8≤500；z等于2、3、4、5、6、7或8。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，所述z种不同的孔径f选自以下f9至f13中的任意z种：160≤f9＜200、200≤f10＜250、250≤f11＜300、300≤f12＜350、350≤f13≤380；z等于2、3、4或5。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的复合材料器件，所述第二基体是多孔氧化铝模板，所述金属颗粒包括金颗粒和/或铝颗粒。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，所述冷凝装置包括多个冷凝单元，所述冷凝单元能够以蒸汽冷凝潜热作为热源，进一步加热并蒸发液体。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，所述冷凝装置包括：沿距离液体盛放装置由近至远的方向间隔设置的多个冷凝单元；
所述冷凝单元包括冷凝板和与冷凝板表面接触的毛细吸液材料，所述毛细吸液材料设置在所述冷凝板背向所述液体盛放装置的表面。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，所述透光装置的至少一个表面朝向所述液体盛放装置，且所述表面是亲水的。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，所述太阳能蒸馏装置还包括向所述毛细吸液材料供给待蒸馏液体的液体供给装置。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，还包括反光镜，所述反光镜被设置成能够向所述液体盛放装置反射光线。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，还包括冷凝液体收集装置，冷凝液体收集装置设置在冷凝装置和/或透光装置下方。
在一个实施方案中，本实用新型任一项所述的太阳能蒸馏装置，液体盛放装置、透光装置和冷凝装置共同围合成腔室。
在一个实施方案中，光吸收率是指投射到物体上而被吸收的热辐射能与投射到物体上的总热辐射能之比。
在一个实施方案中，光反射率是指投射到物体上面被反射的辐射能与投射到物体上的总辐射能之比。
在一个实施方案中，能量转化效率是指，光吸收体将吸收的光能用于将液态水转化为水蒸气，该转化的能量转化效率。
本实用新型的有益效果
一个或多个太阳能蒸馏装置具有以下一项或多项有益效果：
i)太阳能蒸馏装置产生蒸汽的速度高；
ii)太阳能蒸馏装置产生冷凝液体的速度高；
iii)太阳能蒸馏装置单位面积产水量较高；
iv)太阳能蒸馏装置在常压常温下运行，安全可靠；
v)太阳能蒸馏装置低能耗无污染，仅利用太阳能一种能量；
vi)太阳能蒸馏装置操作简便，适时加注海水、转运淡水即可；
vii)太阳能蒸馏装置设备结构简单，制造成本低，维护费用少，使用寿命长。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：
图1是一个实施例的太阳能蒸馏装置的示意图；
图2是一个实施例的太阳能蒸馏装置的冷凝装置的示意图；
图3是又一个实施例的太阳能蒸馏装置的示意图。
各附图标号含义如下：冷凝液体收集装置101,102；液体供给装置201,202；保温层4；液体盛放装置5；光吸收体6；冷凝装置7；冷凝单元710,720,730；冷凝板701；毛细吸液材料702；反光表面701a；透光装置8；反光镜9。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示防伪或位置关系的术语(例如“底部”等)为基于附图所示的防伪或位置关系，旨在描述本实用新型，并不表示所指的装置或元件必须具有特定的防伪、以特定的防伪构造和操作。
在以下的示意性实施例中，太阳能蒸馏装置用于蒸馏海水。
在一个实施例中，太阳能蒸馏装置的示意图如图1所示，太阳能蒸馏装置包括液体盛放装置5、透光装置8和冷凝装置7，液体盛放装置5用于盛放待蒸馏液体，透光装置8被设置成能够使环境光线照射到所述液体盛放装置5；冷凝装置7被设置成能够为液体盛放装置5产生的蒸汽提供冷凝表面；
所述冷凝装置7包括一个朝向所述液体盛放装置5的反光表面701a，所述反光表面701a的光反射率在90％以上。
在一个优选实施例中，透光装置8为玻璃盖板。
在一个优选实施例中，为了防止玻璃盖板结雾对阳光透过率的影响，将对玻璃表面进行化学修饰，从而获得亲水的表面。通过将强碱溶液混合不良溶剂的方法获得清洗剂，浸泡玻璃。其间在不良溶剂的保护下，溶液中的OH-缓慢腐蚀玻璃表面的附着物，最终获得清洁、平滑的玻璃表面，达到亲水的目的。
在该实施例中，该太阳能蒸馏装置工作时，液体盛放装置5中盛有液体，太阳光能够透过透光装置8照射并加热所述液体，使所述液体蒸发为蒸汽后在冷凝装置7处冷凝。冷凝装置7朝向液体盛放装置5的反光表面701a能够将阳光反射向液体盛放装置5，有效地增大了单位面积液体表面的太阳辐射强度，从而有利于加热待蒸馏液体，提高了蒸汽的产生速率；另外，由于该反光表面将阳光反射开，也避免了冷凝装置7吸收光能，使冷凝装置7保持较低的温度，有利于蒸汽的冷凝，提高了蒸汽的冷凝速率。
因此，上述太阳能蒸馏装置既有较高的蒸汽产生速率，又有较高的蒸汽冷凝速率。
在一个优选实施例中，冷凝装置7包括不锈钢板。不锈钢板能够有效抵抗海水的腐蚀。
在一个优选的实施例中，液体盛放装置5中设置有光吸收体6，光吸收体6的光吸收率为80％以上，优选在90％以上。
在一个优选的实施例中，光吸收体6是CN106256768A中记载的任一项多层体。该多层体在太阳能蒸馏装置中作为光吸收体能够在较低的光功率密度下实现较高的水蒸气产生效率和/或太阳能利用率。本实用新型引入CN106256768A全文作为参考。
根据CN106256768A说明书的记载，在一个优选实施例中，一种该复合材料器件的光吸收率高达94％。
根据CN106256768A说明书表2的记载，在一个优选实施例中，一种该复合材料器件的光热转换效率(将吸收的光能用于将液态水转化为水蒸气，该转化的能量转化效率)高于70％(例如78％)，优选高于80％(例如84％)。
在一个优选的实施例中，所述光吸收体6包括多层体；所述多层体包括第一基体以及所述第一基体上的碳材料层，其中，所述第一基体是水可渗透的；所述碳材料包括下述材料的一种：石墨、石墨烯、氧化石墨烯或碳纳米管。
在一个优选的实施例中，所述碳材料层优选为氧化石墨烯层。
在一个优选的实施例中，所述第一基体优选包括带毛细孔的吸水材料和低热导率材料，所述低热导率材料被所述带毛细孔的吸水材料包裹。
在一个优选的实施例中，光吸收体6是CN105442014A中记载的任一项复合材料器件。该复合材料器件在较宽的光波长范围具有较高的光吸收率，具有较高的光热转换效率。本实用新型引入CN105442014A全文作为参考。
根据CN105442014A说明书的记载，该复合材料器件的光吸收率高于85％，优选高于90％，再优选高于95％，再优选高于99％。
根据CN105442014A中说明书的记载，该复合材料器件将吸收的光能用于将液态水转化为水蒸气，该转化的能量转化效率高于80％，优选高于90％，再优选高于95％。
在一个优选的实施例中，所述优选光吸收体6包括复合材料器件；所述复合材料器件包括第二基体，所述第二基体上有多个孔，所述孔的内壁附着有多个金属颗粒，所述金属颗粒的粒径优选为1～200纳米，所述多个金属颗粒具有至少x种不同的颗粒粒径d，x大于或等于2。
在一个优选的实施例中，x种不同的颗粒粒径d选自以下d1至d10中的任意x种：1纳米≤d1＜10纳米、10纳米≤d2＜20纳米、20纳米≤d3＜30纳米、30纳米≤d4＜40纳米、40纳米≤d5＜50纳米、50纳米≤d6＜60纳米、60纳米≤d7＜70纳米、70纳米≤d8≤80纳米、80纳米≤d9≤90纳米、90纳米≤d10≤100纳米；x等于2、3、4、5、6、7、8、9或10。
在一个优选的实施例中，所述光吸收体6包括复合材料器件；所述复合材料器件包括第二基体，所述第二基体上有多个孔，所述孔的内壁附着有多个金属颗粒，所述多个孔至少包括z种孔径f，z大于或等于2。
在一个优选的实施例中，所述z种不同的孔径f选自以下f1至f8中的任意z种：100≤f1＜150、150≤f2＜200、200≤f3＜250、250≤f4＜300、300≤f5＜350、350≤f6＜400，400≤f7＜450，450≤f8≤500；z等于2、3、4、5、6、7或8。
在一个优选的实施例中，所述z种不同的孔径f选自以下f9至f13中的任意z种：160≤f9＜200、200≤f10＜250、250≤f11＜300、300≤f12＜350、350≤f13≤380；z等于2、3、4或5。
在一个优选的实施例中，所述第二基体优选是多孔氧化铝模板，所述金属颗粒包括金颗粒和/或铝颗粒。
在一个优选的实施例中，光吸收体6是CN105442014A中记载的Au/NPT(例如Au/NPT-200)、Au/D-NPT(例如Au/D-NPT-8、Au/D-NPT-12或Au/D-NPT-16)或Al/NPT。再例如该专利实施例1～5记载的复合材料器件。
上述设置有光吸收体6的太阳能蒸馏装置具有进一步提高的蒸汽产生速率，进而具有较高的蒸馏效率。冷凝装置7朝向液体盛放装置5的反光表面701a能够将阳光反射向液体盛放装置5，有效地增大了单位面积光吸收体的太阳辐射强度，从而有利于加热待蒸馏液体，提高了蒸汽的产生速率。
在一个优选实施例中，太阳能蒸馏装置的冷凝装置7的示意图如图2所示。
在一个优选实施例中，冷凝装置7包括多个冷凝单元710,720,730，所述冷凝单元710,720,730能够以蒸汽冷凝潜热作为热源，进一步加热并蒸发液体。
在一个优选实施例中，所述冷凝装置7包括：沿距离液体盛放装置5由近至远的方向间隔d设置的多个冷凝单元710,720,730；所述冷凝单元710包括冷凝板701和与冷凝板表面接触的毛细吸液材料702，所述毛细吸液材料702设置在所述冷凝板701背向所述液体盛放装置5一侧的表面。
在一个优选实施例中，毛细吸液材料702是无纺布。
在一个优选实施例中，所述太阳能蒸馏装置还包括液体供给装置201，液体供给装置201可以向所述毛细吸液材料702供给待蒸馏液体。
在一个优选实施例中，毛细吸液材料702将待蒸馏液体从高处引入，蒸馏后的废液顺着毛细吸液材料末端排出。
在一个优选实施例中，毛细吸液材料702被设置成将废液排入液体盛放装置5。废液温度较高，排入液体盛放装置5后能够有效利用废液的余热，提高太阳能蒸馏装置整体的蒸馏效率。
在上述实施例中，可以通过调节置于毛细吸液材料702的宽度调节毛细吸液材料中液体的流量。
在上述实施例中，所述太阳能蒸馏装置工作时，蒸汽首先在冷凝单元710的冷凝板701上冷凝，释放出的冷凝潜热使毛细吸液材料702中的液体受热蒸发形成蒸汽，在冷凝单元720上冷凝，进一步使冷凝单元720的毛细吸液材料中的液体受热蒸发形成蒸汽，在冷凝单元730上冷凝，进一步使冷凝单元720的毛细吸液材料中的液体受热蒸发形成蒸汽，在冷凝板上冷凝。
如图1～3所示，在一个优选实施例中，冷凝装置7底部还包括冷凝液体收集装置101。冷凝液体能够顺着冷凝装置流入冷凝液体收集装置101。
如图1和3所示，在一个优选实施例中，透光装置8底部设置有冷凝液体收集装置102。冷凝液体能够顺着透光装置流入冷凝液体收集装置102。
在一个优选实施例中，废液从毛细吸液材料702的底端排出。
在一个优选实施例中，一个太阳能蒸馏装置的示意图如图3所示。
在一个优选实施例中，太阳能蒸馏装置的底部设置有保温层4用于防止底部热量的损失。保温层4的材质优选为聚苯乙烯。
在一个优选实施例中，太阳能蒸馏装置还包括反光镜9，所述反光镜9被设置成能够向所述液体盛放装置5反射光线。
在上述实施例中，可根据实际光照条件调节反光镜9的高度和倾斜角度，以反射阳光到液体盛放装置5。
在一个优选实施例中，太阳能蒸馏装置还包括液体供给装置202，液体供给装置202向液体盛放装置5供给待蒸馏液体。
在一个优选实施例中，用上述实施例的太阳能蒸馏装置蒸馏海水的工作流程如下：
在天气晴朗的条件下，将装置放于室外水平面上，使透光装置5朝向阳光方向。
通过液体供给装置202处向液体盛放装置5中输入海水，还通过液体供给装置201向毛细吸液材料702输入海水。在液体盛放装置中设置光吸收体6，光吸收体6漂浮在海水表面，可将海水由下而上引导到光吸收体6表面。阳光入射到光吸收体6表面，反光镜9也反射阳光到吸光体6表面，产生蒸发作用。蒸汽分别在冷凝装置7和透光装置8上冷凝。冷凝单元710,720,730吸收冷凝潜热并蒸馏海水，所得淡水被冷凝液体收集装置101收集导出。另外，透光装置8上产生的淡水被冷凝液体收集装置102收集导出。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
Claims (20)
1.一种太阳能蒸馏装置，包括液体盛放装置、透光装置和冷凝装置，液体盛放装置用于盛放待蒸馏液体，透光装置被设置成能够使环境光线照射到所述液体盛放装置；冷凝装置被设置成能够为液体盛放装置产生的蒸汽提供冷凝表面；
所述冷凝装置包括一个朝向所述液体盛放装置的反光表面，所述反光表面的光反射率为50％以上。
2.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，所述反光表面的光反射率为90％以上。
3.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，所述液体盛放装置中设置有光吸收体，所述光吸收体的光吸收率为80％以上。
4.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，所述液体盛放装置中设置有光吸收体，所述光吸收体的光吸收率为90％以上。
5.根据权利要求4所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，所述光吸收体包括多层体；
所述多层体包括第一基体以及所述第一基体上的碳材料层，其中，所述第一基体是水可渗透的；所述碳材料包括下述材料的一种：石墨、石墨烯、氧化石墨烯或碳纳米管。
6.根据权利要求5所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，所述碳材料层为氧化石墨烯层。
7.根据权利要求4所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，所述光吸收体包括复合材料器件；所述复合材料器件包括第二基体，所述第二基体上有多个孔，所述孔的内壁附着有多个金属颗粒，所述金属颗粒的粒径为1～200纳米，所述多个金属颗粒具有至少x种不同的颗粒粒径d，x大于或等于2。
8.权利要求7所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，x种不同的颗粒粒径d选自以下d1至d10中的任意x种：1纳米≤d1＜10纳米、10纳米≤d2＜20纳米、20纳米≤d3＜30纳米、30纳米≤d4＜40纳米、40纳米≤d5＜50纳米、50纳米≤d6＜60纳米、60纳米≤d7＜70纳米、70纳米≤d8≤80纳米、80纳米≤d9≤90纳米、90纳米≤d10≤100纳米；x等于2、3、4、5、6、7、8、9或10。
9.根据权利要求4所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，所述光吸收体包括复合材料器件；所述复合材料器件包括第二基体，所述第二基体上有多个孔，所述孔的内壁附着有多个金属颗粒，所述多个孔至少包括z种孔径f，z大于或等于2。
10.根据权利要求9所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，所述z种不同的孔径f选自以下f1至f8中的任意z种：100≤f1＜150、150≤f2＜200、200≤f3＜250、250≤f4＜300、300≤f5＜350、350≤f6＜400，400≤f7＜450，450≤f8≤500；z等于2、3、4、5、6、7或8。
11.根据权利要求9所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，所述z种不同的孔径f选自以下f9至f13中的任意z种：160≤f9＜200、200≤f10＜250、250≤f11＜300、300≤f12＜350、350≤f13≤380；z等于2、3、4或5。
12.权利要求7～11任一项所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，所述第二基体是多孔氧化铝模板，所述金属颗粒包括金颗粒和/或铝颗粒。
13.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，所述冷凝装置包括多个冷凝单元，所述冷凝单元能够以蒸汽冷凝潜热作为热源，进一步加热并蒸发液体。
14.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，所述冷凝装置包括：沿距离液体盛放装置由近至远的方向间隔设置的多个冷凝单元；
所述冷凝单元包括冷凝板和与冷凝板表面接触的毛细吸液材料，所述毛细吸液材料设置在所述冷凝板背向所述液体盛放装置的表面。
15.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，所述透光装置的至少一个表面朝向所述液体盛放装置，且所述表面是亲水的。
16.根据权利要求14所述的太阳能蒸馏装置，所述太阳能蒸馏装置还包括向所述毛细吸液材料供给待蒸馏液体的液体供给装置。
17.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，还包括反光镜，所述反光镜被设置成能够向所述液体盛放装置反射光线。
18.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，还包括冷凝液体收集装置，冷凝液体收集装置设置在冷凝装置和/或透光装置下方。
19.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，液体盛放装置、透光装置和冷凝装置共同围合成腔室。
20.根据权利要求1所述的太阳能蒸馏装置，其特征在于，毛细吸液材料被设置成将废液排入液体盛放装置。
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|---|---|---|---|---|
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