CN220086105U - 尾排系统、燃料电池系统及燃料电池车辆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种尾排系统、燃料电池系统及燃料电池车辆,涉及燃料电池技术领域。该尾排系统包括尾排管道、气液分离器、蓄水组件和净水组件,尾排管道包括汇集管和排气尾管,汇集管的输出端与排气尾管连通,且汇集管与排气尾管呈夹角设置;气液分离器安装于汇集管;蓄水组件设有第一进水口、第一出水口、第二进水口、第二出水口和排水口,第一进水口与气液分离器连通,第二出水口和第二进水口用于与燃料电池系统的中冷器连通;净水组件与蓄水组件的第一出水口连通,且设有控制阀。本实用新型提供的尾排系统解决了现有技术中存在的燃料电池排气系统进水损坏零件或燃料电池生成的水被浪费的技术问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域,尤其是涉及一种尾排系统、燃料电池系统及燃料电池车辆。
背景技术
燃料电池是一种电化学能量转换装置,直接将反应物中的化学能转换为电能,具有清洁、高效、响应迅速和运用范围广的特点。燃料电池包括电堆系统、空气供给系统、氢气供给系统、冷却系统、电器系统、承载集成系统和排气系统,其中排气系统用于对燃料电池反应后的气体和反应生成的水进行排放。
现有技术中,燃料电池的排气系统布置于车辆的较低位置,且无防水措施,在车辆使用过程中,如遇涉水路段或暴雨洪水等灾害天气,排气系统容易进水造成燃料电池排气不顺甚至停机,同时排气系统内部零件也会因进水或水中夹带的异物造成锈蚀、异常磨损或卡滞等质量问题。并且,燃料电池反应所生成的水具有一定的使用价值,现有技术中该部分水被直接排放到外部环境中,造成水资源的浪费。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种尾排系统、燃料电池系统及燃料电池车辆,以缓解现有技术中存在的燃料电池排气系统进水损坏零件或燃料电池生成的水被浪费的技术问题。
为了解决上述技术问题,本实用新型提供的技术方案在于:
第一方面,本实用新型提供的尾排系统包括:
尾排管道,所述尾排管道包括汇集管和排气尾管,所述汇集管的输出端与所述排气尾管连通,且所述汇集管与所述排气尾管呈夹角设置;
气液分离器,所述气液分离器安装于所述汇集管;
蓄水组件,所述蓄水组件设有第一进水口、第一出水口、第二进水口、第二出水口和排水口,所述第一进水口与所述气液分离器连通,所述第二出水口和所述第二进水口用于与燃料电池系统的中冷器连通;
净水组件,所述净水组件与所述蓄水组件的第一出水口连通,且设有控制阀。
更进一步地,所述蓄水组件包括:
蓄水箱,所述第一进水口和所述第一出水口均设于所述蓄水箱;
进水管,所述进水管的输入口与所述气液分离器连通,所述进水管的输出口与所述第一进水口连通;
第一水泵,所述第一水泵安装于所述进水管。
更进一步地,所述蓄水组件还包括:
冷却管道,所述蓄水箱设有所述第二进水口和所述第二出水口,所述第二进水口和所述第二出水口通过所述冷却管道与所述中冷器连通;
第二水泵,所述第二水泵安装于所述冷却管道。
更进一步地,所述蓄水组件包括:
排水阀,所述排水口设于所述蓄水箱,所述排水阀安装于所述排水口;
第一液位传感器,所述第一液位传感器安装于所述蓄水箱,且与所述排水阀信号连接。
更进一步地,所述气液分离器安装有第二液位传感器,所述第二液位传感器与所述第一水泵信号连接。
更进一步地,所述尾排管道包括:
消音器,所述消音器安装于所述汇集管。
更进一步地,所述尾排管道包括:
截止阀,所述截止阀安装于所述汇集管,且所述气液分离器安装于所述截止阀和所述排气尾管之间。
更进一步地,所述净水组件包括:
净水器,所述净水器的输入端与所述蓄水组件的第一出水口连通;
控制阀,所述控制阀与所述净水器的输出端连通。
第二方面,本实用新型提供的燃料电池系统包括电堆机构、中冷器和如上述任一项所述的尾排系统;
所述电堆机构设有尾排口,所述尾排口与所述尾排系统中的汇集管连通;
所述尾排系统中蓄水组件与所述中冷器连通,用于对所述中冷器内的气体进行热交换;
所述中冷器与所述电堆机构连通,用于对输入所述电堆机构的气体进行降温。
第三方面,本实用新型提供的燃料电池车辆包括车架和如上述所述的燃料电池系统;
所述燃料电池系统安装于所述车架,且排气尾管沿竖直方向设置。
综合上述技术方案,本实用新型所能实现的技术效果分析如下:
本实用新型提供的尾排系统包括尾排管道、气液分离器、蓄水组件和净水组件,尾排管道包括汇集管和排气尾管,汇集管的输出端与排气尾管连通,且汇集管与排气尾管呈夹角设置;气液分离器安装于汇集管;蓄水组件设有第一进水口、第一出水口、第二进水口、第二出水口和排水口,第一进水口与气液分离器连通,第二出水口和第二进水口用于与燃料电池系统的中冷器连通;净水组件与蓄水组件的第一出水口连通,且设有控制阀。
该尾排系统应用于燃料电池车辆,安装时汇集管水平放置,因为汇集管与排气尾管呈夹角设置,则排气尾管处于竖直状态;排气尾管背离汇集管的一端为排气尾管的输出端,该输出端相较于汇集管的位置高,避免了车辆使用过程中进水的问题。气液分离器安装于汇集管,以使气体和水分离。
该尾排系统形成以下三个支路:
支路一:燃料电池产生的气液混合物,流经汇集管和气液分离器后,气液混合物在气液分离器中被分离为气体和液态水,其中气体自排气尾管排至外部环境中,液态水进入蓄水组件进行储存后续加以利用,必要时,例如超出蓄水组件的额定容积时可自排水口排至外部环境中。
支路二:燃料电池产生的气液混合物,流经汇集管和气液分离器后,气液混合物在气液分离器中被分离为气体和液态水,其中气体自排气尾管排至外部环境中,液态水进入蓄水组件,并进入中冷器进行热量交换,然后回到蓄水组件。
支路三:燃料电池产生的气液混合物,流经汇集管和气液分离器后,气液混合物在气液分离器中被分离为气体和液态水,其中气体自排气尾管排至外部环境中,液态水进入蓄水组件,并进入净水组件净化后,自控制阀流出。
综合上述三个支路,该尾排系统可实现将燃料电池产生的水应用于对中冷器的冷却或净化后使用,避免水浪费的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的尾排系统的结构示意图;
图2为本实用新型实施例提供的尾排系统中蓄水组件的结构示意图;
图3为本实用新型实施例提供的尾排系统中气液分离器的结构示意图。
图标:
110-汇集管;111-消音器;112-截止阀;120-排气尾管;200-气液分离器;210-第二液位传感器;310-进水管;320-蓄水箱;330-第一水泵;340-冷却管道;350-第二水泵;360-排水阀;370-第一液位传感器;410-净水器;420-控制阀;500-中冷器。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围,而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例,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他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,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、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外,术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。
在本实用新型的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合附图,对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实用新型实施例提供的尾排系统包括尾排管道、气液分离器200、蓄水组件和净水组件,尾排管道包括汇集管110和排气尾管120,汇集管110的输出端与排气尾管120连通,且汇集管110与排气尾管120呈夹角设置;气液分离器200安装于汇集管110;蓄水组件设有第一进水口、第一出水口、第二进水口、第二出水口和排水口,第一进水口与气液分离器连通,第二出水口和第二进水口用于与燃料电池的中冷器500连通;净水组件与蓄水组件的第一出水口连通,且设有控制阀420。
该尾排系统应用于燃料电池车辆,安装时汇集管110水平放置,因为汇集管110与排气尾管120呈夹角设置,则排气尾管120处于竖直状态;排气尾管120背离汇集管110的一端为排气尾管120的输出端,该输出端相较于汇集管110的位置高,避免了车辆使用过程中进水的问题。气液分离器200安装于汇集管110,以使气体和水分离。
该尾排系统形成以下三个支路:
支路一:燃料电池产生的气液混合物,流经汇集管110和气液分离器200后,气液混合物在气液分离器200中被分离为气体和液态水,其中气体自排气尾管120排至外部环境中,液态水进入蓄水组件进行储存后续加以利用,必要时,例如超出蓄水组件的额定容积时可自排水口排至外部环境中。
支路二:燃料电池产生的气液混合物,流经汇集管110和气液分离器200后,气液混合物在气液分离器200中被分离为气体和液态水,其中气体自排气尾管120排至外部环境中,液态水进入蓄水组件,并进入中冷器500进行热量交换,然后回到蓄水组件。
支路三:燃料电池产生的气液混合物,流经汇集管110和气液分离器200后,气液混合物在气液分离器200中被分离为气体和液态水,其中气体自排气尾管120排至外部环境中,液态水进入蓄水组件,并进入净水组件净化后,自控制阀420流出。
综合上述三个支路,该尾排系统可实现将燃料电池产生的水应用于对中冷器500的冷却或净化后使用,避免水浪费的问题。
以下对尾排系统的结构和形状进行详细说明:
本实用新型实施例的可选方案中,汇集管110设置有多个接头,且多个接头沿汇集管110的轴向间隔设置。
具体地,本实施例中,汇集管110由金属材料制成。
汇集管110的多个接头实现将燃料电池各个尾排口汇集为一路,实现尾气的集中处理。
本实用新型实施例的可选方案中,蓄水组件包括进水管310、蓄水箱320和第一水泵330,第一进水口和第一出水口均设于蓄水箱320;进水管310的输入口与气液分离器200连通,进水管310的输出口与第一进水口连通;第一水泵330安装于进水管310。
具体地,本实施例中,进水管310由橡胶材料制成,用于连接蓄水箱320和气液分离器200;第一水泵330安装于进水管310,用于驱动气液分离器200内的水,以使其进入蓄水箱320内。请参见图1和图2,蓄水箱320由金属材料制成,用于储存燃料电池反应生成的水,并在其表面均匀遍布散热翅片,用于对蓄水箱320中的水进行冷却散热。
第一水泵330实现将气液分离器200内的水输送至蓄水箱320中,进而实现将燃料电池产生的水储存于蓄水箱320内。
本实用新型实施例的可选方案中,蓄水组件还包括冷却管道340和第二水泵350,蓄水箱320设有第二出水口和第二进水口,第二进水口和第二出水口通过冷却管道340与中冷器500连通;第二水泵350安装于冷却管道340。
具体地,请参见图1,冷却管道340包括第一冷却管和第二冷却管,第一冷却管的两端分别与第二出水口和中冷器500的进口连通,第二冷却管的两端分别与中冷器500的出口和第二进水口连通;第二水泵350安装于第一冷却管。较为优选地,第一冷却管和第二冷却管均采用橡胶材料制成。更进一步地,第一冷却管和第二冷却管通过环箍与对应的零件紧固连接。
中冷器用于冷却空气供给系统中经空压机压缩后的高温高压气体,第二水泵350驱动蓄水箱320中的水进入中冷器500中与高温高压气体进行热量交换,并从中冷器500再次流回蓄水箱320内,蓄水箱320中的水通过蓄水箱320表面的散热翅片进行冷却,以此形成中冷器500的冷却回路,降低了电堆空气进气温度,且降低了中冷器500的冷却负荷。
本实用新型实施例的可选方案中,请参见图1和图2,蓄水组件包括排水阀360和第一液位传感器370,排水口设于蓄水箱320,排水阀360安装于排水口;第一液位传感器370安装于蓄水箱320,且与排水阀360信号连接。
具体地,第一液位传感器370监测蓄水箱320中的水位高度,当蓄水箱320中水位高度达到储存上限时,启动排水阀360,将蓄水箱320中的水排放至外部环境中,直至蓄水箱320中的水位高度下降到设定高度后,关闭排水阀360。较为优选地,第一液位传感器370与蓄水箱320螺纹连接,方便对第一液位传感器370进行拆装。排水阀360通过螺栓安装于排水口。
第一液位传感器370和排水阀360配合,对蓄水箱320内的水量进行控制,避免蓄水箱320内水过多出现溢水的情况。
本实用新型实施例的可选方案中,请参见图3,气液分离器200安装有第二液位传感器210,第二液位传感器210与第一水泵330信号连接。
具体地,气液分离器200的底部设有水槽,燃料电池排放出来的气液混合物在气液分离器200内分离,且分离后的水收集于水槽中;同时气液分离器200实现了对第二液位传感器210的支撑作用。较为优选地,第二液位传感器210与气液分离器200螺纹连接,方便对第二液位传感器210进行拆装。
第二液位传感器210监测气液分离器200内的水位高度,当水位高度达到设定值时,启动第一水泵330将水输送至蓄水箱320内。
本实用新型实施例的可选方案中,尾排管道包括截止阀112,截止阀112安装于汇集管110,且气液分离器200安装于截止阀112和排气尾管120之间。
具体地,本实施例中,气液分离器200安装于汇集管110的末端。截止阀112可控制尾排管道的通断,在车辆正常运行时尾排管道连通;当尾排系统出现进水的情况时,截止阀112控制尾排管道断开,以阻隔水进入尾排系统的前段。
截止阀112控制整个尾排系统的通断,并起到阻隔外部的水逆流进入尾排系统前段的作用。
本实用新型实施例的可选方案中,尾排系统包括控制单元,第一液位传感器370、第二液位传感器210、截止阀112、第一水泵330和排水阀360均与控制单元信号连接。
具体地,第一液位传感器370通过控制单元与排水阀360信号连接;第二液位传感器210通过控制单元与第一水泵330信号连接;第一液位传感器370和第二液位传感器210将实时监测的水位高度反馈至控制单元,控制单元按照设定值控制第一水泵330和排水阀360的开启和关闭。控制单元根据实际情况和指令控制截止阀112的开闭,进而实现控制尾排系统的通断。
通过控制单元实现控制各个支路的通断,进而实现全自动化监测和控制,提高了尾排系统的自动化程度。
本实用新型实施例的可选方案中,尾排管道包括消音器111,消音器111安装于汇集管110。
具体地,本实施例中,消音器111由金属材料制成。
消音器111降低了燃料电池排气噪音,以达到相应的法规及性能要求。
本实用新型实施例的可选方案中,净水组件包括净水器410和控制阀420,净水器410的输入端与蓄水组件的第一出水口连通;控制阀420与净水器410的输出端连通。
具体地,净水器410内设置有内置水泵和过滤组件,内置水泵实现将蓄水箱320中的水吸入净水器410的内部,过滤组件实现将水进行过滤净化,以达到可直接饮用的标准。控制阀420控制净水器410过滤后的水的流出或截止。较为优选地,控制阀420设置为水龙头。
净水器410和蓄水箱320连通,在有用水需求时,可通过控制阀420将经过净水器410过滤后的水直接排出以供使用。
以下对尾排系统的运行支路进行详细说明:
支路一:汇集管110-消音器111-截止阀112-气液分离器200-排气尾管120-外部环境;
燃料电池所生成的气液混合物,通过汇集管110、消音器111和截止阀112后到达气液分离器200中,气液分离器200将气液混合物进行分离,气体分离后经排气尾管120直接排放至外部环境中,分离后的水暂时储存在气液分离器200底部的水槽中。
支路二:汇集管110-消音器111-截止阀112-气液分离器200-第一水泵330-蓄水箱320-排水阀360-外部环境;
燃料电池产生的气液混合物,通过汇集管110、消音器111和截止阀112后到达气液分离器200中,气液分离器200将气液混合物进行分离,气体分离后经排气尾管120直接排放至外部环境中,分离后的水暂时储存在气液分离器200底部的水槽中,利用第一水泵330将气液分离器200水槽中的水输入至蓄水组件进行储存后续加以利用,当第一液位传感器370监测蓄水箱320内液体过多超出蓄水箱320的额定容积时,排水阀360打开,水自排水口排至外部环境中。
支路三:汇集管110-消音器111-截止阀112-气液分离器200-第一水泵330-蓄水箱320-第二水泵350-中冷器500-蓄水箱320;
燃料电池产生的气液混合物,通过汇集管110、消音器111和截止阀112后到达气液分离器200中,气液分离器200将气液混合物进行分离,气体分离后经排气尾管120直接排放至外部环境中,分离后的水暂时储存在气液分离器200底部的水槽中,利用第一水泵330将气液分离器200水槽中的水输入至蓄水组件,并通过第二水泵350的驱动进入中冷器500进行热量交换,然后回到蓄水组件。
支路四:汇集管110-消音器111-截止阀112-气液分离器200-第一水泵330-蓄水箱320-净水器410-控制阀420-外部环境;
燃料电池产生的气液混合物,通过汇集管110、消音器111和截止阀112后到达气液分离器200中,气液分离器200将气液混合物进行分离,气体分离后经排气尾管120直接排放至外部环境中,分离后的水暂时储存在气液分离器200底部的水槽中,利用第一水泵330将气液分离器200水槽中的水输入至蓄水组件,在有用水需求时,可通过控制阀420将经过净水器410过滤的水直接放出外部环境以供使用。
实施例二
本实用新型实施例提供的燃料电池系统包括了实施例一中述及的尾排系统,因此也具备了实施例一中的一切有益效果,在此不再赘述。
本实用新型实施例的可选方案中,燃料电池系统还包括中冷器500和电堆机构,电堆机构设有尾排口,尾排口与尾排系统中的汇集管110连通;尾排系统中蓄水组件与中冷器500连通,用于对中冷器500内的气体进行热交换;中冷器500与电堆机构连通,用于对输入电堆机构的气体进行降温。
具体地,尾排口设置有多个,多个尾排口均通过接头与汇集管110连通。
蓄水组件与中冷器500连通,实现对中冷器500进行降温冷却,以将对电堆空气进气温度,降低燃料电池冷却系统的冷却负荷。
实施例三
本实用新型实施例提供的燃料电池车辆包括了实施例二中述及的燃料电池系统,因此也具备了实施例二中的一切有益效果,在此不再赘述。
本实用新型实施例的可选方案中,燃料电池车辆还包括车架,燃料电池系统安装于车架,且排气尾管120沿竖直方向设置。
排气尾管120沿竖直方向设置,使排气尾管120的输出端位于高处,提高尾排系统的可涉水深度,使燃料电池车辆在涉水路段或暴雨洪水等灾害天气时可正常运行。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种尾排系统,其特征在于,包括:
尾排管道,所述尾排管道包括汇集管(110)和排气尾管(120),所述汇集管(110)的输出端与所述排气尾管(120)连通,且所述汇集管(110)与所述排气尾管(120)呈夹角设置;
气液分离器(200),所述气液分离器(200)安装于所述汇集管(110);
蓄水组件,所述蓄水组件设有第一进水口、第一出水口、第二进水口、第二出水口和排水口,所述第一进水口与所述气液分离器(200)连通,所述第二出水口和所述第二进水口用于与燃料电池系统的中冷器(500)连通;
净水组件,所述净水组件与所述第一出水口连通,且设有控制阀(420)。
2.根据权利要求1所述的尾排系统,其特征在于,所述蓄水组件包括:
蓄水箱(320),所述第一进水口和所述第一出水口均设于所述蓄水箱(320);
进水管(310),所述进水管(310)的输入口与所述气液分离器(200)连通,所述进水管(310)的输出口与所述第一进水口连通;
第一水泵(330),所述第一水泵(330)安装于所述进水管(310)。
3.根据权利要求2所述的尾排系统,其特征在于,所述蓄水组件还包括:
冷却管道(340),所述蓄水箱(320)设有所述第二进水口和所述第二出水口,所述第二进水口和所述第二出水口通过所述冷却管道(340)与所述中冷器(500)连通;
第二水泵(350),所述第二水泵(350)安装于所述冷却管道(340)。
4.根据权利要求2所述的尾排系统,其特征在于,所述蓄水组件包括:
排水阀(360),所述排水口设于所述蓄水箱(320),所述排水阀(360)安装于所述排水口;
第一液位传感器(370),所述第一液位传感器(370)安装于所述蓄水箱(320),且与所述排水阀(360)信号连接。
5.根据权利要求2所述的尾排系统,其特征在于,所述气液分离器(200)安装有第二液位传感器(210),所述第二液位传感器(210)与所述第一水泵(330)信号连接。
6.根据权利要求1所述的尾排系统,其特征在于,所述尾排管道包括:
消音器(111),所述消音器(111)安装于所述汇集管(110)。
7.根据权利要求1所述的尾排系统,其特征在于,所述尾排管道包括:
截止阀(112),所述截止阀(112)安装于所述汇集管(110),且所述气液分离器(200)安装于所述截止阀(112)和所述排气尾管(120)之间。
8.根据权利要求1所述的尾排系统,其特征在于,所述净水组件包括:
净水器(410),所述净水器(410)的输入端与所述蓄水组件的第一出水口连通;
控制阀(420),所述控制阀(420)与所述净水器(410)的输出端连通。
9.一种燃料电池系统,其特征在于,包括电堆机构、中冷器(500)和如权利要求1-8任一项所述的尾排系统;
所述电堆机构设有尾排口,所述尾排口与所述尾排系统中的汇集管(110)连通;
所述尾排系统中蓄水组件与所述中冷器(500)连通,用于对所述中冷器(500)内的气体进行热交换;
所述中冷器(500)与所述电堆机构连通,用于对输入所述电堆机构的气体进行降温。
10.一种燃料电池车辆,其特征在于,包括车架和如权利要求9所述的燃料电池系统;
所述燃料电池系统安装于所述车架,且排气尾管(120)沿竖直方向设置。
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