DE102007059488A1 - Entfeuchtungsgerät und -verfahren - Google Patents
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Abstract
Description
- Hintergrund der Erfindung
- Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Luftfiltersystem und im Besonderen auf ein Gerät und ein Verfahren zum Entfeuchten von Gasturbinenzuluft.
- Filteranordnungen für Gasturbinenzuluft sind bekannt. Eine solche bekannte Anordnung hat ein Gehäuse, das eine Kammer begrenzt. Die Kammer hat eine Lufteinlassseite und eine Luftauslassseite, die durch eine Reihe von Filtern zum Ausscheiden von Partikeln aus dem Zuluftstrom getrennt sind. Die Luft gelangt in die Kammer durch eine Mehrzahl senkrecht beabstandeter Einlasshauben, die entlang der Lufteinlassseite angeordnet sind. Die Einlasshauben sind so gestaltet, dass in sie eintretende Luft erst nach oben gerichtet und dann durch Ablenkplatten nach unten abgelenkt wird. Der Kontakt des Luftstroms mit den Ablenkplatten bewirkt, dass partikelförmiges Material und Luftfeuchtigkeit teilweise aus dem Luftstrom abgeschieden werden und sich an den Einlasshauben oder auf dem Boden der Kammer niederschlagen.
- Eine weitere bekannte Luftfilteranordnung für Gasturbinen ist der im vorstehenden beschriebenen ähnlich. Sie umfasst einen in jeder Haube angeordneten Luftfeuchtigkeitsabscheider, auf dem ein geriffeltes Bauteil angeordnet ist. Verhältnismäßig große Tropfen der Feuchtigkeit im Zuluftstrom werden durch anfängliche Trennung im Feuchtigkeitsabschieder beseitigt. Kleinere Feuchtigkeitstropfen werden durch das geriffelte Bauteil abgeschieden. Die abgeschiedenen Feuchtigkeitstropfen fallen auf die darunter liegenden Hauben und auf den Boden.
- Solche bekannten Gasturbinenfilteranordnungen können ziemlich groß sein, d.h. sie beanspruchen eine verhältnismäßig große Grundfläche neben der Gasturbine, was bei manchen Anwendungen unerwünscht sein kann. Solche bekannten Filteranordnungen können auch nicht im erwünschten Maß wirksam sein und andere Nachteile haben, beispielsweise Lecks im Umfeld ihrer Tragkonstruktion. Dementsprechend besteht Bedarf nach Verbesserungen bei Gasturbineneinlassfilteranordnungen.
- Kurze Beschreibung der Erfindung
- Die Erfindung ermöglicht eine verbesserte Feuchtigkeitsabscheidung bei Filteranordnungen. Zu den Verbesserungen gehören eine vergleichsweise raumsparende Gehäuseschachtelung sowie dauerhaft anhaltende Feuchtigkeitsabscheidung durch einen Filter mit einfacher und verlässlicher Tragkonstruktion.
- Die Erfindung kommt zum Ausdruck in einem Entfeuchtungsgerät für eine Filteranordnung. Zu dem Gerät gehört ein Gehäuse, an dem eine Haube angebracht ist. Die Haube hat eine Oberfläche, die in Bezug auf die Horizontale unter einem spitzen Winkel angeordnet ist. Über der Haube ist ein Vorfilter angebracht, der sich nach unten erstreckt. Zum Vorfilter gehören Mittel, die im Stande sind, aus der den Vorfilter durchströmenden Luft in einem äußeren Bereich des Vorfilters Feuchtigkeit abzuscheiden. Die abgeschiedene Feuchtigkeit versammelt sich in Tropfen, die von dem Luftstrom nicht mitgenommen werden können, so dass sie auf die Haube fallen und abseits des Luftstroms weggeführt werden.
- Die Erfindung kommt ferner zum Ausdruck in einem Entfeuchtungsgerät für eine Gasturbine. Zu dem Entfeuchtungsgerät gehört ein Gehäuse zum Abstützen eines Primärluftfilters. Das Gehäuse ist an eine Gasturbine angeschlossen. Am Gehäuse ist eine Haube angebracht, die unter einem spitzen Winkel in Bezug auf die Horizontale angeordnet ist. Über der Haube ist ein Vorfilter abgestützt, der sich in einer Abwärtsrichtung erstreckt. Der Vorfilter umfasst Mittel, die im Stande sind, aus der durch den Primärfilter strömenden Luft in einem äußeren Bereich des Primärfilters Feuchtigkeit abzuscheiden. Die abgeschiedene Feuchtigkeit versammelt sich in Tropfen, die von dem Zuluftstrom nicht mitgenommen werden können, so dass sie auf die Haube fallen und aus dem Zuluftstrom heraus geleitet werden.
- Die Erfindung kommt ferner zum Ausdruck in einem Verfahren zum Entfeuchten von Zuluft, die zu einer Gasturbine strömt. Das Verfahren umfasst die Schritte, ein Gehäuse vorzusehen, um einen Primärluftfilter zu tragen. Das Gehäuse ist an eine Gasturbine angeschlossen. Mit dem Gehäuse ist eine Haube verbunden, die eine unter einem spitzen Winkel bezüglich der Horizontalen angeordnete Fläche aufweist. Der Zuluftstrom wird in einen Vorfilter geleitet, der über der Haube angebracht ist und sich in einer Richtung nach unten erstreckt. Der Vorfilter umfasst Mittel, die im Stande sind, Feuchtigkeit aus der ihn durchströmenden Zuluft in einem äußeren Bereich des Vorfilters abzuscheiden. Die abgeschiedene Feuchtigkeit versammelt sich in Tropfen, die vom Zuluftstrom nicht mitgenommen werden können, so dass sie auf die Haube fallen, um vom Zuluftstrom weg abgeleitet zu werden.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit weiteren Einzelheiten wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert; darin ist:
-
1 eine teilweise als Schnitt dargestellte Seitenansicht eines entsprechend einer Erscheinungsform der Erfindung gestalteten Entfeuchtungsgeräts für den Lufteinlass einer Gasturbine; -
2 ein vergrößerter Ausschnitt aus1 mit einem Gehäuse des Entfeuchtungsgeräts; -
3 ein weiter vergrößerter Ausschnitt aus2 ; -
4 eine Ansicht einer Vorfilterreihe des Gehäuses des Entfeuchtungsgeräts; und -
5 eine perspektivische Ansicht der in4 dargestellten Filteranordnung. - Ausführliche Beschreibung der Erfindung
- In
1 ist eine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gestaltete Filteranordnung20 zum Filtern von Zuluft einer Gasturbine22 dargestellt. Die Gasturbine22 kann für jeden gewünschten Zweck verwendet werden, beispielsweise zum Antreiben eines elektrischen Generators24 . Die Gasturbine22 verbraucht eine verhältnismäßig große Menge Luft, die einem Verdichterteil40 zugeführt wird; die nach Zündung expandierenden Gase treiben schließlich einen Turbinenteil42 . Die große Menge Zuluft muss durch Filtern von Feststoffpartikeln, Salz und Feuchtigkeit befreit werden, um Schäden und vorzeitigen Verschleiß an Bauteilen der Gasturbine22 zu vermeiden. - Im Folgenden werden verschiedene Gesichtspunkte der Erfindung bezüglich eines Einlasssystems für die Gasturbine
22 beschrieben. Dabei wird ersichtlich, dass diese Gesichtspunkte auch für eine Vielzahl anderer Anwendungen gelten, bei denen Schäden durch Feuchtigkeit und Feststoffpartikel hervorgerufen werden könnten. Bei spielsweise sind die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung auch geeignet bei Anwendungsfällen wie Einlasssystemen von Verbrennungsmotoren, Reinraumeinlasssystemen, Klimaanlagen mit Heiz- und Kühlluftversorgung, Krankenhaus-Klimaanlagen und Luftverdichtereinlasssystemen. - Kontamination mit Feuchtigkeit ist besonders in Umgebungen mit verhältnismäßig hoher Luftfeuchtigkeit problematisch, beispielsweise auf See oder vor Küsten, unter Bedingungen wie Regen, Dunst oder Nebel. Wenn die in eine Luftfilteranordnung gelangende Luft verhältnismäßig feucht ist, dann durchwandert sie die Filtermedien. Diese Art Feuchtigkeitswanderung kann erhebliche Probleme im Betrieb von Gasturbinen hervorrufen und ist deshalb ein bei mindestens einer Betrachtungsweise der Erfindung angesprochenes Problem. Es ist bekannt, dass leichter Regen, Dunst oder Nebel sehr kleine Feuchtigkeitstropfen erzeugen, die in einem sich schnell bewegenden Luftstrom, beispielsweise Zuluft für eine Gasturbine
22 , leicht mitgerissen werden. Dies ist der hauptsächliche Feuchtigkeitstyp, der unter der vorliegenden Betrachtungsweise der Erfindung angesprochen wird. Heftiger Regen hat im Allgemeinen Tropfen, die zu groß sind, als dass sie in einem Luftstrom mitgerissen werden könnten. - Gemäß einer Betrachtungsweise der Erfindung wird eine verbesserte Feuchtigkeitsabscheidung durch die Lufteinlassfilteranordung
20 gewährleistet. Die Filteranordnung20 (2 ) umfasst als erste Vorstufe eine Entfeuchtungsanordnung60 und als zweite Stufe einen Primärfilter62 , der stromabwärts von der Entfeuchtungsanordnug der Vorstufe angeordnet ist. Ein Kanal64 leitet die gefilterte Luft von der Filteranordnung20 zur Gasturbine22 . - Zur Filteranordnung
20 gehört ein Gehäuse80 , das eine Kammer82 umgrenzt. Die Kammer82 hat eine Einlassseite84 und eine Auslassseite86 . Das Gehäuse80 ist aus jeglichem geeigneten Material gestaltet, beispielsweise als Metallrahmen mit Blechverkleidung. Das Gehäuse80 lässt sich so gestalten, dass es eine verhältnismäßig kleine Grundfläche hat. Dies ergibt sich daraus, dass die Kammer82 keine abseits vom Luftstrom angeordnete Sammelflächen für Feuchtigkeit aufzuweisen braucht, da die Feuchtigkeitsabscheidung hauptsächlich außerhalb des Gehäuses80 stattfindet. - Die Zuluft gelangt durch die Entfeuchtungsanordnung
60 in die Kammer82 . Das Gehäuse80 enthält den Primärluftfilter62 . Dieser Primärfilter62 bewirkt hauptsächlich, dass aus der Zuluft Feststoffpartikel abgeschieden werden, die an der Gasturbi ne22 Schaden anrichten könnten. Der Primärfilter62 kann von jeglicher geeigneter Bauweise sein und ist hier als eine Reihe von Filterplatten dargestellt. Die Filterplatten bestehen aus beliebigem für den jeweiligen Verwendungszweck geeigneten Material. Offensichtlich ist jede beliebige Filterbauart als Primärfilter62 verwendbar; nur als Beispiele seien Kassetten oder Beutel genannt. - Die Entfeuchtungsanordnung
60 umfasst mehrere senkrecht beabstandete Einlasshauben100 , die entlang der Einlassseite84 der Kammer82 angeordnet und am Gehäuse80 befestigt sind. Jede der Hauben100 hat eine bezüglich der Horizontalen unter einem spitzen Winkel ansteigend angeordnete Außenfläche. Diese Anordnung zwingt den Luftstrom, anfangs in einer Aufwärtsrichtung zu strömen, wie in3 dargestellt. Die Orientierung der Haube100 dient auch dazu, verhältnismäßig große Feuchtigkeitstropfen, wie sie bei heftigem Regen oder Schnee vorkommen, vom Zuluftstrom fernzuhalten, wie in3 dargestellt. - Oberhalb jeder Haube
100 , mit Ausnahme der obersten Haube in1 bis3 , sind Vorfilter120 angeordnet, die sich im Wesentlichen nach unter erstrecken. Jeder Vorfilter120 hat gemäß5 einen verhältnismäßig steifen Rahmen122 aus Kunststoff, der sich um den äußeren Rand des Vorfilters herum erstreckt, so wie innere Stütz- und Verstärkungsrippen124 . Der Rahmen122 und die Rippen124 tragen Beutel oder Filtertaschen126 . Für den Vorfilter120 lässt sich jede geeignete Filterkonstruktion verwenden, beispielsweise Beutel oder Kartuschen. Für den Rahmen122 und die Rippen124 lässt sich jedes geeignete Material verwenden, beispielsweise auch Edelstahl. - Die Orientierung der Filtertaschen
126 kann von der in1 bis5 nur beispielsweise dargestellten abweichen. Zum Beispiel können die Scheitel der Filtertaschen126 parallel zur Richtung des Zuluftstroms angeordnet sein, um die Gefahr zu minimieren, dass die Filtertaschen unter dem Druck der Zuluftströmung sich verformen, falten oder kollabieren. Es ist auch möglich, dass die Seiten der Filtertaschen126 an geeigneten Stellen miteinander verbunden sein müssen, beispielsweise durch Nähen. Dadurch lässt sich der aerodynamische Wirkungsgrad der Taschen bei gegebener Konfiguration der Filtertaschen126 maximieren und den Luftstrom behindernde Berührungen zwischen benachbarten Taschen minimieren. - Jede Filtertasche
126 ist aus geeignetem, wasserabstoßendem Filtermaterial hergestellt. Ein solches Material ist ein einschichtiges Fasermaterial aus 100 % Polypropylen. Andere verwendbare Materialien sind Mischungen aus Polypropylen- und Polyesterfasern, thermisch verklebte Zweikomponentenfasern aus Polypropylen oder Polyester sowie Mischungen davon. Das Filtermaterial kann Faservlies sein, beispielsweise im Luftstrom aufgebrachtes, gekrempeltes Material oder Nadelvlies. Das Material hat vorzugsweise eine durchschnittliche Dicke in der Größenanordnung von ungefähr 4 mm bis 18 mm. Das Material kann eine abgestufte Dichte aufweisen, um die Lebensdauer des Filters zu erhöhen. Wenn das Fasermaterial nicht von sich aus wasserabstoßend ist, werden die Fasern ummantelt, um dem Filtermaterial wasserabstoßende Eigenschaften zu verleihen. - Die Filtertaschen
126 des Vorfilters120 bestehen aus Filtermaterial, das im Stande ist, Flüssigkeitströpfchen aus der den betreffenden Vorfilter120 durchströmenden Luft abzuscheiden. Die abgeschiedenen Flüssigkeitströpfchen sammeln sich auf einer Außenfläche der Filtertaschen126 und fließen in einem verhältnismäßig größeren Tropfen128 (3 ) zusammen. Die Tropfen128 haben eine Größe und Masse, die verhindern, dass die Tropfen vom Zuluftstrom mitgerissen werden. In Folge dessen fallen die Tropfen128 auf die darunter liegende Haube100 und werden aus dem Zuluftstrom heraus geleitet, in dem sie einen Strom140 oder Film aus Wasser bilden, der auf der Haube100 abwärts fließt. - Der Strom
140 gelangt zum unteren Rand der Haube100 und wird dort in einer Rinne142 gesammelt, die an der Haube100 befestigt ist. Die Rinne142 leitet das angesammelte Wasser seitwärts aus der Strömungsrichtung der Zuluft heraus. - An der Unterseite der Hauben
100 sind gemäß4 und5 mehrere Vorfilter120 dadurch befestigt, dass sie in Halteprofile160 eingeschoben sind. Die Halteprofile160 sind in ihrer Größe den Rahmen122 der Vorfilter120 eng angepasst, um eine gute Abdichtung zu bewirken, die ein Lecken durch Zwischenräume verhindert. Einander benachbarte Vorfilter120 können, wie in4 dargestellt, aneinander liegen oder in getrennten Halteprofilen aufgenommen sein. Die Vorfilter120 können auch in mehr als einer einzelnen Reihe angeordnet sein, beispielsweise in einer Anordnung von mehreren Reihen und Säulen. - Beim Filtern wird die Zuluft im Allgemeinen auf die Vorfilter
120 gerichtet. Feuchtigkeit aus der Zuluft wird an der Außenseite der Vorfilter120 abgeschieden. Die entfeuchtete Zuluft strömt in das Innere der Hauben100 und von dort in die Kammer82 durch Einlassöffnungen184 in der Einlassseite84 . Die Luft aus der Kammer82 strömt durch die Primärfilter62 , um Feststoffteilchen abzusondern. Aus dem Filter system strömt die Luft durch Öffnungen186 in der Auslassseite86 des Gehäuses hindurch in den Kanal64 zur Gasturbine22 . - Die Primärfilter
82 haben vorzugsweise verhältnismäßig hohe Filterwirkungsgrade bzgl. Feststoffteilchen. Die Primärfilter82 können von jeglicher geeigneten Bauweise sein und aus jeglichem geeigneten Material bestehen. Verwendbar sind beispielsweise Primärfilter82 mit Filterwirkungsgraden in der Größenordnung von 65 bis 75 % oder größer als 65 %. - Es ist erkennbar, dass für einen oder beide der genannten Filter eine Vielzahl Filterbauweisen und -materialien verwendet werden können, um die Konzentration oder den Gehalt an Feuchtigkeit und, sofern vorhanden, Salz in einem Luftstrom zu vermindern. Beispiele von hydrophoben/feuchtigkeitsabsondernden Materialien oder Fasern sind Polyfluorethylen, Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polysulfone, Polystyrene und gereckte Polytetrafluorethylen (ePTFE)-Membranen. Filtermaterialien und -fasern können auch durch Oberflächenbehandlungen wasserabstoßend gemacht werden. Beispiele von Mitteln zur Oberflächenbehandlung sind Fluorkarbone und Silikone.
- Es versteht sich, dass insbesondere die hydrophoben Materialien, die vorstehend aufgelistet wurden, lediglich als Beispiele anzusehen sind und dass auch weitere Materialien im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können.
Claims (20)
- Entfeuchtungsgerät für eine Gasturbine, mit: einem an eine Gasturbine (
22 ) angeschlossenen Gehäuse (80 ) zum Abstützen eines primären Luftfilters (62 ); einer an dem Gehäuse (80 ) angebrachten Haube (100 ), die eine unter einem spitzen Winkel gegen die Horizontale geneigte Fläche aufweist; und einem über der Haube (100 ) angebrachten Vorfilter (120 ), der sich nach unten erstreckt und Mittel aufweist, die imstande sind, in einem äußeren Bereich des Vorfilters Feuchtigkeit aus den Vorfilter durchströmender Luft abzuscheiden; wobei die abgeschiedene Feuchtigkeit sich in Tropfen (128 ) versammelt, die vom Zuluftstrom nicht mitgerissen werden können, so dass die Tropfen in einen Bereich gelangen, von dem aus sie aus dem Zuluftstrom heraus geleitet werden können. - Entfeuchtungsgerät nach Anspruch 1 mit einer Rinne (
142 ) zum Herausleiten von Wasser aus dem Zuluftstrom. - Entfeuchtungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Vorfilter (
120 ) von mindestens einer im Wesentlichen senkrechten Filtertasche (126 ) gebildet ist. - Entfeuchtungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Vorfilter (
120 ) einen Rahmen (122 ) aufweist, der in einer mit dem Gehäuse (80 ) verbundenen Führung aufnehmbar ist. - Entfeuchtungsgerät nach Anspruch 4, bei dem der Rahmen (
122 ) des Vorfilters (120 ) sich um einen Befestigungsrand einer Anordnung von aus Filtermedium gebildeten Filtertaschen (126 ) herum erstreckt. - Entfeuchtungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Medium des Vorfilters (
120 ) aus einem hydrophoben Material besteht. - Entfeuchtungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorfilter (
120 ) in eine zweite Haube (100 ) eingebaut ist, sodass die Tropfen (128 ) auf die erste Haube (100 ) fallen. - Verfahren zum Entfeuchten von einer Gasturbine zuströmender Zuluft, mit den Schritten: – Bereitstellen eines an eine Gasturbine (
22 ) angeschlossenen Gehäuses (80 ) zum Unterstützen eines Primärfilters (62 ); – Bereitstellen einer mit dem Gehäuse (80 ) verbundenen Haube (100 ), welche eine Fläche aufweist, die gegen die Horizontale um einen spitzen Winkel geneigt ist; – Einleiten eines Zuluftstroms in einen Vorfilter (120 ), der oberhalb der Haube (100 ) angebracht ist, sich nach unten erstreckt und ein Medium enthält, das im Stande ist, Feuchtigkeit aus der durch den Vorfilter (120 ) strömenden Zuluft in einem äußeren Bereich des Primärfilters (62 ) abzuscheiden, und – Zusammenführen abgeschiedener Feuchtigkeit in Tropfen (128 ), die vom Zuluftstrom nicht mitgerissen werden können, so dass sie in einen Bereich, insbesondere auf eine darunter angeordnete Haube (100 ) fallen, von wo sie aus dem Zuluftstrom abgeleitet werden. - Verfahren nach Anspruch 1 mit dem weiteren Schritt, dass das Wasser in einer Rinne (
142 ) aus dem Zuluftstrom heraus geleitet wird. - Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuleiten der Zuluft durch einen Vorfilter (
120 ) hindurch geschieht, der die Form einer im Wesentlichen senkrechten Filtertasche (126 ) hat. - Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorfilter (
120 ) mit einem Rahmen (122 ) versehen wird, der in einem mit dem Gehäuse (80 ) verbundenen Halteprofil (160 ) aufnehmnbar ist. - Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (
122 ) des Vorfilters (120 ) um einen vom Filtermedium gebildeten Halterand einer Anordnung von Filtertaschen (126 ) herum gelegt wird. - Entfeuchtungsgerät für eine Filteranordnung, mit: – einem Gehäuse (
80 ); – einer an dem Gehäuse (80 ) angebrachten Haube (100 ), die eine unter einem spitzen Winkel gegen die Horizontale geneigte Fläche aufweist; und – einem über der Haube (100 ) angebrachten Vorfilter (120 ), der sich nach unten erstreckt und Mittel aufweist, die imstande sind, in einem äußeren Bereich des Vorfilters Feuchtigkeit aus den Vorfilter durchströmender Luft abzuscheiden; – wobei die abgeschiedene Feuchtigkeit sich in Tropfen (128 ) versammelt, die vom Zuluftstrom nicht mitgerissen werden können, so dass die Tropfen in einen Bereich gelangen, von dem aus sie aus dem Zuluftstrom heraus geleitet werden können. - Entfeuchtungsgerät nach Anspruch 13 mit einer Rinne (
142 ) zum Herausleiten von Wasser aus dem Zuluftstrom. - Entfeuchtungsgerät nach Anspruch 13 oder 14, bei dem der Vorfilter (
120 ) von mindestens einer im Wesentlichen senkrechten Filtertasche (126 ) gebildet ist. - Entfeuchtungsgerät nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem der Vorfilter (
120 ) einen Rahmen (122 ) aufweist, der in einer mit dem Gehäuse (80 ) verbundenen Führung aufnehmbar ist. - Entfeuchtungsgerät nach Anspruch 16, bei dem der Rahmen (
122 ) des Vorfilters (120 ) sich um einen Befestigungsrand einer Anordnung von aus Filtermedium gebildeten Filtertaschen (126 ) herum erstreckt. - Entfeuchtungsgerät nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem das Medium des Vorfilters (
120 ) aus einem hydrophoben Material besteht. - Entfeuchtungsgerät nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorfilter (
120 ) in eine zweite Haube (100 ) eingebaut ist, sodass die Tropfen (128 ) auf die erste Haube (100 ) fallen. - Entfeuchtungsgerät nach einem der Ansprüche 13 bis 19, mit einem von dem Gehäuse (
80 ) getragenen Primärfilter (62 ) zum Abscheiden von Partikeln aus dem Luftstrom.
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