DE102017103946A1 - Gas cleaning for an inert gas housing - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Gasreinigung für ein Inertgasgehäuse mit einem Grundmodul (10) und zumindest einem Erweiterungsmodul (60), wobei sowohl im Grundmodul (10) als auch im Erweiterungsmodul (60) jeweils zumindest ein Reaktor (15.1, 15.2) zur Reinigung eines vom Inertgas-Gehäuse kommenden Gasstroms angeordnet ist, und wobei der wenigstens eine Reaktor (15.1,15.2) des Grundmoduls (10) mit dem zumindest einen Reaktor (15.1,15.2) des Erweiterungsmoduls (60) über Gaszuleitungen (11) und Gasableitungen (19) zueinander parallel und/oder in Reihe geschaltet sind.Eine solche Gasreinigung ist auf einfache Weise an eine bauliche Veränderung des Inertgasgehäuses anpassbar.The invention relates to a gas purification for an inert gas housing with a base module (10) and at least one expansion module (60), wherein both in the base module (10) and in the expansion module (60) each have at least one reactor (15.1, 15.2) for cleaning one of the inert gas The at least one reactor (15.1,15.2) of the basic module (10) with the at least one reactor (15.1,15.2) of the expansion module (60) via gas supply lines (11) and gas discharges (19) parallel to each other and / or are connected in series. Such a gas cleaning is easily adaptable to a structural change of the inert gas housing.
Description
Inertgasgehäuse dienen in industriellen Fertigungsprozessen zur Herstellung hochwertiger Produkte in geschützter Atmosphäre. Solche Inertgasgehäuse umschließen einen Aufnahmeraum, unter Berücksichtigung zulässiger Leckagen, gasdicht. In den Aufnahmeraum kann das gewünschte Inertgas, beispielsweise Stickstoff oder Argon, eingeleitet werden. Nachdem der Arbeitsraum komplett mit dem Inertgas befüllt ist und entsprechend Umgebungsluft aus diesem evakuiert wurde, steht er zu Fertigungszwecken bereit. Während des Produktionsprozesses entstehen Verunreinigungen des Inertgases. Beispielsweise können aufgrund chemischer Reaktionen H2O bzw. Sauerstoff entstehen. Bei bestimmten Fertigungsprozessen werden auch Lösungsmittel in den Aufnahmeraum eingebracht. Weiterhin ist es denkbar, dass Staubpartikel entstehen. Damit diese Stoffe das Ergebnis des Fertigungsprozesses nicht negativ beeinflussen, müssen sie aus dem Inertgas herausgereinigt werden. Hierzu wird eine Gasreinigung zur Verfügung gestellt. Die Gasreinigung ist meist außerhalb des Aufnahmeraums angeordnet und steht über eine Gasableitung und eine Gaszuleitung mit dem Aufnahmeraum in Verbindung. Über die Gasableitung wird Gas aus dem Aufnahmeraum heraustransportiert und in die Gasreinigung hineinbewegt. In den Reaktoren der Gasreinigung werden dann die unerwünschten Stoffe herausgereinigt. Das gereinigte Inertgas wird dann wieder über die Gaszuleitung in den Aufnahmeraum hineintransportiert.Inert gas housings are used in industrial manufacturing processes for the production of high quality products in a protected atmosphere. Such inert gas encloses a receiving space, taking into account permissible leaks, gas-tight. The desired inert gas, for example nitrogen or argon, can be introduced into the receiving space. After the working space is completely filled with the inert gas and according to ambient air was evacuated from this, he is ready for manufacturing purposes. During the production process impurities of the inert gas arise. For example, due to chemical reactions, H2O or oxygen can form. In certain manufacturing processes, solvents are also introduced into the receiving space. Furthermore, it is conceivable that dust particles arise. To ensure that these substances do not adversely affect the outcome of the manufacturing process, they must be removed from the inert gas. For this purpose, a gas cleaning is provided. The gas cleaning is usually arranged outside the receiving space and is connected via a gas discharge and a gas supply line with the receiving space in connection. Via the gas discharge gas is transported out of the receiving space and moved into the gas cleaning. In the gas purification reactors, the unwanted substances are then removed. The purified inert gas is then transported back into the receiving space via the gas supply line.
Solche Systeme sind bekannt. Die Gasreinigung ist ausreichend groß dimensioniert, dass eine zuverlässige Reinigung des Inertgas-Volumens, welches im Aufnahmeraum gehalten ist, gesäubert werden kann. Nun kann es vorkommen, dass die Produktionsanlage eine räumliche Erweiterung des Aufnahmeraums erfordert. In diesem Fall muss auch die Gasreinigung in ihrer Kapazität angepasst werden. Entsprechend wird die bestehende Gasreinigung demontiert und eine neue, entsprechend größer dimensionierte Gasreinigung installiert.Such systems are known. The gas cleaning is sufficiently large that a reliable cleaning of the inert gas volume, which is held in the receiving space, can be cleaned. Now it may happen that the production plant requires a spatial extension of the receiving space. In this case, the gas purification must be adjusted in their capacity. Accordingly, the existing gas cleaning is dismantled and installed a new, correspondingly larger-sized gas cleaning.
Bei dieser Vorgehensweise entstehen erhebliche Kosten für die Umrüstung der Gasreinigung.This procedure results in considerable costs for the conversion of the gas cleaning.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Gasreinigung bereitzustellen, die kostengünstig und auf einfache Weise an eine Erweiterung des Inertgasgehäuses angepasst werden kann.It is an object of the invention to provide a gas cleaning, which can be inexpensively and easily adapted to an extension of the inert gas housing.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Dementsprechend wird eine Gasreinigung für ein Inertgasgehäuse mit einem Grundmodul und zumindest einem Erweiterungsmodul vorgeschlagen, wobei sowohl im Grundmodul als auch im Erweiterungsmodul jeweils zumindest ein Reaktor zur Reinigung eines vom Inertgasgehäuse kommenden Gasstroms angeordnet ist, und wobei der wenigstens eine Reaktor des Grundmoduls mit dem zumindest einen Reaktor des Erweiterungsmoduls über Gaszuleitungen und Gasableitungen zueinander parallel oder in Reihe geschaltet sind.This object is achieved with the features of
Erfindungsgemäß wird mithin ein Bausatz zur Verfügung gestellt. Dabei bildet das Grundmodul eine Basiseinheit, die mit einer bestimmten Reinigungskapazität ausgestattet ist. Wenn diese Reinigungskapazität für die anstehende Reinigungsaufgabe nicht ausreicht, so können mit dem Grundmodul ein oder mehrere Erweiterungsmodule kombiniert werden. Beispielsweise lassen sich erfindungsgemäß dabei die Reaktoren des Grundmoduls und des oder der Erweiterungsmodule parallel schalten. Auf diese Weise wird die gesamte zur Verfügung stehende Reinigungskapazität erhöht. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Anpassung an die anstehende oder geänderte Reinigungsaufgabe vorgenommen werden. Wenn beispielsweise in einer bestehenden Anlage zunächst Lösungsmittel frei gearbeitet wurde und dann ein lösungsmittelgebundener Fertigungsprozess installiert wird, so lässt sich die erfindungsgemäße Gasreinigung auch hier auf einfache Weise anpassen. In diesem Fall wird eine serielle Durchströmung der Reaktoren im Grundmodul und einem Erweiterungsmodul oder zwischen den Erweiterungsmodulen vorgenommen. Dabei wird zunächst das Lösungsmittel in einem 1. Reaktor ausgereinigt. Anschließend können beispielsweise Wasser und Sauerstoff in einem 2. Reaktor herausgereinigt werden.According to the invention, therefore, a kit is provided. The basic module forms a base unit, which is equipped with a specific cleaning capacity. If this cleaning capacity is not sufficient for the upcoming cleaning task, one or more expansion modules can be combined with the basic module. For example, according to the invention, the reactors of the basic module and of the expansion module or modules can be connected in parallel. In this way, the total available cleaning capacity is increased. Additionally or alternatively, an adaptation to the pending or modified cleaning task can be made. If, for example, solvent was first worked freely in an existing plant and then a solvent-bound production process is installed, the gas purification according to the invention can also be adapted here in a simple manner. In this case, a serial flow through the reactors in the base module and an expansion module or between the expansion modules is made. First, the solvent is purified in a 1st reactor. Subsequently, for example, water and oxygen can be cleaned out in a second reactor.
Die Verbindung der Gaszuleitungen und -Ableitungen des Grundmoduls und des oder der Erweiterungsmodule erfolgt vorzugsweise über lösbare Kupplungen, beispielsweise über schraubbare Flanschverbindungen. Auf diese Weise lässt sich eine schnelle Umrüstung der Anlage vornehmen, ohne dass dabei aufwändige Brenn- und Schweißaufgaben erforderlich sind.The connection of the gas supply lines and leads of the basic module and the expansion module or modules is preferably via detachable couplings, for example via screw-flange connections. In this way, a quick retrofitting of the system can be made without consuming burning and welding tasks are required.
Das Grundmodul und das oder die Erweiterungsmodule sind vorzugsweise als separat handhabbare Gehäuseeinheiten ausgebildet. Auf diese Weise gelingt die Installation der Anlage auf einfache Weise. Insbesondere können sowohl das Grundmodul, als auch die Erweiterungsmodule vorgefertigte Einheiten bilden, die direkt an den gewünschten Aufstellort gebracht werden können. Dort müssen lediglich noch die Rohrverbindungen zwischen den einzelnen Modulen und gegebenenfalls die elektrische Verbindung hergestellt werden.The basic module and the expansion module (s) are preferably designed as housing units which can be handled separately. In this way, the installation of the system succeeds in a simple manner. In particular, both the basic module and the expansion modules can form prefabricated units that can be brought directly to the desired installation location. There, only the pipe connections between the individual modules and optionally the electrical connection must be made.
Insbesondere kann es hierzu, gemäß einer Variante der Erfindung, vorgesehen sein, dass die Gaszuleitungen und die Gasableitungen des Grundmoduls und des oder der Erweiterungsmodule Anschlüsse aufweisen, mittels denen die Gaszuleitungen und/oder die Gasableitungen des Grundmoduls und des Erweiterungsmoduls koppelbar sind, und/oder die Gaszuleitungen und/oder die Gasableitungen der Erweiterungsmodule koppelbar sind.In particular, according to a variant of the invention, it may be provided for this purpose that the gas supply lines and the gas outlets of the basic module and of the expansion module or modules have connections by means of which the Gas supply lines and / or the gas discharges of the basic module and the expansion module can be coupled, and / or the gas supply lines and / or the gas discharges of the extension modules can be coupled.
Wenn vorgesehen ist, dass das Grundmodul und/oder das oder die Erweiterungsmodule ein Rahmengestell aufweist, das aus Vertikalprofilen und Horizontalprofilen zusammengesetzt ist, und wobei zumindest ein Teil der Seiten des Rahmengestells mittels Verkleidungsteilen verschlossen oder verschließbar sind, dann wird eine kostengünstige und einfach aufgebaute Konstruktionen für das Grundmodul bzw. die Erweiterungsmodule geboten. Bei abgenommen Verkleidungsteilen ist das Rahmengestell zu Wartungs- oder Installationszwecken gut zugänglich. An den Vertikal- und Horizontalprofilen können die einzelnen Komponenten der Anlagen zuverlässig befestigt werden.If it is provided that the base module and / or the expansion module or modules has a frame composed of vertical profiles and horizontal profiles, and wherein at least a part of the sides of the frame are closed or closable by means of trim parts, then a cost and simply constructed constructions offered for the basic module or expansion modules. When the trim parts have been removed, the frame is easily accessible for maintenance or installation purposes. The individual components of the systems can be reliably fastened to the vertical and horizontal profiles.
Eine mögliche Erfindungsvariante ist dergestalt, dass das Grundmodul eine Anreihseite bildet, an der das Erweiterungsmodul mit einer Anreihseite anbaubar ist, und/oder dass das Erweiterungsmodul an gegenüberliegenden Seiten Anreihseiten bildet, zur Anreihung weiterer Erweiterungsmodule. Auf diese Weise können die einzelnen Module platzsparend in einer Reihe aneinander gestellt werden. Über die Anreihseiten können elektrische und/oder Fluid transportieren Verbindungsleitungen geschützt und auf kurzem Weg zwischen den Modulen geführt werden.A possible variant of the invention is such that the basic module forms a baying side, on which the expansion module can be attached with a baying side, and / or that the expansion module forms baying sides on opposite sides, for further expansion modules. In this way, the individual modules can be placed together to save space in a row. Electrical and / or fluid transporting connection lines can be protected via the attachment sides and routed between the modules over a short distance.
Um die Parallelschaltungen der Reaktoren des Grundmoduls und/oder des oder der Erweiterungsmodule auf einfache Weise mit geringem Verrohrungsaufwand verwirklichen zu können, sieht eine Variante der Erfindung vor, dass von der Gaszuleitung des Grundmoduls und/oder zumindest eines Erweiterungsmoduls eine Zweigleitung abführt, die mittelbar oder unmittelbar zum Reaktor führt. Wenn hierbei zusätzlich vorgesehen ist, dass zwischen der Zweigleitung und dem Reaktor ein Filter angeordnet ist, dann können Partikel aus dem Volumenstrom, welcher vom Inertgasgehäuse kommt, entfernt werden.In order to be able to realize the parallel connections of the reactors of the basic module and / or of the extension module or modules in a simple manner with little piping expenditure, a variant of the invention provides that a branch line discharges from the gas supply line of the basic module and / or at least one expansion module indirectly or indirectly leads directly to the reactor. If it is additionally provided in this case that a filter is arranged between the branch line and the reactor, then particles can be removed from the volume flow which comes from the inert gas housing.
Für eine verbesserte Betriebssicherheit und einfache Steuerung der Anlage kann es vorgesehen sein, dass zumindest das Grundmodul und/oder ein Erweiterungsmodul eine Messeinheit aufweist, welche einen Sauerstoffsensor, einen Volumenstromsensor und/oder einen Feuchtigkeitssensor aufweist, zur Messung des Gasstroms in Strömungsrichtung vor dem Reaktor. Besonders bevorzugt wird das Meßsignal der Messeinheit einer zentralen Steuerung zugeleitet, die dieses auswertet. Abhängig vom Auswertergebnis können dann gezielt von der Steuerung gezielt einzelne Komponenten des Grundmoduls und der Erweiterungsmodule angesteuert werden. Es ist dann in diesem Fall nicht zwingend notwendig, dass jedem Grundmodul und jedem Erweiterungsmodul eine Messeinheit zugeordnet ist. Vielmehr macht man sich die Erkenntnis zu Nutze, dass bereits eine repräsentative Aussage getroffen werden kann, wenn beispielsweise nur im Grundmodul oder nur in einem Erweiterungsmodul eine Messeinheit angeordnet ist. Selbstverständlich können bei größeren Anlagenkonfigurationen auch nicht alle, aber mehrere Erweiterungsmodule eine Messeinheit aufweisen.For improved operational safety and simple control of the system, it can be provided that at least the base module and / or an expansion module has a measuring unit which has an oxygen sensor, a volumetric flow sensor and / or a moisture sensor for measuring the gas flow upstream of the reactor. Particularly preferably, the measuring signal of the measuring unit is fed to a central control, which evaluates this. Depending on the evaluation result, specific individual components of the basic module and the expansion modules can then be selectively controlled by the controller. In this case, it is not absolutely necessary for each basic module and each expansion module to be assigned a measuring unit. Rather, one makes use of the knowledge that a representative statement can already be made if, for example, a measuring unit is arranged only in the basic module or only in an expansion module. Of course, not all, but several extension modules may have a measuring unit in larger system configurations.
Um einen möglichst unterbrechungsfreien Anlagenbetrieb garantieren zu können, kann es vorgesehen sein, dass das Grundmodul und/oder zumindest ein Erweiterungsmodul zwei Reaktoren aufweist, und dass mittels einer Stelleinheit wahlweise einer der beiden Reaktoren in strömungsleitende Verbindung mit der Gaszuleitung und der Gasableitung schaltbar ist. Damit können die Reaktoren wechselweise gefahren werden. Wenn ein Reaktor im Reinigungsbetrieb steht, kann der andere Reaktor regeneriert oder getauscht werden.In order to be able to guarantee interruption-free system operation, provision may be made for the basic module and / or at least one expansion module to have two reactors, and for one of the two reactors to be selectively switchable into flow-conducting connection with the gas supply line and the gas discharge line by means of an actuating unit. Thus, the reactors can be driven alternately. When one reactor is in the purification mode, the other reactor can be regenerated or replaced.
Eine mögliche Erfindungsvariante sieht vor, dass dem Grundmodul und/oder wenigstens einem Erweiterungsmodul ein Gebläse zugeordnet ist, zur Förderung des Gasstroms durch den Reaktor. Dementsprechend kann beispielsweise die Anlagenkonstruktion so sein, dass dem Grundmodul und jedem Erweiterungsmodul ein Gebläse zugeordnet ist. Dies führt zu einer hohen Betriebssicherheit. Denkbar ist es auch, dass nicht allen Modulen ein Gebläse zugeordnet ist, sondern dass sich zwei oder mehrere Module ein Gebläse teilen, wobei dann dieses Gebläse entweder dem Grundmodul oder dem Erweiterungsmodul zugeordnet ist.A possible variant of the invention provides that a fan is assigned to the basic module and / or at least one expansion module for conveying the gas flow through the reactor. Accordingly, for example, the plant construction may be such that a fan is associated with the base module and each expansion module. This leads to a high level of operational safety. It is also conceivable that not all modules a fan is assigned, but that two or more modules share a fan, in which case this fan is assigned to either the basic module or the expansion module.
Eine mögliche Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass der oder die Reaktoren im Grundmodul und oder in wenigstens einem Erweiterungsmodul ausgebildet ist, zum zumindest teilweisen Entfernen von Sauerstoff und/oder Wasser aus dem Gasstrom oder zum zumindest teilweisen Entfernen von Lösungsmittel aus dem Gasstrom. Es hat sich gezeigt, dass es für die Übersichtlichkeit der Anlage vorteilhaft ist, wenn ein Modul mit Reaktoren zur Sauerstoff- und H2O-Reinigung ausgeführt ist. Ein weiteres Modul, beispielsweise das Grundmodul oder das Erweiterungsmodul, kann mit einem oder mehreren Reaktoren zum Entfernen von Lösungsmittel ausgestattet sein. Damit entsteht ein Bausatz, bei dem die nach anstehender Reinigungsaufgabe ein oder mehrere „Lösungsmittel-Reinigungsmodule“ berücksichtigt werden müssen oder ob alleine „H2O/O2- Reinigungsmodule“ Verwendung finden können.A possible embodiment variant of the invention may be characterized in that the reactor (s) is / are formed in the base module and / or in at least one expansion module for at least partial removal of oxygen and / or water from the gas stream or for at least partial removal of solvent from the gas stream. It has been shown that it is advantageous for the clarity of the system when a module is designed with reactors for oxygen and H2O cleaning. Another module, such as the base module or the expansion module, may be equipped with one or more solvent removal reactors. The result is a kit in which after cleaning task one or more "solvent cleaning modules" must be considered or whether alone "H2O / O2 cleaning modules" can be used.
Wenn vorgesehen ist, dass das Grundmodul und zumindest ein Erweiterungsmodul jeweils eine Abgasleitung aufweist, die an den Reaktor angeschlossen ist und über die die im Reaktor abgereinigten Stoffe (zum Beispiel O2, H2O, Lösungsmittel) aus dem Reaktor abgeführt werden, und dass die Abgasleitungen des Grundmoduls und des oder der Erweiterungsmodule über Schnittstellen aneinandergeschlossen sind, zur gesammelten Abfuhr der Stoffe, dann ist eine weiter vereinfachte Anlagenkonstruktion erreichbar. Insbesondere kann es hierbei auch vorgesehen sein, dass die Abgasleitungen dann über die oben erwähnten Anreihseiten zwischen den Modulen geführt sind.If it is provided that the basic module and at least one expansion module respectively has an exhaust pipe, which is connected to the reactor and via which the substances purified in the reactor (for example, O 2 , H 2 O, solvent) are discharged from the reactor, and that the exhaust pipes of the basic module and the expansion module or connected via interfaces are to collect the collected material, then a further simplified system construction can be achieved. In particular, it can also be provided that the exhaust pipes are then guided over the above-mentioned Anreihseiten between the modules.
Eine mögliche Erfindungsvariante kann dergestalt sein, dass im Grundmodul oder einem Erweiterungsmodul eine Pumpe angeordnet ist, mittels dem die Reaktoren des Grundmoduls und des zumindest einen mittelbar oder unmittelbar angeschlossenen Erweiterungsmoduls evakuierbar sind. Dann muss nicht jedem Modul eine Pumpe zugeordnet werden, was ebenfalls den Anlagenaufwand reduziert.A possible variant of the invention may be such that a pump is arranged in the basic module or an expansion module, by means of which the reactors of the basic module and of the at least one indirectly or directly connected expansion module can be evacuated. Then you do not have to assign a pump to each module, which also reduces the investment costs.
Eine einfache und zentrale Steuerung der erfindungsgemäßen Gasreinigung gelingt auf einfache Weise dadurch, dass dem Grundmodul eine Steuerungseinheit zugeordnet ist, die eine zentrale Recheneinheit aufweist, wobei von der Steuerungseinheit Signalleitungen, insbesondere ein Signal-Bus zu elektrischen Einheiten des Grundmoduls und des oder der Erweiterungsmodule geführt sind. Dabei kann die Steuerungseinheit beispielsweise in Form eines Gehäuses an dem Grundmodul angebaut sein.A simple and central control of the gas cleaning according to the invention is achieved in a simple manner by assigning a control unit to the basic module, which has a central processing unit, wherein the control unit carries signal lines, in particular a signal bus, to electrical units of the basic module and of the expansion module or modules are. In this case, the control unit can be mounted, for example in the form of a housing on the base module.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 in perspektivischer Seitenansicht ein Grundmodul einer Gasreinigung, -
2 eine Gasreinigung mit einem Grundmodul und einem daran angeschlossenen Erweiterungsmodul, -
3 dieDarstellung gemäß 1 , jedoch mit vom Grundmodul abgenommenen Verkleidungsteilen, -
4 das Grundmodul gemäßden 1 und3 in Ansicht von oben, -
5 eine weitere Ausgestaltung einer Gasreinigung mit einem Grundmodul und fünf angeschlossenen Erweiterungsmodulen, -
6 die Gasreinigung gemäß5 , wobei jedoch die Verkleidungsteile des Grundmoduls und der Erweiterungsmodule abgenommen sind, -
7 ein Flussbild für die Gasreinigung gemäß5 und6 und -
8 ein weiteres Flussbild für eine erfindungsgemäße Gasreinigung.
-
1 in perspective side view a basic module of a gas purification, -
2 a gas cleaning with a basic module and a connected extension module, -
3 the representation according to1 , but with trim parts removed from the base module, -
4 the basic module according to the1 and3 in top view, -
5 Another embodiment of a gas cleaning with a basic module and five connected expansion modules, -
6 the gas cleaning according to5 but with the trim parts of the base module and the expansion modules removed, -
7 a flow chart for gas purification according to5 and6 and -
8th another flow diagram for a gas cleaning according to the invention.
Im Ausführungsbeispiel gemäß
In den
Die Steuerung des Grundmoduls
Figur
Die Erweiterungsmodule
Ebenso wie beim Grundmodul
Da der Aufbau des Grundmoduls
Vorzugsweise weist jedes Erweiterungsmodul
In dem in
Wie die Darstellung gemäß
Die Anschlüsse
Aus dem vorstehenden ergibt sich, dass an das Grundmodul
In
Durch den Anschluss
Bei der Reinigung des Arbeitsgases in den Reaktoren
Die in den Reaktoren
In
Wenn die Reaktoren
In gleicher Weise ist auch ein Arbeitsgas-Anschluss
Schließlich ist am Grundmodul
In
Wie
Die Reaktoren
Aus den vorstehenden Erläuterungen wird deutlich, dass im Rahmen der Erfindung eine Gasreinigung für ein Inertgasgehäuse vorgeschlagen wird, mit einem Grundmodul
Die Erfindung ist nicht alleine auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr wird aus den vorstehenden Erläuterungen klar, dass mit dem Grundmodul
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