DE2617452A1

DE2617452A1 - Solarkollektor

Info

Publication number: DE2617452A1
Application number: DE19762617452
Authority: DE
Inventors: Harry Zvi Tabor
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-04-24
Filing date: 1976-04-21
Publication date: 1976-11-04
Also published as: ZA762262B; FR2308883A1; IL47166A; IL47166A0; FR2308883B3; US4069811A

Description

DlPL-ING. HORST ROSE DIPL-ING. PETER KOSEL

PATENTANWÄLTE

3353 Bad Gandershelm, 20. April 1976

Postfach 129 Hohenhöfen 5 Telefon: (05382) 2842 Harry Zvi Tabor Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandershelm

Patentgesuch vom 20. April 1976

Unsere Akten-Nr. 2736/2

Harry Zvi Tabor

13 Hameyasdim Street

Jerusalem, Israel

Solarkollektor

Die jirfindung betrifft einen Solarkollektor, insbesondere in Flach - Platten - Bauweise.

Solarkollektoren der eingangs genannten Art besitzen einen Plattenabsorber aus Metall, der zur Absorbierung von Sonnenstrahlen in geeigneter Weise geschwärzt ist. Innerhalb der Platte oder mit ihr verbunden sind Rohre oder Kanäle, welche die zu erwärmende Flüssigkeit führen. Diese Flüssigkeit ist normalerweise Wasser; es können aber auch andere Flüssigkeiten benutzt werden. Der Absorber ist auf der Seite, die der Sonne zugewandt ist, mit einem strahlungsdurchlässigen Fenster z.B. aus Glas oder transparentem Kunststoff abgedeckt, welches eine Kühlung durch Wind verringert und für eine luftschicht sorgt, die zur Wärmeisolierung zwischen dem Absorber und dem Abdeckfenster dient. Manchmal wird eine Mehrfach-Beglasung benutzt, um die Wärmeverluste noch weiter zu verringern. Die hintere Seite des Absorbers ist normalerweise durch wärmeisolierendes Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit abgedeckt, um Wärmeverluste von dieser Seite aus zu ■ verringern. j£in Kasten umschließt den Absorber und die Isolation, um sie vor Vitterungseinflüssen zu schützen und den Transport an den Platz, wo sie benutzt werden sollen, zu ermöglichen.

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Bankkonto: Norddeutsche Landesbank, Filiale Bad Gandershclm, Kto.-Nr. 22.118.970 ■ Postscheckkonto: Hannover 66715

Es ist vorgeschlagen worden, das hintere isolierende Material wegzulassen, es durch ein durchsichtiges Fenster zu ersetzen und reflektierende Flächen vorzusehen, welche Sonnen- und/oder Himmelsstrahlung zurhinteren Seite leiten, während die andere Seite durch direkte Sonnenstrahlung "bestrahlt wird. Auf diese V/eise wird mehr Energie von einem einzigen Absorber aufgenommen, ώη solches System kann als doppelseitiger Solarkollektor bezeichnet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Solarkollektor zu schaffen, mit dem die Nachteile der bekannten Solarkollektoren vermieden werden. Insbesondere sollen die Wärmeverluste durch Konvektion oder Abstrahlung sehr gering und der Solarkollektor einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch einen Absorber, welcher wenigstens einen Kanal zur Fortleitung einer die absorbierte Hitze aufnehmenden Flüssigkeit aufweist, durch ein Gehäuse, welches den Absorber umgibt und das strahlungsdurchlässige Fenster aufweist, welche beide Oberflächen des Absorbers bedecken-und von diesen räumlich entfernt angeordnet sind, und durch Schottelemente, welche zwischen dem Absorber und dem Gehäuse angeordnet sind, um wirkungsvoll eine Luftzirkulation von dem Raum zwischen einer Oberfläche des Absorbers und dem Gehäuse in den Kaum zwischen der anderen Oberfläche des Absorbers und dem Gehäuse zu verhindern und hierdurch Konvektionsverluste des Absorbers zu verringern.

Durch diese besondere Ausführungsform wird ein Solarkollektor geschaffen, welcher preisgünstig ist und einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

An Hand einiger Ausführungsbeispiele, welche in der Zeichnung dargestellt sind, sollen die Erfindung, weitere er-.

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findungsgemäße Ausgestaltungen und Verbesserungen sowie weitere Vorteile näher erläutert .und "beschrieben werden.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen er-

findungsgemäßen Solarkollektor

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen erfindungs-

gemäßen Solarkollektor in anderer Ausführung

Fig. 3 einen Querschnitt gemäß der Linie

IH-III der Pig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer

der Schottwände des Solarkollektors gemäß den Pig. 2 und 3,

Fig. 5 eine dritte Ausgestaltung eines er-

findungsgemässen Solarkollektors,

Pig. 6 bis 9 je einen Querschnitt durch einige Absorberbauweisen, welche in dem erfindungsgemäßen Solarkollektor benutzt werden und

Pig. 1o eine Albedo-Tafel mit einem erfin

dungsgemäßen Solarkollektor.

In Pig. 1 ist der prinzipielle Aufbau eines erfindungsgemäßen Solarkollektors dargestellt. j3r besitzt einen Absorber 2, auch Absorberplatte genannt,in Flach-Platten-Bauweise, der mit einem oder mehreren Kanälen 4 zur Portleitung einer die von dem Absorber 2 absorbierte Wärme aufnehmenden PlUssigkeit (z.B. Wasser) gebildet ist, und ein Gehäuse 6, welches mit strahlungsdurchlässigen Penstern versehen ist, die beide Oberflächen des Absorbers 2 bedecken, jedoch entfernt von ihnen angeordnet sind. Die Absorber-

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platte 2 hat kleinere Abmessungen als das Gehäuse 6, sowohl in der Breite als auch in der Länge, so daß sie an allen vier Seiten von der inneren Oberfläche des Gehäuses entfernt ist. Der Solarkollektor besitzt ferner Abschottelemente oder Schottwände 8 mit geringer Vvärmeleitfähigkeit, die den Raum zwischen den vier Seiten des Absorbers und des Gehäuses 6 überbrücken.

Das Gehäuse 6 ist vorzugsweise aus transparentem Kunststoff material hergestellt, um einen strahlungsdurchlässigen Fensterkasten für den Absorber zu bilden. Die Absorberplatte 2 liegt annähernd in der mittleren iJbene des Fensterkastens, d.h. des Gehäuses 6, und berührt seine Seiten nicht, um die WärmeVerluste über den Kasten der Absorberplatte 2 zu reduzieren. Die Schottelemente oder Schottwände 8 mit geringer Wärmeleitfähigkeit überbrücken die Zwischenräume zwischen der Absorberplatte 2 und den Seitenwänden des Gehäuses 6 (auch Fensterkastengehäuse 6 genannt), um die Konvektionsverluste von dem Absorber zu reduzieren. Wenn die Schottwände 8 entfernt würden, dann würde die Luft um die gesamte Absorberplatte zu zirkulieren beginnen, so daß erhebliche Konvektionsverluste entstünden. Durch das Vorsehen der Abschottungswände 8 jedoch werden die Konvektionsverluste sehr wesentlich verringert, da die Luftströmung in dem Raum 1oa über einer Oberfläche der Absorberplatte 2 nicht in den Raum 1ob über der anderen Oberfläche der Absorberplatte 2 strömen kann.

Man kann sehen, daß ein nach der Fig. 1 aufgebauter Solarkollektor mehr Energie von einem einzelnen Absorber zu speichern gestattet, da beide Oberflächen der Absorberplatte zur Aufnahme der Sonnenstrahlung benutzt werden. Zur gleichen Zeit werden Verluste durch Abstrahlung von Wärme reduziert, da die Kanten des Absorbers von dem Gehäuse thermisch isoliert sind, und auch die.Konvektionsverluste

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werden reduziert, da die Luft nicht von einer Seite der Absorberplatte zur anderen strömen kann. Zusätzlich ist die Ausführung einfach und billig, da das Absorbergehäuse die Form eines transparenten Fensterkasten aufweisen kann, welcher mit niedrigen Kosten herstellbar ist.

Die Absorberplatte 2 ist auf ihren beiden Oberflächen vorzugsweise mit einer ausgewählten speziellen schwarzen Beschichtung nach einem herkömmlichen Verfahren beschichtet. Diese ausgewählte schwarze Beschichtung kann eine solche der bekannten Arten sein, die eine Sonnenstrahlen stark absorbierende und eine Wärmeabstrahlung von ο,2 oder weniger aufweisende Oberfläche erzeugen.

Vorzugsweise sollte der Solarkollektor schmal und lang sein, um die Anzahl der Befestigungspunkte zu reduzieren. Beispielsweise kann die Absorberplatte etwa 3o cm breit oder weniger sein. In solchen Fällen werden nur eine oder zwei Kanäle 4 für die Flüssigkeit benötigt. Die geringe Breite gestattet auch, den Fensterkasten aus Kunststoff aus dünnem Material herzustellen, wobei hierdurch die Materialkosten reduziert werden.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen eine weitere besondere Ausbildung eines Solarkollektors gemäß der Erfindung.

Das in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 2o bezeichnete Fensterkastengehäuse des Solarkollektors ist aus zwei transparenten Abschnitten 22 und 24 aus Kunststoff gebildet, wobei jeder Abschnitt mit äußeren, sich in Längsrichtung erstreckenden Flanschen 26 und 28 versehen ist, welche Befestigungselemente 3o, wie zB. Schrauben, Nieten oder Klipse zur Verbindung der beiden Abschnitte miteinander aufnehmen. Die beiden Abschnitte 22 und 24 können stranggepreßt oder durch Vakuumverformung aus Kunststoffplatten hergestellt sein, wobei als Material beispielsweise Polymethylmethacrylatj Allyldiglycolcarbonat, glas-

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faserverstärkter Kunststoff etc. Verwendung findet, und sie können als fortlaufende Kanäle hergestellt werden, welche in der gewünschten länge abgeschnitten werden.

Der Solarkollektor der Fig. 2 "bis 4 kann wie folgt aufgehaut sein. Nachdem die zwei kanalförmigen Abschnitte 22, 24 aus Kunststoff in der gewünschten Länge abgeschnitten worden sind, werden die Enden durch Endwände und 34 verschlossen, welche auch dazu benutzt werden, die Rohre 36 der Absorberplatte 38 für die Flüssigkeit zu haltern. Die Absorberplatte 38 hat eine geringere Breite und länge als das Gehäuse 2o, und der Raum zwischen den Kanten der Absorberplatte 3β und den Innenwänden des Gehäuses sind von einem Paar von in Längsrichtung verlaufenden Schottwänden.40 und 42 und einem weiteren Paar von in Querrichtung verlaufenden Schottwänden 44 und 46 überbrückt. Die Schottwände 40 und 42 werden im folgenden auch als Längswände und die Schottwände 44 und 46 als Querwände bezeichnet. Die Querwände 44 und 46 sind mit Öffnungen für die Rohre 36 versehen und besitzen Schlitze 47 (Fig. 4), in die die Absorberplatte eingreift und welche eine unterschiedliche Wärmeausdehnung von Absorberplatte und dem Gehäuse gestatten bzw. ausgleichen. Diese Querwände 44 und 46 sind an den Endwänden 32 und 34 befestigt; sie können aber auch als ein integraler Teil an diesen angeformt bzw. angespritzt sein. Die Längswände 4o und 42 sind zwischen den Flanschen 26 und 2ö der beiden Abschnitte 22 und 24 befestigt und können (siehe Figur 4) entlang ihrer Länge geschlitzt sein, um die Absorberplatte 38 aufzunehmen.

Auf diese Weise wird ein sehr einfacher, billiger Solarkollektor mit hohem Wirkungsgrad geschaffen, bei dem die Y/ärmestrahlung und KοnvektionsVerluste durch, die Schottwände 40, 42, 44 und 46 verringert werden, welche die Absorberplatte von dem Gehäuse isolieren und zusätzlich eine

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Luftzirkulation über die beiden Oberflächen der Absorberplatte verhindern. Die Schottwände bestehen aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, z.B. Faserplatten oder Hochtemperaturkunststoff.

Die Fig. 5 zeigt eine andere Form eines Solark.ollektors. Hierbei ist' das Gehäuse 5o aus einem einstückigen transparenten Kunststoffmaterial hergestellt, welches die Absorberplatte 52 vollständig umgibt. Diese Platte, welche wenigstens eine Rohrleitung 54, kurz Rohr 54 genannt, für die Flüssigkeit aufweist, ist innerhalb des transparenten Gehäuses 5o mittels Schottwände 56 gehalten, wobei letztere mit den Enden der Absorberplatte 52 mittels Befestigungselementen 5ö (zB. Clipse oder Nieten) verbunden sind. Das transparente bzw. durchsichtige Gehäuse 5o kann aus dünnem Kunststoffmaterial hergestellt sein, wobei" der Absorber in Flach-Plattenbauweise ausreichend steif ist, so daß die Absorberplatte 52 selbst einen wesentlichen Beitrag für die Gesamtsteifigkeit des Solarkollektors leistet.

Die Fig. 6 bis 9 stellen verschiedene Bauweisen dar.

In der Fig. 6 ist der in seiner Gesamtheit mit 6o bezeichnete Absorber aus zwei flachen Platten 62 und 64 hergestellt, wobei jede mit einer oder mehreren sich in Längsrichtung erstreckenden Nuten 66 und 67 versehen ist. Die beiden Platten werden miteinander verbunden, beispielsweise durch Benutzung von Befestigungsmitteln oder durch Schweißpunkte 68, wobei die beiden Nuten 66 und 67 aufeinander liegen und ein dünnwandiges Kunststoff- oder Kupferrohr 69 für.die durch die absorbierte Sonnenwärme aufgeheizte Flüssigkeit aufnehmen.

Fig. 7 zeigt eine ähnliche Konstruktion, welche in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 7o bezeichnet ist; hier sind lediglich anstatt eines einzelnen Rohres (69) für die aufzuheizende Flüssigkeit "zwei Roh2£ 72 und 74 vorge-

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sehen, wobei diese in zwei halbkreisförmigen, in den beiden miteinander beispielsweise durch Schweißpunkte 79 verbundenen Platten gebildeten Ausnehmungen aufgenommen sind.

Die Fig. 8 zeigt eine andere Konstruktion einer Absorberplatte. Hier ist die Absorberplatte ebenfalls aus zwei Platten 83 und 84 hergestellt, die zwei Kanäle zur Aufnahme zweier Rohre85 und 86 für die Flüssigkeit bilden, wobei der Unterschied zu der Ausführung gemäß der Fig. 7 darin besteht, daß zur Versteifung des Absorbers die beiden Platten 83 und 84 jeweils mit einer zusätzlichen, sich in Längsrichtung erstreckenden Ausnehmung oder Nut ö7 bzw. 88 versehen sind, wobei diese Ausnehmungen einen Kanal bilden, in welchem kein Flüssigkeitsrohr vorgesehen ist. Die Konstruktion gemäß der Fig. 8 hat den Vorteil, daß der Absorber sehr steif ist, während das Flüssigkeitsvolumen auf ein Minimum gehalten ist, um thermische Trägheit zu minimalisieren.

Die Fig. 9 zeigt einen anderen Aufbau für eine Absorberplatte, In diesem Falle ist der Absorber 9o aus zwei gewellten Platten 93 und 94 hergestellt; aber nur zwei der Rippen bzw. Wellungen in jeder Platte werden zur Aufnahme von Flüssigkeitsrohren 95 und 96 benutzt, während die übrigen Teilungen den Absorber versteifen und die Absorbierungsfähigkeit für die Sonneneinstrahlung erhöhen.

Der zweiseitige Solarkollektor, welcher oben beschrieben ist, wird vorzugsweise in einer solchen Anordnung benutzt, bei welcher ihre hintere Seite durch das Albedo bestrahlt wird, dh. durch die Sonnen- und Himmelsstrahlen, die von dem Boden oder einer anderen reflektierenden Oberfläche reflektiert werden. Dies ist in der Fig. 1o dargestellt. Hier sind die Solarkollektoren (von denen zwei gezeigt sind und welche in ihrer Gesamtheit mit den Bezugsziffern 1ooa, 1oob bezeichnet sind) in einem Abstand von dem Boden

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(oder dem Dach), auf welchem sie z.B. mittels Trägern 1o2 befestigt sind, montiert. Als Solarkollektoren können alle der oben beschriebenen Ausführungsformen Verwendung finden; die Fig. 1o zeigt Solarkollektoren, welche Absorberplatten 1o4 mit einem einzigen Flüssigkeitsrohr aufweisen. Die Breite jeder Absorberplatte ist mit D bezeichnet, und jeder Solarkollektor ist in einer Höhe H über dem Boden oder Dach schräg bzw. geneigt gehalten, wobei die Höhe H wenigstens gleich dem Abstand D, vorzugsweise 2χΰ oder mehr ist. Der Boden oder das Dach 1o8, worauf die Solarkollektoren befestigt sind, ist weiß angestrichen oder mit hellfarbigem Sand oder Zement bedeckt, damit die hintere Seite jedes Kollektors durch die Sonnenrückstrahlung bestrahlt wird. Damit kein Schatten auf den Boden geworfen wird, dh. um die Albedokomponente auf hohem Wert zu halten, sollen die Solarkollektoren in einem Abstand Vt, der vorzugsv/eise 3 x D ist, voneinander entfernt stehen, wenn sie in paralellen Reihen angeordnet werden.

Viele andere Variationen, Modifikationen und Anwendungen der dargestellten Ausführungsformen sind dabei offenbar.

P a ': r. ,-. ί s. π ·.·,· h ! t β

Dipl.-!.'.;;. Morst Böse Dipl.-!ng. Peter Kosel

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Claims

DlPL-ING. HORST ROSE DIPL-ING. PETER KOSEL

PATENTANWÄLTE

3353 Bad Gandershelm, 20 April 1976 Postfach 129 Hohenhöfen 5 Telefon: (05382) 2842 Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandershelm

Unsere Akten-Nr. 2756/2

Harry Zvi Tabor

Patentgesuch vom 20. April 1976

Patentansprüche

Solarkollektor, gekennzeichnet durch einen Absorber (2, 38, 52, 6o, 9o), welcher wenigstens einen Kanal (4) zur Fortleitung einer die absorbierte Wärme aufnehmenden Flüssigkeit aufweist, durch ein Gehäuse (6), welches den Absorber umgibt und das strahlungsdurchlässige Fenster aufweist, welche beide Oberflächen des Absorbers bedecken und von diesen räumlich entfernt angeordnet sind, und durch Schottelemente (ö, 4o, 42, 44, 46), welche zwischen dem Absorber und dem Gehäuse angeordnet sind, um wirkungsvoll eine Luftzirkulation von dem Raum (ioa) zwischen einer Oberfläche des Absorbers und dem Gehäuse in den Raum (lob) zwischen der anderen Oberfläche des Absorbers und dem Gehäuse zu verhindern und hierdurch Ronvektionsverluste des Absorbers zu verringern.
2. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (D) des Absorbers (2, 3Ö, 52, 6o, 9o) kleiner ist als die des Gehäuses (6), und daß die als Querschottwände dienenden Schottelemente (β, 44, 46) zur Überbrückung der aufgrund der unterschiedlichen Breite des

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Bankkonto: Norddeutsche Landesbank, Filiale Bad Gandershelm, Kto.-Nr. 22.118.970 - Postscheckkonto: Hannover 66715 970

Absorbers und des Gehäuses entstehenden Zwischenräume vorgesehen sind.
3. Solarkollektor nach jedem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Absorbers (2, 38, 52, 6o, 9o) kleiner ist als die des Gehäuses (6), und daß die als Längsschottwände dienenden Schottelemente (8, 4o, 42) zur Überbrückung der aufgrund der unterschiedlichen Längen zwischen dem Absorber und dem Gehäuse entstehenden Zwischenräume vorgesehen sind.
4. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (2,38,52,6o, 9o) als flache Platte ausgebildet ist und eine kleinere Breite und Länge als das Gehäuse (6) aufweist, und daß die Schottelemente (8,4o,42,44,46) eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen und die zwischen dem Gehäuse und dem Absorber entlang seiner Länge und Breite vorhandenai Zwischenräume überbrücken.
5. Solarkollektor nach Anspruch 4| dadurch gekennzeichnet, daß die Schottelemente (8,4o,42,44,46) an dem Gehäuse (6) befestigt sind und den Absorber (2,38,52,6o,9o) haltern..
6. Solarkollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6) aus zwei hälftigen Gehäuse-

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abschnitten (22,24) besteht, welche miteinander verbindbar sind, so daß ein Abschnitt die eine Oberfläche des Absorbers (2,38,52,6o,9o) und de* andere Abschnitt die andere Oberfläche des Absorbers bedeckt, wobei die Schottelemente (4o,42) zwischen den Gehäuseabschnitt festgehalten sind, wenn diese miteinander verbunden sind.
7. Solarkollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäuseabschnitte (22, 24) aus transparentem Kunststoff hergestellt sind, wobei jeder mit äusseren Flanschen (26, 2d) zur Befestigung aneinander versehen ist, wobei die Schottelemente (4o/42) dazwischen befestigt sind.
8. Solarkollekt-or nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6) eine dünne, aus durchsichtigem Kunststoff bestehende Hülle ist, welche den Absorber (2,38,52,6o,9o) einschließt, wobei der Absorber aus ausreichend steifem Material besteht, so daß er im wesentlichen für die ges'amte Steifigkeit des gesamten Solarkollektors sorgt.
9. Solarkollektor nach jedem der Ansprüche 1 bis β, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (6o,7o) obere (62,83,93) und untere (64,84,94) Platten aus Ketall aufweist, wobei jede mit wenigstens einer, sich über die gesamte Länge erstreckende Nut(66,67,85,

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gebildet ist, und daß die Platten miteinander verbunden sind, wobei innerhalb der Nut ein Flüssigkeitsrohr (69,72,74,Ö5,ö6) zur Bildung des Kanals zur Fortleitung der Flüssigkeit angeordnet ist.

1o. Solarkollektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (93,94) aus Metall zur Versteifung des Absorbers gewellt sind, und daß das Flüssigkeitsrohr (95,96) innerhalb wenigstens eines zwischen einer Wellung in jeder Platte gebildeten Raumes angeordnet ist.

P at ο γ. tan ν/alt β Dipl.-ln.-j. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter Kosel

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