DE2708858A1 - Regulator for fluid fuel fired burner - has diaphragm chambers with adjustable resistors in inlet and outlet channels - Google Patents
Regulator for fluid fuel fired burner - has diaphragm chambers with adjustable resistors in inlet and outlet channelsInfo
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Abstract
Description
Regeleinrichtung für einen Brenner für fließfähige BrennstoffeControl device for a burner for flowable fuels
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und hat zur Aufgabe, mit einfachen Mitteln die Einstellung eines beliebigen Brenn-stoff/Luft-Verhältnisses zu ermöglichen. Eine derartige Einstellung ist beispielsweise bei Druckzerstäubungsbrenners erw(lnscht, bei denen die Brennstoffmenge sonst nur grob durch Wahl einer entsprechenden Brennstoffdüse eingestellt werden kann. Bei Schutzgaserzeugern kann durch Beeinflussung des Brennstoff-Luftverhältnisses eine bestimmte Abgaszusammensetzung erreicht werden. Wird der Brenner zur Erzeugung von Heizgas benutzt, so kann durch Veränderung des Brennstoff/Luft-Verhältnisses die Abgastemperatur beeinflußt werden.The invention relates to a control device according to the preamble of claim 1 and has the task of setting a simple means to enable any fuel / air ratio. Such an attitude is desirable, for example, for pressure atomization burners where the fuel quantity otherwise only roughly adjusted by selecting an appropriate fuel nozzle can. In the case of protective gas generators, the fuel-air ratio can be influenced a certain exhaust gas composition can be achieved. Becomes the burner for generation used by heating gas, it can be changed by changing the fuel / air ratio the exhaust gas temperature can be influenced.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäB dadurch gelöst, daß bei einer Regeleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die größere Membran auf ihrer die erste Kammer begrenzenden Seite von einem einstellbaren Teilbetrag des Verbrennungsluftdruckes beaufschlagt wird.The object set is achieved according to the invention in that at a control device according to the preamble of claim 1, the larger membrane on their side delimiting the first chamber by an adjustable partial amount the combustion air pressure is applied.
Durch Veränderung des auf diese Seite der größeren Membran wirkenden Luftdruckes läßt sich auf einfache Weise die Brennstoffmenge und damit das Brennstoff/Luft-Verhältnis einstellen.By changing the effect on this side of the larger membrane Air pressure can be used in a simple way to determine the amount of fuel and thus the fuel / air ratio to adjust.
Der Erfindunggedanke kann dadurch verwirklicht werden, daß an die erste Kammer eine Abströmleitung angeschlossen ist und daß das Verhältnis der Strömungswiderstände der Zuströmleitung und der Abströmleitung zueinander einstellbar ist. Alternativ kann von der Zuströmleitung selbst eine Abströmleitung ausgehen, wobei das Verhältnis der Strömungswiderstände dieser beiden Leitungen zueinander wiederum einstellbar ist.The concept of the invention can be realized in that to the a discharge line is connected to the first chamber and that the ratio of the flow resistances the inflow line and the outflow line can be adjusted to one another. Alternatively an outflow line can proceed from the inflow line itself, with the ratio the flow resistances of these two lines to each other in turn adjustable is.
In beiden Fällen kann zur Einstellung des genannten Verhältnisses eine einstellbare Drosseleinrichtung in der Zuströmleitung und/ oder in der Abströmleitung vorgesehen werden.In both cases, the aforementioned ratio can be set an adjustable throttle device in the inflow line and / or in the outflow line are provided.
Das genannte Verhältnis kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung veränderbar sein, wodurch sich z. B. mittels eines Abgas-Analysegerätes eine Regelung der Verbrennung über das Brennstoff/Luftverhältnis zur Erzielung einer bestimmten Abgaszusammensetzung durchführen läßt.Said ratio can according to a further proposal of the invention be changeable depending on the exhaust gas composition, whereby z. B. By means of an exhaust gas analyzer, the combustion is regulated via the fuel / air ratio can be carried out to achieve a certain exhaust gas composition.
Alternativ ist auch eine Einstellung des genannten Verhältnisses in Abhängigkeit von der Abgastemperatur möglich, um durch Veränderung des Brennstoff/Luft-Verhältnisses eine bestimmte Abgastemperatur zu erhalten.Alternatively, the specified ratio can also be set in Depending on the exhaust gas temperature, this can be done by changing the fuel / air ratio to get a certain exhaust gas temperature.
Um das gewünschte Brennstoff/Luft-Verhältnis auch bei Änderungen des Gegendruckes in der Brennkammer aufrecherhalten zu können, kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung die von der größeren Membran begrenzte zweite Kammer mit der Niederdruckseite eines eine Druckdifferenz in der Verbrennungsluftleitung erzeugenden Elements verbunden werden. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß bei jeder Änderung des Gegendruckes eine proportionale Änderung des in der zweiten Kammer herrschenden Druckes eintritt, was zur Folge hat, daß die Brennstoffmenge im Sinne eines Konstanthaltens des eingestellten Brennstoff/Luft-Verhältnisses verändert wird. Eine derartige Änderung des Gegendruckes kann beispielsweise bei Heizungen, bei denen mehrere Heizkessel an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind, dann eintreten, wenn einzelne Heizkessel zu- oder abgeschaltet sind. Bei Brennern, die zur Erzeugung von Heizgasen für Trocknungseinrichtungen, z.B. zum Trocknen von Aktivkohle od. dergl., dienen, kann sich der Durchströmwiderstand des zu trocknenden Mediums für das Heizgas ändern, was ebenfalls eine Änderung des Gegendruckes zur Folge hat. Bei mit Brennern betriebenen Schutzgaserzeugern führt eine Änderung der Abnahmemenge an Schutzgas gleichfalls zu einer Änderung des Gegendruckes.In order to achieve the desired fuel / air ratio even if the To be able to maintain counter pressure in the combustion chamber, after another Proposal of the invention with the second chamber delimited by the larger membrane the low-pressure side of a generating a pressure difference in the combustion air line Elements are connected. This measure ensures that with every change of the back pressure a proportional change to that prevailing in the second chamber Pressure occurs, which has the consequence that the amount of fuel in the sense of keeping constant of the set fuel / air ratio is changed. One such change the back pressure can, for example, in heating systems with several boilers are connected to a common chimney, then occur when individual boilers are switched on or off. For burners that are used to generate heating gases for drying equipment, e.g. for drying activated charcoal or the like, the flow resistance can increase of the medium to be dried for the heating gas change, which also changes the Back pressure. In the case of protective gas generators operated with burners a change the purchase amount of protective gas also to one Change of back pressure.
Das eine Druckdifferenz in der Verbrennungsluftleitung erzeugende Element kann der Brenner selbst sein, in welchem Falle die zweite Kammer mit der Brennkammer verbunden wird. Alternativ kann das Element eine Blende in der Verbrennungsluftleitung sein, wobei die zweite Kammer stromabwärts und die erste Kammer stromaufwärts der Blende an die Verbrennungsluftleitung angschlossen ist. In jedem Falle wird erreicht, daß jede Änderung des Gegendruckes, die zu einer Änderung der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluftmenge führt, eine solche Änderung der Brennstoffmenge zur Folge hat, daß das gewünschte und eingestellte Brennstoff/Luft-Verhältnis erhalten bleibt. Anstelle einer Blende kann auch ein anderes, gleichwirkendes Element, z.B. ein Venturirohr, ein Staurohr oder dergl., verwendet werden.That which creates a pressure difference in the combustion air line Element can be the burner itself, in which case the second chamber with the Combustion chamber is connected. Alternatively, the element can be a screen in the combustion air line be, with the second chamber downstream and the first chamber upstream of the Orifice is connected to the combustion air line. In any case it is achieved that any change in the back pressure that leads to a change in the supplied to the burner Combustion air amount leads to such a change in the amount of fuel has that the desired and set fuel / air ratio is maintained. Instead of a diaphragm, another element with the same effect, e.g. a Venturi tube, can be used. a pitot tube or the like. Can be used.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung in schematischer Darstellung, Fig. 2 eine erste Abwandlung der Regeleinrichtung von Fig. 1, wobei das Brennstoff/Luft-Verhältnis in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung regelbar ist, und Fig. 3 eine zweite Abwandlung der Regeleinrichtung von Fig. 1, wobei in der Verbrennungsluftleitung eine eine Druckdifferenz erzeugende Blende angeordnet ist.Three embodiments of the invention are described below Described with reference to the drawings. It shows: Fig. 1 a first embodiment a control device according to the invention in a schematic representation, FIG. 2 a first modification of the control device of FIG. 1, wherein the fuel / air ratio can be regulated as a function of the exhaust gas composition, and FIG. 3 shows a second Modification of the control device of Fig. 1, wherein in the combustion air line an aperture generating a pressure difference is arranged.
Es sei zunächst auf Fig. 1 bezuggenommen, in der im Schnitt ein Brenner 1 für flüssige Brennstoffe dargestellt ist, der beispielshalber als sogenannter Rückführbrenner ausgebildet ist und eine Brennstoffdüse 2, Brennluftrohre 3, ein Mischrohr 4, eine Brennkammer 5 und Abgasrückführkanäle 6 aufweist, durch welche auf Grund der Injektorwirkung der aus den Brennluftrohren 3 in Pfeilrichtung ausströmenden Luft Abgase in den Bereich 7 zurückgesaugt werden, in welchen der Brennstoff durch die Düse 2 eingespritzt wird. Die Rohre 3 gehen von einem Luftraum 8 aus, in den eine Verbrennungsluftleitung 9 mündet, die mit einem Verbrennungsluftgebläse 10 über einen zur Leistungsregelung des Brenners dienenden Schieber 11 verbunden ist. Der Brennstoffdüse 2 wird von einer Brennstoffpumpe 12 aus einem Behälter 13 über eine Brennstoffleitung 14, 15 Brennstoff unter Druck zugeführt. In der Brennstoffleitung 14, 15 ist ein Brennstoff- Regelventil 16 angeordnet, das im Ausführungsbeispiel ein topfförmiges Gehäuse 17 aufweist, das einen Zylinder 18 enthält, in dessen Zylinderraum 19 ein Kolbenschieber 20 angeordnet ist. Der Zylinderraum 19 steht über eine Entlüftungsbohrung 21 mit dem Innenraum 22 des Gehäuses 17 ständig in Verbindung. Der Abschnitt 15 der Brennstoff leitung geht von dem Innenraum 22 des Behälters 17 aus, während der Abschnitt 14 der Brennstoffleitung in die Wand des Zylinderraums 19 mündet. Die Mündung 23 wird vom Kolbenschieber 20 gesteuert. Der Behälter 17 ist durch eine Membran 24 abgeschlossen, die einerseits mit dem Kolbenschieber 20 und andererseits über ein Zwischenglied 25 mit einer Membran 26 einer Differenzdruckdose 27 verbunden.Reference is first made to FIG. 1, in which a burner is shown in section 1 is shown for liquid fuels, for example as a so-called Recirculation burner is formed and a fuel nozzle 2, combustion air pipes 3, a Mixing tube 4, a combustion chamber 5 and exhaust gas recirculation channels 6 through which due to the injector effect flowing out of the combustion air pipes 3 in the direction of the arrow Air exhaust gases sucked back into the area 7 in which the Fuel is injected through the nozzle 2. The tubes 3 go from an air space 8, into which a combustion air line 9 opens, which is provided with a combustion air fan 10 connected via a slide 11 serving to regulate the output of the burner is. The fuel nozzle 2 is drawn from a container 13 by a fuel pump 12 Fuel is supplied under pressure via a fuel line 14, 15. In the fuel line 14, 15, a fuel control valve 16 is arranged, which in the exemplary embodiment has a cup-shaped housing 17 which contains a cylinder 18 in its cylinder space 19 a piston valve 20 is arranged. The cylinder space 19 is above a vent hole 21 with the interior 22 of the housing 17 in constant communication. Section 15 the fuel line goes out from the interior 22 of the container 17, while the Section 14 of the fuel line opens into the wall of the cylinder space 19. the The mouth 23 is controlled by the piston valve 20. The container 17 is through a Membrane 24 completed, on the one hand with the piston valve 20 and on the other hand Connected via an intermediate member 25 to a membrane 26 of a differential pressure cell 27.
Die Membran 26 trennt zwei Druckkammern 28 und 29 voneinander. Die erste Kammer 28 ist mit der Verbrennungsluftleitung 9 durch eine Zuströmleitung 30 verbunden, in der ein regelbares Drosselventil 31 angeordnet ist. Außerdem geht von der ersten Kammer 28 eine Abströmleitung 32 aus, die eine gegebenenfalls einstellbare Drossel 33 enthält. Die Drossel kann jedoch auch durch den Querschnitt der Abströmleitung 32 selbst gebildet werden. Die zweite Kammer 29 der Differenzdruckdose 27 steht durch eine Leitung 34 mit der Brennkammer 5 in Verbindung. Auf die in der Zeichnung untere Seite 35 der Membran 26 wirkt also der durch die Drosseln 31 und 33 verminderte und durch das Regelventil 11 eingestellte Luftdruck in der Verbrennungsluftleitung 9, während auf die in der Zeichnung obere Seite 36 der Membran 26 der Brennkammerdruck und auf die Oberseite der Membran 24 der Brennstoffdruck wirkt. Das Flächenverhältnis der Membranen 24, 26 ist so bemessen, daß die auf sie wirkenden Kräfte im Gleichgewicht sind. Der auf die Unterseite der Membran 24 wirkende Brennkammerdruck kann vernachlässigt werden, da das Druckverhältnis zwischen Brennstoffdruck und Brennkammerdruck mehr als 1 : 100 beträgt.The membrane 26 separates two pressure chambers 28 and 29 from one another. the The first chamber 28 is connected to the combustion air line 9 through an inflow line 30 connected, in which a controllable throttle valve 31 is arranged. Also goes from the first chamber 28 an outflow line 32, which is an optionally adjustable Throttle 33 contains. However, the throttle can also be determined by the cross section of the discharge line 32 are formed by themselves. The second chamber 29 of the differential pressure cell 27 is up through a line 34 with the combustion chamber 5 in connection. On the one in the drawing The lower side 35 of the membrane 26 is thus reduced by the throttles 31 and 33 and the air pressure set by the control valve 11 in the combustion air line 9, while the combustion chamber pressure is on the upper side 36 of the membrane 26 in the drawing and the fuel pressure acts on the upper side of the diaphragm 24. The area ratio of the membranes 24, 26 is dimensioned so that the forces acting on them are in equilibrium are. The one on the bottom the diaphragm 24 acting combustion chamber pressure can be neglected because the pressure ratio between fuel pressure and Combustion chamber pressure is more than 1: 100.
Es sei angenommen, daß die Membranen 24, 26 und mit ihnen der Kolbenschieber 20 in der Normalstellung sind, die dem Normalbetrieb des Brenners 1 entspricht, wobei das gewünschte Brennstoff/ Luft-Verhältnis durch das Drosselventil 31 eingestellt wurde.It is assumed that the membranes 24, 26 and with them the piston valve 20 are in the normal position, which corresponds to normal operation of burner 1, the desired fuel / air ratio being set by the throttle valve 31 became.
Wenn sich nun aus irgendeinem Grunde der Gegendruck in der Brennkammer 5 erhöht, so steigt der auf die Oberseite 36 der Membran 26 wirkende Druck, was zur'Folge hat, daß der Kolbenschieber 20 nach unten bewegt und die Brennstoffleitung 14 soweit gedrosselt wird, bis sich ein neuer Gleichgewichtszustand auf einem niedrigeren Brenn stoffdruckn iveau einpendelt. Verringert sich dagegen der Druck in der Brennkammer 5, so wird durch den Druck in der ersten Kammer 28 der Differenzdruckdose 27 der Kolbenschieber 20 in der Zeichnung nach oben verschoben, wodurch eine ungedrosseltere Verbindung zwischen dem Brennstoffleitungsabschnitt 14 und dem Innenraum 22 eintritt und der Brennstoffdruck in dem Gehäuseinnenraum 22 und damit an der Düse 2 erhöht wird. Auch in diesem Fall pendelt sich ein Gleichgewichtszustand, nunmehr aber bei höherem Brennstoffdruckniveau, ein.If for some reason the back pressure in the combustion chamber 5 increases, the pressure acting on the upper side 36 of the membrane 26 increases, which has the consequence that the piston valve 20 moves downwards and the fuel line 14 is throttled until a new state of equilibrium is at a lower Fuel pressure level levels off. If, on the other hand, the pressure in the combustion chamber is reduced 5, the pressure in the first chamber 28 of the differential pressure cell 27 is the Piston slide 20 moved upward in the drawing, resulting in a more unthrottled Connection between the fuel line section 14 and the interior 22 occurs and the fuel pressure in the housing interior 22 and thus at the nozzle 2 increases will. In this case, too, a state of equilibrium oscillates, but now at higher fuel pressure level.
Durch Betätigung des Drosselventils 31 läßt sich der Druck in der ersten Kammer 28 der Membrandruckdose 27 unabhängig von dem durch das Regelventil 11 eingestellten Vordruck in der Verbrennungsluftleitung 9 einstellen, wodurch ein beliebiges Brennstoff/Luft-Verhältnis unabhängig von der Abstufung der Brennstoffdüse 2 erreicht werden kann. Selbstverständlich könnte anstelle des Drosselventils 31 die Drossel 33 in der Abströmleitung 32 einstellbar ausgebildet sein, während die Drossel 31 unveränderlich ist und beispielsweise durch den Querschnitt der Leitung 30 gebildet wird.By operating the throttle valve 31, the pressure in the first chamber 28 of the diaphragm pressure cell 27 independently of the one through the control valve 11 set pre-pressure in the combustion air line 9, whereby a any fuel / air ratio regardless of the fuel nozzle graduation 2 can be achieved. Of course, instead of the throttle valve 31 the throttle 33 in the discharge line 32 be adjustable, while the Throttle 31 is invariable and, for example, by the cross section of the line 30 is formed.
Die Abströmleitung muß nicht direkt an die Kammer 28 angeschlossen werden, sondern sie kann, wie bei 32c angedeutet, auch von der Zuströmleitung 30 ausgehen. Auch in diesem Falle enthält die Abströmleitung 32c eine gegebenenfalls einstellbare Drossel 33c.The discharge line does not have to be connected directly to the chamber 28 but, as indicated at 32c, it can also come from the inflow line 30 go out. In this case too, the Outflow line 32c a optionally adjustable throttle 33c.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß die Drossel 31a in der Zuströmleitung 30a der ersten Kammer 28a der Membrandruckdose 27a unveränderlich ist, während die Drosseleinrichtung 33a in der Abströmleitung 32a veränderlich ist, und zwar in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung. Zu diesem Zweck ist in der Brennkammer 5 oder der daran anschließenden Rohrleitung eine Abgassonde 38 angeordnet, die mit einem schematisch angedeuteten Analysegerät 39 in Verbindung steht, das seinerseits in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung ein Signal erzeugt, um die Drosseleinrichtung 33a zu betätigen und dadurch das Brennstoff/Luft-Verhältnis so zu ändern, daß die gewünschte Abgaszusammensetzung erreicht wird. Im übrigen sind in Fig. 2 gleiche oder gleichartige Teile mit dem gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1, jedoch mit dem Index a, bezeichnet.The embodiment according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 essentially only in that the throttle 31a in the inflow line 30a of the first chamber 28a of the diaphragm pressure cell 27a is invariable, while the Throttle device 33a in the outflow line 32a is variable, specifically as a function on the exhaust gas composition. For this purpose is in the combustion chamber 5 or the adjoining pipe an exhaust gas probe 38 is arranged, which is shown schematically with a indicated analysis device 39 is in connection, which in turn is dependent from the exhaust gas composition generates a signal to the throttle device 33a press and thereby change the fuel / air ratio so that the desired Exhaust gas composition is achieved. Otherwise, in Fig. 2 the same or similar Parts with the same reference numerals as in Fig. 1, but with the index a, denoted.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, bei dem gleiche Teile wie in Fig. 1 wiederum mit dem gleichen Bezugszeichen, jedoch mit dem Index b, bezeichnet sind, ist in der Verbrennungsluftleitung 9b eine Blende 40 angeordnet, die eine Druckdifferenz erzeugt.In the embodiment according to FIG. 3, in which the same parts as in Fig. 1 again with the same reference number, but with the index b are, a diaphragm 40 is arranged in the combustion air line 9b, which one Pressure difference generated.
Die erste Kammer 28b der Differenzdruckdose 27b ist mit der Verbrennungsluftleitung 9b stromaufwärts der Blende 40 durch die Zuströmleitung 30b in iverbindung, während die zweite Kammer 29b durch die Leitung 34b mit der Verbrennungsluftleitung 9b stromabwärts der Blende 40 in Verbindung steht. Wie bei den vorhergehenden Beispielen ist an die erste Druckkammer 28b eine Abströmleitung 32b mit einer Drossel 33b angeschlossen. Die Zuströmleitung 30b weist ebenfalls eine gegebenenfalls regelbare Drosseleinrichtung 31b auf. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist die gleiche wie diejenige der Ausführung gemäß Fig. 1, sie hat jedoch den Vorteil, daß die zweite Kammer 29b nicht mit gegebenenfalls aggressiven Gasen aus der Brennkammer 5b beaufschlagt ist, sondern nur von Luft. Die Blende 40 kann naturgemäß durch eine andere, entsprechend wirkende Einrichtung, beispielsweise ein Venturirohr oder ein Staurohr, ersetzt werden.The first chamber 28b of the differential pressure cell 27b is connected to the combustion air line 9b upstream of the diaphragm 40 through the inflow line 30b in connection, while the second chamber 29b through the line 34b with the combustion air line 9b downstream the aperture 40 is in communication. As with the previous examples, is on the first pressure chamber 28b is connected to an outflow line 32b with a throttle 33b. The inflow line 30b also has an optionally controllable throttle device 31b. The operation of this device is the same as that of the Embodiment according to FIG. 1, but it has the advantage that the second chamber 29b does not is acted upon with possibly aggressive gases from the combustion chamber 5b, but only from air. The aperture 40 can of course be replaced by another, accordingly acting Device, for example a Venturi tube or a Pitot tube, can be replaced.
Analog zu der Einstellung des Druckes in der ersten Kammer 28, 28a, 28b kann auch der Druck in der zweiten Kammer 29,29a oder 29b durch einen der Abströmleitung entsprechenden Anschluß und die Anordnung entsprechender Drosselventile auf eine Teilbetrag des in der Zuleitung 34, 34a bzw. 34b herrschenden Druckes abgesenkt werden.Analogous to the setting of the pressure in the first chamber 28, 28a, 28b, the pressure in the second chamber 29, 29a or 29b can also flow through one of the discharge lines corresponding connection and the arrangement of corresponding throttle valves on one Part of the pressure prevailing in the supply line 34, 34a or 34b is reduced will.
Selbstverständlich sind viele Abwandlungen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So kann z.B. anstelle der Membran 24 ein in einem Zylinder verschiebbarer Kolben vorgesehen werden, der mit der Membran 26 verbunden und einseitig von dem in dem Gehäuseinnenraum 22 (Fig.1) herrschenden Brennstoffdruck beaufschlagt ist.It goes without saying that there are many modifications to the exemplary embodiments shown possible without departing from the scope of the invention. For example, instead of the membrane 24 a piston can be provided which can be displaced in a cylinder and which is connected to the diaphragm 26 connected and on one side of the one prevailing in the housing interior 22 (FIG. 1) Fuel pressure is applied.
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