DE29508147U1 - Hot water tank - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Warmwasserspeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a hot water storage tank according to the preamble of claim 1.
Zur gezielten Erwärmung von Wasser in einem Warmwasserspeicher durch Wärmezufuhr mittels eines Wärmeerzeugers, zum Beispiel eines Gas- oder Ölkessels, erfolgt eine Steuerung des Wärmeerzeugers durch einen Vergleich einer Soll-Temperatur mit einer Ist-Temperatur im Warmwasserspeicher. Da es in einem Warmwasserspeicher zu einer Schichtung von Wasser mit sehr unterschiedlichen Temperaturen kommen kann, ist zur gezielten Bevorratung mit einer tageszeitlich variierenden Menge von warmem Wasser einer festen Temperatur - wie aus der DE-PS 29 50 328 und der GB-PS 21 31 527 bekannt - die Messung der Temperatur an verschieden hohen Punkten im Inneren des Warmwasserspeichers vorgesehen. Ein Nachteil der bekannten Verfahren liegt darin, daß der Warmwasserspeicher mit einem nur hinsichtlich der Wassermenge variierenden Soll-Wert betrieben wird. Da aber der Bedarf an Warmwasser sowohl in der Menge als auch in der Temperatur, zum Beispiel zum Waschen der Hände oder zum Spülen oder zum Füllen einer Badewanne oder für ein Duschbad, sehr unterschiedlich ist, wird bei den bekannten Verfahren teilweise viel zu heißes Wasser bevorratet. Die Abstrahlungsverluste sind erheblich. Außerdem kommt es auch zu einer entsprechend großen Anzahl von Starts des Wärmeerzeugers.For the targeted heating of water in a hot water tank by supplying heat using a heat generator, for example a gas or oil boiler, the heat generator is controlled by comparing a target temperature with an actual temperature in the hot water tank. Since water with very different temperatures can be stratified in a hot water tank, the temperature is measured at different high points inside the hot water tank in order to specifically store a quantity of hot water at a fixed temperature that varies depending on the time of day - as is known from DE-PS 29 50 328 and GB-PS 21 31 527. A disadvantage of the known methods is that the hot water tank is operated with a target value that only varies with regard to the amount of water. However, since the need for hot water varies greatly in both quantity and temperature, for example for washing hands or rinsing dishes or filling a bathtub or for a shower, the known processes sometimes result in water that is far too hot. The radiation losses are considerable. In addition, the heat generator also starts up a correspondingly large number of times.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Warmwasserspeicher der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem nur soviel Wärme erzeugt wird, wie von den Benutzern des Warmwasserspeicher^6TbiabcWwis<3. J^ *··:The aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a hot water storage tank of the type mentioned at the beginning, in which only as much heat is generated as is required by the users of the hot water storage tank^6TbiabcWwis<3. J^ *··:
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st··st··
Erfindungsgemäß wird dies bei einem.Warmwasserspeicher der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.According to the invention, this is achieved in a hot water tank of the type mentioned at the outset by the characterizing features of claim 1.
Durch die vorgeschlagenen Merkmale ist sichergestellt, daß die tageszeitlich variierende Wärmemenge und nicht nur die aufzuheizende Wasserimenge des Warmwasserspeichers für die Bevorratung berücksichtigt wird. Durch die Veränderung des Soll-Wertes der Wärmemenge des Warmwasserspeichers werden für die einzelnen Zeitabschnitte eines Tages nur jene Wärmemengen bereitgehalten, die erfahrungsgemäß auch benötigt werden, wodurch einerseits die Zahl der Starts des Wärmeerzeugers vermindert wird, was zu einer Verminderung des Schadstoffausstoßes im Falle der Verwendung von Brennern als Wärmeerzeuger führt und wodurch andererseits der Wirkungsgrad der Warmwasserbereitungsanlage erhöht wird.The proposed features ensure that the amount of heat, which varies over the course of the day, and not just the amount of water in the hot water tank that needs to be heated, is taken into account for storage. By changing the target value of the amount of heat in the hot water tank, only the amount of heat that is known to be needed during the individual periods of the day is kept available, which on the one hand reduces the number of starts of the heat generator, which leads to a reduction in pollutant emissions when burners are used as heat generators, and on the other hand increases the efficiency of the hot water preparation system.
Je nach der Anzahl der Temperaturfühler im Warmwasserspeicher ist eine mehr oder weniger genaue Erfassung der Wärmemenge des Speichers ermöglicht. Dabei erfolgt die Berechnung der Wärmemenge des Warmwasserspeichers in der Weise, daß jedem Meßpunkt ein durch die Geometrie des Speichers festgelegtes Teiivolumen des Speichers zugeordnet wird und die Wärmemenge gegenüber einer Bezugstemperatur berechnet wird. Die Anpassung des Betriebes des Warmwasserspeichers an die tatsächlichen Erfordernisse kann auch im Zuge eines Selbstlernprozesses als ständig sich selbst optimierende Anpassung ausgebildet sein.Depending on the number of temperature sensors in the hot water tank, a more or less precise measurement of the heat quantity in the tank is possible. The heat quantity in the hot water tank is calculated in such a way that each measuring point is assigned a partial volume of the tank determined by the geometry of the tank and the heat quantity is calculated in relation to a reference temperature. The adjustment of the operation of the hot water tank to the actual requirements can also be designed as a self-learning process as a constantly self-optimizing adjustment.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 gelingt es, die unterschiedlichen Soll-Werte exakt zu ermitteln, um unnötige Starts des Wärmeerzeugers zu vermeiden.The features of claim 2 make it possible to determine the different target values precisely in order to avoid unnecessary starts of the heat generator.
Es ist möglich zu entscheiden, ob eine Aufheizung des Warmwasserspeichers erforderlich ist oder nicht. Insbesondere bei einem Übergang auf einen niedrigeren Soll-Wert für die Wärmemenge kann es sein, daß trotz einer Zapfung und dem damit verbundenen Absinken der Wärmemenge des gespeicherten Warmwassers eine Aufheizung nicht erforderlich ist,It is possible to decide whether heating the hot water tank is necessary or not. In particular, when changing to a lower target value for the amount of heat, it may be that heating is not necessary despite a draw-off and the associated drop in the amount of heat in the stored hot water.
da aufgrund des Zeitprogramms des Soli-Wertes der Wärmemenge des Speichers ein Absinken des Soll-Wertes ohnehin vorgesehen ist.because the time program of the target value of the storage tank's heat quantity means that the target value is set to drop anyway.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing.
Dabei zeigen:Showing:
Fig. 1 schematisch eine Warmwasserbereitungsanlage,Fig. 1 schematically shows a hot water preparation system,
bor/ dir 9ti\t k Jtr bor/ dir 9ti\tk Jtr
Fig. 2 und 3 Ausführungsformen eines Warmwasserspeichers für eine Warmwasserbereitungsanlage nach der Fig. 1,Fig. 2 and 3 embodiments of a hot water tank for a hot water preparation system according to Fig. 1,
Fig. 4 bis 6 Betriebsdiagramme zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Fig. 4 to 6 Operating diagrams to explain the method according to the invention.
Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelheiten. The same reference symbols indicate the same details in all figures.
Die Warmwasserbereitungsanlage 30 weist einen Wärmeerzeuger 1 auf, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen Gasbrenner 2 aufweist. Dieser ist über ein in einer Gaszuleitung 4 angeordnetes proportional arbeitendes Magnetventil 3 mit Gas versorgbar. The hot water preparation system 30 has a heat generator 1, which in the embodiment shown has a gas burner 2. This can be supplied with gas via a proportionally operating solenoid valve 3 arranged in a gas supply line 4.
Der Brenner 2 beaufschlagt einen Wärmetauscher 5, der über eine Heizkreisvorlaufleitung 6 mit einer Ladepumpe 7 verbunden ist, die über eine Wasserleitung 19 mit einem Warmwasser-Wärmetauscher 9 verbunden ist, der in einem Warmwasserspeicher 10 angeordnet ist. Weiter ist der Warmwasser-Wärmetauscher 9 über eine Rücklaufleitung 8 mit dem Wärmetauscher 5 verbunden.The burner 2 acts on a heat exchanger 5, which is connected via a heating circuit flow line 6 to a charging pump 7, which is connected via a water line 19 to a hot water heat exchanger 9, which is arranged in a hot water tank 10. The hot water heat exchanger 9 is also connected to the heat exchanger 5 via a return line 8.
Im Warmwasserspeicher 10 ist eine Temperaturfühleranordnung 14 vorgesehen, die, wie aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, mehrere Temperaturfühler umfaßt. An dem Warmwasserspeicher 10 ist eine Warmwasserleitung 12 angeschlossen, die vom obersten Bereich 31 des Warmwasserspeichers 10 wegführt, ferner mündet eine Kaltwasserzuleitung 11 im untersten Bereich 32 des Warmwasserspeichers 10 unter kegeliger Erweiterung 45, der einA temperature sensor arrangement 14 is provided in the hot water tank 10, which, as can be seen from Fig. 2 and 3, comprises several temperature sensors. A hot water pipe 12 is connected to the hot water tank 10, which leads away from the uppermost area 31 of the hot water tank 10, and a cold water supply pipe 11 opens into the lowermost area 32 of the hot water tank 10 under a conical extension 45, which has a
Prallblech 44 zugeordnet ist, in diesen. Diese beiden Maßnahmen begünstigen die Temperaturschichtung des Wassers im Inneren 34 des Speichers 10. Von der Heizkreisvorlaufleitung 6 zweigt eine Heizkörpervorlaufleitung 37 ab, und in die Rücklaufleitung 8 mündet eine Heizkörperrücklaufleitung 38, wobei in einer von beiden eine Pumpe 3 9 angeordnet ist.Baffle plate 44 is assigned to these. These two measures promote the temperature stratification of the water inside 34 of the storage tank 10. A radiator flow line 37 branches off from the heating circuit flow line 6, and a radiator return line 38 flows into the return line 8, with a pump 39 being arranged in one of the two.
Die im Warmwasserspeicher 10 angeordnete Temperaturfühleranordnung 14 ist über eine Leitung 17 mit einem Temperaturregler 15 verbunden, der auch über eine Leitung 16 mit einem in der Heizkreisvorlauf leitung 6 angeordneten Vorlauftemperaturfühler 13 verbunden ist. Der Temperaturregler 15 ist über eine Leitung 18 mit dem Magnetventil 3 verbunden, das die Gaszufuhr zum Brenner 2 steuert.The temperature sensor arrangement 14 arranged in the hot water tank 10 is connected via a line 17 to a temperature controller 15, which is also connected via a line 16 to a flow temperature sensor 13 arranged in the heating circuit flow line 6. The temperature controller 15 is connected via a line 18 to the solenoid valve 3, which controls the gas supply to the burner 2.
Weiterhin sind eine Uhr 40 für eine Zeitsteuerung sowie ein Zeit-Soll-Wert-Geber 41 und ein Wärmeinhalt-Soll-Wert-Geber 42 vorhanden, der für die Vorgabe eines bestimmten, sich jedoch in Abhängigkeit von der Zeitsteuerung ändernden Soll-Wertes vorgesehen. Die Uhr 40, der Zeit-Soll-Wert-Geber 41 und der Wärmeinhalt-Soll-Wert-Geber 42 sind über ein Leiterbündel 43 mit dem Temperaturregler 15 verbunden.Furthermore, there is a clock 40 for time control as well as a time setpoint sensor 41 and a heat content setpoint sensor 42, which are intended for specifying a specific setpoint value that changes depending on the time control. The clock 40, the time setpoint sensor 41 and the heat content setpoint sensor 42 are connected to the temperature controller 15 via a conductor bundle 43.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 2 ragen drei oder mehr einzelne Temperaturfühler 14a, 14b, 14c von einer etwa senkrecht angeordneten Außenseite 33 des Warmwasserspeichers 10 in dessen Inneres 34 hinein, wobei die Temperaturfühler 14a, 14b, 14c in verschiedenen Höhenlagen im Warmwasserspeicher 10 angeordnet und bestimmten Teilvolumina 10a, 10b, 10c des Inneren 34In the embodiment according to Fig. 2, three or more individual temperature sensors 14a, 14b, 14c protrude from an approximately vertically arranged outer side 33 of the hot water tank 10 into its interior 34, with the temperature sensors 14a, 14b, 14c arranged at different heights in the hot water tank 10 and specific partial volumes 10a, 10b, 10c of the interior 34
zugeordnet sind. Die Temperaturfühler 14a, 14b, 14c sind in waagerecht angeordneten Tauchrohren 20a, 20b, 20c vorgesehen, die dicht mit der Wandung 35 des Warmwasserspeichers 10 verbunden sind, der mit einer Isolierung 3 6 versehen ist.are assigned. The temperature sensors 14a, 14b, 14c are provided in horizontally arranged immersion tubes 20a, 20b, 20c, which are tightly connected to the wall 35 of the hot water tank 10, which is provided with insulation 36.
Durch die in den einzelnen Teilvolumina erfaßten Temperaturen kann der Wärmeinhalt aufgrund der bekannten Größe des betreffenden Teilvolumens sehr einfach berechnet werden. Aus der Summe der Wärmeinhalte der einzelnen Teilvolumina kann der gesamte momentane Wärmeinhalt des Warmwasserspeichers 10 berechnet werden.The temperatures recorded in the individual partial volumes allow the heat content to be calculated very easily due to the known size of the relevant partial volume. The total current heat content of the hot water tank 10 can be calculated from the sum of the heat contents of the individual partial volumes.
Die Berechnung des Wärmeinhaltes des Warmwasserspeichers 10 erfolgt nach der Formel:The heat content of the hot water tank 10 is calculated according to the formula:
W1 = ku · V · (tist - tEinlauf) · cW 1 = k u · V · (tact - t inlet ) · c
wobei Wj_ den Wärmeinhalt, ku einen Umrechnungsfaktor, V das Volumen, t-Lgt die Ist-Temperatur, tgj_n]_auj die Kaltwasser-Einlauftemperatur, die meist ca. 10 0C beträgt, und Cp die spezifische Wärme bedeuten, wobei die angegebene Formel für den Bereich tj_st > 38 0C anwendbar ist.where Wj_ is the heat content, k u a conversion factor, V the volume, t-Lgt the actual temperature, tgj_ n ]_ au j the cold water inlet temperature, which is usually about 10 0 C, and Cp the specific heat, whereby the given formula is applicable for the range tj_ s t > 38 0 C.
Das dem Kaltwassereinlauf nächste Teilvolumen des Warmwasserspeichers 10 ist weniger ausnutzbar als die dem Kaltwassereinlaß weiter entfernt liegenden Teilvolumina, da die Schichtung des Wassers im Inneren des 34 des Warmwasserspeichers 10 gestört wird, wenn Kaltwasser einläuft, und zwar dort um so mehr, je näher das Gebiet dem Kaltwassereinlauf benachbart ist.The partial volume of the hot water tank 10 closest to the cold water inlet is less usable than the partial volumes further away from the cold water inlet, since the stratification of the water inside the 34 of the hot water tank 10 is disturbed when cold water flows in, and this is the more so the closer the area is to the cold water inlet.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 3 sind die Temperaturfühler 14a, 14b, 14c in einem gemeinsamen, mit der Wandung des Warmwasserspeichers 10 dicht verbundenen, Tauchrohr 20 angeordnet, das im wesentlichen vertikal in den Warmwasserspeicher 10 von oben eingesetzt ist. Auch bei dieser Ausführungsform sind den einzelnen in verschiedenen Höhenlagen des Warmwasserspeichers 10 angeordneten Temperaturfühlern 14a, 14b, 14c zugeordnete Teilvolumina 10a, 10b, 10c vorgesehen.In the embodiment according to Fig. 3, the temperature sensors 14a, 14b, 14c are arranged in a common immersion tube 20 that is tightly connected to the wall of the hot water tank 10 and is inserted essentially vertically into the hot water tank 10 from above. In this embodiment, too, partial volumes 10a, 10b, 10c are provided that are assigned to the individual temperature sensors 14a, 14b, 14c arranged at different heights of the hot water tank 10.
Die Fig. 4 zeigt ein Zeitdiagramm der Betriebszustände des Brenners 2. Dabei gibt der Kurvenzug 28 die Betriebszeiten des Brenners 2 bei konstanter Leistung an.Fig. 4 shows a time diagram of the operating states of the burner 2. The curve 28 indicates the operating times of the burner 2 at constant power.
Die Fig. 5 zeigt ebenfalls ein Zeitdiagramm, wobei der Kurvenzug 26 den Verlauf des Wärmeinhaltes des Warmwasserspeichers und der Kurvenzug 27 die Brauchwasserzapfzeiten bei unterschiedlichen Zapfdurchsätzen aus dem Warmwasserspeicher 10 darstellt. Der Kurvenzug 29 kennzeichnet den maximalen Soll-Wert des Wärmeinhaltes des Speichers 10.Fig. 5 also shows a time diagram, with curve 26 showing the course of the heat content of the hot water tank and curve 27 showing the domestic water tapping times at different tapping rates from the hot water tank 10. Curve 29 indicates the maximum target value of the heat content of the tank 10.
Die Fig. 6 zeigt ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Temperatur des Inhaltes des Warmwasserspeichers 10. Dabei stellt der Kurvenzug 21 die Temperatur und die Punkte 24 die Einschaltzeitpunkte und die Punkte 2 5 die Ausschaltzeitpunkte des Wärmeerzeugers 1 beziehungsweise des Brenners 2 dar. Dabei handelt es sich bei der Temperatur um die aus dem Wärmeinhalt ermittelte Durchschnittstemperatur des Inhaltes des Warmwasserspeichers 10. Weiter sind in der Fig. 6 die AusschaltschwelleFig. 6 shows a diagram of the time course of the temperature of the contents of the hot water tank 10. The curve 21 represents the temperature and the points 24 the switch-on times and the points 25 the switch-off times of the heat generator 1 or the burner 2. The temperature is the average temperature of the contents of the hot water tank 10 determined from the heat content. Fig. 6 also shows the switch-off threshold
• ··
22 und die Einschaltschwelle 23 des Brenners 2 bei konstanter Leistung strichliert eingezeichnet.22 and the switch-on threshold 23 of burner 2 at constant power are shown in dashed lines.
Zur Erhöhung des Wärmeinhaltes des Warmwasserspeichers 10 können dessen mittlere und höheren Teilvolumina höher aufgeheizt werden ohne die Temperatur des obersten Teilvolumens zu ändern. Eine zweite Möglichkeit, den Wärmeinhalt des Warmwasserspeicher 10 zu vergrößern, ist durch ein Hochsetzen der Speichertemperatur gegeben.To increase the heat content of the hot water tank 10, its middle and higher partial volumes can be heated to a higher level without changing the temperature of the uppermost partial volume. A second possibility for increasing the heat content of the hot water tank 10 is to increase the tank temperature.
Wie aus einem Vergleich der Fig. 4, 5 und 6 zu ersehen ist, kommt es bei einer Unterschreitung eines vorgegebenen Soll-Wertes des Wärmeinhaltes des Warmwasserspeichers 10 zu einem Start des Brenners 2 und damit zu einem Anstieg des Wärmeinhaltes des Warmwasserspeichers 10. Andererseits kommt es bei einer Brauchwasserentnähme aus dem Warmwasserspeicher 10 zu einem Absinken des Wärmeinhaltes des Warmwasserspeichers 10, wie insbesondere aus der Fig. 5 zu ersehen ist. Dabei ist der maximale Soll-Wert 29 strichliert in der Fig. 5 dargestellt.As can be seen from a comparison of Fig. 4, 5 and 6, if the heat content of the hot water tank 10 falls below a predetermined target value, the burner 2 starts and the heat content of the hot water tank 10 increases. On the other hand, if domestic water is drawn from the hot water tank 10, the heat content of the hot water tank 10 drops, as can be seen in particular from Fig. 5. The maximum target value 29 is shown in dashed lines in Fig. 5.
Der tatsächliche Soll-Wert 29 variiert über den Tag und die Nacht und ist dem zu erwartenden Verbrauch an Warmwasser angepaßt. The actual target value 29 varies throughout the day and night and is adapted to the expected consumption of hot water.
Der Wärmeinhalt-Soll-Wert-Geber 42 wird in seiner Einstellung zeitabhängig verändert, wobei die Zeitpunkte durch den Zeit-Soll-Wert-Geber 41 vorbestimmt werden können. Dabei kann zum Beispiel der Verlauf des Soll-Wertes für den Wärmeinhalt inThe heat content setpoint value transmitter 42 is changed in its setting depending on the time, whereby the times can be predetermined by the time setpoint value transmitter 41. For example, the course of the setpoint value for the heat content in
Verbindung mit dem Zeit-Soll-Wert-Geber etwa für den folgenden
Verlauf des Bedarfs festgelegt werden:Connection with the time setpoint generator for the following
The course of demand can be determined:
Um ca. 7n zweimal duschen mit gleichzeitigem Betrieb zweier Duschen, so daß für diese Zeit ein maximaler Wärmeinhalt vorgesehen sein muß.At around 7 n, take two showers with two showers running simultaneously, so that a maximum heat content must be provided for this time.
Um ca. 9n Handwäschebedarf, so daß nur wenig Wasser mit relativ niedriger Temperatur bereitgestellt werden muß.Hand washing is required for around 9 n , so that only a small amount of water at a relatively low temperature needs to be provided.
Um ca. 10n Spülen von Gläsern, so daß zwar relativ wenig Wasser aber mit relativ hoher Temperatur bereitgestellt werden muß.For washing glasses, approximately 10 n of water are used, so that relatively little water but at a relatively high temperature must be provided.
Um ca. 12n Kochen, so daß relativ viel Wasser, aber mit relativ niedriger Temperatur, bereitgehalten werden muß.Boiling time is about 12 n , so a relatively large amount of water, but at a relatively low temperature, must be kept ready.
Zwischen 14n und 18n ist ein nur geringer und sporadisch anfallender
Bedarf an Warmwasser, das keine hohen Temperaturen aufweisen
muß, zu decken.Between 14 n and 18 n there is only a small and sporadic need for hot water, which does not have high temperatures
must cover.
Um ca. 19n Wannenfüllung, so daß viel Wasser mit einer mittleren
Temperatur vorhanden sein muß.By about 19 n tub filling, so that a lot of water with a medium
temperature must be present.
Zwischen 21n und 7^ ergibt sich kein nennenswerter Bedarf an
Warmwasser, so daß der Soll-Wärmeinhalt auf ein Minimum gesetzt wird.Between 21 n and 7^ there is no significant need for
Hot water so that the target heat content is set to a minimum.
Claims (1)
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| DE (1) | DE29508147U1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1906104A1 (en) * | 2006-09-18 | 2008-04-02 | Vaillant GmbH | Method for identifying the need to recharge a warm water boiler |
| DE102008023355A1 (en) * | 2008-05-13 | 2009-11-19 | Abo Engineering Stute & Cebulla Ohg | Method for operating heating system utilized for heating water in house, involves finally delivering residual heat from return line, detecting charging condition of memory and synchronizing heat source depending on measured values |
| DE10054443B4 (en) * | 1999-11-03 | 2013-06-13 | Vaillant Gmbh | Method for loading a memory |
| DE10203394B4 (en) * | 2001-01-31 | 2016-11-24 | Vaillant Gmbh | Method for operating a hot water storage tank |
| EP4428453A1 (en) * | 2023-03-09 | 2024-09-11 | Vaillant GmbH | Method for charging a hot water boiler, control and control device, device for supplying hot water and computer program |
-
1995
- 1995-05-17 DE DE29508147U patent/DE29508147U1/en not_active Expired - Lifetime
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