EP0532051A1 - Lamellenwärmetauscher - Google Patents

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EP0532051A1
EP0532051A1 EP92115721A EP92115721A EP0532051A1 EP 0532051 A1 EP0532051 A1 EP 0532051A1 EP 92115721 A EP92115721 A EP 92115721A EP 92115721 A EP92115721 A EP 92115721A EP 0532051 A1 EP0532051 A1 EP 0532051A1
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EP
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heat exchanger
fins
finned heat
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tubes
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Vaillant Austria GmbH
Vaillant GmbH
Vaillant SARL
Vaillant Ltd
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Vaillant Austria GmbH
Nv Vaillant Sa
Joh Vaillant GmbH and Co
Vaillant GmbH
Vaillant SARL
Vaillant Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F17/00—Removing ice or water from heat-exchange apparatus
    • F28F17/005—Means for draining condensates from heat exchangers, e.g. from evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • F28F1/325—Fins with openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media

Definitions

  • the invention relates to a finned heat exchanger with tubes arranged in at least one row and flowing through by a fluid to be heated, which pass through the fins arranged parallel to one another and which are exposed to a flue gas stream originating from a burner.
  • rectangular fins are mostly provided, which, with the exception of the areas directly surrounding the tubes, which are provided with a substantially cylindrical flange and an angled edge area, are flat. This results in channels between the lamellae which have a constant internal width throughout.
  • the aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a finned heat exchanger of the type mentioned at the beginning in which the formation of dead spaces is avoided.
  • this is achieved in that in the region of the edge of the fins located downstream of the flue gas flow, open embossments towards it or cross-sectionally substantially U-shaped bends are provided in sections, which are arranged between the row of tubes closest to this edge of the fins .
  • the depth of the impressions increases towards the edge of the fins located downstream of the flue gas flow and that the outlet cross section lies in the shadow of the pipes themselves.
  • the impressions have a substantially circular cross-section.
  • impressions correspond to part of a cone shell and slightly overlap one another.
  • the impressions correspond to a part of a cone shell, the height of which is designed to be half the distance, and that a triangular surface is punched out of the lamella.
  • the bends delimit essentially triangular incisions arranged at the lower edge of the slats.
  • a finned heat exchanger in which the tubes pass through circumferential bores provided with cross-sections which are essentially U-shaped, it can be provided according to a further feature of the invention that the resultant between the tubes and the collars or the fins lying against them Caverns are filled with a resin.
  • the lamellae are provided with depressions which extend as far as the caverns.
  • the collars which are U-shaped in cross section are flared at a small angle, for example approximately 3 °.
  • the plate pack can be pressed together, the plates resting resiliently on the adjacent plates or their collars.
  • fins 3 are held, which are penetrated by tubes 4 arranged in two rows running one below the other.
  • the heat exchanger formed by the tubes 4 and the fins 3 is acted upon by the flames 11 of a gas-blown tumble burner 10.
  • incisions 7 which are arranged centrally between the tubes 4 forming the upper row also facing the lintel burner. The incisions bring about an equalization of the temperature distribution in the individual fins 3.
  • impressions 8 are arranged, the depth of these impressions 8 increasing towards the edge of the fins 3 and being open at the edge, as can be seen from FIG remaining outlet cross section is in the shadow of the pipes of the upper row of pipes.
  • the tubes 4 are held in bores of the lamellae 3 which have a substantially U-shaped collar 6 in cross section, these simultaneously serving as spacers for determining the distance between the individual lamellae 3.
  • 4 displacers 5 are arranged inside the lower tubes.
  • the collars 6 are flared by a small angular amount, for example approximately 3 °. H. they deviate from a parallel position in relation to the plane of the lamella 3. This results in a certain spring effect and the entire package of the slats 3 can be pressed together, whereby the collars 6 of the slats 3 lie essentially close to the respectively adjacent slat 3.
  • the tubes 4, which are arranged in the two rows, are offset from one another, so that the cuts 7 aligned with the tubes of the lower row of tubes and the impressions 8 are also offset from one another.
  • the flue gases 12 are deflected by the impressions 8, so that they flow around the pipes 4 in a large angular range and therefore their heat to a large extent to the pipes 4 or the heating or flowing in them Dispense hot water.
  • FIG. 4 shows the design of the edge region 9 of the heat exchanger or its fins 3.
  • the edges 9 of the fins 3 are angled, the edges 9 of the fins 3 resting against one another and resulting in cavities 13 through which flue gases can flow.
  • the lamella heat exchanger according to FIG. 5 differs from that according to FIG. 1 in that, instead of the impressions 8, 3 cuts 7, 7 'are arranged on both edges of the fins, which run essentially transversely to the flow direction of the flue gases 12. Bends 20 are arranged at the lower edge of the slats 3, which surround the incisions 7 'and divide the flue gas flow in the same way as the impressions 8 according to FIG. 1.
  • the smoke gases 12 are deflected by the impressions 8, so that they flow around the pipes 4 in a large angular range and therefore their heat to a large extent to the pipes or to the heating or process water led into them submit. If the condensate accumulates due to the temperature, the flue gas flow and the condensate are led out of the heat exchanger separately depending on the degree of wetting of the heat exchanger. Condensate will escape through the open area under the pipes and the flue gas through the triangular open areas 7 in the indentations 8 or in the area between the adjacent pipes of the lower row of pipes. This prevents the resulting condensate from clogging the heat exchanger, the pressure loss across the heat exchanger increasing on the flue gas side, and the area blocked by condensate leading to severe heat transfer losses.
  • FIGS. 6 and 7 show details of the fins 3.
  • the fins 3 are provided in the vicinity of the collars 6 with depressions 15 which run essentially radially to the bores for receiving the tubes 4 and extend into the region through which the collars 6 conditional caverns 14, which is delimited by the corresponding tube 4, the collar 6 of the one lamella 3 and the second lamella 3 resting on this collar 6.
  • These caverns 14 are filled with a resin or lacquer which can be introduced into the caverns 14 via the depressions 15.

Abstract

Lamellenwärmetauscher mit in mindestens einer Reihe angeordneten, von einem aufzuheizenden Fluid durchströmten Rohren (4), die die parallel zueinander angeordneten Lamellen (3) durchsetzen. Um die Ausbildung von toten Räumen durch Kondensattropfen zu vermeiden, ist vorgesehen, daß im Bereich des stromab des Rauchgasstromes gelegenen Randes der Lamellen (3) zu diesem hin offene Einprägungen (8) vorgesehen sind, die zwischen den in der diesem Rand der Lamellen (3) nächsten Reihe von Rohren (4) angeordnet sind. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Lamellenwärmetauscher mit in mindestens einer Reihe angeordneten, von einem aufzuheizenden Fluid durchströmten Rohren, die die parallel zueinander angeordneten Lamellen durchsetzen, die einen von einem Brenner stammenden Rauchgasstrom ausgesetzt sind.
  • Bei solchen bekannten Lamellenwärmetauschern sind zumeist rechteckige Lamellen vorgesehen, die mit Ausnahme der die Rohre unmittelbar umgebenden Bereichen, die mit einem im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Flansch und eines allenfalls abgewinkelten Randbereiches versehen sind, eben ausgebildet sind. Dadurch ergeben sich zwischen den Lamellen Kanäle, die eine durchgehend gleichbleibende lichte Weite aufweisen.
  • Bei dieser Gestaltung der Lamellen bei einem einreihigen oder mehrreihigen Wärmetauscher kommt es bei temperaturbedingtem Anfall von Kondensat zu einem örtlichen Verschließen des Kanales zwischen zwei Lamellen und damit zur Ausbildung von toten Strömungswegen. Dies führt aber zu einer erheblichen Verschlechterung des Wirkungsgrades.
  • Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Lamellenwärmetauscher der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem die Ausbildung von Toträumen vermieden ist.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im Bereich des stromab des Rauchgasstromes gelegenen Randes der Lamellen zu diesem hin offene Einprägungen oder im Querschnitt im wesentlichen U-förmige Abwinkelungen abschnittweise vorgesehen sind, die zwischen den in der diesem Rand der Lamellen nächsten Reihe von Rohren angeordnet sind.
  • Durch diese Maßnahmen ist sichergestellt, daß temperaturbedingtes Kondensat von den die Kanäle zwischen den Lamellen durchströmenden Rauchgasen mitgerissen wird und so die vorhandene Wärmetauscherfläche effektiver genutzt wird, wodurch sich ein deutlich höherer Kondensationswirkungsgrad ergibt. Bedingt ist dies durch die Einprägungen der Lamellen beziehungsweise durch die abschnittweise angeordneten Abwinkelungen, die zu einer Verwirbelung des Rauchgasstromes in den Zwischenräumen zwischen den Lamellen führen.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß sich die Tiefe der Einprägungen gegen den stromab des Rauchgasstromes gelegenen Rand der Lamellen zu vergrößert und der Austrittsquerschnitt im Schatten der Rohre selbst liegt.
  • Dies führt zu einer entsprechenden Verwirbelung der die Kanäle zwischen den Lamellen durchströmenden Rauchgase und damit zu einer verbesserten Ablösung allenfalls an den Lamellen anhaftender Kondensattropfen.
  • Weiter kann vorgesehen sein, daß die Einprägungen einen im wesentlichen kreisbogenförmigen Querschnitt aufweisen.
  • Dies ermöglicht eine einfache Herstellung der Lamellen, wobei eine übermäßige Beanspruchung des Materials bei der Verformung vermieden wird.
  • Weiter kann vorgesehen sein, daß die Einprägungen einem Teil eines Kegelmantels entsprechen und einander geringfügig überlappen.
  • Auch diese Maßnahmen führen zu einer verstärkten Verwirbelung der Rauchgase bei der Durchströmung der zwischen den Lamellen verlaufenden Kanäle.
  • Weiter kann vorgesehen sein, daß die Einprägungen einem Teil eines Kegelmantels entsprechen, der in seiner Höhe auf den halben Abstand ausgelegt ist und daß eine dreieckige Fläche aus der Lamelle herausgestanzt wird. Durch diese Maßnahmen ergibt sich eine Verwirbelung sowie auch eine gezielte Führung des Rauchgasstroms. Diese Maßnahmen führen auch das sich bildende Kondensat zu den unterschiedlichen Austrittsquerschnitten im Wärmetauscher. Damit wird erreicht, daß temperaturbedingtes Kondensat aus den Rauchgaswegen des Wärmetauschers herausgepreßt wird. Durch den dreieckigen Freischnitt in der Prägung wird verhindert, daß der Druck in den Rauchgaszügen durch die Kondensatbildung ansteigt.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Abwinkelungen am unteren Rand der Lamellen angeordnete im wesentlichen dreieckige Einschnitte umgrenzen.
  • Dadurch wird einerseits erreicht, daß die Rauchgase auch die vom Brenner abgekehrten Rohre über einen großen Winkelbereich umspülen. Außerdem ist dadurch auch sichergestellt, daß temperaturbedingtes Kondensat von den die Kanäle zwischen den Lamellen durchströmenden Rauchgasen mitgerissen wird und so die vorhandene Wärmetauscherfläche effektiver genutzt wird.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Lamellenwärmetauscher, bei dem die Rohre mit umlaufenden, im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen Krägen versehene Bohrungen durchsetzen, kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß die sich zwischen den Rohren und den Krägen beziehungsweise den an diesen anliegenden Lamellen ergebenden Kavernen mit einem Harz ausgegossen sind.
  • Durch diese Maßnahmen werden Toträume, in denen es leicht zur Korrosion der Lamellen kommen kann, vermieden.
  • Dabei kann weiter vorgesehen sein, daß die Lamellen mit Vertiefungen versehen sind, die bis zu den Kavernen reichen.
  • Diese Vertiefungen ermöglichen ein einfaches Ausgießen der Kavernen mit Harz.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die im Querschnitt U-förmigen Krägen um einen kleinen Winkel, zum Beispiel ca. 3° ausgestellt sind.
  • Dadurch kann das Lamellenpaket zusammengepreßt werden, wobei die Lamellen federnd an den benachbarten Lamellen beziehungsweise deren Krägen anliegen.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1 schematisch einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher,
    • Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in der Figur 1,
    • Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie I-I in der Figur 1,
    • Figur 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in der Figur 1,
    • Figur 5 schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
    • Figur 6 ein Detail des Schnittes nach der Linie IV-IV in der Figur 5 und
    • Figur 7 ein Detail der Lamellen nach der Figur 6.
  • In allen Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
  • In einem Halterahmen 1, der mittels einer Halterung 2 in einem nicht weiter dargestellten Gehäuseraum befestigt ist und eine wassergekühlte Brennkammer 19 bildet, sind Lamellen 3 gehalten, die von in zwei untereinander verlaufenden Reihen angeordneten Rohren 4 durchsetzt sind.
  • Der durch die Rohre 4 und die Lamellen 3 gebildete Wärmetauscher wird von den Flammen 11 eines Gasgebläse-Sturzbrenners 10 beaufschlagt.
  • Im Bereich des oberen und dem Brenner zugewandten Randes der Lamellen 3 sind diese mit Einschnitten 7 versehen, die mittig zwischen den die obere gleichfalls dem Sturzbrenner zugewandte Reihe bildende Rohre 4 angeordnet sind. Die Einschnitte bewirken eine Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung in den einzelnen Lamellen 3.
  • Im Bereich des stromab des beim dargestellten Ausführungsbeispiel von oben nach unten strömenden Rauchgasstromes liegenden Randes sind Einprägungen 8 angeordnet, wobei, wie aus der Figur 3 zu ersehen ist, die Tiefe dieser Einprägungen 8 gegen den Rand der Lamellen 3 zunimmt und randoffen ausgebildet ist und der verbleibende Austrittsquerschnitt im Schatten der Rohre der oberen Rohrreihe liegt.
  • Wie aus den Figuren 2 und 3 zu ersehen ist, sind die Rohre 4 in im Querschnitt im wesentlichen U-förmige Krägen 6 aufweisenden Bohrungen der Lamellen 3 gehalten, wobei diese gleichzeitig als Abstandhalter zur Festlegung des Abstandes zwischen den einzelnen Lamellen 3 dienen. Dabei sind im Inneren der unteren Rohre 4 Verdränger 5 angeordnet.
  • Die Krägen 6 sind um einen kleinen Winkelbetrag, zum Beispiel um ca. 3° ausgestellt, d. h. sie weichen von einer parallelen Lage gegenüber der Ebene der Lamelle 3 ab. Dadurch ergibt sich eine gewisse Federwirkung und es kann das gesamte Paket der Lamellen 3 zusammengepreßt werden, wodurch die Krägen 6 der Lamellen 3 im wesentlichen dicht an der jeweils benachbarten Lamelle 3 anliegen.
  • Die Rohre 4, die in den beiden Reihen angeordnet sind, sind gegeneinander versetzt, so daß auch die mit den Rohren der unteren Rohrreihe fluchtenden Einschnitte 7 und die Einprägungen 8 gegeneinander versetzt angeordnet sind.
  • Wie aus der Figur 1 zu ersehen ist, werden durch die Einprägungen 8 die Rauchgase 12 abgelenkt, so daß diese die Rohre 4 in einem großen Winkelbereich umströmen und daher ihre Wärme in einem hohen Ausmaß an die Rohre 4 beziehungsweise das in diesen strömende Heiz- oder Brauchwasser abgeben.
  • Die Figur 4 zeigt die Ausbildung des Randbereiches 9 des Wärmetauschers beziehungsweise dessen Lamellen 3. Dabei sind die Ränder 9 der Lamellen 3 abgewinkelt, wobei die Ränder 9 der Lamellen 3 aneinander aufliegen und sich Hohlräume 13 ergeben, die von Rauchgasen durchströmbar sind.
  • Der Lamellenwärmetauscher nach der Figur 5 unterscheidet sich von jenem nach der Figur 1 dadurch, daß statt der Einprägungen 8 an beiden im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung der Rauchgase 12 verlaufenden Rändern der Lamellen 3 Einschnitte 7, 7' angeordnet sind. Am unteren Rand der Lamellen 3 sind Abwinkelungen 20 angeordnet, die die Einschnitte 7' umgeben und den Rauchgasstrom ebenso aufteilen, wie die Einprägungen 8 nach der Figur 1.
  • Wie aus der Figur 1 zu ersehen ist, werden durch die Einprägungen 8 die Rauchgase 12 abgelenkt, so daß diese die Rohre 4 in einem großen Winkelbereich umströmen und daher ihre Wärme in einem hohen Ausmaß an die Rohre beziehungsweise das in diesen geführte Heiz- oder Brauchwasser abgeben. Bei temperaturbedingt anfallendem Kondensat wird der Rauchgasstrom und das Kondensat je nach Benetzungsgrad des Wärmetauschers getrennt aus dem Wärmetauscher herausgeführt. Kondensat wird über die Freifläche unter den Rohren und das Rauchgas über die dreieckigen Freiflächen 7 in den Einprägungen 8 beziehungsweise in der Fläche zwischen den benachbarten Rohren der unteren Rohrreihe austreten. Somit wird verhindert, daß das anfallende Kondensat den Wärmetauscher zusetzt, der Druckverlust über den Wärmetauscher rauchgasseitig ansteigt und die durch Kondensat blockierte Fläche zu starken Wärmeübergangsverlusten führt.
  • Die Figuren 6 und 7 zeigen Details der Lamellen 3. So sind die Lamellen 3 im Nahbereich der Krägen 6 mit Vertiefungen 15 versehen, die im wesentlichen radial zu den Bohrungen zur Aufnahme der Rohre 4 verlaufen und sich bis in den Bereich der durch die Krägen 6 bedingten Kavernen 14 erstrecken, die von dem entsprechenden Rohr 4, dem Kragen 6 der einen Lamelle 3 und der an diesem Kragen 6 anliegenden zweiten Lamelle 3 begrenzt ist. Diese Kavernen 14 sind mit einem Harz oder Lack ausgegossen, das über die Vertiefungen 15 in die Kavernen 14 eingebracht werden kann.

Claims (9)

  1. Lamellenwärmetauscher mit in mindestens einer Reihe angeordneten, von einem aufzuheizenden Fluid durchströmten Rohren, die die parallel zueinander angeordneten Lamellen durchsetzen, die einen von einem Brenner stammenden Rauchgasstrom ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des stromab des Rauchgasstromes gelegenen Randes der Lamellen (3) zu diesem hin offene Einprägungen (8) oder Abwinkelungen (20) vorgesehen sind, die zwischen den in der diesem Rand der Lamellen (3) nächsten Reihe von Rohren (4) angeordnet sind.
  2. Lamellenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Tiefe der Einprägungen (8) gegen den stromab der Rauchgase gelegenen Rand der Lamellen (3) zu vergrößert und der Austrittsquerschnitt im Schatten der Rohre (4) selbst liegt.
  3. Lamellenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägungen (8) einen im wesentlichen kreisbogenförmigen Querschnitt aufweisen.
  4. Lamellenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägungen (8) einem Teil eines Kegelmantels entsprechen und einander geringfügig überlappen.
  5. Lamellenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägungen (8) einen Teil eines Kegelmantels entsprechen und die Höhe der Prägung den halben Abstand der Lamellen untereinander entspricht und ein dreieckiger Freischnitt (7') in dieser Prägung vorgesehen ist.
  6. Lamellenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwinkelungen (20) am unteren Rand der Lamellen (3) angeordnete im wesentlichen dreieckige Einschnitte (7') umgrenzen.
  7. Lamellenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Rohre mit umlaufenden, im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen Krägen versehene Bohrungen durchsetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die sich zwischen den Rohren (4) und den Krägen (6) beziehungsweise den an diesen anliegenden Lamellen (3) ergebenden Kavernen (14) mit einem Harz oder Lack ausgegossen sind.
  8. Lamellenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (3) mit Vertiefungen (15) versehen sind, die bis zu den Kavernen (14) reichen.
  9. Lamellenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die im Querschnitt U-förmigen Krägen (6) um einen kleinen Winkel, zum Beispiel ca. 3° ausgestellt sind.
EP92115721A 1991-09-12 1992-09-14 Lamellenwärmetauscher Expired - Lifetime EP0532051B1 (de)

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