EP2799802A1 - Heat exchanger for installation in confined spaces - Google Patents

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EP2799802A1
EP2799802A1 EP14166628.9A EP14166628A EP2799802A1 EP 2799802 A1 EP2799802 A1 EP 2799802A1 EP 14166628 A EP14166628 A EP 14166628A EP 2799802 A1 EP2799802 A1 EP 2799802A1
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plate
heat exchanger
plates
exchanger according
plate heat
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EP14166628.9A
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Stefan Faatz
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Hautau GmbH
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Hautau GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0037—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the conduits for the other heat-exchange medium also being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F28F21/065—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material the heat-exchange apparatus employing plate-like or laminated conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/08—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes pressed; stamped; deep-drawn

Definitions

  • the heat exchanger is made of stacked preferably made by thermoforming plastic sheets.
  • the deep-drawing process greatly reduces the wall thickness inside the channels, resulting in significantly improved heat transfer.
  • the plates form so profiled plates.
  • the heat exchanger (including heat exchanger) is constructed for a countercurrent principle, since then the efficiency is higher.
  • the profiled plates and air-conducting elements are arranged so that they realize the desired support between each other as well as the air flow and associated two (physically separate) flow paths with the alternating stacking.
  • the plates are preferably welded or glued together, so that the individual plates are sealed against each other.
  • a plate heat exchanger comprises a plate stack with different plates 1 and 2 and a cover plate 3. Between the plates 1 and 2 and the end plate 3 flow channels are formed, which are operated in countercurrent.
  • a central portion 10 which is formed substantially rectangular in shape and on opposite sides each have a triangular portion 14.
  • At the triangular portion 14 are each an inlet A 1 or B 1 and a Outlet A 2 or B 2 formed.
  • On one side of the inlet B 1 of the outlet A 2 at a tip 13 of the triangular portion 14 is separated from each other, while at the opposite Side a separation between the inlet A 1 and the outlet B 2 takes place.
  • corresponding profiles are designed for flow guidance.
  • flow channels 11 and 12 are formed ( FIG. 6 ), which are formed substantially triangular.
  • Each triangular flow channel 11 and 12 is surrounded by countercurrently operated flow channels 11 or 12.
  • the plates 1 and 2 are stacked on the central portion 10 on a lateral strip-shaped elevation 5 on each other.
  • the one end plate 3 is designed so that the increase in the side surface 5 is not pronounced, so that the excess a (view detail B) is omitted in the overall height of the heat exchanger.
  • the end plate 3 has in the edge region no cross-sectionally U-shaped elevation 5, but is flat, as the comparison of Figures 2 and 5 shows.
  • the end plate 3 covers with a lateral planar edge the strip-shaped elevation 5 of the underlying plate 2, so that the height is increased only slightly by the application of the end plate 3, namely the material thickness of the end plate.
  • the end plate 3 also comprises a central rectangular portion 10, are formed on the walls for the underlying flow channels.
  • a triangular section 14 for dividing inlet streams A 1 and B 1 and outlet streams A 2 and B 2 is provided, as to FIG. 3 has been described.
  • in the lateral area comprises the end plate 3 but no cross-sectionally U-shaped elevation 5 as the underlying plate 2, but only a flat wall portion 30 which rests on the increase 5.
  • the underlying plate 2 of type "B" is shown in detail.
  • the plate 2 comprises at the central portion 10 on opposite sides of a strip-shaped elevation 5 with a height a, which are used for stacking the plates 1 and 2. Only the top plate 2 is covered with the flat in the edge region end plate 3.
  • the plate heat exchanger shown can be used in an insulating housing, such as polystyrene, to achieve high efficiency with good sound insulation.
  • the housing with the plate heat exchanger can be provided for example on a frame of a window or a door.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Ein Platten-Wärmetauscher umfasst nicht mehr als drei unterschiedliche Arten von Platten (A, B, C), die aufeinander gestapelt und miteinander unter Bildung von zwei, voneinander getrennten Strömungswegen verbunden sind, wobei im Plattenstapel von zwei Plattenarten (A, B) die gleiche Stückzahl vorhanden ist und die dritte Plattenart (C) nur einmal im Plattenstapel als Abschlussplatte (3) vorhanden ist. Dadurch kann der Platten-Wärmetauscher kompakt aufgebaut sein und mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden.A plate heat exchanger comprises no more than three different types of plates (A, B, C) stacked on top of each other and joined together to form two separate flow paths, the same in the plate stack of two plate types (A, B) Number of pieces is present and the third type of plate (C) only once in the plate stack as end plate (3) is present. As a result, the plate heat exchanger can be made compact and operated with high efficiency.

Description

Stand der Technik:State of the art:

Um einen möglichst effektiven Wärmeübertrager mit minimalem Platzbedarf zu bauen, ist der Aufbau als Kreuzgegenstrom-Wärmeübertrager am sinnvollsten. Hierbei werden jeweils benachbarte Platten von unterschiedlichen Fluiden durchströmt. Dadurch kann der Wärmeübergang von einem zu anderen Fluid über eine sehr große Fläche stattfinden.In order to build the most effective heat exchanger with minimal space requirements, the construction as a cross-countercurrent heat exchanger makes the most sense. In this case, adjacent plates are flowed through by different fluids. This allows the heat transfer from one fluid to another over a very large area.

Aus DE 198 53 526 A1 ist das Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff Wärmeübertragers bekannt. Die Herstellung der Wärmeübertrager-Platinen aus Kunststoff hat vor allem den Vorteil der sehr hohen Wirtschaftlichkeit. Die Nachteile vom Kunststoffbei der Wärmeübertragung (niedriger Wärmeleitwert) können durch die Auswahl sehr dünner Ausgangsplatten minimiert werden. Durch das Tiefziehen werden die Wandstärken dann nochmals reduziert, was dem Wirkungsgrad zugutekommt. Es gibt normalerweise zwei verschiedene Platten, die spiegelbildlich aufgebaut sind und die beim Zusammenbau ineinandergesteckt werden. Es ergibt sich eine interne Abdichtung der Platten gegeneinander.Out DE 198 53 526 A1 the method for producing a plastic heat exchanger is known. The production of heat exchanger blanks made of plastic has above all the advantage of very high efficiency. The disadvantages of plastic in heat transfer (low thermal conductivity) can be minimized by selecting very thin output plates. By thermoforming the wall thicknesses are then reduced again, which benefits the efficiency. There are usually two different plates, which are mirror-inverted and which are inserted into each other during assembly. This results in an internal sealing of the plates against each other.

Aufgabe:Task:

Herstellung eines Wärmeübertragers mit minimalen Platzanforderungen und einem hohen Wärmebereitstellungsgrad, um eine kontrollierte Wohnraumlüftung für einzelne Räume sicherzustellen. Dazu soll es möglich sein, den Wärmeübertrager nebst Ventilatoren und luftführenden Elementen in zum Beispiel einem Fensterprofil einzubauen.Manufacture of a heat exchanger with minimal space requirements and a high degree of heat provision to ensure controlled indoor ventilation for individual rooms. For this purpose, it should be possible to install the heat exchanger together with fans and air-conducting elements in, for example, a window profile.

Lösung: .Solution:.

Der Wärmeübertrager ist aus übereinandergestapelten vorzugsweise im Tiefziehverfahren gefertigten Kunststoffplatten hergestellt. Durch den Tiefziehprozess wird die Wandstärke innerhalb der Kanäle stark reduziert, was zu einem wesentlich verbesserten Wärmeübergang führt. Die Platten bilden so profilierte Platten aus.The heat exchanger is made of stacked preferably made by thermoforming plastic sheets. The deep-drawing process greatly reduces the wall thickness inside the channels, resulting in significantly improved heat transfer. The plates form so profiled plates.

Vorzugsweise wird der Wärmeübertrager (auch Wärmetauscher) für ein Gegenstromprinzip aufgebaut, da dann der Wirkungsgrad höher ist. Es ist jedoch auch möglich, ihn im Gleichstromprinzip auszubilden und zu verwenden.Preferably, the heat exchanger (including heat exchanger) is constructed for a countercurrent principle, since then the efficiency is higher. However, it is also possible to train and use it in the DC principle.

Die profilierten Platten und Luft führenden Elemente sind so angeordnet, dass sie beim wechselnden Aufeinanderstapeln die gewünschte Abstützung untereinander sowie die Luftführung und zugehörig zwei (physisch getrennte) Strömungswege realisieren.The profiled plates and air-conducting elements are arranged so that they realize the desired support between each other as well as the air flow and associated two (physically separate) flow paths with the alternating stacking.

Die Platten sind vorzugsweise miteinander verschweißt oder verklebt, so dass die einzelnen Platten gegeneinander abgedichtet sind.The plates are preferably welded or glued together, so that the individual plates are sealed against each other.

Die Verwendung einer anders gestalteten Abschlussplatte 3 verringert die Bauhöhe des Wärmetauschers im Vergleich zum Standardaufbau. Bei gleichem Bauraum können so mehr Platten unterkommen und dadurch ein höherer Wirkungsgrad erreicht werden.The use of a different design end plate 3 reduces the height of the heat exchanger compared to the standard structure. With the same space can accommodate more plates and thus a higher efficiency can be achieved.

Beispiele erläutern die Erfindung. Es zeigen:

Figuren 1 bis 3
mehrere Ansichten eines erfindungsgemäßen Platten-Wärmetauschers;
Figuren 4 und 5
zwei Ansichten des Platten-Wärmetauschers ohne Abschluss-platte;
Figuren 6, 7 und 8
mehrere Ansichten des Platten-Wärmetauschers der Figur 1;
Figuren 9 und 10
Ansichten der Abschlussplatte des Platten-Wärmetauschers der Figur 1, und
Figuren 11 und 12
Ansichten der Plattenart B des Platten-Wärmetauschers der Figur 1.
Examples illustrate the invention. Show it:
FIGS. 1 to 3
several views of a plate heat exchanger according to the invention;
FIGS. 4 and 5
two views of the plate heat exchanger without end plate;
FIGS. 6, 7 and 8
several views of the plate heat exchanger the FIG. 1 ;
FIGS. 9 and 10
Views of the end plate of the plate heat exchanger FIG. 1 , and
FIGS. 11 and 12
Plate type B plate heat exchanger views FIG. 1 ,

Ein Platten-Wärmetauscher umfasst einen Plattenstapel mit unterschiedlichen Platten 1 und 2 sowie eine Abschlussplatte 3. Zwischen den Platten 1 und 2 sowie der Abschlussplatte 3 sind Strömungskanäle ausgebildet, die im Gegenstrom betrieben werden.A plate heat exchanger comprises a plate stack with different plates 1 and 2 and a cover plate 3. Between the plates 1 and 2 and the end plate 3 flow channels are formed, which are operated in countercurrent.

Wie in Figur 3 gezeigt ist, umfassen die Platten 1, 2 und die Abschlussplatte 3 einen mittleren Abschnitt 10, der im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist sowie an gegenüberliegenden Seiten je einen dreieckförmigen Abschnitt 14. An dem dreieckförmigen Abschnitt 14 sind jeweils ein Einlass A1 oder B1 und ein Auslass A2 oder B2 ausgebildet. Auf einer Seite ist der Einlass B1 von dem Auslass A2 an einer Spitze 13 des dreieckförmigen Abschnittes 14 voneinander getrennt, während an der gegenüberliegenden Seite eine Trennung zwischen dem Einlass A1 und dem Auslass B2 erfolgt. An den dreieckförmigen Abschnitten 14 sind entsprechende Profilierungen zur Strömungslenkung ausgebildet. In dem mittleren Abschnitt 10 sind Strömungskanäle 11 und 12 ausgebildet (Figur 6), die im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildet sind. Jeder dreieckförmige Strömungskanal 11 und 12 ist dabei von im Gegenstrom betriebenen Strömungskanälen 11 oder 12 umgeben.As in FIG. 3 1, 2 and the end plate 3, a central portion 10 which is formed substantially rectangular in shape and on opposite sides each have a triangular portion 14. At the triangular portion 14 are each an inlet A 1 or B 1 and a Outlet A 2 or B 2 formed. On one side of the inlet B 1 of the outlet A 2 at a tip 13 of the triangular portion 14 is separated from each other, while at the opposite Side a separation between the inlet A 1 and the outlet B 2 takes place. At the triangular sections 14 corresponding profiles are designed for flow guidance. In the middle section 10 flow channels 11 and 12 are formed ( FIG. 6 ), which are formed substantially triangular. Each triangular flow channel 11 and 12 is surrounded by countercurrently operated flow channels 11 or 12.

Die Platten 1 und 2 sind an dem mittleren Abschnitt 10 an einer seitlichen leistenförmigen Erhöhung 5 aufeinander gestapelt.The plates 1 and 2 are stacked on the central portion 10 on a lateral strip-shaped elevation 5 on each other.

Die eine Abschlussplatte 3 ist so gestaltet, dass die Erhöhung an der Seitenfläche 5 nicht mit ausgeprägt ist, so dass das Übermaß a (Ansicht Detail B) in der Gesamthöhe des Wärmetauschers entfällt.The one end plate 3 is designed so that the increase in the side surface 5 is not pronounced, so that the excess a (view detail B) is omitted in the overall height of the heat exchanger.

Die Abschlussplatte 3 besitzt in dem Randbereich keine im Querschnitt U-förmige Erhöhung 5, sondern ist eben ausgebildet, wie dies der Vergleich der Figuren 2 und 5 zeigt. Die Abschlussplatte 3 überdeckt mit einem seitlichen ebenen Rand die leistenförmige Erhöhung 5 der darunter liegenden Platte 2, so dass die Bauhöhe durch das Aufbringen der Abschlussplatte 3 nur unwesentlich erhöht wird, nämlich um die Materialstärke der Abschlussplatte 3.The end plate 3 has in the edge region no cross-sectionally U-shaped elevation 5, but is flat, as the comparison of Figures 2 and 5 shows. The end plate 3 covers with a lateral planar edge the strip-shaped elevation 5 of the underlying plate 2, so that the height is increased only slightly by the application of the end plate 3, namely the material thickness of the end plate. 3

Bei geringen Gesamtabmessungen und beengten Platzverhältnissen kann dadurch eine entscheidende Verbesserung des Wirkungsgrades und des durchgelassenen Volumenstromes erreicht werden.With small overall dimensions and tight space conditions, a decisive improvement in the efficiency and the permeated volume flow can be achieved.

Außerdem ist es möglich, den Wärmetauscher vollständig symmetrisch aufzubauen, so dass beide Strömungswege die gleiche Anzahl freier Öffnungen haben, da hierfür eine ungerade Zahl von Platten notwendig ist: z.B. 10x Platte A (Referenz 1 ), 10x Platte B (Referenz 2), und 1 x Platte C (Referenz 3).In addition, it is possible to construct the heat exchanger completely symmetrical, so that both flow paths have the same number of free openings, since an odd number of plates is necessary for this purpose: e.g. 10x plate A (reference 1), 10x plate B (reference 2), and 1 x plate C (reference 3).

Eine ungerade Anzahl würde beim Stand der Technik bedeuten, dass von der Plattenart A oder B jeweils eine Platte mehr benötigt wird, was zu Problemen in der rationellen Fertigung führt(z.B. 10x Platte A, 11x Platte B), da die Platten normalerweise gemeinsam gefertigt und dann auch gleich gestapelt werden.An odd number would in the prior art mean that one plate more is required of type A or B, which leads to problems in rational production (eg 10x plate A, 11x plate B), since the plates are normally manufactured together and then be stacked right away.

Wie in den Figuren 9 und 10 gezeigt ist, umfasst die Abschlussplatte 3 ebenfalls einen mittleren rechteckförmigen Abschnitt 10, an dem Wände für die darunterliegenden Strömungskanäle ausgebildet sind. An gegenüberliegenden Seiten ist jeweils ein dreieckförmiger Abschnitt 14 zur Aufteilung von Einlassströmen A1 und B1 und Auslassströmen A2 und B2 vorgesehen, wie dies zur Figur 3 beschrieben wurde. Im seitlichen Bereich umfasst die Abschlussplatte 3 jedoch keine im Querschnitt U-förmige Erhöhung 5 wie die darunterliegende Platte 2, sondern nur einen ebenen Wandabschnitt 30, der auf der Erhöhung 5 aufliegt.As in the FIGS. 9 and 10 is shown, the end plate 3 also comprises a central rectangular portion 10, are formed on the walls for the underlying flow channels. On opposite sides in each case a triangular section 14 for dividing inlet streams A 1 and B 1 and outlet streams A 2 and B 2 is provided, as to FIG. 3 has been described. in the lateral area comprises the end plate 3 but no cross-sectionally U-shaped elevation 5 as the underlying plate 2, but only a flat wall portion 30 which rests on the increase 5.

In den Figuren 11 und 12 ist die darunterliegende Platte 2 vom Typ "B" im Detail gezeigt. Die Platte 2 umfasst an dem mittleren Abschnitt 10 an gegenüberliegenden Seiten eine leistenförmige Erhöhung 5 mit einer Höhe a, die zum Stapeln der Platten 1 und 2 eingesetzt werden. Lediglich die oberste Platte 2 wird mit der im Randbereich ebenen Abschlussplatte 3 überdeckt.In the FIGS. 11 and 12 For example, the underlying plate 2 of type "B" is shown in detail. The plate 2 comprises at the central portion 10 on opposite sides of a strip-shaped elevation 5 with a height a, which are used for stacking the plates 1 and 2. Only the top plate 2 is covered with the flat in the edge region end plate 3.

Der gezeigte Platten-Wärmetauscher kann in ein isolierendes Gehäuse, beispielsweise aus Polystyrol, eingesetzt werden, um einen hohen Wirkungsgrad bei guter Schalldämmung zu erreichen. Das Gehäuse mit dem Platten-Wärmetauscher kann beispielsweise an einem Rahmen eines Fensters oder einer Tür vorgesehen werden.The plate heat exchanger shown can be used in an insulating housing, such as polystyrene, to achieve high efficiency with good sound insulation. The housing with the plate heat exchanger can be provided for example on a frame of a window or a door.

Claims (8)

Platten-Wärmetauscher mit nicht mehr als drei unterschiedlichen Arten von Platten (A, B, C), die aufeinander gestapelt und miteinander unter Bildung von zwei, voneinander getrennten Strömungswegen verbunden sind, wobei im Plattenstapel von zwei Plattenarten (A, B) die gleiche Stückzahl vorhanden ist und die dritte Plattenart (C) nur einmal im Plattenstapel als Abschlussplatte (3) vorhanden ist.Plate heat exchangers comprising no more than three different types of plates (A, B, C) stacked on top of each other and joined together to form two separate flow paths, the same number of plates in the plate stack of two plate types (A, B) is present and the third plate type (C) only once in the plate stack as the end plate (3) is present. Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 1, mit einem Entfallen einer Erhöhung (5) in der dritten Plattenart, damit das Übermaß (a) in der Gesamthöhe des Tauschers entfällt.Plate heat exchanger according to claim 1, with the elimination of an increase (5) in the third plate type, so that the excess (a) in the total height of the exchanger is eliminated. Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 1, mit Bildung von zwei voneinander getrennten, gegenläufigen Strömungswegen.Plate heat exchanger according to claim 1, with the formation of two separate, countercurrent flow paths. Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher aus übereinander gestapelten, im Tiefziehverfahren hergestellten Kunststoffplatten hergestellt ist.Plate heat exchanger according to claim 1, wherein the heat exchanger is made of stacked, produced by thermoforming plastic plates. Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 4, wobei die übereinander gestapelten Kunststoffplatten (1, 2, 3) profiliert ausgebildet sind.Plate heat exchanger according to claim 4, wherein the stacked plastic plates (1, 2, 3) are formed profiled. Platten-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Plattenarten (A, B) einen mittleren, im Wesentlichen rechteckförmigen Abschnitt (10) mit im Gegenstrom angeordneten Strömungskanälen (11, 12) und an gegenüberliegenden Seiten je einen dreieckförmigen Abschnitt (14) mit je einem Einlass (A1, B1) und einem Auslass (A2, B2) aufweisen.Plate heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the two plate types (A, B) have a central, substantially rectangular section (10) with countercurrent flow channels (11, 12) and on opposite sides each a triangular section (FIG. 14) each having an inlet (A 1 , B 1 ) and an outlet (A 2 , B 2 ). Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem mittleren Abschnitt (10) seitlich je eine leistenförmige Erhöhung (5) ausgebildet ist, an der die zwei Plattenarten (A, B) aufeinander gestapelt sind.Plate heat exchanger according to claim 6, characterized in that at the middle portion (10) laterally each have a strip-shaped elevation (5) is formed, on which the two types of plates (A, B) are stacked. Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem mittleren Abschnitt (10) die Strömungskanäle (11, 12) im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildet sind.Plate heat exchanger according to claim 6 or 7, characterized in that at the central portion (10) the flow channels (11, 12) are formed substantially triangular.
EP14166628.9A 2013-05-03 2014-04-30 Heat exchanger for installation in confined spaces Withdrawn EP2799802A1 (en)

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