JP2001509732A - 補強された壁構造を有する、ハニカム本体、特に、触媒コンバータキャリヤ本体 - Google Patents

補強された壁構造を有する、ハニカム本体、特に、触媒コンバータキャリヤ本体

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、積重ねられたおよび/または巻かれたシート層(17;18)を有し、その少なくとも1部分が構造が設けられたシート層(18)であり、よって、流体が中を通じて流れることの可能な通路を形成する、ハニカム本体(1)、特に、触媒コンバータキャリヤ本体に関する。該シート層(17;18)の1部分は、第1の厚さ(a)であり、該シート層(17;18)の1部分は、該第1の厚さ(a)よりも厚い第2の厚さ(b)である。該ハニカム本体(1:21)は、その内部に、格子状構造(4;14)を含む。該構造は、第2の厚さ(b)の少なくとも2つのシート層から形成されており、その内の少なくとも1層は、構造が設けられたシート層(18)であって、少なくとも数箇所において、材料を密着させる手順によって互いに接続されている。本発明に従ったハニカム本体は、高い安定性を誇りながら、特に薄いシート層を有することが可能であるために少なくとも局所的に特に低い熱容量を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 補強された壁構造を有する、ハニカム本体、 特に、触媒コンバータキャリヤ本体 本発明は、請求項1の特徴部分に記載のハニカム本体に関する。このようなハ ニカム本体は、たとえば、内燃機関の排気ガスを触媒浄化するのに使用される。 EP 0 436 533 B1号は、チューブ状ケーシング内に、少なくと も部分的に構造が設けられたメタルシートからなる、互いに反対方向に巻かれた スタックを含む、ハニカム本体を開示している。該スタックの1または複数のシ ート層は、他の層よりもより厚くされており、上記1または複数の層は、より厚 いシートまたは、互いに対して密接に圧迫されている複数の薄いシートを含む。 これらの、より厚いおよびより薄いシートの層が、通路の壁部を形成し、この通 路を通じて排気ガス流が流れることができる。該シート層は、その少なくとも複 数部分において、チューブ状ケーシングに、関連する材料を密着させる手順によ って、接続されている。より厚いシート層は、その機械的強度が高いために、チ ューブ状ケーシングにおいて容易に引き剥がされることはない。さらに、それら はまた、それらに隣接するより薄いシート層をしっかりと保持して、それらもま たチューブ状ケーシングから引き剥がされることのないように、または、チュー ブ状ケーシングから引き剥がされてしまったとしても少なくともその厚いシート 層によってしっかりと保持されるように、することができる。スタックの個々の メタルシート層は、好ましくはハニカム本体の両端のうち一方端部において、互 いにはんだ付けすることができる。上述の構成は、厚いシート層のおかげで、ハ ニカム本体を安定にするための壁構造を提供することができる。 近年、新規なハニカム本体の開発は、熱容量を減じる方向に沿って行なわれて いる。熱容量の低減により、ハニカム本体を排気ガス触媒コンバータ内で使用す る際に、特に改善されたコールドスタート性能を達成することが可能となる。触 媒作用が開始される発火温度がより早期に達成されるのである。熱容量以外にも 、ハニカム本体を通じるガス流において発生する圧力低下もまた、開発の一端を なす。圧力低下は、できる限り低くなければならない。これらの開発目的、すな わち、低い熱容量および低い圧力低下はいずれも、薄い通路壁部によって達成す る ことが可能である。しかし、そのように薄い通路壁部は、ただ薄ければどのよう な寸法であってもよいというわけではない。というのも、任意の厚さでは、壁部 構造が不安定となり、熱および/または機械的負荷の下、損傷を受けてしまうお それがあるためである。 本発明の目的は、安定性に優れた、薄い通路壁部を有するハニカム本体を提供 することである。 本発明に従えば、この目的は、請求項1に記載の特徴を有するハニカム本体に よって達成され、有利な展開例が、従属項の主題である。 本発明に従ったハニカム本体は、第1の厚さのシートメタル層と、第2の厚さ のシートメタル層とを有し、第2の厚さは第1の厚さよりも厚い。ハニカム本体 はその内部に、第2の厚さを有する少なくとも2つのシート層から形成された、 格子状の構造を含む。これらシート層のうち、少なくとも1層は、構造が設けら れたシート層である。該少なくとも2つのシート層は、材料を密着させる手順、 好ましくは互いにはんだ付けされることによって、少なくとも数ヶ所で互いに接 続される。 シート層の「a」の厚さとは、シート材料の平均厚さを意味し、一方、局所の 厚さは、この平均厚さから数パーセントのばらつきを有し得る。 上記接続場所は、点状、線状、または面状である。関連する材料を密着させる 接続は、好ましくは、該格子状の構造の全長に、すなわち、通路を通じる流れの 方向にかつその流れの方向に対して垂直に、存在する。ハニカム本体の安定性に とって重要な考慮事項は、この格子状の構造に固有の十分な安定性である。材料 を密着させる該接続は、したがって、連続して、または好適な間隔をおいて、配 されることが好ましい。しかし、ハニカム本体の構成および使用目的に応じて、 関連する材料を密着させる接続は、状況によっては、通路の端部、すなわち、ハ ニカム本体の端部であっても十分である場合もある。 本発明の1つの利点は、薄い壁部を有するハニカム本体が、安定した構造を有 することができることである。それにより、たとえば、高いセル密度、すなわち 、ハニカム本体の断面の単位面積あたり多数の通路を、高い圧力低下という欠点 を容認する必要なく、達成することが可能となる。セル密度が高いと、排気ガス の 触媒浄化に好影響を与える。なぜなら、ハニカム本体の単位容積あたり、触媒作 用を得ることのできる表面積を大きくすることが可能となるためである。 排気ガス触媒コンバータを有する内燃機関のコールドスタート段階または再ス タート段階において、触媒コンバータができる限り迅速に発火温度に到達するこ とが重要である。薄い壁部は、その低い熱容量によって、これを可能にする。重 要なことは、この薄い壁部で少なくとも局所的に、発火温度に迅速に到達するこ とである。しかし、触媒コンバータの全域にわたってほぼ同時に発火温度に達す る必要はない。というのも、発火温度に達した後に起きる化学反応は、発熱性で あって、発火温度に達したかまたはそれを超えた区域は、その後急速に広まるた めである。 本発明に従ったハニカム本体を使用すれば、排気ガス触媒コンバータにおける 触媒作用を早期に開始させることができる。熱い排気ガスのほぼ均一な流れを、 上記第1および第2の厚さのシート層で受取ることにより、触媒作用は、第1の 厚さの(薄い)シート層において開始され、その後急速に、第2の厚さのシート 層へと広がる。1つの厚さのシート層のみで形成されたシート層からなる、同じ 熱容量を有するハニカム本体の場合と比較して、触媒作用はより速く開始される 。また、本発明に従ったハニカム本体のシート層の熱容量の方が大きい場合であ っても、薄いシート層を含む限り、触媒作用はより迅速に開始される。 関連する材料を密着させることによる上記接続は、シート層を重ねるステップ および/または巻くもしくは渦状に巻くステップの後に、行なわれることが好ま しい。さもなければ、第1の厚さのシート層が、第2の厚さのシート層または格 子状の構造によって、たとえば引き剥がされる等の損傷を受けかねない。 シート層は、好ましくは、互いにはんだ付けされる。格子状構造のはんだ付け のためには、シート層を重ねるステップおよび/または巻くもしくは渦状に巻く ステップの後にはんだ付け作業を終えることのできる、すべての公知のはんだ付 け手順を考慮に入れることが可能である。特定的には、格子状構造のはんだ付け と、他のシート層のはんだ付けとに、異なるはんだ付け手順を使用することもで きる。たとえば、はんだホイルまたははんだワイヤを、格子状構造のシート層の 間に巻き付けることも可能である。このようにして、はんだ接合を、ハニカム本 体の内部に、格子状構造の内部に形成しながら、一方で、他のシート層を、たと えば、ハニカム本体の端部のみで互いにおよび格子状構造に対してはんだ付けす ることも、可能である。 本発明に従ったハニカム本体に関しては、シート層のスタックまたは巻きにわ たって好ましくは均一に配置される、複数の格子状構造を有するように設計され る構造もある。 本発明に従ったハニカム本体は、たとえば、EP 0 436 533号に示 されるように、部分的に構造が設けられたシートから作られる。シート層によっ て形成される通路壁部は、ハニカム本体の軸方向の長さにわたってほぼ同じもの であることが好ましい。しかし、強化された格子状の壁部構造がハニカム本体の 軸方向の長さの1または複数の部分にわたってのみ存在するような実施例もある 。これは、たとえば、シート層の数箇所を、より短いシート層で強化することに よって達成することが可能となる。 構造が設けられたシート層を有するさらなる実施例においては、該構造は、線 状に隆起した部分またはうねを有し、そのうねが隣接するシート層に接触する構 造を有する。このように構造が設けられた、少なくとも2つの隣接するシート層 は、互いに交差するように延びる隆起した部分またはうねで互いに接触し、した がって、それらは互いにほぼ点状にのみ接触するようにされる。これらのシート 層は、第2の厚さを有するシート層であって、複数の接続点において、関連する 材料を密着させる手順によって互いに、好ましくは互いにはんだ付けされて、接 続される。このようにして、ハニカム本体を安定させる、3次元の格子状壁部構 造が形成される。 本発明に従ったハニカム本体の利点は、格子状の壁構造に対して、第2の厚さ のシート層が延びない方向に作用する力を、その力がどの場所にかかろうとも、 その格子状壁部構造によって、取除くことが可能であることである。 本発明に従ったハニカム本体のさらなる利点は、好ましい振動特性を有するこ とである。格子状構造は、その安定した構造により、振動に対して耐性があるが 、さらに、薄いシート層を有する領域における、ハニカム本体の軸方向の長さに 対して垂直に延びる、振動の長さを減じることもできる。この振動の長さは、ハ ニ カム本体の使用目的に合せることができる。ただし、ハニカム構造に共鳴振動が 誘導されないように注意しなくてはならない。 本発明に従ったハニカム本体の展開例において、ハニカム本体の内部における 通路壁部表面の大半部分は、第2の厚さのシート層よりむしろ第1の厚さのシー ト層から形成されており、ここで、第1の厚さは第2の厚さの少なくとも20% 薄い。 ハニカム本体の1実施例において、第1の厚さは、15μmから50μmの間 、好ましくは、約20〜30μmである。 ハニカム本体の有利な展開例において、ハニカム本体はチューブ状ケーシング を有し、その内部にシート層が配されている。ここで、格子状の構造は、ケーシ ングと接続する複数の場所を有し、その各場所において、第2の厚さを有するシ ートメタル層のうち少なくともそれぞれ1枚が、チューブ状ケーシングに接続さ れている。この構成は、チューブ状ケーシングおよび格子状構造を含む安定した ユニットを提供することができる。この構成の有利な展開例は、2つのケーシン グ接続場所が、格子状構造によって互いに接続されるものである。 本発明に従ったハニカム本体の1実施例は、少なくとも一部分は構造が設けら れたシート層である重ねられたおよび/または巻かれるかもしくは渦状に巻かれ たシート層で、流体がそれを通じて流れることが可能であり、かつ実質的に平行 に延びて互いに対してほぼ閉鎖された、複数通路を形成することができる。ここ で、その構成は、第2の厚さのシート層を有し、これを使用して格子状構造が形 成される。該第2の厚さのシート層は、複数接続場所において、関連する材料を 密着させる手順、好ましくははんだ付けによって、第2の厚さの別の少なくとも 1枚のシート層に接続され、および/または、第2の厚さの別のシート層に融合 する。換言すれば、互いに融合するシート層は、同じシートの別の部分同士であ ると言える。この実施例は、らせん構造に巻かれたハニカム本体、S字形に構築 されたハニカム本体、および、積み重ねられたおよび/または巻かれたシート層 を有する先行技術において公知のハニカム本体の他の実施例を含む。この実施例 の代替的な形状において、格子状構造は第1の厚さの1または複数のシートから 形成され、これは、関連する材料を密着させる手順によってそれに接続されたシ ートストリップによって、複数部分が強化されている。これら強化部分は、第2 の厚さの通路壁部を形成する。 さらなる実施例において、格子状構造は、第2の厚さの隣接する複数のシート 層を有し、それらは各対につき複数の接続場所を有する。該シート層の少なくと も1層は、構造が設けられたシート層である。 1展開例において、該格子状構造は、ハニカム本体の断面から見て、2または それ以上のシート層を有して、渦状腕のように延びる線にほぼ沿って、好ましく は伸開線にほぼ沿って、延びる。さらに別の実施例において、該ハニカム本体は 、断面で、複数の格子状構造の渦状腕を有する。該渦状腕は、らせんの核領域に おいて互いに接続されており、該渦状腕は好ましくは、そのらせんの核において 、互いの間にほぼ等しい角度を含む。ここで、その角度は、らせんの核の中心と 、該渦状腕が該らせん核に取付けられる点とを結ぶ、線と線との間で測定される 。渦状腕、らせんの核、および選択的に、渦状腕の外端に接続されたチューブ状 ケーシングが、それらの間に第1の厚さを有する通路壁部が配される、安定した 骨組み構造を形成する。この展開の代替的な形状においては、該渦状腕の内端は 、らせんの核によって互いに接続されず、それに代えて、互いに直接接続されて いる。この場合、該渦状腕は、渦状腕の接続領域の近辺に中央点を有する各想像 円を、その周縁線を渦状腕で切断することにより、ほぼ同サイズの複数部分へと 分割する。 さらなる実施例においては、該ハニカム本体は、シート層のスタックを有しか つそのスタックが互いに反対方向に巻付けられた、EP 0 436 533 B1号に記載のものと同様の構造を有する。ここで、該格子状の構造は、そのス タックのほぼ中央に配置されている。1展開例においては、該スタックは、複数 の格子状構造をさらに含み、好ましくは、該格子状構造の間にシート層が同じ数 ずつ配置されるようにされる。 本発明に従ったハニカム本体の実施例を、図面に関連して以下に記載する。こ れらの実施例は例示のためのものであって、該発明はこれらに限定されるもので はない。図中: 図1は、部分的に構造が設けられたシート層が互いに反対方向に巻付けられた スタックを有する、ハニカム本体の断面図である。 図2は、らせん状に巻かれたシート層を有する、ハニカム本体の断面図である 。 図3から図5は、隣接するシート層を有する格子状構造を、輸郭で示す図であ る。 図1は、滑らかなシートメタル層17と構造が設けられたシートメタル層18 とが互いに交互に配されて互いに反対方向に巻付けられたスタックを有する、本 発明に従ったハニカム本体1を示す。該スタックは、そのほぼ中央に、2つの隣 接するシート層3から作られた、複数の接続場所5を有する格子状構造4を含む 。これらのシート層3は、第2の厚さbを有するシート層である。他の、反対方 向に巻付けられるシート層は、第1の厚さaを有するシート層2である。該スタ ックは、チューブ状ケーシング6の内部に配され、格子状構造4は、ケーシング 接続場所8において、チューブ状ケーシング6にはんだ付けされる。このチュー ブ状ケーシング6と格子状壁構造4との間の1または複数のはんだ付け接続は、 好ましくは、(図示しない)チューブ状ケーシングの軸方向の長さの1または複 数の部分のみにわたって延びる。これにより、チューブ状ケーシング6および壁 構造が、熱によって、異なる長さに変化することが許されるようになる。第1の 厚さaのシート層2および第2の厚さbのシート層3は、それらの接続場所のう ちすべてまたはいくつかにおいて、互いにはんだ付けすることができる。 図2は、巻かれるかまたは渦状に巻かれたシート層2、3が、断面においてほ ぼ伸開線に沿って延びる、ハニカム本体21を示す。ハニカム本体21の中央軸 のほぼ上には、中空の円柱の形をしたらせん核7が配置され、その核7にシート 層2、3が接続されている。ハニカム本体21は、2つの格子状壁構造14を有 し、それらは断面において、渦状腕のような線を辿る。それらは各々、3つのシ ート層3から作られており、そのうち2層は滑らかで、その間に、構造が設けら れた層を有する。それら2つの格子状壁構造14は、ハニカム本体21の中央軸 に対して、互いにほぼ対称に配される。らせん核7におけるそれらの間の角αは 、したがって、ほぼ180°である。 図3〜5は各々、どちらも第2の厚さである少なくとも1枚の滑らかなシート 層17と構造が設けられたシート層18とを有し、かつ、複数の接続場所5を有 する、格子状構造4の一部分を示す。図3の格子状構造4は、三角形に境界が定 められた通路9を含む。図4の通路9は、断面がほぼ三角形である。通路9のこ の例において、2本の破線で示されるのは、2つの滑らかなシート層17の間に 延びる波形のシート層18に沿った直線である。2つの滑らかなシート層17の うち、少なくとも1層は第2の厚さを有する。第2の厚さのシート層17、18 は、材料を密着させる手順によって、複数の接触場所において互いに接続されて いる。図4における第2の滑らかなシート層17が第1の厚さのシート層である 場合、それは好ましくは、構造が設けられたシート層18に対する複数の接触場 所において、密着させる方法によって、該構造が設けられたシート層18にもま た接続される。図5は、台形の断面積を有する通路9を示す。破線は、構造が設 けられたシート層18の格子状壁部分がそれに沿って延びる方向を示し、これら 格子状壁部分が、2つの滑らかなシート層17を互いに接続する。2本の破線は 、内角βを有して、格子セル9の外側で交差する。図5はまた、角βに等しい対 角β’を示す。これらの破線から、基本的には三角形の断面を有して、構造に安 定性を与える、格子構造を見ることが可能になる。 以上に例示したように、本発明に従ったハニカム本体の実施例は、先行技術に おいて公知のハニカム本体と同様の構造を有し、わずかに修正を加えるのみで、 先に知られているハニカム本体と同じプロセスで製造することが可能である。し たがって、格子状構造を有するハニカム本体を、ほぼ同じコストで製造すること が可能となり、しかも、より薄いシート層を使用することができるようになるか 、または、先行技術において公知のハニカム本体よりも高度の安定性を有するよ うになる。 参照符号のリスト 1 ハニカム本体 2 第1の厚さのシート層 3 第2の厚さのシート層 4 格子状構造 5 接続場所 6 チューブ状ケーシング 7 らせんの核 8 ケーシング接続場所 9 通路 14 3つのシート層を有する格子状構造17 滑らかなシート層 18 構造が設けられたシート層 21 伸開線格子状構造を有するハニカム本体 a 第1の厚さ b 第2の厚さ α 角度 β 内角 β’ 内角に対応する、対角
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成11年1月8日(1999.1.8) 【補正内容】 請求の範囲 1.少なくとも一部分は構造が設けられたシート層(18)である、積重ねられ たおよび/または巻かれたシート層(17;18)を有する、ハニカム本体(1 ;21)、特に触媒コンバータキャリヤ本体であって、該シート層(17;18 )の一部分は第1の厚さ(a)でありかつ該シート層(17;18)の一部分は 該第1の厚さ(a)よりも厚い第2の厚さ(b)であり、 該ハニカム本体(1;21)がその内部に、少なくとも1つは構造が設けられ たシート層(18)でありかつ関連する材料を密着させる手順によって少なくと も場所ごとに互いに接続される、第2の厚さ(b)の少なくとも2つのシート層 (17;18)から形成された、格子状構造(4;14)を含み、該ハニカム本 体(1;21)の内部における通路壁部表面の大半が、該第2の厚さ(b)のシ ート層(3)よりはむしろ該第1の厚さ(a)のシート層(2)で形成され、か つ、該第1の厚さ(a)が15μmと50μmとの間の値を有することを特徴と する、ハニカム本体(1;21)。 2.該第2の厚さ(b)は該第1の厚さ(a)よりも少なくとも20%厚いこと を特徴とする、請求項1に記載のハニカム本体。 3.該第1の厚さ(a)が、約20〜30μmであることを特徴とする、請求項 1または2に記載のハニカム本体。 4.チューブ状ケーシング(6)を含み、その内部にシート層(17;18)が 配された、ハニカム本体であって、 該格子状構造(4;14)が、複数のケーシング接続場所(8)を有し、その 各場所において、第2の厚さ(b)のシート層(17;18)の少なくともそれ ぞれ1層が、該チューブ状ケーシング(6)に接続されることを特徴とする、請 求項1から3のいずれかに記載のハニカム本体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,LS,M W,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY ,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM ,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY, CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,E S,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU,ID ,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ, LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,M G,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT ,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL, TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,V N,YU,ZW

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.少なくとも一部分は構造が設けられたシート層(18)である、積重ねられ たおよび/または巻かれたシート層(17;18)を有する、ハニカム本体(1 ;21)、特に触媒コンバータキャリヤ本体であって、該シート層(17;18 )の一部分は第1の厚さ(a)でありかつ該シート層(17;18)の一部分は 該第1の厚さ(a)よりも厚い第2の厚さ(b)であり、 該ハニカム本体(1;21)がその内部に、少なくとも1つは構造が設けられ たシート層(18)でありかつ関連する材料を密着させる手順によって少なくと も場所ごとに互いに接続される、第2の厚さ(b)の少なくとも2つのシート層 (17;18)から形成された、格子状構造(4;14)を含むことを特徴とす る、ハニカム本体(1;21)。 2.該ハニカム本体(1;21)の内部における通路壁部表面の大半が、第2の 厚さ(b)のシート層(3)よりはむしろ第1の厚さ(a)のシート層(2)で 形成されており、該第2の厚さ(b)は該第1の厚さ(a)よりも少なくとも2 0%厚いことを特徴とする、請求項1に記載のハニカム本体。 3.該第1の厚さ(a)が、15μmと50μmとの間の値、好ましくは、約2 0〜30μmであることを特徴とする、請求項2に記載のハニカム本体。 4.チューブ状ケーシング(6)を含み、その内部にシート層(17;18)が 配された、ハニカム本体であって、 該格子状構造(4;14)が、複数のケーシング接続場所(8)を有し、その 各場所において、第2の厚さ(b)のシート層(17;18)の少なくともそれ ぞれ1層が、該チューブ状ケーシング(6)に接続されることを特徴とする、請 求項1から3のいずれかに記載のハニカム本体。 5.2つのケーシング接続場所(8)が、該格子状構造(4;14)によって互 いに接続されることを特徴とする、請求項4に記載のハニカム本体。 6.該第2の厚さ(b)のシート層(3)が、該第1の厚さ(a)の隣接する積 重ねられたおよび/または巻かれたシート層(2)に、関連する材料を密着させ る手順によって接続されることを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載 のハニカム本体。 7.該格子状構造(4)の少なくとも1つの構造が設けられたシート層(18) が、波形のシート層であって、その波形の頂部の少なくとも1部分が、材料を密 着させる手順によって、第2の厚さ(b)を有する隣接する滑らかなシート層( 17)に接続されることを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載のハニ カム本体。 8.該格子状壁構造(14)が、断面で、渦状腕の態様で延びる線にほぼ沿って 、好ましくは伸開線にほぼ沿って、延びることを特徴とする、請求項1から7の いずれかに記載のハニカム本体。 9.該ハニカム本体(21)が、複数の格子構造の渦状腕(14)を有し、かつ 、該渦状腕(14)が、らせんの核(7)の領域において互いに接続されており 、該渦状腕(14)は、それらの間に、該らせんの核(7)において好ましくは ほぼ等しい角度(α)を含むことを特徴とする、請求項8に記載のハニカム本体 。 10.該シート層(17;18)が反対方向に巻付けられたスタックを有するハ ニカム本体であって、 該格子状壁構造(4)が該スタックのほぼ中央に配置されることを特徴とする 、請求項1から7のいずれかに記載のハニカム本体。
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