JP2017189770A - 自動車両用のフィルタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車両用のフィルタ装置の提供。
【解決手段】吸着媒体３を有する第１のチャンバ９を備え、別の吸着媒体を有する第２のチャンバ１０を備えた受け入れ空間２を有するハウジング１６を含み、チャンバ９、１０は、流れが、フィルタ装置１の第１の流入開口５から受け入れ空間２を通って、フィルタ装置１の流出開口６まで、チャンバを順次通り抜けることができるように設計され、充填流れの第１の流路１１およびパージ流れの第２の流路１２を形成することができ、チャンバ９、１０を通る一続きの流れのために、チャンバ９、１０間に隔壁１７が形成され、受け入れ空間２を通る流れのために、流れ転換チャンバ１８が、流れが通過できる形で２つのチャンバ９、１０を接続するように設計される自動車両用のフィルタ装置１。
【選択図】図３

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルによる自動車両用のフィルタ装置に関する。

最新の自動車両は、タンク漏れ、すなわち、自動車両のタンクからの燃料の蒸発を減らすために、活性炭を有するフィルタ装置、いわゆる活性炭フィルタの形態の低減手段を有する。例えば、米国におけるＬＥＶＩＩからＬＥＶＩＩＩへの変更などの、自動車両の消費および排出ガスに関する強い要求により、活性炭フィルタの再生のためのパージ量を減らす必要がある。「ブリーディングエミッション」とも呼ばれる炭化水素の拡散は、低減が要求されているものの最前線にある。

活性炭が水平に配置された、すなわち、水平方向に充填（ｌｏａｄｅｄ）およびパージが行われるフィルタ装置の再生性能により、パージ量が少ない最新の駆動システムの場合に、例えば、いわゆるＳＨＥＤ試験において、活性炭の再生が不十分になる可能性がある。ＳＨＥＤ試験は、気密試験室での排出ガス試験である。この場合に、活性炭の再生に関するブリーディングエミッションの影響は特に明らかである。

（特許文献１）は、自動車両用のフィルタ装置を開示しており、このフィルタ装置は、燃料蒸気排出ガスを削減するために、吸着媒体として活性炭を有する。

（特許文献２）は、自動車両用のフィルタ装置を開示しており、このフィルタ装置の大気につながった最終チャンバは、他のチャンバとは異なる活性炭を有する。これはまた、（特許文献３）からも見られる。

（特許文献４）は、自動車両用のフィルタ装置を開示しており、このフィルタ装置のハウジングは、大気ポートとタンクポートの間に延びる少なくとも２つの隔壁を有する。

（特許文献５）は、燃料蒸気が流入開口から流入する容器について説明しており、この容器は、吸着媒体を備えたチャンバを有し、燃料蒸気はこのチャンバを流れる。吸着剤保持フィルタ、吸着剤保持プレート、および吸着剤保持ばねが容器内に形成される。

（特許文献６）は、吸着媒体を有する容器を有し、空気接続ポートに接近した流れ調整装置を有する自動車両用フィルタ装置を開示している。

欧州特許第１ ４４６ ５６９Ｂ１号明細書 米国特許第８，４４３，７８６号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０３１５１２６Ａ１号明細書 独国特許出願公開第４３ ２０ ３８４Ａ１号明細書 米国特許第６，５２４，３７４Ｂ２号明細書 米国特許第８，５２９，６７６Ｂ２号明細書

本発明の目的は、自動車両用の改良されたフィルタ装置を提供することである。

この目的は、特許請求項１の特徴を有する自動車両用のフィルタ装置によって、本発明に従って達成される。本発明の適切で非自明の改良形態を含む有益な実施形態は、それぞれの従属請求項に示される。

自動車両用の本発明によるフィルタ装置は、吸着媒体を有する第１のチャンバと、別の（ｆｕｒｔｈｅｒ）吸着媒体を有する第２のチャンバとを備えた受け入れ空間を有するハウジングを含む。チャンバは、流れがフィルタ装置の第１の流入開口から、受け入れ空間を介して、フィルタ装置の流出開口まで、順次チャンバを通ることができるように設計される。充填流れの第１の流路およびパージ流れの第２の流路を形成することができる。チャンバを通る一続きの流れを得るために、チャンバ間に隔壁が形成され、受け入れ空間を通る流れに対して、流れ転換チャンバは、流れが通過できる形で、２つのチャンバを接続するように設計される。充填流れ、および／またはパージ流れを転換させるために、受け入れ空間はバリアを有する。

流れは、重量の影響を受けて、フィルタ装置を通過する。これは、言い換えると、重力の作用を受けることを意味する。貫通流が常態として重力に対して交差（横）方向に向けられる場合、それに伴い、吸着媒体に付着する充填物（ａ ｌｏａｄ）の分布が不均一になる。特に、受け入れ空間の底部に位置する吸着媒体の領域が主に充填されて、上に位置する領域は充填されないままである。しかし、流れ方向に最初に流れを通されるチャンバの下部領域が完全に充填されると、充填流れは通り過ぎて隣接するチャンバに入るので、最初に流れを通されるチャンバの、またはそのチャンバに収容された吸着媒体の完全な充填は実現しない。これは、フィルタ装置の性能欠陥（欠如）となり、特に、ブリーディングエミッションを増加させる。

受け入れ空間に形成されたバリアを用いて、充填およびパージ流れの形態の、受け入れ空間を通る流れを制御する、言い換えると、転換させる、または誘導することが可能である。したがって、吸着媒体に対する充填物分布およびパージを均一にすることが可能であり、それにより、排出ガス、特にブリーディングエミッションの削減を実現することができる。

バリアが受け入れ空間に形成されることで、フィルタ装置の利用可能な構造空間が効果的に活用される。これは特に重要であり、その理由は、最新（最近）の自動車両の構造空間が、これまで以上に狭くなり、特に、資源の節約と資源に関するコストの節減のために、吸着媒体の吸着（吸収）能力の効果的な活用が求められ、本発明によるフィルタ装置を用いて実現されるからである。

本発明によるフィルタ装置の１つの改良形態では、バリアは、フィルタ装置の不織布からなる不織布マスクの形態を取る。不織布は、通常、活性炭の形態で存在する吸着媒体を予圧するように設計され、それにより、吸着媒体が受け入れ空間内で摩滅するのを防止する。したがって、流れを転換させるように再設計またはマスキングすることで、すでに存在する不織布を効果的な態様で利用することが可能である。

不織布マスクが、ガスに対して完全に不透過性の材料を含む、または不織布よりもガス透過性が低い材料を含む不織布の、圧縮体としておよび／または積層構造として形成されることで、不織布の効果的な活用が、フィルタ装置の性能を高めるためにうまく利用される。

自動車両の動作中に、または給油中に、フィルタ装置に高速充填するために、不織布マスクが、少なくとも、吸着媒体の高さの１／３〜２／３の範囲で形成されることは特に有益である。

本発明によるフィルタ装置のさらなる改良形態では、不織布マスクは、複数の部分に積層構造（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）を有する。その利点は、貫通流の転換（ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ）がさらに改善されることである。

本発明によるフィルタ装置のさらなる改良形態では、バリアはバリアフラップの形態を取り、バリアは、流れ転換（ｔｒａｎｓｆｅｒ）チャンバに配置される。この場合に、バリアフラップは、不織布マスクに加えて、または単独で設けることができる。バリアフラップは、逆止弁の原理に従って形成され、それにより、充填流れか、またはパージ流れのいずれかの貫通流の目標とする転換を達成することができる。

バリアフラップが、流れが第１の貫通流路の方向にバリアフラップを通過できず、第２の流路の方向にバリアフラップを通過できるように形成される場合、貫通流方向において、バリアフラップより上流に配置されたチャンバの吸着媒体は、充填がバリアフラップのフラップ高さに達するまで、まず第１に充填され、下流に形成されたチャンバへの流れの転換が起こり得る。言い換えると、吸着媒体は、流れの転換が起こる前に、底部から上部まで充填することができる。バリアフラップは、第２の流路の方向に開くので、吸着媒体はパージにかけることができ、したがって、その全高にわたって再生することができる。

さらなる改良形態では、バリアは、流れ転換チャンバ内で拡散ウェブの形態を取る。この場合に、拡散ウェブは、不織布マスクおよび／またはバリアフラップに加えて、または単独で形成することができる。

拡散ウェブは、有利にも、ガスに対して完全に不透過性の材料から製造される。しかし、前記拡散ウェブは、一定限度のガス透過性を有する材料から製造することもでき、この場合に、前記拡散ウェブは、拡散プロセスの限定された範囲内だけであるが、自動車両の排出ガス試験中に起こるなどの比較的高流速の存在下で効果を発揮する。

拡散ウェブの作用は、原理的にバリアフラップと同じであるが、対応する流れの転換は、第１の流路の方向および第２の流路の方向の両方で起こる。

本発明によるフィルタ装置の製造コストを削減するために、吸着媒体は、別の吸着媒体と同じである。

フィルタ装置の性能をさらに高めるために、吸着媒体は、従来の活性炭であり、別の吸着媒体は、１１００ペレット炭である。流れ方向で後ろから２番目のチャンバが、１１００ペレット炭の形態の吸着媒体を充填されるのが好ましい。

本発明のさらなる利点、特徴、および細部が、以下の好ましい例示的な実施形態の説明および図面から明らかになるであろう。本明細書で上記に説明した特徴および特徴の組み合わせと、図の説明で以下に説明する、かつ／または図だけで示す特徴および特徴の組み合わせとは、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれ特定される組み合わせだけでなく、他の組み合わせ、または個別でも使用することができる。

活性炭を通る垂直流れの場合の活性炭への充填と、活性炭を通る水平流れの場合の活性炭への充填とを概略図で示している。 先行技術によるフィルタ装置を概略図で示している。 第１の例示的な実施形態の本発明によるフィルタ装置を概略図で示している。 第２の例示的な実施形態の本発明によるフィルタ装置を概略図で示している。 第３の例示的な実施形態の本発明によるフィルタ装置を概略図で示している。 第４の例示的な実施形態の本発明によるフィルタ装置を概略図で示している。 本発明によるフィルタ装置の様々な実施形態でのブリーディングエミッションと時間との関係をｔ−ＢＥ図で示している。

図１は、受け入れ空間２に配置された、従来の活性炭の形態の吸着媒体３が、垂直方向に流れを通される場合のフィルタ装置１への充填と、前記吸着媒体が、水平方向に流れを通される場合の充填とを概略図で示している。フィルタ装置１は、流れが通過できるように、フィルタ装置１の第１の入口開口５で自動車両のタンク４（これ以上詳細に示さない）に接続されている。言い換えると、タンク４で生じた燃料蒸気は、第１の入口開口５を介してフィルタ装置１に送られる。燃料蒸気の炭化水素は、吸着媒体３を用いて吸着媒体３に結合され、言い換えると、吸着媒体３によって吸着され、出口開口６が、対応する手段、通常は弁によって開かれたときにだけ、燃焼させるために、自動車両の内燃機関に供給される。出口開口６が開くと共に、外気が、フィルタ装置１の第２の入口開口７を介して引き込まれ、炭化水素の吸着媒体３からの解放に加えて、パージ、言い換えると、吸着媒体３の再生が行われる。この場合に、出口開口６の開放は、出口開口６を直接開くことによってか、またはフィルタ装置１を吸気系に接続するライン８を用いて実現することができ、流れはライン８を通ることができ、ライン８は弁を有する。

燃料粒子の中の炭化水素と外気との間に存在する密度差のために、吸着媒体３を通る流れの指向方向に応じて、重力Ｇの作用により、吸着およびパージがより良好であったり、またはあまり良好でなかったりする。例えば、ｎ−ブタンは２．７ｋｇ／ｍ^３の密度を有し、それに対して、フィルタ装置１内に存在する空気は、はるかに低い１．２ｋｇ／ｍ^３の密度を有する。吸着媒体３の充填の方向は、図１に示すような垂直方向に向けられた受け入れ空間２の貫通流の方向Ｄ２に比べて、水平貫通流Ｄ１の場合に、言い換えると、フィルタ装置１の受け入れ空間２が水平に向けられた場合にマイナスの影響を受ける。充填最前部Ｂを有する吸着媒体３の充填は均一ではなく、したがって、非対称である。充填最前部Ｂは、吸着媒体３のうちの炭化水素に部分的に、または完全に濡れた部分と、吸着媒体３のうちの炭化水素が部分的に、または完全にない部分との間の境界を示す。

受け入れ空間２は、フィルタ装置１のハウジング１６内に形成されている。通常、フィルタ装置１は、受け入れ空間２内に、互いに平行に配置され、再生目的で設計された複数のチャンバ９、１０を有し、これらのチャンバは、順次流れを通されて順次充填され、流れが通過することができない、貫通流方向に延びる隔壁によって互いから分離されている。図示した例示的な実施形態では、フィルタ装置１は、吸着媒体３を含む第１のチャンバ９と、別の吸着媒体を含む第２のチャンバ１０とを有し、これらのチャンバは、隔壁１７によって互いから分離されている。チャンバ９、１０は、流れが通過できるように、流れ転換チャンバ１８を用いて接続されているので、前記チャンバに順次流れを通すことができる。さらなるチャンバを形成することも可能である。この例示的な実施形態では、吸着媒体３は、別の吸着媒体と同じであり、従来の活性炭の形態を取る。

図１の右手部に示すように、吸着媒体３または活性炭３の主要な充填が下部領域を占めることで、第１のチャンバ９より下流に配置された第２のチャンバ１０の充填は、前記下部領域から進行して、より早期の時点で起こる（図２を参照のこと）。さらに充填した場合、いわゆるブリーディングエミッションの増加が第２のチャンバ１０で起こり得る。複数の受け入れ空間２が形成される場合、ブリーディングエミッションが増えるのは、通常ではフィルタ装置１の最後の受け入れ空間２、一般には測定チャンバである。

図２は、先行技術によるフィルタ装置１を概略図で示している。第１のチャンバ９および第２のチャンバ１０は順次流れを通される。２つのチャンバ９、１０は、流れが重力Ｇに対して横方向にこれらのチャンバを通過できるように向けられている。

第１の入口開口５から続く、タンク４から送られた燃料蒸気の第１の流路１１は、第１のチャンバ９を通り、その後第２のチャンバ１０に入るように形成される。さらなる受け入れ空間２が形成される場合、これらの受け入れ空間も、それらの配置に従って順次流れを通される。

実線で示す前記第１の流路１１を通って、実際上、活性炭３の隔室（ｃｅｌｌｓ）は順次飽和する、言い換えると、充填される。活性炭３の隔室からの充填物の解放は、破線で示すように、反対方向に出口開口６に向かう第２の流路１２に沿って起こる。

個々のチャンバ９、１０の活性炭３に対する飽和または充填の改善を可能にするために、バリア１３の形態の様々な方策が提案される。バリア１３は、先行技術によるフィルタ装置１に形成された従来の流路１１、１２を変える働きをする。

図３および図４は、第１の例示的な実施形態および第２の例示的な実施形態の本発明によるフィルタ装置１を示している。フィルタ装置１は、ガス不透過性の不織布１４を有し、不織布１４は、活性炭が摩滅するのを防止するように、活性炭３の炭素床を予圧する働きをする。前記フィルタ装置は、通常、均質な構造を取り、その断面全体を越える（覆う）均一な充填およびパージ空気流を可能にする。言い換えると、第１の入口開口５からフィルタ装置１に流入する燃料蒸気流である充填流れは、不織布１４の断面を越えて均一に、第１の流路１１に沿って送られ、第２の入口開口７からフィルタ装置１に流入する空気流れであるパージ空気流は、不織布１４の断面を越えて均一に、第２の流路に沿って送られる。パージ空気流が有する炭化水素の量は様々であり、パージ空気流には、充填物の解放に応じた態様で炭化水素が混入する。

好ましい流路１１、１２を実現するために、不織布１４は選択された位置で圧縮される。共に単独で、または一緒にして、不織布マスクとも称することができる圧縮した不織布、および／またはガス不透過性の材料を含む不織布１４の積層構造により、バリア１３が形成され、このバリア１３によって、好ましい流路１１、１２を狙い通りに案内することができる。これは、図３および図４に例として示されており、圧縮された不織布１４の形態のバリア１３は、図３および図４でそれぞれ第１のチャンバ９および第２のチャンバ１０に配置されている。

不織布１４は、所望の流れ方向を達成できるように、複数の部分に、または複数のゾーンもしくは領域に積層構造を有することもできる。

積層構造は、好ましくは、活性炭３のどの領域が優先的に充填されるか、またはパージにかけられるかに応じた態様で、チャンバ９、１０の各不織布１４に形成することができる。例えば、一方のチャンバ９、１０が他方のチャンバ１０、９よりも断面が小さく、等しい高さの積層構造がより狭い領域にわたっており、したがって、費用があまりかからない場合など、積層構造を価格優先の態様で実装することも可能である。

バリア１３は、通常、チャンバ９、１０の別の領域より前に充填されるチャンバ９、１０の領域に配置されている。充填物の優先的な充填および解放は、バリア１３を用いて行うことができる。

自動車両の動作中、または自動車両の給油中の高速充填を実現するために、不織布マスク１３は、活性炭３の高さＨの１／３〜２／３の範囲に形成されるのが好ましい。

図５は、拡散ウェブ１９の形態のバリア１３を含む第３の例示的な実施形態の本発明によるフィルタ装置１を示している。拡散ウェブ１９は、流れ転換チャンバ１８内で、第１のチャンバ９と第２のチャンバ１０との間に配置され、フィルタ装置１のハウジング１６の構成要素として形成されている。さらに、拡散ウェブ１９が、フィルタ装置１のカバーの構成要素、またはフィルタ装置１の溶接された複合物の構成要素、または２つの組み立てられた複合物の構成要素であることも可能である。

拡散ウェブ１９は、流れ転換チャンバ１８内で、ハウジング１６のベース部１５に配置され、拡散ウェブ高さＤＨを越える流れの方向に対して交差する方向に延びている。したがって、拡散ウェブ１９の領域において、充填流れおよびパージ流れの第２のチャンバ１０への移動が防止される。流れの転換は、拡散ウェブ高さＤＨにわたって形成される吸着媒体３のこれらの領域の充填またはパージがすでに起こっている場合のみ起こる。

本発明によるフィルタ装置１は、第４の例示的な実施形態において、図６の通りに構築される。バリア１３は、バリアフラップ２０の形態を取る。この例示的な実施形態では、３つのバリアフラップ２０が上下に、言い換えると、貫通流に対して交差する方向に延びるように配置されている。何か別の数量のバリアフラップ２０を形成することも可能である。

バリアフラップ２０は、流れ転換空間１８内で、第１のチャンバ９と第２のチャンバ１０との間に配置され、その動作原理の点で逆止弁と同じように構築されている。第１の流路１１の方向では、バリアフラップ２０は閉じ、それに対して、第２の流路１２の方向では、流れは、バリアフラップ２０を通過でき、したがって、バリアフラップ２０は開く。このようにして、第２の入口開口７から入った再生空気流は、チャンバ９、１０のすべての活性炭３全体にわたって流れることができる。

バリアフラップ２０は、ベース部１５から始まり、流れ転換チャンバ１８内で、貫通流の方向に対して交差する方向に、フラップ高さＫＨにわたって配置されている。したがって、バリアフラップ２０の領域では、第２のチャンバ１０への充填流れの転換は、フラップ高さＫＨにわたる吸着媒体３の充填が行われるまで防止される。

図示した第４の例示的な実施形態では、バリアフラップ２０に加えて、拡散ウェブ１９がバリアの形態を取るが、バリアフラップ２０を単独で形成することも可能である。

これ以上詳細に説明されない、本発明によるフィルタ装置１の例示的な実施形態では、第１のチャンバ９は、１１００ペレット炭を充填される。例えば、３つの受け入れ空間２を含む、すなわち、第１のチャンバ９、第２のチャンバ１０、および第２のチャンバ１０より下流に配置されたさらなるチャンバを含むフィルタ装置の実施形態では、第１のチャンバ９および第２のチャンバ１０は、１１００ペレット炭を装備しなければならず、さらなるチャンバは、有利にも、従来から使用されている活性炭３を有する。

図７では、ｔ−ＢＥ図において、フィルタ装置１の様々な例示的実施形態のブリーディングエミッションＢＥのプロファイルが、時間ｔに対してプロットされている。実線は、先行技術によるフィルタ装置１のブリーディングエミッションプロファイルＢＶ１を示している。破線を使用して示すブリーディングエミッションプロファイルＢＶ２を有する、第１の例示的な実施形態の本発明によるフィルタ装置１では、先行技術のフィルタ装置１と比べて、ブリーディングエミッションがかなり削減されているのは明らかである。しかし、一点鎖線を使用して示すブリーディングエミッションプロファイルＢＶ３を有する、第３の実施形態と同様の本発明によるフィルタ装置１、および細線を使用して示すブリーディングエミッションプロファイルＢＶ４を有する、第４の実施形態と同様の本発明によるフィルタ装置１では、ブリーディングエミッションがそれ以上にかなり削減されている。

不織布マスク、拡散ウェブ１９、バリアフラップ２０の形態の説明したバリア１３と、吸着媒体３および別の吸着媒体を用いたチャンバ９、１０の異なる充填物の組み合わせとは、自明なこととして、互いに組み合わせることができる。

１ フィルタ装置
２ 受け入れ空間
３ 吸着媒体
５ 第１の流入開口
６ 流出開口
９ 第１のチャンバ
１０ 第２のチャンバ
１１ 第１の流路
１２ 第２の流路
１３ バリア
１６ ハウジング
１７ 隔壁
１８ 流れ変換チャンバ

Claims (10)

1. 自動車両用のフィルタ装置であって、吸着媒体（３）を有する第１のチャンバ（９）を備え、別の吸着媒体を有する第２のチャンバ（１０）を備えた受け入れ空間（２）を有するハウジング（１６）を含み、前記チャンバ（９、１０）は、流れが、前記フィルタ装置（１）の第１の流入開口（５）から前記受け入れ空間（２）を通って前記フィルタ装置（１）の流出開口（６）まで、前記チャンバを順次通り抜けることができるように設計され、充填流れの第１の流路（１１）およびパージ流れの第２の流路（１２）を形成することができ、前記チャンバ（９、１０）を通る一続きの流れのために、前記チャンバ（９、１０）間に隔壁（１７）が形成され、前記受け入れ空間（２）を通る流れのために、流れ転換チャンバ（１８）が、流れが通過できる形で前記２つのチャンバ（９、１０）を接続するように設計されたフィルタ装置において、
   前記充填流れ、および／または前記パージ流れを変えるために、前記受け入れ空間（２）にバリア（１３）が形成されることを特徴とする、フィルタ装置。
2. 前記バリア（１３）は、前記フィルタ装置（１）の不織布（１４）からなる不織布マスクの形態を取ることを特徴とする、請求項１に記載のフィルタ装置。
3. 前記不織布マスク（１３）は、ガスに対して完全に不透過性の材料を含む、または前記不織布よりもガス透過性が低い材料を含む前記不織布（１４）の圧縮体として、および／または前記不織布（１４）の積層構造として形成されることを特徴とする、請求項２に記載のフィルタ装置。
4. 前記不織布マスク（１３）は、少なくとも、前記吸着媒体（３）の高さ（Ｈ）の１／３〜２／３の範囲で配置されることを特徴とする、請求項２または３に記載のフィルタ装置。
5. 前記不織布マスク（１３）は、複数の部分に前記積層構造を有することを特徴とする、請求項３または４に記載のフィルタ装置。
6. 前記バリア（１３）は、バリアフラップ（２０）の形態を取り、前記バリア（１３）は、前記流れ転換チャンバ（１８）に配置されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
7. 前記バリアフラップ（２０）は、流れが前記第１の貫通流路（１１）の方向に前記バリアフラップ（２０）を通過できず、前記第２の流路（１２）の方向に前記バリアフラップ（２０）を通過できるように形成されることを特徴とする、請求項６に記載のフィルタ装置。
8. 前記バリア（１３）は、前記流れ転換チャンバ（１８）内で、拡散ウェブ（１９）の形態を取ることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
9. 前記吸着媒体（３）は、前記別の吸着媒体と同じであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
10. 前記吸着媒体（３）は従来の活性炭であり、前記別の吸着媒体は、１１００ペレット炭であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のフィルタ装置。

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