JP7154066B2 - 吸収式冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、吸収式冷凍機に関する。

吸収式冷凍機は、冷媒および溶液の封入時において、機内を真空ポンプで真空引きした上で、必要量の冷媒および溶液を封入する。一方、冷媒および溶液を機外に取出す時には、機内を窒素ガスなどで大気圧以上に加圧して、冷媒ポンプおよび溶液ポンプの吸込み部と吐出し側のいずれかに取付けたサービスバルブから冷媒および溶液を取出す。

吸収式冷凍機のメンテナンスにおいて、機内に不具合が発生した場合に、必要に応じて一度機内に封入した冷媒や溶液を取出し、再度封入することがある。このとき、冷媒や溶液の取出しや封入が容易に行えることが、メンテナンス時の作業効率の向上に繋がる。

特許文献１に記載の技術には、運転中の動作圧力が異なる３つの胴が縦方向に積層されて配置された吸収式冷凍機が記載されている。特許文献１の技術では、各胴を接続する冷媒配管と溶液配管は、高圧側から低圧側に吹き抜け防止のためＵシールを設けている。

特開２００４－２７０９９４号公報

特許文献１の技術のように、運転中の動作圧力が異なる胴同士では、運転中はＵシールによって高圧側の冷媒や溶液が低圧側に吹き抜けることはない。

吸収式冷凍機が停止中には、各胴内の溶液濃度の違いはあるが溶液温度が外気温度に近くなり、胴内の圧力は同程度となるため、冷媒ポンプや溶液ポンプの出入口の配管がＵシールとなり、運転中に異なる動作圧力となる各胴同士の気相部がＵシールで仕切られることになる。

吸収式冷凍機のメンテナンス時において、停止中に冷媒や溶液を機外に取出そうとすると、いずれかの要素から窒素ガスなどを封入し、機内の圧力を大気圧以上にする必要がある。このとき、特許文献１の技術では、１つの胴から加圧しても、Ｕシールの影響ですべての胴を同時に加圧できずに、Ｕシール以上の差圧にならないと、他の要素を加圧することができない。また、加圧後にＵシール内に冷媒や溶液がある場合には、Ｕシール分の差圧が付くことになり、Ｕシール分の差圧を加味し加圧しないと、加圧している胴で大気圧以上であっても、加圧している要素以外では、大気圧以上に達しない可能性があり、圧力計などで確認しながら進める必要がある。

次に、再度溶液を封入するために真空引きを開始すると、真空引きしている胴に対して、冷媒配管や溶液配管内に溶液があると他の胴とはＵシール分差圧が付いてしまい、加圧時に封入した窒素ガスなどの不凝縮ガスが機内に残ってしまう。そのため、再度、Ｕシールの差圧分の器内圧力が高くなっている胴から、真空引きをしなければならない。不凝縮ガスが機内に残ったままで運転を開始すると、不凝縮ガスが吸収器や凝縮器の低圧部に集まり伝熱面を覆い、伝熱を阻害し吸収式冷凍機の効率が低下する要因となってしまう。

つまり、Ｕシールで圧力が仕切られている胴がある場合は、真空引きを１つの要素から行うと、不凝縮ガスを十分に機外に排出できない。また、Ｕシールで仕切られている要素毎に真空引きをすることも考えられるが、工数や時間が掛かってしまう。

また、特許文献１の技術では、動作圧力が異なる胴同士の気相部を連通するバルブを介した連通管が設けられている。特許文献１の技術は、連通管のバルブを開けることで運転中に高圧側の要素から低圧側の胴への、不凝縮ガスの移動を目的としており、メンテナンス時における冷媒や溶液の封入、もしくは機外への排出することに関しては記載されていない。また、真空引きや窒素ガスなどによる加圧により、冷媒及び溶液を機外への排出や、機内への封入するためのサービスバルブに関しても記載されていない。

また、運転中の動作圧力が異なる胴を上下に配置しているため、上に位置する胴では、冷媒や溶液の機内への封入や、冷媒や溶液の機外への取出す箇所が上下方向に複数配置されことになるため、作業が複雑となり作業効率が低下してしまう。

本発明の目的は、冷媒および溶液の機外への取出し、冷媒および溶液の機内への封入を容易に行うことができる吸収式冷凍機を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る吸収式冷凍機は、冷媒および溶液を収容可能であり、運転中の動作圧力が互いに異なる複数のシェルと、冷媒を流すための冷媒配管と、溶液を流すための溶液配管と、前記冷媒配管に設けられた冷媒ポンプおよび冷媒サービスバルブと、前記溶液配管に設けられた溶液ポンプおよび溶液サービスバルブと、前記複数のシェルのいずれか一つのシェルの気相部に接続されたサービスバルブと、前記複数のシェルの気相部同士を接続し、開閉バルブが設けられた連通管と、を備える。

また、本発明の他の形態に係る吸収式冷凍機は、蒸発器と、吸収器と、補助吸収器と、補助再生器と、再生器と、凝縮器と、を備え、前記蒸発器および前記吸収器は、低圧シェルに収容され、前記補助吸収器および前記補助再生器は、中圧シェルに収容され、前記再生器および前記凝縮器は、高圧シェルに収容され、前記低圧シェルには、前記蒸発器の底部から前記蒸発部の上部まで延び、冷媒を流すための第１冷媒配管が接続され、前記低圧シェルおよび前記高圧シェルには、前記凝縮器の底部から前記蒸発器の底部まで延び、冷媒を流すための第２冷媒配管が接続され、前記低圧シェルおよび前記中圧シェルには、前記吸収器の底部から前記補助再生器の上部まで延び、溶液を流すための第１溶液配管と、前記補助再生器の底部から前記吸収器の上部まで延び、溶液を流すための第２溶液配管とが接続され、前記中圧シェルおよび前記高圧シェルには、前記補助吸収器の底部から前記再生器の上部まで延び、溶液を流すための第３溶液配管と、前記再生器の底部から前記補助吸収器の上部まで延び、溶液を流すための第４溶液配管とが接続され、前記第１冷媒配管には、冷媒ポンプおよび冷媒サービスバルブが設けられ、前記第１溶液配管および前記第２溶液配管の少なくともいずれか一方には、溶液ポンプおよび溶液サービスバルブが設けられ、前記第３溶液配管および前記第４溶液配管の少なくともいずれか一方には、溶液ポンプおよび溶液サービスバルブが設けられ、前記低圧シェル、前記中圧シェル、および前記高圧シェルのいずれか一つのシェルの気相部には、サービスバルブが接続され、前記低圧シェル、前記中圧シェル、および前記高圧シェルの気相部同士が、開閉バルブが設けられた連通管により連通可能に接続されている。

本発明によれば、冷媒および溶液の機外への取出し、冷媒および溶液の機内への封入を容易に行うことができる吸収式冷凍機を提供することができる。

本発明の実施形態に係る吸収式冷凍機のサイクル系統図である。

以下、本発明の具体的実施例を、図面を用いて説明する。なお、各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。

本発明の実施形態に係る吸収式冷凍機１００について図１を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態に係る吸収式冷凍機１００のサイクル系統図である。

先ず、吸収式冷凍機１００の全体構成について説明する。吸収式冷凍機１００は、低圧側サイクルの熱交換器要素と、高圧側サイクルの熱交換器要素とを備える。低圧側サイクルの熱交換器要素は、蒸発器１（Ｅ）と、吸収器９（Ａ）と、補助再生器１７（ＡＧ）と、低圧側溶液熱交換器１６とを有する。高圧側サイクルの熱交換器要素は、補助吸収器２４（ＡＡ）と、再生器３３（Ｇ）と、凝縮器４１（Ｃ）と、高圧側溶液熱交換器３１とを有する。図１のサイクルは、低圧側サイクルと高圧側サイクル内の溶液が、それぞれ独立して循環する２段吸収サイクルとなっており、単効用サイクルより低い熱源温度で対応できるサイクルとなっている。

吸収式冷凍機１００は、さらに、冷媒配管７、４５と、溶液配管１５、２３、３０、３９と、冷媒ポンプ６と、溶液ポンプ１４、２２、２９、３８と、サービスバルブ５０、５１、５２、５３、５４、６４と、連通管６０、６２と、開閉バルブ６１、６３とを備える。また、蒸発器１および吸収器９は低圧シェル７０に、補助再生器１７および補助吸収器２４は中圧シェル７１に、再生器３３おおび凝縮器４１は高圧シェル７２に収容されている。各シェル７０、７１、７２は、炭素鋼または銅合金により構成された缶体である。サービスバルブ５０は冷媒サービスバルブに、サービスバルブ５１、５２、５３、５４は溶液サービスバルブに相当する。

冷媒配管７は、低圧シェル７０に接続され、蒸発器１の底部から蒸発部１の上部まで延びている。冷媒配管４５は、低圧シェル７０および高圧シェル７２に接続され、凝縮器４１の底部から蒸発器１の底部まで延びている。溶液配管１５は、低圧シェル７０および中圧シェル７１に接続され、吸収器９の底部から補助再生器１７の上部まで延びている。溶液配管２３は、低圧シェル７０および中圧シェル７１に接続され、前記補助再生器の底部から前記吸収器の上部まで延びている。溶液配管３０は、中圧シェ７１ルおよび高圧シェル７２に接続され、補助吸収器２４の底部から再生器３３の上部まで延びている。溶液配管３９は、中圧シェ７１ルおよび高圧シェル７２に接続され、再生器３３の底部から補助吸収器２４の上部まで延びている。冷媒配管７は第１冷媒配管に、冷媒配管４５は第２冷媒配管に、溶液配管１５は第１溶液配管に、溶液配管２３は第２溶液配管に、溶液配管３０は第３溶液配管に、溶液配管３９は第４溶液配管に相当する。

次に、吸収式冷凍機１００の動作について説明する。

蒸発器１では、冷媒ポンプ６で蒸発器１下部に溜められた冷媒が、冷媒配管７を通って散布装置２に導かれ、熱交換器３の伝熱管外に散布される。散布された冷媒は、熱交換器３の伝熱管内を流れる冷水に加熱され一部冷媒蒸気となり、エリミネータ８を介して吸収器９に導かれる。このときに、冷媒が蒸発する際の蒸発潜熱を利用し熱交換器３の伝熱管内を流れる冷水を冷却する。熱交換器３には、冷水配管４、５が接続され負荷側に冷熱を供給するための冷水が通水される。

吸収器９では、補助再生器１７で濃縮された溶液が、散布装置１０から熱交換器１１の伝熱管外に散布される。散布された溶液は、蒸発器１からの冷媒蒸気を吸収し濃度が薄くなった後、溶液配管１５途中に設置した溶液ポンプ１４で低圧側溶液熱交換器１６を通って補助再生器１７に導かれる。熱交換器１１の伝熱管内には、溶液が冷媒蒸気を吸収する際に発生する吸収熱を取り除くために冷却水が通水される。熱交換器１１には、冷却水配管１２、１３が接続されている。

補助再生器１７では、吸収器９で濃度の薄くなった溶液が、散布装置１８から熱交換器１９の伝熱管外に散布される。散布された溶液は、熱交換器１９の伝熱管内を流れる熱源媒体で加熱され、濃度の濃い溶液と冷媒蒸気に分離される。濃度の濃い溶液は、溶液配管２３途中に設置した溶液ポンプ２２で、低圧側溶液熱交換器１６を通って吸収器９に導かれる。濃度の濃い溶液から分離した冷媒蒸気は、エリミネータ３２を介して補助吸収器２４に導かれる。熱交換器１９には、熱源媒体配管２０、２１が接続されている。

補助吸収器２４では、再生器３３で濃縮された溶液が、散布装置２５から熱交換器２６の伝熱管外に散布される。散布された溶液は、補助再生器１７からの冷媒蒸気を吸収して濃度が薄くなった後、溶液配管３０途中に設置した溶液ポンプ２９で高圧側溶液熱交換器３１を通って再生器３３に導かれる。熱交換器２６の伝熱管内には、溶液が冷媒蒸気を吸収する際に発生する吸収熱を取り除くために冷却水が通水される。熱交換器２６には、冷却水配管２７、２８が接続されている。

再生器３３では、補助吸収器２４で濃度の薄くなった溶液が、散布装置３４から熱交換器３７の伝熱管外に散布される。散布された溶液は、熱交換器３７の伝熱管内を流れる熱源媒体で加熱され、濃度の濃い溶液と冷媒蒸気に分離される。濃度の濃い溶液は、溶液配管３９途中に設置した溶液ポンプ３８で、高圧側溶液熱交換器３１を通って補助吸収器２４に導かれる。濃度の濃い溶液から分離した冷媒蒸気は、バッフル４０を介して凝縮器４１に導かれる。熱交換器３７には、熱源媒体配管３５、３６が接続されている。

凝縮器４１では、再生器３３で濃度の濃い溶液から分離した冷媒蒸気が、熱交換器４２の伝熱管内を流れる冷却水で冷却され、凝縮液化される。凝縮液化された冷媒は、冷媒配管４５を通って蒸発器１に導かれる。熱交換器４２には、冷却水配管４３、４４が接続される。

以上のように、本実施形態に係る吸収式冷凍機１００では、運転中の動作圧力が、低圧となる蒸発器１と吸収器９が同じになり、中圧となる補助吸収器２４と補助再生器１７が同じになり、高圧となる再生器３３と凝縮器４１が同じになる。つまり、図１の２段吸収サイクルは、運転中の動作圧力が互いに異なる３つのシェル７０、７１、７２で構成されることになる。

なお、本実施形態においては、溶液（吸収剤）として臭化リチウム水溶液を使用し、また冷媒として水を使用している。

本実施形態の吸収式冷凍機１００では、サービスバルブ５０は、冷媒配管７における冷媒ポンプ６の吸込み側に設けられ、サービスバルブ５１は、溶液配管１５における溶液ポンプ１４の吸込み側に設けられ、サービスバルブ５２は、溶液配管２３における溶液ポンプ３８の吸込み側に設けられ、サービスバルブ５３は、溶液配管３０における溶液ポンプ２９の吸込み側に設けられ、サービスバルブ５４は、溶液配管３９における溶液ポンプ３８の吸込み側に設けられている。連通管６０は、吸収器９の気相部と補助吸収器２４の気相部とを連通するように、低圧シェル７０と中圧シェル７１とに接続され、連通管６０に開閉バルブ６１が設けられている。連通管６２は、補助再生器１７の気相部と再生器３３の気相部とを連通するように、中圧シェル７１と高圧シェル７２とに接続され、連通管６２に開閉バルブ６３が設けられている。サービスバルブ６４は、低圧シェル７０に対し、蒸発器１の気相部に相当する位置に設けられている。

次に、吸収式冷凍機１００のサイクル内への冷媒および溶液の封入方法について説明する。

冷媒および溶液の封入時には、運転停止状態の吸収式冷凍機１００において、開閉バルブ６１、６３を開状態にし、低圧シェル７０、中圧シェル７１、および高圧シェル７２を互いに連通する状態にする。この状態で、サービスバルブ６４に接続した図示せぬ真空ポンプにより、低圧シェル７０、中圧シェル７１、および高圧シェル７２の真空引きを行う。

この状態で、サービスバルブ５０を介して冷媒を吸込ませて、サイクル内に冷媒を封入する。

低圧側サイクルへの溶液の封入は、吸収器９内へサービスバルブ５１から溶液を吸込ませ、補助再生器１７内へサービスバルブ５２から溶液を吸込ませて行う。または、吸収器９と補助再生器１７の一方に溶液を封入し、吸収器９内に溜めたときは、溶液ポンプ１４を循環させ補助再生器１７内に溶液を供給し、補助再生器１７内に溶液を溜めたときには、溶液ポンプ２２を循環させ吸収器９内に供給すことで、必要量の溶液を低圧側サイクル内に封入してもよい。

高圧側サイクルへの溶液の封入は、補助吸収器２４内へサービスバルブ５３から吸込ませ、再生器３３内へサービスバルブ５４から吸込ませて行う。または、補助吸収器２４と再生器３３の一方に溶液を封入し、補助吸収器２４内に溜めたときは、溶液ポンプ２９を循環させ再生器３３内に溶液を供給し、再生器３３内に溶液を溜めたときには、溶液ポンプ３８を循環させ補助吸収器２４内に供給すことで、必要量の溶液を高圧側サイクル内に封入してもよい。

冷媒および溶液の封入が完了すると、冷媒配管７内には冷媒が供給され、溶液配管１５、２３、３０、３９内に溶液が供給され、冷媒配管４５内には冷媒の封入量が冷媒配管４５の蒸発器１側の出口部より低ければ、冷媒配管４５で気相部が連通するが、冷媒配管４５の蒸発器１側の出口部より高いと冷媒配管４５内に冷媒が供給されることになる。

大気中から冷媒および溶液を封入するので、空気が含まれた状態で冷媒および溶液が封入されることになる。このため、サイクル内で冷媒および溶液から脱気した空気も機外に排出する必要があるため、冷媒および溶液の封入後にさらに真空ポンプで真空引きする必要がある。

本実施形態によれば、連通管６０の開閉バルブ６１を開け、連通管６２の開閉バルブ６３を開けることによって、溶液配管１５、２３、３０、３９内の溶液によるＵシールに影響されること無く、すべてのシェル７０、７１、７２内の気相部を同じ圧力にすることができる。これにより、サービスバルブ６４の１箇所から真空ポンプで真空引きすることで、すべてのシェル７０、７１、７２から脱気することができる。

また、機内に冷媒および／または溶液を追加封入するときにも、連通管６０の開閉バルブ６１を開け、連通管６２の開閉バルブ６３を開けることによって、冷媒配管４５内の冷媒、溶液配管１５、２３、３０、３９内の溶液によるＵシールに影響されること無く、すべてのシェル７０、７１、７２内の気相部を同じ圧力にすることができる。これにより、サービスバルブ６４の１箇所から真空ポンプで真空引きすることで、追加封入した冷媒や溶液から脱気することができる。

さらに、機内で発生した不凝縮ガスおよび漏れによる不凝縮ガスが混入した場合にも、連通管６０の開閉バルブ６１を開け、連通管６２の開閉バルブ６３を開けることによって、冷媒配管４５内の冷媒、溶液配管１５、２３、３０、３９内の溶液によるＵシールに影響されること無く、すべてのシェル７０、７１、７２内の気相部を同じ圧力にすることができる。これにより、サービスバルブ６４の１箇所から真空ポンプで真空引きすることで、不凝縮ガスを機外に排出することができる。

次に、吸収式冷凍機１００内から冷媒および溶液を取出す方法について説明する。

吸収式冷凍機１００のメンテナンスにおいて、機内の圧力を大気圧以上にして冷媒、溶液を機外に取出すことがある。具体的には、運転停止状態の吸収式冷凍機１００において、開閉バルブ６１、６３を開状態にし、低圧シェル７０、中圧シェル７１、および高圧シェル７２を互いに連通する状態にする。この状態で、サービスバルブ６４を介して窒素ガス等を機内に流し込み、低圧シェル７０、中圧シェル７１、および高圧シェル７２内を大気圧以上に加圧する。加圧完了後、サービスバルブ５０、５１、５２、５３、５４を開状態にすることにより、蒸発器１の冷媒、吸収器９の溶液、補助再生器１７の溶液、補助吸収器２４の溶液、および再生器３３の溶液を機外に取り出すことができる。

このように、連通管６０の開閉バルブ６１を開け、連通管６２の開閉バルブ６３を開けることによって、冷媒配管４５内の冷媒、溶液配管１５、２３、３０、３９内の溶液によるＵシールに影響されること無く、すべての要素の気相部を同じ圧力にすることができる。これにより、サービスバルブ６４の１箇所から窒素ガスなどで加圧することで、すべてのシェル７０、７１、７２を同時に加圧することができる。加圧完了後は、サービスバルブ５０、５１、５２、５３、５４を介して、冷媒および溶液を機外に取出すことができる。

特に、本実施形態では、図１のように運転中の動作圧力が異なる３つのシェル７０、７１、７２を、各シェル７０、７１、７２の上端を同程度の高さ位置となるように並列に配置した。すなわち、３つのシェル７０、７１、７２は、水平方向に並列に配置されている。これにより、冷媒および溶液を機内に封入し、冷媒および溶液を機外に排出するための、サービスバルブ５０、５１、５２、５３、５４を低く同程度の高さ位置に配置することができるので、メンテナンス時の作業性の向上を図ることができる。なお、３つのシェル７０、７１、７２は、サービスバルブ５０、５１、５２、５３、５４を同程度の高さに配置できるのであれば、正確に水平に配置される必要はなく、実質的に水平方向（略水平方向）に配置されていればよい。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

例えば、上記実施形態では、サービスバルブ６４は、低圧シェル７０の蒸発器１に設置するとしたが、これに限らず、他のシェル７１、７２のいずれかに設置してもよいし、２以上のシェルに設置してもよい。また、冷媒、溶液への機内への封入、機外への取出しで使用するサービスバルブは、図１では、冷媒ポンプ６、溶液ポンプ１４、２２、２９、３８の吸込み側に設置するとしたが、吐出し側でもよい。少なくとも冷媒ポンプ６、溶液ポンプ１４、２２、２９、３８の吸込み側および吐出し側の一方に設置すれば、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、図１において点線で示すように、連通管６５により低圧シェル７０の気相部と高圧シェル７２の気相部とを接続し、連通管６５に開閉バルブ６６を設けるようにしてもよい。この場合、連通管６０および開閉バルブ６１と、連通管６２および開閉バルブ６３との一方は設けなくてもよい。

さらに、本発明の実施形態に係る吸収式冷凍機は、図１に示した２段吸収サイクルに限定されるものではなく、運転中の動作圧力が異なるシェルが複数（２以上）あるものであれば、シェル同士を開閉バルブを設けた連通管で接続し、いずれかのシェルの１つの気相部にサービスバルブを設置し、冷媒ポンプ、溶液ポンプの吸込み側と吐出し側の一方にサービスバルブを取付けることで、上記実施形態の吸収式冷凍機１００と同様の効果を得ることができる。

１：蒸発器
６：冷媒ポンプ
７、４５：冷媒配管
９：吸収器
１４、２２、２９、３８：溶液ポンプ
１５、２３、３０、３９：溶液配管
１７：補助再生器
２４：補助吸収器
３３：再生器
４１：凝縮器
５０、５１、５２、５３、５４、６４：サービスバルブ
６０、６２、６５：連通管
６１、６３、６６：開閉バルブ
７０：低圧シェル
７１：中圧シェル
７２：高圧シェル
１００：吸収式冷凍機

Claims (2)

1. 蒸発器と、吸収器と、補助吸収器と、補助再生器と、再生器と、凝縮器と、を備え、
   前記蒸発器および前記吸収器は、低圧シェルに収容され、
   前記補助吸収器および前記補助再生器は、中圧シェルに収容され、
   前記再生器および前記凝縮器は、高圧シェルに収容され、
   前記低圧シェルには、前記蒸発器の底部から前記蒸発器の上部まで延び、冷媒を流すための第１冷媒配管が接続され、
   前記低圧シェルおよび前記高圧シェルには、前記凝縮器の底部から前記蒸発器の底部まで延び、冷媒を流すための第２冷媒配管が接続され、
   前記低圧シェルおよび前記中圧シェルには、前記吸収器の底部から前記補助再生器の上部まで延び、溶液を流すための第１溶液配管と、前記補助再生器の底部から前記吸収器の上部まで延び、溶液を流すための第２溶液配管とが接続され、
   前記中圧シェルおよび前記高圧シェルには、前記補助吸収器の底部から前記再生器の上部まで延び、溶液を流すための第３溶液配管と、前記再生器の底部から前記補助吸収器の上部まで延び、溶液を流すための第４溶液配管とが接続され、
   前記第１冷媒配管には、冷媒ポンプおよび冷媒サービスバルブが設けられ、
   前記第１溶液配管および前記第２溶液配管の少なくともいずれか一方には、溶液ポンプおよび溶液サービスバルブが設けられ、
   前記第３溶液配管および前記第４溶液配管の少なくともいずれか一方には、溶液ポンプおよび溶液サービスバルブが設けられ、
   前記低圧シェル、前記中圧シェル、および前記高圧シェルのいずれか一つのシェルの気相部には、サービスバルブが接続され、
   前記低圧シェル、前記中圧シェル、および前記高圧シェルの気相部同士が、開閉バルブが設けられた連通管により連通可能に接続されている吸収式冷凍機。
2. 前記低圧シェル、前記中圧シェル、および前記高圧シェルは、略水平方向に並列に配置されている、請求項１に記載の吸収式冷凍機。

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