KR100348619B1 - Aftercooler and its manufacturing mathod for pulse tube refrigerator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 맥동관 냉동기의 에프터 쿨러 및 그 제조방법에 관한 것으로, 종래의 에프터 쿨러는 주물 주조나, 다이캐스팅 주조에 의한 제조 방식에 의해 제작되므로 인해 방열핀의 형상 및 갯수에 한계가 있어서 주어진 공간내에서의 방열 효과를 얻기가 매우 힘들어 저용량의 냉동기 외에는 사용할 수가 없는 한계가 따르고, 에프터 쿨러의 몸체부가 매우 두껍기 때문에 냉동기 전체의 중량을 증가시키는 요인이 되며, 제조 방식에 따른 높은 제조 원가가 소요되는 등의 많은 문제점이 있었던 바, 본 발명은 에프터 쿨러가 튜브의 외주면에 복수개의 방열핀이 일체형으로 된 열교환기와, 상기 열교환기의 튜브 양단에 삽입되어 밀착 결합되는 한쌍의 대향되는 구동 및 냉동 유니트 연결관으로 된 몸체부로 구성되어 에프터 쿨러의 제조 공정을 종래의 주물 주조 방식에 비해 에프터 쿨러의 방열 성능 및 콤팩트화의 한계를 극복하여 단순화시킬 수 있으므로써 제작 단가를 절감시킬 수 있고, 조립이 용이하여 생산성을 증대시킬 수 있으며, 에프터 쿨러의 크기를 대폭 줄이는 것이 가능하여 효과적으로 콤팩트화시킬 수 있고, 에프터 쿨러의 방열 성능을 향상시킬 수 있어서 고용량의 냉동기에 적용할 수 있게 된다.The present invention relates to an after cooler of a pulsating tube refrigerator and a method for manufacturing the same, and a conventional after cooler is manufactured by a casting method or a manufacturing method by die casting casting, so that the shape and number of heat radiating fins are limited in a given space. It is very hard to obtain the heat dissipation effect, so there is a limit that cannot be used except a low-capacity freezer, and the body portion of the aftercooler is very thick, which increases the weight of the whole freezer, and requires high manufacturing cost according to the manufacturing method. Since there are many problems, the present invention is an aftercooler comprising a heat exchanger having a plurality of heat dissipation fins integrally formed on the outer circumferential surface of the tube, and a pair of opposing driving and refrigeration unit connecting tubes which are inserted into and coupled to both ends of the tube of the heat exchanger. It is composed of a body to make the after-cooler manufacturing process conventional casting Compared to the casting method, the aftercooler can overcome the heat dissipation performance and the limitations of the compactness and can be simplified to reduce manufacturing costs, facilitate assembly, increase productivity, and significantly reduce the size of the aftercooler. Therefore, it can be effectively compacted, and the heat dissipation performance of the after cooler can be improved, so that it can be applied to a high capacity refrigerator.
Description
본 발명은 맥동관 냉동기의 에프터 쿨러 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 맥동관 냉동기의 구동 및 냉동 유니트 사이에 설치되는 에프터 쿨러의 제조 공정을 단순화시킬 수 있으며, 에프터 쿨러의 방열 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to an after cooler of the pulsating tube refrigerator and a method of manufacturing the same, and more particularly, to simplify the manufacturing process of the after cooler installed between the driving and the refrigeration unit of the pulsating tube refrigerator, and to improve the heat dissipation performance of the after cooler. It is to help improve.
일반적으로, 소형 전자부품 및 초전도체의 냉각을 위한 극저온 냉동기로는 스터링 냉동기(Stirling Refrigerator), 및 지엠 냉동기(GM Refrigerator) 등의 열재생식 냉동기가 주로 사용되고 있는 데, 이러한 냉동기들은 그 신뢰성을 높이기 위해서 운전 속도를 낮게 하거나, 마찰이 발생하는 실링 재료의 형상, 그리고 운동하는 부분을 없애는 방법 등이 모색되고 있다.In general, a cryogenic freezer for cooling small electronic components and superconductors is mainly used a thermal regeneration refrigerator such as a Stirling Refrigerator and a GM Refrigerator, and these refrigerators operate to increase their reliability. There is a search for a method of lowering the speed, removing the shape of the sealing material in which friction occurs, and removing the moving part.
한편으로는, 장기간 보수가 필요없는 고신뢰성의 극저온 냉동기의 개발도 요구되고 있는 데, 이러한 극저온 냉동기중의 하나가 맥동관 냉동기(Pulse Tube Refrigerator)이다.On the other hand, the development of a highly reliable cryogenic freezer that does not require long-term maintenance is also required. One of such cryogenic freezers is a pulse tube refrigerator.
상기 맥동관 냉동기는 한 쪽이 막힌 관에 일정한 온도를 갖는 가스를 주기적으로 주입하여 압력을 변화시키면 가스의 유동에 난류 성분이 적을 때 매우 큰 온도 구배를 얻을 수 있다는 원리를 이용하여 관의 열린 쪽에서 극저온의 냉동을 구현하는 기기이며, 또한 상기 맥동관 냉동기는 평균 압력과 압력비가 낮아서 비교적 냉동 용량이 작고 신뢰성이 요구되는 냉동기로 사용하기에 적합한 스터링 냉동기의 변형으로서, 종래의 스터링 냉동기가 피스톤과 디스플레이서 등 두 개의 운동부를 갖는 데 비하여 맥동관 냉동기의 운동부는 별도의 압축기 하나만을 갖는 차이가 있다.On the open side of the tube, the pulsating tube freezer uses a principle that a large temperature gradient can be obtained when the pressure is changed by periodically injecting a gas having a constant temperature into one of the clogged tubes, when the flow of gas is small. It is a device that implements cryogenic refrigeration, and the pulsating tube freezer is a variation of a stirling freezer suitable for use as a freezer having a relatively low freezing capacity and requiring reliability because of a low average pressure and pressure ratio. Compared to having two moving parts such as standing, the moving part of the pulsating tube freezer is different from having only one separate compressor.
도 1은 종래의 맥동관 냉동기를 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1의 에프터 쿨러를 나타낸 종단면도이며, 도 3은 도 1의 에프터 쿨러를 나타낸 사시도로서, 종래의 맥동관 냉동기는 리니어 모터의 가동자에 결합된 피스톤이 별도의 윤활 작용없이 실린더를 직선 왕복 운동시키면서 작동 가스를 펌핑시킬 수 있도록 한 것으로, 상기 작동 가스의 왕복 운동을 발생시키는 구동 유니트(10)와, 상기 구동 유니트(10)에 의해 펌핑되면서 관내를 왕복 운동하는 작동 가스의 열역학적 사이클에 의해 극저온부를 갖게 되는 냉동 유니트(20)로 크게 구분된다.Figure 1 is a configuration diagram showing a conventional pulsating tube refrigerator, Figure 2 is a longitudinal sectional view showing the after cooler of Figure 1, Figure 3 is a perspective view showing the after cooler of Figure 1, the conventional pulsating tube refrigerator is a linear motor A piston coupled to the mover allows pumping of the working gas while linearly reciprocating the cylinder without additional lubricating action. The driving unit 10 generates the reciprocating motion of the working gas, and the driving unit 10. It is largely divided into a refrigeration unit (20) having a cryogenic portion by the thermodynamic cycle of the working gas reciprocating in the tube while being pumped by.
상기 냉동 유니트(20)는 구동 유니트(10)에서 펌핑된 작동 가스에 의해 내부의 작동 가스가 질량 유동되면서 양단부에서 압축과 팽창이 각각 발생되어 압축이 일어나는 압축부(22a)에서는 열을 발생시키는 반면 팽창이 일어나는 팽창부(22b)에서는 외부의 열을 흡수하는 맥동관(22)과, 상기 맥동관(22)의 압축부(22a)에 연결되어 왕복하는 작동 가스의 질량 유동과 압력 맥동 사이에 위상차를 발생시킴과 아울러 열적 평형을 이루도록 하는 오리피스(23)와, 상기 오리피스(23)에 연결되어 작동 가스가 일시 체류하는 리저버(24)와, 상기 맥동관(22)으로 펌핑되는 작동 가스의 열을 저장하였다가 맥동관(22)에서 구동 유니트(10)로 되돌아 가는 작동 가스의 온도를 보상하기 위한 재생기(21)로 구성된다.The refrigeration unit 20 generates heat in the compression unit 22a in which compression and expansion occur at both ends while the internal working gas flows in mass by the working gas pumped from the driving unit 10, thereby generating compression. In the expansion portion 22b where expansion occurs, the phase difference between the pressure pulsation and the mass flow of the pulsation tube 22 absorbing external heat and the working gas reciprocated by being connected to the compression portion 22a of the pulsation tube 22 Orifice 23 for generating thermal equilibrium, and a reservoir 24 connected to the orifice 23 to temporarily hold a working gas, and a heat of the working gas pumped into the pulsation tube 22. And a regenerator 21 for compensating for the temperature of the working gas which is stored and returned from the pulsation tube 22 to the drive unit 10.
한편, 상기 구동 유니트(10)와 냉동 유니트(20)의 재생기(21) 사이에는 에프터 쿨러(30a)가 설치되어 구동 유니트(10)에서 펌핑되는 고온 및 고압의 작동 가스를 외부로 방열시켜 우선 냉각시키는 역할을 하게 된다.On the other hand, an after cooler 30a is installed between the drive unit 10 and the regenerator 21 of the refrigerating unit 20 to heat the high-temperature and high-pressure working gas pumped by the drive unit 10 to the outside to cool first. It will play a role.
즉, 종래의 에프터 쿨러(30a)는 몸체부(30b)의 외주면에 복수개의 방열핀(30c)이 형성되어 구동 유니트(10)에서 고온 고압으로 압축된 헬륨 냉매가 에프터 쿨러(30a)의 내부를 통하여 유동하면서 냉매 가스의 열을 몸체부(30b)의 방열핀(30c)에 팬에 의해 공기를 흘려 보내주므로써 주위로 열을 방출시키게 된다.That is, in the conventional after cooler 30a, a plurality of heat dissipation fins 30c are formed on the outer circumferential surface of the body portion 30b, and the helium refrigerant compressed to high temperature and high pressure in the driving unit 10 is passed through the inside of the after cooler 30a. While flowing, the heat of the refrigerant gas is sent to the heat dissipation fins 30c of the body portion 30b by the fan to release heat to the surroundings.
그러나, 이와 같은 종래의 에프터 쿨러(30a)는 주물 주조나, 다이캐스팅 주조에 의한 제조 방식에 의해 제작되므로 인해 방열핀(30c)의 형상 및 갯수에 한계가 있어서 주어진 공간내에서의 방열 효과를 얻기가 매우 힘들어 저용량의 냉동기 외에는 사용할 수가 없는 한계가 따르고, 에프터 쿨러(30a)의 몸체부(30b)가 매우 두껍기 때문에 냉동기 전체의 중량을 증가시키는 요인이 되며, 제조 방식에 따른 높은 제조 원가가 소요되는 등의 많은 문제점이 있었다.However, since the conventional after cooler 30a is manufactured by a casting method or a manufacturing method by die casting casting, there is a limit in the shape and number of the heat radiating fins 30c, which makes it very difficult to obtain a heat radiating effect in a given space. It is difficult to use it except for a low-capacity freezer, and the body portion 30b of the after cooler 30a is very thick, which increases the weight of the entire refrigerator, and requires high manufacturing cost according to the manufacturing method. There were many problems.
따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 맥동관 냉동기의 구동 및 냉동 유니트 사이에 설치되는 에프터 쿨러의 제조 공정을 단순화시킬 수 있도록 하여 제작 단가의 절감과 아울러 에프터 쿨러를 콤팩트화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 에프터 쿨러의 방열 성능을 향상시킬 수 있도록 하여 고용량의 냉동기에 적용할 수 있는 맥동관 냉동기의 에프터 쿨러 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned problems, to simplify the manufacturing process of the after cooler installed between the drive and the refrigeration unit of the pulsating tube freezer to reduce the manufacturing cost and compact the after cooler In addition, the purpose of the present invention is to provide an after cooler of a pulsating tube refrigerator and a method of manufacturing the same, which can be applied to a high capacity refrigerator by improving the heat radiation performance of the after cooler.
도 1은 종래의 맥동관 냉동기를 나타낸 구성도1 is a configuration diagram showing a conventional pulsating tube refrigerator
도 2는 도 1의 에프터 쿨러를 나타낸 종단면도FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the after cooler of FIG. 1. FIG.
도 3은 도 1의 에프터 쿨러를 나타낸 사시도3 is a perspective view of the after cooler of FIG.
도 4는 본 발명에 따른 에프터 쿨러를 나타낸 종단면도4 is a longitudinal sectional view showing the after cooler according to the present invention.
도 5는 도 4의 에프터 쿨러의 방열핀과 튜브로 구성된 열교환기를 각각 나타낸 정면도 및 종단면도FIG. 5 is a front view and a longitudinal sectional view of a heat exchanger composed of heat dissipation fins and tubes of the after cooler of FIG. 4, respectively.
도 6은 도 4의 에프터 쿨러의 몸체부를 나타낸 종단면도6 is a longitudinal cross-sectional view showing a body portion of the after cooler of FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10; 구동 유니트 20; 냉동 유니트10; Drive unit 20; Refrigeration unit
21; 재생기 30; 에프터 쿨러21; Regenerator 30; After cooler
31; 튜브 32; 방열핀31; Tube 32; Heat dissipation fin
33; 열교환기 34; 구동 유니트 연결관33; Heat exchanger 34; Drive unit connector
35; 냉동 유니트 연결관 36; 몸체부35; Refrigeration unit connector 36; Body
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면 구동 유니트 및 냉동 유니트의 재생기 사이에 설치되어 구동 유니트에서 펌핑되는 고온 및 고압의 작동 가스를 외부로 방열시켜 우선 냉각시키기 위한 에프터 쿨러에 있어서, 상기 에프터 쿨러가, 상기 구동 유니트(10)에 연결되는 구동 유니트 연결관과 냉동 유니트에 연결되는 냉동 유니트 연결관이 서로 대향하게 결합되어 구성되는 몸체부와; 상기 몸체부의 구동 유니트 연결관과 냉동 유니트 연결관이 양측에서 삽입되어 그 내주면이 상기 구동 유니트 연결관 및 냉동 유니트 연결관의 외주면에 밀착되는 튜브와, 이 튜브의 외주면에 일정 피치 간격으로 복수개가 삽입되어 납땜에 의해 일체형으로 결합되는 원판 형상의 방열핀으로 구성되는 열교환기;를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 맥동관 냉동기의 에프터 쿨러가 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, in the after cooler is installed between the regenerator of the drive unit and the refrigeration unit to heat the high-temperature and high-pressure working gas pumped in the drive unit to the outside to cool first The after cooler, the body unit is configured to be coupled to the drive unit connecting pipe connected to the drive unit 10 and the refrigeration unit connecting pipe connected to the refrigeration unit facing each other; The drive unit connector and the refrigeration unit connector of the body part are inserted at both sides thereof, and the inner circumferential surface thereof is in close contact with the outer circumferential surfaces of the drive unit connector and the refrigeration unit connector, and a plurality of tubes are inserted into the outer circumferential surface of the tube at predetermined pitch intervals. It is provided with an after-cooler of the pulsating tube refrigerator, characterized in that it comprises a;
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면 구동 유니트 및 냉동 유니트의 재생기 사이에 설치되는 에프터 쿨러를 제작시 에프터 쿨러의 열교환기를 구성하는 튜브의 외주면에 원판 형상의 방열핀을 일정 피치 간격으로 복수개를 삽입시키는 단계와, 상기 튜브와 복수개의 방열핀 사이를 일체형으로 결합시키는 단계와, 상기 에프터 쿨러의 몸체부를 구성하는 한쌍의 대향되는 구동 및 냉동 유니트 연결관을 열교환기의 튜브 양단에 삽입하여 밀착 결합시키는 단계를 진행하도록 된 것을 특징으로 하는 맥동관 냉동기의 에프터 쿨러 제조방법이 제공된다.On the other hand, according to another aspect of the present invention for achieving the above object when manufacturing an after cooler installed between the regenerator of the drive unit and the refrigerating unit a disk-shaped heat-dissipating fin of a predetermined shape on the outer peripheral surface of the tube constituting the heat exchanger of the after cooler Inserting a plurality of gaps at intervals, integrally coupling the tube and the plurality of heat dissipation fins, and inserting a pair of opposing drive and refrigeration unit connectors constituting the body portion of the after cooler at both ends of the tube of the heat exchanger; Provided is an after cooler manufacturing method of the pulsating tube refrigerator, characterized in that to proceed to the step of tightly coupling.
이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention for achieving the above object will be described in detail.
도 4는 본 발명에 따른 에프터 쿨러를 나타낸 종단면도이고, 도 5는 도 4의 에프터 쿨러의 방열핀과 튜브로 구성된 열교환기를 각각 나타낸 정면도 및 종단면도이며, 도 6은 도 4의 에프터 쿨러의 몸체부를 나타낸 종단면도로서, 종래의 기술과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하여 본 발명을 설명한다.Figure 4 is a longitudinal sectional view showing an after cooler according to the present invention, Figure 5 is a front view and a longitudinal sectional view showing a heat exchanger consisting of a heat dissipation fin and a tube of the after cooler of Figure 4, Figure 6 is a body of the after cooler of Figure 4 As a longitudinal cross-sectional view which shows the part, the same code | symbol is attached | subjected about the same part as a prior art, and this invention is demonstrated.
본 발명은 맥동관 냉동기의 구동 유니트(10) 및 냉동 유니트(20)의 재생기(21) 사이에 설치되어 구동 유니트(10)에서 펌핑되는 고온 및 고압의 작동 가스를 외부로 방열시켜 우선 냉각시키기 위한 에프터 쿨러(30)가, 몸체부(36)과 열교환기(33)으로 구성된다.상기 몸체부(36)은 상기 구동 유니트(10)에 연결되는 구동 유니트 연결관(34)과 냉동 유니트(20)에 연결되는 냉동 유니트 연결관(35)이 서로 대향하게 결합되어 구성되며, 상기 열교환기(33)는 상기 몸체부(36)의 구동 유니트 연결관(34)과 냉동 유니트 연결관(35)이 양측에서 삽입되어 그 내주면이 구동 유니트 연결관(34) 및 냉동 유니트 연결관(35)의 외주면에 밀착되는 튜브(31)와 이 튜브(31)의 외주면에 일정 피치 간격으로 복수개가 삽입되어 납땜에 의해 일체형으로 결합되는 원판 형상의 방열핀(32)으로 구성된다.바꾸어 말하면, 상기 열교환기(33)의 튜브(31)가 상기 몸체부(36)의 구동 유니트 연결관(34)과 냉동 유니트 연결관(35)의 외주면에 밀착되는 상태로 씌워지는 것이다.The present invention is installed between the drive unit 10 of the pulsating tube refrigerator and the regenerator 21 of the refrigerating unit 20 to heat the high-temperature and high-pressure working gas pumped from the drive unit 10 to the outside to cool first. The after cooler 30 is composed of a body 36 and a heat exchanger 33. The body 36 is a drive unit connecting pipe 34 and a refrigeration unit 20 connected to the drive unit 10. Refrigeration unit connecting pipe 35 connected to each other is configured to be opposed to each other, the heat exchanger 33 is the drive unit connecting pipe 34 and the freezing unit connecting pipe 35 of the body portion 36 A plurality of tubes 31 are inserted at both sides and inserted into the outer circumferential surfaces of the tube 31 and the outer circumferential surfaces of the drive unit connector 34 and the refrigeration unit connector 35 at regular pitch intervals. Comprised of disk-shaped heat dissipation fins 32 integrally coupled by In other words, to which tubes 31 of the heat exchanger 33 is covered in a state in close contact with the outer peripheral surface of the driving unit connector 34 and the refrigerating unit, connected to pipe 35 of the body portion 36.
상기와 같이 구성된 본 발명은 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 맥동관 냉동기의 구동 유니트(10) 및 냉동 유니트(20)의 재생기(21) 사이에 설치되어 구동 유니트(10)에서 펌핑되는 고온 및 고압의 작동 가스를 외부로 방열시켜 우선 냉각시키기 위한 에프터 쿨러(30)를 제작하고자 할 때에는 먼저, 에프터 쿨러(30)의 열교환기(33)를 구성하는 튜브(31)의 외주면에 원판 형상의 방열핀(32)을 일정 피치 간격으로 복수개를 삽입시킨 후, 상기 튜브(31)와 복수개의 방열핀(32) 사이를 납땜에 의해 일체형으로 결합시킨다.4 to 6, the present invention configured as described above is installed between the driving unit 10 of the pulsating tube refrigerator and the regenerator 21 of the refrigerating unit 20 to be pumped by the driving unit 10. In order to manufacture the after cooler 30 for firstly dissipating the high-temperature and high-pressure working gas to the outside, first, a disc shape is formed on the outer circumferential surface of the tube 31 constituting the heat exchanger 33 of the after cooler 30. After inserting a plurality of radiating fins 32 at a predetermined pitch interval, the tube 31 and the plurality of radiating fins 32 are integrally coupled by soldering.
그 다음, 상기 에프터 쿨러(30)의 몸체부(36)를 구성하는 한쌍의 대향되는 구동 및 냉동 유니트 연결관(34)(35)을 상기 열교환기(33)의 튜브(31) 양단에 삽입하여 밀착시키므로써 에프터 쿨러(30)를 용이하게 제작할 수 있게 된다.Then, a pair of opposing driving and refrigeration unit connecting pipes 34 and 35 constituting the body portion 36 of the after cooler 30 is inserted into both ends of the tube 31 of the heat exchanger 33. By being in close contact, the after cooler 30 can be easily manufactured.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 맥동관 냉동기의 구동 및 냉동 유니트 사이에 설치되는 에프터 쿨러의 제조 공정을 종래의 주물 주조 방식에 비해 에프터 쿨러의 방열 성능 및 콤팩트화의 한계를 극복하여 단순화시킬 수 있으므로써 제작단가를 절감시킬 수 있고, 조립이 용이하여 생산성을 증대시킬 수 있으며, 에프터 쿨러의 크기를 대폭 줄이는 것이 가능하여 효과적으로 콤팩트화시킬 수 있고, 에프터 쿨러의 방열 성능을 향상시킬 수 있어서 고용량의 냉동기에 적용할 수 있는 등의 많은 장점이 구비된 매우 유용한 발명이다.As described above, the present invention simplifies the manufacturing process of the after cooler installed between the drive of the pulsating tube refrigerator and the refrigeration unit by overcoming the limitations of the heat dissipation performance and compactness of the after cooler compared to the conventional casting casting method. It can reduce the manufacturing cost, increase the productivity by easy assembly, and can greatly reduce the size of the after cooler, which can be effectively compacted, and the heat dissipation performance of the after cooler can be improved. It is a very useful invention equipped with many advantages such as being applicable to the refrigerator.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 의해 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and is generally defined in the technical field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the following claims. Anyone with knowledge of the world will be able to make various changes.
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