KR100616636B1 - Flow path switching valve for oxygen generator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산소발생기용 유로절환밸브에 관한 것이다. 공기압 또는 유압을 사용하는 유공압 회로에서 1개의 입력포트와, 1개의 출력 포트와, 2개의 입출력 포트를 갖는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 의한 산소발생기용 유로절환밸브는 1개의 절환밸브를 적용하여도 2개의 유로에 대한 절환을 수행 할 수 있으므로 다수개의 단속밸브 또는 2개 이상의 3포트 유로절환밸브로 상기의 공압회로를 구성할수 있는 장점이 있다. 또한 공기압을 이용하여 절환변과 밸브베이스 사이를 가압하여 밀폐하도록 구성되어 밸브의 크기를 기존방식보다 획기적으로 감소 시킬수 있으며 압축공기를 분배하는 절환변과 밸브베이스사이에 과대한 밀폐압이 작용하지 않으므로 밀폐면 사이의 마찰력이 감소하므로 마모가 적고 사용수명이 획기적으로 향상되고 전체 밸브크기가 작아지므로 각 부품의 원가가 획기적으로 절감된다.The present invention relates to a flow path switching valve for an oxygen generator. In the pneumatic or pneumatic circuit using pneumatic or hydraulic pressure, it has one input port, one output port, and two input / output ports. Therefore, the flow path switching valve for the oxygen generator according to the present invention can switch between two flow paths even if one switching valve is applied, so that the pneumatic circuit can be replaced with a plurality of control valves or two or more three-port flow path switching valves. There is an advantage to configure. In addition, it is configured to pressurize between the switching valve and the valve base by using air pressure, which can significantly reduce the size of the valve compared to the conventional method, and since excessive closing pressure is not applied between the switching valve and the valve base for distributing compressed air. Frictional force between the sealing surfaces is reduced, so wear is reduced, service life is dramatically improved, and the overall valve size is reduced, which greatly reduces the cost of each part.
구동모터, 절환변, 밸브베이스, 가압스프링, 밸브바디 Drive motor, changeover valve, valve base, pressure spring, valve body
Description
도 1은 종래의 산소발생기에 대한 사시도 이고,1 is a perspective view of a conventional oxygen generator,
도 2은 본 발명에 따른 산소발생기용 유로절환밸브에 대한 외관도 이고,2 is an external view of a flow path switching valve for an oxygen generator according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 산소발생기용 유로절환밸브에 대한 분해 사시도 이고,3 is an exploded perspective view of a flow path switching valve for an oxygen generator according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 산소발생기용 유로절환밸브에 대한 단면도 이고,4 is a cross-sectional view of a flow path switching valve for an oxygen generator according to the present invention,
도 5은 본 발명에 따른 산소발생기용 유로절환밸브에 대한 단면을 나타낸 사시도 이고,Figure 5 is a perspective view showing a cross section of the flow path switching valve for the oxygen generator according to the present invention,
도 6은 본 발명에 따른 산소발생기용 유로절환밸브의 주요부품에 대한 평면도 이고,6 is a plan view of the main parts of the flow path switching valve for the oxygen generator according to the present invention,
도 7은 본 발명에 따른 산소발생기용 유로절환밸브가 적용된 산소발생장치의 예시도 이고,Figure 7 is an illustration of an oxygen generating device applied a flow path switching valve for the oxygen generator according to the present invention,
도 8은 본 발명에 따른 산소발생기용 유로절환밸브의 작동을 설명한 설명도이다.8 is an explanatory view for explaining the operation of the flow path switching valve for the oxygen generator according to the present invention.
*도면의 주요부에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for main parts of drawings *
1; 입구 2:출구One; Inlet 2: Outlet
3a; 제1포트 3b; 제2포트3a;
10; 구동모터 20; 밸브바디10;
22; 구동모터 지지부 21; 모터축 삽입공22;
23; 유체 유입구 26; 유입통공23;
24; 밸브실 30; 밸브 샤프트24; Valve
40; 가압스프링 50; 절환변40;
51; 구동샤프트 형합홈 52; 스프링 지지부51; Drive
53; 폐쇄격막 54; 개구부53; Closed
55; 중심공 56; 밀폐면55; Central hole 56; Airtight
57; 연통홈 58; 회수공57;
60; 밸브베이스 61; 구동샤프트 지지공60; Valve
62; 수직통공 63a, 63b; 제1, 제2통공62;
64a, 64b; 제1, 제2입출공 65; 밀폐면64a, 64b; First and second entrance and
66; 제2실링 67; 유체출구66;
70; 피팅70; fitting
본 발명은 산소발생기 관련되며, 상세하게는 흡착식 산소발생기에 적용되는 압축공기를 산소발생기에 분배하여 공급하는 절환밸브로서 내구성을 향상시키며 제조원가를 획기적으로 감소시킬 수 있다.The present invention relates to an oxygen generator, and in detail, as a switching valve for distributing and supplying compressed air to an oxygen generator, which is applied to an adsorption-type oxygen generator, to improve durability and to drastically reduce manufacturing costs.
흡착식 산소발생기는 공기중에 포함되어있는 산소를 분리하는 것으로서 인조결정체인 지오라이트 모리큐라시브(ZEOLITE MOLECUIAR SIEVE)를 이용하는 것이 일반적이다. 공기중에서 산소를 분리하는 원리는 공기를 구성하는 공기분자들이 상기 지오라이트 모리큐라시브에 대한 흡착력이 다른 것을 이용한다. 공기가 지오라이트 모리큐라시브가 채워진 흡착관으로 흡입되면 지오라이트 모리큐라시브에 대한 친화력의 차이에 따라 층을 이루어 흡착된다. 질소분자가 산소분자보다 지오라이트 모리큐라시브에 대한 흡착도가 높으므로 이를 이용하여 산소를 분리할수있다.Adsorption oxygen generator is to separate the oxygen contained in the air, it is common to use the artificial crystal ZEOLITE MOLECUIAR SIEVE. The principle of separating oxygen from the air is that the air molecules constituting the air use different adsorptive force to the geolite moricurassib. When the air is sucked into the adsorption tube filled with geolite moricurassib, it is adsorbed in layers according to the difference in affinity for the geolite moricurassib. Nitrogen molecules have higher adsorption to zeolite moricurassib than oxygen molecules, so oxygen can be separated using them.
도 1은 종래의 흡착식 산소발생기의 개략도를 도시한것이다. 도시된 바와 같이 종래의 산소발생기용 절환밸브는 컴프레서(20)에서 발생된 고압의 공기가 회전밸브(30)로 인입되고 인입된 공기는 상기 회전밸브(30)의 일측면에 구비된 원판형상의 밸브하우징(31)의 공급구(32)로 인입된다. 상기 밸브하우징(31)의 공기공급구(32) 반대측면에는 원형의 평면으로 이루어진 밀폐면이 형성되어 있고 그 중심에서 일정거리 이격되어 일정 회전간격으로 다수개의 기체출입구(33)이 형성되어 있다. 또한 상기 하우징(31)과 밀착되어, 고압 압축공기의 분배를 제어하는 작동체(34)가 가압스프링(37)에 의해 탄지 되어 회전하도록 되어있다.Figure 1 shows a schematic diagram of a conventional adsorption oxygen generator. As shown in the related art, the switching valve for the oxygen generator has a disk-shaped disc provided at one side of the
또한 상기 작동체가 압축공기 공급구(32)와 적어도 하나의 기체출입구(33)가 오픈될 수 있도록 형성된 압축공기 분배홈(35)과; 적어도 하나의 상기 기체출입구(33)가 오픈 될 수 있으며 외부와 연통되도록 형성된 기체 배출홈(36)을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the actuator is a compressed air distribution groove (35) formed so that the compressed
상기한바 대로 종래의 산소발생기용 절환밸브는 산소발생과정에서 분리된 질소를 작동체(34)에 형성된 배출홈(36)을 통하여 대기중으로 배출시키므로 대기중의 질소농도가 높아지게 하는 원인을 제공하게 되며, 상기 밸브하우징(31)과 자동체(34)가 밀착되어 설치되므로 상기 공급구(32)로 인입된 고압기체가 외부로의 유출이 되지 않고 상기 분배홈(35)을 따라 상기 기체출입구(33)로 이동 되어진다. 그러나 상기 압축공기 공급구(32)로 인입된 고압공기는 상기 작동체(34)에 형성된 분배홈(35) 내부를 흐르며 높은 압력이 상기 분배홈(35)내벽에 인가된다. 따라서 분배홈 내부의 압축공기는 작동체(34)를 상기 밸브하우징(31)의 반대측으로 가압하여 밀게 되어 상기 밸브하우징(31)으로부터 작동체(34)가 부상되어 이격되며, 이격된 틈새로 압축공기가 누설된다.As described above, the conventional switching valve for the oxygen generator discharges the nitrogen separated in the oxygen generation process into the atmosphere through the
상기한 바대로 종래의 산소발생기용 절환밸브의 경우 압축공기의 공기압에 의한 작동체(34)의 부상을 방지하기위해 상기 공기압보다 큰 탄지력을 갖는 가압스프링(37)을 구비하여 상기 작동체(34)를 밸브하우징(31)측으로 가압해야한다. 따라서 상기 가압스프링(37)은 상당히 큰 탄성계수를 가져야 하므로 외형이 크게 된다.As described above, in the case of the conventional switching valve for oxygen generator, the actuator (37) is provided with a pressure spring (37) having a holding force larger than the air pressure in order to prevent the floating of the actuator (34) by the air pressure of the compressed air. 34) must be pressurized to the valve housing (31). Therefore, the
상기 작동체(34)에 형성된 분배홈(35)이 어느 특정의 기체출입구(33)에 위치될 경우, 초기에는 상기 기체출입구(33)에 연통된 모리큐라시브 탱크의 압력이 낮은 상태이나 압축공기가 연통된 모리큐라시브 탱크로 유입되면서 탱크내 압력이 증가 하게 되므로 상기 작동체(34)의 회동에 따라 상기 분배홈(35) 내부의 압축공기압도 증감을 반복하게 된다. When the
상기 작동체(34)가 밸브하우징(31)을 가압하여 밀착시키는 힘은 가압스프링(37)의 탄지력에서 분배홈(35) 내부의 압축공기압을 뺀 값이 되고 상기한 바와 같이 분배홈(35) 내부의 압축공기압이 증감을 반복 하므로 상기 작동체(34)가 밸브하우징(31)을 가압하여 밀착시키는 힘도 작동체(34)의 회동에 따라 주기적으로 증감을 계속 한다.The force that the
따라서 종래의 산소발생기용 절환밸브는 상기 분배홈(35)에 인가되는 공기압이 증가할 경우 상기 작동체(34)가 밸브하우징(31)과 상대적으로 약한 힘으로 밀착되어 밀착면사이로 압축공기의 누설이 발생되며, 반대로 상기 분배홈(35)에 인가되는 공기압이 감소할 경우 상기 작동체(34)가 밸브하우징(31)과 상대적으로 강한 힘으로 밀착되어 밀착면간의 마찰력이 증가하므로 밀착면간의 마모가 증가하며 이로 인하여 과다한 회전구동토크가요구되며 큰 구동토크를 갖는 대형의 구동모터가 필요하다는 단점을 갖고, 상기한 바대로 산소발생과정에서 함께 발생된 질소 분자를 별도의 유로를 통하여 외부로 배출하지 않고 상기작동체(34)에 형성된 배출홈(36)을 통하여 밸브주변의 대기로 배출시키므로 대기의 질소농도가 높아지는 단점이 있었다.Therefore, in the conventional switching valve for oxygen generator, when the air pressure applied to the
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 밸브내로 인입된 압축공기압에 비례하는 압력이 상기 분배, 밀착면 사이에 인가되도록 하여 불필요하게 과대한 마찰토크가 밀착면간에 인가되지 않도록 하며, 또한 상기 분배 작동체를 구동시키는 구동토크를 저감시켜 상대적으로 소형의 구동모터로도 밸브를 구동시키는 것을 목적으로 한다. 또한 마찰토크가 감소되어 밀착면간의 마모가 감소하므로 밸브의 수명을 향상시키며 원가를 크게 감소시키는 산소발생기용 절환밸브를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.The present invention has been made to solve the above problems, so that a pressure proportional to the compressed air pressure drawn into the valve is applied between the distribution and the contact surface so that unnecessary excessive friction torque is not applied between the contact surfaces and the distribution It is an object to reduce the drive torque for driving the actuator and to drive the valve even with a relatively small drive motor. In addition, it is an object of the present invention to provide a switching valve for the oxygen generator to reduce the friction torque to reduce the wear between the contact surface to improve the life of the valve and to significantly reduce the cost.
상기 한 목적을 달성하기 위하여 원판형상의 절환변(50)이 일정각도 회동 가능하게 밸브실(24)내에 구비 되어 상기 절환변이 회전 구동함에 따라, 각 포트에 해당되는 유로의 절환이 이루어지도록 한 것이 본 발명의 특징이다.In order to achieve the above object, the disk-
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 구성 및 작동에 대하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3, 도 4, 도 5는 각각 본 발명에 따른 5포트 유로절환밸브의 분해사시도, 분해 사시도에 따른 단면도, 종단면도 로서,3, 4, and 5 are exploded perspective views, cross-sectional views, and longitudinal cross-sectional views, respectively, of the five-port flow path switching valve according to the present invention;
대략 원판형상의 하부에 형성된 평면상의 밀폐면(56)과, 중심으로부터 일정거리 이격된 부분에 일정각도 벌어져 형성된 개구부(54)와, 상기 개구부(54) 반대측에 원호 형상으로 형성된 회수공(58)과, 중앙부 하면에 형성되어 중심공(55)과, 상기 회수공(58)과 중심공(55)을 연결하는 연통홈(57)과, 상부에 형성되어 구동샤프트(30)가 형합되어 회동하도록 구동샤프트 형합홈(51)과, 상기 회수공(58)상부와 밸브실(24)과의 유체흐름을 폐쇄하는 폐쇄격막(53)이 각각 형성되고 구동모터(10)의 회동력에 의해 회전하면서 유체의 흐름을 선택된 유로로 절환해 주는 절환변(50)과,A
상기 절환변(50)의 하부에 설치되며, 원판형상의 밀폐면(65)과, 상기 밀폐면(65)중앙에 상하로 형성된 구동샤프트 지지공(61)과, 상기 구동샤프트 지지공 주위로 일정폭으로 형성된 수직통공(62)과, 상기 구동샤프트 지지공(61)에서 일정거리 이격되어 상호 대칭의 위치에 수직으로 형성된 제1,제2통공(63a, 63b)과, 상기 제1,제2통공(63a, 63b)과 연통되어 유로를 호스연결 피팅(70)으로 연결하는 제1, 제2 입출입공(64a, 64b)과, 상기 수직통공(62)의 하부에 직각으로 유로를 형성하여 출구(2)측으로 유체를 안내하는 유체 유출구(67)이 각각 형성된 밸브베이스(60)와,It is installed in the lower portion of the
또한 상기 절환변 상부에 설치되어 절환변(50)을 회전구동 시키는 동시에 회전축 방향으로 일정거리 이동가능 하도록 상기 절환변(50)의 구동 모터축 형합홈(31)과 삽입되어 형합되는 구동샤프트(30)와, In addition, the
상기 절환변(50)과 구동샤프트(30)사이에 설치되어 절환변(50)이 상기 밸브베이스(60)측으로 가압 탄지 되도록 하는 가압스프링(40)과,A
상기 절환변(50), 가압스프링(40), 구동샤프트(30)을 수납하는 밸브실(24)과, 상기 밸브실(24)에 압축공기를 유입하는 유입통공(26)과, 이와 연통되어 외부로 유로를 구성하는 유체유입구(23)와, 상부에 형성되어 구동모터(10)을 지지하는 구동모터 지지부(22)와 상기 구동샤프트(30)가 삽입되는 구동샤프트 삽입공(21)이 각각 형성된 밸브바디(20)와,In communication with the
상기 밸브실(24)내로 유입된 압축공기는 밸브실 하부에 설치되는 밸브베이스(60)의 상부의 밀폐면(65)에 의해 외부와의 누설이 폐쇄가 되며 더욱이 상기 밸브실(24)와 밸브베이스(60)간에 O-링 형상의 제2실링(66)이 설치되고, 상기 밸브실(24) 상부에 형성된 모터축 삽입공(21)과 구동샤프트(30)사이에 O-링 형상의 제1 실링(32)이 설치되어 외부로의 공기누설을 완전히 차단하는 역할을 한다.The compressed air introduced into the
상기 밸브바디(20) 상부에 설치되어 상기 구동샤프트에 회동력을 원천적으로 제공하는 구동모터(10)로 이루어진 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the
도 5 및 도6 도 7에 도시 한바 대로 본 발명에 따른 산소발생기용 유로절환밸브 에 대한 종단면도와 산소발생장치의 유로구성을 나타낸 것으로서, 공기압축기(800)에서 발생된 압축공기가 밸브바디(20)에 형성된 유체 유입구(23)로 인입되면 유입통공(26)을 통하여 밸브실(24)내로 유입된다. 상기 밸브실내로 유입된 압축공기는 절환변(50)의 개구부(54)와 일치되는 밸브베이스(60)의 제1통공(63a) 또는 제2통공(63b)을 통하여 제1 지오라이트 모리큐라시브 탱크(400a) 또는 제2 지오라이트 모리큐라시브 탱크(400b)측을 통과하면서 질소분자를 상기 탱크내에 흡착시키며 고순도의 산소분자를 오리피스(500)을 통하여 산소발생기의 산소출구(600)으로 보내게 된다. 이때 일부의 압축공기는 상기 오리피스(500)을 통하여 반대편 지오라이트 모리큐라시브 탱크(400)로 유입되어 탱크내에 흡착되어진 질소분자를 이격시키며 이격되어진 질소분자는 상기밸브베이스(60)에 형성된 반대측 통공(63)으로 유입되어 상기 반대측 통공과 교차하는 절환변(50)의 회수공(58)과 연통홈(57)을 차례로 통과하며 밸브베이스중앙부에 수직으로 형성된 수직통공(62)을 거쳐 유체유출구(67)로 토출되어진다.5 and 6 as shown in FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view of the flow path switching valve for the oxygen generator according to the present invention as shown in the configuration of the flow path of the oxygen generator, the compressed air generated in the
유체의 흐름에 따른 본 발명에 대한 작동을 도 7 및 도 8 중 상태(B) 및 상태(C)를 예를 들어 설명하겠다.Operation of the present invention according to the flow of the fluid will be described by taking state (B) and state (C) in FIGS. 7 and 8 as an example.
먼저 공기압축기(800)에서 발생된 압축공기가 밸브바디(20)에 형성된 유체 유입구(23)로 인입되면 유입통공(26)을 통하여 밸브실(24)내로 유입된다. 상기 밸브실내로 유입된 압축공기는 절환변(50)의 개구부(54)와 일치되는 밸브베이스(60)의 제2통공(63b)과 제2 입출공(64b)을 통하여 제2 지오라이트 모리큐라시브 탱크(400b)측을 통과하면서 질소분자를 상기 탱크(400b)내에 흡착시키며 고순도의 산소분자를 오리피스(500b)을 통하여 산소발생기의 산소출구(600)로 보내게 된다. 이때 일부의 압축공기는 상기 오리피스(500a)를 통하여 반대편 지오라이트 모리큐라시브 탱크(400a)로 유입되어 탱크(400a)내에 흡착되어진 질소분자를 이격시키며 이격되어진 질소분자는 상기밸브베이스(60)에 형성된 제1 입출입공(64a)을 거쳐 제1통공(63a)으로 유입되어 상기 제1 통공(63a)과 교차하는 절환변(50)의 회수공(58)과 연통홈(57)을 차례로 통과하며 밸브베이스중앙부에 수직으로 형성된 수직통공(62)을 거쳐 유체유출구(67)로 토출되어지는 것이다. 상기 상태(B)에서 절환변(50)이 시계방향으로 회전하여 상태(C)로 이행하게 되면 상기 절환변(50)의 개구부(54)는 밸브베이스의 제1 통공(63a)과 제2 통공(63b)의 일부에 동시에 교차하게 된다. 따라서 제2 탱크(400b)내에 압축된 공기의 일부가 제2 입출공(64b)과 제2 통공(63b)를 차례로 통과하여 밸브실(24)로 역류하고 역류한 공기의 일부는 절환변의 개구부(54)를 통하여 일부 교차된 제1 통공(63a)과 제1 입출공(64a)을 차례로 통과하여 제1 탱크(400a) 측으로 인입된다. 따라서 상기 상태(C)에서는 제2 탱크의 압축공기를 배출하면서 배출공기의 공기압을 상기 제1 탱크 측으로 이동시키므로 제1 탱크내의 압축공기 인입시간을 상당히 감소시킬 수 있다. 또한 상기 상태(C)는 시간적으로 매우 짧은 시간 내에만 유지되고 곧바로 상태((D)로 이행되는 것이다. First, when the compressed air generated by the
상기한 바에 의해 각각의 압축공기의 흐름에 의한 각 유로의 공기압의 크기는 압축공기 유입구(23), 밸브실(24), 절환변(50)의 개구부(54), 제2 통공(63b), 제2 지오라이트 모리큐라시브 탱크(400b), 제2오리피스(400b), 제1 오리피스(400a), 제1 지오라이트 모리큐라시브 탱크(400a), 제2 입출입공(64b), 제2 통공(63b), 회수공(58), 연통홈(57), 중심공(55), 수직통공(62), 유체유출구(67)의 순서로 점차 감소된다. 따라서 상기 밸브실(24)내의 공기압은 수직통공(62)내의 압력보다 크게 되고 상기 압력차 만큼의 차압이 절환변의 상측에서 하측으로 인가되어 절환변(50)을 밸브베이스(60)측으로 가압하여 밀착 시킨다. 따라서 상기 절환변(50)은 밸브내로 인가되는 압축공기의 인가압에 비례하여 밸브베이스의 밀폐면에 가압 밀착되므로 압축공기압에 따른 누설량을 최소화 할 수 있으며, 불필요한 밀착력을 상기 절환변(50)과 밸브베이스 간에 인가시키는 가압스프링(40)의 탄지력이 크지 않아도 될 것이다. 따라서 상기 절환변(50)과 밸브베이스(60)간의 과대 압력으로 인한 마모에 의해 밸브의 수명이 단축되는 것을 획기적으로 개선할 수 있으며 스프링의 크기 및 구동모터의 크기를 축소시켜도 양호한 유로절환특성을 가진 밸브가 이루어지며, 상기 가압스프링(40) 및 구동모터(10)의 크기가 감소되므로 연관된 부품의 크기도 감소되어 결국은 제조원가의 저감이 이루어질 것이다.As described above, the magnitude of the air pressure of each flow path due to the flow of each compressed air is defined as the
또한 산소발생과정에서 생성된 질소를 별도의 유체유출구(67)를 통하여 배출시키므로, 상기 배출구에 질소배출용 호스를 연결하여 외부로 방출시키게 되면 산소발생기가 실내에 설치되어 있더라도 실내의 질소농도가 증가하지 않으므로 실내의 산소농도 유지특성을 향상 시킬수 있는 장점이 있다.In addition, since the nitrogen generated during the oxygen generation process is discharged through a
상기 한 바대로 본 발명에 따른 산소발생기용 유로절환밸브는 종래의 기술이 지닌 단점을 논리적으로 개선함과 동시에 실질적으로 원가를 절반 이하로 저감 시킬 수 있을 뿐더러 밸브의 수명을 획기적으로 연장시키고 산소발생시 발생된 질소를 별도의 통로로 외부로 배출시킬 수 있는 것으로서 산소 발생효율이 향상되어, 산소발생기의 보급이 기존의 의료용에서 가정용으로 확대되어 보급되는데 확실히 기여할 것임.As described above, the flow path switching valve for the oxygen generator according to the present invention can not only logically improve the disadvantages of the prior art, but also substantially reduce the cost to less than half, and significantly extend the life of the valve and when oxygen is generated. As the generated nitrogen can be discharged to the outside through a separate passage, the oxygen generation efficiency is improved, and it will certainly contribute to the expansion of the oxygen generator to the home use from the existing medical use.
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