KR102189759B1 - 보일러 튜브 배열체를 위한 핀 그리고 그러한 핀을 포함하는 조립체 - Google Patents

Abstract

서로를 따라 연장하는 다수의 보일러 튜브(34, 36, 38, 40)를 포함하는 보일러 튜브 배열체를 위한 핀(4, 4a, 4b, 4c, 4d), 및 그러한 보일러 튜브 배열체 및 그러한 핀을 포함하는 조립체(32)가 제공된다. 핀의 길이방향 중심 축(C)은 보일러 튜브의 길이에 직각으로 연장하도록 배열되고, 핀은 내부 모서리(8) 및 외부 모서리(10)를 포함한다. 핀은 내부 모서리의 외형이 외부 모서리의 외형과 유사한 것을 특징으로 한다. 내부 및 외부 모서리의 외형의 각각은 다수의 리지(16, 18, 20, 26, 28, 30) 그리고 다수의 밸리(12, 14, 22, 24)를 한정하고, 그러한 리지 및 밸리는 교대로 배열되어 전이부(P, P')에서 서로에 연결되고, 전이부는 각각, 연결된 리지 및 밸리의 최고 지점(H, H')과 최저 지점(L, L') 사이의 중간에 있다. 내부 모서리에 의해 한정되는 밸리의 각각은 보일러 튜브의 각각의 길이방향 중심 축(A) 주위에서 180˚ 이하로 연장하여 보일러 튜브를 수용하고 그에 따라 상기 보일러 튜브의 각각을 부분적으로만 포위하도록 배열된다.

Description

보일러 튜브 배열체를 위한 핀 그리고 그러한 핀을 포함하는 조립체

본 발명은 서로를 따라 연장하는 다수의 보일러 튜브를 포함하는 보일러 튜브 배열체를 위한 핀(fin)에 관한 것으로, 그러한 핀은 보일러 튜브의 길이에 직각으로 연장하도록 배열된다. 본 발명은 또한 2개의 그러한 핀 그리고 제1 보일러 튜브를 포함하는 보일러 튜브 배열체를 포함하는 조립체에 관한 것이다.

보일러는 널리 공지되어 있고 많은 상이한 열 교환 적용분야에, 예를 들어 폐열 회수 적용분야에 사용된다. 예컨대 디젤 엔진 뒤에서 사용되어 디젤 엔진으로부터의 배기 가스로부터 열을 회수하는, 공지된 폐열 회수 보일러는 폐쇄된 용기 그리고 용기 내부에서 서로를 따라 연장하는 다수의 튜브를 포함한다. 물과 같은, 매체가 튜브를 통해 급송되고, 디젤 엔진으로부터의 배기 가스가 용기를 통해 그에 따라 튜브 주위에 급송되고, 그에 의해 열이 배기 가스로부터 튜브 내부의 매체로 전달된다. 보일러의 열전달 효율을 증가시키기 위해, 튜브에는 튜브에 부착되는 핀의 형태로 구성되는 표면 확대 요소가 제공될 수 있다. 전형적으로, 핀은 튜브를 수용하는 보이드(void)가 제공되는 직사각형 판으로서 형성된다. 그러한 핀은 널리 사용되고 그 요구된 목적을 충족시킬 때에도, 여전히 개선에 대한 여지가 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 핀에 비해 개선되는 보일러 튜브 배열체를 위한 핀을 제공하는 것이다. 본 발명의 기본 개념은 핀의 모든 부분이 열전달 효율의 증가에 상당히 기여하고, 폐기물 또는 스크랩이 거의 없는 핀의 제조를 가능하게 하는 독특한, 바람직한 형상을 갖는 핀을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 그러한 핀 및 보일러 튜브 배열체를 포함하는 개선된 조립체를 제공하는 것이다. 상기 목적을 성취하는 핀 및 조립체는 첨부된 청구범위에 한정되고 아래에서 논의된다.

서로를 따라 연장하는 다수의 보일러 튜브를 포함하는 보일러 튜브 배열체를 위한 본 발명에 따른 핀이 제공된다. 핀의 길이방향 중심 축은 보일러 튜브의 길이에 직각으로 연장하도록 배열되고, 핀은 내부 모서리 및 외부 모서리를 포함한다. 핀은 내부 모서리의 외형이 외부 모서리의 외형과 유사하거나 기본적으로 동일하고, 내부 및 외부 모서리의 외형의 각각이 다수의 리지(ridge) 및 다수의 밸리(valley)를 한정하는 것을 특징으로 한다. 리지 및 밸리는 교대로 배열되어 전이부에서 서로에 연결되고, 전이부는 각각, 연결된 리지 및 밸리의 최고 지점과 최저 지점 사이의 중간에 있다. 내부 모서리에 의해 한정되는 밸리의 각각은 보일러 튜브의 각각, 또는 보일러 튜브의 각각의 길이방향 중심 축 주위에서 180˚ 이하만큼 연장하여 보일러 튜브를 수용하고 그에 따라 상기 보일러 튜브의 각각을 부분적으로만 포위하도록 배열된다. 바꿔 말하면, 밸리의 각각은 상기 보일러 튜브의 각각을 절반으로 길이방향으로 분할하는 중심 연장 평면의 하나의 측면 상에서만 연장하도록 배열된다.

본 명세서에서, 표현 "리지" 및 "밸리"는 핀이 특정 배향을 가질 때에 내부 및 외부 모서리의 리지와 밸리 사이에서 연장하는 핀의 길이방향 축에 대한 핀의 형상을 특정하는 데 사용된다. 당연히, 핀이 위-아래로 뒤집히면, 밸리는 사실상, 리지이고, 한편 리지는 사실상, 밸리이다. 그러나, 본 명세서 전체에 걸쳐, 상기 특정 배향을 가질 때에 핀의 밸리 및 리지로서 정의되는 것은 핀의 배향과 무관하게 밸리 및 리지로서 지칭될 것이다.

보일러 튜브 배열체의 보일러 튜브의 개수는 하나 이상일 수 있다. 또한, 내부 및 외부 모서리의 각각에 의해 한정되는 밸리의 개수는 하나 이상일 수 있다. 마찬가지로, 내부 및 외부 모서리의 각각에 의해 한정되는 리지의 개수는 하나 이상일 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 핀은 보일러 튜브의 길이에 직각인 연장부를 갖는다. 당연히, 핀은 보일러 튜브의 길이에 대해 경사져 연장하도록, 즉 보일러 튜브의 길이에 직각이고 또한 그것을 따른 연장부를 갖도록 배열될 수 있다.

유사하거나 기본적으로 동일한 내부 및 외부 핀 모서리 때문에, 내부 핀 모서리에 의해 한정되는 리지는 외부 핀 모서리에 의해 한정되는 밸리 내로 끼워져 그것을 채우고, 한편 외부 핀 모서리에 의해 한정되는 밸리는 내부 핀 모서리에 의해 한정되는 리지 내로 끼워져 그것을 채운다. 바꿔 말하면, 2개의 유사한 핀은 핀 중 하나의 내부 모서리가 핀 중 다른 하나의 외부 모서리와 대면할 때에 서로 내로 끼워진다. 그에 따라, 본 발명에 따른 복수의 핀은 최소의 낭비로 시트, 전형적으로 금속 시트로부터 절단됨으로써 매우 재료 효율적인 방식으로 제조될 수 있다. 유사하거나 기본적으로 동일하다는 것은 내부 및 외부 모서리가 100% 동일할 필요가 없고 핀 상호끼움을 가능하게 하기에 충분히 유사하다는 것을 의미한다. 그에 따라, 예를 들어, 작은 리세스 등을 갖는 내부 핀 모서리는 이러한 리세스가 없는 외부 핀 모서리와 유사하거나 또는 기본적으로 동일하다. 그러나, 내부 모서리의 외형은 또한 외부 모서리의 외형과 동일할 수 있다.

튜브로부터 더 멀리 떨어진 핀의 부분은 튜브에 더 근접한 핀의 부분보다 열전달에 덜 기여할 것이다. 튜브 수용 보이드가 제공되는 직사각형의 종래의 형상 대신에 파동 형상을 갖는 본 발명에 따른 핀 때문에, 핀의 연장부는 핀의 모든 부분이 열전달에 상당히 기여할 수 있도록 튜브로부터의 거리에 따라 조정될 수 있다. 결국, 핀은 더 적은 재료 소비로, 그에 따라 더 가볍고, 더 작게 제조될 수 있고, 그것은 여전히 열전달에 상당히 기여할 수 있다.

밸리, 또는 더 구체적으로 밸리의 외형은 리지, 또는 더 구체적으로 리지의 외형과 불균일하고, 즉 상이한 형상을 가질 수 있다. 바꿔 말하면, 밸리는 리지 내에 수용될 수 있지만, 그것을 채우지 못할 것이고, 그 반대도 마찬가지이다. 결국, 2개의 유사한 핀은 핀 중 하나의 외부 모서리가 핀 중 다른 하나의 외부 모서리와 대면하거나, 핀 중 하나의 내부 모서리가 핀 중 다른 하나의 내부 모서리와 대면할 때에, 서로 내로 끼워지지 않는다. 대신에, 2개의 핀 사이의 거리는 변화될 것이다. 이것은 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 열전달 효율과 관련하여 바람직할 수 있다.

아래에서, 핀의 형상은 주로 내부 핀 모서리에 대해 논의된다. 그러나, 내부 및 외부 핀 모서리의 외형이 유사하거나 기본적으로 동일하므로, 아래의 논의는 외부 핀 모서리와 관련하여 또한 적어도 부분적으로 적용가능하다.

핀은 내부 모서리의 외형에 의해 한정되고 저부를 갖는 밸리 중 제1 밸리가 내부 모서리의 외형에 의해 한정되고 각각의 상부를 갖는 리지 중 제1 및 제2 리지 사이에 배열되도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 리지는 내부 모서리의 외형에 의해 한정되는 제1 밸리와 제2 밸리 사이에 배열될 수 있다. 그에 따라, 핀은 내부 모서리의 외형에 의해 한정되고 저부를 갖는 밸리 중 제1 밸리가 내부 모서리의 외형에 의해 한정되는 2개의 리지 사이에 배열되도록 구성될 수 있다. 또한, 내부 모서리의 외형에 의해 한정되는 리지 중 제2 리지는 내부 모서리의 외형에 의해 한정되는 밸리 중 2개 사이에 배열될 수 있고, 제2 리지는 상부를 갖는다. 그러한 실시예는 밸리의 개수가 내부 핀 모서리에 의해 한정되는, 리지의 개수와 같이, 적어도 2개인 것을 의미한다.

제1 밸리의 외형은 제2 리지의 외형보다 짧을 수 있다. 이것은 밸리와 리지 사이의 위에서 언급된 불균일성을 성취하는 간단한 방식이다.

핀은 제1 밸리가 핀의 길이방향 중심 축에 직각으로 연장하는 대칭 축을 갖도록 구성될 수 있다. 추가로, 제2 리지가 또한 핀의 길이방향 중심 축에 직각으로 연장하는 대칭 축을 가질 수 있다. 이것은 제1 밸리에서의 각각의 보일러 튜브의 최적화된 끼움을 용이하게 하고 제공할 수 있다.

제2 리지의 상부는 평면형이고 내부 모서리의 제1 직선형 부분에 의해 형성될 수 있다. 또한, 제1 밸리의 저부는 평면형이고 내부 모서리의 제2 직선형 부분에 의해 형성될 수 있다. 그에 따라, 핀은 제1 밸리의 저부 그리고 제2 리지의 상부가 평면형이고 내부 모서리의 각각의 직선형 부분에 의해 한정되도록 구성될 수 있다. 이들 직선형 부분은 핀의 길이방향 중심 축에 평행하게 연장하거나 그렇지 않을 수 있다. 그에 의해, 보일러 튜브가 종래 기술에서와 같이, 원형 단면을 가지면, 핀과 보일러 튜브(들) 사이의 접촉이 없는 영역이 보증될 수 있다. 이것은 핀 및 보일러 튜브의 세척과 관련하여 바람직할 수 있다.

제1 밸리는 또한 원형일 수 있다. 이것은 핀과, 특히 원형 외부를 갖는 보일러 튜브의 경우의, 보일러 튜브의 각각 사이의 결합과 관련하여 바람직할 수 있는데, 핀-보일러 튜브 접촉 표면의 증가가 그에 의해 가능해질 수 있기 때문이다.

제1 밸리는 내부 모서리의 적어도 부분적인 와플형, 톱니형 또는 리브형 제3 부분에 의해 한정될 수 있다. 내부 모서리의 위의 제2 부분은 제3 부분의 일부를 형성할 수 있고, 여기서 제3 부분은 직선형 또는 평면형, 그리고 또한 와플형, 부분을 포함할 것이다. 내부 모서리의 와플형 부분은 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 열전달 효율과 관련하여 바람직할 수 있다.

제1 밸리의 저부 그리고 제2 리지의 상부를 연결하는 플랭크가 내부 모서리의 적어도 부분적인 직선형 부분에 의해 한정될 수 있다. 이러한 플랭크는 제1 밸리 및 제2 리지 둘 모두의 일부를 형성한다. 그에 의해, 보일러 튜브가 종래 기술에서와 같이, 원형 단면을 가지면, 핀과 보일러 튜브(들) 사이의 접촉이 없는 영역이 보증될 수 있다. 이것은 핀 및 보일러 튜브의 세척과 관련하여 바람직할 수 있다.

핀은 제2 리지를 한정하는 전이부 중 2개의 인접 전이부 사이, 즉 제2 리지가 연장하는 전이부들 사이의 거리가 제1 밸리를 한정하는 전이부 중 2개의 인접 전이부 사이, 즉 제1 밸리가 연장하는 전이부들 사이의 거리보다 크다. 이것은 밸리와 리지 사이의 위에서 언급된 불균일성을 성취하는 간단한 방식이다.

본 발명에 따른 조립체는 제1 보일러 튜브를 포함하는 보일러 튜브 배열체 그리고 위에서 설명된 형태의 제1 및 제2 핀을 포함한다. 제1 및 제2 핀은 제1 보일러 튜브의 대향 측면 상에서 제1 보일러 튜브의 길이방향 중심 축에 직각으로 연장한다. 제1 및 제2 핀의 각각의 내부 모서리는 제1 보일러 튜브와 대면하여 부분적으로만 포위한다. 제1 보일러 튜브는 제1 및 제2 핀의 내부 모서리에 의해 한정되는 밸리의 각각 내에 수용된다. 그에 따라, 제1 및 제2 핀의 내부 모서리에 의해 한정되는 상기 밸리의 각각은 제1 보일러 튜브의 대향 측면 상에 배열되고, 상기 밸리의 각각은 제1 보일러 튜브의 길이방향 중심 축 주위에서 180˚ 이하만큼 연장하여 제1 보일러 튜브를 수용하고 그에 따라 제1 보일러 튜브를, 적어도 부분적으로, 함께 포위한다.

당연히, 제1 핀 및/또는 제2 핀은 제1 보일러 튜브의 길이방향 중심 축에 대해 경사져 연장할 수 있고, 즉 그것들은 제1 보일러 튜브의 길이에 직각이고 또한 그것을 따른 연장부를 가질 수 있다.

그에 따라, 제1 및 제2 핀의 내부 모서리는 서로와 대면하고 제1 보일러 튜브를, 적어도 부분적으로, 함께 포위한다. 제1 및 제2 핀 중 하나 또는 둘 모두의 외부 모서리는 아래에서 설명되는 실시예에서와 같이, 또 다른 인접 핀의 외부 모서리와 대면하도록 배열될 수 있다.

조립체는 보일러 튜브 배열체가 제1 보일러 튜브를 따라 연장하는 제3 보일러 튜브 그리고 위에서 설명된 형태의 제3 및 제4 핀을 추가로 포함하도록 구성될 수 있다. 제3 및 제4 핀은 제3 보일러 튜브의 대향 측면 상에서 제3 보일러 튜브의 길이방향 중심 축에 직각으로 연장할 수 있다. 제3 및 제4 핀의 각각의 내부 모서리는 제3 보일러 튜브와 대면하여 제3 보일러 튜브를 부분적으로만 포위할 수 있고, 제3 보일러 튜브는 제3 및 제4 핀의 내부 모서리에 의해 한정되는 밸리의 각각 내에 수용될 수 있다. 그에 따라, 제3 및 제4 핀의 내부 모서리에 의해 한정되는 상기 밸리의 각각은 제3 보일러 튜브의 대향 측면 상에 배열되고, 상기 밸리의 각각은 제3 보일러 튜브의 길이방향 중심 축 주위에서 180˚ 이하만큼 연장하여 제3 보일러 튜브를 수용하고 그에 따라 제3 보일러 튜브를, 적어도 부분적으로, 함께 포위한다. 또한, 제3 핀의 외부 모서리에 의해 한정되는 밸리 중 하나는 제2 핀의 외부 모서리에 의해 한정되는 리지 중 하나 내에 수용될 수 있고, 제2 핀의 외부 모서리에 의해 한정되는 밸리 중 하나는 제3 핀의 외부 모서리에 의해 한정되는 리지 중 하나 내에 수용될 수 있다.

그에 따라, 핀의 파동 형상은 보일러 튜브의 엇갈린 배열체 그리고 소형 조립체를 가능하게 하는데, 인접 쌍의 핀이 서로 내에 수용될 수 있기 때문이다. 종래의 직사각형 핀은 그러한 소형 조립체를 가능하게 하지 못한다.

조립체는 제1 보일러 튜브를 부분적으로 포위하는 제2 핀 그리고 제3 보일러 튜브를 부분적으로 포위하는 제3 핀이 서로로부터 분리되도록 구성될 수 있다. 그에 의해, 유동 난류의 증가 그리고 그에 따라 열전달의 개선을 가져오는, 제2 및 제3 핀 사이에서의 매체 유동이 가능해진다. 또한, 그러한 분리는 핀의 세척, 예컨대 배기 가스로부터 유래하는 핀으로부터의 수트 퇴적물(soot deposit)의 제거를 용이하게 할 수 있다.

제2 및 제3 핀의 설계에 따라, 그것들 사이의 거리는 그 길이를 따라 변화되거나 일정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 핀의 외부 모서리와 제3 핀의 외부 모서리 사이의 거리는 제2 및 제3 핀의 외부 모서리를 따라 변화된다. 그러한 거리 변화는 위에서 설명된 것과 같은 제2 및 제3 핀, 즉 서로와 불균일한 밸리 및 리지를 갖는 제2 및 제3 핀으로 성취될 수 있다. 제2 및 제3 핀 사이에서의 거리 변화는 유동 난류의 증가 그리고 그에 따라 열전달의 개선을 가져올 수 있다.

조립체는 제1 보일러 튜브를 포위하는 제1 및 제2 핀이 미리 결정된 거리만큼 서로로부터 분리되도록 구성될 수 있다. 그에 의해, 제1 보일러 튜브는 제1 및 제2 핀에 의해 완전히 포위되지 않는다. 이것은 제1 및 제2 핀 사이에서의 매체 유동을 가능하게 하고, 그 결과 유동 난류의 증가 그리고 그에 따라 열전달의 개선을 가져온다. 또한, 이것은 핀 및 제1 보일러 튜브의 세척을 용이하게 할 수 있다.

조립체의 일 실시예에 따르면, 제1 및 제2 핀에서의 제1 보일러 튜브의 외부 외형, 및 제1 및 제2 핀 사이에 제1 보일러 튜브를 수용하도록 제1 및 제2 핀의 내부 모서리에 의해 한정되는 공간은 불균일하고, 즉 상이한 형상을 갖는다. 그에 의해, 제1 및 제2 핀과 제1 보일러 튜브 사이의 접촉이 없는 영역이 보증될 수 있고 그에 따라 세척을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 그러한 불균일성은 위에서 언급된 바와 같이, 원형 외부 외형 또는 단면을 갖는 제1 보일러 튜브에 의해 획득될 수 있고, 제1 보일러 튜브를 수용하는 공간은 내부 핀 모서리의 직선형 부분에 의해 적어도 부분적으로 한정될 수 있다.

제1 및 제2 핀은 서로로부터 분리되는 결합 지점에서 제1 보일러 튜브와 결합될 수 있다. 그에 의해, 제1 및 제2 핀과 제1 보일러 튜브 사이의 접촉이 없는 영역이 보증될 수 있고 그에 따라 세척을 용이하게 할 수 있다.

물론, 위에서 논의된 핀의 상이한 실시예와 관련된 이점은 핀을 포함하는 조립체에 대해 또한 바람직하다.

본 발명의 추가적인 다른 목적, 특징, 양태 및 이점은 하기의 상세한 설명 그리고 또한 도면으로부터 드러날 것이다.

본 발명이 이제부터 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 핀을 제조하는 금속 시트의 평면도이다.
도 2는 핀의 평면도이다.
도 3은 조립체의 평면도이다.
도 4는 대안적인 설계의 핀을 제조하는 금속 시트의 평면도이다.
도 5는 대안적인 설계의 핀의 평면도이다.
도 6은 대안적인 설계의 조립체의 평면도이다.

도 1에서, 금속 시트(2)가 도시되고, 금속 시트(2)로부터 4개의 동일한 핀(4)이 선(6)을 따라 시트를 절단함으로써 획득될 수 있다. 획득된 핀은 파동-형상이고, 더 구체적으로, 그것들은 파동-형상의 내부 모서리(8) 및 파동-형상의 외부 모서리(10)를 갖고, 그러한 내부 및 외부 모서리는 동일한 외형을 갖는다. 핀 중 하나가 도 2에 별개로 도시되고, 도 2로부터 각각의 핀(4)의 내부 모서리(8)가 제1 밸리(12), 제2 밸리(14), 제1 리지(16), 제2 리지(18) 및 제3 리지(20)를 한정한다는 것은 분명하다. 제1 밸리(12)는 제1 및 제2 리지(16, 18) 사이에 배열되고, 제2 밸리(14)는 제2 및 제3 리지(18, 20) 사이에 배열되고, 제2 리지(18)는 제1 및 제2 밸리(12, 14) 사이에 배열된다. 리지와 인접 밸리 사이의 전이부(P)는 리지의 최고 지점(H)과 밸리의 최저 지점(L) 사이의 중간에 있다. 제1 및 제2 밸리(12, 14)는 동일하고, 제1 및 제3 리지(16, 20)는 제2 리지(18)의 각각의 부분과 동일하다.

마찬가지로, 각각의 핀(4)의 외부 모서리(10)는 제1 밸리(22), 제2 밸리(24), 제1 리지(26), 제2 리지(28) 및 제3 리지(30)를 한정한다. 제1 밸리(22)는 제1 및 제2 리지(26, 28) 사이에 배열되고, 제2 밸리(24)는 제2 및 제3 리지(28, 30) 사이에 배열되고, 제2 리지(28)는 제1 및 제2 밸리(22, 24) 사이에 배열된다. 리지와 인접 밸리 사이의 전이부(P')는 리지의 최고 지점(H')과 밸리의 최저 지점(L') 사이의 중간에 있다. 제1 및 제2 밸리(22, 24)는 동일하고, 제1 및 제3 리지(26, 30)는 제2 리지(28)의 각각의 부분과 동일하다. 그에 따라, 내부 및 외부 핀 모서리(8, 10)의 밸리 및 리지가 각각, 동일한 깊이 및 높이를 가지므로, 내부 모서리(8)에 대한 전이부(P)는 가상 직선(I)을 따라 배열되고, 외부 모서리(10)에 대한 전이부(P')는 가상 직선(I')을 따라 배열된다. 핀의 길이방향 중심 축(C)은 가상 직선(I, I') 사이의 중간에 배열된다.

제1 밸리(12, 22) 및 제2 밸리(14, 24)의 각각은 핀(4)의 길이방향 중심 축(C)에 직각으로 연장하는 대칭 축(S)을 갖는다. 마찬가지로, 제2 리지(18, 28)의 각각은 핀(4)의 길이방향 중심 축(C)에 직각으로 연장하는 대칭 축(R)을 갖는다. 또한, 제1 밸리(12, 22) 및 제2 밸리(14, 24)의 각각은 핀의 길이방향 중심 축(C)에 평행하게, 각각, 연장하는 평면형 저부(B, B')를 갖는다. 마찬가지로, 제1 리지(16, 26), 제2 리지(18, 28) 및 제3 리지(20, 30)의 각각은 핀의 길이방향 중심 축(C)에 평행하게, 각각, 연장하는 평면형 상부(T, T')를 갖는다. 더욱이, 내부 및 외부 핀 모서리의 리지 및 밸리의 상부 및 저부를 연결하는 플랭크(F, F')의 각각은 직선형 부분을 포함한다.

도면으로부터 분명한 바와 같이, 밸리(12, 14, 22, 24)의 형상은 리지가 밸리보다 덜 "날카롭거나" 덜 "예리하고", 리지 중 하나를 한정하는 전이부 중 2개의 인접 전이부 사이의 거리가 밸리 중 하나를 한정하는 전이부 중 2개의 인접 전이부 사이의 거리보다 크고, 리지의 외형이 밸리의 외형보다 길다는 점에서 리지(16, 18, 20, 26, 28, 30)의 형상과 상이하다. 그에 따라, 예로서, 가상 직선(I') 그리고 제1 밸리(22)의 외형에 의해 한정되는 영역(A1)은 가상 직선(I') 그리고 제2 리지(28)의 외형에 의해 한정되는 영역(A2)보다 작다.

도 1을 참조하면, 선(6)의 각각은 하나의 핀(4)의 내부 모서리(8) 그리고 인접 핀(4)의 외부 모서리(10)를 한정한다. 내부 및 외부 모서리(8, 10)가 동일한 외형을 가지므로, 핀(4)은 하나의 핀의 내부 모서리(8)가 인접 핀의 외부 모서리(10)와 대면할 때에, 서로 내로 완벽하게 끼워지고, 상기 인접 핀의 외부 모서리에 의해 한정되는 밸리(22, 24)는 상기 하나의 핀의 내부 모서리에 의해, 각각, 한정되는 밸리(12, 14) 내에 수용되고, 상기 하나의 핀의 내부 모서리에 의해 한정되는 리지(16, 18, 20)는 상기 인접 핀의 외부 모서리에 의해, 각각, 한정되는 리지(26, 28, 30) 내에 수용된다. 그에 따라, 핀(4)은 최소의 폐기 재료로 시트(2)로부터 절단될 수 있다.

도 3에서, 다수의 평행한 보일러 튜브의 보일러 튜브 배열체 그리고 위에서 설명된 형태의 동일한 개수의 핀(4)을 포함하는 조립체(32)가 도시된다. 조립체(32)는 위에서 설명된 형태의 폐열 회수 보일러(전체적으로 도시되지 않음) 내에 포함되고, 그에 의해 물이 보일러 튜브 내부로 급송되고 배기 가스가 보일러 튜브 외부로 급송되어 배기 가스로부터 물로 열을 전달한다. 보일러 튜브는 핀 중 2개의 대향 핀 사이에 쌍으로 배열된다. 그에 따라, 특정 거리만큼 x 치수 면에서 서로로부터 분리되는, 제1 및 제2 보일러 튜브(34, 36)가 제1 및 제2 핀(4a, 4b) 사이에 배열되고, 상기 특정 거리만큼 x 치수 면에서 서로로부터 분리되는, 제3 및 제4 보일러 튜브(38, 40)가 제3 및 제4 핀(4c, 4d) 사이에 배열된다.

제1 및 제2 핀(4a, 4b)은 그에 따라 제1 및 제2 보일러 튜브(34, 36)의 대향 측면 상에, 치수 z 및 y 면에서 서로와 정렬되어, 배열되고, 여기서 그 각각의 길이방향 중심 축(C)(도 2)은 서로에 평행하게 그리고 제1 및 제2 보일러 튜브의 길이방향 중심 축(A)에 직각으로 연장한다. 또한, 제1 및 제2 핀(4a, 4b)은 y 치수 면에서 미리 결정된 거리만큼 서로로부터 분리되고 그에 따라 그 내부 모서리(8)가 서로와 대면하도록 배열된다. 제1 보일러 튜브(34)는 제1 핀(4a)의 제1 밸리(12) 그리고 제2 핀(4b)의 제2 밸리(14)에 의해 한정되는 공간 내에 수용되고, 한편 제2 보일러 튜브(36)는 제1 핀(4a)의 제2 밸리(14) 그리고 제2 핀(4b)의 제1 밸리(12)에 의해 한정되는 공간 내에 수용된다. 그에 따라, 제1 및 제2 보일러 튜브(34, 36)는 제1 및 제2 핀(4a, 4b)에 의해 부분적으로 포위된다. 이처럼 배열된 후에, 제1 및 제2 보일러 튜브는 제1 및 제2 보일러 튜브 주위에 분포되는, 본 명세서에서 보일러 튜브당 6개인, 용접 지점(42)에서 제1 및 제2 핀(4a, 4b)의 내부 모서리에 용접된다.

마찬가지로, 제3 및 제4 핀(4c, 4d)은 제3 및 제4 보일러 튜브(38, 40)의 대향 측면 상에, 치수 z 및 y 면에서 서로와 정렬되어, 배열되고, 여기서 그 각각의 길이방향 중심 축(C)은 서로에 평행하고 제3 및 제4 보일러 튜브의 길이방향 중심 축(A)에 직각으로 연장한다. 또한, 제3 및 제4 핀(4c, 4d)은 y 치수 면에서 미리 결정된 거리만큼 서로로부터 분리되고 그에 따라 그 내부 모서리(8)가 서로와 대면하도록 배열된다. 제3 보일러 튜브(38)는 제3 핀(4c)의 제1 밸리(12) 그리고 제4 핀(4d)의 제2 밸리(14)에 의해 한정되는 공간 내에 수용되고, 한편 제4 보일러 튜브(40)는 제3 핀(4c)의 제2 밸리(14) 그리고 제4 핀(4d)의 제1 밸리(12)에 의해 한정되는 공간 내에 수용된다. 그에 따라, 제3 및 제4 보일러 튜브(38, 40)는 제3 및 제4 핀(4c, 4d)에 의해 부분적으로 포위된다. 이처럼 배열된 후에, 제3 및 제4 보일러 튜브는 제3 및 제4 보일러 튜브 주위에 분포되는, 본 명세서에서 보일러 튜브당 6개인, 용접 지점(42)에서 제3 및 제4 핀(4c, 4d)의 내부 모서리에 용접된다.

도 3에서 명백한 바와 같이, 제1, 제2, 제3 및 제4 보일러 튜브(34, 36, 38, 40)의 모두는 동일한 원형 형상 또는 외형, 즉 동일한 원형 단면을 갖는다. 또한, 보일러 튜브를 수용하는 제1, 제2, 제3 및 제4 핀(4a, 4b, 4c, 4d)에 의해 형성되는 공간 모두는 밸리를 한정하는 내부 모서리의 부분 직선형 부분 때문에, 동일한 모서리 형상을 갖는다. 이러한 형상 면에서의 차이 때문에, 보일러 튜브는 그 외부 표면 전체 주위에서 각각의 핀과 접촉하지 않을 것이다. 대신에, 보일러 튜브는 용접 지점들 사이의 영역(44, 46)에서 각각의 핀으로부터 분리될 것이고, 여기서 영역(44)의 각각은 핀 중 하나와 보일러 튜브 중 하나 사이에 형성되고, 한편 영역(46)의 각각은 핀 쌍 중 하나의 핀과 보일러 튜브 중 하나 사이에 형성된다. 이러한 핀-보일러 튜브 분리는 보일러 튜브 및 핀 주위에서의 배기 가스 유동 난류의 증가, 그에 따라 배기 가스로부터 보일러 튜브를 통해 급송되는 물로의 열전달의 증가를 가져온다.

제1, 제2, 제3 및 제4 핀(4a, 4b, 4c, 4d)은 그 길이방향 축 중심 축(C)이 서로에 평행하게 연장하도록 배열된다. 또한, 핀 쌍(4a+4b, 4c+4d)은 z 치수 면에서 서로와 정렬되고, 제2 핀(4b)의 외부 모서리(10)는 제3 핀(4c)의 외부 모서리(10)와 대면한다. 제3 및 제4 보일러 튜브(38, 40)는 x 치수 면에서 제1 및 제2 보일러 튜브(34, 36)로부터 변위되고 그에 따라 제4 보일러 튜브(40)는 제1 보일러 튜브(34)와 제2 보일러 튜브(36) 사이의 중간에 배열되고, 제1 보일러 튜브(34)는 제3 및 제4 보일러 튜브(38, 40) 사이의 중간에 배열된다. 그에 따라, 핀 쌍(4a+4b, 4c+4d)은 엇갈린 배열을 갖는다. 여기서, 엇갈린 배열은 핀 쌍이 y 치수 면에서 서로와 정렬되지 않고, 대신에 변위되는 것을 의미한다. 더 구체적으로, 제3 핀(4c)의 외부 모서리에 의해 한정되는 제1 밸리(22)는 제2 핀(4b)의 외부 모서리에 의해 한정되는 제3 리지(30) 내에 수용되고, 제2 핀(4b)의 외부 모서리에 의해 한정되는 제1 밸리(24)는 제3 핀(4c)의 외부 모서리에 의해 한정되는 제2 리지(28) 내에 수용되고, 제3 핀(4c)의 외부 모서리에 의해 한정되는 제2 밸리(24)는 제2 핀(4b)의 외부 모서리에 의해 한정되는 제2 리지(28) 내에 수용되고, 제2 핀(4b)의 외부 모서리에 의해 한정되는 제1 밸리(22)는 제3 핀(4c)의 외부 모서리에 의해 한정되는 제3 리지(30) 내에 수용된다.

그에 따라, 제2 핀의 밸리는 제3 핀의 리지 내에 수용되고, 한편 제3 핀의 밸리는 제2 핀의 리지 내에 수용된다. 제2 및 제3 핀(4b, 4c)은 서로로부터 분리되어 배열된다. 리지 및 밸리가 상이한 형상을 가지므로, 제2 및 제3 핀, 더 구체적으로 그 외부 모서리들 사이의 거리는 제2 및 제3 핀의 길이방향 중심 축(C)을 따라 변화된다. 이러한 거리 변화는 보일러 튜브 및 핀 주위에서의 배기 가스 유동 난류의 증가, 그에 따라 배기 가스로부터 보일러 튜브를 통해 급송되는 물로의 열전달의 증가를 가져온다.

조립체의 나머지는 위에서 설명된 것에 대응하는 방식으로 구성되고 그에 따라 그 설명은 불필요하다.

본 발명의 대안적인 실시예에 따른 핀, 및 복수의 그러한 핀을 포함하는 조립체가 이제부터 도 4-6을 참조하여 설명될 것이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 핀 및 조립체에 대해 위에서 주어진 설명의 대부분은 대안적인 실시예에 따른 핀 및 조립체에 대해 또한 유효하고, 과도한 반복을 피하기 위해, 하기의 설명은 2개의 실시예 사이에서 상이한 특징에 집중된다. 또한, 동일한 도면 부호가 2개의 실시예의 유사한/대응하는 특징에 대해 사용된다.

예를 들어, 도 5로부터 명백한 바와 같이, 대안적인 실시예에 따른 핀(4)의 제1 밸리(12, 22) 및 제2 밸리(14, 24)는 원형이다. 또한, 그것들의 각각은 각각, 핀(4)의 내부 및 외부 모서리(8, 10)의 와플형 부분(48)에 의해 한정되고, 그러한 와플형 부분은 스파이크 또는 돌출부 또는 톱니를 한정한다. 제1 리지(16, 26), 제2 리지(18, 28) 및 제3 리지(20, 30)의 각각은 각각, 핀의 길이방향 중심 축(C)에 평행하게 연장하는 평면형 상부(T, T')를 갖는다. 또한, 제1 리지(16, 26), 제2 리지(18, 28) 및 제3 리지(20, 30)는 인접 밸리로의 전이부에서 그 와플형 부분(48)에 연결되는 와플형 플랭크 부분(f, f')을 포함한다. 와플형 플랭크 부분은 스파이크 또는 돌출부 또는 톱니를 한정한다.

도 6은 다수의 평행한 보일러 튜브의 보일러 튜브 배열체 그리고 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 동일한 개수의 핀(4)을 포함하는 조립체(32)를 도시한다. 핀(4)은 그 내부 모서리(8)를 따라, 보일러 튜브에 용접된다. 용접과 관련하여, 핀(4)의 내부 모서리(8)를 따른 스파이크 또는 돌출부 또는 톱니가 용융되고, 그에 따라 핀의 내부 모서리(8)를 따른 전체의 밸리 그리고 리지의 플랭크 부분(f)을 따라 연장하는 연속적인 용접부(50)가 형성된다. 이들 연속적인 용접부는 접촉 표면의 증가 그리고 그에 따라 핀과 보일러 튜브 사이의 열전달을 가능하게 하고 또한 보일러 튜브로의 핀의 신뢰가능한 체결을 가능하게 한다.

도 6을 참조하여 그리고 위에서 언급된 바와 같이, 핀(4)의 밸리(12, 14, 22, 24)는 원형이고, 한편 리지(16, 18, 20, 26, 28, 30)는 평면형 상부를 갖는다. 그에 따라, 제2 및 제3 핀(4b, 4c)과 같은, 상이한 보일러 튜브를 부분적으로 포위하는 2개의 인접 핀 사이의 거리는 도 3에 도시된 조립체에서보다 훨씬 크게 변화될 것이다. 이것은 보일러 튜브 및 핀 주위에서의 훨씬 더 큰 배기 가스 유동 난류, 그에 따라 배기 가스로부터 보일러 튜브를 통해 급송되는 물로의 훨씬 더 큰 열전달을 가져올 것이다.

또한, 핀의 외부 모서리를 따른 스파이크 또는 돌출부는 배기 가스 유동 난류 그에 따라 열전달을 추가로 증가시킬 것이다.

본 발명의 위에서 설명된 실시예는 단지 예로서 간주되어야 한다. 본 기술분야의 통상의 기술자라면 논의된 실시예가 본 발명의 개념으로부터 벗어나지 않으면서 다양한 방식으로 변화 및 조합될 수 있다는 것을 인식한다.

예를 들어, 본 발명에 따른 핀 및 조립체는 폐열 회수 보일러 이외의 다른 형태의 보일러에, 그리고 배기 가스 이외의 또 다른 열원에 의해 물 이외의 다른 매체를 가열, 증발 또는 과열시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 핀 및 조립체는 가스 터빈 또는 버너와 같은 연소 유닛과 관련하여 사용될 수 있다.

도 3에서의 핀(4b, 4c) 사이의 거리는 1-20 ㎜의 범위 내에 있을 수 있지만, 다른 거리가 당연히 가능하다. 거리는 특히 핀 및 보일러 튜브의 치수에 의존할 수 있다.

본 발명의 조립체의 위에서 설명된 실시예에서, 보일러 튜브는 용접에 의해 핀에 부착된다. 물론, 경납땜 또는 접착과 같은, 다른 부착 방법이 가능하다. 또한, 점-용접의 경우에, 핀과 보일러 튜브 사이의 용접 지점의 개수는 보일러 튜브당 6개일 필요가 없고 6개보다 적거나 많을 수 있다. 또한, 대안으로서, 각각의 쌍의 핀은 서로에 부착될 수 있고, 보일러 튜브는 마찰에 의해서만 핀에 고정될 수 있다.

위에서 설명된 핀의 각각에는 내부 및 다른 모서리의 각각을 따라 2개의 밸리 그리고 3개의 리지가 제공된다. 당연히, 리지 및 밸리의 개수는 각각, 3개 및 2개보다 적거나 많을 수 있다. 예로서, 각각의 핀의 내부 및 외부 모서리는 단지 2개의 리지 그리고 리지들 사이에 배열되는 1개의 밸리를 한정할 수 있다. 한 쌍의 그러한 핀이 단지 1개의 보일러 튜브를 포위하도록 배열될 수 있다.

조립체의 모든 핀은 동일하게 보일 필요가 없다. 동일한 쌍의 핀일 때에도 동일하게 보일 필요가 없다. 또한, 1개 이상의 보일러 튜브를 포위하도록 협력하는 핀의 개수는 2개보다 많을 수 있다. 예로서, 도면에 따라 구성되는, 즉 2개의 보일러 튜브를 부분적으로 포위하도록 배열되는 핀은 2개의 보일러 튜브의 각각을 부분적으로 포위하도록 배열되는 2개의 핀과 협력하도록 배열될 수 있다.

내부 핀 모서리에 의해 한정되는 밸리는 외부 핀 모서리에 의해 한정되는 밸리와 같이, 동일할 필요가 없다. 또한, 핀의 내부 및 외부 모서리는 직선형 부분을 포함할 필요가 없고, 전체적으로 곡선형일 수 있다. 또한, 보일러 튜브는 도면에 도시된 것과 또 다른 단면을 가질 수 있다.

위에서 설명된 실시예에서, 리지는 밸리보다 덜 "날카롭고", 리지의 외형은 밸리의 외형보다 더 길다. 당연히, 핀은 대안적인 방식으로, 예를 들어 밸리가 리지보다 덜 날카롭고 밸리의 외형이 리지의 외형보다 길도록 설계될 수 있다.

핀 및 보일러 튜브는 탄소강, 스테인리스강 또는 알루미늄과 같은, 임의의 적절한 재료로 제조될 수 있다. 또한, 핀은 중실형일 필요가 없고 유동 난류를 추가로 증가시키는 구멍을 포함할 수 있다.

한 쌍의 핀은 y 및 z 치수 면에서 정렬될 필요가 없다. 예로서, 한 쌍의 핀은 서로에 대해 변위되어 y 치수 및/또는 z 치수 면에서 정렬되지 않을 수 있다. z 치수에 대한 동일한 변위 가능성이 핀의 쌍들 사이에 존재한다.

위에서 설명된 실시예에서, 보일러 튜브의 각각은 하나의 핀의 내부 모서리에 의해 한정되는 제1 밸리 그리고 또 다른 핀의 내부 모서리에 의해 한정되는 제2 밸리에 의해 포위된다. 당연히, 2개의 핀이 배향되는 방식에 따라, 보일러 튜브의 각각은 대신에 2개의 핀의 내부 모서리에 의해 한정되는 제1 밸리, 또는 2개의 핀의 내부 모서리에 의해 한정되는 제2 밸리에 의해 포위될 수 있다.

본 발명과 관련되지 않은 세부사항의 설명이 생략되었고, 도면은 단지 개략적이고 일정한 축척에 따라 작성되지 않았다는 것이 강조되어야 한다. 도면 중 일부는 다른 도면보다 단순화되었다는 것이 또한 언급되어야 하다. 그에 따라, 일부 구성요소는 하나의 도면에 도시되지만 또 다른 도면에서 생략될 수 있다. 마지막으로, 본 명세서에 사용될 때에, 하나의 구성요소가 또 다른 구성요소에 연결되는 것으로 언급되면, 그 연결은 직접적이고 또한 간접적일 수 있다.

Claims (15)

1. 서로를 따라 연장하는 다수의 보일러 튜브(34, 36, 38, 40)를 포함하는 보일러 튜브 배열체를 위한 핀(4, 4a, 4b, 4c, 4d)이며, 핀의 길이방향 중심 축(C)은 보일러 튜브의 길이에 직각으로 연장하도록 배열되고, 핀은 내부 모서리(8) 및 외부 모서리(10)를 포함하는, 핀(4, 4a, 4b, 4c, 4d)에 있어서, 내부 모서리의 외형은 외부 모서리의 외형과 유사하고, 내부 및 외부 모서리의 외형의 각각은 다수의 리지(16, 18, 20, 26, 28, 30) 그리고 다수의 밸리(12, 14, 22, 24)를 한정하고, 그러한 리지 및 밸리는 교대로 배열되어 전이부(P, P')에서 서로에 연결되고, 전이부는 각각, 연결된 리지 및 밸리의 최고 지점(H, H')과 최저 지점(L, L') 사이의 중간에 있고, 내부 모서리에 의해 한정되는 밸리의 각각은 보일러 튜브의 각각의 길이방향 중심 축(A) 주위에서 180˚ 이하로 연장하여 보일러 튜브를 수용하고 그에 따라 상기 보일러 튜브의 각각을 부분적으로만 포위하도록 배열되는, 것을 특징으로 하는, 핀(4, 4a, 4b, 4c, 4d).
2. 제1항에 있어서, 밸리(12, 14, 22, 24)의 외형은 리지(16, 18, 20, 26, 28, 30)의 외형과 불균일한, 핀(4, 4a, 4b, 4c, 4d).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내부 모서리(8)의 외형에 의해 한정되고 저부(B)를 갖는 제1 밸리(12)는 내부 모서리의 외형에 의해 한정되고 각각의 상부(T)를 갖는 제1 및 제2 리지(16, 18) 사이에 배열되는, 핀(4, 4a, 4b, 4c, 4d).
4. 제3항에 있어서, 제1 밸리(12)의 외형은 제2 리지(18)의 외형보다 짧은, 핀(4, 4a, 4b, 4c, 4d).
5. 제3항에 있어서, 제2 리지(18)의 상부(T)는 평면형이고 내부 모서리(8)의 제1 직선형 부분에 의해 형성되는, 핀(4, 4a, 4b, 4c, 4d).
6. 제3항에 있어서, 제1 밸리(12)의 저부(B)는 평면형이고 내부 모서리(8)의 제2 직선형 부분에 의해 형성되는, 핀(4, 4a, 4b, 4c, 4d).
7. 제3항에 있어서, 제1 밸리(12)는 원형인, 핀(4, 4a, 4b, 4c, 4d).
8. 제3항에 있어서, 제1 밸리(12)는 내부 모서리(8)의 적어도 부분적인 와플형 제3 부분(48)에 의해 한정되는, 핀(4, 4a, 4b, 4c, 4d).
9. 제3항에 있어서, 제1 밸리(12)의 저부(B) 그리고 제2 리지(18)의 상부(T)를 연결하는 플랭크(F)는 내부 모서리(8)의 적어도 부분적인 직선형 부분에 의해 한정되는, 핀(4, 4a, 4b, 4c, 4d).
10. 제3항에 있어서, 제2 리지(18)를 한정하는 전이부(P, P') 중 2개의 인접 전이부 사이의 거리는 제1 밸리(12)를 한정하는 전이부 중 2개의 인접 전이부 사이의 거리보다 큰, 핀(4, 4a, 4b, 4c, 4d).
11. 제1 보일러 튜브(34)를 포함하는 보일러 튜브 배열체 그리고 제1항 또는 제2항에 따른 제1 및 제2 핀(4a, 4b)을 포함하는 조립체(32)이며, 제1 및 제2 핀은 제1 보일러 튜브의 대향 측면 상에서 제1 보일러 튜브의 길이방향 중심 축(A)에 직각으로 연장하고, 제1 및 제2 핀의 각각의 내부 모서리(8)는 제1 보일러 튜브와 대면하여 부분적으로만 포위하고, 제1 보일러 튜브는 제1 및 제2 핀의 내부 모서리에 의해 한정되는 밸리(12, 14)의 각각 내에 수용되는, 조립체(32).
12. 제11항에 있어서, 보일러 튜브 배열체는 제1 보일러 튜브(34)를 따라 연장하는 제3 보일러 튜브(38) 그리고 제1항 또는 제2항에 따른 제3 및 제4 핀(4c, 4d)을 추가로 포함하고, 제3 및 제4 핀은 제3 보일러 튜브의 대향 측면 상에서 제3 보일러 튜브의 길이방향 중심 축(A)에 직각으로 연장하고, 제3 및 제4 핀의 각각의 내부 모서리(8)는 제3 보일러 튜브와 대면하여 부분적으로만 포위하고, 제3 보일러 튜브는 제3 및 제4 핀의 내부 모서리에 의해 한정되는 밸리의 각각(12, 14) 내에 수용되고, 제3 핀(4c)의 외부 모서리(10)에 의해 한정되는 밸리(22, 24) 중 하나는 제2 핀(4b)의 외부 모서리(10)에 의해 한정되는 리지(26, 28, 30) 중 하나 내에 수용되고, 제2 핀의 외부 모서리에 의해 한정되는 밸리(22, 24) 중 하나는 제3 핀의 외부 모서리에 의해 한정되는 리지(26, 28, 30) 중 하나 내에 수용되는, 조립체(32).
13. 제12항에 있어서, 제2 핀(4b)의 외부 모서리(10)와 제3 핀(4c)의 외부 모서리(10) 사이의 거리는 제2 및 제3 핀의 외부 모서리를 따라 변화되는, 조립체(32).
14. 제11항에 있어서, 제1 및 제2 핀(4a, 4b)에서의 제1 보일러 튜브(34)의 외부 외형, 및 제1 및 제2 핀 사이에 제1 보일러 튜브를 수용하는 공간은 불균일한, 조립체(32).
15. 제11항에 있어서, 제1 및 제2 핀(4a, 4b)은 서로로부터 분리되는 결합 지점(42)에서 제1 보일러 튜브(34)와 결합되는, 조립체(32).

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