KR102212566B1 - 에어컨디셔너용 팽창밸브 - Google Patents

에어컨디셔너용 팽창밸브 Download PDF

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KR102212566B1 KR1020150141386A KR20150141386A KR102212566B1 KR 102212566 B1 KR102212566 B1 KR 102212566B1 KR 1020150141386 A KR1020150141386 A KR 1020150141386A KR 20150141386 A KR20150141386 A KR 20150141386A KR 102212566 B1 KR102212566 B1 KR 102212566B1
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Abstract

본 발명은 다이어프램을 적용하는 대신에 압력을 압력부재가 감지하여 거동함으로써, 내부에서 냉매의 유동을 단속할 수 있는 에어컨디셔너용 팽창밸브에 관한 것이다.
본 발명에 따른 에어컨디셔너용 팽창밸브는, 내부에 길이방향을 따라 공간(11a)이 형성되고, 상부에 상기 공간(11a)과 연통되고 증발기 출구에 연결되는 포트(11b)와 컴프레서 입구에 연결되는 포트(11c)가 형성되며, 하부에 상기 공간(11a)과 연통되고 증발기 입구와 연결되는 포트(11e)와 응축기 출구에 연결되는 포트(11d)가 형성되는 밸브바디(11)와, 탄성재질로 이루어지고 상기 밸브바디(11)의 공간(11a)에 수용되되 상기 밸브바디(11)의 상부에 설치되는 포트(11b)(11c)와 상기 밸브바디(11)의 하부에 설치되는 포트(11d)(11e) 사이에 위치되고, 압력에 따라 상기 공간(11a)의 내부에 승강가능하게 설치되는 압력부재(13)와, 상기 압력부재(13)의 하단에 상기 압력부재(13)로 탄성지지된 상태로 설치되고, 상기 압력부재(13)가 승강에 따라 상기 증발기 입구와 상기 응축기 출구를 단속하는 밸브부재(15)를 포함한다.

Description

에어컨디셔너용 팽창밸브{TXV FOR AIR-CONDITIONER}
본 발명은 차량의 에어컨디셔너에 설치되는 팽창밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다이어프램을 적용하는 대신에 압력을 압력부재가 감지하여 거동함으로써, 내부에서 냉매의 유동을 단속할 수 있는 에어컨디셔너용 팽창밸브에 관한 것이다.
차량의 에어컨디셔너 시스템에는 냉매의 팽창과 유량을 조절하는 감온식 팽창밸브(TXV; Thermal Expansion　Valve)가 설치된다. 상기 감온식 팽창밸브는 다이어프램방식으로 압력을 감지하여 냉매의 유량을 조절한다.
종래기술에 따른 에어컨디셔너용 팽창밸브의 구조를 살펴보면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 밸브바디(111)의 내부에 상기 밸브바디(111)의 길이방향을 따라 냉매가 유동할 수 있는 공간(111a)이 형성되고, 상기 공단에 에어컨디셔너의 각 부분에 연결되는 포트(111b)(111c)(111d)(111e)가 연통되도록 형성된다.
상기 밸브바디(111)의 공간(111a)에는 샤프트(112)가 설치되고, 상기 샤프트(112)의 상단은 다이어프램(113)이 설치되고, 상기 샤프트(112)의 하단에는 볼밸브(115)가 접촉되게 설치되며, 상기 볼밸브(115)는 스프링(116)에 의해 지지된다. 즉, 상기 다이어프램(113), 상기 샤프트(112), 상기 볼밸브(115) 및 상기 스프링(116)이 동일 축선상에 배치된다. 아울러, 상기 다이어프램(113)의 외측에는 엔진룸 내부의 온도에 따라 다이어프램(113) 내부의 압력에 영향을 미치지 않도록 하기 위한 캡(114)도 설치되고, 상기 스프링(116)의 하부에는 상기 스프링(116)의 이탈을 방지하기 위해 캡너트(117)가 체결된다.
이러한 팽창밸브(110)는 응축기로부터 액체냉매가 포트(111d)를 통하여 유입된 후, 상기 볼밸브(115)가 설치된 부위에서 팽창하여 상기 기체상태로 확산된 후 증발기로 유동한다. 상기 증발기에서 열교환한 냉매는 다시 포트(111b)를 통하여 팽창밸브(110)로 유입된 후 컴프레서로 배출된다.
상기 팽창밸브(110)에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 응축기로부터 유입된 액체냉매가 상기 볼밸브(115)를 통과하면서, 상기 볼밸브(115)와 밸브바디(111) 사이의 틈새를 통하여 확산되어 기체상태로 되어 증발기로 배출된다.
상기 팽창밸브(110)는 온도와 압력에 감응하여 작동한다.
상기 팽창밸브(110)가 작동원리는 압력에 의해 힘과 탄성력에 의한 힘의 평형에 의해 작동한다. 즉, 4에 도시된 바와 같이, 다이어프램(113)의 압력에 의한 힘이 증발기 출구압력에 의한 힘과 스프링(116)의 탄성력의 합과 크기를 비교하여 작동한다. 즉, PD·A > PL·A + FS 이면, 상기 팽창밸브(110)는 개방되어 유량이 증대되어 냉방부하가 증가하고, PD·A < PL·A + FS 이면, 상기 팽창밸브(110)는 폐쇄되어 냉매의 유량이 감소되어 냉방부하가 감소한다(단, PD : 다이어프램의 압력, A : 다이어프램의 면적, PL : 증발기 출구의 압력, FS : 스프링의 탄성력).
그러나, 상기와 같은 종래기술에 따른 팽창밸브는 압력을 감지하고 상기 볼밸브(115)가 개폐되는 구조로 부품수가 많고, 정밀한 가공 및 조립이 필요하였다. 또한 이로 인하여 제조단가가 높은 문제점도 있었다.
한편, 하기의 선행기술문헌에는 '고압용　팽창밸브'에 대한 기술이 개시되어 있다.
KR 10-2008-0024862 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 압력을 감지하는 부재 다이어프램 대신에 원추형으로 형성된 탄성재질의 압력부재를 적용함으로써, 구조를 간단히 할 수 있는 에어컨디셔너용 팽창밸브를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에어컨디셔너용 팽창밸브는, 내부에 길이방향을 따라 공간이 형성되고, 상부에 상기 공간과 연통되고 증발기 출구에 연결되는 포트와 컴프레서 입구에 연결되는 포트가 형성되며, 하부에 상기 공간과 연통되고 증발기 입구와 연결되는 포트와 응축기 출구에 연결되는 포트가 형성되는 밸브바디와, 탄성재질로 이루어지고 상기 밸브바디의 공간에 수용되되 상기 밸브바디의 상부에 설치되는 포트와 상기 밸브바디의 하부에 설치되는 포트 사이에 위치되고, 압력에 따라 상기 공간의 내부에 승강가능하게 설치되는 압력부재와, 상기 압력부재의 하단에 상기 압력부재로 탄성지지된 상태로 설치되고, 상기 압력부재가 승강에 따라 상기 증발기 입구와 상기 응축기 출구를 단속하는 밸브부재를 포함한다.
상기 압력부재는 상단으로부터 하부로 갈수록 단면적인 좁아지는 원추형으로 형성되고, 상기 공간에서 상기 압력부재가 위치하는 부위도 상부로부터 하부로 갈수록 단면적이 좁아지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 공간에서 상기 압력부재의 상단에는 상기 압력부재가 정해진 높이 이상으로 상승되는 것을 차단하기 위해 상기 공간을 가로 지르도록 설치되는 스토퍼가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 밸브부재는 중간부위가 상기 밸브부재의 다른 부위에 비하여 단면적이 줄어들도록 형성되고, 싱기 압력부재가 상승하면 상기 밸브부재는 상기 응축기의 출구를 폐쇄시키고, 상기 압력부재가 하강하면 상기 밸브부재는 상기 증발기 입구와 상기 응축기 출구를 연통시키는 것을 특징으로 한다.
상기 밸브부재의 하단에는 상기 밸브부재를 상기 압력부재로 탄성지지하는 스프링이 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 스프링의 하단에는 상기 밸브바디에 나사결합되고, 체결정도를 조절하여 상기 스프링의 탄성력을 조절하는 조절너트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 증발기 출구 압력과 상기 압력부재 상부면의 면적의 곱과 상기 압력부재의 탄성력의 합이 상기 스프링의 탄성력보다 크면 상기 압력부재가 상승하여 상기 밸브부재가 상기 응축기 출구와 상기 증발기 입구를 연통시키고, 상기 증발기 출구 압력과 상기 압력부재 상부면의 면적의 곱과 상기 압력부재의 탄성력의 합이 상기 스프링의 탄성력보다 작으면 상기 압력부재가 하강하여 상기 밸브부재가 상기 응축기 출구와 상기 증발기 입구를 서로 차단시키는 것을 특징으로 한다.
상기 공간의 상단에는 커버가 체결되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 에어컨디셔너용 팽창밸브에 따르면, 다이어프램과 볼밸브를 적용하지 않아도 되므로 구조가 간단해져 제조가 용이하게 제조원가를 낮출 수 있다.
또한, 밸브의 하부에 설치되는 조절나사를 이용하여 상기 스프링의 탄성력을 조절할 수 있어서, 팽창밸브의 내부를 유동하는 냉매의 유량을 정밀하게 제어할 수 있다.
아울러, 소음부재인 다이어프램이 제거되어 작동소음을 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 에어컨디셔너용 팽창밸브를 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 도시한 에어컨디셔너용 팽창밸브의 절개사시도.
도 3은 종래기술에 따른 에어컨디셔너용 팽창밸브에서 볼밸브 주변을 확대 도시한 사시도.
도 4는 종래기술에 따른 에어컨디셔너용 팽창밸브의 작동원리를 도시한 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 에어컨디셔너용 팽창밸브에서 에어컨디셔너가 작동하지 않는 상태를 도시한 절개사시도.
도 6은 본 발명에 따른 에어컨디셔너용 팽창밸브에서 에어컨디셔너가 작동하지 않는 상태에서 냉매의 흐름을 도시한 확대도.
도 7은 본 발명에 따른 에어컨디셔너용 팽창밸브의 작동원리를 도시한 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 에어컨디셔너용 팽창밸브에서 에어컨디셔너가 작동시의 상태를 도시한 절개사시도.
도 9은 본 발명에 따른 에어컨디셔너용 팽창밸브에서 에어컨디셔너가 작동시의 상태에서 냉매의 흐름을 도시한 확대도.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 에어컨디셔너용 팽창밸브에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 에어컨디셔너용 팽창밸브(10)는, 내부에 길이방향을 따라 공간(11a)이 형성되고, 상부에 상기 공간(11a)과 연통되고 증발기 출구에 연결되는 포트(11b)와 컴프레서 입구에 연결되는 포트(11c)가 형성되며, 하부에 상기 공간(11a)과 연통되고 증발기 입구와 연결되는 포트(11e)와 응축기 출구에 연결되는 포트(11d)가 형성되는 밸브바디(11)와, 탄성재질로 이루어지고 상기 밸브바디(11)의 공간(11a)에 수용되되 상기 밸브바디(11)의 상부에 설치되는 포트(11b)(11c)와 상기 밸브바디(11)의 하부에 설치되는 포트(11d)(11e) 사이에 위치되고, 압력에 따라 상기 공간(11a)의 내부에 승강가능하게 설치되는 압력부재(13)와, 상기 압력부재(13)의 하단에 상기 압력부재(13)로 탄성지지된 상태로 설치되고, 상기 압력부재(13)가 승강에 따라 상기 증발기 입구와 상기 응축기 출구를 단속하는 밸브부재(15)를 포함한다.
밸브바디(11)는 내부에 길이방향을 따라 공간이 형성되고, 상부와 하부에 냉매가 유압되거나 배출되는 포트(11b)(11c)(11d)(11e)가 형성된다.
상기 밸브바디(11)의 내부에는 상기 밸브바디(11)의 길이방향을 따라서 상기 밸브바디(11)를 관통하도록 공간(11a)이 형성된다. 상기 공간의 상단은 커버(12)가 체결되어 폐쇄되고, 상기 공간(11a)의 하단은 조절너트(17)가 체결되어 폐쇄된다.
상기 밸브바디(11)에는 냉매가 유동할 수 있도록 4개의 포트가 형성되는데, 상부에는 각각 증발기 출구에 연결되는 포트(11b)와 컴프레서 입구에 연결되는 포트(11c)가 형성된다. 상기 포트(11b)(11c)는 상기 공간(11a)을 통하여 연통되고, 상기 증발기 출구로부터 배출된 냉매는 상기 공간(11a)을 거쳐 상기 컴프레서로 유동한다. 하부에는 각각 증발기 입구에 연결되는 포트(11e)와 응축기 출구에 연결되는 포트(11d)가 형성된다. 상기 포트(11d)(11e)도 서로 공간(11a)을 통하여 연결되어 상기 응축기로부터 상기 증발기로 냉매가 유동한다. 다만, 냉방부하에 따라 상기 응축기로부터 상기 증발기로 유동되는 냉매는 차단될 수도 있다.
상기 공간(11a)과 상기 포트(11b)(11c)(11d)(11e)이 교차하는 부분의 단면적을 보면, 상부의 포트(11b)(11c)들이 상기 공간(11a)과 교차하는 단면적이 하부의 포트(11d)(11e)들이 상기 공간과 교차하는 단면적 보다 크다.
또한, 상부의 포트(11b)(11c)와 하부의 포트(11d)(11e) 사이에서 상기 공간(11a)은 상부에서 하부로 갈수록 단면적이 줄어드는 형태로 형성되어 원뿔을 뒤집은 것과 같은 상태가 되도록 한다.
압력부재(13)는 탄성재질로 이루어진다. 상기 압력부재(13)는 상기 공간(11a)에서 상부의 포트(11b)(11c)와 하부의 포트(11d)(11e)의 중간에 위치한다. 상기 압력부재(13)는 상단으로부터 하단으로 갈수록 단면적이 좁아지는 형태, 즉 원뿔을 뒤집은 형태로 형성된다.
상기 압력부재(13)는 상기 공간(11a)에 위치하였을 때, 상기 압력부재(13)의 상부면은 증발기 출구의 압력이 작용하는 면이 된다. 상기 압력부재(13)의 상부면의 압력에 따라 상기 압력부재(13)는 승강함과 더불어 팽창 또는 압축된다.
상기 압력부재(13)가 상기 공간(11a)에서 정해진 높이 이상으로 상승하는 것을 방지하기 위해서 상기 공간(11a)에는 상기 공간(11a)을 가로지르는 방향으로 설치되는 스토퍼(14)를 구비한다. 상기 스토퍼(14)는 상기 공간에서, 상기 압력부재(13)의 상부면보다 높게 위치한다.
밸브부재(15)는 상기 압력부재(13)의 하부에 설치된다. 상기 밸브부재(15)의 상단은 상기 압력부재(13)의 하단에 접하고 있어서, 상기 압력부재(13)에 작용하는 압력이 상기 밸브부재(15)에도 전달된다.
상기 밸브부재(15)는 상기 중간부분이 다른 부분보다 단면적이 좁게 형성되고, 그 부분이 상기 밸브바디(11)의 하부에 형성된 포트(11b)(11c)를 서로 연통되도록 하거나 폐쇄되도록 한다. 즉, 상기 밸브부재(15)는 승강하면서, 상기 응축기 출구에 연결되는 포트(11d)와 상기 증발기 입구의 포트(11e)를 서로 연통시키거나 차단시킨다.
냉매는 상기 밸브부재(15)는 통과하면서 확산되면서, 액체에서 기체가 된다.
스프링(16)은 상기 밸브부재(15)를 상기 압력부재(13)쪽으로 탄성지지되도록 한다. 상기 스프링(16)은 상단이 상기 밸브부재(15)의 하단에 접촉된 상태로 상기 공간(11a)에 설치됨으로써, 상기 밸브부재(15)를 상기 압력부재(13)쪽으로 탄성지지한다.
상기 스프링(16)의 하단은 조절너트(17)가 설치된다. 상기 조절너트(17)는 상기 공간(11a)의 하단에 나사결합됨으로써, 상기 스프링(16)의 하단을 고정시킨다. 이때, 상기 조절너트(17)의 체결정도를 조절함으로써, 상기 스프링(16)의 탄성력을 조절한다. 즉, 상기 조절너트(17)가 상기 공간(11a)으로 많이 체결되도록 하면 상기 스프링(16)의 탄성력이 커지고, 상기 조절너트(17)가 상기 공간(11a)으로 덜 체결될수록 상기 스프링(16)의 탄성력은 작아진다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 에어컨디셔너용 팽창밸브의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
상기 압력부재(13)의 상부면에는 증발기 출구의 압력이 작용한다. 상기 증발기 출구의 압력은 상기 압력부재(13)의 면적에 비례하여 상기 압력부재(13)에 상기 압력부재(13)를 누르는 힘으로 작용하고, 이는 상기 압력부재의 탄성력과 더해져 상기 스프링(16)의 탄성력과의 차이에 따라 상기 압력부재(13)가 승강한다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 압력부재(13)에 작용하는 힘이 도시되어 있고, 이때에는 하기의 식에 의해 상기 압력부재(13)가 상승하거나 하강한다.
PL·A + 압력부재의 탄성력 > FS : 밸브개방
PL·A + 압력부재의 탄성력 < FS : 밸브폐쇄
단, 여기서, PL은 증발기 출구 압력이고, A는 압력부재의 상단 면적이며, Fs는 스프링의 탄성력이다.
먼저, 도 5와 도 6를 이용하여 밸브가 개방되는 상태에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
상기 밸브가 개방되는 조건은 'PL·A + 압력부재의 탄성력 > FS'이 된다.
이 상태에서는 스프링(16)의 탄성력보다 압력부재(13)를 하강시키려는 힘(PL·A + 압력부재의 탄성력)이 크기 때문에, 상기 압력부재(13)는 하강하고, 이와 함께 밸브부재(15)도 하강한다. 즉, 도 6에서와 같이, 상기 압력부재(13)의 상단은 선LA에서 선LB만큼 하강한다.
상기 밸브부재(15)가 하강하면, 상기 밸브부재(15)는 응축기 출구 포트(11d)와 상기 증발기 입구 포트(11e)가 연통되어 개방된 상태가 되므로, 상기 응축기로부터 상기 증발기로 냉매가 유동할 수 있다. 이로써, 냉방 부하 증가에 대응하여 냉매의 유량을 증대시킬 수 있다.
한편, 밸브가 폐쇄되어 냉방 부하가 감소하는 경우에 대해서는 도 8과 도 9에 도시되어 있다.
상기 스프링(16)의 탄성력보다 압력부재(13)를 하강시키려는 힘(PL·A + 압력부재의 탄성력)이 크면, 상기 스프링(16)이 상기 밸브부재(15)와 상기 압력부재(13)를 상승시킨다. 즉, 도 9에서와 같이, 상기 압력부재(13)의 상단은 선LB에서 LA로 상승한다.
상기 밸브부재(15)가 상승하면, 상기 밸브부재(15)는 응축기 출구의 포트(11d)와 상기 증발기 입구의 포트(11e)를 차단하는 상태가 되므로, 유량이 감소되어 냉방부하가 감소된다.
10 : 팽창밸브 11 : 밸브바디
11a : 공간 11b, 11c , 11d, 11e : 포트
12 : 커버 13 : 압력부재
14 : 스토퍼 15 : 밸브부재
16 : 스프링 17 : 조절너트
100 : 팽창밸브 111 : 밸브바디
111b, 111c, 111d, 111e : 포트 112 : 샤프트
113 : 다이어프램 114 : 캡
115 : 볼밸브 116 : 스프링
117 : 캡너트

Claims (8)

  1. 내부에 길이방향을 따라 공간이 형성되고, 상부에 상기 공간과 연통되고 증발기 출구에 연결되는 포트와 컴프레서 입구에 연결되는 포트가 형성되며, 하부에 상기 공간과 연통되고 증발기 입구와 연결되는 포트와 응축기 출구에 연결되는 포트가 형성되는 밸브바디와,
    탄성재질로 이루어지고 상기 밸브바디의 공간에 수용되되 상기 밸브바디의 상부에 설치되는 포트와 상기 밸브바디의 하부에 설치되는 포트 사이에 위치되고, 압력에 따라 상기 공간의 내부에 승강가능하게 설치되는 압력부재와,
    상기 압력부재의 하단에 상기 압력부재로 탄성지지된 상태로 설치되고, 상기 압력부재가 승강에 따라 상기 증발기 입구와 상기 응축기 출구를 단속하는 밸브부재를 포함하고,
    상기 압력부재는 상단으로부터 하부로 갈수록 단면적인 좁아지는 원추형으로 형성되고, 상기 공간에서 상기 압력부재가 위치하는 부위도 상부로부터 하부로 갈수록 단면적이 좁아지도록 형성되며,
    상기 압력부재의 상부면은 증발기 출구에 연결되는 포트와 컴프레서 입구에 연결되는 포트 사이의 공간에 노출되어 상기 증발기 출구의 압력이 상기 압력부재로 작용하고,
    상기 밸브부재의 하단에는 상기 밸브부재를 상기 압력부재로 탄성지지하는 스프링이 설치되며,
    상기 증발기 출구 압력과 상기 압력부재 상부면의 면적의 곱에 의해 작용하는 힘과 상기 압력부재의 탄성력의 합이 상기 스프링의 탄성력보다 크면('PL·A + 압력부재의 탄성력 > FS', 단 PL은 증발기 출구 압력이고, A는 압력부재의 상단 면적이며, Fs는 스프링의 탄성력), 상기 압력부재가 상승하여 상기 밸브부재가 상기 응축기 출구와 상기 증발기 입구를 연통시키고,
    상기 증발기 출구 압력과 상기 압력부재 상부면의 면적의 곱에 의해 작용하는 힘과 상기 압력부재의 탄성력의 합이 상기 스프링의 탄성력보다 작으면('PL·A + 압력부재의 탄성력 < FS', 단 PL은 증발기 출구 압력이고, A는 압력부재의 상단 면적이며, Fs는 스프링의 탄성력), 상기 압력부재가 하강하여 상기 밸브부재가 상기 응축기 출구와 상기 증발기 입구를 서로 차단시키는 것을 특징으로 하는 에어컨디셔너용 팽창밸브.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공간에서 상기 압력부재의 상단에는 상기 압력부재가 정해진 높이 이상으로 상승되는 것을 차단하기 위해 상기 공간을 가로 지르도록 설치되는 스토퍼가 설치되는 것을 특징으로 하는 에어컨디셔너용 팽창밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밸브부재는 중간부위가 상기 밸브부재의 다른 부위에 비하여 단면적이 줄어들도록 형성되고,
    싱기 압력부재가 상승하면 상기 밸브부재는 상기 응축기의 출구를 폐쇄시키고,
    상기 압력부재가 하강하면 상기 밸브부재는 상기 증발기 입구와 상기 응축기 출구를 연통시키는 것을 특징으로 하는 에어컨디셔너용 팽창밸브.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스프링의 하단에는 상기 밸브바디에 나사결합되고, 체결정도를 조절하여 상기 스프링의 탄성력을 조절하는 조절너트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨디셔너용 팽창밸브.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 공간의 상단에는 커버가 체결되는 것을 특징으로 하는 에어컨디셔너용 팽창밸브.
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