KR102451970B1 - 자동차 연료탱크의 유출 연료 회수 장치 - Google Patents

자동차 연료탱크의 유출 연료 회수 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 연료탱크에서 유출된 액상 연료가 캐니스터로 유입되는 것을 방지하기 위한 연료탱크의 유출 연료 회수 장치에 관한 것으로서, 주행 중에 연료탱크에서 유출된 액상 연료를 수집 보관하는 별도의 챔버를 구성하고, 상기 챔버의 드레인 호스를 연료펌프의 석션 입구 측에 연결한 구조를 채택함으로써, 시동 오프 후 재시동 시 연료펌프가 구동됨에 의해 상기 챔버에 보관한 연료를 연료펌프의 석션 입구 측으로 송출하여 회수할 수 있는 자동차 연료탱크의 유출 연료 회수 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

자동차 연료탱크의 유출 연료 회수 장치 {Outflow fuel recovery apparatus of vehicle fuel tank}
본 발명은 자동차 연료탱크의 유출 연료 회수 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료탱크에서 유출된 액상 연료가 캐니스터로 유입되는 것을 방지하기 위한 자동차 연료탱크의 유출 연료 회수 장치에 관한 것이다.
자동차의 연료시스템은 연료탱크에서 발생한 연료증발가스가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위하여 캐니스터를 구비하고 있으며, 이러한 캐니스터는 연료탱크에서 발생한 연료증발가스를 포집하여 엔진으로 공급해주게 된다.
상기 연료탱크에는 연료탱크 내부에서 발생한 연료증발가스를 캐니스터 측으로 배출시키는 벤트 밸브가 장착되며, 이러한 벤트 밸브는 차량이 경사지역에 위치하거나 전복되는 등으로 인해 연료 누출이 우려될 경우에는 액상의 연료가 캐니스터로 유입되는 것을 방지해주게 된다.
그런데, 차량 주행중 상기 벤트 밸브의 실링 성능 부족이나 이상이 발생하는 경우, 벤트 밸브를 통해 연료탱크에서 넘친 액상의 연료가 캐니스터로 유입되는 문제가 발생하게 된다.
또한, 플러그인 하이브리드 차량(PHEV)의 연료시스템에 구비되는 연료탱크의 경우, 차량이 전기모터의 동력에 의해 주행시 연료탱크 내부에 발생한 연료증발가스를 밀폐 보관해야 하며, 이를 위하여 캐니스터와 연결되는 벤트라인에 연료탱크밀폐밸브(FTIV)를 설치한다.
상기 연료탱크밀폐밸브는 주행시에는 클로즈되어 연료탱크와 캐니스터 간에 연료증발가스의 이동을 차단하고, 연료 주유시에는 원활한 연료 주입을 위하여 오픈되어 연료탱크 내부의 압력을 해소되게 한다.
그런데, 상기 연료탱크밀폐밸브가 빈번히 온/오프되는 고온 환경에서 주행 시 또는 상기 연료탱크밀폐밸브에 고장이 발생되어 상시 개방시, 연료탱크 압력이 벤트라인을 통해 순간 배출되면서 연료탱크에서 캐니스터로 액상 연료가 넘치는 문제가 발생하게 된다.
이렇게 캐니스터로 액상의 연료가 유입되는 경우, 캐니스터에서 엔진으로 액상의 연료가 유입되어 시동 꺼짐 현상이 발생하게 되고, 또한 액상 연료에 의해 캐니스터내 활성탄이 젖게 되어 캐니스터가 연료증발가스를 포집하지 못하고 결국 연료증발가스가 대기로 방출되는 문제가 발생한다.
한국공개특허 10-2016-0022493호(2016년03월02일)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 주행 중에 연료탱크에서 유출된 액상 연료를 수집 보관하는 별도의 챔버를 구성하고, 상기 챔버의 드레인 호스를 연료펌프의 석션 입구 측에 연결한 구조를 채택함으로써, 시동 오프 후 재시동 시 연료펌프가 구동됨에 의해 상기 챔버에 보관한 연료를 연료펌프의 석션 입구 측으로 송출하여 회수할 수 있는 자동차 연료탱크의 유출 연료 회수 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, 주행 중 연료탱크에서 벤트 밸브를 통해 유출된 액상 연료를 수집하는 연료수집챔버; 시동 오프 직후 상기 연료수집챔버로부터 이동된 연료를 보관하는 연료보관챔버; 연료 흡입을 위한 석션 입구에 상기 연료보관챔버의 드레인 호스를 연결하고, 시동 오프 이후 재시동 시 구동되어 상기 연료보관챔버의 연료를 흡입하는 연료펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 연료탱크의 유출 연료 회수 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 연료수집챔버와 연료보관챔버 사이에는 연료수집챔버에서 연료보관챔버로 이동하는 연료의 유동을 위한 연료이동관이 연결되고, 상기 연료이동관의 입구 측에 연료펌프의 흡입 부압을 이용하여 연료이동관의 입구를 폐쇄하고 부력을 이용하여 연료이동관의 입구를 개방하는 플로팅 밸브가 설치된다.
구체적으로, 상기 플로팅 밸브는, 연료수집챔버 내측에 배치되는 개방형의 밸브하우징과; 상기 밸브하우징내에서 연료이동관의 입구측으로 탄성 지지되는 플로트;를 포함하여 구성되며,
상기 플로트는 밸브하우징내에 채워지는 액상 연료에 의해 연료이동관의 입구를 개방하는 방향으로 부력을 받게 되고, 연료펌프의 구동시 상기 연료이동관의 입구를 폐쇄하는 방향으로 연료펌프의 흡입 부압을 받게 된다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 연료수집챔버는 중력 작용 방향을 기준으로 연료탱크의 벤트 밸브와 캐니스터 사이에 연결되는 벤트라인의 하측에 연료이동가능하게 연결되고, 상기 연료보관챔버는 중력 작용 방향을 기준으로 연료수집챔버의 하측에 연료이동가능하게 연결된다.
아울러, 상기 드레인 호스에는 연료펌프에서 연료보관챔버로 이동되는 연료 흐름을 차단하기 위한 체크밸브가 설치된다.
본 발명에 따른 자동차 연료탱크의 유출 연료 회수 장치에 의하면, 주행 중 연료탱크에서 유출된 액상 연료가 캐니스터로 흘러 유입되는 현상을 근본적으로 방지할 수 있으며, 이에 의해 캐니스터에서 엔진으로 액상 연료가 유입되어 발생하는 시동 꺼짐 현상을 방지할 수 있고, 또한 액상 연료에 의해 캐니스터내 활성탄이 젖어 캐니스터가 제기능을 하지 못하고 결국 연료증발가스가 대기로 방출되는 문제를 방지할 수 있게 된다.
도 1 내지 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료탱크 유출 연료 회수 장치의 구성 및 차량 상태에 따른 작동 형태를 나타낸 도면
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1에 보듯이, 자동차 연료가 저장되는 연료탱크(10)의 상단에는 연료탱크(10) 내부에서 발생한 연료증발가스를 캐니스터(20) 측으로 배출하기 위한 벤트 밸브(11,12)가 장착된다.
상기 벤트 밸브(11,12)는 연료탱크(10)에 하나 이상 구비되며, 벤트 밸브(11,12)와 캐니스터(20) 사이에는 벤트 밸브(11,12)에서 캐니스터(20) 측으로 유동되는 연료증발가스의 이동을 위한 벤트라인(14)이 연결된다.
벤트 밸브(11,12)는 차량이 경사지역에 위치하거나 전복되는 등으로 인해 연료 누출이 우려될 경우, 액상의 연료가 연료탱크(10) 밖으로 유출되는 것을 차단하여 캐니스터(20) 측으로 액상의 연료가 유입되는 것을 방지해주게 된다.
그런데, 상기 벤트 밸브(11,12)의 실링 성능 부족이나 이상이 발생하는 경우, 차량 주행중 벤트 밸브(11,12)를 통해 액상의 연료가 벤트라인(14)으로 유출될 수 있다.
또한, 플러그인 하이브리드 차량(PHEV)의 경우, 차량이 전기모터의 동력에 의해 주행시 연료탱크(10) 내부에 발생한 연료증발가스를 밀폐 보관해야 하며, 이를 위하여 캐니스터(20)와 연결되는 벤트라인(14)에 연료탱크밀폐밸브(FTIV)(22)를 설치한다.
상기 연료탱크밀폐밸브(22)는 주행시에는 클로즈되어 연료탱크(10)와 캐니스터(20) 간에 연료증발가스의 이동을 차단하고, 연료 주유시에는 원활한 연료 주입을 위하여 오픈되어 연료탱크(10) 내부의 압력을 해소되게 한다.
상기 연료탱크(10)는 밀폐형으로 이루어지기 때문에 주행 중 내부 압력이 소정 범위의 수준으로 상승되어 유지된다. 이를 위해, 상기 연료탱크밀폐밸브(22)는 연료탱크(10)의 압력이 상기 소정 범위의 최대치일 때 오픈되고 최소치일 때 클로즈되어 연료탱크(10)의 압력 조절이 가능하도록 한다.
그런데, 상기 연료탱크밀폐밸브(22)가 빈번히 온/오프되는 고온 환경에서 주행 시 또는 상기 연료탱크밀폐밸브(22)에 고장이 발생되어 상시 개방시, 연료탱크 압력이 벤트라인(14)을 통해 순간 배출되면서 연료탱크(10)에서 캐니스터(20)로 액상 연료가 넘치는 문제가 발생하게 된다.
이에 본 발명에서는 주행 중에 연료탱크(10)에서 벤트 밸브(11,12)를 통해 유출된 액상 연료를 중력을 이용하여 별도 수집한 뒤, 시동 오프 이후 재시동 시 상기 별도 수집한 연료를 연료펌프(50)의 구동 중에 연료펌프(50)의 석션 입구(52)측으로 송출할 수 있도록 함으로써, 벤트 밸브(11,12)를 통해 벤트라인(14)으로 유출된 액상 연료가 캐니스터(20)로 흘러 유입되는 것을 방지하고 연료펌프(50)측으로 유출 연료를 회수할 수 있도록 한다.
첨부한 도 1 내지 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료탱크 유출 연료 회수 장치의 구성 및 차량 상태에 따른 작동 형태를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 4에 나타낸 바와 같이, 벤트라인(14)은 연료탱크(10)의 상단에 설치된 양측의 벤트 밸브(11,12)와 캐니스터(20) 사이에 연결 배치되고, 그 하측에 벤트라인(14)에서 중력에 의해 배출되는 액상 연료를 수집 가능한 연료수집챔버(30)가 연결 구성된다.
즉, 상기 연료수집챔버(30)는 중력이 작용하는 방향을 기준으로 벤트라인(14)의 중앙부 하측에 연료 이동가능하게 연결 배치됨으로써, 주행 중 연료탱크(10)에서 벤트라인(14)으로 유출된 액상 연료를 기상의 연료증발가스와 분리시켜 수집할 수 있게 된다.
좀더 설명하면, 상기 연료수집챔버(30)는 연료탱크(10)의 내부 상측에 배치되고, 벤트라인(14)과 연통가능하게 형성되어 벤트라인(14)에서 연료증발가스와 분리되어 낙하하는 액상 연료를 수집하여 1차 보관하게 된다.
연료수집챔버(30)는 벤트라인(14)과 연통되는 개방형 챔버이기 때문에, 주행 중 벤트라인(14)으로부터 수집한 액상 연료를 연료펌프(50) 측으로 회수하기 전까지 유출 우려 없이 보다 안전하게 보관하기 위해, 중력 작용 방향을 기준으로 연료수집챔버(30)의 하측에 연료 보관을 위한 밀폐형의 연료보관챔버(40)가 연결 구성된다.
상기 연료보관챔버(40)는 시동 오프 직후 연료수집챔버(30)로부터 중력에 의해 이동되는 액상 연료를 보관하게 되며, 상기 연료수집챔버(30)와 연료보관챔버(40) 사이에는 연료수집챔버(30)에서 연료보관챔버(40)로 이동하는 연료의 유동을 위한 연료이동관(32)이 기밀하게 연결 구성된다.
이때 연료보관챔버(40)로 이동되는 연료 유동을 제어하기 위해, 상기 연료이동관(32)의 연료 유동 방향으로 기준으로 상류(즉, 입구) 측에 연료이동관(32)의 입구 개폐를 위한 플로팅 밸브(60)가 설치된다.
상기 플로팅 밸브(60)는 연료수집챔버(30)의 내측 공간에서 연료이동관(32)의 입구측에 설치되어 연료이동관(32)의 입구를 개폐할 수 있도록 구성되며, 연료펌프(50)로부터 작용하는 흡입 부압을 이용하여 연료이동관(32)의 입구를 폐쇄하고, 플로팅 밸브(60)에 작용하는 부력을 이용하여 연료이동관(32)의 입구를 개방하게 된다.
구체적으로, 플로팅 밸브(60)는 연료수집챔버(30)의 내측에 배치되는 밸브하우징(62)과 상기 밸브하우징(62)내에서 연료이동관(32)의 입구측으로 탄성 지지되는 플로트(64) 및 상기 밸브하우징(62)과 플로트(64) 사이에 설치되어 플로트(64)를 탄성 지지하는 탄성부재(66)로 이루어진다.
상기 밸브하우징(62)은 액상 연료를 수집한 연료수집챔버(30)로부터 연료 유입이 가능하도록 연료유입홀(62a)을 구비한 개방형 구조로 형성되며, 탄성 지지되는 플로트(64)가 부력 및 연료펌프(50)의 흡입 부압에 의해 이동할 때 흔들림 없이 안정적으로 이동을 할 수 있도록 플로트(64)의 선형 이동을 가이드할 수 있는 구조로 이루어진다.
상기 플로트(64)는 연료이동관(32)을 기밀하게 개폐하는 밸브본체로서, 밸브하우징(62)내에 채워지는 액상 연료에 의해 연료이동관(32)의 입구를 개방하는 방향으로 부력을 인가받게 되며, 더불어 연료펌프(50)의 구동시 연료이동관(32)의 입구를 폐쇄하는 방향으로 연료펌프(50)의 흡입 부압을 인가받게 된다.
좀더 설명하면, 플로트(64)는 차량의 시동 오프 직후 부력에 의해 연료이동관(32)의 입구측에서 분리되어 멀어지는 방향으로 선형 이동하여 연료이동관(32)의 입구를 개방하게 되고, 시동 오프 이후 재시동 시 연료펌프(50)가 구동되어 엔진(80)으로 연료 압송 시 플로트(64)에 작용하는 흡입 부압에 의해 연료이동관(32)의 입구측으로 끌어당겨지는 방향으로 선형 이동하여 연료이동관(32)의 입구를 폐쇄하게 된다.
여기서, 상기 연료이동관(32)은 중력에 의한 연료 유동이 가능하도록 연료수집챔버(30)와 연료보관챔버(40) 사이에 연장 배치되며, 이에 상기 플로팅 밸브(60)가 연료이동관(32)의 입구를 개방하는 동시에 연료수집챔버(30)의 연료가 연료보관챔버(40)로 흘러 이동하게 된다.
그리고, 상기 연료보관챔버(40)에 이동 보관된 액상 연료를 연료펌프(50) 측으로 송출하기 위해 연료보관챔버(40)에는 연료 배출을 위한 드레인 호스(42)가 구비되고, 이 드레인 호스(42)는 연료펌프(50)의 연료 흡입을 위한 석션 입구(52)측에 기밀하게 연결된다.
이에 따라, 엔진(80)으로 연료를 압송하기 위한 연료펌프(50)의 펌핑 작동시, 연료보관챔버(40)의 연료가 드레인 호스(42)를 통해 연료펌프(50)의 석션 입구(52)측으로 도입가능하게 된다.
상기 드레인 호스(42)의 연료 유동 방향을 기준으로 상류(즉, 입구)측에는 연료펌프(50)에서 연료보관챔버(40)측으로 역류하여 이동하는 연료 흐름을 차단하기 위한 체크밸브(70)가 설치된다.
상기 체크밸브(70)는 연료펌프(50)의 작동시 흡입 부압에 의해 개방되어 연료보관챔버(40)에서 연료펌프(50) 측으로만 연료 이동이 가능하도록 하며, 이에 연료펌프(50)에서 연료보관챔버(40)측으로 흐르는 연료 역류가 방지되어 연료탱크(10)의 연료가 외부로 유출되는 것을 차단할 수 있다.
이러한 체크밸브(70)는 드레인 호스(42)의 입구(혹은 연료보관챔버(40)의 연료배출구)를 기밀하게 개폐할 수 있는 밸브본체(74)와, 이 밸브본체(74)를 드레인 호스(42)의 입구측으로 탄성 지지할 수 있도록 드레인 호스(42)내에 설치된 스프링부재(72)로 구성된다.
상기 밸브본체(74)는 연료펌프(50)의 구동시 작용하는 흡입 부압에 의해 스프링부재(72)를 압축시키는 방향으로 이동하면서 드레인 호스(42)의 입구를 개방하게 된다.
참고로, 미설명된 도면부호 54는 연료펌프(50)의 석션 입구(52)로 유입되는 연료의 이물질 여과를 위한 프리필터(54)이고, 다른 미설명된 도면부호 82는 캐니스터(20)에서 포집되어 엔진(80)으로 공급되는 연료증발가스의 유동 제어를 위한 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브(PCSV)(82)이다.
이하, 도 1 내지 4를 참조하여 연료탱크(10)에서 유출된 액상 연료의 회수 과정을 설명하도록 한다.
첨부한 도 1 내지 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료탱크 유출 연료 회수 장치의 구성 및 차량 상태에 따른 작동 형태를 나타낸 도면이며, 구체적으로 도 1은 차량 주행 중 작동 상태를 나타낸 도면이고, 도 2 및 도 3은 차량의 시동 오프 직후 작동 상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 차량의 시동 오프 이후 재시동 시 작동 상태를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 1에 나타낸 바와 같이, 차량이 주행하는 동안 벤트 밸브(11,12)를 통해 연료탱크(10)에서 벤트라인(14)으로 유출된 액상 연료는 양측 벤트 밸브(11,12) 사이의 벤트라인(14) 구간에서 연료수집챔버(30)로 흘러 수집된다.
차량 주행 중에는 연료펌프(50)가 구동중이므로 연료펌프(50)의 흡입 부압과 탄성부재(66)의 탄성복원력에 의해 플로트(64)가 연료이동관(32)의 입구를 폐쇄한 상태를 유지하게 되고, 이에 연료수집챔버(30)에는 차량이 주행하는 동안 수집된 액상 연료가 점차 축적되어 채워지게 된다.
이때, 연료수집챔버(30)에 축적된 액상 연료에 의해 플로트(64)에 작용하는 부력은 연료펌프의 흡입 부압보다 작게 생성되어, 연료이동관(32)의 폐쇄 상태가 유지된다.
차량의 시동 오프 직후에는 연료펌프(50)의 작동이 정지되면서 플로트(64)에 인가되던 연료펌프(50)의 흡입 부압이 제거되고, 도 2에 보듯이 플로트(64)에 작용하는 부력에 의해 플로트(64)가 연료이동관(32)의 입구를 개방하여 연료이동관(32)을 통해 연료수집챔버(30)의 연료가 연료보관챔버(40)로 이동하게 된다.
그리고, 도 3에 나타낸 바와 같이, 연료수집챔버(30)의 연료가 모두 연료보관챔버(40)로 이동되면, 플로트(64)의 자중 및 탄성부재(66)의 탄성복원력에 의해 플로팅 밸브(60)가 닫히면서 연료이동관(32)의 입구를 폐쇄하게 된다.
이후, 차량이 재시동되고 연료펌프(50)가 구동을 시작하면, 도 4에 보듯이 연료펌프(50)의 흡입 부압에 의해 체크밸브(70)가 열리면서 드레인 호스(42)의 입구를 개방하게 되고, 이에 연료보관챔버(40)에 저장되어 있는 연료가 연료펌프(50)의 석션 입구(52)측으로 흡입되어 이동하게 된다.
이때 플로팅 밸브(60)는 연료펌프(50)의 흡입 부압에 의해 닫힘 상태를 유지하게 된다.
이와 같이 주행 중 연료수집챔버(30)에 수집된 액상 연료는, 차량의 시동 오프 이후 연료펌프(50)의 흡입 부압이 제거된 상태에서 연료보관챔버(40)로 이동하게 되고, 다시 시동 온(On) 되면서 연료펌프(50)의 흡입 부압이 발생하게 되면 드레인 호스(42)를 통해 연료펌프(50)측으로 회수되어진다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10 : 연료탱크 11,12 : 벤트 밸브
14 : 벤트라인 20 : 캐니스터
22 : 연료탱크밀폐밸브 30 : 연료수집챔버
32 : 연료이동관 40 : 연료보관챔버
42 : 드레인 호스 50 : 연료펌프
52 : 석션 입구 54 : 프리필터
60 : 플로팅 밸브 62 : 밸브하우징
62a : 연료유입홀 64 : 플로트
66 : 탄성부재 70 : 체크밸브
72 : 스프링부재 74 : 밸브본체
80 : 엔진 82 : 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브

Claims (5)

  1. 주행 중 연료탱크에서 벤트 밸브를 통해 유출된 액상 연료를 수집하는 연료수집챔버;
    시동 오프 직후 상기 연료수집챔버로부터 이동된 연료를 보관하는 연료보관챔버;
    연료 흡입을 위한 석션 입구에 상기 연료보관챔버의 드레인 호스를 연결하고, 시동 오프 이후 재시동 시 구동되어 상기 연료보관챔버의 연료를 흡입하는 연료펌프;를 포함하며,
    상기 연료수집챔버와 연료보관챔버 사이에는 연료수집챔버에서 연료보관챔버로 이동하는 연료의 유동을 위한 연료이동관이 연결되고, 상기 연료이동관의 입구 측에 연료펌프의 흡입 부압을 이용하여 연료이동관의 입구를 폐쇄하고 부력을 이용하여 연료이동관의 입구를 개방하는 플로팅 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차 연료탱크의 유출 연료 회수 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 플로팅 밸브는,
    연료수집챔버 내측에 배치되는 개방형의 밸브하우징과;
    상기 밸브하우징내에서 연료이동관의 입구측으로 탄성 지지되는 플로트;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 플로트는 밸브하우징내에 채워지는 액상 연료에 의해 연료이동관의 입구를 개방하는 방향으로 부력을 받게 되고, 연료펌프의 구동시 상기 연료이동관의 입구를 폐쇄하는 방향으로 연료펌프의 흡입 부압을 받게 되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료탱크의 유출 연료 회수 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료수집챔버는 중력 작용 방향을 기준으로 연료탱크의 벤트 밸브와 캐니스터 사이에 연결되는 벤트라인의 하측에 연료이동가능하게 연결되고, 상기 연료보관챔버는 중력 작용 방향을 기준으로 연료수집챔버의 하측에 연료이동가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 자동차 연료탱크의 유출 연료 회수 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 드레인 호스에는 연료펌프에서 연료보관챔버로 이동되는 연료 흐름을 차단하기 위한 체크밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차 연료탱크의 유출 연료 회수 장치.
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