KR102453390B1 - 2차전지의 활물질 이송장치 - Google Patents

2차전지의 활물질 이송장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2차전지의 활물질 이송장치를 개시한다. 구체적으로, 분말형태의 활물질을 저장하고 공급하는 공급부와, 상기 공급부와 연결되고 상기 공급부에 저장된 활물질을 흡입하여 수용하는 흡송부와, 상기 흡송부의 하부에 구비되어 상기 흡송부로 흡입된 활물질이 투입되는 투입계량부와, 상기 흡송부와 투입계량부 사이에 설치되어 상기 흡송부로 흡입된 활물질을 일시적으로 수납했다가 상기 투입계량부로 배출시키는 대기부를 포함하는 2차전지 활물질 이송장치에 있어서, 상기 대기부는, 관형상으로 이루어지고 상단이 상기 흡송부의 배출구와 연통되고 하단이 상기 투입계량부의 투입구와 연통되는 대기호퍼; 상기 대기호퍼의 상부에 설치되어 상기 흡송부와 대기호퍼 사이를 개폐하는 제1밸브; 상기 대기호퍼의 하부에 설치되어 상기 대기호퍼와 투입계량부 사이를 개폐하는 제2밸브;를 포함하여 이루어지되, 상기 제1밸브를 열면 상기 흡송부로부터 상기 대기호퍼로 활물질이 유입되고, 상기 제1밸브를 닫고 상기 제2밸브를 열면 상기 대기호퍼로부터 상기 투입계량부로 활물질이 투입될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

2차전지의 활물질 이송장치{Apparatus for transporting powdery active material of secondary battery}
본 발명은 이송장치에 관한 것으로서, 상세하게는 2차전지에 사용되는 분말형 활물질을 이송하는 2차전지의 활물질 이송장치에 관한 것이다.
2차전지는 충전이 가능하여 산업 및 생활의 모든 분야, 특히 전기자동차에 널리 사용되고 있다.
2차전지는 리튬, 코발트, 니켈, 몰리브덴 등의 산화 및 환원의 반복이 가능한 물질로 대량 제조된다.
보통 2차전지의 제조과정에서 리튬, 코발트, 니켈, 몰리브덴 등의 분말형 활물질(active material)을 이송하고 배출하는 과정이 포함된다.
도 1은 종래 선행기술에 따른 2차전지 활물질 이송 및 배출시스템을 나타내는 개략도이다.
간략하게 설명하면, "분체형 활물질이 저장되는 저장조(11)가 구비되는 저장부(10); 상기 저장부의 저장조로부터 이송되는 분체형 활물질이 수용되는 투입조(21)가 구비되는 투입부(20); 상기 투입부의 투입조로부터의 배출되는 분체형 활물질이 믹싱되는 믹싱기(31)가 구비된 믹싱부(30);를 포함하되, 상기 저장부의 저장조와 투입부의 투입조 사이에 진공펌프 구동에 의해 진공압이 형성되는 배관을 구비하는 진공압형성부(40);가 연결되어 저장부에 구비되는 저장조의 분체형 활물질이 진공압형성부에 형성되는 진공압에 의해 배관을 거쳐 투입부에 구비되는 투입조로 이송되고, 상기 투입조에는 내부로 충격을 가하여 분체형 활물질 배출을 촉진하는 에어노커가 마련되며, 상기 투입조는 상단에 진공압형성부에 구비된 배관과 연결되는 진공챔버가 구비되고, 상기 진공챔버에는 저장조로부터 내부로의 분체형 활물질 유입을 단속하는 제1개폐밸브와, 내부로부터 투입조로의 분체형 활물질 유출을 단속하는 제2개폐밸브와, 고압 에어 공급기로부터 내부로의 고압 에어 분사를 위한 에어분사노즐이 마련되고, 상기 에어분사노즐에는 고압 에어의 유동을 단속하는 제3개폐밸브가 구비되며, 상기 진공압형성부의 배관에는 진공펌프(42) 측으로의 에어 유동을 단속하는 제7개폐밸브가 마련되는 것을 특징으로 하는 2차 전지 생산 라인의 분체형 활물질 이송 및 배출 시스템."이 개시되어 있다.
이러한 선행기술은 저장조에 저장되는 분체형 활물질이 진공압형성부에 형성되는 진공압에 의해 투입조로 이송된다.
이때, 진공압에 의해 저장조에서 이송된 활물질은 일시적으로 진공챔버에 저장된 후 제2개폐밸브가 개방될 때 투입조로 투입된다.
그런데 제2개폐밸브의 개방시 진공챔버에 걸리는 진공압 또는 음압이 투입조에도 걸리게 되어 투입조 내부에 투입, 저장된 활물질이 역류하여 비산하거나 진공챔버로 유입되는 문제가 있다. 이로 인해, 활물질의 저장조에서 투입조로 이송되는 활물질 정량에 오차가 발생하는 원인이 되었다.
그리고 이를 해결하기 위해 진공챔버 내 진공압을 제거할 수 있도록 배기밸브를 개방하여 강제 배기하거나 별도로 에어를 주입하여 진공압을 제거하는 방식과 구조는 매우 번거롭고 불편하다.
대한민국 등록특허 10-1608144(2016.3.25.)"2차전지 생산라인의 분체형 활물질 이송 및 배출시스템"
이에 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하고자 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 활물질 이송을 위해 진공펌프로 진공압을 거는 방식이 아니라 공기를 흡입하는 방식으로 활물질을 이송할 수 있는 2차전지의 활물질 이송장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 활물질 흡입시 낮아지는 압력으로 인해 이송된 활물질이 역류하거나 비산되는 것을 방지할 수 있는 구조를 가지는 2차전지의 활물질 이송장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 2차전지의 활물질 이송장치는, 분말형태의 활물질을 저장하고 공급하는 공급부와, 상기 공급부와 연결되고 상기 공급부에 저장된 활물질을 흡입하여 수용하는 흡송부와, 상기 흡송부의 하부에 구비되어 상기 흡송부로 흡입된 활물질이 투입되는 투입계량부와, 상기 흡송부와 투입계량부 사이에 설치되어 상기 흡송부로 흡입된 활물질을 일시적으로 수납했다가 상기 투입계량부로 배출시키는 대기부를 포함하는 2차전지 활물질 이송장치에 있어서, 상기 대기부는, 관형상으로 이루어지고 상단이 상기 흡송부의 배출구와 연통되고 하단이 상기 투입계량부의 투입구와 연통되는 대기호퍼; 상기 대기호퍼의 상부에 설치되어 상기 흡송부와 대기호퍼 사이를 개폐하는 제1밸브; 상기 대기호퍼의 하부에 설치되어 상기 대기호퍼와 투입계량부 사이를 개폐하는 제2밸브;를 포함하여 이루어지되, 상기 제1밸브를 열면 상기 흡송부로부터 상기 대기호퍼로 활물질이 유입되고, 상기 제1밸브를 닫고 상기 제2밸브를 열면 상기 대기호퍼로부터 상기 투입계량부로 활물질이 투입될 수 있다.
여기서, 상기 제1밸브와 제2밸브는 버터플라이 밸브인 것이 바람직하다.
그리고 흡송부는, 일측에 상기 공급부의 공급배관과 연결되는 흡입구가 형성되고 상부면에 배기구가 형성되며 하부는 상기 대기부와 연통되는 흡송호퍼; 상기 흡송호퍼의 배기구와 연결되어 상기 흡송호퍼 내부의 공기를 흡입하는 흡입수단; 상기 흡송호퍼 내부에 하나 이상 구비되는 백필터;를 포함하여 이루어져, 상기 흡입수단의 흡입력에 의해 상기 공급부로부터 활물질이 상기 흡송호퍼로 흡입되고, 흡입된 활물질은 상기 백필터에 의해 필터링되면서 상기 흡송호퍼 내부에 수용되며, 흡입된 공기는 상기 배기구로 배기될 수 있다.
이때, 상기 흡입수단은 링블로워(Ring Blower)인 것이 바람직하다.
그리고 상기 흡입구는 상기 흡송호퍼의 외주면에 접선방향으로 연통되어 흡입된 활물질이 나선형으로 선회하고, 상기 흡송호퍼의 내부에는 원호형상의 가이드판이 상기 흡입구와 인접하게 구비되어, 상기 흡입구로 흡입된 활물질이 상기 백필터에 직접 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 백필터의 상측에는 각각 상기 백필터의 외주면에 고착되는 활물질을 탈리시킬 수 있도록 에어를 분사하는 에어노즐이 설치될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 아래와 같은 효과가 있다.
첫째, 공기를 흡입하는 링블로워를 사용하여 공기를 흡입하는 방식으로 활물질을 이송하므로 진공압을 형성하기 위한 진공펌프나 장치가 불필요하다. 즉, 장치가 간단하고 제조비용이 절감될 수 있다.
둘째, 제1밸브와 제2밸브를 순차적으로 개폐함으로써 대기호퍼 내에 활물질을 일시적으로 수납했다가 계량호퍼로 전달하므로 계량호퍼 내의 활물질이 역류하거나 비산되는 것을 완전히 방지할 수 있다. 따라서, 중간에 손실되는 활물질이 거의 없으므로 공급부로부터 투입계량부로 정확한 양의 활물질 이송이 수행될 수 있다.
도 1은 종래 선행기술에 따른 2차전지 활물질 이송 및 배출시스템을 나타내는 개략도
도 2는 본 발명의 일 실시 예를 따른 2차전지의 활물질 이송장치의 개략적인 구조를 나타내는 개략도
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 흡송부와 대기부의 상세한 구조를 나타내는 상세도
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 흡송부의 평면도
이하, 본 발명에 따른 일 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
참고로, 도면을 참조한 설명은 본 발명을 더 쉽게 이해하기 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예를 따른 2차전지의 활물질 이송장치의 개략적인 구조를 나타내는 개략도이다.
본 발명에 따른 2차전지 활물질 이송장치는 도시된 바를 참조하면 크게, 공급부(100), 흡송부(200), 투입계량부(300), 대기부(400)를 포함해서 구성될 수 있다.
먼저, 상기 공급부(100)에 대해 설명한다.
상기 공급부(100)는 활물질을 저장하고 공급하기 위한 것으로서, 공급호퍼(110)와 공급배관(120)으로 구성될 수 있다.
상기 공급호퍼(110)는 하부로 갈수록 좁아지는 구조를 가진 원통 형상을 이루며, 상기 공급호퍼(110)의 하부에 상기 공급배관(120)이 연결된다.
그리고 상기 공급배관(120)은 후술하는 상기 흡송부(200)와 연결되어 상기 공급호퍼(110)로부터 활물질을 상기 흡송부(200)로 이송할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 상기 공급호퍼(110)에는 로드셀이 부착되어 상기 공급호퍼(110)에 저장된 활물질의 무게를 측정함으로써 정확한 양을 파악할 수 있다.
또 상기 공급배관(120)에는 하나 이상의 개폐밸브가 구비되어 활물질의 이송을 제어할 수 있다.
다음으로 도 3, 4를 함께 참조하여 상기 흡송부에 대해 설명한다. 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 흡송부와 대기부의 상세한 구조를 나타내는 상세도이고, 도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 흡송부의 평면도를 나타낸다.
상기 흡송부(200)는 상기 공급부(100)로부터 활물질을 흡입하는 방식으로 이송시키는 구성으로서, 흡송호퍼(210), 흡입수단(220), 백필터(230)를 포함해서 구현될 수 있다.
상기 흡송호퍼(210)는 하부로 갈수록 좁아지는 역원추 형상으로 이루어질 수 있고, 일측에 흡입구(211)가 형성되며, 상부면에 배기구(212)가 형성되고, 하부는 상기 대기부(400)와 연결되는 배출구(213)가 형성된다.
상기 흡입구(211)는 상기 공급배관(120)과 연결되어 활물질이 흡입되는 입구이다.
이때, 상기 흡입구(211)는 상기 흡송호퍼(210)의 외주면에 수직으로 연통되게 형성될 수도 있으나 바람직하게는 도 4에 도시된 바와 같이 원형의 상기 흡송호퍼(210)의 외주 접선방향으로 연통되도록 형성된다.
따라서, 상기 흡입구(211)로 흡입된 활물질은 상기 흡송호퍼(210)의 내벽을 따라 선회하면서 원심력에 의해 나선형의 싸이클론 유동을 일으키고, 활물질은 중력에 의해 상기 흡송호퍼(210)의 하측으로 모인다.
이때, 상기 흡입구(211)에 인접하도록 가이드판(240)이 더 설치되는 것이 바람직하다.
상기 가이드판(240)은 원호형상의 곡판일 수 있으며 상기 흡입구(211)로 흡입된 활물질이 상기 흡송호퍼(210) 내부로 바로 비산되지 않고 내벽을 따라 선회하도록 안내한다. 동시에 상기 가이드판(240)은 흡입된 활물질이 후술하는 상기 백필터(230)에 직접 충돌하지 않도록 차단한다.
그리고 상기 배기구(212)는 상기 흡송호퍼(210)에 흡입되는 활물질을 제외한 공기가 배출되는 출구이다. 상기 배기구(212)는 상기 흡입수단(220)과 연통된다.
상기 흡입수단(220)은 흡입력을 발생시켜 상기 배기구(212)를 통해 상기 흡송호퍼(210) 내부의 공기를 빨아들인다.
이를 위해, 상기 흡입수단(220)은 링블로워(ring blower)를 사용하는 것이 바람직하다.
링블로워는 고압의 공기를 필요로 하는 산업현장에서 사용되는 것으로서, 모터와 임펠러로 공기를 토출하거나 흡입하기 위해 널리 이용된다.
본 발명에서 링블로워는 공기의 흡입을 위한 목적으로 사용할 수 있다.
상기 배기구(212)와 배기배관(260)으로 연결된 상기 링블로워가 상기 공기를 흡입하면 상기 흡송호퍼(210) 내부에 압력이 낮아지면서 상기 흡입구(211)로 활물질과 공기가 흡입될 수 있다.
이것은 종래 활물질을 이송하기 위해 복잡한 진공펌프를 사용했으나 본 발명에서 단순한 구조를 가지면서 효과적인 기능을 발휘할 수 있는 링블로워를 사용함을 기술적 특징으로 한다.
대신, 상기 흡송호퍼(210) 내부의 활물질을 걸러줄 수 있는 백필터(230)가 내설된다.
상기 백필터(230)는 상기 흡송호퍼(210)의 내부에 설치되는 것으로서, 원통형 또는 주머니 형상으로 이루어진 것으로 하나 이상 구비된다.
상기 백필터(230)는 활물질만 필터링하여 상기 배기구(212)로 배출되지 않고 상기 흡송호퍼(210) 내부에 잔존하도록 한다.
상기 백필터(230)는 상기 가이드판(240)의 내측으로 상기 흡송호퍼(210)의 중앙부에 밀집하여 배치될 수 있으며, 다수개가 배열되어 활물질과 접촉하는 표면적을 최대화하여 필터링을 극대화한다.
이러한 상기 백필터(230)를 고정하기 위해 상기 흡송호퍼(210)의 상부에는 필터고정 플레이트(231)가 고정되고, 상기 필터고정 플레이트(231)에 상기 백필터(230)가 각각 고정될 수 있다.
여기서, 바람직한 것은 상기 백필터(230)의 각각의 상부에는 에어노즐(250)이 구비되어 상기 백필터(230) 내부에 공기를 분사함으로써 상기 백필터(230)의 외주면에 고착된 활물질을 탈리시켜 상기 흡송호퍼(210)의 하측으로 모이게 유도할 수 있다.
다음으로 상기 투입계량부(300)에 대해 설명한다.
상기 투입계량부(300)는 상기 흡송부(200)의 하부에 설치되어 상기 흡송부(200)에 모인 활물질이 투입되는 구성이다.
상기 투입계량부(300)는 계량호퍼(310), 배기필터밸브(320) 및 로드셀(330)로 구현될 수 있다.
상기 계량호퍼(310)는 상기 공급호퍼(110)와 대동소이한 구조와 형상을 가진다.
그리고 상기 계량호퍼(310)의 상부면에 배기필터밸브(320)가 설치되어 자동으로 개폐되면서 상기 계량호퍼(310) 내부에 적절한 에어를 공급하거나 배기시킬 수 있다.
또 상기 계량호퍼(310) 내에 수용된 활물질의 정확한 계량을 위해 로드셀(330)이 구비된다.
참고로 상기 계량호퍼(310)의 하단에는 로터리밸브(미도시)가 설치되어 상기 계량호퍼(310) 내에 일정량의 활물질이 채워지면 상기 로터리밸브가 작동하여 배출시킬 수 있다.
다음으로 상기 대기부(400)에 대해 설명한다.
상기 대기부(400)는 본 발명의 기술적 특징에 해당하는 구성으로서, 상기 흡송부(200)와 투입계량부(300) 사이에 설치된다.
상기 대기부(400)는 대기호퍼(410), 제1밸브(420) 및 제2밸브(430)로 구현 가능하다.
상기 대기호퍼(410)는 원형관 형상으로 이루어져 상단은 상기 흡송호퍼(210)의 하부에 형성된 배출구(213)와 연통되도록 결합되고, 하단은 상기 계량호퍼(310)의 상부에 형성된 투입구(311)와 연통되도록 결합된다.
이때, 상기 대기호퍼(410) 내의 부피는 일정량의 활물질을 충분히 수납할 수 있을 정도의 공간이 형성되어야 한다.
그리고 상기 대기호퍼(410)의 상부에는 상기 흡송호퍼(210)와 대기호퍼(410) 사이를 개폐할 수 있는 제1밸브(420)가 설치되고, 상기 대기호퍼(410)의 하부에는 상기 대기호퍼(410)와 계량호퍼(310) 사이를 개폐할 수 있는 제2밸브(430)가 설치된다.
여기서, 상기 제1밸브(420)와 제2밸브(430)는 모두 버터플라이 밸브를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 제1밸브(420)와 제2밸브(430)는 자동으로 개폐되도록 제어되고, 시간차를 두고 개폐되도록 제어된다.
즉, 상기 제1밸브(420)를 먼저 개방하면 상기 흡송호퍼(210)에 수용된 활물질이 상기 대기호퍼(410)로 수납된다.
이때, 상기 제2밸브(430)는 닫힌 상태이므로 상기 계량호퍼(310) 내에 수용된 활물질이 역류하여 상기 흡송호퍼(210)로 유입되거나 비산되는 것을 차단할 수 있다.
그리고 상기 제1밸브(420)를 닫고, 상기 제2밸브(430)를 열면 상기 대기호퍼(410)에 수납된 활물질이 낙하하여 상기 계량호퍼(310)로 투입된 후 상기 제2밸브(430)를 닫는다.
이때도 상기 제1밸브(420)가 닫힌 상태이므로 상기 계량호퍼(310) 내에 수용된 활물질이 역류하여 상기 흡송호퍼(210)로 유입되거나 비산되는 것을 차단할 수 있다.
즉, 상기 흡송호퍼(210) 내에 압력이 낮아지더라도 상기 제1밸브(420)와 제2밸브(430)의 개폐를 제어함으로써 상기 대기호퍼(410) 내에 활물질을 일시적으로 수납했다가 상기 계량호퍼(310)로 전달하므로 상기 계량호퍼(310) 내의 활물질이 역류하거나 비산되는 것을 완전히 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 중간에 손실되는 활물질이 거의 없으므로 상기 공급부(100)로부터 투입계량부(300)로 정확한 양의 활물질 이송이 수행될 수 있다.
이상에서 도면을 참조하여 본 발명의 대표적인 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 공급부
110 : 공급호퍼 120 : 공급배관
200 : 흡송부
210 : 흡송호퍼 211 : 흡입구
212 : 배기구 213 : 배출구
220 : 흡입수단 230 : 백필터
231 : 필터고정 플레이트 240 : 가이드판
250 : 에어노즐 260 : 배기배관
300 : 투입계량부
310 : 계량호퍼 311 : 투입구
320 : 배기필터밸브 330 : 로드셀
400 : 대기부 410 : 대기호퍼
420 : 제1밸브 430 : 제2밸브

Claims (6)

  1. 분말형태의 활물질을 저장하고 공급하는 공급부와, 상기 공급부와 연결되고 상기 공급부에 저장된 활물질을 흡입하여 수용하는 흡송부와, 상기 흡송부의 하부에 구비되어 상기 흡송부로 흡입된 활물질이 투입되는 투입계량부와, 상기 흡송부와 투입계량부 사이에 설치되어 상기 흡송부로 흡입된 활물질을 일시적으로 수납했다가 상기 투입계량부로 배출시키는 대기부를 포함하는 2차전지의 활물질 이송장치에 있어서,
    상기 대기부는,
    일측에 상기 공급부의 공급배관과 연결되는 흡입구가 형성되고 상부면에 배기구가 형성되며 하부는 상기 대기부와 연통되는 흡송호퍼와, 상기 흡송호퍼의 배기구와 연결되어 상기 흡송호퍼 내부의 공기를 링블로워(Ring Blower)로 흡입하는 흡입수단과, 상기 흡송호퍼 내부에 하나 이상 구비되는 백필터로 이루어져 상기 흡입수단의 흡입력에 의해 상기 공급부로부터 활물질이 상기 흡송호퍼로 흡입되고, 상기 흡입구로 흡입된 활물질이 상기 백필터와 직접 충돌하는 것으로 방지할 수 있도록 상기 흡입구는 상기 흡입호퍼의 외주면에 접선방향으로 연통되어 흡입된 활물질이 나선형으로 선회하도록 상기 흡송호퍼의 내부에는 원호형상에 곡판의 가이드판이 상기 흡입구와 인접하게 구비되고, 흡입된 활물질은 상기 백필터에 의해 필터링되면서 상기 흡송호퍼 내부에 수용되며, 흡입된 공기는 상기 배기구로 배기되는 흡송부;
    관형상으로 이루어지고 상단이 상기 흡송호퍼의 하부에 형성된 배출구와 연통되고 하단이 계량호퍼의 상부에 형성된 투입구와 연통되도록 결합된 대기호퍼;
    상기 대기호퍼의 상부에 버터플라이 밸브로 설치되어 상기 흡송호퍼와 대기호퍼 사이를 개폐하는 제1밸브;
    상기 대기호퍼의 하부에 버터플라이 밸브로 설치되어 상기 대기호퍼와 계량호퍼 사이를 개폐하는 제2밸브;
    상기 제2밸브의 하부에 설치되어 활물질의 정확한 계량을 위해 로드셀이 구비된 계량호퍼와 상기 계량호퍼의 상부면에 설치되어 자동으로 개폐되면서 상기 계량호퍼 내부에 에어를 공급할 수 있는 배기필터밸브와 계량호퍼의 하단에 로터리밸브가 구비된 투입계량부;를 포함하여 이루어지되,
    상기 제2밸브를 닫고 상기 제1밸브를 열면 상기 흡송호퍼로부터 상기 대기호퍼로 활물질이 유입되고, 상기 제1밸브를 닫고 상기 제2밸브를 열면 상기 대기호퍼에 수납된 활물질이 낙하하여 상기 계량호퍼로 활물질이 투입될 수 있는 것을 특징으로 하는 2차전지의 활물질 이송장치.
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