KR20180088174A - 전원 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 - Google Patents

전원 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 Download PDF

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KR20180088174A KR1020170012922A KR20170012922A KR20180088174A KR 20180088174 A KR20180088174 A KR 20180088174A KR 1020170012922 A KR1020170012922 A KR 1020170012922A KR 20170012922 A KR20170012922 A KR 20170012922A KR 20180088174 A KR20180088174 A KR 20180088174A
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Abstract

본 발명은 전원 장치에 관한 것으로 특히, 전원부에 인가되는 과전압으로부터 회로를 보호하기 위한 과전압 보호 기능을 포함하는 전원 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 삼상 교류 전원과 연결되는 공기 조화기의 전원 장치에 있어서, 상기 삼상 교류 전원을 이용하여 압축기를 구동하기 위한 교류 전류를 출력하는 인버터부; 공기 조화기의 실내기에 전원을 공급하는 실내기 전원부; 상기 삼상 교류 전원의 전원선 중 하나 및 접지선으로부터 공급되는 교류 전원으로부터 상기 인버터부에 인가되는 입력 전압의 크기를 감지하는 전압 감지부; 및 상기 전압 감지부의 감지 전압에 따라 상기 실내기 전원부로 공급되는 전원을 차단하는 과전압 차단부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

전원 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 {Power supply apparatus and air conditioner including the same}
본 발명은 전원 장치에 관한 것으로 특히, 전원부에 인가되는 과전압으로부터 회로를 보호하기 위한 과전압 보호 기능을 포함하는 전원 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 공기 조화기는 전력 변환 장치를 포함하는 전원 장치를 이용하여 압축기 모터 등의 부품에 교류 전력이 공급된다.
특히, 산업용 및 건물용과 같은 대형 공기 조화기의 전원 장치는 삼상 전원을 이용할 수 있다.
이러한 삼상 전원은 보통 R, S, T로 구분하는 삼상 전원단과 N으로 표시하는 접지단(N 상)을 포함하고 있다. 이때, 각 삼상 전원단 중 두 단을 연결하면 380 V 전압의 전원이 공급될 수 있고, 각 삼상 전원단과 접지단을 연결하면 220 V 전압의 전원이 공급될 수 있다.
이와 같은 삼상 전원 중에서 공기 조화기의 각 부분에 따라 삼상 전원이 그대로 공급되기도 하고 접지단을 포함하는 두 단을 이용하는 단상 전원이 공급되기도 한다.
그러나, 공기 조화기의 설치 과정에서 단자에 각 상의 전원선을 잘못 연결하면(오결선이라 칭한다) 원하지 않는 크기의 과전압이 공급될 수 있다.
예를 들어, 오결선으로 인하여 220 V의 전압이 공급되어야 할 부분에 380 V의 전압이 공급될 위험이 있다.
따라서, 이러한 오결선이 발생하는 것을 방지하거나 오결선이 발생한 경우 회로에 인가될 수 있는 과전압으로부터 회로를 효과적으로 보호할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 과전압 또는 오결선으로부터 공기 조화기를 보호할 수 있는 전원 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 삼상 교류 전원과 연결되는 공기 조화기의 전원 장치에 있어서, 상기 삼상 교류 전원을 이용하여 압축기를 구동하기 위한 교류 전류를 출력하는 인버터부; 공기 조화기의 실내기에 전원을 공급하는 실내기 전원부; 상기 삼상 교류 전원의 전원선 중 하나 및 접지선으로부터 공급되는 교류 전원으로부터 상기 인버터부에 인가되는 입력 전압의 크기를 감지하는 전압 감지부; 및 상기 전압 감지부의 감지 전압에 따라 상기 실내기 전원부로 공급되는 전원을 차단하는 과전압 차단부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 과전압 차단부는, 상기 전압 감지부의 감지 전압의 크기에 따라 기준 전압을 출력하는 비교기; 공기 조화기의 실내기에 전원을 공급하는 실내기 전원부; 및 상기 비교기와 실내기 전원부 사이에 위치하여 상기 비교기에서 출력되는 기준 전압에 따라 상기 실내기 전원부로 공급되는 전원을 차단하는 릴레이를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 비교기와 상기 릴레이 사이에는, 상기 비교기에서 출력되는 기준 전압을 상기 릴레이의 구동 전압으로 변환하는 버퍼를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 릴레이는, 상기 실내기 전원부로 연결되는 접지선을 차단할 수 있다.
또한, 상기 과전압 차단부는, 상기 삼상 교류 전원의 접지선이 전원선 중 하나로 오결선 된 경우에 상기 릴레이를 동작시킬 수 있다.
여기서, 상기 인버터부, 상기 실내기 전원부, 상기 전압 감지부 및 상기 과전압 차단부는, 상기 인버터부가 구비된 인버터 모듈 회로 기판에 일체로 구비될 수 있다.
이때, 상기 삼상 교류 전원과 상기 인버터 모듈 회로 기판 사이에는 노이즈 필터가 구비될 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 상기와 같은 전원 장치를 포함하는 공기 조화기를 제공할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
먼저, 공기 조화기의 실내기 전원부를 오결선에 의한 과전압으로부터 보호할 수 있다.
본 발명은 인버터 모듈에 기본적으로 설치될 수 있는 전압 감지부의 구성을 이용하여 과전압 차단부를 구성함으로써, 노이즈 필터 내부에 구비되는 삼상 평형을 이용한 삼상 오결선 보호 회로를 삭제할 수 있다.
이로 인하여, 부품 수가 감소되어 제작 비용이 절감될 수 있다. 또한, 삼상 오결선 보호 회로에 포함된 저항으로 인한 추가적인 전력 소모를 방지할 수 있다. 또한, 이로 인한 발열 현상을 개선할 수 있다.
도 1은 삼상 오결선 보호 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 삼상 오결선 보호 기능을 포함하는 전원 장치를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 과전압 차단부를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 과전압 보호 기능을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 삼상 오결선 보호 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 삼상 전원과 연결되는 노이즈 필터(20)는 삼상 전원으로부터 인가되는 고주파 노이즈 및 저주파 노이즈를 저감할 수 있다.
이때, 이러한 노이즈 필터(20)에는 삼상 전원과 연결되는 전단부에 삼상 오결선 보호 회로(10)를 포함할 수 있다.
이러한 삼상 오결선 보호 회로(10)는 삼상 전원선(R, S, T) 및 접지선(N)과 연결되어, 삼상 평형을 이용하여 삼상 전원선의 오결선 여부를 판단하여 릴레이(12)를 작동시키도록 구성된다.
즉, 저항부(11)는 각각 삼상 전원선(R, S, T) 및 접지선(N)과 연결되어 있으며, 삼상 평형 조건에 의하여 삼상 전원선(R, S, T)에서 출력되는 세 전압의 합은 항상 영(0)V가 된다.
이와 같이 삼상 전원선(R, S, T) 및 접지선(N)이 정 위치에 연결된 상태에서는 릴레이(12)가 닫힌 상태(접지선(N)을 연결한 상태)가 유지되어 정상적으로 전원이 공급된다.
그러나, 삼상 전원선(R, S, T) 및 접지선(N)이 정 위치에 연결되지 않은 상태에서는 삼상 평형이 깨지게 되어, 삼상 전원선(R, S, T)에서 출력되는 세 전압의 합이 0V가 아닌 값이 되고, 이로 인하여 릴레이(12)가 작동하여 접지선(N)의 연결이 끊어지게 된다.
따라서, 이러한 삼상 전원선의 오결선이 발생하게 되면 삼상 오결선 보호 회로(10)가 작동하여 과전압이 인가되지 않도록 회로를 보호할 수 있다.
그러나, 위에서 설명한 바와 같이, 삼상 오결선 보호 회로(10)는 각각 삼상 전원선(R, S, T) 및 접지선(N)과 연결된 저항부(11)를 포함하고 있으며, 이 저항부는 네 개의 카본 저항을 포함하고 있다.
이러한 저항부(11)는 보통 3W의 전력을 소비하며, 이로 인한 발열도 발생한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 삼상 오결선 보호 기능을 포함하는 전원 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 삼상 오결선 보호 기능을 포함하는 전원 장치는, 삼상 교류 전원을 이용하여 압축기(40; compressor; comp)를 구동하기 위한 교류 전류를 출력하는 인버터부(30), 공기 조화기의 실내기에 전원을 공급하는 실내기 전원부(50; SMPS)를 포함한다.
또한, 이러한 전원 장치는, 삼상 교류 전원의 전원선(R, S, T) 중 하나 및 접지선(N)으로부터 공급되는 교류 전원으로부터 인버터부(30)에 인가되는 입력 전압의 크기를 감지하는 전압 감지부(110) 및 전압 감지부(110)의 감지 전압에 따라 실내기 전원부(50)로 공급되는 전원을 차단하는 과전압 차단부(100)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 이러한 인버터부(30), 실내기 전원부(50), 전압 감지부(110) 및 과전압 차단부(100)는, 인버터부(30)가 구비된 인버터 모듈 회로 기판(101)에 일체로 구비될 수 있다. 이러한 인버터 모듈 회로 기판(101)에는 전력 변환 장치 또는 압축기(40) 구동 장치가 구성될 수 있다.
즉, 인버터부(30)는 삼상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 압축기(40)에 공급된다. 여기서, 압축기(40)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터일 수 있다. 이하, 압축기(40)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터이고, 전력 변환 장치는 이러한 압축기 모터를 구동하는 모터 구동장치인 것을 예로 설명한다.
이러한 인버터 모듈 회로 기판(101)에는 인버터부(30)에 인가되는 전압 및/또는 DC단 캐패시터(C)의 전압을 감지하는 전압 감지부(110)가 구성되는데, 이러한 전압 감지부(110)의 감지 전압을 이용하여 과전압 차단부(100)가 동작할 수 있다.
예를 들어, 전압 감지부(110)는 입력 교류 전원을 감지하는 입력 전압 검출부 및 DC단 캐패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출하는 DC 전압 검출부 중 어느 하나일 수 있다. 그러나 그 외의 별도로 구비된 전압 감지 회로가 이용될 수도 있다.
이때, 입력 전압 검출부는 입력 교류 전원으로부터의 입력 전압을 검출할 수 있다. 예를 들어, 정류부(31) 전단에 연결될 수 있다. 한편, DC 전압 검출부는 DC단 캐패시터(C)의 맥동하는 전압을 검출할 수 있다.
인버터부(30)는 정류부(31)와 스위칭 소자를 포함하는 인버터(32)를 포함할 수 있고, 이러한 정류부(31)와 인버터(32) 사이에는 정류부(31)를 통한 정류 전압이 저장되는 DC단 캐패시터(C)가 구비될 수 있다.
여기서, 정류부(31)는, 삼상 교류 전원을 입력받아 정류하고, 이와 같이 정류된 전원을 DC단 캐패시터(C) 측으로 출력한다. 이를 위해, 정류부(31)는 브리지 다이오드를 이용한 전파 정류 회로를 이용할 수 있다.
실내기 전원부(50; switching mode power supply; SMPS)는 공기 조화기의 실내기에 내에 위치한 전장 부품, 예를 들어, 실내기 제어부, 디스플레이부 등에 직류 전압을 공급할 수 있다.
이러한 실내기 전원부(50)는 일례로, 8V 전압을 공급할 수 있는 부분(8V)과 12V 전압을 공급할 수 있는 부분(12V)을 포함할 수 있으며, 이러한 부분은 캐패시터를 이용하여 구현될 수 있다.
한편, 삼상 교류 전원과 인버터 모듈 회로 기판(101) 사이에는 노이즈 필터(20)가 구비될 수 있다. 이러한 노이즈 필터(20)는, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 다수의 인덕터 및 캐패시터를 포함하여, 삼상 전원으로부터 인가되는 고주파 노이즈 및 저주파 노이즈를 저감할 수 있다.
보통, 인덕터를 통하여 저주파 노이즈가 저감되고, 캐패시터를 통하여 고주파 노이즈가 저감될 수 있다.
본 실시예에서는, 전압 감지부(110)의 감지 전압을 이용하여 동작하는 과전압 차단부(100)가 구비되므로, 노이즈 필터(20)에는 도 1과 같은 별도의 오결선 보호 회로가 구비되지 않을 수 있다.
즉, 이러한 과전압 차단부(100)가 오결선 보호 회로로 작동할 수 있으므로, 별도의 오결선 보호 회로가 필요하지 않을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 과전압 차단부를 나타내는 회로도이다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 과전압 차단부(100)의 세부 구성을 설명한다.
과전압 차단부(100)는, 전압 감지부(110)의 감지 전압의 크기에 따라 기준 전압을 출력하는 비교기(120), 이 비교기(120)와 실내기 전원부(50) 사이에 위치하여 비교기(120)에서 출력되는 기준 전압에 따라 실내기 전원부(50)로 공급되는 전원을 차단하는 릴레이(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 비교기(120)와 릴레이(140) 사이에는, 비교기(120)에서 출력되는 기준 전압을 릴레이(140)의 구동 전압으로 변환하는 버퍼(Buffer IC: 130)를 더 포함할 수 있다.
또한, 릴레이(140)는, 실내기 전원부(50)로 연결되는 접지선(N)을 차단할 수 있다. 즉, 릴레이(140)가 작동하면 릴레이(140)는 실내기 전원부(50)로 연결되는 접지선(N)과 연결된 내부 스위치를 차단할 수 있다.
한편, 위에서 설명한 바와 같이, 과전압 차단부(100)는, 삼상 교류 전원의 접지선(N)이 전원선 중 하나로 오결선 된 경우에 릴레이(140)를 동작시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 과전압 보호 기능을 나타내는 순서도이다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 전원 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.
위에서 언급한 바와 같이, 이러한 과전압은 삼상 교류 전원의 전원선의 오결선에 의하여 발생한 것일 수 있다.
즉, 다른 이유로 과전압이 발생한 경우에 과전압 차단부(100)는 릴레이(140)를 작동시켜서 실내기 전원부(50)로 연결되는 접지선(N)과 연결된 내부 스위치를 차단함으로써 과전압이 실내기에 인가되어 실내기에 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 삼상 교류 전원선의 오결선에 의하여 과전압이 인가되는 경우에도 과전압 차단부(100)는 작동할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 인버터부(30)에는 삼상 교류 전원이 인가될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 삼상 전원선(R, S, T)을 통하여 삼상 전원이 인가될 수 있다.
그러나, 실내기 전원부(50)에는 삼상 전원선(R, S, T) 중 어느 하나와 접지선(N)이 연결될 수 있다. 일례로, 도 2에서는 삼상 전원선(R, S, T) 중 T 선과 접지선(N)이 릴레이(140)를 통하여 실내기 전원부(50)에 연결된 상태를 나타내고 있다.
한편, 도 3에서는 삼상 전원선(R, S, T) 중 R 선과 접지선(N)이 릴레이(140)를 통하여 실내기 전원부(50)로 연결되는 연결부(R, N)에 연결되는 예를 도시하고 있다.
도 2의 경우 및 도 3의 경우 모두 릴레이(140)의 내부 스위치에는 접지선(N)이 연결되어, 릴레이(140)의 작동에 의하여 접지선(N)이 연결되거나 끊어질 수 있다.
이하, 삼상 교류 전원선의 오결선에 의하여 과전압이 인가되는 경우의 과전압 차단부(100)의 작동을 설명한다.
먼저, N 상 오결선이 발생하면(S1) 전압 감지부(110)에서는 이로 인한 과전압을 감지한다(S2).
예를 들어, 실내기 전원부(50)에 삼상 전원선(R, S, T) 중 어느 한 선과 접지선(N)이 연결되는 것이 정상적인 연결 상태이나, 공기 조화기의 초기 설치 또는 이전 설치 시, 접지선(N)이 연결되어야 할 단자에 접지선(N)이 아닌 다른 전원선(예를 들어, R, S, T 선 중 어느 하나)이 연결된 경우(오결선 상태)에는 과전압이 감지될 수 있다.
즉, 정상적인 연결 상태에서는 삼상 전원선(R, S, T) 중 어느 한 선과 접지선(N)이 연결되어 전압 감지부(110)에서는 220 V 전압이 감지될 수 있다. 그러나, 오결선이 발생한 경우에는 380 V의 과전압이 감지될 수 있다.
전압 감지부(110)에서는 정상 전압인 220 V의 전압이 감지된 경우 예를 들어, 약 3.3 V의 전압을 출력할 수 있다. 그러나 과전압인 380 V의 전압이 감지되면 약 3.9 V의 전압을 출력할 수 있다(S3).
이러한 전압 감지부(110)의 출력 전압은 비교기(120)로 입력된다. 이때, 비교기(120)는 기준 전압에 따라 특정 전압을 출력한다. 예를 들어, 위의 예에 의하면, 3.9 V 이상이 입력되면 5 V의 전압을 출력하도록 설정될 수 있다.
그러면, 이 전압은 버퍼(130)에 입력되고, 버퍼(130)에서는 릴레이(140)가 동작할 수 있는 전압 레벨을 가지는 로우(low) 신호가 출력된다(S4).
이러한 로우 신호에 의하여 릴레이(140)가 동작한다(S5). 즉, 접지선(N)과 연결된 내부 스위치가 오프(off) 되도록 동작한다.
그러면, 접지선(또는 N 상)이 오프(off) 되어 실내기 전원부(50)를 오결선에 의한 과전압으로부터 보호할 수 있다(S6).
이와 같이, 본 발명은 인버터 모듈에 기본적으로 설치될 수 있는 전압 감지부(110)의 구성을 이용하여 과전압 차단부(100)를 구성함으로써, 노이즈 필터 내부에 구비되는 삼상 평형을 이용한 삼상 오결선 보호 회로를 삭제할 수 있다.
이로 인하여, 부품 수가 감소되어 제작 비용이 절감될 수 있다. 또한, 삼상 오결선 보호 회로에 포함된 저항으로 인한 추가적인 전력 소모를 방지할 수 있다. 또한, 이로 인한 발열 현상을 개선할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
20: 노이즈 필터 30: 인버터부
40: 모터 50: 실내기 전원부
100: 과전압 차단부 101: 인버터 모듈 회로 기판
110: 전압 감지부 120: 비교기
130: 버퍼 140: 릴레이

Claims (8)

  1. 삼상 교류 전원과 연결되는 공기 조화기의 전원 장치에 있어서,
    상기 삼상 교류 전원을 이용하여 압축기를 구동하기 위한 교류 전류를 출력하는 인버터부;
    공기 조화기의 실내기에 전원을 공급하는 실내기 전원부;
    상기 삼상 교류 전원의 전원선 중 하나 및 접지선으로부터 공급되는 교류 전원으로부터 상기 인버터부에 인가되는 입력 전압의 크기를 감지하는 전압 감지부;
    상기 전압 감지부의 감지 전압에 따라 상기 실내기 전원부로 공급되는 전원을 차단하는 과전압 차단부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 과전압 차단부는,
    상기 전압 감지부의 감지 전압의 크기에 따라 기준 전압을 출력하는 비교기;
    공기 조화기의 실내기에 전원을 공급하는 실내기 전원부; 및
    상기 비교기와 실내기 전원부 사이에 위치하여 상기 비교기에서 출력되는 기준 전압에 따라 상기 실내기 전원부로 공급되는 전원을 차단하는 릴레이를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 전원 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 비교기와 상기 릴레이 사이에는, 상기 비교기에서 출력되는 기준 전압을 상기 릴레이의 구동 전압으로 변환하는 버퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 전원 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 릴레이는, 상기 실내기 전원부로 연결되는 접지선을 차단하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 전원 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 과전압 차단부는, 상기 삼상 교류 전원의 접지선이 전원선 중 하나로 오결선 된 경우에 상기 릴레이를 동작시키는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 전원 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 인버터부, 상기 실내기 전원부, 상기 전압 감지부 및 상기 과전압 차단부는, 상기 인버터부가 구비된 인버터 모듈 회로 기판에 일체로 구비된 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 전원 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 삼상 교류 전원과 상기 인버터 모듈 회로 기판 사이에는 노이즈 필터가 구비된 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 전원 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 전원 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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