KR20190108772A - 차량용 공조장치 - Google Patents

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KR20190108772A
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한온시스템 주식회사
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Abstract

디프로스트 덕트와 공조장치가 편심되게 설치된 구조에 있어서 좌우 풍배를 균일하게 개선함과 동시에 풍량의 저하를 방지할 수 있는 차량용 공조장치가 개시된다. 차량용 공조장치는 디프로스트 벤트가 형성된 공조케이스와, 상기 디프로스트 벤트에 결합되는 디프로스트 덕트를 포함하며, 차량 폭 방향으로 상기 공조케이스의 중심부와 디프로스트 덕트의 중심부는 편심 배치되고, 상기 디프로스트 벤트를 통해 배출되는 공기를 수직 방향으로 안내하는 수직 배플을 구비한다.

Description

차량용 공조장치{AIR CONDITIONER FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기를 차량의 유리창 쪽으로 토출하기 위한 디프로스트 벤트 및 디프로스트 덕트를 구비한 차량용 공조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 공조장치는 외부의 공기를 실내로 도입하거나 실내의 공기를 순환시켜 가열 또는 냉각시킴으로써 실내를 난방 또는 냉방하는 장치이다. 차량용 공조장치는 공조케이스의 내부에 냉각작용을 위한 증발기와, 가열작용을 위한 히터코어 등이 구성되고, 증발기나 히터코어에 의해 냉각 또는 가열된 공기를 차량 실내의 각 부분으로 선택적으로 송풍한다.
도 1은 종래의 차량용 공조장치를 도시한 단면도이고, 도 2는 종래의 차량용 공조장치를 도시한 사시도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 차량용 공조장치(1)는 공조케이스(10)와, 송풍기와, 증발기(2) 및 히터코어(3)와, 온도조절도어(15)를 포함한다.
공조케이스(10)의 입구 측에는 공기유입구(11)가 형성되고 출구 측에는 각각 모드도어(16a,16b,16c)에 의하여 개도가 조절되는 디프로스트 벤트(12a), 페이스 벤트(12b) 및 플로어 벤트(12c,12d)가 형성된다. 송풍기는 공조케이스(10)의 공기유입구(11)에 연결되어 내기 또는 외기를 송풍한다.
증발기(2) 및 히터코어(3)는 공조케이스(10)에 내장된다. 히터코어(3)의 후방 유로와 플로어 벤트(12c,12d)의 사이에는 격벽(17)이 형성되며, 플로어 벤트(12c,12d)의 후방 측에는 콘솔 벤트(12e)가 형성된다. 온도조절도어(15)는 증발기(2)와 히터코어(3)의 사이에 설치되어, 히터코어(3)를 바이패스하는 냉풍유로와 히터코어(3)를 통과하는 온풍유로 간의 개도를 조절한다.
한편, 도 3은 종래의 차량용 공조장치의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 4는 종래의 차량용 공조장치의 구성을 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 디프로스트 벤트(12a)의 상부에는 디프로스트 덕트(20)가 결합된다. 차량용 공조장치는 차량에 설치시 좌우 폭 방향으로 정중앙에 배치되지 않고 일 측으로 치우치게 배치되는 것이 일반적이다. 즉, 디프로스트 덕트(20)의 중심부(8)는 공조장치의 중심부(9)에 대해 편심되게 배치된다. 공조장치의 중심부(9)는 공조케이스(10) 내부를 2등분 구획하는 세퍼레이터와 일치한다.
종래의 차량용 공조장치는 디프로스트 덕트(20)와 공조장치가 편심되게 배치된 구조로 인해, 좌우 양측의 풍배 차이가 발생된다. 즉, 공조케이스(10)를 2등분 구획하는 세퍼레이터를 기준으로 좌우 양측에 각각 49.4%, 50.6%로 균일하게 공기가 유동한다. 디프로스트 덕트(20)는 공조장치의 중심부(9)에 대해 좌측으로 편심되게 배치되어, 좌측으로는 34%의 바람이 우측으로는 66%의 바람이 토출되어 풍배의 불균형이 발생한다.
선 출원된 대한민국 공개특허공보 제2008-0008061(2008.01.23)에는 에어 가이드를 풍량이 적은 쪽으로 경사지게 구비하여 좌우 풍배를 균일하게 맞추는 구성이 개시되어 있다.
종래의 경사진 에어 가이드를 이용한 구조는 에어 가이드가 저항 역할을 함으로써, 풍량이 많은 쪽의 풍량을 줄여 좌우 풍배를 균일하게 하였으나 저항의 증가로 인해 전체적인 풍량의 저하를 가져오는 문제가 있었다. 아울러, 공조장치의 내부 공간의 형상과 에어 가이드 등의 위치에 따라 유동 저항역할을 하여 풍배 차이가 발생된다.
특허문헌 : 대한민국 공개특허공보 제2008-0008061(2008.01.23)
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 디프로스트 덕트와 공조장치가 편심되게 설치된 구조에 있어서 좌우 풍배를 균일하게 개선함과 동시에 풍량의 저하를 방지할 수 있는 차량용 공조장치를 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치는 디프로스트 벤트가 형성된 공조케이스와, 상기 디프로스트 벤트에 결합되는 디프로스트 덕트를 포함하며, 차량 폭 방향으로 상기 공조케이스의 중심부와 디프로스트 덕트의 중심부는 편심 배치되고, 상기 디프로스트 벤트를 통해 배출되는 공기를 수직 방향으로 안내하는 수직 배플을 구비한다.
상기에서, 수직 배플은 디프로스트 벤트의 토출구 상에 수직으로 연장 형성된다.
상기에서, 수직 배플은 디프로스트 덕트의 좌측과 우측 중 풍량이 적은 쪽에 위치한다.
상기에서, 수직 배플은 디프로스트 덕트와 공조케이스 간의 편심량이 커질수록 디프로스트 덕트의 중심부에서 편심 방향으로 멀게 배치된다.
상기에서, 수직 배플은 디프로스트 덕트의 중심부를 기준으로 일 측에 편심 배치되는 제1 수직 배플을 구비한다.
상기에서, 수직 배플은 디프로스트 덕트의 중심부를 기준으로 타 측에 편심 배치되는 제2 수직 배플을 구비한다.
상기에서, 수직 배플은 공조케이스에 형성되거나, 공조케이스를 폭 방향으로 2등분하는 세퍼레이터의 단부에 형성된다.
상기에서, 디프로스트 덕트에는 공기를 토출구 쪽으로 안내하도록 경사지게 형성된 사선 배플이 디프로스트 벤트의 상부에 구비된다.
상기에서, 사선 배플은 디프로스트 덕트의 중심부를 기준으로 좌측과 우측에 각각 배치되며, 수직 배플이 사선 배플의 하부에 배치된다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치는 디프로스트 덕트와 공조장치가 편심되게 설치된 구조에 있어서 풍량의 저하를 방지하면서 좌우 풍배의 불균형을 해소하고 유동을 안정화시킬 수 있다.
도 1은 종래의 차량용 공조장치를 도시한 단면도이고,
도 2는 종래의 차량용 공조장치를 도시한 사시도이며,
도 3은 종래의 차량용 공조장치의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 4는 종래의 차량용 공조장치의 구성을 개략적으로 도시한 정면도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치를 도시한 단면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치를 도시한 사시도이며,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치를 개략적으로 도시한 정면도이고,
도 8 및 도 9는 도 7의 변형 예에 따른 차량용 공조장치를 개략적으로 도시한 정면도이며,
도 10은 수직 배플이 적용되지 않은 차량용 공조장치의 유동 흐름을 나타내는 도면이고,
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치의 유동 흐름을 나타내는 도면이며,
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치의 유동 흐름 결과를 종래의 공조장치와 비교하여 나타낸 표이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 공조장치의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치를 도시한 사시도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치(100)는 공조케이스(110)와, 송풍기와, 증발기(101) 및 히터코어(102)와, 온도조절도어(130)를 포함한다.
공조케이스(110)의 입구 측에는 공기유입구(111)가 형성되고 출구 측에는 각각 모드도어(117,118,119)에 의하여 개도가 조절되는 디프로스트 벤트(112), 페이스 벤트(113) 및 플로어 벤트(114,115)가 형성된다. 송풍기는 공조케이스(110)의 공기유입구(111)에 연결되어 내기 또는 외기를 송풍한다.
증발기(101) 및 히터코어(102)는 공조케이스(110)에 내장된다. 히터코어(102)의 후방 유로와 플로어 벤트(114,115)의 사이에는 격벽(110a)이 형성되며, 플로어 벤트(114,115)의 후방 측에는 콘솔 벤트(116)가 형성된다. 온도조절도어(130)는 증발기(101)와 히터코어(102)의 사이에 설치되어, 히터코어(102)를 바이패스하는 냉풍유로와 히터코어(102)를 통과하는 온풍유로 간의 개도를 조절한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치(100)는 수직 배플(210,220)을 구비한다. 수직 배플(210,220)은 디프로스트 벤트(112)를 통해 배출되는 공기를 수직 방향으로 안내한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치를 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 8 및 도 9는 도 7의 변형 예에 따른 차량용 공조장치를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 디프로스트 벤트(112)의 상부에에 디프로스트 덕트(270)가 결합된다. 차량 폭 방향으로 공조케이스(110)의 중심부(109)는 디프로스트 덕트(270)의 중심부(108)에 대해 편심 배치된다.
본 실시 예에서, 디프로스트 덕트(270)의 중심부(108)는 공조케이스(110)의 중심부(109)에 대해 좌측으로 편심 배치된다. 공조케이스(110)의 중심부(109)는 공조케이스(110)의 내부 유로를 차량 폭 방향으로 2등분 구획하는 세퍼레이터와 동일 선상에 위치한다.
디프로스트 덕트(270)는 공조케이스(110)의 디프로스트 벤트(112)와 차량 실내측 토출구의 사이를 연결하는 덕트로서, 공기를 차량 폭 방향으로 중앙에 토출하기 위한 센터 덕트(271)와, 양 사이드로 토출하기 위한 사이드 덕트(272)를 구비한다.
센터 덕트(271)와 사이드 덕트(272)는 도 7에 도시된 것처럼 중심부(108)를 기준으로 양측에서 갈라지게 형성된다. 센터 덕트(271)를 통해 토출되는 공기는 차량 전면측 윈도우에 분사되며, 사이드 덕트(272)를 통해 토출되는 공기는 차량 측면측 윈도우에 분사된다.
수직 배플(210,220)은 디프로스트 벤트(112)의 토출구 상에 수직으로 연장 형성된다. 수직 배플(210,220)은 상하 방향, 즉, 수직 방향으로 직선형으로 이루어진다.
이 경우, 수직 배플은 곡면형 또는 경사형으로 굴곡지게 형성되는 것도 가능한데, 수직 배플은 디프로스트 벤트(112)에서 토출되는 공기가 수직 방향으로 안내되도록 하는 것이면 다른 형상으로도 형성 가능하다. 다만, 수직 배플이 공기를 수직 방향으로 안내하기 위해서는 형상이 직선형이면서 수직 방향으로 길게 연장 형성된 본 실시 예의 형상이 가장 바람직하다.
본 실시 예에서, 수직 배플은 제1 수직 배플(210)과 제2 수직 배플(220)로 구성된다.
제1 수직 배플(210)은 디프로스트 덕트(270)의 중심부(108)를 기준으로 일 측, 즉 좌측에 편심 배치된다. 그리고, 제2 수직 배플(220)은 디프로스트 덕트(270)의 중심부(108)를 기준으로 타 측, 즉 우측에 편심 배치된다.
수직 배플은 디프로스트 덕트(270)의 좌측과 우측 중 풍량이 적은 쪽에 위치한다. 본 실시 예에서, 제1 수직 배플(210)은 디프로스트 덕트(270)의 중심부(108)를 기준으로 좌측에 위치한다.
이 경우, 수직 배플은 디프로스트 덕트(270)와 공조케이스(110) 간의 편심량이 커질수록 디프로스트 덕트(270)의 중심부(108)에서 편심 방향으로 멀게 배치된다. 즉, 제1 수직 배플(210)은 디프로스트 덕트(270)가 공조케이스(110)에 대해 좌측으로 더 편심될수록 더 좌측으로 배치되는 것이 바람직하다.
수직 배플은 도 8에 도시된 것처럼 제1 수직 배플(210)만 구비할 수 있고, 도 9에 도시된 것처럼 제2 수직 배플(220)만 구비하는 것도 가능하다.
수직 배플은 공조케이스(110)에 형성되거나 세퍼레이터의 단부에 형성될 수 있다. 본 실시 예에서, 제1 수직 배플(210)은 디프로스트 벤트(112)의 토출구 상에 공조케이스(110)에 일체로 형성되며, 제2 수직 배플(220)은 디프로스트 벤트(112)의 토출구 상에 세퍼레이터의 단부에 결합되어 세퍼레이터에서 수직 방향으로 연장되게 형성된다.
디프로스트 덕트(270)의 중심선(108)과 공조케이스(110)의 중심선(109)이 편심된 경우, 편심된 반대 방향 쪽으로 풍배가 증가하는 불균형이 발생한다. 즉, 본 실시 예와 같이 디프로스트 덕트(270)가 공조케이스(110)에 대해 좌측으로 편심된 경우, 우측이 좌측에 비해 풍배가 증가하는 불균형이 발생한다. 제1 수직 배플(210)은 이러한 좌우 풍배의 불균형을 해소한다. 수직 배플의 기능을 공기 유동에 초점을 맞춰 설명한다.
공기의 흐름을 단순히 x축 및 y축, 2차원 유동으로 해석한다고 가정할 때, 디프로스트 벤트(112) 측으로 나오는 공기의 x축 유동은 한쪽으로 쏠리게 되어 좌우 풍배의 불균형이 발생하게 된다. 즉, 본 실시 예에서, 디프로스트 벤트(112) 측으로 나오는 공기는 x축 방향으로 우측으로 쏠리는 현상을 보인다. 제1 수직 배플(210) 및 제2 수직 배플(220)은 이러한 x축 방향으로 쏠림을 y축 방향으로 유도하여 좌우 풍배의 불균형을 해소하게 된다.
이러한 수직 배플(210,220)은 토출 공기의 저항을 역할을 전혀 하지 않기 때문에 전체적인 풍량의 저하를 방지할 수 있다. 아울러, 제1 수직 배플(210)이 풍배가 적은 쪽에 위치한 구성은 배플의 영향을 받지 않는 x측 유동의 영향을 고려한 것이다.
이러한 좌우 풍배의 불균형은 덕트의 내부 유로와 가이드 형상 등에 따라 달라질 수 있다. 본 실시 예에서, 디프로스트 덕트(270)에는 공기를 토출구 쪽으로 안내하도록 경사지게 형성된 사선 배플(273)이 디프로스트 벤트(112)의 상부에 구비된다.
사선 배플(273)은 디프로스트 덕트(270)의 중심부(108)를 기준으로 좌측과 우측에 각각 배치되며, 수직 배플(210,220)이 사선 배플(273)의 하부에 배치된다. 사선 배플(273)은 디프로스트 벤트(112)의 상부 인접한 부위로부터 상부 방향으로 상향 경사지게 연장 형성되며, 좌측에 2개, 우측에 2개가 형성된다.
사선 배플(273)은 디프로스트 벤트(112)에서 토출되는 공기를 센터 덕트(271)와 사이드 덕트(272)로 안내하여 풍량을 증가시키는데 큰 기여를 한다. 즉, 사선 배플없는 구조와 비교하여 사선 배플을 구비한 공조장치는 큰 풍량의 증가를 확인할 수 있다.
이와 같이, 디프로스트 덕트(270)에 사선 배플(273)이 구비된 경우, 좌우 풍배의 불균형은 구비되지 않은 경우와 비교하여 반대로 형성된다. 즉, 디프로스트 덕트(270)가 공조케이스(110)에 대해 좌측으로 편심되고 디프로스트 덕트(270)에 사선 배플(273)이 구비된 경우, 우측에 비해 좌측으로 풍량이 증가하는 풍배의 불균형이 발생한다.
도 10은 수직 배플이 적용되지 않은 차량용 공조장치의 유동 흐름을 나타내는 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치의 유동 흐름을 나타내는 도면이며, 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치의 유동 흐름 결과를 종래의 공조장치와 비교하여 나타낸 표이다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 수직 배플 및 사선 배플이 모두 없는 종래의 공조장치의 경우, 좌측의 풍량은 34.0%, 우측의 풍량은 66.0%로, 우측으로 풍량이 증가하는 풍배의 불균형이 발생한다. 이 경우, 전체적인 풍량은 335.4(단위는 큐빅미터 퍼 아우어)이다.
도 10과 같이 수직 배플이 없고 사선 배플만 구비된 공조장치의 경우, 좌측의 풍량은 49.0%, 우측의 풍량은 35.1%로, 좌측으로 풍량이 증가하는 풍배의 불균형이 발생한다. 이 경우, 사선 배플의 영향으로 전체적인 풍량은 357.9로 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 11과 같이 수직 배플 및 사선 배플을 모두 구비하는 경우, 좌측의 풍량은 43.6%, 우측의 풍량은 40.4%로, 좌측과 우측의 풍량이 비슷한 풍배의 균형이 발생한다. 이 경우, 전체적인 풍량은 336.3으로 큰 풍량의 저하는 일어나지 않는다.
종래의 좌우 풍배 개선의 방법인 공기 유로를 축소하는 방법은 전체적인 풍량의 저하를 초래하는 문제점이 있고, 경사진 가이드 배플을 통해 풍량이 적은 쪽으로 공기를 가이드하는 방법은 경사진 배플로 인해 저항이 증가하는 문제를 여전히 갖고 있는 것이었다.
아울러, 경사진 배플을 통한 가이드 방법은 풍량이 많을 때 풍량이 적은 쪽으로 풍량의 이동 효과가 없고 저항역할만 하여 오히려 풍량이 많은 쪽의 풍량을 줄이는 결과를 초래한다. 또한, 풍량이 적을 때, 가이드 효과로 풍량 이동 효과가 발생하며, 모드에 따라 디프로스트 벤트 측 풍배가 달리지는 경우 문제를 개선할 수 없어 역효과가 발생한다. 예를 들어, 디프로스트 모드 시 좌측 풍배의 쏠림 현상이 발생하지만, 플로어 모드 또는 믹스 모드 시 우측 풍배의 쏠림 현상이 발생하며, 이와 같이 플로어 모드 또는 믹스 모드에서는 역효과가 발생하는 것이다.
본 발명은 수직 배플(210,220)과 그 위치의 최적화를 통해 배플 자체가 저항 역할을 전혀 하지 않기 때문에 다양한 공조 모드에서도 역효과가 발생하지 않고 안정적으로 풍배의 균형을 맞출 수 있다.
또한, 본 발명은 인위적으로 원하는 곳으로 유동을 보내는 작용보다는 믹싱존을 공조케이스 내에서 형성함으로써 디프로스트 덕트로 들어가는 유동을 안정화시킨다.
즉, 수직 배플을 통해 수직으로 안내되는 공기는 그 상부의 사선 배플을 통해 곧바로 센터 덕트나 사이드 덕터의 토출구로 빠져나가지 않고 믹싱존을 공조케이스 내에서 형성하게 함으로써 유동이 안정화된다. 수직 배플을 통한 믹싱존 형상은 기존의 구조가 믹싱존이 넓고 압력 균일화과 용이한 덕트의 디자인을 적용하여 좌측 또는 우측으로 쏠리는 유동을 수직 방향으로 올라가면서 섞일 수 있는 공간을 확보한 것이다.
지금까지 본 발명에 따른 차량용 공조장치는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 차량용 공조장치
101: 증발기 102: 히터코어
110: 공조케이스 111: 공기유입구
112: 디프로스트 벤트 113: 페이스 벤트
114,115: 플로어 벤트 116: 콘솔 벤트
117,118,119: 모드도어 130: 온도조절도어
210: 제1 수직 배플 220: 제2 수직 배플
270: 디프로스트 덕트 271: 센터 덕트
272: 사이드 덕트 273: 사선 배플

Claims (9)

  1. 디프로스트 벤트(112)가 형성된 공조케이스(110)와, 상기 디프로스트 벤트(112)에 결합되는 디프로스트 덕트(270)를 포함하는 차량용 공조장치에 있어서,
    차량 폭 방향으로 상기 공조케이스(110)의 중심부(109)와 디프로스트 덕트(270)의 중심부(108)는 편심 배치되고,
    상기 디프로스트 벤트(112)를 통해 배출되는 공기를 수직 방향으로 안내하는 수직 배플을 구비한 차량용 공조장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 수직 배플은 디프로스트 벤트(112)의 토출구 상에 수직으로 연장 형성된 차량용 공조장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 수직 배플은 디프로스트 덕트(270)의 좌측과 우측 중 풍량이 적은 쪽에 위치하는 차량용 공조장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 수직 배플은 디프로스트 덕트(270)와 공조케이스(110) 간의 편심량이 커질수록 디프로스트 덕트(270)의 중심부(108)에서 편심 방향으로 멀게 배치되는 차량용 공조장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 수직 배플은 디프로스트 덕트(270)의 중심부(108)를 기준으로 일 측에 편심 배치되는 제1 수직 배플(210)을 구비하는 차량용 공조장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 수직 배플은 디프로스트 덕트(270)의 중심부(108)를 기준으로 타 측에 편심 배치되는 제2 수직 배플(220)을 구비하는 차량용 공조장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 수직 배플은 공조케이스(110)에 형성되거나, 공조케이스(110)를 폭 방향으로 2등분하는 세퍼레이터의 단부에 형성되는 차량용 공조장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 디프로스트 덕트(270)에는 공기를 토출구 쪽으로 안내하도록 경사지게 형성된 사선 배플(273)이 디프로스트 벤트(112)의 상부에 구비되는 차량용 공조장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 사선 배플(273)은 디프로스트 덕트(270)의 중심부(108)를 기준으로 좌측과 우측에 각각 배치되며, 수직 배플이 사선 배플(273)의 하부에 배치되는 차량용 공조장치.
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