BRPI0901624A2 - sistema aspirador de pré-filtro de ar para um motor de combustão interna, sistema de motor de combustão interna, máquina mecánica que opera em um ambiente significativamente carregado de contaminantes e sistema de resfriamento de exaustão compacto para um motor de combustão interna - Google Patents
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Abstract
SISTEMA ASPIRADOR DE PRé-FILTRO DE AR PARA UM MOTOR DE COMBUSTãO INTERNA, SISTEMA DE MOTOR DE COMBUSTãO INTERNA, MáQUINA MECáNICA QUE OPERA EM UM AMBIENTE SIGNIFICATIVAMENTE CARREGADO DE CONTAMINANTES E SISTEMA DE RESFRIAMENTO DE EXAUSTãO COMPACTO PARA UM MOTOR DE COMBUSTãO INTERNA. E descrito um difusor para uma máquina mecânica que tem um motor de combustão interna que consome combustível e respira ar com um dispositivo de pós-tratamento de exaustão que periodicamente eleva as temperaturas da exaustão a um alto nível. O difusor tem uma seção venturi e os contaminantes em excesso de um pré-filtro de ar de admissão são direcionados para o estrangulamento do venturi para aspirar e dispor os contaminantes em excesso, ao mesmo tempo resfriando o fluxo de exaustão. Aberturas adicionais na seção divergente do difusor assistem na provisão de significativas reduções nas temperaturas de exaustão em um pequeno envelope axial.
Description
"SISTEMA ASPIRADOR DE PRÉ-FILTRO DE AR PARA UM MOTORDE COMBUSTÃO INTERNA, SISTEMA DE MOTOR DE COMBUSTÃOINTERNA, MÁQUINA MECÂNICA QUE OPERA EM UM AMBIENTESIGNIFICATIVAMENTE CARREGADO DE CONTAMIN ANTES ESISTEMA DE RESFRIAMENTO DE EXAUSTÃO COMPACTO PARAUM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA"
Campo Da Invenção
A invenção diz respeito a aspiradores para sistemas de limpezade ar e, mais especialmente, a aspiradores usados com motores de combustãointerna.
Fundamentos Da Invenção
A classe de máquinas mecânicas utilizadas para aplicaçõesagrícolas, industrial e outros denominadas máquinas mecânicas tipicamenteopera em ambientes altamente contaminados, tornando assim a função delimpeza do ar usada por um motor de combustão interna que respira arespecialmente importante. Em nenhuma outra parte isto é tão importantequanto no campo agrícola onde a máquina mecânica está em um campocolhendo lavouras que geram significantes contaminantes na forma deresíduos de cereais e sujeira. É necessário que tais máquinas tenham um pré-filtro, uma vez que o nível ambiente de contaminante é tão significativo. Umfiltro sonzinho rapidamente ficaria entupido.
No presente ambiente, pré-filtros são empregados a montantedo filtro primário para o sistema de admissão do motor. Tais pré-filtrosassumem várias formas, mas, da maneira usada comercialmente, são sistemasque conferem um movimento centrífugo ao ar que vai até a entrada do filtrode ar primário. Tal movimento centrífugo faz com que contaminantes maisdensos sejam lançados na periferia externa do pré-filtro, deixando o ar menoscontaminado sair para o filtro primário através de uma entrada central. Taispré-filtros têm uma saída para os contaminantes acumulados e algumasunidades têm essa saída conectada a um aspirador posicionado em umamortecedor posicionado no sistema de exaustão do motor.
Com o advento de aplicação de regulamentações de emissõespela agência de proteção ambiental (EPA) às máquinas mecânicas fora deestrada, torna-se necessário empregar dispositivos de pós-tratamento daexaustão, incluindo filtros de particulados diesel. Tais dispositivo exigemqueima periódica das partículas de fuligem acumuladas para impedirentupimento do filtro de particulados. O processo de limpeza de taispartículas, normalmente referido como regeneração, causa um significativoaumento na temperatura da exaustão, atingindo níveis altos de até 600 °C.Esta elevada temperatura representa um problema potencial no ambiente detrabalho contaminado.
Dessa maneira, existe uma necessidade na tecnologia deprover uma maneira efetiva e compacta de resinar a exaustão do motor,provendo ao mesmo tempo uma maneira de descarregar contaminantescoletados em um pré-filtro.
Sumário Da Invenção
Em uma forma, a invenção é um sistema aspirador de pré-filtrode ar para um motor de combustão interna que consome combustível e respiraar que tem uma admissão de ar e uma exaustão para os produtos dacombustão a elevadas temperaturas. O motor tem um pré-filtro fluidicamenteconectado na admissão de ar do motor, e a montante dela, o pré-filtroimpedindo o fluxo de contaminantes maiores para a admissão de ar do motore acúmulo de tais contaminantes. O pré-filtro tem uma saída para taiscontaminantes. O sistema aspirador do pré-filtro inclui um elemento quedefine um caminho de fluxo primário para a exaustão do motor, o elementotendo uma seção venturi. Um tubo tem uma saída no elemento adjacente àseção venturi, o tubo sendo fluidicamente conectado na saída do pré-filtropara contaminantes de forma que os contaminantes e o ar ambiente sejamarrastados para o tubo, e através dele. O elemento tem pelo menos umaentrada para ar ambiente no caminho de fluxo primário para resfriar a correntede exaustão do motor adjacente ao elemento.
Em uma outra forma a invenção é um sistema de motor decombustão interna que tem um motor de combustão interna que consomecombustível e respira ar, com uma admissão de ar e uma exaustão paraprodutos da combustão. O sistema prós-tratamento de exaustão que recebe osprodutos da combustão gera temperaturas periódicas significativamenteelevadas. Um sistema de filtração de ar incluindo um pré-filtro éfluidicamente conectado na admissão de ar do motor, e a montante dela, opré-filtro impedindo o fluxo de contaminantes maiores para a admissão de ardo motor e acumula tais contaminantes, o pré-filtro tendo uma saída para taiscontaminantes. Um elemento que define um caminho de fluxo de fluidoprimário para a exaustão do motor do dito sistema de pós-tratamento daexaustão tem uma seção venturi. Um tubo tem uma saída no elemento eadjacente à seção venturi, os dois sendo fluidicamente conectados na saída dopré-filtro para contaminantes de forma que os contaminantes e o ar ambientesejam arrastados para o tubo, e através dele, para resfriar a exaustão. Oelemento tem pelo menos uma entrada para ar ambiente para resfriamentoadicional da exaustão do motor.
Em uma outra forma, a invenção é uma máquina mecânica queopera em um ambiente significativamente carregado com contaminantes, amáquina mecânica tendo um trem de potência para propelir e acionar funçõesde processamento da máquina mecânica. Um motor de combustão interna queconsome combustível e respira ar tem uma admissão de ar e uma exaustãopara produtos da combustão. Um sistema de pós-tratamento da exaustãorecebe a exaustão do dito motor e gera temperaturas periódicassignificativamente elevadas. Um sistema de filtração de ar inclui um pré-filtrofluidicamente conectado na admissão de ar do motor, e a montante dela, opré-filtro impedindo fluxo de contaminantes maiores para a admissão de ar domotor e acúmulo de tais contaminantes. O pré-filtro tem uma saída para taiscontaminantes. Um elemento que define um caminho de fluxo de fluidoprimário recebe exaustão do motor do sistema de pós-tratamento da exaustão,o elemento tendo uma seção venturi. Um tubo com uma saída no elemento eadjacente à seção venturi é fluidicamente conectado na saída do pré-filtro paracontaminantes de forma que os contaminantes e o ar ambiente sejamarrastados para o tubo, e através dele, para resfriar a exaustão. O elementotem pelo menos uma entrada para ar ambiente para resfriamento adicional daexaustão do motor.
Também em uma outra forma, a invenção é um sistema deresfriamento de exaustão compacto para um motor de combustão interna queconsome combustível e respira ar que tem uma admissão de ar e umaexaustão para os produtos de combustão a elevadas temperaturas. O ditosistema inclui um elemento que tem uma parede anular que define umcaminho de fluxo primário para exaustão do motor, o elemento tendo umaseção venturi. Pelo menos um tubo tem uma saída no elemento adjacente àseção venturi, o tubo sendo fluidicamente conectado no ambiente de formaque o arranjo de resfriamento seja arrastado para o tubo, e através dele. Oelemento tem pelo menos uma entrada para ar ambiente no caminho de fluxoprimário através da parede anular para resfriar a corrente de exaustão domotor adjacente à parede do elemento.
Descrição Resumida Dos Desenhos
A figura 1 é uma vista esquemática de uma máquina mecânicana qual a presente invenção é empregada; e
A figura 2 é uma vista lateral de um aspirador do pré-filtro dear incorporado no esquema da figura 1.
Descrição Detalhada Da Invenção
Referindo-se à figura 1, está mostrada uma parte de umamáquina mecânica 10 na forma de um veículo agrícola, particularmente otrem de acionamento da extremidade traseira do veículo. Embora mostradacomo um veículo agrícola, é possível que a máquina mecânica 10 possa ser naforma de um tipo diferente de máquina mecânica, tal como um veículo deconstrução ou florestal.
A máquina mecânica 10 inclui uma transmissão 12 quefornece potência motriz à máquina mecânica 10, bem como acionar oscomponentes de colheita e processamento da lavoura agrícola, bem comovários dispositivos acessórios hidráulicos. A transmissão 12 é acionada porum motor de combustão interna que consome combustível e respira ar,mostrado no geral por 14. O motor de combustão interna 14 despeja osprodutos da combustão em uma linha de exaustão 16 que estende-se até umaturbina 18 que aciona um compressor 20 por meio de uma interconexãomecânica 22. A exaustão da turbina 18 passa pela linha 24 até um dispositivode pós-tratamento de exaustão 26.
O dispositivo de pós-tratamento da exaustão 26 podeincorporar inúmeros elementos que normalmente incluem um catalisador deoxidação e um filtro de particulados, ambos os quais não estão mostrados parasimplificar o entendimento da invenção. O filtro de particulados descarregagases através de uma linha 28 em um difusor 30 a ser descrito a seguir efinalmente em uma linha de saída 32 onde ele é exausto no ambiente. O filtrode particulados no dispositivo 26 exige regeneração periódica de partículas decarbono acumuladas no filtro pela elevação da temperatura a montante a cercade 300 °C. Isto faz com que partículas de fuligem no filtro queimem,aumentando assim a temperatura da exaustão até cerca de 600 °C, que exigecontrole pelo difusor 30 para levar a temperatura para limites aceitáveis.
O ar ambiente passa pela linha de entrada 34 através de umpré-filtro 36 e linha 38 até um filtro de ar primário 40. A saída 42 do filtro dear primário 40 passa para o compressor 20 e daí através de uma linha 44,normalmente através de um pós-refrigerador ou interrefrigerador 46 para aadmissão 48 para o motor de combustão interna 14.
A máquina mecânica 10 tem dois conjuntos de materiais queprecisam ser dispostos. Primeiro é material do pré-filtro 36. O pré-filtro 36normalmente envolve alguma forma de dispositivo que confere um fluxocentrífugo ao ar que passa da entrada 34 de forma que as partículas maispesadas girem para uma periferia e sejam coletadas em uma linha de saída 50.Dispositivos de pré-filtro deste tipo são comercialmente disponíveis deinúmeras empresas. Ao mesmo tempo, o material dos detritos e contaminantesem excesso precisa ser disposto da linha 50, o ar a jusante do filtro departiculados na linha 28 precisa ser resfriado. De acordo com a presenteinvenção, o difusor mostrado com detalhes na figura 2 é empregado.
O difusor, indicado no geral pelo caractere de referência 30,tem uma extremidade de entrada 54 conectada na linha 28 a partir dodispositivo de pós-tratamento 26 e uma saída 56 conectada na linha deexaustão 32 que leva ao ambiente. A entrada do difusor 52 tem uma seção deentrada inicial 58 que leva a uma seção anular convergente 60, umestrangulamento 62, seção divergente 64 e seção de saída 66 para formar umventuri. Como ilustrado, as várias seções são anulares na seção transversal,embora alguma variação em relação a anular possa ser empregada. Deve-senotar que a área de fluxo seccional transversal da seção de entrada 58 que levaà seção convergente 60 é menor que a área de fluxo da seção a jusante e dadivergente 64, à medida que ela intercepta a seção de saída 66. Um tubo 68estende-se através da parede da seção de entrada 58 e curva 90 0 para umasaída 70 posicionada aproximadamente adjacente à extremidade a montantedo estrangulamento 62. O tubo 68 é conectado na linha 50 que vai do pré-filtro 36 e estende-se até o difusor em um ângulo reto até o eixo geométricolongitudinal do difusor 30 e curva para ter uma saída paralela ao fluxo de arprimário através do difusor 30. A área de fluxo seccional transversal do tubo68 é suficientemente grande para deixar passar tamanhos de partículascontaminantes esperadas com o ar ambiente.
Pelo menos uma, e preferivelmente uma pluralidade deaberturas 72 é provida adjacente à extremidade a montante da seçãodivergente 64. Aberturas 72 proporcionam e permitem a passagem de ar doambiente para o interior da seção do difusor 64.
Em operação, o motor de combustão interna 14 exige um fluxode ar de entrada que passa pelo pré-filtro 36 à medida que a máquinamecânica 10 desloca em ambientes altamente contaminados, tal comocolhendo lavouras no campo, detritos em excesso passam para o pré-filtro 36,onde eles são centrifugamente direcionados para ser coletados pela linha 50.A medida que o fluxo de exaustão passa do dispositivo de pós-tratamento daexaustão 26, o ar que passa pela saída 70 do tubo 68 causa uma queda napressão que, por sua vez, arrasta ar da linha 50 pela aspiração através do tubo68 e para fora da saída 70, onde ele é misturado com o fluxo de exaustão.Além de dispor os contaminantes em excesso, o fluxo ambiente do pré-filtro36 causa uma redução na temperatura no fluxo da linha 28, particularmentecom os dispositivos de pós-tratamento da exaustão sendo regenerados. Asaberturas 72, providas na parte a montante da seção divergente 64, fornecemfluxo adicional de ar ambiente para resfriar as paredes da seção do difusorpara prover assim uma sinergia onde o fluxo do pré-filtro resfria o núcleo dofluxo através do difusor 52 e o ar da abertura 72 proporciona resfriamento dasparedes. Dessa maneira, o difusor 52 não somente proporciona disposição doscontaminantes em excesso do pré-filtro, mas resfria o fluxo de exaustãodirecionado através da saída 32 para um nível controlável para o ambienteoperacional da máquina mecânica. Deve-se notar que a função deresfriamento dupla permite reduções de temperatura significativas em umenvelope axial relativamente pequeno e pode ser usada para resfriar o fluxo deexaustão independente de uma função de aspiração.Tendo sido descrita a modalidade preferida, fica aparente quevárias modificações podem ser feitas sem fugir do escopo da invenção,definido nas reivindicações anexas.
Claims (24)
1. Sistema aspirador de pré-filtro de ar para um motor decombustão interna que consome combustível e respira ar que tem umaadmissão de ar e uma exaustão para os produtos da combustão a elevadastemperaturas, o dito motor tendo um pré-filtro fluidicamente conectado naadmissão de ar do motor, e a montante dela, o dito pré-filtro impedindo ofluxo de contaminantes maiores para a admissão de ar do motor e acumulandotais contaminantes, o dito pré-filtro tendo uma saída para tais contaminantes,o dito sistema caracterizado pelo fato de que compreende:um elemento que define um caminho de fluxo primário paraexaustão do motor, o dito elemento tendo uma seção venturi;um tubo que tem uma saída no dito elemento adjacente à ditaseção venturi, o dito tubo sendo fluidicamente conectado na saída do pré-filtropara contaminantes de forma que os contaminantes sejam arrastados para odito tubo, e através dele; eo dito elemento tendo pelo menos uma entrada para arambiente no caminho de fluxo primário para resfriar a corrente de exaustão domotor adjacente ao dito elemento.
2. Sistema aspirador de pré-filtro de ar, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito elemento tem uma seçãoconvergente, estrangulamento e seção divergente a jusante conectada no ditoestrangulamento, a saída do dito tubo sendo na parte a montante do ditoestrangulamento.
3. Sistema aspirador de pré-filtro de ar, de acordo com areivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a área de fluxo na parte amontante da dita seção convergente é menor que a área de fluxo no lado ajusante da dita seção divergente.
4. Sistema aspirador de pré-filtro de ar, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito tubo tem uma área defluxo seccional transversal suficientemente grande para carregarcontaminantes para o dito caminho de fluxo primário.
5. Sistema aspirador de pré-filtro de ar, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito caminho de fluxoprimário é definido por uma parede anular e a dita parede tem umapluralidade de aberturas que forma uma entrada para ar ambiente para resinaro caminho de fluxo primário adjacente à dita parede.
6. Sistema aspirador de pré-filtro de ar, de acordo com areivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as paredes do dito elementoformam uma seção convergente, de estrangulamento e divergente, a ditapluralidade de aberturas sendo posicionada no início da dita seção divergente.
7. Sistema aspirador de pré-filtro de ar, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito tubo entra no ditoelemento em ângulos retos com o caminho de fluxo primário e a saída do ditotubo é em uma direção substancialmente paralela ao fluxo através do ditoelemento.
8. Sistema de motor de combustão interna, caracterizado pelofato de que compreende:um motor de combustão interna que consome combustível erespira ar que tem uma admissão de ar e uma exaustão para produtos decombustão;um sistema de pós-tratamento da exaustão que geratemperaturas periódicas significativamente elevadas;um sistema de filtração de ar incluindo um pré-filtrofluidicamente conectado na admissão de ar do motor, e a montante dela, odito pré-filtro impedindo fluxo de contaminantes maiores para a admissão dear do motor e acumulando tais contaminantes, o dito pré-filtro tendo umasaída para tais contaminantes;um elemento definindo um caminho de fluxo de fluidoprimário para exaustão do motor do dito sistema de pós-tratamento deexaustão, o dito elemento tendo uma seção venturi;um tubo tendo uma saída no dito elemento e adjacente à ditaseção venturi, o dito tubo sendo fluidicamente conectado na saída do pré-filtropara contaminantes de forma que contaminantes e ar sejam arrastados para odito tubo, e através dele, para resfriar a dita exaustão; eo dito elemento tendo pelo menos uma entrada para arambiente para resfriar ainda mais a exaustão do motor.
9. Sistema de motor de combustão interna, de acordo com areivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dito elemento define umaseção convergente conectada a um estrangulamento e uma seção divergente, asaída do dito tubo sendo posicionada adjacente à parte a montante do ditoestrangulamento.
10. Sistema de motor de combustão interna, de acordo com areivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a área de fluxo seccionaltransversal da parte a montante da dita seção convergente é menor que a áreade fluxo da parte a jusante da dita seção divergente.
11. Sistema de motor de combustão interna, de acordo com areivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a área de fluxo seccionaltransversal do dito tubo é suficientemente grande para carregar contaminantespara o dito caminho de fluxo primário.
12. Sistema de motor de combustão interna, de acordo com areivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dito elemento tem umaparede que define o dito caminho de fluxo primário, as ditas aberturas sendoposicionadas na parede do dito caminho de fluxo para resfriar o caminho defluxo primário adjacente às paredes do dito elemento.
13. Sistema de motor de combustão interna, de acordo com areivindicação 12, caracterizado pelo fato de que as ditas seções de parededefinem uma seção convergente a montante, um estrangulamento e uma seçãodivergente a jusante, as ditas aberturas sendo posicionadas adjacentes à partea montante da dita seção divergente.
14. Sistema de motor de combustão interna, de acordo com areivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dito tubo entra no ditoelemento substancialmente em um ângulo reto com o dito caminho de fluxoprimário, o dito tubo sendo curvo para ter uma descarga substancialmenteparalela ao caminho de fluxo primário através dele.
15. Máquina mecânica que opera em um ambientesignificativamente carregado de contaminantes, caracterizada pelo fato de quea dita máquina mecânica compreende:um trem de potência para propelir e acionar as funções deprocessamento da dita máquina mecânica;um sistema de motor de combustão interna que compreende:um motor de combustão interna que consome combustível erespira ar que tem uma admissão de ar e uma exaustão para produtos decombustão;um sistema de pós-tratamento de exaustão que geratemperaturas periódicas significativamente elevadas;um sistema de filtração de ar incluindo um pré-filtrofluidicamente conectado na admissão de ar do motor, e a montante dela, odito pré-filtro impedindo fluxo de contaminantes maiores para a admissão dear do motor e acumulando tais contaminantes, o dito pré-filtro tendo umasaída para tais contaminantes;um elemento que define um caminho de fluxo de fluidoprimário para exaustão do motor do dito sistema de pós-tratamento deexaustão, o dito elemento tendo uma seção venturi;um tubo que tem uma saída no dito elemento e adjacente à ditaseção venturi, o dito tubo sendo fluidicamente conectado na saída do pré-filtropara contaminantes de forma que contaminantes e ar são arrastados para odito tubo, e através dele, para resinar a dita exaustão; eo dito elemento tendo pelo menos uma entrada para arambiente para resfriar ainda mais a exaustão do motor.
16. Máquina mecânica, de acordo com a reivindicação 15,caracterizada pelo fato de que o dito elemento tem uma seção convergente,estrangulamento e seção divergente a jusante, a saída do dito tubo sendoadjacente à parte a montante do dito estrangulamento.
17. Máquina mecânica, de acordo com a reivindicação 16,caracterizada pelo fato de que a dita área de fluxo seccional transversal daparte a montante da dita seção convergente é menor que a área de fluxoseccional transversal da parte a jusante da dita seção divergente.
18. Máquina mecânica, de acordo com a reivindicação 15,caracterizada pelo fato de que a área de fluxo seccional transversal do ditotubo é grande o bastante para carregar contaminantes para o dito caminho defluxo primário.
19. Máquina mecânica, de acordo com a reivindicação 15,caracterizada pelo fato de que o dito caminho de fluxo através do ditoelemento é definido pelas seções de parede, o dito elemento tendo umapluralidade de aberturas que forma a dita entrada para ar ambiente de formaque o caminho de fluxo adjacente às seções de parede seja resfriado.
20. Máquina mecânica, de acordo com a reivindicação 19,caracterizada pelo fato de que as ditas seções de parede formam uma seçãoconvergente a montante, um estrangulamento e uma seção divergente ajusante, as ditas aberturas sendo posicionadas adjacentes à parte a montanteda dita seção divergente.
21. Máquina mecânica, de acordo com a reivindicação 15,caracterizada pelo fato de que o dito tubo entra no dito elementosubstancialmente em um ângulo reto com o dito caminho de fluxo primário, odito tubo sendo curvo para ter uma descarga substancialmente paralela aocaminho de fluxo primário através dele.
22. Sistema de resfriamento de exaustão compacto para ummotor de combustão interna que consome combustível e respira ar que temuma admissão de ar e uma exaustão para os produtos da combustão a elevadastemperaturas, caracterizado pelo fato de que o dito sistema compreende:um elemento que tem uma parede anular que define umcaminho de fluxo primário para exaustão do motor, o dito elemento tendouma seção venturi;pelo menos um tubo que tem uma saída no dito elementoadjacente à dita seção venturi, o dito tubo sendo fluidicamente conectado noambiente de forma que o ar de resfriamento seja aspirado para o dito tubo, eatravés dele; eo dito elemento tendo pelo menos uma entrada para arambiente no caminho de fluxo primário através da dita parede anular pararesfriar a corrente de exaustão do motor adjacente à parede do dito elemento.
23. Sistema de resfriamento de exaustão compacto, de acordocom a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o dito elemento temuma pluralidade de aberturas que forma a dita entrada para ar ambiente deforma que o caminho de fluxo adjacente e em torno das seções de parede sejaresfriado.
24. Sistema de resfriamento de exaustão compacto, de acordocom a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a dita parede formauma seção de convergência a montante, um estrangulamento e uma seçãodivergente a jusante, as ditas aberturas sendo posicionadas adjacentes à partea montante da dita seção divergente.
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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