JP5247111B2 - 熱交換機 - Google Patents

Description

この発明は、プレコート材を使用する放熱効率に優れた熱交換機、特に、塗装工程を省略することが可能で、流体の流路を長手方向に２分割することによって、熱効率を改善した熱交換機に関する。

電子機器筐体の一部に取り付けられて外気と内気を入れ替えることなく熱だけを放出するために熱交換機が用いられている。従来の電子機器筐体に取り付けられた熱交換機の断面図を図４に示す。電子機器の筐体１０１の一部に熱交換機１００が取り付けられている。熱交換機１００は、熱伝導板を境界として、外気１０２と内気１０３が通るそれぞれの経路を有している。熱交換機１００は、内気１０３を経路に沿って熱伝導板に接して循環させる内気ファン１０５と、外気を経路に沿って熱伝導板に接して循環させる外気ファン１０４とを備えている。

熱交換機１００の内気ファン１０５と外気ファン１０４が作動すると、内気１０３は内気吸入口から吸入され受熱部の内気ファン１０５を通過し、内気排出口１１０から筐体１０１内に向かって排出される。外気１０２は外気吸入口から吸入され放熱部の外気ファン１０４を通過し、外気排出口１０８から大気中に排出される。内気の熱は受熱側の熱伝導板を通って放熱側の熱伝導板に伝わる。熱伝導板に伝わった内気の熱は、経路に沿って熱伝導板に接して循環する外気に伝わり、内気と外気との間で熱交換が行われる。

上述したように、熱交換機の内気側および外気側には、熱伝導板を境界としてそれぞれの経路の一方端に吸入口およびファンが取り付けられ、他方端に排出口が取り付けられて、内気および外気が一方の端部から他方の端部へと循環している（即ち、内気は１０３→１０９→１１０に示すように、外気は１０２→１０７→１０８に示すように循環する）。
特開２０００−４０９０号公報

従来の板状の熱交換機においては、耐候性が必要な場合は、アルミニウム等の部材の組み立て後に、所要の塗装を行っていた。従って、塗装工程が増え、工程が複雑になり、コストが高くなっていた。更に、複雑な形状の部分には塗料が入らないという問題があった。一方で、熱交換機の長手方向の流路が長く、熱効率が低下するという問題があった。

従って、この発明の目的は、塗装工程を省略することができ、流体の流路を短くして熱効率を高めることができる熱交換機を提供することにある。

発明者は上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、熱交換器に使用する板材として、プレコート板材を使用することによって、塗装の工程を省略するこができ、工程を簡素にして、複雑な形状の部分に塗料が入らないという問題を解決することができることが判明した。

更に、ファンの風が流れる経路の長さを短くすると、温度境界線が薄く、熱伝導率が高くなることが判明した。この発明は、上述した研究成果に基づいてなされたものである。

この発明の熱交換機の第１の態様は、相互に平行に配置された複数の板材からなる側壁部と、前記側壁部の短軸方向の端部に交互に設けられて、前記側壁部を閉塞して連絡する板材からなる連絡壁部と、前記連絡壁部と反対側の前記側壁部の端部に交互に設けられた開口部と、前記側壁部の長軸方向の端部に設けられて前記側壁部を閉塞する板材からなる端壁部とを備え、一方の前記開口部側が温度の低い流体が通るＡ経路となり他方の前記開口部側が温度の高い流体が通るＢ経路となるように前記側壁部を隔てて前記Ａ経路と前記Ｂ経路とが隣り合わせに形成されている熱交換機本体と、
一方の側および他方の側の前記開口部にそれぞれ設けられ、少なくとも一つの側においては前記側壁部の長軸方向の中央部に設けられているファンとを備え、
前記側壁部、前記連絡壁部及び前記端壁部のうち少なくとも前記側壁部が、有機物で被覆された熱伝導性に優れた基体からなるプレコート板材で形成されており、
中央部に設けられた前記ファンによって流体が前記長軸方向に２分割され短縮化された流路を流れることを特徴とする熱交換機である。

この発明の熱交換機の第２の態様は、上記のこの発明の熱交換機の第１の態様において、前記側壁部、前記連絡壁部及び前記端壁部がそれぞれ別の前記プレコート板材によって形成されていることを特徴とする熱交換機である。

この発明の熱交換機の第３の態様は、上記のこの発明の熱交換機の第１の態様において、前記側壁部、前記連絡壁部及び前記端壁部が１枚の前記プレコート板材を折り曲げて形成されていることを特徴とする熱交換機である。

この発明の熱交換機の第４の態様は、上記のこの発明の熱交換機の第２または３の態様において、前記連絡壁部が平らな板材であることを特徴とする熱交換機である。

この発明の熱交換機の第５の態様は、上記のこの発明の熱交換機の第２または３の態様において、前記連絡壁部が断面三角形または多角形の板材であることを特徴とする熱交換機である。

この発明の熱交換機の第６の態様は、上記のこの発明の熱交換機の第１から５の何れか１つの態様において、平行配置された前記プレコート板材からなる前記側壁部が垂直方向に重畳配置され、前記開口部が側面に位置していることを特徴とする熱交換機である。

この発明の熱交換機の第７の態様は、上記のこの発明の熱交換機の第１から５の何れか１つの態様において、平行配置された前記プレコート板材からなる前記側壁部が水平方向に配置され、前記開口部が上面および下面に位置していることを特徴とする熱交換機である。

この発明の熱交換機の第８の態様は、上記のこの発明の熱交換機の第６または７の態様において、前記ファンが各前記開口部に設けられていることを特徴とする熱交換機である。

この発明の熱交換機の第９の態様は、上記のこの発明の熱交換機の第６または７の態様において、各１つの前記ファンが、前記開口部が設けられた側に設けられていることを特徴とする熱交換機である。

この発明の熱交換機の第１０の態様は、上記のこの発明の熱交換機の第１から９の何れか１つの態様において、前記側壁部の長軸方向に、流体が流れる２分割され短縮した流路を形成する補助部材をＡ経路および／またはＢ経路の一部に備えていることを特徴とする熱交換機である。

この発明の熱交換機の第１１の態様は、上記のこの発明の熱交換機の第１から１０の何れか１つの態様において、温度の低い流体が外気であり、温度の高い流体が筐体内で昇温した内気であることを特徴とする熱交換機である。

この発明によると、熱交換器に使用する板材として、プレコート板材を使用するので、塗装の工程を省略するこができ、工程を簡素にして、複雑な形状の部分に塗料が入らないという問題を解決することができる。ファンの風が流れる経路の長さを半分にすることによって、温度境界線が薄く、熱伝導率が高くなり、熱効率に優れた熱交換機が得られる。

この発明の熱交換機を、図面を参照しながら説明する。
この発明の熱交換機の１つの態様は、相互に平行に配置された複数のプレコート板材からなる側壁部と、側壁部の短軸方向の端部に交互に設けられて、側壁部を閉塞して連絡する板材からなる連絡壁部と、連絡壁部と反対側の端部に交互に設けられた開口部と、側壁部の長軸方向の端部に設けられて側壁部を閉塞する板材からなる端壁部とを備え、一方の開口部側が温度の低い流体が通るＡ経路および他方の開口部側が温度の高い流体が通るＢ経路を隣り合わせに形成している熱交換機本体と、一方の側および他方の側の開口部にそれぞれ設けられているファンとを備えた熱交換機である。

即ち、この発明の熱交換機は、プレコート板材を使用して形成された熱交換機である。少なくとも側壁部がプレコート板材で形成されていればよい。例えば、端壁部はプレコート板材でなくてもよい。

例えば、１つの態様においては、側壁部、連絡壁部、端壁部がそれぞれ別のプレコート材によって形成されている。他の態様においては、側壁部、連絡壁部、端壁部が１枚のプレコート材を折り曲げて形成されていてもよい。

先ず、側壁部、連絡壁部、端壁部がそれぞれ別のプレコート材によって形成されている熱交換機について説明する。
図１は、この発明の１つの態様の熱交換機を説明する図である。図１（ａ）は熱交換機を形成するプレコート板材を説明する図である。図１（ａ）に示すように、同じ大きさの複数枚（図では６枚）のプレコート板材を平行に配列する。この場合は、平行配置されたプレコート板材からなる側壁部４−１、４−２、４−３、４−４、４−５、４−６が水平方向に配置されている。このように平行配置された側壁部４の上端面および下端面には、交互に別のプレコート板材が配置される。

即ち、側壁部４−１、４−２、４−３、４−４、４−５、４−６の短軸方向の端部（図では上端面、下端面）に交互に設けられて、側壁部を閉塞して連絡するプレコート板材からなる連絡壁部５−１、５−２、５−３、５−４、５−５が配置される。即ち、側壁部４−１、４−２は下端面において連絡壁部５−１によって連絡され、側壁部４−２、４−３は上端面において連絡壁部５−２によって連絡される。同様に、側壁部４−３、４−４は下端面において連絡壁部５−３によって連絡され、側壁部４−４、４−５は上端面において連絡壁部５−４によって連絡され、そして、側壁部４−５、４−６は下端面において連絡壁部５−５によって連絡される。

次いで、側壁部４を閉塞するプレコート板材からなる端壁部６−１、６−２を側壁部４の長軸方向の端部に配置する。即ち、図に示す手前側の側壁部４および連絡壁部５の端部を、端壁部６−１によってそれぞれ閉塞するように接合する。同様に、図に示す裏面側の側壁部４および連絡壁部５の端部を、端壁部６−２によってそれぞれ閉塞するように接合する。それぞれの連絡壁部５の反対側は開口部として開放される。

このようにして形成された交換機本体を図１（ｂ）に示す。図１に示すように、側壁部４−１、４−２、連絡壁部５−１、端壁部６−１、６−２で囲まれ、連絡壁部と反対側（図では上端面）が開口部７−１として開放されている。連絡壁部５−２を隔てて、同様に、側壁部４−３、４−４、連絡壁部５−３、端壁部６−１、６−２で囲まれ、連絡壁部と反対側（図では上端面）が開口部７−３として開放されている。更に、連絡壁部５−４を隔てて、同様に、側壁部４−５、４−６、連絡壁部５−５、端壁部６−１、６−２で囲まれ、連絡壁部と反対側（図では上端面）が開口部７−５として開放されている。一方、側壁部４−２、４−３、連絡壁部５−２、端壁部６−１、６−２で囲まれ、連絡壁部と反対側（図では下端面）が開口部７−２として開放されている。連絡壁部５−３を隔てて、同様に、側壁部４−４、４−５、連絡壁部５−４、端壁部６−１、６−２で囲まれ、連絡壁部と反対側（図では下端面）が開口部７−４として開放されている。

このようにして形成された熱交換機本体は、電子機器用筐体に取り付けられ、一方の側が温度の高い方で、他方の側が温度の低い方になる。即ち、上述したようにして形成された開口部７−１、７−３、７−５側が一方の側の経路、例えば、温度の低い流体が通るＡ経路を形成する。他方の開口部７−２、７−４側が他方の側の経路、例えば、温度の高い流体が通るＢ経路を形成する。なお、上述したように、平行配置されたプレコート板材からなる側壁部の、それぞれの何れか一方の側がＡ経路に面し、他方の側がＢ経路に面して、熱交換が行われる。

この発明の熱交換機の他の１つの態様は、相互に平行に配置された複数の板材からなる側壁部と、側壁部の短軸方向の端部に交互に設けられて、側壁部を閉塞して連絡する板材からなる連絡壁部と、連絡壁部と反対側の端部に交互に設けられた開口部と、側壁部の長軸方向の端部に設けられて側壁部を閉塞する板材からなる端壁部とを備え、一方の開口部側が温度の低い流体が通るＡ経路および他方の開口部側が温度の高い流体が通るＢ経路を隣り合わせに形成している熱交換機本体と、
一方の側および他方の側の開口部にそれぞれ設けられ、少なくとも一つの側においては中央部に設けられているファンとを備え、中央部に設けられたファンによって流体が長手方向に２分割され短縮化された流路を流れることを特徴とする熱交換機である。

即ち、この発明の他の態様の熱交換機は、流体が長手方向に２分割され短縮した流路を流れることを特徴としている。この特徴そのままでもよく、更にこの特徴に熱交換機がプレコート板材で形成されている特徴を組み合わせてもよい。以下、流体が長手方向に２分割され短縮化された流路を流れる特徴と、熱交換機がプレコート板材で形成されている特徴を組み合わせた態様について説明する。

図１（ｃ）はこの発明の他の１つの態様の熱交換機を説明する概略斜視図である。図１（ｃ）に示す熱交換機は、図１（ｂ）に示す熱交換機本体に、ファンを取り付けている。図１（ｃ）に示すように、開口部７−１、７−３、７−５のそれぞれの概ね中央にファン３が取り付けられている。開口部７−２、７−４側は示していないが、上面側と同様に開口部７−２、７−４の概ね中央にファンを設けても良い。または、一方の端部にファンを取り付けても良い。何れの場合も、少なくとも１方側の開口部に取り付けるファンは中央部に配置することが重要である。

図１（ｃ）に示す態様においては、白色の矢印に示すように、開口部の概ね中央に配置されたファンによって吸い込まれた、Ａ経路を通る温度の低い流体は、長軸方向の流路が２分割されて、一方は遠方側の端部に向かって進み、他方は近方側の端部に向かって進み、それぞれ上方に向かって排出される。図に示さないが、開口部７−１、７−３においても同様に中央部からファンによって吸い込まれた、Ａ経路を通る温度の低い流体は、長軸方向の流路が２分割されて、一方は遠方側の端部に向かって進み、他方は近方側の端部に向かって進み、それぞれ上方に向かって排出される。

この態様では、反対側の開口部７−２、７−４には、それぞれ、一方の端部にファンが取り付けている。黒色の矢印で示すように、一方の端部から吸入された流体は長軸方向に他方の端部に向かって進み、他方の端部から上方に向かって排出される。

長軸方向に流路を２分割した場合の熱効率を説明する。図２は従来のファンと熱交換機の流体の流れ方、および、本発明のファンと熱交換機の流体の流れ方を説明する図である。図２（ａ）に示すように、従来は外気側のファン１３と、内気側のファン１３は何れも熱交換機１０１の一方の端部に取り付けられ、外気は一方の端部に設けられたファン１３によって吸入され、一方の端部から他方の端部に向かって進み他方の端部から上方に向かって排出される。他方、内気は外気のファンと反対側の端部に設けられたファン１３によって吸入され、一方の端部から他方の端部に向かって進み他方の端部から下方に向かって排出される。このように、外気、内気ともに一方の端部から他方の端部まで、長い流路を通る。

これに対して、図２（ｂ）に示すように、この発明の熱交換機１においては、内気は、従来と同様に、一方の端部に設けられたファン３によって吸入され、一方の端部から他方の端部に向かって進み他方の端部から下方に向かって排出される。外気側のファンは、概ね中央部に配置されており、外気は中央部に配置されたファンによって吸入され、２分割されて、一方は一方の端部に向かって進み、他方は他方の端部に向かって相互に反対方向に進み、それぞれ上方に向かって排出される。この場合には、外気は一方の端部から他方の端部までの流路の半分をそれぞれ通る。

ｖを風速、Ｌを熱伝導性板材に沿って進む長さとするとき、熱伝達率ａは下記式で表される。
ａ＝３．８６√（ｖ／Ｌ）（Ｗ／ｍ^２Ｋ）
上述した本発明の熱交換機の場合は、外気（風）が流れる方向の長さが半分になるので、温度境界層が薄く、高い熱伝達率を得ることができる。具体的には、従来は熱交換機の熱伝導性板材の長さＬがそのまま風の流れる方向の長さになっているのに対して、この発明の熱交換機においては、熱伝導性板材に沿って進む長さがＬ／２となるので、熱伝達率を√２倍、即ち、約４１％向上させることができる。

図１を参照して説明した熱交換機は、平行配置されたプレコート板材からなる側壁部が水平方向に配置され、開口部が上面および下面に位置している例であるが、平行配置されたプレコート板材からなる側壁部が垂直方向に重畳配置され、開口部が側面に位置していてもよい。即ち、図１に示した側壁部４−１が上側に側壁部４−６が下側に位置し、開口部７−１、７−３、７−５が一方の側の側方に位置し、開口部７−２、７−４が他方の側の側方に位置する。一方の開口部側が温度の低い流体が通るＡ経路、および、他方の開口部側が温度の高い流体が通るＢ経路を構成する。

図３はこの発明の別の態様の熱交換機を示す概略斜視図である。図３に示す態様は、一枚のプレコート板材を加工して形成された熱交換機である。即ち、側壁部４−１、４−２、４−３、４−４、４−５、４−６が平行に配置されている。側壁部の短軸方向の端部（図では上端面、下端面）に側壁部と連絡して（即ち、折り曲げられて）交互に設けられて、側壁部を閉塞して連絡するプレコート板材からなる断面三角形状の連絡壁部８−１、８−２、８−３、８−４、８−５が配置される。即ち、側壁部４−１、４−２は下端面において連絡壁部８−１によって連絡され、側壁部４−２、４−３は上端面において連絡壁部８−２によって連絡される。同様に、側壁部４−３、４−４は下端面において連絡壁部８−３によって連絡され、側壁部４−４、４−５は上端面において連絡壁部８−４によって連絡され、そして、側壁部４−５、４−６は下端面において連絡壁部８−５によって連絡される。

側壁部４を横方向において閉塞するプレコート板材からなる端壁部６−１、６−２を側壁部４の長軸方向のそれぞれの端部に配置する。即ち、図に示す手前側の側壁部４および連絡壁部８の端部を、側端部と連絡された端壁部６−１によって閉塞するように配置する。同様に、図に示す裏面側の側壁部４および連絡壁部８の端部を、側端部と連絡された端壁部６−２によって閉塞するように配置する。それぞれの断面三角の連絡壁部８の反対側（即ち、上端面または下端面）は開口部として開放される。

即ち、図３に示すように、側壁部４−１、４−２、連絡壁部８−１、端壁部６−１、６−２で囲まれ、連絡壁部と反対側（図では上端面）が開口部７−１として開放されている。連絡壁部８−２を隔てて、同様に、側壁部４−３、４−４、連絡壁部８−３、端壁部６−１、６−２で囲まれ、連絡壁部と反対側（図では上端面）が開口部７−３として開放されている。更に、連絡壁部８−４を隔てて、同様に、側壁部４−５、４−６、連絡壁部５−５、端壁部６−１、６−２で囲まれ、連絡壁部と反対側（図では上端面）が開口部７−５として開放されている。一方、側壁部４−２、４−３、連絡壁部８−２、端壁部６−１、６−２で囲まれ、連絡壁部と反対側（図では下端面）が開口部７−２として開放されている。連絡壁部８−３を隔てて、同様に、側壁部４−４、４−５、連絡壁部８−４、端壁部６−１、６−２で囲まれ、連絡壁部と反対側（図では下端面）が開口部７−４として開放されている。

このようにして形成された熱交換機本体は、電子機器用筐体に取り付けられ、一方の側が温度の高い方で、他方の側が温度の低い方になる。即ち、上述したようにして形成された開口部７−１、７−３、７−５側が一方の側の経路、例えば、温度の低い流体が通るＡ経路を形成する。他方の開口部７−２、７−４側が他方の側の経路、例えば、温度の高い流体が通るＢ経路を形成する。なお、上述したように、平行配置されたプレコート板材からなる側壁部の、それぞれの何れか一方の側がＡ経路に面し、他方の側がＢ経路に面して、熱交換が行われる。

図３に示すように、開口部７−１、７−３、７−５のそれぞれの概ね中央にファン３が取り付けられている。開口部７−２、７−４側は示していないが、上面側と同様に開口部７−２、７−４の概ね中央にファンを設けても良い。または、一方の端部にファンを取り付けても良い。何れの場合も、少なくとも１方側の開口部に取り付けるファンは中央部に配置することが重要である。

図３に示す態様においては、白色の矢印に示すように、開口部の概ね中央に配置されたファンによって吸い込まれた、Ａ経路を通る温度の低い流体は、長軸方向の流路が２分割されて、一方は遠方側の端部に向かって進み、他方は近方側の端部に向かって進み、それぞれ上方に向かって排出される。図に示さないが、開口部７−１、７−３においても同様に中央部からファンによって吸い込まれた、Ａ経路を通る温度の低い流体は、長軸方向の流路が２分割されて、一方は遠方側の端部に向かって進み、他方は近方側の端部に向かって進み、それぞれ上方に向かって排出される。

この態様では、反対側の開口部７−２、７−４には、それぞれ、一方の端部にファンが取り付けている。黒色の矢印で示すように、一方の端部から吸入された流体は長軸方向に他方の端部に向かって進み、他方の端部から上方に向かって排出される。
図１および図３を参照して熱交換機を説明したが、熱交換機の形状はこれらに限定されることは無く、この発明の熱交換器の性能を損ねることなく、適宜修正することができる。

この発明によると、プレコート板材を使用した熱交換機、流体が長手方向に２分割され短縮した流路を流れる熱交換機、および、これらを共に備えた熱交換機を得ることができる。即ち、熱交換器に使用する板材として、プレコート板材を使用するので、塗装の工程を省略するこができ、工程を簡素にして、複雑な形状の部分に塗料が入らないという問題を解決することができる。ファンの風が流れる経路の長さを半分にすることによって、温度境界線が薄く、熱伝導率が高くなり、熱効率に優れた熱交換機が得られる。

図１は、この発明の１つの態様の熱交換機を説明する図である。図１（ａ）は熱交換機を形成するプレコート板材を説明する図である。図１（ｂ）はプレコート板材を組み合わせて形成された熱交換機本体を示す図である。図１（ｃ）はこの発明の１つの態様の熱交換機を説明する概略斜視図である。 図２は従来のファンと熱交換機の流体の流れ方、および、本発明のファンと熱交換機の流体の流れ方を説明する図である。 図３はこの発明の別の態様の熱交換機を示す概略斜視図である。 図４は従来の電子機器筐体に取り付けられた熱交換機を説明する断面図である。

符号の説明

１ 熱交換機
２ 熱交換機本体
３ ファン
４ 側壁部
５ 連絡壁部
６ 端壁部
７ 開口部
８ 断面三角形の連絡壁部

Claims (11)

1. 相互に平行に配置された複数の板材からなる側壁部と、前記側壁部の短軸方向の端部に交互に設けられて、前記側壁部を閉塞して連絡する板材からなる連絡壁部と、前記連絡壁部と反対側の前記側壁部の短軸方向の端部に交互に設けられた開口部と、前記側壁部の長軸方向の端部に設けられて前記側壁部を閉塞する板材からなる端壁部とを備え、一方の前記開口部側が温度の低い流体が通るＡ経路となり他方の前記開口部側が温度の高い流体が通るＢ経路となるように前記側壁部を隔てて前記Ａ経路と前記Ｂ経路とが隣り合わせに形成されている熱交換機本体と、
   一方の側および他方の側の前記開口部にそれぞれ設けられ、少なくとも一つの側においては前記側壁部の長軸方向の中央部に設けられているファンとを備え、
   前記側壁部、前記連絡壁部及び前記端壁部のうち少なくとも前記側壁部が、有機物で被覆された熱伝導性に優れた基体からなるプレコート板材で形成されており、
   中央部に設けられた前記ファンによって流体が前記長軸方向に２分割され短縮化された流路を流れることを特徴とする熱交換機。
2. 前記側壁部、前記連絡壁部及び前記端壁部がそれぞれ別の前記プレコート板材によって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換機。
3. 前記側壁部、前記連絡壁部及び前記端壁部が１枚の前記プレコート板材を折り曲げて形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換機。
4. 前記連絡壁部が平らな板材である、請求項２または３に記載の熱交換機。
5. 前記連絡壁部が断面三角形または多角形の板材である、請求項２または３に記載の熱交換機。
6. 平行配置された前記プレコート板材からなる前記側壁部が垂直方向に重畳配置され、前記開口部が側面に位置している請求項１から５の何れか１項に記載の熱交換機。
7. 平行配置された前記プレコート板材からなる前記側壁部が水平方向に配置され、前記開口部が上面および下面に位置している請求項１から５の何れか１項に記載の熱交換機。
8. 前記ファンが各前記開口部に設けられている請求項６または７に記載の熱交換機。
9. 各１つの前記ファンが、前記開口部が設けられた側に設けられている請求項６または７に記載の熱交換機。
10. 前記側壁部の長軸方向に、流体が流れる２分割され短縮された流路を形成する補助部材をＡ経路および／またはＢ経路の一部に備えていることを特徴とする、請求項１から９の何れか１項に記載の熱交換機。
11. 温度の低い流体が外気であり、温度の高い流体が筐体内で昇温した内気であることを特徴とする、請求項１から１０の何れか１項に記載の熱交換機。
    

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