(57)【要約】【課題】  熱電素子群の並ぶ方向に対して直交する側に熱電素子と電極部材とが接続する接合部を配設させることで、熱交換効率を低下させることなく、かつ組付性の向上が図れる熱電変換装置を実現する。【解決手段】  第１絶縁基板１１にＰ型、Ｎ型の熱電素子１２、１３を交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設して構成された熱電素子基板１０と、熱電素子基板１０の両側に対向して配置され、熱電素子１２，１３とを電気的に接続する電極部２５と吸熱、放熱するルーバー２６とを有する電極部材２２を第２絶縁基板２１に複数個配列して構成された吸熱／放熱電極基板２０とを備え、電極部材２２は電極部２５と直交する方向の外方に突起部２２ａを形成し、突起部２２ａを第２絶縁基板２１に形成された基板穴２１ａに圧入して組み付けおよび固定するように構成した。これにより、組付性の向上が図れる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料からなる第１絶縁基板（１１）に、Ｐ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設して構成された熱電素子基板（１０）と、
前記熱電素子基板（１０）の両側に対向して配置され、前記熱電素子基板（１０）に隣接して配列された前記Ｐ型熱電素子（１２）と前記Ｎ型熱電素子（１３）とを電気的に接続するために平面状に形成された電極部（２５）、およびその電極部（２５）より伝熱される熱を吸熱、放熱する熱交換部（２６）を有する電極部材（２２）を絶縁材料からなる第２絶縁基板（２１）に略碁盤目状に複数個配列して構成された一対の吸熱／放熱電極基板（２０）とを備え、
前記吸熱／放熱電極基板（２０）は、前記電極部材（２２）を隣接して配列された前記Ｐ型熱電素子（１２）と前記Ｎ型熱電素子（１３）との両端にそれぞれ前記電極部（２５）を介して直列的に接続するように構成し、かつ前記電極部材（２２）を前記第２絶縁基板（２１）に組み付けおよび固定を容易に行なえる形状で形成して前記第２絶縁基板（２１）に一体構成したことを特徴とする熱電変換装置。
【請求項２】
前記電極部材（２２）は、前記電極部（２５）と直交する方向の外方に凸状の突起部（２２ａ）を形成し、その突起部（２２ａ）を前記第２絶縁基板（２１）に形成された基板穴（２１ａ）に圧入して組み付けおよび固定することで前記第２絶縁基板（２１）に一体構成されたことを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
【請求項３】
前記電極部材（２２）は、平板状となる略コの字状に形成し、その開口端を前記第２絶縁基板（２１）に形成された基板穴（２１ａ）に挿入し、その後前記第２絶縁基板（２１）の一端面に沿って折り曲げにより前記電極部（２５）を形成して組み付けおよび固定することで前記第２絶縁基板（２１）に一体構成されたことを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
【請求項４】
前記電極部材（２２）は、鍔状からなる前記電極部（２５）を含んだ略ハット状に形成し、その電極部（２５）を前記第２絶縁基板（２１）に形成された基板穴（２１ａ）に挿入して組み付けおよび固定することで前記第２絶縁基板（２１）に一体構成されたことを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎ型熱電素子、Ｐ型熱電素子からなる直列回路に直流電流を流通させることで吸熱、放熱が得られる熱電変換装置に関するものであり、特に、隣接する熱電素子とそれに接続される電極部材の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱電変換装置として、例えば、特許文献１に示すように、Ｎ型熱電素子およびＰ型熱電素子をこの順序で複数組直列に接続して熱電素子群を構成し、この熱電素子群を吸熱電極部材および放熱電極部材で順次直列接続するとともに、上記熱電素子群の一方に突設して吸熱電極部材それぞれに吸熱熱交換部材を結合し、さらに熱電素子群の他方に突設して放熱電極部材それぞれに放熱熱交換部材を結合し、それぞれ吸熱熱交換部および放熱熱交換部を構成している。
【０００３】
そして、これらの熱交換部をそれぞれ構成する各熱交換部材は、熱電素子群の並ぶ方向に沿って折曲される第１の折曲片および熱電素子の並ぶ方向とほぼ直角曲げられる第２の折曲片を備え、隣接する第２の折曲片の相互は電気的に絶縁して固定することにより、吸熱熱交換部と放熱熱交換部とを区画する壁を有するように構成している。これにより、吸熱電極部材および放熱電極部材からの熱を効率的に取り出して熱交換効率が良好となるとともに、区画壁が形成されることで吸熱部と放熱部との分離が容易にできる構造を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３１６６２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１によれば、この種の熱電素子は極小部品であるとともに、熱電素子、電極部材、熱電素子の順に交互に積層しその積層させた状態で熱電素子と電極部材とを接合させて構成しているので、特に各部品を積層するための組付作業がやり難いため組付性が劣る問題がある。しかも、これら構成部品をより小型にしようとすると、さらに組付作業がやり難く小型化に限界が生ずる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、熱電素子群の並ぶ方向に対して直交する側に熱電素子と電極部材とが接続する接合部を配設させることで、熱交換効率を低下させることなく、かつ組付性の向上が図れる熱電変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項４に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、絶縁材料からなる第１絶縁基板（１１）に、Ｐ型熱電素子（１２）およびＮ型熱電素子（１３）を交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設して構成された熱電素子基板（１０）と、この熱電素子基板（１０）の両側に対向して配置され、熱電素子基板（１０）に隣接して配列されたＰ型熱電素子（１２）とＮ型熱電素子（１３）とを電気的に接続するために平面状に形成された電極部（２５）、およびその電極部（２５）より伝熱される熱を吸熱、放熱する熱交換部（２６）を有する電極部材（２２）を絶縁材料からなる第２絶縁基板（２１）に略碁盤目状に複数個配列して構成された一対の吸熱／放熱電極基板（２０）とを備え、
吸熱／放熱電極基板（２０）は、電極部材（２２）を隣接して配列されたＰ型熱電素子（１２）とＮ型熱電素子（１３）との両端にそれぞれ電極部（２５）を介して直列的に接続するように構成し、かつ電極部材（２２）を第２絶縁基板（２１）に組み付けおよび固定を容易に行なえる形状で形成して第２絶縁基板（２１）に一体構成したことを特徴としている。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、熱電素子（１２、１３）および電極部材（２２）は、極小部品であると同時に碁盤目状に複数個配列されるため、組付性の向上が要求される。そこで、本発明では、電極部材（２２）を第２絶縁基板（２１）に組み付けおよび固定を容易に行なえる形状で形成することにより、既存の電子部品組み付け装置であるマウンター装置やロボット装置などで第２絶縁基板（２１）に複数個の電極部材（２２）の組み付けが容易にできることで組付性の向上が図れる。
【０００８】
また、熱電素子（１２、１３）とこれに接続する電極部材（２２）とがそれぞれ第１、第２絶縁基板（１１、２１）に一体構成ができることで、従来の熱電素子と電極部材とを直列的に積層させる方式よりも組付作業が容易にできる。しかも、隣接する熱電素子（１２、１３）と電極部材（２２）との電気的接続が直接的に接続できるので接続部で発生する熱を効率的に取り出すことができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、電極部材（２２）は、電極部（２５）と直交する方向の外方に凸状の突起部（２２ａ）を形成し、その突起部（２２ａ）を第２絶縁基板（２１）に形成された基板穴（２１ａ）に圧入して組み付けおよび固定することで第２絶縁基板（２１）に一体構成されたことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、具体的には電極部材（２２）を吸着作用で摘んで第２絶縁基板（２１）の基板穴（２１ａ）に設置し、その後、押圧をかけて圧入することで、既存の製造装置による組付けが容易に行なうことができる。これにより、組付性の向上が図れる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、電極部材（２２）は、平板状となる略コの字状に形成し、その開口端を第２絶縁基板（２１）に形成された基板穴（２１ａ）に挿入し、その後第２絶縁基板（２１）の一端面に沿って折り曲げにより電極部（２５）を形成して組み付けおよび固定することで第２絶縁基板（２１）に一体構成されたことを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、また、電極部材（２２）を吸着作用で摘んで第２絶縁基板（２１）の基板穴（２１ａ）に設置し、その後、電極部（２５）を折り曲げることで、既存の製造装置による組付けが容易に行なうことができる。これにより、組付性の向上が図れる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、電極部材（２２）は、鍔状からなる電極部（２５）を含んだ略ハット状に形成し、その電極部（２５）を第２絶縁基板（２１）に形成された基板穴（２１ａ）に挿入して組み付けおよび固定することで第２絶縁基板（２１）に一体構成されたことを特徴としている。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、電極部材（２２）を吸着作用で摘んで第２絶縁基板（２１）の基板穴（２１ａ）に設置し、その後、その基板穴（２１ａ）にその電極部（２５）を挿入することで、既存の製造装置による組付けが容易に行なうことができる。これにより、組付性の向上が図れる。
【００１５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における熱電変換装置を図１ないし図３に基づいて説明する。図１は本実施形態における熱電変換装置の全体構成を示す模式図であり、図２は電極部材２２の全体構成を示す（ａ）は縦断面図、（ｂ）は側面図である。また、図３は図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【００１７】
本実施形態の熱電変換装置は、図１に示すように、第１絶縁基板１１にＰ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３を交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設して構成された熱電素子基板１０と、この熱電素子基板１０の両側に対向して配置される一対の吸熱／放熱電極基板２０から構成している。
【００１８】
まず、熱電素子基板１０は、図３に示すように、平板状の絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂、もしくはＰＥＴ樹脂など）からなる第１絶縁基板１１に、Ｐ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３を交互に複数個配列してなる熱電素子群を列設して一体構成にしたものである。Ｐ型熱電素子１２はＢｉ−Ｔｅ系化合物からなるＰ型半導体により構成され、Ｎ型熱電素子１３はＢｉ−Ｔｅ系化合物からなるＮ型半導体により構成された極小部品である。
【００１９】
なお、熱電素子基板１０は、Ｐ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３を第１絶縁基板１１に略碁盤目状に配列するように基板穴（図示せず）を一体成形で形成している。このときに、Ｐ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３の両端は、絶縁基板１１よりも上端面、下端面が外方に突き出すように形成している。
【００２０】
次に、吸熱／放熱電極基板２０は、図１に示すように、熱電素子基板１０に配列された熱電素子群のうち、隣接するＰ型熱電素子１２およびＮ型熱電素子１３を電気的に接続する電極基板である。そして、一方の上方側に配置される吸熱／放熱電極基板２０は、隣接するＰ型熱電素子１２からＮ型熱電素子１３に電流を流すように複数個の第１電極部材２２を平板状の絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂、もしくはＰＥＴ樹脂など）からなる第２絶縁基板２１に一体構成している。
【００２１】
他方の下方側に配置される吸熱／放熱電極基板２０は、隣接するＮ型熱電素子１３からＰ型熱電素子１２に電流を流すように複数個の第１電極部材２２を平板状の絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂、もしくはＰＥＴ樹脂など）からなる第２絶縁基板２１に一体構成している。
【００２２】
本実施形態の第１電極部材２２は、図２に示すように、熱電素子基板１０に隣接して配列されたＰ型熱電素子１２とＮ型熱電素子１３とを電気的に接続する電極であって、銅材などの導電性金属からなる板材を略矩形状に形成し、その底部に平面状からなる電極部２５を形成している。また、その電極部２５に直交する方向の外方に凸状の突起部２２ａを形成している。
【００２３】
さらに、電極部２５の背面側には垂直方向に向けて空間を有するように形成している。つまり、電極部材２２を第２絶縁基板２１に組み付けるときに電極部２５の背面側をマウンター装置（後述する）でつまみ易いように形成している。そして、平面状に形成された電極部２５から外方に延出された平面に電極部２５より伝熱する熱を吸熱もしくは放熱するための放熱部であるルーバー２６が一体で形成している。
【００２４】
また、第２絶縁基板２１には、上記電極部２５を挿入するための基板穴２１ａが形成され、その基板穴２１ａに電極部２５を挿入するときに、突起部２２ａを圧入することで組み付けが行なえるように基板穴２１ａを形成している。
【００２５】
そして、熱電素子１２、１３の上方側に配設される電極部材２２は、その電極部２５がＰ型からＮ型に電流が流れるように接続し、熱電素子１２、１３の下方側に配設される電極部材２２は、Ｎ型からＰ型に電流が流れるように接続している。なお、互いに隣接する電極部材２２同士は、それぞれ電気的に絶縁されている。
【００２６】
そして、図中に示す左右端に配設される熱電素子１２、１３には、それぞれ端子部２４ａ、２４ｂが設けられている。そして、その端子部２４ａ、２４ｂには、図示しない直流電源の正側端子を端子２４ａに接続し、負側端子を端子２４ｂに接続するようにしている。そして、図１に示すように、熱電素子基板１０に配設された左端からＮ型熱電素子１３、Ｐ型熱電素子１２、Ｎ型熱電素子１３の順に電気的に接続するように複数個配設されて、奥行き方向に列設して碁盤目状に構成される。
【００２７】
ここで、熱電素子１２、１３の両端がそれぞれ電極部材２２で電気的に接続されることで、端子部２４ａから入力された直流電源は、図中に示す左端のＮ型熱電素子１３から下方側の電極部材２２を介してＰ型熱電素子１２に直列的に流れ、次に、このＰ型熱電素子１２から上方側の電極部材２２を介してＮ型熱電素子１３に直列的に流れる。
【００２８】
このときに、ＮＰ接合部を構成する下方側の電極部２５は、ペルチェ効果によって低温の状態となり、ＰＮ接合部を構成する上方側の電極部２５は高温の状態となる。これにより、上方側に配設されるルーバー２６は、高温側となる電極部２５より高温の状態の熱が伝熱され、言い換えれば放熱熱交換部が形成されて冷却流体が接触される。一方、下方側に配設されるルーバー２６は、冷温側となる電極部２５より低温の状態が伝熱され、言い換えれば吸熱熱交換部が形成されて被冷却流体が接触される。
【００２９】
そこで、第２絶縁基板２１を区画壁として区画して、上方側、下方側にそれぞれ図示しないケース部材で空気通路を形成して、それぞれの空気通路に空気を流通させると、ルーバー２６と空気とが熱交換され、上方側のルーバー２６で空気を加熱することができ、下方側のルーバー２６で空気を冷却することができる。
【００３０】
次に、以上の構成による熱電変換装置の組み付け方法について説明する。図１に示すように、熱電素子基板１０は、熱電素子１２、１３を第１絶縁基板１１に設けられた基板穴にＰ型とＮ型を交互に略碁盤目状に複数個配列して一体に構成する。なお、このときは、半導体、電子部品などを制御基板に組み付けるための製造装置であるマウンター装置を用いて製造する。
【００３１】
そして、吸熱／放熱電極基板２０は、電極部材２２を第２絶縁基板２１に設けられた基板穴２１ａに略碁盤目状に複数個配列して一体に構成する。なお、このときにおいても上述したマウンター装置を用いて、電極部材２２の電極部２５の背面を吸着作用で摘んで、第２絶縁基板２１の基板穴２１ａに設置し、その後、押圧をかけて圧入することで、電極部材２２が第２絶縁基板２１に一体に構成される。
【００３２】
そして、一対の吸熱／放熱電極基板２０の間に熱電素子基板１０を挟んで組み合わせることにより、上方側に配設される吸熱／放熱電極基板２０では、電極部２５が隣接して配列されたＰ型熱電素子１２とＮ型熱電素子１３とを直列的に接続されるとともに、下方側に配設される吸熱／放熱電極基板２０では、電極部２５が隣接して配列されたＮ型熱電素子１３とＰ型熱電素子１２とを直列的に接続される。
【００３３】
次に、熱電素子１２、１３の両端と電極部２５との接合部は半田付けなどで接合する。そして、上方側、下方側を図示しないケース部材により空気経路を形成するように組み付けることで、上方側に放熱熱交換部が形成され、下方側に吸熱熱交換部が形成されて、これに空気を流通させることで冷風、温風を得ることが可能となる。
【００３４】
これにより、極小部品で、かつ複数個の熱電素子１２、１３と電極部材２２とがそれぞれの第１、第２絶縁基板１１、２１に一体に構成することができる。従って、極小の複数個の部品を既存の製造装置を用いて製造することができるため組み付け性の向上が図れる。
【００３５】
なお、本実施形態では、図示しない直流電源の正側端子を端子部２４ａ側に接続し、負側端子を端子部２４ｂ側に接続して端子部２４ａに直流電源を入力させたが、これに限らず、図示しない直流電源の正側端子を端子部２４ｂ側に接続し、負側端子を端子部２４ａ側に接続して端子部２４ｂに直流電源を入力させるように構成しても良い。
【００３６】
ただし、このときは、上方側にＰＮ接合部が形成されることで上方側に吸熱熱交換部が形成され、下方側にＮＰ接合部が形成されることで下方側に放熱熱交換部が形成される。つまり、隣接して配列された熱電素子１２、１３に流す電流の流れ方向を切り替えることで冷却もしくは加熱を切り替えることができる。因みに、この種の熱電変換装置として、半導体や電気部品などの発熱部品の冷却用や暖房装置などの加熱用に用いられる。
【００３７】
なお、電極部２５の近傍に形成する突起部２２ａを、図４に示すように、平面状の電極部２５の外周に半円状の切り込みを入れておいて、その後Ｌ曲げ加工を行なって凸状の突起部２２ａを形成しても良い。
【００３８】
以上の第１実施形態による熱電変換装置によれば、熱電素子１２、１３および電極部材２２は、極小部品であると同時に碁盤目状に複数個、それぞれの第１、第２絶縁基板１１、２１に一体に構成することにより、既存の電子部品組み付け装置であるマウンター装置で第２絶縁基板２１に複数個の電極部材２２の組み付けが容易にできることで組付性の向上が図れる。
【００３９】
また、熱電素子１２、１３とこれに接続する電極部材２２とがそれぞれ第１、第２絶縁基板１１、２１に一体構成ができることで、従来の熱電素子と電極部材とを直列的に積層させる方式よりも組付作業が容易にできる。しかも、隣接する熱電素子１２、１３と電極部材２２との電気的接続が直接的に接続できるので接続部で発生する熱を効率的に取り出すことができる。
【００４０】
具体的に、その電極部材２２は電極部２５と直交する方向の外方に凸状の突起部２２ａを形成し、その突起部２２ａを第２絶縁基板２１に形成された基板穴２１ａに圧入して組み付けおよび固定することで第２絶縁基板２１に一体構成されたことにより、電極部材２２を吸着作用で摘んで第２絶縁基板２１の基板穴２１ａに設置し、その後、押圧をかけて圧入することで、既存の製造装置による組付けが容易に行なうことができる。これにより、組付性の向上が図れる。
【００４１】
（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、電極部材２２を平面状に形成した電極部２５と直交する方向の外方に凸状の突起部２２ａを形成して第２絶縁基板２１の基板穴２１ａに圧入するように構成したが、これに限らず、平板状に形成した電極部２５を第２絶縁基板２１の基板穴２１ａに挿入後、Ｌ状に折り曲げて平面状の電極部２５を形成しても良い。
【００４２】
具体的には、図５および図６に示すように、電極部材２２は、平板状となる略コの字状に形成し、その開口端を第２絶縁基板２１に形成された基板穴２１ａに挿入し、その後第２絶縁基板２１の一端面に沿って折り曲げにより電極部２５を形成して組み付けおよび固定することで第２絶縁基板２１に一体構成している。
【００４３】
これによれば、電極部材２２を吸着作用で摘んで第２絶縁基板２１の基板穴２１ａに設置し、その後、電極部２５を折り曲げることで、既存の製造装置による組付けが容易に行なうことができる。これにより、組付性の向上が図れる。なお、本実施形態では、図中に示す２６の熱交換部を波型状からなるコルゲートフィンで形成しても良い。
【００４４】
（第３実施形態）
また、以上の実施形態の他に、図７および図８に示すように、電極部材２２は、鍔状からなる電極部２５を含んだ略ハット状に形成し、その電極部２５を第２絶縁基板２１に形成された基板穴２１ａに挿入して組み付けおよび固定することで第２絶縁基板２１に一体構成しても良い。
【００４５】
より具体的には、電極部２５の挿入のときに、図中に示す矢印のようにルーバー２６面を内側に押さえ込んで基板穴２１ａに挿入するようにする。そして、挿入後、ルーバー２６面を押さえる力を取り除くと、電極部材２２の弾性力でルーバー２６面が元に戻ろうとするため電極部材２２は第２絶縁基板２１に固定される。
【００４６】
これによれば、電極部材２２を吸着作用で摘んで第２絶縁基板２１の基板穴２１ａに、その電極部２５を挿入することで、既存の製造装置による組付けが容易に行なうことができる。これにより、組付性の向上が図れる。
【００４７】
（他の実施形態）
以上の実施形態では、マウンター装置を用いて、電極部材２２を第２絶縁基板２１に組み付けおよび固定させて一体構成させたが、これに限らず、ロボット装置を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態における熱電変換装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態における電極部材２２の全体構成を示す（ａ）は縦断面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の変形例における電極部材２２の全体構成を示す（ａ）は縦断面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。
【図５】本発明の第２実施形態における熱電変換装置の全体構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態における吸熱／放熱電極基板２０の構成を示す分解構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態における熱電変換装置の全体構成を示す模式図である。
【図８】本発明の第３実施形態における吸熱／放熱電極基板２０の構成を示す分解構成図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０…熱電素子基板
１１…第１絶縁基板
１２…Ｐ型熱電素子
１３…Ｎ型熱電素子
２０…吸熱／放熱電極基板
２１…第２絶縁基板
２１ａ…基板穴
２２…電極部材
２２ａ…突起部
２５…電極部
２６…コルゲートフィン、ルーバー（熱交換部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006093437.tif 000006
【図５】
2006093437.tif 000007
【図６】
2006093437.tif 000008
【図７】
2006093437.tif 000009
【図８】
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