CN211288885U - 流体控制阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于控制流体从高压侧到低压侧的流动的流体控制阀。布置在阀腔内以控制流动通道的打开和关闭的阀芯组件包括：固定在阀腔内的阀杆；能够相对于阀杆在打开位置和关闭位置之间移动的阀座，阀座在处于关闭位置时与阀杆接合以关闭流动通道，并且阀座在处于打开位置时不与阀杆接合以打开流动通道；以及，作用在所述阀座上的至少一个偏压元件。阀芯组件还包括缓冲结构，缓冲结构被布置在阀腔内并且用于降低或消除从高压侧流动到低压侧的流体中的压力波动。根据本实用新型的流体控制阀对经由其流动通过的流体的压力变化的响应较快，并且能够降低或消除从高压侧流动到低压侧的流体中的压力波动，安全性和可靠性较高。

Description

流体控制阀

技术领域

本实用新型涉及一种流体控制阀。

背景技术

流体控制阀用于实现对流体流动的控制，其通常被布置高压侧(例如，流体源)和低压侧(例如，喷嘴)之间，以控制流体从高压侧向低压侧的流动，并且在意外状况发生(例如，低压侧发生堵塞)时防止流体回流，从而防止对高压侧的装置造成损害或引发危险。流体控制阀通常包括相互配合以控制流动通道的打开和关闭的阀杆和阀座。在传统的流体控制阀中，阀座被设计为固定，而阀杆被设计为能够相对于阀座移动。但是，当上述意外状况发生时，这种传统的流体控制阀的阀杆不能快速返回关闭位置以防止流体回流，响应速度较慢，安全性较低。

另外，在传统的流体控制阀中，当流动通过流体控制阀的流体的压力突然发生变化时会导致流出的流体流不稳定。流出的流体流不稳定又容易导致位于低压侧的装置故障，降低系统的可靠性，甚至引发危险。

因而，迫切需要对现有的流体控制阀进行改进，以提高其安全性和可靠性。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种新型的流体控制阀，在这种流体控制阀中，阀杆被固定在所述阀腔内而阀座能够相对于所述阀杆在打开位置和关闭位置之间移动，这使得流体控制阀在例如低压侧堵塞的意外状况发生时能够快速返回关闭位置以防止流体回流。

根据本实用新型的一方面，提供一种流体控制阀，所述流体控制阀用于控制流体从高压侧到低压侧的流动，并且包括：阀体，所述阀体限定阀腔，所述阀体上开设有流体入口和流体出口，所述流体入口和所述流体出口分别通过形成在所述阀体中的进入通道和排出通道与所述阀腔流体连通，所述流体入口与所述高压侧连通并且所述流体出口与所述低压侧连通，所述流体入口、所述进入通道、所述阀腔、所述排出通道和所述流体出口一起形成流动通道；以及，布置在所述阀腔内以控制所述流动通道的打开和关闭的阀芯组件。所述阀芯组件包括：固定在所述阀腔内的阀杆；能够相对于所述阀杆在打开位置和关闭位置之间移动的阀座，所述阀座在处于所述关闭位置时与所述阀杆接合以关闭所述流动通道，并且所述阀座在处于所述打开位置时不与所述阀杆接合以打开所述流动通道；以及，作用在所述阀座上的至少一个偏压元件。

优选地，所述阀芯组件还包括套管，所述套管被固定在所述阀腔内，并且所述阀座被能够移动地接收在所述套管中，所述套管限定所述阀座的移动位置。

优选地，当所述高压侧的压力没有超过所述低压侧的压力预定阈值时，所述阀座被所述至少一个偏压构件保持在所述关闭位置，并且当所述高压侧的压力超过所述低压侧的压力所述预定阈值时，所述阀座在压力差的作用下抵抗所述至少一个偏压构件的偏压而移动到所述打开位置。

优选地，所述流体控制阀还包括缓冲结构，所述缓冲结构被布置在所述阀体内并且用于降低或消除从所述高压侧流动到所述低压侧的流体中的压力波动，从而使得从流体出口流出的流体流稳定。这能够避免位于低压侧的装置由于流体流不稳定而发生故障，提高系统的可靠性和使用寿命。

优选地，所述缓冲结构是以下中的一种或多种：所述排出通道的蜿蜒构型；形成于所述阀腔中的流体缓冲部；布置在所述阀腔中的导流片；以及，布置在所述阀腔内位于所述阀座下游的活塞组件。

优选地，当所述缓冲结构包括所述活塞组件时，所述活塞组件包括：缓冲活塞，所述缓冲活塞与所述阀腔的壁密封地接合并且能够沿着所述阀腔的壁滑动，所述缓冲活塞将所述阀腔分隔成活塞腔和流体腔；以及，被布置在所述活塞腔内的活塞弹簧，所述活塞弹簧的一端被固定到述活塞腔的壁，另一端抵接所述缓冲活塞；其中，流体在所述阀座处于所述打开位置时从所述流体入口经由所述进入通道进入所述流体腔，并且经由所述排出通道从所述流体出口流出，而不流过所述活塞腔。

优选地，当所述流体腔中的流体的压力突然升高时，所述缓冲活塞响应于流体压力升高而抵抗所述活塞弹簧滑动，使得所述活塞腔的体积变小而所述流体腔的体积变大，并且当所述流体腔中的流体的压力突然降低时，所述缓冲活塞响应于流体压力降低而顺应所述活塞弹簧滑动，使得所述活塞腔的体积变大而所述流体腔的体积变小。

优选地，所述至少一个偏压元件包括布置在所述阀座上游侧的第一弹簧和布置在所述阀座下游侧的第二弹簧，所述第一弹簧的一端被固定到所述阀腔的壁，另一端抵接所述阀座的端面，并且所述第二弹簧的一端被固定到所述阀腔的壁，另一端抵接所述阀座的相反端面。

优选地，所述至少一个偏压元件包括布置在所述阀座上游侧的第三弹簧和布置在所述阀座下游侧的第四弹簧，所述第三弹簧的一端抵接所述阀座的端面，另一端抵接所述缓冲活塞，并且所述第四弹簧的一端抵接所述阀腔的壁，另一端抵接所述阀座的相反端面。

优选地，所述流体控制阀是氢气控制阀，其被布置在燃料电池的氢气供应通道中，位于氢气储罐和喷嘴之间，用以控制氢气从所述氢气储罐到所述喷嘴的流动。

根据本实用新型的流体控制阀能够在例如低压侧堵塞的意外状况发生时能够快速返回关闭位置以防止流体回流，并且对经由其流动通过的流体的压力变化的响应较快，能够降低或消除从高压侧流动到低压侧的流体中的压力波动，安全性和可靠性较高。

附图说明

下面将结合附图来更彻底地理解并认识本实用新型的上述和其它方面。应当注意的是，附图仅为示意性的，并非按比例绘制。在附图中：

图1是根据本申请的一个实施例的流体控制阀的示意性横截面图；

图2A和图2B分别是图1的流体控制阀的示意性局部放大横截面图，其中图2A示出了流体控制阀的阀座处于关闭位置，并且图2B示出了流体控制阀的阀座处于打开位置；

图3和图4分别是图1的流体控制阀的变型的示意性横截面图；

图5是根据本申请的另一个实施例的具有缓冲结构的流体控制阀的示意性横截面图；

图6是根据本申请的又一个实施例的具有缓冲结构的流体控制阀的示意性横截面图；以及

图7是根据本申请的再一个实施例的具有缓冲结构的流体控制阀的示意性横截面图。

具体实施方式

下面结合示例详细描述本实用新型的优选实施例。本领域技术人员应理解的是，这些示例性实施例并不意味着对本实用新型形成任何限制。

本申请涉及一种流体控制阀。这种流体控制阀用于实现对流体流动的控制，其通常被布置在流体通道中，位于高压侧(例如流体源)和低压侧(例如喷嘴)之间，以控制流体从高压侧向低压侧的流动，并且在意外状况发生(例如，低压侧发生堵塞)时能够迅速关闭以防止流体回流，从而防止对高压侧的装置造成损害或引发危险。作为一种示例，这种流体控制阀可以用作气体控制阀，特别是氢气控制阀，其被布置在燃料电池的氢气供应通道中，位于氢气储罐和喷嘴之间，用以控制氢气从氢气储罐到喷嘴的流动。

图1是根据本申请的一个实施例的流体控制阀1的示意性横截面图。流体控制阀1包括阀体3，该阀体3在其内限定出阀腔5。阀体3上开设有流体入口7和流体出口9，该流体入口7和流体出口9分别通过形成在阀体3中的进入通道11和排出通道13来与阀腔5流体连通。流体入口7适于与高压侧(例如，流体源)15连通，以允许来自高压侧15的流体流入流体控制阀1。流体出口9适于与低压侧(例如，喷嘴)17连通，以允许通过流体控制阀1的流体流入低压侧17。流体入口7、进入通道11、阀腔5、排出通道13和流体出口9一起形成了允许流体流动通过流体控制阀1的流动通道，该流动通道限定流体通过流体控制阀1的流动路径。

如图1所示，流体控制阀1还包括阀芯组件19，其被布置在阀腔5中以控制上述流动通道的开闭。阀芯组件19包括阀座21和阀杆23，其相互配合以控制流动通道的开闭。与在传统的流体控制阀中阀座固定而阀杆相对于阀座移动以控制流动通道开闭的设计不同，本实施例中的流体控制阀1的阀芯组件19的阀杆23被固定在阀腔5内，而阀座21被布置成能够相对于阀杆23移动，从而控制流动通道的开闭。具体而言，阀座21被布置成能够相对于阀杆23在关闭位置(如图2A所示)和打开位置(如图2B所示)之间移动，其中阀座21在处于关闭位置时与阀杆23接合以关闭流动通道，禁止流体流过流体控制阀1，并且在处于打开位置时不与阀杆23接合以打开流动通道，允许流体流过流体控制阀1。

参考图2A和图2B，阀座21呈基本圆柱形的形状并且限定中心轴线27。阀座21开设有贯通的孔，以用于允许流体经由其流过。该孔可以沿着中心轴线27延伸。阀芯组件19还包括用于接收阀座21的套管25，该套管25呈基本圆筒形的形状并且在其内限定管腔，其中管腔的内径可以大致等于阀座21的外径。当组装时，套管25被通过本领域中已知的方式(例如焊接等)固定在阀腔5内，使得流体不从套管25的外壁与阀腔5之间流过。阀座21被接收在套管25的管腔内并且与管腔壁接合，使得阀座21能够在该管腔内沿着中心轴线27的方向滑动，并且使得流体经由阀座21的孔流过而不从阀座21的外圆周壁与管腔壁之间流过。套管25的相反两端处或其附近分别形成有凸缘29和31，凸缘29和31朝着套管25内部延伸以提供用于阀座21的限位部，从而限制阀座21的移动位置并且阻止阀座21从该管腔内脱出。

继续参考图2A和图2B，阀杆23呈基本圆柱形的形状并且限定中心轴线。阀杆23包括直径较大的第一部段和直径较小的第二部段，该第一部段的端部被通过本领域中已知的方式(例如焊接等)固定到阀腔5的壁，并且该第二部段的端部能够插入阀座21的孔中并封堵该孔。当阀座21处于关闭位置(图2A)时，阀座21的孔的壁与阀杆23接合以关闭流动通道，禁止流体流过流体控制阀1，并且当阀座21处于打开位置(图2B)时，阀座21的孔的壁与阀杆23存在间隙，以允许流体流过阀座21的孔，进而流过流体控制阀1。虽然在图1的实施例中，阀杆23的中心轴线被示出为与阀座21的中心轴线27重合，但应理解到，这仅是示例而非限制。还应理解到，阀座21、阀杆23和套管25的具体形状并不限于上文所描述的，其还可以具有其它相互配合的形状。还应理解到，虽然在图1的实施例中阀杆23被布置在阀座21的上游侧，但是也可以通过调整阀杆23的构型来将其布置在阀座21的下游侧。

转回图1，阀芯组件19还包括设置在阀腔5内以用于朝着关闭位置偏压阀座21的至少一个偏压元件，所述至少一个偏压元件在图1中被示出为分别布置在阀座21两侧的第一弹簧33和第二弹簧35。第一弹簧33被布置在阀座21的下游侧，其一端被固定到阀腔5的壁，另一端抵接阀座21的一个端面。第二弹簧35被布置在阀座21的上游侧，其一端被固定到阀腔5的壁，另一端抵接阀座21的相反端面。第一弹簧33和第二弹簧35的弹簧力可以被设定成当高压侧15的压力没有超过低压侧17的压力预定阈值(例如，0.01bar、0.1bar、1bar、10bar等，该阈值可以根据实际需要设定)时将阀座21保持在关闭位置，此时流动通道被关闭并且禁止流体流过流体控制阀1。当高压侧15的压力超过低压侧17的压力预定阈值时，压力差作用于阀座21的端面，使得阀座21抵抗弹簧力移动到打开位置，此时流动通道被打开并且允许流体流过流体控制阀1。当意外状况发生而使得低压侧17的压力超过高压侧15的压力时，由于压力差直接作用于阀座21的端面，使得阀座21能够迅速返回关闭位置并且被保持在关闭位置以防止流体回流，从而防止对处于高压侧15的装置造成损害或引发危险。这种情况也可被归为高压侧15的压力没有超过低压侧17的压力预定阈值。由此可见，与传统的流体控制阀相比，在本申请的图1的实施例中的流体控制阀1中，由于高压侧15与低压侧17的压力差直接作用于能够滑动的阀座21，使得阀座21对压力变化的响应更为迅速，因此在上述意外状况发生时能够迅速返回关闭位置，从而避免造成损害或引发危险。

另外，在图1的实施例中，使用两根弹簧(第一弹簧33和第二弹簧35)可以通过选择两跟弹簧的刚度来使阀座21在高压侧15的压力超过低压侧17的压力预定阈值时能够柔和地从关闭位置移动到打开位置，并且在意外状况发生而使得低压侧17的压力超过高压侧15的压力时能够迅速地从打开位置返回关闭位置。

图3示出了图1的流体控制阀1的一个变型的流体控制阀301，并且图4示出了图1的流体控制阀1的另一个变型的流体控制阀401。如图3和图4所示，流体控制阀301和401与流体控制阀1的区别在于：仅使用一根弹簧(在图3中为压缩弹簧333或在图4中为拉伸弹簧435)来偏压阀座21。

对于图1至图4中示出的各流体控制阀，当流体流过阀座21时，由于文丘里效应，流体的速度会突然增大，这会使阀腔5中的压力突然增大。然而，由于阀腔5的体积固定，突然增大的压力会对阀座21造成冲击。另外，当流动通过流体控制阀1的流体的压力突然发生变化时，会导致从流体出口9流出的流体流不稳定。流出的流体流不稳定又容易导致位于低压侧17的装置(例如喷嘴)故障，降低系统的可靠性，甚至引发危险。为解决上述问题，本申请提出在阀腔5内设置缓冲结构，以降低或消除从高压侧15流动到低压侧17的流体中的压力波动。

图5是根据本申请的另一个实施例的具有缓冲结构的流体控制阀501的示意性横截面图。流体控制阀501与流体控制阀1的区别在于：流体控制阀501的排出通道13呈蜿蜒构型，以提供缓冲结构。排出通道13的蜿蜒构型能够降低或消除从高压侧15流动到低压侧17的流体中的压力波动，从而使得从流体出口9流出的流体流稳定。图6是根据本申请的又一个实施例的具有缓冲结构的流体控制阀601的示意性横截面图。流体控制阀601与流体控制阀1的区别在于：流体缓冲部37形成在流体控制阀601的阀腔5内，位于阀座21的下游。该流体缓冲部37用作缓冲结构，以降低或消除从高压侧15流动到低压侧17的流体中的压力波动，从而使得从流体出口9流出的流体流稳定。作为一种示例，流体缓冲部37可以是凹入到阀腔5的壁中的凹部，其被构造成使得流体在流入排出通道13之前先流入该流体缓冲部37，以使得流体中的压力波动在该流体缓冲部37被降低或消除，从而使得经由排出通道13从流体出口9流出的流体流稳定。应理解到，蜿蜒的排出通道13或者流体缓冲部37的具体构型和位置可以根据流体力学模拟来设计并以各种方式实现。还应理解到，缓冲结构也可以呈其它形式(例如设置在阀腔中的导流片)或者可以是各种结构的组合，只要其能够降低或消除从高压侧15流动到低压侧17的流体中的压力波动。

图7是根据本申请的再一个实施例的具有缓冲结构的流体控制阀701的示意性横截面图。流体控制阀701与流体控制阀1的区别在于：活塞组件39被布置在流体控制阀701的阀腔5内位于阀座21的下游并且用作缓冲结构。活塞组件39包括缓冲活塞41和活塞弹簧43。缓冲活塞41与阀腔5的壁密封地(例如经由O型密封圈)接合并且能够沿着阀腔5的壁滑动。缓冲活塞41将阀腔5分隔成活塞腔45和流体腔47，并且流体从流体入口7经由进入通道11进入流体腔47，并经由排出通道13从流体出口9流出，而不会流入活塞腔45。活塞弹簧43被布置在活塞腔45内，其一端被固定到活塞腔45的壁，另一端抵接缓冲活塞41。缓冲活塞41呈基本圆柱形的形状，其面向活塞腔45的端面上抵接有活塞弹簧43。与图1的流体控制阀1不同，在图7的实施例中，第三弹簧733的远离阀座21的一端没有被固定到阀腔5的壁，而是抵接在缓冲活塞41的面向流体腔47的端面上。因此，在图7的实施例中，第三弹簧733、第四弹簧735和活塞弹簧43的弹簧力被设定成当高压侧15的压力没有超过低压侧17的压力预定阈值时将阀座21保持在关闭位置，此时流动通道被关闭并且禁止流体流过流体控制阀701。活塞组件39还给流体腔47提供了可变的体积，即，使得流体腔47的体积能够随着流体腔47内的流体压力的变化而变化。具体而言，当流体腔47中的流体的压力突然升高时，缓冲活塞41响应于流体压力升高而抵抗活塞弹簧43滑动，使得活塞腔45的体积变小而流体腔47的体积变大，由此减小流体对阀座21的冲击并降低从流体腔47流入排出通道13的流体的流速，从而保持从流体出口9流出的流体稳定。当流体腔47中的流体的压力突然降低时，缓冲活塞41响应于流体压力降低而顺应活塞弹簧43滑动，使得活塞腔45的体积变大而流体腔47的体积变小，由此增大从流体腔47流入排出通道13的流体的流速，从而保持从流体出口9流出的流体稳定。可选择地，可以通过在阀体3中形成通道49来将活塞腔45连通到流体控制阀701的外部空间，从而使得活塞腔45内的压力不会阻碍缓冲活塞41的上述动作。还应理解到，第三弹簧733的远离阀座21的一端也可以不与缓冲活塞41的端面接触，而是(例如通过从阀腔5的壁延伸的突起)被固定到阀腔5的壁，使得缓冲活塞41与阀座21彼此无关地起作用。

以上结合具体实施例对本实用新型进行了详细描述。显然，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本实用新型的限制。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本实用新型的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本实用新型的范围。前述各个特征也能够相互组合，例如，可以将缓冲结构的上述各种实现方式组合地实现在前述流体控制阀中。还应理解到，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”用于将一个元件或部段与另一个元件或部段区分开来，但是这些元件和/或部段不应受到此类术语的限制。

Claims (10)

1.一种流体控制阀，所述流体控制阀用于控制流体从高压侧(15)到低压侧(17)的流动，并且包括：

阀体(3)，所述阀体(3)限定阀腔(5)，所述阀体(3)上开设有流体入口(7)和流体出口(9)，所述流体入口(7)和所述流体出口(9)分别通过形成在所述阀体(3)中的进入通道(11)和排出通道(13)与所述阀腔(5)流体连通，所述流体入口(7)与所述高压侧(15)连通并且所述流体出口(9)与所述低压侧(17)连通，所述流体入口(7)、所述进入通道(11)、所述阀腔(5)、所述排出通道(13)和所述流体出口(9)一起形成流动通道；以及

布置在所述阀腔(5)内以控制所述流动通道的打开和关闭的阀芯组件(19)；

其特征在于，所述阀芯组件(19)包括：

固定在所述阀腔(5)内的阀杆(23)；

能够相对于所述阀杆(23)在打开位置和关闭位置之间移动的阀座(21)，所述阀座(21)在处于所述关闭位置时与所述阀杆(23)接合以关闭所述流动通道，并且所述阀座(21)在处于所述打开位置时不与所述阀杆(23)接合以打开所述流动通道；以及

作用在所述阀座(21)上的至少一个偏压元件。

2.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，所述阀芯组件(19)还包括套管(25)，所述套管(25)被固定在所述阀腔(5)内，并且所述阀座(21)被能够移动地接收在所述套管(25)中，所述套管(25)限定所述阀座(21)的移动位置。

3.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，当所述高压侧(15)的压力没有超过所述低压侧(17)的压力预定阈值时，所述阀座(21)被所述至少一个偏压元件保持在所述关闭位置，并且当所述高压侧(15)的压力超过所述低压侧(17)的压力所述预定阈值时，所述阀座(21)在压力差的作用下抵抗所述至少一个偏压元件的偏压而移动到所述打开位置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的流体控制阀，其特征在于，所述流体控制阀还包括缓冲结构，所述缓冲结构被布置在所述阀体(3)内并且用于降低或消除从所述高压侧(15)流动到所述低压侧(17)的流体中的压力波动。

5.根据权利要求4所述的流体控制阀，其特征在于，所述缓冲结构是以下中的一种或多种：

所述排出通道(13)的蜿蜒构型；

形成于所述阀腔(5)中的流体缓冲部(37)；

布置在所述阀腔(5)中的导流片；以及

布置在所述阀腔(5)内位于所述阀座(21)下游的活塞组件(39)。

6.根据权利要求5所述的流体控制阀，其特征在于，当所述缓冲结构包括所述活塞组件(39)时，所述活塞组件(39)包括：

缓冲活塞(41)，所述缓冲活塞(41)与所述阀腔(5)的壁密封地接合并且能够沿着所述阀腔(5)的壁滑动，所述缓冲活塞(41)将所述阀腔(5)分隔成活塞腔(45)和流体腔(47)；以及

被布置在所述活塞腔(45)内的活塞弹簧(43)，所述活塞弹簧(43)的一端被固定到述活塞腔(45)的壁，另一端抵接所述缓冲活塞(41)；

其中，流体在所述阀座(21)处于所述打开位置时从所述流体入口(7)经由所述进入通道(11)进入所述流体腔(47)，并且经由所述排出通道(13)从所述流体出口(9)流出，而不流过所述活塞腔(45)。

7.根据权利要求6所述的流体控制阀，其特征在于，当所述流体腔(47)中的流体的压力突然升高时，所述缓冲活塞(41)响应于流体压力升高而抵抗所述活塞弹簧(43)滑动，使得所述活塞腔(45)的体积变小而所述流体腔(47)的体积变大，并且当所述流体腔(47)中的流体的压力突然降低时，所述缓冲活塞(41)响应于流体压力降低而顺应所述活塞弹簧(43)滑动，使得所述活塞腔(45)的体积变大而所述流体腔(47)的体积变小。

8.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，所述至少一个偏压元件包括布置在所述阀座(21)上游侧的第一弹簧(33)和布置在所述阀座(21)下游侧的第二弹簧(35)，所述第一弹簧(33)的一端被固定到所述阀腔(5)的壁，另一端抵接所述阀座(21)的端面，并且所述第二弹簧(35)的一端被固定到所述阀腔(5)的壁，另一端抵接所述阀座(21)的相反端面。

9.根据权利要求6或7所述的流体控制阀，其特征在于，所述至少一个偏压元件包括布置在所述阀座(21)上游侧的第三弹簧(733)和布置在所述阀座(21)下游侧的第四弹簧(735)，所述第三弹簧(733)的一端抵接所述阀座(21)的端面，另一端抵接所述缓冲活塞(41)，并且所述第四弹簧(735)的一端抵接所述阀腔(5)的壁，另一端抵接所述阀座(21)的相反端面。

10.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，所述流体控制阀是氢气控制阀，其被布置在燃料电池的氢气供应通道中，位于氢气储罐和喷嘴之间，用以控制氢气从所述氢气储罐到所述喷嘴的流动。

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