JP2005221710A - サイレンサ - Google Patents

Abstract

【課題】通過する流体の圧力損失を効果的に小さくでき、また流体の流れる方向に対して音が何れの側から入ってきてもその減音量を同等にできるサイレンサを提供すること。
【解決手段】入口４１から出口４３に向かって流体を流す流通路４０の側壁２０に吸音材３０を取り付けてなるサイレンサ１０である。入口４１近傍の流通路内壁面２１をその内部から入口４１に向けて広がる傾斜面２７とし、一方出口４３近傍の流通路内壁面２１をその内部から出口４３に向けて広がる傾斜面２９とする。入口４１側の傾斜面２７の形状と、出口４３側の傾斜面２９の形状とを、それぞれ流通路４０に流す流体の圧力損失が小さくなるように異なる形状に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、低圧力損失型のサイレンサに関するものである。

従来、ポンプ機場等の各種建物や、地下鉄や、トンネル等の換気設備には、換気用ファン等の各種騒音源からの騒音が外部（又は内部）に漏れないようにするため、サイレンサが設置される。

ここで換気設備に使用されるサイレンサとして、セル型とスプリッタ型とがある。図８（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来のセル型サイレンサ３００の一例と、スプリッタ型サイレンサ３５０の一例を示す斜視図である。図８（ａ）に示す従来のセル型サイレンサ３００は、四角筒状の鉄板製の外板３０１と、外板３０１の内部に設置され鉄板製で多数の孔を有する四角筒状の内板３０９との間の隙間全体に、グラスウール等からなる吸音材を充填して構成されている。一方図８（ｂ）に示す従来のスプリッタ型サイレンサ３５０は、対向する左右の面を吸音性の側壁３５１，３５１とし、もう一方の対向する上下の面を板材３５５，３５５とすることでスプリッタ型消音器構造としたものである。側壁３５１は平板状の外板３５７と略平板状で多数の開口を有する内板３５９の間の隙間に吸音材を充填して構成されている。

セル型サイレンサ３００は一般にこれを複数個用意し、縦横に積み重ねた状態で換気通路等に設置して使用される。一方スプリッタ型サイレンサ３５０は一般に換気通路などの形状に合わせた寸法形状に構成され、一又は複数個組み合わせた状態で換気通路等に設置して使用される。

ところで上記従来のサイレンサ３００，３５０を換気通路内に設置して使用する場合、空気が換気通路からサイレンサ３００，３５０内の流通路３１１，３６１に入る部分と出る部分において、その横断面積が急激に変化することによって大きな圧力損失が生じてしまい、その分換気ファンの消費電力が大きくなってしまうという問題があった。

そこで従来上記サイレンサ３００，３５０で発生する圧力損失を小さくするため、図９に示すように、セル型サイレンサ３００の入口側の開口端面に、その内径が流通路３１１の内部から入口側に向けて徐々に大きくなるテーパ面３２１を有する口金３２０を装着したり、前記図８（ｂ）に示すスプリッタ型サイレンサ３５０のように側壁３５１の内側面の両端に湾曲面３６３を設けたりする対策を行っていた。

しかしながら上記のように単にテーパ面３２１を有する口金３２０を装着したり、湾曲面３６３を設けるだけでは、必ずしもこれらサイレンサ３００，３５０を通過する流体の圧力損失を効果的に低減することはできなかった。

また図９に示すように口金３２０をセル型サイレンサ３００の一方の側のみに取り付けると、セル型サイレンサ３００の入口側と出口側の両端面の形状が異なってしまうため、セル型サイレンサ３００の入口側から流通路３１１内に入射した音が出口側の開口端部で反射される開口端反射の状態と、セル型サイレンサ３００の出口側から流通路３１１内に入射した音が入口側の開口端部で反射される開口端反射の状態とが異なり、これによって入口側から入射した音が出口側から通り抜けるまでの間に減音される減音量と、出口側から入射した音が入口側から通り抜けるまでの間に減音される減音量とが異なってしまう。

そしてこのように音が入射する方向によって減音量が異なると、換気通路等にサイレンサを設置する設計を行う際、空気の流れの方向と音が入射してくる方向に応じてサイレンサの種類（型式）を変更して選定する必要が生じ、設計が煩雑になってしまう。即ち例えば換気通路内に音源である換気ファンを設置し、その上流側と下流側に同じ減音量のサイレンサを設置しようとした場合でも、異なる型式のサイレンサを選定して設置しなければならず、その設計及び施工が煩雑になってしまう。
特開２００３−８３０２５号公報

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、通過する流体の圧力損失を効果的に小さくでき、また流体の流れる方向に対して音が何れの側から入ってきてもその減音量を同等にできるサイレンサを提供することにある。

本願請求項１に記載の発明は、入口から出口に向かって流体を流す流通路の側壁に吸音材を取り付けることで、前記入口や出口から流通路に入ってくる音を前記吸音材によって消音するサイレンサにおいて、前記入口近傍の流通路内壁面をその内部から入口に向けて広がる傾斜面とし、一方前記出口近傍の流通路内壁面をその内部から出口に向けて広がる傾斜面とし、さらに前記入口側の傾斜面の形状と、出口側の傾斜面の形状とを、それぞれ流通路に流す流体の圧力損失が小さくなるように異なる形状に形成したことを特徴とするサイレンサにある。

本願請求項２に記載の発明は、前記入口側の傾斜面と出口側の傾斜面は、何れも流体が流れる方向に向かって直線状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のサイレンサにある。

本願請求項３に記載の発明は、前記入口側の傾斜面と出口側の傾斜面の傾斜の角度差を、６°以下としたことを特徴とする請求項２に記載のサイレンサにある。

本願請求項４に記載の発明は、前記傾斜面の何れかの端辺に、流体が流れる方向に向かって湾曲することで流通路に流す流体の圧力損失を低減する湾曲面を設けたことを特徴とする請求項２又は３に記載のサイレンサにある。

本願請求項５に記載の発明は、前記サイレンサは、セル型サイレンサまたはスプリッタ型サイレンサであることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４に記載のサイレンサにある。

本願請求項１に記載の発明によれば、入口近傍と出口近傍の流通路内壁面を何れも傾斜面とし、さらに前記入口側の傾斜面の形状と、出口側の傾斜面の形状とを、それぞれ流通路に流す流体の圧力損失が小さくなるように異なる形状に形成したので、このサイレンサ内を通過する流体の圧力損失を効果的に低減することができ、容易に低圧力損失型のサイレンサが製造可能となり、換気等におけるファンの消費電力を小さくすることが可能となる。同時に、入口側と出口側の開口端形状を何れも傾斜面を有するほぼ同一形状に構成できて開口端反射の影響の状態をほぼ同一にできるので、サイレンサの入口側と出口側の何れから音が入射しても、言い換えれば流体（空気）の流れに対して音の向きが違っていても、減音量は変化せず、従って空気の流れと音の向きを勘案しないで容易にサイレンサの設置を設計でき、サイレンサの標準化が進む。

本願請求項２に記載の発明によれば、入口側の傾斜面と出口側の傾斜面を何れも流体が流れる方向に向かって直線状に形成したので、サイレンサの製造が容易になる。

本願請求項３に記載の発明のように、入口側の傾斜面と出口側の傾斜面の傾斜の角度差を６°以下とすれば、サイレンサの入口側と出口側の何れから音が入射しても、言い換えれば空気の流れに対して音の向きが違っていても、減音量は測定誤差範囲内に制限できてほとんど変化せず、従って空気の流れと音の向きを勘案しないで容易にサイレンサを設置でき、サイレンサの標準化が進む。

本願請求項４に記載の発明によれば、傾斜面の何れかの端辺に湾曲面を設けたので、さらに流通路を流れる流体の圧力損失を低減することができる。

本願請求項５に記載の発明のように、本願発明は特にセル型サイレンサまたはスプリッタ型サイレンサに用いて好適である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかるセル型サイレンサ１０を示す図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は断面図（図１（ａ）のＡ−Ａ断面図）である。同図に示すようにセル型サイレンサ１０は、吸音材製の側壁２０を略四角形の筒状に形成することでその内部に流通路４０を設け、流通路４０の両端を空気の入口４１及び出口４３として構成している。入口４１と出口４３の定義は、空気の流れに対するものである。

前記側壁２０は、四角形の筒状の外板２３と、外板２３の内部に所定の隙間を介して設置される筒状の内板２５との間の隙間全体に、吸音材３０を充填して構成されている。外板２３は金属製である。内板２５は金属製で音を通過するための多数の孔を設けて構成されている。また吸音材３０はグラスウール等によって構成されている。

そして側壁２０の流通路内壁面２１（即ち内板２５の形状）は、その入口４１近傍部分をその内部から入口４１に向けて広がる傾斜面２７とし、一方出口４３近傍部分をその内部から出口４３に向けて広がる傾斜面２９として構成されている。両傾斜面２７，２９は何れも空気が流れる方向（流通路４０の中心軸方向）に向かって直線状に形成されている。さらに前記入口４１側の傾斜面２７の形状と、出口４３側の傾斜面２９の形状は、それぞれこの流通路４０に流す空気の圧力損失が小さくなるように異なる形状、即ち入口４１側の傾斜面２７の傾斜角度（空気が流れる方向に対する傾斜角度、以下同じ）αと、出口４３側の傾斜面２９の傾斜角度βとを、それぞれそれらを通過する空気の圧力損失が低減するのに好適な傾斜角度とするため、異なる傾斜角度（α≠β）に形成している。

ここで傾斜面２７，２９を空気の流れ方向に対して直線状に形成したのは、これら傾斜面２７，２９全体を空気の流れ方向に対して湾曲面形状に形成しようとすると、内板２５の形状が複雑になり、その製造が煩雑で製造コストが増加してしまうので、これらを直線状に形成することで、その製造を容易とし製造コストを低減するためである。

ここで図２は出口４３側に設ける傾斜面２９の傾斜角度β（ｄｅｇ）によって流通路４０内を通過する空気の圧力損失（Ｐａ）が変化する状態を示す図であり、図中二本の曲線Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ異なる風速における圧力損失を示したものである。同図に示すように、傾斜角度βは、これを０°よりも大きくすることで圧力損失を低減できるが、傾斜角度βを大きくしすぎると逆に圧力損失が増大していくことが分かる。従って傾斜角度βは、流通路４０の長さや形状に応じて、０°以上の最適な角度範囲（傾斜角度βを大きくしていった場合において圧力損失が最小になる角度範囲）とする必要がある。同様に入口４１側の傾斜角度αも、これを通過する空気の圧力損失を低減できるのに好適な角度とする必要があるが、入口４１と出口４３の相違から、その傾斜角度αは一般に傾斜角度βとは異なる角度になる。さらにこの実施形態では、直線状の傾斜面２７の入口４１側の端辺２７ａに、流体が流れる方向に向かって湾曲することで流通路４０を流れる空気の圧力損失をさらに低減する湾曲面２７ｂを設けている。

さらに本実施形態においては、両傾斜面２７，２９の傾斜角度α，βの角度差θ（θ＝α−β）が、−６°≦θ＜０°、及び０°＜θ≦＋６°、の範囲内となるように構成している。ここで図３は入口４１側の傾斜面２７の傾斜角度αと出口４３側の傾斜面２９の傾斜角度βの角度差θによる減音量への影響の測定結果を示す図であり、縦軸は角度差θに伴う減音量の差を示し、横軸は角度差θを示している。ここで角度差θに伴う減音量の差とは、図１（ｂ）において、入口４１側近傍の外部に設置した音源（スピーカ）から発した音が出口４３に至ったときの減音量（ｄＢ）と、出口４３側近傍の外部に設置した音源（スピーカ）から発した音が入口４１に至ったときの減音量（ｄＢ）との差を言う。同図に示すように、減音量の差は、角度差θ＝０のときは０（ｄＢ）であり、角度差θが大きくなればなるほどその差は大きくなる。これは角度差θが大きくなればなるほど入口４１と出口４３の形状がより大きく異なり、これによって入口４１と出口４３から放射しようとする音の開口端反射量の差が大きくなるからである。そして計器の読み取り誤差等の測定誤差範囲内である±１（ｄＢ）以内の範囲となる角度差θのものは、実質的に減音量に差がないものなので、この範囲、即ち図３に示すＢの範囲である−６°≦θ≦＋６°の範囲は減音量に差がない範囲であり、従って本実施形態においては角度差θがこの範囲内に入るように構成した。

なお上記減音量の測定には、図４に示す方法を用いた。即ち通路２００内に図１に示すセル形サイレンサ１０を設置し、その両側にそれぞれスピーカ２１０と音量測定器２２０とを設置する。そしてまず入口４１をスピーカ２１０側に向けた状態のセル型サイレンサ１０に対してスピーカ２１０から所定の音量の音を発射し、これを出口４３側の音量測定器２２０で測定することで、その減音量を求める。次にセル型サイレンサ１０の入口４１と出口４３の向きを逆にして同じ位置に設置し、前記と同様にスピーカ２１０から所定の音量の音を発射し、音量測定器２２０で測定することで、その減音量を測定する。これによって測定対象のセル型サイレンサ１０の減音量の差が測定できるので、角度差θの異なる各種セル型サイレンサ１０を用いて上記減音量の差を求めていけば、図３に示す角度差θに対する減音量の差のグラフが得られる。

次に図５は、角度差θを、〔θ＝｜（傾斜角度α）−（傾斜角度β）｜＝＋４°〕に固定した上で、音源の周波数を変えて、その減音量の変化を測定した結果を示す図である。測定方法としては前記図４に示す方法を用い、スピーカ２１０が発する音の周波数を６３Ｈｚ、１２５Ｈｚ、２５０Ｈｚ、に変更し、それぞれの場合についてセル型サイレンサ１０の入口４１と出口４３の方向を逆にして減音量を測定した。なお同図において、「風と音の方向が同じ」とは、入口４１がスピーカ２１０側を向いている場合を意味し、「風と音の方向が異なる」とは、出口４３がスピーカ２１０側を向いている場合を意味している。そして図５からわかるように、角度差θを＋４°とした場合は、各周波数の音に対して、減音量は同一であり、差は生じなかった。このことからも角度差θが±６°以内の場合は、入口４１側から入射する音と出口４３側から入射する音に対して、減音量に差が生じないことが分かる。

図６（ａ）〜（ｄ）は、セル型サイレンサ１０の入口４１側の傾斜面２７近傍部分の各種実施形態を示す要部拡大断面図である。即ち図６（ａ）は図１（ｂ）に示す出口４３側の傾斜面２９と同様に、直線状の傾斜面２７のみでその両端辺２７ａ，２７ｃに何ら湾曲面を設けない形状のものである。図６（ｂ）は図１に示す実施形態のように、直線状の傾斜面２７の入口４１の端辺２７ａ側のみに湾曲面（曲率を持った面、以下同じ）２７ｂを設けている。図６（ｃ）は直線状の傾斜面２７の出口４３の端辺２７ｃ側のみに湾曲面２７ｄを設けている。図６（ｄ）は直線状の傾斜面２７の入口４１の端辺２７ａ側と出口４３の端辺２７ｃ側の両端辺に湾曲面２７ｂ，２７ｄを設けている。これら湾曲面２７ｂ，２７ｄを設ければ、流通路４０を流れる空気の圧力損失をさらに効果的に低減することができる。

以上のように本実施形態にかかるセル型サイレンサ１０によれば、入口４１近傍と出口４３近傍の流通路内壁面２１を何れも傾斜面２７，２９とし、さらに前記入口４１側の傾斜面２７の形状と、出口４３側の傾斜面２９の形状とを、それぞれ流通路４０に空気を流したときの圧力損失が効果的に小さくなるように異なる形状にしたので、このセル型サイレンサ１０内を通過する空気の圧力損失を効果的に低減することができ、容易に低圧力損失型のセル型サイレンサ１０を製造することが可能となり、換気ファン等の消費電力を小さくすることが可能となる。同時に、入口４１側と出口４３側の開口端形状を何れも傾斜面２７，２９を有するほぼ同一形状に構成できて開口端反射の影響の状態をほぼ同一にできるので、セル型サイレンサ１０の入口側と出口側の何れから音が入射しても、言い換えれば空気の流れに対して音の向きが違っても、減音量を変化しないように構成することができる。従って空気の流れと音の向きを勘案しないで容易にセル型サイレンサ１０の設置が設計できる。即ち換気通路等にこのセル型サイレンサ１０を設置する設計を行う際、空気の流れの方向と音が入射してくる方向に応じてセル型サイレンサ１０の種類（型式）を変更して選定する必要はなくなり、設計が容易に行え、例えば換気通路内に音源である換気ファンを設置し、その上流側と下流側に同じ減音量のセル型サイレンサ１０を設置しようとした場合に、同じ型式のセル型サイレンサ１０を選定して設置すればよく、その設計及び施工が容易になる。これによってセル型サイレンサ１０の種類（型式）を少なくしても十分対応できるようになり、その分セル型サイレンサ１０の標準化が進む。

上記実施形態では、本発明を四角筒形状のセル型サイレンサ１０に用いた場合を示したが、本発明は上記構造のセル型サイレンサ１０に限定されるものではなく、図７（ａ）に示すような他の形状のセル型サイレンサ１０−２や、図７（ｂ）に示すようなスプリッタ型サイレンサ１０−３等にも同様に適用できる。即ち図７（ａ）に示すセル型サイレンサ１０−２のように、セル型サイレンサ１０−２は円筒状に形成してもよい。なおセル型サイレンサ１０−２の断面図（Ｂ−Ｂ断面図）は前記図１（ｂ）と同一となる。そしてこのセル型サイレンサ１０−２の構造や材質は前記図１に示すセル型サイレンサ１０と同一であり、異なるのは四角筒形状を円筒形状にした点のみである。即ちこのセル型サイレンサ１０−２は、吸音材製の側壁２０を略円形の筒状に形成することでその内部に流通路４０を設け、流通路４０の両端を空気の入口４１及び出口４３として構成し、側壁２０の流通路内壁面２１は、その入口４１近傍部分をその内部から入口４１に向けて広がる傾斜面２７とし、一方出口４３近傍部分をその内部から出口４３に向けて広がる傾斜面２９（図７（ａ）には図示せず）としている。両傾斜面２７，２９は何れも空気が流れる方向に向かって直線状に形成されており、且つ前記入口４１側の傾斜面２７の形状と、出口４３側の傾斜面２９の形状は、この流通路４０に空気を流したときの圧力損失が小さくなるように異なる形状、即ち入口４１側の傾斜面２７の傾斜角度αと、出口４３側の傾斜面２９の傾斜角度βとを、それぞれそれらを通過する空気の圧力損失を低減するのに好適な異なる傾斜角度（α≠β）に形成している。このセル型サイレンサ１０−２も、前記セル型サイレンサ１０と同様に、通常は複数本のセル型サイレンサ１０−２を縦横に積み重ねたものを換気通路等に設置して使用される。このセル型サイレンサ１０−２によっても、前記セル型サイレンサ１０と同等の効果が生じる。なお傾斜面２７，２９の端辺に、図６に示すように湾曲面を設けても良い点は、前記セル型サイレンサ１０の場合と同様である。

次に図７（ｂ）に示すスプリッタ形サイレンサ１０−３は、対向する左右の面を吸音性の側壁６０，６０とし、もう一方の対向する上下の面を平板状の板材７０，７０とすることでスプリッタ型消音器構造としたものである。そして図１の側壁２０が図７（ｂ）の吸音性の側壁６０に相当し、この側壁６０も平板状の外板６１と略平板状で多数の開口を有する内板６５の間の隙間に吸音材６７を充填して構成されている。即ちこのスプリッタ型サイレンサ１０−３は、吸音材製の側壁６０と板材７０とを略四角形の筒状に形成することでその内部に流通路８０を設け、流通路８０の両端を空気の入口８１及び出口８３とし、側壁６０の流通路内壁面は、その入口８１近傍部分をその内部から入口８１に向けて広がる傾斜面８７とし、一方出口８３近傍部分をその内部から出口８３に向けて広がる傾斜面８９として構成している。両傾斜面８７，８９は何れも空気が流れる方向に向かって直線状に形成されており、且つ前記入口８１側の傾斜面８７の形状と、出口８３側の傾斜面８９の形状は、この流通路８０に空気を流したときの圧力損失が小さくなるように異なる形状、即ち入口８１側の傾斜面８７の傾斜角度αと、出口８３側の傾斜面８９の傾斜角度βとを、それぞれそれらを通過する空気の圧力損失が低減するのに好適な異なる傾斜角度（α≠β）に形成している。このスプリッタ型サイレンサ１０−３によっても、前記セル型サイレンサ１０と同等の効果が生じる。なお傾斜面８７，８９の端辺に、図６に示すように湾曲面を設けても良い点は、前記セル型サイレンサ１０の場合と同様である。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、流通路の側壁の構造は種々の変更が可能であり、要は流通路の側壁に吸音材を取り付けることで入口や出口から流通路に入ってくる音を消音する構造であればどのような構造であっても良い。

本発明の一実施形態にかかるセル型サイレンサ１０を示す図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は断面図（図１（ａ）のＡ−Ａ断面図）である。 出口４３側に設ける傾斜面２９の傾斜角度βによって流通路４０内を通過する空気の圧力損失が変化する状態を示す図である。 入口４１側の傾斜面２７と出口４３側の傾斜面２９の角度差θによる減音量の差の測定結果を示す図である。 減音量の測定方法を示す図である。 角度差θを、＋４°に固定した上で、音源の周波数を変えて、その減音量の変化を測定した結果を示す図である。 図６（ａ）〜（ｄ）は、セル型サイレンサ１０の入口４１側の傾斜面２７近傍部分の各種実施形態を示す要部拡大断面図である。 図７（ａ）は本発明を適用した他の形状のセル型サイレンサ１０−２を示す図であり、図７（ｂ）は本発明を適用したスプリッタ型サイレンサ１０−３を示す図である。 図８（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来のセル型サイレンサ３００の一例と、スプリッタ型サイレンサ３５０の一例を示す斜視図である。 従来の他のセル型サイレンサ３００を示す断面図である。

符号の説明

１０ セル型サイレンサ
２０ 側壁
２１ 流通路内壁面
２３ 外板
２５ 内板
２７ 傾斜面
２７ａ，２７ｃ 端辺
２７ｂ，２７ｄ 湾曲面
２９ 傾斜面
α 傾斜角度
β 傾斜角度
３０ 吸音材
４０ 流通路
４１ 入口
４３ 出口
１０−２ セル型サイレンサ
１０−３ スプリッタ型サイレンサ
６０ 側壁
６１ 外板
６５ 内板
６７ 吸音材
７０ 板材
８０ 流通路
８１ 入口
８３ 出口
８７ 傾斜面
８９ 傾斜面

Claims (5)

1. 入口から出口に向かって流体を流す流通路の側壁に吸音材を取り付けることで、前記入口や出口から流通路に入ってくる音を前記吸音材によって消音するサイレンサにおいて、
   前記入口近傍の流通路内壁面をその内部から入口に向けて広がる傾斜面とし、
   一方前記出口近傍の流通路内壁面をその内部から出口に向けて広がる傾斜面とし、
   さらに前記入口側の傾斜面の形状と、出口側の傾斜面の形状とを、それぞれ流通路に流す流体の圧力損失が小さくなるように異なる形状に形成したことを特徴とするサイレンサ。
2. 前記入口側の傾斜面と出口側の傾斜面は、何れも流体が流れる方向に向かって直線状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のサイレンサ。
3. 前記入口側の傾斜面と出口側の傾斜面の傾斜の角度差を、６°以下としたことを特徴とする請求項２に記載のサイレンサ。
4. 前記傾斜面の何れかの端辺に、流体が流れる方向に向かって湾曲することで流通路に流す流体の圧力損失を低減する湾曲面を設けたことを特徴とする請求項２又は３に記載のサイレンサ。
5. 前記サイレンサは、セル型サイレンサまたはスプリッタ型サイレンサであることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４に記載のサイレンサ。

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