JP2010104912A - 中和装置及び空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドレンの見かけ上の反応速度を上げ、中和装置を小型化できる中和装置及びそれを備えた空気調和装置を提供する。
【解決手段】エンジンの排気ガスから生成された凝縮水Ｄを中和して排出する中和装置６０において、排気ガス及び凝縮水Ｄを導く導入口６５、及び排気ガスを排出する排出口６６を設けた分離室６３と、分離室６３にて分離した凝縮水Ｄを流入させる流入口６８、流入した凝縮水Ｄを中和する中和剤Ｎ、及び中和した凝縮水Ｄを排出する流出口６９を設けた中和室６４とを備え、中和室６４に、流入口６８から流出口６９に向けて凝縮水Ｄを重力方向に流下させながら中和剤Ｎに接触させる経路を形成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの排気ガスから生成される凝縮水を中和する中和装置、及び、この中和装置を備え、圧縮機がエンジンにより駆動される空気調和装置に関する。

空気調和装置においては、圧縮機がガスエンジンにより駆動されるガスヒートポンプ（ＧＨＰ）式空気調和装置が知られている。このような空気調和装置では、ガスエンジンからの排気ガスは、排気ガス熱交換器にて熱交換されて冷却され、さらにマフラにより消音されて排気トップから排出される。
排気ガス中の水分は、排気ガス熱交換器内で凝縮されてミスト状になり、このミスト状の水分がマフラ内の消音板に衝突して凝縮水（以下、ドレンという。）となる。このドレンは、ＣＯ₂やＮＯｘ等を含み酸性であることから、従来のＧＨＰ式空気調和装置には、ドレンを中和する中和装置が設けられている。ドレンは、この中和装置の貯留槽に貯留され、貯留槽に入った中和剤により中和されて排出される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２３０８８９号公報

ところで、中和装置の貯留槽にドレンを貯留しながら中和する構成では、ドレンの流速が遅く、その結果、ドレンの見かけ上の反応速度が遅くなる。
これに対し、上記従来の空気調和装置においては、ドレンを確実に中和させるべく、中和剤を多く用いるとともに、ドレンと中和剤とが接触する経路を長くして、ドレンの中和剤との接触時間を長くしていたため、中和装置が大型化していた。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、ドレンの見かけ上の反応速度を上げ、中和装置を小型化できる中和装置及びそれを備えた空気調和装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の中和装置は、エンジンの排気ガスから生成された凝縮水を中和して排出する中和装置において、排気ガス及び凝縮水を導く導入口、及び排気ガスを排出する排出口を設けた分離室と、前記分離室にて分離した凝縮水を流入させる流入口、流入した凝縮水を中和する中和剤、及び中和した凝縮水を排出する流出口を設けた中和室とを備え、前記中和室に、前記流入口から前記流出口に向けて前記凝縮水を重力方向に流下させながら前記中和剤に接触させる経路を形成したことを特徴とする。
上記構成によれば、ドレンを貯留せずに流下させて中和するので、凝縮水の流速を速め、見かけ上の反応速度を速くすることができ、その結果、中和装置を小型化することができる。

本発明は、上記の中和装置において、装置本体内を仕切り板で前記分離室と前記中和室とに区分したことを特徴とする。
上記構成によれば、分離室と中和室が一体に形成されるので、分離室と中和室とを独立して形成して配管等で接続する場合に比べ、部品点数を削減して、製造工程の簡略化を図ることができるとともに、中和装置を小型化することができる。

本発明は、上記の中和装置において、前記中和室の上部に前記流入口を設け、当該中和室の下部に前記流出口を設けたことを特徴とする。
上記構成によれば、凝縮水の流速を速めるためのポンプ等の部品を別途に設ける必要がないので、部品点数を削減し、製造工程の簡略化を図ることが可能になる。

本発明の空気調和装置は、エンジン駆動式の圧縮機と、前記エンジンの排気ガスから生成された凝縮水を中和して排出する中和装置とを備えた空気調和装置において、前記中和装置が、排気ガス及び凝縮水を導く導入口、及び排気ガスを排出する排出口を設けた分離室と、前記分離室にて分離した凝縮水を流入させる流入口、流入した凝縮水を中和する中和剤、及び中和した凝縮水を排出する流出口を設けた中和室とを備え、前記中和室に、前記流入口から前記流出口に向けて前記凝縮水を重力方向に流下させながら前記中和剤に接触させる経路を形成したことを特徴とする。
上記構成によれば、ドレンを貯留せずに流下させて中和するので、凝縮水の流速を速め、見かけ上の反応速度を速くすることができ、その結果、中和装置を小型化することができる。

本発明は、上記の空気調和装置において、前記中和装置の装置本体内を仕切り板で前記分離室と前記中和室とに区分したことを特徴とする。
上記構成によれば、分離室と中和室が一体に形成されるので、分離室と中和室とを独立して形成して配管等で接続する場合に比べ、部品点数を削減して、製造工程の簡略化を図ることができるとともに、中和装置を小型化することができる。

本発明は、上記の空気調和装置において、前記中和室の上部に前記流入口を設け、当該中和室の下部に前記流出口を設けたことを特徴とする。
上記構成によれば、凝縮水の流速を速めるためのポンプ等を設ける必要がなくなるので、部品点数を削減し、製造工程の簡略化を図ることが可能になる。

本発明は、上記の空気調和装置において、前記流出口を大気に連通させ、一端が前記流入口を有し、他端が前記分離室の底部近傍に配置され、当該分離室の排気ガス圧力によって、当該分離室から前記中和室に凝縮水を流入させる連通管を設けたことを特徴とする。
上記構成によれば、ドレンのみを分離室から中和室に流入させるポンプ等を設ける必要がなくなるので、部品点数を削減し、製造工程の簡略化を図ることが可能になる。

本発明によれば、中和室に、流入口から流出口に向けて凝縮水を重力方向に流下させながら中和剤に接触させる経路を形成したことにより、ドレンを貯留せずに流下させて中和するので、凝縮水の流速を速め、見かけ上の反応速度を上げることができる。その結果、中和装置を小型化することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係るガスヒートポンプ（ＧＨＰ）式空気調和装置における冷媒回路を示す回路図である。
空気調和装置１０は、室外機１１及び複数台（例えば５台）の室内機１２Ａ〜１２Ｅを有し、室外機１１の室外冷媒配管１３と室内機１２Ａ〜１２Ｅの各室内冷媒配管１４Ａ〜１４Ｅとが連結されている。

室外機１１は室外に設置され、室外冷媒配管１３には圧縮機１５が順次配設されるとともに、この圧縮機１５の吸込側にアキュムレータ１６が、吐出側にオイルセパレータ１７を介して四方弁１８がそれぞれ配設され、この四方弁１８側に室外熱交換器１９、室外膨張弁２０、ドライコア２１が順次配設されて構成される。室外熱交換器１９には、この室外熱交換器１９へ向かって送風する室外ファン２２が隣接して配置されている。また、圧縮機１５は、Ｖベルト３０Ａを介してガスエンジン（エンジン）３０に連結され、このガスエンジン３０により駆動される。

冷媒高圧側（圧縮機１５の吐出側）と冷媒低圧側（図示の例ではアキュムレータ１６の手前）との間には、オイル戻し管２３およびバイパス弁２４が接続されている。また、室外冷媒配管１３には、閉鎖弁２５Ａ、２５Ｂが設けられている。さらに、室外冷媒配管１３を流れる液冷媒をアキュムレータ１６の手前に適宜供給するためのリキッド管２６が設けられ、このリキッド管２６にリキッド弁２６Ａが設けられている。これに加え、室外冷媒配管１３には、圧力スイッチＳ１、高圧側の圧力センサＳ２、及び低圧側の圧力センサＳ３が設けられている。

一方、室内機１２Ａ〜１２Ｅはそれぞれ室内に設置され、それぞれ、室内冷媒配管１４Ａ〜１４Ｅに室内熱交換器２７Ａ〜２７Ｅが配設されるとともに、室内冷媒配管１４Ａ〜１４Ｅのそれぞれにおいて室内熱交換器２７Ａ〜２７Ｅの近傍に室内膨張弁２８Ａ〜２８Ｅが配設されて構成される。室内熱交換器２７Ａ〜２７Ｅには、これらの室内熱交換器２７Ａ〜２７Ｅへ送風する室内ファン２９Ａ〜２９Ｅが隣接して配置されている。

四方弁１８が切り換えられることにより、空気調和装置１０が冷房運転又は暖房運転に設定される。つまり、四方弁１８が冷房側に切り換えられたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器１９が凝縮器に、室内熱交換器２７Ａ〜２７Ｅが蒸発器になって冷房運転状態となり、各室内熱交換器２７Ａ〜２７Ｅが室内を冷房する。また、四方弁１８が暖房側に切り換えられたときには、冷媒が破線矢印の如く流れ、室内熱交換器２７Ａ〜２７Ｅが凝縮器に、室外熱交換器１９が蒸発器になって暖房運転状態となり、各室内熱交換器２７Ａ〜２７Ｅが室内を暖房する。
また、冷房運転時には、室内膨張弁２８Ａ〜２８Ｅのそれぞれの弁開度が空調負荷に応じて制御される。暖房運転時には、室外膨張弁２０及び室内膨張弁２８Ａ〜２８Ｅのそれぞれの弁開度が空調負荷に応じて制御される。

一方、圧縮機１５を駆動するガスエンジン３０の燃焼室には、エンジン燃料供給装置３１から燃料と空気との混合気が供給される。このエンジン燃料供給装置３１は、燃料供給配管３２に、燃料遮断弁３３、ゼロガバナ３４、燃料調整弁３５及びスロットル３６が順次配設され、この燃料供給配管３２のスロットル３６側端部がガスエンジン３０の上記燃焼室に接続されて構成される。
燃料遮断弁３３は、閉鎖型の燃料遮断弁機構を構成し、燃料遮断弁３３が全閉または全開し、燃料ガスの漏れのない遮断と連通とを択一に実施する。
ゼロガバナ３４は、燃料供給配管３２内における当該ゼロガバナ３４の前後の１次側燃料ガス圧力（一次圧ａ）と２次側燃料ガス圧力（二次圧ｂ）とのうち、一次圧ａの変動によっても二次圧ｂを一定の所定圧に調整して、ガスエンジン３０の運転を安定化させる。

燃料調整弁３５は、スロットル３６の上流側から空気が導入されることで生成される混合気の空燃比を最適に調整するものである。このスロットル３６の上流側にエンジンユニット外から空気を吸入する空気供給配管３７が接続されている。この空気供給配管３７の吸込口にはエアフィルタ３８が配設されている。
また、スロットル３６は、ガスエンジン３０の燃焼室へ供給される混合気の供給量を調整して、ガスエンジン３０の回転数を制御する。
ガスエンジン３０には、エンジンオイル供給装置３９が接続されている。このエンジンオイル供給装置３９は、オイル供給配管４０に、オイルレベルスイッチ４１Ａを内蔵したサブオイルパン４１及びオイル供給ポンプ４２が配設されたものであり、ガスエンジン３０へエンジンオイルを適宜供給する。

また、ガスエンジン３０は、エンジン冷却装置４３内を循環するエンジン冷却水により冷却される。このエンジン冷却装置４３は、冷却水配管４４を備え、この冷却水配管４４には、ワックス三方弁４５が配設されている。このワックス三方弁４５の入口４５Ａには、冷却水配管４４におけるガスエンジン３０が接続され、ワックス三方弁４５の一方の出口４５Ｂには、循環ポンプ４６とガスエンジン３０に付設の排気ガス熱交換器３０Ｂとが順次接続されている。循環ポンプ４６は、稼働時にエンジン冷却水を昇圧して、このエンジン冷却水を冷却水配管４４内で循環させる。

また、ワックス三方弁４５の他方の出口４５Ｃには、冷却水三方弁４７の入口４７Ａが接続されている。冷却水三方弁４７の一方の出口４７Ｂには、冷却水配管４４におけるプレート熱交換器４８が接続され、また、冷却水三方弁４７の他方の出口４７Ｃには、冷却水配管４４におけるラジエータ４９が接続されている。プレート熱交換器４８は、冷媒配管１４の冷媒と冷却水配管４４内の冷却水との間で熱交換を行い、冷却水を冷却すると共に冷媒を加熱するものである。また、ラジエータ４９は、冷却水を冷却させるものであり、室外ファン２２の送風空気が供給されるように、この室外ファン２２に隣接して配置されている。
また、冷却水配管４４には、リザーブタンク５０が配設されており、リザーブタンク５０は、冷却水配管４４内の冷却水が水漏れ等で減少すると、冷却水配管４４の内圧が冷却水を重力により自動的に補充するように調整されている。

図２は、ガスエンジン３０の吸気系・排気系を示す図である。
ガスエンジン３０の吸気側には、インテークマニホールド３０Ｃが付設されており、このインテークマニホールド３０Ｃの吸気側には、エンジンユニット外から空気を供給する空気供給配管３７が接続されている。３８はエアフィルタである。ガスエンジン３０の排気側には、排気ガス熱交換器３０Ｂが付設されている。
この排気ガス熱交換器３０Ｂは、上記エンジン冷却装置４３（図１参照）の冷却水配管４４を流れるエンジン冷却水と、ガスエンジン３０の排気ガス間で熱交換する。この排気ガス熱交換器３０Ｂを流れる排気ガスと上記エンジン冷却装置４３内を循環するエンジン冷却水とが熱交換され、排気ガス熱交換器３０Ｂで例えば約１００℃まで冷却される。排気ガス熱交換器３０Ｂでは、排気ガス中の水分が冷えて凝縮し、凝縮水（以下、ドレンという。）と排気ガスとが排出される。

排気ガス熱交換器３０Ｂには、排気ガスを処理するための、マフラ５１、排気トップ５２、及び、中和装置６０が接続されている。これらマフラ５１、排気トップ５２、及び排気ガス熱交換器３０Ｂは、本発明における排気系を構成するものである。排気ガス熱交換器３０Ｂの排気側と、マフラ５１の吸気側とは、排気ホース５３を介して接続されており、排気ガス熱交換器３０Ｂから排出されたドレンと排気ガスとが排気ホース５３を通じてマフラ５１へ流入する。排気ガスは、マフラ５１内で消音板（不図示）に衝突して消音されると共に、排気ガス中の水分が消音板に衝突してドレン水となる。
マフラ５１と排気トップ５２とは、排気ホース５４を介して接続されており、マフラ５１を通過した排気ガスは、排気ホース５４を通じて排気トップ５２に流入する。この排気ガスは、排気トップ５２内で冷却され、排気ガス中の水分が凝縮しドレンが発生して、最終的な排気ガスは排気トップ５２を介して外に排気される。排気トップ５２内部で発生したドレンは、排気トップ戻しホース５５を介して、マフラ５１に戻される。

排気ガスが冷えて生成されたドレンには、排気ガス中に含まれるＣＯ₂やＮＯｘ等の有害物質が溶解しているため、マフラ５１に集められたドレンは、マフラ戻しホース５６を通じて中和装置６０に導かれる。この中和装置６０は、ドレンに含まれる排気ガス中のＣＯ₂やＮＯｘ等の有害物質を中和するものである。なお、中和装置６０には、マフラ５１に集められたドレンとともに、排気ガスが導入される場合がある。

図３は、中和装置６０を示す断面図である。
中和装置６０は、例えば箱形の装置本体６１を備えている。この装置本体６１内は、板状の仕切り板６２で左右に区分され、分離室６３と中和室６４とが形成されている。このように、分離室６３と中和室６４が一体に形成されるていので、分離室と中和室とを独立して形成して配管等で接続する場合に比べ、部品点数を削減して、製造工程の簡略化を図ることができるとともに、中和装置６０を小型化することができる。
分離室６３は、例えば箱形に形成され、分離室６３の上部には、ドレンＤ及び排気ガスを導入する導入口６５が設けられており、この導入口６５にマフラ戻しホース５６が接続されている。また、分離室６３の上部には、排気ガスだけを排出する排出口６６が設けられており、この排出口６６に排気ガス排出ホース６６Ａが接続されている。排気ガスから分離したドレンＤは、分離室６３の下部に貯留されるようになっている。

中和室６４は、例えば横断面が４５ｍｍ四方の箱形に形成され、中和室６４内には固体粒子状の中和剤Ｎが配置されている。中和剤Ｎは、例えば方解石（大理石、炭酸カルシウム）等のアルカリ成分を有している。この中和剤Ｎの容量は、横断面が４５ｍｍ四方の中和室６４において、例えば高さＨが１２０ｍｍから２００ｍｍとなるように設定されている。
分離室６３と中和室６４とは、仕切り板６２を貫通する連通管６７によって連通されており、ドレンＤが分離室６３から中和室６４に流入できるようになっている。仕切り板６２の上部には、貫通孔６２Ａが設けられており、この貫通孔６２Ａに連通管６７の一端６７Ａが挿入されている。連通管６７の一端６７Ａは、中和室６４の略中央近傍まで挿入されており、その先端がドレンＤの流入口６８となっている。この流入口６８は、上記高さＨより上方に配置されている。連通管６７の他端６７Ｂは、分離室６３の底部近傍まで延びている。

中和室６４の下部には、ドレンＤを流出させる流出口６９が設けられている。このように、中和室６４の上部に流入口６８が設けられ、中和室６４の下部に流出口６９が設けられることによって、中和室６４の内部には、流入口６８から流出口６９に至るドレンＤの経路が重力方向に延びている。しがたって、ドレンＤの流速を速めるためのポンプ等を設けることなく、ドレンＤの重力によって、ドレンＤの流速を速めることができるようになっている。
流出口６９には、図示しないフィルタが設けられており、中和室６４内に配置された中和剤Ｎが流出口６９から排出されないようになっている。流出口６９には、大気に連通するドレン排出ホース６９Ａが接続されている。

上記マフラ５１（図２参照）からマフラ戻しホース５６で導かれたドレンＤ及び排気ガスは、導入口６５から分離室６３内に流入する。分離室６３内に流入した排気ガスは、ドレンＤを分離した後、排出口６６から排気ガス排出ホース６６Ａを通って排出される。排気ガスから分離したドレンＤは、分離室６３の下部に貯留される。
分離室６３には、導入口６５からドレンＤの他、排気ガスも導入されるので、分離室６３内の圧力は、大気に連通する中和室６４内の圧力よりも高くなっている。この分離室６３側の圧力によって、分離室６３に貯留されたドレンＤの液面が下方に押圧され、ドレンＤが連通管６７を通って中和室６４に流入する。このように、流出口６９を大気に連通させ、連通管６７の他端６７Ｂを分離室６３の底部近傍に配置したことにより、分離室６３側の排気ガス圧力によって、分離室６３の下部に貯留されたドレンＤを中和室６４の上部に送ることができる。しがたって、ドレンＤを分離室６３から中和室６４に流入させるポンプ等を設ける必要がなくなるので、部品点数を削減し、製造工程の簡略化を図ることが可能になる。

中和室６４に流入したドレンＤは、中和剤Ｎにより、ドレンＤ中に溶け込んでいる排気ガス中のＣＯ₂やＮＯｘ等が中和される。本実施の形態では、流入口６８から流出口６９に至る経路が重力方向に形成されているので、ドレンＤは、中和室６４内に貯留されることなく、その重力により、流入口６８から流出口６９に向けて重力方向に流下しながら中和剤Ｎと接触する。このため、ドレンＤを貯留して中和する場合に比べ、ドレンＤの流速を速め、見かけ上の反応速度を速くすることができる。したがって、ドレンＤと中和剤Ｎとが接触する経路を短くすることができるとともに、中和剤Ｎの量を少なくすることができ、中和装置６０を小型化することができる。
中和室６４内で中和されたドレンＤは、流出口６９からドレン排出ホース６９Ａを通って外へ排出される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、流入口６８から流出口６９に向けてドレンを重力方向に流下させながら中和剤Ｎに接触させる経路を形成したことにより、ドレンを貯留せずに流下させて中和するので、ドレンの流速を速め、見かけ上の反応速度を速くすることができ、その結果、中和装置６０を小型化することができる。

また、本実施の形態によれば、装置本体６１内を仕切り板６２で分離室６３と中和室６４とに区分したことにより、分離室６３と中和室６４が一体に形成されるので、分離室と中和室とを独立して形成して配管等で接続する場合に比べ、部品点数を削減して、製造工程の簡略化を図ることができるとともに、中和装置６０を小型化することができる。

また、本実施の形態によれば、中和室６４の上部に流入口６８を設け、中和室６４の下部に流出口６９を設けたことにより、ドレンの流速を速めるためのポンプ等を設ける必要がなくなるので、部品点数を削減し、製造工程の簡略化を図ることが可能になる。

また、本実施の形態によれば、流出口６９を大気に連通させ、一端６７Ａが流入口６８を有し、他端６７Ｂが分離室６３の底部近傍に配置され、分離室６３の排気ガス圧力によって、分離室６３から中和室６４にドレンのみを流入させる連通管６７を設けたことにより、ドレンのみを分離室６３から中和室６４に流入させるポンプ等を設ける必要がなくなるので、部品点数を削減し、製造工程の簡略化を図ることが可能になる。

但し、上記実施の形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、本実施の形態では、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）式空気調和装置１０に使用される中和装置６０に本発明を適用する場合を説明したが、これに限らず、圧縮機がディーゼルエンジン等の内燃機関によって駆動され、排気ガスから生成されるドレンを中和する必要があるものであれば、他の空気調和装置等に使用される中和装置に本発明を適用してもよい。

本発明の実施の形態に係るガスヒートポンプ（ＧＨＰ）式空気調和装置における冷媒回路を示す回路図である。 ガスエンジンの吸気系・排気系を示す図である。 中和装置を示す断面図である。

符号の説明

１０ 空気調和装置
１５ 圧縮機
３０ ガスエンジン（エンジン）
３０Ｂ 排気ガス熱交換器（排気系）
５１ マフラ（排気系）
５２ 排気トップ（排気系）
６０ 中和装置
６１ 装置本体
６２ 仕切り板
６３ 分離室
６４ 中和室
６５ 導入口
６６ 排出口
６７ 連通管
６７Ａ 一端
６７Ｂ 他端
６８ 流入口
６９ 流出口
Ｄ ドレン（凝縮水）
Ｎ 中和剤

Claims (7)

1. エンジンの排気ガスから生成された凝縮水を中和して排出する中和装置において、
   排気ガス及び凝縮水を導く導入口、及び排気ガスを排出する排出口を設けた分離室と、前記分離室にて分離した凝縮水を流入させる流入口、流入した凝縮水を中和する中和剤、及び中和した凝縮水を排出する流出口を設けた中和室とを備え、
   前記中和室に、前記流入口から前記流出口に向けて前記凝縮水を重力方向に流下させながら前記中和剤に接触させる経路を形成したことを特徴とする中和装置。
2. 装置本体内を仕切り板で前記分離室と前記中和室とに区分したことを特徴とする請求項１に記載の中和装置。
3. 前記中和室の上部に前記流入口を設け、当該中和室の下部に前記流出口を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和装置。
4. エンジン駆動式の圧縮機と、前記エンジンの排気ガスから生成された凝縮水を中和して排出する中和装置とを備えた空気調和装置において、
   前記中和装置が、排気ガス及び凝縮水を導く導入口、及び排気ガスを排出する排出口を設けた分離室と、前記分離室にて分離した凝縮水を流入させる流入口、流入した凝縮水を中和する中和剤、及び中和した凝縮水を排出する流出口を設けた中和室とを備え、
   前記中和室に、前記流入口から前記流出口に向けて前記凝縮水を重力方向に流下させながら前記中和剤に接触させる経路を形成したことを特徴とする空気調和装置。
5. 前記中和装置の装置本体内を仕切り板で前記分離室と前記中和室とに区分したことを特徴とする請求項１に記載の中和装置。
6. 前記中和室の上部に前記流入口を設け、当該中和室の下部に前記流出口を設けたことを特徴とする請求項３に記載の空気調和装置。
7. 前記流出口を大気に連通させ、
   一端が前記流入口を有し、他端が前記分離室の底部近傍に配置され、当該分離室の排気ガス圧力によって、当該分離室から前記中和室に凝縮水を流入させる連通管を設けたことを特徴とする請求項３又は４に記載の空気調和装置。

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