JP2015006220A - 空気清浄機 - Google Patents

Abstract

【課題】光触媒と空気の接触を簡単な構造で促進し、効果的な空気清浄効果を得ることができる空気清浄機を提供する。【解決手段】紫外線照射手段１と、紫外線照射手段１の周囲を囲う筒状のダクトケース２と、上記ダクトケース２内に気流を発生させる気流発生手段３と、上記ダクトケース２の内面に形成された光触媒層とを備え、上記ダクトケース２が多角形の柱状で、柱の軸を中心にねじれている。ダクトケース２の形状的な構造に工夫を加えることににより、ダクトケース２内を流通する空気と光触媒との接触効率をあげ、ダクトケース２内に流通させる空気と光触媒との接触が促進される。装置自体のイニシャルコストやメンテナンスコストおいて有利である。空気と光触媒の接触を促進するための構造物を併用した場合には、ダクトケース２内を流通する空気と光触媒との接触効率がさらに向上する。【選択図】図１

Description

本発明は、光触媒を利用した空気清浄機に関するものである。

従来から、光触媒を利用した各種の脱臭装置や空気清浄装置が提案されている（たとえば下記の特許文献１および２）。以下の説明において、括弧内の符号は公報に掲載されたものである。

特許文献１には、光触媒を利用した脱臭装置が開示されている。
この脱臭装置は、吸気口（３）と排気口（４）を有するケーシング（１）内に紫外線ランプ８が受容された内管（７）が貫通している。ケーシング（１）内には、光触媒を担持させたパンチングメタル（１２、２２、２３）が配置され、脱臭室（１１）をなしている。排気口（４）側に送風ファンを設け、悪臭を除去する〔段落０００９〜００１１、図１等〕。
また、上記パンチングメタル（２３）を、長い帯状としてらせん状にすることが記載されている〔段落００１５、図４〕。

特許文献２には、光触媒を利用した空気清浄装置が開示されている。
この空気清浄装置は、筒状体（１）の中心部に紫外線ランプ（８）が配設されている。上記筒状体（１）の下部には、筒状体（１）の内部に上昇気流（３）を発生させる第１の気流発生手段としての照明用光源（２）が設けられている。また、上記上昇気流（３）の流路に沿うように光触媒粒子が担持された空気清浄機能手段（４）が配設されている〔段落００１５〜００１６、００１９、図１等〕。
また、螺旋状の部材（６１）を筒状体（１）の中心位置にて回転させることが記載されている〔段落００３４、図８〕。

特開平９−８４８６６号公報 特開２００２−２６２３６９号公報

しかしながら、上記特許文献１は、円筒状のケーシング（１）内に流通させる空気と光触媒との接触を促進するために、光触媒の担持体を極めて複雑な構造としている。まず、光触媒の担持体として、パンチングメタル（１２、２２、２３）を用いている。上記パンチングメタル（１２、２２、２３）は、円環状として多重配置したり（符号１２）、略円錐台状として多重配置したり（符号２２）、長い帯状として螺旋状に配置したり（符号２３）、各種の複雑な形態を採用している。
ケーシング（１）内において流通する空気と光触媒との接触効率をあげるために、上記のような複雑な構造物を必要としているのである。これらの複雑な構造物は、当然のことながら装置のイニシャルコストやメンテナンスコストに反映されてしまう。

また、上記特許文献２は、筒状体（１）内に流通させる空気と光触媒との接触を促進するために、極めて複雑な構造を採用している。まず、筒状体（１）の内部に上昇気流（３）を発生させるために、第１の気流発生手段として照明用光源（２）を設けている。また、上昇気流（３）と異なる気流を発生させるため、上昇気流（３）によって回転可能な第２の気流発生手段（５）を設けたり、螺旋状の部材（６１）を筒状体（１）の中心位置にて回転させたりする構造を採用している。
筒状体（１）内において流通する空気と光触媒との接触効率をあげるために、上記のような複雑な構造物を必要としているのである。これらの複雑な構造物は、当然のことながら装置のイニシャルコストやメンテナンスコストに反映されてしまう。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、光触媒と空気の接触を簡単な構造で促進し、効果的な空気清浄効果を得ることができる空気清浄機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の空気清浄機は、紫外線照射手段と、紫外線照射手段の周囲を囲う筒状のダクトケースと、上記ダクトケース内に気流を発生させる気流発生手段と、上記ダクトケースの内面に形成された光触媒層とを備え、
上記ダクトケースが多角形の柱状で、柱の軸を中心にねじれていることを要旨とする。

本発明は、上記ダクトケースが多角形の柱状で、柱の軸を中心にねじれている。
このため、気流発生手段で発生させた気流は、筒状のダクトケース内を通過するときにダクトケースの内面に当たってそれに沿って流れる。このとき、ダクトケースの内面に形成された光触媒層に気流が当たる。上記光触媒層には、紫外線照射手段で紫外線が照射されることにより、気流を構成する空気が浄化される。このように、ダクトケースの形状的な構造に工夫を加えることにより、ダクトケース内を流通する空気と光触媒との接触効率をあげている。したがって、従来技術に開示されたような空気と光触媒の接触を促進するための構造物を必ずしも設けなくとも、ダクトケース内に流通させる空気と光触媒との接触が促進される。したがって、装置自体のイニシャルコストやメンテナンスコストにおいて有利である。また、空気と光触媒の接触を促進するための構造物を併用した場合には、ダクトケース内を流通する空気と光触媒との接触効率がさらに向上する。

本発明において、紫外線照射手段の周囲に配置されてダクトケース内の気流を攪拌するためのらせん板をさらに備え、
上記らせん板の表面に光触媒層が形成されている場合には、
らせん板の存在により、ダクトケース内を流通する気流が攪拌されて、ダクトケースの内面に形成された光触媒層と気流の接触がさらに促進される。当該気流は、らせん板の表面に形成された光触媒とも接触する。このように、光触媒と空気の接触効率がさらに向上する。

本発明において、上記ダクトケースが三角柱状である場合には、
気流発生手段で発生させた気流は、三角柱の筒状のダクトケース内を通過するときにダクトケースの内面に当たってそれに沿って流れる。このとき、ダクトケースの内面に形成された光触媒層に気流が当たる。上記光触媒層には、紫外線照射手段で紫外線が照射されることにより、気流を構成する空気が浄化される。このように、ダクトケースの形状的な構造に工夫を加えることにより、ダクトケース内を流通する空気と光触媒との接触効率をあげている。したがって、従来技術に開示されたような空気と光触媒の接触を促進するための構造物を必ずしも設けなくとも、ダクトケース内に流通させる空気と光触媒との接触が促進される。したがって、装置自体のイニシャルコストやメンテナンスコストにおいて有利である。また、空気と光触媒の接触を促進するための構造物を併用した場合には、ダクトケース内を流通する空気と光触媒との接触効率がさらに向上する。

本発明において、ダクトケースの内面が鏡面である場合には、
紫外線照射手段から照射された紫外線のうち、ダクトケース内面の光触媒層を透過した光が鏡面で反射し、再びダクトケース内面の光触媒層に接触する。したがって、紫外線による光触媒によるより強力な触媒作用が得られ、空気清浄効果が向上する。

本発明において、らせん板を回転させる回転駆動手段を備えている場合には、
らせん板の回転により、ダクトケース内を流通する気流がさらに攪拌されて、ダクトケースの内面に形成された光触媒層と気流の接触がさらに促進される。当該気流は、らせん板の表面に形成された光触媒とも接触する。このように、光触媒と空気の接触効率がさらに向上する。

本発明の一実施形態の空気清浄機を示す斜視図である。 上記実施形態を説明するための断面図である。 らせん板を説明する図である。

つぎに、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

図１および図２は、一実施形態の空気清浄機を示す図である。

この空気清浄機は、上下に短い円柱状の台座部１０の上面に、三角柱状のダクトケース２が縦向きに取り付けられて構成されている。上記ダクトケース２内には、紫外線照射手段１が縦向きに配置されている。したがって、上記ダクトケース２は紫外線照射手段１の周囲を囲う筒状に形成されている。また、上記台座部１０の内部には、上記ダクトケース２内に気流を発生させる気流発生手段３を備えている。

上記紫外線照射手段１は、具体的にはブラックライト等の蛍光灯を用いることができる。

上記ダクトケース２は、上述したように筒状の三角柱状である。このダクトケース２は、柱の軸を中心にねじれている。なお、この実施形態では、上記筒状のダクトケース２が三角形の柱状である例を図示しているが、これに限定するものではなく、たとえば、四角形の柱状や六角形の柱状に形成することもできる。すなわち、ダクトケース２は、多角形の柱状とすることができ、その柱の軸を中心にねじれた構成とする。

上記ダクトケース２は、例えばアルミニウム板等の金属板より構成することができる。図示した三角柱のものはつぎのようにしてつくることができる。長方形の金属板を３枚準備し、長手方向の両端を把持してねじる。ねじれた３枚の金属板を組み合わせて溶接などで接合することにより、上記ダクトケース２を得ることができる。

上記台座部１０は上下に短い円柱状であり、その上面中央部に、上述したダクトケース２が縦向きになるように取り付けられている。上記台座部１０の内部とダクトケース２の内部は連通していて、ダクトケース２の内部を気流が上から下に流通して台座部１０の内部に流入しうるように構成されている。

上記台座部１０は、下半分の周壁がウェッジワイヤスクリーン１２で囲われ、上半分が上部ケース１１で覆われている。上記台座部１０の内部には気流発生手段３が配置されている。上記気流発生手段３として、具体的には電動ファンを用いることができる。

上記台座部１０の内部において、上記気流発生手段３は支持部材１３に支持され、ウェッジワイヤスクリーン１２に対応する部分に、気流の流通空間２１を形成するようになっている。上記気流発生手段３は、ダクトケース２の内部の空気を引き込んで、台座部１０の内部に流入させるように気流を発生する。これにより、ダクトケース２の内部に上から下に流れる気流が発生する。ダクトケース２内部の空気は、気流発生手段３に吸引されて気流発生手段３下側の気流の流通空間２１に吹き出され、周壁のウェッジワイヤスクリーン１２を通過して外部に放出される。

上記台座部１０の内部には、図示しない安定器やスイッチボックスが配置される。

上記ダクトケース２の下側の開放部と上側の開放部には、それぞれパンチングメタル１４、１５が取り付けられている。上記パンチングメタル１４、１５は、ダクトケース２内部への気流の流入と、ダクトケース２内部からの気流の流出とを確保し、上述した紫外線照射手段１や後述するらせん板４の取付けを可能としている。

上下のパンチングメタル１４、１５は、複数（２つ図示している）のシャフト１６によって連結されている。上記シャフト１６は、ダクトケース２の軸に沿って縦向きに配置され、両端部がパンチングメタル１４、１５にネジ止めされている。上記パンチングメタル１４、１５の中央部にそれぞれソケット１９が取り付けられ、両ソケット１９に紫外線照射手段１が取り付けられている。

上記ダクトケース２の上側の開放部には、蓋１７が取り付けられている。上記蓋１７には、メッシュワイヤ１８が取り付けられた開口２０が設けられている。

上記ダクトケース２の内面は、鏡面とすることが望ましい。

また、上記ダクトケース２の内面には、光触媒層（図示せず）が形成される。上記光触媒層は、上記ダクトケース２の内面の全面にわたって形成する。

上記光触媒層を構成する光触媒としては、光触媒活性作用を示すものであれば、特に限定するものではなく、酸化チタン等各種のものを適用することが可能である。

上記光触媒としてより好ましいのは、つぎの光触媒である。

すなわち、少なくとも粒径６ｎｍ以上１０ｎｍ未満の二酸化チタンと二酸化チタンの含有量に対して５〜５０％の白金とを含有する白金担持超光触媒組成物と、バインダ剤と、油成分を含有するバインダ補助剤と、を含有してなる白金担持超光触媒体において、分散剤を含有する構成の白金担持超光触媒体を好適に使用することができる。

この白金担持超光触媒体により、白金を主触媒として空気中の有機化合物を分解し除去させることができる。

すなわち、白金を主触媒とし、光触媒物質である二酸化チタンを補助触媒とする技術的思想に基づいて、バインダーと白金と粒径６ｎｍ以上１０ｎｍ未満の二酸化チタンを混合して基体に塗布し、二酸化チタンの含有量に対して５〜５０％とする白金は光のないときでも常温で有機化合物を吸着し、吸着の際に白金は空気中の有機化合物を吸着し、分解し、このまま放置すると数時間で分解された物質で白金が覆われてしまい触媒毒となり吸着、分解をしなくなるので、太陽光などのあたる昼間、光触媒により白金の表面に覆われた物質を酸化させて触媒毒を取り払い、触媒毒がなくなった白金は吸着分解能を回復し、昼間は光触媒反応を行う二酸化チタンと併用させて効果を発揮し夜間は白金で吸着分解をするよう明暗を繰り返すことで昼夜を問わず空気清浄機能を長期間継続的に発揮させ、白金を主触媒として空気中の有機化合物を分解し除去させる。

このような光触媒を塗布して光触媒層を形成するには、例えば、つぎのようにする。光触媒表面塗布剤を調整して不織布等の塗布部材に含浸させ、この塗布部材を用いて光触媒表面塗布剤を対象物に塗布し、光触媒層を形成する。

光触媒表面塗布剤は、光触媒組成物、バインダー剤、バインダー補助剤と研磨剤から構成される。

上記光触媒組成物は、上述した主触媒である白金と、補助触媒である二酸化チタンである。

上記バインダー剤は、光触媒組成物を担持するためのバインダー作用をなすもので、例えば、シリコン系樹脂やアクリル系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ樹脂など適宜な組成物あるいは天然糊などが使用され、水やエチルアルコールなどの希釈液によって流動性が良好となる所定濃度の溶液状に形成される。

その配合比率は、例えば、光触媒表面塗布剤の全体量に対して、０．１重量％〜２０重量％に調整されるもので、希釈する場合、該希釈液：バインダー液との配合は、７０重量％〜９９．９重量％：３０重量％〜０．１重量％程度の配合量とすることが好ましい。

上記バインダー補助剤は、光触媒組成物を基体の表面（塗布対象物）に対して、出来る限り薄く塗布させるためのものである。このバインダー補助剤は、油成分を有するものであって、この油成分は、例えば、天然物由来のワックスやミネラルスピリット系溶剤、植物油などと、慣用の界面活性剤とで構成される。油成分として、このうち、天然物由来のワックスとしては、例えば、カルバナロウ、キャンデリラロウ、コメヌカロウ、オウリキュリロウ、サトウキビロウ、ホホバロウ、油糧種子ロウ、モクロウ、ウルシロウ、蜜蝋などがあり、少なくともこの群からの一種類を選べば良い。これら油成分は、撥水性を発揮し、塗布表面に艶が出て、合成樹脂を相溶する特性がある。

また、良好な塗膜物性を有し、耐アルカリ性、耐候性、速乾性を併せ持ち、かつ、スプレー、刷毛、ローラー等通常補修の際に用いられる塗装方法での塗装作業が良好で、しかも毒性の少ないミネラルスピリット系溶剤をバインダー補助剤の成分として使用する。前記したバインダー補助剤におけるミネラルスピリットは、例えば、ミネラルターペン、ホワイトスピリット、ミネラルシンナー、ペトロリウムスピリットなどがあり、少なくともこの群から一種類を選べばよい。更に、前記したバインダー補助剤における植物油は、不乾性油の性質があり、酸化・変質しにくい植物油が望ましい。すなわち、薄くよく延びる役割を発揮する素材であれば任意のものが選定し得るもので、例えば、椿油、オリーブ油、ゴマ油、大豆油、サフラワー油、菜種油または月見草油などであり、少なくともこの群から一種類を選べば良い。

また、この光触媒表面塗布剤には、必要に応じて、前記した植物油やワックス類の酸化に起因する変色などを防止する目的で、酸化防止剤を添加することがあるもので、例えば、チルヒドロキシトルエン、トコフェロール、フイチン酸等が用いられる。その他に、フェノール性物質、芳香族アミン、フェノチアジン、ジチオホスフェート、ジチオカルバメート、スルフィド、硫化オレフインなども使用できる。更に、植物油の酸化防止に対しては、Ｌ−アスコルビン酸脂肪酸エステルが、Ｌ−アスコルビン酸パルミチン酸エステル及び／又はＬ−アスコルビン酸ステアリン酸エステルなどが有効である。
また、食品添加物の酸化防止剤として、Ｌ−アスコルビン酸、Ｌ−アスコルビン酸ナトリウム（ビタミンＣ）、エチレンジアミン四酢酸Ｃａ二Ｎａ、エチレンジアミン四酢酸二Ｎａ、エルソルビン酸、エルソルビン酸ナトリウム、グアヤク脂、クエン酸イソプロピル、ノルジヒドログアヤレチック酸、没食子酸プロピル、ジブチルヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）、ｄｌ−α−トコフェロール（ビタミンＥ）、ブチルヒデロキシアニソール（ＢＨＡ）、ローズマリー抽出物質、エトキシキンなどと、食品添加物の防腐剤として、安息香酸、安息香酸ナトリウム、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、デビドロ酢酸ナトリウム、パラオキシ安息香酸イソブチル、パラオキシ安息香酸イソプロピル、パラオキシン安息香酸エチル、パラオキシン安息香酸ブチル、パラオキシン安息香酸プロピル、プロピオン酸、プロピオン酸ナトリウム、プロピオン酸カルシウムなどを利用しても良い。これらの酸化防止剤の中から少なくとも一種類のものを添加しても良い。

上記研磨剤は、シリカやセラミック等の素材により０．１ミクロン〜０．５ミクロン粒子に形成してあって、光触媒表面塗布剤へ添加して混合させる。
該研磨剤の粒子が、０．１ミクロン未満であると、光触媒層の拭き取りに際して光触媒組成物およびバインダー剤が共に拭き取られて除去される不都合を生じ、０．５ミクロン以上であると、光触媒層全体がこの研磨剤により除去されてしまう不都合を生ずる。
この研磨剤の混合にあっては、バインダー剤やバインダー補助剤等へ添加させた後混合させてもよく、その配合比率にあっては、１０重量％〜５０重量％を配合混合させる。
研磨剤の添加量が、１０重量％未満であると、光触媒表面塗布剤が基体面への塗布前に固化が進行してその塗布工程に不都合を来たし、５０重量％以上であると、水溶化されすぎて、光触媒表面塗布部材による塗布がしにくい。

このような光触媒は、例えば特許第４８５８８５７号に開示されたものを、適用することができる。

この空気清浄機は、紫外線照射手段１の周囲に配置されてダクトケース２内の気流を攪拌するためのらせん板４をさらに備えることが好ましい。

図３は上記らせん板４を説明する図である。上記らせん板４は、紫外線照射手段１を軸としてその周囲をらせん状に周回して上下方向に配置されている。上記らせん板４には、らせん状に周回する各段に、２本のシャフト１６を挿通させるためのシャフト穴２２が開口している。このように、らせん板４をシャフト１６で支えることにより、思わぬ外力でらせん板４が湾曲して紫外線照射手段１の着脱ができなくなるようなトラブルを防止できる。

上記らせん板４は、たとえばアルミニウム板等の金属板を細長い帯状とし、らせん状に加工したものを用いることができる。

上記らせん板４の表面は鏡面とすることが好ましい。また、上記らせん板４の表面に光触媒層を形成するのが好ましい。らせん板４の表面に形成する光触媒層を構成する光触媒も、上述したものを適用することができる。

上記実施形態による作用効果は以下のとおりである。

本実施形態の空気清浄機は、上記ダクトケース２が多角形の柱状で、柱の軸を中心にねじれている。
このため、気流発生手段３で発生させた気流は、筒状のダクトケース２内を通過するときにダクトケース２の内面に当たってそれに沿って流れる。このとき、ダクトケース２の内面に形成された光触媒層に気流が当たる。上記光触媒層には、紫外線照射手段１で紫外線が照射されることにより、気流を構成する空気が浄化される。このように、ダクトケース２の形状的な構造に工夫を加えることにより、ダクトケース２内を流通する空気と光触媒との接触効率をあげている。したがって、従来技術に開示されたような空気と光触媒の接触を促進するための構造物を必ずしも設けなくとも、ダクトケース２内に流通させる空気と光触媒との接触が促進される。したがって、装置自体のイニシャルコストやメンテナンスコストにおいて有利である。また、空気と光触媒の接触を促進するための構造物を併用した場合には、ダクトケース２内を流通する空気と光触媒との接触効率がさらに向上する。

また、紫外線照射手段の周囲に配置されてダクトケース内の気流を攪拌するためのらせん板４をさらに備え、
上記らせん板４の表面に光触媒層が形成されているため、
らせん板４の存在により、ダクトケース２内を流通する気流が攪拌されて、ダクトケース２の内面に形成された光触媒層と気流の接触がさらに促進される。当該気流は、らせん板４の表面に形成された光触媒とも接触する。このように、光触媒と空気の接触効率がさらに向上する。

また、上記ダクトケース２が三角柱状であるため、
気流発生手段で発生させた気流は、三角柱の筒状のダクトケース２内を通過するときにダクトケース２の内面に当たってそれに沿って流れる。このとき、ダクトケース２の内面に形成された光触媒層に気流が当たる。上記光触媒層には、紫外線照射手段１で紫外線が照射されることにより、気流を構成する空気が浄化される。このように、ダクトケース２の形状的な構造に工夫を加えることにより、ダクトケース２内を流通する空気と光触媒との接触効率をあげている。したがって、従来技術に開示されたような空気と光触媒の接触を促進するための構造物を必ずしも設けなくとも、ダクトケース２内に流通させる空気と光触媒との接触が促進される。したがって、装置自体のイニシャルコストやメンテナンスコストにおいて有利である。また、空気と光触媒の接触を促進するための構造物を併用した場合には、ダクトケース２内を流通する空気と光触媒との接触効率がさらに向上する。

また、ダクトケース２の内面が鏡面であるため、
紫外線照射手段１から照射された紫外線のうち、ダクトケース２内面の光触媒層を透過した光が鏡面で反射し、再びダクトケース２内面の光触媒層に接触する。したがって、紫外線による光触媒によるより強力な触媒作用が得られ、空気清浄効果が向上する。

また、らせん板４の表面が鏡面であるため、
紫外線照射手段１から照射された紫外線のうち、らせん板４表面の光触媒層を透過した光が鏡面で反射し、再びらせん板４表面の光触媒層に接触する。したがって、紫外線による光触媒によるより強力な触媒作用が得られ、空気清浄効果が向上する。

上記光触媒として、白金担持超光触媒を使用しているため、空気中の有機化合物の吸着分解を白金側で行い、酸素の酸化還元を二酸化チタン側で行うため空気中のシックハウスの原因物質や花粉症の原因の花粉を分解、アトピー性皮膚炎、アトピー性喘息およびアトピー性鼻炎の原因であるダニの糞の分解速度が速くなり、白金を主触媒として空気中の有機化合物を分解し除去させることができる。

上記実施形態において、気流の流れる方向を逆にして空気が下から上に向かうよう、気流発生手段３を制御することもできる。この場合には、台座部１０のウェッジワイヤスクリーン１２を通して外気を吸引し、ダクトケース２の内部で気流を上昇させ、上部の開口２０から清浄化した空気を噴出す。このようにすることにより、ダクトケース２から清浄化された空気は、ダクトケース２内で内面に沿って流れることにより生じた緩い旋回流となって噴き出す。これにより、噴き出した気流が遠くまで届きやすくなり、清浄化した空気を部屋の隅々まで届けられる。

１ 紫外線照射手段
２ ダクトケース
３ 気流発生手段
４ らせん板
１０ 台座部
１１ 上部ケース
１２ ウェッジワイヤスクリーン
１３ 支持部材
１４ パンチングメタル
１５ パンチングメタル
１６ シャフト
１７ 蓋
１８ メッシュワイヤ
１９ ソケット
２０ 開口
２１ 流通空間
２２ シャフト穴

Claims (3)

1. 紫外線照射手段と、紫外線照射手段の周囲を囲う筒状のダクトケースと、上記ダクトケース内に気流を発生させる気流発生手段と、上記ダクトケースの内面に形成された光触媒層とを備え、
   上記ダクトケースが多角形の柱状で、柱の軸を中心にねじれている
   ことを特徴とする空気清浄機。
2. 紫外線照射手段の周囲に配置されてダクトケース内の気流を攪拌するためのらせん板をさらに備え、
   上記らせん板の表面に光触媒層が形成されている
   請求項１記載の空気清浄機。
3. 上記ダクトケースが三角柱状である
   請求項１または２記載の空気清浄機。

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