JP4347012B2 - 空気清浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気中に含まれる有形無形の混入物質、例えば塵埃、タバコの煙等の微粒子、異臭・悪臭等の原因となる各種ガス、細菌、黴菌、バクテリア等の浮遊菌類を除去することにより空気を清浄化するための空気清浄化装置に関する。

居住空間、作業空間、大小の各種集会場、パチンコ店等の各種遊戯館、車両・航空機・船舶等の運輸機関の旅客室内その他の各種空間の空気中には、有形無形の混入物質、例えば塵埃、タバコの煙等の極小微粒子、各種大気汚染物質、浮遊菌類、接着剤・塗料等化学物質からの有機揮発ガス、人体や各種製品等からの臭気などを含む各種ガスのような不所望の微粒子や気体が含まれている。

このような多種多様な不所望の微粒子や気体類は、人体にとって有害なものが多いことはもとより、各種半導体素子その他超精密機器・装置類の製造過程、医薬品や食品等の製造過程、医療機関内の限られた空間などにおいては極めて低いレベル以下に保持する必要がある。かかる要求を満たすために、いわゆるクリーンルームが必要となり、各種方式の空気浄化システムが開発されている。

半導体素子や集積回路の製造に利用されるクリーンルームでは、極めて目の細かいフィルタを通すことにより清浄化され、温度及び湿度も最適状態に調整された空気を天井から流入させ、金網状の床から下方に流出させるダウンフロー方式が広く採用されている。かかる乾式除塵システムの欠点は、もっぱら微粒子のような有形塵埃の除去にのみ有効で気体に対しては効果が薄いことである。さらにフィルタが直ぐに目詰まりして短期間に所期の特性を維持できなくなり、かかる装置の保守間隔はフィルタが細目であるほど短縮してくる。

他方、空気中の塵埃やガス類のような有形無形の混入物質を水その他の液体を利用して除去し清浄化する技術も広く普及している。清浄化しようとする空気が水中または噴射水によって形成される微小水滴層中を通過する間に空気の不所望な微粒子やガス類を除去する、湿式法として利用されるものである。このような水を利用した湿式の空気清浄化装置は、気液接触の間に微粒子やガス類を微細水滴中に溶け込ませることにより除去し、気体の清浄化を行うものである。

このような気液接触処理は、空気と液体の接触の間に空気の浄化が行われるばかりでなく、この浄化過程において気泡の破裂や微細水滴の分裂を伴い、マイナスイオンを多量に発生することが知られている。マイナスイオンは、森林や滝の近くなどには特に多く存在していて疲労回復や心身の安定に有効であるなど生体に有効に作用することが知られている。したがって、微小水滴を利用する気液接触方式は、居住空間や事務室その他作業空間、多人数の集合する空間などにおける空気清浄化装置として適するものとして注目されている。

一般家庭用または事務所用として開発された小形空気浄化装置として、ポンプにより加圧された水をノズルから噴射させておき被清浄化空気を通過させる噴射塔と、この噴射塔を通過した空気を旋回させながら外部に排出するサイクロン塔とを併置しておき、送風機によって噴射塔に送り込まれた空気が清浄化され、次いでサイクロン塔において気液分離された空気を送出する空気清浄機が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この装置では、噴射塔において噴射水と通過空気との気液接触により微粒子や含有ガスを水中に取込み、さらに水滴が壁面に衝突して分裂するためより微小な水滴となる。さらに極微小水滴を含む気流はサイクロン塔内で旋回する間に遠心力を受けて気液分離が行われ、浄化された空気が外部に送出されるものである。しかし、このような構成において噴射塔における噴出水は、中央に立設された噴出筒から噴出されるシャワー状のものであるため被清浄化空気と水滴との接触効率が低いため十分な清浄化作用が期待できない欠点がある。

このような欠点を解消するために、多数併設された噴射ノズルの先方に小分割された衝立（邪魔板）を多少変移させつつ数段にわたって設置し、これら衝立へ噴射水を衝突させることにより濃密な水幕層を形成し、この水幕内に被清浄化空気を通過させるように構成した装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。このように形成された水幕層中にプレフィルタにより粗大塵埃の除去された被清浄化空気を通過させるものであり、より確実な気液接触が行なわれる結果、微粒子やガスの捕捉効果は高まっているが、噴射水流を衝突させる衝立の存在が空気流動路の有効流動面積を狭めるため空気流動抵抗が増大することになり、より大容量の送風装置が必要となる。

大容量の送風装置は、消費電力が大きくなって省エネルギーの要請に反するばかりでなく、騒音も増大して快適環境形成の要請にも反することになる。かかる事情を考慮して、気液接触空間内に複数の噴出ノズルを対向配置して噴出水を相互に衝突させることにより、空気流動抵抗を増大せしめる衝立（邪魔板）を使用することなしに十分に濃密な水幕領域を形成する装置も開示されている（例えば、特許文献３参照）。

この装置では、対向噴出ノズルによる気液接触空間を２段に配置することによってさらに確実な気液接触を達成し、したがって微粒子やガス類のより確実な捕捉を確保している。ここに示される気液接触を利用するいずれの構成でも、清浄化を行って水槽に還流される水が繰返し使用されることから、使用環境によっては短期間に洗浄水が汚損して不潔となり、あるいは異臭を帯びるなどから早期の水槽洗浄や洗浄液交換が必要となる等の欠点がある。
特開平４−１２６７１７号公報 特開２０００−４２３３８号公報 特開２００２−１１９８１９号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、被清浄化空気を水幕と接触させる気液接触により有形無形の混入物質を除去して清浄化を行う空気清浄化装置において、使用される清浄化用循環水に対して二酸化塩素の添加により殺菌脱臭効果を付与することのできる空気清浄化装置を提供することを課題とする。

本願の請求項１に記載の発明は、被清浄化空気を案内流動させる筒体３内部に、気液接触部６と、気液分離部７とを順次配列した空気清浄化装置であって、前記気液接触部６は、水槽１１に蓄えられ加圧送水される循環水をノズル１３Ｎから噴射することにより形成される水幕と流動する空気とを気液接触させて空気中における有形無形の混入物質を取り去る領域であり、前記気液分離部７は、前記気液接触部を通過した空気中に含まれる微小水滴を空気中から分離除去するように構成された領域である空気清浄化装置において、前記循環水の水槽１１に対して安定化二酸化塩素水溶液を添加する二酸化塩素添加手段１６と、前記循環水の水槽１１から前記気液接触部内の噴射ノズル１３Ｎに至る循環水配管１３の適宜部位に配設され、該循環水中に添加された二酸化塩素を活性化するために該循環水配管内の循環水に対して紫外線を照射する液密性の紫外線照射手段２２を備えた二酸化塩素活性化手段２０と、を設けたことを特徴とする空気清浄化装置である。

本願の請求項２に記載の発明は、本発明に係る前記気液接触部６には、水槽に蓄えられた水を噴射するノズル１３Ｎの先端部側が空気流動方向に沿って対向するように配置され、該対向配置されたノズルからの噴射水流の先端側どうしを衝突させることにより前記筒体内の空気流動路を横切るように拡散する濃密な水幕を形成し、気液接触効率を向上させた空気清浄化装置であることを特徴とする。ここに「水幕」とは、噴射水によって生ずる微小水滴の層状集合体をいい、「濃密な水幕」とは水の微粒子が高密度で存在する状態をいう。

また、本願の請求項３に記載の発明は、本願に係る前記二酸化塩素添加手段１６は、前記循環水の水槽１１に対して二酸化塩素の濃度が１００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍとするような規定量を滴下方式で添加する手段であることを特徴とし、請求項４に記載の発明は、前記循環水の水槽１１に対して二酸化塩素の濃度が２００ｐｐｍ〜７５０ｐｐｍとするような規定量を滴下方式で添加する手段であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、前記紫外線照射手段２２は、前記循環水配管の一部に拡張部２１を設け、該拡張された配管２１内に配設され、該拡張部内の循環水に対して紫外線を照射するものであることを特徴とする。

ここで、本発明において使用される二酸化塩素について開示する。二酸化塩素（ＣｌＯ₂）ガスは橙黄色で、融点−９５℃、沸点１１℃、比重２．３３の気体である。水には２５℃で３．０ｇ/ｌ、４０℃で２０ｇ/ｌ溶ける。しかし、工業的に製造された高濃度の二酸化塩素水は強力な酸化剤となり、他物質と反応して高濃度の塩素が発生する事態や爆発の危険もありそのまま利用することはできない。そこで、このような危険性を取り去り、取り扱いが容易である二酸化塩素として、インターナショナルリョーキサイド社開発にかかる安定化二酸化塩素水溶液の５％水溶液が供給されており、用途に応じて適宜希釈して使用されている。安定化二酸化塩素水溶液を気化させることによって得られる二酸化塩素ガスは、強い刺激臭を発生することもなく安全であり、対象物に接触させることにより、各種のバクテリア、細菌、カビ菌等に対して高い殺菌、消毒、脱臭等の諸効果を発揮する。

本発明によれば、被清浄化空気を噴射水により形成される水幕と接触させる気液接触の間に微粒子、浮遊菌類、各種気体を液体中に取り込んで清浄化を図る空気清浄化装置において、循環使用される水に対して殺菌脱臭作用を発揮する安定化二酸化塩素水溶液を添加し、さらに噴射水形成に至る配管の途中に二酸化塩素の活性化手段を配設している。したがって、循環水の水槽内に補給された清浄水が空気清浄化作用の進行につれて空気中の微粒子や気体である汚損物質を吸収して次第に汚濁し、さらには臭気を帯びるようになる可能性があるが、循環水に添加されかつ紫外線照射によって活性化された二酸化塩素の殺菌脱臭作用により浮遊菌類の拡散や異臭の発生を防止することが可能となる。また、かかる空気清浄化装置の構成により、清浄化機能が損なわれる事態を可及的に遅延せしめ、その間マイナスイオンを多く発生せしめることから、清浄化されかつマイナスイオンを多く含む清浄化空気に対して温度および湿度を調整することによる優れた空気調和が可能となる。

さらに、本発明にかかる空気清浄化装置では、気液接触部には噴射水による水幕が筒体内部全体にわたって対向するように噴射ノズルからの噴射水の先端部どうしを衝突させて濃密な水幕を形成する構成を好適に採用することができる。被清浄化空気は、このような濃密な水幕を潜り抜けて通過する間に極めて高い接触効率で気液接触が行われ、空気中における有形無形の混入物質、例えば塵埃、浮遊雑菌類、タバコの煙、その他大気汚染物質等が循環水中に取り込まれて除去される。また、噴射水どうしの衝突、さらには噴射水と筒体壁面との衝突により極微細水滴に分裂する間にマイナスイオンを発生させる効果が得られ、かかるマイナスイオンは清浄化された空気に混じった状態で清浄化された空気の利用空間中に放出される。

以下に、本発明に係る空気清浄化装置の実施の形態について添付図を参照しつつ開示する。図1は、本発明に係る空気清浄化装置の好適な実施例の全体構成を示すもので、一端側に吸気口１を、他端側に送気口２を開口した横長の筒体３内に、吸気口1側から順に、プレフィルタ４、ルーバー５、気液接触部６、気液分離部７、冷却コイル８、加熱コイル９、そして送気口２側に送気用のファン１０を配置したものである。

筒体３は、吸気口１を経て外部から吸引された被清浄化空気の流動路を形成するダクトであり、送気口２は筒体３から清浄化された空気を外部へ送出する開口部である。ここでは、説明の便宜上直管ダクトとして図示しているが、空気流動が可能であれば曲管または湾曲管のダクトであっても差し支えない。なお、本実施例では送気ファン１０として誘引ファンを送気口２側に配置しているが、吸気口1側に押込みファンを設けてもよく、さらにファンを２分して吸気口１側に押込みファン、送気口２側に誘引ファンを設けてもよい。

プレフィルタ４は、吸気口１から吸引される外気中に含まれる粒子径の大きい塵埃類を濾過除去するものであり、ルーバー５は気液接触部６において形成される水滴が吸気口１側に逆流するのを阻止するために設けられるものである。

気液接触部６は、循環水を蓄える水槽１１の水をポンプ１２により加圧送水し、ノズル１３Ｎ（図３参照）から噴出することにより被清浄化空気の流動路を横切るような水幕を形成させる。気液接触部６は、この水幕に流動空気を接触させ、空気中に含まれる塵埃その他の微粒子、浮遊菌類、ガス類を、水中に溶け込ませながら除去する部分である。この水幕形成ならびに気液接触の具体的構成は、多くの構造および組み合わせが採用可能である。

気液分離部７は、気液接触部６を通過した流動空気中に含まれる微小水滴を分離除去するもので、微小水滴を凝集させて大粒とし、重力による落下を利用する分離手段、微小水滴を含む空気流を旋回させて遠心力により分離する手段などが採用可能である。なお、気液分離部７の最下部には分離した水滴の水受けトレイ１４を備えており、分離した水滴はドレイン管１５を通して水槽１１へ戻される。

水槽１１には、循環水を殺菌脱臭するための安定化二酸化塩素（ＣｌＯ₂）水溶液を添加する二酸化塩素添加手段１６が配設される。また、ポンプ１２から気液接触手段６に送水するための配管１３には、二酸化塩素活性化手段２０が適宜部位に配設される。二酸化塩素添加手段１６ならびに二酸化塩素活性化手段２０については、図２を参照して後述する。

図１の冷却コイル８および加熱コイル９は、通常の空気調和装置に使用されるものを配設するものであり、図示されていない冷熱源および加熱源に接続され、通過する空気を冷却または加熱して空気調和を行うものである。これら空気調和機能に関しては、よく知られた装置を組み合わせることにより達成できるため、詳述はしない。

図２は、図１に示した水槽１１、送水ポンプ１２、配管１３に対して本発明の要旨となる循環水の殺菌脱臭のための安定化二酸化塩素水溶液添加手段１６および二酸化塩素活性化手段２０を設置する状態を示すものである。循環水用の水槽１１には、上方から安定化二酸化塩素水溶液を供給する補給タンク１７およびタンク底方から水槽１１に添加するための滴下管１８が配設される。

これら安定化二酸化塩素水溶液の補給タンク１７および滴下管１８からなる安定化二酸化塩素水溶液添加手段１６の配設位置は、水槽１１に対して滴下管１８の先端が届いていればよくそれ以外は特に制限されない。被清浄化空気の流動、気液接触作用、気液分離作用等、空気清浄化のために必要となる作用を阻害しない部位ならびに構造となるように配慮すれば、自由に配設できる。また、補給タンク１７の安定化二酸化塩素水溶液補給口１９は、外部からの安定化二酸化塩素水溶液の補給作業が容易であるように操作性を考慮して設置すべきものであることはいうまでもない。

この場合の二酸化塩素の濃度は、１００〜１０００ｐｐｍ、好ましくは２００〜７５０ｐｐｍ、より好ましくは４００〜６００ｐｐｍ程度であるが、設置環境に応じて適宜調整することができる。なお、この安定化二酸化塩素水溶液添加手段１６は、本体の作動に応じてオンオフさせるようにすることができるが、使用環境に応じて本体とは別個に作動・停止または作動状態を調節可能に構成してもよい。

二酸化塩素活性化手段２０は、循環水を水槽１１から吸引して配管、ノズルに圧送するためのポンプ１２からノズル１３Ｎに至るまでの配管１３の適宜部位に配設される。また、この二酸化塩素活性化手段２０は、配管１３の適宜部位に円筒状、多角形状等の断面を有する拡張部（径が拡張された配管部）２１を設け、その内部に液密処理の施された紫外線照射手段２２を組み込んだものである。

一般に、二酸化塩素の活性化には水溶液を含む水流に対して紫外線発生手段から紫外線を直接照射するのが効果的であるが、紫外線透過材隔壁によって隔てられていて、該隔壁を介して水流に紫外線を作用させるものであってもよい。二酸化塩素水溶液を紫外線照射手段と直接接触させる構成にあっては、紫外線照射手段は完全防水処理の施された蛍光ケミカルランプとすることができる。

このような紫外線照射手段を内蔵する二酸化塩素活性化手段２０には、温度調節手段、紫外線照射量調節手段、作動時間制御（タイマー）手段等を装備することができ、対象スペース（場所）の収容人員数、温度、湿度、負荷発熱量の多少、利用時間帯等の状況に応じて変化する負荷状態に対応するように構成することができる。かかる調節・制御にはプログラムタイマ、サイリスタ制御装置、紫外線フィルタ等周知の制御機器または装置等を付加することにより実施可能である。また、この二酸化塩素活性化手段２０の作動については、本体および安定化二酸化塩素水溶液添加手段１６と連動させることができることはもとより、オンオフおよび作動状態の調節等を独立して実施可能にすることもできる。

このような構成によって二酸化塩素添加手段１６により適宜濃度の安定化二酸化塩素水溶液が添加され、さらに二酸化塩素活性化手段２０によって活性化された二酸化塩素は、気液接触部６内で形成される水幕中の微小水滴中にそれぞれ含まれており、気液接触作用の間に被清浄化空気中に含まれる浮遊菌類、各種バクテリア等に作用して殺菌並びに防臭等の作用を発揮する。その結果、微小塵埃等の固形物ばかりでなく、各種細菌清、バクテリア、黴菌等をも除去もしくは無害化させた真の空気清浄化作用が期待できることになる。

図３は、気液接触部６内に形成される水幕を効率よく形成するための対向配置されたノズルの構成例を示す側面図であり、送水用配管１３の先端に、管材による格子状または網状の枠ならびに分岐管のそれぞれに噴射口を形成した適宜数のノズル１３Ｎを設けたものである。噴射ノズル１３Ｎの形状および配設個数などは、装置規模、用途等によって適宜選定されるものである。このようなノズル構造が片側に配設されても十分な水幕を形成することは可能であるが、さらに図３に示したようにノズル１３Ｎの噴射口を矢印で示す空気流動方向に沿うように上下流から対向させ、双方からの噴射水先端を衝突させることにより、空気流動方向に交差するような濃密な水幕を形成させることができる。

本発明に係る空気清浄化装置の使用にあたり、水槽１１には予め所定量の水を供給し、二酸化塩素添加手段１６から安定化二酸化塩素の水溶液を所定濃度、例えば１００〜１０００ｐｐｍとなるように添加し、さらに二酸化塩素活性化手段２０を作動させる。そして水循環用のポンプ１２を駆動して、水を気液接触部６内の配管に向けて圧送する。このように圧送された水を受けたノズル１３Ｎは、格子状または列状に配設されたノズル群から噴射し、さらには対向する噴射水どうしの先端が衝突するように噴射し、噴射面から全周にわたって拡散する濃密な水幕を形成する。このような水幕は、対向するノズル１３Ｎの間隔、ノズル径、圧送水圧等を調整することにより拡散範囲や水幕厚さなどを任意に調整可能である。

上記のように水幕が形成される状態でファン１０を駆動すると、被清浄化空気を吸気口１から吸引する。筒体３内に吸引された空気は、プレフィルタ４によって空気中の粗大塵埃粒子が濾過により除去され、次いで流動方向を整えるためのルーバー５を経て気液接触部６に流入する。気液接触部６では空気流動路全面にわたる水幕が形成されているため、この水幕を押し破りながら流動空気が通過することになり、高効率の気液接触が保証される。

その結果、プレフィルタ４を通過した被清浄化空気中に混在する塵埃等の有形微粒子はもとより、タバコの煙、その他ガス類、浮遊雑菌類が微小水滴内に取り込まれ、清浄化ならびに殺菌脱臭作用が行われる。このようにして気液接触部６を通過し、微細水滴を含む空気流は気液分離部７に送られる。

気液分離部７では、微小水滴を含む空気が分離板に衝突し、重力や遠心力を利用して微小水滴が分離除去される。このように清浄化および気液分離された空気は、状況に応じて選択的に作動せしめられる冷却コイル８または加熱コイル９領域を通過する間に冷却作用または加熱作用を受けて、清浄化ならびに空気調和の行われた空気として送気口２から空間に放出される。

本発明に係る空気清浄化装置では、気液接触部６における噴射ノズル１３Ｎの構造や配置を適宜考慮することにより水滴を微細化すると同時に分厚い水幕を形成することができ、より高効率の気液接触が保証される。さらにこの水幕を形成する循環水には活性化された二酸化塩素水溶液が適量添加されている。その結果、空気中に含まれる塵埃その他の微小粒子が効率よく除去されるばかりでなく、細菌、バクテリア等の浮遊菌類に対しても殺菌脱臭作用を発揮し、真の空気清浄化が行われる。かかる構成の空気清浄化装置を空記調和装置と組み合わせることにより、微小塵埃のような固形物やガス類はもとより細菌、バクテリア等も除去された清浄空気による環境が確保される。

本発明に係る空気清浄化装置によれば、空気中に含まれる有形無形の混入物質、例えば塵埃その他の微小粒子、細菌、バクテリア等の浮遊菌類、不所望のガス類に対しても殺菌脱臭作用を発揮し、好ましい空気清浄化が行われる。かかる空気清浄化装置は、スーパークリーンルームやさらに厳しい要求に従うウルトラクリーンルーム用の空気清浄化装置としても有用である。さらに、空気中の細菌、バクテリア等に対しても強い殺菌脱臭効果を発揮するから、空気感染のおそれのある各種の細菌、バクテリア、ウイルス等に対する防護手段としても有用である。また微小水滴の破裂時にマイナスイオンを生成することから、疲労回復や心身の安定にも大きな効果が期待できる。したがって、各種医療機関や厳格な環境管理の要求される諸設備の空調設備等への使用にも適しているものである。

本発明に係る空気清浄化装置の構成例を示す側断面図である。 本発明に係る空気清浄化装置の水槽、二酸化塩素添加手段及び二酸化塩素活性化手段の構成例を示す図である。 本発明に係る空気清浄化装置の気液接触部内における水幕の形成を説明する図である。

符号の説明

１ 吸気口
２ 送気口
３ 筒体
４ プレフィルタ
５ ルーバー
６ 気液接触部
７ 気液分離部
８ 冷却コイル
９ 加熱コイル
１０ 送気ファン
１１ 水槽
１２ ポンプ
１３ 配管
１３Ｎ ノズル
１４ 水受けトレイ
１５ ドレイン管
１６ 二酸化塩素添加手段（安定化二酸化塩素水溶液添加手段）
１７ 補給タンク
１８ 滴下管
１９ 安定化二酸化塩素水溶液補給口
２０ 二酸化塩素活性化手段
２１ 拡張部
２２ 紫外線照射手段

Claims (5)

1. 被清浄化空気を案内流動させる筒体内部に、気液接触部と気液分離部とを順次配列した空気清浄化装置であって、前記気液接触部は、水槽に蓄えられ加圧送水される循環水をノズルから噴射することにより形成される水幕と流動する空気とを気液接触させて空気中における有形無形の混入物質を取り去る領域であり、前記気液分離部は、前記気液接触部を通過した空気中に含まれる微小水滴を空気中から分離除去するように構成された領域である、空気清浄化装置において、
   前記循環水の水槽に対して安定化二酸化塩素水溶液を添加する二酸化塩素添加手段と、
   前記循環水の水槽から前記気液接触部内の噴射ノズルに至る循環水配管の適宜部位に配設され、該循環水中に添加された二酸化塩素を活性化するために該循環水配管内の循環水に対して紫外線を照射する液密性の紫外線照射手段を備えた二酸化塩素活性化手段と、
   を設けたことを特徴とする空気清浄化装置。
2. 前記気液接触部には、水槽に蓄えられた水を噴射するノズルの先端部側が空気流動方向に沿って対向するように配置され、該対向配置されたノズルからの噴射水流の先端側どうしを衝突させることにより前記筒体内の空気流動路を横切るように拡散する濃密な水幕を形成し、気液接触効率を向上させたことを特徴とする請求項１に記載の空気清浄化装置。
3. 前記二酸化塩素添加手段は、前記循環水の水槽に対して二酸化塩素の濃度が１００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍとなるような規定量を滴下方式で添加する手段であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の空気清浄化装置。
4. 前記二酸化塩素添加手段は、前記循環水の水槽に対して二酸化塩素の濃度が２００ｐｐｍ〜７５０ｐｐｍとなるような規定量を滴下方式で添加する手段であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の空気清浄化装置。
5. 前記紫外線照射手段は、前記循環水配管の一部に拡張部を設け、該拡張された配管内に配設され、該拡張部内の循環水に対して紫外線を照射するものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の空気清浄化装置。

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