JP4835941B2 - 蒸気洗浄機 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気を被洗浄面に吹き付けて洗浄を行う構成の蒸気洗浄機に関する。

この種の蒸気洗浄機としては、たとえば特許文献１に示されているように、移動可能な台車上にボイラを搭載し、そのボイラにより洗剤を混合した蒸気を発生させてノズルにより清掃対象に噴射して清掃を行う構成の清掃装置が知られている。
特開２００４−２６７５９２号公報

この種の蒸気洗浄機は基本的に優れた洗浄能力を有するものではあるが、現時点で実用化されているものは貫流ボイラー型の大型大容量のものが多く、したがって高価格であるしその取り扱いも必ずしも容易ではない。
特に、特許文献１に示されるものはプロパンガス焚きのボイラによって蒸気を発生するものであることから、かなりの重量と容量を有するプロパンガスボンベを搭載しており、そのため装置全体の小型軽量化を図ることが困難であるばかりでなく、冬期や寒冷地では使用し難いものであるし、また長時間の連続使用も困難であり、その点で不便であった。
すなわち、一般にガスボンベから供給可能な燃料ガス量は周囲温度に影響されるものであって、周囲温度が低いとボンベ内の液化ガスが充分に気化できなくなって供給量や発熱量が大きく低下してしまうことが不可避であるから、この種のガスボンベを燃料とする各種の装置は適正に使用し得る温度範囲が約２０〜４０℃に制約され、冬期や寒冷地では有効に使用し難いものである。また、温暖な場合であっても長時間にわたって連続使用した場合には液化ガスが気化する際にそれ自体が気化熱を奪って周囲温度を低下させてしまい、同様に気化が抑制されてしまうことから長時間の連続使用には自ずと限界があった。

なお、ガスボンベを使用する各種の装置においては、上記のような問題を解決するために、ガスボンベの周囲温度を維持して気化を促進するための機構を備えることも行われており、たとえば簡易なカセットタイプのガスボンベを使用する家庭用の卓上コンロにおいては燃焼熱によって周囲を加温するものや、ヒートパイプを利用してガスボンベを加温するものなどが実用化されている。
したがって、特許文献１に示される蒸気洗浄機においてもガスボンベに対して上記のような加温手段を付加すれば寒冷地や冬期における使用も可能となり、また長時間の連続使用も可能となると考えられるが、そのようなことは装置全体の複雑化とコスト増が不可避であるので好ましくない。

上記事情に鑑み、本発明は小型軽量で取り扱いが容易であるばかりでなく、冬期や寒冷地においても支障なく使用でき、また長時間にわたる連続使用も可能である有効適切な蒸気洗浄機を提供することを目的としている。

本発明は、燃料ガスの燃焼により水を加熱して蒸気を発生させ、その蒸気を被洗浄面に吹き付けて洗浄を行う構成の蒸気洗浄機であって、蒸気圧力容器と燃焼装置とを備えて蒸気を発生させる蒸気ボイラーユニットと、前記燃焼装置に燃料ガスを供給する燃料装置ユニットと、前記各ユニットを搭載して床面上を移動可能な外装ユニットとを具備してなり、前記燃料装置ユニットは、燃料ガスを充填したカートリッジ式のガスボンベと、該ガスボンベを加温して燃料ガスの気化を促進するための加温手段とにより構成され、該加温手段は、ガスボンベを加温するための加温水を貯留するとともに、該加温水中にガスボンベの少なくとも底部が没する状態でガスボンベを収容する加温水槽からなり、複数のガスボンベをホルダに縦置き姿勢で装着してガスボンベユニットとし、該ガスボンベユニットを加温手段としての加温水槽内に交換可能にかつその底部が加温水中に没する状態で配置する構成としたことを特徴とする。

本発明の蒸気洗浄機においては、加温手段には、蒸気ボイラーユニットから発生させた蒸気を加温水槽に吹き込むことによって加温水を加温するための蒸気吹き込み機構を備えることが考えられる。

本発明の蒸気洗浄機によれば、蒸気ボイラーユニットと燃料装置ユニットを外装ユニットＤに搭載した構成であるので、全体として十分な小形軽量化を実現でき、機動性に優れて効率的な洗浄作業が可能であり、保守点検も容易に行うことができる。
特に、燃料装置ユニットには燃料ガスの気化を促進する加温手段を備えたので、冬季や寒冷地においても効率的な洗浄作業が可能であるし、長時間の連続運転も可能である。
しかも、加温手段はガスボンベユニットを加温水槽内に配置することによってガスボンベの底部を加温水により直接加温する構成であるので、極めて簡単かつ安価な構成でありながら効率的かつ安全な加温が可能である。
また、加温手段に蒸気ボイラーユニットから発生させた蒸気を加温水槽に吹き込んで加温水を直接加温するための機構を備えることにより、加温水を加温するために格別の手間や複雑な機構を必要としない。

図１〜図６を参照して本発明の蒸気洗浄機の一実施形態を説明する。本実施形態の蒸気洗浄機は、蒸気ボイラーユニットＡ、燃料装置ユニットＢ、制御ユニットＣを主体とし、それら各ユニットをそれぞれ外装ユニットＤに搭載した構成とされたものである。
以下、各ユニットについて詳述するが、以下の実施形態はあくまで一例に過ぎず、本発明を以下の実施形態に限定する主旨では勿論ない。

（１）蒸気ボイラーユニットＡ
蒸気ボイラーユニットＡは、燃料ガスの燃焼により水を加熱して蒸気を発生させるもので、図２に示すように蒸気圧力容器１と燃焼装置２とにより構成されている。
蒸気圧力容器１は、外径２７０ｍｍ程度、高さ４５０ｍｍ程度、内容積は１６Ｌ程度のステンレス製（厚さ３ｍｍ程度）の縦型円筒形の容器であって、蒸気発生量は約１０Ｌ／ｈ、最高使用圧が０．１ＭＰａ以下、伝熱面積が０．５ｍ^２以下の簡易ボイラー仕様のものであり、有資格者でなくても誰でも自由に取り扱うことのできるものである。
この蒸気圧力容器１の頂部には選択的に使用可能な２本の蒸気取出口３（図１参照）が設けられ、それに洗浄具としての適宜の蒸気噴射ノズル（図示略）を接続して被洗浄面に対して蒸気を吹き付けることによって洗浄を行うようになっている。

蒸気圧力容器１には、蒸気取出口３や圧力計４が付設されているほか、ガラス水面計、安全弁、空気抜き弁、逆止弁を有する加圧給水口、加圧給水ポンプや手動給水ポンプ（いずれも図示略）が適宜付設されている。加圧給水ポンプや手動給水ポンプは容量が１４Ｌ程度のものであり、これを用いて給水を行うことにより水道ホースを引き回して接続するような手間が不要であるし、蒸気圧力容器１内の圧力を維持したままで簡易に給水が可能であるので追い炊き時間を充分に短縮することができる。
また、本実施形態における燃焼装置２は、燃料装置ユニットＢ（詳細後述）から燃料ガス（プロパンとノルマルブタンの混合燃料）が供給されるガスバーナーである。

（２）燃料装置ユニットＢ
燃料装置ユニットＢは、図１および図３に示すように、小型縦型カートリッジ式の２本のガスボンベ５を矩形フレーム状のホルダ６に装着した構成のガスボンベユニット７を使用するものであって、図１に示すように２台のガスボンベユニット７（つまり全４本のガスボンベ５）を加温手段としての加温水槽８内に交換可能に配置することによって、ガスボンベ５を加温水Ｗにより加温して燃料ガスの気化を促進する構成とされたものである。
ガスボンベユニット７の寸法は、幅２５０ｍｍ、奥行き１２０ｍｍ、高さ２７０ｍｍ程度、重量は約１．８ｋｇ程度と充分に小型軽量のものであり、これを加温水槽８内に配置して蒸気ボイラーユニットＡの燃焼装置２にガスホース９により接続することにより、１台のガスボンベユニット７（２本のガスボンベ５）で最大約７，８００ｋｃａｌ／ｈの発熱量と約２時間の連続使用時間が可能なものである。
なお、燃料ガスとしてはプロパン３０％とノルマルブタン７０％の混合ガス、あるいはプロパン４５％とノルマルブタン５５％の混合ガスを使用するが、いずれにしても沸点が約−４２．１℃と低いプロパンガスを混合しているので冬季期間でも容易に着火し安定な燃焼が可能なものとなっている。ちなみに、ノルマルブタン（沸点−０．５℃）やイソブタン（沸点−１１．７℃）はプロパンに比べて沸点がかなり高く、冬季においては安定な着火や燃焼は期待できないこともある。

加温水槽８は、たとえばステンレス製の上面が開放された単なる箱形の容器であって、外装ユニットＤに対して着脱自在あるいは固定的に設置されるものである。この加温水槽８の寸法は幅２７０ｍｍ、奥行き２５０ｍｍ、高さ１３０ｍｍ、容量８．８Ｌ程度とされ、その内部に２台のガスボンベユニット７を配置可能とされているとともに、２．５〜４Ｌ程度の加温水Ｗを貯留し得るものとされ、したがってガスボンベユニット７を加温水槽８内に配置した状態では図３に示すように各ガスボンベ５の底部が加温水Ｗの水中に没する状態となり、それにより各ガスボンベ５を加温水によって直接加温して、冬季においても、あるいは長時間の連続使用時にも、燃料ガスの気化を充分に促進し得て安定な燃焼を行い得るものとなっている。

そのような気化の促進のために必要な加温水Ｗの水温は２０〜３０℃程度で良く、その程度の水温に加温するためには蒸気ボイラーユニットＡから発生させた蒸気を加温水槽８に直接吹き込むための蒸気吹き込み機構を設けておくことが好ましく、たとえば図１に示すように蒸気取出口３に蒸気バルブ１１を介して蒸気ホース１０を接続しておき、必要に応じて蒸気バルブ１１を開いて加温水Ｗ中に蒸気を直接吹き込むようにすると良い。あるいは、蒸気取出口３に接続した洗浄用の蒸気噴射ノズル（図示せず）を加温水槽８内に差し込んで蒸気を加温水中に吹き込むことでも良い。
いずれにしても２．５〜４Ｌ程度の水量の加温水を２０〜３０℃程度に加温するために必要な蒸気量はわずかであるし、その所要時間は１分程度でしかない。勿論、水温は漸次低下していくので適宜再加温する必要があるが、通常は３０〜６０分ごとに加温を繰り返す程度で良い。
なお、加温水槽８を保温材により被覆して加温水の温度低下を抑制するようにしても良い。勿論、夏期あるいは温暖な地域での使用に際して加温の必要がなければ加温水Ｗの注入は不要である。

上記構成の燃料装置ユニットＢにおける加温手段による加温の効果を図４に示す。これは外気温が１０℃の場合に行った実験結果を示すものであって、加温なしの場合には、ガスボンベ２本（ガスボンベユニット１台）では発熱量は３０００ｋｃａｌ／ｈ程度でしかなく、わずか１５分程度で燃焼停止してしまい、８６％もの残燃料が生じる。ガスボンベ４本（ガスボンベユニット２台）の場合には発熱量は８０００ｋｃａｌ／ｈ弱とはなるが、連続燃焼時間は９０分程度が限界であり、６３．４％の残燃料が生じる。
それに対し、本実施形態の燃料装置ユニットＢにより加温水Ｗの水温を２０℃として加温した場合には、ガスボンベ２本であっても発熱量は７０００ｋｃａｌ／ｈ程度となり、連続燃焼時間は１２０分となり、残燃料はゼロとなった。加温水の水温を３０℃とし、ガスボンベ４本の場合には、発熱量は８０００ｋｃａｌ／ｈ弱であるが、連続燃焼時間は１８０分にもなり、残燃料はゼロとなった。

図５はガスボンベを加温水Ｗにより加温しながら燃料ガスを気化させた際のガス噴射量（マノメータ圧に換算）と水温の時刻歴変化を示す。実験条件は外気温１０℃、ガスボンベユニット１台（ガスボンベ２本）、加温水温２５℃、加温水量は４Ｌである。
図５に示すように燃焼時間の経過とともにマノメータ圧および水温は徐々に低下していき、６５分経過した時点で水温が１０℃程度に低下するとマノメータ圧も２００ｍｍＡｑ以下となって不安定燃焼となるが、その時点で再加温して水温を２５℃に戻すと、マノメータ圧は大きく回復して再び安定燃焼となる。

このように、本実施形態の燃料装置ユニットＢによれば、わずか数リットル程度の水を２０〜３０℃程度に加温し、その加温水によってガスボンベを直接加温することにより、加温なしの場合に比べて燃焼効率を充分に改善し得て冬季期間や寒冷地での使用および長時間の連続運転が可能となり、効率的な洗浄作業を行うことが可能である。
しかも、加温手段としての加温水槽８は文字どおり単なる水槽であるから、それを設置するに要するコストは無視し得る程度であるし、当然に格別の保守は必要とせず、安全面でも何ら問題がないから、従来の燃焼熱を利用して加温するものやヒートパイプを利用して加温するものに比べて遙かに合理的である。

（３）制御ユニットＣ
制御ユニットＣは、基本的には蒸気ボイラーユニットＡにおいて発生させる蒸気圧力や蒸気量を設定し制御するためのもので、図６に示すような制御装置１５と、その制御電源としてのバッテリー装置（図示せず）とからなり、さらに制御装置１５は蒸気圧力調整器１６と最適蒸気使用圧制御器１７とから構成されている。

制御装置１５における蒸気圧力調整器１６は、最高使用圧（上述したように本例では簡易ボイラー仕様として０．１ＭＰａ）を予め設定するとともに、実際の蒸気圧を検出してそれを常に設定値に維持するように燃焼装置２をオンオフ制御するものである。
具体的には、動作隙間をたとえば０．００５ＭＰａに設定して、蒸気圧力容器１内の蒸気圧が０．０９５ＭＰａ以下に低下した時点で燃焼装置２をオンとし、０．１ＭＰａに達した時点でオフとするように燃焼装置２を断続運転するように制御するものである。

一方、最適蒸気使用圧制御器１７は、蒸気圧が不十分な状態での不適切な洗浄作業を制限するためのもので、実施しようとする洗浄作業に応じた最適蒸気使用圧（たとえば床面清掃を対象とする場合には０．０８ＭＰａ）を予め設定しておくとともに、洗浄作業中における実際の蒸気圧を刻々と検出して、それが設定値以下に低下した際にはチャイムを鳴らしたりランプを点滅して警報を発するようにされている。
したがってそのような警報が発せられた場合には速やかに作業を一時的に中断することにより、不十分な蒸気圧のままで不適切な洗浄を無駄に継続してしまうようなことを未然に防止できるし、一時的な作業中断により蒸気圧は僅かに低下しただけで直ぐに設定圧まで回復するから、短時間の中断の後に作業を速やかに再開することが可能であり、全体として効率的な作業が可能である。

なお、最適蒸気使用圧制御器１７の機能として、蒸気圧が低下した際には警報を発することに加えて、あるいはそれに代えて、図６に破線で示しているように蒸気供給を強制的に停止し、かつその回復を待って蒸気供給を自動的に再開させる機能を付加することも考えられる。その場合の具体的な構成としては、蒸気取出口３に電磁弁（図示せず）を取り付けておき、その電磁弁を最適蒸気使用圧制御器１７によって自動的に開閉操作するように構成すれば良く、それにより作業員の人為的な判断によって作業を中断し再開する場合に比べてより確実かつ適切な制御が可能である。

また、本実施形態の制御ユニットＣは、上記の機能に加えて、冬季における燃焼装置２の着火制限機能も有するものとされている。すなわち、厳寒季等において蒸気圧力容器１が低温となっている状態で燃焼装置２に不用意に着火した場合、急激な温度変化に起因して蒸気圧力容器１がひび割れを生じることも懸念されることから、本実施形態における制御ユニットＣには蒸気圧力容器１の表面温度を検出してその検出値が予め設定した下限値以下である場合には、燃焼装置２に設けた電磁弁（図示せず）を強制的に閉として着火不能となるように燃焼装置２を制御するように構成されており、これにより不用意な操作により蒸気圧力容器１にひび割れを発生させてしまうといった事態を未然に防止できるものとなっている。
さらに、本実施形態における制御ユニットＣは、蒸気圧力容器１における水位検出と、その異常時に警報を発生する機能も有しており、低水位を常時監視することで水量不足による作業中断や空焚きを未然に防止できるものとなっている。

さらにまた、制御ユニットＣには、燃料装置ユニットＢに対する監視・制御機能を持たせるようにしても良い。
たとえば、外気温や連続作業時間等の作業条件を検知してガスボンベ５に対する加温の必要性を判定あるいは予測して表示したり、加温水Ｗの水温を温度センサにより検知して設定温度より低下した際には警報を発して再加温を促すようにしたり、さらには加温水槽８への蒸気の吹き込みを自動的に行って加温水Ｗの水温を維持する、といった機能を制御ユニットＣに付加することが考えられる。

なお、従来一般のこの種の蒸気洗浄機は制御電源として１００〜２００Ｖの交流電源を用いるものであり、したがって電源コードを接続してそれを常に引き摺りながら移動するものであることから機動性の点で難があるが、本実施形態の蒸気洗浄機は制御ユニットＣの電源としてバッテリー装置を採用していることから電源コードの接続は不要であり、格段に機動性に優れるものとなっている。
そのバッテリー装置としては軽量かつ大容量のリチウム電池または鉛電池もしくはニッケル水素電池を用いることが好ましく、それにより１度の充電で長時間の連続使用が可能であって、たとえば容量３．５Ａｈのニッケル水素電池の場合には１日当たり約８時間の作業を充電無しで行うことが可能である。

（４）外装ユニットＤ
外装ユニットＤは、図１に示すように、アルミ型材等の軽金属材料からなる支持フレーム１８に、内部を目視可能な透明板あるいはアルミ等の不透明板からなるパネル１９を着脱可能に装着し、支持フレーム１８の要所に手押しハンドル２０を設けてキャスター２１により床面上を自由に移動できるものであり、パネル１９の少なくとも一部は扉として開閉可能とされ、かつ支持フレーム１８も適宜分解可能かつ容易に再組立可能とされている。したがってこの外装ユニットＤは上記各ユニットＡ〜Ｃの全てをコンパクトに搭載可能であることはもとより、それら各ユニットＡ〜Ｃを必要に応じて個々に取り出したり交換することも可能であり、各ユニットＡ〜Ｃに対する保守点検を容易に行うことが可能なものとなっている。
また、本実施形態の蒸気洗浄機全体の外形寸法は、たとえば幅５００ｍｍ、奥行き６５０ｍｍ、高さ７５０ｍｍ程度とされ、その重量は７０ｋｇ程度とされていて、従来のこの種の蒸気洗浄機と比べて十分に小型軽量化が実現され、したがって十分な小回りも利くものであって、上記のように電源コードレスとされていることと相まって優れた機動性を有するものであり、狭い場所でも支障なく効率的な洗浄作業を行い得るものである。

以上の構成による本実施形態の蒸気洗浄機を、加温水槽８によりガスボンベ５を加温しながら使用する場合の基本的な操作手順を以下に示す。
・外装ユニットＤから加温水槽８が取り外されている場合にはそれを取り付け、適量の水（あるいは適温の湯）を注入する。
・加温水槽８にガスボンベユニット７をセットし、ガスホース９を蒸気ボイラーユニットＡに接続する。
・蒸気圧力容器１の空気抜き弁を開放し、加圧給水ポンプまたは手動給水ポンプにより高水位まで給水を行う。
・主電源スイッチ２２（図２参照）をオンとする。
・蒸気圧力調整器１６による最高使用圧力（０．１ＭＰａ）の設定または確認を行い、作業内容に応じた最適蒸気使用圧を最適蒸気使用圧制御器１７により設定（たとえば０．０８ＭＰａ）あるいは確認する。
・空気抜き弁を開放した状態のままで着火スイッチ２３（図２参照）により燃焼装置２に点火し、蒸気発生が安定したら空気抜き弁を閉じる。
・蒸気バルブ１１を開いて蒸気ホース１０により蒸気を加温水槽８に吹き込むか、あるいは洗浄具である蒸気噴射ノズルを加温水槽８内に差し込んで蒸気を吹き込み、加温水を適温に加温する。
・蒸気圧が最適蒸気使用圧に達するのを待って洗浄作業を開始する。以降は、蒸気供給に伴って蒸気圧が低下したら燃焼装置２が自動的にオンオフされて最高使用圧が維持される（結果的に、蒸気供給中は燃焼装置２が連続的に稼働して常時追い炊き状態となる）。
・作業途中に蒸気圧が最適蒸気使用圧以下に低下したら警報が発せられるので、その際は作業を中断し、蒸気圧の回復を待って作業を再開する。
・作業途中に加温水の水温が低下したら再加温する。通常は３０〜６０分間隔で繰り返し行うと良い。

以上で説明したように、本実施形態の蒸気洗浄機によれば、蒸気ボイラーユニットＡと燃料装置ユニットＢと制御ユニットＣを外装ユニットＤに搭載した構成であるので、全体として十分な小形軽量化を実現でき、機動性に優れて効率的な洗浄作業が可能であり、保守点検も容易に行うことができる。
特に、燃料装置ユニットＢには燃料ガスの気化を促進する加温手段を備えたので、冬季や寒冷地においても効率的な洗浄作業が可能であるし、長時間の連続運転も可能である。
また、加温手段は、縦型カートリッジ式のガスボンベ５をホルダ６に複数装着したガスボンベユニット７としてそれを加温水槽８内の加温水Ｗ中に配置する構成としたので、ガスボンベ５の底部が加温水Ｗ中に自ずと没して直接加温され、したがって極めて簡単かつ安価な構成でありながら複数のガスボンベ５を効率的かつ安全に加温することが可能である。
しかも、蒸気ボイラーユニットＡから発生させた蒸気を加温水槽８に吹き込んで加温水を直接加温するための蒸気吹き込み機構を備えることにより、加温水を加温するために格別の手間や複雑な機構を必要としない。

なお、上記実施形態ではガスボンベ５を２本ずつガスボンベユニット７に装着し、２台のガスボンベユニットを加温水槽８内に配置するものとしたが、ガスボンベ５の総本数やガスボンベユニット７の形態や台数については、蒸気洗浄機の能力や用途に応じて適宜変更しても良く、それに応じて加温水槽８の形態や容量も適宜変更すれば良い。

本発明の実施形態である蒸気洗浄機の外観を示す斜視図である。 同、蒸気ボイラーユニットと、制御装置を示す図である。 同、ガスボンベユニットの一例を示す図である。 同、燃料装置ユニットにおける加温手段の効果を示す図である。 同、燃料装置ユニットにおける加温手段の効果を示す図である。 同、制御ブロック図である。

符号の説明

Ａ 蒸気ボイラーユニット
Ｂ 燃料装置ユニット
Ｃ 制御ユニット
Ｄ 外装ユニット
Ｗ 加温水
１ 蒸気圧力容器
２ 燃焼装置（ガスバーナー）
３ 蒸気取出口
４ 圧力計
５ ガスボンベ
６ ホルダ
７ ガスボンベユニット
８ 加温水槽（加温手段）
９ ガスホース
１０ 蒸気ホース（蒸気吹き込み機構）
１１ 蒸気バルブ
１５ 制御装置
１６ 蒸気圧力調整器
１７ 最適蒸気使用圧制御器
１８ 支持フレーム
１９ パネル
２０ 手押しハンドル
２１ キャスター
２２ 主電源スイッチ
２３ 着火スイッチ

Claims (2)

1. 燃料ガスの燃焼により水を加熱して蒸気を発生させ、その蒸気を被洗浄面に吹き付けて洗浄を行う構成の蒸気洗浄機であって、
   蒸気圧力容器と燃焼装置とを備えて蒸気を発生させる蒸気ボイラーユニットと、
   前記燃焼装置に燃料ガスを供給する燃料装置ユニットと、
   前記各ユニットを搭載して床面上を移動可能な外装ユニットとを具備してなり、
   前記燃料装置ユニットは、燃料ガスを充填したカートリッジ式のガスボンベと、該ガスボンベを加温して燃料ガスの気化を促進するための加温手段とにより構成され、
   該加温手段は、ガスボンベを加温するための加温水を貯留するとともに、該加温水中にガスボンベの少なくとも底部が没する状態でガスボンベを収容する加温水槽からなり、
   複数のガスボンベをホルダに縦置き姿勢で装着してガスボンベユニットとし、該ガスボンベユニットを加温手段としての加温水槽内に交換可能にかつその底部が加温水中に没する状態で配置してなることを特徴とする蒸気洗浄機。
2. 請求項１記載の蒸気洗浄機であって、
   加温手段には、蒸気ボイラーユニットから発生させた蒸気を加温水槽に吹き込むことによって加温水を加温するための蒸気吹き込み機構を備えることを特徴とする蒸気洗浄機。

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