JP5058146B2 - エアロゾル検出器 - Google Patents

Description

本発明は空気中のエアロゾル（微粒子）を検出するためのエアロゾル検出器に関し、特に、イオン発生手段として放電を用いたエアロゾル検出器に関する。

空気中のエアロゾル（微粒子）を検出する装置は、例えば、煙検知器やガスセンサとして広く利用されている。特殊な用途としては、高速増殖炉のナトリウムの漏洩を検出する機器としても使われる。

エアロゾルの検出法のひとつに、イオン化式検出法がある。この方法は、エアロゾルが空気中のイオンを吸着することを利用したものである。検出器の測定室内をイオンで満たし、イオン密度を常時モニタしながら、エアロゾルの進入によるイオン密度の減少を検出する。このイオン密度の減少を検出してエアロゾルの存在を判断する。従来、空気イオンの生成には、α線が用いられ、線源としてアメリシウムが広く使われていた（特許文献１参照）。

また、気温、湿度、気圧など外的要因によるイオン密度検出感度の変動による検出誤差を抑制するため、測定室を二つ設け、一方は、外気をあまり通さない構造とし、他方にエアロゾルを含む外気を導入し、２つの測定室のイオン密度を比較してイオン数の減少を検出する方法が提案されている。こうすることで、温度、湿度、気圧の変化が検出感度に与える影響を抑えている（特許文献１参照）。

ところが、近年、放射性物質取り扱いに関する法律の改定により、アメリシウム線源を使用することができなくなった。
そこで、放射性物質を使用せずに、コロナ放電によってイオンを生成する煙検知器が提案されている（特許文献２）。

この従来のコロナ放電を用いた煙検出器を、図１５を用いて説明する。
この煙検出器は、室内の壁又は天井に設置される本体グラウンド２０４とケース２０５から構成され、ケース２０５内の空間は下室２０９と上室２１０に分けられている。本体グウンド２０４とケース２０５との間には所定の電圧が印加され、かつ、本体グラウンド２０４と測定用電極２０７との間には電気的に接続され、その間に電位計２０８が設けられている。また、針状の放電電極２０１には高電圧発生器２０３により直流電圧が印加されており、これにより放電電極２０１の先端部とグラウンド電極２０２の間にコロナ放電が発生し、上下室内の空気をイオン化する。

このように構成された煙検出器において、ケース２０５の上部の外気導入孔（図示せず）から上室に煙が流入すると、イオンが煙に吸着され、電位計２０８の値が変化する。この変化分を検知することにより煙の発生を検出している。
特公昭６３−２２２５２号公報 特開２００６−１４６２９６号公報

上述した従来のコロナ放電を用いた煙検出器では、放電を起こすために印加した高電圧のつくる電界によって発生したイオンが加速され、電界の方向に気流が発生する。直流コロナ放電の場合、この気流は放電誘起風（イオン風）と呼ばれている。この現象は、高周波電圧を加えて発生する誘電体バリア放電でも観測されている。この放電誘起風は、風速が数ｍ／秒におよび、生成したイオンを容器壁まで吹き飛ばし、容器壁等と衝突することによって中性の粒子に戻ってしまう現象が生じる。その結果、発生したイオンがエアロゾル（微粒子、煙）に吸着されることなく消滅してしまうので、煙検出器の検出感度が低下したり、誤作動が生じるおそれがあった。
また、測定室を２室構造とすることは、装置が大型化かつ複雑化し、狭隘な配管内に設置することが困難となり、また、製造コストが高いものとなっていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、放電誘起風の向きを適正に制御し、発生したイオンを有効に利用することで、コンパクトで、検出精度が高く、低コストのエアロゾル検出器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るエアロゾル検出器は、ケースと、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極と、前記イオン発生電極の下流側に配置されたイオンコレクタと、を備え、前記イオン発生電極は、薄板状の絶縁体と、前記絶縁体の一方の面に設けられた電極と前記絶縁体の他方の面に設けられた電極からなる１対の電極とから構成され、前記電極間で生起した放電により発生した放電誘起風が下流方向に流れるように、前記１対の電極が上下流方向にずれた箇所を有するように設けられたことを特徴とする。

また、本発明に係るエアロゾル検出器は、ケースと、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極と、前記イオン発生電極の下流側に配置されたイオンコレクタと、を備え、前記イオン発生電極は、２枚の薄板状の絶縁体と、前記２枚の絶縁体にそれぞれ設けられた電極と前記２枚の絶縁体の間に設けられた電極からなる１対の電極と、から構成され、前記電極間で生起した放電により発生した放電誘起風が下流方向に流れるように、前記１対の電極が上下流方向にずれた箇所を有するように設けられたことを特徴とする。

また、本発明に係るエアロゾル検出器は、ケースと、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極と、前記イオン発生電極の下流側に配置されたイオンコレクタと、を備え、前記イオン発生電極は、流れ方向に直角に配置された棒状の電極と、当該棒状の電極の下流側に近接して配置され周囲が絶縁体により被覆された棒状の電極とからなる１対の電極とから構成され、前記電極間で生起した放電により発生した放電誘起風が下流方向に流れることを特徴とする。

また、本発明に係るエアロゾル検出器は、ケースと、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極と、前記イオン発生電極の下流側に配置されたイオンコレクタと、を備え、前記イオン発生電極は、流れ方向に沿って配置された筒状の絶縁体と、前記筒状の絶縁体の内部に配置された棒状又は筒状の電極と前記筒状の絶縁体の外周に設けられた円環電極とからなる１対の電極と、から構成され、前記電極間で生起した放電により発生した放電誘起風が下流方向に流れるように、前記１対の電極が上下流方向にずれた箇所を有するように設けられたことを特徴とする。

本発明によれば、イオン発生用電極を上記のような構成にしたことにより、放電誘起風を確実に下流方向へ流すことができるので、発生したイオンを有効に利用することができるとともに、コンパクトで、検出精度の高い低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。

本発明に係るエアロゾル検出器の実施形態を、図を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係るエアロゾル検出器１の基本的な測定原理を示す構成図である。
エアロゾル検出器１００は、筒状のケース１０１、イオン発生用電極１０３、放電電源１０５、イオンコレクタ１０６及びイオンコレクタコントローラ１０７から構成される。

このエアロゾル検出器１００において、空気又はエアロゾル１０２は矢印で示すようにケースの入口から出口へ、自然循環又は強制循環により流れている。このエアロゾル検出器１００をナトリウムの漏洩検知に用いる際は、エアロゾル検出器１００は自然循環又は強制循環により空気及びエアロゾルが流れる配管の中に装着される。

イオン発生用電極１０３には、放電電源１０５により空気をブレイクダウンさせイオン発生に必要な放電を維持できる高電圧が印加される。この放電電源１０５によりイオン発生用電極１０３でコロナ放電を発生させると、生成した放電誘起風（イオン風）１０４は、矢印の向きに流れる。本願発明では、この放電誘起風１０４を下流方向に向かわせるために、特定の電極構造を採用しているが、その詳細は後述する。

また、イオン発生用電極１０３の下流に、イオンコレクタ１０６とイオンコレクタにイオン捕集用のバイアス電位を与える電源、及び、イオン検出回路を含むイオン検出器コントローラ１０７が設置される。

このように構成されたエアロゾル検出器１００にエアロゾルが流入すると、イオンがイオン発生用電極１０３とイオンコレクタ１０６間の空間を流れる間に、エアロゾルがイオンに吸着し、イオンコレクタ１０６に到達するイオン数が減少する。このイオン電流の減少をイオン検出器コントローラ１０７が検出しエアロゾルの有無及び量を判別する。

なお、ケース１０１の断面形状は、筒状に限定されることはなく、円、楕円、四角形等、どのような形状でもよい。
また、放電電源１０５として、高周波高電圧電源又は高電圧直流電源を用いることができる。

次に、本発明の第１の実施形態に係るイオン発生用電極１０３の電極構成について図２、図３を用いて説明する。この電極構成により、放電により発生した放電誘起風１０４を下流方向に向かわせることができるものである。

図２において、イオン発生用電極１０３は、薄板状の絶縁体１１１と、絶縁体１１１の一方の面に設けられた一つの短冊状の薄い金属の電極１１２と、絶縁体１１１のもう一方の面に設けられた一つの短冊状の薄い金属の電極１１３と、電極１１３の上流側を覆う絶縁体１１４から構成される。電極１１２と１１３は、電極１１２の上流側端部と電極１１３の下流側端部が、近接して又は一部重なるように配置される。

この電極構成により、放電１１７は電極１１２の上流側でのみ発生し、放電誘起風１０４は、矢印のように下流方向に流れる。
また、このような電極構成を、図３に示すように流れ方向に対して複数設けてもよい。これにより、発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。

本第１の実施形態によれば、イオン発生用電極を上記のような構成にしたことにより、放電誘起風を確実に下流方向へ流すことができるので、発生したイオンを有効に利用することができるとともに、コンパクトで、検出精度の高い低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。また、この電極構成を流れ方向に複数配置することにより、発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るイオン発生用電極１０３の電極構成について図４、図５を用いて説明する。

図３において、イオン発生用電極１０３は、２枚の薄板からなる絶縁体１１１ａ、１１１ｂと、絶縁体１１１ａ、１１ｂにそれぞれ設けられた一つの短冊状の薄い電極１１２ａ、１１２ｂと、２枚の絶縁体１１１ａ、１１１ｂの間に設けられた電極１１３とから構成される。１対の電極１１２ａ、１１２ｂは絶縁体１１１ａ、１１１ｂに対して対称的に配置され、電極１１３は１対の電極１１２ａ、１１２ｂの上流側端部に近接して又は一部重なるように配置される。

これにより、１対の電極１１２ａ、１１２ｂと電極１１３との間に、１１７ａ及び１１７ｂに示すような放電が発生し、放電誘起風１０４ａ、１０４ｂは矢印のように下流方向に流れる。
また、このような電極構成を、図５に示すように流れ方向に対して複数設けてもよい。これにより、発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。

本第２の実施形態によれば、イオン発生用電極を両面構成にしたことにより、両面で発生した放電誘起風を確実に下流方向へ流すことができるので、発生したイオンを有効に利用することができるとともに、コンパクトで、検出精度の高い低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。また、この電極構成を流れ方向に複数配置することにより、発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るイオン発生用電極１０３の電極構成について図６を用いて説明する。

図６において、イオン発生用電極１０３は、薄板状の絶縁体１１１と、絶縁体１１１の一方の面に設けられた一つの短冊状の薄い電極１１２と、絶縁体１１１のもう一方の面に設けられた幅広の薄い電極１１３と、電極１１２の下流側端部を覆う絶縁体１１４から構成される。電極１１３は、電極１１２全体を覆うように幅広に形成されている。
この電極構成により、電極１１２の上流側端部と電極１１３との間に、１１７に示すような放電が発生し、放電誘起風１０４は矢印のように下流方向に流れる。

本第３の実施形態によれば、電極１１３を幅広形状としたことにより、電極１１２との精密な位置合わせが必要なくなり、製造工程が簡素化された、コンパクトで、検出精度の高い、低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係るイオン発生用電極１０３の電極構成について図７、８を用いて説明する。

図７において、イオン発生用電極１０３は、２枚の薄板状の絶縁体１１１ａ、１１１ｂと、絶縁体１１１ａ、１１ｂにそれぞれ設けられた一つの短冊状の薄い電極１１２ａ、１１２ｂと、２枚の絶縁体１１１ａ、１１１ｂの間に設けられた幅広の電極１１３と、電極１１２ａ、１１２ｂの上流側端部をそれぞれ覆う絶縁体１１４ａ、１１４ｂとから構成される。１対の電極１１２ａ、１１２ｂは絶縁体１１１ａ、１１１ｂに対して対称的に配置され、電極１１３は１対の電極１１２ａ、１１２ｂ全体を覆うように幅広に形成される。

これにより、１対の電極１１２ａ、１１２ｂの上流側端部と電極１１３との間に、１１７ａ及び１１７ｂに示すような放電が発生し、放電誘起風１０４ａ、１０４ｂは矢印のように下流方向に流れる。
また、このような電極構成を、図８に示すように流れ方向に対して複数設けてもよい。これにより、発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。

本第４の実施形態によれば、イオン発生用電極を両面構成とし、一方の電極を幅広形状としたことにより、両面で発生した放電誘起風を確実に下流方向へ流すことができるので、発生したイオンを有効に利用することができるとともに、製造工程が簡素化された、コンパクトで、検出精度の高い低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。
また、この電極構成を流れ方向に複数配置することにより、発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係るイオン発生用電極１０３の電極構成について図９、１０を用いて説明する。

図９は電極部の断面図で、イオン発生用電極１０３は、金属棒からなる電極１２２と、これと微小な間隔をもって平行に設置された金属棒からなる電極１２３と、電極１２３の周囲に設けられた絶縁体１２１とから構成される。この電極の配置構成の具体例を図１０に示す。電極１２２は図１０に示されるようにコの字状で絶縁体１１１上に設けられ、電極１２３は流れ方向に直角に配置され、適宜な支持手段によりケース１０１に支持される。

これにより、１対の電極１２２と電極１２３との間に、１１７に示すような放電が発生し、放電誘起風１０４は矢印のように下流方向に流れる。
また、この電極構成を、流れ方向に複数並べて設置して用いてもよく、また、流れ方向に垂直方向に複数並べて設置してもよい。

本第５の実施形態によれば、電極として金属棒を用いたことにより、製造工程が簡素化された、コンパクトで、検出精度の高い、低コストのエアロゾル検出器を得ることができる。また、この電極構成を流れ方向に平行に又は垂直に複数配置することにより、発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。

（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態に係るイオン発生用電極１０３の電極構成について図１１、１２を用いて説明する。

図１１において、イオン発生用電極１０３は、金属棒からなる電極１３３と、電極１３３の周囲に設けられた円筒状の絶縁体１３１と、絶縁体１３１の周囲に密着して配置された薄板状の円環電極１３２とから構成される。金属棒からなる電極１３３は、円環電極１３２の下流側端部に近接して又は一部重なるように配置される。
これにより、円環電極１３２の上流側端部と金属棒からなる電極１３３との間に１３４で示すような円環状の放電が発生し、放電誘起風１０４は矢印のように下流方向に流れる。

この電極構成の変形例を図１１に示す。図１１の変形例では、金属棒の代わりに円筒状の電極１３３を用いたものである。
また、この電極構成を、流れ方向に複数並べて設置して用いてもよく、また、これを１セットとして、流れ方向に直角に複数配置してもよい。

本第６の実施形態によれば、電極として流れ方向に平行に配置した金属棒及び円環電極を用いたことにより、製造工程が簡素化された、コンパクトで、検出精度の高い、低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。また、この電極構成を流れ方向に複数配置するか又は直角に配置することにより、円環状に発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。

（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態に係るイオン発生用電極１０３の電極構成について図１３を用いて説明する。

本第７の実施形態に係る電極構成は、金属棒からなる電極１４３を、円環電極１４２全体を覆うように配置し、かつ、円環電極１４２の下流側端部を絶縁体１４４で覆ったものである。
これにより、円環電極１４２の上流側端部と金属棒からなる電極１４３との間に１４７で示すような円環状の放電が発生し、放電誘起風１０４は矢印のように下流方向に流れる。

また、金属棒の電極１４３の代わりに円筒状の電極を用いてもよい。さらに、この電極構成を、流れ方向に複数並べて設置してもよく、また、これを流れ方向に直角に複数配置してもよい。

本第７の実施形態によれば、金属棒からなる電極１４３を円環電極１４２全体を覆うように配置したことにより、円環電極１４２との精密な位置合わせが必要なくなり、製造工程が簡素化された、コンパクトで、検出精度の高い、低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。また、この電極構成を流れ方向に複数配置するか又は直角に複数配置することにより、円環状に発生する放電誘起風の量を増加させ、検出効率をさらに高めることができる。

（第８の実施形態）
本発明の第８の実施形態に係るエアロゾル検出器について図１４を用いて説明する。
本第８の実施形態では、イオン発生用電極１０３の下流側の流路を狭める流路制限部材１０９をケース１０１に設けることを特徴とする。

本発明の第８の実施形態によれば、イオン発生用電極１０３にエアロゾルを含む空気を集中させ、放電による誘電誘起風を効率よく発生させることができるので、コンパクトで、さらに検出精度の高い、低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。

（第９の実施形態）
本発明の第９の実施形態に係るエアロゾル検出器について図１４を用いて説明する。
本発明の第９の実施形態は、イオン発生電極１０３とイオンコレクタ１０６の間にメッシュ１５０を設置するものである。この構成により、イオン発生用電極１０３で発生する放電によって生起する放電ノイズを軽減し、Ｓ/Ｎの高めることができる。

本発明の第９の実施形態によれば、放電ノイズの影響を軽減できるので、コンパクトで、さらに検出精度の高い、低コストのエアロゾル検出器を提供することができる。

本発明のエアロゾル検出器の全体構成図。 本発明の第１の実施形態に係る電極構成図。 本発明の第１の実施形態に係る他の電極構成図。 本発明の第２の実施形態に係る電極構成図。 本発明の第２の実施形態に係る他の電極構成図。 本発明の第３の実施形態に係る電極構成図。 本発明の第４の実施形態に係る電極構成図。 本発明の第４の実施形態に係る他の電極構成図。 本発明の第５の実施形態に係る電極構成の主要部を示す図。 本発明の第５の実施形態に係る電極構成図。 本発明の第６の実施形態に係る電極構成図。 本発明の第６の実施形態に係る他の電極構成図。 本発明の第７の実施形態に係る電極構成図。 本発明の第８及び第９の実施形態に係るエアロゾル検出器の全体構成図。 従来のエアロゾル検出器の全体構成図。

符号の説明

１００…エアロゾル検出器、１０１…ケース、１０２…空気又はエアロゾル、１０３…イオン発生用電極、１０４，１０４ａ，１０４ｂ…放電誘起風、１０５…放電電源、１０６…イオンコレクタ、１０７…イオン検出器コントローラ、１０９…流路制限部材、１１１，１１１ａ，１１１ｂ…絶縁体、１１２，１１２ａ，１１２ｂ…電極、１１３…電極、１１４，１１４ａ，１１４ｂ…絶縁体、１１７，１１７ａ，１１７ｂ…放電、１２１…絶縁体、１２２…電極、１２３…電極、１３１…絶縁体、１３２…円環電極、１３３…電極、１３７・・・放電、１４１…絶縁体、１４２…円環電極、１４３…電極、１４４…絶縁体、１４７…放電、２０１…放電電極、２０２…グランド電極、２０３…高電圧発生器、２０４…本体グランド、２０５…ケース、２０７…測定用電極、２０８…電位計。

Claims (15)

1. ケースと、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極と、前記イオン発生電極の下流側に配置されたイオンコレクタと、を備え、
   前記イオン発生電極は、薄板状の絶縁体と、前記絶縁体の一方の面に設けられた電極と前記絶縁体の他方の面に設けられた電極からなる１対の電極とから構成され、前記電極間で生起した放電により発生した放電誘起風が下流方向に流れるように、前記１対の電極が上下流方向にずれた箇所を有するように設けられたことを特徴とするエアロゾル検出器。
2. 前記電極は短冊状であり、前記絶縁体の一方の面に設けられた電極の上流側端部を絶縁体で覆うとともに、当該電極の上流側端部が他方の面に設けられた電極の下流側端部と近接して又は一部重なるように配置したことを特徴とする請求項１記載のエアロゾル検出器。
3. 前記絶縁体の一方の面に設けられた短冊状の電極の上流側端部を絶縁体で覆うとともに、他方の面に設けられた電極を当該短冊状の電極全体を覆うように構成したことを特徴とする請求項１記載のエアロゾル検出器。
4. ケースと、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極と、前記イオン発生電極の下流側に配置されたイオンコレクタと、を備え、
   前記イオン発生電極は、２枚の薄板状の絶縁体と、前記２枚の絶縁体にそれぞれ設けられた電極と前記２枚の絶縁体の間に設けられた電極からなる１対の電極と、から構成され、前記電極間で生起した放電により発生した放電誘起風が下流方向に流れるように、前記１対の電極が上下流方向にずれた箇所を有するように設けられたことを特徴とするエアロゾル検出器。
5. 前記２枚の絶縁体の間に設けられた電極の上流側端部は前記２枚の絶縁体にそれぞれ設けられた電極の下流側端部と近接して又は一部重なるように配置したことを特徴とする請求項４記載のエアロゾル検出器。
6. 前記２枚の絶縁体にそれぞれ設けられた電極の上流側端部を絶縁体で覆うとともに、前記２枚の絶縁体の間に設けられた電極は当該２枚の絶縁体にそれぞれ設けられた電極全体を覆うように構成されたことを特徴とする請求項４記載のエアロゾル検出器。
7. ケースと、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極と、前記イオン発生電極の下流側に配置されたイオンコレクタと、を備え、
   前記イオン発生電極は、流れ方向に直角に配置された棒状の電極と、当該棒状の電極の下流側に近接して配置され周囲が絶縁体により被覆された棒状の電極とからなる１対の電極と、から構成され、前記電極間で生起した放電により発生した放電誘起風が下流方向に流れることを特徴とするエアロゾル検出器。
8. 前記１対の電極を、流れ方向に沿って又は流れ方向に直角に複数設けたことを特徴とする請求項７記載のエアロゾル検出器。
9. ケースと、前記ケース内に設けられケース内の空気をイオン化するためのイオン発生電極と、前記イオン発生電極の下流側に配置されたイオンコレクタと、を備え、
   前記イオン発生電極は、流れ方向に沿って配置された筒状の絶縁体と、前記筒状の絶縁体の内部に配置された棒状又は筒状の電極と前記筒状の絶縁体の外周に設けられた円環電極とからなる１対の電極と、から構成され、前記電極間で生起した放電により発生した放電誘起風が下流方向に流れるように、前記１対の電極が上下流方向にずれた箇所を有するように設けられたことを特徴とするエアロゾル検出器。
10. 前記筒状の絶縁体の内部に配置された棒状又は筒状の電極の上流側端部を、前記円環電極の下流側端部と近接して又は一部重なるように配置したことを特徴とする請求項９記載のエアロゾル検出器。
11. 前記円環電極の上流側端部を絶縁体で覆うとともに、前記筒状の絶縁体の内部に配置された棒状又は筒状の電極は前記円環電極全体を覆うように構成されたことを特徴とする請求項９記載のエアロゾル検出器。
12. 前記１対の電極を、流れ方向に沿って複数設けたことを特徴とする請求項１乃至６及び９乃至１１いずれか１項に記載のエアロゾル検出器。
13. 前記イオン発生電極をケース内に複数配置したことを特徴とする請求項９乃至１１いずれか１項に記載のエアロゾル検出器。
14. 前記イオン発生電極の下流側に流路制限部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至１３いずれか１項に記載のエアロゾル検出器。
15. 前記イオン発生電極と前記イオンコレクタの間に金属メッシュを配置したことを特徴とする請求項１乃至１４いずれか１項に記載のエアロゾル検出器。

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