JP5927992B2 - バイオマスミル - Google Patents

Description

本発明は、木質系バイオマスをボイラ燃料とする為に粉砕するバイオマスミル、特に木質ペレットを粉砕するバイオマスミルに関するものである。

現在、ボイラの固形燃料として使用されているのは、主に石炭であるが、ＣＯ₂ の削減対策として、環境負荷の少ない木質系バイオマスを燃料とすることが検討されている。

木質系バイオマスをボイラの燃料とするには、木質チップ、木質ペレット等の木質系バイオマスをバーナ燃焼可能な様に粉砕する必要がある。

石炭に木質系バイオマスを混合して燃料とする場合、木質系バイオマスの混合量が少なければ既存の石炭ミルにより混合粉砕することも可能であるが、木質系バイオマスの使用量が多くなると、石炭との混合粉砕を行うことができず、木質系バイオマス単独で粉砕する必要がある。

又、木質系バイオマスを粉砕する装置として石炭粉砕用の石炭ローラミルを基本とした粉砕装置とすることが、大きな改良、大きな設備変更をすることなく低コストで実現可能となる。

石炭ローラミルを用いて石炭の粉砕を行う際には、石炭供給装置から塊状の石炭が粉砕テーブルの中央に投下され、テーブル駆動装置によって前記粉砕テーブルが回転され、該粉砕テーブルの回転によって外周方向に移動した石炭が、回転自在に設けられた加圧ローラに噛込まれることで粉砕される。

粉砕された石炭粒は、前記粉砕テーブルの回転により更に外周方向へと移動され、吹出し口より高速で噴出される１次空気によって上方へと吹上げられ、微粉炭管よりバーナに送給される。

従来の石炭ローラミルの場合、１次空気の吹出し口は、粉砕テーブルの周囲に、周方向に傾斜して設けられ、粉砕テーブルの周囲から１次空気が傾斜して噴出す様になっており、１次空気に吹上げられた石炭粒は分級室を旋回しながら上昇する。

然し乍ら、木質系バイオマスを単独で粉砕する場合、木質系バイオマスは軽量であると共に繊維質で互いに絡み合う為、前記粉砕テーブルの回転遠心力による移動が石炭に比べて円滑に行われない。

更に、１次空気に吹上げられる木質系バイオマスは、分級室内を旋回しながら上昇する為、流路が長くなることで木質系バイオマスがミル外に排出され難くなり、ミル内に滞留してミルの差圧を上昇させる原因となり、送風動力が増大すると共に前記テーブル駆動装置の動力が増大する。ミル差圧の上昇及び送風動力、テーブル駆動装置の動力増大により、木質系バイオマスの粉砕容量は石炭の粉砕容量の１０％程度迄制限されることになる。

上記した様に、竪型ミル、又は同等の構造を有するミルに木質系バイオマスを供給して粉砕した場合、木質系バイオマスが石炭とは異なった挙動を呈し、充分な粉砕効率、粉砕容量が得られないという問題があった。

尚、特許文献１には、中心に配設された供給管より粉砕テーブルの中央に木質燃料を流下して粉砕ローラで粉砕し、粉砕された粉体をテーブル周囲から噴出させた空気流によってハウジング上方から排出する竪型ローラミルが開示されている。

特開２００５−１１３１２５号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、木質系バイオマスのミル外への排出を促進することで、粉砕容量の増大を図るバイオマスミルを提供するものである。

本発明は、分級室を形成するハウジングと、該ハウジングの下部に収納され、テーブル駆動装置によって駆動される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルの上面に設けられた断面円弧状の粉砕溝と、該粉砕溝に押圧される加圧ローラを有する複数の加圧ローラユニットと、前記ハウジング内壁面に設けられ中心側に突出する分級絞りと、前記粉砕テーブルの周囲から１次空気を噴出す吹出し口と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュートと、該シュートに回転自在に設けられた回転管と、前記分級絞りの上方に配置され、前記回転管に設けられた増速手段と、前記回転管を介して前記増速手段を回転させる増速手段駆動装置とを具備し、前記分級絞りと前記シュートとの間に縮流流路が形成され、該縮流流路を上昇した前記１次空気を前記増速手段によって増速させ、前記ハウジングより排出する様構成したバイオマスミルに係るものである。

又本発明は、前記加圧ローラユニット間に第１分級絞りが設けられ、前記加圧ローラユニットの上方に第２分級絞りが設けられ、前記第１分級絞り及び前記第２分級絞りはそれぞれ上面に第１倒立円錐曲面、第２倒立円錐曲面が形成され、前記第１分級絞り及び前記第２分級絞りの内端にはそれぞれ第１円筒曲面、第２円筒曲面が形成され、前記第１倒立円錐曲面、第２倒立円錐曲面によって全周連続した倒立円錐曲面が形成され、前記第１円筒曲面、第２円筒曲面によって全周連続した円筒曲面が形成されたバイオマスミルに係るものである。

又本発明は、前記増速手段は、周方向に等間隔で配置され、垂直方向に延在する複数の回転翼を有するファンであり、下面に前記縮流流路に向って開口する空気吸入口を有し、前記回転翼の回転により、前記空気吸入口より前記１次空気を吸引し、前記回転翼の外周より空気を吐出するバイオマスミルに係るものである。

又本発明は、前記増速手段は、周方向に等角度間隔で配置され、水平方向に延在する複数の回転翼を有するファンであり、下面に前記縮流流路に向って開口する空気吸入口を有し、前記回転翼の回転により、前記空気吸入口より前記１次空気を吸引し、前記回転翼の上方に空気を吐出するバイオマスミルに係るものである。

又本発明は、前記シュートの下部に縮流筒が設けられたバイオマスミルに係るものである。

本発明によれば、分級室を形成するハウジングと、該ハウジングの下部に収納され、テーブル駆動装置によって駆動される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルの上面に設けられた断面円弧状の粉砕溝と、該粉砕溝に押圧される加圧ローラを有する複数の加圧ローラユニットと、前記ハウジング内壁面に設けられ中心側に突出する分級絞りと、前記粉砕テーブルの周囲から１次空気を噴出す吹出し口と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュートと、該シュートに回転自在に設けられた回転管と、前記分級絞りの上方に配置され、前記回転管に設けられた増速手段と、前記回転管を介して前記増速手段を回転させる増速手段駆動装置とを具備し、前記分級絞りと前記シュートとの間に縮流流路が形成され、該縮流流路を上昇した前記１次空気を前記増速手段によって増速させ、前記ハウジングより排出する様構成したので、木質系バイオマスのミル外への排出を促進し、粉砕容量の増大を図ることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に係るバイオマスミルの概略断面図である。 第１の実施例のバイオマスミルに用いられるファンを示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はＡ−Ａ矢視図である。 第２の実施例に係るバイオマスミルの概略断面図である。 第２の実施例のバイオマスミルに用いられるファンを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は外輪を取外した側面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施例に係る竪型ミル１について説明する。

中空構造又は脚構造の基台２に筒状のハウジング３が立設され、該ハウジング３によって密閉された空間が形成される。該空間の下部には減速機４を介して粉砕テーブル５が設けられ、該粉砕テーブル５は前記減速機４を介してテーブル駆動モータ６によって駆動回転される。前記粉砕テーブル５は前記テーブル駆動モータ６によって定速又は可変速で回転される様になっており、該減速機４と前記テーブル駆動モータ６とによりテーブル駆動装置７が構成される。

前記粉砕テーブル５の上面には、断面が円弧状の凹溝８を有するテーブルセグメント９が設けられ、該テーブルセグメント９がリング状に連設され、前記凹溝８によって前記粉砕テーブル５の回転中心を中心とするリング状の粉砕溝１０が形成される。

前記粉砕テーブル５の回転中心から放射状に所要組数、例えば３組の加圧ローラユニット１１が１２０°間隔で設けられている。該加圧ローラユニット１１は加圧ローラ１２を有し、ピボット軸１３を中心に傾動自在となっている。又、前記ハウジング３の下部には、該ハウジング３を放射状に貫通する３組のローラ加圧装置１４が設けられている。該ローラ加圧装置１４は、アクチュエータ、例えば油圧シリンダ１５を具備し、該油圧シリンダ１５によって前記加圧ローラ１２を前記凹溝８に押圧する様になっている。

前記粉砕テーブル５の下方には１次空気室１６が形成され、前記ハウジング３内部の前記粉砕テーブル５より上方は、分級室１７となっている。

前記ハウジング３の下部には１次空気供給口１８が取付けられ、該１次空気供給口１８は図示しない送風機に接続されると共に、前記１次空気室１６に連通している。前記粉砕テーブル５の周囲には、１次空気が前記ハウジング３の内壁に沿って吹上がる様、１次空気の吹出し口１９が全周に設けられている。尚、該吹出し口１９は垂直又は略垂直であり、或は前記粉砕テーブル５の中心方向に０°以上５°以下、該粉砕テーブル５の回転方向に−５°以上０°以下の範囲で傾斜する様形成してもよい。

前記ハウジング３の上側には燃料給排部２１が設けられており、該燃料給排部２１の中心部を貫通する様にパイプ状のシュート２２が設けられている。該シュート２２は前記ハウジング３の内部に延出し、下端が前記粉砕テーブル５の中央上方に位置している。前記シュート２２には木質系バイオマス、例えば木質ペレットが供給され、供給された木質ペレットは前記粉砕テーブル５の中心部に落下する様になっている。

前記シュート２２には回転管２３が外嵌され、該回転管２３は回転管支持部２４に軸受け２０を介して回転自在に支持されている。前記回転管２３は、前記シュート２２より短く、該シュート２２の下部所要長さ（図示では略下半部）を露出させる長さとなっている。

前記回転管２３の上端部には、プーリ２５が設けられ、該プーリ２５とプーリ２６との間にはベルト２７が掛回されている。前記プーリ２６は減速機２８の出力軸に嵌着されており、該減速機２８には増速モータ２９が連結されている。而して、前記回転管２３は前記減速機２８、前記プーリ２６、前記ベルト２７、前記プーリ２５を介して前記増速モータ２９によって回転される様になっている。前記増速モータ２９、前記減速機２８、前記ベルト２７、前記プーリ２６、前記プーリ２５等は、増速手段駆動装置を構成する。

又、前記回転管２３の下端部には増速手段としてのファン３１が設けられ、該ファン３１は前記回転管２３と一体に回転する様になっている。

該ファン３１の構成を図２を参照して説明する。

前記回転管２３に円板３２が水平姿勢で固着され、該円板３２の外周部には、周方向に所定のピッチで短冊状の回転翼３３が垂設されている。該回転翼３３の下端には連結リング３４が固着され、全ての前記回転翼３３の下端は前記連結リング３４によって連結されている。尚、前記回転翼３３の平面は、回転方向に対して垂直、或は傾斜しており、該回転翼３３の回転によって流体を外方に排出する様になっている。尚、図２では前記回転翼３３の平面が傾斜している場合を示している。

前記回転管支持部２４の下端部には、前記回転翼３３と対向する様に中心筒３５が設けられている。該中心筒３５から放射状に補強アーム（図示せず）を複数延出させ、該補強アームの外端を前記連結リング３４に固着し、前記補強アームによって前記連結リング３４を支持補強してもよい。

而して、前記円板３２、前記回転翼３３、前記連結リング３４等によって、シロッコファン（多翼送風機）型の前記ファン３１が構成される。該ファン３１では、前記中心筒３５の下端外周と前記連結リング３４の内周とで形成される空間が、空気吸入口３６となり、又前記回転翼３３の外周から空気が吐出される。

前記回転管支持部２４の前記分級室１７に延出する部分は、円筒状の上部胴３７によって覆われる。該上部胴３７の外径は前記円板３２の外径と同等（等しく、或は略等しく（以下同様））となっており、前記上部胴３７と前記ハウジング３との間には流導路３８が形成される。

前記ハウジング３の天板３ａには、粉砕された木質ペレットを送給する粉砕物送給管３９が設けられ、該粉砕物送給管３９は前記流導路３８に連通すると共にボイラのバーナ（図示せず）に接続されている。

前記シュート２２の前記回転管２３より突出する部分には、縮流筒４１が設けられる。該縮流筒４１の外径は前記中心筒３５の外径と等しく、上端は前記中心筒３５に略連接している。又、前記縮流筒４１の下端部はテーパ状に縮径しており、下端は前記シュート２２の下端に結合している。

前記ハウジング３の内壁には、前記縮流筒４１に向って突出する第１分級絞り４２、第２分級絞り４３が設けられている。前記第１分級絞り４２は、隣接する前記加圧ローラユニット１１，１１間に設けられ、又前記第２分級絞り４３は前記加圧ローラユニット１１の上方に設けられている。

前記第１分級絞り４２の上端部は上方に向って拡径して倒立円錐曲面４４ａを形成し、又下端部は下方に向って拡径して円錐曲面４５ａを形成する。前記第１分級絞り４２の突出端は、前記シュート２２と同心の円筒曲面４６ａとなっており、該円筒曲面４６ａと前記縮流筒４１の外周面との間には縮流流路４７ａが形成される。

前記円錐曲面４５ａは前記吹出し口１９と対峙している。又、前記円筒曲面４６ａの半径は少なくとも前記粉砕溝１０の外周の半径より小さく、好ましくは前記粉砕溝１０の中心円の半径より小さくなっている。

前記第２分級絞り４３の上端部は上方に向って拡径して倒立円錐曲面４４ｂを形成し、又下端部は下方に向って拡径して円錐曲面４５ｂを形成する。前記第２分級絞り４３の突出端は、前記シュート２２と同心の円筒曲面４６ｂとなっており、該円筒曲面４６ｂと前記縮流筒４１の外周面との間には縮流流路４７ｂが形成される。前記円筒曲面４６ｂの半径は少なくとも前記粉砕溝１０の外周の半径より小さく、好ましくは前記粉砕溝１０の中心円の半径より小さくなっている。

更に、前記倒立円錐曲面４４ｂは前記倒立円錐曲面４４ａと同一の曲率半径を有し、前記倒立円錐曲面４４ａと前記倒立円錐曲面４４ｂは周方向に連続して倒立円錐曲面４４を形成する。又、前記円筒曲面４６ｂは前記円筒曲面４６ａと同一の曲率半径を有し、前記円筒曲面４６ａと前記円筒曲面４６ｂは周方向に連続して円筒曲面４６を形成する。又、前記縮流流路４７ａと前記縮流流路４７ｂとで、円筒状の縮流流路４７が形成される。

前記円筒曲面４６の内径は、前記連結リング３４の内径と同等であり、該連結リング３４は前記倒立円錐曲面４４と非接触で、且つできるだけ近接する様に配置される。

次に、前記竪型ミル１に於ける木質ペレットの粉砕について説明する。尚、木質ペレットは、おがくず等の１ｍｍ以上２ｍｍ以下の木粉が直径φ６ｍｍ以上１０ｍｍ以下で、長さＬ２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下程度に押し固められた物体である。

図中、実線は１次空気の流れを示しており、点線は木質ペレット或は粉砕物の流れを示している。

前記粉砕テーブル５が、前記減速機４を介して前記テーブル駆動モータ６により回転される。又、前記ファン３１が前記減速機２８、前記プーリ２６、前記ベルト２７、前記プーリ２５、前記シュート２２を介して回転される。

前記１次空気供給口１８より２００℃前後の１次空気が前記１次空気室１６に導入された状態で、前記シュート２２より木質ペレットが投入される。木質ペレットは、前記シュート２２の下端より前記粉砕テーブル５の中心部に流落し、該粉砕テーブル５上に供給される。

該粉砕テーブル５上の木質ペレットは、該粉砕テーブル５の回転による遠心力で外周方向に移動し、前記加圧ローラ１２に噛込まれて粉砕される。粉砕された粉体は、更に遠心力によって外周に移動する。

前記１次空気供給口１８より前記１次空気室１６に導入された１次空気は、前記粉砕テーブル５の周囲に垂直又は略垂直に形成された前記吹出し口１９より垂直又は略垂直に吹上げられる。前記粉砕テーブル５の回転による遠心力によって前記テーブルセグメント９を乗越えた粉体は、前記吹出し口１９から吹上がった１次空気に乗り、粉体流として前記ハウジング３の内壁面に沿って垂直又は略垂直に上昇する。

前記ハウジング３の内壁面を上昇する粉体流は、前記円錐曲面４５ａの下面に到達し、該円錐曲面４５ａに粉体流が衝突する。粉体流中の粉体には重力、慣性力が作用しているので、衝突、偏向によって粗粉体や未粉砕の木質ペレットは自重、慣性力によって粉体流から分離され、前記第１分級絞り４２による粉体の分級が行われる。尚、前記第２分級絞り４３についても、粉体流は衝突し、偏向されるので、同様の分級作用を奏する。

分級された粗粉体は前記粉砕テーブル５上に落下し、粒径の小さい細粉体は１次空気と共に粉体流として上昇する。

該粉体流の流路は前記第１分級絞り４２、前記第２分級絞り４３によって縮流され、前記縮流流路４７となる。前記粉体流は縮流の過程で増速され、前記縮流流路４７を上昇し、前記空気吸入口３６から前記ファン３１に流入する。

流入した前記粉体流は該ファン３１によって更に加速され、該ファン３１の外周から前記流導路３８に吐出される。尚、加速の過程で径の大きい粉体は、前記回転翼３３と衝突して更に微細な粉体へと粉砕される。粉体流は前記流導路３８から前記粉砕物送給管３９に流出し、図示しないバーナに送給される。

又、前記第１分級絞り４２、前記第２分級絞り４３により、縮流し、前記縮流流路４７を通過する粉体流を増速させ、更に前記ファン３１によって粉体流を増速するので、粉体が前記粉砕物送給管３９へと到達する迄の時間を早め、粉体が前記竪型ミル１内に滞留する時間を短縮させ粉体を前記竪型ミル１外へと積極的に排出させることができ、粉砕容量の増大を図ることができる。

図３、図４により、第２の実施例を説明する。尚、図３中、図１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施例は、増速手段として異なるファン５１を用いた場合を示している。

該ファン５１について説明する。

回転管２３に固着される円盤状の回転胴５２より、短冊状の回転翼５３が所要数（図示では８枚）、放射状に、且つ水平方向に延出し、前記回転翼５３の先端は外輪５４に固着されている。前記回転翼５３の平面は回転方向に対して傾斜しており、該回転翼５３が回転することで流体を上方に押上げる様になっている。尚、前記回転胴５２と前記外輪５４の間にはリング状の空間が形成され、該空間の下面は空気吸入口となっている。

而して、前記回転胴５２、前記回転翼５３、前記外輪５４は増速手段としてのファン５１を構成し、該ファン５１は減速機２８、プーリ２６、ベルト２７、プーリ２５、前記回転管２３を介し増速モータ２９によって回転される。

回転管支持部２４を覆う上部胴３７は、倒立円錐台形状をしており、下面の直径は前記回転胴５２の直径と同等であり、前記上部胴３７の下面は前記回転胴５２の上面と回転に支障ない範囲で近接した位置となっている。前記上部胴３７とハウジング３の内壁面とで流導路３８が形成される。

前記回転胴５２は前記回転管２３の下端に設けられており、シュート２２の前記回転管２３より下方に延出する部分に倒立円錐形状の偏向部材５５が設けられている。該偏向部材５５の倒立円錐曲面は、倒立円錐曲面４４ａ及び倒立円錐曲面４４ｂと平行となっている。前記偏向部材５５の上面は、前記回転胴５２の下面と回転に支障ない範囲で近接した位置となっている。尚、前記偏向部材５５は省略してもよい。

前記シュート２２と円筒曲面４６ａ及び円筒曲面４６ｂとの間には円筒状の空間が形成され、更に前記偏向部材５５と前記倒立円錐曲面４４ａと前記倒立円錐曲面４４ｂとの間には倒立円錐形の空間が形成され、前記円筒状の空間と前記倒立円錐形の空間によって縮流流路４７が形成される。

尚、前記倒立円錐形の空間での縮流効果を発揮させる為、前記倒立円錐形の空間の断面が上方に向って減少する様に、前記偏向部材５５、前記倒立円錐曲面４４ａ，４４ｂの形状を設定してもよい。

又、前記円筒状の空間での縮流効果を発揮させる為、第１の実施例と同様、前記シュート２２の下半部に縮流筒４１を設けてもよい。

第２の実施例の作用を略述する。

第１分級絞り４２、第２分級絞り４３により縮流された粉体流は、前記縮流流路４７の円筒状の空間を上昇し、更に前記倒立円錐形の空間で偏向され、前記ファン５１に流入し、該ファン５１の回転によって増速される。増速された粉体流は、前記流導路３８に吐出され、更に該流導路３８から粉砕物送給管３９に流入し、該粉砕物送給管３９から図示しないバーナに送給される。

前記粉体流が前記ファン５１を通過する過程で、径の大きい粉体は、前記回転翼５３と衝突して更に微細な粉体へと粉砕される。第２の実施例に於いても、前記第１分級絞り４２、前記第２分級絞り４３により、縮流し、前記縮流流路４７を通過する粉体流を増速させ、更に前記ファン５１によって粉体流を増速するので、粉体が前記粉砕物送給管３９へと到達する迄の時間を早め、粉体が前記竪型ミル１内に滞留する時間を短縮させ粉体を前記竪型ミル１外へと積極的に排出させることができ、粉砕容量の増大を図ることができる。

１ 竪型ミル
３ ハウジング
５ 粉砕テーブル
７ テーブル駆動装置
８ 凹溝
９ テーブルセグメント
１１ 加圧ローラユニット
１２ 加圧ローラ
１６ １次空気室
１７ 分級室
１９ 吹出し口
２１ 燃料給排部
２２ シュート
２３ 回転管
２９ 増速モータ
３１ ファン
３３ 回転翼
３６ 空気吸入口
３７ 上部胴
３８ 流導路
３９ 粉砕物送給管
４２ 第１分級絞り
４３ 第２分級絞り
４４ 倒立円錐曲面
４６ 円筒曲面
４７ 縮流流路
５１ ファン
５３ 回転翼

Claims (4)

1. 分級室を形成するハウジングと、該ハウジングの下部に収納され、テーブル駆動装置によって駆動される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルの上面に設けられた断面円弧状の粉砕溝と、該粉砕溝に押圧される加圧ローラを有する複数の加圧ローラユニットと、前記ハウジング内壁面の前記加圧ローラユニット間に設けられ中心側に突出する第１分級絞りと、前記ハウジング内壁面の前記加圧ローラユニットの上方に設けられ中心側に突出する第２分級絞りと、前記粉砕テーブルの周囲から１次空気を噴出す吹出し口と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュートと、該シュートに回転自在に設けられた回転管と、前記第１分級絞り及び前記第２分級絞りの上方に配置され、前記回転管に設けられた増速手段と、前記回転管を介して前記増速手段を回転させる増速手段駆動装置とを具備し、前記第１分級絞りの上面に形成された第１倒立円錐曲面と前記第２分級絞りの上面に形成された第２倒立円錐曲面とにより全周連続した倒立円錐曲面が形成され、前記第１分級絞りの内端に形成された第１円筒曲面と前記第２分級絞りの内端に形成された第２円筒曲面とで全周連続した円筒曲面が形成され、該円筒曲面と前記シュートとの間に縮流流路が形成され、該縮流流路を上昇した前記１次空気を前記増速手段によって増速させ、前記ハウジングより排出する様構成したことを特徴とするバイオマスミル。
2. 前記増速手段は、周方向に等間隔で配置され、垂直方向に延在する複数の回転翼を有するファンであり、下面に前記縮流流路に向って開口する空気吸入口を有し、前記回転翼の回転により、前記空気吸入口より前記１次空気を吸引し、前記回転翼の外周より空気を吐出する請求項１のバイオマスミル。
3. 前記増速手段は、周方向に等角度間隔で配置され、水平方向に延在する複数の回転翼を有するファンであり、下面に前記縮流流路に向って開口する空気吸入口を有し、前記回転翼の回転により、前記空気吸入口より前記１次空気を吸引し、前記回転翼の上方に空気を吐出する請求項１のバイオマスミル。
4. 前記シュートの下部に縮流筒が設けられた請求項１〜請求項３のうちいずれかのバイオマスミル。

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