JP6887656B2 - 水位変動対応係留システム - Google Patents

Description

本発明は、水面に浮かべた浮体に関し、波浪などによる短周期の水位変動に伴う浮体動揺は抑制し、潮位等の長周期の水位変動に対しては浮体の喫水を一定に保つ水位変動対応係留システムに関する。

図４（ａ）は従来の波力発電装置の概略図である。実線は高水位Ａの状態を示し、破線は高水位Ａよりも下がった低水位Ｂの状態を示している。図４（ａ）に示すように、並進動揺型の波力発電装置においては、係留索１１０に係留されたスパー浮体（心棒）１２０と可動フロート１３０との相対動揺によって発電するが、発電機のストロークには限界があるため、潮位変動が大きな海域では、潮位変化分でストロークを使ってしまい、有効な波力発電が出来ない。
また、図４（ｂ）は従来の緊張係留された浮体の概略図である。浮体２２０が浮桟橋である場合には、水底Ｃに固定された係留索２１０で緊張係留されていることによって、波浪による動揺は抑えられるが、乾舷は潮位に応じて変化するので、特に小型船にあっては、浮桟橋から小型船への乗降高さが変化し、乗降に困難が生じる可能性が有る。
したがって、水位が変動しても浮体の喫水を一定に保ち、また、波浪などによる短周期の水位変動に伴う浮体動揺を抑制する係留システムが望まれている。

ここで、特許文献１には、油圧シリンダー内のシリンダー軸を上方へ押す油圧を一定に保ち、アンカーに下端を連結したチェンの上端にシリンダー軸を取り付けることによって、潮位差に関係なく浮体の喫水を一定に保つことが開示されている。
また、特許文献２には、地盤に固定された支持体に回転体を取り付け、回転体に係留部材を通し、係留部材の上端部に水面浮体を係留し、係留部材の下端部に移動重錘または引っ張り浮体を取り付け、水面浮体と引っ張り浮体または移動重錘の均衡状態を保つことによって、水面浮体の喫水線を一定に保つことが開示されている。
また、特許文献３には、支持水槽内にピストン本体を浮かべ、ピストン本体の両側に連接された浮きタンクに浮体を浮かべ、浮きタンクと支持水槽との間で液体の移動を可能とすることによって、潮位が変動しても海面に設置された浮橋等の水位を一定に保つことが開示されている。

実願昭４７−０９０９４３号（実開昭４９−０４７５８９号）のマイクロフィルム 特開昭５８−１９９２８２号公報 特開２００４−２３１１６９号公報

しかしながら、特許文献１では、浮体に油圧シリンダーと油圧ユニットを組み込む必要があり、動力が必要で装置が大掛かりになってしまう。
また、特許文献２では、回転体や滑車を用いるものであるため、回転体や滑車が貝などの海生生物の付着等によって固着してしまうと正常に動作しなくなるおそれがある。また、装置を地盤（海底）に設置する必要があるため、設置作業が容易ではない。
また、特許文献３では、支持水槽、ピストン本体、浮きタンク、及び浮体等を配置する必要があり、装置が大掛かりになってしまう。また、支持水槽を水底上または支持杭上に設ける必要があるため、設置工事が容易ではない。

そこで本発明は、水面に浮かべた浮体に関し、潮位等の長周期の水位変動に対して浮体の喫水を一定に保ち、また、波浪などによる短周期の水位変動に伴う浮体動揺を抑制する水位変動対応係留システムを提供することを目的とする。

請求項１記載に対応した水位変動対応係留システムにおいては、水面に浮かんだ浮体と、浮体に所定の喫水を付与する水中に設けられた荷重手段と、荷重手段の荷重を梃子を利用して浮体に作用させる梃子手段と、梃子手段を水中に係留する係留手段とを備えるとともに、梃子手段が波浪による浮体の動揺を低減する減揺手段を有し、水位の変動に対応して所定の喫水を維持することを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、動力や複雑な機構を用いずに、水位が変動しても浮体の喫水を一定に保つことができる。また、梃子手段を用いるため倍力化が可能で荷重手段が小型で済み、例えば支点部に海生生物の付着等による固着が発生しても、所定の喫水を付与する機能に悪影響を及ぼさない。また、波浪などによる浮体の短周期の水位変動に伴う動揺を抑制できる。また、梃子手段に減揺手段を有しているため倍力化が可能であり、減揺手段が小型で済む。

請求項２記載の本発明は、荷重手段は、水よりも比重が小さい水中浮体であることを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、水中浮体の荷重（浮力）を、梃子手段を利用して浮体に作用させることで、浮体の喫水を一定に保つことができる。また、水中浮体を梃子手段の上方に設置することが可能なため、水深の浅い海域への設置が容易にできる。

請求項３記載の本発明は、梃子手段の一端部が浮体に係止され、梃子手段の他端部が水中浮体に係止され、梃子手段の中間部に係留手段が係止されていることを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、梃子手段の他端部に係止された水中浮体の荷重（浮力）を、梃子手段の一端部に係止された浮体に作用させることで、浮体の喫水を一定に保つことができる。

請求項４記載の本発明は、梃子手段の係留手段を係止する中間部は、梃子手段の支点部であることを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、梃子手段の中間部を支点として、梃子手段の他端部に係止された水中浮体の荷重（浮力）を、梃子手段の一端部に係止された浮体に作用させることができる。

請求項５記載の本発明は、荷重手段は、水よりも比重が大きい重錘であることを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、重錘の重量を、梃子手段を利用して浮体に作用させることで、浮体の喫水を一定に保つことができる。また、重錘を梃子手段から垂下して設置することが可能であり海面漂流物等の影響を受けない。

請求項６記載の本発明は、梃子手段の一端部に係留手段が係止され、梃子手段の中間部が浮体に係止され、梃子手段の他端部に重錘が係止されていることを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、梃子手段の他端部に係止された重錘の重量を、梃子手段の中間部に係止された浮体に作用させることで、浮体の喫水を一定に保つことができる。

請求項７記載の本発明は、梃子手段の係留手段を係止する一端部は、梃子手段の支点部であることを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、梃子手段の一端部を支点として、梃子手段の他端部に係止された重錘の重量を、梃子手段の中間部に係止された浮体に作用させることができる。

請求項８記載の本発明は、梃子手段の比重が、水の比重よりも小さいことを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、梃子手段に荷重手段の機能を持たせることができる。また、梃子手段が軽量となり取扱いが容易となる。

請求項９記載の本発明は、減揺手段が、梃子手段が動く際の周囲の水からの抵抗力を利用していることを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、水の抵抗力を利用して、波浪などによる浮体の短周期の水位変動に伴う動揺を抑制できる。

請求項１０記載の本発明は、減揺手段として、梃子手段を側面よりも上面及び下面が広い平板構造に形成して減揺機能を持たせたことを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、梃子手段に減揺機能を持たせることによって、波浪などによる浮体の短周期の水位変動に伴う動揺を抑制できる。

請求項１１に記載の本発明は、減揺手段として、梃子手段の一部または全部を網構造に形成して減揺機能を持たせたことを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、波浪などによる浮体の短周期の水位変動に伴う動揺を更に抑制できる。

本発明の水位変動対応係留システムによれば、動力や複雑な機構を用いずに、水位が変動しても浮体の喫水を一定に保つことができる。また、梃子手段を用いるため倍力化が可能で荷重手段が小型で済み、例えば支点部に海生生物の付着等による固着が発生しても、所定の喫水を付与する機能に悪影響を及ぼさない。また、波浪などによる浮体の短周期の水位変動に伴う動揺を抑制できる。また、梃子手段に減揺手段を有しているため倍力化が可能であり、減揺手段が小型で済む。

また、荷重手段は、水よりも比重が小さい水中浮体である場合には、水中浮体の荷重（浮力）を、梃子手段を利用して浮体に作用させることで、浮体の喫水を一定に保つことができる。また、水中浮体を梃子手段の上方に設置することが可能なため、水深の浅い海域への設置が容易にできる。

また、梃子手段の一端部が浮体に係止され、梃子手段の他端部が水中浮体に係止され、梃子手段の中間部に係留手段が係止されている場合には、梃子手段の他端部に係止された水中浮体の荷重（浮力）を、梃子手段の一端部に係止された浮体に作用させることで、浮体の喫水を一定に保つことができる。

また、梃子手段の係留手段を係止する中間部は、梃子手段の支点部である場合には、梃子手段の中間部を支点として、梃子手段の他端部に係止された水中浮体の荷重（浮力）を、梃子手段の一端部に係止された浮体に作用させることができる。

また、荷重手段は、水よりも比重が大きい重錘である場合には、重錘の重量を、梃子手段を利用して浮体に作用させることで、浮体の喫水を一定に保つことができる。また、重錘を梃子手段から垂下して設置することが可能であり海面漂流物等の影響を受けない。

また、梃子手段の一端部に係留手段が係止され、梃子手段の中間部が浮体に係止され、梃子手段の他端部に重錘が係止されている場合には、梃子手段の他端部に係止された重錘の重量を、梃子手段の中間部に係止された浮体に作用させることで、浮体の喫水を一定に保つことができる。

また、梃子手段の係留手段を係止する一端部は、梃子手段の支点部である場合には、梃子手段の一端部を支点として、梃子手段の他端部に係止された重錘の重量を、梃子手段の中間部に係止された浮体に作用させることができる。

また、梃子手段の比重が、水の比重よりも小さい場合には、梃子手段に荷重手段の機能を持たせることができる。また、梃子手段が軽量となり取扱いが容易となる。

また、減揺手段が、梃子手段が動く際の周囲の水からの抵抗力を利用している場合には、水の抵抗力を利用して、波浪などによる浮体の短周期の水位変動に伴う動揺を抑制できる。

また、減揺手段として、梃子手段を側面よりも上面及び下面が広い平板構造に形成して減揺機能を持たせた場合には、梃子手段に減揺機能を持たせることによって、波浪などによる浮体の短周期の水位変動に伴う動揺を抑制できる。

また、減揺手段として、梃子手段の一部または全部を網構造に形成して減揺機能を持たせた場合には、波浪などによる浮体の短周期の水位変動に伴う動揺を更に抑制できる。

本発明の一実施形態による水位変動対応係留システムの設置状態の概略図 本発明の他の実施形態による水位変動対応係留システムの設置状態の概略図 本発明の更に他の実施形態による水位変動対応係留システムの設置状態の概略図） （ａ）従来の波力発電装置、（ｂ）従来の緊張係留された浮体の概略図

以下に、本発明の実施形態による水位変動対応係留システムについて説明する。

図１は本発明の一実施形態による水位変動対応係留システムの設置状態の概略図である。
水位変動対応係留システムは、水面に浮かんだ浮体１０と、水中に設けられ、浮体１０に所定の喫水を付与する荷重手段２０と、荷重手段２０の荷重を梃子を利用して浮体１０に作用させる梃子手段３０と、梃子手段３０を水中に係留する係留手段４０とを備える。
なお、図１において、実線は高水位Ａの状態を示し、破線は高水位Ａよりも下がった低水位Ｂの状態を示している。

本実施形態では、荷重手段２０として、水よりも比重が小さい水中浮体２０Ａを用いている。また、梃子手段３０は、中間浮力（中性浮力）の水没浮力体としている。
浮体１０と梃子手段３０とは、第一接続索５１で接続されている。第一接続索５１の一端は浮体１０に係止され、他端は梃子手段３０の一端部３０Ａに係止されている。
水中浮体２０Ａと梃子手段３０とは、第二接続索５２で接続されている。第二接続索５２の一端は水中浮体２０Ａに係止され、他端は梃子手段３０の他端部３０Ｂに係止されている。
梃子手段３０の中間部３０Ｃには、水底Ｃに一端が固定された係留手段４０の他端が係止されている。係留手段４０の他端が係止された中間部３０Ｃは、梃子手段３０の支点部となる。

梃子手段３０は、一端部３０Ａにおいて浮体１０の浮力による上向きの力を受け、他端部３０Ｂにおいて水中浮体２０Ａの荷重（浮力）による上向きの力を受ける。梃子手段３０は、係留手段４０の他端が係止された部分又はその近傍を支点として傾斜可能に構成されており、浮体１０と水中浮体２０Ａとが均衡（バランス）する位置で静止する。図１においては、高水位Ａのとき、浮体１０水中浮体２０Ａとは、梃子手段３０が水平となる位置で均衡している。
水面に浮かんだ浮体１０の浮力は喫水によって変動する。これに対して水中に配置された水中浮体２０Ａの浮力は一定である。したがって、潮位等の長周期の水位変動によって水面が高水位Ａから低水位Ｂまで徐々に低下するときは、水中浮体２０Ａの浮力が一定であるのに対して浮体１０の浮力は徐々に減少しようとするので、梃子手段３０は、水中浮体２０Ａが係止されている他端部３０Ｂ側が徐々に上昇して傾斜する。浮体１０は、他端部３０Ｂが一端部３０Ａよりも高位となるように梃子手段３０が傾斜するにつれて下方に引き下げられるが、第一接続索５１にかかる張力は一定のため喫水は常に一定に保たれる。また、潮位等の長周期の水位変動によって水面が低水位Ｂから高水位Ａまで徐々に上昇するときは、水中浮体２０Ａの浮力が一定であるのに対して浮体１０の浮力は徐々に増加しようとするので、傾斜していた梃子手段３０が徐々に水平に戻されるが、第一接続索５１にかかる張力は一定のため喫水は常に一定に保たれる。
このように、所定の喫水を浮体１０に付与する水中浮体２０Ａの荷重を、梃子手段３０の梃子を利用して浮体１０に作用させることによって、動力や複雑な機構を用いることなく、水位の変動に対応して所定の喫水を維持することができる。したがって、浮体１０を例えば浮桟橋とした場合には、水位が変動しても浮桟橋（浮体１０）の喫水を一定に保つことができるため、小型船であっても、利用者が安全かつ容易に乗降できる。また、梃子手段３０を用いるため倍力化が可能で荷重手段２０が小型で済み、例えば支点部に海生生物の付着等による固着が発生しても、荷重手段２０が浮体１０に所定の喫水を付与する機能に悪影響を及ぼさない。さらに、水中浮体２０Ａを梃子手段３０の上方に設置することができるため、水深の浅い海域であっても設置が容易である。

梃子手段３０は、側面３０Ｘよりも上面３０Ｙ及び下面３０Ｚが広い平板構造に形成されている。平板構造に形成された梃子手段３０は、動く際に周囲の水から抵抗を受けやすく、波浪等により発生する浮体１０の短周期の水位変動に伴う動揺に対しては、水の抵抗力を利用した減揺効果によって、従来の緊張係留と同様に、浮体１０の動揺を抑制できる。このように、梃子手段３０に減揺機能を持たせることで、潮位変動等により水位が変動しても浮体１０の喫水を一定に保つことができるとともに、波浪などによる浮体１０の短周期の水位変動に伴う動揺を抑制できる。
なお、例えば、梃子手段３０のうち水中浮体２０Ａが係止された他端部３０Ｂ側のみを平板構造とするなど、梃子手段３０の一部を平板構造としてもよい。
また、梃子手段３０の一部または全部を網構造に形成してもよい。この場合は、梃子手段３０の表面積が増加するため、梃子手段３０が動く際の周囲の水からの抵抗力が増し、更に減揺機能を持たせることができる。
また、梃子手段３０に、フィンや張り出し部等の減揺手段を付加してもよい。減揺手段は、梃子手段３０の全体にわたって設ける必要は無く、例えば、他端部３０Ｂ側のみに設けてもよい。梃子手段３０による倍力化により、他端部３０Ｂ側のみに設けても減揺手段として十分に機能可能であり、減揺手段が小型で済む。梃子手段３０に減揺手段を設けることによって、更に波浪による浮体１０の動揺を低減させることができる。

このように、本実施形態による水位変動対応係留システムによれば、波浪などによる浮体１０の短周期の水位変動に伴う動揺を抑制しつつ、潮位等により水位が変動しても浮体１０の喫水を一定に保つことができる。
なお、梃子手段３０は中間浮力を有するものとして説明したが、梃子手段３０の比重を水の比重より小さくしてもよい。この場合には、荷重手段２０の機能の一部を梃子手段３０に持たせることができる。また、梃子手段３０が軽量となり、運搬や設置時の取り扱いが容易となる。梃子手段３０の比重を水の比重より小さくするには、例えば中空の金属製の構造を用いたり、木材に耐久性を持たせるための表面処理を施した材料を用いること等により実現できる。

次に、本発明の他の実施形態による水位変動対応係留システムについて説明する。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
図２は、本実施形態による水位変動対応係留システムの設置状態の概略図である。

本実施形態においては、荷重手段２０を、水よりも比重が大きい重錘２０Ｂとしている。
浮体１０と梃子手段３０とは、第一接続索５１で接続されている。第一接続索５１の一端は浮体１０に係止され、他端は梃子手段３０の中間部３０Ｃのうち梃子手段３０の中間位置よりも一端部３０Ａ寄りに係止されている。
重錘２０Ｂと梃子手段３０とは、第二接続索５２で接続されている。第二接続索５２の一端は重錘２０Ｂに係止され、他端は梃子手段３０の他端部３０Ｂに係止されている。
梃子手段３０の一端部３０Ａには、水底Ｃに一端が固定された係留手段４０の他端が接続されている。係留手段４０の他端が係止された一端部３０Ａは、梃子手段３０の支点部となる。支点部とは真の支点を含めた支点近傍を含む部位である。

梃子手段３０は、中間部３０Ｃにおいて浮体１０の浮力による上向きの力を受け、他端部３０Ｂにおいて重錘２０Ｂの重量による下向きの力を受ける。梃子手段３０は、係留手段４０の他端が係止された部分又はその近傍を支点として傾斜可能に構成されており、浮体１０と重錘２０Ｂとが均衡する位置で静止する。図２においては、高水位Ａのとき、浮体１０と重錘２０Ｂとは、梃子手段３０が水平となる位置で均衡している。
水面に浮かんだ浮体１０の浮力は喫水によって変動する。これに対して水中に配置された重錘２０Ｂの重量は一定である。したがって、潮位等の長周期の水位変動によって水面が高水位Ａから低水位Ｂまで徐々に低下するときは、重錘２０Ｂの重量が一定であるのに対して浮体１０の浮力は徐々に減少しようとするので、梃子手段３０は、重錘２０Ｂが係止されている他端部３０Ｂ側が徐々に下降して傾斜する。浮体１０は、他端部３０Ｂが一端部３０Ａよりも低位となるように梃子手段３０が傾斜するにつれて下方に引き下げられるが、第一接続索５１にかかる張力は一定のため喫水は常に一定に保たれる。また、潮位等の長周期の水位変動によって水面が低水位Ｂから高水位Ａまで徐々に上昇するときは、重錘２０Ｂの浮力が一定であるのに対して浮体１０の浮力は徐々に増加しようとするので、傾斜していた梃子手段３０が徐々に水平に戻されるが、第一接続索５１にかかる張力は一定のため喫水は常に一定に保たれる。
このように、所定の喫水を浮体１０に付与する重錘２０Ｂの重量を、梃子手段３０の梃子を利用して浮体１０に作用させることによって、動力や複雑な機構を用いることなく、水位の変動に対応して所定の喫水を維持することができる。また、重錘２０Ｂを梃子手段３０から垂下して設置することができるため、海面漂流物等の影響を受けない。
なお、本実施形態においては、梃子手段３０の比重を水の比重より大きくしてもよい。この場合には、荷重手段２０の機能の一部を梃子手段３０に持たせることになる。梃子手段３０の比重を水の比重より大きくするには、一般の金属製の構造を用いたり、金属製の構造にコンクリート材を組み合わせること等により実現できる。梃子手段３０による倍力効果により、梃子手段３０の比重を水の比重より大きくし、特に他端部３０Ｂ側を重く構成することによっても重錘２０Ｂの代用が可能である。

また、上記実施形態と同様に、梃子手段３０に減揺機能を持たせるか、減揺手段を付加することで、波浪などによる浮体１０の短周期の水位変動に伴う動揺を抑制できる。

次に、本発明の更に他の実施形態による水位変動対応係留システムについて説明する。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
図３は、本実施形態による水位変動対応係留システムの設置状態の概略図である。

本実施形態においては、浮体１０を並進動揺型の波力発電装置に用いるスパー浮体（心棒）１０Ａとし、荷重手段２０を水中浮体２０Ａとしている。スパー浮体１０Ａの周囲には、円筒形の可動フロート７０が配置されている。
スパー浮体１０Ａと梃子手段３０とは、第一接続索５１で接続されている。第一接続索５１の一端はスパー浮体１０Ａに係止され、他端は梃子手段３０の一端部３０Ａに係止されている。
水中浮体２０Ａと梃子手段３０とは、第二接続索５２で接続されている。第二接続索５２の一端は水中浮体２０Ａに係止され、他端は梃子手段３０の他端部３０Ｂに係止されている。
梃子手段３０の中間部３０Ｃには、水底Ｃに一端が固定された係留手段４０の他端が係止されている。係留手段４０の他端が係止された中間部３０Ｃは、梃子手段３０の支点部となる。
また、上記実施形態と同様に、梃子手段３０には減揺機能又は減揺手段が付加されている。

本実施形態による水位変動対応係留システムは、上記実施形態と同様に、波浪などによるスパー浮体１０Ａの短周期の水位変動に伴う動揺を抑制しつつ、水位が変動してもスパー浮体１０Ａの喫水を一定に保つことができる。したがって、発電機のストロークはその全てを波浪による変動に振り向けることが可能となり、有効な波力発電を行うことができる。

本発明の水位変動対応係留システムは、海洋等に設置される並進動揺型の波力発電装置又は浮桟橋等の浮体に利用することができる。

１０ 浮体
２０ 荷重手段
２０Ａ 水中浮体
２０Ｂ 重錘
３０ 梃子手段
３０Ａ 一端部
３０Ｂ 他端部
３０Ｃ 中間部
３０Ｘ 側面
３０Ｙ 上面
３０Ｚ 下面
４０ 係留手段

Claims (11)

1. 水面に浮かんだ浮体と、前記浮体に所定の喫水を付与する水中に設けられた荷重手段と、前記荷重手段の荷重を梃子を利用して前記浮体に作用させる梃子手段と、前記梃子手段を前記水中に係留する係留手段とを備えるとともに、前記梃子手段が波浪による前記浮体の動揺を低減する減揺手段を有し、水位の変動に対応して前記所定の喫水を維持することを特徴とする水位変動対応係留システム。
2. 前記荷重手段は、水よりも比重が小さい水中浮体であることを特徴とする請求項１に記載の水位変動対応係留システム。
3. 前記梃子手段の一端部が前記浮体に係止され、前記梃子手段の他端部が前記水中浮体に係止され、前記梃子手段の中間部に前記係留手段が係止されていることを特徴とする請求項２に記載の水位変動対応係留システム。
4. 前記梃子手段の前記係留手段を係止する前記中間部は、前記梃子手段の支点部であることを特徴とする請求項３に記載の水位変動対応係留システム。
5. 前記荷重手段は、水よりも比重が大きい重錘であることを特徴とする請求項１に記載の水位変動対応係留システム。
6. 前記梃子手段の一端部に前記係留手段が係止され、前記梃子手段の中間部が前記浮体に係止され、前記梃子手段の他端部に前記重錘が係止されていることを特徴とする請求項５に記載の水位変動対応係留システム。
7. 前記梃子手段の前記係留手段を係止する前記一端部は、前記梃子手段の支点部であることを特徴とする請求項６に記載の水位変動対応係留システム。
8. 前記梃子手段の比重が、水の比重よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の水位変動対応係留システム。
9. 前記減揺手段が、前記梃子手段が動く際の周囲の水からの抵抗力を利用していることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の水位変動対応係留システム。
10. 前記減揺手段として、前記梃子手段を側面よりも上面及び下面が広い平板構造に形成して減揺機能を持たせたことを特徴とする請求項９に記載の水位変動対応係留システム。
11. 前記減揺手段として、前記梃子手段の一部または全部を網構造に形成して減揺機能を持たせたことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の水位変動対応係留システム。

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