JP6975921B1 - Fuel economy reduction ship - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、船艇のスクリユの後面に水力発電装置を配設し、スクリユにより流動する水流により発電する燃費削減船艇を提供することを目的としている。【解決手段】 船艇7のスクリユ8の後面に、水力発電装置5における横軸ロータ2のブレード1の正面を対面させて、該水力発電装置5を船艇7後部に配設し、前記スクリユ8によって流動させられた流水により前記横軸ロータ2を回転させて発電するようになっている船艇7。【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel-efficient ship in which a hydroelectric power generation device is arranged on the rear surface of a ship's screen and power is generated by a water flow flowing by the water flow. SOLUTION: The front surface of a blade 1 of a horizontal axis rotor 2 in a hydroelectric power generation device 5 is made to face the rear surface of a screw 8 of a ship 7, and the hydroelectric power generation device 5 is arranged at the rear part of the ship 7. A ship 7 for generating electricity by rotating the horizontal axis rotor 2 with running water flowed by 8. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、船艇に係り、特にスクリユによって生じる流動水を利用して発電する燃費削減船艇に関する。 The present invention relates to a ship, and more particularly to a fuel-efficient ship that generates electricity by using the fluid water generated by the screen.
発電装置における横軸ロータとして、例えば特許文献1に記載されているような、横軸ロータがある。
この横軸ロータのブレードは、ブレードの長さの中間に流体を集合させて、纏めて流体を背面方向へ通過させるものである。
As the horizontal axis rotor in the power generation device, for example, there is a horizontal axis rotor as described in
The blade of this horizontal axis rotor collects the fluid in the middle of the length of the blade and collectively passes the fluid in the rearward direction.
横軸ロータのロータブレードは例えば、船舶のスクリユや風車のブレードが一般的である。このブレードは枚数が少ないと回転トルクが小さく、またブレードの枚数が多いと回転に伴って水流の干渉が生じる。
また、船艇はスクリユで後方へ水流を流動させることによって前進しているもので、スクリユの後面に水力発電機を配設する事例はない。
本発明は、1個のハブに8枚以上のブレードを配設しても水流の干渉が生じず、回転速度も上昇する横軸ロータを備えた水力発電装置を、船艇のスクリユの後面に配設して、前記スクリユによって流動する流動水によって水力発電装置の発電機を駆動して発電し、燃費を削減させることの出来る燃費削減船艇を提供することを目的としている。
As the rotor blade of the horizontal axis rotor, for example, the blade of a ship's screen or a wind turbine is generally used. If the number of blades is small, the rotation torque is small, and if the number of blades is large, water flow interference occurs as the blades rotate.
In addition, the ship is moving forward by flowing a water flow backward in the screu, and there is no case where a hydroelectric generator is installed on the rear surface of the scryu.
In the present invention, a hydroelectric power generator equipped with a horizontal axis rotor that does not cause water flow interference and increases the rotation speed even if eight or more blades are arranged on one hub is mounted on the rear surface of a ship's screw. It is an object of the present invention to provide a fuel-reducing vessel capable of reducing fuel consumption by driving a generator of a hydroelectric power generator to generate electricity by the fluid water flowing by the screen.
本発明は前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じた。 The present invention has taken the following technical measures to solve the above problems.
(1)船艇の後端部におけるスクリユと方向陀との間に、水力発電装置における横軸ロータの軸心と前記スクリユの軸心とを同心状にし、かつ前記横軸ロータにおけるブレードの正面を前記スクリユの後面に対面させて発電筐体を配設して成り、前記スクリユの回転によって流動させられた流水により前記横軸ロータを回転させて前記水力発電装置により発電させるとともに、前記横軸ロータのブレードを回転させて、該ブレードに沿って通過する流水が、前記船艇の推進力として使用されるようになっている燃費削減船艇。 (1) Between the screen and the direction at the rear end of the ship, the axis of the horizontal axis rotor in the hydroelectric power generation device and the axis of the screen are concentric, and the front surface of the blade in the horizontal axis rotor. was allowed to face the rear surface of the Sukuriyu made by arranging the generator housing, it causes generated by the hydraulic power unit by rotating the horizontal axis rotor by flowing water was allowed to flow by the rotation of the Sukuriyu, the horizontal axis A fuel-reducing ship in which a rotor blade is rotated and running water passing along the blade is used as a propulsive force for the ship.
(2)前記水力発電装置は、船尾に支持柱で支持された前記発電筐体の内部に配設された発電機の前向きの回転軸に前記横軸ロータのハブが固定され、前記ハブ周面に多数の前記ブレードが、その基部の前後方向をロータ軸に平行に固定してあり、翼端を上向きとした前記ブレードの正面視における垂直に立上がった回転前面は、高さの中間から大きく回転後方向へ屈曲し、回転後面の後縁は前記基部から回転後方向へ斜めに立上がり、前記翼端近傍で急に回転後方向へ屈曲し、横長の翼先端面と前記回転後面が前記正面から見えるように配設され、横断面において前記回転後面は平担状で、前記翼端へかけて次第に前記後縁を正面方向へ傾斜させている 前記(1)に記載の燃費削減船艇。 (2) the hydraulic power unit, the hub of the horizontal axis rotor is fixed to the forward rotation shaft of the generator which is disposed inside the power generating body which is supported by the support post at the stern, the hub circumferential surface the number of the blades, Yes and fixed parallel to the longitudinal direction of the rotor shaft of the base rotating front surface rises vertically in the front view of the blade in which the blade tip upward is greater from an intermediate height bent to rotate rear direction, the trailing edge of the rotating rear rises obliquely to the post-rotation direction from the base portion, bent to suddenly rotate rear direction at the tip vicinity, wherein the front of the blade tip surface and the rotation rear surface of the horizontal is arranged to be visible from the post-rotation surface in the flat担状in cross-section, fuel economy watercraft according gradually said trailing edge over to the blade tip to the is inclined in the front direction (1).
(3)前記ブレードにおける最大弦長部は、前記翼先端面近傍である前記(2)に記載の燃費削減船艇。 (3) The fuel-efficient ship according to (2) above, wherein the maximum chord length portion of the blade is near the tip surface of the wing.
(4)前記ブレードにおける前記翼先端面は、平面視において、前縁端は前記ハブの正面より前に位置し、後縁端は、ブレード中心線Sの回転軌跡T上に位置するように傾斜している前記(2)または(3)に記載の燃費削減船艇。 (4) The blade tip surface of the blade is inclined so that the leading edge end is located in front of the front surface of the hub and the trailing edge edge is located on the rotation locus T of the blade center line S in a plan view. The fuel-efficient ship according to ( 2) or (3) above.
本発明によると、次のような効果が奏せられる。 According to the present invention, the following effects can be achieved.
前記(1)に記載の発明は、船艇のスクリユの後面に、水力発電装置の横軸ロータの正面を対面させて配設したので、スクリユによって流動する水流によって横軸ロータが回転して発電することができるため、燃費から差し引くことのできる発電量が燃費削減に繋がる。 In the invention described in (1) above, since the front surface of the horizontal axis rotor of the hydroelectric power generation device is arranged to face the rear surface of the screen of the ship, the horizontal axis rotor is rotated by the water flow flowing by the screen to generate electricity. Therefore, the amount of power generation that can be deducted from the fuel consumption leads to the reduction of the fuel consumption.
前記(2)に記載の発明においては、水力発電装置における横軸ロータのブレードが、基部の前後をハブのロータ軸に平行に配設してあるので、ブレードの基部の正面に当る水流は通過しやすい。ブレードの回転後面が正面から見えるので、この回転後面に当る水流がブレードを回転方向に押すとともに、加圧することにより水圧が高まり、水圧の低い方へ水圧の差で高速で通過することにより、横軸ロータを効率よく回転させ発電効率を高める。
ブレードの翼先端面が正面から見えることは、正面方向へ傾斜しているもので、回転後面に当る水流を抱え込むようにして背面方向へ通過させるので回転効率が高まる。ブレードの正面から見える回転後面は、後縁が翼端へかけて次第に正面方向へ傾斜しているが、ロータ軸に沿うようになっているので、水流は高速で背面方向へ通過する。すなわち普通のプロペラの受流面は回転方向に平行に近いが、本ブレードはロータ軸方向に近い傾斜なので、水流はブレードの正面から背面方向へ通過しやすい。回転するとブレートの形状により生じるコアンダ効果によって、通過する水流は、スクリユから押し出される水流の流速よりも高速で通過するので、スクリユによって生じる推進力に加功することもできる。
In the invention described in (2) above, since the blade of the horizontal axis rotor in the hydroelectric power generation device is arranged so that the front and rear of the base are parallel to the rotor axis of the hub, the water flow hitting the front surface of the base of the blade passes through. It's easy to do. Since the rear surface of the blade can be seen from the front, the water flow that hits the rear surface of the blade pushes the blade in the direction of rotation, and the water pressure increases by pressurizing it. Efficiently rotate the shaft rotor to increase power generation efficiency.
The fact that the blade tip surface can be seen from the front means that the blade is inclined in the front direction, and the water flow that hits the rear surface of the rotation is held and passed in the rear direction, so that the rotation efficiency is improved. The trailing edge of the rotating rear surface, which can be seen from the front of the blade, gradually inclines toward the front toward the tip of the blade, but since it is along the rotor axis, the water flow passes toward the rear at high speed. That is, the receiving surface of an ordinary propeller is close to parallel to the rotation direction, but since the blade has an inclination close to the rotor axial direction, the water flow easily passes from the front to the back of the blade. Due to the Coanda effect caused by the shape of the brate when rotated, the passing water flow passes at a higher speed than the flow velocity of the water flow pushed out from the scruille, so that it can also contribute to the propulsive force generated by the scruille.
前記(3)に記載の発明において、ブレードにおける最大弦長部は、前記翼先端面近傍であるので、回転遠心部での受流面積が大きく、回転効率が高まる。 In the invention described in (3) above, since the maximum chord length portion of the blade is near the tip surface of the blade, the receiving area at the rotational centrifuge portion is large and the rotational efficiency is improved.
前記(4)に記載の発明において、ブレードにおける翼先端面は、平面視において、前縁端はハブの正面より前に位置し、後縁端は、ブレード中心線Sの回転軌跡T上に位置するように傾斜しているので、翼先端面は正面から全部見えても、
傾斜して前縁端部が正面前方へ突出しているので、回転時には、この突出している前縁端部が水流を抱え込むようにして横側への散逸を抑止し、背面方向へ水流を高速で通過させる。
In the invention described in (4) above, the blade tip surface of the blade has a leading edge end located in front of the front surface of the hub and a trailing edge edge located on the rotation locus T of the blade center line S in a plan view. Even if the tip surface of the wing can be seen from the front, it is tilted so that
Since the leading edge edge is inclined and protrudes forward in the front, when rotating, this protruding leading edge edge holds the water flow to prevent lateral dissipation and causes the water flow to flow toward the back at high speed. Let it pass.
本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。図1は燃費削減船艇7に使用する水力発電装置5の、揚力型ロータブレード1の、翼端を上向きとした状態の正面図である。ロータブレード1(以下単にブレードという)は、横軸ロータ2のハブ3の周面に定間隔で複数枚が固定される。枚数は特定されないが、例えば8枚〜14枚など、従来は考えられない多数枚を使用することができる。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of the lift-
前記ブレード1は、図1に正面を示すように、ロータ軸心線Uを通るブレード中心線Sに沿うように、前縁1Bが基部1Aから垂直に立上がり、翼長のほぼ中間から急激に回転後方(回転方向の逆方向)へ大きく屈曲して、翼先端面1Fは正面から横長に見えるように形成されている。
As shown in the front in FIG. 1, the
前記翼先端面1Fの弦長は、前記基部1Aの前後幅の2.8倍〜3倍となっており、ブレード1の最大弦長部分は、この翼先端面1F近傍となっている。また前記ブレード中心線Sから翼先端面1Fの後縁端1cまでの長さは、基部1Aの厚さの約5.8倍の位置にあり、回転後面1Eの前縁1B部分で受ける水流を回転後方向へ案内するようになっている。
The chord length of the
前記翼先端面1Fは、その前縁端1bの回転軌跡Rよりも後縁端1cが、ロータ軸4から遠ざかる外側に位置して、前縁1Bよりも後縁1Cが上向きに形成されており、前縁1B部分は厚く、後縁1Cは薄く正面視で鳥の嘴のように内向き(ロータ軸4の方)に湾曲している。
In the
ブレード1の回転前面1Dは、図1に示すように基部1から翼長のほぼ中間までは垂直に立上がり、翼端へかけて回転後方へ大きく屈曲し、翼先端面1Fにおける弦長方向で前縁端1bから中間にかけて大きく膨出しており、翼先端面1Fにおける回転後面1Eは、前記前縁端1bの回転軌跡Rに対して前縁1B部分は内側(ロータ軸4側)にあり、後縁1C部分は外側になるように湾曲している。
As shown in FIG. 1, the rotating
これによって回転後面1Eの近傍で回転後面1Eに沿って通過する水流は、背面方向の外向きに高速で通過する。しかし図2に平面図を示すように、前記翼先端面1Fにおける後縁端1cは、ブレード1の基部1Aの中心を通るブレード中心線Sの回転軌跡T上に有るが、翼先端面1Fの前縁端1bは、ハブ3の正面3Aよりも正面前方に斜めに突出しているので、回転時に前縁端1bで水流を抱き込んで横側への散逸が抑止されるとともに、水流は後縁端1c方の背面方向へ通過する。
As a result, the water flow passing along the rotating
図3はブレード1の左側面(回転前面)図である。図の右端に見える前縁1B部分は、基部1Aから翼端方向へかけての部分が次第に正面寄り(図の右方)に傾斜して、翼先端面1Fの直近部分で急激に正面方向へ突出しており、翼先端面1Fは厚さの中央が半球面状に見えるのは、基部1Aの前縁1B端の形状がそのまま翼端まで続いているためである。翼先端面1Fはほぼ平坦面とされ、ロータ軸心線Uに対して約60°±5°の傾斜なので、正面から当る水流は背面方向へ通過しやすい。
FIG. 3 is a left side surface (rotation front surface) view of the
また図3の左端に見える後縁1Cは、基部1Aから垂直に立上っているが、翼長の中間から翼端へかけて急に大きく正面方向(図の右方)へ傾斜しているため、翼端が薄くなっており、回転時において翼端部の水の抵抗が小さくなって、正面からの水流は背面の後縁1C方向へ通過しやすい。又回転時に正面に当る水流は正面方向へ突出した前縁端1bが囲い込むようにして横側への散逸を抑制する。
The
図4は図1におけるIVーIV線断面図である。ロータ軸心線Uに対するブレード1の回転後面1Eは、18°〜20°の傾斜をしており、正面から通過する水流は従来のプロペラよりは通過しやすいが、後縁1C部分を回転方向へ押すことになる。その押すことにより、その部分で水圧が高くなる。
FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. The rotation
図5は図1におけるVーV線断面図である。ロータ軸心線Uに対するブレード1の回転後面1Eは、33°〜35°の傾斜をしており、正面から通過する水流は、従来型のプロペラよりは通過しやすいが、後縁1C部分を回転方向へ強く押すことになり、回転効率を高め、その部分で水圧が高まる。
FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. The rotation
図6は図1におけるVIーVI線断面図である。ロータ軸心線Uに対するブレード1の回転後面1Eは、48°〜50°の傾斜をしており、正面から通過する水流は、従来型のプロペラよりは通過しやすいが、後縁1C部分を回転方向へ強く押すことになり、回転効率を高め、その部分で水圧が高まる。
FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. The rotation
図4〜図6でわかるように、ブレード1の回転後面1Eは平面視でほぼ直線状であり、図1でわかるように、回転後面1Eは正面から全体が見えるように設定されている。正面から見えることは上流から水流を多く受けることが出来る。
As can be seen from FIGS. 4 to 6, the rotating
正面で水流を受けることは一般的なプロペラと同じであるが、一般のプロペラは正面が回転方向に添うようになっているのに対して、本発明のブレード1は回転後面1Eがロータ軸心線Uに添うように傾斜をしていることにより、ブレード1の枚数を極端に多くしても、隣合うブレード1の間を正面方向から背面方向へ水流が通過しやすくなっている。しかし後縁1C部が回転後方向へ傾斜しているため、ここに当る水流によってブレード1は回転方向へ押され、その部分の水圧が高まる。
It is the same as a general propeller to receive a water flow in the front, but in the general propeller, the front is aligned with the rotation direction, whereas in the
図3はブレード1の回転前面1Dから見た図であり、回転前面1Dの前後幅は基部1Aの前後の長さよりも長くなっている。そのことは回転抵抗が大きいことを示しているが、翼端へかけて細くなっているので回転時の遠心部においては回転抵抗が次第に小さくなっている。
FIG. 3 is a view seen from the rotation
また回転後面1Eが平坦面であるのに対して、回転前面1Dは揚力型の特徴として大きく膨出しているので、この面に当る水流はコアンダ効果で高速でかつ負圧となって通過する。
Further, while the rotating
しかし図4〜図6にブレード1の横断面を示すように、基部1Aから翼端へかけて後縁1Cが次第に後縁1C方向へ傾斜を強くしている。このことは図3において幅広く見えても、後縁1Cが大きく傾斜しているので、回転前面1Dに当る水流は、回転後方向へ抵抗が小さく通過することになる。
However, as shown in FIGS. 4 to 6 showing the cross section of the
更に、回転前面1Dは図4〜図6に示されているように、前縁1Bから後縁1Cにかけて大きく膨出しているため、回転時にこの回転前面1Dに沿って通過する水流は、コアンダ効果によって、前方から受ける水流の速度よりも高速でかつ負圧となって通過することになる。
Further, as shown in FIGS. 4 to 6, the rotating
従って、ブレード1は負圧になる回転前面1D方向へ水圧の差で引かれることになり、回転効率が高まる。同時に図1及び図3に示すように、翼先端面1F部分よりも、翼長の中間部は背面方向へ傾斜しているため、水流はハブ3の背面3B方向へ通過する。
Therefore, the
一方、回転後面1Eは、図4〜図6に示されているように、前縁1Bから後縁1Cへかけてほぼ直線状であるため、この回転後面1Eに当る水流は、ブレード1を回転方向へ押すことになり、その押すことにより水圧が高まる。ここでハブ3に多数配設されているブレード1、1同士の間において、図7と図8でわかるように、翼端に近い部分では間隙が大きくなっている。
On the other hand, as shown in FIGS. 4 to 6, the rotating
そこで、ブレード1の回転後面1Eに沿って背面方向へ通過する水圧の高くなった水流は、回転前面1Dに沿って高速で負圧になって通過する水流に、水圧の差で吸引されて高速で横軸ロータ2の背面方向へ通過することになる。
Therefore, the water flow having a high water pressure that passes in the back direction along the rotation
図7において、ブレード1の回転後面1Eの全体が正面から見えるが、翼先端面1Fの後縁端1c近傍で後縁1Cは内側へ傾斜しているので、翼先端面1Fで抱き込まれたように背面方へ通過する水流は、背面方のロータ軸心線U方向へ集束状に通過するため、水流の拡散がなく強い水流となって高速で通過する。
In FIG. 7, the entire rotation
ここで普通のプロペラと大きく異なるのは、隣合う2枚のブレードの間を水流が正面方向から背面方向へ通過することであり、しかも、回転時に前に位置するブレードの回転後面に水圧がたかまり、そのことはブレード1の回転速度も高まることを意味し、横軸ロータ2の回転効率が高まる。
Here, the major difference from a normal propeller is that the water flow passes from the front to the back between two adjacent blades, and moreover, the water pressure is applied to the rotating rear surface of the blade located in front during rotation. In other words, this means that the rotation speed of the
図9は本願発明の燃費削減船艇7の要部の側面図である。水力発電装置5は図8に示すものと同じものなので説明を省略する。船体7Aの後端部において、スクリユ8の後面位置に、支持柱9を介して水力発電装置5が、その横軸ロータ2のブレード1の正面(回転後面1E)をスクリユ8の後面と対面させ、スクリユ軸8Aと水力発電装置5におけるロータ軸心線Uとが同心状となるように配設されており、その後部に方向舵10が配設されている。
FIG. 9 is a side view of a main part of the fuel
水力発電装置5の発電筐体6の内部には図示しない発電機が配設され、発電された電気を回収するコードは、支持柱9の内部を通って船体7A内の図示しない蓄電池に連結されている。前記発電機の前方に突出する図示しない回転軸に前記ハブ3が固定されている。符合6Aはキヤップである。
A generator (not shown) is arranged inside the
上記の構成からなる船体7Aにおいて、水中でスクリユ8を通常に回転させると、後方へ流動する水流によって水力発電装置5の横軸ロータ2が回転し、発電筐体6内の図示しない発電機が発電をするとともに、横軸ロータ2のブレード1を回転させて後方へ直線状に通過した水流によって、船体7Aは通常の船艇のように前進することが出来る。
In the
一般にスクリユ8によって押出された水流は、横側の方へ拡散する率も高いのでロスがある。そのスクリユ8で押し出された水流が、前記横軸ロータ2のブレード1の正面に当ると、抵抗なく後方へ直線的に高速で通過し、推進力にも大きく寄与することが確認された。
Generally, the water flow extruded by the
この横軸ロータ2の多数のブレード1の間を通過した水流は、スクリユ8によって押出された水流の流速よりも速くなっていることも確認された。
それは前記「0030〜0035」に記載したように、ブレード1の形状によって必然的に生じるコアンダ効果による自然現象である。
すなわち、一定の気圧の中において、部分的に低気圧が生じると強力の竜巻が生じるのと同じ自然現象であり、又水の質量の運動力によるものである。
It was also confirmed that the water flow passing between the
It is a natural phenomenon due to the Coanda effect that is inevitably caused by the shape of the
That is, it is the same natural phenomenon that a strong tornado is generated when a partial low pressure is generated in a constant atmospheric pressure, and it is due to the kinetic force of the mass of water.
スクリユ8により押出されて流動する水流は、そのまま消滅するものであるが、その水流を利用して発電されると、その電力を燃費から差し引いた分が、燃費削減に当ることになり、エネルギーの再利用という大きな効果が得られる。
The water flow extruded and flowed by the
図10は、水力発電装置5の実施例2を示す側面図である。この実施例2は、発電機11を船体7Aの内部に配設したもので、その回転軸11Aの先端に固定した伝動笠歯車11Bと、支持柱9の内部に垂直に配設した伝動軸12の上部の伝動笠歯車12Aとを噛合させてある。
FIG. 10 is a side view showing the second embodiment of the hydroelectric
前記伝動軸12の下端部に固定した伝動笠歯車12Bと、ロータ軸4の後端部に固定した伝動笠歯車4Aとを噛合させてある。これによって、水力発電装置5の横軸ロータ2が回転すると、その回転力は伝動軸12を介して発電機11に伝動されて発電され、電力は図示しない蓄電池に蓄電される。
The
このようにスクリユ8によって押出された水流は、船艇7の推進力となった後はそのまま消滅するものであるが、その消滅する直前の水流を発電機の動力として利用するもので、放棄されるエネルギーを確実に再利用することが出来る。
しかもスクリユ8から出て水力発電装置5の横軸ロータ2の各ブレード1の間を高速で通過した水流は、流速が高くなって推進力にも寄与することが認められている。
The water flow extruded by the
Moreover, it is recognized that the water flow that comes out of the
本発明は、1個のハブに8枚以上のブレード1を配設しても水流の干渉が生じず、回転速度も上昇するブレード1を備えた水力発電装置5を、船艇7のスクリユ8の後面に配設して発電することの出来る船艇に広く利用される。
In the present invention, the hydroelectric
1.ロータブレード
1A.基部
1B.前縁
1b.前縁端
1C.後縁
1c.後縁端
1D.回転前面
1E.回転後面
1F.翼先端面
2.横軸ロータ
3.ハブ
3A.正面
3B.背面
4.ロータ軸
4A.伝動笠歯車
5.水力発電装置
6.発電筐体
7.船艇
7A.船体
8.スクリユ
9 支持柱
10.方向陀
11.発電機
11A.回転軸
11B.伝動笠歯車
12.伝動軸
12A、12B.伝動笠歯車
R.翼先端面の前縁端の回転軌跡
S.ブレード中心線
T.ブレード中心線Sの回転軌跡
U.ロータ軸心線
1. 1.
Claims (4)
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