KR101656700B1 - 동결건조기 - Google Patents

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KR101656700B1
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drying chamber
lid
chamber
freeze
inlet
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KR1020150069609A
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홍성대
김재용
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주식회사 일신바이오베이스
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Abstract

본 발명은 건조챔버가 내부의 피건조물을 육안으로 확인할 수 있도록 수평으로 설치되되 전방은 소정 각도로 경사지게 형성되어 별도의 잠금장치 없이 뚜껑을 덮어서 밀봉할 수 있도록 개선된 동결건조기를 개시한다.

Description

동결건조기{FREEZE DRYER}
본 발명은 동결건조기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부의 피건조물을 육안으로 확인할 수 있도록 수평으로 설치되되 전방은 소정 각도로 경사지게 형성되어 별도의 잠금장치 없이 뚜껑을 덮어서 밀봉할 수 있도록 건조챔버의 구조가 개선된 동결건조기에 관한 것이다.
일반적으로 동결건조는 식품가공분야, 제약분야, 생물학분야 등에서 식품, 액상의 약품, 혈액, 세포 등의 건조방법으로 널리 이용되고 있으며 물질을 동결시키고 수분의 압력을 물, 얼음 및 수증기(Water Vapor)가 공존하는 물의 삼중점이하로 저하시켜 얼음을 직접 수증기로 변화시키는 승화에 의하여 실시한다. 즉, 6밀리바(mbar) 또는 4.6토르(Torr)의 낮은 압력하에서 얼음의 형태를 가지는 수분은 열에너지의 공급에 따라 액체로 변하지 않고 수증기로 직접 승화되며, 승화되는 수증기에 의하여 물질에는 무수히 많은 공간이 남게 된다. 따라서, 건조된 다공성 물질은 완전하고 신속하게 재수화(Rehydration)시킬 수 있다.
이러한 동결건조를 위해 다양한 종류의 동결건조기가 개발되고 있다.
동결건조기의 기본적인 구성을 보면, 동결건조를 실시하는 진공의 건조챔버와 수증기를 포집하는 진공의 콘덴서챔버가 서로 연결되게 구성되고, 일부분에는 건조챔버와 콘덴서챔버를 진공으로 만들어주는 진공펌프가 구비된다. 그리고 건조챔버 내에는 피건조물을 안치할 수 있는 선반이 설치되고, 콘덴서챔버 내에는 수증기를 응축시켜 결빙시키기 위한 콘덴서가 설치된다.
따라서 건조챔버의 선반에 피건조물을 안치한 후 작동시키면, 선반에 브라인을 순환시켜 피건조물의 동결건조를 실시한다. 그리고 피건조물의 동결건조시 승화되는 수증기는 콘덴서챔버로 유입된 후 콘덴서의 표면에서 응축되어 결빙된다. 그리고 콘덴서의 표면에 결빙되어 있는 얼음은 제상시켜 배출된다.
이와 같이 구성 및 작동되는 동결건조기는 건조챔버를 구비하는 데, 종래의 건조챔버는 대략 두 종류로 구분된다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 대형 동결건조기에 주로 사용되는 건조챔버(10)는 전면에 피건조물을 넣고 뺄 수 있는 입구가 형성되고, 입구를 개폐도어(12)가 개폐하게 구성되며, 개폐도어는 별도의 잠금장치(14)에 의해 고정되게 구성된다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이 소형 동결건조기에 주로 사용되는 건조챔버(20)는 동결건조기 본체(1) 상에 연결되게 설치되고, 상면에는 입구가 형성되며 별도의 뚜껑(22)으로 입구를 덮어 밀폐시키게 구성된다.
이를 보면, 종래의 동결건조기는 건조챔버가 상면이 개방되어 뚜껑을 닫는 구조와 정면에 개폐도어를 설치하여 별도의 잠금장치를 이용해 개폐도어를 닫는 구조가 있음을 알 수 있다.
그러나 상면을 뚜껑으로 덮어서 닫는 종래의 건조챔버는 선반이 수평으로 설치되기 때문에 하부에 위치한 선반에 안치된 피건조물의 상태를 확인할 수 없는 문제점이 있고, 정면에 개폐도어를 설치한 종래의 건조챔버는 피건조물의 상태를 확인할 수는 있지만 개폐도어를 설치하기 위해 경첩구조와 잠금장치구조가 필요하기 때문에 제조 원가가 상승하게 되고 따라서 소형 건조챔버에는 적용하기 쉽지 않은 문제점이 있다.
1) 대한민국 등록특허 제10-1287853(등록일: 2013년07월15일), 발명의 명칭: "진공동결건조기용 건조장치" 2) 대한민국 등록특허 제10-0492927호(등록일: 2005년05월24일), 발명의 명칭: "동결건조기의 진공챔버 밀봉 장치" 3) 대한민국 등록특허 제10-0169301호(등록일: 1998년10월10일), 발명의 명칭: "진공 동결 건조기용 콜드트랩장치" 4) 대한민국 등록실용신안 제20-0256642호(등록일: 2001년11월26일), 고안의 명칭: "동결건조기"
본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 내부의 피건조물을 육안으로 확인할 수 있도록 수평으로 설치하되 전방 입구를 소정 각도로 상향 경사지게 형성하여 별도의 잠금장치 없이 뚜껑을 경사지게 덮어서 닫을 수 있도록 건조챔버가 개선된 동결건조기를 제공하는 데 있다.
상술한 목적은, 동결건조기 본체 상에 연결되게 설치된 건조챔버와, 건조챔버를 입구를 닫는 뚜껑과, 건조챔버 내에 설치된 선반을 포함하여 구성된 동결건조기에 있어서, 상기 건조챔버는 동결건조기의 본체 상에 연결관을 통해 연결되게 설치되고 수평으로 배치되며 전방으로 개구된 원통 형상의 밀폐구조를 갖되 전방 단부는 상부에서 하부로 갈수록 전방으로 길어지는 경사면을 갖도록 형성된 건조챔버몸체부와, 건조챔버몸체부의 전방 경사면에 밀착 고정되어 수평에서 상방향으로 20°내지 40°로 경사지게 설치되고 건조챔버몸체부와 연통되게 형성되어 전방에 피건조물을 넣고 뺄 수 있는 입구가 경사지게 구비된 경사챔버부로 구성되고, 상기 경사챔버부를 건조챔버몸체부의 전방에 경사지게 설치하기 위해, 상기 건조챔버몸체부의 선단 일부분을 상기 경사면이 형성되도록 경사지게 절단하여 상기 경사챔버부가 분리되게 하고, 이 경사챔버부를 뒤집어서 건조챔버몸체부의 전방 경사면과 경사챔버부의 후방 경사면이 밀착되도록 하여 경사챔버부가 상방향으로 경사지게 놓고, 밀착면을 따라 용접을 통해 고정시켜 설치되며, 상기 뚜껑은 입구를 통해 건조챔버 내부를 육안으로 확인할 수 있게 투명한 재질로 제조된 투명판과, 투명판의 테두리를 따라 결합되어 경사챔버부의 입구에 올려 놓았을 때 입구의 테두리에 밀착되며 일면 또는 양면에는 입구의 내면에 끼워져 미끄러지지 않도록 걸림 현상을 유지하게 걸림턱이 돌출 형성된 테두리밀착부재로 구성되고, 상기 경사챔버부의 입구 단부를 외측으로 말아서 내부에 공간이 구비되게 라운드마감부를 형성하고 이 공간의 일부분에 자석이 매립되게 설치하며, 상기 뚜껑의 테두리밀착부재는 고무와 철가루가 혼합된 재질로 제조되어 뚜껑을 건조챔버 입구에 올려놓았을 때 자력에 의해 밀착력이 향상되게 구성되며, 상기 걸림턱은 상기 라운드마감부의 내측 일부분에 밀착되는 곡선 형상의 라운드밀착부와 라운드밀착부의 단부에서 연장되어 상기 입구의 내면에 밀착되는 직선밀착부로 구성되어 상기 뚜껑을 경사챔버부의 입구에 올려놓았을 때 흘러내리지 않고 밀착 및 걸림 상태를 유지할 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 동결건조기에 의해 달성된다.
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그리고 상기 건조챔버몸체부의 양측에는 매니폴드가 설치되어, 다수의 플라스크를 연결 설치할 수 있게 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 동결건조기는 건조챔버몸체부가 수평으로 설치되고 전방에 입구가 있으며 전방의 입구는 소정 각도로 상향 경사지게 형성되어 있기 때문에 투명한 뚜껑을 덮어서 닫기만 하면 입구를 용이하게 밀폐할 수 있고, 투명한 뚜껑을 통해 수평으로 배열된 내부의 피건조물 상태를 육안을 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 동결건조기는 건조챔버의 구조가 간단하기 때문에 소형 동결건조기에 적용하는 것이 이상적이며, 사용이 용이하고 경제적인 효과가 있다.
도 1은 종래의 대형 동결건조기에 사용되는 건조챔버의 일례를 나타낸 도면,
도 2는 종래의 소형 동결건조기에 사용되는 건조챔버의 일례를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 동결건조기를 나타낸 분리 측단면도,
도 4는 도 3에서 뚜껑이 닫힌 상태를 나타낸 측단면도,
도 5는 본 발명에서 건조챔버부만 발췌해서 나타낸 사시도,
도 6은 본 발명에 사용되는 건조챔버의 제조공정을 설명하기 위해 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 사용되는 건조챔버 뚜껑의 다른 실시예를 설명하기 위해 나타낸 측면도,
도 8은 본 발명에 사용되는 건조챔버 뚜껑의 또 다른 실시예를 설명하기 위해 나타낸 측면도,
도 9와 도 10은 본 발명에 따른 동결건조기용 건조챔버의 다른 실시예를 나타낸 측면도와 평면도.
첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 동결건조기는 동결건조기 본체(1) 상에 연결되게 설치된 건조챔버(100)와, 건조챔버(100)를 입구를 닫는 뚜껑(200)과, 건조챔버(100) 내에 설치된 선반(300)을 포함하여 구성된다.
특히, 본 발명은 건조챔버(100)의 형상에 특징을 갖는 것으로, 본 발명에 사용되는 건조챔버(100)는 원통 형상의 건조챔버몸체부(110)와 경사챔버부(120)가 일체로 형성된 구조를 갖는다. 즉, 건조챔버몸체부(110)의 전방에 경사챔버부(120)가 일체로 고정되되, 건조챔버몸체부(110)는 수평으로 배치되고 경사챔버부(120)는 건조챔버몸체부(110)의 전방에서 상방향으로 소정 각도 경사지게 형성된다.
여기서, 건조챔버몸체부(110)는 동결건조기의 본체(1) 상에 연결관(112)을 통해 연결되게 설치되어 동결건조기 본체(1)와 상호 연동되게 사용되고, 피건조물을 수평으로 넣고 뺄 수 있게 수평으로 배치되며, 전방으로 개구된 밀폐구조를 갖게 구성된다. 그리고 건조챔버몸체부(110)의 전방 단부는 상부에서 하부로 갈수록 전방으로 길어지는 경사면을 갖도록 경사지게 형성된다.
그리고 경사챔버부(120)는 건조챔버몸체부(110)의 전방 경사면에 밀착 고정되어 상방향으로 경사지게 설치되고, 건조챔버몸체부(110)와 연통되게 형성되어 전방에 피건조물을 넣고 뺄 수 있는 입구(122)가 구비되게 구성된다. 따라서 건조챔버(100)는 입구(122)가 수직이 아니라 경사지게 형성되어 있기 때문에 뚜껑(200)을 올려 놓으면 낙하되지 않고 올려진 상태를 유지하게 되는 것이다. 여기서, 경사챔버부(120)의 입구(122) 단부는 외측으로 라운드지게 말아서 라운드마감부(124)를 형성하여 입구(122)의 단부를 곡선으로 부드럽게 처리하는 것이 바람직하다.
도 6을 참조하여 본 발명에 사용되는 건조챔버(100)의 제조 공정을 설명하면, 전방으로 개구된 원통 형상의 밀폐구조를 갖는 건조챔버몸체부(110)의 선단 일부분을 (a)에 도시된 바와 같이 하부 수평선을 기준으로 후방으로 70°내지 80°사이로 상향 경사지게 절단하여 (b)에 도시된 바와 같이 경사챔버부(120)가 분리되게 제조된다. 이를 위해, 건조챔버몸체부(110)는 경사챔버부(120)가 분리되는 것을 고려하여 충분한 길이를 갖게 제조된다. 다음으로 (c)에 도시된 바와 같이 경사챔버부(120)의 선단부를 외측으로 말아서 입구(122)에 라운드마감부(124)가 형성되도록 한다. 그런 다음, (d)에 도시된 바와 같이 경사챔버부(120)를 뒤집어서 건조챔버몸체부(110)의 전방 경사면과 경사챔버부(120)의 후방 경사면이 밀착되도록 하여 경사챔버부(120)가 상방향으로 경사지게 놓고, (e)에 도시된 바와 같이 건조챔버몸체부(110)와 경사챔버부(120)의 밀착면을 따라 용접을 통해 고정시키면 제조가 완료된다. 물론, 공정 순서는 작업 상의 편의를 고려하여 서로 바뀔 수도 있을 것이다. 이렇게 제조된 건조챔버(100)는 경사챔버부(120)의 경사 각도가 수평에서 상방향으로 20°내지 40° 사이를 유지하게 되는데, 이는 경사 각도가 20°이하이면 뚜껑(200)이 잘 흘러내리고, 40°이상이면 건조챔버(100) 내부를 육안으로 확인하는데 불편하기 때문이다.
다시 도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 사용되는 뚜껑(200)은 입구(122)를 통해 건조챔버(100) 내부를 육안으로 확인할 수 있게 투명한 재질로 제조된 투명판(210)과, 투명판(210)의 테두리를 따라 결합되어 건조챔버(100) 입구(122)에 올려 놓았을 때 입구(122)의 테두리에 밀착되는 테두리밀착부재(220)로 구성된다. 그리고 테두리밀착부재(220)의 일면 또는 양면에는 입구(122)의 내면에 끼워져 미끄러지지 않게 걸림 현상을 유지하도록 걸림턱(222)이 돌출 형성된다.
여기서, 투명판(210)은 투명도를 위해 유리 또는 아크릴로 제조하는 것이 바람직하며, 테두리밀착부재(220)는 밀착력을 좋게 하기 위해 고무 재질로 제조하는 것이 바람직하다.
계속해서, 본 발명에 사용되는 선반(300)은 수평으로 놓인 다수개의 선반대가 상하로 소정 간격을 두고 적층식으로 배열되게 건조챔버(100) 내에 설치되어, 건조챔버(100)의 입구(122)를 통해 선반(300)에 놓인 피건조물을 육안을 확인할 수 있게 배치된다. 따라서 뚜껑(200)을 분리하면 건조챔버(100)의 입구(122)을 통해 피건조물을 편리하게 선반(300)에 올려 놓거나 빼낼 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 건조챔버(100)와 연결 설치되는 동결건조기 본체(1)는 건조챔버(100) 내의 동결 건조, 진공 유지, 수증기 포집 등과 같은 작업이 이루어지게 하는 것으로, 공지의 제품을 사용하면 되기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 동결건조기는 뚜껑(200)을 들어 내고 건조챔버(100) 내의 선반(300)에 식품, 액상의 약품, 혈액, 세포 등과 같은 피건조물을 수평으로 집어 넣은 다음, 건조챔버(100)의 입구(122)에 뚜껑(200)을 단순히 올려 놓기만 하면 밀폐가 이루어지게 된다. 이때, 건조챔버(100)의 입구(122)가 수직이 아니라 경사지게 형성되어 있을 뿐만 아니라 뚜껑(200)의 걸림턱(222)이 건조챔버(100) 입구(122)에 끼워져 입구(122) 단부에 걸려 있는 상태를 유지하기 때문에 뚜껑(200)을 올려 놓으면 낙하되지 않고 올려진 상태를 유지하게 되며, 따라서 뚜껑(200)의 테두리밀착부재(220)가 건조챔버(100)의 입구(122) 테두리에 밀착되어 밀폐 상태를 유지하게 된다. 이 상태에서 동결건조기 본체(1)가 작동되면, 건조챔버(100) 내의 진공 유지, 피건조물의 동결 건조 및 수증기 포집과 같은 작업이 이루어지게 된다.
한편, 본 발명에 따른 동결건조기는 뚜껑(200)이 건조챔버(100)의 입구(122)에 올려 놓았을 때 더 확실하게 밀착 및 걸림 상태를 유지하기 위해, 도 7에 도시된 바와 같이 뚜껑(200)의 걸림턱(222)이 라운드밀착부(223)와 직선밀착부(224)가 일체로 형성되게 구성할 수도 있을 것이다. 즉, 건조챔버(100)의 입구(122) 단부가 외측으로 라운드지게 말아서 라운드마감부(124)를 갖도록 형성되어 있기 때문에 라운드마감부(124)의 내측 일부분에 밀착되는 라운드밀착부(223)와, 라운드밀착부(223)의 단부에서 연장되어 입구(122)의 내면에 밀착되는 직선밀착부(224)로 구성되는 것이다. 그러면 뚜껑(200)이 건조챔버(100)의 입구(122)에 더 확실하게 밀착되어 걸려 있는 상태를 유지하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 동결건조기는 뚜껑(200)을 건조챔버(100) 입구(122)에 올려 놓았을 때 자력에 의해 밀착 고정력이 향상되게 구성할 수도 있을 것이다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이 건조챔버(100)의 입구(122) 단부를 외측으로 말아서 라운드마감부(124)를 형성할 때 라운드마감부(124)의 내부에 공간(126)이 구비되게 형성하고, 이 공간(126)의 일부분에 자석(400)이 매립되게 설치한 다음, 뚜껑(200)의 테두리밀착부재(220)는 고무와 철가루(410)가 혼합된 재질로 제조하여, 뚜껑(200)을 건조챔버(100) 입구(122)에 올려 놓았을 때 자력에 의해 밀착 고정력이 향상되게 구성하면 된다. 여기서, 자석(400)은 라운드마감부(124)를 형성할 때 함께 말아서 매립되게 구성할 수도 있고, 라운드마감부(124)의 일부분을 절개하여 공간(126)과 연결되는 홈을 형성하고 이 홈을 통해 공간(126)에 자석(400)이 삽입되게 한 후 홈을 메워서 고정되게 구성할 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명에 따른 동결건조기는 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이 건조챔버몸체부(110)의 양측에 매니폴드(500)가 설치되어, 플라스크(미도시) 등을 연결할 수 있게 구성할 수도 있을 것이다. 여기서, 매니폴드(500)가 설치되는 구조는 건조챔버몸체부(110)의 양측에 결합공(114)을 형성하여 매니폴드(500)의 일측에 내부와 연통되는 결합구(510)를 형성하여 서로 결합하는 구조에 의해 고정되게 설치하면 될 것이다. 그리고 매니폴드(500)는 건조챔버몸체부(110)의 양측에 각각 대칭되게 구성하는 것이 바람직하나, 비대칭되게 구성할 수도 있을 것이다. 참고로, 매니폴드(500)에 연결되는 다수의 플라스크에는 각각 다른 시료를 넣어 동결건조 상태를 확인하는 데 사용할 수도 있고, 동일 피건조물의 동결건조 시간 차이를 확인할 때 사용할 수도 있을 것이다. 물론, 매니폴드(500)에 플라스크를 연결하는 구조는 공지의 기술이기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이상에서와 같이 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
1: 동결건조기 본체 100: 건조챔버
110: 건조챔버몸체부 112: 연결관
114: 결합공 120: 경사챔버부
122: 입구 124: 라운드마감부
200: 뚜껑 210: 투명판
220: 테두리밀착부재 222: 걸림턱
223: 라운드밀착부 224: 직선밀착부
300: 선반 500: 매니폴드

Claims (6)

  1. 동결건조기 본체 상에 연결되게 설치된 건조챔버와, 건조챔버를 입구를 닫는 뚜껑과, 건조챔버 내에 설치된 선반을 포함하여 구성된 동결건조기에 있어서,
    상기 건조챔버는 동결건조기의 본체 상에 연결관을 통해 연결되게 설치되고 수평으로 배치되며 전방으로 개구된 원통 형상의 밀폐구조를 갖되 전방 단부는 상부에서 하부로 갈수록 전방으로 길어지는 경사면을 갖도록 형성된 건조챔버몸체부와, 건조챔버몸체부의 전방 경사면에 밀착 고정되어 수평에서 상방향으로 20°내지 40°로 경사지게 설치되고 건조챔버몸체부와 연통되게 형성되어 전방에 피건조물을 넣고 뺄 수 있는 입구가 경사지게 구비된 경사챔버부로 구성되고,
    상기 경사챔버부를 건조챔버몸체부의 전방에 경사지게 설치하기 위해, 상기 건조챔버몸체부의 선단 일부분을 상기 경사면이 형성되도록 경사지게 절단하여 상기 경사챔버부가 분리되게 하고, 이 경사챔버부를 뒤집어서 건조챔버몸체부의 전방 경사면과 경사챔버부의 후방 경사면이 밀착되도록 하여 경사챔버부가 상방향으로 경사지게 놓고, 밀착면을 따라 용접을 통해 고정시켜 설치되며,
    상기 뚜껑은 입구를 통해 건조챔버 내부를 육안으로 확인할 수 있게 투명한 재질로 제조된 투명판과, 투명판의 테두리를 따라 결합되어 경사챔버부의 입구에 올려 놓았을 때 입구의 테두리에 밀착되며 일면 또는 양면에는 입구의 내면에 끼워져 미끄러지지 않도록 걸림 현상을 유지하게 걸림턱이 돌출 형성된 테두리밀착부재로 구성되고,
    상기 경사챔버부의 입구 단부를 외측으로 말아서 내부에 공간이 구비되게 라운드마감부를 형성하고 이 공간의 일부분에 자석이 매립되게 설치하며, 상기 뚜껑의 테두리밀착부재는 고무와 철가루가 혼합된 재질로 제조되어 뚜껑을 건조챔버 입구에 올려놓았을 때 자력에 의해 밀착력이 향상되게 구성되며,
    상기 걸림턱은 상기 라운드마감부의 내측 일부분에 밀착되는 곡선 형상의 라운드밀착부와 라운드밀착부의 단부에서 연장되어 상기 입구의 내면에 밀착되는 직선밀착부로 구성되어 상기 뚜껑을 경사챔버부의 입구에 올려놓았을 때 흘러내리지 않고 밀착 및 걸림 상태를 유지할 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 동결건조기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 건조챔버몸체부의 양측에는 매니폴드가 설치되어, 다수의 플라스크를 연결 설치할 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 동결건조기.
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