KR20090132327A - 백연 제거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중관 구조로 이루어진 굴뚝의 외면에 흡기부가 형성된 백연 제거 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 백연 제거 장치는 배기가스 관과 연통된 내측관, 및 상기 내측 관의 바깥에 설치되며, 공기가 유입되는 흡기부가 형성된 외측관을 포함한다. 이 때, 상기 내측관을 통해서는 고온의 배기가스를 유통시키고 상기 외측관을 통해서는 저온의 외부공기를 유통시킴으로써, 상기 배기가스를 응축시켜 수분을 제거한다.

백연, 굴뚝, 흡기부, 내측관, 외측관, 그물체

Description

백연 제거 장치{APPRATUS FOR REMOVING WHITE PLUME}

본 발명은 백연 제거 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이중관 구조로 이루어진 굴뚝의 외면에 흡기부가 형성된 백연 제거 장치에 관한 것이다.

백연 현상(white plume phenomenon)이란, 수분을 함유하고 있는 배기가스가 굴뚝에서 배출되어 대기와 혼합, 확산될 때, 온도가 내려가 배기가스 중의 수증기가 노점(dew point) 이하로 되면서 결로하여 흰 연기처럼 보이는 현상을 말한다.

이러한 백연 발생의 주된 원인은 대부분 유해가스를 가스 세정기(scrubber)를 이용하여 습식으로 제거하는 경우에 발생되는 것이다. 이를 보다 자세히 살펴보면, 고온의 배기가스가 가스 세정기를 통과하면서 세정수와의 접촉으로 배기가스에 다량의 수분이 포함되는데, 수분의 농도가 높아짐과 동시에 배기가스가 냉각된 상태에서 대기중으로 배출되기 때문에 배기가스 중에 과포화 상태로 포함된 수분이 굴뚝 상부의 차가운 외기와 접촉하면서 응결되어 백연이 발생된다.

따라서, 이러한 백연은 가스 세정기를 통과하면서 오염물질이 거의 제거된 상태이기 때문에 특별한 피해는 없으나, 경관상 흰연기가 나는 것으로 보여 좋지 않으며, 비행장 주변에서 시계방해가 되고, 가시적으로 느껴지는 오염물질의 인식 차원에서 백연의 제거가 필요하다.

종래에 사용중인 백연 제거 방법으로는 배기가스 재가열법, 배기가스 수냉법, 배기가스 공냉법 및 디미스터(demister) 등이 알려져 있다.

이중 기존의 배기가스 수냉법은 배기시의 온도를 수냉 콘덴서에 의해 냉각시키고, 콘덴서에서 냉각용으로 사용된 냉각수는 일정 수온 유지를 위해 공냉식 냉각탑을 이용하여 냉각시킨 후 재공급하는 방법으로서, 이러한 방법은 배기가스 온도가 냉각탑 성능만큼 낮아져 수분을 응축 제거시킬 수 있는 반면, 냉각탑 통과 후의 배기가스 역시 해당온도에서 포화상태를 유지하고 있어 배출구 주변에서 차가운 대기와의 접촉 시에 많은 응축수가 생성되는 문제가 있다. 또한 냉각수의 온도를 낮추기 위하여 사용되는 공냉식 냉각탑 등과 같은 부대시설이 많아 설비비가 많이 소요되고 그 소요면적이 큰 단점이 있는 반면 효율이 낮은 문제가 있다.

일본국 공개특허공보 2002-323216은 고온의 배기가스를 이용하여 내측의 저온 배기가스를 가열하여 백연을 제거하는 장치를 개시하고 있다. 이러한 기술은 저온 배기가스의 가열을 통하여 저온 배기가스의 상대 습도를 낮추어 백연 발생을 억제하는 방법이다. 그러나 상기한 기술은 굴뚝 하부에서 저온 배기가스와 고온 배기가스를 혼합하는 것과 결과적으로 동일하며, 저온 배기가스를 버너 등을 이용하여 가열하는 방법에 비하여 연료 소모는 없으나 수분과 유해물질을 함유하지 않는 고온의 배기가스를 공급하는 것이 어려운 문제가 있다.

본 발명은 추가적인 에너지 소비 없이 배기가스의 수분을 제거하고 외측관에서 가열된 외기와 내측관에서 배출되는 배기가스가 배출구에서 혼합되도록 하여 배기가스에 남아있는 수분을 신속히 증발시킴으로써 백연 발생을 방지할 수 있는 백연 제거 장치를 제공하자고 한다.

본 발명의 실시예에 따른 백연 제거 장치는 배기가스 관과 연통된 내측관, 및 상기 내측관의 바깥에 설치되며, 공기가 유입되는 흡기부가 형성된 외측관을 포함한다.

상기 흡기부는 상기 외측관의 하부에서 상기 상기 외측관의 둘레를 따라 복수 개가 이격 배치될 수도 있다. 또한, 상기 내측관에는 응축수가 배출되는 응축수 배출관이 연통 설치될 수 있으며, 상기 내측관에는 그물체가 설치될 수 있다.

상기 외측관에는 높이 방향으로 공간을 분할하는 차단판이 설치될 수 있으며, 상기 차단판의 아래에는 흡기부를 통해서 유입된 공기가 배출되는 배기부가 형성될 수 있으며, 상기 차단판의 위에는 공기의 유입을 위한 상부 흡기부가 상기 외측관의 벽면에 형성될 수 있다.

상기 내측관에는 상기 내측관의 벽면과 벽면에 연결 설치되어 내측관의 외부와 연통된 유도관이 형성될 수 있으며, 상기 유도관은 지면에 대하여 경사지게 설치될 수 있다. 또한, 상기 내측관의 내벽면에는 열절달을 위한 복수 개의 돌기가 형성될 수 있으며, 상기 내측관은 금속으로 이루어지고, 상기 외측관은 합성수지로 이루어지거나 외측관의 표면에는 단열층이 형성될 수 있다.

또한, 상기 내측관의 외측 표면과 상기 외측관의 내측 표면에 연결 설치되어 상기 외측관을 상기 내측관에 고정하는 지지부재를 더 포함할 수 있으며, 상기 외측관은 복수 개의 관형성유닛으로 이루어지고, 상기 관형성유닛은 분할판과 상기 분할판에 고정된 지지부재를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 백연 제거 장치는 굴뚝 내부에서 수분을 응결시켜 제거함으로써 백연이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 굴뚝 내부에 그물체를 설치하여 그물체에 수분이 응결되도록 함으로써 더욱 용이하게 백연을 제거할 수 있다.

또한, 굴뚝을 상하부로 분리하여 찬 공기를 원활하게 공급함으로써 배기가스를 더욱 용이하게 냉각할 수 있으며, 이에 따라 백연 제거 효율이 더욱 향상된다.

또한, 내측관의 내벽면에 돌기를 형성하여 열전달 효율을 향상시킴으로써 배기가스를 더욱 효율적으로 냉각할 수 있다.

또한, 외측관을 따라 유입된 외기는 배기가스와의 열교환을 통하여 가열된 채 굴뚝 상부로 배출되므로 배기가스에 남아있는 잔여수분을 신속히 증발시킴으로써 백연 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속 하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 백연 제거 장치를 도시한 종단면도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 백연 제거 장치(100)는 내측관(123)과 내측관(123)의 외부에 형성된 외측관(121)을 포함한다. 내측관(123)과 외측관(121)은 횡단면이 동심원을 이루는 이중관 구조로 이루어지며, 내측관(123)에는 공장에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배기가스관(125)이 연결 설치된다.

배기가스관(125)으로는 가스 세정기를 통과한 고온 다습한 배기가스가 유통한다. 또한 내측관(123)에는 응축수 배출관(127)이 연결 설치되는데, 응축수 배출관(127)은 내측관(123)의 하단에 연결 설치되어 내측관(123)에 축적된 응축수를 외부로 배출시키는 역할을 한다.

도 2에 도시된 바와 같이 외측관(121)은 내측관(123)을 둘러싸고 있으며, 외측관(121)에는 공기의 유입을 위한 복수 개의 하부 흡기부(124)가 형성된다. 하부 흡기부(124)는 외측관(121)의 하부('하부'라 함은 길이방향 중심을 기준으로 아래에 위치하는 부분을 말한다. 이하 같다)에 형성되며, 배기가스관(125)과 연결된 부분과 인접한 높이로 형성된다. 또한, 하부 흡기부(124)는 외측관(121)의 둘레를 따라 이격 배치되며, 하부 흡기부(124)로는 상온의 외부 공기가 유입된다. 하부 흡기부(124)로 유입된 공기는 내측관(123)에 의하여 가열되면서 위로 상승하는데, 이 때 발생하는 압력차에 의하여 외부의 공기가 지속적으로 하부 흡기부(124)로 유입된다.

이에 따라 내측관(123)의 안쪽에는 배기가스가 유통하는 배기가스 유통로(129)가 형성되며, 내측관(123)과 외측관(121) 사이에는 공기가 유통하는 공기 유통로(128)가 형성된다.

이와 같이, 외측관(121)에 찬 공기가 흐르고, 내측관(123)에 상대적으로 온도가 높은 배기가스가 흐르면 내측관(123)의 벽면을 통한 열전달에 의하여 내측관(123)을 흐르는 배기가스의 온도가 낮아지고, 이에 따라 내측관(123) 벽에 수분이 응결되어 응축수(126)가 형성된다.

응축수(126)는 내측관벽을 따라 아래로 이동하여 응축수 배출관(127)을 통해서 외부로 배출된다.

이와 같이 수분이 제거된 공기가 외부로 배출되면 백연이 발생하는 것을 용이하게 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 외측관(121)을 따라 상승한 외기는 주위로부터 추가적인 수분의 유입 없이 가열되어 온도가 상승한 공기이기 때문에 상대습도가 매우 낮은 건조한 공기이다. 이와 같은 고온 건조한 공기는 내측관(123)을 따라 상승한 배기가스와 접촉하면 배기가스에 남아 있는 수분을 급격히 증발시키는 효과가 있으므로 백연발생을 현저히 억제할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 백연 제거 장치를 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 백연 제거 장치(130)는 내측관(123)에 설치된 그물체(131, 132)를 포함한다.

본 실시예에 따른 백연 제거 장치(130)는 그물체(131, 132)를 제외하고는 상기한 제1 실시예의 백연 제거 장치와 동일한 구성으로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략한다.

내측관(123)의 하부에는 두개의 그물체(131, 132)가 지면에 대하여 수평하게 설치된다. 본 실시예에서는 두개의 그물체(131, 132)가 설치된 것으로 예시하고 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 그물체는 하나 또는 3개 이상이 설치될 수도 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 그물체(131)에는 가로 와이어(131a)와 세로 와이어(131b)가 직각으로 교차하도록 설치되는데, 배기가스가 그물체(131)을 통과하는 과정에서 그물체(131)에 수분이 응축되어 보다 용이하게 수분을 제거할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 백연 제거 장치를 도시한 종단면도이고, 도 6은 도 5에서 흡기부가 설치된 부분을 수평으로 잘라 본 횡단면도이다.

도 5 및 도 6을 참고하여 설명하면, 본 실시예에 따른 백연 제거 장치(150)는 외측관(121) 내에 설치된 차단판(156)과 차단판(156)의 아래에 형성되며 하부 흡기부(124)를 통해서 유입된 공기가 외부로 배출되는 배기부(151)를 포함한다.

차단판(156)은 외측관의 내벽과 내측관의 외벽사이에 설치되어 공간을 분리하는 역할을 하며, 지면에 대하여 수평하게 설치된다. 차단판(156)의 아래에는 배기부(151)가 형성되고, 차단판(156)의 위에는 상부 흡기부(152)가 형성된다. 이에 따라 외측관(121)의 하부에 형성된 하부 흡기부(124)로 유입된 공기는 내측관(123)을 냉각시킨 후, 배기부(151)를 통해서 빠져 나가고 새로운 공기가 차단판(156)의 위에 형성된 상부 흡기부(152)를 통해서 유입되어 내측관(123)을 냉각시킨다.

신선한 공기가 상부 흡기부(152)를 통해서 유입되므로 내측관(123)을 용이하게 냉각시킬 수 있다. 또한, 차단판(156)의 위와 아래에 형성된 상부 흡기부(152)와 배기부(151)는 서로 엇갈리게 배치되는데, 이에 따라 배기부(151)로 나온 뜨거운 공기가 상부 흡기부(152)로 유입되지 아니하므로 신선한 공기를 상부 흡기부(152)로 안전하게 공급할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제 4실시예에 따른 백연 제거 장치를 도시한 단면도이다.

도 7을 참고하여 설명하면, 본 실시예에 따른 백연 제거 장치(160)는 내측관(123)의 내부에 형성된 유도관(165)을 포함한다. 유도관(165)은 복수 개가 서로 다른 방향으로 엇갈리도록 설치된다.

유도관(165)은 내측관(123)의 벽면과 벽면에 연결 설치되어 내측관(123)의 외부와 연결된다. 이에 따라 유도관(165)은 내측관(123)의 외부에 형성된 공기 유통로(128)와 연결되는데, 외측관(121)을 통해서 흐르는 공기가 유도관(165)으로 유입되어 흐르게 된다. 유도관(165)은 지면에 대하여 경사지게 설치되는데, 이에 따라 아래의 벽면과 연결된 부분에서 위쪽 벽면과 연결된 부분으로 공기가 이동한다. 이와 같이 유도관(165)을 통해서 공기가 이동하면, 상대적으로 온도가 낮은 유도관(165)의 표면에 응축수가 형성되어 보다 용이하게 수분을 제거할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 백연 제거 장치를 도시한 종단면도이고, 도 9는 도 8에서 돌기가 설치된 부분을 수평으로 잘라 본 횡단면도이다.

도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 백연 제거 장치(170) 는 횡단면이 동심원 상으로 이루어진 내측관(123)과 외측관(121)을 포함하는데, 내측관(123)은 금속 재질로 이루어진다. 본 실시예에 따른 백연 제거 장치(170)는 기존에 설치된 굴뚝을 외측관(121)으로 하고, 외측관(121) 내부에 금속으로 이루어진 내측관(123)을 삽입하여 형성한다.

이와 같이 기존의 굴뚝에 내측관(123)을 삽입하여 설치하면, 열전도도가 낮은 기존의 굴뚝을 활용하여 백연 제거 장치(170)을 형성할 수 있다.

또한, 내측관(123)에는 복수 개의 돌기(175)가 내측 벽면을 따라 서로 이격되어 배열되도록 형성되는데, 이러한 돌기(175)는 열전달 면적을 확장하는 역할을 한다.

이와 같이 금속으로 이루어진 내측관(123)의 내벽면에 돌기(175)가 형성되면, 내측관이 공기에 의하여 빠르게 냉각되어 내측관(123)의 벽면 및 돌기(175)로 열을 흡수함으로써 배기가스를 용이하게 냉각시켜서 수분을 제거할 수 있다.

또한, 외측관(121)은 열전도 계수가 낮은 합성수지로 이루어지거나 외측관(121)의 표면에는 단열층(미도시)이 형성될 수 있다. 이와 같이 외측관(121)이 플라스틱으로 이루어지거나, 외측관(121)에 단열층이 형성되면, 내측관(123)에 의하여 가열되어 외측관(121)을 따라 유동하는 고온 건조한 공기가 배기가스와 접촉하면서 배기가스에 남아 있는 수분을 증발시켜 백연 발생을 현저히 억제할 수 있다.

도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 백연 제거 장치를 도시한 종단면도이고, 도 11은 도 10에서 지지부재가 설치된 부분에서 수평으로 잘라 본 횡단면도이 다.

도 10 및 도 11을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 백연 제거 장치(180)는 횡단면이 동심원 상으로 이루어진 내측관(123)과 외측관(181)을 포함한다. 본 실시예에 따른 백연 제거 장치(180)는 기존에 설치된 굴뚝을 내측관(123)으로 하고, 내측관(123) 외부에 내측관(123)을 끼움하는 외측관(181)을 설치하였다. 그리고 내측관(123)과 외측관(181) 사이에는 외측관(181)이 내측관(123)에 의하여 고정될 수 있도록 지지부재(185)가 설치되는데, 지지부재(185)는 막대 형상으로 이루어진다. 지지부재(185)는 외측관(181)의 내측 벽면과 내측관(123)의 외측 벽면에 고정되어 외측관(181)을 지상에서 이격되도록 지지하는데, 이에 따라 외측관(181)의 하단에는 개방된 하부 흡기부(124)가 형성된다.

이와 같이, 기존에 설치된 내측관(123)에 외측관(181)을 덧씌워 백연 제거 장치를 형성하면, 기존에 형성된 굴뚝을 활용할 수 있으며, 굴뚝의 외면에 외측관(181)을 설치함으로써 설치의 용이성을 도모할 수 있다. 또한 지지부재(185)를 이용하여 외측관(181)을 내측관(123)에 고정하면, 외측관(181)의 하단에 자연스럽게 하부 흡기부(124)가 형성되며, 지지부재(185)를 통해서 내측관(123)과 외측관(181) 사이에 열이 전달되어 내측관(123)을 보다 용이하게 냉각시킬 수 있다.

도 12a 및 도 12b는 상기한 제6 실시예의 변형예에 따른 백연 제거 장치에 사용되는 내측관과 외측관을 도시한 단면도이다.

도 12a는 관형성유닛들(182)이 서로 결합되지 않은 상태를 나타내고, 도 12b는 관형성유닛들(182)이 용접으로 접합된 상태를 나타낸다.

도 12a 및 도 12b를 참조하면, 본 실시예에 따른 외측관(183)은 복수개의 관형성 유닛(182)으로 구성된다. 관형성유닛(182)은 분할판(182b)과 분할판(182b)에 고정된 지지부재(182a)를 포함하여 구성되며, 지지부재(182a)가 분할판(182b)의 중앙에 설치되어 단면이 대략 T자 형으로 이루어진다. 이때, 지지부재(182a)는 막대형상으로 이루어질 수 있으며, 리브(rib) 형상으로 이루어질 수도 있다.

도 12a에서는 분할판(182b)이 최초 평판으로 이루어진 것으로 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 분할판(182b)은 외측관(183)의 곡률과 동일한 곡률을 갖는 곡면판으로 이루어질 수도 있다. 분할판(182b)들은 복수개가 맞닿도록 배치된 상태에서 고정되는데, 분할판(182b)들이 맞닿는 부분에는 용접으로 고정된 용접부(186)가 형성된다.

이러한 구조로 내측관(123)의 둘레에는 분할판들(182)이 연결되어 외측관(183)이 형성된다.

본 실시예와 같이 외측관(183)이 복수개의 관형성유닛(182)으로 이루어지면, 보다 용이하게 외측관(183)을 설치할 수 있으며, 각각의 관형성유닛(182)이 지지부재(182a)에 의하여 내측관(123)에 고정되므로 구조적인 안정성을 확보할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 백연 제거 장치는 도시한 종단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 백연 제거 장치를 도시한 횡단면도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 백연 제거 장치를 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 그물체를 도시한 평면도이다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 백연 제거 장치를 도시한 종단면도이다.

도 6은 도 5에서 흡기부가 설치된 부분을 수평으로 잘라 본 횡단면도이다.

도 7은 본 발명의 제 4실시예에 따른 백연 제거 장치를 도시한 종단면도이다.

도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 백연 제거 장치를 도시한 종단면도이다.

도 9는 도 8에서 돌기가 설치된 부분을 수평으로 잘라 본 횡단면도이다.

도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 백연 제거 장치를 도시한 종단면도이다.

도 11은 도 10에서 지지부재가 설치된 부분을 수평으로 잘라 본 횡단면도이다.

도 12a 및 도 12b는 제6 실시예의 변형예에 따른 백연 제거 장치의 내측관에 외측관을 설치하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 백연 제거 장치 121: 외측관

123: 내측관 124: 하부 흡기부

125: 배기가스관 126: 응축수

127: 응축수 배출관 128: 공기 유통로

129: 배기가스 유통로 131, 132: 그물체

145: 상부 흡기부 146: 연통 홀

147: 차단판 165: 유도관

175: 돌기 185: 지지부재

Claims (14)

1. 배기가스 관과 연통된 내측관;

   상기 내측 관의 바깥에 설치되며, 외부 공기가 유입되는 흡기부가 형성된 외측관;

   을 포함하는 백연 제거 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 흡기부는 상기 외측관의 하부에 형성된 백연 제거 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 흡기부는 상기 외측관의 둘레를 따라 복수 개가 이격 배치된 백연 제거 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 내측관에는 응축수가 배출되는 응축수 배출관이 연통 설치된 백연 제거 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 내측관에는 그물체가 설치된 백연 제거 장치
6. 제1항에 있어서,

   상기 외측관에는 높이 방향으로 공간을 분할하는 차단판이 설치된 백연 제거 장치,
7. 제6항에 있어서,

   상기 차단판의 아래에는 상기 흡기부로 유입된 공기가 외부로 배출되는 배기부가 상기 외측관의 벽면에 형성되며,

   상기 차단판의 위에는 공기의 유입을 위한 상부 흡기부가 상기 외측관의 벽면에 형성된 백연 제거 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 내측관에는 상기 내측관의 벽면과 벽면에 연결 설치되어 내측관의 외부와 연통된 유도관이 형성된 백연 제거 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 유도관은 지면에 대하여 경사지게 설치된 백연 제거 장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 내측관의 내측 벽면에는 열절달을 위한 복수 개의 돌기가 형성된 백연 제거 장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 내측관은 금속으로 이루어진 백연 제거 장치.
12. 제1항에 있어서,

    상기 외측관은 합성수지로 이루어지거나 또는 외측관의 표면에 단열층이 형성된 백연 제거장치
13. 제1항에 있어서,

    상기 내측관의 외측 표면과 상기 외측관의 내측 표면에 연결 설치되어 상기 외측관을 상기 내측관에 고정하는 지지부재를 더 포함하는 백연 제거장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 외측관은 복수 개의 관형성유닛으로 이루어지고, 상기 관형성유닛은 분할판과 상기 분할판에 고정된 지지부재를 포함하는 백연 제거장치.

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