KR20150000428A - 배출 가스 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 배출 가스 처리 장치의 설치 스페이스를 저감하는 것을 목적으로 한다.
배출 가스 처리 장치는, 열에너지를 이용하여 배출 가스를 처리하는 배출 가스 처리부로서, 처리된 배출 가스를, 액체를 사용하여 냉각시키는 배출 가스 처리부와, 액체를 순환액으로서 순환로 내를 순환시키는 순환부와, 순환액을 냉각시키기 위한 열교환 튜브로서, 열교환 튜브의 내부에 흐르는 냉각액과, 열교환 튜브의 외부에 흐르는 순환액의 사이에서 열교환을 행하는 열교환 튜브와, 순환액을 저류하는 순환액 저류부를 구비한다. 열교환 튜브는, 순환액 저류부의 내부의 적어도 일부에 확보된 열교환 튜브 설치 공간에 배치된다.

Description

배출 가스 처리 장치{EXHAUST GAS PROCESSING DEVICE}
본 발명은, 배출 가스 처리 기술에 관한 것이다.
예컨대, 반도체 산업에서는, 반도체 제조 공정에서 배출되는 유해 가스, 예컨대, 실란(SiH4) 가스, 할로겐계(NF3, ClF3, SF6, CHF3, C2F6, CF4 등) 가스가 연소 처리된다. 연소 처리된 배출 가스에는, 처리 대상 가스의 성분에 의해 연소 부생성물로서 고체 성분(예컨대, SiO2)이나 산성 성분(HF, HCl 등)이 포함된다. 이들을 배출 가스로부터 제거하기 위해서, 배출 가스가 세정된다. 세정 방식으로는, 팬 스크러버나 스프레이 탑 등이 알려져 있다.
이러한 연소식 배출 가스 처리 장치에서는, 고온(예컨대, 1700℃)의 연소 가스의 냉각이나 세정을 행하기 위해서, 다량의 물을 필요로 한다. 이러한 다량의 물을 공업용수나 수돗물의 공급에 의해서만 조달하면, 물공급에 드는 운전 비용이 증대되고, 나아가서는, 배수 처리 비용의 증대도 초래하게 된다. 이 때문에, 물을 순환 사용함과 함께, 순환수와 냉각액 간에 열교환하는 열교환기에 의해 순환수를 냉각시키는 기술이 개발되고 있다(예컨대, 하기의 특허문헌 1, 2).
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2008-161861호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2009-18290호 공보
그러나, 열교환기의 설치는, 배출 가스 처리 장치의 설치 스페이스의 증대를 초래하게 된다. 이 때문에, 열교환기를 설치하지 않는 경우에 비하여 설치 스페이스를 증대시키지 않으면서, 순환수를 냉각시키기 위한 열교환기를 설치하여, 수량(水量) 절약화를 도모하는 것이 요구된다. 또한, 가스에 포함되는 특정 성분(예컨대, 할로겐계 가스)이 순환수 중에 용해되어, 순환 중에 농축되면, 순환수의 산성 농도가 상승한다. 이 때문에, 순환수에 의한 열교환기 등의 부식을 억제하는 것이 요구된다. 또한, 냉각액이나 순환수의 외부로의 누설 리스크를 저감하는 것이 바람직하다. 또한, 열교환기의 일반적인 과제로서, 열교환 효율의 향상이 요구되고, 배출 가스 처리 장치의 일반적인 과제로서, 메인터넌스의 부담 경감이 요구된다. 이들 문제는, 연소식 배출 가스 처리 장치에 한정되지 않고, 열에너지를 이용하여 배출 가스를 처리하고, 처리된 배출 가스를 순환수에 의해 냉각시키는 여러 가지 배출 가스 처리 장치에 공통된다.
본 발명은, 전술한 과제 중 적어도 일부를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 예컨대, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
본 발명의 제1 형태는, 배출 가스 처리 장치로서 제공된다. 이 배출 가스 처리 장치는, 열에너지를 이용하여 배출 가스를 처리하는 배출 가스 처리부로서, 처리된 배출 가스를, 액체를 사용하여 냉각시키는 배출 가스 처리부와, 액체를 순환액으로서 순환로 내를 순환시키는 순환부와, 순환액을 냉각시키기 위한 열교환 튜브로서, 열교환 튜브의 내부에 흐르는 냉각액과, 열교환 튜브의 외부에 흐르는 순환액 사이에서 열교환을 행하는 열교환 튜브와, 순환액을 저류하는 순환액 저류부를 구비한다. 열교환 튜브는, 순환액 저류부의 내부의 적어도 일부에 확보된 열교환 튜브 설치 공간에 배치된다.
이러한 배출 가스 처리 장치에 따르면, 열교환 튜브는, 순환액의 순환로의 내부에 설치되기 때문에, 열교환기용의 설치 스페이스를 별도로 확보할 필요가 없다. 따라서, 배출 가스 처리 장치의 설치 스페이스를 증대시키지 않고, 배출 가스 처리에 필요한 수량을 저감할 수 있다. 게다가, 만일, 냉각액이 열교환 튜브로부터 누설되었다고 해도, 냉각액이 순환액의 순환로 내에 누설되는 것에 지나지 않고, 냉각액이 외부(계외)로 누설되는 일은 없다. 또한, 열교환 튜브가 순환액의 순환로의 외부에 설치되는 경우에 필요하게 되는, 순환액을 열교환기로 유도하기 위한 배관이 불필요해지기 때문에, 순환액용의 배관의 연장 거리를 짧게 할 수 있고, 배관의 접속 개소를 저감할 수 있다. 이 때문에, 순환액의 누설 리스크를 저감할 수 있다. 또한, 비교적 큰 스페이스에 열교환 튜브를 설치할 수 있기 때문에, 전열 면적을 크게 확보할 수 있어, 열교환 효율을 높이기 쉽다.
본 발명의 제2 형태로서, 제1 형태에 있어서, 열교환 튜브는, 냉각액이 순환액과 반대 방향으로 흐르도록 구성되어 있어도 좋다. 이러한 형태에 따르면, 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제3 형태로서, 제1 또는 제2 형태에 있어서, 열교환 튜브는, 열교환 튜브의 내부를 흐르는 냉각액과, 순환액 저류부를 흐르는 순환액 사이에서 열교환을 행하여도 좋다. 이러한 형태에 따르면, 순환액 저류부의 벽면이 열교환기의 케이싱을 겸한 구성을 갖는다. 바꾸어 말하면, 열교환 튜브와 순환액 저류부가 열교환기를 구성한다. 따라서, 열교환 유닛을 순환액 저류부에 배치하는 경우에 비하여 장치 구성을 간략화할 수 있다.
본 발명의 제4 형태로서, 제3 형태에 있어서, 열교환 튜브 설치 공간은, 순환액이 사행하여 흐르는 사행 유로로서 형성되어 있어도 좋다. 열교환 튜브는, 사행 유로를 따라 배치되어도 좋다. 이러한 형태에 따르면, 작은 설치 스페이스 내에서 열교환 튜브의 전열 면적을 크게 할 수 있고, 순환수가 전열면에 접촉하는 시간을 길게 할 수 있다. 그 결과, 열교환 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 제5 형태로서, 제1 또는 제2 형태에 있어서, 배출 가스 처리 장치는, 열교환 튜브를 내부에 수용하는 순환액관으로서, 열교환 튜브와 순환액관 사이에 순환액을 유통시키기 위한 순환액관을 더 구비하고 있어도 좋다. 열교환 튜브는, 열교환 튜브의 내부를 흐르는 냉각액과, 순환액 저류부로부터 순환액관으로 유입된 순환액 사이에서 열교환을 행하여도 좋다. 순환액관은, 순환액이 사행하여 흐르는 사행 유로로서 형성되어 있어도 좋다. 이러한 형태에 따르면, 제4 형태와 동일한 효과를 발휘한다. 게다가, 열교환 튜브 설치 공간을 사행 유로로서 형성할 필요가 없기 때문에, 순환액 저류부의 구성을 간략화할 수 있다.
본 발명의 제6 형태로서, 제1 내지 제5 형태 중 어느 한 형태에 있어서, 열교환 튜브는, 복수의 튜브가 플레이트형으로 배열되어 구성되는 튜브군을 복수 갖고 있어도 좋다. 복수의 튜브군은, 서로 이격되어 열교환 튜브 설치 공간에 배치되어도 좋다. 열교환 튜브 설치 공간은, 복수의 튜브군에 의해 구획되어, 순환액이 사행하여 흐르는 사행 유로로서 형성되어도 좋다. 이러한 형태에 따르면, 제5 형태와 동일한 효과를 발휘한다.
본 발명의 제7 형태로서, 제1 내지 제6 형태 중 어느 한 형태에 있어서, 배출 가스 처리 장치는, 배출 가스 처리부에서 사용된 순환액을 여과하는 필터를 더 구비하고 있어도 좋다. 열교환 튜브 설치 공간에는, 필터를 투과한 순환액이 유도되어도 좋다. 이러한 형태에 따르면, 배출 가스 처리부에 있어서 순환액에 고체 성분이 함유되어도, 이 고체 성분이 필터에 의해 제거된 순환액이 열교환 튜브 설치 공간으로 유도된다. 따라서, 고체 성분이 열교환 튜브의 전열면에 부착되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 열교환 튜브의 열교환 효율의 저하를 억제할 수 있고, 열교환 튜브의 메인터넌스(청소) 부하를 저감할 수 있다.
본 발명의 제8 형태로서, 제1 내지 제7 형태 중 어느 한 형태에 있어서, 순환액 저류부는, 적어도 일부분이, 칸막이벽에 의해 상하 방향으로 구획된 2개 이상의 실로서, 인접하는 실끼리가 연통하는 2개 이상의 실을 갖고 있어도 좋다. 열교환 튜브 설치 공간은, 2개 이상의 실 중의 일부의 실에 확보되어 있어도 좋다. 이러한 형태에 따르면, 순환액 저류부의 용량을 입체적으로 유효하게 이용할 수 있기 때문에, 열교환 튜브의 설치 자유도가 향상된다.
본 발명의 제9 형태로서, 제1 내지 제8 형태 중 어느 한 형태에 있어서, 열교환 튜브는, 수지 재료를 포함하여 형성되어도 좋다. 이러한 형태에 따르면, 배출 가스 중의 산성 가스가 순환액에 용해되는 경우에, 산성인 순환액에 의해 열교환 튜브가 부식되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 제10 형태로서, 제1 내지 제9 형태 중 어느 한 형태에 있어서, 순환액 저류부는, 둑에 의해, 제1 실과 제2 실로 분리되어 있어도 좋다. 배출 가스 처리부에서 사용되는 액체 중에서, 배출 가스의 유통 경로의 상류측에서 사용된 액체가 제1 실로 유입되고, 배출 가스의 유통 경로의 하류측에서 사용된 액체가 제2 실로 유입되어도 좋다. 제2 실에는, 제1 실로부터 둑을 넘어 오버플로하여 순환액이 유입되어도 좋다. 열교환 튜브 설치 공간은, 제2 실에 확보되어도 좋다. 배출 가스의 유통 경로의 상류측에서 사용된 순환액에는, 상대적으로 다량의 고체 성분이 포함되지만, 이러한 형태에 따르면, 이 고체 성분은, 제1 실에 침전되기 때문에, 제2 실에 설치되는 열교환 튜브의 전열면에 고체 성분이 부착되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 제11 형태로서, 제7 형태를 적어도 포함하는 제10 형태에 있어서, 제1 실에는, 필터로서의 제1 필터가 설치되어 있어도 좋다. 제1 실로 유입된 액체는, 제1 필터를 투과한 후에, 제2 실로 유입되어도 좋다. 이러한 형태에 따르면, 제1 실에 저류된 순환액에 포함되는 고체 성분이 제2 실로 이동하는 것이 한층 더 억제되고, 그 결과, 열교환 튜브의 전열면에 고체 성분이 부착되는 것을 한층 더 억제할 수 있다.
본 발명의 제12 형태로서, 제7 형태를 적어도 포함하는 제10 또는 제11 형태에 있어서, 제2 실의 위쪽에는, 필터로서의 제2 필터가 설치되어 있어도 좋다. 배출 가스의 유통 경로의 하류측에서 사용된 액체는, 제2 필터를 투과한 후에, 제2 실로 유입되어도 좋다. 이러한 형태에 따르면, 배출 가스의 유통 경로의 하류측에서 사용된 액체에 고체 성분이 함유되어도, 이 고체 성분은, 제2 필터에 의해 포착되기 때문에, 열교환 튜브의 전열면에 고체 성분이 부착되는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예로서의 배출 가스 처리 장치의 개략 구성을 도시한 설명도이다.
도 2는 순환수 저류부를 모식적으로 도시한 정면도이다.
도 3은 열교환 튜브 설치 공간의 내부 구성을 모식적으로 도시한 설명도이다.
도 4는 열교환 튜브의 구성을 도시한 설명도이다.
도 5는 제2 실시예로서의 배출 가스 처리 장치의 구성의 일부분을 도시한 설명도이다.
도 6은 제3 실시예로서의 배출 가스 처리 장치의 구성의 일부분을 도시한 설명도이다.
A. 제1 실시예:
도 1은 제1 실시예로서의 배출 가스 처리 장치(10)의 개략 구성을 나타낸다. 본 실시예에서는, 배출 가스 처리 장치(10)는, 반도체 제조 공정에서 배출되는 배출 가스를, 대기로 방출하기 전에 처리하는 장치이다. 배출 가스 처리 장치(10)는, 배출 가스 처리부(15)와, 순환부(70)와, 열교환부(80)를 구비한다. 배출 가스 처리부(15)는, 연소 처리부(20)와, 냉각부(30)와, 세정부(40)를 구비하고 있고, 순환수(W1)를 사용하여, 배출 가스 처리를 행한다. 순환수(W1)는, 단순한 물이어도 좋고, 정해진 첨가물(예컨대, 산성 가스를 중화하는 알칼리제)이 첨가된 물이어도 좋다. 순환부(70)는, 순환수 저류부(50)와, 순환 배관(71, 73)과, 순환 펌프(72)를 구비하고 있고, 순환수(W1)를 순환시킨다. 열교환부(80)는, 순환수(W1)와 냉각수(W5)의 열교환을 행한다.
연소 처리부(20)는, 위쪽에서 유입된 배출 가스를, 별도로 공급되는 공기 및 연소 보조 가스와 혼합하고, 배출 가스를 연소하여, 아래쪽으로 유도한다. 연소 온도는, 예컨대, 1,700℃이다. 이 연소 처리부(20)는, 수류 플랜지부(21)와, 연소실(22)을 구비한다. 연소실(22)은, 배출 가스를 정해진 시간 체류시키기 위한 용적을 갖고 있고, 여기서 배출 가스가 완전 연소된다. 이러한 배출 가스의 연소에 의해, 고체 성분(SiO2 등)이나 산성 가스가 연소 부생성물로서 생성된다.
본 실시예에서는, 연소실(22)의 내벽면(23)에는, 수류 플랜지부(21)로부터 공급되는 순환수(W1)에 의해 수막이 형성된다. 이에 따라, 내벽면(23)이 고온화하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 비교적 저렴한 재료로 내벽면(23)을 형성할 수 있고, 알루미나계 등 글라스 세라믹스 재료 등의 고가의 내열 재료를 사용할 필요가 없다. 또한, 내벽면(23)이 배출 가스와 접촉하는 것이 억제되기 때문에, 내벽면(23)의 부식을 억제할 수 있다. 내벽면(23)은, PFA(테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체) 등의 내열성 및 내식성을 갖는 수지 재료로 코팅되어 있어도 좋다. 이렇게 하면, 순환수(W1)에 산성 가스가 용해되어도, 산성인 순환수(W1)에 의해 내벽면(23)이 부식되는 것을 억제할 수 있다. 내벽면(23)에 고체 성분이 잘 부착되지 않게 되어, 연소실(22)의 청소 시간을 저감할 수 있다.
연소 처리부(20)에 있어서 연소 처리된 배출 가스는, 연소 처리부(20)의 하부에 접속된 냉각부(30)로 유도된다. 냉각부(30)에서는, 노즐(31)에 의해 분무된 순환수(W1)에 의해 배출 가스가 냉각된다. 냉각부(30)에 있어서 냉각된 배출 가스는, 세정부(40)로 유도된다. 냉각부(30)에 있어서 분무된 순환수(W1)의 일부는, 증발되어 배출 가스에 포함되지만, 순환수(W1)의 대부분은, 냉각부(30)의 저면을 흘러 연소실(22)로 유입되고, 그 후, 후술하는 제1 실(52)로 유입된다.
세정부(40)는, 본 실시예에서는, 복수의 노즐(41)을 구비한 세정탑(스프레이탑)으로서 구성된다. 노즐(41)로부터 분무되는 순환수(W1)에 의해, 배출 가스 중에 포함되는 고체 성분이나 산성 가스가 포착된다. 단, 세정부(40)의 형식은, 특별히 한정되는 것이 아니라, 습식 세정을 행하는 임의의 형식, 예컨대, 팬 스크러버로 할 수 있다. 습식 세정된 배출 가스는, 세정부(40)의 위쪽으로부터 배출된다. 세정부(40)의 아래쪽에는, 제2 필터(43)가 설치되어 있고, 노즐(41)로부터 분무된 순환수(W1)는, 제2 필터(43)를 투과하여, 아래쪽으로 이동한다.
순환수 저류부(50)는, 순환수(W1)를 저류하는 탱크이다. 순환수 저류부(50)는, 임의의 구조체로 할 수 있어, 예컨대, 콘크리트로 축조된 수조여도 좋고, 수지제의 용기여도 좋다. 순환수 저류부(50)는, 그 내부 공간을 2분할하는 둑(51)을 구비하고 있다. 순환수 저류부(50)는, 둑(51)에 의해, 제1 실(52)과 제2 실(53)로 분리된다. 제1 실(52)은, 연소 처리부(20)의 바로 아래에 배치되어 있고, 제2 실(53)은, 세정부(40)의 바로 아래에 배치되어 있다.
연소 처리부(20)에 있어서 수막을 형성한 순환수(W1)는, 그대로 아래쪽으로 이동하여, 제1 실(52)로 유입되고, 저류된다. 수막을 형성한 순환수(W1)에는, 연소 처리부(20)에 있어서의 부생성물로서의 고체 성분(분진)이 다량으로 포함된다. 또한, 비교적 대형의 고체 성분은, 자중(自重)에 의해, 제1 실(52)로 낙하한다. 제1 실(52)에서는, 순환수(W1)에 포함되는 고체 성분이 침전된다. 또한, 제1 실(52)에는, 둑(51) 근방에 제1 필터(54)가 설치되어 있다. 제1 실(52)에 저류된 순환수(W1)의 높이가 둑(51)의 높이를 넘으면, 제1 필터(54)를 투과한 순환수(W1)가 둑(51)을 넘어서 오버플로하여 제2 실(53)로 유입된다. 이 때문에, 제1 실(52)의 수위(LV1)는, 제2 실(53)의 수위(LV2)보다도 높게 되어 있다. 전술한 설명에서도 알 수 있는 바와 같이, 제1 실(52)에 저류되는 순환수(W1)에 포함되는 고체 성분은, 그 대부분이 침전에 의해 제거되고, 나머지 대부분이 제1 필터(54)에 의해 더 제거된 후에, 제2 실(53)로 유입된다. 둑(51)은, 제1 필터(54)의 여과 부하, 바꾸어 말하면, 청소 빈도를 저감하는 효과가 있다. 또한, 제1 실(52)의 측면에는, 개폐 가능한 점검창을 설치하여도 좋다. 이렇게 하면, 고체 성분의 침전 상황이나 제1 필터(54)의 부착 상황을 확인할 수 있고, 필요에 따라 용이하게 청소할 수 있다.
제2 실(53)에는, 제1 실(52)로부터의 유입수 이외에, 세정부(40)에서 분무된 순환수(W1), 즉, 제2 필터(43)를 투과한 순환수(W1)가 유입된다. 세정부(40)에서 분무된 순환수(W1)는, 배출 가스 중의 고체 성분을 포착하기 때문에, 상기 순환수(W1)에는 고체 성분이 포함된다. 이 고체 성분의 대부분은, 제2 필터(43)에 의해 포착된다. 제2 실(53)에 저류된 순환수(W1)는, 제2 실(53)의 내부에 배치된 열교환 튜브(82)(상세한 것은 후술)에 의해 냉각된 후, 순환로, 즉, 순환수(W1)를 유통 또는 1차 저류하기 위한 공간으로서의 순환수 저류부(50) 및 순환 배관(71, 73)을 통해, 다시, 연소 처리부(20), 냉각부(30) 및 세정부(40)에 공급된다. 도 1에서는, 연소 처리부(20)에 공급되는 순환수(W1)를 순환수(W2)로서, 세정부(40)에 공급되는 순환수(W1)를 순환수(W3)로서 나타내고 있다. 또한, 제2 실(53)의 측면에는, 개폐 가능한 점검창을 설치하여도 좋다. 이렇게 하면, 제2 필터(43)의 부착 상황을 쉽게 확인할 수 있고, 제2 필터(43)의 청소 작업이나, 열교환 튜브(82)의 설치, 교환, 청소 작업 등을 행하기 쉽다.
이와 같이 순환 사용되는 순환수(W1)는, 공급구(74)로부터 보급수(W4)(예컨대, 공업용수나 수돗물)가 연속적 또는 간헐적으로 보급된다. 이러한 보급수(W4)의 보급에 의해, 순환수(W1)를 냉각시킬 수 있다. 또한, 순환수(W1)에는, 배출 가스 중에 포함되는 산성 가스가 용해되고, 그 농도는 순환수(W1)의 순환에 의해 서서히 상승해 나가지만, 보급수(W4)의 보급에 따르면, 순환수(W1)의 산성 농도의 상승을 억제할 수 있다. 순환수(W1)는, 배출구(75)를 통해 연속적 또는 간헐적으로 그 일부가 배출된다. 이것에 의해서도, 순환수(W1)의 산성 가스의 농도가 지나치게 상승하는 것이 방지된다.
열교환부(80)는, 냉각 배관(81, 83)과, 냉각 배관(81, 83) 사이에 배치된 열교환 튜브(82)를 구비하고 있다. 열교환부(80)는, 순환 펌프(도시 생략)에 의해 냉각수(W5)를 순환시킨다. 열교환 튜브(82)는, 전술한 바와 같이, 제2 실(53) 내부의 수위(LV2)보다도 낮은 위치에 배치되어 있다. 열교환 튜브(82)의 내부에 냉각수(W5)가 흐름으로써, 냉각수(W5)와, 열교환 튜브(82)의 외부[제2 실(53)]를 흐르는 순환수(W1) 사이에서 열교환이 행해진다. 이것에 의해, 순환수(W1)는 냉각된다.
도 2는 순환수 저류부(50)의 단면 구성을 모식적으로 나타낸다. 도시된 바와 같이, 제1 실(52)에는, 연소 처리부(20)의 하단부에 접속되는 연소부 접속 단관(24)이 삽입되어 있다. 제1 실(52)의 저부에는, 고체 성분이 침전되기 위한 침전 스페이스(55)가 확보되어 있다.
제2 실(53)은, 그 내부 공간을 상하로 구획하는 칸막이벽(56)을 갖고 있다. 이 칸막이벽(56)에 의해, 제2 실(53)은, 상측의 저류실(57)과, 하측의 열교환 튜브 설치 공간(60)으로 구획된다. 저류실(57)은, 주로, 순환수(W1)의 저류를 목적으로 하고 있고, 열교환 튜브 설치 공간(60)은, 주로, 열교환 튜브(82)의 설치를 목적으로 하고 있다. 저류실(57)과 열교환 튜브 설치 공간(60)은, 연통 구멍(58)에 의해 연통하고 있고, 순환수(W1)는, 연통 구멍(58)을 통해 저류실(57)로부터 열교환 튜브 설치 공간(60)으로 유입된다. 제2 실(53)에는, 세정부(40)의 하단부에 접속되는 세정부 접속 단관(44)이 삽입되어 있다. 이와 같이 제2 실(53)을 구획함으로써, 제2 실(53)의 용량을 입체적으로 유효하게 이용할 수 있기 때문에, 열교환 튜브(82)의 설치 자유도가 향상된다. 또한, 제2 실(53)은, 상하로 3실 이상으로 구획되어 있어도 좋다. 이 경우, 열교환 튜브 설치 공간(60)은, 3실 이상의 실 중의 일부의 임의의 실에 확보되어 있어도 좋다.
또한, 저류실(57)에는, 수위계(59)가 설치되어 있다. 본 실시예에서는, 수위계(59)에 의해 검출되는 수위가 소정 이상으로 높아진 경우에는, 배출 가스 처리 장치(10)를 제어하는 제어부(도시 생략)에 의해, 냉각수(W5)의 열교환 튜브(82)로의 공급이 정지된다. 이러한 구성에 따르면, 만일, 냉각수(W5)가 열교환 튜브(82)로부터 누설되어 수위(LV2)가 상승하여도, 순환수(W1)가 순환수 저류부(50)로부터 넘쳐흐르지 않는다. 냉각수(W5)가 열교환 튜브(82)로부터 누설된 경우에는, 수위(LV2)의 상승 속도는, 통상시의 수위 변동시의 속도보다도 빨라지기 때문에, 제어부는, 수위계(59)의 검출 결과를 모니터링하여, 그 변화 속도로부터, 냉각수(W5)의 누설을 검지하여도 좋다.
도 3은 순환수 저류부(50)의 평면 구성을 모식적으로 나타낸다. 도 3에 있어서, 제2 실(53)에 대응하는 영역은, 열교환 튜브 설치 공간(60)으로서 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 열교환 튜브 설치 공간(60)에는, 3개의 칸막이벽(61, 62, 63)이 마련되어 있고, 순환수(W1)의 유동 방향이 평면 상에서 3회 절첩되는 사행 유로로서 형성되어 있다. 열교환 튜브(82)는, 이 사행 유로를 따라 배치되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 작은 설치 스페이스 내에서 열교환 튜브(82)의 전열 면적을 크게 할 수 있고, 순환수가 열교환 튜브(82)의 전열면에 접촉하는 시간을 길게 할 수 있다. 그 결과, 열교환 효율을 높일 수 있다. 또한, 순환수(W1)의 유로 단면적이 작아져서, 유속이 증대되거나, 순환수(W1)가 사행함으로써, 순환수(W1)의 흐름이 난류가 되어, 열교환 효율이 향상된다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는, 열교환 튜브(82)의 내부를 흐르는 냉각수(W5)와, 열교환 튜브(82)의 외부를 흐르는 순환수(W1)는, 반대 방향으로 유통된다. 이와 같이, 열교환하는 2개의 유체를 대향류로 함으로써, 열교환 효율을 높일 수 있다.
도 4는 열교환 튜브(82)의 개략 구성을 나타낸다. 열교환 튜브(82)는, 본 실시예에서는, 다관 튜브식이며, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 튜브(84)와 튜브 용착부(85)를 구비하고 있다. 튜브(84)의 내부에는, 냉각수(W5)가 유통된다. 본 실시예에서는, 튜브(84)는, PFA에 의해 형성되어 있다. 이 때문에, 튜브(84)의 외부[열교환 튜브 설치 공간(60)]에 산성인 순환수(W1)가 유통되어도, 튜브(84)의 부식이 적합하게 억제된다. 또한, PFA에 따르면, 튜브(84)의 외표면으로의 고체 성분의 부착도 억제된다. 이렇게 하면, 튜브(84)의 교환이나 청소의 빈도를 현저히 저감할 수 있고, 메인터넌스에 드는 비용이나 시간을 저감할 수 있다. 튜브(84)의 재료는, PFA에 한정되지 않고, 정해진 내부식성, 전열성, 내열성, 내압성을 갖는 임의의 수지 재료를 포함하고 있으면 좋으며, 예컨대, 수지 재료는, PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)이어도 좋다. 또한, 튜브(84)는, 그 외면이 PFA 등으로 코팅된 금속제의 튜브로 하여도 좋다. 이렇게 해도 어느 정도의 내식성을 확보할 수 있다.
튜브 용착부(85)에는, 복수의 관통 구멍(86)이 형성되어 있다. 여기서는, 관통 구멍(86)의 수는, 튜브(84)의 수와 같다. 이 관통 구멍(86)의 각각에는, 튜브(84)가 1:1의 대응 관계로 삽입되고, 튜브(84)의 각각은, 튜브 용착부(85)에 용착되어 있다. 이러한 튜브 용착부(85)는, 튜브(84)의 양단에 설치된다. 이것에 의해, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 튜브(84)의 사이에는, 간극(87)이 형성된다. 이러한 구성에 따르면, 간극(87)에 순환수(W1)가 들어감으로써, 열교환 효율을 향상시킬 수 있다. 게다가, 튜브 용착부(85)에 의해 순환수(W1)의 흐름이 난류가 되기 때문에, 열교환 효율을 높일 수 있다. 또한, 2개의 튜브 용착부(85) 사이에는 복수의 튜브 분산판이 설치된다. 튜브 분산판에는, 복수의 관통 구멍이 형성되어 있고, 이들 관통 구멍 각각에는, 튜브(84)가 1:1의 대응 관계로 삽입된다. 이러한 튜브 분산판에 따르면, 튜브(84)의 전장에 걸쳐 간극(87)을 적합하게 확보할 수 있고, 튜브 용착부(85)와 동일한 효과를 발휘한다.
튜브(84)는, 가능한 한 소구경인 것을 다수 묶어 사용하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 열교환 튜브(82)의 용적을 증대시키지 않고, 전열 면적을 증대시킬 수 있다. 또한, 열교환 효율을 높이기 위해서, 튜브(84)의 두께는, 가능한 한 작은 쪽이 바람직하다. 본 실시예에서는, 튜브(84)에는, 일반적으로 시판되고 있는 PFA 튜브보다도 두께가 얇은 것을 사용하고 있다. 본 실시예와 같이, 복수의 튜브(84)를 사용하는 구성으로 하면, 튜브(84)의 수를 변경함으로써, 열교환 튜브(82)의 능력을 변경할 수도 있다. 예컨대, 규격화한 튜브(84)를 양산해 두고, 배출 가스 처리 장치(10)의 열부하에 따라, 사용하는 튜브(84)의 수를 바꾸면, 폭넓은 배출 가스 처리 조건에 유연하게 대응하는 것이 가능하다.
이러한 복수의 튜브(84)를 묶는 튜브 용착부(85)는, 커플러에 나사 결합하여 접속되고, 이 커플러는, 냉각 배관(81, 83)에 접속된다. 또한, 접속 형태는, 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 튜브 용착부(85)와 커플러가 플랜지 구조를 가지며, 이들이 플랜지 접속되어도 좋다.
전술한 배출 가스 처리 장치(10)에 따르면, 열교환 튜브(82)가 순환수 저류부(50)[보다 구체적으로는, 제2 실(53)]의 내부에 설치되기 때문에, 열교환 튜브(82)용의 설치 스페이스를 별도로 확보할 필요가 없다. 따라서, 배출 가스 처리 장치(10)의 설치 스페이스를 증대시키지 않고, 배출 가스 처리에 필요한 수량을 저감할 수 있다. 또한, 순환수 저류부(50)는, 비교적 큰 스페이스를 갖기 때문에, 전열 면적을 크게 확보할 수 있고, 열교환 효율을 높이기 쉽다. 게다가, 만일, 냉각수(W5)가 열교환 튜브(82)로부터 누설되었다고 해도, 냉각수(W5)가 순환수(W1)의 순환로 내에 누설되는 것에 지나지 않고, 냉각수(W5)가 외부(계외)로 누설되는 일은 없다. 또한, 열교환 튜브(82)가 순환수(W1)의 순환로의 외부에 설치되는 경우에 필요로 되는 순환수(W1)를 열교환 튜브(82)에 유도하기 위한 배관이 필요없게 되기 때문에, 순환수(W1)용의 배관의 연장 거리를 짧게 할 수 있고, 배관의 접속 개소를 저감할 수 있다. 이 때문에, 산성인 순환수(W1)의 누설 리스크를 저감할 수 있다.
또한, 배출 가스 처리 장치(10)에 따르면, 순환수 저류부(50)의 벽면이 열교환기의 케이싱을 겸한 구성을 갖고 있다. 바꾸어 말하면, 열교환 튜브(82)와 순환수 저류부(50)가 열교환기를 구성한다. 따라서, 기존의 열교환 유닛을 순환수 저류부(50)에 배치하는 경우에 비하여 배출 가스 처리 장치(10)의 장치 구성을 간략화할 수 있다.
또한, 배출 가스 처리 장치(10)에 따르면, 금속보다도 내식성이 우수하지만, 전열성이 뒤떨어지는 수지 재료를 열교환 튜브(82)에 사용하는 한편, 열교환 튜브(82) 및 열교환 튜브 설치 공간(60)의 전술한 여러 가지 구성에 의해, 열교환 튜브(82)의 열교환 효율을 높임으로써, 내식성과 전열성의 양립을 가능하게 하고 있다.
또한, 배출 가스 처리 장치(10)에 따르면, 제2 필터(43), 둑(51) 및 제1 필터(54)에 의해 고체 성분이 대체로 제거된 순환수(W1)가 열교환 튜브(82)로 유도되기 때문에, 고체 성분이 열교환 튜브(82)의 전열면에 부착되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 열교환 튜브(82)의 열교환 효율의 저하를 억제할 수 있고, 열교환 튜브(82)의 청소 부하를 저감할 수 있다.
B. 제2 실시예:
도 5는 제2 실시예로서의 배출 가스 처리 장치의 구성의 일부분을 나타낸다. 도 5에 있어서, 제1 실시예(도 1)와 동일한 구성 요소에 대해서는, 도 1과 동일한 부호를 붙이고 있다. 제2 실시예의 배출 가스 처리 장치는, 제1 실시예의 열교환 튜브(82) 대신에, 열교환기(282)를 구비하고 있는 점이 제1 실시예와 상이하고, 그 밖의 점에 대해서는 제1 실시예와 동일하다. 이하, 제1 실시예와 상이한 점에 대해서 설명한다. 열교환기(282)는, 열교환 튜브(82)와 순환수관(288)을 구비하고 있다. 순환수관(288)의 내부에는, 열교환 튜브(82)가 수용된다. 순환수관(288)은, 사행 유로를 형성하도록 수평 방향으로 만곡된 형상을 갖고 있고, 열교환 튜브(82)도 순환수관(288)에 따른 형상을 갖고 있다. 순환수관(288)은, 순환 펌프(72)의 흡입구에 접속된다. 또한, 순환수관(288)의 형상은, 특별히 한정되지 않고, 수직 방향으로 연장되어 형성된 스파이럴 형상이어도 좋다. 또한, 순환수관(288)은, 내부에 칸막이 구조를 구비함으로써, 그 내부에 사행 유로가 형성되어도 좋다.
순환수 저류부(50)에 저류된 순환수(W1)는, 순환수관(288)의 내부에 유입되고, 열교환 튜브(82)의 내부를 흐르는 냉각수(W5)와의 사이에서 열교환한 후, 순환 펌프(72)에 흡인된다. 이러한 구성은, 간이적인 셸 앤드 튜브 방식이라고 볼 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 열교환 튜브 설치 공간(60)에 칸막이벽(61∼63)을 설치하지 않고, 제1 실시예와 동일한 효과를 발휘한다. 즉, 열교환 튜브 설치 공간(60)의 구조를 간략화할 수 있다. 또한, 열교환기(282)를 순환수 저류부(50) 내에 설치할 때에는, 순환수 저류부(50)의 외부에서, 순환수관(288) 내에 열교환 튜브(82)를 설치한 후, 이들을 순환수 저류부(50) 내에 설치할 수 있다. 따라서, 순환수 저류부(50)의 내부에서의 작업이 적어져 설치 작업을 용이하게 할 수 있다.
C. 제3 실시예:
도 6은 제3 실시예로서의 배출 가스 처리 장치의 구성의 일부분을 나타낸다. 제3 실시예의 배출 가스 처리 장치는, 제1 실시예의 열교환 튜브(82) 대신에, 제1 튜브군(384a)과, 제2 튜브군(384b)과, 헤더관(381a, 382a, 381b, 382b)을 구비하고 있는 점이 제1 실시예와 상이하고, 그 밖의 점에 대해서는 제1 실시예와 동일하다. 이하, 제1 실시예와 상이한 점에 대해서 설명한다. 헤더관(381a, 382a)은, 제1 튜브군(384a)의 단부와 접속되어 있다. 마찬가지로, 헤더관(381b, 382b)은, 제2 튜브군(384b)의 단부와 접속되어 있다.
헤더관(381b)에 도입된 냉각수(W5)는, 제2 튜브군(384b) 내를 유통하고, 헤더관(382b)에 유입된다. 헤더관(382b)에 유입된 냉각수(W5)는, 헤더관(382a)에 유입된 후, 제1 튜브군(384a) 내를 유통하고, 헤더관(381a)에 유입된다. 제1 튜브군(384a) 및 제2 튜브군(384b)은 각각 복수의 튜브가 플레이트형으로 배열되어 구성된다. 도 6에서는, 각 튜브는, 간극을 두고 배열되어 있는 것처럼 도시되어 있지만, 실제로는, 거의 간극이 없는 상태로 배열되어 있다.
이러한 제1 튜브군(384a) 및 제2 튜브군(384b)은, 서로 이격되어 설치되어 있고, 그 결과, 순환수 저류부(50)[열교환 튜브 설치 공간(60)]는, 제1 튜브군(384a) 및 제2 튜브군(384b)에 의해 구획되고, 순환수(W1)의 사행 유로가 형성되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 열교환 튜브 설치 공간(60)에 칸막이벽(61∼63)을 설치하지 않고, 제1 실시예와 동일한 효과를 발휘한다. 즉, 열교환 튜브 설치 공간(60)의 구조를 간략화할 수 있다. 게다가, 제1 실시예의 열교환 튜브(82)에 비하여, 순환수(W1)의 순환로의 폭을 좁게 할 수 있다. 그 결과, 제1 튜브군(384a) 및 제2 튜브군(384b)의 설치 자유도가 향상된다. 또한, 순환수(W1)의 유속이 증대되어, 순환수(W1)가 난류가 되기 때문에, 보다 효율적인 열교환이 가능하다. 또한, 제1 튜브군(384a) 및 제2 튜브군(384b)은, 서로 독립적으로, 그 내부에 냉각수(W5)를 유통시키는 것이어도 좋다. 또한, 튜브군은, 2개 이상 설치되어 있으면 좋고, 예컨대, 3개 설치되어 있어도 좋다.
C. 변형례:
C-1. 변형예 1:
순환수(W1)의 순환로 내에는, 온도 센서가 설치되어 있어도 좋다. 온도 센서에 의해, 순환수(W1)의 온도를 감시하면, 열교환 튜브(82)에 미세한 고체 성분이 부착되어, 열교환 효율이 저하되는 것을 검지할 수 있다. 그 결과, 작업원은, 열교환 튜브(82)의 메인터넌스(청소 등)의 타이밍을 적합하게 판단할 수 있고, 또한, 배출 가스 처리 장치(10)의 안전성이 향상된다.
C-2. 변형례 2:
전술한 실시예는, 열에너지를 이용하여 배출 가스를 처리하고, 처리된 배출 가스를 순환수에 의해 냉각시키는 여러 가지 배출 가스 처리 장치에 적용 가능하며, 예컨대, 연소식, 촉매식, 플라즈마식의 배출 가스 처리 장치에 제공할 수 있다.
이상, 몇 개의 실시예에 기초하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명하여 왔으나, 상기한 발명의 실시형태는, 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은, 그 취지를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 있고, 본 발명에는, 그 등가물이 포함되는 것은 물론이다. 또한, 전술한 과제 중 적어도 일부를 해결할 수 있는 범위, 또는, 효과의 적어도 일부를 발휘하는 범위에 있어서, 특허청구범위 및 명세서에 기재된 각 구성 요소의 임의의 조합, 또는, 생략이 가능하다. 예컨대, 세정부(40)에서 분무된 순환수(W1)를, 냉각부(30)를 통해 제1 실(52)로 유입시키는 경우나, 배출 가스에 포함되는 고체 성분이 적은 경우에는, 제2 필터(43)는, 생략하여도 좋다. 또한, 열교환기(82)에 요구되는 열교환 효율에 따라서는, 열교환 효율을 향상시키기 위한 여러 가지 구성의 적어도 일부를 생략하여도 좋다. 또한, 순환수 저류부(50)가 둑(51)을 구비하고 있지 않은 경우에는, 순환수 저류부(50)는, 그 전체가, 상하로 구획되어도 좋다.
10 : 배출 가스 처리 장치
15 : 배출 가스 처리부
20 : 연소 처리부
21 : 수류 플랜지부
22 : 연소실
23 : 내벽면
24 : 연소부 접속 단관
30 : 냉각부
31 : 노즐
40 : 세정부
41 : 노즐
43 : 제2 필터
44 : 세정부 접속 단관
50 : 순환수 저류부
51 : 둑
52 : 제1 실
53 : 제2 실
54 : 제1 필터
55 : 침전 스페이스
56 : 칸막이벽
57 : 저류실
58 : 연통 구멍
59 : 수위계
60 : 열교환 튜브 설치 공간
61∼63 : 칸막이벽
70 : 순환부
71, 73 : 순환 배관
72 : 순환 펌프
74 : 공급구
75 : 배출구
80 : 열교환부
81 : 냉각 배관
82 : 열교환 튜브
84 : 튜브
85 : 튜브 용착부
86 : 관통 구멍
87 : 간극
282 : 열교환기
288 : 순환수관
384a : 제1 튜브군
384b : 제2 튜브군
381a, 382a, 381b, 382b : 헤더관
W1, W2, W3 : 순환수
W4 : 보급수
W5 : 냉각수
LV1, LV2 : 수위

Claims (12)

  1. 배출 가스 처리 장치로서,
    열에너지를 이용하여 배출 가스를 처리하는 배출 가스 처리부로서, 처리된 배출 가스를, 액체를 사용하여 냉각시키는 배출 가스 처리부와,
    상기 액체를 순환액으로서 순환로 내를 순환시키는 순환부와,
    상기 순환액을 냉각시키기 위한 열교환 튜브로서, 이 열교환 튜브의 내부에 흐르는 냉각액과, 이 열교환 튜브의 외부에 흐르는 상기 순환액 사이에서 열교환을 행하는 열교환 튜브와,
    상기 순환액을 저류하는 순환액 저류부를 구비하고,
    상기 열교환 튜브는, 상기 순환액 저류부의 내부의 적어도 일부에 확보된 열교환 튜브 설치 공간에 배치되는 것인 배출 가스 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열교환 튜브는, 상기 냉각액이 상기 순환액과 반대 방향으로 흐르도록 구성된 것인 배출 가스 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열교환 튜브는, 이 열교환 튜브의 내부를 흐르는 상기 냉각액과, 상기 순환액 저류부를 흐르는 상기 순환액 사이에서 열교환을 행하는 것인 배출 가스 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 열교환 튜브 설치 공간은, 상기 순환액이 사행하여 흐르는 사행 유로로서 형성되어 있고,
    상기 열교환 튜브는, 상기 사행 유로를 따라 배치되는 것인 배출 가스 처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열교환 튜브를 내부에 수용하는 순환액관으로서, 상기 열교환 튜브와 상기 순환액관 사이에 상기 순환액을 유통시키기 위한 순환액관을 더 구비하고,
    상기 열교환 튜브는, 이 열교환 튜브의 내부를 흐르는 상기 냉각액과, 상기 순환액 저류부로부터 상기 순환액관으로 유입된 상기 순환액 사이에서 열교환을 행하며,
    상기 순환액관은, 상기 순환액이 사행하여 흐르는 사행 유로로서 형성되어 있는 것인 배출 가스 처리 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열교환 튜브는, 복수의 튜브가 플레이트형으로 배열되어 구성되는 튜브군을 복수 갖고,
    상기 복수의 튜브군은, 서로 이격되어 상기 열교환 튜브 설치 공간에 배치되며,
    상기 열교환 튜브 설치 공간은, 상기 복수의 튜브군에 의해 구획되어, 상기 순환액이 사행하여 흐르는 사행 유로로서 형성되는 것인 배출 가스 처리 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배출 가스 처리부에서 사용된 상기 순환액을 여과하는 필터를 구비하고,
    상기 열교환 튜브 설치 공간에는, 상기 필터를 투과한 상기 순환액이 유도되는 것인 배출 가스 처리 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 순환액 저류부는, 적어도 일부분이, 칸막이벽에 의해 상하 방향으로 구획된 2개 이상의 실로서, 인접하는 실끼리가 연통하는 2개 이상의 실을 가지며,
    상기 열교환 튜브 설치 공간은, 상기 2개 이상의 실 중의 일부의 실에 확보된 것인 배출 가스 처리 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열교환 튜브는, 수지 재료를 포함하여 형성되는 것인 배출 가스 처리 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 순환액 저류부는, 둑에 의해, 제1 실과 제2 실로 분리되어 있고,
    상기 배출 가스 처리부에서 사용되는 상기 액체 중에서, 상기 배출 가스의 유통 경로의 상류측에서 사용된 상기 액체가 상기 제1 실로 유입되고, 상기 배출 가스의 상기 유통 경로의 하류측에서 사용된 상기 액체가 상기 제2 실로 유입되며,
    상기 제2 실에는, 상기 제1 실로부터 상기 둑을 넘어 오버플로하여 상기 순환액이 유입되고,
    상기 열교환 튜브 설치 공간은, 상기 제2 실에 확보되는 것인 배출 가스 처리 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 순환액 저류부는, 둑에 의해, 제1 실과 제2 실로 분리되어 있고,
    상기 배출 가스 처리부에서 사용되는 상기 액체 중에서, 상기 배출 가스의 유통 경로의 상류측에서 사용된 상기 액체가 상기 제1 실로 유입되고, 상기 배출 가스의 상기 유통 경로의 하류측에서 사용된 상기 액체가 상기 제2 실로 유입되며,
    상기 제2 실에는, 상기 제1 실로부터 상기 둑을 넘어 오버플로하여 상기 순환액이 유입되고,
    상기 열교환 튜브 설치 공간은, 상기 제2 실에 확보되며,
    상기 제1 실에는, 상기 필터로서의 제1 필터가 설치되고,
    상기 제1 실로 유입된 상기 액체는, 상기 제1 필터를 투과한 후에, 상기 제2 실로 유입되는 것인 배출 가스 처리 장치.
  12. 제7항에 있어서, 상기 순환액 저류부는, 둑에 의해, 제1 실과 제2 실로 분리되어 있고,
    상기 배출 가스 처리부에서 사용되는 상기 액체 중에서, 상기 배출 가스의 유통 경로의 상류측에서 사용된 상기 액체가 상기 제1 실로 유입되고, 상기 배출 가스의 상기 유통 경로의 하류측에서 사용된 상기 액체가 상기 제2 실로 유입되며,
    상기 제2 실에는, 상기 제1 실로부터 상기 둑을 넘어 오버플로하여 상기 순환액이 유입되고,
    상기 열교환 튜브 설치 공간은, 상기 제2 실에 확보되며,
    상기 제2 실의 위쪽에는, 상기 필터로서의 제2 필터가 설치되고,
    상기 배출 가스의 상기 유통 경로의 상기 하류측에서 사용된 상기 액체는, 상기 제2 필터를 투과한 후에, 상기 제2 실로 유입되는 것인 배출 가스 처리 장치.
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