KR20230072308A - 극지 운항용 선박 - Google Patents

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KR20230072308A
KR20230072308A KR1020210158906A KR20210158906A KR20230072308A KR 20230072308 A KR20230072308 A KR 20230072308A KR 1020210158906 A KR1020210158906 A KR 1020210158906A KR 20210158906 A KR20210158906 A KR 20210158906A KR 20230072308 A KR20230072308 A KR 20230072308A
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박병곤
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 극지 운항용 선박에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 선체에 설치된 코퍼댐(cofferdam); 및 상기 코퍼댐에 설치되며, 열을 발생시키는 하나 이상의 제1 히팅부를 포함하고, 하나 이상의 상기 제1 히팅부는 상기 선체 외면의 배면에 배치되는, 극지 운항용 선박이 제공될 수 있다.

Description

극지 운항용 선박{POLAR SHIP}
본 발명은 극지 운항용 선박에 관한 것으로, 극지에서 운행되는 선박이 얼음에 갇히더라도 주변의 얼음으로부터 탈출할 수 있는 극지 운항용 선박에 대한 발명이다.
유빙이 부유된 지역을 운항하는 수송 선박은 쇄빙 장치가 설치된 상태로 운행하며, 쇄빙 장치는 선박의 운항을 방해하는 유빙을 분쇄하여 선박이 유빙이 있는 지역을 운항하는 것을 돕는 역할을 한다.
선박이 유빙이 있는 지역을 운항하다가 여러 가지 영향으로 기동하지 못하는 경우가 발생할 수 있는데, 선박 주변의 얼음이 다시 어는 경우가 발생한다. 이런 경우에 선박은 추진력을 순간적으로 높여 선박이 다시 운항할 수 있도록 한다.
하지만, 추진력을 순간적으로 높이더라도 선박 주변의 얼음이 깨지지 않는 경우에 추진력을 높이는 과정이 반복될 필요가 있는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1399842호 (2014.05.21.)
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 배경에서 발명된 것으로서, 극지에서 운항하는 선박의 주변에 얼음이 얼어 선박이 쉽게 움직이지 못하는 것을 방지할 수 있는 극지 운항용 선박을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체에 설치된 코퍼댐(cofferdam); 및 상기 코퍼댐에 설치되며, 열을 발생시키는 하나 이상의 제1 히팅부를 포함하고, 하나 이상의 상기 제1 히팅부는 상기 선체 외면의 배면에 배치되는, 극지 운항용 선박이 제공될 수 있다.
하나 이상의 상기 제1 히팅부는 상기 코퍼댐의 내면에 인접한 부분이 상기 코퍼댐의 내면에 이격된 부분보다 더 넓은 유동면적을 가지도록 구성되는, 극지 운항용 선박이 제공될 수 있다.
상기 제1 히팅부는, 열매체가 흐르는 히팅 코일; 상기 히팅 코일에 배치되고, 상기 히팅 코일에 상기 열매체의 공급 여부를 제어하는 메인증기 공급 밸브; 및 상기 히팅 코일에 배치되며, 상기 히팅 코일을 통과한 상기 열매체가 상기 히팅 코일에서 배출되는 것을 제어하는 응축수 밸브를 포함하는, 극지 운항용 선박이 제공될 수 있다.
상기 제1 히팅부는, 상기 메인증기 공급 밸브와 병렬로 배치되며, 상기 히팅 코일에 상기 열매체의 공급을 제어하는 프리증기 공급 밸브를 더 포함하는, 극지 운항용 선박이 제공될 수 있다.
선체에 설치된 보이드 스페이스(viod space); 및 상기 보이드 스페이스에 설치되며, 열을 발생시키는 하나 이상의 제2 히팅부를 더 포함하고, 하나 이상의 상기 제2 히팅부는 상기 외면의 배면에 배치되는, 극지 운항용 선박이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 코퍼댐 및 보이드 스페이스 중 하나 이상에 히팅부를 설치함에 따라 선박 주변에 얼음이 얼어 선박이 운항하는데 방해되는 얼음을 제거할 수 있다.
더욱이, 코퍼댐 및 보이드 스페이스에 설치되는 히팅부는 내부 및 외부와의 온도 차이를 통해 히티부의 가동 여부 및 알람을 발생할 수 있어 안전하게 히팅부를 운영할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극지 운항용 선박의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극지 운항용 선박에 히팅부가 적용된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 극지 운항용 선박의 히팅부의 운영을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 극지 운항용 선박(10)에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 극지 운항용 선박(10)은 극지에서 유빙이 있는 지역에서 운항하기 위한 선박으로, 선체(100), 제1 히팅부(200), 제2 히팅부(300) 및 제3 히팅부(400)를 포함한다.
선체(100)는 AP 탱크(after peak tank, 110), 코퍼댐(cofferdam, 120), 제1 보이드 스페이스(void space, 130), 제2 보이드 스페이스, 밸러스트 탱크(150)(ballast tank, 150) 및 기관실(160)을 포함한다.
AP 탱크(110)는 내부에 해수가 채워져 선체(100)의 중심을 잡기 위해 선체(100)의 선미에 배치된다. 이러한 AP 탱크(110)에는 채워진 해수가 어는 것을 방지하기 위해 내부에 히팅 장치가 배치될 수 있다. 여기서, 히팅 장치는 AP 탱크(110)의 내부 중앙에 배치되어 AP 탱크(110)를 채운 해수를 가열하는 역할을 한다.
코퍼댐(120)은 AP 탱크(110)와 기관실(160) 사이에 배치되고, 선체(100)의 양 측면까지 연장되어 형성될 수 있다. 이러한 코퍼댐(120)은 완충공간으로 이용되며, 기관실(160)에 이물질 등이 침투되는 것을 방지하기 위해 구비된다.
코퍼댐(120)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 선체(100)의 폭 방향으로 일 측면에서 타 측면까지 연장되어 형성되며, 내부가 빈 공간으로 형성될 수 있다.
제1 보이드 스페이스(130) 및 제2 보이드 스페이스(140)는 선체(100)의 양 측면에 각각 배치되고, 코퍼댐(120)과 밸러스트 탱크(150) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 제1 보이드 스페이스(130) 및 제2 보이드 스페이스(140)는 각각 내부가 빈 공간으로 형성될 수 있으며, 선박에 따라 생략될 수 있다. 또는, 필요에 따라 제1 보이드 스페이스(130) 및 제2 보이드 스페이스(140)는 복수 개가 배치될 수 있다.
밸러스트 탱크(150)는 선체(100)에서 기관실(160)을 기준으로 폭 방향으로 양 측면에 배치될 수 있으며, 선체(100)의 중심을 잡기 위해 내부에 해수가 채워질 수 있다. 이러한 밸러스트 탱크(150)에는 AP 탱크(110)와 마찬가지로 채워진 해수가 어는 것을 방지하기 위해 내부에 히팅 장치가 배치될 수 있다. 밸러스트 탱크(150)에 배치된 히팅 장치는 AP 탱크(110)에 배치된 히팅 장치와 별개로 배치될 수 있고, 밸러스트 탱크(150)의 내부 중앙에 배치되어 밸러스트 탱크(150)를 채운 해수를 가열하는 역할을 한다.
기관실(160)은 선체(100)의 중앙에 배치될 수 있고, AP 탱크(110)의 히팅 장치 및 밸러스트 탱크(150)의 히팅 장치를 제어할 수 있는 각종 장치가 설치될 수 있다. 또한, 기관실(160)은 선박을 운항하고 또는 선체(100)에 설치된 다양한 장치들을 제어하기 위한 각종 장치가 설치될 수 있다.
제1 히팅부(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 코퍼탬 내부에 설치된다. 여기서, 제1 히팅부(200)는 복수 개가 구비되며, 코퍼댐(120) 내부에서 선체(100) 벽에 설치될 수 있다. 즉, 제1 히팅부(200) 중 하나는 코퍼댐(120)의 일 측 내벽에 설치될 수 있고, 제1 히팅부(200) 중 다른 하나는 코퍼댐(120)의 타 측 내벽에 설치될 수 있다. 이러한 제1 히팅부(200)는 코퍼댐(120)의 내면에서 인접한 부분이 코퍼댐의 내면에서 이격된 부분보다 더 넓은 유동면적을 가지도록 구성될 수 있다.
복수 개의 제1 히팅부(200)는 서로 독립적으로 동작되도록 제어될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 서로 동시에 동작될 수 있다.
복수 개의 제1 히팅부(200)는 각각 가열되어 코퍼댐(120) 내벽의 온도를 상승시키기 위해 발열될 수 있으며, 그에 따라 코퍼댐(120)의 내벽 온도가 상승되어 선체(100)의 외벽까지 상승된 온도가 전달될 수 있다. 이렇게 제1 히팅부(200)에 의해 코퍼댐(120)의 외측의 선체(100)가 가열됨에 따라 코퍼댐(120) 외측에 배치되는 얼음이 선체(100)의 온도에 의해 녹아 극지 운항용 선박(10)이 결빙된 상태에서 빠르게 탈출할 수 있다.
제1 히팅부(200)는 본 실시예에서, 기관실(160)에서 증기가 공급되어 가열되는 방식이 이용될 수 있다. 하지만, 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 예컨대, 기관실(160)에서 열매체 오일(thermal oil)이나 뜨거운 물(hot water)이 공급되는 방식이 이용될 수 있거나, 공급된 전력에 의해 가열되는 열선 방식이 이용될 수도 있다.
제2 히팅부(300) 및 제3 히팅부(400)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 보이드 스페이스(130) 및 제2 보이드 스페이스(140) 내부에 각각 설치된다. 여기서, 제2 히팅부(300) 및 제3 히팅부(400)는 각각 제1 보이드 스페이스(130) 및 제2 보이드 스페이스(140) 내부에서 선체(100) 벽에 설치될 수 있다. 즉, 제2 히팅부(300)는 기관실(160)의 일 측에 배치된 제1 보이드 스페이스(130)의 외측 방향 내벽에 설치될 수 있고, 제3 히팅부(400)는 기관실(160)의 타 측에 배치된 제2 보이드 스페이스(140)의 외측 방향 내벽에 설치될 수 있다.
제2 히팅부(300) 및 제3 히팅부(400)는 서로 독립적으로 동작되도록 제어될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 서로 동시에 동작될 수 있다.
제2 히팅부(300) 및 제3 히팅부(400)는 각각 가열되어 제1 보이드 스페이스(130) 및 제2 보이드 스페이스(140) 내벽의 온도를 상승시키기 위해 발열될 수 있으며, 그에 따라 제1 보이드 스페이스(130) 및 제2 보이드 스페이스(140)의 내벽 온도가 상승되어 선체(100)의 외벽까지 상승된 온도가 전달될 수 있다. 이렇게 제2 히팅부(300) 및 제3 히팅부(400)에 의해 제1 보이드 스페이스(130) 및 제2 보이드 스페이스(140)의 외측의 선체(100)가 가열됨에 따라 제1 보이드 스페이스(130) 및 제2 보이드 스페이스(140) 외측에 배치되는 얼음이 선체(100)의 온도에 의해 녹아 극지 운항용 선박(10)이 결빙된 상태에서 빠르게 탈출할 수 있다.
제2 히팅부(300) 및 제3 히팅부(400)는 본 실시예에서, 기관실(160)에서 증기가 공급되어 가열되는 방식이 이용될 수 있다. 하지만, 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 예컨대, 기관실(160)에서 열매체 오일(thermal oil)이나 뜨거운 물(hot water)이 공급되는 방식이 이용될 수 있거나, 공급된 전력에 의해 가열되는 열선 방식이 이용될 수도 있다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에서, 제1 히팅부(200), 제2 히팅부(300) 및 제3 히팅부(400)가 동작하는 것에 대해 설명하며, 일례로, 제1 히팅부(200)를 예시적으로 설명한다.
제1 히팅부(200)는 기관실(160)에서 공급되는 증기에 의해 가열되어 동작되며, 이를 위해, 제1 히팅부(200)는, 히팅 코일(210), 프리증기 공급 밸브(220), 메인증기 공급 밸브(230), 응축수 밸브(240), 제1 온도센서(250), 제2 온도센서(260), 흐름센서(270) 및 제어기(280)를 포함한다.
히팅 코일(210)은 기관실(160)에서 공급되는 증기가 통과할 수 있는 파이프의 형상을 가지며, 코퍼댐(120)(제2 히팅부(300) 및 제3 히팅부(400)의 경우 제1 보이드 스페이스(130) 및 제2 보이드 스페이스(130, 140), 120) 내측 벽면에 배치된다. 히팅 코일(210)은 코퍼댐(120) 내측에서 선체(100) 외면의 배면 위치에 배치될 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 선체(100) 내벽에 지그재그 방식으로 배치될 수 있다.
히팅 코일(210)은 일단 및 타단이 각각 기관실(160)에 배치될 수 있고, 기관실(160)로부터 히팅 코일(210)의 일단을 통해 증기가 이송되고, 히팅 코일(210)의 타단으로 증기가 배출될 수 있다. 이렇게 히팅 코일(210)에 증기가 관통하면서 코퍼댐(120)의 내측 벽면이 증기에 의해 가열될 수 있다.
프리증기 공급 밸브(220)는 메인증기가 히팅 코일(210)을 통해 공급되기 전에 소정의 증기가 히팅 코일(210)에 공급되도록 제어하여 증기가 히팅 코일(210)을 흐르면서 발생하는 수격 작용(water hammering)이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 프리증기 공급 밸브(220)는 열매체로 증기가 이동될 때 정상적으로 증기가 이동되는 것을 확인하는 역할을 한다. 프리증기 공급 밸브(220)는 메인증기 공급 밸브(230)가 설치된 밸브를 바이패스하는 바이패스밸브에 설치될 수 있고, 프리증기 공급 밸브(220)가 설치된 프리증기용 파이프는, 메인증기 공급 밸브(230)가 설치된 메인증기용 파이프보다 더 작은 내경을 가질 수 있다.
메인증기 공급 밸브(230)는 히팅 코일(210)에 증기가 공급되도록 제어한다. 메인증기 공급 밸브(230)는 기관실(160)로부터 공급된 증기를 히팅 코일(210)에 공급할 수 있게 제어하며, 히팅 코일(210)에 배치될 수 있다.
여기서, 프리증기 공급 밸브(220)는 메인증기 공급 밸브(230)와 병렬로 연결될 수 있으며, 프리증기 공급 밸브(220) 및 메인증기 공급 밸브(230)는 서로 독립적으로 구동될 수 있다. 예컨대, 프리증기 공급 밸브(220)와 메인증기 공급 밸브(230)는 선택적으로 하나만 개방될 수 있다.
그리고 프리증기 공급 밸브(220) 및 메인증기 공급 밸브(230)는 응축수 밸브(240)가 개방된 경우에 개방될 수 있다.
응축수 밸브(240)는 히팅 코일(210)을 통과하면서 열매체로 이용되는 증기가 응축수로 냉각되는데, 이렇게 냉각된 응축수가 기관실(160)로 회수되는 것을 제어한다. 응축수 밸브(240)는 히팅 코일(210)에 설치될 수 있다.
제1 온도센서(250) 및 제2 온도센서(260)는 각각 히팅 코일(210)을 통과하는 열매체인 증기의 온도를 측정한다. 제1 온도센서(250) 및 제2 온도센서(260)는 측정된 온도에 대한 정보를 제어기(280)로 전송한다. 제1 온도센서(250)는 메인증기 공급 밸브(230)의 전단에 설치되고, 제2 온도센서(260)는 응축수 밸브(240) 후단에 설치될 수 있다.
흐름센서(270)는 히팅 코일(210)의 후단 측에 배치되며, 제2 온도센서(260)의 후단에 설치될 수 있다. 흐름센서(270)는 히팅 코일(210)에 열매체가 이동되는지 여부를 측정하고 정상적인 속도로 열매체가 이동되는 것을 감지할 수 있다.
제어기(280)는 히팅 코일(210)에 열매체가 공급될 수 있게 제어하며, 예컨대, 제어기(280)는 기관실(160)에 배치되는 보일러를 구동시켜 열매체가 히팅 코일(210)에 공급을 준비한다. 또한, 제어기(280)는, 프리증기 공급 밸브(220), 메인증기 공급 밸브(230) 및 응축수 밸브(240)의 구동 여부를 제어한다.
이러한 제어기(280)는 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치, 메모리 등에 의해 구현될 수 있으며, 그 구현 방식은 당업자에게 자명한 사항이므로 더 이상의 자세한 설명을 생략한다.
제1 히팅부(200)가 가동하는 것에 대해 설명하면, 제어기(280)는 보일러를 가동하여 열매체의 공급을 준비하고, 응축수 밸브(240)를 개방한다. 제어기(280)는 프리증기 공급 밸브(220)를 개방하여 열매체가 히팅 코일(210)에 흐르도록 제어한다. 제어기(280)는 흐름센서(270)에서 히팅 코일(210)에 열매체가 흐르는 것을 감지한 정보 및 제1 온도센서(250)와 제2 온도센서(260) 측정된 열매체의 온도에 대한 정보를 각각 확인하여 히팅 코일(210)에 정상적으로 열매체가 이동되는 것을 판단한다. 그리고 제어기(280)는 히팅 코일(210)에 열매체가 정상적으로 이동되면 메인증기 공급 밸브(230)를 개방하고, 프리증기 공급 밸브(220)를 폐쇄하여 히팅 코일(210)에 열매체가 지속적으로 이동되도록 제어한다. 이렇게 히팅 코일(210)에 열매체가 지속적으로 이동되는 동안 제어기(280)는 열매체의 온도 및 흐름을 지속적으로 모니터링한다.
제어기(280)는 프리증기가 제1 히팅부(200)를 유동한 이후, 제1 히팅부(200)의 유량이 기준유량이 도달한 것이 흐름센서(270)에서 감지되면, 메인증기 공급 밸브(230)를 개방한다.
제1 히팅부(200)의 가동을 중지하는 것에 대해 설명하면, 제어기(280)는 프리증기 공급 밸브(220)를 개방하고, 메인증기 공급 밸브(230)를 폐쇄한다. 그에 따라 제어기(280)는 히팅 코일(210)에 열매체 이동이 감소하는 것을 흐름센서(270)를 통해 확인하고, 프리증기 공급 밸브(220)를 시간에 따라 서서히 폐쇄하고, 흐름센서(270)를 통해 히팅 코일(210)에 열매체 이동이 거의 정지되면 프리증기 공급 밸브(220)를 완전히 폐쇄한다. 이렇게 프리증기 공급 밸브(220)가 폐쇄되면 제어기(280)는 응축수 밸브(240)를 폐쇄한다.
제어기(280)는 응축수 밸브(240)가 개방된 상태에서 프리증기 공급 밸브(220) 및 메인증기 공급 밸브(230)를 개방한다. 그리고 제어기(280)는 제1 온도센서(250) 및 제2 온도센서(260)에서 각각 측정된 온도의 차이가 20℃ 이하인 경우, 히팅 코일(210)에 열매체가 과도하게 공급된 것으로 판단하여 알람을 발생시킨다.
또한, 제어기(280)는 제1 온도센서(250) 및 제2 온도센서(260)에서 각각 측정된 온도의 차이가 100℃ 이상인 경우, 히팅 코일(210)에 열매체가 부족하게 공급된 것으로 판단하여 알람을 발생시킨다.
그리고 프리증기 공급 밸브(220), 메인증기 공급 밸브(230) 및 응축수 밸브(240)가 개방되어 있을 때 소정의 시간(예컨대, 3분) 동안 흐름센서(270)에서 측정되는 열매체의 흐름이 측정되지 않는 경우, 제어기(280)는 열매체의 공급이 문제가 있음에 대한 알람을 발생시킨다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
10: 극지 운항용 선박
100: 선체
110: AP 탱크 120: 코퍼댐
130: 제1 보이드 스페이스 140: 제2 보이드 스페이스
150: 밸러스트 탱크 160: 기관실
200: 제1 히팅부 210: 히팅 코일
220: 프리증기 공급 밸브 230: 메인증기 공급 밸브
240: 응축수 밸브
250: 제1 온도센서 260: 제2 온도센서
270: 흐름센서 280: 제어기
300: 제2 히팅부 400: 제3 히팅부

Claims (5)

  1. 선체에 설치된 코퍼댐(cofferdam); 및
    상기 코퍼댐에 설치되며, 열을 발생시키는 하나 이상의 제1 히팅부를 포함하고,
    하나 이상의 상기 제1 히팅부는 상기 선체 외면의 배면에 배치되는,
    극지 운항용 선박.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 상기 제1 히팅부는 상기 코퍼댐의 내면에 인접한 부분이 상기 코퍼댐의 내면에 이격된 부분보다 더 넓은 유동면적을 가지도록 구성되는,
    극지 운항용 선박.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 히팅부는,
    열매체가 흐르는 히팅 코일;
    상기 히팅 코일에 배치되고, 상기 히팅 코일에 상기 열매체의 공급 여부를 제어하는 메인증기 공급 밸브; 및
    상기 히팅 코일에 배치되며, 상기 히팅 코일을 통과한 상기 열매체가 상기 히팅 코일에서 배출되는 것을 제어하는 응축수 밸브를 포함하는,
    극지 운항용 선박.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 히팅부는,
    상기 메인증기 공급 밸브와 병렬로 배치되며, 상기 히팅 코일에 상기 열매체의 공급을 제어하는 프리증기 공급 밸브를 더 포함하는,
    극지 운항용 선박.
  5. 제 1 항에 있어서,
    선체에 설치된 보이드 스페이스(viod space); 및
    상기 보이드 스페이스에 설치되며, 열을 발생시키는 하나 이상의 제2 히팅부를 더 포함하고,
    하나 이상의 상기 제2 히팅부는 상기 외면의 배면에 배치되는,
    극지 운항용 선박.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101399842B1 (ko) 2012-08-22 2014-05-28 삼성중공업 주식회사 선박의 밸러스트수 결빙방지장치

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