JP4656051B2 - 静電霧化装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電霧化現象によりナノメータサイズの帯電微粒子水を発生させて霧化対象空間に供給するようにした静電霧化装置に関するものである。

従来から霧化電極と、霧化電極に対向して位置する対向電極と、霧化電極に水を供給する供給手段とを備え、霧化電極と対向電極との間に高電圧を印加することで霧化電極に保持される水を霧化させ、ナノメータサイズで強い電荷を持つ帯電微粒子水（ナノメータサイズの帯電イオンミスト）を発生させる静電霧化装置が特許文献１により知られている。

一般に上記従来例も含めてこの種の静電霧化装置においては、霧化電極に供給された水を静電霧化するために霧化電極と対向電極とが所定の電位差となるように電圧を印加するに当って、対向電極側の電位を接地電位（０Ｖ）に設定し、帯電微粒子水としてマイナスに帯電したものを生成する際は、霧化電極側がマイナス５ｋＶ程度の電位となるように電圧を印加し、また、帯電微粒子水としてプラスに帯電したものを生成する際は、放電電極側がプラス５ｋＶ程度の電位となるように電圧を印加するようにしていた。

これを図示で説明すると図７に示す概略構成図で表される。すなわち、霧化電極２側が５ｋＶ、対向電極３側を接地電圧（０Ｖ）となるように霧化電極２と対向電極３との間に電圧を印加すると、霧化電極２に供給された水Ｗが静電霧化されてマイナスに帯電した帯電微粒子水ＭとマイナスイオンＩが生成することになる。

ところが、対向電極３側が０Ｖであり、霧化対象空間１内の収納物や霧化対象空間１の内面のような対象物Ｃもほぼ０Ｖであるため、静電霧化の際に生成されたマイナスイオンＩの殆どが対向電極３に付着することなく、霧化対象空間１内に放出されて浮遊し、対象物Ｃに大量に付着して対象物が帯電する恐れがある。特に、霧化対象空間１が冷蔵庫の野菜収納室や冷蔵室、あるいは下駄箱、洗濯機、あるいは食器洗浄機のように空間の容積が小さい閉空間の場合、容積が小さい閉空間内を浮遊するマイナスイオンＩの対象物に対する付着による帯電が顕著となり、対象物Ｃに手を触れると帯電による不快感を感じたり、場合によっては感電したりするという問題がある。
特開２００６−６８７１１号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、霧化対象空間内の収納物や内面のような対象物が帯電し難くすることができる静電霧化装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係る静電霧化装置は、霧化電極２と、対向電極３と、霧化電極２に水を供給する水供給手段１５と、霧化電極２と対向電極３との間に高電圧を印加する高電圧印加部９とを備え、霧化電極２と対向電極３との間に高電圧を印加して霧化電極２に供給される水を静電霧化するように構成した静電霧化装置において、霧化電極２に供給された水を静電霧化するために霧化電極２と対向電極３とが所定の電位差となるように電圧を印加するに当って、霧化電極２側の電位を対向電極３側の電位よりも接地電位に近い電位として成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、静電霧化により帯電微粒子水を生成するに当り、霧化電極２側でマイナスイオンが発生するように霧化電極２と対向電極３との間に電圧を印加した場合は、対向電極３側がプラス極側となるため、霧化電極２側で発生したマイナスイオンの殆どが対向電極３に付着し、また、静電霧化により帯電微粒子水を生成するに当り、霧化電極２側でプラスイオンが発生するように霧化電極２と対向電極３との間に電圧を印加した場合は、対向電極３側がマイナス極側となるため、霧化電極２側で発生したプラススイオンの殆どが対向電極３に付着し、これによりマイナスイオン（又はプラスイオン）が霧化対象空間１内面あるいは霧化対象空間１内に収納した収納物に大量に付着することがなく、霧化対象空間１内面あるいは霧化対象空間１内に収納した収納物等の対象物Ｃが帯電し難くなり、霧化対象空間１内面あるいは霧化対象空間１内に収納した収納物等の対象物Ｃに手で触れても帯電による不快感がないようにできる。

また、霧化電極２側に印加する電圧値を±１ｋＶ以内に設定することが好ましい。

このような構成とすることで、霧化電極２に供給された水を静電霧化するために霧化電極２と対向電極３とが所定の電位差となるように電圧を印加するに当って、霧化電極２側の絶対電圧値が低いため、対向電極３側の絶対電圧値が高くなり、この結果、より大量のマイナスイオン（又はプラスイオン）を対向電極３に付着させることができて、対象物からの感電を防止できる。

本発明は、上記のように、霧化対象空間内の収納物や内面のような対象物が帯電し難くすることができて、対象物に手で触れても帯電による不快感を無くし、対象物からの感電の危険を防止することができる。

静電霧化装置は、霧化電極２と、対向電極３と、霧化電極２に水を供給する水供給手段１５と、霧化電極２と対向電極３との間に高電圧を印加する高電圧印加部９とを備えている。

霧化電極２に水を供給する水供給手段１５としては種々の供給方式が考えられ、例えば、空気中の水分を結露させることで霧化電極２に水を供給したり、あるいは、水溜め部に溜めた水を毛細管現象や加圧方式（ポンプによる加圧を含む）により霧化電極２の先端部に供給したりする。

まず、空気中の水分を結露させることで霧化電極２に水を供給する場合の一例を図１乃至３に基づいて説明する。

図１乃至図３においては、霧化対象空間１と、該霧化対象空間１に隣接した霧化対象空間１より温度が低い冷空間４とを備えた装置Ａにおいて、霧化対象空間１に静電霧化により生成されるナノメータサイズの帯電微粒子水を供給するためのものであり、霧化対象空間１と冷空間４とを備えた装置Ａとしては、例えば、冷蔵庫やクーラ等を挙げることができる。

図１乃至図３では霧化対象空間１と冷空間４とを備えた装置Ａとして冷蔵庫Ａ１を例にとって説明するが、必ずしも冷蔵庫Ａ１に限定されるものではない。

図３には冷蔵庫Ａ１の概略構成図が示してある。図３において２０は冷蔵庫本体であって、冷蔵庫本体２０内には冷凍室２１、野菜室２２、冷蔵室２３、冷気通路２４が設けてあり、冷蔵庫本体２０の外郭、冷凍室２１、野菜室２２、冷蔵室２３、冷気通路２４をそれぞれ仕切る仕切り部６は断熱材により構成してある。なお、仕切り部６の断熱材の表面には合成樹脂成形品よりなる外皮６ａが積層一体化してある。冷気通路２４と冷凍室２１、野菜室２２、冷蔵室２３とを仕切る仕切り部６にはそれぞれ冷気通路２４と冷凍室２１、冷気通路２４と野菜室２２、冷気通路２４と冷蔵室２３を連通する連通部２７ａ、２７ｂ、２７ｃが設けてある。

冷凍室２１、野菜室２２、冷蔵室２３の前面側はそれぞれ開口している。冷蔵室２３の前開口にはヒンジにより回動自在に扉２５ａが取付けられ、また、冷凍室２１や野菜室２２には引出しボックス２６ａ、２６ｂが引き出し自在に取付けられると共に各引出しボックス２６ａ、２６ｂの前部に扉２５ｂ、２５ｃを一体に設け、引き出しボックス２６ａ、２６ｂを冷凍室２１や野菜室２２内に押し込んで収納することで、引出しボックス２６ａ、２６ｂの前部に設けた扉２５ｂ、２５ｃで冷凍室２１や野菜室２２の前開口を閉じるようになっている。

冷気通路２４内には冷却源２８、ファン２９が設けてあり、冷却源２８により冷気通路２４内の空気を冷却し（例えば−２０℃程度に冷却し）、冷気通路２４内の冷気を連通部２７ａ、２７ｂ、２７ｃを介して冷凍室２１、野菜室２２、冷蔵室２３に供給し、冷凍室２１、野菜室２２、冷蔵室２３をそれぞれ目的とする温度とするようになっている。ここで、野菜室２２や冷蔵室２３は冷凍室２１よりも温度が高い（例えば野菜室２２で約５℃である）ので、連通部２７ｂ、２７ｃは連通路２７ａよりも小さい開口となっていて冷気通路２４からの冷気の流入量が冷凍室２１に比べて少なくなるように設定してある。

また、図示を省略しているが、冷凍室２１、野菜室２２、冷蔵室２３からそれぞれ冷気通路２４の冷却源２８側に空気を返送するための返送通路が設けてある。

上記のような冷蔵庫Ａ１において、例えば野菜室２２や冷蔵室２３が霧化対象空間１となり、断熱材よりなる仕切り部６を介して隣接する冷気通路２４が霧化対象空間１よりも温度が低い冷空間４となっている（添付図面においては野菜室２２を霧化対象空間１としている）。

霧化対象空間１である野菜室２２と冷空間４である冷気通路２４とを仕切る仕切り部６の霧化対象空間１側の面には静電霧化装置の主体部Ｂが取付けてある。

静電霧化装置の主体部Ｂは、霧化電極２、対向電極３、霧化電極２と対向電極３との間に高電圧を印加する高電圧印加部９、静電霧化を行うための制御部１０を装置ハウジング１１内に内装することで構成してある。

装置ハウジング１１内は高電圧印加部９や制御部１０を収納する収納室１１ａと放電室１１ｂとに仕切られており、高電圧印加部９や制御部１０を収納した収納室１１ａは外部から水等が浸入しないような密閉室となっている。放電室１１ｂ内には霧化電極２と対向電極３とが配設され、対向電極３はドーナツ状をした金属板により構成してあって装置ハウジング１１の前面に設けた放出用開口１４に対向するように放電室１１ｂ内の前部寄りに内装してあり、放電室１１ｂ内の後部には霧化電極２が取付けてあり、霧化電極２の先端の尖った部分がドーナツ状をした対向電極３の中央孔部のセンターと同一軸線上に位置している。霧化電極２と対向電極３とは高圧リード線を介して高電圧印加部９に電気的に接続してある。

上記霧化電極２の後端部には水供給手段１５の一要素を構成する金属のような熱伝導性の良い伝熱部５が設けてある。ここで、霧化電極２と伝熱部５とを一体に形成したものでもよく、また、霧化電極２に別体の伝熱部５を固着してもよく、また、霧化電極２に別体の伝熱部５を接触させるようにしたものであってもよい。いずれの場合も、伝熱部５と霧化電極２とで熱を効率よくやりとりできるような構成とする。

伝熱部５は装置ハウジング１１に取付けられる（図１、図２においては装置ハウジング１１の後面部の一部を構成する蓋部１１ｃに伝熱部５が取付けてある）。装置ハウジング１１の後面には孔部１２が設けてあり（図１、図２においては蓋部１１ｃに孔部１２が設けてあり）、伝熱部５がこの孔部１２に臨んでいる。この場合、伝熱部５の後端面部が孔部１２から後方に突出しないようにしてもよく、また、図１、図２に示すように伝熱部５の後端部を孔部１２から突出させてもよい。

仕切り部６の一部には仕切り部６の他の部分よりも熱が伝わり易い部分７を設けてある。熱が伝わり易い部分７を設けるに当っては、例えば、断熱材により構成した仕切り部６の一部の肉厚を薄くして熱が伝わり易い部分７を構成したり、あるいは、仕切り部６の一部を仕切り部６の他の部分に比べて熱伝導しやすい材料により構成することで熱が伝わり易い部分７を構成したり、あるいは、断熱材により構成した仕切り部６の一部に霧化対象空間１と冷空間４とを連通する連通孔をあけることで熱が伝わり易い部分７を構成する。

仕切り部６の一部を薄くして熱が伝わり易い部分７を構成するに当っては、仕切り部６に凹部８を形成することで簡単に一部を薄くすることができるが、この場合、仕切り部６の霧化対象空間１側に凹部８を形成したり、冷空間４側に凹部８を形成したり、霧化対象空間１側、冷空間４側の両方に凹部８を形成したりすることができる。なお、外皮６ａの熱が伝わり易い部分７の周囲に対応した部分は孔をあけて断熱材が霧化対象空間１側に露出するようにする。

装置ハウジング１１を仕切り部６の霧化対象空間１側の面に取付けるに当って、伝熱部５を上記仕切り部６に設けた他の部分よりも熱が伝わり易い部分７に当接又は小間隙を介して対向するように取付ける。

仕切り部６の霧化対象空間１側に凹部８を設けて熱が伝わり易い部分７を構成した場合、図１、図２に示すように、伝熱部５の孔部１２から突出した突出部５ｃを凹部８内に挿入するようにすることで、伝熱部５と冷空間４との熱のやりとりがより効果的に行えることになる。

上記のように仕切り部６の一部に設けた熱が伝わり易い部分７に霧化電極２の伝熱部５を対向するように位置させることで、断熱材により構成した仕切り部６により霧化対象空間１と冷空間４とが断熱されているにもかかわらず、伝熱部５のみは霧化対象空間１内に設置された静電霧化装置の主体部Ｂを構成する各部材、各部位よりも低い温度に冷やされ霧化電極２の温度を低下させ、放電室１１ｂ内の空気中に含まれる水分を霧化電極２に結露水として生成させる。このようにして霧化電極２には安定して水が供給されることになる。

このように霧化電極２に水が供給されている状態で、高電圧印加部９により霧化電極２と対向電極３との間に所定の電位差が生じるように電圧を印加すると、霧化電極２と対向電極３との間にかけられた高電圧により霧化電極２の先端部に供給された水と対向電極３との間にクーロン力が働いて、水の液面が局所的に錐状に盛り上がり（テーラーコーン）が形成される。このようにテーラーコーンが形成されると、該テーラーコーンの先端に電荷が集中してこの部分における電界強度が大きくなって、これによりこの部分に生じるクーロン力が大きくなり、更にテーラーコーンを成長させる。このようにテーラーコーンが成長し該テーラーコーンの先端に電荷が集中して電荷の密度が高密度となると、テーラーコーンの先端部分の水が大きなエネルギー（高密度となった電荷の反発力）を受け、表面張力を超えて***・飛散（レイリー***）を繰り返してナノメータサイズの帯電微粒子水を大量に生成させる。

このようにして生成されたナノメータサイズの帯電微粒子水は対向電極３の中央孔を通過して装置ハウジング１１の前面に設けた放出用開口１４から霧化対象空間１内に放出される。霧化対象空間１に放出されたナノメータサイズの帯電微粒子水はナノメータサイズと極めて小さいために空気中に長時間浮遊すると共に拡散性が高いため、霧化対象空間１内の隅々まで浮遊して、霧化対象空間１の内面や霧化対象空間１内に収納した収納物等の対象物Ｃに付着するものであり、しかも、ナノメータサイズの帯電微粒子水活性種が水分子に包み込まれるようにして存在するため脱臭効果、カビや菌の除菌や繁殖の抑制効果があり、霧化対象空間１内の内面や霧化対象空間１内に入れた収納物等の対象物Ｃに付着して脱臭効果、カビや菌の除菌や繁殖の抑制効果を発揮することになる。また、活性種が水分子に包み込まれるようにして存在するナノメータサイズの帯電微粒子水は遊離基単独で存在する場合より寿命が長いため、上記拡散性、脱臭効果、カビや菌の除菌や繁殖の抑制効果がより向上することになる。また、ナノメータサイズの帯電微粒子水は保湿効果があるため、霧化対象空間１内に入れた収納物を保湿する効果がある。

ところで、上記のように霧化電極２と対向電極３との間に高電圧を印加して霧化電極２に供給された水を静電霧化するに当り、対向電極３側が霧化電極２側よりも５ｋＶ程電位が高くなるように霧化電極２と対向電極３との間に電圧を印加することで、霧化電極２の先端部に供給された水を効果的に静電霧化してナノメータサイズの帯電微粒子水を生成するに当って、対向電極３側の絶対電圧値が霧化電極２側の絶対電圧値よりも大きくなるようにする（つまり、霧化電極２側の電位を対向電極３側の電位よりも接地電位（０Ｖ）に近い電位とする）ことに特徴がある。

以下、霧化電極２側の電位を対向電極３側の電位よりも接地電位（０Ｖ）に近い電位とするように対向電極３との間に所定電圧（例えば５ｋＶ）を印加する場合で且つ、霧化電極２側でマイナスイオンが発生するように霧化電極２と対向電極３との間に電圧を印加する場合を例として説明する。

なお、図４には霧化電極２側の電位を対向電極３側の電位よりも接地電位（０Ｖ）にした参考例が示してある。

図４の参考例は、対向電極３側を＋５ｋＶ、霧化電極２側を０Ｖとなるようにしてあり、対向電極３側がプラス極側となるため、霧化電極２側で発生したマイナスイオンＩの殆どがプラス極である対向電極３に付着し、静電霧化の際に発生したマイナスイオンＩが霧化対象空間１内面あるいは霧化対象空間１内に収納した収納物等の対象物Ｃに大量に付着することがなく、対象物Ｃが帯電し難くなり、対象物Ｃに手で触れても帯電による不快感がないようにできる。

本発明においても、霧化電極２側の電位を対向電極３側の電位よりも接地電位（０Ｖ）に近い電位としているので、霧化電極２側でマイナスイオンが発生するように霧化電極２と対向電極３との間に電圧を印加した場合、対向電極３側がプラス極側となるため、霧化電極２側で発生したマイナスイオンＩの殆どがプラス極である対向電極３に付着し、静電霧化の際に発生したマイナスイオンＩが霧化対象空間１内面あるいは霧化対象空間１内に収納した収納物等の対象物Ｃに大量に付着することがなく、対象物Ｃが帯電し難くなり、対象物Ｃに手で触れても帯電による不快感がないようにできる。

また、図示は省略しているが、霧化電極２側でプラスイオンが発生するように霧化電極２と対向電極３との間に電圧を印加した場合は、対向電極３側がマイナス極側となるため、霧化電極２側で発生したプラススイオンの殆どがマイナス極である対向電極３に付着し、これによりプラスイオンが霧化対象空間１内面あるいは霧化対象空間１内に収納した収納物等の対象物Ｃに大量に付着することがなく、対象物Ｃが帯電し難くなり、対象物Ｃに手で触れても帯電による不快感がないようにできる。

一方、上記いずれの場合も、マイナス又はプラスに帯電している帯電微粒子水Ｍはナノメータサイズときわめて小さいが、マイナスイオンＩ（又はプラスイオン）に比べるとはるかに質量が大きいため、電気力線Φにより移動力が与えられると慣性により霧化対象空間１内に放出されて浮遊しながら、霧化対象空間１内に入れられた収納物、あるいは霧化対象空間１の内面等の対象物Ｃにも付着し、殺菌、抗菌、消臭、保湿等を効果的に行う。

上記のように、霧化対象空間１内に入れられた収納物、あるいは霧化対象空間１の内面等の対象物Ｃへのマイナスイオン（又はプラスイオン）の付着量を少なくして、対象物Ｃの帯電によるトラブルや感電の恐れがないようにできるので、特に、霧化対象空間１として対象物Ｃへの帯電が問題となる小さな閉空間に（例えば冷蔵庫１Ａの野菜室や冷蔵室）に静電霧化により生成した帯電微粒子水Ｍを放出する際に好適である。

ここで、霧化電極２側の電位を対向電極３側の電位よりも接地電位（０Ｖ）に近い電位となるように霧化電極２と対向電極３との間に電圧を印加するものであれば、上記例にのみ限定されない。好ましくは霧化電極２に印加する低電圧側の電圧値を±１ｋＶ以内に設定し、対向電極３側が霧化電極２側よりも高い絶対電圧値となるように電圧を印加すれば、上記帯電低減効果に加え、帯電物からの感電防止効果が図れることになるのでより好ましい。

次に、図５には霧化電極２に水を供給するに当って、空気中の水分を結露させて供給する水供給手段１５の他例が示してある。

図５にはペルチェユニット３０の冷却部３１に霧化電極２を熱的に接続することで水供給手段１５が構成してある。

ペルチェユニット３０は、熱伝導性の高いアルミナや窒化アルミニウムからなる絶縁板の片面側に回路を形成してある一対のペルチェ回路板３２を、互いの回路が向き合うように対向させ、多数列設してあるＢｉＴｅ系の熱電素子３４を両ペルチェ回路板３２間で挟持すると共に隣接する熱電素子３４同士を両側の回路で電気的に接続させ、ペルチェ入力リード線３３を介してなされる熱電素子３４への通電により一方のペルチェ回路板３２側から他方のペルチェ回路板３２側に向けて熱が移動するように設けたものである。更に、上記一方の側（以下、冷却側という）のペルチェ回路板３２の外側にはアルミナや窒化アルミニウム等からなる高熱伝導性及び高耐電性の高い冷却用絶縁板３５を接続してあり、また、上記他方の側（以下、放熱側という）のペルチェ回路板３２の外側にはアルミナや窒化アルミニウム等からなる高熱伝導性の放熱板３６を接続してある。

本例においては、冷却側のペルチェ回路板３２の絶縁板と冷却用絶縁板３５とで冷却部３１を形成し、放熱側のペルチェ回路板３２の絶縁板と放熱板３６とで放熱部３７を形成するものであり、熱電素子３４を介して冷却部３１側から放熱部３７側へと熱が移動するようになっている。

したがって、ペルチェユニット３０に通電することで、冷却部３１に熱的に接続した霧化電極２を冷却して空気中の水分を結露させて霧化電極２に水を供給するようになっている。

このようにして霧化電極２に水を供給する図５においては、前述と同様に、霧化電極２に供給された水を静電霧化するために霧化電極２と対向電極３とが所定の電位差となるように電圧を印加するに当って、霧化電極２側の電位を対向電極３側の電位よりも接地電位に近い電位とするものである。

また、この場合も前述と同様に、霧化電極２に印加する低電圧側の電圧値を±１ｋＶ以内に設定し、対向電極３側が霧化電極２側よりも高い絶対電圧値となるように電圧を印加するのが好ましい。

次に、図６には霧化電極２に水を供給する水供給手段１５の更に他例が示してある。

図６は、水（液体）を溜める水溜め部４０に液体を溜め、毛細管現象を利用して霧化電極２の先端部に水を供給するようになっている。この場合、霧化電極２に毛細管現象が生じるように細い孔や多孔質となった部分を設けることで、毛細管現象を利用して水を供給する。水溜め部４０と霧化電極２とが離れている場合は、毛細管現象を生じされる水搬送部材を介して水溜め部４０から霧化電極２に水を供給する。

このようにして霧化電極２に水を供給する図６においても、前述と同様に、霧化電極２に供給された水を静電霧化するために霧化電極２と対向電極３とが所定の電位差となるように電圧を印加するに当って、霧化電極２側の電位を対向電極３側の電位よりも接地電位に近い電位とするものである。

また、この場合も前述と同様に、霧化電極２に印加する低電圧側の電圧値を±１ｋＶ以内に設定し、対向電極３側が霧化電極２側よりも高い絶対電圧値となるように電圧を印加するのが好ましい。

また、図示を省略しているがポンプ、水頭圧等を利用して霧化電極２に水を供給する場合も、前述と同様に、霧化電極２に供給された水を静電霧化するために霧化電極２と対向電極３とが所定の電位差となるように電圧を印加するに当って、霧化電極２側の電位を接地電位とするかまたは霧化電極２側の電位を対向電極３側の電位よりも接地電位に近い電位とするものである。

また、この場合も前述と同様に、霧化電極２に印加する低電圧側の電圧値を±１ｋＶ以内に設定し、対向電極３側が霧化電極２側よりも高い絶対電圧値となるように電圧を印加するのが好ましい。

静電霧化装置の一例の拡大縦断面図である。 同上の拡大横断面図である。 全体構成図である。 霧化電極に供給された水を静電霧化するために霧化電極と対向電極とが所定の電位差となるように電圧を印加するに当って、霧化電極側の電位を対向電極側の電位よりも接地電位に近い電位とした場合の概略説明図である。 静電霧化装置の他例の概略断面図である。 静電霧化装置の更に他例の概略断面図である。 従来例の概略説明図である。

２ 霧化電極
３ 対向電極
９ 高電圧印加部
１５ 水供給手段

Claims (2)

1. 霧化電極と、対向電極と、霧化電極に水を供給する水供給手段と、霧化電極と対向電極との間に高電圧を印加する高電圧印加部とを備え、霧化電極と対向電極との間に高電圧を印加して霧化電極に供給される水を静電霧化するように構成した静電霧化装置において、霧化電極に供給された水を静電霧化するために霧化電極と対向電極とが所定の電位差となるように電圧を印加するに当って、霧化電極側の電位を対向電極側の電位よりも接地電位に近い電位として成ることを特徴とする静電霧化装置。
2. 霧化電極側に印加する電圧値を±１ｋＶ以内に設定して成ることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。

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