JP5889641B2 - スプレーノズル - Google Patents

Description

本発明は、液体噴出口から噴出するスプレー液を気体噴出口から噴出する噴霧化気体によってミスト化して被処理物に噴霧するスプレーノズルに関し、特に粉粒体の造粒又はコーティング処理用に好適なスプレーノズルに関する。

粉粒体の造粒又はコーティング処理では、原料粒子の運動状態、給排気条件、スプレー液の成分や噴霧条件等によって、製品粒子の性状、品質、粒度分布等に大きな違いが生じることが知られている。そのうち、スプレー液の噴霧条件は、スプレー液の性質（粘性、展延性、浸透性等）や原料粒子の性質（粒子径、吸湿性、表面濡れ性等）などに応じて最適かつ均一なミスト径のスプレー液ミストを噴霧することが重要であり、この噴霧条件を適切に実行できるか否かはスプレーノズルの性能に大きく依存する。

造粒又はコーティング処理に用いるスプレーノズルには多くの種類があるが、液管とインサートとの接続体を、外管とエアーキャップとの接続体の内部に収容した構造のスプレーノズルとして、下記の特許文献１の段落０００３〜０００８及び図２１に記載されているスプレーノズルが知られている。このスプレーノズルは、空気管９５と、空気管９５の先端部に接続され、噴霧化気体が噴出する小径穴１００を先端部に有するキャップ９６と、空気管９５の内周部に挿通され、スプレー液が通過する穴を中心部に有する液供給管９７と、液供給管９７の先端部に装着され、スプレー液が通過する穴１０３ａを中心部に有すると共に、スプレー液が噴出する穴１０３ｃを先端部に有するインサート９８と、空気管９５及びキャップ９６の内面と液供給管９７及びインサート９８の外面との管に形成される空気通路とを備えている。インサート９８の後端部は液供給管９７の先端部に螺子部で螺合接続され、液供給管９７の穴とインサート９８の穴１０３ａとが相互に連通して、全体として比較的長い液体通路を形成している。この液体通路は、インサート９８の穴１０３ａの部分が液供給管９７の穴の部分よりも小径になっていると共に、インサート９８の穴１０３ａの先端部分が先端側に向かって漸次縮径して先端部の穴１０３ｃに繋がっている。また、空気管９５と液供給管９７の後端部は、空気及び液体の供給口９２、９３を有する本体９４にそれぞれ螺子部で螺合接続されている。

特開２００７−１８１８０２号公報、段落０００３〜０００８及び図２１

上記のスプレーノズルでは、スプレー液が通過する液体通路に径変化があり、径変化する部分でスプレー液の流れが変化するため、特に懸濁液のような粘性が比較的高いスプレー液を噴霧する場合、径変化する部分でスプレー液の滞留が生じ易いという問題がある。

また、インサート９８の後端部を液供給管９７の先端部に螺子部で螺合接続する構造であるため、組立作業に手間が掛かる上に、螺合接続部分を介して液体通路内に空気が混入し、液体噴出口（穴１０３ｃ）から噴出するスプレー液に脈動が発生する原因となる。スプレー液に脈動が発生すると、スプレー液のミスト径分布がブロードになり、処理品質低下につながる。また、インサート９８の液体噴出口（穴１０３ｃ）とキャップ９６の気体噴出口（小径穴１００）との同心度が部品の加工精度によって決まるため、加工精度によっては、液体噴出口が気体噴出口の中心からずれることがある。これにより、スプレー液に脈動が発生し、ミスト径分布がブロードになることにより、処理品質低下につながる。一方、部品の加工精度を過度に高めることは、コスト上昇につながり好ましくない。

本発明の課題は、懸濁液のような粘性が比較的高いスプレー液を噴霧する場合でも、液体通路内にスプレー液の滞留が生じ難く、スプレー液の種類の制約を受け難いスプレーノズルを提供することである。

本発明の他の課題は、液体噴出口から噴出するスプレー液に脈動が発生し難いスプレーノズルを提供することである。

本発明の更なる課題は、部品に加工精度を過度に高めることなく、液体噴出口と気体噴出口との良好な同心度を確保することができるスプレーノズルを提供することである。

本発明の更なる課題は、組立作業が容易なスプレーノズルを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、外管と、外管の先端部に接続され、噴霧化気体が噴出する気体噴出口を先端部に有するエアーキャップと、外管の内部に挿通され、スプレー液が通過する第１液体通路を中心部に有する液管と、液管の先端部に装着され、スプレー液が通過する第２液体通路を中心部に有すると共に、スプレー液が噴出する液体噴出口を先端部に有するインサートと、外管及びエアーキャップの内面と液管及びインサートの外面との間に形成される気体通路とを備え、第１液体通路及び第２液体通路を通過して液体噴出口から噴出するスプレー液を、気体通路を通過して気体噴出口から噴出する噴霧化気体によってミスト化して噴霧するスプレーノズルであって、第１液体通路と第２液体通路が、全長に亘って、液体噴出口と同一径を有し、インサートの後端部が液管の先端部に嵌合隙間をもって嵌合され、かつ、該嵌合部が弾性シール部材によってシールされ、インサートは、液管に対して前記弾性シール部材で弾性支持された状態で、前記嵌合部の嵌合隙間の範囲内で液管に対して変位可能であり、エアーキャップの内面がインサートの先端部に押し当てられることにより、エアーキャップの気体噴出口とインサートの液体噴出口とが調心される構成を提供する。

第１液体通路と第２液体通路を全長に亘って液体噴出口と同一径に形成することにより、液体噴出口を含めてスプレー液が通過する液体通路に径変化がなくなり、スプレー液は第１液体通路及び第２液体通路を一定の流速で通過して液体噴出口から噴出するので、懸濁液のような粘性が比較的高いスプレー液を噴霧する場合でも、液体通路内にスプレー液の滞留が生じ難い。また、インサートの後端部と液管の先端部とを嵌合接続することで、従来の螺合接続に比べて、組立作業が簡素化されると共に、嵌合部を弾性シール部材によってシールすることにより、嵌合部を介して液体通路内に気体が混入して、スプレー液に脈動が発生する現象を防止又は抑制することができる。さらに、インサートは、液管に対して弾性シール部材で弾性支持された状態で、嵌合部の嵌合隙間の範囲内で液管に対して変位可能であり、エアーキャップの内面がインサートの先端部に押し当てられることにより、エアーキャップの気体噴出口とインサートの液体噴出口とが調心される構成とすることにより、部品の加工精度を過度に高めることなく、液体噴出口と気体噴出口との良好な同心度を確保して、スプレー液の脈動を効果的に防止することができる。

第１液体通路、第２液体通路４ａ、および液体噴出口の径は、φ０．５〜３ｍｍ、好ましくはφ０．５〜２．５ｍｍ、より好ましくはφ０．５〜２ｍｍ、さらに好ましくはφ０．８〜２ｍｍの範囲内の所定の小径に形成することにより、第１液体通路及び第２液体通路を通過するスプレー液に対する通路抵抗が高まり、気体噴出口から噴出する噴霧化気体のエゼクター効果に起因する負圧力によってスプレー液が吸引されて脈動が発生する現象が防止又は抑制される。

上記構成において、噴霧化気体が供給される気体供給口を有する配管部材が外管の後端部に接続されており、液管は配管部材の内部に挿通され、液管の外面と配管部材の内面との間に弾性シール部材が介装されている構成とすることが好ましい。これにより、液管と配管部材との接続作業が簡素化されると共に、液管と配管部材との間が弾性シール部材によって効果的にシールされる。

上記構成において、インサートの外面に、噴霧化気体を渦流化する渦流化手段が設けられている構成とすることが好ましい。これにより、より小さいミスト径のスプレー液ミストを生成することができる。

本発明によれば、懸濁液のような粘性が比較的高いスプレー液を噴霧する場合でも、液体通路内にスプレー液の滞留が生じ難く、スプレー液の種類の制約を受け難いスプレーノズルを提供することができる。

また、本発明によれば、液体噴出口から噴出するスプレー液に脈動が発生し難いスプレーノズルを提供することができる。

また、本発明によれば、部品に加工精度を過度に高めることなく、液体噴出口と気体噴出口との良好な同心度を確保することができるスプレーノズルを提供することができる。

また、本発明によれば、組立作業が容易なスプレーノズルを提供することができる。

実施形態に係るスプレーノズルを示す断面図である。 エアーキャップの断面図である。 インサートの部分断面図である。 比較例のスプレーノズルを示す断面図である。 比較例のスプレーノズルにおけるスプレー液のミスト径変化を示す図である。 実施例のスプレーノズルにおけるスプレー液のミスト径変化を示す図である。 比較例のスプレーノズルにおけるスプレー液のＣＶ値変化を示す図である。 実施例のスプレーノズルにおけるスプレー液のＣＶ値変化を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

図１は、この実施形態に係るスプレーノズルを示している。この実施形態のスプレーノズルは、流動層装置（粉粒体粒子の転動、噴流、攪拌等を伴う所謂「複合型流動層装置」を含む）や回転ドラム式のコーティング装置（所謂「パンコーティング装置」）等の粉粒体処理装置に設置され、装置内で運動する粉粒体粒子に結合剤液や膜剤液等を噴霧して造粒又はコーティング処理を行うために用いられる。

この実施形態のスプレーノズルは、外管１と、外管１の先端部に接続され、噴霧化気体が噴出する気体噴出口２ａを先端部に有するエアーキャップ２と、外管１の内部に挿通され、スプレー液が通過する第１液体通路３ａを中心部に有する液管３と、液管３の先端部に装着され、スプレー液が通過する第２液体通路４ａを中心部に有すると共に、スプレー液が噴出する液体噴出口４ｂを先端部に有するインサート４と、外管１及びエアーキャップ２の内面と液管３及びインサート４の外面との間に形成される気体通路５と、噴霧化気体が供給される気体供給口６ａを有する配管部材６とを備えている。

外管１は、エアーキャップ２を螺合接続するための螺子部１ａを先端部内周に有し、配管部材６を螺合接続するための螺子部１ｂを後端部外周に有している。

液管３は、インサート４を嵌合接続するための有底状の嵌合穴３ｂと、嵌合穴３ｂよりも大径で、弾性シール部材７（同図に示す例ではＯリング）を装着するためのシール装着部３ｃとを先端部に有している。また、液管３の後方部外周には、弾性シール部材８（同図に示す例ではＯリング）を装着するためのシール装着溝３ｄが形成され、液管３の小径になった後端部には、図示されていない液配管（配管ホース等）を接続するための接続部３ｅ（同図に示す例ではタケノコニップル部）が形成されている。液管３の第１液体通路３ａは、全長に亘って同一径φＤ１を有し、その先端は嵌合穴３ｂの底部に開口し、その後端は外部に開口している。図示されていないポンプ等の圧送手段により圧送されるスプレー液は、第１液体通路３ａの後端開口から第１液体通路３ａに供給される。

図２に示すように、エアーキャップ２は、外管１の螺子部１ａに螺合接続される螺子部２ｂを後端部外周に備えている。また、エアーキャップ２の内面は、後端側から、第１円筒面２ｃと、第１円筒面２ｃよりも小径で、かつ、第１円筒面２ｂよりも軸方向長さが小さい第２円筒面２ｄと、第２円筒面２ｄと気体噴出口２ａとを繋ぐ２段の円錐テーパ面２ｅとを備えている。第１円筒面２ｃと第２円筒面２ｄは、半径方向の段面２ｆを介して連続する。気体噴出口２ａの径はφＤ２である。

図３に示すように、インサート４の外面は、後端側から、第１円筒状面４ｃと、第１円筒状面４ｃから先端側に向かって漸次縮径した円錐テーパ状面４ｄと、第１円筒状面４ｃよりも大径で、かつ、第１円筒状面４ｃよりも軸方向長さが小さい第２円筒状面４ｅと、第２円筒状面４ｅよりも小径で、かつ、第２円筒状面４ｅと軸方向長さが同程度又は少し大きい第３円筒状面４ｆと、液体噴出口４ｂの外周側の第４円筒状面４ｇと、第３円筒状面４ｆと第４円筒状面４ｇとを繋ぐ２段の円錐テーパ状面４ｈとを有している。第１円筒状面４ｃの後端部には、液管３の嵌合穴３ｂに僅かな嵌合隙間をもって嵌合される嵌合面４ｃ１が形成され、この嵌合面４ｃ１と先端側に隣接して、弾性シール部材７を装着するためのシール装着溝４ｃ２が形成されている。第２円筒状面４ｅと第３円筒状面４ｆは、半径方向の段面４ｉを介して連続する。また、第２円筒状面４ｅと第３円筒状面４ｆには、それぞれ、噴霧化気体を渦流化するための渦流形成溝４ｅ１、４ｆ１が傾斜溝状又はスパイラル状に切欠形成されている。インサート４の第２液体通路４ａは、液管３の第１液体通路３ａと同一径φＤ１を有し、その先端は液体噴出口４ｂと連通し、その後端は後端面に開口している。液体噴出口４ｂは、第２液体通路４ａと同一径φＤ１を有している。液体噴出口４ｂの外周側に位置する第４円筒状面４ｇの径φＤ３は、気体噴出口２ａの径φＤ２に対して所定寸法だけ小さく設定されている（φＤ３＜φＤ２）。

図１に示すように、配管部材６は、外管１の後端部外周の螺子部１ｂを螺合接続するための螺子部６ｂを先端部内周に有し、固定ナット９の螺子部９ａを螺合させるための螺子部６ｃを後端部内周に有している。

外管１の後端部外周の螺子部１ｂと配管部材６の先端部内周の螺子部６ｂとが螺合接続され、外管１と配管部材６の内部に液管３が挿通される。液管３の外面と配管部材６の内面との間は弾性体シール８によってシールされる。配管部材６の内部に挿通された液管３は、配管部材６の後端部内周の螺子部６ｃに螺合させた固定ナット９により位置固定される。

液管３の先端部の嵌合穴３ｂにインサート４の後端部の嵌合面４ｃ１が僅かな嵌合隙間をもって嵌合され、この嵌合部は、シール装着部３ｃとシール装着溝４ｃ２に圧接する弾性シール部材７によってシールされる。インサート４は液管３に対して上記嵌合隙間の範囲内で変位可能であり、実質的には、インサート４は液管３に対して弾性シール部材７で弾性支持された状態になる。

エアーキャップ２の後端部外周の螺子部２ｂを外管１の先端部内周の螺子部１ａに螺合させ、エアーキャップ２を絞め込むと、エアーキャップ２の内面の第１円筒面２ｃ、第２円筒面２ｄ、段面２ｆ（図２を参照）が、それぞれ、インサート４の外面の第２円筒状面４ｅ、第３円筒状面４ｆ、段面４ｉと当接する。インサート４は液管３に対して上記嵌合隙間の範囲内で変位可能であり、上記の態様でエアーキャップ２の内面がインサート４の外面に当接することにより、エアーキャップ２に対するインサート４の半径方向及び軸方向の位置が矯正され、エアーキャップ２の気体噴出口２ａとインサート４の液体噴出口４とが良好な同心度を有するように調心される。尚、この実施形態において、液体噴出口４の先端は、気体噴出口２ａから先端側に所定寸法だけ突出している。

液管３の第１液体通路３ａに供給されたスプレー液は、第１液体通路３ａを通過してインサート４の第２液体通路４ａに入り、第２液体通路４ａを通過して液体噴出口４ｂから噴出する。一方、配管部材６の気体供給口６ａから供給された噴霧化気体（空気等）は、外管１及びエアーキャップ２の内面と液管３及びインサート４の外面との間に形成される気体通路５を通過し、インサート４の外面の円錐テーパ状面４ｄの領域で通路幅が漸次拡大することに伴う気流安定化作用を受けた後、第２円筒状面４ｅと第３円筒状面４ｆの渦流形成溝４ｅ１、４ｆ１によって渦流に変換され、エアーキャップ２の気体噴出口２ａとインサート４の液体噴出口４ｂの外周側に位置する第４円筒状面４ｇとの間の環状隙間から噴出する。液体噴出口４ｂから噴出するスプレー液は、上記環状隙間から噴出する噴霧化気体によってミスト化され、装置内で運動する粉粒体粒子に噴霧される。

上記のように、この実施形態のスプレーノズルは、液管３の第１液体通路３ａとインサート４の第２液体通路４ａを全長に亘って液体噴出口４ｂと同一径φＤ１に形成しているので、液体噴出口４ｂを含めてスプレー液が通過する液体通路に径変化がなくなり、スプレー液は第１液体通路３ａ及び第２液体通路４ａを一定の流速で通過して液体噴出口４ｂから噴出する。そのため、懸濁液のような粘性が比較的高いスプレー液を噴霧する場合でも、液体通路内にスプレー液の滞留が生じ難い。

第１液体通路３ａ、第２液体通路４ａ及び液体噴出口４ｂの径φＤ１は、０．５〜３ｍｍ、好ましくは０．５〜２．５ｍｍ、より好ましくは０．５〜２ｍｍ、さらに好ましくは０．８〜２ｍｍの範囲内の所定の小径に形成するのが良い。これにより、第１液体通路３ａ及び第２液体通路４ａを通過するスプレー液に対する通路抵抗が高まり、気体噴出口４ｂから噴出する噴霧化気体のエゼクター効果に起因する負圧力によってスプレー液が吸引されて脈動が発生する現象が防止又は抑制される。このような効果をより一層高めると共に、清掃性を確保する観点から、第１液体通路３ａ、第２液体通路４ａ及び液体噴出口４ｂの合計長さＬと径φＤ１と比Ｌ／Ｄは、８０〜１４０、好ましくは９０〜１３０、より好ましくは１００〜１２０とするのが良い。また、第１液体通路３ａでのスプレー液の平均液送り速度は０．０１〜０．０５ｍ／ｓｅｃの範囲とするのが好ましい。この平均送り速度が０．０１ｍ／ｓｅｃよりも小さい場合、脈動の抑制が十分でなく、また、スプレー液として懸濁液等を使用する場合に、液体通路内で沈殿が問題になることがある。一方、この平均送り速度が０．０５ｍ／ｓｅｃよりも大きくなっても、脈動の抑制効果は向上せず、また、液送に過剰なエネルギーを消費するため好ましくない。この平均送り速度は、０．０１〜０．０５ｍ／ｓｅｃの範囲でできるだけ大きくするのがより好ましい。

インサート４と液管３との接続を嵌合接続にしているので、従来の螺合接続に比べて、組立作業が簡素化されると共に、嵌合部を弾性シール部材７によってシールすることにより、嵌合部を介して液体通路内に気体が混入して、スプレー液に脈動が発生する現象を防止又は抑制することができる。

また、上述のように、エアーキャップ２の内面をインサート４の先端部に押し当てることにより、エアーキャップ２の気体噴出口２ａとインサート４の液体噴出口４ｂとが調心されるので、部品の加工精度を過度に高めることなく、液体噴出口４ｂと気体噴出口２ａとの良好な同心度を確保して、スプレー液の脈動を効果的に防止又は抑制することができる。

上述した実施形態のスプレーノズルと図４に示す比較例のスプレーノズルを流動層装置に設置し、装置内に仕込んだ原料粒子にスプレー液を噴霧してコーティング処理を行った。比較例のスプレーノズルが実施形態のスプレーノズルと異なる点は、主に、インサート４’の後端部が液管３’の先端部に螺合接続されている点、液管３’の第１液体通路とインサート４’の第２液体通路が比較的大きい径φＤ’１（φＤ１＜φＤ’１）を有する点、インサート４’の第２液体通路の先端部は先端側に向かって漸次縮小して液体噴出口に繋がっている点にある。比較例のスプレーノズルは、このような構成を有するため、液体噴出口から噴出するスプレー液に脈動が発生する。

［試験条件］
流動層装置：株式会社パウレック製の転動流動層装置「ＭＰ−０１」
液体通路の径：φＤ１＝１．２ｍｍ、φＤ’１＝４ｍｍ
液体噴出口の径：φ１．２ｍｍ（実施形態・比較例共に同じ）
スプレー液：４ｗｔ%ＨＰＣ−Ｌ水溶液
スプレー液量：２００ｇ
スプレー液速度：５ｇ／ｍｉｎ
噴霧化気体量：５０Ｌ／ｍｉｎ
流動層装置の給気温度：５０℃、７０℃、９０℃の３種類の条件で実施
流動層装置の給気風量：０．７ｍ³／ｍｉｎ
流動層装置のロータ回転数：３００ｒｐｍ
原料粒子：セルフィアＣＰ−１０２（平均粒子径１５０μｍ）
原料仕込量：１ｋｇ
評価方法：原料に含まれていない粒子径３００μm以上の粒子｛６０Ｍ（３００μｍ） の篩を通過しなかった粒子｝を凝集粒子と判断し、処理済み品の全重量に占 める凝集粒子の重量割合（凝集率）を求めた。

［試験結果］
給気温度５０℃の場合：比較例 凝集率９．８１％
実施例 凝集率０．２２％
給気温度７０℃の場合：比較例 凝集率１８．６７％
実施例 凝集率２．４％
給気温度５０℃の場合：比較例 凝集率６．３９％
実施例 凝集率０．３９％

上記の試験結果から分かるように、実施例のスプレーノズルでは、凝集率が顕著に小さくなり、比較例のスプレーノズルに比べて、コーティング品質と製品収率を高めることができる。これは、下記の測定結果に示すように、実施例のスプレーノズルでは、比較例のスプレーノズルに比べて、噴霧されるスプレー液のミスト径分布が狭くなったことによるものであり、このミスト径分布の縮小化は脈動の発生が防止又は抑制されたことに起因する。

実施形態のスプレーノズルと比較例のスプレーノズルから噴霧されるスプレー液のミスト径をスプレーミスト測定器（ＬＤＳＡ３４００Ａ）で測定して、ミスト径の変化とＣＶ値を求めた。スプレー液は精製水を使用し、スプレー液速度５ｇ／ｍｉｎ、噴霧化気体量５０Ｌ／ｍｉｎ、測定距離（ノズル先端と測定ポイントとの間の距離）１５０ｍｍの条件で測定を行った。測定結果を図５〜図８に示す。

図５〜図８に示す測定結果から分かるように、実施例のスプレーノズルでは、比較例のスプレーノズルに比べて、噴霧されるスプレー液のミスト径分布が狭くなると共に、ミスト径の経時変化も少なくなり、かつ、ＣＶ値も安定する。ここで、ＣＶ値はミスト径の変動係数であり、ＣＶ値＝標準偏差／平均値（平均径）で算出される値である。

１ 外管
２ エアーキャップ
２ａ 気体噴出口
３ 液管
３ａ 第１液体通路
４ インサート
４ａ 第２液体通路
４ｂ 液体噴出口
５ 気体通路
６ 配管部材
６ａ 気体供給口
７ 弾性シール部材
８ 弾性シール部材

Claims (4)

1. 外管と、該外管の先端部に接続され、噴霧化気体が噴出する気体噴出口を先端部に有するエアーキャップと、前記外管の内部に挿通され、スプレー液が通過する第１液体通路を中心部に有する液管と、該液管の先端部に装着され、前記スプレー液が通過する第２液体通路を中心部に有すると共に、前記スプレー液が噴出する液体噴出口を先端部に有するインサートと、前記外管及びエアーキャップの内面と前記液管及びインサートの外面との間に形成される気体通路とを備え、前記第１液体通路及び第２液体通路を通過して前記液体噴出口から噴出するスプレー液を、前記気体通路を通過して前記気体噴出口から噴出する噴霧化気体によってミスト化して噴霧するスプレーノズルであって、
   前記第１液体通路と前記第２液体通路が、全長に亘って、前記液体噴出口と同一径を有し、
   前記インサートの後端部が前記液管の先端部に嵌合隙間をもって嵌合され、かつ、該嵌合部が弾性シール部材によってシールされ、
   前記インサートは、前記液管に対して前記弾性シール部材で弾性支持された状態で、前記嵌合部の嵌合隙間の範囲内で前記液管に対して変位可能であり、前記エアーキャップの内面が前記インサートの先端部に押し当てられることにより、前記エアーキャップの気体噴出口と前記インサートの液体噴出口とが調心されることを特徴とするスプレーノズル。
2. 前記第１液体通路、前記第２液体通路、および前記液体噴出口の直径が０．５〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のスプレーノズル。
3. 前記噴霧化気体が供給される気体供給口を有する配管部材が前記外管の後端部に接続されており、前記液管は前記配管部材の内部に挿通され、前記液管の外面と前記配管部材の内面との間に弾性シール部材が介装されていることを特徴と請求項１又は２に記載のスプレーノズル。
4. 前記インサートの外面に、前記噴霧化気体を渦流化する渦流化手段が設けられていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のスプレーノズル。

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