| 【発明の名称】 |
焼却装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】矢野 明
【氏名】灰外 達夫
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| 【要約】 |
【課題】既存のゴミ焼却炉から発生するダイオキシン等を簡単、確実に熱分解して除去する設備として有効に利用できる焼却装置の提供。
【解決手段】バーナ室Ａ０の真上に散気口Ｃを介して主燃焼室Ａ１を連通させる。主燃焼室Ａ１の横に煙道Ｂを介して第２燃焼室Ａ２をガス出入り可能に連通し、第２燃焼室Ａ２の下部に第３燃焼室Ａ３をガス出入り可能に連通する。第３燃焼室Ａ３をバーナ室Ａ０にガス出入り可能に連通する。以上の各室で構成された環状のガス循環経路に未燃性ガス、煤塵類を可燃性ガスと共に循環させて各室で燃焼させる。最終的に第３燃焼室Ａ３で８００℃以上で完全燃焼させることで、ダイオキシン等の発生を抑制し、第３燃焼室Ａ３からの未燃性ガス類は登釜構造の第４〜第ｎ燃焼室Ａ４〜Ａｎで完全燃焼させる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 バーナ火炎が導入されるバーナ室と、バーナ室から導入した火炎で収容物の被焼却物を熱分解し、この熱分解で発生する可燃性ガスで被焼却物を燃焼させる主燃焼室と、主燃焼室と煙道を介してガス流入及び流出可能に連通して主燃焼室から流入する未燃性ガス・煤塵類を燃焼させる第２燃焼室と、第２燃焼室とバーナ室の双方に各々ガス流入及び流出可能に連通して第２燃焼室からの未燃性ガス・煤塵類を燃焼させる第３燃焼室を備え、主燃焼室から第２燃焼室、第３燃焼室、バーナ室に至る一連の密閉状態にある循環経路を可燃性ガスと共に循環する未燃性ガス・煤塵類を最終的に第３燃焼室で焼却することを特徴とする焼却装置。
【請求項２】 少なくとも主燃焼室が、被焼却物を加熱された流動砂の中で燃焼させる圧力釜構造の流動層式焼却炉であることを特徴とする請求項１記載の焼却装置。
【請求項３】 バーナ室の火炎の一部を直接に主燃焼室に導入すると共に、残りの火炎を散気口を介して主燃焼室に導入することを特徴とする請求項１又は２いずれか記載の焼却装置。
【請求項４】 第３燃焼室に直列に登釜構造式に連結され、第３燃焼室から未燃性ガスが流入すると登釜式に順に燃焼させて最終的に完全燃焼させる複数の燃焼室を有することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の焼却装置。
【請求項５】 主燃焼室の被焼却物が、既存の焼却炉設備から発生する排出ガス・煤塵類の廃棄物で、この廃棄物を主燃焼室と第２燃焼室と第３燃焼室を循環させる間に最高８００℃以上で焼却して廃棄物に含まれるダイオキシン等の有害物質を無害化処理することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の焼却装置。
【請求項６】 少なくとも主燃焼室と第２燃焼室の間のガス流路に、被焼却物の燃焼で発生する有害物質の吸着機能を有するバッグフィルタを設置したことを特徴とする請求項５記載の焼却装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、家庭ゴミ等の一般廃棄物や産業廃棄物、既存の公共ゴミ焼却炉から排出される排ガス、焼却灰、煤塵、飛灰等を加熱処理して焼却する焼却装置に関し、特に、普通の焼却処理ではダイオキシン等の有害物質を発生させるおそれがある被焼却物を加熱処理して有害物質を無害化処理する有害物質除去装置として実用的な焼却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】家庭ゴミ等の廃棄物を８００℃以上の高温で長時間連続して焼却する大型ゴミ焼却炉からは、公害となるダイオキシン等がほとんど発生しない。ダイオキシン等の発生は、断続運転される家庭用の小型ゴミ焼却炉や工場等の８００℃以下で稼動する中型ゴミ焼却炉に多く、このようなゴミ焼却炉においてはダイオキシン等の有効な発生抑制対策と、発生した場合の有害物質の無害化対策が要望されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ダイオキシン等は焼却炉で塩化ビニール、食塩等を含む廃棄物を３００℃前後で燃焼させると不完全燃焼して特に発生し易い。ダイオキシン等の発生抑制対策として、廃棄物を８００℃以上の高温で完全燃焼させることが有効であるが、断続運転される小型・中型ゴミ焼却炉においては焼却の初期段階や焼却物の冷却時の３００℃前後の低温時間帯にダイオキシン等が発生する可能性が高い。また、小型・中型ゴミ焼却炉においては、廃棄物の燃焼時に空気を吹き込んで廃棄物を完全燃焼させることでダイオキシン等の発生を抑制することが行われているが、この場合は大気汚染物質の窒素酸化物が大量発生する不具合がある。
【０００４】また、小型・中型ゴミ焼却炉の排ガス対策として、排ガスを電気集塵機に通して排ガスに含まれる重金属の有害物質を捕集することが行われているが、電気集塵機は３００℃前後で高効率稼働するためにダイオキシン等を発生し易い。別の排ガス対策として、排ガスを２００℃程度の温度でもってバッグフィルタに通して、バッグフィルタの活性炭粉末や消石灰粉末にダイオキシン等を吸着させることが行われているが、この場合はバッグフィルタの交換頻度が高くなって、ゴミ焼却炉のランニングコストが高くなる不具合がある。
【０００５】また、小型・中型ゴミ焼却炉においては、その焼却灰や排ガス集塵機で捕集された飛灰にダイオキシン等が含まれることがあるために、焼却灰や飛灰を溶融固化ないしセメント固化処理等の後処理をして埋立て処理等しているが、この後処理の設備、運営のコストが高くなり、而も、後処理されたダイオキシン等が環境に残存したままでダイオキシン汚染の完全な防止ができない。
【０００６】本発明の目的は、一般廃棄物等を焼却してもダイオキシン等をまったく発生させないか、ごく微量発生しても後処理が有利にできる、また、廃棄物以外の排ガス等の有害物質除去装置としても有効な汎用性の高い焼却装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の発明は、バーナ火炎が導入されるバーナ室と、バーナ室から導入した火炎で収容物の被焼却物を熱分解し、この熱分解で発生した可燃性ガスで被焼却物を燃焼させる主燃焼室と、主燃焼室と煙道を介してガス流入及び流出可能に連通して主燃焼室から流入する未燃性ガス・煤塵類を燃焼させる第２燃焼室と、第２燃焼室とバーナ室の双方に各々ガス流入及び流出可能に連通して第２燃焼室からの未燃性ガス・煤塵類を燃焼させる第３燃焼室を備え、主燃焼室から第２燃焼室、第３燃焼室、バーナ室に至る一連の密閉状態にある循環経路を可燃性ガスと共に循環する未燃性ガス・煤塵類を最終的に第３燃焼室で焼却することを特徴とする。
【０００８】ここで、主燃焼室に収容されて燃焼する被焼却物は、家庭ゴミ等の廃棄物や既存のゴミ焼却炉からの排ガス、煤塵類等であり、これが主燃焼室で無酸素補給の状態で蒸し焼き的に燃焼し、未燃性ガスと煤塵類が可燃性ガスと共に第２燃焼室から第３燃焼室へ、第３燃焼室からバーナ室を通して主燃焼室へと流れ、更に各燃焼室の圧力のバランスで流れが逆流し、このような循環を繰り返して各燃焼室で燃焼し、最終的に第３燃焼室でほぼ完全燃焼する。この完全燃焼でダイオキシン等の有害物質が分解されて無害化される。
【０００９】本発明の請求項２の発明は、少なくとも主燃焼室が、被焼却物を加熱された流動砂の中で燃焼させる圧力釜構造の流動層式焼却炉であることを特徴とする。ここでの流動層式焼却炉の主燃焼室は、被焼却物の着火燃焼の立ち上げが速くてダイオキシン等の発生を抑制する機能に優れる。
【００１０】本発明の請求項３の発明は、バーナ室の火炎の一部を直接に主燃焼室に導入すると共に、残りの火炎を散気口を介して主燃焼室に導入することを特徴とする。ここでの散気口は、各室を循環するガスの異常昇圧を防止してガス循環を円滑ならしめるもので、この散気口を介してバーナ火炎の多くを主燃焼室に導入することで安全性が高くなる。
【００１１】本発明の請求項４の発明は、第３燃焼室に直列に登釜構造式に連結され、第３燃焼室から未燃性ガス類が流入するとこれを順に燃焼させて最終的に完全燃焼させる複数の第４〜第ｎ燃焼室を有することを特徴とする。ここでの第ｎ燃焼室は第８燃焼室までが適当であり、登釜方式で第４燃焼室から第５燃焼、第６燃焼室等へと順に火炎、未燃性ガスが自然移動して各燃焼室での燃焼が行われ、最後の第ｎ燃焼室で完全燃焼して未燃焼物が無くなる。
【００１２】本発明の請求項５の発明は、主燃焼室の被焼却物が、既存の焼却炉設備から発生する排出ガス・煤塵類の廃棄物で、この廃棄物を主燃焼室と第２燃焼室と第３燃焼室を循環させる間に最高８００℃以上で焼却して廃棄物に含まれるダイオキシン等の有害物質を無害化処理することを特徴とする。ここでの既存の焼却炉設備とは公共の小型・中型ゴミ焼却炉等で、この既存の焼却炉設備に本発明装置を直列に接続配置して、既存のゴミ焼却炉設備から生成されてその後処理に問題が山積していたダイオキシン等を本発明装置で熱分解処理するのである。
【００１３】本発明の請求項６の発明は、少なくとも主燃焼室と第２燃焼室の間のガス流路に、被焼却物の燃焼で発生する有害物質の吸着機能を有するバッグフィルタを設置したことを特徴とする。ここでのバッグフィルタは市販品が適用でき、このバッグフィルタを主燃焼室と第２燃焼室の間のガス流路に設置することでダイオキシン等の有害物質の除去効果がより安定して得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態について図１乃至図１０を参照して説明する。図１は本発明装置の全体の構成、燃焼動作の概要を示すフローチャートであり、図２は全体の構成を分かり易くした斜視図であり、図３は全体の外観図である。同図に示される焼却装置は、バーナ１に直結されたバーナ室Ａ０と、燃焼対象の被焼却物が投入される主燃焼室Ａ１と、主燃焼室Ａ１に煙道Ｂを介して連結された第２燃焼室Ａ２と、第２燃焼室Ａ２とバーナ室Ａ０の間に連結された第３燃焼室Ａ３で、密閉環経路としての１つのガス循環経路を構成すると共に、第３燃焼室Ａ３に登釜構造の第４〜第ｎ燃焼室Ａ４〜Ａｎを連結した構造である。前者のガス循環経路を構成する各室Ａ０〜Ａ３の配置関係が図４乃至図７に示され、後者の登釜構造の各室Ａ４〜Ａｎの配置関係が図８乃至図１０の実線に示される。
【００１５】バーナ１は石油バーナ等であり、着火されると火炎がバーナ室Ａ０に充填される。バーナ室Ａ０の真上に横長の散気口Ｃを介して主燃焼室Ａ１が設置される。主燃焼室Ａ１には外部から被焼却物が投入される。また主燃焼室Ａ１には、図１に示すように外部の既存のゴミ焼却炉２０から排ガス、煤塵類の任意量を一括して投入することも可能である。バーナ室Ａ０のバーナ火炎の多くは配管２を通して散気口Ｃに送られ、散気口Ｃから配管３，４を通して主燃焼室Ａ１に導入され、バーナ室Ａ０からの残りのバーナ火炎は直接に主燃焼室Ａ１の底に導入される。主燃焼室Ａ１は被焼却物を無酸素状態で蒸し焼き的に燃焼させるところで、ダイオキシン対策上から圧力釜構造の流動層式焼却炉を適用することが望ましい。
【００１６】圧力釜構造の流動層焼却炉の主燃焼室Ａ１は、例えば炉内にキャスタブル、アルミナ質れんが状珪藻土を焼成した砂等を使った焼却炉で、未燃焼ガスや未燃灰の発生と熱による炉の損傷を防止する構造となっている。また、流動層式主燃焼室Ａ１においては、バーナ室Ａ０から散気口Ｃを経た火炎が炉内の被焼却物に上方から下方に向けて導入され、バーナ室Ａ０から直接に主燃焼室Ａ１の底に導入されるバーナ火炎は、主燃焼室Ａ１の底面に形成した多数の小孔から邪魔板を介する等して導入される。
【００１７】圧力釜構造で流動層焼却炉の主燃焼室Ａ１にバーナ火炎が導入されると、炉内の上層部の抵抗ガス圧が増大し、このガス圧が大きくなるほどガスが炉内の流動層内部に分布浸透して平均的な層乾燥を行うので、被燃焼物が高効率で燃焼して可燃性ガスを発生する。また、流動層焼却炉においては、激しく流動する砂の作用で炉内の層内温度が均一に保たれ、被焼却物の着火燃焼の立ち上げが短時間で達成される。更に、流動層焼却炉の一般的な特徴であるが、炉内に機械的可動部が無く、流動砂層の熱容量が大きいことから、被焼却物の負荷変動に影響されずに焼却が容易であり、稼働停止時の炉内温度の低下が少なくて、被焼却物を所定量ずつバッチ処理する断続運転に適する。
【００１８】以上の主燃焼室Ａ１のガス流出側に縦長の煙道Ｂが複数本の配管６でガス流入及び流出可能に連結され、煙道Ｂに第２燃焼室Ａ２がガス流入管７とガス流出管８でガス流入及び流出可能に連結される。煙道Ｂの下部が配管５で散気口Ｃに連通させてある。第２燃焼室Ａ２は縦長の箱体で、その上部にガス流入管７とガス流出管８が配置される。縦長の第２燃焼室Ａ２の下部が、ガス流出及び流入用配管９で第３燃焼室Ａ３に連通させてある。第３燃焼室Ａ３は第２燃焼室Ａ２より小容積であり、第３燃焼室Ａ３の下部がガス流出及び流入用配管１０でバーナ室Ａ０に連通させてある。第２燃焼室Ａ２と第３燃焼室Ａ３の室内の燃焼状態の変動による圧力差でもって配管９内をガス類が第２燃焼室Ａ２から第３燃焼室Ａ３に流出し、又は、第３燃焼室Ａ３から第２燃焼室Ａ２に逆流する。同様に第３燃焼室Ａ３とバーナ室Ａ０の室内の燃焼状態の変動による圧力差でもって、配管１０内をガス類が第３燃焼室Ａ３からバーナ室Ａ０に流出し、又は、バーナ室Ａ０から第３燃焼室Ａ３に逆流する。
【００１９】バーナ１に着火してバーナ室Ａ０にバーナ火炎を充満させると、圧力差でバーナ火炎が散気口Ｃを介して、及び、直接に主燃焼室Ａ１に導入されて、主燃焼室Ａ１に収容された被焼却物の燃焼が開始される。被燃焼物が無酸素状態で蒸し焼き的に燃焼されて可燃性ガスが発生し、この可燃性ガスを利用して被焼却物が更に燃焼して可燃性の固定炭素となる。この固定炭素は、主燃焼室Ａ１から取り出せば有酸素状態で可燃する燃料炭として、或いは、水や空気の浄化等に利用できる活性炭として利用できる。また、バーナ出力を調整して主燃焼室Ａ１における最高燃焼温度を８００℃以上に設定することが容易にでき、このように設定することで仮にダイオキシン等が発生しても熱分解されてダイオキシン等の生成が抑制される。
【００２０】主燃焼室Ａ１で完全燃焼せずに生成された未燃ガスや煤塵類は可燃ガスと共に煙道Ｂを通って第２燃焼室Ａ２に送られ、第２燃焼室Ａ２で可燃ガスが燃焼して未燃ガスと煤塵類の更なる焼却が行われる。第２燃焼室Ａ２の燃焼状況の変動で主燃焼室Ａ１へのガス逆流と第３燃焼室Ａ３へのガス流出が行われる。第２燃焼室Ａ２で完全燃焼せずに残る未燃ガスや煤塵類が第３燃焼室Ａ３に送られて、第３燃焼室Ａ３で更なる焼却が行われる。この第３燃焼室Ａ３の燃焼状況の変動で第２燃焼室Ａ２へのガス逆流とバーナ室Ａ０へのガス流出が行われる。これら各燃焼室Ａ１，Ａ２，Ａ３とバーナ室Ａ０の直列経路である循環経路に可燃ガス、未燃ガス、煤塵類が循環することで、被焼却物の焼却が段階的に進み、最終的に第３燃焼室Ａ３で大部分が完全燃焼してダイオキシン等の有害物質がほとんど発生しない。また、上記循環経路の一部を構成する散気口Ｃは、ガス循環経路におけるガス圧の異常上昇を抑制する弁類を常備して、ガス循環経路でのガス循環を安全でスムーズなものにする。
【００２１】尚、上記ガス循環経路において、例えば、主燃焼室Ａ１に家庭ゴミ等の一般廃棄物を投入して上記要領で焼却した場合、主燃焼室Ａ１の最高燃焼温度を約９００℃とすると、第２燃焼室Ａ２の最高燃焼温度が約１０００℃となり、第３燃焼室Ａ３の最高燃焼温度が約１３００℃となって、第３燃焼室Ａ３で廃棄物のほぼ８０％が完全燃焼して、ダイオキシン等の有害物質がほとんど発生しないことが分かっている。
【００２２】また、主燃焼室Ａ１と第２燃焼室Ａ２の間のガス流路に図１の丸印で示すようにバッグフィルタＤを設置することが望ましい。バッグフィルタＤは、耐熱多孔質フィルタに石灰粉末や消石灰粉末等を固着したダイオキシン等除去フィルタとして有効な市販品を適用すればよい。このバッグフィルタＤを比較的低温な上記ガス流路に設置してガス類を通過させることで、ガス類に含まれるダイオキシン等を生成する塩化水素等が塩化カルシウムや二酸化炭素等に化学変化して、結果的に第３燃焼室Ａ３でのダイオキシン等の生成を大幅に抑制する。
【００２３】第３燃焼室Ａ３で被焼却物のほとんどが完全燃焼し、ここで完全燃焼しないで残った未燃性ガス、煤塵類は火炎と共に第３燃焼室Ａ３の下部の配管１１を通って次の第４燃焼室Ａ４へと導入され、登釜構造の第４燃焼室Ａ４〜第ｎ燃焼室Ａｎで順に燃焼して最終的に完全燃焼する。登釜構造の第４燃焼室Ａ４〜第ｎ燃焼室Ａｎの各容積と、各燃焼室を連結する通路の断面は適当に相違させてある。第ｎ燃焼室Ａｎは、例えば第８燃焼室Ａ８である。最下段の第４燃焼室Ａ４の真上に第５燃焼室Ａ５と第６燃焼室Ａ６が直列に連結され、第６燃焼室Ａ６の真横に第７燃焼室Ａ７が連結され、第７燃焼室Ａ７の真上に第８燃焼室Ａ８が連結されて、第８燃焼室Ａ８の真上に煙突１２が設置される。
【００２４】第３燃焼室Ａ３から配管１１を通って第４燃焼室Ａ４に流出した未燃ガス類は火炎と共に第４燃焼室Ａ４に充満して燃焼し、第４燃焼室Ａ４で残った未燃性ガス類は更に第５燃焼室Ａ５から第６燃焼室Ａ６、第７燃焼室Ａ７、第８燃焼室Ａ８へと順に登って各室で燃焼し、最終の第８燃焼室Ａ８で完全燃焼して、煙突１２からは熱気だけが排気される。このような登釜構造の各室での燃焼温度は１２００℃程度まで上昇させることが可能であり、仮に第３燃焼室Ａ３でダイオキシン等が生成されてもこれを確実に熱分解することが可能となる。尚、ダイオキシン等除去効果をより高めるために、必要に応じて図１破線で示すように登釜構造の各室のガス流路に高耐熱性のバッグフィルタＤ’を設置してもよい。
【００２５】以上の実施形態における各燃焼室は短い配管で連結されて、全体がコンパクト化されて図３に示すような外装ケース１３内に収納される。このようにコンパクト化された焼却装置は、既存のゴミ焼却炉２０に直列に接続して使用される中型のダイオキシン等有害物質除去装置としての使用が有効である。尚、図３の外装ケース１３に示される１４，１５、…は各種の窓蓋であり、主燃焼室Ａ１に向けて設置された窓蓋１４は主燃焼室Ａ１に対する被燃焼物の出し入れ用開閉蓋であり、他の窓蓋１５、…は外装ケース１３内を点検したりバッグフィルタ交換等の作業に使用される開閉蓋である。
【００２６】また、以上の実施形態は既存のゴミ焼却炉から出るダイオキシン等を除去する焼却装置で説明したが、本発明は家庭ゴミ等の一般廃棄物を焼却する単独の小型或いは中型ゴミ焼却炉としても適用できる。特にダイオキシン等が発生しないような被焼却物を焼却する焼却装置として使用する場合においては、バーナ出力を下げて各燃焼室の燃焼温度を数１００℃程度にして、省エネルギー運転化を図ることも可能である。
【００２７】更に、本発明装置は、各燃焼室の燃焼温度を下げて主燃焼室と第２燃焼室、第３燃焼室のガス循環経路に燻煙を循環させることで、主燃焼室で燻煙製品を生産する装置に転用することも可能である。この燻煙製品製造装置においては、登釜構造の各燃焼室が燻煙を完全に焼却して、作業環境をクリーンなものにする。
【００２８】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、主燃焼室で焼却される被焼却物から発生する可燃ガス、未燃性ガス、煤塵類が第２燃焼室、第３燃焼室、バーナ室を循環して、最終的に第３燃焼室で完全燃焼に近いところまで燃焼されるので、被焼却物がダイオキシン等を発生させるおそれがあってもこれをダイオキシン等を熱分解する高温で完全燃焼させることが容易にできるようになり、環境に悪影響を及ぼさない付加価値の高い焼却装置が提供できる。
【００２９】請求項２の発明によれば、圧力釜構造の流動層式焼却炉である主燃焼室での燃焼効率が良くて被焼却物を短時間で高温焼却することが容易になり、また、断続運転しても炉内の温度変化が少なくて、ダイオキシン等の有害物質の発生の抑制効果に優れる。
【００３０】請求項３の発明によれば、バーナ室から主燃焼室へのバーナ火炎の移動がスムーズになり熱効率の良いガス循環経路が構成されると共に、散気口がガス循環経路の安全性を高める。
【００３１】請求項４の発明によれば、登釜構造の第４〜第ｎ燃焼室で第３燃焼室からの未燃性ガス、煙類を段階的に確実に完全燃焼させるので、煙等の発生しないクリーンな作業環境を構築する焼却装置が提供できる。
【００３２】請求項５の発明によれば、既存のゴミ焼却炉から仮にダイオキシン等が発生しても、このダイオキシン等を含む排ガス、廃棄物を熱分解処理してダイオキシン等を分解除去するので、既存のゴミ焼却炉を改造することなく環境に安全な焼却炉として変身させることができるようになり、その実用効果は大きい。
【００３３】請求項６の発明によれば、バッグフィルタがダイオキシン等の除去効果を更に高めるので、より高性能なダイオキシン等有害物質除去装置としての焼却装置が提供できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９３１７０９３１
【氏名又は名称】矢野 明
【識別番号】５９８０７１６５５
【氏名又は名称】灰外 達夫
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| 【出願日】 |
平成１１年３月３０日（１９９９．３．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６４５８４
【弁理士】
【氏名又は名称】江原 省吾 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２８３４３８（Ｐ２０００−２８３４３８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月１３日（２０００．１０．１３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−８９４３６ |
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