| 【発明の名称】 |
面状発光パネル材 |
| 【発明者】 |
【氏名】宮城 勇人
【住所又は居所】埼玉県久喜市河原井町１６番地 キョージン株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 不透光性素材で所定の空間容積に形成された多数の区画を有し、該区画内壁面が適宜の反射材で積層され若しくは塗着され、且その区画壁の一側にはＬＥＤ光源が設けられてなるとともに、該ＬＥＤ光源の光線が区画内壁面で一旦反射されるようＬＥＤ光源の下部位には適宜勾配を以って調光板が設けられ、而も対向区画壁面には光線を再反射させ下方照射を図る反射促進板が形成されており、且それぞれの区画より照射される光線を散乱透過若しくは再帰透過させる透過板材が接合されてなる面状発光板体と、該面状発光板体の上面には所要時間該面状発光板体が発光照射できる蓄電容量を保持するよう、扁平状の電気二重層キャパシタが適宜数配設され且それぞれの電気二重層キャパシタには並列モニター回路が介され、而も面状発光板体からの蓄電のための入力側及び放電のための出力側にはスイッチングコンバーターが介されてなる蓄電体と、更に該蓄電体の上面には少なくとも表面側が透光性素材からなる二枚の狭持板材の中間部位に、太陽電池セルが所要数配列結線された太陽電池モジュールが透明アクリル樹脂嫌気性接着剤により狭持板材と密封充填接着された太陽光発電板体とが適宜枠体により一体的に積層固定され、且その周縁に耐水加工が施されてなることを特徴とする面状発光パネル材。
【請求項２】 面状発光板体と蓄電体が枠体により一体的に積層固定されてなり、且太陽光発電板体の周縁に枠体が設けられたうえ耐水加工が施されてなる請求項１記載の面状発光パネル材。
【請求項３】 面状発光板体の区画内の対称的二区画内壁面にはそれぞれＬＥＤ光源が設けられ、且相互のＬＥＤ光源からの発光光線を反射させ下方照射させる反射促進板がそれぞれ形成されてなる請求項１若しくは請求項２記載の面状発光パネル材。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は太陽電池モジュールで発電した電力を効率よく蓄電させたうえ、所要の照明空間に合せて適宜に配設でき且均質な照度を以って照明のなしえる面状発光パネル材に関する。
【０００２】
【従来技術】産業活動はもとより生活活動においても電力は極めて重要不可欠のエネルギーであって、産業規模の拡大並びに生活水準の向上とともにその消費量も膨大量に昇っており、既にその一次エネルギーたる石炭や石油においてはその資源枯渇と且その使用に伴い排出される煤煙や排ガスによる環境汚染の拡大等とが相俟って早くから代替エネルギーの模索がなされてきており、その一部が原子力エネルギーへ代替されつつあるものの原子力エネルギーへの転換はその安全性が危惧され、一旦事故が発生すると大惨事に至ることが必至であり且国内においても再々に亘って大惨事が予想される事故が頻発している等、狭少な我が国においては安全性の確保のために数多の未解な問題を抱えている。
【０００３】他方において将来のエネルギー確保手段として太陽光エネルギー利用による太陽電池を初め、風力エネルギーを利用した風力発電或いは海洋の波力を利用した波力発電等も古くから研究がなされてきたものの、技術的問題に加えて特に経済性の問題を依然として抱えている。とりわけ太陽光エネルギーを利用した太陽電池は、半導体技術やセラミックス技術の著しい向上とも相俟って多くの技術的問題が解決されつつあり、これがため太陽光エネルギー利用による太陽電池や太陽光発電については自然エネルギーの利用促進のための促進政策に伴って、産業目的及び居住目的として太陽光発電装置が普及されつつあるものの経済性には依然として多くの問題を抱え、これが本格的普及を阻害している。
【０００４】発明者はかかる問題に鑑み鋭意研究を重ねた結果、太陽電池セル若しくはモジュールの起電力発生は日照度合により大きく変化するものであるから、大きな起電力の発生時に即時に蓄電しえる蓄電装置を用いぬと照明に供しえる十分な電力が供給できず、従って過大な蓄電装置を設置せねばならぬことばかりか長時間に亘る起電と蓄電をなす必要があることや、仮令太陽光エネルギーによる発電装置を採用する場合においても太陽光発電に係る太陽電池セル若しくはモジュールは極めて脆弱であるから、該セルやモジュールは日照場所に且外的衝撃を防護し且耐水性を施してなる太陽電池モジュールボックスを立設してその内部に配設させる必要があり、更には照明器具の設置場所までの配線等付帯工事費や設備費も高価なものが強いられる実情にある。
【０００５】更に現状の照明手段は専ら電球による点発光や蛍光灯の如き線発光であるから、建物空間内の照度は点発光や線発光からの距離により二乗分の割合で低下するため、今日の如く産業上においても生活上においても多用されてなる情報機器類の操作作業上の適正照度のうえからは大きな問題となりつつあり、これがためには面発光による照明手段が強く求められている。
【０００６】そこで発明者は、太陽電池セル若しくはモジュールを少なくとも一方が透光性を有する二枚の挟持板材の中間に透明接着剤で密封充填接着させて太陽光発電板体とすることにより、耐衝撃性や耐水性が保持されて屋外での曝露使用ができ、且扁平な電気二重層キャパシタを多数配設することにより全体的に薄く而も短時に大容量の蓄電が可能となること、及び光源にＬＥＤランプを用い多数の区画内で反射させ且散乱若しくは再帰透過させることにより、面光線による照明が可能なることを究明し本発明に至った。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】即ち本発明は建物、施設等の屋根や外壁に直接張設させて短時に十分な蓄電をなさしめるとともに、長時間に亘って建物や施設空間を均質な照度で照明することの出来る面状発光パネル材を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するためには、太陽光により発電した電力を短時に蓄電し且面状光線として照明のなしえる一体化した構成が要請される。そこで本発明においての照明手段としては面状発光板体の構成を用いるもので、該面状発光板体は光源として低電力高輝度のＬＥＤ光源を使用し、該ＬＥＤ光源からの発光光線を所要の区画内で反射させて面状光線となすために、不透光性素材を用いて全体形状が薄形扁平状で且所要の区画容積を有する多数の区画を形成させ、該区画内壁面にはＬＥＤ光源からの発光光線を反射させて面状光線となすために適宜の反射材を積層させ若しくは塗着させるとともに、この区画壁のそれぞれ一側面にはＬＥＤランプからなるＬＥＤ光源が設けられており、且ＬＥＤ光源の発光光線が直接外方に逸散されぬよう該ＬＥＤ光源の下方には適宜の勾配を以って調光板が設けられている。加えて該ＬＥＤ光源が設けられた区画壁面の対向側には、ＬＥＤ光源からの発光光線を効率良く再反射させるための反射促進板が設けられている。更にＬＥＤ光源で発光させた光線を区画内壁や反射促進板で反射させて面状光線化させたうえ、該面状光線を散乱若しくは再帰透過させて均質な照明を図るうえから、その下面には光散乱若しくは再帰透過させる透過板材が接合されて面状発光板体を構成している。
【０００９】そしてかかる面状発光板体の上面には、全体が薄肉扉平状に形成され太陽光により顕著に変化する発電力を短時間内に十分に蓄電して、該面状発光板体を所要の時間に亘って点灯照明をなさしめるための電気二重層キャパシタが所要数配設されてなり、且この所要数配設されるそれぞれの電気二重層キャパシタにはそれぞれ均等に蓄電がなされるよう、スイッチングコンバーターよりなる昇圧コンバーターをその入力側に、且出力側には降圧コンバーターを介し而もそれぞれの電気二重層キャパシタには、それぞれ並列モニター回路が設けられて蓄電体を構成している。
【００１０】加えてかかる蓄電体の上面には太陽光線と受光により所要の起電力を発生させて蓄電体に電力を供給せしめるとともに、外部衝撃による太陽電池モジュールの保護と屋外曝露においての耐久使用性と耐水性を保持する太陽光発電板材が配設されている。この太陽光発電板材は少なくともその表面には透光性素材を用いた二枚の挟持板材の中間部位に、太陽電池セルを所要数配列結線させた太陽電池モジュールを透明アクリル樹脂嫌気性接着剤を用いて相互を密封充填接着させた構成からなるものである。
【００１１】かくして面状発光板体上面に蓄電体が配設され且その上面に太陽光発電板体とが配設された周縁部を枠体により挟着せしめることにより、これらを一体的に積層固定させ且その周縁に耐水加工を施した構成としている。更に一般的居住建物の照明や事務所、店舗建物等の照明設備は建物の屋根や外壁より離れた建物内部に形成されるものであるため、かかる照明に対処するうえからは面状発光板体と蓄電体とを枠体により一体的に積層固定させ、且太陽光発電板体の周縁に枠体を形成させ而もその周縁に耐水加工を施して独立させた構成となしている。加えて本発明においては高照度の照明に対処するうえから、面状発光板体の区画壁の対照的二壁面にそれぞれＬＥＤ光源を設けた構成を用いている。
【００１２】
【作用】本発明は上述の如き構成を用いてなるため以下のような作用を有する。即ち本発明は面状発光板体と蓄電体及び太陽光発電板材とが一体的に積層固定され、且その周縁に耐水加工が施された扁平パネル状に形成されてなるから、工場や倉庫、物置、ガレージ、仮設建物等には屋根材として直接使用でき且下方の面状発光板体からは照明がなされるため付帯電気設備や工事等が一切削減される。そして表面側の太陽光発電板体は強靭で且少なくとも一方が透明な二枚の挟持板材を用い、その中間位置に太陽電池モジュールを透明アクリル樹脂嫌気性接着剤を以って相互が密封充填接着されるため極めて強固となり、風雨や降雹はもとより飛来物の衝突等に際しても太陽電池モジュールが確実に保護されるとともに湿気や雨水の侵入も防止される。加えて日照条件が複雑に変化しても電気二重層キャパシタが多数配設され、且該電気二重層キャパシタの入力側にはスイッチングコンバーターからなる昇圧コンバーターが介され且出力側には降圧コンバーターが介されてなるから、蓄電に際して電流入力ポンプ及び電流出力ポンプの作用が働き良好な蓄電と放電がなしえ、而もそれぞれの電気二重層キャパシタには並列モニター回路が設けられてなるから、極めて短時間内にそれぞれの電気二重層キャパシタ内に均質に且効率良く蓄電がなされることとなる。
【００１３】加えてその出力負荷となる面状発光板体は、多数に区画された区画内壁面が反射材で積層若しくは塗着され、且ＬＥＤ光源が設けられてなるため小電力で高輝度の発光がなされるとともに調光板や反射促進板とにより区画内壁面で複雑に反射されて面状光線となり、而も該面状光線が散乱若しくは再帰透過されて照射されるため区画壁相互の陰影が消去され、建物空間全体が均等な照度で照明がなされる。更に本発明では面状発光板体と蓄電体が一体化され且太陽光発電板体を独立して屋根材や外壁材として使用でき、且その起電力を通電線で蓄電体に蓄電させることで建物内のあらゆる場所の照明もなしえる。
【００１４】
【実施例】以下に本発明実施例を図とともに詳細に説明すれば、図１は本発明の断面説明図、図２は面状発光板体の部分拡大説明図であって面状発光板体１は建物や施設等の空間を所要の照度を以って照明するためのもので、更に詳しくは建物や施設等の屋根や外壁に直接張設せしめて発電し且空間内を均質な照度を以って照明を図ることにある。これがためには使用する素材としては強靭性や軽量性或いは耐熱性とともに多数形成される区画１Ａ内で発光源からの発光光線を漏出させずに反射させて面状光線となすうえから不透光性素材が望ましく、具体的素材としてはポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアリレート樹脂等の所謂エンジニアリングプラスチックやアルミ板材や鉄板材等の金属板材等も使用できる。
【００１５】そして該面状発光板体１には発光源からの発光光線を漏出させずそれぞれの区画１Ａ内で反射させて面状光線となすうえから、多数の区画１Ａが形成されるもので該区画１Ａの形成容積としては発光光線の輝度や発光強度にもよるが、発光光線を減衰させることなく効率良く反射させて面状光線となしたうえ照射させるうえから、望ましくはその深さが略１．５乃至３．０ｃｍ程度及び縦並びに横の長さはそれぞれ略３．０乃至１０ｃｍ程度に形成される。
【００１６】かくしてなる区画１Ａの区画内壁面１Ｂには発光光線を外部漏出させることなく反射させて面状光線となすために、反射材１Ｃが積層され若しくは塗着されてなり且該反射材１Ｃの形成はアルミ箔やアルミ蒸着フィルム材を積層させ或いはアルミや亜鉛若しくは銀等を蒸着させることによりなされている。
【００１７】而して反射材１Ｃが形成された区画内壁面１Ｂの一側には、低電力で高輝度発光がなしえるＬＥＤ光源１０が設けられている。このＬＥＤ光源１０は近年各種のものが開発上市されているが、具体的なものとしてはＩｎＧａｎ系発光ダイオードチップと蛍光体とを組合せて樹脂モールドした光度３ｃｄ、効率５．０１ｍ／ｗ、出力１．５ｍＷ、色温度８０００Ｋ、色調（ｘ，ｙ）＝（０．２９，０．３０）のものが挙げられる。更にこのＬＥＤ光源１０からの発光光線は点光線であるから、該発光光線を漏出や減衰させることなく区画１Ａ内で反射させ面状光線となすうえから、該ＬＥＤ光源１０の下部位には調光板１１が適宜の勾配を以って形成されてなるもので、該調光板１１の具体的長さや勾配は使用されるＬＥＤ光源１０の大きさや光軸の広がり或いは区画１Ａの内壁面までの距離等により決定されるが、肝要なことはＬＥＤ光源１０からの発光光線が直接下方より逸散されぬよう調光させることにある。当然に該調光板１１の表裏面にも反射材１Ｃが積層若しくは塗着されている。
【００１８】ＬＥＤ光源１０が設けられる区画内壁面１Ｂと対向する区画内壁面１Ｂには、該ＬＥＤ光源からの発光光線を効率よく区画１Ａ内に積層若しくは塗着された反射材１Ｃに反射させて面状光線となすための反射促進板１２が設けられてなるもので、該反射促進板２Ｂは発光光線を区画１Ａ内全体に再反射させるよう反射曲面加工が施されてなるものである。
【００１９】かくしてそれぞれの区画１Ａ内で反射されることにより形成される面状光線は、該面状発光板体１の下方より照射させるものであるが、該照射される面状光線を更に均質化するため該面状発光板体１の下部には散乱透過若しくは再帰透過させて照射させる透過板材１３が接合されている。この透過板材１３は当然に耐久性、耐熱性、耐光性とともに透光性に優れる素材が用いられるもので、具体的にはガラス板材やアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等からなる合成樹脂板材が好適である。加えて面状光線を散乱若しくは再帰させる今一つの理由は、照射さされる面状光線にそれぞれの区画１Ａ相互の陰影が消去しえる程度に散乱透過若しくは再帰透過させることにあり、過度の散乱や再帰は面状光線の減衰化を招く結果となることに留意すべきである。
【００２０】散乱手段は多くの手段が提案されるが、安価な手段としては透過板材１３の一側面に微細な凹凸所謂梨地加工を施す方法や、希薄なアルミ蒸着加工を施す方法、或いは合成樹脂素材による場合にはガラス微粒子やアルミ粉体を分散混合させる手段が好都合であり、更に再帰手段としては合成樹脂素材からなる透光板材１３の一側面若しくは両側面にマイクロプリズム加工を施すことが提案できる。
【００２１】かかる構成により形成される面状発光板材１の上面には、該面状発光板材１に所要の時間、所要の電力を供給させるための蓄電体２が積層されている。この蓄電体２は刻々と変化する日照条件によってその発電に係る太陽光発電板体３による発生電力も著しく変動するものであるから、短時間に該発生電力を効果的に蓄電させる必要があり、且本発明は建物や施設の屋根や外壁面に直接張設せしめて使用することにより付帯する工事や設備費用の削減を図ることにもあるから、該蓄電体２には電気二重層キャパシタ２０が使用されるもので、且該電気二重層キャパシタ２０は可能な限り扁平薄肉状のものが好適であって、その厚さは最大でも３ｃｍ以下望ましくは１乃至２ｃｍ程度のものが好都合である。そしてかかる蓄電体２の蓄電容量は、出力負荷に相当する面状発光板体１におけるＬＥＤ光源１０の消費電力及び照射時間、所謂総電力を供給しえる蓄電容量に対処しえるよう適宜数の電気二重層キャパシタ２０が配設される。
【００２２】加えて該蓄電体２に重要なことは電気二重層キャパシタ２０による効率的な蓄電及び放電をなさしめるうえからは図３に示す如く、電気二重層キャパシタ２０の蓄電特性として蓄電入力電圧をその出力電力に比べて略４倍程度に昇圧入力させることが望ましいこと、及び出力負荷に伴う低電圧時の出力利用率を高めるうえから、蓄電入力側にはスイッチングコンバーターからなる昇圧コンバーター２１Ａ及び出力負荷側には降圧コンバーター２１Ｂを介在させ、更には適宜数配設させるそれぞれの電気二重層キャパシタ２０のそれぞれに均等な蓄電と放電をなさしむるうえから、及び満充電時の発熱防止を図るうから、それぞれの電気二重層キャパシタ２０には並列モニター回路２２が並列に接続されている。かかる場合の該並列モニター回路２２は具体的蓄電特性に合せてダイオード並びにモノシリック集積回路で形成される。当然のことながら該蓄電体２の出力負荷側は面状発光板体１の入力側と接続されている。
【００２３】かかる如き構成よりなる蓄電体２の上面には、更に太陽光を受光して所要の電力を発電させるための太陽光発電板体３が積層されている。この太陽光発電板体３は太陽光を受光して起電力を発生する太陽電池セル３０を所要数結線させて所望の電力を発生しえる太陽電池モジュール３０Ａとして使用するものであるが、極めて脆弱で僅かな外力付加によっても容易に破損する問題を抱える。他方本発明においては該太陽光発電板体３は建物や施設等の屋根や外壁面に張設し付帯する工事や設備費用を削減するものであるから、実用使用に際しての温度変化や雨水、湿気等に対抗しえる耐久性や耐水性とともに外部衝撃の付加や飛来物の衝突等に対する耐衝撃性や強靭性を促進せしむることが必要となる。
【００２４】これがため該太陽光発電板体３は図４に示すように少なくともその上面が透光性素材からなる二枚の狭持板材３１、３１を用いるとともにその中間部位には太陽電池セル３０が所要数が結線されてなる太陽電池モジュール３０Ａが、透明アクリル樹脂嫌気性接着剤３２により、挟持板材３１相互と密封充填接着されて形成されている。この場合において挟持板材３１はガラス板材を初めアクリル樹脂板材やポリカボネート樹脂板材が通常用いられる。加えて挟持板材３１と太陽電池モジュール３０Ａとの接着に、透明アクリル樹脂嫌気性接着剤３２が用いられる所以は挟持板材３１と太陽電池モジュール３０Ａとに強固な接着性が発揮され、且該接着剤３２の注入固化に際しても硬化時間が比較的短かく、而も固化後の接着容積の減少所謂痩せが少なく均質安定した太陽光発電板体３が形成されることにある。
【００２５】かくして面状発光板体１の上面に蓄電体２が配設され更にその上面に太陽光発電板体３が配設されたうえ、これら全体を一体的に積層固定させるためにその周縁が枠体４により挟着されている。この枠体４は特段に制約はなくこれら面状発光体１、蓄電体２及び太陽光発電板体３を屋外条件下で長期に積層固定させるものであるから、使用素材としては鉄板材やアルミ板材が好適で且該枠体４は積層されるそれぞれの端縁が挟入されるよう通常断面がコ形状に形成されてなるものである。更にこの枠体４の挟着部分より雨水や湿気が浸入せぬよう防水接着剤等による耐水加工４Ａが施されてなるものである。
【００２６】本発明はかかる如き構成からなるものであるが、本発明では実用使用に広範に対処するうえから更に次の如き構成が配慮されている。即ち図５に示すように生産工場や倉庫、物置、ガレージ等においては、その建物や施設の特質上屋根や外壁等の躯体以外の内部空間で製造がなされ、製品や商品等が保管されるものであるから、本発明を屋根材の一部として張設させることで内部空間の照明がなされるものであるが、居住用建物を初め事務所や店舗建物等では図６に示すように躯体内が複雑多様に区画され、且この区画された天井に照明手段が施されるため太陽光を受光しえる屋根や外壁面より隔離された場所で照明がなされることとなる。
【００２７】そこで本発明においては面状発光板体１と蓄電体２とを枠体４により一体的に積層固定させたうえ照明の必要な場所に配設し、且建物や施設の屋根や外壁等に張設させる太陽光発電板体３の周縁にも枠体４を設け、而もその周縁に耐水加工４Ａを施し独立した太陽光発電板体３で発電した電力を一体的に積層されてなる蓄電体２に通電線４Ｂにより入力させる面状発光パネル材の構成、及び建物空間に更に高い照度の照明が要請される場合においては、面状発光板体１の区画１Ａ内の対称的二区画内壁面１Ｂ、１ＢにそれぞれＬＥＤ光源１０を設けるとともに、該ＬＥＤ光源１０、１０からの発光光線を反射させ且下方に照射させる反射促進板１２、１２を形成させてなる面状発光パネル材の構成にある。
【００２８】
【発明の効果】本発明は以上の如く面状発光板体上面に扁平な蓄電体が、更にその上面には太陽光発電板体とが積層され且これらが枠体により一体的に積層固定され、而もその周縁に耐水加工が施されてなるから生産工場や倉庫、物置、ガレージ等においては屋根材として張設使用できるとともに照明もなしえ、且付帯工事や設備が削減されるため極めて安価に設置できる。更には面状発光板体と蓄電体とを枠体により一体的に積層固定させ、且太陽光発電板体に枠体を設け而もその周縁に耐水加工を施し独立使用することにより、該太陽光発電板体を屋根材や外壁材と使用できるとともに、その発電した電力を導電線により蓄電体に入力させることで建物や施設のあらゆる部分への照明が可能となる。そして屋外に曝露使用される太陽光発電板体は強靭で耐久性を保持する二枚の挟持板材が用いられ、且その中間には太陽電池モジュールが透明アクリル樹脂嫌気性接着剤により密封充填接着されてなるため、外部付加力や飛来物の衝突に際しても十分に対抗し太陽電池モジュールが安全に保護され、且耐水加工により雨水や湿気の侵入も防止され長期に亘って故障やトラブルの発生も防止される。加えて日照変化が激しく且発電電力も変動する太陽光発電においても、電気二重層キャパシタを用いその入力側にはスイッチングコンバーターよりなる昇圧コンバーター及び出力側には降圧コンバーターが設けられ、而も電気二重層キャパシタのそれぞれには並列モニター回路が並列に接続されてなるから、短時間に効率良く蓄電がなされるため長時間に亘って安定した電力供給がなされる。そして該蓄電体からの出力負荷はＬＥＤ光源を発光させるのみであるから極めて消費電力が少なく、且該ＬＥＤ光源からの発光光線が多数の区画内で反射され面状光線とされたうえ、更に散乱若しくは再帰透過板材を透過させて照射されるため、建物空間全体が均等な照度を以って照明され照明効果が著しく高められる等、優れた多くの特長を具備する面状発光パネル材である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９２２１７２００
【氏名又は名称】キョージン株式会社
【住所又は居所】埼玉県久喜市河原井町１６番地
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| 【出願日】 |
平成１４年２月２７日（２００２．２．２７） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２５７２２３（Ｐ２００３−２５７２２３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年９月１２日（２００３．９．１２） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１０１９３５（Ｐ２００２−１０１９３５） |
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