JPH0421650Y2

JPH0421650Y2 -

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Publication number: JPH0421650Y2
Application number: JP13731386U
Authority: JP
Priority date: 1986-09-09
Filing date: 1986-09-09
Publication date: 1992-05-18
Also published as: JPS6347065U

Description

【考案の詳細な説明】

(1) 産業上の利用分野本考案は、水中に設置した空間の雰囲気を改善
する装置に係る。更に詳しくは、水中構造物の組
立て、補修等を水中で行う場合に、熔接・熔断・
穿孔等の作業を乾式で実施する際に用いる函体
（チヤンバー）内の雰囲気中の煙霧・粉塵・熱・
湿気等を除去し、該空間の雰囲気をそれ等の作業
を長時間継続して行うのに適する様に改善するた
めの装置に関する。 (2) 従来の技術近時、海洋資源・海底資源の開発が盛んであ
り、海底油田から石油や炭化水素ガスなどを採掘
したり、海洋牧場、波浪エネルギー利用プラント
の試みや、海上空港の建設、淡水の湖沼中に於け
る各種の開発等、淡水、鹹水を問わず、水中構造
物の構築は漸増の傾向を辿つており、水中に於け
る熔接・熔断・穿孔等の作業もその頻度を増しつ
つある。そこで、水中熔接・熔断等については湿
式・乾式の各種の方式が提案され、試みられてい
るが、熔接・熔断を確実に仕上りよく実施するに
は、地上に於けると同様の条件で行える乾式によ
る熔接・熔断が最上であるとされる。乾式による熔接・熔断を行う場合には、水面下
に存在する構造物の外面に密接して函体（チヤン
バー）を設け、この中に作業員が入つて熔接を行
うとき潜水服の覗き窓を通して直接に熔接・熔断
箇所を視認しながら作業ができるので、仕上げの
信頼性が高くなる。或は、熔接ロボツトを使用し
て遠隔操作で熔接・熔断を行う場合でもテレビジ
ヨン撮像機のレンズは、水を介することなく、熔
接・熔断箇所を直接捕えることができるのでこれ
又信頼性が高くなるし、熔接・熔断用の火焔の効
果も湿式の場合に比して格段に上がる可能性が考
えられる。かかる函体としては通常２〜20m³程度
のものが用いられているが、熔接・熔断を開始す
ると熔接・熔断時に発生するガスや粉塵等より成
る所謂熔接ヒユーム（煙霧）が函体に立籠めて、
次第に視界を妨げ、遂には滞留し立籠める煙霧の
為に熔接・熔断箇所の視認ができなくなつてしま
うという問題があつた。また、熔接前の熔接対象
物の予備加熱や熔接作業により発生する熱が該函
体の中に籠り、函体内の雰囲気温度が上昇する
為、作業員が作業に耐え難くなり、長時間の作業
が事実上困難となるという問題があり、テレビジ
ヨン撮像機を用いてロボツトによる遠隔操作をす
る場合に於ても、作業箇所が煙霧によつて見えな
くなつたり、撮像機のレンズに煙霧成分が蒸着し
て画像が見え難くなつたり、適正温度以上の雰囲
気内では、テレビ撮像機に使用している半導体の
動作に狂いを来たす恐れもある。ビー・オー・シー・リミテツドの特開昭52−
86941号公報には、水中熔接時に発生する熔接煙
を排出するために、水中に設けた室内に加圧ガス
を通し、このガスと熔接煙とを管を通じて水中に
放出し、この熔接煙排出作業が終わつたら再び熔
接を開始する方法が開示されているが、この場
合、熔接煙を完全に除くには、導入ガスを大量に
消費する点と、熔接煙除去作業中は熔接作業を中
断する点、更に改良が望まれる。また、「機械工業振興事業による成果要約論文
集」（Vo1.8）1981年（自転車振興会刊）第127〜
142頁の「水中乾式熔接の研究」なる記事には、
水中乾式熔接を行う際に、チヤンバー内ガスをフ
イルターに通し、発生ヒユームを回収する方法が
開示されているが、この方法では発生ヒユームの
収塵ラツパを熔接補助者が直接手でアークの近く
へ持つて行つてやらぬと収塵効率が悪い点、吸引
用のフアンを駆動するモーターの発熱と熔接焔か
らの発熱とによりチヤンバー内の温度上昇が著し
い点、フイルターを頻繁に取替えねばならない点
に難点を残している。また一般に、熔接・熔断等の作業に用いる熔
接・熔断用、火焔の発熱或は電気火花からの発熱
等、熱源を収容した函体内の雰囲気は自づと温度
が上昇して、飽和水蒸気含有量を高めているが、
一方函体外面は相対的に温度の低い水がこれを冷
却している関係にあるので、函体外の水中にある
構造物の延長である熔接・熔断対象物や、函体内
面の比較的温度の低い表面に接した雰囲気に含有
されている水分は、温度の低下により過飽和状態
となつて遂には液化、結露して該表面を濡らすに
至り、この水分で濡れた表面に熔接・熔断焔等の
高温が作用すると、水分の熱分解等により局部的
に酸化雰囲気を生成して熔接強度や表面仕上げの
外観等に好ましからざる影響を与えるが、従来技
術ではこの点の改善が困難であつた。 (3) 考案が解決しようとする問題点上述の如き、水中に於ける熔接・熔断等の作業
をする際に用いる函体中の水中設置空間内の煙霧
の発生、作業時の熱量発生により導かれる結露そ
の他の諸問題、水中設置空間の雰囲気が視界不良
を招き、煙霧質の蒸着や温度の上昇が器材の劣化
や作業環境の悪化をもたらし、事実上長時間に亘
る良質な作業の確保・継続を困難ならしめている
実情にあるという点が、本考案が解決しようとす
る問題点である。本考案は、従来技術に伴うこれ等の諸問題を一
挙に解決して、熔接・熔断等の作業を行う水中設
置空間雰囲気中の煙霧質、熱気、湿気等を除去
し、諸作業を継続的になし得る雰囲気に改善する
装置を提供することをその目的とする。 (4) 問題点を解決するための手段本考案者等は、水面下にある構造物の外面に密
着させて水中に空間を設置する函体に、該函体内
に一定の組成範囲内の気体を圧入する気体圧入設
備を、該気体圧入設備と該函体とを連結する導管
とその開口部を介して配置し、該函体内に発生し
た煙霧の混入した気体を吸込ませるための吸込
口、導管と接続して該函体に水噴射ジエツトポン
プ（エジエクター）を取付け、該噴射ポンプの吐
出口に水噴霧ノズル管、充填物充填層の洗滌気体
出口及び排水出口を具えた充填層スクラバーを用
いた煙霧分離室を設け、該煙霧分離室内で煙霧質
及び水から分離された気体の出口は、上記函体内
に開口させ、上記水噴射ジエツトポンプに駆動水
を送入し、また水噴霧ノズル管に圧力水を供給す
る圧力水源を送入管を介して、水噴射ジエツトポ
ンプ及び水噴霧ノズル管に連結し、上記函体の底
部及び上記煙霧分離室の底部には、夫々水中と連
通し且つ略々同一水準に配置した開口部を設けた
装置を工夫し、これを水中に設置した空間の雰囲
気を改善する装置として使用することにより、上
述の諸問題点を一挙に解決し得ることを知り、本
考案を完成するに至つた。本考案の装置に於て、水面下にある構造物の外
面に密着させて水中に空間を設置する函体には、
気体圧入設備から導管及びその開口部を通じて、
一定の組成範囲内の気体を圧入するが、この気体
の組成は、水中に設置した函体内部空間を使用す
る目的・用途に応じて種々のものを選ぶことがで
きる。例えば、該函体内部空間を乾式のガスシー
ルド熔接に用いる場合のガスとしては、アルゴ
ン、ヘリウム、アルゴン＋酸素、ヘリウム＋酸
素、窒素、空気、二酸化炭素等が代表的なものと
して知られているが、場合によつては、水素ガ
ス、水酸素系等を使用することもできる。上記函体内に圧入する気体の圧力は、該函体の
設置された水深に於ける水圧に対応し得る圧力で
あればよく、水圧を超す圧力であると該函体底部
の開口からガスが継続的に洩れて、ガスの損失を
増大せしめる。一方水圧以下であると、水が上記
函体内に浸入して内部空間を狭くするので、乾式
の長所が失われる恐れがある。従つて気体の圧力
は水圧に略々等しくするか、場合によつてはガス
の交換を兼ねて僅かに水圧より高く調節すればよ
い。これらの気体を圧入する気体圧入設備として
は、一定組成の気体を貯蔵したタンクとコンプレ
ツサーを用いるか、かかる気体を充填したボンベ
に減圧弁をつけ配管したものを用いればよい。気
体圧入設備には、適宜、圧力計、開閉弁、逆止弁
等を取付け、導管及び開口部を介して上記函体に
接続する。函体内で熔接・熔断等の作業を行う際、熔接・
熔断部から発生するヒユーム或はスモークとも言
われる多量の煙霧質は、水噴射ジエツトポンプ
（エジエクター）に連結した気体導管の先に取付
けた気体吸込口から吸込ませる。この気体導管に
は所謂フレキシブルダクト或はフレキシブルホー
スと呼称される様な気体吸込口を煙霧質源の近く
へ持つて行つて、煙霧質の混じつた気体を吸込み
易くするとよい。水ジエツト噴射ポンプとしては、一般に吸引側
に水柱で−50mm〜−150mm程度の減圧を生ずる程
度のものを用いればよく、所謂の気体循環量或
は、予想発生煙霧量から算出した気体の循環量に
対応して、咽喉面積、ノズル面積、咽喉面積／ノ
ズル面積比等を定め、設計すればよい。函体の大
きさによつては、複数の水噴射ジエツトポンプを
使用してもよく、また吸引をよくする為に、水噴
射ジエツトポンプを直列に連結した多段ジエクタ
ーを採用することもできる。ジエツトエジエクタ
ーコンデンサーの型式のものを採用することも可
能である。また必要に応じ、排風機を併用しても
差支えない。上記水噴射ジエツトポンプの吐出口は、充填層
スクラバーを用いた煙霧分離室に開口させ、該噴
射ポンプの吐出口から出るガス及び水を水噴霧ノ
ズル管から出る水で洗滌し充填物充填層を通る間
に充分な気液接触を図り、煙霧質を水に溶解吸収
せしめて清浄になつた気体は、既述の函体内に開
口させた出口を通して該函体内に循環使用する。
洗滌した水は、煙霧分離室底部開口から函外に排
出する。上記水噴射ジエツトポンプ及び水噴霧ノズル管
に供給する圧力水源としては、ポンプで水圧を上
げた水源であれば如何なる形式のポンプを用いた
水源であつても使用でき、例えば、水中ポンプを
用いて函体を浸漬している水を水源に用いても、
水上に設置したポンプで圧力を上昇させた水源を
用いてもよく、上水道や工業用水道等の水源を用
いても差し支えない。なお、水噴射ジエツトポン
プを作動させないで、函体中に気体の送入のみ続
けている場合には、圧力水源から該気体が漏洩し
て気体消費量が増加するのを避ける為、必要に応
じ適宜送水管路に逆止弁等を設けると都合がよ
い。函体の底部及び煙霧分離室の底部には、夫々水
中と連通し且つ同一水準に配置した開口部を設け
ることにより、煙霧質を分離した気体の循環を円
滑に行うことができる。煙霧分離室底部開口と函
体底部開口とは、厳密に同一水準である必要はな
いが、煙霧分離室内気相空間と函体内気相空間が
導管を通じて連通しているので、この導管内に水
が入つて閉塞すると本考案の装置の作動を防げる
こととなり、かかる水の浸入を避ける為に両者が
略々同一水準にあることが好ましいのである。こ
の開口は人間が出入りしたり、器材を搬出入した
りし得る様な大きさにして置くと便利である。但
し人間等の出入りがない比較的小型の遠隔操作用
の装置として設計することもできる。また開口部の位置は函体の底部床面であつても
側壁であつても差支えなく、その数も１箇所であ
つても複数箇所に設置されていてもいい。またこ
の比較的大きな開口部の外に、函体底部に近い函
体側面に気体の流通し易い小孔を開けておくと、
過剰の気体の函体外への逸出時に脈動が起こるの
を防ぐ効果があるので好ましい。また底面の床は
板上床に開口を設けたものであつてもよいが、板
状床の箇所が全体として或は部分的に網状の構造
になつていても差支えない。函体中の気相中に混じた煙霧質を水洗滌で溶解
吸収或は落下させた後の気体は、充填物充填槽を
通過した後導管を通じて函体中に循環させるが、
この循環気体の出口には、フイルターを設けても
よい。フイルターとしては、市販のバグフイルタ
ー、ヘパフイルター（High Efficiency Paper
Air Filter）、繊維パネル型エアフイルター、繊
維ジグザグ型エアフイルター等をつけてもよい。
フイルターは必要に応じ装着し、場合によつては
装着しないで運転する着脱自在型の装置として設
計することもできる。 (5) 作用本考案の装置を水中熔接・熔断等の煙霧質の発
生する作業に用いると、煙霧質は、水噴射ジエツ
トポンプ内、煙霧分離室内の水噴霧、充填物充填
層中に於ける水接触等によつて充分気液接触の機
会があるので、気体は水中に溶解・吸収され、固
体は水分の附着で流下し、残りの気体のみを導管
を通じて函体中に循環することができる。熔接・熔断作業に際して発生する煙霧質は、熔
接・熔断の対象物になつている金属材料が飛散る
金属熔滴・スパツタや熔接棒に由来する各種金属
酸化物の粉塵、熔接によつては、二酸化炭素や水
分、炭素粉から成るものであるから、上記の如き
水洗滌により殆ど完全に除去されるが、同様に熔
接・熔断によつて発生する熱量や湿気もこの水洗
滌によつて除去されるが、本考案の装置の奏し得
る重要な作用である。函体内の加熱された雰囲気
気体は、水噴射ジエツトポンプによつて強制的に
吸引され、同ポンプ内、煙霧分離室内で気液接触
する様に熱交換を行い、函体内雰囲気ガスの保有
していた熱エネルギーもこの気体と接触する水に
移行し、この水は、煙霧分離室底部開口から系外
水中に放出される。なお、循環気体出口にフイルターをつけた場合
には、循環気体に同伴される水滴やそれに含まれ
る粉塵等も完全に除去し得る。 (6) 実施例実施例１石油掘鑿用リグの鋼鉄製脚の海面下水深40mの
箇所にその頂部が位置する様に、第１図に概略の
立面図を示した本考案に係る装置の１例を設置し
た。内容積８m³（堅・横・高さ2m）の直方体型
の鋼鉄製の気密な函体１は、ゴムパツキングを挟
み補助材を用いてボルトナツトで上記脚に固定し
た。函体の底面には直径１ｍの円形の函体底部開
口１３を設け、また函体の天井には、下端に弁４
を設けた気体導管３を通し、気体導管３の上部は
肉厚のゴムホースで、リグに繋留した支援船上の
気体圧入設備２に繋いだ。函体１には、水噴射ジエツトポンプ９（株式会
社大東製作所製、100A型、ジエツトスクラバー）
及び、プラスチツク製高性能気液接触用充填物
〔大日本プラスチツクス株式会社製「ネツトリン
グ」品種Ｎ−1″（内径21mm、外径27mm、長さ27mm、
重量2.5ｇ／個）ポリプロピレン硬質ポリ塩化ビ
ニル製〕を充填した充填層１７、該充填物を支持
する支持板２２水噴霧ノズル管１６及び水及び煙
霧質を水に溶解・吸収させて除去した気体を函体
に循環させるための気体通路を備えた煙霧分離室
１８を設け、水噴射ジエツトポンプ９及び水噴霧
ノズル管１６に水を供給する送水管１５は、上記
支援船から海中に吊した水中ポンプ（株式会社酉
島製作所製、FRC型、特殊仕様）を用いた圧力
水源１１に連結した。水噴射ジエツトポンプに附
属させる気体導管８としては、「タイフレキホー
スＶ型FPタイプ」〔商標、タイガースポリマー株
式会社製、特殊コーテイング・ガラスクロスとス
テンレス鋼板（日本工業規格JIS SUS304）より
構成〕を用い、気体導管８の先端には手造りの鋼
鉄製フードを気体吸込口７として取付けた。煙霧
分離室１８の底部には煙霧分離室１８内で気体を
洗滌した後の排水口として煙霧分離室底部開口１
４を設けた。水噴射ジエツトポンプ９と函体１と
の間の気体導管部２４、煙霧分離室１８と函体１
との間の循環気体流通路２５は鋼鉄製である。圧
力水源１１と水噴射ジエツトポンプ９との間には
リフト型逆止弁を設けた。函体内の水を排除し、乾式熔接により発生する
煙霧質除去の実験をするため、函体天井から内部
に入つている気体導管の下端の弁４を開放し、海
上の支援船から圧力5.1Kg／cm²Ｇの空気を該導気
管を通じて函体中に送入し、函体中の水を函体底
面の開口部１３から排除した。なお、函体底面か
ら10cmの高さの水準で４面の側壁に直径５cmの孔
を穿ち、函体内の水面をこの孔の水準に保つ様に
した。函体内に熔接試験片として、一般構造用圧延鋼
材第２種（JIS Ｇ 3101）SS41製の100mm（幅）
×1000mm（長さ）×15mm（厚さ）の鋼板を搬入し、
試験片の開先をとり２枚を下向きにして突合せ熔
接を行つた。熔接方式としては、メタル・イナー
トガス熔接（所謂MIG熔接）を採用した。支援船から吊した水中ポンプを働かせて、圧力
水を水噴射ジエツトポンプ及び煙霧分離室の水噴
霧ノズルに送り、本考案の装置を作動させてその
効果を調べた。本装置の作動時、停止時の夫々について熔接開
始前、熔接終了時、熔接終了５分後に於ける、函
体内の気体吸込口前の雰囲気の温度、湿度、煙霧
質残存量、二酸化炭素残存量を測定すると第１表
に示す如き結果を得た。各々、測定方法は次の通りである。温度：測定範囲−20〜50℃0.2℃目盛付きの棒
状水銀温度計により測定。湿度：測定範囲−20〜50℃0.2℃目盛付きの乾
湿球湿度計により測定。煙霧質残存濃度：日本工業規格JIS−Ｚ−3950
熔接ヒユーム濃度測定方法による。二酸化炭素残存濃度：光明理化工業株式会社製
の北川式ガス検知器、No.26b炭酸ガス用Ｂ型を用
いて測定。

【表】表１より明らかな様に本装置を稼働しない場合
は、熔接作業を終了して30分後にも煙霧質残存濃
度は熔接終了時の値から余り落ちていないのに対
し、本装置を作動させた場合には、熔接終了５分
後には早くも煙霧質は完全に除去された。また、
二酸化炭素についてもかなり低濃度に落ちること
を認めた。実施例２実施例１に用いた函体の上部に第３図に示した
如く、水中ポンプ２３〔実施例１に於て使用した
ものと同型のもの〕を取付け、これを圧力水源１
１として用い、ポンプ起動モータの電源スイツチ
は支援船上に置いて遠隔操作した。実施例１に於
ける函体１中の気体を抜くには、気体送入に用い
る気体導管３を兼用するが、本実施例では、導管
３は気体送入に専用し、別に脱ガス弁２０を設け
た。また、循環気体出口１２の端にフイルター１
９〔日本バイリーン株式会社製、VW−98A−18
型〕を取付けた。他の条件は実施例１と同様にして実験を行つて
略々同様の結果を得た。実施例３〜６実施例２と同じ装置を用い、実施例１で用いた
と同様の熔接試験片を使い、水深及び函体に送入
する気体の組成を変えて実験を行つた。（実施例
３〜６）各々の条件を第２表に、その結果を第３表にま
とめた。

【表】

【表】実施例７海上沖合いに設置した石油掘繁用リグのプラツ
トフオームの腐食による損傷の見られるブレース
架横材の交換工事を実施する際に実施例２で使用
したものと同型の本考案の装置を使用した。海面下水深50mの補修箇所近くのプラツトフオ
ーム間の短距離パイプライン上に本考案の装置を
取付け、この函体中の海水を、窒素78（容量）％、
酸素21（容量）％、アルゴン１（容量）％より成る
呼吸ガスで置換し、潜水熔接工事技術者が、函体
下部の開口部から函体内部に入り込み、熔断・熔
接による上記ブレース架横材の交換工事を行つ
た。工事に必要な機器類・資材は、支援船からウイ
ンチで海中に吊下げて工事現場に搬入した。熔断・熔接作業開始に先立ち、本考案の装置を
作動させて函体内の気体を絶えず清浄化循環しな
がら作業を進めたところ、視界良好、雰囲気温度
も殆ど上昇せず、湿度も低く保たれて作業性は極
めて良好であり、熔接仕上げも良好となつた。本考案の装置を使用しない従来の熔接・熔断工
事では、熔接作業者は通常海中の函体内に１人２
時間滞留して作業を行うが、視界の悪化、函体内
の温度・湿度の上昇等の環境の悪化に妨げられて
作業を度々中断せざるを得ず、実働時間は、２時
間中の１時間がやつとという状況であり、この種
のブレース架横材の交換工事では、通常１日８時
間で６日間かかつていた工事を本考案の装置を使
用した場合には、２日間でこなすことができ、且
つ仕上りも従来より良好と判定された。作業効
率・生産性の増大と共に、環境の改善により安全
衝生上の問題が解決される点が極めて顕著であつ
た。 (7) 考案の効果水中に設置した空間、例えば、水中構造物の熔
接・熔断等の作業を乾式で行う場合の函体等に於
て煙霧、粉塵、熱、湿気が該空間雰囲気中に発
生・充満する場合、本考案の装置を該空間内雰囲
気の改善に使用するときは、煙霧、粉塵、熱、湿
気の何れをも除去し得て、雰囲気の改善の効果が
著しい。特に該空間内に人が入つて作業する様な
場合には、例え呼吸は別途方策を考えるとして
も、周囲が見難くなつたり、熱、湿気で居たたま
れない様な点を改善するには、実際上本装置がな
くてはならないものである。本装置は、雰囲気ガス中の好ましからざる成分
や熱、湿気を除き、残りの有用なガスは循環して
使用するので、工業的・経済的に有利であり、ま
た水ジエツト噴射ポンプを使用する簡単な構造で
あるから、装置が故障することもなく、長時間の
運転に耐え、実用的価値が頗る高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の装置の一実施例を示す一部切
欠概略立面図、第２図は要部の拡大一部切欠立面
図、第３図は本考案の装置の他の一実施例の一部
切欠概略立面図である。１……函体、２……気体圧入設備、３……気体
導管、４……弁・開口、５……煙霧質発生源、６
……煙霧質、７……気体吸込口、８……気体導
管、９……水噴射ジエツトポンプ、１０……吐出
口、１１……圧力水源、１２……循環気体出口、
１３……函体底部開口、１４……煙霧分離室底部
開口、１５……送入管、１６……水噴霧ノズル
管、１７……充填物充填層、１８……煙霧分離
室、１９……フイルター、２０……脱ガス弁、２
１……函体内錐面、２２……充填物支持板、２３
……水中ポンプ、２４……気体導管部、２５……
循環気体通路管、２６……充填物支持板。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 水面下にある構造物の外面に密着させて水中
に空間を設置する函体に、該函体内に一定の組
成範囲内の気体を圧入する気体圧入設備を、該
気体圧入設備と該函体とを連結する導管とその
開口部を介して配置し、該函体内に発生した煙
霧質の混入した気体を吸込ませるための吸込
口、導管と接続して該函体に水噴射ジエツトポ
ンプ（エジエクター）を取付け、該噴射ポンプ
の吐出口に水噴霧ノズル管、充填物充填層、洗
滌気体出口及び排水出口を具えた充填層スクラ
バーを用いた煙霧分離室を設け、該煙霧分離室
及び水から分離された循環気体の出口は、上記
函体内に開口させ、上記水噴射ジエツトポンプ
に駆動水を送入し、また水噴霧ノズル管に圧力
水を供給する圧力水源を送水管を介して水噴射
ジエツトポンプ及び水噴霧ノズル管に連結し、
上記函体の底部及び上記煙霧分離室の底部に
は、夫々水中と連通し且つ略々同一水準に配置
した開口部を設けることを特徴とする水中に設
置した空間の雰囲気を改善する装置。 (2) 充填層スクラバーの洗滌気体出口を粉塵捕集
用濾過材を装着した濾過器を経由して水中に空
間を設置する函体内に開口する様に連結したこ
とを特徴とする登録請求の範囲第１項記載の装
置。 (3) 水中に空間を設置する函体内の雰囲気を除去
するための脱気管を設置することを特徴とする
登録請求の範囲第１項又は第２項記載の装置。