JP2014013096A - 熱供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱源機１が有する電動補機Ａに対して外部電源３０に加えて補助電源４０からも給電可能に構成した熱供給システムにおいて、補助電源４０が有する蓄電池４２の過放電を抑制しながら、補助電源４０から熱源機１に適切に給電を行って、外部電源３０からの給電量のピークカットや光熱費の節約に役立てる熱供給システムを提供する。
【解決手段】熱源機１の運転状態に基づいて、外部電源３０と補助電源４０との両方から給電する両電源給電モードと、外部電源３０のみから給電する外部電源給電モードとの間で、熱源機１への給電モードを切り替える給電モード切替制御を実行し、当該給電モード切替制御において、蓄電池４２の蓄電量が下限許容値未満であると判定した場合には、熱源機１の運転状態に拘らず、熱源機１への給電モードを外部電源給電モードとすると共に、外部電源３０からの受電電力を補助電源４０へ供給して蓄電池４２を充電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力で作動する電動補機を有すると共に、加熱部で発生した熱を熱利用部へ供給する熱源機と、
電力を発生する発電機と電力を蓄える蓄電池とを有する補助電源と、
運転を制御する制御手段と、を備え、
前記熱源機が、外部電源に加えて前記補助電源からも給電可能に構成されている熱供給システムに関する。

ライフラインの安定性向上の観点から、ガス利用機器は、停電等の非常時には、乾電池や車のバッテリー等の非常電源により運転できることが望ましい。そこで、従来技術において、通常時には外部電源としての商用電源から、非常時には蓄電池を有する補助電源から、電力供給を受けて作動するガスコンロが発明されている（例えば特許文献１参照）。例えば特許文献１のガスコンロは、停電時には乾電池式の補助電源から電力の供給を受けて作動するように構成されている。
また、バーナなどの加熱部で発生した熱を給湯栓や暖房機器などの熱利用部へ供給する熱源機を備えた熱供給システムにおいて、電力で作動する電動弁、ポンプ、ヒータなどの熱源機が有する電動補機に対しても、商用電源に加えて補助電源からも給電可能に構成することが、本願発明者らによって鋭意研究開発されている。

特開２００８−８５３６号公報

特に、コンロに比べて消費電力が比較的大きい熱供給システムでは、蓄電池を直接接続して作動が可能とした場合において、太陽光発電機などの発電機を補助電源に追加し蓄電池を充電できるようにすれば、停電時等の非常時だけでなく、通常時においても、外部電源からの給電量を少なくして、外部電源のピークカットや光熱費の節約に役立てることができると考えられる。
しかしながら、通常時において補助電源から熱源機への給電を行うように構成すると、例えば、太陽光発電機のように発電量が不安定な発電機を補助電源に追加した場合や、熱源機の消費電力が大きい場合には、蓄電池が過放電により劣化が進行するという問題があり、更には、突発的な非常時に対応させて、必要な電力を補助電源からの給電で賄うことができなくなることが懸念される。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱源機が有する電動補機に対して外部電源に加えて補助電源からも給電可能に構成した熱供給システムにおいて、補助電源が有する蓄電池の過放電を抑制しながら、補助電源から熱源機に適切に給電を行って、外部電源からの給電量のピークカットや光熱費の節約に役立てることができる熱供給システムを提供する点にある。

この目的を達成するための本発明に係る熱供給システムは、
電力で作動する電動補機を有すると共に、加熱部で発生した熱を熱利用部へ供給する熱源機と、
電力を発生する発電機と電力を蓄える蓄電池とを有する補助電源と、
運転を制御する制御手段と、を備え、
前記熱源機が、外部電源に加えて前記補助電源からも給電可能に構成されている熱供給システムであって、
その第１特徴構成は、
前記制御手段が、
前記熱源機の運転状態に基づいて、前記外部電源と前記補助電源との両方から給電する両電源給電モードと、前記外部電源のみから給電する外部電源給電モードとの間で、前記熱源機への給電モードを切り替える給電モード切替制御を実行すると共に、
当該給電モード切替制御において、前記蓄電池の蓄電量が下限許容値未満であると判定した場合には、前記熱源機の運転状態に拘らず、前記熱源機への給電モードを前記外部電源給電モードとすると共に、前記外部電源からの受電電力を前記補助電源へ供給して前記蓄電池を充電する強制充電制御を実行する点にある。

上記第１特徴構成によれば、上記制御手段により、上記給電モード制御を実行するにあたり、補助電源が有する蓄電池の蓄電量が下限許容値未満であると判定された場合には、例え熱源機の運転状態が外部電源に加えて補助電源からも給電する上記両電源給電モードに適した状態であったとしても、熱源機への給電モードが、補助電源からの給電は行わずに外部電源のみから給電する上記外部電源給電モードとされることになる。よって、蓄電池の蓄電量が下限許容値未満となった状態で更に放電が要求されるような過放電を抑制することができる。
また、このように蓄電池の蓄電量が下限許容値未満であると判定したことにより、熱源機への給電モードを上記外部電源給電モードとされたときには、上記強制充電制御が実行されるので、例えば発電機の発電量が不安定な場合であったとしても、早期に蓄電池の蓄電量を下限許容値以上に回復させることができる。よって、熱源機の運転状態が外部電源に加えて補助電源からも給電する上記両電源給電モードに適した状態であった場合には、熱源機への給電モードをできるだけ両電源給電モードとして、外部電源からの給電量のピークカットや外部電源からの受電量に応じた光熱費の節約に役立てることができる。

本発明に係る熱供給システムの第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記制御手段が、前記電動補機の消費電力が大きい高負荷状態では前記両電源給電モードとし、前記電動補機の消費電力が前記高負荷状態よりも小さい低負荷状態では前記外部電源給電モードとする形態で、前記給電モード切替制御を実行する点にある。

上記第２特徴構成によれば、上記給電モード切替制御を実行するにあたり、熱源機が有する電動補機の消費電力に応じて熱源機への給電モードを切り替えることで、外部電源からの給電量の変化をできるだけ平準化して、外部電源からの給電量のピークカットを実現することができる。
即ち、電動補機の消費電力が大きい上記高負荷状態では、熱源機への給電モードが、外部電源と補助電源との両方から給電する両電源給電モードとされ、一方、電動補機の消費電力が小さい上記低負荷状態では、熱源機への給電モードが、外部電源のみから給電する外部電源給電モードとされるので、電動補機の消費電力が上記高負荷状態と上記低負荷状態との間で変動した場合でも、そのピークとなる部分の一部を補助電源からの給電で補う形態で、外部電源からの給電量を平準化させることができる。

本発明に係る熱供給システムの第３特徴構成は、上記第２特徴構成に加えて、
前記熱源機が、夫々が前記電動補機を有する複数の機能部を備え、
前記制御手段が、前記給電モード切替制御において、前記複数の機能部のうち作動状態となる当該機能部の数である作動機能部数が設定作動機能部数よりも多い場合には前記高負荷状態であると判定し、前記作動機能部数が前記設定作動機能部数以下の場合には前記低負荷状態であると判定する点にある。

上記第３特徴構成によれば、上記給電モード切替制御を実行するにあたり、熱源機が有する電動補機の消費電力を直接計測する必要がなく、上記作動機能部数により熱源機が有する電動補機の消費電力を推定する形態で、高負荷状態であるか低負荷状態であるかを判定することができる。
即ち、上記作動機能部数が設定作動機能部数よりも多い場合には、電力を消費する電動補機の多くが作動していると考えられることから、電動補機の消費電力が大きい高負荷状態であると判定して、熱源機への給電モードを両電源給電モードとして、外部電源と補助電源との両方から熱源機へ給電を行うことができる。一方、上記作動機能部数が設定作動機能部数以下の場合には、電力を消費する電動補機の多くが作動していないと考えられることから、電動補機の消費電力が小さい低負荷状態であると判定して、熱源機への給電モードを外部電源給電モードとして、外部電源のみから熱源機へ給電を行うことができる。

本発明に係る熱供給システムの第４特徴構成は、上記第１乃至第３特徴構成の何れかに加えて、
前記制御手段が、前記給電モード切替制御において、前記外部電源が停電の場合には、前記強制充電制御を実行することなく、前記熱源機への給電モードを前記補助電源のみから給電する補助電源給電モードとする点にある。

上記第４特徴構成によれば、上記給電モード切替制御を実行するにあたり、外部電源が停電の場合には、強制充電制御を実行することなく、熱源機への給電モードを上記補助電源給電モードとして、補助電源から熱源機への給電を行うので、停電時においても熱源機を作動させることができる。

本発明に係る熱供給システムの第５特徴構成は、上記第１乃至第４特徴構成の何れかに加えて、
前記熱源機が、前記外部電源に対してインバータを介して接続されて直流電流が通流する直流線を有すると共に、前記電動補機が、前記直流線に接続されて直流電流で作動し、
前記熱源機に、前記直流線に対する前記蓄電池の充放電を切り替える充放電回路を備え、
前記補助電源が、前記充放電回路に接続されている点にある。

上記第５特徴構成によれば、通常時には、外部電源から給電された交流電流を、インバータを介して直流電流に変換した後に電動補機に供給するので、かかる電動補機を直流電流で作動する一般的な構成のものとすることができる。また、このように熱源機が直流電流を通流する直流線を有する場合には、直流電流により充放電される蓄電池を上記熱源機に備えた充放電回路を介してその直流線に接続し、蓄電池が放電した直流電流を当該直流線を介して電動補機に供給する放電状態と、外部電源からインバータを介して直流線に供給された直流電流を蓄電池に供給して当該蓄電池を充電する充電状態とを切り替えることができる。

本発明に係る熱供給システムの第６特徴構成は、上記第１乃至第５特徴構成の何れかに加えて、
前記熱源機が、前記加熱部で水を加熱して温水を生成し、当該温水を利用して給湯運転及び暖房運転を行う給湯暖房機として構成されている点にある。

上記第６特徴構成によれば、熱源機として給湯運転及び暖房運転を行う一般的な給湯暖房機を採用した場合でも、補助電源が有する蓄電池の過放電を抑制しながら、補助電源から給湯暖房機に適切に給電を行って、外部電源からの給電量のピークカットや光熱費の節約に役立てることができる熱供給システムを実現することができる。

熱供給システムの概略構成図 熱供給システムでの給電モード切替制御に関する制御フローを示す図

本発明に係る熱供給システムの実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１に示す熱供給システムは、電力で作動する電動補機Ａを有すると共に、加熱部２で発生した熱を熱利用部Ｂへ供給する熱源機１と、太陽光発電機４１（発電機の一例）と当該太陽光発電機４１の発電電力を蓄える蓄電池４２とを有する補助電源４０と、運転を制御する制御部１０（制御手段の一例）と、を備える。そして、熱源機１が、商用電源３０（外部電源の一例）に加えて補助電源４０からも給電可能に構成されている。
以下、補助電源４０と熱源機１との詳細構成について、説明を加える。

〔補助電源〕
補助電源４０は、太陽光発電機４１（発電機の一例）を備えると共に、その太陽光発電機４１が発電した電力を蓄える蓄電池４２を備える。
また、補助電源４０は、熱源機１が備える充放電回路２２を介して、複数の電動補機Ａが接続された直流線２０に接続されており、制御部１０が充放電回路２２を制御することにより、蓄電池４２から熱源機１の直流線２０に直流電流を供給して当該蓄電池４２の放電を行う放電状態と、熱源機１の直流線２０から蓄電池４２に直流電流を供給して当該蓄電池４２の充電を行う充電状態とが切り替えられる。
尚、放電状態においては、太陽光発電機４１が発電した電力は、主に熱源機１の直流線２０に供給されることになり、その不足分の電力が蓄電池４２が蓄えていた電力で賄われることになる。

〔熱源機〕
熱源機１は、１００Ｖの電圧で交流電流を供給する商用電源３０に対してインバータ回路２１を介して接続されている直流線２０を有する。即ち、商用電源３０から供給された交流電流がインバータ回路２１により直流電流に変換されて、この直流線２０には、その直流電流が通流することになる。
そして、熱源機１には、電動ポンプ、電動弁、電気ヒータなどの電動補機Ａが複数設けられており、これら電動補機Ａは、直流線２０に供給された直流電流により作動するものとして構成されている。

熱源機１は、一般的なガス給湯暖房機と同様の構成であるため詳細な説明は割愛するが、加熱部２が燃料ガスＧを燃焼させるバーナ２ａを有し、このバーナ２ａにより加熱した温水Ｈを、各熱利用部Ｂに供給する形態、又は、各熱利用部Ｂとの間で循環させる形態で、各熱利用部Ｂに対して熱を供給するように構成されている。

熱源機１には、夫々が上記電動補機Ａを有する複数の機能部Ｘとして、給湯機能部３、暖房機能部４、風呂機能部５、凍結防止ヒータ部６が設けられている。
尚、これら機能部Ｘの構成について、公知のガス熱源機のものと同様の構成が採用されている。各機能部Ｘが有する電動補機Ａや熱利用部Ｂの具体例について、以下に説明を加える。

上記給湯機能部３は、熱利用部Ｂとしての給湯栓に対して加熱部２にて加熱された温水Ｈを供給する所謂給湯運転を行うための給湯回路を有し、かかる給湯回路には、上記電動補機Ａとしての、電動弁、電動ポンプ、各種センサー等が適宜配置されている。
上記暖房機能部４は、熱利用部Ｂとして床暖房パネルなどの暖房機器に対して加熱部２にて加熱された温水Ｈ又は当該温水Ｈとの熱交換により加熱された熱媒流体を循環させる所謂暖房運転を行うための暖房回路を有し、かかる温水回路には、上記電動補機Ａとしての、電動弁、電動ポンプ、各種センサー等が適宜配置されている。
上記風呂機能部５は、熱利用部Ｂとしての浴槽に対して加熱部２にて加熱された温水Ｈを供給する所謂湯張運転を行うための湯張回路、並びに、同浴槽との間で循環する浴槽水を加熱部２により加熱された温水Ｈとの熱交換により加熱する所謂追焚運転を行うための追焚回路を有し、かかる湯張回路や追焚回路には、上記電動補機としての、電動弁、電動ポンプ、各種センサー等が適宜配置されている。
上記凍結防止ヒータ部６は、上記電動補機Ａとして。上記のような各種回路を通流する流体が冬季において凍結することを防止するために当該回路を通流する流体を適宜加熱する所謂凍結防止運転を行うための電気ヒータを備える。

熱源機１には、補助電源４０の蓄電池４２の充放電を切り替えるための充放電回路２２が、直流線２０に接続される形態で設けられている。即ち、この充放電回路２２を制御することにより、蓄電池４２から直流線２０に直流電流を供給することで、蓄電池４２が蓄えている電力を各電動補機Ａに供給する放電状態と、直流線２０から蓄電池４２に向けて直流電流を供給することで、商用電源３０から直流線２０に供給された電力で蓄電池４２を充電する充電状態とが切り替えられる。

熱源機１には、コンピュータからなる制御部１０が設けられており、この制御部１０は、各機能部Ｘにおける電動補機Ａの作動制御を実行すると共に、上述したインバータ回路２１や充放電回路２２を制御して、商用電源３０や補助電源４０からの電力の供給状態を制御する。
また、この制御部１０は、熱源機１の運転状態として、熱源機１が有する電動補機Ａの消費電力の大きさを推定するべく、複数の機能部Ｘのうち作動状態となる当該機能部の数である作動機能部数ｎ（図２参照）を認識可能に構成されている。例えば、給湯機能部３による給湯運転と、暖房機能部４により暖房運転とを実行し、その他機能部Ｘの運転は停止している場合には、作動機能部数ｎは２となる。

更に、この制御部１０は、熱源機１の運転状態に基づいて、商用電源３０と補助電源４０の蓄電池４２との両方から熱源機１へ給電する両電源給電モードと、商用電源３０のみから熱源機１へ給電する外部電源給電モードとの間で、熱源機１への給電モードを切り替える給電モード切替制御を実行するように構成されており、かかる給電モード切替制御において、適宜、商用電源３０からのインバータ回路２１を介して直流線２０に供給された直流電流を補助電源４０の蓄電池４２へ供給して、蓄電池４２の充電を行う強制充電制御を実行するように構成されている。
以下、かかる制御部１０により実行される給電モード切替制御を含む制御フローについて、図２に基づいて説明する。

先ず、商用電源３０が停電しておらず、商用電源３０から熱源機１への給電が正常に行われている場合には（ステップ＃０１）、蓄電池４２の出力電圧が計測され当該蓄電池４２の蓄電量ｖが検出される（ステップ＃０２）。
そして、蓄電池４２の蓄電量ｖが予め設定された下限許容値Ｖ未満であると判定された場合には（ステップ＃０３）、上述した強制充電制御が開始されて（ステップ＃０４）、充放電回路２２が充電状態に制御され、蓄電池４２の充電が行われる。同時に、熱源機１への給電モードが外部電源給電モードとされて（ステップ＃０９）、商用電源３０のみから熱源機１への給電が行われることになる（ステップ＃１０）。
即ち、この場合には、商用電源３０からインバータ回路２１を介して熱源機１の直流線２０に供給された直流電流は、作動中の各電動補機Ａに供給されると共に、充放電回路２２を介して蓄電池４２へ供給されて蓄電池４２の充電が行われ、蓄電池４２の蓄電量ｖが上記下限許容値Ｖ以上に回復されることになる。

また、上記ステップ＃０３において、蓄電池４２の蓄電量ｖが上記下限許容値Ｖ以上であると判定された場合には、上記強制充電制御が停止された上で（ステップ＃０５）、上述したように複数の機能部Ｘのうち作動状態となる当該機能部の数である作動機能部数ｎが検出される（ステップ＃０６）。
そして、上記作動機能部数ｎが所定の設定作動機能部数Ｎ（例えば２）以上であると判定された場合には（ステップ＃０７）、電動補機Ａの消費電力が大きい高負荷状態であると判断されて、蓄電池４２への給電モードが両電源給電モードとされて（ステップ＃１１）、商用電源３０と補助電源４０の蓄電池４２との両方から熱源機１への給電が行われる（ステップ＃１２、ステップ＃１３）。
即ち、この場合には、商用電源３０からインバータ回路２１を介して熱源機１の直流線２０に直流電流が供給されると同時に、蓄電池４２からも充放電回路２２を介して熱源機１の直流線２０に直流電流が供給されるので、商用電源３０からの給電量のピークが低く抑えられることになる。

尚、上記ステップ＃０７において、上記作動機能部数ｎが所定の設定作動機能部数Ｎ未満であると判定された場合には、電動補機Ａの消費電力が上述した高負荷状態よりも小さい低負荷状態であると判断されて、蓄電池４２から熱源機１への給電が停止され（ステップ＃０８）、熱源機１への給電モードが外部電源給電モードとされて（ステップ＃０９）、商用電源３０のみから熱源機１への給電が行われることになる（ステップ＃１０）。
即ち、この場合には、蓄電池４２に蓄えられている電力が次の放電のために温存され、更に、太陽光発電機４１が発電を行っている際には、その発電電力の全てが蓄電池４２に蓄えられて蓄電池４２の充電が行われることになる。

また、上記ステップ＃０１において、商用電源３０が停電して、商用電源３０から熱源機１への給電が停止している場合には、熱源機１への給電モードが補助電源給電モードとされて（ステップ＃１４）、補助電源４０のみから熱源機１への給電が行われることになる（ステップ＃１５）。
即ち、この場合には、太陽光発電機４１が発電した電力及び蓄電池４２に蓄えられていた電力が熱源機１に供給されるので、熱源機１の作動を継続できることになる。

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。なお、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
（１）上記実施形態では、給電モード切替制御において、作動状態にある機能部Ｘの数である作動機能部数ｎが設定作動機能部数Ｎよりも多い場合には、熱源機１における電動補機Ａの消費電力が大きい高負荷状態であると判定し、同作動機能部数ｎが設定作動機能部数以下の場合には低負荷状態であると判定したが、別の基準で高負荷状態と低負荷状態とを判定しても構わない。例えば、比較的消費電力が大きい凍結防止ヒータ部６が作動状態である場合には、常に高負荷状態であると判定して、熱源機１への給電モードを両電源給電モードとしても構わない。

（２）上記実施形態では、本発明に係る熱供給システムを、所謂ガス給湯器として構成された加熱部２を備えた熱源機１に適用した例を示したが、加熱部２を電気給湯器として構成された熱源機１にも適用可能である。

（３）上記実施形態では、補助電源４０において、発電機として太陽光発電機４１を設けたが、別に、燃料電池やガスエンジン発電機などの他の発電機を設けても構わない。

（４）上記実施形態では、補助電源４０を熱源機１が有する直流線２０に充放電回路２２を介して接続して、補助電源４０と熱源機１との電力の授受を直流電流で行うように構成したが、当該直流電流を適宜交流電流に変換しても構わない。

（５）上記実施形態では、直流線２０に対する蓄電池４２の充放電を切り替える充放電回路２２を熱源機１に内蔵した構成を説明したが、別に、充放電回路２２を熱源機１とは独立して設け、当該充放電回路２２を熱源機１の入出力部を介して直流線２０に接続するように構成しても構わない。

本発明は、電力で作動する電動補機を有すると共に、加熱部で発生した熱を熱利用部へ供給する熱源機と、電力を発生する発電機と電力を蓄える蓄電池とを有する補助電源と、運転を制御する制御手段と、を備え、前記熱源機が、外部電源に加えて前記補助電源からも給電可能に構成されている熱供給システムとして好適に利用可能である。

１ ：熱源機
２ ：加熱部
１０ ：制御部
２０ ：直流線
２１ ：インバータ回路
２２ ：充放電回路
３０ ：商用電源（外部電源）
４０ ：補助電源
４１ ：太陽光発電機（発電機）
４２ ：蓄電池
Ａ ：電動補機
Ｂ ：熱利用部
Ｘ ：機能部

Claims (6)

1. 電力で作動する電動補機を有すると共に、加熱部で発生した熱を熱利用部へ供給する熱源機と、
   電力を発生する発電機と電力を蓄える蓄電池とを有する補助電源と、
   運転を制御する制御手段と、を備え、
   前記熱源機が、外部電源に加えて前記補助電源からも給電可能に構成されている熱供給システムであって、
   前記制御手段が、
   前記熱源機の運転状態に基づいて、前記外部電源と前記補助電源との両方から給電する両電源給電モードと、前記外部電源のみから給電する外部電源給電モードとの間で、前記熱源機への給電モードを切り替える給電モード切替制御を実行すると共に、
   当該給電モード切替制御において、前記蓄電池の蓄電量が下限許容値未満であると判定した場合には、前記熱源機の運転状態に拘らず、前記熱源機への給電モードを前記外部電源給電モードとすると共に、前記外部電源からの受電電力を前記補助電源へ供給して前記蓄電池を充電する強制充電制御を実行する熱供給システム。
2. 前記制御手段が、前記電動補機の消費電力が大きい高負荷状態では前記両電源給電モードとし、前記電動補機の消費電力が前記高負荷状態よりも小さい低負荷状態では前記外部電源給電モードとする形態で、前記給電モード切替制御を実行する請求項１に記載の熱供給システム。
3. 前記熱源機が、夫々が前記電動補機を有する複数の機能部を備え、
   前記制御手段が、前記給電モード切替制御において、前記複数の機能部のうち作動状態となる当該機能部の数である作動機能部数が設定作動機能部数よりも多い場合には前記高負荷状態であると判定し、前記作動機能部数が前記設定作動機能部数以下の場合には前記低負荷状態であると判定する請求項２に記載の熱供給システム。
4. 前記制御手段が、前記給電モード切替制御において、前記外部電源が停電の場合には、前記強制充電制御を実行することなく、前記熱源機への給電モードを前記補助電源のみから給電する補助電源給電モードとする請求項１〜３の何れか１項に記載の熱供給システム。
5. 前記熱源機が、前記外部電源に対してインバータを介して接続されて直流電流が通流する直流線を有すると共に、前記電動補機が、前記直流線に接続されて直流電流で作動し、
   前記熱源機に、前記直流線に対する前記蓄電池の充放電を切り替える充放電回路を備え、
   前記補助電源が、前記充放電回路に接続されている請求項１〜４の何れか１項に記載の熱供給システム。
6. 前記熱源機が、前記加熱部で水を加熱して温水を生成し、当該温水を利用して給湯運転及び暖房運転を行う給湯暖房機として構成されている請求項１〜５の何れか１項に記載の熱供給システム。

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