JP2017167229A - 駅用案内表示器 - Google Patents

Abstract

【課題】地下鉄のホームに設置する案内表示器において、液晶ディスプレイなどの電子機器を筺体内に収めた上で、埃や鉄粉などで支障が生じることを防ぎ、筺体内の機器の発熱を外部に放出して内部の温度が各機器の許容温度を超えないようにし、かつ、表示部以外の構造が目立つことがないようにして、案内情報を見易くすること。【解決手段】電子機器が収まる筺体を密閉構造にし、その筺体の天井面の外気側にフィンを設け、そのフィンは表示面に垂直な向きに空気が流れるように構成する。また、そのフィンは筺体の天井面をくぼませた箇所に取り付ける。また、そのフィンの上にカバーを設け、そのカバーも表示面に垂直な向きに開口させる。さらに、外気側のフィンと背中合わせに筺体内部にヒートシンクを設け、内部空気との伝熱促進を図る。これらの伝熱促進手段によって、案内表示器の表示部以外の構造が外側にはみ出すのを抑えることで、表示情報を見易くする。【選択図】 図２

Description

本発明は、地下鉄などの駅のホームで列車の発車時刻などを表示する案内表示器に関する。

駅のホームで列車の発車時刻等を表示する案内表示器には，ＬＥＤライトを点光源にして文字情報を表示するものなどがあり、それらの案内表示器に関する技術としては特許文献１に示される技術などがある。案内表示器はその内部に電子機器を備えるため，各々の電子機器が許容できる温度以上にならないようにするため、一般的に放熱のための仕掛けが必要となる。最も効果的な放熱手段は、案内表示器の筺体内部の空気と外部の空気を入れ替える“換気”であるが、外部の空気を内部に取り込むと埃や鉄粉なども同時に吸い込むことになる。地下鉄などの駅のホームでは、列車の鉄輪とレールの摩擦や、ブレーキの摩擦によって鉄粉が発生しやすい環境にある。この鉄粉が電子機器の配線部に付着するとショートが起きて機器が故障する可能性があるため、外気を取り込む際はフィルターなどを通して埃や鉄粉を除去する必要がある。しかし、フィルターを用いるとそのフィルターを定期的に交換することが必要となり、メンテナンスの負担が重くなる。この負担を減らすため、特許文献１では、電子機器の空間と外気が流れる空間を分け、電子機器側の空間を密閉させつつ、外気に放熱できるようにしている。さらに、その放熱手段としては、筺体の天井と底面を連通した外気流路を設け、自然対流によって外気を流すことで、外気が流路から熱を受取り、筺体内部を冷却する構造にしている。

駅での案内表示器が提供できる情報を増やすために、液晶ディスプレイを用いることが考えられる。例えば、日本語による表記の他に、色々な国の文字に表記を切り替えて表示を行えば、より多くの人に情報が伝わり、サービスが向上する。そのような表示をＬＥＤライトで行うのはドットの粗さのために大変であるが、液晶ディスプレイであればそのような制約がなく、容易に表示内容を作成することができる。一方で、液晶ディスプレイを用いると、その表示面全体を発光させる必要があり、消費電力が増えることで、表示器内の発熱が増える。また、表示画像を処理するための演算にもパソコン同様の処理能力が必要となり、演算装置の負荷が増えることでも発熱量が増大する。

よって、地下鉄などの構内で用いる案内表示器において、液晶ディスプレイを用いてより多くの情報を提供できるようにする場合は、従来の技術に加えて、より多くの内部発熱を外気に放出して、電子機器が許容できる温度以下に保つ技術が必要となる。

ここで、埃などがある屋外で使用するための装置の放熱技術としては、特許文献２に示される技術もある。この技術では、屋外で使用するために、電子機器を密閉筺体に収めた上で、その筺体の天井外壁に放熱フィンを設け、それを屋根で覆い、その屋根に外気を排出するための構造を設けている。また、放熱フィンをより機能させるため、屋根の中にファンを設置し、外気を積極的に流すことも示されている。ただし、この技術では特に案内表示器を対象としている訳ではないため、表示面を見易くすることなどの課題は対象としていない。

また、地下鉄の駅構内での放熱などの空調の技術として、特許文献３に示される技術もある。この技術では、地下鉄の駅構内の空調負荷を低減するため、地下鉄のトンネル内の列車走行や、ホームでの発着に伴い生じる列車風を考慮に入れ、空調システムを構成している。ただし、この技術は駅構内の空調のための技術であり、そこに設置される個別の機器の放熱のための技術ではない。

特開平７−１４９２３７号公報 特開２００２−１９８６７６号公報 特開２００５−４２５３４号公報

液晶ディスプレイを用いるなどして提示情報を増やし、サービス向上を目指す駅用の案内表示器においては、鉄粉などによって機器が故障することがないような対策をすると同時に、使用する電子機器が許容できる温度範囲内に収まるようにするための放熱構造を備え、かつ、本来の目的である案内情報を伝える上で、その表示が見易い構造となる必要がある。

最初の課題の鉄粉に対処するためには、電子機器を完全密閉の筺体に収めることで解決されるが、この手段を用いる場合、放熱手段がより難しくなる。また、特許文献２のような技術を用いて放熱手段を構成するにあたっても、案内情報を見易くすることとの両立を果たす構造が必要となる。特に外気を流すためのファンを内蔵した屋根を案内表示器に設けると、その屋根が目立ち、相対的に情報を表示している部分が目立たなくなり、情報が見易くならない。また、地下鉄の駅構内の特殊事情である列車風を利用するにあたっても、構内の空調に関する技術はあっても、そこに設置される個々の機器における放熱のための活用技術には至っていない。

本発明の案内表示器は、液晶ディスプレイなどの画像表示機器や、その画像を処理するための制御器、およびその他必要な付属機器を密閉筺体に収め、その密閉筺体の天井面の外気側にフィンを設け、そのフィンは案内情報を表示する面に垂直な向きに空気が流れるように構成する。また、そのフィンは筺体の天井面をくぼませた箇所に取り付ける。また、そのフィンの上にカバーを設け、そのカバーも表示面に垂直な向きに開口させる。さらに、外気側のフィンと背中合わせに筺体内部にヒートシンクを設け、内部空気との伝熱促進が図れる構成にする。

上記構成にすることで、列車の往来によって地下鉄のホームに生じる風を利用することが可能になり、その風が筺体の外気側のフィンの間を流れ、フィンと外気との伝熱促進が図られる。また、外気側のフィンを天井をくぼませた箇所に取り付けることで、天井面より上に出るフィンの量を減らした上で、伝熱面積の増大を図ることが可能になる。これらの伝熱促進手段によって、案内表示器の表示部以外の構造が外側にはみ出すのを抑えられる。これにより、表示部が目立ち、案内情報が見易くなることで情報が伝わり易くなる。

実施例１の外観図およびカットモデルにして内部を表示した図。 実施例１をカットモデルにして内部を表示した図。 実施例１における断面図およびその拡大図 実施例１に対する流れ解析結果における流速分布図。 実施例１に対する流れ解析結果における流速分布図の拡大図および実施例１の構造からフィン用カバーを取り除いた構造に対する流れ解析結果の同様な拡大図。 実施例２における断面図およびその拡大図 実施例３をカットモデルにして内部を表示した図およびその断面図。 実施例４をカットモデルにして内部を表示した図およびその断面図。 実施例５をカットモデルにして内部を表示した図およびその断面図。 実施例６をカットモデルにして内部を表示した図。 実施例６の断面図およびその外観図。

本発明の案内表示器について、以下、図面を使用して具体的に説明する。

図１〜５は第１の実施例を説明するための図である。図１の上段側は案内表示器１００の外観を示しており、液晶ディスプレイと時刻表示装置を内部に備え、その表示面を見せるために、透明板４、５をはめ込んだ完全密閉の筺体６を構成している。液晶ディスプレイと時刻表示装置は、表示画像が時々刻々と変化していくが、ホームの番線のように変化しない情報は筺体６の透明板以外の面に記載して表示する。このため、横長の面全体で案内情報を提供する。この案内表示器は、駅のホームに設置されるにあたり、構内の天井から吊り棒８を介して取り付けられる。また、筺体の長手の面の両面を表示面にし、その表示面を駅のホームの長手方向に向けることで、多くの人に表示面が見えるようにして設置する。

図１の下段側は、手前の表示面の箇所をカットして筺体の内部を見せている。紙面の奥側の表示面に対する液晶ディスプレイ１と時刻表示装置２が内蔵されている他に、液晶ディスプレイで表示する画像を処理するための制御器３や、その他付属で必要となる機器が筺体内部に配置される。また、仕切板１９を設け、液晶ディスプレイが配置される空間と、時刻表示装置が配置される空間を分けている。

電子機器はそれぞれ、安全に使用することが可能な環境温度が異なるが、液晶ディスプレイは、他の機器に比べるとその温度がより低くなりやすい。それは、一般的な液晶ディスプレイは、表示面を発光させるにあたって、長手方向に一列に並べたバックライトを用い、そのバックライトで発した光を短辺方向に送り、液晶素子を介して各箇所の発光を制御していることに起因する。一般的なバックライトは発光ダイオードを光源に用いるが、強い光を集中的に発することで発熱密度が高くなり、局所的に高い温度になりやすい。発光ダイオードの半導体素子は、所定の温度を超えると寿命が短くなるため、寿命を長く保つためには、素子の温度が所定の温度を超えないようにする必要がある。その素子の温度は、素子の発熱を逃がす先の温度によって決まる。液晶ディスプレイのバックライトの発熱を、液晶ディスプレイの周囲の空気に逃がすようにしている場合は、その空気温度が半導体素子の温度を決めることになる。一般的な放熱経路では、温度差と放熱量は比例する関係にあり、放熱量が一定の時は、温度差も一定となる。よって、放熱先の温度に、伝熱に必要な温度差を加えた温度が、発熱体の温度となる。液晶ディスプレイはバックライトの発熱密度が高いため、伝熱に必要な温度差も大きくなりやすいことで、周囲温度を他の機器よりも低く保つ必要が生じてくる。このため、液晶ディスプレイの空間を他から仕切り、この空間の温度が特に下がるように放熱設計を行うと、効率的な構成とすることができる。

図２では、案内表示器１００を正面から見て中央の部分を縦にカットして、内部構造を示したものである。筺体６の天井面にくぼみ１８を設け、その外側の面に外気用フィン１０を取り付ける。また、同じくぼみ箇所１８の内側の面にダクト型ヒートシンク１３を取り付ける。ダクト型ヒートシンク１３は、内部に空気が通過して、それが漏れないようにダクト状になっていると同時に、内部の縦方向にスリットの状のフィンが形成されている。このフィンがあることで、内部を通過する空気との伝熱面積が増えると同時に、フィンが縦に構成されていることで、空気から得た熱をヒートシンクが取り付けられる上の面まで固体の熱伝導で伝える上での、伝熱長さを最短にしている。

図３では、案内表示器１００を側面から見て中央の部分の縦断面で内部構造を示したものである。また、下段側はその一部を拡大して表示したものである。筺体天井のくぼみ部１８の外側に外気用フィン９が取り付き、内側にダクト型ヒートシンク１２が取り付く。また、ダクト型ヒートシンク１２の先端面にはプロペラファン１５が取り付き、ファンによって強制的にヒートシンクの中に空気を通る。ヒートシンク１２はダクト型の構造となっていることで、ファン１５が流す風を全て通過させることができ、ファンの風を最大限活用することが可能となる。この外気用フィン、ダクト型ヒートシンク、プロペラファンのセットを３セット用い、案内表示器１００の放熱を担っている。

一般にプロペラファンは回転する向きが決まっており、それによって通過する空気の向きも決まっている。そのため、取り付ける際は、流したい空気の向きに合わせて取り付けることになるが、第１の実施例で効果的な流し方としては、ファン１５の風を紙面右向きに、ファン１６の風を紙面左向きに、ファン１７の風を紙面右向きに流すのがよい。ファン１６と１７は、ファンからヒートシンクに向かって風が流れることで、ファンの周囲の空気はファンに吸われる方向に流動する。それらのファンの下には制御器３があり、これもまたある程度の発熱が生じる。制御器３の発熱によって温度上昇した空気を、空間全体に拡散させると、空間全体の温度が上昇するが、あまり拡散させずに、ファン１６、１７に吸わせると、そのままヒートシンク１３、１４を通過することとなり、ここで熱を受け渡すため、全体の空気の温度上昇を減らすことが可能となる。

ファン１６によって押し出された空気はヒートシンク１３を通過して放出され、仕切板１９にぶつかり、流れの向きが変わる。筺体の内部には配線などが必要なため、仕切板１９は完全に空間を仕切ることは出ない。液晶ディスプレイがある空間の温度をなるべく下げるためには、仕切板１９の左右の空気をなるべく混ざらないようにした方がよい。そのためには、仕切板１９の左右で空気の流れが対称になっていることが効果的である。これは、対称な境界はその境界面をまたぐ流れがなくなることを原理としている。この対称の原理を使うため、ファン１５は右向きに風を流し、仕切板１９の右側と同じように仕切板１９の左側でも、ファンによる流れを仕切板１９にぶつける。

この他にも、別の意図をもってファンの取付け位置を変えたり、ファンの向きを変えて構成することも可能である。

また、筺体内の空気温度を計測して、設定した温度が高くなった時のみファンを稼働させ、設定温度以下の時はファンを止める制御を行うことも有効である、これを行えばファンの寿命を飛躍的に伸ばすことができ、メンテナンスの負担が軽減される。

外気用フィン９はくぼみ１８に取り付けることで、くぼみ以外の筺体天井面からフィンが突き出る量を減らしつつ、フィン自体の高さは高くとれ、空気に触れる面積を増やしている。放熱のことだけ考えるのであれば、くぼみは必要ないが、これを無くしてファンの突き出しを増やすことは、案内表示器の本来の目的である情報伝達に関して、機能低下となる。すなわち、情報を伝わり易くするには、伝えたい情報だけが目に入るようにするのがよく、余計なものが目に付くほど、必要な箇所が目立たなくなり、伝わりづらくなる。よって、くぼみ１８を設けることで、案内情報とは関係のないフィンが目に入る量が減り、表示器の見易さにつながる。

外気用フィン９、１０、１１の上にはフィン用カバー７が設置されている。外気用フィンは、櫛歯状の各フィンの隙間が正面から見えるように配置することで、紙面に垂直な方向に風が抜けるようにしている。同様に、フィン用カバー７も、紙面に垂直な方向に風が抜けるように開口している。フィン用カバー７は、開口によって風が抜けるようにしている他に、これがあることで、フィンの歯の隙間を流れる風を増加させる働きがある。それを説明したものが、図４、５である。これらは、案内表示器が置かれた空間の流れ解析を行った結果であり、図２のカット面と同じ位置の断面で、流速分布を示したものである。解析条件としては、紙面の左から右に向かって風が流れているとし、その風速を０．５ｍ／ｓに設定している。このため、図４の流速分布図の中で、左端のエリアは０．５ｍ／ｓを示す濃さになっている。また、計算空間の上側は駅構内の天井面とし、それ以外の計算領域の境界は開放条件としている。左から右に流れてきた風は案内表示器にぶつかることで、上下に分かれ、流速が増加する箇所が生じる。一方、下流側では、流れの剥離によって淀みが生じ、流速が低下している。特に白色の箇所は流速が低いことを意味する。図４では筺体内部にダクト型ヒートシンクの断面を見ることができるが、その上には外気用フィンが存在している。流速分布を表示する断面を、フィンの歯と歯の隙間に設定したため、この図ではフィンの歯が見えないが、紙面の手前と奥に歯は存在している。その上にフィン用カバー７が存在している。フィン用カバー７の下の流速が、フィンに風があたっていることを示している。この領域の拡大図を図５の（Ａ）に示す。比較対象として、フィン用カバー７が存在しない状態での流れ解析も実施し、図５の（Ｂ）に示した。（Ｂ）の方では、筺体の左上のコーナー部で流れが剥離し、筺体の天井のすぐ上では流速が低くなっていることが分かる。一方、（Ａ）の方では、剥離した流れの一部をフィン用カバー７がつかまえ、カバーの下側にも風を流している。よって、フィン用カバー７があることによって、外気用フィンにより多くの風があたるようになり、放熱能力が向上する。

図６は第２の実施を説明するための図であり、上段側が案内表示器１０１の断面図、下段側がその拡大図である。第１の実施例と同じ構成の箇所は説明を省略し、異なる箇所のみを説明する。第２の実施例では、筺体内部の空気との伝熱促進を図る手段として、ダクト型ヒートシンクとファンの組合せを用いるのではなく、内部空気用のフィンのみとしている。下段側の拡大図が示すように、内部空気用のフィン２０は、外気用フィン９と背中合わせに取り付けられる。同様にフィン２１、２２も外気用フィン１０、１１と背中合わせに取り付けられる。筺体内部に設置された電子機器が発熱すると、その周囲の空気が暖まることで、自然対流が生じる。これにより、筺体内部では温度上昇した空気が天井近くに自然に集まってくる。ここに、外気用フィンと背中合わせに接続していることで外気温度に近い状態にある内部空気用のフィンがあることで、温度上昇した空気が冷まされる。温度が下がった空気は下降するため、筺体内部では自然対流による循環が形成される。これにより、ファンを使わなくてもある程度の放熱はできるようになる。ファンが不要になることは、製造コストの低減につながる他に、メンテナンスの負担が低減される利点が大きい。

図７は第３の実施を説明するための図である。上段側が案内表示器１０２の手前の表示面の箇所をカットして筺体の内部を示した図であり、下段側が断面図である。第１、第２の実施例と同じ箇所は説明を省略し、異なる箇所を説明する。第３の実施例において、時刻表示装置がある空間の放熱構造は第２の実施例と同じであり、筺体内部の空気の伝熱促進にフィン２０を用いている。一方、液晶ディスプレイがある空間の放熱構造に関しては、筺体内部の空気の伝熱促進に、ダクト型ヒートシンク１３、１４を使う点は実施例１と同じであるが、ファンの設置が異なる。第３の実施例ではプロペラファン２３を１個だけ使用し、このファンの出入り口にダクト２４、２５を接続し、それをダクト型ヒートシンク１３、１４に接続している。ヒートシンク１３、１４とダクト２４、２５は直列に接続されることから、断面の外形寸法は同じでよい。実施例１では２個のファンを使用していた所が、実施例３では１個のファンで済むようになる。また、案内表示器１０２の全体としてもファンの数が１個となり、コスト低減が図られる。

ダクト型ヒートシンク１３、１４には、内部に縦方向のスリット状のフィンを備えているが、ダクト２４、２５にはそれがない。これによって流れの抵抗を小さくし、１個のファンでも十分に流量が出るようにしている。

図８は第４の実施を説明するための図である。上段側が案内表示器１０３の手前の表示面の箇所をカットして筺体の内部を示した図であり、下段側が断面図である。前述と同様に、それまでの実施例と異なる箇所を説明する。第４の実施例では筺体の内部を２つの空間に仕切ることはせず、全体を１つの空間として、放熱する構成をとる。内部空気の伝熱促成用にダクト型ヒートシンク１２、１３、１４を用い、それらをダクト２６、２７で接続する。また、プロペラファン２８を左端に取付け、ヒートシンクとダクトがつながった流路に風を送る。さらに、ファンの向きとして、図の右向きに風を送る。筺体内部の空気は、ダクト型ヒートシンクを通過することで放熱するため、通過によって温度が低下する。よって、最後のヒートシンクを出た時点の空気温度が、筺体内部の中で最も低い。この温度が低い空気を液晶ディスプレイ側に吐き出すことで、液晶ディスプレイの周りの空気温度を低く保てる。一方、ヒートシンクを出た空気は、再びプロペラファン２８に吸われるまでの間に、筺体内の機器が発する熱を受け取り、温度上昇する。よって、ファン２８に吸われる直前の空気の温度が最も高く、これを液晶ディスプレイの位置から最も遠ざけるようにしている。これらの構成により、内部空気に対して強制対流による熱交換を行う箇所を３箇所設けつつ、使用するファンは１コで済ませることができる。一般に、自然対流による熱交換よりは強制対流による熱交換の方が伝熱性能を高くできるため、第４の実施例の構成により、高い放熱能力を得つつ、コストを抑えることが可能になる。また、第３の実施例のように、ファンを出入り口の両面にダクトを取り付けると、それを組み立てられるようにするための構造に工夫が必要になるが、第４の実施例のように一方の面が開放されていると、取付け構造が容易となる。

図９は第５の実施を説明するための図である。上段側が案内表示器１０４の中央部をカットして筺体の内部を示した図であり、下段側が断面図である。第２の実施例と似た構成となるが、使用するフィンの形状が異なる。第５の実施例では全てのフィンにピンフィンを用いている。第４の実施例までの外気用フィンは、押出し加工で製造できるフィン形状となっている。すなわち、図６の下段側の断面図が示すように、フィンの断面形状はどこも同じであるため、材料を金型を通過させて押出し、所定の幅でカットすれば製造することができる。このため、比較的複雑な断面形状をしていても量産性に優れている。一方、ピンフィンの形状は、そのような押出し加工では製造できないものの、鍛造などの手段で製造することも可能である。押出し加工で作るフィンは、その製造原理から、押出し方向に垂直な向きに風が流れる通路を形成することが出来ないが、ピンフィンでは、どちらの方向にも風が流れることができる。このため、風の向きによらずに高い伝熱性能を発揮できる特徴を持つ。

図１０、１１は第６の実施を説明するための図である。図１０は案内表示器１０５の中央部をカットして筺体の内部を示した図である。第６の実施例の特徴は、フィン用カバーを用いないことと、外気用フィンの先端を筺体６の天井にそろえていることである。これにより、筺体６の天井より上にくるものがなくなり、案内表示器としての見易さが一層向上する。これを実現するため、筺体天井のくぼみ３５をより深くしている。

図１１の上段側に第６の実施例の断面図を示し、下段側に外観図を示している。第６の実施例では、筺体内部の空気の伝熱促進を図るため、第４の実施例と同じ手段を用いている。これらの構造にすることで、外観図に示されるようなシンプルな形状となり、正面から見た時に一切フィンが目に入らない形状となる。

１ 液晶ディスプレイ
２ 時刻表示装置
３ 制御器
４、５ 透明板
６ 筺体本体
７ フィン用カバー
８ 吊り棒
９、１０、１１ 外気用フィン
１２、１３、１４ ダクト型ヒートシンク
１５、１６、１７、２３、２８ プロペラファン
１８、３５ 筺体天井をくぼませた箇所
１９ 仕切板
２０、２１、２２ 内部用フィン
２４、２５、２６，２７ ダクト
２９、３０、３１、３２、３３、３４ ピンフィン
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５ 案内表示器

Claims (7)

1. 案内情報を表示するための表示装置と、
   前記表示装置を制御する電子機器とを備え、
   前記表示装置と前記電子機器を内蔵し密閉する密閉筺体を持つ案内表示器であって、
   前記密閉筺体の天井面の外気側にフィンを設け、前記フィンは前記表示装置の表示面に垂直な向きに空気が流れる構成にすることを特徴とする案内表示器。
2. 請求項１に記載の案内表示器において、前記密閉筺体の天井面の一部は前記密閉筺体の内部にくぼんだ形状をしており、前記フィンを前記密閉筺体のくぼんだ形状の個所に備え、前記フィンの一部を前記密閉筺体の天井面より前記密閉筺体の内部側に配置することを特徴とする案内表示器。
3. 請求項１乃至請求項２のいずれか１つに記載の案内表示器において、前記フィンを覆う形状で、前記表示装置の表示面の方向に開口した形状のカバーを設け、前記表示装置の表示面に垂直な向きに空気が流れる構成にすることを特徴とする案内表示器。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の案内表示器において、前記密閉筺体の内部であって、前記フィンと前記密閉筺体の天井面を挟んだ反対側に空気との伝熱面積を増やすヒートシンクを備えることを特徴とする案内表示器。
5. 請求項４に記載の案内表示器において、前記ヒートシンクはダクト型の構造であり、前記ヒートシンクに筺体内の空気を流すファンを備えることを特徴とする案内表示器。
6. 請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の案内表示器において、前記密閉筺体は内部を垂直に仕切る複数の仕切板を持ち、前記密閉筺体と前記仕切板で仕切られた部分の前記密閉筺体の天井面のそれぞれに前記フィンを備えることを特徴とする案内表示器。
7. 請求項４乃至請求項５のいずれか１つに記載の案内表示器において、前記密閉筺体は内部を垂直に仕切る複数の仕切板を持ち、前記密閉筺体と前記仕切板で仕切られた部分の前記密閉筺体の天井面のそれぞれに前記フィンと前記ヒートシンクを備えることを特徴とする案内表示器。

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