JP3878474B2 - 給湯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーナと、該バーナに燃焼用空気を供給するファンと、熱交換器を介して該バーナの燃焼熱により加熱される水が通る通水路と、該通水路の流水量を測定する流水量測定手段と、該熱交換器の上流の該通水路での給水温度を測定する給水温度測定手段と、該熱交換器の下流での該通水路の給湯温度を測定する給湯温度測定手段と、該バーナの目標燃焼量を設定するとともに該バーナの燃焼量を該目標燃焼量に一致するように制御する燃焼制御手段と、該ファンの回転数を該バーナの目標燃焼量に応じた目標回転数に制御するファン制御手段とを備えた給湯装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
給湯装置においてガスボンベをガス供給源とする等、ガスボンベ内のガス残量の減少により1次圧が低下し得る場合、ガバナ等の圧力制御手段を介したガス通路の2次圧が低下し、バーナから噴出されるガス量が減少してしまう場合がある。この場合、給湯温度をその設定値に制御するためのガス量に応じたファン回転数でファンが作動することで燃焼用空気がバーナに供給される。このため、ガス量に対して燃焼用空気が多い状態でバーナが燃焼し、燃焼異常音(ピー音)が発生すると共に、バーナの燃焼不良を引き起こすおそれがある。ピー音は燃焼装置の周囲にいる使用者等にとって耳障りなものであり、その使い心地(燃焼装置に対する心象)を悪化させるおそれがある。
【0003】
1次圧を測定するシンプルな方法として、ガス通路において圧力制御手段の上流側に圧力センサを設ける方法が提案されている(特開平6−26637号公報等)。また、ガス通路の開度を一時的に低下させ、これに合わせて給湯温度が一時的に低下するか否かに応じて1次圧の低下を検知する手法が考えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の手法のように圧力センサを新たに取り付けると給湯装置の製造コストが増大する。また、後者の手法のように一時的にガス通路の開度が低下される場合、その度に給湯温度も一時的に低下し、特にシャワーの使用者等、供給される温水に直に触れる使用者にとっては好ましくない。
【0005】
そこで、低コストで、且つ、ガス通路の開度の意図的且つ一時的な減少に伴う給湯温度の一時的な変動を伴わずにバーナへのガス供給量の低下に対応し得る給湯装置を提供することを解決課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の給湯装置は、前記給水温度測定手段による給水温度の測定値Θ1と、前記給湯温度測定手段による給湯温度の測定値Θ2と、前記流水量測定手段による流水量vの測定値とに基づき、前記燃焼制御手段により設定される前記バーナの目標燃焼量Q’と、該バーナの燃焼量Qとの偏差を測定する偏差測定手段と、該偏差測定手段により測定される該偏差に基づいて該バーナの目標燃焼量の最大値を減少補正する補正手段とを備え、前記補正手段は、前記偏差測定手段により測定される前記偏差が第1の閾値を超える累積時間が所定時間以上になったとき、前記バーナの目標燃焼量の最大値を減少補正することを特徴とする。
【0007】
本発明によれば、バーナへのガス供給量が不足すると、バーナの燃焼量Qが目標燃焼量Q’に至らなくなり、両者の偏差が大きくなることに基づいてバーナへのガス供給量が不足しているか否かが判定される。そして、バーナへのガス供給量が不足しているような場合その目標燃焼量Q’の最大値Qmax ’が減少補正され、バーナの燃焼量Qと目標燃焼量Q’との偏差が低減・解消される。このため、当該目標燃焼量Q’に鑑みて過剰な燃焼用空気が供給されることに伴うバーナの異常燃焼音(ピー音)を防止することができると共に、バーナが燃焼不良となる事態を防止することができる。さらに、バーナへのガス供給量が一時的に低下したに過ぎないにも関わらず、前記偏差が一時的に低下したことで当該ガス供給量が定常的に低下したと判定され、バーナの目標燃焼量の最大値が不要に減少補正される事態を回避することができる。
【0008】
また、本発明によれば、給湯装置に既存の給水温度測定手段、給湯温度測定手段、給水量測定手段のそれぞれの測定値に基づき、バーナの目標燃焼量Q’と実際の燃焼量Qとの偏差が測定される。従って、新たに圧力センサを設けることが不要なため低コストで製造することができる。
【0009】
さらに、当該偏差の測定に際してバーナへのガス供給量が意図的且つ一時的に減少されることがない。従って、意図的且つ一時的なバーナへのガス供給量の減少に伴う給湯温度の一時的な低下を伴わずにバーナへのガス供給量の低下に対応し得る給湯装置を実現できる。
【0010】
また、本発明では、前記偏差測定手段は、前記燃焼制御手段により設定される前記バーナの目標燃焼量Q’と、前記給湯温度測定手段による給湯温度の測定値Θ2 と、前記流水量測定手段による流水量の測定値vとから算出される給水温度の理論値Θ1 ’(=Θ2 −Q’/cv:cは水の比熱)と、前記給水温度測定手段による給水温度の測定値Θ1 との偏差に基づき、該バーナの目標燃焼量Q’と、該バーナの燃焼量Qとの偏差を測定することを特徴とする。
【0011】
本発明によれば、給水温度の理論値Θ1 ’と給水温度の測定値Θ1 との偏差を測定することで、バーナの目標燃焼量Q’と実際の燃焼量Qとの偏差を間接的に測定し、バーナへのガス供給量の低下を検知することができる。
【0012】
さらに、本発明では、前記偏差測定手段は、前記燃焼制御手段により設定される前記バーナの目標燃焼量Q’と、前記給水温度測定手段による給水温度の測定値Θ1 と、前記流水量測定手段による流水量の測定値vとから算出される給湯温度の理論値Θ2 ’(=Θ1 +Q’/cv:cは水の比熱)と、前記給湯温度測定手段による給湯温度の測定値Θ2 との偏差に基づき、該バーナの目標燃焼量Q’と、該バーナの燃焼量Qとの偏差を測定することを特徴とする。
【0013】
本発明によれば、給湯温度の理論値Θ2 ’と給湯温度の測定値Θ2 との偏差を測定することで、バーナの目標燃焼量Q’と実際の燃焼量Qとの偏差を間接的に測定し、バーナへのガス供給量の低下を検知することができる。
【0016】
本発明はさらに、前記偏差測定手段により測定される前記偏差が第1の閾値より大きい第2の閾値の最大値を超える累積時間が所定時間以上になったとき、前記バーナの燃焼を強制停止する燃焼停止手段を備えていることを特徴とする。
【0017】
本発明によれば、目標燃焼量の最大値が減少補正されることでバーナの異常燃焼音(ピー音)が抑止され、バーナの不完全燃焼が回避されていても、ガス量が著しく低下して使用可能な給湯量を維持したままでは給湯温度をその設定値に維持できない状態で給湯運転が継続される事態を回避することができる。
【0018】
本発明はまた、前記補正手段により前記バーナの目標燃焼量の最大値が減少補正された旨を報知する報知手段を備えていることを特徴とする。
【0019】
本発明によれば、報知手段による報知を通じてガス通路の1次圧が低下したことを燃焼装置の使用者に認識させることができる。また、ガス供給源がガスボンベである場合、ボンベ内のガス量が減少してきたことを使用者に認識させ、ガスの再充填又はボンベの交換を促すことができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明の給湯装置の実施形態について図面を用いて説明する。図1は本実施形態の給湯装置の構成説明図であり、図2は本実施形態の給湯装置の機能説明図である。
【0021】
図1に示す給湯装置は、バーナ1と、バーナ1に供給される燃料ガスが流れるガス通路2と、バーナ1の燃焼熱により加熱される水が流れる通水路3と、給湯運転を制御等する制御ユニット4とを備えている。
【0022】
バーナ1の近傍には、ガス通路2から供給されるガスに点火する点火電極11と、バーナ1に燃焼用空気を供給するファン12と、バーナ1の燃焼状態を検知するフレームロッド13とが設けられている。
【0023】
ガス通路2には上流から順にガス元電磁弁21と、ガス電磁弁22と、バーナ1へのガス供給量を制御すると共に、上流側の1次圧を下流側で2次圧に調節するガバナ調節弁23とが設けられている。
【0024】
通水路3は、給水路31と、給水路31の下流側に接続され、熱交換器32に対応する熱交換路33と、熱交換路33の下流側に給湯路34とから構成されている。給水路31には上流から順に、流水量センサ(流水量測定手段)35と、給水温度Θ1 を測定する給水サーミスタ(給水温度測定手段)36とが設けられている。給湯路34には給湯温度Θ2 を測定する給湯センサ(給湯温度測定手段)37が設けられている。
【0025】
制御ユニット4は、バーナ1の目標燃焼量を設定するとともにバーナ1の燃焼量をこの目標燃焼量に一致するように制御する燃焼制御手段41と、前記給水温度測定手段による給水温度の測定値Θ1 と、バーナ1の目標燃焼量Q’とバーナ1の燃焼量Qとの偏差を後述のように測定する偏差測定手段42と、偏差測定手段42により測定される偏差に基づいて後述のようにバーナ1の目標燃焼量の最大値Q’max を減少補正する補正手段43と、後述の条件が満たされた場合にバーナ1の燃焼を強制的に停止する燃焼停止手段44と、補正手段43によりバーナ1の目標燃焼量Qmax ’が減少補正された旨をLED等により視覚的に報知する報知手段45とを備えている。なお、報知手段45は目標燃焼量Qmax ’が減少補正されている旨を報知音により聴覚的に報知してもよい。
【0026】
前記構成の給湯装置の作動について図2を用いて説明する。
【0027】
まず、通水路3に水が流され、流水量センサ35により測定される流水量が所定量以上になったとき、燃焼制御手段41によりバーナ1の燃焼が開始される(s1)。詳細にはこのときまず、燃焼制御手段41は流水量センサ35による測定値v、水の比熱c、設定ボタン(図示略)を通じて設定された給湯温度の設定値Θ2 ’及び直前回の給湯運転時に求められた後述の給水温度の理論値Θ1 ’に基づいてバーナ1の目標燃焼量Q’(=cv(Θ2 ’−Θ1 ’))を設定する。また、バーナ1に目標燃焼量Q’に応じた燃焼用空気が供給されるようにファン2に当該目標燃焼量Q’に応じた目標電流を供給する。さらに、点火電極11を作動させガス元電磁弁21、ガス電磁弁22を開弁させ、ガバナ調節弁23の開度を調節して目標燃焼量Q’に応じたガスをバーナ1に供給させる。そして、バーナ1に供給されるガスに点火電極11を介して点火することでバーナ1が燃焼する。また、給湯サーミスタ37により測定される給湯温度の測定値Θ2 等に基づいて給水温度の理論値Θ1 ’(=Θ2 −Q’/cv)が逐次更新され、この上で目標燃焼量Q’(=cv(Θ2 ’−Θ1 ’))が逐次更新される。
【0028】
給湯運転開始後、流水量センサ35、給水サーミスタ36、給湯サーミスタ37によりそれぞれ流水量v、給水温度Θ1 、給湯温度Θ2 が定常的に測定される(s2)。また、偏差測定手段42によりパラメータpが算出される(s3)。パラメータpは給水サーミスタ36による給水温度の測定値Θ1 、給湯サーミスタ37による給湯温度の測定値Θ2 、及び給水温度の理論値Θ1 ’に基づき次式(1)に従って算出される。
【0029】
【0030】
ここで、前記給水温度の理論値Θ1 ’は、水の比熱をcとし、流水量センサ35による流水量の測定値v、給湯温度の測定値Θ2 、及び燃焼制御手段41により設定されるバーナ1の目標燃焼量Q’に基づき、次式(2)に従って算出される。
【0031】
Θ1 ’=Θ2 −Q’/cv ‥(2)
【0032】
即ち、偏差測定手段42はバーナ1の目標燃焼量Q’と実際の燃焼量Qとの偏差を、給水温度の理論値Θ1 ’と測定値Θ1 との偏差を表し、給湯及び給水温度の測定値の偏差Θ2 −Θ1 により無次元化されたパラメータpを通じて間接的に測定している。
【0033】
次に、補正手段43が偏差測定手段42により算出されたパラメータpがデータ記憶手段(図示略)に記憶保持されている第1の閾値α1 (>0)を超える累積時間tを測定する(s4)。第1の閾値α1 はパラメータpがこれを超える程度まで給水温度の測定値Θ1 と理論値Θ1 ’との偏差、即ち、バーナ1の目標燃焼量Q’と実燃焼量Qとの偏差が大きくなると、バーナ1のガス噴出量に対して燃焼用空気の量が多くなり、バーナ1の異常燃焼音(ピー音)や、バーナ1の不完全燃焼が起こりやすくなるといった基準で設定される。バーナ1の実際の燃焼量Qが目標燃焼量Q’に対して不足すると、給水温度の測定値Θ1 に対して理論値Θ1 ’が低下するため、上式(1)から明らかなようにパラメータpが徐々に大きくなる。従って、累積時間tが長くなることは、ガス通路2の1次圧が低下し、バーナ1へのガス供給量が低下しつつあることを示す。
【0034】
そして、補正手段43は当該累積時間tが所定時間τ以上になったか否かを判定する(s5)。累積時間tが所定時間τに到り(s5でYES)、且つ、第1の閾値α1 が第2の閾値α2 (>初期の第1の閾値α1 )に到っていないとき(s6でNO)、補正手段43はバーナ1の目標燃焼量の最大値Qmax ’をΔQ(>0)だけ減少補正する(s8)。このとき、報知手段45が当該補正が行われた旨を報知する。バーナ1の目標燃焼量の最大値Qmax ’の減少補正に伴い、バーナ1に燃焼用空気を供給するファン12の目標回転数の最大値も減少補正される。これは、バーナ1の目標燃焼量Q’に対して過多な燃焼用空気が供給され、バーナ1が不完全燃焼を起こす事態を防止するためである。また、補正手段43が第1の閾値α1 をΔα(>0)だけ増大補正する(s9)。
【0035】
そして、前記処理s2〜s8が繰り返されると第1の閾値α1 が徐々に増大補正されて第2の閾値α2 に到る(s8参照)。第2の閾値α2 はパラメータpがこれを超える程度まで給水温度の測定値Θ1 と理論値Θ1 ’との偏差、即ち、バーナ1の目標燃焼量Q’と実際の燃焼量Qとの偏差が大きくなると、バーナ1へのガス量が著しく低下し、流水量(=給湯量)vを不変に維持しながら給湯温度Θ2 をその設定値Θ2 ’に維持するのが困難になるといった基準で設定される。また、第1の閾値α1 が最初から数えて3回等、所定回数だけ増大補正(s9参照)されたとき、第2の閾値α2 に到るといったように増大補正の幅Δαは適宜設定される。なお、増大補正の幅Δαは一定でなくてもよく、相違した幅に設定されてもよく、また、給水温度の理論値Θ1 ’と測定値Θ1 との偏差(Θ1 ’−Θ1 )に基づいて設定されてもよい。
【0036】
この後、パラメータpが第2の閾値α2 を超える累積時間tが所定時間τ以上になったとき(s5でYES、s6でYES)、燃焼停止手段44によりバーナ1の燃焼が強制停止される(s7)。
【0037】
本実施形態の給湯装置によれば、給水温度の測定値Θ1 と理論値Θ1 ’との偏差を示すパラメータp(式(1)参照)を通じ、バーナ1の燃焼量Qと目標燃焼量Q’との偏差、ひいてはガス通路2の1次圧の低下が間接的に判定される。また、1次圧の低下に応じてバーナ1の目標燃焼量の最大値Qmax ’が減少補正され、ガス通路2の1次圧の低下に伴う種々の弊害を回避することができる。
【0038】
具体的には、まず、パラメータpが第1の閾値α1 を超える累積時間tが所定時間τ以上になったとき(図2s5でYES)、バーナ1の目標燃焼量の最大値Qmax ’が減少補正される(図2s8)。パラメータpが第1の閾値α1 を超えることは、前述のようにバーナ1が異常燃焼音(ピー音)を発し、バーナ1が不完全燃焼を起こしやすくなる程度にガス通路2の1次圧が低下したことを示す。従って、バーナ1の目標燃焼量の最大値Qmax ’の減少補正により、ガス通路2の1次圧低下に伴うバーナ1の異常燃焼音の発生、不完全燃焼を防止することができる。
【0039】
バーナ1の異常燃焼音が抑止されることで使用者に不快感が与えられることを回避することができる。また、バーナ1の不完全燃焼が抑止されることで環境を害する事態を回避することができる。
【0040】
また、パラメータpが第2の閾値α2 を超える累積時間tが所定時間τに到ったとき(図2s5でYES、s6でYES)、バーナ1の燃焼が強制停止される(図2s7)。パラメータpが第2の閾値α2 を超えることは、前述のようにガス通路2の1次圧が著しく低下し、給湯量を使用可能な量に維持したままでは給湯温度Θ2 を設定値Θ2 ’に維持するのが困難になったことを示す。従って、バーナ1の燃焼停止により、給湯量を維持するために給湯温度Θ2 が設定値Θ2 ’より低下する状態、或いは給湯温度Θ2 を設定値Θ2 ’に維持するため給湯量が減少される状態で給湯運転が継続され、使用者が不快を感じる事態を回避することができる。
【0041】
さらに、報知手段45による報知を通じてガス通路2の1次圧が低下していることを燃焼装置の使用者に認識させることができる。また、ガス供給源がガスボンベである場合、ガスボンベ内のガス量が減少してきたことをも使用者に認識させ、ガスの再充填又はガスボンベの交換を促すことができる。
【0042】
また、給湯装置に既存の流水量センサ35、給水サーミスタ36、給湯サーミスタ37のそれぞれの測定値に基づき、パラメータp(式(1)参照)を通じて間接的にバーナ1の目標燃焼量Q’と実際の燃焼量Qとの偏差が測定される。従って、ガス通路2に新たに圧力センサを設けることが不要なため低コストで製造することができる。
【0043】
さらに、当該偏差の測定に際してバーナ1へのガス供給量が意図的且つ一時的に減少されることがない。従って、意図的且つ一時的なバーナ1へのガス供給量の減少に伴う給湯温度Θ2 の一時的な低下を伴わずにバーナ1へのガス供給量の低下に対応し得る給湯装置を実現できる。
【0044】
本実施形態では給水温度の測定値Θ1 と理論値Θ1 ’との偏差を通じてバーナ1の目標燃焼量Q’と実際の燃焼量Qとの偏差が間接的に測定されたが、他の実施形態として給湯温度の測定値Θ2 と理論値Θ2 ’との偏差を通じてバーナ1の目標燃焼量Q’と実際の燃焼量Qとの偏差が間接的に測定されてもよい。
【0045】
当該他の実施形態においては、給湯温度の理論値Θ2 ’は、上式(2)に従って算出される給水温度の理論値Θ1 ’と同様、水の比熱をcとし、流水量センサ35による流水量の測定値v、給水温度の測定値Θ1 、及び燃焼制御手段41により設定されるバーナ1の目標燃焼量Q’に基づき、次式(3)に従って算出される。
【0046】
Θ2 ’=Θ1 +Q’/cv ‥(3)
【0047】
また、他の実施形態としてバーナ1の目標燃焼量Q’と実際の燃焼量Qとの偏差が直接的に測定されてもよい。当該他の実施形態においては、バーナ1の燃焼量Qは水の比熱をcとし、流水量センサ35による流水量の測定値v、給水温度の測定値Θ1 、及び給湯温度の測定値Θ2 に基づき、次式(4)に従って算出される。
【0048】
Q=cv(Θ2 −Θ1 ) ‥(4)
【0049】
本実施形態では通水路3は給水路31、熱交換路33、給湯路32より構成されたが、他の実施形態としてこれらのほかに流水量センサ35の下流で給水路31から分岐し、熱交換路33を経ないで給湯路34に合流するバイパス路(図示略)が設けられ、バイパス比(全流水量に対するバイパス流量の比)rを調節するバイパス調節弁が設けられてもよい。
【0050】
当該他の実施形態においても、給湯サーミスタ37が給湯路34とバイパス路との合流箇所の上流に設けられていると、下流に設けられているとを問わず、バイパス比を考慮に入れることで給水温度の理論値Θ1 ’、給湯温度Θ2 ’を算出することができる。
【0051】
給湯サーミスタ37が給湯路34におけるバイパス路の合流箇所より下流に設けられている場合、給水温度の理論値Θ1 ’、給湯温度の理論値Θ2 ’、燃焼量Qは上式(2)、(3)、(4)に従って算出される。
【0052】
一方、給湯サーミスタ37が給湯路34におけるバイパス路の合流箇所より下流に設けられている場合、給水温度の理論値Θ1 ’、給湯温度の理論値Θ2 ’、燃焼量Qは上式(2)、(3)、(4)における流水量vを(1−r)vに変更することで、次式(5)、(6)、(7)に従って算出される。
【0053】
Θ1 ’=Θ2 −Q’/c(1−r)v ‥(5)
【0054】
Θ2 ’=Θ1 +Q’/c(1−r)v ‥(6)
【0055】
Q =c(1−r)v(Θ2 −Θ1 ) ‥(7)
【0056】
当該実施形態においても、ガス通路2の1次圧低下に伴うバーナ1の異常燃焼音の発生等の弊害を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の給湯装置の構成説明図
【図2】本実施形態の給湯装置の機能説明図
【符号の説明】
1‥バーナ、2‥ガス通路、3‥通水路、32‥熱交換器、35‥流水量センサ、36‥給水サーミスタ、37‥給湯サーミスタ、41‥燃焼制御手段、42‥偏差測定手段、43‥補正手段、44‥燃焼停止手段、45‥報知手段
Claims (5)
- バーナと、該バーナに燃焼用空気を供給するファンと、熱交換器を介して該バーナの燃焼熱により加熱される水が通る通水路と、該通水路の流水量を測定する流水量測定手段と、該熱交換器の上流の該通水路での給水温度を測定する給水温度測定手段と、該熱交換器の下流での該通水路の給湯温度を測定する給湯温度測定手段と、該バーナの目標燃焼量を設定するとともに該バーナの燃焼量を該目標燃焼量に一致するように制御する燃焼制御手段と、該ファンの回転数を該バーナの目標燃焼量に応じた目標回転数に制御するファン制御手段とを備えた給湯装置であって、
前記給水温度測定手段による給水温度の測定値Θ1と、前記給湯温度測定手段による給湯温度の測定値Θ2と、前記流水量測定手段による流水量vの測定値とに基づき、前記燃焼制御手段により設定される前記バーナの目標燃焼量Q’と、該バーナの燃焼量Qとの偏差を測定する偏差測定手段と、
該偏差測定手段により測定される該偏差に基づいて該バーナの目標燃焼量の最大値を減少補正する補正手段とを備え、
前記補正手段は、前記偏差測定手段により測定される前記偏差が第1の閾値を超える累積時間が所定時間以上になったとき、前記バーナの目標燃焼量の最大値を減少補正することを特徴とする給湯装置。 - 前記偏差測定手段は、前記燃焼制御手段により設定される前記バーナの目標燃焼量Q’と、前記給湯温度測定手段による給湯温度の測定値Θ2と、前記流水量測定手段による流水量の測定値vとから算出される給水温度の理論値Θ1’(=Θ2−Q’/cv:cは水の比熱)と、前記給水温度測定手段による給水温度の測定値Θ1との偏差に基づき、該バーナの目標燃焼量Q’と、該バーナの燃焼量Qとの偏差を測定することを特徴とする請求項1記載の給湯装置。
- 前記偏差測定手段は、前記燃焼制御手段により設定される前記バーナの目標燃焼量Q’と、前記給水温度測定手段による給水温度の測定値Θ1と、前記流水量測定手段による流水量の測定値vとから算出される給湯温度の理論値Θ2’(=Θ1+Q’/cv:cは水の比熱)と、前記給湯温度測定手段による給湯温度の測定値Θ2との偏差に基づき、該バーナの目標燃焼量Q’と、該バーナの燃焼量Qとの偏差を測定することを特徴とする請求項1又は2記載の給湯装置。
- 前記偏差測定手段により測定される前記偏差が第1の閾値より大きい第2の閾値を超える累積時間が所定時間以上になったとき、前記バーナの燃焼を強制停止する燃焼停止手段を備えていることを特徴とする請求項1記載の給湯装置。
- 前記補正手段により前記バーナの目標燃焼量の最大値が減少補正された旨を報知する報知手段を備えていることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の給湯装置。
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