JP4178625B2 - ガス遮断装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて配管内を流れる各種媒体、例えば各種都市ガスあるいはLPGガス等流量を検出し、その媒体使用量を正確に計測し媒体使用量及びその使用状態が安全か否かを監視するガス遮断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種のガス遮断装置は、例えば特開平9−21667号公報に示されるように図3の構成になっていた。図3は従来のガス遮断装置のブロック図を示す。
【0003】
図3において、1は流体管路、2は第1振動子で、超音波を送受信し流体管路1の上流側に設置される。
【0004】
3は第2振動子で、超音波を送受信し流体管路1の下流側に対向して取り付けられている。4は送信回路で、第1振動子2へ超音波信号を送信し、5は増幅回路で、第2振動子3で受信した信号を増幅する。
【0005】
6は比較回路で、増幅された信号と基準信号とを比較する。7は計時手段で、超音波の発信から受信迄の時間をタイマカウンタで計測する。8は計測回路で、送信回路4から計時手段7迄を含む。
【0006】
9は流量演算手段で、計時手段7による超音波伝搬時間に応じて管路の大きさ、流れの状態を考慮して流量値を求める。10は周期可変手段で、流量演算手段9の値によって測定周期の変更を行う。
【0007】
11は計測開始手段で、周期可変手段10の値に応じて送信回路への信号送出タイミングを調節する。12は計測終了手段で、流量演算手段9の演算終了を検出する。
【0008】
13は電圧制御手段で、計測終了手段13に同期して計測回路8の電圧を低下させ、又計測開始手段11による計測開始と同期して計測回路8の電圧を復帰させる。
【0009】
次に従来例の構成の動作を説明する。都市ガス、LPガス等の媒体ガスの流れる流体管路1内において、計測開始手段11から送信回路4からバースト信号が送出され、第1振動子2で発信された超音波信号は流体管路1の流れの中を伝搬し、第2振動子3で受信され、更に増幅回路5と比較回路6で信号処理され発信から受信までの時間を計時手段7で測定する。
【0010】
流量が大きい時は計時サンプリングを速くして誤差を小さくする必要があり、又流量が小さい時、或いは流量零の時は計測サンプリングを遅くしてもほとんど誤差にならない。よって流量演算手段9の値に応じて計測間隔を変更する。
【0011】
流量演算手段9の値が小さい時周期可変手段10で計測時間の間隔を大きくし、流量演算手段9の値が大きくなるに伴って計測時間の間隔を小さくする。
【0012】
又計測と計測との間には計測回路8の電圧を低減する。流量演算手段9によって流量計測を終了すると計測終了手段12に信号送出し電圧制御手段13で電圧を下げるか零にする。
【0013】
計測開始手段11によって計測開始前に電圧制御手段13により計測回路8の電圧を元に復帰させる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、ガス遮断装置を設置した以降、計測回路8や第1振動子2、或いは第2振動子3の計時変化によりガス器具が未使用時の流量値即ち流量零もしくは所定流量範囲内(この範囲内を流量零と定義する)からずれた場合の対処方法が明確ではなかった。
【0015】
本発明は上記課題を解決するもので、ガス遮断装置設置以降、都市ガスやLPGガス等の使用がない場合、即ちガス器具を未使用時の流量を正確に計測し、ガス媒体使用量及びその使用状態が安全か否かを監視するガス遮断装置を提供することを目的としたものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、媒体内の信号伝搬時間を計測し流速を検出する流速検出手段と、前記流速検出手段で検出した流速より流量に換算する流量演算手段と、前記流量演算手段で求めた流量値が異常使用量か否かを判定する異常判定手段と、前記異常判定手段で異常と判定した時媒体流路を遮断する遮断手段と、器具停止時前記流量演算手段で所定流量範囲以上検出した時前記遮断手段を駆動して流路を閉じ、前記流速検出手段で流速を検出し換算した流量値を補正値とする流量補正手段とを備えたものである。
【0017】
したがって、ガス遮断装置設置以降ガス器具未使用時のガス流量、即ち流量零状態を正確に計測でき、間違ってガス器具を使用したと判断し積算し続けるのを防止でき、かつガスの使用状態を監視するのに正確な使用量を計測し監視できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明は上記目的を達成するため、媒体内の信号伝搬時間を計測し流速を検出する流速検出手段と、前記流速検出手段で検出した流速より流量に換算する流量演算手段と、前記流量演算手段で求めた流量値が異常使用量か否かを判定する異常判定手段と、前記異常判定手段で異常と判定した時媒体流路を遮断する遮断手段と、器具停止時前記流量演算手段で所定流量範囲以上検出した時前記遮断手段を駆動して流路を閉じ、前記流速検出手段で流速を検出し換算した流量値を補正値とする流量補正手段とからなる。
【0019】
そして器具停止時流速検出手段で流速を検出し流量演算手段で流量換算しその結果流量零もしくは所定流量範囲内に入っていなければ、遮断手段により流路を閉じた状態で流速検出手段で流速検知し流量換算しこの値を流量補正値として流量補正手段に記憶するので、以降流量演算手段で求められた流量値は流量補正値で補正されるので器具停止時常に流量零もしくは所定流量範囲内(流量零とする)となり正確に流量計測を行え、間違って器具停止であるのに使用流量ありとして積算するのを防げ、更に利用者のガス使用状態を正確な流量計測で監視できる。
【0020】
更に本発明は上記目的を達成するため、媒体内の信号伝搬時間を計測し流速を検出する流速検出手段と、前記流速検出手段で検出した流速より流量に換算する流量演算手段と、前記流量演算手段で求めた流量値が異常使用量か否かを判定する異常判定手段と、前記異常判定手段で異常と判定した時媒体流路を遮断する遮断手段と、器具停止時前記流量演算手段で所定流量範囲以上検出した時前記遮断手段を駆動して流路を閉じ、前記流速検出手段で流速を検出し換算した流量値を流量補正値とする流量補正手段と、前記流量補正値を一時記憶し、次段の流量補正値でその値が更新される流量補正一時記憶手段とを具備し、前記遮断手段を駆動して流路を開け前記流速検出手段で流速を検出して求めた流量値を前記流量補正一時記憶手段に記憶されている流量補正値で補正するようにしたものである。
【0021】
したがって、器具停止時流速検出手段で流速を検出し流量演算手段で流量換算しその結果流量零もしくは所定流量範囲内に入っていなければ、遮断手段により流路を閉じた状態で流速検出手段で流速検知し流量換算しこの値を流量補正値として一時記憶し、次に遮断手段を駆動し流路を開け又流速検出手段により流速検知し流量値を求めその流量値を一時記憶した流量補正値で補正しその結果流量値が流量零もしくは所定流量範囲内に入っていれば新流量補正値として流量補正手段に記憶するので、以降流量演算手段で求められた流量値は流量補正値で補正されるので器具停止時常に流量零もしくは所定流量範囲内(流量零とする)となり正確に流量計測を行え、間違って器具停止であるのに使用流量ありとして積算するのを防げ、更に利用者のガス使用状態を正確な流量計測で監視できる。
【0022】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図1及び図2を参照して説明する。但し図1、図2において、図3と同一機能を有する構成要素に関しては同一番号を付して説明する。
【0023】
(実施例1)
図1は本発明の実施例1のガス遮断装置で、14は流速検出手段で、都市ガス或いはLPG等のガス媒体の流路1に対向設置された上流側振動子2、下流側振動子3間で超音波信号を一方から他方に発信しその伝搬時間より使用ガスの流速を検出する。流速検出手段14の一例として次の様な方法がある。
【0024】
即ち流速検出手段14は、切替手段15と、送信手段16と、受信手段17と、繰返手段18と、伝搬時間計測手段19とからなる。送信手段16と受信手段17とは切替手段15に接続され、切替手段15はまず送信手段16を上流側振動子2に、受信手段17を下流側振動子3に接続し、次は送信手段16を下流側振動子3に、受信手段17を上流側振動子2に接続するというように交互に送信手段16と受信手段17の接続先を切り替える。
【0025】
繰返手段18は切替手段15により上流側振動子2に送信手段16が、一方下流側振動子3に受信手段17が接続された時、送信手段16から発信された超音波信号が上流側振動子2から流路1を経て更に下流側振動子3から受信手段17で受信されるが、この超音波信号の送信から受信迄を繰り返し行い、更に伝搬時間計測手段19でその間の信号伝搬時間を計測する動作を繰り返し行う。伝搬時間計測手段19は超音波信号の送信から受信までの時間を計測し累積する。
【0026】
次に切替手段15により下流側振動子3に送信手段16が、上流側振動子2に受信手段17が接続され、前述の動作を繰り返し行う。伝搬時間計測手段19は最初受信し求めた伝搬時間と、次に切替手段15により切り替えた後計測した信号伝搬時間とから伝搬時間差を求める。
【0027】
20は流速演算手段で、求めた伝搬時間より流速を求める。21は流量演算手段で、流速演算手段20で求めた流速値より使用している媒体量、即ちガス流量を換算し求める。22は異常判定手段で、流量演算手段21で求めたガス使用量から異常な使用状態かどうかを判定する。
【0028】
例えばストーブ等の使用器具へガスを供給するホースが何らかの原因で外れた時、発生する異常な大流量を監視するための合計流量遮断値や、器具の通常使用する最大使用時間よりはるかに長く使用された場合に対応した使用時間の制限時間を規定した使用時間遮断テーブルが異常判定手段22に格納され、それに該当する異常がないか監視する。
【0029】
また23が遮断手段で、異常判定手段22から異常と判定された時遮断信号が出力されガス流路1を遮断する。24は流量補正手段で、遮断手段23で流路1を閉じ流速検出手段14で流速を検出し流量演算手段21で求めた流量値を流量零時の流量補正値として記憶する。
【0030】
25は報知手段で、異常判定手段22でガスの使用状態が異常と判定し、遮断手段23を駆動した場合遮断状態や遮断内容を液晶表示素子等に表示すると共にガスの安全監視を行っているセンタに電話回線などで通報する。
【0031】
次に上記構成の動作を説明する。ガス遮断装置設置時、ガス器具の使用がない時流速検出手段14で検出した流速値より流量演算手段21で換算した流量値は零或いは所定流量範囲内(例えば±1.5L/h未満)である。
【0032】
流量零となるように予め流量補正値を計測し流量零或いは所定流量範囲内となるように流量補正手段24に記憶させ、流量演算手段24で換算した流量値を流量補正値で補正している。
【0033】
ここでガスの未使用時とは例えば流量演算手段21でガス器具使用時その使用流量を登録するが、全く未登録の時器具の使用が無いと判定する。
【0034】
しかし長期的に使用するに従って種々の環境条件、温度や湿度等の影響により器具未使用時の流量値が流量零あるいは所定流量範囲内とならずあたかも何らかのガス器具を使用しているかの流量値を示し、流量零状態或いは所定流量範囲(例えば±1.5L/h未満)より逸脱する。
【0035】
従って予め求めていた流量補正値よりずれる場合がある。
【0036】
そこで下記のような方法で新流量補正値を求め所定流量範囲内となるように調整する。
【0037】
器具停止状態で流路1に設置した流量検出手段14で流速検知し流量演算手段21で流量値に換算し所定流量範囲内の流量値として検出されていたのに、所定範囲より逸脱する流量値が検出された時、流量零状態よりずれたと判定し遮断手段23を駆動し、流路1を遮断する。
【0038】
流量補正手段24は遮断手段23より流路1が遮断され、かつ流量演算手段21より流量零状態より逸脱した信号を入力すると新流量補正値計測状態に入る。遮断手段23で流路1を閉じるので流量補正値は器具が使用されない、完全に流量がない状態で計測される。次に流速検出手段14により流速が検出され、流量演算手段21で流量値に換算される。ここで流速検出手段14の一例の動作を説明する。
【0039】
流路(ガス配管)1内で、斜向設置された上流側振動子2、および下流側振動子3との間で超音波信号を送受信する。
【0040】
切替手段18により上流側振動子2に送信手段19が接続され、一方受信手段20に下流側振動子3が接続され、送信手段20から発信された信号を上流側振動子2から下流側振動子3を介し受信する。
【0041】
この動作を繰返手段21で設定された回数だけ行う。いわゆるシングアラウンド系を構成する。送信手段19より発射された超音波信号を受信手段20が受信する迄の伝搬時間を累積し、その時間を伝搬時間計測手段22で求める。
【0042】
次に、切替手段15は下流側振動子3に送信手段16を接続し上流側振動子2に受信手段17を接続する。送信手段16より超音波信号を出力し下流側振動子3を介し流路1を経て上流側振動子2に接続された受信手段17で信号受信する。
【0043】
前述同様に繰返手段18で設定された回数だけ行う。送信手段16より発射された超音波信号を受信手段17が受信する迄の伝搬時間を伝搬時間計測手段19で累積し求め、更に上流から下流へ超音波信号を発射した時の伝搬時間と、下流から上流へ発射した時の伝搬時間とから伝搬時間差を求める。
【0044】
流速演算手段20は伝搬時間計測手段19で求めた伝搬時間を流速値Vに換算し、次に流量演算手段21は流速値Vを流量値Qに換算する。
【0045】
図1でAはガス媒体の流れる方向を示す。
【0046】
通常、器具を使用している時は伝播時間差を生じ、流量は次のように求められる。流速V、流路断面積S、信号伝播距離L、信号伝播方向とガス流れ方向との角度θ、上流振動子2から下流振動子3への超音波信号伝播時間t1、下流振動子3から上流振動子2への信号伝播時間t2とすると流量値Q(L/h)は、下式となる。
【0047】
Q=V×S=(L/(2COSθ))×(1/t1−1/t2)×S
上式で求められた流量値は、本来器具停止時伝搬時間差が零となり結果流量零となるはずが、或いは所定流量範囲内の流量(例えば±1.5L/h未満)となるはずが、温度等の環境要因によりずれてくる。そして本来の流量零或いは所定流量範囲より逸脱する。
【0048】
そこで、遮断手段23を駆動し流路1を閉じた状態で流速検出手段14により流速を求め上式で流量値に換算する。この流量値を新流量補正値として流量補正手段24に記憶する。
【0049】
そしてこの記憶した流量補正値を用いて流量演算手段21で流量換算時に補正する。以降遮断手段26を駆動し流路1を開け通常通りガス器具が使用できる状態で、流速検出手段14で流速を検出し流量演算手段21で換算した流量値を流量補正手段24に記憶した新流量補正値で補正(補正値の符号は±があり、加算補正又減算補正がある)する。
【0050】
結果、器具停止時の流量値は流量零或いは所定流量範囲内(流量零範囲と定義する)に入り、器具使用時も正確に流量計測ができる。
【0051】
流量補正値は流量零時の零点補正値(零点オフセット値)として更新され、常に流量零となるように調整される。ガス器具未使用時、ずれて検出された微少流量をあたかも器具が使用されていると間違ってガス使用量積算されたり、又ガスが漏れているとして間違って警告表示されることがなく極めて流量計測精度が向上し安全性、使い勝手が向上する。
【0052】
このようにしてガス遮断装置設置以降自動的に流量零状態に調節するように流量補正値を求め設定できるので、ガス器具使用状態の監視において間違って異常な大流量と後判定し合計流量遮断としたり、又使用時間遮断の制限時間を決定する際のガス流量の計測を間違って行い異なる制限時間を設定されることなく正確に異常判定手段21でガスの使用状態を監視できる。
【0053】
(実施例2)
図2は本発明の実施例2のガス遮断装置である。図2において、図1、及び図3と同一機能を有する構成要素には同一番号を付し説明は省略する。
【0054】
図2で、26は流量補正一時記憶手段で、器具停止時の流量値を求めるため遮断手段23を駆動し流路1を閉じ、流速検出手段14により流速を検出し流量演算手段21で換算した流量値を仮の流量補正値として一時記憶し、その後遮断手段23を駆動し流路1を開け流速検出手段14で流速を検出し流量演算手段21で流量換算し更に換算した流量値を一時記憶した流量補正値で補正し流量零或いは所定流量範囲内に入ったのを確認したら流量補正手段24に出力し新流量補正値として格納する。
【0055】
次に上記構成の動作を説明する。ガス遮断装置設置時、ガス器具の使用がない時流速検出手段14で検出した流速値より流量演算手段21で換算した流量値は零或いは所定流量範囲内(例えば±1.5L/h未満)である。
【0056】
流量零となるように予め流量補正値を計測し流量零或いは所定流量範囲内となるように流量補正手段24に記憶させ、流量演算手段21で換算した流量値を流量補正値で補正している。
【0057】
ここでガスの未使用時とは例えば流量演算手段21でガス器具使用時その使用流量を登録するが、全く未登録の時器具の使用が無いと判定する。
【0058】
しかし長期的に使用するに従って種々の環境条件、温度や湿度等の影響により器具未使用時の流量値が流量零あるいは所定流量範囲内とならずあたかも何らかのガス器具を使用しているかの流量値を示し、流量零状態或いは所定流量範囲(例えば±1.5L/h未満)より逸脱する。
【0059】
従って予め求めていた流量補正値よりずれる場合がある。そこで下記のような方法で新流量補正値を求め所定流量範囲内となるように調整する。
【0060】
器具停止状態で流路1に設置した流量検出手段14で流速検知し流量演算手段21で流量値に換算し所定流量範囲内の流量値として検出されていたのに、所定範囲より逸脱する流量値が検出された時、流量零状態よりずれたと判定し遮断手段23を駆動し、流路1を遮断する。
【0061】
流量補正手段24及び流量補正一時記憶手段26は遮断手段23より流路1が遮断され、かつ流量演算手段21より流量零状態より逸脱した信号を入力すると新流量補正値計測状態に入る。
【0062】
遮断手段23で流路1を閉じるので新流量補正値は器具が使用されない、完全に流量がない状態で計測される。即ち流速検出手段14により流速が検出され、流量演算手段21で流量値に換算される。ここで流速検出手段14の一例の動作を説明する。
【0063】
流路(ガス配管)1内で、斜向設置された上流側振動子2、および下流側振動子3との間で超音波信号を送受信する。
【0064】
切替手段15により上流側振動子2に送信手段16が接続され、一方受信手段17に下流側振動子3が接続され、送信手段16から発信された信号を上流側振動子2から下流側振動子3を介し受信する。
【0065】
この動作を繰返手段18で設定された回数だけ行う。いわゆるシングアラウンド系を構成する。送信手段16より発射された超音波信号を受信手段17が受信する迄の伝搬時間を累積し、その時間を伝搬時間計測手段19で求める。
【0066】
次に、切替手段15は下流側振動子3に送信手段16を接続し上流側振動子2に受信手段17を接続する。
【0067】
送信手段16より超音波信号を出力し下流側振動子3を介し流路1を経て上流側振動子2に接続された受信手段17で信号受信する。前述同様に繰返手段18で設定された回数だけ行う。
【0068】
送信手段16より発射された超音波信号を受信手段17が受信する迄の伝搬時間を伝搬時間計測手段19で累積し求め、更に、上流から下流へ超音波信号を発射した時の伝搬時間と、下流から上流へ発射した時の伝搬時間とから伝搬時間差を求める。流速演算手段20は伝搬時間計測手段19で求めた伝搬時間を流速値Vに換算し、次に流量演算手段21は流速値Vを流量値Qに換算する。図2でAはガス媒体の流れる方向を示す。
【0069】
通常、器具を使用している時は伝播時間差を生じ、流量は次のように求められる。
【0070】
流速V、流路断面積S、信号伝播距離L、信号伝播方向とガス流れ方向との角度θ、上流振動子2から下流振動子3への超音波信号伝播時間t1、下流振動子3から上流振動子2への信号伝播時間t2とすると流量値Q(L/h)は、下式となる。
【0071】
Q=V×S=(L/(2COSθ))×(1/t1−1/t2)×S
上式で求められた流量値は、本来器具停止時伝搬時間差が零となり結果流量零となるはずが、或いは所定流量範囲内の流量(例えば±1.5L/h未満)となるはずが、温度等の環境要因によりずれてくる。そして本来の流量零或いは所定流量範囲より逸脱する。
【0072】
そこで、遮断手段23を駆動し流路1を閉じた状態で流速検出手段14により流速を求め上式で流量値に換算する。
【0073】
この流量値を仮の流量補正値として流量補正一時記憶手段26に記憶する。次に遮断手段23を駆動し流路1を開ける。
【0074】
そして流速検出手段14により流速を検出し流量演算手段21で流量値に換算し更に流量補正一時記憶手段26に記憶した仮の流量補正値で補正し流量零或いは所定流量範囲内に入るか確認する。
【0075】
即ち、新流量補正値を求めるために遮断手段23を駆動し流路1を閉じた状態で流速及び流量を求めたが、誤ってこの最中にガス器具を使用された場合間違った流量値を計測し流量補正値として記憶されるのを防ぐためこのように一度仮の流量補正値として記憶し、再度流路1を開け流速検出手段14で流速検出し流量値を求め仮の流量補正値で補正し正確に流量零状態になるのを確認する。
【0076】
そして結果流量零状態或いは所定流量範囲内(例えば±1.5L/h未満)に入るのを確認した以降この記憶した流量補正値を用いて流量演算手段21で流量換算時に補正する。即ち、通常通りガス器具を使用できる状態において、流速検出手段14で流速を検出し流量演算手段21で換算した流量値が所定流量範囲内に入るのを確認し流量補正一時記憶手段26に記憶した流量補正値を新流量補正値として流量補正手段24に記憶(補正値の符号は±があり、加算補正又減算補正がある)し、以降この補正値を使用する。
【0077】
結果、器具停止時の流量値は流量零或いは所定流量範囲内(流量零範囲と定義する)に入り、器具使用時も正確に流量計測ができる。流量補正値は流量零時の零点補正値(零点オフセット値)として更新され、常に流量零となるように調整される。
【0078】
ガス器具未使用時、ずれて検出された微少流量をあたかも器具が使用されていると間違ってガス使用量積算されたり、又ガスが漏れているとして間違って警告表示されることがなく極めて流量計測精度が向上し安全性、使い勝手が向上する。
【0079】
このようにしてガス遮断装置設置以降自動的に流量零状態に調節するように流量補正値を求め設定できるので、ガス器具使用状態の監視において間違って異常な大流量と後判定し合計流量遮断としたり、又使用時間遮断の制限時間を決定する際のガス流量の計測を間違って行い異なる制限時間を設定されることなく正確に異常判定手段24でガスの使用状態を監視できる。
【0080】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように、本発明によれば、正確に異常判定手段でガスの使用状態を監視でき、極めて流量計測精度が向上し、安全性、使い勝手が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1のガス遮断装置の制御ブロック図
【図2】 本発明の実施例2のガス遮断装置の制御ブロック図
【図3】 従来のガス遮断装置の制御ブロック図
【符号の説明】
14 流速検出手段
21 流量演算手段
22 異常判定手段
23 遮断手段
24 流量補正手段
26 流量補正一時記憶手段

Claims (2)

  1. 媒体内の信号伝搬時間を計測し流速を検出する流速検出手段と、前記流速検出手段で検出した流速より流量に換算する流量演算手段と、前記流量演算手段で求めた流量値が異常使用量か否かを判定する異常判定手段と、前記異常判定手段で異常と判定した時媒体流路を遮断する遮断手段と、器具停止時前記流量演算手段で所定流量範囲以上検出した時前記遮断手段を駆動て流路を閉じ、前記流速検出手段で流速を検出し換算した流量値を補正値とする流量補正手段とを備えたガス遮断装置。
  2. 媒体内の信号伝搬時間を計測し流速を検出する流速検出手段と、前記流速検出手段で検出した流速より流量に換算する流量演算手段と、前記流量演算手段で求めた流量値が異常使用量か否かを判定する異常判定手段と、前記異常判定手段で異常と判定した時媒体流路を遮断する遮断手段と、器具停止時前記流量演算手段で所定流量範囲以上検出した時前記遮断手段を駆動して流路を閉じ、前記流速検出手段で流速を検出し換算した流量値を流量補正値とする流量補正手段と、前記流量補正値を一時記憶し、次段の流量補正値でその値が更新される流量補正一時記憶手段とを具備し、前記遮断手段を駆動して流路を開け前記流速検出手段で流速を検出して求めた流量値を前記流量補正一時記憶手段に記憶されている流量補正値で補正するようにしたガス遮断装置。
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