KR101462011B1 - 강제 대류 구조를 갖는 ｌｅｄ 등명기 - Google Patents

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주재영
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김종욱
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유용수
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Abstract

본 발명은 등명기의 하우징 내부를 관통하는 강제 대류를 발생시켜 LED 모듈의 신속한 냉각을 제공하는 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 회전 가능하게 설치된 하우징과, LED 모듈을 구비한 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기로서, 상기 하우징의 측면에 다수의 공기 유입구가 형성되고, 상기 하우징이 회전함에 따라 상기 공기 유입구를 통해 강제 유입되는 공기가 상기 하우징의 내부에서 이동하여 배출되도록 상기 하우징의 상부에 다수의 공기 배출구를 형성한 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 등명기의 하우징 내부를 관통하는 강제 대류를 발생시켜 LED 모듈의 신속한 냉각을 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

강제 대류 구조를 갖는 ＬＥＤ 등명기{LED BEACON WITH FORCED CONVECTION STRUCTURE}
본 발명은 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 등명기의 하우징 내부를 관통하는 강제 대류를 발생시켜 LED 모듈의 신속한 냉각을 제공하는 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기에 관한 것이다.
일반적으로 등대에는 반짝이는 불빛(섬광)과 반복되는 섬광의 주기(등질)로 신호소의 위치 정보를 제공하기 위해 등광, 즉 등명기가 설치되고, 등명기는 광달거리에 따라 25NM이상은 대형 등명기 10-25NM은 중형 등명기 10NM이하는 소형 등명기로 분류된다.
종래의 회전식 등명기는 기어식 구동 모터방식의 회전장치를 사용하여 회전모터축이 수개의 서로 다른 치차를 연속적으로 변속시키는 전동 방식으로 직간접적으로 구동기능을 수행하고, 렌즈는 유리재질의 프리즘렌즈를 사용하여 백열등의 광을 확산하여 조명하도록 구성되어 있다.
그러나, 이러한 종래의 회전식 등명기는 백열등을 사용함에 따른 원거리 조명의 한계성을 갖고 있어, 근래에는 한국 등록특허 제10-1123284호와 같이 백열등 대신에 직진성으로 원거리 조명에 적합한 엘이디가 적용된 "광 확산 렌즈를 갖는 엘이디 고광도 전방향 섬광등"이 제안된 바 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 엘이디 고광도 전방향 섬광등을 나타낸 사시도로서, 다수의 광 확산 렌즈(10), 섬광등(20), 반구형 캡(21), 수직봉(21'), 상부 반사 플레이트(22), 광 모듈(23), 반사판(23'), 방열판(23"), 하부 반사 플레이트(24), 볼트(24') 및 본체 하우징(25)을 포함한다.
상기 다수의 광 모듈(23)은 내부에 엘이디 램프(미도시)를 내장하고, 수직방향의 바형태로 형성되어, 상기 하부 반사 플레이트(22)의 위에서 서로 인접한 다른 광 모듈(23)과 나란하도록 원통형으로 배치되며, 6개의 광 모듈(23)을 외부를 향하도록 6각형으로 배치하여 전방향에 빛을 조사하도록 구성되었다.
그러나 이러한 종래의 엘이디가 적용된 등명기는 다수의 광 모듈(23)과 상기 광 모듈(23)에서 발생되는 열을 방출하기 위한 다수의 방열판(23")이 설치되어 있지만, 상기 방열판(23")에서 발생되는 열을 자연 대류를 통해 방출시키므로 열방출 효율이 낮아 광 모듈(23)을 신속하게 냉각시키지 못하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 엘이디가 적용된 등명기는 광 모듈(23)을 냉각시키기 위해 다수의 방열판(23")이 설치되어 등명기의 크기가 증가하는 문제점이 있다.
한국 등록특허 제10-1123284호
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 등명기의 하우징 내부를 관통하는 강제 대류를 발생시켜 LED 모듈의 신속한 냉각을 제공하는 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 회전 가능하게 설치된 하우징과, LED 모듈을 구비한 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기로서, 상기 하우징의 측면에 다수의 공기 유입구가 형성되고, 상기 하우징이 회전함에 따라 상기 공기 유입구를 통해 강제 유입되는 공기가 상기 하우징의 내부에서 이동하여 배출되도록 상기 하우징의 상부에 다수의 공기 배출구를 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 LED 등명기는 일측에 집광 렌즈가 설치되고, 상부에 다수의 공기 배출구를 형성한 상부 하우징과, 상기 상부 하우징의 하부에 설치되고, 측면에 다수의 공기 유입구를 형성한 하부 하우징을 구비한 하우징; 상기 하우징에 설치되고, 발광되는 빛을 집광하여 상기 하우징의 상부로 출력하는 LED 모듈; 상기 LED 모듈의 상부에 설치되어 상기 LED 모듈에서 발광되는 빛의 광 경로가 수평방향으로 변경되도록 반사하는 반사부; 상기 하우징에 설치되어 상기 반사부에서 반사된 빛을 집광하여 임의의 배광 패턴을 형성하며 출력되도록 하는 집광 렌즈; 상기 하우징에 설치되어 하우징, 반사부 및 집광 렌즈가 일정 방향으로 회전하도록 구동력을 제공하는 모터부; 및 상기 하우징의 하부에 설치되어 상기 모터부가 회전하도록 지지하는 회전 지지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 LED 등명기는 상기 LED 모듈의 하부에 설치되고, 상기 LED 모듈에서 발생되는 열을 흡수하여 방출되도록 하는 방열부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 방열부는 공기 유입구로 유입된 공기가 관통하여 상부로 이동할 수 있도록 적어도 하나 이상의 방열부 관통공을 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 방열부는 공기 유입구로 유입된 공기가 통과하여 상부로 이동할 수 있도록 다수의 방열핀을 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 반사부는 하부에 공기 유입구로 유입된 공기가 이동하는 반사부 관통공을 형성한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 등명기의 하우징 내부를 관통하는 강제 대류를 발생시켜 LED 모듈의 신속한 냉각을 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 방열 효율의 개선을 통해 LED 모듈의 신속한 냉각이 이루어질 수 있도록 함으로써, 상기 LED 모듈의 수명 연장과 신뢰도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 종래 기술에 따른 엘이디 고광도 전방향 섬광등을 나타낸 사시도.
도 2 는 본 발명에 따른 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기를 나타낸 사시도.
도 3 은 도 2에 따른 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기의 구조를 나타낸 분해 사시도.
도 4 는 도 2에 따른 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기의 강제 대류 과정을 설명하기 위한 일부 분해 사시도.
도 5 는 본 발명에 따른 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기의 다른 실시예를 나타낸 분해 사시도.
도 6 은 도 5에 따른 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기의 강제 대류 과정을 설명하기 위한 일부 분해 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
(제 1 실시예)
도 2는 본 발명에 따른 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 따른 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기의 구조를 나타낸 분해 사시도이며, 도 4는 도 2에 따른 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기의 강제 대류 과정을 설명하기 위한 일부 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기(100)는 하우징(110) 내부를 관통하는 강제 대류를 발생시켜 LED 모듈의 신속한 냉각을 제공할 수 있도록 회전 가능하게 설치된 하우징(110)과, LED 모듈(120)과, 방열부(130)와, 반사부(140)와, 집광 렌즈(150)와, 모터부(160)와, 회전 지지부(170)를 포함하여 구성된다.
상기 하우징(110)은 내부에 중공을 형성하고, 상기 하우징(110)의 측면에 다수의 공기 유입구(112b)가 형성되며, 상기 하우징(110)이 회전함에 따라 상기 공기 유입구(112b)를 통해 강제 유입되는 공기가 상기 하우징(110)의 내부에서 상부로 이동하며 LED 모듈(120) 및 방열부(130)와 열교환된 후 배출되도록 상기 하우징(110)의 상부에 다수의 공기 배출구(112a)가 형성된다.
또한, 상기 하우징(110)은 상부 하우징(110a)과, 하부 하우징(110b)으로 구성되고, 상기 상부 하우징(110a)은 하부가 개방된 원통형상의 부재로서, 내부에 중공이 형성되어 반사부(140)가 수납되며, 상기 상부 하우징(110a)의 일측에는 렌즈 설치부(111a)가 형성되어 집광 렌즈(150)가 고정되도록 한다.
또한, 상기 상부 하우징(110a)은 상부에 다수의 공기 배출구(112a)를 형성하여 LED 모듈(120) 및 방열부(130)와 열교환된 공기가 하우징(110)의 외부로 배출될 수 있도록 한다.
상기 하부 하우징(110b)은 상부 하우징(110a)의 하부에 설치되고, 상부가 개방된 원통 형상의 부재로서, 내부에는 LED 모듈(120)과, 방열부(130)와, 모터부(160)가 수납되도록 공간이 형성되고, 저면에는 관통공(111b)이 형성되며, 상기 하부 하우징(110b)의 측면 외주연을 따라 다수의 공기 유입구(112b)가 돌출되어 설치된다.
상기 공기 유입구(112b)는 하부 하우징(110b)을 관통하는 관통공이 형성되어 상기 하부 하우징(110b)이 일정 방향으로 회전하면, 외부 공기가 상기 관통공을 따라 상기 하부 하우징(100b)의 내부로 유입되도록 경로를 형성한다.
상기 LED 모듈(120)은 하부 하우징(110b)의 상부에 설치되고, LED 칩(121)으로부터 발광되는 빛을 집광하여 상기 하우징(110)의 수직방향 상부로 출력하는 구성으로서, LED 집광 렌즈를 포함한 다수의 LED 칩(121)을 포함하여 구성되며, 상기 LED 칩(121)을 구동하기 위한 구동부(미도시)가 내재된다.
상기 LED 칩(121)은 빛을 발광하는 구성으로서, 고출력의 파워 LED로 이루어진다.
상기 방열부(130)는 LED 모듈(120)의 하부에 설치되고, 상기 LED 모듈(120)에서 발생되는 열을 흡수하여 방출되도록 함으로써, 상기 LED 모듈(120)이 최적의 발광 동작을 수행할 수 있게 한다.
또한, 상기 방열부(130)는 모터부(160)의 모터 회전축(161)과 결합하여 지지됨으로써, 하우징(110)과, 반사부(140)의 회전 동작시에 함께 회전하지 않고 고정되며, 하부 하우징(110b)의 공기 유입구(112b)로 유입된 공기가 상부 하우징(110a)으로 이동할 수 있도록 다수의 방열부 관통공(131)이 상기 방열부(130) 몸체의 둘레를 따라 형성된다.
상기 반사부(140)는 LED 모듈(120)의 상부에 설치되고, 내면이 오목한 돔 형상의 비구면을 형성한 반구로서, 상기 반사부(140)는 반구 형상의 일측이 개방되어 구성되고, 상기 반사부(140)의 하부에는 공기 유입구(112b)로 유입된 공기가 LED 모듈(120) 및 반사부(140)의 내측으로 이동할 수 있도록 장방향의 반사부 관통공(141)이 형성된다.
또한, 상기 반사부(140)는 LED 모듈(120)의 상부를 덮도록 배치되어 상기 LED 모듈(120)에서 수직방향으로 발광되는 빛이 반사부(140)의 내측으로 모여 2차 집광되도록 하며, 상기 2차 집광된 빛의 광 경로를 수직방향에서 수평방향으로 변경되도록 반사한다.
본 실시예에서는 상기 반사부(140)의 형상을 돔 형상의 반구로 한정하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 평면, 포물선 형상, 타원 형상의 반구 등 다양한 형상으로 변경하여 실시할 수 있다.
또한, 상기 반사부(140)는 상부 하우징(110a)의 내측면에 결합하여 하우징(110)이 회전할 경우 함께 회전되도록 한다.
상기 집광 렌즈(150)는 하우징(110)의 렌즈 설치부(111a)에 설치되어 상기 반사부(140)에서 반사된 빛을 3차 집광하여 임의의 배광각을 갖는 배광 패턴이 형성되도록 출력하는 구성으로서, 볼록 렌즈 또는 프레넬 렌즈 중 어느 하나로 이루어지고, 바람직하게는 프레넬 렌즈로 이루어지며, 상기 집광 렌즈(150)는 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 집광 렌즈(150)는 필요에 따라 다른 배광각을 갖는 집광 렌즈로 변경 설치함으로써, 다양한 배광각을 갖는 배광 패턴을 형성할 수도 있다.
상기 모터부(160)는 하부 하우징(110b)의 내부에 일측이 관통공(111b)을 관통하여 설치되고, 상부 및 하부 하우징(110a, 110b)과, 반사부(140)와, 집광 렌즈(150)가 일정 방향으로 회전하도록 구동력을 제공하는 구성으로서, 바람직하게는 브러시레스 모터이다.
또한, 상기 모터부(160)는 모터 회전축(161)의 일측이 방열부(130)와 연결되고, 상기 모터 회전축(161)의 타측은 하부 하우징(110b)의 관통공(111b)을 관통하여 회전 지지부(170)의 지지부 회전축(171)과 연결되며, 상기 모터부(160)의 케이스는 하부 하우징(110b)의 저면과 밀착하여 상기 모터 회전축(161)을 중심으로 모터부(160) 케이스가 회전되도록 한다.
상기 회전 지지부(170)는 하부 하우징(110b)의 하부에 설치되고, 지지부 회전축(171)이 모터부(160)의 모터 회전축(161)과 결합하여 상기 모터부(160)가 회전 가능하게 지지되도록 한다.
다음은 본 발명에 따른 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기(100)의 동작 과정을 설명한다.
모터부(160)에 전원이 공급되면 동력이 전달되어 모터 회전축(161)을 중심으로 모터부(160)의 케이스가 회전하게 되고, 상기 모터부(160)의 케이스가 회전함에 따라 회전 지지부(170)의 상부에 설치된 하부 하우징(110b)이 회전하게 되어 상기 하부 하우징(110b)과 결합된 상부 하우징(110a)이 회전하게 된다.
상기 하부 하우징(110b)이 회전함에 따라 공기 유입구(112b)도 함께 회전하며 외부의 공기가 상기 하부 하우징(110b)의 내부로 강제 유입되도록 안내한다.
상기 공기 유입구(112b)를 통해 하부 하우징(110b)의 내부로 유입된 공기는 상부 하우징(110a)으로 이동하게 되고, 방열부 관통공(131)을 통과하며 방열부(130)와의 열교환을 통해 상기 방열부(130)를 냉각시킨 후 상부 하우징(110a)으로 이동한다.
또한, 상기 방열부 관통공(131)을 통과한 공기의 일부는 반사부 관통공(141)을 통해 LED 모듈(120) 측으로 공급되어 상기 LED 모듈(120)과 열교환을 수행한 다음 상부 하우징(110a)으로 이동한다.
상부 하우징(110a)으로 이동한 열교환된 공기는 상기 상부 하우징(110a)의 상면에 천공된 다수의 공기 배출구(112a)를 통해 하우징(100)의 외부로 배출된다.
따라서 하우징(110)의 회전을 통해 공기 유입구(112b)로 강제 유입된 공기는 LED 모듈(120)과 방열부(130)와 열교환 후 공기 배출구(112a)를 통해 강제 배기됨으로써 등명기의 방열 효과가 증대되고, 이러한 방열 효율의 개선을 통해 LED 모듈(120)의 수명 연장과 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.
(제 2 실시예)
도 5는 본 발명에 따른 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기의 다른 실시예를 나타낸 분해 사시도이고, 도 6은 도 5에 따른 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기의 강제 대류 과정을 설명하기 위한 일부 분해 사시도이다.
도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기(100')는 하우징(110) 내부를 관통하는 강제 대류를 발생시켜 LED 모듈의 신속한 냉각을 제공할 수 있도록 회전 가능하게 설치된 하우징(110)과, LED 모듈(120)과, 방열부(130')와, 반사부(140)와, 집광 렌즈(150)와, 모터부(160)와, 회전 지지부(170)를 포함하여 구성된다.
제 2 실시예에 따른 LED 등명기(100')와 제 1 실시예에 따른 LED 등명기(100)와의 차이점은 방열부(130')의 형상에서 차이점이 있고, 제 1 실시예와 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호를 사용하며, 동일한 구성요소에 대한 반복적인 설명은 생략한다.
제 2 실시예에 따른 LED 등명기(100')의 방열부(130')는 LED 모듈(120)의 하부에 설치되고, 상기 LED 모듈(120)에서 발생되는 열을 흡수하여 방출되도록 함으로써, 상기 LED 모듈(120)이 최적의 발광 동작을 수행할 수 있게 하며, 상기 방열부(130') 몸체의 외주연을 따라 다수의 방열핀(131')이 형성된다.
또한, 상기 방열부(130')는 모터부(160)의 모터 회전축(161)과 결합하여 지지됨으로써, 하우징(110)과, 반사부(140)의 회전 동작시에 함께 회전하지 않고 고정된다.
또한, 상기 방열핀(131')은 하부 하우징(110b)의 공기 유입구(112b)로 유입된 공기가 상부 하우징(110a)으로 이동할 수 있도록 경로를 안내하며 상기 방열핀(131')을 통과하는 공기와 열교환될 수 있도록 하여 열교환 효율이 증가될 수 있게 한다.
따라서 하우징(110)의 회전을 통해 공기 유입구(112b)로 강제 유입된 공기는 LED 모듈(120)과 방열부(130')와의 열교환 후 공기 배출구(112a)를 통해 강제 배기됨으로써 등명기의 방열 효과가 증대되고, 이러한 방열 효율의 개선을 통해 LED 모듈(120)의 수명 연장과 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100, 100' : 등명기 110 : 하우징
110a : 상부 하우징 110b : 하부 하우징
111a : 렌즈 설치부 111b : 관통공
112a : 공기 배출구 112b : 공기 유입구
120 : LED 모듈 121 : LED 칩
130 : 방열부 130' : 방열부
131 : 방열부 관통공 131' : 방열핀
140 : 반사부 141 : 반사부 관통공
150 : 집광 렌즈 160 : 모터부
161 : 모터 회전축 170 : 회전 지지부
171 : 지지부 회전축

Claims (6)

  1. 회전 가능하게 설치된 하우징(110)과, LED 모듈(120)을 구비한 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기로서,
    상기 하우징(110)의 측면에 다수의 공기 유입구(112b)가 형성되고, 상기 하우징(110)이 회전함에 따라 상기 공기 유입구(112b)를 통해 강제 유입되는 공기가 상기 하우징(110)의 내부에서 이동하여 배출되도록 상기 하우징(110)의 상부에 다수의 공기 배출구(112a)를 형성한 것을 특징으로 하는 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 등명기는 일측에 집광 렌즈(150)가 설치되고, 상부에 다수의 공기 배출구(112a)를 형성한 상부 하우징(110a)과, 상기 상부 하우징(110a)의 하부에 설치되고, 측면에 다수의 공기 유입구(112b)를 형성한 하부 하우징(110b)을 구비한 하우징(110);
    상기 하우징(110)에 설치되고, 발광되는 빛을 집광하여 상기 하우징(110)의 상부로 출력하는 LED 모듈(120);
    상기 LED 모듈(120)의 상부에 설치되어 상기 LED 모듈(120)에서 발광되는 빛의 광 경로가 수평방향으로 변경되도록 반사하는 반사부(140);
    상기 하우징(110)에 설치되어 상기 반사부(140)에서 반사된 빛을 집광하여 임의의 배광 패턴을 형성하며 출력되도록 하는 집광 렌즈(150);
    상기 하우징(110)에 설치되어 하우징(110), 반사부(140) 및 집광 렌즈(150)가 일정 방향으로 회전하도록 구동력을 제공하는 모터부(160); 및
    상기 하우징(110)의 하부에 설치되어 상기 모터부(160)가 회전하도록 지지하는 회전 지지부(170)를 포함하는 것을 특징으로 하는 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 LED 등명기는 상기 LED 모듈(120)의 하부에 설치되고, 상기 LED 모듈(120)에서 발생되는 열을 흡수하여 방출되도록 하는 방열부(130, 130')를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 방열부(130)는 공기 유입구(112b)로 유입된 공기가 관통하여 상부로 이동할 수 있도록 적어도 하나 이상의 방열부 관통공(131)을 형성한 것을 특징으로 하는 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 방열부(130')는 공기 유입구(112b)로 유입된 공기가 통과하여 상부로 이동할 수 있도록 다수의 방열핀(131')을 형성한 것을 특징으로 하는 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사부(140)는 하부에 공기 유입구(112b)로 유입된 공기가 이동하는 반사부 관통공(141)을 형성한 것을 특징으로 하는 강제 대류 구조를 갖는 LED 등명기.
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