KR20100112831A - 엘이디 방열 조명등 - Google Patents

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KR20100112831A
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윤승용
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Abstract

본 발명은 발광소자가 엘이디로 구성된 조명장치에 있어서, 복수의 엘이디가 피씨비 하면에 장착되고, 상기 엘이디를 보호하며 빛의 확산을 유발하고, 외부 공기유입이 원활할 수 있도록 모서리가 만곡된 형태로 엘이디 케이스가 형성되며, 상기 엘이디를 통해 피씨비 상부로 발생되는 열을 1차적으로 방열하기 위한 제 1 방열핀이 구비되며, 2차 방열을 위해 상기 제 1 방열핀 위로 천공이 구비된 아치형상의 제 2 방열핀이 형성되며, 내부는 상기 제 2 방열핀이 천정으로부터 일정간격 이격되어 구비될 수 있는 공간이 형성되어 있고, 상부에는 상기 제 2 방열핀의 천공을 통해 공기가 외부로 배출될 수 있도록 처마 형상의 환기구가 구비되며, 하부면에는 공기가 원활히 유입될 수 있도록 하나 이상의 통풍구가 구비된 케이스부가 포함되는 것으로서, 공간활용을 통해 바람의 흐름의 원리를 이용하여 엘이디의 수명을 연장할 수 있는 효과가 발생한다.
조명등, 엘이디, 방열, 통풍

Description

엘이디 방열 조명등{HEAT RELEASE LED LIGHTING}
본 발명은 엘이디 조명장치에 관한 것으로, 특히 조명등의 공간을 활용하고 구조를 변경하여 바람의 흐름을 이용하는 것으로서, 자연적으로 불어오는 바람의 통풍을 통해 조명등의 방열 효과를 극대화할 수 있으며, 엘이디의 발열에 대한 방열을 효율적으로 할 수 있기 때문에 엘이디의 수명을 연장할 수 있는 효과가 발생되는 엘이디 조명등에 관한 것이다.
최근 들어 가로등이나 터널등, 보안등을 포함한 많은 조명등이 엘이디를 발광소자로하여 만들어지고 있는 추세이다.
발광다이오드(luminescent diode)가 다른용어로 표현된 엘이디(light emitting diode;LED)는 반도체에 전압을 가할 때 생기는 발광현상은 전기 루미네선스(전기장발광)라고 하며, 탄화규소 결정의 발광 관측에서 비롯되었다. 비소화갈륨 p-n 접합에서의 고 발광효율이 발견되면서부터 그 연구가 활발하게 진행되었고, 현재는 많은 분야에서 실용화되기에 이르렀다.
한편, 발광파장은 반도체에 첨가되는 불순물의 종류에 따라 다르다. 인화갈륨인 경우, 아연 및 산소 원자가 관여하는 발광은 적색(파장 700nm)이고, 질소 원 자가 관여하는 발광은 녹색(파장 550nm)이다. 발광 다이오드는 종래의 광원(光源)에 비해 소형이고, 수명은 길며, 전기에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 전력이 적게 들고 효율이 좋다.
엘이디 조명 생산시 크게 고려해야하는 것은 바로 수명인데, 다이오드가 발광되어 조명의 기능을 수행하기 때문에 그 자체에서 발생되는 고열을 무시할 수 가 없기 때문이다.
따라서, 엘이디의 발열에 대한 방열을 위해 방열판, 방열핀, 히트파이프, 팬등을 배치하여 최대한의 방열효과를 내기위한 노력이 있어왔다.
특히, 가로등이나 터널등과 같은 크기에 대한 방열을 하기 위해서는 방열핀과 더불어 팬이 이용되는 것이 불가피했다.
하지만, 먼지에 노출되어 팬에 쌓이는 이물질들이 오히려 통풍을 방해하게 되었고, 팬 관리에 대한 시간적 소비도 증가하고 있다.
방열핀을 통한 최대한의 방열로도 엘이디의 수치적인 수명 조차도 유지되지 못하고 있는 실정이다.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 자연적인 바람의 흐름을 이용하여 방열의 효과를 극대화할 수 있는 엘이디 조명등을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 베르누이 원리와 굴뚝의 원리를 이용하여 엘이디에서 발생되는 열에 대한 방열 효과를 통해 엘이디의 수명을 연장시킬 수 있는 엘이디 조명등을 제공함에 있다.
본 발명의 상기 목적을 달성하기 위한 발광소자가 엘이디 조명등은 발광소자가 엘이디로 구성된 조명장치에 있어서, 복수의 엘이디가 피씨비 하면에 장착되고, 상기 엘이디를 보호하며 빛의 확산을 유발하고, 외부 공기유입이 원활할 수 있도록 모서리가 만곡된 형태로 엘이디 케이스와; 상기 엘이디를 통해 피씨비 상부로 발생되는 열을 1차적으로 방열하기 위한 제 1 방열핀과; 2차 방열을 위해 상기 제 1 방열핀 위로 천공이 구비된 아치형상의 제 2 방열핀; 및 내부는 상기 제 2 방열핀이 천정으로부터 일정간격 이격되어 구비될 수 있는 공간이 형성되어 있고, 상부에는 상기 제 2 방열핀의 천공을 통해 공기가 외부로 배출될 수 있도록 처마 형상의 환기구가 구비되며, 하부면에는 공기가 원활히 유입될 수 있도록 하나 이상의 통풍구가 구비된 케이스부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로써, 상기 피씨비에서 발생되는 열을 상기 제 2 방열핀으로 전달하기 위해 제 1 방열핀과 상기 제 2 방열핀의 수직방향으로 관통된 하나 이상의 히트파이프가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로써, 상기 제 1 방열핀 중앙에 위치하며 상기 제 2 방열핀의 천공을 향해 구비된 히트파이프 일면에 통풍 및 발열되는 공기의 3차 방열을 위한 원통 형상의 제 3 방열핀이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로써, 상기 케이스부 하부면으로 공기가 원활히 유입될 수 있도록 구비된 하나 이상의 통풍구는 상기 엘이디 케이스의 만곡된 모서리와 대응되도록 형성된 곡면의 양단의 돌출턱 사이에 구비된 것을 특징으로 한다.
하나의 예로써, 상기 환기구는 베르누이 효과가 적용되어 내부로 유입된 공기의 압력과 상기 환기구 사이를 통과하는 공기의 압력차를 이용하여 외부로 쉽게 배출될 수 있도록 공기가 좁을 공간을 통과할 때 압력을 강하시킬 수 있는 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 조명등의 구조를 통해 자연적으로 발생되는 바람의 흐름을 이용하여 엘이디에서 발생되는 발열에 대한 방열의 효과가 극대화 되어 엘이디의 수명이 연장되는 효과가 있다.
또한, 유입되는 공기가 원활하게 배출될 수 있도록 공기의 흐름을 이용하고, 바람이 없을 때는 압력을 이용하여 공기의 유입을 유도할 수 있는 효율적인 통풍을 통해 방열의 효과를 높이게 되어 엘이디의 수명이 연장되는 효과가 발생하게 된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 도 1 내지 도 6에 의해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 내부 단면도이고, 도 3a 내지 도 3b는 베르누이의 원리의 예를 나타낸 도면이고, 도 4는 굴뚝의 원리의 예를 나타낸 도면이고, 도 5는 베르누이의 원리와 굴뚝의 원리가 적용된 구조의 예를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 공기의 흐름을 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명에서의 엘이디 방열등은 피씨비(14) 하면으로 복수의 엘이디(12)가 장착되고, 엘이디(12)를 보호하며 빛의 확산을 유발하고 외부 공기유입이 원활할 수 있도록 모서리가 만곡된 형태로 형성된 엘이디 케이스(130)와 상기 엘이디(12)를 통해 상기 피씨비(14) 상부로 발생되는 열을 1차적으로 방열하기 위한 제 1 방열핀(52)이 구비되며, 2차 방열을 위해 상기 제 1 방열핀(52) 위로 천공(54)이 구비된 아치형상의 제 2 방열핀(70)이 형성되며, 내부는 상기 제 2 방열핀(70)이 천정으로부터 일정간격 이격되어 구비될 수 있는 공간이 형성되어 있고, 상부에는 상기 제 2 방열핀(70)의 천공(54)을 통해 공기가 외부로 배출될 수 있도록 처마 형상의 환기구(94)가 구비되며, 하부면에는 공기가 원활히 유입될 수 있도록 하나 이상의 통풍구(22,24)가 구비된 케이스부(92)가 포함되어 구성된다.
또한, 상기 피씨비(14)에서 발생되는 열을 상기 제 2 방열핀(70)으로 전달하기 위해 제 1 방열핀(52)과 상기 제 2 방열핀(70)의 수직방향으로 관통된 하나 이상의 히트파이프(54)가 더 포함되어 구성된다.
그리고, 상기 제 1 방열핀(52) 중앙에 위치하며 상기 제 2 방열핀(70)의 천공(54)을 향해 구비된 히트파이프(54) 일면에 통풍 및 발열되는 공기의 3차 방열을 위한 원통 형상의 제 3 방열핀(58)이 더 포함되어 구성된다.
상기 케이스부(92) 하부면으로 공기가 원활히 유입될 수 있도록 구비된 하나 이상의 통풍구(22,24)는 상기 엘이디 케이스(52)의 만곡된 모서리와 대응되도록 형성된 곡면의 양단의 돌출턱(16,18) 사이에 구비된다.
상기 환기구(94)는 베르누이 효과가 적용되어 내부로 유입된 공기의 압력과 상기 환기구 사이를 통과하는 공기의 압력차를 이용하여 외부로 쉽게 배출될 수 있도록 공기가 좁을 공간을 통과할 때 압력을 강하시킬 수 있는 구조로 형성되어 있다.
도 1과 도2를 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성을 구체적으로 설명하면, 상기 엘이디(12)에 대한 전원공급은 상기 피씨비(14)에 구비된 전원공급선(미도시)을 통해 전달받을 수 있으며, 등을 지지하는 지지대(미도시)의 내부 공간에 리드선을 삽입하여 공급할 수 있다.
상기 지지대는 고정홈(95)에 삽입되어 등을 기둥에 고정하게 된다.
상기 케이스부(92)는 방열을 위해 알루미늄으로 구성될 수 있으며, 무게를 줄이기 위해 플라스틱으로 제조될 수 있다.
상기 케이스부(92)의 구성은 공기의 유입이 원활하고 배출이 용이하도록 하나 이상의 통풍구(22,24)가 있으며, 유입된 공기가 원활히 환기구(94)를 통해 배출될 수 있는 구조를 갖는다.
일실시 예로, 케이스부(92)의 윗부분에 곤충이 통과할 수 없는 정도의 하나 이상의 통풍구가 구비될 수 있다.
특히, 하부면에 구비된 돌출턱(16,18)은 유체역학적인 구조로써, 공기의 유입이 보다 원활할 수 있도록 한다.
이는, 공기의 흐름을 이용하여 양력을 발생하도록 하는 비행기 날개의 구조가 응용되어 곡면의 돌출턱(16,18)을 만나는 공기들이 면을 따라서 등 내부로 유입 될 수 있도록 구성된다.
특히, 곡면을 따라 공기들이 흘러가기 때문에 와류현상을 방지하는 효과가 있다.
또한, 곡면의 돌출턱(16,18)과 만곡된 모서리를 갖는 엘이디 케이스(13) 사이로 유입되는 공기의 속도는 베르누이 효과에 의해 빨라지게 되어 배출하기 위한 유속이 발생하게 된다.
상기 케이스부(92)에는 힌지(93)가 구비되어 상부와 하부로 분리될 수 있도록 함으로써, 수리 및 청소가 용이하도록 구성됨이 바람직하다.
복수의 엘이디(12)는 상기 피씨비(14) 하부면에 장착되고 엘이디 케이스(13)가 커버형식으로 일체화될 수 있으며, 상기 피씨비(14) 상부면에 상기 피씨비(14)에서 발생되는 열을 1차적으로 방열하기 위한 제 1 방열핀(52)이 구비되어 있다.
상기 피씨비(14)가 상기 케이스부(92) 하면에 고정되기 위해서는 하부에 구비된 공간이 상기 피씨비(14)의 크기보다 작게 설계되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 방열핀(52)의 양단은 공기의 유입이 원활할 수 있도록 곡면의 형태를 갖는 것이 바람직하며 상기 피씨비(14) 전면이 도포하여 발생되는 열을 최대한 방열할 수 있도록 구성된다.
제 2 방열핀(70)은 케이스부(92)하면의 통풍구(22,24)로 유입되는 공기가 원활히 통과되어 내부로 유입될 수 있도록 터널형식의 아치형상으로 구성될 수 있다.
도시된 실시 예에서는 제 2 방열핀(70)이 상기 제 1 방열핀(52)과 이격되어 구성되도록 하였으나, 상기 제 2 방열핀(70)의 외주변이 상기 제 1 방열핀(52)과 밀착되도록 구성될 수 있다.
상기 히트파이프(54)는 내부를 배기(排氣)한 파이프로 작은 구멍이 많이 뚫려 있는 안쪽에 휘발성 액체를 가득 넣은 것이다.
이 파이프의 한쪽 끝에 열을 가하면 액체는 증발하여 열에너지를 가지면서 다른 끝으로 이동한다.
파이프의 다른 끝에서 방열하고, 속을 지나 본래의 위치로 돌아오는 구조로 되어 있기 때문에 보다 효율적인 방열이 가능하게 된다.
상기 제 1 방열핀(70)과 상기 제 2 방열핀(72) 사이에는 하나 이상의 히트파이프(54)가 수직방향으로 삽입되어 구성된다.
상기 히트파이프(54)는 방열핀 사이로 삽입될 때 효과적인 방열을 위해 이격이 없도록 하는 것이 바람직하다.
상기 히트파이프(54) 하단은 피씨비(14)와 맞닿도록 구성되며, 상단은 상기 제 2 방열핀(70)의 끝까지 삽입되어 고정기둥의 역할을 수행할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 방열핀(52) 중앙에 위치한 히트파이프(54) 일면에는 공기의 상승기류를 발생하도록 제 3 방열핀(58)이 원통형으로 감싸고 있다.
상기 제 3 방열핀(58)은 상기 제 2 방열핀(70) 내부의 공간의 공기를 3차 방열하는 효과가 있다.
또한, 제 3 방열핀(58)은 상기 제 2 방열핀(70) 내부에서 와류된 공기들을 환기구(94)로 원활하게 흘러나갈 수 있도록 하는 역할을 수행한다.
상기 제 2 방열핀(70) 상부에는 천공(72)이 형성되어 있고, 케이스부(92)의 환기구(94)와 대응되어 구성된다.
상기 환기구(94)는 넓은 공간을 지나는 공기보다 좋은 공간을 지나는 공기의 유동 속도가 빠른 원리가 적용된 것이다.
이는, 베르누이 효과에 따라서, 벤츄리 관의 수축부의 유체 유동 속도가 증가하게 되면 해당 유체의 압력이 강하되는 원리가 적용된 것이다.
또한, 보일/샤를의 법칙에 따라서 압력과 기온의 관계에 따라서 내부에서 외부로 공기가 배출되도록하는 것이 적용되었다.
본 발명의 구조에 적용하여 설명하면, 환기구(94)를 통과하는 공기의 흐름은 환기구(94)에 구비된 일정 공간을 통과할 때, 속도가 빨라지고 그에 따라 압력이 강하하게 된다.
내부로 유입된 공기가 더운 공기로 변화되어 상승기류가 발생하고 압력이 강하된 환기구(94)를 통해 공기가 배출되는 효과는 본 발명의 구조에 의해 더욱 극대화 되게 된다.
상기 환기구(94)의 구조는 하나의 실시 예이며, 본 구조로 한정되지는 않는다.
상기 제 2 방열핀(70)은 상기 케이스부(92)와 일정 간격 이격되어 있는데, 이는 상기 케이스부(92)의 재질에 따라서 상기 제 2 방열핀(70)에서 발생되는 열에 의해 변형 또는 변질 될 수 있기 때문이다.
본 발명의 조명장치를 고정하기 위한 고정대와 전원을 공급하기 위한 전원공 급장치는 구조에따라 다양하게 구성될 수 있으며, 당업자에 의해 실시 할 수 있는 것이므로, 구체적인 도시와 설명은 생략하도록 한다.
본 실시 예의 구조는 베르누이의 원리와 굴뚝의 원리를 이용한 구조이며, 그 적용에 대한 설명을 도 3a 내지 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
베르누이 원리는 유체의 속력이 빠를 수록 압력은 낮아지며, 느릴 수록 압력이 높아지는 원리이다.
도 3a와 도 3b에서처럼, 지붕을 지나는 바람의 속도가 빠르게 되며 그에따라 지붕 주위의 공기 압력이 벽체 창부근의 공기 압력보다 작게되어 내부 공기는 상승하게 되는 것이다.
특히 환기구가 있는 경우에는 지붕과 환기구의 좁은 통로를 지나는 공기의 유속이 더 빨라지게 되고, 내부 공기와의 압력차가 더 크게 발생되기 때문에 내부 공기의 상승 효과가 증대된다.
또한 지표면으로부터 수직 거리가 멀어질수록 기류속도는 빨라지게 된다.
도 4는 굴뚝 효과(stack effect)를 나타낸 것인데, 더운 공기는 상승하는 자연대대류에 의한 효과이다.
높이가 다른 개구부에서 동일 지점간의 실내 공기 온도차가 외부 공기 온도차보다 클 때만 실내 공기는 굴뚝 효과에 의해 외부로 배출된다.
굴뚝 효과에 의한 실내 공기 배출 효과를 높이기 위해서는 개구부간의 수직 거리가 멀고 개구부 크기가 클수록 좋다.
도 5는 베르누이 효과와 굴뚝 효과의 혼합에 의한 환기를 나타낸 것인데, 내 부의 구조가 굴뚝과 같은 길이 형성되고 지붕위의 환기구가 형성되어 유속의 차이를 발생하도록 하여 하부로 유입된 공기가 상승기류를 통해 외부로 통풍될 수 있게 된다.
도 6의 단면도를 통해 베르누이 효과와 굴뚝 효과가 적용된 본 발명의 구조와 공기의 흐름을 상세히 설명하면, 케이스부(92)의 힌지(93) 방향으로 바람이 불때, 돌출턱(16)의 곡면과 엘이디 케이스(13)의 곡면 사이로 공기가 흡입된다.
유입된 공기는 1차 방열중인 제 1 방열핀(52)을 통과하고 히트파이프(54)와 제 2 방열핀(70)과 제 3 방열핀(58)에서 발생되는 열을 식히고, 천공(72)을 지나 환기구(94)로 배출된다.
엘이디에서 발생되는 열을 제 1 방열핀(52)을 통해 1차 방열하고 다수의 히트파이프(54)와 제 2 방열핀(70)에 의해 2차 방열하고, 중앙의 히트파이프(54)를 감싸는 제 3 방열핀(58)에 의해 3차 방열되며, 원활한 공기 흐름이 가능한 케이스부(92)의 구조에 의해 4차 방열되는 효과가 나타나기 때문에, 비교적 열에 약한 엘이디의 사용수명이 연장되는 효과가 발생하게 되며, 전기적인 방열 장치들 없이도 효율적인 방열 효과가 나타나게 된다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 조명등의 구조를 통해 자연적으로 발생되는 바람의 흐름을 이용하여 엘이디에서 발생되는 발열에 대한 방열의 효과가 극대화 되어 엘이디의 수명이 연장되는 효과가 있다.
또한, 유입되는 공기가 원활하게 배출될 수 있도록 공기의 흐름을 이용하고, 바람이 없을 때는 압력을 이용하여 공기의 유입을 유도할 수 있는 효율적인 통풍을 통해 방열의 효과를 높이게 되어 엘이디의 수명이 연장되는 효과가 발생하게 된다.
이상 설명된 내용은 본 발명의 실시 예에 의하여 일례로 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 당업자라면 본 발명의 기술사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서에 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 내부 사시도이다.
도 3a 내지 도 3b는 베르누이의 원리의 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 굴뚝의 원리의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 베르누이의 원리와 굴뚝의 원리가 적용된 구조의 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
12 : 엘이디 13 : 엘이디 케이스
14 : 피씨비 16, 18 : 돌출턱
52 : 제 1 방열핀 52 : 제 3 방열핀
54 : 히트파이프 94 : 환기구
95 : 고정홈

Claims (5)

  1. 발광소자가 엘이디로 구성된 조명장치에 있어서,
    복수의 엘이디가 피씨비 하면에 장착되고, 상기 엘이디를 보호하며 빛의 확산을 유발하고, 외부 공기유입이 원활할 수 있도록 모서리가 만곡된 형태로 엘이디 케이스와;
    상기 엘이디를 통해 피씨비 상부로 발생되는 열을 1차적으로 방열하기 위한 제 1 방열핀과;
    2차 방열을 위해 상기 제 1 방열핀 위로 천공이 구비된 아치형상의 제 2 방열핀; 및
    내부는 상기 제 2 방열핀이 천정으로부터 일정간격 이격되어 구비될 수 있는 공간이 형성되어 있고, 상부에는 상기 제 2 방열핀의 천공을 통해 공기가 외부로 배출될 수 있도록 처마 형상의 환기구가 구비되며, 하부면에는 공기가 원활히 유입될 수 있도록 하나 이상의 통풍구가 구비된 케이스부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 엘이디 방열 조명등.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 피씨비에서 발생되는 열을 상기 제 2 방열핀으로 전달하기 위해 제 1 방열핀과 상기 제 2 방열핀의 수직방향으로 관통된 하나 이상의 히트파이프가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 엘이디 방열 조명등.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 방열핀 중앙에 위치하며 상기 제 2 방열핀의 천공을 향해 구비된 히트파이프 일면에 통풍 및 발열되는 공기의 3차 방열을 위한 원통 형상의 제 3 방열핀이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 엘이디 방열 조명등.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스부 하부면으로 공기가 원활히 유입될 수 있도록 구비된 하나 이상의 통풍구는 상기 엘이디 케이스의 만곡된 모서리와 대응되도록 형성된 곡면의 양단의 돌출턱 사이에 구비된 것을 특징으로 하는 엘이디 방열 조명등.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 환기구는 베르누이 효과가 적용되어 내부로 유입된 공기의 압력과 상기 환기구 사이를 통과하는 공기의 압력차를 이용하여 외부로 쉽게 배출될 수 있도록 공기가 좁을 공간을 통과할 때 압력을 강하시킬 수 있는 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 엘이디 방열 조명등.
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