KR20110053171A - 수상 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강/호수의 물의 흐름 및 파도에 의해서도 그 위치를 유지할 수 있는 수상 구조물을 개시한다. 본 발명에 따른 수상 구조물은 부력을 갖는 재료로 제조되며, 소정 위치에 관통 개구가 형성되어 있는 플로팅 플레이트; 플로팅 플레이트에 형성된 관통 개구를 통과하며, 한 종단은 강/호수 바닥에 대응하며, 또 다른 종단은 플로팅 플레이트의 상부로 돌출된 포스트 부재; 포스트의 상단부에 연결되어 외력에 의한 플로팅 플레이트의 수면 상에서의 이동을 억제하는 제 1 지지 수단; 및 포스트의 하단부에 연결되어 외력에 의한 플로팅 플레이트의 수면 상에서의 이동을 억제하는 제 2 지지 수단을 포함한다. 제 1 지지 수단은 제 1 및 제 2 케이블로 이루어질 수 있다. 여기서, 제 1 케이블은 제 1 종단이 포스트 부재의 상단부에 고정되며, 제 2 종단은 강의 양안 중 한 강변에 고정된다. 또한, 제 2 케이블은 제 1 종단이 포스트 부재의 상단부에 고정되며, 제 2 종단은 강의 양안 중 다른 강변에 고정된다. 제 2 지지 수단은 다수의 케이블을 포함하되, 각 케이블의 제 1 종단이 포스트 부재의 하단부에 고정되며, 제 2 종단은 강/호수의 바닥에 고정된다.

Description

수상 구조물{Float type construction}
본 발명은 수상 구조물에 관한 것으로서, 특히 물의 흐름 및 파도에 의한 이동 및 자세의 변화를 억제할 수 있도록 구성한 수상 구조물에 관한 것이다.
일반적으로 강 또는 호수에는 다양한 종류의 수상 구조물이 설치되어 운영되고 있다. 예를 들어, 태양광 발전 부재가 설비된 수상 구조물이 강 또는 호수에 설치되어 있다.
태양 빛을 받아 열을 발생시킨 후 발생된 열을 이용하여 에너지를 생산하는 태양열 발전과 달리, 태양광 발전은 태양 빛을 받아 반도체 물질로 이루어진 태양 전지에서 바로 전기를 생성하는 원리를 갖고 있다.
이러한 태양광 발전은 빛이 조사(照射)되면 광전 효과에 의해 광 기전력을 발생하는 태양 전지를 이용한 발전 방식으로서, 일반적으로 태양 전지(Solar Cell)로 구성된 모듈(Module), 축전지 및 전력 변환 장치로 구성된다.
도 1은 태양광 발전 설비를 구비한 수상 구조물의 사시도로서, 수상 구조물(10)은 수면에서 부유하는 플레이트 형 플로팅 부재(11), 플로팅 부재(11)의 상부면에 배치된 다수의 태양 전지 모듈(12) 및 관련 부재(예를 들어, 전력 변환 장치 및 축전지 등)을 포함한다.
여기서, 태양 전지 모듈(12) 및 발전에 필요한 관련 부재들은 일반적으로 태양광 발전에 사용되는 부재들이다. 태양 전지 모듈(12)은 다수의 태양 전지를 연결하여 모듈화한 것으로서, 태양 전지에서는 내장된 반도체 물질이 태양빛을 받아 전기를 생성한다. 각 태양 전지 모듈(12)은 지지대에 의하여 회전 가능하게 지지되며, 따라서 태양 빛은 태양 전지 모듈(12)에 거의 수직으로 입사될 수 있다.
강과 호수 등의 강변, 호수변을 제외한 영역은 주변에 나무, 바위 등과 같은 태양광의 조사에 영향을 미치는 장애물이 없는 자연적인 조건을 갖고 있으며, 따라서 위와 같은 태양광 발전 부재가 설비된 수상 구조물(10)을 강 또는 호수에 설치할 경우, 발전 효율을 극대화할 수 있다.
수상 구조물(10)의 상하 위치 변화는 태양광이 태양 전지 모듈(12)에 입사하는데 큰 영향을 미치지 않지만, 수면 상에서의 수상 구조물(10)의 좌우 이동 및 전후 이동은 태양 전지 모듈(12)에 입사되는 태양광의 입사량에 많은 영향을 미치며, 따라서 발전 용량 및 발전 효율을 결정하는 큰 요인으로 작용할 수 있다.
강에서는 물이 일정한 방향(상류에서 하류)으로 항상 흐르고 있으며, 따라서 수상 구조물(10)의 플로팅 부재(11)는 이 물의 흐름에 따라 상류에서 하류로 이동할 수 밖에 없다. 이 밖에 불규칙한 물의 흐름에 의하여 플로팅 부재(11)가 강의 양안(兩岸)중 어느 한 곳으로 떠밀려 이동할 수 있다.
이와 같은 이유로 인하여 수상 구조물(10)이 하류 또는 양안으로 이동할 경우, 태양 전지 모듈의 발전 효율은 낮아질 수 있으며, 또한 발전 설비를 유지 보수하는데 어려움이 발생한다.
물의 흐름이 비교적 적은 호수에는 지형적인 영향으로 인하여 높은 풍속의 바람이 부는 경우가 많으며, 이 바람으로 인하여 호수면에 파도가 발생한다. 이러한 파도에 의하여 호수에 설치된 수상 구조물은 그 위치 및 자세가 변화되며, 수상 구조물의 위치 및 자세의 변화 역시 발전 효율에 큰 영향을 미친다.
본 발명은 물의 흐름 및 수면에서의 파도에 의하여 발생하는, 강 또는 호수의 수면에 설치된 수상 구조물의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 물의 흐름 및 파도에 의해서도 그 위치를 유지할 수 있는 수상 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 수상 구조물은 부력을 갖는 재료로 제조되며, 소정 위치에 관통 개구가 형성되어 있는 플로팅 플레이트; 플로팅 플레이트에 형성된 관통 개구를 통과하며, 한 종단은 강/호수 바닥에 대응하며, 또 다른 종단은 플로팅 플레이트의 상부로 돌출된 포스트 부재; 포스트의 상단부에 연결되어 외력에 의한 플로팅 플레이트의 수면 상에서의 이동을 억제하는 제 1 지지 수단; 및 포스트의 하단부에 연결되어 외력에 의한 플로팅 플레이트의 수면 상에서의 이동을 억제하는 제 2 지지 수단을 포함한다.
여기서, 플로팅 플레이트 상에는 다양한 종류의 장비가 선택적으로 장착될 수 있으며, 예를 들어 태양 전지 모듈을 포함한 태양광 발전 설비가 플로팅 플레이트에 장착될 수 있다.
한편, 제 1 지지 수단은 제 1 및 제 2 케이블로 이루어질 수 있다. 여기서, 제 1 케이블은 제 1 종단이 포스트 부재의 상단부에 고정되며, 제 2 종단은 강의 양안 중 한 강변에 고정된다. 또한, 제 2 케이블은 제 1 종단이 포스트 부재의 상단부에 고정되며, 제 2 종단은 강의 양안 중 다른 강변에 고정된다.
바람직하게는, 제 1 지지 수단의 제 1 및 제 2 케이블은 일직선 상태로 배치되며, 포스트 부재와 수직을 이룬다. 또한, 제 1 지지 수단의 제 1 및 제 2 케이블은 강물의 흐름 방향에 수직인 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.
여기서, 제 1 지지 수단의 제 1 및 제 2 케이블의 제 2 종단은 양 강변에 설치된 구조물에 각각 고정될 수 있다.
본 발명에 따른 수상 구조물에서, 제 1 지지 수단 및 제 2 지지 수단 중 적어도 하나의 지지 수단은 제 1 케이블의 종단이 고정된 윈치를 더 포함하여 제 1 케이블의 장력을 조절할 수 있다. 특히, 제 1 지지 수단 및 제 2 지지 수단 중 적어도 하나의 지지 수단은 제 1 케이블에 설치된 장력 감지 센서를 더 포함하여 제 1 케이블의 장력 관련 신호에 의하여 윈치가 작동하여 제 1 케이블의 장력을 조절할 수 있다.
한편, 제 2 지지 수단은 다수의 케이블을 포함하되, 각 케이블의 제 1 종단이 포스트 부재의 하단부에 고정되며, 제 2 종단은 강/호수의 바닥에 고정된다.
각 케이블의 제 2 종단에는 앵커가 고정될 수 있으며, 또는 강/호수 바닥에 설치된 구조물에 고정될 수 있다.
바람직하게는, 제 2 지지 수단은 4개의 케이블로 이루어지되, 4개의 케이블은 90도의 각도 간격을 가지며, 물의 흐름 방향에 대하여 45도 각도를 두고 배치된 다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 플로팅 플레이트를 관통하는 포스트 부재의 상단부 및 하단부에 제 1 및 제 2 지지 수단이 고정되어 있기 때문에 강물의 흐름에 의하여 플로팅 플레이트가 강의 하류로 이동하는 것을 억제할 수 있어 수상 구조물이 하류로 이동하는 것이 억제된다.
또한, 강 또는 호수에서의 바람 및 파도에 의하여 수상 구조물이 강변 또는 호수변으로 이동하는 것도 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 태양광 발전 설비를 구비한 수상 구조물의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 수상 구조물의 평면도로서, 수면 부상식 태양광 발전 설비가 장착된 상태를 도시함.
도 3은 도 2의 선 A-A을 따라 절취한 상태의 단면도로서, 점선은 수위가 변함에 따라 변화한 수상 구조물(플로팅 플레이트 및 태양광 발전 설비)의 위치를 도시함.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수상 구조물을 상세히 설명한다. 한편, 첨부된 도면 및 이하의 설명에서는 수면 부상식 태양광 발전 부재가 설치된 수상 구조물을 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 다양한 설비가 장착된 수상 구조물에 적용할 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명에 따른 수상 구조물의 평면도 그리고 도 3은 도 2의 선 A-A을 따라 절취한 상태의 단면도이다. 도 2에서는 본 발명에 따른 수상 구조물이 강에 설치된 상태를 한 예로서 도시되어 있다.
여기서, 도 2 및 도 3에 도시된 수상 구조물의 전체적인 구성은 도 1에 도시된, 태양광 발전 설비를 구비한 수상 구조물의 구성과 유사하다.
본 발명에 따른 수상 구조물(100)은 수면 상에 부유하는 플로팅 플레이트(110), 플로팅 플레이트(110) 상에 장착된 태양광 발전 설비(도 2 및 도 3에서는 태양 전지 모듈(120)만을 도시함), 플로팅 플레이트(110)를 관통하여 수면에 대하여 수직인 상태로 배치된 포스트 부재(130), 포스트 부재(130)의 상단부에 고정적으로 연결된 제 1 지지 수단(140) 및 포스트 부재(130)의 하단부에 고정적으로 연결된 제 2 지지 수단(150)을 포함한다.
각 부재의 구성 및 기능을 각 도면을 통하여 구체적으로 설명한다.
플로팅 플레이트(110)
수면 상에 위치하는 플로팅 플레이트(110)는 부력을 갖는 재료로 제조되며, 소정 위치, 바람직하게는 중앙부에 관통 개구(111)가 형성되어 있다.
태양광 발전 설비
플로팅 플레이트(110)의 상부 면에는 태양 전지 모듈(120), 전력 변환 장치 및 축전지 등과 같은 태양광 발전 설비가 설치되어 있다. 태양광 발전 설비의 구성 및 기능을 일반적인 것이며, 따라서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
포스트 부재(130)
소정 길이를 갖는 포스트 부재(130)는 플로팅 플레이트(110)에 형성된 관통 개구(111)를 통과한다. 포스트 부재(130)의 한 종단(하단)은 강 바닥에 대응하며, 또 다른 종단(상단)은 플로팅 플레이트(110)의 상부로 돌출된 상태이다.
포스트 부재(130)는 플로팅 플레이트(110)를 지지할 수 있는 강도를 갖는다면 그 재료및 형상은 제한되지 않는다. 예를 들어, 포스트 부재(130)는 소정 직경을 갖는 스틸 로드(steel rod)일 수 있으며, 또한 케이블 또는 체인을 포스트 부재(130)로 사용할 수 있다.
제 1 지지 수단(140)
포스트 부재(130)의 상단부에 연결된 제 1 지지 수단(140)은 다수의 케이블을 포함한다. 도 2 및 도 3은 2개의 제 1 및 제 2 케이블(141 및 142)이 제 1 지지 수단(140)을 구성한 것을 도시한다.
제 1 지지 수단(140)의 제 1 케이블(141)은 제 1 종단이 포스트 부재(130)의 상단부에 고정되며, 제 2 종단은 강의 양안 중 한 강변에 설치된 구조체(141-1)에 고정되어 있다. 또한, 제 1 지지 수단(140)의 제 2 케이블(142)은 제 1 종단이 포스트 부재(130)의 상단에 고정되며, 제 2 종단은 강의 양안 중 다른 강변에 설치된 구조체(142-1)에 고정되어 있다.
여기서, 제 1 지지 수단(140)의 제 1 및 제 2 케이블(141 및 142)은 일직선 상태로 배치되는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 제 1 및 제 2 케이블(141 및 142)은 강물의 흐름 방향에 수직인 방향으로 배치된다. 또한, 제 1 및 제 2 케이블(141 및 142)은 포스트 부재(130)와 수직을 이루는 것이 바람직하다.
제 1 케이블(141)의 제 2 종단은 구조체(141-1)에 설치된 윈치(141-2)에 고정되어 있으며, 따라서 윈치(142-1)의 작동에 따라 제 1 케이블(141)의 장력은 조절될 수 있다.
한편, 제 1 케이블(141)에는 케이블의 장력을 감지하는 센서(141-3)가 설치될 수 있으며, 이 센서(141-3)는 감지된 제 1 케이블(141)의 장력 관련 신호를 제어부(도시되지 않음)로 전송한다.이 신호에 기초하여 제어부는 윈치(141-2)를 작동시켜 제 1 케이블(141)을 감거나 풀게 된다.
여기서, 제 2 케이블(142)의 종단이 고정된 윈치(142-2)가 구조체(142-1)에 설치될 수 있으며, 제 2 케이블(142)의 장력을 감지하는 센서(142-3)도 제 2 케이블(142)에도 설치될 수 있음은 물론이다.
제 2 지지 수단(150)
포스트 부재(130)의 하단부에 연결된 제 2 지지 수단(150)은 다수의 케이블을 포함한다. 도 2 및 도 3은 4개의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 케이블(151, 152, 153 및 154)이 제 2 지지 수단(150)을 구성한 상태를 도시한다. 여기서, 제 2 지지 수단(150)을 구성하는 제 1 내지 제 4 케이블(151, 152, 153 및 154)은 동일한 구성을 가지며, 따라서 이하에서는 제 1 케이블(151)만을 예를 들어 설명한다.
제 2 지지 수단(150)의 제 1 케이블(151)은 제 1 종단이 포스트 부재(130)의 하단부에 고정되며, 제 2 종단은 하나의 강변에 인접한 강 바닥에 고정될 수 있다. 제 1 케이블(151)의 제 2 종단을 강바닥에 고정하기 위하여 다양한 수단이 이용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 케이블(151)의 제 2 종단에 앵커(151-1)를 고정한 상태에서 앵커(151-1)를 강 바닥에 고정함으로써 제 1 케이블(151)의 제 2 종단이 강바닥에 고정될 수 있다. 또 다른 수단으로서는, 강 바닥에 콘트리트 구조물을 구축한 후, 이 콘크리트 구조물에 제 1 케이블(151)의 제 2 종단을 고정할 수 있다.
한편, 제 2 지지 수단(150)을 구성하는 케이블의 수는 제한되지는 않지만, 플로팅 플레이트(110)를 효과적으로 지지하기 위하여, 즉 플로팅 플레이트(150)의 하류로의 이동 및 어느 한 강변으로의 이동을 억제하기 위하여 4개의 케이블(151, 152, 153 및 154)을 90도의 각도 간격을 둔 상태에서 강물의 흐름 방향에 대하여 45도 각도를 두고 배치하는 것이 바람직하다.
위와 같이 구성된 본 발명에 따른 수상 구조물의 기능을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 수상 구조물(100)에서는, 강 또는 호수의 수위가 변화함에 따라서 플로팅 플레이트(110)가 포스트 부재(130)를 따라 상하로 이동할 수 있으며, 따라서 수위의 변화에 따라 자유롭게 상하 이동할 수 있다.
즉, 도 3에서의 점선은 수위가 변함에 따라 변화한 수상 구조물, 즉 플로팅 플레이트(110) 및 태양광 발전 설비의 위치를 도시한 것으로서, 수위에 따라 플로팅 플레이트(110)가 포스트 부재(130)를 따라 하강한 상태를 도시하고 있다.
여기서, 제 1 및 제 2 지지 수단(140 및 150)은 플로팅 플레이트(110)가 아닌 포트스 부재(130)의 상단부 및 하단부에 고정되어 있기 때문에 플로팅 플레이트(110)의 상하 이동은 전혀 영향을 받지 않는다.
한편, 강물의 흐름에 의하여 플로팅 플레이트(110)에는 강의 하류 방향으로의 힘이 작용한다. 그러나, 제 1 지지 수단(140)의 제 1 및 제 2 케이블(141 및 142)의 한 종단이 포스트 부재(130)의 상단부에 고정되어 있고 또 다른 종단이 양 강변의 구조체(141-1 및 142-1)에 고정되어 있기 때문에 포스트 부재(130), 즉 플로팅 플레이트(110)는 제 1 지지 수단(140)의 제 1 및 제 2 케이블(141 및 142)에 의하여 강의 하류 방향으로 이동하지 않는다.
이와 함께, 포스트 부재(130)의 하단부는 제 2 지지 수단(150)을 구성하는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 케이블(151, 152, 153 및 154)의 한 종단(다른 종단은 강바닥에 고정된 상태임)이 고정되어 있기 때문에 포스트 부재(130), 즉 플로팅 플레이트(110)는 강의 하류 방향으로 이동하지 않는다.
위에서 설명한 바와 같이, 강이나 호수에 설치된 수상 구조물(100)은 바람 및 파도에 의하여 강변 또는 호수변을 향하는 힘을 받게 된다. 그러나, 플로팅 플레이트(110)를 관통하는 포스트 부재(130)의 상단부에는 제 1 지지 수단(140)의 제 1 및 제 2 케이블(141 및 142)이 고정되고, 하단부에는 제 2 지지 수단(150)의 제 1 내지 제 4 케이블(151, 152, 153 및 154)이 고정되어 있기 때문에 플로팅 플레이트(110)가 강변 또는 호수변으로 이동하지 않는다.
특히, 포스트 부재(130)의 상단부에 고정된 제 1 지지 수단(140)의 제 1 및 제 2 케이블(141 및 142)이 강물의 흐름 방향과 수직, 즉 양 강변에 수직으로 배치되어 있기 때문에 플로팅 플레이트(110)의 강변으로의 이동은 효과적으로 억제될 수 있다.
이와 함께, 제 2 지지 수단(150)의 다수의 케이블(151, 152, 153 및 154)이 플로팅 플레이트(110)의 외곽부에 동일한 각도 간격을 두고 배치되어 있기 때문에 플로팅 플레이트(110)의 어느 방향으로의 이동의 억제된다.
한편, 태양의 위치에 따라 태양 전지 모듈(120)의 위치도 변화되어야 하며, 이를 위해서 플로팅 플레이트(110)는 포스트 부재(130)를 중심으로 회전하여야 한다. 이와 같이 플로팅 플레이트(110)를 회전시키는 구성은 본 출원인에 의하여 출원되어 등록된 특허 제10-0942904호에 개시되어 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명이에 한정되지 않으며,특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다.

Claims (12)

  1. 부력을 갖는 재료로 제조되며, 소정 위치에 관통 개구가 형성되어 있는 플로팅 플레이트;
    플로팅 플레이트에 형성된 관통 개구를 통과하며, 한 종단은 강/호수 바닥에 대응하며, 또 다른 종단은 플로팅 플레이트의 상부로 돌출된 포스트 부재;
    포스트의 상단부에 연결되어 외력에 의한 플로팅 플레이트의 수면 상에서의 이동을 억제하는 제 1 지지 수단; 및
    포스트의 하단부에 연결되어 외력에 의한 플로팅 플레이트의 수면 상에서의 이동을 억제하는 제 2 지지 수단을 포함하여,
    플로팅 플레이트는 제 1 및 제 2 지지 수단에 의하여 물의 흐름에 의한 이동이 억제되며, 수위 변화에 따라 포스트 부재를 따라 상하 이동하는 것을 특징으로 하는 수상 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서, 플로팅 플레이트 상에 배치된 태양광 발전 설비를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수상 구조물.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1 지지 수단은 제 1 및 제 2 케이블로 이루어지되,
    제 1 케이블은 제 1 종단이 포스트 부재의 상단부에 고정되며, 제 2 종단은 강의 양안 중 한 강변에 고정되고,
    제 2 케이블은 제 1 종단이 포스트 부재의 상단부에 고정되며, 제 2 종단은 강의 양안 중 다른 강변에 고정된 것을 특징으로 하는 수상 구조물.
  4. 제 3 항에 있어서, 제 1 지지 수단의 제 1 및 제 2 케이블은 일직선 상태로 배치되며, 포스트 부재와 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 수상 구조물.
  5. 제 4 항에 있어서, 제 1 지지 수단의 제 1 및 제 2 케이블은 강물의 흐름 방향에 수직인 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 수상 구조물.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 지지 수단의 제 1 및 제 2 케이블의 제 2 종단은 양 강변에 설치된 구조물에 고정된 것을 특징으로 하는 수상 구조물.
  7. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 지지 수단 및 제 2 지지 수단 중 적어도 하나의 지지 수단은 제 1 케이블의 종단이 고정된 윈치를 더 포함하여 제 1 케이블의 장력을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 수상 구조물.
  8. 제 7 항에 있어서, 제 1 지지 수단 및 제 2 지지 수단 중 적어도 하나의 지지 수단은 제 1 케이블에 설치된 장력 감지 센서를 더 포함하여 제 1 케이블의 장력 관련 신호에 의하여 윈치가 작동하여 제 1 케이블의 장력을 조절하는 것을 특징으로 하는 수상 구조물.
  9. 제 1 항에 있어서, 제 2 지지 수단은 다수의 케이블을 포함하되, 각 케이블의 제 1 종단이 포스트 부재의 하단부에 고정되며, 제 2 종단은 강/호수의 바닥에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 수상 구조물.
  10. 제 9 항에 있어서, 각 케이블의 제 2 종단에는 앵커가 고정되어 있어 앵커가 강/호수 바닥에 고정된 것을 특징으로 하는 수상 구조물.
  11. 제 9 항에 있어서, 각 케이블의 제 2 종단은 강/호수 바닥에 설치된 구조물에 고정된 것을 특징으로 하는 수상 구조물.
  12. 제 9항에 있어서, 제 2 지지 수단은 4개의 케이블로 이루어지되, 4개의 케이블은 90도의 각도 간격을 가지며, 물의 흐름 방향에 대하여 45도 각도를 두고 배치된 것을 특징으로 하는 수상 구조물.
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