JP5965767B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、貯湯タンクの湯を浴室・台所・洗面所等に供給する給湯装置に関する。

貯湯タンクを収容した貯湯タンクユニット、およびその貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプユニットを備え、貯湯タンクに貯えた湯を貯湯タンクユニットから建屋内の浴室・台所・洗面所等に供給する給湯装置が知られている。

貯湯タンクユニットおよびヒートポンプユニットは屋外に設置され、両ユニット間をつなぐ循環配管も屋外に設置される。このため、外気温度が低くなると、循環配管内の水が凍結することがある。対策として、貯湯タンク内の湯水をポンプの運転により循環配管に通して循環させ、その循環水の熱で循環配管を温めるいわゆる凍結防止運転が行われる。循環配管に凍結防止用の電気ヒータを取付ける例も知られている。

特開２００２−４８３９９号公報

貯湯タンクユニットとヒートポンプユニットとの間の循環配管については上記のように凍結防止運転や凍結防止用の電気ヒータの取付けといった対策がとられているが、貯湯タンクユニット内の配管の凍結については何も対策がとられていない。

本発明の実施形態の目的は、貯湯タンクユニット内の配管の凍結を防止できる給湯装置を提供することである。

本発明の実施形態の給湯装置は、浴槽内の湯水を第１ポンプの運転により加温用の熱交換器の第１流路に通して循環させながら、貯湯タンク内の湯を第２ポンプの運転により前記熱交換器の第２流路に通して循環させる機能を有するとともに、外気温度センサを有するものであって、前記外気温度センサの検知温度が設定値以下で、かつ前記第２ポンプの動作停止時間が所定時間以上の場合に、前記第２ポンプを一定時間動作させるとともに、前記所定時間を前記貯湯タンク内の残湯状態に応じて可変設定する制御手段、を備える。

各実施形態の構成を示す図。 第１実施形態の制御を示すフローチャート。 第２実施形態の制御を示すフローチャート。 第３実施形態の制御を示すフローチャート。 第４実施形態の制御を示すフローチャート。 第５実施形態の制御を示すフローチャート。 第６実施形態の制御を示すフローチャート。

［１］以下、第１実施形態について図面を参照して説明する。
図１において、１は屋外に設置される貯湯タンクユニットで、外部の給水管Ａ１から水が供給される。この水が配管２により且つその配管２上の減圧弁３および逆止弁４を介して貯湯タンク５の底部流入口に導かれる。配管２における減圧弁３と逆止弁４との間を流れる水の一部は逆止弁６を介して混合弁７の第１流入口に導かれ、その混合弁７から流出する湯水が配管８により外部の給湯管Ａ２に供給される。配管８には流量センサ９が取付けられる。給湯管Ａ２は、台所給水口、洗面所給水口、浴室シャワー、浴室カラン等に接続される。混合弁７の第２流入口は、配管１０を介して貯湯タンク５の上部流出口に接続される。

配管１０の中途部に逆止弁１１が配置され、その配管１０における逆止弁１１より上流側の湯が混合弁１２の第１流入口に導かれる。この混合弁１２の第２流入口には、配管２における減圧弁３と逆止弁４との間の水が導かれる。そして、混合弁１２から流出する湯水が配管１４により且つその配管１４上のホッパ１５、銀イオン発生器２０、フロースイッチ２１を介して屋外の循環配管Ａ３に供給される。この循環配管Ａ３は、建屋の中に導入されて浴室６０における浴槽６１の循環金具６２に接続される。ホッパ１５は、開閉弁１６、逆止弁１７、フローセンサ１８、および逆止弁１９を有する。配管１４には、内部の湯水の温度Ｔｒを検知する水温センサ（温度検知手段）２２、および水位センサ２３が取付けられる。フロースイッチ２１は、循環配管Ａ３および配管１４内を通る湯水の流量が一定以上か否かを検知する検知手段として機能するもので、一定以上の場合にオンして一定未満の場合はオフする。

また、配管１４の銀イオン発生器２０を経た湯水の一部は、ふろポンプ（第１ポンプ）２４および配管２５を通って加温用の熱交換器２６の第１流路に供給され、その第１流路を経た湯水が配管２７により屋外の循環配管Ａ４に供給される。この循環配管Ａ４も、建屋の中に導入されて浴槽６１の循環金具６２に接続される。配管２７には、循環配管Ａ４に向かって流れる湯の温度Ｔｉを検知する湯温センサ２８が取付けられる。

上記配管１０における逆止弁１１より上流側の湯が配管３０により且つその配管３０上の逆止弁３１を介して上記熱交換器２６の第２流路に導かれ、その第２流路を経た湯が配管３２、追い焚きポンプ（第２ポンプ）３３、および配管４４により貯湯タンク５の上部流入口に供給される。少なくとも配管３０、逆止弁３１、熱交換器２６の第２流路、配管３２、追い焚きポンプ３３、配管４４により、追い焚き運転用の追い焚き水路が形成される。この追い焚き水路は常に湯水で満たされた状態にある。この追い焚き水路の配管温度Ｔｘを検知するべく、配管３０に配管温度センサ３４が取付けられる。配管温度センサ３４の取付け位置については、配管３０に限らず、配管４４であってもよい。

貯湯タンク５の底部流出口から流出する湯水が配管４０および沸き上げポンプ４１により外部の循環配管Ａ５に供給される。この循環配管Ａ５は加熱手段であるヒートポンプユニット７０の入水口に接続される。そして、配管４０における沸き上げポンプ４１より上流側位置が三方弁４２の第１流出口に接続され、その三方弁４２の流入口が配管４３により外部の循環配管Ａ６に接続される。循環配管Ａ６は、ヒートポンプユニット７０の流出口に接続される。三方弁４２は、配管４３から流入する湯を第１流出口および第２流出口のいずれか一方または両方から流出させる。第２流出口から流出する湯は配管４４により貯湯タンク５の上部流入口に導かれる。配管４３に入水温度センサ４５が取付けられ、配管４４に沸き上げ温度センサ４６が取付けられる。入水温度センサ４５は、循環配管Ａ６から貯湯タンクユニット１に流入する湯水の温度Ｔｔ１を検知する、沸き上げ温度センサ４６は、配管４４から貯湯タンク５の上部流入口に流れる湯の温度Ｔｔ２を検知する。

貯湯タンク５内の湯水の温度および水位は、その貯湯タンク５の下部から上部にかけて順に配置された複数の温度センサＴ１，Ｔ２，…Ｔ６により検知される。温度の高い湯は貯湯タンク５内の上方に移行するので、最上部の温度センサＴ６の検知温度により、貯湯タンク５内の残湯状態を検出することができる。

上記ヒートポンプユニット７０は、圧縮機７１、水-冷媒熱交換器７２の冷媒側流路、内部熱交換器７３の第１流路、減圧器たとえば膨張弁７４、空気熱交換器７５、および内部熱交換器７３の第２流路を順次に接続して冷媒を循環させるヒートポンプ式冷凍サイクルを有するとともに、空気熱交換器７５に外気を送るファン７６、循環配管Ａ５から流入する湯水を水-冷媒熱交換器７２の水側流路に導く配管７７、水-冷媒熱交換器７２の水側流路から流出する湯を循環配管Ａ６に導く配管７８、配管７７内の湯水の温度Ｔｗｉを検知する給水温度センサ８１、および配管７８内の湯の温度Ｔｗｏを検知する沸き上げ温度センサ８２を有し、貯湯タンクユニット１から供給される湯水を取込み、取込んだ湯水を外気から汲み上げた熱により加熱して貯湯タンクユニット１へ供給する。

また、貯湯タンクユニット１にコントローラ５０が設けられ、そのコントローラ５０に貯湯タンクユニット１内の弁・ポンプ・温度センサ、外気温度センサ８３、浴室６０のリモートコントロール式操作器（以下、リモコンと略称する）６３、およびヒートポンプユニット７０が接続される。外気温度センサ８３は、ヒートポンプユニット７０の筐体に取付けられ、外気温度Ｔｏを検知する。

コントローラ５０は、当該給水装置の全体を制御するもので、主要な機能として次の（１）〜（５）の手段を制御する。
（１）貯湯タンク５内の湯水をヒートポンプユニット７０によって加熱し、この加熱により得られる湯を貯湯タンク５に貯える貯湯運転の実行を制御する第１制御手段。

（２）貯湯タンク５内の湯を循環配管Ａ３，Ａ４を通して浴槽６１に供給する給湯運転（湯はり運転ともいう）の実行を制御する第２制御手段。

（３）浴槽６１内の湯水をふろポンプ２４の運転により循環配管Ａ３，Ａ４および熱交換器２６の第１流路に通して循環させながら、貯湯タンク５内の上部の湯を追い焚きポンプ３３の運転により配管１０，３０、熱交換器２６の第２流路、配管３２、追い焚きポンプ３３を通して循環させる追い炊き運転（保温運転ともいう）の実行を制御する第３制御手段。

（４）外気温度センサ８３の検知温度Ｔｏが設定値Ｔｏｓ以下の場合に、追い焚きポンプ３３を一定時間動作させて、貯湯タンク５内の上部の湯が追い焚き水路を通って同貯湯タンク５の上部に戻る凍結防止用の循環路を形成する第４制御手段。

（５）ヒートポンプユニット７０により得られる湯を循環配管Ａ５，Ｐ６に通して循環させる凍結防止運転を定期的または必要に応じて実行する第５制御手段（凍結防止制御手段）。具体的には、給水温度センサ８１の検知温度Ｔｗｉが所定値未満の場合に、ヒートポンプユニット７０の圧縮機７１および沸き上げポンプ４１を所定時間動作させて、循環配管Ａ５，Ｐ６内の湯水が水-冷媒熱交換器７２の水側流路および三方弁４２を通って同循環配管Ａ５，Ｐ６に戻る凍結防止用の循環路を形成する。この凍結防止用の循環路を形成することを、凍結防止ヒートポンプユニット動作という。

つぎに、コントローラ５０が実行する制御を図２のフローチャートを参照しながら説明する。
外気温度センサ８３の検知温度Ｔｏが設定値Ｔｏｓ以下のとき（ステップ１０１のＹＥＳ）、追い焚きポンプ３３の動作停止時間が所定時間以上であれば（ステップ１０２のＹＥＳ）、追い焚き水路凍結防止運転の動作条件が成立したとの判断の下に、追い焚きポンプ３３をオンする（ステップ１０３）。設定値Ｔｏｓは、例えば−１０℃である。追い焚きポンプ３３の動作停止時間とは、追い焚きポンプ３３がオフしてからの経過時間のことである。

追い焚きポンプ３３がオン（動作）すると、貯湯タンク５内の上部の湯が配管１０、配管３０、熱交換器２６の第１流路、配管３２、配管４４を通って貯湯タンク５の上部に戻る循環路が形成される。この時、混合弁７は閉じられている。そして、追い焚きポンプ３３のオンから一定時間が経過すると（ステップ１０４のＹＥＳ）、追い焚きポンプ３３をオフする（ステップ１０５）。

追い焚き水路は、ユーザがリモコン６３で追い焚き運転を設定しなければ通水せず、常に湯水で満たされた状態にある。このまま外気温度Ｔｏが設定値Ｔｏｓ以下に低下して長い時間が経過すると、追い焚き水路に凍結が生じる可能性がある。ただし、上記のように追い焚きポンプ３３をオンして追い焚き水路に湯を流すことにより、追い焚き水路の温度が上昇する。これにより、追い焚き水路の凍結を未然に防止することができる。

追い焚き水路凍結防止運転の動作条件として、外気温度センサ８３の検知温度Ｔｏが設定値Ｔｏｓ以下に低下という条件のほかに、追い焚きポンプ３３の動作停止時間が所定時間以上という条件を加味しているので、追い焚きポンプ３３の動作が不要に連続したり頻繁に繰り返されるといった不具合を回避できる。

なお、追い焚き水路凍結防止運転に入っているときに、ユーザのリモコン操作により追い焚き運転が設定された場合には、その追い焚き水路凍結防止運転が停止されて追い焚き運転が開始される。

［２］第２の実施形態について説明する。
コントローラ５０は、追い焚き水路凍結防止運転の動作条件として、外気温度センサ８３の検知温度Ｔｏが設定値Ｔｏｓ以下という条件のほかに、配管温度センサ３４の検知温度Ｔｘが設定値Ｔｘ１以下という条件を加味する。

すなわち、図３のフローチャートに示すように、外気温度センサ８３の検知温度Ｔｏが設定値Ｔｏｓ以下で（ステップ１０１のＹＥＳ）、かつ配管温度センサ３４の検知温度Ｔｘが設定値Ｔｘ１以下のとき（ステップ１０２ａのＹＥＳ）、追い焚き水路凍結防止運転の動作条件が成立したとの判断の下に、追い焚きポンプ３３をオンする（ステップ１０３）。設定値Ｔｏｓは例えば−１０℃、設定値Ｔｘ１は例えば０〜２℃である。そして、追い焚きポンプ３３のオンから一定時間が経過すると（ステップ１０４のＹＥＳ）、追い焚きポンプ３３をオフする（ステップ１０５）。

追い焚き水路凍結防止運転の動作条件として、外気温度センサ８３の検知温度Ｔｏが設定値Ｔｏｓ以下という条件のほかに、配管温度センサ３４の検知温度Ｔｘが設定値Ｔｘ１以下という条件を加味しているので、追い焚き水路が凍結に至る危険性を的確に把握することができる。これに伴い、凍結防止の信頼性が向上する。

なお、追い焚き水路における配管３０の温度Ｔｘを配管温度センサ３４で検知したが、配管４０にも配管温度センサを取付けてその配管温度を検知し、これら２つの配管温度センサのどちらか低い方の検知温度を追い焚き水路凍結防止運転の動作条件としてもよい。

他の構成、制御、効果については第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［３］第３の実施形態について説明する。
コントローラ５０は、追い焚き水路凍結防止運転の動作条件として、外気温度センサ８３の検知温度Ｔｏが設定値Ｔｏｓ以下という条件のほかに、ヒートポンプユニット７０の圧縮機７１および沸き上げポンプ４１を所定時間動作させて循環配管Ａ５，Ｐ６の凍結を防止する凍結防止ヒートポンプユニット動作の実行をもう１つの条件とする。

すなわち、図４のフローチャートに示すように、外気温度センサ８３の検知温度Ｔｏが設定値Ｔｏｓ以下で（ステップ１０１のＹＥＳ）、かつ凍結防止ヒートポンプユニット動作を実行するとき（ステップ１０２ｂのＹＥＳ）、その実行に伴い、追い焚きポンプ３３をオンする（ステップ１０３）。そして、追い焚きポンプ３３のオンから一定時間が経過すると（ステップ１０４のＹＥＳ）、追い焚きポンプ３３をオフする（ステップ１０５）。

外気温度Ｔｏが設定値Ｔｏｓ以下で、しかも凍結防止ヒートポンプユニット動作を実行するという状況は、貯湯タンクユニット１の追い焚き水路にも凍結の危険性があると想定することができる。この凍結防止ヒートポンプユニット動作の実行をトリガーとして追い焚きポンプ３３をオンすることにより、追い焚き水路の凍結を未然に防止することができる。

凍結防止ヒートポンプユニット動作に連動させることで、第２の実施形態で用いた配管温度センサ３４を不要にすることができる。
他の構成、制御、効果については第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［４］第４の実施形態について説明する。
コントローラ５０は、外気温度センサ８３の検知温度Ｔｏが設定値Ｔｏｓ以下で、かつ追い焚きポンプ３３の動作停止時間が所定時間以上のとき、追い焚きポンプ３３を一定時間動作させて、貯湯タンク５内の上部の湯が追い焚き水路を通って同貯湯タンク５の上部に戻る凍結防止用の循環路を形成するとともに、上記所定時間を貯湯タンク５内の残湯状態に応じて可変設定する。

すなわち、図５のフローチャートに示すように、外気温度センサ８３の検知温度Ｔｏが設定値Ｔｏｓ以下で（ステップ１０１のＹＥＳ）、かつ追い焚きポンプ３３の動作停止時間が所定時間以上であるとき（ステップ１０２ｃのＹＥＳ）、追い焚きポンプ３３をオンする（ステップ１０３）。そして、追い焚きポンプ３３のオンから一定時間が経過すると（ステップ１０４のＹＥＳ）、追い焚きポンプ３３をオフする（ステップ１０５）。

さらに、外気温度センサ８３の検知温度Ｔｏが設定値Ｔｏｓ以下でないとき（ステップ１０１のＮＯ）、貯湯タンク５の上部に取付けている温度センサＴ６の検知温度（タンク上部温度）と設定値Ｔａたとえば３０℃とを比較する（ステップ１０６）。温度センサＴ６の検知温度は、貯湯タンク５内の上部に存する湯の温度に相当する。この湯の温度を貯湯タンク５内の残湯状態として検出する。

温度センサＴ６の検知温度が設定値Ｔａ未満であれば（ステップ１０６のＹＥＳ）、追い焚きポンプ３３の動作停止時間の判定に用いる上記所定時間として、短めの所定時間ｔ１たとえば２５分を設定する（ステップ１０７）。温度センサＴ６の検知温度が設定値Ｔａ以上であれば（ステップ１０６のＮＯ）、追い焚きポンプ３３の動作停止時間の判定に用いる上記所定時間として、長めの所定時間ｔ２たとえば６０分を設定する（ステップ１０８）。

つまり、貯湯タンク５内の上部に存する湯の温度が低い場合は、追い焚きポンプ３３の動作の時間間隔を短めの２５分として追い焚きポンプ３３の稼働率を上げることにより、貯湯タンク５の湯を利用する凍結防止運転の確実性および信頼性を高めることができる。貯湯タンク５内の上部に存する湯の温度がそれほど低くない場合は、追い焚きポンプ３３の動作の時間間隔を長めの６０分として追い焚きポンプ３３の稼働率を下げることにより、消費電力を低減できて省エネルギー効果が得られる。

所定時間ｔ１，ｔ２については、外気温度センサ８３の検知温度Ｔｏや温度センサＴ６の検知温度に応じて逐次に補正してもよい。つまり、外気温度センサ８３の検知温度Ｔｏや温度センサＴ６の検知温度が低いほど短縮方向に補正して高いほど延長方向に補正する。

他の構成、制御、効果については第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［５］第５の実施形態について説明する。
コントローラ５０は、外気温度センサ８３の検知温度Ｔｏが設定値Ｔｏｓ以下のとき、追い焚きポンプ３３の動作停止時間が所定時間以上という条件および凍結防止ヒートポンプユニット動作を実行という条件のいずれかの条件が成立する場合に、追い焚きポンプ３３を一定時間動作させて、貯湯タンク５内の上部の湯が追い焚き水路を通って同貯湯タンク５の上部に戻る凍結防止用の循環路を形成するとともに、上記所定時間を貯湯タンク５内の残湯状態に応じて可変設定する。

すなわち、図６のフローチャートに示すように、外気温度センサ８３の検知温度Ｔｏが設定値Ｔｏｓ以下のとき（ステップ１０１のＹＥＳ）、追い焚きポンプ３３の動作停止時間が所定時間以上であれば（ステップ１０２ｄのＹＥＳ）、あるいは凍結防止ヒートポンプユニット動作を実行する状況であれば（ステップ１０２ｄのＹＥＳ）、追い焚きポンプ３３をオンする（ステップ１０３）。そして、追い焚きポンプ３３のオンから一定時間が経過すると（ステップ１０４のＹＥＳ）、追い焚きポンプ３３をオフする（ステップ１０５）。

万一、タイマ機能の故障などにより、追い焚きポンプ３３の動作停止時間が所定時間以上という条件の成立に不備が生じた場合でも、それを、凍結防止ヒートポンプユニット動作を実行という条件の成立で補うことができる。また、何らかの理由により、凍結防止ヒートポンプユニット動作を実行という条件の成立に不備が生じた場合でも、それを、追い焚きポンプ３３の動作停止時間が所定時間以上という条件の成立で補うことができる。したがって、凍結防止運転の確実性および信頼性を高めることができる。

他の構成、制御、効果については第４の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［６］第６の実施形態について説明する。
第１乃至第５の実施形態における追い焚き水路凍結防止運転の動作条件のいずれかが成立する場合でも、ホッパ１５の開閉弁１６を開いて浴槽６１へ給湯するふろ系動作や、混合弁７を開いて台所・洗面所・浴室シャワー・浴室カラン等へ給湯する給湯系動作をユーザの設定により行っている場合は、そのまま追い焚き水路凍結防止運転を実行すると、給湯の湯温に支障を生じる可能性がある。

そこで、コントローラ５０は、図７のフローチャートに示すように、追い焚き水路凍結防止運転の動作条件が成立する場合でも（ステップ２０１のＹＥＳ）、開閉弁１６および混合弁７のいずれかが開であれば（ステップ２０２のＮＯ）、あるいは開閉弁１６や混合弁７が開であってもそのときの給湯が動作時間の短い例えばたし湯運転である場合は（ステップ２０３のＮＯ）、追い焚き水路凍結防止運転に入らず待機する。

給湯動作時間については、給湯の内容や当該給湯装置の種類などに応じて異なる。この給湯動作時間に関するデータが、給湯の湯温に支障を与えるか否かの判定要素として、コントローラ５０に予め登録されている。

追い焚き水路凍結防止運転の動作条件が成立したとき（ステップ２０１のＹＥＳ）、開閉弁１６および混合弁７のいずれかが開であっても（ステップ２０２のＮＯ）、そのときの給湯が動作時間の長い例えば湯はり運転である場合は（ステップ２０３のＹＥＳ）、湯温のことよりも凍結リスクの増大に対処するべく、すぐにステップ１０３〜１０４の追い焚き水路凍結防止運転に入る。

また、追い焚き水路凍結防止運転の動作条件が成立したとき（ステップ２０１のＹＥＳ）、開閉弁１６や混合弁７が開であっても（ステップ２０２のＮＯ）、そのときの給湯がシャワーや力ランへの給湯であれば（ステップ２０３のＹＥＳ）、すぐにステップ１０３〜１０４の追い焚き水路凍結防止運転に入る。シャワーや力ランへの給湯はユーザによって動作時間がまちまちで、短いこともあれば長くなることも多いので、この場合はすぐに水路凍結防止運転に入る。

このように、追い焚き水路凍結防止運転の動作条件が成立した場合でも、その時点の給湯状況を考慮しながら水路凍結防止運転の待機と実行を選択することとにより、給湯の湯温への影響をできるだけ回避しながら追い焚き水路の凍結を防ぐことができる。

なお、上記各実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な各実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…貯湯タンクユニット、５…貯湯タンク、７，１２…混合弁、１５…ホッパ、１６…開閉弁、Ａ３，Ａ４…配管、２４…ふろポンプ、２５…配管、２６…熱交換器、３２…配管、３３…追い焚きポンプ、４１…沸き上げポンプ、４４…配管、５０…コントローラ、６０…浴室、６１…浴槽、６３…リモコン、Ａ５，Ａ６…循環配管、７０…ヒートポンプユニット、８３…外気温度センサ

Claims (2)

1. 浴槽内の湯水を第１ポンプの運転により加温用の熱交換器の第１流路に通して循環させながら、貯湯タンク内の湯を第２ポンプの運転により前記熱交換器の第２流路に通して循環させる機能を有するとともに、外気温度センサを有する給湯装置において、
   前記外気温度センサの検知温度が設定値以下で、かつ前記第２ポンプの動作停止時間が所定時間以上の場合に、前記第２ポンプを一定時間動作させるとともに、前記所定時間を前記貯湯タンク内の残湯状態に応じて可変設定する制御手段、
   を備えることを特徴とする給湯装置。
2. 前記貯湯タンク内の湯水を循環配管を通して取込み、その取込んだ湯水を加熱して前記循環配管により貯湯タンクに供給する加熱手段と、
   前記加熱手段により得られる湯を前記循環配管に通して循環させる凍結防止運転を定期的または必要に応じて実行する凍結防止制御手段と、
   をさらに備え、
   前記制御手段は、前記外気温度センサの検知温度が設定値以下のとき、前記凍結防止運転の実行に伴い、前記第２ポンプを一定時間動作させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。

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