JP3684758B2 - 蒸気発生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は家庭や業務用の食品の解凍，調理又はパン等の食品加工工程や空調，洗浄，衣類プレス，殺菌等に使用される蒸気発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の例えば調理分野に利用された蒸気発生装置は、図６（従来の蒸気発生装置の断面図）に示す実公昭６０−２６２４３号公報の如く、蒸気発生装置であるボイラー１は、傾斜底面２には水３を霧化する超音波用振動子４、下方外周に水を加熱して蒸気にするヒータ５、上方に蒸気を加熱するヒータ６を設けた構成となっている。
【０００３】
上記構成において、ボイラー１に給水された水３は、ヒータ５により加熱されて水蒸気になり、さらにヒータ６により再度加熱されて加熱室内に供給されるようなっている。また、ヒータ５，６と超音波振動子４との相乗効果により粒子の細かい霧状の過加熱水蒸気が得られるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の蒸気発生装置では、ボイラー１に水を溜めてヒータ５により加熱するため、水の温度上昇に多くの時間が必要となり、その分蒸気発生が遅れる。また、蒸気温度をフィードバックするための温度検出手段がないため、蒸気の発生量や水温によって蒸気温度が定まらず、調理食材への蒸気効果が安定しない。さらに、水蒸気が十分に発生していない状態でヒータ６による加熱を行うと、蒸気の流れによるボイラー１内面の熱伝達が十分に得られずボイラー１が過加熱され損傷する可能性がある。また、水を溜める構成ではボイラー１の水が腐敗して衛生上不都合であるなどの課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、発熱体を有し水を気化しさらに過加熱する蒸気発生手段と、前記蒸気発生手段に水を供給する水供給手段と、前記蒸気発生手段で発生した蒸気の蒸気温度を検出する温度検知手段と、前記温度検知手段の検知温度に応じて前記蒸気発生手段と前記水供給手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段により前記前記温度検知手段の検出温度が第１の所定温度を超えて、かつその経過時間が所定時間を超えた場合、および、前記第１の所定温度より高い第２の所定温度を超えた場合に、前記蒸気発生手段および前記水供給手段を停止させる蒸気発生装置であり、蒸気発生装置の異常により蒸気温度が異常上昇した場合に、緊急度合いの高い急激な温度上昇に対しては、第２の 所定温度を超えた段階で停止させ、水供給系統への一時的な空気混入などの緩やかな温度上昇に対しては、第１の所定温度を超えその後温度が下がらない場合に所定時間を過ぎた段階で停止するようにしているため、蒸気発生手段のタイプの異なる異常温度上昇に対しても熱的ダメージを防止することができ、さらに異常停止の誤動作を減少させることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
前記課題を解決するため本発明の請求項１記載の発明は、制御手段により、温度検知手段の検出温度が、第１の所定温度を超えて、かつその経過時間が所定時間を超えた場合、および、前記第１の所定温度より高い第２の所定温度を超えた場合に、蒸気発生手段および水供給手段を停止させる蒸気発生装置であり、蒸気発生装置の異常により蒸気温度が異常上昇した場合に、緊急度合いの高い急激な温度上昇に対しては、第２の所定温度を超えた段階で停止させ、水供給系統への一時的な空気混入などの緩やかな温度上昇に対しては、第１の所定温度を超えその後温度が下がらず所定時間を過ぎた場合に停止するようにしたため、蒸気発生手段の異常加熱等による熱的ダメージを防止することができ、さらに異常停止の誤動作を減少することができる。
【０００７】
また、本発明の請求項２記載の発明は、制御手段により蒸気発生手段を停止させる場合、蒸気発生手段への電力供給を停止させた後予め設定した時間遅延させて水供給手段を停止させることを特徴とする請求項１記載の蒸気発生装置であり、蒸気発生手段を停止させる場合、蒸気発生手段への電力供給を停止しても発熱体は余熱によりすぐに冷却されないが、水は予め設定した時間供給され続けるため、発熱体の余熱が冷却された後水供給手段が停止する。したがって、運転を停止した後発熱体の余熱による高温蒸気の吐出が防止できる。
【０００８】
また、本発明の請求項３記載の発明は、温度検知手段を蒸気発生手段の蒸気の流出口に位置させ、検出部を上向きに配設させたことを特徴とする請求項１記載の蒸気発生装置であり、検出部を上向きに配設したことにより、蒸気発生手段の運転開始初期に発生する凝縮による結露水が温度検知手段の検出部に溜まらないため、蒸気温度の誤検出を防止できる。
【０００９】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１０】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の蒸気発生装置の断面図である。また図２は同蒸気発生装置の制御流れ図である。
【００１１】
図１において、１０は蒸気発生手段で、内部に円柱状の発熱体１１を有し、この発熱体を被うように励磁コイル１２を外周に設けた加熱室１３を配し、上部に発熱体１１に水を滴下する水供給口１４と、下部に蒸気を外部へ取り出す流出口１５を設けて構成している。
【００１２】
加熱室１３は非金属体である耐熱ガラスやセラミックなどの耐熱性を備えた材料を筒状に構成し、励磁コイル１２は導電性線材を巻回して構成している。
【００１３】
１６は給水タンク１７の水を水供給口１４へ供給する水供給手段で、本実施例ではポンプを用いている。
【００１４】
１８は蒸気発生手段１０の発熱量と水供給手段１６の給水量を制御する制御手段である。
【００１５】
発熱体１１は、Ｎｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金，ステンレス合金等の耐水，耐食性が良い金属で構成し、多孔質体で連続する骨格で構成されている。この発熱体１１の外周に吸水体１９を巻き付け、加熱室１３の内面との間の隙間を吸水体１９で充填している。
【００１６】
また、発熱体１１の上面にもこの吸水体１９で覆い、水供給口１４からの水を吸水体１９全体へ拡散させ、発熱体１１の上面，外周から水を供給する。
【００１７】
吸水体１９はセラミック繊維，ガラス繊維，ロックウール等の吸水性が良く耐水性耐熱性に優れた繊維で構成されている。なお、耐熱性の高い樹脂繊維による構成も可能である。
【００１８】
制御手段１８は、水供給手段１６の給水量を可変可能に駆動するポンプ駆動回路２０と、蒸気発生手段１０の発熱量を可変可能にする励磁コイル１２への交流電力発生用のインバータ回路である高周波電源回路２１と、設定部２２と、この設定部２２の所要蒸気量と所要蒸気温度の設定状態に応じてポンプ駆動回路２０と高周波電源回路２１を制御する蒸気量調節手段である制御部２３を備えている。
【００１９】
また、制御手段１８は流出口１５に設けた温度検知手段２４が検知した蒸気温度を入力し制御部２３に出力する温度検知回路２５を有し、制御部２３は、この検知温度に応じて高周波電源回路２１およびポンプ駆動回路２０を制御する。
【００２０】
温度検知手段２４は検出部２６を上向きに流出口１５の中央に配置している。この上向きの配置は温度検知手段２４への結露による誤差を防止するためで、運転初期に温度検知手段２４が冷えていると、周囲を蒸気が通過する際に温度検知手段２４の表面で水分が凝縮し結露する。こうなると１００℃以上の蒸気が流れていても、１００℃としか検知できず検出誤差が発生する。したがって、温度検知手段２４の先端の検出部２６を上向きに配置することにより、結露した水分は下に流れ落ち、検出部２６周辺は乾燥状態が維持できるので、検出誤差を防止することができる。なお、上向きの角度は結露水が流れ落ちる角度であればよい。
【００２１】
上記構成による動作，作用を説明する。
【００２２】
高周波電源回路２１が始動すると、交流電力が励磁コイル１２に送られ、励磁コイル１２の周囲に交流磁力線が発生する。この交流磁力線は発熱体１１中を貫通する。供給された交流のサイクルにしたがって磁力線の方向が変化すると、発熱体１１中には、その磁力線変化を阻止しようとする電気的力が作用し、発熱体１１中にはコイル電流と逆向の渦電流が誘起される。この誘起された誘導電流により発熱体１１は発熱する。この誘導電流は発熱体１１の骨格を流れ、発熱体１１は全面にわたって発熱状態になる。すなわち、電磁誘導加熱されることになる。一方、水供給手段１６より供給される水は、水供給口１４から吸水体１９に滴下され、この水は毛細管現象により吸水体１９全体に拡散すると同時に、発熱体１１の多孔質の空間に浸透する。発熱体１１に浸透した水は加熱気化し蒸気となって、自らの蒸気圧により流出口１５から吹き出される。
【００２３】
本発明の実施例１によれば、発熱体を多孔質金属体で構成しているため、発熱表面積が多く、発熱体１１の内部に形成された空間により水の浸透と蒸気の抜けがよくなり、発熱効率が高く、蒸気発生までの速度も速くなる。
【００２４】
また、発生した蒸気は自らの蒸気圧により多孔質金属体の内部を通過し、さらに加熱されることにより、１００℃以上の過熱蒸気が取り出せる。これは、水供給手段１６の給水量に対し、励磁コイルへの供給電力を多くすることで簡単に設定できる。
【００２５】
次に図２の制御手段１８の流れ図を中心に説明する。図２のステップ２７では設定部２２で設定された蒸気温度レベルＴｓ（例えばＴｓ：１５０℃設定）を読み込む。ステップ２８では同様に設定部２２で設定された蒸気量として水供給手段１６の設定値である第２の給水量のＷｓ（例えばＷｓ：１０ｃｃ／分）を読み込む。
【００２６】
ステップ２９では検出温度Ｔが予め設定した限界温度である第２の所定温度Ｔｌｉｍ２（例えばＴｌｉｍ２：２００℃）を超えているかを判定し、超えた場合は、ステップ３０で高周波電源回路２１の供給電力Ｐを停止設定し、同時にポンプ駆動回路２０の設定給水量Ｗも停止設定する。そして、ステップ３１で蒸気発生手段１０および水供給手段１６を停止させる。
【００２７】
ステップ２９で検出温度Ｔが第２の所定温度Ｔｌｉｍ２以下であれば、ステップ３２で検出温度Ｔが第１の所定温度Ｔｌｉｍ１（例えばＴｌｉｍ１：１７０℃）を超えているかを判定する。すなわち、検出温度ＴがＴｌｉｍ１からＴｌｉｍ２の範囲（例えば１７０〜２００℃）に入っているかを判定する。したがって、Ｔｌｉｍ２はＴｌｉｍ１より高い設定がなされている。ここで、検出温度ＴがＴｌｉｍ１を超えておれば、ステップ３３でその経過時間Ｔｃｏｕｎｔが所定時間Ｔｉｍｓ（例えばＴｉｍｓ：１０秒）を超過したかを判定し、超過すればステップ３０，ステップ３１に進み蒸気発生手段１０および水供給手段１６を停止させる。
【００２８】
ステップ３２において検出温度Ｔが第１の所定温度Ｔｌｉｍ１以下であるか、ステップ３３において経過時間Ｔｃｏｕｎｔが所定時間Ｔｉｍｓ以下であれば、ステップ３４で蒸気発生手段１０の発熱量を決定する供給電力Ｐを（１）式に基づいて算定する。
【００２９】
Ｐ＝Ｋ１・（Ｔｓ−Ｔ）＋Ｐｓ （１）
ただし、Ｋ１は比例ゲイン、Ｔｓは設定部２２で設定される設定温度、Ｐｓは基準電力である。
【００３０】
すなわち検出温度Ｔを設定温度Ｔｓに近づけるよう供給電力Ｐを制御する。
【００３１】
一方、高周波電源回路２１や水供給手段１６の故障等の場合のように検出温度Ｔが急上昇するような場合は、第２の所定温度Ｔｌｉｍ２を超えた時点を、ステップ２９で判定し、ステップ３０，ステップ３１で供給電力および水供給手段の動作を停止させる。したがって、短時間に停止できる。
【００３２】
また、発熱体１１の目詰まり等のように変化が緩慢な故障の場合には、温度上昇に時間がかかり、検出温度Ｔが第２の所定温度Ｔｌｉｍ２を超えるまでにダメージを受けてしまうため、これを防止するのに、検出温度Ｔが第１の所定温度Ｔｌｉｍ１を超えて、かつその経過時間Ｔｃｏｕｎｔが所定時間Ｔｉｍｓを超過すればそれぞれステップ３２，ステップ３３で判定してステップ３０で供給電力および水供給手段１６の動作を停止させる。すなわち、温度上昇が遅い故障であっても時間制限を設けているのでダメージを受ける前に確実に停止することができる。
【００３３】
ステップ３５では検出温度Ｔに比例した設定給水量Ｗを（２）式に基づいて算定する。
【００３４】
Ｗ＝Ｋ２・Ｔ （２）
ただし、Ｋ２は比例ゲインである。
【００３５】
ステップ３６では設定給水量Ｗが第１の給水量ＷＬ（例えば３ｃｃ／分）以下であればステップ３７で設定給水量ＷをＷＬとし、ステップ３８で設定給水量Ｗが第２の給水量Ｗｓを超えればステップ３９で設定給水量ＷをＷｓとする。ここでは蒸気温度が低い場合は、給水量を低水量ＷＬに設定し、温度上昇とともに給水量をＷｓまで上昇させることにより、蒸気発生手段１０の運転開始後蒸気発生までの速度を向上させている。
【００３６】
蒸気発生手段１０の蒸気発生を遅らせる大きな要因として、発熱体１１の熱容量に加えて、発熱体１１自体の保水量と、吸水体１９の保水量および給水量がある。これらの温度が１００℃近くまで上昇するまでは蒸気が発生してこない。そこに新たに多量の給水があると温度上昇が大幅に遅れてしまう。したがって、発生した蒸気温度が１００℃近くに達するまでは給水量を減らすことにより蒸気発生を速くすることができる。
【００３７】
比例ゲインＫ２は以上のことから、検出温度Ｔが１００℃近く（例えば９０℃）で、設定給水量Ｗが第２の給水量Ｗｓ（例えばＷｓ：１０ｃｃ／分）になるよう設定すればよい。したがって、Ｋ２＝Ｗｓ／Ｔ（例えば１０／９０＝０．１１ｃｃ／分・℃）により求められる。
【００３８】
ステップ４０はステップ３４で算定された供給電力Ｐに基づいて高周波電源回路２１に駆動信号を出力する。ステップ４１は前記の設定給水量Ｗに基づいてポンプ駆動回路２０に駆動信号を出力する。
【００３９】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２の蒸気発生装置の制御流れ図である。
【００４０】
本実施例２において、実施例１と異なる点は、ステップ４２で蒸気発生の終了判定を行い、終了であるなら、ステップ４３で高周波電源回路２１を停止させた後、ステップ４４で予め設定した時間だけ遅延時間を設けて、ステップ４５でポンプ駆動回路２０を停止させる点である。また、ステップ２９およびステップ３２，ステップ３３で判定される停止動作においても同様に、ポンプ駆動回路２０が遅延して停止する。
【００４１】
なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００４２】
次に動作，作用を説明すると、ステップ４３で高周波電源回路２１を停止すると、発熱体１１の熱容量による余熱によりすぐには冷却されないが、水はステップ４４により遅延して水供給手段１６がステップ４５で停止するまで供給され続けるため、発熱体１１の余熱を冷却してから停止する事ができる。したがって、運転を停止した後に余熱により発生する蒸気を防止することができ、正確な制御が可能になる。また、この遅延時間を長く設定すれば、発熱体１１および吸水体１９に水を通しクリーニングする事ができる。蒸気を発生させる場合、水に含まれるスケール成分等の蒸発残留物が主に発熱体１１に付着して、目詰まりをおこすが、このクリーニング時に洗い流がすことにより目詰まりによる寿命をのばすことができる。
【００４３】
（実施例３）
図４は本発明の実施例３の蒸気発生装置の制御流れ図である。
【００４４】
本実施例３において、実施例１と異なる点は、ステップ４６で検出温度Ｔが予め設定した所定温度Ｔｈ（例えばＴｈ：９０℃）を超えた場合に、ステップ４７で設定給水量Ｗを第２の給水量Ｗｓに設定し、ステップ４６で検出温度ＴがＴｈを超えない場合でもステップ４８で所定時間が経過したと判定されればＷをＷｓに設定する。検出温度ＴがＴｈ以下で所定時間以内であればステップ４９で設定給水量Ｗを第１の給水量ＷＬに設定する点である。ここでの第１の給水量ＷＬは実施例１と同様に第２の給水量Ｗｓより少なく設定される（例えばＷＬ：３ｃｃ／分、Ｗｓ：１０ｃｃ／分）。
【００４５】
なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００４６】
次に動作，作用を説明すると、ステップ４６およびステップ４８において蒸気発生手段１０の運転開始後の温度上昇が１００℃近くに達するまで低給水量ＷＬに給水量を低下させることにより、蒸気発生手段１０への熱負荷を軽減させる。そのことにより、発熱体１１の温度上昇速度を早め、蒸気が発生するまでの時間を短縮させる。その後本来の給水量Ｗｓに設定するもので、ステップ４８における経過時間判定により低給水量ＷＬでの給水時間に制限を設けているのは、温度検知手段２４が濡れていたり、蒸気の流れの分布による検出遅れによって蒸気発生手段１０の温度の上がり過ぎを防止するためである。また、給水量設定が第１の給水量と第２の給水量の切り換えであるため制御構成が簡単になる。なお、第１の給水量の設定値はゼロでも効果がある。
【００４７】
（実施例４）
図５は本発明の実施例４の蒸気発生装置の制御流れ図である。
【００４８】
本実施例４において、実施例１と異なる点は、ステップ５０において乾燥モードに移行するかステップ５１の通常運転モードかの判定を行い、ステップ５０で乾燥モードを選択するとステップ５２で水供給手段１６の駆動を停止することにより給水を停止すると同時に高周波電源回路２１の供給電力Ｐを低レベルの電力ＰＬに設定する。ステップ５３で乾燥モード移行からの経過時間が所定時間を経過したかを判定する。所定時間以内であればステップ５４において高周波電源回路２１の供給電力Ｐを低レベルの電力ＰＬを継続して供給する。ステップ５３で所定時間を超えておればステップ５５で高周波電源回路２１の低レベルの供給電力ＰＬを停止させ乾燥モードを終了する。
【００４９】
なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００５０】
次に動作，作用を説明すると、ステップ５０の乾燥モード信号は設定部２２より人為的に入力されるもので、乾燥スイッチ（図示せず）を入れることで乾燥モードに移行する。また、ステップ５１の通常運転モードは実施例１で示した蒸気発生装置の制御そのものである。
【００５１】
乾燥モードでは給水を停止し、所定時間だけ低レベルの電力ＰＬで蒸気発生手段１０を空焚き運転させて、発熱体１１や吸水体１９に含まれる水分を蒸発乾燥させるもので、低レベルの電力ＰＬとは、発熱体１１や吸水体１９に十分に水分を含んだ状態でも発熱体１１の温度を１００℃以上に上昇させかつ、水分が無くなった状態でも発熱体１１の温度を急上昇させない値である。しかし、適切に設定された電力でも長時間の空焚きは蒸気発生手段１０に熱的ダメージを与えるため、乾燥に十分な時間を所定時間としてステップ５３により所定時間経過したかどうかを判定し、所定時間を超えておれば乾燥運転を停止させる。この乾燥により、蒸気発生手段１０内部の水の腐敗が防止できるため、長期使用しない場合に都合がよい。また、水が抜けるため移動時の液漏れがなく、重量も軽くすることができる。なお、低レベルの電力ＰＬを時間とともに漸次減少させて、水分蒸発による負荷減少に対応させてもよい。また、所定時間を温度検知手段２４の検出温度が下がり始めてからカウントしてもよい。これは、温度検知手段２４の設置される流出口１５が発熱体１１より下部に位置しているため、水が蒸発してしまうと蒸気の流れがなくなり温度が低下し始める。このタイミングを利用するものである。
【００５２】
なお、前記各実施例においては発熱体１１が多孔質金属体で構成された場合につき説明したが、この他連続気泡を有する金属体や微細な貫通孔の金属体も含む。すなわち、多孔質金属体は金属の骨格に多数の貫通孔を有する多孔体であればよい。
【００５３】
また、多孔質金属だけでなく、ステンレス合金等の磁性金属の線材を円柱状に束ねて構成してもよい。
【００５４】
また、上記実施例では水供給手段１６から供給される水が発熱体１１に滴下されて蒸発する構成としたが、流出口１５を上部に設け、発熱体１１の一部または全体を水に浸すことにより蒸気を発生させて、上部の流出口１５から蒸気を吹き出しても同様の効果が得られる。
【００５５】
さらに、上記実施例での水供給手段１６にポンプを用いたが、加熱手段より高い位置に給水タンク１７を設けて、落差を利用し、バルブ開度により水量を制御してもよい。
【００５６】
また、上記実施例では水を蒸発させていたが、石油燃焼機の気化器における石油気化などに利用する場合、水の代わりに石油燃料を気化させてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
また、本発明の請求項１記載の発明によれば、制御手段は、温度検知手段の検出温度が第１の所定温度を超えて、かつその経過時間が所定時間を超えた場合もしくは、第１の所定温度より高い第２の所定温度を超えた場合に蒸気発生手段および水供給手段を停止させるので、蒸気発生装置の異常により蒸気温度が異常上昇した場合に、緊急度合いの高い急激な温度上昇に対しては、第２の所定温度を超えた段階で停止させ、水供給系統への一時的な空気混入などの緩やかな温度上昇に対しては、第１の所定温度を超えその後温度が下がらない場合に所定時間を過ぎた段階で停止するようにしているため、蒸気発生手段のタイプの異なる異常温度上昇に対しても熱的ダメージを防止することができ、さらに異常停止の誤動作を減少させるという効果がある。
【００５８】
また、本発明の請求項２記載の発明によれば、制御手段は、蒸気発生手段を停止させる場合、蒸気発生手段への電力供給を停止させた後予め設定した時間遅延させて水供給手段を停止させるので、蒸気発生手段への電力供給停止後も水は予め設定した時間供給され続けるため発熱体の余熱を冷却することができ、発熱体の余熱による高温蒸気の吐出が防止でき、さらに発熱体等に堆積した蒸発残留物を洗い流し、目詰りを抑制し寿命をのばすという効果がある。
【００５９】
また、本発明の請求項３記載の発明は、温度検知手段を蒸気発生手段の蒸気の流出口に位置させ、検出部を上向きに配設させたので、蒸気温度検知初期に発生する凝縮による結露水が検出部に溜まらないため、誤検出を防止でき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における蒸気発生装置の断面図
【図２】 同蒸気発生装置の制御流れ図
【図３】 本発明の実施例２における蒸気発生装置の制御流れ図
【図４】 本発明の実施例３における蒸気発生装置の制御流れ図
【図５】 本発明の実施例４における蒸気発生装置の制御流れ図
【図６】 従来例における蒸気発生装置の断面図
【符号の説明】
１０ 蒸気発生手段
１１ 発熱体
１６ 水供給手段
１８ 制御手段
２４ 温度検知手段
２６ 検出部

Claims (3)

1. 発熱体を有し水を気化しさらに過加熱する蒸気発生手段と、前記蒸気発生手段に水を供給する水供給手段と、前記蒸気発生手段で発生した蒸気の蒸気温度を検出する温度検知手段と、前記温度検知手段の検出温度に応じて前記蒸気発生手段と前記水供給手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段により、前記温度検知手段の検出温度が第１の所定温度を超えて、かつその経過時間が所定時間を超えた場合、および、前記第１の所定温度より高い第２の所定温度を超えた場合に、前記蒸気発生手段および前記水供給手段を停止させることを特徴とする蒸気発生装置。
2. 制御手段により、蒸気発生手段を停止させる場合、蒸気発生手段への電力供給を停止させた後予め設定した時間遅延させて水供給手段を停止させることを特徴とする請求項１記載の蒸気発生装置。
3. 温度検知手段を蒸気発生手段の蒸気の流出口に位置させ、検出部を上向きに配設させた請求項１または２記載の蒸気発生装置。

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