CN102918338A - 制冷装置和供冷供暖装置 - Google Patents
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Abstract
在室内热交换器作为蒸发器发挥功能的情况下,作为沿着制冷剂的流向的入口部位、中间部位、出口部位构成,向各部位流动的每单位能力的制冷剂的配管内质量流速,分别为0.44g/mm2hW以上不足0.50g/mm2hW、0.14g/mm2hW以上不足0.16g/mm2hW、0.13g/mm2hW以上不足0.15g/mm2hW。
Description
技术领域
本发明涉及使用制冷剂的制冷装置和供冷供暖装置。
背景技术
制冷装置中使用的制冷剂在因使用氟利昂而导致臭氧层破坏成为问题后,作为替代制冷剂使用HCFC,如图11所示那样目前多使用HFC(R410A)(例如参照专利文献1)。
先行技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2000-81223号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而,R410A制冷剂的全球变暖系数(GWP)增加到2088,从防止全球变暖的观点出发存在问题。
从防止全球变暖的观点出发,作为GWP小的制冷剂例如提出有GWP4的HFO1234yf,但是该制冷剂是每单位体积的制冷能力比R410A制冷剂小的制冷剂。
因此,如果想要将该制冷剂直接应用于现有的装置获得与R410A制冷剂相同的能力,则需要提高压缩机的转速,增加制冷剂的体积循环量。
特别是在供冷运转时,如果为了成为与R410A制冷剂相同的能力而扩大要增加制冷剂循环量的压缩机的气缸容积,则在热交换器的压力损失增大,不能确保规定的供冷能力。
本发明是鉴于现有技术具有的上述问题而完成的,其目的在于提供一种效率较高的制冷装置和供冷供暖装置,即使在使用每单位体积的制冷能力比R410A制冷剂小的制冷剂的情况下,也能够减少热交换器的压力损失,确保供冷能力。
用于解决课题的方法
为了实现上述目的,本发明的制冷装置,至少依次连接压缩机、室外热交换器、节流装置和室内热交换器而构成环状的制冷剂回路,作为封入上述制冷剂回路中的制冷剂,使用与R410A制冷剂相比比体积大的制冷剂,上述室内热交换器包括:以规定间隔排列的多个散热片;和与上述散热片大致垂直地贯通且使制冷剂在内部流通的传热管,并且具有在上述传热管内部流动的制冷剂的质量流速不同的三个以上的部位。
由此,即使在使用每单位体积的制冷能力比R410A制冷剂小的制冷剂的情况下,也能够减少热交换器的压力损失。
发明效果
根据本发明,由于即使在使用每单位体积的制冷能力比R410A制冷剂小的制冷剂的情况下也能够减少热交换器的压力损失,所以能够确保制冷装置的供冷能力并且实现高效率。
附图说明
图1是本发明的实施方式1中的供冷供暖装置的结构图。
图2是R410A制冷剂和HFO1234yf制冷剂的每单位体积的制冷能力图。
图3是R410A制冷剂用的室内热交换器配管图。
图4是使用R410A制冷剂用的室内热交换器的情况下的质量流速、干燥度、饱和温度差和供冷能力图。
图5是使用R410A制冷剂用的室内热交换器的情况下的PH线图。
图6是本发明的实施方式1中的室内热交换器配管图。
图7是使用图6的室内热交换器的情况下的质量流速、干燥度、饱和温度差和供冷能力图。
图8是使用图6的室内热交换器配管的情况下的PH线图。
图9(a)、(b)是图6的室内热交换器的部位配置图。
图10是表示使每单位能力的质量流速变化的情况下的计算结果的图。
图11是现有的供冷供暖装置的结构图。
具体实施方式
本发明的第一方式的制冷装置,作为封入制冷剂回路中的制冷剂,使用与R410A制冷剂相比每单位体积的制冷能力小的制冷剂,上述室内热交换器包括以规定间隔排列的多个散热片;和与上述散热片成大致直角地贯通且使制冷剂在内部流通的传热管,并且具有在上述传热管内部流动的制冷剂的质量流速不同的三个以上的部位,使通过面积最优化。根据本方式,在供冷运转时使质量流速最优化来抑制压力损失,能够得到适当的空气与制冷剂的温度差。
本发明的第二方式,在第一方式的制冷装置中,在上述室内热交换器作为蒸发器发挥功能的情况下,上述部位构成为沿着制冷剂的流向的入口部位、中间部位、出口部位,在上述入口部位、上述中间部位、上述出口部位流动的每单位能力的制冷剂的配管内质量流速,分别为0.44g/mm2hW以上不足0.50g/mm2hW、0.14g/mm2hW以上不足0.16g/mm2hW、0.13g/mm2hW以上不足0.15g/mm2hW。根据本方式,在供冷运转时使质量流速最优化来抑制压力损失,能够得到适当的空气与制冷剂的温度差。
本发明的第三方式的制冷装置,在第一或第二方式的制冷装置中,在供冷的标准能力时,在上述入口部位、上述中间部位、上述出口部位流动的制冷剂的干燥度分别为0.215以上不足0.437、0.437以上不足0.8、0.8以上1.0以下。根据本方式,在供冷运转时使质量流速最优化来抑制压力损失,能够得到适当的空气与制冷剂的温度差。
本发明的第四方式,在第一至第三方式中的任一方式的制冷装置中,上述室内热交换器在供冷的中间能力时,在上述入口部位、上述中间部位、上述出口部位流动的制冷剂的干燥度分别为0.23以上不足0.408、0.408以上不足0.645、0.645以上1.0以下。根据本方式,在供冷运转时使质量流速最优化来抑制压力损失,能够得到适当的空气与制冷剂的温度差。
本发明的第五方式,在第一至第四方式中的任一方式的制冷装置中,上述部位在上述室内热交换器作为冷凝器发挥功能的情况下,在上述出口部位、上述中间部位、上述入口部位流动的每单位能力的制冷剂的配管内质量流速,分别为0.120g/mm2hW以上不足0.121g/mm2hW、0.127g/mm2hW以上不足0.129g/mm2hW、0.446g/mm2hW以上不足0.451g/mm2hW。根据本方式,在供暖运转时还能够抑制性能降低,能够与供冷性能平衡良好地得到最佳的年际效率。
本发明的第六方式的制冷装置,在第一至第五方式中的任一方式的制冷装置中,上述室内热交换器在供暖的标准能力时,在上述出口部位、上述中间部位、上述入口部位流动的制冷剂的干燥度分别为0.408以上不足1.00、0以上不足0.408、0.00。根据本方式,在供暖运转时还能够抑制性能降低,能够与供冷性能平衡良好地得到最佳的年际效率。
本发明的第七方式,在第一至第六方式中的任一方式的制冷装置中,上述室内热交换器在供暖的中间能力时,在上述出口部位、上述中间部位、上述入口部位流动的制冷剂的干燥度分别为0.681以上不足1.00、0.163以上不足0.681、0.00以上0.681以下。
本发明的第八方式,在第一至第七方式中的任一方式的制冷装置中,上述制冷装置设置有四通阀,来改变制冷剂在上述室外热交换器、上述室内热交换器流动的方向,从而能够进行供冷、供热。根据本方式,能够切换供冷运转和供暖运转。
本发明的第九方式,在第一至第八方式中的任一方式的制冷装置或供冷供暖装置中,具有对上述室内热交换器供给空气的送风装置,在上述室内热交换器作为冷凝器发挥功能的情况下,上述室内热交换器内的制冷剂的流动方向的下游成为上述送风装置所形成的空气流的上游。根据本方式,能够提高供暖运转时的效率。
本发明的第十方式,在第一至第九方式中的任一方式的制冷装置或供冷供暖装置中,作为制冷剂,填充有由以在碳与碳之间具有双键的氢氟烯烃为基本成分的制冷剂构成的单一制冷剂或包含上述制冷剂的混合制冷剂。根据本方式,通过使用全球变暖系数小的制冷剂,即使将未被回收的制冷剂释放到大气中,也能够将其对全球变暖的影响保持为极小。
以下,以供冷供暖装置的情况为例对本发明进行说明。但是,并不由本实施方式限定本发明。
(实施方式1)
图1是本实施方式的供冷供暖装置的结构图。
实施方式1的供冷供暖装置包括:对制冷剂进行压缩的压缩机1;对供冷供暖运转时的制冷剂回路进行切换的四通阀2;对制冷剂与外部空气的热量进行交换的室外热交换器3;对制冷剂进行减压的节流装置4;和对制冷剂与室内空气的热进行交换的室内热交换器5。压缩机1、四通阀2、室外热交换器3、节流装置4和室内热交换器5由连接管将环状连接。室外单元10包括压缩机1、四通阀2、室外热交换器3、节流装置4,室内单元11包括室内热交换器5。并且,室外单元10与室内单元11由连接管A12和连接管B13连接。
在供冷运转时,被压缩机1压缩后的制冷剂成为高温高压的制冷剂,通过四通阀2传输至室外热交换器3。然后,与外部空气热交换而散热,成为高压的液态制冷剂传输至节流装置4。在节流装置4中被减压成为低温低压的二相制冷剂,通过连接管B13后进入室内热交换器5,与室内空气热交换而吸热,蒸发气化后成为低温气态制冷剂。此时,室内空气被冷却,在室内供冷。进一步,制冷剂通过连接管A12,经由四通阀2返回压缩机1。
在供暖运转时,被压缩机1压缩后的制冷剂成为高温高压的制冷剂,通过四通阀2传输至连接管A12。然后,进入室内热交换器5,与室内空气热交换而散热,被冷却成为高压液态制冷剂。此时,室内空气被加热,在室内供暖。之后,制冷剂通过连接管B13输送至节流装置4,在节流装置4中被减压成为低温低压的二相制冷剂,输送至室外热交换器3与外部空气热交换而蒸发气化,经由四通阀2返回压缩机1。这样,形成供冷供暖运转。
在本实施方式的构成供冷供暖装置的制冷剂回路中,封入有每单位体积的制冷能力比R410A制冷剂小的制冷剂。该制冷剂是以在碳与碳之间具有双键的氢氟烯烃中的四氟丙烯为基本成分的制冷剂,在该实施方式中以HFO1234yf为例进行说明。
接着,对室内热交换器5成为蒸发器的情况进行详细说明。
图2中对R410A制冷剂和HFO1234yf制冷剂的每单位体积的制冷能力进行计算并比较。
在图2中,表示在蒸发器的蒸发温度为5℃和10℃的情况下,R410A制冷剂和HFO1234yf制冷剂的饱和气体密度、蒸发潜热和蒸发器的每单位体积的制冷能力(饱和气体密度×蒸发潜热)。
如图2所示,供冷运转时每单位体积的制冷能力,在蒸发温度为5℃时,R410A为7715.1kJ/m3、HFO1234yf为3310.5kJ/m3,此外,在蒸发温度为10℃时,R410A为8742.6kJ/m3、HFO1234yf为3791.7kJ/m3,HFO1234yf是R410A的约1/2.3。由此,为了使HFO1234yf的制冷能力与R410A为同等程度,需要使每单位时间的制冷剂的体积流量(以下称为制冷剂循环量)约为R410A的约2.3倍。
图3是R410A制冷剂用的室内热交换器5的一例。
室内热交换器5包括以规定间隔排列的多个散热片19和与上述散热片19大致垂直地贯通且使制冷剂在内部流动的传热管。此外,利用送风装置18使空气与制冷剂进行热交换。进而,在沿着制冷剂的流向由入口部位80、中间部位81、出口部位82构成的各部位,质量流速不同。
制冷剂的流动从节流装置4输送,从传热管50流入,经过传热管51进入传热管52,到达传热管53。从传热管53分支到4个传热管60、61、62和63后,制冷剂分别到达传热管60’、61’、62’和63’。传热管60’、61’、62’和63’的制冷剂例如经过集管(header,未图示)以大致等分的流量分支到传热管70、71,到达传热管70’、71’,制冷剂通过连接管B13,经由四通阀2返回压缩机1。
图4表示在使用图3中的R410A制冷剂用的室内热交换器5,作为制冷剂使用R410A和HFO1234yf的情况下的各制冷剂的各部位的质量流速、干燥度、饱和温度差和供冷能力。
此外,作为压力损失的指标使用饱和温度差。饱和温度差是基于室内热交换器5的入口与出口的制冷剂压力求取每种制冷剂的饱和温度后求其差。这是由于根据制冷剂不同而压力与温度的关系不同,所以不能简单地将与性能相关的压力损失作为压力差进行比较。在比较不同的制冷剂的压力损失的情况下进行饱和温度差比较是通例,能够判断饱和温度差越大压力损失也越大。
此外,图4表示在使用HFO1234yf的情况下增加制冷剂循环量而供冷能力成为最大的条件下的数据。根据图4进行判断,HFO1234yf的能力为R410A的约74%(=2890÷3903×100)。这如基于饱和温度差进行判断一样起因于HFO1234yf的压力损失大。进而,使用图5进行说明。
图5表示使用图3中的R410A制冷剂用的室内热交换器5,并且使用HFO1234yf制冷剂的图4条件下的PH线图。
A点表示压缩机入口部,B点表示压缩机排出部,C点表示冷凝器入口部,D点表示冷凝器出口部,E点表示蒸发器入口部,并且F点表示蒸发器出口部。
根据图5判断,从作为蒸发器的入口部和出口部的E点到F点的线的倾斜度变大,制冷剂循环量增加,所以压力损失较大。此外,从F点向E点,制冷剂的温度上升,所以制冷剂与作为被热交换流体的空气的温度差逐渐变小,在作为室内热交换器5的入口的E点,温度差很小。这样,由于制冷剂与空气的温度差缩小,使得热交换量减少,所以不能确保规定的供冷能力。
也就是说,由于增加制冷剂循环量,使得压力损失增加,制冷剂与空气的温度差缩小,所以不能确保制冷能力。
图6是本发明的室内热交换器5的一例。
室内热交换器5包括以规定间隔排列的多个散热片19和与上述散热片19大致垂直地贯通且使制冷剂在内部流动的传热管。此外,利用送风装置18使空气与制冷剂进行热交换。此时制冷剂的流动方向与空气的流动方向为相同方向。进而,在沿着制冷剂的流向由入口部位15、中间部位16、出口部位17构成的各部位,每单位能力的质量流速不同。
制冷剂的流动从节流装置4输送,分支流入到传热管20和21,分别到达传热管20’、21’。传热管20’、21’的制冷剂经过例如集管(未图示),大致均等分支到传热管30、31、32、33、34、35、36,分别到达传热管30’、31’、32’、33’、34’、35’、36’,进而经过例如集管(未图示)后经过传热管40、41、42、43、44、45,分别到达传热管40’、41’、42’、43’、44’、45’,制冷剂例如经过集管(未图示)后通过连接管B13,经由四通阀2返回压缩机1。
进而,作为配管管径的一例,入口部位15和中间部位16可以使用φ6.35mm,出口部位17可以使用φ7mm。此外,入口部位15可以是2路,中间部位16可以是7路,出口部位17可以是6路。
图7是使用图6中的本发明的室内热交换器5,作为制冷剂使用HFO1234yf的情况下为供冷标准能力时通过模拟计算出的各制冷剂在每个部位的质量流速、干燥度、饱和温度差和供冷能力。
根据图7,向入口部位15、中间部位16、出口部位17流动的每单位能力的制冷剂的配管内质量流速分别为0.44g/mm2hW以上不足0.50g/mm2hW、0.14g/mm2hW以上不足0.16g/mm2hW、0.13g/mm2hW以上不足0.15g/mm2hW,供冷标准能力时的干燥度分别为0.215以上不足0.437、0.437以上不足0.8、0.8以上不足1.0。
此外,供冷中间期能力时的干燥度分别为0.23以上不足0.408、0.408以上不足0.645、0.645以上不足1.0。
饱和温度差约为9.5K,供冷能力为3912W,大致与使用图4所示的R410A制冷剂的情况同等,能够确保供冷能力。
图8表示使用图6中的本发明的室内热交换器5,使用HFO1234yf制冷剂的图7条件下的PH线图。
A点表示压缩机入口部,B点表示压缩机排出部,C点表示冷凝器入口部,D点表示冷凝器出口部,E’点表示蒸发器入口部,并且F点表示蒸发器出口部。此外,E点表示在使用R410A用的室内热交换器5的情况下的室内热交换器入口部。
根据图8可知,在使用R410A用的室内热交换器5的情况下,压力损失增大,从F点到E点的线的倾斜度增大,与此相对,在使用本发明的室内热交换器5的情况下,从F点到E’点的倾斜度变缓。因此,能够确保适当的制冷剂和空气温度,即能够确保热交换量,能够确保规定的供冷能力。
另一方面,对室内热交换器5为冷凝器的情况进行说明。
对使用图6中的本发明的室内热交换器5的情况进行说明。在供暖运转时制冷剂的流动与供冷运转时的流动方向相反。
即,经过连接管B13后的气态制冷剂分别到达传热管40’、41’、42’、43’、44’、45’,经过传热管40、41、42、43、44、45,进而通过例如集管(未图示)后大致均等分支,分别到达传热管30’、31’、32’、33’、34’、35’、36’。进而,分别经过传热管30、31、32、33、34、35、36,并通过例如集管(未图示)大致均等分支,流入传热管20’、21’,分别到达传热管20和21,输送至连接管A13。此时,制冷剂在沿着流向由出口部位17、中间部位16、入口部位15构成的各部位,每单位能力的质量流速不同。通过模拟计算出的各部位的每单位能力的质量流速为0.120g/mm2hW以上不足0.121g/mm2hW、0.127g/mm2hW以上不足0.129g/mm2hW、0.446g/mm2hW以上不足0.451g/mm2hW。
此外,通过模拟得到的干燥度在供暖标准能力时分别为0.408以上不足1.00、0以上不足0.408、0.00,在供暖中间能力时分别为0.681以上不足1.00、0.163以上不足0.681、0.00以上0.681以下。
此外,此时利用送风装置18使空气与制冷剂进行热交换。此时制冷剂的流动方向与空气的流动方向为相同方向。室内热交换器5内的制冷剂的流动方向的下游为送风装置18形成的空气流动的上游,也就是说,利用送风装置18输送的空气的流动方向与制冷剂的流动方向为相反方向,所以平均温度差比向相同方向流动时取值大,故效率提高。
图9表示部位的配置图。图9中表示在构成室内热交换器5的情况下,构成入口部位15、中间部位16和出口部位17的一例。如图9(a)所示,可以将各部位分割配置,也可以如(b)所示将三个部位重叠地配置,各部位的配置不受本图限制。
进而,图10表示在使用本发明的室内热交换器5的情况和在入口部位15、中间部位16和出口部位17中的各个部位使每单位能力的质量流速变化的情况下的计算结果。图10中在表的中央使用黑体字并且使供冷标准、供冷中间、供暖标准和供暖中间的能力为100%、还使期间效率为100%利用比率来表示使用本发明的室内热交换器5的情况。
根据图10可知,不存在超过使用本发明的室内热交换器5时的期间效率100%的情况。
然而,特别是在图10的(3)出口部位,判断供暖能力在每单位能力的质量流速为0.117g/mm2hW时更高,但是可判断作为本制冷剂的特性即使供暖性能稍稍降低,也会使供冷性能提高。
此外,配管管径作为规格来决定,所以不能选择任意的管径。从而,以使得与实施方式中所示的制冷剂的质量速度和干燥度尽可能接近的方式适当选择配管管径和路数(path)。
在上述实施方式中以HFO1234yf为例进行了说明,但是也可以是以在碳与碳之间具有双键的氢氟烯烃为基本成分的制冷剂,只要氢氟烯烃也是HFO1234yf所属的四氟丙烯,例如也可以是HFO1234ze,此外,这种制冷剂可以是单体或包含该制冷剂的混合制冷剂,例如可以使用与不具有双键的氢氟烃混合而成的制冷剂作为工作制冷剂。
具体而言,作为工作制冷剂,也可以使用使氢氟烯烃为四氟丙烯(HFO1234yf或HFO1234ze)、使氢氟烃为二氟甲烷(HFC32)的混合制冷剂。
此外,作为工作制冷剂,也可以使用使氢氟烯烃为四氟丙烯(HFO1234yf)、使氢氟烃为五氟乙烷(HFC125)的混合制冷剂。
此外,作为工作制冷剂,也可以使用使氢氟烯烃为四氟丙烯(HFO1234yf)、使氢氟烃为五氟乙烷(HFC125)、二氟甲烷(HFC32)的3成分构成的混合制冷剂。
此外,在上述实施方式中,对供冷供暖装置进行了说明,但是也能够作为不具有四通阀的加热专用例如热水器等、冷却专用例如冷气装置或冷冻库等制冷装置应用,这种情况下室内热交换器、室外热交换器是指冷凝器和蒸发器。
产业上的利用可能性
根据本发明,能够利用例如以GWP4的HFO1234yf为代表的GWP较小的制冷剂。
附图符号说明
1压缩机
2四通阀
3室外热交换器
4节流装置
5室内热交换器
6每单位体积的制冷能力较小的制冷剂
15入口部位
16中间部位
17出口部位
18送风装置
19散热片
20、21、20’、21’、30、31、32、33、34、35、36、30’、31’、32’、33’、34’、35’、36’、40、41、42、43、44、45、40’、41’、42’、43’、44’、45’传热管
Claims (10)
1.一种制冷装置,其特征在于:
用连接管至少依次连接压缩机、室外热交换器、节流装置和室内热交换器而构成环状的制冷剂回路,作为封入到所述制冷剂回路中的制冷剂,使用与R410A制冷剂相比每单位体积的制冷能力小的制冷剂,其中
所述室内热交换器包括以规定间隔排列的多个散热片;和与所述散热片成大致直角地贯通且使制冷剂在内部流通的传热管,并且具有在所述传热管内部流动的制冷剂的质量流速不同的三个以上的部位。
2.如权利要求1所述的制冷装置,其特征在于:
在所述室内热交换器作为蒸发器发挥功能的情况下,所述部位沿着制冷剂的流向构成为入口部位、中间部位、出口部位,在所述入口部位、所述中间部位、所述出口部位流动的每单位能力的制冷剂的配管内质量流速,分别为0.44g/mm2hW以上不足0.50g/mm2hW、0.14g/mm2hW以上不足0.16g/mm2hW、0.13g/mm2hW以上不足0.15g/mm2hW。
3.如权利要求1或2所述的制冷装置,其特征在于:
所述室内热交换器在供冷的标准能力时,在所述入口部位、所述中间部位、所述出口部位流动的制冷剂的干燥度分别为0.215以上不足0.437、0.437以上不足0.8、0.8以上1.0以下。
4.如权利要求1~3中任一项所述的制冷装置,其特征在于:
所述室内热交换器在供冷的中间能力时,在所述入口部位、所述中间部位、所述出口部位流动的制冷剂的干燥度分别为0.23以上不足0.408、0.408以上不足0.645、0.645以上1.0以下。
5.如权利要求1~4中任一项所述的制冷装置,其特征在于:
所述部位在所述室内热交换器作为冷凝器发挥功能的情况下,在所述出口部位、所述中间部位、所述入口部位流动的每单位能力的制冷剂的配管内质量流速,分别为0.120g/mm2hW以上不足0.121g/mm2hW、0.127g/mm2hW以上不足0.129g/mm2hW、0.446g/mm2hW以上不足0.451g/mm2hW。
6.如权利要求1~5中任一项所述的制冷装置,其特征在于:
所述室内热交换器在供暖的标准能力时,在所述出口部位、所述中间部位、所述入口部位流动的制冷剂的干燥度分别为0.408以上不足1.00、0以上不足0.408、0.00。
7.如权利要求1~6中任一项所述的制冷装置,其特征在于:
所述室内热交换器在供暖的中间能力时,在所述出口部位、所述中间部位、所述入口部位流动的制冷剂的干燥度分别为0.681以上不足1.00、0.163以上不足0.681、0.00以上0.681以下。
8.一种供冷供暖装置,其特征在于:
在权利要求1~7中任一项所述的制冷装置中设置有四通阀,来改变制冷剂在所述室外热交换器、所述室内热交换器流动的方向,从而能够进行供冷、供热。
9.如权利要求1~8中任一项所述的制冷装置或供冷供暖装置,其特征在于:
具有对所述室内热交换器供给空气的送风装置,在所述室内热交换器作为冷凝器发挥功能的情况下,所述室内热交换器内的制冷剂的流动方向的下游成为所述送风装置所形成的空气流的上游。
10.如权利要求1~9中任一项所述的制冷装置或供冷供暖装置,其特征在于:
作为制冷剂,填充有由以在碳与碳之间具有双键的氢氟烯烃为基本成分的制冷剂构成的单一制冷剂或包含所述制冷剂的混合制冷剂。
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