CN103375846B - 多拖一空调控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空调技术领域,具体涉及一种空调系统。多拖一空调控制系统,包括室外机、室内机,室外机通过管路与室内机形成闭合回路,室内机为一台,室外机为至少一台,一台室外机中通过一个压缩机、一个四通换向阀、一个室外热交换器、一个电子膨胀阀和一个室内机内的室内热交换器形成一闭合回路。至少一台室外机分别连接室内机,形成一“多拖一”结构。由于采用上述技术方案,本发明采用“多拖一”的方式,并结合调整电子膨胀阀的开度来实现每个闭合回路中的压缩机的过热度达到最优,实现压缩机在最高的效率下运行,进而实现节能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及空调技术领域,具体涉及一种空调系统。
背景技术
在商用空调领域中,多联机空调系统占有很大一部分市场,参照图1,通常称为“一拖多”式空调。这种类型的空调机组主要特点是单台室外机11的制冷量较大,与之相联的室内机组中每台室内机12制冷量较小,这样一台室外机11就可以带动多台室内机12。当部分室内机12由使用者启动时,室外机11会根据启动的室内机12数量和负荷在部分负荷下运行,通常室外机11是通过变频实现部分负荷运行的。这种机组由于实现了室外机11功率和室内机12运行负荷的匹配,因而比较节能。
但这一类空调系统也有不足之处,主要表现在部分负荷下运行的效率问题,通常部分负荷效率不能达到全负荷效率,比如室内侧负荷为30%,室外机11在30%制冷量下运行时,他的功率消耗为全负荷下的33~35%,效率比(负荷比率/功耗比率)30%/35%=86%,小于1,所以节能效果会稍差一些。另外,现在商用空调领域中也有这样一种机组,比如全新风机组,单台室内机12的制冷量较大,室内机12的负荷变化是由于季节的原因而不是人为的使用产生的,这样较难控制空调系统的制冷量。
在分体空调制冷系统中有一个室外机和一个室内机,在制冷状态下,所述室外机内热交换器为一冷凝器,所述室内机内热交换器为一蒸发器,蒸发器是每一个闭合回路中的换热元件,它换热面积的利用率直接影响制冷系统的效率(能效比)。蒸发器换热面积利用率是通过蒸发器出口制冷剂过热度(简称过热度)来衡量的。这个过热度的概念是:蒸发器出口制冷剂温度与蒸发器出口压力下对应的制冷剂饱和温度之差。
理论意义上,过热度越小越好,当过热度为0时,蒸发器内部制冷剂均处于蒸发换热状态,因而制冷系统的效率最高。但在实际情况下,过热度为0时,会有液态制冷剂进入压缩机,从而会造成液击现象(压缩机液体压缩)而损坏压缩机。通常蒸发器过热度控制在2℃左右最好。在实际制冷系统中,过热度是由制冷系统中的膨胀阀来控制的,而电子膨胀阀由于动作响应速度快,调节范围大,因而在分体式空调系统,特别是室内机和室外机距离比较远中得以应用。
制冷系统中,由于进风温度和风量的变化,蒸发器负荷也跟着发生变化,所以要达到蒸发器最高利用率,控制制冷剂进入蒸发器的流量也必须实时调节。在现有技术中,参照图3,过热度的计算通常是按蒸发器出口温度T5与蒸发器入口温度T2之差来计算的。即过热度:
ΔT=T5-T2(1)
这种计算方式对于蒸发器压力损失比较小、蒸发器与压缩机距离比较近的制冷空调设备来说是合适的。但是对于蒸发器压力损失比较大的设备,特别是蒸发器与压缩机距离比较远的情况下,制冷剂在管路中流动而产生的压力损失很大,这样情况下,温度T2就不能代表温度T5所在位置的制冷剂饱和温度,用该方法就不能精确调节最优的制冷剂流量,系统效率下降、制冷剂过量,甚至造成液击危险。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种多拖一空调控制系统,解决以上技术问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
多拖一空调控制系统,包括一室外机、一室内机,所述室外机通过管路与所述室内机形成一闭合回路,其特征在于,所述室内机为一台,所述室外机为至少一台,一台所述室外机中通过一个压缩机、一个四通换向阀、一个室外热交换器、一个电子膨胀阀和一个所述室内机内的室内热交换器形成一闭合回路,至少一台所述室外机分别连接所述室内机,形成一“多拖一”结构。
本发明采用“多拖一”的方式,将一台室内机与多台室外机相联,当季节变化时,部分负荷下的运行是通过启动室外机的台数来实现,可很好的调节本发明的制冷量。
每个所述压缩机可以均采用定频压缩机,每台所述室外机与所述室内机形成一定频压缩机制冷系统。每一台室外机均采用定频压缩机系统后,每一台运行的室外机都是在设计状态下运行,每一台运行的室外机的效率比可以达到100%,即当季节变化时,部分负荷下运行的效率比可以达到100%,节能效果显著。
所述室外机与所述室内机的比例可以为1∶1~16∶1之间。即本发明可以采用一台室外机对应一台室内机进行运行,也可多台室外机对应一台室内机进行运行。
本发明的所述室外机包括一室外热交换器,所述室内机包括一室内热交换器。根据工作状态不同,所述室外热交换器可以作为冷凝器或蒸发器,所述室内热交换器则作为蒸发器或冷凝器。
还包括一控制系统,所述控制系统包括一压缩机进口温度传感器、一压缩机进口压力传感器、一微型处理器系统;所述压缩机进口温度传感器设置在所述压缩机的进口处,用于检测所述压缩机的进口处制冷剂温度;所述压缩机进口压力传感器设置在所述压缩机的进口处,用于检测所述压缩机的进口处制冷剂压力;所述压缩机进口温度传感器、所述压缩机进口压力传感器分别连接所述微型处理器系统,所述微型处理器系统连接所述电子膨胀阀;所述微型处理器系统连接一存储模块,所述存储模块存储有压缩机进口压力与制冷剂饱和温度Ts的对应关系信息;
所述压缩机进口温度传感器检测到压缩机进口温度T1,所述压缩机进口压力传感器检测到压缩机进口压力,所述微型处理器系统根据压缩机进口压力与制冷剂饱和温度Ts的对应关系信息,得到制冷剂饱和温度Ts,然后根据过热度公式:
ΔT=T1-Ts(2)
得到经所述微型处理器系统控制电子膨胀阀,达到的相应过热度。
对于本发明的“多拖一”式空调系统,通过研究发现,不论蒸发器阻力、室内机和室外机之间的连接管路阻力损失,以及连接管路的热量损失,最终结果都是造成压缩机效率的下降,因而通过测量压缩机进出口的状态参数将会确定压缩机所处的运行状态,进而通过调整电子膨胀阀开度,精确控制制冷剂流量,使压缩机进口过热度达到最优,即可使压缩机在最高的效率下运行,以实现节能的目的。
本发明的每个所述压缩机进口处均设有一压缩机进口温度传感器、一压缩机进口压力传感器,每个所述闭合回路均配备一个所述微型处理器系统,所述微型处理器系统根据每个闭合回路中的压缩机进口温度传感器、压缩机进口压力传感器分别控制每个闭合回路中的电子膨胀阀。以便本发明在节省成本的前提下,依然能很好的控制每个回路的工作效率。
由于压缩机进口压力传感器的价格较为昂贵,为了减少本发明的控制成本,本发明采用测量温度信息进而得到相应的压力信息:
所述控制系统包括一压缩机出口温度传感器、一冷凝温度传感器、所述压缩机出口温度传感器设置在所述压缩机的排气口处,用于检测压缩机出口的制冷剂温度;所述冷凝温度传感器设置在所述冷凝器的换热盘管上,用于检测换热盘管处的温度;所述压缩机出口温度传感器、所述冷凝温度传感器分别连接所述微型处理器系统;所述存储模块存储有压缩机出口压力P4与冷凝温度T3的对应关系信息;所述存储模块存储有压缩机进口压力P1与制冷剂饱和温度Ts的对应关系信息;
所述冷凝温度传感器检测出冷凝温度T3,微型处理器系统根据压缩机出口压力P4与冷凝温度T3的对应关系信息,得到压缩机出口压力P4;
所述压缩机出口温度传感器检测出压缩机出口温度T4;
由工程热力学得知,压缩机的压缩过程是一个多变的过程,从而有:
其中T4为压缩机出口温度;T1为压缩机进口温度;P4为压缩机出口压力;P1为压缩机进口压力;n为多变指数,多变指数为1.28;
微型处理器系统根据T4、T1、P4得到压缩机进口压力P1,微型处理器系统根据压缩机进口压力P1与制冷剂饱和温度Ts的对应关系信息,得到制冷剂饱和温度Ts,然后由公式(2)计算出过热度ΔT。
上述设计中,省去了采用价格较为昂贵的压缩机进口压力传感器,而是采用价格低廉的温度传感器来检测压缩机进出口温度信息,得到过热度。这样整个系统在控制优化的前提下,还能实现低成本高效率运行目的。
每个所述压缩机进口处均设有一压缩机进口温度传感器,每个所述压缩机出口处均设有一压缩机出口温度传感器,每个所述冷凝器处均设有一冷凝温度传感器,每个所述闭合回路均设有一个所述微型处理器系统,所述微型处理器系统根据每个闭合回路中的压缩机进口温度传感器、压缩机出口温度传感器、冷凝温度传感器,分别控制每个闭合回路中的电子膨胀阀。
本发明的电子膨胀阀优选采用由脉冲控制的步进电机驱动开关,脉冲宽度优选为30ms±1ms,全程运行为480步。
在本发明的一个闭合回路中,所述压缩机开启后,所述微型处理器系统每隔一分钟调整一次所述电子膨胀阀的开度。
有益效果:由于采用上述技术方案,本发明采用“多拖一”的方式,并结合调整电子膨胀阀的开度来实现每个闭合回路中的压缩机的过热度达到最优,实现压缩机在最高的效率下运行,进而实现节能的目的。
附图说明
图1为现有技术中“一拖多”式空调的连接示意图;
图2为本发明的连接示意图;
图3为本发明的一个闭合回路的连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示进一步阐述本发明。
参照图2、图3,多拖一空调控制系统,包括一室外机11、一室内机12,室外机11通过管路与室内机12形成一闭合回路。室内机12为一台,室外机11为至少一台,一台室外机11中通过一个压缩机2、一个四通换向阀6、一个室外热交换器、一个电子膨胀阀3与室内机12的室内热交换器形成一闭合回路,至少一台室外机11分别连接室内机12,形成一“多拖一”结构。本发明采用“多拖一”的方式,将一台室内机12与多台室外机11相联,当季节变化时,部分负荷下的运行是通过启动室外机11的台数来实现,可很好的调节本发明的制冷量。
每个压缩机2均采用定频压缩机2,每台室外机11与室内机12形成一定频压缩机系统。每一台室外机11均采用定频压缩机系统后,每一台运行的室外机11都是在设计状态下运行,每一台运行的室外机11的效率比可以达到100%,部分负荷下运行的效率比可以达到100%,节能效果显著。
室外机11与室内机12的比例可以为1∶1~16∶1之间。即本发明可以采用一台室外机11对应一台室内机12进行运行,也可多台室外机11对应一台室内机12进行运行。参照图2,室外机11与室内机12的比例为8∶1。
本发明的室外机11包括一室外热交换器,室内机包括一室内热交换器。根据工作状态不同,室外热交换器可以作为冷凝器或蒸发器,室内热交换器则作为蒸发器或冷凝器。
本发明通过实验研究,采用如下方式来确定过热度,不仅不必考虑室内机12与室外机11距离影响,也不必考虑由于连接管路的长短而造成的热量损失,可以发挥压缩机2最大的效率:
还包括一控制系统,控制系统包括一压缩机进口温度传感器、一压缩机进口压力传感器、一微型处理器系统。压缩机进口温度传感器设置在压缩机2的进口处,用于检测压缩机2的进口温度。压缩机进口压力传感器设置在压缩机2的进口处,用于检测压缩机2的进口压力。压缩机进口温度传感器、压缩机进口压力传感器分别连接微型处理器系统,微型处理器系统连接电子膨胀阀3。微型处理器系统连接一存储模块,存储模块存储有压缩机进口压力与制冷剂饱和温度Ts的对应关系信息。压缩机进口温度传感器检测到压缩机进口温度T1,压缩机进口压力传感器检测到压缩机进口压力,微型处理器系统根据压缩机进口压力与制冷剂饱和温度Ts的对应关系信息,得到制冷剂饱和温度Ts,然后根据过热度公式:
ΔT=T1-Ts(2)
得到经微型处理器系统控制电子膨胀阀3,达到的相应过热度。
对于本发明的“多拖一”式空调系统,通过研究发现,不论蒸发器5阻力、室内机12和室外机11之间的连接管路阻力损失,以及连接管路的热量损失,最终结果都是造成压缩机2效率的下降,因而通过测量压缩机2进出口的状态参数将会确定压缩机2所处的运行状态,进而通过调整电子膨胀阀3开度,精确控制制冷剂流量,使压缩机进口过热度达到最优,即可使压缩机2在最高的效率下运行,以实现节能的目的。
本发明的每个压缩机进口处均设有一压缩机进口温度传感器、一压缩机进口压力传感器,每个闭合回路均设有一个微型处理器系统,微型处理器系统根据每个闭合回路中的压缩机进口温度传感器、压缩机进口压力传感器分别控制每个闭合回路中的电子膨胀阀3。以便本发明在节省成本的前提下,依然能很好的控制每个回路的工作效率。
由于压缩机进口压力传感器的价格较为昂贵,为了减少本发明的控制成本,本发明采用测量温度信息进而得到相应的压力信息:
控制系统包括一压缩机出口温度传感器、一冷凝温度传感器、压缩机出口温度传感器设置在压缩机2的排气口处,用于检测压缩机出口的制冷剂温度。冷凝温度传感器设置在冷凝器的换热盘管上,用于检测换热盘管的温度。压缩机出口温度传感器、冷凝温度传感器分别连接微型处理器系统。存储模块存储有压缩机出口压力P4与冷凝温度T3的对应关系信息。存储模块存储有压缩机进口压力P1与制冷剂饱和温度Ts的对应关系信息。冷凝温度传感器检测出冷凝温度T3,微型处理器系统根据压缩机出口压力P4与冷凝温度T3的对应关系信息,得到压缩机出口压力P4。压缩机出口温度传感器检测出压缩机出口温度T4。由工程热力学得知,压缩机2的压缩过程是一个多变的过程,从而有:
其中T4为压缩机出口温度;T1为压缩机进口温度;P4为压缩机出口压力;P1为压缩机进口压力;n为多变指数,多变指数为1.28;
微型处理器系统根据T4、T1、P4得到压缩机进口压力P1,微型处理器系统根据压缩机进口压力P1与制冷剂饱和温度Ts的对应关系信息,得到制冷剂饱和温度Ts,然后由公式(2)计算出过热度ΔT。
上述设计中,省去了采用价格较为昂贵的压缩机进口压力传感器,而是采用价格低廉的温度传感器来检测压缩机进出口温度信息,得到过热度。这样整个系统在控制优化的前提下,还能实现低成本高效率运行目的。
每个压缩机进口处均设有一压缩机进口温度传感器,每个压缩机出口处均设有一压缩机出口温度传感器,每个冷凝器处均设有一冷凝温度传感器,每个闭合回路均设有一个微型处理器系统,微型处理器系统根据每个闭合回路中的压缩机进口温度传感器、压缩机出口温度传感器、冷凝温度传感器,分别控制每个闭合回路中的电子膨胀阀。
本发明作为制热系统时,与制冷系统的冷凝器和蒸发器位置相反,室外机11包括一蒸发器5,室内机12包括一冷凝器4,其控制系统的控制手段与制冷系统相同。
实施方式一:参照图2,一台室内机12分别连接八台室外机11,每台室外机11与室内机12均形成一闭合回路,每个闭合回路均采用图3的连接方式,每个闭合回路均包括一冷凝器4、四通换向阀6、定频压缩机2、蒸发器5、电子膨胀阀3、压缩机进口温度传感器、压缩机出口温度传感器、冷凝温度传感器,每个闭合回路中的电子膨胀阀3、压缩机进口温度传感器、压缩机出口温度传感器、冷凝温度传感器分别连接微型处理器系统,微型处理器系统根据测量得到的压缩机进出口的状态参数,确定压缩机所处的运行状态,进而通过调整电子膨胀阀3的开度,精确可控制制冷剂流量,使压缩机进口过热度达到最优。
采用上述结构的空调系统的,针对R410a制冷剂的控制方式如下:
1)通过冷凝温度传感器得到冷凝温度T3,根据公式:
P4=0.00586592T3 2+0.11397T3+9.9936(4)
得到压缩机出口压力P4;
2)通过压缩机进口温度传感器、压缩机出口温度传感器,得到压缩机进口温度T1、压缩机出口温度T4;
本发明使用的压缩机和R410a制冷剂的n=1.28,根据公式:
得到
进而得到压缩机进口压力P1;
3)对于R410a制冷剂,压缩机进口压力P1与制冷剂饱和温度Ts的对应关系如下:
Ts=-0.18571P1 2+7.1413P1-45.240(6)
得到饱和温度TS;
4)根据过热度公式:
ΔT=T1-Ts(2)
得到过热度ΔT,进而作为电子膨胀阀的控制目标。
本发明的电子膨胀阀3由脉冲控制的步进电机驱动开关,脉冲宽度为30mS,全程运行为480步。压缩机2开启后,控制系统每隔一分钟调整一次电子膨胀阀3的阀门的开度,控制方案如下:
ΔT<1℃ | 阀门关24步 |
1℃≤ΔT<2℃ | 阀门关10步 |
2℃≤ΔT≤3℃ | 阀门保持开度不变 |
3℃<ΔT≤4℃ | 阀门开10步 |
4℃<ΔT | 阀门开24步 |
本发明最终将压缩机进口过热度控制在2~3℃之间。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.多拖一空调控制系统,包括一室外机、一室内机,所述室外机通过管路与所述室内机形成一闭合回路,其特征在于,所述室内机为一台,所述室外机为至少一台,一台所述室外机中通过一个压缩机、一个四通换向阀、一个室外热交换器、一个电子膨胀阀和一个所述室内机内的室内热交换器形成一闭合回路,至少一台所述室外机分别连接所述室内机,形成一“多拖一”结构;
所述室外机包括一室外热交换器,所述室内机包括一室内热交换器;所述室外热交换器设有一室外散热盘管,所述室外热交换器作为冷凝器,以所述室外散热盘管作为换热盘管;所述室内热交换器作为蒸发器;或者,所述室内热交换器设有一室内散热盘管,所述室内热交换器作为冷凝器,以所述室内散热盘管作为换热盘管;所述室外热交换器作为蒸发器;
还包括一控制系统,所述控制系统包括一压缩机进口温度传感器、一微型处理器系统;所述压缩机进口温度传感器设置在所述压缩机的进口处,用于检测所述压缩机的进口处制冷剂温度;所述压缩机进口温度传感器连接所述微型处理器系统,所述微型处理器系统连接所述电子膨胀阀;所述微型处理器系统连接一存储模块,所述存储模块存储有压缩机进口压力与制冷剂饱和温度Ts的对应关系信息;
所述控制系统包括一压缩机出口温度传感器、一冷凝温度传感器、所述压缩机出口温度传感器设置在所述压缩机的排气口处,用于检测压缩机出口的制冷剂温度;所述冷凝温度传感器设置在所述冷凝器的冷凝盘管上,用于检测冷凝盘管处的温度;所述压缩机出口温度传感器、所述冷凝温度传感器分别连接所述微型处理器系统;所述存储模块存储有压缩机出口压力P4与冷凝温度T3的对应关系信息;所述存储模块存储有压缩机进口压力P1与制冷剂饱和温度Ts的对应关系信息;
所述冷凝温度传感器检测出冷凝温度T3,微型处理器系统根据压缩机出口压力P4与冷凝温度T3的对应关系信息,得到压缩机出口压力P4;
所述压缩机出口温度传感器检测出压缩机出口温度T4;
由工程热力学得知,压缩机的压缩过程是一个多变的过程,从而有:
其中T4为压缩机出口温度;T1为压缩机进口温度;P4为压缩机出口压力;P1为压缩机进口压力;n为多变指数,多变指数为1.28;
微型处理器系统根据T4、T1、P4得到压缩机进口压力P1,微型处理器系统根据压缩机进口压力P1与制冷剂饱和温度Ts的对应关系信息,得到制冷剂饱和温度Ts,然后根据过热度公式:
ΔT=T1-Ts
计算出过热度ΔT,经所述微型处理器系统控制电子膨胀阀,达到的相应过热度。
2.根据权利要求1所述的多拖一空调控制系统,其特征在于,每个所述压缩机均采用定频压缩机,每台所述室外机与所述室内机形成一定频压缩机系统。
3.根据权利要求1或2所述的多拖一空调控制系统,其特征在于,所述室外机与所述室内机的比例为1∶1~16∶1之间。
4.根据权利要求1所述的多拖一空调控制系统,其特征在于,所述控制系统还包括一压缩机进口压力传感器;所述压缩机进口压力传感器设置在所述压缩机的进口处,用于检测所述压缩机的进口处制冷剂压力;所述压缩机进口压力传感器连接所述微型处理器系统;
所述压缩机进口温度传感器检测到压缩机进口温度T1,所述压缩机进口压力传感器检测到压缩机进口压力,所述微型处理器系统根据压缩机进口压力与制冷剂饱和温度Ts的对应关系信息,得到制冷剂饱和温度Ts,然后根据过热度公式:
ΔT=T1-TS
得到经所述微型处理器系统控制电子膨胀阀,达到的相应过热度。
5.根据权利要求1所述的多拖一空调控制系统,其特征在于,所述室外机和所述室内机的闭合回路中的制冷剂采用R410a制冷剂,则:
1)通过冷凝温度传感器得到冷凝温度T3,根据公式:
P4=0.00586592T3 2+0.11397T3+9.9936
得到压缩机出口压力P4;
2)通过压缩机进口温度传感器、压缩机出口温度传感器,得到压缩机进口温度T1、压缩机出口温度T4;
所述410a制冷剂的n=1.28,根据公式:
得到
进而得到压缩机进口压力P1;
3)所述R410a制冷剂的压缩机进口压力P1与制冷剂饱和温度Ts的对应关系如下:
Ts=-0.18571P1 2+7.1413P1-45.240
得到饱和温度TS;
4)根据过热度公式:
ΔT=T1-Ts
得到过热度ΔT,进而作为电子膨胀阀的控制目标。
6.根据权利要求1所述的多拖一空调控制系统,其特征在于,每个所述压缩机进口处均设有一压缩机进口温度传感器,每个所述压缩机出口处均设有一压缩机出口温度传感器,每个所述冷凝器处均设有一冷凝温度传感器,每个所述闭合回路均设有一个所述微型处理器系统,所述微型处理器系统根据每个闭合回路中的压缩机进口温度传感器、压缩机出口温度传感器、冷凝温度传感器,分别控制每个闭合回路中的电子膨胀阀。
7.根据权利要求1所述的多拖一空调控制系统,其特征在于,所述电子膨胀阀采用由脉冲控制的步进电机驱动开关,脉冲宽度为30ms±1ms,全程运行为480步。
8.根据权利要求6所述的多拖一空调控制系统,其特征在于,当ΔT<1℃时,所述微型处理器系统控制所述电子膨胀阀的阀门关24步;
当1℃≤ΔT<2℃时,所述微型处理器系统控制所述电子膨胀阀的阀门关10步;
当2℃≤ΔT≤3℃时,所述微型处理器系统控制所述电子膨胀阀的阀门保持开度不变;
当3℃<ΔT≤4℃时,所述微型处理器系统控制所述电子膨胀阀的阀门开10步;
当4℃<ΔT时,所述微型处理器系统控制所述电子膨胀阀的阀门开24步。
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2012
- 2012-04-27 CN CN201210130237.2A patent/CN103375846B/zh active Active
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