CN111765594B - 一种自动除霜的空调系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自动除霜的空调系统及其控制方法,自动除霜的空调系统,其包括:压缩机(5),室内换热器(1)和室外换热器(3);在所述压缩机(5)和所述室内换热器(1)之间的冷媒管路上还连通地设置有一旁通管路(7),所述旁通管路(7)的部分段设置在所述室外换热器(3)的位置、以能与所述室外换热器(3)的至少部分进行换热。通过本发明由于通过较高温度的制冷剂流体引入,实现空调持续除霜功能,这样仍然保证了空调原有的制热功能,并且没有引入外界的能量,使得其除霜能效更高,制热效果还好、舒适性更佳,并结合控制逻辑进一步保证空调制热时的效果和能效。
Description
技术领域
本发明属于制热制冷技术领域,具体涉及一种自动除霜的空调系统及其控制方法。
背景技术
目前,当空调在湿冷地区制热使用时,室外机会出现结霜现象。在长时间的运行过程中,会频繁结霜和化霜,最终影响空调的制热效果。针对于结霜问题,相关学者也提出了很多除霜方法,例如冷媒反热泵循环除霜、旁通热气除霜、热水喷淋除霜、电热风除霜。其中,发热泵循环除霜是冷暖空调中常用的,但是由于自然环境和空调自身的控制逻辑影响,该方法会导致空调制热效果不明显;热水喷淋除霜和电热风除霜等方法,由于方案实施的可行性,以及成本原因,它们并不适用于冷暖空调。
除了除霜方法,除霜控制逻辑也是各空调企业研发的热点。针对于除霜的控制逻辑,已有很多专利报道了最优的空调控制程序,例如CN106152643B、CN103363614B、CN107917504A、CN104776549A等。但是,上述控制逻辑的运行,会使系统制热运行过程的能效降低,且依旧不能较好地解决因空调化霜导致制热效果较差的问题。
由于现有技术中的空调系统在制热过程中会存在频繁结霜的问题以及频繁化霜的问题,并且现有空调系统的化霜控制容易造成空调制热效果差、能效低和舒适性差的问题等技术问题,因此本发明研究设计出一种自动除霜的空调系统及其控制方法。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的空调系统的化霜控制存在空调制热效果差、能效低和舒适性差的缺陷,从而提供一种自动除霜的空调系统及其控制方法。
本发明提供一种自动除霜的空调系统,其包括:
压缩机,室内换热器和室外换热器;
在所述压缩机和所述室内换热器之间的冷媒管路上还连通地设置有一旁通管路,所述旁通管路的部分段设置在所述室外换热器的位置、以能与所述室外换热器的至少部分进行换热。
优选地,
所述旁通管路的出口端连通至所述室内换热器的入口端的冷媒管路上、或连通至所述室内换热器的出口端的冷媒管路上。
优选地,
所述旁通管路的连通进入所述室外换热器的管段上还设置有第二控制阀,和/或所述旁通管路的连通流出所述室外换热器的管段上还设置有第一控制阀。
优选地,
所述室外换热器为管翅式换热器、包括原翅片管,所述旁通管路设置在所述室外换热器的位置的所述部分段被设置成为新增翅片管,所述新增翅片管与所述原翅片管之间贴合设置或间隔距离而设置。
优选地,
所述新增翅片管为一个以上,且所述新增翅片管的长度延伸方向与所述原翅片管的长度延伸方向相同、或者所述新增翅片管的长度延伸方向与所述原翅片管的长度延伸方向相垂直。
优选地,
所述新增翅片管为两个以上时,两个以上的所述新增翅片管的排布方向沿着所述原翅片管的长度垂直的方向进行排布;和/或所述新增翅片管为直型管或U型管。
优选地,
所述旁通管路与所述压缩机的出口冷媒管路相交的位置处还设置有分流器,所述分流器的进口端连通所述压缩机的出口冷媒管路、所述分流器的出口端连通至少两个分支管路,包括与所述室内换热器相连的第一分支管路、以及至少一个第二分支管路,且一个第二分支管路形成为一个所述旁通管路。
优选地,
当包括新增翅片管时:
一个所述第二分支管路在所述室外换热器的位置形成为一个所述新增翅片管;或者两个所述第二分支管路形成为一个所述新增翅片管;或者三个以上所述第二分支管路形成为一个所述新增翅片管。
优选地,
两个以上所述第二分支管路串联,或两个以上所述第二分支管路并联连接。
优选地,
所述室内换热器和所述室外换热器之间还设置有节流阀,和/或,还包括控制装置,所述控制装置与所述第一控制阀和/或所述第二控制阀电连接;和/或,在所述原翅片管上还设置有温度传感器。
本发明还提供一种自动除霜的空调系统的控制方法,其使用前任一项所述的自动除霜的空调系统,对所述室外换热器上的结霜进行除霜控制。
优选地,
检测步骤,用于检测空调系统的运行模式,以及检测空调的制热运行时间和/或检测室外换热器的温度;
判断步骤,用于判断空调系统的运行模式是否为制热模式,以及判断空调的制热运行时间是否超过预设时间t0、和/或判断室外换热器的温度是否低于预设温度T0;
控制步骤,当判断出判断空调系统的运行模式为制热模式时,以及判断出空调的制热运行时间超过预设时间t0时、和/或判断室外换热器的温度低于预设温度T0时,控制所述旁通管路接通。
优选地,
当所述空调系统包括第一控制阀和第二控制阀时,控制所述旁通管路接通的方式包括控制所述第一控制阀和所述第二控制阀均打开。
本发明提供的一种自动除霜的空调系统及其控制方法具有如下有益效果:
1.本发明的自动除霜的空调系统通过将压缩机排气口的气相冷媒引入至蒸发器中结霜较严重的部分,将压缩机排气口冷媒的热量传递给蒸发器,实现蒸发器的除霜,由于通过较高温度的制冷剂流体引入,实现空调持续除霜功能,这样仍然保证了空调原有的制热功能,并且没有引入外界的能量,使得其除霜能效更高,制热效果还好、舒适性更佳,并结合控制逻辑进一步保证空调制热时的效果和能效;
2.本发明的自动除霜的空调系统,由于旁通管路的出口端连通至所述室内换热器的入口端的冷媒管路上、或连通至所述室内换热器的出口端的冷媒管路,能够进行有效的降温,实现化霜后冷媒的重新接入原冷媒管路的作用,并且尤其是旁通管路的出口端连通至室内换热器的入口端的冷媒管路能够将该部分旁通的冷媒的剩余热量继续排放到室内、继续用于制热,实现了能量的合理有效的利用,并且相对于旁通管路直接连回压缩机吸气端的方式,本发明能够有效地防止冷媒进入压缩机的吸气端处而发生液击的情况,造成安全隐患;
3.由于采用新增翅片管的排布方式,能够使得分支管路中温度相对较高的管路去加热结霜量大的室外换热器的原翅片管、温度相对较低的管路去加热结霜量相对较小的原翅片管,实现余热梯级利用;通过分流器的设置,能够根据室外换热器上结霜的部位和结霜程度、而选择采用较多分支管路的方式去进行分别式即区别式的化霜,从而提高化霜效果,提高化霜效率。
附图说明
图1是本发明的自动除霜的空调系统的结构示意图;
图2是本发明的室外机换热器(管翅式换热器)的实施例1的结构图;
图3是本发明的室外机换热器(管翅式换热器)的实施例2的结构图;
图4是本发明的室外机换热器(管翅式换热器)的实施例3的结构图;
图5a是本发明的分流器的实施例1的俯视结构图;
图5b是本发明的分流器的实施例1的正视结构图;
图6a是本发明的分流器的实施例2的俯视结构图;
图6b是本发明的分流器的实施例2的正视结构图。
图中附图标记表示为:
1、室内换热器;2、节流阀;3、室外换热器;4、第一控制阀;5、压缩机;6、第二控制阀;7、旁通管路;8、原翅片管;9、新增翅片管;10、分流器;101、第一分支管路;102、第二分支管路;11、集流器;12、信号路线。
具体实施方式
如图1所示,本发明提供一种自动除霜的空调系统,其包括:
压缩机5,室内换热器1和室外换热器3;
在所述压缩机5和所述室内换热器1之间的冷媒管路上还连通地设置有一旁通管路7,所述旁通管路7的部分段设置在所述室外换热器3的位置、以能与所述室外换热器3的至少部分进行换热。
本发明的自动除霜的空调系统通过通过将压缩机排气口的气相冷媒引入至蒸发器中结霜较严重的部分,将压缩机排气口冷媒的热量传递给蒸发器,实现蒸发器的除霜,由于通过较高温度的制冷剂流体引入,实现空调持续除霜功能,这样仍然保证了空调原有的制热功能,并且没有引入外界的能量,使得其除霜能效更高,制热效果还好、舒适性更佳,并结合控制逻辑进一步保证空调制热时的效果和能效。
常规的除霜,是空调停止制热后,开启制冷,实现除霜。本来房间里应该是制热的,但是空调却开启了制冷功能,大大降低了空调制热能效。而本发明则是,在空调制热时,室外结霜后,可在不停止制热的前提下,完成除霜过程,制热的能效不会打折扣。
优选地,
所述旁通管路7的出口端连通至所述室内换热器1的入口端的冷媒管路上、或连通至所述室内换热器1的出口端的冷媒管路上。
由于旁通管路的出口端连通至所述室内换热器的入口端的冷媒管路上、或连通至所述室内换热器的出口端的冷媒管路,能够进行有效的降温,实现化霜后冷媒的重新接入原冷媒管路的作用,并且尤其是旁通管路的出口端连通至室内换热器的入口端的冷媒管路能够将该部分旁通的冷媒的剩余热量继续排放到室内、继续用于制热,实现了能量的合理有效的利用,并且相对于旁通管路直接连回压缩机吸气端的方式,本发明能够有效地防止冷媒进入压缩机的吸气端处而发生液击的情况,造成安全隐患。
优选地,
所述旁通管路7的连通进入所述室外换热器3的管段上还设置有第二控制阀6,和/或所述旁通管路7的连通流出所述室外换热器3的管段上还设置有第一控制阀4。这是本发明的优选控制结构形式,通过第一控制阀和/或第二控制阀能够对旁通管路的通断进行控制,以在需要对室外换热器化霜时接通该旁通管路、以实现化霜除霜的目的。
优选地,
如图2-4所示,所述室外换热器3为管翅式换热器、包括原翅片管8,所述旁通管路7设置在所述室外换热器3的位置的所述部分段被设置成为新增翅片管9,所述新增翅片管9与所述原翅片管8之间贴合设置或间隔距离而设置。由于采用新增翅片管的排布方式,能够使得分支管路中温度相对较高的管路去加热结霜量大的室外换热器的原翅片管、温度相对较低的管路去加热结霜量相对较小的原翅片管,实现余热梯级利用。
优选地,
所述新增翅片管9为一个以上,且所述新增翅片管的长度延伸方向与所述原翅片管8的长度延伸方向相同、或者所述新增翅片管的长度延伸方向与所述原翅片管8的长度延伸方向相垂直。这是本发明的新增翅片管的优选延伸方式,将其延伸方向(优选对于直型管)设置为沿原翅片管的长度延伸方向平行能够使得在管路流程上与原翅片管一致地与原翅片管之间进行换热,从而能够有效提高换热效果。
优选地,
所述新增翅片管9为两个以上时,两个以上的所述新增翅片管9的排布方向沿着所述原翅片管8的长度垂直的方向进行排布;和/或所述新增翅片管9为直型管或U型管。两个以上新增翅片管沿原翅片管的长度垂直方向进行排布,能够针对不同的原翅片管的位置进行分别设置新增翅片管,以对结霜量大或容易结霜的位置进行加热、以达到化霜除霜的作用。
引入具有除霜功能管翅式换热器的旁路冷媒,可以是直型管,也可以是U型管;引入的旁路管路数可以是一路,也可以是多路,根据管翅式换热器的流路特征来确定;新增的翅片大小和数量,则根据换热器的结霜程度来确定;新增翅片的摆放形式,可以是平行于原翅片方向,也可以是垂直于原翅片方向,最终实现冷媒携带的热能梯级利用,以及空调自动除霜,并进一步提高现有空调制热的舒适性。
优选地,
如图5a-6b,所述旁通管路7与所述压缩机5的出口冷媒管路相交的位置处还设置有分流器10,所述分流器10的进口端连通所述压缩机5的出口冷媒管路、所述分流器10的出口端连通至少两个分支管路,包括与所述室内换热器1相连的第一分支管路、以及至少一个第二分支管路,且一个第二分支管路形成为一个所述旁通管路。
通过分流器的设置,能够根据室外换热器上结霜的部位和结霜程度、而选择采用较多分支管路的方式去进行分别式即区别式的化霜,从而提高化霜效果,提高化霜效率。
优选地,
当包括新增翅片管9时:
一个所述第二分支管路102在所述室外换热器的位置形成为一个所述新增翅片管9;或者两个所述第二分支管路102形成为一个所述新增翅片管;或者三个以上所述第二分支管路102形成为一个所述新增翅片管。
这是本发明的第二分支管路和新增翅片管之间的关系,即可以一个第二分支管路形成为一个新增翅片管,如图2的中部分和下部分的新增翅片管以及如图4的新增翅片管,也可以两个第二分支管路形成为一个新增翅片管,如图2的上部分新增翅片管和如图3的上部分的新增翅片管,即能够根据需要对不同部位采取管路较多或较少的第二分支管路来形成新增翅片管,从而根据不同结霜程度进行不同程度的制热、以提高化霜效率。
本发明的分流器引出的流路(电磁阀控制)可以是一路、二路和三路。如果引出的流路为二路,则可以是连在一起,也可以间隔一路或者多路分布在分流器的圆周上;类似地,如果引出的流路是三路,则可以按照排列组合的形式分布在分流器的圆周上。引出流路的孔径可以小于分流器上常用的孔径(最优方案,见图5a),也可以第二分支管路小于分流器上常用的孔径(见图5b);当引出流路为二路或者三路时,每一路的管径可各不相同,依据该管路引至室外换热器的位置确定。室外换热器不同的位置,其结霜程度不一样,结霜严重的可引入大孔径的流路。
优选地,
两个以上所述第二分支管路102串联,或两个以上所述第二分支管路102并联连接。串联的结构形式如图3的上下部分,和图4,并联的结构形式如图2的上部分,能够根据需要将第二分支管路进行组合,以满足化霜制热的需要。
优选地,
所述室内换热器1和所述室外换热器3之间还设置有节流阀2,和/或,还包括控制装置,所述控制装置与所述第一控制阀4和/或所述第二控制阀6电连接;和/或,在所述原翅片管上还设置有温度传感器。这是本发明的进一步优选结构形式,通过节流阀能够对冷媒实现节流降压的目的,控制装置能够对第一和/或第二控制阀电连接以实现控制的目的,温度传感器能够检测出原翅片管上的温度,以判断出是否达到需要化霜的条件以打开该旁通管路。
本发明还提供一种自动除霜的空调系统的控制方法,其使用前述的自动除霜的空调系统,对所述室外换热器3上的结霜进行除霜控制。
本发明的能实现蒸发器的除霜,由于通过较高温度的制冷剂流体引入,实现空调持续除霜功能,这样仍然保证了空调原有的制热功能,并且没有引入外界的能量,使得其除霜能效更高,制热效果还好、舒适性更佳,并结合控制逻辑进一步保证空调制热时的效果和能效;
本发明还能将该部分旁通的冷媒的剩余热量继续排放到室内、继续用于制热,实现了能量的合理有效的利用,并且相对于旁通管路直接连回压缩机吸气端的方式,本发明能够有效地防止冷媒进入压缩机的吸气端处而发生液击的情况,造成安全隐患;
能够使得分支管路中温度相对较高的管路去加热结霜量大的室外换热器的原翅片管、温度相对较低的管路去加热结霜量相对较小的原翅片管,实现余热梯级利用;通过分流器的设置,能够根据室外换热器上结霜的部位和结霜程度、而选择采用较多分支管路的方式去进行分别式即区别式的化霜,从而提高化霜效果,提高化霜效率。
优选地,
检测步骤,用于检测空调系统的运行模式,以及检测空调的制热运行时间和/或检测室外换热器的温度;
判断步骤,用于判断空调系统的运行模式是否为制热模式,以及判断空调的制热运行时间是否超过预设时间t0、和/或判断室外换热器的温度是否低于预设温度T0;
控制步骤,当判断出判断空调系统的运行模式为制热模式时,以及判断出空调的制热运行时间超过预设时间t0时、和/或判断室外换热器的温度低于预设温度T0时,控制所述旁通管路7接通。
这是本发明的化霜控制方法的优选控制方式,即通过判断是否为制热以及运行时间和/或温度来判断是否达到需要化霜的程度,判断方式精准准确,进行化霜时能够彻底化霜、且能效高、不影响室内制热的舒适度,提高了效率。
本发明除霜功能的启动,可以手动,也可以自动启动。手动启动,即用户根据室外机的实际结霜情况,通过遥控器上的除霜功能开启除霜功能。自动启动,有两种执行方式,第一种类似于现有的控制程序,依据空调产品的实际运行情况,优化除霜逻辑功能和控制时间,例如本发明例提到的,制热运行半小时后开启除霜功能;第二种则根据室外机上的温度传感器数据,通过控制器执行除霜功能与否。
优选地,
当所述空调系统包括第一控制阀4和第二控制阀6时,控制所述旁通管路7接通的方式包括控制所述第一控制阀4和所述第二控制阀6均打开。这是本发明的旁通管路的控制手段的优选控制方式。
本发明通过将压缩机排气口的气相冷媒引入至蒸发器中结霜较严重的部分,利用余热梯级利用原理,将压缩机排气口冷媒的热量传递给蒸发器,实现蒸发器的除霜。该功能仅在空调开启制热功能时开启,在空调运行制冷模式时关闭。开启制热模式时,除霜功能在系统运行半小时后开启,并根据控制器接收的温度信号判断蒸发器上除霜效果。通过较高温度的制冷剂流体引入,实现空调持续除霜功能,并结合控制逻辑保证空调制热时的效果和能效。
1)本发明采用余热梯级利用原理,带来的新型翅片式换热器。
2)现有技术的除霜过程是在制热的时候,停止制热,开启化霜功能(即空调开启制冷模式,室内机的风机停止运转,压缩机的高压高温气体全部用于化霜)。利用本发明提出的新型换热器结构,可以在不停止制热的时候,实现化霜除霜。
3)本发明需要配套使用一个可以电磁控制一路、二路和三路分流的分流器。目前空调系统中的分流器均为等间距的小孔,让冷媒自然分流。分流的路数高达8-15路不等,依据空调系统的负荷来定。而与本发明配套使用的分流器,则有1-3路需要电磁控制,与空调逻辑配套使用,通过优化电磁控制的流路分布位置,来优化分流器的布液结构,理论上可以解决目前分液不均的问题(注意,分液不均的问题,也会影响空调系统中的运行能效和舒适性)
4)制冷时,空调的室内机相当于蒸发器,室外机相当于冷凝器;制热时,室内机相当于冷凝器,室外机相当于蒸发器。本发明是针对空调制热时提出的该结构,结霜出现在室外机上。经过压缩机出来的高温流体可直接连接至蒸发器之前(需该流体经过换热后为低温低压液体)、膨胀阀之前(需该流体经过换热后为低温液体)或者冷凝器之前(冷凝器之前是最保险的,可以实现剩余的热量继续排放到室内)。但是不能直接连接至蒸发器的出口,因为该流体经过换热后,可能为液体,压缩机的入口不允许有液体。
因此,本发明可以附带着有空调系统的设计结构。
5)本发明的换热器用于除霜(结霜只有制热时才会产生),在制冷时开启该功能会导致空调的制冷量降低。
6)此处的除霜功能,就是开启分流器的1路、2路或者3路冷媒引入至室外机上新增的翅片管上。如果不用半小时的控制逻辑,可以通过在原有室外机的翅片上增加温度传感器,当温度低于某个值时,开启该功能。引入压缩机的高温流体实现除霜。
采用新的冷媒流路结构,利用能量梯级利用原理,实现蒸发器上的自动除霜功能;
将温度较高的冷媒引入蒸发器结霜较严重的部位,实现蒸发器的精准除霜;
依据蒸发器中冷媒的流向特征,确定较高温流体引入蒸发器的管路数,提高除霜效率;
设计除霜功能的运行模式,优化除霜过程,提高空调系统的制热能效和制热效果的舒适性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种自动除霜的空调系统,其特征在于:包括:
压缩机(5),室内换热器(1)和室外换热器(3);
在所述压缩机(5)和所述室内换热器(1)之间的冷媒管路上还连通地设置有一旁通管路(7),所述旁通管路(7)的部分段设置在所述室外换热器(3)的位置、以能与所述室外换热器(3)的至少部分进行换热;
所述旁通管路(7)的出口端连通至所述室内换热器(1)的入口端的冷媒管路上、或连通至所述室内换热器(1)的出口端的冷媒管路上;
所述室外换热器(3)为管翅式换热器、包括原翅片管(8),所述旁通管路(7)设置在所述室外换热器(3)的位置的所述部分段被设置成为新增翅片管(9),所述新增翅片管(9)与所述原翅片管(8)之间贴合设置或间隔距离而设置;
所述新增翅片管(9)为一个以上,且所述新增翅片管的长度延伸方向与所述原翅片管(8)的长度延伸方向相同、或者所述新增翅片管的长度延伸方向与所述原翅片管(8)的长度延伸方向相垂直;
所述新增翅片管(9)为两个以上时,两个以上的所述新增翅片管(9)的排布方向沿着所述原翅片管(8)的长度垂直的方向进行排布;和/或所述新增翅片管(9)为直型管或U型管;
所述旁通管路(7)与所述压缩机(5)的出口冷媒管路相交的位置处还设置有分流器(10),所述分流器(10)的进口端连通所述压缩机(5)的出口冷媒管路、所述分流器(10)的出口端连通至少两个分支管路,包括与所述室内换热器(1)相连的第一分支管路(101)、以及至少一个第二分支管路(102),且一个第二分支管路(102)形成为一个所述旁通管路;
当包括新增翅片管(9)时:
一个所述第二分支管路(102)在所述室外换热器的位置形成为一个所述新增翅片管(9);或者两个所述第二分支管路(102)形成为一个所述新增翅片管(9);或者三个以上所述第二分支管路(102)形成为一个所述新增翅片管(9)。
2.根据权利要求1所述的空调系统,其特征在于:
所述旁通管路(7)的连通进入所述室外换热器(3)的管段上还设置有第二控制阀(6),和/或所述旁通管路(7)的连通流出所述室外换热器(3)的管段上还设置有第一控制阀(4)。
3.根据权利要求1所述的空调系统,其特征在于:
两个以上所述第二分支管路(102)串联,或两个以上所述第二分支管路(102)并联连接。
4.根据权利要求1所述的空调系统,其特征在于:
所述室内换热器(1)和所述室外换热器(3)之间还设置有节流阀(2),和/或,还包括控制装置,当还包括第一控制阀(4)和第二控制阀(6)时,所述控制装置与所述第一控制阀(4)和/或所述第二控制阀(6)电连接;和/或,在所述原翅片管(8)上还设置有温度传感器。
5.一种自动除霜的空调系统的控制方法,其特征在于:
使用权利要求1-4中任一项所述的自动除霜的空调系统,对所述室外换热器(3)上的结霜进行除霜控制。
6.根据权利要求5所述的控制方法,其特征在于:包括:
检测步骤,用于检测空调系统的运行模式,以及检测空调的制热运行时间和/或检测室外换热器的温度;
判断步骤,用于判断空调系统的运行模式是否为制热模式,以及判断空调的制热运行时间是否超过预设时间t0、和/或判断室外换热器的温度是否低于预设温度T0;
控制步骤,当判断出判断空调系统的运行模式为制热模式时,以及判断出空调的制热运行时间超过预设时间t0时、和/或判断室外换热器的温度低于预设温度T0时,控制所述旁通管路(7)接通。
7.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于:包括:
当所述空调系统包括第一控制阀(4)和第二控制阀(6)时,控制所述旁通管路(7)接通的方式包括控制所述第一控制阀(4)和所述第二控制阀(6)均打开。
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