CN1153272A - 空调器及其运转控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供用简单的结构便可防止制冷剂回路中发生异常高压、同时能防止运转能力下降的空调器及其运转控制方法。本发明在备有控制能力可变型压缩机的运转能力控制装置的空调器中，当检测的制冷剂回路的压力超过第1压力值时，校正处理部107发出使当前运转能力下降的校正信号，当超过比第1压力值低的第2压力值时，第2校正处理部发出禁止运转能力上升的信号，驱动部根据这些信号控制压缩机的运转能力。

Description

空调器及其运转控制方法
本发明涉及包括排出能力可变的能力可变式压缩机(旋转式压缩机或涡漩式压缩机)的空调器及其运转方法，特别是涉及将两种制冷特性不同的制冷剂混合起来使用的空调器及其运转控制方法。
通常，空调器的制冷剂回路用制冷剂管道将压缩机、四通切换阀、冷凝器、减压器和蒸发器连接起来构成，使制冷剂在制冷剂回路中循环。
在制冷剂回路中，压缩并排出制冷剂使其循环，所以在制冷剂回路中产生规定的制冷剂压力，在安全设计上要能充分地经受规定的压力。可是，当外界气温上升得比预料的温度高时，由于外部环境等的影响，制冷剂回路内的压力有时会异常地高于预料的压力，这样，当制冷剂回路中的制冷剂压力异常高时，由于有可能损坏制冷剂回路等，所以要停止驱动制冷剂回路中的压缩机，以防止制冷剂回路内的异常压力的升高。
另一方面，作为填充在制冷剂回路内的制冷剂，迄今是使用含有氯基的R-12等，但由于存在着破坏地面上空臭氧层的可能性，所以从保护环境的目的出发，使用氯含量少的R-22(氯二氟甲烷)、不含氯的R-32(二氟甲烷)、R-125(五氟乙烷)、R-134a(四氟乙烷)或它们的混合物等(以下称“HFC系列制冷剂”)作为代用制冷剂。
使用这种HFC系列制冷剂时，作为该混合制冷剂的性质，由于运转压力比以往的单一制冷剂(例如R-22)的压力高，所以在制冷剂回路中容易产生异常高的压力。
例如，使用混合制冷剂时，在相同的温度下，压力约为以往使用单一制冷剂时的1.5倍。
将这种运转时压力高的HFC系列制冷剂作为制冷剂使用时，如果依然使用以往的制冷剂回路(制冷剂管道和制冷剂机器等)，为了防止制冷剂回路的损坏，必须使上述压缩机停止运转。
可是，如果在运转过程中使压缩机停止，空调器的运转能力将被中断，特别是使用运转时压力高的混合制冷剂时，经常要停止压缩机、频繁地中断运转，这是不理想的。
另外，虽然也可以考虑重新估计制冷剂回路的耐压，但是，重新估计耐压，就需要改变制冷剂管道和制冷剂机器等构成部件的强度设定，从而将增大制冷剂管道的壁厚并增加制冷剂管道的重量，以致存在大型化等的问题。
本发明就是为了解决上述问题而开发的，其目的在于提供一种结构简单、能防止制冷剂回路中产生异常高压、同时能防止运转能力下降的空调器及其运转控制方法。
有关本发明的第1方面，一种备有包括能力可变型压缩机、冷凝器、减压装置和蒸发器的制冷剂回路并根据该制冷剂回路的负载要求控制上述压缩机的运转能力的空调器，在上述制冷剂回路中循环并且特性不同的至少2种以上的制冷剂、根据上述制冷剂回路的负载要求计算上述压缩机的运转能力并输出表示该运转能力的运转能力信号的运算部、控制上述压缩机的运转能力以得到与该运算部的运转能力信号相对应的运转能力的驱动部、以及当上述制冷剂回路中的制冷剂压力超过第1压力值时将上述运转能力信号向上述运转能力减小的方向校正的校正处理装置。
根据本发明的第1方面，当制冷剂回路中的制冷剂压力大于规定的第1压力值时，即使是在负载要求高的情况下，校正处理装置也校正运转能力信号并发送给驱动部，以便使之低于当前的运转能力。因此，使用简单的结构便可防止在制冷剂回路中产生异常高压，同时由于不停止压缩机，所以能防止因运转中断而造成运转能力下降。特别是使用混合制冷剂时，也能使用以往的耐压设计的制冷剂回路。
根据本发明的第2方面，一种备有包括能力可变型压缩机、冷凝器、减压装置和蒸发器的制冷剂回路并根据该制冷剂回路的负载要求控制上述压缩机的运转能力的空调器，在上述制冷剂回路中循环并且特性不同的至少2种以上的制冷剂、根据上述制冷剂回路的负载要求计算上述压缩机的运转能力并输出表示该运转能力的运转能力信号的运算部、控制上述压缩机的运转能力以得到与该运算部的运转能力信号相对应的运转能力的驱动部、当上述制冷剂回路中的制冷剂压力超过第1压力值时将上述运转能力信号向上述运转能力减小的方向校正的第1校正处理装置、以及当上述制冷剂回路中的制冷剂压力超过比第1压力值低的第2压力值时将上述运转能力信号向上述运转能力不增加的方向校正的第2校正处理部。
根据本发明的第2方面，与本发明的第1方面一样，当制冷剂回路中的制冷剂压力比规定的第1压力值高时，就用比当前的运转能力低的运转能力驱动压缩机，但是，进而还设定了比第1压力值低的第2压力值，当制冷剂回路中的压力超过该第2压力值时，第2校正处理部就禁止当前的运转能力上升。因此，在从第1压力值至第2压力值的范围内，不会产生压缩机的运转能力不上升的运转能力减小的现象，从而可以防止制冷剂回路中发生异常高压。特别是能对付急剧上升的压力。
根据本发明的第3方面，在本发明的第2方面中，使上述第2压力值比上述第1压力值低2％至3％。
在有关本发明的第3方面中，之所以规定2％至3％的范围，是因为如果小于2％，即使进行禁止上升处理，也会由于压力检测器检测的压力产生滞后而有可能立刻超过第1压力值，如果大于3％，则由于容易限制压缩机的运转而不能有效地维持运转能力。另外，若再考虑制冷剂回路中的脉动，为了获得空调器的舒适运转，最好采用该范围。
根据本发明的第4方面，一种备有包括能力可变型压缩机、冷凝器、减压装置和蒸发器的制冷剂回路并根据该制冷剂回路的负载要求，控制上述压缩机的运转能力的空调器的控制方法：使特性不同的至少2种以上的制冷剂在上述制冷剂回路中循环，由驱动部控制上述压缩机的运转能力、以便获得与运转能力信号对应的运转能力，该运转能力信号表示根据上述制冷剂回路的负载要求计算的上述压缩机的运转能力，当上述制冷剂回路中的制冷剂压力超过第1压力值时，将上述运转能力信号向上述运转能力减小的方向校正，当上述制冷剂回路中的制冷剂压力超过比第1压力值低的第2压力值时，将上述运转能力信号向上述运转能力不增加的方向校正。
在有关本发明的第4方面中，是实现本发明的第2方面的控制方法，在从第1压力值至第2压力值的范围内，不会产生压缩机运转能力不上升的的运转能力减小的现象，从而可以防止制冷剂回路中发生异常高压。
图1是本发明实施形态的空调器的斜视图。
图2是图1所示的空调器的制冷剂回路图。
图3是图1所示的空调器的控制电路图。
图4是表示变换压缩机的主要控制的框图。
图5是表示空调器的主要运转控制方法的流程图。
图6是表示检测压力和运转频率的控制之间的关系的曲线图。
根据附图说明本发明的实施形态。
图1是一般家庭用的空调器的斜视图。这种空调器由配置在室内的使用侧机组A和配置在室外的热源侧机组B构成，两者用制冷剂管道300连接。
图2是表示图1所示的空调器的制冷循环的制冷剂回路图。
1是由电机部和由该电机部驱动的压缩部构成的、由后文所述的转换开关进行频率控制的所谓变换压缩机(能力可变型压缩机)。作为压缩机的能力可变方法，有使用直流(DC)电机时的电压控制或使用容量可变阀时的排出量控制等。另外，虽然图中未示出，但为了抑制由从该变换压缩机(以下简称＂压缩机＂)1排出的制冷剂的脉动产生的振动及噪声而设有消声器。3是切换制冷/供暖运转时的制冷剂流向用的四通切换阀。4是热源侧热交换器，5是毛细管，6是滤网，7是使用侧热交换器，8是消声器，9是蓄压器，10是电磁开关阀。
在压缩机1的排出侧设有作为检测制冷剂排出压力的压力检测装置用的压力传感器2。
该压力传感器2用来检测制冷剂回路内的高压压力，设在毛细管的前后，用于制冷和供暖。它与作为上述控制装置的微机41连接，发出检测信号。压力传感器2既可以总是检测压力，也可以是微机41每隔规定时间发出检测指令、当有该指令时测定压力。
利用这样的制冷剂回路结构，从压缩机1排出的制冷剂根据四通切换阀3的切换位置和电磁开关阀10的开闭情况，如实线箭头(制冷运转)、虚线箭头(供暖运转)和点划线箭头(除霜运转)所示的那样按照3种模式决定制冷剂的流动方向。
制冷运转时，热源侧热交换器4起冷凝器的作用，使用侧热交换器7起蒸发器的作用。供暖运转时，使用侧热交换器7起冷凝器的作用，热源侧热交换器4起蒸发器的作用。除霜运转时(供暖运转过程中)，从压缩机1排出的高温制冷剂的一部分被直接供给热源侧热交换器4，以便使热源侧热交换器4的温度上升。于是，热源侧热交换器4的温度上升、进行除霜。另外，当该除霜运转功能不充分时(外界温度特别低时等)，便进行逆循环除霜(实线箭头所示的流向)，进行强制除霜。
图3是空调器的控制电路图。以图3中的中央处的点划线为界，左侧表示使用侧机组A的控制电路，右侧表示热源侧机组B的控制电路。两个控制电路通过动力线100和控制线200互相连接。
在使用侧机组A中设有整流电路11、电机用电源供给电路12、控制用电源供给电路13、电机驱动电路15、开关基板17、接收电路18a、显示基板18和挡板电机19。
整流电路11对从插头10a供给的100V交流电压进行整流。电机用电源供给电路12将向直流(DC)风扇电机16供给的直流电压调整到10～36V。该DC风扇电机16用来根据从微机14送来的信号将经过调节的空气送到被调节的室内。
控制用电源供给电路13产生供给微机14用的5V的直流电压。电机驱动电路15应答来自微机14的信号，根据DC风扇电机16的旋转位置信息控制向定子线圈通电的时间，从而控制旋转频率。开关基板17被固定在使用侧机组A的操作盘上，在该开关基板17上设有通/断开关、试运转开关等。接收电路18a接收来自无线遥控器60的远距离操作信号(例如通/断信号、制冷/供暖切换信号、或室温设定信号等)。显示基板18显示空调器的运转状态。挡板电机19具有转动挡板以便改变冷/暖空气的排出方向的功能。
在该控制电路中还设有测定室温用的室温传感器20、测定使用侧热交换器的温度用的热交换器温度传感器21、测定房间湿度用的湿度传感器22。由这些传感器检测的测量值经过A/D变换后传送给微机14。来自微机14的控制信号通过串行电路23和端子板T3，送给热源侧机组B。另外，双向可控硅26和热继电器27由微机14通过驱动器24控制，以此分档控制供给干燥运转时使用的再加热器25的电力。
符号30是保存表示空调器的型号和特性的特定数据的外部ROM。当电源开关接通且操作停止后，这些特定数据便立刻从ROM30取出。当电源开关接通时，在ROM30的特定数据的取出结束之前，不进行无线遥控器60的命令输入、通/断开关或试运转开关(其操作方法将在后文说明)的状态检测。
其次，说明热源侧机组B的控制电路。
在热源侧机组B中，端子板T’1、T’2、T’3分别连接在配置于使用侧机组A上的端子板T1、T2、T3上。符号31是与端子板T’1、T’2平行连接的变阻器，32是噪声滤波器，34是电感线圈、35是使电压倍增的倍压整流电路，36是噪声滤波器。
符号39是通过端子板T’3对从使用侧机组A供给的控制信号进行交换的串行电路，该变换后的信号传送给微机41。40是检测向热源侧机组B和变流器(CT)33内的负载供给的电流的电流检测器，将电流整流为直流(DC)电压，然后将DC电压供给微机41。41是微机，42是由于产生微机41工作用电力的切换电力供给电路，38是根据来自微机41的控制信号对向下述压缩机电机供给的电力进行PWM控制的电机驱动器。该电机驱动器38构成例如将6个功率晶体管连接成三相桥式的所谓转换装置。
符号43是用于使制冷循环的压缩机1运转的压缩机电机，44是检测压缩机的排出侧的制冷剂的温度用的排出侧温度传感器。45是分三档控制转速、将空气送给室外热交换器的风扇电机，如上所述，由四通切换阀3和电磁阀10切换制冷循环的制冷剂通路。另外，在热源侧机组B中，检测室外温度的室外温度传感器48配置在空气入口处，还配置有检测室外热交换器温度的室外热交换器温度传感器49。检测制冷剂压力的压力传感器2配置在压缩机1的排出侧。把这些温度传感器48、49及压力传感器2获得的检测值进行A/D变换且取入微机41。
符号50是与使用侧机组A的外部ROM30具有同样功能的外部ROM。有关该热源侧机组B的特有数据包含后文所述的确定控制压缩机运转频率时的禁止区的第1压力值P1和比该第1压力值P1低的第2压力值P2，此外，该外部ROM30还存储着使高于压力值P1的下降区中的压力值下降的规定比例，构成由微机41控制电机驱动器38的频率控制装置。
热源侧机组B和使用侧机组A的各控制电路中的符号F是熔断丝。
微机14和41分别将预先存储了程序的ROM、存储了参照数据的RAM、以及执行程序的CPU包容在同一个容器中(例如英特尔公司出售的87C196MC(MCS-96系列)。
其次说明制冷剂。
在本实施形态中，适合使用运转时压力高的制冷剂可以是单一的制冷剂也可以是混合制冷剂，例如可以使用R-410A或R-410B。R-410A是具有2种成分的混合制冷剂，由重量百分比50％的R-32和重量百分比50％的R-125构成，沸点为-52.2℃露点为-52.2℃。R-410B由重量百分比为45％的R-32和重量百分比为55％的R-125构成。
这种具有2种成分的混合制冷剂具有这样的特性，即与以往的单一的制冷剂HCFC-22相比较，在给定条件下，压缩机的排出温度在HCFC-22的情况下为66.0℃，在R-410A的情况下为73.6℃，冷凝压力在HCFC-22的情况下为17.35巴，在R-410A的情况下为27.30巴，蒸发压力在HCFC-22的情况下为6.79巴，在R-410A的情况下为10.86巴，就整个制冷剂回路来说，温度比使用以往的单一制冷剂HCFC-22时的高并且压力也高。
另一方面，在使用R-410A和R-410B等共沸混合制冷剂时，各成分的制冷剂的沸点相近似，所以制冷剂的成分不易发生变化，不需要考虑由于制冷剂成分的变化而产生的温度漂移的问题。因此，在运转过程中容易控制。
其次，说明本实施形态中的工作情况。
制冷运转时，如图2中的实线箭头所示，从压缩机1排出的制冷剂按照消声器2、四通切换阀3、热源侧热交换器(室外热交换器)4、作为减压器的毛细管5、筛网过滤器6、使用侧热交换器(室外热交换器)7、消声器8、四通切换阀3、蓄压器9的顺序在制冷剂回路中循环，使用侧热交换器7起蒸发器的作用，用毛细管5减压。供暖运转时，如虚线箭头所示，从压缩机1排出的制冷剂按照消声器2、四通切换阀3、消声器8、使用侧热交换器(室外热交换器)7、筛网过滤器6、毛细管5、热源侧热交换器(室外热交换器)4、四通切换阀3、蓄压器9的顺序在制冷剂回路中循环，热源侧热交换器4起蒸发器的作用，用毛细管5减压。
在本实施形态中，如上所述，由于将R-410A和R-410B2种成分的混合制冷剂作为制冷剂使用，所以与使用单一的制冷剂时相比较，制冷剂管道中的制冷剂压力高。另一方面，对于制冷剂回路中的制冷剂压力的耐压有规定的界限。特别是在用按照使用单一制冷剂设计的制冷剂回路中使用混合制冷剂时，必须控制制冷剂压力不能达到超过该耐压的异常高压。
因此，在本实施形态中，是在制冷剂回路中设置压力传感器2，根据所检测的压力值控制压缩机运转(排出量)，防止制冷剂回路达到异常高压。下面，说明压缩机的运转控制。
图4是压缩机控制的主要结构的框图。
由要求负载部101接收根据从遥控器60发出的期望温度和当前室温之差计算的要求负载或根据急速制冷指令等的负载要求。并且，由频率运算部(运算部)103，计算与要求负载对应的压缩机的运转频率。
另一方面，当由区处理部105接收到从压力传感器2发出的压力信号时，判断检测压力是位于哪个区的压力，发出与区对应的校正命令。即，如图6所示，判断压力检测器2的检测压力值P位于比第2压力值P2小的(P＜P2)范围的释放区A、在高于第2压力值P2而小于第1压力值P1(P2≤P≤P1)范围的上升禁止区B、比第1压力值P1大(P＞P1)的范围的下降区C三者中的哪个范围内，将与各区对应的校正信号送给校正处理部(校正处理装置)107。
校正处理部107对由上述频率运算部计算的压缩机的运转频率校正后，向压缩机的电动机发出驱动信号，驱动电机运转。即，校正处理部107对由频率运算部103计算的频率进行如下控制。
当检测压力P位于P＜P2的区A时，校正处理部107不作任何校正。因此，按照由频率运算部103根据遥控器60等的要求负载计算的值驱动压缩机1。
当检测压力P位于P2≤P≤P1的上升禁止区B时，相对于由频率运算部103计算的值，禁止发出使频率上升的指令信号。即，即使有提高负载的请求，也仍维持当前的压缩机的运转，只有当要求降低负载时，才将新的运转频率的运转信号送给驱动部。
当检测压力P位于P＞P1的下降区C时，不接收由频率运算部103根据要求负载计算的频率信号，而且向压缩机发出使当前运转的频率下降的信号。对频率下降的程度没有特别限制，例如可以发出下降1Hz或2Hz的运转信号。
现在说明第1压力值P1和第2压力值P2。
第1压力值P1设定为制冷剂回路的耐压值或与其相近的值，在使用单一制冷剂的家用空调器中，通常约为35kg/cm2。第2压力值P2最好比上述第1压力值低2％至3％，例如当第1压力值约为35kg/cm2时，第2压力值P2为34kg/cm2。
之所以规定第2压力值P2比第1压力值P1低2％至3％，是因为如果小于2％以上时，由于应答的延迟时间以及脉动产生的误差，有可能容易超过第1压力值。如果大于3％时，本实施形态的控制将过于频繁，有可能不能维持运转能力。
其次，参照图5的流程图，说明压缩机1的控制动作。
在起动步骤控制动作开始时，在S1，由温度传感器44检测外界温度，将其检测值的检测信号传送给微机41，并进入S2。
在S2，接收由遥控器60设定的室温设定值(期望温度)和室温传感器等各种传感器的状态信号，计算需要的运转频率，并进入S3。
在S3，由压力传感器2a检测当前的制冷剂回路的压力P(排出压力值)，并进入S4。
在S4，将检测值P与第1压力值P1进行比较，当检测值P大于第1压力值P1时，由于检测的压力值P位于图6所示的下降区C，所以进入S5，发出指令信号，变更当前运转的频率设定值，以便产生指令信号仅使1至2Hz这样的小频率驱动压缩机的电机。另一方面，当检测值P不大于第1压力值P1时，进入S6，与第2压力值P2进行比较。
在S6，如果检测值P在第2压力值P2以上，则由于检测的压力值P位于图6所示的禁止上升区B，所以进入S7，当对新的要求负载设定的频率设定值大于当前的运转频率时，进行维持当前的运转频率的校正。因此，当新的要求负载比当前的运转频率低时，控制装置将由该运转频率决定的指令信号送给压缩机电机。
另外，在S7，取入室温传感器20的检测值和外界温度的检测值，确定压缩机1的运转频率。
在S6，当检测值P不在第2压力值P2以上时，则由于检测的压力值P位于图6所示的释放区A，所以无特别限制，对应于所要求的输出，仍使用由频率运算部计算的频率信号驱动压缩机电机34。
这样，通过根据制冷剂回路的压力检测值进行禁止运转频率上升或强制地进行使其下降的控制，便能防止制冷/供暖运转时能力下降，而且能防止产生异常高压。另外，由于可以将使用单一制冷剂的制冷剂回路用于混合制冷剂，所以能降低产品的成本。
本发明不限于上述实施形态，在不脱离本发明的主旨的范围内，可进行各种变更。
例如，在上述实施例中，虽然是以制冷运转为例进行说明的，但不受此限，在供暖运转中也能获得同样的效果。
另外，下降区C中的区域设定压力值不限定一个。即，可以设定多个下降区，改变各区的频率下降的比例。
根据本发明的第1方面，则当制冷剂回路中的制冷剂压力大于规定的第1压力值时，即使在负载要求高的情况下，也校正输出给压缩机的运转能力信号驱动压缩机以使之比现行的运转能力低。因此，能防止制冷剂回路中产生异常高压。另外，由于压缩机的运转不中断，所以能防止运转能力的下降。特别是使用混合制冷剂时，仍然可以按照以往的制冷剂回路的耐压高效率地进行制冷/供暖运转。
根据本发明的第2方面，则除了能获得与本发明的第1方面同样的效果外，另外还设定了比第1压力值低的第2压力值，当制冷剂回路中的压力超过该第2压力值时，第2校正处理部便禁止当前的运转能力上升。因此，在从第1压力值至第2压力值的范围内，不会产生压缩机的运转能力不上升的运转能力减小的现象，从而能防止制冷剂回路中发生异常高压。特别是能对付急剧的压力上升。
根据本发明的第3方面，则由于将第2压力值规定在比第1压力值低2％至3％的范围内，所以不会中断空调器的运转能力，从而能确保稳定的运转状态，并且运转效率高。
根据本发明的第4方面，提供控制本发明第1方面所述的空调器的方法，所以与本发明的第1方面一样，用简单的结构便可防止制冷剂回路中发生异常高压，同时能防止运转能力的下降。

Claims (4)

1。一种备有包括能力可变型压缩机、冷凝器、减压装置和蒸发器的制冷剂回路并根据该制冷剂回路的负载要求控制上述压缩机的运转能力的空调器，其特征在于包括：在上述制冷剂回路中循环并且特性不同的至少2种以上的制冷剂、根据上述制冷剂回路的负载要求计算上述压缩机的运转能力并输出表示该运转能力的运转能力信号的运算部、控制上述压缩机的运转能力以得到与该运算部的运转能力信号相对应的运转能力的驱动部、以及当上述制冷剂回路中的制冷剂压力超过第1压力值时将上述运转能力信号向上述运转能力减小的方向校正的校正处理装置。
2。一种备有包括能力可变型压缩机、冷凝器、减压装置和蒸发器的制冷剂回路并根据该制冷剂回路的负载要求控制上述压缩机的运转能力的空调器，其特征在于包括：在上述制冷剂回路中循环并且特性不同的至少2种以上的制冷剂、根据上述制冷剂回路的负载要求计算上述压缩机的运转能力并输出表示该运转能力的运转能力信号的运算部、控制上述压缩机的运转能力以得到与该运算部的运转能力信号相对应的运转能力的驱动部、当上述制冷剂回路中的制冷剂压力超过第1压力值时将上述运转能力信号向上述运转能力减小的方向校正的第1校正处理装置、以及当上述制冷剂回路中的制冷剂压力超过比第1压力值低的第2压力值时将上述运转能力信号向上述运转能力不增加的方向校正的第2校正处理部。
3。根据权利要求2所述的空调器，其特征在于：上述第2压力值比上述第1压力值低2％至3％。
4。一种备有包括能力可变型压缩机、冷凝器、减压装置和蒸发器的制冷剂回路并根据该制冷剂回路的负载要求控制上述压缩机的运转能力的空调器的控制方法，其特征在于：使特性不同的至少2种以上的制冷剂在上述制冷剂回路中循环，由驱动部控制上述压缩机的运转能力、以便获得与运转能力信号对应的运转能力，该运转能力信号表示根据上述制冷剂回路的负载要求计算的上述压缩机的运转能力；当上述制冷剂回路中的制冷剂压力超过第1压力值时，将上述运转能力信号向上述运转能力减小的方向校正，当上述制冷剂回路中的制冷剂压力超过比第1压力值低的第2压力值时，将上述运转能力信号向上述运转能力不增加的方向校正。
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