DE9404319U1 - Refrigeration system - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kälteerzeugungsanlage zur Lieferung von Kälte für Klimasysteme für die Raumtemperierung .The invention relates to a refrigeration system for supplying cold for air conditioning systems for room temperature control.
In den meisten Gebäuden hat die Kältelast eine deutliche Mittagsspitze mit entsprechend hoher elektrischer Leistungsaufnahme. Wenn die Kälteerzeugungsanlage ausschließlich mit Kältemaschinen betrieben wird, entsteht ein hoher Stromverbrauch in den Spitzenzeiten. Es ist bekannt, Kälteerzeugungsanlagen mit Eisspeichern auszustatten, die zu Zeiten niedriger Stromtarife mit Kälte geladen und zu den Bedarfszeiten entladen werden. Solche Eisspeicher sind statische Behälter, die ein von Sole (Glykol-Wasser-Gemisch) durchströmtes Rohrsystem enthalten, das von Wasser umgeben ist. Die Sole wird von der Kältemaschine auf eine unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser liegende Temperatur gekühlt. Sie überträgt diese Kälte auf das im Eisspeicher enthalteneIn most buildings, the cooling load has a clear midday peak with a correspondingly high electrical power consumption. If the cooling system is operated exclusively with refrigeration machines, high electricity consumption occurs during peak times. It is known to equip cooling systems with ice storage units, which are charged with cold at times when electricity tariffs are low and discharged when required. Such ice storage units are static containers that contain a pipe system surrounded by water through which brine (a mixture of glycol and water) flows. The brine is cooled by the refrigeration machine to a temperature below the freezing point of water. It transfers this cold to the water contained in the ice storage unit.
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Wasser, das dadurch gefriert. Beim Entladen des Eisspeichers wird die Sole durch den Eisspeicher zu einem Kälteabnehmer geleitet. Die im Eisspeicher aufgenommene Kälte wird zum Kälteabnehmer übertragen.Water that freezes as a result. When the ice storage tank is unloaded, the brine is passed through the ice storage tank to a cold receiver. The cold absorbed in the ice storage tank is transferred to the cold receiver.
Es besteht die Möglichkeit, Kältemaschine und Eisspeicher in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung mit dem Kälteabnehmer zu verbinden. Bei Reihenschaltung wird wahlweise erst die Kältemaschine und dann der Eisspeicher durchströmt oder umgekehrt. Die Parallelschaltung von Kältemaschine und Eisspeicher ist in mancher Hinsicht zu bevorzugen. Ist nur einer der beiden Kälteerzeuger (Kältemaschine oder Eisspeicher) in Betrieb, so ist nur eine geringe Pumpleistung erforderlich. Der Hauptvorteil der Parallelschaltung ist die bessere Ausnutzung von Kältemaschine und Eisspeicher dadurch, daß beide mit der höchstmöglichen Rücklauftemperatur beaufschlagt werden. Die Leistungsziffer der Kältemaschine ist dadurch erheblich höher als bei niedriger Eintrittstemperatur (bei Reihenschaltung). Ebenso ist die Abschmelzleistung des Eisspeichers bei hoher Eintrittstemperatur erheblich größer als bei der sich bei Reihenschaltung ergebenden niedrigen Eintrittstemperatur. It is possible to connect the refrigeration machine and ice storage in series or in parallel to the cooling consumer. With series connection, the flow either goes through the refrigeration machine first and then the ice storage, or vice versa. Parallel connection of refrigeration machine and ice storage is preferable in some respects. If only one of the two cooling generators (refrigeration machine or ice storage) is in operation, only a small pumping capacity is required. The main advantage of parallel connection is the better utilization of refrigeration machine and ice storage because both are subjected to the highest possible return temperature. The performance coefficient of the refrigeration machine is therefore considerably higher than with a low inlet temperature (with series connection). Likewise, the melting capacity of the ice storage is considerably higher with a high inlet temperature than with the low inlet temperature resulting from series connection.
Bei einer Kälteerzeugungsanlage mit Parallelschaltung von Kältemaschine und Eisspeicher (auf die sich die Erfindung bezieht), ist mit dem Eisspeicher ein Regelventil in Reihe geschaltet. Dieses Regelventil, das in der Regel von einem Thermostaten gesteuert ist, drosselt die vom Eisspeicher kommende Flüssigkeitsströmung entsprechend der am Kälteabnehmer gewünschten Temperatur. Es kann auch als Dreiwegeventil ausgebildet sein, das einen mit dem Auslaß des Eisspeichers ver-In a refrigeration system with a parallel connection of the refrigeration machine and ice storage (to which the invention relates), a control valve is connected in series with the ice storage. This control valve, which is usually controlled by a thermostat, throttles the flow of liquid coming from the ice storage according to the temperature required at the cooling consumer. It can also be designed as a three-way valve that has a valve connected to the outlet of the ice storage.
bundenen ersten Einlaß, einen mit dem Einlaß des Eisspeichers verbundenen zweiten Einlaß und einen zum Einlaß des Kälteabnehmers verbundenen Auslaß aufweist.connected first inlet, a second inlet connected to the inlet of the ice storage unit and an outlet connected to the inlet of the cold consumer.
Eine Kälteerzeugungsanlage mit Kältemaschine und Eisspeicher muß auf unterschiedliche Betriebszustände geschaltet werden können, z.B. Betriebszustand A : Eisspeicher über Kälteabnehmer entladen; Betriebszustand B : Betrieb des Kälteabnehmers ausschließlich durch die Kältemaschine; Betriebszustand C : Betrieb des Kälteabnehmers mit Kältemaschine und Eisspeicher; Betriebszustand D : Eisspeicher mit der Kältemaschine aufladen. Im Betriebszustand D, also beim Aufladen des Eisspeichers, wird der Eisspeicher und das Regelventil von Sole bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt durchströmt, die von der Kältemaschine geliefert wird. Dies hat zur Folge, daß das äußere Schwitzwasser am Regelventil einfriert und das Regelventil nachfolgend nicht mehr betriebsbereit ist. Daher ist es üblich, das Regelventil mit einer elektrischen. Spindelbeheizung zu versehen, die einen zusätzlichen Aufwand und auch zusätzliche Wartung erfordert.A refrigeration system with a refrigeration machine and ice storage must be able to be switched to different operating states, e.g. operating state A: ice storage is discharged via the refrigeration consumer; operating state B: the refrigeration consumer is operated exclusively by the refrigeration machine; operating state C: the refrigeration consumer is operated with the refrigeration machine and ice storage; operating state D: the ice storage is charged with the refrigeration machine. In operating state D, i.e. when the ice storage is charged, the ice storage and the control valve are flowed through by brine at temperatures below freezing, which is supplied by the refrigeration machine. This means that the external condensate freezes on the control valve and the control valve is subsequently no longer operational. It is therefore common to provide the control valve with an electric spindle heater, which requires additional effort and additional maintenance.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kälteerzeugungsanlage mit Parallelschaltung von Kältemaschine und Eisspeicher zu schaffen, bei der der Herstell- und Wartungsaufwand verringert ist.The invention is based on the object of creating a refrigeration system with parallel connection of refrigeration machine and ice storage, in which the manufacturing and maintenance costs are reduced.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved according to the invention with the features specified in claim 1.
Bei der erfindungsgemäßen Kälteerzeugungsanlage zweigt zwischen Eisspeicher und Regelventil eine zum Einlaß der Kältemaschine führende Leitung ab und das Regelven-In the refrigeration system according to the invention, a line leading to the inlet of the refrigeration machine branches off between the ice storage and the control valve and the control valve
til ist mit einem Absperrventil in Reihe geschaltet, welches zum Aufladen des Eisspeichers die Strömung durch das Regelventil sperrt. Das Entladen des Eisspeichers erfolgt also über das Regelventil und das Absperrventil. Beim Entladen ist die Temperatur der Sole über dem Gefrierpunkt, so daß das Regelventil nicht einfrieren kann. Dagegen ist beim Ladebetrieb des Eisspeichers, wenn die Temperatur der Sole minus 5 bis minus 1°C beträgt, das Regelventil von dem Solekreislauf getrennt. Es friert also nicht ein und steht für den nachfolgenden Entladebetrieb in relativ warmen Zustand zur Verfugung. Das Regelventil benötigt keine Heizvorrichtung, um seine Betriebsfähigkeit zu gewährleisten. valve is connected in series with a shut-off valve, which blocks the flow through the control valve when charging the ice storage tank. The ice storage tank is therefore unloaded via the control valve and the shut-off valve. When unloading, the temperature of the brine is above freezing point, so that the control valve cannot freeze. On the other hand, when the ice storage tank is charging, when the temperature of the brine is minus 5 to minus 1°C, the control valve is separated from the brine circuit. It therefore does not freeze and is available in a relatively warm state for the subsequent unloading operation. The control valve does not require a heating device to ensure its operability.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß beim Ladebetrieb des Eisspeichers der Strömungswiderstand des Regelventils entfällt. Dieser Strömungswiderstand liegt annähernd in der Größenordnung des Widerstandes des Eisspeichers. Da der Strömungswiderstand des Regelventils entfällt, kann die Pumpenleistung der Ladepumpe erheblich reduziert werden. Der Strömungswiderstand der Ventilvorrichtung, die bei der erfindungsgemäßen Kälteerzeugungsanlage im Ladebetrieb durchströmt wird, ist wesentlich geringer als derjenige des Regelventils.A further advantage is that the flow resistance of the control valve is eliminated when the ice storage tank is charging. This flow resistance is approximately the same order of magnitude as the resistance of the ice storage tank. Since the flow resistance of the control valve is eliminated, the pump output of the charging pump can be significantly reduced. The flow resistance of the valve device through which the flow passes in the cooling system according to the invention during charging is significantly lower than that of the control valve.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.In the following, embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Kälteerzeugungsanlage, undFig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the refrigeration system, and
Fig. 2 einen Ausschnitt einer gegenüber Fig. 2 abgewandelten Kälteerzeugungsanlage.Fig. 2 shows a section of a refrigeration system modified compared to Fig. 2.
Gemäß Fig. 1 ist die Kälteerzeugungsanlage 10 an die Primärseite eines Kälteabnehmers 11 angeschlossen, der hier als Wärmetauscher ausgebildet ist. Die Sekundärseite des Wärmetauschers kann mit einem Netz aus zahlreichen Kälteverbrauchern verbunden werden. Der Wärmetauscher ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Es ist auch möglich, die Verbraucher als Kälteabnehmer unmittelbar (ohne hydraulische Entkopplung) an die Kälteerzeugungsanlage 10 anzuschließen. Die Primärseite des Wärmetauschers ist mit einem in sich geschlossenen Solekreislauf verbunden. Eine Vorlaufleitung 12 führt dem Kälteabnehmer 11 kalte Flüssigkeit zu. Die Flüssigkeit verläßt den Kälteabnehmer 11 durch die Rücklaufleitung 13. Die Rücklaufleitung 13 ist mit der Vorlaufleitung 12 über einen ersten Strömungszweig verbunden. Dieser erste Strömungszweig enthält in dieser Reihenfolge eine Pumpe Pl, ein Rückschlagventil Rl, die Kältemaschine KM und eine erste Venti!vorrichtung Vl.According to Fig. 1, the refrigeration system 10 is connected to the primary side of a cold consumer 11, which is designed here as a heat exchanger. The secondary side of the heat exchanger can be connected to a network of numerous cold consumers. However, the heat exchanger is not absolutely necessary. It is also possible to connect the consumers as cold consumers directly (without hydraulic decoupling) to the refrigeration system 10. The primary side of the heat exchanger is connected to a self-contained brine circuit. A supply line 12 supplies cold liquid to the cold consumer 11. The liquid leaves the cold consumer 11 through the return line 13. The return line 13 is connected to the supply line 12 via a first flow branch. This first flow branch contains in this order a pump Pl, a check valve Rl, the refrigeration machine KM and a first valve device Vl.
Ferner ist die Rücklaufleitung 13 mit der Vorlaufleitung 12 über einen zweiten Strömungszweig verbunden. Dieser enthält in dieser Reihenfolge hintereinander eine Pumpe PE, ein Rückschlagventil R2, den Eisspeicher ES, eine Ventilvorrichtung V2 und das Regelventil RV.Furthermore, the return line 13 is connected to the flow line 12 via a second flow branch. This contains, in this order, one after the other, a pump PE, a check valve R2, the ice storage tank ES, a valve device V2 and the control valve RV.
Die Ventilvorrichtung Vl enthält zwei Absperrventile, von denen das Absperrventil 15 in dem ersten Strömungszweig liegt und das Absperrventil 16 in einer vom Auslaß der Kältemaschine KM abzweigenden Abzweigleitung 17 liegt, die mit dem Einlaß des Eisspeichers ES verbunden ist. Die beiden Absperrventile 15 und 16 werden vonThe valve device Vl contains two shut-off valves, of which the shut-off valve 15 is located in the first flow branch and the shut-off valve 16 is located in a branch line 17 branching off from the outlet of the refrigeration machine KM, which is connected to the inlet of the ice storage ES. The two shut-off valves 15 and 16 are controlled by
einem gemeinsamen Motor 18 gegenläufig angetrieben, d.h. wenn das Absperrventil 15 offen ist, ist das Absperrventil 16 gesperrt, und umgekehrt. Die Ventilvorrichtung Vl kann nur diese beiden Betriebszustände einnehmen, jedoch keine Zwischenstellung. Wenn das Ventil 16 durchlässig ist, ist die Ventilvorrichtung Vl in der Stellung "1" und wenn das Ventil 15 durchlässig ist, ist die Ventilvorrichtung in der Ventilstellung "2".a common motor 18 driven in opposite directions, i.e. when the shut-off valve 15 is open, the shut-off valve 16 is closed, and vice versa. The valve device Vl can only assume these two operating states, but no intermediate position. When the valve 16 is permeable, the valve device Vl is in the position "1" and when the valve 15 is permeable, the valve device is in the valve position "2".
In gleicher Weise ist die Ventilvorrichtung V2 ausgebildet, deren beide Absperrventile 19 und 20 mit dem Auslaß des Eisspeichers ES verbunden sind. Das Absperrventil 19 liegt in dem zweiten Strömungszweig und das Absperrventil 20, ist mit einer von dem zweiten Strömungszweig abzweigenden und zum Einlaß der Pumpe Pl und somit zum Einlaß der Kältemaschine, führenden Leitung 25 verbunden. Beide Absperrventile 19 und 20 sind von einem gemeinsamen Motor 21 gegenläufig zueinander gesteuert. Der Öffnungszustand des Absperrventils 19 bezeichnet die Ventilstellung "1" und der Öffnungszustand des Absperrventils 20 bezeichnet die Ventilstellung "2".The valve device V2 is designed in the same way, with both shut-off valves 19 and 20 connected to the outlet of the ice storage ES. The shut-off valve 19 is located in the second flow branch and the shut-off valve 20 is connected to a line 25 branching off from the second flow branch and leading to the inlet of the pump Pl and thus to the inlet of the refrigeration machine. Both shut-off valves 19 and 20 are controlled in opposite directions to one another by a common motor 21. The opening state of the shut-off valve 19 designates the valve position "1" and the opening state of the shut-off valve 20 designates the valve position "2".
Das Absperrventil 19 ist mit dem ersten Einlaß "2" des Regelventils RV verbunden. Ein zweiter Einlaß "3" des Regelventils ist mit dem Einlaß des Eisspeichers ES verbunden. Der Auslaß "1" des Regelventils ist an die Vorlaufleitung 12 angeschlossen. Das Regelventil RV weist einen Stellmotor 22 auf, der von einem Thermostaten 23 gesteuert ist, welcher die sekundärseitige Temperatur des Kälteabnehmers 11 fühlt. Das Regelventil RV ist ein stetig arbeitendes Ventil, das den Einlaß "2" mehr oder weniger drosselt und gegenläufig hierzu den Einlaß "3" drosselt. Die Summe der DurchlässeThe shut-off valve 19 is connected to the first inlet "2" of the control valve RV. A second inlet "3" of the control valve is connected to the inlet of the ice storage ES. The outlet "1" of the control valve is connected to the supply line 12. The control valve RV has a servomotor 22 which is controlled by a thermostat 23 which senses the secondary side temperature of the cold consumer 11. The control valve RV is a continuously operating valve which throttles the inlet "2" more or less and throttles the inlet "3" in the opposite direction. The sum of the passages
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beider Einlasse "2" und "3" ergibt jeweils 100 %, die dem Auslaß "1" zugeführt werden.both inlets "2" and "3" each result in 100%, which is fed to the outlet "1".
In der Betriebsart A "Eisspeicher entladen" ist die Pumpe Pl ausgeschaltet und die Pumpe PE eingeschaltet. Die Ventilvorrichtung Vl ist auf Stellung "2" geschaltet und die Ventilvorrichtung V2 ist auf Stellung "1" geschaltet. Die Flüssigkeit strömt von der Rücklaufleitung 13 durch die Pumpe PE zum Eisspeicher ES und gleichzeitig zum zweiten Einlaß "3" des Regelventils RV. Im Regelventil vermischt sich der vom Eisspeicher ES kommende kalte Flüssigkeitsstrom mit dem von der Pumpe PE kommenden wärmeren Flüssigkeitsstrom und beide Ströme werden der Vorlaufleitung 12 zugeführt.In operating mode A "discharge ice storage", the pump Pl is switched off and the pump PE is switched on. The valve device Vl is switched to position "2" and the valve device V2 is switched to position "1". The liquid flows from the return line 13 through the pump PE to the ice storage ES and at the same time to the second inlet "3" of the control valve RV. In the control valve, the cold liquid flow coming from the ice storage ES mixes with the warmer liquid flow coming from the pump PE and both flows are fed to the supply line 12.
In der Betriebsart B "Kältemaschine im Betrieb (ohne Eisspeicher)" ist die Pumpe Pl eingeschaltet und die Pumpe PE ausgeschaltet. Das Regelventil RV ist nicht in Betrieb, die Ventilvorrichtung Vl befindet sich in Stellung "2" und die Ventilvorrichtung V2 befindet sich in Stellung "1". Die Flüssigkeit fließt von der Rücklaufleitung 13 über die Pumpe Pl, die Kältemaschine KM und die Ventilvorrichtung Vl zur Vorlaufleitung 12.In operating mode B "refrigerator in operation (without ice storage)", the pump Pl is switched on and the pump PE is switched off. The control valve RV is not in operation, the valve device Vl is in position "2" and the valve device V2 is in position "1". The liquid flows from the return line 13 via the pump Pl, the refrigeration machine KM and the valve device Vl to the supply line 12.
In der Betriebsart C "Kältemaschine plus Eisspeicher-Entladebetrieb" sind beide Pumpen Pl und PE eingeschaltet, das Regelventil RV ist in Betrieb, die Ventilvorrichtung Vl steht auf "2" und die Ventilvorrichtung Vl auf "1". Flüssigkeit strömt von der Rücklaufleitung 13 durch die Pumpe Pl, die Kältemaschine KM und die Ventilvorrichtung Vl zur Vorlaufleitung 12. Parallel hierzu strömt Flüssigkeit von der Rücklaufleitung 13 zur Pumpe PE. Von dort verzweigt sie sich einerseits zum Eisspeicher ES und von dort über die VentilvorrichtungIn operating mode C "refrigerator plus ice storage unloading operation" both pumps Pl and PE are switched on, the control valve RV is in operation, the valve device Vl is set to "2" and the valve device Vl to "1". Liquid flows from the return line 13 through the pump Pl, the refrigeration machine KM and the valve device Vl to the flow line 12. In parallel, liquid flows from the return line 13 to the pump PE. From there it branches off to the ice storage ES and from there via the valve device
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V2 zum Regelventil RV und andererseits unmittelbar zum Regelventil RV, von dessen Auslaß sie zur Rücklaufleitung 12 strömt.V2 to the control valve RV and on the other hand directly to the control valve RV, from whose outlet it flows to the return line 12.
In der Betriebsart D "Eisspeicher-Ladebetrieb" ist die Pumpe Pl eingeschaltet und die Pumpe PE ausgeschaltet. Das Regelventil RV ist auf vollen Durchlaß "2-1" geschaltet, der Weg "3-1" ist dadurch gesperrt. Die Ventilvorichtung Vl steht in Stellung "1" und die Ventilvorrichtung in Stellung "2". Flüssigkeit strömt von der Kältemaschine KM über die Venti!vorrichtung Vl zum Eisspeicher ES und von dort über die Ventilvorrichtung V2 und die Pumpe Pl zurück zur Kältemaschine KM. Da bei dieser Betriebsart die Venti!vorrichtung V2 keine Flüssigkeit zum Regelventil RV durchläßt und da auch dessen Eingang "3" gesperrt ist, gelangt keine Flüssigkeit mit Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes zum Regelventil. In operating mode D "ice storage charging mode" the pump Pl is switched on and the pump PE is switched off. The control valve RV is switched to full flow "2-1", the path "3-1" is therefore blocked. The valve device Vl is in position "1" and the valve device in position "2". Liquid flows from the refrigeration machine KM via the valve device Vl to the ice storage ES and from there via the valve device V2 and the pump Pl back to the refrigeration machine KM. Since in this operating mode the valve device V2 does not allow liquid to pass through to the control valve RV and since its input "3" is also blocked, no liquid with a temperature below freezing point reaches the control valve.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 sind die Ventile der Ventilvorrichtung V2 aus Figur 1 auseinandergezogen und mit selbständigen Antrieben versehen. Das Absperrventil 19 ist hier zwischen den Auslaß des Regelventils RV und die Vorlaufleitung 12 geschaltet, also im Strömungsweg hinter das Regelventil. Das Absperrventil 2 0 liegt wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel in der zum Einlaß der Pumpe Pl führenden Leitung 25, die vor dem Regelventil von dem zweiten Strömungs.zweig abzweigt .In the embodiment of Fig. 2, the valves of the valve device V2 from Fig. 1 are pulled apart and provided with independent drives. The shut-off valve 19 is connected here between the outlet of the control valve RV and the flow line 12, i.e. in the flow path behind the control valve. The shut-off valve 20 is located, as in the first embodiment, in the line 25 leading to the inlet of the pump Pl, which branches off from the second flow branch in front of the control valve.
Die Steuerung der Absperrventile 19 und 20 erfolgt in den einzelnen Betriebsphasen in gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1. In der Betriebsart D "Eisspeicher-Ladebetrieb" ist das Regelventil RV zwarThe shut-off valves 19 and 20 are controlled in the individual operating phases in the same way as in the embodiment of Fig. 1. In operating mode D "ice storage charging operation", the control valve RV is
mit dem Auslaß des Eisspeichers ES verbunden, jedoch wird es nicht durchströmt, weil die vom Eisspeicher ES kommende Flüssigkeit in die Leitung 25 abzweigt. Die im Regelventil RV stehende Flüssigkeit bleibt warm, so daß ein Einfrieren des Regelventils nicht zu befürchten ist.connected to the outlet of the ice storage tank ES, but no flow passes through it because the liquid coming from the ice storage tank ES branches off into line 25. The liquid in the control valve RV remains warm, so that there is no risk of the control valve freezing up.
Claims (6)
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| DE9404319U DE9404319U1 (en) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | Refrigeration system |
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| DE9404319U1 true DE9404319U1 (en) | 1994-05-19 |
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