FR2624592A1 - Appareil de refrigeration a compresseur a volutes - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un appareil de réfrigération à compresseur à volutes, muni d'une électrovalve sensible à la température. L'électrovalve 12 est montée au-dessus de l'ouverture 22 de refoulement traversant la plaque à volute fixe 16 du compresseur 10. Elle est associée à un circuit 24 comprenant la bobine 42 de cette électrovalve et, en série, une thermistance 44 grâce à laquelle le circuit 24 assume la fonction d'un capteur de température de refoulement. L'alimentation en courant électrique du moteur du compresseur de l'électrovalve est coupée lorsque la résistance de la thermistance 44 dépasse une limite prédéterminée. Domaine d'application : compresseurs à volutes pour installations de réfrigération, etc.
Description
L'invention concerne d'une manière générale un système de - réfrigération
comportant un compresseur à volutes, et plus particulièrement une soupape qui se ferme contre la face arrière d'une plaque à volute fixe pour en recouvrir une ouverture de refoulement. -Les systèmes de réfrigération comportant des compresseurs à volutes doivent être conçus pour faire face à une surchauffe du gaz de refoulement, à un reflux pendant l'arrêt et à une rotation inverse due à une mauvaise
connexion des conducteurs électriques du moteur.
Des systèmes actuels assurent une protection contre la surchauffe en utilisant un capteur de température relié à une conduite de refoulement sortant de l'enceinte hermétique du compresseur. L'alimentation en énergie du moteur du compresseur est coupée en réponse à la détection d'unelimite de température prédéterminée. Cependant, ce procédé de protection est inadapté à des systèmes de réfrigération qui sont souvent soumis à des températures
élevées durant des conditions de faible débit d'écoulement.
Le débit d'écoulement peut devenir si bas, dans des compresseurs à volutes, que le fluide réfrigérant peut dépasser, a l'ouverture de refoulement de la plaque à volute fixe, la température de sécurité en service bien avant qu'un capteur, monté extérieurement, puisse détecter le problème. Néanmoins, de tels procédés de protection sont
encore utilisés.
La protection contre tout reflux durant l'arrêt s'effectue actuellement, simplement, par la mise en place d'un clapet de retenue directement audessus de l'ouverture de refoulement de la plaque à volute fixe. A l'arrêt, le clapet de retenue empêche le gaz de refoulement sous haute pression de revenir dans les plaques & volutes, ce qui pourrait autrement inverser rapidement le sens de rotation du compresseur et entrainer la plaque & volutes à mouvement orbital en sens inverse, à des vitesses extrêmement
élevées. L'inversion rapide ébranle une biellette oscil-
lante (accouplement d'entraînement entre le moteur et la plaque à volutes à mouvement orbital) du compresseur à volutes et exerce un moment de flexion important sur le
joint d'Oldham du compresseur ( accouplement anti-rota-
tion). Une biellette oscillante et un joint de Oldham, ainsi que d'autres détails d'un compresseur à volutes, sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 4 655
696 et n' 4 666 381.
20.Pour être efficace, le clapet de retenue doit être placé à l'intérieur de l'enveloppe du compresseur, directement au-dessus de l'ouverture de refoulement de la plaque à volutes afin de minimiser le volume entre le clapet et l'ouverture. Cependant, la pression du volume normal à l'ouverture de refoulement varie du fait des caractéristiques de service normal d'un compresseur -à volutes. Ceci provoque un battement du clapet de retenue, ayant pour résultat un bruit et une usure inutiles du clapet. On a essayé de placer le clapet sur une conduite de refoulement à l'extérieur de l'enveloppe. Cependant, un tel positionnement laisse suffisamment de fluide réfrigérant sous pression entre le clapet et l'ouverture de refoulement pour entraîner brièvement le compresseur en sens inverse, à plusieurs milliers de tours par minute, à la suite de la
coupure de 1-'alimentation du moteur du compresseur.
Le même clapet-de retenue, utilisé pour assurer la protection contre le reflux, pose un autre problème dans le cas o le moteur du compresseur serait branché de façon incorrecte, provoquant sa rotation en sens inverse. Ceci est un problème courant avec les moteurs triphasés dont le sens de rotation est inversé simplement par une permutation de deux de ses trois conducteurs. En rotation inverse, le clapet de retenue empêche le gaz de passer dans le compresseur, ce qui fait apparaître entre les plaques à volutes une pression extrêmement basse. La basse pression fait porter à force les plaques à volutes l'une contre l'autre, ce qui endommage les bouts de leurs spires en volute.
Bien qu'il soit possible de traiter individuel-
lement chacun des problèmes ci-dessus, un objet de l'invention est de résoudre tous les problèmes ci-dessus par l'utilisation d'une électrovalve unique montée à l'intérieur de l'enveloppe hermétique d'un compresseur à volutes. Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé de détection de la température du fluide
réfrigérant juste à sa sortie d'une ouverture de refoule-
ment traversant une plaque à volute fixe.
Un autre objet de l'invention est d'utiliser la bobine d'une électrovalve pour détecter la température du fluide réfrigérant en refoulement à l'intérieur de
l'enveloppe hermétique d'un compresseur à volutes.
Un autre objet de l'invention est d'éviter l'accroissement de la résistance opposée à l'écoulement, associée à de nombreuses électrovalves classiques, en utilisant la face arrière de la plaque à volute fixe comme
siège-de valve.
Un autre objet de 1l'invention est de faire passer à travers l'enveloppe hermétique d'un compresseur à volutes seulement deux entrées électriques qui sont connectées de façon à actionner une électrovalve disposée & l'intérieur de l'enveloppe et qui sont aussi connectées à un moyen destiné à détecter la température du fluide
réfrigérant à l'intérieur de l'enveloppe.
Un autre objet de l'invention est d'éviter le battement de la valve en équipant un compresseur à volutes d'une électrovalve disposée à l'intérieur de l'enveloppe hermétique du compresseur, et en maintenant magnétiquement cette électrovalve totalement ouverte lorsque le moteur du
compresseur est alimenté.
Un autre objet de l'invention est de permettre à un fluide réfrigérant, lorsque le moteur du compresseur est alimenté, de s'écouler dans un sens quelconque à travers une ouverture de refoulement ménagée dans la plaque à volute fixe du compresseur, quel que soit le sens de
rotation du compresseur et, lorsque le moteur du compres-
seur n'est pas alimenté, de permettre au fluide réfrigérant
de ne s'écouler que dans un sens.
L'invention a pour objet un compresseur à volutes comportant une électrovalve disposée à l'intérieur
de l'enveloppe hermétique du compresseur. Cette électro-
valve comporte un obturateur qui s'applique contre la face arrière d'une plaque à volutes fixe afin de fermer une ouverture de refoulement traversant la plaque lorsque le moteur du compresseur n'est pas alimenté. Le circuit d'une bobine sensible à la température est alimenté de façon à soulever magnétiquement l'obturateur et à découvrir l'ouverture de refoulement lorsque le moteur est alimenté, quel que soit son sens de rotation. L'alimentation du moteur est coupée et la valve se ferme lorsque le circuit de la bobine détecte que le fluide réfrigérant refoulé à travers l'enveloppe du compresseur a atteint une limite supérieure. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel: la figure 1 est une élévation avec coupe partielle et schéma partiel de la forme préférée de réalisation de l'invention; et la figure 2 est une vue analogue a celle de la
figure 1, d'une autre forme de réalisation de l'invention.
Le système de réfrigération montré sur la figure 1 comprend un compresseur à volutes 10 comportant une soupape ou valve interne 12. Bien que la valve 12 représente une valve à commande électrique quelconque, elle sera appelée ci-dessous électrovalve. L'électrovalve 12 est disposée dans une chambre 14 de refoulement sous haute pression située juste au- dessus de la plaque à volute fixe 16 du compresseur. Dans la forme préférée de réalisation, la valve 12 comprend un obturateur 18 qui est disposé de façon à s'appliquer contre une face arrière 20 de la plaque
à volute 16 pour couvrir une ouverture 22 de refoulement.
La valve 12 est actionnée par un circuit 24 de bobine qui, lorsqu'il est alimenté, soulève magnétiquement l'obturateur 18 pour découvrir l'ouverture 22. Lorsque le circuit n'est pas alimenté, l'obturateur 18 retombe contre la face arrière 20 de façon à fermer l'ouverture 22. La valve 12 est représentée ouverte sur la figure 1 et -une valve
similaire 12' est représentée fermée sur la figure 2.
L'électrovalve 12 et le moteur du compresseur sont tous deux alimentés et coupés ensemble de manière que la valve 12 s'ouvre pour découvrir l'ouverture 22 lorsque le compresseur 10 est en marche. En fonctionnement normal, le compresseur 10 aspire un fluide réfrigérant 26 à basse pression provenant d'un évaporateur 28 et refoule un fluide
réfrigérant 30 sous haute pression par l'ouverture 22, au-
delà de la valve 12, dans une conduite de refoulement 32 et jusque dans un condenseur 34. Le fluide réfrigérant 30 à
haute pression sort du condenseur 34 et revient à l'évapo-
rateur 28 par l'intermédiaire d'un dispositif de détente 36. L'alimentation du moteur du compresseur et de l'électrovalve 12 est coupée pour arrêter le système. A l'instant o l'alimentation du moteur du compresseur est coupée, le fluide réfrigérant 30 sous haute pression présent dans la chambre 14 tend de refluer brusquement en arrière à travers le compresseur et de revenir vers le côté 38 d'aspiration à basse pression du compresseur, raccordé à l'évaporateur 28. Cependant, étant donné que la valve 12 est également désexcitée au moment de l'arrêt, elle se
ferme afin d'empêcher le problème du reflux.
Si jamais les conducteurs du moteur du compresseur sont incorrectement connectés de façon à entraîner le compresseur en sens inverse, la-valve 12 est encore commandée de façon à s'ouvrir lors de la mise sous tension du moteur. La valve 12 étant maintenue ouverte, un écoulement inverse du fluide réfrigérant, sous l'effet de la rotation inverse du compresseur, peut avoir lieu librement à travers le compresseur. La valve 12 étant
ouverte, elle empêche l'établissement de pressions extrême-
ment basses entre les plaques à volutes 16 et 40, ce qui pourrait autrement se produire si l'ouverture 22 était fermée. Le circuit 24 de la bobine de l'électrovalve présente une impédance électrique qui augmente avec la température. Dans la forme préférée de réalisation de l'invention, le circuit 24 comprend une bobine 42 montée en série avec une thermistance 44 ayant un coefficient positif de température (c'est-à-dire dont la résistance électrique
augmente avec la température). La thermistance 44 repré-
sente un dispositif quelconque dont la résistance change avec la température, tel oqu'un interrupteur normalement fermé, sensible à la température, qui s'ouvre pour rompre la continuité à une limite prédéterminée de température. Le circuit 42 de la bobine se trouve à l'intérieur de la chambre 14 de façon à fonctionner en tant que partie d'un système de protection qui coupe l'alimentation à la fois du moteur du compresseur de 1'électrovalve 12 lorsque la température du fluide réfrigérant 30 sous haute pression dépasse 150'C. La valeur de 150'C est une limite supérieure prédéterminée de température qui peut être modifiée pour
convenir à un système de réfrigération particulier.
Le système de protection comprend en outre un circuit 46 de commande placé à l'extérieur de l'enveloppe hermétique 48 du compresseur. A la suite de la fermeture d'un interrupteur 50 à contact fugitif, une alimentation 52 en courant alternatif, à 110 volts, excite un relais 54 dont la bobine 56 est montée en série avec le circuit 24 de bobine au moyen de deux entrées 57. L'excitation du relais 54 ferme ses contacts principaux (non représentés) et ses contacts auxiliaires 58. Les contacts principaux alimentent
le moteur du compresseur, tandis que les contacts auxi-
liaires 58 maintiennent la continuité après le relâchement de l'interrupteur 50. Le circuit 46 comprend aussi un interrupteur normalement fermé 60 qui rompt la continuité
pour couper l'alimentation du moteur et fermer l'électro-
valve 12 simultanément.
Dans certaines conditions adverses de fonction-
nement, la température du fluide réfrigérant entrant en refoulement peut s'élever jusqu'à des valeurs dépassant les limites de sécurité. L'élévation de la température accroit
l'impédance du circuit 24 de la bobine du fait de l'ac-
croissement de résistance de la thermistance. Lorsque la température du fluide réfrigérant dépasse la limite supérieure prédéterminée, l'impédance accrue du circuit 24 à bobine réduit sensiblement le courant 62 fourni à la bobine 56, provoquant la retombée du relais 54, ce qui coupe l'alimentation du moteur du compresseur et du circuit de bobine 24; En fait, le relais 54 sert de moyen destiné à détecter une variation de l'impédance du circuit de bobine 24 et il sert aussi à couper l'alimentation du moteur du
compresseur et de l'électrovalve 12 en réponse au dépasse-
ment, par la température du fluide réfrigérant, de la limite supérieure prédéterminée. L'homme de l'art appréciera qu'une détection
d'une variation d'impédance s'effectue de façon relative-
ment simple et peut être réalisée de l'une quelconque d'un certain nombre de manières. De plus, la thermistance 44 pourrait avoir un coefficient négatif de température
(c'est-à-dire une résistance qui diminue avec la tempéra-
ture), et un circuit de commande de conception appropriée pourrait couper l'alimentation à la fois du moteur du compresseur et de l'électrovalve en réponse à une chute d'impédance jusqu'à une limite inférieure prédéterminée. Il convient également de noter que, bien que le circuit 46 comprenne une alimentation 52 en énergie à courant alternatif, sous 110 volts, on pourrait utiliser, à la place, une alimentation en courant alternatif sous 24 volts, pourvu que le circuit de commande et le circuit de
la bobine soient modifiés en conséquence.
L'invention peut également être modifiée de façon à fonctionner avec un circuit de commande 64 à courant continu, comme montré sur la figure 2. Un circuit 24' de bobine est conçu pour ouvrir une valve 12' en recevant un courant continu, d'une tension de 5 volts, du circuit 64 de commande, en un point 66. Le circuit 64 de commande Comprend un comparateur 68 et un circuit logique ayant une entrée 72 et une sortie 74. Le circuit logique 70 fournit un courant continu sous 9 volts à la sortie 74 pour ouvrir l'électrovalve 12' par l'intermédiaire d'une résistance 75. La sortie 74 alimente également le moteur du
compresseur au moyen d'un relais (non représenté).
Un comparateur 68 constitue un moyen pour détecter une variation de la résistance du circuit 24' de la bobine. A cet effet, il utilise un amplificateur opérationnel 76 qui compare la tension appliquée au circuit
24' de la bobine à une tension de référence en un point 78.
Dans des conditions de fonctionnement normal, la tension du circuit de la bobine au point 66 est inférieure à la tension de référence au point 78, ce qui a pour résultat l'absence de signal de surchauffe, c'est-à-dire que la sortie de l'amplificateur opérationnel 76 au point 80 est dans un état binaire bas, tel que 0 volt. Lorsque la température du fluide réfrigérant dépasse la température prédéterminée de sécurité, la résistance de la thermistance 44' s'élève notablement, amenant la tension au point 66 à dépasser la tension de référence au point 78. Ceci place dans un état binaire haut (par exemple un courant continu sous 9 volts) la sortie de l'amplificateur opérationnel 76, lequel état binaire est appliqué à l'entrée 72 en tant que signal de surchauffe. En recevant le signal de surchauffe, le circuit logique 70 fait chuter à 0 sa tension de sortie de 9 volts, à la sortie 74, ce qui arrête le compresseur et ferme la valve 12' pendant une période prédéterminée ou
jusqu'à une restauration manuelle du système de réfrigéra-
tion. Le système montré sur la figure 2 peut encore être modifié par la suppression de la thermistance 44' et la seule prise en compte du coefficient de température propre à la bobine 42'. Il est bien connu que le cuivre, ainsi que d'autres conducteurs électriques aisément disponibles tels que le fer, le nickel, l'aluminium et les alliages associés, ont une résistance électrique qui augmente avec la température. Cependant, si le conducteur
particulier utilisé dans la bobine 42' possède un coeffi-
cient de température très inférieur à celui d'une thermis-
tance classique, le circuit de commande doit avoir une plus grande sensibilité aux variations de résistance, moins notables, du circuit de la bobine. La conception d'un circuit plus sensible exige des tolérances plus étroites pour les composants et/ou des moyens destinés à compenser les composants ayant des tolérances variables. Par exemple, un potentiomètre variable 82 peut constituer un moyen de compensation dans le cas de bobines ayant des caractéristi- ques de résistance différentes. Le potentiomètre 82 peut également être utilisé pour modifier la limite supérieure
de température à laquelle l'électrovalve se ferme.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil de réfrigération décrit
et représenté sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (23)
1. Appareil de réfrigération, caractérisé en ce qu'il comporte un condenseur (34), un évaporateur (28), un compresseur à volutes (10) disposé à l'intérieur d'une enveloppe hermétique (48) et branché de façon à faire passer un fluide réfrigérant de l'évaporateur vers le condenseur, le compresseur comprenant une plaque à volute fixe (16) traversée par une ouverture de refoulement (22), et une électrovalve (12) disposée à l'intérieur de l'enveloppe, à proximité immédiate de l'ouverture de
refoulement, et destinée à fermer cette dernière.
2. Appareil de réfrigération selon la reven-
dication 1, caractérisé en ce que l'électrovalve est actionnée par un circuit (24) à bobine ayant une impédance
qui change avec sa température.
3. Appareil de réfrigération selon la reven-
dication 2, caractérisé en ce que l'impédance augmente
avec la température.
4. Appareil de réfrigération selon la reven-
dication 2, caractérisé en outre en ce qu'il comporte un
moyen destiné à détecter un changement d'impédance.
5. Appareil de réfrigération selon la reven-
dication 4, caractérisé en ce que le moyen de détection
comprend un comparateur (68).
6. Appareil de réfrigération selon la reven-
dication 2, caractérisé en ce que le circuit à bobine
comprend un interrupteur sensible à la température.
7. Appareil de réfrigération selon la reven-
dication 2, caractérisé en ce que le circuit à bobine
comprend une thermistance (44).
8. Appareil de réfrigération selon la reven-
dication 7, caractérisé en ce que la thermistance possède un coefficient positif de température, de sorte que sa
résistance augmente avec la température.
9. Appareil de réfrigération selon la reven-
dication 5, caractérisé en ce que le comparateur comprend
un amplificateur opérationnel (76).
10. Appareil de réfrigération selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de détection d'un changement d'impédance comprend un relais (54) ayant une bobine (56) montée en série avec le circuit
à bobine, le relais étant placé à l'extérieur de l'en-
veloppe et connecté de façon à couper l'alimentation d'un
moteur de compresseur disposé à l'intérieur de l'enveloppe.
11. Appareil de réfrigération selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre
une biellette oscillante disposée à l'intérieur de l'en-
veloppe.
12. Appareil de réfrigération selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un accouplement anti-rotation disposé à l'intérieur de l'enveloppe.
13. Appareil de réfrigération selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (64) de commande qui coupe l'alimentation de 1'électrovalve et d'un moteur du compresseur lorsque
l'impédance change jusqu'à une limite prédéterminée.
14. Appareil de réfrigération selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un obturateur (18) de l'électrovalve couvre l'ouverture de refoulement lorsque l'alimentation d'un moteur entraînant le compresseur est coupée, et l'électrovalve est actionnée de façon à
découvrir ladite ouverture lorsque le moteur est alimenté.
15. Appareil de réfrigération selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrovalve comprend en outre un obturateur (18) qui s'applique contre une face arrière (20) de la plaque à volute afin de
couvrir l'ouverture de refoulement.
16. Appareil de réfrigération, caractérisé en ce qu'il comporte un condenseur (34), un évaporateur (28), un compresseur à volutes (10) disposé à l'intérieur d'une enveloppe hermétique (48) et branché de façon a aspirer un fluide réfrigérant de l'évaporateur et refouler ce fluide réfrigérant vers le condenseur, une électrovalve (12) disposée à l'intérieur de l'enveloppe et raccordée de façon
à transmettre pratiquement en totalité le fluide réfrigé-
rant refoulé vers le condenseur, ladite électrovalve étant actionnée par un circuit (24') à bobine qui est disposé à l'intérieur de l'enveloppe, en relation de transmission de chaleur avec le fluide réfrigérant refoulé vers le condenseur, le circuit à bobine ayant une impédance électrique qui change avec la température dudit circuit, de sorte que l'impédance change avec la température du fluide réfrigérant refoulé vers le condenseur, l'appareil comportant en outre un circuit (64) de commande comportant des moyens destinés a détecter un changement de l'impédance du circuit à bobine, ce circuit de commande étant connecté électriquement de façon à commander le circuit à bobine et un moteur entrainant le compresseur afin que l'alimentation du moteur soit coupée et que l'électrovalve se ferme lorsqu'un changement de l'impédance indique que la
température du fluide réfrigérant refoulé vers le conden-
seur atteint une limite supérieure prédéterminée.
17. Appareil de réfrigération selon la revendication 16, caractérisé en ce que le circuit à bobine comprend une thermistance (44') ayant un coefficient positif de température, de sorte que la résistance
électrique de cette thermistance augmente avec la tempéra-
ture.
18. Appareil de réfrigération selon la revendication 16, caractérisé en ce que le circuit à bobine
comprend un interrupteur sensible à la température.
19. Appareil de réfrigération selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens destinés & détecter un changement-d'impédance comprennent un relais (54) ayant une bobine ('56) montée en série avec le circuit à bobine, ledit relais étant placé à l'extérieur de l'enveloppe et connecté de façon à couper l'alimentation du moteur.
20. Appareil de réfrigération selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une biellette oscillante et un accouplement anti-rotation
disposés à l'intérieur de l'enveloppe.
21. Appareil de réfrigération, caractérisé en ce qu'il comporte un condenseur (34), un évaporateur (28), un compresseur à volutes (10) disposé à l'intérieur d'une enveloppe hermétique (48) et branché de façon à aspirer un fluide réfrigérant de l'évaporateur et à refouler le fluide réfrigérant vers le condenseur, le compresseur comprenant une plaque à volute fixe (16) traversée par une ouverture (22) de refoulement par laquelle passe pratiquement en totalité le fluide réfrigérant refoulé vers le condenseur,
une électrovalve (12) disposée à l'intérieur de l'en-
veloppe, à proximité immédiate de l'ouverture de refoule-
ment, et comportant un obturateur (18) qui est destiné à s'appliquer contre une face arrière (20) de la plaque à volute afin de couvrir l'ouverture de refoulement, l'électrovalve étant actionnée par un circuit (24) à bobine qui est disposé à l'intérieur de l'enveloppe et qui
comprend une bobine (42) montée en série avec une thermis-
tance (44) qui est en relation de transmission de chaleUr avec le fluide réfrigérant refoulé vers le condenseur, ladite thermistance ayant une résistance électrique qui augmente avec la température, de manière que ladite résistance électrique augmente pour accroître l'impédance électrique du circuit à bobine en réponse à une élévation de la température du fluide réfrigérant refoulé vers le condenseur, l'appareil comportant en outre des moyens destinés à détecter un changement de l'impédance du circuit à bobine et-comprenant un relais (54) ayant une bobine (56) montée en série avec le circuit à bobine de manière que le relais soit désexcité lorsque l'impédance électrique du
circuit à bobine passe à une valeur plus élevée du fait que-
la température du fluide réfrigérant refoulé atteint une limite supérieure prédéterminée, des contacts électriques, associés au relais, étant connectés de façon à couper l'alimentation d'un moteur entraînant le compresseur et étant connectés de façon a couper l'alimentation du. circuit
à bobine lorsque le relais est désexcité.
22. Appareil de réfrigération selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comporte en outre
une biellette oscillante disposée à l'intérieur de l'en-
veloppe.
23. Appareil de réfrigération selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un accouplement anti-rotation disposé à l'intérieur de l'enveloppe.
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