JP2005264908A - 可変容量斜板式圧縮機の制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で圧縮機の吐出容量をフィードバック制御できる、可変容量斜板式圧縮機の制御弁を提供する。
【解決手段】 冷暖房用空調装置に使用される可変容量斜板式圧縮機の制御弁であって、冷媒回路を流れる冷媒ガス中に配設された受圧片と、ロッドの一端が受圧片に係合する電磁弁と、冷房負荷や車両走行状態等を検知する外部情報検知手段と、外部情報に基づいて電磁弁に供給する電力値を制御する制御手段とを備え、電磁弁は、受圧片からロッドに伝達される冷媒回路を流れる冷媒ガスの流体力とロッドに印加される電磁力との大小関係に応じて、圧縮機吐出ガスのクランク室への導入を切り入りし、受圧片は冷媒回路を流れる冷媒ガスにより回転駆動される。
【選択図】 図２

Description

本発明は冷暖房用空調装置に使用される可変容量斜板式圧縮機の制御弁に関するものである。

可変容量斜板式圧縮機においては、クランク室圧力を調節することにより、吐出容量を制御している。冷暖房用空調装置に使用される可変容量斜板式圧縮機においては、例えば冷媒回路上の所定の２点間の差圧が、外部情報検知手段から提供される外部情報に基づいて決定された目標差圧に近づくように、クランク室圧力が自律的に調節されて、前記２点間の差圧がフィードバック制御され、ひいては吐出容量がフィードバック制御される。

特許文献１は、クランク室圧力を自律的に調節する可変容量斜板式圧縮機の制御弁であって、外部情報検知手段から提供される外部情報に基づいて決定された冷媒回路上の所定の２点間の目標差圧に対応する電磁力により一の方向へ押圧されると共に、冷媒回路上の前記所定の２点間の差圧を受けて前記一の方向とは逆方向へ押圧される弁体を有する開度量可変の弁を介して、吐出ガスをクランク室へ導入することにより、クランク室圧力を自律的に調節して、前記２点間の差圧が前記目標差圧に近づくように、前記２点間の差圧をフィードバック制御し、ひいては吐出容量をフィードバック制御するように構成した制御弁を開示している。
特許文献１の制御弁においては、冷媒回路上の所定の２点間の差圧を安定してフィードバック制御するために、前記２点間に絞りを設けて前記２点間の差圧を大きくしている。
特開２００１−１０７８５４

特許文献１の制御弁には、絞りと、吐出ガスのクランク室への導入を切り入りする弁とが別個の機構なので、絞り前後の差圧を前記弁まで導く通路を設ける必要があり、構造が複雑になるという問題がある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で圧縮機の吐出容量をフィードバック制御できる、可変容量斜板式圧縮機の制御弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、冷暖房用空調装置に使用される可変容量斜板式圧縮機の制御弁であって、冷媒回路を流れる冷媒ガス中に配設された受圧片と、ロッドの一端が受圧片に係合する電磁弁と、冷房負荷や車両走行状態等を検知する外部情報検知手段と、外部情報に基づいて電磁弁に供給する電力値を制御する制御手段とを備え、電磁弁は、受圧片からロッドに伝達される冷媒回路を流れる冷媒ガスの流体力とロッドに印加される電磁力との大小関係に応じて、圧縮機吐出ガスのクランク室への導入を切り入りし、受圧片は冷媒回路を流れる冷媒ガスにより回転駆動されることを特徴とする可変容量斜板式圧縮機の制御弁を提供する。
本発明に係る制御弁においては、冷媒回路を流れる冷媒ガス中に配設された受圧片が絞りを形成すると共に、吐出ガスのクランク室への導入を切り入りする弁の一部をも形成するので、絞り前後の差圧を前記弁まで導く通路を設ける必要が無い。従って、本発明に係る制御弁は、簡単な構成で圧縮機の吐出容量をフィードバック制御できる。
本発明に係る制御弁においては、受圧片は冷媒回路を流れる冷媒ガスにより回転駆動されるので、冷媒ガス中に含まれる潤滑油が受圧片に付着しても遠心力により受圧片から除去される。この結果、受圧片への潤滑油の付着が抑制され、受圧片に潤滑油が付着して冷媒回路囲壁と受圧片との間の隙間が変動することによる制御弁の性能低下が抑制される。

本発明の好ましい態様においては、受圧片は頂部を冷媒ガスの流れに関して上流側へ差し向けた円錐形状を有し、傾斜した側面に斜め放射状の溝が形成されている。
頂部を冷媒ガスの流れに関して上流側へ差し向けた円錐形状を有し、傾斜した側面に斜め放射状の溝が形成された受圧片は、冷媒ガスの流れから回転駆動力を受けることができる。

本発明の好ましい態様においては、受圧片は回転可能にロッドの一端に接合されている。
受圧片が回転可能にロッドの一端に接合されていれば、受圧片は回転し且つ冷媒ガスの流体力をロッドに伝達することができる。

本発明の好ましい態様においては、受圧片は冷媒回路の漏斗状拡径部に配設されている。
受圧片を冷媒回路の漏斗状拡径部に配設することにより、冷媒回路を流れる冷媒ガスの流量変化に制御弁が過敏に反応し、制御性が悪化する事態の発生が防止される。

本発明の好ましい態様においては、可変容量斜板式圧縮機の制御弁は、ロッド長さ調整部材を備える。
ロッド長さ調整部材を配設することにより、制御弁の性能を高めることができる。

本発明の好ましい態様においては、可変容量斜板式圧縮機の制御弁は、受圧片近傍の冷媒回路を可変容量斜板式圧縮機の吸入室に接続するオリフィス通路を備える。
受圧片から除去された潤滑油を、オリフィス通路を介して可変容量斜板式圧縮機の吸入室へ戻すことにより、冷媒回路囲壁と受圧片との間の隙間が除去された潤滑油により塞がれ、或いは除去された潤滑油が受圧片に再付着する等の事態の発生が抑制され、また外部冷媒回路への潤滑油の流出が抑制される。

本発明に係る制御弁においては、冷媒回路を流れる冷媒ガス中に配設された受圧片が絞りを形成すると共に、吐出ガスのクランク室への導入を切り入りする弁の一部をも形成するので、絞り前後の差圧を前記弁まで導く通路を設ける必要が無い。従って、本発明に係る制御弁は、簡単な構成で圧縮機の吐出容量をフィードバック制御できる。
本発明に係る制御弁においては、受圧片は冷媒回路を流れる冷媒ガスにより回転駆動されるので、冷媒ガス中に含まれる潤滑油が受圧片に付着しても遠心力により受圧片から除去される。この結果受圧片への潤滑油の付着が抑制され、受圧片に潤滑油が付着して冷媒回路囲壁と受圧片との間の隙間が変動することによる制御弁の性能低下が抑制される。

本発明の実施例に係る可変容量斜板式圧縮機の制御弁を説明する。

図１に示すように、可変容量斜板式圧縮機１と、凝縮器２と膨張弁３と蒸発器４とにより、車載の空調装置Ａが構成されている。空調装置Ａは、外気導入時と内気循環時とで空気通路を切り替えるダンパー５と、送風機６と、空調操作パネル７とを有している。
空調操作パネルには、車両乗員により操作される空調装置ＡのＯＮ／ＯＦＦスイッチ、温度設定器等が搭載されている。蒸発器４の近傍には車室内空気温度を検出する温度センサーが配設されている。図示しない車両には、車速センサー、エンジン回転数センサー、スロットル開度センサー、等の車両走行状態を検知する各種センサーが搭載されている。ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、温度設定器、温度センサー、車両走行状態を検知する各種センサーは、外部情報検知装置８を構成している。

可変容量斜板式圧縮機１は、クラッチを介することなく図示しない車両エンジンに接続された図示しない主軸と、相対回転不能に且つ傾角可変に主軸に取り付けられた図示しない斜板と、シューを介して斜板に係合し斜板の回転に同期して直線往復運動する図示しないピストンと、ピストンが摺動可能に挿入されるシリンダボア１ａと、吐出弁を介してシリンダボア１ａに連通する吐出室１ｂと、主軸と斜板とを収容するクランク室１ｃと、吸入弁を介してシリンダボア１ａに連通する吸入室１ｄとを備えている。クランク室１ｃと吸入室１ｄとは、オリフィス穴１ｅを介して連通している。

可変容量斜板式圧縮機１の吐出室１ｂと、凝縮器２と、膨張弁３と、蒸発器４と、可変容量斜板式圧縮機１の吸入室１ｄとは、冷媒回路９により順次接続されている。

可変容量斜板式圧縮機１の吐出容量を制御する制御弁１０が配設されている。制御弁１０は、弁本体１１と、前述の外部情報検知装置８と、外部情報検知装置８から入力された外部情報に基づいて弁本体１１の一部を形成する電磁弁の作動を制御する制御装置１２と、電磁弁の駆動回路１３とを備えている。制御弁の本体１１は冷媒回路９の途上に配設されている。

弁本体１１の構成を詳述する。
図２に示すように、制御弁の弁本体１１は、コイル１１ａと、固定鉄心１１ｂと、可動鉄心１１ｃと、可動鉄心１１ｃに固定されたロッド１１ｄと、可動鉄心１１ｃを固定鉄心１１ｂから遠ざかる方向へ付勢するバネ１１ｅと、ロッド１１ｄの長さ方向略中央部に形成された弁体１１ｆと、弁体１１ｆが当接可能な弁座１１ｇとにより構成される電磁弁１１ｈを備えている。コイル１１ａは図示しない導線を介して駆動回路１３に接続されている。弁体１１ｆが弁座１１ｇに当接することにより、可変容量斜板式圧縮機１の吐出室１ｂとクランク室１ｃとの間の連通路１１ｉが閉鎖され、弁体１１ｆが弁座１１ｇから離れることにより、可変容量斜板式圧縮機１の吐出室１ｂとクランク室１ｃとの間の連通路１１ｉが開放される。

制御弁の弁本体１１は、冷媒回路９を流れる冷媒ガス中に配設された円錐形状の受圧片１１ｊを備えている。受圧片１１ｊは円錐形の頂部を冷媒ガスの流れに関して上流側へ差し向けて配設されている。図３に示すように、受圧片１１ｊの傾斜した側面には、斜め放射状の複数の溝１１ｋが形成されている。受圧片１１ｊは、冷媒回路９の、上流から下流へ向けて漏斗状に拡径する拡径部９ａに配設されている。受圧片１１ｊは拡径部９ａ中の２点間に差圧を発生させる絞りを形成している。

受圧片１１ｊは、ベアリング１１ｍと、ロッド１１ｄの先端に螺合するナット１１ｎとを介して、ロッド１１ｄの先端に回転可能に接合されている。受圧片１１ｊとベアリング１１ｍとナット１１ｎとロッド１１ｄとは直線状に整列している。

受圧片１１ｊ直近下流の冷媒回路９囲壁に、環状溝１１ｐが形成されている。環状溝１１ｐは、オリフィス通路１１ｑを介して、吸入室１ｄに連通している。

上記構成を有する本実施例に係る制御弁１０の作動を説明する。
可変容量斜板式圧縮機１の図示しない主軸は、図示しない車両エンジンに駆動されて常時回転している。
空調装置Ａの作動時には、制御装置１２は、外部情報検知装置８から入力される外部情報に基づいて、可変容量斜板式圧縮機１の目標吐出容量Ｑ、ひいては冷媒回路９を流れる冷媒ガスである可変容量斜板式圧縮機１の吐出ガスの目標流量Ｑを決定し、当該目標流量Ｑに見合う電磁弁供給電力値を決定する。制御装置１２は、駆動回路１３を介して電磁弁１１ｈのコイル１１ａへの供給電力をデューティー制御する。磁化した可動鉄心１１ｃが磁化した固定鉄心１１ｂから電磁力を受け、バネ１１ｅの付勢力に抗して固定鉄心１１ｂに接近する方向へ移動する。弁体１１ｆが弁座１１ｇに当接し、吐出室１ｂとクランク室１ｃとの間の連通路１１ｉが閉鎖される。
圧縮機吐出ガスのクランク室１ｃへの流入が阻止される。クランク室１ｃ内のガスはオリフィス穴１ｅを介して吸入室１ｄへ流出するので、クランク室１ｃの内圧が低下し、図示しない斜板の傾角が増加し、可変容量斜板式圧縮機１の吐出容量が増加し、冷媒回路９を流れる冷媒ガスの流量が増加して、受圧片１１ｊの一次側圧力Ｐ１と二次側圧力Ｐ２との差圧が増加し、ひいては受圧片１１ｊに印加される冷媒ガスの流体力が増加する。

冷媒回路９を冷媒ガスが流れると、冷媒ガス流は受圧片１１ｊに流体を印加する。流体力は受圧片１１ｊからベアリング１１ｍとナット１１ｎとを介してロッド１１ｄに伝達される。受圧片１１ｊは冷媒回路９を流れる冷媒ガスにより回転駆動される。回転に伴う遠心力により、受圧片１１ｊに付着した冷媒ガス中の潤滑油が受圧片１１ｊから除去される。
受圧片１１ｊから除去された潤滑油は、環状溝１１ｐに溜まり、オリフィス通路１１ｑを介して、吸入室１ｄへ戻される。
受圧片１１ｊからロッド１１ｄに伝達される冷媒ガスの流体力が、前記目標流量Ｑに見合う供給電力値の下で、固定鉄心１１ｂから可動鉄心１１ｃを介してロッド１１ｄに印加される電磁力よりも小さい間は、弁体１１ｆが弁座１１ｇに当接した状態が維持され、電磁弁１１ｈが連通路１１ｉを閉鎖した状態が維持される。この結果、斜板の傾角は増加し、可変容量斜板式圧縮機１の吐出容量は増加し、冷媒回路９を流れる冷媒ガスの流量は増加する。

冷媒回路９を流れる冷媒ガスの流量が増加し、受圧片１１ｊからロッド１１ｄに伝達される冷媒ガスの流体力が、前記目標流量Ｑに見合う供給電力値の下で、固定鉄心１１ｂから可動鉄心１１ｃを介してロッド１１ｄに印加される電磁力を超えると、前記流体力を受けた受圧片１１ｊが冷媒ガス流に関して下流側へ移動する。受圧片１１ｊに押されてロッド１１ｄが移動し、弁体１１ｆが弁座１１ｇから離れる。吐出室１ｂとクランク室１ｃとの間の連通路１１ｉが開放される。
圧縮機吐出ガスがクランク室１ｃへ流入し、クランク室１ｃの内圧が上昇し、図示しない斜板の傾角が減少し、可変容量斜板式圧縮機１の吐出容量が減少し、冷媒回路９を流れる冷媒ガスの流量が減少して、受圧片１１ｊの一次側圧力Ｐ１と二次側圧力Ｐ２との差圧が減少し、ひいては受圧片１１ｊに印加される冷媒ガスの流体力が減少する。

受圧片１１ｊからロッド１１ｄに伝達される冷媒ガスの流体力が、前記目標流量Ｑに見合う供給電力値の下で、固定鉄心１１ｂから可動鉄心１１ｃを介してロッド１１ｄに印加される電磁力よりも小さくなると、ロッド１１ｄが移動して弁体１１ｆが弁座１１ｇに当接し、吐出室１ｂとクランク室１ｃとの間の連通路１１ｉが閉鎖される。
圧縮機吐出ガスのクランク室１ｃへの流入が阻止され、クランク室１ｃ内のガスがオリフィス穴１ｅを介して吸入室１ｄへ流出するのに伴って、クランク室１ｃの内圧が低下し、図示しない斜板の傾角が増加し、可変容量斜板式圧縮機１の吐出容量が増加し、冷媒回路９を流れる冷媒ガスの流量が増加して、受圧片１１ｊの一次側圧力Ｐ１と二次側圧力Ｐ２との差圧が増加し、ひいては受圧片１１ｊに印加される冷媒ガスの流体力が増加する。

弁本体１１による連通路１１ｉの開閉が自律的に繰り返され、クランク室１ｃへの圧縮機吐出ガスの導入と導入停止とが自律的に繰り返されてクランク室１ｃの内圧が自律的に調節され、受圧片１１ｊを通過する圧縮機吐出ガスの流量が目標流量Ｑに近づくようにフィードバック制御され、ひいては可変容量斜板式圧縮機１の吐出容量が目標値Ｑに近づくようにフィードバック制御される。

空調装置ＡのＯＮ／ＯＦＦスイッチがＯＦＦされて、空調装置Ａが停止すると、制御装置１２は、駆動回路１３を介してコイル１１ａへの電力供給を停止する。
固定鉄心１１ｂから可動鉄心１１ｃへの電磁力の印加が停止し、バネ１１ｅの付勢力を受けて可動鉄心１１ｃは固定鉄管１１ｂから離れる方向へ移動し、弁体１１ｆは弁座１１ｇから離れる。この結果、連通路１１ｉが開放され、圧縮機吐出ガスが連通路１１ｉを介してクランク室１ｃへ流入し、クランク室１ｃの内圧が上昇して斜板の傾角が減少し、可変容量斜板式圧縮機１の吐出容量は減少して最小値になる。この結果、車両エンジンが生み出すエネルギーの浪費が抑制される。
制御弁１０を通ってクランク室１ｃへ流入した吐出ガスは、オリフィス穴１ｅを介して吸入室１ｄへ流入し、図１に太線二重矢印で示すように、吸入室１ｄから稼動を続ける可変容量斜板式圧縮機１のシリンダボア１ａへ吸い込まれ、シリンダボア１ａから吐出室１ｂへ吐出し、制御弁１０へ還流する。

制御弁１０においては、冷媒回路９を流れる冷媒ガス中に配設された受圧片１１ｊが絞りを形成すると共に、圧縮機吐出ガスのクランク室１ｃへの導入を切り入りする弁本体１１の一部をも形成するので、絞り前後の差圧を弁本体１１まで導く通路を設ける必要が無い。従って、制御弁１０は、簡単な構成で圧縮機１の吐出容量をフィードバック制御できる。
制御弁１０においては、受圧片１１ｊは冷媒回路９を流れる冷媒ガスにより回転駆動されるので、冷媒ガス中に含まれる潤滑油が受圧片１１ｊに付着しても遠心力により受圧片１１ｊから除去される。この結果、受圧片１１ｊへの潤滑油の付着が抑制され、受圧片１１ｊに潤滑油が付着して冷媒回路囲壁と受圧片１１ｊとの間の隙間Ｓが変動し、受圧片１１ｊの一次側圧力Ｐ１と二次側圧力Ｐ２との差圧が変動することによる制御弁１０の性能低下が抑制される
受圧片１１ｊから除去された潤滑油は、環状溝１１ｐに溜まり、オリフィス通路１１ｑを介して、吸入室１ｄへ戻されるので、冷媒回路９囲壁と受圧片１１ｊとの間の隙間Ｓが除去された潤滑油により塞がれ、或いは除去された潤滑油が受圧片１１ｊに再付着する等の事態の発生が抑制され、また外部冷媒回路への潤滑油の流出が抑制される。
頂部を冷媒ガスの流れに関して上流側へ差し向けた円錐形状を有し、傾斜した側面に斜め複数の放射状の溝１１ｋが形成された受圧片１１ｊは、冷媒ガスの流れから回転駆動力を効率良く受けることができる。
受圧片１１ｊは、回転可能にロッド１１ｄの先端に接合されているので、冷媒ガス流の中で回転し且つ冷媒ガスの流体力をロッド１１ｄに伝達することができる。

制御弁１０においては、受圧片１１ｊを冷媒回路の漏斗状拡径部９ａに配設することにより、冷媒回路９を流れる冷媒ガスの流量変化に弁本体１１が過敏に反応するのを抑制している。弁本体１１が連通路１１ｉを閉じた状態で圧縮機１が運転され、冷媒ガス流量が増加して目標流量Ｑを超え、受圧片１１ｊに印加される流体力が、電磁弁のロッド１１ｄに印加される目標流量Ｑに見合う電磁力を超えると、受圧片１１ｊは前記電磁力に抗して下流側への移動を開始する。その後、受圧片１１ｊは、印加される流体力と前記電磁力との大小関係に応じて、下流側へ或いは上流側へ移動する。冷媒ガス流量が増加して受圧片１１ｊが下流側へ移動すると、冷媒回路の漏斗状拡径部９ａ囲壁と受圧片１１ｊとの間の隙間Ｓが広がり、受圧片１１ｊが形成する絞りの圧力損失が減少する。この結果、受圧片１１ｊに印加される流体力の増加が抑制される。冷媒ガス流量が減少して受圧片１１ｊが上流側へ移動すると、冷媒回路の漏斗状拡径部９ａ囲壁と受圧片１１ｊとの間の隙間Ｓが狭まり、受圧片１１ｊが形成する絞りの圧力損失が増加する。この結果、受圧片１１ｊに印加される流体力の減少が抑制される。冷媒回路９内の冷媒流量の増減により惹起される受圧片１１ｊに印加される流体力の増減が抑制されることにより、弁体１１ｆが前記冷媒流量の増減に過敏に反応して弁座１１ｇとの当接離隔を繰り返えし、弁本体１１ひいては制御弁１０の制御性が悪化する事態の発生が防止される。

冷媒ガス流量が目標流量Ｑに達した時に、受圧片１１ｊに印加される流体力が、電磁弁のロッド１１ｄに印加される目標流量Ｑに見合う電磁力と等しくなる必要がある。受圧片１１ｊに印加される流体力は、冷媒ガスが受圧片１１ｊと冷媒回路の漏斗状拡径部９ａ囲壁との間の隙間Ｓを流れる際の圧力損失により惹起されるので、弁体１１ｆが弁座１１ｇに当接して弁本体１１が連通路１１ｉを閉じた状態での、受圧片１１ｊと冷媒回路の漏斗状拡径部９ａ囲壁との間の隙間Ｓを正確に管理する必要がある。制御弁１０においては、ナット１１ｎの螺合量を調節してナット１１ｎを含むロッド１１ｄの長さを調整することにより、弁体１１ｆが弁座１１ｇに当接して弁本体１１が連通路１１ｉを閉じた状態での、受圧片１１ｊと冷媒回路の漏斗状拡径部９ａ囲壁との間の隙間Ｓを正確に管理し、制御弁１０の性能を高めている。

本発明は、冷暖房用空調装置に使用される可変容量斜板式圧縮機の制御弁に広く利用可能である。

本発明の実施例に係る制御弁を備える可変容量斜板式圧縮機のブロック図と、当該圧縮機を備える車載空調装置のブロック図である。 本発明の実施例に係る制御弁の断面図である。

符号の説明

Ａ 車載空調装置
１ 可変容量斜板式圧縮機
２ 凝縮器
３ 膨張弁
４ 蒸発機
８ 外部情報検知装置
９ 冷媒回路
９ａ 漏斗状拡径部
１０ 制御弁
１１ 弁本体
１１ｉ 電磁弁
１１ｊ 受圧片
１１ｍ ベアリング
１１ｎ ナット
１１ｑ オリフィス通路
１２ 制御装置
１３ 駆動回路

Claims (6)

1. 冷暖房用空調装置に使用される可変容量斜板式圧縮機の制御弁であって、冷媒回路を流れる冷媒ガス中に配設された受圧片と、ロッドの一端が受圧片に係合する電磁弁と、冷房負荷や車両走行状態等を検知する外部情報検知手段と、外部情報に基づいて電磁弁に供給する電力値を制御する制御手段とを備え、電磁弁は、受圧片からロッドに伝達される冷媒回路を流れる冷媒ガスの流体力とロッドに印加される電磁力との大小関係に応じて、圧縮機吐出ガスのクランク室への導入を切り入りし、受圧片は冷媒回路を流れる冷媒ガスにより回転駆動されることを特徴とする可変容量斜板式圧縮機の制御弁。
2. 受圧片は頂部を冷媒ガスの流れに関して上流側へ差し向けた円錐形状を有し、傾斜した側面に斜め放射状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量斜板式圧縮機の制御弁。
3. 受圧片は回転可能にロッドの一端に接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変容量斜板式圧縮機の制御弁。
4. 受圧片は冷媒回路の漏斗状拡径部に配設されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の可変容量斜板式圧縮機の制御弁。
5. ロッド長さ調整部材を備えることを特徴とする請求項４に記載の可変容量斜板式圧縮機の制御弁。
6. 受圧片近傍の冷媒回路を可変容量斜板式圧縮機の吸入室に接続するオリフィス通路を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の可変容量斜板式圧縮機の制御弁。

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