JP2006002955A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 室内の排熱を利用して日量ＣＯＰを向上させる。
【解決手段】 圧縮機１８、熱源側熱交換器２１、温水蓄熱槽３６内に設けられた蓄熱コイル３５、及び利用側熱交換器２５を備え、温水蓄熱槽３６の水を加熱する温水蓄熱運転を可能とした空気調和装置において、室内の空気を温水蓄熱槽３６に導き、この温水蓄熱槽３６で熱交換させた後に室外に排気する内気排出部５２を備えた。
【選択図】 図１

Description

蓄熱槽の水を加熱する温水蓄熱運転を可能とした空気調和装置に関する。

一般に、圧縮機、熱源側熱交換器、蓄熱槽内に設けられた蓄熱コイル、及び利用側熱交換器を備え、前記蓄熱槽の水を加熱する温水蓄熱運転を可能とした空気調和装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種の空気調和装置では、例えば、冬場において、夜間等に温水蓄熱運転を行って蓄熱槽の水を加熱し、暖房運転時に熱源側熱交換器の除霜を行う際に、蓄熱コイルを蒸発器として機能させ、熱源側熱交換器を凝縮器として機能させる温水利用除霜運転を行うものや、低外気温の暖房運転時に熱源側熱交換器を使用せずに蓄熱コイルを蒸発器として機能させる温水利用暖房運転を行うものがある。

また、この種の空気調和装置において、被空調室である室内を換気する換気運転を行うものが知られている。
特開２００３−２２２４１６号公報

しかしながら、上記空気調和装置では、温水蓄熱運転時に蓄熱槽内の冷たい水を加熱しなければならないため、温水蓄熱運転時の消費電力が高くなってしまい、日量ＣＯＰ（１日当たりのＣＯＰ）が低くなってしまうという問題点があった。

また、上記空気調和装置では、室内の換気によって室内空気が室外に排気されるので、熱が室外に廃棄されてしまっていた。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、室内の排熱を利用して日量ＣＯＰを向上させることができる空気調和装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、圧縮機、熱源側熱交換器、蓄熱槽内に設けられた蓄熱コイル、及び利用側熱交換器を備え、前記蓄熱槽の水を加熱する温水蓄熱運転を可能とした空気調和装置において、室内の空気を前記蓄熱槽に導き、この蓄熱槽で熱交換させた後に室外に排気する内気排出手段を備えたことを特徴とするものである。

この空気調和装置において、前記内気排出手段は、全熱交換器を備え、この全熱交換器で熱交換した室内の空気を前記蓄熱槽に導くようにしてもよい。

また、上記空気調和装置において、前記蓄熱槽には、所定の条件が成立した場合に室内の空気が導かれるようにしてもよい。

更に、上記空気調和装置において、前記内気排出手段は、前記蓄熱槽内に配置され、導かれた室内の空気を熱交換させる伝熱管を備えてもよい。

更にまた、上記空気調和装置において、前記内気排出手段は、前記蓄熱槽内に室内の空気を放出して熱交換させた後、室外に排気するようにしてもよい。

本発明によれば、室内の排熱を利用して日量ＣＯＰを向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

［１］第１実施形態
図１は、本発明に係る空気調和装置の第１実施形態が適用された温水蓄熱ユニットを備えた空気調和装置を示す管路図である。

空気調和装置１０は、図１に示すように、熱源側ユニット１１、蓄熱ユニットとしての温水蓄熱ユニット１２及び利用側ユニット１３を有して構成される。熱源側ユニット１１の冷媒配管１４と、利用側ユニット１３の冷媒配管３０を接続する冷媒配管１５Ａ及び１５Ｂとが、温水蓄熱ユニット１２の冷媒配管１６，１７により接続される。冷媒配管１５Ａが冷媒配管１６に、冷媒配管１５Ｂが冷媒配管１７に接続される。

熱源側ユニット１１及び温水蓄熱ユニット１２は、例えば、室外に設置され、利用側ユニット１３は、被空調室である室内に設置される。

熱源側ユニット１１は、容量可変型の圧縮機１８と、アキュムレータ１９と、四方弁２０と、熱源側熱交換器２１と、電動膨張弁（減圧器）２２と、レシーバタンク２３とを備え、冷媒配管１４に圧縮機１８が配設され、この圧縮機１８の吸込側にアキュムレータ１９が、吐出側に四方弁２０がそれぞれ配設され、この四方弁２０に熱源側熱交換器２１、電動膨張弁２２及びレシーバタンク２３が冷媒配管１４を介して順次接続される。更に、熱源側ユニット１１は、熱源側熱交換器２１に送風する熱源側送風機２４を備えている。

利用側ユニット１３は、利用側熱交換器２５及び電動膨張弁（減圧器）２６を備え、冷媒配管３０に利用側熱交換器２５が配設され、この冷媒配管３０において利用側熱交換器２５近傍に電動膨張弁２６が配設されて構成される。この電動膨張弁２６は、空調負荷に応じて開度が調整される。更に、利用側ユニット１３は、利用側熱交換器２５に送風する利用側送風機２７を備えており、空気が利用側熱交換器２５で冷媒と熱交換した後に、被調和室に吹出される。また、利用側ユニット１３は、室内の換気を行う換気装置５０を備えている。この換気装置５０は、空調用の各種機器２５、２６、２７等が収められる利用側ユニット１３の筐体内に一体に収められている。

上記温水蓄熱ユニット１２は、蓄熱コイル３５を収容した蓄熱槽としての温水蓄熱槽３６を備えるとともに、冷媒配管１６にレシーバタンク３７、電動膨張弁３８及び第１電磁弁４１が、熱源側ユニット１１側から利用側ユニット１３へ向かい順次配設される。また、冷媒配管１６には、電動膨張弁３８と第１電磁弁４１との間に、接続配管３９を介して蓄熱コイル３５の一端が接続される。蓄熱コイル３５の他端は、接続配管４０を介して温水蓄熱ユニット１２の冷媒配管１７に接続され、この接続配管４０に第２電磁弁４２が配設される。更に、冷媒配管１６には、レシーバタンク３７と電動膨張弁３８との間に、第３電磁弁４３を備えた接続配管４４の一端が接続される。この接続配管４４の他端は、接続配管４０における第２電磁弁４２と蓄熱コイル３５との間に接続される。

上記温水蓄熱槽３６内には二次媒体としての水が充填され、蓄熱コイル３５は水没状態で配設される。空気調和装置１０の温水蓄熱運転時には、蓄熱コイル３５内に、圧縮機１８からの一次媒体としてのガス冷媒が流入して凝縮し、これにより、蓄熱コイル３５の水が加熱されて蓄熱される。

熱源側ユニット１１には、空気調和装置１０全体の運転制御を行う制御手段としての制御装置４５が設けられている。ここで、この制御装置４５は、温水蓄熱ユニット１２或いは利用側ユニット１３に設けられる場合であってもよいし、これらユニット１１，１２，１３とは別体（例えば、リモートコントローラ）に設けられてもよい。

また、温水蓄熱槽３６内には、温水蓄熱槽３６の水の温度を検出する水温検出手段としての温度センサ４６が設けられている。更に、室内の温度を検出する室温検出手段としての温度センサ４７が、例えば空気を吸込む吸込口（不図示）に設けられている。

次に、空気調和装置１０の温水蓄熱運転について詳細に説明する。

図１に示す空気調和装置１０の温水蓄熱運転は、例えば、夜間１０時から翌朝８時までの時間帯に、熱源側ユニット１１における熱源側熱交換器２１からの冷媒を温水蓄熱ユニット１２における温水蓄熱槽３６内の蓄熱コイル３５へ供給し、温水蓄熱槽３６内の水を加熱する運転である。この温水蓄熱運転は、温水蓄熱槽３６内の水の温度（つまり、温度センサ４６により検出された温度）が所定水温（例えば、２０℃）に達するまで行われる。

この場合には、温水蓄熱ユニット１２において、第１電磁弁４１及び第３電磁弁４３が閉弁され、電動膨張弁３８及び第２電磁弁４２が開弁操作される。また、利用側ユニット１３の電動膨張弁２６が閉弁される。この状態で、圧縮機１８から吐出されたガス冷媒は、冷媒配管１７、接続配管４０を通過して温水蓄熱槽３６内の蓄熱コイル３５へ流入する。この蓄熱コイル３５内に流入したガス冷媒は凝縮して液化し、蓄熱コイル３５の水が加熱される。その後、蓄熱コイル３５の液冷媒は、電動膨張弁３８、レシーバタンク３７、２３を順次通過して、電動膨張弁２２で減圧され、熱源側熱交換器２１にて蒸発され、四方弁２０へ至り、アキュムレータ１９を経て圧縮機１８に戻される。この温水蓄熱運転によって温水蓄熱槽３６内の水が加熱され、暖房運転時の熱源側熱交換器２１の除霜に利用される。

次に、空気調和装置１０の暖房運転について説明する。

空気調和装置１０の暖房運転は、温水蓄熱ユニット１２における温水蓄熱槽３６の水に蓄熱された熱を利用しないで実施される通常の暖房運転であり、第２電磁弁４２及び第３電磁弁４３が閉弁され、電動膨張弁３８及び第１電磁弁４１が開弁される。また、利用側ユニット１３における電動膨張弁２６は開弁される。

この状態で熱源側ユニット１１の圧縮機１８が起動されると、この圧縮機１８から吐出されたガス冷媒は、冷媒配管１７を経て利用側熱交換器２５へ流入し、この利用側熱交換器２５にて凝縮液化され、室内を暖房する。この液冷媒は、電動膨張弁２６、第１電磁弁、電動膨張弁３８、レシーバタンク３７、２３を順次通過して、電動膨張弁２２で減圧され、熱源側熱交換器２１にて蒸発され、四方弁２０へ至り、アキュムレータ１９を経て圧縮機１８に戻される。

次に、空気調和装置１０の温水利用除霜運転について説明する。

この空気調和装置１０の温水利用除霜運転は、暖房運転時に熱源側熱交換器２１を除霜する際に実施され、第１電磁弁４１及び第３電磁弁４３が閉弁され、第２電磁弁４２が開弁される。また、電動膨張弁２２は弁が全開される。

圧縮機１８から吐出されたガス冷媒は、熱源側熱交換器２１に流入し、この熱源側熱交換器２１にて凝縮液化され、熱源側熱交換器２１を除霜する。この液冷媒は、電動膨張弁２２、レシーバタンク２３、３７を順次通過して、電動膨張弁３８で減圧され、蓄熱コイル３５に至り、温水蓄熱槽３６の温水と熱交換して蒸発する。この蓄熱コイル３５で蒸発した冷媒は、接続配管４４、第２電磁弁４２及び冷媒配管１７を経て四方弁２０へ至り、アキュムレータ１９を経て圧縮機１８に戻される。なお、この除霜運転時には高圧側の冷媒圧力を高めるため、熱源側熱交換器２１に送風する熱源側送風機２４を停止している。これによって、熱源側熱交換器２１が凝縮器、蓄熱コイル３５が蒸発器として機能し、熱源側熱交換器２１が除霜される。

ところで、換気装置５０は、室外空気（外気）を室内に導く外気導入部５１と、室内空気（内気）を室外に排気する内気排出部５２とを備えている。また、換気装置５０は、全熱交換器としての全熱交換素子５３を備えている。この全熱交換素子５３は、外気導入部５１の外気導入風路５４及び内気排出部５２の内気排出風路５５に跨るように配置され、導入された外気と、導入された内気との間で熱交換させる機能を備えている。つまり、空気調和装置１０が冷房運転を行っている際に換気装置５０が換気運転を行う場合、全熱交換素子５３は、暖かい外気と冷えた室内の排気との間で熱交換して外気を冷やし、室内に給気している。また、空気調和装置１０が暖房運転を行っている際に換気装置５０が換気運転を行う場合、全熱交換素子５３は、冷たい外気と暖かい室内の排気との間で熱交換して外気を暖め、室内に給気している。これによって、換気運転により空調性が低下するのを抑制することができる。

外気導入部５１は、外気導入風路５４に給気ファン５６、外気フィルタ５７、全熱交換素子５３及び加湿器５８を備えている。給気ダクト５９を介して外気導入風路５４に導入された外気は、給気ファン５６を経た後、外気フィルタ５７を介して全熱交換素子５３に至り、ここで内気と熱交換した後、加湿器５８を経て室内に吹出される。この加湿器５８には加湿タンク５８Ａが接続され、この加湿タンク５８Ａの加湿水が加湿器５８に順次供給される。

また、内気排出部５２は、内気排出風路５５に全熱交換素子５３、ダンパ６０及び排気ファン６１を備えている。内気排出風路５５に導かれた内気は、全熱交換素子５３に至り、ここで、外気と熱交換した後に、ダンパ６０及び排気ファン６１を経て排気ダクト６２を介して室外に排気される。

ダンパ６０は風路を遮断自在であり、ダンパ６０が動作すると、内気排出風路５５における全熱交換素子５３の出口が封鎖され、内気は、全熱交換素子５３をバイパスし、普通換気風路６３を介して排気ファン６１に至り、排気ダクト６２を介して室外に排気される。

ここで、空気調和装置１０が暖房運転を行っている状態で換気装置５０が換気運転を行う場合、全熱交換素子５３を通過した室内の排気は、この全熱交換素子５３を通過した外気により吸熱されて室外に排出されることとなるが、全熱交換素子５３を通過した室内の排気は、余熱が残っている状態である。

本第１実施形態では、換気装置５０の内気排出部５２は、室内から外気導入風路５４に導いた内気を、温水蓄熱槽３６に導き、この温水蓄熱槽３６で熱交換させた後に室外に排気するように構成されている。具体的には、換気装置５０の内気排出部５２は、全熱交換素子５３で熱交換した内気を温水蓄熱槽３６に導き、この温水蓄熱槽３６で熱交換させた後に室外に排気するように構成されている。

詳述すると、温水蓄熱槽３６には、全熱交換素子５３で熱交換した内気が導かれる伝熱管６４が、水没状態で配設されている。これによって、伝熱管６４に導かれた内気が、温水蓄熱槽３６の水と熱交換し、この温水蓄熱槽３６の水が温められることとなる。

これによって、空気調和装置１０が温水蓄熱運転を行う場合、温水蓄熱槽３６の水が温められているので、温水蓄熱運転の運転時間を短縮させることができる。従って、温水蓄熱運転時の消費電力を低下させることができるので、日量ＣＯＰを向上させることができる。

また、温水蓄熱運転の運転時間を短縮させることができるので、この温水蓄熱運転時の騒音を低減させることができる。特に、この温水蓄熱運転が夜間に行われる場合には、夜間における騒音を低減させることができる。

また、本第１実施形態では、温水蓄熱ユニット１２と利用側ユニット１３との間の内気排出風路５５は、断熱ダクト６６で形成されている。これによって、全熱交換素子５３で熱交換した内気が利用側ユニット１３を出て、温水蓄熱ユニット１２に至るまでの間で内気の熱が外部に放出されるのを抑制することができる。

ここで、本第１実施形態では、所定の条件が成立した場合に温水蓄熱槽３６に設けた伝熱管６４に内気を導くように、全熱交換素子５３の内気出口側に三方弁６５が設けられている。具体的には、三方弁６５は、１つの空気入口ポートと、２つの空気出口ポートとを備え、一方の空気出口ポートが断熱ダクト６６に接続されるとともに、他方の空気出口ポートが排気ダクト６２に接続されている。そして、三方弁６５の開閉制御により、全熱交換素子５３を通過した内気が断熱ダクト６６を介して温水蓄熱槽３６に導かれ、室外に排気されるか、或いは、排気ダクト６２を介して室外に排気される。この三方弁６５は、制御装置４５により弁の開閉が制御される。

以下、制御装置４５による三方弁６５の制御について、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、制御装置４５は、空気調和装置１０が暖房運転に設定されているか否かを判断する（ステップＳ１）。

暖房運転に設定されている場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、制御装置４５は、室内の温度（本第１実施形態では、温度センサ４７により検出した温度）が、予め定めた第１の所定温度以上であるか否かを判断する（ステップＳ２；室内温度判断手段）。ここで、第１の所定温度は、温水蓄熱槽３６に導入される内気が温水蓄熱槽３６の水と熱交換して、温水蓄熱槽３６の水を昇温させることができる程度の温度（例えば、２０℃）に設定されている。例えば、温水蓄熱運転を行った後の水温と略同一の値に設定している。

室内の温度が第１所定温度以上であった場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、制御装置４５は、温水蓄熱槽３６の温度（本第１実施形態では、温度センサ４６により検出した温度）が、予め定められた第２の所定温度以下であるか否かを判断する（ステップＳ３；蓄熱槽水温判断手段）。この第２の所定温度は、温水利用除霜運転を行うのに必要な温度（例えば、１０℃）に設定されている。

温水蓄熱槽３６の温度が第２の所定温度以下である場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、制御装置４５は、三方弁６５を温水蓄熱槽３６側に切り換える制御を行う（ステップＳ４）。つまり、制御装置４５は、全熱交換素子５３で熱交換した内気を温水蓄熱槽３６に導くように三方弁６５を制御する。

これによって、所定の条件が成立した場合として、暖房運転時に、室内の温度が第１の所定温度以上、且つ、温水蓄熱槽３６の水温が第２の所定温度以下である場合に室内の空気が温水蓄熱槽３６に導かれる。従って、温水蓄熱槽３６の水温を温水利用除霜運転を行うのに必要な温度に近づけることができるので、温水蓄熱運転の運転時間を短縮させる。従って、温水蓄熱運転時の消費電力を低下させることができるので、日量ＣＯＰを向上させることができる。

なお、暖房運転以外の運転（例えば、冷房運転や温水蓄熱運転）に設定されている場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、室内の温度が第１の所定温度を下回る場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、又は温水蓄熱槽３６の水温が第２の所定温度を上回る場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、制御装置４５は、三方弁６５を排気ダクト６２側に切り換える制御を行う（ステップＳ４）。つまり、制御装置４５は、全熱交換素子５３で熱交換した内気を排気ダクト６２を介して排気するように三方弁６５を制御する。これによって、温水蓄熱槽３６の水温が低下してしまったり、過剰に上昇するのを防止することができる。

［２］第２実施形態
上記第１実施形態では、温水蓄熱槽３６で内気を熱交換させる伝熱管６４を備え、内気がこの伝熱管６４を通過して室外に排気される場合について説明したが、本第２実施形態では、温水蓄熱槽３６内に内気を放出して熱交換させ、この放出された内気を室外に排出ものである。図３は、第２実施形態が適用された温水蓄熱ユニットを備えた空気調和装置を示す管路図であり、図４は、温水蓄熱槽３６の内部構造の一部を示している。以下、この第２実施形態において、上記第１実施形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

本第２実施形態では、図３及び図４に示すように、上記温水蓄熱槽３６の底部に、複数の底部材１１１が横並びに配置され、その内の少なくとも一つの底部材１１１Ａには、温水蓄熱槽３６内に内気を放出する内気放出手段（パイプ）９５が設けられている。このパイプ９５には、全熱交換素子５３で熱交換した内気がフィルタ６７を介して導かれる。そして、この温水蓄熱槽３６に導かれた内気は、温水蓄熱槽３６の上部に設けた排気口３６Ａを介して室外に排気される。

これら底部材１１１，１１１Ａの上には、上記パイプ９５を通じて供給された空気を貯留する空気貯留部９２を有した複数の支持部材９３が、当該底部材１１１に略直交するように掛け渡されている。

上記底部材１１１，１１１Ａおよび支持部材９３は、それぞれ下面を開口した箱形部材からなっており、上記パイプ９５を通じて空気が供給されると、まず一つの底部材１１１Ａの内部に空気が導かれ、ついでこの底部材１１１Ａの上面に形成された貫通孔１１３を通じてすべての支持部材９３の空気貯留部９２に空気が均一に行き渡って貯留される。

この支持部材９３の側壁９６には蛇行した蓄熱コイル３５の直管部３５Ｂが固定具９７を用いて固定されている。この固定具９７の近傍には細孔からなる空気供給孔９８が形成され、この空気供給孔９８は空気貯留部９２と連通して蓄熱コイル３５の直管部３５Ｂ周辺に空気を導入可能に形成されている。

暖房運転時に換気運転が実行されると、この空気供給孔９８から空気の泡が供給される。この空気の泡が上昇して水と熱交換して水が温められ、温水蓄熱槽３６内の水面上の上部に排出される。この温水蓄熱槽３６内の上部の空気が、温水蓄熱槽３６の上部に設けた排気口３６Ａから室外に排気される。

以上、本第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様に、空気調和装置１０が温水蓄熱運転を行う場合、温水蓄熱槽３６の水が温められているので、温水蓄熱運転の運転時間を短縮させることができる。従って、温水蓄熱運転時の消費電力を低下させることができるので、日量ＣＯＰを向上させることができる。

また、温水蓄熱運転の運転時間を短縮させることができるので、この温水蓄熱運転時の騒音を低減させることができる。特に、この温水蓄熱運転が夜間に行われる場合には、夜間における騒音を低減させることができる。

以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、夜間等に温水蓄熱運転を行って温水蓄熱槽３６の水を加熱し、暖房運転時に熱源側熱交換器２１の除霜を行う際に、蓄熱コイル３５を蒸発器として機能させ、熱源側熱交換器２１を凝縮器として機能させる温水利用除霜運転を行う場合について説明したが、例えば、低外気温の暖房運転時に熱源側熱交換器を使用せずに蓄熱コイルを蒸発器として機能させる温水利用暖房運転を行うように構成される場合であってもよい。この場合、温水蓄熱槽の水が冷めてきても、導入された内気によって水が温められるので暖房運転が安定化する。

また、上記実施形態では、内気が全熱交換素子５３を介して温水蓄熱槽３６に導入されるように構成した場合について説明したが、これに限るものではなく、内気を全熱交換素子を介さずに直接温水蓄熱槽に導入するように構成してもよい。

また、三方弁６５の替わりにダンパを設けて、全熱交換素子５３で熱交換した内気を温水蓄熱槽３６又は排気ダクト６２に導くようにしてもよい。

本発明に係る空気調和装置の第１実施形態が適用された温水蓄熱ユニットを備えた空気調和装置を示す管路図である。 制御装置による三方弁の制御を示すフローチャートである。 第２実施形態が適用された温水蓄熱ユニットを備えた空気調和装置を示す管路図である。 温水蓄熱槽の断面斜視図である。

符号の説明

１０ 空気調和装置
１８ 圧縮機
２１ 熱源側熱交換器
２５ 利用側熱交換器
３５ 蓄熱コイル
３６ 温水蓄熱槽（蓄熱槽）
５１ 外気導入部
５２ 内気排出部（内気排出手段）
５４ 全熱交換素子（全熱交換器）
６４ 伝熱管
９５ パイプ（内気放出手段）

Claims (5)

1. 圧縮機、熱源側熱交換器、蓄熱槽内に設けられた蓄熱コイル、及び利用側熱交換器を備え、前記蓄熱槽の水を加熱する温水蓄熱運転を可能とした空気調和装置において、
   室内の空気を前記蓄熱槽に導き、この蓄熱槽で熱交換させた後に室外に排気する内気排出手段を備えたことを特徴とする空気調和装置。
2. 請求項１に記載の空気調和装置において、
   前記内気排出手段は、全熱交換器を備え、この全熱交換器で熱交換した室内の空気を前記蓄熱槽に導くことを特徴とする空気調和装置。
3. 請求項１又は２に記載の空気調和装置において、
   前記蓄熱槽には、所定の条件が成立した場合に室内の空気が導かれることを特徴とする空気調和装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の空気調和装置において、
   前記内気排出手段は、前記蓄熱槽内に配置され、導かれた室内の空気を熱交換させる伝熱管を備えたことを特徴とする空気調和装置。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の空気調和装置において、
   前記内気排出手段は、前記蓄熱槽内に室内の空気を放出して熱交換させた後、室外に排気することを特徴とする空気調和装置。

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