JP2006226667A - エジェクタサイクル - Google Patents

Abstract

【課題】 同時に複数の蒸発器で冷却を可能とするエジェクタサイクルにおいて、一方の蒸発器の除霜を行いつつ、他方の蒸発器を停止することなく運転することが可能なエジェクタサイクルを提供することを目的とする。
【解決手段】 圧縮機１２、放熱器１３、ノズル部１４ａおよびノズル部１４ａから噴射する高い速度の冷媒流により冷媒がエジェクタ１４内に吸引される流入口１４ｃを有するエジェクタ１４、および冷媒流出側が圧縮機１２の吸引側に接続される第１蒸発器１５とで冷媒の循環経路１１を構成し、冷媒の流れを放熱器１３とエジェクタ１４との間で分岐し、気相冷媒流入口１４ｃへ導く第１分岐通路１６に、冷媒を減圧するとともに冷媒の流量を調節するとともに冷媒の流れを閉止する機能を有する絞り弁１７と第２蒸発器１８を配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体を減圧する減圧手段であるとともに、高速で噴出する作動流体の巻き込み作用によって流体輸送を行う運動量輸送式ポンプであるエジェクタを有するエジェクタ式冷凍サイクル（エジェクタサイクル）に関するものであり、冷凍庫、冷蔵庫等を有する車両用の冷凍サイクル、または冷凍室冷蔵室等の２温度の庫室を有する冷蔵庫の冷凍サイクルに適用して有効である。

従来、図１２に示すように、冷媒減圧手段および冷媒循環手段としてエジェクタ１４を使用した蒸気圧縮式冷凍サイクル（エジェクタサイクル）において、エジェクタ１４の吐出側と気液分離器６３との間に第１蒸発器６２を配置するとともに、エジェクタ１４の吸引側と気液分離器６３の出口側との間に第２の蒸発器６１を設け、同時に２つの蒸発器を作動させる冷凍サイクルが特許文献１にて知られている。
特許第３３２２２６３号公報

しかし、このような構成では、エジェクタの絞り開度を利用して第２蒸発器の冷却能力を制御するとともに、第１蒸発器６２の出口側の冷媒が気液二相冷媒となるよう制御する必要があり、常に、第１蒸発器６１の能力制御と第２蒸発器６２の能力制御が連動することとなり、冷却制御にずれが生じる等、第１蒸発器６１と第２蒸発器６２双方の冷却能力を最適な状態にコントロールすることが難しい。

また、冷媒の温度が０度以下の温度まで低下する場合は、冷媒よりも高い温度状態にある周囲の空気等に含まれる水分を凍らせ、蒸発器に霜が付着することがある。この霜の付着は、長時間放置しておくと、冷却能力に大きく影響を与え、十分な冷却制御ができなくなる恐れがある。そのため、蒸発器の冷却能力を維持するためには付着した霜を除去する必要がある。除霜する方法としては、蒸発器への冷媒の流れを停止させて除霜するオフサイクル除霜と呼ばれる方法があるが、このような方法を採用した場合、このサイクル構成では同時に２つの蒸発器６１、６２への冷媒の流れを停止させなければならず、蒸発器での冷却がすべて停止され、その停止期間中、システムが運転できなくなってしまうという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、複数の蒸発器を有するエジェクタサイクルにおいて、各蒸発器の温度制御を容易にするとともに一方の蒸発器の除霜を行いつつ、他方の蒸発器を停止することなく運転することが可能なエジェクタサイクルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
冷媒を高圧状態にする圧縮機（１２）と、
前記圧縮機（１２）から吐出した前記高圧冷媒の熱を放熱する放熱器（１３）と、
前記放熱器（１３）から流出した前記高圧冷媒を減圧膨張させるノズル部（１４ａ）と、前記ノズル部（１４ａ）から噴射する冷媒流によりエジェクタ（１４）内に冷媒を吸引する冷媒流入口（１４ｃ）とを有するエジェクタ（１４）と、
冷媒流出側が前記圧縮機（１２）の吸引側に接続され、前記エジェクタ（１４）から流出した冷媒を蒸発させる第１蒸発器（１５）と、
冷媒の流れを前記放熱器（１３）と前記エジェクタ（１４）との間で分岐し、前記冷媒流入口（１４ｃ）へ導く第１分岐通路（１６）と、
前記第１分岐通路（１６）に配置され、冷媒を減圧するとともに冷媒の流量を調節する絞り手段（２４）と、前記第１分岐通路（１６）において、前記絞り手段（２４）と前記冷媒流入口（１４ｃ）との間に配置され、冷媒を蒸発させる第２蒸発器（１８）とを備えるとともに、
前記いずれか一方の蒸発器（１８、１５）を通常の冷凍サイクル運転とすると同時に、他方を除霜運転とする除霜運転制御手段が設けられたことを特徴とするエジェクタサイクル。

このような構成により、第２蒸発器（１８）の冷却能力は、絞り手段（２４）により調整が可能であり、一方、第１蒸発器（１５）の能力制御はエジェクタ（１４）のノズル部（１４ａ）の絞り開度により制御することができ、それぞれ最適な能力に制御することが可能となる。さらに、複数の蒸発器のうち、一方が運転状態を継続しつつ、他方を除霜運転とする除霜運転制御手段が設けられているため、一方の運転を停止することなく、除霜運転を実行することが可能となる。

また、請求項２に記載の発明では、他方の蒸発器への冷媒を遮断する遮断機能を有する前記絞り手段（２４）を設けることを特徴とする。

これにより、第１分岐通路（１６）に配置された絞り手段（２４）の遮断機能により、第２蒸発器（１８）への冷媒の流入が遮断され、第２蒸発器（１８）周囲の温度によって、第２蒸発器（１８）の除霜が行われる。その一方、放熱器（１３）からエジェクタ（１４）、第１蒸発器（１５）への冷媒の流れは、停止することなく循環できるので、第１蒸発器での運転を継続することができる。

また、請求項３に記載の発明では、第２蒸発器（１８）に流入する冷媒をバイパスするバイパス回路（５０）を設けたことを特徴とする。

これにより第２蒸発器（１８）への冷媒の流入がなくなり、除霜を行うことができる。また、請求項４に記載の発明では、通路切り替え手段（５１）によって、第１蒸発器（１５）への冷媒の流れとバイパス通路（５２）への冷媒の流れを切り替えることができ、簡素な構成で除霜運転への切り替えが可能となる。

また、請求項５に記載の発明では、前記圧縮機（１２）から吐出した前記高圧冷媒の熱を放熱する放熱器（１３）と、前記放熱器（１３）から流出した前記高圧冷媒を減圧膨張させるノズル部（１４ａ）と、前記ノズル部（１４ａ）から噴射する冷媒流によりエジェクタ（１４）内に冷媒を吸引する冷媒流入口（１４ｃ）とを有するエジェクタ（１４）と、冷媒流出側が前記圧縮機（１２）の吸引側に接続され、前記エジェクタ（１４）から流出した冷媒を蒸発させる第１蒸発器（１５）と、冷媒の流れを前記放熱器（１３）と前記エジェクタ（１４）との間で分岐し、前記冷媒流入口（１４ｃ）へ導く第１分岐通路（１６）と、前記第１分岐通路（１６）に配置され、冷媒を減圧するとともに冷媒の流量を調節する絞り手段（１７）と、前記第１分岐通路（１６）において、前記絞り手段（１７）と前記冷媒流入口（１４ｃ）との間に配置され、冷媒を蒸発させる第２蒸発器（１８）とを備えるとともに、前記第２蒸発器（１８）から流出した冷媒を前記第１蒸発器（１５）を迂回して前記圧縮機（１２）に流入させるバイパス回路（３５）を設けたことを特徴とする。

このような構成により、第１蒸発器（１５）への冷媒の流れが停止したとしても、第２蒸発器（１８）へ流入した冷媒は、バイパス回路（３０、３５）を通じて、圧縮機（１２）へ供給することが可能となり、第１蒸発器（１５）の除霜中であっても、第２蒸発器（１８）による冷却を停止することなく、第２蒸発器（１８）による冷却能力を継続的に維持することが可能となる。

また、請求項６に記載の発明では、請求項５記載のエジェクタサイクルにおいて、バイパス回路（３０）を、前記第２蒸発器（１８）の下流側部位に配置された通路切り替え手段（３１）と、前記通路切り替え手段（３１）と前記第１蒸発器（１５）の下流側部位とを接続するバイパス通路（３２）により構成することを特徴とする。

このような構成により、第２蒸発器（１８）から流出した冷媒は、エジェクタ（１４）及び第１蒸発器（１５）を通過することなく圧縮機（１２）へ導くことができ、第２蒸発器の単独運転が可能となり、第１蒸発器の除霜運転中に第２蒸発器の運転が可能となる。

また、請求項７に記載の発明では、請求項１記載のエジェクタサイクルにおいて、バイパス回路（３５）を、エジェクタ（１４）の下流部位と第１蒸発器（１５）との間に配置された通路切り替え手段（３３）と、通路切り替え手段（３３）と第１蒸発器（１５）の下流側部位とを接続するバイパス通路（３４）により構成することを特徴とする。

このような構成により、除霜時、第２蒸発器（１８）を流れる冷媒は、通常の運転時と同様エジェクタ（１４）の冷媒流入口（１４ｃ）より流入し、エジェクタ（１４）を通じて通路切り替え手段（３３）およびバイパス通路（３４）を経由し、第１蒸発器（１５）を迂回して圧縮機（１２）に吸入されるよう流れる。その際、エジェクタノズルは閉じることなく、放熱器（１３）より冷媒が供給されていても作動することが可能であるため、あえて、電磁開閉弁等によりエジェクタ吸引側への流路を閉じたり、エジェクタ自身に閉止機能を備える必要がなく、構造を簡素ができ、かつ第１蒸発器（１５）の除霜と第２蒸発器（１８）の冷却作動を同時に実現することが可能となる。

また、請求項７に記載の発明によれば、エジェクタ（１４）のノズル部（１４ａ）における絞り開度を可変可能なエジェクタとすることを特徴とする。

このような構成とすることにより、例えば、請求項６における冷凍サイクル構成の場合、この可変ノズルによりエジェクタを閉じることによって、除霜時、エジェクタ吸引側に冷媒が流入するのを防止することが可能となるため、電磁開閉弁といったものを付加する必要がなくなり、構成を簡素化することができる。

また、請求項９に記載の発明によれば、少なくとも放熱器（１３）とエジェクタ（１４）との間に電磁式開閉弁（１９）を備えたことを特徴とする。

このような構成により、例えば請求項６に記載のような構成の冷凍サイクルの場合、除霜時、第１蒸発器への冷媒の流れを停止するためには、エジェクタからの冷媒の流入を停止する必要があるが、エジェクタ自身で流路を閉止しなくても、この開閉弁を用いることにより流路を閉止することが可能となり、エジェクタに可変ノズル等の閉止機構を設ける必要がなくなり、固定式のエジェクタを用いることも可能となる。

また、請求項１１に記載の発明によれば、第１分岐路（１６）より分岐し、第１蒸発器（１５）の下流側部位に接続する第２分岐通路（２５）と、前記第２分岐通路（２５）に、前記第２分岐通路（２５）の流路を開閉する開閉手段（２３）と第２分岐通路（２５）に流入する冷媒を減圧し、流量を調整する絞り弁（２６）と第３蒸発器（２２）を備えたことを特徴とする。

このような構成により、第１蒸発器（１５）が除霜運転時であっても、継続的に冷却運転可能な蒸発器をさらに設けることが可能となり、複数の庫室内を同時に継続して冷却することが可能となる。

また、請求項１２に記載の発明では、エジェクタ（１４）と第１蒸発器（１５）との間で分岐し、第１蒸発器（１５）の出口側部位に接続する第２分岐通路（２１）と、前記第２分岐通路に、前記第２分岐通路（２１）の流路を開閉する開閉手段（２３）と第３蒸発器（２２）を備えたことを特徴とする。

このような構成により、請求項１１に記載の発明と同様、第１蒸発器（１５）が除霜運転時であっても、継続的に冷却運転可能な蒸発器をさらに設けることが可能となり、複数の庫室内を同時に継続して冷却することが可能となる。

また、請求項１３に記載の発明のように、冷媒としてフロン系冷媒、ＨＣ系冷媒、ＣＯ₂（二酸化炭素）冷媒のいずれか１つを使用してもよい。

なお、ここでフロンとは炭素、フッ素、塩素、水素からなる有機化合物の総称であり、冷媒として広く使用されているものである。フロン系冷媒には、ＨＣＦＣ（ハイドロ・クロロ・フルオロ・カーボン）系冷媒、ＨＦＣ（ハイドロ・フルオロ・カーボン）系冷媒等が含まれており、これらはオゾン層を破壊しないため代替フロンと呼ばれる冷媒である。

また、ＨＣ（炭化水素）系冷媒とは、水素、炭素を含み、自然界に存在する冷媒物質のことである。このＨＣ系冷媒には、Ｒ６００ａ（イソブタン）、Ｒ２９０（プロパン）などがある。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るエジェクタサイクルを例えば冷蔵室、冷凍室といった低温で二温度の庫室を有する冷凍車両用の冷凍サイクルに適用した例を示しており、エジェクタサイクルには、冷媒が循環する冷媒循環経路１１が備えられている。冷媒循環経路１１には、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１２が配置されている。この圧縮機１２は、図示しない車両のエンジンもしくは専用の電動モータ等により回転駆動されるものである。この圧縮機１２の冷媒流れ下流側には放熱器１３が配置されている。放熱器１３よりもさらに冷媒流れ下流側部位には、エジェクタ１４が配置されている。

図２にエジェクタの詳細な構成を示す。エジェクタ１４には、放熱器１３から流入する冷媒を絞り込む通路面積の小さいノズル部１４ａと、ノズル部１４ａの冷媒噴出口と同一空間に配置され、後述する第２蒸発器１８からの気相冷媒が流入する流入口１４ｃが備えられている。ノズル部１４ａ内には、その噴出口の開度を制御するためのニードル弁１４ｅが、噴出口と同軸上に配置されており、アクチュエータ１４ｆにより、その軸方向に移動可能なように配置されている。さらに、ノズル部１４ａの下流側には、流入口１４ｃから流入した冷媒とノズル部１４ａより噴出した冷媒を混合する混合部１４ｄと冷媒の通路面積を徐々に大きして、冷媒を昇圧させるディフューザ部１４ｂが配置されている。

エジェクタ１４（ディフューザ部１４ｂ）から流出した冷媒は、第１蒸発器１５に流入する。第１蒸発器１５は、冷媒と庫内に吹き出す空気とを熱交換させて、冷媒を蒸発（吸熱）させることにより冷房能力を発揮するものである。第１蒸発器１５から流出した冷媒は、圧縮機１２に吸引され、再び放熱器１３に向けて高温高圧の冷媒を吐出し、冷媒循環経路１１を循環する。

また、本実施形態のエジェクタサイクルには、放熱器１３の下流側で分岐し、エジェクタ１４の流入口１４ｃで冷媒循環経路１１に合流する第１分岐通路１６が形成されている。この第１分岐通路１６には、制御装置４０の信号に基づいて、冷媒の流量調節と減圧を行うとともに絞り通路を完全に閉止する閉止機能を有する電磁式の絞り弁２４が配置されており、この絞り弁２４よりも冷媒流れ下流側部位には第２蒸発器１８が配置されている。

制御装置４０は、本実施形態におけるエジェクタサイクルの冷凍制御を行うものであり、圧縮機１２、エジェクタ１４のアクチュエータ１４ｆ、絞り弁２４等を制御して、適切な冷凍サイクル運転が行えるよう各構成部品の制御を行う。

次に、上記構成において、第１蒸発器１５と第２蒸発器１８とを同時に作動させる通常の冷凍サイクル作動について説明する。圧縮機１２がエンジン等により駆動すると、圧縮機１２で圧縮されて高温高圧状態となった冷媒は矢印Ａ方向に吐出され、放熱器１３に流入する。放熱器１３では高温の冷媒が庫外へ放熱する。放熱器１３から流出した冷媒は、冷媒循環経路１１においてエジェクタ１４へ流入されるとともに、第１分岐通路１６を経由して、第２蒸発器１８へと流入する。

エジェクタ１４に流入した冷媒は、ノズル部１４ａで減圧される。つまり、ノズル部１４ａで冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換される。このノズル部１４ａで高速度となって噴出口から噴出する冷媒は、第２蒸発器１８出口における圧力とノズル部１４ａから噴出した冷媒との圧力差により第２蒸発器１８にて蒸発した気相冷媒を吸引する。

ノズル部１４ａから噴出した冷媒と流入口１４ｃから吸引された冷媒は、混合部１４ｄにて混合され、さらにディフューザ部１４ｂに流入する。この時、冷媒の速度エネルギーが、ディフューザ部１４ｂの断面積変化により圧力エネルギーに変換されるため、冷媒の圧力が上昇する。昇圧された冷媒は、第１蒸発器１５に流入される。

第１蒸発器１５では、冷媒が庫室内へ流れる空気から吸熱する。言い換えると冷媒が庫内空気で加熱されて気化蒸発する。この気化した冷媒は、圧縮機１２に吸引され、高温高圧となった冷媒を吐出し、再び冷媒循環経路１１を矢印Ａ方向に流れる。

一方、放熱器１３より第１分岐通路１６に流入した冷媒は、絞り弁２４により減圧膨張され、第２蒸発器１８で庫室内へ流れる空気から吸熱し、庫室内を冷却する。このとき冷媒は室内空気で加熱されて気化蒸発する。第２蒸発器１８から流出した気相冷媒は、エジェクタ１４の流入口１４ｃへ流れる。

エジェクタ１４に流入した気相冷媒は、前述のようにノズル部１４ａより噴出した冷媒と混合され、第１蒸発器１５へ吐出され、この循環を繰り返す。

このような構成により、第２蒸発器１８を流れる冷媒温度は、絞り弁１７により所定温度に設定される。一方、第１蒸発器１５の冷媒温度は、第２蒸発器１８より冷媒を吸引し昇圧するエジェクタ１４により、第１蒸発器１５との間に圧力差が生じることから、この圧力差に応じた所定の温度差をもった温度に設定される。また、圧縮機１２に液バックしないよう、第１蒸発器１５の過熱度をエジェクタ１４のニードル弁１４ｅにより、その絞り開度を調節することにより制御し、結果、第１蒸発器１５の冷却能力が制御される。そのため、第１蒸発器１５の冷媒温度と第２蒸発器１８の冷媒温度は、それぞれ独立して制御することが可能となり、それぞれの蒸発器において適切な冷却制御を行うことが可能となる。

次に、本実施形態における第２蒸発器１８の除霜時の作動について説明する。

第２蒸発器１８に霜が付着したかどうかを、第２蒸発器１８付近に設置された温度センサ４２により感知するか、または冷媒温度が所定温度以下の状態が所定時間経過したことをもって着霜したものと判断する。その場合、制御装置４０は、電磁式の絞り弁２４の絞り開度が全閉となるように絞り弁１７に制御信号を出力する。そのため、放熱器１３から吐出され第２蒸発器１８へ向かう冷媒は、その通路を絞り弁１７により閉ざされるため、第２蒸発器１８への冷媒の流入が阻止される。一方、放熱器１３から吐出した冷媒は、冷媒循環経路１１を通って、すべてエジェクタ１４に流入することとなる。ノズル部１４ａは、通常の減圧膨張弁としての作動を行うこととなり、第１蒸発器１５へ減圧膨張された冷媒を吐出し、庫室内を冷却する。この冷却により蒸発した冷媒は、圧縮機１２に吸引され、再び放熱器１３へ高温高圧の冷媒を吐出し、この循環を繰り返す。このとき、圧縮機１２に液バックしないよう、第１蒸発器１５の過熱度をエジェクタ１４のニードル弁１４ｅにより、その絞り開度を調節することにより制御し、結果、第１蒸発器１５の冷却能力が制御される。

このような作動により、第２蒸発器１８への冷媒の流入を停止することにより、第２蒸発器１８の除霜運転を実現する一方、第１蒸発器１５へ冷媒を継続的に供給することが可能となり、第２蒸発器１８が除霜運転中であっても、第１蒸発器１５での冷凍サイクル運転を継続することが可能となる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係るエジェクタサイクルを車両用の冷凍サイクルに適用した例を示しており、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付しており、その動作構成は同様であるので、その詳細な説明は省略する。第１実施形態と異なるのは、バイパス回路５０が付加された点である。本実施形態においては、絞り弁２４と第２蒸発器１８との間に、流路を切り替え可能な三方式切換弁５１を設け、第２蒸発器１８を迂回するように第２蒸発器１８の出口側と三方式切換弁５１とを接続するバイパス通路５２を設ける。

このような構成により、第１蒸発器１５および第２蒸発器１８を同時に運転する通常の運転状態においては、三方式切換弁５１は、制御装置４０により、絞り弁２４と第２蒸発器１８とを連通するように三方式切換弁５１の位置を制御する。そのため、エジェクタ１４から流出した冷媒は第１蒸発器１５へ流入し、庫室内を冷却する一方、第１分岐通路１６を通過する冷媒は、絞り弁２４により減圧膨張され、第２蒸発器１８に流入し、同様に庫室内を冷却し、第２蒸発器１８における熱交換により蒸発した気相冷媒は、エジェクタ１４の流入口１４ｃよりエジェクタ内に流入し、この循環が繰り返される。

次に、本実施形態における第２蒸発器１８の除霜時の作動について説明する。第２蒸発器１８に霜が付着したかどうかを、第２蒸発器１８付近に設置された温度センサ４２により感知するか、または冷媒温度が所定温度以下の状態が所定時間経過したことをもって着霜したものと判断する。その場合、制御装置４０は、三方式切換弁５１を絞り弁２４出口側とバイパス通路５２とが連通するようにその位置を切り替え制御する。そのため、絞り弁２４から吐出された冷媒は、第２蒸発器１８を通過することなく、三方式切換弁５１およびバイパス通路５２を経由して第２蒸発器１８の出口側へ流入し、エジェクタ１４へ吸入される。一方、放熱器１３より放熱された冷媒は、冷媒循環経路１１を経由してエジェクタ１４に導かれ、ノズル部１４ａで絞られるとともにバイパス通路５２からの冷媒を吸引し、混合部にて混合し、ディフューザ部１４ｂにて昇圧され、第１蒸発器１５に流入し、圧縮機１２により圧縮され、高温高圧となり、放熱器１３へ流入し、この循環を繰り返す。尚、このときの第１分岐通路１６に流入される流量は、絞り弁２４によって制御されるので、この絞り弁２４によって、冷媒循環経路１１内を循環する冷媒流量を調整することができる。

このような構成により、第１蒸発器１５における冷凍サイクル運転を継続しつつ、第２蒸発器１８の除霜運転を行うことが可能となる。尚、絞り弁２４は、第１実施例における閉止機能を有する電磁式の絞り弁ではなく、蒸発器出口側の冷媒温度に基づいて機械的にその絞り量を制御するダイヤフラム式の流量調整弁であってもよい。

（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係るエジェクタサイクルを車両用の冷凍サイクルに適用した例を示しており、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付しており、その動作構成は同様であるので、その詳細な説明は省略する。第１実施形態と異なるのは、第２蒸発器１８の上流側に設けられた流量制御弁を、蒸発器出口側の冷媒温度等に基づいて機械的にその絞り量を制御するダイヤフラム式の流量調節弁１７としたのと、バイパス回路３０が付加された点である。本実施形態においては、エジェクタ１４と第２蒸発器１８との間に電磁式三方式切換弁３１を設け、第１蒸発器１５を迂回するように第１蒸発器１５の出口側と三方式切換弁３１とを接続するバイパス通路３２を設ける。

次に、上記構成において、第１蒸発器１５と第２蒸発器１８とを同時に作動させる通常の冷凍サイクル作動について説明する。圧縮機１２がエンジン等により駆動すると、圧縮機１２で圧縮されて高温高圧状態となった冷媒は矢印Ａ方向に吐出され、放熱器１３に流入する。放熱器１３では高温の冷媒が庫外へ放熱する。放熱器１３から流出した冷媒は、冷媒循環経路１１においてエジェクタ１４へ流入されるとともに、第１分岐通路１６を経由して、第２蒸発器１８へと流入する。

エジェクタ１４に流入した冷媒は、ノズル部１４ａで減圧される。つまり、ノズル部１４ａで冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換される。このノズル部１４ａで高速度となって噴出口から噴出する冷媒は、第２蒸発器１８出口における圧力とノズル部１４ａから噴出した冷媒との圧力差により第２蒸発器１８にて蒸発した気相冷媒を吸引する。

ノズル部１４ａから噴出した冷媒と流入口１４ｃから吸引された冷媒は、混合部１４ｄにて混合され、さらにディフューザ部１４ｂに流入する。この時、冷媒の速度エネルギーが、ディフューザ部１４ｂの断面積変化により圧力エネルギーに変換されるため、冷媒の圧力が上昇する。昇圧された冷媒は、第１蒸発器１５に流入される。

第１蒸発器１５では、冷媒が庫室内へ流れる空気から吸熱する。言い換えると冷媒が庫内空気で加熱されて気化蒸発する。この気化した冷媒は、圧縮機１２に吸引され、高温高圧となった冷媒を吐出し、再び冷媒循環経路１１を矢印Ａ方向に流れる。

一方、放熱器１３より第１分岐通路１６に流入した冷媒は、絞り弁１７により減圧膨張され、第２蒸発器１８で庫室内へ流れる空気から吸熱し、庫室内を冷却する。このとき冷媒は室内空気で加熱されて気化蒸発する。第２蒸発器１８から流出した気相冷媒は、エジェクタ１４の流入口１４ｃへ流れる。

エジェクタ１４に流入した気相冷媒は、前述のようにノズル部１４ａより噴出した冷媒と混合され、第１蒸発器１５へ吐出され、この循環を繰り返す。

このような構成により、第２蒸発器１８を流れる冷媒温度は、絞り弁１７により所定温度に設定される。一方、第１蒸発器１５の冷媒温度は、第２蒸発器１８より冷媒を吸引し昇圧するエジェクタ１４により、第１蒸発器１５との間に圧力差が生じることから、この圧力差に応じた所定の温度差もった温度に設定される。また、圧縮機１２に液バックしないよう、第１蒸発器１５の過熱度をエジェクタ１４のニードル弁１４ｅにより、その絞り開度を調節することにより制御し、結果、第１蒸発器１５の冷却能力が制御される。

次に、本実施形態における第１蒸発器１５の除霜時の作動について説明する。

第１蒸発器１５に霜が付着したかどうかを、第１蒸発器１５付近に設置された温度センサ４１により感知するか、または冷媒温度が所定温度以下の状態が所定時間経過したことをもって着霜したものと判断する。その場合、制御装置４０は、エジェクタ１４のニードル弁１４ｅがノズル部１４ａの噴出口を閉じる位置まで移動するようアクチュエータ１４ｆに制御信号を出力する。そのため、放熱器１３から吐出されエジェクタ１４へ向かう冷媒は、その通路をエジェクタ１４により閉ざされるため、第１蒸発器１５への冷媒の流入が阻止される。と同時に、制御装置４０は、三方弁３１を第２蒸発器１５とエジェクタ１４とを連通する状態からバイパス通路３２に連通する状態に切り替えるよう制御する。これにより冷媒は、第１蒸発器１５へ流入することなく、バイパス通路３２を通って圧縮機１２へ流入する。圧縮機１２へ流入した冷媒は、再び高温高圧の冷媒となって放熱器１４へ吐出され、第１分岐通路１６を通じて、第２蒸発器１８およびバイパス通路３２を経由して、その循環を繰り返す。また、圧縮機１２へ液バックしないよう、第２蒸発器１８の出口側冷媒の状態を、絞り弁１７により調整することが可能であり、第２蒸発器１８による適切な冷却作動を実現することができる。

このような作動により、第１蒸発器１５への冷媒の流入を停止することにより、第１蒸発器１５の除霜運転を実現する一方、第２蒸発器１８へ冷媒を継続的に供給することが可能となり、第１蒸発器１５が除霜運転中であっても、第２蒸発器での冷凍サイクル運転を継続することが可能となる。

なお、本実施形態のサイクル構成において、絞り弁１７を電磁式流量調整弁とすることで、第１蒸発器１５による冷却運転を継続しつつ第２蒸発器の除霜運転を行うことも可能である。すなわち、第２蒸発器１８の除霜が必要となった場合、制御装置４０は、絞り弁１７を閉状態になるまで絞り、第２蒸発器１８への冷媒の流れを停止する。その結果、放熱器１３から流出する冷媒は、すべてエジェクタ１４へ流入することとなり、ノズル部１４ａは、通常の減圧膨張弁としての作動を行うこととなり、第１蒸発器１５へ減圧膨張された冷媒を吐出し、庫室内を冷却する。この冷却により蒸発した冷媒は、圧縮機１２に吸引され、再び放熱器１３へ高温高圧の冷媒を吐出し、この循環を繰り返す。このような構成とすることにより、本実施形態においては、第１蒸発器１５及び第２蒸発器１８のいずれかを除霜運転しつつ、他方を通常の冷却運転とすることが可能となる。

（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係るエジェクタサイクルを車両用の冷凍サイクルに適用した例を示しており、第３実施形態と同一の構成については同一の符号を付しており、その動作構成は同様であるので、その詳細な説明は省略する。第３実施形態と異なるのは、バイパス回路３５の構成である。本実施形態においては、エジェクタ１４と第１蒸発器１５との間に三方式切換弁３３を設け、第１蒸発器１５を迂回するように第１蒸発器１５の出口側と三方式切換弁３３とを接続するバイパス通路３４を設ける。

このような構成により、第１蒸発器１５および第２蒸発器１８を同時に運転する通常の運転状態においては、三方式切換弁３３は、制御装置４０により、エジェクタ１４と第１蒸発器１５とを連通するように三方式切換弁３３の位置を制御する。そのため、エジェクタ１４から流出した冷媒は第１蒸発器１５へ流入し、庫室内を冷却する一方、第１分岐通路１６を通過する冷媒は、絞り弁１７により減圧膨張され、第２蒸発器１８に流入し、同様に庫室内を冷却し、第２蒸発器１８における熱交換により蒸発した気相冷媒は、エジェクタ１４の流入口１４ｃよりエジェクタ内に流入し、この循環が繰り返される。

次に、本実施形態における第１蒸発器１５の除霜時の作動について説明する。第１蒸発器１５に霜が付着したかどうかを、第１蒸発器１５付近に設置された温度センサ４１により感知するか、または冷媒温度が所定温度以下の状態が所定時間経過したことをもって着霜したものと判断する。その場合、制御装置４０は、三方式切換弁３３をエジェクタ１４出口側とバイパス通路３４とが連通するようにその位置を切り替え制御する。そのため、エジェクタ１４から吐出された冷媒は、第１蒸発器１５を通過することなく、三方弁３３バイパス通路３４を経由して第１蒸発器１５の出口側へ流入し、圧縮機１２へ吸入される。吸入された冷媒は、圧縮機１２により圧縮され、高温高圧となり、放熱器１３へ流入する。放熱器１３より放熱された冷媒は、冷媒循環経路１１を経由してエジェクタ１４に導かれ、ノズル部１４ａで絞られるとともに第２蒸発器１８からの冷媒を吸引し、混合部にて混合し、ディフューザ部１４ｂにて昇圧され再び、三方式切換弁３３を経由してバイパス通路３４に流入し、この循環を繰り返す。

一方、放熱器１３より吐出した冷媒は、第１分岐通路１６へも流入し、流入した冷媒は絞り弁１７により減圧膨張され、第２蒸発器１８に流入し、第２蒸発器１８の熱交換により蒸発した気相冷媒は、エジェクタ１４の流入口１４ｃより流入し、ノズル部１４ａから噴出する冷媒と混合され、エジェクタ１４より吐出される。

本実施形態において、第１蒸発器１５の除霜運転を行う場合は、三方式切換弁３３によりエジェクタ１４とバイパス通路３４が連通して、第１蒸発器１５への冷媒の流れが停止されるとともに、放熱器１３より吐出した冷媒は、通常の運転時と同様、エジェクタ１４及び第２蒸発器１８の双方に流入し、第２蒸発器１８より流出した冷媒がエジェクタ１４にて混合され、バイパス通路３４へと導かれるよう循環する。このとき、第２蒸発器１８は、絞り弁１７により、第２蒸発器１８の出口側冷媒が気相冷媒となるよう制御することにより、エジェクタ１４を通過し、三方式切換弁３３、バイパス通路３４を経由して、圧縮機１２へ吸入される冷媒を気相冷媒にコントロールし、圧縮機１２への液バックを防止する。

上記第４の実施形態においては、エジェクタ１４のノズル部１４ａの開度は、通常の運転時と同様、冷媒循環経路１１を冷媒が循環するよう所定の開度としたが、これに限らず、第１実施形態と同様、ノズル部１４ａの噴出口をニードル弁１４ｅにより閉止し、冷媒循環経路１１からエジェクタ１４への冷媒の流れを停止してもよい。この場合、第２蒸発器１８よりエジェクタへ流入した冷媒は、ノズル部１４ｅから噴出する冷媒により吸引されることがないため、単に、圧縮機１２の吸引力により、ノズル部１４ａの周囲、混合部１４ｄ、ディフューザ１４ｂ内を、エジェクタ１４を通過するように流れることとなる。

尚、絞り弁１７は、第１蒸発器１５の出口側の冷媒が気相冷媒となるよう、その絞り開度を調整することが望ましい。

第４実施形態においても、第３実施形態と同様、絞り弁１７を、流路を閉止可能な電磁式流量調整弁とすることで、第２蒸発器１８の除霜運転を行いつつ、第１蒸発器１５での冷却運転を継続することが可能である。その際の、エジェクタ１４の作動等は、第３実施形態と同様である。

（第５実施形態）
図６に示す第５実施形態のエジェクタサイクルは、第３実施形態とほぼ同構成であるが、エジェクタ１４上流側の冷媒循環経路１１を開閉する第１電磁弁１９と、絞り弁１７上流側の第１分岐通路１６を開閉する第２電磁弁２０とが備えられている点で異なる。

両方の電磁弁１９、２０が開状態の場合のサイクルの作動は、第３実施形態と同じである。当然にサイクルが有する作用効果も第３実施形態と同様である。また、第１電磁弁１９が開、第２電磁弁２０が閉の場合には冷媒循環経路１１のみを冷媒が流れる。一方、第１電磁弁１９が閉、第２電磁弁２０が開の場合には、全ての冷媒が第１分岐通路１６を通過する。

これにより、第１、第２蒸発器１５、１８を単独で運転させ、いずれか１つの蒸発器１５、１８による庫室内の冷凍サイクル運転を行うことができる。また、第２蒸発器１８のみに冷媒を流入させることにより、第２蒸発器１８内に滞留する冷凍器油などを圧縮機１２に戻すことができる。

また、第１蒸発器１５の除霜運転時には、エジェクタ１４のノズル部１４ａの噴出口をニードル弁１４ｅで閉止する代わりに、第１電磁弁１９を用いて、冷媒循環経路１１を閉止するように作動させてもよい。さらに、このような構成であれば、エジェクタを可変ノズルではない固定式のノズルとしても、第３実施形態に記載したような除霜運転を実現することが可能である。また、この作動を実現する目的であれば、第２電磁弁２０を不要としてもよい。

さらに、第２蒸発器１８を除霜運転したい場合には、第２電磁弁２０を閉止することにより、第２蒸発器１８への冷媒の流れを停止して、第２蒸発器１８の除霜運転を行うことが可能である。

（第６実施形態）
図７に示す本実施形態のエジェクタサイクルは、第４実施形態とほぼ同構成であるが、エジェクタ１４上流側の冷媒循環経路１１を開閉する第１電磁弁１９と、絞り弁１７上流側の第１分岐通路１６を開閉する第２電磁弁２０とが備えられている点で異なる。

両方の電磁弁１９、２０が開状態の場合のサイクルの作動は、第４実施形態と同じである。当然にサイクルが有する作用効果も第４実施形態と同様である。また、第１電磁弁１９が開、第２電磁弁２０が閉の場合には冷媒循環経路１１のみを冷媒が流れる。一方、第１電磁弁１９が閉、第２電磁弁２０が開の場合には、全ての冷媒が第１分岐通路１６を通過する。

これにより、第１、第２蒸発器１５、１８を単独で運転させ、いずれか１つの蒸発器１５、１８による庫室内の冷凍サイクル運転を行うことができる。また、第２蒸発器１８のみに冷媒を流入させることにより、第２蒸発器１８内に滞留する冷凍器油などを圧縮機１２に戻すことができる。

（第７実施形態）
図８の第７実施形態のエジェクタサイクルでは、第３実施形態のエジェクタサイクルに、エジェクタ１４と第１蒸発器１５との間の部位と第１蒸発器１５と圧縮機１２の間の部位とを接続する第２分岐通路２１を追加している。さらに、第２分岐通路２１には第３蒸発器２２が配置されている。加えて、放熱器１３とエジェクタ１４との間の冷媒循環経路１１には、第３実施形態と同様の開閉式第１電磁弁１９が設けられている。

これにより、第１、第２蒸発器１５、１８に加え、第３蒸発器２２でも庫室内（冷却対象空間）の冷却をさせることができる。そして、３つの蒸発器１５、１８、２２で同一または複数の庫室（冷却対象空間）の冷却を行うことができる。

なお、本実施形態の第１蒸発器１５と第３蒸発器２２が発揮できる冷凍（冷房）能力は、その入口側、出口側が同一通路となっているため、その圧力が均衡することから、ほぼ同じ能力となる。また、第３蒸発器２２の上流側には、開閉式電磁弁２３を設けることにより、例えば、第３蒸発器２２が第１蒸発器２５とは異なる庫室を冷却し、その庫室内の冷却が不要の場合は、この電磁弁２３を閉じることにより、第３蒸発器２２の冷却を停止することができる。

さらに、第１蒸発器１５の除霜運転を行う場合は、三方式切換弁３１が第２蒸発器１８とバイパス通路３２とが連通するようにその位置を切り替え制御する。その際、電磁弁２３を閉じることにより、バイパス通路３２から第３蒸発器２２へ冷媒が逆流することを防止することができる。

（第８実施形態）
図９の第８実施形態のエジェクタサイクルは、その基本構成を第７実施形態と同様の構成とし、バイパス回路３５の部分を第４実施形態の構成と同様としたものである。従って、基本的な作動は、第７実施形態と同様であり、バイパス回路における作動は、第４実施形態と同様である。このような構成により、第１蒸発器１５が除霜運転時であっても、継続的に冷却運転可能な蒸発器をさらに設けることが可能となり、複数の庫室内を同時に継続して冷却することが可能となる。

（第９実施形態）
図１０の第９実施形態のエジェクタサイクルでは、第３実施形態に第１分岐経路１６のうち流量調節弁１７の上流側部位と、第１蒸発器１５と圧縮機１２の間の部位とを接続する第２分岐通路２５を追加している。さらに、第２分岐通路２５には、開閉式電磁弁２３と冷媒の流量調節と冷媒の減圧を行う第２流量調節弁２６が配置されており、この第２流量調節弁２６よりも冷媒流れ下流側部位には第３蒸発器２２が配置されている。

また、バイパス通路３２は、第１蒸発器１５の下流側で、第２分岐通路２５と接続している。

本実施形態の３つの蒸発器１５、１８、２２が同一または複数の庫室（冷却対象空間）の冷却を行うことができるのは、第７実施形態と同様である。加えて、本実施形態では第３蒸発器２２に流入する冷媒を第２流量調節弁２６で減圧できるため、第１、第２、第３蒸発器１５、１８、２２に異なる３種類の冷凍能力を発揮させることができる。

（第１０実施形態）
図１１の第１０実施形態のエジェクタサイクルは、その基本構成を第９実施形態と同様の構成とし、バイパス回路３５の部分を第４実施形態の構成と同様としたものである。従って、基本的な作動は、第９実施形態と同様であり、バイパス回路における作動は、第４実施形態と同様である。

（他の実施形態）
上述の第１〜第１０実施形態では本発明を冷凍冷蔵室を有する車両用冷凍サイクルに適用した例を示したが、本発明は車両用冷凍サイクルに限らず、給湯器用のヒートポンプサイクルなどの蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用してもよい。

また、上述の第１〜第１０実施形態では、冷媒の種類を特定しなかったが、冷媒はフロン系、ＨＣ系の代替フロン、二酸化炭素など蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用できるものであればよい。

また、上述の第１〜第６実施形態では、蒸発器が２つの異なる冷凍能力を持つ冷凍サイクルであるが、第７〜第１０実施形態のように複数（３以上）の蒸発器が異なる冷凍能力を発揮するものであってもよい。

また、上述の第１〜第１０実施形態では、気液分離器を用いていない構成例を示したが、第１蒸発器１５の下流側に気液分離器を設けて圧縮機１２に気相冷媒のみを流入させる構成としてもよい。この場合、気液分離器は、冷凍サイクルにおいて余剰となった液冷媒を蓄積するためのバッファ（アキュムレータ）として機能する。

また、上述の第２〜第１０実施形態では、第２蒸発器１８の上流側に絞り弁１７、２４が配置されている例を示したが、この絞り弁１７、２４は絞りが一定、例えばキャピラリチューブなどであってもよい。また、蒸発器出口の過熱度などを検知して絞り開度を調整する機構を備えるもの（例えば膨張弁など）であってもよい。

また、上述の第１〜第１０実施形態のエジェクタ１４として、必要に応じて、第１蒸発器１５の過熱度などを検知して流量調整機能を有する可変エジェクタを使用してもよいし、ノズルでの絞りが一定の固定エジェクタであってもよい。

本発明のエジェクタサイクルを冷凍冷蔵室を有する車両用冷凍サイクルに適用した第１実施形態を示す模式図である。 第１実施形態におけるエジェクタの詳細を示す模式図である。 第２実施形態に係るエジェクタサイクルを示す模式図である。 第３実施形態に係るエジェクタサイクルを示す模式図である。 第４実施形態に係るエジェクタサイクルを示す模式図である 第５実施形態に係るエジェクタサイクルを示す模式図である。 第６実施形態に係るエジェクタサイクルを示す模式図である。 第７実施形態に係るエジェクタサイクルを示す模式図である。 第８実施形態に係るエジェクタサイクルを示す模式図である。 第９実施形態に係るエジェクタサイクルを示す模式図である。 第１０実施形態に係るエジェクタサイクルを示す模式図である。 特許文献１に係る従来の冷凍サイクルを示す模式図である。

符号の説明

１２ 圧縮機
１３ 放熱器
１４ エジェクタ
１４ａ ノズル部
１４ｃ 流入口（気相冷媒流入口）
１５ 第１蒸発器
１６ 第１分岐通路
１７ 絞り弁
１８ 第２蒸発器
１９ 第１電磁弁（第１開閉手段）
２０ 第２電磁弁（第２開閉手段）
２１ 第２分岐経路
２２ 第３蒸発器
４０ 制御装置

Claims (13)

1. 冷媒を高圧状態にする圧縮機（１２）と、
   前記圧縮機（１２）から吐出した前記高圧冷媒の熱を放熱する放熱器（１３）と、
   前記放熱器（１３）から流出した前記高圧冷媒を減圧膨張させるノズル部（１４ａ）と、前記ノズル部（１４ａ）から噴射する冷媒流によりエジェクタ（１４）内に冷媒を吸引する冷媒流入口（１４ｃ）とを有するエジェクタ（１４）と、
   冷媒流出側が前記圧縮機（１２）の吸引側に接続され、前記エジェクタ（１４）から流出した冷媒を蒸発させる第１蒸発器（１５）と、
   冷媒の流れを前記放熱器（１３）と前記エジェクタ（１４）との間で分岐し、前記冷媒流入口（１４ｃ）へ導く第１分岐通路（１６）と、
   前記第１分岐通路（１６）に配置され、冷媒を減圧するとともに冷媒の流量を調節する絞り手段（２４）と、前記第１分岐通路（１６）において、前記絞り手段（２４）と前記冷媒流入口（１４ｃ）との間に配置され、冷媒を蒸発させる第２蒸発器（１８）とを備えるとともに、
   前記いずれか一方の蒸発器（１８、１５）を通常の冷凍サイクル運転とすると同時に、他方を除霜運転とする除霜運転制御手段が設けられたことを特徴とするエジェクタサイクル。
2. 前記除霜運転制御手段は、前記第２蒸発器（１８）への冷媒を遮断する遮断機能を有する前記絞り手段（２４）であることを特徴とする請求項１記載のエジェクタサイクル。
3. 前記除霜運転制御手段は、前記第２蒸発器（１８）に流入する冷媒をバイパスするバイパス回路（５０）であることを特徴とする請求項１記載のエジェクタサイクル。
4. 前記パイバス回路（５０）は、前記第２蒸発器の上流側部位に配置された通路切り替え手段（５１）と、前記通路切り替え手段（５１）と前記第１蒸発器の下流側部位とを接続するバイパス通路（５２）からなることを特徴とする請求項３に記載のエジェクタサイクル。
5. 冷媒を高圧状態にする圧縮機（１２）と、
   前記圧縮機（１２）から吐出した前記高圧冷媒の熱を放熱する放熱器（１３）と、
   前記放熱器（１３）から流出した前記高圧冷媒を減圧膨張させるノズル部（１４ａ）と、前記ノズル部（１４ａ）から噴射する冷媒流によりエジェクタ（１４）内に冷媒を吸引する冷媒流入口（１４ｃ）とを有するエジェクタ（１４）と、
   冷媒流出側が前記圧縮機（１２）の吸引側に接続され、前記エジェクタ（１４）から流出した冷媒を蒸発させる第１蒸発器（１５）と、
   冷媒の流れを前記放熱器（１３）と前記エジェクタ（１４）との間で分岐し、前記冷媒流入口（１４ｃ）へ導く第１分岐通路（１６）と、
   前記第１分岐通路（１６）に配置され、冷媒を減圧するとともに冷媒の流量を調節する絞り手段（１７）と、前記第１分岐通路（１６）において、前記絞り手段（１７）と前記冷媒流入口（１４ｃ）との間に配置され、冷媒を蒸発させる第２蒸発器（１８）とを備えるとともに、
   前記第２蒸発器（１８）から流出した冷媒を前記第１蒸発器（１５）を迂回して前記圧縮機（１２）に流入させるバイパス回路（３０、３５）を設けたことを特徴とするエジェクタサイクル。
6. 前記バイパス回路（３０）は、前記第１分岐通路（１６）において、前記第２蒸発器（１８）の下流側部位に配置された通路切り替え手段（３１）と、前記通路切り替え手段（３１）と前記第１蒸発器（１８）の下流側部位とを接続するバイパス通路（３２）からなることを特徴とする請求項５に記載のエジェクタサイクル。
7. 前記バイパス回路（３５）は、前記エジェクタ（１４）の下流部位と前記第１蒸発器（１５）との間に配置された通路切り替え手段（３３）と、前記通路切り替え手段（３３）と前記第１蒸発器（１５）の下流側部位とを接続するバイパス通路（３４）からなることを特徴とする請求項５に記載のエジェクタサイクル。
8. 前記エジェクタ（１４）は、ノズル部（１４ａ）における絞り開度が可変可能なエジェクタであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のエジェクタサイクル。
9. 少なくとも前記放熱器（１３）と前記エジェクタ（１４）との間に電磁式開閉弁（１９）を備えたことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載のエジェクタサイクル。
10. 前記通路切り替え手段（３１、３３）は電磁式三方弁であることを特徴とする請求項４、６または７のいずれかに記載のエジェクタサイクル。
11. 前記第１分岐路（１６）より分岐し、第１蒸発器（１５）の下流側部位に接続する第２分岐通路（２５）と、前記第２分岐通路（２５）に、前記第２分岐通路（２５）の流路を開閉する開閉手段（２３）と前記第２分岐通路（２５）に流入する冷媒を減圧し、流量を調整する絞り弁（２６）および第３蒸発器（２２）を備えたことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載のエジェクタサイクル。
12. エジェクタ（１４）と第１蒸発器（１５）との間で分岐し、第１蒸発器（１５）の出口側部位に接続する第２分岐通路（２１）と、前記第２分岐通路に、前記第２分岐通路（２１）の流路を開閉する開閉手段（２３）と第３蒸発器（２２）を備えたことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載のエジェクタサイクル。
13. 前記冷媒は、フロン系冷媒、ＨＣ系冷媒、ＣＯ₂（二酸化炭素）冷媒のいずれか１つであることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載のエジェクタサイクル。

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