JP2007078205A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷媒回路の高圧側が超臨界圧力で運転される冷媒を使用する場合であっても、冷媒回路の高圧側配管を用いて、結露を確実に防止することができる冷蔵庫を提供する。
【解決手段】 本体の結露防止のために冷媒回路の高圧側配管を用いて成る冷蔵庫１において、冷媒回路は高圧側が超臨界圧力で運転されると共に、高圧側配管としてのフレームパイプ３０の出口の冷媒温度を出口冷媒温度検出手段としての出口冷媒温度センサ１３にて検出し、当該出口冷媒温度センサ１３の出力に基づき、フレームパイプ３０出口の冷媒温度を露点温度以上、又は、外気温度以上に制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒回路の高圧側配管を用いて本体の結露を防止する冷蔵庫に関するものである。

従来より、この種冷蔵庫は、食品等を保存する貯蔵室を有する断熱箱体と、この断熱箱体の前面開口を開閉自在に閉塞する断熱扉とから本体が構成されており、貯蔵室内を仕切により区画することにより冷凍室や冷蔵室を形成し、冷却装置からの冷気によって各室を冷却していた。

冷却装置は、圧縮機、放熱器、減圧手段及び冷却器を順次配管接続することにより冷媒回路が構成されている。そして、圧縮機が運転されると、当該圧縮機に冷媒が吸い込まれて圧縮され、高温高圧のガスとなり、放熱器に流入する。冷媒は当該放熱器を流れる過程で周囲の空気と熱交換して放熱し、凝縮する。放熱器で凝縮した冷媒は減圧手段にて減圧された後、冷却器に流入して蒸発し、そのときに周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮する。冷却器にて冷媒と熱交換して冷却された空気は送風機にて冷蔵庫の前記冷凍室や冷蔵室などの各室内に循環され、各室内に収納された食品を冷却する。尚、冷却器から出た低温低圧の冷媒ガスは圧縮機に吸い込まれる循環を繰り返すものであった。

このような冷蔵庫では、前記断熱箱体と断熱扉との間から熱のリークが生じて、この付近の表面温度が冷蔵庫の設置されている周囲の温度（外気温度）より低下し、更には露点温度以下になると、空気中の水分が付着する所謂結露の発生する不都合が生じていた。そのため、当該冷蔵庫の結露が発生しやすい箇所にヒータを設置して加熱することにより、係る箇所での結露の発生を防止していた。

しかしながら、ヒータの熱により冷却性能が低下したり、消費電力が増大する不都合が生じており、係る問題を解消するため、冷媒回路の放熱器から出た高圧側冷媒配管を結露の発生しやすい箇所に配設して、当該高圧側冷媒配管内を流れる冷媒にて加熱することにより、結露の発生を防止していた。具体的には、例えば、冷蔵庫の断熱箱体開口縁に高圧側冷媒配管（以降、フレームパイプと称する）を添設して、放熱器から出た冷媒が当該フレームパイプを流れるように構成し、圧縮機にて圧縮された高温高圧の冷媒ガスを放熱器及びフレームパイプにて凝縮させる。冷媒は凝縮する過程では温度が一定（温度変化することなく所定の凝縮温度）であるため、フレームパイプを通過する冷媒の熱にて開口縁を加熱し、係る結露を防止することが可能となった（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特開平７−２３９１７８号公報 特開平１０−１９７１２２号公報

ところで、近年このような冷蔵庫では、地球環境破壊の問題から従来使用されてきたフロン冷媒が使用できなくなり、二酸化炭素（ＣＯ₂）などの自然冷媒を使用する試みがなされている。

しかしながら、二酸化炭素冷媒は圧縮により冷媒回路の高圧側が超臨界圧力となり、放熱器及びフレームパイプにおいて冷媒が凝縮せず、超臨界状態を維持したままであるため、係る放熱により冷媒の温度が低下し、フレームパイプにおける冷媒温度が露点温度以下に低下する恐れがあった。即ち、放熱器における冷媒の放熱量が多すぎると、フレームパイプにて冷媒温度が露点温度以下となり、結露が発生する問題が生じていた。

本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、冷媒回路の高圧側が超臨界圧力で運転される冷媒を使用する冷蔵庫において、冷媒回路の高圧側配管を用いて、結露を確実に防止することを目的とする。

即ち、本発明の冷蔵庫は、本体の結露防止のために冷媒回路の高圧側配管を用いて成るものであって、冷媒回路は高圧側が超臨界圧力で運転されると共に、高圧側配管出口の冷媒温度を露点温度以上、又は、外気温度以上に制御することを特徴とする。

請求項２の発明では、上記発明において高圧側配管出口の冷媒温度を検出する出口冷媒温度検出手段と、冷媒回路の放熱器における放熱量を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、出口冷媒温度検出手段の出力に基づき、高圧側配管出口の冷媒温度を露点温度以上、又は、外気温度以上に維持することを特徴とする。

請求項３の発明では、請求項１の発明において高圧側配管出口の冷媒温度を検出する出口冷媒温度検出手段と、冷媒回路の減圧手段と、この減圧手段の絞り度を制御する制御手段とを備え、当該制御手段は、出口冷媒温度検出手段の出力に基づき、減圧手段の絞り度を制御して高圧側配管出口の冷媒温度を露点温度以上、又は、外気温度以上に維持することを特徴とする。

請求項４の発明では、上記各発明において冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴とする。

本発明によれば、本体の結露防止のために冷媒回路の高圧側配管を用いて成る冷蔵庫において、冷媒回路は高圧側が超臨界圧力で運転されると共に、高圧側配管出口の冷媒温度を露点温度以上、又は、外気温度以上に制御するので、冷媒回路の高圧側配管を流れる冷媒により結露が発生しやすい箇所を加熱して、結露の発生を未然に防ぐことができるようになる。

特に、請求項２の発明の如く高圧側配管出口の冷媒温度を検出する出口冷媒温度検出手段と、冷媒回路の放熱器における放熱量を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、出口冷媒温度検出手段の出力に基づき、高圧側配管出口の冷媒温度を露点温度以上、又は、外気温度以上に維持するものとすることで、高圧側配管内を流れる冷媒温度を確実に露点温度以上、又は、外気温度以上とすることができる。これにより、高圧側が超臨界圧力で運転される冷媒、例えば請求項４の如く冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を使用した場合であっても、確実に結露の発生を防止することができる。

同様に、請求項３の発明の如く高圧側配管出口の冷媒温度を検出する出口冷媒温度検出手段と、冷媒回路の減圧手段と、この減圧手段の絞り度を制御する制御手段とを備え、当該制御手段は、出口冷媒温度検出手段の出力に基づき、減圧手段の絞り度を制御して高圧側配管出口の冷媒温度を露点温度以上、又は、外気温度以上に維持するものとすることで、高圧側配管内を流れる冷媒温度を確実に露点温度以上、又は、外気温度以上とすることができる。これにより、高圧側が超臨界圧力で運転される冷媒、例えば請求項４の如く冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を使用した場合であっても、確実に結露の発生を防止することができる。

以上により、高圧側が超臨界圧力となる冷媒を用いた冷蔵庫における性能及び信頼性の向上を図ることができる。

本発明は、冷媒回路の高圧側配管を用いて冷蔵庫の結露を防止する冷蔵庫において、冷媒回路の高圧側が超臨界圧力となる冷媒を使用した場合に冷媒温度の低下により本体に結露が発生する不都合を解消するために成されたものである。高圧側が超臨界圧力で運転される冷媒を使用した場合において、冷蔵庫本体の結露を確実に防止するという目的を高圧側配管出口の冷媒温度を露点温度以上、又は、外気温度以上に制御することで実現した。以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の冷蔵庫を備えた一実施例の冷媒回路図、図２は冷蔵庫１の断熱箱体４の開口縁４Ａに添設されたフレームパイプ３０の概略図をそれぞれ示している。実施例の冷蔵庫１は、前方に開口する鋼板製の外箱２と、肉薄硬質樹脂（例えばＡＢＳ樹脂）製の内箱３間に発砲ポリウレタン断熱材Ｐを充填して成る断熱箱体４と、当該断熱箱体４の前面開口を開閉自在に閉塞する図示しない断熱扉にて本体が構成されている。

内箱３は図３に示すように前端の開口縁４Ａに外向きフランジ３Ａを有する。また、内箱３の先端がＬ字状になった外向きフランジ３Ａは外箱２の後述する溝８内へ挿入され、これによって外箱２と内箱３とが間隔を存して嵌合される。即ち、内外両箱２、３が嵌合された状態で溝８が閉じられる。外箱２は一枚の塗装鋼板を折り曲げて形成され、外箱２の天面、左右側壁に対応する門構状の外箱本体と、この外箱本体の背部に取り付けられ外箱の背面に対応する背面板と、外箱底部に取り付けられ外箱の底部に対応する底面板とからなり、前面に開口を有する。特に、外箱本体はその前端の開口縁４Ａにフレームパイプ３０及び内箱の外向きフランジ３Ａを収納するための内向きの前述した溝８を有する。

一方、前記断熱箱体４内は、仕切壁５にて上下に区画され、仕切壁５の上方を凍結温度（例えば、−２０℃程度）に冷却される冷凍室６、仕切壁５の下方を冷蔵温度（例えば、＋５℃程度）に維持される冷蔵室７としている。

冷凍室６内には当該冷凍室６内の温度を検出するための室内温度センサ１０が設けられている。また、冷蔵室７内には当該冷蔵室７内の温度を検出するための室内温度センサ１１が設けられており、これら各室内温度センサ１０、１１はそれぞれ後述するコントローラ５０に接続されている。

そして、仕切壁５の前面内側には図示しない断熱扉の開閉を検出するためのドアスイッチが設けられ、このドアスイッチの近傍には冷蔵庫１周囲の外気温度を検出するための外気温度センサ１２が設けられている（図２では図示せず）。当該外気温度センサ１２は前記コントローラ５０に接続される。

本発明の冷蔵庫１の冷却装置は、図１に示すように圧縮機２１、放熱器２２、フレームパイプ３０、減圧手段として膨張弁２４、冷却器２５等を配管接続することにより冷媒回路２０が構成される。即ち、圧縮機２１の吐出側に接続された冷媒配管４０は放熱器２２の入口に接続される。この放熱器２２は冷媒が通過するための複数のマイクロチューブと、これらマイクロチューブと熱交換可能に設けられたフィンと、これらフィンに通風するための送風機としてのファン２２Ｆとから構成された熱交換器である。

また、放熱器２２の出口に接続された冷媒配管４１は、冷蔵庫１の外箱２と内箱３との間に形成された前記溝８内に収納された高圧側配管としてのフレームパイプ３０の入口に接続される。このフレームパイプ３０は、銅又はアルミニウムなどの材料で製作され、圧縮機２１から放熱器２２を経た高温高圧の冷媒ガスが内部を流れる。この場合、冷媒は当該フレームパイプ３０を通過する過程で超臨界状態を維持したまま周囲と熱交換して放熱する。従って、フレームパイプ３０を通過する過程で、冷媒は周囲と熱交換することにより、状態変化すること無しに、温度のみが低下する。

本実施例のフレームパイプ３０は、前記溝８に沿って開口縁４Ａに添設される。即ち、フレームパイプ３０は図２に示すように外箱２の右下端から左下端側に水平方向に延出し、左端にてＵ字状にターンして前記右下端から左下端に延出したパイプに沿って右側に延出する。そして、右端にて上方向に起立して延在し、仕切壁５にて左方向に９０°折曲して、水平方向に延出し、左端にてＵ字状にターンして当該仕切壁５を右側から左側に延出したパイプに沿って右側に延出する。更に、右端にて上方向に起立して、上端のまで延在し、そこで左方向に９０°折曲して左方向に延在する。そして、左上端にて下方向に延出するように開口縁４Ａの溝８内に添設される。

また、フレームパイプ３０の出口に接続された冷媒配管４２は、内部熱交換器２７を通過して減圧手段としての膨張弁２４に接続される。この内部熱交換器２７は、冷媒回路２０の高圧側の冷媒配管４２を流れる冷媒と低圧側の冷媒配管４５を流れる冷媒とを熱交換させるためのものであり、当該内部熱交換器２７にて高圧側の冷媒を冷却することができる。これにより、冷却器２５において冷媒をより低温で蒸発させることが可能となり、冷却器２５における冷却能力の向上を図ることができる。更に、低圧側の冷媒を高圧側の冷媒にて加熱することで、圧縮機２１に吸い込まれる冷媒を加熱して、完全に気体とすることができ、圧縮機２１における液圧縮の発生を解消できる。また、前記膨張弁２４は、コントローラ５０にて絞り度が調整可能な電磁弁である。

そして、膨張弁２４を出た冷媒配管４４は冷却器２５に至る。この冷却器２５の近傍には当該冷却器２５にて冷媒と熱交換して、冷却された空気を前記冷凍室６及び冷蔵室７に送風するための送風機としてのファン２５Ｆが設けられている。当該冷却器２５を出た冷媒配管４５は前記圧縮機２１の吸込側に接続される。

他方、前記フレームパイプ３０の出口に接続された冷媒配管４２には、前記内部熱交換器２７の手前となる位置にフレームパイプ３０出口の冷媒温度を検出するための出口冷媒温度検出手段としての出口冷媒温度センサ１３が設けられている。尚、図１において５０は、本実施例の冷蔵庫１の制御を司る制御手段としての前述したコントローラであり、当該コントローラ５０は、汎用のマイクロコンピュータにて構成されている。そして、図４に示すようにコントローラ５０の入力側には前記各室内温度センサ１０、１１、外気温度センサ１２及び冷媒配管４２に設置された出口冷媒温度センサ１３が接続されている。また、出力側には圧縮機２１、膨張弁２４、放熱器２２のファン２２Ｆ、冷却器２５のファン２５Ｆが接続されている。

そして、コントローラ５０は、前記各室内温度センサ１０、１１にて検出される冷凍室６及び冷蔵室７内の温度に基づき、圧縮機２１の運転及び冷却器２５のファン２５Ｆの回転数を制御している。更に、コントローラ５０は出口冷媒温度センサ１３にて検出されるフレームパイプ３０の出口の冷媒温度に基づき、放熱器２２における冷媒の放熱量を制御して、出口冷媒温度センサ１３にて検出される冷媒温度を露点温度以上、又は、外気温度以上に維持する。具体的には、コントローラ５０は、外気温度センサ１２にて検出される外気温度に基づき、フレームパイプ３０の出口冷媒温度が当該外気温度以上に維持されるようにファン２５Ｆの回転数を調節することで、放熱器２２における放熱量を制御している。

尚、本実施例の冷蔵庫１の冷媒としては、地球環境にも優しく自然冷媒である二酸化炭素を用いるものとし、冷媒回路２０の高圧側は超臨界圧力にて運転される。

以上の構成で、次に本発明の冷蔵庫１の動作を説明する。基本的にコントローラ５０は室内温度センサ１０、１１の出力に基づいて圧縮機２１を運転する。特に、室内温度センサ１０にて検出される冷凍室６内の温度に基づいて、圧縮機２１をＯＮ−ＯＦＦ制御することにより、各室６、７内を目標温度の上下に設けられた上限温度と下限温度の範囲内となるように運転している。

そして、冷凍室６内の温度が前記目標温度（例えば、目標温度が−２０℃）の上限温度を超えて上昇すると、コントローラ５０は圧縮機２１を駆動して、圧縮運転を開始する。これにより、圧縮機２１に二酸化炭素冷媒が吸い込まれて圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなって圧縮機２１から冷媒配管４０に吐出される。このとき、二酸化炭素冷媒は超臨界圧力まで圧縮される。

冷媒配管４０に吐出された超臨界状態の冷媒は、放熱器２２内に流入してマイクロチューブを通過する過程でファン２２Ｆにより送風される空気と熱交換して放熱する。このとき、放熱器２２において冷媒は超臨界状態を維持したまま放熱する。従って、放熱器２２において、冷媒は状態変化すること無しに、温度のみが低下する。

放熱器２２から出た冷媒は、次に冷媒配管４１を経て冷蔵庫１の断熱箱体４の開口縁４Ａの溝８内に添設されたフレームパイプ３０内を通過する。この過程で、冷媒は更に放熱して温度が低下する。そして、フレームパイプ３０を出た冷媒は前記出口冷媒温度センサ１３を経て、内部熱交換器２７に至る。ここで、コントローラ５０は、出口冷媒温度センサ１３により、前記フレームパイプ３０出口の冷媒温度を検出して、当該冷媒温度が外気温度センサ１２にて検出される冷蔵庫１の周囲の外気温度以上となるように前記放熱器２２のファン２２Ｆの回転数を制御する。

本実施例の二酸化炭素冷媒のように冷媒回路２０の高圧側が超臨界圧力となる冷媒を使用した場合、放熱器２２及びフレームパイプ３０において冷媒は凝縮しないため、冷媒は周囲との熱交換で温度が低下する。従来のフロン冷媒のように高圧側が超臨界圧力とならない冷媒を用いた場合、放熱器２２及びフレームパイプ３０において冷媒が凝縮するため、冷媒はフレームパイプ３０出口まで一定の凝縮温度を維持したまま放熱するが、高圧側が超臨界圧力となる冷媒を使用した場合、放熱により冷媒の温度低下を招くため、フレームパイプ３０を通過する冷媒温度が露点温度に低下、或いは、露点温度より低下する恐れがあった。これにより、フレームパイプ３０付近に冷蔵庫１の周囲の空気中水分が付着してしまい、結露の発生を引き起こす問題が生じていた。

しかしながら、本発明ではコントローラ５０が、出口冷媒温度センサ１３にて検出されるフレームパイプ３０出口の冷媒温度を外気温度以上に維持するように放熱器２２のファン２２Ｆの回転数を制御する。即ち、コントローラ５０はフレームパイプ３０出口の冷媒温度が外気温度に低下すると、ファン２２Ｆの回転数を低下させる。これにより、放熱器２２における放熱量が低下するため、フレームパイプ３０における冷媒温度が上昇し、外気温度以上とすることができる。このように、放熱器２２における放熱量を制御することで、フレームパイプ３０を通過する冷媒温度を確実に外気温度以上とすることができ、結露の発生を未然に防ぐことが可能となる。

他方、出口冷媒温度センサ１３を経た冷媒は、内部熱交換器２７を通過し、ここで低圧側の冷媒配管４５と熱交換して、更に冷却され、膨張弁２４に至る。ここで、冷媒は内部熱交換器２７を出て膨張弁２４の手前、若しくは、膨張弁２４における圧力低下により凝縮して、冷却器２５に流入する。そこで、冷媒が蒸発し、そのときに周囲の空気から吸熱することにより冷却作用を発揮する。当該冷却器２５にて冷媒と熱交換して冷却された空気はファン２５Ｆにて冷蔵庫１の各室６、７内に循環され、各室６、７内に収納された食品等を冷却する。他方、冷却器２５から出た低温低圧の冷媒は前記内部熱交換器２７にて高圧側の前記冷媒配管４２を流れる冷媒と熱交換して加熱された後、内部熱交換器２７から出て、圧縮機２１に吸い込まれるサイクルを繰り返す。このような運転を繰り返すことで、各室６、７内は徐々に冷却されて行く。

以上詳述する如く、本発明により高圧側が超臨界圧力となる二酸化炭素冷媒を使用した冷蔵庫１において、冷媒回路２０の高圧側配管からなるフレームパイプ３０により結露の発生を未然に回避することができる。これにより、当該冷蔵庫１の性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。

尚、本実施例ではコントローラ５０は、出口冷媒温度センサ１３の出力に基づいてフレームパイプ３０の冷媒温度を外気温度以上に維持するために、放熱器２２に通風するファン２２Ｆの風量を制御するものとしたが、これに限らず、放熱器２２を流れる冷媒の量を調節することにより、冷媒回路２０の放熱器２２の放熱量を制御するものとしても構わない。具体的には、例えば、放熱器２２をバイパスする通路を設けて、圧縮機２１にて圧縮された冷媒の一部をこのバイパス通路に流す構成とし、コントローラ５０により当該バイパス通路に流す冷媒量を制御することで、放熱器２２における放熱量を制御するものとしても良い。

尚、上記実施例のように放熱器２２における冷媒の放熱量を制御する以外に、膨張弁２４の絞り度を制御することで、高圧側配管出口の冷媒温度を露点温度以上、又は、外気温度以上に制御するものとしても良い。この場合、コントローラ５０は、出口冷媒温度センサ１３の出力に基づき、膨張弁２４の絞り度を制御して高圧側配管としてのフレームパイプ３０の出口の冷媒温度を外気温度以上に維持する。

即ち、コントローラ５０は、フレームパイプ３０出口の冷媒温度が前記外気温度センサ１２にて検出される外気温度以上になるように膨張弁２４を絞り度を制御している。具体的には、フレームパイプ３０の出口の冷媒温度が外気温度に低下した場合、コントローラ５０は膨張弁２４の絞り度を大きく（開度を縮小）することで、フレームパイプ３０の出口の冷媒温度を上昇するものとする。

このように、本実施例の如く膨張弁２４の絞り度を調節する場合にも、フレームパイプ３０出口の冷媒温度を外気温度以上に制御することができる。これにより、フレームパイプ３０を通過する冷媒温度を確実に外気温度以上とすることができ、結露の発生を未然に防ぐことが可能となる。

尚、上記各実施例では、高圧側配管を冷蔵庫１の断熱箱体４の開口縁４Ａに添設したフレームパイプ３０としたが、当該フレームパイプ３０に限らず、冷蔵庫１の結露が発生しやすい箇所に冷媒回路２０の高圧側配管を設けて、当該高圧側配管出口の冷媒温度を露点温度以上、又は、外気温度以上に制御するものとしても本発明は有効である。

また、上記各実施例では高圧側配管出口の冷媒温度を外気温度センサ１２にて検出される冷蔵庫１の周囲の外気温度以上に維持するものとしたが、本発明は高圧側配管出口の冷媒温度を当該露点温度以上、又は、外気温度以上に維持するものであれば良く、例えば、高圧側配管出口の冷媒温度を予め設定した所定の温度以上（例えば、＋４０℃以上）となるように制御するものとしても本発明は有効である。

本発明の冷蔵庫の一実施例の冷媒回路図である。 本発明の冷蔵庫の一実施例のフレームパイプの配管を示す概略図である。 図２のフレームパイプを溝内に添設した状態を示す部分断面図である。 本発明の冷蔵庫の制御ブロック図である。

符号の説明

１ 冷蔵庫
２ 外箱
３ 内箱
４ 断熱箱体
４Ａ 開口縁
６ 冷凍室
７ 冷蔵室
９ 溝
１０、１１ 室内温度センサ
１２ 外気温度センサ
１３ 出口冷媒温度センサ
２１ 圧縮機
２２ 放熱器
２２Ｆ ファン
２４ 膨張弁
２５ 冷却器
２５Ｆ ファン
２７ 内部熱交換器
３０ フレームパイプ
５０ コントローラ

Claims (4)

1. 本体の結露防止のために冷媒回路の高圧側配管を用いて成る冷蔵庫において、
   前記冷媒回路は高圧側が超臨界圧力で運転されると共に、前記高圧側配管出口の冷媒温度を露点温度以上、又は、外気温度以上に制御することを特徴とする冷蔵庫。
2. 前記高圧側配管出口の冷媒温度を検出する出口冷媒温度検出手段と、前記冷媒回路の放熱器における放熱量を制御する制御手段とを備え、
   該制御手段は、前記出口冷媒温度検出手段の出力に基づき、前記高圧側配管出口の冷媒温度を露点温度以上、又は、外気温度以上に維持することを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
3. 前記高圧側配管出口の冷媒温度を検出する出口冷媒温度検出手段と、前記冷媒回路の減圧手段と、該減圧手段の絞り度を制御する制御手段とを備え、
   該制御手段は、前記出口冷媒温度検出手段の出力に基づき、前記減圧手段の絞り度を制御して前記高圧側配管出口の冷媒温度を露点温度以上、又は、外気温度以上に維持することを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
4. 前記冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の冷蔵庫。

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