JP2010515007A - Standby type variable frequency compressor drive unit - Google Patents
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Abstract
低容量の生鮮品用範囲での運転でのみ作動する可変速圧縮機を備える輸送冷凍システムが提供される。高容量での運転中には、ライン電圧およびライン周波数の電力を使用することができ、可変速度での運転については、比較的小さなインバータを使用して、可変電圧かつ可変周波数を供給することができる。この可変電圧かつ可変周波数はまた、可変速凝縮器モータに供給し、エコノマイザ運転中に、凝縮器の容量を増加させることができる。この可変電圧かつ可変周波数は、さらには、加熱を目的として圧縮機に直流電圧を供給するために使用することができる。 A transport refrigeration system is provided that includes a variable speed compressor that operates only in the low capacity perishable range. Line voltage and line frequency power can be used during high capacity operation, and for variable speed operation, a relatively small inverter can be used to provide variable voltage and variable frequency. it can. This variable voltage and variable frequency can also be supplied to a variable speed condenser motor to increase the capacity of the condenser during economizer operation. This variable voltage and variable frequency can also be used to supply a DC voltage to the compressor for heating purposes.
Description
本発明は、冷凍システムに関し、詳しくはアンロードモードでの運転中に圧縮機の可変速駆動装置を選択的に使用することに関する。 The present invention relates to refrigeration systems, and more particularly to selectively using a variable speed drive of a compressor during operation in an unload mode.
輸送冷凍システムは、冷却すべき貨物空間と、該貨物空間内の制御された温度範囲を維持するための熱交換能力を提供する冷凍システムと、を含む。所望の温度レベルを維持するように冷却回路からの出力を調整するために、該冷却回路に温度センサおよび制御装置が作動可能に接続される。 The transport refrigeration system includes a cargo space to be cooled and a refrigeration system that provides heat exchange capability to maintain a controlled temperature range within the cargo space. A temperature sensor and controller are operatively connected to the cooling circuit to adjust the output from the cooling circuit to maintain a desired temperature level.
冷却回路は、輸送可能な冷却装置に流入および通流する最大限の熱の損失を吸収するのに十分な容量を有するように設計されており、この損失は、外部の環境温度と直接的に比例するものである。 The cooling circuit is designed to have sufficient capacity to absorb the maximum heat loss that flows into and through the transportable cooling device, and this loss is directly related to the external environmental temperature. It is proportional.
冷凍条件では、制御装置が、貨物空間内の検出温度に応答して冷却回路のONとOFFを切り換えることによって、該冷却回路を調節する。すなわち、冷却回路は、検出温度が低温側の設定点に達すると、OFFに切り換わり、検出温度が所定の高温側の設定点に達すると、ONに切り換わる。環境空気の温度が輸送容積室の温度に近いとき(すなわち、部分負荷いわゆるチルド条件であるとき)、冷却回路は、必要とされるよりも大きな容量を有することになるので、そのようなチルド条件においては、システムの不足は、実質的に低減する。すなわち、そのようなチルド条件においては、冷却回路は、容量が大きすぎるが、輸送容積室の温度制御を維持するために、継続的に動作する必要がある。 Under refrigeration conditions, the control device adjusts the cooling circuit by switching the cooling circuit ON and OFF in response to the detected temperature in the cargo space. That is, the cooling circuit switches to OFF when the detected temperature reaches the set point on the low temperature side, and switches to ON when the detected temperature reaches the set point on the high temperature side. When the temperature of the ambient air is close to the temperature of the transport volume chamber (ie when it is part load so-called chilled conditions), the cooling circuit will have a larger capacity than required, so such chilled conditions In, the system shortage is substantially reduced. That is, under such chilled conditions, the cooling circuit is too large in capacity, but needs to operate continuously to maintain temperature control of the transport volume chamber.
冷凍条件(すなわち、プルダウン条件、冷凍条件、および全負荷でのチルド条件)についてのON/OFFモードの運転が、市場需要の約60%を占めると推定されるのに対して、チルド条件すなわち部分負荷条件は、市場需要の約40%を占めるものと推定される。従って、圧縮機モータを全速力で作動させつつ容量低下のために吸入圧力の調整つまりスロットリングを行う現在の方法を使用すると、実質的に効率が低下する。他方で、可変速圧縮機が常に使用される場合には、ON/OFFモードおよびプルダウンモードでの運転中に、駆動損失により、電力消費が過剰となる。 ON / OFF mode operation for refrigeration conditions (ie, pull-down conditions, refrigeration conditions, and chilled conditions at full load) is estimated to account for approximately 60% of market demand, whereas chilled conditions or parts Load conditions are estimated to account for about 40% of market demand. Thus, using the current method of adjusting suction pressure, or throttling, to reduce capacity while operating the compressor motor at full speed, substantially reduces efficiency. On the other hand, if the variable speed compressor is always used, power consumption becomes excessive due to drive loss during operation in the ON / OFF mode and pull-down mode.
簡潔には、本発明の一態様によれば、本システムがチルド条件で運転しているときに、圧縮機を可変速度で作動可能にする。これにより、電力効率を最大限にしつつ、継続的な運転を維持することができる。 Briefly, according to one aspect of the invention, the compressor is operable at a variable speed when the system is operating at chilled conditions. Thus, continuous operation can be maintained while maximizing power efficiency.
本発明の他の態様によれば、比較的小さなインバータを介して可変速度が効果的かつ効率的に使用される範囲となるまで、圧縮機への電力が従来の方法によって低減される。 According to another aspect of the present invention, power to the compressor is reduced by conventional methods until the variable speed is in a range where it can be used effectively and efficiently through a relatively small inverter.
本発明のさらに他の態様によれば、部分負荷条件以下での運転中にインバータが提供され、このインバータは、圧縮機駆動モータに可変電圧かつ可変周波数を供給するように選択的に適用され、その結果、該圧縮機駆動モータが選択的な可変速度で作動し続けることができ、これによって、高い運転効率を達成する。 According to yet another aspect of the present invention, an inverter is provided during operation under partial load conditions, the inverter being selectively applied to supply a variable voltage and variable frequency to the compressor drive motor, As a result, the compressor drive motor can continue to operate at a selective variable speed, thereby achieving high operating efficiency.
本発明の他の態様によれば、可変速度での運転中に、システム容量が負荷要求よりも高いままである場合、さらに蒸発器流れ制御装置が適用される。 According to another aspect of the present invention, an evaporator flow control device is further applied if the system capacity remains higher than the load demand during variable speed operation.
本発明の他の態様によれば、チルド条件での運転中に、本システムは、温度需要が安定するまではライン電圧かつライン周波数を使って作動し、電力需要が安定した点において、供給電力が、ライン電圧かつライン周波数から、可変電圧かつ可変周波数に切り換わる。 According to another aspect of the present invention, during operation under chilled conditions, the system operates using line voltage and line frequency until the temperature demand stabilizes, at which point the power supply is stable. Switches from line voltage and line frequency to variable voltage and variable frequency.
なお、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、さまざまな変更および他の構成を適用することができる。 Various modifications and other configurations can be applied without departing from the spirit and scope of the present invention.
図1は、従来技術による蒸気圧縮システム10を示す。蒸気圧縮システム10は、圧縮機12、凝縮器14、膨張器16および蒸発器18からなる主蒸気圧縮回路を含む。これらの構成要素は、主冷媒ラインによって直列に接続されており、この主冷媒ラインは、圧縮機12の吐出ポート13からライン20を通って凝縮器14まで、さらに凝縮器14からライン22を通って膨張器16まで、さらに膨張器16からライン24を通って蒸発器18まで、さらに蒸発器18からライン26を通って圧縮機12の吸入ポート15まで戻る冷凍流れを提供する。
FIG. 1 shows a vapor compression system 10 according to the prior art. The vapor compression system 10 includes a main vapor compression circuit comprising a
さらに、エコノマイザ回路が、凝縮器14と、圧縮機12の中間圧力ポート28および吸入ポート15の少なくとも一方と、の間に接続されている。この回路は、凝縮器14から補助膨張器42まで導き、さらには補助膨張器42からエコノマイザ冷媒ライン44を通って熱交換器32まで導いているエコノマイザ冷媒ライン40の形態であることが好ましい。エコノマイザ回路の典型的なモードでの動作においては、該エコノマイザ回路は、熱交換器32からライン38を介して圧縮機12の中間圧力ポート28まで延びている。
Further, an economizer circuit is connected between the
また、エコノマイザ回路を通過する流れを選択的に接続あるいは遮断するために、エコノマイザ冷媒ラインに、例えば、ライン40に、エコノマイザ遮断弁46を有利に配置することができる。あるいは、膨張器42が電子膨張弁である場合には、弁46は、必要ではない。
Further, in order to selectively connect or block the flow passing through the economizer circuit, an
さらに従来技術によると、システム10は、さらに、圧縮機12の中間圧力ポート28と吸入ポート15との間に接続されているバイパス回路を含む。このバイパス回路は、圧縮機12のアンロード運転を可能にする。このバイパス回路は、該バイパス回路からの流れを使って主冷媒の流れを過冷却するように、エコノマイザ熱交換器32を流れる流れに対して適切に構成されており、従って、該エコノマイザ熱交換器32を利用して、アンロード運転における効率を向上させる。従って、バイパス冷媒ライン38は、エコノマイザ熱交換器32まで、さらに熱交換器32からライン36を通って圧縮機12の吸入ポート15まで戻るように有利に延びている。バイパス回路を流れる流れを選択的に接続あるいは遮断するために、熱交換器32から吸入ポート15まで延びているバイパスライン36に、バイパス遮断弁34が有利に設けられる。
Further according to the prior art, the system 10 further includes a bypass circuit connected between the
特定の回路または構成要素を通過する流れを遮断する、という言及が、本明細書を通してなされていることに留意されたい。本明細書中で使用しているこの用語は、話題にしている回路が実質的に非作動となる、つまり、その回路を通流する流れの実質的な部分が遮断されているように、流れを実質的に遮断することを意味する。 It should be noted that references throughout this specification have been made to block flow through a particular circuit or component. As used herein, the term is used to describe a flow in which the circuit in question is substantially inactive, that is, a substantial portion of the flow through the circuit is interrupted. Is substantially cut off.
主冷媒ライン22は、エコノマイザ熱交換器32内を流れ、熱交換器32内のライン38の流れと熱交換を行う。従って、熱交換器32は、主冷媒ライン22から第1の流れを受けるとともに、エコノマイザ回路およびバイパス回路の少なくとも一方から第2の流れを受けるように構成されており、全負荷エコノマイザモードでの運転や、有利には部分負荷モードでの運転において、熱の移動が発生する。
The
この構成を使用して、圧縮機12をアンロード状態で作動させるべきときに、弁34が開いて冷媒の一部を中間圧力ポート28を通して通流させ、圧縮機12を流れる冷媒の一部を中間圧力まで圧縮させ、これによって、圧縮機12の負荷を低減させる。
Using this configuration, when the
アンロードモードでの運転においては、主冷媒の流れが、エコノマイザ熱交換器32内で過冷却され、このモードでの運転におけるシステムの性能を向上させる。これに関して、中間圧力ポート28の位置に依存して、このポートから出て行く流れの中間圧力は、吸入圧力に比較的近いものであり、これによって、エコノマイザ熱交換器32での熱交換作用に利用することができる温度差が大きくなる。
In operation in the unload mode, the flow of the main refrigerant is subcooled in the
さらに制御部材48を有利に備えており、この制御部材48は、遮断弁34,46(あるいは、電子的に制御される膨張器42)に対して操作可能に関連付けられており、システム性能の向上のために熱交換器32がまだ作動かつ機能している全負荷エコノマイザモードあるいはアンロードモードにおいて、必要に応じてシステム10を運転させるように、弁34,46を開位置と閉位置との間で選択的に切り換える。もちろん、両方の弁34,46が閉じている全負荷非エコノマイザモードとしても、システム10は、運転可能である。
In addition, a
アンロード運転に使用されるバイパス回路部と代替的に或いはこれに加えて、システムの負荷の低減に応じて、蒸発器流れ制御装置49を用いることができる。この蒸発器流れ制御装置49は、吸入圧調整弁またはパルス幅調節弁などの様々な型式の弁を有するものとすることができ、その目的は、圧縮機への冷媒の流れを減少させることであり、延いては、低いコイル温度での運転を回避するように、圧縮機容量と負荷とをバランスさせることである。また、蒸発器流れ制御装置は、PWM(パルス幅変調)圧縮機とすることができ、PWM圧縮機とは、相互に噛み合うスクロールラップを係合および脱離させるためのパルス幅変調要求信号を利用する負荷低減システムを備えた使用されるスクロール型圧縮機の一つである。圧縮機の負荷低減は、旋回スクロールセットから固定スクロールセットを分離/上昇させることによってなされる。この分離は、流体バイパスPWMソレノイド弁を介して制御される。容量の調節は、高容量運転から低容量運転に圧縮機を切り換えるこのソレノイド弁をパルス制御することによって、最終的に制御される。
In lieu of or in addition to the bypass circuit portion used for unloading operation, the evaporator
図2を参照すると、図1の圧縮機12が、固定速度運転モードおよび可変速運転モードのいずれにおいても選択的に作動可能な圧縮機51と置き換えられている。圧縮機51は、往復動圧縮機とすることができるが、スクロール圧縮機またはロータリ圧縮機などの他の型式の圧縮機としてもよい。
Referring to FIG. 2, the
圧縮機51は、複数の電力コネクタ53を介して、制御装置52と直接的に通電するように接続されている。圧縮機51は、さらに、複数の電力コネクタ54を介してインバータ56と通電するように接続されており、このインバータ56は、コネクタ57を介して制御装置52に接続されている。インバータ56の制御は、制御装置52によってコネクタ58を介して行われる。ライン電力が、ライン59を介して制御装置52に供給される。
The
図示した装置を用いて、ライン電圧かつライン周波数、または可変電圧かつ可変周波数のいずれかを圧縮機51に供給するように、スイッチ61およびスイッチ62を操作することによって、圧縮機51を選択的に作動させることができる。すなわち、スイッチ61が閉じていてスイッチ62が開いている場合、ライン電圧がコネクタ53を介して圧縮機に供給される。あるいは、スイッチ62が閉じていてスイッチ61が開いている場合、ライン電圧かつライン周波数がインバータ56に供給され、このインバータ56は、コネクタ54を介して圧縮機51に、可変電圧かつ可変周波数を供給する。
Using the illustrated apparatus, the
図2の実施例では、図1と同様に調整弁49を備えているが、図1に示されているバイパス回路は除かれている。従って、本発明は、調整弁を備えるがバイパス回路を備えていない場合に関して説明する。しかし、本発明は、バイパス回路を備えているシステムにも等しく有用となり得ることを理解されたい。
In the embodiment shown in FIG. 2, the
図3は、システムの運転がアンロード条件での運転に移行するときの貨物温度および供給温度の両方の経時変化を示す典型的なグラフである。図に見られるように、時間の経過とともに、貨物温度は、次第に供給温度に近づいていき、最終的には、設定点に達する。 FIG. 3 is a typical graph showing the change over time in both cargo temperature and supply temperature when system operation transitions to operation under unload conditions. As can be seen in the figure, over time, the cargo temperature gradually approaches the supply temperature and eventually reaches a set point.
図3の下方には、部分負荷条件およびアンロード条件で運転しているときの、さまざまな運転モードの変化を示している。これらの運転モードは、同図の上方に示している温度条件に直接的に対応している。すなわち、貨物温度と供給温度との差がほぼ一定である部分負荷条件においては、圧縮機51は、ライン電圧かつライン周波数を使用してのエコノマイザモードで作動する。これは、実線F−Eによって示されている。
The lower part of FIG. 3 shows changes in various operation modes when operating under partial load conditions and unload conditions. These operating modes directly correspond to the temperature conditions shown at the top of the figure. That is, under the partial load condition where the difference between the cargo temperature and the supply temperature is substantially constant, the
貨物温度と供給温度との差が減り始めたとき、圧縮機はエコノマイザモードから遮断され、ライン電圧かつライン周波数を使用しての標準モードでの運転に切り換わる。このモードは、負荷が生鮮品用範囲までプルダウンされているときに使用される。このモードでの運転を、図3のE−Dで示す。 When the difference between the cargo temperature and the supply temperature begins to decrease, the compressor is disconnected from the economizer mode and switched to standard mode operation using line voltage and line frequency. This mode is used when the load is pulled down to the perishable range. Operation in this mode is indicated by ED in FIG.
冷凍条件での起動時、およびチルド負荷が生鮮品用範囲までプルダウンされている時に使用されるモード2での運転においては、圧縮機は、ライン電圧を使用してのアンロードモードで作動し、このときに上述の蒸発器流れ制御装置49が使用されている。
When operating in refrigeration conditions and when operating in mode 2 used when the chilled load is pulled down to the perishable range, the compressor operates in unload mode using line voltage, At this time, the above-described evaporator
このように、各運転モード2,3,4での運転では、圧縮機の速度は、一定に保たれている。しかし、エコノマイザモードから標準モードに、さらには蒸発器流れ制御装置を用いてのアンロードモードになるときに、圧縮機の消費電力量は、実質的に減少していることに留意されたい。その結果、実線CBAで示される運転モード1のために、インバータ56がスイッチ62を介して接続されるときに、要求される電力が低減し、インバータ56に必要なサイズが、通常のサイズよりも実質的に小さくなる。例えば、インバータは、10〜11キロワットでの運転用のサイズに代えて、5キロワット用のサイズとされている。すなわち、駆動装置は、モード1のみで使用される場合よりも、ずっと小さいサイズにすることができる。その理由は、蒸気加圧式閉回路冷却システムでは、熱力学的に、生鮮品用範囲における実質的により低い室温度に伴う固有の吸入ガス密度の変化に対し、システムにおける圧縮用電力は、ほぼ線形的に減少するからである。プルダウン後の吸入ガスの密度および質量流れが減少することによって、設定点付近では、かなり寸法の小さい可変速駆動装置の使用が可能となる。
Thus, in the operation in each operation mode 2, 3 and 4, the speed of the compressor is kept constant. However, it should be noted that the power consumption of the compressor is substantially reduced when going from the economizer mode to the standard mode and further to the unload mode using the evaporator flow control device. As a result, for the operation mode 1 indicated by the solid line CBA, when the inverter 56 is connected via the
本システムが、生鮮品に対して必要とされる容量よりも大きな容量を有するとき、モード1での運転が行われる。生鮮品は、厳しい温度制御を要求するが、これは、システムを継続的に運転することによって最も良く達成される。 When the system has a capacity greater than that required for fresh products, operation in mode 1 is performed. Fresh products require tight temperature control, which is best achieved by operating the system continuously.
モード1においては、システムは、ライン電圧かつライン周波数を使用してのアンロード圧縮機モードで運転し、温度需要が安定するまで、蒸発器流れ制御装置49が使用される。この調整弁が閉じ始めたときから完全に閉じるまでのある点において、制御装置52がスイッチ61,62の切り換えを決定して、ライン電圧かつライン周波数を遮断し、可変電圧かつ可変周波数に切り換え、圧縮機51を可変速度で作動させる。このモードにおいては、すべての生鮮品条件についての輸送負荷の正確な温度を提供するように、制御装置52が圧縮機の速度を精密に制御する。この可変速度で、最適な最低速度になるまで運転し、その後、システム容量が輸送負荷要求よりも高いままである場合には、安定した温度制御が得られるまで蒸発器流れ制御装置49を作動させる。逆に、アンロード運転モードにおいて、最適な最高速度に達し、さらに大きな冷却電力が必要とされるとき、システムは、スイッチ61,62を切り換えて、ライン電圧かつライン周波数での固定速度での運転を再開させる。
In mode 1, the system operates in unload compressor mode using line voltage and line frequency, and the
可変速駆動装置は、高容量条件においては、圧縮機に使用されないので、この可変速駆動装置を凝縮器ファンモータに切換接続し、凝縮器ファン速度の増加のために使用して、凝縮器の容量が制限されている場合の凝縮器ファンの性能を向上させることが有利である。これにより、凝縮器の寸法を最小に保ちつつ、高温プルダウン条件で本システムをさらに有効なものとすることができるため、コストを抑えることができ、また、吐出温度および吐出圧力が低減することによって、圧縮機の信頼性を高め、さらには、使用されていない重要な構成要素の利用が図れる。 The variable speed drive is not used in the compressor under high capacity conditions, so this variable speed drive is switched to the condenser fan motor and used to increase the condenser fan speed, It would be advantageous to improve the performance of the condenser fan when capacity is limited. This allows the system to be more effective under high temperature pull-down conditions while keeping the size of the condenser to a minimum, thereby reducing costs and reducing the discharge temperature and pressure. In addition, the reliability of the compressor can be improved, and further, important components that are not used can be used.
モード1のみで可変速駆動装置を適用することは、冗長システムを提供することができるという理由により、利点がある。すなわち、ある理由によって輸送中にこの駆動装置が故障した場合、本システムは、可変速駆動装置を使用することなく、運転することができ、現在の制御方式を使うことによって、負荷の損失をなくすことができる。さらには、軽負荷の条件で運転するので、駆動装置の信頼性が向上する。 Applying the variable speed drive only in mode 1 is advantageous because it can provide a redundant system. That is, if this drive fails during transportation for some reason, the system can operate without using a variable speed drive and eliminates load loss by using the current control scheme. be able to. Furthermore, since it operates on the conditions of light load, the reliability of a drive device improves.
この可変速駆動装置は、また、別に購入したクランクケース用ヒータを備えるようなトレーラのアプリケーション用の圧縮機に、小さな直流電圧を印加することで、該圧縮機のモータを加熱するために使用することができる。これらのヒータの代わりに可変速駆動装置を用いることができ、コスト削減と信頼性をもたらす標準パッケージとしてすべての消費者に提供することができる。これにより、本発明の冷凍システムは、特別な変更または選択をなされることなく、世界のあらゆる地域で機能することができる。 This variable speed drive is also used to heat a compressor motor by applying a small DC voltage to a compressor for trailer applications that have a separately purchased crankcase heater. be able to. Variable speed drives can be used in place of these heaters and can be offered to all consumers as a standard package that provides cost savings and reliability. This allows the refrigeration system of the present invention to function in any region of the world without any special changes or selections.
Claims (18)
上記圧縮機を可変速で作動可能とし、
上記圧縮機に、ライン電圧かつライン周波数の電力、または可変電圧かつ可変周波数の電力のいずれか一方を選択的に供給するインバータを設け、
生鮮品用範囲まで負荷をプルダウンさせる高容量での運転中には、上記圧縮機を固定速度で作動させ、
生鮮品用範囲における低容量での運転中には、上記圧縮機を可変速度で作動させることを特徴とする運転方法。 A method of operating a transport refrigeration system of the type having a compressor and associated vapor compression circuit, economizer circuit, and evaporator flow control device, comprising:
The above compressor can be operated at a variable speed,
The compressor is provided with an inverter that selectively supplies one of line voltage and line frequency power, or variable voltage and variable frequency power,
During high capacity operation that pulls down the load to the perishable range, the compressor is operated at a fixed speed,
An operation method characterized by operating the compressor at a variable speed during operation at a low capacity in a fresh product range.
上記電源から固定電圧かつ固定周波数の電力を受け、可変電圧かつ可変周波数の出力に変換するインバータを設け、
固定速度運転と可変速運転のいずれにおいても作動できる圧縮機を設け、
固定電圧かつ固定周波数、または可変電圧かつ可変周波数のいずれか一方を上記可変速圧縮機に供給するために、上記インバータを上記回路に選択的に接続または遮断するスイッチを設け、
部分負荷での運転条件であるときのみに、可変電圧かつ可変周波数を使用することを特徴とする運転方法。 A vapor compression circuit including an economizer, an evaporator flow control device, and a compressor that receives power from the power source through the control device, and is configured to operate when the compressor is in a partial load condition A method of operating a transport refrigeration system,
An inverter that receives fixed voltage and fixed frequency power from the power source and converts it to a variable voltage and variable frequency output is provided.
A compressor that can operate in either fixed speed operation or variable speed operation is provided.
In order to supply any one of a fixed voltage and a fixed frequency or a variable voltage and a variable frequency to the variable speed compressor, a switch for selectively connecting or disconnecting the inverter to the circuit is provided,
A driving method characterized in that a variable voltage and a variable frequency are used only when the driving condition is a partial load.
14に記載の運転方法。 15. The method of operation according to claim 14, wherein the evaporator flow control device is used until the temperature demand is stabilized.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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