JP2011064374A - 冷凍冷蔵庫の製氷装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷凍冷蔵庫の製氷装置において、透明氷を生成する新たな仕組みを提供する。
【解決手段】冷凍冷蔵庫1の製氷室4に、製氷装置10が設置される。製氷装置10は、製氷室4内に吹き込まれる冷気により製氷を行う製氷皿20と、製氷皿20内の温度を測定するサーミスタ25と、製氷皿20を下から加熱するヒータ31と、サーミスタ25による測定温度を判断材料として冷凍サイクルの運転制御とヒータ31の通電制御を行う制御部50を含む。製氷室4の冷気吐出口13は、製氷皿20の、冷気吐出口13から見て遠方部分を指向する遠方用吐出口13aと、製氷皿20の、冷気吐出口13から見て近傍部分を指向する近傍用吐出口13bを含む。遠方用吐出口13aからの吐出風量は、近傍用吐出口13bからの吐出風量よりも小に設定されている。
【選択図】図2

Description

本発明は冷凍冷蔵庫の製氷装置に関する。
冷凍冷蔵庫は、冷凍用の冷気を利用して製氷を行う製氷装置を備えているのが一般的である。冷凍冷蔵庫に配設される製氷装置の例を特許文献1−7に見ることができる。
冷凍冷蔵庫の製氷装置で製造される氷は、通常、透明度が低い。そこで、氷の透明度を高める工夫が、これまでにもなされてきた。特許文献1−7に記載された製氷装置もそのような工夫を含んでいる。
特許文献1、2に記載された製氷装置では、製氷皿の上方にヒータを設け、製氷皿の上部を下部より高い温度状態として、製氷皿の内部下部から上方へ順次氷が生成されるようにしている。これにより、氷の生成過程で水中の空気が上方から抜けやすくなり、空気が含まれない透明氷が製造される。特許文献3に記載された製氷装置も、製氷皿の上方にヒータを設けた構造である。
特許文献4−7に記載された製氷装置では、透明氷部と白濁氷部が連結状態で生成されるようにし、離氷する際に透明氷部と白濁氷部を切断して、白濁氷部は製氷皿に残し、透明氷部のみ取り出されるようにしている。
特開平4−260768号公報 特開平5−196331号公報 特開平1−203869号公報 特開2007−232336号公報 特開2007−232336号公報 特開2008−151504号公報 特開2008−157619号公報
本発明は、冷凍冷蔵庫の製氷装置において、透明氷を生成する新たな仕組みを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、製氷室に配置され、当該製氷室内に吹き込まれる冷気により製氷を行う製氷皿と、前記製氷皿内の温度を測定するサーミスタと、前記製氷皿を下から加熱するヒータと、前記サーミスタによる測定温度を判断材料として冷凍サイクルの運転制御と前記ヒータの通電制御を行う制御部とを備えた冷凍冷蔵庫の製氷装置において、前記制御部は、前記製氷皿への給水後、前記ヒータに通電して凍結の進行を制御するものであり、前記製氷室の冷気吐出口は、前記製氷皿の、当該冷気吐出口から見て遠方部分を指向する遠方用吐出口と、前記製氷皿の、当該冷気吐出口から見て近傍部分を指向する近傍用吐出口を含むことを特徴としている。
製氷皿を下からヒータで加熱しつつ凍結させることにより、製氷皿の内面に接する部位からでなく、製氷皿の内面から離れた部位から透明氷が成長する。凍結完了時には、外周部から空気が抜けていくため、気泡跡が残り表面に凹凸が出来るが、外周表面の凹凸部は速やかに液体に溶けてしまい、速やかに液体を冷却して透明氷の部分のみが後に残る。これにより、液体中に透明氷が浮かぶという景観を使用者に提供することが可能になる。
製氷皿に向かって冷気を吹き出す冷気吐出口は、製氷皿の、当該冷気吐出口から見て遠方部分を指向する遠方用吐出口と、製氷皿の、当該冷気吐出口から見て近傍部分を指向する近傍用吐出口を含むものとしたから、製氷皿の特定の部位に冷気が集中するということがなく、各部均等に凍結を進めることができる。
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫の製氷装置において、前記遠方用吐出口からの吐出風量が、前記近傍用吐出口からの吐出風量よりも小に設定されていることを特徴としている。
近傍用吐出口から吹き出した冷気は、製氷皿の冷気吐出口近傍部位を冷却した後、製氷皿の遠方部位へと流れていく。近傍用吐出口しか存在しなければ、製氷皿の冷気吐出口近傍部位のみが強力に冷却されることになり、遠方部位との間に大きな温度差が生じる。しかしながら、遠方用吐出口が存在することから、遠方用吐出口からの風量の小さい冷気が補助冷気として遠方部位の冷却を補う。これにより、製氷皿の製氷セル間の温度のバラつきを抑えることができる。
本発明によると、製氷皿を下からヒータで加熱しつつ凍結させることにより、外周部から抜けた気泡の跡で表面には凹凸が生じているが、大部分を占める芯の部分は透明な氷を得ることができる。また、製氷皿の各部で凍結が均等に進むから、ヒータで容易に凍結速度を制御でき、氷の透明度を上げることが可能となる。
製氷装置を備える冷凍冷蔵庫の正面図である。 製氷装置を示す冷凍冷蔵庫の部分垂直断面図である。 図2と直角の方向に断面した、製氷装置の垂直断面図である。 上下反転状態の製氷皿と、それに組み合わせられるサーミスタの斜視図である。 上下反転状態の製氷皿と、それに組み合わせられるヒータ及びカバーの斜視図である。 上下反転状態の製氷皿にヒータのカバーを取りつけた状態の斜視図である。 冷凍冷蔵庫の制御ブロック図である。 製氷装置の動作を示すフローチャートである。 製氷装置の異なる動作を示すフローチャートである。
図1に示す冷凍冷蔵庫1は、最上段が両開きの扉3L、3Rを備えた冷蔵室2、その次の段が扉5を備えた製氷室4と扉7を備えた冷凍室6、その次の段が引き出し式の冷凍室8、最下段が引き出し式の野菜室9という構成になっている。圧縮機と熱交換器を含む図示しない冷凍サイクルが冷気を生成し、その冷気がダクトを通じて各室に分配され、各室において必要とされる冷蔵温度または冷凍温度が得られる仕組みである。この仕組みは周知なので詳細には説明しない。
製氷室4の天井部には、図2及び図3に示す製氷装置10が設置される。以下その構造を、図4から図6までの図も参照しつつ説明する。
図2は冷凍冷蔵庫1の左側面方向から見た製氷装置10の断面図である。製氷室4の奥の壁に、製氷室4に冷気を吹き込むためのダクト11が形成されている。ダクト11の上端から前方に、製氷皿ケーシング12が延び出す。製氷皿ケーシング12は、製氷皿で製造した氷を落とすため、下面が開口している。ダクト11には、製氷皿ケーシング12の内部に向けて、冷気吐出口13が形成されている。
製氷皿ケーシング12の内部には、冷気吐出口13から吹き出した冷気を受ける位置に、製氷皿20が配置されている。製氷皿20は低温でも弾性を失わない合成樹脂により成型される。また、給水した水の中の気泡が製氷皿20の内面に付着すると、透明氷を得るのが難しくなる。そこで、ポリプロピレンにシリコーンを配合したものを成型材料としたり、成型後の製氷皿20をフッ素樹脂でコーティングしたりするなど、気泡が付着しにくくなる処置を施すことが望ましい。
製氷皿20の表面に発生する静電気により吸引された微粒子も透明氷の生成の妨げとなる。そのため、静電気が発生しにくい材料、例えばシリコーン配合樹脂や帯電防止剤を練り込んだ樹脂で製氷皿20を成型したり、成型後の製氷皿20に帯電防止剤を塗布したりするなどの対策を施すことが望ましい。
製氷皿20は断面台形の氷を製造する製氷セル21を計8個備える。8個の製氷セル21は2列4行の形に並び、そのため製氷皿20は平面形状が細長いものになっている。このように細長い製氷皿20を、その長手方向を冷凍冷蔵庫1の奥行方向に一致させる形で配置する。
製氷皿20の長手方向の一方の端には支持軸22が形設され、他方の端にはソケット部23が形設されている。支持軸22は製氷皿ケーシング12に回転自在に支持される。ソケット部23は製氷皿ケーシング12の内部に設けた離氷装置24(図3参照)の軸に結合し、離氷装置24により支持される。支持軸22とソケット部23は共通の水平軸線上に配置されている。離氷装置24はモータと減速装置を備え、製氷皿20に、前記水平軸線を回転軸とする一定角度範囲の回転を与える。
製氷皿20の下面には、2列に並んだ製氷セル21の間の位置に、サーミスタ25が配置される。サーミスタ25は製氷セル21の壁を隔てて製氷セル21の内部の温度を測定する。
サーミスタ25を固定するのはサーミスタカバー26である。サーミスタカバー26の四隅からは、製氷皿20の長手方向に直角な方向にピン27が突き出している。製氷皿20の下面からは、サーミスタ25を取り囲む形で計4個の脚部28が突出する。脚部28の先端にはピン27を通す水平貫通穴29が形成されている。サーミスタ25の上にサーミスタ保護シーラ30を重ね、その上にサーミスタカバー26を重ね、ピン27を脚部28の水平貫通穴29に係合させることにより、サーミスタ25は固定される。
製氷皿20の下面には、サーミスタ25に加えて、図5に示すヒータ31が配置される。ヒータ31は発熱線をシリコーン樹脂で被覆したものであり、製氷皿20のねじりに追随できるよう、全体が柔軟に仕上げられている。各製氷セル21の、上下反転状態における頂点部分には、ヒータ31を受け入れる平行リブ32が形成されている。
平行リブ32は2個のリブを所定間隔で平行に配置したものであり、ヒータ31をすきまばめの形で受け入れられるようにリブ間の間隔が設定されている。リブ間の間隔をこのように設定するのは、製氷皿20がねじられたとき、ヒータ31がある程度自由に動き得るようにするためである。
ヒータ31は、製氷皿20の長手方向中心線の左右に対称形状を描くように引き回されている。実施形態では、全体形状がほぼU字形となっている。Uの字の開放端となる箇所に1対の給電線33が接続される。
ヒータ31は設計発熱量が小さいので、極く細い発熱線をガラス繊維の芯に巻き付けた構造であり、巻き付きが締まる方向にねじられたりすると発熱線が切れやすい。そのため、前述のようにヒータ31がある程度自由に動き得るようにする他、ヒータ31の全体的な引き回しの形状も、発熱線に極力無理な力がかからないような形状とされる。
ヒータ31を平行リブ32に入れ、製氷皿20の下面に密着させた上で、製氷皿20の下面をカバー34で覆う。カバー34は、製氷皿20の下面部分に冷気が侵入するのを防ぎ、各製氷セル21間の温度分布を均一化すると共に、ヒータ31を平行リブ32の中に押しとどめる役割を担うものである。
カバー34は長方形のトレイ形状であり、一端には支持軸22を通すリング35が形成されている。カバー34は、リング35を支持軸22に嵌合させた上で、2本のビス36と、1個のバネ37により製氷皿20に取り付けられる。カバー34の取り付けは、製氷皿20の動きを束縛するような堅固なものではなく、離氷時の製氷皿20のねじりを邪魔することのない、柔軟なものとなっている。カバー34自体も、製氷皿20と同様、低温でも弾性を失わない合成樹脂により成型することが望ましい。
カバー34には、長手方向中心線の両端近くに2個の貫通穴38が形成されている。また、貫通穴38よりもカバー中央に寄った箇所には、長手方向中心線を挟んで対称的に、2個の貫通穴39が形成されている。貫通穴38は円形であって、製氷皿20の下面に形成された断面円形のボス40を通す。貫通穴39は矩形であって、製氷皿20の下面に形成されたバネ取付リブ41を通す。
貫通穴38から露出するボス40にビス36をねじ込んで固定すると、カバー34は、ビス36を抜け止め用ストッパとする形で、ボス40の軸線に沿い移動可能に保持される。すなわちビス36は、カバー34を締め付けることなく、カバー34が製氷皿20から分離することを阻止する。
カバー34をビス36で抜け止めすると、図6に示すように、カバー34の貫通穴39からバネ取付リブ41が突き出す。バネ取付リブ41の先端に形成された水平貫通穴42に、バネ37の両端の取付フック43を係合させる。バネ37は、長手方向中央部に取付フック43があり、長手方向の両端部にヘアピン部44が存在するという形に、バネ鋼の線材を屈曲成形したものである。
ヘアピン部44は、図6において斜め下方に、言い換えれば製氷皿20の方向に延びている。このため、取付フック43をバネ取付リブ41の水平貫通穴42に係合させると、ヘアピン部44がカバー34を圧迫する。カバー34は図3に示す通りヒータ31に押し付けられ、平行リブ32から抜け出さないようにヒータ31を一定荷重で保持する。これにより、ヒータ31が製氷セル21に密着し、熱を効率よく製氷セル21に伝えられるようになる。
製氷皿20の長手方向両縁には、下向きに延びる風防板45が一体成型されている。風防板45は、製氷皿20に上方から吹き付けられる冷気が下方に回り込むのを阻止する。このため、製氷皿20の下面に冷気が侵入してヒータ31による加熱の効果が損なわれることが防がれ、冷気は製氷皿20の上面に集中することになる。
風防板45には、製氷セル21同士の間の境界に一致する箇所に、ノッチ46が形成されている。実施形態の場合、ノッチ46は1枚の風防板45に2個存在する。もしノッチ46が設けられていないとすると、製氷皿20がねじられたとき、風防板45の応力が1箇所に集中し、その箇所の樹脂材料が早い段階で白化し、亀裂の発生へと進む。ノッチ46を形成することにより、応力を分散し、白化や亀裂の発生をくい止めることができる。
図3に示す通り、風防板45とカバー34の間には、離氷のため製氷皿20がねじられても相互接触を生じないだけの隙間47が設けられている。
製氷皿20の支持軸22の側の端には、片側の側面に突起48が形成されている。突起48は離氷時に製氷皿20にねじりを生じさせるためのものである。
冷凍サイクルの運転制御とヒータ31への通電制御を含む、冷凍冷蔵庫1の全体制御を司るのは、図7に示す制御部50である。制御部50には、離氷装置24及びヒータ31の他、冷凍サイクルの一環をなす圧縮機51、庫内各部に冷気を送る送風機52、製氷装置10に給水する給水装置53、温度センサ54、及び製氷室4に配置される氷量センサ55などが接続されている。温度センサ54は各部に配置されたサーミスタ等の測温素子を包含する概念であり、サーミスタ25もその中に含まれる。
制御部50はヒータ31への通電を次の3段階に制御する。すなわち「通常加熱」と、「通常加熱」に比べ発熱量が小さい「予熱」と、「通常加熱」に比べ発熱量が大きい「急加熱」である。例えば、「通常加熱」の消費電力は5〜6W、「予熱」の消費電力は2W、「急加熱」の消費電力は7〜8Wに設定して、発熱量に差をつけることができる。
続いて、図8のフローチャートを参照しつつ製氷装置10の動作を説明する。離氷動作を終え、製氷皿20が上向き状態に戻ったところからフローがスタートするものとする。
ステップ#101では制御部50が給水装置54を動作させ、製氷皿20への給水を行わせる。
製氷室4の温度は冷凍温度(マイナス18℃に設定されている)の近傍なので、給水が行われると製氷皿20の温度が上昇する。サーミスタ25はステップ#102でこの温度上昇を検知する。
水は給水されるやいなや冷却されるので、サーミスタ25が測定する温度は、一旦上昇した後、低下し始める。ここからステップ#103に入る。
ステップ#103は凍結準備ステップである。制御部50はヒータ31に「予熱」の通電を行い、水温を所定レートで低下させる。
以後のステップでもヒータ31による加熱が行われる。製氷皿20を下からヒータ31で加熱しつつ凍結させることにより、製氷皿20の内面に接する部位からでなく、製氷皿20の内面から離れた部位から透明氷を成長させることができるので、透明度の高い氷を成長させやすい。
ステップ#103の途中で圧縮機51が停止期間に入ったときは、温度低下に自ずとブレーキがかかる。制御部50はヒータ31への通電を中止し、無駄な電力消費を避ける。
制御部50はまた、サーミスタ25の測定温度が所定値以上のとき、例えば1℃以上のときはヒータ31への通電を中止する。これにより、水が製氷皿20に接触する箇所から凍結が発生するおそれのない時にまでヒータ31に通電して電力を無駄に消費することが避けられる。
ステップ#104では、サーミスタ25の測定する温度が氷点下まで降下したかどうかを制御部50がチェックする。氷点下まで降下したらステップ#105に進む。
ステップ#105は氷融解ステップである。制御部50はヒータ31に一定時間だけ「急加熱」の通電を行い、製氷皿20を加熱する。サーミスタ25の測定誤差により、ステップ#104からステップ#105に移行するのが遅れ、製氷セル21の内面に氷が付着しているようなことがあったとしても、その氷はこの段階で融解する。そのため、均質な透明氷を得る妨げとなる残留氷を生じることなくステップ#106に移行することができる。
制御部50は、ステップ#105では圧縮機51が運転中か停止中かにかかわらずヒータ31に「急加熱」の通電を行う。これにより、氷の融解を一気に進めることができる。
ステップ#106は凍結進行ステップである。制御部50は、サーミスタ25の測定温度が所定温度に降下するまで、ヒータ31に「通常加熱」の通電を行う。
制御部50は、ステップ#106の途中で圧縮機51が停止期間に入ったときは、ヒータ31への通電を中止し、電力の無駄な消費を避ける。但し、ヒータ31への通電を中止したことにより、圧縮機51の運転を再開した時、製氷皿20の内面に凍結が発生している可能性がある。そこで、圧縮機51の運転を再開した後、一定時間だけヒータ31に「急加熱」の通電を行い、製氷皿20の内面に凍結が発生していたらそれを融解する。これにより、ヒータ31への通電が断続するにもかかわらず、透明氷の生成を連続的に行うことができる。
ステップ#107では、サーミスタ25の測定する温度が所定温度まで降下したかどうかを制御部50がチェックする。所定温度、例えばマイナス9℃まで降下したら製氷は完了したと判断し、ステップ#108に進む。
制御部50は、ステップ#108でヒータ31への通電を停止する。一定時間が経過したら、透明氷の生成が確実になったと判断し、ステップ#109に進む。
ステップ#109では、制御部50は離氷装置24に製氷皿20の反転動作を行わせる。離氷装置24が支持軸22まわりに製氷皿20を回転させて行くと、上下反転が完了する少し手前の段階で、突起48が製氷皿ケーシング12に形成された図示しないストッパに当たる。離氷装置24はこれ以後も所定角度だけ製氷皿20を回転させ続けるので、製氷皿20はねじられて変形する。前述の通り、風防板45とカバー34の間には、製氷皿20がねじられても相互接触を生じないだけの隙間47が設けられているので、カバー34の縁と風防板45がこすれ合ってきしみ音を立てたり、摩耗させ合ったりすることはない。
製氷皿20がねじられると、製氷セル21の中の氷は押し出され、製氷室4内に置かれた図示しない氷容器に落下する。離氷後、離氷装置24は製氷皿20を逆方向に回転させ、製氷皿20を元の向きに戻す。これにより、1サイクルの製氷作業が終了する。氷容器内の氷量がまだ十分でないことを氷量センサ55が告げていれば、引き続き次サイクルの製氷作業が開始される。氷容器内に氷が十分存在することを氷量センサ55が告げていれば、製氷装置10は休止期間に入る。
製氷装置10を、図9のフローチャートのように動作させることもできる。図9のフローチャートにおいて、ステップ#108´以外のステップは図8のフローチャートと同じである。ステップ#108´では、サーミスタ25の測定温度が所定温度に降下した後、制御部50が直ちにヒータ31への通電を停止するのでなく、ヒータ31への通電電流を徐々に減少させて通電停止に至らしめる。
各製氷セル21の温度は、必ずしも全てがサーミスタ25の測定温度に一致している訳ではない。サーミスタ25の測定温度が所定温度に降下したとしても、一部の製氷セル21はそこまで温度が降下しておらず、未凍結の水が残っていることもある。サーミスタ25の測定温度が所定温度に降下したのを契機に一挙にヒータ31への通電を停止するのでなく、通電電流を徐々に減少させて通電停止に至らしめる処理を行うことにより、水が未凍結で残るのを防ぐことができる。
制御部50は、以下のようにも動作する。
制御部50は、製氷室4の室内温度または製氷室4に吹き込まれる冷気温度が所定値以上であるときはヒータ31への通電電流を低レベルとする。一例として、デフォルトの設定温度をマイナス18℃とし、温度がマイナス18℃よりも高ければヒータ31への通電電流を低レベルとする。温度がマイナス18℃以下であればヒータ31への通電電流を通常レベルとする。
このように、凍結の進行を制御するのに必要な熱量分だけヒータ31に通電することにより、製氷工程を最適化することができる。
制御部50は、外気温が低いときに冷蔵室温度が比較的高めに設定されているときは、圧縮機51の回転数と、送風機52の回転数を低下させる。
外気温が低いときに冷蔵室温度が比較的高めに設定されていると、通常は圧縮機51の運転時間が短くなり、製氷皿20に冷気が当たる時間が短くなって、製氷時間が伸びる。圧縮機51の回転数と送風機52の回転数をいずれも低下させることにより、圧縮機51の運転時間が伸び、製氷時間を短縮することができる。
本発明の特徴は、冷気吐出口13の構造にある。図2に示すように、冷気吐出口13は上下に2分割され、上の部分は、製氷皿20の、冷気吐出口13から見て遠方部分を指向する遠方用吐出口13aとなっている。下の部分は、製氷皿20の、冷気吐出口13から見て近傍部分を指向する近傍用吐出口13bとなっている。
遠方用吐出口13aからの吐出風量は、近傍用吐出口13bからの吐出風量よりも小に設定されている。これは、例えば、遠方用吐出口13aよりも近傍用吐出口13bを大きくすることで実現できる。
このように、遠方用吐出口13aと近傍用吐出口13bを設けることにより、製氷皿20の特定の製氷セル21に冷気が集中するということがなく、各製氷セル21とも均等に凍結を進めることができる。
また、仮に近傍用吐出口13bしか存在しなければ、製氷皿20の冷気吐出口近傍部位のみが強力に冷却されることになり、遠方部位との間に大きな温度差が生じる。しかしながら、遠方用吐出口13aが存在することから、遠方用吐出口13aからの風量の小さい冷気が補助冷気として遠方部位の冷却を補う。その結果、製氷セル21間の温度のバラつきが抑えられ、各製氷セル21において凍結が均等に進むから、ヒータ31で容易に凍結速度を制御でき、氷の透明度を上げることが可能となる。
本実施形態では冷気吐出口13を上下に2分割したが、分割数はこれに限定される訳ではない。もっと多くてもよい。また、冷気吐出口13を上下方向にではなく、左右方向に分割して、例えば左の部分を遠方用吐出口とし、右の部分を近傍用吐出口とするといった構成も可能である。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
本発明は冷凍冷蔵庫の製氷装置に広く利用可能である。
1 冷凍冷蔵庫
4 製氷室
10 製氷装置
11 ダクト
13 冷気吐出口
13a 遠方用吐出口
13b 近傍用吐出口
20 製氷皿
21 製氷セル
24 離氷装置
25 サーミスタ
31 ヒータ
34 カバー
45 風防板
50 制御部
51 圧縮機
52 送風機
53 給水装置

Claims (2)

  1. 製氷室に配置され、当該製氷室内に吹き込まれる冷気により製氷を行う製氷皿と、前記製氷皿内の温度を測定するサーミスタと、前記製氷皿を下から加熱するヒータと、前記サーミスタによる測定温度を判断材料として冷凍サイクルの運転制御と前記ヒータの通電制御を行う制御部とを備えた冷凍冷蔵庫の製氷装置において、
    前記制御部は、前記製氷皿への給水後、前記ヒータに通電して凍結の進行を制御するものであり、
    前記製氷室の冷気吐出口は、前記製氷皿の、当該冷気吐出口から見て遠方部分を指向する遠方用吐出口と、前記製氷皿の、当該冷気吐出口から見て近傍部分を指向する近傍用吐出口を含むことを特徴とする冷凍冷蔵庫の製氷装置。
  2. 前記遠方用吐出口からの吐出風量が、前記近傍用吐出口からの吐出風量よりも小に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の冷凍冷蔵庫の製氷装置。
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