JP2012032110A - 冷媒回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外気温度に関係なく良好に加熱単独運転が可能な冷媒回路装置を提供すること。
【解決手段】庫内熱交換器２４、圧縮機２１、庫外熱交換器２２を冷媒配管２５で接続した主経路２０と、高圧導入バルブ３２１，３２２の開成により圧縮機２１で圧縮した冷媒を導入して所定の庫内熱交換器２４に供給する高圧冷媒導入経路３０と、庫内熱交換器２４で凝縮した冷媒を加熱側熱交換器４２に供給する放熱経路４０と、加熱側熱交換器４２で放熱した冷媒を主経路２０に戻す戻経路５０とを備え、庫外熱交換器２２と加熱側熱交換器４２とが、それぞれを通過する冷媒が互いに熱交換可能な態様で配設してあり、バイパスバルブ６２１が開成して加熱側熱交換器４２で放熱した冷媒を導入して庫外熱交換器２２に供給するバイパス経路６０と、帰還バルブ７２が開成することにより庫外熱交換器２２で蒸発させた冷媒を圧縮機２１に帰還させる帰還経路７０とを備えたものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷媒回路装置に関し、より詳細には、ヒートポンプ機能を有する冷媒回路を備えた冷媒回路装置に関する。

従来、ヒートポンプ機能を有する冷媒回路を備えた冷媒回路装置として次のようなものが知られている。すなわち、主経路と、高圧冷媒導入経路と、放熱経路と、戻経路とを有する冷媒回路を備えたものである。

主経路は、庫内熱交換器、圧縮機、庫外熱交換器及び膨張機構が冷媒配管で順次接続されて環状に構成されている。庫内熱交換器は、対象となる室の内部に配設されている。圧縮機は、庫内熱交換器を通過した冷媒を吸引し、吸引した冷媒を圧縮して高温高圧の状態にして吐出するものである。庫外熱交換器は、圧縮機で圧縮した冷媒を導入して凝縮させるものである。膨張機構は、庫外熱交換器で凝縮した冷媒を減圧して断熱膨張させるものである。

このような主経路においては、圧縮機で圧縮された冷媒が庫外熱交換器で凝縮し、凝縮した冷媒が膨張機構で断熱膨張され、庫内熱交換器で蒸発する。この庫内熱交換器で蒸発した冷媒は、圧縮機により吸引されて再び圧縮されて循環することになる。これにより庫内熱交換器が配設された室の内部空気は冷却されることになる。

高圧冷媒導入経路は、圧縮機で圧縮した冷媒を導入し、主経路を構成する庫内熱交換器のうち加熱対象となる室に配設されたものに供給することにより該庫内熱交換器で冷媒を凝縮させるものである。これにより該庫内熱交換器が配設された室の内部空気は加熱されることになる。

放熱経路は、庫内熱交換器で凝縮した冷媒を導入して、主経路を構成する庫外熱交換器に供給するものである。これにより庫外熱交換器では、通過する冷媒が周囲空気と熱交換を行って蒸発することになる。

戻経路は、庫外熱交換器で蒸発した冷媒を導入して、圧縮機に送出させる態様で主経路に戻すものである。これにより戻経路を通過した冷媒は、主経路に至り、その後に圧縮機に送出されることになる。

このような構成を有する冷媒回路装置においては、すべての室の内部空気を冷却する場合には、主経路のみに冷媒を循環させればよく、一方、すべての室の内部空気を加熱する場合には、圧縮機で圧縮した冷媒を、高圧冷媒導入経路、放熱経路及び戻経路の順に通過させて圧縮機に戻すよう循環させればよい（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３０４３９７号公報

ところで、上述したような冷媒回路装置においては、対象となる室の内部空気を加熱する加熱単独運転が可能であるが、かかる加熱単独運転を行う場合には、庫外熱交換器を蒸発器として利用することとなる。庫外熱交換器を蒸発器として利用するには、庫外熱交換器の周囲空気の温度が十分に高いことが必要となる。

しかしながら、対象となる室の内部空気を加熱する場合は、外気温度が低い環境下にあるのが一般的であり、これにより庫外熱交換器で冷媒を十分に蒸発させることができず、この結果、庫内熱交換器で冷媒を良好に凝縮させることが困難になる虞れがあり、良好に加熱単独運転を行うことができないことがあった。

本発明は、上記実情に鑑みて、外気温度に関係なく良好に加熱単独運転が可能な冷媒回路装置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、本発明の請求項１に係る冷媒回路装置は、対象室の内部に配設された庫内熱交換器と、前記庫内熱交換器を通過した冷媒を吸引して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮した冷媒を凝縮させる庫外熱交換器とを冷媒配管で順次接続して構成した主経路と、自身に設けられた導入バルブが開成することにより前記圧縮機で圧縮した冷媒を導入し、かつ前記庫内熱交換器のうち加熱対象となる室に配設されたものに供給することにより、該庫内熱交換器で冷媒を凝縮させる高圧冷媒導入経路と、庫内熱交換器で凝縮した冷媒を導入して加熱側熱交換器に供給し、該加熱側熱交換器にて該冷媒を放熱させる放熱経路と、加熱側熱交換器で放熱した冷媒を導入し、前記主経路の庫内熱交換器の上流側に戻す戻経路と、前記主経路における庫内熱交換器の上流側に開度変更が可能となる態様でそれぞれ設けられ、前記庫外熱交換器及び前記加熱側熱交換器のいずれかを通過した冷媒を断熱膨張させる膨張機構とを備えた冷媒回路装置において、前記庫外熱交換器と前記加熱側熱交換器とがそれぞれを通過する冷媒が互いに熱交換可能な態様で配設してあり、自身に設けられたバイパスバルブが開成して前記加熱側熱交換器で放熱した冷媒を導入し、前記庫外熱交換器に該冷媒を低圧冷媒として供給することにより庫外熱交換器で蒸発させるバイパス経路と、自身に設けられた帰還バルブが開成することにより前記庫外熱交換器で蒸発させた冷媒を導入し、前記圧縮機に帰還させる帰還経路と、複数の庫内熱交換器が自身を通過する冷媒を周囲空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器として機能する冷却運転を行う場合に、これら蒸発器として機能する庫内熱交換器が配設された室の温度勾配に基づいて算出した各庫内熱交換器の稼働終了までの稼働可能時間を比較し、稼働可能時間が相対的に長い庫内熱交換器の過熱度目標値を減算させて更新し、該庫内熱交換器の上流側の膨張機構の開度を更新した過熱度目標値に一致させるよう制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る冷媒回路装置は、上述した請求項１において、前記制御手段は、前回の冷却運転時における蒸発器として機能する各庫内熱交換器の稼働時間を比較し、稼働時間が相対的に長い庫内熱交換器の過熱度目標値を減算させて更新し、該庫内熱交換器の上流側の膨張機構の開度を更新した過熱度目標値に一致させるよう制御することを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る冷媒回路装置は、上述した請求項１又は請求項２において、前記制御手段は、前記室のいずれか一つの室内温度が予め決められたオン温度に達したら場合には前記圧縮機を駆動させる一方、前記室内温度が予め決められたオフ温度に達した場合には前記圧縮機を駆動停止させることを特徴とする。

本発明の冷媒回路装置によれば、庫外熱交換器と加熱側熱交換器とが、それぞれを通過する冷媒が互いに熱交換可能な態様で配設してあり、バイパス経路が、自身に設けられたバイパスバルブが開成して加熱側熱交換器で放熱した冷媒を導入し、庫外熱交換器に該冷媒を低圧冷媒として供給することにより庫外熱交換器で蒸発させ、帰還経路が、自身に設けられた帰還バルブが開成することにより庫外熱交換器で蒸発させた冷媒を導入し、圧縮機に帰還させるので、加熱側熱交換器を通過する冷媒と庫外熱交換器を通過する冷媒との間での熱交換を行うことができ、これにより外気温度に関係なく良好に加熱単独運転を行うことができ、消費電力量の低減化を図ることができるという効果を奏する。

また、本発明の冷媒回路装置によれば、制御手段が、複数の庫内熱交換器が自身を通過する冷媒を周囲空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器として機能する冷却運転を行う場合に、これら蒸発器として機能する庫内熱交換器が配設された室の温度勾配に基づいて算出した各庫内熱交換器の稼働終了までの稼働可能時間を比較し、稼働可能時間が相対的に長い庫内熱交換器の過熱度目標値を減算させて更新し、該庫内熱交換器の上流側の膨張機構の開度を更新した過熱度目標値に一致させるよう制御するので、各室における庫内熱交換器の稼働時間を一致させることが可能になり、これにより圧縮機等の駆動時間を最小限にすることができ、消費電力量の低減化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態である冷媒回路装置が適用された自動販売機の内部構造を正面から見た場合を示す断面図である。 図２は、図１に示した自動販売機の内部構造を示すものであり、右側の商品収容庫の断面側面図である。 図３は、図１及び図２に示した自動販売機に適用された冷媒回路装置を概念的に示す概念図である。 図４は、図３に示した冷媒回路装置の制御系を模式的に示すブロック図である。 図５は、図３に示した膨張機構の開度の制御を説明するブロック図である。 図６は、図３に示した冷媒回路装置においてＣＣＣ運転をする場合の冷媒の流れを示す概念図である。 図７は、図３に示した冷媒回路装置においてＨＣＣ運転をする場合の冷媒の流れを示す概念図である。 図８は、図３に示した冷媒回路装置において加熱単独運転をする場合の冷媒の流れを示す概念図である。 図９は、図４に示したコントローラ（圧縮機制御部）が実行する圧縮機駆動処理の処理内容を示すフローチャートである。 図１０は、図４に示したコントローラ（過熱度目標値更新処理部）が実行する過熱度目標値更新処理の処理内容を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る冷媒回路装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である冷媒回路装置が適用された自動販売機の内部構造を正面から見た場合を示す断面図である。ここで例示する自動販売機は、本体キャビネット１を備えている。

本体キャビネット１は、前面が開口した直方状の形態を成すものである。この本体キャビネット１には、その内部に例えば２つの断熱仕切板２によって仕切られた３つの独立した商品収容庫３が左右に並んだ態様で設けてある。この商品収容庫３は、缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の商品を所望の温度に維持した状態で収容するためのもので、断熱構造を有している。

図２は、図１に示した自動販売機の内部構造を示すものであり、右側の商品収容庫３の断面側面図である。尚、ここでは右側の商品収容庫３（以下、適宜右庫３ａとも称する）の内部構造について示すが、中央の商品収容庫３（以下、適宜中庫３ｂとも称する）及び左側の商品収容庫３（以下、適宜左庫３ｃとも称する）の内部構造も右庫３ａと略同じような構成である。尚、本明細書における右側とは、自動販売機を正面から見た場合の右方を示し、左側とは、自動販売機を正面から見た場合の左方を示す。

かかる図２に示すように、本体キャビネット１の前面には、外扉４及び内扉５が設けてある。外扉４は、本体キャビネット１の前面開口を開閉するためのものであり、内扉５は、商品収容庫３の前面を開閉するためのものである。この内扉５は、上下に分割してあり、上側の扉５ａは商品を補充する際に開閉するものである。

上記商品収容庫３には、商品収納ラック６、搬出機構７及び搬出シュータ８が設けてある。商品収納ラック６は、商品を上下方向に沿って並ぶ態様で収納するためのものである。搬出機構７は、商品収納ラック６の下部に設けてあり、この商品収納ラック６に収納された商品群の最下位にある商品を１つずつ搬出するためのものである。搬出シュータ８は、搬出機構７から搬出された商品を外扉４に設けられた商品取出口４ａに導くためのものである。

図３は、図１及び図２に示した自動販売機に適用された冷媒回路装置を概念的に示す概念図であり、図４は、図３に示した冷媒回路装置の制御系を模式的に示すブロック図である。ここで例示する冷媒回路装置は、主経路２０、高圧冷媒導入経路３０、放熱経路４０及び戻経路５０からなる冷媒回路１０を備えて構成してある。冷媒回路１０は、内部に冷媒（例えばＲ１３４ａ）が封入されている。

主経路２０は、圧縮機２１、庫外熱交換器２２及び庫内熱交換器２４を冷媒配管２５にて順次接続して構成してある。

圧縮機２１は、図２にも示すように機械室９に配設してある。機械室９は、本体キャビネット１の内部であって商品収容庫３と区画され、かつ商品収容庫３の下方側の室である。この圧縮機２１は、吸引口を通じて冷媒を吸引し、吸引した冷媒を圧縮して高温高圧の状態（高温高圧冷媒）にして吐出口より吐出するものである。

庫外熱交換器２２は、図２にも示すように圧縮機２１と同様に機械室９に配設してある。この庫外熱交換器２２は、圧縮機２１で圧縮された冷媒が通過する場合には、該冷媒を凝縮させるものである。

この庫外熱交換器２２と圧縮機２１とを接続する冷媒配管２５には、三方弁２６１が設けてある。かかる三方弁２６１については後述する。

庫内熱交換器２４は、複数（図示の例では３つ）設けてあり、各商品収容庫３の内部低域であって、背面ダクトＤ（図２参照）の前面側に配設してある。これら庫内熱交換器２４と庫外熱交換器２２とを接続する冷媒配管２５は、その途中の第１分岐点Ｐ１で３つに分岐して、右庫３ａに配設された庫内熱交換器２４（以下、右庫内熱交換器２４ａとも称する）の入口側に、中庫３ｂに配設された庫内熱交換器２４（以下、中庫内熱交換器２４ｂとも称する）の入口側に、左庫３ｃの内部に配設された庫内熱交換器２４（以下、左庫内熱交換器２４ｃとも称する）の入口側にそれぞれ接続してある。

また、この冷媒配管２５においては、第１分岐点Ｐ１から右庫内熱交換器２４ａ、中庫内熱交換器２４ｂ及び左庫内熱交換器２４ｃのそれぞれに至る途中に膨張機構２３１，２３２，２３３が設けてある。膨張機構２３１，２３２，２３３は、後述するコントローラ８０から与えられる指令に応じて開度を個別に調整することができる流量可変のものであり、全閉状態となることも可能である。かかる膨張機構２３１，２３２，２３３は、通過する冷媒を減圧して断熱膨張させるものである。

上記庫内熱交換器２４の出口側に接続された冷媒配管２５は、途中の第１合流点Ｐ２で合流し、アキュムレータ２７を介して圧縮機２１に接続している。ここでアキュムレータ２７は、通過する冷媒が気液混合冷媒である場合に、液相冷媒を貯留して気相冷媒を通過させる気液分離手段である。尚、中庫内熱交換器２４ｂ及び左庫内熱交換器２４ｃの出口側から第１合流点Ｐ２に至る冷媒配管２５の途中には出口側低圧電磁弁２６２ｂ，２６２ｃが配設してある。かかる出口側低圧電磁弁２６２ｂ，２６２ｃは、開閉可能な弁体であり、コントローラ８０から開指令が与えられた場合には開成して冷媒の通過を許容する一方、閉指令が与えられた場合には閉成して冷媒の通過を規制するものである。

このような主経路２０において、図３中の符号２８及び２９１は、内部熱交換器及びリリーフバルブである。内部熱交換器２８は、高圧冷媒と低圧冷媒との間で熱交換させるものである。リリーフバルブ２９１は、圧縮機２１から三方弁２６１に至る冷媒配管２５の途中と、三方弁２６１から庫外熱交換器２２に至る冷媒配管２５の途中とを接続するリリーフ配管２９の途中に設けてある。このリリーフバルブ２９１は、常態においては閉成しているが、圧縮機２１の吐出側の圧力が予め決められた大きさを超える場合に開成して高圧冷媒の通過を許容するものである。

高圧冷媒導入経路３０は、三方弁２６１に連結され、その途中で分岐して、一方が中庫内熱交換器２４ｂの入口側の冷媒配管２５に、他方が左庫内熱交換器２４ｃの入口側の冷媒配管２５にそれぞれ合流する高圧冷媒導入配管３１により構成された経路である。この高圧冷媒導入経路３０は、圧縮機２１で圧縮された冷媒（高圧冷媒）を導入する経路である。

ここで三方弁２６１は、圧縮機２１で圧縮した冷媒を庫外熱交換器２２へ送出する第１送出状態と、圧縮機２１で圧縮した冷媒を高圧冷媒導入経路３０へ送出する第２送出状態との間で択一的に切り換え可能な切換バルブである。かかる三方弁２６１の切換動作は、コントローラ８０から与えられる指令に応じて行われる。

上記高圧冷媒導入配管３１においては、分岐個所の下流側にそれぞれ高圧導入バルブ３２１，３２２が設けてある。高圧導入バルブ３２１，３２２は、開閉可能な弁体であり、コントローラ８０から開指令が与えられた場合には開成して冷媒の通過を許容する一方、閉指令が与えられた場合には閉成して冷媒の通過を規制するものである。

つまり、中庫内熱交換器２４ｂ及び左庫内熱交換器２４ｃは、高圧冷媒導入経路３０を通じて圧縮機２１で圧縮された冷媒が供給された場合には、通過する冷媒を凝縮させて対象となる商品収容庫３（中庫３ｂ、左庫３ｃ）の内部空気を加熱するものである。

放熱経路４０は、中庫内熱交換器２４ｂ及び左庫内熱交換器２４ｃの出口側に接続された冷媒配管２５のそれぞれの途中で分岐され、第２合流点Ｐ３で合流し、庫外熱交換器２２に隣接する態様で配設された加熱側熱交換器４２の入口側に接続された放熱配管４１により構成された経路である。この放熱経路４０は、中庫内熱交換器２４ｂ及び左庫内熱交換器２４ｃの少なくとも一方で凝縮した冷媒を加熱側熱交換器４２に供給するためのものである。

加熱側熱交換器４２は、上記庫外熱交換器２２との間で、それぞれを通過する冷媒が互いに熱交換可能な態様で配設してあり、庫外熱交換器２２を通過する冷媒との間で熱交換させる他、自身を通過する冷媒と周囲空気との間で熱交換させて、該冷媒を放熱させるものである。すなわち、放熱経路４０は、庫内熱交換器２４で凝縮した冷媒を導入して加熱側熱交換器４２に送出し、該加熱側熱交換器４２にて該冷媒を放熱させるものである。

このような放熱経路４０を構成する放熱配管４１の途中、すなわち中庫内熱交換器２４ｂ及び左庫内熱交換器２４ｃの出口側に接続された冷媒配管２５との分岐点から第２合流点Ｐ３に至る途中に、それぞれ逆止弁４３１，４３２が設けてある。

戻経路５０は、加熱側熱交換器４２の出口側に接続され、かつ主経路２０を構成する冷媒配管２５、すなわち庫外熱交換器２２と第１分岐点Ｐ１（図示の例では内部熱交換器２８）との間の冷媒配管２５の第３合流点Ｐ４に接続する戻配管５１により構成されたものである。この戻経路５０は、加熱側熱交換器４２で放熱した冷媒を導入し、主経路２０の庫内熱交換器２４の上流側に戻すためのものである。

また、図３に示すように、庫外熱交換器２２と第３合流点Ｐ４との間の冷媒配管２５、並びに戻配管５１の途中には逆止弁２６３，５２が設けてある。

以上のような構成を有する冷媒回路１０においては、上記構成の他に、バイパス経路６０、帰還経路７０、入口冷媒温度センサＳ１、出口冷媒温度センサＳ２、庫内温度センサＳ３及びコントローラ８０を備えている。

バイパス経路６０は、第１分岐点Ｐ１から右庫内熱交換器２４ａの上流側に配設された膨張機構２３１に至る冷媒配管２５の途中の第２分岐点Ｐ５から分岐し、庫外熱交換器２２と第３合流点Ｐ４（図示の例では逆止弁２６３）との間の冷媒配管２５の途中の第４合流点Ｐ６に合流する態様で設けられたバイパス配管６１により構成してある。このようなバイパス配管６１には、バイパスバルブ６２１及び膨張ユニット６２２が設けてある。

バイパスバルブ６２１は、開閉可能な弁体であり、コントローラ８０から開指令が与えられた場合には開成して冷媒の通過を許容する一方、閉指令が与えられた場合には閉成して冷媒の通過を規制するものである。

膨張ユニット６２２は、バイパスバルブ６２１と第４合流点Ｐ６との間に設けてある。この膨張ユニット６２２は、例えばキャピラリーチューブや電子膨張弁等により構成してあり、通過する冷媒を減圧して断熱膨張させるものである。

帰還経路７０は、リリーフ配管２９のうちリリーフバルブ２９１の下流側（庫外熱交換器２２側）の第３分岐点Ｐ７から分岐し、第１合流点Ｐ２（図示の例では内部熱交換器２８）と圧縮機２１の入口側との間の冷媒配管２５の途中の第５合流点Ｐ８に合流する態様で設けられた帰還配管７１により構成してある。このような帰還配管７１には、帰還バルブ７２が設けてある。

帰還バルブ７２は、開閉可能な弁体であり、コントローラ８０から開指令が与えられた場合には開成して冷媒の通過を許容する一方、閉指令が与えられた場合には閉成して冷媒の通過を規制するものである。

入口冷媒温度センサＳ１は、右庫内熱交換器２４ａ、中庫内熱交換器２４ｂ及び左庫内熱交換器２４ｃのそれぞれの入口近傍に配設されている。これら入口冷媒温度センサＳ１は、自身が配設された部位を通過する冷媒の温度を検出するもので、より詳細には、右庫内熱交換器２４ａ、中庫内熱交換器２４ｂ及び左庫内熱交換器２４ｃのそれぞれに供給される冷媒の温度を検出する検出手段である。

出口冷媒温度センサＳ２は、右庫内熱交換器２４ａ、中庫内熱交換器２４ｂ及び左庫内熱交換器２４ｃのそれぞれの出口近傍に配設されている。これら出口冷媒温度センサＳ２は、自身が配設された部位を通過する冷媒の温度を検出するもので、より詳細には、右庫内熱交換器２４ａ、中庫内熱交換器２４ｂ及び左庫内熱交換器２４ｃのそれぞれから吐出される冷媒の温度を検出する検出手段である。

庫内温度センサＳ３は、各商品収容庫３の内部に配設されている。これら庫内温度センサＳ３は、自身が配設された商品収容庫３の内部温度（庫内温度）を検出する検出手段である。

これら入口冷媒温度センサＳ１、出口冷媒温度センサＳ２及び庫内温度センサＳ３で検出された冷媒温度は、検出信号としてコントローラ８０に与えられる。

コントローラ８０は、メモリ８０Ｍに記憶されたプログラムやデータに従って、あるいは図示せぬ自販機制御部からの指令に従って冷媒回路装置の動作を統括的に制御するものである。ここで、自販機制御部は、冷媒回路装置が適用される自動販売機の動作を統括的に制御するものである。

メモリ８０Ｍには、種々の情報が記憶されており、本実施の形態における特徴的なものとしては、各商品収容庫３のオン温度（例えば５℃）及びオフ温度（例えば０℃）、目標過熱度の初期値、過熱度目標値、目標過熱度の設定範囲（例えば３〜１０℃）が記憶されている。また、メモリ８０Ｍには、各センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３から与えられた検出結果、各商品収容庫３の冷却運転時間が一時的に記憶されるようになっている。

このようなコントローラ８０は、種々の制御部を備えているが、本実施の形態における特徴的な制御回路として、圧縮機制御部８２、膨張機構制御部８４及び過熱度目標値更新処理部８６を備えている。

圧縮機制御部８２は、圧縮機２１の駆動を制御するもので、温度比較部８２１及び駆動処理部８２２を備えている。温度比較部８２１は、庫内温度センサＳ３から与えられた検出信号に含まれる検出結果（庫内温度）と、オン温度若しくはオフ温度とを比較するものである。駆動処理部８２２は、温度比較部８２１を通じての比較結果に応じて圧縮機２１を駆動若しくは駆動停止させるものである。

膨張機構制御部８４は、各膨張機構２３１，２３２，２３３の開度を個別に制御するものである。膨張機構制御部８４は、図５に示すように、過熱度目標値に基づいて対象となる膨張機構２３１，２３２，２３３の開度を設定し、該膨張機構２３１，２３２，２３３の下流側に位置する庫内熱交換器２４に流れる冷媒流量を制御するものである。より詳細には、膨張機構制御部８４は、庫内熱交換器２４の出口冷媒温度センサＳ２の検出した冷媒温度から入口冷媒温度センサＳ１の検出した冷媒温度を差し引いた温度差として定義される過熱度を計測し、計測した過熱度がメモリ８０Ｍに記憶された過熱度目標値に一致するようフィードバック制御を行うものである。このように膨張機構制御部８４は、各庫内熱交換器２４の過熱度を計測しその計測結果に応じて各膨張機構２３１，２３２，２３３の開度を個別に制御するものである。

過熱度目標値更新処理部８６は、膨張機構制御部８４が各膨張機構２３１，２３２，２３３の開度を制御する際の指標となる過熱度目標値を更新するものであり、算出部８６１、時間比較部８６２及び目標値設定部８６３を備えている。

算出部８６１は、対象となる商品収容庫３の庫内温度における一定時間毎の検出結果から温度勾配、すなわち庫内温度低下速度を測定し、これにより当該商品収容庫３の庫内温度がオフ温度に達するまでの時間、すなわち該商品収容庫３に配設された庫内熱交換器２４の稼働終了までの稼働可能時間を算出するものである。時間比較部８６２は、算出部８６１を通じて算出された各稼働可能時間を比較するものである。

目標値設定部８６３は、時間比較部８６２による比較結果に応じて過熱度目標値を設定するものである。より詳細には、目標値設定部８６３は、時間比較部８６２の比較結果により、稼働可能時間が相対的に長い庫内熱交換器２４の過熱度目標値を予め決められた大きさ（例えば１℃）だけ減算させて設定するものである。新たに設定された過熱度目標値は、メモリ８０Ｍに記憶されることになる。

以上のような構成を有する冷媒回路装置は、次のようにして商品収容庫３に収容された商品を冷却、あるいは加熱する。

まず、ＣＣＣ運転（すべての商品収容庫３の内部空気を冷却する運転）を行う場合について説明する。この場合、コントローラ８０は、三方弁２６１を第１送出状態にさせ、高圧導入バルブ３２１，３２２、バイパスバルブ６２１及び帰還バルブ７２に閉指令を与え、出口側低圧電磁弁２６２ｂ，２６２ｃに対して開指令を与える。また、コントローラ８０は、膨張機構２３１，２３２，２３３の開度を所定の大きさに設定する。これにより圧縮機２１で圧縮された冷媒は、図６に示すように循環する。

すなわち、圧縮機２１で圧縮された冷媒は、第１送出状態にある三方弁２６１を経由して庫外熱交換器２２に至る。庫外熱交換器２２に至った冷媒は、該庫外熱交換器２２を通過中に、周囲空気（外気）に放熱して凝縮する。庫外熱交換器２２で凝縮した冷媒は、第１分岐点Ｐ１で３つに分岐した後、膨張機構２３１，２３２，２３３でそれぞれ断熱膨張し、右庫内熱交換器２４ａ、中庫内熱交換器２４ｂ及び左庫内熱交換器２４ｃに至り、各庫内熱交換器２４で蒸発して商品収容庫３の内部空気から熱を奪い、該内部空気を冷却する。冷却された内部空気は、各庫内送風ファンＦ１の駆動により内部を循環し、これにより各商品収容庫３に収容された商品は、循環する内部空気に冷却される。各庫内熱交換器２４で蒸発した冷媒は、第１合流点Ｐ２で合流した後、圧縮機２１に吸引され、圧縮機２１に圧縮されて上述した循環を繰り返す。

次に、ＨＣＣ運転（左庫３ｃの内部空気を加熱し、かつ右庫３ａ及び中庫３ｂの内部空気を冷却する運転）を行う場合について説明する。この場合、コントローラ８０は、三方弁２６１を第２送出状態にさせ、出口側低圧電磁弁２６２ｃ、高圧導入バルブ３２１、バイパスバルブ６２１及び帰還バルブ７２に対して閉指令を与え、出口側低圧電磁弁２６２ｂ、高圧導入バルブ３２２に対して開指令を与える。また、コントローラ８０は、膨張機構２３３を全閉状態に設定し、膨張機構２３１，２３２の開度を所定の大きさに設定する。これにより圧縮機２１で圧縮された冷媒は、図７に示すように循環する。

すなわち、圧縮機２１で圧縮された冷媒は、第２送出状態にある三方弁２６１を経由して高圧冷媒導入配管３１を通過し、左庫内熱交換器２４ｃに至る。左庫内熱交換器２４ｃに至った冷媒は、該左庫内熱交換器２４ｃを通過中に、左庫３ｃの内部空気とそれぞれ熱交換し、該内部空気に放熱して凝縮する。これにより、左庫３ｃの内部空気を加熱する。加熱された内部空気は、庫内送風ファンＦ１の駆動により、左庫３ｃの内部を循環し、これにより左庫３ｃに収容された商品は、循環する内部空気に加熱される。

左庫内熱交換器２４ｃで凝縮した冷媒は、放熱経路４０を構成する放熱配管４１を通過して加熱側熱交換器４２に至り、該加熱側熱交換器４２で周囲空気に放熱する。加熱側熱交換器４２で放熱した冷媒は、戻配管５１を通過して第３合流点Ｐ４より主経路２０に流入し、膨張機構２３１，２３２でそれぞれ断熱膨張して右庫内熱交換器２４ａ及び中庫内熱交換器２４ｂに至り、これら右庫内熱交換器２４ａ及び中庫内熱交換器２４ｂで蒸発して右庫３ａ及び中庫３ｂの内部空気からそれぞれ熱を奪い、該内部空気を冷却する。冷却された内部空気は、庫内送風ファンＦ１の駆動により右庫３ａ及び中庫３ｂのそれぞれの内部を循環し、これにより右庫３ａ及び中庫３ｂに収容された商品は冷却される。右庫内熱交換器２４ａ及び中庫内熱交換器２４ｂで蒸発した冷媒は、圧縮機２１に吸引され、圧縮機２１に圧縮されて上述した循環を繰り返す。

更に、加熱単独運転（ここでは左庫３ｃのみの内部空気を加熱する運転）を行う場合について説明する。この場合、コントローラ８０は、出口側低圧電磁弁２６２ｂ，２６２ｃ及び高圧導入バルブ３２１に対して閉指令を与え、高圧導入バルブ３２２、バイパスバルブ６２１及び帰還バルブ７２に対して開指令を与える。また、コントローラ８０は、膨張機構２３１，２３２，２３３を全閉状態に設定する。これにより圧縮機２１で圧縮された冷媒は、図８に示すように循環する。

すなわち、圧縮機２１で圧縮された冷媒は、第２送出状態にある三方弁２６１を経由して高圧冷媒導入配管３１を通過し、左庫内熱交換器２４ｃに至る。左庫内熱交換器２４ｃに至った冷媒は、該左庫内熱交換器２４ｃを通過中に、左庫３ｃの内部空気と熱交換し、該内部空気に放熱して凝縮する。これにより左庫３ｃの内部空気を加熱する。加熱された内部空気は、庫内送風ファンＦ１の駆動により、左庫３ｃの内部を循環し、これにより左庫３ｃに収容された商品は、循環する内部空気に加熱される。

左庫内熱交換器２４ｃで凝縮した冷媒は、放熱経路４０を構成する放熱配管４１を通過して加熱側熱交換器４２に至り、該加熱側熱交換器４２で放熱する。加熱側熱交換器４２で放熱した冷媒は、戻配管５１を通過して第３合流点Ｐ４より主経路２０に流入し、第１分岐点Ｐ１及び第２分岐点Ｐ５を通過してバイパス経路６０を構成するバイパス配管６１に至る。バイパス配管６１を通過する冷媒は、膨張ユニット６２２で断熱膨張し、断熱膨張した冷媒は、第４合流点Ｐ６を通過して庫外熱交換器２２に至る。庫外熱交換器２２に至った冷媒は、加熱側熱交換器４２を通過する冷媒と熱交換を行うことで該庫外熱交換器２２を通過中に蒸発する。庫外熱交換器２２で蒸発した冷媒は、リリーフ配管２９を経由して、第３分岐点Ｐ７から帰還配管７１に流入し、帰還配管７１を通過する。帰還配管７１を通過した冷媒は、第５合流点Ｐ８を経由してから圧縮機２１に吸引され、圧縮機２１に圧縮されて上述した循環を繰り返す。

このように、バイパス経路６０は、自身に設けられたバイパスバルブ６２１が開成して加熱側熱交換器４２で放熱した冷媒を導入し、庫外熱交換器２２に該冷媒を低圧冷媒として供給することにより庫外熱交換器２２で蒸発させるものであり、帰還経路７０は、自身に設けられた帰還バルブ７２が開成することにより庫外熱交換器２２で蒸発させた冷媒を導入し、圧縮機２１に帰還させるものである。

上述したような冷媒回路装置を構成するコントローラ８０は、上述したＣＣＣ運転やＨＣＣ運転のように複数の庫内熱交換器２４が自身を通過する冷媒を周囲空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器として機能する冷却運転を行う場合、次のような圧縮機駆動処理及び過熱度目標値更新処理を実施する。

図９は、図４に示したコントローラ８０（圧縮機制御部８２）が実行する圧縮機駆動処理の処理内容を示すフローチャートである。

この圧縮機駆動処理においてコントローラ８０の圧縮機制御部８２は、圧縮機２１が駆動中に各庫内温度センサＳ３から庫内温度を入力した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ，ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、温度比較部８２１を通じて検出した庫内温度がオフ温度を下回るものがあるか否かの比較を行う（ステップＳ１０３）。

一つの商品収容庫３でも庫内温度がオフ温度を下回るものがあれば（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、コントローラ８０（圧縮機制御部８２）は、駆動処理部８２２を通じて圧縮機２１を駆動停止させ（ステップＳ１０４）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。これによれば、各商品収容庫３の庫内温度は上昇する方向に推移することになる。

庫内温度がオフ温度を下回るものがなければ（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、コントローラ８０（圧縮機制御部８２）は、圧縮機２１の駆動を維持したままその後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。これによれば、各商品収容庫３の庫内温度は低下する方向に推移することになる。

一方、圧縮機２１が駆動停止中に各庫内温度センサＳ３から庫内温度を入力した場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ，ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、温度比較部８２１を通じて検出した庫内温度がオン温度を上回るものがあるか否かの比較を行う（ステップＳ１０６）。

一つの商品収容庫３でも庫内温度がオン温度を上回るものがあれば（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、コントローラ８０（圧縮機制御部８２）は、駆動処理部８２２を通じて圧縮機２１を駆動させ（ステップＳ１０７）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。これによれば、各商品収容庫３の庫内温度は低下する方向に推移することになる。

庫内温度がオン温度を上回るものがなければ（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、コントローラ８０（圧縮機制御部８２）は、圧縮機２１の駆動停止を維持したままその後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。これによれば、各商品収容庫３の庫内温度は上昇する方向に推移することになる。

このように圧縮機駆動処理は、一つの庫内温度がオン温度を上回れば圧縮機２１を駆動させ、一つの庫内温度がオフ温度を下回れば圧縮機２１を駆動停止させる処理である。

図１０は、図４に示したコントローラ８０（過熱度目標値更新処理部８６）が実行する過熱度目標値更新処理の処理内容を示すフローチャートである。尚、この過熱度目標値更新処理は、上述したＨＣＣ運転が行われている場合に所定のタイムスケジュールで実行されるものとして説明する。

コントローラ８０の過熱度目標値更新処理部８６は、算出部８６１を通じて対象となる庫内熱交換器２４の稼働可能時間、すなわち右庫内熱交換器２４ａの稼働可能時間Ｔ１及び中庫内熱交換器２４ｂの稼働可能時間Ｔ２を算出する（ステップＳ２０１）。これら右庫内熱交換器２４ａの稼働可能時間Ｔ１及び中庫内熱交換器２４ｂの稼働可能時間Ｔ２の算出は次のようにして行われる。

過熱度目標値更新処理部８６は、算出部８６１を通じて対象となる商品収容庫３（右庫３ａ及び中庫３ｂ）の庫内温度における一定時間毎の検出結果から温度勾配、すなわち庫内温度低下速度を測定し、これによりこれら右庫３ａ及び中庫３ｂのそれぞれの庫内温度がオフ温度に達するまでの時間、すなわち稼働可能時間Ｔ１，Ｔ２を算出する。

稼働可能時間Ｔ１，Ｔ２を算出した過熱度目標値更新処理部８６は、時間比較部８６２を通じて稼働可能時間Ｔ１と稼働可能時間Ｔ２とのどちらが長いかの比較を行って、右庫３ａの稼働可能時間Ｔ１の方が中庫３ｂの稼働可能時間Ｔ２よりも長い場合には（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、目標値設定部８６３を通じて右庫内熱交換器２４ａの上流側における膨張機構２３１の過熱度目標値を減算処理する（ステップＳ２０３）。すなわち、過熱度目標値更新処理部８６は、目標値設定部８６３を通じて現状の過熱度目標値から予め決められた大きさの（例えば１℃）だけ減算する。

過熱度目標値の減算処理を行った過熱度目標値更新処理部８６は、目標値設定部８６３を通じてかかる処理後の過熱度目標値がメモリ８０Ｍに記憶された設定範囲内にあるか否かを比較する（ステップＳ２０４）。

減算処理後の過熱度目標値が設定範囲内にあれば（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、過熱度目標値更新処理部８６は、目標値設定部８６３を通じて減算処理後の過熱度目標値を新たな過熱度目標値とする右庫３ａの膨張機構２３１の更新処理を行い（ステップＳ２０５）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

これによれば、更新された過熱度目標値は、メモリ８０Ｍに記憶されることとなり、その後に膨張機構制御部８４による膨張機構２３１の開度制御の指標として用いられることとなる。

減算処理後の過熱度目標値が設定範囲内になければ（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、過熱度目標値更新処理部８６は、目標値設定部８６３を通じて現状の過熱度目標値を維持し（ステップＳ２０６）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

一方、ステップＳ２０１で稼働可能時間Ｔ１，Ｔ２を算出した過熱度目標値更新処理部８６は、時間比較部８６２を通じて稼働可能時間Ｔ１と稼働可能時間Ｔ２とのどちらが長いかの比較を行って、中庫３ｂの稼働可能時間Ｔ２の方が右庫３ａの稼働可能時間Ｔ１よりも長い場合には（ステップＳ２０２：Ｎｏ，ステップＳ２０７：Ｙｅｓ）、目標値設定部８６３を通じて中庫内熱交換器２４ｂの上流側における膨張機構２３２の過熱度目標値を減算処理する（ステップＳ２０８）。すなわち、過熱度目標値更新処理部８６は、目標値設定部８６３を通じて現状の過熱度目標値から予め決められた大きさ（例えば１℃）だけ減算する。

過熱度目標値の減算処理を行った過熱度目標値更新処理部８６は、目標値設定部８６３を通じてかかる処理後の過熱度目標値がメモリ８０Ｍに記憶された設定範囲内にあるか否かを比較する（ステップＳ２０９）。

減算処理後の過熱度目標値が設定範囲内にあれば（ステップＳ２０９：Ｙｅｓ）、過熱度目標値更新処理部８６は、目標値設定部８６３を通じて減算処理後の過熱度目標値を新たな過熱度目標値とする中庫３ｂの膨張機構２３２の更新処理を行い（ステップＳ２１０）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

これによれば、更新された過熱度目標値は、メモリ８０Ｍに記憶されることとなり、その後に膨張機構制御部８４による膨張機構２３２の開度制御の指標として用いられることとなる。

ところで、ステップＳ２０１で稼働可能時間Ｔ１，Ｔ２を算出した過熱度目標値更新処理部８６は、時間比較部８６２を通じて稼働可能時間Ｔ１と稼働可能時間Ｔ２とのどちらが長いかの比較を行ってこれらの長さが等しい場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ，ステップＳ２０７：Ｎｏ）、あるいは上記ステップＳ２０９で減算処理後の過熱度目標値が設定範囲内になければ（ステップＳ２０９：Ｎｏ）、過熱度目標値更新処理部８６は、目標値設定部８６３を通じて現状の過熱度目標値を維持し（ステップＳ２１１）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

以上説明したような本実施の形態である冷媒回路装置によれば、庫外熱交換器２２と加熱側熱交換器４２とが、それぞれを通過する冷媒が互いに熱交換可能な態様で配設してあり、バイパス経路６０が、自身に設けられたバイパスバルブ６２１が開成して加熱側熱交換器４２で放熱した冷媒を導入し、庫外熱交換器２２に該冷媒を低圧冷媒として供給することにより庫外熱交換器２２で蒸発させ、帰還経路７０が、自身に設けられた帰還バルブ７２が開成することにより庫外熱交換器２２で蒸発させた冷媒を導入して圧縮機２１に帰還させるので、加熱側熱交換器４２を通過する冷媒と庫外熱交換器２２を通過する冷媒との間での熱交換を行うことができ、これにより外気温度に関係なく良好に加熱単独運転を行うことができ、消費電力量の低減化を図ることができる。

また、上記冷媒回路装置によれば、コントローラ８０が、複数の庫内熱交換器２４が自身を通過する冷媒を周囲空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器として機能する冷却運転を行う場合に、これら蒸発器として機能する庫内熱交換器２４が配設された商品収容庫３の庫内温度の温度勾配に基づいて算出した稼働可能時間を比較し、稼働可能時間が相対的に長い庫内熱交換器２４の過熱度目標値を減算させて更新し、該庫内熱交換器２４の上流側の膨張機構２３１，２３２，２３３の開度を更新した過熱度目標値に一致させるよう制御するので、各商品収容庫３における庫内熱交換器２４の稼働時間を一致させることが可能になり、これにより圧縮機２１や、庫内送風ファンＦ１及び庫外送風ファンＦ２の駆動時間を最小限にすることができ、消費電力量の低減化を図ることができる。

更に、上記冷媒回路装置によれば、コントローラ８０が、商品収容庫３のいずれか一つの庫内温度が予め決められたオン温度に達したら場合には圧縮機２１を駆動させる一方、庫内温度が予め決められたオフ温度に達した場合には圧縮機２１を駆動停止させるので、これによっても圧縮機２１の駆動時間を最小限にすることができ、消費電力量の低減化を図ることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明これに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。

上述した実施の形態では、商品収容庫３のいずれか一つの庫内温度が予め決められたオン温度に達したら場合には圧縮機２１を駆動させる一方、庫内温度が予め決められたオフ温度に達した場合には圧縮機２１を駆動停止させる圧縮機駆動処理を行っていたが、本発明においては、この圧縮機駆動処理を必ずしも行う必要がない。

そして、このような圧縮機駆動処理を行わない場合において、本発明では、冷却運転中だけでなく、ＨＣＣ運転（冷却運転）が一旦停止した際に過熱度目標値の更新を行い、その後に冷却運転が再開したときの過熱度目標値として用いることもできる。このように冷却運転が一旦停止して過熱度目標値の更新を行う場合には、前回の冷却運転時における蒸発器として機能する各庫内熱交換器２４（右庫３ａ及び中庫３ｂ）の稼働時間を比較し、稼働時間が長い庫内熱交換器２４の過熱度目標値を例えば１℃減算させて更新するようにすればよい。

これによっても圧縮機２１や、庫内送風ファンＦ１及び庫外送風ファンＦ２の駆動時間を最小限にすることができ、消費電力量の低減化を図ることができる。

以上のように、本発明に係る冷媒回路装置は、例えば缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の商品を販売する自動販売機に有用である。

１ 本体キャビネット
１０ 冷媒回路
２０ 主経路
２１ 圧縮機
２２ 庫外熱交換器
２３１ 膨張機構
２３２ 膨張機構
２３３ 膨張機構
２４ 庫内熱交換器
２４ａ 右庫内熱交換器
２４ｂ 中庫内熱交換器
２４ｃ 左庫内熱交換器
２５ 冷媒配管
２６１ 三方弁
２６２ｂ 出口側低圧電磁弁
２６２ｃ 出口側低圧電磁弁
３０ 高圧冷媒導入経路
３１ 高圧冷媒導入配管
３２１ 高圧導入バルブ
３２２ 高圧導入バルブ
４０ 放熱経路
４１ 放熱配管
４２ 加熱側熱交換器
５０ 戻経路
５１ 戻配管
６０ バイパス経路
６１ バイパス配管
６２１ バイパスバルブ
７０ 帰還経路
７１ 帰還配管
７２ 帰還バルブ
８０ コントローラ
８２ 圧縮機制御部
８２１ 温度比較部
８２２ 駆動処理部
８４ 膨張機構制御部
８６ 過熱度目標値更新処理部
８６１ 算出部
８６２ 時間比較部
８６３ 目標値設定部
Ｓ１ 入口冷媒温度センサ
Ｓ２ 出口冷媒温度センサ
Ｓ３ 庫内温度センサ

Claims (3)

1. 対象室の内部に配設された庫内熱交換器と、前記庫内熱交換器を通過した冷媒を吸引して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮した冷媒を凝縮させる庫外熱交換器とを冷媒配管で順次接続して構成した主経路と、
   自身に設けられた導入バルブが開成することにより前記圧縮機で圧縮した冷媒を導入し、かつ前記庫内熱交換器のうち加熱対象となる室に配設されたものに供給することにより、該庫内熱交換器で冷媒を凝縮させる高圧冷媒導入経路と、
   庫内熱交換器で凝縮した冷媒を導入して加熱側熱交換器に供給し、該加熱側熱交換器にて該冷媒を放熱させる放熱経路と、
   加熱側熱交換器で放熱した冷媒を導入し、前記主経路の庫内熱交換器の上流側に戻す戻経路と、
   前記主経路における庫内熱交換器の上流側に開度変更が可能となる態様でそれぞれ設けられ、前記庫外熱交換器及び前記加熱側熱交換器のいずれかを通過した冷媒を断熱膨張させる膨張機構と
   を備えた冷媒回路装置において、
   前記庫外熱交換器と前記加熱側熱交換器とがそれぞれを通過する冷媒が互いに熱交換可能な態様で配設してあり、
   自身に設けられたバイパスバルブが開成して前記加熱側熱交換器で放熱した冷媒を導入し、前記庫外熱交換器に該冷媒を低圧冷媒として供給することにより庫外熱交換器で蒸発させるバイパス経路と、
   自身に設けられた帰還バルブが開成することにより前記庫外熱交換器で蒸発させた冷媒を導入し、前記圧縮機に帰還させる帰還経路と、
   複数の庫内熱交換器が自身を通過する冷媒を周囲空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器として機能する冷却運転を行う場合に、これら蒸発器として機能する庫内熱交換器が配設された室の温度勾配に基づいて算出した各庫内熱交換器の稼働終了までの稼働可能時間を比較し、稼働可能時間が相対的に長い庫内熱交換器の過熱度目標値を減算させて更新し、該庫内熱交換器の上流側の膨張機構の開度を更新した過熱度目標値に一致させるよう制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする冷媒回路装置。
2. 前記制御手段は、前回の冷却運転時における蒸発器として機能する各庫内熱交換器の稼働時間を比較し、稼働時間が相対的に長い庫内熱交換器の過熱度目標値を減算させて更新し、該庫内熱交換器の上流側の膨張機構の開度を更新した過熱度目標値に一致させるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の冷媒回路装置。
3. 前記制御手段は、前記室のいずれか一つの室内温度が予め決められたオン温度に達したら場合には前記圧縮機を駆動させる一方、前記室内温度が予め決められたオフ温度に達した場合には前記圧縮機を駆動停止させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷媒回路装置。

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