JP2016166706A - Heat pump cycle device - Google Patents
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Description
本発明は、ヒートポンプサイクル装置に係わり、詳細には、圧縮機の中間圧力部に液冷媒のインジェクションが行えるヒートポンプサイクル装置に関する。 The present invention relates to a heat pump cycle device, and more particularly to a heat pump cycle device capable of injecting liquid refrigerant into an intermediate pressure portion of a compressor.
従来、ヒートポンプサイクル装置としては、空気調和機が代表的な装置であり、圧縮機の吐出冷媒温度の上昇を抑制するために、圧縮機の中間圧力部に液冷媒をインジェクション(以下、液インジェクションと記載)するインジェクション回路を備えたものが提案されている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, as a heat pump cycle apparatus, an air conditioner is a typical apparatus, and in order to suppress an increase in the refrigerant discharge refrigerant temperature, liquid refrigerant is injected into an intermediate pressure portion of the compressor (hereinafter referred to as liquid injection). A device provided with an injection circuit to be described is proposed (for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示されているヒートポンプサイクル装置の一種であるヒートポンプ式加熱装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とが順次冷媒配管で接続された冷媒回路を備える。この冷媒回路には、凝縮器と蒸発器を接続する冷媒配管と圧縮機の中間圧力部を接続するインジェクション配管と、インジェクション膨張弁を備えたインジェクション回路が設けられている。そして、インジェクション配管の一部が蒸発器に配置され、インジェクション回路を流れる冷媒は蒸発器において外気と熱交換を行なって冷却されている。 A heat pump type heating apparatus, which is a kind of heat pump cycle apparatus disclosed in Patent Document 1, includes a refrigerant circuit in which a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator are sequentially connected by refrigerant piping. The refrigerant circuit includes a refrigerant pipe connecting the condenser and the evaporator, an injection pipe connecting the intermediate pressure portion of the compressor, and an injection circuit including an injection expansion valve. A part of the injection pipe is arranged in the evaporator, and the refrigerant flowing through the injection circuit is cooled by exchanging heat with the outside air in the evaporator.
一方、ヒートポンプサイクル装置の1つであり、ヒートポンプ式温冷水空気調和機やヒートポンプ式給湯装置等、凝縮器が水と冷媒との熱交換を行う水冷媒熱交換器であり、水と冷媒との熱交換により温水を生成するヒートポンプサイクル装置が存在する。このようなヒートポンプサイクル装置においても、圧縮機に液インジェクションを行うために上述したインジェクション回路を設けたものが提案されている。 On the other hand, it is one of the heat pump cycle devices, and is a water-refrigerant heat exchanger in which a condenser performs heat exchange between water and refrigerant, such as a heat pump hot / cold water air conditioner and a heat pump hot water supply device. There is a heat pump cycle device that generates hot water by heat exchange. Also in such a heat pump cycle apparatus, what provided the injection circuit mentioned above in order to perform liquid injection to a compressor is proposed.
上記のようなヒートポンプサイクル装置は、水冷媒熱交換器から流出する水の温度(往き温度)を高くしようとする程圧縮機の回転数を上昇させるために、圧縮機の吐出冷媒温度が上昇する。そして、吐出冷媒温度が圧縮機の吐出冷媒温度の上限値(圧縮機の製造業者が性能を保証できる上限値として定めたもの)を超えると、吐出冷媒温度保護制御が働いて圧縮機が停止する。圧縮機が停止した後、吐出冷媒温度が所定温度(例えば、吐出冷媒温度の上限値よりも5℃低い温度)以下に低下したら、吐出冷媒温度保護制御が解除されて圧縮機は再起動する。圧縮機の回転数が上昇して高回転数になれば、吐出冷媒温度保護制御の実行/解除により、圧縮機の停止/再起動が頻繁に繰り返されて、安定したヒートポンプサイクル装置の運転が行えない恐れがある。 In the heat pump cycle apparatus as described above, the discharge refrigerant temperature of the compressor increases in order to increase the rotation speed of the compressor as the temperature (outward temperature) of the water flowing out of the water-refrigerant heat exchanger increases. . When the discharge refrigerant temperature exceeds the upper limit value of the discharge refrigerant temperature of the compressor (the upper limit value that the compressor manufacturer can guarantee performance), the discharge refrigerant temperature protection control is activated and the compressor stops. . After the compressor stops, when the discharge refrigerant temperature falls below a predetermined temperature (for example, a temperature that is 5 ° C. lower than the upper limit value of the discharge refrigerant temperature), the discharge refrigerant temperature protection control is canceled and the compressor is restarted. If the rotation speed of the compressor rises to a high rotation speed, the stop / restart of the compressor is frequently repeated by executing / releasing the discharge refrigerant temperature protection control, so that the stable heat pump cycle device can be operated. There is no fear.
インジェクション回路を備えたヒートポンプサイクル装置は、インジェクション膨張弁を開いてインジェクション配管に水冷媒熱交換器で凝縮した液冷媒の一部を流し、蒸発器で冷却された冷媒を圧縮機の中間圧力部に注入することによって圧縮機内部を冷却することができる。これにより、圧縮機の吐出冷媒温度上昇を抑制できるので、吐出冷媒温度保護制御の実行/解除によって頻繁に圧縮機が停止/再起動することを防ぎ、ヒートポンプサイクル装置の運転を安定して行える。 A heat pump cycle apparatus equipped with an injection circuit opens an injection expansion valve, causes a part of the liquid refrigerant condensed by the water refrigerant heat exchanger to flow into the injection pipe, and causes the refrigerant cooled by the evaporator to enter the intermediate pressure part of the compressor. By injecting, the inside of the compressor can be cooled. Thereby, since the discharge refrigerant temperature rise of a compressor can be suppressed, it can prevent that a compressor stops and restarts frequently by execution / release of discharge refrigerant temperature protection control, and can perform the operation | movement of a heat pump cycle apparatus stably.
ヒートポンプ式加熱装置において、例えば、貯湯タンクに溜められるお湯を高温(例えば、90℃)にする場合や、断熱性の低い家屋に設置されたラジエターなどの暖房ユニットで必要とされる暖房能力を発揮するために高温のお湯を暖房ユニットに流す場合は、水冷媒熱交換器から流出する水の温度(往き温度)を高温にすることがある。これらの場合、圧縮機は非常に高い回転数(例えば、120rps)で駆動され、これに応じて吐出冷媒温度も高くなる。特許文献1に記載されているように、インジェクション配管の一部が蒸発器に配置されているインジェクション回路を備えたヒートポンプサイクル装置では、インジェクション回路内を流れる冷媒は外気と熱交換して冷却されるが、上述した高温の給湯が必要な場合は吐出冷媒温度を十分に低下させることができず、吐出冷媒温度が圧縮機の吐出冷媒温度の上限値を超えて吐出冷媒温度保護制御が働くおそれがあった。 In a heat pump type heating device, for example, when the hot water stored in a hot water storage tank is heated to a high temperature (for example, 90 ° C.), the heating capacity required by a heating unit such as a radiator installed in a house with low heat insulation is exhibited. In order to do this, when flowing hot water to the heating unit, the temperature of water flowing out from the water-refrigerant heat exchanger (outward temperature) may be increased. In these cases, the compressor is driven at a very high rotational speed (for example, 120 rps), and the discharge refrigerant temperature increases accordingly. As described in Patent Document 1, in a heat pump cycle apparatus including an injection circuit in which a part of an injection pipe is disposed in an evaporator, the refrigerant flowing in the injection circuit is cooled by exchanging heat with the outside air. However, when the above-described high-temperature hot water supply is necessary, the discharge refrigerant temperature cannot be lowered sufficiently, and the discharge refrigerant temperature may exceed the upper limit value of the discharge refrigerant temperature of the compressor, and the discharge refrigerant temperature protection control may be activated. there were.
そこで、本発明は、吐出冷媒温度の過昇を抑制するヒートポンプサイクル装置を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the heat pump cycle apparatus which suppresses the excessive raise of discharge refrigerant temperature.
本発明は上述の課題を解決するものであって、本発明のヒートポンプサイクル装置は、圧縮機と、利用側熱交換器と、第1膨張弁と、熱源側熱交換器とを順次冷媒配管で接続した冷媒回路と、一端が冷媒回路における利用側熱交換器と第1膨張弁の間の冷媒配管に接続され、他端が圧縮機の中間圧力部に接続されたインジェクション配管と、インジェクション配管に組み込まれ同インジェクション配管を流れる冷媒量を調整する第2膨張弁と、インジェクション配管に組み込まれ同インジェクション配管を流れる冷媒を冷却する冷媒冷却部を有するインジェクション回路と、熱源側熱交換器の近傍に配置された送風機を備えたヒートポンプサイクル装置であって、送風機の回転によって熱源側熱交換器を通過した空気が冷媒冷却部を通過するように、冷媒冷却部が配置されている。 This invention solves the above-mentioned subject, Comprising: The heat pump cycle apparatus of this invention is a refrigerant | coolant piping in order with a compressor, a utilization side heat exchanger, a 1st expansion valve, and a heat source side heat exchanger. A refrigerant circuit connected, one end connected to a refrigerant pipe between the use side heat exchanger and the first expansion valve in the refrigerant circuit, and the other end connected to an intermediate pressure part of the compressor; and an injection pipe Arranged in the vicinity of the heat source side heat exchanger, a second expansion valve that adjusts the amount of refrigerant that flows through the injection pipe that is incorporated, a refrigerant cooling unit that cools the refrigerant that is incorporated into the injection pipe and flows through the injection pipe, and the heat source side heat exchanger It is a heat pump cycle apparatus provided with the blower which was made, Comprising: The air which passed the heat-source side heat exchanger by rotation of a fan passes a refrigerant | coolant cooling part Sea urchin, the refrigerant cooling unit is disposed.
また、冷媒冷却部が、熱源側熱交換器の風下側に固定される。 The refrigerant cooling unit is fixed to the leeward side of the heat source side heat exchanger.
本発明のヒートポンプサイクル装置は、吐出冷媒温度の過昇を抑制することができる。 The heat pump cycle device of the present invention can suppress an excessive increase in the discharge refrigerant temperature.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、床暖房装置やラジエターといった暖房ユニットや貯湯タンク等の負荷端末を有し、利用側熱交換器である水冷媒熱交換器で水と冷媒との熱交換が行われるヒートポンプサイクル装置を例として説明することとする。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. As an embodiment, a heat pump cycle device having a load terminal such as a heating unit such as a floor heating device or a radiator or a hot water storage tank, and performing heat exchange between water and refrigerant in a water refrigerant heat exchanger that is a use side heat exchanger Will be described as an example. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
図1は、本発明によるヒートポンプサイクル装置の構成を示している。このヒートポンプサイクル装置100は、圧縮機1、四方弁2、冷媒と水との熱交換を行う水冷媒熱交換器3、第1膨張弁4、熱源側熱交換器5、アキュムレータ6が順に冷媒配管11で接続されて冷媒回路10が構成されており、四方弁2により冷媒回路10における冷媒循環方向を切り換えるように構成されている。圧縮機1、四方弁2、第1膨張弁4、熱源側熱交換器5、アキュムレータ6は室外機9に設けられる。
FIG. 1 shows a configuration of a heat pump cycle apparatus according to the present invention. The heat
冷媒回路10には、一端が冷媒回路における水冷媒熱交換器3と第1膨張弁4の間の冷媒配管11に、他端が圧縮機1の中間圧力部1aに各々接続されたインジェクション配管14と、インジェクション配管14に組み込まれ同インジェクション配管14を流れる冷媒量を調整する第2膨張弁22と、インジェクション配管14に組み込まれ同インジェクション配管14を流れる冷媒を冷却する冷媒冷却部8を有するインジェクション回路21が設けられている。冷媒冷却部8は、インジェクション配管14を複数回折り返して形成されている。
The
図示は省略するが、室外機9の筐体には、室外機9の筐体内部に外気を取り込むための吸込口と、熱源側熱交換器5で冷媒と熱交換を行なった外気を筐体外部へ放出するための吹出口が備えられ、吸込口と吹出口を連通させる筐体内部の空間が外気の通風路となっている。この通風路には、吸込口から吹出口へと向かう方向、つまり、通風路での外気の流れにおける風上側から風下側に向かう方向に、熱源側熱交換器5、送風機7、図示しないベルマウス、冷媒冷却部8が順に配置されている。冷媒冷却部8は上述したベルマウスや、吹出口に取り付けられる図示しないファンガードに固定される。
Although illustration is omitted, the casing of the
ヒートポンプサイクル装置100で高温の給湯が要求されるときや、暖房運転時あるいは給湯運転時の外気温度が低い時など、要求される運転能力が高く圧縮機1の回転数もこれに応じて高くなるときは、第2膨張弁22の開度を圧縮機1の回転数に応じた開度として、圧縮機1に液インジェクションを行う。上記以外の場合、つまり、要求される給湯温度が低い場合や、暖房運転時あるいは給湯運転時の外気温度が高い等、要求される運転能力が低く圧縮機1の回転数も低いときは、第2膨張弁22を全閉として圧縮機1に液インジェクションを行なわない。
When the hot pump hot water supply is required in the heat
冷媒配管11における圧縮機1の吐出口付近には、圧縮機1から吐出された冷媒の温度(吐出冷媒温度)を検出するための吐出冷媒温度センサ51が備えられている。また、圧縮機1の密閉容器の下方には、圧縮機1の温度を検出するための圧縮機温度センサ52が備えられている。
A discharge
冷媒配管11における水冷媒熱交換器3と第1膨張弁4との間には、暖房運転時あるいは給湯運転時に第1膨張弁4に流入する冷媒温度を検出する冷媒温度センサ53が、また、冷媒配管11における第1膨張弁4と熱源側熱交換器5との間には、熱源側熱交換器5の温度を検出する熱交温度センサ54が、それぞれ備えられている。
Between the water-
熱源側熱交換器5の近傍には、外気温度を検出するための外気温度センサ55が設けられている。また、冷媒配管11における圧縮機1の吐出側(四方弁2と水冷媒熱交換器3との間)には、凝縮圧力検出手段である圧力センサ50が備えられている。
In the vicinity of the heat source side heat exchanger 5, an outside
水冷媒熱交換器3には、冷媒配管11と水配管16が接続されており、水配管16には負荷端末40に水を循環させるための循環ポンプ30が設けられ、循環ポンプ30の駆動により冷媒と熱交換された水が図1に示す矢印80の方向に循環するように構成されている。また、水配管16における水冷媒熱交換器3の水の入口側には、水冷媒熱交換器3に流入する水の温度である戻り温度を検出する戻り温度センサ56が、水配管16における水冷媒熱交換器3の水の出口側には、水冷媒熱交換器3から流出する水の温度である往き温度を検出する往き温度センサ57が、それぞれ備えられている。
The water
以上説明した構成の他に、ヒートポンプサイクル装置100には制御手段60が備えられている。制御手段60は、各温度センサで検出した温度や圧力センサ50で検出した凝縮圧力を入力し、あるいは、図示しないリモコン等による使用者からの運転要求に応じて、圧縮機1や循環ポンプ30の駆動制御、四方弁2の切り換え制御、第1膨張弁4および第2膨張弁22の開度調整等といった、ヒートポンプサイクル装置100の制御を行う。
In addition to the configuration described above, the heat
次に、本発明のヒートポンプサイクル装置100における、冷媒回路10の動作やその作用・効果について、図1を用いて説明する。なお、以下の説明では、冷媒回路10が図1に示す暖房サイクルとされてヒートポンプサイクル装置100が給湯運転を行う場合であって、負荷端末40で要求される運転能力が高い、例えば、水冷媒熱交換器3から流出する水の温度である往き温度を高温(例えば、90℃)とするために、高い回転数(例えば、120rps)で圧縮機1を駆動する場合を例に挙げて説明する。
Next, operation | movement of the
また、図1では、ヒートポンプサイクル装置100を、冷媒回路10を暖房サイクルとして運転したときの冷媒流れ方向を矢印70で、第2膨張弁22を開いてインジェクション配管14に冷媒が流れた場合の冷媒流れ方向を矢印90で、それぞれ示している。尚、ヒートポンプサイクル装置100において、冷媒回路10を冷房サイクルとして運転する除霜運転時の冷媒流れ方向は、圧縮機1と四方弁2との間を除いて暖房サイクルとして運転したときの冷媒流れ方向(矢印70の方向)と逆方向となるが、除霜運転時の冷媒流れ方向の記載は省略している。なお、除霜運転時は、第2膨張弁22が全閉とされる。
Further, in FIG. 1, when the heat
使用者が負荷端末40の図示しないリモコン等を操作して給湯運転開始を指示すると、制御手段60は、循環ポンプ30を回転させて水冷媒熱交換器3と負荷端末40との間で水を循環させるとともに、冷媒回路10が暖房サイクルとなるように四方弁2を切り換え、圧縮機1を起動してヒートポンプサイクル装置100の給湯運転を開始する。圧縮機1を起動すると、冷媒が冷媒回路10を矢印70で示すように流れる。すなわち、圧縮機1より吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁2を介して水冷媒熱交換器3に流入する。水冷媒熱交換器3に流入した高温高圧の冷媒は、水配管16内を循環して水冷媒熱交換器3に流入した水と熱交換を行なって凝縮し、水冷媒熱交換器3から流出する。水冷媒熱交換器3から流出した冷媒は、第1膨張弁4を通過する際に減圧されて熱源側熱交換器5に流入する。熱源側熱交換器5に流入した冷媒は、外気と熱交換を行なって蒸発する。熱源側熱交換器5から流出した冷媒は、四方弁2を介して圧縮機1に吸入されて再び圧縮される。
When the user operates a remote controller (not shown) of the
次に、水配管16における水の流れについて説明する。循環ポンプ30の駆動により水配管16を循環する水は図1の矢印80で示すように流れる。すなわち、水配管16を流れて水冷媒熱交換器3に流入した水は、冷媒回路10内を循環して水冷媒熱交換器3に流入した冷媒と熱交換を行なって加熱されて温水となり、水冷媒熱交換器3から流出する。水冷媒熱交換器3から流出した温水は負荷端末40に流入し、負荷端末40で放熱して負荷端末40から流出する。負荷端末40から流出した水は循環ポンプ30を介して再び水冷媒熱交換器3に流入する。
Next, the flow of water in the
使用者がリモコン等を操作して高い運転能力を要求した場合、圧縮機1の吐出冷媒温度が高くなるため、制御手段60は、圧縮機1の吐出冷媒温度を下げる目的で圧縮機1に液インジェクションを行なう。具体的には、制御手段60は、圧縮機1の回転数あるいは吐出冷媒温度に応じて第2膨張弁22の開度を調整する。これにより、図1の矢印90で示すように、インジェクション配管14内に第2膨張弁22の開度に応じた量の冷媒が流入する。流入した冷媒は、冷媒冷却部8を通過する際に、熱源側熱交換器5で冷媒と熱交換を行なって外気より温度が低下した空気によって冷却される。冷媒冷却部8で冷却された冷媒は、インジェクション配管14を流れて中間圧力部1aを介して圧縮機1にインジェクションされる。
When the user operates a remote controller or the like to request a high driving capability, the discharge refrigerant temperature of the compressor 1 becomes high. Therefore, the control means 60 supplies the liquid to the compressor 1 for the purpose of lowering the discharge refrigerant temperature of the compressor 1. Perform injection. Specifically, the control means 60 adjusts the opening degree of the
以上説明した通り、本発明のヒートポンプサイクル装置100は、圧縮機1にインジェクションされる冷媒が、インジェクション回路21の冷媒冷却部8で外気温度より低い空気と熱交換を行なって冷却されるので、負荷端末40で高い能力が要求されて圧縮機1が高い回転数で駆動する場合であっても、圧縮機1を効果的に冷却できる。従って、圧縮機1の吐出冷媒温度を低下させて上限値を超えないようにすることが出来る。
As described above, in the heat
なお、冷媒冷却部8は以上説明した通りの構成に限定したものではなく、冷媒冷却部8を構成するインジェクション配管14の一部に図示しないフィンを取り付けて熱交換効率を上げるようにしてもよい。また、本実施例では、室外機9の図示しない筐体内部にある通風路での外気の流れにおける風上側から風下側に向かう方向に、熱源側熱交換器5、送風機7、冷媒冷却部8の順に配置しているが、本発明はこれに限定したものでなく、風上側から風下側に向かう方向に、送風機7、熱源側熱交換器5、冷媒冷却部8の順に配置する、というように冷媒冷却部8が熱源側熱交換器5よりも風下側に配置されていればよい。また、本実施例では、ベルマウスやファンガードに冷媒冷却部8を取り付ける場合を説明したが、これに限るものではなく、例えば熱源側熱交換器5の風下側の面に固定してもよい。
The
また、本実施例では貯湯タンクに溜められるお湯を高温にする給湯運転を例に説明したが、本発明のヒートポンプサイクル装置100はこの場合に限定したものではなく、断熱性の低い家屋に設置されたラジエターなどの暖房ユニットを負荷端末40として、負荷端末40に高温のお湯を流して室内の暖房運転を行う場合など、水冷媒熱交換器3から流出する水の温度(往き温度)が高温になるような暖房運転にも適用することができる。
Further, in this embodiment, the hot water supply operation in which the hot water stored in the hot water storage tank is heated is described as an example, but the heat
1 圧縮機
1a 中間圧力部
2 四方弁
3 水冷媒熱交換器
4 第1膨張弁
5 熱源側熱交換器
6 アキュムレータ
8 冷媒冷却部
10 冷媒回路
14 インジェクション配管
21 インジェクション回路
22 第2膨張弁
30 循環ポンプ
40 負荷端末
50 圧力センサ
51 吐出冷媒温度センサ
52 圧縮機温度センサ
53 冷媒温度センサ
54 熱交温度センサ
55 外気温度センサ
56 戻り温度センサ
57 往き温度センサ
60 制御手段
70 冷媒流れ
80 水流れ
90 インジェクション配管での冷媒流れ
100 ヒートポンプサイクル装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 1a
Claims (2)
一端が前記冷媒回路における前記利用側熱交換器と前記第1膨張弁の間の前記冷媒配管に接続され、他端が前記圧縮機の中間圧力部に接続されたインジェクション配管と、同インジェクション配管に組み込まれ同インジェクション配管を流れる冷媒量を調整する第2膨張弁と、同インジェクション配管に組み込まれ同インジェクション配管を流れる冷媒を冷却する冷媒冷却部を有するインジェクション回路と、
前記熱源側熱交換器の近傍に配置された送風機を備えたヒートポンプサイクル装置であって、
前記送風機の回転によって前記熱源側熱交換器を通過した空気が前記冷媒冷却部を通過するように、同冷媒冷却部が配置されていることを特徴とするヒートポンプサイクル装置。 A refrigerant circuit in which a compressor, a use side heat exchanger, a first expansion valve, and a heat source side heat exchanger are sequentially connected by a refrigerant pipe;
One end of the refrigerant circuit is connected to the refrigerant pipe between the use-side heat exchanger and the first expansion valve, and the other end is connected to the intermediate pressure portion of the compressor. A second expansion valve that adjusts the amount of refrigerant that is incorporated and flows through the injection pipe, and an injection circuit that includes a refrigerant cooling unit that cools the refrigerant that is incorporated into the injection pipe and flows through the injection pipe;
A heat pump cycle device including a blower disposed in the vicinity of the heat source side heat exchanger,
A heat pump cycle device in which the refrigerant cooling unit is arranged so that air that has passed through the heat source side heat exchanger by rotation of the blower passes through the refrigerant cooling unit.
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JPH11337190A (en) * | 1999-04-20 | 1999-12-10 | Hitachi Ltd | Heat pump air conditioner for cold district |
JP2000320906A (en) * | 1999-05-11 | 2000-11-24 | Mitsubishi Electric Corp | Refrigerating apparatus |
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- 2015-03-10 JP JP2015046754A patent/JP6458563B2/en active Active
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