JP2853977B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
冷凍サイクル装置Info
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- JP2853977B2 JP2853977B2 JP7166797A JP16679795A JP2853977B2 JP 2853977 B2 JP2853977 B2 JP 2853977B2 JP 7166797 A JP7166797 A JP 7166797A JP 16679795 A JP16679795 A JP 16679795A JP 2853977 B2 JP2853977 B2 JP 2853977B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- compressor
- expansion valve
- superheat
- evaporator
- Prior art date
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/21—Refrigerant outlet evaporator temperature
Landscapes
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
- Air Conditioning Control Device (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、回転数可変式の圧縮機
を用いた冷凍サイクル装置に関し、被冷却媒体の種類に
関係なくあらゆる温度域において調整が可能となるよう
に膨張弁及びその制御装置について改良を施したもので
ある。
を用いた冷凍サイクル装置に関し、被冷却媒体の種類に
関係なくあらゆる温度域において調整が可能となるよう
に膨張弁及びその制御装置について改良を施したもので
ある。
【０００２】
【従来技術】膨張弁の開度を調整する機能を有する冷凍
サイクル装置としては、回転数可変式圧縮機、凝縮器、
電気信号によって絞り量が調節できる電気式膨張弁、蒸
発器を順次接続してなる冷凍サイクルと、この冷凍サイ
クルの状態を検出する検出手段と、前記回転数可変式圧
縮機の回転数に略比例するように前記電気式膨張弁の開
度を設定する第１の手段と、前記検出手段により検出さ
れた冷凍サイクルの状態に応じて適度のスーパーヒート
量が得られるように前記電気式膨張弁の開度を微調整す
る第２の手段と、前記回転数可変式圧縮機の過負荷運転
時前記電気式膨張弁の開度を微調整する第三の手段によ
り前記電気式膨張弁の絞り量を調節する電気信号を出力
する制御装置を構成したことを特徴とする冷凍サイクル
装置が発明され知られている（実公昭６３−３０９３０
号）。すなわち電気式膨張弁の開度は、「圧縮機の回転
数に略比例」、「蒸発器出口の過熱度調節の為の微調
整」、「圧縮機吐出管出口温度保護の為の微調整」によ
り調整が行われている。
サイクル装置としては、回転数可変式圧縮機、凝縮器、
電気信号によって絞り量が調節できる電気式膨張弁、蒸
発器を順次接続してなる冷凍サイクルと、この冷凍サイ
クルの状態を検出する検出手段と、前記回転数可変式圧
縮機の回転数に略比例するように前記電気式膨張弁の開
度を設定する第１の手段と、前記検出手段により検出さ
れた冷凍サイクルの状態に応じて適度のスーパーヒート
量が得られるように前記電気式膨張弁の開度を微調整す
る第２の手段と、前記回転数可変式圧縮機の過負荷運転
時前記電気式膨張弁の開度を微調整する第三の手段によ
り前記電気式膨張弁の絞り量を調節する電気信号を出力
する制御装置を構成したことを特徴とする冷凍サイクル
装置が発明され知られている（実公昭６３−３０９３０
号）。すなわち電気式膨張弁の開度は、「圧縮機の回転
数に略比例」、「蒸発器出口の過熱度調節の為の微調
整」、「圧縮機吐出管出口温度保護の為の微調整」によ
り調整が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の電気式膨張弁の開度調整方式は、室内の冷房もし
くは暖房に使用されているために、温度設定範囲が１５
℃〜２５℃に限られており比熱の小さな被冷却体（空
気）には有効であったが、工作機械の主軸冷却、金型冷
却等のような熱容量の大きい液体のような熱媒体を冷却
する冷凍サイクルでは、温度調整範囲が５℃〜３５℃と
広く、圧縮機の回転数ｆに略比例するような開度設定方
法では、液温が高温の場合に開度不足によりスーパーヒ
ート（圧縮機の過熱→焼損）現象が起きたり、液温が低
温の場合に開度絞り不足による液バック（圧縮機への液
戻り→吐出弁の破損）現象が起こる等の不都合が考えら
れる。そこで本発明は、かかる従来技術の不都合に鑑み
なされたもので、比熱の大きな液体等の冷却に適すると
共に被冷却体の冷却温度が広範囲に渡っても調整可能な
冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
従来の電気式膨張弁の開度調整方式は、室内の冷房もし
くは暖房に使用されているために、温度設定範囲が１５
℃〜２５℃に限られており比熱の小さな被冷却体（空
気）には有効であったが、工作機械の主軸冷却、金型冷
却等のような熱容量の大きい液体のような熱媒体を冷却
する冷凍サイクルでは、温度調整範囲が５℃〜３５℃と
広く、圧縮機の回転数ｆに略比例するような開度設定方
法では、液温が高温の場合に開度不足によりスーパーヒ
ート（圧縮機の過熱→焼損）現象が起きたり、液温が低
温の場合に開度絞り不足による液バック（圧縮機への液
戻り→吐出弁の破損）現象が起こる等の不都合が考えら
れる。そこで本発明は、かかる従来技術の不都合に鑑み
なされたもので、比熱の大きな液体等の冷却に適すると
共に被冷却体の冷却温度が広範囲に渡っても調整可能な
冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、回転
数可変式圧縮機、凝縮器、電気信号によって絞り量が調
節できる電気式膨張弁及び蒸発器と循環接続してなる冷
凍サイクルと、前記圧縮機の負荷状態を検出する吐出部
検出手段と、前記蒸発器の過熱度を検出する過熱度検出
手段と、前記冷凍サイクルの蒸発器で冷却される被冷却
体の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段
の検出温度と被冷却体の設定温度の温度差及び圧縮機の
負荷状態に基づき圧縮機の回転数を調整する回転数可変
手段と、前記回転数可変手段の周波数ｆ、吐出部検出手
段の温度Td、温度検出手段の検出温度TL及び過熱度検出
手段の過熱度Te並びに適正吐出部温度Td0及び適正過熱
度Te0に基づき前記電気式膨張弁の絞り量を調節する為
の電気信号を出力する制御装置とからなり、該制御装置
が以下の式１で得られる値に基づき膨張弁の開度を調整
するように構成した冷凍サイクル装置により本目的を達
成する。 式１：ａ1(ｆ−α1)2×(TL／ｂ)2＋ａ2(ｆ−α2)2＋ｃ1
ΔＴ1＋ｃ2ΔＴ2 但し:ΔＴ1＝Td−Td0、ΔＴ2＝Te−Te0 ａ1，α1，ｂ，ａ2，α2，ｃ1，ｃ2は、定数である。
数可変式圧縮機、凝縮器、電気信号によって絞り量が調
節できる電気式膨張弁及び蒸発器と循環接続してなる冷
凍サイクルと、前記圧縮機の負荷状態を検出する吐出部
検出手段と、前記蒸発器の過熱度を検出する過熱度検出
手段と、前記冷凍サイクルの蒸発器で冷却される被冷却
体の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段
の検出温度と被冷却体の設定温度の温度差及び圧縮機の
負荷状態に基づき圧縮機の回転数を調整する回転数可変
手段と、前記回転数可変手段の周波数ｆ、吐出部検出手
段の温度Td、温度検出手段の検出温度TL及び過熱度検出
手段の過熱度Te並びに適正吐出部温度Td0及び適正過熱
度Te0に基づき前記電気式膨張弁の絞り量を調節する為
の電気信号を出力する制御装置とからなり、該制御装置
が以下の式１で得られる値に基づき膨張弁の開度を調整
するように構成した冷凍サイクル装置により本目的を達
成する。 式１：ａ1(ｆ−α1)2×(TL／ｂ)2＋ａ2(ｆ−α2)2＋ｃ1
ΔＴ1＋ｃ2ΔＴ2 但し:ΔＴ1＝Td−Td0、ΔＴ2＝Te−Te0 ａ1，α1，ｂ，ａ2，α2，ｃ1，ｃ2は、定数である。
【０００５】
【作用】本発明にかかる装置では、電気式膨張弁の開度
が回転周波数ｆ及び被冷却体の温度TLの二元２次式で表
されることになり、温度が高ければ高いほど開度の調整
量は広くなり、また回転周波数ｆの大きければ大きい程
開度の調整量は広くなるように構成されている。また圧
縮機の負荷状態及び蒸発器の過熱度に関してはその検出
温度と適正温度との温度差に比例するように構成されて
いることから、この部分の調整はほぼ従来通りと同じも
のとなる。従って、設定温度が極めて低い場合には膨張
弁の開度を閉じた状態で冷凍サイクルの運転が行われ、
設定温度が高い場合には、膨張弁の開度を開いた状態で
冷凍サイクルの運転が行われことになり、スーパーヒー
トが起こりにくくかつ液バックの起こりにくい装置とな
る。
が回転周波数ｆ及び被冷却体の温度TLの二元２次式で表
されることになり、温度が高ければ高いほど開度の調整
量は広くなり、また回転周波数ｆの大きければ大きい程
開度の調整量は広くなるように構成されている。また圧
縮機の負荷状態及び蒸発器の過熱度に関してはその検出
温度と適正温度との温度差に比例するように構成されて
いることから、この部分の調整はほぼ従来通りと同じも
のとなる。従って、設定温度が極めて低い場合には膨張
弁の開度を閉じた状態で冷凍サイクルの運転が行われ、
設定温度が高い場合には、膨張弁の開度を開いた状態で
冷凍サイクルの運転が行われことになり、スーパーヒー
トが起こりにくくかつ液バックの起こりにくい装置とな
る。
【０００６】
【実施例】以下に本発明を図示された実施例に従って詳
細に説明する。図１において１は冷凍サイクルの回転数
可変式圧縮機であり、該圧縮機１、凝縮器２、電気式膨
張弁３、蒸発器４と循環接続されることにより冷凍サイ
クルを形成している。前記冷凍サイクルの蒸発器４は、
熱交換器５内に配置されており本実施例では水槽６内の
水を循環ポンプ７、パイプ８を介して熱交換器５に導き
循環させるように構成している。水槽６内の水は、圧送
ポンプ９を介して被冷却体１０に導き、被冷却体を調整
された温度で冷却するようになっている。
細に説明する。図１において１は冷凍サイクルの回転数
可変式圧縮機であり、該圧縮機１、凝縮器２、電気式膨
張弁３、蒸発器４と循環接続されることにより冷凍サイ
クルを形成している。前記冷凍サイクルの蒸発器４は、
熱交換器５内に配置されており本実施例では水槽６内の
水を循環ポンプ７、パイプ８を介して熱交換器５に導き
循環させるように構成している。水槽６内の水は、圧送
ポンプ９を介して被冷却体１０に導き、被冷却体を調整
された温度で冷却するようになっている。
【０００７】前記圧縮機１の冷媒吐出部には、圧縮機の
負荷状態を検出するための吐出管温度検出手段１２が設
置され、蒸発器４の過熱度を検知するために蒸発器４の
冷媒出口及び入口にそれぞれ温度検出手段１３，１４が
設置され、水槽６内には液温を検知するための温度検出
手段１６が設置されている。
負荷状態を検出するための吐出管温度検出手段１２が設
置され、蒸発器４の過熱度を検知するために蒸発器４の
冷媒出口及び入口にそれぞれ温度検出手段１３，１４が
設置され、水槽６内には液温を検知するための温度検出
手段１６が設置されている。
【０００８】１８は、電気式膨張弁３の絞り量を調整す
るための制御装置であり、該制御装置１８は水槽内の適
正液温Ｔ0、圧縮機の適正吐出管温度Td0、蒸発器の適正
過熱度Te0を設定するための温度設定部２０と、前記水
槽内の検出液温TL、吐出管温度検出手段１２の検出温度
Td、水槽内の検出液温TL、蒸発器の過熱温度Teと温度設
定部２０の各設定温度とを比較する比較器２２，２３，
２４，２５と、前記比較器２２の出力（設定温度と液体
温度TLの温度差）及び比較器２３の出力（圧縮機の適正
吐出管温度と検出温度の温度差）の入力値に基づき圧縮
機１の回転数を決定すると共に回転周波数ｆを演算部２
８に出力する回転数可変手段２６と、前記可変手段２６
の出力周波数ｆ及び比較器２３の出力値，比較器２４の
出力値（検出液体温度TL），２５の出力値（蒸発器の適
正過熱度と検出過熱度との温度差）に基づき電気式膨張
弁３の開度を算出する演算部２８とからなる。
るための制御装置であり、該制御装置１８は水槽内の適
正液温Ｔ0、圧縮機の適正吐出管温度Td0、蒸発器の適正
過熱度Te0を設定するための温度設定部２０と、前記水
槽内の検出液温TL、吐出管温度検出手段１２の検出温度
Td、水槽内の検出液温TL、蒸発器の過熱温度Teと温度設
定部２０の各設定温度とを比較する比較器２２，２３，
２４，２５と、前記比較器２２の出力（設定温度と液体
温度TLの温度差）及び比較器２３の出力（圧縮機の適正
吐出管温度と検出温度の温度差）の入力値に基づき圧縮
機１の回転数を決定すると共に回転周波数ｆを演算部２
８に出力する回転数可変手段２６と、前記可変手段２６
の出力周波数ｆ及び比較器２３の出力値，比較器２４の
出力値（検出液体温度TL），２５の出力値（蒸発器の適
正過熱度と検出過熱度との温度差）に基づき電気式膨張
弁３の開度を算出する演算部２８とからなる。
【０００９】この演算部２８は、図２に示すように出力
周波数ｆの一元２次関数を演算する第１演算部３０と、
出力周波数ｆと水槽内の液温TLの二元２次関数を演算す
る第２演算部３２と、吐出管温度の適正温度との温度差
ΔT1（Td−Td0）及び蒸発器の適正過熱温度との温度差
ΔT2（Te−Te0）の二元１次関数を演算する第３演算部
３４及び前記第１、第２，第３の演算部の結果を加算す
る第４演算部３６とからなる。すなわち、本実施例の制
御装置では以下に示す式１で算出される数値に比例して
電気式膨張弁３の開度ＰＬを調整することになる。
周波数ｆの一元２次関数を演算する第１演算部３０と、
出力周波数ｆと水槽内の液温TLの二元２次関数を演算す
る第２演算部３２と、吐出管温度の適正温度との温度差
ΔT1（Td−Td0）及び蒸発器の適正過熱温度との温度差
ΔT2（Te−Te0）の二元１次関数を演算する第３演算部
３４及び前記第１、第２，第３の演算部の結果を加算す
る第４演算部３６とからなる。すなわち、本実施例の制
御装置では以下に示す式１で算出される数値に比例して
電気式膨張弁３の開度ＰＬを調整することになる。
【００１０】
【式１】ＰＬ＝ａ1(ｆ−α1)2×(TL／ｂ)2＋ａ2(ｆ−α
2)2＋ｃ1ΔT1＋ｃ2ΔT2 ａ1，ａ2，ｂ，α1，α2，ｃ1，ｃ2は、それぞれ定数で
ある。
2)2＋ｃ1ΔT1＋ｃ2ΔT2 ａ1，ａ2，ｂ，α1，α2，ｃ1，ｃ2は、それぞれ定数で
ある。
【００１１】この結果液温５℃及び３５℃の各温度にお
ける電気式膨張弁の開度調整量は、図３に示すように、
蒸発器の過熱温度に基づく調整量PDは一点鎖線で示す範
囲内となり、圧縮機吐出管の温度に基づく調整量PHは、
破線で示す範囲内となる。また、圧縮機の回転数ｆに基
づく電気式膨張弁の開度調整量は、周波数ｆの二乗に比
例するように調整され、また水槽内の液温TLに基づく開
度調整量も液温TLの二乗に比例するように調整されるこ
とになる。この結果本実施例にかかる圧縮機の回転周波
数が高くなればなるほど、液温の差による電気式膨張弁
の調整量は大きく異なってくる。従って、液温に併せた
適正な制御が可能となる。
ける電気式膨張弁の開度調整量は、図３に示すように、
蒸発器の過熱温度に基づく調整量PDは一点鎖線で示す範
囲内となり、圧縮機吐出管の温度に基づく調整量PHは、
破線で示す範囲内となる。また、圧縮機の回転数ｆに基
づく電気式膨張弁の開度調整量は、周波数ｆの二乗に比
例するように調整され、また水槽内の液温TLに基づく開
度調整量も液温TLの二乗に比例するように調整されるこ
とになる。この結果本実施例にかかる圧縮機の回転周波
数が高くなればなるほど、液温の差による電気式膨張弁
の調整量は大きく異なってくる。従って、液温に併せた
適正な制御が可能となる。
【００１２】以上述べた構成において、本実施例にかか
る装置の設定液温を５℃として装置を液温２０℃から作
動させたとき、従来の装置では液体温度に関係なく蒸発
器の過熱度及び圧縮機の突出管の温度（負荷状態）に基
づいて略比例式に電気式膨張弁の開度は調整されるので
あるが、被冷却体の温度及び設定温度との温度差並びに
圧縮機の回転周波数の二次関数に比例して制御する方式
をとるために、作動当初の液温が高い状態では電気式膨
張弁の開度は広くなるように調整されることになる。ま
た被冷却体の温度が設定温度に近づいた状態では制御装
置の二次式の値が小さくなるために従来のものに比較し
て電気式膨張弁の開度は狭くした状態で運転されること
になる。
る装置の設定液温を５℃として装置を液温２０℃から作
動させたとき、従来の装置では液体温度に関係なく蒸発
器の過熱度及び圧縮機の突出管の温度（負荷状態）に基
づいて略比例式に電気式膨張弁の開度は調整されるので
あるが、被冷却体の温度及び設定温度との温度差並びに
圧縮機の回転周波数の二次関数に比例して制御する方式
をとるために、作動当初の液温が高い状態では電気式膨
張弁の開度は広くなるように調整されることになる。ま
た被冷却体の温度が設定温度に近づいた状態では制御装
置の二次式の値が小さくなるために従来のものに比較し
て電気式膨張弁の開度は狭くした状態で運転されること
になる。
【００１３】
【効果】以上述べたように本発明にかかる冷凍サイクル
装置は従来のものに比較して冷却過程における現状の被
冷却体の温度を検出して設定操作量に変換して加えるよ
うに構成しているために、より迅速で適正な膨張弁の開
度調整を行うことができ、冷凍サイクルにおける圧縮機
のスーパーヒートの発生及び液バックの発生等を未然に
防ぐことができる。
装置は従来のものに比較して冷却過程における現状の被
冷却体の温度を検出して設定操作量に変換して加えるよ
うに構成しているために、より迅速で適正な膨張弁の開
度調整を行うことができ、冷凍サイクルにおける圧縮機
のスーパーヒートの発生及び液バックの発生等を未然に
防ぐことができる。
【図１】 本発明にかかる装置の実施例を示すブロック
図である。
図である。
【図２】 図１の実施例にかかる装置の演算部の構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図３】 本実施例にかかる装置の動作を説明するため
の圧縮機周波数と電気式膨張弁の開度（パルス）との関
係を示すグラフである。
の圧縮機周波数と電気式膨張弁の開度（パルス）との関
係を示すグラフである。
【図４】 従来の装置における動作を説明するための圧
縮機周波数と電気式膨張弁の開度（パルス）との関係を
示すグラフである。
縮機周波数と電気式膨張弁の開度（パルス）との関係を
示すグラフである。
１ 圧縮機 ２ 凝縮器 ３ 電気式膨張弁 ４ 蒸発器 ５ 熱交換器 ６ 水槽 ７ 循環ポンプ ８ パイプ ９ 圧送ポンプ １０ 被冷却体 １２ 吐出管温度検出手段 １３，１４ 温度検出手段 １６ 温度検出手段 １８ 制御手段 ２０ 温度設定部 ２２，２３，２４，２５ 比較器 ２６ 回転数可変手段 ２８ 演算部 ３０ 第１演算部 ３２ 第２演算部 ３４ 第３演算部 ３６ 第４演算部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 浩一 長野県須坂市大字幸高246番地 オリオ ン機械株式会社内 (56)参考文献 実開 昭63−72458（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F25B 1/00 304
Claims (1)
- 【請求項１】 回転数可変式圧縮機、凝縮器、電気信号
によって絞り量が調節できる電気式膨張弁及び蒸発器と
循環接続してなる冷凍サイクルと、前記圧縮機の負荷状
態を検出する吐出部検出手段と、前記蒸発器の過熱度を
検出する過熱度検出手段と、前記冷凍サイクルの蒸発器
で冷却される被冷却体の温度を検出する温度検出手段
と、前記温度検出手段の検出温度と被冷却体の設定温度
の温度差及び圧縮機の負荷状態に基づき圧縮機の回転数
を調整する回転数可変手段と、前記回転数可変手段の周
波数ｆ、吐出部検出手段の温度Td、温度検出手段の検出
温度TL及び過熱度検出手段の過熱度Te並びに適正吐出部
温度Td0及び適正過熱度Te0に基づき前記電気式膨張弁の
絞り量を調節する為の電気信号を出力する制御装置とか
らなり、該制御装置が以下の式で得られる値に基づき膨
張弁の開度を調整するように構成したことを特徴とする
冷凍サイクル装置。 式：ａ1(ｆ−α1)2×(TL／ｂ)2＋ａ2(ｆ−α2)2＋ｃ1Δ
Ｔ1＋ｃ2ΔＴ2 但し:ΔＴ1＝Td−Td0、ΔＴ2＝Te−Te0 ａ1，α1，ｂ，ａ2，α2，ｃ1，ｃ2は、定数である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7166797A JP2853977B2 (ja) | 1995-06-08 | 1995-06-08 | 冷凍サイクル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7166797A JP2853977B2 (ja) | 1995-06-08 | 1995-06-08 | 冷凍サイクル装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08334270A JPH08334270A (ja) | 1996-12-17 |
| JP2853977B2 true JP2853977B2 (ja) | 1999-02-03 |
Family
ID=15837865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7166797A Expired - Lifetime JP2853977B2 (ja) | 1995-06-08 | 1995-06-08 | 冷凍サイクル装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2853977B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5165391B2 (ja) * | 2008-01-07 | 2013-03-21 | ホシザキ電機株式会社 | 冷却貯蔵庫 |
-
1995
- 1995-06-08 JP JP7166797A patent/JP2853977B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08334270A (ja) | 1996-12-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
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