JP3869798B2 - Heat pump water heater / heater - Google Patents
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- Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、HFCやCO2等の冷媒を用いたヒートポンプ式給湯暖房装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種のヒートポンプ式給湯暖房装置は、ヒートポンプユニットで熱交換して得られた高温水を貯湯タンクに貯湯・蓄熱し、このタンクの高温水を給湯や風呂に使用するとともに、この高温水と熱交換して得られた暖房用温水を用いて温水暖房を行うものが知られている。このものでは、暖房負荷が大きいと十分な温度の温水が得られないものであった。
【0003】
また、ヒートポンプユニットの冷媒回路に給湯用の水冷媒熱交換器と暖房用の水冷媒熱交換器を直列に組み込み、給湯用の温水と暖房用の温水とが得られるようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
ところが、このものでは、温水暖房を行っているときは高温水の貯湯ができなくなるため、高温水の貯湯と温水暖房のいずれかを優先させたり、交互に行うなどしなければならず、使い勝手の面で問題があった。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−257366号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、高温水の貯湯と温水暖房とが同時に行う場合や、どちらか一方を行う場合のいずれにも対応できるようにし、使い勝手の良いヒートポンプ式給湯暖房装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このため第1の発明は、能力調整可能な圧縮機と、暖房用の温水を生成するための第1水冷媒熱交換器、第1開閉弁及び第1減圧装置よりなる第1分岐路と第2水冷媒熱交換器、第2開閉弁及び第2減圧装置よりなる第2分岐路との並列回路と、空気熱交換器とを順次環状に接続して冷媒回路を形成すると共に、前記第1水冷媒熱交換器と床暖房パネル等の温水暖房器との間で温水を循環させる第1温水循環路と、前記第2水冷媒熱交換器と貯湯タンクとの間で貯湯水を循環させることにより前記第2水冷媒熱交換器で前記冷媒回路の冷媒と熱交換して加熱された高温水を前記貯湯タンクに貯湯する第2温水循環路とを備え、前記第1開閉弁及び第2開閉弁の開閉に応じて、前記第1温水循環路内に温水を循環させることによる暖房のみ、前記第2温水循環路内に温水を循環させることによる前記貯湯タンクへの貯湯のみ、または前記暖房と貯湯の両者が行えることを特徴とする。
【0008】
第2の発明は、第1の発明のヒートポンプ式給湯暖房装置において、前記冷媒回路の第1分岐路の第1水冷媒熱交換器から流出した冷媒と前記空気熱交換器から流出した冷媒との熱交換を行う熱交換器を備えたことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図1はヒートポンプ式給湯暖房装置の全体システムを示す系統図である。図1において、Aはヒートポンプユニット、Bはタンクユニット、C1は温水暖房用の第1温水循環路、C2は貯湯用の第2温水循環路、Rは前記ヒートポンプユニットAに内蔵された冷媒回路である。HFCやCO2等の冷媒を用いることができるが、本実施形態ではCO2を用いる。
【0010】
1及び2は第1温水循環路C1に設けられた床暖房パネル、3及び4は前記床暖房パネル1及び2に対応して設けられた床暖房リモートコントローラ(以下、「床暖房リモコン」という)であり、前記第1温水循環路C1には、熱動弁5及び6、循環ポンプ7、膨張タンク8、第1水冷媒熱交換器9の水流路9B、バイパス管10などが設けられている。
【0011】
前記冷媒回路Rは、CO2冷媒を用いた能力調整が可能な2段圧縮式の圧縮機11と、第1水冷媒熱交換器9の冷媒流路9A、内部熱交換器12の一次流路12A、第1開閉弁13及び第1膨張弁(減圧装置)14よりなる第1分岐路P1と第2水冷媒熱交換器15の冷媒流路15A、第2開閉弁16及び第2膨張弁(減圧装置)17よりなる第2分岐路P2との並列回路と、空気熱交換器18と、内部熱交換器12の二次流路12Bと、アキュムレーター19とが順次環状に配管接続されている。
【0012】
前記第1温水循環路C1には、第1水冷媒熱交換器9の水流路9Bから流出した暖房用温水の温度を検出するサーミスタ20、流量調整弁21、浴室暖房用のファンコイル22が設けられている。23は浴室暖房リモートコントローラ(以下、「浴室暖房リモコン」という)、24はファンコイル22の入口部に設けられた熱動弁、25は循環ポンプ7によって膨張タンク8から流出した温水の一部を床暖房パネル1、2に供給するための熱動弁、26は床暖房パネル1、2に流入する温水温度を検知するサーミスタである。
【0013】
前記第2温水循環路C2は、第2水冷媒熱交換器15の水流路15Bと貯湯タンク27とが循環ポンプ28、流量調整弁29を介して環状に接続されている。30は第2水冷媒熱交換器15の水流路15Bから流出した温水温度を検知するサーミスタである。
【0014】
前記貯湯タンク27には水々熱交換器31の一次流路31Aが循環ポンプ32を介して接続されている。また、水々熱交換器31の二次流路31Bには循環ポンプ33を介して浴槽34が接続されている。35は貯湯タンク27の上部に接続された給湯管であり、この給湯管35にはミキシングバルブ36が設けられている。38は給水管であり、この給水管38は貯湯タンク27の下部と前記ミキシングバルブ36とに分岐接続され、更に開閉弁39を介して膨張タンク8に接続されている。
【0015】
また、ヒートポンプユニットAとタンクユニットBには、それぞれマイクロコンピュータ等から成る制御装置S1、S2が設けられている。この制御装置S1、S2は床暖房リモコン3、4や浴室暖房用のファンコイル22からの運転信号や温度信号と、サーミスタ20、26、30の温度信号とに応じて、圧縮機11の運転と周波数制御、循環ポンプ7、28の運転制御、熱動弁5、6、25、開閉弁13、16の開閉制御、膨張弁14、17の開度制御、流量調整弁21、29の開度制御などを行うものであり、以下その動作を説明する。
【0016】
〈床暖房運転〉
床暖房パネル1による床暖房を行う場合、その部屋の壁面等に取り付けられた床暖房リモコン3の運転スイッチをオンにする。すると、これに対応した熱動弁5が開き、循環ポンプ7が運転し、第1温水循環路C1では、膨張タンク8→循環ポンプ7→第1水冷媒熱交換器9の水流路9B→流量調整弁21→熱動弁5→床暖房パネル1→膨張タンク8の順に温水が流れる。なお、バイパス管10は、熱動弁5が開くのに時間がかかり、また熱動弁5が故障している場合でも対応できるように、温水の一部をバイパスさせるものであり、微少量の温水が流れる。
【0017】
また、前記床暖房リモコン3の運転スイッチをオンにした際に、ヒートポンプユニットAの圧縮機11が運転し、冷媒回路Rでは、圧縮機11→第1水冷媒熱交換器9の冷媒流路9A→内部熱交換器12の一次流路12A→第1開閉弁13→第1膨張弁14→空気熱交換器18→内部熱交換器12のニ次流路12B→アキュムレーター19→圧縮機11の順に冷媒が流れる。このとき、貯湯は行われないので、第2開閉弁16及び第2膨張弁17は閉じている。
【0018】
前記床暖房パネル1に供給される温水の温度は60〜70℃であるが、サーミスタ20が検知する温水温度がこの温度になるように圧縮機11の周波数制御、第1膨張弁14の弁開度制御及び流量調整弁21の弁開度制御が行われる。
【0019】
また、床暖房制御は、床暖房リモコン3に搭載された室温サーミスタ(図示せず)により室温を検知し、設定温度と室温との偏差に基づき熱動弁5を開閉制御し、床暖房パネル1への温水量を制御することにより行われる。
【0020】
また、床暖房パネル2で同時に床暖房を行う場合、床暖房リモコン4の運転スイッチをオンにすることにより、同様に熱動弁6が開閉制御され、床暖房パネル1及び2に同時に温水が供給され、床暖房パネル1及び2への温水量を個別に制御することにより、床暖房の個別制御が可能となっている。
【0021】
このような床暖房運転を行う場合、床暖房する部屋が暖まってくると、床暖房パネル1、2からの放熱量が小さくなり、膨張タンク8から水冷媒熱交換器9の水流路9Bへは50〜60℃の温水が供給されることとなる。このため、水冷媒熱交換器9ではそれほど熱交換されず、冷媒温度も高温となって圧縮機11に負荷がかかる。このような場合の冷媒の冷却機構として設けたのが内部熱交換器12であり、内部熱交換器12の一次流路12Aでの放熱分は同じ冷媒回路Rにある内部熱交換器12の二次流路12Bで再度吸収されるため、無駄なく、効率を落とすことなく、冷媒回路Rを構成できる。
【0022】
〈浴室暖房運転〉
ファンコイル22による浴室暖房を行う場合、浴室暖房リモコン23をオンにする。すると、ファンコイル22入口部の熱動弁24が開き、循環ポンプ7が運転する。第1温水循環路C1では、膨張タンク8→循環ポンプ7→第1水冷媒熱交換器9の水流路9B→流量調整弁21→熱動弁24→ファンコイル22→膨張タンク8の順に温水が流れる。バイパス管10は、前記熱動弁24が開くのに時間がかかり、また熱動弁24が故障している場合でも対応できるように、温水の一部をバイパスさせるものであり、微少量の温水が流れる。
【0023】
ヒートポンプユニットAの動作と冷媒循環は床暖房運転と同様であり、貯湯は行われないので、第2開閉弁16及び第2膨張弁17は閉じている。
【0024】
前記ファンコイル22に供給される温水の温度は80℃であるが、そのための温水制御は床暖房運転の場合と同様である。また、浴室暖房制御はファンコイル22に搭載された室温サーミスタ(図示せず)により室温を検知し、ファン回転数を制御し、熱動弁24を開閉制御することにより行われる。
【0025】
〈床暖房と浴室暖房の同時運転〉
床暖房パネル1、2による床暖房と、ファンコイル22による浴室暖房を同時に行う場合、それぞれのリモコン3、4、23の運転スイッチをオンにする。すると、熱動弁5、6、24が開き、循環ポンプ7が運転し、第1温水循環路C1では、膨張タンク8→循環ポンプ7→第1水冷媒熱交換器9の水流路9B→流量調整弁21→熱動弁5、6→床暖房パネル1、2→膨張タンク8の順に温水が流れると共に、膨張タンク8→循環ポンプ7→第1水冷媒熱交換器9の水流路9B→流量調整弁21→熱動弁24→ファンコイル22→膨張タンク8の順に温水が流れる。
【0026】
バイパス管10は、前記熱動弁5、6、24が開くのに時間がかかり、また、熱動弁5、6、24が故障している場合でも対応できるように、温水の一部をバイパスさせるものであり、微少量の温水が流れる。
【0027】
このときのサーミスタ20による温水温度制御は80℃であるが、これでは床暖房パネル1、2用の温水としては温度が高すぎることになる。これを解決するために、熱動弁25を開くことで80℃の温水に膨張タンク8からの中温水を混ぜ、サーミスタ26にて検知される温水の温度が60〜70℃になるように制御している。また、中温水を混ぜすぎて低温になった場合は熱動弁25を閉じ、サーミスタ26の検知温度に基づく熱動弁25の開閉制御を行う。
【0028】
ヒートポンプユニットAの動作と冷媒循環は、床暖房運転又は浴室暖房運転と同様であり、貯湯は行われないので、第2開閉弁16及び第2膨張弁17は閉じている。
【0029】
〈貯湯運転〉
貯湯タンク27に貯湯を行う場合、循環ポンプ28が運転し、第2温水循環路C2では、貯湯タンク27→循環ポンプ28→第2水冷媒熱交換器15の水流路15B→流量調整弁29→貯湯タンク27の順に給湯用の温水が流れ、貯湯タンク27に貯湯される。
【0030】
ヒートポンプユニットAでは圧縮機11が運転し、冷媒回路Rでは、圧縮機11→第2水冷媒熱交換器15の冷媒流路15A→第2開閉弁16→第2膨張弁17→空気熱交換器18→内部熱交換器12のニ次流路12B→アキュムレーター19→圧縮機11の順に冷媒が流れる。このとき、暖房は行われないので、第1開閉弁13及び第1膨張弁14は閉じている。また、内部熱交換器12の二次流路12Bでは冷媒がただ通過するだけで、他に影響を及ぼすことはない。
【0031】
貯湯タンク27へ供給される温水温度は90℃であるが、サーミスタ30が検知する温度がこの温度になるように、圧縮機11の周波数制御、第2膨張弁17の弁開度制御、流量調整弁29の弁開度制御が行われる。
【0032】
貯湯タンク27に貯湯された高温水はミキシングバルブ36にて適度な温度に調整され、給湯管35から台所やシャワーへの給湯や浴槽34へのお湯張り等に利用される。そして、給湯が行われると、給水管38から貯湯タンク27に給水が行われる。また、循環ポンプ32、33を運転することにより、貯湯タンク27の高温水と浴槽34の温水を水々熱交換器31で熱交換し、浴槽34の温水の追い焚きを行うこともできる。
【0033】
<暖房と貯湯の同時運転>
この場合の暖房用温水の循環経路と貯湯用の温水の循環経路は上述したとおりである。冷媒回路Rでは、圧縮機11→第1水冷媒熱交換器9の冷媒流路9A→内部熱交換器12の一次流路12A→第1開閉弁13→第1膨張弁14→空気熱交換器18→内部熱交換器12の二次流路12B→アキュムレーター19→圧縮機11の順に冷媒が流れると共に、圧縮機11→第2水冷媒熱交換器15の冷媒流路15A→第2開閉弁16→第2膨張弁17→空気熱交換器18→内部熱交換器12の二次流路12B→アキュムレーター19→圧縮機11の順に冷媒が流れる。
【0034】
また、サーミスタ20、26、30においてそれぞれ上述した目標温度になるように、圧縮機11の周波数制御、第1膨張弁14及び第2膨張弁17の弁開度制御、流量調整弁21、29の弁開度制御が行われる。基本的には、膨張弁14、17の制御により、第1分岐路(暖房側)P1と第2分岐路P2(貯湯側)とに1:1の割合で冷媒を配分し、同時運転が行われた場合でも、暖房側と貯湯側とで十分な能力が得られるようにしてある。
【0035】
以上本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【0036】
【発明の効果】
以上のように本発明は、能力調整可能な圧縮機と、暖房用の温水を生成するための第1水冷媒熱交換器、第1開閉弁及び第1減圧装置よりなる第1分岐路と第2水冷媒熱交換器、第2開閉弁及び第2減圧装置よりなる第2分岐路との並列回路と、空気熱交換器とを順次環状に接続して冷媒回路を形成すると共に、前記第1水冷媒熱交換器と床暖房パネル等の温水暖房器との間で温水を循環させる第1温水循環路と、前記第2水冷媒熱交換器と貯湯タンクとの間で貯湯水を循環させることにより前記第2水冷媒熱交換器で前記冷媒回路の冷媒と熱交換して加熱された高温水を前記貯湯タンクに貯湯する第2温水循環路とを備え、前記第1開閉弁及び第2開閉弁の開閉に応じて前記第1温水循環路内に温水を循環させることによる暖房のみ、前記第2温水循環路内に温水を循環させることによる前記貯湯タンクへの貯湯のみ、または前記暖房と貯湯の両者が行えるようにしたから、高温水の貯湯と温水暖房とを同時に行う場合や、どちらか一方を行う場合のいずれにも対応して必要な能力を発揮することができ、使い勝手の良いヒートポンプ式給湯暖房装置を提供できるものである。
【0037】
また、冷媒回路の第1分岐路の第1水冷媒熱交換器から流出した冷媒と空気熱交換器から流出した冷媒との熱交換を行う熱交換器を備えているので、温水暖房を行う場合で、かつ、暖房負荷が小さい場合でも、圧縮機に大きな負荷がかからないようにでき、信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】ヒートポンプ式給湯暖房装置の全体系統図である。
【符号の説明】
1、2 床暖房パネル(温水暖房器)
9、15 水冷媒熱交換器
11 圧縮機
12 内部熱交換器
13 第1開閉弁
16 第2開閉弁
14 第1膨張弁(減圧装置)
17 第2膨張弁(減圧装置)
22 ファンコイル
27 貯湯タンク
C1 第1温水循環路
C2 第2温水循環路
18 空気熱交換器
P1 第1分岐路
P2 第2分岐路
R 冷媒回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat pump hot water supply and heating device using a refrigerant such as HFC or CO 2 .
[0002]
[Prior art]
This type of conventional heat pump type hot water heater / heater stores hot water obtained by heat exchange in the heat pump unit in a hot water storage tank, stores the hot water in the hot water storage tank, and uses the hot water in this tank for hot water supply and baths. What performs warm water heating using the warm water for heating obtained by heat-exchange with is known. In this case, when the heating load is large, hot water with sufficient temperature cannot be obtained.
[0003]
Also, a water supply heat exchanger for hot water supply and a water refrigerant heat exchanger for heating are incorporated in series in the refrigerant circuit of the heat pump unit so that hot water for hot water supply and hot water for heating can be obtained. (For example, refer to Patent Document 1).
[0004]
However, with this system, hot water cannot be stored during hot water heating, so either hot water storage or hot water heating must be prioritized or performed alternately. There was a problem in terms.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-257366 A [0006]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an easy-to-use heat pump hot water supply and heating device that can handle both cases where hot water storage and hot water heating are performed simultaneously or when either one is performed. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the first invention provides a first branch passage comprising a compressor with adjustable capacity, a first water refrigerant heat exchanger for generating hot water for heating, a first on-off valve, and a first pressure reducing device, and a first branch passage. A parallel circuit with a second branch path composed of a two-water refrigerant heat exchanger, a second on-off valve and a second pressure reducing device and an air heat exchanger are sequentially connected in an annular manner to form a refrigerant circuit, and the first Circulating hot water between a first hot water circulation path for circulating hot water between a water refrigerant heat exchanger and a hot water heater such as a floor heating panel, and the second water refrigerant heat exchanger and a hot water storage tank; the refrigerant exchanges heat with the hot water heated by the refrigerant circuit in the second coolant-refrigerant heat exchanger and a second water circulation pipe for hot water storage in the hot water storage tank, the first on-off valve and the second on-off by Only heating by circulating hot water in the first hot water circulation path according to opening and closing of the valve, Only hot water storage to the hot water storage tank by circulating hot water through the second hot-water circulation path, or wherein the perform both heating and hot-water is.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the heat pump hot water supply and heating device of the first aspect, the refrigerant flowing out of the first water refrigerant heat exchanger in the first branch of the refrigerant circuit and the refrigerant flowing out of the air heat exchanger A heat exchanger for performing heat exchange is provided.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram showing an overall system of a heat pump hot water supply / room heating system. In FIG. 1, A is a heat pump unit, B is a tank unit, C1 is a first hot water circulation path for hot water heating, C2 is a second hot water circulation path for hot water storage, and R is a refrigerant circuit built in the heat pump unit A. is there. Although a refrigerant such as HFC or CO 2 can be used, CO 2 is used in this embodiment.
[0010]
1 and 2 are floor heating panels provided in the first hot water circulation path C1, and 3 and 4 are floor heating remote controllers provided corresponding to the
[0011]
The refrigerant circuit R includes a two-
[0012]
The first hot water circulation path C1 is provided with a
[0013]
In the second hot water circulation path C <b> 2, the
[0014]
A primary flow path 31 </ b> A of the water heat exchanger 31 is connected to the hot
[0015]
Further, the heat pump unit A and the tank unit B are provided with control devices S1 and S2 each composed of a microcomputer or the like. The control devices S1 and S2 operate the
[0016]
<Floor heating operation>
When performing floor heating by the
[0017]
Further, when the operation switch of the floor heating remote controller 3 is turned on, the
[0018]
The temperature of the hot water supplied to the
[0019]
Further, in the floor heating control, a room temperature thermistor (not shown) mounted on the floor heating remote controller 3 detects the room temperature, and controls the opening and closing of the thermal valve 5 based on the deviation between the set temperature and the room temperature. This is done by controlling the amount of hot water to the water.
[0020]
When floor heating is simultaneously performed by the
[0021]
When such a floor heating operation is performed, when the floor heating room is warmed, the amount of heat released from the
[0022]
<Bathroom heating operation>
When bathroom heating by the
[0023]
The operation of the heat pump unit A and the refrigerant circulation are the same as in the floor heating operation, and no hot water is stored, so the second on-off
[0024]
The temperature of the hot water supplied to the
[0025]
<Simultaneous operation of floor heating and bathroom heating>
When floor heating by the
[0026]
The bypass pipe 10 bypasses part of the hot water so that it takes time to open the
[0027]
Although the hot water temperature control by the
[0028]
The operation of the heat pump unit A and the refrigerant circulation are the same as the floor heating operation or the bathroom heating operation, and no hot water is stored, so the second on-off
[0029]
<Hot water storage operation>
When hot water is stored in the hot
[0030]
In the heat pump unit A, the
[0031]
The temperature of the hot water supplied to the hot
[0032]
The hot water stored in the hot
[0033]
<Simultaneous operation of heating and hot water storage>
In this case, the circulation path of the hot water for heating and the circulation path of the hot water for hot water storage are as described above. In the refrigerant circuit R, the
[0034]
Further, the frequency control of the
[0035]
Although the embodiments of the present invention have been described above, various alternatives, modifications, and variations can be made by those skilled in the art based on the above description, and the various alternatives and modifications described above are within the scope of the present invention. Or a modification is included.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides a first branch passage including a compressor capable of adjusting capacity, a first water refrigerant heat exchanger for generating hot water for heating, a first on-off valve, and a first pressure reducing device, and a first branch passage. A parallel circuit with a second branch path composed of a two-water refrigerant heat exchanger, a second on-off valve and a second pressure reducing device and an air heat exchanger are sequentially connected in an annular manner to form a refrigerant circuit, and the first Circulating hot water between a first hot water circulation path for circulating hot water between a water refrigerant heat exchanger and a hot water heater such as a floor heating panel, and between the second water refrigerant heat exchanger and a hot water storage tank; the refrigerant exchanges heat with the hot water heated by the refrigerant circuit in the second coolant-refrigerant heat exchanger and a second water circulation pipe for hot water storage in the hot water storage tank, the first on-off valve and the second on-off by Only heating by circulating hot water in the first hot water circuit according to the opening and closing of the valve, Only hot water storage to the hot water storage tank by circulating hot water in two hot-water circulation path, or it is so arranged above allows both the heating and hot-water is, and when performing the hot water hot water storage and a hot water heating simultaneously, either It is possible to provide a heat pump type hot water heater / heater that is capable of exhibiting necessary capabilities in correspondence with any of the cases where one is performed and that is easy to use.
[0037]
Moreover, since the heat exchanger which performs heat exchange with the refrigerant | coolant which flowed out from the 1st water refrigerant | coolant heat exchanger of the 1st branch of a refrigerant circuit and the refrigerant | coolant which flowed out from the air heat exchanger is provided, when performing hot water heating In addition, even when the heating load is small, it is possible to prevent a large load from being applied to the compressor, and the reliability is high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall system diagram of a heat pump hot water supply / room heating apparatus.
[Explanation of symbols]
1, 2 Floor heating panel (hot water heater)
9, 15 Water
17 Second expansion valve (pressure reduction device)
22
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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