JPS6277570A - Engine driving type heat pump - Google Patents

Engine driving type heat pump

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JPS6277570A
JPS6277570A JP60218874A JP21887485A JPS6277570A JP S6277570 A JPS6277570 A JP S6277570A JP 60218874 A JP60218874 A JP 60218874A JP 21887485 A JP21887485 A JP 21887485A JP S6277570 A JPS6277570 A JP S6277570A
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JP
Japan
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engine
heat
heat exchanger
water
passage
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JP60218874A
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香川 忠温
佐藤 亨一
金尾 謙一
剛 吉田
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y02A30/274Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、家屋や建物の冷暖房装置等に用いられるヒー
トポンプ装置で、特にヒートポンプ回路における冷媒加
圧用コンプレッサをエンジンにて駆動する構成としたヒ
ートポンプ装置に関する。
Detailed Description of the Invention (Industrial Field of Application) The present invention relates to a heat pump device used in heating and cooling systems for houses and buildings, and in particular, a heat pump device in which a compressor for pressurizing refrigerant in a heat pump circuit is driven by an engine. Regarding equipment.

(従来技術) 従来から冷媒加圧用コンプレッサをエンジンにて駆動す
る構成としたヒートポンプ装置は、例えば実開昭59−
23070号公報に示されるごとく、種々提案されてい
る。ところで、かかる従来ヒートポンプ装置において、
メンテナンス性向上の観点からエンジン冷却用の冷却水
と、−ヒートポンプ回路側の熱負荷と熱交換する水とを
共用化しようとした場合、エンジン側の暖機性、温度調
節等の要求とヒートポンプ回路側の熱負荷の要求とが互
いに満足されなければ、エンジンの信頼性を確保するこ
とができない。
(Prior art) Conventionally, a heat pump device in which a compressor for pressurizing refrigerant is driven by an engine has been developed, for example, in the
Various proposals have been made as shown in Japanese Patent No. 23070. By the way, in such a conventional heat pump device,
From the perspective of improving maintainability, if you try to share the cooling water for engine cooling and the water that exchanges heat with the heat load on the heat pump circuit side, the requirements for engine warm-up, temperature control, etc., and the heat pump circuit Unless both side heat load requirements are satisfied, engine reliability cannot be ensured.

したがって、このようなヒートポンプ装置に採用される
エンジンとして、通常の車両用エンジンを大幅に変更す
ることなく転用するには、エンジン冷却水通路の構成に
工夫を施す必要がある。
Therefore, in order to use a normal vehicle engine as an engine employed in such a heat pump device without making significant changes, it is necessary to devise a configuration of the engine cooling water passage.

(発明の目的) 本発明は、上記要請に応えるもので、エンジン冷却水と
、ヒートポンプ回路側の熱負荷との熱交換用水の共用化
を図りメンテナンス性を向上し、かつ通常の車両用エン
ジンを大幅に変更することなく転用しても、エンジン側
の要求とヒートポンプ回路側の要求を共に満足させるこ
とができエンジンの信頼性を確保し得るエンジン駆動式
ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
(Object of the Invention) The present invention is intended to meet the above-mentioned demands, and improves maintainability by sharing water for heat exchange between the engine cooling water and the heat load on the heat pump circuit side, and improves the maintenance efficiency of ordinary vehicle engines. To provide an engine-driven heat pump device that can satisfy both the engine side requirements and the heat pump circuit side requirements and ensure the reliability of the engine even if it is repurposed without major changes.

(発明の構成) 本発明は、ヒートポンプ回路における冷媒加圧用コンプ
レッサをエンジンにて駆動する構成としたエンジン駆動
式ヒートポンプ装置において、ヒートポンプユニット側
の熱負荷と熱交換を行なう熱交換器と、循環水ポンプと
、エンジンの排気熱を回収する排気通路熱交換器と、エ
ンジン側のウォータポンプおよびウォータジャケットを
直列接続して冷却水通路を形成し、かつ上記エンジン排
気通路熱交換器より分岐し上記ウォータジャケットおよ
びエンジン側ウォータポンプをバイパスする通路を形成
したものである。
(Structure of the Invention) The present invention provides an engine-driven heat pump device in which a compressor for pressurizing refrigerant in a heat pump circuit is driven by an engine. A pump, an exhaust passage heat exchanger for recovering exhaust heat from the engine, a water pump and a water jacket on the engine side are connected in series to form a cooling water passage, and a cooling water passage is branched from the engine exhaust passage heat exchanger to form a cooling water passage. A passage is formed that bypasses the jacket and the engine-side water pump.

この構成により循環水ポンプの運転によりヒートポンプ
ユニット側の熱負荷と熱交換する熱交換器には常時冷却
水が流れるとともに、エンジン運転中においてはエンジ
ンの冷却の必要な程度に応じて冷却水がエンジン側のウ
ォータポンプによりエンジン排気通路熱交換器よりエン
ジン内のウォータジャケットに吸引されたエンジン内を
循環する流れと、循環水ポンプによりバイパス通路を介
してエンジン内のウォータジャケットをバイパスする流
れとに分配あるいは切替えられることにより、ヒートポ
ンプ回路の熱負荷の要求に応えつつ、エンジンの要求に
沿った@機促進あるいは温度調節を図り得るものである
With this configuration, cooling water constantly flows through the heat exchanger that exchanges heat with the heat load on the heat pump unit side when the circulating water pump operates, and during engine operation, cooling water flows into the engine according to the degree of engine cooling required. The flow is sucked into the water jacket inside the engine by the side water pump from the engine exhaust passage heat exchanger and distributed into the flow that circulates inside the engine and the flow that bypasses the water jacket inside the engine via the bypass passage using the circulating water pump. Alternatively, by being switched, it is possible to meet the heat load requirements of the heat pump circuit and to promote or adjust the temperature in accordance with the requirements of the engine.

(実施例) 第1図において、ヒートポンプユニット側システムへに
は、冷媒加圧用コンプレッサ1と、室内側熱交換器2と
、四方弁3と、膨張弁4と、室外側熱交換器(熱負荷)
5からなるヒートポンプ冷媒回路6が設けられ、また上
記室外側熱交換器5と後記熱交換器10に対する放熱フ
ァン7が設けられている。一方、エンジン側システムB
には、上記コンプレッサ1を駆動する出力軸8aを備え
たエンジン8が設けられ、このエンジン8の排気熱を回
収するとともに、この回収した熱を熱交換器10にて放
熱し、かつエンジンを冷却する冷却水通路9が設けられ
ている。そしてこの冷却水通路9は上記ヒートポンプユ
ニット側システムAの室外側熱交換′a5と熱交換を行
なう熱交換器10および循環水ポンプ11と、エンジン
側システムBにおけるエンジン8の排気熱を回収する熱
交換器12および排気マニホールドの外周を水通路で囲
む構成とした排気マニホールド熱交換器13からなるエ
ンジン排気通路熱交換器と、エンジン内のウォータポン
プ14と、エンジン8内のウォータジャケットと、サー
モスタット15が直列接続されることにより形成されて
いる。また、排気マニホールド熱交換器13から分岐し
て上記エンジン8内のウォータジャケットをバイパスす
る通路16も形成されている。
(Example) In Fig. 1, the heat pump unit side system includes a refrigerant pressurizing compressor 1, an indoor heat exchanger 2, a four-way valve 3, an expansion valve 4, an outdoor heat exchanger (heat load )
A heat pump refrigerant circuit 6 consisting of 5 is provided, and a heat radiation fan 7 for the outdoor heat exchanger 5 and the heat exchanger 10 described below is also provided. On the other hand, engine side system B
is equipped with an engine 8 having an output shaft 8a that drives the compressor 1, and collects exhaust heat from the engine 8, and radiates the collected heat in a heat exchanger 10 to cool the engine. A cooling water passage 9 is provided. This cooling water passage 9 is connected to a heat exchanger 10 and a circulating water pump 11 that exchange heat with the outdoor heat exchange 'a5 of the heat pump unit side system A, and a heat exchanger 10 and a circulating water pump 11 that recover exhaust heat of the engine 8 in the engine side system B. An engine exhaust passage heat exchanger consisting of an exchanger 12 and an exhaust manifold heat exchanger 13 configured to surround the outer periphery of the exhaust manifold with a water passage, a water pump 14 in the engine, a water jacket in the engine 8, and a thermostat 15. are connected in series. A passage 16 is also formed that branches from the exhaust manifold heat exchanger 13 and bypasses the water jacket in the engine 8.

第2図は上記冷却水通路9およびバイパス通路16の配
列関係を示し、上記ヒートポンプユニット側の熱負荷と
の熱交換器10および循環水ポンプ11は、ヒートポン
プユニット側システムAに設けられ、またエンジン側シ
ステムBにおいて、ウォータポンプ14の下流にシリン
ダブロックのウォータジャケット17およびシリンダヘ
ッドのウォータジャケット18が位置し、これらを還流
する還流路19が形成されている。また、バイパス通路
16は排気マニホールド熱交換器13から分岐し、サー
モスタット15野下流側に接続されている。なお、循環
水ポンプ11の流量は一定であり、エンジン内のウォー
タポンプ14の最大流出よりも流量を多く設定されてい
る。
FIG. 2 shows the arrangement relationship of the cooling water passage 9 and the bypass passage 16, and the heat exchanger 10 with the heat load on the heat pump unit side and the circulating water pump 11 are provided in the heat pump unit side system A, and the engine In the side system B, a cylinder block water jacket 17 and a cylinder head water jacket 18 are located downstream of the water pump 14, and a reflux path 19 is formed to circulate these. Further, the bypass passage 16 branches from the exhaust manifold heat exchanger 13 and is connected to the downstream side of the thermostat 15 . Note that the flow rate of the circulating water pump 11 is constant, and is set to be larger than the maximum outflow of the water pump 14 in the engine.

第3図、第4図はエンジン側システムBの上面および側
面を示し、熱交換器12はエンジン8本体の後側(図面
では右方)側面に設けられ、冷却水は、この熱交換器1
2の入口部12aに矢印aのごとく流入し、排気マニホ
ールド熱交換器13通過後、矢印すのごとくウォータポ
ンプ14に流入し、さらにエンジン8本体内のウォータ
ジャケットを通過後、サーモスタット15を通り流出部
20より矢印Cのごとく流出するようになっている。こ
れら各矢印符号a、b、cは第2図に示した符号と対応
する部分である。また、排気通路としてサイレンサ21
が熱交換器12の上方に設けられており、排ガス通路と
しては排気マニホールド熱交換器13内の排気マニホー
ルド(図示せず)と、熱交換器12内の排ガス通路12
f(後述)と、サイレンサ21が直列に連結されること
により構成され、排ガスはこの順序で通過し排出される
ようになっている。なお、ヒートポンプ冷媒回路6の室
外側熱交換器5と、冷却水通路9の熱交換器10とが熱
交換可能な構成とされることにより、エンジン冷却水が
ヒートポンプ回路の熱負荷との熱交換用水を兼ね両者は
共用化されている。
3 and 4 show the top and side surfaces of the engine side system B, the heat exchanger 12 is provided on the rear (right side in the drawing) side of the engine 8 body, and the cooling water is supplied to the heat exchanger 1.
After passing through the exhaust manifold heat exchanger 13, it flows into the water pump 14 as shown by the arrow, and after passing through the water jacket inside the engine 8 main body, it flows out through the thermostat 15. The liquid flows out from the portion 20 as shown by an arrow C. These arrow symbols a, b, and c correspond to the symbols shown in FIG. 2. Also, a silencer 21 is used as an exhaust passage.
is provided above the heat exchanger 12, and the exhaust gas passages include an exhaust manifold (not shown) in the exhaust manifold heat exchanger 13 and an exhaust gas passage 12 in the heat exchanger 12.
f (described later) and a silencer 21 are connected in series, and exhaust gas passes through and is discharged in this order. In addition, since the outdoor heat exchanger 5 of the heat pump refrigerant circuit 6 and the heat exchanger 10 of the cooling water passage 9 are configured to be able to exchange heat, engine cooling water can exchange heat with the heat load of the heat pump circuit. The water is also used for both purposes.

第5図は上記熱交換器12の断面構成を示し、入口部1
2aに連通した冷却水の通る熱交換器コア12b1水ジ
ヤケツト12cおよび出口部12dを有し、また、冷却
水の流れとは対向する流れの排ガスの入口部12e、ガ
ス通路12fおよび −出口部12Qを有する。また、
冷却水の出口部12dと排ガスの入口部128とは7ラ
ンジ部12hにて排気マニホールド熱交換器13に連結
されている。
FIG. 5 shows the cross-sectional structure of the heat exchanger 12, and shows the inlet section 1.
A heat exchanger core 12b1 through which cooling water is communicated, a water jacket 12c, and an outlet section 12d. has. Also,
The cooling water outlet section 12d and the exhaust gas inlet section 128 are connected to the exhaust manifold heat exchanger 13 at a seven-lung section 12h.

上記構成の作用を説明すると、エンジン8が運転される
ことにより、出力軸8aを介してコンプレッサ1が離動
され、ヒートポンプ冷媒回路6が運転され、室内側熱交
換器2が凝縮器、空外側熱交換各5が蒸発器の作用をな
す時、室内側の暖房を行なうことができ、また四方弁3
の切替により室内側熱交換器2が蒸発器、室外側熱交換
器5が凝縮器として作用する時、室内側の冷房を行なう
ことができる。一方、冷却水の作動については、ヒート
ポンプユニット側シスチームAにおける循環水ポンプ1
1はエンジン8の停止時にも作動し、冷却水は熱交換器
12から排気マニホールド熱交換器13を経由して熱交
換器10に一定流量が循環するようになっている。また
、エンジン運転中はエンジン内のウォータポンプ14が
排気マニホールド熱交換器13より分岐した冷却水を吸
引し、エンジン8内の各ウォータジャケット17.18
を循環しエンジン8を冷却する。
To explain the operation of the above configuration, when the engine 8 is operated, the compressor 1 is moved away via the output shaft 8a, the heat pump refrigerant circuit 6 is operated, and the indoor heat exchanger 2 is converted into a condenser and an empty side. When each heat exchanger 5 acts as an evaporator, indoor heating can be performed, and the four-way valve 3
By switching, when the indoor heat exchanger 2 acts as an evaporator and the outdoor heat exchanger 5 acts as a condenser, the indoor side can be cooled. On the other hand, regarding the operation of cooling water, circulating water pump 1 in system A on the heat pump unit side
1 operates even when the engine 8 is stopped, and a constant flow of cooling water is circulated from the heat exchanger 12 to the heat exchanger 10 via the exhaust manifold heat exchanger 13. Also, while the engine is running, the water pump 14 inside the engine sucks cooling water branched from the exhaust manifold heat exchanger 13, and each water jacket 17, 18 inside the engine 8
is circulated to cool the engine 8.

ここに、エンジンの暖機状態に拘らず、ヒートポンプ回
路の熱負荷と熱交換する熱交換器10には循環水ポンプ
11により一定流mの冷却水が流通し、ヒートポンプ回
路側の要求を満足させる。
Here, irrespective of the warm-up state of the engine, a constant flow m of cooling water flows through the heat exchanger 10 that exchanges heat with the heat load of the heat pump circuit by the circulating water pump 11 to satisfy the request on the heat pump circuit side. .

また、エンジン側システムBにおけるエンジン8の冷却
に関しては、エンジンの暖機運転あるいは回転数に応じ
てサーモスタット15とウォータポンプ14の機能によ
りエンジン8内の各ウォータジャケット17.18を流
通する冷却水の流量が変化し、その変化はエンジンの暖
機性あるいは温度調節との関連で定まるエンジン要求を
満足するものとなる。
Regarding the cooling of the engine 8 in the engine side system B, the cooling water that flows through each water jacket 17 and 18 in the engine 8 is controlled by the functions of the thermostat 15 and the water pump 14 according to engine warm-up or engine speed. The flow rate changes and the change satisfies the engine requirements determined in relation to engine warm-up or temperature regulation.

すなわち、エンジンの暖機中においては、バイパス通路
16およびサーモスタット150絞り加減によりウォー
タポンプ14により吸引された冷部水は各ウォータジャ
ケット17.18と還流路19による回路内を循環し、
暖機の促進がなされる。また、エンジン回転数に連動し
てウォータポンプ1/lによるエンジン8内への流入聞
が変動し、排気マニホールド熱交換器13から分岐しバ
イパス通路16に流れる冷却水の流量と、ウォータポン
プ14により吸引されエンジン8内の各ウォータジャケ
ット17.18に流れる冷rJ1水の流通とが適宜分配
され、必要量の冷却作用が得られ湿度調節が適切になさ
れる。
That is, while the engine is warming up, the cold water sucked by the water pump 14 through the bypass passage 16 and the thermostat 150 is circulated in the circuit formed by the water jackets 17 and 18 and the return passage 19.
Warm-up is promoted. In addition, the flow rate into the engine 8 by the water pump 1/l changes in conjunction with the engine speed, and the flow rate of cooling water branched from the exhaust manifold heat exchanger 13 and flowing into the bypass passage 16 and the water pump 14 The flow of cold rJ1 water that is drawn in and flows into each water jacket 17, 18 in the engine 8 is distributed appropriately, so that the required amount of cooling action is obtained and humidity is properly controlled.

また、冷却水と排ガスとは熱交換器12および排気マニ
ホールド熱交換器13にて熱交換を行ない、排気熱の回
収がなされ、したがってこの回収された排気熱は熱交換
器10にてヒートポンプ回路側の室外側熱交換器5に熱
交換され、ヒートポンプ冷媒回路6が室内の暖房運転を
行なっている際には有効に廃熱利用がなされる。
In addition, the cooling water and the exhaust gas exchange heat in the heat exchanger 12 and the exhaust manifold heat exchanger 13, and the exhaust heat is recovered. Therefore, the recovered exhaust heat is transferred to the heat exchanger 10 to the heat pump circuit side. The waste heat is exchanged with the outdoor heat exchanger 5, and the waste heat is effectively utilized when the heat pump refrigerant circuit 6 is performing indoor heating operation.

(発明の効果) 以上のように本発明によれば、ヒートポンプユニット側
の熱負荷と熱交換を行なう熱交換器と、エンジン側の排
気熱を回収する熱交換器と1.エンジン内のウォータジ
ャケットが直列に接続されて冷却水通路が形成され、か
つ上記ウォータジャケットをバイパスする通路が形成さ
れたものであつて、エンジン冷却水とヒートポンプ回路
の熱負荷 ・どの熱交換用水の共用化を図ることによっ
て、エンジン冷却水の通路とヒートポンプ回路側の熱交
換用水の通路とを別個に設けたものに比べ、メンテナン
ス性の向上を図ることができ、また、上記ウォータジャ
ケットを通る冷却水通路とそのバイパス通路の並設によ
り、ヒートポンプ回路側の熱負荷の熱交換要求とエンジ
ン側のa機性あるいは温度調節に関連した冷却作用の要
求を両立して満足させることが容易となり、エンジンの
信頼性を損なうことなく、しかも通常の車両用エンジン
を大幅な変更なく駆動源として転用することができるも
のである。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, there are provided a heat exchanger that exchanges heat with the heat load on the heat pump unit side, a heat exchanger that recovers exhaust heat from the engine side, and 1. The water jackets in the engine are connected in series to form a cooling water passage, and a passage that bypasses the water jacket is formed, and the heat load of the engine cooling water and the heat pump circuit is By sharing the passage for engine cooling water and the passage for heat exchange water on the heat pump circuit side, maintenance efficiency can be improved compared to a case where the passage for heat exchange water on the heat pump circuit side is provided separately. By arranging the water passage and its bypass passage in parallel, it becomes easy to satisfy both the heat exchange requirements of the thermal load on the heat pump circuit side and the cooling action requirements related to a-engine performance or temperature regulation on the engine side. This allows a normal vehicle engine to be used as a drive source without compromising the reliability of the engine and without major changes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置の一
実施例を示す概略構成図、第2図は同ヒートポンプ装置
における冷却水通路の配列構成図、第3図はエンジン側
システムの上面図、第4図は同エンジン側システムの側
面図、第5図は熱交換器の断面図である。 A・・・ヒートポンプユニット側システム、B・・・エ
ンジン側システム、1・・・コンプレッサ、5・・・室
外側熱交換器(熱負荷)、6・・・ヒートポンプ冷媒回
路、8・・・エンジン、9・・・冷却水通路、10・・
・熱交換器、11・・・循環水ポンプ、12・・・熱交
換器、13・・・排気マニホールド熱交換器、14・・
・ウォータポンプ、16・・・バイパス通路、17・・
・シリンダブロックのウォークジ17ゲツト、18・・
・°シリンダヘッドのウォータジャケット。 特許出願人    マ ツ ダ 株式会社代 理 人 
   弁理士   小谷悦司同      弁理士  
 長1)正 向      弁理士   板谷康夫 第  3  図 第  4  図      像 介
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an engine-driven heat pump device of the present invention, FIG. 2 is an arrangement configuration diagram of cooling water passages in the same heat pump device, and FIG. 3 is a top view of the engine-side system. FIG. 4 is a side view of the engine side system, and FIG. 5 is a sectional view of the heat exchanger. A... Heat pump unit side system, B... Engine side system, 1... Compressor, 5... Outdoor heat exchanger (heat load), 6... Heat pump refrigerant circuit, 8... Engine , 9...Cooling water passage, 10...
・Heat exchanger, 11... Circulating water pump, 12... Heat exchanger, 13... Exhaust manifold heat exchanger, 14...
・Water pump, 16... Bypass passage, 17...
・Cylinder block walkji 17 get, 18...
・°Cylinder head water jacket. Patent applicant Mazda Co., Ltd. Agent
Patent Attorney Etsushi Kotani Patent Attorney
Long 1) Masamukai Patent Attorney Yasuo Itaya Figure 3 Figure 4 Kazusuke

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、ヒートポンプ回路における冷媒加圧用コンプレッサ
をエンジンにて駆動する構成としたエンジン駆動式ヒー
トポンプ装置において、ヒートポンプユニット側の熱負
荷と熱交換を行なう熱交換器と、循環水ポンプと、エン
ジンの排気熱を回収する排気通路熱交換器と、エンジン
側のウォータポンプおよびウォータジャケットを直列接
続して冷却水通路を形成し、かつ上記エンジン排気通路
熱交換器より分岐し上記ウォータジャケットおよびエン
ジン側ウォータポンプをバイパスする通路を形成したこ
とを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ。
1. In an engine-driven heat pump device in which the refrigerant pressurizing compressor in the heat pump circuit is driven by the engine, there is a heat exchanger that exchanges heat with the heat load on the heat pump unit side, a circulating water pump, and exhaust heat from the engine. A cooling water passage is formed by connecting in series an exhaust passage heat exchanger for recovering water, an engine side water pump and a water jacket, and a cooling water passage branched from the engine exhaust passage heat exchanger to connect the above water jacket and engine side water pump. An engine-driven heat pump characterized by forming a bypass passage.
JP60218874A 1985-09-30 1985-09-30 Engine driving type heat pump Granted JPS6277570A (en)

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