KR101430336B1 - 차량 공기 조화 시스템 - Google Patents

Abstract

차량 공기 조화 시스템은 전동 냉매 압축 장치, 증발기, 전기 히터, 공기 온도 판단 구성요소, 객실 내부 온도 제어 구성요소, 상한치 전력 설정 구성요소, 및 전력 분배 제어기를 포함한다. 상기 증발기는 전동 냉매 압축 장치로부터 냉매를 수용한다. 상기 히터는 공기 유로에서 증발기의 하류에 있다. 상기 판단 구성요소는 증발기의 상류에서의 제1 공기 온도 및 상기 증발기와 히터 간의 제2 공기 온도를 판단한다. 상기 제어 구성요소는 히터의 하류 위치에서의 차량 내부 배출 공기 온도를 목표 온도로 설정한다. 상기 전력 설정 구성요소는 압축 장치와 히터에 공급되는 전력에 대한 상한치를 설정한다. 상기 전력 분배 제어기는 상류와 하류 온도차의 비율에 기초하여 상기 압축 장치와 히터에 상기 상한치 전력을 분배한다.

Description

차량 공기 조화 시스템{VEHICLE AIR CONDITIONING SYSTEM}

본 출원은 2010년 6월 9일자에 출원된 일본 특허 출원 제2010-131561호에 대한 우선권을 주장한다. 이에 의하여 일본 특허 출원 제2010-131561호의 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 통합된다.

본 발명은 일반적으로 차량 공기 조화 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 냉매 압축 장치 및 전기 히터에 전력을 효율적으로 분배할 수 있는 차량 공기 조화 시스템에 관한 것이다.

차량 공기 조화 시스템은 본 기술 분야에서 알려져 있다. 예를 들면, 일본 공개 특허 제H05-85142호에는 가변 용량 냉매 압축기 및 증발기를 갖고 이를 통해 압축 냉매가 순환하는 차량 공기 조화 시스템이 개시되어 있다. 상기 시스템은 증발기에 의해 냉각된 공기를 가열하여 규정된 온도를 갖는 공기를 차량실로 보내도록 구성된다. 공기 혼합 도어는 차량실로 송풍된 공기의 요망 온도를 달성하기 위하여 상기 증발기에 의해 냉각된 공기량과 상기 히터에 의해 가열된 공기량의 혼합비를 제어한다.

그러나, 일본 공개 특허 제H05-85142호에 개시된 시스템에서는 냉난방을 위해 요구되는 에너지가 관리되지 않고 있다. 그러므로, 낭비적인 에너지 소비가 발생하고 차량이 주행할 수 있는 거리가 감소될 수 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 에너지 소비를 저감할 수 있는 차량 공기 조화 시스템을 제공하는 것이다.

공지된 기술의 상태를 고려하여, 차량 공기 조화 시스템은 기본적으로 전동 냉매 압축 장치, 증발기, 전기 히터, 공기 온도 판단 구성요소, 객실 내부 온도 제어 구성요소, 상한치 전력 설정 구성요소, 및 전력 분배 제어기를 포함한다. 상기 증발기는 전동 냉매 압축 장치로부터 배출된 냉매를 수용하도록 구성된다. 상기 전기 히터는 공기 유로에서 상기 증발기의 하류에 배치된다. 상기 공기 온도 판단 구성요소는 공기 유로에서 증발기의 상류 위치에서의 제1 공기 온도 및 상기 증발기와 전기 히터 사이의 위치에서의 제2 공기 온도를 판단하도록 구성된다. 상기 객실 내부 온도 제어 구성요소는 공기 유로에서 전기 히터의 하류 위치에서의 차량 내부 배출 공기 온도를 목표 배출 공기 온도로 설정하도록 구성된다. 상기 상한치 전력 설정 구성요소는 전동 냉매 압축 장치와 전기 히터에 공급될 수 있는 전력에 대한 상한치를 설정하도록 구성된다. 상기 전력 분배 제어기는 상류 온도차와 하류 온도차의 비율에 기초하여 상기 전동 냉매 압축 장치와 전기 히터에 상기 상한치 전력을 분배하도록 구성되고, 상기 상류 온도차는 제1 공기 온도와 제2 공기 온도 간의 차이에 기초하고 상기 하류 온도차는 목표 배출 공기 온도와 제2 공기 온도 간의 차이에 기초한다.

이하, 본 발명의 일부를 형성하는 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 본 실시예에 따른 차량 공기 조화 시스템의 일례를 나타낸 개략적인 계통도이다.
도 2는 차량 공기 조화 시스템의 공기 조화 제어기에 의해 수행될 수 있는 작동의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
도 3은 공기 조화 시스템의 증발기 하류측 온도 특성의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 4는 전력 상한치를 설정하기 위하여 공기 조화 시스템에 의해 수행될 수 있는 작동의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
도 5는 공기 조화 시스템에 의해 사용되는 플래그 CF1 상태의 일례를 나타낸 타임차트이다.
도 6은 공기 조화 시스템에 의해 사용되는 플래그 CF2 상태의 일례를 나타낸 타임차트이다.
도 7은 공기 조화 시스템에 의해 사용되는 압축기 상태의 일례를 나타낸 타임차트이다.
도 8은 공기 조화 시스템에 의해 사용되는 정온도 계수(PTC) 히터 상태의 일례를 나타낸 타임차트이다.

이하, 선택된 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 본 내용으로부터 본 실시예에 대한 다음의 설명이 단지 예시적인 것이며 첨부된 청구범위 및 이의 등가 범위에 의해 규정된 바와 같이 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라는 것을 당업자에게는 명백할 것이다.

도 1은 본 실시예에 따른 차량 공기 조화 시스템의 일례를 나타낸 계통도이다. 이러한 예에서, 차량 공기 조화 시스템을 포함하는 차량은 전기 차량이다. 상기 전기 차량은 구동 모터(32)를 작동시키기 위하여 전력을 공급하는 배터리(40)를 포함한다. 이에 따라, 상기 구동 모터(32)는 차량을 추진시키기 위하여 구동 휠(31)을 구동시킨다. 또한, 전기 차량인 대신에, 상기 차량은 내연 기관을 포함할 수 있거나 또는 연소 기관과 전기 모터의 양자를 사용하는 하이브리드 차량일 수 있다. 또한, 상기 차량은 승용차, 트럭, 밴, SUV, 또는 임의의 다른 적절한 유형의 차량일 수 있다.

통상적으로, 상기 차량의 제어기는, 예를 들어 가속 페달을 누름으로써 운전자에 의해 요청되는 구동력을 검출한다. 이에 따라, 상기 제어기는 요청된 구동력에 따라 상기 배터리(40)로부터 구동 모터(32)로의 전력의 공급을 제어한다. 제동시, 회생 제동이 수행될 수 있고, 상기 구동 모터(32)에 의해 발생된 전력이 배터리(40)에 공급될 수 있다. 통상적으로, 구동 제어와 회생 제동 제어는 일반적 제어기(30)에 의해 실행된다. 상기 일반적 제어기(30)는 차량의 전력 소비 효율을 증가시키면서 운전자의 요청에 따른 주행 상태를 달성하기 위하여 상기 배터리(40)의 충전 상태(SOC; state of charge) 및 다양한 구동 조건에 기초하여 제어 작동을 수행할 수 있다.

상기 차량 공기 조화 시스템은 차량실의 외부로부터 공기를 흡입하도록 구성되는 외기 흡기 포트(outside air intake port)(1) 및 상기 차량실의 내부로부터 공기를 흡입하도록 구성되는 내기 흡기 포트(inside air intake port)(2)를 갖는다. 상기 차량 공기 조화 시스템은 내기 혼합비 Xrec를 제어하도록 구성되는 흡기 도어(3)를 더 갖는다. 상기 공기 혼합비 Xrec는 외기 흡기 포트(1)를 통해 흡입된 공기량과 상기 내기 흡기 포트(2)를 통해 흡입된 공기량의 비율을 나타낸다. 상기 흡기 도어(3)는 운전자에 의해 설정되거나 자동 공기 조화에 의해 요청되는 내기 혼합비 Xrec에 기초하여 적절하게 제어되고, 예를 들면 개폐된다. 상기 공기 유입 포트를 통해 흡입된 공기는, 예를 들어 모터(5)에 의해 구동되는 송풍기 팬(4)에 의해 증발기(6)로 공급된다. 상기 모터(5)는 운전자에 의해 설정되거나 자동 공기 조화에 의해 요청되는 공기 유동량(airflow quantity)에 기초하여 송풍기 팬(4)을 적절하게 구동시킨다.

상기 증발기(6)는 공기와 상기 증발기(6)를 통과하는 압축 냉매 간에 열을 교환함으로써 상기 증발기(6)로 유입되는 공기를 냉각시키기 위하여 작동한다. 상기 냉각 시스템은 열교환용 증발기(6), 가변 용량 냉매 압축기(9), 응축기(8), 및 팽창 밸브(7)를 포함한다. 상기 증발기(6)에서 열교환을 완료한 후, 상기 냉매는 전동 냉매 압축 장치로도 불리울 수 있는 가변 용량 냉매 압축기(9)에 의해 압축된다. 상기 가변 용량 압축기(9)는 전기 모터에 의해 구동되며 공급된 전력에 따라 압축 성능을 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 압축 성능이 높은 것으로 인해 상기 가변 용량 압축기(9)가 대용량으로 구동되는 경우에 상기 냉각 성능은 높게 된다. 상기 압축 성능이 낮은 것으로 인해 상기 가변 용량 압축기(9)가 소용량으로 구동되는 경우에 상기 냉각 성능은 낮게 된다. 다시 말해서, 상기 공급된 전력이 큰 경우에 상기 냉각 성능은 높게 되고, 상기 공급된 전력이 작은 경우에 상기 냉각 성능은 낮게 된다.

본 기술에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 가변 용량 압축기(9)에 의해 압축되는 냉매는 응축기(8)에서 액체로 변화된다. 상기 액체 냉매는 팽창 밸브(7)에 의해 미스트(mist)로 확산되어 상기 증발기(6)의 내부로 공급된다. 상기 냉각 시스템 그 자체는 종래 유형의 냉각 시스템일 수 있어서 더 상세하게 설명하지 않을 것이다. 본 실시예에서, 최대 전력을 소비하는 냉각 시스템의 구성요소는 가변 용량 압축기(9)이다. 따라서, 상기 냉각 시스템으로 분배되는 전력량은 상기 가변 용량 압축기(9)로 분배되는 전력량과 기본적으로 동일하다.

상기 증발기(6)를 통과한 후, 상기 냉각된 공기는 공기 유로를 따라 하류에 배치되는 히터 코어(10)로 공급되어 상기 히터 코어(10)에 의해 가열된다. 전기 히터로도 불리울 수 있는 히터 시스템은 히터 코어(10), PTC 히터(12), 및 상기 PTC 히터(12)의 내부로부터 히터 코어(10)로 온수를 공급하도록 구성되는 펌프(11)를 포함한다. 상기 히터 코어(10)는 공기와 상기 히터 코어(10)를 통과하는 온수 간에 열을 교환함으로써 상기 히터 코어(10)로 유입되는 공기를 가열하도록 작동한다. 상기 펌프(11)는 전기 모터에 의해 구동되어 상기 온수를 순환시킨다. 상기 펌프(11)는 일반적으로 간단히 온수를 순환시키는 역할을 하므로 상기 펌프(11)는 대체로 낮은 전력 소비를 갖는다. 상기 펌프(11)는 공기를 히터 코어(10)로 가열하기 위한 요청이 있을 때 자동적으로 규정된 작동을 실행하도록 구성된다.

상기 PTC 히터(12)는 본 예에서 자기 온도 제어 특성을 갖는 발열 요소이다. 상기 PTC 히터(12)는 공급된 전력에 따라 규정된 온도에 도달할 때까지 가열한다. 상기 PTC 히터(12)가 규정된 온도에 도달하는 경우, 저항 값은 급격히 증가하고 상기 발열 요소는 일정 온도를 유지한다. 상기 PTC 히터(12)를 통과한 물은 규정된 온도로 가열되어 온수로서 공급된다. 다시 말해서, 상기 공급된 전력이 큰 경우에 상기 가열 성능은 커지고, 상기 공급된 전력이 작은 경우에 상기 가열 성능은 낮아진다. 본 실시예에서, 대체로 최대 전력을 소비하는 가열 시스템의 구성요소는 상기 PTC 히터(12)이다. 따라서, 상기 가열 시스템으로 분배되는 전력량은 상기 PTC 히터(12)로 분배되는 전력량과 기본적으로 동일하다.

상기 시스템은 냉각 시스템과 히터 시스템에 의해 조화되는 공기를 송풍하도록 기능하는 공기 배출 포트(14)를 더 포함한다. 또한, 상기 시스템은 운전자가 객실 내부 온도를 설정할 수 있게 구성되는 서모스탯과 같은 객실 내부 온도 설정 장치(15)를 포함한다. 공기 조화기 스위치(16)는 냉각 시스템에서 상기 가변 용량 압축기(9)의 작동을 가능하게 하거나 작동을 하지 않도록 구성된다. 상기 시스템은 윈드실드의 성에 제거 및/또는 서리 제거에 대한 요청을 행하도록 구성되는 제상 스위치(17)를 더 포함한다. 상기 공기 배출 포트(14)는 본 예를 위해 단일 독립체로 불리울 수 있다. 그러나, 상기 공기 배출 포트(14)는 실제 복수의 공기 조화 통기구 및 제상 통기구를 포함한다. 공기가 배출되는 위치는 운전자에 의해 선택되거나 자동 공기 조화 제어에 의해 요청되는 배출 모드에 따라 적절하게 구성된다. 예를 들어, 제1 배출 모드에서, 상기 조화 공기는 공기 조화 통기구로부터 배출된다. 제2 배출 모드에서, 상기 조화 공기는 공기 조화 덕트 및 풋 덕트(foot duct)로부터 배출된다. 제3 배출 모드에서, 상기 조화 공기는 공기 조화 통기구, 풋 덕트, 및 제상 통기구로부터 배출된다.

다수의 배출 포트를 이용하는 모드가 선택되는 경우, 배출되는 공기량은 커지고, 이에 따라 상기 공기 유동량이 커지게 된다. 이와 반대로, 소수의 배출 포트를 이용하는 모드가 선택되는 경우, 배출되는 공기량은 작아지고, 이에 따라 상기 공기 유동량이 작아지게 된다. 그 결과, 상세하게 후술될 바와 같이, 제2 공기 온도 Tof는 상기 배출 포트의 수가 많아지는 경우에 낮아져야 한다. 즉, 동일하거나 대략 동일한 전력이 사용되는 것으로 가정하면, 공기 냉각 성능 또는 공기 가열 성능은 배출 모드에 따라 달라진다.

상기 시스템은 객실 내부 온도 설정 장치(15)로부터 신호를 수신하는 공기 조화기 제어기(20), 공기 조화기 스위치(16), 및 제상 스위치(17)를 더 포함한다. 상기 공기 조화기 제어기(20)는 외기 흡기 포트(1) 근처에 배치된 주변 공기 온도 센서(21)로부터 센서 신호를 더 수신하여 상기 차량 외부의 주변 공기 온도를 검출하도록 구성된다. 상기 공기 조화기 제어기(20)는 내기 흡기 포트(2) 근처에 배치되고 상기 차량 실내의 내기 온도를 검출하도록 구성되는 내기 온도 센서(22)를 수용한다. 또한, 상기 공기 조화기 제어기(20)가 일반적 제어기(30)로부터 배터리 SOC와 같은 요인에 기초하여 설정되는 최대 전달가능 전력 INLmax를 수신하도록, 공기 조화기 제어기(20)는 예를 들면 제어기 영역 네트워크(CAN; controller area network) 통신선을 통해 상기 일반적 제어기(30)에 연결된다.

상기 공기 조화기 제어기(20), 제어기(30), 본 명세서에서 논의되는 임의의 다른 제어기는, 예를 들어 본 명세서에서 논의되는 바와 같은 차량의 구성요소를 제어하고 이와 상호작용하는 제어 프로그램을 갖는 마이크로컴퓨터를 각각 포함하거나 공유할 수 있다는 것을 유의해야 한다. 또한, 상기 공기 조화기 제어기(20), 제어기(30), 본 명세서에서 논의되는 임의의 다른 제어기는 입력 인터페이스 회로, 출력 인터페이스 회로, 및 예컨대 ROM[읽기 전용 메모리(Read Only Memory)] 장치와 RAM[랜덤 액서스 메모리(Random Access Memory)] 장치인 저장 장치와 같은 다른 종래의 구성요소를 각각 포함하거나 공유할 수 있다. 상기 RAM과 ROM은 공기 조화기 제어기(20) 및 제어기(30)에 의해 실행되는 제어 프로그램 및 처리 결과를 저장한다. 또한, 상기 공기 조화기 제어기(20), 제어기(30), 본 명세서에서 논의되는 임의의 다른 제어기는 종래 방식으로 상기 차량의 구성요소에 작동가능하게 결합된다. 상기 공기 조화기 제어기(20), 제어기(30), 본 명세서에서 논의되는 임의의 다른 제어기가 본 명세서에서 논의되는 실시예의 기능을 수행할 수 있는 하드웨어 및 소프트웨어의 임의의 조합일 수 있다는 것을 본 내용으로부터 당업자에게는 명백할 수 있을 것이다.

상기 차량이 전기 차량인 경우, 상기 차량은 배터리(40)에 의해 추진되고, 상기 배터리(40)는 본질적으로 유일한 에너지 공급원이다. 따라서, 상기 배터리(40)의 충전 상태가 낮은 경우, 상기 공기 조화기로 공급될 수 있는 전력량은 차량을 추진하는데 우선 순위를 부여하기 위하여 낮은 값으로 제한된다. 이와 반대로, 상기 충전 상태가 규정된 값 이상인 경우, 충분한 전력량이 공기 조화기에 공급하는데 이용할 수 있다.

상기 공기 조화기 제어기(20)는 전력 소비를 줄이면서 상기 차량 실내의 쾌적한 환경을 달성하기 위하여 전술한 센서 신호 및 스위치 신호에 기초하여 객실 내부 온도 제어를 실행한다. 보다 구체적으로, 상기 객실 내부 온도 설정 장치(15)에 의해 목표 객실 내부 온도가 설정되는 경우, 예를 들어 상기 목표 객실 내부 온도와 실제 내부 공기 온도 간의 차이에 기초하여 목표 배출 공기 온도 XM이 설정된다. 예를 들어, 상기 내부 공기 온도가 목표 객실 내부 온도보다 낮으면, 이때 상기 목표 배출 공기 온도 XM에 대해 고온 값이 설정된다. 이와 반대로, 상기 내부 공기 온도가 목표 객실 내부 온도보다 높으면, 이때 상기 목표 배출 공기 온도 XM에 대해 저온 값이 설정된다. 상기 냉각 시스템과 히터 시스템은 목표 배출 공기 온도 XM을 달성하며 상기 객실로 쾌적하고 적절하게 제습된 공기를 전달하기 위하여 작동된다.

본 기술에서 알 수 있는 바와 같이, 내연기관이나 다른 엔진이 구비된 차량에서 사용되는 종래의 공기 조화 시스템은 필요에 따라 상기 엔진에 의해 구동되는 압축기를 이용하여 증발기 출구 근처에서, 예를 들어 약 4℃로 공기를 냉각시킴으로써 상기 객실 내부로 공급되는 공기를 제습하도록 구성된다. 그리고 나서, 상기 냉각된 공기는 엔진 냉각수가 흐르는 히터 코어에 의해 가열되어 온수로서 역할을 한다. 상기 공기는 요망 온도로 가열되어 객실로 송풍된다. 그러나, 상기 엔진이 정상적으로 작동하는 동안에 상기 종래의 공기 조화 시스템이 적절하게 작동할 수 있을지라도, 상기 작동은 엔진이 정지될 때 일어나지 않는다. 또한, 냉각이 필요하지 않은 경우에도, 상기 압축기는 엔진에 부하를 부과하여 상기 엔진이 계속해서 열을 발생시킨다. 그 결과, 에너지 효율이 저감된다.

엔진이 구비되지 않은 전기 차량에서, 상기 히터 시스템은 열원으로서 전력을 사용한다. 이러한 차량에서, 상기 냉각 시스템과 히터 시스템에 공급된 전력이 최적으로 활용되지 않으면, 이때 공기는 불필요하게 냉각 및 가열될 수 있다. 따라서, 배터리 동력의 낭비적인 사용이 증가할 것이고, 이는 상기 배터리의 충전 없이 차량이 주행할 수 있는 거리에 대해 악영향을 줄 수 있다. 이제 설명될 바와 같이, 상기 냉각 시스템 및 히터 시스템에 요망 또는 최적의 방식으로 전력을 분배할 수 있는 본 실시예에 따른 차량 공기 조화 제어 과정이 수행될 수 있다.

도 2는 상기 시스템에 의해 수행될 수 있는 공기 조화 제어 작동의 일례를 나타낸 플로우차트이다. 따라서, 이러한 플로우차트는 전력 분배와 관련한 처리 작동을 설명하는데 사용될 수 있다. 상기 흡기 도어(3), 송풍기 팬(4)의 작동, 공기 혼합 도어(13) 등이 별도의 제어 시퀀스에 따라 제어되는 것으로 상정한다. 또한, 상기 공기 조화기 제어기(20)가 이러한 작동을 수행하는 것으로 설명되었지만, 상기 시스템에서 임의의 적절한 제어기 또는 복수의 제어기가 작동을 수행할 수 있다.

단계 S1에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 제상기 스위치(17)가 온(ON)인지 판단한다. 상기 스위치(17)가 온이면, 이때 상기 공기 조화기 제어기(20) 처리는 단계 S2로 계속된다. 그러나, 상기 스위치(17)가 오프(OFF)이면, 이때 상기 공기 조화기 제어기(20)는 운전자가 습도에 만족하는 것으로 판단하여 상기 처리는 후술될 바와 같은 단계 S10으로 진행된다.

단계 S2에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 공기 조화기 스위치(16)가 온인지를 판단한다. 상기 스위치(16)가 온이면, 이때 상기 공기 조화기 제어기(20) 처리는 단계 S3으로 계속된다. 그러나, 상기 스위치(16)가 오프이면, 이때 상기 공기 조화기 제어기(20)는 운전자가 공기를 냉각시키기를 원하지 않는 것으로 판단하여 상기 처리는 단계 S14로 진행된다.

단계 S3에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 공기 유로에서 상기 증발기(6)의 상류 위치에서의 제1 공기 온도 Teva_in을 아래에 도시된 예시적인 식을 이용하여 계산한다. 이러한 작동은 공기 온도 검출 작동으로 불리울 수 있다. 따라서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 이러한 점에서 공기 온도 판단 요소로서 기능을 한다.

Teva_in = {(Tamb + △Teva_in) × (1 - Xrec) + Tinc × Xrec}

이러한 식에서, Tamb는 상기 주변 온도 센서(21)에 의해 검출된 주변 온도를 나타내고, Tinc는 상기 내기 온도 센서(22)에 의해 검출된 내기 온도를 나타내고, Xrec는 내기 혼합비를 나타낸다. 상기 제1 공기 온도 Teva_in이 본 예에서 계산으로 추산되지만, 상기 제1 공기 온도 Teva_in을 검출하기 위하여 센서가 제공될 수 있다.

단계 S4에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 상기 히터 시스템이 사용되어야 하는지 여부를 나타내는 모드 플래그(mode flag) CF1에 대한 모드 판단 과정을 실행한다. 먼저, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 증발기(6)와 히터 코어(10) 간의 제2 공기 온도 Tof를 추산한다. 도 3은 상기 제2 공기 온도 Tof의 추산된 값의 일례를 나타낸 그래프이다. 상기 공기 조화기 제어기(20)는 배출 모드에 기초하여 특성 곡선을 선택하고, 상기 목표 배출 공기 온도 XM에 기초하여 상기 제2 공기 온도 Tof를 추산한다. 이러한 작동은 공기 온도 검출 작동으로도 불리울 수 있다. 또한, 상기 제2 공기 온도 Tof를 검출하기 위하여 센서가 제공될 수 있다.

그리고 나서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 목표 배출 공기 온도 XM과 제2 공기 온도 Tof 간의 차이 △T를 계산하고, 상기 차이 △T에 기초하여 플래그 CF1을 설정한다. 도 5는 상기 플래그 CF1에 대한 예시적인 모드 판단 타임차트이다. 상기 차이 △T가 규정된 값 △T2(또는 △T1)보다 크면, 이때 상기 히터 코어(10)에 의해 공기가 가열될 필요가 크기 때문에 상기 플래그 CF1은 1로 설정된다. 이와 반대로, 상기 차이 △T가 규정된 값 △T1(또는 △T2)보다 작으면, 이때 상기 히터 코어(10)에 의해 공기가 가열될 필요가 작기 때문에 상기 플래그 CF1은 2로 설정된다. 예를 들어, 상기 플래그 CF1는 본 기술에서 알 수 있는 바와 같이 제어 난조(control hunting)를 회피하기 위하여 이력 특성에 따라 설정될 수 있다.

단계 S5에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 플래그 CF1이 1로 설정되는 지를 판단한다. 상기 플래그 CF1이 1로 설정되면 상기 공기 조화기 제어기(20) 처리는 단계 S6으로 계속되고, 상기 플래그 CF1이 2로 설정되면 상기 공기 조화기 제어기(20)는 단계 S13으로 계속된다. 상기 플래그 CF1이 2이면, 이때 상기 히터 코어(10)로 공기를 가열할 필요가 없다. 그러므로, 상기 공기 조화기 제어기는 상기 히터 시스템에 분배될 전력 INL_PTC를 제로(0)로 설정하고, 상기 냉각 시스템에 분배될 전력 INL_comp를 전력 상한치 AC_INL로 설정한다. 상기 전력 상한치 AC_INL은 더 상세하게 후술된다.

단계 S6에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 전력 상한치 AC_INL을 판독하여 상기 냉각 시스템에 분배될 전력 INL_comp를 계산한다. 이하, 상기 전력 상한치 AC_INL과 상기 전력 INL_comp를 계산하기 위하여 실행되는 처리가 설명될 것이다.

도 4는 전력 상한치 AC_INL을 설정하기 위해 수행될 수 있는 작동의 일례를 나타낸 플로우차트이다. 단계 S31에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 일반적 제어기(30)로부터 수신된 최대 전달가능 전력 INLmax을 판독한다. 단계 S32에서, 상기공기 조화기 제어기(20)는, 예를 들어 차량 내부 온도 설정 장치(15)를 통해 설정된 승객 설정 온도 T* 및 주변 온도 Tamb를 판독한다. 상기 공기 조화기 제어기(20)는 미리 저장된 맵으로부터 공기 조화기 자기 제한 전력 INLorg를 판독하기 위하여 상기 주변 온도 Tamb 및 승객 설정 온도 T*의 값을 사용한다. 단계 S33에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 INLmax > INLorg인지를 판단한다. INLmax > INLorg이면, 이때 상기 공기 조화기 제어기(20)는 단계 S34에서 전력 상한치로서 상기 값 INLorg를 설정한다. 이러한 경우, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 상한치 전력 설정 구성요소로서 기능한다. INLmax가 INLorg보다 크지 않으면, 이때 상기 공기 조화기 제어기(20)는 S35에서 전력 상한치로서 상기 값 INLmax를 설정한다. 이러한 작동은 전력 상한치 설정 작동으로 불리울 수 있다. 따라서, 상기 일반적 제어기(30)에 의해 제한된 값과 상기 공기 조화 시스템에 의해 실행된 자율규제 제약(self-imposed limitation)에 기초하여 제한된 값 사이에서 낮은 값을 선택함으로써 전력이 보존된다.

상기 냉각 시스템, 즉 가변 용량 압축기(9)에 분배되는 전력 INL_comp의 양은 다음의 식에 따라 계산된다.

INL_comp = AC_INL × {(Teva_in - Tof) × η1} / {(XM - Tof) × η2 + (Teva_in - Tof) × η1}

상기 식에서, η1은 상기 증발기(6)의 온도 변환 효율을 나타내고, η2는 상기 히터 코어(10)의 온도 변환 효율을 나타낸다. 그러므로, 상기 냉각 시스템에 분배될 전력 및 상기 히터 시스템에 분배될 전력은 전력 상한치 AC_INL 및 상기 증발기(6)의 상류에 위치되는 공기 유로의 위치에서 상기 제2 공기 온도 Tof와 제1 공기 온도 Teva_in 간의 상류 온도차(Teva_in - Tof)와 상기 목표 배출 공기 온도 XM과 제2 공기 온도 Tof 간의 하류 온도차(XM - Tof)의 비율에 기초하여 계산된다. 다시 말해서, 상기 냉각 시스템의 냉각 작용에 의해 달성될 온도 감소(상류 온도차)와 상기 히터 시스템의 가열 작용에 의해 달성될 온도 증가(하류 온도차)의 비율에 기초하여 상기 전력 상한치 AC_INL이 분배된다. 그 결과, 상기 각 시스템에 의한 불필요한 냉난방이 방지될 수 있고, 상기 공기 조화 시스템은 더 효율적으로 작동될 수 있다. 또한, 제습이 상기 전력 상한치 AC_INL을 초과하지 않고 달성될 수 있고, 서리방지 효과가 윈드실드에 대하여 달성될 수 있다.

도 7로 돌아가면, 단계 S7에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 전력 INL_comp가 전력 상한치 AC_INL보다 큰지를 판단한다. 그렇다면, 이때 상기 공기 조화기 제어기(20)는 냉각이 우선 순위인 것으로 판단하여 상기 처리는 단계 S13으로 진행된다. 단계 S13에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 상기 히터 시스템에 분배될 전력 INL_PTC를 제로(0)로 설정하고, 상기 냉각 시스템에 분배될 전력 INL_comp를 상기 전력 상한치 AC_INL로 설정한다. 이와 반대로, INL_comp가 상기 전력 상한치 AC_INL 이하이면, 이때 상기 공기 조화기 제어기(20) 처리는 단계 S8로 진행된다.

단계 S8에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 전력 INL_comp가 음(negative)인지를 판단한다. 전력 INL_comp가 음이면, 이때 상기 냉각 시스템에 전력을 공급할 필요가 없어서 상기 공기 조화기 제어기(20)는 단계 S14로 진행된다. 단계 S14에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 냉각 시스템에 분배될 전력 INL_comp를 제로(0)로 설정하고 상기 히터 시스템에 분배될 전력 INL_PTC를 상기 전력 상한치 AC_INL로 설정한다. 이와 반대로, INL_comp가 제로(0) 이상이면, 이때 상기 공기 조화기 제어기(20) 처리는 단계 S9로 진행된다.

단계 S9에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 다음의 식에 나타낸 바와 같이 상기 히터 시스템에 분배될 전력 INL_PTC를 계산한다.

INL_PTC = AC_INL - INL_comp

이러한 작동은 전력 분배 제어 작동으로 불리울 수 있고, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 전력 분배 제어기로서 기능을 한다. 다시 말해서, 상기 냉각 시스템에 공급될 전력 및 상기 히터 시스템에 공급될 전력은 상기 상류 온도차 및 하류 온도차에 따라 설정된다.

단계 S10에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 상기 냉각 시스템과 히터 시스템의 양자를 작동시킬 필요가 있는지 또는 단지 하나 또는 다른 하나를 작동시킬 필요가 있는지 여부를 나타내는 모드 플래그 CF2에 대한 모드 판단 과정을 실행한다. 이러한 작동은 전력 분배 제어 작동으로 불리울 수 있다. 도 6은 플래그 CF2에 대한 타임차트이다. 상기 목표 배출 공기 온도 XM이 값 XM1(또는 XM2)보다 낮아서 저온을 나타내면, 이때 상기 히터 코어(10)로 공기를 가열할 필요가 거의 없어서 상기 플래그 CF2는 3으로 설정된다. 또한, 상기 값 XM1과 XM2는 이력 특성을 갖도록 구성된다. 상기 목표 배출 공기 온도 XM이 값 XM4(또는 XM3)보다 높아서 고온을 나타내면, 이때 상기 냉각 시스템으로 공기를 냉각시킬 필요가 거의 없어서 상기 플래그 CF2는 1로 설정된다. 또한, 상기 값 XM3과 XM4는 이력 특성을 갖도록 구성된다.

전술한 조건 중 어느 것도 존재하지 않으면, 이때 상기 냉각 시스템과 히터 시스템의 양자가 사용될 것이고, 상기 플래그 CF2는 2로 설정된다. 따라서, 상기 목표 배출 공기 온도 XM에 따라, 전력을 시스템 중 하나에 전달함으로써 전력이 하나의 시스템에 집중될 수 있다. 그 결과, 전력 소비가 감소될 수 있으며 항속 거리가 향상될 수 있다. 또한, 전술한 처리는 제상 스위치(17)가 오프일 때 실행된다. 다시 말해서, 습도 관리에 대한 필요가 적을 때, 전력 소비는 단순 온도가 고려되도록 상기 공기 조화 시스템을 작동시킴으로써 억제된다.

도 2로 돌아가면, 단계 S11에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 플래그 CF2의 값이 1인지를 판단한다. 상기 값이 1이면, 이때 상기 공기 조화기 제어기(20)는 냉각 시스템을 작동시킬 필요가 없는 것으로 판단하여 단계 S14로 진행되고, 여기서 INL_comp는 제로(0)로 설정되고, INL_PTC는 AC_INL로 설정된다. 단계 S12에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 플래그 CF2의 값이 2인지를 판단한다. 상기 값이 2이면, 이때 상기 공기 조화기 제어기(20)는 가열 시스템과 냉각 시스템의 양자가 작동되는 것으로 판단하여 상기 처리는 단계 S2로 진행된다. 반면에, 상기 플래그 CF2의 값이 2가 아니라 3이면, 이때 상기 히터 시스템을 작동시킬 필요가 없다. 따라서, 상기 공기 조화기 제어기(20) 처리는 단계 S13으로 진행되고, 여기서 INL_PTC는 AC_INL로 설정되고, INL_PTC는 제로(0)로 설정된다.

단계 S15에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 상기 냉각 시스템에 전력이 공급되는지 여부를 나타내는 모드 플래그 CF_comp에 대한 모드 판단 과정을 실행한다. 도 7은 플래그 CF_comp에 대한 예시적인 타임차트이다. 상기 전력 INL_comp가 규정된 값 x2(또는 x1)보다 크면, 이때 상기 플래그 CF_comp는 1로 설정되고 현재 설정된 전력 INL_comp가 그대로 공급되거나 대략 그대로 공급된다. 상기 전력 INL_comp가 규정된 값 x1(또는 x2)보다 작으면, 이때 상기 냉각 시스템이 전력 INL_comp로 작동되는 경우에도, 승객은 상기 공기 조화 시스템의 작동으로 인한 객실 내부의 공기에 대한 개선을 일반적으로 느끼지 못할 것이며 효율은 악화될 것이다. 그러므로, 이러한 경우, 상기 플래그 CF_comp가 2로 설정된다. 또한, 상기 값 x1과 x2는 전술된 다른 값과 같이 이력 특성을 나타낸다.

단계 S16에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 상기 플래그 CF_comp의 값이 1인지를 판단한다. 상기 값이 1이면, 이때 상기 공기 조화기 제어기(20) 처리는 단계 S17로 진행된다. 상기 값이 2이면, 이때 상기 공기 조화기 제어기(20)는 단계 S18로 진행되어 상기 전력 INL_comp를 제로(0)로 설정한다. 다시 말해서, 상기 차량 실내의 공기가 공기 조화 시스템을 작동시킴으로써 개선되지 않을 것이라고 예측되면, 이때 상기 공기 조화 시스템으로 공급된 전력은 제로(0)로 설정된다. 이는 전력의 소비를 저감하며 상기 배터리의 충전 없이 상기 차량이 주행할 수 있는 거리를 향상시킨다. 이러한 작동은 전력 분배 제어 작동으로도 불리울 수 있다.

단계 S17에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 상기 히터 시스템에 전력이 공급되는지 여부를 나타내는 모드 플래그 CF_PTC에 대한 모드 판단 과정을 실행한다. 도 8은 플래그 CF_PTC에 대한 예시적인 타임차트이다. 상기 전력 INL_PTC가 규정된 값 y2(또는 y1)보다 크면, 이때 상기 플래그 CF_PTC는 1로 설정되고 현재 설정된 전력 INL_PTC가 그대로 공급되거나 대략 그대로 공급된다. 상기 전력 INL_PTC가 규정된 값 y1(또는 y2)보다 작으면, 이때 상기 히터 시스템이 전력 INL_PTC로 작동되는 경우에도, 승객은 상기 공기 조화 작용으로 인한 객실 내부의 공기에 대한 개선을 느끼지 못할 것이며 효율은 악화될 것이다. 그러므로, 이러한 경우, 상기 플래그 CF_PTC가 2로 설정된다. 또한, 상기 값 y1과 y2는 전술된 다른 값과 같이 이력 특성을 나타낸다.

단계 S19에서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 상기 플래그 CF_PTC의 값이 1인지를 판단한다. 상기 값이 1이면, 이때 상기 공기 조화기 제어기(20) 처리는 단계 S21로 진행된다. 상기 값이 2이면, 이때 상기 공기 조화기 제어기(20) 처리는 단계 S20으로 진행되어 상기 전력 INL_PTC를 제로(0)로 설정한다. 다시 말해서, 상기 차량 실내의 공기가 공기 조화 시스템을 작동시킴으로써 개선되지 않을 것이라고 예측되면, 이때 상기 공기 조화 시스템으로 공급된 전력은 제로(0)로 설정된다. 이는 전력의 소비를 저감하며 상기 배터리의 충전 없이 상기 차량이 주행할 수 있는 거리를 향상시킨다. 이러한 작동은 전력 분배 작동으로 불리울 수 있다. 그리고 나서, 단계 S21에서, 상기 작동에 기초하여 궁극적으로 설정된 상기 전력 INL_comp와 INL_PTC는 각 시스템으로 출력된다.

전술한 바로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 시스템은 전기 모터에 의해 구동되는 가변 용량 압축기(9)(예를 들면, 전동 냉매 압축 장치)를 포함한다. 상기 시스템은 가변 용량 압축기(9)로부터 배출된 냉매가 공급되는 증발기(6), 및 공기 유로에서 상기 증발기(6)의 하류에 배치된 PTC 히터(12)에 의해 가열된 히터 코어(10)(전기 히터)를 더 포함한다. 전술된 단계 S3 및 S4에서 수행된 작동은 상기 공기 유로에서 증발기(6)의 상류 위치에서의 제1 공기 온도 Teva_in 및 상기 증발기(6)와 히터 코어(10) 간의 위치에서의 제2 공기 온도 Tof를 검출 또는 추산한다. 따라서, 상기 공기 조화기 제어기(20)는 상기 공기 유로에서 히터 코어(10)의 하류 위치에서의 차량 내부 배출 공기 온도가 목표 배출 공기 온도와 일치하도록 상기 시스템을 제어하도록 구성된다. 전술한 단계 S31에서 수행된 작동에서, 상기 가변 용량 압축기(9)를 포함하는 냉각 시스템 및 상기 히터 코어(10)를 포함하는 히터 시스템에 공급될 수 있는 전력 상한치 AC_INL이 설정된다. 전술한 단계 S6 및 S9에서 수행된 작동에서, 상기 전력 상한치 AC_INL이 상류 온도차(Teva_in - Tof)와 하류 온도차(XM - Tof)의 비율에 기초하여 상기 냉각 시스템 및 히터 시스템에 제공된다. 상기 상류 온도차는 제1 공기 온도 Teva_in과 제2 공기 온도 Tof 간의 차이이고, 상기 하류 온도차는 목표 배출 공기 온도 XM과 제2 공기 온도 Tof 간의 차이이다.

따라서, 상기 냉각 시스템에 대한 냉매 압축 성능과 상기 히터 시스템에 대한 냉각 공기 가열 성능은 상기 설정된 전력 상한치 AC_INL를 초과하지 않고 효율적으로 달성될 수 있다. 따라서, 상기 배터리를 충전하지 않고 차량이 주행할 수 있는 거리는 에너지 소비의 낭비를 감소시킴으로써 향상될 수 있다.

또한, 단계 S15 내지 S20에서 수행된 처리에서, 상기 냉각 시스템으로의 전력 공급은 상기 냉각 시스템에 분배될 전력이 값 x1 또는 값 x2 이하인 경우에 정지된다. 또한, 상기 히터 시스템으로의 전력 공급은 상기 히터 시스템에 분배될 전력이 값 y1 또는 값 y2 이하인 경우에 정지된다. 따라서, 상기 공기 조화 시스템을 작동시킴으로써 차량 실내의 공기가 개선되지 않을 것이라고 예측되는 경우에 상기 공기 조화 시스템으로 공급되는 전력을 제로(0)로 설정함으로써 전력의 소비는 저감될 수 있으며 상기 배터리를 충전하지 않고 차량이 주행할 수 있는 거리가 증가될 수 있다. 대안적으로, 전력의 공급을 중지하는 대신에, 상기 전력의 공급이 전술한 규정된 비율에 기초하여 제한될 수 있다.

또한, 전술한 단계 S10 내지 S14에서 수행된 처리에서, 상기 목표 배출 공기 온도 XM이 온도 XM1 또는 온도 XM2(제1 규정 온도)보다 낮은 경우에 전력이 (상기 가열 시스템으로는 공급되지 않고) 상기 냉각 시스템으로 공급된다. 또한, 상기 목표 배출 공기 온도 XM이 제1 규정 온도보다 높은 온도 XM4 또는 XM3(제2 규정 온도) 이상인 경우에 전력이 (상기 냉각 시스템으로는 공급되지 않고) 상기 히터 시스템으로 공급된다. 따라서, 상기 목표 배출 공기 온도 XM에 따라, 상기 시스템 중 하나에만 전력을 전달함으로써 전력이 하나의 시스템에 집중될 수 있다. 그 결과, 전력 소비가 저감될 수 있으며 상기 배터리를 충전하지 않고 차량이 주행할 수 있는 거리가 향상될 수 있다.

또한, 상기 예는 전기 차량에 설치된 차량 공기 조화 시스템에 관한 것이고, 전술한 특징 및 작동은 연소 기관에 의해 구동되는 차량이나 하이브리드 차량에 설치된 공기 조화 시스템에 적용될 수도 있다. 또한, 상기 예에서 컴퓨터 계산에 의해 제1 공기 온도 Teva_in이 추산되었지만, 별도의 온도 센서 등이 상기 제1 공기 온도 Teva_in을 직접적으로 검출하는데 사용될 수 있다. 또한, 상기 예에서, 상기 제2 공기 온도 Tof는 준비된 맵에서 이용한 목표 배출 공기 온도 XM에 기초하여 계산된다. 이러한 접근은 상기 목표 배출 공기 온도 XM의 수렴 특성을 고려하여 사용될 수 있다. 그러나, 별도의 온도 센서가 상기 목표 배출 공기 온도 XM을 직접적으로 검출하는데 제공될 수 있다.

또한, 상기 예에서, 상기 가변 용량 압축기(9)가 냉각 시스템에서 전력의 주 소모원이다. 또한, 상기 PTC 히터(12)가 히터 시스템에서 전력의 주 소모원이다. 그러므로, 상기 전력 공급은 이러한 두 주 소모원의 구체적 요구에 기초하여 분배된다. 그러나, 상기 각 시스템에 포함된 전동 액츄에이터의 전력 소비를 고려하는 방식으로 상기 히터 시스템에 대한 냉각 시스템의 전력 분배율을 설정하는 것이 허용될 수도 있다.

전술한 특징 및 작동은 냉각 시스템 및 가열 시스템을 포함하며 전력을 이용하는 임의의 다른 시스템에서 이용될 수도 있다. 또한, 전술한 예의 히터 시스템에서 PTC 히터(12)가 사용되었지만, 다른 유형의 발열 요소가 사용될 수 있다. 즉, 전술한 특징 및 작동은 전력 소비의 제한된 범위 내에서 유지하면서 상기 시스템의 각각에 최적의 방식으로 전력을 분배하기 위하여 적용될 수 있다.

선택된 실시예만이 본 발명을 설명하기 위하여 선택되었지만, 본 내용으로부터 다양한 변형 및 변경이 첨부된 청구범위에서 규정된 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에서 이루어질 수 있는 것을 당업자에게는 명백할 것이다. 예를 들어, 다양한 구성요소의 크기, 형상, 위치, 또는 방위는 필요 및/또는 요망에 따라 변경될 수 있다.

또한, 서로 직접 연결이나 접촉하는 것으로 도시된 구성요소는 그 사이에 배치된 중간 구조물을 가질 수 있다. 일 요소의 기능은 두개에 의해 수행될 수 있고, 이와 반대일 수도 있다. 일 실시예에의 구조 및 기능은 다른 실시예에 채용될 수 있다. 모든 이점이 특정 실시예에 동시에 존재해야 할 필요는 없다. 종래 기술과는 다른 모든 특징, 단독, 또는 다른 특징과의 조합은 이러한 특징(들)에 의해 구현되는 구조 및/또는 기능적 개념을 포함하는 출원인에 의한 추가적인 발명의 별도의 설명으로 고려되어야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예의 상기 설명은 단지 예시적으로 제공되는 것이고 첨부된 청구범위 및 이의 등가 범위에 의해 규정된 바와 같이 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다.

Claims (3)

1. 차량 공기 조화 시스템이며,
   전동 냉매 압축 장치;
   상기 전동 냉매 압축 장치로부터 배출된 냉매를 수용하도록 구성된 증발기;
   공기 유로에서 상기 증발기의 하류에 배치되는 전기 히터;
   상기 공기 유로에서 증발기의 상류 위치에서의 제1 공기 온도 및 상기 증발기와 전기 히터 사이의 위치에서의 제2 공기 온도를 판단하도록 구성된 공기 온도 검출기;
   공기 유로에서 전기 히터의 하류 위치에서의 차량 내부 배출 공기 온도를 목표 배출 공기 온도로 설정하도록 구성된 객실 내부 온도 제어 구성요소;
   상기 전동 냉매 압축 장치와 전기 히터에 공급될 수 있는 전력에 대한 상한치를 설정하도록 구성된 상한치 전력 설정 구성요소; 및
   상류 온도차와 하류 온도차의 비율에 기초하여 상기 전동 냉매 압축 장치와 전기 히터에 상기 상한치 전력을 분배하도록 구성된 전력 분배 제어기로서, 상기 상류 온도차는 제1 공기 온도와 제2 공기 온도 간의 차이에 기초하고 상기 하류 온도차는 목표 배출 공기 온도와 제2 공기 온도 간의 차이에 기초하는, 전력 분배 제어기를 포함하는 차량 공기 조화 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전력 분배 제어기는, 상기 전동 냉매 압축 장치에 분배될 전력이 제1 규정 값 이하인 경우에 상기 전동 냉매 압축 장치로의 전력 공급을 제한하고, 상기 전기 히터에 분배될 전력이 제2 규정 값 이하인 경우에 상기 전기 히터로의 전력 공급을 제한하도록 더 구성되는,
   차량 공기 조화 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 전력 분배 제어기는, 상기 목표 배출 공기 온도가 제1 규정 온도보다 낮은 경우에 상기 전기 히터로 전력을 공급하지 않고 상기 전동 냉매 압축 장치에 전력을 공급하며 상기 목표 배출 공기 온도가 상기 제1 규정 온도보다 높은 제2 규정 온도 이상인 경우에 상기 전동 냉매 압축 장치로 전력을 공급하지 않고 상기 전기 히터에 전력을 공급하도록 구성되는,
   차량 공기 조화 시스템.

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