KR102399878B1 - 차량용 증발기 결빙 방지 장치 및 방법 - Google Patents

차량용 증발기 결빙 방지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

차량용 증발기 결빙 방지 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 차량용 증발기 결빙 방지 장치는 냉방 환경 정보를 감지하는 냉방 환경 센서; 응축기의 전단 또는 후단의 냉매의 실제압력을 감지하는 냉매압 센서; 및 냉방 환경 센서에 의해 감지된 냉방 환경 정보에 증발기 결빙을 방지하기 위해 기 설정된 제어압력을 검출하고, 검출된 상기 제어압력을 실제압력과 비교하여 비교 결과에 따라 압축기의 냉매 유량을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 증발기 결빙 방지 장치 및 방법{APPARATUS FOR ANTI-FROST OF EVAPOATOR FOR VEHICLES AND METHOD THEREOF}
본 발명은 차량용 증발기 결빙 방지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량용 공조기기의 증발기의 결빙을 방지하는 차량용 증발기 결빙 방지 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량은 실내의 공기 온도를 적절히 조절하기 위한 공조기기가 구비된다. 공조기기는 기화된 냉매를 고온, 고압의 가스로 압축하는 압축기, 고온고압의 냉매를 액화시키는 응축기, 교축작용에 의해 저온저압의 습포화 증기로 변화시키는 팽창밸브, 저온저압의 냉매가 주변의 공기로부터 증발에 필요한 열(증발잠열)을 흡수하도록 열교환시키는 증발기, 및 이들 각각의 장치를 연결하는 냉매파이프들을 포함한다.
이에 따라, 공조기기는 압축기에서 고온, 고압으로 압축된 가스가 응축기를 통과하면서 주변의 공기와 열 교환됨에 따라 액화되고, 이렇게 액화된 가스는 팽창밸브를 통과하면서 저온의 기체로 변한다. 또한 기화된 저온의 가스는 증발기를 통과하면서 주변의 공기와 열교환으로 냉각되고, 이렇게 냉각된 공기는 송풍기에 의해 차량 실내로 토출됨에 따라 차량 실내를 냉방시킨다.
한편, 가스의 순환과정을 통해 증발기의 표면에는 증발온도와 외부온도 차이에 의해 발생한 응축수가 결빙되는 결빙현상이 발생하게 되고, 이는 증발기의 열교환성능을 저하시킨다.
이에, 기존에는 증발기를 지난 공기의 온도를 감지하는 간접식 또는 증발기 핀에 삽입된 접촉식 온도센서를 사용하여, 제어유닛(컨트롤러) 또는 센서 자체에 설정된 제어 온도와 센서가 감지한 온도를 비교해서 압축기 구동 여부 및 냉매 토출 용량을 제어하여 증발기의 결빙을 방지하고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 10-1470007호(2014.12.01)의 '차량용 공조기기의 가변 용량형 압축기 제어방법'에 개시되어 있다.
종래에는 저온고습차량 고속주행의 냉방 저부하 조건에서는 낮은 증발기 온도로 인한 응축수의 결빙이 발생하기 쉽다. 일단 결빙이 발생 및 성장하여 온도감지부까지 확산되면, 센서부의 공기 흐름이 막혀 온도센서의 감지 온도가 상승하게 되고 고온 감지로 인한 냉방 부하를 높게 판단하여 압축기 구동량이 증대된다. 그 결과 증발기의 결빙이 악화되어 토출 풍량이 감소하고 토출 온도가 상승하는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 차량용 공조기기의 냉매 고압영역에서 감지된 실제압력과 기 설정된 제어맵의 제어 압력을 비교하여 비교 결과에 따라 압축기를 오프시키거나 압축기의 냉매 토출용량을 저감시켜 증발기의 결빙을 방지하는, 차량용 증발기 결빙 방지 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량용 증발기 결빙 방지 장치는 차량 실내 냉방 부하를 결정짓는 냉방 환경 정보를 감지하는 냉방 환경 센서; 응축기의 전단 또는 후단의 냉매의 실제압력을 감지하는 냉매압 센서; 및 상기 냉방 환경 센서에 의해 감지된 상기 냉방 환경 정보에 증발기 결빙을 방지하기 위해 기 설정된 제어압력을 검출하고, 검출된 상기 제어압력을 상기 실제압력과 비교하여 비교 결과에 따라 압축기의 냉매 유량을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 냉방 환경 정보는 압축기 회전수, 상대습도, 외기온도 및 선로드(Sun load) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 냉매압 센서는 기 설정된 냉매고압 영역에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 냉매압 센서는 압축기와 응축기 사이의 배관, 응축기와 팽창밸브 사이의 배관, 및 응축기와 내부열교환기 사이의 배관 중 적어도 하나에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어부는 상기 실제압력이 상기 제어압력 이하이면 압축기를 오프시키거나 압축기로부터 토출되는 냉매의 유량을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량용 증발기 결빙 방지 방법은 제어부가 냉방 환경 센서를 통해 냉방 환경 정보를 감지하고, 감지된 상기 냉방 환경 정보에 증발기 결빙을 방지하기 위해 기 설정된 제어압력을 검출하는 단계; 상기 제어부가 냉매압 센서를 통해 압축기로부터 토출되는 냉매의 실제압력을 감지하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 제어압력을 상기 실제압력과 비교하여 비교 결과에 따라 압축기의 냉매 유량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 냉방 환경 정보는 압축기 회전수, 상대습도, 외기온도 및 선로드 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 압축기의 냉매 유량을 제어하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 실제압력이 상기 제어압력 이하이면 압축기를 오프시키거나 압축기로부터 토출되는 냉매의 유량을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 압축기의 냉매 유량을 제어하는 단계에서, 상기 제어부는 응축기 내 압력 강하량에 따라 상기 제어압력을 보상하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량용 증발기 결빙 방지 장치 및 방법은 차량용 공조기기의 냉매 고압영역에서 감지된 센서 압력과 기 설정된 제어맵의 제어 압력을 비교하여 비교 결과에 따라 압축기를 오프시키거나 압축기의 냉매 토출용량을 저감시켜 차량용 증발기의 결빙을 방지한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 차량용 증발기 결빙 방지 장치 및 방법은 냉방부하를 대표할 수 있는 차량 정보를 기초로 마련된 제어맵을 이용하여 기존의 온도 제어 방식 대비 동등한 성능에서 압축기 가동률을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 차량용 증발기 결빙 방지 장치 및 방법은 냉매 온도를 결정짓는 냉매의 압력에 따라 압축기 또는 토출 용량을 제어하여 결빙 발생의 가능성을 사전에 차단할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 증발기 결빙 방지 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매압 센서의 설치 위치를 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매압 센서의 설치 위치를 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매압 센서의 설치 구조도이다.
도 5 및 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어맵의 예시도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 증발기 결빙 방지 방법의 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 증발기 결빙 방지 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 증발기 결빙 방지 장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리 배관이 적용된 공조기기에서의 냉매압 센서 설치 예시도이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 배관이 적용된 공조기기에서의 냉매압 센서의 설치 예시도이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매압 센서의 설치 구조도이며, 도 5 및 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어맵의 예시도이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 증발기 결빙 방지 장치는 냉방 환경 센서(10), 공조기기(20), 제어부(30) 및 냉매압 센서(40)를 포함한다.
냉방 환경 센서(10)는 냉방 부하 계산을 위한 냉방 환경 정보를 감지한다.
냉방 환경 정보는 차량 실내 냉방 부하를 결정짓는 필수 정보이며, 냉방 환경 정보에는 압축기 회전수, 상대습도, 외기온도 및 선로드(Sun load) 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.
참고로, 본 실시예에서 냉방 환경 정보로 상기한 압축기 회전수, 상대습도, 외기온도 및 선로드에 한정되는 것은 아니며, 이들을 제외하고도 냉방 부하에 영향을 미칠 수 있는 다양한 요소들이 더 포함될 수 있다.
공조기기(20)는 차량 내부의 온도나 습도를 탑승객이 쾌적함을 느낄 수 있도록 제어하는 것으로써, 차량 내부의 온도를 하강시키는 냉방장치 및 차량 내부의 온도를 상승시키는 난방 장치를 포함한다.
특히, 냉방장치는 냉매를 고온 고압의 기체 상태로 압축시키는 압축기(Compressor)(21), 압축기(21)로부터 압축된 고온고압의 냉매를 고압 상온의 액체 상태로 액화시키는 응축기(22), 응축기(22)에 의해 고압 상온으로 액화된 냉매를 팽창시켜 저온 저압의 안개 상태로 기화시키는 팽창밸브(23), 팽창밸브(23)를 통해 저온 저압으로 액화된 냉매를 기화시킴으로써 주위의 공기를 차갑게 냉각시키는 증발기(24), 및 증발기(24)에 의해 차갑게 냉각된 공기를 순환시키는 송풍팬(25) 등을 포함한다.
냉매압 센서(40)는 응축기(22)의 전단 또는 후단의 냉매의 실제압력을 감지한다.
이 경우, 냉매압 센서(40)는 응축기(22)의 전후단에 형성되는 냉매고압 영역에 설치되어 고압의 냉매압력을 감지한다.
즉, 냉매압 센서(40)는 기 설정된 냉매고압 영역에 설치되는데, 냉방장치가 분리배관으로 형성된 경우 및 이중배관으로 형성된 경우 각각 다르게 설치될 수 있다.
도 2 를 참조하면, 냉매 배관이 분리 배관으로 형성된 경우, 냉매압 센서(40)는 압축기(21)와 응축기(22) 사이의 DIS 배관(26)에 설치되거나, 또는 응축기(22)와 팽창밸브(23) 사이의 LIQ 배관(27)에 설치될 수 있다.
도 3 를 참조하면, 냉매 배관이 이중배관으로 형성된 경우, 냉매압 센서(40)는 압축기(21)와 응축기(22) 사이의 DIS 배관(26)에 설치되거나, 또는 응축기(22)와 내부열교환기 사이의 LIQ 배관(27)에 설치될 수 있다.
도 4 를 참조하면, 냉매 배관이 분리 배관으로 형성된 경우, 압축기(21)와 응축기(22) 사이의 DIS 배관(26)에 설치된 냉매압 센서(40), 및 응축기(22)와 팽창밸브(23) 사이의 LIQ 배관(27)에 설치된 냉매압 센서(40)가 도시되었다.
즉, 냉매압 센서(40)는 공조기기(20)에 설치되되, 특히 응축기(22)의 전후단과 같이 냉매압력이 상대적으로 높은 냉매 고압영역에 설치되어, 냉방장치 구동시 배관에 형성되는 고압의 실제압력을 감지하여 제어부(30)에 입력한다.
제어부(30)는 냉방 환경 센서(10)에 의해 감지된 냉방 환경 정보에 증발기(24) 결빙을 방지하기 위해 기 설정된 제어압력을 검출하고, 검출된 제어압력을 실제압력과 비교하여 비교 결과에 따라 압축기(21)의 냉매 유량을 제어한다.
이 경우, 제어부(30)는 냉방 환경 센서(10)에 의해 감지된 냉방 환경 정보 중 적어도 하나 이상에 제어압력이 매칭되는 제어맵을 저장한다.
제어맵은 냉방 환경 정보 중 적어도 하나가 조합되고 이 냉방 환경 정보에 제어압력이 매칭된 것으로써, 제어부(30)는 이 제어맵을 바탕으로 압축기(21)를 제어하여 증발기(24)의 결빙을 방지한다.
여기서, 제어압력은 증발기(24)의 결빙을 방지하기 위해 적어도 하나 이상의 냉방 환경 정보에 매칭되는 고압 냉매영역에서의 냉매압력이다.
예를 들어, 냉방 환경 정보로 외기온도, 상대습도 및 압축기 회전수가 조합될 경우, 이들 외기온도, 상대습도 및 압축기 회전수의 조합과 매칭되는 제어압력이 설정된다.
이에, 제어부(30)는 냉방 환경 센서(10)에 의해 감지된 외기온도, 상대습도 및 압축기 회전수와 매칭되는 제어압력을 제어맵에서 검출하고, 검출된 제어맵을 냉매압에서 현재 감지된 실제 압력과 비교하며, 비교 결과에 따라 냉매 유량을 제어한다.
즉, 제어부(30)는 냉방 환경 센서(10)에 의해 냉방 환경 정보가 감지되면 이 냉방 환경 정보에 매칭된 제어압력을 제어맵에서 검출하고, 냉매압 센서(40)를 통해 실제압력을 검출한다.
이어, 제어부(30)는 현재 냉매압 센서(40)에 의해 감지된 실제압력을 해당 냉방 환경 정보와 매칭되는 제어압력과 비교하여 실제압력이 제어압력 이하이면 압축기(21)를 제어하여 압축기 작동 자체를 중단하거나 냉매토출유량을 감소시킨다.
즉, 현재 냉매압 센서(40)에 의해 감지된 실제압력이 해당 냉방 환경 정보와 매칭되는 제어압력 이하이면 해당 냉방 환경에서 증발기(24)로 공급되어야 할 냉매량 보다 많은 양의 냉매가 공급되는 것이다.
따라서, 제어부(30)는 압축기(21)를 오프시켜 냉매 공급을 중단하거나 가변용량 압축기(21)를 제어하여 냉매토출유량을 감소시킨다.
반면에, 제어부(30)는 현재 냉매압 센서(40)에 의해 감지된 실제압력을 해당 냉방 환경 정보와 매칭되는 제어압력과 비교하여 실제압력이 제어압력을 초과하면 압축기(21)를 계속 동작시키며, 이때 압축기 냉매토출유량을 현재 상태로 유지하거나 증가시킬 수 있다.
한편, 냉매압 센서(40)의 설치 위치에 따라 압력 강하가 발생할 수 있다. 따라서, 제어부(30)는 냉매압 센서(40)에 의해 실제압력이 감지되면 냉매압 센서(40)의 위치에 따라 압력 강하량만큼 제어압력이 보상된 제어맵을 이용할 수 있으며, 이 경우 압력 강하량만큼 보상된 제어맵의 제어압력을 실제압력과 비교하여 비교 결과에 따라 압축기(21)의 냉매 유량을 제어한다.
냉매압 센서(40)는 압축기(21)와 응축기(22) 사이의 DIS 배관(26)에 설치되거나, 또는 응축기(22)와 내부열교환기 사이의 LIQ 배관(27)에 설치될 수 있다.
도 5 에는 냉매압 센서(40)가 DIS 배관(26)에 설치된 경우에서의 제어맵이 도시되고, 도 6 에는 냉매압 센서(40)가 LIQ 배관(27)에 설치된 경우에서의 제어맵이 도시되었으며, 각각 에는 냉방 환경 정보로써, 외기온도와 상대습도 및 압축기 회전수가 매칭된 제어압력이 도시되었다.
도 5 및 도 6 을 참조하면, 외기온도가 25℃이고 상대습도가 70%이며 압축기 회전수가 2500rpm일 경우, 실제압력이 제어압력이 10.25Bar 이하이면, 압축기(21)를 오프시켜 냉매 공급을 중단하거나 가변용량 압축기(21)를 제어하여 냉매토출유량을 감소시키는 것이 도시되었다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 증발기 결빙 방지 방법을 도 7 을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 증발기 결빙 방지 방법의 순서도이다.
도 7 을 참조하면, 먼저 제어부(30)는 냉방 환경 센서(10)를 제어하여 냉방 부하 계산을 위한 냉방 환경 정보, 예를 들어 압축기 회전수, 상대습도, 외기온도 및 선로드(Sun load) 등을 감지한다(S10).
상기한 바와 같이 냉방 환경 정보가 감지됨에 따라, 제어부(30)는 냉방 환경 센서(10)에 의해 감지된 외기온도, 상대습도 및 압축기 회전수와 매칭되는 제어압력을 제어맵에서 검출한다(S20).
또한, 제어부(30)는 냉매압 센서(40)를 제어하여 응축기(22)의 전후단에 형성되는 냉매고압 영역의 실제압력을 감지한다.
즉, 냉매압 센서(40)는 공조기기(20)에 설치되되, 특히 응축기(22)의 전후단과 같이 냉매압력이 상대적으로 높은 냉매 고압영역에 설치되어, 냉방장치 구동시 배관에 형성되는 고압의 실제압력을 감지하여 제어부(30)에 입력한다.
이어, 제어부(30)는 상기한 바와 같이 냉방 환경 정보에 따라 제어맵을 통해 검출된 제어압력과 실제압력을 비교하여 실제압력이 제어압력 이하인지 여부를 판단한다(S30). 여기서, 제어압력은 증발기(24)의 결빙을 방지하기 위해 적어도 하나 이상의 냉방 환경 정보에 매칭되는 고압 냉매영역에서의 냉매압력이다.
단계(S30)에서의 판단 결과 실제압력이 제어압력을 초과하면, 제어부(30)는 압축기(21)를 계속 동작(S40)시키며, 이 경우 압축기 냉매토출유량을 제어하여 냉매를 현재 상태로 유지하거나 증가시킬 수 있다.
한편, 단계(S30)에서의 판단 결과 실제압력이 제어압력 이하이면, 해당 냉방 환경에서 증발기(24)로 공급되어야 할 냉매량보다 많은 양의 냉매가 공급되는 상태이므로, 제어부(30)는 압축기(21)를 오프시켜 냉매 공급을 중단하거나 가변용량 압축기(21)를 제어하여 냉매토출유량을 감소시킨다(S50). 이에 따라, 증발기(24)로의 냉매 공급이 중단되거나 냉매 유량이 감소되므로, 증발기(24)의 결빙을 방지할 수 있다.
한편, 냉매압 센서(40)의 위치에 따른 응축기(22)의 압력 강하량에 발생할 수 있다. 이 경우, 제어부(30)는 냉매압 센서(40)의 위치에 따라 압력 강하량만큼 보상된 제어맵의 제어압력을 실제압력과 비교하여 비교 결과에 따라 압축기(21)의 냉매 유량을 제어한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 냉방 환경 센서
20: 공조기기
21: 압축기
22: 응축기
23: 팽창밸브
24: 증발기
25: 송풍팬
26: DIS 배관
27: LIQ 배관
30: 제어부
40: 냉매압 센서

Claims (9)

  1. 냉방 환경 정보를 감지하는 냉방 환경 센서;
    응축기의 전단 또는 후단의 냉매의 실제압력을 감지하는 냉매압 센서; 및
    상기 냉방 환경 센서에 의해 감지된 상기 냉방 환경 정보에 증발기 결빙을 방지하기 위해 기 설정된 제어압력을 검출하고, 검출된 상기 제어압력을 상기 실제압력과 비교하여 비교 결과에 따라 압축기의 냉매 유량을 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 증발기 결빙 방지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉방 환경 정보는 압축기 회전수, 상대습도, 외기온도 및 선로드(Sun load) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 증발기 결빙 방지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매압 센서는 기 설정된 냉매고압 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 증발기 결빙 방지 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 냉매압 센서는 압축기와 응축기 사이의 배관, 응축기와 팽창밸브 사이의 배관, 및 응축기와 내부열교환기 사이의 배관 중 적어도 하나에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 증발기 결빙 방지 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 실제압력이 상기 제어압력 이하이면 압축기를 오프시키거나 압축기로부터 토출되는 냉매의 유량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 차량용 증발기 결빙 방지 장치.
  6. 제어부가 냉방 환경 센서를 통해 냉방 환경 정보를 감지하고, 감지된 상기 냉방 환경 정보에 증발기 결빙을 방지하기 위해 기 설정된 제어압력을 검출하는 단계;
    상기 제어부가 냉매압 센서를 통해 압축기로부터 토출되는 냉매의 실제압력을 감지하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 제어압력을 상기 실제압력과 비교하여 비교 결과에 따라 압축기의 냉매 유량을 제어하는 단계를 포함하는 차량용 증발기 결빙 방지 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 냉방 환경 정보는 압축기 회전수, 상대습도, 외기온도 및 선로드 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 증발기 결빙 방지 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 압축기의 냉매 유량을 제어하는 단계에서,
    상기 제어부는 상기 실제압력이 상기 제어압력 이하이면 압축기를 오프시키거나 압축기로부터 토출되는 냉매의 유량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 차량용 증발기 결빙 방지 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 압축기의 냉매 유량을 제어하는 단계에서,
    상기 제어부는 응축기 내 압력 강하량에 따라 상기 제어압력을 보상하는 것을 특징으로 하는 차량용 증발기 결빙 방지 방법.
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