CN104776633B - 混合动力制冷***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合动力制冷***及其控制方法，该***包括设置于室内的室内蒸发器、与室内蒸发器出口相连的压缩机、与室内蒸发器入口相连的流量控制阀、与室内蒸发器配合使用的室内风机以及第一控制部；还包括设置于室外的与压缩机出口相连的室外冷凝器、与室外冷凝器配合使用的室外风机、与室外冷凝器相连的制冷剂泵以及第二控制部，制冷剂泵出口与流量控制阀相连；第一控制部与第二控制部通讯相连。本发明所提供的混合动力制冷***及其控制方法制冷过程中可有效避免能源浪费，以实现节能目的。

Description

混合动力制冷***及其控制方法
技术领域
本发明涉及制冷***，尤其涉及一种混合动力制冷***及其控制方法。
背景技术
当前混合动力制冷***中只涉及到定容量压缩机和不同制冷剂泵组成的混合动力***，其中泵的启停及容量控制方法有以下几种：
其一是在定容量压缩机和定容量泵***中，制冷剂泵的启停是根据室内负荷和室外温度等条件来确定；
其二是在定容量压缩机和变容量泵***中，制冷剂泵的启停和容量调节根据蒸发器出口过热度来调节，或者通过PID方法控制泵的容量输出来提供固定的扬程。
上述方案都是根据室外温度判定，控制不同模式(如压缩机模式、压泵模式、泵模式)的切换，一个模式到另一个模式都需要有个最小停机时间，一般会控制在3分钟，这个切换过程导致制冷能力有较大的波动，机房温度波动也较大。而制冷剂泵的启停也是根据室外环境温度或室内外温差来决定，即使***不需要开启泵的运行，只要室外温度达到，***就会开启泵，有时甚至会存在***节流部件的开度很小，而泵需要提供很高的扬程来满足***的循环，存在较大的能源浪费，达不到最佳节能的效果。例如，在室外机组的安装位置比室内安装位置高15m，R22制冷剂液体本身的重力作用下就能提供1.5bar以上的动力，可以满足***循环的需要，不需要开启制冷剂泵，但传统的混合动力***只根据室外温度确定制冷剂泵的开启，导致***膨胀阀的开度很小增加***阻力，来平衡***，存在能源的极大浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种混合动力制冷***及其控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种混合动力制冷***，包括设置于室内的室内蒸发器、与所述室内蒸发器出口相连的压缩机、与所述室内蒸发器入口相连的流量控制阀、与所述室内蒸发器配合使用的室内风机以及第一控制部；
还包括设置于室外的与所述压缩机出口相连的室外冷凝器、与所述室外冷凝器配合使用的室外风机、与所述室外冷凝器相连的制冷剂泵以及第二控制部，所述制冷剂泵出口与所述流量控制阀相连；第一控制部与第二控制部通讯相连；
所述第一控制部与所述压缩机、所述流量控制阀及所述室内风机相连，用于根据室内制冷需求控制所述室内风机的容量输出，根据室内蒸发器的出口过热度控制所述流量控制阀的开度，根据室内制冷需求和所述压缩机前后的压差值控制所述压缩机的启停和/或容量输出；
所述第二控制部与所述室外风机和所述制冷剂泵相连，用于根据所述室外冷凝器的出口压力控制所述室外风机的容量输出；根据所述流量控制阀的开度控制所述制冷剂泵的容量输出。
优选地，还包括连接在所述室外冷凝器与所述制冷剂泵之间的储液装置。
优选地，所述压缩机为定容量压缩机或变容量压缩机，所述制冷剂泵为变容量制冷剂泵；
所述第一控制部根据所述室内制冷需求和所述压缩机前后的压差值控制所述定容量压缩机的启停；或者
所述第一控制部根据所述室内制冷需求和所述压缩机前后的压差值控制所述变容量压缩机的启停和容量输出。
优选地，还包括设置所述流量控制阀入口的第一截止阀、设置在所述压缩机出口的第二截止阀、设置在所述制冷剂泵出口的第三截止阀以及设置在所述室外冷凝器入口的第四截止阀。
优选地，还包括与所述压缩机和/或所述制冷剂泵并联设置的单向导通阀。
本发明还提供一种混合动力制冷***的控制方法，包括第一控制部执行的如下步骤：
S11:确定室内制冷需求、室内蒸发器的出口过热度、压缩机前后的压差值；
S12：根据室内制冷需求控制所述室内风机的容量输出、所述流量控制阀的启停和所述压缩机的启停；
S13:根据室内蒸发器的出口过热度控制所述流量控制阀的开度；
S14:根据所述压缩机前后的压差值控制所述压缩机的启停、或启停和容量输出；
还包括第二控制部执行的如下步骤：
S21:确定室外冷凝器的出口压力和流量控制阀的开度；
S22:根据所述室外冷凝器的出口压力控制所述室外风机的转速；
S23:根据所述流量控制阀的开度控制所述制冷剂泵的容量输出。
优选地，所述压缩机为定容量压缩机或变容量压缩机，所述制冷剂泵为变容量制冷剂泵；
所述第一控制部根据所述压缩机前后的压差值控制所述定容量压缩机的启停；或者
所述第一控制部根据所述压缩机前后的压差值控制所述变容量压缩机的启停和容量输出。
优选地，所述步骤S11包括：采集室内环境温度，并将所述室内环境温度与预设温度值进行比较，计算两者温度差值以确定所述室内制冷需求；
采集室内蒸发器出口的第一出口温度和/或第一出口压力，计算以确定所述室内蒸发器的出口过热度；
采集所述压缩机入口压力和压缩机出口压力，计算以确定所述压缩机前后的压差值。
优选地，所述步骤S12包括：将所述室内制冷需求与预设的制冷阈值比较，若所述室内制冷需求大于或等于所述制冷阈值，则控制所述流量控制阀和所述压缩机启动，并控制所述室内风机的容量输出；若否，则控制所述流量控制阀和所述压缩机停止工作，并维持所述室内风机的容量输出；
和/或
所述步骤S13包括：将所述室内蒸发器的出口过热度与预设的过热度阈值范围比较，若所述室内蒸发器的出口过热度小于所述过热度阈值范围，则减小所述流量控制阀的开度；若所述室内蒸发器的出口过热度大于所述过热度阈值范围，则增大所述流量控制阀的开度；若所述室内蒸发器的出口过热度在所述过热度阈值范围之内，则维持所述流量控制阀的开度；
和/或
所述步骤S14包括：将所述压缩机前后的压差值与预设的压差阈值范围比较；若所述压差值小于所述压差阈值范围，控制定容量压缩机停止工作或减小变容量压缩机的容量输出；若所述压差值大于所述压差阈值范围，控制所述定容量压缩机启动或增大所述变容量压缩机的容量输出；若所述压差值在所述压差阈值范围之内，控制所述定容量压缩机启动或维持所述变容量压缩机的容量输出。
优选地，所述步骤S22包括：将所述室外冷凝器的出口压力与预设的压力阈值范围比较，若所述室外冷凝器的出口压力小于所述预设的压力阈值范围，则减小所述室外风机的转速；若所述室外冷凝器的出口压力大于所述预设的压力阈值范围，则增大所述室外风机的转速；若所述室外冷凝器的出口压力在所述预设的压力阈值范围之内，则维持所述室外风机的转速；
和/或
所述步骤S23包括：将所述流量控制阀的开度与预设的开度阈值范围比较，若所述流量控制阀的开度小于所述开度阈值范围，则减小所述制冷剂泵的容量输出；若所述流量控制阀的开度大于所述开度阈值范围，则增大所述制冷剂泵的容量输出；若所述流量控制阀的开度在所述开度阈值范围之内，则维持所述制冷剂泵的容量输出。
本发明与现有技术相比具有如下优点：实施本发明，通过第一控制部对室内风机、压缩机和流量控制阀进行独立控制，采用第二控制部对室外风机和制冷剂泵进行独立控制，压缩机和制冷剂泵给制冷***提供动力时根据其各自条件独立控制，无需进行模式切换，避免模式切换过程中出现导致制冷能力出现波动，实现有效节能；制冷剂泵的容量输出根据流量控制阀的开度进行控制，避免能源浪费。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例1中混合动力制冷***的一结构示意图。
图2是本发明实施例1中混合动力制冷***的另一结构示意图。
图3是本发明实施例1中混合动力制冷***的另一结构示意图。
图4是本发明实施例1中混合动力制冷***的另一结构示意图。
图5是本发明实施例1中混合动力制冷***的另一结构示意图。
图6是本发明实施例1中混合动力制冷***的另一结构示意图。
图7是本发明实施例2中混合动力制冷***的控制方法的流程图。
图8是图7中步骤S12的流程图。
图9是图7中步骤S13的流程图。
图10是图7中步骤S14的流程图。
图11是图7中步骤S22的流程图。
图12是图7中步骤S23的流程图。
图中：10、室内蒸发器；11、压缩机；12、流量控制阀；13、室内风机；14、第一控制部；15、第二控制部；16、室外冷凝器；17、室外风机；18、制冷剂泵；19、储液装置；20、单向导通阀；21、第一截止阀；22、第二截止阀；23、第三截止阀；24、第四截止阀。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1
图1-图6示出本实施例中的混合动力制冷***。该混合动力制冷***包括设置于室内的室内蒸发器10、与室内蒸发器10出口相连的压缩机11、与室内蒸发器10入口相连的流量控制阀12、与室内蒸发器10配合使用的室内风机13以及第一控制部14。具体地，第一控制部14与压缩机11、流量控制阀12及室内风机13相连，用于根据室内制冷需求控制室内风机13的容量输出，根据室内蒸发器10的出口过热度控制流量控制阀12的开度，根据室内制冷需求和压缩机11前后的压差值控制压缩机11的启停和/或容量输出。可以理解地，第一控制部14采用PID控制方法或P控制方法，对根据相应的控制条件独立控制室内风机13的容量输出、流量控制阀12的开度和压缩机11的启停、或启停和容量输出。
具体地，压缩机11可以为定容量压缩机11或变容量压缩机11，若为定容量压缩机11时，根据室内制冷需求和压缩机11前后的压差值控制定容量压缩机11的启停；若为变容量压缩机11，根据室内制冷需求和压缩机11前后的压差值控制变容量压缩机11的启停和容量输出。可以理解地，根据压缩机11前后的压差值确定压缩机11的启停，当压缩机11前后的压差值小于预设的压差阈值范围或为0时，停止压缩机11运行，并控制压差值的大小控制定容量压缩机11启动或变容量压缩机11启动及其容量输出。
如图1-图6所示，该混合动力制冷***还包括设置于室外的与压缩机11出口相连的室外冷凝器16、与室外冷凝器16配合使用的室外风机17、与室外冷凝器16相连的制冷剂泵18以及第二控制部15，制冷剂泵18出口与流量控制阀12相连；第一控制部14与第二控制部15通讯相连。第二控制部15与室外风机17和制冷剂泵18相连，用于根据室外冷凝器16的出口压力控制室外风机17的容量输出；根据流量控制阀12的开度控制制冷剂泵18的容量输出。可以理解地，制冷剂泵18作为室外冷凝器16出口到室内蒸发器10入口的动力，配合流量控制阀12以平衡制冷***的流量，即室内制冷需求；当流量控制阀12开度接近或达到最大时，制冷***不能满足制冷***所需流量，根据流量控制阀12的开度控制制冷剂泵18的容量输出，以达到节能效果。
如图3-图6所示，该混合动力制冷***还包括连接在室外冷凝器16与制冷剂泵18之间用于存储冷媒的储液装置19。可以理解地，该冷媒可以是相变制冷剂，利用相变制冷剂蒸发吸热，冷凝放热原理以实现能量交换。
如图1-图6所示，该混合动力制冷***还包括设置流量控制阀12入口的第一截止阀21、设置在压缩机11出口的第二截止阀22、设置在制冷剂泵18出口的第三截止阀23以及设置在室外冷凝器16入口的第四截止阀24。可以理解地，通过第一截止阀21和第二截止阀22、第三截止阀23和第四截止阀24的设置，可实现对制冷***的室内和室外独立控制，以满足用户的使用需求。
如图2、图3、图5和图6所示，该混合动力制冷***还包括与压缩机11和/或制冷剂泵18并联设置的单向导通阀20。可以理解地，单向导通阀20的设置可在***无需使用压缩机11和/或制冷剂泵18时导通，使得冷媒直接通过单向导通阀20从而避免通过压缩机11和/或制冷剂泵18，导致阻力增加，进而导致能源浪费。
实施例2
图7示出本实施例中的混合动力制冷***的控制方法。该混合动力制冷***包括第一控制部14执行的如下步骤：
S11:确定室内制冷需求CFr1、室内蒸发器10的出口过热度SHr1、压缩机11前后的压差值ΔP。本实施例中，压缩机11可以为定容量压缩机11或变容量压缩机11，所述制冷剂泵18为变容量制冷剂泵18。
具体地，步骤S11包括如下步骤：第一控制部14采集室内环境温度T1，并将室内环境温度T1与预设温度值Tset1进行比较，计算两者温度差值以确定室内制冷需求CFr1。第一控制部14采集室内蒸发器10出口的第一出口温度T2和/或第一出口压力P1，根据过热度计算公式计算以确定室内蒸发器10的出口过热度SHr1。具体地，通过采集室内蒸发器10出口两点的第一出口温度T1、或两点的第一出口压力P1、或同时采集任一点的第一出口温度T2和/或第一出口压力P1，均可计算得到室内蒸发器10的出口过热度SHr1。第一控制部14采集压缩机11入口压力P2和压缩机11出口压力P3，计算以确定压缩机11前后的压差值ΔP。
S12：第一控制部14根据室内制冷需求CFr1控制室内风机13的容量输出、流量控制阀12的启停和压缩机11的启停。如图8所示，步骤S12包括如下步骤：将室内制冷需求CFr1与预设的制冷阈值CFset1比较，若所述室内制冷需求CFr1大于或等于制冷阈值CFset1，则控制流量控制阀12和压缩机11启动，并控制室内风机13的容量输出；若否，则控制流量控制阀12和压缩机11停止工作，并维持室内风机13的容量输出。
和/或
S13:第一控制部14根据室内蒸发器10的出口过热度SHr1控制流量控制阀12的开度Xr1。如图9所示，步骤S13包括如下步骤：将室内蒸发器10的出口过热度SHr1与预设的过热度阈值范围SHset1比较，若室内蒸发器10的出口过热度SHr1小于过热度阈值范围SHset1，则减小流量控制阀12的开度Xr1；若室内蒸发器10的出口过热度SHr1大于过热度阈值范围SHset1，则增大流量控制阀12的开度Xr1；若室内蒸发器10的出口过热度SHr1在过热度阈值范围SHset1之内，则维持流量控制阀12的开度Xr1。
和/或
S14:第一控制部14根据压缩机11前后的压差值ΔP控制压缩机11的启停、或启停和容量输出。具体地，第一控制部14根据压缩机11前后的压差值ΔP控制定容量压缩机11的启停；或者第一控制部14根据压缩机11前后的压差值ΔP控制变容量压缩机11的启停和容量输出。如图10所示，步骤S14包括如下步骤：将压缩机11前后的压差值ΔP与预设的压差阈值Pset1范围比较；若压差值ΔP小于压差阈值范围，控制定容量压缩机11停止工作或减小变容量压缩机11的容量输出；若压差值ΔP大于压差阈值范围Pset1，控制定容量压缩机11启动或增大变容量压缩机11的容量输出；若压差值ΔP在压差阈值范围Pset1之内，控制定容量压缩机11启动维持变容量压缩机11的容量输出。
该混合动力制冷***的控制方法还包括第二控制部15执行的如下步骤：
S21:第二控制部15确定室外冷凝器16的出口压力P4和流量控制阀12的开度Xr1；
S22:第二控制部15根据室外冷凝器16的出口压力P4控制室外风机17的转速。如图11所示，步骤S22包括如下步骤：将室外冷凝器16的出口压力P4与预设的压力阈值范围Pset2比较，若所述室外冷凝器16的出口压力P4小于预设的压力阈值范围Pset2，则减小室外风机17的转速；若室外冷凝器16的出口压力P4大于预设的压力阈值范围Pset2，则增大室外风机17的转速；若室外冷凝器16的出口压力P4在预设的压力阈值范围Pset2之内，则维持室外风机17的转速。
和/或
S23:第二控制部15根据流量控制阀12的开度Xr1控制制冷剂泵18的容量输出。如图12所示，步骤S23包括如下步骤：将流量控制阀12的开度Xr1与预设的开度阈值范围Xset1比较，若流量控制阀12的开度Xr1小于开度阈值范围Xset1，则减小制冷剂泵18的容量输出；若流量控制阀12的开度Xr1大于开度阈值范围Xset1，则增大制冷剂泵18的容量输出；若流量控制阀12的开度Xr1在开度阈值范围Xset1之内，则维持制冷剂泵18的容量输出。
可以理解地，第一控制部14采用PID控制方法或P控制方法对室内风机13、压缩机11或流量控制阀12的控制、以及第二控制部15采用PID控制方法或P控制方法对室外风机17和制冷剂泵18的控制互不影响力，即相互之间无先后顺序，根据各自的控制条件独立控制，无需进行压缩机模式、压泵模块和泵模式之间的切换，避免模式切换过程中导致制冷能力波动。
本发明是通过一个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (10)

1.一种混合动力制冷***，其特征在于，包括设置于室内的室内蒸发器(10)、与所述室内蒸发器(10)出口相连的压缩机(11)、与所述室内蒸发器(10)入口相连的流量控制阀(12)、与所述室内蒸发器(10)配合使用的室内风机(13)以及第一控制部(14)；
还包括设置于室外的与所述压缩机(11)出口相连的室外冷凝器(16)、与所述室外冷凝器(16)配合使用的室外风机(17)、与所述室外冷凝器(16)相连的制冷剂泵(18)以及第二控制部(15)，所述制冷剂泵(18)出口与所述流量控制阀(12)相连；第一控制部(14)与第二控制部(15)通讯相连；
所述第一控制部(14)与所述压缩机(11)、所述流量控制阀(12)及所述室内风机(13)相连，用于根据室内制冷需求控制所述室内风机(13)的容量输出，根据室内蒸发器(10)的出口过热度控制所述流量控制阀(12)的开度，根据室内制冷需求和所述压缩机(11)前后的压差值控制所述压缩机(11)的启停和/或容量输出；
所述第二控制部(15)与所述室外风机(17)和所述制冷剂泵(18)相连，用于根据所述室外冷凝器(16)的出口压力控制所述室外风机(17)的容量输出；根据所述流量控制阀(12)的开度控制所述制冷剂泵(18)的容量输出。
2.根据权利要求1所述的混合动力制冷***，其特征在于，还包括连接在所述室外冷凝器(16)与所述制冷剂泵(18)之间的储液装置(19)。
3.根据权利要求1或2所述的混合动力制冷***，其特征在于，所述压缩机(11)为定容量压缩机或变容量压缩机，所述制冷剂泵(18)为变容量制冷剂泵；
所述第一控制部(14)根据所述室内制冷需求和所述压缩机(11)前后的压差值控制所述定容量压缩机的启停；或者
所述第一控制部(14)根据所述室内制冷需求和所述压缩机(11)前后的压差值控制所述变容量压缩机的启停和容量输出。
4.根据权利要求3所述的混合动力制冷***，其特征在于，还包括设置在所述流量控制阀(12)入口的第一截止阀(21)、设置在所述压缩机(11)出口的第二截止阀(22)、设置在所述制冷剂泵(18)出口的第三截止阀(23)以及设置在所述室外冷凝器(16)入口的第四截止阀(24)。
5.根据权利要求3所述的混合动力制冷***，其特征在于，还包括与所述压缩机(11)和/或所述制冷剂泵(18)并联设置的单向导通阀(20)。
6.权利要求1-5任一项所述的混合动力制冷***的控制方法，其特征在于，包括第一控制部(14)执行的如下步骤：
S11:确定室内制冷需求、室内蒸发器(10)的出口过热度、压缩机(11)前后的压差值；
S12：根据室内制冷需求控制所述室内风机(13)的容量输出、所述流量控制阀(12)的启停和所述压缩机(11)的启停；
S13:根据室内蒸发器(10)的出口过热度控制所述流量控制阀(12)的开度；
S14:根据所述压缩机(11)前后的压差值控制所述压缩机(11)的启停、或启停和容量输出；
还包括第二控制部(15)执行的如下步骤：
S21:确定室外冷凝器(16)的出口压力和流量控制阀(12)的开度；
S22:根据所述室外冷凝器(16)的出口压力控制所述室外风机(17)的转速；
S23:根据所述流量控制阀(12)的开度控制所述制冷剂泵(18)的容量输出。
7.根据权利要求6所述的混合动力制冷***的控制方法，其特征在于，所述压缩机(11)为定容量压缩机或变容量压缩机，所述制冷剂泵(18)为变容量制冷剂泵；
所述第一控制部(14)根据所述压缩机(11)前后的压差值控制所述定容量压缩机的启停；或者
所述第一控制部(14)根据所述压缩机(11)前后的压差值控制所述变容量压缩机的启停和容量输出。
8.根据权利要求7所述的混合动力制冷***的控制方法，其特征在于，所述步骤S11包括：采集室内环境温度，并将所述室内环境温度与预设温度值进行比较，计算两者温度差值以确定所述室内制冷需求；
采集室内蒸发器(10)出口的第一出口温度和/或第一出口压力，计算以确定所述室内蒸发器(10)的出口过热度；
采集所述压缩机(11)入口压力和压缩机(11)出口压力，计算以确定所述压缩机(11)前后的压差值。
9.根据权利要求8所述的混合动力制冷***的控制方法，其特征在于，所述步骤S12包括：将所述室内制冷需求与预设的制冷阈值比较，若所述室内制冷需求大于或等于所述制冷阈值，则控制所述流量控制阀(12)和所述压缩机(11)启动，并控制所述室内风机(13)的容量输出；若否，则控制所述流量控制阀(12)和所述压缩机(11)停止工作，并维持所述室内风机(13)的容量输出；
和/或
所述步骤S13包括：将所述室内蒸发器(10)的出口过热度与预设的过热度阈值范围比较，若所述室内蒸发器(10)的出口过热度小于所述过热度阈值范围，则减小所述流量控制阀(12)的开度；若所述室内蒸发器(10)的出口过热度大于所述过热度阈值范围，则增大所述流量控制阀(12)的开度；若所述室内蒸发器(10)的出口过热度在所述过热度阈值范围之内，则维持所述流量控制阀(12)的开度；
和/或
所述步骤S14包括：将所述压缩机(11)前后的压差值与预设的压差阈值范围比较；若所述压差值小于所述压差阈值范围，控制定容量压缩机停止工作或减小变容量压缩机的容量输出；若所述压差值大于所述压差阈值范围，控制所述定容量压缩机启动或增大所述变容量压缩机的容量输出；若所述压差值在所述压差阈值范围之内，控制所述定容量压缩机启动或维持所述变容量压缩机的容量输出。
10.根据权利要求6-9任一项所述的混合动力制冷***的控制方法，其特征在于，
所述步骤S22包括：将所述室外冷凝器(16)的出口压力与预设的压力阈值范围比较，若所述室外冷凝器(16)的出口压力小于所述预设的压力阈值范围，则减小所述室外风机(17)的转速；若所述室外冷凝器(16)的出口压力大于所述预设的压力阈值范围，则增大所述室外风机(17)的转速；若所述室外冷凝器(16)的出口压力在所述预设的压力阈值范围之内，则维持所述室外风机(17)的转速；
和/或
所述步骤S23包括：将所述流量控制阀(12)的开度与预设的开度阈值范围比较，若所述流量控制阀(12)的开度小于所述开度阈值范围，则减小所述制冷剂泵(18)的容量输出；若所述流量控制阀(12)的开度大于所述开度阈值范围，则增大所述制冷剂泵(18)的容量输出；若所述流量控制阀(12)的开度在所述开度阈值范围之内，则维持所述制冷剂泵(18)的容量输出。
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