JP2005016884A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機等の機器を保護するとともに快適性を損なわず効果的に機器の露付きを制御することができる空気調和機を提供すること。
【解決手段】室内熱交換器温度検知手段の検知温度が露付き限界温度を下回ると圧縮機の運転周波数を所定量減少させるようにした。また、圧縮機の運転周波数が下限運転周波数記憶手段に記憶された下限設定値まで減少すると、室内熱交換器判定値記憶手段に記憶された復帰設定温度に達するまでバイパス管路に取り付けられた電磁弁を開制御するようにした。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量（周波数）可変型圧縮機をインバータにより可変制御する空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空気調和機では、容量（周波数）可変型圧縮機を用い、冷房運転時に室内熱交換器が露付きを生じる温度より若干高めの冷え過ぎ移行温度まで低下したかどうかを監視し、冷え過ぎ移行温度より低下した場合に、インバータに与える最大周波数を通常より低い値に制限することで、室内機の吹き出し口等の露付きを回避するものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−１０６３５７号公報（第２頁、第５図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の空気調和機では、圧縮機のオイル供給は圧縮機回転数に依存し、容量（周波数）を下げ過ぎると、圧縮機のオイル供給能力が低下して圧縮機の信頼性が著しく低下する。したがって、容量（周波数）の低下には限度があり、露つき回避制御には限界があった。特に、１台の室外機に複数台の室内機を接続した多室形空気調和システムは能力の可変幅が大きく、１台運転時は通常運転時でも容量（周波数）が十分に低いことから、さらに容量（周波数）を低下する余裕が少なく、露つき制御が困難という問題があった。
【０００５】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、圧縮機等の機器を保護するとともに快適性を損なわず効果的に機器の露付きを制御することができる空気調和機を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、容量可変型圧縮機と四方弁と室外熱交換器とを有する室外機と、室内熱交換器を有する室内機とを冷媒配管により接続し、該冷媒配管の一部に弁開度が制御可能な電動膨張弁を設けて冷凍サイクルを構成する空気調和機であって、前記圧縮機の冷媒吐出管と冷媒吸入管とをバイパスするバイパス管路と、該バイパス管路に取り付けられた電磁弁とを有し、前記室外機に室外温度を検知する室外温度検知手段を設ける一方、前記室内機に室内温度を検知する室内温度検知手段と前記室内熱交換器の温度を検知する室内熱交換器温度検知手段とを設け、前記圧縮機及び前記電動膨張弁を制御する制御装置に室内熱交換器温度の判定値を記憶する室内熱交換器判定値記憶手段と前記圧縮機の運転周波数の下限設定値を記憶する下限運転周波数記憶手段を設け、前記室外温度検知手段と前記室内温度検知手段と前記室内熱交換器温度検知手段からの信号に基いて前記制御装置により前記圧縮機の運転周波数と前記電動膨張弁の開度を制御し、前記室内熱交換器判定値記憶手段に前記室内機に露付きを生じる限界温度を設定し、前記室内熱交換器温度検知手段の検知温度が前記露付き限界温度を下回ると前記圧縮機の運転周波数を所定量減少させ、前記圧縮機の運転周波数が前記下限運転周波数記憶手段に記憶された下限設定値まで減少すると、前記室内熱交換器判定値記憶手段に記憶された復帰設定温度に達するまで前記バイパス管路に取り付けられた前記電磁弁を開制御するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、前記圧縮機の運転開始時の運転周波数よりも低く前記下限設定値よりも高い上限設定値を記憶する上限運転周波数記憶手段を前記制御装置にさらに設けるとともに、前記復帰設定温度よりも低く前記露付き限界温度よりも高い別の復帰設定温度を前記室内熱交換器判定値記憶手段に設定し、前記電磁弁の開制御により室内熱交換器温度が前記別の復帰設定温度に達すると、前記電磁弁を開放したまま前記上限設定値に達するまで前記圧縮機の運転周波数を上昇するように制御することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる空気調和機の冷凍サイクルを示しており、室外機２には、インバータ駆動の容量（周波数）可変型圧縮機（以下、単に圧縮機と称す）６と冷暖房切換用の四方弁８と室外熱交換器１０とが設けられる一方、室内機４には、室内熱交換器１２が設けられており、これらを冷媒液側主管１４と冷媒ガス側主管１６とを有する冷媒配管で順次接続して冷凍サイクルを構成している。さらに、室外機２には、圧縮機６の冷媒吐出管１８と冷媒吸入管２０とをバイパスするバイパス管路２２が設けられ、バイパス管路２２には電磁弁２４が取り付けられており、室内機４には、室外熱交換器１０と室内熱交換器１２とを接続する冷媒液側主管１４にモータ等により弁開度をパルス制御可能な電動冷媒膨張弁２６が取り付けられている。
【０００９】
また、室外機２には、室外熱交換器１０に空気を送る室外送風機２８と、室外の温度を検知する室外温度センサ３０が設けられており、室内機４には、室内熱交換器１２に空気を送る室内送風機３２と、室内温度を検知する室内温度センサ３４と、室内熱交換器１２の温度を検知する室内熱交換器温度センサ３６と、居住者が希望する運転モード（冷房または暖房）と室温と運転あるいは停止を設定するための運転モード設定回路３８が設けられている。
【００１０】
上記構成の冷凍サイクルにおいて、冷房あるいは除湿運転時、圧縮機６から吐出された冷媒は四方弁８を介して室外熱交換器１０へと流れ、室外送風機２８の駆動により室外熱交換器１０で室外空気と熱交換して凝縮液化する。さらに、電動冷媒膨張弁２６を通過して減圧された冷媒は室内熱交換器１２で蒸発した後、冷媒ガス側主管１６を通過し四方弁８を介して再び圧縮機６に吸入される。
【００１１】
また、圧縮機６の冷媒吐出管１８と冷媒吸入管２０とをバイパスするバイパス管路２２に取り付けられた電磁弁２４を開制御すると、圧縮機６から吐出された冷媒の一部がバイパス管路２２を介して圧縮機６に吸入される。
【００１２】
次に、圧縮機周波数の制御について、図２乃至図４を参照しながら説明する。図２に示されるように、本発明にかかる空気調和機の室外機２には、さらに制御装置４０が設けられており、この制御装置４０は、室外温度センサ３０から出力された信号を記憶する室外温度記憶ユニット４２と、室内温度センサ３４から出力された信号を記憶する室内温度記憶ユニット４４と、室内熱交換器温度センサ３６から出力された信号を記憶する室内熱交換器温度記憶ユニット４６と、運転モード設定回路３８から出力された信号を記憶する運転モード記憶ユニット４８とを備えている。なお、運転モード設定回路３８には、居住者が希望する運転モード（（冷房、除湿、送風あるいは暖房））を設定するための運転モード切換スイッチ５０と、所望の室温を設定するための室内温度設定スイッチ５２と、室内機４の運転あるいは停止を行うための運転停止スイッチ５４とが設けられている。
【００１３】
さらに、制御装置４０は、室内熱交換器１２の温度判定値（後述するＴａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄ）を記憶する室内熱交換器判定値記憶ユニット５５ａ，５５ｂと、圧縮機６の運転周波数の下限設定値を記憶する下限運転周波数記憶ユニット５７と、上述した種々の信号を周期的に検知するためのサンプリング時間を記憶するサンプリング時間記憶ユニット５８と、上述した信号をサンプリング時間毎に受信して圧縮機６の周波数やバイパス管路２２に設けられた電磁弁２４の開閉を決定する判定装置６０と、判定装置６０から出力された信号に基いて圧縮機６、電磁弁２４、室外送風機２８、室内送風機３２等を駆動する出力リレー回路６２とを備えている。なお、Ｔａ及びＴｂは、室内熱交換器判定値記憶ユニット５５ａに記憶された後述するＡゾーン及びＢゾーンを区切る閾値となる温度で、Ｔｃ及びＴｄは、室内熱交換器判定値記憶ユニット５５ｂに記憶された後述するＢゾーン及びＣゾーンを区切る閾値となる温度であり、Ｔａ＞Ｔｂ、Ｔａ＞Ｔｃ、Ｔｃ＞Ｔｄのように設定されている。
【００１４】
次に、本発明にかかる空気調和機の動作を以下説明する。
居住者が運転モード切替スイッチ５０により冷房あるいは除湿運転を選択すると、運転モード記憶ユニット４８、室内温度記憶ユニット４４及び室外温度記憶ユニット４２からの信号に基いて、判定装置６０が圧縮機６の運転周波数を決定して圧縮機６を駆動するとともに電動冷媒膨張弁２６の開度を制御する。このとき、室内温度記憶ユニット４４に記憶された温度が所定温度（例えば、２７℃）以下であり、室外温度記憶ユニット４２に記憶された温度が所定温度（例えば、２７℃）以下の場合、室内機４の吹き出し口回りに露がつく可能性があると判断し、図３に示されるように、室内熱交換器温度記憶ユニット４６に記憶された室内熱交換器温度が室内熱交換器判定値記憶ユニット５５ｂに記憶されたＴｄ℃（露付き限界温度）以下になりＣゾーンに突入すると、判定装置６０が圧縮機６の運転周波数を例えば前の運転周波数Ｈｚｋの０．９倍の値（Ｈｚｋ×０．９）になるように出力リレー回路６２に指示を出し、室内熱交換器１２の温度を上げることにより吹き出し温度を上げ、吹き出し口の周りに露がつかないように制御する。
【００１５】
判定装置６０は、図４のタイムチャートに示されるように、サンプリング時間記憶ユニット５８に設定された時間ｔｍ毎に以上の動作を繰り返すが、図３に示されるように、室内熱交換器温度センサ３６により検知された室内熱交換器温度を記憶する室内熱交換器温度記憶ユニット４６の値が室内熱交換器判定値記憶ユニット５５ｂに記憶されたＴｃ℃以上となりＢゾーンに突入すると、判定装置６０は圧縮機６の周波数ダウンをやめ、現周波数を維持する。このＢゾーンは吹き出し口に露が付かない下限配管温度ゾーンである。さらに、室内熱交換器温度記憶ユニット４６の値が室内熱交換器判定値記憶ユニット５５ａに記憶されたＴａ℃（復帰設定温度）以上となりＡゾーンに突入すると、運転開始時の周波数（Ｈｚ０）に戻す。
【００１６】
しかしながら、室内熱交換器温度記憶ユニット４６の値がＴｄ℃以下になりＣゾーンに突入し、判定装置６０がサンプリング周期ｔｍ毎に圧縮機６の運転周波数ダウンを繰り返し、運転周波数が下限運転周波数記憶ユニット５７に記憶された運転周波数の下限値に達すると、判定装置６０は、電磁弁２４を開制御して圧縮機６の冷媒吐出管１８と冷媒吸入管２０とをバイパスするよう出力リレー回路６２に指示を出す。
【００１７】
その結果、圧縮機６から吐出された冷媒の一部がバイパス管路２２を通って圧縮機６に吸入され、室内熱交換器温度が上昇するので、室内機４からの吹き出し温度が上昇し、吹き出し口周りの露付きが回避される。
【００１８】
また、室内熱交換器温度記憶ユニット４６の値がＴａ℃以上になりＡゾーンに突入すると、圧縮機６の運転周波数を運転開始時の周波数（Ｈｚ０）に戻し、電磁弁２４を閉制御する。
【００１９】
なお、圧縮機６の冷媒吐出管１８と冷媒吸入管２０とをバイパスするバイパス管路２２の流量は、いかなる条件でも室内熱交換器温度記憶ユニット４６の値がＴａ℃以上（図３のＡゾーン）に突入するように所定の流量値に設定されている。
【００２０】
また、下限運転周波数記憶ユニット５７に設定された圧縮機運転周波数の下限設定値は圧縮機６の圧縮機構部にオイルを供給するのに必要な最低周波数で、この下限設定値よりさらに周波数を下げるとオイルの供給が不足し、圧縮機６が破壊に至るという個々の圧縮機の性能確保に大切で厳守すべきファクタとして設定されている。
【００２１】
上記構成によれば、空気調和機の吹き出し口周りの露つきを回避できると同時に、最低圧縮機容量（周波数）を高く設定でき、圧縮機の信頼性が向上する。
【００２２】
また、１台の室外機に複数台の室内機を接続した従来の多室形空気調和システムで能力の可変幅が大きいものは、１台の室内機運転時にすでに圧縮機の最低運転周波数での運転になってしまい（多室空調するために圧縮機の能力が大きく、最低周波数で１室相当の能力になってしまう）、運転周波数（圧縮機能力）をさらにダウンできないことから、吹き出し口周りの露つきの回避が困難であったが、本発明の上記構成により、吹き出し周りの露つきを容易に回避できる。したがって、多室形空気調和システムの露つき性能が向上し、圧縮機等の機器を保護しつつ快適性を損なわずに空気調和機の効果的な運転が可能となる。
【００２３】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２にかかる空気圧縮機の圧縮機周波数の制御について、図５乃至図７を参照しながら説明する。なお、空気調和機の冷凍サイクルは実施の形態１と同じなので、その説明は省略する。
【００２４】
本実施の形態２における制御装置４０は、図５に示されるように、実施の形態１の構成要素（図２）に加えて、室内熱交換器１２の温度判定値（後述するＴｅ，Ｔｆ）を記憶する室内熱交換器判定値記憶ユニット５５ｃと、圧縮機６の運転周波数の上限設定値を記憶する上限運転周波数記憶ユニット５６とを備えている。なお、Ｔｅ及びＴｆは、後述するＣゾーン及びＤゾーンを区切る閾値となる温度であり、Ｔｅ＜Ｔｃ、Ｔｅ＞Ｔｆのように設定されている。
【００２５】
居住者が運転モード切替スイッチ５０により冷房あるいは除湿運転を選択すると、運転モード記憶ユニット４８、室内温度記憶ユニット４４及び室外温度記憶ユニット４２からの信号に基いて、判定装置６０が圧縮機６の運転周波数を決定して圧縮機６を駆動する。このとき、室内温度記憶ユニット４４に記憶された温度が所定温度（例えば、２７℃）以下であり、室外温度記憶ユニット４２に記憶された温度が所定温度（例えば、２７℃）以下の場合、室内機４の吹き出し口回りに露がつく可能性があると判断し、図６に示されるように、室内熱交換器温度記憶ユニット４６に記憶された室内熱交換器温度が室内熱交換器判定値記憶ユニット５５ｃに記憶されたＴｆ℃以下になりＤゾーンに突入すると、判定装置６０が圧縮機６の運転周波数を例えば前の運転周波数Ｈｚｋの０．９倍の値（Ｈｚｋ×０．９）になるように出力リレー回路６２に指示を出し、室内熱交換器１２の温度を上げることにより吹き出し温度を上げ、吹き出し口の周りに露がつかないように制御する。
【００２６】
判定装置６０は、図７のタイムチャートに示されるように、サンプリング時間記憶ユニット５８に設定された時間ｔｍ毎に以上の動作を繰り返すが、図６に示されるように、室内熱交換器温度センサ３６により検知された室内熱交換器温度を記憶する室内熱交換器温度記憶ユニット４６の値が室内熱交換器判定値記憶ユニット５５ｃに記憶されたＴｅ℃以上となりＣゾーンに突入すると、判定装置６０は圧縮機６の周波数ダウンをやめ、現周波数を維持する。このＣゾーンは吹き出し口に露が付かない下限配管温度ゾーンである。さらに、室内熱交換器温度記憶ユニット４６の値が室内熱交換器判定値記憶ユニット５５ａに記憶されたＴａ℃以上となりＡゾーンに突入すると、運転開始時の周波数（Ｈｚ０）に戻す。
【００２７】
しかしながら、室内熱交換器温度記憶ユニット４６の値がＴｆ℃以下になりＤゾーンに突入し、判定装置６０がサンプリング周期ｔｍ毎に圧縮機６の運転周波数ダウンを繰り返し、運転周波数が下限運転周波数記憶ユニット５７に記憶された運転周波数の下限値に達すると、判定装置６０は、電磁弁２４を開制御して圧縮機６の冷媒吐出管１８と冷媒吸入管２０とをバイパスするよう出力リレー回路６２に指示を出す。
【００２８】
その結果、圧縮機６から吐出された冷媒の一部がバイパス管路２２を通って圧縮機６に吸入され、室内熱交換器温度が上昇するので、室内機４からの吹き出し温度が上昇し、吹き出し口周りの露付きが回避される。
【００２９】
上述したように、圧縮機６の冷媒吐出管１８と冷媒吸入管２０とをバイパスするバイパス管路２２の流量はいかなる条件でも室内熱交換器温度記憶ユニット４６の値がＴａ℃以上（図６のＡゾーン）に突入するように所定の流量値に設定されているので、温度の上昇が大きく、ＡゾーンとＤゾーンをハンチングする可能性がある。
【００３０】
そこで、本実施の形態２においては、バイパス管路２２の開制御により温度が上昇し、室内熱交換器温度記憶ユニット４６の値がＴｃ℃（第２の復帰設定温度）以上になりＢゾーンに突入すると、電磁弁２４を開放したまま判定装置６０が圧縮機６の運転周波数を上昇（例えば、前の運転周波数Ｈｚｋの約１．１倍の値（Ｈｚｋ÷０．９））するように出力リレー回路６２に指示を出し、上限運転周波数記憶ユニット５６に記憶された圧縮機６の運転周波数の上限設定値まで周波数アップを行い、Ｃゾーンで周波数維持、Ｄゾーンで周波数ダウンを行い、室内熱交換器１２の温度をＢゾーンあるいはＣゾーンに維持する。
【００３１】
しかしながら、上限運転周波数記憶ユニット５６に記憶された圧縮機６の運転周波数の上限設定値まで周波数を上昇させてもＢゾーンを抜けＡゾーンに突入した場合は、電磁弁２４を閉制御する。
【００３２】
なお、圧縮機６の運転周波数の上限設定値とは、運転開始時の周波数よりも低く最低周波数よりも高い周波数で、例えば運転開始時の周波数Ｈｚ０の０．９倍（Ｈｚ０×０．９）に設定される。
【００３３】
上記構成によれば、空気調和機の吹き出し口周りの露つきを回避できると同時に最低圧縮機容量（周波数）を高く設定でき、圧縮機の信頼性が向上する。
【００３４】
また、バイパス弁（電磁弁２４）の開閉の頻度が減少することで弁開閉に伴う騒音が低減するとともに、頻繁な開閉による冷凍サイクルのハンチングが緩和され、圧縮機等の機器を保護しつつ快適性を損なわずに空気調和機の効果的な運転が可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明によれば、室内熱交換器温度検知手段の検知温度が露付き限界温度を下回ると圧縮機の運転周波数を所定量減少させ、圧縮機の運転周波数が下限運転周波数記憶手段に記憶された下限設定値まで減少すると、室内熱交換器判定値記憶手段に記憶された復帰設定温度に達するまでバイパス管路に取り付けられた電磁弁を開制御するようにしたので、室内熱交換器をある一定の温度範囲に保ち、圧縮機等の機器を保護するとともに快適性を損なわず効果的に機器の露付きを制御することが可能となる。
【００３６】
また、前記復帰設定温度よりも低く露付き限界温度よりも高い別の復帰設定温度を設定し、電磁弁の開制御により室内熱交換器温度が前記別の復帰設定温度に達すると、電磁弁を開放したまま上限設定値に達するまで圧縮機の運転周波数を上昇するようにしたので、バイパス弁（電磁弁）の開閉の頻度が減少して騒音が低減するとともに、頻繁な開閉による冷凍サイクルのハンチングが緩和される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる空気調和機の冷凍サイクル図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる空気調和機のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる空気調和機における室内熱交換器温度により区分された圧縮機の運転周波数の制御ゾーンを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる空気調和機における圧縮機の運転周波数制御を示すタイムチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる空気調和機のブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる空気調和機における室内熱交換器温度により区分された圧縮機の運転周波数の制御ゾーンを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２にかかる空気調和機における圧縮機の運転周波数制御を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
２ 室外機、 ４ 室内機、 ６ 容量可変型圧縮機、 ８ 四方弁、 １０室外熱交換器、 １２ 室内熱交換器、 １４ 冷媒液側主管、 １６ 冷媒ガス側主管、 １８ 冷媒吐出管、 ２０ 冷媒吸入管、 ２２ バイパス管路、 ２４ 電磁弁、 ２６ 電動冷媒膨張弁、 ２８ 室外送風機、 ３０ 室外温度センサ、 ３２ 室内送風機、 ３４ 室内温度センサ、 ３６ 室内熱交換器温度センサ、 ３８ 運転モード設定回路、 ４０ 制御装置、 ４２ 室外温度記憶ユニット、 ４４ 室内温度記憶ユニット、 ４６ 室内熱交換器温度記憶ユニット、 ４８ 運転モード記憶ユニット、 ５０ 運転モード切換スイッチ、 ５２ 室内温度設定スイッチ、 ５４ 運転停止スイッチ、 ５５ａ，５５Ｂ、５５ｃ 室内熱交換器判定値記憶ユニット、 ５６ 上限運転周波数記憶ユニット、 ５７ 下限運転周波数記憶ユニット、 ５８ サンプリング時間記憶ユニット、 ６０ 判定装置、 ６２ 出力リレー回路。

Claims (2)

1. 容量可変型圧縮機と四方弁と室外熱交換器とを有する室外機と、室内熱交換器を有する室内機とを冷媒配管により接続し、該冷媒配管の一部に弁開度が制御可能な電動膨張弁を設けて冷凍サイクルを構成する空気調和機であって、
   前記圧縮機の冷媒吐出管と冷媒吸入管とをバイパスするバイパス管路と、該バイパス管路に取り付けられた電磁弁とを有し、前記室外機に室外温度を検知する室外温度検知手段を設ける一方、前記室内機に室内温度を検知する室内温度検知手段と前記室内熱交換器の温度を検知する室内熱交換器温度検知手段とを設け、前記圧縮機及び前記電動膨張弁を制御する制御装置に室内熱交換器温度の判定値を記憶する室内熱交換器判定値記憶手段と前記圧縮機の運転周波数の下限設定値を記憶する下限運転周波数記憶手段を設け、前記室外温度検知手段と前記室内温度検知手段と前記室内熱交換器温度検知手段からの信号に基いて前記制御装置により前記圧縮機の運転周波数と前記電動膨張弁の開度を制御し、前記室内熱交換器判定値記憶手段に前記室内機に露付きを生じる限界温度を設定し、前記室内熱交換器温度検知手段の検知温度が前記露付き限界温度を下回ると前記圧縮機の運転周波数を所定量減少させ、前記圧縮機の運転周波数が前記下限運転周波数記憶手段に記憶された下限設定値まで減少すると、前記室内熱交換器判定値記憶手段に記憶された復帰設定温度に達するまで前記バイパス管路に取り付けられた前記電磁弁を開制御するようにしたことを特徴とする空気調和機。
2. 前記圧縮機の運転開始時の運転周波数よりも低く前記下限設定値よりも高い上限設定値を記憶する上限運転周波数記憶手段を前記制御装置にさらに設けるとともに、前記復帰設定温度よりも低く前記露付き限界温度よりも高い別の復帰設定温度を前記室内熱交換器判定値記憶手段に設定し、前記電磁弁の開制御により室内熱交換器温度が前記別の復帰設定温度に達すると、前記電磁弁を開放したまま前記上限設定値に達するまで前記圧縮機の運転周波数を上昇するように制御することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。

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