JPH09170573A - スクロール形流体機械 - Google Patents
スクロール形流体機械Info
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- JPH09170573A JPH09170573A JP7330668A JP33066895A JPH09170573A JP H09170573 A JPH09170573 A JP H09170573A JP 7330668 A JP7330668 A JP 7330668A JP 33066895 A JP33066895 A JP 33066895A JP H09170573 A JPH09170573 A JP H09170573A
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Abstract
し、バイパス穴の数を減らして構成の簡易化、漏れの低
減、確実な液逃しの確保等を図る。 【解決手段】固定側の第1スクロール1の渦巻内面と公
転側の第2スクロール2の渦巻外面とで画成する第1流
体作動室Aと第1スクロール1の渦巻外面と第2スクロ
ール2の渦巻内面とで画成する第2流体作動室Bとが単
一の低圧ポート3に対し開閉する関係に、第1スクロー
ル1の渦巻巻終1eを延長して非対称渦巻にすると共
に、第1及び第2流体作動室A,Bを低圧ポート3に対
し二系統共通に開く共通バイパス穴4を設けた。
Description
冷凍機の冷媒圧縮機に用いるスクロール形流体機械に関
し、特にその容量制御のためのバイパス穴構造に係る。
知られているように、対称な一対のスクロール間に対称
な二系統の流体作動室を画成しており、これら二系統の
流体作動室にそれぞれ対応させてバイパス穴も二つ設け
ている。
のスクロールF,O間に、第1スクロールFの渦巻内面
Faと第2スクロールOの渦巻外面Obとで画成する第
1流体作動室Aと、第1スクロールFの渦巻外面Fbと
第2スクロールOの渦巻内面Oaとで画成する第2流体
作動室Bとを形成し、これら二系統の流体作動室A,B
に対応させてバイパス穴AH,BHをそれぞれ設けてい
る。そして、これら二つのバイパス穴AH,BHをそれ
ぞれバイパス弁により同一タイミングで開閉し、外周側
の室A1〜3,B1〜3(点々の室)を低圧ポートL,
Lにそれぞれ開くことにより、内周側の室A4〜6,B
4〜6(点々及び斜線の室)からのみ仕事(圧縮機の場
合は圧縮)を開始させ、容量を小さくした状態で高圧ポ
ートHに作動流体を排出するようにしている(バツ印の
領域)。
は、二系統の流体作動室A,Bに対応させてバイパス穴
AH,BHを二つ設けており、しかも、これら二つのバ
イパス穴AH,BHに対応させて、バイパス弁及び該バ
イパス弁を操作する操作圧機構もそれぞれ二組必要にな
り、全体として加工部分が多いと共に部品数も増え、製
作性及び信頼性に欠ける問題がある。すなわち、対称な
一対のスクロールF,Oを用い、対称な二系統の流体作
動室A,Bを画成するものでは、図5中想像線で示すよ
うに、単一の大きめのバイパス穴CHを設けることとし
た場合、回転角がπ/2[rad]を中心にして0〜π
[rad]の範囲内で、仕事を行うべき内周側の室B4
が低圧ポートLに連通してしまうことになる。このた
め、このような単一のバイパス穴CHは設けることがで
きず、二つのバイパス穴AH,BHを設けることとして
いるのであり、従って、加工部分及び部品数が多いので
ある。
ているため、これらの穴AH,BHを閉じるフルロード
運転時、二つのバイパス穴AH,BHの周辺部から作動
流体が漏れる恐れがあるため、性能のロスも大きい問題
もある。
液冷媒や油が多量に混入した場合、二つのバイパス穴A
H,BHを開くタイミングにずれが生じると、先に開作
動したバイパス弁の操作圧室の容積減少により、開作動
が遅れたバイパス弁の操作圧室の圧力が高まり、その開
作動が一層遅れ、液逃がしがスムーズに行えない問題も
ある。
まとめて共通のものにし、バイパス穴の数を減らして構
成の簡易化を図ると共に、バイパス穴部分を介した漏れ
を低減でき、且つ、バイパス弁の作動タイミングのずれ
による液逃しの遅れをも防止できるスクロール形流体機
械を提供する点にある。
上記主目的を達成するため、図1,図3,図4に示すよ
うに、二つの系統の流体作動室A,Bを画成する第1及
び第2スクロール1,2を備え、第1スクロール1の渦
巻内面と第2スクロール2の渦巻外面とで画成する第1
流体作動室Aと第1スクロール1の渦巻外面と第2スク
ロール2の渦巻内面とで画成する第2流体作動室Bとが
単一の低圧ポート3に対し開閉する関係に、第1スクロ
ール1の渦巻巻終1eを延長していると共に、第1及び
第2流体作動室A,Bを低圧ポート3に対して二系統共
通に開く共通バイパス穴4を設けた。スクロール形流体
機械の代表例であるスクロール形圧縮機では、流体作動
室A,Bは圧縮室を構成するものであり、その作動流体
には圧縮性流体たる冷媒ガス等が用いられる。第1スク
ロール1の渦巻巻終1eを延長しているから、第1スク
ロール1の渦巻体12と第2スクロール2の渦巻体22
とは、いわゆる非対称渦巻を構成していることになる。
尚、各渦巻体12,22は、通常、円の伸開線つまりイ
ンボリュート曲線に合致する形状としているが、渦巻中
心部、特にその渦巻内面は、図1,3,4のものもそう
であるように、一つ又は複数の円弧でトリムしたり、直
線でトリムしている場合も多い。尚、共通バイパス穴4
は、第1流体作動室Aと第2流体作動室Bとの二系統の
室を共通に開くという意であって、単一の唯一の穴で構
成される場合(図1)に限らず、複数の穴から構成され
る場合(図3,図4)も含むものである。
明において、非対称渦巻の典型例について所期の目的を
達成するため、同図1,3,4に示すように、第1スク
ロール1の渦巻巻終1eと第2スクロール2の渦巻巻終
2eとの間に、伸開角でπ[rad]以上の差を設け
た。伸開角でπ[rad]以上の差を設けるということ
は、巻数でいうと、第1スクロール1の渦巻体12が、
第2スクロール2の渦巻体22よりも半巻分以上長くな
っていることを意味する。
項2記載の発明において、バイパス時に第1流体作動室
A内での不必要な仕事を排除してロスを低減しながら、
一つの部分容量制御値を実現するため、図1に示すよう
に、共通バイパス穴4は、第1スクロール1に対する第
2スクロール2の最外方側接触点Eと、この接触点Eか
ら伸開角で2π[rad]内方に巻戻した点Jとを結ぶ
第1スクロール1の渦巻内面側領域内において開口する
単一穴から成るものとした。最外方側接触点Eから伸開
角で2π[rad]内方に巻戻した点Jとは、最外方側
接触点Eからほぼ一巻分だけ内方に巻き戻した点を指
す。
項2記載の発明において、バイパス時に第1流体作動室
A内での不必要な仕事を排除してロスを低減しながら、
複数の部分容量制御値を実現するため、図3に示すよう
に、共通バイパス穴4は、第1スクロール1に対する第
2スクロール2の最外方側接触点Eと、この接触点Eか
ら伸開角で2π[rad]内方に巻戻した点Jとを結ぶ
第1スクロール1の渦巻内面側領域内において互いに変
位して開口する複数個の穴41,42から成るものとし
た。図3のものでは、2つの穴41,42としたが、3
つ以上の穴としてもよい。
項2記載の発明において、バイパス時に第1流体作動室
A内での不必要な仕事を排除してロスを低減しながら、
複数の部分容量制御値、特に小容量の部分容量制御値を
も実現するため、図4に示すように、共通バイパス穴4
は、第1スクロール1に対する第2スクロール2の最外
方側接触点Eと、この接触点Eから伸開角で2π[ra
d]内方に巻戻した点Jとを結ぶ第1スクロール1の渦
巻内面側領域内において開口する穴41と、第1スクロ
ール1に対する第2スクロール2の最外周側接触点Eか
ら伸開角で2π[rad]を越えて内方に巻戻した点K
付近に開口する穴43とから成るものとした。図4のも
のでは、最外周側接触点Eから2π[rad]以下の位
置(丁度2π[rad]の位置)に一つの穴41を、最
外周側接触点Eから2π[rad]を越える位置に一つ
の穴43を設けたが、何れの範囲にも2つ以上の穴を設
けてもよい。
か一記載の発明において、第2流体作動室B内での不必
要な仕事も排除してロスを一層低減すると共に、共通バ
イパス穴4の開口面積を極力大きくして、該共通バイパ
ス穴4を介した各流体作動室A,Bと低圧ポート3との
連通を抵抗少なくスムーズなものとするため、図1,
3,4に示すように、共通バイパス穴4は、第1スクロ
ール1の渦巻体の相対向する内外面間に股がる距離の開
口幅をもつ構成にした。第1スクロール1の渦巻体の相
対向する内外面間に股がる距離とは、渦巻体を構成する
インボリュートの基礎円の半径をr、渦巻体の厚みをt
とした場合、2πr−tの長さとなる。
明において、共通バイパス穴4を簡易に形成するため、
同図1,3,4に示すように、共通バイパス穴4は円形
穴である構成にした。円形穴とは、共通バイパス穴4の
開口横断面が円であることを意味する。
7何れか一記載の発明において、共通バイパス穴4部分
での容積ロスを極小にするため、図2に示すように、共
通バイパス穴4を低圧ポート3に対して開閉するバイパ
ス弁5に、共通バイパス穴4に突入して該バイパス穴4
によるデッドボリュームを小さくする突入部51を設け
ている構成にした。共通バイパス穴4によるデッドボリ
ュームとは、主としてバイパス弁5の着座面55と共通
バイパス穴4の流体作動室側の開口端面との落差によっ
て生じる無駄容積をいう。
8何れか一記載の発明において、非対称渦巻としたにも
拘らず、各流体作動室A,Bと高圧ポート10との連通
時に圧力衝撃が発生するのを防止するため、図1,3,
4に示すように、高圧ポート10は、該高圧ポート10
に臨む渦巻中心側の第1流体作動室Aが同第2流体作動
室Bに先行して高圧ポート10に開く形状にした。高圧
ポート10は、通常、スクロール1,2の中止部に開口
する流体通路穴から成り、圧縮機の場合、吐出穴等と称
される。
れか一記載の発明において、最もポピュラーな仕様で所
期の目的を達成するため、図1〜4に示すように、第1
スクロール1が非公転スクロール、第2スクロール2が
公転スクロールである構成にした。非公転スクロール
は、静止部材に固定するいわゆる固定スクロールが代表
的であるが、静止部材に対し軸方向の移動のみは許容し
たスクロールも含むものである。又、公転スクロール
は、自転が阻止された状態で所定の旋回半径で公転する
スクロールを意味し、可動スクロール、旋回スクロール
等と称されることもある。
3,4に示すように、第1スクロール1の渦巻巻終1e
を延長し、該第1スクロール1の渦巻体12と第2スク
ロール2の渦巻体22とをいわゆる非対称渦巻としたか
ら、これらスクロール1,2間に画成する第1及び第2
流体作動室A,Bの二系統の室を、仕事を行うべき渦巻
内方側の室を低圧ポート3に連通させることなく、共通
バイパス穴4により低圧ポート3に良好に開くことがで
きる。こうして、二系統分の流体作動室A,Bをまとめ
て低圧ポート3に開く共通バイパス穴4を設けたことに
より、穴加工数を減らせるし、バイパス穴開閉用のバイ
パス弁やその操作圧機構の数も減らせ、構成の簡易化を
図ることができる。又、バイパス穴の数が減るため、バ
イパス穴部分を介した漏れを低減でき、信頼性を向上す
ることもできる。更に、バイパス穴の開閉タイミングの
ずれによる液逃しの遅れも無くすることができ、良好な
液逃がしを確保できてスクロール部分の破損事故等を防
止することができる。
に示すように、第1スクロール1の渦巻巻終1eと第2
スクロール2の渦巻巻終2eとの間に、伸開角でπ[r
ad]以上の差を設けているから、第1流体作動室Aが
低圧ポート3に対して閉切られる回転角(0[ra
d])と、第2流体作動室Bが低圧ポート3に対して閉
切られる回転角(π[rad])との間にπ[rad]
の位相差ができる。図1,3,4のものでは、各渦巻巻
終1e,2e間に丁度π[rad]の差を設けている
が、第1スクロール1の渦巻巻終1eを更に延長させて
π[rad]以上の差としても、この関係は同じであ
る。こうして、各系統の流体作動室A,Bの圧力関係が
約半回転分の位相差をもつことになる非対称渦巻の典型
例について、共通バイパス穴4により二系統の流体作動
室A,Bを低圧ポート3に開閉でき、所期の目的を達成
することができる。
に、共通バイパス穴4は、第1スクロール1に対する第
2スクロール2の最外方側接触点Eと、この接触点Eか
ら伸開角で2π[rad]内方に巻戻した点Jとを結ぶ
第1スクロール1の渦巻内面側領域内において開口し、
同図のように、その領域の内方側リミットである点Jに
開口した場合(最も厳しい条件下)にも、第1流体作動
室A1が低圧ポート3に対して閉切られた直後(図1
(a))から該作動室A1は共通バイパス穴4を介して
吸入ポート3に連通されることになるため、バイパス
時、第1流体作動室A内で不必要に仕事をするのを排除
でき、ロスを低減できる。そして、このような領域内に
開口した単一の共通バイパス穴4により、一つの部分容
量制御値を実現することができる。
に、共通バイパス穴4を構成する複数個の穴41,42
は、第1スクロール1に対する第2スクロール2の最外
方側接触点Eと、この接触点Eから伸開角で2π[ra
d]内方に巻戻した点Jとを結ぶ第1スクロール1の渦
巻内面側領域内において開口しているため、請求項3と
同様、バイパス時に第1流体作動室A内での不必要な仕
事を排除でき、ロスを低減できる。そして、渦巻外方側
の穴42のみを低圧ポート3に開くことにより、図3
中、点々と斜線を付した部分から仕事を行わせることが
でき、渦巻内方側の穴41を低圧ポート3に開いた場合
(図1と等しい)とは、減じる容量は小さく実仕事容量
は大きい容量制御値を得ることができる。こうして、複
数の穴41,42を設けたことにより、複数の部分容量
制御値を得ることができる。
に、共通バイパス穴4を構成する少なくとも一の穴41
は、第1スクロール1に対する第2スクロール2の最外
方側接触点Eと、この接触点Eから伸開角で2π[ra
d]内方に巻戻した点Jとを結ぶ第1スクロール1の渦
巻内面側領域内において開口しているため、請求項3と
同様、バイパス時に第1流体作動室A内での不必要な仕
事を排除でき、ロスを低減できる。そして、最外方側接
触点Eから内方に伸開角で2π[rad]を越えた点K
に開口した渦巻内方側の穴43を、最外方側接触点Eか
ら内方に伸開角で2π[rad]以下の領域に開口した
渦巻外方側の穴41と共に低圧ポート3に開くことによ
り、図4中、点々と斜線を付した部分から仕事を行わせ
ることができ、渦巻外方側の穴41のみを低圧ポート3
に開いた場合(図1と等しい)とは、減じる容量は大き
く実仕事容量は小さい容量制御値を得ることができる。
こうして、複数の穴41,43を設けたことにより、複
数の部分容量制御値を得ることができ、特に小容量の部
分容量制御値をも実現することができる。
示すように、共通バイパス穴4の全部(図1)又は一部
(図2.3)は、第1スクロール1に対する第2スクロ
ール2の最外方側接触点Eと、この接触点Eから伸開角
で2π[rad]内方に巻戻した点Jとを結ぶ第1スク
ロール1の渦巻内面側領域内において開口しており、し
かも、第1スクロール1の渦巻体の相対向する内外面間
に股がる距離の開口幅をもつため、図1のように、その
領域の内方側リミットである点Jに開口した場合(最も
厳しい条件下)にも、第2流体作動室B1が低圧ポート
3に対して閉切られた直後(図1(c))から該作動室
B1は共通バイパス穴4を介して吸入ポート3に連通さ
れることになるため、バイパス時、第2流体作動室B内
においても不必要に仕事をするのを排除でき、ロスを一
層低減できる。それと共に、共通バイパス穴4は、第1
スクロール1の渦巻体の相対向する内外面間に股がる距
離の開口幅をもち、その開口面積を極力大きくしている
ため、該共通バイパス穴4を介した流体作動室A,Bと
低圧ポート3との連通を抵抗少なくスムーズなものとで
きる。
に示すように、円形穴で構成する共通バイパス穴4によ
り、第1スクロール1の渦巻体の相対向する内外面間に
股がる距離の開口幅をもつ構成を穴加工のみにより簡易
に実現することができる。
に、共通バイパス穴4をバイパス弁5で閉じた状態で
は、バイパス弁5に設けた突入部51が共通バイパス穴
4に突入し、該バイパス穴4によるデッドボリュームは
小さくされる。このため、共通バイパス穴4を閉じる運
転時、無駄容積は小さく、性能の向上が図れる。
に示すような非対称渦巻としたもので、渦巻中心部に円
形の高圧ポートを設けることとした場合に起こる弊害を
低減せんとするものである。つまり、第1流体作動室A
が高圧ポートに連通するまでに要する回転角が第2流体
作動室B側に対して大きくなり過ぎ、高圧ポートとの連
通時に圧力衝撃が発生するという弊害を低減するもので
ある。すなわち、このものでは、高圧ポート10は、該
高圧ポート10に臨む渦巻中心側の第1流体作動室A8
が同第2流体作動室B7に先行して高圧ポート10に開
く形状にしているから、第1流体作動室A側の過大な閉
込みを解消でき、高圧ポート10への連通時の圧力衝撃
を緩和できるのである。
すように、非公転スクロールたる第1スクロール1と公
転スクロールたる第2スクロール2とをもつ最もポピュ
ラーな仕様で所期の目的を達成することができる。
は、冷凍機や空調機の冷媒圧縮機に用いるものであり、
密閉ケーシング90の内部上部に、鏡板11にインボリ
ュート曲線に合致する渦巻体12を突設した非公転スク
ロールたる第1スクロール1と、同じく鏡板(図示せ
ず)にインボリュート曲線に合致する渦巻体22を突設
した公転スクロールたる第2スクロール2を配設してい
る。渦巻体12,22間には、第1及び第2流体作動室
A,Bを画成しており、吸入管で構成する低圧ライン1
01からケーシング90の下部空間に開放した低圧ガス
を、渦巻外周部の単一の低圧ポート3から各作動室A,
B内に取り込み、圧縮後の高圧ガスを第1スクロール1
の中心部に開口する吐出穴たる高圧ポート10から吐出
ドーム91を経て、吐出管で構成する高圧ライン102
に取り出すようにしている。高圧ポート10の開口部に
は、吐出弁92を、その弁バネ93及び弁押え94と共
に付設している。
巻巻終1eは、第2スクロール2の渦巻巻終2eよりも
伸開角でπ[rad]だけ長くしている。第1スクロー
ル1に対する第2スクロール2の最外方側接触点Eと、
この接触点Eから伸開角で2π[rad]内方に巻戻し
た点J付近に、第1及び第2流体作動室A,Bを低圧ポ
ート3に対し二系統共通に開く共通バイパス穴4を設け
ている。共通バイパス穴4は、第1スクロール1の渦巻
体12の相対向する内外面間に股がる距離の直径をもつ
円形穴である。高圧ポート10は、渦巻中心側の第1流
体作動室A8が同第2流体作動室B7に先行して該高圧
ポート10に開く形状にしている。尚、図1は、図2の
X,X線で破断した平断面図である。
続させて円形穴からなる弁穴50を設けており、この弁
穴50の側方部に低圧ポート3に連通するバイパス通路
30を設けている。弁穴50には、共通バイパス穴4を
開閉する段付き円柱形のバイパス弁5を摺動自由に内装
している。バイパス弁5の先端部には、共通バイパス穴
4に突入して該バイパス穴4によるデッドボリュームを
小さくする小円柱から成る突入部51を設けている。バ
イパス弁5の段付部57には、コイルスプリングから成
るバイアスバネ7を係止させている。バイパス弁5の操
作圧室6は、蓋体60により吐出ドーム91と区画して
おり、内部に、電磁弁から成る開閉手段9により低圧ラ
イン101と高圧ライン102とに選択的に連通する操
作圧ライン8を継手管81を介して接続している。尚、
103は高低圧ラインの短絡を防止するキャピラリーチ
ューブ等の減圧手段である。
は、共通バイパス穴4を単一穴で構成し、一つの部分容
量制御値(全容量時100%に対し約60%の容量値)
を得るようにしたが、図3に示すように、最外方側接触
点Eから内方に伸開角で2π[rad]巻戻した点の穴
41と、同じく3π/2[rad]巻戻した点の穴42
との2つの穴で構成してもよく、この場合には、渦巻外
方側の穴42のみを開ける約70%の容量値をも得るこ
とができる。又、図4に示すように、最外方側接触点E
から内方に伸開角で2π[rad]巻戻した点の穴41
と、同じく5π/2[rad]巻戻した点の穴43との
2つの穴で構成してもよく、この場合には、全ての4
1,43を開ける約50%の容量値をも得ることができ
る。
図。
ート、4;共通バイパス穴、5;バイパス弁、51;突
入部、10;高圧ポート、A;第1流体作動室、B;第
2流体作動室
Claims (10)
- 【請求項1】 二つの系統の流体作動室(A,B)を画
成する第1及び第2スクロール(1,2)を備え、第1
スクロール(1)の渦巻内面と第2スクロール(2)の
渦巻外面とで画成する第1流体作動室(A)と第1スク
ロール(1)の渦巻外面と第2スクロール(2)の渦巻
内面とで画成する第2流体作動室(B)とが単一の低圧
ポート(3)に対し開閉する関係に、第1スクロール
(1)の渦巻巻終(1e)を延長していると共に、第1
及び第2流体作動室(A,B)を低圧ポート(3)に対
して二系統共通に開く共通バイパス穴(4)を設けてい
ることを特徴とするスクロール形流体機械。 - 【請求項2】 第1スクロール(1)の渦巻巻終(1
e)と第2スクロール(2)の渦巻巻終(2e)との間
に、伸開角でπ[rad]以上の差を設けている請求項
1記載のスクロール形流体機械。 - 【請求項3】 共通バイパス穴(4)は、第1スクロー
ル(1)に対する第2スクロール(2)の最外方側接触
点(E)と、この接触点(E)から伸開角で2π[ra
d]内方に巻戻した点(J)とを結ぶ第1スクロール
(1)の渦巻内面側領域内において開口する単一穴から
成る請求項1又は請求項2記載のスクロール形流体機
械。 - 【請求項4】 共通バイパス穴(4)は、第1スクロー
ル(1)に対する第2スクロール(2)の最外方側接触
点(E)と、この接触点(E)から伸開角で2π[ra
d]内方に巻戻した点(J)とを結ぶ第1スクロール
(1)の渦巻内面側領域内において互いに変位して開口
する複数個の穴(41,42)から成る請求項1又は請
求項2記載のスクロール形流体機械。 - 【請求項5】 共通バイパス穴(4)は、第1スクロー
ル(1)に対する第2スクロール(2)の最外方側接触
点(E)と、この接触点(E)から伸開角で2π[ra
d]内方に巻戻した点(J)とを結ぶ第1スクロール
(1)の渦巻内面側領域内において開口する穴(41)
と、第1スクロール(1)に対する第2スクロール
(2)の最外周側接触点(E)から伸開角で2π[ra
d]を越えて内方に巻戻した点(K)付近に開口する穴
(43)とから成る請求項1又は請求項2記載のスクロ
ール形流体機械。 - 【請求項6】 共通バイパス穴(4)は、第1スクロー
ル(1)の渦巻体の相対向する内外面間に股がる距離の
開口幅をもつ請求項3〜5何れか一記載のスクロール形
流体機械。 - 【請求項7】 共通バイパス穴(4)は円形穴である請
求項6記載のスクロール形流体機械。 - 【請求項8】 共通バイパス穴(4)を低圧ポート
(3)に対して開閉するバイパス弁(5)に、共通バイ
パス穴(4)に突入して該バイパス穴(4)によるデッ
ドボリュームを小さくする突入部(51)を設けている
請求項1〜請求項7何れか一記載のスクロール形流体機
械。 - 【請求項9】 高圧ポート(10)は、該高圧ポート
(10)に臨む渦巻中心側の第1流体作動室(A)が同
第2流体作動室(B)に先行して高圧ポート(10)に
開く形状にしている請求項1〜請求項8何れか一記載の
スクロール形流体機械。 - 【請求項10】 第1スクロール(1)が非公転スクロ
ール、第2スクロール(2)が公転スクロールである請
求項1〜9何れか一記載のスクロール形流体機械。
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