JPS63315866A - Chilling unit - Google Patents
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- JPS63315866A JPS63315866A JP14808387A JP14808387A JPS63315866A JP S63315866 A JPS63315866 A JP S63315866A JP 14808387 A JP14808387 A JP 14808387A JP 14808387 A JP14808387 A JP 14808387A JP S63315866 A JPS63315866 A JP S63315866A
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- Cold Air Circulating Systems And Constructional Details In Refrigerators (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、空気および水を冷媒とする圧縮式冷凍サイク
ルを利用した冷房装置に関し、特に自動車等の車両用冷
房装置に適した冷房装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a cooling system using a compression refrigeration cycle using air and water as refrigerants, and particularly relates to a cooling system suitable for cooling systems for vehicles such as automobiles. .
(従来の技術)
冷媒として空気および水を使用する圧縮式冷凍サイクル
は、圧縮時に水の蒸発により作動流体の温度を下げて圧
縮仕事量を低減させ、かつ膨張時に水蒸気の凝縮(水の
凝固も含む)により作動流体の温度を上げて膨張仕事を
増加させることができ、この膨張仕事の増加分を圧縮仕
事の動力に供することにより、総合的な所要動力を低減
させて高い成績効率を得ることができる。ここで、冷媒
として空気のみを使用した圧縮式冷凍サイクルは、理論
成績係数が現在広く用いられているフロン等の蒸気圧縮
サイクルに比して低いためにその利用度が極めて低かっ
たが、空気に水を混入することにより前述の如き水の潜
熱の利用によって成績係数が向上し、理論的にはフロン
等の蒸気圧縮サイクルを上回ることと、冷媒が無害な空
気と水であることから安全性の面からも空気および水を
冷媒とする圧縮式冷凍サイクルの実用化が望まれていた
。(Prior art) A compression refrigeration cycle that uses air and water as refrigerants lowers the temperature of the working fluid by evaporating water during compression, reducing the compression work, and condenses water vapor (also freezes water) during expansion. ) can increase the temperature of the working fluid and increase the expansion work, and by using this increased expansion work as the power for the compression work, the overall required power can be reduced and high performance efficiency can be obtained. Can be done. Compression refrigeration cycles that use only air as a refrigerant have a lower theoretical coefficient of performance than vapor compression cycles that use fluorocarbons, which are currently widely used, so their use has been extremely low. By mixing water, the coefficient of performance improves by utilizing the latent heat of water as described above, which theoretically exceeds the vapor compression cycle of fluorocarbons, etc., and because the refrigerant is harmless air and water, it is safer. From this point of view, it has been desired to put into practical use a compression type refrigeration cycle that uses air and water as refrigerants.
従来、上記冷凍サイクルを利用した冷房装置としては、
米国特許第3913351号が提案されている。この装
置は、圧縮機、放熱用熱交換器、膨張機、吸熱用熱交換
器からなる冷凍サイクルにおいて、圧縮機と膨張機の駆
動軸を同軸とし、圧縮機の入口側に吸入空気に水分を供
給する手段を設けた構成であり、氷点以下のかなり低い
冷媒温度が高いサイクル効率で得られ、冷凍機や製氷機
に適している。Conventionally, as a cooling device using the above-mentioned refrigeration cycle,
No. 3,913,351 has been proposed. This device uses a refrigeration cycle consisting of a compressor, a heat exchanger for heat radiation, an expander, and a heat exchanger for heat absorption.The drive shafts of the compressor and expander are coaxial, and moisture is added to the intake air on the inlet side of the compressor. This configuration is equipped with a supply means, and can obtain a fairly low refrigerant temperature below the freezing point with high cycle efficiency, making it suitable for refrigerators and ice makers.
ところが、前記米国特許装置の車両用冷房装置への適用
を考えた場合、冷媒温度が氷点以下となるような状態で
サイクルを運転し続けると、吸熱用熱交換器の表面で被
空調空気からの凝縮水が氷結する、いわゆるフロストが
発生するので、吸熱用熱交換器の熱交換効率が低下する
だけでなく、やがて空調風が流れなくなるという問題が
ある。However, when considering the application of the above-mentioned U.S. patented device to a vehicle cooling system, if the cycle continues to be operated with the refrigerant temperature below the freezing point, the surface of the heat-absorbing heat exchanger will absorb heat from the air to be conditioned. Since the condensed water freezes, so-called frost occurs, not only does the heat exchange efficiency of the endothermic heat exchanger decrease, but also there is a problem that the conditioned air eventually stops flowing.
また、フロスト防止のために前記米国特許装置を冷媒温
度が氷点以下に下がらないように構成すると、水の潜熱
利用の度合いが下がるのでサイクル効率の低下を招く結
果となる。Further, if the device of the US Patent is constructed in such a way that the temperature of the refrigerant does not fall below the freezing point in order to prevent frosting, the degree of utilization of latent heat of water is reduced, resulting in a reduction in cycle efficiency.
そこで従来、空気および水を冷媒とする圧縮式冷凍サイ
クルを利用した冷房装置で、フロストを防止して車両用
に適したものとして特開昭58−108362号が提案
されている。この装置では、圧縮機、放熱用熱交換器、
膨張機および吸熱用熱交換器からなる冷凍サイクルに、
吸熱用熱交換器の出口側からサイクル内の水の一部を抽
出して膨張機の入口側にてサイクル内に注入する手段を
設けるとともに冷媒の含水量を増加させ、膨張機に多量
の水を供給することにより、フロスト防止のために吸熱
用熱交換器に供給される冷媒の温度を氷点以上となるよ
うに設定した場合に、膨張機から吸熱用熱交換器に送ら
れる冷媒中の多量の水の顕熱を利用してサイクル効率の
低下を抑制しようとしている。Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 108362/1983 has proposed a cooling system using a compression type refrigeration cycle using air and water as refrigerants, which prevents frosting and is suitable for use in vehicles. This equipment includes a compressor, a heat exchanger for heat radiation,
The refrigeration cycle consists of an expander and an endothermic heat exchanger,
A means is provided for extracting a portion of the water in the cycle from the outlet side of the endothermic heat exchanger and injecting it into the cycle at the inlet side of the expander, increasing the water content of the refrigerant, and supplying a large amount of water to the expander. When the temperature of the refrigerant supplied to the endothermic heat exchanger is set above the freezing point to prevent frosting, a large amount of the refrigerant sent from the expander to the endothermic heat exchanger is We are trying to suppress the decline in cycle efficiency by using the sensible heat of the water.
(発明が解決しようとする問題点)
上記従来例では、膨張機に供給される冷媒の含水量を増
加させることによりフロストを防止した際のサイクル効
率の向上を図っているが、吸熱用熱交換器の出口側から
膨張機の入口側に、冷媒1kg当たりの含水量が約0.
3kg増量するように水を送っており、通常の自動車用
冷房装置として必要な約3000 kcal/hの能力
を確保するためには冷媒流量として約150 kg/h
が必要となることから、上記の膨張機入口に送る増量用
の水の流量が約45kg/hとなり、これだけの量の水
を低圧である吸熱用熱交換器出口より高圧である膨張機
入口に圧送するポンプの動力を考慮すると、サイクル効
率が向上しても相当なポンプ動力も必要となるので、結
果的に高い成績係数は得られないといった問題がある。(Problems to be Solved by the Invention) In the above conventional example, the cycle efficiency is improved when frost is prevented by increasing the moisture content of the refrigerant supplied to the expander, but the heat exchanger for endothermic From the outlet side of the container to the inlet side of the expander, the water content per kg of refrigerant is about 0.
Water is sent so as to increase the volume by 3 kg, and in order to secure the capacity of approximately 3000 kcal/h required for a normal automobile cooling system, the refrigerant flow rate must be approximately 150 kg/h.
As a result, the flow rate of the increasing water sent to the expander inlet is approximately 45 kg/h, and this amount of water is sent to the expander inlet, which has a high pressure, than the outlet of the endothermic heat exchanger, which has a low pressure. Considering the power of the pump for pressure-feeding, even if the cycle efficiency is improved, a considerable amount of pump power is required, so there is a problem that a high coefficient of performance cannot be obtained as a result.
そこで本発明は、空気および水を冷媒とする圧縮式冷凍
サイクルを使用した冷房装置において、吸熱用熱交換器
のフロストを防止するとともに、高い成績係数を得よう
とするものである。Therefore, the present invention aims to prevent frosting of an endothermic heat exchanger and obtain a high coefficient of performance in a cooling device using a compression type refrigeration cycle using air and water as refrigerants.
(問題点を解決するための手段)
本発明では、空気および水を冷媒とし、圧縮機、放熱用
熱交換器、膨張機および吸熱用熱交換器から構成される
圧縮式冷凍サイクルを利用し、放熱用熱交換器の出口側
からサイクル内の水の一部を抽出して圧縮機の入口側に
注入する手段を設けるとともに、吸熱用熱交換器の表面
温度に応じて冷凍サイクル内の冷媒量を調整する手段を
設けている。(Means for Solving the Problems) The present invention utilizes a compression refrigeration cycle that uses air and water as refrigerants and is composed of a compressor, a heat exchanger for heat radiation, an expander, and a heat exchanger for heat absorption, A means is provided to extract a portion of the water in the cycle from the outlet side of the heat exchanger for heat dissipation and inject it into the inlet side of the compressor, and the amount of refrigerant in the refrigeration cycle is adjusted depending on the surface temperature of the heat exchanger for heat absorption. A means is provided to adjust the
(作用)
まず、冷凍サイクル内の冷媒量に対する吸熱用熱交換器
の表面温度および冷房能力の関係を第9図を用いて説明
する。なお、後に詳しく説明する実施例において、冷凍
サイクル内の冷媒重量流量を調整するために吸熱用熱交
換器出口における冷媒圧力を調整しており、かつ吸熱用
熱交換器の表面温度に対応する温度として吸熱用熱交換
器の入口冷媒温度を検出していることから、ここでは吸
熱用熱交換器の出口における冷媒圧力P1に対する吸熱
用熱交換器入口の冷媒温度Tcおよび冷房能力Qeの関
係を第9図に示している。第9図から明らかなように、
吸熱用熱交換器出口の冷媒圧力P1が上がると、冷媒重
量流量が増加するため当然のことながら冷房能力Qeが
向上し、かつ吸熱用熱交換器入口の冷媒温度Tcが下が
る。冷媒温度Tcが下がるのは、飽和水蒸気圧が温度の
みに依存することから、冷媒圧力P1が上がって冷媒重
量流量が上がっても、温度が一定であれば膨張機内にお
ける水蒸気の凝縮量が一定であるので、冷媒1kgあた
りの凝縮量が低下し、このため膨張時の水蒸気の凝縮に
よる冷媒の温度上昇の度合いが低下するからである。ま
た逆に、冷媒圧力P□が下がれば冷房能力Qeが低下し
、かつ冷媒温度Tcが上昇する。さらに、吸熱用熱交換
器入口の冷媒温度Tcおよび冷房能力Qeは共に冷房負
荷が大きくなれば上昇する。(Function) First, the relationship between the surface temperature of the endothermic heat exchanger and the cooling capacity with respect to the amount of refrigerant in the refrigeration cycle will be explained using FIG. 9. In addition, in the examples described in detail later, the refrigerant pressure at the outlet of the endothermic heat exchanger is adjusted in order to adjust the refrigerant weight flow rate in the refrigeration cycle, and the temperature corresponding to the surface temperature of the endothermic heat exchanger is adjusted. Since the inlet refrigerant temperature of the endothermic heat exchanger is detected as It is shown in Figure 9. As is clear from Figure 9,
When the refrigerant pressure P1 at the endothermic heat exchanger outlet increases, the refrigerant weight flow rate increases, which naturally improves the cooling capacity Qe and lowers the refrigerant temperature Tc at the endothermic heat exchanger inlet. The reason why the refrigerant temperature Tc decreases is that the saturated water vapor pressure depends only on the temperature, so even if the refrigerant pressure P1 increases and the refrigerant weight flow rate increases, as long as the temperature remains constant, the amount of water vapor condensed in the expander remains constant. This is because the amount of condensation per kg of refrigerant decreases, and therefore the degree of temperature rise of the refrigerant due to condensation of water vapor during expansion decreases. Conversely, if the refrigerant pressure P□ decreases, the cooling capacity Qe decreases and the refrigerant temperature Tc increases. Furthermore, both the refrigerant temperature Tc at the inlet of the endothermic heat exchanger and the cooling capacity Qe increase as the cooling load increases.
そこで、本発明では吸熱用熱交換器の表面温度に応じて
冷凍サイクル内の冷媒量を調整しており、吸熱用熱交換
器の表面温度が設定温度(例えば0℃)より高い場合に
は冷房負荷が大きいと判断してサイクル内の冷媒量を増
加させ、また吸熱用熱交換器の表面温度が設定温度より
も低い場合に冷房負荷が小さいと判定してサイクル内の
冷媒量を減少させることにより、吸熱用熱交換器の表面
温度を制御するとともに、冷房負荷に応じた高効率な冷
房を行なうことができ、さらに放熱用熱交換器の出口側
からサイクル内の水の一部を抽出して圧縮機の入口側に
注入し、圧縮機内で水が気化するようにして動力軽減に
寄与している。Therefore, in the present invention, the amount of refrigerant in the refrigeration cycle is adjusted according to the surface temperature of the endothermic heat exchanger, and if the surface temperature of the endothermic heat exchanger is higher than the set temperature (for example, 0°C), the cooling Deciding that the load is large and increasing the amount of refrigerant in the cycle, and determining that the cooling load is small and reducing the amount of refrigerant in the cycle when the surface temperature of the heat absorption heat exchanger is lower than the set temperature. By controlling the surface temperature of the heat exchanger for heat absorption, it is possible to perform highly efficient cooling according to the cooling load, and also to extract part of the water in the cycle from the outlet side of the heat exchanger for heat radiation. The water is injected into the inlet side of the compressor, causing the water to vaporize inside the compressor, contributing to power reduction.
(実施例) 以下、図面により本発明の詳細な説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.
第1図は本発明の第1実施例の構成を示す図である。第
1図において、1は冷媒を圧縮する圧縮機、2は圧縮さ
れて高温高圧となった冷媒を冷却する放熱用熱交換器、
3は冷却された高圧の冷媒を膨張させる膨張機で、その
駆動軸が圧縮機1の駆動軸と同軸となるように構成され
ている。4は膨張して低温になった冷媒によって外部の
空気を冷却する吸熱用熱交換器、5は吸熱用熱交換器4
の入口部に設置された温度センサ6で検出した吸熱用熱
交換器4の入口冷媒温度に応じて吸熱用熱交換器4の出
口における冷媒圧力を調整する圧力調整器で、第2図に
示すように、入口5a、出口5bおよび大気と連通ずる
開口部5cの3つの開口部と、これら3つの開口部のう
ち任意の2つを切り換えて連通させるロータリバルブ5
dと、ロータリバルブ5dを駆動するサーボモータ5e
と、温度センサ6の検出出力に応じてサーボモータ5e
の通電制御を行なう制御回路5fとから構成されている
。吸熱用熱交換器4を出た冷媒は、この圧力調整器5を
介して圧縮機1に帰還される。またこのサイクルには、
冷媒として空気および水が使用されており、サイクル内
を循環する水はその一部が放熱用熱交換器2の出口側で
抽出され、送水路7を通って圧縮機1の入口側でサイク
ル内に注入されている。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a compressor that compresses refrigerant, 2 is a heat exchanger for heat radiation that cools the compressed refrigerant that has become high temperature and high pressure,
Reference numeral 3 denotes an expander that expands cooled high-pressure refrigerant, and its drive shaft is configured to be coaxial with the drive shaft of the compressor 1. 4 is an endothermic heat exchanger that cools the outside air with the expanded and low-temperature refrigerant; 5 is an endothermic heat exchanger 4
A pressure regulator that adjusts the refrigerant pressure at the outlet of the endothermic heat exchanger 4 according to the refrigerant temperature at the inlet of the endothermic heat exchanger 4 detected by a temperature sensor 6 installed at the inlet of the endothermic heat exchanger 4, as shown in FIG. The rotary valve 5 has three openings, an inlet 5a, an outlet 5b, and an opening 5c communicating with the atmosphere, and a rotary valve 5 which switches any two of these three openings to communicate with each other.
d, and a servo motor 5e that drives the rotary valve 5d.
and the servo motor 5e according to the detection output of the temperature sensor 6.
It is composed of a control circuit 5f that performs energization control. The refrigerant that has exited the endothermic heat exchanger 4 is returned to the compressor 1 via this pressure regulator 5. Also in this cycle,
Air and water are used as refrigerants, and part of the water circulating in the cycle is extracted at the outlet side of the heat exchanger 2 for heat radiation, passes through the water supply channel 7, and enters the cycle at the inlet side of the compressor 1. is injected into.
次に本実施例の動作を説明する。圧縮機1が自動車のエ
ンジン等によって回転駆動されると、圧縮機1の入口側
で水噴射を受けた例えば25℃の冷媒は、圧縮機1で圧
縮されて約95℃の高圧ガスとなり、次いで放熱用熱交
換器2で冷却され約35℃のガスとなる。このガスは膨
張機3内で膨張し、その膨張仕事は圧縮機1の駆動力の
一部となって回収される。また膨張した冷媒は約O℃の
低圧ガスになり、吸熱用熱交換器4を通って外部の空気
を冷却して約25℃の冷媒となり、圧力調整器5を介し
て再び圧縮機に帰還される。吸熱用熱交換器4において
冷却された空気は車両室内等の冷房に供される。また放
熱用熱交換器2の出口では、冷却されたことにより凝縮
した冷媒中の水が一部抽出されて送水路7を介して圧縮
機1の入口でサイクル内に注入される。Next, the operation of this embodiment will be explained. When the compressor 1 is rotationally driven by an automobile engine or the like, refrigerant at, for example, 25°C, which is injected with water at the inlet side of the compressor 1, is compressed by the compressor 1 to become high-pressure gas at about 95°C, and then It is cooled by the heat exchanger 2 for heat radiation and becomes a gas at about 35°C. This gas expands within the expander 3, and the work of expansion becomes part of the driving force of the compressor 1 and is recovered. The expanded refrigerant becomes a low-pressure gas at about 0°C, passes through the endothermic heat exchanger 4, cools the outside air, becomes a refrigerant at about 25°C, and is returned to the compressor via the pressure regulator 5. Ru. The air cooled in the endothermic heat exchanger 4 is used to cool the interior of the vehicle. Further, at the outlet of the heat exchanger 2 for heat dissipation, part of the water in the refrigerant condensed by cooling is extracted and injected into the cycle at the inlet of the compressor 1 via the water supply channel 7.
ここで、圧力調整器5は冷凍サイクル内の冷媒量を調整
するためにサイクル内の冷媒圧力を調整するもので、通
常状態ではロータリバルブ5dが第3図すに示すような
入口5aと出口5bとを連通させる位置にあり、吸熱用
熱交換器4の入口冷媒温度Tc(吸熱用熱交換器4の表
面温度に対応する温度として)が約0℃となるように、
ロータリバルブ5dを回動させてサイクル内の空気を放
出し、また大気からサイクル内に空気を吸入して吸熱用
熱交換器4の出口における冷媒圧力P、(すなわちサイ
クル内の冷媒重量流量)を調整する。Here, the pressure regulator 5 is used to adjust the refrigerant pressure in the cycle in order to adjust the amount of refrigerant in the refrigeration cycle, and in a normal state, the rotary valve 5d has an inlet 5a and an outlet 5b as shown in FIG. The refrigerant temperature Tc at the inlet of the endothermic heat exchanger 4 (as a temperature corresponding to the surface temperature of the endothermic heat exchanger 4) is approximately 0°C
By rotating the rotary valve 5d, the air in the cycle is released, and air is sucked into the cycle from the atmosphere to adjust the refrigerant pressure P at the outlet of the endothermic heat exchanger 4 (i.e., the refrigerant weight flow rate in the cycle). adjust.
すなわち、クールダウン時には室温が高いので、吸熱用
熱交換器4の出口冷媒温度は上昇し、圧縮機1による圧
縮後の冷媒温度および放熱用熱交換器2の出口冷媒温度
も上昇する。したがって膨張機3による膨張後の冷媒温
度も上昇するので吸熱用熱交換器4の入口冷媒温度Tc
が上昇する。この入口冷媒温度Tcを検出した温度セン
サ6の出力により圧力調整器5の制御回路5fは、サー
ボモータ5eを駆動してロータリバルブ5dを回動させ
、第3図aに示すように出口5bと大気と連通ずる開口
部5cとを例えば所定の周期で連通させてサイクル内に
外気を吸入させ、吸熱用熱交換器4の出口における冷媒
圧力P1を上昇させる。冷媒圧力P□が上昇すると冷媒
重量流量が増加し、第9図を用いて前に述べたように、
冷房能力Qeが増大するとともに吸熱用熱交換器4の入
口冷媒温度Tcが下がり、室内が急速に冷房され始める
。That is, since the room temperature is high during cool-down, the temperature of the refrigerant at the exit of the heat exchanger for heat absorption 4 rises, and the temperature of the refrigerant after compression by the compressor 1 and the temperature of the refrigerant at the exit of the heat exchanger for heat radiation 2 also rise. Therefore, the refrigerant temperature after expansion by the expander 3 also rises, so the inlet refrigerant temperature Tc of the endothermic heat exchanger 4
rises. Based on the output of the temperature sensor 6 that detects this inlet refrigerant temperature Tc, the control circuit 5f of the pressure regulator 5 drives the servo motor 5e to rotate the rotary valve 5d, and as shown in FIG. The opening 5c communicating with the atmosphere is communicated, for example, at a predetermined period to draw outside air into the cycle, thereby increasing the refrigerant pressure P1 at the outlet of the endothermic heat exchanger 4. As the refrigerant pressure P□ increases, the refrigerant weight flow rate increases, and as described earlier using FIG.
As the cooling capacity Qe increases, the inlet refrigerant temperature Tc of the endothermic heat exchanger 4 decreases, and the room begins to be rapidly cooled.
そして室温が下がって冷房負荷が減少してくると、吸熱
用熱交換器4の入口冷媒温度Tcもそれに伴って低下す
る。冷媒温度Tcが0℃よりも低くなると、圧力調整器
5は制御回路5fが温度センサ6の出力により冷媒温度
Tcが0℃よりも低くなったことを検知して、サーボモ
ータ5eを駆動させてロータリバルブ5dを回動させ、
第3図Cに示すように入口5aと開口部5cとを例えば
所定の周期で連通させてサイクル内の空気を大気中に放
出し、吸熱用熱交換器4の出口における冷媒圧力P1を
低下させる。冷媒圧力P1が低下すると冷媒重量流量が
減少し、前述の如く冷房能力Qeが減少するとともに吸
熱用熱交換器4の入口冷媒温度Tcが上昇する。When the room temperature falls and the cooling load decreases, the inlet refrigerant temperature Tc of the endothermic heat exchanger 4 also falls accordingly. When the refrigerant temperature Tc becomes lower than 0°C, the control circuit 5f of the pressure regulator 5 detects that the refrigerant temperature Tc has become lower than 0°C based on the output of the temperature sensor 6, and drives the servo motor 5e. Rotate the rotary valve 5d,
As shown in FIG. 3C, the inlet 5a and the opening 5c are communicated, for example, at a predetermined period to release the air in the cycle into the atmosphere, thereby reducing the refrigerant pressure P1 at the outlet of the endothermic heat exchanger 4. . When the refrigerant pressure P1 decreases, the refrigerant weight flow rate decreases, and as described above, the cooling capacity Qe decreases and the inlet refrigerant temperature Tc of the endothermic heat exchanger 4 increases.
このように本実施例では、温度センサ6で検出した吸熱
用熱交換器4の入口冷媒温度Tcに応じて、圧力調整器
5においてサイクル内の冷媒を大気中に放出または外気
をサイクル内に吸入し、吸熱用熱交換器4の出口におけ
る冷媒圧力P工を調整してサイクル内の冷媒量を調整す
ることにより、吸熱用熱交換器4の入口冷媒温度Tcが
設定温度(例えば0℃)となるように、冷房負荷に応じ
た冷媒温度Tcおよび冷房能力Qeでの冷房が可能とな
るので、吸熱用熱交換器4におけるフロストを防止する
とともに高いサイクル効率を得ることができる。さらに
、放熱用熱交換器2内で凝縮した冷媒中の水の一部をサ
イクル内より抽出して圧縮機1の入口側に注入すること
により、駆動力を軽減して成績係数の向上を図ることが
できる。また、上記サイクル内の水の抽出および注入の
際には、サイクル内の高圧側から水を抽出して低圧側に
注入しているので、成績係数の低下を招くことはなり1
゜
なお本実施例では、冷凍サイクル内の冷媒量を調整する
ために吸熱用熱交換器4の出口においてサイクル内の冷
媒を大気中に放出または外気をサイクル内に吸入してお
り、吸熱用熱交換器4の出口における冷媒圧力P1の減
圧時に吸熱用熱交換器4内で気化した水が空気とともに
大気中に放出されるが、実際の冷媒は乾燥空気にわずか
な水を加えたものであって、その含水量は外気と大差が
なく、冷媒圧力P1の増圧時に吸入される外気に含まれ
る水分により前記放出した水分を十分に補給することが
できるので1通常の冷房装置においては冷媒中の水分が
なくなるという問題は発生しない。また極めて湿度が低
い(はぼ0%)特殊な環境下で本実施例を運転するよう
な場合には、送水路7の途中に水タンクを設けることに
より、冷媒中の水分がなくなるといった問題を解消する
ことができる。As described above, in this embodiment, depending on the inlet refrigerant temperature Tc of the endothermic heat exchanger 4 detected by the temperature sensor 6, the pressure regulator 5 releases the refrigerant in the cycle to the atmosphere or draws outside air into the cycle. By adjusting the refrigerant pressure P at the outlet of the endothermic heat exchanger 4 and adjusting the amount of refrigerant in the cycle, the inlet refrigerant temperature Tc of the endothermic heat exchanger 4 can be adjusted to the set temperature (for example, 0°C). As a result, cooling can be performed at the refrigerant temperature Tc and the cooling capacity Qe according to the cooling load, so that frosting in the endothermic heat exchanger 4 can be prevented and high cycle efficiency can be obtained. Furthermore, by extracting a portion of the water in the refrigerant condensed in the heat radiation heat exchanger 2 from within the cycle and injecting it into the inlet side of the compressor 1, the driving force is reduced and the coefficient of performance is improved. be able to. In addition, when extracting and injecting water in the above cycle, water is extracted from the high pressure side of the cycle and injected into the low pressure side, so this will not cause a decrease in the coefficient of performance.
゜In this embodiment, in order to adjust the amount of refrigerant in the refrigeration cycle, the refrigerant in the cycle is released into the atmosphere at the outlet of the heat exchanger 4 for heat absorption, or the outside air is sucked into the cycle. When the refrigerant pressure P1 is reduced at the outlet of the exchanger 4, the water vaporized in the endothermic heat exchanger 4 is released into the atmosphere together with the air, but the actual refrigerant is dry air with a small amount of water added. The moisture content of the refrigerant is not much different from that of the outside air, and the released moisture can be sufficiently replenished by the moisture contained in the outside air sucked in when the refrigerant pressure P1 is increased. The problem of water depletion does not occur. In addition, if this embodiment is operated in a special environment with extremely low humidity (almost 0%), a water tank may be provided in the middle of the water supply channel 7 to avoid the problem of water in the refrigerant running out. It can be resolved.
第4図は、本実施例を車両用冷房装置に適用した場合の
構成を示す図であり、第1図と同一符号のものは同一の
ものを示している。第4図において、圧縮機1は車両の
エンジン8によって駆動され、ファン9によって導入さ
れた外気または車室内空気は吸熱用熱交換器4によって
冷却され、一部はヒータコア10を通過して適宜温度に
調整されて車室内に供給される。FIG. 4 is a diagram showing a configuration when this embodiment is applied to a vehicle cooling system, and the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same components. In FIG. 4, a compressor 1 is driven by a vehicle engine 8, and outside air or vehicle interior air introduced by a fan 9 is cooled by an endothermic heat exchanger 4, and a part of it passes through a heater core 10 and is heated to an appropriate temperature. is adjusted and supplied to the passenger compartment.
第5図および第6図は1本発明の第2実施例および該第
2実施例を車両用冷房装置に適用した場合の構成をそれ
ぞれ示しており、第1図および第4図と同一符号のもの
は同一のものを示している。5 and 6 show a second embodiment of the present invention and a configuration when the second embodiment is applied to a vehicle cooling system, respectively, and the same symbols as in FIGS. 1 and 4 are used. things indicate the same thing.
第5図および第6図において、11は冷凍サイクル内の
冷媒量を調整するためにサイクル内の冷媒圧力を調整す
る圧力調整器で、圧縮機1の入口配管1aおよび出口配
管1bと連通路11aおよび11bによりそれぞれ連通
するとともに、冷凍サイクル内に補給する冷媒または冷
凍サイクル内の余剰冷媒を蓄えるアキュムレータ12と
連通路11cにより連通している。13は吸熱用熱交換
器4の入口配管に取付けられ、吸熱用熱交換器4の表面
温度に対応する温度として吸熱用熱交換器4の入口配管
の表面温度を検出する感熱筒で、内部にフロン等が封入
されていて温度に応じて内部のガス圧が変化するもので
あり、この圧力変化がキャピラリチューブ14を介して
圧力調整器11に伝達される。5 and 6, reference numeral 11 denotes a pressure regulator that adjusts the refrigerant pressure in the cycle to adjust the amount of refrigerant in the refrigeration cycle, and connects the inlet pipe 1a and outlet pipe 1b of the compressor 1 with a communication passage 11a. and 11b, and communicates with an accumulator 12 that stores refrigerant to be supplied into the refrigeration cycle or surplus refrigerant in the refrigeration cycle through a communication path 11c. Reference numeral 13 denotes a heat-sensitive tube that is attached to the inlet pipe of the endothermic heat exchanger 4 and detects the surface temperature of the inlet pipe of the endothermic heat exchanger 4 as a temperature corresponding to the surface temperature of the endothermic heat exchanger 4. Fluorocarbon or the like is sealed, and the internal gas pressure changes depending on the temperature, and this pressure change is transmitted to the pressure regulator 11 via the capillary tube 14.
圧力調整器11は第7図に示すように構成されており、
圧縮機1の入口配管1a、出口配管1bおよびアキュー
ムレータ12にそれぞれ連通する連通路11a、llb
およびllcはシリンダ15に各々連通し、該シリンダ
15内を摺動するスプール17に形成した2個のランド
16により各連通路11a、llb、llcの端部が閉
じた状態、連通路11aと連通路lieとが連通した状
態および連通路11bと連通路11cとが連通した状態
の3通りの連結状態に切り換えられる。2個のランド1
6はシリンダ15の軸心に沿って延在するスプール17
のシャフトに所定の間隔を隔てて形成されており、該シ
ャフトの一端は一方のランド16の外側より延長され、
アクチュエータケーシング18の端面を遊貫した後に該
アクチュエータケーシング18内に設置されたダイアフ
ラム19の一端に連結されている。このダイアフラム1
9の一端と前記アクチュエータケーシング18の端面と
の間にはスプリング20が配設されており、このスプリ
ング20によりダイアフラム19は収縮する方向に付勢
されている。またダイアフラム19はキャピラリチュー
ブ14を介して感熱筒13に連結されている。なお、そ
の他は第1実施例と同様な構成である。The pressure regulator 11 is configured as shown in FIG.
Communication passages 11a and llb communicate with the inlet piping 1a, the outlet piping 1b, and the accumulator 12 of the compressor 1, respectively.
and llc are in communication with the cylinder 15, and the ends of the communicating paths 11a, llb, and llc are closed by two lands 16 formed on a spool 17 that slides inside the cylinder 15, and communicate with the communicating path 11a. There are three connection states: a state in which the passage lie is in communication with the communication passage 11b and a state in which the communication passage 11c is in communication with the communication passage 11b. 2 lands 1
6 is a spool 17 extending along the axis of the cylinder 15;
are formed on the shaft at a predetermined interval, one end of the shaft extends from the outside of one land 16,
After passing through the end face of the actuator casing 18 loosely, it is connected to one end of a diaphragm 19 installed inside the actuator casing 18 . This diaphragm 1
A spring 20 is disposed between one end of the actuator casing 9 and the end surface of the actuator casing 18, and the spring 20 biases the diaphragm 19 in the direction of contraction. Further, the diaphragm 19 is connected to the heat-sensitive cylinder 13 via the capillary tube 14. Note that the other configurations are similar to those of the first embodiment.
次に本実施例の動作を説明する。クールダウン時等の室
温が高い場合には、サイクル内を循環する冷媒の温度は
全体的に高く、吸熱用熱交換器4の入口配管の表面温度
も上昇するので、感熱筒13はその内部のガス圧力が高
くなる。感熱筒13内部のガス圧力がキャピラリチュー
ブ14を介して伝えられるダイアフラム19は、前記ガ
ス圧力の上昇によりスプリング20の弾力に打ち勝つて
伸長し、その一端に連結されたスプール17を第7図中
右方向に移動させる。これによりスプール17に形成さ
れた2個のランド16も移動して、第8図aに示すよう
に連通路11aと連通路11cとが連通しかつ連通路1
1bが閉じた状態となり、アキュムレータ12から連通
路11c。Next, the operation of this embodiment will be explained. When the room temperature is high, such as during cool-down, the temperature of the refrigerant circulating in the cycle is high overall, and the surface temperature of the inlet pipe of the heat-absorbing heat exchanger 4 also rises, so the heat-sensitive cylinder 13 Gas pressure increases. The diaphragm 19, to which the gas pressure inside the heat-sensitive tube 13 is transmitted via the capillary tube 14, overcomes the elasticity of the spring 20 and expands due to the increase in gas pressure, and the spool 17 connected to one end of the diaphragm 19 extends to the right in FIG. move in the direction. As a result, the two lands 16 formed on the spool 17 also move, and as shown in FIG.
1b is in a closed state, and a communication path 11c is established from the accumulator 12.
11aを介して圧縮機1の入口配管1aに冷媒が供給さ
れ、冷凍サイクル内の冷媒圧力が上昇する。Refrigerant is supplied to the inlet pipe 1a of the compressor 1 via 11a, and the refrigerant pressure within the refrigeration cycle increases.
冷凍サイクル内の冷媒圧力が上昇したことにより。Due to increased refrigerant pressure within the refrigeration cycle.
サイクル内の冷媒量が増加し、前述の如く吸熱用熱交換
器4の入口冷媒温度が低下するとともに冷房能力が増大
するので、室内は急速に冷房される。The amount of refrigerant in the cycle increases, the inlet refrigerant temperature of the endothermic heat exchanger 4 decreases as described above, and the cooling capacity increases, so that the room is rapidly cooled.
室温が低下して冷房負荷が減少してくると、吸熱用熱交
換器4の入口冷媒温度の低下とともにその入口配管の温
度が低下してくるので、感熱筒13の内圧が低下してダ
イアフラム19がスプリング20の力により収縮し始め
、ランド16が第8図aの位置から徐々に図中左方向に
移動する。When the room temperature decreases and the cooling load decreases, the temperature of the refrigerant at the inlet of the heat-absorbing heat exchanger 4 decreases, and the temperature of the inlet pipe also decreases, so the internal pressure of the heat-sensitive tube 13 decreases and the diaphragm 19 begins to contract due to the force of the spring 20, and the land 16 gradually moves leftward in the figure from the position shown in FIG. 8a.
そして吸熱用熱交換器4の入口配管の表面温度が設定温
度として例えば6℃となった時に、第7図に示すように
各連通路11a、llbおよびlieが全て閉じた状態
となるようにランド16が位置し、冷凍サイクルへの冷
媒の供給が停止し、冷凍サイクルは冷媒圧力(冷媒量)
が一定の状態での運転となる。ここで、冷媒の供給停止
の設定温度は、感熱筒13内部に封入したガスの種類、
ダイアフラム19の大きさおよびスプリング20のバネ
定数等により調整できる。Then, when the surface temperature of the inlet pipe of the endothermic heat exchanger 4 reaches a set temperature of, for example, 6°C, the land is set so that each communication passage 11a, llb, and lie are all closed as shown in FIG. 16 is located, the supply of refrigerant to the refrigeration cycle is stopped, and the refrigerant pressure (amount of refrigerant) of the refrigeration cycle is
is operated in a constant state. Here, the set temperature for stopping the supply of refrigerant depends on the type of gas sealed inside the thermosensitive tube 13,
It can be adjusted by adjusting the size of the diaphragm 19, the spring constant of the spring 20, etc.
一方、冷房負荷の減少とともに吸熱用熱交換器4の入口
配管の表面温度がさらに低下すると、感熱筒13内部の
ガス圧力の低下によりダイアフラム19がスプリング2
0の力によって収縮し、ランド16が第7図中左方向に
さらに移動して、第8図すに示すように連通路11bと
連通路lieとが連通しかつ連通路11aが閉じた状態
となり、圧縮機1の出口側の冷凍サイクル内の高圧冷媒
が出口配管11bから連通路11b、11cを介してア
キュムレータ12に流れ込み、冷凍サイクル内の冷媒圧
力が低下する。冷凍サイクル内の冷媒の圧力が低下し、
サイクル内の冷媒量が減少したことにより、吸熱用熱交
換器4に供給される冷媒温度は上昇し、低い冷房能力で
の運転□となるので。On the other hand, when the surface temperature of the inlet piping of the endothermic heat exchanger 4 further decreases as the cooling load decreases, the diaphragm 19 moves to the spring 2 due to the decrease in gas pressure inside the heat-sensitive cylinder 13.
0 force, the land 16 further moves to the left in FIG. 7, and as shown in FIG. , the high-pressure refrigerant in the refrigeration cycle on the outlet side of the compressor 1 flows into the accumulator 12 from the outlet pipe 11b via the communication passages 11b and 11c, and the refrigerant pressure in the refrigeration cycle decreases. The pressure of the refrigerant in the refrigeration cycle decreases,
As the amount of refrigerant in the cycle decreases, the temperature of the refrigerant supplied to the endothermic heat exchanger 4 increases, resulting in operation at a low cooling capacity.
冷媒温度の過度の低下を止め、吸熱用熱交換器4表面の
フロストの発生を防止している。そして、吸熱用熱交換
器4の入口冷媒温度の上昇とともにその入口配管の表面
温度も上昇してくるので、感熱筒13の内圧が上昇して
ダイアフラム19がスプリング20の力に抗して再び伸
長し始め、ランド16が第8図すの位置から図中右方向
に徐々に移動し、吸熱用熱交換器4の入口配管の表面温
度が例えば3℃となった時にランド16は第7図に示す
位置に復帰して圧縮機1の出口側からアキュームレータ
12へのサイクル内の冷媒の流出を停止させ、一定の冷
媒圧力(冷媒量)での運転となる。This prevents an excessive drop in refrigerant temperature and prevents frost from forming on the surface of the endothermic heat exchanger 4. As the inlet refrigerant temperature of the endothermic heat exchanger 4 rises, the surface temperature of the inlet pipe also rises, so the internal pressure of the heat-sensitive cylinder 13 rises and the diaphragm 19 expands again against the force of the spring 20. The land 16 gradually moves from the position shown in Figure 8 to the right in the figure, and when the surface temperature of the inlet pipe of the endothermic heat exchanger 4 reaches, for example, 3°C, the land 16 moves to the position shown in Figure 7. It returns to the position shown, stops the flow of refrigerant within the cycle from the outlet side of the compressor 1 to the accumulator 12, and operates at a constant refrigerant pressure (refrigerant amount).
このように本実施例では、吸熱用熱交換器4の入口配管
の表面温度に応じて圧縮機1の入口側および出口側にて
冷媒圧力を調整してサイクル内の冷媒量を調整すること
により、サイクル内の冷媒を補給または放出するために
特別なアクチュエータを設ける必要がなく、前記第1実
施例と同様にフロストの発生を防止しかつ高い成績係数
を得ることができる。In this way, in this embodiment, the amount of refrigerant in the cycle is adjusted by adjusting the refrigerant pressure at the inlet and outlet sides of the compressor 1 according to the surface temperature of the inlet pipe of the endothermic heat exchanger 4. There is no need to provide a special actuator for replenishing or discharging the refrigerant in the cycle, and as in the first embodiment, frost can be prevented and a high coefficient of performance can be obtained.
なお、本実施例において、装置を停止した場合には吸熱
用熱交換器4の表面温度は室温となるので、ダイアフラ
ム19が伸長して第8図aに示す状態となり、またサイ
クル内およびアキュムレータ12内の冷媒圧力は、圧縮
機1および膨張機3のスキマからの漏れにより高圧側か
ら低圧側に冷媒が流れて均一な圧力となり、サイクル運
転時の高圧と低圧の中間の圧力となる。このため運転再
開時に、低圧である圧縮機1の入口配管1aとアキュム
レータ12とを連通させればアキュムレータ12からサ
イクル内に冷媒が供給され、また高圧である圧縮機1の
出口配管とアキュムレータ12とを連通させればアキュ
ムレータ12にサイクル内の冷媒が流れ込み、特にアキ
ュムレータ12の内圧を設定しなくとも運転を開始する
ことができる。In this embodiment, when the apparatus is stopped, the surface temperature of the endothermic heat exchanger 4 becomes room temperature, so the diaphragm 19 expands and becomes the state shown in FIG. 8a, and the inside of the cycle and the accumulator 12 The pressure of the refrigerant inside becomes uniform as the refrigerant flows from the high pressure side to the low pressure side due to leakage from the gaps of the compressor 1 and expander 3, and becomes a pressure between the high pressure and low pressure during cycle operation. Therefore, when restarting operation, if the inlet pipe 1a of the compressor 1, which is at low pressure, and the accumulator 12 are communicated, refrigerant is supplied from the accumulator 12 into the cycle, and the outlet pipe of the compressor 1, which is at high pressure, and the accumulator 12 are connected. If this is communicated, the refrigerant in the cycle will flow into the accumulator 12, and operation can be started without particularly setting the internal pressure of the accumulator 12.
また、前記の第1および第2実施例では、吸熱用熱交換
器の表面温度に対応する温度として、吸熱用熱交換器の
入口冷媒温度または入口配管表面温度を検出し、それに
応じて冷媒圧力を調整しているが、実際の吸熱用熱交換
器の表面温度や、その他に吸熱用熱交換器を通過中また
は通過直後の空気の温度を検出するように構成してもよ
い。In addition, in the first and second embodiments, the inlet refrigerant temperature or inlet pipe surface temperature of the endothermic heat exchanger is detected as the temperature corresponding to the surface temperature of the endothermic heat exchanger, and the refrigerant pressure is adjusted accordingly. However, the actual surface temperature of the endothermic heat exchanger or the temperature of the air passing through or immediately after passing through the endothermic heat exchanger may be detected.
(効果)
以上説明したように、本発明では、空気および水を冷媒
とする圧縮式冷凍サイクルを利用した冷房装置において
、放熱用熱交換器の出口側からサイクル内の水の一部を
抽出して圧縮機の入口側に注入するとともに、吸熱用熱
交換器の表面温度に応じて冷凍サイクル内の冷媒量をg
li整することにより、吸熱用熱交換器の表面温度が設
定温度となるように冷媒温度および冷房能力を調整する
ことができるので、フロストを防止するとともに高い成
績係数を得ることができる。(Effects) As explained above, in the present invention, in a cooling device using a compression refrigeration cycle using air and water as refrigerants, a part of the water in the cycle is extracted from the outlet side of the heat exchanger for heat radiation. The amount of refrigerant in the refrigeration cycle is injected into the inlet side of the compressor, and the amount of refrigerant in the refrigeration cycle is adjusted according to the surface temperature of the endothermic heat exchanger.
By adjusting the temperature, the refrigerant temperature and cooling capacity can be adjusted so that the surface temperature of the endothermic heat exchanger becomes the set temperature, so that frost can be prevented and a high coefficient of performance can be obtained.
第1図ないし第4図は本発明の第1実施例を示しており
、第1図はその冷凍サイクルの構成を示す図、第2図は
その圧力調整器の構成を示す図、第3図はその圧力調整
器の動作を示す図、第4図は車両用冷房装置に適用した
場合の構成を示す図、第5図ないし第8図は本発明の第
2実施例を示しており、第5図はその冷凍サイクルの構
成を示す図、第6図は車両用冷房装置に適用した場合の
構成を示す図、第7図はその圧力調整器の構成を示す図
、第8図はその圧力調整器の動作を示す図、第9図は吸
熱用熱交換器の出口における冷媒圧力に対する吸熱用熱
交換器の入口冷媒温度および冷房能力の特性を示す図で
ある。
1・・・・・・圧縮機、 2・・・・・・放熱
用熱交換器3・・・・・・膨張機、 4・・・
・・・吸熱用熱交換器5.11・・・・・・圧力調整機
6・・・・・・温度センサ7・・・・・・送水路、
13・・・・・・感熱筒特許出願人 日本
電装株式会社
代理人 弁理士 鈴木昌明 0・°゛、−・し・
第1図
第2図
広目
第6図1 to 4 show a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1 shows the configuration of the refrigeration cycle, FIG. 2 shows the configuration of the pressure regulator, and FIG. 3 shows the configuration of the refrigeration cycle. 4 is a diagram showing the operation of the pressure regulator, FIG. 4 is a diagram showing the configuration when applied to a vehicle cooling system, FIGS. 5 to 8 show a second embodiment of the present invention, and FIG. Figure 5 shows the configuration of the refrigeration cycle, Figure 6 shows the configuration when applied to a vehicle cooling system, Figure 7 shows the configuration of the pressure regulator, and Figure 8 shows the pressure. FIG. 9, which is a diagram showing the operation of the regulator, is a diagram showing the characteristics of the refrigerant temperature at the inlet of the endothermic heat exchanger and the cooling capacity with respect to the refrigerant pressure at the outlet of the endothermic heat exchanger. 1... Compressor, 2... Heat exchanger for heat radiation 3... Expander, 4...
... Endothermic heat exchanger 5.11 ... Pressure regulator 6 ... Temperature sensor 7 ... Water supply channel,
13...Thermal cylinder patent applicant Nippondenso Co., Ltd. Agent Patent attorney Masaaki Suzuki 0・°゛、-・し・ Figure 1 Figure 2 Wide Figure 6
Claims (1)
器と、膨張機と、吸熱用熱交換器とを有し、空気および
水を冷媒として使用する冷房装置において、前記放熱用
熱交換器の出口側からサイクル内の水の一部を抽出し、
これを前記圧縮機の入口側にてサイクル内に注入する手
段と、前記吸熱用熱交換器の表面温度に応じて前記冷凍
サイクル内の冷媒量を調整する手段とを備えたことを特
徴とする冷房装置。In an air conditioner that includes a compressor, a heat radiating heat exchanger, an expander, and an endothermic heat exchanger for configuring a refrigeration cycle, and uses air and water as a refrigerant, the heat radiating heat exchanger extract some of the water in the cycle from the outlet side of the
The refrigeration cycle is characterized by comprising means for injecting the refrigerant into the cycle at the inlet side of the compressor, and means for adjusting the amount of refrigerant within the refrigeration cycle according to the surface temperature of the endothermic heat exchanger. Cooling device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14808387A JPS63315866A (en) | 1987-06-16 | 1987-06-16 | Chilling unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14808387A JPS63315866A (en) | 1987-06-16 | 1987-06-16 | Chilling unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63315866A true JPS63315866A (en) | 1988-12-23 |
Family
ID=15444850
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14808387A Pending JPS63315866A (en) | 1987-06-16 | 1987-06-16 | Chilling unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63315866A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007017014A (en) * | 2005-07-05 | 2007-01-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method for controlling refrigerating cycle device and refrigerating cycle device using it |
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-
1987
- 1987-06-16 JP JP14808387A patent/JPS63315866A/en active Pending
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