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文獻綜述
題 目 120KW模塊式水冷冷水機組
學(xué)生姓名
專業(yè)班級
學(xué) 號
院 (系)
指導(dǎo)教師(職稱)
完成時間
12
120KW模塊式水冷冷水機組
隨著時代的發(fā)展,制冷與空調(diào)行業(yè)已經(jīng)成為衡量一個社會經(jīng)濟實力、科技水平與人民生活質(zhì)量的重要標(biāo)志之一,制冷技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)及國防等領(lǐng)域具有越來越重要的作用。與其他的技術(shù)型產(chǎn)業(yè)一樣,環(huán)境保護、經(jīng)濟發(fā)展與技術(shù)進步的要求也是制冷空調(diào)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動力。通過調(diào)查,城市的高樓大廈越來越多,人們對生活的要求越來越高。中央空調(diào)的發(fā)展和需求越來越多。在中央空調(diào)中制冷是核心,而水冷式冷水制冷機組在中央空調(diào)的制冷有著其獨有的優(yōu)勢。
1 模塊式水冷冷水機組
1.1 定義
1.1.1模塊
在《電力標(biāo)準(zhǔn)化與計量》1995年第四期模塊化的概念與定義中,對模塊化的定義,現(xiàn)狀以及存在問題都做了一個詳細的研究。所謂模塊,就是可組合成系統(tǒng)的,具有某種確定功能和接口結(jié)構(gòu)的,典型的通用獨立單元。揭示了模塊式系統(tǒng)的組成部分,用模塊可以組合成新系統(tǒng),但易于從系統(tǒng)中分離,拆卸和跟換,它是系統(tǒng)的單元,離開系統(tǒng),其實用價值就缺失了。
1.1.2 水冷
水冷涉及到的核心就是散熱,是指使用流動液體作為散熱的冷卻系統(tǒng),屬于散熱器的一種。水冷一詞的出現(xiàn)已經(jīng)有很長的歷史,早在上個世界就有國外的DIY發(fā)燒友采用流動的液體管給CPU散熱。相比較普通的散熱器取得了比較不錯的成果,因此有了水冷一詞的誕生,其意義象征了比較高端技術(shù)的產(chǎn)生。
1.1.3冷水機組
水冷冷水機組是通過冷卻塔對水進行冷卻,以冷卻水為冷源,以水為載冷劑進行制冷的一種中央空調(diào)設(shè)備.機組以其高效、低噪音、結(jié)構(gòu)合理、操作簡便、運行安全、安裝維護方便等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、展覽館、機場、體育館等公共設(shè)施的舒適性中央空調(diào)系統(tǒng),并能滿足電子、制藥、生物、輕紡、化工、冶金、制藥、電力、機械等行業(yè)的工藝性空調(diào)系統(tǒng)的不同使用要求。
1.2 水冷冷水機組組成及發(fā)展歷史
水冷式冷水機組是由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥、電氣控制系統(tǒng)五大部分組成以蒸汽壓縮循環(huán)方式來達到空調(diào)制冷效果,是工業(yè)革命以來最具歷史性的一種空調(diào)機組,迄今已有近百年的歷史,從早期的往復(fù)式到近年來的螺桿型,其平穩(wěn)、高能效的運轉(zhuǎn)使得水冷機組已經(jīng)成為空調(diào)界的主要機組,是當(dāng)今中央空調(diào)機組中發(fā)展最成熟、設(shè)計非常經(jīng)典的機組之一,被各類公共建筑所廣泛采用。
1.3 水冷冷水機組工作原理
圖1-1 水冷冷水機工作原理圖
工作原理:液體制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻的物體熱量之后,汽化成低溫低壓的蒸汽、被壓縮機吸入、壓縮成高壓高溫的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷卻介質(zhì)(水或空氣)放熱,冷凝為高壓液體、經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流為低壓低溫的制冷劑、再次進入蒸發(fā)器吸熱汽化,達到循環(huán)制冷的目的。這樣,制冷劑在系統(tǒng)中經(jīng)過蒸發(fā)、壓縮、冷凝、節(jié)流四個基本過程完成一個制冷循環(huán)。
1.4 水冷冷水機組的優(yōu)缺點
1.4.1 優(yōu)點
相同制冷量的水冷機組與風(fēng)冷機組比較,水冷式機組的總體耗電量(包括冷卻水泵及冷卻塔風(fēng)機的電耗量)僅為風(fēng)冷式機組耗電量的70%;冷水機組全年制冷效果都很好,可靠性高;冷水機組使用壽命長
1.4.2 缺點
需專用機房、冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵等設(shè)備,初期投資較大;需要循環(huán)水,水資源消耗大;水冷機組不僅要對機組進行維護對冷卻設(shè)施也需要很多的維護,較風(fēng)冷機組相比維護費用高。
2 冷水機組發(fā)展與研究
2.1 冷水機組在國內(nèi)的發(fā)展
對我國中央空調(diào)制冷機組的市場需求結(jié)構(gòu)進行分析,可以幫助我國相關(guān)企業(yè)明確發(fā)展方向,找準(zhǔn)目標(biāo)市場,針對目標(biāo)市場積極進行產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售工作,建立企業(yè)的核心競爭力,確保企業(yè)在競爭中處于優(yōu)勢地位
2.1.1 能源結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致市場新的需要
據(jù)中國建筑業(yè)協(xié)會建筑節(jié)能專業(yè)委員會的課題研究結(jié)果,我國建筑使用能耗占全國商品能源消費總量的比例為11.7%,其中60-70%為空調(diào)能耗,而一些經(jīng)濟發(fā)達國家,制冷與空調(diào)的能耗量約占全年總能耗量的20-30%。隨著我國經(jīng)濟的高速增長,人民生活水平不斷提高,當(dāng)很多城市人均GDP達到4000美元(即小康水平),城市中空調(diào)成為夏令生活、工作的必需品,成為建筑物的基本設(shè)施,我國空調(diào)能耗占社會總能耗的比重也將逐年上升。因此,中央空調(diào)制冷主機的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整應(yīng)符合能源結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。
2.1.2 電動壓縮式制冷機組的品種將增加?????
2.1.2.1 大型離心式制冷機組需求將增加
電力空調(diào)中,一般隨著制冷量的增加,其能源利用效率也增加,一般認為按能效比高低排序,離心式大于螺桿式,而螺桿式大于活塞式。在大型制冷機組中一般用離心式壓縮機,中型機組用螺桿式壓縮機,而小型機組用活塞式壓縮機。隨著節(jié)能要求的提高及區(qū)域供冷公司的增加,客戶對大型離心式制冷機組的需求將大大增加。同時,離心式制冷機組壽命一般在二十年以上,大大高于其它類型機組,因此,其需求量將增加。?
2.1.2.2多種冷卻源機組都將有一定的市場空間??
電動壓縮式制冷機組根據(jù)其冷卻介質(zhì)又可分為風(fēng)冷式和水冷式。水冷式中根據(jù)冷卻水不同分為城市給水、地下水、地表水(如河水、海水等)。目前應(yīng)用得最為廣泛的是水冷式制冷機組,水冷式制冷機組有冷卻塔、冷卻水泵等輔助設(shè)備。如果沒有變頻裝置,在部分負荷下,冷卻塔風(fēng)機和冷卻水泵的耗能是基本不變的,使得冷水機組在部分負荷下的綜合能效比較低。
2.1.2.3 冰蓄冷系統(tǒng)應(yīng)用將大大增加
冰蓄冷空調(diào)就是利用非峰值電能,使制冷機在最佳節(jié)能狀態(tài)下運行,將空調(diào)系統(tǒng)所需要的制冷量用顯熱與潛熱的形式部分或全部地儲存于冰中,當(dāng)出現(xiàn)空調(diào)負荷時,即用融冰釋放的冷量來滿足空調(diào)系統(tǒng)冷負荷的需要。用來儲存冰的容器稱為蓄冰設(shè)備。蓄冰系統(tǒng)包括蓄冰設(shè)備、制冷機械、連接管路及自動控制系統(tǒng)等。
2.1.3 產(chǎn)品品種日益豐富?
由于我國地域廣闊,各地的資源條件、氣候條件差別很大,這些都會影響到用戶對產(chǎn)品的選擇需求。同時,對每個實際的工程來說,業(yè)主選用產(chǎn)品時主要考慮的因素也不盡相同,所以,就必須有多種的產(chǎn)品來滿足這些不同的需求。?
另外,隨著技術(shù)的進步,太陽能等可再生能源機型也將逐步得到實用。自二十世紀(jì)七十年代中東石油危機以來,建筑節(jié)能成為發(fā)達國家關(guān)注的熱點,而九十年代提出可持續(xù)發(fā)展理論和環(huán)境資源保護的緊迫性以后,建筑節(jié)能更成為世界各國關(guān)注的熱點。由于太陽能資源在時間上變化規(guī)律和制冷空調(diào)用能在時間上的變動規(guī)律高度匹配,太陽能資源的地域分布與制冷空調(diào)需求的地域分布高度吻合,以及太陽能資源豐富、清潔和無污染性,使得太陽能技術(shù)成為一個極為誘人的研究領(lǐng)域,在環(huán)保、節(jié)能方面顯示出無與倫比的優(yōu)越性。太陽能技術(shù)在建筑節(jié)能方面的應(yīng)用展現(xiàn)出了光明的前景。?
雖然目前太陽能還沒有實際應(yīng)用于建筑制冷空調(diào),但隨著研究的進一步深入,科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展,實用階段應(yīng)為期不遠。
2.1.4 中西部地區(qū)需求量將大為增加?
由于我國經(jīng)濟發(fā)展的不平衡,東部地區(qū)經(jīng)濟很發(fā)達,而中西部地區(qū)相對落后,因此,原來中央空調(diào)制冷機組的需求主要集中在東部地區(qū),特別是北京、上海、廣東等省市,其它地區(qū)需求量較少。隨著我國西部大開發(fā)的進一步深入,中西部地區(qū)的經(jīng)濟增長速度明顯高于東部地區(qū),固定資產(chǎn)投資增速更為明顯,因此,中西部地區(qū)需求量將大為增加。
2.1.5 存在問題
水冷式冷水機組有其優(yōu)點,但也存在很多問題。最大的問題就是水資源,很多地區(qū)水資源匱乏,沒辦法大力發(fā)展。另一方面,水冷冷水機組價格較貴,模塊片較少,不宜超過八片。
2.2 冷水機組在國外的研究發(fā)展
2.2.1 模塊化冷水機組
模塊化冷水機組的發(fā)明者Mr.?Ron?Conry擁有20年在美國和澳大利亞空調(diào)業(yè)的從業(yè)經(jīng)驗,在20年中他在心中勾勒了一種理想制冷系統(tǒng)的愿望清單:緊湊節(jié)省空間、易安裝且便于操作;峰值運行,高效節(jié)能;可靠且便于維護;調(diào)節(jié)靈活且擴容方便;在這樣的愿望下,他發(fā)明了模塊化冷水機組。在模塊化冷水機組的發(fā)明中創(chuàng)造了很多個第一:第一個將板式熱交換器應(yīng)用在冷水機組;第一個將冷水機組內(nèi)安裝水過濾器;第一個開始無油磁懸浮離心式制冷壓縮機技術(shù)的研究;創(chuàng)造了第一臺模塊化熱泵機組;創(chuàng)造了第一臺模塊化熱回收機組?
在模塊化冷水機組的發(fā)明初期,主要用到的是以下幾種設(shè)備(壓縮機、熱交換器、水過濾器):?
全封閉渦旋式制冷壓縮機馬達密封與機體內(nèi)部,吸入的冷媒均勻的流過馬達,對馬達進行充分的冷卻,確保馬達在最佳的環(huán)境和溫度下工作。渦旋式壓縮機內(nèi)的動渦旋盤在馬達的群東西啊,與靜渦旋盤做圓周嚙合運動,純旋轉(zhuǎn)運動使壓縮機的工作平穩(wěn)、安靜。渦旋式壓縮機通過集合結(jié)構(gòu)控制壓縮機的吸氣和排氣過程,沒有吸氣閥片和排氣閥片,避免了閥片的損失,因此比傳統(tǒng)的活塞式壓縮機具有更高的工作效率。?
螺桿式壓縮機使用的是40000小時長壽命的高強度軸承,通過電腦控制的壓縮機均衡運行,機組使用壽命期內(nèi)完全不需要更換軸承。并且與壓縮機一體的高效油分離器,將98%以上的潤滑油從排除的冷媒中分離出來,避免過多的潤滑油進入系統(tǒng),保持壓縮機的潤滑和機組的效率。?
板式熱交換器對于水冷型機組,冷凝器和蒸發(fā)器為高效、緊湊、耐腐蝕的MTB釬焊板式熱交換器。其板片由不銹鋼制成,在真空爐內(nèi)焊接而成,?板式換熱器的制造過程絕對滿足制冷系統(tǒng)對潔凈、干燥和無泄漏的要求。由人字形板片以各種相反的方向疊加組合而成的辦式熱交換器,其內(nèi)部通道使水流形成旺盛的紊流狀態(tài),不僅提高了換熱效率,而且延緩了污垢的形成,從而保持傳熱效率。?
盤管式熱交換器:對于風(fēng)冷型機組,空氣-冷媒熱交換器為翅片套管式熱交換器,鋁箔制成的翅片,經(jīng)過機械漲管,緊緊地貼合在銅管的表面,擴大了空氣側(cè)傳熱面積。翅片表面形狀經(jīng)過三維強化,提高了氣流的擾動度,增強了空氣的換熱系數(shù)。翅片表面的親水膜不僅保護了翅片,而且強烈的親水性使機組熱泵運行時,減小凝結(jié)水的傾角,加速凝結(jié)水的排泄,延緩水橋的形成,減小空氣流動阻力。?
內(nèi)部水過濾器:每個模塊單元內(nèi)部,無論是冷凍水或是冷卻水的進水管上,都安裝了MULTISTACK專利的可拆式內(nèi)置不銹鋼過濾器,可以避免外部的固體顆粒性雜質(zhì)隨水循環(huán)被帶入熱交換器,造成堵塞,保證機組安全可靠地運行。?
2.2.2 模塊化技術(shù)的特點有以下幾點?
節(jié)能:模塊化解決了部分負荷下效率降低的難題,模塊化冷水機組根據(jù)系統(tǒng)需求調(diào)節(jié)投入相應(yīng)水量的運行的模塊單元,每個運行中的模塊單元都以峰值效率運行。不僅輕松解決了在部分符合運行時制冷效率降低的問題,而且還大大提高了運行的效率。使每個模塊化冷水機組都能高效運行。?
可靠:模塊化賦予了每個模塊單元無可比擬的獨立性,模塊化冷水機組中的每個模塊單元都是獨立完整的制冷系統(tǒng)。在電腦控制器的控制下,有序運行,當(dāng)其中的一個或幾個模塊單元發(fā)生故障時,不會影響其他模塊單元的運行。這樣也方便、簡化了維修。?
安裝便利:模塊化冷水機組中的標(biāo)準(zhǔn)模塊單元在現(xiàn)場完成組合,整個運輸及搬運過程不需要大型的起重機器和專門的樓內(nèi)通道,簡化了在設(shè)計時要專門留下通道,運輸后又要填埋的不便,可以輕松運送。?
模塊化冷水機組不僅有以上的優(yōu)點,它還能應(yīng)用于出水溫度四攝氏度至二十?dāng)z氏度或以上的低溫制冷,適用于冰蓄冷的制冰運行,或者工業(yè)生產(chǎn)的工藝過程控制。當(dāng)應(yīng)用于低溫制冷時,根據(jù)使用溫度的不同,應(yīng)當(dāng)使用乙二醇或者其他凝固點較低的溶液作為載冷劑,但不能夠使用鹽水等對銅或不銹鋼有腐蝕性的溶液,以避免損壞板式熱交換器。?
在模塊化技術(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合變水量控制技術(shù)Multistack公司發(fā)明了變水量型的模塊化冷水機組專利產(chǎn)品,其工作原理是在每個模塊單元內(nèi)安裝了冷水和冷卻水流量控制閥,這個控制閥和模塊單元的壓縮機同步工作,當(dāng)模塊單元壓縮機投入運行時,模塊單元上的流量控制閥同步開啟,繁殖,壓縮機關(guān)閉時,流量控制閥同步關(guān)閉。因此,使冷水機組的工作流量和壓縮機的制冷輸出同步調(diào)節(jié),在低負荷運行時,不僅能夠節(jié)省冷水機組的運行耗電,還能夠大幅度節(jié)省水泵的運行耗電。更為重要的是傳統(tǒng)的變流量應(yīng)用必須采用二次泵系統(tǒng),即冷水機組側(cè)的一次泵是定流量的,負荷側(cè)的二次泵才是變流量的。二次泵系統(tǒng)由于冷水機組側(cè)定流量運行,因此,不是一個純粹的變水量系統(tǒng),不能完全起到節(jié)省水泵電力的目的。而變水量型模塊化冷水機組由于機組本身可以適應(yīng)變水量運行,因此,通過一次泵就可以實現(xiàn)全系統(tǒng)的變水量工作,不僅使系統(tǒng)變得簡單,而且能夠最大幅度地節(jié)省水泵的耗電量。整個運輸及搬運過程不需要大型的起重機器和專門的樓內(nèi)通道,簡化了在設(shè)計時要專門留下通道,運輸后又要填埋的不便,可以輕松運送。?
模塊化冷水機組在發(fā)明初期,就在中國有了很好的發(fā)展,但由于資金等方面原因,一直沒有很廣泛的應(yīng)用,MULTISTACK公司一直努力的開拓中國市場。在現(xiàn)在,在中國已經(jīng)應(yīng)用在了許多的工程中,雖然在初投資上會比傳統(tǒng)的冷水機組高,但是在之后的運行中,每年的運行費用的要低很多。在北京某醫(yī)院的設(shè)計中,對于傳統(tǒng)冷水機組和模塊化冷水機組的投資做了比較,雖然模塊化冷水機組的初投資比傳統(tǒng)的多了30萬元(需要模塊化冷水機組3臺),但是每年的運行費用(如電費、管理費、維修費、設(shè)備零部件更換費用等等)少了10萬元,這樣三年后的投資就相同了,在之后的幾十年使用中可以將少上百萬元的運行費用。模塊化冷水機組不僅能峰值運行,節(jié)省了電量,起到了節(jié)能的目的,而且還節(jié)省了大量的資金。
2.2.3 磁懸浮模塊化冷水機組
1985年,MULTISTACK在澳大利亞墨爾本首創(chuàng)了模塊化冷水機組,這一與20世紀(jì)工業(yè)設(shè)計潮流相一致的重要發(fā)明,以其所標(biāo)識的節(jié)能性、可靠性和靈活性,將制冷空調(diào)技術(shù)的發(fā)展帶入了一個新的方向。今天,世界許多國家和地區(qū)的用戶,都能夠正視感受到模塊化空調(diào)技術(shù)所帶來的好處,并且在中國,使用模塊化冷水機組的建筑越來越多。在2004年MULTISTACK發(fā)明了磁懸浮模塊化冷水機組,使制冷空調(diào)技術(shù)的發(fā)展又進入了一個新的時代。
磁懸浮模塊化冷水機組是超高效率型的機組。它使用的是磁懸浮無油離心式壓縮機,是一個兩級壓縮機械循環(huán)的壓縮機,在第一級壓縮機腔和第二級壓縮機內(nèi)腔之間,具有一個中間吸氣接口,它可以吸入一股中間壓力的制冷劑,實現(xiàn)經(jīng)濟器循環(huán)。它以此為基礎(chǔ),采用了經(jīng)濟器制冷循環(huán),在蒸發(fā)器和冷凝器之間安裝了一個經(jīng)濟器,從冷凝器冷凝出來的液體冷媒分成兩個回路,一個回路的冷媒通過一個膨脹閥膨脹節(jié)流后,在經(jīng)濟器中對另外一個回路的液體冷媒進行再冷卻,提高將要進入蒸發(fā)器的這部分冷媒的過冷度,而膨脹節(jié)流的冷媒在經(jīng)濟器內(nèi)完全蒸發(fā)后,由壓縮機中間吸氣口回到壓縮機。?
經(jīng)濟器循環(huán)可以在幾乎不增加壓縮機功率的情況下,提高機組的制冷量,是機組達到更高的效率。?
磁懸浮冷水機組的COP能達到7.18,而傳統(tǒng)的COP只能達到5~6。在最新的改造中,磁懸浮冷水機組的COP值已經(jīng)達到8,這與逆卡諾循環(huán)的極限值又接近了很多,在以后的改進過程中也會有更好的發(fā)展。?
但是這一技術(shù)在中國發(fā)展還不是很好,由于初投資的提高,很多公司不愿意使用模塊化的冷水機組。在很長一段時間中,模塊化機組的效率沒有了很大的提高,這也是模塊化冷水機組在中國至今沒有很好的發(fā)展的一個重要原因。MULTISTACK公司在2004年發(fā)明磁懸浮壓縮機并將其應(yīng)用到模塊化冷水機組中形成磁懸浮模塊化冷水機組后,中國對于模塊化冷水機組的應(yīng)用還是停滯不前的,其中一個很大的原因,就是很多冷水機組的生產(chǎn)廠家(如:海爾),只引進磁懸浮壓縮機,而不是將模塊化磁懸浮冷水機組一起使用,這樣將磁懸浮壓縮機與自己生產(chǎn)的冷水機組合并使用,不僅使冷水機組的體積并沒有減小,而且根本不能很大程度的提高COP。MULTISTACK公司北京辦事處的工程師說,他們現(xiàn)在的目標(biāo)就是盡可能的做更多的項目,用實際又省錢又節(jié)能的實例來推動磁懸浮模塊化冷水機組在中國的應(yīng)用。
3制冷劑
3.1 制冷劑的歷史
制冷的歷史可以追溯到古代,當(dāng)時用以儲冰和一些蒸發(fā)進程。從歷史上看,制冷劑的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段:?
第一階段:從1830年至1930年,主要采用NH3、HC、CO2,空氣等作為制冷劑,有的有毒,有的可燃,有的效率很低。主要出于安全性的考慮。盡管用了100年之久,當(dāng)出現(xiàn)了CFC和HCFC制冷劑后,主要出于安全性的考慮,還是當(dāng)機立斷,實現(xiàn)了第一次轉(zhuǎn)軌?
第二階段?:從1930年至1990年,主要用CFC和HCFC制冷劑。使用了60年后,發(fā)現(xiàn)這些制冷劑破壞臭氧層。出于環(huán)保的需要,不得不被迫實現(xiàn)第二次轉(zhuǎn)軌。?
第三階段:從1990年至今,進入以HFC制冷劑為主的時期。
3.2 制冷劑的研究與發(fā)展
總的來說制冷劑的發(fā)展趨勢應(yīng)該滿足生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求,并且推動其進一步發(fā)展。根據(jù)可持續(xù)發(fā)展中經(jīng)濟發(fā)展與保護資源、保護生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)一致的核心要求,制冷劑的發(fā)展方向有兩個:環(huán)保與節(jié)能。使用綠色環(huán)保的制冷劑已經(jīng)是大勢所趨,綠色環(huán)保制冷劑可以是合成的,也可以是天然的;隨著人們生活水平的提高,制冷空調(diào)等設(shè)備越來越普及,同時其消耗的大量的能源也越來越引起人們的注意。因此,除了改進制冷技術(shù)外還可從制冷劑上下手,通過研制新型節(jié)能制冷劑降低制冷空調(diào)設(shè)備的能耗也是一個發(fā)展方向。
文中對水冷冷水機組的第一歷史由來一個簡單的介紹,讓我們對其有一個初步的理解。在文中羅列出水冷機組在國內(nèi)外基本的研究發(fā)展?fàn)顩r,以及存在的一些問題。為接下來的畢業(yè)設(shè)計提供豐富的參照資料,更快更好的完成畢業(yè)設(shè)計
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