CN101677129A - 燃料电池组 - Google Patents
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Abstract
一种燃料电池组，依靠虚设单元具有期望的隔热功能，同时可靠地阻止结露水被导入到发电单元，能够以简单的构成确保良好的发电性能。燃料电池组(10)具备层叠多个发电单元(12)而成的层叠体(14)。在层叠体(14)的设有反应气体配管的端板(24a)侧配置第一端部发电单元(16a)及第一虚设单元(18a)。在层叠体(14)的端板(24b)侧配置第二端部发电单元(16b)及第二虚设单元(18b)。第一虚设单元(18a)的单元数量比第二虚设单元(18b)设定得多。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池组，具备将发电单元层叠而成的层叠体，所述发电单元具有在电解质的两侧配置一对电极的电解质与电极结构体和隔板，且沿着电极面设置反应气体流路，并且，所述层叠体形成有与所述反应气体流路连通且在所述发电单元的层叠方向上延伸的反应气体连通孔，在所述层叠体的两端配置接线板、绝缘板及端板，在一端板上连接与所述反应气体连通孔连通的反应气体配管。
背景技术
例如，固体高分子型燃料电池具备利用隔板夹持电解质膜与电极结构体的发电电池，电解质膜与电极结构体在由高分子离子交换膜构成的电解质膜两侧分别配置阳极侧电极及阴极侧电极。这种燃料电池通常是层叠规定数量的发电电池从而以燃料电池组的形式使用。
上述燃料电池中，在隔板的面内设置用来使燃料气体流向阳极侧电极的燃料气体流路(反应气体流路)和用来使气体剂气体流向阴极侧电极的氧化剂气体流路(反应气体流路)。还有，在隔板之间沿着所述隔板的面方向设置用来流动冷却介质的冷却介质流路。
然而，在燃料电池组中，存在着由于向外部散热而比其他发电电池容易引起温度下降的发电电池。配置在层叠方向端部的发电电池，例如从收集各发电电池发生的电荷的电力提取用接线板(集电板)和用来保持层叠的发电电池而设置的端板等产生的散热多，上述温度下降更为显著。
指出存在以下这样的不合理情况，由于这种温度下降，端部的发电电池比燃料电池组中央部分的发电电池容易发生结露，生成水的排出性下降，发电性能下降。
为此，已知例如专利文献1所提示的燃料电池的组结构。该组结构如图6所示，将MEA和隔板重叠形成电池，同时层叠多个所述电池构成模块1。
层叠多个模块1，从而构成电池层叠体，同时，在所述电池层叠体的两端配置对发电没有帮助的层2。层2例如由具有气体流路、却不具有MEA的虚设单元层构成。
在还含有层2的电池层叠体的层叠方向两端配置接线板3、绝缘板4及端板5，构成燃料电池组6。
在燃料电池组6的电池层叠方向一端配置的端板5上连接有管7。该管7进行与没有图示的歧管连通的流体、例如水、燃料气体及氧化剂气体的给排。
专利文献1：特开2003-338305号公报
不过，燃料电池组6中存在以下问题，若停止运转，进行长时间浸渍(放置)后起动，则特别是流体供给侧的与设有管7的端板5靠近的模块1的电压下降，起动性恶化。
这是因为，在管7侧的模块1中容易引起燃料气体及氧化剂气体的分配不良，而且结露水不能在层2被充分去除而被导入该模块1中，除此之外，还影响到结露水的滞留和面压的不均匀等。
发明内容
本发明即是应对这种要求而产生的，其目的在于提供一种燃料电池组，依靠虚设电池具有期望的隔热功能，同时可靠地阻止结露水被导入到发电单元，能够以简单的构成确保良好的发电性能。
本发明涉及一种燃料电池组，其具备将发电单元层叠而成的层叠体，所述发电单元具有在电解质的两侧配置一对电极的电解质与电极结构体和隔板，且沿着电极面设置反应气体流路，所述层叠体形成有与所述反应气体流路连通且在所述发电单元的层叠方向上延伸的反应气体连通孔，在所述层叠体的两端配置接线板、绝缘板及端板，在一端板上连接与所述反应气体连通孔连通的反应气体配管。
在层叠体的层叠方向的两端部与发电单元对应地配置虚设单元，所述虚设单元包括：具有与电解质对应的导电性板的虚设电极结构体和夹持所述虚设电极结构体并与隔板相同结构的虚设隔板。并且，配置在一端板侧的虚设单元的数量比配置在另一端板侧的虚设单元的数量设定得多。
另外，优选是配置在一端板侧的多个虚设单元，限制冷却介质在层叠体和邻接该层叠体的所述虚设单元之间流动，而使所述冷却介质在其他所述虚设单元之间流通。
还有，优选是虚设单元限制氧化剂气体在一反应气体流路中流动，而使燃料气体在另一反应气体流路中流通。
再有，优选是与一端板连接的反应气体配管至少包括燃料气体供给配管。
另外，优选是发电单元按照第一隔板、第一电解质与电极结构体、第二隔板、第二电解质与电极结构体及第三隔板的顺序层叠而成，并且，在所述第一隔板和所述第一电解质与电极结构体之间、所述第一电解质与电极结构体和所述第二隔板之间、所述第二隔板和所述第二电解质与电极结构体之间以及所述第二电解质与电极结构体和所述第三隔板之间，沿着发电面形成规定的反应气体流通的反应气体流路，并且，在各发电单元之间形成冷却介质流通的冷却介质流路。
发明效果
根据本发明，配置在连接反应气体配管的一端板侧的虚设单元的数量比配置在另一端板侧的所述虚设单元的数量设定得多。从而，若从反应气体配管向燃料电池组内导入结露水，则该结露水被层叠的多个虚设单元可靠地捕集，能够阻止所述结露水浸入到发电单元中。
而且，由于层叠了多个虚设单元，从而，整体具有良好的隔热功能，同时，热质量提升，容易谋求结露水的削减及面压的均匀化。
附图说明
图1是本发明的实施方式的燃料电池组的概略立体说明图。
图2是所述燃料电池组的主要部分截面说明图。
图3是构成所述燃料电池组的发电单元的主要部分概略立体图。
图4是构成所述燃料电池组的第一虚设单元的主要部分概略立体图。
图5是所述燃料电池组两端侧的浸渍时间和滞留水量的关系说明图。
图6是专利文献1所揭示的燃料电池的组结构的说明图。
图中，10-燃料电池组，12-发电单元，14-层叠体，16a、16b-端部发电单元，18a、18b-虚设单元，26、30、32-隔板，28a、28b-电解质膜与电极结构体，42-固体高分子电解质膜，44-阴极侧电极，46-阳极侧电极，48、54-氧化剂气体流路，50-冷却介质流路，52、56-燃料气体流路，60、62a、62b-导电性板，61a、61b-隔热层，66a-氧化剂气体入口歧管，66b-氧化剂气体出口歧管，68a-燃料气体入口歧管，68b-燃料气体出口歧管。
具体实施方式
图1是本发明的实施方式的燃料电池组10的概略立体说明图，图2是所述燃料电池组10的主要部分截面说明图。
燃料电池组10具备沿箭头A方向层叠多个发电单元12的层叠体14。层叠体14的层叠方向一端，朝向外方配置第一端部发电单元16a及多个第一虚设单元18a，同时在所述层叠体14的层叠方向另一端，朝向外方配置第二端部发电单元16b及1个以上的第二虚设单元18b。在第一及第二虚设单元18a、18b上朝向外方配置接线板20a、20b、绝缘板22a、22b及端板24a、24b。
燃料电池组10例如利用包括构成长方形状的端板24a、24b作为端板的箱状壳体(没有图示)保持为一体，或者利用沿箭头A方向延伸的多个系杆(没有图示)压紧保持为一体。
如图3所示，发电单元12按照第一隔板26、第一电解质膜与电极结构体28a、第二隔板30、第二电解质膜与电极结构体28b及第三隔板32的顺序沿箭头A方向进行层叠。第一隔板26、第二隔板30及第三隔板32由金属隔板或碳素隔板构成。还有，虽然没有图示，不过在金属隔板上一体成形有密封构件，另一方面在碳素隔板上层叠有独立的密封构件(垫片构件等)。
在发电单元12的长边方向上端缘部沿箭头A方向相互连通地设置用来供给氧化剂气体例如含氧气体的氧化剂气体供给连通孔(反应气体连通孔)36a及用来供给燃料气体例如含氢气体的燃料气体供给连通孔(反应气体连通孔)38a。
在发电单元12的长边方向下端缘部沿箭头A方向相互连通地设置用来排出燃料气体的燃料气体排出连通孔(反应气体连通孔)38b及用来排出氧化剂气体的氧化剂气体排出连通孔(反应气体连通孔)36b。
在发电单元12的短边方向(箭头B方向)一端缘部沿箭头A方向相互连通地设置用来供给冷却介质的冷却介质供给连通孔40a，同时，在所述发电单元12的短边方向另一端缘部设置用来排出所述冷却介质的冷却介质排出连通孔40b。
第一及第二电解质膜与电极结构体28a、28b具备例如在全氟磺酸的薄膜中浸含有水的固体高分子电解质膜42和夹持所述固体高分子电解质膜42的阴极侧电极44及阳极侧电极46。
阴极侧电极44及侧电极46具有由碳纸等构成的气体扩散层(没有图示)和在所述气体扩散层表面均匀涂布多孔质碳粒子而形成的电极催化剂层(没有图示)，多孔质碳粒子表面担载了铂合金。电极催化剂层形成在固体高分子电解质膜42的两面上。
在第一隔板26的朝向第一电解质膜与电极结构体28a的面26a上，形成连通氧化剂气体供给连通孔36a和氧化剂气体排出连通孔36b的第一氧化剂气体流路(反应气体流路)48。第一氧化剂气体流路48具有沿箭头C方向延伸的多条流路槽。在第一隔板26的面26b上形成连通冷却介质供给连通孔40a和冷却介质排出连通孔40b的冷却介质流路50。
在第二隔板30的朝向第一电解质膜与电极结构体28a的面30a上，形成连通燃料气体供给连通孔38a和燃料气体排出连通孔38b的第一燃料气体流路(反应气体流路)52。第一燃料气体流路52具有沿箭头C方向延伸的多条流路槽。
在第二隔板30的朝向第二电解质膜与电极结构体28b的面30b上，形成连通氧化剂气体供给连通孔36a和氧化剂气体排出连通孔36b的第二氧化剂气体流路(反应气体流路)54。
在第三隔板32的朝向第二电解质膜与电极结构体28b的面32a上，形成连通燃料气体供给连通孔38a和燃料气体排出连通孔38b的第二燃料气体流路(反应气体流路)56。在第三隔板32的面32b上形成连通冷却介质供给连通孔40a和冷却介质排出连通孔40b的冷却介质流路50。
如图2所示，第一端部发电单元16a从发电单元12侧按照第一隔板26、第一电解质膜与电极结构体28a、第二隔板30、导电性板(虚设电解质与电极结构体)60及第三隔板32的顺序层叠。第一端部发电单元16a实质上是发电单元12的一部分和第一虚设单元18a的一部分的混合单元。
在第一端部发电单元16a中，与第二燃料气体流路56对应、同时通过限制燃料气体流动形成隔热层61a。具体地说，第二燃料气体流路56与燃料气体供给连通孔38a及燃料气体排出连通孔38b之间受到堵塞。
在第一端部发电单元16a和第一虚设单元18a之间，与冷却介质流路50对应、同时通过限制冷却介质流动形成隔热层61b。具体地说，冷却介质流路50与冷却介质供给连通孔40a及冷却介质排出连通孔40b之间受到堵塞。
如图4所示，第一虚设单元18a从第一端部发电单元16a侧按照第一隔板26、第一导电性板(第一虚设电解质与电极结构体)62a、第二隔板30、第二导电性板(第二虚设电解质与电极结构体)62b及第三隔板32的顺序进行层叠。导电性板60、第一导电性板62a及第二导电性板62b设定为例如与第一电解质膜与电极结构体28a同等的厚度，同时不具有发电功能。
在第一虚设单元18a中，为了限制氧化剂气体流向第一氧化剂气体流路48及第二氧化剂气体流路54，所述第一氧化剂气体流路48和氧化剂气体供给连通孔36a及氧化剂气体排出连通孔36b通过隔断部64a、64b受到堵塞，另一方面，所述第二氧化剂气体流路54和所述氧化剂气体供给连通孔36a及所述氧化剂气体排出连通孔36b通过隔断部64a、64b受到堵塞。
第一虚设单元18a中，沿着第一燃料气体流路52及第二燃料气体流路56流通燃料气体，同时沿着冷却介质流路50流通冷却介质。
第二端部发电单元16b与上述第一端部发电单元16a同样构成，另一方面，第二虚设单元18b与上述第一虚设单元18a同样构成。
第一虚设单元18a的单元数量比第二虚设单元18b的单元数量设定得多。第一虚设单元18a的数量对应于例如发电单元12的层叠数量、层叠体14的层叠长度的0.5％以上的尺寸进行设定，或者是设定为3个单元以上。
如图1所示，在端板24a的上下两端缘部，设置与氧化剂气体供给连通孔36a连通的氧化剂气体入口歧管(反应气体配管)66a、与燃料气体供给连通孔38a连通的燃料气体入口歧管(反应气体配管)68a、与氧化剂气体排出连通孔36b连通的氧化剂气体出口歧管(反应气体配管)66b及与燃料气体排出连通孔38b连通的燃料气体出口歧管(反应气体配管)68b。在端板24a侧结合着没有图示的燃料气体供给装置及氧化剂气体供给装置。还有，采用的构成是燃料气体出口歧管68b经由返回流路(没有图示)与燃料气体入口歧管68a连通，从而燃料气体可循环再利用。这是为了阻止将作为燃料气体的氢白白浪费。
在端板24b的左右两端缘部设置与冷却介质供给连通孔40a连通的冷却介质入口歧管70a和与冷却介质排出连通孔40b连通的冷却介质出口歧管70b。
关于如此构成的燃料电池组10的动作进行以下说明。
首先，如图1所示，燃料电池组10中，在端板24a上是向氧化剂气体入口歧管66a供给含氧气体等氧化剂气体，同时向燃料气体入口歧管68a供给含氢气体等燃料气体。再有，在端板24b上是向冷却介质入口歧管70a供给纯水和乙二醇等冷却介质。
如图3所示，氧化剂气体从构成各发电单元12的氧化剂气体供给连通孔36a被导入到第一隔板26的第一氧化剂气体流路48及第二隔板30的第二氧化剂气体流路54中。从而，氧化剂气体沿着第一及第二电解质膜与电极结构体28a、28b的各阴极侧电极44向铅直下方向移动。
另一方面，燃料气体从构成各发电单元12的燃料气体供给连通孔38a被导入到第二隔板30的第一燃料气体流路52及第三隔板32的第二燃料气体流路56中。从而，燃料气体沿着第一及第二电解质膜与电极结构体28a、28b的各阳极侧电极46向铅直下方向移动。
如上所述，第一及第二电解质膜与电极结构体28a、28b中，向各阴极侧电极44供给的氧化剂气体和向各阳极侧电极46供给的燃料气体在电极催化剂层内随着电化学反应而被消耗，进行发电。
接下来，向阴极侧电极44供给而被消耗的氧化剂气体从氧化剂气体排出连通孔36b被排出到氧化剂气体出口歧管66b(参照图1)。同样，向阳极侧电极46供给而被消耗的燃料气体从燃料气体排出连通孔38b被排出到燃料气体出口歧管68b。
另外，冷却介质如图2及图3所示，被导入到在各发电单元12之间形成的冷却介质流路50。冷却介质沿着箭头B方向(图3中为水平方向)流动，对一发电单元12的第二电解质膜与电极结构体28b和另一发电单元12的第一电解质膜与电极结构体28a进行冷却。即，冷却介质不冷却发电单元12内的第一及第二电解质膜与电极结构体28a、28b之间，所谓去除中间冷却后，从冷却介质排出连通孔40b向冷却介质出口歧管70b排出。
这种情况下，本实施方式中，在设置作为反应气体配管的氧化剂气体入口歧管66a、燃料气体入口歧管68a、氧化剂气体出口歧管66b及燃料气体出口歧管68b的端板24a侧，配置第一虚设单元18a，另一方面，在端板24b侧配置第二虚设单元18b。并且，第一虚设单元18a比第二虚设单元18b数量设定得多。
在此，准备不使用第一及第二端部发电单元16a、16b还有第一及第二虚设单元18a、18b的燃料电池组，计算与端板24a、24b分别邻接的发电单元12停止运转后的浸渍时间和滞留水量(结露水量)的关系，得到图5所示的结果。
即，浸渍开始、经过例如30分钟后，随着气体温度的急剧下降而产生大量的结露。此时，端板24a侧(反应气体配管侧)的温度梯度大，该端板24a侧的发电单元12的滞留水量比端板24b侧的发电单元12的滞留水量多很多。
为此，本实施方式中，将容易产生大量滞留水的端板24a侧的第一虚设单元18a的数量比第二虚设单元18b的数量设定得多。从而，从反应气体配管、特别是从燃料气体入口歧管68a被导入到燃料气体供给连通孔38a的结露水能够被层叠的多个第一虚设单元18a可靠捕集。
从而，获得的效果是能够阻止结露水进入发电单元12侧，能够以简单的构成确保良好的发电性能。
而且，由于层叠了多个第一虚设单元18a，从而整体具有良好的隔热功能，同时热质量提升，容易谋求结露水的削减及面压的均匀化。
再有，本实施方式中，在邻接发电单元12的第一端部发电单元16a和第一虚设单元18a之间，与冷却介质流路50对应地形成隔热层61b。因而，特别是在低温起动燃料电池组10时，不会防碍发电单元12的温度上升，谋求低温起动性的提升。
另一方面，对于第一虚设单元18a及第二虚设单元18b而言，在各冷却介质流路50中流通有冷却介质。从而具有的优点是，在燃料电池组10停止运转后，由于存在比较高温的冷却介质，从而能够具有保温效果，能够有效地减少所述燃料电池组10内部的结露水量。
再有，对于第一虚设单元18a及第二虚设单元18b而言，向各个第一燃料气体流路52及第二燃料气体流路56供给燃料气体，同时，向各个冷却介质流路50供给冷却介质，另一方面，在各个第一氧化剂气体流路48及第二氧化剂气体流路54中限制氧化剂气体的流通。这是因为燃料气体流经返回流路(没有图示)从而可被再利用，因而不会白白浪费，另一方面，氧化剂气体被释放到外部。
浸渍后的起动中，不易发生由于氧化剂气体造成的不合理情况，而发生由于燃料气体的气体分配性、结露水的发生及水的导入等造成的不合理情况。从而，通过限制氧化剂气体的流通，从而能够阻止白白浪费所述氧化剂气体。
另外，第一虚设单元18a的数量对应于例如发电单元12的层叠数量和层叠体14的层叠长度的0.5％以上的尺寸进行设定，或者是设定为3个单元以上。
随着发电单元12的层叠数量增多，在燃料气体供给连通孔38a的入口侧的气体量增多，气体流速变快。因而，在反应气体配管侧即端板24a侧的发电单元12中，有气体扩散难、反应气体(特别是燃料气体)难以进入的可能性。因而，通过对应于发电单元12的层叠数量来增加第一虚设单元18a的数量，从而能够顺畅且可靠地向所述发电单元12供给反应气体。
还有，本实施方式中，采用的燃料电池组10装有多个单位电池间设有冷却介质流路50、所谓的间隔冷却结构的发电单元12，不过并不限定于此。例如，也能够适用于在各个单位电池上设置冷却介质流路50的发电单元。
Claims (5)
1.一种燃料电池组，其具备将发电单元层叠而成的层叠体，所述发电单元具有在电解质的两侧配置一对电极的电解质与电极结构体和隔板，且沿着电极面设置反应气体流路，所述层叠体形成有与所述反应气体流路连通且在所述发电单元的层叠方向上延伸的反应气体连通孔，在所述层叠体的两端配置接线板、绝缘板及端板，在一端板上连接与所述反应气体连通孔连通的反应气体配管，所述燃料电池组的特征在于，
在所述层叠体的层叠方向的两端部与所述发电单元对应地配置虚设单元，
所述虚设单元包括：具有与所述电解质对应的导电性板的虚设电极结构体和夹持所述虚设电极结构体并与所述隔板相同结构的虚设隔板，
配置在所述一端板侧的所述虚设单元的数量比配置在另一端板侧的所述虚设单元的数量设定得多。
2.根据权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于，
配置在所述一端板侧的多个所述虚设单元，限制冷却介质在所述层叠体和邻接该层叠体的所述虚设单元之间流动，而使所述冷却介质在其他所述虚设单元之间流通。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池组，其特征在于，
所述虚设单元限制氧化剂气体在一反应气体流路中流动，而使燃料气体在另一反应气体流路中流通。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的燃料电池组，其特征在于，
与所述一端板连接的所述反应气体配管至少包括燃料气体供给配管。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的燃料电池组，其特征在于，
所述发电单元按照第一隔板、第一电解质与电极结构体、第二隔板、第二电解质与电极结构体及第三隔板的顺序层叠而成，并且，
在所述第一隔板和所述第一电解质与电极结构体之间、所述第一电解质与电极结构体和所述第二隔板之间、所述第二隔板和所述第二电解质与电极结构体之间以及所述第二电解质与电极结构体和所述第三隔板之间，沿着发电面形成规定的反应气体流通的所述反应气体流路，并且，
在各发电单元之间形成冷却介质流通的冷却介质流路。
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (6)
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| JP4440958B2 (ja) * | 2007-10-19 | 2010-03-24 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
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Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN102468512A (zh) * | 2010-11-17 | 2012-05-23 | 现代自动车株式会社 | 具有排水结构的燃料电池堆 |
| CN104170147A (zh) * | 2012-03-23 | 2014-11-26 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池 |
| CN104170147B (zh) * | 2012-03-23 | 2016-10-12 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池 |
| CN103996862A (zh) * | 2013-02-18 | 2014-08-20 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池堆 |
| CN103996862B (zh) * | 2013-02-18 | 2016-11-09 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池堆 |
| US10003099B2 (en) | 2013-02-18 | 2018-06-19 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack |
| CN108134123A (zh) * | 2016-12-01 | 2018-06-08 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种氧化还原液流电池的电堆 |
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| CN111684637B (zh) * | 2018-01-23 | 2024-04-26 | 燃料电池能有限公司 | 用于改善电气和机械接触的燃料电池非活性端电池设计 |
| CN111684637A (zh) * | 2018-01-23 | 2020-09-18 | 燃料电池能有限公司 | 用于改善电气和机械接触的燃料电池非活性端电池设计 |
| CN110311160A (zh) * | 2018-03-20 | 2019-10-08 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池堆和虚设单电池的制造方法 |
| CN110311160B (zh) * | 2018-03-20 | 2022-06-07 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池堆和虚设单电池的制造方法 |
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| CN111697258A (zh) * | 2019-03-13 | 2020-09-22 | 本田技研工业株式会社 | 虚设单电池的制造方法以及虚设单电池的制造装置 |
| CN111916788A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-11-10 | 贵州梅岭电源有限公司 | 一种燃料电池热平衡电堆 |
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