CN106839436A - 自清洗水箱及其在电热水器和太阳能热水器中的应用 - Google Patents

自清洗水箱及其在电热水器和太阳能热水器中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自清洗水箱及其在电热水器和太阳能热水器中的应用，包括：具有进水口和出水口的水箱本体，所述水箱本体底部向下倾斜形成排污口，所述水箱本体顶部具有进液口；循环清洗槽，其内部设有过滤器，以使所述循环清洗槽分隔形成沉淀槽和滤液槽；超声组件，其包括设置于所述水箱本体内的安装架、安装在所述安装架上的多个超声波换能器；其中，进液管连通所述进液口与所述滤液槽，排污管连通所述排污口与所述沉淀槽，形成清洗液循环流动的路径，所述进液管伸入所述水箱本体内部的一端连接有喷淋装置。本发明具有使储水式热水器清洗实现免拆解自动清洗功能，方便安全，降低清洗成本，有效防止水垢滋生细菌而影响身体健康的有益效果。

Description

自清洗水箱及其在电热水器和太阳能热水器中的应用
技术领域
本发明涉及一种自清洗水箱。更具体地说，本发明涉及一种自清洗水箱及其在电热水器和太阳能热水器中的应用。
背景技术
热水器是每个家庭必备的电器，在使用过程中，太阳能热水器及电热水器(储水式热水器)内胆容易结水垢，随着水垢的增多，使得热水器的制热效果、出水速度等快速下降，而且水垢滋生细菌影响身体健康，因此除垢成为热水器亟需解决的问题之一。
目前在热水器除垢方面，多采用药物除垢，这种方法仅能够逐渐溶解表层水垢，除垢效果慢且不彻底，而且容易造成药物残留，对人体有较大危害，人工清洗内胆及太阳能玻璃管效率低，清洗拆解繁琐，而且限于安装位置清洗人工成本高。专利号为CN 103884119B，名称为一种具有清洗装置的太阳能热水器中公开了一种具有清洗装置和排水装置的太阳能热水器，但是这种太阳能热水器存在以下问题：位于储水箱的排水口与所述储水箱底端处于一平的位置，不利于水垢的聚集和排出，用于清洗的刷毛本身会存在不易清洁和残留水垢的问题，在刷毛来回刷洗的过程中可能会导致水垢在储水箱远离所述排出口的一端聚集，而且通过刷毛清洗不彻底，集热管内部，储水箱端部都不能有效清洗，而且即使刷毛能够接触到的部位清洗效果也相对较差。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种自清洗水箱，其能够使储水式热水器清洗实现免拆解自动清洗功能，方便安全，降低清洗成本，有效防止水垢滋生细菌而影响身体健康。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种自清洗水箱，包括：
具有进水口和出水口的水箱本体，所述水箱本体底部向下倾斜形成排污口，所述水箱本体顶部具有进液口；
循环清洗槽，其内部设有过滤器，以使所述循环清洗槽分隔形成沉淀槽和滤液槽；
超声组件，其包括设置于所述水箱本体内的安装架、安装在所述安装架上的多个超声波换能器；
其中，进液管连通所述进液口与所述滤液槽，排污管连通所述排污口与所述沉淀槽，形成清洗液循环流动的路径，所述进液管伸入所述水箱本体内部的一端连接有喷淋装置。
优选的是，所述水箱本体为水平放置的筒状结构，所述安装架为水平放置的中空正棱柱状结构，所述安装架的长度与所述水箱本体长度的比值为7-9：10，所述安装架纵向截面与所述水箱本体纵向截面的比值为1-2：25，所述超声波换能器安装于所述安装架的各侧面，同一侧面的所述超声波换能器沿该侧面长度方向等分该侧面。
优选的是，所述安装架为三棱柱形、四棱柱形、五棱柱形、六棱柱形中的一种。
优选的是，所述喷淋装置包括总喷管、一对第一支喷管和一对第二支喷管，所述总喷管水平设置，其中部与所述进液管的伸入端连通，一对所述第一支喷管和一对所述第二支喷管均分设于所述总喷管位于所述进液管两侧中部，所述第一支喷管和所述第二支喷管互相垂直且均垂直于所述总喷管；
其中，所述总喷管、第一支喷管和第二支喷管的两端均连接一喷头，所述喷头为半球状凸起结构，所述喷头表面均匀开设有20-25个喷射孔，所述喷射孔的孔径为1-2mm；
所述总喷管、第一支喷管和第二支喷管的侧壁均间距设置多个X形喷嘴，任意相邻三个X形喷嘴不在同一直线上。
优选的是，所述总喷管的长度等于所述安装架的长度；
安装架位于所述进液管正下方的一圈超声波换能器定义为第一器件，位于安装架两端的一圈超声波换能器均定义为第二器件，所述第一器件和第二器件之间中心点处的一圈超声波换能器定义为第三器件；
其中，超声波换能器的使用频率设置为两组，每隔5-10min进行一次更换；
第一组使用频率设置为：第一器件和第二器件的使用频率为20KHz，第三器件的使用频率为10KHz，所述第三器件和第一器件之间的多圈所述超声波换能器的使用频率以等差数列递增分布，所述第三器件和第二器件之间的多圈超声波换能器的使用频率以等差数列递增分布；
第二组使用频率设置为：第一器件和第二器件的使用频率为10KHz，第三器件的使用频率为20KHz，所述第三器件和第一器件之间的多圈超声波换能器的使用频率以等差数列递减分布，所述第三器件和第二器件之间的多圈超声波换能器的使用频率以等差数列形式分布。
优选的是，所述过滤器包括：从所述沉淀槽至所述滤液槽依次设置的第一滤网、第二滤网和第三滤网，填充在所述第一滤网和所述第二滤网间的活性炭层，填充在所述第二滤网和第三滤网间的蛭石层，其中，所述第三滤网由多个以行列形式排列的过滤单元组成，所述过滤单元为底面开口状的四棱台形凸起结构，所述过滤单元的开口面朝向所述第二滤网，所述第一滤网、所述第二滤网和所述第三滤网的孔径依次变小，所述蛭石的目数为20-40目。
优选的是，所述的自清洗水箱还包括：间距安装在所述水箱本体上的多个集热管、用于支撑所述水箱本体和所述集热管的支架，其中，每个所述集热管内从底端到顶端设有一抽水支管，每个所述抽水支管连通一抽水总管，所述抽水总管穿过所述水箱本体，且与所述沉淀槽连通，以将所述集热管内的废液输送至所述沉淀槽内，其中，部分所述超声波换能器朝向所述集热管管口安装。
本发明还提供了一种所述的自清洗水箱在电热水器中的应用。
本发明还提供了一种所述的自清洗水箱在太阳能热水器中的应用。
本发明至少包括以下有益效果：
第一、本发明所述的自清洗水箱能够全面去除水箱本体内的水垢，在保护水箱免受腐蚀、杀菌的同时以减少水阻，提高热量传递，以提高水箱在电热水器和太阳能热水器的应用中的热转换效率。
第二、本发明所述的自清洗水箱的安装架的设置使产生的超声波更均匀和充分的作用于水箱本体内的水垢，更好的降低水垢与管壁间的结合力，阻止水垢附着在管壁上，从而更好的破坏软垢或者硬垢的沉积条件，达到去除水垢的效果。
第三、本发明所述的自清洗水箱的喷淋装置的设置能够用最少的清洗液达到较好的浸泡效果，用较少的清水达到冲洗的效果，避免浸泡和冲洗所带来的死角问题。
第四、本发明所述的自清洗水箱的超声波换能器的使用频率的设置，通过交替变换的超声波频率，以使超声波在清洗液中传播时的垢层与水箱本体管壁界面上产生不同的空化效应、辐射压效应、和声流效应、"剪切"效应，通过交替变换，更好的影响了水垢内部之间的牢固性，破坏了水垢和金属之间的结合，产生许多微小裂缝而导致垢层产生疲劳而松脱。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的所述水箱本体的结构示意图；
图2为本发明的所述自清洗水箱的结构示意图；
图3为本发明的所述自清洗水箱的结构示意图；
图4为本发明的所述过滤器的结构示意图；
图5为本发明的所述喷淋装置的结构示意图；
图6为本发明的所述总喷管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-6所示，本发明提供一种自清洗水箱，包括：
具有进水口10和出水口11的水箱本体1，所述水箱本体1顶部具有进液口14，所述水箱本体1底部向下倾斜形成排污口12；
循环清洗槽2，其内部设有过滤器3，以使所述循环清洗槽2分隔形成沉淀槽20和滤液槽21；
超声组件4，其包括设置于所述水箱本体1内的安装架40、安装在所述安装架40上的多个超声波换能器41；
其中，进液管15连通所述进液口14与所述滤液槽21，排污管13连通所述排污口12与所述沉淀槽20，形成清洗液循环流动的路径，所述进液管15伸入所述水箱本体1内部的一端连接有喷淋装置5。
在上述技术方案中，使用过程中，水箱正常工作的过程中，水由进水口10进，出水口11出，当水箱内由于使用而存在水垢需要清洗时，水箱的进水口10和出水口11关闭，滤液槽21内的清洗液在外力的总用下，此时的外力可以是外接水泵，也可以是水自身的压力，由进液管15连通至进液口14，从而通过喷淋装置5喷入水箱的内壁，浸泡水箱一段时间，该时间可以根据需要控制，控制器与超声波换能器41连接，通过超声波控制器打开位于水箱本体1内的超声波换能器41，超声波换能器工作产生超声波震动，使经过清洗液浸泡的水垢脱落，此时滤液槽21内换上清水，清水经由进液管15连通至进液口14，从而通过喷淋装置5喷入水箱的内壁，清洗水箱内壁，带有水垢的污水通过排污口12到达排污管13，从而到达沉淀槽20，沉淀槽20内的污水通过过滤器3的作用，过滤得清水流入滤液槽21而继续使用；
实际使用过程中，可以根据水垢的厚度和清洗难易度而改变清洗液的浸泡时间和超声波的超声时间；
其中，所述超声波换能器41的工作原理为：主要是利用超声波的"空化"效应、"化学"效应、"剪切"效应、"拟制"效应，使强声场处理流体，让流体中成垢物质在超声波作用下，其物理形态和化学性能发生一系列变化，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管壁形成积垢。
在另一种技术方案中，所述水箱本体1为水平放置的筒状结构，所述安装架40为水平放置的中空正棱柱状结构，所述安装架40的长度与所述水箱本体1长度的比值为7-9：10，所述安装架40纵向截面与所述水箱本体1纵向截面的比值为1-2：25，所述超声波换能器41安装于所述安装架40的各侧面，同一侧面的所述超声波换能器41沿该侧面长度方向等分该侧面。采用这种方案将安装架40设置为中空正棱柱状结构，从而使安装在安装架40上的超声波换能器41能够作用于水箱本体1内的各个部分，从而使产生的超声波更均匀和充分的作用于水箱本体1内的水垢，更好的降低水垢与管壁间的结合力，阻止水垢附着在管壁上，从而更好的破坏软垢或硬垢的沉积条件，达到去除水垢的效果。
在另一种技术方案中，所述安装架40为三棱柱形、四棱柱形、五棱柱形、六棱柱形中的一种。采用这种技术方案，能够在达到使安装在安装架40上的超声波换能器41能够作用于水箱本体1内的各个部分的同时，简化安装架40结构，降低人工成本。
在另一种技术方案中，所述喷淋装置5包括总喷管50、一对第一支喷管51和一对第二支喷管52，所述总喷管50水平设置，其中部与所述进液管15的伸入端连通，一对所述第一支喷管51和一对所述第二支喷管52均分设于所述总喷管50位于所述进液管15两侧中部，所述第一支喷管51和所述第二支喷管52互相垂直且均垂直于所述总喷管50；
其中，所述总喷管50、第一支喷管51和第二支喷管52的两端均连接一喷头55，所述喷头55为半球状凸起340结构，所述喷头55表面均匀开设有20-25个喷射孔53，所述喷射孔53的孔径为1-2mm；
所述总喷管50、第一支喷管51和第二支喷管52的侧壁均间距设置多个X形喷嘴54，任意相邻三个X形喷嘴54不在同一直线上。采用这种技术方案，在喷淋的过程中，能够延长度方向和纵向全面概括需要喷淋的水箱本体1内壁，从而达到用最少的清洗液达到较好的浸泡效果，用较少的清水达到冲洗的效果，避免浸泡和冲洗所带来的死角问题。
在另一种技术方案中，所述总喷管50的长度等于所述安装架40的长度；
安装架40位于所述进液管15正下方的一圈超声波换能器41定义为第一器件，位于安装架40两端的一圈超声波换能器41均定义为第二器件，所述第一器件和第二器件之间中心点处的一圈超声波换能器41定义为第三器件；
其中，超声波换能器41的使用频率设置为两组，每隔5-10min进行一次更换；
第一组使用频率设置为：第一器件和第二器件的使用频率为20KHz，第三器件的使用频率为10KHz，所述第三器件和第一器件之间的多圈所述超声波换能器41的使用频率以等差数列递增分布，所述第三器件和第二器件之间的多圈超声波换能器41的使用频率以等差数列递增分布；
第二组使用频率设置为：第一器件和第二器件的使用频率为10KHz，第三器件的使用频率为20KHz，所述第三器件和第一器件之间的多圈超声波换能器41的使用频率以等差数列递减分布，所述第三器件和第二器件之间的多圈超声波换能器41的使用频率以等差数列形式分布。采用这种技术方案，通过交替变换的超声波频率，以使超声波在清洗液中传播时的产生不同的空化效应、辐射压效应、和声流效应，垢层与水箱本体1管壁界面上的相对剪切力形成"剪切"效应通过交替变换，更好的影响了水垢内部之间的牢固性，破坏了水垢和金属之间的结合，产生许多微小裂缝导致垢层产生疲劳而松脱。
在另一种技术方案中，所述过滤器3包括：从所述沉淀槽20至所述滤液槽21依次设置的第一滤网30、第二滤网32和第三滤网34，填充在所述第一滤网30和所述第二滤网32间的活性炭层31，填充在所述第二滤网32和第三滤网34间的蛭石层3，其中，所述第三滤网34由多个以行列形式排列的过滤单元组成，所述过滤单元为底面开口状的四棱台形凸起340结构，所述过滤单元的开口面朝向所述第二滤网32，所述第一滤网30、所述第二滤网32和所述第三滤网34的孔径依次变小，所述蛭石的目数为20-40目。采用这种技术方案第一滤网30、第二滤网32和第三滤网34依次设置，且孔径依次变小，对需要过滤的污水形成逐层阶梯式过滤，第一滤网30和第二滤网32间填充活性炭层31，活性炭曾能够有效去除杂质污染物，第二滤网32和第三滤网34间填充蛭石层3，蛭石层3进一步的对滤液进行净化，第三滤网34由多个以行列形式排列的过滤单元组成，所述过滤单元为底面开口状的四棱台形凸起340结构，有效的增大过滤面积，增加过滤效果。
在另一种技术方案中，间距安装在所述水箱本体1上的多个集热管6、用于支撑所述水箱本体1和所述集热管6的支架7，其中，每个所述集热管6内从底端到顶端设有一抽水支管8，每个所述抽水支管8连通一抽水总管9，所述抽水总管9穿过所述水箱本体1，且与所述沉淀槽20连通，以将所述集热管6内的废液输送至所述沉淀槽20内，其中，部分所述超声波换能器41朝向所述集热管6管口安装。采用这种技术方案，主要适用于用集热管6作为热源的水箱，能够有效的将集热管6内的水垢和污水去除。
本发明还提供了一种所述的自清洗水箱在电热水器中的应用。
在上述应用方法中，将上述自清洗水箱应用于电加热热水器，热水器正常工作时，控制器给安装在水箱本体1内的电热管通电，水由进水口10进，进水口10入的冷水经过电热管的作用加热后由出水口11出，当水箱本体1内由于使用而存在水垢需要清洗时，水箱的进水口10和出水口11关闭，滤液槽21内的清洗液在外力的总用下，此时的外力可以是外接水泵，也可以是水自身的压力，由进液管15连通至进液口14，从而通过喷淋装置5喷入水箱的内壁，浸泡水箱一段时间，该时间可以根据需要控制，控制器与超声波换能器41连接，通过超声波控制器打开位于水箱本体1内的超声波换能器41，超声波换能器工作产生超声波震动，使经过清洗液浸泡的水垢脱落，此时滤液槽21内换上清水，清水经由进液管15连通至进液口14，从而通过喷淋装置5喷入水箱的内壁，清洗水箱内壁，带有水垢的污水通过排污口12到达排污管13，从而到达沉淀槽20，沉淀槽20内的污水通过过滤器3的作用，过滤得清水流入滤液槽21而继续使用；
实际使用过程中，可以根据水垢的厚度和清洗难易度而改变清洗液的浸泡时间和超声波的超声时间，为了增加浸泡和超声的效果，也可以选择性的是否打开电热管加热；
其中，所述超声波换能器41的工作原理为：主要是利用超声波的"空化"效应、"化学"效应、"剪切"效应、"拟制"效应，使强声场处理流体，让流体中成垢物质在超声波作用下，其物理形态和化学性能发生一系列变化，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管壁形成积垢。
本发明还提供了一种所述的自清洗水箱在太阳能热水器中的应用。
在上述应用方法中，使用过程中，将自清洗水箱应用于电加热热水器，热水器正常工作时，水由进水口10进，通过集热管6给进入的冷水加热，加热后的热水由出水口11出，当水箱内由于使用而存在水垢需要清洗时，水箱的进水口10和出水口11关闭，滤液槽21内的清洗液在外力的总用下，此时的外力可以是外接水泵，也可以是水自身的压力，由进液管15连通至进液口14，从而通过喷淋装置5喷入水箱的内壁，浸泡水箱一段时间，该时间可以根据需要控制，控制器与超声波换能器41连接，通过超声波控制器打开位于水箱本体1内的超声波换能器41，超声波换能器工作产生超声波震动，使经过清洗液浸泡的水垢脱落，此时滤液槽21内换上清水，清水经由进液管15连通至进液口14，从而通过喷淋装置5喷入水箱的内壁，清洗水箱内壁，带有水垢的污水通过排污口12到达排污管13，从而到达沉淀槽20，集热管6内的带有水垢的污水通过抽水支管8和抽水总管9排出至沉淀槽20，沉淀槽20内的污水通过过滤器3的作用，过滤得清水流入滤液槽21而继续使用；
实际使用过程中，可以根据水垢的厚度和清洗难易度而改变清洗液的浸泡时间和超声波的超声时间；
其中，所述超声波换能器41的工作原理具体为：当超声波的声波信号作用于液体时，使液体内形成许许多多微小的气泡空核化，液体中每个气泡的破裂会产生能量极大的冲击波，冲击波使水分子裂解为H自由基和HO自由基，HO自由基与钙离子，镁离子等形成CaOH，MgOH等配合物，从而增加水的溶垢能力，利用超声波的"空化"效应、"化学"效应、"剪切"效应、"拟制"效应，使强声场处理流体，让流体中成垢物质在超声波的场作用下，其物理形态和化学性能发生一系列变化，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管壁形成积垢。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明自清洗水箱及其在电热水器和太阳能热水器中的应用的修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种自清洗水箱，其特征在于，包括：
具有进水口和出水口的水箱本体，所述水箱本体底部向下倾斜形成排污口，所述水箱本体顶部具有进液口；
循环清洗槽，其内部设有过滤器，以使所述循环清洗槽分隔形成沉淀槽和滤液槽；
超声组件，其包括设置于所述水箱本体内的安装架、安装在所述安装架上的多个超声波换能器；
其中，进液管连通所述进液口与所述滤液槽，排污管连通所述排污口与所述沉淀槽，形成清洗液循环流动的路径，所述进液管伸入所述水箱本体内部的一端连接有喷淋装置。
2.如权利要求1所述的自清洗水箱，其特征在于，所述水箱本体为水平放置的筒状结构，所述安装架为水平放置的中空正棱柱状结构，所述安装架的长度与所述水箱本体长度的比值为7-9：10，所述安装架纵向截面与所述水箱本体纵向截面的比值为1-2：25，所述超声波换能器安装于所述安装架的各侧面，同一侧面的所述超声波换能器沿该侧面长度方向等分该侧面。
3.如权利要求2所述的自清洗水箱，其特征在于，所述安装架为三棱柱形、四棱柱形、五棱柱形、六棱柱形中的一种。
4.如权利要求2所述的自清洗水箱，其特征在于，所述喷淋装置包括总喷管、一对第一支喷管和一对第二支喷管，所述总喷管水平设置，其中部与所述进液管的伸入端连通，一对所述第一支喷管和一对所述第二支喷管均分设于所述总喷管位于所述进液管两侧中部，所述第一支喷管和所述第二支喷管互相垂直且均垂直于所述总喷管；
其中，所述总喷管、第一支喷管和第二支喷管的两端均连接一喷头，所述喷头为半球状凸起结构，所述喷头表面均匀开设有20-25个喷射孔，所述喷射孔的孔径为1-2mm；
所述总喷管、第一支喷管和第二支喷管的侧壁均间距设置多个X形喷嘴，任意相邻三个X形喷嘴不在同一直线上。
5.如权利要求4所述的自清洗水箱，其特征在于，所述总喷管的长度等于所述安装架的长度；
安装架位于所述进液管正下方的一圈超声波换能器定义为第一器件，位于安装架两端的一圈超声波换能器均定义为第二器件，所述第一器件和第二器件之间中心点处的一圈超声波换能器定义为第三器件；
其中，超声波换能器的使用频率设置为两组，每隔5-10min进行一次更换；
第一组使用频率设置为：第一器件和第二器件的使用频率为20KHz，第三器件的使用频率为10KHz，所述第三器件和第一器件之间的多圈所述超声波换能器的使用频率以等差数列递增分布，所述第三器件和第二器件之间的多圈超声波换能器的使用频率以等差数列递增分布；
第二组使用频率设置为：第一器件和第二器件的使用频率为10KHz，第三器件的使用频率为20KHz，所述第三器件和第一器件之间的多圈超声波换能器的使用频率以等差数列递减分布，所述第三器件和第二器件之间的多圈超声波换能器的使用频率以等差数列形式分布。
6.如权利要求1所述的自清洗水箱，其特征在于，所述过滤器包括：从所述沉淀槽至所述滤液槽依次设置的第一滤网、第二滤网和第三滤网，填充在所述第一滤网和所述第二滤网间的活性炭层，填充在所述第二滤网和第三滤网间的蛭石层，其中，所述第三滤网由多个以行列形式排列的过滤单元组成，所述过滤单元为底面开口状的四棱台形凸起结构，所述过滤单元的开口面朝向所述第二滤网，所述第一滤网、所述第二滤网和所述第三滤网的孔径依次变小，所述蛭石的目数为20-40目。
7.一种如权利要求1-6任意一项所述的自清洗水箱，其特征在于，还包括：间距安装在所述水箱本体上的多个集热管、用于支撑所述水箱本体和所述集热管的支架，其中，每个所述集热管内从底端到顶端设有一抽水支管，每个所述抽水支管连通一抽水总管，所述抽水总管穿过所述水箱本体，且与所述沉淀槽连通，以将所述集热管内的废液输送至所述沉淀槽内，其中，部分所述超声波换能器朝向所述集热管管口安装。
8.一种如权利要求1-6任意一项所述的自清洗水箱在电热水器中的应用。
9.一种如权利要求7所述的自清洗水箱在太阳能热水器中的应用。
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