CN106907809A - 一种中空纤维膜液体除湿和蒸发冷却相结合的空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中空纤维膜液体除湿和蒸发冷却相结合的空调系统,包括蒸发冷却新风机组、储液箱和蒸发冷却冷水机组，所述蒸发冷却新风机组上设有进风口和出风口，所述储液箱内的除湿液通过除湿循环管路分别对所述蒸发冷却新风机组上进风口的进风和出风口的出风进行除湿，同时所述蒸发冷却冷水机组内的冷水通过冷却循环管路对所述蒸发冷却新风机组内的空气进行冷却，并且所述冷却循环管路的回路中换热后升温的冷水与所述除湿循环管路的回路中浓缩后的除湿液再次换热降温。本发明的有益效果是：该空调系统中湿控环路和温控环路分别独立控制又相互影响，大大降低了能源的消耗，具有实用性强、效率高且节能环保等优点。

Description

一种中空纤维膜液体除湿和蒸发冷却相结合的空调系统
技术领域
本发明涉及空调系统控制领域，具体涉及一种中空纤维膜液体除湿和蒸发冷却相结合的空调系统。
背景技术
在我国经济快速发展的同时伴随着能源需求量的持续增加。2014年12月的新华社报道中，我国社会总能耗中约三成来源于建筑，而建筑能耗的一半来自采暖、通气、空气调节及相关系统，这意味着，暖通空调行业占社会总能耗的比例约为15％。暖通空调能耗如此之高不容忽视。在我国城市化程度高度发达的地方，特别是在“北上广深”及号称中国“四大火炉”的重庆、武汉、南昌、南京等城市，这些城市人口密度大，且工业发达，夏季高温严重影响着人们的工作和生活，因此在夏天空调自然也成了人们生活的必需品，而在夏天空调负荷往往能达到城市尖峰负荷的40％，直接威胁到工业生产的用电安全。因此发明一种节能环保，尤其一种能利用太阳能、工业余热等低品位能源的空调系统具有非常大的经济价值。而常用的空调是压缩式空调，这种空调耗电量大，若更新室内空气将更加耗电，因此为了改善室内空气质量，又减少耗电，引入了蒸发冷却系统和中空纤维膜液体除湿系统。目前，蒸发冷却空调主要是在我国干燥的北方地区用得较多，利用的是水蒸发吸热的原理制冷。水在空气中具有蒸发能力，但是一旦空气中水蒸气饱和了，水的蒸发则达到了动态平衡。因此在空气湿度比较大的地区，室外湿度较大，水表面水蒸气分压力和空气中水蒸气分压力差值较小，水蒸发的驱动力较小，利用蒸发冷却技术来降低空气温度受到了限制。而蒸发冷却空调得到的出口风夹带有大量水汽，湿度很大。如果要在潮湿的地区推广这种节能的空调则必须对蒸发冷却空调新风机组的入口新风和排入室内的出口风进行除湿。而目前所用的大多数空调中除湿是伴随着制冷过程而产生的，而这一过程将使空调的耗能增大，为了使空调更加节能，学者们做了许多相关研究，因此提出了温湿度独立控制系统，空气除湿的方法有很多种，目前的研究中，中空纤维膜除湿技术是一种除湿效率高又节能环保的除湿方法，这种除湿系统能利用太阳能、工业废热等低品位能量进行除湿溶液的再生，且具备了液体除湿效率高的优点，同时又克服了除湿液夹带的问题。将这两个系统的优点结合在一起，具有极大的推广价值。
发明内容
综上所述，为了克服现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种中空纤维膜液体除湿和蒸发冷却相结合的空调系统，能在夏季有效降低室内空气温度，充分利用了低品位能源，能改善室内空气质量，且不受地域天气因素的影响。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种中空纤维膜液体除湿和蒸发冷却相结合的空调系统,包括蒸发冷却新风机组、储液箱和蒸发冷却冷水机组，所述蒸发冷却新风机组上设有进风口和出风口，所述储液箱内的除湿液通过除湿循环管路分别对所述蒸发冷却新风机组上进风口的进风和出风口的出风进行除湿，同时所述蒸发冷却冷水机组内的冷水通过冷却循环管路对所述蒸发冷却新风机组内的空气进行冷却，并且所述冷却循环管路的回路中换热后升温的冷水与所述除湿循环管路的回路中浓缩后的除湿液再次换热降温。
本发明的有益效果是：该空调系统中温度控制系统和湿度控制系统分别独立控制又相互影响，温度控制系统的冷水环路中换热后升温的冷水与湿度控制系统的除湿液环路中浓缩后的除湿液再次换热降温，最后回流到除湿液循环管路的起始端，大大降低了能源的消耗，具有实用性强、效率高且节能环保等优点。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下进一步的改进：
进一步，所述蒸发冷却新风机组内且于其进风口和出风口之间依次设有新风过滤段、中间段、直接蒸发冷却段和送风段，所述送风段设有第二中空纤维膜液体除湿器，所述新风过滤段内设有第一中空纤维膜液体除湿器和空气冷却器。
进一步，所述储液箱的出口通过第一水泵分成第一除湿支路和第二除湿支路；所述第一除湿支路通过第一湿度传感电磁调速阀连接所述第一中空纤维膜液体除湿器向第一中空纤维膜液体除湿器提供除湿液；所述第二除湿支路通过第二湿度传感电磁调速阀连接所述第二中空纤维膜液体除湿器向第二中空纤维膜液体除湿器提供除湿液；
所述第一中空纤维膜液体除湿器和所述第二中空纤维膜液体除湿器的出口汇合后形成所述除湿循环管路的回路，所述除湿循环管路的回路将吸水的除湿液加热浓缩后再回流到储液箱内。
进一步，所述除湿循环管路的回路上设有溶液-溶液热交换器、第一溶液-水热交换器、中空纤维膜液体再生器和第二溶液-水换热器，所述第一中空纤维膜液体除湿器和所述第二中空纤维膜液体除湿器的出口汇合后连接所述溶液-溶液热交换器的第一入口，所述溶液-溶液热交换器的第一出口连接所述第一溶液-水热交换器的入口，所述第一溶液-水热交换器的出口连接所述中空纤维膜液体再生器的入口；
所述中空纤维膜液体再生器的出口连接所述溶液-溶液热交换器第二入口，所述溶液-溶液热交换器的第二出口连接所述第二溶液-水换热器的第一入口，所述第二溶液-水换热器的第一出口连接所述储液箱的的入口。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：除湿环路采用低品位热能驱动的中空纤维膜除湿液体对蒸发冷却空调系统的进出口空气进行处理，克服了液体除湿中微小液滴夹带的问题，使蒸发冷却过程更节能，效率更高；并通过控制相应的电磁调速阀可调节除湿液的流速从而调节空气的湿度。
进一步，所述第一溶液-水热交换器的热水循环管路连接着集热器，所述集热器通过热水循环管路的回路上的水泵和温度传感电磁调速阀向所述第一溶液-水热交换器提供热交换的工质。
进一步，所述集热器为太阳能热水器或工业余热回收器。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：除湿环路为低品位热源驱动的中空纤维膜液体除湿系统，可根据地区情况采用工业废热或太阳能等低品位热源为除湿液的再生热能，还可根据再生器出口风湿度调节集热器出口热水流速。
进一步，所述蒸发冷却冷水机组出口通过第二水泵分成第一蒸发冷却支路、第二蒸发冷却支路和第三蒸发冷却支路，并且所述第一蒸发冷却支路通过第一温度传感电磁调连接所述空气冷却器的入口向空气冷却器提供热交换的冷水，所述空气冷却器的出口连接所述第二溶液-水换热器的第二入口，所述第二溶液-水换热器的第二出口连接所述蒸发冷却冷水机组的入口；
所述第二蒸发冷却支路通过第二温度传感电磁调连接所述直接蒸发冷却段上的第一喷头向直接蒸发冷却段提供喷洒所需的冷水，所述第三蒸发冷却支路通过第三温度传感电磁调连接所述间接蒸发冷却段上的第二喷头向间接蒸发冷却段提供喷洒所需的冷水。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：温控环路采用水—空气蒸发冷却系统，具有显著的节能效果；并通过控制相应的电磁调速阀可调节冷水量进而系统的温度。
进一步，所述蒸发冷却新风机组上进风口处设有吸入新风的进风机，所述蒸发冷却新风机组上出风口处设有将除湿并降温后的干燥冷风吹入室内的第一出风机，所述中空纤维膜液体再生器上设有将室内的干燥冷风吹过中空纤维膜液体再生器的第二出风机。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：干燥冷风经过室内后再进入中空纤维膜液体再生器壳程，一方面实现为室内提供干燥冷风，另外一方面干燥冷风将中空纤维膜液体再生器中除湿液中水分带走，完成室内空气的循环。
进一步，在所述间接蒸发冷却段上设有用于排出水蒸气的排风机。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：及时排出水蒸气，降低空气的湿度。
进一步，所述蒸发冷却冷水机组上设有连接外部冷水源的进水口。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：为蒸发冷却冷水机组补充消耗的冷水。
附图说明
图1为本发明实施例一的示意图；
图2为本发明实施例二的示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1.储液箱；2.第一水泵；3.第二湿度传感电磁调速阀；4.第二中空纤维膜液体除湿器；5.第一出风机；6.溶液-溶液热交换器；7.第一溶液-水热交换器；8.集热器；9.中空纤维膜液体再生器；10.第二溶液-水换热器；11.蒸发冷却冷水机组；12.第二水泵；13.第一温度传感电磁调速阀；14.第一湿度传感电磁调速阀；15.进风机；16.新风过滤段；17.第一中空纤维膜液体除湿器；18.空气冷却器；19.排风机；20.间接蒸发冷却段；21.中间段；22.直接蒸发冷却段；23.送风段；24.第一喷头；25.第二喷头；26.水泵；27.温度传感电磁调速阀；28.风机；29.第二温度传感电磁调速阀；30.第三温度传感电磁调速阀；31.第二出风机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一
如图1所示，一种中空纤维膜液体除湿和蒸发冷却相结合的空调系统,包括蒸发冷却新风机组、储液箱1和蒸发冷却冷水机组11，所述蒸发冷却新风机组上设有进风口和出风口，所述蒸发冷却新风机组11上进风口处设有吸入新风的进风机15，所述蒸发冷却新风机组上出风口处设有将除湿并降温后的干燥冷风吹入室内的第一出风机5，所述中空纤维膜液体再生器9上设有将室内的干燥冷风吹过中空纤维膜液体再生器9的第二出风机31。所述储液箱1内的除湿液通过除湿循环管路分别对所述蒸发冷却新风机组上进风口的进风和出风口的出风进行除湿，同时所述蒸发冷却冷水机组11内的冷水通过冷却循环管路对所述蒸发冷却新风机组内的空气进行冷却，并且所述冷却循环管路的回路中换热后升温的冷水与所述除湿循环管路的回路中浓缩后的除湿液再次换热降温。
所述蒸发冷却新风机组内且于其进风口和出风口之间依次设有新风过滤段16、中间段21、直接蒸发冷却段22和送风段23，所述送风段23设有第二中空纤维膜液体除湿器4。所述新风过滤段16内设有第一中空纤维膜液体除湿器17、空气冷却器18。
所述储液箱1的出口通过第一水泵2分成第一除湿支路和第二除湿支路；所述第一除湿支路通过第一湿度传感电磁调速阀14连接所述第一中空纤维膜液体除湿器17向第一中空纤维膜液体除湿器17提供除湿液；所述第二除湿支路通过第二湿度传感电磁调速阀3连接所述第二中空纤维膜液体除湿器4向第二中空纤维膜液体除湿器4提供除湿液。所述第一中空纤维膜液体除湿器17和所述第二中空纤维膜液体除湿器4的出口汇合后形成所述除湿循环管路的回路，所述除湿循环管路的回路将吸水的除湿液加热浓缩后再回流到储液箱1内，具体如下：所述除湿循环管路的回路上设有溶液-溶液热交换器6、第一溶液-水热交换器7、中空纤维膜液体再生器9和第二溶液-水换热器10，所述第一中空纤维膜液体除湿器17和所述第二中空纤维膜液体除湿器4的出口汇合后连接所述溶液-溶液热交换器6的第一入口，所述溶液-溶液热交换器6的第一出口连接所述第一溶液-水热交换器7的入口，所述第一溶液-水热交换器7的出口连接所述中空纤维膜液体再生器9的入口；所述中空纤维膜液体再生器9的出口连接所述溶液-溶液热交换器6第二入口，所述溶液-溶液热交换器6的第二出口连接所述第二溶液-水换热器10的第一入口，所述第二溶液-水换热器10的第一出口连接所述储液箱1的入口。
所述第一溶液-水热交换器7通过热水循环管路连接集热器8即太阳能热水器，所述集热器8通过热水循环管路的回路上的水泵26和温度传感电磁调速阀27向所述第一溶液-水热交换器7提供热交换的工质。
所述蒸发冷却冷水机组11出口通过第二水泵12分成第一蒸发冷却支路、第二蒸发冷却支路和第三蒸发冷却支路，并且所述第一蒸发冷却支路通过第一温度传感电磁调13连接所述空气冷却器18的入口向空气冷却器18提供热交换的冷水，所述空气冷却器18的出口连接所述第二溶液-水换热器10的第二入口，所述第二溶液-水换热器10的第二出口连接所述蒸发冷却冷水机组11的入口。所述第二蒸发冷却支路通过第二温度传感电磁调29连接所述直接蒸发冷却段22上的第一喷头24向直接蒸发冷却段22提供喷洒所需的冷水，所述第三蒸发冷却支路通过第三温度传感电磁调30连接所述间接蒸发冷却段20上的第二喷头25向间接蒸发冷却段20提供喷洒所需的冷水。
除湿循环管路中除湿溶液从储液箱1出来后经第一水泵2提供动力分成两条除湿支路：第一条除湿支路中，除湿溶液流经第一湿度传感电磁调速阀14调速后进入第一中空纤维膜液体除湿器17的管程，对刚进入蒸发冷却新风机组中的新风进行除湿；第二条除湿支路中，对经蒸发冷却新风机组后降温的空气进行除湿，具体如下：通过第二湿度传感电磁调速阀3对除湿溶液流量进行调节后进入到第二中空纤维膜除湿器4的管程，第二中空纤维膜除湿器4被装在蒸发冷却新风机组的送风段23出风口处，因此蒸发冷却新风机组中湿度较大的冷空气被吹入到第二中空纤维膜除湿器4的壳程中，并在出风口处配有第一出风机5，送风段23出风口的干燥冷风被送入室内。
两条支路的除湿溶液经三通管汇合进入溶液-溶液热交换器6与再生的浓的除湿液进行热交换，换热后温度升高再进入第一溶液-水热交换器7与热水器8中的热水进行再次热交换，使得除湿溶液的温度进一步提高。为了更好地调节第一溶液-水热交换器7中除湿溶液出口温度，在热水器8水循环环路上设有水泵26和温度传感电磁调速阀27，温度传感电磁调速阀27根据第一溶液-水热交换器7出口的溶液温度对热水器8环路的水流速度进行调节。温度升高后的除湿溶液然后再进入中空纤维膜液体再生器9，除湿溶液经加热后溶液中的水被蒸发变成水蒸气，室内干燥的排风则走中空纤维膜液体再生器9的壳程，将除湿液中的水分带走，从而使稀的除湿液浓缩，浓缩后的除湿溶液经溶液-溶液热交换器6与冷的稀除湿液进行换热后降温，再经第二溶液-水换热器10进行换热再次降温后进入储液箱1。在这一循环中，蒸发冷却新风机组的入口新风湿度得到了降低，进入室内的新风即蒸发冷却新风机组出口排风得到了干燥。
蒸发冷却系统即冷却循环管路中蒸发冷却冷水机组11中的冷水，利用水侧蒸发冷却技术制取。蒸发冷却冷水机组11中的冷水经第二水泵12分成三条冷却支路：冷水在第一条冷却支路中经第一温度传感电磁调速阀13后进入蒸发冷却新风机组中新风过滤段的空气冷却器18中后，再经第一溶液-水换热器10又回到蒸发冷却冷水机组11，在这一循环中进入蒸发冷却机组的入口新风得到了冷却，浓的除湿液在第一溶液-水换热器10中与冷水进行热交换后得到了冷却；冷水在第二条冷却支路中经第二温度传感电磁调速阀29后进入蒸发冷却新风机组的直接蒸发冷却段22，经第一喷头24喷淋，水雾在该段的接触式换热器中与空气直接接触，进行热湿交换；冷水在第三条支路中经第三温度传感电磁调速阀30进入蒸发冷却机组的间接蒸发冷却段20，经第二喷头25喷淋，水雾在该段进入非接触式换热器，与流经该段的空气进行热交换，温度得到进一步降低，间接蒸发冷却段20的水汽进行热交换后被排风机19排出室外。这一过程中蒸发冷却冷水机组11中的冷水不断被蒸发掉，蒸发冷却冷水机组11上设有连接外部冷水源的，因此需要从进水口不断补充冷水。
蒸发冷却新风机组中新风过滤段16入口处设有风机15将室外空气送入机组内蒸发冷却，在新风过滤段16还设有除尘、杀菌等空气过滤装置，此外，新风在此处流经空气冷却器18将会得到冷却，然后在间接蒸发冷却段20进一步冷却，该间接蒸发冷却段20相当于一个更大的空气冷却器。冷却后的空气经过中间段21后进入直接蒸发冷却段22，该过程为等焓加湿过程，直接蒸发冷却段22中的水蒸发吸热，使空气温度进一步降低，继而湿润的冷空气进入送风段23，经第二中空纤维膜液体除湿器4壳程而被干燥，第一出风机5将冷的干燥空气送入室内。室内干燥冷空气在第二出风机31的作用下进入中空纤维膜液体除湿器9壳程将除湿液中水分带走，完成室内空气的循环。
在直接蒸发冷却段22中，未饱和空气和水直接接触，由于水的蒸发，使水和空气的温度都降低，空气的含湿量增加，空气的显热转换为潜热，该过程是一个绝热加湿过程，空气状态沿等焓线变化。在直接蒸发冷却段22中有第一喷头24构成的喷水室，直接蒸发冷却器等绝热加湿设备。室外空气经新风过滤段16之后进入直接蒸发冷却段22内，在接触式换热器内与冷水进行热湿交换后温度降低，含湿量增加。
中间段21连接直接蒸发冷却段22和间接蒸发冷却段20的作用，使经过直接蒸发冷却段22的气流稳定的过渡到间接蒸发冷却段20。
间接蒸发冷却段20是将直接蒸发冷却过程中降温后的空气和水通过非接触式换热器来冷却待处理的空气，这个过程中得到的是温度降低而含湿量不变的送风空气，此过程为等湿冷却过程。
实施例二
如图2所示，将集热器8设计为工业余热回收器，采用低品位的工业废热作为除湿液的再生热能，其他结构不变，满足不同情况的地区的需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中空纤维膜液体除湿和蒸发冷却相结合的空调系统,其特征在于，包括蒸发冷却新风机组、储液箱(1)和蒸发冷却冷水机组(11)，所述蒸发冷却新风机组上设有进风口和出风口，所述储液箱(1)内的除湿液通过除湿循环管路分别对所述蒸发冷却新风机组上进风口的进风和出风口的出风进行除湿，同时所述蒸发冷却冷水机组(11)内的冷水通过冷却循环管路对蒸发冷却新风机组内的空气进行冷却，并且所述冷却循环管路的回路中换热后升温的冷水与所述除湿循环管路的回路中浓缩后的除湿液再次换热降温。
2.根据权利要求1所述的空调系统,其特征在于，所述蒸发冷却新风机组内且于其进风口和出风口之间依次设有新风过滤段(16)、直接蒸发冷却段(22)、中间段(21)、间接蒸发冷却段(20)和送风段(23)，所述送风段(23)设有第二中空纤维膜液体除湿器(4)，所述新风过滤段(16)内设有第一中空纤维膜液体除湿器(17)和空气冷却器(18)。
3.根据权利要求2所述的空调系统,其特征在于，所述储液箱(1)的出口通过第一水泵(2)分成第一除湿支路和第二除湿支路；所述第一除湿支路通过第一湿度传感电磁调速阀(14)连接所述第一中空纤维膜液体除湿器(17)向第一中空纤维膜液体除湿器(17)提供除湿液；所述第二除湿支路通过第二湿度传感电磁调速阀(3)连接所述第二中空纤维膜液体除湿器(4)向第二中空纤维膜液体除湿器(4)提供除湿液；
所述第一中空纤维膜液体除湿器(17)和所述第二中空纤维膜液体除湿器(4)的出口汇合后形成所述除湿循环管路的的回路，所述除湿循环管路的回路将吸水的除湿液加热浓缩后再回流到储液箱(1)内。
4.根据权利要求3所述的空调系统,其特征在于，所述除湿循环管路的回路上设有溶液-溶液热交换器(6)、第一溶液-水热交换器(7)、中空纤维膜液体再生器(9)和第二溶液-水换热器(10)，所述第一中空纤维膜液体除湿器(17)和所述第二中空纤维膜液体除湿器(4)的出口汇合后连接所述溶液-溶液热交换器(6)的第一入口，所述溶液-溶液热交换器(6)的第一出口连接所述第一溶液-水热交换器(7)的入口，所述第一溶液-水热交换器(7)的出口连接所述中空纤维膜液体再生器(9)的入口；
所述中空纤维膜液体再生器(9)的出口连接所述溶液-溶液热交换器(6)第二入口，所述溶液-溶液热交换器(6)的第二出口连接所述第二溶液-水换热器(10)的第一入口，所述第二溶液-水换热器(10)的第一出口连接所述储液箱(1)的入口。
5.根据权利要求4所述的空调系统,其特征在于，所述的第一溶液-水热交换器(7)通过热水循环管路连接集热器(8)，所述集热器(8)通过热水循环管路的回路上的水泵(26)和温度传感电磁调速阀(27)向所述第一溶液-水热交换器(7)提供热交换的工质。
6.根据权利要求3所述的空调系统,其特征在于，所述集热器(8)为太阳能热水器或工业余热回收器。
7.根据权利要求4或5所述的空调系统,其特征在于，所述蒸发冷却冷水机组(11)出口通过第二水泵(12)分成第一蒸发冷却支路、第二蒸发冷却支路和第三蒸发冷却支路，并且所述第一蒸发冷却支路通过第一温度传感电磁调速阀(13)连接所述空气冷却器(18)的入口向空气冷却器(18)提供热交换的冷却水，所述空气冷却器(18)的出口连接所述第二溶液-水换热器(10)的第二入口，所述第二溶液-水换热器(10)的第二出口连接所述蒸发冷却冷水机组(11)的入口；
所述第二蒸发冷却支路通过第二温度传感电磁调速阀(29)连接所述直接蒸发冷却段(22)上的第一喷头(24)向直接蒸发冷却段(22)提供喷洒所需的冷水，所述第三蒸发冷却支路通过第三温度传感电磁调速阀(30)连接所述间接蒸发冷却段(20)上的第二喷头(25)向间接蒸发冷却段(20)提供喷洒所需的冷水。
8.根据权利要求7所述的空调系统,其特征在于，所述蒸发冷却新风机组上进风口处设有吸入新风的进风机(15)，所述蒸发冷却新风机组上出风口处设有将除湿并降温后的干燥冷风吹入室内的第一出风机(5)，所述中空纤维膜液体再生器(9)上设有将室内的干燥冷风吹过中空纤维膜液体再生器(9)的第二出风机(31)。
9.根据权利要求7所述的空调系统,其特征在于，在所述间接蒸发冷却段(20)上设有用于排出水汽的排风机(19)。
10.根据权利要求7所述的空调系统,其特征在于，所述蒸发冷却冷水机组(11)上设有连接外部冷水源的进水口。
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Granted publication date: 20230707

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