CN109959099B - 一种多功能除湿新风余热回收热水空调装置 - Google Patents

一种多功能除湿新风余热回收热水空调装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多功能除湿新风余热回收热水空调装置，其特征在于，其包括风道壳体、设置在所述风道壳体内部的卡诺热力循环除湿降温/加热系统、多热源余热回收系统、新风系统以及排风系统；所述新风系统包括风道壳体、设置在所述冷凝器和蒸发器之间的第一隔板、设置在所述风道壳体上且位于第一隔板左侧的第一室外空气进气风口以及设置在所述风道壳体内左侧的新风风机；本发明将新风除湿循环、厨房空调、厨房余热、暖气余热、少量暖气余热、除湿冷凝热热回收、“多热源”余热回收热水空调装置，卡诺热力制冷剂循环系统集成在一个箱体内，具有结构紧凑，高效节能，安装维护简单的特点。

Description

一种多功能除湿新风余热回收热水空调装置
技术领域
本发明涉及暖通空调技术领域，尤其是一种多功能除湿新风余热回收热水空调装置。
背景技术
在家庭人工环境和生活热水方面，不但涉及到环境温度，还涉及到湿度、空气洁净度等3个方面，同时还有生活热水的需求，而特别是厨房空调环境又容易被人们忽视。
1、家庭新风除湿降温/加热新风一般是一套单独的机组，用于房间除湿/加热新风。厨房空调是另外1套独立于家庭除湿新风机的专用设备；生活热水一般用天然气、电热水器、热泵热水器设备单独提供，一般是需要3套设备完成上述功能，互相之间不关联。
2、现有技术中家庭除湿新风机组的热回收，新风经全热回收装置回收排风能量，一般都是采用空气能显热回收或者全热回收房间部分冷量或热量，用于预冷/预热空气，达到降低处理新风能耗之目的。家庭新风一直徘徊在单纯的空气处理热回收过程，没涉及到回收新风除湿的冷凝热、暖气、厨房余热等用于免费生产生活热水。
3、厨房空调还没有普及，从现有的的技术和产品来看，也只是局限于厨房整体空间的降温，人员活动区域的空气温度湿度高、含氧量低。抽油烟机在排除部分油烟污浊空气的同时，需要补充大量空气。或者厨房开门引入空气补充油烟机的排气需要，其噪音影响室内，同时也会带走室内大量冷气，如果开窗引入新风，不但室外没有经过净化的空气影响厨房卫生和空气质量，夏季室外的热湿空气也会被引入室内，造成厨房夏季异常闷热，厨房空调效果大打折扣，并且因为没有热回收装置，厨房余热会被白白排放到大气中。
4、厨房内冬季需要使用大量热水，而室内一般采用集中供热的方式，供热量充足甚至过剩，为达到室内适宜温度还经常需要适当开窗透气造成热量的流失，并且在厨房烹饪过程中也会产生大量的热量，目前现有技术中尚没有对厨房余热回收的研究或者说没有对厨房废热热量回收，本装置适合用于饭店厨房、采用集中供热或者有其它暖气设备的家庭厨房等多种场合。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种将新风除湿循环、厨房空调、厨房余热、暖气余热、除湿冷凝热热回收、除湿冷凝热热回收、卡诺热力制冷剂循环系统集成在一个箱体内，结构紧凑，高效节能，安装维护简单的多功能除湿新风余热回收热水空调装置。
为解决上述技术问题本发明所采取的技术方案是：
一种多功能除湿新风余热回收热水空调装置，其包括风道壳体、设置在所述风道壳体内部的卡诺热力循环除湿降温/加热系统、与所述卡诺热力循环除湿降温/加热系统配合设置的多热源余热回收系统、新风系统以及排风系统；
所述卡诺热力循环除湿降温/加热系统包括设置在风道壳体内部的压缩机、与所述所述压缩机排气口连通的余热回收换热器、与所述余热回收换热器出气口连通的四通换向阀、与所述四通换向阀连通的冷凝器以及与所述冷凝器出液口通过双向膨胀阀连通的蒸发器，所述蒸发器的出气口与压缩机的回气口通过四通换向阀连通；
所述多热源余热回收系统包括储热保温水箱、进水口与所述储热保温水箱出水口连通的循环水泵以及进水口A与所述循环水泵出水口连通的余热回收换热器，所述余热回收换热器出水口B与储热保温水箱的回水口连通；
所述新风系统包括风道壳体、设置在所述冷凝器和蒸发器之间的第一隔板、设置在所述风道壳体上且位于第一隔板左侧的第一室外空气进气风口以及设置在所述风道壳体内左侧的新风风机；
所述排风系统包括风道壳体、设置在所述风道壳体上且位于第一隔板右侧的第二室外空气进气风阀以及设置在所述风道壳体内右侧排风风机。
进一步的，所述风道壳体上设置厨房排风风阀，所述厨房排风风阀进风口与新风风机排风口连通，所述厨房排风风阀进风口与新风风机进风口之间设置第二隔板。
进一步的，所述风道壳体上设置房间排风风阀，所述房间排风风阀进风口与新风风机排风口连通，所述房间排风风阀进风口与新风风机进风口之间设置第二隔板。
进一步的，所述风道壳体上设置房间回风风阀，所述房间回风风阀位于新风风机和蒸发器之间。
进一步的，所述风道壳体上位于第二室外空气进气风阀右侧设置厨房回风风阀。
进一步的，所述风道壳体上位于第一室外空气进气风阀处设置空气过滤器。
进一步的，所述空气过滤器为初效过滤器、中效过滤器或静电除尘过滤器。
进一步的，所述蒸发器和冷凝器下侧均设置排水盘。
进一步的，所述蒸发器和冷凝器均采用铜管铝翅片表冷器。
进一步的，所述余热回收换热器采用壳管式换热器、套管式换热器或板式换热器。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明利用一套卡诺热力制冷剂循环系统、新风系统和热水余热回收系统3个部分组成厨房新风热水空调设备，为实现厨房空调、室内新风、厨房余热、除湿空调余热生活热水回收等“多热源”余热回收热水空调功能，既可以关联运行，也可以独立运行，设备结构紧凑、投资性价比高，运行费用低，既满足短时间里厨房新风除湿空调的需要，也可以满足房间新风除湿降温需要；在除湿降温新风处理过程中，还可回收除湿新风过程中的余热用于生产生活热水。冬季可回收厨房内的余热或者少量室内暖气余热用于生产生活热水；全年70％以上的时间里热水完全免费获得，在过渡季节里，没有余热回收时，可单独使用产热水功能，相当于一套空气能热泵热水器。一套厨房空调设备的投入，实现三套设备的功能，投资性价比高，由于厨房余热、部分暖气余热以及除湿热回收功能的存在，使得厨房热水空调新风装置全年热效率高，完全克服冬季热泵热水器冬季需要除霜等缺陷；“多热源”余热回收热水空调装置，不但设备投资节约，而且使用费用低廉，具有良好的节能效益和投资节约效益，集厨房空调、房间新风、除湿余热、厨房余热、部分暖气余热回收，空调热水于一体。
本发明不但可实现夏季除湿空调过程中的冷凝热回收，而且实现对厨房余热、部分暖气余热回收，冬季厨房内余热回收余热不足部分，可通过吸收室内少量的暖气余热补充，使得即使在冬季蒸发器的“空气热源”温度相对较高，避免了空气能热泵在冬季严寒工况下运行的风险和不足，通过厨房热空气回流，利用蒸发器对厨房内烹饪过程中散发的热量进行回收，充分利用烹饪和集中供热过剩的热量，节约了能源消耗。
本发明冬季适当回收少部分室内暖气余热或回收厨房余热作为本装置的“多热源”余热回收热水空调装置，用来制取生活热水，避免冬季藏室外的冷空气中吸热造成效率低下，蒸发器结霜、化霜、故障率高、寿命短等等低温工况会出现的一系列问题。
附图说明
图1为本发明工作结构示意图；
图2为本发明卡诺热力循环除湿降温/加热系统结构示意图；
图3为本发明新风/排风系统结构示意图；
图4为本发明多热源余热回收系统结构示意图；
其中，1、空气过滤器，2-1、第一室外空气进气风口，2-2、第二室外空气进气风阀，2-3、厨房回风风阀，3-1、第一隔板，3-2、第二隔板，4-1、新风风机，4-2、排风风机，5-1、蒸发器，5-2、冷凝器，6、压缩机，7、余热回收换热器，8、储热保温水箱，9、循环水泵，10、四通换向阀，11、双向膨胀阀，12、冷媒管，13、管道，14、风道壳体，15、排水盘，16-1、厨房排风风阀，16-2、房间排风风阀，16-3、房间回风风阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如附图1-4所示，本实施例提供一种多功能除湿新风余热回收热水空调装置，其包括风道壳体14、设置在所述风道壳体14内部的卡诺热力循环除湿降温/加热系统与所述卡诺热力循环除湿降温/加热系统配合设置多热源余热回收系统、新风系统以及排风系统；所述卡诺热力循环除湿降温/加热系统包括设置在风道壳体14内部的压缩机6、与所述所述压缩机6排气口连通的余热回收换热器7、与所述余热回收换热器7出气口连通的四通换向阀10、与所述四通换向阀10连通的冷凝器5-2以及与所述冷凝器5-2出液口通过双向膨胀阀11连通的蒸发器5-1，本发明中的压缩机6主要选用卧式转子式压缩机，所述双向膨胀阀11对制冷剂起到节流膨胀的作用，在本发明中是指双向截流的膨胀阀或者毛细管，所述蒸发器5-1的出气口与压缩机1的回气口通过四通换向阀10连通，本发明通过四通换向阀10的动作切换改变制冷剂流向，实现除湿降温/加热功能转换，四通换向阀10属于常规制冷配件。
所述多热源余热回收系统包括储热保温水箱8、进水口与所述储热保温水箱8出水口连通的循环水泵9以及进水口A与所述循环水泵9出水口连通的余热回收换热器7，所述余热回收换热器7出水口B与储热保温水箱8的进水口连通，本发明采用同1套卡诺制冷剂热力循环系统，代替了厨房空调、房间新风除湿一体机和热泵热水器，不仅实现了对除湿的冷凝热的余热回收，而且能够实现对厨房烹饪过程中废热、少量暖气的余热回收，余热补偿冬季厨房余热生产热水的不足，避免了本装置在冬季寒冷气候里运行的弊端和问题，不但解决厨房中人员活动区域的新风除湿置换和降温的厨房空调功能，而且代替了房间除湿新风一体机功能，也具备“多热源”余热回收热水空调装置，也是一种热水器，在处理厨房人工环境的问题时，免费回收热量用于生产生活热水。
本发明将厨房空调、房间除湿新风一体机、“多热源”余热回收系统3个功能于一体，采用同一套压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀等组成卡诺热力循环除湿降温/加热系统；风阀、风道、风机、空气过滤器、进/回风口构成空气循环新风、排风空气流动系统；储热保温水箱8、余热回收换热器7、循环水泵9通过管路连接构成余热回收系统，实现对除湿空调冷凝热、厨房烹饪余热、少量暖气余热等“多热源”余热回收，是一种多功能热水空调装置，将新风除湿循环、厨房空调、“多热源”余热回收设备(多热源体现在厨房烹饪余热、除湿余热回收、部分暖气热源以及室外空气)、卡诺热力制冷剂循环系统集成在一个箱体内，结构紧凑，高效节能，安装维护简单。
所述新风系统包括风道壳体14、设置在所述冷凝器5-2和蒸发器5-1之间的第一隔板3-1、设置在所述风道壳体14上且位于第一隔板3-1左侧的第一室外空气进气风口2-1以及设置在所述风道壳体14内左侧的新风风机4-1；所述排风系统包括风道壳体14、设置在所述风道壳体14上且位于第一隔板3-1右侧的第二室外空气进气风阀2-2以及设置在所述风道壳体14内右侧排风风机4-2；所述风道壳体14上位于第二室外空气进气风阀2-2右侧设置厨房回风风阀2-3，在冬季可充分利用厨房烹饪余热热量或者部分室内暖气热量制备热水，所述风道壳体14上设置厨房排风风阀16-1，所述厨房排风风阀16-1进风口与新风风机4-1排风口连通，所述厨房排风阀16-1进风口与新风风机4-1进风口之间设置第二隔板3-2，所述风道壳体14上设置房间排风风阀16-2，所述房间排风风阀16-2进风口与新风风机4-1排风口连通，所述房间排风阀16-2进风口与新风风机4-1进风口之间设置第二隔板3-2，第一隔板3-1和第二隔板3-2将整个壳体分成3段相对独立密封的空气处理段，由于隔板的分割作用，排风风机4-2和新风风机4-1被分割成独立的不同功能的空气处理段，本发明的排风风机4-2和新风风机4-1可选用小型静音离心风机，室外空气在负压作用下通过第二室外空气进气风阀2-2经过冷凝器5-2（冬季作为蒸发器）吸热后，进入排风风机4-2内加压后排到厨房烟道或室外。厨房烹饪余热和冬季制取热水需要的少量暖气余热均通过厨房回风风阀2-3经过冷凝器5-2（冬季作为蒸发器）吸热后排出，实现对厨房烹饪余热以及不足部分由暖气补偿，规避了冬季机组制热水需要利用室外冷空气制热水的弊端。
所述风道壳体14上设置房间回风风阀16-3，所述房间回风风阀16-3位于新风风机4-1和蒸发器5-1之间，房间回风风阀16-3根据送风温湿度的需要开启（主要是春秋季过度季节除湿后的新风温度低，开启回风风阀混风，不至于送风温度过低），本发明通过设置厨房排风风阀16-1、房间排风风阀16-2和房间回风风阀16-3，手动或者电动关闭或开启，改变新风的流动方向，实现一机多用。
所述风道壳体14上位于第一室外空气进气风阀2-1处设置空气过滤器1，对吸入的空气初步过滤净化，净化新风的作用，可采用初效过滤器、中效过滤器或静电除尘过滤器等空气净化技术手段。
所述蒸发器5-1和冷凝器5-2均采用铜管铝翅片表冷器，制冷剂冷媒在铜管中流动，铜管外围吹胀有铝制吸热/散热翅片，空气在翅片间隙中高速流过，实现与铜管中的制冷剂热量交换，所述蒸发器5-1和冷凝器5-2下侧均设置排水盘15，空气被降温后，冷凝水沿表冷器翅片流向底部的排水盘15中，通过连接在排水盘15上的水管引流到排水点。
所述余热回收换热器7采用壳管式换热器、套管式换热器或板式换热器。
具体工作过程如下：
新风净化、除湿降温换气及余热回收过程为：在压缩机6的驱动下，高温高压的制冷剂气体首先流经余热回收换热器7，由余热回收换热器7排出的制冷剂经四通换向阀10（①与②接通）流入冷凝器5-2中，从冷凝器5-2释放热量后的常温中压制冷剂液体依据卡诺热力循环原理，依次流经双向膨胀阀11截流，在蒸发器5-1中蒸发气化吸热，室外空气a在新风风机4-1驱动下被蒸发器5-1降温除湿，冷凝水经排水盘15收集后由排水管引到排水点，被除湿降温的新风通过启闭厨房排风风阀16-1或房间排风风阀16-2引导新风流向，为厨房或者房间提供除湿后的新风，厨房新风a-1从厨房排风风阀16-1进入厨房，房间新风a-2从房间排风风阀16-2进入房间，制冷剂在蒸发器中5-1蒸发吸热后，经冷媒管12流入四通换向阀10中，此时四通换向阀10（③与④接通），引导制冷剂流向压缩机6的吸气侧，完成卡诺热力循环。储热保温水箱8、循环水泵9、管道13外置，和主机的连接通过热水接口A和B的连接实现换热，由于余热回收换热器7、安装在压缩机6排气端和四通换向阀10之间，用于全热回收从压缩机排出来的热量，冷媒和水换热器（一般为同轴套管式换热器、板式换热器、管壳式换热器）无论是制冷/除湿状态，均可实现余热回收,但是考虑到冬季室外空气温度低，制取热水主要依靠对厨房烹饪余热回收和部分室内暖气余热回收。低温水从A点进入，热水从B点回到储热保温水箱8，循环水泵9的驱动下热水经管道13在储热保温水箱8与余热回收换热器7之间循环，不断加热储热保温水箱8的热水。
除湿制冷冷凝热热回收模式：由于全热回收生产热水时，排风风机4-2处于停机状态，循环水泵9启动，冷凝热被用于回收生产生活热水，其热量全部被多热源余热回收系统回收，节约了风机能耗，实现生活热水完全免费制取。当不需要加热生活热水时，多热源余热回收系统不启动，循环水泵9停止运行，排风风机4-2运行，第二室外空气进气风阀2-2开启，厨房回风风阀2-3关闭，从室外引入空气c强制流动，带走冷凝器5-2中高温冷媒的热量，排风到厨房烟道或者室外。冬季制取热水过程：循环水泵9启动运行，厨房烹饪余热或者部分暖气余热经过房间回风风阀2-3打开，被排风风机4-2吸入经过经过冷凝器5-2（冬季作为蒸发器）吸热后排出。
冬天制热为新风预热的卡诺热力循环过程为：冬季由于有集中供热，无需启动热泵加热空气功能，但是在采暖的初期或末期，室外空气温度高于0℃时，可以吸入室外空气采暖或制取生活热水，在四通换向阀10的换向作用下（①与③接通），制冷剂反向流动，此时高温制冷剂流经蒸发器5-1（新风预热时作为冷凝器使用）加热空气向厨房或房间提供净化后的热空气，在空气预热工况下向厨房烟道或者室外排出的是冷空气，从室外空气中吸收热量后，低温空气a-3被排出室外或厨房风道，作为空气能热泵单产热水/新风净化模式运行过程为：在春秋过度季节，除湿模式下，为了避免向室内输送过低温度的干燥冷风，打开房间回风风阀16-3混风后再输送到房间。
作为空气能热泵单产热水时（没有除湿降温空调模式下），单独启动热水模式，由于生活热水余热回收为全热回收，高温高压制冷剂气体在余热回收换热器7中加热生活热水释放全部热量，循环水泵9驱动热水经管路13在储热水箱和余热回收换热器7中循环加热，制冷剂释放全部热量后，流经四通换向阀10（①与③接通），制冷剂经冷媒管12流经蒸发器5-1（此时相当于冷凝器，风机4-1不运行），制冷剂在蒸发器5-1（此时相当于冷凝器）中没有热交换，经过双向膨胀阀11的截流后，常压常温液态制冷剂流入冷凝器5-2（此时作为蒸发器使用）中吸收热空气（冬季来源于厨房烹饪余热或者少量的暖气余热，其它季节可以是室外空气或者厨房烹饪余热）的热量，液态制冷剂在冷凝器5-2（此时作为蒸发器使用）蒸发后，蒸发吸热气化后的制冷剂气体经过四通换向阀10（④与②接通）被吸入压缩机6的吸气侧，完成单独制取生活热水的卡诺热力循环，在单独制热水模式下，热水的能量来源主要是热空气或厨房烹饪余热或少量室内暖气热量、和压缩机耗电，可根据使用外部环境温度不同，通过控制第二室外空气进气风阀2-2和厨房回风风阀2-3的启闭，选用外部空气c或者厨房热空气（包含冬季少量室内暖气热量）d的热量，例如在冬季时，可关闭第二室外空气进气风阀2-2，开启厨房回风风阀2-3，厨房热空气（或者少量的室内暖气余热）d在排风风机4-2的驱动加压后流经冷凝器5-2（此时作为蒸发器使用），其他季节可采用外部空气c的热源，冷媒和热空气完成热交换后的冷空气a-3排放到厨房烟道或者室外，冬季使用时充分利用了厨房内烹饪产生的量和集中供热多余暖气的热量，降低了利用压缩机冬季制备热水的能耗，节约了能源，实现“多热源”余热回收，对厨房烹饪余热以及不足部分由暖气补偿，规避了冬季机组制热水需要利用室外冷空气制热水的弊端。
室外空气a在新风风机4-1驱动形成的负压作用下经过空气过滤器1过滤，经过蒸发器5-1冷却除湿或加温后进入新风风机4-1，加压后送到新风风道段。如果为厨房提供空调新风时，厨房排风风阀16-1开启向厨房送风，其它风阀关闭；厨房不需要空调的闲置时间里，可以向房间送新风，此时厨房排风风阀16-1关闭，房间排风风阀16-2开启，房间回风风阀16-3根据送风温度的需要开启（主要是春秋季过度季节除湿后的新风温度低，开启房间回风风阀16-3，使房间回风b和新风混风，不至于送风温度过低）；由于第一隔板3的分割作用，排风风机4-2和新风风机4-1被分割成独立的不同功能的空气段。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种多功能除湿新风余热回收热水空调装置，其特征在于，其包括风道壳体（14）、设置在所述风道壳体（14）内部的卡诺热力循环除湿降温/加热系统、与所述卡诺热力循环除湿降温/加热系统配合设置的多热源余热回收系统、新风系统以及排风系统；
所述卡诺热力循环除湿降温/加热系统包括设置在风道壳体（14）内部的压缩机（6）、与所述所述压缩机（6）排气口连通的余热回收换热器（7）、与所述余热回收换热器（7）出气口连通的四通换向阀（10）、与所述四通换向阀（10）连通的冷凝器（5-2）以及与所述冷凝器（5-2）出液口通过双向膨胀阀（11）连通的蒸发器（5-1），所述蒸发器（5-1）的出气口与压缩机（1）的回气口通过四通换向阀（10）连通；
所述多热源余热回收系统包括储热保温水箱（8）、进水口与所述储热保温水箱（8）出水口连通的循环水泵（9）以及进水口A与所述循环水泵（9）出水口连通的余热回收换热器（7），所述余热回收换热器（7）出水口B与储热保温水箱（8）的回水口连通；
所述新风系统包括风道壳体（14）、设置在所述冷凝器（5-2）和蒸发器（5-1）之间的第一隔板（3-1）、设置在所述风道壳体（14）上且位于第一隔板（3-1）左侧的第一室外空气进气风口（2-1）以及设置在所述风道壳体（14）内左侧的新风风机（4-1）；
所述排风系统包括风道壳体（14）、设置在所述风道壳体（14）上且位于第一隔板（3-1）右侧的第二室外空气进气风阀（2-2）以及设置在所述风道壳体（14）内右侧排风风机（4-2）；
所述风道壳体（14）上设置厨房排风风阀（16-1），所述厨房排风风阀（16-1）进风口与新风风机（4-1）排风口连通，所述厨房排风风阀（16-1）进风口与新风风机（4-1）进风口之间设置第二隔板（3-2）；
所述风道壳体（14）上设置房间排风风阀（16-2），所述房间排风风阀（16-2）进风口与新风风机（4-1）排风口连通，所述房间排风风阀（16-2）进风口与新风风机（4-1）进风口之间设置第二隔板（3-2）；
所述风道壳体（14）上设置房间回风风阀（16-3），所述房间回风风阀（16-3）位于新风风机（4-1）和蒸发器（5-1）之间；
所述风道壳体（14）上位于第二室外空气进气风阀（2-2）右侧设置厨房回风风阀（2-3）。
2.根据权利要求1所述的一种多功能除湿新风余热回收热水空调装置，其特征在于，所述风道壳体（14）上位于第一室外空气进气风阀（2-1）处设置空气过滤器（1）。
3.根据权利要求2所述的一种多功能除湿新风余热回收热水空调装置，其特征在于，所述空气过滤器（1）为初效过滤器、中效过滤器或静电除尘过滤器。
4.根据权利要求1所述的一种多功能除湿新风余热回收热水空调装置，其特征在于，所述蒸发器（5-1）和冷凝器（5-2）下侧均设置排水盘（15）。
5.根据权利要求1所述的一种多功能除湿新风余热回收热水空调装置，其特征在于，所述蒸发器（5-1）和冷凝器（5-2）均采用铜管铝翅片表冷器。
6.根据权利要求1所述的一种多功能除湿新风余热回收热水空调装置，其特征在于，所述余热回收换热器（7）采用壳管式换热器、套管式换热器或板式换热器。
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