CN111420094A - 针对新型冠状病毒的室内空气soe消毒净化系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化系统及方法，包括臭氧发生模块，臭氧监测模块，臭氧处置模块和控制模块。其中臭氧发生模块，臭氧监测模块，臭氧处置模块通过芯片与控制模块连接，持续调控室内臭氧浓度稳定在具有消毒作用且不危害人体安全的0.12‑0.16mg·m‑3。该系统结构简单，设计合理，安装及运行成本低，易于推广。该系统使用处于人体健康阈值的低浓度臭氧对室内空间持续进行消毒，对物体表面以及悬浮在气溶胶中的新型冠状病毒具有时刻杀灭的作用。本发明还具有高浓度臭氧消毒杀菌模式，可用于高病毒浓度的室内环境的快速消毒处置。

Description

针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化系统及方法
技术领域
本发明涉及室内空气净化领域，尤其涉及一种针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化系统及方法。
背景技术
2020年初，新冠肺炎疫情爆发，引起了公众广泛关注。对于重大传染病的预防与控制，公共卫生手段比医疗手段更为重要。新冠病毒在人体外也有一定的存活时间，高浓度的新冠病毒能够吸附在物体的表面，造成接触传播。此外，新冠病毒还能通过空气气溶胶传播，在封闭空间高浓度的新冠病毒可通过气溶胶途径导致人体感染。因此，需要一种行之有效的室内病毒控制技术。采用臭氧(O3)消毒是成熟方法，性价比高，在国内外应用很广泛。安全浓度下(0.16mg·m-3)臭氧对于人体无危害，且没有副产物污染，在常温常压条件下30分钟即分解为氧气。
研究表明，臭氧能够有效的抑制冠状病毒的传播。每年夏季高臭氧浓度是抑制香港流感病毒盛行的主要原因(Ali et al.,2018)。此外，可以推测大气中高臭氧可能是2003年北京SARS病毒消失之谜的原因(该年6月的白天臭氧浓度高值超过0.2mg·m-3)。臭氧对于新冠病毒的杀灭作用在于臭氧可以直接与生物分子反应或者臭氧分解形成自由基再间接与生物分子反应(Elvis和Ekta,2011)；臭氧也可以氧化蛋白质、核酸中的活性基团，造成功能分子的失活而灭活病毒。
新冠病毒的结构复杂度介于MS2噬菌体病毒和T7噬菌体病毒。Tseng和Li等(2006)研究发现，在55％湿度和室温条件下，若要达到90％的杀灭效果，针对MS2噬菌体需要每分钟1.28mg·m-3臭氧浓度，对T7噬菌体则需要每分钟1.98mg·m-3臭氧浓度，因此推测新冠病毒的杀灭需要每分钟1.63mg·m-3臭氧浓度。如果需要在10分钟时间内杀灭90％的病毒，则需要的臭氧浓度为0.16mg·m-3臭氧。基于此，有必要提供一种能够有效杀灭漂浮在空气中和室内物体表面新冠病毒的系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对新型冠状病毒的室内空气SOE(Safety O3Emission,SOE)消毒净化系统及方法，该系统结构简单，易于实施，能有效地对室内物体表面以及空气中气溶胶携带的新型冠状病毒进行抑制，使用处于人体健康阈值(0.12-0.16mg·m-3)的低浓度臭氧对物体表面以及悬浮在气溶胶中的新型冠状病毒进行消毒。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化系统，包括臭氧发生模块、臭氧监测模块、臭氧处置模块以及控制模块；
臭氧发生模块、臭氧监测模块和臭氧处置模块均与控制模块相连。
臭氧发生模块用于产生臭氧；
臭氧监测模块用于监测室内臭氧浓度，并将监测结果传输给控制模块；
臭氧处置模块用于将室内臭氧浓度控制在0.12-0.16mg·m-3之间。
控制模块用于根据接收到的臭氧监测模块的数据，控制臭氧发生模块与臭氧处置模块的开启与关闭。
本发明进一步的改进在于，臭氧发生模块包括臭氧发生装置与臭氧传输系统；臭氧发生装置包括浓度调控芯片和臭氧发生器；臭氧传输系统与臭氧发生器相连，浓度调控芯片与控制模块相连接，臭氧发生器与浓度调控芯片与相连。
本发明进一步的改进在于，浓度调控芯片接收控制模块的指令，然后根据指令调控臭氧发生器的功能模式；功能模式包括SOE模式和HOCD模式；
SOE模式为人员在室内时，臭氧发生器受浓度调控芯片调控持续产生速率为5-10g/h的低浓度臭氧；当室内臭氧浓度低于0.12mg·m-3时，通过控制模块自动开启臭氧发生装置，当浓度高于0.16mg·m-3时，通过控制模块自动关闭臭氧发生装置，自动维持室内臭氧浓度控制在0.12-0.16mg·m-3之间；
HOCD模式为针对空气中的病毒核酸的CT值大于36时的室内环境，在人员撤出时，臭氧发生器受浓度调控芯片调控，维持室内臭氧浓度在1.8-2.2mg·m-3，并保持10-20分钟的消毒时间，在消毒结束后，臭氧发生器关闭。
本发明进一步的改进在于，臭氧传输系统包括风机和传输管道；风机与传输管道相连，传输管道上开设有出气口。
本发明进一步的改进在于，臭氧监测模块包括臭氧浓度传感器、环境传感器以及监测芯片；臭氧浓度传感器和环境传感器均与监测芯片相连接，监测芯片与控制模块相连。
本发明进一步的改进在于，环境传感器集成温度传感器、湿度传感器和气压传感器。
本发明进一步的改进在于，臭氧处置模块包括处置芯片、臭氧降解装置以及报警系统；臭氧降解装置和报警系统与处置芯片相连，处置芯片、臭氧降解装置以及报警系统均与控制模块相连；
臭氧降解装置包括抽气泵和臭氧降解模块，抽气泵和臭氧降解模块相连，并且抽气泵和臭氧降解模块均与控制模块相连。
本发明进一步的改进在于，在臭氧发生器处于SOE模式时，针对室内臭氧浓度超过0.16mg·m-3的情况，由控制模块启动抽气泵，抽入室内空气进入臭氧降解模块，直至室内臭氧浓度恢复至0.12-0.16mg·m-3之间后，控制模块关闭臭氧降解装置；
在臭氧发生器处于HOCD模式时，针对消毒完成的情况，由控制模块启动抽气泵，抽入室内空气进入臭氧降解模块，直至室内臭氧浓度恢复至0.16mg·m-3以下后，控制模块关闭臭氧降解装置。
本发明进一步的改进在于，控制模块包括智能控制系统、用户终端和远程云端；
浓度调控芯片、监测芯片以及处置芯片均与智能控制系统相连。
用户终端，用于设置室内空间的参数，且通过网络与电脑或手机相连。
远程云端，用于汇总室内的臭氧监测数据，并将数据反馈给用户。
一种针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化方法，人员处于室内的情况下，控制模块开启臭氧浓度传感器以及环境传感器，智能控制系统根据监测芯片收到臭氧浓度传感器以及环境传感器的数据得到室内臭氧的浓度；当室内臭氧浓度低于0.12mg·m-3时，控制模块通过浓度调控芯片启动臭氧发生装置，向室内释放臭氧，使室内臭氧的浓度维持在0.12-0.16mg·m-3之间；当室内臭氧浓度高于0.16mg·m-3时，控制模块通过处置芯片启动臭氧降解装置和报警系统，并关闭臭氧发生装置，直至室内臭氧浓度低于0.12mg·m-3，控制模块通过处置芯片关闭臭氧降解装置和报警系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提出的SOE消毒模式旨在时刻杀灭物体表面以及悬浮在气溶胶中的新型冠状病毒及其它病毒，相比于其他室内消毒系统，具有长效性和针对性。不同于其他的高浓度臭氧消毒方式，本系统在室内维持0.12-0.16mg·m-3之间的低浓度臭氧，在消毒时不需要人员撤出。此外，针对空气中的病毒核酸的CT值大于36时的室内环境，本系统也具有HOCD模式，产生1.8-2.2mg·m-3的臭氧快速消毒。本发明所述的消毒过程中始终自动维持臭氧浓度稳定，操作简便。此外，产生低浓度的臭氧进行消毒具有安装和运行成本较低的优势。因此本发明所述消毒系统可用于全国范围内的办公室、会议室、写字楼、商场、餐厅、火车站、地铁站等各种室内空气中推广应用，为新冠病毒的疫情防控提供净化技术保障。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明所述的室内空气SOE消毒净化系统的具体安装方式。
其中，1为臭氧发生装置，2为风机，3为传输管道，4为出气口，5为臭氧浓度传感器，6为环境传感器，7为臭氧降解装置，8为报警系统，9为控制模块，10为门，11为窗。12为臭氧发生模块，121为臭氧传输系统，122为浓度调控芯片，123为臭氧发生器，13为臭氧监测模块，133为监测芯片，14为臭氧处置模块，141为处置芯片，91为智能控制系统，92为用户终端，93为远程云端。
具体实施方式
为了对本发明做进一步详细的阐述，给出以下具体实施例，但本发明的实施方式不限于此。
臭氧在我国室内空气标准为0.16mg·m-3(小时均值，GB/T 18883-2002)，因此在各类室内大气中适当提高臭氧浓度(当前冬春季室内空气中臭氧最高小时浓度约为0.01-0.04mg·m-3，夏季6月可达0.1-0.9mg·m-3)，在不影响人体健康的前提下，达到时可杀灭漂浮在空气中新冠病毒的效果。
参见图1所示，本发明提供的一种针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化系统，包括臭氧发生模块12、臭氧监测模块13、臭氧处置模块14以及控制模块9；
臭氧发生模块12、臭氧监测模块13和臭氧处置模块14均与控制模块9相连；
臭氧发生模块12用于产生臭氧；
臭氧监测模块13用于监测室内臭氧浓度，并将监测结果传输给控制模块9；
臭氧处置模块14用于将室内臭氧浓度控制在0.12-0.16mg·m-3之间；
控制模块9用于根据接收到的臭氧监测模块13的数据，控制臭氧发生模块12与臭氧处置模块14的开启与关闭。
具体的，所述臭氧发生模块12，包括臭氧发生装置1与臭氧传输系统121。
所述臭氧发生装置1，用于产生速率为5-10g/h的低浓度臭氧，臭氧发生装置1包括浓度调控芯片122和臭氧发生器123。
所述浓度调控芯片122通过蓝牙与控制模块9相连接，且浓度调控芯片122与臭氧发生器123相连；浓度调控芯片122用于接收控制模块9的指令，然后根据指令能够自动调控臭氧发生器123的功能模式。所述功能模式，包括SOE模式和HOCD模式。所述SOE模式，指人员在室内时，臭氧发生器受浓度调控芯片调控持续产生速率为5-10g/h的低浓度臭氧。当臭氧检测器检测到室内臭氧浓度低于0.12mg·m-3时，通过控制模块自动开启臭氧发生装置，反之，当浓度高于0.16mg·m-3时，通过控制模块自动关闭臭氧发生装置，自动维持室内臭氧浓度控制在0.12-0.16mg·m-3之间。
所述HOCD模式，指针对空气中的病毒核酸的CT值大于36时的室内环境，在人员撤出后，臭氧发生器受浓度调控芯片调控，维持室内臭氧浓度在1.8-2.2mg·m-3，并保持10-20分钟的消毒时间。在消毒结束后关闭臭氧发生器。
所述臭氧传输系统121，与臭氧发生装置的臭氧发生器123的出气口4相连接，用于将臭氧发生器123产生的低浓度臭氧快速传输到室内。臭氧传输系统121包括风机2、传输管道3以及出气口4三部分。风机2与传输管道3相连，传输管道3上开设有出气口4。
所述风机2的选型，布置位置根据具体的室内环境决定。
所述传输管道3的数量，长度和布局根据具体的室内环境决定。
所述出气口在管道上的位置和形状根据具体的室内环境决定。
所述臭氧监测模块13，包括臭氧浓度传感器5、环境传感器6以及监测芯片133。臭氧浓度传感器5和环境传感器6均与监测芯片133相连接。
所述臭氧浓度传感器5，用于实时在线监测室内臭氧浓度。其数量以及安装的位置根据具体的室内环境决定。
所述环境传感器6，集成了温度传感器、湿度传感器和气压传感器，该传感器用于监测室内的温度、湿度和气压，辅助室内臭氧浓度的监测与臭氧数据的校正。其安装位置根据具体的室内环境决定。
所述监测芯片133，通过蓝牙与控制模块相连接，将臭氧浓度传感器，环境传感器产生的数据实时反馈传输至控制模块。此外，监测芯片还用于接收控制模块的开关信号及环境传感器校正信息，从而控制环境传感器的开关和校正环境传感器的数据。
所述臭氧处置模块14，包括处置芯片141、臭氧降解装置7以及报警系统8。处置芯片141、臭氧降解装置7以及报警系统8均与控制模块9相连。
所述臭氧降解装置7，包括抽气泵和臭氧降解模块。抽气泵和臭氧降解模块相连，并且抽气泵和臭氧降解模块均与控制模块相连。臭氧降解装置的安装位置根据具体的室内环境决定。
所述臭氧降解装置7，在臭氧发生器处于SOE模式时，针对室内臭氧浓度超过0.16mg·m-3的情况，此时由控制模块启动抽气泵，抽入室内空气进入臭氧降解模块，以去除多余的臭氧，直至室内臭氧浓度恢复至0.12-0.16mg·m-3之间后，控制模块关闭臭氧降解装置。
所述臭氧降解装置7，在臭氧发生器处于HOCD模式时，针对消毒完成的情况，此时由控制模块启动抽气泵，抽入室内空气进入臭氧降解模块，以去除残留的高浓度臭氧，直至室内臭氧浓度恢复至0.16mg·m-3以下后，控制模块9关闭臭氧降解装置7。
所述处置芯片141，与臭氧降解装置7、报警系统8相连，并通过蓝牙与控制模块9相连，用于传输控制模块9的指令。依据室内臭氧浓度的高低调节臭氧降解装置7的开关、抽气泵风量以及报警系统8的开关。
所述报警系统8，在臭氧发生器处于SOE模式时，针对室内臭氧浓度超过0.16mg·m-3的情况，此时由控制模块9启动，发出警报声，直至室内臭氧浓度恢复至0.16mg·m-3后，控制模块9关闭报警系统8。
所述控制模块9，包括智能控制系统91、用户终端92和远程云端93。
所述智能控制系统91，通过蓝牙连接浓度调控芯片122、监测芯片133以及处置芯片141，用于根据监测模块13传来的臭氧数据，分别控制臭氧发生模块与臭氧处置模块。在SOE模式时自动控制室内臭氧的浓度始终保持0.12-0.16mg·m-3之间；在HOCD模式时，自动维持室内臭氧浓度在1.8-2.2mg·m-3之间，并在HOCD模式结束后去除残留的臭氧至0.16mg·m-3以下。
所述用户终端92，用于设置室内空间的参数(房间体积，通风量等)，且通过网络与电脑或手机相连，可使用户远程控制SOE净化系统。
所述远程云端93，可以汇总室内空间各个布点的臭氧监测数据，并向用户反馈数据。
基于上述的系统的针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化方法为：人员处于室内的情况下，首先通过用户终端92开启控制模块9；随后，控制模块9开启臭氧浓度传感器5以6，智能控制系统91根据监测芯片133收到臭氧浓度传感器5以及环境传感器6的数据可以得到室内臭氧的浓度分布；当室内臭氧浓度低于0.12mg·m-3时，控制模块9通过浓度调控芯片122启动臭氧发生装置1和风机2，并通过传输管道3和出气口4向室内释放臭氧，其中臭氧发生装置1释放臭氧的速率为5-10g/h，使室内臭氧的浓度维持在0.12-0.16mg·m-3之间。当室内臭氧浓度高于0.16mg·m-3时，控制模块9通过处置芯片141启动臭氧降解装置7和报警系统8，并关闭臭氧发生装置1和风机2，直至室内臭氧浓度低于0.12mg·m-3，控制模块9通过处置芯片141关闭臭氧降解装置7和报警系统8。
本发明所述的室内空气SOE消毒净化系统的具体安装方式见图2，图2给出了在一个尺寸为3m×3m×3m的室内的SOE消毒净化系统的具体安装方式。
该臭氧发生模块，用于能自动调控产生臭氧的浓度的臭氧发生装置1，其位置布置于门10所处墙面的墙角；
与臭氧发生装置1的出气口相连，可以抽臭氧的风机2，其位置布置于臭氧发生装置1的上方，风机2的出气口朝上；
与风机2的出气口相连，可以向室内传输臭氧的传输管道3，其首先沿竖直墙边向上传输臭氧，并在房间四条顶边延伸成一个环形的管道；
位于传输管道上，可以作为臭氧扩散源的出气口4，其位置布置于房间四条顶边上传输管道的中部，数量共计四个。
该臭氧监测模块，连接有监测芯片，实时在线监测室内臭氧浓度的臭氧浓度传感器5，其位置布置于四个墙面及天花板的正中心，数量共计五个；
监测芯片实时在线监测室内温度、湿度和气压的环境传感器6，其位置布置于天花板平行于门的中心线上，距离右边墙边的位置为1m。
该臭氧处置模块，连接有处置芯片，处置浓度超标的臭氧降解装置7，其位置布置于窗11正上方，中心距顶边0.3m；
处置芯片在浓度超标时报警的报警系统8，其位置布置于臭氧降解装置7正下方。
该控制模块9集成了智能控制系统以及控制终端，其位置布置于右侧墙面靠墙边处，中心距地面高1m。
以下结合图2的安装方式给出一种室内空气SOE消毒净化系统的具体消毒方式。在门10和窗11正常使用，人员处于室内的情况下，首先通过用户终端开启控制模块9。随后，控制模块9开启臭氧浓度传感器5以及环境传感器6，综合各处传感器的数据可以得到室内臭氧的浓度分布。当室内臭氧浓度低于0.12mg·m-3时，控制模块启动臭氧发生装置1和风机2，通过传输管道3和出气口4向室内释放臭氧，其中臭氧发生装置1释放臭氧的速率为5-10g/h，使室内臭氧的浓度维持在0.12-0.16mg·m-3之间。一旦室内臭氧浓度高于0.16mg·m-3时，控制模块启动臭氧降解装置7和报警系统8，并关闭臭氧发生装置1和风机2，直至室内臭氧浓度低于0.12mg·m-3，控制模块关闭臭氧降解装置7和报警系统8。

Claims (10)

1.一种针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化系统，其特征在于，包括臭氧发生模块(12)、臭氧监测模块(13)、臭氧处置模块(14)以及控制模块(9)；
臭氧发生模块(12)、臭氧监测模块(13)和臭氧处置模块(14)均与控制模块(9)相连；
臭氧发生模块(12)用于产生臭氧；
臭氧监测模块(13)用于监测室内臭氧浓度，并将监测结果传输给控制模块(9)；
臭氧处置模块(14)用于将室内臭氧浓度控制在0.12-0.16mg·m-3之间；
控制模块(9)用于根据接收到的臭氧监测模块(13)的数据，控制臭氧发生模块(12)与臭氧处置模块(14)的开启与关闭。
2.根据权利要求1所述的一种针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化系统，其特征在于，臭氧发生模块(12)包括臭氧发生装置(1)与臭氧传输系统(121)；臭氧发生装置(1)包括浓度调控芯片(122)和臭氧发生器(123)；臭氧传输系统(121)与臭氧发生器(123)相连，浓度调控芯片(122)与控制模块(9)相连接，臭氧发生器(123)与浓度调控芯片(122)与相连。
3.根据权利要求2所述的一种针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化系统，其特征在于，浓度调控芯片(122)接收控制模块(9)的指令，然后根据指令调控臭氧发生器(123)的功能模式；功能模式包括SOE模式和HOCD模式；
SOE模式为人员在室内时，臭氧发生器受浓度调控芯片调控持续产生速率为5-10g/h的低浓度臭氧；当室内臭氧浓度低于0.12mg·m-3时，通过控制模块自动开启臭氧发生装置，当浓度高于0.16mg·m-3时，通过控制模块自动关闭臭氧发生装置，自动维持室内臭氧浓度控制在0.12-0.16mg·m-3之间；
HOCD模式为针对空气中的病毒核酸的CT值大于36时的室内环境，在人员撤出时，臭氧发生器受浓度调控芯片调控，维持室内臭氧浓度在1.8-2.2mg·m-3，并保持10-20分钟的消毒时间，在消毒结束后，臭氧发生器关闭。
4.根据权利要求2所述的一种针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化系统，其特征在于，臭氧传输系统(121)包括风机和传输管道；风机与传输管道相连，传输管道上开设有出气口。
5.根据权利要求2所述的一种针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化系统，其特征在于，臭氧监测模块(13)包括臭氧浓度传感器(5)、环境传感器(6)以及监测芯片(133)；臭氧浓度传感器(5)和环境传感器(6)均与监测芯片(133)相连接，监测芯片(133)与控制模块(9)相连。
6.根据权利要求5所述的一种针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化系统，其特征在于，环境传感器(6)集成温度传感器、湿度传感器和气压传感器。
7.根据权利要求5所述的一种针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化系统，其特征在于，臭氧处置模块(14)包括处置芯片(141)、臭氧降解装置(7)以及报警系统(8)；臭氧降解装置(7)和报警系统(8)与处置芯片(141)相连，处置芯片(141)、臭氧降解装置(7)以及报警系统(8)均与控制模块(9)相连；
臭氧降解装置(7)包括抽气泵和臭氧降解模块，抽气泵和臭氧降解模块相连，并且抽气泵和臭氧降解模块均与控制模块(9)相连。
8.根据权利要求7所述的一种针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化系统，其特征在于，在臭氧发生器(123)处于SOE模式时，针对室内臭氧浓度超过0.16mg·m-3的情况，由控制模块启动抽气泵，抽入室内空气进入臭氧降解模块，直至室内臭氧浓度恢复至0.12-0.16mg·m-3之间后，控制模块关闭臭氧降解装置(7)；
在臭氧发生器(123)处于HOCD模式时，针对消毒完成的情况，由控制模块启动抽气泵，抽入室内空气进入臭氧降解模块，直至室内臭氧浓度恢复至0.16mg·m-3以下后，控制模块(9)关闭臭氧降解装置(7)。
9.根据权利要求7所述的一种针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化系统，其特征在于，控制模块(9)包括智能控制系统(91)、用户终端(92)和远程云端(93)；
浓度调控芯片(122)、监测芯片(133)以及处置芯片(141)均与智能控制系统(91)相连；
用户终端(92)，用于设置室内空间的参数，且通过网络与电脑或手机相连；
远程云端(93)，用于汇总室内的臭氧监测数据，并将数据反馈给用户。
10.一种基于权利要求7所述的系统的针对新型冠状病毒的室内空气SOE消毒净化方法，其特征在于，人员处于室内的情况下，控制模块(9)开启臭氧浓度传感器(5)以及环境传感器(6)，智能控制系统(91)根据监测芯片(133)收到臭氧浓度传感器(5)以及环境传感器(6)的数据得到室内臭氧的浓度；当室内臭氧浓度低于0.12mg·m-3时，控制模块(9)通过浓度调控芯片(122)启动臭氧发生装置(1)，向室内释放臭氧，使室内臭氧的浓度维持在0.12-0.16mg·m-3之间；当室内臭氧浓度高于0.16mg·m-3时，控制模块(9)通过处置芯片(141)启动臭氧降解装置(7)和报警系统(8)，并关闭臭氧发生装置(1)，直至室内臭氧浓度低于0.12mg·m-3，控制模块(9)通过处置芯片(141)关闭臭氧降解装置(7)和报警系统(8)。
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