CN111527240B - 便携式气体供给装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种在使用电解的便携式气体供给装置中不使电解槽内的电解液漏出且还能够控制所需气体的释放量的结构。本发明的便携式气体供给装置具备：电池；控制基板，控制来自该电池的电力供给；一对正负电极，通过该控制基板对来自电池的电力进行通电或断电；可储水的电解槽，该一对正负电极插入到其内部；透过装置，能够仅使该电解槽内部的预定气体透过；以及喷嘴，能够供给从该透过装置释放的气体。所述透过装置以该电解槽侧为上游依次具有第一透过膜和第二透过膜，所述第一透过膜遮蔽所述电解槽的开口，仅使预定气体透过，所述第二透过膜与该第一透过膜隔开预定距离配设，仅使从第一透过膜透过的气体透过。

Description

便携式气体供给装置
技术领域
本发明涉及一种便携式气体供给装置，其能够使用电解方式仅供给所需量的氢气等气体，并且，可以以简单的结构防止从电解槽的漏水。
背景技术
近年来，在神经退行性疾病和急性肺部疾病等各种动物疾病实验、以及在代谢综合症和糖尿病等中的人类临床实验中显示出氢的有效性，并且，正在积极地进行着医疗应用中的各种研究。特别是，在身体内容易产生活性氧的运动时、饮食时、吸烟时、紫外线/污染环境下的滞留时，睡眠不足、长时间劳动等的受到高压力时等的各种状态下，为了防止衰老、促进美容/健康，推荐将氢摄入到身体内。
在此，作为以往的氢产生方法，有水的电解方法，终究是氢水的生成方法，在电解槽上载置有电解板，该电解板具有离子交换膜、分别密合在离子交换膜的两面的一对电极板、以及使一对电极板分别密合在离子交换膜的两面的固定部，通过向电解槽内放入水，并对该电解板进行通电，从一对电极板产生氢气或氧气，并且，经由设置在电解槽上部的气体排出孔处的仅使气体透过的透过膜来供给氢气和/或氧气(例如，参照专利文献2)。申请人提供了一种有效利用该电解式氢产生方法且使用者随身携带并自由搬运的小型且廉价的内置充电式电池的便携式气体供给装置。
然而，在以往的便携式气体供给装置的情况下，多数情况是，在使用电解槽进行电解时，由于电解液的粘性，泡状的电解液上升到电解槽内上部的空气层，电解液充满到电解槽内上壁。随着电解的进行，电解液的粘性变大，这种现象变得显著。在成为这种状态的情况下，电解液到达电解槽上部的气体排出孔的气体透过膜，发生电解液漏出的事态。另一方面，为了防止电解液从透过膜漏出，还可以考虑采用透过孔的孔径小的材料的透过膜，然而即使采用透过孔过小的材料，氢气等的透过速度也变慢，难以控制氢气等的释放量，或者由于电解槽内的气压的上升而使透过膜延伸，反而会使透过孔的孔径变大，导致电解液漏出。
上述便携式气体供给装置不仅期待用于以促进健康/医疗为目的吸入氢气等，而且还期待用于燃料电池的氢检查之类的工业目的，认为精确地控制所需量的氢气的供给的必要性今后将会提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004－41949号公报
专利文献2：日本特愿2014－019640号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于以上情况而作出的，本发明的目的在于提供一种在使用电解的便携式气体供给装置中不使电解槽内的电解液漏出且还能够控制所需气体的释放量的结构。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明提供了一种便携式气体供给装置，其具备：电池；控制基板，控制来自该电池的电力供给；一对正负电极，通过该控制基板使来自电池的电力通电或断电；可储水的电解槽，该一对正负电极插入到其内部；透过装置，能够仅使该电解槽内部的预定气体透过；以及喷嘴，能够供给从该透过装置释放的气体。该透过装置以该电解槽侧为上游依次具有第一透过膜和第二透过膜，所述第一透过膜遮蔽所述电解槽的开口，仅使预定气体透过，所述第二透过膜与该第一透过膜隔开预定距离配设，仅使从第一透过膜透过的气体透过。
根据本发明，提供了一种气体供给装置，其设置有仅使从电解槽释放的氢气、氧气等的气体透过的两枚透过膜、并且，经过两阶段的透过过程将气体释放到外部。此外，另一个特征是将第一透过膜和第二透过膜隔开预定距离来配置。如果采用该结构，则通过电解放出氢气等，在电解槽内产生气泡，水分上升到电解槽上部，即使在透过了第一透过膜的情况下，也与第二透过膜有距离，可以防止水分透过第二透过膜。
此外，根据该结构，与仅使用第一透过膜来切断水分透过的情况相比，可以使采用的透过膜的透过孔的孔径变大，可以实现顺畅的气体放出，透过膜选择变得容易且廉价。而且，与仅配置第一透过膜的情况相比，也可以避免由电解槽内的压力增减引起的伴随第一透过膜的孔径变动的气体释放量的不稳定，因而还具有的优点是，容易使所需的气体量的释放控制与电气控制同步。这从以简单的结构防止使因电解而变质的水分释放的观点来看也是有利的。
另外，优选的是，所述第一透过膜是具有选择透过性的氟树脂多孔膜。
此外，优选的是，所述透过装置安装在所述电解槽的上部的开口处，所述第一透过膜将所述电解槽的内部和所述透过装置的内部遮蔽，所述第二透过膜将所述透过装置的内部和外部遮蔽。
具体地，本气体供给装置中的透过装置采用这样的结构：具备第一透过膜和第二透过膜，能够安装在电解槽的上部的开口处。
此外，所述透过装置在所述第一透过膜和所述第二透过膜之间的空间中也可以设置有液体存积部，所述液体存积部存积从所述第一透过膜漏出的液体。即使水分从第一透过膜漏出，透过装置也可以使水分流到侧部的液体积存部并将其积存/释放。
更详细地，所述透过装置具有这样的结构，其具备：盖部件，在其上部具有开口，安装在所述电解槽的上部；切断部件，安装在所述盖部件的上部，通过所述第一透过膜切断与该盖部件的开口的连通，并通过所述第二透过膜切断与上方外部的连通；液体存积部，设置在所述第一透过膜和所述第二透过膜之间的空间中，从所述第一透过膜漏出的液体向所述第一透过膜的横下方向流动并存积在所述液体存积部中；以及排出孔，用于将存积在该液体存积部中的液体释放到外部。
发明的效果
根据本发明，通过在使用电解的便携式气体供给装置中隔开空间地配设两枚透过膜，可以在从电解槽释放氢气等时不使电解液漏出到外部而仅释放所需量的氢气等。此外，如果使用本便携式气体供给装置的透过装置，则不是一下子防止电解液的漏出，而是在第一阶段忽略少许漏出并在第二阶段实现完全的漏出防止，因而还可以避免由于电解槽内的内压上升而引起的气体释放量的不稳定。
附图说明
图1示出了示意性地表示本发明的便携式气体供给装置的实施方式的框图。
图2示出了从本发明的便携式气体供给装置的各方向观察的图，图2中的(a)是左侧视图，图2中的(b)是主视图，图2中的(c)是右侧视图，图2中的(d)是俯视图，图2中的(e)是主视图方向的剖视图。
图3是本发明的便携式气体供给装置的电解槽及其周边部的各部件的组装分解图。
图4是图3的便携式气体供给装置的电解槽及其周边部的立体图。
具体实施方式
以下，参照图1至图4对本发明的便携式气体供给装置的代表性的实施方式进行详细说明，但本发明当然不限于图示的实施方式。此外，各附图是用于概念性地说明本发明的附图，因而为了容易理解，有时也根据需要夸大或简化表示尺寸、比例或数量。此外，在以下的说明中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记，并省略重复说明。
图1示出了示意性地表示本便携式气体供给装置100的框图。此外，图2示出了从本发明的便携式气体供给装置100的各方向观察的图，图2中的(a)示出了左侧视图，图2中的(b)示出了主视图，图2中的(c)示出了右侧视图，图2中的(d)示出了俯视图，图2中的(e)示出了主视图方向的剖视图。在本说明书中，在称为上下方向、纵向时，是指图2中的(b)的纸面上下方向、纸面纵向，在称为宽度方向、横向、侧部侧时，是指图2中的(b)的纸面左右方向、纸面横向、纸面左右侧部侧。而且，图3示出了便携式气体供给装置100的电解槽30与其周边部的立体图，图4是例示出图3的便携式气体供给装置100的电解槽30及其周边部的各部件的组装分解图。
以下，参照图1至图2对便携式气体供给装置100进行概述，并参照图3至图4对便携式气体供给装置100的电解槽30及其周边部进行说明。
如图1所示，本便携式气体供给装置100大致由电池104、LED 116、控制单元117、电解槽103、吸烟装置主体105、盖部件14、以及喷嘴部108构成。首先，电池104是锂离子等的充电式电池，并且，在电解槽中103配设有一对正负电极8a、8b。正负电极8a、8b经由控制单元(控制基板)117被供给来自电池104电力，并且，LED 116连接到电池104。控制基板117具备：电极控制电路117a、加热器控制电路117b、LED控制电路117c、以及电力供给单元(电力供给电路)117d。
此外，在图1至图2中，作为本便携式气体供给装置100的示例，示出了除供给氢气和氧气之外还插入/配设了吸烟装置主体105的示例，然而在本发明的便携式气体供给装置100中，还考虑了配设除吸烟装置主体100以外的芳香剂供给装置的情况，此外，在工业用的用途的情况下，还考虑了仅配设氢气、氧气的情况。在图1至图2的示例中，在吸烟装置主体105的容纳部的底部设置有压力传感器开关119，当吸烟装置主体105的下端按压压力传感器开关119时，通过控制基板117的电力供给单元117d发出电力供给指令，此时，成为电池104的电力可供给到吸烟装置主体105的状态。
此外，当使用者用手指对操作单元(操作按钮)118进行操作时，与此相应地，电极控制电路117a控制对电解槽103内的一对电极8a、8b的通电/断电，并使通过电力供给单元117d从电池104供给的电力量可变，将电力供给到电极8a、8b。当向一对电极8a、8b供给电力时，对存积在电解槽103内的电解液(例如，柠檬酸钠水溶液)进行电解，在正电极8a侧产生氧气，在负电极8b侧产生氢气。
从负电极8b产生的氢气经由安装在电解槽103上部的透过装置114流入到盖部件2。此外，从正电极8b产生的氧气如后所述存在流入盖部件2的情况、和被释放的情况。
此外，在吸烟装置主体105中，当压力传感器开关119接通时，来自电池104的电力通过电力供给单元117d被供给到吸烟装置主体115内的加热器，对安装在内部的蒸气室(未图示)处的吸烟盒进行加热。当通过加热器加热吸烟盒时，产生含有尼古丁等的蒸气。另外，吸烟盒是包含烟叶的加热式电子烟的一次性替代品，其通过加热产生含有尼古丁的蒸气，除此之外还可列举：通过加热产生带芳香的含有尼古丁等的蒸气的吸烟盒，不含有尼古丁而含有芳香剂并通过加热产生带芳香的蒸气的吸烟盒。
在吸烟装置主体105中产生的含有尼古丁等的蒸气通过抽吸喷嘴部108而被释放到口内。此时，由于抽吸所产生的负压，从透过装置114释放的氢气在盖部件14内流动，并通过在盖部件14内露出的吸烟装置主体105的上部的周围与喷嘴部108的内壁之间的间隙，与含有尼古丁的空气混合，被引导到口内或被释放到外部。此外，还可以考虑，不加热吸烟装置主体105而仅将氢气引导到口内或外部。
图2示出了插入有吸烟装置主体105的状态的本便携式气体供给装置100的具体结构例。作为左侧视图、主视图、以及右侧视图的图2中的(a)、图2中的(b)、以及图2中的(c)是便携式气体供给装置100的开闭盖100a被拧紧的状态，作为俯视图和剖视图的图2中的(d)和图2中的(e)是便携式气体供给装置100的开闭盖100a被取下的状态，并具有筒状的吸烟装置容纳部(以下，也称为“容纳部”)120，该容纳部120在取下(打开)开闭盖100a的状态下从上部左侧的开口向下方延伸。将吸烟装置主体105插入到该容纳部120。吸烟装置主体105是通用的筒型的加热式电子烟的主体部。
在本便携式气体供给装置100的容纳部120的底部配设有压力传感器开关119，当压力传感器开关119当被按压时，来自充电电池(锂电池)104的电力被供给，能够对吸烟装置主体105内的吸烟盒进行加热并抽吸含有尼古丁等的蒸气。在本便携式气体供给装置100中，充电电池104作为通用的筒型的加热式电子烟中的电池的替代物发挥功能。
另外，在本便携式气体供给装置100的左侧部(参照图2中的(e))设置有操作按钮(主电源/氢气按钮)118、LED指示器116、以及电子烟ON/OFF开关121。电子烟ON/OFF开关121是压力传感器开关119的ON/OFF开关，当为ON时，成为对吸烟装置主体105供给充电电池1044的电力的状态，当为OFF时，成为即使按压压力传感器开关119也不进行来自充电电池104的电力供给的状态。此外，主电源/氢气按钮118是后述的电解槽3内的正负电极8和主电源的按钮式电力供给开关，根据按压方法/时间来兼用主电源的ON/OFF和对正负电极8的电力供给ON/OFF。
在该例中，首先，当充电器(USB电缆(未图示))连接到充电端子122时，红黄绿三个LED 116、118(一个在主电源/氢气按钮118的周围)以预定频率依次闪烁一次，并且，根据电池剩余量，相应的下段中断的两个LED 116闪烁两次。当三连续五次按下主电源/氢气按钮118时，电源成为ON，当连续按下五次时，根据电池剩余量，点亮的LED 116熄灭，电源成为OFF。
当电源接通时，吸烟装置主体105进入氢气产生模式(通常模式)。LED116、118点亮为电解确认的蓝色，当按下主电源/氢气按钮118时，吸烟装置主体105和通过对正负电极8通电所引起的电解同时操作，当手指离开主电源/氢气按钮118时，操作同时停止(在该模式的情况下，对吸烟装置主体105的通电/加热操作被控制为比对正负电极8的通电/电解操作延迟一秒。
当在加热式香烟和氢气产生模式(通常模式)的状态下连续按下开关按钮三次时，转移到氢气专用模式。电解确认LED(蓝色)进行呼吸式闪烁(缓慢闪烁)，仅进行电解操作。
当在吸烟装置主体105为氢气产生模式(通常模式)的状态下按下主电源/氢气按钮118时，根据电池剩余量，在主电源/氢气按钮118周围的三个LED 116、118(红色/黄色/绿色)中的任何一种颜色点亮，开始对线圈的电力供给。当手指离开主电源/氢气按钮118时，LED 116、118熄灭，停止对吸烟装置主体105的电力供给。另外，在电解槽103中填充有电解液的情况下，在按下主电源/氢气按钮118期间，对正负电极8的通电/电解也同时进行操作。此外，在电源为ON的状态下，无论操作模式如何，当按下主电源/氢气按钮118时，开始对正负电极8的通电/电解，当手指离开主电源/氢气按钮118时，停止对正负电极8的通电/电解操作。另外，LED 116、118各自的点亮由内部的指示器基盘126控制。
接下来，参照图3至图4，对电解槽103内部和安装在其上的透过装置114等进行说明。如图3至图4所示，电解槽103由电解槽主体1和电解槽盖部3构成(电解槽盖部3也作为透过装置的一部分发挥功能)。电解槽主体1是在上下方向上延伸的电解液的储水用容器，具有下方比上方缩径的形状、是彼此在内部流体连接的一体形成体。电解槽主体1能够从上方的开口注水，并且，通过在开口上部插入设有贯通孔的板状的分隔件5并安装电解槽盖部3而被闭锁。电解槽盖部3是上下贯通的壳体，并具有下方的裾部扩径且上部缩径的两阶段形状。电解槽盖部3通过利用锁定杆7将下方与分隔件5固定而形成底部。此外，将电解槽盖部3的上部的开口形成为锪孔形状，以容纳后述的透过装置的第一部件2。
此外，在电解槽主体1中，由于下方比上方缩径，因而即使存积在内部的水溶液被电解而储水量减少的情况下，电解液也存积成一对正负电极8的大部分浸入电解液的程度。由此，电解槽主体1的上部的空气层减少，确保了电解性能，但是另一方面，即使考虑到分隔件5的存在，电解液的液面也已上升到极限，在通过电解而提高了粘性的情况下，由电解产生的气泡侵入/滞留在空气层或电解槽盖部3内。
正负电极(网状电极)8以两枚一对向上方纵向并列配置，分别形成正负极，被供给来自电池104的电力。此外，正负电极8的上部大于下部，以便与电解槽主体1的缩径部和扩径部对应。正负电极8的下端连结有棒形状的钛电极9，以便直立在端子基板24上并进行电连接。设置有安装在端子基板24上的插座25(硅等的树脂制)和安装在钛电极9的周围的O形环10、11(硅等的树脂制：以下，O形环相同)，以便在使正负电极8直立的状态下对正负电极8和端子基板24进行挡水。
此外，在电解槽盖部3的上部安装有透过装置。首先，在电解槽盖部3的上部安装有第一透过部件2。第一透过部件2的下部缩径并朝下方突出，以与电解槽盖部3上下嵌合，并且，上部朝上方较大地开口。第一透过部件2的缩径部的底部被闭锁并连接到上部的开口，形成为液体存积部。此外，第一透过部件2的上部的扩径部与上述的缩径部侧的液体存积部的开口连接，具有与电解槽盖部3的开口流体连结的贯通孔，该贯通孔的下端将电解槽盖部3的开口作为锪孔插入/连结。此时，在第一透过部件2的贯通孔与电解槽盖部3的开口之间配设有用于防止漏水的O形环23。
此外，在所述第一透过部件2的贯通孔中通过透过膜按压件6配设有第一透过膜12，将贯通孔闭锁。该第一透过膜2是用微小孔调整内压的同时具有使气体透过并切断液体的选择透过性的树脂多孔膜，在此，使用四氟乙烯树脂多孔膜(日东电工株式会社制“TEMISH”)(后述的第二透过膜12也同样)。作为第一阶段，通过该第一透过膜12切断已到达电解槽盖部3的内部的电解液的气泡。然而，也存在的可能性是，电解槽主体1内部的内压上升，第一透过膜12伸展，微小孔扩大，从而使气泡状的电解液透过，或者气化的电解液透过，电解液侵入到第一透过部件2内。另一方面，也不期望使第一透过膜12的孔径过小而减退至氢气透过速度。因此，在第一透过部件2中一定程度地忽略电解液侵入，将上述的第一透过部件2的缩径部作为液体存积部来存积电解液。
而且，在第一透过部件2的上部安装有第二透过部件4。尽管未图示，第二透过部件4向下方开口，与第一透过部件2的上方的开口一致而构成内部空间。在第二透过部件4的上部，在观察上述的电解槽盖部3的贯通孔、第一透过部件2的贯通孔的位置处形成有贯通孔。贯通孔与第一透过部件2的透过膜(第一透过膜12)的情况同样地使用第二透过膜12来闭锁，并使用O形环22来密封。该第二透过膜12也同样是具有使气体透过且切断液体的选择透过性的树脂多孔膜，在此，使用四氟乙烯树脂多孔膜。
在上述的第一阶段中，大致切断了电解槽内的电解液的侵入，但是作为第二阶段，通过第二透过膜12防止了电解液进一步释放到外部。在作为第一阶段的第一透过膜中，由于气体的顺畅透过优先于电解液的完全切断，因而第一透过部件2和第二透过部件4之间的空间的内压不会上升，利用同质的选择性多孔树脂膜能够实现氢气等的顺畅透过，同时也实现电解液的进一步切断。另外，在第二透过部件4设置有用于释放存积在第一透过部件2的液体存积部中的电解液的孔，该孔经由密封件21由螺钉13封闭。在释放时，取下螺钉13，能够进行电解液的废弃。
在第二透过部件4的上部，从上方安装有盖部件14。在盖部件14的上部，除了抽吸用的吸嘴108部之外，在第二透过膜12的上方还设置有贯通孔，阀轴17被插入并被闭锁。阀轴17的前端通过销20与由密封件18夹住的基部18连结，利用弹簧19的作用在通常时打开贯通孔，当由于抽吸喷嘴部108而产生的负压作用在盖部件14的内部时进行闭锁。这是为了，在抽吸时进行闭锁以使氢气等在喷嘴部108的方向上集中，在不抽吸时，即使氢气等过度充满，内压也不会过大。
如图2所示，盖部件2在抽吸喷嘴部108时，依次通过了电解槽主体1、电解槽盖部3、第一透过部件2、以及第二透过部件4的氢气在内部流动并到达喷嘴部108时，通过喷嘴部108和吸烟装置主体105的上端之间的间隙，与来自吸烟装置主体105的气体混合，释放到使用者的口内或外部。在不具备吸烟装置主体105或没有对吸烟装置主体105进行操作的便携式气体供给装置100的情况下，将氢气(或氧气)从喷嘴部108释放到使用者的口内或外部。
以上，对本发明的便携式气体供给装置，特别是对来自电解槽的氢气等的透过装置的实施方式进行了例示说明，但是本发明不限于此，并且，本领域技术人员可以理解，在不脱离权利要求书和说明书等记载的精神和教导的范围内可获得其他的变型例和改良例。
工业可利用性
根据本发明的便携式气体供给装置，通过在使用电解的便携式气体供给装置中隔开空间地配设两枚透过膜，可以在从电解槽释放氢气等时不使电解液漏出到外部而仅释放所需量的氢气等。此外，如果使用本便携式气体供给装置的透过装置，则不是一下子防止电解液的漏出，而是在第一阶段忽略少许漏出并在第二阶段实现完全的漏出防止，因而还可以避免由于电解槽内的内压上升而引起的气体释放量的不稳定。因此，在本发明中，可以有效利用于管理与身体状况对应的精确的氢气等的抽吸，也可以有效利用于氢气等的释放量的管理严格的工业检查。
附图标记说明
1 电解槽主体
2 第一透过部件
3 电解槽盖部
4 第二透过部件
8 正负电极
8a 正电极
8b 负电极
12 透过膜(第一透过膜，第二透过膜)
13 螺钉
14 盖部件
17 阀轴
19 弹簧
16 密封件
18 基部
20 销
21 密封件
22 O形环
100 便携式气体供给装置
100a开闭盖
103 电解槽
104 电池
105 吸烟装置主体
108 喷嘴部
114 透过装置
116 LED(LED指示器)
117 控制基板(控制单元)
118 操作按钮(主电源/氢气按钮)
119 压力传感器开关
120 吸烟装置容纳部(容纳部)
122 充电端子
126 指示器基盘

Claims (1)

1.一种便携式气体供给装置，其具备：电池；控制基板，控制来自该电池的电力供给；一对正负电极，通过该控制基板使来自电池的电力通电或断电；可储水的电解槽，该一对正负电极插入到其内部；透过装置，能够仅使该电解槽内部的预定气体透过；以及喷嘴，能够供给从该透过装置释放的气体，其中，
所述透过装置以该电解槽侧为上游依次具有第一透过膜和第二透过膜，所述第一透过膜遮蔽所述电解槽的开口，仅使预定气体透过，所述第二透过膜与该第一透过膜隔开预定距离配设，仅使从第一透过膜透过的气体透过，
所述第一透过膜是具有选择透过性的氟树脂多孔膜，
所述透过装置安装在所述电解槽的上部的开口处，所述第一透过膜将所述电解槽的内部和所述透过装置的内部遮蔽，所述第二透过膜将所述透过装置的内部和外部遮蔽，
所述透过装置在所述第一透过膜和所述第二透过膜之间的空间中设置有液体存积部，所述液体存积部存积从所述第一透过膜漏出的液体，
所述透过装置具备：
盖部件，在其上部具有开口，安装在所述电解槽的上部；
切断部件，安装在所述盖部件的上部，通过所述第一透过膜切断与该盖部件的开口的连通，并通过所述第二透过膜切断与上方外部的连通；
液体存积部，设置在所述第一透过膜和所述第二透过膜之间的空间中，从所述第一透过膜漏出的液体向所述第一透过膜的横下方向流动并存积在所述液体存积部中；以及
排出孔，用于将存积在该液体存积部中的液体释放到外部，
所述第二透过膜的上方设置有由阀轴开闭的贯通孔，所述阀轴使所述贯通孔常开，当负压作用时，使所述贯通孔闭锁，并且从所述透过装置释放的气体被引导至所述喷嘴。
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