CN112875888A - 潜水气液混合机构、增氧器、太阳能增氧装置及监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于水中增氧技术领域，具体涉及潜水气液混合机构、增氧器、太阳能增氧装置及监测系统；包括外壳、设置在外壳低部的潜水电机、与潜水电机输出轴连接的混合加压腔、设置于潜水电机和混合加压腔之间的进水网，进水网与混合加压腔之间设有进气口，外壳上端设有气液出口，进水网开设有二次进气口；混合加压腔包括混合腔及加压腔，且依次与潜水电机连接；增氧器包括气液出口连接的气液分离罐，气液分离罐低部设有多个混合液出口，混合液出口配有调流阀连接混合液软管，气液分离罐顶部开设有排气阀，该排气阀通过二次气软管与二次进气口连接；其使用范围广，耗能低，溶氧效率高，气泡均匀，其噪音小，且可使用水面积大，使用水深度深。

Description

潜水气液混合机构、增氧器、太阳能增氧装置及监测系统

技术领域

本发明属于水中增氧技术领域，具体涉及潜水气液混合机构、增氧器、太阳能增氧装置及监测系统。

背景技术

水中增氧可改善水质生态环境，促进微生物繁殖，促进有益菌的生长，分解有机物，改善水体富营养化，从而实现水质清洁。水中增氧技术近年来被广泛应用，传统增氧技术为螺旋浆式增氧机和抛洒式增氧机，其存在着明显不足，其只作用于水体表面，功率大，耗能高，气泡大，气泡上浮快，溶氧效率低，可用水面积小，可用水浅。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种潜水气液混合机构、增氧器、太阳能增氧装置及监测系统，以解决现有技术中提到的现有增氧技术功率大，耗能高，气泡大且不均匀，上浮快，溶氧效率低，可用水面积小，可用水浅的问题。

为达上述目的，本发明提供的第一种技术方案是一种潜水气液混合机构，包括外壳、设置在所述外壳低部的潜水电机、与所述潜水电机输出轴连接的混合加压腔、设置于所述潜水电机和所述混合加压腔之间的进水网，所述进水网与所述混合加压腔之间设有进气口，所述外壳上端设有气液出口，所述进水网开设有二次进气口；所述混合加压腔包括混合腔及加压腔，且依次与潜水电机连接，混合腔内设有搅拌轮，所述加压腔内设有加压叶轮。

通过潜水电机的驱动下，进水网进水，进气口进气，进气和进水距离小，在搅拌轮的高速旋转下，气泡更加细小，可达到微纳米，在加压叶轮的的作用下，将气液进行加压输送，其能耗低，效率高。微纳米气泡受到周围水分子的的碰撞而发生无规则的运动，在水中形成布朗运动，气泡越小形成的布朗运动越明显，由于与水分子的相互作用，微纳米气泡上浮慢，溶氧效率高。

优选地，搅拌轮为漩涡叶轮，加压叶轮为开式叶轮。

在潜水电机的驱动下，搅拌轮高速旋转，可使气液充分混合，气泡细小可达微纳米。开式叶轮离心力大同样是在潜水电机的驱动下，使混合液气液混合率更高，压力增大，有利于下一步的气液分离。

优选地，外壳与气液出口之间还设有漩流器。

在漩流器的作用下，水流速度增大使进气和进水效率提高，混合液的再次旋转，增加其混合效率，且由于混合液中的大小气泡离心力的不同，快速将大气泡分离，使混合液气泡更细小且均匀。

本发明提供的第二种技术方案是包含潜水气液混合机构的增氧器，包括与气液出口连接的气液分离罐，气液分离罐低部设有多个混合液出口，混合液出口连接混合液软管，气液分离罐顶部开设有排气阀，用于分离大气泡，该排气阀将大气泡的气体聚合后，通过二次进气管与二次进气口连接；

与进气口连接的进气管依次设有过滤器、控制阀及止回阀。

通过气液分离罐分离的混合液通过混合液出口流向混合液软管，再通向所需混合液的区域，分离的大气泡通过排气阀和二次进气管通向二次进气口，将带有一定压力的气体再次利用，使增氧器效率更高。

优选地，混合液软管端头连接混合液喷出头。

混合液喷出头使混合液分散流出，则微气泡在水中停留时间加长。

优选地，水下设有滑轨，所述混合液喷出头与滑轨连接，在往复运动控制器的作用下，所述混合液喷出头沿滑轨运动。

混合液喷出头的往复运行，可对所需水域进行全面增氧。

本发明提供的第三种技术方案是包含增氧器的太阳能增氧装置，包括设置于气液分离罐外周的悬浮组件、设置于悬浮组件上的太阳能组件及供能组件，太阳能组件通过供能组件向潜水气液混合机构供能；

悬浮组件包括安装架及安装于安装架上部的浮桶，安装架可设置在气液分离罐中间或上侧，即增氧器可以是位于水下工作；

太阳能组件包括板支架及安装于板支架上部的太阳能板；板支架位于浮桶上部。

由于增氧器分离的大气泡二次利用了，因此可将增氧器整体位于水下工作，避免各软管暴晒，增加整体增氧器的使用寿命，也使水上部分简洁美观。

优选地，安装架通过捆绑或扣接与气液分离罐顶部连接。

本发明提供的第四种技术方案是包含太阳能增氧装置的监测系统，包括监测端、显示端，监测端包括电源模块、监测传感器、AD模块、控制模块、通信模块、存储模块、北斗定位模块、报警装置、摄像头、电池监测模块；所述电源模块分别与AD模块、控制模块、通信模块、存储模块、北斗定位模块、报警装置、摄像头、电池监测模块电连接，用于提供各个模块工作所需的电能，控制模块分别与AD模块、通信模块、存储模块、北斗定位模块、报警装置、摄像头、电池监测模块电连接，用于控制各个模块进行工作；监测传感器与AD模块电连接，用于将监测传感器采集的信息进行模数转换；显示端包括第二电源模块、第二控制模块、显示模块、第二北斗定位模块、第二通信模块、第二存储模块，所述第二电源模块分别与第二控制模块、显示模块、第二北斗定位模块、第二通信模块、第二存储模块，用于提供各个模块工作所需的电能，所述第二控制模块分别与显示模块、第二北斗定位模块、第二通信模块、第二存储模块电连接，用于控制各个模块进行工作。

监测传感器包括温度传感器、PH值传感器、溶氧量传感器、浊度传感器。

本发明的有益效果：

本机构的一方面通过进气口与进水口设置距离小，在漩涡叶轮的高速旋转下，气泡更加细小，其耗能低，气液混合效率高，且可对大气泡再次利用；另一方面通过混合液软管可将混合液通向所需区域，使用灵活简便，增氧器可位于水下工作，其使用寿命长，水上部分简洁美观。

下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。

附图说明

图1是潜水气液混合机构的结构示意图；

图2是潜水气液混合机构的搅拌轮结构示意图；

图3是潜水气液混合机构的加压叶轮结构示意图；

图4是包含潜水气液混合机构的增氧器的结构示意图；

图5是包含增氧器的太阳能增氧装置的结构示意图；

图6是监测系统的监测端的原理框图；

图7是监测系统的显示端的原理框图。

附图标记说明：1-外壳；2-潜水电机；3-混合加压腔；4-进水网；5-进气口；6-气液出口；7二次进气口；8-混合腔；9-加压腔；10-搅拌轮；11-加压叶轮；12-漩流器；3-气液分离罐；14-混合液出口；15-混合液软管；16-排气阀；17-二次进气管；18-进气管；19-过滤器；20-控制阀；21-止回阀；22-混合液喷出头；23-悬浮组件；24-太阳能组件；25-安装架；26-浮桶；27-板支架；28-太阳能板。

具体实施方式

以下结合实施方案对本发明做进一步描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品；所描述的具体实施方式仅用于解释本发明的原理，并不用于限定本发明。

针对现有技术中提到的现有增氧技术功率大，耗能高，气泡不均匀，溶氧效率低，可用水面积小，可用水浅的问题，本发明提供了第一种技术方案，如图1、图2、图3所示的一种潜水气液混合机构。包括外壳1、设置在所述外壳1低部的潜水电机2、与所述潜水电机2输出轴连接的混合加压腔3、设置于所述潜水电机2和所述混合加压腔3之间的进水网4，所述进水网4与所述混合加压腔3之间设有进气口5，所述外壳1上端设有气液出口6，所述进水网4开设有二次进气口7；所述混合加压腔3包括混合腔8及加压腔9，且依次与潜水电机2连接，混合腔8内设有搅拌轮10，所述加压腔9内设有加压叶轮11。

在潜水电机2的驱动下，搅拌轮10为漩涡叶轮，漩涡叶轮高速旋转，漩涡叶轮可使气液充分混合，气泡细小可达微纳米。加压叶轮11为开式叶轮，开式叶轮离心力大，同样是在潜水电机2的驱动下，使混合液气液混合率更高，压力增大，有利于下一步的气液分离。

潜水电机2可选择市面上普通的潜水电机2，混合每吨微气泡混合液仅需200瓦即可，搅拌轮10所需功率低，且可使气液混合率高，可选择ZSJB系列中型号为ZSJB100的搅拌轮10，加压叶轮11可选择ZSJY系列中型号为ZSJY100的加压叶轮11。

通过潜水电机2的驱动下，进水网4进水，进气口5进气，进气和进水距离小，在搅拌轮10的高速旋转下，气泡更加细小，可达到微纳米，在加压叶轮11的的作用下，将气液进行加压输送，其能耗低，效率高。

为了增加效率，在外壳1顶部与气液出口之间设置漩流器12，漩流器12选择水力漩流器，可选择型号为ZSXLQ系列中型号为ZSXLQ30的漩流器12，在漩流器12的作用下，一方面水流速度增大，使进气和进水效率高，且在混合液的再次旋转，增加其混合效率，另一方面混合液和相对大气泡离心力的不同，快速将大气泡分离，使混合液气泡更细小且均匀。

本发明提供了第二种技术方案，如图4所示的包含潜水气液混合机构的增氧器。包括与气液出口6连接的气液分离罐13，气液分离罐13低部设有多个混合液出口14，混合液出口14连接混合液软管15，气液分离罐13顶部开设有排气阀16，该排气阀16通过二次进气管17与二次进气口7连接；

与进气口5连接的进气管18依次设有过滤器19、控制阀20及止回阀21。

增氧器在水中可以是固定不动的，也可以是运动的，一方面气液分离罐13分离的混合液通过混合液出口14流向混合液软管15，再通向所需混合液的区域，根据需求可设置多个混合液出口14，即可以通向多个需混合液的区域，使其使用水域范围广，使用水的深度深，混合液出口14可连接调流阀；另一方面分离的大气泡通过排气阀16和二次进气管17通向二次进气口7，将带有一定压力的气体再次利用，使增氧器效率更高。

过滤器19可以是蘑菇头过滤，也可以是其他形式过滤，使进入进气管18的空气洁净，避免管道堵塞。控制阀20选择市面普通控制阀20，控制阀20前段设置有气体流量计，可根据需求控制空气流量。止回阀21选择市面普通止回阀21，使空气单向流入。

由于增氧器除过滤器19外，可以完全在水下工作，气液分离罐13为不锈钢材质，所选进气管18、二次进气管17及混合液软管15的材质均为耐腐蚀材质。

为了增加微气泡在水中的停留时间，在混合液软管10端头连接混合液喷出头22，混合液喷出头22可以是水底释放器，混合液喷出头22起到配重的作用，避免软管在压力的作用下来回摆动，混合液喷出头22也起到推力削减的作用，微气泡混合液可以从四周冒出，增加混合效率。

为了使混合液喷出头22可以适用范围大，对水水域中需增氧面积进行全面增氧，可在水下设置滑轨，滑轨与混合液喷出头22连接，在往复运动控制器的作用下，混合液喷出头22沿滑轨运动。滑轨可以是以潜水气液混合机构为中心呈星状分布，也可以是左右方向两道滑轨等形式，往复运动控制器技术已很成熟，可选择水下控制器或水上控制器，市面购买即可。

可将混合液软管15设置为可伸缩波纹管，混合液软管15在外力作用下可伸长，当外力撤销或减小时，混合液软管15恢复原长度或缩短，可避免管道过长，在水下打结的问题。在往复运动控制器的作用下，即混合液喷出头22在水下往复运动，对需增氧的水域面积进行全面增氧，使其增氧效率更高。

本发明提供了第三种技术方案，如图5所示的包含增氧器的太阳能增氧装置。包括设置于气液分离罐13外周的悬浮组件23、设置于悬浮组件23上的太阳能组件24及供能组件，太阳能组件24通过供能组件向潜水气液混合机构供能。悬浮组件23包括安装架25及安装于安装架25上部的浮桶26，安装架25可安装在气液分离罐13中间，也可安装在气液分离罐13上侧，即增氧器可以是位于水下工作；

太阳能组件24包括板支架27及安装于板支架27上部的太阳能板28；板支架27位于浮桶26上部。由于本增氧器耗能低，可由太阳能供电工作，供能组件可选市面普通太阳能供能组件，供能组件包括太阳能控制器和蓄电池，太阳能控制器可将电能储存在蓄电池中，再对潜水气液混合机构提供电能。也可以与市政供电灵活切换。当阴天太阳能不充足时，可人工或自动切换至市政供电。可将增氧器定时开启，对所需增氧水域进行增氧。

将增氧器整体位于水下工作，避免各软管暴晒，增加整体增氧器的使用寿命，也使水上部分简洁美观。

本装置可以在养殖业、无土栽培及河道等中使用，使用范围广，耗能低，溶氧效率高，气泡均匀，噪音小，且可使用水面积大，使用水深度深。

本发明提供了第四种技术方案，如图6、图7所示的包含太阳能增氧装置的监测系统。目的是为了对太阳能增氧装置进行监测，包括监测端、显示端，所述监测端包括电源模块、监测传感器、AD模块、控制模块、通信模块、存储模块、北斗定位模块、报警装置、摄像头、电池监测模块；所述电源模块分别与AD模块、控制模块、通信模块、存储模块、北斗定位模块、报警装置、摄像头、电池监测模块电连接，用于提供各个模块工作所需的电能，所述控制模块分别与AD模块、通信模块、存储模块、北斗定位模块、报警装置、摄像头、电池监测模块电连接，用于控制各个模块进行工作；所述监测传感器与AD模块电连接，用于将监测传感器采集的信息进行模数转换；所述显示端包括第二电源模块、第二控制模块、显示模块、第二北斗定位模块、第二通信模块、第二存储模块，所述第二电源模块分别与第二控制模块、显示模块、第二北斗定位模块、第二通信模块、第二存储模块，用于提供各个模块工作所需的电能，所述第二控制模块分别与显示模块、第二北斗定位模块、第二通信模块、第二存储模块电连接，用于控制各个模块进行工作。监测端设置于增氧装置上，显示端由监测人员手持，监测端与显示端通过无线通信的方式进行通信，监测端将增氧装置的周围的环境数据包括摄像头拍摄的视频传输到显示端，监测人员就可以在远端查看增氧装置的工作状况，当需要进行人工调整的时候，检测人员可以通过显示端查看增氧装置的位置，并根据自己的位置尽快到达增氧装置，而且监测端设置有报警装置，可以发出语音信息提醒监测人员，便于监测人员快速确定增氧装置的位置。

监测传感器包括温度传感器、PH值传感器、溶氧量传感器、浊度传感器。上述的传感器可以使用现有市场中常用的水温监测传感器、PH值传感器、溶氧量传感器、浊度传感器。

电源模块、第二电源模块的核心芯片的型号为DP3115，该型号的电源芯片是一款同步整流带线损补偿5V2.4A高效率DC/DC降压IC，其输入为12V～36V的直流电，能够该增氧装置监测系统的监测端、显示端的电源要求。

AD模块的型号为PCF8591；该型号的AD模块是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0，A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I2C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。

控制模块、第二控制模块的型号为AT89C51；该型号的控制器带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。其具有多达40个引脚，便于后续扩展功能，例如扩展对增氧装置各种阀门、电机等的控制功能，便于后续将增氧装置升级为智能性更高的远端与自动控制的增氧装置。

通信模块、第二通信模块为无线数据终端其型号为InDTU332；该型号的通信模块以4G/3G/2.5G网络为承载网，为用户提供TCP/IP之上的无线数据传输通道，实现了监测端与显示端之间的无线数据通信，具有安全性高、稳定性高、可靠性高、环境适应能力强的特点。

北斗定位模块、第二北斗定位模块的型号为MCR01MRTJ183。

存储模块、第二存储模块的型号为 DS3231，该型号的存储模块具有体积小、时钟精度高、功耗低第的特点，能够满足增氧装置监测系统的监测端、显示端的数据存储要求。

电池监测模块的为YX-S蓄电池监测模块；YX-S蓄电池监测模块单体是基于蓄电池单体且以小直流放电方法测量蓄电池内阻的模块，还可同时测量单体蓄电池的单体电压、单体内阻及单体极柱温度，同时可实现蓄电池的均衡充电功能。蓄电池监测模块专门为阀控式密封铅酸蓄电池、锂电、凝胶或固体电池进行在线监测而开发研制。蓄电池智能传感器自带2个RJ11通信接口，可级联通信，经过通信转换器以485接口方式接入用户现有系统。

显示模块的型号为H32B16，该型号的显示模块为3.2寸的LCD彩色显示屏，便于手持，而且功耗低，具有更久的待机时间。

摄像头为防水摄像头，其型号为YPC110；所述报警装置为防水型蜂鸣器，其型号为FS13MS0810。

综上所述，该增氧装置监测系统，分为监测端与显示端，检测端设置于增氧装置上，显示端由监测人员手持，监测端固定对增氧装置进行监测，并将监测到的数据发送到显示端，工作人员手持显示端可以随时查看增氧装置的运行状态；一个显示端可以显示多个监测端发送的多个增氧装置的运行状态；该增氧装置监测系统不仅结构简单，而且便于一个监测人员通过一个显示端查看多个增氧装置的工作状态，有利于提高增氧装置监测的效率，可以节省大量的人力，便于实现多个增氧装置的统一管理。

工作过程：首先，进行安装，根据需使用增氧水区域面积和水深度，选择合适数量的混合液出口14，选择长短适宜的混合液软管15，将混合液喷出头22布置安放于适宜位置，悬浮组件23安装于气液分离罐13上方，再组装各部件。再启动供能组件，在太阳能作用下或市政电力作用下，潜水气液混合机构工作，增氧器增氧。再次，当增氧区域需进行调整时，只需拖动混合液喷出头22即可。

综上，为了解决现有技术中提到的现有增氧技术功率大，耗能高，气泡不均匀，溶氧效率低，可用水面积小，可用水浅的问题，本发明提供了潜水气液混合机构、增氧器、太阳能增氧装置及监测系统，一方面进气口与进水口设置距离小，在搅拌轮10和加压叶轮11的高速旋转下，气泡更加细小，其耗能低，气液混合效率高，且可对大气泡再次利用；另一方面通过混合液软管15可将混合液通向所需区域，使用灵活简便，增氧器可位于水下工作，其使用寿命长，水上部分简洁美观。其耗能低，可由太阳能驱动，使用范围广，耗能低，溶氧效率高，气泡均匀，且可使用水面积大，使用水深度深。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.潜水气液混合机构，其特征在于：包括外壳（1）、设置在所述外壳（1）低部的潜水电机（2）、与所述潜水电机（2）输出轴连接的混合加压腔（3）、设置于所述潜水电机（2）和所述混合加压腔（3）之间的进水网（4），所述进水网（4）与所述混合加压腔（3）之间设有进气口（5），所述外壳（1）上端设有气液出口（6），所述进水网（4）开设有二次进气口（7）；所述混合加压腔（3）包括混合腔（8）及加压腔（9），且依次与潜水电机（2）连接，混合腔（8）内设有搅拌轮（10），所述加压腔（9）内设有加压叶轮（11）。

2.根据权利要求1所述的潜水气液混合机构，其特征在于：所述搅拌轮（10）为漩涡叶轮，所述加压叶轮（11）为开式叶轮。

3.根据权利要求1所述的潜水气液混合机构，其特征在于：所述外壳（1）与所述气液出口（6）之间还设有漩流器（12）。

4.一种含有权利要求2所述的潜水气液混合机构的增氧器，其特征在于：包括与所述气液出口（6）连接的气液分离罐（13），所述气液分离罐（13）低部设有多个混合液出口（14），所述混合液出口（14）连接混合液软管（15），所述气液分离罐（13）顶部开设有排气阀（16），该排气阀（16）通过二次进气管（17）与所述二次进气口（7）连接；

与所述进气口（5）连接的进气管（18）依次设有过滤器（19）、控制阀（20）及止回阀（21）。

5.根据权利要求4所述的增氧器，其特征在于：所述混合液软管（15）端头连接混合液喷出头（22）。

6.根据权利要求5所述的增氧器，其特征在于：水下设有滑轨，所述混合液喷出头（22）与滑轨连接，在往复运动控制器的作用下，所述混合液喷出头（22）沿滑轨运动。

7.一种含有权利要求4所述的增氧器的太阳能增氧装置，其特征在于：包括设置于气液分离罐（13）外周的悬浮组件（23）、设置于悬浮组件（23）上的太阳能组件（24）及供能组件，所述太阳能组件（24）通过所述供能组件向所述潜水气液混合机构供能；

所述悬浮组件（23）包括安装架（25）及安装于安装架（25）上部的浮桶（26），所述安装架（25）设置于增氧器上侧，即所述增氧器位于水下工作；

所述太阳能组件（24）包括板支架（27）及安装于板支架（27）上部的太阳能板（28）；所述板支架（27）位于所述浮桶（26）上部。

8.根据权利要求7所述的太阳能增氧装置，其特征在于：所述安装架（25）通过捆绑或扣接与气液分离罐（13）顶部连接。

9.一种含有权利要求7所述的太阳能增氧装置的太阳能增氧装置监测系统，其特征在于，包括监测端、显示端，所述监测端包括电源模块、监测传感器、AD模块、控制模块、通信模块、存储模块、北斗定位模块、报警装置、摄像头、电池监测模块；所述电源模块分别与AD模块、控制模块、通信模块、存储模块、北斗定位模块、报警装置、摄像头、电池监测模块电连接，用于提供各个模块工作所需的电能，所述控制模块分别与AD模块、通信模块、存储模块、北斗定位模块、报警装置、摄像头、电池监测模块电连接，用于控制各个模块进行工作；所述监测传感器与AD模块电连接，用于将监测传感器采集的信息进行模数转换；所述显示端包括第二电源模块、第二控制模块、显示模块、第二北斗定位模块、第二通信模块、第二存储模块，所述第二电源模块分别与第二控制模块、显示模块、第二北斗定位模块、第二通信模块、第二存储模块，用于提供各个模块工作所需的电能，所述第二控制模块分别与显示模块、第二北斗定位模块、第二通信模块、第二存储模块电连接，用于控制各个模块进行工作。

10.根据权利要求9所述的太阳能增氧装置监测系统，其特征在于：所述监测传感器包括温度传感器、PH值传感器、溶氧量传感器、浊度传感器。

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