CN113384101B - 一种应用于既有老旧住区的户外座椅装置 - Google Patents

一种应用于既有老旧住区的户外座椅装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种应用于既有老旧住区的户外座椅装置，属于自动控制和太阳能光伏发电技术领域。该户外座椅装置包括主体、太阳能发电组件、电动遮阳百叶组件、温度控制组件、照明组件和电机控制组件。本发明通过调整光伏发电板的移动位置和遮阳百叶的旋转角度，解决了既有老旧小区户外座椅冬冷夏热的问题；同时考虑户外座椅舒适性问题，本发明提供冬天座椅加热和夜间户外照明等功能，解决了老旧小区居民特别是老年人群对户外休息设施和日常社交需求，有助于改善老年人身心健康状况。

Description

一种应用于既有老旧住区的户外座椅装置
技术领域
本发明属于自动控制和太阳能光伏发电技术领域，涉及一种应用于既有老旧住区的夏季遮阳、冬季阳光浴的户外座椅装置。
背景技术
由于城市既有老旧住区居住环境品质问题日益突出，近年来各地区结合国家政策和自身实际，不断推进老旧小区的环境整治。为解决老旧小区居民特别是老年人群对户外休息设施需求，延长老年人户外活动时间，改善老年人身心健康，社区户外休息设施的升级换代已成为老旧小区环境改造重要内容。
虽然国家已经开始对既有老旧小区进行整体改造提升，但是对户外休息设施的提升仅止步于座椅设施换新或者数量增加，并没有从本质上考虑老年人的需求，例如，冬天户外温度低，老年人认为座椅冰凉；夏天座椅完全被暴晒在阳光下，老年人没有获得较舒适地乘凉休息座椅等。
如中国专利公开了“一种户外遮阳座椅”(专利号：CN201611195013.4)，该专利包括座椅、靠背、扶手、遮阳伞、控制部分和驱动部分，解决了户外遮阳人工开启的费力和延迟问题。中国专利公开了“一种智能遮阳座椅”(专利号：CN201721837044.5)包括遮阳顶篷架、第一滚筒、第二滚筒、连杆和控制装置，解决户外座椅不能根据太阳光的照射倾斜程度方便地调整遮阳顶篷的问题。中国专利公开了“一种遮阳座椅”(专利号：CN202022662723.1)包括座椅组件以及遮阳组件，解决冬季座椅冰凉没办法直接做下去且天气炎热时，座椅旁总是蚊虫飞舞的问题。
上述专利只单一解决遮阳伞开启费力、遮阳角度或座椅加热等问题，没有从适老化这一出发点解决问题，容易使老年人只在遮阳的时候才使用座椅，或者冬天不能使用座椅，这导致户外座椅装置的使用率降低。所以本发明专利综合老年人使用需求，根据冬、夏两季环境情况全方位考虑温度、挡风和遮阳问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开一种应用于既有老旧住区的夏季遮阳、冬季阳光浴的户外座椅装置，旨在解决老旧小区户外休息座椅夏天防晒、冬天挡风保暖等问题，该装置具有遮阳、挡风、照明、围护等功能，并且满足冬、夏不同季节环境的休息需求。
本发明的技术方案：
一种应用于既有老旧住区的户外座椅装置，包括主体1、太阳能发电组件、电动遮阳百叶组件、温度控制组件、照明组件和电机控制组件。
所述主体1是户外座椅装置的围护体系，设于座椅外围，起保护固定作用，包括左、右两侧护板和后侧外围护板，后侧外围护板上安装后遮挡板4。
所述太阳能发电组件设置在户外座椅装置顶部，为座椅装置提供电力能源。太阳能发电组件包括滑动轨道2、电动滑轨17、光伏发电板5、蓄电池21、光伏发电板控制器22和光伏逆变器6。其中，两滑动轨道2通过光伏发电板固定架15分别倾斜固定在主体1左、右两侧护板顶端；两电动滑轨17通过固定座18分别安装在两滑动轨道2上，光伏发电板5下表面两侧分别与两电动滑轨17上的滑块29连接，可沿电动滑轨移动。两电动滑轨17上的滑块29通过轴杆25连接，保证两滑块29同步移动。
所述电动滑轨17上装配有换向器组件31，换向器组件31的输出端与电动滑轨17的滑块29连接，换向器组件31的输入端连接联动杆30，联动杆30与电机19连接，中间设控制开关33。
所述蓄电池21和光伏逆变器6安装在座椅靠背后，光伏发电板5将太阳能转化成电能传输至蓄电池21储存，蓄电池21与光伏逆变器6连接，光伏逆变器6输出交流电连接照明组件和电加热管20。光伏发电板控制器22安装在主体的侧护板上，通过蓄电池21供电。
所述电动遮阳百叶组件包括遮阳百叶7、遮阳百叶支撑架8、电动转轴14和遮阳百叶控制器23。其中，遮阳百叶支撑架8通过电动转轴14连接主体1左右两侧护板之间、位于两滑动轨道2底部，遮阳百叶支撑架8上安装有遮阳百叶7。遮阳百叶控制器23安装在主体的侧护板上，通过蓄电池21供电。
所述温度控制组件安装在座椅下方，包括温度传感器3、温度控制器11、温度控制开关10和电加热管20。其中，温度传感器3设于座椅上，电加热管20设于座椅下表面；温度控制器11固定在主体的侧板上，其与蓄电池21、电加热管20之间通过导线依次连接。温度传感器3实时监测户外座椅的温度，并将户外座椅温度数据传递至温度控制器11，温度控制器11根据户外座椅的温度控制蓄电池21是否为电加热管20供电，以避免户外座椅温度过高，从而保证户外座椅始终处于较为舒适的温度。
所述照明组件包括LED灯24、辅助灯带9和照明开关32。其中，LED灯24设置于后遮挡板4上，辅助灯带9设置在左、右两侧护板内表面；LED灯24和辅助灯带9均与蓄电池21连接，设置照明开关32；当LED灯24光源照度低于0.2lx时，辅助灯带9自动开启。
所述电机控制组件包括电机19、PSD传感器12和步进电机16。其中，PSD传感器12与遮阳百叶控制器23和光伏发电板控制器22的输入端连接；遮阳百叶控制器23的输出端与步进电机16连接；光伏发电板控制器22的输出端与电机19连接，电机19驱动滑块29带动光伏发电板5滑到预设位置。所述步进电机16固定在主体1的一侧护板上，步进电机的齿轮27与电动转轴的齿轮26啮合，驱动电动转轴的齿轮26转动。
将当地夏季太阳高度角范围指令输入遮阳百叶控制器23中，利用PSD传感器12接收信号，并将监测数据传输至遮阳百叶控制器23中，遮阳百叶控制器23驱动步进电机的齿轮27转动，步进电机的齿轮27带动电动转轴的齿轮26转动，保证电动遮阳百叶组件旋转至合适角度，使户外座椅装置内产生舒适的阴影环境。将当地冬季时间段太阳高度角范围指令输入光伏发电板控制器22中，PSD传感器12接受信号，传输至光伏发电板控制器22中，光伏发电板控制器22输出至电机19，电机19驱动电动滑轨上滑块29带动光伏发电板5滑到预设位置，使户外座椅装置内的使用者在冬季晒到阳光；再启动温度控制组件对户外座椅进行加热，共同改善冬季户外座椅装置舒适度。
进一步的，光伏发电板5的尺寸为1500mm*600mm，倾斜角度38°43′(查询中国太阳能板倾斜角度一般取值当地纬度)，为户外座椅装置提供电力能源。
进一步的，所述太阳能发电组件通过可折叠支撑架28实现构件支撑，可折叠支撑架28固定在后遮挡板4外侧，可折叠支撑架28通过伸缩杆13与光伏发电板固定架15连接。
进一步的，太阳能光伏发电板滑动位置控制方法为：
在冬季，电动遮阳百叶组件旋转收回至后遮挡板4内侧，太阳能光伏发电板根据冬至日太阳高度角滑动到预设位置。
根据太阳高度角规律，冬至日太阳高度角达到最小值，保证此时太阳晒到使用者坐高最高处，就可以达到冬天老年人在座椅上休息时晒到太阳的效果。光伏发电板滑动位置范围计算如下：
第一步：根据当地地理纬度计算当地地区冬至日正午太阳高度角hs；
其中，为当地的地理纬度，δ为当时太阳赤纬；
其中，n为日期序号，即1月2号，则n＝2；
第二步：已知冬至日太阳光线与地面的夹角，即太阳高度角hs；人体坐高为480-630mm之间。
1)当人体坐高h＝630mm时，设经过人体坐高的太阳光线为l，且l的入射角度为hs，l的延长线与光伏发电板固定架一侧边线相交，交点即光伏发电板位置；
2)当人体坐高h＝480mm时，设经过人体坐高的太阳光线为l，且l的入射角度为hs，l的延长线与光伏发电板固定架一侧边线相交，交点即光伏发电板位置；
根据上述计算得出，光伏发电板底端与光伏发电板固定架底端之间的距离范围，可以保证老年人冬季在户外座椅装置中可以享受日光浴。
进一步的，电动遮阳百叶组件旋转角度控制方法为：
在夏季，太阳能光伏发电板向上滑动至光伏发电板固定架15顶端，电动遮阳百叶组件从后遮挡板4内侧旋转出来，与太阳高度角呈垂直状态，可以保证夏季户外座椅遮阳效果。当地地区夏季为6-9月，根据当地夏至日、秋分日正午太阳高度角范围确定遮阳百叶组件的角度。
根据当地地理纬度计算冬至日、秋分日正午太阳高度角hs；
其中，为当地的地理纬度，δ为当时太阳赤纬；
其中，n为日期序号，即1月2号，则n＝2；
计算得出太阳高度角hs，即电动遮阳百叶组件的旋转角度(与竖直方向上的夹角)，此时，户外座椅装置内的阴影范围较舒适，起到夏季遮阳效果。
本发明的有益效果：
(1)本发明所述的户外座椅装置，夏季光伏发电板滑动至光伏发电板固定架顶部，电动遮阳百叶组件旋转至前端，实现夏季户外座椅的遮阳，同时解决在夏季户外休息被太阳暴晒问题；
(2)本发明中的照明组件，能够改善老旧小区夜晚光照不足的情况。在夏季，照明组件可以为老人提供更优的夜间环境，同时增加小区夜间的安全性。
(3)本发明利用太阳能光伏发电板的滑动设置，使老人在冬季使用座椅时全身可以晒到太阳，不至于使老人在户外休息时感受到阴冷。
(4)本发明利用太阳能发电组件与温度控制组件，解决冬天户外座椅凉的问题。太阳能光伏发电板可根据太阳辐射量进行上下滑动，充分吸收太阳能转换电能，然后通过蓄电池与温度控制组件连接对装置内座椅进行恒温加热，解决冬天住区内户外休息座椅太凉的问题；
(5)本发明设置的电机控制组件、温度控制组件、照明组件均由太阳能发电组件供电，利用白天太阳能辐射转化为电能为座椅装置温度控制组件和照明组件发电，实现了能源的可持续利用。
(6)本发明可旋转百叶板采用聚碳酸酯中空板，俗称阳光板，其具有抗冲击力强、质量轻、透光、隔音、难燃、抗老化等特点，可透光的同时也阻隔了太阳辐射；且聚碳酸酯中空板有多种色彩可选，提升了住区场所的美观性。
附图说明
图1为本发明提出的户外座椅装置夏季使用方式结构示意图。
图2为本发明提出的户外座椅装置冬季使用方式结构示意图。
图3本发明提出的户外座椅装置右侧内部结构示意图。
图4本发明提出的户外座椅装置左侧内部结构示意图。
图5本发明提出户外座椅装置夏季状态下后视图。
图6本发明提出户外座椅装置的电动滑轨控制示意图。
图中：1-主体；2-滑动轨道；3-温度传感器；4-后遮挡板；5-光伏发电板；6-光伏逆变器；7-遮阳百叶；8-遮阳百叶支撑架；9-辅助灯带；10-温度控制开关；11-温度控制器；12-PSD传感器；13-伸缩杆；14-电动转轴；15-光伏发电板固定架；16-步进电机；17-电动滑轨；18-固定座；19-电机；20-电加热管；21-蓄电池；22-光伏发电板控制器；23-遮阳百叶控制器；24-LED灯；25-轴杆；26-电动转轴的齿轮；27-步进电机的齿轮；28-可折叠支撑架；29-滑块；30-联动杆；31-换向器组件；32-照明开关；33-控制开关。
具体实施方式
以下结合实施例和附图进一步解释本发明的具体实施方式，但不用于限定本发明。
如图1至图2所示，一种应用于既有老旧住区的户外座椅装置，包括主体1、太阳能发电组件、电动遮阳百叶组件、温度控制组件、照明组件和电机控制组件。
所述主体1由左右两侧护板及后侧外围护板组成，后侧外围护板上固定安装后遮挡板4。
所述太阳能发电组件包括滑动轨道2、电动滑轨17、光伏发电板5、蓄电池21、光伏发电板控制器22和光伏逆变器6。其中，光伏发电板5设于两滑动轨道2内侧，两滑动轨道2通过光伏发电板固定架15分别倾斜固定在主体1的两侧护板顶端；两电动滑轨17通过固定座18分别安装在两滑动轨道2上，光伏发电板5下表面两侧分别与两电动滑轨17上的滑块29连接，可沿电动滑轨移动。两电动滑轨17上的滑块29通过轴杆25连接，保证两滑块29同步移动。
如图5所示，太阳能发电组件通过可折叠支撑架28实现构件支撑，可折叠支撑架28通过螺母固定在后遮挡板4外侧，并通过伸缩杆13调节角度。
所述电动滑轨17上装配有换向器组件31，并使换向器组件31的输出端与电动滑轨17的滑块29连接，换向器组件31的输入端连接联动杆30，联动杆30与电机19连接，中间设开关控制33。
如图3所示，太阳能发电组件利用导线通过后遮挡板4上的贯穿孔与光伏逆变器6连接，光伏逆变器6连接蓄电池21。光伏逆变器6输出交流电连接照明组件电源和电加热管20。
所述的电动遮阳百叶组件包括遮阳百叶7、遮阳百叶支撑架8、电动转轴14和遮阳百叶控制器23。其中，遮阳百叶支撑架8通过电动转轴14连接主体1左右两侧护板之间、位于两滑动轨道2底部，遮阳百叶支撑架8上安装有遮阳百叶7。
所述温度控制组件包括温度传感器3、温度控制器11、温度控制开关10和电加热管20。其中，温度传感器3设于座椅上，电加热管20设于座椅下表面；蓄电池21与电加热管20之间设置温度控制器11，蓄电池21、温度控制器11与电加热管20之间通过导线连接，使温度控制器11固定在装置内部的表面。利用温度传感器3实时监测户外座椅的温度，并将户外座椅温度数据传递至温度控制器11，控制器根据户外座椅的温度控制蓄电池21是否为电加热管20供电，以避免户外座椅温度过高，从而保证户外座椅始终处于较为舒适的温度。
如图4所示，照明组件包括LED灯24、辅助灯带9和照明开关32。其中，LED灯24设置于后遮挡板4内侧，用螺母固定在后遮挡板4上，辅助灯9带用螺母固定在两侧护板内表面，共同与蓄电池21连接，设置照明开关32。当LED灯24光源照度低于0.2lx时，辅助灯带9自动开启。
所述电机控制组件包括电机19、PSD传感器12和步进电机16。其中，PSD传感器12与遮阳百叶控制器23和光伏发电板控制器22的输入端连接；遮阳百叶控制器23的输出端与步进电机16连接；光伏发电板控制器22的输出端与电机19连接，电机19驱动滑块29带动光伏发电板5滑到预设位置。所述步进电机16固定在主体1的一侧护板上，步进电机的齿轮27与电动转轴的齿轮26啮合，驱动电动转轴的齿轮26转动。
光伏发电板5倾斜角度设为38°43′(查询中国太阳能板倾斜角度一般取值当地纬度)，方向正南方向，以使光伏发电板的单位为容量的发电量最大。1)光伏发电板5滑动到固定架15上端，电动遮阳百叶组件(遮阳百叶支撑架8和遮阳百叶7)旋出，说明此时是夏季，户外座椅装置需启动遮阳作用。电动旋转百叶组件的控制过程如下：
PSD传感器12接受信号，传输至遮阳百叶控制器23中，遮阳百叶控制器23输出至步进电机16，步进电机的齿轮27驱动电动转轴的齿轮26转动，从而带动转轴14转动，电动遮阳百叶组件转动至适当位置，使户外座椅装置内产生舒适的阴影环境。其中，电动遮阳百叶组件旋转角度控制方法为：
大连地区夏季为6-9月，根据大连夏至日、秋分日正午太阳高度角范围确定遮阳百叶组件的角度。
根据大连地理纬度计算冬至日、秋分日正午太阳高度角hs范围为51°17′～74°43′，进而得出电动遮阳百叶组件旋转角度在51°17′～74°43′(与竖直方向上的夹角)时，户外座椅装置内的阴影范围较舒适，起到夏季遮阳效果。
2)电动遮阳百叶组件旋转至后遮挡板4内侧，光伏发电板5移动到合适位置，说明此时是冬季，户外座椅装置需启动冬季日光浴的作用。光伏发电板的滑动位置控制过程如下：
将大连冬季时间段太阳高度角范围指令输入光伏发电板控制器22中，PSD传感器12接受信号，传输至光伏发电板控制器22中，光伏发电板控制器22输出至电机19，电机19驱动电动滑轨上滑块29带动光伏发电板5滑到预设位置，使户外座椅装置内的使用者在冬季晒到阳光；再启动温度控制组件11对户外座椅进行加热，共同改善冬季户外座椅装置舒适度。其中，光伏发电板5的滑动位置范围计算如下：
第一步：根据大连地理纬度计算大连地区冬至日正午太阳高度角hs为27°51′；
第二步：已知太阳高度角hs，人体坐高为480-630mm之间。
1)当人体坐高h＝630mm时，设经过人体坐高的太阳光线为l，l的入射角度为hs，l的延长线与光伏发电板固定架一侧边线相交，测得交点与光伏发电板固定架底端距离487mm；
2)当人体坐高h＝480mm时，设经过人体坐高的太阳光线为l，l的入射角度为hs，l的延长线与光伏发电板固定架一侧边线相交，测得交点与光伏发电板固定架底端距离341mm；
可知，光伏发电板底端距离光伏发电板固定架底端341-487mm之间，可以保证老年人冬季在户外座椅装置中可以享受日光浴。
户外座椅装置夏季遮阳验证：
使用Ecotect软件根据太阳辐射计算公式模拟夏季户外座椅装置太阳辐射情况。
第一步：确定运算规律；太阳辐射照度I0＝1367w/m2，忽略地球曲率，获得大气质量h太阳高度角。
第二步：数据输入程序中，执行计算。
以装置地面为起点，垂直方向每500mm为一截面，共模拟计算0mm、500mm、1000mm三个截面的太阳辐射情况，综合显示旋转百叶旋转到特定角度51°17′～74°43′时，装置的三个截面内太阳辐射量较弱，起到夏季户外座椅装置遮阳效果。
户外座椅装置冬季日光浴验证：
使用Ecotect软件根据太阳辐射计算公式模拟冬季户外座椅装置太阳辐射情况。
第一步：确定运算规律；太阳辐射照度I0＝1367w/m2，忽略地球曲率，获得大气质量h太阳高度角。
第二步：数据输入程序中，执行计算。
所述户外座椅装置保证冬季享受日光浴的效果，以装置内座椅高度为起点，垂直方向每500mm为一截面，共模拟计算1000mm、500mm、0mm三个截面的太阳辐射情况，综合显示旋转百叶旋进，光伏发电板底端滑动到距离光伏发电板固定架底端341-487mm时，户外座椅装置内太阳辐射较强，可以达到冬季户外座椅装置日光浴效果。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的未背离本发明的技术方案而所做的改变和置换，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种应用于既有老旧住区的户外座椅装置，其特征在于，该户外座椅装置包括主体(1)、太阳能发电组件、电动遮阳百叶组件、温度控制组件、照明组件和电机控制组件；
所述主体(1)设于座椅外围，包括左、右两侧护板和后侧外围护板，后侧外围护板上安装后遮挡板(4)；
所述太阳能发电组件设置在户外座椅装置顶部，为座椅装置提供电力能源；太阳能发电组件包括滑动轨道(2)、电动滑轨(17)、光伏发电板(5)、蓄电池(21)、光伏发电板控制器(22)和光伏逆变器(6)；其中，两滑动轨道(2)通过光伏发电板固定架(15)分别倾斜固定在主体(1)的两侧护板顶端；两电动滑轨(17)分别安装在两滑动轨道(2)上，光伏发电板(5)下表面两侧分别与两电动滑轨(17)上的滑块(29)连接，沿电动滑轨移动；两滑块(29)通过轴杆(25)连接，保证同步移动；
所述电动滑轨(17)上装配有换向器组件(31)，换向器组件(31)的输出端与电动滑轨(17)的滑块(29)连接，换向器组件(31)的输入端连接联动杆(30)，联动杆(30)与电机(19)连接；
所述蓄电池(21)和光伏逆变器(6)安装在座椅靠背后，光伏发电板(5)将太阳能转化成电能传输至蓄电池(21)储存，蓄电池(21)与光伏逆变器(6)连接，光伏逆变器(6)输出交流电连接照明组件和电加热管(20)；
所述电动遮阳百叶组件包括遮阳百叶(7)、遮阳百叶支撑架(8)、电动转轴(14)和遮阳百叶控制器(23)；其中，遮阳百叶支撑架(8)通过电动转轴(14)连接主体(1)的两侧护板之间、位于两滑动轨道(2)底部，遮阳百叶支撑架(8)上安装有遮阳百叶(7)；
所述温度控制组件安装在座椅下方，包括温度传感器(3)、温度控制器(11)和电加热管(20)；其中，温度传感器(3)设于座椅上，电加热管(20)设于座椅下表面；温度控制器(11)固定在主体侧板上，温度控制器(11)与蓄电池(21)、电加热管(20)依次连接；温度传感器(3)实时监测户外座椅的温度，并传递至温度控制器(11)，温度控制器(11)根据户外座椅的温度控制蓄电池(21)为电加热管(20)供电；
所述照明组件包括LED灯(24)和辅助灯带(9)；其中，LED灯(24)设置于后遮挡板(4)上，辅助灯带(9)设置在两侧护板内表面；LED灯(24)和辅助灯带(9)均与蓄电池(21)连接；
所述电机控制组件包括电机(19)、PSD传感器(12)和步进电机(16)；其中，PSD传感器(12)与遮阳百叶控制器(23)和光伏发电板控制器(22)的输入端连接；遮阳百叶控制器(23)的输出端与步进电机(16)连接，步进电机(16)驱动电动转轴，从而带动电动遮阳百叶组件旋转；光伏发电板控制器(22)的输出端与电机(19)连接，电机(19)驱动滑块带动光伏发电板滑动；
光伏发电板的滑动位置范围计算如下：
第一步：根据当地地理纬度计算当地地区冬至日正午太阳高度角hs：
其中，为当地的地理纬度，δ为当时太阳赤纬；
其中，n为日期序号；
第二步：已知冬至日太阳光线与地面的夹角，即太阳高度角hs；人体坐高为480-630mm之间：
1)当人体坐高h＝630mm时，设经过人体坐高的太阳光线为l，且l的入射角度为hs，l的延长线与光伏发电板固定架一侧边线相交，交点即光伏发电板位置；
2)当人体坐高h＝480mm时，设经过人体坐高的太阳光线为l，且l的入射角度为hs，l的延长线与光伏发电板固定架一侧边线相交，交点即光伏发电板位置；
计算得出光伏发电板底端与光伏发电板固定架底端之间的距离范围，保证冬季享受日光浴；
电动遮阳百叶组件的旋转角度控制方法为：
根据当地地理纬度计算冬至日、秋分日正午太阳高度角hs；
其中，为当地的地理纬度，δ为当时太阳赤纬；
其中，n为日期序号；
计算得出太阳高度角hs，即电动遮阳百叶组件的旋转角度，此时，户外座椅装置起到夏季遮阳效果。
2.根据权利要求1所述的户外座椅装置，其特征在于，光伏发电板(5)的倾斜角度为38°43′。
3.根据权利要求1或2所述的户外座椅装置，其特征在于，所述太阳能发电组件通过可折叠支撑架(28)实现构件支撑，可折叠支撑架(28)固定在后遮挡板(4)外侧，并通过伸缩杆(13)与光伏发电板固定架(15)连接。
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