CN113557039A - 气载微生物中和系统以及中和气载微生物的方法 - Google Patents

气载微生物中和系统以及中和气载微生物的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于中和气载微生物的系统包括用于调和空气流的调节区段，该调节区段包括：空气入口；空气出口；填料室，其相对于空气入口位于下游；分配室，其相对于填料室位于下游并且位于填料室上方，分配室包括至少一个喷雾喷嘴以用于将液体干燥剂朝向填料室喷射到分配室中；贮槽，其位于填料室下方；泵，其用于将液体干燥剂从贮槽推进到该至少一个喷雾喷嘴；液滴收集室，其相对于至少一个喷雾喷嘴位于下游，用于从流过液滴收集室的空气流去除液滴；以及紫外线消毒室，其相对于液滴收集室位于下游并且相对于空气出口位于上游。

Description

气载微生物中和系统以及中和气载微生物的方法
技术领域
本发明涉及一种用于中和室内环境中(尤其是在食品和饮料加工过程以及卫生保健装置内)的气载微生物的系统和方法。
背景技术
在食品和饮料生产过程以及卫生保健设施内，控制和根除室内环境内的病原微生物越来越受到关注。通过使用适当的HVAC(采暖、通风和空调)，室内环境中的微生物的数量可减少。这将有助于保护食品和饮料加工过程免受可存活的气载污染物的影响以及改善卫生保健装置中的医疗成效。
已知使用UVGI(紫外线杀菌照射)来用于灭活或杀死微生物的目的，参见https://en.wikipedia.org/wiki/Ultraviolet_germicidal_irradiation。使用UVGI对移动的空气不是那么有效，因为与静止的空气相比，暴露时间减少。使用UVGI照射将典型地产生空气中的微生物的1-4.5的对数减少值。
存在多种用于清洁室内空气的背景技术装置。例如，美国专利No. 6,843,835 B2涉及一种使用洗涤液体的室内空气清洁设备，其通过接触洗涤液体来去除溶解或分散在环境空气中的杂质。洗涤液体包括非蒸发性液体，其可将至少一些挥发性有机化合物和气体污染物从包含这样的污染物的环境空气去除。通过额外使用抗菌剂可破坏微生物。洗涤液体可被紫外线照射，以催化洗涤液体中包含的光漂白剂的过氧化物对有机和生物污染物的破坏。
WO 2004/106812 A1涉及一种用于空调房间的热回收通风设备。进入的空气首先被杀菌紫外线照射，并且然后暴露于氯化锂溶液，以从空气吸收水分。
CN 2152170U涉及一种全热交换空气净化器。在操作期间，室外新鲜空气首先通过灰尘过滤器过滤以滤除灰尘杂质。空气然后进入热交换器，热交换器释放具有合适的温度和湿度的空气。然后通过紫外线杀菌灯对空气灭菌。热交换器由具有良好导热性的金属材料制成。超吸收材料夹在导热片之间。超吸收材料是经过吸水化学氯化锂浸泡处理的织物、多孔尼龙或泡沫塑料片。
已知的干燥剂除湿系统使用提供比周围空气更低的蒸气压力的干燥剂介质。该系统展示于http://www.kathabar.com/和http://www.iisgroupllc.com/wp-content/uploads/2013/04/Kathabar-Technical-Bulletin.pdf。该系统可用于控制室内空气的温度和湿度，但是，它也可用作空气洗涤器以为了无菌空气中和气载微生物。Kathabar系统将典型地产生空气中的微生物的1的对数减少值。
在非常敏感的环境中，诸如在食品和饮料加工过程以及卫生保健装置内，有必要几乎100%消除可存活的微生物物质。因此，根据本发明的目的是提供一种用于中和室内环境中(尤其是在食品和饮料加工过程以及卫生保健装置内)的气载微生物的系统和方法。
发明内容
在本发明的第一方面，上述目的通过一种用于中和气载微生物的系统来实现，该系统包括用于调和空气流的调节区段，调节区段包括用于接收载有微生物的空气的空气入口和用于输送无微生物的空气的空气出口，调节区段进一步包括：
填料室，其相对于空气入口位于下游，填料室填充有纤维填料材料，
分配室，其相对于填料室位于下游并且当系统处于它的正常使用位置时位于填料室上方，分配室包括至少一个喷雾喷嘴以用于将液体干燥剂朝向填料区段喷射到分配室中，
贮槽，其在系统处于它的正常使用位置时位于填料室下方，用于接收通过重力从分配室穿透填料室的液体干燥剂，
泵，其用于将液体干燥剂从贮槽推进到喷雾喷嘴，
液滴收集室，其相对于喷雾喷嘴位于下游，用于从流过液滴收集室的空气流去除液滴，以及
紫外线消毒室，其相对于液滴收集室位于下游并且相对于空气出口位于上游，紫外线消毒室包括紫外线能量源以用于将空气流暴露于紫外线照射。
上述系统结合了液体干燥剂技术。最重要的是，当可存活的微生物物质通过调节区段时，该系统将其连续地且系统地去除并使其变得无害。这经由暴露于有害的渗透压、离子电荷环境中的变化和/或由高浓度金属引起的毒性来实现。所得到的空气将没有微生物污染物。
据了解，气载微生物包含在气溶胶(即，空气流中的液滴)中。通常，该系统能够灭活细菌和孢子两者。特别地，该系统可灭活与医院获得性感染和/或食物危害相关联的以下病原体：铜绿假单胞菌、克雷伯氏菌、不动杆菌、金黄色葡萄球菌、艰难梭菌、大肠杆菌、李斯特菌和沙门氏菌。
根据第一方面的本系统包括用于去除建筑物的通风系统(主要用于在食品、饮料和卫生保健行业中使用的通风系统)中的微生物的调节区段。空气出口布置成向建筑物的内部供应除湿或加湿的清洁空气。
空气入口典型地连接到建筑物的外部；然而，该系统能够调和外部空气和回流空气两者，并且可结合完整的空气预过滤区段。填料材料是能够接收从喷嘴喷射的液体干燥剂的纤维材料。当空气通过填料室时，空气流中载有的微生物流入纤维填料材料中，在那里它们与液体干燥剂直接接触。纤维填料材料将被液体干燥剂浸泡，并且允许在包含气溶胶液滴的微生物和液体干燥剂之间有大的接触表面。液体干燥剂和结合到液体干燥剂的微生物将通过重力沉淀到贮槽中。在贮槽中，无活性的颗粒物质被侧流过滤器去除，并且液体干燥剂被推回喷雾喷嘴。
在通过填料材料后，空气继续进入分配室，分配室充满了来自喷雾喷嘴的雾化液体干燥剂。喷雾喷嘴形成分配室中的分配集管的部分。空气因此通过空气中载有微生物的液滴和雾化液体干燥剂之间的接触而被进一步洗涤。喷雾喷嘴朝向填料材料指向，并且液体干燥剂因此朝向空气流的方向喷射。
空气然后通过液滴收集室，在液滴收集室中，空气流中的任何雾化液体(主要是液体干燥剂的液滴)与继续进入紫外线消毒室的干燥空气流分离。液体被收集并形成较大的液滴，这些液滴向下流动并最终到达贮槽。贮槽中的液体再循环到分配集管并且使用泵推进到喷嘴。泵和喷嘴应在尺寸上设置成使得通过喷嘴生成雾化液体。
在液体干燥剂洗涤后空气中剩余的可存活微生物将通过紫外线照射灭活，导致永久性失活。
空气流过四个不同的室(即填料室、分配室、液滴收集室和紫外线消毒室)的结果是空气中99.999%的可存活微生物的最小失活，比率显著超过每个单独的室或任何先前类似的装置或方法的有效性。本发明可产生空气中的微生物的至少5.45+/-1.15的平均对数减少值，这比单独的UVGI和卡萨巴(Kathabar)系统高得多。特别地，取决于微生物，本发明已经被测试产生甚至高于上述对数减少值的结果。例如，对于葡萄球菌，本发明获得了5.75+/-0.24的对数减少值。另外，大肠杆菌的平均对数减少值为3.93+/-0.08，李斯特菌的对数减少值为4.09+/-0.08，并且肠杆菌属的平均对数减少值为6.59+/-0.33。最后，沙门氏菌显示大于6.90的净对数减少值，假单胞菌显示大于4.73的净对数减少值，并且克雷伯氏菌属显示6.14的最小净对数减少值。总的来说，如上所述，这些测试结果显示至少5.45+/-1.15的平均对数减少值。
根据第一方面的进一步的实施例，液体干燥剂包括水和盐的混合物，盐是CaCl2或LiCl中的一种，并且盐在混合物中的浓度在10%和60%之间，优选地在20%和45%之间。确切的浓度取决于从系统释放的空气的期望湿度。盐在液体干燥剂溶液中的较高浓度将产生较低湿度的空气，因为更多的湿气被液体干燥剂吸收。控制系统可用于将温度和湿度保持在期望的水平内。
根据第一方面的进一步的实施例，紫外线能量源是LED或诸如低压紫外线灯的灯，优选低压汞灯。
根据第一方面的进一步的实施例，紫外线消毒室内的短波紫外线能量的强度为至少10 W/m²，优选地至少50 W/m²，更优选地至少124 W/m²。紫外线消毒装置必须具有足够的紫外线能量以能够照射空气流来实现可存活微生物的灭活。
根据第一方面的进一步的实施例，调节器利用非金属结构制成，其内部零件也是非金属工程塑料。这样，可避免腐蚀。
根据第一方面的进一步的实施例，液滴收集室包括可更换的垫除雾器。
根据第一方面的进一步的实施例，该系统进一步包括鼓风机以用于生成从空气入口到空气出口的空气流。鼓风机可视为通风系统的整体部分。
根据第一方面的进一步的实施例，空气流限定小于3 m/s(诸如2.235 m/s)的速度。上述速度适于实现空气流的适当消毒。
根据第一方面的进一步的实施例，紫外线消毒室包括紫外线能量源的阵列。这样，更容易充分地照射完整的空气流。在液滴收集室和空气出口之间暴露于紫外线照射结合干燥剂溶液接触将决定微生物的灭活的有效性。
根据第一方面的进一步的实施例，系统进一步包括再生区段以用于再生液体干燥剂的吸水特性。
根据第一方面的进一步的实施例，再生区段在用于干燥空气的次级空气入口和用于潮湿空气的次级空气出口之间延伸并且限定次级流动方向，再生区段包括：
次级填料室，其相对于空气入口位于下游，次级填料室填充有次级纤维高效填料材料，
次级喷雾室，其相对于次级填料室位于下游并且当系统处于它的正常使用位置时位于次级填料室上方，次级喷雾室包括至少一个次级喷雾喷嘴以用于将液体干燥剂朝向次级填料区段喷射到喷雾室中，
次级贮槽，其在系统处于它的正常使用位置时位于次级填料室下方，用于从次级喷雾室接收通过重力穿透次级填料室的液体干燥剂，
次级泵，其用于将液体干燥剂从次级贮槽泵送到次级喷雾喷嘴，以及
次级热交换器，其在次级贮槽和次级喷雾喷嘴之间，用于加热液体干燥剂。
再生区段看来并且工作得类似于调节区段；然而，液体干燥剂在被次级喷嘴朝向次级填料区段喷射之前被加热，而不是如在调节区段中那样被冷却。通过在次级空气入口处使用外部空气，液体干燥剂将向经过的外部空气流释放水。液体干燥剂然后被冷却，以在被引导回调节区段之前重新建立吸水特性。
在本发明的第二方面，上述目的通过一种中和气载微生物的方法来实现，该方法包括提供在空气入口和空气出口之间延伸的调节区段，调节区段进一步包括：
填料室，其相对于空气入口位于下游，填料室填充有纤维填料材料，
分配室，其相对于填料室位于下游并且当系统处于它的正常使用位置时位于填料室上方，分配室包括至少一个喷雾喷嘴，
贮槽，其在系统处于它的正常使用位置时位于填料室下方，
泵，
液滴收集室，其相对于喷雾喷嘴位于下游；和
紫外线消毒室，其相对于液滴收集室位于下游并且相对于空气出口位于上游(该紫外线消毒室包括足够的紫外线能量以用于微生物灭活)，
该方法包括以下步骤：
将载有微生物的空气引入空气入口，
通过使用喷雾喷嘴将液体干燥剂朝向填料区段喷射到分配室中，
将通过重力从分配室穿透填料室的液体干燥剂接收到贮槽中，
将液体干燥剂从贮槽推进到喷雾喷嘴，
从流过液滴收集室的空气去除液滴，
使紫外线消毒室内的空气用足够的紫外线照射暴露，以及
在空气出口处接收基本上无微生物的空气。
根据第二方面的方法优选地与根据第一方面的系统一起使用。上述方法结合了液体干燥剂技术。最重要的是，当可存活微生物物质通过调节区段时，该方法将其连续地且系统地去除并使其变得无害。这经由暴露于有害的渗透压、离子电荷环境中的变化和/或由高浓度金属引起的毒性和紫外线照射来实现。所得到的空气将没有微生物污染物。
本发明的进一步的适用性范围将从下文给出的详细描述变得显而易见。然而，应当理解，详细描述和特定示例虽然指示了本发明的优选实施例，但是仅仅是通过说明的方式给出的，因为从该详细描述对于本领域技术人员而言，本发明的精神和范围内的各种改变和修改将变得显而易见。
附图说明
本发明将从下文给出的详细描述和附随的附图变得被更全面地理解，附图仅以图示方式给出，并且因此不是对本发明的限制，并且其中：
附图示出了用于中和气载微生物的系统，该系统包括调节区段和再生区段。
具体实施方式
附图示出了用于中和气载微生物的系统10。该系统包括单独的调节区段12和再生区段12’。调节区段12包括用于从外部接收空气的空气入口14。可提供鼓风机40以用于生成从空气入口到空气出口的空气流。鼓风机40也可为通风系统的整体部分，用于中和气载微生物的系统10安装在该通风系统中。外部空气和/或回流空气可包括有害的微生物，该微生物包含在可被引入室内空气中的气溶胶中。在诸如食品/饮料工业和卫生保健设施/工业的敏感环境中，这些微生物可导致疾病。微生物可包括：铜绿假单胞菌、克雷伯氏菌、不动杆菌、金黄色葡萄球菌、艰难梭菌、大肠杆菌、李斯特菌和沙门氏菌。
调节区段12结合了具有非金属工程塑料的内部零件的工业级玻璃纤维结构。来自空气入口14的空气流如由箭头所示以180°的转向被吸入穿过贮槽区域16。贮槽区域16包括液体干燥剂的溶液。系统内的液体干燥剂优选地为LiCl或CaCl2的水溶液，并且可调节至各种浓度水平(20%至45%)以调和相应的被调节空间所需的温度和湿度水平。然后，流继续进入浸渍有液体干燥剂的高效接触纤维填料室18，其允许空气与液体干燥剂的最大程度的表面接触。
分配室20相对于填料室18位于下游并且当调节区段处于它的正常使用位置时位于填料室18上方。分配室20包括液体干燥剂喷雾分配集管22。喷雾分配集管包括一个或多个喷雾喷嘴22a-e以用于将溶液朝向填料室18喷射到分配室20中并且在分配室20中生成液体干燥剂的气溶胶。喷雾喷嘴22a-e能够用处于特定粒度(partical size)和分布的液体干燥剂充满分配室20。分配集管22配备有流量调节器。
液滴收集室24相对于分配室20位于下游并且当调节区段处于它的正常使用位置时位于分配室20上方。液滴收集室24包括直接位于分配室20下游的工程化除雾器。在液滴收集室24中，空气流中的任何液滴被去除。本示例中的液滴收集室24包括Z形杆24a和除雾器垫24b。备选地，可省略Z形杆24a，并且可改为使用更厚的除雾器垫24b。
空气随后进入紫外线消毒室26，紫外线消毒室26具有足够的紫外线能量来照射空气流。处理过的空气通过空气出口30释放。溶液处理和紫外线处理的组合效果实现了微生物的最少99.999%的减少。本示例中的紫外线照射通过使用紫外线灯28a-c的阵列来执行。
液体干燥剂由泵32从贮槽16推进到分配集管22。调节区段12还经由位于泵32和分配集管22之间的外部安装的热交换器34结合液体干燥剂冷却。热交换器34控制调节区段12的被调节环境内的温度(±2°)和湿度(±1%)。湿度水平经由温度以及从喷雾喷嘴22a-e喷射的干燥剂的浓度来控制。
随着液体干燥剂从空气吸收水，其吸收更多水的能力减弱。因此，系统10还包括再生区段12’以用于再生干燥剂溶液的吸水特性。再生区段12’类似于调节区段12，并且结合了具有非金属工程塑料的内部零件的工业级玻璃纤维结构。
应当注意的是，不需要再生来保持溶液的抗菌特性。然而，为了保持溶液的除湿特性，溶液必须泵送通过再生器。在本示例中，溶液从调节区段12的贮槽16被推进到再生区段12’。在本实施例中，从贮槽16推进到分配集管22的流的一部分被重新引导到再生区段12’。阀36用于控制从调节区段12到再生区段12’的溶液流。来自再生区段12’的贮槽16’的再生液体干燥剂以类似的方式由阀36’控制返回到调节区段12。热交换器38用来平衡调节区段12和再生区段12’之间相反的溶液流之间的温度。
在再生区段12’中，从空气入口14’接收单独的空气流，并且如由箭头所示以180°的转向吸入穿过贮槽区域16’。可提供鼓风机40’以用于生成从空气入口14’到空气出口30’的空气流。贮槽区域16’包括液体干燥剂。然后，流继续进入浸渍有液体干燥剂的高效接触填料室18’，其允许空气与液体干燥剂的最大程度的表面接触。分配室20’相对于填料室18’位于下游并且当再生区段处于它的正常使用位置时位于填料室18’上方。分配室20’包括溶液喷雾分配集管22’。喷雾分配集管包括滴水盘或一个或多个喷雾喷嘴22a-e’以用于将液体干燥剂朝向填料室18’喷射到分配室20’中。
液滴收集室24’相对于分配室20位于下游并且当再生区段12’处于它的正常使用位置时位于分配室20上方。溶液由泵32’从贮槽16’推进到分配集管22’。再生区段12’还经由位于泵32和分配集管22之间的热交换器34’结合溶液加热。加热液体干燥剂将允许其将水释放到空气流，水经由空气出口30’释放到室外。
系统10结合了电气和PLC(可编程逻辑控制器)控制面板、熔融断路器、马达启动器和水平传感器。PLC控制面板结合了彩色触摸屏，其可编程有继电器逻辑、诊断和回路控制功能。除湿系统的图示显示在屏幕上，指示调节区段风扇、泵和出口温度的状态；还显示再生区段风扇、泵、溶液水平和设定点。调节区段12结合了带有法兰连接的温度计和压力计。再生区段12’结合了带有电动操作器的控制阀，用于蒸汽或热水；还结合了带有法兰连接的温度计和压力计。带有手动隔离(hand isolation)的溶液转移调节控制阀被结合到调节区段和再生区段两者中。还结合了补水开/关控制阀。
尽管如此描述了本发明，但是将显而易见的是，其可以许多方式变化。这种变化不应被视为脱离本发明的精神和范围，并且对于本领域技术人员来说将显而易见的是，所有这种修改都旨在包括在所附权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于中和气载微生物的系统，包括：
调节区段，其用于调和空气流，所述调节区段包括：
空气入口，其用于接收载有微生物的空气；
空气出口，其用于输送无微生物的空气；
填料室，其相对于所述空气入口位于下游，所述填料室填充有纤维填料材料；
分配室，其相对于所述填料室位于下游并且当所述系统处于正常使用位置时位于所述填料室上方，所述分配室包括至少一个喷雾喷嘴以用于将液体干燥剂朝向所述填料室喷射到所述分配室中；
贮槽，其在所述系统处于所述正常使用位置时位于所述填料室下方，用于接收通过重力从所述分配室穿透所述填料室的所述液体干燥剂；
泵，其用于将所述液体干燥剂从所述贮槽推进到所述至少一个喷雾喷嘴；
液滴收集室，其相对于所述至少一个喷雾喷嘴位于下游，用于从流过所述液滴收集室的所述空气流去除液滴；以及
紫外线消毒室，其相对于所述液滴收集室位于下游并且相对于所述空气出口位于上游，所述紫外线消毒室包括紫外线能量源以用于将所述空气流暴露于紫外线照射。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述液体干燥剂包括水和盐的混合物，所述盐是CaCl2或LiCl，并且所述盐在所述混合物中的浓度在10%和60%之间。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述盐在所述混合物中的浓度在20%和45%之间。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述紫外线能量源是LED或低压紫外线灯。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述低压紫外线灯是低压汞灯。
6. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述紫外线消毒室内部的短波紫外线能量的强度为至少10 W/m2。
7. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述紫外线消毒室内部的短波紫外线能量的强度为至少50 W/m2。
8. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述紫外线消毒室内部的短波紫外线能量的强度为至少124 W/m2。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述调节器和/或内部零件由非金属塑料构造。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述液滴收集室包括可更换的垫除雾器。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统进一步包括鼓风机以用于生成从所述空气入口到所述空气出口的所述空气流。
12. 根据权利要求11所述的系统，其中，所述空气流限定小于3 m/s的速度。
13. 根据权利要求11所述的系统，其中，所述空气流限定小于2.235 m/s的速度。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括在所述贮槽和所述至少一个喷雾喷嘴之间的热交换器以用于冷却所述液体干燥剂。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，到紫外线照射的所述暴露发生在所述液滴收集室下游的移动空气流内。
16. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述紫外线消毒室包括在空气流下的124 W/m²的短波紫外线能量和用于微生物灭活的小于3 m/s的速度。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述紫外线消毒室包括紫外线能量源的阵列。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统进一步包括用于再生所述液体干燥剂的再生区段。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述再生区段在用于干燥空气的次级空气入口和用于潮湿空气的次级空气出口之间延伸并且限定次级流动方向，所述再生区段包括：
次级填料室，其相对于所述空气次级入口位于下游，所述次级填料室填充有次级高效填料材料；
次级喷雾室，其相对于所述次级填料室位于下游并且当所述系统处于所述正常使用位置时位于所述次级填料室上方，所述次级喷雾室包括至少一个次级喷雾喷嘴以用于将所述液体干燥剂朝向所述次级填料区段喷射到所述次级喷雾室中；
次级贮槽，其在所述系统处于所述正常使用位置时位于所述次级填料室下方，用于从所述次级喷雾室接收通过重力穿透所述次级填料室的所述液体干燥剂；
次级泵，其用于将所述液体干燥剂从所述次级贮槽泵送到所述至少一个次级喷雾喷嘴；以及
次级热交换器，其在所述次级贮槽和所述至少一个次级喷雾喷嘴之间，用于加热所述液体干燥剂。
20.一种中和气载微生物的方法，包括：
提供调节区段，所述调节区段包括：
空气入口；
空气出口；
填料室，其相对于所述空气入口位于下游，所述填料室填充有纤维填料材料；
分配室，其相对于所述填料室位于下游并且当所述系统处于正常使用位置时位于所述填料室上方，所述分配室包括至少一个喷雾喷嘴；
贮槽，其在所述系统处于所述正常使用位置时位于所述填料室下方；
泵；
液滴收集室，其相对于所述喷雾喷嘴位于下游；以及
紫外线消毒室，其相对于所述液滴收集室位于下游并且相对于所述空气出口位于上游，
其中，所述方法包括以下步骤：
将载有微生物的空气引入所述空气入口；
通过使用工程化喷雾系统将液体干燥剂朝向所述填料区段喷射到所述分配室中；
将通过重力从所述分配室穿透所述填料室的所述液体干燥剂接收到所述贮槽中，
将所述液体干燥剂从所述贮槽推进到所述至少一个喷雾喷嘴；
从流过所述液滴收集室的所述空气去除液滴；
将所述紫外线消毒室内的所述空气暴露于紫外线照射；以及
在所述空气出口处接收无微生物的空气。
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