CN115447163A - 高压罐及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供能够可靠地防止在制造时母材树脂流入排出孔的高压罐及其制造方法。该高压罐具备：树脂制的内衬，其构成中空状的流体填充部；接头，其具有与所述内衬的内部空间连通的给排口、以及从所述给排口的周围区域向径向外侧伸出并与所述内衬对接的凸缘部；以及纤维强化树脂制的加强层，其在所述内衬和所述凸缘部的外周面上跨设覆盖，在所述接头设置有排出孔，该排出孔将所述凸缘部的对接面与所述内衬的对接面之间和所述给排口的内部连通，用于将滞留于所述内衬与所述加强层之间的流体向所述给排口排出，在所述凸缘部侧的所述对接面和所述内衬侧的所述对接面中的至少任一方设置有包围所述排出孔的周围区域的捕捉槽。

Description

高压罐及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种填充高压的流体的高压罐及其制造方法。
本申请基于2021年6月8日在日本申请的特愿2021-095977号来主张优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
作为填充气体、液体等高压的流体的高压罐，存在主要部分由树脂材料形成的高压罐。
这种高压罐多数具备构成中空状的流体填充部的树脂制的内衬、安装于内衬的接头、以及在内衬的外周面和接头的一部分跨设覆盖的纤维强化树脂制的加强层。接头具有与内衬的内部空间连通的给排口、以及从给排口的周围区域向径向外侧伸出的凸缘部。接头的凸缘部与内衬的接头侧的端面对接，并在该状态下给排口与内衬的开口部连接。加强层中，使含浸有母材树脂的强化纤维在内衬和凸缘部的外周面上跨设覆盖，之后母材树脂通过加热等而被实施固化处理。
此外，在向高压罐填充的流体为气体的情况下，树脂制的内衬与由铝合金等构成的金属内衬相比，存在气体易于透过的倾向。因此，当高压填充气体时，设想该气体会透过内衬，并滞留于内衬的外表面与加强层之间。当在该状态下从内衬的内部排出气体时，考虑内衬的内压成为比内衬的外表面与加强层之间的间隙的压力低压。在该情况下，有可能产生内衬与加强层之间的间隙扩展、且内衬的周壁的一部分朝向内部鼓出即所谓的翘曲(buckling)。
作为其对策，存在如下技术：在接头设置使凸缘部与内衬的对接面(微小的对接间隙)和给排口的内部相连通的排出孔，使滞留于内衬与加强层之间的流体(气体)通过排出孔而向给排口排出。
在该对策的情况下，接头的排出孔连通于凸缘部与内衬的对接面(微小的对接间隙)，但在凸缘部与内衬的对接面的外周侧以跨内衬和凸缘部的外周面的方式覆盖有纤维强化树脂制的加强层。因此，当在高压罐的制造时使含浸有母材树脂的强化纤维覆盖于内衬和凸缘部的外周面时，担心固化前的液状的母材树脂会进入凸缘部与内衬的对接间隙，该母材树脂流入排出孔内。而且，当母材树脂在排出孔内固化时，排出孔变得功能不良，不能将流入到内衬与加强层之间的流体(气体)顺利地向外部排出。
因此，研究出在制造时避免母材树脂进入凸缘部与内衬的对接间隙的高压罐(例如，参照日本国特开2019-143722号公报)。
日本国特开2019-143722号公报所述的高压罐在凸缘部与内衬的对接部设置排斥液状的母材树脂的涂层，成为能够阻止在制造时液状的母材树脂流入排出孔的结构。
发明内容
日本国特开2019-143722号公报所述的高压罐通过设置于凸缘部与内衬的对接部的涂层来排斥液状的母材树脂，因此在凸缘部与内衬之间的间隙不是足够小的情况下，难以可靠地抑制母材树脂向排出孔流入。因此，需要使凸缘部与内衬之间的间隙足够小，但当想要以高精度制造接头、内衬时，产品成本高涨。因此，希望研究出能够可靠地防止在制造时母材树脂流入排出孔的简易的构造。
本发明的方案的目的在于提供能够可靠地防止在制造时母材树脂流入排出孔的高压罐及其制造方法。
为了达到上述目的，本发明的方案的高压罐及高压罐的制造方法采用了以下的结构。
(1)本发明的第一方案具备：树脂制的内衬(例如，实施方式的内衬10)，其构成中空状的流体填充部；接头(例如，实施方式的接头12)，其具有与所述内衬的内部空间连通的给排口(例如，实施方式的给排口11)、以及从所述给排口的周围区域向径向外侧伸出并与所述内衬对接的凸缘部(例如，实施方式的凸缘部12b)；以及纤维强化树脂制的加强层(例如，实施方式的加强层13)，其在所述内衬和所述凸缘部的外周面上跨设覆盖，在所述接头设置有排出孔(例如，实施方式的排出孔17)，该排出孔将所述凸缘部的对接面与所述内衬的对接面(例如，实施方式的对接面12bs、14s)之间和所述给排口的内部相连通，用于将滞留于所述内衬与所述加强层之间的流体向所述给排口排出，在所述凸缘部侧的所述对接面和所述内衬侧的所述对接面中的至少任一方设置有包围所述排出孔的周围区域的捕捉槽(例如，实施方式的捕捉槽19)。
根据上述(1)的方案，在高压罐的使用时，当填充到内衬的流体填充部的流体透过内衬而流入内衬与加强层之间时，该流体通过接头的凸缘部和内衬的对接部而从排出孔返回接头的给排口。
另外，在高压罐的制造时，向内衬组装接头，并向内衬与接头的凸缘部的外周面覆盖含浸有母材树脂的强化纤维。之后，当含浸于强化纤维的母材树脂固化时，内衬和凸缘部的外周面被加强层覆盖。在此，在对内衬和接头的凸缘部的外周面覆盖强化纤维时、母材树脂完全固化前的阶段，液状的母材树脂有时流入凸缘部的对接面与内衬的对接面之间。此时，流入的母材树脂被捕捉槽捕捉，向排出孔的流入被阻止。
在(2)上述(1)的方案中，也可以是，在所述凸缘部的所述对接面和所述内衬的所述对接面中的任一方形成有突部(例如，实施方式的突部20)，该突部在比所述捕捉槽靠内侧处包围所述排出孔的周围区域、且压靠到另一方的所述对接面上。
根据上述(2)的方案，在高压罐的制造时，加强层的液状的母材树脂流入了凸缘部的对接面与内衬的对接面之间时，能够由突部阻止未被捕捉槽捕捉到的树脂向排出孔侧流入。因此，能够通过捕捉槽和突部双重阻止母材树脂流入排出孔。
(3)在上述(1)的方案中，也可以是，在所述接头形成有将所述捕捉槽与所述接头的外部连通的连通孔(例如，实施方式的连通孔21)。
根据上述(3)的方案，在高压罐的制造时，捕捉槽通过连通孔而向大气开放，因此当加强层的液状的母材树脂流入凸缘部与内衬的对接面之间时，该母材树脂顺畅地流入捕捉槽内。因此，在采用了本结构的情况下，能够更可靠地阻止母材树脂流入排出孔。
另外，在高压罐的制造时，有时在捕捉槽内残留有母材树脂未完全填充的空间部。在该情况下，能够从接头的外部通过连通孔向捕捉槽内的空间部填充填充剂。当这样向捕捉槽的空间部填充填充剂后，能够防止在高压罐的使用时内衬承受内部的流体的高压力而变形为进入捕捉槽的空间部内这样的情况于未然。因此，在采用了本结构的情况下，能够防止内衬的劣化，提高高压罐的耐久性。
(4)本发明的第二方案是一种高压罐的制造方法，该高压罐具备：树脂制的内衬，其构成中空状的流体填充部；接头，其具有与所述内衬的内部空间连通的给排口、以及从所述给排口的周围区域向径向外侧伸出并与所述内衬对接的凸缘部；以及纤维强化树脂制的加强层，其在所述内衬和所述凸缘部的外周面上跨设覆盖，所述高压罐的制造方法具有如下工序：在所述接头形成将所述凸缘部的与所述内衬对接的对接面和所述给排口的内部相连通的排出孔；在所述凸缘部侧的所述对接面和所述内衬侧的所述对接面中的至少任一方形成包围所述排出孔的周围区域的捕捉槽；向所述内衬组装所述接头；将含浸有母材树脂的强化纤维覆盖在所述内衬和所述接头的所述凸缘部的外周面上；使所述母材树脂固化而得到所述加强层。
(5)在上述(4)的方案中，也可以是，还具有如下工序：在向所述内衬组装所述接头之前，在所述接头形成将所述捕捉槽与所述接头的外部相连通的连通孔；通过所述连通孔向所述捕捉槽填充填充剂。
根据本发明的第一方案，在接头的凸缘部侧的对接面和内衬侧的对接面中的至少任一方设置有包围排出孔的周围区域的捕捉槽，因此在制造时由捕捉槽捕捉液状的母材树脂，能够可靠地防止母材树脂流入排出孔。
另外，根据本发明的第二方案，能够容易地形成本发明的第一方案。
附图说明
图1是沿着实施方式的高压罐的轴线方向的剖视图。
图2是图1的II部的放大剖视图。
图3是与图1的II部对应的接头的局部剖视立体图。
图4是表示制造时的母材树脂和填充剂的流入状态的与图2同样的剖视图。
图5是表示制造时的母材树脂和填充剂的流入状态的与图3同样的局部剖视立体图。
图6是另一实施方式1的接头的局部剖视立体图。
图7是另一实施方式2的接头的一部分的仰视图。
具体实施方式
以下，基于附图来说明本发明的实施方式。需要说明的是，在以下说明的各实施方式中，对共用部分标注同一附图标记，并省略一部分重复的说明。
图1是沿着本实施方式的高压罐1的轴线o1方向的剖视图。图2是高压罐1的图1的II部的放大剖视图，图3是接头12的与图1的II部对应的部分的局部剖视立体图。
高压罐1具备：树脂制的内衬10，其构成中空状的流体填充部；接头12，其具有与内衬10的内部空间连通的给排口11；以及纤维强化树脂制的加强层13，其在内衬10的外表面和接头12的一部分跨设覆盖。内衬10构成罐主体的内层，加强层13构成罐主体的外层。
内衬10的纵截面由大致椭圆形状的树脂制的中空体构成。内衬10由以轴线o1为旋转中心的旋转体构成。在内衬10的内部，例如氢气体等各种流体以高压状态填充。以下，说明在内衬10的内部以高压状态填充气体的情况。
在内衬10的轴线o1方向的一端侧设置有向中空体的内侧方向凹陷的凹陷部14，并在该凹陷部14的中央部一体形成有圆筒状的连结筒部15。连结筒部15沿着轴线o1向中空体的外侧方向突出。在连结筒部15形成有用于使内衬10的中空部内与外部连通的开口15a。另外，在连结筒部15的外周面形成有外螺纹部15b。
以下，为了便于说明，将内衬10的轴线o1的延伸的方向称作“轴向”，并将轴线o1的正交的方向称作“径向”。
接头12具有圆筒状的接头主体部12a、以及从接头主体部12a的内衬10侧的端部向径向外侧伸出的凸缘部12b。给排口11形成为将接头主体部12a和凸缘部12b沿轴向贯通。在给排口11的靠内衬10的内周缘部刻有内螺纹11a。在接头12的给排口11中嵌入内衬10的连结筒部15。接头12通过向给排口11内的内螺纹11a中螺合拧入内衬10侧的连结筒部15的外螺纹部15b，从而与内衬10连接。如图2、图3所示那样，在连结筒部15与给排口11之间夹装有环状的密封构件16。连结筒部15与给排口11之间由密封构件16气密密闭。在高压罐1中，穿过接头12来进行气体向内衬10内的填充、以及气体从内衬10内的排出(气体向外部的供给)。
需要说明的是，在本说明书中，凸缘部12b是指接头12中的在内衬10侧的端部从给排口11的周围区域向径向外侧伸出的区域。
接头12的凸缘部12b与内衬10的凹陷部14的外表面侧对接。凸缘部12b中的与内衬10的凹陷部14的外侧面对接的面(以下称作“对接面12bs”。)成为与凹陷部14的外侧面吻合的曲面形状。关于内衬10中的与凸缘部12b的对接面12bs对接的面(凹陷部14的外侧面)，以下称作“对接面14s”。
另外，在接头12形成有排出孔17，该排出孔17将凸缘部12b与内衬10的对接面12bs、14s之间(对接间隙)、和给排口11的内部(比与连结筒部15连接的连接部靠外侧的外侧区域)连通。排出孔17的位于对接面12bs侧的端部配置于凸缘部12b中的靠给排口11的区域(大致接头主体部12a的轴向的延长区域)。排出孔17将滞留于内衬10与加强层13之间的气体(从内衬10的内部透过了内衬10的壁的气体)向接头12的给排口11内排出。在排出孔17的位于对接面12bs侧的端部安装有金属制的柱状的插塞18，该金属制的柱状的插塞18具有多个微细的连通孔18a。滞留于内衬10与加强层13之间的气体穿过凸缘部12b与内衬10的对接面12bs、14s的间隙和插塞18的连通孔18a而向排出孔17流出。
在凸缘部12b的对接面12bs形成有包围排出孔17的端部的周围区域的环状的捕捉槽19。在本实施方式的情况下，捕捉槽19的截面形成为大致矩形形状，并以该矩形形状的截面描绘以轴线o1为中心的圆形形状的方式形成于凸缘部12b的对接面12bs。排出孔17的位于对接面12bs侧的端部位于捕捉槽19的截面所描绘的圆形形状的内侧。
需要说明的是，在本实施方式中，捕捉槽19形成于凸缘部12b的对接面12bs，但捕捉槽19也可以形成于内衬10侧的对接面14s。另外，捕捉槽19也可以形成于凸缘部12b侧的对接面12bs和内衬10侧的对接面14s这两方。
另外，在凸缘部12b的对接面12bs中的位于捕捉槽19的径向内侧的缘部，以包围排出孔17的端部的周围区域的方式形成有半圆状的突部20。突部20与捕捉槽19同样地以描绘以轴线o1为中心的圆形形状的方式形成于凸缘部12b的对接面12bs。突部20在接头12安装于内衬10而凸缘部12b侧的对接面12bs对接于内衬10侧的对接面14s时，压靠到内衬10侧的对接面14s上。接头12为金属制品，与此相对，内衬10是树脂制品，因此当突部20压靠到内衬10侧的对接面14s上时，内衬10侧的对接面14s沿着突部20的形状变形，由此突部20与对接面14s之间被密闭。
但是，在滞留于内衬10与加强层13之间的气体的压力比内衬10内的压力高设定压以上时，由于内衬10变形而在突部20与对接面14s之间出现气体能够流通的间隙。需要说明的是，突部20也可以形成于内衬10侧的对接面14s。
在接头12形成有将捕捉槽19的底部19b与接头主体部12a的轴向外侧的端面12e连通的连通孔21。因此，在高压罐1的制造时，捕捉槽19的底部19b通过连通孔21而与大气连通。另外，连通孔21在高压罐1的制造的最终阶段也作为用于向捕捉槽19内填充填充剂f(参照图4、图5)的注入孔发挥功能。
另外，在将接头12组装于内衬10后，使含浸有母材树脂r(参照图4、图5)的强化纤维在内衬10和接头12的凸缘部12b的外表面跨设覆盖，之后通过加热处理等使母材树脂r固化，从而得到加强层13。作为母材树脂，例如能够使用环氧系树脂等。另外，作为强化纤维，例如能够使用碳纤维等。
[高压罐1的制造方法]
高压罐1的制造大致分类而能够分为以下的三工序。
(1)内衬10和接头12的造型、加工工序
(2)内衬10与接头12的组装工序
(3)加强层13的形成工序
在上述的(1)的工序中，由树脂材料将内衬10造型为规定形状，并在接头12形成排出孔17、捕捉槽19、突部20、连通孔21等。另外，在接头12的排出孔17的端部安装插塞18。
需要说明的是，在捕捉槽19和突部20配置于内衬10侧的情况下，捕捉槽19和突部20造型为与内衬10一体。
在上述的(2)的工序中，在内衬10的对接面14s载置接头12的凸缘部12b，并通过将内衬10的连结筒部15螺合拧入接头12的给排口11而连接。由此，接头12的凸缘部12b的对接面12bs与内衬10的对接面14s对接。
图4是表示高压罐1的制造时的母材树脂r和填充剂f的流入状态的与图2同样的剖视图。另外，图5是表示高压罐1的制造时的母材树脂r和填充剂f的流入状态的与图3同样的局部剖视立体图。
在上述的(3)的工序中，对组装后的内衬10和接头12覆盖含浸有母材树脂r的强化纤维。需要说明的是，母材树脂r也可以在将强化纤维卷缠于内衬10和接头12后含浸到强化纤维中。此时，强化纤维在内衬10和接头12的凸缘部12b的外周面上跨设覆盖，因此有时液状的母材树脂r如图4所示流入接头12侧的对接面12bs与内衬10侧的对接面14s的间隙。
这样，当母材树脂r从径向外侧流入对接面12bs、14s的间隙后，该母材树脂r被环状的捕捉槽19捕捉。此时，当母材树脂r欲越过捕捉槽19而在对接面12bs、14s的间隙中向径向内侧前进时，其行进被环状的突部20阻止。其结果是，流入到对接面12bs、14s的间隙中的液状的母材树脂r滞留于捕捉槽19内。之后，在母材树脂r的流动稳定了时，通过连通孔21，从接头12的外部向捕捉槽19内的空间部(未由母材树脂r完全填满的部分)填充填充剂f。此时，填充剂f也填充到连通孔21中。
之后，通过对母材树脂r实施加热处理，母材树脂r固化。其结果是，在内衬10和接头12的外侧形成加强层13。另外，填充于捕捉槽19和连通孔21中的填充剂固化，由此将捕捉槽19和连通孔21封堵。
如以上那样制造出的高压罐1中，内衬10的外周面与加强层13之间的间隙经由内衬10与接头12的对接部间的间隙和排出孔17而能够与接头12的给排口11内连通。因此，内衬10的内部的气体透过内衬10的周壁而滞留于内衬10的外周面与加强层13之间的间隙，当该滞留的气体的压力高到设定压以上时，气体通过上述的路径而返回接头12的给排口11内。
[实施方式的效果]
本实施方式的高压罐1在接头12的凸缘部12b侧的对接面12bs和内衬10侧的对接面14s中的至少任一方设置有包围排出孔17的周围区域的捕捉槽19。因此，能够在高压罐1的制造时通过捕捉槽19来捕捉固化前的液状的母材树脂r。因此，在采用了本实施方式的高压罐1的情况下，能够成为制造容易的简单构造的同时可靠地防止在制造时母材树脂r流入排出孔17。
另外，本实施方式的高压罐1在接头12侧的对接面12bs和内衬10侧的对接面14s中的任一方形成有环状的突部20，该突部20在比捕捉槽19靠内侧处包围排出孔17的周围区域、且压靠到另一方的对接面上。因此，在高压罐1的制造时，液状的母材树脂r流入到对接面12bs、14s之间时，能够由突部20阻止未由捕捉槽19捕捉到的树脂流入排出孔17侧。因此，在采用了本结构的情况下，能够由捕捉槽19和突部20双重性地阻止母材树脂r流入排出孔17。
而且，在本实施方式的高压罐1中，在接头12形成有将捕捉槽19与接头12的外部连通的连通孔21。因此，在高压罐1的制造时，捕捉槽19通过连通孔21而向大气开放，母材树脂r向捕捉槽19的流入变得顺畅。因此，在采用了本结构的情况下，能够对液状的母材树脂r不滞留于捕捉槽19而向排出孔17侧流入这一情况进行抑制。
另外，在本结构的情况下，在高压罐1的制造时，能够通过连通孔21从接头12的外部向捕捉槽19内填充填充剂f。因此，在高压罐1的使用时，树脂制的内衬10承受了内部的气体的高压力的情况下，能够防止内衬10变形为进入捕捉槽19的空间部内这一情况于未然。因此，在采用了本结构的情况下，能够防止内衬10的劣化，提高高压罐1的耐久性。
[另一实施方式1]
图6是另一实施方式1的高压罐101的接头112部分的局部剖视立体图。
本实施方式的高压罐101的接头112的构造的一部分与上述的实施方式存在若干不同。
本实施方式的接头112的基本结构与上述的实施方式大致同样，但使捕捉槽19与接头112的外部连通的连通孔21的形成位置与上述的实施方式不同。具体而言，在接头112的周向上，连通孔21的一端侧在与排出孔17分离的位置与捕捉槽19的底部19b连通。另外，连通孔21的另一端侧不与接头112的轴向的端面连通而与给排口11的内表面连通。
在本实施方式的高压罐101的情况下，在制造时向捕捉槽19内填充填充剂f时，例如使填充器具40的前端部倾斜而插入连通孔21，并在该状态下向连通孔21和捕捉槽19填充填充剂f。由此，连通孔21和捕捉槽19由填充剂f堵塞，能够得到与上述的实施方式同样的效果。
但是，在本实施方式的情况下，连通孔21的端部与给排口11的内表面连通，因此连通孔21与填充剂f的填充部分从外部观察时不显眼，能够得到商品性提高这样的进一步的效果。
[另一实施方式2]
图7是从下表面侧(凸缘部12b的对接面12bs侧)观察另一实施方式2的高压罐201的接头212的一部分时的图。
上述的实施方式中，捕捉槽和突部以描绘以内衬的轴心为中心的圆形形状的方式形成于凸缘部，但在本实施方式中，捕捉槽219和突部220以描绘以排出孔17的端部的中心为中心的圆形形状的方式形成于凸缘部12b的对接面12bs。
在本实施方式的情况下，也能够由捕捉槽219和突部220阻止如下情形：在高压罐201的制造时流入到内衬与接头212的对接面12bs的间隙中的母材树脂向排出孔17方向流入。
但是，在本实施方式的情况下，能够减小包围排出孔17的周围区域的捕捉槽219和突部220的直径，因此对接头212实施的加工变得容易。因此，在采用了本结构的情况下，能够更加提高接头212的生产效率。
在本实施方式的情况下，捕捉槽219和突部220也可以设置于内衬侧。在该情况下，内衬侧的成形变得容易。
需要说明的是，本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种设计变更。

Claims (5)

1.一种高压罐，其特征在于，
所述高压罐具备：
树脂制的内衬，其构成中空状的流体填充部；
接头，其具有与所述内衬的内部空间连通的给排口、以及从所述给排口的周围区域向径向外侧伸出并与所述内衬对接的凸缘部；以及
纤维强化树脂制的加强层，其在所述内衬和所述凸缘部的外周面上跨设覆盖，
在所述接头设置有排出孔，该排出孔将所述凸缘部的对接面与所述内衬的对接面之间和所述给排口的内部相连通，用于将滞留于所述内衬与所述加强层之间的流体向所述给排口排出，
在所述凸缘部侧的所述对接面和所述内衬侧的所述对接面中的至少任一方设置有包围所述排出孔的周围区域的捕捉槽。
2.根据权利要求1所述的高压罐，其特征在于，
在所述凸缘部的所述对接面和所述内衬的所述对接面中的任一方形成有突部，该突部在比所述捕捉槽靠内侧处包围所述排出孔的周围区域，且压靠到另一方的所述对接面上。
3.根据权利要求1所述的高压罐，其特征在于，
在所述接头形成有将所述捕捉槽与所述接头的外部连通的连通孔。
4.一种高压罐的制造方法，其特征在于，
所述高压罐具备：
树脂制的内衬，其构成中空状的流体填充部；
接头，其具有与所述内衬的内部空间连通的给排口、以及从所述给排口的周围区域向径向外侧伸出并与所述内衬对接的凸缘部；以及
纤维强化树脂制的加强层，其在所述内衬和所述凸缘部的外周面上跨设覆盖，
所述高压罐的制造方法具有如下工序：
在所述接头形成将所述凸缘部的与所述内衬对接的对接面和所述给排口的内部相连通的排出孔；
在所述凸缘部侧的所述对接面和所述内衬侧的所述对接面中的至少任一方形成包围所述排出孔的周围区域的捕捉槽；
向所述内衬组装所述接头；
将含浸有母材树脂的强化纤维覆盖在所述内衬和所述接头的所述凸缘部的外周面上；
使所述母材树脂固化而得到所述加强层。
5.根据权利要求4所述的高压罐的制造方法，其特征在于，
还具有如下工序：
在向所述内衬组装所述接头之前，在所述接头形成将所述捕捉槽与所述接头的外部连通的连通孔；
通过所述连通孔向所述捕捉槽填充填充剂。
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