CN117469830A - 一种应用于体育运动场馆的二氧化碳跨临界冷热联供与光热耦合系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于体育运动场馆的二氧化碳跨临界冷热联供与光热耦合系统,包括:二氧化碳制冷机组,用于提供热源或冷源;基于二氧化碳制冷机组提供的热源,实现热量回收的余热回收系统;基于二氧化碳制冷机组提供的热源,进行供暖的供暖系统;对二氧化碳制冷机组产生的高温高压气体,进行散热,输出降温后二氧化碳气体的气冷器;基于闪蒸罐输出的降温后的二氧化碳液体,进行制冷的制冷空调系统;基于闪蒸罐输出的降温后的二氧化碳液体,进行制冰的制冰系统;基于闪蒸罐输出的降温后的二氧化碳液体,进行造雪的造雪系统。本发明通过阀门切换,自动控制,可实现不同运行模式的切换冬季、夏季、及其他季节可实现功能切换。
Description
技术领域
本发明制冰造雪及余热回收利用领域,尤其涉及一种应用于体育运动场馆的二氧化碳跨临界冷热联供与光热耦合系统。
背景技术
目前体育运动行业蓬勃发展,运动场馆内常包含篮球、羽毛球、乒乓球、游泳、冰雪等项目,为满足各项运动项目、人员活动及人员生活需求,场馆需配置多套冷热及新风系统。
冰雪运动场馆内制冰机组,游泳馆内为泳池恒温提供热源的热泵机组,以及为整个场馆内空调及新风机组、运动洗浴及其他生活用水、工艺热水供热的热泵机组,以上供冷供热机组常利用氟利昂作为制冷剂。二氧化碳作为一种取之不尽用之不竭的天然工质,不仅ODP为0,不会对臭氧层造成破坏,GWP为1,对温室效应的影响极小,而且二氧化碳具有与其他天然制冷剂相比,二氧化碳不易燃、不爆炸、毒性低,具有非常好的安全特性,因此可适用于大量使用冷剂的系统;二氧化碳是来源广,因此价格低廉。尤其二氧化碳单位容积制冷量高、单位压降小,且工作压力高,因此二氧化碳系统里压缩机、热交换器和管材尺寸可大大减小。以上优点使得二氧化碳在急需淘汰氟利昂、寻找绿色环保制冷剂的背景下,成为不可忽视的优良制冷剂。
发明内容
根据上述提出的技术问题,而提供进一步地,一种应用于体育运动场馆的二氧化碳跨临界冷热联供与光热耦合系统,包括:
二氧化碳制冷机组,用于提供热源或冷源;
基于二氧化碳制冷机组提供的热源,实现热量回收的余热回收系统;
基于二氧化碳制冷机组提供的热源,进行供暖的供暖系统;
对二氧化碳制冷机组产生的高温高压气体,进行散热,输出降温后二氧化碳气体的气冷器;
二氧化碳制冷机组还包括用于来对气冷器输出的冷却后的二氧化碳进行缓存的闪蒸罐;
基于闪蒸罐输出的降温后的二氧化碳液体,进行制冷的制冷空调系统;
基于闪蒸罐输出的降温后的二氧化碳液体,进行制冰的制冰系统;
基于闪蒸罐输出的降温后的二氧化碳液体,进行造雪的造雪系统。
进一步地,光热系统,用于提供热量,与余热回收系统相连接。
进一步地,余热回收系统包括生活用水用高温余热回收器,用于生成60℃的水,对生活用水水箱返回的15℃水加热提供热源;
浇冰用高温余热回收器,用于生成60℃的水,对浇冰用储热水箱返回的15℃水加热提供热源;
地坪防冻用中温余热回收器,用于生成30℃的乙二醇,对地坪进行防冻,返回15℃乙二醇加热提供热源;
融冰用中温余热回收器,用于生成30℃的乙二醇,进行融冰,返回15℃乙二醇进行融冰提供热源;
新风融霜用中温余热回收器,用于生成30℃的乙二醇,进行除霜,返回15℃乙二醇进行除霜提供热源。
进一步地,制冰系统包括依次相连的二氧化碳桶泵机组、二氧化碳变频屏蔽泵及冰面管道,二氧化碳桶泵机组制备的低温二氧化碳流经二氧化碳变频屏蔽泵至冰面管道。
进一步地,造雪系统包括造雪换热器、造雪机、蓄冰盘管、低温换热器和转轮除湿机;
基于闪蒸罐输出的二氧化碳和乙二醇在造雪换热器处换热制取-27℃乙二醇,为造雪机提供冷源,同时,低温二氧化碳在低温换热器处与乙二醇换热,提供-15℃乙二醇,在蓄冰盘管换热器处来自闪蒸罐低温二氧化碳与乙二醇进行换热,换热后制取低温乙二醇流至蓄冰盘管进行换热,为造雪机提供2℃冰水。
进一步地,制冷空调系统包括空调制冷换热器和风机盘管,
基于制冷机组提供冷源,二氧化碳和水在空调制冷换热器处换热制取7℃冷水,为末端风机盘管提供冷源。
进一步地,供暖系统包括第三高温余热回收器,与水换热,制取的热水流入地暖和泳池蓄热水箱,为空调供暖和游泳池提供热源。
进一步地,制冷机组包括若干组平行压缩机和高压压缩机。
本发明具有以下优点:
本发明一种应用于体育运动场馆的二氧化碳跨临界冷热联供与光热耦合系统,通过阀门切换,自动控制,可实现不同运行模式的切换,冬季可实现制冰+造雪+供暖+新风除湿+新风融霜+地坪防冻+融冰+浇冰+生活热水,夏季可实现制冰+造雪+空调+新风除湿+新风融霜+地坪防冻+融冰+浇冰+生活热水,其他季节可实现制冰+造雪+新风除湿+新风融霜+地坪防冻+融冰+浇冰+生活热水。
本发明通过排气压力控制阀,控制余热回收温度,实时保证系统运行达到最高能效。
本发明配置二氧化碳气冷器,由翅片换热器、风机、湿帘、喷淋泵等组成。气冷器配置湿帘可对环境空气进行绝热加湿。设置温度传感器,夏季高温天气下可根据传感器采集环境温度和出口温度数值,实现自动切换干湿工况、运行湿工况。
本发明配置二氧化碳热泵,将二氧化碳制冷与二氧化碳热泵耦合,根据不同季节需求,启闭阀门、转换回路,调配开启的压缩机、调整系统运行模式,实现单套系统冷热联供。
本发明二氧化碳空气源热泵蒸发器与气冷器耦合,可提高空气源热泵蒸发器使用的环境温度,提高二氧化碳热泵能效。
本发明配置阀门在冬季切换部分平行压缩机回路,组成独立热泵系统,冬季可为供暖提供热源,热回收器二氧化碳侧出口管路配置三通阀门可在末端不使用时,旁通、保护换热器。
本发明系统实现冷热综合利用,可实现综合能效比5.5-7.0。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中应用于体育运动场馆的二氧化碳跨临界冷热联供与光热耦合系统的示意图。
图中:1、平行压缩机,2、高压压缩机,3、生活用水用高温热回收器,4、生活用水用高温热回收器三通阀,5、浇冰用高温热回收器,6、浇冰用高温热回收器三通阀,7、供暖换热器,8、地坪防冻用中温热回收器,9、融冰用中温热回收器,10、新风融霜用中温热回收器,11、中温热回收器三通阀,12、气冷器;13、带蒸发器的气冷器;14、造雪用换热器;15、造雪机;16、蓄冰盘管;17、低温换热器,18、转轮除湿机,19、空调制冷用换热器,20、液位控制器,21、防霜液位计,22、风机盘管,23、二氧化碳桶泵机组,24、冰面,25、闪蒸罐,26、二氧化碳变频屏蔽泵,27、第一球阀,28、第二球阀,29、第三球阀,30、第四球阀,31、第五球阀、32、第六球阀,33、三通阀,34、截止阀,35、第一管路,36、第二管路,37、第三管路,38、第四管路,39、第五管路,40、第六管路,41、第七管路,42、第八管路,43、第九管路,44、第十管路,45、第十一管路,46、第十二管路,47、生活用水用储热水箱,48、浇冰用储热水箱,49、地暖,50、蓄冰盘管换热器,51、水箱补水设备,52、水箱,53、循环水泵,54、太阳能集热板,55、泳池蓄热水箱,56、泳池换热器,57、游泳池。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本发明实施例公开的一种应用于体育运动场馆的二氧化碳跨临界冷热联供与光热耦合系统,该多功能集成二氧化碳冷热联供系统包括:制冷机组、制冰系统、造雪系统、制冷空调系统、供暖系统、新风除湿系统和余热回收系统;
二氧化碳制冷机组,用于提供热源或冷源;
基于二氧化碳制冷机组提供的热源,实现热量回收的余热回收系统;
基于二氧化碳制冷机组提供的热源,进行供暖的供暖系统;
对二氧化碳制冷机组产生的高温高压气体,进行散热,输出降温后二氧化碳气体的气冷器;
二氧化碳制冷机组还包括用于来对气冷器输出的冷却后的二氧化碳进行缓存的闪蒸罐;
基于闪蒸罐输出的降温后的二氧化碳液体,进行制冷的制冷空调系统;
基于闪蒸罐输出的降温后的二氧化碳液体,进行制冰的制冰系统;
基于闪蒸罐输出的降温后的二氧化碳液体,进行造雪的造雪系统。
该系统可以应用到体育运动场;
余热回收系统由制冷机组压缩机排气端及光热系统中被太阳能集热板加热的热水热源,作为热源的高温二氧化碳从平行压缩机1、高压压缩机2的排气管流出,逐级流入热回收器,与水、乙二醇进行换热,为余热回收系统、供暖系统、游泳池提供热源,最终流至气冷器的管路中;光热系统中太阳能集热板将水箱中的水加热,为余热回收系统提供热源,二氧化碳跨临界冷热系统中高温二氧化碳还可以与乙二醇进行换热,为地坪防冻、融冰、新风融霜提供热源。
二氧化碳热源从压缩机出口排出经高温热回收器、中温热回收器、低温热回收器逐级换热冷却,最终流入气冷器12中。
所述气冷器12,由翅片换热器、风机、湿帘、喷淋泵等组成。气冷器12配置湿帘可对环境空气进行绝热加湿。设置温度传感器,夏季高温天气下可根据传感器采集环境温度和出口温度数值,实现自动切换干湿工况、运行湿工况。
制冷机组包括多组平行压缩机1、高压压缩机2、气冷器12和闪蒸罐25;多组平行压缩机1、高压压缩机2实现热泵系统功能;
平行压缩机1包括第一平行压缩机1、1和第二平行压缩机1、2,第一平行压缩机1、1和第二平行压缩机1、2之间的管路上设置有截止阀34;
所述余热回收系统包括生活用水用高温余热回收器3、浇冰用高温余热回收器6、地坪防冻用中温余热回收器8、融冰用中温余热回收器9、新风融霜用中温余热回收器10、生活用水储热水箱47和浇冰用储热水箱48;
生活用水用高温余热回收器3,用于生成60℃的水,对生活用水储热水箱47返回的15℃水加热提供热源;
浇冰用高温余热回收器6,用于生成60℃的水,对浇冰用储热水箱48返回的15℃水加热提供热源;
地坪防冻用中温余热回收器8,用于生成30℃的乙二醇,对地坪进行防冻,返回15℃乙二醇进行加热提供热源;;
融冰用中温余热回收器9,用于生成30℃的乙二醇,进行融冰,返回15℃乙二醇进行融冰提供热源;
新风融霜用中温余热回收器10,用于生成30℃的乙二醇,进行除霜,返回15℃乙二醇进行除霜提供热源。
供暖系统包括供暖换热器7、地暖49;
高温换热器7,与水换热,制取50℃热水流入地暖49,为空调供暖热源;
泳池加热系统包括供暖换热器7、泳池蓄水箱55,泳池用换热器56,及泳池57;
高温换热器7,与水换热,制取50℃热水流入泳池蓄热水箱55,其中泳池蓄热水箱里的水流至泳池换热器56,与泳池里的水进行换热,被加热后的水流至泳池57,为游泳池提供热源;
制冷机组还包括用于来对气冷器输出的冷却后的二氧化碳进行缓存的闪蒸罐25。闪蒸罐底部与制冰系统的二氧化碳桶泵机组相连;
制冰系统包括依次相连的二氧化碳桶泵机组23、二氧化碳变频屏蔽泵26及冰面管道,二氧化碳桶泵机组23的低温二氧化碳流经二氧化碳变频屏蔽泵26至冰面管道形成冰,到冰面24;
造雪系统包括造雪换热器14、造雪机15、蓄冰盘管16、低温换热器50;
闪蒸罐25输出的低温二氧化碳和乙二醇在造雪换热器14处换热制取、-27℃乙二醇,为造雪机15提供冷源,同时,低温二氧化碳在低温换热器17处与乙二醇换热,提供、15℃乙二醇,在蓄冰盘管16换热器处来自闪蒸罐25低温二氧化碳与乙二醇进行换热,换热后制取低温乙二醇流至蓄冰盘16管进行换热,为造雪机提供2℃冰水,进而实现造雪;
制冷空调系统包括空调制冷换热器19和风机盘管22,基于制冷机组提供冷源,二氧化碳和水在空调制冷换热器19处换热制取7℃冷水,为末端风机盘管22提供冷源;
该装置还包括光热系统,用于提供热量,与余热回收系统相连接。光热系统包括水箱52、循环水泵53、太阳能集热板54和水箱补水设备51;
水箱中的水通过循环水泵53流入太阳能集热板54被加热,加热后的水流回至水箱52,水箱52与生活用水高温热回收器3及浇冰用高温热回收器5水侧供回水管路汇总,为生活用水用储热水箱47和浇冰用储热水箱48提供热源。
水箱补水设备51用于为水箱52补水;
新风除湿系统包括低温换热器17和转轮除湿机18,低温二氧化碳在低温换热器17处与乙二醇换热,提供、—15℃乙二醇,为转轮除湿机18提供冷源,转轮除湿机18进行除湿;
一种二氧化碳跨临界冷热联供系统的工作过程如下:
平行压缩机1的两个输出端通过三通阀33连接到第十管路44和第十一管路45,平行压缩机1和高压压缩机2排气相连,经管路流向气冷器12,气冷器12出口与闪蒸罐25顶部相接;闪蒸罐25底部与二氧化碳桶泵机组23相接,低温二氧化碳流经二氧化碳变频屏蔽泵至冰面管道,闪蒸罐25为二氧化碳冷却,散热,达到35度。
夏季用时制冰系统工作过程如下:二氧化碳桶泵机组23设置液位控制器20及防霜液位计21,可精确控制桶泵内液位高度,液相二氧化碳从桶泵机组23流经二氧化碳变频屏蔽泵26流入冰面下管道进行制冰,二氧化碳变频屏蔽泵26可调节供液流量,保证系统稳定运行。
造雪系统由制冷机组提供冷源,二氧化碳和乙二醇在造雪换热器14处换热制取、-27℃乙二醇,为造雪机15提供冷源。同时,制冷机组里低温二氧化碳在低温换热器17处与乙二醇换热,提供、-15℃乙二醇,为转轮除湿机18提供冷源,在蓄冰盘管换热器50处来自闪蒸罐25低温二氧化碳与乙二醇进行换热,换热后制取低温乙二醇流至蓄冰盘管16进行换热,为造雪机提供2℃冰水。
制冷空调系统由制冷机组提供冷源,二氧化碳和水在空调制冷换热器19处换热制取7℃冷水,为末端风机盘管22提供冷源。
高温二氧化碳通过主管路和旁系管路,即第一管路35、第二管路36、第三管路37、第四管路38、第五管路39、第六管路40、第七管路41、第八管路42、第九管路43、第十管路44、第十一管路45、第十二管路46,依次与各热回收器相连,通过切换连接各管路的三通阀以及管路上的阀门,若末端不需要热源,高温二氧化碳气体可旁通至下一级换热器。
具体地,高温二氧化碳从平行压缩机1、高压压缩机2的排气管流出至气冷器12的管路中,可梯级取热。保持第一球阀27和第二球阀28为开启状态,生活用水用高温热回收器三通阀4相连的第一管路35和第二管路36连接,
二氧化碳依次流经生活用水用高温热回收器3、浇冰用高温热回收器5,与水换热,分别制取60℃热水用于生活用水、浇冰,制得的热水分别流入生活用水用储热水箱47、浇冰用储热水箱48;
保持第三球阀29为开启状态,浇冰用高温热回收器三通阀6相连的第四管路38和第五管路39连接,流经高温换热器7,与水换热,制取50℃热水流入地暖49和泳池蓄热水箱55,其中泳池蓄热里的水流至泳池换热器56,与泳池里的水进行换热,被加热后的水流至泳池57,为空调供暖和游泳池提供热源;
保持第四球阀30、第五球阀31、第六球阀32为开启状态,中温热回收器三通阀11相连的第七管路41和第八管路42连接,依次流经地坪防冻用中温热回收器8、融冰用中温换热器9、新风除霜用中温换热器10,与乙二醇换热,制取30℃水分别用于地坪防冻、融冰、新风融霜。
其中,当末端不需要60℃热水用于生活用水和浇冰时,可关闭第一球阀27和第二球阀28,将该段换热器旁通,生活用水用高温热回收器三通阀4相连的管路第一35和第三管路37连接,使二氧化碳直接流入下一段换热器,并对生活用水用高温热回收器3和浇冰用高温换热器4起保护作用;当末端不需要为空调供暖和泳池提供热源时,可关闭第三球阀29,浇冰用高温热回收器三通阀6相连的第三管路37和第五管路39连接,
将该段换热器旁通,使二氧化碳直接流入下一段换热器,并对高温换热器7用于储存液体,气液混合物,局部缓冲,起保护作用;当末端不需要地坪防冻、融冰和新风除霜时,可关闭球阀、第四球阀30、第五球阀31、第六球阀32,中温热回收器三通阀11相连的第七管路41和第九管路43连接,将该中温换热器旁通,使二氧化碳直接流入下一段换热器,并对地坪防冻用中温换热器8、融冰用中温换热器9、新风除霜用中温换热器10起保护作用。
光热系统中水箱52中的水通过循环水泵53流入太阳能集热板54被加热,加热后的水流回至水箱52,水箱52与生活用水高温热回收器3及浇冰用高温热回收器5水侧供回水管路汇总,为生活用水用储热水箱47和浇冰用储热水箱48提供热源。
冬季制冰负荷减小,且需要为空调供暖提供热源,三通阀33相连的管路第十44和第十二管路46连接,平行压缩机1、1和平行压缩机1、2为热泵系统用压缩机,二氧化碳从平行压缩机1、1和平行压缩机1、2流出经过多级热回收降温流至气冷器12和带蒸发器的气冷器13,其中带蒸发器的气冷器13与热泵系统里的蒸发器集成一体,保证二氧化碳进入平行压缩机1、1和平行压缩机1、2时,状态为低温低压的气体。
余热回收系统的高温二氧化碳依次流经生活用水用高温热回收器、浇冰用高温热回收器,与水换热,制备的热水分别流入生活用水用储热水箱、浇冰用储热水箱;高温二氧化碳还流经高温热回收器,与水换热,制取的热水流入地暖和泳池蓄热水箱,为空调供暖和游泳池提供热源;高温二氧化碳还依次流经地坪防冻用中温热回收器、融冰用中温换热器、新风除霜用中温换热器,与乙二醇换热,制取用于地坪防冻、融冰、新风融霜的介质。
冬季除利用余热回收给供暖提供热源外,平行压缩机为热泵系统用压缩机,二氧化碳从平行压缩机流出经过多级热回收降温流至气冷器和气冷器,其中气冷器与热泵系统里的蒸发器集成一体。
二氧化碳空气源热泵蒸发器与制冷系统的气冷器耦合,蒸发器位于气冷器上方,顶部为风机,蒸发器位于气冷器的排风方向。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种应用于体育运动场馆的二氧化碳跨临界冷热联供与光热耦合系统,其特征在于,包括:
二氧化碳制冷机组,用于提供热源或冷源;
基于二氧化碳制冷机组提供的热源,实现热量回收的余热回收系统;
基于二氧化碳制冷机组提供的热源,进行供暖的供暖系统;
对二氧化碳制冷机组产生的高温高压气体,进行散热,输出降温后二氧化碳气体的气冷器;
二氧化碳制冷机组还包括用于来对气冷器输出的冷却后的二氧化碳进行缓存的闪蒸罐;
基于闪蒸罐输出的降温后的二氧化碳液体,进行制冷的制冷空调系统;
基于闪蒸罐输出的降温后的二氧化碳液体,进行制冰的制冰系统;
基于闪蒸罐输出的降温后的二氧化碳液体,进行造雪的造雪系统。
2.根据权利要求1的一种应用于体育运动场馆的二氧化碳跨临界冷热联供与光热耦合系统,其特征在于,包括:光热系统,用于提供热量,与余热回收系统相连接。
3.根据权利要求1的一种应用于体育运动场馆的二氧化碳跨临界冷热联供与光热耦合系统,其特征在于,余热回收系统包括生活用水用高温余热回收器,用于生成60℃的水,对生活用水水箱返回的15℃水加热提供热源;
浇冰用高温余热回收器,用于生成60℃的水,对浇冰用储热水箱返回的15℃水加热提供热源;
地坪防冻用中温余热回收器,用于生成30℃的乙二醇,对地坪进行防冻,返回15℃乙二醇加热提供热源;
融冰用中温余热回收器,用于生成30℃的乙二醇,进行融冰,返回15℃乙二醇进行融冰提供热源;
新风融霜用中温余热回收器,用于生成30℃的乙二醇,进行除霜,返回15℃乙二醇进行除霜提供热源。
4.根据权利要求1的一种应用于体育运动场馆的二氧化碳跨临界冷热联供与光热耦合系统,其特征在于,制冰系统包括依次相连的二氧化碳桶泵机组、二氧化碳变频屏蔽泵及冰面管道,二氧化碳桶泵机组制备的低温二氧化碳流经二氧化碳变频屏蔽泵至冰面管道。
5.根据权利要求1的一种应用于体育运动场馆的二氧化碳跨临界冷热联供与光热耦合系统,其特征在于,造雪系统包括造雪换热器、造雪机、蓄冰盘管、低温换热器和转轮除湿机;
基于闪蒸罐输出的二氧化碳和乙二醇在造雪换热器处换热制取-27℃乙二醇,为造雪机提供冷源,同时,低温二氧化碳在低温换热器处与乙二醇换热,提供-15℃乙二醇,在蓄冰盘管换热器处来自闪蒸罐低温二氧化碳与乙二醇进行换热,换热后制取低温乙二醇流至蓄冰盘管进行换热,为造雪机提供2℃冰水。
6.根据权利要求1的一种应用于体育运动场馆的二氧化碳跨临界冷热联供与光热耦合系统,其特征在于,制冷空调系统包括空调制冷换热器和风机盘管,
基于制冷机组提供冷源,二氧化碳和水在空调制冷换热器处换热制取7℃冷水,为末端风机盘管提供冷源。
7.根据权利要求1的一种应用于体育运动场馆的二氧化碳跨临界冷热联供与光热耦合系统,其特征在于,供暖系统包括第三高温余热回收器,与水换热,制取的热水流入地暖和泳池蓄热水箱,为空调供暖和游泳池提供热源。
8.根据权利要求1的一种应用于体育运动场馆的二氧化碳跨临界冷热联供与光热耦合系统,其特征在于,制冷机组包括若干组平行压缩机和高压压缩机。
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