CN1740704A - 一种综合制冷装置 - Google Patents

Abstract

一种综合制冷装置，它包括由热泵机组压缩机(1)、热泵机组节流膨胀阀(3)、热泵机组蒸发器(4)组成的准热泵机组，以及由溴化锂机组发生器(7－1)、溴化锂机组冷凝器(7－2)、溴化锂机组蒸发器(7－3)、溴化锂机组吸收器(7－4)组成的溴化锂机组，所述溴化锂机组的发生器的热源进、出管口通过管路分别与热泵机组压缩机的高温高压制冷剂气体输出管口、热泵机组节流膨胀阀的制冷剂输入管口相连接；利用热泵机组压缩机输出的高温高压制冷剂气体作为热源直接输给双效蒸汽溴化锂机组进行制冷。其优点如下：一是在夏季环境温度较高的情况下制冷，可以有相当高的制冷能效比；二是可以利用回收的余热来制冷；三是热泵机组只有一种制热运行状态，可以优化热泵机组的结构。

Description

一种综合制冷装置

技术领域

本发明涉及制冷及空调技术领域的一种综合制冷装置。该综合制冷装置特别适用于夏季温度较高地区需要制冷及空调的场所。

背景技术

1、目前常用的制冷方式

目前常用的制冷方式一般采用压缩式制冷或吸收式制冷。

压缩式制冷方式需要四大主要部件，即压缩机1、冷凝器2、节流膨胀阀3和蒸发器4。压缩式制冷方式都要消耗一部分电能来制冷。其工作原理是：压缩机对吸入的低温低压制冷剂气体进行压缩变成高温高压制冷剂气体；高温高压制冷剂气体进入冷凝器降温，变成中温高压制冷剂液体(释放出液化热，即制热)；中温高压制冷剂液体经过节流膨胀阀进入蒸发器，吸收外界热源(例如空气)热量蒸发，变成低温低压制冷剂气体(即制冷)；低温低压制冷剂气体再进入压缩机进行下一个循环。如图1所示。

吸收式制冷方式也需要四大主要部件，即发生器7-1、冷凝器7-2、蒸发器7-3、吸收器7-4。吸收式制冷方式都是消耗一部分热能来制冷。其工作原理是：用热源的热量加热发生器中的稀溶液，生成高温水蒸汽和浓溶液；高温水蒸汽进入冷凝器被冷凝成水；冷凝水进入蒸发器，吸收外界热量变成低温水蒸汽(即制冷)；低温水蒸气进入吸收器中被浓溶液吸收液化，变成稀溶液再进入发生器中进行下一个循环。虽然吸收式制冷方式有单效吸收式与双效吸收式之分，但它们的基本工作原理都是相同的。如图2所示。

2、现有制冷方式的制冷系数

在制冷与空调领域中，为了比较制冷机的性能，引入了能效比的概念。用单位时间获得的制冷量或制热量与单位时间输入的能量之比，表示制冷机制冷时的能效比或制热时的能效比。

目前压缩式制冷机在标准工况下，在制冷时的能效比一般为3，而在制热时的能效比一般为3.5。用制冷专业术语来讲，就是：每输入1千瓦的电能，就能获得3千瓦的冷量或者是3.5千瓦的热量。

目前吸收式制冷机在制冷时的能效比，对单效吸收式制冷机来讲，能效比可达到0.8；对双效吸收式制冷机来讲，能效比可达到1.4。

发明内容

本发明的目的正是利用上述压缩式制冷和吸收式制冷的特点，将其进行有机地组合，从而提供一种综合制冷装置。更具体说，本发明的综合制冷装置利用热泵机组(压缩式制冷机的一种)制热时的能效比随热源(例如空气)温度升高而增大的特性，改变热泵机组夏季制冷的这种传统运行方式，使热泵机组在夏季高温环境中进行制热运行，可以有较高的制热能效比；再把热泵机组制得的热量作为溴化锂机组的热源，供给溴化锂机组(吸收式制冷机)进行制冷，就能获得相当高的制冷能效比。这种综合制冷装置的最大特征，就是其制冷能效比等于热泵机组制热能效比与溴化锂制冷机组能效比的乘积。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的综合制冷装置包括由热泵机组压缩机、热泵机组节流膨胀阀、热泵机组蒸发器组成的准热泵机组，以及由溴化锂机组发生器、溴化锂机组冷凝器、溴化锂机组蒸发器、溴化锂机组吸收器组成的溴化锂机组，所述溴化锂机组的发生器的热源进、出管口通过管路分别与热泵机组压缩机的高温高压制冷剂气体输出管口、热泵机组节流膨胀阀的制冷制输入管口相连接。更具体说，就是用溴化锂机组的发生器替代热泵机组冷凝器(也可以说是把热泵机组冷凝器与双效蒸汽溴化锂机组发生器的管簇合二为一，成为一个共用部件，并安装在双效蒸汽溴化锂制冷机组发生器的内部，即双效蒸汽溴化锂制冷机组发生器的加热管簇既是溴化锂制冷机组发生器的加热部件，同时也是热泵机组的冷凝部件)，热泵机组压缩机输出的高温高压制冷剂气体借助安装在双效蒸汽溴化锂制冷机的发生器内的管簇，直接加热发生器中溴化锂稀溶液进行制冷。

由于从双效蒸汽溴化锂制冷机组发生器出来的中温高压制冷剂液体的温度比较高，影响制冷剂液体在热泵机组蒸发器中气化时对外界热量的吸收，为了尽量多地从外界吸取热量，提高热泵机组制热时的能效比，依据上述基本结构，本发明可以采用回热制热技术措施来实现，即：热泵机组压缩机的低温低压制冷剂气体管路通过换热器的低温低压制冷剂气体通路与热泵机组蒸发器相连接，溴化锂机组发生器的中温高压制冷剂液体(即热源)出口管路通过换热器的中温高压制冷剂液体通路与热泵机组节流膨胀阀相连接。

为了使余热得以充分利用，本发明还可采用下述技术方案来实现：即所述热泵机组蒸发器可设计成为套管式结构，其内套管与外套管之间的环形通道的输入口接入热泵机组节流膨胀阀的出口，环形通道的输出口与换热器的低温低压制冷剂气体输入口相连接；所述热泵机组蒸发器的内套管的冷却水输入端口接入溴化锂机组冷凝器的冷却水输出口，另一端口通过散热器接入溴化锂机组吸收器的冷却水回水端口。

为了保证热泵机组在冬季正常供热，本发明还可以通过下述技术措施来实现：该技术方案是在前述技术措施的基础上增设副换热器和三个三通阀以及四个水系统阀来实现的。具体讲，所述热泵机组压缩机的高温高压制冷剂气体输出管口与热泵机组压缩机排气三通阀的输入口相连接，热泵机组压缩机排气三通阀的制冷出口通道通过管路接入溴化锂机组的发生器的热源入口，热泵机组压缩机排气三通阀的制热出口通过管路分别与副换热器的制冷剂输入管口和热泵机组蒸发器出气三通阀的制冷出口相连通；热泵机组蒸发器出气三通阀的输入口通过管路接入套管式结构的热泵机组蒸发器的内套管与外套管之间的环形通道的输出口，热泵机组蒸发器出气三通阀的制热出口通道通过管路分别与换热器的低温低压制冷剂气体输入口和副换热器制冷剂出口三通阀的制冷出口相连接；副换热器制冷剂出口三通阀的输入口通过管路接入副换热器的制冷剂通路的出口端，副换热器制冷剂出口三通阀的制热出口通过管路分别与换热器的中温高压制冷剂液体输入口和溴化锂机组发生器的热源出口相连接；副换热器的冷却水通道的输入端与溴化锂机组冷凝器冷却水输出口相接，副换热器的冷却水通道的出口端分成两路，一路经阀门与热泵机组蒸发器的内套管的冷却水输入端相连接，另一路经阀门与溴化锂机组蒸发器的一条空调水管道相接；溴化锂机组冷凝器的冷却水输出口还通过管路与溴化锂机组蒸发器的另一条空调水管道相接；在副换热器的冷却水进、出管道上跨接有旁通阀。

本发明的优点如下：

1、在夏季环境温度较高的情况下制冷，可以有相当高的制冷能效比。

2、可以利用回收的余热来制冷。

3、热泵机组只有一种制热运行状态。可以优化热泵机组的结构。

附图说明

图1为热泵机组原理图。

图2为双效蒸汽溴化锂制冷机组的原理图。

图3为本发明的第一种实施方式原理图。

图4为本发明的第二种实施方式原理图。

图5为本发明的第三种实施方式原理图。

图6为本发明的第四种实施方式原理图

图中1是热泵机组压缩机，2是热泵机组冷凝器，3是热泵机组节流膨胀阀，4是热泵机组蒸发器，4′套管式结构的热泵机组蒸发器，5是换热器，6是副换热器，7是双效蒸汽溴化锂制冷机组，7-1是溴化锂机组的发生器，7-2是溴化锂机组的冷凝器，7-3是溴化锂机组的蒸发器，7-4是溴化锂机组的吸收器，7-5是溴化锂机组的溶液换热器，7-6是双效溴化锂机组溶液泵，7-7是双效溴化锂机组冷却水水泵，8-1是热泵机组压缩机排气三通阀，8-2是热泵机组蒸发器出气三通阀，8-3是副换热器制冷剂出口三通阀，9是散热器，10是副换热器的冷却水旁通阀，11、12、13是水系统阀门，—>是实线箭头表示夏季制冷时介质的流向，-->是虚线箭头表示冬季制热时介质的流向，A是热源出入口，B是冷却水出入口，C是空调水出入口。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例(附图)作进一步描述：

实施例1：

如图3所示，本发明的综合制冷装置包括由热泵机组压缩机1、热泵机组节流膨胀阀3、热泵机组蒸发器4组成的准热泵机组，以及由溴化锂机组发生器7-1、溴化锂机组冷凝器7-2、溴化锂机组蒸发器7-3、溴化锂机组吸收器7-4组成的溴化锂机组，所述溴化锂机组的发生器7-1的热源进、出管口通过管路分别与热泵机组压缩机1的高温高压制冷剂气体输出管口、热泵机组节流膨胀阀3的制冷剂输入管口相连接。更具体说，就是用溴化锂机组的发生器替代热泵机组的冷凝器(也可以说是把热泵机组冷凝器与双效蒸汽溴化锂机组发生器的管簇合二为一，成为一个共用部件，并安装在双效蒸汽溴化锂制冷机组发生器的内部，即双效蒸汽溴化锂制冷机组发生器的加热管簇既是溴化锂制冷机组发生器的加热部件，同时也是热泵机组的冷凝部件)，热泵机组压缩机输出的高温高压制冷剂气体借助安装在双效蒸汽溴化锂制冷机的发生器内的管簇，直接加热发生器中溴化锂稀溶液进行制冷。这也是本发明的一种最基本的技术方案。

本发明的这一实施例是利用热泵机组压缩机输出的高温高压制冷剂气体作为热源，直接送给双效蒸汽溴化锂机组发生器进行制冷，其具体工作原理及方式如下：

热泵机组压缩机1输出的高温高压制冷剂气体在双效蒸汽溴化锂制冷机组的发生器7-1中释放热量，变成中温高压制冷剂液体(即制热，为双效蒸汽溴化锂制冷机组提供热源)；中温高压制冷剂液体由双效蒸汽溴化锂制冷机组发生器7-1出来后经过节流膨胀阀3进入热泵机组的蒸发器4，吸收外界热量后气化，变成低温低压制冷剂气体；低温低压制冷剂气体进入压缩机1压缩成高温高压制冷剂气体，再进行下一个循环。

在双效蒸汽溴化锂机组的发生器7-1中，由于吸收了高温高压制冷剂气体液化时所释放的热量，溴化锂稀溶液中的水份就蒸发出来变成高温水蒸汽，同时，稀溶液变成了浓溶液并经溶液换热器7-5进入溴化锂机组吸收器7-4。高温水蒸汽进入溴化锂机组的冷凝器7-2冷却液化成冷凝水；冷凝水进入溴化锂机组蒸发器7-3后，吸收外界热量气化成水蒸汽(即制冷)并进入溴化锂机组吸收器7-4；在吸收器7-4中，浓溶液吸收水蒸汽后变成稀溶液，稀溶液经过溶液泵7-6和溶液换热器7-5再进入溴化锂发生器7-1中，进行下一个循环。

为了保证双效蒸汽溴化锂制冷机组的能效比为1.2～1.4，热泵机组压缩机输出的高温高压制冷剂气体的温度、流量和压力，应符合双效蒸汽溴化锂制冷机组的技术要求。

要求热泵机组压缩机输出的高温高压制冷剂气体，必须能在双效蒸汽溴化锂机组的发生器中液化。

要使用合适的压缩机及制冷剂，以使压缩机吸气在尽可能大的过热度时，压缩机工作正常且制热能效比不至于下降或明显下降。

实施例2：

如图4所示，由于从双效蒸汽溴化锂制冷机组发生器出来的中温高压制冷剂液体的温度比较高，影响制冷剂液体在热泵机组蒸发器中气化时对外界热量的吸收，为了尽量多地从外界吸取热量，提高热泵机组制热时的能效比，依据上述(图3所示)基本结构，本实施方式采用了回热制热技术，即：本实施方式与实施例1的不同之处在于所述热泵机组压缩机1的低温低压制冷剂气体管路通过换热器5的低温低压制冷剂气体通路与热泵机组蒸发器4相连接，溴化锂机组发生器7-1的中温高压制冷剂液体出口管路通过换热器5的中温高压制冷剂液体通路与热泵机组节流膨胀阀3相连接。具体讲，在热泵机组蒸发器4与压缩机1之间增设换热器5，使由热泵机组蒸发器4出来的低温低压制冷剂气体通过换热器5的低温低压制冷剂气体通路后进入压缩机1，使由双效蒸汽溴化锂制冷机组发生器7-1出来的中温高压制冷剂液体通过换热器5的中温高压制冷剂液体通路，使中温高压制冷剂液体在换热器5中与低温低压制冷剂气体进行热交换后再进入节流膨胀阀3；进入节流膨胀阀的制冷剂液体有了相当大过冷度，它在热泵机组蒸发器4中气化时就能吸收较多的外界热量；而进入热泵机组压缩机的低温低压制冷剂气体有了尽可能大的过热度。这一实施例实际上就是使热泵机组压缩机有尽可能大的吸气过热度，使输入热泵机组节流膨胀阀3的制冷剂液体有相应的过冷度。利用回热制热技术的目的，就是要尽量降低输入节流膨胀阀的制冷剂液体的温度，同时制冷剂液体温度降低所析出的热量还要返回给压缩机。利用热泵机组压缩机输出的高温高压制冷剂气体作为热源，直接输入双效蒸汽溴化锂机组的发生器进行制冷。利用回热制热技术也是本发明的一个重要技术方案。

实施例3：

如图5所示，本实施例的目的是为了使余热得以充分利用，它与实施例2的不同之处在于它是在实施例2技术方案的基础上增设散热器并将热泵机组的蒸发器由通常的单管式结构形式设计成为套管式结构形式；即所述热泵机组蒸发器4′为套管式结构，其内套管与外套管之间的环形通道的输入口接入热泵机组节流膨胀阀3的出口，内套管与外套管之间的环形通道的另一端与换热器5的低温低压制冷剂气体输入口相连接；所述热泵机组蒸发器4′的内套管的冷却水输入端口接入溴化锂机组冷凝器7-2的冷却水输出口，内套管的冷却水输出端口通过散热器9接入溴化锂机组吸收器7-4的冷却水回水端口。

这一余热回收技术的具体工作原理如下：由双效蒸汽溴化锂机组冷凝器7-2输出的冷却水依次通过热泵机组蒸发器4′的内套管、散热器9、双效蒸汽溴化锂机组吸收器7-4和冷却水水泵7-7形成循环通路；使热泵机组节流膨胀阀3出来的制冷剂液体从热泵机组蒸发器4′的内套管与外套管之间的环形通道中通过后，再依次通过换热器5的低温低压制冷剂气体通路、热泵机组压缩机1、双效蒸汽溴化锂机组发生器7-1、换热器5的中温高压制冷剂液体通路、热泵机组节流膨胀阀3和热泵机组蒸发器4′形成循环通路；热源空气(或水)由热泵机组蒸发器4′的外套管的外面通过。在热泵机组蒸发器4′中，制冷剂液体可以吸收内套管内冷却水的热量和外套管外面热源空气(或热源水)中的热量，气化而成低温低压制冷剂气体。考虑到汽溴化锂制冷机组冷却水的热量较多，远远大于制冷剂液体汽化时所需要的热量，多余的热量必须散发出去，为此可以在热泵机组蒸发器4′的下部(或上部)设置散热器9，使冷却水通过热泵机组蒸发器4′的内套管后再进入散热器9，靠空气(或热源水)把多余的热量带走。散热器9在一定程度上起到冷却塔的作用。本实施例是利用回收的余热(冷却水中的热量)来制冷，实际上是给出了一种把低品位能源提升成高品位能源的方法，这也是本发明的一个显著特征。

实施例4：

如图6所示，本实施例的目的是为了保证这种综合制冷装置能在冬季正常供热。该实施例是在实施例3的基础上增设副换热器和三个三通阀以及四个水系统阀来实现的。具体讲，所述热泵机组压缩机1的高温高压制冷剂气体输出管口与热泵机组压缩机排气三通阀8-1的输入口相连接，三通阀8-1的制冷出口通道通过管路接入溴化锂机组的发生器7-1的热源入口，三通阀8-1的制热出口通过管路分别与副换热器6的制冷剂输入管口和热泵机组蒸发器出气三通阀8-2的制冷出口相连通；热泵机组蒸发器出气三通阀8-2的输入口通过管路接入套管式结构的热泵机组蒸发器4′的内套管与外套管之间的环形通道的输出口，热泵机组蒸发器出气三通阀8-2的制热出口通道通过管路分别与换热器5的低温低压制冷剂气体输入口和副换热器制冷剂出口三通阀8-3的制冷出口相连接；副换热器制冷剂出口三通阀8-3的输入口通过管路接入副换热器6的制冷剂通路的出口端，副换热器制冷剂出口三通阀8-3的制热出口通过管路分别与换热器5的中温高压制冷剂液体输入口和溴化锂机组发生器7-1的热源出口相连接；副换热器6的冷却水通道的输入端与溴化锂机组冷凝器7-2冷却水输出口相接，副换热器6的冷却水通道的出口端分成两路，一路经阀门11与热泵机组蒸发器4′的内套管的冷却水输入端相连接，另一路经阀门12与溴化锂机组蒸发器7-3的一条空调水管道相接；溴化锂机组冷凝器7-2冷却水输出口还通过管路与溴化锂机组蒸发器7-3的另一条空调水管道相接；在副换热器6的冷却水进、出管道上跨接有旁通阀10。

本发明可利用三个三通阀实现热泵机组与双效蒸汽溴化锂机组之间的切换，使用本装置在夏季进行制冷运行时，基本按照图5所示的结构方式运行，在冬季进行制热运行时，基本按照常规热泵机组的制热方式运行。其工作原理如下：

夏季制冷运行时通过操作三个三通阀，使热泵机组压缩机1输出的高温高压制冷剂气体，沿图6中实线箭头所示方向，依次通过热泵机组压缩机排气三通阀8-1、双效蒸汽溴化锂机组发生器7-1、换热器5中的中温高压制冷液体通路、节流膨胀阀3、热泵机组蒸发器4′、热泵机组蒸发器出气三通阀8-2、副换热器6、副换热器制冷剂出口三通阀8-3、换热器5的低温低压制冷剂气体通路、再回到热泵机组压缩机进行压缩。另外还需要同时操作四个水系统阀门：即关闭水系统阀门12，打开水系统阀门10、11、1 3，使双效蒸汽溴化锂机组冷凝器7-2输出的冷却水依次通过水系统阀门10(此时会有少量冷却水流过副换热器6)、水系统阀门11、热泵机组蒸发器4′的内套管、散热器9、双效蒸汽溴化锂机组吸收器7-4、双效蒸汽溴化锂机组冷却水水泵7-7、再回到双效蒸汽溴化锂机组冷凝器7-2，由双效蒸汽溴化锂机组蒸发器7-3输出制冷水。调节水系统阀门10也相当于是改变在制冷运行时副换热器6的回热量，在水系统阀门10完全开启情况下，回热量最小。

在冬季热泵机组单独制热运行时，通过操作三个三通阀，使热泵机组压缩机1送出高温高压制冷剂气体，沿图6中虚线箭头方向依次经过热泵机组压缩机排气三通阀8-1进入副换热器6散热液化(即副换热器相当于热泵机组冷凝器的作用)，变成中温高压制冷剂液体；中温高压制冷剂液体经过副换热器制冷剂出口三通阀8-3、换热器5的中温高压制冷剂液体通路、节流膨胀阀3、热泵机组蒸发器4′、热泵机组蒸发器出气三通阀8-2、换热器5的低温低压制冷剂气体通路再回到热泵机组压缩机1进行压缩，再进行下一个循环。另外还需要同时操作四个水系统阀门：即打开水系统阀门12，关闭水系统阀门10、11、13，热泵机组制出的热量借助副换热器6的冷却水经由水系统阀门12送入双效蒸汽溴化锂机组蒸发器7-3的空调管道进行供暖。本实施例的结构不仅能在夏季制冷时有相当高的制冷效能比，同时还能实现冬季的正常供暖，提高了设备的利用率。这也正是本实施例的优点所在。

Claims (4)

1、一种综合制冷装置，它包括由热泵机组压缩机(1)、热泵机组节流膨胀阀(3)、热泵机组蒸发器(4)组成的准热泵机组，以及由溴化锂机组发生器(7-1)、溴化锂机组冷凝器(7-2)、溴化锂机组蒸发器(7-3)、溴化锂机组吸收器(7-4)组成的溴化锂机组，其特征在于：所述溴化锂机组的发生器(7-1)的热源进、出管口通过管路分别与热泵机组压缩机(1)的高温高压制冷剂气体输出管口、热泵机组节流膨胀阀(3)的制冷剂输入管口相连接。

2、根据权利要求书1所述的综合制冷装置，其特征在于：热泵机组压缩机(1)的低温低压制冷剂气体管路通过换热器(5)的低温低压制冷剂气体通路与热泵机组蒸发器(4)相连接，溴化锂机组发生器(7-1)的热源出口管路通过换热器(5)的中温高压制冷剂液体通路与热泵机组节流膨胀阀(3)相连接。

3、根据权利要求书1或2所述的综合制冷装置，其特征在于：所述热泵机组蒸发器(4′)为套管式结构，其内套管与外套管之间的环形通道的输入口接入热泵机组节流膨胀阀(3)的出口，环行通道的输出口与换热器(5)的低温低压制冷剂气体输入口相连接；所述热泵机组蒸发器(4′)的内套管的冷却水输入端口接入溴化锂机组冷凝器(7-2)的冷却水输出口，另一端口通过散热器(9)接入溴化锂机组吸收器(7-4)的冷却水回水端口。

4、根据权利要求书3所述的综合制冷装置，其特征在于：所述热泵机组压缩机(1)的高温高压制冷剂气体输出管口与热泵机组压缩机排气三通阀(8-1)的输入口相连接，三通阀(8-1)的制冷出口通道通过管路接入溴化锂机组的发生器(7-1)的热源入口，三通阀(8-1)的制热出口通过管路分别与副换热器(6)的制冷剂输入管口和热泵机组蒸发器出气三通阀(8-2)的制冷出口相连通；热泵机组蒸发器出气三通阀(8-2)的输入口通过管路接入套管式结构的热泵机组蒸发器(4′)的内套管与外套管之间的环形通道的输出口，热泵机组蒸发器出气三通阀(8-2)的制热出口通道通过管路分别与换热器(5)的低温低压制冷剂气体输入口和副换热器制冷剂出口三通阀(8-3)的制冷出口相连接；副换热器制冷剂出口三通阀(8-3)的输入口通过管路接入副换热器(6)的制冷剂通路的出口端，副换热器制冷剂出口三通阀(8-3)的制热出口通过管路分别与换热器(5)的中温高压制冷剂液体输入口和溴化锂机组发生器(7-1)的热源出口相连接；副换热器(6)的冷却水通道的输入端与溴化锂机组冷凝器(7-2)冷却水输出口相接，副换热器(6)的冷却水通道的出口端分成两路，一路经阀门(11)与热泵机组蒸发器(4′)的内套管的冷却水输入端相连接，另一路经阀门(12)与溴化锂机组蒸发器(7-3)的一条空调水管道相接；溴化锂机组冷凝器(7-2)冷却水输出口还通过管路与溴化锂机组蒸发器(7-3)的另一条空调水管道相接；在副换热器(6)的冷却水进、出管道上跨接有旁通阀(10)。

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