CN217361673U - 适用于燃料电池极板的流阻测试装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种适用于燃料电池极板的流阻测试装置，属于燃料电池技术领域。一种适用于燃料电池极板的流阻测试装置，燃料电池极板夹具包括介质入口和介质出口，所述流阻测试装置包括：用于与所述介质入口连接的气体输入管路；设置于所述气体输入管路的流量调节阀和流量计；用于与所述介质出口连接的气体输出管路；以及，压差计，所述压差计的第一端与所述气体输入管路相连，所述压差计的第二端与所述气体输出管路相连。本申请可通过流量调节阀的控制，得到不同流量情况下，燃料电池极板进出口流体的压力降，其结构简单，容易实现，安装方便，成本低。

Description

适用于燃料电池极板的流阻测试装置

技术领域

本申请属于燃料电池技术领域，具体涉及一种适用于燃料电池极板的流阻测试装置。

背景技术

燃料电池是一种将燃料所具有的化学能直接转换成电能的电化学装置，具有高功率密度、高转化率、低环境污染等优点。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange MembraneFuel Cell，简称PEMFC)属于燃料电池中的一种。一般地，燃料电池由若干片膜电极和双极板交替堆叠组成。双极板作为燃料电池的核心部件，在燃料电池中，可以起到支撑膜电极结构、分隔氢气和氧气、收集电子、传导热量、提供氢气和氧气通道、排出反应生成的水、提供冷却液流道等诸多重要作用，燃料电池的性能很大程度取决于流场结构。

其中，流场的阻力特性是评价流场设计合理性的一个重要指标。氢气和空气侧的流阻影响两侧气体在流通路径内的压力梯度、气体组分浓度、水蒸气与液态水组分浓度分布；而冷却剂的流阻决定了冷却系统的散热经济性。与此同时，三腔(空气腔、氢气腔和冷却腔)的流阻还影响了电堆各节电池的流量分布均一性，进而影响燃料电池的性能与寿命。

目前，极板的流阻一般采用仿真计算得到，但仿真的模型通常要做简化处理，与双极板实际结构有一定差异，同时仿真的假设与边界条件也较为理想。因此，仿真计算得到的数据并不能准确的反映双极板的实际情况。此外，现有的一些用于检测燃料电池的流阻的装置结构复杂，不方便操作，影响了测试效率，仍存在改进的需求。

实用新型内容

鉴于存在的上述问题，本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型提供一种适用于燃料电池极板的流阻测试装置，其结构简单可靠，方便操作，容易安装，成本较低，可以提高燃料电池极板的流阻测试效率，且能克服现有技术中的不足。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

本申请实施例提供了一种适用于燃料电池极板的流阻测试装置，燃料电池极板夹具包括介质入口和介质出口，所述流阻测试装置包括：

用于与所述介质入口连接的气体输入管路；

设置于所述气体输入管路的流量调节阀和流量计；

用于与所述介质出口连接的气体输出管路；以及，

压差计，所述压差计的第一端与所述气体输入管路相连，所述压差计的第二端与所述气体输出管路相连。

在其中的一些实施方式中，所述气体输入管路与气源连接；

沿着所述气源至所述介质入口的方向，所述气体输入管路上依次设置所述流量调节阀和所述流量计，所述压差计的第一端与所述流量计和所述介质入口之间的所述气体输入管路连接。

在其中的一些实施方式中，所述气源包括空气或氮气；

和/或，所述气源的出口处设置有减压阀。

在其中的一些实施方式中，所述介质入口处设置有第一连接结构，所述介质出口处设置有第二连接结构，所述气体输入管路通过所述第一连接结构与所述介质入口连接，所述气体输出管路通过所述第二连接结构与所述介质出口连接。

在其中的一些实施方式中，所述第一连接结构为快速接头，和/或，所述第二连接结构为快速接头。

在其中的一些实施方式中，所述燃料电池极板夹具包括第一端板、第二端板以及设置于所述第一端板和第二端板之间的双极板；

所述第一端板设置有所述介质入口和所述介质出口，所述双极板设有腔室进口、腔室和腔室出口，介质依次经过所述介质入口、所述腔室进口、所述腔室、所述腔室出口和所述介质出口。

在其中的一些实施方式中，所述第一端板设有第一定位孔，所述第二端板设有第二定位孔，所述双极板设有第三定位孔，所述第一定位孔、所述第二定位孔和所述第三定位孔相对应的设置。

在其中的一些实施方式中，所述第一定位孔、所述第二定位孔和所述第三定位孔均设置有多个，多个所述第一定位孔分别布置在靠近所述第一端板的不同边缘位置处，多个所述第二定位孔分别布置在靠近所述第二端板的不同边缘位置处，多个所述第三定位孔分别布置在靠近所述双极板的不同边缘位置处。

在其中的一些实施方式中，所述介质入口包括氢气入口、空气入口和冷却剂入口，所述介质出口包括氢气出口、空气出口和冷却剂出口，所述腔室包括氢气腔、空气腔和冷却腔；

所述气体输入管路与所述氢气入口、所述空气入口和所述冷却剂入口中的至少一者连接，所述气体输出管路与所述氢气出口、所述空气出口和所述冷却剂出口中的至少一者连接。

实施本申请的技术方案，至少具有以下有益效果：

在本申请实施例中，所提供的适用于燃料电池极板的流阻测试装置，包括与燃料电池极板夹具的介质入口连接的气体输入管路、与燃料电池极板夹具的介质出口连接的气体输出管路、以及压差计，并在气体输入管路上设有流量调节阀和流量计，将压差计的第一端与气体输入管路相连，将压差计的第二端与气体输出管路相连；这样，在测试时，可以通过调节流量调节阀使气体流量在设定范围内，读取压差计数值，即得到该燃料电池极板的流阻。由此，该流阻测试装置原理、结构简单，安装方便，容易操作，成本较低；可通过流量调节阀的控制，得到不同流量情况下，燃料电池极板进出口流体的压力降，有助于确保燃料电池的正常运行，且该测量装置简单可行。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

图1为本申请示例性的一些实施方式提供的适用于燃料电池极板的流阻测试装置的结构示意图；

图2为本申请示例性的一些实施方式提供的燃料电池极板夹具的结构示意图。

附图标记：

100-气体输入管路；

101-流量调节阀；102-流量计；

200-气体输出管路；

300-压差计；

400-燃料电池极板夹具；

410-介质入口；411-氢气入口；412-空气入口；413-冷却剂入口；

420-介质出口；421-氢气出口；422-空气出口；423-冷却剂出口；

430-第一端板；431-第一定位孔；432-快速接头；

440-第二端板；441-第二定位孔；

450-双极板；451-氢气腔进口；452-空气腔进口；453-冷却腔进口；454-氢气腔出口；455-空气腔出口；456-冷却腔出口。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1至图2所示，本申请的一些实施例中，提供一种适用于燃料电池极板的流阻测试装置，该燃料电池极板夹具400具有介质入口410和介质出口420，该流阻测试装置包括：气体输入管路100、流量调节阀101、流量计102、气体输出管路200以及压差计300。

其中，气体输入管路100可用于与燃料电池极板夹具400的介质入口410连接，以通过气体输入管路100和介质入口410向燃料电池极板夹具400内输入气体；气体输入管路100上设置有流量调节阀101和流量计102，可通过流量调节阀101调节所输入的气体流量，使气体流量在所设定的范围内，通过流量计102计量所输入的气体流量，方便调节和观察。气体输出管路200可用于与燃料电池极板夹具400的介质出口420连接，以将气体从气体输出管路200排出。压差计300是可以用来测量管道流体中两点之间的压力差的仪器，压差计300包括第一端和第二端，压差计300的第一端可以与气体输入管路100相连，压差计300的第二端可以与气体输出管路200相连。可选的，压差计300的第一端通过管路与气体输入管路100连接，压差计300的第二端通过管路与气体输出管路200连接。

上述燃料电池极板夹具400设有介质入口410和介质出口420，该燃料电池极板夹具可以为相关技术中常规的或者具有改进结构的燃料电池极板夹具，本实施例对此不作限定。

本实施例通过上述气体输入管路100、流量计102、流量调节阀101、压差计300、气体输出管路200等的连接及设置，在测试时，可以通过调节流量调节阀101使气体流量在设定范围内，读取压差计300数值，即得到该燃料电池极板中腔室的流阻。该流阻测试装置原理、结构简单，安装方便，容易操作，成本较低。

在一些实施例中，所述气体输入管路100与气源连接。该流阻测试装置不仅包括气体输入管路100、流量计102、流量调节阀101、压差计300、气体输出管路200，还包括气源，该气体输入管路100的一端可以与气源连接，气体输入管路100的另一端可以与介质入口410连接。

这样，在测量时，可以通过气源提供气体，使气体从气体输入管路100进入燃料电池极板夹具400，并从气体输出管路200排出。

可选的，沿着气源至介质入口410的方向，气体输入管路100上依次设置流量调节阀101和流量计102，压差计300的第一端与流量计102和介质入口410之间的气体输入管路100连接。也就是，气体输入管路100的两端分别与气源和介质入口410连接，且从气源到介质入口410的方向，该气体输入管路100依次设置流量调节阀101和流量计102，这样，方便分别利用流量调节阀101进行气体流量的调节，以及利用流量计102进行气体流量的计量和读取。并且，压差计300的第一端通过管路与气体输入管路100连接，该气体输入管路100是介于流量计102和介质入口410之间的气体输入管路100。

这样，基于以上连接和设置，可以更有效的测试燃料电池极板进出口流体的压力降，原理简单，方便、易行。

可选的，所述气源包括空气或氮气。采用空气或氮气作为测试时的气源，来源广泛，容易获得，成本较低。

此外，在其他实施方式中，气源还可以采用其他类型的气体，比如氧气或氢气或稀有气体等。

在一些实施例中，所述气源的出口处设置有减压阀。

通过在气源的出口处设置减压阀，可以稳定气体入口压力，保护流量计102与压差计300不超过量程，提高测试的准确性，延长测量仪器的使用寿命。

在一些实施例中，燃料电池极板夹具400包括第一端板430、第二端板440以及设置于第一端板430和第二端板440之间的双极板450。其中第一端板430可以称为气口端板，第一端板430可以设置有前述的介质入口410和介质出口420；第二端板440也可以称为盲端端板；双极板450设置于气口端板和盲端端板之间。当然，可以理解的是，该燃料电池极板夹具400还可以包括其他部件，本实施例对此不作限定，在此不再赘述。

上述第一端板430设置有前述的介质入口410和介质出口420，比如，在第一端板430的左侧或右侧设置有介质入口410或介质出口420；双极板450设有腔室进口、腔室和腔室出口，介质依次经过介质入口410、腔室进口、腔室、腔室出口和介质出口420；也就是，介质入口410、腔室进口、腔室、腔室出口和介质出口420可以依次连通。

在一些实施例中，介质入口410包括氢气入口411、空气入口412和冷却剂入口413，介质出口420包括氢气出口421、空气出口422和冷却剂出口423，腔室包括氢气腔、空气腔和冷却腔；腔室进口包括氢气腔进口451、空气腔进口452和冷却腔进口453；腔室出口包括氢气腔出口454、空气腔出口455和冷却腔出口456。上述介质入口410和介质出口420均设置于第一端板430也即气口端板，上述腔室进口、腔室和腔室出口均设置于双极板450。

在进行流阻测试时，气体输入管路100可以与氢气入口411、空气入口412和冷却剂入口413中的至少一者连接，相应的，气体输出管路200可以与氢气出口421、空气出口422和冷却剂出口423中的至少一者连接。

具体的，在进行流阻测试时，比如，将气体输入管路100与氢气入口411连接，则气体输出管路200与氢气出口421连接，气体从气体输入管路100和氢气入口411进入燃料电池极板夹具400，再依次经过双极板450上的氢气腔进口451、氢气腔和氢气腔出口454，再通过第一端板430上的氢气出口421及与氢气出口421连接的气体输出管路200排出；这样，可以测试得到燃料电池极板夹具400内氢气入口411和氢气出口421之间的流阻。再如，将气体输入管路100与空气入口412连接，则气体输出管路200与空气出口422连接，气体从气体输入管路100和空气入口412进入燃料电池极板夹具400，再依次经过双极板450上的空气腔进口452、空气腔和空气腔出口455，再通过第一端板430上的空气出口422及与空气出口422连接的气体输出管路200排出；这样，可以测试得到燃料电池极板内空气入口412和空气出口422之间的流阻。再如，将气体输入管路100与冷却剂入口413连接，则气体输出管路200与冷却剂出口423连接，气体从气体输入管路100和冷却剂入口413进入燃料电池极板夹具400，再依次经过双极板450上的冷却腔进口453、冷却腔和冷却腔出口456，再通过第一端板430上的冷却剂出口423及与冷却剂出口423连接的气体输出管路200排出；这样，可以测试得到燃料电池极板内冷却剂入口413和冷却剂出口423之间的流阻。

可选的，氢气入口411和氢气出口421分别设于第一端板430的右侧和左侧，空气入口412和空气出口422分别设于第一端板430的左侧和右侧，冷却剂入口413和冷却剂出口423分别设于第一端板430的左侧和右侧。可选的，氢气腔进口451和氢气腔出口454分别设于双极板450的右侧和左侧，空气腔进口452和空气腔出口455分别设于双极板450的左侧和右侧，冷却腔进口453和冷却腔出口456分别设于双极板450的左侧和右侧。

可选的，第一端板430的材质可以为透明材料或不透明材料。

可选的，第二端板440的材质可以为透明材料或不透明材料。

可选的，气体输入管路100的材质可以为金属或工程塑料；气体输出管路200的材质可以为金属或工程塑料；这样，有助于保证测试的准确性。

在一些实施例中，介质入口410处设置有第一连接结构，介质出口420处设置有第二连接结构，气体输入管路100通过第一连接结构与介质入口410连接，气体输出管路200通过第二连接结构与介质出口420连接。可选的，在氢气入口411、空气入口412和冷却剂入口413处均设有第一连接结构，在氢气出口421、空气出口422和冷却剂出口423处均设有第二连接结构。该气体输入管路100可以通过第一连接结构与氢气入口411连接，或者，气体输入管路100可以通过第一连接结构与空气入口412连接，或者，气体输入管路100可以通过第一连接结构与冷却剂入口413连接。该气体输出管路200可以通过第二连接结构与氢气出口421连接，或者，气体输出管路200可以通过第二连接结构与空气出口422连接，或者，气体输出管路200可以通过第二连接结构与冷却剂出口423连接。

通过在介质入口410处设置第一连接结构，方便与气体输入管路100连接，便于安装和拆卸；同样的，通过在介质出口420处设置第二连接结构，方便与气体输出管路200连接，便于安装和拆卸，有助于提高测试效率。

可选的，该第一连接结构可以为快速接头432。可选的，该第二连接结构可以为快速接头432。

在介质入口410和介质出口420处安装快速接头432，并采用快速接头432将气体输入管路100与介质入口410相连，采用快速接头432将气体输出管路200与介质出口420相连，这样，无需工具就能实现各管路与入口或出口的连通或断开，极大的提高了操作的便捷性，更方便气体输入管路100或气体输出管路200与燃料电池极板夹具400的介质入口410或介质出口420的连接和拆卸，效率高。

可选的，快速接头包括竹节接头。采用竹节接头将气体输入管路100与介质入口410相连，或者采用竹节接头将气体输出管路200与介质出口420相连，这样，连接结构可靠，稳定性较好。

可选的，快速接头432的内部嵌装有密封件，该密封件可以由弹性密封材料制成。这样，通过密封件的设置，可以提高快速接头432与气体输入管路100或气体输出管路200连接的密封性，使得连接更为可靠。

此外，在其他实施方式中，第一连接结构或第二连接结构还可以采用其他的连接器，本实施例对此不作限定。

在一些实施例中，第一端板430设有第一定位孔431，第二端板440设有第二定位孔441，双极板450设有第三定位孔，第一定位孔431、第二定位孔441和第三定位孔相对应的设置。

通过在第一端板430、第二端板440和双极板450上分别设置相对应的定位孔，可以在安装时利用定位孔进行定位，方便安装，并能保证安装精度。

在一些实施例中，第一定位孔431、第二定位孔441和第三定位孔均设置有多个，多个第一定位孔431分别布置在靠近第一端板430的不同边缘位置处，多个第二定位孔441分别布置在靠近第二端板440的不同边缘位置处，多个第三定位孔分别布置在靠近双极板450的不同边缘位置处。可以理解，上述第一定位孔431、第二定位孔441、第三定位孔的设置位置是相同的或相对应的；第一端板430、第二端板440和双极板450大体上可以呈长方形结构。此外，在其他实施方式中，第一端板430、第二端板440和双极板450也可以为正方形、棱形或其他不规则形状等等。

可选的，第一定位孔431、第二定位孔441和第三定位孔的数量可以为两个、三个或四个。示例性的，第一定位孔431、第二定位孔441和第三定位孔的数量可以为两个，两个第一定位孔431可以分布在第一端板430的对角位置处，两个第二定位孔441可以分布在第二端板440的对角位置处，两个第三定位孔可以分布在双极板450的对角位置处。

通过多个定位孔的设置，更方便在安装时进行定位，便于操作，能保证安装精度。

本实施例的适用于燃料电池极板的流阻测试装置的工作原理如下：

将气源与气体输入管路100连接，该气体输入管路100上依次设置流量调节阀101和流量计102，压差计300的第一端通过管路与流量计102与介质入口410之间的气体输入管路100连接，压差计300的第二端通过管路与气体输出管路200连接。

使用时，将带有密封胶线的双极板450通过第二定位孔441和第三定位孔安装于第二端板440(盲端端板)上，利用第三定位孔和第一定位孔431，在双极板450上安装第一端板430(气口端板)，使用夹紧结构使燃料电池工装夹紧密封。气体输入管路100接入燃料电池极板夹具400的介质入口410(氢气入口411、空气入口412和冷却剂入口413其中的一个入口)的快速接头432中，气体输出管路200接入对应的介质出口420(氢气出口421、空气出口422和冷却剂出口423中的一个出口)的快速接头432中。

打开气源阀门，调节减压阀，使压力稳定在一定数值如300kPa以内，观察流量计102数值，调节流量调节阀101使气体流量在设定范围内，读取压差计300数值，即得到该双极板450腔室的流阻。将管路分切与上下的腔室进出口相连，按照上述流程依次测得流阻。

综上所述，本实施例的适用于燃料电池极板的流阻测试装置原理、结构简单，安装方便，成本低，可通过流量调节阀的控制，得到不同流量情况下，双极板进出口流体的压力降；并且，其组装方便，安装和拆卸快捷方便，提高了测试效率。

本实用新型说明书中未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种适用于燃料电池极板的流阻测试装置，燃料电池极板夹具包括介质入口和介质出口，其特征在于，所述流阻测试装置包括：

用于与所述介质入口连接的气体输入管路；

设置于所述气体输入管路的流量调节阀和流量计；

用于与所述介质出口连接的气体输出管路；以及，

压差计，所述压差计的第一端与所述气体输入管路相连，所述压差计的第二端与所述气体输出管路相连。

2.根据权利要求1所述的适用于燃料电池极板的流阻测试装置，其特征在于，所述气体输入管路与气源连接；

沿着所述气源至所述介质入口的方向，所述气体输入管路上依次设置所述流量调节阀和所述流量计，所述压差计的第一端与所述流量计和所述介质入口之间的所述气体输入管路连接。

3.根据权利要求2所述的适用于燃料电池极板的流阻测试装置，其特征在于，所述气源包括空气或氮气；

和/或，所述气源的出口处设置有减压阀。

4.根据权利要求1所述的适用于燃料电池极板的流阻测试装置，其特征在于，所述介质入口处设置有第一连接结构，所述介质出口处设置有第二连接结构，所述气体输入管路通过所述第一连接结构与所述介质入口连接，所述气体输出管路通过所述第二连接结构与所述介质出口连接。

5.根据权利要求4所述的适用于燃料电池极板的流阻测试装置，其特征在于，所述第一连接结构为快速接头，和/或，所述第二连接结构为快速接头。

6.根据权利要求1-5任一项所述的适用于燃料电池极板的流阻测试装置，其特征在于，所述燃料电池极板夹具包括第一端板、第二端板以及设置于所述第一端板和第二端板之间的双极板；

所述第一端板设置有所述介质入口和所述介质出口，所述双极板设有腔室进口、腔室和腔室出口，介质依次经过所述介质入口、所述腔室进口、所述腔室、所述腔室出口和所述介质出口。

7.根据权利要求6所述的适用于燃料电池极板的流阻测试装置，其特征在于，所述第一端板设有第一定位孔，所述第二端板设有第二定位孔，所述双极板设有第三定位孔，所述第一定位孔、所述第二定位孔和所述第三定位孔相对应的设置。

8.根据权利要求7所述的适用于燃料电池极板的流阻测试装置，其特征在于，所述第一定位孔、所述第二定位孔和所述第三定位孔均设置有多个，多个所述第一定位孔分别布置在靠近所述第一端板的不同边缘位置处，多个所述第二定位孔分别布置在靠近所述第二端板的不同边缘位置处，多个所述第三定位孔分别布置在靠近所述双极板的不同边缘位置处。

9.根据权利要求6所述的适用于燃料电池极板的流阻测试装置，其特征在于，所述介质入口包括氢气入口、空气入口和冷却剂入口，所述介质出口包括氢气出口、空气出口和冷却剂出口，所述腔室包括氢气腔、空气腔和冷却腔；

所述气体输入管路与所述氢气入口、所述空气入口和所述冷却剂入口中的至少一者连接，相应的，所述气体输出管路与所述氢气出口、所述空气出口和所述冷却剂出口中的至少一者连接。

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