DE102021111869A1 - Hermetic small heat pump with invasive condenser or evaporator for the interior of the building - Google Patents
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Abstract
Wärmepumpe 1 zur Klimatisierung eines mit Wänden 2, Böden 3 und Decken umschlossenen Gebäudeteils 4, umfassend ein Kältemittel, eine sich innerhalb des Gebäudeteils 4 befindliche Inneneinheit 5, sowie eine sich außerhalb des Gebäudeteils 4 befindliche Außeneinheit 6, wobei die Inneneinheit 5 und die Außeneinheit 6 einen Kältemittelkreislauf bilden wobei die Inneneinheit 5 als wenigstens eine flexible Rohrschlaufe 7 und/oder wenigstens ein Schlauchsystem ausgebildet ist, wobei der Kältemittelkreislauf hermetisch, insbesondere kupplungsfrei, bevorzugt nicht lösbar, in sich geschlossen ist.Heat pump 1 for air-conditioning a part of the building 4 enclosed by walls 2, floors 3 and ceilings, comprising a refrigerant, an indoor unit 5 located within the building part 4, and an outdoor unit 6 located outside of the building part 4, the indoor unit 5 and the outdoor unit 6 form a refrigerant circuit, the internal unit 5 being designed as at least one flexible pipe loop 7 and/or at least one hose system, the refrigerant circuit being hermetically closed, in particular without couplings, preferably not detachable.
Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zu deren Installation.The invention relates to a heat pump according to the preamble of
Derartige Systeme sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt.Such systems are already known from the prior art.
Das Dokument
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik sogenannte Klima-Split-Geräte bekannt. Hierbei gelangt das Kältemittel in das Gebäudeinnere und erzeugt die Wärme durch Kondensieren des Kältemittels. Im Fall einer Kühlung wird das Kältemittel im Inneren des Gebäudes verdampft. In ähnlicher Weise kann mittels Kondensation eines Wärmemittels im Inneren des Gebäudes auch eine Erwärmung ermöglicht werden.Furthermore, so-called air-conditioning split devices are known from the prior art. The refrigerant gets inside the building and generates heat by condensing the refrigerant. In the case of cooling, the refrigerant is vaporized inside the building. Similarly, heating can also be enabled by condensing a heating medium inside the building.
Die Komponenten derartiger Klima-Split-Geräte werden bei einer Montage unter Anderem mittels Kupplungen miteinander verbunden. Üblicher Weise wird eine Inneneinheit vakuumiert und mit einem weiblichen Ende einer Steckkupplung verschlossen. Die Außeneinheit ist mit einem Kältemittel befüllt und mit einem männlichen Teil der Steckkupplung verschlossen. Nach der Installation im Gebäude werden die beiden Kupplungshälften zusammengesteckt und schließen somit den Kältekreislauf.During assembly, the components of such air-conditioning split devices are connected to one another by means of couplings, among other things. An indoor unit is usually evacuated and sealed with a female end of a plug-in coupling. The outdoor unit is filled with a refrigerant and closed with a male part of the plug-in coupling. After installation in the building, the two halves of the coupling are plugged together and thus close the refrigeration cycle.
Ein Betrieb solcher Geräte geschieht unter sicherheitstechnischen Gesichtspunkten ausschließlich mit Kältemitteln, die im Fall ihres Austretens keine direkte Gefahr für die sich innerhalb des Gebäudes befindlichen Personen darstellen.From a safety point of view, such devices are operated exclusively with refrigerants which, if they escape, do not pose any direct danger to the people in the building.
Problematisch ist hierbei, dass derartige Kältemittel gemeinhin fluorierte Treibhausgase sind, die entsprechend klimaschädliche Eigenschaften besitzen.The problem here is that such refrigerants are commonly fluorinated greenhouse gases, which have properties that are harmful to the climate.
Der Einsatz von Kälte-/Wärmemitteln mit geringem Treibhauspotential, wie beispielsweise Propan, ist in derartigen Systemen nicht möglich, da Steckkupplungen, sowie etwaige Verbindungsstellen zwischen den Komponenten der Wärmepumpe, stets eine Gefahr für Leckagen und dem Austreten der Kälte-/Wärmemittel innerhalb des Gebäudeteils bieten.The use of refrigerants/heating agents with a low global warming potential, such as propane, is not possible in such systems, since plug-in couplings and any connection points between the components of the heat pump always pose a risk of leaks and the escape of refrigerants/heating agents within the part of the building Offer.
Weiterhin von Nachteil ist, dass bei der Installation derartiger Geräte an bereits bestehenden Gebäuden, oder Gebäudeteilen, große Eingriffe, wenigstens an deren Außenseite und Fassade der Gebäudes erforderlich werden, was das Nachrüsten älterer und beispielsweise denkmalgeschützter Gebäude erschwert.Another disadvantage is that when such devices are installed on existing buildings or parts of buildings, major interventions are required, at least on the outside and facade of the building, which makes it difficult to retrofit older buildings that are listed, for example.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Möglichkeit zur Nutzung alternativer Kältemittel, insbesondere zur Einsparung von Treibhausgasen bei der Klimatisierung eines Gebäudes vorzuschlagen, zu deren Umsetzung nur geringfügig Eingriffe an Bausubstanz und Erscheinungsbild des Gebäudes notwendig sind.The object of the invention is therefore to propose a possibility for using alternative refrigerants, in particular for saving greenhouse gases in the air conditioning of a building, for the implementation of which only minor interventions in the building fabric and appearance of the building are necessary.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 8, erfindungsgemäß durch die jeweils kennzeichnenden Merkmale gelöst.This object is achieved in connection with the preamble of
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Kältemittel auch ein Wärmemittel oder allgemein ein Medium zu verstehen, das sich innerhalb einer Wärmepumpe in einem Kreislauf bewegt, um thermische Energie unter der Aufwendung von mechanischer Arbeit von einer kalten Seite der Wärmepumpe zur einer warmen Seite der Wärmepumpe zu transportieren.For the purposes of the invention, a refrigerant is also to be understood as a heating medium or, in general, a medium that moves in a circuit within a heat pump in order to transfer thermal energy from a cold side of the heat pump to a warm side of the heat pump using mechanical work transport.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Freistromkonvektor ein passiv arbeitendes Bauteil zu verstehen, dass nach der Art eines Konvektors außerhalb eines Gebäudes, oder Gebäudeteils unter Zuhilfenahme der dort auftretenden Winde und Luftbewegungen, ein in ihm geführtes Kältemittel effektiv erwärmt oder abkühlt.According to the invention, a free-flow convector is a passively operating component that, like a convector outside of a building or part of a building, effectively heats or cools a refrigerant carried in it with the help of the winds and air movements occurring there.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem hermetischen Kältemittelkreislauf ein hermetisch abgeschlossenes System zu verstehen, welches absolut dicht ist und einen Austausch von Medien zwischen einem Innenraum des Systems und einem Außenraum, insbesondere der Umgebung, nicht zulässt.For the purposes of the invention, a hermetic refrigerant circuit is to be understood as meaning a hermetically sealed system which is absolutely tight and does not permit an exchange of media between an interior of the system and an exterior, in particular the environment.
Die Erfindung sieht eine Wärmepumpe zur Klimatisierung eines mit Wänden, Böden und Decken umschlossenen Gebäudeteils, umfassend ein Kältemittel, eine sich innerhalb des Gebäudeteils befindliche Inneneinheit, sowie eine sich außerhalb des Gebäudeteils befindliche Außeneinheit vor, wobei die Inneneinheit und die Außeneinheit einen Kältemittelkreislauf bilden, wobei die Inneneinheit als wenigstens eine flexible Rohrschlaufe und/oder wenigstens ein Schlauchsystem ausgebildet ist, wobei der Kältemittelkreislauf hermetisch, insbesondere kupplungsfrei, bevorzugt nicht lösbar, in sich geschlossen ist.The invention provides a heat pump for air conditioning a part of a building enclosed by walls, floors and ceilings, comprising a refrigerant, an indoor unit located within the part of the building, and an outdoor unit located outside of the part of the building, the indoor unit and the outdoor unit forming a refrigerant circuit, wherein the internal unit is designed as at least one flexible pipe loop and/or at least one hose system, the refrigerant circuit being hermetic, in particular whose clutch-free, preferably non-detachable, is self-contained.
In vorteilhafter Weise wird eine derartige Wärmepumpe durch den hermetischen Kältemittelkreislauf ein Austreten der eingesetzten Kältemittel verhindern. Neuralgische Punkte für Leckagen, wie Kupplungen oder Verbindungsstellen, können dadurch ausgeschlossen und ein sicherer Betrieb de Wärmepumpe kann gewährleistet werden. Insofern kann ein Einsatz von leicht entzündlichen Kohlenwasserstoffen, wie beispielsweise Propan oder Isobutan, ermöglicht werden, was sich vorteilhaft auf die Reduktion von klimaschädlichen Treibhausgasen bei der Klimatisierung von Gebäudeteilen auswirken kann.Advantageously, such a heat pump will prevent the refrigerant used from escaping due to the hermetic refrigerant circuit. Neuralgic points for leaks, such as couplings or connection points, can thus be ruled out and safe operation of the heat pump can be guaranteed. In this respect, the use of highly flammable hydrocarbons, such as propane or isobutane, can be made possible, which can have an advantageous effect on the reduction of climate-damaging greenhouse gases in the air conditioning of parts of the building.
Darüber hinaus können bei dieser Wärmepumpe mitunter notwendige Rohrsysteme, nebst entsprechender Ventile oder Verbindungsstellen eingespart werden, was sich vorteilhaft auf die Reduktion der Herstellungskosten auswirken und beispielsweise eine Fehleranfälligkeit im Betrieb der Wärmepumpe verringern kann.In addition, with this heat pump, sometimes necessary pipe systems, along with corresponding valves or connection points, can be saved, which has an advantageous effect on the reduction in manufacturing costs and can, for example, reduce the susceptibility to errors in the operation of the heat pump.
Weiterhin kann bei einer Installation und Wartung der Wärmepumpe auf den Einsatz speziell geschulter Fachkräfte, wie etwa Klimatechniker, verzichtet werden, was unter Anderem die initialen und laufenden Kosten reduzieren kann.Furthermore, the installation and maintenance of the heat pump does not require the use of specially trained specialists, such as air conditioning technicians, which can reduce the initial and running costs, among other things.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Wärmepumpe als Kleinwärmepumpe ausgebildet ist, wobei insbesondere die Menge an Kältemittel weniger als 150 g beträgtIn an advantageous embodiment, it is provided that the heat pump is designed as a small heat pump, with the amount of refrigerant being less than 150 g in particular
Eine derartige Wärmepumpe im kleinen Leistungsbereich kann zur Klimatisierung eines Gebäudeteils, beispielsweise eines größeren Zimmers mit etwa 30 m2, genutzt werden um ein Äquivalent von etwa 250 1 Heizöl pro Jahr zu ermöglichen. Für die Klimatisierung beispielsweise eines ganzen Gebäudes können mehrere derartiger Wärmepumpen unabhängig voneinander zum Einsatz gebracht und individuell geregelt werden.Such a heat pump in the low output range can be used to air-condition a part of a building, for example a larger room with around 30 m 2 , in order to enable the equivalent of around 250 l of heating oil per year. For the air conditioning of an entire building, for example, several such heat pumps can be used independently of one another and controlled individually.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung sieht vor, dass Inneneinheit mit einer thermisch leitenden Oberfläche verbunden ist.An advantageous embodiment of the subject matter of the invention provides that the internal unit is connected to a thermally conductive surface.
In vorteilhafter weise kann die Inneneinheit somit beispielsweise an einem Heizkörper, einer Wärmeplatte oder einer im Inneren des Gebäudeteils liegenden Oberfläche, wie einer Decke, einer Wand, oder einem Boden großflächig verbunden werden. Hierdurch kann die unter thermischen Gesichtspunkten wirkende Oberfläche der Inneneinheit vergrößert und ihre Wirkung als Wärmequelle/Wärmesenke zur Klimatisierung des Gebäudeteils optimiert werden. Im Fall des Nutzens eines bestehenden Heizkörpers kann bereits bestehende Infrastruktur des Gebäudeteils kostensparend genutzt und zu einer Verbesserung des Klimatisierungspotentials der Wärmepumpe genutzt werden.The internal unit can thus advantageously be connected over a large area, for example, to a radiator, a heating plate or a surface located inside the part of the building, such as a ceiling, a wall or a floor. As a result, the surface area of the indoor unit that acts from a thermal point of view can be increased and its effect as a heat source/heat sink for air conditioning the part of the building can be optimized. If an existing radiator is used, the existing infrastructure of the part of the building can be used to save costs and to improve the air conditioning potential of the heat pump.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Inneneinheit eine Länge von wenigstens 10m, insbesondere wenigstens 15m, bevorzugt wenigstens 25m aufweist.A further embodiment of the invention provides that the internal unit has a length of at least 10 m, in particular at least 15 m, preferably at least 25 m.
Hierdurch kann ein großflächiges Verlegen und Installieren der Inneneinheit ermöglicht werden, was sich positiv auf die Klimatisierung des Raums auswirken kann.This allows the indoor unit to be laid and installed over a large area, which can have a positive effect on the air conditioning of the room.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Außeneinheit einen Freistromkonvektor, insbesondere einen Freistromkonvektor in Lamellenbauweise, bevorzugt einen Freistromkonvektor in einer Bauweise mit gewickeltem Kupferrohr, umfasst.Furthermore, it is provided that the outdoor unit comprises a free-flow convector, in particular a free-flow convector in a fin design, preferably a free-flow convector in a design with a coiled copper tube.
Der Freistromkonvektor kann vorteilhaft von natürlichen Luftströmungen an der Außenseite des Gebäudeteils profitieren und energiesparend eingesetzt werden. Umweltfaktoren, wie Zweige, Baumblätter, Wasser oder Eis, die den Betrieb beispielsweise eines Ventilators beeinflussen, zeigen geringe bis keinen Einfluss auf den Betrieb des Freistromkonvektors. Vorteilhaft kann dadurch beispielsweise auf einen zuweilen störungsanfälligen und wartungsaufwändigen Einsatz eines Ventilators verzichtet werden, was die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Wärmepumpe verbessern kann.The free-flow convector can benefit from natural air currents on the outside of the part of the building and can be used to save energy. Environmental factors such as branches, tree leaves, water or ice affecting the operation of a fan, for example, show little to no influence on the operation of the free-flow convector. Advantageously, for example, the sometimes troublesome and maintenance-intensive use of a fan can be dispensed with, which can improve the reliability and service life of the heat pump.
Weiterhin kann ein Freistromkonvektor vorteilhafte Eigenschaften im Hinblick auf die Geräuschentwicklung der Wärmepumpe zur Klimatisierung bieten, da diese auf Grund der Ermangelung an beweglichen Teilen im Vergleich zu einem Betrieb mit einem Ventilator weitaus geringer ausfallen können.Furthermore, a vortex convector can offer advantageous properties with regard to the noise development of the heat pump for air conditioning, since these can be much lower compared to operation with a fan due to the lack of moving parts.
Zusätzlich kann sich bei Einsatz eines Freistromkonvektors eine größere Flexibilität bezüglich der Gestaltung in Form und Struktur der Außeneinheit bieten. Ventilatoren erfordern funktionsbedingt eine spezifische Bauform, die im Fall eines Freistromkonvektors so nicht gegeben ist. Dies lässt sich beispielsweise unter architektonischen Gesichtspunkten vorteilhaft zur Gestaltung der Außenseite des Gebäudeteils nutzen. Gestalterische Vorgaben, beispielsweise auf Grund eines bestehenden Denkmalschutzes des betreffenden Gebäudeteils, können somit besser eingehalten und einfacher umgesetzt werden.In addition, the use of a free-flow convector can offer greater flexibility with regard to the design of the shape and structure of the outdoor unit. Due to their function, fans require a specific design, which is not the case with free-flow convectors. From an architectural point of view, for example, this can be used advantageously to design the outside of the building part. Design specifications, for example due to an existing monument protection of the relevant part of the building, can thus be better adhered to and implemented more easily.
In einer bevorzugten Ausbildungsform ist vorgesehen, dass das Kältemittel ein geringes Treibhauspotential aufweist und/oder insbesondere Propan umfasst.In a preferred embodiment it is provided that the refrigerant has a low propellant has house potential and/or in particular comprises propane.
Durch den Einsatz eines natürlichen Kältemittels, beispielsweise von Kohlenwasserstoffen wie Propan oder Isobutan, kann auf den Einsatz herkömmlicher Kältemittel mit hohem Treibhauspotential verzichtet und diese dadurch vermieden und reduziert werden. By using a natural refrigerant, for example hydrocarbons such as propane or isobutane, the use of conventional refrigerants with a high global warming potential can be dispensed with and this can be avoided and reduced.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Außeneinheit eine Zugentlastung zum Halten der Inneneinheit umfasst.Furthermore, it is provided that the outdoor unit includes a strain relief for holding the indoor unit.
In vorteilhafter Weise kann eine Beschädigung oder ein Abtrennen der Inneneinheit während der Herstellung, des Transports oder der Installation der Wärmepumpe verhindert werden.Advantageously, the indoor unit can be prevented from being damaged or disconnected during manufacture, transportation or installation of the heat pump.
Die Erfindung sieht weiterhin ein Verfahren vor, zur Installation einer Wärmepumpe nach einem der vorausgehenden Ansprüche umfassend die Schritte:
- i Befüllen des Kältekreislaufs mit dem Kältemittel
- ii hermetisches Versiegeln des Kältekreislaufs
- iii Anbringen einer Öffnung in eine Wand und/oder in einen Boden und/oder in eine Decke des umschlossenen Gebäudeteils
- iv Einbringen der Inneneinheit in das Innere des Gebäudeteils durch die Öffnung
- v großflächiges Verbinden der Inneneinheit mit der thermisch leitenden Oberfläche innerhalb des Gebäudeteils.
- i Filling the refrigeration circuit with the refrigerant
- ii Hermetic sealing of the refrigeration cycle
- iii making an opening in a wall and/or in a floor and/or in a ceiling of the enclosed part of the building
- iv Bringing the indoor unit into the interior of the building part through the opening
- v large-area connection of the indoor unit to the thermally conductive surface inside the building part.
Die Wärmepumpe kann hierdurch in vorteilhafter Weise fernab des Gebäudeteils hermetisch versiegelt hergestellt werden und bereits vor einer Auslieferung auf ihre Betriebssicherheit getestet werden. Eine Installation kann sodann unter Einsparung von Fachpersonal, sowie mit nur geringen Eingriffen an Bausubstanz oder Erscheinungsbild des Gebäudeteils kostengünstig ermöglicht werden.As a result, the heat pump can advantageously be manufactured hermetically sealed far away from the part of the building and its operational safety can be tested before delivery. An installation can then be made possible at low cost with savings in specialist personnel and with only minor interventions in the building structure or the appearance of the part of the building.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Zeichnungen anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.Further details of the invention are described in the drawings using exemplary embodiments shown schematically.
Prinzipiell ist vorgesehen, dass der Gegenstand der Erfindung sich zur Erwärmung, als auch zur Kühlung eines Gebäudeteils eignet. Im Falle der Kühlung ist die Inneneinheit als Kondensator ausgebildet und die Außeneinheit umfasst einen Verdampfer. Der innerhalb der Wärmepumpe ablaufende Prozess ist grundsätzlich, beispielsweise mittels eines Vier-Wege-Ventils umkehrbar, wodurch der Verdampfer und der Kondensators ihre Wirkung miteinander tauschen.In principle, it is provided that the subject matter of the invention is suitable for heating as well as for cooling part of a building. In the case of cooling, the indoor unit is designed as a condenser and the outdoor unit includes an evaporator. The process taking place inside the heat pump can basically be reversed, for example by means of a four-way valve, as a result of which the evaporator and the condenser exchange their effects with one another.
Aus Gründen der Klarheit wird in den Zeichnungen allein ein Ausführungsbeispiel zur Kühlung eines Gebäudeteils beschrieben.For the sake of clarity, only one embodiment for cooling a part of a building is described in the drawings.
Hierbei zeigen
-
1 eine schematische Darstellung einer Wärmepumpe; -
2 eine weitere schematische Darstellung der Wärmepumpe bei dem Einführen des Kondensators in das Innere des Gebäudeteils; -
3 eine schematische Darstellung einer Wärmepumpe mit einer an einer thermisch leitenden Oberfläche großflächig verbundenen Inneneinheit; -
4 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Außeneinheit mit Freistromkonvektor; -
5 perspektivische Darstellung eines Gebäudeteils mit zwei Wärmepumpen; -
6 eine perspektivische Darstellung der Wärmepumpe mit Freistromkonvektor in einem Transportzustand; sowie -
7 eine Detailansicht einer Zugentlastung.
-
1 a schematic representation of a heat pump; -
2 a further schematic representation of the heat pump during the introduction of the condenser into the interior of the building part; -
3 a schematic representation of a heat pump with an indoor unit connected over a large area to a thermally conductive surface; -
4 an exploded perspective view of an outdoor unit with free-flow convector; -
5 perspective view of part of a building with two heat pumps; -
6 a perspective view of the heat pump with free-flow convector in a transport state; such as -
7 a detailed view of a strain relief.
Hierdurch können Leckagen und ein ungewolltes Austreten des Kältemittels (nicht dargestellt) verhindert und eine sichere Fertigung der Wärmepumpe 1 fernab des Gebäudeteils, sowie eine minimalinvasive Installation der Wärmepumpe 1 an und in dem Gebäudeteil 4 ermöglicht werden. Es kann dadurch der Einsatz von leicht entzündlichen Kohlenwasserstoffen, wie etwa Propan, ermöglicht und die im Stand der Technik eingesetzten Treibhausgase eingespart werden. Der Einsatz von Kältemittel mit geringem Treibhauspotential kann so ermöglicht werden.In this way, leaks and unwanted escape of the refrigerant (not shown) can be prevented and safe production of the
Die Wärmepumpe 1 ist als Kleinwärmepumpe mit Verdampfer 8, Verdichter 9, Kondensator 10 und Drossel 11 dargestellt, wobei vorgesehen ist, dass insbesondere die Menge an Kältemittel (nicht dargestellt) weniger als 150 g beträgt. Dies kann in vorteilhafter Weise den Einsatz weiterer Sicherheitsvorkehrungen erübrigen.The
In einer Zusammenschau der
In
Die perspektivische Explosionsdarstellung in
Die
In
In
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Wärmepumpeheat pump
- 22
- WandWall
- 33
- Bodenfloor
- 44
- Gebäudeteilbuilding part
- 55
- Inneneinheitindoor unit
- 66
- Außeneinheitoutdoor unit
- 77
- Rohrschlaufetube loop
- 88th
- VerdampferEvaporator
- 99
- Verdichtercompressor
- 1010
- Kondensatorcapacitor
- 1111
- Drosselthrottle
- 1212
- Öffnungopening
- 1313
- Oberflächesurface
- 1414
- Freistromkonvektorfree-flow convector
- 1515
- Klimaanlage mit Ventilator (Stand der Technik)Air conditioning with fan (state of the art)
- 1616
- Zugentlastungstrain relief
- 1717
- Verschalungformwork
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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Publication number | Publication date |
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EP4086525A1 (en) | 2022-11-09 |
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