DE1910802A1

DE1910802A1 - Ballungseinrichtung

Info

Publication number: DE1910802A1
Application number: DE19691910802
Authority: DE
Inventors: Mintz Michael D
Original assignee: Purolator Inc
Current assignee: Purolator Inc
Priority date: 1968-03-15
Filing date: 1969-03-04
Publication date: 1969-12-18
Also published as: US3517820A; GB1228563A; NL6914245A; FR2003972A1

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl..Ing. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln

TBTÜFÖT"

Anlage Aktenzeichen

zur Einflobe vom 4. MärZ 1909 Sch// Nome d. Anm. PUROLATOR, INC.

Ballungseinrichtung.

Die Erfindung betrifft eine Ballungseinrichtung zum Abtrennen einer Nebenphasenflüssigkeit aus einer emulgierten Mischung der Nebenphasenflüssigkeit und einer Hauptphasenflüssigkeit Γ Die Erfindung findet insbesondere Anwendung beim Abtrennen von Wasser aus einer Wasser-Kohlenwasserstoffemulsion, wie sie sich in Düsenbrennstoff, Benzin, Kerosin und ähnlichen Brennstoffen oder Brennstoffölen bildet.

Der grundlegende Gedanke der Abtrennung einer Nebenphasenflüssigkeit, wie z.B. Wasser, aus einer Emulsion von Neben- und Hauptphasenflüssigkeiten, wie z.B. Düsenbrennstoff, mittels einer Ballungseinrichtung ist bekannt. Die derzeit bekannten Systeme bestehen im allgemeinen aus einem Behälter, in dem eine Patrone aus Wasser anziehenden und Wasser abstoßenden Materialien angeordnet ist, durch welche die Emulsion hindurchgeleitet wird, um die Nebenphasenflüssigkeit von der Hauptphasenflüssigkeit zu trennen.

Der Behälter ist üblicherweise in einer Leitung angeordnet, durch welche ein Kohlenwasserstoffbrennstoff, wie z.B. ein Düsenbrennstoff, mit hoher Geschwindigkeit gepumpt wird. Die Trennung erfolgt, wenn die Nebenphasenflüssigkeit (Wasser) in der Emulsion bei ihrem Durchgang durch die Patrone verzögert wird und sich infolgedessen auf dem Material absetzt, um Tröpfchen zu bilden, während die Hauptphasenflüssigkeit (Kohlenwasserstoffbrennstoff), die durch das Material der Patrone im wesentlichen unbeeinflußt bleibt, durch die Ballungskammer hindurchgeht. Charakteristischer-P_36/9 9098S1/152Ö _,..

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weise weist die Nebenphasenflüssigkeit (Wasser) ein höheres spezifisches Gewicht auf als die Hauptphasenflüssigkeit und wird infolgedessen trachten, sich auf dem Boden des Benälters abzusetzen. Infolge der hohen Geschwindigkeit der Hauptphasenflüssigkeit ■ (Kohlenwasserstoffbrennstoff) beim Durchgang duren das System werden jedoch einige der Tröpfchen der Nebenphasenflüssigkeit (Wasser) im allgemeinen von der Hauptphasenflüssigkeit mitgerissen. Es wurde daher als erforderlich befunden, im Systems ein Sieb oder ein aus Leinwand bestehendes Rohr anzuordnen, uns ein Mittel vorzusehen, welches die Strömung der Tröpfchen der Melbenphasenflüssigkeit erschwert und den AbsetzungsVorgang erleichtert.

In jedem der bekannten Systeme wird die Nebenphgseaflüssigkeit zu Tropfen von willkürlicher Größe zusammengeballt. Das Abtrennen " der Nebenphasenflüssigkeit vorl" der Hauptphasenflüssigkeit und das Absetzen der Nebenphasenflüssigkeit auf dem Boden des Behälters 1st daher weniger vorhersehbar und weniger wirksam als es der Fall wäre, wenn ein Tröpfchen der NebenphaoenflüsslgKelt von vorhersehbarer gleichmäßiger Größe aus der Patrone abzuführen wäre.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Ballungseinrichtung auszubilden, welche eine Nebenphasenflilsslgkelt von einer Hauptphasenflüssigkeit abtrennt, wobei der BalliutKgsvQrgang Tröpfchen der Nebenphasenflüssigkeit von im wesentlichen gleichmäßiger vorhersehbarer Größe ansammelt.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System vorzusehen, welches Tröpfchen 5er Nebenphasenflitsslgkelt von gleichmäßiger Größe wirksam zusammenballt, ohne die Strömung der Hauptphasenflüssigkeit übermäßig zu behindern»

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Patrone für einen Behälter vorzusehen, wobei die Patrone so ausgebildet ist, daß sie die Nebenphasenflüssigkeit einer asis Hebenphasen= flüssigkeit und Haptphasenflüssigkelt bestehendem Emails! on zu Tröpfchen von vorhersehbarer gleichmäßiger GrSJIs

Eine Balluiigseinrichtung zum Abtrennen einer ^{P 36/9} 909851/1526

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keit in Form von im wesentlichen gleichmäßig großen Tröpfchen aus einer emulgierten Mischung der NebenphasenflüsBLgkeit und einer Hauptphasenflüssigkeit ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch einen ersten porösen Ballungsabschnitt aus Material, das durch die Nebenphasenflüssigkeit benetzbar und geeignet ist, den größten Teil der Ballung der Nebenphasenflüssigkeit zu bewirken, und durch einen stromabwärts von demselben angeordneten zweiten Abschnitt aus einem Material, das zum Teil durch die Nebenphasenflüssigkeit und zum Teil durch die Hauptphasenflüssigkeit benetzbar ist, so daß der Teil, der durch die Nebenphasenflüssigkeit benetzbar ist, aus einer Vielzahl von Wegen durch das Material besteht, das durch die Nebenphasenflüssigkeit nicht benetzbar ist, wobei diese Wege an der stromabwärts angeordneten Oberfläche des zweiten Abschnitts enden und wobei diese Wege in der stromabwärts verlaufenden Richtung in ihrer Querschnittsabmessung abnehmen.

Ein Verfahren zum Herstellen der Ballungseinrichtung zum Abtrennen einer Nebenphasenflüssigkeit in Form von im wesentlichen gleichmäßig großen Trffipfchen aus einer emulgierten Mischung der Nebenphasenflüssigkeit und einer Hauptphasenflüssigkeit ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Zylinder aus Glasfaser mit einer durchgehenden mittleren Bohrung hergestellt wird und daß die Außen- und Innenflächen des Zylinders bis zu einer vorherbestimmten Tiefe derart mit Harz imprägniert werden, daß ein enjf verflochtenes Gitter von Wegen aus Wasser anziehendem Material zwischen dem unverharzten mittleren Abschnitt und der Außenseite der verharzten Außenfläche gebildet wird.

Ein abgeändertes Verfahren zum Herstellen der Ballungseinrichtung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verharzen der Innen- und Außenflächen des Zylinders die Außenfläche gelocht wird und einzelne Abschnitte aus Wasser anziehendem Material in dieselbe eingesetzt werden.

Die austauschbare Patrone kann in einer Brennstoffleitung mit einer Strömung von hoher Geschwindigkeit angeordnet werden. Die. Patrone kann zylinderförmig mit einer durchgehenden axialen Bohrung sein, in welche die aus Nebenphasenflüssigkeit und Hauptp 36/9 909851/1526 ->

Phasenflüssigkeit bestehende Emulsion eingeführt wird. Der innere Abschnitt der Patrone besteht aus dicht verfilztem Material, welches in wirksamer Weise als ein Filter dient, um Verunreinigungen aus der Flüssigkeit abzuscheiden, welches aber außerdem das Mittel bildet, um einen geringen Teil der anfänglichen Zusammenballung zu bewirken. Konzentrisch rund um den Filterabschnitt ist ein Abschnitt aus Fasern angeordnet, die nach ihrer Eigenschaft ausgewählt sind, durch die Nebenphasenflüssigkeit benetzbar zu sein. Der größte Teil der Zusammenballung erfolgt in diesem Abschnitt. Schließlich besteht der äußere Umfangsabschnitt der Patrone aus Materialien, die durch die Nebenphasenflüssigkeit sowohl benetzbar als auch nicht benetzbar sind, oder aus Fasern, die in einem eng verflochtenen Gitter angeordnet sind. Das benetzbare Material oder die Fasern in diesem Abschnitt können mit dem Material des mittleren Abschnitts identisch sein und in wirksamer Weise eine Vielzahl getrennter Durchlässe für die Nebenphasenflüssigkeit durch die Patrone zu deren Außenseite bilden. Umgekehrt bestehen die durch die Nebenphasenflüssigkeit nicht benetzbaren Teile aus Material, welches der Benetzung durch die Nebenphasenflüssigkeit Widerstand leistet, welches aber durch seine Affinität für die Hauptphasenflüssigkeit deren Durchgang erleichtert. Infolge dieser Ausbildung wird die Nebenphasenflüssigkeit im mittleren Abschnitt zusammengeballt, da dessen Fasern durch die NebenphasenflUssigkeit benetzbar sind. Während die Hauptphasenflüssigkeit im wesentlichen ungehindert durch die Bällungseinrichtung hindurchgeht, wird die Nebenphasenflüssigkeit im äußeren Umfangsabschnitt die Wege suchen, welche von den durch die Nebenphasenflüssigkeit benetzbaren Fasern gebildet werden und wird dabei vermeiden, durch die von der Hauptphasenflüssigkeit benetzbaren Fasern hindurchzugehen. Die Nebenphasenflüssigkeit wird daher in einem beschränkten Bereich gesammelt und infolgedessen werden größere Tröpfchen gebildet. Diese Tröpfchen werden im allgemeinen eine Funktion der Größe des beschränkten Bereichs sein und es werden daher Tröpfchen von gleichmäßiger Größe gebildet. Die von den durch die Nebenphasenflüssigkeit benetzbaren Fasern gebildeten Wege nehmen vorzugsweise vom Ballungsabschnitt bis zum Abführungsende der Ballungseinrichtung im Durchmesser ab.

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Nachstehend wird eine beispielsweise Ausführüngsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung genauer beschrieben, in welcher zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt der Ballungseinrichtung mit der " in derselben angeordneten Patrone gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht der Patrone gemäß der Erfindung,

Fig. J einen Querschnitt nach der Linie 2-3 der Fig. 2,

Fig. 4 in größerem Maßstab eine schematische Darstellung des in Fig. 2 mit einem Kreis bezeichneten Teils der Außenseite der Patrone.

In Fig. 1 ist ein Behälter 10 dargestellt, der mit einer Brennstoffleitung verbunden werden kann. Der Behälter 10 besteht aus einer inneren Kammer 11, aus einer Einlaßöffnung 12 und einer Auslaßöffnung 14, aus einer Patrone 20, aus einer äußeren Sammelhülse 16 und aus einem Sumpf 18 zur Ansammlung der Nebenphasenflüssigkeit.

Der Behälter 10 kann in einer Brennstoffleitung angeordnet werden, wobei die Einlaßöffnung 12 die Wasser-Brennstoffemulsion aufnimmt und den wasserfreien Brennstoff durch die Auslaßöffnung 14 in die Brennstoffleitung zurückführt. Um die Zusammenballung zu bewirken, strömt die Wasser-Brennstoffemulsion nach dem Eintritt in den Behälter 10 durch den Einlaß 12 direkt in die Bohrung 28 der Patrone 20 und geht durch die poröse Wand derselben hindurch, in welcher die Nebenphasenflüssigkeit zu Tröpfchen zusammengeballt wird. Die Tröpfchen der Nebenphasenflüssigkeit setzen sich infolge ihrer größeren Dichte als- die Hauptphasenflüssigkeit auf dem Boden der Kammer 11 ab und sammeln sich schließlich im Sumpf 18. Die Hauptphasenflüssigkeit setzt ihre Bewegung durch die Hülse 16 fort, welche in Umfangsrichtung rund um die Patrone angeordnet ist, und gelangt schließlich durch die öffnungen 19 in eine Ringkammer, welche mit der an die Brennstoffleitung angeschlossenen Auslaßöffnung 14 in Verbindung steht· P 56/9 909851/1526 -5-

Wie die Figuren 2 und 3 zeigen, ist die Patrone 20 gemäß der Erfindung mit einer durchgehenden axialen Bohrung 2ö versehen, durch welche die emulgierte Flüssigkeit eintritt. Der innere Umfangsäbschnitt 26 der Patrone 20 soll als Filter für Verunreinigungen dienen und besteht daher aus dicht verfilztem Filtermaterial. Um die Filterung mit einer Mindestansammlung von Verunreinigungen zu erleichtern, kann die Innenseite des Filterabschnitts 26 geschlitzt, gelocht oder auf andere Weise derart erweitert sein, daß die Ansammlung von Verunreinigungen auf der Oberfläche nicht vorzeitig übermäßige Druckverluste in diesem Abschnitt hervorruft. Es wurde als wünschenswert befunden, den Filterabschnitt 26 aus verharzten Glasfasern zu bilden, welche,obwohl sie in charakteristischerweise wasserabstoßend sind, einen begrenzten Grad der Zusammenballung der Wasserphase in diesem Bereich bewirken.

Der mittlere Abschnitt 24 der Patrone 20 ist in Umfangsrichtung unmittelbar rund um den Filterabschnitt 26 angeordnet und aus Wasser anziehenden Fasern hergestellt. In diesem Abschnitt erfolgt der größte Teil der Zusammenballung, weil die Nebenphasenflüssigkeit, welche in diesem Fall Wasser ist, die Wasser anziehenden Fasern benetzt oder an denselben anhaftet, während die Hauptphasenflüssigkeit ungehindert durch die Wasser anziehenden Fasern hindurchgeht. Die Nebenphasenflüssigkeit trennt sich Infolgedessen von der Hauptphasenflüssigkeit. Die Konzentration der Nebenphasenf lUsslgke it in den Poren der Wasser anziehenden Fasern des Abschnitts 24 nimmt daher relativ zur Konzentration der Hauptphasen- ^ flüssigkeit zu. Die Wahrscheinlichkeit, daß zwei oder mehr Tröpfchen der Nebenphasenflüssigkeit in Berührung feebracht werden, so daß sie ineinander fließen oder zusammengeballt werden, wird daher erhöht.

Der äußere Umfangsabschnitt 22 der Patrone 20 besteht sowohl aus Wasser anziehenden als auch aus Wasser abstoßenden Fasern. Wie Fig. 3 zeigt, erscheint das Wasser abstoßende Material im Querschnitt als eine am Umfang angeordnete Reihe von bogenförmigen Bereichen 23. Umgekehrt besteht der Wasser anziehende Teil des äußeren Umfangsabschnitts aus einer Vielzahl von Fortsätzen 24', welche wirksame Verlängerungen des in der Mitte angeordneten

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Wasser anziehenden Abschnitts 24 sind. Die Portsätze 24* sind infolgedessen lediglieh verlängerte Wege für die Nebenphasenflüssigkeit.

Infolge der bogenförmigen Querschnittsform der Wasser abstoßenden Bereiche 23 haben die zwischen denselben angeordneten Wasser anziehenden Fortsätze 24* die Form konvergierender Wege, welche auf der Außenseite der Patrone in begrenzten Auslaßstellen 25 enden.·

Bei dieser Ausbildung suchen die im mittleren Abschnitt 24 zusammengeballten Wassertröpfchen die Wasser anziehenden Fortsätze 24' im äußeren Umfangsabschnltt 22 und nicht die Wasser abstoßenden Bereiche 23, während die Hauptphasenflüssigkeit durch die Wasser abstoßenden Bereiche 23 oder die Wasser anziehenden Fortsätze 24* mit einem Mindestmaß an Widerstand hindurchgeht. Die im mittleren Abschnitt gebildeten Wassertröpfchen sammeln sich daher ohne Rücksicht auf ihre Größe in den durch die Wasser anziehenden Fortsätze 24* gebildeten Wegen und da diese nach den begrenzten Auslaßstellen 25 konvergieren, werden Tröpfchen von im wesentlichen gleichmäßiger Größe gebildet.

Es wurde gefunden, daß eine wirksame Anordnung Wasser abstoßender Abschnitte 25 erhalten wird, wenn der Oberflächenbereich 23* Jedes Wasser abstoßenden Abschnitts 23 die vier angrenzenden Wasser abstoßenden Oberflächenbereiche 23* überdeckt, wie Fig. 4 zeigt. Diese Anordnung ergibt einen Wasser anziehenden Fortsatz 24* und dessen Auslaßstelle 25 für die Nebenphasenflüssigkeit zwischen einem Büschel von vier Wasser abstoßenden Abschnitten

In der Praxis wurde gefunden, daß Glasfaser in unverharztem Zustand Wasser anziehend ist, aber in verharztem Zustand Wasser abstoßend wird. Sine Patrone 20 gemäß der Erfindung kann daher Vollständig aus Glasfaser hergestellt werden, wobei der innere Filterabschnitt 26 und die äußeren Wasser abstoßenden Bereiche 23 verharzt sind, während der mittlere Ballungsabschnitt 24 und die Wasser anziehenden Fortsätze 24' unverharzt bleiben.

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Die Ballungseinrichtung gemäß der Erfindung kann daher erhalten werden, in-dem ein Zylinder 20 aus Glasfaser g hergestellt und mit einer durchgehenden axialen Bohrung 28 versehen wird, wobei die Innen- und Außenflächen des Zylinders 20 vorzugsweise verharzt werden. Auf die Außenfläche der Patrone wird das Harz derart aufgebracht, daß ein eng verflochtenes Gitter von Wasser anziehenden Fortsätzen 24' zwischen dem mittleren Abschnitt 24 und der Außenfläche gebildet wird.

Der äußere Abschnitt der Patrone kann aber auch so hergestellt werden, daß zuerst die äußeren und inneren Abschnitte derselben verharzt werden, worauf die Außenfläche gelocht wird und einzelne Abschnitte aus Wasser anziehendem Material in dieselbe eingesetzt werden.

iüs ist zu bemerken, daß bei der Beschreibung der Patrone 20 die Bezeichnungen Wasser anziehend und Wasser abstoßend verwendet wurden, wobei angenommen wurde, daß die zusammenzuballende Nebenphasenflüssigkeit aus Wasser besteht. In der Praxis ist dies im allgemeinen der Pail, aber die der Erfindung zugrunde liegende Ausbildung ist nicht auf eine Neben- und Hauptphasenemulsion beschränkt, die aus Wasser und einem Kohlenwasserstoff besteht. Die Erfindung soll vielmehr in jedem System Anwendung finden, in welchem eine Neben- und Hauptphasenemulsion auftritt.. Die einzige Beschränkung besteht darin, daß das Material des mittleren BaI-lungsabschnitts 24 und der Portsätze 24* eine größere Affinität für die Nebenphasenflüssigkeit als für die Hauptphasenflüssigkeit aufweist, während die Bereiche 22, welche so angeordnet sind, daß sie die Nebenphasenflüssigkeit von einem Durchgang abhalten, entsprechend der Eigenschaft ausgewählt sind, daß sie die Nebenphasenflüssigkeit abweisen, ohne die Hauptphasenflüssigkeit abzuweisen.

Außerdem wird bei der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform der Erfindung eine zylindrisch geformte Patrone verwendet. Selbstverständlich kann die Erfindung auch in einer Ballungseinrichtung von anderer Form Anwendung finden.

Patent ansprüche ^P36/9 909851/1526 ~⁸~

Claims

Dr. Ing. E. BERKENFELD · D i ρ l.-l ng. H. B E RK E N FE LD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen zur Eingabe vom 4. MärZ 1909 SCtl// Name d. Anm. PUROLATOR, INC. Patentansprüche

1. Ballungse^nrichtung zum Abtrennen einer Nebenphasenr flüssigkeit in Form/im wesentlichen gleichmäßig großen Tröpfchen aus einer emulgierten Mischung der Nebenphasenflüssigkeit und einer Hauptphasenflüssigkeit, gekennzeichnet durch einen ersten porösen Ballungsabschnitt aus Material, das durch die Nebenphasenflüssigkeit benetzbar und geeignet ist, den größten Teil der Ballung der Nebenphasenflüssigkeit zu bewirken, und durch einen stromabwärts von demselben angeordneten zweiten Abschnitt aus einem Material, das zum Teil durch die Nebenphasenflüssigkeit und zum Teil durch die HauptphasenflUssigkeit benetzbar ist, so daß der Teil, der durch die Nebenphasenflüssigkeit benetzbar ist, aus einer Vielzahl von Wegen durch das Material besteht, das durch die Nebenphasenflüssigkeit nicht benetzbar ist, wobei diese Wege an der stromabwärts angeordneten Oberfläche des zweiten Abschnitts enden und wobei diese Wege in der stromabwärts verlaufenden Richtung in ihrer Querschnittsabmessung abnehmen,

2. Ballungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pilterabschnitt aus verfilztem Material, das für die Abtrennung von Verunreinigungen aus der Flüssigkeit wirksam ist, unmittelbar stromaufwärts von dem Ballungsabschnitt angeordnet ist.

j5. Ballungseinriohtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die Abschnitte konzentrisch in Form einer zylindrischen Patrone rund um eine mittlere Bohrung*angeordnet sind. P 36/9 9 0 9 8 51/15 2 6 -9-

4. Ballungseinrichtung nach Anspioach 2 oder j5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ballungsabschnitt und der zweite Abschnitt, sowie gewünschtenfalls der Pilterabschnitt aus Fasermaterial bestehen.

5. Ballungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial des Filterabschnitts und des zweiten Abschnitts aus verharzter Glasfaser und das Fasermaterial des Ballungsabschnitts aus unverharzter Glasfaser besteht.

6. Ballungseinrichtung ηε-üh einem der Ansprüche 1-5* dadurch gekennzeichnet, daß das düroß die HebanphasenfitSssigiteit benetzbare Materie.! *&<:. ^ri^mlehena und das durch die Hauptphasenbenetzbare Material wasserabstoßend ist.

7. Ballungseinrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5 oder nach den Ansprüchen 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Nebenphasenflüssigkeit benet&bare Fasermaterial des zweiten Abschnitts wirksame Fortsätze des gleichen Fasermaterials des Ballungsabschnitts bildet, so daß sich verlängerte Wege für die Nebenphasenflüssigköit ergeben.

8. Verfahren zum Herstellen der Esllungseinriehtung nach Anspruch 1, dadurch gekennaäehnet, daß ein Zylinder aus Glasfaser mit einer durchgehenden mittleren Bohrung hergestellt wird und daß die Außen- und Innenflächen des Zylinders bis zu einer vorherbestimmten Tiefe derart mit Harz imprägniert werden, daß ein eng verflochtenes Gitter von Wegen aus Wasser anziehendem Material zwischen dem unverharzten mittleren Abschnitt und der Außenseite der verharzten Aussenflache gebildet wird.

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wege au3 Wasser anziehendem Material vom mittleren Abschnitt bis zur Außenfläche in ihrer Querschnittsabmessung abnehmen.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, nach dem Verharzen der Innen- und Außenflächen des Zylinders die Außenfläche gelocht wird und einzelne Abschnitte aus Wasser anziehendem Material in dieselbe eingesetzt werden. P 36/9 909851/T526 ^₁₀.