DE2249778A1 - Behaelter und verfahren zum abscheiden von feuchtigkeit aus einem druckluftstrom - Google Patents

Description

Behälter und Verfahren zum Abscheiden von Feuchtigkeit aus einem Druckluftstrom.

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden U.S. Anmeldung Ser. No. 188 291 vom 12. Oktober 1971 in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft einen insbesondere zum Speichern und Kühlen von zugeführter Druckluft oder einem anderen Druckmittel dienenden Behälter und ein Verfahren zum Abscheiden von Feuchtigkeit aus einem Druckluftstrom.

Wenn Feuchtigkeit enthaltende Luft verdichtet und dann auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird, steigern sich die Werte der relativen Feuchtigkeit entsprechend. ,Bei vielen praktischen Anwendungen wie z.B. in Fahrzeug-Druckluftbremsanlagen, in denen Betriebsdrücke von angenähert 8,8

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kp/cm auftreten, kommt es zur FeuchtigkeitsSättigung der Druckluft. Daher kommt es bei Druckluft-Bremsanlagen zur Kondensation von Wasserdampf, der sich in den kalten Teilen der Anlage als Wasser ansammelt. Eine Wasseransammlung in , auf der Abstromseite des Speicherbehälters befindlichen Teilen der Druckluft-Bremsanlage ist jedoch unerwünscht» da das an niedrigen Stellen eingeschlossene Wasser gefrieren,

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eine Durchflußbehinderung auftreten und Korrosion die Folge sein kann.

Bei bekannten Systemen zum Trocknen von Dwtckluft in Fahrzeug-Druckluft-Bremsanlagen ist beispielsweise zwischen dem Luftverdichter und dem Speicherbehälter ein getrennter Wärmeaustauscher vorgesehen, in welchem die Druckluft abgekühlt und das kondensierte Wasser aus der Druckluft vor deren Eintritt in den Speicherbehälter abgeschieden wird. Bei einem anderen bekannten System werden zwei Speicherbehälter verwendet, von denen der erste als jedoch unwirksamer Wärmeaustauscher und Wasserfalle dient. Bei anderen Feuchtigkeitsabscheidesystemen werden wiederum chemische Absorptionsmittel oder absorbierende Trocknungsmittel verwendet, die auf der Aufstromseite des Speicherbehälter« angeordnet sind.

Bei Abkühlung der Luft auf nahezu Umgebungstemperatur innerhalb des Behälters läßt sich das kondensierte Wasser an einer Stelle auffangen, von der es eich leicht entfernen läßt. Dadurch wird eine unerwünschte Wasseransammlung in den Arbeitsabschnitten des Druckluftsystems auf ein Minimum herabgesetzt.

Durch die Erfindung soll nunmehr ein einfacher und verhältnismäßig preiswerter Behälter, welcher die Speichereigenschaften eines herkömmlichen Druckluftspeicherbehälters mit den Eigenschaften eines hochwirksamen Wärmeaustauschers und eines Feuchtigkeitssammlers verbindet, und ein Verfahren zum Abscheiden von Feuchtigkeit aus einem Druck-

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luftstrom geschaffen werden.

Der zu diesem Zweck vorgeschlagene Behälter ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen geschlossenen zylindrischen Mantel, eine in einem Abstand von der Mantelinnenwand an dieser befestigte Auskleidung, welche zwischen der Mantelinnenwand und der Auskleidung einen im wesentlichen um die Mantelinnenwand herumlaufenden Kanal bildet, eine an dem einen Mantelende ausgebildete Einlaßöffnung für die Druckluft, eine die Drucklufteinlaßöffnung mit der Auskleidung verbindende und zum Weiterleiten der durch die Einlaßöffnung zugeführten Druckluft in den zwischen Auskleidung und Mantel gebildeten Kanal dienende Rohrleitung und eine an einem von der Einlaßöffnung entfernten Mantelende ausgebildete und zur Abgabe von Druckluft aus dem Behälter dienende Auslaßöffnung. '

Die innere Auskleidung ist vorzugsweise wärmeisolierend, und der zylindrische Mantel wärmeleitend ausgebildet, so daß die in dem Druckluftstrom enthaltene Wärme in Richtung der Mantelaußenwand abgegeben wird. Zur Verbesserung des Wärmeaustausche kann die Außenseite des Mantels außerdem mit einer Vielzahl zur Wärmeabstrahlung dienender Kühlrippen versehen sein. Die Außenseite des Speieherbehälters bildet somit eine Wärmeabstrahlungsflache, so daß gespeicherte Druckluft oder ein anderes Druckmittel auf die an der Außenseite des Behälters herrschende Umgebungstemperatur abgekühlt wird. Der Speicherbehälter läßt sich für praktisch alle in Gebrauch befindlichen Druckluft-Bremsanlagen an oder in Fahr-

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zeugen verwenden. Da nicht nur Feuchtigkeit, sondern auch andere, ggf. von dem Druckluftstrom mitgeführte Fremdstoffe wie z.B. Flüssigkeit, öl, Eis usw. ausgeschieden werden, weist eine mit dem erfindungsgemäßen Behälter ausgerüstete Bremsanlage gegenüber der Verwendung herkömmlicher Speicherbehälter eine höhere Betriebssicherheit auf.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der die Feuchtigkeit enthaltende Druckluftstrom durch einen Behälter durchgeleitet und in diesem in einem an der Behälterinnenwand verlaufenden Kanal durch Wärmeaustausch mit der Behälterinnenwand abgekühlt, dadurch die Temperatur der Behälteraußenwand wesentlich verringert und die Feuchtigkeit beim Durchleiten des Druckluftstroms durch den Behälter aus diesem abgeschieden wird.

Der Behälter und das Verfahren nach der Erfindung werden im nachfolgenden anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert-

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Speicherbehälter in einer herkömmlichen Fahrzeug-Bremsanlage bei Verwendung des erfindungsgemäßen Behälters.
Fig.IA ist ein teilweise im Schnitt dargestellter

seitlicher Aufriß eines erfindungsgemäßen Behälters, wobei ein Bauteil in gestrichelten Linien dargestellt ist. Fig. 2 ist eine linksseitige Endansicht des in Fig.

IA dargestellten Behälters, wobei dieser teil-

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weise weggebrochen.ist und die inneren Bauteile im Aufpißquerschnitt dargestellt sind.

Der erfindungsgemäße Behälter eignet sich zur Speicherung unterschiedlicher Druckmittel, die dem Behälter im heißen oder erwärmten Zustand zugeführt werden, ggf. Feuchtigkeit enthalten und als kaltes, trockenes Druckarbeitsmittel benötigt werden. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel sind die Behälter für eine Druckluftbremsanlage in Lastkraftwagens Zugmaschinen, Anhängern und dgl. anstelle der heutzutage gebräuchlichen "Naßbehälter" einsetzbar.

Eine bekannte Druckluft'-Brems anlage ist beispiels-■weise in der U.S. Patentschrift 3 515 438 beschrieben. Der erfindungsgemäße Behälter läßt sich in diesen Drucklftkreis entsprechend der in Fig. 1 dargestellten allgemeinen Rohrführung einbauen. Dabei stellt der erfindungsgemäße Behälter 10 den Trocknungsbehälter des Druckluftsystems dar und ist

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über den Trockenbehälter 14 und die" Rohrleitung 10a. mit den Druckluftbremsen verbunden, die in Fig. 1 schematisch durch den mit dem Bezugszeichen 11 bezeichneten Kasten angedeutet sind. Der Trocknungsbehälter 10 ist über eine Rohrleitung 13 mit einem herkömmlichen Verdichter 12 verbunden und wird von letzterem mit Druckluft oder einem anderen Druckmittel beschickt. Trocknungsbehälter 10 und Trockenbehälter 14 sind durch,die Rohrleitung 15 miteinander verbunden. Der Trockenbehälter 14 ist über eine Rohrleitung 17 mit einem Hilfsbehälter 16 verbunden, wobei zwischen den Behältern 14 und 16 ein Einweg-Rückschlagventil 18 in Reihe geschaltet ist.

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Der Hilfsbehälter 16 kann mit den Druckluft-Steuervorrichtungen der Bremsanlage entsprechend der in der vorgenannten U.S. Patentschrift 3 515 438 beschriebenen Weise verbunden sein. Durch diese Steuervorrichtungen wird bewirkt, daß dem Trocknungsbehälter 10 die heiße, mit Feuchtigkeit angereicherte Druckluft von dem Verdichter 12 zugeführt wird und dieser bei Bedarf einen kühlen, trockenen Druckluftstrom an die Druckluftbremsen 11 abgibt.

In den Figuren IA und 2 ist der Aufbau des Behälters 10 im einzelnen dargestellt. Der Behälter 10 weist einen , zylindrischen Mantel 20 aus vorzugsweise einem hochwärmeleitenden Werkstoff wie z.B. Aluminium auf. Die Enden des zylindrischen Mantels 20 sind durch glockenförmige Endstücke 21 und 2 2 verschlossen, welche fest mit den entgegengesetzten Enden des Mantels 20 verbunden sind. Die glockenförmigen Endstücke 21 und 2 2 bestehen vorzugsweise ebenfalls aus einem hochwärmeleitfähigen Werkstoff, dessen Wärmeleitfähigkeit in etwa dem Werkstoff des Mantels 20 entspricht. Bei der hier dargestellten Ausführungsform weisen die glockenförmigen Endstücke 21 und 2 2 jeweils eine öffnung auf, durch welche der Druckluftstrom durch den Behälter 10 durchgeleitet wird. Das auf der Einlaßseite des Behälters befindliche glockenförmige Endstück 21 ist mit einer Einlaßöffnung 21a mit Innengewinde versehen und entsprechend der Darstellung mit der Rohrleitung 13 verbunden, durch welche das Druckmittel entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Anordnung dem Behälter 10 zugeführt wird.

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Der Behälter -10 weist eine Auskleidung 23 auf, die in der Nähe der Innenwand 20i des Mantels 20 an den Verbindungsstellen zwischen dem Mantel 20 und den glockenförmigen Endstücken 21 bzw. 22 gehalten ist. Die Auskleidung 2.3 kann an den Verbindungsstellen durch Schweißung oder auf andere Weise befestigt sein und besteht vorzugsweise aus einem warmeisolierenden Werkstoff, so daß Wärme in Richtungder Mantelinnenwand 20i abgegeben wird. Die in den Figuren IA und 2 dargestellte Auskleidung 2 3 besteht aus einer dünnen, biegsamen metallischen Unterlage 23a mit beidseitigen isolierenden Kunststoffüberzügen 2 3b. Bei diesen Kunststoffüberzügen handelt es sich vorzugsweise.um eine Vinylbeschichtung. Die Auskleidung 23 ist so beschaffen, daß sie.Fremdstoff en wie z.B. Eisstückchen, welche in den zwischen der Innenwand 20i des Mantels 20 und der Auskleidung 23 gebildeten Kanal eingeführt werden, nachgiebig ist. Diese Nachgiebigkeit oder das elastische Federungsvermögen dient dazu, die Ausbildung von Hindernissen in dem Kanal zu verhindern, durch welche der Druckmittel- oder Druckluftdurchgang durch diesen behindert oder unmöglich gemacht werden könnte. Die Verlagerungsmöglichkeit der Auskleidung ist in Fig. IA in gestrichelten Linien angedeutet. Die dem Behälter 10 zugeführten Druckluft wird durch eine mit der Einlaßöffnung 21a verbundene Rohrleitung oder Schlauchleitung 24 dem im Inneren des Behälters 10 ausgebildeten Kanal zugeführt, so daß die aus der Rohrleitung 13 zuströmende Druckluft entsprechend

Fig. IA nach oben und entlang dem vorstehend beschriebenen inneren Kanal geführt wird. Das in den Kanal eintretende Druckmittel oder Druckluft gelangt bei Fortbewegung in Behälterlängsrichtung in Berührung mit der umlaufenden Innenwand 2Oi des Behälters 10 und verläßt den Behälter durch die Auslaßöffnung 2 2a an dem auslaßseitigen glockenförmigen Endstück 22. Die Auslaßöffnung 2 2a ist im wesentlichen in gleicher Weise wie das Einlaßende des Behälters 10 ausgebildet und mit der äußeren Rohrleitung 15 verbunden. Auf der Außenseite des zylindrischen Mantels 20 ist eine Vielzahl zur Wärmeabstrahlung dienender Kühlrippen 25 ausgebildet , welche sich wie in Fig. 2 dargestellt in Behälterlängsrichtung auf beiden Seiten desselben erstrecken. Die Kühlrippen 25 sind hochwärmeleitfähig und bilden eine große Wärmeabstrahlungsflache für aus dem Druckluftstrom über die Innenwand 20i entzogene Wärme, welche an die Umgebungsluft abgegeben wird.

Die Querschnittsfläche des an der Mantelinnenwand 20i ausgebildeten Kanals ist so bemessen, daß ein optimaler Wärmeübergang im Verhältnis zu dem Druckabfall des in den Behälter 10 eingeleiteten Druckmittels erhalten wird. Zu diesem Zweck wird die Durchsatzgeschwindigkeit durch den Behälter 10 zwischen etwa 6 bis 12 m/sec gewählt. Diese Durchsatzgeschwindigkeiten sind ausreichend hoch bemessen, damit der erwünschte Wärmeaustausch mit dem Mantel 20 ohne nenenswerten Druckabfall in dem Druckmittel erfolgt. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel wird der Zwischenraum

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zwischen der Mantelinnenwand 2Oi und der diesem zugewandten Oberfläche der Auskleidung'23 zwischen 0,076'bis O₉IOi mm bemessen. Bei diesem Abstand ist eine Durchsatzgeschwindigkeit in der Größenordnung von 12 m/sec durch den Behälter möglich, wobei sich der gewünschte Wärmeaustausch und damit die Abkühlung des Druckmittels ergibt. Die Auskleidung 23 ist wie in Fig. 2 dargestellt im wesentlichen um die ganze Mantelinnenwand 2Oi herumgeführt und weist am Boden des Behälters 10 einen Ausschnitt auf, so daß sich Feuchtigkeit, Eisstückchen oder Fremdstoffe an dem Behälterboden absetzen ' können. Die Feuchtigkeit, welche durch Abscheidung in dem inneren Kanal ausgeschieden wird, sammelt sich daher am Behälterboden an. Zum Entleeren der am Boden des Behälters 10 angesammelten Feuchtigkeit ist das einlaßseitige Endstück 21 mit einem Abflußstutzen 21b versehen, der über ; eine Rohrleitung 2 6a mit einem handelsüblichen selbsttätigen Entleerungsventil 26 verbunden ist. Das selbsttätige Entleerungsventil 26 ist in gestrichelten Linien dargestellt und gibt am Behälterboden angesammelte Feuchtigkeit in die Umgebungsluft ab. Die Auskleidung 23 kann statt aus der hier beschriebenen" und dargestellten metallischen Unterlage mit einem isolierenden Kunststoffüberzug auch aus einem anderen Werkstoff hohen Wärmedurchgangswiderstandes ausgebildet sein, muß jedoch in jedem Falle eine ausreichend hohe Biegsamkeit aufweisen, damit sie unter der Einwirkung des Druckmittelstroms nachgiebig ist und damit die Ausbildung von Verengungen oder Verstopfung des inneren Kanals ver-

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hindert. Die Auskleidung 2 3 kann zu diesem Zweck auch ganz aus Kunststoff wie z.B. glasfaserverstärktem Hexamethylendiamin (Nylon), Polyester, Polysulfon oder Silikon ausgebildet sein.

Die wärmeisolierenden Eigenschaften, d.h. die Wärmeleitfähigkeit der Auskleidung 23 muß in bezug auf die Wärmeleitfähigkeit des Mantels 20 so bemessen sein, daß die Wärme des zwischen Mantelinnenwand 20i und Auskleidung 23 umlaufenden Druckmittel- oder DruckluftStroms an den Mantel 20 abgegeben wird. Damit die gewünschte Kühlwirkung erzielt wird, sollte das Verhältnis der Wärmeleitfähigkeiten von Mantel zu Auskleidung bzw. der Wärmedurchgangswiderstände von Auskleidung zu Mantel beispielsweise 2000 zu 1 betragen oder einen entsprechend hohen Wert aufweisen.

Aus der vorstehenden Beschreibung des Behälters 10 ist ohne weiteres ersichtlich, in welcher Weise das Druckmittel durch diesen hindurchgeleitet wird. So gelangt beispielsweise heiße, Feuchtigkeit enthaltende Druckluft, die von dem Verdichter 12 abgegeben wird, durch die Rohrleitung 13 und die Einlaßöffnung 21a in die innerhalb des Behälters befindliche Rohrleitung 2t und durch diese hindurch zur Mantelinnenwand 20i. Die Druckluft bestreicht die Mantelinnenwand 20i und durchläuft dabei den Behälter 10 in Längsrichtung zu dem auslaßseitigen Endstück 22 hin. Während des Durchgangs von dem einlaßseitigen Endstück 21 zu dem auslaßseitigen Endstück 22 wird die in dem Druck luftstrom enthaltene Wärme an den Mantel 20 des Behälters und die an

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diesem befindlichen Kühlrippen 25 abgegeben, welche die Wärme an die Umgebungsluft übertragen und daher den Druckluftstrom bei seinem Durchgang in Richtung der Auslaßöffnung 22a abkühlen. Die an der Auslaßöffnung 22a abgegebene Druckluft gelangt über die Rohrleitung 15 zu der Druckluftbremse 11." Bei der Abkühlung des Druckluft Stroms wird die in diesem enthaltene Feuchtigkeit abgeschieden, schlägt sich am Behälterboden nieder und wird an dieser Stelle gesammelt. Das selbsttätige Entleerungsventil 26 oder eine entsprechende Vorrichtung dient zum Entfernen der .Feuchtigkeit aus dem Behälter, d.h. zur Abgabe derselben an·die Umgebungsluft. "Der Behälter 10 gibt dann die abgekühlte, trockene Luft an die Druckluft-Bremse ab, so daß diese aufgrund des in dem Druckluftsystem enthaltenen Behälters 10 einwandfrei und mit höherer Betriebssicherheit arbeitet. ;

- Patentansprüche:

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Claims (1)

1. - 12 Patentansprüche :

   1. Behälter, gekennzeichnet durch einen geschlossenen zylindrischen Mantel (20), eine in einem Abstand von der Mantelinnenwand (2Oi) an dieser befestigte Auskleidung (23), welche zwischen der Mantelinnenwand und der Auskleidung einen im wesentlichen um die Mantelinnenwand herumlaufenden Kanal bildet, eine an dem einen Mantelende (21) ausgebildete Einlaßöffnung (21a) far die Druckluft, eine die Drucklufteinlaßöffnung mit der Auskleidung verbindende und zum Weiterleiten der durch die Einlaßöffnung zugeführten Druckluft in den zwischen Auskleidung und Mantel (20) gebildeten Kanal dienende Rohrleitung (2¹I) und eine an einem von der Einlaßöffnung entfernten Mantelende (22) ausgebildete und zur Abgabe von Druckluft aus dem Behälter dienende Auslaßöffnung (22a).

   2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß. die innere Auskleidung (23) wärmeisolierend, und der zylindrische Mantel (20) wärmeleitend ausgebildet ist.

   3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Mantels (20) mit einer fielzahl zur Wärmeabstrahlung dienender Kahlrippeit (25) versehen ist.

   it. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daft die Auskleidung (23) gegenüber Druckluft und von dieser

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   mitgeführten Fremdkörpern nachgiebig ausgebildet ist.

   5. Behälter nach einem der Ansprüche 1 - *l·, insbesondere zum Speichern und Kühlen von zugeführter Druckluft oder einem anderen Druckmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene zylindrische Mantel (20) aus einem hochwärmeleitfähigen Werkstoff besteht, die Auskleidung (23) einen vorbestimmten Wärmedurchgangswiderstand aufweist und unter dem von einem Strömungsmittel ausgeübten Druck nachgiebig ist, der Abstand zwischen Mantel und Auskleidung entsprechend einem optimalen Wärmeübergangswert zwischen zugeführtem Strömungsmittel und Mantel im Verhältnis zu dem Druckabfall in dem zwischen Wand und Auskleidung gebildeten Kanal bemessen ist, und ein dem zylindrischen Behälter zugeführtes, unter Druck stehendes heißes Strömungsmittel durch den zwischen Mantel und Auskleidung gebildeten Kanal hindurchleitbar und von dem Behälter als unter Druck stehendes abgekühltes Strömungsmittel abgebbar ist. ■

   6. Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Behälteraußenseite zur Wärmeabgabe der StrÖmungsmittelwärme an die Umgebungsluft dienende Wärmeübergangsvorrichtungen (25) vorgesehen sind.

   7. Behälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (23) in der Weise ausgebildet ist, daß

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   zugeführtes Strömungsmittel von der Behälteroberseite aus an der Behälterwand (2Oi) entlang nach unten strömt und sich mitgeführte Feuchtigkeit am Behälterboden absetzt.

   8. Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Mantel (20) ein zur Abgabe von sich innerhalb des Behälters niederschlagender Feuchtigkeit dienendes selbsttätiges Entleerungsventil (26) angeordnet ist.

   Verfahren zum Abscheiden von Feuchtigkeit aus einem Druckluftstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der die Feuchtigkeit enthaltende Druckluftstrom durch einen Behälter (10) durchgeleitet und in diesem in einem an der Behälterinnenwand verlaufenden Kanal durch Wärmeaustausch mit der Behälterinnenwand abgekühlt, dadurch die Temperatur der Behälteraußenwand wesentlich verringert und die Feuchtigkeit beim Durchleiten des DruckluftStroms durch den Behälter aus diesem abgeschieden wird.

   10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Kanal aus der wärmeleitfähigen Behälterinnenwand und einem wärmeisolierenden Abschnitt gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeit enthaltende Druckluftstrom in heißem Zustand in den oberen Teil des Behälters eingeleitet und dann mit einer Geschwindigkeit, die εο bemessen ist, daß ein Wärmeaustausch an der Behälteraußenfläche und dadurch eine Abkühlung des Druckluftstroms und die Abschei-

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   dung der Feuchtigkeit aus diesem erfolgt, an der Behälterwand entlanggeführt und ein trockenei* Druckluftstrom aus dem Behälter abgegeben wird.

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