FR2784741A1 - Optimal local control of climate control system, comprises a central command unit controlled via local temperature sensors and controllers - Google Patents

Optimal local control of climate control system, comprises a central command unit controlled via local temperature sensors and controllers Download PDF

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Abstract

The climate control system comprises a central unit (10) controlled by local temperature sensors and controllers (16-24) through a programmable command unit (26). This alters the output to each local area dependent upon programmed requirements and current conditions.

Description

La présente invention a trait au domaine de climatisation par chauffage ou refroidissement de plusieurs locaux et concerne en particulier un système de climatisation optimisée de plusieurs locaux indépendamment les uns des autres. The present invention relates to the field of air conditioning by heating or cooling several rooms and relates in particular to an optimized air conditioning system of several rooms independently of one another.

Pour la climatisation de locaux, il est connu d'avoir recours à une seule installation de climatisation pour chauffer ou refroidir les locaux selon des conditions de température que l'on désire obtenir dans chacun d'eux. Pour ce faire il existe des systèmes purement électromécaniques comportant un thermostat d'ambiance dans chaque local à climatiser, déclenchant l'ouverture ou la fermeture des volets. Ainsi, le brevet FR-A. 2.741.425 décrit un dispositif de ventilation pour plusieurs salles d'un bâtiment d'élevage avec filtration et refroidissement de l'air dans lequel l'air envoyé dans chaque salle par un orifice de passage quitte la salle par des cheminées équipées de trappes dont l'ouverture dépend de la température dans la salle permettant plus ou moins de débit. Un tel système ne comporte donc pas de régulation du débit d'air total fourni par le ventilateur. For the air conditioning of premises, it is known to use a single air conditioning installation to heat or cool the premises according to the temperature conditions which it is desired to obtain in each of them. To do this, there are purely electromechanical systems comprising a room thermostat in each room to be air-conditioned, triggering the opening or closing of the shutters. Thus, the FR-A patent. 2,741,425 describes a ventilation device for several rooms of a livestock building with filtration and cooling of the air in which the air sent into each room by a passage orifice leaves the room by chimneys equipped with hatches including the opening depends on the temperature in the room allowing more or less flow. Such a system therefore does not include regulation of the total air flow supplied by the fan.

On a donc pensé à réguler le système de climatisation au moyen d'un automate programmable. Ainsi, le brevet
FR-A. 2.505.466 décrit un système de régulation automatique d'installations frigorifiques ou de climatisation, dans lequel un automate programmable régule les compresseurs soit en les mettant en route, soit en les mettant à l'arrt. Des capteurs analogiques de température transmettent leurs informations à l'automate qui déclenche ou arrte alors la production de froid en choisissant selon son programme la production ou l'arrt de froid par les compresseurs.We therefore thought of regulating the air conditioning system by means of a programmable controller. So the patent
FR-A. 2.505.466 describes an automatic regulation system for refrigeration or air conditioning systems, in which a programmable controller regulates the compressors either by switching them on or by switching them off. Analog temperature sensors transmit their information to the automaton which then starts or stops the production of cold by choosing according to its program the production or stopping of cold by the compressors.

Un tel système présente donc une boucle d'optimisation basée sur la température mais sans tre capable de fournir une climatisation différente dans chaque salle ou de faire varier cette climatisation de façon continue. Such a system therefore has an optimization loop based on temperature but without being able to provide different air conditioning in each room or to vary this air conditioning continuously.

C'est pourquoi le but principal de l'invention est de fournir un système de climatisation comportant une régulation automatique basée sur la température de chaque salle. This is why the main object of the invention is to provide an air conditioning system comprising an automatic regulation based on the temperature of each room.

Un autre but de l'invention est de fournir un système de climatisation optimisée de locaux indépendants en maintenant la pression de l'air soufflé à peu près constante. Another object of the invention is to provide an optimized air conditioning system for independent premises by keeping the pressure of the blown air more or less constant.

L'objet de l'invention est donc un système de climatisation de locaux indépendants au moyen de gaines de soufflage d'air comprenant une unité centrale comportant un moyen générateur de climatisation et au moins un ventilateur, un plenum de soufflage accolé à l'unité centrale et auquel sont connectées les gaines pour recevoir l'air soufflé à partir du plénum, une pluralité de capteurs de température disposés chacun dans un des locaux et un automate programmable auquel sont connectés les capteurs et destiné à contrôler l'unité centrale de façon à fournir la climatisation désirée dans les locaux. Chacune des gaines de soufflage comprend un volet de soufflage permettant une ouverture progressive de la gaine commandée par l'automate programmable en fonction de la température du local desservi détectée par le capteur de température qui s'y trouve, et l'automate programmable commande la vitesse du ventilateur de manière à maintenir à peu près constante la pression à l'intérieur du plénum de soufflage. The object of the invention is therefore an air conditioning system for independent premises by means of air blowing ducts comprising a central unit comprising an air conditioning generating means and at least one fan, a blowing plenum attached to the unit. central and to which are connected the ducts to receive the air blown from the plenum, a plurality of temperature sensors each arranged in one of the premises and a programmable controller to which the sensors are connected and intended to control the central unit so as to provide the desired air conditioning in the premises. Each of the blowing ducts includes a blowing flap allowing a gradual opening of the duct controlled by the programmable controller as a function of the temperature of the room served detected by the temperature sensor therein, and the programmable controller controls the fan speed so that the pressure inside the supply plenum is more or less constant.

Les buts, objets et autres caractéristiques de l'invention ressortiront mieux de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels :
la figure 1 est une représentation schématique du système de climatisation selon un mode de réalisation préféré de l'invention,
la figure 2 est un diagramme représentant le débit d'air fourni par le plénum de soufflage en fonction de la pression régnant dans le plénum, et
la figure 3 est un diagramme représentant la courbe de débit d'air dans une gaine de soufflage en fonction de l'ouverture du volet de soufflage.The objects, objects and other characteristics of the invention will emerge more clearly from the description which follows, given with reference to the drawings in which:
FIG. 1 is a schematic representation of the air conditioning system according to a preferred embodiment of the invention,
FIG. 2 is a diagram representing the air flow rate supplied by the blowing plenum as a function of the pressure prevailing in the plenum, and
FIG. 3 is a diagram representing the curve of air flow in a blowing duct as a function of the opening of the blowing flap.

Tout d'abord, on doit noter qu'une installation de climatisation utilisée soit pour le chauffage, soit pour le refroidissement de locaux, comprend une unité extérieure ou groupe de condensation) qui ne fait pas l'objet de l'invention et une unité intérieure. Seule l'unité intérieure appelée par la suite système de climatisation fait véritablement l'objet de l'invention. First of all, it should be noted that an air conditioning installation used either for heating or for cooling premises, comprises an outdoor unit or condensing unit) which is not the subject of the invention and a unit interior. Only the indoor unit subsequently called the air conditioning system is truly the subject of the invention.

Le système de climatisation selon l'invention représenté schématiquement sur la figure 1 comprend une unité centrale 10 comportant un moyen générateur de climatisation (non visible sur la figure 1) ou échangeur qui peut faire office soit de condenseur (pour le chauffage) soit d'évaporateur (pour le refroidissement), et au moins un ventilateur 12. The air conditioning system according to the invention shown diagrammatically in FIG. 1 comprises a central unit 10 comprising an air conditioning generating means (not visible in FIG. 1) or exchanger which can act either as a condenser (for heating) or as evaporator (for cooling), and at least one fan 12.

Accolé à l'unité centrale 10, un plénum de soufflage 14 reçoit l'air soufflé par le ventilateur et le distribue dans les gaines de soufflage d'air reliant le plénum à chacun des locaux à climatiser et dont seulement les entrées ont été représentées sur la figure 1. Chacun des locaux à climatiser dispose d'un capteur de température sous forme de sonde tel que chacun des capteurs 16,18,20, 22 et 24. Les capteurs envoient leurs signaux d'information à un automate programmable 26 qui contrôle le système de climatisation. Attached to the central unit 10, a blowing plenum 14 receives the air blown by the fan and distributes it in the air blowing ducts connecting the plenum to each of the rooms to be air conditioned and of which only the inputs have been shown on FIG. 1. Each of the rooms to be air conditioned has a temperature sensor in the form of a probe such as each of the sensors 16, 18, 20, 22 and 24. The sensors send their information signals to a programmable controller 26 which controls the air conditioning system.

A la sortie du plénum 14, l'entrée de chaque gaine de soufflage se fait au moyen d'un volet de soufflage 28,30, 32,34 ou 36 dont l'ouverture est commandée par un moteur 38,40,42,44 ou 46 lui-mme sous la commande de l'automate programmable 26. Cet automate programmable peut tre programmé directement ou à distance au moyen d'un ordinateur 27. At the outlet of the plenum 14, the entry of each blowing duct is done by means of a blowing flap 28, 30, 32, 34 or 36, the opening of which is controlled by a motor 38, 40, 42, 44 or 46 itself under the control of the programmable controller 26. This programmable controller can be programmed directly or remotely by means of a computer 27.

On doit noter que la climatisation de chaque local est assurée de façon indépendante grâce à un potentiomètre dont la valeur de consigne est réglée sur la température désirée par un utilisateur. Par exemple, si on veut assurer la climatisation pendant la période d'été, le potentiomètre peut tre réglé sur 21 C. Lorsque la température du local s'élève au-dessus de 21 C, le volet à l'entrée de la gaine est alors un peu plus ouvert pour assurer un débit d'air (à une température d'environ 13 C) plus important. It should be noted that the air conditioning of each room is ensured independently thanks to a potentiometer whose setpoint is adjusted to the temperature desired by a user. For example, if you want to provide air conditioning during the summer period, the potentiometer can be set to 21 C. When the room temperature rises above 21 C, the shutter at the inlet of the duct is then a little more open to ensure a higher air flow (at a temperature of about 13 C).

Inversement, si la température descend au-dessous de 21 C, le volet est un peu plus fermé pour diminuer le débit d'air entrant.Conversely, if the temperature drops below 21 C, the shutter is a little more closed to reduce the flow of incoming air.

L'automate programmable 26 peut agir sur le moyen générateur de climatisation en augmentant ou en diminuant la température de l'air fourni (ceci ne fait pas l'objet de l'invention) et sur la vitesse du ventilateur. En supposant que la température de l'air soufflé soit fixée, l'automate augmente la vitesse du ventilateur lorsqu'il désire augmenter le débit d'air total fourni par le plénum ou diminue la vitesse dans le cas inverse. Les actions de commande de l'automate programmable 26 dépendent d'un certain nombre de paramètres qui sont la température extérieure, le mode de fonctionnement (chauffage ou refroidissement), le point de consigne du potentiomètre de chaque local et enfin la température du local fournie par le capteur de température. The programmable controller 26 can act on the air conditioning generating means by increasing or decreasing the temperature of the air supplied (this is not the subject of the invention) and on the speed of the fan. Assuming that the supply air temperature is fixed, the controller increases the fan speed when it wishes to increase the total air flow supplied by the plenum or decreases the speed in the opposite case. The control actions of the programmable controller 26 depend on a certain number of parameters which are the outside temperature, the operating mode (heating or cooling), the potentiometer set point of each room and finally the temperature of the room supplied. by the temperature sensor.

La caractéristique essentielle du système selon l'invention est le maintien d'une pression à eu près constante dans le plénum. The essential characteristic of the system according to the invention is the maintenance of a near constant pressure in the plenum.

En effet, la vitesse dans les gaines et donc le débit n'est proportionnel à la pression de l'air que jusqu'à une valeur de pression P donnant un débit maximum Dmax, comme le montre la figure 2. Lorsque la pression augmente au delà de P, les pertes de charge deviennent de plus en plus importantes et le débit n'est plus proportionnel à la pression comme le montre la courbe. En outre, lorsque le débit (ou la vitesse) de l'air augmente, cela entraîne des vibrations ou des sifflements et un niveau sonore incompatible avec les normes admises. Il est donc impératif que la vitesse de l'air soit limitée dans les gaines. In fact, the speed in the ducts and therefore the flow is proportional to the air pressure only up to a pressure value P giving a maximum flow Dmax, as shown in Figure 2. When the pressure increases at beyond P, the pressure drops become more and more important and the flow is no longer proportional to the pressure as the curve shows. In addition, when the air flow (or speed) increases, it causes vibrations or hissing and a noise level incompatible with accepted standards. It is therefore imperative that the air speed is limited in the ducts.

Ainsi, on peut admettre une vitesse maximale (correspondant au débit Dmax) d'environ 3,5 m/s.Thus, a maximum speed (corresponding to the flow Dmax) of around 3.5 m / s can be assumed.

En supposant que, du fait que la température dans un local devant tre refroidi (en été par exemple), descende au-dessous de la température fixée par l'utilisateur à l'aide du potentiomètre, l'automate commande alors la fermeture du volet de la gaine pour diminuer le débit dans la gaine. De ce fait, la pression dans le plénum tend à augmenter et par voie de conséquence, la vitesse de l'air dans les autres gaines dont le volet n'a pas bougé tend également à augmenter. Cette augmentation entraîne un débit trop important dans les autres gaines et aussi le risque de dépasser la vitesse maximum dont on vient de parler et donc le niveau sonore admissible. C'est pourquoi, en mme temps que le volet est fermé par le moteur associé, la vitesse du ventilateur est réduite de manière à maintenir une pression constante dans le plénum. De préférence, la pression optimale est d'environ 0,5 pascal au-dessus de la pression atmosphérique, soit entre 0,4 et 0,6 pascal au-dessus de la pression atmosphérique. On doit noter qu'inversement, lorsqu'une gaine est un peu plus ouverte, la vitesse du ventilateur est augmentée pour maintenir la pression à cette valeur, et aussi éviter que le débit d'air dans les gaines ne soit pas suffisant.  Assuming that, because the temperature in a room to be cooled (in summer for example), drops below the temperature set by the user using the potentiometer, the automaton then controls the closing of the shutter of the sheath to reduce the flow in the sheath. As a result, the pressure in the plenum tends to increase and, consequently, the speed of the air in the other ducts whose flap has not moved also tends to increase. This increase leads to too great a flow in the other ducts and also the risk of exceeding the maximum speed of which we have just spoken and therefore the admissible sound level. This is why, at the same time as the shutter is closed by the associated motor, the fan speed is reduced so as to maintain a constant pressure in the plenum. Preferably, the optimum pressure is approximately 0.5 pascal above atmospheric pressure, that is to say between 0.4 and 0.6 pascal above atmospheric pressure. It should be noted that, conversely, when a duct is a little more open, the fan speed is increased to maintain the pressure at this value, and also to prevent the air flow in the ducts from being sufficient.

En liaison avec ce qui vient d'tre dit, on doit noter que l'installation doit tre conçue avec des gaines ayant un diamètre permettant une vitesse de l'air égale à la vitesse maximale admise (par exemple 3,5 m/s) lorsque tous les volets de soufflage sont ouverts au maximum. Selon une variante du mode de réalisation préféré de l'invention, le système de climatisation peut comporter une gaine bypass 50. En effet, lorsque la vitesse du ventilateur est trop basse il se produit un échauffement excessif du moteur du ventilateur. Il est donc judicieux de se fixer une vitesse minimale du ventilateur. Ainsi, lorsque les volets des gaines sont pour la plupart fermés et que le débit d'air requis est donc faible, l'automate programmable commande le moteur 52 pour ouvrir le volet 54 de la gaine bypass 50 plutôt que de réduire la vitesse du ventilateur au-dessous de la vitesse minimale, toujours dans le but de maintenir une pression constante dans le plénum 14. In connection with what has just been said, it should be noted that the installation must be designed with ducts having a diameter allowing an air speed equal to the maximum allowed speed (for example 3.5 m / s) when all the air flaps are fully open. According to a variant of the preferred embodiment of the invention, the air conditioning system may include a bypass duct 50. In fact, when the fan speed is too low, excessive heating of the fan motor takes place. It is therefore advisable to set a minimum fan speed. Thus, when the duct shutters are mostly closed and the required air flow is therefore low, the programmable controller controls the motor 52 to open the shutter 54 of the bypass duct 50 rather than reducing the fan speed. below the minimum speed, always in order to maintain a constant pressure in the plenum 14.

Le système de climatisation selon l'invention peut tre amélioré de nombreuses façons sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, il est possible de rendre le débit d'air soufflé dans la gaine proportionnel à l'angle d'orientation du volet et donc obtenir une régulation proportionnelle à l'angle. Il est en effet facilement démontrable que la surface d'ouverture de la gaine et donc le débit d'air en fonction de l'angle d'inclinaison du volet est une courbe ayant l'aspect de la courbe 60 représentée sur la 3, donc non linéaire. De façon à rendre cette courbe linéaire selon la droite 62, il suffit d'introduire une compensation par l'automate programmable simplement en alimentant le moteur d'entraînement du volet par une tension d'alimentation qui ne soit pas proportionnelle à l'angle mais qui suive la courbe en pointillés 64.  The air conditioning system according to the invention can be improved in many ways without departing from the scope of the invention. Thus, it is possible to make the flow of air blown into the duct proportional to the angle of orientation of the shutter and therefore obtain regulation proportional to the angle. It is indeed easily demonstrable that the opening surface of the sheath and therefore the air flow as a function of the angle of inclination of the flap is a curve having the appearance of curve 60 shown in 3, therefore non-linear. In order to make this curve linear along line 62, it suffices to introduce compensation by the programmable logic controller simply by supplying the shutter drive motor with a supply voltage which is not proportional to the angle but which follows the dashed curve 64.

Enfin, il est possible de programmer l'automate programmable 26 de telle sorte que le débit d'air dans la gaine corresponde précisément à l'obtention de la température de consigne désirée par l'utilisateur seulement en régime normal. On peut prévoir un régime réduit (pour la nuit pas exemple) tel que la température du local s'établisse à une température inférieure de 2 à 4 C pour le chauffage, ou supérieure de 2 à 4 C pour le refroidissement, à la température de consigne ou bien un régime d'absence ou l'écart avec la température de consigne, soit de-6 C (pour le chauffage) et +6 C (pour le refroidissement). Le réglage sur l'un des trois régimes doit bien entendu faire partie des paramètres à fournir à l'automate programmable. De façon générale, une telle optimisation permet d'obtenir la température souhaitéeà 1'heure prévue tout en maintenant une consommation énergétique la plus basse possible.  Finally, it is possible to program the programmable controller 26 so that the air flow in the duct corresponds precisely to obtaining the desired setpoint temperature by the user only under normal conditions. We can provide a reduced regime (for the night not example) such that the room temperature is established at a temperature lower by 2 to 4 C for heating, or higher by 2 to 4 C for cooling, at the temperature of setpoint or an absence mode or the deviation from the setpoint temperature, ie -6 C (for heating) and +6 C (for cooling). The setting on one of the three speeds must of course be part of the parameters to be supplied to the programmable controller. In general, such an optimization makes it possible to obtain the desired temperature at the scheduled time while maintaining the lowest possible energy consumption.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Système de climatisation de locaux indépendants au moyen de gaines de soufflage d'air comprenant une unité centrale (10) comportant un moyen générateur de climatisation et au moins un ventilateur (12), un plénum de soufflage (14) accolé à l'unité centrale et auquel sont connectées lesdites gaines pour recevoir l'air soufflé à partir dudit plénum, une pluralité de capteurs de température (16,18,20,22,24) disposés chacun dans un des locaux, et un automate programmable (26) auquel sont connectés lesdits capteurs et contrôlant ladite unité centrale de façon à fournir la climatisation désirée dans lesdits locaux ; 1. Air conditioning system for independent premises by means of air blowing ducts comprising a central unit (10) comprising an air conditioning generating means and at least one fan (12), a blowing plenum (14) attached to the central unit and to which said ducts are connected to receive the air blown from said plenum, a plurality of temperature sensors (16,18,20,22,24) each arranged in one of the rooms, and a programmable controller (26) to which said sensors are connected and controlling said central unit so as to provide the desired air conditioning in said premises; ledit système étant caractérisé en ce que chacune desdites gaines de soufflage comprend un volet de soufflage (28,30,32,34,36) permettant une ouverture progressive de l'entrée de ladite gaine, cette ouverture étant commandée par ledit automate programmable en fonction de la température du local desservi détectée par le capteur de température qui s'y trouve, et en ce que ledit automate programmable commande la vitesse dudit ventilateur de manière à maintenir une pression à peu près constante dans ledit plénum de soufflage. said system being characterized in that each of said blowing ducts comprises a blowing flap (28,30,32,34,36) allowing a progressive opening of the inlet of said duct, this opening being controlled by said programmable automaton in function the temperature of the room served detected by the temperature sensor therein, and in that said programmable controller controls the speed of said fan so as to maintain an almost constant pressure in said blowing plenum. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel l'ouverture dudit volet de soufflage (28,30,32,34 ou 36) se trouvant à l'entrée de chaque gaine de soufflage se produit par l'inclinaison dudit volet au moyen d'un moteur (38,40,42,44 ou 46) commandé par ledit automate programmable (26) lorsque la température du local associé est différente d'une température de consigne indiquée par l'utilisateur, la commande de l'augmentation ou de la diminution de l'ouverture dudit volet étant concomitante avec respectivement la commande par ledit automate programmable de l'augmentation ou de la diminution de la vitesse dudit ventilateur (12) de manière à maintenir à peu près constante la pression, dans ledit plénum de soufflage. 2. The system as claimed in claim 1, in which the opening of said blowing flap (28, 30, 32, 34 or 36) located at the inlet of each blowing duct occurs by the inclination of said flap by means of '' a motor (38, 40, 42, 44 or 46) controlled by said programmable controller (26) when the temperature of the associated room is different from a set temperature indicated by the user, the control of the increase or the decrease in the opening of said shutter being concomitant with respectively the control by said programmable logic controller of the increase or decrease of the speed of said fan (12) so as to maintain the pressure more or less constant in said blowing plenum . 3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit automate programmable (26) effectue une compensation de la tension d'alimentation du moteur (38,40,42,44 ou 46) entraînant l'ouverture dudit volet (28,30,32,34 ou 36) de sorte que le débit d'air dans la gaine associée soit proportionnel à l'angle d'inclinaison dudit volet. 3. System according to claim 1 or 2, wherein said programmable controller (26) performs a compensation of the motor supply voltage (38,40,42,44 or 46) causing the opening of said shutter (28,30 , 32, 34 or 36) so that the air flow in the associated sheath is proportional to the angle of inclination of said flap. 4. Système selon la revendication 1,2 ou 3, dans lequel la pression dans ledit plénum de soufflage (14) est supérieure à la pression atmosphérique d'une valeur comprise entre 0,4 et 0,6 pascal. 4. The system of claim 1,2 or 3, wherein the pressure in said blowing plenum (14) is greater than atmospheric pressure by a value between 0.4 and 0.6 pascal. 5. Système selon l'une des revendications précédentes dans lequel le diamètre des gaines a une valeur telle que la vitesse de l'air dans les gaines lorsque tous les volets (28,30,32,34,36) sont à leur ouverture maximum est la vitesse maximale à laquelle le débit de l'air est proportionnel à la pression dans ledit plénum de soufflage (14).  5. System according to one of the preceding claims, in which the diameter of the ducts has a value such that the speed of the air in the ducts when all the flaps (28,30,32,34,36) are at their maximum opening. is the maximum speed at which the air flow is proportional to the pressure in said blowing plenum (14). 6. Système selon la revendication 5, dans lequel ladite vitesse maximale est égale à 3,5 m/s. 6. The system of claim 5, wherein said maximum speed is 3.5 m / s. 7. Système selon l'une des revendications précédentes comportant en outre une gaine bypass (50) disposant d'un volet (54) à son entrée, l'ouverture dudit volet étant commandée par ledit automate programmable (26) lorsque la fermeture partielle ou totale desdits volets (28,30,32, 34,36) a déjà entraîné la réduction de la vitesse dudit ventilateur (12) à une valeur minimale au-dessous de laquelle il y aurait échauffement excessif du moteur de ventilateur. 7. System according to one of the preceding claims further comprising a bypass sheath (50) having a flap (54) at its entrance, the opening of said flap being controlled by said programmable controller (26) when the partial closing or total of said flaps (28,30,32, 34,36) has already resulted in the reduction of the speed of said fan (12) to a minimum value below which there would be excessive heating of the fan motor. 8. Système selon l'une des revendication précédentes dans lequel ledit automate programmable (26) est programmé à distance au moyen d'un ordinateur (27).  8. System according to one of the preceding claims, in which said programmable controller (26) is programmed remotely by means of a computer (27).
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