ITNA20120023A1 - IMPROVED TRADITIONAL WOOD OVEN AND IMPROVED COMBUSTION WITH INNOVATIVE STRUCTURAL TECHNIQUES. - Google Patents
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Description
2) DESCRIZIONE 2) DESCRIPTION
FORNO A LEGNA TRADIZIONALE A TENUTA E COMBUSTIONE MIGLIORATA CON TECNICHE STRUTTURALI INNOVATIVE. TRADITIONAL WOOD-BURNING OVEN WITH IMPROVED SEAL AND COMBUSTION WITH INNOVATIVE STRUCTURAL TECHNIQUES.
L'invenzione stravolge il normale funzionamento del forno tradizionale (vedi TAVOLA 1) in termini di prestazioni con significativi incrementi di rendimenti di combustione e di tenuta, riduce infine i tempi di accensione grazie alla possibilità di chiudere il volume di controllo (VC TAVOLA 12) nella fase di transitorio. The invention distorts the normal operation of the traditional oven (see TABLE 1) in terms of performance with significant increases in combustion and sealing efficiency, finally reducing ignition times thanks to the possibility of closing the control volume (VC TABLE 12) in the transitional phase.
STATO DELL'ARTE STATE OF THE ART
Si premette che la presente invenzione si applica al forno a legno di tipo tradizionale, dove per tradizionale si intende che il prodotto (pizza, pane e simili ) viene cotto nella stessa camera di combustione, cioè direttamente esposto alla fiamma. Questo tipo di forno nella maggior parte dei casi è costituito da argilla refrattaria ( B TAVOLA 1 figura 1), calcestruzzo di argilla espansa (A TAVOLA 1 figura 1), calcestruzzo ordinario (C TAVOLA 1 figura 1) e da uno strato di sabbia (D TAVOLA 1 figura 1). La caratteristica peculiare di questa categoria di forni che vengono utilizzati da secoli, è che la camera di combustione non è direttamente collegata al canale da fumo. Infatti l'apertura del forno ha tre funzioni differenti: 1. inserimento della legna da ardere e dei prodotti da cuocere; 2. ingresso dell'aria comburente 3. uscita dei prodotti della combustione It should be noted that the present invention applies to the traditional wood-fired oven, where by traditional it is meant that the product (pizza, bread and the like) is cooked in the same combustion chamber, ie directly exposed to the flame. This type of furnace in most cases consists of refractory clay (B TABLE 1 figure 1), expanded clay concrete (A TABLE 1 figure 1), ordinary concrete (C TABLE 1 figure 1) and a layer of sand ( D TABLE 1 figure 1). The peculiar feature of this category of ovens that have been used for centuries is that the combustion chamber is not directly connected to the smoke channel. In fact, the opening of the oven has three different functions: 1. insertion of firewood and products to be cooked; 2. combustion air inlet 3. combustion products outlet
Questa funzione promiscua comporta inconvenienti di diversa natura che riguardano l'efficienza del forno e la salute dell'utilizzatore. Infatti i prodotti della combustione risalgono nel canale da fumo non perché attratti da una depressione alla base del camino, ma esclusivamente perché questi, essendo molto caldi tendono a salire. Ciò comporta un limite nello sfruttamento del calore residuo dei fumi stessi perché questi prima di imboccare il canale da fumo si miscelano con l'aria dell'ambiente (Al, TAVOLA 1 figura 2) esterno raffreddandosi parzialmente. Pertanto in queste condizioni non si può pensare di utilizzare il calore dei fumi per efficientamento energetico dell'impianto, poiché si incorrerebbe in problemi di formazione di condensa e difficoltà di tiraggio del camino. This mixed function involves problems of various kinds which affect the efficiency of the oven and the health of the user. In fact, the products of combustion go up into the smoke channel not because they are attracted by a depression at the base of the chimney, but exclusively because these, being very hot, tend to rise. This involves a limit in the exploitation of the residual heat of the fumes themselves because before entering the smoke duct they mix with the external ambient air (A1, TABLE 1 figure 2), cooling partially. Therefore, in these conditions it is not possible to think of using the heat of the fumes for energy efficiency of the system, since it would run into problems of condensation and difficulty in drafting the chimney.
Un altro problema che ricorre spesso nell'utilizzo di questi apparecchi, specie nella fase di transitorio (dove la potenza sviluppata è molto elevata in relazione alla carica iniziale di combustibile e i prodotti della combustione sono più freddi perché il calore ceduto è maggiore), è la diffusione dei prodotti di combustione nell'ambiente di lavoro. Questi prodotti vengono fuori da una combustione che è mal regolata proprio perché c'è una sola apertura; ciò implica che gli stessi fumi presentano un elevato contenuto di sostanze tossiche. Another problem that often occurs in the use of these appliances, especially in the transient phase (where the power developed is very high in relation to the initial fuel charge and the combustion products are colder because the heat released is greater), is the diffusion of combustion products in the workplace. These products come out of a combustion that is badly regulated precisely because there is only one opening; this implies that the fumes themselves have a high content of toxic substances.
Altro ostacolo che impedisce una corretta utilizzazione di questi apparecchi è il contatto diretto dell'utilizzatore con i fumi caldi ogni qual volta deve inserire o estrarre un prodotto dal forno, tenendo presente che i fumi sono a una temperatura di circa 350 gradi. Another obstacle that prevents a correct use of these appliances is the direct contact of the user with the hot fumes every time he has to insert or remove a product from the oven, bearing in mind that the fumes are at a temperature of about 350 degrees.
In questi apparecchi la cottura dei cibi avviene secondo diverse modalità di trasmissione del calore, ad esempio una pizza posata sul piano (P, TAVOLA 2 figura 4) di cottura si cuoce per irraggiamento da parte della fiamma e della cupola in mattoni e per conduzione da parte del piano di cottura. Siccome il calore assorbito per conduzione è maggiore di quello che il piano riesce a recuperare in regime stazionario, non essendo quest'ultimo lambito dai fumi caldi, si verifica un calo continuo della temperatura del piano che costringe spesso gli utilizzatori ad arrestare temporaneamente la produzione al fine di rinvigorire il piano (P, TAVOLA 2 figura 4). In these appliances, food is cooked according to different modes of heat transmission, for example a pizza placed on the cooking surface (P, TABLE 2 figure 4) is cooked by radiation from the flame and the brick dome and by conduction from part of the hob. Since the heat absorbed by conduction is greater than that which the hob is able to recover in steady state, since the latter is not lapped by the hot fumes, there is a continuous drop in the hob temperature which often forces users to temporarily stop production at the order to reinvigorate the top (P, TABLE 2 figure 4).
Infine per quanto riguardo la tecnologia di questo tipo di forni, sulla base di rilevamenti effettuati nelle principali pizzerie della Campania, tra cui la Pizza a Metro di Vico Equense, è emerso che questi vengono realizzati da maestranze che si tramandano il mestiere di generazione in generazione ed utilizzano dei materiali per la tenuta termica poco adatti alla coibentazione rispetto ad un moderno apparecchio. Infatti gli strati di isolamento termico sono spesso costituiti da sabbia di mare, calce e gesso, materiali che non hanno alcuna proprietà di coibentazione. Finally, as regards the technology of this type of ovens, based on surveys carried out in the main pizzerias in Campania, including the Pizza a Metro in Vico Equense, it emerged that these are made by workers who have handed down the profession from generation to generation. and use materials for the thermal seal that are not suitable for insulation compared to a modern appliance. In fact, the thermal insulation layers are often made up of sea sand, lime and gypsum, materials that have no insulation properties.
La presente invenzione ha lo scopo di sopperire alle seguenti manchevolezze dei forni a legna tradizionali: The present invention has the purpose of overcoming the following shortcomings of traditional wood-burning ovens:
1. rendimento di combustione; 2. riduzione emissioni di C02; 3. raffreddamento del piano di cottura; 4. sfruttamento del calore residuo dei fumi; 5. tenuta termica ; 6. riduzione dei rischi per l'utenza 1. combustion efficiency; 2. reduction of C02 emissions; 3. cooling of the hob; 4. exploitation of the residual heat of the fumes; 5. thermal seal; 6. reduction of risks for users
Per una corretta combustione per ogni kg di legna occorrono circa 5 m<3>di aria (quantità stechiometrica) che va incrementata di circa il 20% per la non uniformità della miscela gasossigeno. In condizioni di circolazione naturale deN'aria un apparecchio ordinario può raggiungere rendimenti accettabili perché l'apertura della camera di combustione serve solo all'ingresso dell'aria comburente; in un forno a legna il rendimento di combustione non supera il 60% perché si sviluppa una turbolenza in prossimità dell'apertura che impedisce l'ingresso di una quantità di aria sufficiente (AP, TAVOLA 1 figura 2). Per risolvere questo problema senza stravolgere la struttura di un forno, che ha una tradizione millenaria, sono stati posti degli iniettori di ossigeno (I, TAVOLE 2 figura 4, TAVOAL 3 figura 5) in prossimità del fuoco (1, TAVOLA 5) con la funzione di insufflare aria direttamente sulla fiamma. For correct combustion, approximately 5 m <3> of air (stoichiometric quantity) is required for each kg of wood, which must be increased by approximately 20% due to the non-uniformity of the gas-oxygen mixture. In conditions of natural air circulation, an ordinary appliance can reach acceptable yields because the opening of the combustion chamber only serves to enter the combustion air; in a wood-fired oven the combustion efficiency does not exceed 60% because turbulence develops near the opening which prevents the entry of a sufficient quantity of air (AP, TABLE 1 figure 2). To solve this problem without upsetting the structure of an oven, which has a thousand-year tradition, oxygen injectors have been placed (I, TABLES 2 figure 4, TAVOAL 3 figure 5) near the fire (1, TABLE 5) with the function of blowing air directly onto the flame.
Questi sono collegati ad un ventilatore a portata variabile (A, TAVOLA 2 figura 4) tramite apposito regolatore, per soddisfare le esigenza dell'utilizzatore. Questo accorgimento, migliorando il rendimento di combustione, va ad aumentare la portata dei fumi in uscita (F, TAVOLA 2) dall'apertura; ciò implica però alcuni inconvenienti, da una parte viene incrementato il rischio per l'utilizzatore e la probabilità di dispersione dei fumi (F, TAVOLA 1 figura 2) nell'ambiente (Al, TAVOLA 1 figura 2), dall'altra si riduce il tempo di stazionamento dei fumi nella camera di combustione (VC, TAVOLA 6 figura 12), i quali saranno evacuati ad una temperatura più elevata a discapito del rendimento dell'apparecchio. These are connected to a variable flow fan (A, TABLE 2 figure 4) by means of a special regulator, to satisfy the user's needs. This expedient, by improving the combustion efficiency, increases the flow rate of the fumes exiting (F, TABLE 2) from the opening; however, this implies some drawbacks, on the one hand the risk for the user is increased and the probability of the dispersion of fumes (F, TABLE 1 figure 2) in the environment (A1, TABLE 1 figure 2), on the other hand the dwell time of the fumes in the combustion chamber (VC, TABLE 6 figure 12), which will be evacuated at a higher temperature to the detriment of the efficiency of the appliance.
Per risolvere i problemi di sicurezza per gli utilizzatori e sfruttare il calore residuo dei fumi, vengono posti degli eiettori (E, TAVOLA 2 figura 4, TAVOLA 3 figura 5) nella camera di combustione (fig.5), dalla parte opposta del fuoco (1, TAVOLA 3 figura 5). Questi, raccordati ad un serbatoio di raccolta (a, TAVOLA 3 figura 5), sono collegati ad un secondo ventilatore (F, TAVOLA 2 figura 4, TAVOLA 3 figura 5) ed hanno la funzione di aspirare i fumi e convogliarli in uno scambiatore a giri di fumo (CF, TAVOLA 2 figura 4, TAVOLA 3 figura 6) posto al di sotto del piano e che sarà descritto in dettaglio in seguito. Pertanto quest'accorgimento permette di risolvere anche il problema di raffreddamento del piano (P, TAVOLA 2 figura 4). To solve the safety problems for users and exploit the residual heat of the fumes, ejectors (E, TABLE 2 figure 4, TABLE 3 figure 5) are placed in the combustion chamber (fig. 5), on the opposite side of the fire ( 1, TABLE 3 figure 5). These, connected to a collection tank (a, TABLE 3 figure 5), are connected to a second fan (F, TABLE 2 figure 4, TABLE 3 figure 5) and have the function of sucking the fumes and conveying them to a heat exchanger. smoke turns (CF, TABLE 2 figure 4, TABLE 3 figure 6) placed under the top and which will be described in detail below. Therefore this expedient also allows to solve the cooling problem of the top (P, TABLE 2 figure 4).
Il ventilatore di aspirazione (F, TAVOLA 2 figura 4, TAVOLA 3 figura 5) è anch'esso regolabile ed ha una portata leggermente sovradimensionata rispetto a quella dei fumi prodotti, in modo tale da sviluppare una leggera depressione in prossimità dell'apertura che impedisce ai gas combusti (F, TAVOLA 1 figura 2) di liberarsi nell'ambiente (Al, TAVOLA 1 figura 2) e consente agli utilizzatori di lavorare in condizioni di sicurezza. The suction fan (F, TABLE 2 figure 4, TABLE 3 figure 5) is also adjustable and has a slightly oversized flow rate compared to that of the fumes produced, so as to develop a slight depression near the opening which prevents the flue gases (F, TABLE 1 figure 2) to be released into the environment (A1, TABLE 1 figure 2) and allows users to work in safe conditions.
Grazie ai suddetti sistemi l'apertura della camera di combustione (TAVOLA 1) non avrà più una utilizzazione promiscua ma servirà soltanto all'utilizzatore per inserire ed estrarre le pietanza. Questo consente una ulteriore innovazione, cioè di utilizzare un apparecchio a camera di combustione aperta come uno a camera chiusa (in transitorio). Infatti nel transitorio termico si può chiudere l'apertura attraverso una porta speciale (TAVOLA 5) a tenuta stagna raggiungendo valori di rendimento ancora più elevati. Thanks to the aforementioned systems, the opening of the combustion chamber (TABLE 1) will no longer have a mixed use but will only be used by the user to insert and extract the dish. This allows a further innovation, that is to use an open combustion chamber appliance as a closed chamber one (in transient). In fact, in the thermal transient the opening can be closed through a special watertight door (TABLE 5) reaching even higher efficiency values.
Lo scambiatore posto al di sotto del piano, indicato nella TAVOLA 4 con CF1...4, trasferisce calore ad uno strato di materiale con capacità termica e conducibilità tali da costituire un SET (A, TAVOLA 4 figura 7) per il piano durante tutto il tempo di utilizzazione dell'apparecchio. The exchanger placed under the hob, indicated in TABLE 4 with CF1 ... 4, transfers heat to a layer of material with heat capacity and conductivity such as to constitute a SET (A, TABLE 4 figure 7) for the hob throughout the time of use of the appliance.
Per migliorare la tenuta termica rispetto al forno tradizionale (A, TAVOLA 1 figura 1) viene installato sull'involucro superiore un doppio strato coibente, di cui il primo strato (Cl, TAVOLA 4 figura 7) è costituito da un materiale con una capacità termica molto bassa al fine di ridurre la durata del transitorio (per esempio vermiculite sciolta), mentre il secondo strato (C2, TAVOLA 4 figura 7) è costituito da un materiale coibente a bassa conducibilità termica (per esempio la lana di vetro) al fine di ridurre la trasmittanza dell'involucro. To improve the thermal resistance compared to the traditional oven (A, TABLE 1 figure 1) a double insulating layer is installed on the upper casing, of which the first layer (Cl, TABLE 4 figure 7) is made of a material with a thermal capacity very low in order to reduce the duration of the transient (for example dissolved vermiculite), while the second layer (C2, TABLE 4 figure 7) is made of an insulating material with low thermal conductivity (for example glass wool) in order to reduce the transmittance of the casing.
Altro aspetto di innovazione consiste nel porre una doppia canna a simmetria assiale sullo scarico forzato dei fumi (EF, TAVOLA 2 figura 4) tale da formare uno scambiatore (SC, TAVOLA 2 figura 4), in cui l'aria lambisce la superficie esterna del condotto interno dei fumi prima di entrare negli iniettori (I, TAVOLA 2 figura 4, TAVOLA 3 figura 5) questa tecnica specialmente nella fase iniziale di transitorio causerà la formazione di condensa dovuta al crollo della temperatura dei fumi, per cui si interviene con una kit raccogli condensa (RC, TAVOLA 2 figura 4) come da allegato grafico. Il sistema di evacuazione naturale dei fumi EN, TAVOLA 2 figura 4) rimane invariato per soddisfare le esigenze di evacuazione dovute a una non adeguata regolazione dell'impianto e/o a un improvviso black out dell'impianto che come è noto è uno dei problemi ancora irrisolti nella tecnologia delle stufe a pellet. Another innovative aspect consists in placing a double flue with axial symmetry on the forced exhaust of the fumes (EF, TABLE 2 figure 4) such as to form an exchanger (SC, TABLE 2 figure 4), in which the air touches the external surface of the internal flue gas duct before entering the injectors (I, TABLE 2 figure 4, TABLE 3 figure 5) this technique, especially in the initial transient phase, will cause the formation of condensation due to the collapse of the temperature of the fumes, so it is necessary to intervene with a kit condensate collector (RC, TABLE 2 figure 4) as per graphic annex. The natural smoke evacuation system EN, TABLE 2 figure 4) remains unchanged to meet the evacuation needs due to an inadequate adjustment of the system and / or a sudden blackout of the system which, as is known, is one of the problems still unsolved in pellet stove technology.
Nei forni a legna tradizionali la porta riveste un ruolo marginale, visto che sia nel transitorio che nello stazionario non viene utilizzata. Nel transitorio il nostro modello di porta (TAVOLA 5) gioca un ruolo fondamentale che trasforma l'apparecchio da camera aperta a camera chiusa; per queste ragioni è stata conformata con un sistema scorrevole costituito da: un carrello scorrevole (1, TAVOLA 5), binario di supporto superiore (6, TAVOLA 5) e binario fisso di guida (8, TAVOLA 5). Inoltre essa è costituita da un deflettore (7, TAVOLA 5), da un vetro termico ceramicato (3, TAVOLA 5) per traguardare la combustione, con una camera d'aria (7, TAVOLA 5) ed infine da una maniglia di scorrimento (4, TAVOLA 5). In traditional wood-fired ovens the door plays a marginal role, since it is not used both in the transitory and in the stationary. In the transient, our door model (TABLE 5) plays a fundamental role that transforms the appliance from an open chamber to a closed chamber; for these reasons it has been designed with a sliding system consisting of: a sliding carriage (1, TABLE 5), upper support rail (6, TABLE 5) and fixed guide rail (8, TABLE 5). Furthermore, it consists of a deflector (7, TABLE 5), a ceramic thermal glass (3, TABLE 5) to sight the combustion, with an air chamber (7, TABLE 5) and finally a sliding handle ( 4, TABLE 5).
Per quanto riguarda la struttura di un forno tradizionale, questa è caratterizzata da una forte iperstaticità (TAVOLA 1) che causa dei problemi strutturali (lesioni) nel momento in cui viene applicata la distorsione termica e che costituisce il carico di esercizio della struttura; per ovviare a tali inconvenienti si è scelto di scomporre l'intera struttura in tre blocchi tra di loro isostatici, il cui comportamento sotto il carico di esercizio non induce ulteriori sollecitazioni di interazione tra questi, ma essendo liberi di dilatarsi scorrono senza generare fessurazione. Lo schema aggregativo è riassunto graficamente in allegato nella TAVOLA 2 figura 3 (mentre quello statico nella TAVOLA 4 figura 8). Il primo blocco (1, TAVOLA 2 figura 3) è costituito da: As regards the structure of a traditional oven, this is characterized by a strong hyperstaticity (TABLE 1) which causes structural problems (lesions) when the thermal distortion is applied and which constitutes the operating load of the structure; to obviate these drawbacks it was decided to break down the entire structure into three isostatic blocks, whose behavior under the operating load does not induce further interaction stresses between them, but being free to expand, they slide without generating cracking. The aggregative scheme is graphically summarized in the annex in TABLE 2 figure 3 (while the static one in TABLE 4 figure 8). The first block (1, TABLE 2 figure 3) consists of:
1. semiellissoide oblato cavo (A, TAVOLA 2 figura 3), (costituito da mattoni in argilla refrattaria con legante refrattario) 1. hollow oblate semi-ellipsoid (A, TABLE 2 figure 3), (consisting of refractory clay bricks with refractory binder)
2. corona circolare (B, TAVOLA 2 figura 3) (delle stesse caratteristiche) 2. circular crown (B, TABLE 2 figure 3) (with the same characteristics)
3. soletta di ripartizione (C, TAVOLA 2 figura 3) in cls alleggerito 3. distribution slab (C, TABLE 2 figure 3) in lightened concrete
I tre elementi del blocco 1 sono legati tra loro dal vincolo di incastro interno (1, TAVOLA 4 figura 8) The three elements of block 1 are linked together by the internal interlocking constraint (1, TABLE 4 figure 8)
II secondo blocco (2, TAVOLA 2 figura 3) è costituito dall'intero pacchetto del SET (A, TAVOLA 4 figura 7), che è appoggiato su dei connettori di acciaio (2, TAVOLA 4 figura 7) tramite una sua piastra di base. Il terzo blocco (3, TAVOLA 2 figura 3) è costituito dal traliccio spaziale circolare a sezione triangolare (3, TAVOLA 4 figura 8; TRS, TAVOLA 4 figura 7) che è base di appoggio per il primo blocco e, nella parte superiore interna, è base di fissaggio di pendoli (2, TAVOLA 4 figura 8) che sorreggono la piastra (4, TAVOLA 4 figura 8; 1, TAVOLA 4 figura 7) a cui vengono saldati i connettori in acciaio (2, TAVOLA 4 figura 7); questo blocco ha la sola funzione portante. The second block (2, TABLE 2 figure 3) consists of the entire SET package (A, TABLE 4 figure 7), which is placed on steel connectors (2, TABLE 4 figure 7) by means of its base plate . The third block (3, TABLE 2 figure 3) is constituted by the circular spatial trellis with triangular section (3, TABLE 4 figure 8; TRS, TABLE 4 figure 7) which is the support base for the first block and, in the upper internal part , is the fixing base of pendulums (2, TABLE 4 figure 8) that support the plate (4, TABLE 4 figure 8; 1, TABLE 4 figure 7) to which the steel connectors are welded (2, TABLE 4 figure 7) ; this block has the only carrier function.
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Family
ID=46640721
Family Applications (1)
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IT000023A ITNA20120023A1 (en) | 2012-05-17 | 2012-05-17 | IMPROVED TRADITIONAL WOOD OVEN AND IMPROVED COMBUSTION WITH INNOVATIVE STRUCTURAL TECHNIQUES. |
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Country | Link |
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IT (1) | ITNA20120023A1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB190910629A (en) * | 1909-05-05 | 1909-11-11 | William Baker | Improved Side Flue Oven for Bakers' and Confectioners' Use. |
FR2347622A1 (en) * | 1976-04-07 | 1977-11-04 | Adamo Umberto | Oven for cooking of pizzas - with refractory base plate and cupola in one piece and insulated all round |
GB2146884A (en) * | 1983-09-13 | 1985-05-01 | Baker Perkins Holdings Plc | Improvements in or relating to tunnel ovens |
FR2717567A1 (en) * | 1994-03-18 | 1995-09-22 | Sundhauser Michel | Modular wood fired baker's oven with two or more cooking chambers |
FR2748384A1 (en) * | 1996-05-13 | 1997-11-14 | Ephrem Production Soc | Pizza oven |
WO2006125475A1 (en) * | 2005-05-23 | 2006-11-30 | Tecnoforni S.R.L. | Industrial tunnel type wood burning oven for the baking of pizza and similar alimentary products |
EP1825755A2 (en) * | 2006-02-28 | 2007-08-29 | C.L.M. S.r.l. | Oven for industrial cooking of foodstuffs, particularly bread, pizzas or the like |
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2012
- 2012-05-17 IT IT000023A patent/ITNA20120023A1/en unknown
Patent Citations (7)
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