JP2002213340A - 開放周流形水車機構 - Google Patents
開放周流形水車機構Info
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- turbine
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Hydraulic Turbines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】必要に応じ適宜の場所に容易に移動して設置で
き且つ開水路の水位及び流水量の変動に大きく影響され
ることなく安定した出力を取得できる開放周流形水車機
構を提供すること。 【解決手段】浮子３の浮力によって浮子３を除く開放周
流形水車機構１を開水路の水面上に浮上させ，二の浮子
３間に回転可能にして水車２を配設し，前記浮子３の浮
力と浮子３を除く開放周流形水車機構１の重力との均衡
を図って水車２が開水路の水面から一定の水深に潜水さ
せるものである。
き且つ開水路の水位及び流水量の変動に大きく影響され
ることなく安定した出力を取得できる開放周流形水車機
構を提供すること。 【解決手段】浮子３の浮力によって浮子３を除く開放周
流形水車機構１を開水路の水面上に浮上させ，二の浮子
３間に回転可能にして水車２を配設し，前記浮子３の浮
力と浮子３を除く開放周流形水車機構１の重力との均衡
を図って水車２が開水路の水面から一定の水深に潜水さ
せるものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は河川の自然水流，既
設水路等の開水路に設置し，水流のエネルギーを吸収し
て水車を回転させる開放周流形水車機構に係るものであ
る。
設水路等の開水路に設置し，水流のエネルギーを吸収し
て水車を回転させる開放周流形水車機構に係るものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】河川の自然水流，既設水路等の開水路に
設置される従来の開放周流形水車機構は開水路の特定の
場所に据付け設置され，必要に応じ適宜の場所に移動し
て設置することを目的としたものではない。即ち図３に
示すように開水路の特定の場所に開放周流形水車機構２
１を据付け設置し，水流のエネルギーを吸収して水車２
２を回転させて機械エネルギーを取得する水車でありそ
の具体的機構は以下のようである。回転可能にして水車
２２を水車支持体２３に配設し，前記水車２２の下方の
一部を水流中に潜水させることによって吸収した水車２
２の回転による機械エネルギーを歯車２４と歯車２５に
懸架されるチェーン２６を介して水車支持体２３上に載
置される調速機２７に伝導し，更に前記調速機２７から
発電機２８に伝導させるものである。
設置される従来の開放周流形水車機構は開水路の特定の
場所に据付け設置され，必要に応じ適宜の場所に移動し
て設置することを目的としたものではない。即ち図３に
示すように開水路の特定の場所に開放周流形水車機構２
１を据付け設置し，水流のエネルギーを吸収して水車２
２を回転させて機械エネルギーを取得する水車でありそ
の具体的機構は以下のようである。回転可能にして水車
２２を水車支持体２３に配設し，前記水車２２の下方の
一部を水流中に潜水させることによって吸収した水車２
２の回転による機械エネルギーを歯車２４と歯車２５に
懸架されるチェーン２６を介して水車支持体２３上に載
置される調速機２７に伝導し，更に前記調速機２７から
発電機２８に伝導させるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の開放周流形
水車機構が有していた問題点として以下のものがある。
即ち前記従来の開放周流形水車機構２１は開水路の特定
の場所に据付け設置されるものであるため必要に応じ適
宜の場所に移動して設置することはきわめて困難であ
る。前記移動設置の困難性は特に屋外で作業するに当っ
てその求める機械エネルギーとこれを変換させた電気エ
ネルギーとしてのエネルギー発生源である開放周流形水
車機構２１を必要に応じ適宜の場所に移動して設置する
ことが必要とされるにもかかわらずこの必要性に容易に
応じ得ないことは水力エネルギーの有効利用の観点から
も大きな問題である。
水車機構が有していた問題点として以下のものがある。
即ち前記従来の開放周流形水車機構２１は開水路の特定
の場所に据付け設置されるものであるため必要に応じ適
宜の場所に移動して設置することはきわめて困難であ
る。前記移動設置の困難性は特に屋外で作業するに当っ
てその求める機械エネルギーとこれを変換させた電気エ
ネルギーとしてのエネルギー発生源である開放周流形水
車機構２１を必要に応じ適宜の場所に移動して設置する
ことが必要とされるにもかかわらずこの必要性に容易に
応じ得ないことは水力エネルギーの有効利用の観点から
も大きな問題である。
【０００４】また開放周流形水車機構２１の出力は水流
の有効落差と水車への水の流入量によって決定されるこ
とを受け，開放周流形水車機構２１の出力が少なからず
変動することも問題である。即ち水車の出力決定要因は
通年一定不変ではないことから生ずる問題である。加え
て開水路の水の流量変動に対応し得る範囲の最大流量を
見込んで開放周流形水車機構２１は設計されているが近
年の異常気象による予想をはるかに超えた流水量の場合
には開放周流形水車機構２１の破壊をも招来しかねない
という問題もある。本発明は前記据付け設置されて使用
される従来の開放周流形水車機構２１が具有していた前
記問題点の解決を図った開放周流形水車機構を提供する
もの，即ち必要に応じ容易に適宜の場所に移動して設置
することができ且つ開水路の水位及び流水量に大きく影
響されることなく安定した出力を取得できる開放周流形
水車機構を提供するものである。
の有効落差と水車への水の流入量によって決定されるこ
とを受け，開放周流形水車機構２１の出力が少なからず
変動することも問題である。即ち水車の出力決定要因は
通年一定不変ではないことから生ずる問題である。加え
て開水路の水の流量変動に対応し得る範囲の最大流量を
見込んで開放周流形水車機構２１は設計されているが近
年の異常気象による予想をはるかに超えた流水量の場合
には開放周流形水車機構２１の破壊をも招来しかねない
という問題もある。本発明は前記据付け設置されて使用
される従来の開放周流形水車機構２１が具有していた前
記問題点の解決を図った開放周流形水車機構を提供する
もの，即ち必要に応じ容易に適宜の場所に移動して設置
することができ且つ開水路の水位及び流水量に大きく影
響されることなく安定した出力を取得できる開放周流形
水車機構を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】以下，図１及び図２を用
いてその手段等を説明する。本発明に係る開放周流形水
車機構１は縦長でなる二の浮子３を連結部材４を介し離
間させて配設する機構と前記浮子３間に回転可能にして
水車２を配設する機成と前記連結部材４に水車固定部材
５を取着せしめてなるものである。
いてその手段等を説明する。本発明に係る開放周流形水
車機構１は縦長でなる二の浮子３を連結部材４を介し離
間させて配設する機構と前記浮子３間に回転可能にして
水車２を配設する機成と前記連結部材４に水車固定部材
５を取着せしめてなるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明に係る開放周流形水車機構
１は水車２，浮子３，連結部材４及び水車固定部材５で
構成される。ここで水車２は水の流れのエネルギーを吸
収して機械エネルギーに変換せしめる機成要素であっ
て，平行に配設される二の円板６間に円板６の直径方向
に対し直角に円板６の外周に沿って羽根７を複数枚配設
し且つ前記羽根７を水流に対し前傾にして配設したもの
をいう。前記羽根７を水流に対し前傾せしめたのは垂直
又は後傾とするより，より高い水車出力が得られるから
である。また円板６の直径方向に対し羽根７を直角に配
設せしめたのは直角以外より，より高い水車出力が得ら
れるからである。
１は水車２，浮子３，連結部材４及び水車固定部材５で
構成される。ここで水車２は水の流れのエネルギーを吸
収して機械エネルギーに変換せしめる機成要素であっ
て，平行に配設される二の円板６間に円板６の直径方向
に対し直角に円板６の外周に沿って羽根７を複数枚配設
し且つ前記羽根７を水流に対し前傾にして配設したもの
をいう。前記羽根７を水流に対し前傾せしめたのは垂直
又は後傾とするより，より高い水車出力が得られるから
である。また円板６の直径方向に対し羽根７を直角に配
設せしめたのは直角以外より，より高い水車出力が得ら
れるからである。
【０００７】本発明に係る開放周流形水車機構１におい
て浮子３とは前記開放周流形水車機構１を開水路上に配
設した場合，水中に沈下しないよう浮上状態を保持させ
るための部材であってその内部を空洞とし浸水のない縦
長の浮子でなるものをいう。前記浮子３はその一端を鋭
角な形状とし且つ開放周流形水車機構１を開水路上に配
設した場合，浮子３は水中に沈下する大きさとする。浮
子３をより小型化し且つ水流の抵抗を極力低減させるた
めである。
て浮子３とは前記開放周流形水車機構１を開水路上に配
設した場合，水中に沈下しないよう浮上状態を保持させ
るための部材であってその内部を空洞とし浸水のない縦
長の浮子でなるものをいう。前記浮子３はその一端を鋭
角な形状とし且つ開放周流形水車機構１を開水路上に配
設した場合，浮子３は水中に沈下する大きさとする。浮
子３をより小型化し且つ水流の抵抗を極力低減させるた
めである。
【０００８】本発明に係る開放周流形水車機構１におい
て連結部材４とは離間させて二の浮子３を配設させるた
めの支持部材である。ここで前記二の浮子３はその縦長
方向を揃えて配設され，また二の浮子３の離間間隔は水
車２の輻以上となるようにして配設される。前記連結部
材４は浮子３から浮子３の縦長方向に沿い外方に向けて
の突出部分８と前記突出部分８に直交し，二の浮子３を
離間させるための橋渡し部分９から構成される。ここで
前記連結部材４の橋渡し部分９は離間して配設される二
の浮子３間に水車２が回転可能なるようにして配設され
る。この配設の具体例の一は縦長方向を揃えて配設され
る二の浮子３からの前記連結部材４の突出部分８の各端
部間に連結部材４の橋渡し部分９をそれぞれ固着して配
設するものである。
て連結部材４とは離間させて二の浮子３を配設させるた
めの支持部材である。ここで前記二の浮子３はその縦長
方向を揃えて配設され，また二の浮子３の離間間隔は水
車２の輻以上となるようにして配設される。前記連結部
材４は浮子３から浮子３の縦長方向に沿い外方に向けて
の突出部分８と前記突出部分８に直交し，二の浮子３を
離間させるための橋渡し部分９から構成される。ここで
前記連結部材４の橋渡し部分９は離間して配設される二
の浮子３間に水車２が回転可能なるようにして配設され
る。この配設の具体例の一は縦長方向を揃えて配設され
る二の浮子３からの前記連結部材４の突出部分８の各端
部間に連結部材４の橋渡し部分９をそれぞれ固着して配
設するものである。
【０００９】次に二の浮子３間に回転可能にして配設さ
れる水車２は当該水車２の中心から左右両方向に延出す
る水車支持軸１０を連結部材４の突出部分８に懸架させ
ることによって配設される。ここで前記水車支持軸１０
の連結部材４の突出部分８への懸架の一の具体例として
前記水車支持軸１０を軸受１１で支え，当該軸受１１を
連結部材４の突出部分８に固定するものがある。
れる水車２は当該水車２の中心から左右両方向に延出す
る水車支持軸１０を連結部材４の突出部分８に懸架させ
ることによって配設される。ここで前記水車支持軸１０
の連結部材４の突出部分８への懸架の一の具体例として
前記水車支持軸１０を軸受１１で支え，当該軸受１１を
連結部材４の突出部分８に固定するものがある。
【００１０】前記水車支持軸１０にはプーリー，歯車等
の伝導部材１２が付設される。水車２の回転によって得
られる機械エネルギーを外部に導出させるためである。
その導出形態の一の具体例として前記機械エネルギーを
電気エネルギーに変換する場合，連結部材４の橋渡し部
分９に発電機（図示せず）及び調速機を載置し前記水車
支持軸１０に付設されたプーリー，歯車等の伝導部材１
２と調速機（図示せず）との間に伝導ベルト，チェーン
等の伝導部材を懸架して水車２の回転を調速機を介して
発電機に伝えて発電させるものである。ここで調速機と
は水車２への流入水量の変動により水車２の回転数に変
動が生じても発電機から発生する電圧の不調，周波数の
不整が生じないように発電機の回転数の変動が一定範囲
内にあらしめる機能を有するものをいい，歯車を組合わ
せるか又は遊星歯車を利用して前記機能を具有させる。
の伝導部材１２が付設される。水車２の回転によって得
られる機械エネルギーを外部に導出させるためである。
その導出形態の一の具体例として前記機械エネルギーを
電気エネルギーに変換する場合，連結部材４の橋渡し部
分９に発電機（図示せず）及び調速機を載置し前記水車
支持軸１０に付設されたプーリー，歯車等の伝導部材１
２と調速機（図示せず）との間に伝導ベルト，チェーン
等の伝導部材を懸架して水車２の回転を調速機を介して
発電機に伝えて発電させるものである。ここで調速機と
は水車２への流入水量の変動により水車２の回転数に変
動が生じても発電機から発生する電圧の不調，周波数の
不整が生じないように発電機の回転数の変動が一定範囲
内にあらしめる機能を有するものをいい，歯車を組合わ
せるか又は遊星歯車を利用して前記機能を具有させる。
【００１１】本発明に係る開放周流形水車機構１におい
て水車固定部材５とは開放周流形水車機構１を開水路の
両側又は両岸に係留させるための部材であってロープ，
鎖等の部材でならしめる。ここで前記水車固定部材５は
開放周流形水車機構１を開水路上に固定して配設させる
べく二の水車固定部材５のそれぞれの一端を連結部材４
の橋渡し部分９の左右の各端に取着するものとする。か
かる取着が開水路上に開放周流形水車機構１を安定的に
配設し得るからである。
て水車固定部材５とは開放周流形水車機構１を開水路の
両側又は両岸に係留させるための部材であってロープ，
鎖等の部材でならしめる。ここで前記水車固定部材５は
開放周流形水車機構１を開水路上に固定して配設させる
べく二の水車固定部材５のそれぞれの一端を連結部材４
の橋渡し部分９の左右の各端に取着するものとする。か
かる取着が開水路上に開放周流形水車機構１を安定的に
配設し得るからである。
【００１２】
【作用】本発明に係る開放周流形水車機構１は浮子３及
び水車２が開水路底面に接触しない以上の水深の開水路
に配設される限り水車２の潜水部分は開水路の水位及び
流水量の変動に影響されることなく常に開水路の水面か
ら一定の深さにあり，開水路の表層とその近傍を流れる
流水の水車２の潜水部分の羽根７への射突によって水車
２に回転を惹起させるのである。ここで水車２の潜水部
分が常に開水路の水面から一定の深さにあるのはアルキ
メデスの原理による浮子３の浮力と浮子３を除く開放周
流形水車機構１の重力との均衡をとるべく浮子３の大き
さを開放周流形水車機構１の全体が沈下しない大きさと
しているからである。
び水車２が開水路底面に接触しない以上の水深の開水路
に配設される限り水車２の潜水部分は開水路の水位及び
流水量の変動に影響されることなく常に開水路の水面か
ら一定の深さにあり，開水路の表層とその近傍を流れる
流水の水車２の潜水部分の羽根７への射突によって水車
２に回転を惹起させるのである。ここで水車２の潜水部
分が常に開水路の水面から一定の深さにあるのはアルキ
メデスの原理による浮子３の浮力と浮子３を除く開放周
流形水車機構１の重力との均衡をとるべく浮子３の大き
さを開放周流形水車機構１の全体が沈下しない大きさと
しているからである。
【００１３】
【実施例】本発明に係る開放周流形水車機構１において
水車２の回転により，より高い機械エネルギーを取得す
るには水車２の直径と水車２の羽根７の長さとの比率，
水車２の幅，水車２の羽根７の枚数及び水流に対する水
車２の羽根７の傾きを最適なものとすることが重要であ
る。前記機械エネルギーの大きな変動要因であるからで
ある。本発明では開放周流形水車機構１の水車２として
水車直径を少なくとも１０００ｍｍとし当該水車直径の
０．２〜０．３倍，望ましくは０．２５倍を水車の羽根
の長さとする。次に水車２の幅は極端に狭いと水車２か
らの機械エネルギー取得効率が低下することから少なく
とも５００ｍｍとする。開水路の幅が十分にあれば水車
２の幅を５００ｍｍ以上とすることは水車２からの機械
エネルギー取得効率上，有効であることは勿論である。
水車２の羽根の枚数は２０〜３０枚が適当である。この
枚数範囲に水車２からの機械エネルギー取得効率のピー
クがあるからである。水流に対する水車２の羽根の傾き
は前傾とする。垂直及び後傾より水車２の機械エネルギ
ー取得効率が高いからである。ここで水流に対して前傾
とは水車２の羽根７が水流方向に対して前方に傾斜して
いる状態をいう。
水車２の回転により，より高い機械エネルギーを取得す
るには水車２の直径と水車２の羽根７の長さとの比率，
水車２の幅，水車２の羽根７の枚数及び水流に対する水
車２の羽根７の傾きを最適なものとすることが重要であ
る。前記機械エネルギーの大きな変動要因であるからで
ある。本発明では開放周流形水車機構１の水車２として
水車直径を少なくとも１０００ｍｍとし当該水車直径の
０．２〜０．３倍，望ましくは０．２５倍を水車の羽根
の長さとする。次に水車２の幅は極端に狭いと水車２か
らの機械エネルギー取得効率が低下することから少なく
とも５００ｍｍとする。開水路の幅が十分にあれば水車
２の幅を５００ｍｍ以上とすることは水車２からの機械
エネルギー取得効率上，有効であることは勿論である。
水車２の羽根の枚数は２０〜３０枚が適当である。この
枚数範囲に水車２からの機械エネルギー取得効率のピー
クがあるからである。水流に対する水車２の羽根の傾き
は前傾とする。垂直及び後傾より水車２の機械エネルギ
ー取得効率が高いからである。ここで水流に対して前傾
とは水車２の羽根７が水流方向に対して前方に傾斜して
いる状態をいう。
【００１４】浮子３は縦長の円筒，角筒等の筒体でなら
しめ当該筒体の少なくとも一端は円錐形，斜めカット等
の鋭角な形状とし，その両端は筒体に水が浸入しないよ
う完全密閉にする。浮子３は開放周流形水車機構１の使
用時にあっては潜水状態にあることから耐蝕性，防腐性
に富む合成樹脂でならしめる。浮子３の大きさは開放周
流形水車機構１の重量（発電機及び調速機を連結部材４
の橋渡し部分９上に載置するときはその重量を含む）に
よって異なるが筒体形状が円筒の場合，その直径は少な
くとも１００ｍｍ，長さは少なくとも１５００ｍｍとす
る。
しめ当該筒体の少なくとも一端は円錐形，斜めカット等
の鋭角な形状とし，その両端は筒体に水が浸入しないよ
う完全密閉にする。浮子３は開放周流形水車機構１の使
用時にあっては潜水状態にあることから耐蝕性，防腐性
に富む合成樹脂でならしめる。浮子３の大きさは開放周
流形水車機構１の重量（発電機及び調速機を連結部材４
の橋渡し部分９上に載置するときはその重量を含む）に
よって異なるが筒体形状が円筒の場合，その直径は少な
くとも１００ｍｍ，長さは少なくとも１５００ｍｍとす
る。
【００１５】
【発明の効果】本発明の第一の効果は本発明に係る開放
周流形水車機構１を機械エネルギーの必要とする場所に
容易に移動して稼働させ得ることである。従来の開放周
流形水車機構２１が特定の場所に据付け固定して使用す
るものであるのに対し本発明に係る開放周流形水車機構
１は機械エネルギーを必要とし且つ開放周流形水車機構
１を稼働させ得るに足る水流のある開水路があればその
場所に配設して稼働できるため前記配設の自由度はきわ
めて高いということができる。この配設の自由度は本発
明に係る開放周流形水車機構１の各構成要素の支持固定
をねじ止めによってなさしめれば各構成要素の分解及び
組立は分解せずして移動するよりも更に高くすることが
できる。
周流形水車機構１を機械エネルギーの必要とする場所に
容易に移動して稼働させ得ることである。従来の開放周
流形水車機構２１が特定の場所に据付け固定して使用す
るものであるのに対し本発明に係る開放周流形水車機構
１は機械エネルギーを必要とし且つ開放周流形水車機構
１を稼働させ得るに足る水流のある開水路があればその
場所に配設して稼働できるため前記配設の自由度はきわ
めて高いということができる。この配設の自由度は本発
明に係る開放周流形水車機構１の各構成要素の支持固定
をねじ止めによってなさしめれば各構成要素の分解及び
組立は分解せずして移動するよりも更に高くすることが
できる。
【００１６】本発明の第二の効果は本発明に係る開放周
流形水車機構１は絶えず変動する開水路の水位及び流水
量に大きく影響されることなく常に開水路の水面から一
定の水深に水車２が潜水しているため安定的な機械エネ
ルギーを取得できることである。この効果は本発明に係
る開放周流形水車機構１を構成する浮子３の浮力と浮子
３を除く開放周流形水車機構１の重力との均衡によって
もたらされるものである。
流形水車機構１は絶えず変動する開水路の水位及び流水
量に大きく影響されることなく常に開水路の水面から一
定の水深に水車２が潜水しているため安定的な機械エネ
ルギーを取得できることである。この効果は本発明に係
る開放周流形水車機構１を構成する浮子３の浮力と浮子
３を除く開放周流形水車機構１の重力との均衡によって
もたらされるものである。
【図１】は本発明に係る開放周流形水車機構の正面図で
ある。
ある。
【図２】は本発明に係る開放周流形水車機構の平面図で
ある。
ある。
【図３】は従来の開放周流形水車機構の斜視図である。
【符号の説明】 １．開放周流形水車機構 ２．水車 ３．浮子 ４．連結部材 ５．水車固定部材 ６．円板 ７．羽根 ８．突出部分 ９．橋渡し部分 １０．水車支持軸 １１．軸受 １２．伝導部材 ２１．開放周流形水車機構 ２２．水車 ２３．水車支持体 ２４．歯車 ２５．歯車 ２６．チェーン ２７．調速機 ２８．発電機
Claims (3)
- 【請求項１】縦長でなる二の浮子を連結部材を介し離間
させて配設する構成と前記浮子間に回転可能にして水車
を配設する構成と前記連結部材に水車固定部材を取着せ
しめてなる開放周流形水車機構。 - 【請求項２】浮子を筒体でならしめ，当該筒体の少なく
とも一端を鋭角な形状とする請求項１の開放周流形水車
機構。 - 【請求項３】水車の中心から左右両方向に延出する水車
支持軸を連結部材の突出部分に懸架させることによって
二の浮子間に水車を配設する請求項１の開放周流形水車
機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001039214A JP2002213340A (ja) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | 開放周流形水車機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001039214A JP2002213340A (ja) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | 開放周流形水車機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002213340A true JP2002213340A (ja) | 2002-07-31 |
Family
ID=18902056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001039214A Pending JP2002213340A (ja) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | 開放周流形水車機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002213340A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US11739725B2 (en) | 2018-03-14 | 2023-08-29 | Gerald Coyle | Waterwheel |
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2001
- 2001-01-12 JP JP2001039214A patent/JP2002213340A/ja active Pending
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