JP2002520146A - 電磁束によって流れを処理する装置 - Google Patents
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- C02F2303/22—Eliminating or preventing deposits, scale removal, scale prevention
Abstract
Description
その他の装置の表面へのスケールの付着傾向を減少または消失させたり、液体中
に含まれる微生物を減少または消失させたりするために、金属加工液、粗原油、
石油誘導体(液体)、微生物や溶存固形分を含む液体などの流動水・流動液体を
、電磁束を利用して処理する液体処理装置に関するものであり、特に、液体が流
れるパイプを包囲する少なくとも1つの電気コイルを含む液体処理装置において
、当該コイルが交流電源によって電力供給され、他の回路部品と回路で接続され
、その操作時間の連続部分の間、当該コイル及び所定のキャパシタンスが、電源
周波数の何倍もの大きさの高い共振周波数を有する直列共振回路の一部を構成し
、そのため、コイルの中心(したがってパイプを流れる液体)を通る電磁束の周
波数が同等に高周波数のものとなる装置に関する。
り、液体中に含まれる生微生物を減少させたりする等の目的のために、電磁束を
利用して液体を処理する種々多様な装置及び方法が提案されてきた。これらの装
置のうちのいくつかは、磁束を生じさせるために固定式または可動式の永久磁石
を使用し、他のタイプの装置では、液体を通すパイプに対して種々の(異なる)
方法で配置された電気コイルを使用してきた。これら電気コイルは直流電源また
は交流電源によって通電され、液体処理要素として利用される電磁束を生じさせ
る。電磁束を使用する装置の例として、米国特許第5,702,600号には、
液体案内パイプの異なる別個の長手方向各区間を包囲する複数の電気コイルを含
む装置が開示されている。これらコイルのうちの2つは、互いに交互に巻かれて
おり、回路内でダイオードが上記コイルと電源に接続され、一方の電圧極性の一
つおきの半サイクルの間だけ電源からの電流をコイルに流す。また、ダイオード
による導通の各半サイクル終了後に、各コイルにリンギングの性質(ringing na
ture)を備えた電流がいくらか流れるようにしている。しかしながら、リンギン
グ電流及び生成される電磁束が弱くて継続時間がごく短いため効果が小さいよう
である。
成されて流動液体を通る磁束が連続的な磁束リンギング周期を含み、従前の装置
よりも、当該リンギング周期中の磁束振動の振幅が大きく、当該周期自体の持続
時間が長く、当該周期を頻繁に生じさせることが可能であり、したがって、従来
の場合よりも大きな影響を処理対象液に及ぼす装置を提供することである。 本発明は、電磁束を利用して流動液体を処理する装置において、液体を流すパイ
プを包囲する1つまたは複数の電気コイルを含む回路によって連続的な電磁束リ
ンギング周期が生成され、該コイルが交流電源に接続され、また、該コイルが所
定のキャパシタンス及び三極スイッチング回路に接続され、少なくとも同一極性
の電源の各半サイクルの間、そのような各半サイクルの開始部のときに、電源か
ら供給される電力によって、電流がコイル及び三極スイッチに印加され、当該半
サイクルの終了のかなり前に三極スイッチが開かれてコイル内にリンギング電流
が生成され、結果として液体中にリンギング電磁束が生じる装置を提供する。こ
れは、該コイルが、コイルの巻線キャパシタンスまたは別個の同調コンデンサに
よって全部または一部が形成される所定のキャパシタンスを含む直列共振回路の
一部に成るからである。
るときに、コイルのうちの少なくとも1つによって生成されて液体を通る電磁束
が、コイルのうちの他の1つによって生成されて液体を通る電磁束の方向と逆方
向を有するように、コイル同士またはコイルと装置の他の構成要素とが接続され
ている装置も提供する。
細も提供する。これら詳細は、以下に記載した本発明の好適実施形態の詳細な説
明、添付図面、及び特許請求の範囲自体から明らかになるであろう。
ており、基本的にパイプユニット12と交流電源14とを有している。パイプユ
ニット12は、矢印Aによって液体の流れる方向が示されている処理対象の液体
が通るパイプ16を含んでいる。パイプ16は種々の材料から作製できるが、パ
イプユニット12で実施される液体の処理では、電磁束がパイプ壁を貫いて、パ
イプを流れている液体を通ることを伴うので、パイプ材料に渦電流が発生して電
磁束の一部が消費されることによって液体に達する電磁束の量が減少するのを回
避するため、パイプは非導電性材料で作製されることが好ましい。パイプユニッ
ト12の他の部品は、パイプ16を包囲する略円筒状のハウジング18の中に収
容されているか、または、このハウジング18に取り付けられている。
、例えば電圧11V(rms)〜37V(rms)、周波数60Hzで操作され
るように設計されたものであることが好ましい。そのため、図示の電源14は、
120V、60Hzまたは240V、60Hzで電力を供給するものなどの標準
電源に接続するプラグ22に合わせた入力コード20と接続される一次側を有す
ると共に、変圧器の二次側に接続されて、より低い電源電圧をパイプユニット1
2に供給する出力コード24を有する、逓降変圧器である。パイプユニット12
は、直径の異なるパイプ16と組み合わせて使用するように設計することもでき
、電源14によって供給される特定の出力電圧は、パイプ径及びパイプユニット
の関係構成要素のサイズ及びデザインに最も適するように選択される。
する電気コイル手段と、コイル手段を通る連続的な電流リンギング周期を生じさ
せ、結果として生じる連続的な電磁束リンギング周期がパイプ16内の液体を通
るように、コイル手段を通る電流の流れを制御するスイッチング回路とから本質
的に構成されている。コイル手段を形成するコイルの個数、デザイン及び配置は
多様であり、例として、図2及び図3では、コイル手段が、米国特許第5,70
2,600号のものと同様に配列された4つのコイルL1、L2外側、L2内側
、L3よりなるように図示されている。図2及び図3に示されているように、コ
イルは、パイプ16の3種類の長手方向各区間26、28及び30と関連付けら
れている。すなわち、コイルL1はボビン32の表面に巻き付けられるので、パ
イプ区間26に沿って設けられ、コイルL3はボビン34の表面に巻き付けられ
るので、パイプ区間30に沿って設けられ、2つのコイルL2内側とL2外側は
、コイルL2内側の上にコイルL2外側が巻き付けられるようにして、パイプ区
間28に設けられたボビン36に巻き付けられている。2つのコイルL2内側と
L2外側を交互に巻き付けたり互いに密接した関係で巻き付けることにより、こ
れら2つのコイルの間に、後で説明する直列共振回路のキャパシタンスの全部ま
たは一部を構成する巻線キャパシタンスが生じる。
38と2つの環状末端部品40及び42とから作られている。スイッチ回路を形
成する構成要素は、末端部品40に担持され、そのうちの少なくともいくつかは
、末端部品40にネジ46で固定されているヒートシンク44に取り付けられて
いる。パイプユニット12の組立にあっては、末端部品40を、図2に示されて
いるようにパイプ16の右端から、パイプ右端からいくらか距離をおいた位置ま
でスライドさせ、その後、止めネジ48によってパイプ16に固定する。次に、
3つのコイルボビン32、36及び34を付随するコイルと共に、ボビンとパイ
プとを接着するためにボビンとパイプとの間に接着剤を塗布した状態で、パイプ
の左端から順次にパイプ16にはめ込み、ボビン同士が互いに接触するとともに
末端部品40と接触するまで移動させる。次に、環状カラー50をパイプの左端
からパイプにはめて、コイルL3と接触関係になるようにスライドさせ、止めネ
ジ60、60によってパイプに固定する。次にシェル38をパイプにかぶせてス
ライドさせ、その右端をネジ62、62によって末端部品40に固定する。最後
に、末端部品42をパイプの左端からパイプ16にかぶせてスライドさせ、その
後、ネジ64によってシェル38に固定し、止めネジ66によってパイプに固定
する。
力端子を符号68及び70で示す。図示の導線を含む接続手段は、熱的過負荷ス
イッチ74を含み、且つ、前述の入力端子68及び70をコイル及びスイッチン
グ回路72に接続する。矢印Bは、コイル巻回が時計回り方向であることを示し
、これを基準にすると、コイルL3とコイルL2外側は、パイプ16のまわりに
時計方向に巻き付けられており、コイルL1とL2内側は、パイプのまわりに反
時計方向に巻き付けられている。これらの巻回方向と図示電気接続とを考慮する
ことにより、電流icが矢印Cで示される方向にコイルを流れるときに、各コイ
ルの中心、したがってパイプ内の液体を通る磁束の方向は、図4の矢印E、F、
G及びHで示される通りであることが理解されるであろう。すなわち、コイルL
1、L2内側及びL3の中心を通る電磁束は、パイプの長手方向に一方の方向に
進み、コイルL2外側の中心を通る電磁束は反対方向に進む。スイッチング回路
72のデザインに応じて、スイッチング回路の局部アースを用意することが必要
だったり望ましかったりすることがあり、そのような場合、スイッチング回路は
、図4に示されるように、絶縁変圧器76を介して入力端子68及び70に接続
してもよい。
ある。図5を参照すると、スイッチング回路72は、12V電源支回路(subcir
cuit:サブサーキット)76と、比較器支回路78と、タイマー支回路80と、
スイッチ82と、表示器支回路84とを含む。
電力供給するDC12V電源支回路を構成する。抵抗器R1とR2及び演算増幅
器U1は、比較器支回路78を形成する。抵抗器R1とR2は、印加される交流
電圧に比例する信号を演算増幅器U1に送信する分圧器を形成する。コンデンサ
C1は、増幅器U1が不安定状態になるのを防止するために、AC入力電圧に存
在している「雑音(ノイズ)」電圧を除去するのに役立つ。増幅器U1は、印加
交流電圧が正の場合には線(ライン)86上に「低い」(ゼロ)出力電圧を生じ
、交流電圧が負の場合には「高い」(+12V)出力を生じるように接続されて
いる。
替わる。これにより、555タイマーチップU2がそのピン3上に高出力を生じ
る。コンデンサC2及びR3は高域フィルタとして作用して、トリガパルスを定
常的ではなく瞬間的なものにする。タイマーチップU2のピン2における電圧は
、約0.5ミリ秒の間、低状態に保持される。この瞬間的な低トリガ電圧により
、タイマーチップU2はピン3上に連続高電圧(+12V)を保持する。
品・要素から成る支回路として構成される。しかし、いかなる場合においても、
スイッチ82は、第1の端子88と第2の端子90と第3の端子92とを有する
三端子形すなわち三極スイッチである。第3の端子92はゲート端子であり、当
該スイッチは、ゲート端子92に電気信号を与えることによって、第1及び第2
の端子が互いに閉じた状態であるON状態と、第1及び第2の端子が互いに開い
た状態であるOFF状態との間で切り換えることができるようになっている。図
5の好適な事例において、スイッチ82は単一MOSFET(Q1)である。当
該MOSFET(Q1)は、入力端子68及び70から出ている入力AC電圧が
正になる結果としてゲート端子92に印加されている電圧が正になるとすぐに通
電する(すなわち端子88と90を互いに閉じた状態にする)。これにより、次
に、コイルL1、L2内側、L2外側及びL3の電流が増加する。抵抗器R4と
コンデンサC3の積によって得られる時定数が経過すると、555チップU2は
、ピン3の出力を低状態に戻してMOSFET(Q1)をOFF状態にする。こ
のようにMOSFET(Q1)がOFFに切り換えられたとき、まだコイルを流
れている電流があれば、そのような電流は、MOSFET(Q1)の端子88と
90の両側に生じるキャパシタンスに転じられる。図5に示されているように、
このキャパシタンスは、原則として、2つのコイルL2内側とL2外側との密接
関係から生じる巻線キャパシタンスCcで構成されている。この巻線キャパシタ
ンスはそれ自体で、コイルとともに有用な直列共振回路を構成するという目的に
十分なものであると思われるが、別のキャパシタンスがさらに必要な場合、別の
同調(tuning)コンデンサ(Ct)からキャパシタンスの供給を受けることが可
能である。
いる電流があれば、そのような電流はキャパシタンス(Cc及び/またはCt)
に転じられる。このキャパシタンスは、コイル及び電源と組合わされて直列共振
回路を形成し、コイルを通る電流がリンギング波形を有するようにし、それによ
りパイプ16内の液体を通るリンギング電磁束を形成する。可変抵抗器R4を調
節することにより、交流入力電源の各作動半サイクルでスイッチ(Q1)が開く
タイミングを早くまたは遅くするように調整できる。回路は、まず抵抗器R4を
最大抵抗値にして、その後、表示器支回路84のLEDインジケータ94が点灯
するまで、抵抗器R4をより低い抵抗値に向かってゆっくり変化させることによ
って調節されることが好ましい。これは、キャパシタンス(Cc及び/またはC
t)に生じたピーク電圧が、2つのツェナーダイオードZ2の導通可能電圧15
0Vを超える時に起きる。ツェナーダイオードはコンデンサ62を充電し、それ
によって得られた電圧によってLED94が点灯する。このインジケータLED
が点灯すると、抵抗器R4は、LEDがちょうど消灯するまで反対方向に変化さ
せられ、その結果、スイッチ(Q1)が150Vのリンギング信号を発生する。
る。この図を参照すると、波形96は、入力端子68及び70の両側に印加され
る交流電源電圧の波形であり、当該電圧は、(第1セットの)正電圧の半サイク
ル98と(第2セットの)負電圧の半サイクル100とが交互に起こる交番電圧
である。図5の回路は半波モードで作動する回路であり、正の半サイクル98に
のみ対応してパイプユニットのコイルに電流リンギング周期が生じる。波形10
2は、スイッチ(Q1)の開状態及び閉状態の持続時間を表し、これにより、電
源電圧の正の半サイクル98中、半サイクルの開始部の間はスイッチ(Q1)が
閉じられ、当該半サイクル終了のかなり前に開かれる(このタイミングは、調整
可能抵抗器R4によって調整可能)。
る。当該電流波形は、電源電圧の正の半サイクルのそれぞれにおいて、当該半サ
イクルの開始部の間にコイルを通る電流がゼロから増加し、その間にスイッチ(
Q1)が閉じられ、その後、スイッチ(Q1)が開くと、所定の時間にわたって
電流が減衰振動する(rings:リンギングする)ようになっている。パイプユニ
ットのコイルに生じる電圧は、図6の波形106で示されるようなものであり、
スイッチ(Q1)が開くと、電圧が、電源14によって与えられる電圧の何倍も
の大きさの最大電圧を有するリンギング形状を取る(で変化する)。
周波数は、スイッチ(Q1)に現れるキャパシタンス(Cc及び/またはCt)
を変更することによって変化させることができるが、10kHz〜80kHzの
周波数に設定されることが好ましい。
印加電源電圧の1つおきの半サイクルについて1周期のリンギング電流とリンギ
ング電圧とを生成するように作動するものである。しかしながら、希望するなら
ば、電源電圧の全ての半サイクルについて1周期のリンギング電流とリンギング
電圧とが生成される全波モードで作動するようにスイッチング回路を設計するこ
とも可能である。図7に示されるように、これは、電流及び電圧が第1の回路7
2の反対方向を向いている点を除いて第1のスイッチング回路72と同じである
第2のスイッチング回路108を追加するように図4の回路を変更することによ
って達成される。すなわち、図7において、第1の回路72は印加電圧の正の半
サイクルの間、前述のように作動し、第2の回路108は印加電圧の負の半サイ
クルの間に同様に作動し、その結果、所定の時間における電流及び電圧のリンギ
ング周期の回数は、同一時間に図4の回路で生成される周期の回数と比較して倍
増する。
こともでき、望むのならば、本発明から逸脱せずにコイル1つだけでパイプユニ
ット12を構成することもできる。図8及び図9はそのような場合の構成を示し
ている。図8には、単一コイル110をボビン112に巻き付けてパイプ16を
包囲するようにしたパイプユニットが示されている。図8の単一コイルパイプユ
ニットで使用されるスイッチング回路は図9に示されている。当該スイッチング
回路は、単一コイル110が大きな巻線キャパシタンスを生じないため、スイッ
チ(Q1)の第1及び第2の端子88と90を挟んで同調コンデンサ(Ct)を
設ける必要がある点を除き図5のものと同様である。また、コイル手段が単一コ
イル110から構成され、完全にスイッチ(Q1)の片側に位置しているので、
スイッチング回路の構成要素の局部アースを確立するために図5の絶縁変圧器7
6を設ける必要は無い。
る。
る。
するコイルを1つしか有しない、本発明の変更実施形態を示す図である。
用するための電気回路を示す詳細回路図である。
である。
Claims (22)
- 【請求項1】 正電圧の半サイクルと負電圧の半サイクルとが交番する交流
電源によって電力供給され、電磁束を利用して流動液体を処理する装置であって
、 液体流を通すパイプと、 前記パイプを包囲する少なくとも1つの電気コイルと、 所定のキャパシタンスを提供する手段と、 第1、第2及び第3の端子を有し、該第3の端子に供給される電気信号に応じ
て前記第1及び第2の端子が互いに開状態と閉状態の間で切換可能である三極ス
イッチを含む第1のスイッチング回路と、 前記2つの半サイクルの少なくとも一方の半サイクルの開始部のときに、前記
スイッチの前記第1及び第2の端子が互いに閉じた状態にあることにより、前記
電源による電流が前記コイルを流れるように、また、前記半サイクルの終了のか
なり前に前記スイッチの前記第1及び第2の端子が開状態に切り換えられるよう
に、前記コイル、前記キャパシタンス及び前記第1のスイッチング回路を相互に
接続し且つ前記電源と接続する接続手段とを有し、 前記接続手段は、更に、前記スイッチの前記第1及び第2の端子が互いに開状
態にあるときに、前記コイル及びキャパシタンスが直列共振回路の一部を形成し
、その結果、前記スイッチの前記第1及び第2の端子が閉状態から開状態に切り
換えられると、前記コイル内にリンギング電流が出現する装置。 - 【請求項2】 前記コイルは、前記パイプの周囲に巻き付けられた複数のコ
イルのうちの1つであり、 前記接続手段は、前記スイッチの前記第1及び第2の端子が閉状態にあるとき
に、前記電源による電流を前記コイルのすべてに流し、前記第1及び第2の端子
が開状態にあるときに、前記コイルの全部が前記共振回路に入る請求項1記載の
装置。 - 【請求項3】 前記コイルのうちの少なくとも2つが、前記所定のキャパシ
タンスの少なくとも一部を形成する巻線キャパシタンスを生成するように、前記
パイプの同じ長手方向の部分に互いに密接した関係で巻き付けられている請求項
2記載の装置。 - 【請求項4】 前記コイルのうちの少なくともいくつかが、前記パイプの個
々に関連付けられた長手方向各区間のまわりに巻き付けられている請求項2記載
の装置。 - 【請求項5】 前記接続手段は、前記スイッチの前記第1及び第2の端子が
閉状態にある結果として前記コイルの全部に電流が流れるとき、前記コイルの少
なくとも1つの長手方向中心を通る電磁束の経路が、前記コイルうちの別の少な
くとも1つの中心を通る電磁束の方向と反対を向く請求項4記載の装置。 - 【請求項6】 前記パイプが非導電性の材料から作られる請求項1に記載の
装置。 - 【請求項7】 前記直列共振回路の共振周波数が10kHz〜80kHzの
範囲内の周波数である請求項1記載の装置。 - 【請求項8】 前記所定のキャパシタンスを提供する手段が、前記スイッチ
の前記第1及び第2の端子を挟んで接続される同調コンデンサを含む請求項1記
載の装置。 - 【請求項9】 前記所定のキャパシタンスの全部が前記巻線キャパシタンス
から構成される請求項3記載の装置。 - 【請求項10】 前記所定のキャパシタンスは、一部が、前記巻線キャパシ
タンスから構成され、一部が、前記スイッチの前記第1及び第2の端子を挟んで
接続される同調コンデンサによって構成される請求項3記載の装置。 - 【請求項11】 前記電源の電圧に応じて電気信号を前記スイッチの前記第
3の端子に供給し、前記第1及び第2の端子の開状態と閉状態との間の切換を制
御する制御回路を更に備えたことを特徴とする請求項1記載の装置。 - 【請求項12】 前記制御回路が比較器回路とタイマー回路とを含み、 前記比較器回路は、前記一方の半サイクルの開始時に前記電源の電圧がゼロを
通るときに、トリガ信号を前記タイマー回路に供給し、 前記タイマー回路は、前記トリガ信号を受けて、前記トリガ信号の出現と同時
に、前記スイッチの前記第1及び第2の端子をその閉状態に設定する第1の電圧
を前記スイッチの前記第3の端子に印加し、前記第1の電圧信号を、所定の遅延
時間が経過するまで前記第3の端子に保持し、 前記タイマー回路は、前記遅延期間が経過すると同時に、前記スイッチの前記
第1及び第2の端子を開状態に設定する第2の電圧信号を前記第3の端子に供給
する請求項9記載の装置。 - 【請求項13】 前記タイマー回路の前記遅延期間を調節する手段を更に備
えることを特徴とする請求項12記載の装置。 - 【請求項14】 前記所定のキャパシタンスを挟んで接続され、前記所定の
キャパシタンスの両側のピーク電圧が所定の値を超えるときに可視指示を提供す
るインジケータ回路を更に備えることを特徴とする請求項13記載の装置。 - 【請求項15】 前記電源によって供給される電力の電圧は、11V(rm
s)〜37V(rms)の範囲内である請求項14記載の装置。 - 【請求項16】 前記指示回路によって示される前記所定のキャパシタンス
の両側に出現する前記ピーク電圧は、約150Vを超える請求項15記載の装置
。 - 【請求項17】 前記三極スイッチはMOSFETである請求項1記載の装
置。 - 【請求項18】 前記接続手段は、前記電源と、前記コイル、キャパシタン
ス及びスイッチング回路から構成された支回路との間に接続される絶縁変圧器を
含む請求項1記載の装置。 - 【請求項19】 前記パイプを包囲する前記少なくとも1つの電気コイルが
、前記パイプを包囲する唯一の電気コイルである請求項1記載の装置。 - 【請求項20】 第1、第2及び第3の端子を有し、前記第3の端子に供給
される電気信号に応じて前記第1及び第2の端子が互いに開状態と閉状態の間で
切換可能である第2の三極スイッチを含む第2のスイッチング回路をさらに備え
、 前記接続手段は、前記コイル、前記キャパシタンス及び前記第1と第2のスイ
ッチング回路を相互に接続し且つ前記電源と接続するものであって、更に、前記
2つの半サイクルの前記他の1つの各半サイクルの開始部のときに、前記第2ス
イッチの前記第1及び第2の端子が互いに閉じた状態にあることにより、前記電
源による電流が前記コイルと前記第2のスイッチを流れるように、また、前記半
サイクルの終了のかなり前に前記第2のスイッチの前記第1及び第2の端子が開
状態に切り換えられるようになっており、 前記接続手段は、更に、前記第2のスイッチの前記第1及び第2の端子が互い
に開状態にあるときに、前記コイル及びキャパシタンスが直列共振回路の一部を
形成し、その結果、前記第2のスイッチの前記第1及び第2の端子が閉状態から
開状態に切り換えられるときに、前記コイル内にリンギング電流が出現すること
を更に特徴とする請求項1記載の装置。 - 【請求項21】 正電圧の半サイクルと負電圧の半サイクルとが交番する交
流電源によって電力供給され、電磁束を利用して流動液体を処理する装置であっ
て、 液体流を通すパイプと、 前記パイプを包囲する複数の電気コイルと、 所定のキャパシタンスを提供する手段と、 互いに開状態及び閉状態になることができる第1及び第2の端子を有するスイ
ッチと、 前記2つの半サイクルの少なくとも一方の半サイクルの少なくとも一部のとき
に、前記スイッチの前記第1及び第2の端子が互いに閉じた状態にあることによ
り、前記電源による電流が前記コイルを流れるように、前記コイル、所定のキャ
パシタンス及び第1のスイッチング回路を互いに接続し且つ前記電源に接続する
接続手段とを有し、 前記接続手段は更に、前記スイッチの前記第1及び第2の端子が互いに前記開
状態にあるときに、前記コイルと前記所定のキャパシタンスが直列共振回路の一
部を形成するようになっており、 前記接続手段は更に、前記電源による電流が前記コイルを流れるように前記ス
イッチの前記第1及び第2の端子が閉状態にあるときに、少なくとも1つの前記
コイルの中心を通る電磁束が前記パイプと平行な第1の方向に流れるようになっ
ており、前記コイルの少なくとも他の1つの中心を通る電磁束が、前記パイプと
平行だが前記第1の方向と反対の第2の方向に流れるようになっている装置。 - 【請求項22】 前記スイッチが三極スイッチである請求項21記載の装置
。
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