JP2005219531A - 車両用熱交換器冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 空調用冷媒放熱器とラジエータとを車両上下方向にオフセット配置する車両用熱交換器冷却装置において、空調用冷媒放熱器とラジエータとの間の隙間を小さくしても、通風抵抗の増大を効果的に抑制する。
【解決手段】 冷媒放熱器１をラジエータ２に対して車両下方側にオフセット配置するとともに、冷媒放熱器１を傾斜配置し、冷媒放熱器１とラジエータ２との間の隙間を、冷媒放熱器１がラジエータ２に対してオフセットする側（冷媒放熱器下端部）で大きくする。すなわち、上部隙間Ｌ１＜下部隙間Ｌ２の関係を設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空調用冷媒放熱器およびラジエータを冷却する車両用熱交換器冷却装置に関する。

従来、特許文献１においてはラジエータの冷却効率を向上するための車両用熱交換器冷却装置が提案されている。具体的には、空調用冷媒放熱器をラジエータに対して冷却空気流れの上流側に配置するとともに、空調用冷媒放熱器をラジエータに対して車両上方側にオフセット配置している。

このオフセット配置によりラジエータの上端部の上方側にラジエータをバイパスして空気が流れる第１隙間を形成し、また、空調用冷媒放熱器の下端部の下方側に空調用冷媒放熱器をバイパスして空気が流れる第２隙間を形成している。

第１隙間は、空調用冷媒放熱器を通過して加熱された高温空気がラジエータに流入することを防止し、また、第２隙間によって、空調用冷媒放熱器をバイパスして流れる低温空気を直接ラジエータに流入させるので、ラジエータの冷却効率を向上できる。

ところで、このような車両用熱交換器冷却装置では、次の理由から空調用冷媒放熱器とラジエータとの間の隙間を極力小さくすることが要求される。第１には、車室内スペースの拡大によるエンジンルームの小型化要求に対応するためである。第２には、空調用冷媒放熱器の車両前方側において車両左右方向に配置される車体側強度部材（一般にリーンフォースと称される）と空調用冷媒放熱器との間の隙間を歩行者保護のために確保するためである。
特開平１１−９９９６４号公報

しかし、上記従来技術においては、空調用冷媒放熱器とラジエータとの間の隙間を小さくしていくと、第２隙間を通過してラジエータのコア部に流入する空気流れの通風抵抗が増大するので、第２隙間から直接ラジエータに流入する低温空気の風量が大幅に減少して、ラジエータの冷却効率向上という本来の目的を達成できない。

また、空調用冷媒放熱器とラジエータとの間の隙間を小さくした状態で、ラジエータの冷却効率向上を達成しようとすると、第２隙間を大きくする必要が生じる。このため、空調用冷媒放熱器の高さを小さくして第２隙間を拡大することが考えられるが、この対策では、空調用冷媒放熱器のコア部放熱面積が減少して冷房性能の低下を引き起こす。

また、別の対策として、空調用冷媒放熱器の高さはそのままで、空調用冷媒放熱器をより一層上方側にオフセットして配置することが考えられるが、この別の対策では、空調用冷媒放熱器とラジエータの両者を含む熱交換器冷却装置全体の高さ寸法が増大して、熱交換器冷却装置のエンジンルーム内への搭載が困難となってしまう。

本発明は、上記点に鑑み、空調用冷媒放熱器とラジエータとを車両上下方向にオフセット配置する車両用熱交換器冷却装置において、空調用冷媒放熱器とラジエータとの間の隙間を小さくしても、通風抵抗の増大を効果的に抑制できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷媒放熱器（１）とラジエータ（２）とを車両上下方向にオフセット配置するとともに、
冷媒放熱器（１）およびラジエータ（２）のうち、少なくとも一方を車両上下方向に対して傾斜配置し、
冷媒放熱器（１）とラジエータ（２）との間の隙間を、冷媒放熱器（１）がラジエータ（２）に対してオフセットする側で大きくしたことを特徴としている。

これによると、冷媒放熱器（１）の反オフセット側の部位ではバイパス通路（５）が形成され、このバイパス通路（５）を通過して低温空気をラジエータ（２）に直接流入させることができ、ラジエータ（２）の冷却効率を向上できる。

一方、冷媒放熱器（１）のオフセット側の部位では、冷媒放熱器（１）とラジエータ（２）との間の隙間が大きくなって、冷媒放熱器（１）とラジエータ（２）との距離を拡大できる。

そのため、冷媒放熱器（１）のオフセット側の部位においても、後述の図１の矢印Ａにて例示するように滑らかに空気を流すことができ、このオフセット側部位における通風抵抗を低減できる。よって、冷媒放熱器（１）の必要放熱性能も確保できる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の車両用熱交換器冷却装置において、冷媒放熱器（１）をラジエータ（２）に対して車両下方側にオフセット配置するとともに、
冷媒放熱器（１）の上端部よりも下端部が空気流れ上流側に位置するように冷媒放熱器（１）を傾斜配置したことを特徴とする。

これによると、冷媒放熱器（１）を車両下方側にオフセット配置する場合において、冷媒放熱器（１）の傾斜配置により冷媒放熱器（１）の下端部側（オフセット側）の隙間を大きくして、請求項１と同様の作用効果を発揮できる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の車両用熱交換器冷却装置において、ラジエータ（２）の上端部よりも下端部が空気流れ下流側に位置するようにラジエータ（２）を傾斜配置したことを特徴とする。

これによると、冷媒放熱器（１）を車両下方側にオフセット配置する場合において、冷媒放熱器（１）とラジエータ（２）を両方とも傾斜配置することにより、冷媒放熱器（１）の下端部側（オフセット側）の隙間をより一層増大できる。そのため、請求項２に比較して冷媒放熱器（１）のオフセット側部位における通風抵抗をより一層低減できる。従って、冷媒放熱器（１）およびラジエータ（２）の放熱性能を更に向上できる。

請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の車両用熱交換器冷却装置において、冷媒放熱器（１）をラジエータ（２）に対して車両上方側にオフセット配置するとともに、
冷媒放熱器（１）の下端部よりも上端部が空気流れ上流側に位置するように冷媒放熱器（１）を傾斜配置したことを特徴とする。

これによると、冷媒放熱器（１）を車両上方側にオフセット配置する場合において、冷媒放熱器（１）の傾斜配置により冷媒放熱器（１）の上端部側（オフセット側）の隙間を大きくして、請求項１と同様の作用効果を発揮できる。

請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の車両用熱交換器冷却装置において、ラジエータ（２）の下端部よりも上端部が空気流れ下流側に位置するようにラジエータ（２）を傾斜配置したことを特徴とする。

これによると、冷媒放熱器（１）を車両上方側にオフセット配置する場合において、冷媒放熱器（１）とラジエータ（２）を両方とも傾斜配置することにより、冷媒放熱器（１）の上端部側（オフセット側）の隙間をより一層増大できる。そのため、請求項４に比較して冷媒放熱器（１）のオフセット側部位における通風抵抗をより一層低減できる。従って、冷媒放熱器（１）およびラジエータ（２）の放熱性能を更に向上できる。

請求項６に記載の発明のように、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用熱交換器冷却装置において、冷媒放熱器（１）およびラジエータ（２）に冷却空気を送風する送風ファン（４）を有し、
冷媒放熱器（１）、ラジエータ（２）および送風ファン（４）の三者を共通のシュラウド（３）内部に一体のモジュール構造として組み付ければ、上記三者をまとめて一度に車両に搭載でき、熱交換器冷却装置の車両搭載作業を簡単に行うことができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
図１は第１実施形態を示すもので、冷媒放熱器１とラジエータ２は共通のシュラウド３内に組み込まれて、送風ファン４とともに一体の組立構造体、すなわち、クーリングモジュールを構成する。

冷媒放熱器１は、周知のごとく車載空調装置の冷凍サイクルにおいて図示しない圧縮機の吐出側に設けられ、圧縮機吐出冷媒を外気と熱交換して冷却するものである。また、ラジエータ２は図示しない車両エンジンの冷却水を外気と熱交換して冷却するものである。図１の前後上下の各矢印は車両搭載状態における方向を示している。

冷媒放熱器１での冷媒凝縮温度に比較して車両エンジンの冷却水温度の方が基本的に高いので、冷媒放熱器１は、シュラウド３のうち最上流部（最前方部）に配置され、冷媒放熱器１の下流側にラジエータ２が配置される。そして、ラジエータ２の下流側（最下流部）には送風ファン４が配置されている。

なお、図１では冷媒放熱器１およびラジエータ２の具体的構成の図示を省略しているが、両者１、２は周知のごとく扁平チューブとコルゲートフィンとの組み合わせからなる熱交換コア部と、熱交換コア部の扁平チューブに対して冷媒または冷却水の分配、集合の役割を果たすタンク部とを備えている。

冷媒放熱器１におけるタンク部は、通常、熱交換コア部の左右両側に配置される。これに対し、ラジエータ２におけるタンク部は、与えられる配置スペースの形態に応じて熱交換コア部の上下両側あるいは左右両側に配置される。

送風ファン４は軸流式のファンブレード部４ａをモータ４ｂにより回転駆動する構成になっている。モータ４ｂはシュラウド３の最下流端部に支持される。すなわち、シュラウド３の最下流端部には複数本の支持ステー３ａを介して円筒状のボス部３ｂを一体成形し、このボス部３ｂにモータ４ｂを嵌合固定するようになっている。

なお、シュラウド３は送風ファン４の送風空気をガイドする導風路を構成するものであって、樹脂製の一体成形品である。シュラウド３のうち、車両前方側部位は冷媒放熱器１およびラジエータ２の外形に沿った矩形状になっている。また、シュラウド３のうち、車両後方側のファン外周部はリング状になっている。

次に、シュラウド３内部における冷媒放熱器１およびラジエータ２の具体的配置レイアウトについて説明する。冷媒放熱器１はラジエータ２に対して下方側にオフセット配置してある。具体的には、冷媒放熱器１の下端部がラジエータ２の下端部よりも下方側に所定量Ｈ１だけ突き出すように配置してある。これにより、冷媒放熱器１の上端部の上方側に所定の高さ寸法Ｈ２を持つバイパス通路５が形成される。ラジエータ２の熱交換コア部の上部領域はこのバイパス通路５に直接対向している。

また、シュラウド３内部にラジエータ２がほぼ車両上下方向（垂直方向）に配置されるのに反し、冷媒放熱器１は車両上下方向（ラジエータ２）に対して傾斜配置される。具体的には、冷媒放熱器１の上端部よりも下端部が空気流れ上流側に位置するように冷媒放熱器１を傾斜配置している。

これにより、冷媒放熱器１とラジエータ２との間の隙間が、冷媒放熱器１の上端部側よりも下端部側（すなわち、冷媒放熱器１のオフセットした側）で大きくなる。つまり、冷媒放熱器１の上端部側の隙間Ｌ１と、冷媒放熱器１の下端部側の隙間Ｌ２とが、Ｌ１＜Ｌ２の関係に設定される。θ１は車両上下方向に対する冷媒放熱器１の傾斜角度を示す。

冷媒放熱器１、ラジエータ２および送風ファン４は、シュラウド３内部に一体構造として組み付けられ、一体の組立構造体であるクーリングモジュールを構成する。そして、このクーリングモジュール全体をまとめて一度に車体側へ搭載するようになっている。

次に、このクーリングモジュールの車体搭載構造を説明すると、シュラウド３のうち、車両前方側の矩形状部の上面には上部取付ピン３ｃが上方へ突き出すように一体成形されている。また、シュラウド３の矩形状部の下面には下部取付ピン３ｄが下方へ突き出すように一体成形されている。

シュラウド３の上方側には、金属板からなる上部支持部材６が車両左右方向に延びるように車体側に配置されている。この上部支持部材６には金属板からなる補助支持板７の一端側が取付ボルト８によって取り付けられる。更に、この補助支持板７の穴部にゴム材料からなるリング状の弾性マウント部材９が嵌合装着される。

従って、この弾性マウント部材９の中心穴部にシュラウド３の上部取付ピン３ｃを挿入することにより、シュラウド３の上部を弾性マウント部材９を介して補助支持板７に弾性的に支持することができる。

一方、シュラウド３の下部取付ピン３ｄの下方側には、車体側の支持部材としてフロントクロスメンバー１０が車両左右方向に延びるように配置されている。このフロントクロスメンバー１０の穴部にゴム材料からなるリング状の弾性マウント部材１１が嵌合装着される。従って、この弾性マウント部材１１の中心穴部にシュラウド３の下部取付ピン３ｄを挿入することにより、シュラウド３の下部を弾性マウント部材１１を介してフロントクロスメンバー１０に弾性的に支持することができる。

本実施形態によるクーリングモジュールは、車両エンジンルームのうち最前部に搭載されるので、クーリングモジュールの車両前方部（上流部）には、冷却風（外気風）をシュラウド３内に導入するための格子状のグリル１２ａ、１２ｂが配置されている。このグリル１２ａ、１２ｂは車体側のボンネット１３の前端部とアンダーカバー１４の前端部との間に配置されている。

そして、上部グリル１２ａと下部グリル１２ｂとの間に車体側の強度部材１５およびバンパーカバー１６が車両左右方向に延びるように配置されている。ここで、強度部材１５の左右両端部は、歩行者保護のために、衝撃が加わった際に容易に変位できる構造にて車体のサイドメンバー（図示せず）に連結されている。

なお、第１実施形態において各部の具体的設計例を例示すると、Ｌ１＝１０ｍｍ程度、Ｌ２＝４０ｍｍ程度、Ｌ３＝５０ｍｍ程度、Ｈ１＝６０ｍｍ程度、Ｈ２＝１００ｍｍ程度、傾斜角度θ１＝５°程度である。

次に、上記構成において本実施形態による作用効果を説明する。送風ファン４のモータ４ｂに通電してモータ４ｂを回転させると、ファンブレード部４ａがモータ４ｂにより回転駆動される。これにより、グリル１２ａ、１２ｂを通して空気（外気）がシュラウド３内に導入され、この導入空気は、冷媒放熱器１、ラジエータ２の順に通過した後に、送風ファン４の車両後方側へと排出される。

ここで、冷媒放熱器１の上端部の上方側には所定の高さ寸法Ｈ２を持つバイパス通路５が形成されているので、上部グリル１２ａから導入される空気を、矢印Ｄのように冷媒放熱器１をバイパスして低温のままラジエータ２の熱交換コア部に流入させることができる。これにより、ラジエータ２を効率よく冷却できる。

一方、バイパス通路５の形成のために、冷媒放熱器１の下端部側はラジエータ２の下端部よりも下方側へ所定量Ｈ１だけオフセット配置しているが、その際に、冷媒放熱器１を傾斜配置して、冷媒放熱器１とラジエータ２との間の隙間が、冷媒放熱器１の上端部側よりも下端部側（すなわち、冷媒放熱器１のオフセット側）で大きくなるようにしている。つまり、上部隙間Ｌ１＜下部隙間Ｌ２となるようにしている。

このため、シュラウド３において、冷媒放熱器１の下端部とラジエータ２の下端部との間の距離を増大して、傾斜の緩やかな傾斜面３ｅを形成できる。この緩やかな傾斜面３ｅによって冷媒放熱器１のオフセット側部位を通過する空気流れを矢印Ａのように滑らかにガイドすることができる。

従って、冷媒放熱器１のオフセット側部位における通風抵抗を減少できる。その結果、冷媒放熱器１のオフセット側部位における通過風量の減少を防止できる。因みに、図２は上部隙間Ｌ１＝下部隙間Ｌ２とした比較例であり、この比較例によると、下部隙間Ｌ２が本実施形態に比較して小さくなるので、傾斜面３ｅ’が急角度となる。これにより、冷媒放熱器１のオフセット側部位を空気が矢印Ｂのように急激に曲がって流れるので、この部位の通風抵抗が必然的に上昇し、冷媒放熱器１の放熱性能を低下させる。

また、本実施形態では上部隙間Ｌ１を従来と同等の寸法に設定することにより、冷媒放熱器１と強度部材１５との隙間Ｌ３も従来と略同等の寸法を確保できる。従って、本実施形態による冷媒放熱器１の配置構成を採用しても、車両が歩行者と衝突した際に、強度部材１５が車両後方側へ後退するための必要隙間Ｌ３を確保できる。よって、衝突時の歩行者保護の面で悪影響を及ぼすことはない。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では冷媒放熱器１のみを傾斜配置しているが、第２実施形態では、図３に示すように、冷媒放熱器１とラジエータ２の両方を車両上下方向に対して互いに反対方向に傾斜配置している。

具体的には、冷媒放熱器１の上端部よりも下端部が空気流れ上流側に位置するように冷媒放熱器１を傾斜配置し、また、ラジエータ２の上端部よりも下端部が空気流れ下流側に位置するようにラジエータ２を傾斜配置している。

これにより、冷媒放熱器１の下端部側（オフセット側の部位）では、冷媒放熱器１の下端部とラジエータ２の下端部との間の隙間Ｌ２を第１実施形態に比較してより一層増大できる。この結果、冷媒放熱器１のオフセット側部位における通風抵抗をより一層減少できる。

（第３実施形態）
上記第１、第２実施形態では、いずれも、冷媒放熱器１の下端部がラジエータ２の下端部よりも下方側に所定量Ｈ１だけ突き出すように、冷媒放熱器１をラジエータ２の下方側へオフセット配置しているが、第３実施形態では、図４に示すように、冷媒放熱器１をラジエータ２の上方側へオフセット配置している。

具体的には、冷媒放熱器１の上端部がラジエータ２の上端部よりも上方側に所定量Ｈ３だけ突き出すように、冷媒放熱器１をラジエータ２の上方側へオフセット配置している。これにより、冷媒放熱器１の下端部の下方側に所定高さＨ４を持つバイパス通路５ａを形成している。

第３実施形態では、冷媒放熱器１を上方側へオフセット配置するに伴って冷媒放熱器１を第１、第２実施形態と逆方向に傾斜配置している。すなわち、冷媒放熱器１の上端部が下端部よりも空気流れ上流側（車両前方側）に位置するように冷媒放熱器１を傾斜配置し、これにより、冷媒放熱器１とラジエータ２との隙間を冷媒放熱器１の上部側（オフセット側）で大きくし、下部側で小さくしている（上部隙間Ｌ１＞下部隙間Ｌ２）。

この結果、第３実施形態においても、冷媒放熱器１の上端部とラジエータ２の上端部との間の距離を増大して、シュラウド３において、冷媒放熱器１の上端部とラジエータ２の上端部との間の部位に、傾斜の緩やかな傾斜面３ｆを形成できる。

このため、冷媒放熱器１の上端部側（オフセット側部位）を空気が矢印Ｃのように滑らかに流れ、このオフセット側部位における通風抵抗を減少できる。よって、第３実施形態においても、第１、第２実施形態と同様の作用効果を発揮できる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のごとく種々変形可能である。

（１）第３実施形態では冷媒放熱器１のみを傾斜配置しているが、冷媒放熱器１をラジエータ２の上方側へオフセット配置するレイアウトにおいて、冷媒放熱器１とラジエータ２の両方を第２実施形態のように傾斜配置してもよい。すなわち、図４において、ラジエータ２の上端部が下端部よりも空気流れ下流側（車両後方側）に位置するようにラジエータ２を傾斜配置してもよい。これにより、冷媒放熱器１の上部側（オフセット側）の隙間Ｌ１を図４の場合よりも一層増大できる。

（２）上述の実施形態はすべて冷媒放熱器１を傾斜配置しているが、冷媒放熱器１を略垂直に配置してラジエータ２のみを傾斜配置するようにしてもよい。すなわち、冷媒放熱器１を図２のごとく略垂直状態にてラジエータ２の下方側へオフセット配置する場合は、ラジエータ２の下端部が上端部よりも空気流れ下流側（車両後方側）に位置するようにラジエータ２を傾斜配置する。このラジエータ２の傾斜配置は図３と同じである。

これにより、冷媒放熱器１を略垂直に配置しても、冷媒放熱器１の下部側（オフセット側）の隙間Ｌ２を上部側隙間Ｌ１よりも大きくできるので、第１実施形態と同様の作用効果を発揮できる。

また、冷媒放熱器１を略垂直状態にてラジエータ２の上方側へオフセット配置する場合は、ラジエータ２の上端部が下端部よりも空気流れ下流側（車両後方側）に位置するようにラジエータ２を傾斜配置する。これにより、冷媒放熱器１の上部側（オフセット側）の隙間Ｌ１を下部側の隙間Ｌ２よりも増大できる。従って、冷媒放熱器１を略垂直に配置しても、図４の第３実施形態と同様の作用効果を発揮できる。

（３）なお、冷媒として通常のフロン系の冷媒を用いる冷凍サイクルでは冷媒放熱器１は圧縮機吐出冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器として作用するが、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ₂）等を用いる超臨界サイクルでは、圧縮機吐出冷媒が超臨界状態となるので、冷媒放熱器１において冷媒が凝縮しない。このような超臨界サイクルの冷媒放熱器１に対しても本発明は同様に適用できる。

（４）上述の実施形態では、ラジエータ２にて車両エンジンの冷却水を冷却するようにしているが、ラジエータ２にて車両エンジン以外の車載発熱機器（例えば、車両走行用モータ、モータ制御用インバータ、車載燃料電池等）の冷却水をラジエータ２にて冷却するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態を示す車両用熱交換器冷却装置の概略断面図である。 本発明の比較例を示す車両用熱交換器冷却装置の概略断面図である。 本発明の第２実施形態を示す車両用熱交換器冷却装置の概略断面図である。 本発明の第３実施形態を示す車両用熱交換器冷却装置の概略断面図である。

符号の説明

１…冷媒放熱器、２…ラジエータ、３…シュラウド、４…送風ファン、
Ｌ１…上部隙間、Ｌ２…下部隙間。

Claims (6)

1. 冷凍サイクルの圧縮機吐出冷媒を冷却する冷媒放熱器（１）を空気流れ上流側に配置し、発熱機器の冷却水を冷却するラジエータ（２）を前記冷媒放熱器（１）の空気流れ下流側に隣接配置する車両用熱交換器冷却装置において、
   前記冷媒放熱器（１）と前記ラジエータ（２）とを車両上下方向にオフセット配置するとともに、
   前記冷媒放熱器（１）および前記ラジエータ（２）のうち、少なくとも一方を車両上下方向に対して傾斜配置し、
   前記冷媒放熱器（１）と前記ラジエータ（２）との間の隙間を、前記冷媒放熱器（１）が前記ラジエータ（２）に対してオフセットする側で大きくしたことを特徴とする車両用熱交換器冷却装置。
2. 前記冷媒放熱器（１）を前記ラジエータ（２）に対して車両下方側にオフセット配置するとともに、
   前記冷媒放熱器（１）の上端部よりも下端部が空気流れ上流側に位置するように前記冷媒放熱器（１）を傾斜配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用熱交換器冷却装置。
3. 前記ラジエータ（２）の上端部よりも下端部が空気流れ下流側に位置するように前記ラジエータ（２）を傾斜配置したことを特徴とする請求項２に記載の車両用熱交換器冷却装置。
4. 前記冷媒放熱器（１）を前記ラジエータ（２）に対して車両上方側にオフセット配置するとともに、
   前記冷媒放熱器（１）の下端部よりも上端部が空気流れ上流側に位置するように前記冷媒放熱器（１）を傾斜配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用熱交換器冷却装置。
5. 前記ラジエータ（２）の下端部よりも上端部が空気流れ下流側に位置するように前記ラジエータ（２）を傾斜配置したことを特徴とする請求項４に記載の車両用熱交換器冷却装置。
6. 前記冷媒放熱器（１）および前記ラジエータ（２）に冷却空気を送風する送風ファン（４）を有し、
   前記冷媒放熱器（１）、前記ラジエータ（２）および前記送風ファン（４）の三者を共通のシュラウド（３）内部に一体のモジュール構造として組み付けたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用熱交換器冷却装置。

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