JP2006055714A - 噴霧トラップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴霧の通過効率が高く且つ霧足も長くなるように粗大水滴を除去する。
【解決手段】ミストを噴射するノズル３０の先端から噴霧方向を閉断面で囲む筒カバー１４を設け、筒カバー１４は、ノズル先端を包囲する小径筒部１１と、小径筒部１１の下流に連続する大径筒部１２と、大径筒部１２の下流に形成された開口である噴霧出口２１とを備え、大径筒部１２は、小径筒部１１に連続する拡径筒部１５と、拡径筒部１５の下流に設けられた縮径筒部１７とを備え、大径筒部１２の内部流路には、大径筒部１２の内面と間隔をあけた状態で流路規制用の流路規制体１３を配置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、噴霧トラップ装置に関し、詳しくは、ノズルからミストを噴霧する除電装
置や加湿器等において、噴霧中の粗大水滴を除去して細かい霧のみを通過させる装置に関する。

近時、オフィス、工場、ホール等において特許第２８４３９７０号公報等に開示されているような加湿器が空調手段の一環として設置されている。この加湿器は、ドライフォグと呼ばれる極小なミストを噴霧することにより室内の機材や人を濡らすことなく湿度を高めるようにしている。
また、本出願人は、先に出願した特願２００３−３０９２４８号において、工場等のあらゆる産業分野で発生する静電気を除電するためのイオナイザとして、ドライフォグノズルにより微粒化させた噴霧の水滴をコロナ放電器で帯電させて、除電と加湿を同時に行うものを開示している。

しかしながら、前記公報の加湿器はミクロな噴霧により濡れを生じさせないドライフォグを実現しているが、ノズル下流にコロナ放電器を配置してイオナイザとして利用した場合には、コロナ放電器の放電電極やアース電極にミクロな噴霧が接触する際に噴霧水滴が粗大化し、人が水滴を感じてしまう程の粗大水滴が発生することがある。また、イオナイザではなくても上記公報の加湿器ではない通常の加湿器を使用した場合には、平均粒径が大きくなり粗大粒子が混在する場合がある。
この粗大水滴を除去して細かい霧のみを噴霧するためにはフィルタ（エリミネータ）を用いることが考えられるが、粗大水滴と共に本来有効な細かい霧までフィルタリングしてしまい、噴霧の通過効率が悪化する問題がある。また、細かい霧がフィルタを通過したとしても、フィルタが通過抵抗となって減速し、噴霧が蒸発するまでの到達飛距離（霧足）が短くなる欠点も生じてしまう。
特許第２８４３９７０号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、噴霧の通過効率が高く且つ霧足も長くなるようにしながら噴霧中の粗大水滴を除去することを課題としている。

上記課題を解決するため、本発明は、ミストを噴射するノズルの先端から噴霧方向を閉断面で囲む筒カバーを設け、
前記筒カバーは、前記ノズル先端を包囲する小径筒部と、該小径筒部の下流に連続する大径筒部と、該大径筒部の下流に形成された開口である噴霧出口とを備えていると共に、前記大径筒部は、前記小径筒部に連続する拡径筒部と、該拡径筒部の下流に設けられた縮径筒部とを備え、
前記大径筒部の内部流路には、前記大径筒部の内面と間隔をあけた状態で流路規制体を配置していることを特徴とする噴霧トラップ装置を提供している。

前記構成とすれば、ノズルから噴射された噴霧が小径筒部から大径筒部に流入すると、流路規制体が障害物となって噴霧が外方に分流されて拡径筒部を通過し、縮径筒部で内方に合流して噴霧出口から排出される。よって、噴霧が大径筒部の内面および流路規制体の外面に衝突しながら筒カバー内を流通するので、噴霧中の粗大水滴が該衝突により大径筒部および流路規制体に付着して自重落下させ、粗大水滴が噴霧出口から排出されないようにトラップ（除去）することができる。また、噴霧を分流して屈曲路となる大径筒部内の流路を通過させて粗大水滴を除去しているだけであり、フィルタを通過させた時のような大きな通過抵抗が生じないので、通過効率が向上すると共に噴霧の到達飛距離（霧足）を長くすることができる。
なお、最大粒径５０μｍ以上の水滴を粗大水滴としてトラップし、最大粒径５０μｍ未満の略均一化された微粒の水滴を通過させることが好ましい。

前記拡径筒部の軸線に対する傾斜角度は５°〜８０°とし、
前記縮径筒部の軸線に対する傾斜角度は５°〜８０°としていると好適である。

前記構成とすると、大径筒部の内面への噴霧の衝突を確保しながらも、噴霧の軌跡を流線型に保つことができるので、噴霧の到達飛距離を損なうことなく粗大水滴を除去することができる。また、噴霧の流線を滑らかに確保することで噴霧の直進性が損なわれず、噴霧の対象物に対する指向性が良好になる利点もある。さらに、縮径筒部は傾斜角度を有しているので、筒カバーを縮径筒部の傾斜角度未満は下方に傾けても大径筒部の底面に集められた水が噴霧出口からこぼれることがない。

前記流路規制体は対向配置された１対の円錐部を備え、第１円錐部の頂点を前記小径筒部の前記ノズル噴口に向けていると共に、第２円錐部の頂点を前記噴霧出口に向けており、
前記筒カバーの軸線と前記第１および第２円錐部の軸線とを略一致させている。

前記構成とすると、小径筒部側から流入する噴霧が第１円錐部の頂点で前方斜め放射方向に滑らかに分流されるので、噴霧の減速を抑えることができ噴霧の到達飛距離の低減を更に効果的に防止することができる。また、分流された噴霧は第２円錐部で滑らかに合流されるので、流路規制体の後流で渦等が発生することがなくスムーズな気流を生成することができる。

前記第１円錐部の軸線に対する傾斜角度は１５°〜４５°とし、
前記第２円錐部の軸線に対する傾斜角度は１５°〜４５°としていると好適である。

前記構成とすると、流路規制体の外面への噴霧の衝突を確保しながらも、噴霧の軌跡を流線型に保つことができるので、噴霧の到達飛距離を損なうことなく粗大水滴を効果的に除去することができる。

前記流路規制体の外径は、前記小径筒部の内径よりも大としている。

前記構成とすると、小径筒部から大径筒部に流入した噴霧は、その直進流れが流路規制体により確実に規制されて屈曲流れとなるので、粗大水滴が流路規制体などに衝突せずに通過してしまうのを防止することができる。なお、流路規制体の外径は小径筒部の内径と同一又は小としてもよいことは言うまでもない。

前記大径筒部の底面側には、前記筒カバーの内面に付着した水滴を集めて排出するドレン孔を形成しており、前記ドレン孔は前記噴霧出口の下端よりも鉛直方向の低い位置に配置されている。

前記構成とすると、大径筒部内でトラップされた粗い水滴は、拡径筒部および縮径筒部の傾斜により大径筒部の底面に集められ、その集水された水をドレン孔から排出することができる。

前記噴霧出口の内周縁には吸水シートを取り付け、あるいは、親水性コートを施している。

前記構成とすると、縮径筒部の上面側に付着した水滴がその傾斜により噴霧出口側に流れていった時に、噴霧出口の吸水シートで吸水されたり、あるいは、親水性コートで水滴がなじむので、噴霧出口の周縁から滴る水が気流により噴霧方向に飛散するのを防止することができる。吸水シートは水で飽和されると、その余剰な水は吸水シートの底面側より縮径筒部の底面側を伝ってドレン孔に確実に導かれる。

前記噴霧出口の内周縁には折り返し状の屈曲部を設けて、前記屈曲部を水滴ガイドとしている。

前記構成とすると、縮径筒部の上面側に付着した水滴がその傾斜により噴霧出口側に流れていった時に、折り返し状の屈曲部で水滴が受け止められ、噴霧出口の周縁から滴る水が気流により噴霧方向に飛散するのを防止することができる。また、屈曲部で受け止められた水滴は、軸線方向と直交する方向に円環状となった屈曲部を水滴ガイドとして底面側に導くことができる。

以上の説明より明らかなように、本発明によれば、噴霧が大径筒部に流入することで、流路規制体が障害物となって噴霧が一旦分流された後、再び合流する屈曲流れが生成されるので、噴霧中の粗大水滴が大径筒部の内面および流路規制体の外面に衝突して付着し、粗大水滴をトラップすることが可能となる。また、フィルタを通過させた場合のような大きな圧損が生じないため、通過効率が高いと共に噴霧の到達飛距離も長くなる。さらに、噴霧軌跡を流線型に保つことで噴霧の直進性が損なわれず指向性が良好になる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１および図２は第１実施形態を示す。
噴霧された水滴が全て大気中で蒸発する最大粒径１μｍ〜５０μｍの微粒水滴を噴霧するドライフォグノズル３０からコロナ放電器３５を通って噴霧方向を包囲するように噴霧トラップ装置１０を取り付けている。

噴霧トラップ装置１０は、樹脂あるいは金属からなる筒カバー１４をドライフォグノズル３０に外嵌装着している。筒カバー１４は、ドライフォグノズル３０を包囲する円筒状の小径筒部１１と、小径筒部１１の下流に連続する大径筒部１２と、大径筒部１２の下流に形成された円状開口である噴霧出口２２とを備えている。大径筒部１２は、小径筒部１１の下流に連続して直線状に傾斜した拡径筒部１５と、拡径筒部１５の下流に連続する円筒部１６と、円筒部１６の下流に連続して直線状に傾斜した縮径筒部１７とを備えている。なお、大径筒部１５は、円筒部１６を設けずに拡径筒部１５と縮径筒部１７とを連続的に形成しても構わない。

大径筒部１２の内部空間には、大径筒部１２の内周面と間隔をあけた中央に流路規制体１３を浮かせて配置し、流路規制体１３は支持棒１８で円筒部１６の底面に固定している。流路規制体１３は、第１円錐部１３ａと第２円錐部１３ｂとを底面を貼り合わせるように対向配置しており、第１円錐部１３ａの頂点１３ｃを小径筒部１１側のノズル３０に向けていると共に、第２円錐部１３ｂの頂点１３ｄを噴霧出口２２に向けている。即ち、筒カバー１４の軸線と第１円錐部１３ａおよび第２円錐部１３ｂの軸線とを一致させている。

また、小径筒部１１の内径をｄ１とし、流路規制体１３の外径をｄ２とし、噴霧出口２１の内径をｄ３とすると、ｄ１＜ｄ２、ｄ２＞ｄ３の関係となっている。

拡径筒部１５の軸線に対する傾斜角度θ１は１５°〜４５°の範囲内としていると共に、縮径筒部１７の軸線に対する傾斜角度θ２は１５°〜４５°の範囲内としている。なぜなら、各角度θ１、θ２が１５°未満であると大径筒部１２における流路の屈曲性が弱く、噴霧の大径筒部１２への衝突が十分でなくなる一方、４５°を超えると噴霧の直進性が損なわれ噴霧の到達飛距離が短くなるからである。

流路規制体１３の第１円錐部１３ａの軸線に対する傾斜角度θ３は１５°〜４５°の範囲内としていると共に、第２円錐部１３ｂの軸線に対する傾斜角度θ４は１５°〜４５°の範囲内としている。その理由は上記同様で、各角度θ３、θ４が１５°未満であると大径筒部１２における流路の屈曲性が弱く、噴霧の流路規制体１３への衝突が十分でなくなる一方、４５°を超えると噴霧の直進性を阻害して噴霧の到達飛距離が短くなるからである。

大径筒部１２の円筒部１６の底面側にはドレン孔１９を穿設していると共にドレン孔１９にドレン管２０を接続し、筒カバー１４の内面に付着した水滴を集めて排出するようにしている。
また、噴霧出口２１の内周縁の全周にはフェルト布や綿布や麻布やスポンジ等の吸水シート２２を環状に貼り付けている。なお、吸水シート２２の代わりに酸化チタン等の親水性コートを施しても好適である。

ドライフォグノズル３０は、本出願人が先に出願している特開昭６２−２８９２５７号公報に記載されたノズルを使用しており、ノズル本体３１の先端に一対のノズル頭部３２、３３を傾斜させて対向配置しており、これらノズル頭部３２、３３の噴射孔３２ａ、３３ａから噴射されるミストを衝突混合させて液滴を超微粒化させている。ノズル本体３１には液体入口部３１ａと気体入口部３１ｂが設けられ、液体入口部３１ａには液体供給管２８を介して水供給装置（図示せず）に接続されていると共に、気体入口部３１ｂには気体供給管２９を介してエアコンプレッサー（図示せず）に接続されている。

ドライフォグノズル３０の下流に配置された気中放電を発生するコロナ放電器３５は、ドライフォグノズル３０から前方に噴霧の流れ方向と平行に水平配置された針状の放電電極３６と、放電電極３６の前方に配置され接地しているリング状のアース電極３７とを備え、放電電極３６には直流、交流またはパルス式の高圧電源３８が接続されていると共に、アース電極３７は逆放電を防ぐために角をとってある。
放電電極３６に高電圧を印加すると気中に正負のイオンが発生し、ノズル３０より噴霧された微小な水滴が帯電される。

次に、噴霧トラップ装置１０の作用について説明する。
ドライフォグノズル３０には、エアコンプレッサーから気体供給管２９を介して圧搾空気が供給されると共に、水供給装置から液体供給管２８を介して水が供給されることにより、対向する噴射孔３２ａ、３３ａから噴射されるミストが衝突拡散されて、最大粒径１μｍ〜５０μｍ、平均粒径１０μｍの超微粒化された微粒水滴が小径筒部１１内を下流側に浮動していく。
微粒水滴はコロナ放電器３５を通過する際に帯電してイオン化されると共に、アース電極３７あるいは放電電極３６との接触により噴霧の一部に最大粒径５０μｍ以上の粗大水滴が発生する。

小径筒部１１を通過した噴霧は大径筒部１２に流入すると、流路規制体１３の第１円錐部１３ａが障害物となり拡径筒部１５に沿って前方斜め放射方向に分流され、その後、縮径筒部１７で再び中心側に合流される。その間、大径筒部１２内の屈曲した流れにより、大径筒部１２の内面および流路規制体１３の外面に噴霧が衝突することで、主に最大粒径５０μｍ未満の超微粒の水滴は跳ね返りながら噴霧出口２１へと浮動を続ける一方、主に最大粒径５０μｍ以上の粗大な水滴は跳ね返らず大径筒部１２および流路規制体１３に付着して液化されて滴り落ちる。
ここで、流路規制体１３の外径ｄ２は小径筒部１１の内径ｄ１より大きいので、小径筒部１１から大径筒部１２に流入した噴霧の直進流れが、流路規制体１３により確実に規制されて屈曲流れとされ、粗大水滴が衝突せずにそのまま噴霧出口２１まで通過してしまうのを防止できる。

大径筒部１２や流路規制体１３から滴り落ちる水は、拡径筒部１５および縮径筒部１７の傾斜した底面により円筒部１６の底面部分に集水され、ドレン孔１９よりドレン管へと排水される。また、縮径筒部１７の上面側の傾斜に沿って噴霧出口２１側に流れる水滴は、吸水シート２２で吸水され、吸水シート２２が水で飽和されると吸水シート２２の底面側より縮径筒部１７の底面側を伝ってドレン孔１９へと導かれる。したがって、噴霧出口２１の周縁上部から滴る水が気流により噴霧方向に飛散するのが確実に防止される。

噴霧出口２１より出された超微粒の帯電微粒水滴はやがて蒸発し、該蒸発により生じるイオンが、除電対象物の表面に到達することで、除電対象物の表面の静電気を中和して除電することができる。かつ、ドライフォグノズル３０により微粒化された水を噴霧する加湿効果により静電気自体の発生を予防する効果も得られる。
以上のように、粗大水滴の噴霧を防止することで周囲に存在する機材や人が噴霧された水滴によって濡らされないように確保しながらも、除電と加湿を同時に実現可能としている。

以下、実施例と比較例との考察を行う。
（実施例１）
実施例１の噴霧トラップ装置１０は第１実施形態と同様の構成であり、小径筒部１１の内径ｄ１＝９５ｍｍ、流路規制体１３の外径ｄ２＝１００ｍｍ、噴霧出口２１の内径ｄ３＝９５ｍｍとしている。また、拡径筒部１５の傾斜角度θ１＝３０°、縮径筒部１７の傾斜角度θ２＝３０°、流路規制体１３の第１円錐部１３ａの外面の傾斜角度θ３＝３０°、第２円錐部１３ｂの外面の傾斜角度θ４＝３０°としている。また、ノズル３０から拡径筒部１５の上流端までの距離を３００ｍｍとしている。

（比較例１）
比較例１の噴霧トラップ装置１００は、図８に示すように、第１屈曲部１０１と第２屈曲部１０２と噴霧出口１０３とを有する二段エルボ型の筒状体であり、筒内径を９５ｍｍとしていると共に、ノズル３０から第１屈曲部１０１までの距離Ｌを１１０ｍｍとしている。また、ノズル３０下流にはコロナ放電器３５を配置している。なお、ノズル３０の構成は第１実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。

（比較例２）
比較例２の噴霧トラップ装置は、比較例１と同様の形状である二段エルボ型の筒状体であり、ノズル３０から第１屈曲部１０１までの距離Ｌを３００ｍｍとして比較例１と異ならせている。また、ノズル３０下流にはコロナ放電器３５を配置している。
（比較例３）
比較例３は、噴霧トラップ装置を装着せずにノズル３０の下流にはコロナ放電器３５を配置して用いている。

（考察）
実施例１、比較例１〜３のノズル３０の噴霧条件を全て同一にした状態における噴霧結果を表１に示す。
通過効率は以下の数式１で算出した。

噴霧の到達飛距離は、噴霧を側方から見た背景に黒紙を設置し、略白色を呈する霧が蒸発してなくなるまでの噴霧方向の距離を目視で計測した。
粗大水滴の有無は、筒カバー１４の噴霧出口２１の下方２００ｍｍの位置から噴霧方向に５００ｍｍの長さで黒色樹脂板を水平配置し、黒色樹脂板に付着する水滴が目視されれば粗大水滴が有りと判断した。また、噴霧出口２１からの水滴飛散は、目視で確認した。

表１から分かるように、実施例１は、粗大粒子をカットできない比較例３を除いた他の比較例よりも通過効率を８２％と高く保っていると共に、噴霧の到達飛距離を長くして粗大水滴を除去することに成功している。また、実施例１は噴霧出口２１に吸水シート２２を取り付けているので、噴霧出口２１から水滴が飛散しないことが確認された。

図３は第２実施形態を示す。
第１実施形態との相違点は、噴霧トラップ装置４０にミストノズル４１だけを取り付けて加湿器として使用している点である。
ミストノズル４１は一般的な１流体ノズルであり、混合により超微粒化を実現しているドライフォグノズル３０と異なり、噴霧中には最大粒径が５０μｍ以上の粗大水滴が混在している。この粗大水滴は、第１実施形態と同様の原理で、噴霧トラップ装置４０の大径筒部１２の内面および流路規制体１３の外面に噴霧が衝突付着することで液化されて滴り落ち、噴霧出口２１から粗大水滴が流出するのが防止され、最大粒径５０μｍ未満の微粒水滴のみが噴霧される。なお、他の実施形態は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

図４は第３実施形態を示す。
第１実施形態との相違点は、噴霧トラップ装置５０の噴霧出口５１の内周縁に断面Ｌ字状に上流側へ折り返した屈曲部５２を形成し、屈曲部５２の円環状の谷部分を水滴ガイド５３としている点である。
前記構成とすると、縮径筒部１７の上面側に付着した水滴がその傾斜により噴霧出口５１側に流れていく際に、折り返し状の屈曲部５２で水滴が受け止められ、円環状の水滴ガイド５３により水滴の自重で底面側に導くことができる。したがって、噴霧出口５１の周縁から滴る水が気流により飛散するのを防止することができる。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。

図５は第４実施形態を示す。
第１実施形態との相違点は、噴霧トラップ装置６０の大径筒部６１を球状とし、その下流端に形成した開口を噴霧出口６２としている点である。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。

図６は第５実施形態を示す。
第４実施形態との相違点は、噴霧トラップ装置７０の大径筒部６１内の空間に配置される流路規制体７１を球状としている点である。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。

図７は第６実施形態を示す。
第１実施形態との相違点は、筒カバー１４の後端側、即ち、ドライフォグノズル３０の上流側に送風ファン８０を設置している点である。
このように、ドライフォグノズル３０の上流に送風ファン８０を配置することで、ドライフォグノズル３０より噴霧された微粒水滴を速く搬送する気流を生成することができる。微粒水滴が蒸発する時間は、粒径や湿度等の条件が同一の場合にはほぼ決まっているので、微粒水滴を気流に乗せて蒸発時間内に素早く遠方まで運ぶことで、コロナ放電器３５で水滴に帯電されたイオンを遠方の除電対象物（図示せず）まで到達させることが可能となる。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。

本発明の第１実施形態の噴霧トラップ装置を示す斜視図である。 第１実施形態の噴霧トラップ装置を示す断面図である。 第２実施形態を示す断面図である。 第３実施形態を示す断面図である。 第４実施形態を示す断面図である。 第５実施形態を示す断面図である。 第６実施形態を示す断面図である。 比較例１、２を示す図面である。 比較例３を示す図面である。

符号の説明

１０、４０、５０、７０ 噴霧トラップ装置
１１ 小径筒部
１２、６１ 大径筒部
１３、７１ 流路規制体
１３ａ 第１円錐部
１３ｂ 第２円錐部
１３ｃ、１３ｄ 頂点
１４ 筒カバー
１５ 拡径筒部
１６ 円筒部
１７ 縮径筒部
１８ 支持棒
１９ ドレン孔
２０ ドレン管
２１、５１、６２ 噴霧出口
２２ 吸水シート
３０ ドライフォグノズル
３１ ノズル本体
３２、３３ ノズル頭部
３２ａ、３３ａ 噴射孔
３５ コロナ放電器
３６ 放電電極
３８ 高圧電源
３７ アース電極
５２ 屈曲部
５３ 水滴ガイド

Claims (8)

1. ミストを噴射するノズルの先端から噴霧方向を閉断面で囲む筒カバーを設け、
   前記筒カバーは、前記ノズル先端を包囲する小径筒部と、該小径筒部の下流に連続する大径筒部と、該大径筒部の下流に形成された開口である噴霧出口とを備え、
   前記大径筒部は、前記小径筒部に連続する拡径筒部と、該拡径筒部の下流に設けられた縮径筒部とを備え、
   前記大径筒部の内部流路には、前記大径筒部の内周面と間隔をあけた状態で流路規制体を配置していることを特徴とする噴霧トラップ装置。
2. 前記拡径筒部の軸線に対する傾斜角度は５°〜８０°とし、
   前記縮径筒部の軸線に対する傾斜角度は５°〜８０°としている請求項１に記載の噴霧トラップ装置。
3. 前記流路規制体は対向配置された１対の円錐部を備え、第１円錐部の頂点を前記小径筒部の前記ノズル噴口に向けていると共に、第２円錐部の頂点を前記噴霧出口に向けており、
   前記筒カバーの軸線と前記第１および第２円錐部の軸線とを略一致させている請求項１または請求項２に記載の噴霧トラップ装置。
4. 前記第１円錐部の軸線に対する傾斜角度は１５°〜４５°とし、
   前記第２円錐部の軸線に対する傾斜角度は１５°〜４５°としている請求項３に記載の噴霧トラップ装置。
5. 前記流路規制体の外径は、前記小径筒部の内径よりも大としている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の噴霧トラップ装置。
6. 前記大径筒部の底面側には、前記筒カバーの内面に付着した水滴を集めて排出するドレン孔を形成しており、前記ドレン孔は前記噴霧出口の下端よりも鉛直方向の低い位置に配置されている請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の噴霧トラップ装置。
7. 前記噴霧出口の内周縁には吸水シートを取り付け、あるいは、親水性コートを施している請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の噴霧トラップ装置。
8. 前記噴霧出口の内周縁には折り返し状の屈曲部を設けて、前記屈曲部を水滴ガイドとしている請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の噴霧トラップ装置。

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