JP2006200522A - 多段圧縮式回転圧縮機 - Google Patents

多段圧縮式回転圧縮機 Download PDF

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Abstract

【課題】 多段圧縮式回転圧縮機において、駆動負荷を低減させ、急激な圧力上昇による誤動作を防止する。
【解決手段】 密閉容器内に設置され、ガスの圧縮を行う第１及び第２圧縮要素を備え、第１圧縮要素で１段階圧縮されたガスを第２圧縮要素で２段階圧縮する多段圧縮式回転圧縮機において、密閉容器内部を複数の空間に区画し、複数の空間は、第１圧縮要素の周りを包囲し、第１圧縮要素の吐出圧力に維持される第１圧力室と、第２圧縮室の周りを包囲し、第２圧縮要素の吐出圧力に維持される第２圧力室とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多段圧縮式回転圧縮機に係り、より詳細には、駆動負荷を低減させ、急激な圧力上昇による動作障害を防止しうる多段圧縮式回転圧縮機に関する。
従来の多段圧縮式回転圧縮機は、下部の第１圧縮室と上部の第２圧縮室とを備える。したがって、冷媒ガスは、第１圧縮室において中間圧力である１段階圧縮がなされた後に第２圧縮室に流入し、より高い圧力である２段階圧縮の後に密閉容器内に吐出される。すなわち、第１圧縮室で１次圧縮された冷媒を、第２圧縮室で再度圧縮することによって冷媒を高圧に圧縮する（特許文献１参照）。
尚、当該の従来回転圧縮機は、各圧縮室内部で偏心回転をする第１及び第２ローラ、第１及び第２ローラの回転に沿って各圧縮室の半径方向に進退しながら各圧縮室の内部空間を吸入側と吐出側に区画する第１及び第２ベーン、これらベーンを各圧縮室のローラ側に付勢する第１及び第２ベーンスプリングを備える。
ここで、第１及び第２ベーンは、ベーンスプリング等の弾性及び密閉容器内の高い圧力により各圧縮室の内側方向に加圧されるため、圧縮動作がなされる間に第１及び第２ローラの外面と接触状態に維持される。
しかしながら、かかる多段圧縮式回転圧縮機は、圧縮動作がなされる間に、第２圧縮室及び密閉容器内部の圧力が高圧に維持される一方、第１圧縮室の内部は密閉容器の内部圧力よりも低い中間圧力に維持されるため、第１圧縮室内部と密閉容器内部間には圧力差が生じ、このような圧力差により第１ベーンが第１ローラの外面を加圧する力が必要以上に大きくなり、結果として駆動負荷が大きくなる問題があった。
すなわち、密閉容器内部と第２圧縮室間の圧力差は大きくないために第２ベーンが第２ローラを加圧する力は大きくないが、第１圧縮室と密閉容器内部間は大きい圧力差が存在するために第１ベーンが第１ローラの外面を加圧する力が必要以上に大きくなり、第１ベーンと第１ローラの外周間に大きな摩耗を招き、しかも、駆動負荷の上昇によりエネルギー損失が生じてきた。
また、かかる従来の多段圧縮式回転圧縮機は、初期運転時に第１圧縮室内部へ液冷媒が流入するなどの問題から第１圧縮室の圧力が急激に上昇(中間圧力以上に上昇)する場合、第１圧縮室を経た冷媒が密閉容器内部に排出されずに第２圧縮室で再度圧縮されるため、過度な圧力上昇により機器に過負荷が生じ、円滑な起動を妨げる問題点があった。
日本特許公開第２００４-１９５９９号公報
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、第１圧縮室とその外部間の圧力差を低減させることによって第１ベーンによる摩擦を減らし、結果として駆動負荷を低減できるようにした多段圧縮式回転圧縮機を提供することにある。
本発明の他の目的は、第１圧縮室側の過度な圧力上昇を防止することによって機器の誤動作を防止しうる多段圧縮式回転圧縮機を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る多段圧縮式回転圧縮機は、密閉容器内に設置され、ガスの圧縮を行う第１及び第２圧縮要素を備え、前記第１圧縮要素で１段階圧縮されたガスを、前記第２圧縮要素で２段階圧縮する多段圧縮式回転圧縮機であって、
前記密閉容器の内部が複数の空間に区画され、前記複数の空間は、前記第１圧縮要素の周りを包囲し、前記第１圧縮要素の吐出圧力に維持される第１圧力室と、前記第２圧縮室の周りを包囲し、前記第２圧縮要素の吐出圧力に維持される第２圧力室とを含むことを特徴とする。
前記第１圧縮要素は、第１圧縮室が形成された第１シリンダーボディーと、前記第１圧縮室内で偏心回転しつつ圧縮を行う第１ローラと、前記第１ローラの回転によって半径方向に進退しながら前記第１圧縮室の内部を区画する第１ベーンとを備え、前記第２圧縮要素は、第２圧縮室が形成された第２シリンダーボディーと、前記第２圧縮室内で偏心回転しつつ圧縮を行う第２ローラと、前記第２ローラの回転によって半径方向に進退しながら前記第２圧縮室内部を区画する第２ベーンとを備えることを特徴とする。
また、前記圧縮機は、前記第１圧縮要素が前記第２圧縮要素の下側に配置され、前記第１圧縮室と前記第２圧縮室を区画すると同時に、前記密閉容器内部を前記第１圧力室と前記第２圧力室とに区画するように、前記第１シリンダーボディーと前記第２シリンダーボディーとの間に介在される第１区切り板と、前記密閉容器内部を前記第１圧力室と前記第１圧力室下部のオイル貯留室とに区画するように、前記第１圧縮要素の下側に設置される第２区切り板とをさらに備えることを特徴とする。
また、前記圧縮機は、前記第１圧力室と前記第２圧力室が連通するように前記第１区切り板に形成された圧力調節流路と、前記第１圧力室の圧力が設定圧力以上の時に、前記圧力調節流路を開き前記第１圧力室から前記第２圧力室の方にガスが流れるようにし、前記第１圧力室の圧力が設定圧力以下の時には前記圧力調節流路を閉じるように前記圧力調節流路に設置される圧力調節バルブとをさらに備えることを特徴とする。
また、前記圧力調節バルブは、前記第２圧力室の方から前記圧力調節流路の出口を閉じるリード弁であることを特徴とする。
また、前記圧縮機は、前記第１圧力室と前記第２圧力室間に連通形成される圧力調節流路と、前記第１圧力室の圧力が設定圧力以上の時に、前記圧力調節流路を開き前記第１圧力室から前記第２圧力室の方にガスが流れるようにし、前記第１圧力室の圧力が設定圧力以下の時には前記圧力調節流路を閉じる圧力調節バルブとをさらに備えることを特徴とする。
また、前記第１ベーンが前記第１圧力室の圧力により加圧されるように前記第１圧力室に露出され、前記第２ベーンが前記第２圧力室の圧力により加圧されるように前記第２圧力室に露出されることを特徴とする。
また、前記オイル貯留室は、前記第２圧力室と同圧を維持するように流路を介して連通されることを特徴とする。
また、前記圧縮機は、前記第１圧力室のガスが前記第２圧縮要素の吸入側に供給されるように前記密閉容器の外部を通って連結される連結配管をさらに備えることを特徴とする。
本発明による多段圧縮式回転圧縮機は、密閉容器の内部が、第１圧縮要素の周りを包囲する第１圧力室と第２圧縮要素の周りを包囲する第２圧力室とに区画されることによって第１及び第圧縮要素のそれぞれの内・外部間の圧力差が大きくないため、第１ベーンと第１ローラ間、及び第２ベーンと第２ローラ間の摩擦が低減し、結果として従来の多段圧縮式回転圧縮機に比べて駆動負荷が低減し、耐久性を増大させられる効果が得られる。
また、本発明は、第１圧縮要素の方に急激な圧力上昇が生じる場合、圧力調節流路を通って第１圧力室のガスを第２圧力室に排出させ第１圧力室を減圧させることができるため、第１圧縮要素側の過度な圧力上昇を防止し、機器の誤動作を防止する効果が得られる。
また、本発明は、オイル貯留室内部の圧力が、第１圧力室よりも高い第２圧力室の圧力に維持されるため、第１及び第２圧縮要素側への給油が円滑になる効果が得られる。
以下、本発明に係る多段圧縮式回転圧縮機の好適な実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明による多段式回転圧縮機の内部構造を示す縦断面図である。同図において、多段式回転圧縮機は、密閉容器１０と、密閉容器１０の内側上部に設置され、回転力を発生させる電動装置２０と、密閉容器１０の内側下部に設置され、電動装置２０と回転軸２１を介して連結される冷媒圧縮装置とを備える。
電動装置２０は、密閉容器１０の内面に固定される円筒形の固定子２２と、この固定子２２の内部に回転自在に設置され、その中心部が回転軸２１に結合される回転子２３とを備える。
冷媒圧縮装置は、冷媒を吸い込んで１段階圧縮を行う下側の第１圧縮要素３０と、第１圧縮要素３０の上側に設けられ、第１圧縮要素３０で圧縮された冷媒をより高い圧力で２段階圧縮する第２圧縮要素５０とを備える。
図２は、図１のII−II’線に沿った断面図である。
第１圧縮要素３０は、図１及び図２に示すように、円筒形の圧縮室３１が形成されたシリンダーボディー３２、第１圧縮室３１内部の回転軸２１に設けられる第１偏心部３３、第１偏心部３３の外面に回転可能に結合され、その外面が第１圧縮室３１の内面に接して偏心回転する第１ローラ３４、第１ローラ３４の回転によって第１圧縮室３１の半径方向に進退しながら第１圧縮室３１内部を吸入側と吐出側に区画する第１ベーン３５、及び第１ベーン３５を第１ローラ３４側に付勢する第１ベーンスプリング３６を備える。
また、第１圧縮要素３０は、第１シリンダーボディー３２の下面に結合され、第１圧縮室３１の下端開口を閉じると同時に、回転軸２１を回転可能に支持する第１支持部材３７を備える。また、第１シリンダーボディー３２には、冷媒吸入管１１が連結される第１吸入口３８が形成され、第１支持部材３７には、第１圧縮室３１で圧縮された冷媒の吐出のための第１吐出口３９が形成される。第１吸入口３８と第１吐出口３９は、第１ベーン３５の両側にそれぞれ配置される。また、第１支持部材３７は、第１吐出口３９を通って吐出される圧縮ガスの騒音及び脈動減殺のために下側に第１吐出室４０が形成され、この第１吐出室４０の下部は、第１カバー４１により閉鎖され、第１吐出室４０の側方には、第１吐出室４０が密閉容器１０内と連通するように通穴４２，４３が形成される。
第２圧縮要素５０は、図１及び図３に示すように、円筒形の第２圧縮室５１が形成された第２シリンダーボディー５２、第２圧縮室５１内部の回転軸２１に設けられ、第１偏心部３３と１８０°の位相を持つように配置される第２偏心部５３、第２偏心部５３の外面に回転可能に結合され、その外面が第２圧縮室５１の内面に接して偏心回転する第２ローラ５４、第２ローラ５４の回転によって第２圧縮室５１の半径方向に進退しながら第２圧縮室５１内部を吸入側と吐出側に区画する第２ベーン５５及び第２ベーン５５を第２ローラ５４側に付勢する第２ベーンスプリング５６を備える。
また、第２圧縮要素５０は、第２シリンダーボディー５２の上面に結合され、第２圧縮室５１の上端開口を閉じると同時に、回転軸２１を回転可能に支持する第２支持部材５７を備える。また、第２シリンダーボディー５２には、第２吸入口５８が形成され、第２支持部材５７には、第２圧縮室５１で圧縮された冷媒の吐出のための第２吐出口５９が形成される。第２吸入口５８及び第２吐出口５９は、第２ベーン５５の両側にそれぞれ配置される。また、第２支持部材５７は、第２吐出口５９を通って吐出されるガスの騒音及び脈動減殺のために上側に第２吐出室６０が形成され、この第２吐出室６０の上部は第２カバー６１により閉鎖され、第２吐出室６０の側方には第２吐出室６０が密閉容器１０の内部と連通するように通穴６２が形成される。
第１圧縮要素３０と第２圧縮要素５０は、第１シリンダーボディー３２と第２シリンダーボディー５２との間に介在される第１区切り板７０により互いに区画される。すなわち、第１圧縮室３１と第２圧縮室５１が互いに区画される。また、第１区切り板７０の外周が密閉容器１０の内面まで延び、密閉容器１０内面に気密維持状態に結合されることによって、密閉容器１０の内部空間が下部の第１圧力室４５と上部の第２圧力室６５とに区画され、第１圧力室４５は、第１支持部材３７の外周と密閉容器１０内周面との間に挿入されるリング状の第２区切り板７１により下部のオイル貯留室４７と区画される。そして、密閉容器１０の外側には第１圧縮要素３０で圧縮された第１圧力室４５の冷媒ガスが、第２圧縮要素５０の第２吸入口５８に供給されるように第１圧力室４５と第２吸入口５８とを連通させる連結配管１３が設置される。図１で参照符号１２は、第２圧力室６５内部の高圧の冷媒ガスが最終的に排出される排出管であり、参照符号１４は、冷媒吸入管１１に設置されるアキュムレーターである。
このような構成は、第１圧縮要素３０で圧縮されたガスが連結配管１３を通って第２圧縮要素５０に供給され、より高い圧力に圧縮されるようにしたものであり、第２圧縮要素５０から第２圧力室６５に吐出される高圧のガスが、密閉容器１０上部の排出口１２を通って排出されるようにしたものである。また、第１圧縮要素３０の周りの第１圧力室４５が第１圧縮要素３０の吐出圧力に維持され、第２圧縮要素５０の周りの第２圧力室６５が第１圧力室４５の圧力よりも高い第２圧縮要素５０の吐出圧力に維持されるようにしたものである。さらに、このような構成は、第１ベーン３５に第１圧力室４５の圧力が働き、第２ベーン５５に第２圧力室６５の圧力が働くようにしたものである。このため、第１及び第２ベーン３５，５５はそれぞれ、密閉容器１０の内面と向かい合う端部が第１及び第２圧力室４５，６５と連通するように露出される。これは、第１圧縮室３１内部と第１圧縮要素３０外側の第１圧力室４５間に圧力差が生じないようにし、第１ベーン３５が第１ローラ３４の外面を過度に加圧する現象を防止する一方、第２圧縮室５１内部と第２圧縮要素５０外側の第２圧力室６５間に圧力差が生じないようにし、第２ベーン５５が第２ローラ５４の外面を過度に加圧する現象を防止するためである。
第１区切り板７０には、図１及び図３に示すように、初期起動時に第１圧力室４５の圧力が設定圧力以上に上昇する場合、第１圧力室４５のガスが第２圧力室６５に流れるように、第１圧力室４５と第２圧力室６５とを連通させる圧力調節流路８１が形成される。そして、圧力調節流路８１には、第１圧力室４５の圧力が設定圧力以上の時には圧力調節流路８１を開き、第１圧力室４５の圧力が設定圧力以下の時には圧力調節流路８１を閉じる圧力調節バルブ８２が設置される。圧力調節バルブ８２は、図４に示すように、第２圧力室６５の方から圧力調節流路８１の出口を開閉し、普段は閉じ状態に維持される通常のリード弁からなる。また、第１圧力室４５の設定圧力は、圧力調節バルブ８２の弾性により決定される。これは、第１圧力室４５の圧力によってのみ圧力調節バルブ８２が開くようにし、第１圧力室４５から第２圧力室６５の方にのみガスが流れるようにするためである。
このように構成される圧力調節手段は、圧縮機の初期運転時に第１圧縮室３１内部に液冷媒が流入する問題などに起因して第１圧縮室３１の圧力が急激に上昇し、第１圧力室４５の圧力が第２圧力室６５よりも高くなる不具合が生じる場合、第１圧力室４５のガスが圧力調節流路８１を通って第２圧力室６５の方に流れ、第１圧力室４５が減圧されるようにし、これにより機器に過負荷が生じることを防いで円滑な起動ができるようにし、また、第１圧力室４５の過度な圧力上昇により第１ベーン３５が第１ローラ３３を加圧し摩擦が増大する問題も防止する。
また、本発明の多段圧縮式回転圧縮機は、図１に示すように、密閉容器１０下側のオイル貯留室４７のオイルが、第１及び第２圧縮要素３０，５０の摩擦部位に供給されて潤滑作用をできるように回転軸２１にオイルの上昇を誘導する給油流路２４が形成される。そして、密閉容器１０上側の第２圧力室６５と下側のオイル貯留室４７との間には、オイル貯留室４７の圧力が第２圧力室６５の圧力と同一に維持されるように両者を連通させる流路８５が形成される。この流路８５は、図１ないし図３に示すように、第１及び第２シリンダーボディー３２，５２、第１区切り板７０、第１圧力室４５、第２区切り板７１を貫通する管からなる。この場合、第１圧力室４５とオイル貯留室４７は連通しない。
この流路８５により、オイル貯留室４７の内部圧力が第２圧力室６５の圧力と同じ高圧に維持されるため、オイル貯留室４７から、相対的に圧力の低い第１圧縮要素３０及び同圧の第２圧縮要素５０の方に円滑に給油がなされる。
次に、上記のように構成された多段圧縮式回転圧縮機の全般的な動作について説明する。
電動装置２０の動作により第１及び第２圧縮要素３０，５０が駆動されると、冷媒吸入管１１を通って第１吸入口３８から吸入される冷媒が、第１圧縮室３１を通りつつ１段階圧縮され、この冷媒が第１吐出口３９、第１吐出室４０を経て第１圧力室４５に排出される。したがって、第１圧力室４５は、第１圧縮要素３０の吐出圧力に維持される。
続いて、第１圧力室４５の冷媒は、連結配管１３を通って第２圧縮要素５０に吸入され、第２圧縮室５１を通りつつ相対的に高い２段階圧縮がなされた後、第２吐出口５９、第２吐出室６０を経て密閉容器１０上側の第２圧力室６５に排出される。したがって、第２圧力室６５は、第１圧力室４５よりも高い第２圧縮要素５０の吐出圧力に維持され、第２圧力室６５の冷媒は、密閉容器１０上部の排出管１１を通って最終排出される。
このような圧縮動作が行われるとき、第１圧縮室３１内部と第１圧縮要素３０外側の第１圧力室４５間の圧力差が大きくないため、第１ベーン３５が第１ローラ３４の外面を過度に加圧する問題が生じなく、第２圧縮室５１内部と第２圧縮要素５０外側の第２圧力室６５間の圧力差も大きくないため、第２ベーン５５が第２ローラ５４の外面を過度に加圧することがない。したがって、本発明の圧縮機は、従来の圧縮機に比べて回転軸２１の駆動負荷を減らすことができる。
また、オイル貯留室４７の内部圧力が、第２圧力室６５の圧力と同じ高圧に維持されるため、オイル貯留室４７から第１及び第２圧縮要素３０，５０への給油が円滑になる。
また、初期動作が行われる中に第１圧縮室３１の内部に液冷媒が流入する問題などに起因して第１圧縮要素３０側の圧力が設定圧力以上に急激に上昇する場合には、第１圧力室４５の圧力が第２圧力室６５の圧力よりも高くなることがあるが、このときには、第１圧力室４５の冷媒ガスが圧力調節流路８１を通って第２圧力室６５の方に排出され、これにより第１圧力室４５が減圧される。その結果、圧縮機起動時に過負荷が発生せず、起動が円滑になる。
本発明による多段圧縮式回転圧縮機の構成を示す断面図である。 図１のII-II’線に沿った断面図である。 図１のIII-III’線に沿った断面図である。 図１の多段圧縮式回転圧縮機の圧力調節バルブの構成を示す斜視図である。
符号の説明
１０ 密閉容器
１１ 冷媒吸入管
１２ 排出口
１３ 連結配管
１４ アキュムレーター
２０ 電動装置
２１ 回転軸
２２ 固定子
２３ 回転子
２４ 給油流路
３０、５０ 第１及び第２圧縮要素
３１ 第１圧縮室
３２、５２ 第１及び第２シリンダーボディー
３３ 第１偏心部
３４ 第１ローラ
３５、５５ 第１及び第２ベーン
３６ 第１ベーンスプリング
３７ 第１支持部材
３８ 第１吸入口
４０ 第１吐出室
４１ 第１カバー
４２、４３、６２ 通穴
４５、６５ 第１及び第２圧力室
４７ オイル貯留室
５１ 第２圧縮室
５３ 第２偏心部
５４ 第２ローラ
５６ 第２ベーンスプリング
５７ 第２支持部材
５８ 第２吸入口
５９ 第２吐出口
６０ 第２吐出室
６１ 第２カバー
７０、７１ 第１及び第２区切り板
８１ 圧力調節流路
８２ 圧力調節バルブ
８５ 流路

Claims (9)

  1. 密閉容器内に設置され、ガスの圧縮を行う第１及び第２圧縮要素を備え、前記第１圧縮要素で１段階圧縮されたガスを、前記第２圧縮要素で２段階圧縮する多段圧縮式回転圧縮機であって、
    前記密閉容器の内部が複数の空間に区画され、前記複数の空間は、前記第１圧縮要素の周りを包囲し、前記第１圧縮要素の吐出圧力に維持される第１圧力室と、前記第２圧縮室の周りを包囲し、前記第２圧縮要素の吐出圧力に維持される第２圧力室とを含むことを特徴とする多段圧縮式回転圧縮機。
  2. 前記第１圧縮要素は、第１圧縮室が形成された第１シリンダーボディーと、前記第１圧縮室内で偏心回転しつつ圧縮を行う第１ローラと、前記第１ローラの回転によって半径方向に進退しながら前記第１圧縮室の内部を区画する第１ベーンと、を備え、
    前記第２圧縮要素は、第２圧縮室が形成された第２シリンダーボディーと、前記第２圧縮室内で偏心回転しつつ圧縮を行う第２ローラと、前記第２ローラの回転によって半径方向に進退しながら前記第２圧縮室内部を区画する第２ベーンとを備えることを特徴とする請求項１に記載の多段圧縮式回転圧縮機。
  3. 前記第１圧縮要素が、前記第２圧縮要素の下側に配置され、
    前記圧縮機が、
    前記第１圧縮室と前記第２圧縮室を区画すると同時に、前記密閉容器内部を前記第１圧力室と前記第２圧力室とに区画するように、前記第１シリンダーボディーと前記第２シリンダーボディーとの間に介在される第１区切り板と、
    前記密閉容器内部を前記第１圧力室と前記第１圧力室下部のオイル貯留室とに区画するように、前記第１圧縮要素の下側に設置される第２区切り板とをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の多段圧縮式回転圧縮機。
  4. 前記第１圧力室と前記第２圧力室が連通するように前記第１区切り板に形成された圧力調節流路と、
    前記第１圧力室の圧力が設定圧力以上の時に、前記圧力調節流路を開き前記第１圧力室から前記第２圧力室の方にガスが流れるようにし、前記第１圧力室の圧力が設定圧力以下の時には前記圧力調節流路を閉じるように前記圧力調節流路に設置される圧力調節バルブと、をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の多段圧縮式回転圧縮機。
  5. 前記圧力調節バルブは、前記第２圧力室の方から前記圧力調節流路の出口を閉じるリード弁であることを特徴とする請求項４に記載の多段圧縮式回転圧縮機。
  6. 前記第１圧力室と前記第２圧力室間に連通形成される圧力調節流路と、
    前記第１圧力室の圧力が設定圧力以上の時に、前記圧力調節流路を開き前記第１圧力室から前記第２圧力室の方にガスが流れるようにし、前記第１圧力室の圧力が設定圧力以下の時には前記圧力調節流路を閉じる圧力調節バルブとをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の多段圧縮式回転圧縮機。
  7. 前記第１ベーンが前記第１圧力室の圧力により加圧されるように前記第１圧力室に露出され、前記第２ベーンが前記第２圧力室の圧力により加圧されるように前記第２圧力室に露出されることを特徴とする請求項２に記載の多段圧縮式回転圧縮機。
  8. 前記オイル貯留室は、前記第２圧力室と同圧を維持するように流路を介して連通されることを特徴とする請求項３に記載の多段圧縮式回転圧縮機。
  9. 前記第１圧力室のガスが前記第２圧縮要素の吸入側に供給されるように前記密閉容器の外部を通って連結される連結配管をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の多段圧縮式回転圧縮機。
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