JP2006514254A - Nozzle for spraying liquid fuel - Google Patents
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Abstract
本発明は、空気流入範囲(50)と、空気流出範囲(52)と、空気流入範囲(50)と空気流出範囲(52)を接続する流路(54)とを有する、ノズル(20)を流れる空気によって液体燃料を噴霧するためのノズルに関する。ノズル(20)がセラミック材料からなり、流入する空気を旋回させる空気案内手段(56)が空気流入範囲(50)内に設けられ、空気案内手段(56)がノズル(20)と一体に形成されている。本発明は更に、このようなノズル(20)を備えた移動用途用の暖房装置(10)に関する。The present invention includes a nozzle (20) having an air inflow range (50), an air outflow range (52), and a flow path (54) connecting the air inflow range (50) and the air outflow range (52). The present invention relates to a nozzle for spraying liquid fuel by flowing air. The nozzle (20) is made of a ceramic material, air guide means (56) for swirling the incoming air is provided in the air inflow range (50), and the air guide means (56) is formed integrally with the nozzle (20). ing. The invention further relates to a heating device (10) for mobile use comprising such a nozzle (20).
Description
本発明は、空気流入範囲と、空気流出範囲と、空気流入範囲と空気流出範囲を接続する流路とを有する、ノズルを流れる空気によって液体燃料を噴霧するためのノズルに関する。 The present invention relates to a nozzle for spraying liquid fuel with air flowing through a nozzle, having an air inflow range, an air outflow range, and a flow path connecting the air inflow range and the air outflow range.
この種のノズルは例えば車両暖房装置で使用される。このような車両暖房装置は例えば補助ヒータおよび/またはパーキングヒータとして運転可能である。 This type of nozzle is used, for example, in a vehicle heating device. Such a vehicle heating apparatus can be operated as an auxiliary heater and / or a parking heater, for example.
ノズルは燃焼空気を供給するために使用される。この場合、燃焼空気の流れに基づいて、液体燃料、例えばディーゼル燃料またはガソリンが燃料用ニードルから一緒に案内されて噴霧される。これにより、燃焼空気と燃料からなる混合気が得られる。この混合気は、場合によっては他の流路から供給された空気と混合した後で、燃焼可能である。それによって、暖房運転のために必要な熱が発生する。バーナーによって発生した熱は熱媒体、例えば水または空気を温める。 The nozzle is used to supply combustion air. In this case, based on the flow of combustion air, a liquid fuel, for example diesel fuel or gasoline, is guided and sprayed together from the fuel needle. Thereby, an air-fuel mixture composed of combustion air and fuel is obtained. In some cases, this air-fuel mixture can be combusted after being mixed with air supplied from another flow path. Thereby, heat necessary for heating operation is generated. The heat generated by the burner warms the heat medium, such as water or air.
技術水準の多くのノズルは金属からなっている。この場合、鋳物部品または旋削部品が使用される。このような要素は、製作コストが比較的に高く、金属の熱伝導率が一般的に大きいという欠点がある。この熱伝導率は、燃料用ニードルの範囲の温度がバーナーで発生した熱に基づいて過度に上昇するときに問題である。金属製ノズルに関連するこの問題を解決するために、先の特許出願において、セラミックノズルを使用することが既に提案されている。 Many state-of-the-art nozzles are made of metal. In this case, casting parts or turning parts are used. Such elements have the disadvantages of relatively high fabrication costs and generally high metal thermal conductivity. This thermal conductivity is a problem when the temperature in the range of the fuel needle rises excessively based on the heat generated by the burner. In order to solve this problem associated with metal nozzles, it has already been proposed in previous patent applications to use ceramic nozzles.
燃焼空気と燃料を、それらの共通の経路でノズルによって混合するためには、燃焼空気の流れ状態が重要である。燃焼空気の流れ状態を改善するために、特許文献1では、燃焼空気を旋回させることが既に提案されている。これにより、噴霧の質、ひいてはバーナーの効率が大幅に改善される。というのは、加えられた接線方向運動成分に基づいて燃焼空気速度が増大するからである。このような旋回運動を付与するために、旋回羽根を備えた支持体がノズルの入口範囲の手前に設けられている。手前に配置された旋回羽根を有するこのような支持体は、付加的な部品を必要とするという欠点がある。この付加的な部品に基づいて、ノズルのスムースな機能のための許容誤差を、時として上回ることがある。 In order for the combustion air and fuel to be mixed by the nozzle in their common path, the flow state of the combustion air is important. In order to improve the flow state of the combustion air, Patent Document 1 has already proposed that the combustion air is swirled. This greatly improves the spray quality and thus the efficiency of the burner. This is because the combustion air velocity increases based on the applied tangential motion component. In order to impart such a swirl motion, a support body having swirl vanes is provided in front of the inlet range of the nozzle. Such a support with swirl vanes arranged in the foreground has the disadvantage of requiring additional parts. Based on this additional component, tolerances for the smooth functioning of the nozzle can sometimes be exceeded.
技術水準の暖房装置の場合更に、流入する燃料と空気の混合気に対するグロープラグの位置決めに関する狭い許容誤差を維持することが問題をはらんでいる。
本発明の根底をなす課題は、低コストで制作可能であり、金属と比較して小さな熱伝導率を有し、燃焼空気の流れ状態に関する有利な特性を生じ、調整問題が回避されるノズルを提供することである。 The problem underlying the present invention is a nozzle that can be produced at low cost, has a low thermal conductivity compared to metal, produces advantageous properties regarding the flow state of the combustion air, and avoids adjustment problems. Is to provide.
この課題は本発明に従い、請求項1記載の特徴によって解決される。 This object is achieved according to the invention by the features of claim 1.
本発明の有利な実施形は従属請求項に記載されている。 Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.
本発明では冒頭に述べたノズルにおいて、ノズルがセラミック材料からなり、流入する空気を旋回させる空気案内手段が空気流入範囲内に設けられ、空気案内手段がノズルと一体に形成されている。これにより、低コストで製作可能なノズルが提供される。セラミック材料は簡単に加工可能である。この場合、成形に関して多数の変形が可能である。特に、空気流入範囲の外で燃焼空気を旋回させる空気案内手段はノズルと一体に形成可能である。セラミックスの使用に基づいて、ノズル内に配置された燃料用ニードルの周りのノズルの範囲の温度が高すぎることがないので、ノズルから流出する燃料が発火することがないという他の利点がある。空気案内手段の一体形成によって、許容誤差を簡単に維持することができる。というのは、バーナーの組み立ての際の空気案内手段の間違った調整がもはや不可能であるからである。 In the present invention, in the nozzle described at the beginning, the nozzle is made of a ceramic material, air guide means for swirling inflowing air is provided in the air inflow range, and the air guide means is formed integrally with the nozzle. Thereby, the nozzle which can be manufactured at low cost is provided. Ceramic materials can be easily processed. In this case, many deformations are possible with respect to molding. In particular, the air guiding means for swirling the combustion air outside the air inflow range can be formed integrally with the nozzle. Based on the use of ceramics, there is another advantage that the fuel flowing out of the nozzle will not ignite because the temperature in the range of the nozzle around the fuel needle disposed in the nozzle will not be too high. The tolerance can be easily maintained by the integral formation of the air guiding means. This is because an incorrect adjustment of the air guiding means during the assembly of the burner is no longer possible.
本発明に従って、ノズルがグロープラグを保持する手段を備えていると有利である。ノズルに対するグロープラグの位置決めは、バーナーの始動状態に関する重要なパラメータである。技術水準の暖房装置の場合、グロープラグが一般的にバーナーケーシングによって保持されているので、ノズルに対する位置決め変動が生じる。ノズル自体がグロープラグを保持する手段を備えているという本発明によるノズルの特徴によって、このような誤差は生じない。グロープラグはノズルに対して常に同じ位置にある。 According to the invention, it is advantageous if the nozzle is provided with means for holding the glow plug. The positioning of the glow plug relative to the nozzle is an important parameter for the starting condition of the burner. In the case of a state-of-the-art heating device, the glow plug is generally held by a burner casing, so that positioning variations with respect to the nozzle occur. Due to the feature of the nozzle according to the invention that the nozzle itself comprises means for holding the glow plug, such an error does not occur. The glow plug is always in the same position relative to the nozzle.
本発明によるノズルにおいて更に、ノズルの少なくとも一部がほぼ円筒状の形を有し、空気案内手段が半径方向に対してずれた通路を形成していると有利である。ノズルの軸線に対して垂直に流入する空気は、半径方向に供給されないで、半径方向に対してずらして供給される。このずれは、燃焼空気に付与される旋回運動、ひいては流れ状態および最終的には燃焼の特性および質を決定する。 In the nozzle according to the invention it is furthermore advantageous if at least part of the nozzle has a substantially cylindrical shape and the air guiding means form a radially offset passage. The air that flows in perpendicular to the axis of the nozzle is not supplied in the radial direction, but is supplied in a shifted manner with respect to the radial direction. This deviation determines the swirl motion imparted to the combustion air, and thus the flow conditions and ultimately the characteristics and quality of the combustion.
空気案内手段がほぼ三角形の底面を有し、角が丸められていると特に有利である。これによって、通路のずれを簡単に実現することができる。角を丸めることは、均一な流れ状態にとって有利である。 It is particularly advantageous if the air guiding means has a substantially triangular bottom and rounded corners. Thereby, the shift of the passage can be easily realized. Rounding the corners is advantageous for uniform flow conditions.
更に、空気案内手段が羽根として形成されていると有利である。このような羽根は同様にずらされた通路を提供するので、これによっても燃焼の質に積極的に影響を与えることができる。 Furthermore, it is advantageous if the air guiding means are formed as vanes. Such vanes also provide a staggered passage, which can also positively affect the quality of combustion.
本発明の他の有利な実施形では、グロープラグを保持する手段が、円筒軸線に対して斜めに延在する穴として形成されている。グロープラグは適切な位置決めのために穴に挿入するだけでよい。グロープラグ上のストッパーおよび/または穴内のストッパーにより、グロープラグはノズルに対して最適な位置に案内される。 In another advantageous embodiment of the invention, the means for holding the glow plug is formed as a hole extending obliquely with respect to the cylinder axis. The glow plug need only be inserted into the hole for proper positioning. The stopper on the glow plug and / or the stopper in the hole guides the glow plug to an optimum position with respect to the nozzle.
本発明によるノズルにおいて、ノズルの少なくともほぼ円筒状の部分が、拡径されたほぼ円筒状の突出部を備え、グロープラグを保持する手段が、円筒軸線に対して斜めに延在し突出部を貫通する穴として形成されているときわめて有利である。これにより、グロープラグは、流入する燃料と空気の混合気の流れ状態にできるだけ影響を与えない範囲内に保持される。これは、ノズル本体よりも大きな直径を有する円筒状突出部によって簡単に実現可能である。 In the nozzle according to the present invention, at least a substantially cylindrical portion of the nozzle is provided with a substantially cylindrical protruding portion having an enlarged diameter, and the means for holding the glow plug extends obliquely with respect to the cylindrical axis, and the protruding portion is It is very advantageous if it is formed as a through-hole. As a result, the glow plug is held within a range that does not affect the flow state of the inflowing fuel / air mixture as much as possible. This can be easily realized by a cylindrical protrusion having a larger diameter than the nozzle body.
同様に、ノズルの少なくともほぼ円筒状の部分が、拡径されたほぼ円筒状の突出部を備え、円筒状の突出部が組み立てボルトを収容するための切欠きを備えているときわめて有利である。この組み立てボルトは例えばバーナーの熱遮蔽体に固定可能である。これにより、ノズルの相対的な位置決めは突出部の切欠きと、組み立てボルトの位置によって定められる。従って、組み立てがきわめて簡単にかつ小さな誤差で可能である。 Similarly, it is very advantageous if at least the substantially cylindrical part of the nozzle is provided with an enlarged substantially cylindrical projection, the cylindrical projection being provided with a notch for receiving the assembly bolt. . This assembly bolt can be fixed to the heat shield of the burner, for example. Thereby, the relative positioning of the nozzle is determined by the notch of the protrusion and the position of the assembly bolt. Therefore, the assembly is very simple and possible with small errors.
ノズルがベンチュリ型ノズルであるときわめて有利である。これにより、燃料用ニードルから流出する燃料を噴霧するためのベンチュリ効果を、燃焼空気に付与された旋回運動と有利に組み合わせることができる。従って、ベンチュリ効果は燃焼を補助し、高い質の燃焼をもたらす。 It is very advantageous if the nozzle is a venturi type nozzle. Thereby, the venturi effect for spraying the fuel flowing out from the fuel needle can be advantageously combined with the swirl motion imparted to the combustion air. Thus, the venturi effect assists combustion and results in high quality combustion.
本発明の根底には、セラミック材料を使用することにより、広い範囲内で形を変更可能で低コストで製作可能なノズルが提供されるという認識がある。従って、流入する燃焼空気を旋回させる空気案内手段をノズルと一体に形成できるように、ノズルを成形することができる。セラミックスは更に、燃料用ニードルの範囲内の不所望な高い温度を回避できるという利点がある。 The basis of the present invention is the recognition that the use of ceramic materials provides a nozzle that can be reshaped within a wide range and can be manufactured at low cost. Therefore, the nozzle can be formed so that air guide means for swirling the inflowing combustion air can be formed integrally with the nozzle. Ceramics have the further advantage of avoiding undesirably high temperatures within the fuel needle.
他の課題は低コストで製作可能な移動用途のための暖房装置を提供することである。 Another problem is to provide a heating device for mobile applications that can be manufactured at low cost.
この課題は、請求項10の特徴によって解決される。本発明によるノズルに関連して示した利点は、本発明による暖房装置でも生じる。
This problem is solved by the features of
次に、添付の図を参照して好ましい実施の形態に基づき本発明を例示的に説明する。 The present invention will now be described by way of example based on preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
図の次の説明において、同じ参照符号は同じ要素または類似の要素を示す。 In the following description of the figures, the same reference signs refer to the same or similar elements.
図1は、本発明を適用可能な暖房装置の概略的な部分断面図である。燃料と空気の混合気を燃焼させるためのバーナー12を備えた暖房装置10が示してある。この暖房装置10はファンモータ36を有する環状通路型ファン14を備えている。燃焼空気42はこの環状通路型ファン14によって空気流入管16から吸い込まれ、吐出側で燃焼空気集合室18内に吹き出される。燃焼空気集合室18内の燃焼空気は一次空気と二次空気に分けられる。一次空気はノズル20を経て燃焼室24内に搬送される。このノズル20は本実施の形態ではベンチュリ型ノズルとして形成されている。二次空気は二次空気穴22を通って燃焼室24内に搬送される。この一次空気と二次空気への燃焼空気の分割は、点火しやすい濃い混合気をノズル20の出口に生じる働きをする。
FIG. 1 is a schematic partial sectional view of a heating apparatus to which the present invention is applicable. A
ノズル20はベンチュリ効果を生じるために、安定化領域26とディフューザ30を備えている。ノズル20内には燃料用ニードル28が設けられている。この燃料用ニードル28には燃料管82から燃料44が供給される。燃料用ニードル28からほぼ無圧で流出する燃料は、安定化領域26内の燃焼空気の高速の流速により、糸を引く。この糸状の燃料はその後小さな粒になる。良好な噴霧のために必要な高速の空気速度は、ディフューザ30の良好な圧力回復によって達成可能である。
The
更に、燃料と空気の混合気の流速はディフューザ30に沿って急激に低下する。それによって、図2に示したグロープラグ62の範囲において、低速の流速が実現可能である。これは口火の形成および拡散を促進する。始動の後で、すなわちグロープラグ62によるシステムの点火の後で、グロープラグ62のスイッチが切られる。それ以降、グロープラグ62は抵抗の測定によって火炎監視の働きをする。
Furthermore, the flow rate of the fuel / air mixture rapidly decreases along the
燃焼室24内には衝突板32が配置されている。この衝突板32は流れの障害物であるので、ノズル20から出る空気は外側に強制的に案内される。これによって、一次空気と二次空気が良好に混合する。これは良好な燃焼の観点から効果的である。従って、ノズル20と衝突板32の間の範囲は混合領域34としての働きをし、衝突板32を越えた範囲、すなわち衝突板32の下流に位置する範囲は、反応領域としての働きをする。発生した混合気は内筒40内で燃焼し、排気を案内する部分を通って暖房装置10から外に案内される。発生した熱によって、流入する低温の水46が、排気を案内する部分と熱交換して温められるので、高温の水48が暖房装置10から流出する。熱媒体として、水の代わりに、例えば空気を使用することができる。
A
図2はノズル20の実施の形態を部分的に切断して示す側面図である。このようなノズル20は例えば、図1に示すような暖房装置10で使用可能である。ノズル20はセラミック材料から作られている。これは金属製ノズルと比べてノズル20の製作を簡単にする。ノズル20は空気流入範囲50と空気流出範囲52を備えている。空気流入範囲50は流路54を介して空気流出範囲52に接続されている。この流路54は本実施の形態では、安定化領域26とディフューザ30に分割されている。空気流入範囲内には空気案内手段56が設けられている。この空気案内手段56、すなわち空気案内要素56はセラミックノズル30と一体に形成されている。空気案内要素56は、供給された空気を旋回させる、すなわち角運動量を空気に付与する。これについては図3を参照して詳しく後述する。安定化範囲26内に燃料ニードル28(図4参照)が配置されているので、ノズル20から燃料と空気の混合気が流出する。この混合気は、ノズル20の穴58に挿入可能なグロープラグ62によって点火可能である。グロープラグ62がノズル20の穴58によって保持されているので、すなわち特に他の任意の部品によって保持されていないので、グロープラグ62の位置はノズル20に対して固定される。従って、グロープラグ62の組込み位置がきわめて小さな誤差に保たれる。穴58がノズル20の拡径された円筒状突出部64に貫通していると有利である。これは、ノズル20の流れ状態が穴58または穴58内に配置されたグロープラグ62によってあまり影響を受けないという利点がある。
FIG. 2 is a side view showing the embodiment of the
図3はノズルの空気流入範囲50の平面図である。空気案内要素56による空気流入範囲50の構造が示してある。空気案内要素56は流入する空気のための複数の通路60を形成している。この通路60は、ほぼ一軸線上に配置された構造体の半径方向に対して、ずれが存在するように位置決めされている。従って、外側から流入する空気は旋回作用を受ける。これは、安定化範囲26内に配置される燃料用ニードルから流出する燃料の噴霧に関して有利な特性をもたらす。更に、グロープラグ62を収容するための穴58の配置構造が示してある。この穴はほぼ円筒状の突出部64貫通している。突出部64は更に、切欠き66を備えている。この切欠き66はノズル20の組込み位置を定める。これについては図4を参照して詳しく後述する。
FIG. 3 is a plan view of the
図4は、本発明による装置の部分的に切断して示す図である。ノズル20寄りのバーナー12の端部が示してある。バーナー12は熱遮蔽体78によって画成されている。本実施の形態の場合、この熱遮蔽体78には2本の組み立てボルト68が設けられている。この組み立てボルト68は熱遮蔽体78またはバーナー12に溶接可能である。組み立てボルト68は後述する他の構成要素の位置決めを行う。他の構成要素として、まず、シール76が設けられている。このシール76は好ましくは雲母層と黒鉛層からなっている。この場合、雲母層はバーナー12寄りに設けられ、黒鉛層はノズル20寄りに設けられている。続いて、セラミックノズル20が設けられている。このセラミックノズル20は、図3に示したその切欠き66によって組み立てボルト68に回転しないように取付けられている。ノズル20には、燃料用ニードル28に接続された燃料供給部材70が装着されている。この燃料供給部材70は側方フランジに設けられた穴84を用いて同様に組み立てボルト68によって位置決めされている。燃料供給部材70には燃料管82から燃料が供給される。この燃料管82内には燃料センサ80が配置されている。燃料供給部材70に続いてばね72が設けられている。このばね72は、同様に組み立てボルト68に装着されている。ばね72は、組み立てボルト68に動かないように装着された締付けディスク74によって保持されている。ばね72は緊張状態が示してある。この緊張状態では、ばね72の脚部が例えばその間にあるディスクに対して平行である。ばね72の弛緩状態では、ばね72の脚部はその間にあるディスクの方に上向きに曲がっている。図4に示していないグロープラグは図2に示したノズル20の実施の形態と同様にこのノズル20によって位置決めされ、そしてノズル20に支持された(図示していない)線ばねによって保持されている。
FIG. 4 shows a partially cut away view of the device according to the invention. The end of the
これにより、燃料供給部材70、ひいては燃料用ニードル28はノズル20に対して正しい位置に自動的に合わせられる。従って、燃料供給と燃料と燃焼空気の混合に影響を与える2個の部品だけしかこの位置合わせに関与しないので、きわめて小さな誤差を維持することができる。これは共通の組み立てボルト68における軸方向の組み立てによって可能である。同様に、グロープラグ62はノズル20とバーナー12に対して正確に位置決め可能である。図4に示した構造体の製作は完全に自動化可能である。特に組み立て方向がすべて軸方向であるので、部品76,20,70,72,74を組み立てボルトに“通す”だけでよい。シール76は断熱作用、熱遮蔽体78の金属に対するノズルセラミックス20の連結作用および誤差補正作用を行う。構造体は組み立てボルト68に対する締付けディスク74の締付け力を制御することによって有利に組み立てできるので、構造体の熱特性および温度特性に関して、統一的な前提条件を作ることができる。構成要素の異なる加熱、構成要素の異なる最終温度および異なる熱膨張係数に基づく誤差は、ばね72のばね力によって補正可能である。
As a result, the
上記、図面および特許請求の範囲に開示された本発明の特徴は、個々においても任意の組み合わせでも本発明を実現するために重要である。 The features of the invention disclosed above, in the drawings and in the claims are important for realizing the invention both individually and in any combination.
10…暖房装置、12…バーナー、14…環状通路型ファン、16…空気流入管、18…燃焼空気集合室、20…ノズル、22…二次空気穴、24…燃焼室、26…安定化領域、28…燃料用ニードル、30…ディフューザ、32…衝突板、34…混合領域、36…ファンモータ、38…反応領域、40…内筒、42…燃焼空気、44…燃料、46…流入する低温の水、48…流出する温かい水、50…空気流入範囲、52…空気流出範囲、54…流路、56…空気案内要素、58…穴、60…通路、62…グロープラグ、64…突出部、66…切欠き、68…組み立てボルト、70…燃料供給部材、72…ばね、74…締付けディスク、76…シール、78…熱遮蔽体、80…燃料センサ、82…燃料管、84…(70の)穴
DESCRIPTION OF
Claims (10)
空気流出範囲(52)と、
空気流入範囲(50)と空気流出範囲(52)を接続する流路(54)と
を有する、ノズル(20)を流れる空気によって液体燃料を噴霧するためのノズルにおいて、
ノズル(20)がセラミック材料からなっていることと、
流入する空気を旋回させる空気案内手段(56)が空気流入範囲(50)内に設けられていること、
空気案内手段(56)がノズル(20)と一体に形成されていることを特徴とするノズル。 Air inflow range (50);
Air outflow range (52);
In a nozzle for spraying liquid fuel with air flowing through a nozzle (20), having a flow path (54) connecting the air inflow range (50) and the air outflow range (52),
The nozzle (20) is made of a ceramic material;
Air guide means (56) for swirling the inflowing air is provided in the air inflow range (50);
The nozzle characterized in that the air guiding means (56) is formed integrally with the nozzle (20).
空気案内手段(56)が半径方向に対してずれた通路(60)を形成していることを特徴とする、請求項1または2記載のノズル。 At least a portion of the nozzle (20) has a generally cylindrical shape;
3. Nozzle according to claim 1 or 2, characterized in that the air guiding means (56) form a passage (60) offset in the radial direction.
グロープラグ(62)を保持する手段が、円筒軸線に対して斜めに延在し突出部(64)を貫通する穴(58)として形成されていることを特徴とする、請求項2〜6のいずれか一つに記載のノズル。 At least a substantially cylindrical portion of the nozzle (20) is provided with a substantially cylindrical protrusion (64) having an enlarged diameter;
The means for holding the glow plug (62) is formed as a hole (58) extending obliquely with respect to the cylindrical axis and penetrating the protrusion (64). The nozzle as described in any one.
円筒状の突出部(64)が組み立てボルト(68)を収容するための切欠き(66)を備えていることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一つに記載のノズル。 At least a substantially cylindrical portion of the nozzle (20) is provided with a substantially cylindrical protrusion (64) having an enlarged diameter;
A nozzle according to any one of the preceding claims, characterized in that the cylindrical projection (64) is provided with a notch (66) for receiving an assembly bolt (68).
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