JP2010121854A - 人工雪による冷房冷蔵装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】清潔な取扱いが可能であり、貯蔵庫の清掃、搬送及び排水の負担のない、あるいは負担の軽減された雪を利用した冷房装置及び冷房方法を提供する。
【解決手段】人工雪(24)を貯蔵するべく密閉可能な貯蔵空間(10h)を設けた雪サイロ(10)と、前記貯蔵空間(10h)内で人工雪を生成するべく浄水を吹き込むための降雪ノズル(12c1)と、前記降雪ノズル(12c1)へ浄水を圧送する高圧ポンプ(11a)を有する人工降雪機(11)と、前記貯蔵空間(10h)内の冷気を、冷房または冷蔵に供するべく外部へ送出するための冷気送出管(15a)と、前記送出された冷気を、外部から前記貯蔵空間(10h)内へ戻すための冷気戻り管(15b)と、を備えた人工雪による冷房冷蔵装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、雪を利用して暑熱期の冷房または冷蔵を行う装置及び方法に関する。

近年のＣＯ_２削減、自然エネルギー利活用の必要性の流れから、北海道や本州の降雪地方では、道路や駐車場の排雪を、雪捨て場や広場に雪山として蓄積させ、プラスチックシートやウッドチップなどで保温し、農産物の貯蔵や家屋冷房の冷熱源として利用されている。

特許文献１〜５には、寒冷期の降雪を貯蔵しておき、貯蔵された雪が融解する潜熱を利用して暑熱期の冷房や冷蔵に利用する装置や、当該装置を熱交換器と組合せたシステムが提示されている。他にも多数の同様の技術がある。
特開平７−２９３９３６号公報 特開２００３−３３５４１８号公報 特開２００５−２９９９４４号公報 特開２００８−１６４２５１号公報 特許第３８５０３８５号公報

しかしながら、雪を利用して冷房等を行う従来技術は、いずれも天然の降雪を利用したものである。天然の降雪を利用する場合、以下のような問題点がある。
市街地の雪山などに蓄積された排雪には、犬や猫の排泄物や空き缶等のごみが大量に含まれており極めて不衛生である。これらのごみに加えて断熱チップも混入されているため、毎年、その清掃と保温カバーの手入れに大きな労力が必要となっている。
また、今年６月に開催された洞爺湖サミットでは、断熱された地下倉庫に数千トンもの降雪を集めて２月に貯蔵しておき、プレスセンターの冷房に利用された。このような大量の、ごみを含まない新雪を遠方から搬送するには、大きなエネルギーを要する。また、新雪であっても、大気中の塵埃を含んでいるため、融解した後は、貯蔵庫の清掃が必要となる。また、融解後は大量の水を排水しなければならない。

以上の問題点に鑑み、本発明は、清潔な取扱いが可能であり、貯蔵庫の清掃、搬送及び排水の負担のない、あるいは負担の軽減された、雪を利用した冷房冷蔵装置及び冷房冷蔵方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく本発明は、以下の構成を提供する。括弧内の数字は、後述する図面中の符号であり、参照のために付する。

本発明による人工雪による冷房冷蔵装置は、人工雪(24)を貯蔵するべく密閉可能な貯蔵空間(10h)を設けた雪サイロ(10)と、前記貯蔵空間(10h)内で人工雪を生成するべく浄水を吹き込むための降雪ノズル(12c1)と、前記降雪ノズル(12c1)へ浄水を圧送する高圧ポンプ(11a)を有する人工降雪機(11)と、前記貯蔵空間(10h)内の冷気を、冷房に供するべく外部へ送出するための冷気送出管(15a)と、前記送出された冷気を、外部から前記貯蔵空間(10h)内へ戻すための冷気戻り管(15b)と、を備えたことを特徴とする。
上記の冷房冷蔵装置において、前記貯蔵空間(10h)に貯蔵された人工雪(24)の融解水を外部に排水して貯蔵するべく、該雪サイロの外部に設置された貯水槽(13)を備えることが好適である。
上記の冷房冷蔵装置において、前記貯水槽(13)に貯蔵された融解水を、前記人工降雪機(11)へ供給する手段(13a,14b,12a)を備えることが好適である。
上記の冷房冷蔵装置において、前記貯蔵空間(10h)に貯蔵された人工雪(24)の融解水を溜めるべく該雪サイロの底床部(10c)に設けた水溜まり部(10d)と、前記水溜まり部(10d)に溜まった冷水を、冷房に供するべく外部へ送出する冷水送出管(16a)と、前記送出された冷水を、外部から前記雪サイロの水溜まり部(10d)へ戻す冷水戻り管(16b)とを備えることが好適である。
上記の冷房冷蔵装置において、前記雪サイロの側壁部及び屋根部に開閉可能な複数の窓を設けることが好適である。

本発明による人工雪による冷房冷蔵方法は、寒冷期において雪サイロ(10)の貯蔵空間(10h)内で浄水を用いた人工雪(24)を生成し該貯蔵空間内に人工雪を貯蔵する工程と、暑熱期において前記貯蔵空間(10h)内の冷気を外部へ送出して冷房または冷蔵に供した後、該送出された冷気を外部から該貯蔵空間(10h)内へ戻す工程とを有することを特徴とする。
上記の冷房冷蔵方法において、前記貯蔵空間(10h)に貯蔵された人工雪(24)の融解水を、前記雪サイロの外部に設置した貯水槽(13)に貯蔵する工程と、前記貯水槽(13)に貯蔵された融解水を用いて、次回の人工雪の降雪を行う工程とを有することが好適である。
上記の冷房冷蔵方法において、前記人工雪を貯蔵する工程において、先ず、前記雪サイロに一定の深さまで浄水を入れ、その表面に所定の厚さの氷を張らせた後、前記氷の面上にて人工雪を生成し貯蔵することが好適である。

本発明では、雪サイロの貯蔵空間に貯蔵する雪が、浄水を用いた人工雪であるので、ごみや汚物の混入がなく雪サイロ内部を清潔に保持することができるので、天然降雪を利用する場合に比べて衛生的であり清掃の負担が少ない。また、断熱シートや断熱チップ等の資材も不要である。

人工雪が融解した融解水にもごみや汚物がないので、再利用が可能であり、融解水を廃棄する場合も環境への悪影響がない。浄水は、上水道でよいので、市街地でも本発明を実施することができる。また、市街地の環境・美観を損なわずに小さなスペースに設置できる。

また、雪サイロの貯蔵空間内で人工雪を生成するので、外部の雪を搬送したり搬入したりする必要がない。

融解水を外部の貯水槽に貯蔵しておくことにより、次回すなわち次年の人工雪のための浄水として再利用することができる。雪サイロの貯蔵空間及び貯水槽は、ほぼ外部から遮断された空間であるので、当初用いた浄水が汚染される可能性は少ない。よって、毎年繰り返し利用することができ、浄水のコストがほとんどかからない。加えて、融解水の廃棄作業が不要となる。

必要に応じて、冷気と冷水のいずれか、または双方を同時に循環させて利用できる。また、雪を利用した冷房冷蔵装置によれば、非常に低湿度の快適な冷気を送出することができる。

以下、実施例を示した図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の人工雪による冷房冷蔵装置の一実施例を概略的に示した外観斜視図である。なお、地下に埋設された部分（破線Ｇより下の部分）も示している。図２は、図１に示した冷蔵冷房装置１の概略断面図である。

冷房冷蔵装置１の主要部であり、人工雪の貯蔵庫である雪サイロ１０は、円筒形の側壁部１０ａと、上向き円錐形の屋根部１０ｂ及び下向き円錐形の底床部１０ｃとから構成されており、その内部にはほぼ密閉された貯蔵空間が得られる。雪サイロ１０の大きさは、例えば、直径６〜１２ｍ、高さは直径の１．２倍程度とする。側壁部１０ａ、屋根部１０ｂ及び床下部１０ｃは、コンクリート製、鋼製、プラスチック製等の任意の材料から作製できるが、いずれの場合も断熱性の高い構造とし、適宜断熱材を用いてもよい。側壁部１０ａには、開閉可能な複数の窓１０ｅが形成されており、屋根部１０ｂにも開閉可能な複数の窓１０ｆが形成されている。屋根部１０ｂの天頂部には開口があり、開閉可能な天頂開口蓋１０ｇが設けられている。

側壁部１０ａの下部には、冷気送出管１５ａが連結され、上部には冷気戻り管１５ｂが連結されている。図示しないが、これらの管１５ａ、１５ｂの間には適宜の熱交換系が存在し、暑熱期の冷房または冷蔵に利用される。
底床部１０ｃの最下部には、水溜まり部１０ｄがあり、ここには、冷水送出管１６ａと冷水戻り管１６ｂが連結されている。図示しないが、これらの管１６ａ、１６ｂの間にも適宜の熱交換系が存在し、暑熱期の冷房または冷蔵に利用される。

雪サイロ１０の外部には、人工降雪機１１が設置されている。人工降雪機１１に対して浄水を供給する２つの手段として、内部浄水供給管１２ａと外部浄水供給管１２ｂが連結されている。人工降雪機１１に連結された浄水圧送管１２ｃは、上方に延在し、雪サイロ１０の天頂開口蓋１０ｇの真上まで到達する。浄水圧送管１２ｃの端部開口は下向きに形成され、降雪ノズル１２ｃ１が取り付けられている。降雪ノズル１２ｃ１から浄水を噴射する。降雪ノズル１２ｃ１の上下方向の位置は調整可能であり、必要に応じて、雪サイロ１０の内部に降下させることができる。

さらに、雪サイロ１０の外部には、貯水槽１３が設置されている。貯水槽１３は、雪サイロ１０から排水管１４ａを通して排水される融解水（浄水）を貯蔵する。ポンプ１３ａは、貯水槽１３に貯蔵された融解水を取水し、取水管１４ｂを通して雪サイロ１０へ戻すことができる。また逆に、雪サイロ１０の下部に溜まった融解水を強制的に貯水槽１３へ移動させるためにポンプ１３ａを用いることも可能である。内部のメンテナンス用にマンホール蓋１３ｂが設けられている。

図２に示すように、雪サイロ１０の内部は、貯蔵空間１０ｈとなっている。冷気送出管１５ａは、貯蔵空間１０ｈ内に貫入して、鉛直方向に延在する冷気取込管１５ａ２の下端に連結されている。冷気取込管１５ａ２の管壁には、所定間隔で複数の冷気取込口１５ａ３が穿設されている。

側壁部１０ａに設けた窓１０ｅは扉を開くことにより、開口部となる。また、屋根部１０ｂに設けた窓１０ｆも扉を開くことにより、開口部となる。屋根部の天頂開口蓋１０ｇを開いて、浄水圧送管１２ｃの降雪ノズル１２ｃ１を貯蔵空間１０ｈの上端に配置することができる。

人工降雪機１１の内部には、高圧ポンプ１１ａが設置されており、バルブ１１ａ１を介して内部浄水供給管１２ａ及び外部浄水供給管１２ｂと連結されている。便宜上、バルブ１１ａ１を３つのバルブで示しているが、これは、高圧ポンプ１１ａ、内部浄水供給管１２ａ及び外部浄水供給管１２ｂのいずれか２つを連通させるべく切り替える切替弁を模式的に示したものであり、必要に応じて切替制御される。
なお、図２中に点線で示したように、人工降雪機１１の高圧ポンプ１１ａを雪サイロ１０の天頂開口蓋１０ｇ付近の高さに設置してもよい。このようにすると、高圧ポンプの負担が少なくなり、浄水噴射効率が向上する。

融解水の排水管１４ａ及び取水管１４ｂには、それぞれバルブ１４ａ１及び１４ｂ１が設けられている。冷気送出管１５ａ及び冷気戻り管１５ｂにも、それぞれバルブ１５ａ１及び１５ｂ１が設けられている。冷水送出管１６ａ及び冷水戻り管１６ｂにも、それぞれバルブ１６ａ１及び１６ｂ１が設けられている。これらのバルブは適宜の仕切弁であり、必要に応じて開閉制御される。

図３Ａ及び図３Ｂを参照して、本発明の冷房冷蔵装置に対し、外部からの浄水を供給して稼働させる第１年目の寒冷期（冬季等）の稼働工程を説明する。この工程は、初めて本装置１を使用する場合、あるいは、それまで使用していた浄水を廃棄して新たな浄水に替える場合に行われる。また、この寒冷期の工程は、十分に寒冷な時期及び時間を選んで行う。

図３Ａは、第１年目の寒冷期の第１工程を示す図である。図中、開バルブを白で、閉バルブを影付きで示している（以下の図においても同様）。最初は、貯蔵空間１０ｈ内及び貯水槽１３内は、空の状態である。
先ず、外部浄水供給管１２ｂ及び内部浄水供給管１２ａを連通させて、外部からの浄水を貯蔵空間１０ｈに所定の深さまで入れる（浄水の流れを白抜き矢印で示す。以下同様）。例えば、底床部１０ｃと側壁部１０ａの境界辺りまで入れる。外部からの浄水は、上水道の水や清浄な天然水などである。営農用に適する程度の水であれば、十分好適である。また、遠方から搬送してくるのではなく、直ぐに入手できる浄水を利用する。

次に、側壁部１０ａの窓１０ｅ及び屋根部１０ｂの窓１０ｆを全て開き、外部の冷気が窓１０ｅから流入して窓１０ｆから流出されるような流れを発生させる（黒矢印参照）。適宜の期間放置して、貯蔵空間１０ｈ内の浄水の表面に適宜の厚さの氷２２を張らせる。この氷２２の上に人工雪を堆積させるので、貯蔵期間中にその重みで割れない程度の厚さとする。例えば、５〜１０ｃｍ程度とする。氷２２を張らせることにより雪サイロ１０内の温度上昇を抑制できる。特に、次工程で浄水噴射により人工雪を生成する際に、潜熱による温度上昇を抑制するために有効であり、確実に人工雪を生成できる。

図３Ｂは、第１年目の寒冷期の第２工程を示す図である。図３Ａと同様に、全ての窓１０ｅ、１０ｆを開いておく。人工降雪機の高圧ポンプ１１ａを駆動し、外部浄水供給管１２ｂから浄水を取り入れ、浄水圧送管１２ｃに浄水を圧送する。貯蔵空間１０ｈの上端近傍に配置された降雪ノズル１２ｃ１から、浄水の噴霧２３が噴射される。浄水の噴霧２３は直ちに凍結して人工雪２４が生成され、貯蔵空間１０ｈに張られた氷の上に堆積していく。

貯蔵空間１０ｈに所定の量の人工雪が堆積したならば、降雪ノズル１２ｃ１を取り外し、全ての窓１０ｅ、１０ｆ及び天頂開口蓋１０ｇを閉じる。こうして、ほぼ密閉された状態で、人工雪を暑熱期まで貯蔵する。こうして、冬季に人工雪を生成貯蔵し、夏季に冷房冷蔵に利用する。冷房に利用する場合は、雪サイロ内の人工雪が少なくとも１０か月間滞留するように設計する。また、食品等の冷蔵に利用する場合は、雪サイロ内の人工雪が通年滞留するように設計する。

図４は、暑熱期（夏季等）の稼働工程を示す図である。暑熱期においては、気温の上昇とともに貯蔵された人工雪が次第に融解し始める。このときの潜熱により、貯蔵空間１０ｈ内は冷却され、冷気で満たされる。
冷気送出管１５ａ及び冷気戻り管１５ｂのバルブを開き、図示しない適宜のポンプを稼働させて冷気を循環させ、家屋内の冷房や生鮮品貯蔵庫等の冷蔵を行う。冷気は、貯蔵空間１０ｈ内の冷気取込口１５ａ３から冷気取込管１５ａ２を通り、冷気送出管１５ａにより適宜の熱交換系へ供給される。熱交換を終えた冷気は、冷気戻り管１５ｂにより貯蔵空間１０ｈ内に戻ってくる。

また、人工雪が融解してくると、融解水が貯蔵空間１０ｈの下部に溜まってくる。氷２２も割れて、氷の下に元々存在してた浄水と融解水と氷２２とが混在して、氷水状態となる。この下部の冷水を循環させて、冷房または冷蔵を行うこともできる。最下部の円筒形の水溜まり部１６に連結された冷水送出管１６ａ及び冷水戻り管１６ｂのバルブを開き、図示しない適宜のポンプを稼働させて冷水を循環させる。

排水管１４ａのバルブを開いておき、融解水の量がこのレベルを超えたならば貯水槽１３の方へ自然に排水されるようにする。こうして、融解水が貯水槽１３に貯蔵される。例えば、人工雪が完全に融解したとき、人工雪の当初の量の半分程度に相当する融解水が貯水槽１３に貯蔵されるようにし、また、もう半分に相当する融解水は、貯蔵空間１０ｈの下部に残されるようにする。あるいは、貯水槽１３のポンプ１３ａを駆動して、貯蔵空間１０ｈ内の融解水を強制的に貯水槽１３に移動させてもよい。この融解水は、浄水である。
このようにして、１年目に用いた浄水を、貯水槽１３と貯蔵空間１０ｈの下部に分けて貯蔵することもできるし、貯水槽１３のみで貯蔵することもできる。

図５Ａ及び図５Ｂを参照して、本発明の冷房冷蔵装置を、その内部に保存した浄水を利用して稼働させる第２年目以降の稼働工程を説明する。

図５Ａは、第２年目以降の寒冷期の第１工程を示す図である。先ず、ポンプ１３ａを駆動して、貯水槽１３内に貯蔵された浄水を貯蔵空間１０ｈ内に所定の深さとなるまで取水する。例えば、底床部１０ｃと側壁部１０ａの境界辺りまで入れる。

次に、側壁部１０ａの窓１０ｅ及び屋根部１０ｂの窓１０ｆを全て開き、外部の冷気が窓１０ｅから流入して窓１０ｆから流出されるような流れを発生させる。適宜の期間放置して、貯蔵空間１０ｈ内の浄水の表面に適宜の厚さの氷２２を張らせる。この段階は、図３Ａと同じである。

図５Ｂは、第２年目以降の寒冷期の第２工程を示す図である。図５Ａと同様に、全ての窓１０ｅ、１０ｆを開いておく。ポンプ１３ａを駆動して、貯水槽１３内に貯蔵された浄水を取水して貯蔵空間１０ｈの氷の下へ送り込むと同時に、人工降雪機の高圧ポンプ１１ａを駆動して、内部浄水供給管１２ａを通して貯蔵空間１０ｈの下部の浄水を取込み、浄水圧送管１２ｃに浄水を圧送する。貯蔵空間１０ｈの上端近傍に配置された降雪ノズル１２ｃ１から、浄水の噴霧２３が噴射される。浄水の噴霧２３は直ちに凍結して人工雪２４が生成され、貯蔵空間１０ｈに張られた氷の上に堆積していく。

貯蔵空間１０ｈに所定の量の人工雪が堆積したならば、降雪ノズル１２ｃ１を取り外し、全ての窓１０ｅ、１０ｆ及び天頂開口蓋１０ｇを閉じる。こうして、ほぼ密閉された状態で、人工雪を貯蔵する。

第２年目以降の暑熱期の稼働工程は、図４と同じである。

図６は、雪を利用した冷房冷蔵装置の効果を説明する湿り空気線図である。暑熱期の稼働工程において、外部から雪サイロの貯蔵空間に戻された冷気が、温度が２８℃、湿度８０％であるとする（ａ点）。貯蔵空間内は、氷と水が共存する０℃の状態であり相対湿度１００％である（ｂ点）。外部から戻された冷気は、貯蔵空間内でａ点からｂ点へ状態遷移し、再び外部へ送出される。外部の熱交換系において冷気の温度が１０℃に上がったとき湿度は５５％となり（ｃ点）、さらに１５℃に上がったとき湿度は３８％となる（ｄ点）。従って、雪を利用した冷房冷蔵装置によれば、低湿度の快適な冷気を供給することができる。

なお、本発明で用いる雪サイロの形状は上記の円筒形に限られない。また、浄水を安価かつ豊富に入手できる環境下においては、貯水槽を設けずに、毎年外部の浄水を利用してもよい。

本発明の人工雪による冷房冷蔵装置の一実施例を概略的に示した外観斜視図である。 図１に示した冷蔵冷房装置１の概略断面図である。 第１年目の寒冷期の第１工程を示す図である。 第１年目の寒冷期の第２工程を示す図である。 暑熱期の稼働工程を示す図である。 第２年目以降の寒冷期の第１工程を示す図である。 第２年目以降の寒冷期の第２工程を示す図である。 雪を利用した冷房冷蔵装置の効果を説明する湿り空気線図である。

符号の説明

１：人工雪冷房冷蔵装置
１０：雪サイロ
１０ａ：側壁部
１０ｂ：屋根部
１０ｃ：底床部
１０ｄ：水溜まり部
１０ｅ：側面窓
１０ｆ：屋根窓
１０ｇ：天頂開口蓋
１１：人工降雪機
１１ａ：高圧ポンプ
１２ａ：内部浄水供給管
１２ｂ：外部浄水供給管
１２ｃ：浄水圧送管
１２ｃ１：降雪ノズル
１３：貯水槽
１３ａ：ポンプ
１３ｂ：マンホール蓋
１３ｃ：入水管
１４ａ：排水管
１４ｂ：取水管
１５ａ：冷気送出管
１５ａ２：冷気取込管
１５ａ３：冷気取込口
１５ｂ：冷気戻り管
１６ａ：冷水送出管
１６ｂ：冷水戻り管
１１ａ１、１４ａ１、１４ｂ１、１５ａ１、１５ｂ１、１６ａ１、１６ｂ１：バルブ
２１：水
２２：氷
２３：浄水噴霧
２４：人工雪
２５：融解水

Claims (8)

1. 人工雪(24)を貯蔵するべく密閉可能な貯蔵空間(10h)を設けた雪サイロ(10)と、
   前記貯蔵空間(10h)内で人工雪を生成するべく浄水を吹き込むための降雪ノズル(12c1)と、
   前記降雪ノズル(12c1)へ浄水を圧送する高圧ポンプ(11a)を有する人工降雪機(11)と、
   前記貯蔵空間(10h)内の冷気を、冷房または冷蔵に供するべく外部へ送出するための冷気送出管(15a)と、
   前記送出された冷気を、外部から前記貯蔵空間(10h)内へ戻すための冷気戻り管(15b)と、を備えたことを特徴とする人工雪による冷房冷蔵装置。
2. 前記貯蔵空間(10h)に貯蔵された人工雪(24)の融解水を外部に排水して貯蔵するべく、該雪サイロの外部に設置された貯水槽(13)を備えたことを特徴とする請求項１に記載の人工雪による冷房冷蔵装置。
3. 前記貯水槽(13)に貯蔵された融解水を、前記人工降雪機(11)へ供給する手段(13a,14b,12a)を備えたことを特徴とする請求項２に記載の人工雪による冷房冷蔵装置。
4. 前記貯蔵空間(10h)に貯蔵された人工雪(24)の融解水を溜めるべく該雪サイロの底床部(10c)に設けた水溜まり部(10d)と、
   前記水溜まり部(10d)に溜まった冷水を、冷房または冷蔵に供するべく外部へ送出する冷水送出管(16a)と、
   前記送出された冷水を、外部から前記雪サイロの水溜まり部(10d)へ戻す冷水戻り管(16b)とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の人工雪による冷房冷蔵装置。
5. 前記雪サイロの側壁部及び屋根部に開閉可能な複数の窓を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の人工雪による冷房冷蔵装置。
6. 寒冷期において雪サイロ(10)の貯蔵空間(10h)内で浄水を用いた人工雪(24)を生成し該貯蔵空間内に人工雪を貯蔵する工程と、
   暑熱期において前記貯蔵空間(10h)内の冷気を外部へ送出して冷房または冷蔵に供した後、該送出された冷気を外部から該貯蔵空間(10h)内へ戻す工程とを有することを特徴とする人工雪による冷房冷蔵方法。
7. 前記貯蔵空間(10h)に貯蔵された人工雪(24)の融解水を、前記雪サイロの外部に設置した貯水槽(13)に貯蔵する工程と、
   前記貯水槽(13)に貯蔵された融解水を用いて、次回の人工雪の生成を行う工程とを有することを特徴とする請求項６に記載の人工雪による冷房冷蔵方法。
8. 前記人工雪を貯蔵する工程において、先ず、前記雪サイロに所定の深さまで浄水を入れ、その表面に所定の厚さの氷を張らせた後、前記氷の面上にて人工雪を生成し貯蔵することを特徴とする請求項６または７に記載の人工雪による冷房冷蔵方法。

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