JP2012523543A - 持ち運び可能なヒーター - Google Patents

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Abstract

【課題】保守が容易であり、かつ、熱効率の良い持ち運び可能なヒーターを提供すること。
【解決手段】本発明のヒーターは、空気入口及び空気出口を備える外側ケースと、外側ケース内にあり、空気入口及び空気出口と連通しているヒーターコアと、ヒーターコアを通して空気を移動させるように空気入口及び空気出口と連通しているファンと、を備える。ヒーターコアは熱エネルギー源及び熱交換器を備え、熱交換器は内側ダクト及び外側ダクトを備え、内側ダクトは、熱エネルギー源に隣接して熱エネルギー源を囲んで配置されており、外側ダクトは、内側ダクトを囲んで内側ダクトとの間に中間チャンバーを画定する。熱交換器の内側ダクト及び外側ダクトは各々、外側ケースの空気入口が配置されている壁と空気出口が配置されている壁との間に延びる長手方向軸に沿って配向されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、包括的にはヒーターに関し、より詳細には持ち運び可能なヒーター、すなわちスペースヒーターに関する。
[関連出願の相互参照]
本願は、2009年4月7日に出願された米国仮特許出願第61/167,339号の利益を主張し、該出願の開示全体が参照により本明細書に援用される。
化石燃料の供給の減少及びそれらに関連する費用高騰によって、より多くの家庭及び会社においてその主な又は補助的な加熱源としてスペースヒーターが用いられている。そのようなスぺースヒーターは保守(service)が容易であり、熱効率の良いことが有利である。
本発明の一態様によると、ヒーターであって、空気入口及び空気出口を備える外側ケースと、前記外側ケース内にあり、前記空気入口及び前記空気出口と連通しているヒーターコアとを備えるヒーターが提供される。ファンが、前記ヒーターコアを通して空気を移動させるように前記空気入口及び前記空気出口と連通している。前記ヒーターコアは熱エネルギー源及び熱交換器を備える。該熱交換器は内側円筒体及び外側円筒体を備える。該内側円筒体は、前記熱エネルギー源に隣接して該熱エネルギー源を囲んで配置されており、前記外側円筒体は、前記内側円筒体を囲んで該内側円筒体との間に中間チャンバーを画定している。前記熱交換器の前記内側円筒体及び前記外側円筒体は各々、前記外側ケースの前記空気入口が配置されている壁と前記空気出口が配置されている壁との間に延びる長手方向軸に沿って配向されている。
本発明の別の態様によると、ヒーターが、空気入口及び空気出口を備える外側ケースと、前記外側ケース内にあり、前記空気入口及び前記空気出口と連通しているヒーターコアとを備える。ファンが、前記ヒーターコアを通して空気を移動させるように前記空気入口及び前記空気出口と連通している。前記ヒーターコアは熱エネルギー源及び熱交換器を備える。該熱交換器は前記ヒーターコア内に配置されて、前記外側ケースの前記空気入口が配置されている壁と前記空気出口が配置されている壁との間に延びる長手方向軸に沿って延びる。前記熱交換器は、前記熱エネルギー源を囲む内側円筒体及び該内側円筒体を囲む外側円筒体を備える。空気経路が、前記空気入口から前進して前記熱交換器を通って前記空気出口から出る空気の移動経路を画定し、前記ヒーター内を前記長手方向軸に対して実質的に平行な方向に前進する。
本発明の別の態様によると、ヒーターが、空気入口及び空気出口を備える外側ケースと、前記外側ケース内にあり、前記空気入口及び前記空気出口と連通しているヒーターコアとを備える。分割壁が、前記ヒーターコアを前記空気入口に隣接する第1の部分と前記空気出口に隣接する第2の部分とに分ける。前記分割壁は、前記空気入口と前記空気出口との間の流体連通を阻止し、該分割壁を貫通している開口をさらに備える。ファンが、前記ヒーターコアを通して空気を移動させるように前記空気入口及び前記空気出口と連通している。前記ヒーターコアは熱エネルギー源及び熱交換器を備える。該熱交換器は前記ヒーターコア内に配置されており、前記少なくとも1つの熱エネルギー源を囲む内側円筒体と、該内側円筒体を囲む外側円筒体とを備える。前記熱交換器は前記開口と流体連通しており、それによって前記ヒーターコアを通って前記第1の部分から前記第2の部分へ移動する空気が前記熱交換器を通って強制的に進められてから前記開口を通して、その後前記空気出口を通して排出される。
例示的なヒーターの斜視図である。 図1のヒーターの側面部分詳細図である。 図1のヒーターの分解斜視図である。 例示的な熱交換器の正面斜視図である。 図4と同様の図であるが、後方斜視図を示す。 例示的なヒーターコアに連結されている図4の熱交換器の斜視図である。
図1及び図2を参照すると、参照符号10は、本明細書ではスペースヒーターと称することがある例示的な持ち運び可能なヒーターを指す。ヒーター10は、外側ケース12と、外側ケース12の内側に取り付けられているヒーターコア支持体14と、ヒーターコア支持体14によって支持されているヒーターコア16とを備える。ヒーターコア16は、内部を通過する空気を加熱する種々の構造、例えばエネルギー源、熱交換器等を含むことができる。可能であれば、種々の構造要素を、最少数の締結具及びジョイント、例えば最少数のねじ等、スロットに受け入れられる突起、又は他の取り外し可能若しくはさらには取り外し不可能なロック構造によって互いに連結し、保守性を高めることができる。さらに、ヒーター10は、米国特許第6,327,427号及び同第7,046,918号(これらの特許の内容は参照によってその全体が本明細書に援用される)に記載されているような種々の他の要素を含むことができる。
外側ケース12は、前壁18、後壁20、上壁22、底壁24及び側壁26、28を含む概ね箱状の構造体とすることができる。空気入口30が後壁20に設けられており、空気出口32が前壁18に設けられている。本明細書において記載されるように、空気は、ヒーター10内を、概ね矢印Fの方向に沿って流れることができる。空気入口30及び空気出口32は、それぞれ保護格子で覆うことができる。加えて又は代替的に、フィルター42を、空気入口30及び/又は空気出口32を覆うように位置決めすることができる。例えば、フィルター42は、種々の締結具、例えばフックアンドループ式の締結具等を用いて後壁20に取着することができる。フィルター42は従来の構成を有することができ、例えば炉のフィルターにおいて一般的に用いられるようなガラス繊維又は同等の材料である。一例では、フィルター42はPOLYTRONフィルター又は同様のものとすることができる。壁のいくつか又は全て、例えば前壁18、上壁22及び底壁24のいずれかを、包囲体(wrapper)として一体的に形成することができ、該包囲体に対して、タッピンねじ、リベットを用いて、並びに/若しくは溶接、蝋付け、及びスロット内に受け入れられる突起等の締結具の使用等、他の従来の構成方法によって、又は当該技術分野において既知であるような方法の組み合わせによって、側壁26、28が形成されるか又は側壁26、28が接合される。一例では、上壁22及び両方の側壁26、28は、該上壁22及び側壁26、28を画定するように曲げることができる1枚の材料シートから形成することができる。加えて又は代替的に、ヒーター10は、底壁24に連結されている1つ又は複数の固定脚又は移動可能な脚によって支持することができる。一例では、脚はキャスター等の回転可能なホイール118とすることができる。底壁24は、凹部、貫通孔等を含むことができ、ヒーター10を床又は他の支持表面の比較的近くに位置決めすることができるようにキャスターを底壁24内へ少なくとも部分的に嵌め込むことを可能にする。一例では、回転可能なホイール118は、機械的締結具、接着剤、溶接、又はさらには本明細書において記載される熱交換器90の取り付けと同様であるか若しくは異なることができるツイストロック構成によって底壁24に連結することができる。
外側ケース12はヒーターコア支持体14を概ね囲む。ヒーターコア支持体14は、前取付パネル52及び後取付パネル54を含むことができる。加えて又は代替的に、前取付パネル52は、前壁18から或る距離だけ離間することができるか、又は前壁18に直接隣接することができる。例えば、前壁18は、取付パネル52に連結される装飾の施されたプラスチックパネルを含むことができる。前取付パネル52は、上壁22、底壁24及び側壁26、28のうちの少なくとも1つに固定することができる。一例では、前取付パネル52は、同じ金属シートから作製する等、底壁24(又はさらには上壁22)と一緒に形成することができ、底壁24に対して実質的に垂直となるように底壁24に対して曲げて製造を容易にすることができる。代替的に、前取付パネル52は前壁18と同じものとすることができる。孔58が前取付パネル52に設けられ、該孔58の上に、空気を空気出口32に向けて方向付けるために偏向シールド(deflector shield)60を取り付けることができる。偏向シールドは、ユニットの外側から見えることができ、着色を施すか又は視覚的に目立つように他の方法で構成することができる。
後取付パネル54は、上壁22、底壁24及び側壁26、28のうちの少なくとも1つに固定することができ、後壁20から或る距離だけ離間することができる。一例では、後取付パネル54は、例えばねじ、リベット等の機械的締結具によって底壁24に連結することができ、かつ/又はスロット内に受け入れられる突起も用いて構造的剛性を改善することができる。加えて又は代替的に、後取付パネル54は、底壁24に連結される少なくとも1つの、例えば1対の補強ブレース25を含むことができる。別の例では、後取付パネル54は、同じ金属シートから作製する等、底壁24(又はさらには上壁22)と一緒に形成することができ、底壁24に対して実質的に垂直になるように底壁24に対して曲げて製造を容易にすることができる。一例では、底壁24、前取付パネル52及び後取付パネル54は全て1枚の金属シートから形成することができる。
後取付パネル54と外側ケース12の後壁20との間のスペースは吸気チャンバー62を形成することができる。加えて又は代替的に、ファン66と連通している吸気マニホルド63を吸気チャンバー62内に設けることができる。吸気マニホルド63は、種々の方法で、例えばタッピンねじを用いて、並びに/又は溶接、蝋付け、及び/若しくはスロット内に受け入れられる突起等の締結具の使用等、他の従来の構成方法によって、或いは当該技術分野において既知であるような方法の組み合わせによって、後取付パネル54に取り外し可能又は取り外し不可能に連結することができる。一例では、吸気マニホルド63は、1つ又は複数のスロットの突起による締結具(projection-in-slot fastener)によって後取付パネル54に掛けることができ、また、ねじによって後取付パネル54に連結することもできる。吸気マニホルド63には、ファン66とヒーターコア16との間に流体連通を提供するために、少なくとも1つの孔64が貫通していることができる。例えば、ファン66は、後壁20の空気入口30を通してヒーター10内に空気を引き込むと共にヒーターコア16を通して(孔58を介して)空気出口32から空気を押し出すために、孔64周辺で吸気マニホルド63に取り付けることができる。代替的には、ファンは、その開口を通して空気を引き込んで吸気チャンバー62及び孔64を通して方向付けてヒーターコア16に入れるために空気入口30に近接して位置付けることができる。軸流ファン、遠心ファン、横流ファン等を含む、種々の速度で動作する種々のファンを用いることができる。
外側ケース12内の電気部品を従来の110ボルト交流ラインに接続するために、従来の電源コード46が後壁20から延びることができる。所望であれば、ヒーター10は、電源コード46が通って延びる穴に設置される電源コードストレインリリーフ等を有することができる。加えて又は代替的に、可変サーモスタット制御部50を、前壁18(図示)又はさらには後壁20(図示せず)のいずれか又は両方に取り付けることができる。可変サーモスタット制御部50は、所望の温度若しくは動作範囲(すなわち比較的高温であるか若しくは低温であるか)、及び/又はファン速度(すなわち比較的高速であるか若しくは低速であるか)を調整するアナログ及び/又はデジタル構造を含むことができ、種々のノブ、ボタン又は他のセレクター構造を含むことができる。加えて又は代替的に、サーモスタット制御部50は、種々の回路部、種々の温度センサー、湿度センサー(複数可)等のようなセンサー、及び/又はタイマー(複数可)を含むことができる。同様に、可変サーモスタット制御部50は、所望の設定/選択の視覚及び/又は可聴ディスプレイを提供するために表示部(indicia)又は他の表示構造を含むことができる。都合のよい位置(例えば正面又は側面)に位置付けることができる入出力構造を、ユニット内に位置付けることができる制御構造(例えば回路部、センサー等)と電気的に結合するが、物理的には離して位置付けることができる。警告、フィルター交換の知らせ、エネルギー源78の交換の知らせ等のような保守情報の視覚ディスプレイ及び/又は可聴ディスプレイのための構造を設けることができる。サーモスタット制御部50は、熱エネルギー源(複数可)及び/又はファン(複数可)のようなヒーター10の動作部品と連絡してその動作を制御する。所望であれば、オンオフスイッチ(図示せず)を前壁18又は後壁20に設けることができる。所望であれば、自動モードスイッチ又は手動モードスイッチ(図示せず)も前壁18又は後壁20に設けることができる。加熱素子を有しないファンを動作させるためにスイッチ(図示せず)も設けて、空気循環のみを提供することができる。
ヒーター10の一実施形態では、リミットスイッチとしても機能することができる温度センサーの1つ又は複数(例えば1つの対)を、ヒーターコア16周辺に設けることができる。ヒーターコア16内の空気温度を感知するために、第1の温度スイッチ67をヒーターコア16上又はヒーターコア16内に位置付けることができる。一例では、第1の温度スイッチは、空気がヒーターコア16に入る(又は出る)場所に隣接して後取付パネル54(又はさらには前取付パネル52)の近くに配置され、ファン制御スイッチとして働く。一例では、第1の温度スイッチ67は、回路基板65等に実装することができる。ヒーターコア16内の温度が所定の温度、例えば華氏110度を超えて上昇したことが第1の温度スイッチ67によって検出されると、ファン66がオンに切り替えられる。低温空気が空気出口32を通して強制的に送られないように、熱エネルギー源が作動されるまでファン66の開始を遅らせることが好ましいものとすることができる。第1の温度スイッチ67は、ヒーター10が止められる加熱サイクルの終了時に逆に働くことができる。このモードでは、ファン66は、温度が所定の温度、例えば華氏110度未満に下がるまで動作し続け、残留熱を取り出すことによってヒーター10の効率を高める。ヒーターコア16内の空気温度を感知するために、第2の温度スイッチ69は第1のスイッチ67とは異なる場所に位置付けることができ、安全スイッチとして働くことができる。第2の温度スイッチ69は、ヒーターコア16の上部に面して位置付けることができ、ブラケット71によって保持することができる。ヒーターコア16内の温度が所定の温度、例えば華氏225度を超えて上昇したことが第2の温度スイッチ69によって検出されると、ヒーターコア16内の温度が所定の温度、例えば華氏110度を下回るまで上記第1の温度スイッチ67がファン66を稼動し続けながら、安全機能として熱エネルギー源をシャットダウンすることができる。温度スイッチ67、69が動作する温度は任意であり、設計上の選択の仕方であることが明らかであろう。様々な温度レベル、時間等でトリガーされる他のスイッチを用いることができる。
ヒーターコア16は、外側ケース12の上壁22の下かつ底壁24の上の或る距離のところで、また側壁26、28から或る距離のところで(例えば前取付パネル52及び後取付パネル54によって)支持することができる。ヒーターコア16の外側ケース12からのこの間隔は、ヒーターコア16の周りに少なくとも部分的に延びるエアジャケット57を提供する。一例では、エアジャケット57はヒーターコア16を囲むことができる。エアジャケット57は、外側ケース12を断熱して過熱を阻止、例えば防止することができる。加えて又は代替的に、ケース12の内面(複数可)のいくつか又は全てが断熱材を含むことができる。例えば、上壁22及び側壁26、28の内面が全て断熱材を含むことができる。加えて又は代替的に、吸気チャンバー及び/又は吸気マニホルド63がエアジャケット57の一部を形成することができ、かつ/又は同様の断熱機能を提供することができる。したがって、外側ケース12が触れるほど概ね低温である状態で、かつ/又は外側ケース12が木製キャビネット等に装着された状態で、ヒーター10を安全に動作させることが可能である。一例では、エアジャケット57は、後パネル54にある少なくとも1つの開口106を介して空気入口30と、かつ前パネル52にある少なくとも1つの開口108を介して空気出口32と流体連通することができ、エアジャケット57を通る冷却空気流を提供する。吸気マニホルド63は、ヒーター10の動作中にファン66からの有効な(positive)空気流がエアジャケット57に流入してエアジャケット57を通るように、開口(複数可)106を覆うと共に開口(複数可)106と流体連通して配置することができる。開口(複数可)108を介してエアジャケット57を出た空気流は、少なくとも1つの孔109を通って進むことができる。一例では、孔109は、前壁18と前取付パネル52との間の接合面に位置付けられる1/8インチの隙間(又は他の寸法)のようなギャップであることができ、空気出口32と流れ連通状態にある。孔109は、前壁18及び前取付パネル52のいずれか又は両方に形成(例えば成形、又は他の方法で作製)することができる。したがって、開口(複数可)108から出た空気流は、孔109を通って進み、エアジャケット57からの空気を、ヒーターコア16から空気出口32を通って出る加熱空気と合流させて混合することを可能にすることができる。
ヒーターコア16は概して、上壁70、下壁72及び側壁74、76を備え、ヒーターコアの端壁を画定することができる前取付パネル52及び後取付パネル54に取り付けられる。ヒーターコア16は、タッピンねじ、リベットを含む種々の方法で、並びに/若しくは溶接、蝋付け、及びスロット内に受け入れられる突起等の締結具の使用等、他の従来の構成方法によって、又は当該技術分野において既知であるような方法の組み合わせによって、前パネル52及び/又は後パネル54に取り付けることができる。例えば、ヒーターコア16は、締結具、溶接、接着剤等を含む種々の方法で前取付パネル52及び後取付パネル54に取り外し可能又は取り外し不可能に連結することができる。加えて又は代替的に、ヒーターコア16並びに/又は前取付パネル52及び後取付パネル54の一部は、それらの連結を容易にするために、合致し合うスロット及び突起(matching projection-in-slots)を含むことができる。
ヒーターコア16は、その中で空気流をガイドするために種々の形状を有することができる。例えば、図示のように、後壁20の比較的近くに位置付けられるヒーターコア16の第1の部分73が、上壁22と底壁24との間に延びる概ね均一な垂直寸法の側壁74、76を有することができ、一方、前壁18の比較的近くに位置付けられるヒーターコア16の第2の部分75は、上壁22と底壁24との間の方向に延びる変化する垂直寸法を有する側壁74、76を有することができる。例えば、図示のように、第2の部分75は、側壁74、76が前壁18に近づくにつれて、側壁74、76によって画定される断面流れ面積が徐々に低減される概ねテーパー状の形状を有することができ、それによって、空気流を出口32に向けて方向付け、かつ/又は断面流れ面積を低減することによって空気流の出口速度を増加させる。加えて又は代替的に、第1の部分73及び第2の部分75の側壁74、76は、外側ケース12の側壁26、28間の方向に延びる概ね均一な水平寸法を有することができるか、又はさらには、外側ケース12の側壁26、28間の方向へ延びる、内向きにテーパー状になる変化する水平寸法を有することができる。
さらに、ヒーターコア16は、第1の部分73と第2の部分75との間に配置される分割壁81を含むことができる。さらに説明するように、分割壁81は、第1の部分73と第2の部分75との間での流体連通を阻止、例えば防止することができる。分割壁81は、第1の部分73と第2の部分75との分割を容易にするために種々のシール構造を含むことができる。
ヒーターコア16は、側壁74、76間に取り付けられる赤外線放射体等の少なくとも1つの熱エネルギー源78を含む。図に示されるヒーター10では、3つの熱エネルギー源78用の取付具が設けられており、該熱エネルギー源78は、概ね前壁18と後壁20との間に延びる方向に水平に取り付けられる。加えて又は代替的に、エネルギー源78の水平取付けが好ましく、この理由は、この構成によってさらに説明するようにヒーター10の保守性が改善されるためである。
放射エネルギー源のような種々の例示的なエネルギー源78を用いることができる。例えば、各熱エネルギー源78は、螺旋状の構成で巻回される高抵抗ワイヤを含むことができる。螺旋状に構成される要素は石英管内に懸架される。この管は、セラミック製のエンドピース又はキャップ80によって蓋が被せられる。管は真空シールすることができ、不活性ガスを含有することができる。石英管は、透明、半透明(semi-translucent or translucent)であるものとすることができる。好ましい実施形態では、熱エネルギー源78は直線状であり、透明な石英管を有する。例示的な一実施形態では、3つのエネルギー源78は各々500ワットであり、この場合、各エネルギー源78には約4アンペアが流れる。したがって、ヒーター10を動作させるための総エネルギー使用量は、標準的な家庭の110V交流コンセントにおいて動作可能であるように約1500ワットである。さらに、熱エネルギー源78は、例えば湾曲状、多角形、ランダム等、種々の形状を有することができる。
図3〜図5に示されるように、各エネルギー源78は熱交換器内に設けることができる。例えば、熱交換器90は好ましくは、前処理を施されても施されなくてもよい銅又はアルミニウム等の金属のシートの形状であり、熱エネルギー源78各々の周りに取り付けられる円筒形状に形作られる。各熱交換器90は、後取付パネル54にある穴82に収容することができ、これから説明するように管に入った管(tube-in-tube)の構成等、様々に構成することができる。一例では、熱交換器90は、内側円筒体94及び外側円筒体96を含むことができる。内側円筒体94は、関連する熱エネルギー源78に隣接して、例えば熱エネルギー源78に面しかつ/又は囲むように配置することができ、外側円筒体96は、内側円筒体94に隣接して、例えば内側円筒体94に面しかつ/又は囲むように配置することができる。内側円筒体94は、外側円筒体96との間の環状スペースに画定される中間チャンバー100を画定するように、外側円筒体96と比べて比較的小さい断面積を有することができる。例えば、内側円筒体94及び外側円筒体96は、概ね円形の断面形状を有することができ、内側円筒体94の直径は外側円筒体96の直径よりも比較的小さいものとすることができる。内側円筒体94は、空気が内部に流れることができるように2つの概ね開放した端を有することができ、一方、外側円筒体96は、該外側円筒体96内を流れる空気の向きを変えるように少なくとも1つの閉鎖端104を含むことができる。例えば図2に示されるように、熱交換器90のそのような構成は、断面で見た場合に空気流の蛇行する、遠回りする「S」字形経路を作り出すことができる。
加えて又は代替的に、内側円筒体94は、外側円筒体96と概ね同心円状に配置することができるが、他の相対的な配置も考えられる。加えて又は代替的に、外側円筒体96は、内側円筒体94との間にギャップ99を作り出すように内側円筒体94の長さに沿って部分的にのみ延びることができる。加えて又は代替的に、内側円筒体94及び外側円筒体96は、種々の方法で、例えばタッピンねじを用いて、並びに/若しくは溶接、蝋付け、及びスロット内に受け入れられる突起等の締結具の使用等、他の従来の構成方法によって、又は当該技術分野において既知であるような方法の組み合わせによって共に連結することができる。加えて又は代替的に、各熱交換器90は、1つ又は複数の空気通路116を画定するように閉鎖端104に連結されていると共に該閉鎖端104から或る距離だけ離間している取付板93を含むことができる。したがって、取付板93が後取付パネル54に連結されている場合、後取付パネル54にある穴82を通過する空気が、空気通路116を介して熱交換器90の周りに流れてヒーターコア16の第1の部分73に入ることができる。加えて又は代替的に、ファン66からの空気も、後取付パネル54にある他の穴107を通ってヒーターコア16の第1の部分73内へ通過することができる。例えば、吸気マニホルド63を穴82及び穴107の各々を覆う関係で流体連通して配置することができ、それによってファン66からの有効な空気流が通路116及び穴107の全てを介してヒーターコア16の第1の部分73へ流れ込むようにする。
各エネルギー源78は、ブラケット97等によってそれぞれの熱交換器90内に保持することができる。加えて又は代替的に、エネルギー源78の他方の端は、そのキャップ80を支持構造112に、又はさらには外側円筒体96の一端に連結することによって保持することができる。キャップ80のいずれか又は両方は、種々の方法、例えばスナップロック構成等を介して熱エネルギー源78を穴82内に取り付けた状態で保持するように構成することができる。したがって、各キャップ80及び熱エネルギー源78は、修理技師又はさらにはエンドユーザーによる熱エネルギー源78の取り替えを容易にするよう、固有のソケット構造を有するように設計することができる。エネルギー源78を作動させるために、導電性ワイヤーを穴82に通すか、又はエンドキャップ80のいずれかに設けることができる。導電性ワイヤーは、一端のみ、例えばヒーターコア16の第1の部分73に隣接する端(すなわちより後壁20に向かう方)をピッグテール状にし、修理技師又はさらにはエンドユーザーによる熱エネルギー源78の取り替えをさらに容易にすることができる。例えば、図4に示されるように、エンドキャップ80のうちの1つは、取り替えのために各熱エネルギー源78の連結解除を容易にするように、電気ソケット構造に嵌合するように構成される電気プラグ89を有することができる。
ブラケット97は、エネルギー源78の容易かつ迅速な保守性を提供することができる。一例では、ブラケット97は、一端120を取付板93のスロットに嵌合させることによって熱交換器90に連結することができ、一方、他端122は機械的締結具等を受け入れている。図4に示されるように、ブラケット97は、エネルギー源78を熱交換器90に有効に連結するように構成される保持板124も含むことができる。組み立てるには、エネルギー源78を熱交換器90の閉鎖端104にある穴に挿入することができる。ブラケット97の一端120は、取付板93のスロットに嵌合することができる。一例では、一端120は、ブラケット97を取付板93に枢着式、片持ち式に連結することを可能にするように曲がっているか又は曲線のあるプロファイルを有することができる。ブラケット97は、保持板124がエネルギー源78のキャップ80に対して押圧されることによってキャップ80が閉鎖端104と保持板124との間に保持されるまで押下することができる。エンドキャップ80の電気プラグ89を有する部分は、保持板124にある穴を通って延びて電気ソケット構造に連結することができる。この場合、ブラケット97は、他端122を機械的締結具(例えばねじ、ボルト、ナット等)等によって取付板93に取り外し可能に連結することによって定位置に保持することができる。一例では、単一の機械的締結具を用いることができる。分解は逆に行うことができる。ブラケット97は、分解中にエネルギー源78の取り替えを可能にするように熱交換器90から少なくとも部分的に取り外し可能であるものとすることができる。締結具を緩めるか又は取り外すと、端122を熱交換器90から分離することができる。他の例では、ブラケット97の端120は、取付板93に枢動可能に連結したままとすることができるか、又は取付板93から完全に取り外すことができる。そのような構造を用いて、例えば単に吸気マニホルド63及び1つのブラケット97を取り外すことによって、ほとんど分解することなく少ない締結具で個々のエネルギー源78を迅速かつ容易に取り替えることができ、一方で関連する熱交換器90は取り外す必要がない。
上記熱交換器90を後取付パネル54に設けられる対応する穴82のうちの1つに取着するために、熱交換器90の一端に取付タブ92が設けられる。それぞれが3つの熱交換器90のうちの別のものを受け入れるように3つの概ね同様の穴82が後パネル54に設けられるが、種々の数の熱交換器が考えられる。各穴82は、各熱交換器90に設けられる取付タブ92の数に概ね相当する1つ又は複数の凹部88を含むことができる。図示の例では、各熱交換器90は3つの概ね等間隔の取付タブ92を有し、各穴82は3つの対応する凹部88を有する。各取付タブ92は、熱交換器90の取付板93から或る距離だけオフセットすることができる。各取付タブ92は、取付板93に連結される一端と、自由であるか又は取付板93から離脱される他端とを有することができる。
一例では、熱交換器90を後パネル54に連結するために、熱交換器90を、各取付タブ92が関連する凹部88に挿入された状態で穴82に挿入する。次に、熱交換器90をツイストロック構成で矢印Tの方向に沿って回転させることができ、後パネル54の一部が各取付タブ92(すなわち自由端を介して)と取付板93との間のオフセットスペースに捕捉されるようにする。ブラケット97は、ツイストを容易にするためにハンドルとして用いることができる。加えて又は代替的に、各熱交換器90は、後パネル54内への有効な保持のために種々の構造を含むことができる。一例では、各熱交換器90の取付板93は、熱交換器90を機械的締結具(すなわちねじ、リベット又は他の締結具)によって後パネル54にさらに連結するために1つ又は複数の穴95を含むことができる。別の例では、取付板93は、例えば突起等の回転防止停止部114を含むことができ、該停止部114を押下しない限り熱交換器90を取り外すための回転が阻止されるようにする。したがって、エネルギー源78は、該エネルギー源78の簡単な取り替え及び簡単な製造を容易にするために熱交換器90をヒーター10からモジュール式ユニットとして取り外すことができるように、熱交換器90に(すなわちブラケット97を介して)連結することができる。
熱交換器90の長さは、ヒーターコア16の前取付パネル52と後取付パネル54との間の間隔よりも概ね短くすることができるため、熱交換器90の自由端と前取付パネル52との間にはギャップがある。一例では、熱交換器90の長さは概ね少なくとも第1の部分73の長さと同じ長さであるため、熱交換器90は、分割壁81を通って第2の部分75内へ少なくとも部分的に延びる。一例では、内側円筒体94は、分割壁81を通って第2の部分75内へ少なくとも部分的に延びることができる。加えて又は代替的に、各熱交換器90が別個の区画内にあるように、ヒーターコア16の内部を仕切るために分割パネル(図示せず)を設けることができる。
加えて又は代替的に、熱交換器は、内側円筒体94と外側円筒体96との間に延びて該内側円筒体94と該外側円筒体96とを連結する離間連結具(spacing coupler)102をさらに含むことができる。例えば、図2及び図3に示されるように、離間連結具102は、摩擦嵌め又は締まり嵌め等の静合(close-fitting)構成で概ね外側円筒体96内に配置することができる。離間連結具102の別の部分を比較的小さい直径の内側円筒体94の端に連結することができ、それによって、内側円筒体94と外側円筒体96との間に延びて該内側円筒体94と該外側円筒体96とを連結する支持構造を提供する。加えて又は代替的に、離間連結具102の開放部分がエネルギー源78のさらなる支持を提供することができる。加えて又は代替的に、離間連結具102は、例えば熱交換器90を通過する空気に旋回運動を与えるように空気流を熱交換器90を通して方向付けるように構成することができる。例えば、図示のように、離間連結具102は空気流を方向付けるために複数のフィンを含むことができる。フィンのいくつか又は全ても同様に比較的小さい直径の内側円筒体94の端に連結することができる。
熱交換器90が銅材料で形成される場合、銅は、該銅材料を軟化すると共にその表面を部分的に黒くするのに十分な温度及び時間で前処理することができる。例示的な実施形態では、熱交換器90は、厚さが0.0216インチで酸素含有量が0.028重量%の銅シートから形成することができる。熱交換器90は、炉内で、約華氏850度〜約華氏900度の温度で数時間、周囲条件下で加熱することができる。熱交換器90の内側円筒体94及び外側円筒体96を乾式ブラッシングすることによって、剥がれて(loose)黒くなった材料を全て除去する。熱交換器90を約華氏850度〜875度の温度で2時間加熱し、その後で熱交換器90を乾式ブラッシングし、次いで華氏425度で1時間さらに加熱した場合に良好な結果が得られた。熱交換器90を華氏875度で3時間加熱し、次いで乾式ブラッシングして剥がれた粒子を全て除去する場合に同様に良好な結果が得られるであろうと考えられる。剥がれた粒子の除去は、ヒーター10が最初に動作されるときにこれらの粒子が空気出口32から掃き出されることを防止する。銅の前処理は、熱交換器90の吸収率及び放射率を高めると共により乱流の空気流のために内側円筒体94及び/又は外側円筒体96の壁を粗化することにより、ヒーター10の熱効率を改善することができる。任意選択的に、上述の銅の組成及び熱処理を内側円筒体94にのみ適用することができる。さらに、銅材料のいくつか又は全てを前処理しなくてもよい。
熱交換器90がアルミニウム材料で形成される場合、アルミニウムは陽極酸化によって前処理することができる。陽極酸化プロセス中に、酸化アルミニウムの透明な膜がアルミニウムの表面に載る。ヒーター10において用いるために、熱交換器90の内側円筒体94を、材料の放射熱特性、すなわち吸収率及び放射率を改善するように暗色に電解着色する。外側円筒体96にも電解着色することができることが理解されるであろう。さらに、円筒体94、96のいずれか若しくは両方(又はさらには付加的な要素)は、前処理を施しても施さなくてもよい種々の金属(例えば鋼)、セラミクス等のような種々の他の材料から形成することができる。
ヒーターコア16内の分割壁81は、該分割壁81を貫通する少なくとも1つの開口、例えば該分割壁81を貫通する複数の穴83を含むことができる。穴83は各々、熱交換器90の一部と協働し、例えば熱交換器90の一部を受け入れることができ、それによって熱交換器(複数可)90を介して第1の部分73と第2の部分75との間での流体連通を可能にする。一例では、図6に示されるように、熱交換器90は、穴83により(about the hole)分割壁81に連結することができるため、ヒーターコア16を通って移動する空気が、空気出口32を通って排出される前に熱交換器90の中を強制的に進められる。例えば、内側円筒体94の一部、例えば端が、穴83を中心に分割壁81に連結されることができ、穴83を介して分割壁81を通って少なくとも部分的に延びることができる。内側円筒体94は、締結具、接着剤、溶接等を含む種々の方法で、及び/又は例えば摩擦嵌め若しくは締まり嵌め等の静合構成で分割壁81に取り外し可能に又は取り外し不可能に連結することができる。
一例では、図2に示されるように、分割壁81は、ヒーターコア16内を移動する空気を、熱交換器(複数可)90内を強制的に進ませることができる。ヒーターコア16はプレナムを形成し、該プレナムから、空気が熱交換器90に強制的に通されて熱交換器90の内側円筒体94内のエネルギー源78を通過する。例えば、低温空気が最初に第1の部分73内に引き込まれ、熱交換器90を通過することによって加熱され、かつ第2の部分75を通して空気出口32から排気される。第1の部分73は、入力空気を熱交換器90の各々に給送する共通の入力プレナムとすることができ、一方で第2の部分75は、熱交換器90の各々からの出力空気を受け取る独立した共通の出力プレナムとすることができる。一例では、ヒーターコア16は、本明細書において前述したように少なくとも1つの熱エネルギー源78(例えば各々約500ワット)を各々含む3つの熱交換器90を含むことができる。図6に示されるように、分割壁81にある穴83は各々、後パネル54の穴82の各々と概ね対応することができるため、各熱交換器90は、ハウジングの前面18と後面20との間に延びる方向に概ね水平に配向することができる。例えば、内側円筒体94の一部を、対応する穴83内に受け入れることができ、該穴83に取り外し可能に又は取り外し不可能に連結することができる。加えて又は代替的に、内側円筒体94は、該内側円筒体94を穴83内に保持するように構成することができる環状リング等のような保持構造体91(図5を参照のこと)を含むことができる。
加えて又は代替的に、予備的な熱エネルギー源、例えば赤外線放射体(図示せず)を、外側ケース12の前壁18及び前取付パネル52に隣接して空気出口32の下に取り付けることができる。予備的なエネルギー源は、ヒーター10を通過して空気出口32を通って出る空気の温度を引き上げることができる。加えて、予備的なエネルギー源からの放射を、銅偏向シールド60によって反射させて、空気出口32にわたって格子34を通して見える快適な暖色の赤熱光を提供することができる。偏向シールド60も前処理した銅又はアルミニウムから形成することができるが、格子34を通した赤熱光が幾分失われることを理解されたい。ヒーター10の一実施形態では、補助的なエネルギー源は、250ワット又は他のワット数の石英加熱管とすることができる。
したがって、図2に示されるように、現在の(instant)設計は、ヒーター10を通って前進する空気の移動経路を画定する空気経路を形成することができる。例えば、空気経路は、以下:空気入口30から、吸気チャンバー62へ、空気通路116を介して穴82(又は他の穴)を通ってヒーターコア16の第1の部分73内に入る、熱交換器90の外側円筒体96の長さに沿う、中間チャンバー100を通る、内側円筒体94を通る、熱エネルギー源78の長さに沿う、ヒーターコア16の第2の部分75内に入る、及び空気出口32から出る、のいずれか又は全てを含むことができる。
1つの例示的な動作では、サーモスタット制御部50は、該サーモスタットが監視する環境内の温度が所定の最小値未満に下がるとすぐに、エネルギー源78(及び存在する場合には補助的なヒーター)をオンに切り替える。ファン66にも電力が供給され、ファンが作動される。温度スイッチ67が設けられる場合、ヒーターコア16内の温度が選択された温度に上昇するまでファン66の作動を遅らせることができる。これは、ヒーター10から来る空気が始動時に暖かいように行われる。
エネルギー源78は、作動されると熱線を放射し、これは熱交換器90によって吸収及び再放射される。ファン66の作動によって、空気がヒーター10内を循環される。循環する空気は最初に空気入口30を通して強制的に吸気チャンバー62に入れられる。図2に示されるように、ファン66が提供する空気は、後パネル54の穴82を通って熱交換器90の周りを通過し、ヒーターコア16の第1の部分73に入る。図示されていないが、ファン66の出力が孔(複数可)82内へ直接流れ込むことができるようにファン66を孔(複数可)82上に直接取り付けることができることを理解されたい。分割壁81は、空気が第2の部分75に入ることを阻止、例えば防止し、空気を、内側円筒体94と外側円筒体96との間のギャップ99を通して各熱交換器90に強制的に入らせるため、空気は、外側円筒体96と内側円筒体94との間に画定される中間チャンバー100の中で(断面で見た場合に)蛇行する、遠回りする「S」字形経路をとるように方向付けられる。
空気は、中間チャンバー100を通過するときに、エネルギー源78からの放射エネルギー、及び熱交換器90の部分(例えば円筒体94、96)によって再放射されるエネルギーによって加熱され、その後、熱交換器の最内部分に入ってエネルギー源78のすぐそばを流れる。次いで、加熱された空気は熱交換器90を出て、ヒーターコア16の第2の部分75に直接流れ込み、次いで出口32から出るように方向付けられる。上記熱交換器90の内側円筒体94及び外側円筒体96は各々、空気入口30から空気出口32への方向に沿って実質的に位置合わせされる長手方向軸に沿って配向することができる。例えば、長手方向軸は、空気入口30を有する後壁20と空気出口32を有する前壁18との間に垂直に位置合わせされる水平方向に延びることができる。長手方向軸は矢印Fの方向に沿って延びることができる。
蛇行経路にもかかわらず、ヒーター10の中の空気流経路は、入口30が位置する壁と出口32が位置する壁とに対して垂直でありこれらの間に延びる軸に対して主に概ね平行であるため、入口30と出口32との間の圧力低下が低減し、例えば最小限に抑えられ、これによってヒーター10の効率をさらに増大させることができる。例えば、従来のヒーターは、空気流の3回以上の方向変更を用いる場合があり、この方向変更が各々、関連する圧力低下を引き起こす。本願では、空気流の方向変更の回数は、熱交換器90内の蛇行経路では2回に減る。実際、空気経路の流れ方向(すなわち矢印Fの方向に沿う)は、熱交換器90を通って前進する蛇行経路を含むことができる。一例では、空気経路は、長手方向軸(すなわち矢印Fの方向)及び熱交換器(複数可)90に対して実質的に平行にヒーター10内を前進することができる。加えて又は代替的に、熱エネルギー源78は、上記長手方向軸に対して概ね平行な軸に沿って(すなわちこの場合も同様に矢印Fの方向に沿って)ヒーターコア16内に取り付けることができる。
例えば、熱交換器90を入口30と出口32との間で方向Fに対して概ね平行に配向することによって、加熱空気が行うUターンの回数を2回のみに(すなわち蛇行する「S」字形の経路を介して)減らすことができる。その結果、上述したヒーター10を、従来のヒーターよりも比較的効率的なものとすることができる。その上、ヒーター10は、より多くの熱を空気に投入することによって全体的な効率をさらに増大させることができ、外側ケース12及びキャビネットを比較的低温に保つ。加えて又は代替的に、ファン66からの空気流の一部を開口(複数可)106を通してエアジャケット57内へ直接進ませて、外側ケース12及びキャビネットを比較的低温にさらに保つことができる。加えて又は代替的に、上述したヒーター10は、エネルギー源78を出口32の非常に近くに位置決めすることによって全体的な効率をさらに増大させることができ、それによって、エネルギー源78と出口32との間に何らかの中間構造があったとしてもほとんどない状態で、エネルギー源78によって加熱された空気が第2の部分75を直接流れて出口32を出る。
記載したような単一のヒーター10は、最高800平方フィートまで、又はさらにはそれ以上を効果的に加熱することができ、ユニットを通して引き込まれる空気の温度を約120度(華氏)だけ安全に上昇させることが可能である。ヒーター10の熱効率は銅製の熱交換器90の前処理によって影響を受けると考えられる。上述した実施形態では、ヒーター10は、銅製の円筒体が前処理されていないスペースヒーターよりも熱的に効率的であると考えられる。この改良によって、用いる同じ量の電力からより多くの熱がもたらされるとさらに考えられる。他の効率は、高温リミットスイッチを用いて停止時にヒーターコア16から残留熱を奪うこと、及びヒーターコア16内での空気の滞留時間を増やすことができる熱交換器90内の空気の経路によってもたらすことができる。上記で説明した他の設計の特徴もスペースヒーターの熱効率に寄与することが明らかであろう。
本発明を、上述した例示的な実施形態を参照して説明した。本明細書を読んで理解すれば変更及び変形が他者に想起されるであろう。本発明の1つ又は複数の態様を組み込む例示的な実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内に入る限り、そのような変更及び変形を全て含むことが意図される。

Claims (25)

  1. ヒーターであって、
    空気入口及び空気出口を備える外側ケースと、
    前記外側ケース内にあり、前記空気入口及び前記空気出口と連通しているヒーターコアと、
    前記ヒーターコアを通して空気を移動させるように前記空気入口及び前記空気出口と連通しているファンと、
    を備え、
    前記ヒーターコアは熱エネルギー源及び熱交換器を備え、該熱交換器は内側ダクト及び外側ダクトを備え、該内側ダクトは、前記熱エネルギー源に隣接して該熱エネルギー源を囲んで配置されており、前記外側ダクトは、前記内側ダクトを囲んで該内側ダクトとの間に中間チャンバーを画定しており、
    前記熱交換器の前記内側ダクト及び前記外側ダクトは各々、前記外側ケースの前記空気入口が配置されている壁と前記空気出口が配置されている壁との間に延びる長手方向軸に沿って配向されている、ヒーター。
  2. 前記ヒーターは、該ヒーター内を前記長手方向軸に沿って延びる空気経路をさらに備え、前記熱エネルギー源は、前記長手方向軸に対して概ね平行な軸に沿って前記ヒーターコア内に取り付けられている、請求項1に記載のヒーター。
  3. 前記内側ダクトは、前記外側ダクトと概ね同心円状に配置されている、請求項1に記載のヒーター。
  4. 前記熱エネルギー源は赤外線放射体である、請求項1に記載のヒーター。
  5. 前記ヒーターは、前記ヒーターコアを前記空気入口に隣接する第1の部分と前記空気出口に隣接する第2の部分とに分ける分割壁をさらに備え、該分割壁は前記空気入口と前記空気出口との間の流体連通を阻止する、請求項1に記載のヒーター。
  6. 前記分割壁には開口が貫通しており、前記熱交換器は該開口と流体連通しており、それによって前記ヒーターコアを通って前記第1の部分から前記第2の部分へ移動する空気が前記熱交換器を通って強制的に進められる、請求項5に記載のヒーター。
  7. 前記ヒーターは、前記外側ケースと前記ヒーターコアとの間に少なくとも部分的に延びるエアジャケットをさらに備え、該エアジャケットは前記空気入口及び前記空気出口と流体連通しており、該エアジャケットを通る冷却空気流を提供する、請求項1に記載のヒーター。
  8. 前記熱交換器は前記外側ダクトに連結されている取付板を備え、該取付板は、前記熱エネルギー源の取り外しを可能にするように前記ヒーターに取り外し可能に連結されている、請求項1に記載のヒーター。
  9. 前記熱交換器は、ツイストロック構成を介して前記ヒーターに連結されている、請求項8に記載のヒーター。
  10. 前記熱交換器は、前記エネルギー源を該熱交換器に有効に連結するように構成されるブラケットを備え、該ブラケットは、前記エネルギー源の取り替えを可能にするように前記熱交換器から少なくとも部分的に取り外し可能である、請求項8に記載のヒーター。
  11. 前記熱交換器は、前記内側ダクトと前記外側ダクトとの間に延びて該内側ダクトと該外側ダクトとを連結する離間連結具をさらに備える、請求項1に記載のヒーター。
  12. ヒーターであって、
    空気入口及び空気出口を備える外側ケースと、
    前記外側ケース内にあり、前記空気入口及び前記空気出口と連通しているヒーターコアであって、該ヒーターコアは熱エネルギー源及び熱交換器を備え、該熱交換器は前記ヒーターコア内に配置されて、前記外側ケースの前記空気入口が配置されている壁と前記空気出口が配置されている壁との間に延びる長手方向軸に沿って延び、前記熱交換器は、前記熱エネルギー源を囲む内側ダクト及び該内側ダクトを囲む外側ダクトを備える、ヒーターコアと、
    前記ヒーターコアを通して空気を移動させるように前記空気入口及び前記空気出口と連通しているファンと、
    前記空気入口から前進して前記熱交換器を通って前記空気出口から出る空気の移動経路を画定する空気経路であって、前記ヒーター内を前記長手方向軸に対して実質的に平行な方向に前進する、空気経路と、
    を備える、ヒーター。
  13. 前記空気経路は、前記空気出口から排出される前に、前記熱交換器の前記外側ダクトに沿って、次いで前記内側ダクトと前記外側ダクトとの間の中間チャンバーを通り、次いで赤外線エネルギー源の長さに沿って前記内側ダクトを通って延びる、請求項12に記載のヒーター。
  14. 前記空気経路は、前記熱交換器を通って前進する蛇行経路を含む、請求項12に記載のヒーター。
  15. 前記ヒーターは、前記ヒーターコアを前記空気入口に隣接する第1の部分と前記空気出口に隣接する第2の部分とに分ける分割壁をさらに備え、該分割壁は前記空気入口と前記空気出口との間の流体連通を阻止し、該分割壁には開口がさらに貫通しており、前記熱交換器は該開口と流体連通しており、それによって前記ヒーターコアを通って移動する空気が前記熱交換器を通って強制的に進められる、請求項12に記載のヒーター。
  16. 前記ヒーターは、前記外側ケースと前記ヒーターコアとの間に少なくとも部分的に延びるエアジャケットをさらに備え、該エアジャケットは前記空気入口及び前記空気出口と流体連通しており、該エアジャケットを通る冷却空気流を提供する、請求項12に記載のヒーター。
  17. ヒーターであって、
    空気入口及び空気出口を備える外側ケースと、
    前記外側ケース内にあり、前記空気入口及び前記空気出口と連通しているヒーターコアと、
    前記ヒーターコアを前記空気入口に隣接する第1の部分と前記空気出口に隣接する第2の部分とに分ける分割壁であって、前記空気入口と前記空気出口との間の流体連通を阻止し、該分割壁を貫通している開口をさらに備える、分割壁と、
    前記ヒーターコアを通して空気を移動させるように前記空気入口及び前記空気出口と連通しているファンと、
    を備え、
    前記ヒーターコアは熱エネルギー源及び熱交換器を備え、該熱交換器は前記ヒーターコア内に配置されており、前記少なくとも1つの熱エネルギー源を囲む内側ダクトと、該内側ダクトを囲む外側ダクトとを備え、
    前記熱交換器は前記開口と流体連通しており、それによって前記ヒーターコアを通って前記第1の部分から前記第2の部分へ移動する空気が前記熱交換器を通って強制的に進められてから前記開口を通して、その後前記空気出口を通して排出される、ヒーター。
  18. 前記内側ダクトは、前記開口により前記分割壁に連結されている、請求項17に記載のヒーター。
  19. 前記熱交換器は前記ヒーターコア内に配置され、前記外側ケースの前記空気入口が配置されている壁と前記空気出口が配置されている壁との間に延びる長手方向軸に沿って延びる、請求項17に記載のヒーター。
  20. 前記ヒーターは、前記外側ケースと前記ヒーターコアとの間に少なくとも部分的に延びるエアジャケットをさらに備え、該エアジャケットは前記空気入口及び前記空気出口と流体連通しており、該エアジャケットを通して冷却空気流を提供する、請求項17に記載のヒーター。
  21. 前記内側ダクト及び前記外側ダクトのうちの少なくとも一方は円筒体を含む、請求項1に記載のヒーター。
  22. 前記円筒体を含む前記内側ダクト及び前記外側ダクトのうちの少なくとも一方は、円形の断面形状をさらに含む、請求項21に記載のヒーター。
  23. 前記内側ダクトは円筒体を含み、前記外側ダクトも円筒体を含む、請求項21に記載のヒーター。
  24. 前記内側ダクト及び前記外側ダクトのうちの少なくとも一方は円筒体を含む、請求項12に記載のヒーター。
  25. 前記内側ダクト及び前記外側ダクトのうちの少なくとも一方は円筒体を含む、請求項17に記載のヒーター。
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