JP2014122560A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】油分離器内の油の滞留を防いで冷凍サイクルの効率を向上させることができる圧縮機を提供すること。
【解決手段】圧縮機１は、冷媒を圧縮する圧縮機構２と、圧縮機構２から吐出される冷媒の吐出チャンバＣと、吐出チャンバＣ内から冷媒が導入されるとともに、鉛直方向に対して傾いて配置される油分離器３０と、を備えている。油分離器３０には、鉛直方向下側に向けて、油分離器３０内に冷媒を導入するための導入孔３３が形成されるとともに、油分離器３０の開口面積よりも小さい開口面積とされ、油分離器３０内の油が流れ出る排出孔３５が形成されている。排出孔３５は、油分離器３０の鉛直方向下端部に位置している。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧縮機に関する。

一般に、車両の空気調和機に用いられる圧縮機は、冷媒に混合されている油（潤滑油、冷凍機油）を分離する油分離器を備えている（例えば、特許文献１〜３）。その油分離器によって油が分離された冷媒が、圧縮機から吐出される。
特許文献１の圧縮機に設けられた円筒状の油分離器は、上下方向（鉛直方向）に対して傾いている。油分離器の上部には、圧縮冷媒が吐出されるチャンバ内から冷媒を導入するための導入孔が形成されている。その導入孔から油分離器の内周面の接線方向に導入される冷媒は、旋回流を形成して油分離器の底部まで到達する。そして、油分離器の内側に挿入された筒体の内側を上方に抜けて、冷媒回路へと吐出される。
特許文献１の油分離器の下部には、油分離器の軸心に対して垂直に排油孔が形成されている。その排油孔は、油分離器よりも下方に設けられた油溜室に連通している。油分離器から排油孔を介して油溜室へと流出した油は、軸受に形成された油路を介して、圧縮機構を収容するハウジング内へと戻される。

次に、特許文献２に記載された抜き制御方式の可変容量圧縮機では、ハウジング内に設けられる吐出室の排出孔に油分離器が設けられている。その油分離器として、リヤハウジングの表面から傾斜して孔あけされた空間内に設置される一組の部品が図示されており、それよりも下方は、吐出室と吸入室とをつなぐ冷媒循環通路とされている。油分離器を通過した冷媒は、オリフィスを経て減圧され、クランク室の容量制御のための制御弁の収容室に導かれる。油分離器を構成する一組の部品のうち下方に配置される部品の側面外周には隙間が図示されており、その隙間を通じて油が落下する。

さらに、特許文献３の両頭斜板式圧縮機では、シリンダブロックの後端に設けられるリヤハウジングと、リヤハウジングに対向する蓋板との間に油分離用の空間が設けられている。その空間は、冷媒を導入させる導入孔室と、冷媒を吐出させる排出孔室とに傾斜壁によって仕切られており、排出孔室には、遠心分離型油分離器である筒体が傾斜した姿勢に配設されている。この筒体の下端は傾斜壁に溶接され、筒体の開口（導入孔孔）に合わせて傾斜壁に形成された連通孔を介して導入孔室に連通している。
特許文献３では、特許文献１および特許文献２とは異なり、油分離器（筒体）内に下方から冷媒が導入される。導入孔室から連通孔を介して筒体内に導入される冷媒は、筒体の上端に向けて旋回される。その旋回流の遠心力により飛散した油は、筒体の内壁を流下して連通孔から滴下し、下方の油溜室に回収される。そして、シリンダブロックのクランク室へと還流される。

特開２０００−２９７７７３号公報 特開２０１１−９４５５４号公報 特開平１０−１１５２８８号公報

油分離器内の油を自重で落下させ、油分離器の排出孔から流れ出やすくするため、油分離器はなるべく鉛直方向に沿って設けられる。
しかしながら、油分離器を形成するためのスペース上、特許文献１〜３に示されるように、油分離器を鉛直方向に対して傾けざるを得ない場合もある。その場合、油分離器の底部に油が溜まり易い。

図６に例を示すと、油分離器１００の内周面１０１の下端部と底部１０２との間の角部１０３には、遠心分離された油１０４が、油分離器１００の軸心Ａ上に位置する排出孔１０５から抜けずに溜まっている。この溜まった油が、吐出口に向けて上昇する冷媒流によって吹き上げられ、冷媒回路に吐出されてしまうと、熱交換の効率を低下させるおそれがある。特に、油分離器１００が水平に近い傾きに配置されていると油が下方に流れ難く、内周面１０１の下端側の広い範囲に溜まるので、吹き上げが顕著となる。

図６の例と同様に、特許文献１の油分離器の底面にも、排油孔から油が抜けずに溜まるおそれがある。また、特許文献２の油分離器を構成する下方の部品にも、側面外周の隙間から油が抜けずに溜まるおそれがある。油は、水平に配置されたオリフィス内にも溜まるおそれがある。
一方、特許文献３では、冷媒が油分離器内に下方から導入されるため、油分離器とされる筒体の下端開口が、傾斜壁の連通孔を介して全開されており、筒体内の流路に対して絞られていない。そのため、筒体内には油が溜まり難いが、冷媒が上方に流れる向きに逆らって油が落下するので、冷媒流により油が吹き上げられてしまう。

本発明は、上記のような課題に基づいてなされたもので、油分離器内の油の滞留を防いで冷凍サイクルの効率を向上させることができる圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構と、圧縮機構から吐出される冷媒のチャンバと、チャンバ内から冷媒が導入されるとともに、鉛直方向に対して傾いて配置される油分離器と、を備えている。
油分離器には、鉛直方向下側に向けて、油分離器内に冷媒を導入するための導入孔が形成されるとともに、油分離器の開口面積よりも小さい開口面積とされ、油分離器内の油が流れ出る排出孔が形成されている。
そして、本発明は、排出孔が油分離器の鉛直方向下端部に位置していることを特徴とする。

本発明によれば、油分離器の鉛直方向下端部に排出孔が位置していることにより、油分離器内の油が残らず排出孔から流れ出る。これにより、油分離器内に油が溜まるのを避けられるので、冷媒から分離されて油分離器の底部に到達した油が、冷媒流によって吹き上げられて冷媒回路へと吐出されるのを防止できる。

排出孔は、油分離器の底部に開口させることも、油分離器の内周面に交差する方向に開口させることもできる。

また、本発明では、油分離器の内周に、排出孔の鉛直方向下端よりも上方の位置から排出孔に向けて下る下り勾配を形成することによって、油分離器の鉛直方向下端部に排出孔を位置させることもできる。

本発明では、排出孔から油戻し通路に油が重力により押し出されることにより、貯油室がなくても、油戻し通路を通じて油を圧縮機構側に戻すことができる。
そのため、本発明は、油分離器の排出孔が、水平方向に沿った油戻し通路を通じて、圧縮機構を収容するハウジング内に連通される構成に適用されたときに効果が際立つ。

本発明の圧縮機によれば、油分離器内の油の滞留を防いで冷凍サイクルの効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る圧縮機の縦断面図である。本図の上下方向は、鉛直方向に対して回転されている。 リヤハウジングを示す図である。本図の上下方向は、鉛直方向に一致する。図３〜図６でも同様である。 図２の部分拡大図であり、油分離器を示している。 本発明の変形例を示す図である。 第２実施形態に係る圧縮機の油分離器を示す図である。 従来例を示す図である。

以下、添付図面に示す実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１に示す本実施形態の圧縮機１は、冷媒を圧縮する圧縮機構２と、圧縮機構２に回転駆動力を伝達する回転軸３と、圧縮機構２を収容するハウジング４とを備えている。
圧縮機１は、回転軸３を水平方向に向けて車両に設置され、車両に搭載される空気調和機を構成する。また、圧縮機１は油分離器３０を内蔵している。

圧縮機構２は、ハウジング４に固定される固定スクロール１１と、固定スクロール１１に対して公転旋回運動される旋回スクロール１２とを備えている。旋回スクロール１２の旋回に伴って、固定スクロール１１と旋回スクロール１２との間の圧縮室１３の容積を次第に減少させることで、冷媒が圧縮される。

固定スクロール１１は、略円盤状の固定端板１４と、固定端板１４に立設される渦巻状のラップ１５とを備えている。固定端板１４は、ハウジング４のハウジング本体４１の内径よりも若干小径に形成されていて、後述するようにハウジング本体４１に締結されるリヤハウジング４２に固定されている。
固定端板１４の略中央には、圧縮室１３で圧縮された冷媒を吐出するための吐出ポート１６が厚み方向に貫通して形成されている。吐出ポート１６には、図示しないリード弁およびリテーナ１７が設けられている。
また、固定端板１４の外周部には、リヤハウジング４２と締結するための複数のボス部１４１が背面から突出して形成されている。

旋回スクロール１２は、旋回端板１８と、固定スクロール１１のラップ１５と噛み合わせられるラップ１９とを備えている。
旋回端板１８の背面には、回転軸３の後端に固着された偏心ピン２０が挿入されるブッシュ２１が突設されている。ブッシュ２１と偏心ピン２０との間には軸受２２が介装されている。
旋回端板１８の表面には、旋回スクロール１２の自転を拘束する図示しないオルダムリングが設けられている。

回転軸３は、ハウジング本体４１に設けられた軸受２３および軸受２４によって回転可能に支持されている。回転軸３の前端側に位置する軸端部３Ａは、ハウジング本体４１の外側に突出している。

ハウジング４は、ハウジング本体４１と、ハウジング本体４１の後端側を覆うリヤハウジング４２とからなる。ハウジング本体４１およびリヤハウジング４２の各々には、車両に設けられる図示しない支持体に締結される固定部２５が形成されている。車両の支持体には、鉛直方向に対して傾斜する方向にボスが突設されており、そのボスに固定部２５が締結されると、圧縮機１は、図２の上下を鉛直方向上下として設置される。

ハウジング本体４１は、固定スクロール１１および旋回スクロール１２を包囲する円筒状の本体収容部４１Ａと、本体収容部４１Ａに対してすぼまり、軸受２３および軸受２４を包囲する軸受収容部４１Ｂとを備えている。
本体収容部４１Ａには、空気調和機の冷媒回路からハウジング本体４１内に冷媒（冷媒ガス）を吸入するための吸入管２６が設けられている。
軸受収容部４１Ｂの内側には、回転軸３の外周との間をシールするメカニカルシール２７が設けられている。
軸受収容部４１Ｂの先端には、軸受２４を包囲するブッシュ２８が形成されている。ブッシュ２８の外周には、車両のエンジンからＶベルトを介して動力が伝達されるプーリーが、図示しない軸受を介して回転可能に設けられている。
プーリーと、軸端部３Ａとの間には、図示しない電磁クラッチが設けられている。電磁クラッチのコイルへの通電、通電停止を切替えることにより、エンジンから回転軸３への動力伝達が断続される。

次に、図１および図２を参照し、リヤハウジング４２の構成について説明する。
リヤハウジング４２は、鉛直方向に沿った姿勢とされ、固定スクロール１１の固定端板１４に対向している。リヤハウジング４２は、固定端板１４との間に、圧縮機構２から吐出される冷媒の吐出チャンバＣを形成する。
リヤハウジング４２の内側には、吐出チャンバＣ内の冷媒から油（潤滑油、冷凍機油）を分離する円筒状の油分離器３０が設けられている。
油分離器３０により油が分離された冷媒は、油分離器３０の上方に位置する吐出口４３に向けて流れ、吐出口４３に設けられる図示しない吐出管から冷媒回路へと吐出される。

リヤハウジング４２は、固定端板１４に対向する略円盤状の対向部４４と、対向部４４の周縁部から立ち上がる円環状の周壁４５とを備えている。
図２に示すように、周壁４５の周方向の複数箇所には、ハウジング本体４１に締結される締結部４５２が形成されている。
対向部４４には、固定端板１４のボス部１４１に締結されるボス部４４１が形成されている。

周壁４５の先端には、固定端板１４に突き当てられる突き当て面４５１が形成されている。突き当て面４５１の外周側には、円環状のリブ４７が突設されている。突き当て面４５１の内周側には、円環状の溝（以下、環状溝）４９が形成されている。
リブ４７は、固定端板１４の外周とハウジング本体４１の内周との間に挿入されている（図１）。
リブ４７の内周と固定端板１４の外周との間には間隙Ｓが存在している。

以下、図２および図３を参照し、油分離器３０の構成について説明する。
なお、「上」および「下」は、鉛直方向に従う。
油分離器３０は、鉛直方向に対して軸心Ａが傾いた姿勢で、リヤハウジング４２に一体に形成されている。油分離器３０は、車両への圧縮機１の設置角度および部品レイアウトの制約より、水平方向に近い傾きとされている。
この油分離器３０は、その半分程度が対向部４４に埋設され、残りの半分程度が対向部４４上に露出している。
なお、油分離器３０に円筒状のパイプを採用し、そのパイプを対向部４４に固定することもできる。

油分離器３０は、冷媒から油が遠心分離される分離室３２を内包している。
分離室３２は、リヤハウジング４２の外周から、リヤハウジング４２の直径にほぼ沿って孔あけされることにより、有底円筒状の空間に形成されている。分離室３２は、容積をなるだけ大きく確保するために、リヤハウジング４２の直径の略全長に亘って形成されている。
孔あけによるリヤハウジング４２外周の開口が、上述の吐出口４３とされている。分離室３２の開口横断面は、少し偏平な円や楕円も許容される。

油分離器３０の長さ方向中心よりも少し上端側には、分離室３２内に冷媒を導入するための導入孔３３が、吐出チャンバＣに臨む油分離器３０の側壁に形成されている。
導入孔３３は、油分離器３０の内周の接線方向に、かつ油分離器３０の底部３４に向けて側壁を貫通しており、周縁部が側壁から突出している。本実施形態では、油分離器３０の長さ方向の異なる位置に２つの導入孔３３が互いに平行に形成されているが、導入孔３３の数は任意である。

底部３４は、油分離器３０の下側に位置している。
本実施形態の底部３４は、ドリル等の工具の先端形状に倣ったすり鉢状に形成されている（図３）。この底部３４の下端部には、油分離器３０内の油が流れ出る排出孔３５が開口している。

排出孔３５は、底部３４から、油分離器３０の軸心Ａに平行に穿孔されている。排出孔３５の開口径は、分離室３２の開口径よりも小さい。
排出孔３５の下側の稜線Ｌ（図３）は、分離室３２の下側の稜線に同一直線上に連続している。

排出孔３５から流れ出る油は、典型的には、貯油室に流れ落ちて受け止められる。そして、貯油室に蓄えられる油は、自重により油戻し通路に向けて送り出され、圧縮機構２側へと戻される。
これに対して本実施形態では、圧縮機１の小型化により貯油室を大きくとれないために、油戻し通路５０が貯油室の役割を持っており、油分離器３０から直接、油戻し通路５０に油が流れる。

以下、油戻し通路５０について説明する。
排出孔３５は、図１に示すように、リヤハウジング４２の外周近傍に、対向部４４の後面４４０から水平方向に孔あけされた通路３６に連通している。孔あけ開始側（後端側）の通路３６の端部はキャップ３６１により閉塞されている。通路３６の開口径は、分離室３２の開口径よりも小さく、排出孔３５の開口径と同等とされている。
通路３６の孔あけ終了側（前端側）は、上述の環状溝４９に連通している。環状溝４９の幅は通路３６よりも狭い。

さらに、環状溝４９は、突き当て面４５１と固定端板１４の背面との間のクリアランスＣＬを介して間隙Ｓに連通し、そこからハウジング本体４１内に連通している。
上述した通路３６，環状溝４９、および間隙Ｓにより、水平方向に延びる油戻し通路５０が構成されている。

圧縮機１が運転されると、圧縮室１３で圧縮された冷媒が吐出口４３から吐出チャンバＣへと吐出される。吐出チャンバＣ内の冷媒は油分離器３０の導入孔３３から分離室３２内へと導入され、分離室３２内で底部３４に向けて旋回流Ｆを形成する。冷媒と油との比重の違いに基づいて、旋回流Ｆの遠心力により冷媒中の油が分離される。油が分離された冷媒は、旋回流Ｆの内側を上昇し、吐出口４３から吐出される。

分離された油は油分離器３０の内周面３１に付着し、旋回流Ｆにより内周面３１に沿って底部３４まで運ばれる。
ここで、図６に示すように排出孔１０５の位置が軸心Ａに一致していると、底部１０２に油が溜まる。このとき、排出孔１０５に油面１０７が到達しない限りは油が排出孔１０５へと流入することができない。油面１０７が排出孔１０５を超えたとしても、所定量の油は溜まったままとなる。
そこで、本実施形態では、排出孔３５を底部３４の下端部に形成している。そうすると、油分離器３０内の油が残らず排出孔３５から流れ出る。

油は、排出孔３５から通路３６へと押し出される。通路３６を通じて環状溝４９に油が到達すると、毛細管現象により環状溝４９の全周に油が拡がり、その環状溝４９からクリアランスＣＬ、および間隙Ｓを経てハウジング本体４１内へと戻される。そして、油は冷媒に再びミスト状に混合された状態となり、旋回スクロール１２や軸受２３，２４などの摺動部に供給される。

本実施形態の圧縮機１によれば、油分離器３０の底部３４の下端部に排出孔３５が形成されているので、油分離器３０が水平に近い傾きとされているにも関わらず、底部３４に油が溜まるのを避けられる。このため、底部３４に到達した油が吐出口４３へと上昇する冷媒流によって吹き上げられて冷媒回路へと吐出されるのを防止できるので、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。
また、重力によって油が排出孔３５から油戻し通路５０に押し出されることにより、貯油室がなくても、油戻し通路５０を通じて油を圧縮機構２側に戻すことができる。

さらに、本実施形態の排出孔３５がすり鉢状の底部３４と共に絞りを形成することにより、旋回流Ｆが絞られて減速するので、底部３４周辺の油が旋回流Ｆの影響を受け難い。これにより、油が吐出口４３へと吹き抜けてしまうのをより確実に防止できる。

油分離器３０の排出孔は、種々の形態とすることができる。
排出孔３５は、軸心Ａに平行である必要はない。水平方向に対する排出孔３５の傾きを水平方向に対する軸心Ａの傾きよりも大とすることもできる。

図４（ａ）に、第１実施形態の変形例を示すように、油分離器３０の排出孔３８を軸心Ａに対して垂直に形成することもできる。この例では、エンドミル等によって孔あけされることで、油分離器３０の筒長が下方に延長されている。この底部３７の下端部に一部が掛かるように、上述の油戻し通路５０の通路３６が孔あけされており、その通路３６が排出孔３８を兼ねている。
本例の排出孔３８も第１実施形態の排出孔３５と同様に、底部３７の下端部に形成されているので、上述同様、底部３７に油が溜まらない。したがって、油が吐出口４３に向けて吹き上げられず、排出孔３８から流れ出た油は、通路３６、環状溝４９、クリアランスＣＬ、および間隙Ｓを通過してハウジング本体４１内へと戻される。
本例によれば、底部３７の略全体に旋回流Ｆが衝突するのと、筒長の延長により、油の分離効率を向上させることができる。
なお、油戻し通路５０の構成によっては、図４（ｂ）に示すように、油分離器３０内で、内周面３１に開口する排出孔３８を形成することもできる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態の油分離器内蔵の圧縮機について説明する。
第２実施形態では、第１実施形態との相違点を中心に説明する。既に説明した構成と同様の構成には同じ符号を付している。
図５に示すように、本実施形態では、軸心Ａ上に排出孔５１が形成されている。排出孔５１の開口径は、分離室３２の開口径よりも小さい。
そして、油分離器３０の内周には、排出孔５１の下端よりも上方の位置Ｐから排出孔５１に向けて下る下り勾配５３が形成されている、

下り勾配５３は、リヤハウジング４２の外周から第１実施形態よりも短い長さで孔あけすることにより、円筒状の内周面３１を形成した後、さらに先細り状に孔あけすることによって形成されている。それによって内周面３１の終端（位置Ｐ）から次第に径が縮小する縮径部５４の鉛直方向下側が、下り勾配５３とされている。排出孔５１は、縮径部５４の先端に形成されている。図５に示される下り勾配５３の直線５３Ａは、軸心Ａに対して傾斜し、位置Ｐと排出孔５１の下端とを結んでいる。
油分離器３０の内壁は、下り勾配５３の部分では第１実施形態の内周面３１（図３）に対してせり上がっている。その結果、軸心Ａ上に形成される排出孔５１が、油分離器３０の下端部に位置する。

本実施形態では、下り勾配５３により油が排出孔５１へと案内されるので、油分離器３０内の油が残らず排出孔５１から流れ出る。
したがって、油が吐出口４３に向けて吹き上げられず、排出孔５１から流れ出た油は、通路３６、環状溝４９、クリアランスＣＬ、および間隙Ｓを通過してハウジング本体４１内へと戻される。
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。
また、第１実施形態と同様に、重力によって油が油戻し通路５０に流れ込むことにより、油を送り出す貯油室がなくても、油戻し通路５０を通じて油を圧縮機構２側に戻すことができる。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、油分離器３０の内側に、分離室３２の開口径よりも外径が小さいパイプを設置することもできる。そのパイプにより、外周側の旋回流Ｆと、内周側の上昇冷媒の流路とが隔てられ、両者が相互に干渉するのを避けられるので、確実に遠心分離できるとともに、底部からの油の吹き上げを防ぐことができる。
なお、本発明は、スクロール圧縮機には限らず、ロータリ圧縮機、遠心圧縮機などの他の種類の圧縮機にも適用できる。
また、動力源をモータとする電動圧縮機にも適用できる。

１ 圧縮機
２ 圧縮機構
３ 回転軸
３Ａ 軸端部
４ ハウジング
１１ 固定スクロール
１２ 旋回スクロール
１３ 圧縮室
１４ 固定端板
１５ ラップ
１６ 吐出ポート
１７ リテーナ
１８ 旋回端板
１９ ラップ
２０ 偏心ピン
２１ ブッシュ
２２ 軸受
２３ 軸受
２４ 軸受
２５ 固定部
２６ 吸入管
２７ メカニカルシール
２８ ブッシュ
３０ 油分離器
３１ 内周面
３２ 分離室
３３ 導入孔
３４ 底部
３５ 排出孔
３６ 通路
３７ 底部
３８ 排出孔
４１ ハウジング本体
４１Ａ 本体収容部
４１Ｂ 軸受収容部
４２ リヤハウジング
４３ 吐出口
４４ 対向部
４５ 周壁
４７ リブ
４９ 環状溝
５０ 通路
５１ 排出孔
５３ 下り勾配
５４ 勾配
１００ 油分離器
１０１ 内周面
１０２ 底部
１０３ 角部
１０５ 排出孔
１０７ 油面
１４１ ボス部
３６１ キャップ
４４０ 後面
４４１ ボス部
４５１ 突き当て面
Ａ 軸心
Ｃ 吐出チャンバ
ＣＬ クリアランス
Ｆ 旋回流
Ｌ 稜線
Ｐ 位置
Ｓ 間隙

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機構と、
   前記圧縮機構から吐出される冷媒のチャンバと、
   前記チャンバ内から冷媒が導入されるとともに、鉛直方向に対して傾いて配置される油分離器と、を備え、
   前記油分離器には、鉛直方向下側に向けて、前記油分離器内に前記冷媒を導入するための導入孔が形成されるとともに、
   前記油分離器の開口面積よりも小さい開口面積とされ、前記油分離器内の油が流れ出る排出孔が形成され、
   前記排出孔は、前記油分離器の鉛直方向下端部に位置している、
   ことを特徴とする圧縮機。
2. 前記排出孔は、前記油分離器の底部に開口している、
   請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記排出孔は、前記油分離器の内周面に交差する方向に開口している、
   請求項１に記載の圧縮機。
4. 前記油分離器の内周には、前記排出孔の鉛直方向下端よりも上方の位置から前記排出孔に向けて下る下り勾配が形成されている、
   請求項１に記載の圧縮機。
5. 前記排出孔は、
   水平方向に沿った通路を通じて、
   前記圧縮機構を収容するハウジング内に連通されている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の圧縮機。

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