JP2014153020A - 高温再生器 - Google Patents

Abstract

【課題】煙管における詰まり等の発生時においてモータが動作し続ける場合であっても、構成部品の破損を防止し、全体に対するダメージの発生を防止することが可能な高温再生器を提供する。
【解決手段】高温再生器１の回転機構２２は、モータ２０の回転力が伝達されて回転可能なハウジング２２ｂと、ハウジング２２ｂの回転中心側において当該ハウジング２２ｂと連結されハウジング２２ｂの回転に伴って回転可能なハブ２２ｃと、ハブ２２ｃの回転力をバッフルまで導く構成部品とを有している。ハブ２２ｃは、凹部２２ｄが回転外側に形成され、ハウジング２２ｂは、凹部２２ｄに嵌る球体２２ｅと、当該球体２２ｅを回転中心側に付勢するコイルバネ２２ｇと、を有し、ハブ２２ｃとハウジング２２ｂとは、コイルバネ２２ｇに付勢された球体２２ｅが凹部２２ｄに押し付けられることによって連結されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、高温再生器に関する。

従来、木質系のバイオマス燃料（以下、木質系ペレット燃料という）を燃料とするペレット燃焼器の燃焼熱により、吸収式冷温水機等の希溶液を加熱して濃溶液に再生する高温再生器が提案されている。この高温再生器は、横形の炉筒と、炉筒の一端に装着され木質系ペレット燃料を燃焼する燃焼器と、炉筒の他端に接続された煙室と、煙室に接続されて炉筒の上方にて横向きに配置された複数の煙管とを備えている。また、高温再生器は、炉筒と煙管の外周側に希溶液が導入される空間を形成する容器を備えており、煙管を通過する燃焼排ガスの熱により希溶液を加熱すると共に、炉筒の炉壁からの熱により希溶液を加熱する。

さらに、高温再生器は、複数の煙管に挿通されると共に煙管の軸方向に伸びる螺旋状の帯板を有して軸を中心に回転可能なバッフルと、モータからの回転力によりバッフルを回転させる回転機構とを備えている。このような高温再生器は、木質系ペレット燃料の燃焼によって発生するペレット燃焼灰が煙管内に侵入してきたとしても、回転機構によりバッフルを回転させることによりペレット燃焼灰を煙室側に掻き落とす構成となっている。また、高温再生器は、バッフルを備えることにより、燃焼排ガスが螺旋状に煙管内を通過することから、煙管の通過時間を長くして熱交換効率を高めることができる（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−２３６３２２公報

しかし、従来の高温再生器は、煙管側で詰まりや引っ掛かりが発生して回転トルクが増大した場合であっても、モータは動作を続けてしまうため、構成部品（ギアボックスや歯車など）を破損させてしまう可能性があった。さらに、破損が生じた場合には、煙管の詰まりに起因して、炉内温度が上昇することとなり、高温再生器全体に対してダメージが発生してしまうこととなる。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その発明の目的とするところは、煙管における詰まり等の発生時においてモータが動作し続ける場合であっても、構成部品の破損を防止し、全体に対するダメージの発生を防止することが可能な高温再生器を提供することにある。

本発明の高温再生器は、横形の炉筒の一端に装着され、木質系ペレット燃料を燃焼する燃焼器と、前記炉筒の他端に接続された煙室と、前記煙室に接続されて前記炉筒の上方にて横向きに配置された複数の煙管と、前記煙管の外周側に希溶液が導入される空間を形成する容器と、前記複数の煙管に挿通されると共に当該煙管の軸方向に伸びる螺旋状の帯板を有して軸を中心に回転可能なバッフルと、モータからの回転力を前記バッフルに伝達する回転機構と、を備え、前記回転機構は、前記モータの回転力が伝達されて回転可能なハウジングと、前記ハウジングの回転中心側において当該ハウジングと連結され前記ハウジングの回転に伴って回転可能なハブと、前記ハブの回転力を前記バッフルまで導く構成部品と、を有し、前記ハブは、凹部が回転外側に形成され、前記ハウジングは、前記凹部に嵌る球体と、当該球体を回転中心側に付勢する付勢手段と、を有し、前記ハブと前記ハウジングとは、前記付勢手段に付勢された前記球体が前記凹部に押し付けられることによって連結されていることを特徴とする。

この高温再生器によれば、ハブとハウジングとは、付勢手段に付勢された球体が凹部に押し付けられることによって連結されているため、煙管における詰まり等の発生時においてモータが動作しハウジングが回転したとしても、ハブは煙管における詰まり等によって略固定状態にあることから、球体が付勢手段の付勢力に抗して凹部から抜け出ることとなり、ハウジングとハブとの連結が解除され、ハウジングはハブを回転させない空転状態となる。これにより、回転トルクの増大を抑えることとなり、煙管における詰まり等の発生時においてモータが動作し続ける場合であっても、構成部品の破損を防止し、全体に対するダメージの発生を防止することができる。

また、本発明の高温再生器において、ハウジングは、前記付勢手段の球体反対側を抑える固定部を有し、前記固定部の位置を回転の径方向に調整可能となっていることが好ましい。

この高温再生器によれば、付勢手段の球体反対側を抑える固定部を有し、固定部の位置を回転の径方向に調整可能となっているため、付勢手段の付勢力を調整することができ、種々の仕様に応じて回転トルクの増大量を調整することができる。

また、本発明の高温再生器において、ハブの回転を検出する回転センサをさらに備え、前記回転センサは、前記ハブの回転が停止している場合に、その旨の信号を出力することが好ましい。

この高温再生器によれば、ハブの回転を検出する回転センサをさらに備え、回転センサは、ハブの回転が停止している場合に、その旨の信号を出力するため、出力先において異常警報を報知することが可能となり、煙管の詰まり等の状態を報知することができる。

また、本発明の高温再生器において、回転センサは、電磁誘導を利用して回転を検出する高周波発振型近接センサであることが好ましい。

この高温再生器によれば、回転センサは、電磁誘導を利用して金属を検出する高周波発振型近接センサであるため、高温環境下やペレット燃焼灰による検出精度の低下を抑制することができる。

本発明によれば、煙管における詰まり等の発生時においてモータが動作し続ける場合であっても、構成部品の破損を防止し、全体に対するダメージの発生を防止することが可能な高温再生器を提供することができる。

本発明の実施形態に係る高温再生器の断面図である。 図１に示した高温再生器の外観図である。 図１に示した高温再生器の上部一端側を拡大して示す拡大図である。 図１及び図３に示したバッフルの拡大図である。 図１及び図２に示した回転機構の詳細を示す概略図であり、（ａ）は側面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図を示している。 ハウジングとハブとの回転の様子を示す断面図であり、煙管に詰まり等が発生していない状態を示している。 ハウジングとハブとの回転の様子を示す断面図であり、煙管に詰まり等が発生している状態を示している。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施形態に限られるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る高温再生器の断面図であり、図２は、図１に示した高温再生器の外観図である。図１及び図２に示すように、高温再生器１は、横型の炉筒１０と、第１煙室（煙室）１２と、煙管式熱交換器１４と、再生容器（容器）１６とを備えている。炉筒１０は、図１に示すように円筒形状の本体部１０ａを有しており、その一端１０ｂに木質系ペレット燃料を燃焼する燃焼器（図示せず）が設けられている。燃焼器は、炉筒１０の一端１０ｂに着脱自在に装着されている。

第１煙室１２は、炉筒１０の他端に接続されており、燃焼器の燃焼により発生する燃焼排ガスが供給される室である。煙管式熱交換器１４は、炉筒１０の上方にて横向きに配置された複数の煙管１４ａを備えている。この煙管１４ａは、一端が第１煙室１２に接続され、第１煙室１２内の燃焼排ガスを導入する構成となっている。

再生容器１６は、煙管式熱交換器１４の外周側を覆う容器であって、煙管式熱交換器１４の外周側に希溶液が導入される空間を形成するものである。なお、この再生容器１６は、少なくとも煙管式熱交換器１４（特に煙管１４ａ）を覆うものであるが、煙管式熱交換器１４に加えて炉筒１０についても覆うように構成されていてもよい。

さらに、本実施形態に係る高温再生器１は、灰集積箱１８を備えている。灰集積箱１８は、燃焼器の燃焼により発生するペレット燃焼灰を集積するための箱であって、第１煙室１２の下方に設けられている。また、この灰集積箱１８は、取り外し可能となっている。このため、灰集積箱１８は、作業者等により取り外されて内部に溜まったペレット燃焼灰が廃棄されることとなる。

加えて、本実施形態に係る高温再生器１は、モータ２０と、回転機構２２と、回転軸（構成部品の１つ）２４とを備えている。モータ２０は回転力を発生させるものであり、回転機構２２はモータ２０からの回転力を伝達するものである。回転軸２４は、回転機構２２により伝達された回転力により軸方向を中心に回転するものである。

図３は、図１に示した高温再生器１の上部一端側を拡大して示す拡大図である。図３に示すように、高温再生器１は軸部（構成部品の１つ）２６と軸受け２８とを備えている。軸部２６は、一端が回転軸２４に接続されており、他端が後述のバッフル３０に接続されている。この軸部２６は、回転軸２４の回転に伴って回転運動するものであり、バッフル３０を回転させる力をバッフル３０に伝達する役割を有するものである。軸受け２８は、筒状の部品であって、筒の内側に軸部２６を受け入れる構成となっている。

図４は、図１及び図３に示したバッフル３０の拡大図である。図４に示すバッフル３０は、複数の煙管１４ａ内に挿通されている。このバッフル２０は、煙管１４ａの軸方向に伸びる螺旋状の帯板３０ａを有している。帯板３０ａの一端は軸部２６に接続されており、バッフル３０は、軸部２６の回転に伴って軸を中心に回転可能となっている。

再度、図１を参照する。高温再生器１は、さらに煙管１４ａの一端側に第２煙室３４を備えている。第２煙室３４は、煙管１４ａを通じて流れてきた燃焼排ガスが一時的に留まる室であり、その下方には排気筒３４ａが設けられている。排気筒３４ａは、図示しないサイクロンを介して誘引ブロワに連結されている。このため、第２煙室３４内の燃焼排ガスは、排気筒３４ａから外部に放出されることとなる。

ここで、高温再生器１の動作の概略を説明する。まず、木質系ペレット燃料が燃焼器に供給される。燃焼器は、木質系ペレット燃料を燃焼させ、高温の燃焼排ガスを発生させる。燃焼排ガスは、第１煙室１２を通じて複数の煙管１４ａ内に進入する。

複数の煙管１４ａの周囲には、再生容器１６が設けられており、再生容器１６内は希溶液で満たされている。このため、希溶液は、複数の煙管１４ａに進入した高温の燃焼排ガスにより加熱されることとなる。特に、煙管１４ａ内には螺旋状の帯板３０ａを有するバッフル３０が挿通されているため、高温の燃焼排ガスは、螺旋状に煙管１４ａ内を通過することとなり、煙管１４ａの通過時間を長くして熱交換効率が高まることとなる。その後、燃焼排ガスは、第２煙室３４に至り、排気筒３４ａから外部に排出される。

また、上記過程において、モータ２０が駆動し、回転機構２２、回転軸２４、及び軸部２６を通じてバッフル３０が回転することとなる。木質系ペレット燃料が燃焼した場合、ペレット燃焼灰が燃焼の残物として発生する。このペレット燃焼灰は、一部が炉筒１０内に留まり、別の一部が第１煙室１２の下方の灰集積箱１８に集積される。

さらに、残りのペレット燃焼灰は、第１煙室１２を通じて複数の煙管１４ａに至る。ここで、ペレット燃焼灰が複数の煙管１４ａに進入すると、煙管１４ａの詰まりの原因となるが、バッフル３０が回転しているため、複数の煙管１４ａに侵入したペレット燃焼灰は、掻き落とされることとなり、灰集積箱１８若しくはサイクロンに集積される。

しかし、従来の高温再生器は、煙管側で詰まりや引っ掛かりが発生して回転トルクが増大した場合であっても、モータは動作を続けてしまうため、構成部品（ギアボックスや歯車など）を破損させてしまう可能性があった。さらに、破損が生じた場合には、煙管の詰まりに起因して、炉内温度が上昇することとなり、高温再生器全体に対してダメージが発生してしまうこととなる。

そこで、本実施形態に係る高温再生器１は、回転機構２２に以下の構成を採用することとしている。図５は、図１及び図２に示した回転機構２２の詳細を示す概略図であり、（ａ）は側面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図を示している。

図５（ａ）に示すように、回転機構２２は、歯車２２ａと、ハウジング２２ｂと、ハブ２２ｃとを備えている。歯車２２ａは、モータ２０により回転させられる歯車２０ａと噛み合って設けられるものであり、モータ２０の回転力をハウジング２２ｂに伝達するものである。

ハウジング２２ｂは、モータ２０の回転力が伝達されて回転可能な部材である。このハウジング２２ｂは、ハブ２２ｃを内包する構成となっている。ハブ２２ｃは、ハウジング２２ｂの回転中心側においてハウジング２２ｂと連結されハウジング２２ｂの回転に伴って回転可能な略円柱部材である。このハウジング２２ｂは、回転外側に凹部２２ｄが形成されている。凹部２２ｄは、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、円柱の中心部を挟んで対象に２つ形成されている。

また、ハウジング２２ｂは、２つの球体２２ｅと、板材２２ｆと、コイルバネ（付勢手段）２２ｇと、螺子部（固定部）２２ｈとを有している。球体２２ｅは、凹部２２ｄに嵌る部材である。板材２２ｆは、中央部に開口が設けられるものであって、球体２２ｅに接して配置されている。

コイルバネ２２ｇは、一端が板材２２ｆに接続され、他端が螺子部２２ｈに接続される弾性部材である。螺子部２２ｈは、ハウジング２２ｂの外周付近に位置する固定部材であって、コイルバネ２２ｇの球体反対側を押える機能を有する。

このような構成であるため、球体２２ｅは、コイルバネ２２ｇの付勢力により板材２２ｆを介して凹部２２ｄ側（回転中心側）に付勢される。そして、球体２２ｅが凹部２２ｄに押し付けられることによって、ハウジング２２ｂとハブ２２ｃとは連結されることとなる。なお、板材２２ｆの中央部には開口が設けられているため、球体２２ｅの位置決めに寄与することとなる。

また、螺子部２２ｈは、通常の螺子と同様に螺子まわしすることによって、ハウジング２２ｂの回転の径方向に移動可能となっている。このため、コイルバネ２２ｇの付勢力を調整することができる構成となっている。

さらに、回転機構２２は、ハブ２２ｃの回転に伴って回転するチェーン接続部（構成部品の１つ）２２ｋを備えている。スプロケット２２ｋは、外周方向に突出する突起部２２ｋ１にチェーン（図示せず：構成部品の１つ）が掛け回されるものである。このため、ハブ２２ｃの回転力はスプロケット２２ｋを通じてチェーンに伝達されることとなる。

また、チェーンは、スプロケット２２ｋと不図示のスプロケット（構成部品の１つ）とに掛け回されており、チェーンに伝達された回転力は、不図示のスプロケットを通じて回転軸２４に伝達されるようになっている。これにより、バッフル３０が回転することとなる。

さらに、回転機構２２は、球体２２ｅ等が設けられる反対側の端部に検知板２２ｉと近接センサ（回転センサ）２２ｊとを備えている。検知板２２ｉは、ハブ２２ｃの回転に伴って回転する部材であり、平面視した場合に歯車形状に形成されている。近接センサ２２ｊは、ハブ２２ｃの回転を検出するセンサであって、検知板２２ｉに対して近接配置され、検知板２２ｉの回転に応じた信号を出力するものである。この近接センサ２２ｊは、検知板２２ｉの回転外周側に設けられている。

より詳細に近接センサ２２ｊは、電磁誘導を利用して回転を検出する高周波発振型近接センサである。ここで、検知板２２ｉは、平面視した場合に歯車形状に形成されている。このため、歯車の歯の部分と窪み部分とで近接センサ２２ｊと検知板２２ｉとの距離が異なることとなり、この距離に応じて誘導電流が発生する。よって、近接センサ２２ｊは、検知板２２ｉの回転を検出でき、検知板２２ｉと接続されるハブ２２ｃの回転を検出することとなる。

次に、本実施形態に係る回転機構２２の動作を、図６及び図７を参照して説明する。図６及び図７は、ハウジング２２ｂとハブ２２ｃとの回転の様子を示す断面図である。なお、図６は、煙管１４ａに詰まり等が発生していない状態を示し、図７は、煙管１４ａに詰まり等が発生している状態を示している。

まず、高温再生器１が駆動されると、これに応じてモータ２０が動作を開始する。モータ２０にて発生した回転力は、歯車２０ａ，２２ａを通じてハウジング２２ｂに伝達される。

ここで、コイルバネ２２ｇが球体２２ｅをハブ２２ｃの凹部２２ｄに押し付けることにより、ハウジング２２ｂとハブ２２ｃとは連結されている。このため、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、ハウジング２２ｂに伝達された回転力により、ハブ２２ｃは回転することとなる。これにより、スプロケット２２ｋも回転することとなる。

ここで、スプロケット２２ｋに接続されるチェーンは、不図示のスプロケットに掛け回されている。このため、スプロケット２２ｋの回転に伴って不図示のスプロケットも回転することとなり、不図示のスプロケットの回転によって、回転軸２４及び軸部２６を通じてバッフル３０が回転させられることとなる。

ところで、煙管１４ａで詰まりや引っ掛かりが発生して回転トルクが増大した場合、軸部２６、回転軸２４、不図示のスプロケット及びチェーンを通じて、ハブ２２ｃが回転し難くなる。このような場合、コイルバネ２２ｇが球体２２ｅを凹部２２ｄに押し付けることによってハウジング２２ｂとハブ２２ｃとが連結されていることから、球体２２ｅは、コイルバネ２２ｇの付勢力に抗して凹部２２ｄから抜け出る（図７（ａ）及び図７（ｂ）参照）。

このように、煙管１４ａで詰まりや引っ掛かりが発生した場合、ハウジング２２ｂとハブ２２ｃとの連結が解除され、ハウジング２２ｂはハブ２２ｃを回転させない空転状態となる。

そして、ハウジング２２ｂが半周回転すると、再度球体２２ｅが凹部２２ｄに嵌ることとなり、再連結状態となる（図７（ｃ）参照）。なお、再連結状態において未だ詰まりや引っ掛かりが解消していない場合には、再度、図７（ｂ）に示すように、ハウジング２２ｂはハブ２２ｃを回転させない空転状態となる。以上により、本実施形態では構成部品の破損等を防止することとしている。

なお、空転状態においてはハブ２２ｃが回転しないことから、検知板２２ｉについても回転しないこととなる。このような場合、近接センサ２２ｊは、ハブ２２ｃが回転していない旨の信号を出力する。なお、出力先は、高温再生器１の制御部であってもよいし、吸収式冷温水機等の制御部であってもよい。さらには、吸収式冷温水機等の動作状態を一括管理するセンターであってもよい。このように、ハブ２２ｃが回転していない旨の信号を出力することにより、出力先において警報を発することができるからである。

このようにして、本実施形態に係る高温再生器１によれば、ハブ２２ｃとハウジング２２ｂとは、コイルバネ２２ｇに付勢された球体２２ｅが凹部２２ｄに押し付けられることによって連結されているため、煙管１４ａにおける詰まり等の発生時においてモータ２０が動作しハウジング２０ｂが回転したとしても、ハブ２０ｃは煙管１４ａにおける詰まり等によって略固定状態にあることから、球体２２ｅがコイルバネ２２ｇの付勢力に抗して凹部２２ｄから抜け出ることとなり、ハウジング２２ｂとハブ２２ｃとの連結が解除され、ハウジング２２ｂはハブ２２ｃを回転させない空転状態となる。これにより、回転トルクの増大を抑えることとなり、煙管１４ａにおける詰まり等の発生時においてモータ２０が動作し続ける場合であっても、構成部品の破損を防止し、全体に対するダメージの発生を防止することができる。

また、コイルバネ２２ｇの球体反対側を抑える螺子部２２ｈを有し、螺子部２２ｈの位置を回転の径方向に調整可能となっているため、コイルバネ２２ｇの付勢力を調整することができ、種々の仕様に応じて回転トルクの増大量を調整することができる。

また、ハブ２２ｃの回転を検出する近接センサ２２ｊをさらに備え、近接センサ２２ｊは、ハブ２２ｃの回転が停止している場合に、その旨の信号を出力するため、出力先において異常警報を報知することが可能となり、煙管１４ａの詰まり等の状態を報知することができる。

また、近接センサ２２ｊは、電磁誘導を利用して金属を検出する高周波発振型近接センサであるため、高温環境下やペレット燃焼灰による検出精度の低下を抑制することができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。例えば、上記実施形態においては、コイルバネ２２ｇにより球体２２ｅを凹部２２ｄに押し付けることにより、ハウジング２２ｂとハブ２２ｃとを連結する構造となっているが、これに限らず、コイルバネ２２ｇに代えてゴム等の他の弾性部材を用いるようにしてもよい。

また、球体２２ｅは、ハブ２２ｃ側が少なくとも球形状となった半球体であってもよい。すなわち、本実施形態において球体２２ｅとは半球体を含む概念である。

さらに、球体２２ｅのハブ２２ｃ側は、完全な球形状でなくともよく、やや楕円であったり段差を有したりした略球形状であってもよい。

加えて、凹部２２ｄは球体２２ｅを受け入れる構造であれば、形状及び寸法について適宜変更可能である。特に、凹部２２ｄは、球体２２ｅよりも寸法が小さくてもよく、球体２２ｅの少なくとも一部を受け入れていれば、球体２２ｅの全体を受け入れる必要はない。

１…高温再生器
１０…炉筒
１２…第１煙室（煙室）
１４…煙管式熱交換器
１４ａ…煙管
１６…再生容器（容器）
１８…灰集積箱
２０…モータ
２２…回転機構
２２ａ…歯車
２２ｂ…ハウジング
２２ｃ…ハブ
２２ｄ…凹部
２２ｅ…球体
２２ｆ…板材
２２ｇ…コイルバネ（付勢手段）
２２ｈ…螺子部（固定部）
２２ｉ…検知板
２２ｊ…近接センサ（回転センサ）
２２ｋ…スプロケット
２４…回転軸
２６…軸部
２８…軸受け
３０…バッフル
３０ａ…帯板
３４…第２煙室
３４ａ…排気筒

Claims (4)

1. 横形の炉筒の一端に装着され、木質系ペレット燃料を燃焼する燃焼器と、
   前記炉筒の他端に接続された煙室と、
   前記煙室に接続されて前記炉筒の上方にて横向きに配置された複数の煙管と、
   前記煙管の外周側に希溶液が導入される空間を形成する容器と、
   前記複数の煙管に挿通されると共に当該煙管の軸方向に伸びる螺旋状の帯板を有して軸を中心に回転可能なバッフルと、
   モータからの回転力を前記バッフルに伝達する回転機構と、を備え、
   前記回転機構は、前記モータの回転力が伝達されて回転可能なハウジングと、前記ハウジングの回転中心側において当該ハウジングと連結され前記ハウジングの回転に伴って回転可能なハブと、前記ハブの回転力を前記バッフルまで導く構成部品と、を有し、
   前記ハブは、凹部が回転外側に形成され、
   前記ハウジングは、前記凹部に嵌る球体と、当該球体を回転中心側に付勢する付勢手段と、を有し、
   前記ハブと前記ハウジングとは、前記付勢手段に付勢された前記球体が前記凹部に押し付けられることによって連結されている
   ことを特徴とする高温再生器。
2. 前記ハウジングは、前記付勢手段の球体反対側を抑える固定部を有し、前記固定部の位置を回転の径方向に調整可能となっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の高温再生器。
3. 前記ハブの回転を検出する回転センサをさらに備え、
   前記回転センサは、前記ハブの回転が停止している場合に、その旨の信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の高温再生器。
4. 前記回転センサは、電磁誘導を利用して回転を検出する高周波発振型近接センサである
   ことを特徴とする請求項３に記載の高温再生器。

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