JP2016057040A - 輻射式空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】効率の良い冷暖房運転を可能とし、使用者に対する快適性を向上できる輻射式空気調和機を提供する。
【解決手段】冷媒を第１方向Ｄ１に流通して行う第１空調運転と、冷媒を第１方向と逆方向の第２方向Ｄ２に流通して行う第２空調運転とを実行可能な輻射式空気調和機であって、輻射パネルは上下に分割され、上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２を有すると共に、第１空調運転は、第１輻射パネル１１のみに冷媒を流通させて行う冷房運転とし、第２空調運転は、第１輻射パネル１１と第２輻射パネル１２との両方に冷媒を流通させて行う暖房運転とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、輻射パネルを用いて冷暖房を行う輻射式空気調和機に関する。

近年、輻射パネルを用いて冷暖房を行う輻射式の空気調和機が開発されている。例えば、特許文献１には、輻射パネルに相当するフィンチューブ型の室内側熱交換器を介して冷暖房運転する空調装置が開示されている。当該空調装置は、上下方向に沿って冷媒を流通させる縦管配管の伝熱管を備えて、この伝熱管部に対して上向きに冷媒を流して冷房運転を行い、下向きに冷媒を流して暖房運転を行っている。

輻射式空気調和機は、従来、冷媒管により圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張器、輻射パネル（室内熱交換機）を順に接続して圧縮機に戻る冷凍サイクルを備えている。圧縮機の駆動によって冷媒管内を冷媒が流通して冷凍サイクルが運転される。四方弁の切り替えによって第１方向に冷媒が流通して暖房運転が行われ、第１方向とは逆方向の第２方向に冷媒が流通して冷房運転が行われる。

暖房運転時には室外熱交換器が冷凍サイクルの低温部を構成し、輻射パネルが冷凍サイクルの高温部を構成する。冷房運転時には輻射パネルが冷凍サイクルの低温部を構成し、室外熱交換器が冷凍サイクルの高温部を構成する。

輻射パネルは冷媒管に金属製のフィンから成る放熱部を取り付けて形成される。放熱部は室内に露出し、放熱部の熱輻射によって室内の冷房または暖房が行われる。これにより、ファンによって室内の空気を攪拌しないため、使用者に快適な冷暖房を行うことができる。

上記したように、従来の輻射式空気調和機は、同一の輻射パネルに供給する冷媒の流通方向を逆にすることで、冷房運転と暖房運転とを切り替えている。従って、同一のパネル面が、冷気の輻射パネルになり、暖気の輻射パネルにもなる。

特開２０１２−１７２８９９号公報

輻射式空気調和機はファンを用いていないため、室内熱交換器からの吹出し空気が直接人体に吹き付けることによる冷え過ぎや温まり過ぎを抑制できる。しかしながら、逆にファンを用いていないため、冷房運転時には冷気が床面に流れてしまい、効率よく冷房を行うことができなくなってしまう問題があった。また、そのために使用者に対する快適性も不十分であった。

従って、ファンを用いた強制対流により冷暖房をすることによる冷え過ぎや温まり過ぎを防ぐことができる輻射式の放熱パネルを用いて快適に冷暖房運転できると共に、冷房運転時には、冷気が床面に流れてしまわずに、効率よく冷房を行うことができることが望まれる。

本発明は、上記問題点に鑑み、効率の良い冷暖房運転を可能とし、使用者に対する快適性を向上できる輻射式空気調和機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、冷媒が流通する冷媒管により接続される冷凍サイクルを運転する圧縮機と、前記圧縮機の一端に接続して室内に臨む放熱部を前記冷媒管に取り付けた輻射パネルと、前記圧縮機の他端に接続して室外に配される室外熱交換器と、前記輻射パネルと前記室外熱交換器との間に配される膨張弁と、を備え、冷媒を第１方向に流通して行う第１空調運転と、冷媒を第１方向と逆方向の第２方向に流通して行う第２空調運転とを実行可能な輻射式空気調和機であって、前記輻射パネルは上下に分割され、上側の第１輻射パネルと下側の第２輻射パネルを有すると共に、第１空調運転は、第１輻射パネルまたは第２輻射パネルのいずれか一方のみに冷媒を流通させて行う空調運転とし、第２空調運転は、第１輻射パネルと第２輻射パネルとの両方に冷媒を流通させて行う空調運転としたことを特徴としている。

この構成によると、上下に分割された輻射パネルを用いて、上側の第１輻射パネルか下側の第２輻射パネルのいずれか一方のみを用いた第１空調運転と、上側の第１輻射パネルと下側の第２輻射パネルの両方を同時に用いた第２空調運転とを選択できるので、所定の条件に適した空調運転を行うことが可能になる。すなわち、効率良く冷暖房運転することも、快適な冷暖房運転をすることも可能になる。従って、本発明によれば、効率の良い冷暖房運転を可能とし、使用者に対する快適性を向上できる輻射式空気調和機を得ることができる。

また本発明は、第１空調運転は上側の第１輻射パネルのみを用いて行う空調運転であることが好ましく、第１方向に流通する冷媒と第２方向に流通する冷媒は全て第１輻射パネルを流通させると共に、第１方向に流通する冷媒を第２輻射パネルに流通させない第１逆止弁と、第２方向に流通する冷媒を第２輻射パネルに流通させる第２逆止弁を設けたことが好ましい。

また本発明は、第１空調運転は冷房運転であって、上側の第１輻射パネルの放熱部の輻射熱によって冷房運転を行い、第２空調運転は暖房運転であって、上側の第１輻射パネルと下側の第２輻射パネルの両方の放熱部の輻射熱によって暖房運転を行うことが好ましい。

本発明によれば、効率の良い冷暖房運転を可能とし、使用者に対する快適性を向上できる輻射式空気調和機を得ることができる。

本発明に係る輻射式空気調和機の構成を示す概略説明図である。 本発明に係る輻射式空気調和機の冷凍サイクルを示す回路図である。 冷房運転時の冷気流れを示す概略説明図である。 暖房運転時の暖気流れを示す概略説明図である。 冷房運転時の冷気流れを示す概略説明図である。 暖房運転時の暖気流れを示す概略説明図である。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。また、同一構成部材については同一の符号を用い、詳細な説明は適宜省略する。図１は本発明に係る輻射式空気調和機の構成を示す概略説明図である。輻射式空気調和機１は室内に設置される室内機１０と屋外に設置される室外機２０とを備えている。室内機１０と室外機２０との間は冷媒管３（３ａ、３ｂ）により接続される。

室内機１０は、室内の壁面に沿って立設され、複数の放熱部（不図示）を備えた輻射パネルを有する。また、本実施形態においては、輻射パネルは上下に分割された縦型であって、上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２を有する。すなわち、室内機１０は、室内熱交換器として、複数の輻射パネル（第１輻射パネル１１と第２輻射パネル１２）を有し、室外機２０は後述するように室外熱交換機２３（図２参照）を有する。

輻射式空気調和機１は、冷媒を第１方向Ｄ１に流通して行う第１空調運転と、冷媒を第１方向と逆方向の第２方向Ｄ２に流通して行う第２空調運転とを実行可能とされる。本実施形態においては、第１空調運転は、第１輻射パネル１１または第２輻射パネル１２のいずれか一方のみに冷媒を流通させて行う空調運転とし、第２空調運転は、第１輻射パネル１１と第２輻射パネル１２との両方に冷媒を流通させて行う空調運転としている。例えば、第１空調運転は、第１輻射パネル１１のみに冷媒を流通させて行う空調運転としている。

これにより、上下に分割された輻射パネルを用いて、上側の第１輻射パネル１１のみを用いた第１空調運転と、上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２を同時に用いた第２空調運転とを選択できるので、所定の条件に適した空調運転を行うことが可能になる。すなわち、効率良く冷暖房運転することも、快適な冷房運転をすることも可能になる。従って、本発明によれば、効率の良い冷暖房運転を可能とし、使用者に対する快適性を向上できる輻射式空気調和機１を得ることができる。

輻射パネル（第１輻射パネル１１、第２輻射パネル１２）は上下方向に、もしくは、左右方方向に屈曲して蛇行する冷媒管３（３ａ、３ｂ）の周囲に放熱部が取り付けられる。この放熱部の構成は従来公知であるのでここでは詳述しない。例えば、アルミニウムの押し出し成形により形成され、多数のフィンを有する形状とされる。冷媒管３に沿って冷媒が流通することにより、放熱部の熱輻射によって室内の冷房または暖房が行われる。

第１空調運転時と第２空調運転時における冷媒流れは逆止弁を介して制御できる。すなわち、本実施形態においては、図中の実線矢印で示す第１方向Ｄ１に流通する冷媒を第２輻射パネル１２に流通させない第１逆止弁１３と、破線矢印で示す第２方向Ｄ２に流通する冷媒を第２輻射パネル１２に流通させる第２逆止弁１４を設けた構成としている。この構成であれば、冷媒を第１方向Ｄ１に流通させた場合には、第１逆止弁１３を介して第１輻射パネル１１のみを用いた空調運転を行うことができ、冷媒を第２方向Ｄ２に流通させた場合には、第２逆止弁１４を介して第１輻射パネル１１と第２輻射パネル１２を共に用いた空調運転を行うことが可能になる。

図２は輻射式空気調和機１の冷凍サイクル２を示す回路図である。輻射式空気調和機１の冷凍サイクル２は冷媒管３を介して圧縮機２１、四方弁２２、室外熱交換器２３、膨張弁２４、室内機１０（第１輻射パネル１１、第２輻射パネル１２）、圧縮機２１が順に接続される。これにより、圧縮機２１の一端に輻射パネルが接続されるとともに他端に室外熱交換器２３が接続され、輻射パネルと室外熱交換器２３との間に膨張弁２４が配される。

圧縮機２１、四方弁２２、室外熱交換器２３及び膨張弁２４は室外機２０内に設置される。室外機２０の一側面には冷媒管３ａ、３ｂがそれぞれ接続される二方弁２５及び三方弁２６が設けられる。また、室外機２０内には室外熱交換器２３に対向する送風ファン２８が設けられる。

冷房運転時には四方弁２２が冷房側に切り替えられ、圧縮機２１の駆動によって冷媒が第１方向Ｄ１に示すように圧縮機２１、室外熱交換器２３、膨張弁２４、輻射パネル（第１輻射パネル１１）の順に流通して圧縮機２１に戻る。冷媒には例えばＨＦＣ系のＲ４１０ａやＲ３２等が用いられる。

圧縮機２１で圧縮された高温高圧の冷媒は室外熱交換器２３で送風ファン２８の駆動により周囲空気に熱を奪われて凝縮する。室外熱交換器２３で凝縮した高温の冷媒は膨張弁２４で減圧、膨張して低温低圧となり、輻射パネル（第１輻射パネル１１）に送られる。輻射パネルに流入する冷媒は放熱部と室内の空気との熱交換により吸熱しながら蒸発して低温のガス冷媒となり、圧縮機２１に戻る。これにより、冷媒が循環して冷凍サイクル２が運転され、放熱部の熱輻射によって室内の冷却が行われる。

暖房運転時には四方弁２２が暖房側に切り替えられ、圧縮機２１の駆動によって冷媒が第２方向Ｄ２に示すように圧縮機２１、輻射パネル（第１輻射パネル１１、第２輻射パネル１２）、膨張弁２４、室外熱交換器２３の順に流通して圧縮機２１に戻る。冷媒には例えばＨＦＣ系のＲ４１０ａやＲ３２等が用いられる。

圧縮機２１で圧縮された高温高圧の冷媒は輻射パネルで室内の空気との熱交換によって熱を奪われて凝縮する。輻射パネル（第１輻射パネル１１、第２輻射パネル１２）で凝縮した高温の冷媒は膨張弁２４で減圧、膨張して低温低圧となり、室外熱交換器２３に送られる。室外熱交換器２３に流入する冷媒は送風ファン２８の駆動により周囲から吸熱しながら蒸発して低温のガス冷媒となり、圧縮機２１に戻る。これにより、冷媒が循環して冷凍サイクル２が運転され、放熱部の熱輻射によって室内の暖房が行われる。

本実施形態においては、第１空調運転は、冷房運転としている。従って、上側の第１輻射パネル１１の放熱部の輻射熱によって冷房運転を行っており、下側の第２輻射パネル１２は用いていない。これにより、冷房運転時には上側の第１輻射パネル１１のみを用いるので、床面に冷気が流れ込んで床面近傍のみが先に冷えるのを効果的に防止できて、使用者にとって快適な冷房環境を提供できる。

また、第２空調運転は暖房運転としており、上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２の両方の放熱部の輻射熱によって暖房運転を行っている。これにより、暖房運転時には上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２を両方用いるので、使用者の足元から頭部までの領域の輻射熱量を大きくして快適な暖房環境を提供できる。

つぎに、第１空調運転である冷房運転について図３Ａを用いて実施例１として説明し、第２空調運転である暖房運転について図３Ｂを用いて実施例２として説明する。図３Ａは、冷房運転時の冷気流れを示す概略説明図であり、図３Ｂは、暖房運転時の暖気流れを示す概略説明図である。

〈実施例１〉
実施例１は、第１方向Ｄ１に冷媒を流通させることにより、上側の第１輻射パネル１１から冷気ＣＡを輻射する第１空調運転である。すなわち、図３Ａに示すように、第１空調運転（冷房運転）時には、第１方向Ｄ１に冷媒を流通させることにより、上側の第１輻射パネル１１から冷気ＣＡが輻射される。下側の第２輻射パネル１２には冷媒は流通せず、第２輻射パネル１２からは冷気ＣＡが輻射されないので、床面に冷気ＣＡが蓄積して過剰に冷やされることを抑制できる。

従って、本実施形態に基づく第１空調運転（冷房運転）によれば、室内４０に居る人の居住空間を適度に冷房することが可能になり、居住者（使用者）にとって快適な冷房環境を提供できる。また、床面近傍を過剰に冷やす虞のある第２輻射パネル１２は用いないので、エネルギーコストを削減でき、効率の良い空調運転を実施できる。

〈実施例２〉
実施例２は、第２方向Ｄ２に冷媒を流通させることにより、上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２から暖気ＨＡを輻射する第２空調運転である。すなわち、図３Ｂに示すように、第２空調運転（暖房運転）時には、第２方向Ｄ２に冷媒を流通させることにより、上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２から暖気ＨＡが輻射される。すなわち、室内４０の居住空間の上から下までの広い領域に向けて暖気ＨＡを輻射する。

第２空調運転（暖房運転）時には、上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２とを併せた全熱交換器を使用するので輻射熱量を増やすことができ、大きな居住空間を効率良く温めることができる。従って、本実施形態に基づく暖房運転によれば、室内４０に居る人の居住空間を適度に暖房することが可能になり、居住者（使用者）にとって快適な暖房環境を提供できる。

また、輻射パネルは２つ以上の３つ、もしくは４つに分割された構成であってもよく、少なくとも上側の上記第１輻射パネル１１と下側の上記第２輻射パネル１２を備える構成であればよい。そこで、上下に３分割した成の輻射パネルを備えた例について、図４Ａ、図４Ｂを用いて実施例３として説明する。

〈実施例３〉
実施例３は、輻射パネルを３分割したものであって、冷房運転時には、第１方向Ｄ１に冷媒を流通させる。この際に、例えば、図４Ａに示すように、上側の輻射パネル１１Ａと中段の輻射パネル１１Ｂから冷気ＣＡが輻射される。最下段の輻射パネル１２Ａには冷媒は流通せず、冷気が輻射されない。冷気ＣＡの輻射を弱めるには、上段の輻射パネル１１Ａのみに冷媒を流通させればよい。すなわち、細やかな冷房制御が可能になる。

一方暖房運転時には、第２方向Ｄ２に冷媒を流通させる。この時、上段の輻射パネル１１Ａと中段の輻射パネル１１Ｂと下段の輻射パネル１２Ａとのすべてに冷媒を流通させれば、室内４０の居住空間の上から下までの広い領域に向けて暖気ＨＡを輻射する。当然ながら、中段と下段、もしくは下段のみに冷媒を流通させれば、すべてに冷媒を流通する場合に比べて暖気ＨＡの輻射は減る。すなわち、細やかな暖房制御が可能になる。このような輻射パネルの３分割と同様に、４分割以上の分割も可能である。

上記したように、本発明に係る輻射式空気調和機１は、冷媒が流通する冷媒管３により接続される冷凍サイクル２を運転する圧縮機２１と、前記圧縮機２１の一端に接続して室内に臨む放熱部を冷媒管３に取り付けた輻射パネル（第１輻射パネル１１、第２輻射パネル１２）と、前記圧縮機２１の他端に接続して室外に配される室外熱交換器２３と、前記輻射パネルと前記室外熱交換器との間に配される膨張弁２４と、を備え、冷媒を第１方向Ｄ１に流通して行う第１空調運転と、冷媒を第１方向と逆方向の第２方向Ｄ２に流通して行う第２空調運転とを実行可能な輻射式空気調和機であって、前記輻射パネルは上下に分割され、上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２を有すると共に、第１空調運転は、第１輻射パネル１１または第２輻射パネル１２のいずれか一方のみに冷媒を流通させて行う空調運転とし、第２空調運転は、第１輻射パネル１１と第２輻射パネル１２との両方に冷媒を流通させて行う空調運転としたことを特徴としている。

この構成によると、上下に分割された輻射パネル（第１輻射パネル１１、第２輻射パネル１２）を用いて、上側の第１輻射パネル１１か下側の第２輻射パネルのみを用いた第１空調運転と、上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２を同時に用いた第２空調運転とを選択できるので、所定の条件に適した空調運転を行うことが可能になる。すなわち、効率良く冷暖房運転することも、快適な冷暖房運転をすることも可能になる。従って、本発明によれば、効率の良い冷暖房運転を可能とし、使用者に対する快適性を向上できる輻射式空気調和機１を得ることができる。

また本発明は、上記構成の輻射式空気調和機１において、第１空調運転は上側の第１輻射パネル１１のみを用いて行う空調運転であることを特徴としている。この構成によると、居住空間に上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２を備えた輻射式空気調和機１を設置した際に、上側の第１輻射パネル１１のみを用いて行う空調運転するので、居住空間の下部領域を省く居住領域を良好に空調できる。

また本発明は、上記構成の輻射式空気調和機１において、第１方向Ｄ１に流通する冷媒と第２方向Ｄ２に流通する冷媒は全て第１輻射パネル１１を流通させると共に、第１方向Ｄ１に流通する冷媒を第２輻射パネル１２に流通させない第１逆止弁１３と、第２方向Ｄ２に流通する冷媒を第２輻射パネル１２に流通させる第２逆止弁１４を設けたことを特徴としている。この構成によると、冷媒を第１方向Ｄ１に流通させた場合には、第１逆止弁１３を介して第１輻射パネル１１のみを用いた空調運転を行うことができ、冷媒を第２方向Ｄ２に流通させた場合には、第２逆止弁１４を介して第１輻射パネル１１と第２輻射パネル１２を共に用いた空調運転を行うことが可能になる。

また本発明は、上記構成の輻射式空気調和機１において、第１空調運転は、冷房運転であって、上側の第１輻射パネル１１の放熱部の輻射熱によって冷房運転を行い、第２空調運転は暖房運転であって、上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２の両方の放熱部の輻射熱によって暖房運転を行うことを特徴としている。この構成によると、冷房運転時には上側の第１輻射パネル１１のみを用いるので、床面に冷気が流れ込んで床面近傍のみが先に冷えるのを効果的に防止できて、使用者にとって快適な冷房環境を提供できる。また、暖房運転時には上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２を両方用いるので、使用者の足元から頭部までの領域の輻射熱量を大きくして快適な暖房環境を提供できる。

以上、第１空調運転は、上側の第１輻射パネル１１のみを用いて行う冷房運転であり、第２空調運転は上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２を両方用いて行う暖房運転であると説明しているが、本発明に係る輻射式空気調和機１を設置する部位や居住空間の大きさ、および、温暖な地域か冷間な地域かなどの環境条件等により、暖房能力は小さくし冷房能力は大きいほうが好ましい場合には、下側の第２輻射パネル１２のみを用いて暖房運転し、上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２を両方用いて冷房運転する構成であってもよい。

しかし、日本のような四季を有する温帯地域においては、夏は暑くなり冬は寒くなるので、冷房能力も暖房能力も共に有効に発揮できることが好ましく、冷え過ぎや温まり過ぎを防ぐことも望まれるので、こういう環境で且つ床に縦型に設置するタイプの輻射式空気調和機の場合には、上側の第１輻射パネル１１のみを用いて行う冷房運転の第１空調運転と、上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２を両方用いて行う暖房運転の第２空調運転を行えることが好ましい。

すなわち、上下に分割された輻射パネル（第１輻射パネル１１、第２輻射パネル１２）を用いて、上側の第１輻射パネル１１のみを用いた第１空調運転（冷房運転）と、上側の第１輻射パネル１１と下側の第２輻射パネル１２を同時に用いた第２空調運転（暖房）とを実行可能にすることにより、効率良く冷暖房運転することも、快適な冷暖房運転をすることも可能になる。従って、本発明によれば、効率の良い冷暖房運転を可能とし、使用者に対する快適性を向上できる輻射式空気調和機１を得ることができる。

そのために、本発明に係る輻射式空気調和機は、効率の良い冷暖房運転をすることと、冷暖房運転時の快適性が求められる輻射式の空気調和機に好適に利用可能となる。

１ 輻射式空気調和機
２ 冷凍サイクル
３ 冷媒管
１０ 室内機
１１ 第１輻射パネル
１２ 第２輻射パネル
２０ 室外機
２１ 圧縮機
２２ 四方弁
２３ 室外熱交換器
２４ 膨張弁
２５ 二方弁
２６ 三方弁
２８ 送風ファン
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
ＣＡ 冷気
ＨＡ 暖気

Claims (4)

1. 冷媒が流通する冷媒管により接続される冷凍サイクルを運転する圧縮機と、前記圧縮機の一端に接続して室内に臨む放熱部を前記冷媒管に取り付けた輻射パネルと、前記圧縮機の他端に接続して室外に配される室外熱交換器と、前記輻射パネルと前記室外熱交換器との間に配される膨張弁と、を備え、冷媒を第１方向に流通して行う第１空調運転と、冷媒を第１方向と逆方向の第２方向に流通して行う第２空調運転とを実行可能な輻射式空気調和機であって、
   前記輻射パネルは上下に分割され、上側の第１輻射パネルと下側の第２輻射パネルを有すると共に、
   第１空調運転は、第１輻射パネルまたは第２輻射パネルのいずれか一方のみに冷媒を流通させて行う空調運転とし、
   第２空調運転は、第１輻射パネルと第２輻射パネルとの両方に冷媒を流通させて行う空調運転としたことを特徴とする輻射式空気調和機。
2. 第１空調運転は上側の第１輻射パネル１１のみを用いて行う空調運転であることを特徴とする請求項１に記載の輻射式空気調和機。
3. 第１方向に流通する冷媒と第２方向に流通する冷媒は全て第１輻射パネルを流通させると共に、第１方向に流通する冷媒を第２輻射パネルに流通させない第１逆止弁と、第２方向に流通する冷媒を第２輻射パネルに流通させる第２逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の輻射式空気調和機。
4. 第１空調運転は、冷房運転であって、上側の第１輻射パネルの放熱部の輻射熱によって冷房運転を行い、第２空調運転は暖房運転であって、上側の第１輻射パネルと下側の第２輻射パネルの両方の放熱部の輻射熱によって暖房運転を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の輻射式空気調和機。

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