JP2016090098A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】除湿運転モード時において、電力消費を低減できる空気調和機を提供すること。
【解決手段】制御装置１００の除湿運転モード制御部１００ｂは、除湿運転モード時において、冷房負荷が予め定められた設定値以上であるときは冷房運転を行うと共に、冷房負荷が予め定められた設定値よりも小さく、かつ、上記湿度センサにより検出された室内空気の湿度が予め定められたしきい値よりも小さいときは、冷房運転を行う一方、冷房負荷が予め定められた設定値よりも小さく、かつ、上記湿度センサにより検出された室内空気の湿度が予め定められたしきい値以上であるときは除湿運転を行うように制御する。
【選択図】図２

Description

この発明は、冷房運転モードと除湿運転モードを有する空気調和機に関する。

従来、この種の空気調和機としては、除湿運転モード時において、冷房負荷が予め定められた設定値よりも小さいときは、除湿運転を行う一方、冷房負荷が予め定められた設定値以上であるときは冷房運転を行うようにしたものがある（特許文献１：特開２０１３−２２１６７１号公報）。

特開２０１３−２２１６７１号公報

しかしながら、上記従来の空気調和機は、冷房負荷が予め定められた設定値よりも小さいときは、除湿運転を行うようにしているため、この状態で、室内の湿度が低いときには、冷媒回路の高圧と低圧との差圧が大きくなって、圧縮機の負荷が大きくなって電力消費が大きくなるという問題がある。

そこで、この発明の課題は、除湿運転モード時において、さらに、電力消費を低減できる空気調和機を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の空気調和機は、
圧縮機と、室外熱交換器と、膨張機構と、室内熱交換器とを接続した冷媒回路と、
上記室内熱交換器に空気を送る室内ファンおよび上記室外熱交換器に空気を送る室外ファンと、
室内空気の湿度を検出する湿度センサと、
除湿運転モード時において、冷房負荷が予め定められた設定値以上であるときは冷房運転を行うと共に、冷房負荷が予め定められた設定値よりも小さく、かつ、上記湿度センサにより検出された室内空気の湿度が予め定められたしきい値よりも小さいときは、冷房運転を行う一方、冷房負荷が予め定められた設定値よりも小さく、かつ、上記湿度センサにより検出された室内空気の湿度が予め定められたしきい値以上であるときは除湿運転を行う除湿運転モード制御部と
を備えることを特徴としている。

上記構成の空気調和機によれば、除湿運転モード時において、除湿運転モード制御部によって、冷房負荷が予め定められた設定値よりも小さく、かつ、湿度センサにより検出された室内空気の湿度が予め定められたしきい値よりも小さいときは、冷房運転を行うので、室内の湿度が低いときに、冷媒回路の高圧と低圧との差圧を小さくできて、圧縮機の負荷を小さくして、電力消費を低減できる。

１実施形態では、
上記除湿運転モード制御部は、
上記湿度センサにより検出された室内空気の湿度が上記しきい値以上であるときに上記除湿運転を行った後、上記湿度センサにより検出された室内空気の湿度が上記しきい値よりも小さくなると、上記除湿運転を冷房運転に切り換える。

上記実施形態によれば、冷房負荷が予め定められた設定値よりも小さく、かつ、上記湿度センサにより検出された室内空気の湿度が予め定められたしきい値以上であるときは除湿運転を行った後、除湿運転の結果、上記湿度センサにより検出された室内空気の湿度が上記しきい値よりも小さくなると、上記除湿運転を冷房運転に切り換えるので、確実に、冷媒回路の高圧と低圧との差圧を小さくできて、圧縮機の負荷を小さくして、電力消費を低減できる。

１実施形態は、
上記除湿運転時に、上記室内熱交換器の液入口の近くの一部が蒸発域となり、この蒸発域の下流側が過熱域となり、かつ、上記蒸発域の大きさが除湿負荷に応じて変化するように、上記圧縮機および膨張機構を制御する除湿制御部を有する。

上記実施形態によれば、上記除湿運転モード時において、除湿制御部によって、除湿負荷に応じて圧縮機および電動膨張弁を制御することによって、除湿負荷に応じて室内熱交換器の液入口近くの蒸発域の大きさを変化させるので、必要最小限の冷却で除湿ができて、省エネを達成でき、また、風量によらず低負荷でも除湿量を確保でき、また、蒸発域を通る冷たい空気と過熱域を通る暖かい空気とを混ぜて快適性を向上することができる。

この発明の空気調和機は、除湿運転モード時において、冷房負荷が予め定められた設定値よりも小さく、かつ、湿度センサにより検出された室内空気の湿度が予め定められたしきい値よりも小さいときは、冷房運転を行うので、室内の湿度が低いときに、冷媒回路の高圧と低圧との差圧を小さくできて、圧縮機の負荷を小さくして、電力消費を低減できる。

図１はこの発明の１実施形態の空気調和機の冷媒回路の回路図である。 図２は上記空気調和機の制御ブロック図である。 図３は除湿運転モード制御部の動作を示すフローチャートである。

以下、この発明の空気調和機を、図示の実施形態により詳細に説明する。

＜構成＞
図１に示すように、この実施形態の空気調和機は、室外機１と室内機２とを備える。上記室外機１は、圧縮機１１と、四路切換弁１２と、室外熱交換器１３と、膨張機構の一例としての電動膨張弁１４と、アキュムレータ１６と、上記室外熱交換器１３に空気を送る室外ファン１０とを有する。さらに、上記室外機１は、室外熱交換器１３の温度を検出する室外熱交換器温度センサＴ１と、外気温度を検出する外気温度センサＴ２と、電動膨張弁１４の蒸発温度を検出する蒸発温度センサＴ３を有する。

また、上記室内機２は、室内熱交換器１５と、この室内熱交換器１５に空気を送る室内ファン２０と、室内熱交換器１５の温度を検出する室内熱交換器温度センサＴ４と、室内温度を検出する室内温度センサＴ５と、室内空気の湿度を検出する湿度センサＨとを有する。

上記室内熱交換器１５は、主熱交換器１５ａと補助熱交換器１５ｂとからなり、この補助熱交換器１５ｂは、室内ファン２０による空気流Ｗに関して、主熱交換器１５ａよりも上流側に位置している。上記室内熱交換器温度センサＴ４は、補助熱交換器１５ｂの上端部近く、かつ、その上端部よりも空気流Ｗの下流側に位置している。

上記圧縮機１１、四路切換弁１２、室外熱交換器１３、電動膨張弁１４、補助熱交換器１５ｂ、主熱交換器１５ａ、四路切換弁１２およびアキュムレータ１６を環状に接続して、冷媒回路ＲＣを構成している。

また、この空気調和機は、リモートコントローラ（リモコン）３０を有し、このリモコン３０で、冷房運転モード、除湿運転モードおよび暖房運転モードのいずれかの運転モードを選択して、その運転モードの運転開始操作を行ったり、運転切換操作や運転停止操作を行ったりすることができる。また、このリモコン３０で、室内温度の設定温度を設定したり、室内ファン２０の回転速度を変化させて室内機２の風量を変化させたりすることができる。

上記リモコン３０によって、冷房運転モードまたは除湿運転モードが選択されて、上記四路切換弁１２が図１に示す実線の状態に切り換えられると、圧縮機１１からの冷媒は、冷媒回路ＲＣを実線の矢印に示すように、四路切換弁１２、室外熱交換器１３、電動膨張弁１４、補助熱交換器１５ｂ、主熱交換器１５ａ、四路切換弁１２およびアキュムレータ１６の順に流れるようになっている。一方、暖房運転モードが選択されて、上記四路切換弁１２が図１に示す破線の状態に切り換えられると、圧縮機１１からの冷媒は、冷媒回路ＲＣを破線の矢印に示すように、四路切換弁１２、主熱交換器１５ａ、補助熱交換器１５ｂ、電動膨張弁１４、室外熱交換器１３、四路切換弁１２およびアキュムレータ１６の順に流れるようになっている。

また、この空気調和機は、制御装置１００を備え、この制御装置１００は、図２に示すように、上記室外熱交換器温度センサＴ１、外気温度センサＴ２、蒸発温度センサＴ３、室内熱交換器温度センサＴ４、室内温度センサＴ５、湿度センサＨおよびリモコン３０等からの信号に基づいて、圧縮機１１、四路切換弁１２、電動膨張弁１４、室外ファン１０、室内ファン２０等を制御する。

上記制御装置１００は、マイクロコンピュータと入出力回路等からなり、冷暖房制御部１００ａと、除湿運転モード制御部１００ｂと、除湿制御部１００ｃを有する。上記冷暖房制御部１００ａ、除湿運転モード制御部１００ｂおよび除湿制御部１００ｃは、ソフトウェアにより構成されている。

上記冷暖房制御部１００ａは、室内温度の設定温度（目標室内温度）、室内温度センサＴ５で検出した室内温度、外気温度センサＴ２で検出した外気温度、リモコン３０からの信号等に応じて、圧縮機１１の運転周波数、電動膨張弁１４の開度、室外ファン１０および室内ファン２０の回転速度等の制御を行って、冷暖房制御を行う。この冷暖房制御には、適用可能な種々のものがあるが、いずれも周知のものであって、かつ、本発明の要旨とは関係が薄いので、詳しい説明は省略する。

上記除湿運転モード制御部１００ｂは、図３のフローチャートに示す後述する制御を行なう。

上記除湿制御部１００ｃは、リモコン３０により除湿運転モードが選択され、かつ、除湿運転を行うときに、上記室内熱交換器１５の液入口１５１近くの部分、より具体的には、補助熱交換器１５ｂの下端の液入口１５１の近くの領域が蒸発域Ｖとなり、この蒸発域Ｖの下流側が過熱域ＳＨとなり、かつ、上記蒸発域Ｖの大きさが除湿負荷に応じて変化するように、上記圧縮機１１および電動膨張弁１４を制御する。

この明細書では、室内熱交換器１５の液入口１５１近くの蒸発域Ｖの大きさを除湿負荷に応じて増減するように、圧縮機１１および電動膨張弁１４を制御することを、除湿制御という。

＜冷房運転モード＞
上記構成の空気調和機において、今、リモコン３０によって、冷房運転モードが選択されたとする。

そうすると、四路切換弁１２が図１の実線の位置に切り換えられて、圧縮機１１が起動し、圧縮機１１から吐出された冷媒は、冷媒回路ＲＣを実線の矢印の方向に流れて、室外熱交換器１３が凝縮器として動作し、室内熱交換器１５が蒸発器として動作する。

そして、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒が四路切換弁１２を介して室外熱交換器１３に流入する。この室外熱交換器１３で凝縮した冷媒は、電動膨張弁１４で減圧された後に、室内熱交換器１５(補助熱交換器１５ｂおよび主熱交換器１５ａ)に入る。上記室内熱交換器１５で蒸発した冷媒が四路切換弁１２およびアキュムレータ１６を介して圧縮機１１の吸入側に戻る。

こうして、圧縮機１１、室外熱交換器１３、電動膨張弁１４、室内熱交換器１５およびアキュムレータ１６の順に冷媒が循環して、室内ファン２０により室内熱交換器１５を介して室内空気を循環させることにより室内を冷房する。

このとき、制御装置１００の冷暖房制御部１００ａは、室内温度センサＴ５で検出された室内温度が、リモコン３０で設定された設定温度（目標温度）になるように、圧縮機１１の運転周波数、電動膨張弁１４の開度等を制御する。

また、上記冷暖房制御部１００ａは、蒸発温度センサＴ３で検出した電動膨張弁１４の下流側の蒸発温度、室外熱交換器温度センサＴ１で検出した室外熱交換器１３の温度、室内熱交換器温度センサＴ４で検出した室内熱交換器１５の温度等が所定の温度になるように、電動膨張弁１４、室外ファン１０、室内ファン２０等を制御する。

より具体的には、例えば、制御装置１００の冷暖房制御部１００ａは、室内温度と設定温度との差に基づいて圧縮機１１を制御する。このとき、冷暖房制御部１００ａは、室内温度と設定温度との差が大きい場合に負荷が大きいことから、圧縮機１１の運転周波数が高くなるように制御する一方、室内温度と設定温度との差が小さい場合に負荷が小さいことから、圧縮機１１の運転周波数が低くなるように制御する。

また、制御装置１００の冷暖房制御部１００ａは、蒸発温度センサＴ３で検知される蒸発温度に基づいて電動膨張弁１４の開度を制御する。

＜暖房運転モード＞
今、リモコン３０によって、暖房運転モードが選択されたとすると、四路切換弁１２が図１の破線の位置に切り換えられて、圧縮機１１から吐出された冷媒は、冷媒回路ＲＣを破線の矢印の方向に流れる。

そして、暖房運転モード時には、圧縮機１１から吐出された冷媒は、冷房モード時とは逆方向に流れて、室内熱交換器１５が凝縮器として動作し、室外熱交換器１３が蒸発器として動作して、室内の暖房を行う。

これ以外の動作は、冷房モード時と大略同様で容易に類推できるので、詳しい説明は省略する。

＜除湿運転モード＞
今、冷房運転をしている状態で、リモコン３０で除湿運転モードが選択されたとすると、制御装置１００の除湿運転モード制御部１００ｂは、図３のフローチャートに示すように動作する。

まず、リモコン３０で除湿運転モードが選択されると（図３のステップＳ１）、ステップＳ２に進んで、冷房負荷が予め定められた設定値以上であるか否かを判別し（ステップＳ２）、冷房負荷が予め定められた設定値以上であるときは冷房運転を行う（ステップＳ３）。そして、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２の判断を繰り返す。

ここで、ステップＳ２の冷房負荷が予め定められた設定値以上であるとは、圧縮機１１の運転周波数が所定周波数以上であり、かつ、室内熱交換器１５の蒸発温度が所定温度以上であることをいう。この所定周波数とは、除湿運転モードでの圧縮機１１の上限周波数のことであり、所定温度とは冷房運転における室内熱交換器１５の除湿限界温度のことである。

このように、冷房負荷が予め定められた設定値以上であるときは、除湿運転モードであっても、除湿運転を行わずに、冷房運転を行う。これは、冷房負荷が大きいときは、冷房運転時の冷凍能力が除湿運転時の冷凍能力よりも高くて、冷凍運転であっても、除湿能力が高くて迅速に除湿ができ、かつ、冷房負荷が大きいときは、冷房運転を持続していても不具合がないからである。

なお、ここで、除湿運転時の冷凍能力は、圧縮機１１の除湿運転モードにおける上限周波数以下の運転で、あまり室内温度を下げないように制御しながら運転する弱冷房運転相当の冷凍能力である。

一方、冷房負荷が予め定められた設定値以上でないと、つまり、圧縮機１１の運転周波数が上記除湿運転モードにおける上限周波数以下であると判別すると（ステップＳ２）、ステップＳ４に進んで、湿度センサＨで検出した室内湿度が予め定められたしきい値、例えば、７５％の相対湿度であるしきい値よりも小さいか否か判別し、上記室内湿度がしきい値よりも小さいと判別すると、ステップＳ５に進んで、冷房運転を行う。

このように、湿度センサＨで検出した室内湿度が予め定められたしきい値よりも小さいと判別したときには（ステップＳ４）、ステップＳ５に進んで、冷房運転を行うので、冷媒回路の高圧と低圧との差圧が大きくなるのを防止できて、圧縮機１１の負荷を低減して、電力消費を低減することができる。

一方、ステップＳ４で、湿度センサＨで検出した室内湿度が予め定められた上記しきい値、例えば、相対湿度７５％よりも小さくないと、つまり、上記室内空気の湿度が上記しきい値以上であると判別すると、除湿制御部１００ｃによって除湿運転の一例であるいわゆるエコドライ運転を行う。

このように、冷房負荷が設定値よりも小さく（ステップＳ２）、かつ、室内の湿度がしきい値以上（ステップＳ４）のときに、除湿運転、例えば、除湿運転（ステップＳ６）を行うのは、室内の温度が低下して、負荷が小さくなってくると、冷房運転では、蒸発温度が高くなって除湿できなくなるためである。

このように、冷房負荷が設定値よりも小さく（ステップＳ２）、かつ、室内の湿度がしきい値以上（ステップＳ４）のときに、除湿運転に切り換えることにより、除湿のためのＣＯＰ（成績係数）の悪化の影響を最小限にすることができる。

上記除湿制御部１００ｃは、室内熱交換器１５の液入口１５１近くの一部、より具体的には、補助熱交換器１５ｂの下端の液入口１５１の近くの領域が蒸発域Ｖとなり、この蒸発域Ｖの下流側が過熱域ＳＨとなり、かつ、上記蒸発域Ｖの大きさが除湿負荷の大小に応じて増減するように、上記圧縮機１１および電動膨張弁１４を制御する。

ここで、上記除湿負荷とは、必要除湿能力に対応しており、蒸発域Ｖの大きさが除湿負荷の大小に応じて変化するとは、蒸発域Ｖに供給される熱量の大小に応じて蒸発域Ｖの大きさが増減することであって、熱量は例えば室内温度センサＴ５で検出した室内温度(吸込空気の温度)と、室内ファンの２０による室内風量によって決まる。

上記除湿運転モードでの運転が行われているとき、補助熱交換器１５ｂの下端の液入口１５１に供給された液冷媒は、補助熱交換器１５ｂの途中で全て蒸発して、補助熱交換器１５ｂの入口近傍の範囲だけが、液冷媒が蒸発する蒸発域Ｖとなる。

このとき、室内熱交換器１５において、補助熱交換器１５ｂの一部だけが蒸発域Ｖとなり、補助熱交換器１５ｂの蒸発域Ｖ以外の他の部分と主熱交換器１５ａは、過熱域となる。

そして、補助熱交換器１５ｂの蒸発域Ｖから過熱域ＳＨを流れた冷媒が、補助熱交換器１５ｂの風下側に配置された主熱交換器１５ａを流れる。したがって、室内ファン２０によって矢印Ｗ方向に流れる室内空気は、補助熱交換器１５ｂの蒸発域Ｖで冷却されて除湿されて、主熱交換器１５ｂで加熱された後、室内に吹き出す。

一方、他の室内空気は、補助熱交換器１５ｂの過熱域ＳＨと主熱交換器１５ａを流れた後、室内温度と略同一の温度で室内に吹き出す。

上記空気調和機では、冷媒回路ＲＣにおいて、電動膨張弁１４の下流側に取り付けられた蒸発温度センサＴ３(図１に示す)により蒸発温度を検知する。そして、室内機２の室内温度センサＴ５により室内温度(室内機２の吸込空気の温度)を検知すると共に、室内熱交換器温度センサＴ４により補助熱交換器１５ｂの液冷媒の蒸発が終了したことを検知する。

上記室内熱交換器温度センサＴ４は、補助熱交換器１５ｂの上端近くの風下側かつ主熱交換器１５ａに配置されている。そして、補助熱交換器１５ｂの上端近くの過熱域ＳＨでは、吸込空気がほとんど冷却されない。したがって、室内熱交換器温度センサＴ４で検知される温度が、室内温度センサＴ５で検知される室内温度と略同一である場合には、補助熱交換器１５ｂの途中で蒸発が終了して、補助熱交換器１５ｂの上端近くの範囲が過熱域ＳＨである。

そして、この空気調和機では、除湿運転モードにおいて、補助熱交換器１５ｂは、液冷媒が蒸発する蒸発域Ｖと、この蒸発域Ｖの下流側の過熱域ＳＨとを有する。この蒸発域Ｖの範囲が除湿負荷に応じて変化するように、制御装置１００の除湿制御部１００ｃによって圧縮機１１と電動膨張弁１４が制御される。ここで、除湿負荷に応じて変化するとは、蒸発域Ｖに供給される熱量に応じて変化することであって、この熱量は例えば室内温度センサＴ５で検出した室内温度(吸込空気の温度)と、室内ファンの２０による室内風量によって定まる。

圧縮機１１の運転周波数が制御された状態において、蒸発温度センサＴ３により検出された蒸発温度が所定の温度範囲(例えば１０℃〜１４℃)内の温度になるように、電動膨張弁１４の開度を制御する。この所定の温度範囲は、目標蒸発温度(例えば１２℃)を含むように設定する。

このように、除湿運転モードにおいて、除湿制御部１００ｃによって、除湿負荷に応じて圧縮機１１および電動膨張弁１４を制御することによって、除湿負荷の大小に応じて室内熱交換器１５の補助熱交換器１５ｂの蒸発域Ｖの範囲を増減変化させるので、必要最小限の冷却で除湿ができて、省エネを達成でき、また、風量によらず低負荷でも除湿量を確保でき、また、蒸発域Ｖを通る冷たい空気と過熱域ＳＨを通る暖かい空気とを混ぜて快適性を向上することができる。

また、ステップＳ６、Ｓ４およびＳ５の順にステップを行うことによって、冷房負荷が予め定められた設定値よりも小さく、かつ、上記湿度センサにより検出された室内空気の湿度が予め定められたしきい値以上であるときは除湿運転を行ない（ステップＳ６）、その除湿運転の結果、上記湿度センサＨにより検出された室内空気の湿度が上記しきい値よりも小さくなると（ステップＳ４）、上記除湿運転を冷房運転に切り換えるので（ステップＳ５）、確実に、冷媒回路ＲＣの高圧と低圧との差圧を小さくできて、圧縮機１１の負荷を小さくして、電力消費を低減できる。

上記実施形態では、室内熱交換器１５において、主熱交換器１５ａと補助熱交換器１５ｂとを別体に形成していたが、室内熱交換器は一体構造であってもよい。
室内熱交換器を一体構造にした場合は、その室内熱交換器の最風上側の部分を、補助熱交換器に対応した部分とすればよい。

また、上記実施形態では、除湿のタイプとして、いわゆるエコドライ制御を行うものについて述べたが、この発明は、再熱除湿タイプなどの他のタイプの除湿を行うものにも適用できることは言うまでも無い。

また、上記実施形態では、冷房負荷は圧縮機１１の回転周波数等によって定めたが、例えば、室内温度センサＴ５で検出した室内温度と設定温度（室内の目標温度）との差、および、室内ファン２０の回転速度等から定めてもよい。

上記実施形態および変形例で述べた構成要素は、適宜、組み合わせてもよく、また、適宜、選択、置換、あるいは、削除してもよいのは、勿論である。

１…室外機
２…室内機
１０…室外ファン
１１…圧縮機
１２…四路切換弁
１３…室外熱交換器
１４…電動膨張弁
１５…室内熱交換器
１５ａ…主熱交換器
１５ｂ…補助熱交換器
１６…アキュムレータ
２０…室内ファン
Ｔ１…室外熱交換器温度センサ
Ｔ２…外気温度センサ
Ｔ３…蒸発温度センサ
Ｔ４…室内熱交換器温度センサ
Ｔ５…室内温度センサ

Claims (3)

1. 圧縮機（１１）と、室外熱交換器（１３）と、膨張機構（１４）と、室内熱交換器（１５）とを接続した冷媒回路（ＲＣ）と、
   上記室内熱交換器（１５）に空気を送る室内ファン（２０）および上記室外熱交換器（１３）に空気を送る室外ファン（１０）と、
   室内空気の湿度を検出する湿度センサ（Ｈ）と、
   除湿運転モード時において、冷房負荷が予め定められた設定値以上であるときは冷房運転を行うと共に、冷房負荷が予め定められた設定値よりも小さく、かつ、上記湿度センサ（Ｈ）により検出された室内空気の湿度が予め定められたしきい値よりも小さいときは、冷房運転を行う一方、冷房負荷が予め定められた設定値よりも小さく、かつ、上記湿度センサ（Ｈ）により検出された室内空気の湿度が予め定められたしきい値以上であるときは除湿運転を行う除湿運転モード制御部（１００ｂ）と
   を備えることを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１に記載の空気調和機において、
   上記除湿運転モード制御部（１００ｂ）は、
   上記湿度センサ（Ｈ）により検出された室内空気の湿度が上記しきい値以上であるときに上記除湿運転を行った後、上記湿度センサ（Ｈ）により検出された室内空気の湿度が上記しきい値よりも小さくなると、上記除湿運転を冷房運転に切り換えることを特徴とする空気調和機。
3. 請求項１または２に記載の空気調和機において、
   上記除湿運転時に、上記室内熱交換器（１５）の液入口（１５１）の近くの一部が蒸発域（Ｖ）となり、この蒸発域（Ｖ）の下流側が過熱域（ＳＨ）となり、かつ、上記蒸発域（Ｖ）の大きさが除湿負荷に応じて変化するように、上記圧縮機（１１）および膨張機構（１４）を制御する除湿制御部（１００ｃ）を有することを特徴とする空気調和機。

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