JP2019066058A - 室内ユニット、及びこれを備えた空気調和機 - Google Patents

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Abstract

【課題】効率の低下を抑制できる圧縮機を提供する。【解決手段】ファンと、ファンを収容するケーシングと、ケーシング内に設けられて、ファンを囲って配置された熱交換器60と、を備え、熱交換器60は、互いの面同士が対向して周方向に連続して配列された複数のフィン17と、複数のフィン17を通過し、周方向に沿って延びて設けられた複数の冷媒配管と、を備え、複数の冷媒配管は、周方向のうちの一方向である第一周方向33Aへと冷媒を流す第一管路と、第一周方向33Aと反対方向の第二周方向33Bへと冷媒を流す第二管路と、を有し、第一管路の始点には、熱交換器60の外部から冷媒を第一周方向33Aに向かって導入する第一冷媒入口36Aが設けられ、第二管路の始点には、熱交換器60の外部から冷媒を第二周方向33Bに向かって導入する第二冷媒入口36Bが設けられている。【選択図】図3

Description

本発明は、室内ユニット、及びこれを備えた空気調和機に関する。
空気調和機として、天井埋め込み型の室内ユニットを有するものが知られている。このような室内ユニットは、天井に埋め込まれるとともに室内に向けて開口した箱型のケーシング内に、ファン部及びファン部を取り囲むようにして設けられた熱交換器と、を備えている。
熱交換機内の冷媒流通管及びこれを流通する冷媒は、運転時の熱交換により、冷媒の流れる方向に向かうにしたがって、冷房時には昇温、暖房時には降温することとなる。このため、熱交換器の場所によって温度が偏り、ファンにより吸い込まれた空気が熱交換器を通過する場所によって熱交換量のばらつきが生じる。その結果、室内ユニットの冷温風の吹出し口は多くの場合、ケーシングの周縁部に周方向に複数設けられていることから、各吹出し口の位置によって吹出す空気に温度差が生じることがある。
上記の空気の温度差を低減するために、熱交換器内の冷媒流路を工夫することにより、ケーシングの開口の周方向における熱交換器全体での温度をより均一にする技術が知られている。
このような室内ユニットの一例として特許文献1には、複数に分割された熱交換器内に、ファンの回転軸方向、即ち上下方向に冷媒を流通させる空気調和機の室内ユニットが開示されている。
特開2008−256305号公報
ところで、上記特許文献1に記載された室内ユニットでは以下の問題が生じていた。即ち、熱交換器の分割に伴う冷媒の分岐及び合流のための配管が多く必要であるため、構造が複雑となり、室内ユニットの容積が増大する場合があった。
そこで本発明は、簡素な構成としながらも、吹き出し箇所の違いによる温度むらの少ない冷温風の送風が可能な空気調和機を提供する。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。
即ち、本発明の一態様に係る室内ユニットは、軸線回りに回転することで空気を送風するファンと、前記ファンを収容するとともに前記軸線方向の一方向に向かって開口した箱状のケーシングと、前記ケーシング内に設けられて、前記開口の周方向に延びて前記ファンを囲って配置された熱交換器と、を備え、前記熱交換器は、互いの面同士が対向して前記周方向に配列された複数のフィンと、前記複数のフィンを通過し、前記周方向に沿って延びて設けられた複数の冷媒配管と、を備え、前記複数の冷媒配管は、前記周方向のうちの一方向である第一周方向へと冷媒を流す第一管路と、前記第一周方向と反対方向の第二周方向へと冷媒を流す第二管路と、を有し、前記第一管路の始点には、前記熱交換器の外部から冷媒を前記第一周方向に向かって導入する第一冷媒入口が設けられ、前記第二管路の始点には、前記熱交換器の外部から冷媒を前記第二周方向に向かって導入する第二冷媒入口が設けられている。
この構成によれば、前記熱交換器内で、前記第一管路を冷媒が流通するときは、前記第一周方向に向かうにしたがって冷媒の温度が冷房運転時は昇温、暖房運転時は降温する。一方、前記第二管路を冷媒が流通するときは、前記第二周方向に向かうにしたがって冷媒の温度が冷房運転時は昇温、暖房運転時は降温する。これにより、第一管路と第二管路で逆方向に冷媒が昇温又は降温し、互いに温度の勾配を打ち消し合うこととなり、前記熱交換器全体の周方向における温度の偏りが平準化され、熱交換量も周方向でより均一となる。
また、前記熱交換器が、前記周方向の全周にわたって連続して延びていてもよい。
この構成によれば、単一の前記熱交換器で前記ケーシング内の前記周方向の全周にわたって熱交換を行うことができるため、該熱交換器が分割して配置されている場合に比べて少ない構成となり、前記室内ユニットをよりコンパクトなものとすることができる。
また、上記の室内ユニットは、前記第一管路と前記第二管路とが、対応する数量設けられていてもよい。
この構成によれば、前記第一周方向に冷媒が流通することによって生じる前記第一周方向における熱交換器の温度勾配を打ち消すのに適した数だけ、第二管路を設けることができる。これにより、前記熱交換器全体での、前記周方向における熱交換量を、より一層均一なものとすることができる。
また、上記の室内ユニットは、前記熱交換器内での前記第一管路と前記第二管路の各管路数の前記軸線方向における分布が、一様であってもよい。
この構成によれば、前記熱交換器全体での、周方向だけでなく軸線方向における温度の偏りをも均一なものとすることができる。これにより熱交換器を通過する軸線方向の位置によって風量がばらついている場合における熱交換量のばらつきをも低減させることができる。
また、上記の室内ユニットは、前記熱交換器内で、前記第一管路が前記軸線方向の前記ケーシングの底面側に偏在し、前記第二管路が前記軸線方向の前記ケーシングの開口側に偏在して設けられ、かつ、前記第二管路を構成する冷媒配管の本数が、前記第一管路を構成する冷媒配管の本数より多くともよい。
この構成によれば、第一管路と第二管路がそれぞれ集中的に設けられているため、冷媒を管路に分配するための配管をより簡素なものとすることができる。また、ファンの構造と吹き出し口の構造によって、ケーシングの開口側における風量が、底面側よりも少なくなることがあるが、風量が少ない位置に設けられた第二管路の熱交換量を、風量が多い位置に設けられた第一管路の熱交換量に近づけることができる。これによって、熱交換器全体での、周方向だけでなく軸線方向における温度の偏りをも、均一なものとすることができる。
また、本発明の一態様に係る空気調和機は、上記のいずれかの室内ユニットを有する。
本発明の室内ユニット、及びこれを備えた空気調和機によれば、簡素な構成としながらも、吹き出し箇所の違いによる温度むらのない冷温風の送風が可能となる。
本発明の第一実施形態に係る空気調和機の全体を示す模式図である。 本発明の第一実施形態に係る空気調和機の室内ユニットの断面図である。 本発明の第一実施形態に係る熱交換器を模式的に示す斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る熱交換器の図3におけるA−A断面の断面図である。 本発明の第一実施形態に係る熱交換器の図3におけるB−B断面の断面図である。 本発明の第二実施形態に係る熱交換器の図3におけるA−A断面の断面図に相当する図である。 本発明の第二実施形態に係る熱交換器の図3におけるB−B断面の断面図に相当する図である。 本発明の第二実施形態に係る熱交換器の要部の図6におけるX矢視図である。 本発明の第二実施形態に係る熱交換器の要部の図6におけるY矢視図である。 本発明の第三実施形態に係る熱交換器要部の図6におけるX矢視図に相当する図である。 本発明の第三実施形態に係る熱交換器の要部の図6におけるY矢視図に相当する図である。
[第一実施形態]
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1に示す実施形態の空気調和機100は、室内ユニット200と室外機2とを有している。これら室内ユニット200と室外機2とは冷媒回路3により接続されて冷媒を授受する。室外機2は圧縮機4と室外熱交換器5を備えており、冷媒を圧縮するとともに、冷媒授受の動力源として機能する。そして後述する室内機の熱交換器60が蒸発器として機能する。
図2に示すように、空気調和機100の室内ユニット200は、天井に埋め込まれたケーシング7、ケーシング7内に設けられたファン部8、このファン部8を取り囲むように設けられた熱交換器60と、を有している。
ケーシング7は、室内に向かって例えば四角形に開口した箱状である。本実施形態では、ケーシング7にはその開口を覆うように化粧板11が設置されている。化粧板11の中央部はエアフィルター12が設けられており、室内空気の吸込み口6として機能する。
化粧板11は、ケーシング7に設置されることで開口のすべてを覆わずにスリット状の隙間を開口の周縁部に複数形成する。このスリット状の隙間は、本実施形態では、四角形の各四辺に対応する箇所に、計四つ設けられている。これらスリット状の隙間は、吸込み口6から吸い込まれ、熱交換器60を通過し、室内に向けて吹出される空気の吹出し口13として機能する。
ファン部8は、ターボファン14と、ターボファン14に軸線O回りに回転力を与えて駆動させるモータ15と、ターボファン14に空気を誘導するベルマウス16と、を有する。ベルマウス16の開口径は、室内側に向かうにしたがって拡大している。ベルマウス16の開口径はエアフィルター12の径と同程度となっており、ベルマウス16の室内に向かっての開口をエアフィルター12が覆っている。
図3に示すように、熱交換器60は、ファン部8を囲うように、ケーシング7の開口の周方向全周に渡って延びて設けられている。このとき、この一つの熱交換器60がケーシング7の隅の形状に合わせて同じ方向に三回屈曲することで、軸線O方向に見たとき一部分を欠く正方形をなすように設けられている。これにより、本実施形態では熱交換器60の長手方向(屈曲されることで周方向となる)の両終端部がケーシング7の四隅のうちの一つに相当する位置に配置される。
熱交換器60は、開口の周方向に向かって平行に延びる複数の冷媒配管と、長方形の金属板である複数のフィン17からなる。このフィン17を貫通するようにして、冷媒配管が設けられている。冷媒配管の周りを通過する空気、冷媒配管の内部の冷媒との間での熱交換が行われる。フィン17は互いの面が正対するように連続して等間隔に配列されており、冷媒配管同士の熱の伝導体となるとともに、フィン17自体も空気と熱交換を行う。なお、詳細を省略して図示している熱交換器60の屈曲部20では、冷媒配管も屈曲しており、それに伴い隣り合うフィン17同士は正対していない。
本実施形態では、冷媒配管は、ファン部側配管列30と、ケーシング側配管列40の計二列を形成して互いに等間隔に配置されている。各列中の配管の数は、図中では簡単のため6本としているが、10〜20本以上としてもよい。各列は、冷媒配管同士の間隔を互いに埋めるように、互いに軸線O方向に半間隔分だけずれて平行に配置されている。
ここで、本実施形態では、冷媒配管は、二種類の管路で構成されている。即ち、図4に示すように、熱交換に供される前の冷媒を、熱交換器60に導入する際に周方向の第一周方向33A(例えばモータ15回転方向)に向かって流通させる第一管路34Aと、図5に示すように、熱交換に供される前の冷媒を第一周方向の逆方向である第二周方向33Bに向かって流通させる第二管路34Bとで構成されている。
図3に示すように、熱交換器60の両終端部のうち一方の端部には、軸線O方向を上下としたときの、各配管列の最上段の配管から一つおきに冷媒配管の端部が露出している。この露出している端部のうち、ケーシング側配管列40の冷媒配管の端部が、第一管路34Aの始点である第一冷媒入口36Aとなっており、一方、ファン部側配管列30の冷媒配管の端部は、第一冷媒出口37Aとなっている。熱交換器60の両終端部のうち、この終端部を熱交換器第一終端部38Aとする。第一冷媒入口36Aから第一管路34Aへ送り込まれた熱交換に供される前の冷媒は、熱交換を行いながら第一周方向33Aに流れ、三回の屈曲を経て、もう一方の熱交換器60の終端部である熱交換器第二周端部38Bに到達し、第一管路34Aを終える。その後ヘアピン管29を経て、第一管路復路35Aを流通し、熱交換器第一終端部38Aへと戻され、第一冷媒出口37Aから熱交換器60の外部へと冷媒が導かれる。
熱交換器第二終端部38Bには、ケーシング7の深さ方向を上としたときの、各配管列の上から二番目の配管から一つおきに冷媒配管の端部が露出している。この露出している端部のうち、ケーシング側配管列40の冷媒配管の端部が、第二管路34Bの始点である第二冷媒入口36Bとなっており、一方、ファン部側配管列30の冷媒配管の端部は、第二冷媒出口37Bとなっている。第二冷媒入口36Bから第二管路34Bへ送り込まれた熱交換に供される前の冷媒は、熱交換を行いながら第一周方向33Aの反対方向の第二周方向33Bに流れ、三回の屈曲を経て、熱交換器第一終端部38Aに到達し、第二管路34Bを終える。その後ヘアピン管29を経て、第二管路復路35Bを流通し、再び熱交換器第二終端部38Bへと戻され、第二冷媒出口37Bから熱交換器60の外部へと導かれる。
上記構成とすることで、本実施形態における熱交換器60では、ケーシング側配管列40については第一管路34Aと第二管路34Bが軸線O方向で交互に配置され、ファン部側配管列30については第一管路復路35Aと第二管路復路35Bが軸線O方向で交互に配置されることとなる。
上記構成の室内ユニット1及びこれを備えた空気調和機100では、熱交換に供される前の冷媒が、熱交換器60に導入される際に、最初に第一周方向33Aに流れる第一管路34Aと、第二周方向33Bに流れる第二管路34Bの双方に分配される。
熱交換器60内で、第一管路34Aを冷媒が流通するときは、第一周方向33Aに向かうにしたがって冷媒の温度が冷房運転時は昇温、暖房運転時は降温する。一方、第二管路34Bを冷媒が流通するときは、第二周方向33Bに向かうにしたがって冷媒の温度が冷房運転時は昇温、暖房運転時は降温する。このため第一管路34Aと第二管路34Bとで逆方向に冷媒が昇温又は降温し、互いに温度の勾配を打ち消し合うこととなり、熱交換器60の周方向における温度の偏りが平準化され、結果として、熱交換器60全体で、その周方向での熱交換量が平準化される。これにより、冷温風の吹き出し箇所による温度のむらが低減できる。
また、上記構成の室内ユニット1及びこれを備えた空気調和機100における熱交換器60では、ケーシング側配管列40については第一管路34Aと第二管路34Bとが軸線O方向で交互に配置され、ファン部側配管列30については第一管路復路35Aと第二管路復路35Bとが軸線O方向で交互に配置されている。
この配置は、第一管路34Aと第二管路34Bとの各管路数が、対応する数量、即ち同等となっていることを意味する。これにより、第一周方向33Aに冷媒が流通することによって生じる第一周方向33Aにおける温度勾配を打ち消すのに適した数だけ、第二管路34Bを設けることができる。従って、熱交換器60全体での、周方向における熱交換量を、より一層均一なものとすることができる。
上記の配置はまた、熱交換器60内での第一管路34Aと第二管路34Bの各管路数の軸線O方向における分布が、一様であることを意味する。これにより、熱交換器60全体での、周方向だけでなく軸線O方向における温度の偏りをも均一なものとすることができる。これにより、熱交換器60を通過する軸線O方向の位置によって風量がばらついている場合における熱交換量のばらつきをも低減させることができ、熱交換量が周方向で平準化されやすくなる。
加えて、各々のフィン17について着目した場合、第一管路34Aと第二管路34Bの双方が均一の分布で貫通することとなるため、フィン17の温度分布もより均一なものとなる。これにより、熱交換器全体での温度を軸線O方向についてもより均一なものとすることができる。
さらに、本実施形態においては、熱交換器60はケーシング7の周方向の全周に渡って屈曲しながら延びており、熱交換器60の終端部は二箇所のみである。このため、管の分岐と合流の構造が複雑とならず、簡単な構成でありながら、ケーシング7の周方向で熱交換量を平準化することができる。
[第二実施形態]
次に第二実施形態について図6から図9を参照して説明する。第二実施形態では第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第二実施形態は、熱交換器61の構成が第一実施形態と相違する。本実施形態では、ファン部側配管列31とケーシング側配管列41の中央に、それら配管列と同数の配管本数を持つ中央部配管列51が設けられている。
本実施形態では、中央部配管列51が、第一実施形態における第一管路復路35A及び第二管路復路35Bとして機能する。第一実施形態では、第一管路復路35A及び第二管路復路35Bの終点が第一冷媒出口37A及び第二冷媒出口37Bであったが、本実施形態では、第一管路復路35A及び第二管路復路35Bの終点がさらにヘアピン管29に接続され、ファン部側配管列30が第一管路延長往路39A及び第二管路延長往路39Bで構成されている。
これに伴い、本実施形態では、図8に示すように、熱交換器第一終端部138Aには、ケーシング側配管列41の最上段の配管から一つおきに第一冷媒入口36Aが露出し、ファン部側配管列31の最上段から二番目の配管から一つおきに第二冷媒出口37Bが露出している。また、熱交換器第一終端部138Aでは、ケーシング側配管列41の最上段から二番目の配管から一つおきの配管の端部と、中央部配管列51の最上段の配管から二番目の配管から一つおきの配管がヘアピン管29によって接続されており、一方、ファン部側配管列31の最上段から一つ置きの配管の端部と、中央部配管列51の最上段の配管から一つおきの配管がヘアピン管29によって接続されている。
同様に、図9に示すように、熱交換器第二終端部138Bでは、ケーシング側配管列41の最上段の配管から一つおきの配管の端部と、中央部配管列51の最上段の配管から一つおきの配管がヘアピン管29によって接続されており、一方、ファン部側配管列31の最上段から二番目の配管から一つおきの配管の端部と、中央部配管列51の最上段から二番目の配管から一つおきの配管がヘアピン管29によって接続されている。
上記構成の室内ユニット201及びこれを備えた空気調和機101における熱交換器61では、ケーシング側配管列41については第一管路34Aと第二管路34Bとが軸線O方向で交互に配置され、中央部配管列51については第一管路復路35Aと第二管路復路35Bとが軸線O方向で交互に配置され、ファン部側配管列31については、第一管路延長往路39Aと第二管路延長往路39Bとが軸線O方向で交互に配置されることなる。
上記構成の室内ユニット1及びこれを備えた空気調和機101では、大きな熱交換量の必要性から、熱交換器61における冷媒配管の列を三列とした場合であっても、第一実施形態での説明で述べたのと同様の理由により、熱交換器61全体での温度を均一なものとすることができる。これにより、周方向における熱交換量を、より一層均一なものとすることができ、冷温風の吹出し箇所による温度のむらが低減できる。
[第三実施形態]
次に第三実施形態について図10及び図11を参照して説明する。第三実施形態では第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第三実施形態は、熱交換器62の構成が第一実施形態と相違する。本実施形態では、熱交換器62内で、第一管路34Aが軸線O方向のケーシング7の底面側に偏在し、第二管路34Bが軸線O方向のケーシング7の開口側に偏在して設けられている。
さらに、第二管路34Bを構成する冷媒配管の本数が、第一管路34Aを構成する冷媒配管の本数より多い。
上記構成の室内ユニット202及びこれを備えた空気調和機102では、第一管路34Aと第二管路34Bがそれぞれ集中的に設けられているため、冷媒を管路に分配するための配管がより簡素なものとすることができる。
ここで、このような配管の配置とするとき、ファン部8の構造と吹出し口13の構造によっては、ケーシング7の開口側における風量が、底面側よりも少ない場合がある。そうすると、配管一本当たりの熱交換量が、開口側よりも底面側で大きくなる。つまり、上記構成の場合、第一管路34Aを構成する配管の一本当たりの熱交換量が大きくなる。
しかしながら、この場合でも、第二管路34Bを構成する冷媒配管の本数が、第一管路34Aを構成する冷媒配管の本数より多いため、熱交換量を第一管路34Aと第二管路34Bの総計として同等とすることができる。これによって、熱交換器62全体での熱交換量を、より均一なものとすることができ、冷温風の吹き出し箇所による温度のむらが低減できる。
上記の本発明の第一から第三の各実施形態では、各管路の配置の順番を、ファン部8側から順に、第一管路延長往路39A及び第二管路延長往路39B(第二実施形態のみ)、第一管路復路35A及び第二管路復路35B、第一管路34A及び第二管路34Bの順とした。これにより、空気が上記の順に通過することとなるため、空気は、より長い間熱交換に供された冷媒を流通させる冷媒配管から順に接触することとなる。従って、とくに冷房運転時には空気の降温が緩慢となるため、結露が起こりにくくなる。この効果は、第二実施形態で特に強く示される。
以上、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、本発明の実施形態では、冷媒配管は、ファン部側配管列と、ケーシング側配管列の計二列及び三列としたが、四列以上であってもよい。
また第一実施形態及び第二実施形態では、第一管路34A及び第二管路34Bが軸線O方向に交互に配置されているが、例えば複数本ずつが交互に配置されていてもよい。
また、本発明の第一及び第二実施形態においては、第一管路34Aと第二管路34Bの各管路数は、同等であるとした。ここでいう同等の数とは、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計事項として同数であるとみなすことのできる程度、例えば第一管路34Aと第二管路34Bとが1〜2本異なっている場合を含む。
また、第三実施形態では、一例として上下に偏在して第一管路34A及び第二管路34Bを設けたが、軸線O方向での熱交換量が均一となるように、第一管路34A及び第二管路34Bとを適宜配置変更してもよい。
また、熱交換器も一体ではなく、周方向に複数に分割されていてもよい。
100、101、102 空気調和機
200、201、202 室内ユニット
2 室外機
3 冷媒回路
4 圧縮機
5 室外機熱交換器
6 吸込み口
60、61、62 熱交換器
7 ケーシング
8 ファン部
11 化粧板
12 エアフィルター
13 吹出し口
14 ターボファン
15 モータ
16 ベルマウス
17、18、19 フィン
20、21 屈曲部
30、31、32 ファン部側配管列
40、41、42 ケーシング側配管列
51 中央部配管列
33A 第一周方向
33B 第二周方向
34A 第一管路
34B 第二管路
35A 第一管路復路
35B 第二管路復路
36A 第一冷媒入口
36B 第二冷媒入口
37A 第一冷媒出口
37B 第二冷媒出口
38A、138A 熱交換器第一終端部
38B、138B 熱交換器第二終端部
39A 第一管路延長往路
39B 第二管路延長往路
29 ヘアピン管
O 軸線

Claims (6)

  1. 軸線回りに回転することで空気を送風するファンと、
    前記ファンを収容するとともに前記軸線方向の一方向に向かって開口した箱状のケーシングと、
    前記ケーシング内に設けられて、前記開口の周方向に延びて前記ファンを囲って配置された熱交換器と、を備え、
    前記熱交換器は、
    互いの面同士が対向して前記周方向に配列された複数のフィンと、
    前記複数のフィンを通過し、前記周方向に沿って延びて設けられた複数の冷媒配管と、を備え、
    前記複数の冷媒配管は、
    前記周方向のうちの一方向である第一周方向へと冷媒を流す第一管路と、
    前記第一周方向と反対方向の第二周方向へと冷媒を流す第二管路と、を有し、
    前記第一管路の始点には、前記熱交換器の外部から冷媒を前記第一周方向に向かって導入する第一冷媒入口が設けられ、
    前記第二管路の始点には、前記熱交換器の外部から冷媒を前記第二周方向に向かって導入する第二冷媒入口が設けられた室内ユニット。
  2. 前記熱交換器が、前記周方向の全周にわたって連続して延びている請求項1に記載の室内ユニット。
  3. 前記第一管路と前記第二管路とが、対応する数量設けられている請求項1又は2に記載の室内ユニット。
  4. 前記熱交換器内での前記第一管路と前記第二管路の各管路数の前記軸線方向における分布が、一様である請求項3に記載の室内ユニット。
  5. 前記熱交換器内で、前記第一管路が前記軸線方向の前記ケーシングの底面側に偏在し、前記第二管路が前記軸線方向の前記ケーシングの開口側に偏在して設けられ、
    かつ、前記第二管路を構成する冷媒配管の本数が、前記第一管路を構成する冷媒配管の本数より多い、請求項1又は2に記載の室内ユニット。
  6. 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の室内ユニットを備えた空気調和機。
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