JP2020133498A - ターボファン - Google Patents

Abstract

【課題】羽根を構成する羽根部材同士の相対回転を伴うねじれを抑制可能なターボファンを提供すること。【解決手段】羽根２７の一方の面を形成する第１の羽根部材として機能する負圧側羽根部材４１には、他方の面を形成する第２の羽根部材として機能する正圧側羽根部材５１に向けて突出すると共に非円形断面の突出部４６が設けられる。また、正圧側羽根部材５１には、突出部４６が挿入されて前記非円形断面の箇所が相対回転不能に嵌まる挿入部５６が設けられる。【選択図】図４

Description

本発明は、ターボファンのねじれを抑制する技術に関するものである。

ターボファンには、主板と、シュラウドと、主板とシュラウドとの間に設けられる複数の羽根とを備え、羽根は、当該羽根の正圧側の面を形成する正圧側羽根部材と、負圧側の面を形成する負圧側羽根部材とを有する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、正圧側羽根部材の内面に形成された係合ピンを、負圧側羽根部材の内面に形成された係合凹部に係合させることが記載されている。

特開２０１７−１２２３９４号公報

しかし、従来の係合ピン、及び係合凹部の孔は、単純な真円断面に形成されるので、正圧側羽根部材、及び負圧側羽根部材からなる２枚の羽根部材が、係合ピンを基準にして相対回転する動きを規制できない。このため、ターボファンの回転上昇時等に、上記相対回転を伴う羽根のねじれが発生し、きしみ音が発生するおそれがあった。

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、羽根を構成する羽根部材同士の相対回転を伴うねじれを抑制可能なターボファンを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため本発明は、主板と、シュラウドと、前記主板と前記シュラウドとの間に設けられる複数の羽根とを備え、前記羽根は、当該羽根の一方の面を形成する第１の羽根部材と、他方の面を形成する第２の羽根部材とを有するターボファンにおいて、前記第１の羽根部材には、前記第２の羽根部材に向けて突出すると共に非円形断面を有する突出部が設けられ、前記第２の羽根部材には、前記突出部が挿入されて前記非円形断面の箇所が相対回転不能に嵌まる挿入部が設けられていることを特徴とする。

本発明のターボファンは、羽根を構成する羽根部材同士の相対回転を伴うねじれを抑制可能である。

本発明の実施形態に係るターボファンを適用した天井埋込型空気調和機の縦断面図 天井埋込型空気調和機の斜視図 ターボファンの斜視図 羽根を示す図 正圧側羽根部材の斜視図 爪部と爪係止部とが係合した状態の側断面図 正圧側羽根部材の各挿入部を拡大した示す図 フックとフック係止部とが係合した状態の側断面図

第１の発明は、主板と、シュラウドと、前記主板と前記シュラウドとの間に設けられる複数の羽根とを備え、前記羽根は、当該羽根の一方の面を形成する第１の羽根部材と、他方の面を形成する第２の羽根部材とを有するターボファンにおいて、前記第１の羽根部材には、前記第２の羽根部材に向けて突出すると共に非円形断面を有する突出部が設けられ、前記第２の羽根部材には、前記突出部が挿入されて前記非円形断面の箇所が相対回転不能に嵌まる挿入部が設けられている。
この構成によれば、羽根部材同士の相対回転を伴うねじれを抑制でき、ねじれに起因するきしみ音の発生を抑制できる。

第２の発明は、前記突出部及び前記挿入部を、前記主板及び前記シュラウドの接合箇所から相対的に離れた箇所に設けるので、羽根のねじれを効率良く抑制できる。

第３の発明は、前記突出部及び前記挿入部を、前記羽根が有する複数の角部のうち、前記接合箇所から最も離れた角部に対応する領域に少なくとも設けるので、相対的にねじれ易い角部のねじれを抑制できる。

第４の発明は、前記突出部及び前記挿入部を、前記第１及び第２の羽根部材の外縁に沿ってそれぞれ間隔を空けて複数設けるので、羽根全体のねじれを抑制し易くなる。

第５の発明は、前記第２の羽根部材の内面に、この羽根部材を補強すると共に互いに交差する複数のリブを設け、前記複数のリブで区画された領域に、前記挿入部を設けるので、リブによって挿入部を含む領域の変形を効果的に抑制できる。

第６の発明は、前記第１及び第２の羽根部材の一方には、他方の羽根部材に向けて延びるフックを設け、他方の羽根部材には、前記フックが係止して前記フックの抜けを規制するフック係止部を設けるので、第１及び第２の羽根部材の一方から他方が外れる事態を抑制できる。

第７の発明は、前記挿入部がＤ断面形状の孔を有し、前記突出部が前記挿入部に嵌まるＤ断面形状を有するので、簡易な形状で、羽根部材同士の相対回転を伴うねじれを抑制できる。

第８の発明は、第１及び第２の羽根部材における互いに接触する箇所の少なくともいずれか一方が、自己潤滑性を有する素材で形成されるので、ねじれが発生してもきしみ音の発生を抑制でき、きしみ音を更に低減できる。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態に係るターボファンを適用した天井埋込型空気調和機の縦断面図である。図２は、天井埋込型空気調和機の斜視図である。
図１に示すように、天井埋込型空気調和機１は、被調和室の天井１２裏の空間１３に設置される室内ユニット１０を備えている。この室内ユニット１０は、図１及び図２に示すように、下面が開放された箱型に形成された空気調和機本体１４を備えており、空気調和機本体１４の外側角部には、吊り用金具１８が取り付けられている。

空気調和機本体１４は、吊り用金具１８に連結された吊りボルト１５によって天井梁１１から吊り下げられた状態で設置される。この空気調和機本体１４には、発泡スチロール製の断熱部材１６が、空気調和機本体１４の側板１７の内面に接した状態で配置され、側板１７における結露を防止している。

空気調和機本体１４は、ファンモータ２１、ターボファン２３、オリフィス２８、熱交換器３０、及びドレンパン３１等を収容する。また、空気調和機本体１４の下方開口は、吸込口３４と吹出口３７とを有する化粧パネル３３によって覆われる。
ファンモータ２１は、空気調和機本体１４の上板の下面に取り付けられ、このファンモータ２１の回転シャフト２２にターボファン２３が連結される。

ターボファン２３は、ファンモータ２１の下方に位置し、ファンモータ２１によって回転駆動される。このファンモータ２１とターボファン２３とによって、空調室内の空気を吸込口３４から空気調和機本体１４内に吸い込み、熱交換器３０に向けて送風する送風装置２０が構成される。
オリフィス２８は、ターボファン２３と化粧パネル３３との間に配置され、周面が弧状に形成された環状に形成される。このオリフィス２８によって、吸込口３４から空気調和機本体１４内への空気の流れが円滑化される。

熱交換器３０は、平面視で多角形形状に屈曲形成され、ターボファン２３の周囲を取り囲むように配置される。これにより、ターボファン２３の遠心方向に送風される空気が熱交換器３０に向けて送風される。熱交換器３０は、ターボファン２３が送風する空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器であり、冷媒の流れを切り替えることによって、冷媒の蒸発器、又は凝縮器として機能する。
熱交換器３０を通過した空気は、化粧パネル３３に設けられた吹出口３７から空調室内に供給される。これによって、被調和室の冷房、又は暖房が可能になる。

ドレンパン３１は、熱交換器３０の下方に延在し、熱交換器３０で発生するドレン水を受ける。ドレンパン３１に貯留されたドレン水は、排水経路を通って外部に排出される。上記した室内ユニット１０を含む天井埋込型空気調和機１の各構成は、ターボファン２３の構成を除き、公知の構成を広く適用可能である。

図３は、ターボファン２３の斜視図である。
ターボファン２３は、回転シャフト２２に直結される主板２４と、主板２４に対向配置されるシュラウド２６と、主板２４とシュラウド２６との間に設けられる複数の羽根２７とを備えている。なお、図３は、シュラウド２６側から見たターボファン２３の斜視図である。
本構成では、主板２４と、シュラウド２６と、複数の羽根２７とが別々に製作された後、各羽根２７が主板２４及びシュラウド２６にそれぞれ接合されることによって、ターボファン２３が組み立てられる。

本構成の主板２４、シュラウド２６及び羽根２７は、樹脂成形によって形成されている。また、羽根２７を主板２４及びシュラウド２６に接合する方法には、熱溶着が適用されている。
なお、要求される仕様等が異なる場合、樹脂成形に限定されず、主板２４、シュラウド２６及び羽根２７のいずれかを他の材料で形成してもよい。また、羽根２７を主板２４及びシュラウド２６に接合する方法には、超音波溶着等の公知の様々な熱溶着方法、又は、ボルト等の締結部材を用いた他の接合方法を適用してもよい。

主板２４は、ファンモータ２１の回転シャフト２２に連結されるボス部２４Ａと、環状かつ平板状の板部２４Ｂとを一体に備えた樹脂成形部品である。環状の板部２４Ｂに囲まれる領域は、ファンモータ２１を収容するモータ収容部２５（図１参照）として利用される。
シュラウド２６は、環状の板部２６Ａと、板部２６Ａの内周縁から主板２４の反対側に向けて突出する筒状の筒部２６Ｂとを一体に有した樹脂成形部品である。これら主板２４及びシュラウド２６は、シンプルな形状であるため、比較的容易に成形することが可能である。
なお、主板２４及びシュラウド２６の形状は適宜に変更してもよいし、また、各部材２４、２６のいずれかを複数の部品を組み合わせて形成してもよい。

図４は、羽根２７を示す図である。
図４に示すように、羽根２７は、負圧側の面を形成する負圧側羽根部材４１と、この負圧側羽根部材４１と別体に形成され、正圧側の面を形成する正圧側羽根部材５１とを備えている。なお、正圧側は、ターボファン２３の外周側に相当し、負圧側は、ターボファン２３の内周側に相当している。

負圧側羽根部材４１は、負圧側の設計曲面に沿う負圧側板状部材４２と、この負圧側板状部材４２の内面に設けられる爪係止部４５、突出部４６、及びフック４７とを一体に備えている。
この負圧側羽根部材４１に関し、ターボファン２３の遠心方向上流側の縁部を「上流縁部４１Ａ」と表記し、遠心方向下流側の縁部を「下流縁部４１Ｂ」と表記し、主板２４側の縁部を「基端縁部４１Ｃ」と表記し、シュラウド２６側の縁部を「先端縁部４１Ｄ」と表記する。

正圧側羽根部材５１は、正極側の設計曲面に沿う正圧側板状部材５２と、この正圧側板状部材５２の主板２４側の縁部（以下に述べる基端縁部５１Ｃに相当）に設けられるフランジ部５３と、正圧側板状部材５２を補強するリブ５４と、正圧側板状部材５２の内面に設けられる爪部５５、挿入部５６、及びフック係止部５７とを一体に備えている。
この正圧側羽根部材５１に関し、ターボファン２３の遠心方向上流側の縁部を「上流縁部５１Ａ」と表記し、遠心方向下流側の縁部を「下流縁部５１Ｂ」と表記し、主板２４側の縁部を「基端縁部５１Ｃ」と表記し、シュラウド２６側の縁部を「先端縁部５１Ｄ」と表記する。

図５は、正圧側羽根部材５１の斜視図である。
図５に示すように、リブ５４は、正圧側板状部材５２の上下方向に渡って延在する複数の縦リブ５４Ａと、正圧側板状部材５２の前後方向に渡って延在し、各縦リブ５４Ａに交差する複数の横リブ５４Ｂとを有している。これらリブ５４Ａ、５４Ｂによって正圧側板状部材５２全体の強度が向上し、その結果、羽根２７のねじれ等が抑制される。
本構成では、同図５に示すように、正圧側板状部材５２が外側（正圧側に相当）に向かって湾曲した形状に形成され、縦リブ５４Ａが上流縁部５１Ａ及び下流縁部５１Ｂから離れた位置に形成されるので、縦リブ５４Ａの高さを効率良く稼ぐことができ、羽根２７のねじれ抑制により有利となっている。

また、互いに交差するリブ５４Ａ、５４Ｂによって、正圧側羽根部材５１の領域が複数の領域に区画され、各領域に、爪部５５、挿入部５６、及びフック係止部５７が割り振られて配置されている。
より具体的には、爪部５５は、正圧側羽根部材５１の上流縁部５１Ａ近傍にて、上記リブ５４Ａ、５４Ｂによって区画される異なる領域にそれぞれ配置され、負圧側羽根部材４１に設けられた爪係止部４５（図４参照）のそれぞれに係止する。なお、リブ５４Ａ、５４Ｂの向き、数、位置及び形状等は適宜に変更してもよい。

図６は、爪部５５と爪係止部４５とが係合した状態の側断面図を示している。爪部５５と爪係止部４５とが係合することによって、正圧側及び負圧側板状部材５２、４２の上流縁部５１Ａ、４１Ａ間の結合力を高めることができる。なお、正圧側板状部材５２の上流縁部５１Ａは、上面視でＵ字状に屈曲し、その屈曲端が負圧側板状部材４２の上流縁部４１Ａに当接する構成となっている。これらにより、ターボファン２３回転時に上流縁部５１Ａ、４１Ａ間から空気が流入する事態が抑制される。

図７は、正圧側羽根部材５１の各挿入部５６を拡大した示す図である。
図７に示すように、挿入部５６は、正圧側板状部材５２の外縁に沿って間隔を空けて複数（本実施形態では４個）設けられている。より具体的には、各挿入部５６は、上記リブ５４Ａ、５４Ｂによって区画される複数の領域のうち、羽根２７が有する全ての角部（本実施形態では４つの角部）Ｋ１〜Ｋ４に対応する領域にそれぞれ配置されている。なお、角部Ｋ１〜Ｋ４は、羽根２７を略矩形形状とみなした場合の角部に相当する。
図６に示すように、挿入部５６は、非円形断面の一種であるＤ断面形状の孔を有しており、かつ、各挿入部５６のＤ形状の孔の向きが互いに異なる向きとされている。

一方、負圧側羽根部材４１には、負圧側羽根部材４１の内面から正圧側板状部材５２に向けて突出する突出部４６が、負圧側羽根部材４１の外縁に沿って間隔を空けて形成されている、各突出部４６は、羽根２７となるように負圧側羽根部材４１と正圧側板状部材５２とを重ねた場合に、各挿入部５６にそれぞれ挿入されて嵌まるＤ断面形状の柱形状となっている。
これによって、各突出部４６が各挿入部５６に相対回転不能に嵌まり、２枚の羽根部材４１、５１が相対回転する事態を抑制できる。したがって、ターボファン２３回転時に、２枚の羽根部材４１、５１同士の相対回転を伴うねじれを抑制でき、ねじれに起因するきしみ音の発生を抑制できる。

本構成では、全ての挿入部５６に、全ての突出部４６が相対回転自在に嵌まるので、１つの挿入部５６に１つの突出部４６が相対回転自在に嵌まる場合と比べ、羽根部材４１、５１の相対回転を伴うねじれを効果的に抑制できる。しかも、羽根２７が有する全ての角部に対応する位置に、挿入部５６及び突出部４６が設けられるので、羽根部材４１、５１の相対回転を伴うねじれを効率良く抑制できる。

ここで、図７には、圧側羽根部材５１に接合される主板２４、及びシュラウド２６の接合箇所を二点鎖線で示している。これら接合箇所から相対的に離れた角部Ｋ１が、羽根２７のうち相対的に強度が低い箇所となり易い。本構成では、この角部Ｋ１に挿入部５６が設けられるので、羽根２７のねじれを効率良く抑制できる。
なお、羽根２７のねじれを十分に抑制できる範囲で、角部Ｋ１以外の箇所に設けられる挿入部５６の孔、及びこの挿入部５６に挿入される突出部４６に、従来の構成、つまり、単純な真円断面の構成を採用してもよい。また、角部Ｋ１以外の箇所でねじれを抑制することが、きしみ音の発生低減等に有効であった場合、角部Ｋ１の箇所の挿入部５６及び突出部４６を、従来の構成にしてもよい。

また、各挿入部５６のＤ形状の孔の向きが互いに異なる向きの場合を例示したが、これに限定されず、二つ以上の挿入部５６の孔の向きを同方向に揃えてもよい。また、挿入部５６及び突出部４６を設ける位置、及び、挿入部５６及び突出部４６の数は適宜に変更してもよい。
また、本構成では、リブ５４で補強された正圧側羽根部材５１に挿入部５６を設けるので、リブ５４によって挿入部５６を含む領域の変形を効果的に抑制することができる。

図８は、フック４７とフック係止部５７とが係合した状態の側断面図を示している。フック４７は、正圧側羽根部材５１に向けて延びる形状に形成され、フック係止部５７は、フック４７が係止してフック４７の抜けを規制する形状に形成されている。本構成のフック４７は、このフック４７の弾性を利用してフック係止部５７に形成するスナップフィットに形成されている。このフック４７とフック係止部５７とからなるスナップフィット構造により、羽根部材４１、５１同士の抜けを容易に抑制することができる。

図７に示したように、フック係止部５７は、正圧側羽根部材５１の中央領域に設けられるので、このフック係止部５７によって、バランス良く他方の羽根部材４１の抜けを防止できる。また、フック係止部５７は、リブ５４で補強された領域に配置されるので、リブ５４によってフック係止部５７を含む領域の変形を効果的に抑え、フック４７との係止力を高め易くなる。
なお、羽根部材４１、５１同士の抜けを十分に防止できる範囲で、フック係止部５７及びフック４７の形状、位置、及び数は適宜に変更してもよい。

以上説明したように、羽根２７の一方の面を形成する第１の羽根部材として機能する負圧側羽根部材４１には、他方の面を形成する第２の羽根部材として機能する正圧側羽根部材５１に向けて突出すると共に非円形断面の一種であるＤ断面形状の突出部４６が設けられる。また、正圧側羽根部材５１には、突出部４６が挿入されて前記非円形断面の箇所が相対回転不能に嵌まる挿入部５６が設けられる。この構成によれば、羽根部材４１、５１同士の相対回転を伴うねじれを抑制でき、ねじれに起因するきしみ音の発生を抑制できる。

なお、非円形断面は、Ｄ断面形状に限定されず、三角形状、又は星形形状等でもよく、突出部４６を基準とした相対回転を規制可能な範囲で、任意の形状を適用可能である。少なくとも、突出部４６の外周の位置によって、外周から突出部４６の重心（または中心）までの距離が異なる部分が存在する形状であればよい。

突出部４６及び挿入部５６は、主板２４及びシュラウド２６の接合箇所から相対的に離れた箇所に設けられるので、羽根２７のねじれを効率良く抑制できる。
しかも、突出部４６及び挿入部５６は、羽根２７が有する複数の角部Ｋ１〜Ｋ４のうち、前記接合箇所から最も離れた角部Ｋ１に対応する領域に少なくとも設けられるので、相対的にねじれ易い角部Ｋ１のねじれを抑制できる。

また、突出部４６及び挿入部５６は、羽根部材４１、５１の外縁に沿ってそれぞれ間隔を空けて複数設けられるので、羽根２７全体のねじれを抑制し易くなる。
また、正圧側羽根部材５１の内面に、この羽根部材５１を補強すると共に互いに交差する複数のリブ５４が設けられ、これらリブ５４で区画された領域に挿入部５６が設けられるので、リブ５４によって挿入部５６を含む領域の変形を効果的に抑制できる。

また、負圧側羽根部材４１には、正圧側羽根部材５１に向けて延びるフック４７が設けられ、正圧側羽根部材５１には、フック４７が係止してフック４７の抜けを規制するフック係止部５７が設けられるので、羽根部材４１、５１の一方から他方が外れる事態を抑制できる。また、フック係止部５７は、リブ５４で区画された領域に設けられるので、リブ５４によってフック係止部５７を含む領域の変形を効果的に抑制できる。
なお、十分な効果が得られる範囲で、フック４７を正圧側羽根部材５１に設け、フック係止部５７を負圧側羽根部材４１に設けるようにしてもよい。つまり、羽根部材４１、５１の一方にフック４７を設け、他方にフック係止部５７を設けるようにすればよい。

また、挿入部５６は、Ｄ断面形状の孔を有し、突出部４６は、挿入部５６に嵌まるＤ断面形状を有するので、簡易な形状で、羽根部材４１、５１同士の相対回転を伴うねじれを抑制できる。

上記実施形態では、羽根部材４１、５１同士の相対回転を伴うねじれを抑制することによって、きしみ音の発生を抑制する場合を説明したが、さらにきしみ音への対策を施すようにしてもよい。
例えば、羽根部材４１、５１の少なくともいずれかを、自己潤滑性を有する素材で形成する対策を挙げることができる。自己潤滑性を有する素材は、摩擦係数が低いため、ねじれが発生してもきしみ音の発生を抑制できる。この素材は、例えば、ＰＯＭ（ポリアセタール）樹脂、又はＭＣナイロン等の自己潤滑性を有する樹脂、或いは、樹脂以外の公知の材料を適用すればよい。また、潤滑剤を加えて滑り特性を向上させた材料でもよい。

また、羽根部材４１、５１の少なくともいずれかを、自己潤滑性を有する素材にする場合に限定されず、羽根部材４１、５１における互いに接触する箇所の少なくともいずれか一方の部分が、自己潤滑性を有する素材で形成されていてもよい。
また、天井埋込型空気調和機１に使用されるターボファン２３に本発明を適用する場合を説明したが、これに限定されず、公知の様々な空気調和機に使用されるターボファンに適用してもよい。また、空気調和機以外の電子機器に使用されるターボファンに本発明を適用してもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能である。

以上のように、本発明に係るターボファンは、羽根を構成する羽根部材同士の相対回転を伴うねじれを抑制できるので、空気調和装置のターボファンに限らず、様々な装置に使用されるファンの用途に利用することができる。

１ 天井埋込型空気調和機
１０ 室内ユニット
１４ 空気調和機本体
２１ ファンモータ
２３ ターボファン
２４ 主板
２６ シュラウド
２７ 羽根
３０ 熱交換器
４１ 負圧側羽根部材（第１の羽根部材）
４２ 負圧側板状部材
４５ 爪係止部
４６ 突出部
４７ フック
５１ 正圧側羽根部材（第２の羽根部材）
５２ 正圧側板状部材
５３ フランジ部
５４ リブ
５５ 爪部
５６ 挿入部
５７ フック係止部
Ｋ１〜Ｋ４ 角部

Claims (8)

1. 主板と、シュラウドと、前記主板と前記シュラウドとの間に設けられる複数の羽根とを備え、前記羽根は、当該羽根の一方の面を形成する第１の羽根部材と、他方の面を形成する第２の羽根部材とを有するターボファンにおいて、
   前記第１の羽根部材には、前記第２の羽根部材に向けて突出すると共に非円形断面を有する突出部が設けられ、
   前記第２の羽根部材には、前記突出部が挿入されて前記非円形断面の箇所が相対回転不能に嵌まる挿入部が設けられていることを特徴とするターボファン。
2. 前記突出部及び前記挿入部は、前記主板及び前記シュラウドの接合箇所から相対的に離れた箇所に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のターボファン。
3. 前記突出部及び前記挿入部は、前記羽根が有する複数の角部のうち、前記接合箇所から最も離れた角部に対応する領域に少なくとも設けられていることを特徴とする請求項２に記載のターボファン。
4. 前記突出部及び前記挿入部は、前記第１及び第２の羽根部材の外縁に沿ってそれぞれ間隔を空けて複数設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のターボファン。
5. 前記第２の羽根部材の内面に、この羽根部材を補強すると共に互いに交差する複数のリブが設けられ、
   前記複数のリブで区画された領域に、前記挿入部が設けられていることを特徴とする請求項４に記載のターボファン。
6. 前記第１及び第２の羽根部材の一方には、他方の羽根部材に向けて延びるフックが設けられ、
   他方の羽根部材には、前記フックが係止して前記フックの抜けを規制するフック係止部が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のターボファン。
7. 前記挿入部は、Ｄ断面形状の孔を有し、
   前記突出部は、前記挿入部に嵌まるＤ断面形状を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のターボファン。
8. 前記第１及び第２の羽根部材における互いに接触する箇所の少なくともいずれか一方が、自己潤滑性を有する素材で形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のターボファン。

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