JP4729967B2 - ガス燃焼バーナ - Google Patents

Description

本発明は、ガス燃焼バーナに関し、主炎孔や保炎孔の付近の炎孔形成板部材の過熱を抑制して耐久性を向上させ、T.D.R を大きくすることができるようにしたものに関する。

ガス燃焼バーナは、空気とガスが導入されるスロート部と、このスロート部に連なり空気とガスを混合させて混合気とする混合通路部と、この混合通路部の上端に連なり混合通路部から供給される混合気を燃焼させるバーナ本体（炎孔形成部）とを有する。ガス燃焼バーナとしては、ブンゼンバーナ、濃淡バーナ、全一次バーナなどが実用に供されており、これらのガス燃焼バーナにおけるバーナ本体は、複数のプレス成形した薄金属板を重ね合わせ溶接して構成され、バーナ本体は混合気の通路に連通された複数の炎孔からなる主炎孔を有し、この主炎孔に主炎が形成される。濃淡バーナや全一次バーナでは、主炎孔の両外側に保炎を形成するための保炎孔が形成されるものもある。

従来、ガス燃焼バーナのバーナ本体は、０．３ｍｍ程度の板厚のステンレス製の板材により形成され、そのステンレス製の板材はバーナ本体の全高にわたって同じ厚さに形成され、主炎孔を形成する主炎孔形成部も前記と同様の０．３ｍｍ程度の板厚のステンレス製の板材で形成されている。

排気中のＮＯx 濃度が低い低ＮＯx バーナなどにおいては、混合気の流量を少量にして低負荷状態で燃焼させると、混合気の流速が低下するため、主炎孔の両外側の保炎孔に火炎が接近し、保炎孔を形成する板材が高温になって赤熱状態になると、保炎孔よりも上流側の混合気に逆火する虞があり、保炎孔を形成する板材が徐々に変形し、保炎孔を形成する保炎孔形成部の耐久性が低下する。

こうした不具合を防止するため、最小インプット（最低負荷状態）に制限を設けるのが一般的であるが、そのため、T.D.R （Turn Down Ratio ) を大きくすることができないという問題がある。そこで、バーナ本体を形成する板材の板厚を大きくすることも可能であるが、その場合バーナ本体の重量が重くなり、製作費が高価になる等の問題がある。
尚、本発明に関連する先行技術文献を種々検索したが、適当な特許文献を発見できなかった。

本発明の目的は、バーナ本体の保炎孔を形成する保炎孔形成部の耐久性を高めること、T.D.R を大きくすることができるようにすること、バーナ本体の重量の増加と製作費の増加を抑制することである。

請求項１のガス燃焼バーナは、複数の縦向きの中板で主炎孔を形成する主炎孔形成部と、この主炎孔形成部の外側に位置して炎孔を形成する縦板を有すると共にスロート部と混合通路部とを構成するバーナ本体とを備えたガス燃焼バーナにおいて、前記主炎孔の幅方向における最も外側にある中板のうち前記炎孔の付近の中板部分の板厚をそれより下方部分の板厚よりも厚く形成したことを特徴とするものである。
前記主炎孔の幅方向における最も外側にある中板のうち前記炎孔の付近の中板部分の板厚をそれより下方部分の板厚よりも厚く形成するため、最も外側にある中板の過熱を防止し、耐久性を高め、ガス燃焼バーナのT.D.R を大きくすることが可能となる。

請求項２のガス燃焼バーナは、複数の縦向きの中板で主炎孔を形成する主炎孔形成部と、この主炎孔形成部の外側に位置して炎孔を形成する縦板を有すると共にスロート部と混合通路部とを構成するバーナ本体とを備えたガス燃焼バーナにおいて、前記炎孔を形成する縦板のうち前記炎孔の付近の縦板部分をそれより下方部分の板厚よりも厚く形成し、前記炎孔を形成する縦板と中板の間にある縦板の前記炎孔側部分の板厚を厚く形成したことを特徴とするものである。

前記炎孔を形成する縦板のうち前記炎孔の付近の縦板部分をそれより下方部分の板厚よりも厚く形成し、前記炎孔を形成する縦板と中板の間にある縦板の前記炎孔側部分の板厚を厚く形成するため、炎孔の付近の２枚の縦板の過熱を防止し、耐久性を高め、ガス燃焼バーナのT.D.R を大きくすることが可能となる。

請求項３のガス燃焼バーナは、請求項１又は２に記載の発明において、前記板厚が厚く変化する境界部の上方に混合気を通す連通孔を形成したことを特徴とするものである。前記の境界部の上方に混合気を通す連通孔を成形するため、連通孔を通過して上方へ流れる混合気に前記境界部による悪影響は生じない。

請求項１の発明によれば、主炎孔の幅方向における最も外側にある中板のうち炎孔の付近の中板部分の板厚をそれより下方部分の板厚よりも厚く形成するため、低負荷状態で燃焼させても、上記の最も外側の中板の上端側部分が赤熱しにくくなり、逆火が生じにくくなり、その中板の上端側部分の耐久性を高め、ガス燃焼バーナのT.D.R を大きくすることができ、保炎性を高めることができる。

請求項２の発明によれば、主炎孔形成部の外側に位置して炎孔を形成する縦板のうち前記炎孔の付近の縦板部分をそれより下方部分の板厚よりも厚く形成し、その炎孔を形成する縦板と主炎孔を形成する中板の間にある縦板の前記炎孔側部分の板厚を厚く形成するため、低負荷状態で燃焼させても、上記の最も外側の縦板と、この縦板と中板の間の縦板の上端側部分が赤熱しにくくなり、逆火が生じにくくなり、それら縦板の上端側部分の耐久性を高め、ガス燃焼バーナのT.D.R を大きくすることができ、保炎性を高めることができる。

請求項３の発明によれば、前記板厚が厚く変化する境界部の上方に混合気を通す連通孔を形成するため、連通孔を通過して上方へ流れる混合気に前記境界部による悪影響は生じない。

本発明のガス燃焼バーナは、複数の縦向きの中板で主炎孔を形成する主炎孔形成部と、この主炎孔形成部の外側に位置して炎孔を形成する縦板を有すると共にスロート部と混合通路部とを構成するバーナ本体とを備えたガス燃焼バーナにおいて、前記主炎孔の幅方向における最も外側にある中板のうち前記炎孔の付近の中板部分の板厚をそれより下方部分の板厚よりも厚く形成したことを特徴とするものである。
本発明の別のガス燃焼バーナは、複数の縦向きの中板で主炎孔を形成する主炎孔形成部と、この主炎孔形成部の外側に位置して炎孔を形成する縦板を有すると共にスロート部と混合通路部とを構成するバーナ本体とを備えたガス燃焼バーナにおいて、前記炎孔を形成する縦板のうち前記炎孔の付近の縦板部分をそれより下方部分の板厚よりも厚く形成し、前記炎孔を形成する縦板と中板の間にある縦板の前記炎孔側部分の板厚を厚く形成したことを特徴とするものである。

以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
本実施例は、ガス給湯装置のガス燃焼装置のガス燃焼バーナに本発明を適用した場合の例である。図１〜図３に示すように、ガス給湯装置１は、ガス燃焼装置２と、このガス燃焼装置２の上端に接続された熱交換器３とを有する。ガス燃焼装置２は、送風部４と燃焼部５とを備えており、送風部４は、ファンケース６とファン７とファンモータ８などを有し、送風部４から燃焼部５へ燃焼用空気が送風される。

図１〜図３に示すように、燃焼部５は、バーナケース９と、このバーナケース９内に収容された複数のガス燃焼バーナ１０と、これら複数のガス燃焼バーナ１０に燃料ガスを供給する複数のガスノズル１１と、送風部４から供給される空気を複数のガス燃焼バーナ１０の空気導入口１２へ導く空気流通路１３と、バーナケース９の前後左右の４枚の壁面に沿って流れる冷却空気通路を形成する４枚の仕切板１４などを有する。ガス燃焼バーナ１０とガス燃焼バーナ１０の間には偏平な２次空気の通路が形成され、この２次空気通路には空気流通路１３から導入された２次空気が供給される。

図４〜図７に示すように、本実施例のガス燃焼バーナ１０は全一次バーナであり、このガス燃焼バーナ１０は、バーナ本体１５と、このバーナ本体１５の内部の複数（例えば６枚）の中板１６とを有する。バーナ本体１５は、薄いステンレス板（例えば板厚０．３ｍｍ）をプレス成形したものであり、中板１６は薄いステンレス板（例えば板厚０．３ｍｍ）をプレス成形して構成され、バーナ本体１５は、ガスと燃焼用空気が流入するスロート部１７と、スロート部１７から流入したガスと燃焼用空気を混合する混合通路部１８と、主炎孔２０と保炎孔２１を形成する炎孔形成部２２とを有する。

炎孔形成部２２は、例えば６枚の中板１６でもって主炎孔２０を形成する主炎孔形成部２３を有し、主炎孔２０の幅方向の外側には、バーナ本体１５の一部を構成する側板２４が配置され、側板２４とその内側の中板１６との間の上端部分に保炎孔２１が形成されている。６枚の中板１６は、プレス成形された複数の接合部において側板２４と溶接接合され、主炎孔形成部２３には図４に示すように例えば複数（例えば１４個所）の主炎孔２０が形成され、これら主炎孔２０の両側の外側に保炎孔２１が側板２４と中板１６とで形成される。

次に、炎孔形成部２２の構造について詳しく説明する。
図７に示すように、側板２４の上端側部分２４ａ（保炎孔２１の付近の所定上下長部分）が例えば厚さ０．５ｍｍのステンレス板で構成され、側板２４の上端側部分２４ａの板厚がそれよりも下方部分の板厚よりも厚い板厚増加部に形成され、この板厚が変化する境界部２５よりも上方において、中板１６に混合気を保炎通路２１ａに導出する連通孔２６が形成されている。

主炎孔２０には空気比１００％のガス・空気の混合気が供給されて主炎孔２０に主炎２０ｂが形成され、保炎孔２１に通ずる保炎通路２１ａには連通孔２６から空気比１００％の混合気が導出され、保炎孔２１に保炎２１ｂが形成される。上記の側板２４の板厚増加部（２４ａ）は保炎通路２１ａ側へ板厚が増加するように形成され、前記境界部２５における側板２４の外面は平面に形成されるが、上記の板厚増加部（２４ａ）を側板２４の外面側へ板厚が増加するように形成してもよい。

側板２４のうち板厚を増加させる上端側部分２４ａの上下長は、図示のものに限定されず、板厚が大きくなるほど前記上下長を短くしてもよい。なお、ガス燃焼バーナ１０の製作時、バーナ本体１５の側板２４に板厚増加部（２４ａ）を形成する板材をレーザ溶接等で溶接してから、バーナ本体１５をプレス成形することにより板厚増加部（２４ａ）を簡単に形成することができる。

次に、このガス燃焼バーナ１０の作用について説明する。
上記のように、側板２４の上端側部分２４ａ（板厚増加部）の板厚（例えば、０．５ｍｍ）をそれよりも下方部分の板厚（例えば、０．３ｍｍ）よりも厚く形成するため、伝熱断面積が増して放熱性が向上し、炎孔形成部２２のうちの特に側板２４の上端側部分２４ａが過熱して赤熱状態にならなくなる。即ち、低負荷燃焼時（低アウトプット状態）には、保炎通路２１ａ内の混合気の流速が低下し、保炎２１ｂが保炎孔２１に接近して、側板２４が過熱状態になり易い。

しかし、側板２４の上端側部分２４ａの板厚を大きくして伝熱断面積を増して放熱性を高めたため、低負荷燃焼時にも側板２４の上端側部分２４ａが過熱して赤熱状態になることがないから、バーナ本体１５の一部である側板２４の保炎孔２１の付近の部分の耐久性が向上し、ガス燃焼バーナ１０の T.D.Rを大きくすることができるうえ、側板２４の上端側部分２４ａの板厚を増すだけであるので、バーナ本体１５の重量増加と製作費の増加を抑制することができる。しかも、バーナの使用中に側板２４の上端側部分２４ａの温度が安定化するため、保炎の保炎性も向上する。また、側板２４の板厚が変化する境界部２５よりも上方に連通孔２６を形成したので、保炎通路２１ａ内の混合気の流れに、上記の境界部２５からの悪影響が出るのを確実に防止することができる。

次に、前記実施例のガス燃焼バーナ１０の炎孔形成部２２の構造を部分的に変更する種々の例を説明する。但し、前記実施例と同じものに同一の符号を付して説明を省略する。 １）図８に示すように、側板２４の板厚が変化する境界部２５よりも下方に連通孔２７を形成する。この場合、境界部２５の内面の段差により、保炎通路２１ａ内の混合気に僅かな渦流が発生するが、保炎２１ｂの形成に殆ど影響しない。

２）図９に示すように、前記連通孔と保炎孔が省略され、炎孔形成部２２に主炎孔２０だけが形成される。
３）図１０に示すように、側板２４の板厚が変化する境界部２５の段差が外面側に形成される。２次空気の空気流に僅かな渦流が発生し、主炎２０ｂの両端部に多少の影響が出る可能性がある。従って、この渦流の影響のみを考慮すると、板厚が変化する段差は図７等に示されるように内面側に形成することが望ましい。

４）図１１に示すように、バーナ本体１５の一部を構成する側板２８の上端側部分２８ａ以外の部分は、中板１６と同じ又は略同じ厚さのステンレス薄板で構成されて中板１６の外面に当接状に配置され、側板２８の上端側部分２８ａ（保炎孔２１の付近の部分）の板厚がそれよりも下方部分の板厚よりも厚く形成され、その板厚増加部（２８ａ）が上方程外開きの約４５度の傾斜状に形成され、最も外側の中板１６と板厚増加部（２８ａ）とで断面三角形の保炎孔２１Ａが形成され、中板１６には混合気を保炎孔２１Ａへ導出する連通孔２９が形成される。ガス燃焼バーナの使用時には、主炎孔２０に主炎２０ｂが形成され、保炎孔２１Ａに保炎２１ｂが形成される。連通孔２９から導出された混合気を熱い板厚増加部（２８ａ）に衝突させるようになっているため、保炎２１ｂの保炎性が向上する。前記実施例と同様に、側板２８の上端側部分２８ａの過熱や赤熱を防止でき、耐久性を高めることできる。

５）図１２に示すように、バーナ本体１５の一部を構成する側板３０の上端側部分３０ａ以外の部分は中板１６と同じ又は略同じ厚さのステンレス薄板で構成され、側板３０の上端側部分３０ａの板厚がそれより下方部分の板厚よりも厚く形成され、この板厚増加部（３０ａ）に対向する位置において中板１６には保炎孔２１Ｂに混合気を導出する連通孔３１が形成されている。ガス燃焼バーナの使用時には、主炎孔２０に主炎２０ｂが形成され、保炎孔２１Ｂ又は保炎孔２１Ｂ内に保炎２１ｂが形成される。混合気を板厚増加部（３０ａ）に衝突させるように構成してあるため、図１１のバーナと同様に、保炎２１ｂの保炎性を高めることができる。また、前記実施例と同様に、側板３０の上端側部分３０ａの過熱や赤熱を防止でき、耐久性を高めることできる。

６）図１３に示すように、炎孔形成部２２Ａにおいて、バーナ本体１５の一部を構成する側板３２が内側側板３２ａと外側側板３２ｂと上端板３２ｃとを一体的に箱形に成形した二重構造に形成され、その内部に混合気が供給される混合気通路３３が形成され、上端板３２ｃは上方程外開きの約４５度の傾斜状に形成され、上端板３２ｃには混合気通路３３内の混合気を保炎孔２１Ｃに導出する連通孔３４が形成されている。側板３２は中板１６と同じ又は略同じ板厚に形成されるが、内側側板３２ａに当接している最も外側の中板１６の上端側部分１６ａの板厚がそれよりも下方部分の板厚よりも厚く形成されている。

ガス燃焼バーナの使用時には、主炎孔２０に主炎２０ｂが形成され、保炎孔２１Ｃに保炎２１ｂが形成される。混合気が熱い上端側部分１６ａ（板厚増加部）に衝突する構成であるので、保炎２１ｂの保炎性が向上する。また、側板３２の上端側部分は二重構造で、内部の混合気で冷却され、中板１６の上端側部分１６ａが板厚増加部になっているため、炎孔形成部のうちの保炎孔２１Ｃの付近部分の過熱や赤熱を防止でき、耐久性を高めることできる。なお、側板３２が「縦板」に相当する。

７）図１４に示すように、最も外側の中板１６Ａと内側側板３５とが連続した板材で形成され、その中板１６Ａと上端板３５ａと内側側板３５とを一体的に箱形に成形した二重構造に形成されて、その内部に混合気通路３６が形成され、上端板３５ａは上方程内開きの約４５度の傾斜状に形成され、上端板３５ａには混合気通路３６内の混合気を保炎孔２１Ｄに導出する連通孔３７が形成されている。

上記の内側側板３５の外面に当接した外側側板３８が設けられ、この外側側板３８の上端側部分３８ａの板厚はそれより下方部分の板厚よりも厚く形成され、その板厚増加部（３８ａ）の一部と上端板３５ａとで断面三角形状の保炎孔２１Ｄが形成されている。内側側板３５と、上端板３５ａと、外側側板３８のうちの板厚増加部（３８ａ）以外の部分は、中板１６と同じ又は略同じ板厚に形成されている。

外側側板３８がバーナ本体の一部を構成するものである。ガス燃焼バーナの使用時には、主炎孔２０に主炎２０ｂが形成され、保炎孔２１Ｄに保炎が形成される。混合気が連通孔３７から板厚増加部（３８ａ）の方へ噴出するため、保炎孔２１Ｄに形成される保炎２１ｂの保炎性が向上する。また、図１３のものと同様に、炎孔形成部のうちの保炎孔２１Ｄの付近部分の過熱や赤熱を防止でき、耐久性を高めることできる。

８）図１5 に示すように、このガス燃焼バーナは、バーナ使用時に淡炎４０ｂと濃炎４１ｂが形成される濃淡バーナであり、主炎孔４０（淡炎孔）を形成する複数の中板１６の外側に内側側板４２と外側側板４３が配置され、内側側板４２はバーナ本体１５の一部からなり、内側側板４２と外側側板４３の間に濃混合気通路４４が形成され、複数の中板１６により淡混合気通路４５が形成され、濃混合気通路４４の上端部に濃炎孔４１が形成され、淡混合気通路４５の上端部に主炎孔４０（淡炎孔）が形成される。

外側側板４３の上端側部分４３ａの板厚はそれより下方部分の板厚よりも厚く形成され、その板厚増加部（４３ａ）は、濃炎の保炎性を高める為に、複数の中板１６及び内側側板４２の上端よりも所定長さ上方へ突出している。内側側板４２と外側側板４３の上端側部分４３ａ以外の部分は、中板１６と同じ又は略同じ板厚に形成されている。ガス燃焼バーナの使用時には、淡炎孔４０に淡炎４０ｂが形成され、濃炎孔４１に濃炎４１ｂが形成される。前記実施例と同様に、濃炎孔４１の付近部分の過熱や赤熱を防止でき、耐久性を高めることができる。

９）図１６に示すように、このガス燃焼バーナは、バーナ使用時に淡炎４０ｂと濃炎４１ｂが形成される濃淡バーナであり、主炎孔４０（淡炎孔）を形成する複数の中板１６の外側に内側側板４６と外側側板４７が配置され、内側側板４６はバーナ本体の一部を構成しており、内側側板４６と外側側板４７の間に濃混合気通路４８が形成され、複数の中板１６により淡混合気通路４９が形成され、濃混合気通路４８の上端部に濃炎孔４１が形成される。

外側側板４７の上端側部分４７ａの板厚はそれより下方部分の板厚よりも厚く形成され、その板厚増加部（４７ａ）は、濃炎４１ｂの保炎性を向上させる為に、複数の中板１６及び内側側板４６の上端よりも所定長さ上方へ突出している。内側側板４６の上端側部分４６ａの板厚はそれより下方部分の板厚よりも厚く形成され、その板厚増加部（４６ａ）には連通孔５０が形成されている。内側側板４６の内側の中板１６の上端側部分１６ａの板厚はそれより下方部分の板厚よりも厚く形成され、その板厚増加部（１６ａ）には連通孔５１が形成されている。板厚増加部（４６ａ，１６ａ）の間に保炎孔５２が形成され、淡混合気が連通孔５１から保炎孔５２へ導出され、濃混合気が連通孔５０から保炎孔５２へ導出される。

内側側板４６と外側側板４７の板厚増加部（４６ａ，４７ａ）以外の部分は、中板１６と同じ又は略同じ板厚に形成されている。ガス燃焼バーナの使用時には、淡炎孔４０に淡炎４０ｂが形成され、濃炎孔４１に濃炎４１ｂが形成され、保炎孔５２に保炎５２ｂが形成される。板厚増加部（４７ａ）により濃炎４１ｂの保炎性が向上するうえ、保炎５２ｂが形成されるため、濃炎４１ｂの保炎性が向上する。また、板厚増加部（４６ａ，１６ａ）により保炎５２ｂの保炎性が向上する。前記実施例と同様に、濃炎孔４１や保炎孔５２の付近部分の過熱や赤熱を防止でき、耐久性を高めることができる。なお、内側側板４６，外側側板４７が「縦板」に相当する。

１０）以上説明した板厚増加部（２４ａ，２８ａ，３０ａ，１６ａ，３８ａ，４３ａ，４６ａ，４７ａ）を、図１７図（ａ）、（ｂ）に示すような薄板を折返して二重にした二重板部５３ａ，５３ｂで構成してもよい。この場合、板厚が変化する境界部の段差部を外面側に配置したり、混合気通路内に配置してもよい。また、本発明のガス燃焼バーナの燃料は、都市ガス等は勿論のこと、灯油等の液体燃料をガス化したものでもよい。その他、当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施例及び変更例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更例をも含むものである。

本発明の実施例に係るガス給湯装置の正面図である。 前記ガス給湯装置のガス燃焼装置の平面図である。 前記ガス燃焼装置の側面図である。 ガス燃焼バーナの平面図である。 ガス燃焼バーナの側面図である。 ガス燃焼バーナの正面図である。 ガス燃焼バーナの炎孔形成部の拡大断面図である。 変更例に係るガス燃焼バーナの炎孔形成部の拡大断面図である。 変更例に係るガス燃焼バーナの炎孔形成部の拡大断面図である。 変更例に係るガス燃焼バーナの炎孔形成部の拡大断面図である。 変更例に係るガス燃焼バーナの炎孔形成部の要部の拡大断面図である。 変更例に係るガス燃焼バーナの炎孔形成部の要部の拡大断面図である。 変更例に係るガス燃焼バーナの炎孔形成部の要部の拡大断面図である。 変更例に係るガス燃焼バーナの炎孔形成部の要部の拡大断面図である。 変更例に係るガス燃焼バーナの炎孔形成部の要部の拡大断面図である。 変更例に係るガス燃焼バーナの炎孔形成部の要部の拡大断面図である。 変更例に係る板厚増加部の断面図である。 変更例に係る板厚増加部の断面図である。

１０ ガス燃焼バーナ
１６ 中板
１７ スロート部
１８ 混合通路部
２０ 主炎孔
２１ 保炎孔
２３ 主炎孔形成部
２４，２８，３０，３２ 側板
３５，３８，４３，４６，４７ 側板
１６ａ，２４ａ，２８ａ，３０ａ 上端側部分
３８ａ，４３ａ，４６ａ，４７ａ 上端側部分

Claims (3)

1. 複数の縦向きの中板で主炎孔を形成する主炎孔形成部と、この主炎孔形成部の外側に位置して炎孔を形成する縦板を有すると共にスロート部と混合通路部とを構成するバーナ本体とを備えたガス燃焼バーナにおいて、
   前記主炎孔の幅方向における最も外側にある中板のうち前記炎孔の付近の中板部分の板厚をそれより下方部分の板厚よりも厚く形成したことを特徴とするガス燃焼バーナ。
2. 複数の縦向きの中板で主炎孔を形成する主炎孔形成部と、この主炎孔形成部の外側に位置して炎孔を形成する縦板を有すると共にスロート部と混合通路部とを構成するバーナ本体とを備えたガス燃焼バーナにおいて、
   前記炎孔を形成する縦板のうち前記炎孔の付近の縦板部分をそれより下方部分の板厚よりも厚く形成し、前記炎孔を形成する縦板と中板の間にある縦板の前記炎孔側部分の板厚を厚く形成したことを特徴とするガス燃焼バーナ。
3. 前記板厚が厚く変化する境界部の上方に混合気を通す連通孔を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス燃焼バーナ。

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