JP5537666B2 - 噴霧乾燥機を監視する方法、および1つまたは複数の赤外線カメラを備える噴霧乾燥機 - Google Patents

噴霧乾燥機を監視する方法、および1つまたは複数の赤外線カメラを備える噴霧乾燥機 Download PDF

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Description

本発明は、噴霧乾燥室を用意するステップと、噴霧乾燥室の内部に視野を有する1つまたは複数のカメラを噴霧乾燥室に関連付けるステップとを含む噴霧乾燥機を監視する方法に関する。さらに、本発明は、噴霧乾燥室と、霧化手段と、噴霧乾燥室に関連して配置される1つまたは複数のカメラとを備える噴霧乾燥機に関する。
噴霧乾燥は、液体製品を粉末製品に変えるためのよく知られたプロセスである。乾燥は、乾燥室で行われ、乾燥用空気が1つまたは複数のノズルあるいは回転霧化器などの他の形態の霧化器によって液滴に霧化されている供給材料、すなわち液体に接触させられる。乾燥用空気は、乾燥室の上部または上部付近に配置された空気分散機を介して乾燥室に入る。さらなる乾燥手段が、そのような乾燥システム、例えば流動層に設けられてもよい。
特に、ノズル、例えば、圧力ノズルもしくは二流体ノズルを使用することによって乾燥される液滴に液体を霧化するときに、ノズルが意図した通りに噴霧することが大切であり、というのもそうでなければ、不均一な乾燥プロセスが行われ、例えば、ノズル自体および乾燥室の内側の壁に付着物の形成が生じ、低品質および低減容量の製品の生産になるからである。結果として、塊が製品に生じる可能性があり、また、付着物の形成の危険は、予期されるものよりも長い時間加熱域にあるときに、過剰な加熱をもたらし、最悪の場合この付着物の出火になる可能性がある。室内の液滴の拡散を乱し得る噴霧乾燥機内のノズルの漏れが検出されることを確実にし、この室を過熱させ得ると共に、極端な場合には出火および爆発引き起こすことさえもあり得る固体物質の蓄積を減少させることが望ましい。従来より、出火または爆発検出装置および消化または救助装置が、それでもそのような噴霧乾燥機に設けられている。
様々なプロセスの監視および見張りが、当技術分野で知られている。従来より、この監視は、例えばノズルなどの放出口の出力の正しい動作温度を確認し、または噴霧される物品が正しい温度を有することを確実にするために実行される。しかし、噴霧乾燥プロセスの監視は、上述されたように異なった目的を有する。乾燥された製品の温度の監視は、噴霧乾燥機の関係のある部分において、すなわち乾燥室の中央または下部分において実行される。
製造される製品が、品質および粒径に関する仕様に従っていなければならないときに、および噴霧乾燥システム内で出火および/または粉塵爆発を起こす源が、明白な理由のためにできる限り排除されなければならないときに、噴霧プロセスは監視されなければならない。数年前、出願人は、視覚TVカメラを用いたその乾燥機内の噴霧ノズルシステムの性能を監視するための画期的なシステムを開発した。このカメラは、噴霧域の連続画像を示し、操作者が、漏れまたは固体物質の何らかの蓄積がなく、乾燥室内の噴霧パターンが最適水準に保たれることを確実にすることを可能にする。さらに、高圧遮断弁が漏れているか監視することがこのカメラを用いて可能である。これにより不必要な停止を防ぎ、製品の品質を改善し、室内の温度上昇の危険を低減するのを助ける。過去には、このことは、噴霧ノズルが乾燥室内に完全に囲まれるので、噴霧乾燥機が作動している間に行うことが不可能であった。しかし、カメラの使用は、操作者が、ノズルから出現する霧を観察し、任意の異常を直ちに確認することを可能にする。次いで操作者は、必要ならば修正措置をとるために介入することができ、ただし必要とされるときだけである。不必要な停止は、なくされる。TVカメラ監視システムは、製造時にノズルのパッキンからの漏れを検出し、噴霧乾燥装置の始動時および停止時にノズル自体からの漏れを検出するのに特に役立つ。観察することによって、乾燥室のプロセス汚染のあらゆる段階中にノズルが挙動する状態は、最小にすることができ、出火および爆発などの安全性の問題の回避を助ける。カメラは、操作者が、噴霧域内の出火を監視して、できる限り最良の製品品質を確実にすることを可能にもする。この技術のさらなる開発につれて、カメラ画像の自動監視が、特定の噴霧乾燥機ごとに注文製作されてもよい。
したがって、組み込まれた従来の視覚TVカメラは、ノズル噴霧履行の実際の画像を操作者に与えるために使用される。このことは、操作者が処理の間ずっと表示装置を見ていなければならないこと、または自動画像解析ソフトウェアシステムが、そのようなプロセスを見張るために適用されなければならないことを意味する。多くの噴霧乾燥プラントは、複数の期間にわたって1日24時間稼働しているので、ずっと手動監視することは、人手の観点で時間の無駄である。このことは不利である。
自動画像解析システムを適用することの代替は、全ての特定の噴霧乾燥機へのそのような適用の必要性があり、ソフトウェアの費用がかなりのものとなるので、やはり不利である。
この背景に関して、本発明の目的は、噴霧乾燥機の監視を行うことであり、それによってこれらの欠点が克服される。
本発明の第1の態様では、本目的およびさらなる目的は、噴霧乾燥室を用意するステップと、噴霧乾燥室の内部に視野を有する1つまたは複数のカメラを噴霧乾燥室に関連付けるステップとを含む噴霧乾燥機を監視する方法によって満たされ、前記1つまたは複数のカメラのうちの少なくとも1つが、赤外線カメラであり、温度が、所定の領域内で測定される。
このやり方では、赤外線カメラを用いることによって、所定の領域内の正確な温度測定が可能になされる。このように、選択の領域内で温度が測定されてもよく、この領域は、例えば、操作者によってまたは所定の見張りパターンに従って選ぶことができる。噴霧乾燥機内の熱い乾燥用ガスが、カメラと観察すべき対象の間に供給される場合でも、噴霧乾燥機内の見張り用の赤外線カメラは、副次的な悪影響または誤りなしに働くことができることが驚くほど見出されている。
とりわけ霧化ノズルの個数に応じて、1つの噴霧乾燥機内にいくつかの赤外線カメラがあってもよい。ただ1つのノズルを有する場合、1つの赤外線カメラは、十分であり得る。例えば8つの霧化ノズルを用いる場合、2つまたは3つの赤外線カメラは、全てのノズルを完全にカバーするのに最適であり得る。有利な一実施形態では、少なくとも2つの赤外線カメラが、前記噴霧乾燥室に関連付けられる。
単一の赤外線カメラを用いてできる限り大きい領域をカバーするために、各赤外線カメラは、少なくとも90度の視野を有してもよい。一部の小さな画像の歪みは、温度に基づく制御機能については重要でないので、ほぼ180度をカバーするいわゆる魚眼レンズが、幅広い領域をカバーするために使用できることが有益である。
この方法は、噴霧乾燥機内の任意の位置で温度を測定するために利用することができる。しかし、乾燥室の特定の部分は、付着物の形成、および高温をより受ける。この方法が、少なくとも1つの噴霧ノズルを霧化手段として用意するさらなるステップを含む場合には、少なくとも1つの赤外線カメラによって監視された所定の領域は、有利には、1つまたは複数のノズルの一部、あるいは1つまたは複数のノズルを含む。
代替としてまたは加えて、少なくとも1つの赤外線カメラによって監視された所定の領域は、噴霧乾燥室の壁の一部を含む。
さらに、少なくとも1つの赤外線カメラによって監視された所定の領域は、噴霧乾燥室の下部内に流動層ガス分配器プレートの一部を含んでもよい。また、流動層中の流動化した粉末が、監視され得る。
好ましくは、この方法は、制御システムを用意するさらなるステップと、前記所定の領域内の温度についての設定値を用意するさらなるステップとを含み、制御システムが、温度が前記設定値を超えると作動される警報と関連付けられる。これは、噴霧乾燥プロセスの自動見張りを得ることを可能にする。制御システムは、例えば遠くから監視されてもよい。この方法の利点は、従来の出火または煙検出手段、例えば乾燥室内のいわゆるCO監視が、出火になり得る初期の赤熱を識別するのに十分でないかもしれないときに改善された安全性を実現することである。赤外線の見張りは、初期段階でこれを発見することができる。この方法によって、従来のCO監視は出火が開始されると、すなわちずっと遅い段階で作動されるのに過ぎないのに対して、所定の領域の温度がある一定の値を超えると、すなわち噴霧乾燥機の特定の箇所で局所的に、警報を作動することが可能である。
このように、監視は、固形物の付着物に対して行われてもよく、温度についての設定値は、付着物の温度である。噴霧乾燥機の動作は、警報が作動されると停止されてもよい。噴霧乾燥機が静止しているときに、付着物は除去することができる。全体として、これにより過度の加熱および出火の突然発生を防ぐ。付着物の除去およびことによりさらなる洗浄手順の後に、噴霧乾燥機の動作が再開されてもよい。
赤外線カメラ自体の過度の加熱を防ぐために、冷却ガスが、少なくとも1つの赤外線カメラを冷却するように供給されてもよい。
1つまたは複数の赤外線カメラは、原則では、視野が乾燥室内に位置する限り噴霧乾燥室の外側に配置され得るが、有利には、1つまたは複数の赤外線カメラは、移動可能および/または着脱可能なカメラ・ランスを介して噴霧乾燥室内に配置されてもよい。これによりランス自体内に必要な配線および電子機器を設けるここを可能にさせる。
噴霧乾燥プロセスの通常の視覚映像が望まれる場合、1つのカメラ・ランス内で通常の視覚カメラを赤外線カメラに組み合わせることが可能である。視覚カメラおよび赤外線カメラは、別個にあってもよく、または単一ユニットに統合されてもよい。
本発明の別の態様では、噴霧乾燥室と、霧化手段と、噴霧乾燥室内に配置される1つまたは複数のカメラとを備える噴霧乾燥機が提供され、前記噴霧乾燥機は、前記1つまたは複数のカメラのうちの少なくとも1つが、赤外線カメラであることを特徴とする。
赤外線カメラを用いると、所定の領域内の正確な温度測定が可能になされる。このように、選択の領域内で温度が測定されてもよく、この領域は、例えば、操作者によってまたは所定の見張りパターンに従って選ぶことができる。噴霧乾燥機内の熱い乾燥用ガスが、カメラと観察すべき対象の間に供給される場合でも、噴霧乾燥機内の見張り用の赤外線カメラは、副次的な悪影響または誤りなしに働くことができることが驚くほど見出されている。
1つまたは複数の赤外線カメラが、移動可能および着脱可能なカメラ・ランスを介して噴霧乾燥室内に配置されてもよい。これにより、ランス自体内に必要な配線および電子機器を設けること、ならびにカメラの簡単な移動、除去および交換を可能にすることを可能にさせる。
噴霧乾燥プロセスの通常の視覚映像が望まれる場合、1つのカメラ・ランス内で通常の視覚カメラを赤外線カメラに組み合わせることが可能である。視覚カメラおよび赤外線カメラは、別個にあってもよく、または単一ユニットに統合されてもよい。
少なくとも1つの赤外線カメラは、のぞきガラスおよび保護格子によって覆われてもよい。
各特定の実施形態および特徴の変更形態は、別段特に定めのない限り、本発明の各態様に等しく適用される。さらなる詳細および利点は、従属請求項および以下の説明から明らかになろう。
以下において、本発明は、好ましい実施形態の以下の説明により、図面を参照してさらに詳細に説明される。
本発明の一実施形態における噴霧乾燥機の概略側面図である。 本発明の別の実施形態における噴霧乾燥機の概略側面図である。 図2に示される噴霧乾燥機の細部の拡大した斜視図である。
図1は、ほぼ円筒形上部分4a、円錐壁3、および狭窄した下部分4bを備える噴霧乾燥室2を有する噴霧乾燥機1の一実施形態を示す。上部分4aには、霧化手段9が設けられる。空気入口に接続された空気分散機が、噴霧乾燥室(図示せず)の上部分に設けられており、この空気入口は、直線状空気入口、または半径方向入口、または接線方向入口であり得る。空気分散機は、例えば、出願人の同時係属の国際出願WO2007/071238、またはPCT/DK2009/050277に記載された形態を有してもよく、あるいは他の任意の伝統的な空気分散機として設計することもできる。
噴霧乾燥機1は、それ自体知られたやり方で、霧化手段9に通じる繰出し手段を含む。空気分散機は、例えば、噴霧乾燥機1の乾燥室2の天井内または天井上、あるいは乾燥室2の上部分4a内に取り付けられてもよい。とりわけ乾燥室2の大きさに応じて、乾燥室2の天井内に取り付けられる2つ以上の、例えば3つの、そのような空気分散機があり得る。
空気入口から空気分散機に入る乾燥用空気は、乾燥室の中への乾燥用空気の下降流の中に向けられ、そこで乾燥用空気は、霧化手段9から生じる霧化された物質に接触させられる。図示の実施形態では、霧化手段9は、乾燥室2内で下方へ向けられたノズル5の形態で与えられる。代替実施形態では、霧化手段9は、回転霧化器の形態であってもよい。さらなる代替形態として、霧化手段9は、ノズル・ランス・システムから供給される1つまたは複数のノズルとして与えることができる。ノズル・ランスは、空気分散機の中央を通じてまたは空気分散機の外側に延在してもよい。
図示の実施形態では、噴霧乾燥機1は、乾燥室2に関連して配置される赤外線カメラ(IRカメラ)6をさらに備える。IRカメラ6は、カメラ・ランス7内で乾燥室2の外側に取り付けられる。カメラ6を備えるランス7は、乾燥室2の内側に配置することもできる。噴霧乾燥されている物質からIRカメラ6を保護するために、保護ガラス8が設けられる。ノズル5は、IRカメラ6の視野内にある。各赤外線カメラは、十分な視野を有するべきであり、この視野は、カメラの位置から監視すべき領域までの距離によって決まる。例えば、カメラがノズルの近くに設置される場合は、少なくとも15度、30度または60度の視界、ただしノズルの監視のためには90度の視界が好ましいものであり得る。噴霧乾燥中、ノズル5から出る物質は、噴霧乾燥室2内で旋回させられる。努力にもかかわらず、それとは反対に、特に物質が粘着性または粘性のあるものである場合に、付着物がノズル5に定着し得る。付着物の問題は、乾燥プロセスの始動時、または不良のノズルの場合に特に顕著である。次いで、付着物が除去されない場合には、ノズル5の温度が局所的に上昇する可能性がある。付着物が自然に点火するまで、付着物が乾燥室2に落下し、次いで場合によって物質がここで点火するまで、または付着物が下部分4内の流動層の上へ落下し、次いで場合によって物質がここで点火するまで、付着物は、ますます乾燥することになり、温度の上昇を引き起こす。図1に示される実施形態では、IRカメラ6が、ノズル5を監視するために使用される。このことは、監視される所定の領域を選択することによって行われる。IRカメラ6が、寸法と位置の両方の観点から、所定の領域の調整を可能にする手段と共に設けられる。次いで、温度が、所定の領域内で測定される。この特定の所定の領域内の設定値として選ばれるある一定の温度水準が、IRカメラ6またはコンピュータなどの関連回路によって検出されたら、警報が作動され、実際の出火または爆発が引き起こされる前に乾燥を止め、付着物を除去することが可能である。
設定値、すなわち警報を作動するように要求される温度は、噴霧乾燥機1において取り扱われる物質の種類に依存する。化学製品またはセラミック製品のための乾燥用ガス温度は、乳製品、医薬品または食品のためのものよりかなり高い。ノズル5および乾燥室2の動作温度は、乾燥温度に関係し、したがってそこで警報を作動する温度はより高くなる。例えば、酸化アルミニウムについては、乾燥用ガス入口温度間隔は、300〜500℃であり、一方、全乳についての乾燥用ガス入口温度間隔は、175〜240℃であり、酵素については、乾燥用ガス入口温度間隔は、140〜180℃である。そこで、警報を作動する関連したノズル温度が、それに応じて設定される。代替として、警報を作動するのは、乾燥室2内の2つの領域間の温度差である。このように、監視は、固形物の付着物に対して行われてもよく、温度についての設定値は、付着物の温度である。噴霧乾燥機の動作は、警報が作動されると停止されてもよく、付着物が除去される、これにより過度の加熱および出火の突然発生を防ぐ。付着物の除去およびことによりさらなる洗浄手順の後に、噴霧乾燥機の動作が再開されてもよい。
図2には、さらなる特徴が、図1中に存在する特徴に加えられている。さらに4つのカメラが加えられており、そのうちのいくつかはIRカメラであってもよく、他のものは通常のTVカメラであってもよい。カメラのうち2つは、ノズル5に向いており、またはノズル5の自由な視界を有する。これらのカメラは、上述されたようにノズルの温度が許容水準を上回って上昇する場合、記録する。2つの追加のカメラ6は、乾燥室2のそれぞれの側部に取り付けられている。これは、1つのカメラ6を用いて壁3の温度を監視、またはいくつかのノズル5を監視するためのものであり得る。付着物は、噴霧乾燥機1の壁3に同様に蓄積される可能性があり、これらのカメラによって監視される所定の領域は、例えばプログラムされた見張りパターンに従って選ばれる。側部のカメラ6は、IRカメラ6、またはIRカメラ6と通常のTVカメラの混合であり得る。
温度がある一定の水準を超えるときを測定する代わりに、IRカメラ6または関連回路は、乾燥室2とノズル5の間の温度差が、ある一定の水準を超えるまたはある一定の水準を下回って移行するかを検出することもできる。側部のカメラ6は、乾燥室2の壁の温度を検出してもよく、これによって正常な動作温度、または潜在的な付着物の温度を示し、一方、ノズル5を監視するカメラは、ノズル5の温度を検出する。次いでこれらの温度は、コンピュータで比較され、プロセス全体を監視することができる。
下部分4に取り付けられたIRカメラは、流動層の流動層ガス分配器プレート10より下の温度を監視する。流動層ガス分配器プレート10の領域内の温度がある一定の水準を上回って上昇する場合、または温度差がある一定の値より大きくなる場合、このことは、乾燥される物質の塊が流動層ガス分配器プレート10の上へ落下したこと、および塊が重すぎて流動化できないことを示し得る。この塊は、検出および除去されない場合、自然に点火する可能性がある。
温度差は、1つのIRカメラ単独によって測定および/または監視されてもよく、あるいはいくつかのIRカメラからの入力に基づいて計算されてもよい。
一般に、ノズル5がより多くおよび監視すべき領域がより大きくなるにつれて、より多くのIRカメラ6が必要とされる。
図3は、取り付け位置でのカメラの拡大図である。市販タイプの19M画素のIRカメラが使用できる。ランス7は、乾燥室の中への挿入に適している。ランス7は、カメラ6の配線および電子機器12、ならびにカメラ6をコンピュータなどの監視ステーションに接続する手段をさらに収容する。ランス7は、カメラの移動、除去および交換を容易にする。
1つまたは複数のカメラ6、例えば、IRカメラおよび通常のカメラは、1つのランス7内に取り付けることができる。通常のTVカメラとIRカメラの組み合わせは、プロセスからの情報を組み合わせることを可能にさせる。さらに、他の見張りまたは監視手段は、光ファイバの使用などが考えられる。
ランス7の端部には、のぞきガラス8が設けられる。保護格子13が、さらに設けられる。「ガラス」によって、IR用途および乾燥される製品に関する安全性要求に適した材料が意味されることを理解されたい。
カメラ6が配置される暑い環境のために、冷却用空気がカメラ6に供給されてもよい。冷却用空気は、カメラの視点に交差して供給することができる。さらに、カメラ6自体の温度が同様に監視されてもよい。
配線および電子機器12は、IRカメラ6をマッチングソフトウェアに接続する。マッチングソフトウェアは、監視すべき噴霧乾燥室2の領域を定めることを容易に可能にする。この領域は、画面上に表示することができる。この領域は、任意に増加または減少させることができる。平均温度が表示されてもよい。指定された領域について平均温度が設定値を超える度に、警報機能が、作動されてもよい。さらに、画面での操作者は、操作者が見たい実際の点にカーソルを単純に移動させることによって、画像の任意の点での温度を視覚化することができる。
カメラについて言及するとき、カメラの少なくとも1つの例が意味されており、このカメラは、通常のTVカメラでも、IRカメラでも、またはそれらの組み合わせであってもよい。
本発明は、以上に図示および説明された実施形態に限定されるとみなされるべきではなく、様々な修正形態および特徴の組み合わせが、添付の特許請求の範囲の範囲内から逸脱することなく実施することができる。

Claims (19)

  1. 噴霧乾燥室を用意するステップと、
    前記噴霧乾燥室の内部に視野を有する1つまたは複数のカメラを前記噴霧乾燥室に関連付けるステップと
    を含む、付着物の形成を受ける噴霧乾燥機の所定の領域を監視する方法であって、
    前記1つまたは複数のカメラのうちの少なくとも1つが、赤外線カメラであり、
    前記赤外線カメラにより、温度が、前記所定の領域内で測定される方法。
  2. 少なくとも2つの赤外線カメラが、前記噴霧乾燥室に関連付けられる、請求項1に記載の方法。
  3. 少なくとも1つの噴霧ノズルを霧化手段として用意するさらなるステップを含み、前記少なくとも1つの赤外線カメラによって監視された前記所定の領域が、1つまたは複数の前記噴霧ノズルの一部、あるいは1つまたは複数の前記噴霧ノズルを含む、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記少なくとも1つの赤外線カメラによって監視された前記所定の領域が、前記噴霧乾燥室の壁の一部を含む、前記請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記少なくとも1つの赤外線カメラによって監視された前記所定の領域が、前記噴霧乾燥室の下部内に流動層ガス分配器プレートの一部を含む、前記請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 制御システムを用意するさらなるステップと、前記所定の領域内の前記温度についての設定値を用意するさらなるステップとを含み、前記制御システムが、前記温度が前記設定値を超えると作動される警報と関連付けられる、前記請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記監視が、固形物の付着物に対して実行され、前記温度についての前記設定値が、前記付着物の温度である、請求項6に記載の方法。
  8. 前記噴霧乾燥機の動作が、前記警報が作動されると停止される、請求項7に記載の方法。
  9. 前記付着物が、前記噴霧乾燥機が停止されたときに除去される、請求項8に記載の方法。
  10. 冷却ガスが、前記少なくとも1つの赤外線カメラを冷却するように供給される、前記請求項1乃至9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 各赤外線カメラが、少なくとも90度の視野を有する、前記請求項1乃至10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記1つまたは複数の赤外線カメラが、移動可能および/または着脱可能なカメラ・ランスを介して前記噴霧乾燥室内に配置される、前記請求項1乃至11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 通常の視覚カメラおよび赤外線カメラが、1つのカメラ・ランス内で組み合わされている、請求項12に記載の方法。
  14. 噴霧乾燥室(2)と、霧化手段(9)と、前記噴霧乾燥室に関連して配置される1つまたは複数のカメラ(6)とを備える噴霧乾燥機(1)において、前記1つまたは複数のカメラのうちの少なくとも1つが、赤外線カメラであり、
    前記少なくとも一つの赤外線カメラが付着物の形成を受ける所定の領域を監視するようになっており、
    前記部分は、前記霧化手段(9)の少なくとも一つの噴霧ノズル(5)と、前記噴霧乾燥室の壁と、流動層ガス分配器プレート(10)とからなる群から選択されることを特徴とする噴霧乾燥機(1)。
  15. 少なくとも2つの赤外線カメラ(6)が、前記噴霧乾燥室(2)内に配置される、請求項14に記載の噴霧乾燥機。
  16. 前記1つまたは複数の赤外線カメラが、移動可能および着脱可能なカメラ・ランスを介して前記噴霧乾燥室内に配置される、請求項14又は15に記載の噴霧乾燥機。
  17. 通常のカメラおよび赤外線カメラ(6)が、1つのカメラ・ランス(7)内で組み合わされている、請求項16に記載の噴霧乾燥機。
  18. 前記少なくとも1つの赤外線カメラ(6)が、のぞきガラス(8)および保護格子(13)によって覆われる、請求項14から17のいずれか一項に記載の噴霧乾燥機。
  19. 各赤外線カメラが、少なくとも90度の視界を有する、請求項14から18のいずれか一項に記載の噴霧乾燥機。
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