JP6136670B2 - 情報処理装置、排気ユニット、及びデータセンタ - Google Patents

Description

本発明は、情報処理装置、排気ユニット、及びデータセンタに関する。

データセンタには様々な情報処理装置が設けられる。情報処理装置はラックにサーバ等の電子機器を収容してなり、その電子機器において情報処理が行われる。

動作中の電子機器を冷却するために、データセンタには冷却風を生成するための空調設備が設けられる。空調の方式には、例えば、データセンタの床下から電子機器に冷却風を供給する方式や、パッケージエアコンで冷却風を生成する方式がある。

いずれの方式であっても、冷却風の設定温度を低くしたり冷却風の風量を増やしたりすることで、電子機器の冷却不足を防止することができる。しかし、これでは空調用の電力が増大し、データセンタの省エネルギ化を実現するのが困難となってしまう。

実開昭６２−１６６６９１号公報 実開昭６３−１１８２９２号公報 実公平６−４４１５０号公報 特開平８−２３１７９号公報

情報処理装置、排気ユニット、及びデータセンタにおいて、空調用の電力を増大させることなく電子機器を冷却することを目的とする。

以下の開示の一観点によれば、吸気面と排気面とを備えたラックと、前記ラック内に設けられた棚板と、前記棚板の上に載置された電子機器と、前記電子機器の上方に設けられ、前記吸気面側から前記排気面側に向かって上昇しながら傾斜した傾斜板と、前記棚板と前記傾斜板の各々の側縁部同士を接続する側板と、 前記傾斜板と前記側板の各々の縁部のうち、前記吸気面に対向した縁部に接続され、吸気口を備えた正面板と、前記棚板と前記側板の各々の縁部のうち、前記排気面に対向した縁部に接続され、前記吸気口よりも高い位置に位置する排気口を備えた背面板とを有し、前記傾斜板が前記電子機器と対向する対向面を有し、前記対向面に、前記吸気面側から前記排気面側に延びる溝が設けられた情報処理装置が提供される。

また、その開示の他の観点によれば、吸気面と排気面とを備えたラックに収容され、電子機器が載せられる棚板と、前記棚板の上方に設けられ、前記吸気面側から前記排気面側に向かって上昇しながら傾斜した傾斜板と、前記棚板と前記傾斜板の各々の側縁部同士を接続する側板と、前記傾斜板と前記側板の各々の縁部のうち、前記吸気面に対向した縁部に接続され、吸気口を備えた正面板と、前記棚板と前記側板の各々の縁部のうち、前記排気面に対向した縁部に接続され、前記吸気口よりも高い位置に位置する排気口を備えた背面板とを有し、前記傾斜板が前記電子機器と対向する対向面を有し、前記対向面に、前記吸気面側から前記排気面側に延びる溝が設けられた排気ユニットが提供される。

更に、その開示の別の観点によれば、コールドアイルと、ホットアイルと、前記コールドアイルに向いた吸気面と、前記ホットアイルに向いた排気面とを備えたラックと、前記ラック内に設けられた棚板と、前記棚板の上に載置された電子機器と、前記電子機器の上方に設けられ、前記吸気面側から前記排気面側に向かって上昇しながら傾斜した傾斜板と、前記棚板と前記傾斜板の各々の側縁部同士を接続する側板と、前記傾斜板と前記側板の各々の縁部のうち、前記吸気面に対向した縁部に接続され、吸気口を備えた正面板と、前記棚板と前記側板の各々の縁部のうち、前記排気面に対向した縁部に接続され、前記吸気口よりも高い位置に位置する排気口を備えた背面板とを有し、前記傾斜板が前記電子機器と対向する対向面を有し、前記対向面に、前記吸気面側から前記排気面側に延びる溝が設けられたデータセンタが提供される。

以下の開示によれば、吸気面側から排気面側に向かって上昇するように傾斜板を傾斜させるので、電子機器で生じた暖気が傾斜板を伝って排気面側に誘導される。

しかも、傾斜板の溝に沿って暖気が流れるため、その溝が延びる方向のみに暖気がガイドされ易くなる。その結果、傾斜板を伝う暖気が拡散するのが防止されるので、暖気の流速が速くなり、排気面側に暖気を速やかに排出することができる。

これらにより、空調電力を増大させなくても電子機器を冷却できるようになる。

図１は、本願発明者が検討に使用したデータセンタの斜視図である。 図２は、本願発明者が検討に使用した情報処理装置の拡大断面図である。 図３は、第１実施形態に係る情報処理装置の拡大斜視図である。 図４は、第１実施形態に係る情報処理装置の拡大断面図である。 図５は、排気面側から見た第１実施形態に係る情報処理装置の拡大背面図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、比較例に係るシミュレーション結果を示す図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係るシミュレーション結果を示す図である。 図８は、第２実施形態に係る情報処理装置を排気面側から見た拡大背面図である。 図９は、第３実施形態に係る情報処理装置の拡大斜視図である。 図１０は、排気面から見た第３実施形態に係る情報処理装置の拡大背面図である。 図１１は、第４実施形態に係る情報処理装置の拡大斜視図である。 図１２（ａ）は、第４実施形態に係る情報処理装置の拡大正面図であり、図１２（ｂ）は、第４実施形態に係る情報処理装置の拡大背面図である。 図１３は、第４実施形態に係る情報処理装置の拡大断面図である。

本実施形態の説明に先立ち、本願発明者が検討した事項について説明する。

図１は、本願発明者が検討に使用したデータセンタの斜視図である。

このデータセンタ１の床２には複数の情報処理装置５が設けられる。各情報処理装置５は、ラック３とその中に収容された第１の電子機器４とを有する。このうち、第１の電子機器４は、例えばラックマウント型のサーバであって、一つのラック３に上下に複数積み重ねられる。

また、床２には、データセンタ１内に冷却風Cを供給するための開口２ａが設けられる。冷却風Cは、データセンタ１のコールドアイル７に供給された後、各電子機器４を冷却して、データセンタ１のホットアイル８に排気流Eとして排出される。

図２は、情報処理装置５の拡大断面図である。

図２に示すように、ラック３は、コールドアイル７に向いた吸気面３ａと、ホットアイル８に向いた排気面３ｂとを有する。吸気面３ａと排気面３ｂはいずれも通気性のあるメッシュ状の金属板であって、データセンタ内の空気は吸気面３ａと排気面３ｂを自由に流通できる。

また、第１の電子機器４は、その内部に設けられた不図示のファンを回転させることで上記した冷却風Cを取り込む。その冷却風Cにより第１の電子機器４の内部のCPU(Central Processing Unit)等の電子部品が冷却され、冷却後に第１の電子機器４から上記の排気流Eが排出される。

第１の電子機器４の１台の厚さの単位は１U（≒４４．５mm）と呼ばれる。この例では、ラック３内に２U（≒８８．９mm）の空きが設けられており、その空きに第２の電子機器１１を載置するための棚板１０を設ける。

第２の電子機器１１は、例えばスイッチングハブやルータ等のネットワーク機器である。サーバ等の第１の電子機器４と比較して第２の電子機器１１の発熱量は少なく、第２の電子機器１１に対しては積極的に空冷を行わなくてもよいと考えられるため、第２の電子機器１１の内部には冷却用のファンは設けられていない。このような電子機器はファンレス機器とも呼ばれる。

このような情報処理装置５においては、第２の電子機器１１がファンレスであるため、第２の電子機器１１の周囲において空気が淀み易く、熱だまり１３が発生して第２の電子機器１１が冷却不足になり易い。

特に、コールドアイル７とホットアイル８の各々の圧力が拮抗している場合、コールドアイル７からホットアイル８に向かう空気の流れが第２の電子機器１１の周囲において発生せず、上記のような熱だまり１３が発生し易くなる。

このような熱だまり１３を解消させるために、第２の電子機器１１の周囲に排気用のファンを設けることも考えられるが、これではそのファンの電力の分だけ情報処理装置５の消費電力が上昇してしまい、データセンタ１の省エネルギ化を実現できない。

以下に、排気用のファンを設けなくても熱だまり１３を解消できる各実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図３は、本実施形態に係る情報処理装置５の拡大斜視図である。なお、図３において、図１や図２で説明したのと同じ要素にはこれらの図におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

この情報処理装置５は、図１のデータセンタ１内で使用されるものであって、図２で説明した棚板１０の上方に傾斜板１４を有する。

傾斜板１４は、ラック３のフレーム３ｃにネジ１７により固定されており、その傾斜角度はネジ１７の位置により決められる。本実施形態では、ネジ１７の位置を調節することにより、吸気面３ａ側から排気面３ｂ側に向かって上昇しながら傾斜するように傾斜板１４を設ける。

また、傾斜板１４には、第２の電子機器１１と対向する対向面１４ａが設けられる。その対向面１４ａには、吸気面３ａ側から排気面３ｂ側に向かって延びる複数の溝１４ｘが設けられる。

溝１４ｘの深さは例えば１５mmであり、隣接する溝１４ｘ同士の間隔は例えば５０mmである。

傾斜板１４の大きさは特に限定されない。本実施形態では、EIA(Electronic Industries Alliance)により規格化された１９インチラックに収容される大きさの傾斜板１４を用いる。この場合、傾斜板１４の幅は４３０mm程度であり、奥行きは７００mm程度である。

また、傾斜板１４の材料としては樹脂や金属があり、本実施形態ではステンレス鋼板を加工することにより傾斜板１４を作製する。

図４は、本実施形態に係る情報処理装置５の拡大断面図である。

図４に示すように、第２の電子機器１１は使用時に発熱し、それにより周囲の空気が暖められて暖気Aが発生する。

本実施形態では上記のように傾斜板１４を傾斜させたため、暖気Aが傾斜板１４に沿って排気面３ｂ側に誘導される。これにより、第２の電子機器１１の周囲に空気の流れが自然に発生し、第２の電子機器１１の近傍に熱だまりが発生するのを抑制することができる。

また、このような空気の流れによって吸気面３ａから新鮮な冷却風Cが第２の電子機器１１の周囲に自然に供給されるようになるので、空調用の電力を増加させることなしに、第２の電子機器１１の温度が上昇するのを冷却風Cによって防止することができる。

しかも、傾斜板１４の溝１４ｘに沿って暖気Aが流れることで、吸気面３ａから排気面３ｂ側に向かう方向のみに暖気Aがガイドされ易くなる。これにより、傾斜板１４を伝う暖気Aが横方向に拡散するのが防止されるため、溝１４ｘがない場合よりも暖気Aの流速が速くなり、排気面３ｂ側に暖気Aを速やかに排出することができる。

なるべく多くの暖気Aがこのように溝１４ｘによってガイドされるようにするために、溝１４ｘの深さはなるべく深い方が好ましい。

なお、水平面から測った傾斜板１４の傾斜角度θは特に限定されないが、ラック３内の空きを最大限活かした角度に傾斜角度θを設定することで、傾斜角度θをなるべく大きくして排気面３ｂ側に効率的に暖気Aを誘導するのが好ましい。

例えば、この例のようにラック３内に２Uの空きを設ける場合には、そのうちの１U分に傾斜板１４を設けて傾斜角度θを７．２°とすることで、１U分の高さを最大限に活かすことができる。

図５は、排気面３ｂ側から見た情報処理装置５の拡大背面図である。

図５に示すように、傾斜板１４の溝１４ｘの幅W1は、第２の電子機器１１の幅W2よりも狭い。

これにより、棚板１０における第２の電子機器１１の位置の如何を問わず、第２の電子機器１１の周囲の暖気Aが複数の溝１４ｘのいずれかに流れ込み、暖気Aを排気面３ｂ側に誘導することができる。

次に、本願発明者が行ったシミュレーションについて説明する。

このシミュレーションは、比較例と本実施形態のそれぞれに対して行われた。なお、いずれのシミュレーションにおいても第２の電子機器１１の発熱量を１０Wとし、傾斜板１４の傾斜角度θを約４°とした。

図６（ａ）、（ｂ）は、比較例に係るシミュレーション結果を示す図である。その比較例では、傾斜板１４に溝１４ｘを設けなかった。

図６（ａ）は、この比較例における第２の電子機器１１から出る熱の流れを示す斜視図である。

図６（ａ）に示すように、第２の電子機器１１の表面の平均温度は４８．９℃であった。また、吸気面３ａを除いた略全方向に第２の電子機器１１から熱が流れ出ることも分かった。

また、図６（ｂ）は、この比較例における第２の電子機器１１の周囲の空気の風速を示す断面図である。

図６（ｂ）に示すように、傾斜板１４に沿って排出される空気の最大風速は約０．１２m/s程度であった。

一方、図７（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係るシミュレーション結果を示す図である。本実施形態では前述のように傾斜板１４に溝１４ｘを設けている。

図７（ａ）は、本実施形態における第２の電子機器１１から出る熱の流れを示す斜視図である。

図７（ａ）に示すように、第２の電子機器１１の表面の平均温度は４７．６℃であり、傾斜板１４に溝１４ｘがない比較例（図６（ａ））よりも１．３℃低い温度となった。

更に、溝１４ｘに沿って熱が誘導されており、図６（ａ）の比較例よりも熱の流れが拡散するのが抑制された。

また、図７（ｂ）は、本実施形態における第２の電子機器１１の周囲の空気の風速を示す断面図である。

図７（ｂ）に示すように、傾斜板１４に沿って排出される空気の最大風速は約０．１４m/s程度であり、図６（ｂ）の比較例よりも風速が速くなることが確かめられた。

以上のように、本実施形態のように傾斜板１４に溝１４ｘを設けることで、傾斜板１４に沿って排出される空気の風速が速められ、第２の電子機器１１の冷却効率が向上することが確認できた。

（第２実施形態）
本実施形態では、以下のように傾斜板１４の溝１４ｘの幅を第１実施形態よりも広くする。

図８は、本実施形態に係る情報処理装置５を排気面３ｂ側から見た拡大背面図である。

なお、図８において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図８に示すように、傾斜板１４の溝１４ｘの幅W1は、第２の電子機器１１の幅W2以上である。そして、第２の電子機器１１の上面１１ａの全面が、溝１４ｘの内側における傾斜板１４の対向面１４ａと対向する。

これにより、第２の電子機器１１から生じる暖気Aの大部分が溝１４ｘの内側に導かれ、溝１４ｘに沿って暖気Aを効率的に排気面３ｂ側に誘導することができる。

（第３実施形態）
図９は、本実施形態に係る情報処理装置５の拡大斜視図である。なお、図９において、第１実施形態や第２実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態では情報処理装置５に排気ユニット２０を設け、その排気ユニット２０の中に第２の電子機器１１を収容する。

排気ユニット２０は、第１実施形態で説明した傾斜板１４と、棚板１０と、側板２１とを有する。

このうち、側板２１は、棚板１０の側縁部１０ｚと傾斜板１４の側縁部１４ｚとを接続し、排気ユニット２０内の暖気Aが横方向に逃げるのを防止する。

また、傾斜板１４には第１実施形態と同様に溝１４ｘが設けられており、これにより前述のように排気ユニット２０から排気面３ｂ側に排出される暖気Aの流速が速められ、第２の電子装置１１の冷却効率が高められる。

なお、傾斜板１４は側板２１に固定されているため、第１実施形態の図３のようにラック３のフレーム３ｃに傾斜板１４をネジ１７で固定する必要はない。

また、排気ユニット２０は、ラック３において第１の電子装置４が搭載されておらず空いている部分に脱着自在である。本実施形態では、排気ユニット２０の高さを２Uとし、ラック３内の２Uの空きスペースに排気ユニット２０を収容する。

図１０は、排気面３ｂから見た情報処理装置５の拡大背面図である。

図１０に示すように、側板２１を設けたことにより、第２の電子機器１１で発生した暖気Aが隣のラック３に流れ込むのを防止でき、当該ラック３が暖気Aで暖められるのを抑制することができる。

なお、排気ユニット２０内の熱が隣のラック３に伝わるのを防止するために、側板２１の材料としてはグラスウール等のような断熱性のある材料を使用するのが好ましい。

（第４実施形態）
図１１は、本実施形態に係る情報処理装置５の拡大斜視図である。なお、図１１において、第１〜第３実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図１１に示すように、本実施形態では、第３実施形態で説明した排気ユニット２０に、正面板２５と背面板２６とを設ける。

これらのうち、正面板２５は、傾斜板１４と側板２１の各々の縁部のうち、ラック３の吸気面３ａに対向した縁部１４ｙ、２１ｙに接続されており、冷却風Cを吸気する吸気口２５ａを備える。

一方、背面板２６は、棚板１０と側板２１の各々の縁部のうち、ラック３の排気面３ｂに対向した縁部１０ｗ、２１ｗに接続されており、暖気Aを排気する排気口２６ａを備える。

図１２（ａ）は、正面板２５側から見た情報処理装置５の拡大正面図であり、図１２（ｂ）は、背面板２６側から見た情報処理装置５の拡大背面図である。

図１２（ａ）に示すように、吸気口２５ａは、横方向に長いスリット状であって、棚板１０から測った高さH1が１０mm程度であり、幅L1が４３０mm程度である。

また、図１２（ｂ）に示すように、排気口２６ａも横方向に長いスリット状である。

但し、排気口２６ａは、棚板１０から測って上記の高さH1よりも高い高さH2にある。本実施形態では、排気口２６ａと吸気口１５ａとの高低差（H2−H1）を６８．９mmとする。

また、排気口２６ａの幅L2は、吸気口２５ａの幅L1と同様に４３０mm程度である。そして、排気口２６ａの高さH3は１０mm程度である。

図１３は、この情報処理装置５の拡大断面図である。

上記のように吸気口２５ａよりも高い位置に排気口２６ａに設けたことで、浮力により上昇する暖気Aを傾斜板１４に沿って確実に排気口２６ａに導いて、暖気Aが吸気口２５ａに逃げるのを抑制できる。これにより、例えば暖気Aが吸気口２５ａを通ってコールドアイル７に至るのを防止して、その暖気Aによってコールドアイル７の温度が上昇するのを抑制できる。

更に、排気口２６ａから暖気Aが排出されることで排気ユニット２０の内部の圧力が低下するため、その圧力低下を補うように吸気口２５ａから排気ユニット２０内に冷却風Cが速やかに取り込まれ、第２の電子機器１１の冷却効率が向上する。

以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１） 吸気面と排気面とを備えたラックと、
前記ラック内に設けられた棚板と、
前記棚板の上に載置された電子機器と、
前記電子機器の上方に設けられ、前記吸気面側から前記排気面側に向かって上昇しながら傾斜した傾斜板とを有し、
前記傾斜板が前記電子機器と対向する対向面を有し、前記対向面に、前記吸気面側から前記排気面側に延びる溝が設けられたことを特徴とする情報処理装置。

（付記２） 前記溝は、前記電子機器の幅以上の幅を有し、
前記電子機器の上面の全面が、前記溝の内側の前記対向面と対向することを特徴とする付記１に記載の情報処理装置。

（付記３） 前記対向面に前記溝が複数設けられ、
前記溝の幅が、前記電子機器の幅よりも狭いことを特徴とする付記１に記載の情報処理装置。

（付記４） 前記棚板と前記傾斜板の各々の側縁部同士を接続する側板を更に有することを特徴とする付記１乃至付記３のいずれかに記載の情報処理装置。

（付記５） 前記傾斜板と前記側板の各々の縁部のうち、前記吸気面に対向した縁部に接続され、吸気口を備えた正面板と、
前記棚板と前記側板の各々の縁部のうち、前記排気面に対向した縁部に接続され、排気口を備えた背面板とを有し、
前記排気口が、前記吸気口よりも高い位置に位置することを特徴とする付記４に記載の情報処理装置。

（付記６） 吸気面と排気面とを備えたラックに収容され、電子機器が載せられる棚板と、
前記棚板の上方に設けられ、前記吸気面側から前記排気面側に向かって上昇しながら傾斜した傾斜板と、
前記棚板と前記傾斜板の各々の側縁部同士を接続する側板とを有し、
前記傾斜板が前記電子機器と対向する対向面を有し、前記対向面に、前記吸気面側から前記排気面側に延びる溝が設けられたことを特徴とする排気ユニット。

（付記７） コールドアイルと、
ホットアイルと、
前記コールドアイルに向いた吸気面と、前記ホットアイルに向いた排気面とを備えたラックと、
前記ラック内に設けられた棚板と、
前記棚板の上に載置された電子機器と、
前記電子機器の上方に設けられ、前記吸気面側から前記排気面側に向かって上昇しながら傾斜した傾斜板とを有し、
前記傾斜板が前記電子機器と対向する対向面を有し、前記対向面に、前記吸気面側から前記排気面側に延びる溝が設けられたことを特徴とするデータセンタ。

１…データセンタ、２…床、２ａ…開口、３…ラック、３ａ…吸気面、３ｂ…排気面、３ｃ…フレーム、４…第１の電子機器、５…情報処理装置、７…コールドアイル、８…ホットアイル、１０…棚板、１４…傾斜板、１４ａ…対向面、１４ｘ…溝、１０ｗ、１４ｙ、２１ｙ、２１ｗ…縁部、１０ｚ、１４ｚ…側縁部、２０…排気ユニット、２１…側板、２５…正面板、２５ａ…吸気口、２６…背面板、２６ａ…排気口。

Claims (5)

1. 吸気面と排気面とを備えたラックと、
   前記ラック内に設けられた棚板と、
   前記棚板の上に載置された電子機器と、
   前記電子機器の上方に設けられ、前記吸気面側から前記排気面側に向かって上昇しながら傾斜した傾斜板と、
   前記棚板と前記傾斜板の各々の側縁部同士を接続する側板と、
   前記傾斜板と前記側板の各々の縁部のうち、前記吸気面に対向した縁部に接続され、吸気口を備えた正面板と、
   前記棚板と前記側板の各々の縁部のうち、前記排気面に対向した縁部に接続され、前記吸気口よりも高い位置に位置する排気口を備えた背面板とを有し、
   前記傾斜板が前記電子機器と対向する対向面を有し、前記対向面に、前記吸気面側から前記排気面側に延びる溝が設けられたことを特徴とする情報処理装置。
2. 前記溝は、前記電子機器の幅以上の幅を有し、
   前記電子機器の上面の全面が、前記溝の内側の前記対向面と対向することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記対向面に前記溝が複数設けられ、
   前記溝の幅が、前記電子機器の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
4. 吸気面と排気面とを備えたラックに収容され、電子機器が載せられる棚板と、
   前記棚板の上方に設けられ、前記吸気面側から前記排気面側に向かって上昇しながら傾斜した傾斜板と、
   前記棚板と前記傾斜板の各々の側縁部同士を接続する側板と、
   前記傾斜板と前記側板の各々の縁部のうち、前記吸気面に対向した縁部に接続され、吸気口を備えた正面板と、
   前記棚板と前記側板の各々の縁部のうち、前記排気面に対向した縁部に接続され、前記吸気口よりも高い位置に位置する排気口を備えた背面板とを有し、
   前記傾斜板が前記電子機器と対向する対向面を有し、前記対向面に、前記吸気面側から前記排気面側に延びる溝が設けられたことを特徴とする排気ユニット。
5. コールドアイルと、
   ホットアイルと、
   前記コールドアイルに向いた吸気面と、前記ホットアイルに向いた排気面とを備えたラックと、
   前記ラック内に設けられた棚板と、
   前記棚板の上に載置された電子機器と、
   前記電子機器の上方に設けられ、前記吸気面側から前記排気面側に向かって上昇しながら傾斜した傾斜板と、
   前記棚板と前記傾斜板の各々の側縁部同士を接続する側板と、
   前記傾斜板と前記側板の各々の縁部のうち、前記吸気面に対向した縁部に接続され、吸気口を備えた正面板と、
   前記棚板と前記側板の各々の縁部のうち、前記排気面に対向した縁部に接続され、前記吸気口よりも高い位置に位置する排気口を備えた背面板とを有し、
   前記傾斜板が前記電子機器と対向する対向面を有し、前記対向面に、前記吸気面側から前記排気面側に延びる溝が設けられたことを特徴とするデータセンタ。

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