JP7146865B2 - 車両の機器冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、冷却液を貯留するリザーブタンクを備えた車両の機器冷却システムに関するものである。

車両のエンジンや電力変換装置等の発熱機器は冷却液を循環させることによって冷却されることがある。この場合、冷却回路には冷却水を貯留するためのリザーブタンクが配置される。リザーブタンクは、冷却回路中に冷却液を補充するとともに、冷却液の熱膨張による容積変化を吸収する。また、リザーブタンクは、冷却回路中の高い位置に配置され、冷却回路内で発生した冷却液中の気泡を、冷却液貯留部において外部に排出する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－１１８８８４号公報

車両には、電力変換装置やバッテリ等の発熱量の異なる多く発熱部品が搭載される。この場合、発熱量の大きい発熱部品と発熱量の小さい発熱部品を効率良く冷却するためには、発熱量の異なるもの毎に別の冷却回路で冷却を行うことが望ましい。
しかし、発熱量の異なる発熱部品毎に異なる冷却回路で冷却を行おうとすると、各冷却回路毎にリザーブタンクを設置しなければならない。この結果、部品点数が増加するともに、リザーブタンクを配置するための配管も複雑になる。

そこで本発明は、部品点数の削減と配管の簡素化を図ることができる車両の機器冷却システムを提供しようとするものである。

本発明に係る車両の機器冷却システムは、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
即ち、本発明に係る車両の機器冷却システムは、冷却液が循環して発熱機器（例えば、実施形態の電力変換装置１０）を冷却する第１冷却回路（例えば、実施形態の第１冷却回路１１）と、冷却液が循環して別の発熱機器（例えば、実施形態のバッテリ１２、充電器１３）を冷却する第２冷却回路（例えば、実施形態の第２冷却回路１４）と、前記第１冷却回路に介装され、冷却液貯留部（例えば、実施形態の冷却液貯留部３７）を有するとともに、前記第１冷却回路内で発生した気泡を外部に排出するリザーブタンク（例えば、実施形態のリザーブタンク１７）と、前記第２冷却回路と前記リザーブタンクの前記冷却液貯留部を連通する連通流路（例えば、実施形態の連通流路３５）と、を備え、前記リザーブタンクは、前記第１冷却回路から冷却液が流入する冷却液流入口（例えば、実施形態の冷却液流入口４１）と、前記冷却液貯留部内の冷却液が前記第１冷却回路に流出する冷却液流出口（例えば、実施形態の冷却液流出口４２）と、前記連通流路が接続される連通流路接続口（例えば、実施形態の連通流路接続口４３）と、を前記冷却液貯留部の下方領域に備え、前記冷却液流入口は、前記冷却液貯留部側に向かって斜め上方に傾斜していることを特徴とする。

上記の構成により、第１冷却回路内を流れる冷却液がリザーブタンク内の冷却液貯留部を通過する際には、冷却液中に混入している気泡が冷却液貯留部の上方に排出される。第２冷却液回路内で発生した気泡は、連通流路を通ってリザーブタンクの冷却液貯留部に流入し、冷却液貯留部の上方に排出される。
第１冷却回路と第２冷却回路に対する冷却液の補充は共通のリザーブタンクによって行うことができる。また、第１冷却回路内での冷却液の容積変化と第２冷却回路内での冷却液の容積変化は、共通のリザーブタンク内の冷却液貯留部によって吸収される。

この場合、冷却液流入口、及び、冷却液流出口と、連通流路接続口がリザータンクの冷却液貯留部の下方領域に配置されているため、冷却液貯留部に対する冷却液の補充と、各冷却回路からの気泡の排出を効率良く行うことができる。
また、この場合、第１冷却回路から冷却液流入口を通して冷却液貯留部内に流れ込む冷却液の流れが斜め上方を向き、その冷却液に混入している気泡がスムーズに上方に排出され易くなる。

前記連通流路接続口は、前記冷却液貯留部内の下方側に窪む凹部（例えば、実施形態の第２貯留室４６）内に配置されるようにしても良い。

この場合、連通流路接続口を通して冷却液貯留部に流入する冷却液と気泡の流れが、凹部内の冷却液の淀みによって緩衝される。このため、第２冷却回路から連通流路接続口を通して冷却液貯留部に流入した気泡が冷却液流出口から吸い込まれにくくなる。したがって、本構成を採用した場合には、冷却液貯留部から第１冷却回路への気泡の流出を抑制することができる。

前記リザーブタンクは、前記冷却液貯留部の下方領域内を第１貯留室（例えば、実施形態の第１貯留室４７）と第２貯留室（例えば、実施形態の第２貯留室４６）とに隔成する隔壁（例えば、実施形態の隔壁４５）を有し、前記第１貯留室には、前記冷却液流入口と前記冷却液流出口とが配置され、前記第２貯留室には、前記連通流路接続口が配置されるようにしても良い。

この場合、冷却液貯留部の下方領域が隔壁によって第１貯留室と第２貯留室とに隔成されているため、万が一、第１冷却回路と第２冷却回路のいずれか一方に冷却液の漏れが発生した場合には、他方の冷却回路側に連通する貯留室内の液面低下が隔壁によって規制される。したがって、本構成を採用した場合には、一方の冷却回路で発生した冷却液の漏れが他方の冷却回路に影響するのを防止することができる。

前記冷却液流入口は、前記冷却液流出口よりも上方に配置されるようにしても良い。

この場合、冷却液流入口が冷却液流出口よりも上方に配置されているため、第１冷却回路内の冷却液が冷却液流入口を通して冷却液貯留部に流入したときに、冷却液に混入している気泡が、冷却液流出口に吸い込まれることなくにリザーブタンクの上方側に排出され易くなる。したがって、本構成を採用した場合には、冷却液流入口から冷却液貯留部に流入した冷却液が、そのまま冷却液流出口を通って第１冷却回路内に吸い込まれるのを抑制することができる。

前記第１冷却回路内を流れる冷却液によって冷却する前記発熱機器は、前記第２冷却回路内を流れる冷却液によって冷却する前記発熱機器よりも発熱量の大きいものが用いられ、前記第１冷却回路は、エンジンと駆動モータの少なくとも一方が配置されるエンジンルーム内に配置され、前記第２冷却回路は、前記エンジンルームから離間した位置に配置されるようにしても良い。

この場合、発熱量の小さい発熱機器を冷却する第２冷却回路がエンジンルーム内の熱の影響を受けにくい部位に配置されるため、発熱量の小さい発熱機器を変動幅の小さい温度範囲で精度良く温度制御することができる。

本発明に係る車両の機器冷却システムは、第１冷却回路と第２冷却回路で発生した気泡の排出と、冷却液の補充を共通のリザーブタンクで行うことができるため、部品点数の削減と配管の簡素化を図ることができる。

実施形態の機器冷却システムの回路図。 実施形態のリザーブタンクの斜視図。 実施形態のリザーブタンクのタンクカバーを取り去った上面図。 実施形態のリザーブタンクの図３のＩＶ－ＩＶ断面に対応する断面図。 実施形態のリザーブタンクの非常時の液面挙動を示す図４と同様の断面図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、実施形態の車両の機器冷却システム１の全体構成を示す回路図である。
機器冷却システム１は、発熱機器である電力変換装置１０を主に冷却する第１冷却回路１１と、別の発熱機器であるバッテリ１２（電圧変換機及びバッテリ制御部を含む）と充電器１３を主に冷却する第２冷却回路１４と、を備えている。電力変換装置１０は、例えば、車両駆動用のモータの駆動回路（ＰＤＵ）とＤＣ－ＤＣコンバータとを含む。電力変換装置１０の発熱量は、バッテリ１２や充電器１３の発熱量に比較して大きい。また、電力変換装置１０は、車両走行時における発熱の頻度がバッテリ１２や充電器１３に比較して高い。第１冷却回路１１と第２冷却回路１４には冷却液が夫々循環して流れる。冷却液としては、エチレングリコール等を主成分とした熱伝導性が高く、凍結しにくい液体を用いることができる。

第１冷却回路１１の主要部は、車両の前部のエンジンルーム内に配置されている。エンジンルームにはエンジンと駆動モータの少なくとも一方が配置されている。また、第２冷却回路１４の主要部は、バッテリ１２とともにエンジンルームの後方側の乗員室の下方等のエンジンルームから離間した位置に配置されている。

第１冷却回路１１には、上記の電力変換装置１０の他に、回路内に冷却液を流すための第１液体ポンプ１５と、回路内を流れる冷却液と外気との間で熱交換を行うラジエータ１６と、回路内に補充する冷却液が貯留されるリザーブタンク１７と、を備えている。電力変換装置１０、ラジエータ１６、リザーブタンク１７は、この順で第１液体ポンプ１５の吐出側から吸入側に向かって配列されている。

第２冷却回路１４には、上記のバッテリ１２と充電器１３の他に、回路内に冷却液を流すための第２液体ポンプ１８と、放熱用（冷却用）の熱交換器であるチラー１９と、回路内を流れる冷却液から気泡を取り除く気液分離器２０と、が介装されている。チラー１９、バッテリ１２、充電器１３、気液分離器２０は、この順で第２液体ポンプ１８の吐出側から吸入側に向かって配列されている。

チラー１９は、空調装置で利用されるヒートポンプ回路２１の低圧側の熱交換部に配置されている。ヒートポンプ回路２１には、圧縮機２２、コンデンサ２３（高圧側熱交換器）、膨張弁２４、チラー１９（低圧側熱交換器）、空調用膨張弁２５、空調用エバポレータ２６等が介装されている。チラー１９は、ヒートポンプ回路２１内の膨張弁２４で減圧膨張した冷媒が気化する際に、第２冷却回路１４内の冷却液から吸熱を行う。チラー１９で熱交換された第２冷却回路１４内の冷却液は降温された状態でバッテリ１２側に流れる。
なお、ヒートポンプ回路２１内のコンデンサ２３は、ヒートポンプ回路２１を流れる冷媒の凝縮熱によって空調空気を加熱する。また、ヒートポンプ回路２１内の空調用エバポレータ２６は、ヒートポンプ回路２１を流れる冷媒の気化熱によって空調空気を冷却する。

また、第２冷却回路１４のうちの第２液体ポンプ１８とチラー１９の間には、両者間を直接接続する主通路３０と、主通路３０を迂回して両者間を接続する迂回通路３１が並列に設けられている。主通路３０と迂回通路３１の分岐部には三方弁３２が配置されている。三方弁３２は、第２液体ポンプ１８の吐出部とチラー１９を接続する通路を、主通路３０と迂回通路３１のいずれか一方に切り換える。迂回通路３１には、エンジン冷却回路３４に接続された熱交換器３３が介装されている。熱交換器３３は、エンジン３８で吸熱したエンジン冷却回路３４内の冷却液と、第２冷却回路１４を流れる冷却液との間で熱交換を行う。熱交換器３３で熱交換された第２冷却回路１４内の冷却液は昇温された状態でバッテリ１２側に流れる。三方弁３２による迂回通路３１への切り換えは、例えば、冷寒時にバッテリ１２の温度を昇温させるとき等に行われる。

第２冷却回路１４内の気液分離器２０には、連通流路３５の一端部が接続されている。連通流路３５の他端部は、第１冷却回路１１内のリザーブタンク１７に接続されている。気液分離器２０は、第２冷却回路１４内の冷却液に混入している気泡を捕獲して連通流路３５側に排出するとともに、第２冷却回路１４と連通流路３５の間で若干の冷却液の流通を許容する。このため、第２冷却回路１４内の冷却液に熱による容積変化等が生じた場合には、連通流路３５によって第２冷却回路１４内の冷却液の容積変化を吸収する。

図２は、リザーブタンク１７の斜視図である。
リザーブタンク１７は、冷却液を貯留する有底筒状のタンク本体１７Ａと、タンク本体１７Ａの上部の開口を閉塞するタンクカバー１７Ｂと、を有する。タンクカバー１７Ｂの上部には、図示しない注入口を閉塞する注液キャップ４８が取り付けられている。タンク本体１７Ａ内への冷却液の補充は、注液キャップ４８を取り外すことによって行うことができる。

図３は、タンクカバー１７Ｂを取り去り、タンク本体１７Ａを上方から見た図である。また、図４は、図３のＩＶ－ＩＶ断面に対応するリザーブタンク１７の断面図である。
タンク本体１７Ａ内の下部側の主要領域は、冷却液が貯留される冷却液貯留部３７とされている。タンク本体１７Ａ内の底壁には、冷却液貯留部３７内の下方領域を第１貯留室４７と第２貯留室４６とに隔成する隔壁４５が突設されている。隔壁４５は、タンク本体１７Ａ内に冷却液が通常量貯留されているときには、その上端部が冷却液中に没する。つまり、タンク本体１７Ａにおける冷却液の貯留量が通常量であるときには、冷却液の液面は隔壁４５の上端部よりも上方となる。

タンク本体１７Ａの一側の下部寄りの側面には、第１冷却回路１１のラジエータ１６の下流側の配管に接続される第１配管接続部５０が突設されている。タンク本体１７Ａの一側寄りの下面には、第１冷却回路１１の第１液体ポンプ１５の吸入部に接続される第２配管接続部５１が突設されている。また、タンク本体１７Ａの他側の下方側の角部には、連通流路３５の配管が接続される第３配管接続部５２が突設されている。

第１配管接続部５０は、タンク本体１７Ａの第１貯留室４７内に臨んで開口する冷却液流入口４１に連通し、第２配管接続部５１は、タンク本体１７Ａ内の第１貯留室４７内に臨んで開口する冷却液流出口４２に連通している。第３配管接続部５２は、タンク本体１７Ａの第２貯留室４６内に臨んで開口する連通流路接続口４３に連通している。冷却液流入口４１、冷却液流出口４２、連通流路接続口４３はいずれも冷却液貯留部３７の下方領域に配置されている。第１冷却回路１１から第１貯留室４７には、冷却液が冷却液流入口４１を通して流入し、第１貯留室４７から第１冷却回路１１には、冷却液が冷却液流出口４２を通して流出する。また、連通流路接続口４３には、第２冷却回路１４内の冷却液から分離された気泡が連通流路３５を通して流入する。

冷却液流入口４１は、第１貯留室４７内の隔壁４５と対向する側壁に、第１貯留室４７側（冷却液貯留部３７側）に向かって斜め上方に傾斜するように形成されている。これに対し、冷却液流出口４２は、第１貯留室４７内の底部の冷却液流入口４１よりも低い位置に形成されている。したがって、冷却液流入口４１は、冷却液流出口４２よりも上方に配置されている。また、第１貯留室４７内の底面のうちの、冷却液流出口４２よりも冷却液流入口４１に近接する位置には、隔壁４５よりも上端部の高さの低い補助隔壁４９が突設されている。補助隔壁４９は、隔壁４５よりも冷却液流入口４１に近接する位置において、冷却液流入口４１と対向するように配置されている。

連通流路接続口４３は、第２貯留室４６内の下部側の一の角部に、第２貯留室４６側（冷却液貯留部３７側）に向かって斜め上方に傾斜するように形成されている。本実施形態では、第２貯留室４６が冷却液貯留部３７内の下方に窪む凹部を構成している。

本実施形態の機器冷却システム１では、第１液体ポンプ１５の作動によって第１冷却回路１１内を冷却液が循環すると、冷却液が電力変換装置１０において吸熱を行い、その吸熱した冷却液がラジエータ１６において外気と熱交換を行う。ラジエータ１６を通過した冷却液は、リザーブタンク１７の内部を通過した後に再度第１液体ポンプ１５に吸入される。

このとき、リザーブタンク１７では、図４中の矢印で示すように冷却液流入口４１から第１貯留室４７内に流入した冷却液が斜め上方に向かって流れた後に、補助隔壁４９を乗り越えて下方に向きを変え、冷却液流出口４２から第１液体ポンプ１５側に流出する。冷却液流入口４１から第１貯留室４７内に流入する冷却液には多くの気泡が含まれることがある。この気泡は、斜め上方を向く冷却液流入口４１からの冷却液の流れに乗って第１貯留室４７内を上方側に進み、冷却液の流速の低下とともに液面に向かって浮上する。この結果、第１冷却回路１１内を流れる冷却液中の気泡は、リザーブタンク１７のタンク本体１７Ａから外部に排出される。

また、第２液体ポンプ１８の作動によって第２冷却回路１４内を冷却液が循環すると、冷却液がチラー１９、バッテリ１２、充電器１３、及び、気液分離器２０を順次通過する。このとき、冷却液はバッテリ１２と充電器１３において吸熱を行い、その吸熱した熱をチラー１９においてヒートポンプ回路２１側に放熱する。なお、このときの冷却液の流れは、三方弁３２によって主通路３０が開かれているときの流れであるが、三方弁３２によって迂回通路３１が開かれているときには、冷却液は吸熱用の熱交換器３３にも流れる。冷却液は、熱交換器３３において昇温され、下流側に配置されているバッテリ１２を昇温させる。

上述のように第２冷却回路１４内を冷却液が循環しているときは、気液器分離器２０において冷却液中の気泡が捕獲される。気液器分離器２０で捕獲された気泡は、連通流路３５を通してリザーブタンク１７側に流れ込む。リザーブタンク１７では、連通流路３５に流れ込んだ気泡が連通流路接続口４３から第１貯留室４７内に流入し、第１貯留室４７内において上方に浮上してタンク本体１７Ａから外部に排出される。

また、第１冷却回路１１と第２冷却回路１４に対する冷却液の補充は共通のリザーブタンク１７によって行われる。即ち、注液キャップ４８を開けてリザーブタンク１７の冷却液貯留部３７内に冷却液が補充されると、第１冷却回路１１には、第１貯留室４７内の冷却液流入口４１を通して冷却液が補充され、第２冷却回路１４には、第２貯留室４６内の連通流路接続口４３と連通流路３５を通して冷却液が補充される。
なお、第１冷却回路１１内での冷却液の容積変化と第２冷却回路１４内での冷却液の容積変化は、共通のリザーブタンク１７内の冷却液貯留部３７によって吸収される。

以上のように、本実施形態の機器冷却システム１は、第１冷却回路１１と第２冷却回路１４で発生した気泡の排出と、冷却液の補充を共通のリザーブタンク１７で行うことができるため、部品点数の削減と配管の簡素化を図ることができる。

本実施形態の機器冷却システム１は、リザーブタンク１７の冷却液流入口４１、及び、冷却液流出口４２と、連通流路接続口４３が冷却液貯留部３７の下方領域に配置されている。このため、冷却液貯留部３７に対する冷却液の補充と、各冷却回路からの気泡の排出を効率良く行うことができる。

また、本実施形態の機器冷却システム１は、第２冷却回路１４内の気泡を排出する連通流路接続口４３が、冷却液貯留部３７内の下方側に窪む凹部（第２貯留室４６）内に配置されている。このため、連通流路接続口４３を通して冷却液貯留部３７内に流入する冷却液と気泡の流れは、凹部（第２貯留室４６）内の冷却液の淀みによって緩衝され減速される。これにより、第２冷却回路１４から連通流路接続口４３を通して冷却液貯留部３７に流入した気泡は冷却液流出口４２から吸い込まれにくくなる。したがって、本構成を採用した場合には、冷却液貯留部３７から第１冷却回路１１への気泡の流入を抑制することができる。

また、本実施形態の機器冷却システム１は、リザーブタンク１７の冷却液貯留部の下方領域が隔壁４５によって第１貯留室４７と第２貯留室４６とに隔成されている。このため、例えば、第２冷却回路１４に冷却液の漏れが発生した場合には、図５に示すように、第１冷却回路１１側に連通する第１貯留室４７内の冷却液の液面低下を隔壁４５によって規制することができる。なお、第１冷却回路１１に冷却液の漏れが発生した場合には、第２冷却回路１４側に連通する第２貯留室４６内の冷却液の液面低下を隔壁４５が規制する。したがって、本構成を採用した場合には、一方の冷却回路で発生した冷却液の漏れが他方の冷却回路に影響するのを防止することができる。

さらに、本実施形態の機器冷却システム１では、リザーブタンク１７の冷却液流入口４１が冷却液流出口４２よりも上方に配置されているため、第１冷却回路１１内の冷却液が冷却液流入口４１を通って第１貯留室４７（冷却液貯留部３７）内に流入したときに、冷却液に混入している気泡が冷却液流出口４２に吸い込まれにくくなる。このため、第１冷却回路１１への気泡の再流入を抑制し、気泡を冷却液貯留部３７から上方に確実に排出することができる。

また、本実施形態の機器冷却システム１では、リザーブタンク１７の冷却液流入口４１が、冷却液貯留部３７側に向かって斜め上方に傾斜している。このため、第１冷却回路１１から冷却液流入口４１を通して冷却液貯留部３７内に流れ込む冷却液の流れが斜め上方を向くことになる。これにより、冷却液流入口４１から冷却液とともに流入した気泡は、冷却液貯留部３７の上方からスムーズに排出される。したがって、本構成を採用した場合には、冷却液貯留部３７から第１冷却回路１１への気泡の再流入をより抑制することができる。

さらに、本実施形態の機器冷却システム１では、第１冷却回路内１１には、第２冷却回路１４内の発熱機器（バッテリ１２及び充電器１３）よりも発熱量の大きい発熱機器（電力変換装置１０）が用いられ、第１冷却回路１１がエンジンや駆動モータの熱の影響を受けやすいエンジンルーム内に配置されるとともに、第２冷却回路１４がエンジンや駆動モータの熱の影響を受けにくい乗員室の下方に配置されている。このため、本構成を採用した場合には、発熱量の小さい発熱機器（バッテリ１２及び充電器１３）を変動幅の小さい温度範囲で精度良く温度制御することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、発熱量の小さい発熱機器（バッテリ１２及び充電器１３）が介装される第２冷却回路１４が、乗員室の下方に配置されているが、第２冷却回路１４はエンジンルームから離間した位置であれば、車両のリヤフロアの下方等に配置するようにしても良い。
また、連通流路を通してリザーブタンクの冷却液貯留部に接続する冷媒回路の数は二つ以上であっても良い。

１…機器冷却システム
１０…電力変換装置（発熱機器）
１１…第１冷却回路
１２…バッテリ（発熱機器）
１３…充電器（発熱機器）
１４…第２冷却回路
１７…リザーブタンク
３５…連通流路
３７…冷却液貯留部
４１…冷却液流入口
４２…冷却液流出口
４３…連通流路接続口
４５…隔壁
４６…第２貯留室（凹部）
４７…第１貯留室

Claims (5)

1. 冷却液が循環して発熱機器を冷却する第１冷却回路と、
   冷却液が循環して別の発熱機器を冷却する第２冷却回路と、
   前記第１冷却回路に介装され、冷却液貯留部を有するとともに、前記第１冷却回路内で発生した気泡を外部に排出するリザーブタンクと、
   前記第２冷却回路と前記リザーブタンクの前記冷却液貯留部を連通する連通流路と、を備え、
   前記リザーブタンクは、
   前記第１冷却回路から冷却液が流入する冷却液流入口と、
   前記冷却液貯留部内の冷却液が前記第１冷却回路に流出する冷却液流出口と、
   前記連通流路が接続される連通流路接続口と、
   を前記冷却液貯留部の下方領域に備え、
   前記冷却液流入口は、前記冷却液貯留部側に向かって斜め上方に傾斜していることを特徴とする車両の機器冷却システム。
2. 前記連通流路接続口は、前記冷却液貯留部内の下方側に窪む凹部内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両の機器冷却システム。
3. 前記リザーブタンクは、前記冷却液貯留部の下方領域内を第１貯留室と第２貯留室とに隔成する隔壁を有し、
   前記第１貯留室には、前記冷却液流入口と前記冷却液流出口とが配置され、
   前記第２貯留室には、前記連通流路接続口が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両の機器冷却システム。
4. 前記冷却液流入口は、前記冷却液流出口よりも上方に配置されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の車両の機器冷却システム。
5. 前記第１冷却回路内を流れる冷却液によって冷却する前記発熱機器は、前記第２冷却回路内を流れる冷却液によって冷却する前記発熱機器よりも発熱量の大きいものが用いられ、
   前記第１冷却回路は、エンジンと駆動モータの少なくとも一方が配置されるエンジンルーム内に配置され、
   前記第２冷却回路は、前記エンジンルームから離間した位置に配置されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の車両の機器冷却システム。

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