JP7471446B2 - 室内熱交換器、及び空気調和機の室内機 - Google Patents

室内熱交換器、及び空気調和機の室内機 Download PDF

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Description

本開示は、熱媒体として水を用いる室内熱交換器、及び室内熱交換器を備える空気調和機の室内機に関する。
従来、複数の流路が形成された室内熱交換器が知られている。特許文献1には、円管のヘッダ本体と、ヘッダ本体から複数の流路に対応して分岐する複数の分岐管とからなるヘッダを有する室内熱交換器が開示されている。
特開2014-215011号公報
一般に、室内熱交換器を流れる熱媒体として水を用いる場合、水の流速が速いと室内熱交換器の伝熱管が腐食する。そこで、室内熱交換器では、水の流速を抑制するために、流路の数を多くする多パス化が採用される。しかしながら、特許文献1の室内熱交換器で多パス化を採用した場合、分岐管の数が増えるため、ヘッダが全体として大型化する。また、特許文献1の室内熱交換器では、水の流速を抑制するために、ヘッダ本体の拡径化も採用される。しかしながら、ヘッダ本体の拡径化をした場合も、ヘッダが全体として大型化する。これらのヘッダの大型化に伴って、室内熱交換器を格納する室内機の筐体にも大型化する必要が生じてしまう。
本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、熱媒体として水を用いる室内熱交換器であって、伝熱管の腐食を抑制しつつ、室内機の筐体の大型化が不要な室内熱交換器、及び室内熱交換器を備える空気調和機の室内機を提供するものである。
本開示に係る室内熱交換器は、内部に熱媒体の水が流れる流路を有する複数の伝熱管と、熱源側に接続された流入管から流入した水を複数の伝熱管に分配し、複数の伝熱管から集合した水を熱源側に接続された流出管に流出させるヘッダと、を備え、ヘッダは、第1の板状部材と、第2の板状部材と、第1の板状部材と、第2の板状部材との間に設けられ、流路を区画する第3の板状部材と、を有し、第1の板状部材は、複数の伝熱管の始端と連通する複数の始端開口と、複数の伝熱管の終端に連通する複数の終端開口と、を有し、第2の板状部材は、流入管から水が流入する流入口と、複数の始端開口に対向して形成され、流入口と連通する分配窪みと、流出管に水を流出する流出口と、複数の終端開口に対向して形成され、流出口と連通する集合窪みと、を有し、第3の板状部材は、複数の始端開口と、分配窪みと、を連通する複数の分配調整開口と、複数の終端開口と、集合窪みと、を連通する複数の集合調整開口と、始端開口と、終端開口と、を連通する調整窪みと、を有している
本開示では、室内熱交換器のヘッダは、第1の板状部材を有する。このため、ヘッダは、第1の板状部材の始端開口の数を増やすことで、第1の板状部材を大型化せずに、多パス化に対応することができる。したがって、室内熱交換器は、熱媒体として水を用いたとしても、伝熱管の腐食を抑制しつつ、室内機の筐体の大型化が不要になる。
実施の形態1に係る室内機1を示す上面斜視図である。 実施の形態1に係る室内熱交換器12を示す斜視図である。 実施の形態1に係る室内熱交換器12を示す分解斜視図である。 実施の形態1に係る室内熱交換器12を示す分解斜視図である。 実施の形態2に係る室内熱交換器112を示す分解斜視図である。 実施の形態2に係る室内熱交換器112を示す分解斜視図である。 実施の形態2に係る室内熱交換器112を示す側視図である。 実施の形態2に係る室内熱交換器112の断面図である。 実施の形態2に係る室内熱交換器112の断面図である。 実施の形態2に係る室内熱交換器112の断面図である。
実施の形態1.
以下、実施の形態1に係る空気調和機の室内機1について説明する。実施の形態1では、空気調和機の室内機1が天井に取付けられて、ビル用マルチエアコンとして利用される場合を例にして説明をする。室内機1は、熱媒体として水が流れる熱媒体配管を介して、熱源機にて生成された温熱又は冷熱を室内機1に供給する中継器と接続されている。
図1は、実施の形態1に係る室内機1を示す上面斜視図である。以下の説明において、「上」又は「下」等の方向を示す語を用いた場合、室内機1が使用可能な向きに設置された際の向きを基準にしている。室内機1は、中央に形成された吸込口(図示せず)から室内の空気を吸い込み、吸込口の四方に形成された吹出口(図示せず)から調和された空気を吹き出す。図1に示すように、室内機1は、筐体11、室内熱交換器12、及び室内送風機13を有している。
筐体11は、ケーシング21及びインナーカバー22を有する。ケーシング21は、上方が開口し、下面が略四角形状の箱体であり、室内機1の外郭を構成している。ケーシング21は、例えば、金属又は樹脂等からなる。ケーシング21は、天井に固定されている。ケーシング21には、吸込口及び吹出口が形成されている。インナーカバー22は、ケーシング21の内側に設けられた樹脂製の箱体であり、ケーシング21を補強している。
室内熱交換器12は、ケーシング21内部の四側方に設けられる。室内熱交換器12には、流入管31、及び流出管32が接続されている。流入管31は、熱媒体配管に接続され、中継器側から流れる水を室内熱交換器12に流入させる配管である。流出管32は、熱媒体配管に接続され、室内熱交換器12から中継器側に水を流出させる配管である。室内熱交換器12は、内部を流れる水と室内空気とを熱交換させることで室内空気を温調する。室内熱交換器12の構成の詳細な説明については、後述する。
室内送風機13は、筐体11の中央に配置され、四方が室内熱交換器12に囲まれている。室内送風機13は、例えば、ターボファンであり、回転軸が上下方向に延びている。室内送風機13は、回転することで、四方に向かい空気を送り、室内熱交換器12の熱交換を促す。
図2は、実施の形態1に係る室内熱交換器12を示す斜視図である。図2に示すように、室内熱交換器12は、伝熱管41、フィン42、及びヘッダ43を有している。なお、本開示の各図では、複数のフィン42をまとめて概略的に示している。
図3は、実施の形態1に係る室内熱交換器12を示す分解斜視図である。図4は、実施の形態1に係る室内熱交換器12を示す分解斜視図である。図3及び図4は、分解された状態の室内熱交換器12を図2よりも拡大して示している。また、図3と図4とは、室内熱交換器12を異なる角度から示している。図3及び図4に示すように、室内熱交換器12には、複数の伝熱管41を備えている。それぞれの伝熱管41は、例えば、銅製の管であり、内部に熱媒体が流れる流路が形成されている。熱媒体としては、上述したように水が用いられている。実施の形態1の室内熱交換器12には、10本の伝熱管41が用いられ、10本の流路が存在している。複数の伝熱管41は、始端51及び終端52がヘッダ43に接続され、ヘアピン部53で折り返されている。以下の説明では、伝熱管41の始端51からヘアピン部53までを往路、ヘアピン部53から終端52までを復路と呼称する。複数の伝熱管41は、全体として略四角形状となるように折り曲げて形成されており、ヘッダ43と複数のヘアピン部53とは、この四角形状の同じ一隅に位置している。
実施の形態1において、全ての伝熱管41のヘアピン部53は、往路から復路に向かって斜め上に折り返すように配置されている。また、全ての伝熱管41は、往路と復路とが平行に延びている。このため、伝熱管41は、終端52が始端51の斜め上に位置するようにヘッダ43に接続されている。複数の伝熱管41同士は、上下方向に並列し、始端51及び終端52の左右方向の位置が揃えられている。即ち、ヘッダ43においては、上下方向に並ぶ始端51の列及び終端52の列が構成されており、それぞれの列を構成する始端51と終端52とが互い違いに配置されている。
複数の伝熱管41には、複数のフィン42が設けられている。フィン42は、例えば、伝熱管41が挿通されるプレートフィンである。複数のフィン42は、伝熱管41が延びる方向に並んで配置される。フィン42は、伝熱管41の内部を流れる水と空気との熱交換を促進する。
ヘッダ43には、流入管31、及び流出管32が接続されている。ヘッダ43は、流入管31から流れた水を複数の始端51に分配する。また、ヘッダ43は、複数の終端52から流れた水を集合させて流出管32に流す。室内熱交換器12での詳細な水の流れについては、後述する。
ヘッダ43は、第1の板状部材61及び第2の板状部材62を有する。第1の板状部材61と第2の板状部材62とは、面同士が向かい合うようにして接合されている。第1の板状部材61は、略長方形状であり、耐脱亜鉛黄銅合金からなる。第1の板状部材61は、流入管31、及び流出管32方向から見た場合、フィン42と略同等の幅及び高さを有している。第1の板状部材61は、第1挿入部65及び第2挿入部66を有している。
第1挿入部65は、中央に始端開口67が形成された円管状であり、第1の板状部材61の第2の板状部材62と反対側の面に複数設けられている。始端開口67は、第1挿入部65の先端から第2の板状部材62側の面まで貫通している。第1挿入部65のそれぞれは、複数の伝熱管41の始端51の1つに対応した位置に設けられている。複数の第1挿入部65は、複数の伝熱管41の始端51に挿入され、ロウ付けで固定される。これにより、伝熱管41の往路と始端開口67とが連通する。
第2挿入部66は、中央に終端開口68が形成された円管状であり、第1の板状部材61の第2の板状部材62と反対側の面に複数設けられている。終端開口68は、第2挿入部66の先端から第2の板状部材62側の面まで貫通している。第2挿入部66のそれぞれは、複数の伝熱管41の終端52の1つに対応した位置に設けられている。複数の第1挿入部65は、複数の伝熱管41の終端52に挿入され、ロウ付けで固定される。これにより、伝熱管41の復路と終端開口68とが連通する。
第1挿入部65及び第2挿入部66の数、即ち、始端開口67及び終端開口68の数は、伝熱管41の本数、即ち流路の数と同じ数となるように適宜調整される。室内熱交換器12において、水の流速を抑制するために、流路の数を多くする多パス化が採用された際にも、始端開口67及び終端開口68の数を変更すればよく、第1の板状部材61を大きくする必要がない。
第2の板状部材62は、略長方形状であり、耐脱亜鉛黄銅合金からなる。第2の板状部材62は、流入管31、及び流出管32方向から見た場合、フィン42と略同等の幅及び高さを有している。第2の板状部材62には、流入管31及び流出管32が接続される。第2の板状部材62には、流入口72、分配窪み73、流出口74、及び集合窪み75が形成されている。流入口72は、第1の板状部材61と反対側の面に形成されている。流入口72は、流入管31の流路と連通している。分配窪み73は、第1の板状部材61側の面に形成され、複数の始端開口67に対向している。また、分配窪み73は、流入口72と連通している。分配窪み73は、流入管31を通った水を複数の伝熱管41の往路に分配する。
流出口74は、第1の板状部材61と反対側の面に形成されている。流出口74は、流出管32の流路と連通している。集合窪み75は、第1の板状部材61側の面に形成され、複数の終端開口68に対向している。また、集合窪み75は、流出口74と連通している。集合窪み75は、複数の伝熱管41の復路を通った水を集合し流出管32に流す。
第1の板状部材61と第2の板状部材62とは、向かい合う面の縁部分がロウ付けされることで、接合されている。第1の板状部材61における向かい合う面の縁部分とは、第2の板状部材62側の面のうち始端開口67及び終端開口68が形成されている領域よりも外側の領域である。第2の板状部材62における向かい合う面の縁部分とは、第1の板状部材61側の面のうち分配窪み73及び集合窪み75が形成されている領域よりも外側の領域である。
実施の形態1の室内熱交換器12における水の流れについて説明する。先ず、流入管31から流入した水は、流入口72を通り、第2の板状部材62の分配窪み73に流れる。分配窪み73に流れた水は、第1の板状部材61の始端開口67を通って、複数の伝熱管41の往路に分配される。伝熱管41の往路を流れる水は、ヘアピン部53で折り返し、複数の伝熱管41の復路に流れる。複数の伝熱管41の復路を流れた水は、第1の板状部材61の終端開口68を通って第2の板状部材62の集合窪み75に集合し、流出口74を通り、流出管32に流出する。
実施の形態1では、室内熱交換器12のヘッダ43は、第1の板状部材61を有する。このため、ヘッダ43は、第1の板状部材61の始端開口67の数を増やすことで、第1の板状部材61を大型化せずに、多パス化に対応することができる。したがって、室内熱交換器12は、熱媒体として水を用いたとしても、伝熱管41の腐食を抑制しつつ、室内機1の筐体11の大型化が不要になる。
また、実施の形態1のヘッダ43は、第1の板状部材61及び第2の板状部材62を積層して構成されている。このため、実施の形態1のヘッダ43は、複数の分岐管を有する場合と比較して、厚みが小さい。
また、実施の形態1では、伝熱管41として汎用的な銅管を使用した場合であっても、伝熱管41の腐食を抑制することができる。
また、実施の形態1では、第1の板状部材61及び第2の板状部材62は、耐脱亜鉛黄銅合金製である。よって、第1の板状部材61及び第2の板状部材62では、脱亜鉛腐食が抑制されている。
また、本実施の形態1によれば、ヘッダ43は、分配及び集合の両方の機能を有している。このため、分配を行う部分と集合を行う部分とが別体である場合と比較して、第1の板状部材61と第2の板状部材62とのロウ付け量が少ない。
実施の形態2.
図5は、実施の形態2に係る室内熱交換器112を示す分解斜視図である。図6は、実施の形態2に係る室内熱交換器112を示す分解斜視図である。図5及び図6は、分解された状態の室内熱交換器112を示している。また、図5と図6とは、室内熱交換器112を異なる角度から示している。図5及び図6に示すように、本実施の形態2に係る室内熱交換器112は、ヘッダ143が第3の板状部材181を有する点で実施の形態1と相違する。本実施の形態2では、実施の形態1と同一の部分は同一の符合を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
実施の形態2では、上側の4本の伝熱管41のヘアピン部53は、往路から復路に向かって真上に折り返すように設けられている。このため、上側の4本の伝熱管41は、終端52が始端51の真上に位置するようにヘッダ43に接続されている。下側の6本の伝熱管41のヘアピン部53は、実施の形態1と同様に、往路から復路に向かって斜め上に折り返すように設けられている。このため、上側の6本の伝熱管41は、終端52が始端51の斜め上に位置するようにヘッダ43に接続されている。
第3の板状部材181は、第1の板状部材61と第2の板状部材62との間に設けられ、流路を区画する。第3の板状部材181は、略長方形状であり、耐脱亜鉛黄銅合金からなる。第3の板状部材181には、分配調整開口191、集合調整開口192、及び調整窪み193が形成されている。
分配調整開口191は、第3の板状部材181に複数形成されている。複数の分配調整開口191は、複数の始端開口67に対向する位置に形成され、第1の板状部材61側の面から第2の板状部材62側の面を貫通している。それぞれの分配調整開口191は、複数の始端開口67の内の1つと分配窪み73とを連通させている。集合調整開口192は、第3の板状部材181に複数形成されている。複数の集合調整開口192は、複数の終端開口68に対向する位置に形成され、第1の板状部材61側の面から第2の板状部材62側の面に貫通している。それぞれの集合調整開口192は、複数の終端開口68の内の1つと集合窪み75とを連通させている。
調整窪み193は、第3の板状部材181の第1の板状部材61側の面に2つ形成されている。それぞれの調整窪み193は、第1の板状部材61側の面において、上下方向に折り返している2つの伝熱管41のうち、一方の伝熱管41の終端52に対応する終端開口68と他方の伝熱管41の始端51に対応する始端開口67とに対向して形成されている。調整窪み193は、第2の板状部材62側には、貫通していない。調整窪み193は、調整窪み193と対向する、一方の伝熱管41の終端52に対応する終端開口68と他方の伝熱管41の始端51に対応する始端開口67とを連通させている。つまり、調整窪み193は、一方の伝熱管41の復路から他方の伝熱管41の往路に水を流すものである。実施の形態2では、2つの調整窪み193によって、10本の伝熱管41のうち、2本2組の伝熱管41では水が集合せずに連続して流れるため、室内熱交換器112には、8つの流路が存在している。
第1の板状部材61と第3の板状部材181とは、向かい合う面の縁部分がロウ付けされることで、固定されている。第1の板状部材61とのロウ付けを行う上での第3の板状部材181の向かい合う面の縁部分とは、第3の板状部材181の分配調整開口191、集合調整開口192、及び調整窪み193が形成されている領域よりも外側の領域である。同様に、第2の板状部材62と第3の板状部材181とも、向かい合う面の縁部分がロウ付けされることで、固定されている。第2の板状部材62とのロウ付けを行う上で第3の板状部材181の向かい合う面の縁部分とは、第3の板状部材181の分配調整開口191、集合調整開口192よりも外側の領域である。
ヘッダ143は、分配を行う部分と集合を行う部分とが一体となっているため、第3の板状部材181の調整窪み193の全体が第1の板状部材61に対向している。このため、第3の板状部材181は、調整窪み193によって伝熱管41の往路と復路とを連通させ、流路を区画することができる。
図7は、実施の形態2に係る室内熱交換器112を示す側視図である。図8は、実施の形態2に係る室内熱交換器112の断面図である。図9は、実施の形態2に係る室内熱交換器112の断面図である。図10は、実施の形態2に係る室内熱交換器112の断面図である。図8は、図7の室内熱交換器112のヘッダ143をA-A方向の断面で切断した場合の断面図である。図9は、図7の室内熱交換器112のヘッダ143をB-B方向の断面で切断した場合の断面図である。図10は、図7の室内熱交換器112のヘッダ143をC-C方向の断面で切断した場合の断面図である。図8~図10において、実線で示された矢印は、水の流れを示している。特に、図8及び図9において、同一の符号を付した矢印は、水の流れが連続していることを示している。
ここで、図8~10を用いて、室内熱交換器112における水の流れについて説明する。先ず、図8に示すように、流入管31から流入した水は、流入口72を通り、第2の板状部材62の分配窪み73に流れる。分配窪み73に流れた水(F1~F8)は、第3の板状部材181の分配調整開口191、及び第1の板状部材61の始端開口67を通り、複数の伝熱管41の往路に分配される。図9に示すように、伝熱管41の往路を流れる水(F1~F8)は、ヘアピン部53で折り返し、復路に流れる。下側の6本の伝熱管41の復路を流れた水(F1~F6)は、第1の板状部材61の終端開口68、及び第3の板状部材181の集合調整開口192を通り、第2の板状部材62の集合窪み75に集合し、流出口74を通って流出管32に流出する。
また、図8に示すように、上側の4本の伝熱管41の復路を流れた水(F7及びF8)は、第1の板状部材61の終端開口68を通った後、調整窪み193で折り返す。図9に示すように、調整窪み193で折り返した水(R1及びR2)は、第1の板状部材61の始端開口67を通り、再び複数の伝熱管41の往路を流れる。その後、伝熱管41の往路を流れる水(E1及びE2)は、ヘアピン部53で折り返し、復路に流れる。復路を流れた水(E1及びE2)は、第1の板状部材61の終端開口68、及び第3の板状部材181の集合調整開口192を通り、第2の板状部材62の集合窪み75に集合し、流出口74を通って流出管32に流出する。
概して、流路の数を増やしすぎると、水の流速が過度に低下する。水の流速が過度に低下した場合、伝熱管41と水に含まれる酸素との接触時間が増えるため、伝熱管41が腐食する虞がある。実施の形態2では、室内熱交換器112は、第3の板状部材181を有する。よって、室内熱交換器112は、水の流速が過度に低下しないように、流路の数を減らすことができる。したがって、室内熱交換器112は、伝熱管41が腐食することを抑制することができる。
また、本実施の形態2の室内熱交換器112は、冷媒が流れる室内熱交換器を流用した上で、冷媒の代わりに水を用いるように変更する場合であっても、第3の板状部材181を設けるだけで流路の数を調整し、伝熱管41の腐食を抑制することができる。
また、本実施の形態2によれば、ヘッダ43は、分配及び集合の両方の機能を有している。このため、分配を行う部分と集合を行う部分とが別体である場合と比較して、第1の板状部材61と第3の板状部材181、及び第2の板状部材62と第3の板状部材181とのロウ付け量が少ない。
(実施の形態2の変形例1)
実施の形態2の変形例1では、第2の板状部材62及び第3の板状部材181は、樹脂からなる。第2の板状部材62と第3の板状部材181とは、超音波等よって溶着される。第1の板状部材61と第2の板状部材62とは、間に第3の板状部材181を配置した状態でねじによって締結されている。このように、室内熱交換器112のヘッダ143は、ロウ付けを行う大型の装置を用いずに製造されている。
以上が実施の形態における室内熱交換器の説明であるが、本開示の室内熱交換器は、実施の形態に開示された構成以外に種々の変更を行うことができる。
例えば、実施の形態1の室内熱交換器12は、ビル用マルチエアコンに使用される室内機1だけでなく、住宅の居室の壁面等に取り付けられ、筐体11の正面から空気の吹出を行う室内機等に適用されてもよい。
また、実施の形態1において、伝熱管41の本数及び流路の数は10本の場合を例にして説明していたが、伝熱管41が水によって腐食しないように、水が適切な流速を維持していればよく、2本~9本、又は11本以上であってもよい。また、伝熱管41は、始端51及び終端52がヘッダ43において3列以上並ぶように設けてもよい。
また、ヘッダ43は、分配を行う部分のみからなるものであってもよい。
また、実施の形態2の第3の板状部材181における調整窪み193の形成箇所、及び数等も、水の流速を適切に維持するという観点から適宜調整されてもよい。更に、第3の板状部材181以外にも第1の板状部材61と第2の板状部材62との間に流路を区画する板状部材を有していてもよい。
また、実施の形態2の変形例1では、第2の板状部材62及び第3の板状部材181を樹脂製としていたが、実施の形態2の第2の板状部材62又は第3の板状部材181の何れか1つを樹脂製としてもよい。更に、実施の形態1の第2の板状部材62を樹脂製としてもよい。更に、上述したように、第3の板状部材181以外に第1の板状部材61と第2の板状部材62との間に設けられる板状部材を樹脂製としてもよい。
1 室内機、11 筐体、12 室内熱交換器、13 室内送風機、21 ケーシング、22 インナーカバー、31 流入管、32 流出管、41 伝熱管、42 フィン、43 ヘッダ、51 始端、52 終端、53 ヘアピン部、61 第1の板状部材、62 第2の板状部材、65 第1挿入部、66 第2挿入部、67 始端開口、68 終端開口、72 流入口、73 分配窪み、74 流出口、75 集合窪み、112 室内熱交換器、181 第3の板状部材、191 分配調整開口、192 集合調整開口、193 調整窪み。

Claims (5)

  1. 内部に熱媒体の水が流れる流路を有する複数の伝熱管と、
    熱源側に接続された流入管から流入した水を複数の前記伝熱管に分配し、複数の前記伝熱管から集合した水を熱源側に接続された流出管に流出させるヘッダと、を備え、
    前記ヘッダは、
    第1の板状部材と、
    2の板状部材と、
    前記第1の板状部材と、前記第2の板状部材との間に設けられ、前記流路を区画する第3の板状部材と、を有し、
    前記第1の板状部材は、
    複数の前記伝熱管の始端と連通する複数の始端開口と、
    複数の前記伝熱管の終端に連通する複数の終端開口と、を有し、
    前記第2の板状部材は、
    前記流入管から水が流入する流入口と、
    複数の前記始端開口に対向して形成され、前記流入口と連通する分配窪みと、
    前記流出管に水を流出する流出口と、
    複数の前記終端開口に対向して形成され、前記流出口と連通する集合窪みと、を有し、
    前記第3の板状部材は、
    複数の前記始端開口と、前記分配窪みと、を連通する複数の分配調整開口と、
    複数の前記終端開口と、前記集合窪みと、を連通する複数の集合調整開口と、
    前記始端開口と、前記終端開口と、を連通する調整窪みと、を有している
    室内熱交換器。
  2. 前記第1の板状部材、前記第2の板状部材、及び前記第3の板状部材は、耐脱亜鉛黄銅合金製である
    請求項に記載の室内熱交換器。
  3. 前記第1の板状部材は、耐脱亜鉛黄銅合金製であり、
    前記第2の板状部材は、樹脂製であり、
    前記第3の板状部材は、樹脂製である
    請求項又はに記載の室内熱交換器。
  4. 複数の前記伝熱管は、銅製である
    請求項1~の何れか1項に記載の室内熱交換器。
  5. 請求項1~の何れか1項に記載の室内熱交換器と、
    前記室内熱交換器に室内空気を送り、複数の前記伝熱管の内部を流れる熱媒体である水と室内空気との熱交換を促す室内送風機と、を備える
    空気調和機の室内機。
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