KR101217454B1 - 축냉시스템의 냉매분배기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축냉조의 저온잠열PCM을 냉각시키는 냉각기의 냉매를 축냉조 내의 냉매순환라인 상에서 더욱 효과적으로 분배 내지 이송할 수 있는 축냉시스템의 냉매분배기에 관한 것이다.
본 발명은 저온잠열PCM이 저장된 축냉조 및 축냉조의 저온잠열PCM을 냉각시키는 냉각기를 가진 축냉시스템의 냉매분배기로서, 냉각기의 냉매순환라인에 연결되고, 일단에 냉매가 유입되는 유입구 및 타단에 폐쇄면을 가진 내측원통관; 및 상기 내측원통관의 외측에 반경방향으로 이격되어 배치되고, 외주면에 복수의 모세관이 설치된 외측원통관을 포함하고, 상기 외측원통관의 내경면과 내측원통관의 외경면 사이에는 냉매의 소통통로가 형성되며, 상기 내측원통관은 외주면에 복수의 토출공이 형성되고, 상기 내측원통관의 폐쇄면에 인접한 모세관의 길이가 가장 길게 형성되며, 상기 내측원통관의 유입구 측으로 갈수록 모세관들의 길이가 짧아져 상기 내측원통관의 유입구에 인접한 모세관의 길이가 가장 짧아지는 것을 특징으로 한다.

Description

축냉시스템의 냉매분배기 {REFRIGERANT DISTRIBUTOR OF THE THERMAL STORAGE SYSTEM}
본 발명은 축냉시스템의 냉매분배기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축냉조의 저온잠열PCM을 냉각시키는 냉각기의 냉매를 축냉조 내의 냉매순환라인 상에서 더욱 효과적으로 분배 내지 이송을 충분하게 수행할 수 있는 축냉시스템의 냉매분배기에 관한 것이다.
일반적으로, 축냉시스템은 상변환물질(Phase change material)인 저온잠열PCM을 축냉조 내에 저장한 후에 저온잠열PCM을 냉방사이클에 의해 냉각한 후에 필요한 수요처에 냉방부하를 공급하도록 구성된다.
이러한 축냉시스템은 내부에 밀폐된 냉동공간을 가지는 냉동차량의 적재함, 냉동컨테이너, 저온 저장고, 저온 쇼케이스, 냉동창고 등에 설치되어 냉동공간에 적재되는 냉동/냉장 식품을 저온상태로 유지하여 냉동/냉장이 효율적으로 공급되어 순환되도록 구성한 것이다.
특히, 축냉시스템은 심야시간대의 잉여전력을 이용하여 냉각기를 가동시켜 축냉조 내의 저온잠열PCM을 냉각시킨 후에 냉장/냉동탑차의 냉장공간, 냉동쇼케이스의 진열실 등에 냉방부하를 공급한다.
축냉시스템의 저온잠열PCM 내에는 냉각기의 냉매순환라인이 설치되고, 저온의 냉매가 냉매순환라인을 통해 순환하면서 저온잠열PCM을 냉각시킴으로써 저온잠열PCM은 축냉에너지를 축적저장한다.
한편, 냉매순환라인은 압축기, 팽창밸브, 냉매분배기, 복수의 모세관, 복수의 가지관을 가진 헤더관을 가지고, 복수의 모세관은 냉매분배기에서 분기되며, 각 모세관은 헤더관의 각 가지관 측에 개별적으로 접속된다.
이에, 압축기 및 팽창밸브를 통과한 저온의 냉매는 냉매분배기에 의해 복수의 모세관 및 복수의 가지관을 거친 후에 헤더관을 통해 순환하도록 구성된다.
하지만, 종래의 축냉시스템은 냉매분배기에서 분기되는 각 모세관의 길이가 서로 다르게 이루어짐에 따라 복수의 모세관을 통해 이송되는 냉매의 이송속도가 서로 다르게 이루어지고, 이로 인해 복수의 모세관을 통과하는 냉매의 분배 내지 이송공급이 원활하지 못한 단점이 있었다.
특히, 가장 짧은 모세관을 통과하는 냉매는 헤더관 측으로 먼저 도달하면 축냉조의 온도센서가 온도를 감지하여 팽창밸브의 개도를 제어하는 경우에 나머지 모세관 측으로 냉매가 균일하게 공급되지 못함에 따라, 냉매의 공급 내지 분배가 원활하지 못하여 축냉조의 저온잠열PCM 축냉작용이 효율적이지 못한 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 냉매분배기에서 분기된 복수의 모세관을 통과하는 냉매를 균일하게 분배 내지 이송할 수 있는 축냉시스템의 냉매분배기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한 축냉시스템의 내부에 냉매분배기를 설치함으로서 고장시 축냉시스템의 가스공급이 원활치 못하여 축냉이 원활치 못하여 압축기가 과냉각(過冷却))되어 축냉조 내부에 고르게 동결되지 않아 축냉조의 성능이 저하되는 단점이 있는 것을 개선하고, 냉매 및 브라인관 끝단부 좌/우라인의 온도를 동일하게 제어 가능하고, 부품수리시 전 부품을 해체하여 수리한 후 재설치하여야하는 불편을 개선하고, 고장시 이용시간 단축, 밸브 등의 부품비 증가로 운영관리비가 증가되는 것을 사전방지 할 수 있는 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
저온잠열PCM이 저장된 축냉조 및 축냉조의 저온잠열PCM을 냉각시키는 냉각기를 가진 축냉시스템의 냉매분배기에 있어서,
냉각기의 냉매순환라인에 연결되고, 일단에 냉매가 유입되는 유입구 및 타단에 폐쇄면을 가진 내측원통관; 및
상기 내측원통관의 외측에 반경방향으로 이격되어 배치되고, 외주면에 복수의 모세관이 설치된 외측원통관을 포함하고,
상기 외측원통관의 내경면과 내측원통관의 외경면 사이에는 냉매의 소통 통로가 형성되며,
상기 내측원통관은 외주면에 복수의 토출공이 형성되고, 상기 내측원통관의 폐쇄면에 인접한 모세관의 길이가 가장 길게 형성되며, 상기 내측원통관의 유입구 측으로 갈수록 모세관들의 길이가 짧아져 상기 내측원통관의 유입구에 인접한 모세관의 길이가 가장 짧아지는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 토출공은 상기 내측원통관의 원주면 상에서 원주방향으로 이격되게 배치되는 복수의 토출공 그룹으로 구성되고, 각 토출공 그룹은 2 이상의 토출공들이 원주방향으로 이격되어 형성되며, 상기 복수의 토출공 그룹은 상기 내측원통관의 길이방향을 따라 일정간격으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 각 토출공 그룹의 토출공들은 3개로 구성되어 삼각형으로 배치된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 모세관은 상기 외측원통관의 길이방향을 따라 일정간격으로 이격되게 설치되며, 상기 외측원통관의 모세관들과 상기 내측원통관의 토출공 그룹들은 서로 어긋나게 배치됨으로써 상기 외측원통관 및 내측원통관의 길이방향을 따라 서로 이격되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 각 토출공 그룹들은 서로 인접한 한 쌍의 모세관들 사이의 중앙부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 외측원통관의 양단부는 상기 내측 원통관의 양단부 측에 각각 인접하고, 상기 외측원통관의 양단부는 밀봉부에 의해 기밀하게 밀봉될 수 있다.
상기 냉각기는 냉매가 순환하는 냉매순환라인, 상기 축냉조의 외측에 설치된 압축기, 상기 압축기의 하류측에 배치된 팽창밸브로 이루어지고,
상기 냉매분배기는 상기 냉매순환라인의 도중에 설치되며, 상기 냉매순환라인은 상기 압축기 및 팽창밸브를 통과한 냉매를 공급하는 냉매공급라인, 상기 냉매분배기에서 분기된 복수의 모세관이 개별적으로 연결된 복수의 가지관을 가진 출력측 헤더관, 상기 출력측 헤더관으로부터 압축기 측으로 연결된 냉매회수라인으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 냉매분배기의 모세관들은 내측원통관의 폐쇄면에 인접한 모세관의 길이가 가장 길게 형성되고, 내측원통관의 유입구 측으로 갈수록 모세관들의 길이가 짧아지도록 구성됨에 따라 냉매분배기에서 분기된 복수의 모세관을 통과하는 냉매를 균일하게 분배 내지 이송할 수 있는 장점이 있다.
또한 축냉시스템의 내부에 냉매분배기를 설치함으로서 고장시 축냉시스템의 가스공급이 원활치 못하여 축냉이 원활치 못하여 압축기가 과냉각(過冷却))되어 축냉조 내부에 고르게 동결되지 않아 축냉조의 성능이 저하되는 단점이 있는 것을 개선하고, 냉매 및 브라인관 끝단부 좌/우라인의 온도를 동일하게 제어 가능하고, 부품수리시 전 부품을 해체하여 수리한 후 재설치하여야하는 불편을 개선하고, 고장시 이용시간 단축, 밸브 등의 부품비 증가로 운영관리비가 증가되는 것을 사전방지 할 수 있는 장점이 있다.
또한 축냉조의 동결시 가동시간을 대폭 단축으로 전력량을 절감하고, 압축기등의 연관장치의 수명을 연장하고, 냉매분배기가 축냉조 내부에서 외부로 전환되어 응급시 긴급하게 대응하여 식품의 안전성을 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 각 토출공 그룹의 토출공들이 3개로 구성되어 삼각형으로 배치된 구조로 이루어짐에 따라 냉매의 토출이 보다 원활하게 이루어지는 장점이 있다.
그리고, 본 발명은 각 토출공 그룹들이 서로 인접한 한 쌍의 모세관들 사이의 중앙부에 위치하고, 이에 각 토출공 그룹의 토출공으로부터 토출되는 냉매가 각 모세관 측으로 균등하게 분배 내지 이송될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매분배기가 적용된 축냉시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매분배기를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매분기를 도시한 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매분배기를 도시한 측단면도이다.
도 5는 도 4의 A-A선을 따라 도시한 단면도이다.
도 6은 도 4의 변형실시예를 도시한 측단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다.
또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다.
따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.
축냉시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 저온잠열PCM이 저장된 축냉조(10), 축냉조(10) 내로 냉매를 순환시킴으로써 냉매에 의해 저온잠열PCM을 냉각하는 냉각기(20), 축냉조(10)의 축냉에너지와 열교환하는 브라인을 순환시키는 브라인순환유닛(30)으로 구성된다.
냉각기(20)의 냉매순환라인(21) 및 브라인순환유닛(30)의 브라인순환라인(31)은 축냉조(10) 내에 설치되고, 이에 냉매순환라인(21) 및 브라인순환라인(31)은 저온잠열PCM과 접촉한다.
냉각기(20)는 냉매가 순환하는 냉매순환라인(21), 축냉조(10)의 외측에 설치된 압축기(22), 압축기(22)의 하류측에 배치된 팽창밸브(23)로 이루어진다. 이에 냉각기(20)는 냉매가 냉매순환라인(21)을 통해 순환하면서 축냉조(10) 내의 저온잠열PCM과 열교환하여 저온잠열PCM을 냉각시킨다.
브라인 순환유닛(30)은 축냉조(10) 내에 설치된 내측 브라인냉각코일(31) 및 축냉조(10)의 외측에 배치된 외측 열교환기(32)를 포함한다.
브라인냉각코일(31)을 통해 순환하는 브라인은 저온잠열PCM과의 열교환을 통해 냉각되고, 이렇게 냉각된 브라인은 외측 열교환기(32) 측에서 공기를 냉각시키도록 구성된다.
냉매순환라인(21)은 압축기(22) 및 팽창밸브(23)를 통과한 냉매를 공급하는 냉매공급라인(101), 냉매공급라인(101)의 단부에 접속되어 냉매를 분배하는 냉매분배기(100), 냉매분배기(100)에서 분기된 복수의 모세관(150), 복수의 모세관(150)이 개별적으로 접속된 복수의 가지관(250)을 가진 출력측 헤더관(200), 출력측 헤더관(200)으로부터 압축기(22)측으로 연결된 냉매회수라인(103)으로 이루어진다.
냉매분배기(100), 복수의 모세관(150), 복수의 가지관(250), 출력측 헤더관(200) 등은 축냉조(10) 내에 배치된다.
냉매분배기(100)는 축냉조(10) 내에 설치되고, 내측원통관(110) 및 내측원통관(110)의 외주면에 배치되는 외측원통관(120)을 가진다.
내측원통관(110)의 일단에는 유입구(111)가 형성되고, 이 유입구(111)에는 냉매공급라인(101)이 기밀하게 접속되며, 내측원통관(110)의 타단에는 밀봉적으로 폐쇄된 폐쇄면(112)이 형성되어 있다.
내측원통관(110)의 외주면에는 복수의 토출공(113)이 형성되고, 복수의 토출공(113)은 내측원통관(110)의 원주면 상에서 원주방향으로 이격되게 배치되는 복수의 토출공 그룹(115)으로 구성된다. 각 토출공 그룹(115)은 2 이상의 토출공(113)들이 원주방향으로 이격되어 형성될 수 있고, 이에 2 이상의 토출공(113)들이 내측원통관(110)의 원주면 상에서 방사형 배치구조로 이루어질 수도 있다. 그리고, 복수의 토출공 그룹(115)들은 내측원통관(110)의 길이방향을 따라 일정간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 바람직하게는, 각 토출공 그룹(115)의 토출공(113)들은 도 5에 도시된 바와 같이 3개로 구성되어 삼각형으로 배치된 구조로 이루어짐에 따라 냉매의 토출이 보다 원활하게 이루어질 수도 있다.
외측원통관(120)은 내측원통관(110)의 외경방향으로 일정간격으로 이격되게 배치되고, 이에 외측원통관(120)의 내부와 내측원통관(110) 사이에는 냉매의 소통통로(130)가 형성된다. 외측원통관(120)의 외주면에는 복수의 모세관(150)이 설치되고, 복수의 모세관(150)은 외측원통관(120)의 길이방향을 따라 일정간격으로 이격되게 설치되며, 외측원통관(120)의 모세관(150)들과 내측원통관(110)의 토출공 그룹(115)들은 서로 어긋나게 배치됨으로써 외측원통관(120) 및 내측원통관(110)의 길이방향을 따라 서로 이격된다.
바람직하게는, 각 토출공 그룹(115)들은 도 4에 도시된 바와 같이 서로 인접한 한 쌍의 모세관(150)들 사이의 중앙부에 위치하고, 이에 각 토출공 그룹(115)의 토출공(113)으로부터 토출되는 냉매가 각 모세관(150) 측으로 균등하게 분배 및 이송될 수 있다.
외측원통관(120)의 양단부는 내측 원통관(110)의 양단부 측에 각각 인접하고, 외측원통관(120)의 양단부는 밀봉부(123)에 의해 기밀하게 밀봉될 수 있다.
복수의 모세관(150)은 서로 다른 길이로 이루어지고, 각 모세관(150)은 출력측 헤더관(200)의 가지관(250)측에 개별적으로 접속된다.
특히, 내측원통관(110)의 폐쇄면(112)에 인접한 모세관(150)의 길이가 가장 길게 형성되고, 내측원통관(110)의 유입구(111) 측으로 갈수록 모세관(150)들의 길이가 짧아짐에 따라 내측원통관(110)의 유입구(111)에 인접한 모세관(150)의 길이가 가장 짧아진다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 각 모세관(150)의 도중에는 개별적으로 밸브(151)가 설치될 수 있고, 상기 밸브는 전자밸브를 사용할 수 있으며, 상기 밸브(151)에 의해 각 모세관(150)을 통과하는 냉매의 이송속도를 각 모세관(150) 별로 개별적으로 제어 내지 조절함으로써 냉매가 복수의 모세관(150)을 통해 균일하게 분배 내지 이송되도록 할 수 있다.
이상과 같이 구성된 냉매분배기(100)의 냉매 분배작동을 아래와 같이 상세히 설명한다.
내측원통관(110)의 유입구(111)를 통해 냉매가 유입되면 냉매는 내측원통관(110)의 폐쇄면(112) 측에 부딪힌 후에 되돌아와 내측원통관(110)의 토출공(113)을 통해 외측원통관(120)과 내측원통관(110) 사이의 소통통로(130)측으로 유입되고, 이렇게 소통통로(130)측으로 유입된 냉매는 외측원통관(120)의 모세관(150)을 통해 토출된다. 상기 토출공은 원주에 삼각형(꼭지점으로 구분하면 A,B,C)으로 구멍을 형성하고, 원주의 상단에 꼭지점으로 A라고 지정하고 수직방향으로 수선을 그리면, 밑변 B,C 선분 사이(B△C)의 중앙에 맞닫는 선을 모세관(150)의 중심선으로 하여 배관되도록 설치하여 균등한 분배로 유동시킨다.
이때, 내측원통관(110)의 폐쇄면(112)측에 인접한 부분에서 냉매의 유량이 상대적으로 많아지고, 그에 반해 내측원통관(110)의 유입구(111) 측에 인접한 부분에서 냉매의 유량이 상대적으로 적어진다. 이에 내측원통관(110)의 폐쇄면(112)에 인접한 외측원통관(120)의 모세관(150)이 내측원통관(110)의 유입관(111)에 인접한 모세관(150) 보다 길이가 더 길게 구성됨에 따라 복수의 모세관(150)을 통해 분배되어 공급되는 냉매의 이송속도가 서로 동일한 상태가 되고, 이를 통해 복수의 모세관(150)으로 분배된 냉매들은 거의 동시에 헤드관(130)측에 도달할 수 있다.
특히, 내측원통관(110)의 각 토출공 그룹(115)이 외측원통관(120)의 모세관(150) 측에 인접함에 따라 각 토출공 그룹(115)의 토출공(113)과 외측원통관(120)의 모세관(150)을 통한 냉매의 분출 및 이송이 매우 원활하게 이루어질 수 있고, 이에 냉매가 균등하게 분배되어 출력측 헤더관(120)의 가지관(125) 측에 균일한 속도로 이송될 수 있다.
냉매분배기는 축냉시스템의 내부에 설치함으로서 고장시 축냉시스템의 가스공급이 원활치 못하여 축냉이 원활치 못하여 압축기가 과냉각(過冷却))되어 축냉조 내부에서 고르게 동결되지 않아 축냉조의 성능이 저하되는 단점을 개선하기 위한 것이며, 축냉이 원활하여 가스관 끝단부 좌/우라인의 온도를 동일하게 제어 가능하고, 부품수리시 전 부품을 해체하여 수리한 후 재설치하여야 하는 불편을 개선하고, 고장시 이용시간 단축, 밸브를 설치하지 않음으로서 운영관리비 증가를 사전방지 할 수 있는 장점이 있으며,
또한 축냉조의 동결시 가동시간을 대폭 단축으로 전력량을 절감하고, 압축기등의 연관장치의 수명을 연장하고, 응급시 긴급하게 대응하여 식품의 안전성을 유지할 수 있는 장점도 있다.
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.
10: 축냉조 20: 냉각기
21: 냉매순환라인 22: 압축기
23: 팽창밸브 30: 브라인순환유닛
100: 냉매분배기 110: 내측원통관
113: 토출공 115: 토출공 그룹
120: 외측원통관 125: 모세관
200: 출력측 헤더관 250: 가지관

Claims (7)

  1. 저온잠열PCM이 저장된 축냉조 및 축냉조의 저온잠열PCM을 냉각시키는 냉각기를 가진 축냉시스템의 냉매분배기에 있어서,
    냉각기의 냉매순환라인에 연결되고, 일단에 냉매가 유입되는 유입구 및 타단에 폐쇄면을 가진 내측원통관; 및
    상기 내측원통관의 외측에 반경방향으로 이격되어 배치되고, 외주면에 복수의 모세관이 설치된 외측원통관을 포함하고,
    상기 외측원통관의 내경면과 내측원통관의 외경면 사이에는 냉매의 소통통로가 형성되며,
    상기 내측원통관은 외주면에 복수의 토출공이 형성되고, 상기 내측원통관의 폐쇄면에 인접한 모세관의 길이가 가장 길게 형성되며, 상기 내측원통관의 유입구 측으로 갈수록 모세관들의 길이가 짧아져 상기 내측원통관의 유입구에 인접한 모세관의 길이가 가장 짧아지는 것과,
    상기 냉각기는 냉매가 순환하는 냉매순환라인, 상기 축냉조의 외측에 설치된 압축기, 상기 압축기의 하류측에 배치된 팽창밸브로 이루어지고,
    상기 냉매분배기는 상기 냉매순환라인의 도중에 설치되며, 상기 냉매순환라인은 상기 압축기 및 팽창밸브를 통과한 냉매를 공급하는 냉매공급라인, 상기 냉매분배기에서 분기된 복수의 모세관이 개별적으로 연결된 복수의 가지관을 가진 출력측 헤더관, 상기 출력측 헤더관으로부터 압축기 측으로 연결된 냉매회수라인으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 축냉시스템의 냉매분배기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 토출공은 상기 내측원통관의 원주면 상에서 원주방향으로 이격되게 배치되는 복수의 토출공 그룹으로 구성되고, 각 토출공 그룹은 2 이상의 토출공들이 원주방향으로 이격되어 형성되며, 상기 복수의 토출공 그룹은 상기 내측원통관의 길이방향을 따라 일정간격으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 축냉시스템의 냉매분배기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 각 토출공 그룹의 토출공들은 3개로 구성되어 삼각형으로 배치된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 축냉시스템의 냉매분배기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 모세관은 상기 외측원통관의 길이방향을 따라 일정간격으로 이격되게 설치되며, 상기 외측원통관의 모세관들과 상기 내측원통관의 토출공 그룹들은 서로 어긋나게 배치됨으로써 상기 외측원통관 및 내측원통관의 길이방향을 따라 서로 이격되는 것을 특징으로 하는 축냉시스템의 냉매분배기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 각 토출공 그룹들은 서로 인접한 한 쌍의 모세관들 사이의 중앙부에 위치하는 것을 특징으로 하는 축냉시스템의 냉매분배기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 외측원통관의 양단부는 상기 내측 원통관의 양단부 측에 각각 인접하고, 상기 외측원통관의 양단부는 밀봉부에 의해 기밀하게 밀봉되는 것을 특징으로 하는 축냉시스템의 냉매분배기.
  7. 삭제
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