KR101896541B1 - 폐플라스틱 열분해 리액터의 잔여물 제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쉘에 투입되어 열분해 되고 남은 잔여물들을 용이하고 위생적인 환경에서 신속하고 효과적으로 제거할 수 있는 폐플라스틱 열분해 리액터의 잔여물 제거장치를 개시한다.
이를 위하여 본 발명은 일측에 개폐부가 구비되고 타측에 가스 배출구가 구비되며 열원의 균등 분산을 위하여 쉘의 회전을 실시하기 위한 회동 수단을 구비하고 그 둘레에 단열재 및 커버를 설치하되, 쉘 내부에 이송간을 설치하고 상기 쉘 내부의 개폐부 측에 회전 버킷을 균등간격으로 배열하며, 상기 개폐부를 통하여 상기 회전 버킷이 설치된 위치까지 컨베이어 벨트를 위치시키는 취출수단이 구비된 것이다.
이에 따라 본 발명은 반응로의 잔여물 취출을 위한 작업대기 시간을 최소화하게 되어 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 될 뿐만 아니라 작업자들에게 위생적이고 용이한 작업 환경을 제공할 수 있게 되는 유용한 효과가 있으며, 잔여물의 취출을 신속하게 할 수 있으므로 작업의 연속성을 향상시킬 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.

Description

폐플라스틱 열분해 리액터의 잔여물 제거장치{Residual Elimination Apparatus of Waste Vinyl Pyrolysis Reactor}

본 발명은 PS, PP, PC 등의 폐플라스틱 열분해 리액터의 잔여물 제거장치에 관한 것으로 특히 폐플라스틱 열분해 용융로에서 열분해 되어 기상으로 배출되고 남은 잔여물을 용융로 외부로 배출시켜 연속적인 폐플라스틱 열분해 용융공정을 실시할 수 있도록 하기 위한 폐플라스틱 열분해 용융로의 잔여물 제거장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 농촌의 들판에는 어느 곳을 보아도 파묻혀 있는 폐비닐을 쉽게 발견할 수 있으며, 상기 폐비닐은 토양을 황폐화시켜 농업생산성을 크게 저하시키는 요인이 되고, 수거에 있어서도 원활하게 이루어지지 않는 실정이다.

이는 수거된 폐비닐을 쉽게 재활용하지 못하기 때문으로 수거된 농업용 폐비닐, 특히 멀칭용의 경우에는 거의 50%가 흙 등의 이물질이 포함되어 있고, 이러한 폐비닐을 재활용하기 위해서 현재는 물로써 이물질을 제거해야 하나, 폐비닐에 묻은 흙 등은 세정하더라도 잘 이탈이 되지 않으므로 인하여 도9(한국환경자원공사 자료 인용)에서 보는 바와 같이, 3차의 세정단계를 거치고 있으며, 이 과정에서 사용되는 물 및 이와 관련한 기기들로 인하여 공정이 복잡해지고 처리단가가 상승하게 되는 문제점이 있다.

또한, 폐비닐의 발생량 대비 수거량은 점점 증가하고는 있으나 전국에서 발생한 농업용 폐비닐 중 절반정도가 불법 소각 또는 매립됐거나 방치되고 있다.

이와 같이 농업용 폐비닐의 절반 정도가 들판에 그대로 버려지는 것이며, 토양중에 매립된 폐비닐은 수분과 공기의 유통 및 유용한 미생물의 번식을 저해하여 토양을 더욱 황폐화시켜 농업 생산성을 떨어뜨리게 된다.

또한, 폐비닐의 발생량에 비해 처리시설이 턱없이 부족한 것도 시급히 해결돼야 할 과제로 지적되고 있으며, 지금까지 수거된 농업용 폐비닐이 적정 처리되지 못하고 있는 것이 현실이며, 한국환경자원공사가 확보하고 있는 폐비닐의 처리능력은 폐비닐 수거목표량의 25%에 불과한 실정이다.

특히, 수거된 폐비닐의 재생도 현재의 습식 처리방법으로는 폐비닐 1톤에 재생처리비용이 20만원선에 달하여 적자 운영되고 있고, 그나마 청주, 안동, 담양, 시화 등 전국 4개 처리장의 처리 용량은 연간 21,000톤에 불과하여 매년 20,000~30,000톤의 폐비닐이 재생공사의 야적장에 쌓이는 추세이다.

또한, 여름철 폭풍이나 겨울철의 폭설 때에는 한꺼번에 대량으로 비닐하우스에서 사용되었던 폐비닐이 배출되고 있으며 매년 40,000톤가량의 폐비닐이 그대로 땅 속에 파묻히고 있는 것이다.

이와 같이 땅 속에 파묻혀 토양에 방치된 폐비닐은 거의 분해가 되지 않으며, 수분과 공기의 유통을 차단하고, 토양 내 미생물들의 흐름을 막아 토양을 더욱 황폐화시키게 되며, 불법적인 소각 시에는 산불의 위험은 물론 다이옥신, 염소 및 염화수소가스 등을 배출하여 환경오염의 요인이 되고 있는 실정이다.

이러한 실정을 감안하여 폐비닐을 재활용하기 위한 열분해 용융장치가 대한민국 공개특허 10-2006-0083474 (발명의 명칭 폐비닐을 재활용하기 위한 열분해 용융장치; 이하 '인용발명'이라 함)가 제안된 바 있다.

이러한 인용발명에 의하면 구동모터와 감속기를 가지는 구동부와 상기 구동부에 의해 투입된 폐비닐을 가열 용융시키는 쌍스크류를 내장한 실린더의 가열용융부와 상기 용융부에서 발생하는 배기가스를 배출하는 배기부로 구성하여 농업용 폐비닐, 폐합성수지 그리고 여기에 묻어 있는 이물질을 함께 처리하여 재활용하는 열분해 용융장치에 있어서; 내화단열재로 보온되어 있는 연소실의 연소식 가열형과 전기히터의 전열식 가열형으로 구성한 1차, 2차 가열처리부를 하나의 열분해 용융장치로 구성하는 한편, 상기 1차, 2차 가열처리부의 가스포집기로 배출되는 배기가스를 다시 1차 가열처리부의 연소실로 보내어 현열을 이용하여 건조하고, 수분을 함유한 배기가스를 냉각 응축하면서 수분을 배출하고 나서 배기하는 배기부로 구성한 것과,

상기 1차 가열처리부가 구동모터와 감속기로 이루어진 구동부와 폐비닐을 공급받는 투입부와 상기 투입부를 가지며 배기가스를 포집하는 가스포집기와 상기 폐비닐이 실린더에 내장된 쌍스크류에 의해 용융처리되는 용융부와 상기 실린더를 가열하며 실린더 일부를 내부에 포함하는 연소실로 이루어진 가열부로 구성하되, 열원으로 버너를 이용하여 초기에 연소실의 온도를 높여주며 정상상태일때 열분해된 가스의 현열을 이용하여 보조적 열원으로 재사용하여 폐비닐의 건조와 열분해를 하는 것과,

상기 2차 가열처리부가 구동모터의 구동부와 1차 가열처리된 겔(gel) 상태의 용융물을 공급받으며 상기 1차 가열처리부의 실린더 일측으로 형성한 투입부와 상기 투입부를 내부에 가지며 배기가스를 포집하는 가스포집기와 상기 겔(gel) 상태의 용융물을 실린더에 내장된 쌍스크류로 재차 용융처리하는 용융부와 상기 실린더를 가열하며 실린더 일부를 내부에 포함하는 전열히터로 이루어진 가열부로 구성하되, 열원으로 300kW의 전열히터를 이용하여 상기 1차 가열처리부에 의해 용융성형된 겔(gel)을 균질하게 처리하도록 한 것과,

상기 배기부는 연소실에 연결된 배기파이프를 통해 수분을 함유한 배기가스를 사이클론으로 보내 냉각 응축하면서 수분을 배출하고 나서 배기하도록하고 1차,2차 가열처리부에 형성된 가스포집기와 연결된 배기파이프로 배기가스를 다시 상기 1차 가열처리부의 연소실로 보내어 폐비닐을 가열용융함에 있어 보조적열원으로 사용되도록 송풍기를 설치하여 구성한 것을 특징으로 하는 폐비닐을 재활용하기 위한 미분쇄식 열분해 용융장치로 된 것이다.

이와 같은 인용발명에 의하면 폐비닐을 세정하지 않고 표면에 부착된 흙 등의 이물질을 중량대비 20%가지 허용하면서 이들을 미분쇄하여 재활용품의 강도를 보강할 수 있게 하고, 사출성형의 재료인 겔(gel)을 생산하여 다양한 제품 등으로 제품화할 수 있으며, 폐비닐을 열분해 용융처리과정이나, 제품생산과정에서 발생할 수 있는 대기오염물질(다이옥신, CO, NOx등의)에 대한 안전성을 확보할 수 있게 되는 등의 효과를 기대할 수 있다.

반면에 이러한 인용발명에 의하면 반응로에 투입되어 열분해 되고 남은 잔여물들을 효과적으로 제거할 수 있는 일체의 수단이 제공되고 있지 않으므로 반응로가 냉각에 필요한 시간이 경과된 후 작업자가 직접 반응로에 들어가 퍼내는 극히 열악한 환경에서 매우 힘겹고 비위생적인 작업을 실시하여야 하는 문제점이 있는 것이다.

특히, 이러한 작업과정에서 반응로의 냉각 대기시간 동안 작업을 실시할 수 없을 뿐만 아니라 작업자가 수작업으로 일일이 퍼내는 작업이므로 작업성이 매우 저조하여 작업의 연속성이 상실되므로 설비의 생산성이 매우 낮게 되는 문제점이 있는 것이다.

대한민국 공개특허 10-2006-0083474(발명의 명칭 : 폐비닐을 재활용하기 위한 열분해 용융장치)

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 쉘에 투입되어 열분해 되고 남은 잔여물들을 용이하고 위생적인 환경에서 신속하고 효과적으로 제거할 수 있는 폐플라스틱 열분해 리액터의 잔여물 제거장치를 제공함에 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 일측에 개폐부가 구비되고, 타측에 가스 배출구가 구비되며, 열원의 균등 분산을 위하여 쉘의 회전을 실시하기 위한 회동 수단을 구비하고, 그 둘레에 단열재 및 커버를 설치하되, 쉘 내부에 이송간을 설치하고 상기 쉘 내부의 개폐부 측에 회전 버킷을 균등간격으로 배열하며, 상기 개폐부를 통하여 상기 회전 버킷이 설치된 위치까지 컨베이어 벨트를 위치시키는 취출수단이 구비된 것이다.

이와 같이 하여 본 발명은 반응로 내부의 이송간에 의하여 반응로 전방으로 이송된 폐플라스틱이 고온 분위기에서 열분해되어 가스로 배출되고 남은 잔여물이 축적되면 반응로를 반대 방향으로 회전시켜 이송간에 의하여 잔여물이 투입회전 버킷에 의하여 바닥에 가라앉은 잔여물을 퍼 올리고, 상기 회전 버킷은 뒤집어 지면서 잔여물을 낙하시켜 투입구로 진입된 취출수단을 통하여 잔여물을 외부로 이송시켜 줌으로써 잔여물을 신속하게 제거할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 반응로의 잔여물 취출을 위한 작업대기 시간을 최소화하게 되어 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 될 뿐만 아니라 작업자들에게 위생적이고 용이한 작업 환경을 제공할 수 있게 되는 유용한 효과가 있으며, 잔여물의 취출을 신속하게 할 수 있으므로 작업의 연속성을 향상시킬 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.

도1은 종래의 폐플라스틱을 재활용하기 위한 열분해 용융장치를 보인 설명도.
도2는 본 발명에 의한 폐플라스틱 열분해 리액터의 잔여물 제거장치를 보인 측면도.
도3은 본 발명에서 쉘의 내부 둘레면에 횡상으로 이송간을 설치한 상태를 보이는 종단면도.
도4는 본 발명에서 쉘의 내부에 축적된 잔여물이 회전버킷으로 퍼 올려지고 컨베이어벨트에 낙하되는 상태를 보인 종단면도.
도5는 본 발명에서 쉘의 내부로 투입된 폐플라스틱뭉치가 이송간으로 이송되는 상태를 보인 설명도.
도6은 본 발명에서 쉘의 내부로 투입된 폐플라스틱뭉치가 이송간으로 이송되어 진행방향으로 몰린 상태를 보인 설명도.
도7은 본 발명에서 쉘 내부로 투입된 폐플라스틱 뭉치가 분해되고 잔여물이 남은 상태를 보이는 설명도.
도8은 본 발명에서 쉘 내부의 잔여물이 회전버킷에 의하여 퍼올려 지고 낙하한 후 배출되는 상태를 보인 설명도.
도9는 종래의 폐플라스틱 세정과정을 나타낸 설명도.

이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 구체적인 실시예의 전체적인 구성을 도 2 내지 도8로 도시하였다. 이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 기대(101) 위에 쉘(200)을 설치하였으며, 이러한 쉘(200)에는 일측에 개폐부(203)가 구비되고 타측에 가스배출구(207)가 구비되며 열원의 균등 분산을 위하여 쉘(200)의 회전을 실시할 수 있도록 회동 수단으로 종동기어(206)와 구동기어(208)를 회전시키기 위한 쉘모터(209)를 구비하였다.

아울러, 본 발명에서는 효율적인 열분해를 위하여 쉘(200)의 둘레에 단열재(102)를 채우고, 주위에 커버(101)를 씌워 열손실을 최소화하고 있는 것이다.

또한, 본 발명은 도3을 비롯한 도면 전반에서 보인 바와 같이, 쉘(200)의 내부 전방의 개폐부(203) 부위에서 후방의 가스배출구(207) 측에 이르는 구간의 쉘(200) 내부 둘레면에 다수의 이송간(205)을 둘러 설치하되, 이송간(205)의 위치가 나선상으로 규칙, 배열되도록 하였다. 아울러, 본 발명에서는 쉘(200)의 내부 전방의 개폐부(203)에 근접하여 내부 둘레면에 일정간격으로 회전 버킷(202)을 배열하며, 상기 개폐부(203)를 통하여 상기 회전 버킷(202)이 설치된 위치까지 컨베이어 벨트(501)를 구비하여서 된 취출수단(500)이 도달할 수 있도록 대차(503)를 구비하여서 된 것이다.

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또한, 상기 개폐부(203)는 유압실린더(204)에 의하여 개폐되는 것이다. 또한, 본 발명에서 개폐부(203)로 진입하는 취출수단(500)은 컨베이어벨트(501)와, 롤러가 구비되며, 구동모터(502)와 체인 또는 벨트로 연결된 롤러 그리고 롤러에 의하여 구동되는 컨베이어벨트(501)를 구비하며, 회전 버킷(202)에 잔여물이 담겨 상승한 후 상방 정 중앙 부위에서 낙하되어 컨베이어벨트(501) 양측에 부착된 가이드(505)에 의하여 안내되면서 컨베이어벨트(501)에 의하여 이송되고 일단에 배치된 회수용빈(504)으로 낙하하여 수집되는 대차(503)로 구성된다.

아울러, 본 발명에서는 버너(400)를 사용하여 쉘(200)을 가열함으로써 투입된 폐플라스틱 뭉치가 열분해되도록 하고 있으나, 이는 전기히터 등 다른 열원으로 대체 사용할 수도 있는 것이다.

이와 같이 된 본 발명은 먼저 제어장치에 의하여 유압실린더(204)를 구동하게 된다. 이에 따라 도2로 보인 바와 같이, 개폐부(203)가 열리면서 도면상 쉘(200)의 좌측에서 폐플라스틱 묶음이 중장비 등에 의하여 차단판(201)과 회전 버킷(202)을 지나 연속 투입된다. 이러한 과정으로 투입이 완료된 후 제어장치에 의하여 유압실린더(204)가 구동하여 개폐부(203)가 닫히게 되는 것이다.

이어서 쉘모터(209)는 가동을 시작하여 구동기어(208)와 종동기어(206)를 회동시키게 되고, 이에 따라 쉘(200)은 도면상 좌측에 놓인 베어링(303) 및 베어링서포터(302)에 의하여 지지되면서 회전하게 되는 것이다.

그러므로, 쉘(200)의 내부 둘레면에 나선상으로 배열 고정된 다수의 이송간(205) 역시 회전을 시작하게 되고, 이송간(205)은 도5로 보인 바와 같이, 이송간(205)의 위치 변위에 따라 투입된 폐플라스틱 묶음을 도면상 우측으로 이송시키게 된다.

이에 따라 도6으로 보인 바와 같이, 다수의 폐플라스틱 묶음은 도면상 우측으로 이송되고, 더 이상 이송이 어렵도록 고밀도로 밀집된 상태에서 효율적인 가스 생성이 시작된다. 이와 같이 열분해되어 생성되는 가스는 가스배출구(207)를 거쳐 응축설비로 보내지고, 유수가 분리되면서 정제유가 추출되는 것이다.

이러한 과정을 진행하다보면 폐플라스틱 묶음들은 재와 같은 성상의 잔여물로 남게 되며, 이러한 상태를 도7로 보였다. 본 발명에서는 이러한 잔여물을 제거하기 위하여 종래와 같이 작업인원이 투입되지 않고도 잔여물을 개폐부(203) 측으로 리턴시킬 수 있게 된다. 즉, 본 발명은 쉘모터(209)를 종전과 반대로 역회전시키게 되며 이에 따라 잔여물이 개폐부(203) 방향으로 이동하게 되는 것이다.

이와 같이 개폐부(203) 방향으로 이동하게 되는 잔여물은 차단판(201)에 의하여 진행이 차단된다. 이러한 상태에서 본 발명은 제어장치에 의하여 유압실린더(204)가 구동되고, 도8로 보인 바와 같이, 유압실린더(204)가 개폐부(203)를 개방시키며 이때 개폐부(203)를 경유하여 취출수단(500)이 쉘(200) 내부로 도입된다. 상기 취출수단(500)은 대차(503) 위에 설치된 구동모터(502)와 롤러 및 컨베이어벨트(501)가 구비된 것이다.

이러한 상태에서 본 발명은 쉘(200)이 쉘모터(209)의 구동력으로 연속 회전하므로 이송간(205)에 의하여 잔여물이 개폐부(203) 측으로 이송됨과 아울러 회전 버킷(202) 역시 회전하여 차단판(201) 높이 이하로 차오르는 잔여물을 퍼올리게 된다.

이와 같이 하여 퍼올린 잔여물은 도4로 보인 바와 같이, 회전 버킷(202)이 뒤집어 지는 시점에서 하방으로 쏟아지게 되는 것이며, 이에 따라 개폐부(203)를 통하여 진입된 컨베이어벨트(501)로 낙하되는 것이다.

이와 같이 컨베이어벨트(501)는 구동모터(502)에 의하여 연속 회전되면서 회전 버킷(202)에서 낙하되는 잔여물을 개폐부(203)를 통과하여 회수용빈(504)으로 낙하시키게 되는 것이며, 가이드(505)는 잔여물이 이송되는 과정에서 컨베이어벨트(501) 양측으로 흘러내리지 않도록 안내하게 된다.

이러한 과정을 반복하여 이동간(205)이 쉘(200)의 회전에 따라 잔여물이 계속 회전버킷(202)측으로 이동하고, 차단판(201)에 의하여 회전버킷(202) 전방으로 계속 몰려들며, 회전버킷(202)이 회전하면서 잔여물을 퍼올리고, 컨베이어벨트(501)에 의하여 외부로 배출되는 동작을 반복하게 됨에 따라 내부의 잔여물이 모두 배출되고 난 후에는 대차(503)를 이동시켜 취출수단(500)의 컨베이어벨트(501)가 외부로 이동되도록 한 후 회수용빈(504)을 비우고 다음 취출 공정을 대기하게 되는 것이다.

이어서 본 발명은 도2로 보인 바와 같이, 쉘모터(209)의 작동을 중지시키고 폐플라스틱 묶음을 쉘(200)의 내부로 투입시킨 후 유압실린더(204)를 구동하여 개폐부(203)가 쉘(200)의 일측을 닫도록 한 다음 쉘모터(209)를 구동하여 전술한 바와 같은 과정을 반복함으로써 폐플라스틱으로부터 정제유를 얻으며, 폐플라스틱 잔여물을 배출시키는 과정을 반복하게 되는 것이다.

아울러, 본 발명에서는 상기 회전 버킷(202)의 단면 일측 또는 양측이 만곡되거나 경사상으로 된 곡면부(210)로 되도록 함으로써 도4로 보인 바와 같이, 회전하면서 정중앙 상방 부위에 도달한 시점에서 회전버킷(202)에 담겨진 잔여물이 낙하하도록 할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에서는 회동수단으로 쉘모터(209), 종동 및 구동기어(208, 206), 베어링(303) 및 베어링서포터(302)를 사용한 예를 보였으나, 이외에도 감속기를 사용하는 등 다양한 형태의 회동수단을 적용하여 쉘(200)의 회전에 의한 안정적인 열균등 분포 상태를 형성할 수 있음은 물론이다.

이상에서, 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것이 아니고, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.

101 : 커버 102 : 단열재 200 : 쉘 201 : 차단판
202 : 회전 버킷 203 : 개폐부 204 : 유압실린더 205 : 이송간
206 : 종동기어 207 : 가스배출구 208 : 구동기어 209 : 쉘모터
210 : 곡면부 300 : 기대 302 : 베어링서포터 303 : 베어링
400 : 버너 500 : 취출수단 501 : 컨베이어벨트 502 : 구동모터
503 : 대차 504 : 회수용빈 505 : 가이드 600 : 폐플라스틱 뭉치

Claims (5)

1. 제거장치의 일측에 개폐부가 구비되고, 타측에 가스 배출구가 구비되며, 열원의 균등 분산을 위해 상기 제거장치의 쉘을 회전시키는 회동수단이 구비되고, 상기 쉘 둘레에 단열재 및 커버가 설치되되,
   상기 쉘 내부둘레면에 이송간이 설치되고, 상기 쉘 내부둘레면의 개폐부 측에 회전 버킷을 균등간격으로 배열하며, 상기 개폐부를 통하여 상기 회전 버킷이 설치된 위치까지 컨베이어 벨트를 위치시키는 취출수단이 구성됨을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 리액터의 잔여물 제거장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 회동수단은 종동기어와 구동기어를 회전시키기 위한 쉘모터와, 베어링 및 베어링 서포터로 구성됨을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 리액터의 잔여물 제거장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 이송간은 쉘 내부 전방의 개폐부 부위에서 후방의 가스배출구측에 이르는 구간의 쉘 내부 둘레면에 다수의 이송간이 설치되고, 이송간의 위치가 나선상으로 규칙, 배열됨을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 리액터의 잔여물 제거장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 취출수단은 컨베이어벨트와, 롤러가 구비되며, 상기 컨베이어벨트의 일단에 배치된 잔여물이 낙하 수집되는 회수용빈으로 구성된 대차임을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 리액터의 잔여물 제거장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전 버킷이 곡면부를 구비함을 특징으로 하는 폐플라스틱 열분해 리액터의 잔여물 제거장치.

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