KR101999325B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 배압실이 형성되는 센터 하우징과 선회 스크롤과의 사이의 접촉부 중 국부적인 부분에만 국부형 팁실과 국부형 배압 플레이트가 설치되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 센터 하우징과 선회 스크롤 사이의 접촉부 중 국부적인 부분에만 국부형 팁실과 국부형 배압 플레이트를 적용하여 배압실의 압력이 그대로 방출되도록 하고, 배압실에서 방출되는 압력에 의해 선회 스크롤이 지지되도록 배압 구조를 개선함으로써, 구조의 단순화 및 무게 감소의 효과를 얻을 수 있게 된다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배압실의 배압 구조를 개선한 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 냉각시스템에서 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기는 다양한 형태로 개발되어 왔다. 이와 같은 압축기에는 냉매를 압축하는 구성이 왕복운동을 하면서 압축을 수행하는 왕복식과 회전운동을 하면서 압축을 수행하는 회전식이 있다. 왕복식에는 구동원의 구동력을, 크랭크를 사용하여 복수개의 피스톤으로 전달하는 크랭크식, 사판이 설치된 회전축으로 전달하는 사판식, 워블 플레이트를 사용하는 워블 플레이트식이 있고, 회전식에는 회전하는 로터리축과 베인을 사용하는 베인로터리식, 선회 스크롤과 고정 스크롤을 사용하는 스크롤식이 있다.

도 1에는 종래 기술에 의한 스크롤 압축기의 구성이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 일반적으로 스크롤 압축기는 외관을 형성하는 하우징(10) 내부에 구동부(20)와, 압축부(30)와, 제어부(40)가 설치되고, 상기 하우징(10)의 내부 공간은 흡입실(50)과, 압축실(60)과, 토출실(70)과, 배압실(80)로 구획된다.

상기 구동부(20)는 상기 하우징(10)의 내측에 동축 상으로 장착되는 스테이터(21) 및 로터(22)를 포함하여 구성되고, 상기 압축부(30)는 상기 하우징(10)의 내측에 고정되는 고정 스크롤(31) 및 상기 구동부(20)에 의해 선회 운동하면서 상기 고정 스크롤(31)과 맞물려 압축실(60)을 형성하는 선회 스크롤(32)을 포함하여 구성되며, 상기 제어부(40)는 상기 하우징(10)의 내측에 장착되는 PCB 등 각종 구동회로 및 소자들을 포함하여 구성된다.

상기 흡입실(40)은 상기 하우징(10)의 외부로부터 흡입되는 냉매가 저장되는 공간이고, 상기 압축실(50)은 상기 흡입실(40)로 흡입된 냉매가 압축되는 공간이며, 상기 토출실(60)은 상기 압축실(50)에서 압축된 냉매가 토출되는 공간이고, 상기 배압실(80)은 상기 선회 스크롤(32)이 상기 고정 스크롤(31) 방향으로 밀착하도록 압력을 가하기 위한 공간이다.

위와 같이 구성된 스크롤 압축기에 의해 냉매가 압축되는 과정을 살펴보면, 먼저 접속단 등을 통해 제어부(40)로 외부 전원이 인가되면, 상기 제어부(40)는 구동회로 등을 통해 구동부(20)로 동작 신호를 전송한다.

상기 구동부(20)로 동작 신호가 전송되면, 하우징(10)의 내주면에 압입되어 있는 전자석 형태의 스테이터(21)가 여자되어 자성을 띠게 되고, 그에 따라 로터(22)와 스테이터(21) 간에 전자기적인 상호 작용이 이루어져 로터(22)가 고속으로 회전하게 된다.

이때, 구동부(20)의 회전축(23)이 고속 회전하게 되면, 이 회전축 후단에 결합된 압축부(30)의 선회 스크롤(32)이 동기하여 고속으로 선회하게 되고, 이에 따라 마주보는 상태로 정합된 고정 스크롤(31)과의 상호 작용에 의해 상기 흡입실(50)에서 압축실(60)로 유동한 냉매가 스크롤 외주로부터 스크롤 중심부로 고압으로 압축된 후 상기 토출실(70)로 토출되면서 일련의 냉매 압축 동작이 완료하게 된다.

한편, 상기 토출실(70)로 토출된 냉매는 하우징(10)의 외부로 이송되고, 이 중 일부의 냉매는 오리피스를 통해 감압된 뒤 배압실(80)로 이송되며, 배압실(80)로 이송된 냉매에 의해 상기 배압실(80)에는 압력이 발생하고, 배압실(80)의 압력에 의해 상기 선회 스크롤(32)에 맞닿아 있는 배압 플레이트(미도시)가 상기 선회 스크롤(32)을 가압하여 상기 선회 스크롤(32)이 상기 고정 스크롤(31) 방향으로 밀착되어 선회 스크롤(32)과 고정 스크롤(31)이 간극 없이 밀착됨으로써, 압축실(60)이 밀폐될 수 있게 된다. 그리고 배압실(80)과 선회 스크롤(32) 사이의 접촉부에서의 냉매의 누설을 방지될 수 있도록 배압실(80)과 선회 스크롤(32) 사이의 접촉부에는 링 형상의 팁실(T)이 설치된다.

한편, 상기 냉매 압축 과정이 원활히 진행되기 위해서는 상기 선회 스크롤(32)이 자전은 하지 않고, 선회 운동을 하여야 한다. 이를 위해 상기 선회 스크롤(32)의 후면부에는 선회 스크롤(32)의 자전을 방지하기 위한 자전 방지 기구가 설치되며, 종래의 경우 이러한 자전 방지 기구는 도 1에 도시된 것처럼, 선회 스크롤(32)의 후면에 설치되는 링 부재(R)와, 상기 하우징(10)에 설치되고, 상기 링 부재(R)에 삽입되는 핀 부재(P)로 이루어졌으며, 상기 선회 스크롤(32)과 함께 움직이는 상기 링 부재(R)가 상기 핀 부재(P)에 의해 그 움직임이 제한됨으로써, 상기 선회 스크롤(32)의 자전이 방지될 수 있었다.

그런데 위와 같은 종래의 스크롤 압축기 구조에 있어서, 배압실(80)의 압력은 배압실(80)에 설치된 체크 밸브(90)를 통해 흡입실(50)의 압력과 연동되어 조절된다. 즉, 배압실(80)의 압력이 흡입실(50)의 압력보다 일정 크기 이상 높을 경우 상기 체크 밸브(90)가 열리면서 배압실(80)의 냉매가 흡입실(50)로 이송되어 배압실(80)의 압력은 흡입실(50)의 압력 대비 일정 크기 만큼만 높도록 유지된다.

따라서 냉매의 토출 압력이 높아져 압축실(60)의 압력이 배압실(80)의 압력보다 훨씬 커지게 될 때 배압실(80)의 압력으로는 상기 선회 스크롤(32)을 지지할 힘이 부족하게 되어 상기 선회 스크롤(32)이 배압실(80) 방향으로 미세 이동하게 되고, 이때, 선회 스크롤(32)과 고정 스크롤(31) 사이에 간극이 발생하게 되면서 압축실(60)에서 내부리크가 발생함으로써, 압축 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하고자 배압 플레이트를 탄성 변형 가능한 형상으로 변경하여 선회 스크롤을 탄성적으로 지지하도록 함으로써, 배압실의 압력이 부족한 경우에도 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 간극 발생이 방지하여 압축효율을 높이고자 한 시도들이 있었으나, 스크롤 압축기의 구조가 복잡해지고, 무게가 증가하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 센터 하우징과 선회 스크롤 사이의 접촉부 중 국부적인 부분에만 국부형 팁실과 국부형 배압 플레이트를 적용하여 배압실의 압력이 방출되도록 하고, 배압실에서 방출되는 압력에 의해 선회 스크롤이 지지되도록 함으로써, 구조의 단순화 및 무게 감소의 효과를 얻을 수 있는 스크롤 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스크롤 압축기는 회전력이 발생되는 구동부를 수용하고, 냉매를 흡입하는 흡입실이 내부에 형성된 하우징과, 이 하우징 내에 고정되는 고정 스크롤과, 상기 구동부에 의해 선회 운동하면서 상기 고정 스크롤과 맞물려 압축실을 형성하는 선회 스크롤과, 상기 압축실에서 압축된 냉매가 토출되는 토출실과, 상기 선회 스크롤이 상기 고정 스크롤 방향으로 밀착하도록 압력을 가하는 배압실을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 하우징 중 상기 배압실이 형성되는 센터 하우징과 상기 선회 스크롤과의 사이의 접촉부 중 국부적인 부분에만 국부형 팁실과 국부형 배압 플레이트가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 국부형 팁실은 상기 선회 스크롤의 배면 가장자리에 세 개가 설치되되, 상기 선회 스크롤의 중심으로부터 동일한 거리에 위치하도록 세 방향으로 대칭되게 설치되는 것이 바람직하다.

상기 국부형 배압 플레이트는 상기 센터 하우징의 배압실 주변에 세 개가 설치되되, 상기 센터 하우징의 중심으로부터 동일한 거리에 위치하도록 세 방향으로 대칭되게 설치되는 것이 바람직하다.

상기 센터 하우징의 중심으로부터 상기 국부형 배압 플레이트의 중심부까지의 거리는 상기 선회 스크롤의 중심으로부터 상기 국부형 팁실의 중심부까지의 거리와 일치하는 것이 바람직하다.

상기 국부형 팁실에는 상기 선회 스크롤의 유동에 따른 유격을 보상하는 탄성 재질의 유격 보상 부재가 더 설치되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 스크롤 압축기에 따르면, 센터 하우징과 선회 스크롤 사이의 접촉부 중 국부적인 부분에만 국부형 팁실과 국부형 배압 플레이트를 적용하여 배압실의 압력이 방출되도록 하고, 배압실에서 방출되는 압력에 의해 선회 스크롤이 지지되도록 함으로써, 구조의 단순화 및 무게 감소의 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 종래의 스크롤 압축기를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기에 적용된 배압 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기에 배압 구조를 선회 스크롤 방향에서 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 배압 구조를 센터 하우징 방향에서 나타낸 도면.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기에 적용된 배압 구조를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기에 배압 구조를 선회 스크롤 방향에서 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 배압 구조를 센터 하우징 방향에서 나타낸 도면이다.

앞서 도 1을 참조하여 설명한 종래 기술과 동일한 구성에 대해서는 도 1을 부분적으로 참조하고, 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기는 대략의 원통 형상으로 형성되는 하우징(10)과, 이 하우징(10)의 내부에 설치되는 구동부(20)와, 압축부(30)와, 제어부(40)를 포함하고, 상기 하우징(10)의 내부 공간에 구획되는 흡입실(50)과, 압축실(60)과, 토출실(70)과, 배압실(80)을 포함한다. 여기서, 상기 하우징(10)은 센터 하우징(11)을 포함하며, 이러한 센터 하우징(11)에는 상기 배압실(80)이 형성된다.

상기 구동부(20)는 상기 하우징(10)의 내측에 동축상으로 장착되는 스테이터(21)와, 로터(22) 및 회전축(23)을 포함하여 구성되고, 상기 압축부(30)는 상기 하우징(10)의 내측에 고정되는 고정 스크롤(31) 및 상기 구동부(20)에 의해 선회 운동하면서 상기 고정 스크롤(31)과 맞물려 압축실(60)을 형성하는 선회 스크롤(32)을 포함하여 구성되며, 상기 제어부(40)는 상기 하우징(10)의 내측에 장착되는 PCB 등 각종 구동회로 및 소자들을 포함하여 구성된다.

상기 흡입실(40)은 상기 하우징(10)의 외부로부터 흡입되는 냉매가 저장되는 공간이고, 상기 압축실(50)은 상기 흡입실(40)로 흡입된 냉매가 압축되는 공간이며, 상기 토출실(60)은 상기 압축실(50)에서 압축된 냉매가 토출되는 공간이고, 상기 배압실(80)은 상기 선회 스크롤(32)이 상기 고정 스크롤(31) 방향으로 밀착하도록 압력을 가하기 위한 공간이다.

한편, 상기 선회 스크롤(32)은 상기 배압실(80)의 압력과 압축실(50)의 압력 차에 따라 미세하게 축방향으로 유동할 수 있도록 설치된다.

한편, 상기 고정 스크롤(31)의 내부에는 토출되는 냉매 중 일부를 상기 배압실(80)로 리턴시키는 제1 유로(31a)가 형성되고, 상기 하우징(10) 중 상기 배압실(80)이 형성되는 센터 하우징(11)의 내부에도 상기 고정 스크롤(31)에 형성된 유로(31a)와 연결되는 제2 유로(11a)가 형성되며, 이러한 제1 유로(31a)와 제2 유로(11a)를 통해 상기 배압실(80)에 지속적인 배압이 형성될 수 있게 된다. 또한, 상기 배압실(80)에 과도한 배압이 형성되는 것을 방지하기 위해 상기 제1 유로(31a)와 제2 유로(11a) 중 적어도 하나는 감압을 위한 감압 유로로 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 경우, 상기 하우징(10) 중 상기 배압실(80)이 형성되는 센터 하우징(11)과 상기 선회 스크롤(32)과의 사이의 접촉부 중 국부적인 부분에만 국부형 팁실(300)과 국부형 배압 플레이트(200)가 설치된다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 국부형 팁실(300)은 상기 선회 스크롤(32)의 배면 가장자리에 세 개가 설치되되, 상기 선회 스크롤(32)의 중심(C1)으로부터 동일한 거리에 위치하도록 세 방향으로 대칭되게 설치된다.

또한, 도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 국부형 배압 플레이트(200)는 상기 센터 하우징(11)의 배압실(80) 주변에 세 개가 설치되되, 상기 센터 하우징(11)의 중심(C2)으로부터 동일한 거리에 위치하도록 세 방향으로 대칭되게 설치된다.

위와 같이, 상기 국부형 팁실(300)과 상기 국부형 배압 플레이트(200)가 세 방향으로 대칭되게 설치될 경우 모멘트 합이 최소화되어 안정적인 지지구조가 형성될 수 있게 된다.

한편, 상기 센터 하우징(11)의 중심(C2)으로부터 상기 국부형 배압 플레이트(200)의 중심부까지의 거리는, 상기 선회 스크롤(32)의 중심(C1)으로부터 상기 국부형 팁실(300)의 중심부까지의 거리와 일치하는 것이 바람직하며, 이러한 경우 세 방향으로 대칭되게 설치된 각각의 국부형 팁실(300)과 국부형 배압 플레이트(200)가 서로 한 쌍으로 접촉된 상태로 설치되어 배압실(80)의 압력이 낮은 압축기의 초기 작동시에도 국부형 배압 플레이트(200)에 의해 선회 스크롤(32)이 충분히 지지될 수 있게 되며, 종래와 같은 배압실(80)의 압력 조절을 위한 별도의 체크 밸브의 설치가 필요치 않게 된다.

또한, 위와 같이, 센터 하우징(11)과 상기 선회 스크롤(32)과의 사이의 접촉부 중 국부적인 부분에만 국부형 팁실(300)과 국부형 배압 플레이트(200)를 설치함으로써, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

국부형 팁실(300)과 국부형 배압 플레이트(200)가 설치된 부분 이외의 부분으로는 화살표(B) 방향과 같이 배압실(80)의 압력이 다양한 방향으로 방출된다. 이렇게 배압실(80)의 압력이 방출될 때 발생하는 방출 압력에 의해 상기 선회 스크롤(32)은 종래와 같이 지지될 수 있게 되고, 배압실(80)의 압력이 높아짐에 따라 방출 압력도 높아지게 되어 선회 스크롤(32)은 고정 스크롤(31)을 향해 밀착될 수 있게 된다. 그리고 종래와 같은 체크 밸브의 설치를 생략할 수 있고, 또한, 종래와 같은 큰 형상의 배압 플레이트를 사용하지 않을 수 있게 됨으로써, 스크롤 압축기의 구조가 단순해 지고, 무게도 감소할 수 있게 된다.

한편, 상기 국부형 팁실(300)에는 상기 선회 스크롤(32)의 유동에 따른 유격을 보상하는 탄성 재질의 유격 보상 부재(E)가 더 설치될 수 있으며, 이러한 유격 보상 부재(E)로는 탄성 변형 가능한 재질 중 실링성이 우수한 재질이 사용되는 것이 바람직하다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기에 따르면, 센터 하우징과 선회 스크롤 사이의 접촉부 중 국부적인 부분에만 국부형 팁실과 국부형 배압 플레이트를 적용하여 배압실의 압력이 방출되도록 하고, 배압실에서 방출되는 압력에 의해 선회 스크롤이 지지되도록 함으로써, 구조의 단순화 및 무게 감소의 효과를 얻을 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 이해될 필요가 있다.

10 : 하우징 11 : 센터 하우징
20 : 구동부 30 : 압축부
40 : 제어부 50 : 흡입실
60 : 압축실 70 : 토출실
80 : 배압실 31 : 고정 스크롤
32 : 선회 스크롤 200 : 국부형 배압 플레이트
300 : 국부형 팁실 E : 유격 보상 부재

Claims (8)

1. 회전력이 발생되는 구동부(20)를 수용하고, 냉매를 흡입하는 흡입실(50)이 내부에 형성된 하우징(10)과, 이 하우징(10) 내에 고정되는 고정 스크롤(31)과, 상기 구동부(20)에 의해 선회 운동하면서 상기 고정 스크롤(31)과 맞물려 압축실(60)을 형성하는 선회 스크롤(32)과, 상기 압축실(60)에서 압축된 냉매가 토출되는 토출실(70)과, 상기 선회 스크롤(32)이 상기 고정 스크롤(31) 방향으로 밀착하도록 압력을 가하는 배압실(80)을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서,
   상기 하우징(10) 중 상기 배압실(80)이 형성되는 센터 하우징(11)과 상기 선회 스크롤(32)과의 사이의 접촉부 중 국부적인 부분에만 국부형 팁실(300)과 국부형 배압 플레이트(200)가 설치되고,
   상기 국부형 팁실(300)은 상기 선회 스크롤(32)의 배면 가장자리에 세 개가 설치되되, 상기 선회 스크롤(32)의 중심으로부터 동일한 거리에 위치하도록 세 방향으로 대칭되게 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 국부형 배압 플레이트(200)는 상기 센터 하우징(11)의 배압실(80) 주변에 세 개가 설치되되, 상기 센터 하우징(11)의 중심으로부터 동일한 거리에 위치하도록 세 방향으로 대칭되게 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 센터 하우징(11)의 중심으로부터 상기 국부형 배압 플레이트(200)의 중심부까지의 거리는 상기 선회 스크롤(32)의 중심으로부터 상기 국부형 팁실(300)의 중심부까지의 거리와 일치하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 청구항에 있어서,
   상기 국부형 팁실(300)에는 상기 선회 스크롤(32)의 유동에 따른 유격을 보상하는 탄성 재질의 유격 보상 부재(E)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
5. 회전력이 발생되는 구동부(20)를 수용하고, 냉매를 흡입하는 흡입실(50)이 내부에 형성된 하우징(10)과, 이 하우징(10) 내에 고정되는 고정 스크롤(31)과, 상기 구동부(20)에 의해 선회 운동하면서 상기 고정 스크롤(31)과 맞물려 압축실(60)을 형성하는 선회 스크롤(32)과, 상기 압축실(60)에서 압축된 냉매가 토출되는 토출실(70)과, 상기 선회 스크롤(32)이 상기 고정 스크롤(31) 방향으로 밀착하도록 압력을 가하는 배압실(80)을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서,
   상기 하우징(10) 중 상기 배압실(80)이 형성되는 센터 하우징(11)과 상기 선회 스크롤(32)과의 사이의 접촉부 중 국부적인 부분에만 국부형 팁실(300)과 국부형 배압 플레이트(200)가 설치되고,
   상기 국부형 배압 플레이트(200)는 상기 센터 하우징(11)의 배압실(80) 주변에 세 개가 설치되되, 상기 센터 하우징(11)의 중심으로부터 동일한 거리에 위치하도록 세 방향으로 대칭되게 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 국부형 팁실(300)은 상기 선회 스크롤(32)의 배면 가장자리에 세 개가 설치되되, 상기 선회 스크롤(32)의 중심으로부터 동일한 거리에 위치하도록 세 방향으로 대칭되게 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 센터 하우징(11)의 중심으로부터 상기 국부형 배압 플레이트(200)의 중심부까지의 거리는 상기 선회 스크롤(32)의 중심으로부터 상기 국부형 팁실(300)의 중심부까지의 거리와 일치하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
8. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 청구항에 있어서,
   상기 국부형 팁실(300)에는 상기 선회 스크롤(32)의 유동에 따른 유격을 보상하는 탄성 재질의 유격 보상 부재(E)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.

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