KR102173085B1 - Air induction device for vehicle battery pack cooling - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an air induction apparatus for cooling an automotive battery pack. The apparatus includes: an induction duct connected to a case of a battery pack incorporating a plurality of battery modules, and inducing air for cooling, which flows from the outside, into the case; an air twister mounted on the induction duct and forming a vortex in the air flowing toward the case through the induction duct; and a separation duct installed on the downstream side of the air twister, and discharging foreign substances, which gather in the center of the vortex, along with the air to the outside of the induction duct due to a flow pressure difference in the vortex. The air induction apparatus for cooling an automotive battery pack, which has the foregoing constitution, can form a vortex in air for cooling, which flows into the case of the battery pack through the induction duct, and can discharge the foreign substances, which gather in the center of the vortex, to the outside of the induction duct, thereby supplying purified air for cooling without the use of filters. Also, as there is no flow resistance caused by a filter, the apparatus can have proper cooling efficiency by leading air for cooling, which has a sufficient flow rate, into a case.

Description

차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치{Air induction device for vehicle battery pack cooling}Air induction device for vehicle battery pack cooling

본 발명은 전기차나 하이브리드차의 배터리팩에 냉각용 공기를 유도하는 공기유도장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리팩에 연결된 유도덕트의 내부를 통과하는 유입공기로부터 먼지나 수분을 분리하여 오염이 제거된 냉각용 공기를 공급하는 차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치에 관한 것이다.The present invention relates to an air induction device that induces cooling air to a battery pack of an electric vehicle or a hybrid vehicle, and more particularly, by separating dust or moisture from the inlet air passing through the inside of the induction duct connected to the battery pack. It relates to an air induction device for cooling a vehicle battery pack to supply the removed cooling air.

에너지 저장기술의 발전에 따라, 각종 모바일기기로부터 전기차나 하이브리드차에 이르기까지 다양한 분야에서 이차전지가 전력공급수단으로 이용되고 있다. 이러한 이차전지는 배터리셀을 기본 요소로 하며, 전력 부하에 맞추어 여러 개의 배터리셀을 접속하여 배터리모듈로 구성하거나, 다수의 배터리모듈을 연결하여 배터리팩으로 제작 사용된다.With the development of energy storage technology, secondary batteries are used as power supply means in various fields, from various mobile devices to electric vehicles and hybrid vehicles. Such a secondary battery has a battery cell as a basic element, and is configured as a battery module by connecting several battery cells according to a power load, or as a battery pack by connecting a plurality of battery modules.

일반적으로 배터리팩은, 방수 및 방진을 고려한 금속제 케이스 내부에 프레임을 설치하고 프레임에 다수의 배터리모듈을 고정하는 구조를 가진다. 이러한 배터리팩에 있어서 중요한 것은 케이스 내부에서 발생하는 열을 배출하는 것이다. 대용량의 배터리팩은 충방전 과정에서 다량의 열을 발생하기 때문이다.In general, a battery pack has a structure in which a frame is installed inside a metal case in consideration of waterproof and dustproof, and a plurality of battery modules are fixed to the frame. The important thing in such a battery pack is to discharge heat generated inside the case. This is because a large-capacity battery pack generates a lot of heat during the charging and discharging process.

이에 따라, 고출력 대용량의 배터리 팩에는 냉각시스템이 적용되기 마련이다. 종래 냉각방식은, 케이스 내부에서의 자연대류에 의한 냉각과 전도에 의한 냉각이었다. 그런데, 이러한 냉각방식은 배터리팩의 사이즈를 최소화 할 수 있다는 장점이 있지만 냉각효율이 좋지 못하여 배터리셀의 열화를 촉진하고 수명을 단축시킨다. 이러한 냉각 방식을 개선하기 위하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 케이스의 내부로 냉각용 공기를 통과시키는 냉각 방식이 알려져 있다.Accordingly, a cooling system is applied to a high-output, large-capacity battery pack. Conventional cooling methods have been cooling by natural convection inside the case and cooling by conduction. However, this cooling method has the advantage of minimizing the size of the battery pack, but the cooling efficiency is not good, thereby promoting deterioration of the battery cell and shortening the lifespan. In order to improve such a cooling method, as shown in FIG. 1, a cooling method in which cooling air is passed into the interior of a case is known.

도 1은 종래 차량용 배터리팩(10)의 냉각 방식을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a cooling method of a conventional vehicle battery pack 10.

도시한 바와 같이, 배터리팩(10)을 구성하는 케이스(11) 내에 다수의 배터리모듈(13)이 배치되어 있고, 케이스(11)의 일측에는 덕트(17)가, 반대측에는 배기팬(15)이 설치되어 있다. 덕트(17)는 외부로부터 유입된 공기를 케이스(11)의 내부로 유도하는 파이프로서 필터(19)를 구비한다. As shown, a plurality of battery modules 13 are disposed in the case 11 constituting the battery pack 10, a duct 17 on one side of the case 11, and an exhaust fan 15 on the opposite side. Is installed. The duct 17 is provided with a filter 19 as a pipe for guiding air introduced from the outside into the interior of the case 11.

필터(19)는 차량의 주행 중 덕트(17) 내부로 유입되는 주행풍 내의 습기나 먼지 등의 이물질을 걸러내는 역할을 한다. 필터(19)에 의해 정화된 공기는 케이스(11) 내부로 유입하여, 배터리모듈(13)과 열교환 된 후 배기팬(15)을 통해 외부로 배출된다. The filter 19 serves to filter out foreign substances such as moisture or dust in the driving wind flowing into the duct 17 while the vehicle is running. The air purified by the filter 19 flows into the case 11, is heat-exchanged with the battery module 13, and is discharged to the outside through the exhaust fan 15.

그런데, 상기한 종래의 냉각방식은, 필터(19)가 막히면 케이스(11) 내부로의 냉각공기가 제대로 공급되지 않는 구조를 가지기 때문에 필터를 자주 교체해야 한다는 불편이 있었다. 또한 경우에 따라, 필터에 걸려 있던 먼지나 이물질이 필터로부터 떨어져 나가 케이스(11)의 내부공간을 오염시키기도 한다.However, the conventional cooling method described above has a structure in which cooling air into the case 11 is not properly supplied when the filter 19 is clogged, so there is an inconvenience that the filter must be frequently replaced. In addition, in some cases, dust or foreign matter trapped in the filter may be removed from the filter and contaminate the inner space of the case 11.

국내 등록특허공보 제10-1575427호 (배터리팩 결로방지 방법)Domestic Patent Publication No. 10-1575427 (Battery pack condensation prevention method) 국내 등록특허공보 제10-1820784호 (차량용 배터리 냉각장치)Korean Patent Registration No. 10-1820784 (Vehicle battery cooling device)

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 필터를 사용하지 않고도 정화된 냉각용 공기를 공급할 수 있으며, 충분한 유량의 냉각공기를 케이스 내에 유입시켜 그만큼 냉각효율이 양호한 차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치를 제공함에 목적이 있다.The present invention was created to solve the above problems, and it is possible to supply purified cooling air without using a filter, and an air induction device for cooling a battery pack for a vehicle with good cooling efficiency by introducing cooling air of a sufficient flow rate into the case. There is a purpose to provide.

상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치는, 다수의 배터리모듈을 내장한 배터리팩의 케이스에 연결되며, 외부로부터 유입되는 냉각용 공기를 상기 케이스 내부로 유도하는 유도덕트와; 상기 유도덕트에 장착되며 유도덕트를 통해 상기 케이스로 향하는 공기에 볼텍스(voltex)를 형성하는 에어트위스터와; 상기 에어트위스터의 하류측에 설치되고, 볼텍스의 내부 유동압력차에 의해 볼텍스 중앙부분에 모이는 이물질을 공기와 함께 유도덕트 외부로 배출하는 분리덕트를 포함한다.The air induction device for cooling a battery pack for a vehicle of the present invention as a solution to the problem to achieve the above object is connected to a case of a battery pack in which a plurality of battery modules are embedded, and the cooling air introduced from the outside is supplied to the inside of the case. An induction duct leading to; An air twister mounted on the induction duct and forming a vortex in the air directed to the case through the induction duct; It is installed on the downstream side of the air twister, and includes a separation duct for discharging foreign matter collected in the central portion of the vortex due to the internal flow pressure difference of the vortex together with air to the outside of the induction duct.

또한, 상기 분리덕트는; 상기 유도덕트의 중심부에 위치하며 일정 내경을 가지고, 상기 유도덕트의 내주면과의 사이에 제1유로를 제공하며, 유입구를 통해 상기 볼텍스의 중앙부분의 공기를 받아들여 내부를 통과시키는 유입덕트부와, 상기 유입덕트부에 일체를 이루며 유도덕트의 외부로 연장되고, 유입덕트부를 통해 유입한 공기를 유도덕트 외부로 배출하는 배출덕트부로 이루어지고, 상기 배출덕트부의 단면은 타원형의 형태를 취한다.In addition, the separation duct; An inlet duct part which is located in the center of the induction duct, has a certain inner diameter, provides a first flow path between the inner circumferential surface of the induction duct, and receives air from the central part of the vortex through the inlet and passes the inside thereof. , Formed integrally with the inlet duct portion and extending to the outside of the induction duct portion, consisting of a discharge duct portion for discharging the air introduced through the inlet duct portion to the outside of the induction duct portion, and the cross section of the outlet duct portion has an elliptical shape.

아울러, 상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치는, 다수의 배터리모듈을 내장한 배터리팩의 케이스에 연결되며, 외부로부터 유입하는 냉각용 공기를 상기 케이스 내부로 유도하는 유도덕트와; 상기 유도덕트에 장착되며 유도덕트를 통해 상기 케이스로 향하는 공기에 볼텍스(voltex)를 형성하는 에어트위스터와; 상기 에어트위스터의 하류측에 설치되고, 상기 볼텍스의 내부 유동압력차에 의해 볼텍스 중앙부분에 모이는 이물질을 공기와 함께 유도덕트의 외부로 배출하는 1차분리덕트와; 상기 1차분리덕트에 설치되며 1차분리덕트를 통과하는 공기에 볼텍스를 다시 형성하는 제2에어트위스터와; 상기 제2에어트위스터의 하류측에 설치되고, 제2에어트위스터에 의해 형성되는 볼텍스의 내부 유동압력차에 의해 볼텍스의 중앙부분에 모이는 이물질을, 공기와 함께 1차분리덕트의 외부로 배출하는 2차분리덕트와; 상기 2차분리덕트에 의해 이물질이 제거된 공기를 상기 유도덕트로 유도하는 회수덕트를 포함하는 분리덕트를 포함한다.In addition, the air induction device for cooling a battery pack for a vehicle of the present invention as a solution to the problem for achieving the above object is connected to a case of a battery pack in which a plurality of battery modules are built-in, and the cooling air introduced from the outside is described above. An induction duct leading into the case; An air twister mounted on the induction duct and forming a vortex in the air directed to the case through the induction duct; A primary separating duct installed on the downstream side of the air twister and discharging foreign matters collected in the central portion of the vortex due to an internal flow pressure difference of the vortex together with air to the outside of the induction duct; A second air twister installed in the primary separation duct and re-forming a vortex in the air passing through the primary separation duct; 2 installed on the downstream side of the second air twister and discharging foreign substances collected in the central part of the vortex due to the internal flow pressure difference of the vortex formed by the second air twister, together with air, to the outside of the primary separation duct. A differential duct; And a separation duct including a recovery duct that guides air from which foreign matter has been removed by the secondary separation duct to the induction duct.

또한, 상기 유도덕트에 설치되는 에어트위스터는; 외부로부터 유입되는 공기를 받아 내부 유동시키는 메인튜브와, 상기 메인튜브에 이어지며 상기 유도덕트측으로 연장되어 유도덕트의 내부로 진입하고, 상기 메인튜브를 통과한 공기를 유도덕트의 내부로 분사하되 유도덕트의 원주방향에 대해 45도 이하의 분출각도로 분출하는 두 개 이상의 사선튜브를 포함한다.In addition, the air twister installed in the induction duct; A main tube that receives air introduced from the outside and flows inside, and connected to the main tube, extends toward the induction duct, enters the interior of the induction duct, and injects the air that has passed through the main tube into the interior of the induction duct. It includes two or more oblique tubes ejecting at an ejection angle of 45 degrees or less with respect to the circumference of the duct.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치는, 유도덕트를 통해 배터리팩의 케이스 내부로 향하는 냉각용 공기에 볼텍스(voltex)를 형성하고, 볼텍스 중심에 모이는 이물질을 유도덕트 외부로 배출함으로써, 필터를 사용하지 않고도, 정화된 냉각용 공기를 공급할 수 있다.The air induction device for cooling a battery pack for a vehicle according to the present invention formed as described above, forms a vortex in the cooling air directed to the inside of the case of the battery pack through the induction duct, and foreign substances collected at the center of the vortex are transferred to the outside of the induction duct. By discharging, it is possible to supply purified cooling air without using a filter.

또한, 필터에 의한 유동저항이 없으므로 충분한 유량의 냉각공기를 케이스 내에 유입시켜 그만큼 냉각효율이 양호하다.In addition, since there is no flow resistance by the filter, cooling air of a sufficient flow rate is introduced into the case, so that the cooling efficiency is good.

도 1은 종래 차량용 배터리팩의 냉각 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치를 배터리팩과 함께 도시한 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시한 공기유도장치의 절제 사시도이다.
도 4a는 도 3의 A-A선 단면도이다.
도 4b는 도 3에 도시한 분리덕트의 평면도이다.
도 4c는 도 3에 도시한 분리덕트의 측단면도이다.
도 5a,5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기유도장치에 적용되는 분리덕트의 변형 예를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기유도장치에 적용되는 분리덕트의 다른 변형 예를 도시한 사시도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기유도장치에서의 에어트위스터의 장착 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치의 변형 예를 도시한 구성도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치의 또 다른 변형 예를 도시한 구성도이다.
도 11은 도 10의 B-B선 단면도이다.1 is a view for explaining a cooling method of a conventional vehicle battery pack.
2 is a block diagram illustrating an air induction device for cooling a vehicle battery pack according to an embodiment of the present invention together with a battery pack.
3 is a cutaway perspective view of the air induction device shown in FIG. 2.
4A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3.
4B is a plan view of the separation duct shown in FIG. 3.
4C is a side cross-sectional view of the separation duct shown in FIG. 3.
5A and 5B are cross-sectional views illustrating a modified example of a separation duct applied to an air induction device according to an embodiment of the present invention.
6 is a perspective view showing another modified example of the separation duct applied to the air induction device according to an embodiment of the present invention.
7 and 8 are views for explaining a mounting method of an air twister in the air induction device according to an embodiment of the present invention.
9 is a configuration diagram showing a modified example of an air induction device for cooling a vehicle battery pack according to an embodiment of the present invention.
10 is a block diagram showing another modified example of the air induction device for cooling a vehicle battery pack according to an embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 10.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 공기유도장치는, 배터리팩으로 유입하는 냉각용 공기에 볼텍스(voltex)를 형성하고, 볼텍스의 중심부분에 모이는 이물질을 따로 빼내어, 결과적으로 이물질이 제거된 공기를 배터리팩에 공급할 수 있다는 유체역학적 이론에 기초한 것이다. 특히 기존에 사용하던 공기 필터를 생략함으로써, 유입 공기의 유동저항이 거의 없고 필터 관련 메인터넌스가 불필요하다. The air induction device according to the present invention forms a vortex in the cooling air flowing into the battery pack, and separates foreign substances collected in the central portion of the vortex, and as a result, air from which foreign substances are removed can be supplied to the battery pack. Is based on the theory of hydrodynamics. In particular, by omitting the existing air filter, there is little flow resistance of the inlet air and filter-related maintenance is unnecessary.

이러한 본 발명의 공기유도장치는, 다수의 배터리모듈을 내장한 배터리팩의 케이스에 연결되며, 외부로부터 유입되는 냉각용 공기를 상기 케이스 내부로 유도하는 유도덕트와; 상기 유도덕트에 장착되며 유도덕트를 통해 상기 케이스로 향하는 공기에 볼텍스(voltex)를 형성하는 에어트위스터와; 상기 에어트위스터의 하류측에 설치되고, 볼텍스의 내부 유동압력차에 의해 볼텍스 중앙부분에 모이는 이물질을 공기와 함께 유도덕트 외부로 배출하는 분리덕트의 구조를 갖는다.The air induction device of the present invention includes: an induction duct connected to a case of a battery pack including a plurality of battery modules and guiding cooling air introduced from the outside into the case; An air twister mounted on the induction duct and forming a vortex in the air directed to the case through the induction duct; It is installed on the downstream side of the air twister, and has a structure of a separation duct that discharges foreign substances collected in the central part of the vortex together with air to the outside of the induction duct due to an internal flow pressure difference of the vortex.

또는, 다수의 배터리모듈을 내장한 배터리팩의 케이스에 연결되며, 외부로부터 유입하는 냉각용 공기를 상기 케이스 내부로 유도하는 유도덕트와; 상기 유도덕트에 장착되며 유도덕트를 통해 상기 케이스로 향하는 공기에 볼텍스(voltex)를 형성하는 에어트위스터와; 상기 에어트위스터의 하류측에 설치되고, 상기 볼텍스의 내부 유동압력차에 의해 볼텍스 중앙부분에 모이는 이물질을 공기와 함께 유도덕트의 외부로 배출하는 1차분리덕트와; 상기 1차분리덕트에 설치되며 1차분리덕트를 통과하는 공기에 볼텍스를 다시 형성하는 제2에어트위스터와; 상기 제2에어트위스터의 하류측에 설치되고, 제2에어트위스터에 의해 형성되는 볼텍스의 내부 유동압력차에 의해 볼텍스의 중앙부분에 모이는 이물질을, 공기와 함께 1차분리덕트의 외부로 배출하는 2차분리덕트와; 상기 2차분리덕트에 의해 이물질이 제거된 공기를 상기 유도덕트로 유도하는 회수덕트를 포함하는 분리덕트를 포함할 수도 있다.Alternatively, an induction duct connected to a case of a battery pack including a plurality of battery modules and guiding cooling air introduced from the outside into the case; An air twister mounted on the induction duct and forming a vortex in the air directed to the case through the induction duct; A primary separating duct installed on the downstream side of the air twister and discharging foreign matters collected in the central portion of the vortex due to an internal flow pressure difference of the vortex together with air to the outside of the induction duct; A second air twister installed in the primary separation duct and re-forming a vortex in the air passing through the primary separation duct; 2 installed on the downstream side of the second air twister and discharging foreign matter collected in the central part of the vortex due to the internal flow pressure difference of the vortex formed by the second air twister, together with air, to the outside of the primary separation duct. A differential duct; It may include a separation duct including a recovery duct that guides air from which foreign substances are removed by the secondary separation duct to the induction duct.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치(30)를 배터리팩(10)과 함께 도시한 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시한 공기유도장치의 일부 절제 사시도이다. 또한, 도 4a는 도 3의 A-A선 단면도, 도 4b는 도 3에 도시한 분리덕트(35)의 평면도, 도 4c는 분리덕트의 측단면도이다.2 is a block diagram showing the air induction device 30 for cooling a vehicle battery pack according to an embodiment of the present invention together with the battery pack 10, and FIG. 3 is a partial cut-out of the air induction device shown in FIG. It is a perspective view. Further, FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 3, FIG. 4B is a plan view of the separation duct 35 shown in FIG. 3, and FIG. 4C is a side cross-sectional view of the separation duct.

도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치(30)는, 유도덕트(31), 에어트위스터(33), 분리덕트(35)를 구비한다.As shown, the air induction device 30 for cooling a vehicle battery pack according to an embodiment of the present invention includes an induction duct 31, an air twister 33, and a separation duct 35.

유도덕트(31)는, 배터리팩(10)의 케이스(11)에 연결되며, 외부로부터 유입되는 냉각용 공기를 케이스(11) 내부로 유도하는 파이프이다. 가령 차량의 주행 중 발생하는 주행풍을 받아 배터리팩(10)으로 공급하는 것이다. 유도덕트(31)의 내경은 일정하며, 필요에 따라, 에어트위스터(33)의 상류측에, 공기의 흐름을 직선형으로 가이드 하는 가이드날개를 추가할 수 있다.The induction duct 31 is connected to the case 11 of the battery pack 10 and is a pipe that guides cooling air introduced from the outside into the case 11. For example, the driving wind generated during driving of the vehicle is received and supplied to the battery pack 10. The inner diameter of the induction duct 31 is constant, and if necessary, a guide blade for guiding the flow of air in a straight line may be added to the upstream side of the air twister 33.

에어트위스터(33)는, 유도덕트(31)의 내부에 장착되며 케이스(11)로 향하는 냉각용 공기에 볼텍스(voltex)를 형성하는 역할을 한다. 즉 유도덕트(31)를 통해 케이스(11)로 이동하는 냉각용 공기를 통과시키며, 공기가, 말하자면, 회오리치게 하는 것이다. 공기가 회오리침에 따라 유도덕트(31)의 중앙부분에 형성되는 강제소용돌이 영역 내에, 수분이나 먼지 등이 모이게 된다. 이 때 외곽부(자유소용돌이영역)에는 이물질이 빠져나간 깨끗한 공기가 분포한다.The air twister 33 is mounted inside the induction duct 31 and serves to form a vortex in the cooling air directed to the case 11. That is, the cooling air that moves to the case 11 is passed through the induction duct 31, and the air is, so to speak, swirled. Moisture or dust collects in the forced vortex area formed in the central part of the induction duct 31 according to the air tornado. At this time, clean air from which foreign substances have escaped is distributed in the outer part (free vortex area).

이는, 가령, 물통 내의 물에 소용돌이를 만들면, 중심부분의 압력이 낮아져 물속의 알갱이들이 중심부분으로 모이게 되는 원리와 같은 것이다.This is the same as the principle that, for example, when a vortex is created in the water in the water tank, the pressure in the center portion is lowered, so that the particles in the water gather to the center portion.

여하튼 상기 에어트위스터(33)에 의해, 공기 중의 수분이나 먼지 등(이하, 이물질)은 도 3에 나선 화살표로 표시한 바와 같은 흐름을 가져 중앙으로 집중된 후 후술할 분리덕트(35)의 유입구(35a)로 들어간다.Anyway, by the air twister 33, moisture or dust (hereinafter, foreign matter) in the air has a flow as indicated by a spiral arrow in FIG. 3 and is concentrated to the center, and then the inlet 35a of the separation duct 35 to be described later. ).

상기 에어트위스터(33)의 구조는, 공기에 볼텍스를 형성할 수 있는 한 다양하게 변경 가능하다. 도 2에 도시한 에어트위스터(33)는, 일정 직경을 가지며 유도덕트(31)의 내주면에 고정되는 고정링(33b)과, 고정링(33b)의 내부에 구비되는 다수의 블레이드(33a)로 이루어진다. 블레이드(33a)는 공기의 유동방향에 대해 일정 각도로 고정된 날개로서, 고정링(33b)을 통과하는 공기에 볼텍스를 형성한다.The structure of the air twister 33 can be variously changed as long as it can form a vortex in the air. The air twister 33 shown in FIG. 2 includes a fixing ring 33b fixed to the inner circumferential surface of the induction duct 31 and having a predetermined diameter, and a plurality of blades 33a provided inside the fixing ring 33b. Done. The blade 33a is a blade fixed at an angle with respect to the flow direction of air, and forms a vortex in the air passing through the fixing ring 33b.

한편, 상기 분리덕트(35)는, 에어트위스터(33)의 하류측에 설치되고, 볼텍스 중앙부분에 모이는 이물질을 공기와 함께 유도덕트(31)의 외부로 배출하는 역할을 한다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 유입공기로부터 분리된 이물질을 받아 유도덕트(31) 외부로 배출하는 것이다.On the other hand, the separation duct 35 is installed on the downstream side of the air twister 33 and serves to discharge foreign substances collected in the central portion of the vortex together with air to the outside of the induction duct 31. That is, as shown in FIG. 3, foreign matter separated from the inlet air is received and discharged to the outside of the induction duct 31.

분리덕트(35)는 유입덕트부(35d)와 두 개의 배출덕트부(35e)로 이루어진다. 유입덕트부(35d)는 유도덕트(31)의 중심부에 위치하며 일정 내경을 가지고, 유도덕트(31)의 내주면에 대해 이격된다. 유입덕트부(35d)의 외주면과 유도덕트(31)의 내주면 사이의 공간은 제1유로(31a)로서, 이물질이 제거된 깨끗한 공기가 통과하는 통로이다. The separation duct 35 is composed of an inlet duct portion 35d and two discharge duct portions 35e. The inlet duct part 35d is located in the center of the induction duct 31 and has a certain inner diameter, and is spaced apart from the inner circumferential surface of the induction duct 31. The space between the outer circumferential surface of the inlet duct part 35d and the inner circumferential surface of the induction duct 31 is a first passage 31a, which is a passage through which clean air from which foreign substances are removed passes.

제1유로(31a)를 통과한 공기가 케이스(11) 내부로 유입하여 배터리모듈(13)과 열교환 함은 물론이다. 유입덕트부(35d)의 내부는, 제2유로(31b)로서 이물질이 혼합된 공기가 외부로 빠져나가는 통로이다.It goes without saying that the air passing through the first flow path 31a flows into the case 11 to exchange heat with the battery module 13. The inside of the inlet duct part 35d is a passage through which air mixed with foreign matters exits as the second passage 31b.

배출덕트부(35e)는 유입덕트부(35d)에 대해 일체를 이루며 두 갈래로 갈라진 후 서로 멀어지는 방향으로 만곡되어 유도덕트(31) 외부로 노출된다. 배출덕트부(35e)의 단부에는 유출구(35b)가 형성되어 있다. 이물질이 포함된 공기가 유출구(35b)를 통해 외부로 배기됨은 물론이다. The discharge duct part 35e is integral with the inlet duct part 35d, is divided into two, and then curved in a direction away from each other to be exposed to the outside of the induction duct 31. An outlet port 35b is formed at the end of the discharge duct portion 35e. It goes without saying that air containing foreign substances is exhausted to the outside through the outlet 35b.

특히 배출덕트부(35e)는 제1유로(31a)를 통과하는 공기의 흐름을 방해하지 않도록 최대한 유선형의 형태를 취한다. 가령, 도 4b에 도시한 바와 같이 단면적의 변화 없이 타원의 형태를 취할 수 있는 것이다.In particular, the discharge duct part 35e takes a streamlined shape as much as possible so as not to interfere with the flow of air passing through the first flow path 31a. For example, as shown in FIG. 4B, it is possible to take the shape of an ellipse without changing the cross-sectional area.

도면부호 35g는 분기부이다. 분기부(35g)는 유입덕트부(35d)를 흐르는 공기가 갈라지는 부분이다. 즉 분기부(35g)에서 두 갈래로 가라져 위아래의 배출덕트부(35e)로 유도되는 것이다.Reference numeral 35g denotes a branch. The branch part 35g is a part where the air flowing through the inlet duct part 35d is split. That is, the branch portion (35g) is divided into two branches and guided to the upper and lower discharge duct portions (35e).

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기유도장치에 적용되는 분리덕트(35)의 변형 예를 도시한 단면도이다.5A and 5B are cross-sectional views showing a modified example of the separation duct 35 applied to the air induction device according to an embodiment of the present invention.

도 5a에 도시한 분리덕트(35)는 하나의 유입덕트부(35d)에 네 개의 배출덕트부(35e)가, 도 5b는 세 개의 배출덕트부(35e)가 적용된 구조를 갖는다. 당연히, 도 5a의 분리덕트에 형성된 분기부(35g)는 90도의 사이각을 가지며, 도 5b의 분리덕트 내에 형성된 분기부(35g)는 120도의 사이각을 갖는다.The separation duct 35 illustrated in FIG. 5A has a structure in which four discharge duct parts 35e are applied to one inlet duct part 35d, and three discharge duct parts 35e are applied in FIG. 5B. Naturally, the branch portion 35g formed in the separation duct of FIG. 5A has an angle of 90 degrees, and the branch portion 35g formed in the separation duct of FIG. 5B has an angle of 120 degrees.

이러한 배출덕트부(35e)는 유입덕트부(35d)에 일체를 이루며 상호 멀어지는 방향으로 만곡되고 유도덕트(31)의 외부로 연장된다. 이물질이 혼합되어 있는 공기가 각 배출덕트부(35e)를 통과해 유도덕트(31) 외부로 배기됨은 물론이다.The discharge duct portion 35e is integrally formed with the inlet duct portion 35d, is curved in a direction away from each other, and extends to the outside of the induction duct 31. It goes without saying that the air mixed with foreign substances passes through each discharge duct part 35e and is exhausted to the outside of the induction duct 31.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기유도장치에 적용되는 분리덕트(35)의 다른 변형 예를 도시한 사시도이다.6 is a perspective view showing another modified example of the separation duct 35 applied to the air induction device according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시한 분리덕트(35)는, 덕트단면(35m)에 의해 막힌 컵형 유입덕트부(35h)와, 덕트단면(35m)에 고정된 네 개의 배출덕트부(35k)로 이루어진다. 배출덕트부(35k)는 타원의 단면형태를 취하는 튜브로서, 일단부가 유입덕트부(35h)에 연통 결합한 상태로 길이방향으로 연장되고 연장단부가 유도덕트(31)의 외부로 개방된다. 유입덕트부(35h)로 유입한 이물질이 혼합된 공기는 네 개의 배출덕트부(35k)를 통과해 유출구(35b)를 통해 배기된다.The separation duct 35 shown in FIG. 6 includes a cup-shaped inlet duct portion 35h closed by a duct end surface 35m and four discharge duct portions 35k fixed to the duct end surface 35m. The discharge duct portion 35k is a tube having an elliptical cross-sectional shape, and one end extends in the longitudinal direction in a state connected to the inlet duct portion 35h in communication, and the extended end is opened to the outside of the induction duct 31. The air mixed with foreign substances introduced into the inlet duct portion 35h passes through the four outlet duct portions 35k and is exhausted through the outlet port 35b.

도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기유도장치에서의 에어트위스터(33)의 장착 방식을 설명하기 위한 도면이다.7 and 8 are views for explaining a mounting method of the air twister 33 in the air induction device according to an embodiment of the present invention.

도시한 바와 같이, 상호 대응하는 유도덕트(31)의 단부에 트위스터고정부(31c)를 형성하고, 에어트위스터(33)를 트위스터고정부(31c)에 장착할 수 있다. 트위스터고정부(31c)는 유도덕트(31)의 단부를 확관하여 형성한 부분으로서 그 내부에 수용홈(31d)을 갖는다. 수용홈(31d)에 에어트위스터(33)를 끼운 상태로 유도덕트(31)를 접합시킴으로써, 유도덕트(31)에 대한 에어트위스터(33)의 장착이 완료된다. 양측 유도덕트(31)의 접합은 용접방식이나 볼팅 방식이 가능하다.As shown, the twister fixing portion 31c is formed at the ends of the induction duct 31 corresponding to each other, and the air twister 33 can be mounted on the twister fixing portion 31c. The twister fixing portion 31c is a portion formed by expanding the end of the induction duct 31 and has a receiving groove 31d therein. By joining the induction duct 31 with the air twister 33 inserted in the receiving groove 31d, the mounting of the air twister 33 to the induction duct 31 is completed. A welding method or a bolting method may be used for joining the both induction ducts 31.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치(30)의 변형 예를 도시한 구성도이다.9 is a configuration diagram showing a modified example of the air induction device 30 for cooling a vehicle battery pack according to an embodiment of the present invention.

상기한 도면부호와 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재를 가리키며 그에 관한 반복 설명은 생략하기로 한다.The same reference numerals as the above-described reference numerals denote the same members having the same function, and a repeated description thereof will be omitted.

도시한 바와 같이, 변형된 공기유도장치(30)는, 유도덕트(31), 에어트위스터(33), 1차분리덕트(41), 제2에어트위스터(34), 2차분리덕트(43), 회수덕트(41d)를 구비한다.As shown, the modified air induction device 30 includes an induction duct 31, an air twister 33, a primary separation duct 41, a second air twister 34, and a secondary separation duct 43. , And a recovery duct 41d.

상기 1차분리덕트(41)는, 에어트위스터(33)의 하류측에 설치되고, 에어트위스터(33)에 의해 형성된 볼텍스의 중앙부분에 모이는 이물질을 공기와 함께 유도덕트의 외부로 배출하는 역할을 한다. 1차분리덕트(41)는, 유도덕트(31)의 내부에서는 만곡된 형상을 취하며, 유도덕트(31)의 외부에서는 유도덕트에 직교하는 방향으로 직선 연장된다. 1차분리덕트(41)의 직경은 필요에 따라 달라질 수 있다.The primary separation duct 41 is installed on the downstream side of the air twister 33 and serves to discharge foreign matters collected at the central portion of the vortex formed by the air twister 33 together with air to the outside of the induction duct. do. The primary separating duct 41 takes a curved shape inside the induction duct 31 and extends linearly in a direction orthogonal to the induction duct outside the induction duct 31. The diameter of the primary separation duct 41 may be changed as needed.

제2에어트위스터(34)는 1차분리덕트(41)의 내부에 설치되며, 1차분리덕트로 유입한 공기에 볼텍스를 다시 형성하는 역할을 한다. 즉, 이물질이 포함되어 있는 공기의 흐름을 나선형으로 유도하여 한 번 더 회오리치게 하는 것이다. 이러한 과정을 통해 이물질을 더욱 중앙으로 집중시켜 깨끗한 공기를 보다 더 회수할 수 있다.The second air twister 34 is installed inside the primary separation duct 41 and serves to re-form a vortex in the air introduced through the primary separation duct. In other words, the flow of air containing foreign substances is guided in a spiral shape to make it swirl once more. Through this process, more clean air can be recovered by concentrating foreign substances more centrally.

2차분리덕트(43)는 제2에어트위스터(34)의 하류측에 설치되고, 제2에어트위스터(34)에 의해 중앙부분에 몰리는 이물질을, 공기와 함께 1차분리덕트(41)의 외부로 유도 배출하는 튜브이다. 2차분리덕트(43)의 유입구(43a)는 일정 직경을 갖는 원형이고, 유출구(43b)는 타원형이다. 2차분리덕트(43)의 형상은 필요에 따라 얼마든지 달라질 수 있으며 도 3에 도시한 구조를 가질 수 있다. The secondary separation duct 43 is installed on the downstream side of the second air twister 34 and removes foreign matters that are concentrated in the central part by the second air twister 34 to the outside of the primary separation duct 41 together with air. It is a tube that guides and discharges into. The inlet 43a of the secondary separation duct 43 has a circular shape having a certain diameter, and the outlet 43b has an elliptical shape. The shape of the secondary separating duct 43 may vary as needed and may have the structure shown in FIG. 3.

상기 회수덕트(41d)는 1차분리덕트(41)의 연장단부에 일체를 이루며 유도덕트(31)의 내부로 연장된 파이프로서, 2차분리덕트(43)에 의해 이물질이 제거된 공기를 유도덕트(31)로 유도한다. 회수덕트(41d)를 통과한 공기는, 1차분리덕트(41)의 유입구(41a)보다 하류측에 위치한 유출구(41b)를 통해 유도덕트(31)의 내부로 분출되며 배터리팩(10)으로 이동하여 열교환에 참여한다.The recovery duct (41d) is a pipe integrally formed at the extension end of the primary separation duct (41) and extending into the induction duct (31), and induces air from which foreign substances are removed by the secondary separation duct (43). It leads to the duct 31. The air that has passed through the recovery duct 41d is ejected into the induction duct 31 through an outlet 41b located downstream of the inlet 41a of the primary separation duct 41 and is discharged into the battery pack 10. Move and participate in heat exchange.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치의 또 다른 변형 예를 도시한 구성도이고, 도 11은 도 10의 B-B선 단면도이다.10 is a block diagram showing another modified example of the air induction device for cooling a vehicle battery pack according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 10.

도 10에 도시한 도입파이프(45)는 상기한 에어트위스터(33)와 같은 작용을 한다. 도입파이프(45)도, 다른 형식의 에어트위스터인 것이다. 경우에 따라 에어트위스터(33) 대신에 도입파이프(45)를 적용 설치할 수 있다.The introduction pipe 45 shown in FIG. 10 functions the same as the air twister 33 described above. The introduction pipe 45 is also another type of air twister. In some cases, an introduction pipe 45 may be applied and installed instead of the air twister 33.

상기한 도입파이프(45)를 적용하는 경우, 보다 원활한 볼텍스를 형성하기 위해 유도덕트(31)의 단부(배터리팩(10)과 결합한 부분의 반대편 단부)를 밀폐시킴이 좋다. When the introduction pipe 45 described above is applied, it is good to seal the end of the induction duct 31 (the opposite end of the portion coupled to the battery pack 10) in order to form a smoother vortex.

도입파이프(45)는, 메인튜브(45a)와 두 개의 사선튜브(45b)로 이루어진다. 메인튜브(45a)는 외부로부터 유입되는 공기를 받아 내부 유동시키며 사선튜브(45b)로 보내는 역할을 한다.The introduction pipe 45 is composed of a main tube 45a and two oblique tubes 45b. The main tube 45a serves to receive air introduced from the outside, flow inside, and send it to the oblique tube 45b.

또한, 사선튜브(45b)는 메인튜브(45a)에 일체를 이루며 유도덕트(31)의 양측부로 연장된 후 유도덕트(31) 내부로 진입된 파이프이다. 사선튜브(45b)는, 도 11에 도시한 바와 같이 유도덕트(31)의 중심을 기준으로 대칭을 이루며, 메인튜브(45a)를 통과한 공기를 유도덕트(31) 내부로 분출하여, 공기가 유도덕트(31) 내부에서 회오리치며 분리덕트(35)를 향해 이동하게 한다. 도면부호 45c는 노즐부이다. 사선튜브(45b)의 단부에 노즐부(45c)를 적용하여 공기의 분출속도를 더욱 가속시킬 수 있다. In addition, the oblique tube 45b is a pipe that is integrally formed with the main tube 45a and extends to both sides of the induction duct 31 and then enters the induction duct 31. The oblique tube 45b is symmetrical with respect to the center of the induction duct 31 as shown in FIG. 11, and the air that has passed through the main tube 45a is ejected into the induction duct 31, so that the air It swirls inside the induction duct 31 and moves toward the separation duct 35. Reference numeral 45c denotes a nozzle part. By applying the nozzle part 45c to the end of the oblique tube 45b, it is possible to further accelerate the ejection speed of air.

상기 사선튜브(45b)를 통해 분출되는 공기의 스트림라인은, 유도덕트(31)의 원주방향에 대해 45도 이하의 사이각을 가지며, 이와 동시에, 도 11에 도시한 바와 같이, 유도덕트(31)의 내주면에 대해 평행하다.The stream line of air ejected through the oblique tube 45b has an angle of 45 degrees or less with respect to the circumferential direction of the induction duct 31, and at the same time, as shown in FIG. 11, the induction duct 31 ) Is parallel to the inner circumferential surface.

상기 사선튜브(45b)를 통해 분출된 공기는, 유도덕트(31)의 내부에서 회오리치며 분리덕트(35) 측으로 접근한다. 이 때, 회오리치는 공기의 중앙부에 집중되는 이물질이, 분리덕트(35)를 통해 유도덕트(31) 외부로 배출됨은 위에 설명한 바와 같다.The air ejected through the diagonal tube 45b swirls inside the induction duct 31 and approaches the separation duct 35 side. At this time, as described above, foreign matters concentrated in the central portion of the air in the whirlwind are discharged to the outside of the induction duct 31 through the separation duct 35.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described in detail through specific embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible by those of ordinary skill within the scope of the technical idea of the present invention.

10:배터리팩 11:케이스 13:배터리모듈
15:배기팬 17:덕트 19:필터
30:공기유도장치 31:유도덕트 31a:제1유로
31b:제2유로 31c:트위스터고정부 31d:수용홈
33:에어트위스터 33a:블레이드 33b:고정링
34:제2에어트위스터 35:분리덕트 35a:유입구
35b:유출구 35d:유입덕트부 35e:배출덕트부
35g:분기부 35h:유입덕트부 35k:배출덕트부
35m:덕트단면 41:1차분리덕트 41a:유입구
41b:유출구 41d:회수덕트 43:2차분리덕트
43a:유입구 43b:유출구 45:도입파이프
45a:메인튜브 45b:사선튜브 45c:노즐부 10: battery pack 11: case 13: battery module
15: exhaust fan 17: duct 19: filter
30: air induction device 31: induction duct 31a: first flow path
31b: 2nd euro 31c: Twister fixation 31d: accommodation home
33: air twister 33a: blade 33b: fixing ring
34: second air twister 35: separation duct 35a: inlet
35b: outlet 35d: inlet duct portion 35e: outlet duct portion
35g: branch part 35h: inlet duct part 35k: discharge duct part
35m: Duct section 41: Primary separation duct 41a: Inlet
41b: outlet 41d: recovery duct 43: secondary separation duct
43a: inlet 43b: outlet 45: introduction pipe
45a: main tube 45b: oblique tube 45c: nozzle part

Claims (4)

다수의 배터리모듈을 내장한 배터리팩의 케이스에 연결되며, 외부로부터 유입되는 냉각용 공기를 상기 케이스 내부로 유도하는 유도덕트와;
상기 유도덕트에 장착되며 유도덕트를 통해 상기 케이스로 향하는 공기에 볼텍스(voltex)를 형성하는 에어트위스터와;
상기 에어트위스터의 하류측에 설치되고, 볼텍스의 내부 유동압력차에 의해 볼텍스 중앙부분에 모이는 이물질을 공기와 함께 유도덕트 외부로 배출하는 분리덕트를 포함하는 차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치.An induction duct connected to a case of a battery pack including a plurality of battery modules and guiding cooling air introduced from the outside into the case;
An air twister mounted on the induction duct and forming a vortex in the air directed to the case through the induction duct;
An air induction device for cooling a battery pack for a vehicle comprising a separation duct installed on a downstream side of the air twister and discharging foreign substances collected in a central portion of the vortex together with air to the outside of the induction duct due to an internal flow pressure difference of the vortex. 제1항에 있어서,
상기 분리덕트는;
상기 유도덕트의 중심부에 위치하며 일정 내경을 가지고, 상기 유도덕트의 내주면과의 사이에 제1유로를 제공하며, 유입구를 통해 상기 볼텍스의 중앙부분의 공기를 받아들여 내부를 통과시키는 유입덕트부와,
상기 유입덕트부에 일체를 이루며 유도덕트의 외부로 연장되고, 유입덕트부를 통해 유입한 공기를 유도덕트 외부로 배출하는 배출덕트부로 이루어지고,
상기 배출덕트부의 단면은 타원형의 형태를 취하는 차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치.The method of claim 1,
The separation duct is;
An inlet duct part which is located in the center of the induction duct, has a certain inner diameter, provides a first flow path between the inner circumferential surface of the induction duct, and receives air from the central part of the vortex through the inlet and passes the inside thereof. ,
It is formed integrally with the inlet duct and extends to the outside of the induction duct, and consists of a discharge duct portion for discharging the air introduced through the inlet duct to the outside of the induction duct,
An air induction device for cooling a battery pack for a vehicle in which the cross section of the exhaust duct has an oval shape. 다수의 배터리모듈을 내장한 배터리팩의 케이스에 연결되며, 외부로부터 유입하는 냉각용 공기를 상기 케이스 내부로 유도하는 유도덕트와;
상기 유도덕트에 장착되며 유도덕트를 통해 상기 케이스로 향하는 공기에 볼텍스(voltex)를 형성하는 에어트위스터와;
상기 에어트위스터의 하류측에 설치되고, 상기 볼텍스의 내부 유동압력차에 의해 볼텍스 중앙부분에 모이는 이물질을 공기와 함께 유도덕트의 외부로 배출하는 1차분리덕트와;
상기 1차분리덕트에 설치되며 1차분리덕트를 통과하는 공기에 볼텍스를 다시 형성하는 제2에어트위스터와;
상기 제2에어트위스터의 하류측에 설치되고, 제2에어트위스터에 의해 형성되는 볼텍스의 내부 유동압력차에 의해 볼텍스의 중앙부분에 모이는 이물질을, 공기와 함께 1차분리덕트의 외부로 배출하는 2차분리덕트와;
상기 2차분리덕트에 의해 이물질이 제거된 공기를 상기 유도덕트로 유도하는 회수덕트를 포함하는 분리덕트를 포함하는 차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치.An induction duct connected to a case of a battery pack including a plurality of battery modules and guiding cooling air introduced from the outside into the case;
An air twister mounted on the induction duct and forming a vortex in the air directed to the case through the induction duct;
A primary separating duct installed on the downstream side of the air twister and discharging foreign matters collected in the central portion of the vortex due to an internal flow pressure difference of the vortex together with air to the outside of the induction duct;
A second air twister installed in the primary separation duct and re-forming a vortex in the air passing through the primary separation duct;
2 installed on the downstream side of the second air twister and discharging foreign matter collected in the central part of the vortex due to the internal flow pressure difference of the vortex formed by the second air twister, together with air, to the outside of the primary separation duct. A differential duct;
An air induction device for cooling a battery pack for a vehicle comprising a separation duct including a recovery duct for guiding air from which foreign matter is removed by the secondary separation duct to the induction duct. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 유도덕트에 설치되는 에어트위스터는;
외부로부터 유입되는 공기를 받아 내부 유동시키는 메인튜브와,
상기 메인튜브에 이어지며 상기 유도덕트측으로 연장되어 유도덕트의 내부로 진입하고, 상기 메인튜브를 통과한 공기를 유도덕트의 내부로 분사하되 유도덕트의 원주방향에 대해 45도 이하의 분출각도로 분출하는 두 개 이상의 사선튜브를 포함하는 차량용 배터리팩 냉각용 공기유도장치.The method according to any one of claims 1 to 3,
Air twister installed in the induction duct;
A main tube that receives air from the outside and flows inside,
It is connected to the main tube and extends toward the induction duct to enter the inside of the induction duct, and the air that has passed through the main tube is injected into the interior of the induction duct, but is ejected at a jet angle of 45 degrees or less with respect to the circumferential direction of the induction duct. An air induction device for cooling a vehicle battery pack including two or more oblique tubes.
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