KR102181230B1 - 악취 모니터링 시스템 - Google Patents

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KR102181230B1
KR102181230B1 KR1020200038353A KR20200038353A KR102181230B1 KR 102181230 B1 KR102181230 B1 KR 102181230B1 KR 1020200038353 A KR1020200038353 A KR 1020200038353A KR 20200038353 A KR20200038353 A KR 20200038353A KR 102181230 B1 KR102181230 B1 KR 102181230B1
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odor
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hydrogen sulfide
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김민정
이천환
장성민
박희상
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주식회사 이지터치
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Abstract

본 발명은 악취의 원인 성분 물질을 검출하는 복수의 센서들 모두를 사용하여 복합 악취를 측정하되, 성분 물질 간의 상관성을 반영하여 악취 모니터링의 정확성과 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 복합 악취의 원인이 되는 성분 물질 간의 상관성을 바탕으로 특정 성분 물질의 농도에 대한 예측이 가능하도록 하는 악취 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 단면이 원형인 유동로가 전후방향으로 형성되는 본체, 상기 본체의 전측에 결합되는 메인 필터, 상기 본체의 후측에 결합되는 유동팬 및 상기 유동로의 전후방향 동일한 위치에 설치되는 복수의 악취센서를 포함하여 구성되며, 상기 복수의 악취센서는 휘발성유기화합물(VOCs) 센서, 암모니아(NH3) 센서, 황화수소(H2S) 센서로 이루어지는 것을 구성상의 특징으로 한다.

Description

악취 모니터링 시스템{Odor monitoring system}
본 발명은 악취 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 현장에서 다양한 인자에 의해 복합적으로 발생되는 악취를 실시간으로 정확히 계측, 분석, 저장 및 제공이 가능하도록 한 악취 모니터링 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 악취 모니터링 시스템은 악취의 원인이 되는 성분 물질들을 각각 검출하는 복수의 센서들을 설치하고 이 센서들로부터 원인 성분 물질들의 농도 등을 도출하고 이를 통신장비, 서버 등을 활용하여 실시간으로 감지하는 장비이다.
이와 같은 악취 모니터링 시스템의 최근 일례로는 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2019-0056510호(2019.5.27.공개)가 있으며, 이 종래기술은 암모니아, 황화수소 등의 센서를 통해 악취를 모니터링하여 제공하는 시스템이다.
그런데 이와 같은 종래기술은 악취는 대표적으로 사용하는 암모니아와 황화수소 그리고 휘발성 유기 화합물을 측정하는 가스 센서 3가지의 개별 농도와 복합 악취를 측정하는 복합 악취측정용 휘발성 유기 화합물 센서로 나누어서 측정하는 방식을 채택한다. 이 개별 가스 농도는 농도와 세기만으로 회귀 곡선을 사용하여 측정함으로 해서 개별 가스 농도에 영향을 주는 각 가스에 영향을 배제하지 않기 때문에 정확도가 떨어지고, 특히 개별 가스 농도 및 복합 악취는 센서를 따로 분리하여 측정함으로 해서 정확한 개별 가스 농도가 복합 악취에 직접적인 계산에 도입이 되지 않는 것이 문제점이 보이고 있다. 이러한 원인으로 해서 악취의 원인이 되는 각각의 성분 물질의 농도를 모니터링하는 정도에 지나지 않으며, 복수의 물질에 의해 발생되는 복합 악취에 대해서는 정확한 파악이 어려우며, 각각의 물질에 대한 측정 정확성도 기대하기 어려운 문제점이 있다.
물론, 근래에 복합 악취를 모니터링 하기 위한 악취 모니터링 시스템이 소개되고는 있으나, 측정 장비나 방법이 복잡하고 악취의 원인이 되는 성분 물질들의 상관성이 고려되지 않은 관계로 분석 데이터의 선형성이 없고 일관되지 못하는 등의 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2019-0056510호(2019.5.27.공개)
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명은 악취의 원인 성분 물질을 검출하는 복수의 센서들 모두를 사용하여 복합 악취를 측정하되, 성분 물질 간의 상관성을 반영하여 악취 모니터링의 정확성과 정밀도를 향상시킬 수 있도록 한 악취 모니터링 시스템을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 복합 악취의 원인이 되는 성분 물질 간의 상관성을 바탕으로 특정 성분 물질의 농도에 대한 예측이 가능하도록 하는 악취 모니터링 시스템을 제공하고자 하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 사용자에 의한 복합 악취 정도의 파악이 용이하고 처리 데이터가 복잡하지 않도록 한 악취 모니터링 시스템을 제공하고자 하는 데 목적이 있다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 발명인 악취 모니터링 시스템은,
단면이 원형인 유동로가 전후방향으로 형성되는 본체,
상기 본체의 전측에 결합되는 메인 필터,
상기 본체의 후측에 결합되는 유동팬 및
상기 유동로의 전후방향 동일한 위치에 설치되는 복수의 악취센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 악취센서는 휘발성유기화합물(VOCs) 센서, 암모니아(NH3) 센서, 황화수소(H2S) 센서로 이루어지되, 90°의 각도로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 악취센서는 산화주석(SnO2)을 이용하여 저항값으로 측정하는 접촉 연소식 가스 센서인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본체는 전후방향 단면이 사각형으로 이루어지는 직육면체의 형태로 형성되며 상기 휘발성유기화합물(VOCs) 센서, 암모니아(NH3) 센서, 황화수소(H2S) 센서가 3개의 측면에 형성된 삽입홀에 삽입되어 상기 유동로로 돌출되는 형태로 설치되며,
상기 휘발성유기화합물(VOCs) 센서, 암모니아(NH3) 센서, 황화수소(H2S) 센서에는 각각의 제어회로가 직접 결합되되 각각의 제어회로는 상기 본체의 각 측면에 고정 설치되며,
상기 본체 및 각각의 제어회로를 수용하는 본체 케이싱을 더 포함하여 구성되며,
상기 본체 케이싱은 전후면 및 일측면이 개방된 중공부가 형성된 직육면체 형태로 형성되며 개방된 일측면에는 상기 본체의 악취센서가 설치되지 않은 면과 결합할 수 있는 플랜지가 구비되며,
상기 메인 필터가 결합되고 상기 본체 케이싱의 전면을 덮는 전측 케이싱 및
상기 유동팬이 결합되고 상기 본체 케이싱의 후면을 덮는 후측 케이싱을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 휘발성유기화합물(VOCs) 센서, 암모니아(NH3) 센서, 황화수소(H2S) 센서의 제어회로로부터 검출신호를 입력받고 제어신호를 출력하며 연산을 수행하는 메인 제어부,
상기 메인 제어부로부터 공급되는 신호를 송출하며 전송된 신호를 메인 제어부로 공급하는 통신부 및
전원을 공급하는 전원부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메인 제어부는 상기 휘발성유기화합물(VOCs) 센서, 암모니아(NH3) 센서, 황화수소(H2S) 센서로부터 검출되는 각각의 휘발성유기화합물(VOCs) 농도, 암모니아(NH3) 농도, 황화수소(H2S) 농도를 다변량 분석 기법을 통해 단일의 값을 연산하고 이 값을 통해 악취 정도를 파악하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메인 제어부의 연산은 다음의 식에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Figure 112020033078591-pat00001
(a1, a2, a3는 휘발성유기화합물(VOCs), 암모니아(NH3), 황화수소(H2S) 각각의 계수,
X(VOCs), X(NH3), X(H2S)는 휘발성유기화합물(VOCs), 암모니아(NH3), 황화수소(H2S) 각각의 측정 농도 값,
b는 1차 회귀 곡선의 절편값)
상기한 바와 같은 과제해결수단을 통해, 본 발명인 악취 모니터링 시스템은 악취의 원인 성분 물질을 검출하는 복수의 센서들 모두를 사용하여 복합 악취를 측정하되, 성분 물질 간의 상관성을 반영하여 악취 모니터링의 정확성과 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 복합 악취의 원인이 되는 성분 물질 간의 상관성을 바탕으로 특정 성분 물질의 농도에 대한 예측이 가능하며, 사용자에 의한 복합 악취 정도의 파악이 용이하고 처리 데이터가 복잡하지 않는 등의 이점이 있다.
특히, 본 발명은 개별 가스 농도와 복합 악취의 서로간의 유사성을 가지는 복합 악취 계산식을 도출함으로 해서 보다 정확한 복합 악취를 측정하는 것이 중요하며, 이때 유사성은 통계처리인 분산 분석을 통한 계수 값을 도출하는 방식을 채택하였다. 그리고 개발 가스 농도는 개별 가스 농도에 영향을 미치는 모든 유기 화합물에 대한 계수 값으로 보정하는 방법을 채택하여 개별 및 복합 데이터의 정확도를 높이게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 악취 모니터링 시스템의 측정부를 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 악취 모니터링 시스템의 측정부를 도시한 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 악취 모니터링 시스템의 측정부를 도시한 분해도이다.
도 5는 본 발명에 따른 악취 모니터링 시스템의 측정부의 본체 및 본체 케이싱을 도시한 분해도이다.
도 6은 본 발명에 따른 악취 모니터링 시스템을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 악취 모니터링 시스템의 통신관계를 도시한 개념도이다.
본 발명에 따른 악취 모니터링 시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 악취 모니터링 시스템의 측정부를 도시한 사시도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 악취 모니터링 시스템의 측정부를 도시한 도이며, 도 4는 본 발명에 따른 악취 모니터링 시스템의 측정부를 도시한 분해도이며, 도 5는 본 발명에 따른 악취 모니터링 시스템의 측정부의 본체 및 본체 케이싱을 도시한 분해도이며, 도 6은 본 발명에 따른 악취 모니터링 시스템을 도시한 사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 악취 모니터링 시스템의 통신관계를 도시한 개념도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 단면이 원형인 유동로(1)가 전후방향으로 형성되는 본체(2)와, 상기 본체(2)의 전측에 결합되는 메인 필터(3)와, 상기 본체(2)의 후측에 결합되는 유동팬(4)을 포함하여 구성된다.
이를 통해, 상기 유동팬(4)이 작동하면, 외부의 측정 대상 공기가 메인 필터(3)를 거쳐 이물질이 제거된 후에 상기 본체(2)의 유동로(1)로 유입되어 유동 후 상기 유동팬(4)을 거쳐 외부로 배출되게 된다.
상기 메인 필터(3), 유동팬(4), 유동로(1)의 크기는 유동로(1)에서 유동되는 공기가 층류의 흐름이 되도록 구성된다.
이와 별도로 에어 유동 센서(미도시)가 상기 유동로(1) 등에 설치되어 유입되는 에어의 유량을 측정함과 아울러 유동팬(4)의 정상 작동 등을 확인 가능하다.
그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 유동로(1)의 전후방향 동일한 위치에 설치되는 복수의 악취센서를 포함하여 구성되며, 상기 복수의 악취센서는 휘발성유기화합물(VOCs) 센서(5), 암모니아(NH3) 센서(6), 황화수소(H2S) 센서(7)로 이루어지되, 90°의 각도로 배치된다.
이를 통해, 휘발성유기화합물(VOCs) 센서(5), 암모니아(NH3) 센서(6), 황화수소(H2S) 센서(7)는 유체 흐름상 동일한 지점에 위치하도록 하여 측정 대상의 변화 등으로 인한 측정 오차를 최소화다.
그리고 상기 복수의 악취센서는 산화주석(SnO2)을 이용하여 저항값으로 측정하는 접촉 연소식 가스 센서가 사용되며, 이를 통해, 센서의 내구성을 높이고 측정의 정밀도 및 정확도를 확보하였다.
상기 본체(2)는 전후방향 단면이 사각형으로 이루어지는 직육면체의 형태로 형성되며 상기 휘발성유기화합물(VOCs) 센서(5), 암모니아(NH3) 센서(6), 황화수소(H2S) 센서(7)가 3개의 측면에 형성된 삽입홀에 삽입되어 상기 유동로(1)로 돌출되는 형태로 설치되며, 상기 휘발성유기화합물(VOCs) 센서(5), 암모니아(NH3) 센서(6), 황화수소(H2S) 센서(7)에는 각각의 제어회로(8)가 직접 결합되되 각각의 제어회로(8)는 상기 본체(2)의 각 측면에 고정 설치되며, 상기 본체(2) 및 각각의 제어회로(8)를 수용하는 본체 케이싱(9)을 더 포함하여 구성된다.
이와 같이, 상기 휘발성유기화합물(VOCs) 센서(5), 암모니아(NH3) 센서(6), 황화수소(H2S) 센서(7)에는 각각의 제어회로(8)가 직접 결합되도록 하여 센서와 제어회로(8)간의 거리를 최소화하여 전기적 노이즈 발생 가능성 제거, 진동 등에 의한 단선에 의한 고장 발생 방지 등의 문제를 해결하도록 한다.
상기 각각의 제어회로(8)는 출력전압을 보정할 수 있는 오프셋(Offset) 기능이 구비된다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 본체 케이싱(9)은 전후면 및 일측면이 개방된 중공부가 형성된 직육면체 형태로 형성되며 개방된 일측면에는 상기 본체(2)의 악취센서가 설치되지 않은 면과 결합할 수 있는 플랜지(10)가 구비되도록 한다.
이를 통해, 간단한 구조로 제어회로(8)를 모두 보호할 수 있을 뿐만 아니라 단순히 판금가공만으로도 케이싱 제작이 용이하며 조립의 간편성도 도모할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있는 등의 이점이 있다.
또한, 상기 메인 필터(3)가 결합되고 상기 본체 케이싱(9)의 전면을 덮는 전측 케이싱(11)과, 상기 유동팬(4)이 결합되고 상기 본체 케이싱(9)의 후면을 덮는 후측 케이싱(12)을 더 포함하여 구성됨으로써, 본체(2)와 제어회로(8)를 완전히 밀폐화시켜 이물질이나, 기타 센싱에 오류를 발생시키는 요인으로부터 보호될 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 휘발성유기화합물(VOCs) 센서(5), 암모니아(NH3) 센서(6), 황화수소(H2S) 센서(7)의 제어회로(8)로부터 검출신호를 입력받고 제어신호를 출력하며 연산을 수행하는 메인 제어부(13)와, 상기 메인 제어부(13)로부터 공급되는 신호를 송출하며 전송된 신호를 메인 제어부(13)로 공급하는 통신부(14)와, 전원을 공급하는 전원부(15)를 더 포함하여 구성된다.
여기서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 통신부(14)로는 LTE 모뎀 등이 사용되어 외부 서버 및 관리자 측 PC 등과 통신하며, 이를 통해 실시간으로 그리고 원격으로 악취 정도를 모니터링할 수 있다.
본 발명의 주요 특징부로서, 상기 메인 제어부(13)는 상기 휘발성유기화합물(VOCs) 센서(5), 암모니아(NH3) 센서(6), 황화수소(H2S) 센서(7)로부터 검출되는 각각의 휘발성유기화합물(VOCs) 농도, 암모니아(NH3) 농도, 황화수소(H2S) 농도를 각각의 개별 가스에 대한 간섭물질로 전제한 뒤에 각 가스 농도에 대한 분산 분석방법으로 각 가스 센서의 상호 상관 계수를 이용한 보정 방법을 채택하여 값을 연산하고 이 값을 통해 악취 정도를 파악하는 것을 특징으로 한다.
이를 통해, 기존의 단일 센서를 통해 단일 센서별 가스 농도와 세기를 먼저 농도를 측정한 후에 복합 악취 농도 기준을 확인하는 방법과 복합 악취 농도 계산에 있어 복합 악취 측정을 위한 휘발성 유기 화합물 센서 하나만으로 의존하는 방법과 달리, 본 발명은 각 가스 센서별로 이미 간섭 물질을 고려한 농도 계산법을 기반한 단일 가스 농도인 3가지 가스 농도의 분산 분석으로 도출한 상관 계수를 가지고 복합 악취 지수를 계산하게 되며, 이러한 방법을 통해서 정확도를 향상시키는 장점이 있다. 예를 들면, 각 3가지 농도를 분산 분석으로 도출한 상관계수 3가지와 계산식에서 도출한 상관 계수 값에 대한 1차 회귀 곡선의 절편값으로 이루어진다. 이 절편값은 시간이 흐를수록 보정하는 보정값으로, 일명 offset값으로도 불러어진다.
구체적으로, 상기 메인 제어부(13)의 연산은 다음의 식에 의해 이루어진다.
Figure 112020033078591-pat00002
(a1, a2, a3는 휘발성유기화합물(VOCs), 암모니아(NH3), 황화수소(H2S) 각각의 계수,
X(VOCs), X(NH3), X(H2S)는 휘발성유기화합물(VOCs), 암모니아(NH3), 황화수소(H2S) 각각의 측정 농도 값,
b는 1차 회귀 곡선의 절편값)
이와 같이, 복합악취농도는 기울기 3개에 1개의 절편값으로 이루어지고, 본 발명에서는 구체적인 예로, X(VOCs)의 기울기값이 0.00477이고, X(NH3)는 -0.000545이며, X(H2S)에서는 0.265로 세팅되며, 절편값인 0.6이 된다. 이때, NH3는 복합 악취에서는 반대 방향으로 농도에 영향을 주게 되며, 두 가지 가스는 농도와 선형을 가지는 것으로 알 수 있다.
또한, 습도 보정을 위해, 복합 악취 측정에서 한꺼번에 보정하는 방법과 달리, 개별 가스 농도에서 습도 보정 하는 방법을 채택하게 된다. 이러한 방법의 경우 개별 가스가 습도에 따른 확산 정도 등이 달라지기 때문에 복합적으로 한꺼번에 보정하는 것에 비해 정확도가 더 높아진다.
구체적으로, 습도는 각 표준 가스를 측정할 때 습도별 농도와의 상관계수를 확인하였으며, 습도는 -0.0091의 기울기를 가지고, 절편값은 1.27로써 습도와 가스 농도의 증가는 반대 방향으로 습도가 낮을수록 높은 가스 농도를 가지는 결과를 확인할 수 있다. 이러한 두 가지 이상의 가스 농도에 대한 보정 방법을 적용한 다층 보정 기법으로 정확도를 높이는 데 주안점을 두고 개발 하였다.
상기한 바와 같은 구성을 통해, 본 발명인 악취 모니터링 시스템은 악취의 원인 성분 물질을 검출하는 복수의 센서들 모두를 사용하여 복합 악취를 측정하되, 성분 물질 간의 상관성을 반영하여 악취 모니터링의 정확성과 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 복합 악취의 원인이 되는 성분 물질 간의 상관성을 바탕으로 특정 성분 물질의 농도에 대한 예측이 가능하며, 사용자에 의한 복합 악취 정도의 파악이 용이하고 처리 데이터가 복잡하지 않는 등의 이점을 가진다.
1: 유동로 2: 본체
3: 메인 필터 4: 유동팬
5: 휘발성유기화합물(VOCs) 센서 6: 암모니아(NH3) 센서
7: 황화수소(H2S) 센서 8: 제어회로
9: 본체 케이싱 10: 플랜지
11: 전측 케이싱 12: 후측 케이싱
13: 메인 제어부 14: 통신부
15: 전원부

Claims (3)

  1. 단면이 원형인 유동로가 전후방향으로 형성되는 본체,
    상기 본체의 전측에 결합되는 메인 필터,
    상기 본체의 후측에 결합되는 유동팬 및
    상기 유동로의 전후방향 동일한 위치에 설치되는 복수의 악취센서를 포함하여 구성되며,
    상기 복수의 악취센서는 휘발성유기화합물(VOCs) 센서, 암모니아(NH3) 센서, 황화수소(H2S) 센서로 이루어지되, 90°의 각도로 배치되며,
    상기 복수의 악취센서는 산화주석(SnO2)을 이용하여 저항값으로 측정하는 접촉 연소식 가스 센서이며,
    상기 본체는 전후방향 단면이 사각형으로 이루어지는 직육면체의 형태로 형성되며 상기 휘발성유기화합물(VOCs) 센서, 암모니아(NH3) 센서, 황화수소(H2S) 센서가 3개의 측면에 형성된 삽입홀에 삽입되어 상기 유동로로 돌출되는 형태로 설치되며,
    상기 휘발성유기화합물(VOCs) 센서, 암모니아(NH3) 센서, 황화수소(H2S) 센서에는 각각의 제어회로가 직접 결합되되 각각의 제어회로는 상기 본체의 각 측면에 고정 설치되며,
    상기 본체 및 각각의 제어회로를 수용하는 본체 케이싱을 더 포함하여 구성되며,
    상기 본체 케이싱은 전후면 및 일측면이 개방된 중공부가 형성된 직육면체 형태로 형성되며 개방된 일측면에는 상기 본체의 악취센서가 설치되지 않은 면과 결합할 수 있는 플랜지가 구비되며,
    상기 메인 필터가 결합되고 상기 본체 케이싱의 전면을 덮는 전측 케이싱 및
    상기 유동팬이 결합되고 상기 본체 케이싱의 후면을 덮는 후측 케이싱을 더 포함하여 구성되며,
    상기 휘발성유기화합물(VOCs) 센서, 암모니아(NH3) 센서, 황화수소(H2S) 센서의 제어회로로부터 검출신호를 입력받고 제어신호를 출력하며 연산을 수행하는 메인 제어부,
    상기 메인 제어부로부터 공급되는 신호를 송출하며 전송된 신호를 메인 제어부로 공급하는 통신부 및
    전원을 공급하는 전원부를 더 포함하여 구성되며,
    상기 메인 제어부는 상기 휘발성유기화합물(VOCs) 센서, 암모니아(NH3) 센서, 황화수소(H2S) 센서로부터 검출되는 각각의 휘발성유기화합물(VOCs) 농도, 암모니아(NH3) 농도, 황화수소(H2S) 농도를 다변량 분석 기법을 통해 단일의 값을 연산하고 이 값을 통해 악취 정도를 파악하며,
    상기 메인 제어부의 연산은 다음의 식에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는
    악취 모니터링 시스템

    Figure 112020098832275-pat00010

    (a1, a2, a3는 휘발성유기화합물(VOCs), 암모니아(NH3), 황화수소(H2S) 각각의 계수,
    X(VOCs), X(NH3), X(H2S)는 휘발성유기화합물(VOCs), 암모니아(NH3), 황화수소(H2S) 각각의 측정 농도 값,
    b는 1차 회귀 곡선의 절편값)
  2. 삭제
  3. 삭제
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