KR102203315B1 - 액체계량장치 및 수질분석장치 - Google Patents

Abstract

정확하게 계량을 실시할 수 있는 것과 더불어 안정적으로 계량을 실시할 수 있는 액체계량장치 및 수질분석장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
액체용 용기(7)에 수용된 액체를 일단으로부터 도입하고, 액체를 계량하기 위한 계량용 유로(2L)와, 계량용 유로(2L)의 타단으로부터 새어 나오는 액체를 저류하고, 이 저류된 액체가 재차 유로(2L)에 유입되지 않게 계량용 유로(2L)의 타단이 접속된 저류 용기(3)와, 액체용 용기(7)에 수용된 액체를 계량용 유로(2L)의 일단으로부터 도입하여 계량용 유로(2L)에 충만시키는 것과 더불어, 계량용 유로(2L)에 충만한 액체를 계량용 유로(2L)의 일단으로부터 도출하는 펌프 기구(4)를 구비하며, 계량용 유로(2L)는, 충만한 액체가 표면장력에 의해 유지되는 지름을 가지는 것을 특징으로 하는 액체계량장치(1).

Description

액체계량장치 및 수질분석장치{MEASURING APPARATUS OF LIQUID AND APPARATUS FOR ANALYZING WATER QUALITY}

본 발명은, 액체를 계량하기 위한 액체계량장치 및 수질분석장치에 관한 것이다.

예를 들면, 배수 등의 수질검사 등에 있어서, 검사 결과의 정밀도를 향상시키기 위해서는, 측정 시료 또는 측정 시료를 처리하는 시약 등의 액체를 정확하게 계량할 필요가 있다.

그리고, 이들 액체를 계량하는 것으로서는, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재되어 있는 시린지(syringe)형 계량 펌프(시린지 펌프)를 사용하여 계량하는 계량 장치나, 특허 문헌 2에 기재되어 있는 광센서 등의 액(液)센서를 사용하여 계량하는 계량 장치가 고안되어 있다.

일본 공개특허공보 2006－47323호 일본 공개특허공보 2010－14011호

그러나, 시린지 펌프를 사용한 계량 장치에서는, 상기 시린지 펌프의 피스톤의 이동량에 의해 액체를 계량하는 것이며, 정확하게 계량하기 위해서는, 이 피스톤의 이동량을 고정밀도로 제어할 필요가 있다. 더구나, 시린지 펌프는 액 빠짐이 나빠, 정확하게 계량하는 것이 어렵다는 문제가 있다.

또한, 액 센서를 사용하는 계량 장치에서는, 계량실에 액체를 주입하는 주입 수단을 액 센서의 검지 신호로 제어하기 때문에 주입 수단의 응답 지연 등이 있을 때에는, 정확하게 계량할 수 없는 경우가 있다는 문제가 있다. 또한 센서는, 액적(液滴)이나 기포에 반응하여 오검지(誤檢知)를 일으키는 경우도 있고, 이 경우도 정확하게 계량을 행할 수 없다는 문제가 있다.

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것이며, 간단한 구성에 의해 정확하게 계량을 행하는 것을 그 주된 과제로 하는 것이다.

즉, 본 발명에 따른 액체계량장치는, 액체용 용기에 수용된 액체를 일단(一端)으로부터 도입하고, 액체를 계량하기 위한 계량용 유로(流路)와, 상기 계량용 유로의 타단으로부터 새어 나오는 액체를 저류(貯留)하고, 이 저류된 액체가 재차 유로에 유입되지 않도록 상기 계량용 유로의 타단이 접속된 저류 용기와, 상기 액체용 용기에 수용된 액체를 상기 계량용 유로의 일단으로부터 도입하여 상기 계량용 유로에 충만시키는 것과 더불어, 상기 계량용 유로에 충만된 액체를 상기 계량용 유로의 일단으로부터 도출하는 펌프 기구를 구비하며, 상기 계량용 유로는, 충만된 액체가 표면장력에 의해 유지되는 지름을 가지는 것을 특징으로 한다.

이러한 것이면, 계량용 유로의 일단으로부터 액체를 도입함과 더불어, 계량용 유로의 타단으로부터 액체를 새어 나오게 하는(오버플로우) 것만으로 액체를 계량할 수 있다.

이 때문에, 펌프 기구에 의한 구동 시간(흡인 시간)을 설정하는 것만으로 족하며, 간단한 장치 구성으로 정확하게 계량할 수 있다. 또, 시린지 펌프나 액 센서가 불필요해지므로, 복잡한 제어를 실시할 필요가 없고, 액 빠짐 불량, 응답 지연, 오작동 등에 의한 계량 오차를 막을 수 있다.

아울러, 계량용 유로는, 충만된 액체가 표면장력에 의해 유지되는 지름을 가지므로, 계량용 유로의 배치 방향이나 형태에 관계없이, 액체를 계량할 수 있으며, 계량용 유로를 포함한 액체계량장치의 설계의 자유도를 높일 수 있다.

상기 계량용 유로의 타단이, 그 축방향이 수평 방향이 되도록 상기 저류 용기에 연통(漣通)하는 것이 바람직하다.

계량용 유로의 타단 개구가 수직 방향이 되는 경우, 계량용 유로의 타단으로부터 표면장력에 의해 빠져나온 액체량이 액체의 점성 등에 의해서 변화하기 쉽기 때문에, 계량용 유로로 계량되는 액체량이 변화할 우려가 있다.

또한, 계량용 유로의 타단 개구가 수직 방향 상향인 경우, 설계에 따라서는 계량용 유로의 타단으로부터 빠져나온 액체가 저류 용기의 상면에 부착하여, 이 부착한 액체가 재차 계량용 유로의 타단에 적하(滴下)되어, 계량용 유로로 계량되는 액체량이 변화할 우려가 있다.

그러나, 본 발명의 구성에서는, 계량용 유로의 타단의 개구 방향이 수평 방향을 향하므로, 계량용 유로의 타단의 개구 방향이 수직 방향을 향하는 경우와 비교하여, 계량용 유로로 계량되는 액체량의 오차가 줄고, 계량 오차를 작게 하여 한층 더 정확하게 계량할 수 있다.

또한, 본 발명의 액체계량장치는, 일단이 상기 저류 용기에 접속됨과 더불어, 타단이 상기 액체용 용기에 접속되고, 상기 저류 용기에 저류한 액체를 배출하는 배출용 유로를 더불어 구비하며, 상기 펌프 기구가, 상기 저류 용기에 저류된 액체를, 상기 배출용 유로를 매개로 상기 액체용 용기에 송액(送液)하는 것이 바람직하다.

이러한 구성이면, 저류 용기 내에 저류된 액체를 액체용 용기에 되돌릴 수가 있으므로, 저류 용기에 액체가 너무 쌓여서, 계량에 문제가 생기는 것을 막는 것과 더불어, 그 액체를 낭비하는 일도 없다.

본 발명에 의하면, 간단한 구성에 의해 정확하게 계량을 실시할 수 있는 액체계량장치 및 수질분석장치를 제공할 수 있다.

도 1은, 본 실시형태에 있어서 액체계량장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는, 상기 실시형태에 있어서 액체계량장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은, 상기 실시형태에 있어서 액체계량장치를 나타내는 개략도이다.

이하에서 본 발명에 따른 액체계량장치의 일 실시형태에 대해 설명한다.

본 실시형태에 있어서 액체계량장치(1)는, 예를 들면 상하수 등의 액체 시료에 포함되는 소정의 측정 대상 성분의 농도(예를 들면, 전질소(全窒素)농도 및 전인(全燐)농도)를 측정하는 수질분석장치 등에 사용되는 것으로서, 예를 들면, 측정에 사용되는 시약을 소정의 양으로 계량하는 것이다.

구체적으로 이 액체계량장치(1)는, 도 1~도 3에 나타내는 바와 같이, 액체를 계량하기 위한 계량용 유로(2L)와, 계량용 유로(2L)의 타단으로부터 새어 나오는 액체를 저류하는 저류 용기(3)와, 저류 용기(3) 내의 압력을 변동시키는 펌프 기구(4)와, 저류 용기(3)에 저류한 액체를 배출하는 배출용 유로(5L)와, 펌프 기구(4) 등을 제어하는 제어부(6)를 구비한다.

계량용 유로(2L)는, 내부에 일정 용적의 유로를 구비한 계량용 관(2)을 사용하여 구성되어 있다. 본 실시형태의 계량용 관(2)은 예를 들면 수지 등의 가요성을 지니는 관이며, 나선 모양으로 감겨져 배관 스페이스를 컴팩트하게 하고 있다. 계량용 유로(2L)(계량용 관(2))의 일단은, 삼방전자변(三方電磁弁, 9)에 접속됨과 더불어, 타단(2a)은 저류 용기(3)의 내부 공간에 접속되어 있다.

구체적으로, 계량용 유로(2L)의 타단(2a)은, 저류 용기(3)의 측벽에 삽입하여 접속되어 있으며, 저류 용기(3)의 내부 공간에 연통하고 있다. 또한, 타단(2a)은, 저류 용기(3)에 저류된 액체가, 재차 계량용 유로(2L)에 유입되지 않도록 그 접속 위치가 설정되어 있다. 아울러, 타단(2a)은 그 축방향이 수평 방향이 되도록 삽입되어 있으며, 즉, 타단(2a)의 개구 방향은 수평 방향을 향하고 있다.

그리고, 계량용 유로(2L)의 지름은, 충만한 액체가 표면장력에 의해 유지되는 지름을 가지며, 구체적으로는, 충만한 액체가 대기(大氣) 개방 상태에 있어서, 표면장력에 의해서 그 충만한 상태를 유지하는 지름이다. 그 때문에, 가압 혹은 흡인(압력을 변화)시키지 않으면, 계량용 유로(2L)에 충만한 액체는 도출되지 않는다. 예를 들면, 계량용 유로(2L)는 일단으로부터 타단(2a)에 걸쳐 일정한 지름을 지니며, 그 지름을 1㎜ 이상 3㎜ 이하로 하는 것을 생각할 수 있다.

삼방전자변(9)은, 제어부(6)에 의해서 그 개폐가 제어되는 것으로서, 제 1 포트(9a), 제 2 포트(9b), 제 3 포트(9c)를 구비한다.

제 1 포트(9a)에는, 액체용 용기(7)로부터의 액체를 도입하는 도입관(10)의 일단이 접속된다. 아울러, 도입관(10)의 타단은, 액체용 용기(7)에 접속되어 있다. 제 2 포트(9b)에는, 계량용 유로(2L)의 일단이 접속된다. 제 3 포트(9c)에는, 계량용 유로(2L)로 계량된 액체를 도출하는 도출관(11)의 일단이 접속된다. 아울러, 도출관(11)의 타단은, 시약과 액체 시료를 반응시키는 반응용 용기인 측정 셀(8)에 접속된다. 이 측정 셀(8)은, 광원 및 광검출기를 사용하여 흡광도 등이 측정된다.

저류 용기(3)는, 내부에 저류 공간(3S)을 구비한 것으로서, 계량용 유로(2L)의 타단으로부터 새어 나온(오버플로우한) 액체를 이 저류 공간(3S)에 저류하는 것이다. 이 저류 공간(3S)의 하단부는, 하방을 향해 축경(縮徑)하는 테이퍼 형상을 갖는다. 즉, 저류 용기(3)의 저벽부(底壁部)에는 깔때기 모양의 오목부가 형성되어 있다. 그리고, 저벽부의 오목부 바닥면에 액체용 용기(7)에 접속하는 배출용 유로(5L)가 개구하여 연통하고 있다. 또한, 상벽부에는, 펌프 기구(4)가 접속되어 있다.

펌프 기구(4)는, 저류 용기(3)의 저류 공간(3S)의 공기를 흡입하여 저류 공간(3S)을 부압(負壓)으로 하거나, 저류 공간(3S)에 공기를 보내 저류 공간(3S)을 정압(正壓)으로 하는 것이며, 구체적으로는, 펌프(4a)와, 펌프(4a)와 저류 용기(3)를 접속하는 접속 배관(4b)을 구비한다. 접속 배관(4b)은, 저류 용기(3)에 대하여 펌프(4a)의 흡인 및 토출(吐出)을 전환하기 위한 밸브(4c)를 사용한 전환 기구를 구비한다.

아울러, 본 실시형태에 있어서 펌프 기구(4)는, 접속 배관(4b)에 전환기구를 구비함으로써, 펌프(4a)의 흡인 또는 토출을 전환하고 있는데, 펌프(4a) 자체가 공기를 흡입하는 흡입 모드 및 공기를 토출하는 토출 모드를 구비하는 것을 사용해도 된다.

배출용 유로(5L)는, 배출용 관(5)을 사용하여 구성되어 있다. 이 배출용 관(5)의 일단은 저류 용기(3)의 저벽부에 접속되어 저류 공간(3S)에 연통함과 더불어, 타단은 액체용 용기(7)에 접속되어 있다. 그리고, 배출용 관(5)은, 저류 용기(3)의 저벽부에 접속되어 있는 상류측 배출용 관(51)과, 액체용 용기(7)에 접속되어 있는 하류측 배출용 관(52)을 구비하고 있다. 구체적으로는, 상류측 배출용 관(51)과 하류측 배출용 관(52)은 그 지름이 다르며, 상류측 배출용 관(51)의 지름은, 충만한 액체가 표면장력에 의해 유지되는 지름을 가지며, 1㎜ 이상 3㎜ 이하이며, 하류측 배출용 관(52)의 지름은, 3㎜ 초과 5㎜ 이하다. 또한, 배출용 관(5)의 하류측 배출용 관(52)에는 핀치 밸브 등의 개폐변(5a)이 설치되어 있다. 아울러 이 개폐변(5a)은, 제어부(6)에 의해서 제어된다.

제어부(6)는, 삼방변(三方弁, 9), 펌프(4a) 및 개폐변(5a)을 제어하기 위한 것으로서, 구조적으로는, CPU, 내부 메모리, I/O 버퍼 회로, AD 컨버터 등을 가진 소위 컴퓨터 회로이다. 그리고, 내부 메모리의 소정 영역에 격납한 프로그램에 따라서 동작함으로써 정보처리를 실시하며, 삼방변(9), 펌프(4a) 및 개폐변(5a)을 제어하는 것이다. 아울러 이 제어부(6)는, 수질분석장치의 제어장치에 의해 구성해도 된다.

구체적으로, 제어부(6)는 미리 처리 동작에 걸리는 시간을 결정해 두고, 이 처리 동작에 걸리는 시간을 내장된 클락으로 카운트하여, 상기 처리 동작에 걸리는 시간이 경과하면 다음의 처리 동작으로 옮기도록 삼방변(9), 펌프(4a) 및 개폐변(5a)를 시퀀스 제어하는 것이다.

다음으로, 제어부(6)의 구체적인 제어 내용과 더불어, 본 실시형태에 있어서의 액체계량장치(1)의 계량 방법에 대해 설명한다.

우선, 제어부(6)는, 배출용 유로(5L)의 개폐변(5a)을 닫는 것과 더불어, 삼방변(9)의 제 1 포트(9a)와 제 2 포트(9b)를 연통시킨다. 이것에 의해, 도입관(10)과 계량용 유로(2L)가 연통한 상태가 된다. 그리고, 이 상태로 저류 용기(3) 내부가 부압이 되도록, 펌프 기구(4)를 제어하고 펌프(4a)를 소정 시간 구동시켜서 공기 흡입 동작을 실시하게 한다. 아울러, 이 소정 시간이란, 계량용 유로(2L)가 액체로 충만하여 타단(2a)으로부터 액체가 새어 나오는 것과 더불어, 저류 공간(3S)에 저류된 액체의 액면 높이가 계량용 유로(2L)의 타단 개구보다도 아래쪽 위치가 되는 시간이다.

펌프 기구(4)에 의해 저류 용기(3) 내부가 부압이 되면, 액체용 용기(7)에 수용되어 있던 액체(시약)가, 도입관(10), 제 1 포트(9a) 및 제 2 포트(9b)를 매개로 계량용 유로(2L)의 일단으로부터 도입된다. 이 시약은, 계량용 유로(2L)의 타단(2a)으로부터 저류 용기(3)에 새어 나올 때까지 도입되어, 계량용 유로(2L)에 시약이 충만함으로써 시약이 계량된다.

다음에, 제어부(6)는, 배출용 유로(5L)의 개폐변(5a)을 여는 것과 더불어, 삼방변(9)의 제 2 포트(9b)와 제 3 포트(9c)를 연통시킨다. 이것에 의해, 계량용 유로(2L)와 도출관(11)이 연통한 상태가 된다. 아울러, 이 상태만으로는, 액체는 계량용 유로(2L)로부터 도출관(11)에는 흐르지 않는다. 그리고, 이 상태로, 저류 용기(3) 내부가 정압이 되도록, 펌프 기구(4)를 제어하여 펌프(4a)를 소정 시간 구동시켜 공기 송출(토출) 동작을 실시하게 한다. 아울러 이 소정 시간이란, 계량용 유로(2L)에 충만한 액체가 도출 유로(11)를 매개로 모두 측정 셀(8)에 송액되는 정도의 시간이다.

이 펌프 기구(4)의 상태를 전환하는 동안, 계량용 유로(2L) 내에 충만한 시약은 표면장력에 의해서 유로 내에 충만한 상태를 유지하고 있으며, 계량용 유로(2L)로부터 액체가 유출하는 일은 없다.

그리고, 펌프 기구(4)에 의해 저류 용기(3) 내부가 정압이 되면, 계량용 유로(2L)에 충만됨으로써 계량된 시약이, 계량용 유로(2L)의 일단으로부터 도출되어, 제 2 포트(9b), 제3 포트(9c) 및 도출관(11)을 매개로 측정 셀(8)에 주입된다.

이때, 계량용 유로(2L)로부터 누출하여 저류 용기(3)에 저류된 시약은, 배출용 유로(5L)를 매개로 액체용 용기(7)에 압송되어 송액된다.

이상과 같이 구성한 본 실시형태의 액체계량장치에 의하면, 이하와 같은 효과를 가진다.

요컨대, 이러한 구성에 의해, 계량용 유로(2L)의 일단으로부터 액체를 도입하는 것과 함께, 계량용 유로(2L)의 타단(2a)으로부터 액체를 새어 나오게 하는(오버플로우)것만으로 액체를 계량할 수 있다. 이 때문에, 펌프 기구(4)에 의한 구동 시간(흡인 시간)을 설정하는 것만으로 족하며, 간단한 장치 구성으로 정확하게 계량할 수 있다. 또한, 시린지 펌프나 액 센서가 불필요해지므로, 복잡한 제어를 실시할 필요가 없고, 액 빠짐 불량, 응답 지연, 오작동 등에 의한 계량 오차를 막을 수 있다.

아울러, 계량용 유로(2L)는, 충만한 액체가 표면장력에 의해 유지되는 지름을 가지므로, 계량용 유로(2L)의 배치 방향이나 형태에 상관없이, 액체를 계량할 수 있으며, 계량용 유로(2L)를 포함한 액체계량장치(1)의 설계의 자유도를 높일 수가 있다.

또, 계량용 유로(2L)로부터 계량한 액체를 펌프 기구(4)에 의해 압송(壓送)하여 송액하고, 측정 셀(8)에 도출하므로, 계량용 유로(2L)의 축방향이나 형태에 한정되지 않고, 계량한 액체를 측정 셀(8)에 도출할 수 있다. 그 때문에, 계량용 유로(2L)의 설계 자유도가 늘어나며, 본 실시형태와 같이 나선형상을 이루는 것도 사용할 수 있음과 더불어, 장치 구성을 컴팩트하게 할 수 있다. 아울러, 본 실시형태에서는, 1개의 삼방변(9)를 사용하는 것만으로 계량 장치를 구성할 수 있으므로, 복수의 변(弁)을 사용할 필요가 없고, 설계의 자유도를 한층 더 늘릴 수 있다.

또, 계량용 유로(2L)의 타단(2a)의 개구 방향이 수평 방향을 향하므로, 계량용 유로(2L)의 타단(2a)의 개구 방향이 수직 방향을 향하는 경우와 비교해서, 계량용 유로(2L)의 타단 개구에 표면장력에 의해서 쌓이는 액체량이 적어지므로, 계량 오차를 줄여 한층 더 정확하게 계량할 수 있다.

아울러, 저류 용기(3)내에 저류된 액체를 액체용 용기(7)에 되돌릴 수 있으므로, 저류 용기(3)에 액체가 너무 많이 쌓여서, 계량에 불편이 생기는 것을 방지함과 더불어, 그 액체를 낭비하는 일도 없다.

그리고, 저류 공간(3S)의 하단부가, 바닥을 향해 축경(縮徑)하는 테이퍼 형상을 가지므로, 배출용 유로(5L)에 시약을 용이하게 배출할 수 있다.

아울러, 본 발명은 상기 실시형태에 한정된 것은 아니다.

상기 실시형태에서는, 계량용 유로의 타단은 저류 용기의 측벽에 삽입되는 것이었지만, 예를 들면 이 타단은, 저류 용기 상벽이나 바닥벽에 삽입되는 것이어도 된다.

또, 상기 실시형태에서는, 계량용 유로의 타단 개구는 그 개구 방향이 수평 방향을 향하는 것이었지만, 수평 방향 이외의 방향을 향하는 것이어도 된다.

상기 실시형태에서는, 저류 용기 내부를 부압으로 하여 계량용 유로에 액체를 충만시키고 있는데, 예를 들면 액체용 용기에 펌프를 설치하여, 이 펌프로 액체용 용기 내부를 정압으로 하여 계량용 유로내에 액체를 압송하여 충만시키도록 구성해도 된다.

마찬가지로, 상기 실시형태에서는, 저류 용기 내부를 정압으로 하고, 계량용 유로에 충만한 액체를 측정 셀에 도출하고 있는데, 예를 들면 측정 셀에 펌프를 설치하고, 이 펌프로 측정 셀 내부를 부압으로 하여 계량용 유로 내에 충만한 액체를 도출하도록 구성해도 된다.

펌프와 접속된 접속 배관은 저류 용기 상벽부만이 아니고, 저류 용기 내에 저류된 시약의 액면보다 상방이면, 어디에라도 배치할 수 있다.

상기 실시형태에서는, 수질분석장치에 있어서 측정 시료에 첨가하는 시약을 계량하는 것이었지만, 측정 시료를 계량하는 것이어도 된다. 그 외, 수질분석장치 이외의 액체 계량을 필요로 하는 분석 장치에 사용되는 것이어도 된다.

본 발명은, 그 취지에 반하지 않는 범위에서 여러가지 변형이 가능하다.

1 : 액체계량장치 2L : 계량용 유로
2a : 계량용 유로의 타단 3 : 저류 용기
4 : 펌프 기구 5L : 배출용 유로

Claims (4)

1. 액체용 용기에 수용된 액체를 일단으로부터 도입하여, 액체를 계량하기 위한 계량용 유로와,
   상기 계량용 유로의 타단으로부터 새어 나오는 액체를 저류하고, 이 저류된 액체가 재차 유로에 유입되지 않도록 상기 계량용 유로의 타단이 접속된 저류 용기와,
   상기 액체용 용기에 수용된 액체를 상기 계량용 유로의 일단으로부터 도입하여 상기 계량용 유로에 충만시키는 것과 함께, 상기 계량용 유로에 충만된 액체를 상기 계량용 유로의 일단으로부터 도출하는 펌프 기구를 구비하며,
   상기 계량용 유로는, 충만된 액체가 표면장력에 의해 유지되는 지름을 가지며,
   상기 계량용 유로의 타단이, 상기 저류 용기의 측면에 접속되어 있거나, 또는 상기 계량용 유로의 타단이, 그 축방향이 수평 방향으로 되도록 상기 저류 용기에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 액체계량장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 계량용 유로의 타단은, 또한 그 축방향이 비스듬히 상향 또는 비스듬히 하향으로 되도록 상기 저류 용기에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 액체계량장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   일단이 상기 저류 용기에 접속하는 것과 함께 타단이 상기 액체용 용기에 접속하여, 상기 저류 용기에 저류된 액체를 배출하는 배출용 유로를 더 구비하고,
   상기 펌프 기구가, 상기 저류 용기에 저류된 액체를, 상기 배출용 유로를 매개로 상기 액체용 용기에 송액하는 것을 특징으로 하는 액체계량장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 액체계량장치를 이용한 수질분석장치.

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