KR102622001B1 - 수소발생장치 - Google Patents

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KR102622001B1
KR102622001B1 KR1020230031754A KR20230031754A KR102622001B1 KR 102622001 B1 KR102622001 B1 KR 102622001B1 KR 1020230031754 A KR1020230031754 A KR 1020230031754A KR 20230031754 A KR20230031754 A KR 20230031754A KR 102622001 B1 KR102622001 B1 KR 102622001B1
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고해훈
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(주)선유이앤씨
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Abstract

본 발명은 수소발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바디케이스 내부에서 물을 전기분해해 수소와 산소의 브라운가스를 발생시키고, 상기 바디케이스와 연결된 세퍼레이터에서 수소와 산소를 분리해 각각 배출시킴으로써 수소 발생 효율을 향상시킬 수 있도록 발명한 것이다.
본 발명의 구성은, 상부가 개구되어 내부에 저수공간(11)을 형성하고, 측면판에 물유입구 및 물배출구가 구비된 바디케이스(10)와;
상기 바디케이스(10)의 상부에 기밀되게 조립되며, 중앙에 브라운가스공급관(25)이 구비되는 케이스커버(20)와;
상기 바디케이스(10)의 저수공간(11)에 양극기판(45)과 음극기판(55)이 서로 엇갈리게 배치되어, 상기 저수공간(11)에 저장된 물을 전기분해하여 브라운가스를 생성하는 셀 조립체(30)와;
상기 케이스커버(20)에 간격유지대(77)를 이용해 조립되며, 브라운가스공급관(25)을 통해 유입된 브라운가스를 수소가스와 산소가스로 분리해 각각 배출시키는 세퍼레이터(60)를 포함해 구성된다.

Description

수소발생장치 {Hydrogen generator}
본 발명은 수소발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바디케이스 내부에서 물을 전기분해해 수소와 산소의 브라운가스를 발생시키고, 상기 바디케이스와 연결된 세퍼레이터에서 수소와 산소를 분리해 각각 배출시킴으로써 수소 발생 효율을 향상시킬 수 있도록 발명한 것이다.
일반적으로, 전기 분해를 이용한 수소발생장치는, 전해질 등이 함유된 물에 전기에너지를 가하여, 물 분자가 분해됨에 따라 양극 측에 산소 기체가 발생하고, 음극 측에 수소 기체가 발생하는 장치이다.
이러한, 수소발생장치는 다양한 종류의 장치들이 개발되어 사용되고 있는데, 대체로 한 쌍으로 이루어진 케이스에 물이 유입 및 배출되는 유입구와 배출구가 구비되고, 케이스 내에 양극판 및 음극판이 배치되며, 양극판 및 음극판의 사이에 이온막이 배치된 구조를 가진다.
그리고, 이온막, 양극판 및 음극판을 기준으로 케이스의 양측에 형성된 공간에 물이 통과하면서 전기에너지에 의해 물분자가 분해되어 수소 및 산소가 발생할 수 있다.
상기와 같은 종래의 수소발생장치는 합성수지 등과 같은 절연체로 제조된 케이스를 이용하고, 절연체로 형성된 케이스 내부에 이온막, 양극판 및 음극판을 밀착한 상태로 배치해 구성된다.
그리고, 상기 수소발생장치에서 물이 이온막, 양극판 및 음극판과의 접촉시간을 연장하기 위한 다양한 연구들이 이루어지고 있는데, 대체로 케이스의 내측에 물이 특정 경로를 따라 진행할 수있도록 수로를 형성하고, 케이스 내로 유입된 물의 경로를 복잡하게 하여 물의 흐름을 늦추는 방법이 이용되고 있었다.
그러나, 상기와 같은 종래의 수소발생장치는, 케이스에 물이 흐르는 경로를 형성하여 물이 흐르는 속도를 지연시키더라도 물이 양극판 및 음극판과 접촉되는 시간만 제어하기 때문에 물을 분해하여 수소를 발생시키는 효율에 한계가 있는 문제점이 있었다.
또, 상기 수소발생장치는 음극판에 발생된 수소를 저장탱크 등과 연결된 배출구를 통해 배출하고 있었으나, 상기 음극판에 배출구를 형성하거나 내부 음극 경로부를 배출구에 연결하기 위한 금형 작업 등이 번거로워 작업 효율성 및 수소 배출 효율을 저하하는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 10-1773022호 수소 수/산소 수의 생성장치 (등록일자 2017년 08월 24일)
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 바디케이스 내부에 공급된 물을 전기분해하여 발생된 브라운가스가 세퍼레이터에 이동하여 산소가스와 수소가스로 분리되어 각각 배출되게 함으로서, 수소가스의 배출 효율을 극대화할 수 있는 수소발생장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또, 본 발명은, 세퍼레이터의 하부함체에 공급된 브라운가스에서 격막 및 코팅막을 이용해 수소가스를 보다 효율적으로 분리시켜 배출되도록 구성하여 제작 및 사용이 용이한 수소발생장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면,
상부가 개구되어 내부에 저수공간(11)을 형성하고, 측면판에 물유입구 및 물배출구가 구비된 바디케이스(10)와;
상기 바디케이스(10)의 상부에 기밀되게 조립되며, 중앙에 브라운가스공급관(25)이 구비되는 케이스커버(20)와;
상기 바디케이스(10)의 저수공간(11)에 양극기판(45)과 음극기판(55)이 서로 엇갈리게 배치되어, 상기 저수공간(11)에 저장된 물을 전기분해하여 브라운가스를 생성하는 셀 조립체(30)와;
상기 케이스커버(20)에 간격유지대(77)를 이용해 조립되며, 브라운가스공급관(25)을 통해 유입된 브라운가스를 수소가스와 산소가스로 분리해 각각 배출시키는 세퍼레이터(60)를 포함해 구성된다.
또, 상기 셀 조립체(30)는, 일측에 양전극과 연결되는 양전극 연결판(42)을 갖고 케이스커버(20)의 저면에 양전극 받침판(41)이 고정되며, 상기 양전극 받침판(41)의 저면에 양극기판(45)이 일정간격(T1)을 두고 연속 형성된 양전극 브라켓(40)과;
일측에 음전극과 연결되는 음전극 연결판(52)을 갖고 바디케이스(10)의 저수공간 바닥면에 음전극 받침판(51)이 고정되며, 상기 음전극 받침판(51)의 상면에 음극기판(55)이 일정간격(T1)을 두고 연속 형성된 음전극 브라켓(50)을 포함해 구성되고,
상기 양극기판(45)과 음극기판(55)의 단면두께(M)는, 양전극 받침판(41)과 음전극 받침판(51)에 구비된 일정간격(T1) 보다 얇게 형성하여,
상기 양극기판(45)과 음극기판(55)이 일정간격(T1) 내에서 이격거리(T2)를 두고 배치되도록 조립하여 구성할 수 있다.
또한, 상기 양전극 브라켓(40)은, 양전극 받침판(41)의 저면으로 연속 배치된 양극기판과 양극기판 사이에 가스통과홀(46)이 더 형성되어, 전기분해된 브라운가스가 가스통과홀(46)을 거쳐 케이스커버(20)의 브라운가스공급관(25)으로 배출되게 구성할 수 있다.
그리고, 상기 세퍼레이터(60)는, 상부가 개구된 함체형상을 갖고 바닥면에 브라운가스공급관(25)이 조립되는 관연결부(72)가 구비되면서 내부공간에 격자지지대(74)가 형성되며, 일측면에 산소가스배출구(76)를 구비한 하부함체(70)와; 하부가 개구된 함체형상을 갖고 상기 하부함체(70)의 상부에 기밀되게 조립되며, 일측면에 수소가스배출구(86)를 구비한 상부함체(80)와; 상기 하부함체(70)의 격자지지대(74)에 안착되어 하부함체(70)와 상부함체(80)를 분리시키는 격막(90)과; 상기 격막(90)의 상부와 하부면에 구비되어, 양전극과 음전극에 연결시켜 브라운가스에서 수소가스를 상부함체로 이동시키는 코팅막(95)을 포함해 구성될 수 있다.
또, 상기 상부함체(80)는, 하부함체(70)를 마주하는 저면에 내부공간의 둘레면을 따라서 삽입되어 코팅막(95) 및 격막(90)의 상부를 격자지지대(74) 방향으로 가압하는 격막지지턱(84)이 더 돌출 형성되게 구성할 수 있다.
이러한 본 발명에 의하면, 바디케이스 내부에 공급된 물을 효율적으로 전기분해하여 대량으로 발생된 브라운가스를 세퍼레이터에 신속히 유입시켜 산소가스와 수소가스를 간편하게 분리해 각각 배출되게 함으로서, 수소가스의 배출 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또, 세퍼레이터의 하부함체에 공급된 브라운가스에서 격막 및 코팅막을 이용해 상부함체에 수소가스를 보다 효율적으로 분리시켜 배출되도록 구성하여 구성을 단순화면서도 제작 및 사용이 용이하여 상품성을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명인 수소발생장치를 도시한 결합 사시도.
도 2는 본 발명인 수소발생장치를 도시한 분해 사시도.
도 3은 본 발명인 수소발생장치의 단면도.
도 4는 본 발명의 구성인 세퍼레이터의 확대단면도.
본 발명인 수소발생장치는, 바디케이스 내부에서 물을 전기분해해 수소와 산소의 브라운가스를 발생시키고, 상기 바디케이스와 연결된 세퍼레이터에서 수소와 산소를 분리해 각각 배출시킴으로써 수소 발생 효율을 향상시킬 수 있도록 발명한 것이다.
이하 본 발명에 따른 수소발생장치의 구성을 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예들에 의해 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 실시 예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
먼저, 본 발명이 적용되는 수소발생장치는, 도 1 내지 도4에서와 같이 크게 바디케이스(10)에 케이스커버(20)가 조립되며 구성된 저수공간(11)에 양전극 브라켓(40)과 음전극 브라켓(50)을 포함해 구성된 셀 조립체(30)를 배치하여 저수공간(11)의 저장된 물을 전기분해하여 브라운가스를 발생시키고, 상기 케이스커버(20)와 연통된 세퍼레이터(60)에 상기 브라운가스를 공급하여 산소가스와 수소가스가로 각각 분리해 배출시키도록 구성된다.
상기 바디케이스(10)는, 상측이 개구된 함체형상을 갖고, 내부에 저수공간(11)을 형성하고, 측면판에 물유입구 및 물배출구를 구비하고, 상부에 케이스커버(20)와 체결 조립되기 위한 바디플랜지부(15)가 형성된다.
케이스커버(20)는, 상기 바디케이스(10)의 바디플랜지부(15)에 안착되는 플레이트 형상을 갖고서, 상기 바디플랜지부(15)의 둘레를 따라 연속 형성된 결합홀에 대응하는 관통홀을 구비하여 볼트부재를 이용해 바디플랜지부(15)에 체결되도록 하며, 상기 바디플랜지부(15)에 O링과 같은 기밀부재를 구비하여 케이스커버(20)가 기밀되게 조립하도록 한다.
또, 상기 케이스커버(20)는, 중앙에 복수개의 브라운가스공급관(25)이 구비되고, 양측에 양극전기 및 음극전기가 연결되기 위한 전극연결홀(미부호)이 구비된다.
셀 조립체(30)는, 상기 바디케이스(10)의 저수공간(11)에 양극기판(45)과 음극기판(55)을 서로 엇갈리게 배치시켜, 상기 저수공간(11)에 저장된 물을 전기분해하여 브라운가스를 생성하여, 상기 브라운가스공급관(25)을 통해 세퍼레이터(60)에 공급되도록 구성한다.
상기 셀 조립체(30)는, 크게 케이스커버(20)의 저면에 고정 설치되어 양극전기와 연결되는 양전극 브라켓(40)과, 바디케이스(10)에 고정 설치되어 음극전기와 연결되는 음전극 브라켓(50)으로 구성되며, 양전극 브라켓(40)의 양극기판(45)과 음전극 브라켓(50)의 음극기판(55)이 저수공간(11)내에서 이격거리(T2)를 두고 연속해서 엇갈리도록 배치하여 물을 전기분해 하도록 구성된다.
양전극 브라켓(40)은, 일측에 직류 전원의 (+)극과 연결되는 양전극 연결판(42)을 갖고 케이스커버(20)의 저면에 양전극 받침판(41)이 고정되며, 상기 양전극 받침판(41)의 저면에 양극기판(45)이 일정간격(T1)을 두고 연속 형성된다.
음전극 브라켓(50)은, 일측에 직류 전원의 (-)극과 연결되는 음전극 연결판(52)을 갖고 바디케이스(10)의 저수공간 바닥면에 음전극 받침판(51)이 고정되며, 상기 음전극 받침판(51)의 상면에 음극기판(55)이 일정간격(T1)을 두고 연속 형성된다.
여기에서, 상기 양극기판(45)과 음극기판(55)은 저수공간(11)내에 배치될 수 있게 플레이트형상으로 성형하며, 하나의 단면두께(M)가 양전극 받침판(41)과 음전극 받침판(51)에 구비된 일정간격(T1) 보다 얇게 형성한다.
따라서, 바디케이스(10)에 케이스커버(20)를 조립하면, 상기 음전극 브라켓(50)의 음극기판과 음극기판 사이의 일정간격(T1)내에 양전극 브라켓(40)의 양극기판(45)이 삽입되게 배치되는데, 상기 양극기판(45)과 음극기판(55)이 일정간격(T1) 내에서 이격거리(T2)를 두고 배치되도록 조립하는 것이 중요하다.
여기에서, 상기 양전극 브라켓(40)에는, 양전극 받침판(41)의 저면으로 연속 배치된 양극기판과 양극기판 사이에 가스통과홀(46)이 더 형성되어, 전기분해하여 발생된 브라운가스가 가스통과홀(46)을 거쳐 케이스커버(20)의 브라운가스공급관(25)으로 신속하게 배출되도록 구성하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 케이스커버(20)의 상부면에는 간격유지대(77)를 이용해 세퍼레이터(60)가 일정거리를 두고 조립되는데, 브라운가스공급관(25)을 상기 세퍼레이터(60)의 하부에 연결시켜 브라운가스를 공급하여 수소가스와 산소가스로 분리해 각각 배출시키도록 한다.
상기 세퍼레이터(60)는, 크게 브라운가스를 공급받아 산소가스를 배출하는 하부함체(70)와, 산소가스와 수소가스를 분리하는 격막(90) 및 양전극 및 음전극과 연결되는 코팅막(95)과 수소가스를 배출하는 상부함체(80)를 포함해 구성된다.
상기 하부함체(70)는, 상부가 개구된 함체형상을 갖고 바닥면에 브라운가스공급관(25)이 조립되는 관연결부(72)가 구비되면서 내부공간에 격자지지대(74)가 형성되며, 일측면에 산소가스배출구(76)를 구비한다.
또, 상기 하부함체(70)의 내부공간에 형성되는 격자지지대(74)는, 상부면에 격막(90) 및 코팅막(95)이 안착되는데, 상기 전체 격자지지대(74)의 상측단에 요홈의 격자이동홈(75)이 형성되어, 상기 관연결부(72)를 통해 유입된 브라운가스가 격자이동홈(75)을 통해 격자지지대(74)를 이동하여 하부함체(70)의 내부공간에 채워지게 된다.
상부함체(80)는, 하부가 개구된 함체형상을 갖고 상기 하부함체(70)의 상부에 기밀되게 조립되면서 상기 격막(90) 및 코팅막(95)을 고정하며, 일측면에 수소가스배출구(86)를 구비한다.
상기 상부함체(80)는, 하부함체(70)를 마주하는 저면에서 함체내부의 공간을 형성한 외측 둘레면을 따라서 격막지지턱(84)이 더 돌출 형성되어, 상기 상부함체(80)의 내부공간으로 삽입되어 격자지지대(74)의 상부면에 안착된 코팅막(95) 및 격막(90)의 상부를 격자지지대(74) 방향으로 가압해 고정하도록 한다.
이때, 상기 격막지지턱(84)의 하면에는 탄력을 갖는 연질의 촉매누름구가 더 형성되도록 하여 상기 상부함체(80)와 하부함체(70)의 외측플랜지를 볼트 등에 의해 상호 결합하면서 코팅막(95) 및 격막(90)을 촉매누름구가 가압해 격자지지대(74)에서 코팅막 및 격막이 이격되는 것을 방지하도록 조립할 수 있다.
여기에, 상기 촉매누름구는 내약품성, 내열성, 소수성이 우수한 재질인 테프론(Teflon)을 이용해 제작할 수 있는데, 실리콘, 합성수지재 등의 재질을 사용하는 것도 가능하다.
격막(90)은, 상기 하부함체(70)의 격자지지대(74)에 안착되어 하부함체(70)와 상부함체(80)를 분리시키도록 구성되는데, 상기 격막(90)은 본 실시 예에서, 브라운가스에서 수소와 산소를 분리하기 위한 것으로, 나피온(nafion) 계열의 얇은 막(membrane)을 이용할 수 있으며, 나피온 계열을 얇은 막에 백금 또는 티타늄을 코팅하여 사용하는 것도 본 발명에 구성에 포함된다.
또, 상기 격막(90)의 상부와 하부면에는 코팅막(95)이 구비되어, 양전극과 음전극에 연결시켜 브라운가스에서 수소가스를 상부함체(80)로 이동시켜 배출되게 구성하는데, 상기 코팅막(95)이 격막 표면에 코팅되거나 하나의 판 형상을 갖게 제작하여 격막표면에 밀착시켜 조립할 수 있다.
이때, 상기 격막(90)을 구성하는 나피온 계열의 얇은 막에 백금 또는 티타늄을 코팅하는 방식에는 전기를 이용하여 백금 또는 티타늄을 분해하여 코팅하거나, 백금 또는 티타늄이 포함된 액체에 나피온 계열의 얇은 막을 담근 상태에서 교반하여 백금 또는 티나늄을 증착시키는 무전해 방식을 이용해 나피온 계열의 얇은 막에 백금 또는 티타늄을 코팅하는 것도 가능하다.
따라서, 세퍼레이터(60)에 공급된 브라운가스는 하부함체(70)에 우선 포집되어 격자지지대(74)의 상부에 안착된 격막(90)하부의 직류 전원의 (+)극과 연결된 코팅막(95)에 산소가스가 흡착되면서 격자이동홈(75)으로 이동해 산소가스배출구(76)를 통해 외부로 배출한다.
이때, 상기 하부함체(70)의 격지지대(74)는, 산소가스배출구(76)의 위치 보다 격자이동홈()의 위치를 더 높게 형성하여 흡착된 산소가스가 격자이동홈()을 통해 산소가스배출구로 이동되게 하는 것이 바람직하다.
또한, 격막(90) 상부에서 직류 전원의 (-)극과 연결된 코팅막(95)에는, 격막(90)을 통과한 수소가스가 흡착되면서 상부함체(80)의 공간에 수소가스가 모이게 되고, 일측의 수소가스배출구(86)를 통해 대량의 수소가스가 외부로 배출되도록 한다.
이상에서와 같이 상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
10. 바디케이스 11. 저수공간
20. 케이스커버 25. 브라운가스공급관
30. 셀 조립체 40. 양전극 브라켓
41. 양전극 받침판 45. 양극기판
50. 음전극 브라켓 51. 음전극 받침판
55. 음극기판 60. 세퍼레이터
70. 하부함체 74. 격자지지대
76. 산소가스배출구 80. 상부함체
86. 수소가스배출구 90. 격막
95. 코팅막

Claims (5)

  1. 상부가 개구되어 내부에 저수공간(11)을 형성하고, 측면판에 물유입구 및 물배출구가 구비된 바디케이스(10)와;
    상기 바디케이스(10)의 상부에 기밀되게 조립되며, 중앙에 브라운가스공급관(25)이 구비되는 케이스커버(20)와;
    상기 바디케이스(10)의 저수공간(11)에 양극기판(45)과 음극기판(55)이 서로 엇갈리게 배치되어, 상기 저수공간(11)에 저장된 물을 전기분해하여 브라운가스를 생성하는 셀 조립체(30)와;
    상기 케이스커버(20)에 간격유지대(77)를 이용해 조립되며, 브라운가스공급관(25)을 통해 유입된 브라운가스를 수소가스와 산소가스로 분리해 각각 배출시키는 세퍼레이터(60)를 포함해 구성되고,
    상기 세퍼레이터(60)는, 상부가 개구된 함체형상을 갖고 바닥면에 브라운가스공급관(25)이 조립되는 관연결부(72)가 구비되면서 내부공간에 격자지지대(74)가 형성되며, 일측면에 산소가스배출구(76)를 구비한 하부함체(70)와;
    하부가 개구된 함체형상을 갖고 상기 하부함체(70)의 상부에 기밀되게 조립되며, 일측면에 수소가스배출구(86)를 구비한 상부함체(80)와;
    상기 하부함체(70)의 격자지지대(74)에 안착되어 하부함체(70)와 상부함체(80)를 분리시키는 격막(90)과;
    상기 격막(90)의 상부와 하부면에 구비되어, 양전극과 음전극에 연결시켜 브라운가스에서 수소가스를 상부함체(80)로 이동시키는 코팅막(95)을 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 수소발생장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 셀 조립체(30)는,
    일측에 양전극과 연결되는 양전극 연결판(42)을 갖고 케이스커버(20)의 저면에 양전극 받침판(41)이 고정되며, 상기 양전극 받침판(41)의 저면에 양극기판(45)이 일정간격(T1)을 두고 연속 형성된 양전극 브라켓(40)과;
    일측에 음전극과 연결되는 음전극 연결판(52)을 갖고 바디케이스(10)의 저수공간 바닥면에 음전극 받침판(51)이 고정되며, 상기 음전극 받침판(51)의 상면에 음극기판(55)이 일정간격(T1)을 두고 연속 형성된 음전극 브라켓(50)을 포함해 구성되고,
    상기 양극기판(45)과 음극기판(55)의 단면두께(M)는, 양전극 받침판(41)과 음전극 받침판(51)에 구비된 일정간격(T1) 보다 얇게 형성하여,
    상기 양극기판(45)과 음극기판(55)이 일정간격(T1) 내에서 이격거리(T2)를 두고 배치되도록 조립한 것을 특징으로 하는 수소발생장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 양전극 브라켓(40)은,
    양전극 받침판(41)의 저면으로 연속 배치된 양극기판과 양극기판 사이에 가스통과홀(46)이 더 형성되어, 전기분해된 브라운가스가 가스통과홀(46)을 거쳐 케이스커버(20)의 브라운가스공급관(25)으로 배출되게 구성한 것을 특징으로 하는 수소발생장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 상부함체(80)는,
    하부함체(70)를 마주하는 저면에 내부공간의 둘레면을 따라서 삽입되어 코팅막(95) 및 격막(90)의 상부를 격자지지대(74) 방향으로 가압하는 격막지지턱(84)이 더 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 수소발생장치.

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