KR200448783Y1 - 건축물적용 태양광발전장치의 분리형 분기장치 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 태양광 발전장치에 부착되어 태양전지모듈에서 발생된 전기를 인출할 수 있도록 하는 건축물적용 태양광발전장치의 분리형 분기장치에 관한 것으로서,
더욱 상세하게는 옥상, 창호 또는 발코니 등 건축물 설치장소의 프레임 내부에 설치되는 분기장치를 정션박스와 다이오드박스를 (+/-)분리하여 각각 제작하고, 상기 정션박스와 다이오드박스에 설치되는 단자대를 인서트 형식으로 구성하여 소형화함으로써, 다양한 크기로 태양광 발전장치의 제작 및 설치가 용이하고, 분리형 분기장치의 정션박스 및 다이오드박스의 크기가 최소화되어 창호 프레임 내부로 삽입됨으로써, 별도의 설치장소나 추가적인 설치부품이 필요 없고, 공간과 재료를 효율적으로 이용할 수 있는 건축물적용 태양광발전장치의 분리형 분기장치에 관한 것이다.
태양전지 모듈, 분리형 정션박스, 다이오드 박스, 버스바, 압착단자, 단자대, 인서트
Description
본 고안은 태양광을 이용하여 전기를 발생시키는 태양전지에 관련된 기술로서, 우리나라의 도시환경에 적합한 건축물에 적용되는 태양광 발전시설에 설치하여 설치여건의 개선 및 시스템의 안전성 증대를 위한 건축물적용 태양광발전장치의 분리형 분기장치에 관한 것이다.
통상적으로, 태양전지는 P-N 접합 반도체 셀을 이용하여 광기전력을 발생시킨 후, 이 셀 들을 용량에 맞춰서 모듈 형태로 연결하고, 일정용량의 모듈들을 회로로 직렬, 또는 병렬로 연결하여 어레이를 구성하게 되어있다. 태양광 발전 시스템은 초기 투자비용이 확립된다면 추후에 유지비가 거의 들지 않으며, 구동부가 없고 고장이 적어 안정적으로 에너지를 공급할 수 있는 장점이 있다. 그러나 이러한 장점이 있음에도 불구하고, 낮은 에너지 밀도를 갖는 태양에너지의 특성 때문에 필요한 만큼의 용량을 얻기 위해서는 많은 설치공간이 필요하게 되며, 일사장애가 없는 넓은 부지에 모듈을 지지할 수 있는 구조물을 설치하여야 하므로 토지의 효율적인 이용이 어렵다. 따라서 집적화, 고밀도화 및 고층화 되어가고 있는 현대의 건축물이나 시설물에 태양광발전장치를 적용하기에는 많은 제한조건이 따르게 된다.
일반적으로, 태양전지 모듈에서 생산된 전기를 시스템으로 연결시키기 위해서는 각 태양전지 셀의 최소 직렬군(스트링, String)과 정션박스의 전기적인 연결이 필요하게 되는데 이러한 전기적인 연결을 담당하는 것이 버스바 (Bus bar)이다. 기존의 일반형 정션박스는 태양전지 모듈 1장당 모듈 중앙 상부에 1개가 설치되는 것이 일반적이지만, 이 경우 상부 버스바가 모듈의 양쪽에서 중앙부로 길게 연결이 되었다가 정션박스에서 접속한 후에 케이블에 의하여 다시 모듈 양측으로 연결되어 저항 손실이 커지는 단점이 있다. 또한 일반적인 모듈의 경우에는 모듈 뒷면에 유연한 재질의 불투명한 고분자 필름으로 접착되어 모듈 제조시에 상부의 긴 버스바가 움직이지 않도록 눌러주는 역할을 하지만, 건축물 적용 태양전지 모듈의 경우에는 모듈 뒷면에 가시성을 확보하기 위하여 단단한 재질의 유리를 사용하게 되어 일반 모듈과 같이 버스바를 길게 제작할 경우에는 버스바가 유리와 유리 사이에서 연화된 고분자 접착제의 흐름의 방향으로 휘어지는 불량이 발생하게 된다.
또한, 건축자재로서 사용하기 위해서는 전기적인 결선이 재실자에게 노출되어서는 안 되며 창호 프레임 내부에 정션박스가 삽입되어야 하는데, 그러기 위해서는 정션박스의 크기가 소형화되어야 하는 것이 선결 과제로 작용하게 된다. 기존의 정션박스의 경우에는 내부에서 전기적인 접속점의 역할을 하는 단자대가 조립 형태로 되어있어 조립부분에 대한 공간과 조립 부품이 필요하게 되어 단자대의 전체적인 크기가 커지고 복잡하게 되어 전반적으로 정션박스 자체의 소형화에 한계가 있다.
즉 도 1에 도시된 바와 같이, 태양전지(201)에서 생산된 전기는 각각의 태양전지 셀(201)을 연결한 버스바(202)를 통하여 중앙 상부에 위치하는 정션박스(210)에서 바이패스 다이오드(102)와 단자대(104) 등과 함께 회로적으로 구성을 하게 된다. 이와 같이 정션박스(210)는 태양전지 모듈의 상부 중앙에 하나의 장치로 위치하게 되어 태양전지 모듈의 양쪽 측면에 위치하는 태양전지 셀(201)로부터 생산된 전력이 정션박스(210)로 공급되기 위해서는 양쪽 측면에 위치하는 태양전지 셀(201)과 정션박스(210)를 연결하기 위한 버스바(202)의 길이가 길어져야 하며, 정션박스(210)에서 구성된 회로에서 인접 태양전지 모듈과 상호 연결하기 위해서 인출된 케이블(107)의 길이도 태양전지 모듈의 폭에 해당하는 길이만큼 길어지게 되어 전기적인 저항 손실이 발생하는 단점이 있다. 또한, 버스바(202)와 다이오드(102) 및 케이블(107) 등이 전기적으로 접속되는 단자대(104)의 경우에도 조립식으로 구성되어 정션박스(210)에 단자대 조립부와 단자대(104), 그리고 단자대를 정션박스(210)와 기계적으로 조립할 수 있도록 연결 부품이 필요하게 되어 부품수가 많아지고 조립공간이 필요하게 되어 정션박스(210)의 소형화에 한계가 있게 된다.
따라서 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안은 건축물적용 태양광발전장치를 위한 분리형 분기장치를 셀에서 긴 버스바로 중앙 정션박스로 연결되었다가 다시 긴 케이블로 인접한 태양전지 모듈로 연결되어 발생되는 저항손실을 줄이고 태양전지 모듈 양 측면에서 버스바가 곧바로 인출되어 인접 모듈로 연결될 수 있도록 배선을 합리적으로 할 수 있으며, 태양전지 모듈 상부의 긴 버스바가 모듈 제조 시에 휘어지면서 발생할 수 있는 불량 요인을 제거하는 것에 그 목적이 있다.
또한, 본 고안의 다른 목적은 단자대의 경우에도 정션박스와 일체형인 인서트 형식으로 설치되어 단자대의 조립을 위한 별도의 공간과 조립 부품이 필요 없게 되어 구성이 간단하게 된다. 또한 단자대에 다이오드를 접속할 수 있는 구멍을 가공하는 한편, 케이블과 접속되는 압착단자에도 같은 크기의 구멍을 가공하여 다이오드 - 압착단자 - 단자대로 이어지는 일체화 결합이 가능하게 되어 최소의 크기로 정션박스의 제작 및 조립이 가능하게 되어 건축물 창호 프레임 내부에 수납이 가능한 크기로 소형화할 수 있는 건축물적용 태양광발전장치를 위한 분리형 분기장치를 제공하는데 있다.
본 고안을 이루기 위한 구체적인 기술수단으로,
건축물 적용 태양광 발전장치에 부착되는 분리형 분기장치에 있어서,
태양전지 모듈 상부의 버스바 및 전력 케이블의 이중적인 투입을 방지하여 자재 절감과 저항손실을 줄일 수 있도록 상기 분리형 분기장치 내부에 위치하며 태양전지 셀에서 생산된 전기를 안정적으로 시스템에 전달하기 위한 다이오드박스와, 상기 다이오드 박스와 같이 태양전지에서 생산된 전기를 안정적으로 공급하는 것과 함께 인접한 태양전지 모듈과 연결을 하기 위한 정션박스로 분리하여 구성하고; 상기 다이오드박스와 정션박스는, 내부에 다이오드가 설치되는 박스형상의 본체와, 상기 본체 상부에 형성된 개구부를 밀폐하는 커버와, 상기 본체 내부에 설치되는 다이오드가 설치되는 한 쌍의 단자대와, 상기 단자대 양측면으로 본체 바닥면을 관통하는 인입구로 형성한다. 이때, 상기 정션박스에는 인전합 태양전지 모듈과 연결할 수 있도록 케이블 연결수단을 추가로 구비한다.
또한, 상기 다이오드 박스와 정션박스에 공통으로 구비하는 단자대는, 그 중앙으로 다이오드가 삽입고정되는 접속구멍을 형성하여 인서트형식으로 결합하고; 상기 다이오드박스와 정션박스의 인입구를 통해 삽입된 버스바의 단부를 단자대와 납땜 또는 용접 등과 같은 고정수단으로 고정한 후 밀폐를 위해 합성수지 몰딩으로 그 내부를 몰딩하며; 상기 인입구 상부 즉 단자대 양측면의 다이오드박스와 정션박스에는 버스바를 단자대에 용이하게 설치하도록 경사면을 갖는 안내구를 더 설치하여 이루어진다.
상기와 같은 구성과 작용을 갖는 본 고안에 따른 건축물적용 태양광발전장치를 위한 분리형 소형 정션박스 및 다이오드 박스를 이용하면 태양전지 모듈의 전기 적인 회로 구성이 간단하게 되어 제작 단가를 절감할 수 있으며, 모듈 상부의 버스바가 길게 구성되어 발생될 수 있는 불량 요인들을 사전에 제거할 수 있게 된다. 또한 태양전지 모듈에서 생산된 전기를 모듈 측면 상부에 각각 설치되어 있는 분리형 정션박스로 인출되어 인접한 태양전지 모듈로 연결되는 케이블의 길이를 줄일 수 있게 되어 저항손실과 케이블의 투입수량을 절감할 수 있게 된다. 또한, 단자대를 정션박스와 일체형으로 인서트형으로 구성하여 연결부품과 별도의 조립공간이 필요 없게 되어 정션박스의 제작단가를 낮출 수 있으며 정션박스의 소형화가 가능하게 되어 건축물 적용 창호 프레임에 용이하게 수납되어 외관 개선의 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 건축물적용 태양광발전장치를 위한 분리형 분기장치에 대한 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하면 다음과같다.
첨부한 도면 도 2와 도 3은 본 고안에 의한 태양광 발전장치의 분리형 분기장치를 나타낸 것으로서,
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 태양전지 셀(201)을 가지고 각각의 태양전지 셀(201)은 버스바(202)를 통해서 연결하며, 케이블(107)을 통해서 인접한 태양전지 모듈(200)로 연결될 수 있도록 설계된 분리형 분기장치(1)는, 상기 태양전지 모듈(200)의 용량에 맞춰서 각각의 태양전지 셀(201)을 별도로 분리증설될 수 있도록 하고 바이패스 회로를 구성해 주어 태양전지 셀(201)에 안정적인 전기를 공급하기위한 다이오드박스(2)와, 상기 다이오드 박스(2)와 동일기능을 하며 인접 태양전지 모듈(200)과 케이블(107)로 연결하도록 하는 정션박스(3)로 구성한다.
이때, 상기 분리형 분기장치를 이루는 다이오드박스(2)와 정션박스(3)에는 다이오드(4)를 고정하기 위해 인서트형식의 한 쌍의 단자대(5)를 다이오드박스(2)와 정션박스(3)에 구비한다.
즉, 상기 태양전지 셀(201)에서 생산된 전기는 각각의 태양전지 셀(201)을 연결하는 버스바(202)를 통하여 곧바로 태양전지 모듈(200)의 중앙부위와 측면에 위치한 다이오드 박스(2)와 정션박스(3)에 연결되고, 양측에 위치하는 정션박스(3)에 케이블(107)을 통해서 인접한 태양전지 모듈(200)과 연결됨으로 태양전지 모듈(200) 상부에 이중으로 버스바(202)가 설치되어 발생되는 저항 손실을 방지할 수 있게 되고, 상기 태양전지 모듈(200) 측면 상부에 위치한 분리형 분기장치(1)에서 인접한 태양전지 모듈(200)로 케이블(107)을 통해서 바로 연결되기 때문에 케이블(107) 길이를 절약할 수 있고 저항손실도 줄일 수 있다.
또한, 상기 다이오드박스(2)와 정션박스(3)의 내부에 구비되는 다이오드(4)와 각 태양전지 셀(201)을 연결한 버스바(202)를 단자대(5)를 통해서 결합하되, 상기 단자대(5)로 인하여 다이오드박스(2)와 정션박스(3)의 내부에 형성된 단자 설치대(10)와 일체형으로 인서트형으로 구성하여 연결부품과 별도의 조립공간이 필요 없게 되어 분기장치(1)의 소형화가 가능하게 되어 건축물 적용 창호 프레임에 용이하게 수납될 수 있게 되는 장점이 있다.
본 고안에 따른 분리형 분기장치(1)를 이루는 다이오드박스(2)와 정션박 스(3)를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4 내지 9에 도시된 바와 같이, 다이오드박스(2)는 상부가 개방된 박스형상의 다이오드박스 본체(21)를 형성하고, 개방된 상부에는 내부를 밀폐하기 위해 다이오드박스커버(22)를 구비하며, 상기 다이오드박스 본체(21)의 내부에는 다이오드(4)를 고정설치하도록 한 쌍의 단자대 설치구(10)를 형성하고, 상기 단자대 설치구(10)에 단자대(5)를 통해서 다이오드(4)를 고정한다.
또한, 상기 단자대 설치구(10)의 양측으로는 다이오드박스 본체(21)의 바닥면을 관통하는 인입구(6)를 형성하여 태양전지 셀(201)을 연결하는 버스바(202)를 삽입하여 단자대(5)에 결합하도록 한다.
정션박스(3)는 도 10 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 다이오드박스(2)와 유사한 구성으로, 상부가 개방된 박스형상의 정션박스 본체(31)를 형성하고, 개방된 상부에는 내부를 밀폐하기 위해 정션박스 커버(32)를 구비하며, 상기 정션박스 본체(31) 내부에는 다이오드(4)를 고정설치하도록 한 쌍의 단자대 설치구(10)를 형성하고 상기 단자대 설치구(10)에 단자대(5)를 통해서 다이오드(4)를 고정한다.
또한, 상기 단자대 설치구(10)의 양측으로는 정션박스 본체(31)의 바닥면을 관통하는 인입구(6)를 형성하여 태양전지 셀(201)을 연결하는 버스바(202)를 삽입하여 단자대(5)에 결합되도록 한다.
이때, 정션박스 본체(31)의 일측으로 케이블(107) 연결하기 위해서, 정션박스본체(31) 일측에 케이블(107)이 인입되는 케이블설치공(313)과 인입된 케이블(107)을 지지하는 케이블지지편(314)을 더 형성하고, 상기 단자대(5)와 다이오 드(4)의 사이에 케이블(107)과 결합하는 압착단자(7)를 구비한다.
이와 같은, 상기 분리형 분기장치(1)인 다이오드박스(2)와 정션박스(3)는 상호 유사한 구성을 가지며, 다만 정션박스(3)는 인접한 태양전지 모듈(200)과 케이블(107)로 연결하기 위한 결합구성을 추가로 가지는 구성으로서, 다이오드박스(2)와 정션박스(3)에 서로 동일한 구성을 더욱 자세히 설명하고자 한다.
즉, 상기 분리형 분기장치(1)를 건축물 적용 창호 프레임 등에 수납될 수 있도록 소형화하기 위하여, 각각의 본체(21,31)는 각각의 커버(22,32)를 밀폐 고정하기 위해, 상기 본체들(21,31) 개구단부 양측에 다수개의 결합홈(211,311)을 형성 하고, 상기 커버들(22,32)의 양측면에는 다수개의 결합돌기(221,321)를 형성하여 끼움결합되도록 형성한다.
이때, 상기 각각의 커버들(22,32)은 내부에 고장원인을 확인하거나, 다이오드(4)의 파손시 다이오드(4) 교체를 위해 각각의 본체(21,31)에서 분리하기 용이하도록 커버들(22,32) 일측면에 분리홈(222,322)을 더 형성한다.
또한, 상기 본체(21,31)의 양측 바닥에는 단자대 설치구(10)를 돌출되게 형성하고, 단자대설치구(10)의 양측으로 본체바닥을 관통하는 인입구(6)를 형성하며, 인입구(6)가 위치하는 본체 측면에는 경사각을 가지는 안내구(212,312)를 형성한다.
따라서, 상기 단자대 설치구(10)에 인서트형식의 단자대(5)를 결합한 후 인입구(6)를 통해서 삽입된 버스바(202)의 단부를 용접 등의 고정수단(8)에 의하여 결합하고, 상기 단자대(5)에 다이오드(4)를 결합한 후 외부의 이물질 또는 수분으 로부터 보호하여 고장원인을 제거하기 위해 합성수지(전연물질을 포함한 실리콘 등)를 이용하여 본체(21,31) 내부에 몰딩(9)한다.
이때, 버스바(202)는 경사각을 가지는 안내구(212,312)에 의하여 단자대(5)와 고정수단(8)에 의한 고정이 용이하도록 본체(21,31) 내부에 삽입되는 것이다
이와 함께, 상기 단자대(5)는 중앙에 접속구멍(51)이 형성되어 있어 상기 접속구멍(51)에 인서트형식으로 다이오드(4)와 결합하는 것이다.
이상과 같이, 본 고안에 따른 건축물적용 태양광발전장치를 위한 분기장치의 실시 예를 보면, 태양전지(201)에서 발생 된 전기를 태양전지 모듈(200) 외부로 인출하기 위하여 모듈(200) 상부의 버스바(202)를 통하여 각각의 분리형 정션박스(3)와 다이오드 박스(2)를 거쳐 회로를 형성하여, 인접된 태양전지 모듈로 케이블(107)을 통해서 바로 인출되게 되므로 기존 기술에서 문제점으로 제시되었던, 버스바(202) 및 케이블(107)이 이중으로 사용되어 발생 될 수 있는 전기적인 저항 손실을 줄일 수 있고 소형화된 정션박스(100)와 다이오드 박스(110)를 갖는 분기장치(1)를 용이하게 건축물 적용 창호 프레임 등에 수납할 수 있다.
본 고안은 태양광을 이용하여 전기를 발생시키는 태양전지에 관련된 기술로서, 우리나라의 도시환경에 적합한 건축물 적용 태양광 발전시설에 적용하여 설치여건의 개선과 시스템의 안전성 증대를 위한 건축물적용 태양광발전장치에 이용가능하다.
도 1은 종래에 따른 일반형 분기장치를 도시한 비교도 및 요부상세도,
도 2는 본 고안에 따른 분리형 분기장치를 도시한 사용상태도.
도 3은 본 고안에 따른 분리형 분기장치를 도시한 비교도와 요부상세도;
도 4는 도 3의 다이오드박스를 도시한 분해사시도,
도 5는 도 3의 다이오드박스를 도시한 결합사시도,
도 6은 도 3의 다이오드박스를 도시한 저면사시도,
도 7은 도 3의 다이오드박스를 도시한 분해단면도,
도 8은 도 3의 다이오드박스를 도시한 정단면도,
도 9는 도 3의 다이오드박스를 도시한 측단면도,
도 10은 도 3의 정션박스를 도시한 분해사시도,
도 11은 도 3의 정션박스를 도시한 결합사시도,
도 12은 도 3의 정션박스를 도시한 저면사시도,
도 13는 도 3의 정션박스를 도시한 분해단면도,
도 14는 도 3의 정션박스를 도시한 정단면도,
도 15는 도 3의 정션박스를 도시한 측단면도,
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1: 분리형 정션박스 2: 다이오드박스 21: 다이오드박스 본체
22: 다이오드박스 커버 3: 정션박스 31: 정션박스 본체
32: 정션박스 커버 4: 다이오드 5: 단자대
51: 접속구멍 6: 인입구 7: 압착단자
8: 몰딩 9: 고정수단 107 : 케이블
200 : 태양전지 모듈 201 : 태양전지 셀 202 : 버스바
212,312: 안내구
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- 분리형 분기장치(1)를 태양전지 모듈(200)의 용량에 맞춰서 각각의 태양전지 셀(201)을 별도로 분리증설될 수 있도록 하고 바이패스 회로를 구성해주어 태양전지 셀(201)에서 생산된 전기를 안정적으로 시스템에 전달하기 위한 다이오드박스(2)와, 상기 다이오드 박스(2)와 같이 태양전지에서 생산된 전기를 안정적으로 공급하는 것과 함께 인접한 태양전지 모듈(200)과 연결을 하기 위한 정션박스(3)로 구성된 건축물적용 태양광발전장치의 분리형 분기장치에 있어서,상기 다이오드박스(2)는 상부가 개방된 박스형상의 다이오드박스 본체(21)와, 개방된 상부에 결합하고 내부를 밀폐하기 위해 다이오드박스커버(22)와, 상기 다이오드박스 본체(21)의 내부에 다이오드(4)를 고정설치하도록 돌출형성된 한 쌍의 단자대 설치구(10)와, 상기 단자대 설치구(10)에 결합하는 단자대(5)와, 상기 단자대(5)에 고정하는 다이오드(4)와, 상기 단자대(5)와 버스바(202)를 결합하기 위하여 단자대 설치구(10)의 양측으로 다이오드박스 본체(21)의 바닥면을 관통하는 인입구(6)로 구성된 것을 특징으로 하는 건축물적용 태양광발전장치의 분리형 분기장치.
- 제2항에 있어서,상기 정션박스(3)는,상부가 개방된 박스형상의 다이오드박스 본체(21)와, 개방된 상부에 결합하고 내부를 밀폐하기 위해 다이오드박스커버(22)와, 상기 다이오드박스 본체(21)의 내부에 다이오드(4)를 고정설치하도록 돌출형성된 한 쌍의 단자대 설치구(10)와, 상기 단자대 설치구(10)에 결합하는 단자대(5)와, 상기 단자대(5)에 고정하는 다이오드(4)와, 상기 단자대(5)와 버스바(202)를 결합하기 위하여 단자대 설치구(10)의 양측으로 다이오드박스 본체(21)의 바닥면을 관통하는 인입구(6)와, 정션박스본체(31) 일측에 케이블(107)이 인입되는 케이블설치공(313)과, 인입된 케이블(107)을 지지하는 케이블지지편(314)과, 상기 단자대(5)와 다이오드(4)의 사이에 케이블(107)과 결합하는 압착단자(7)를 구비한 것을 특징으로 하는 건축물적용 태양광발전장치의 분리형 분기장치.
- 제 2항 또는 제 3항에 있어서,상기 단자대(5)는 그 중앙으로 접속구멍(51)을 형성하고 상기 접속구멍(51)에 다이오드(4)를 삽입고정되는 인서트형식으로 결합하는 것을 특징으로 하는 건축물적용 태양광발전장치의 분리형 분기장치.
- 제 2항 또는 제 3항에 있어서,상기 다이오드박스(2)와 정션박스(3)는상부로 개방된 양단부에 복수의 결합홈(211,311)을 형성한 본체(21,31)와, 상기 결합홈(211,311)에 결합하는 복수의 결합돌기(221,321)를 양측에 형성하며, 일측면에 분리홈(222,322)을 형성한 커버(22,32)와, 상기 본체(21,31)의 양측 바닥에는 형성된 단자대 설치구(10)가 위치한 측면에 경사각을 가지는 안내구(212,312)를 형성한 것을 특징으로 하는 건축물적용 태양광발전장치의 분리형 분기장치.
- 제 2항 또는 제 3항에 있어서,상기 인입구(6)를 통해 단자대(5)에 설치되는 버스바(202)를 납땜 또는 용접의 고정수단(8)으로 고정한 후 밀폐를 위해 합성수지로 그 내부를 몰딩(9)하는 것을 특징으로 하는 건축물적용 태양광발전장치의 분리형 분기장치.
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