KR20150120168A - 원심형 혼류송풍기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심형 혼류송풍기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 흡입구를 갖는 스크롤케이싱 내에 혼류임펠러를 장착하고, 상기 케이싱 외부의 구동전동기를 위치하여 혼류임펠러를 회전시킬 수 있게 한 것으로, 혼류임펠러의 구조는 주판의 경사판이 뒤제침각(θ)으로 경사지게 형성되고, 상기 경사진 경사판에 깃이 형성됨으로써, 임펠러의 회전시, 유체가 깃과 깃 사이에서 박리(와류)가 발생되지 않아 흐름이 원활하게 이송되고, 임펠러 토출구에서의 배출방향을 반경방향에서 축방향측으로 변경시켜 유동에너지가 효율적으로 이용되어 임펠러의 작동 효율이 높아져 송풍기의 성능을 크게 향상시키며, 그에 따라 작동점을 변화시킬 수 있는 특징이 있다.

Description

원심형 혼류송풍기{Centrifugal type mixed flow blower}

본 발명은 원심형 혼류송풍기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 흡입구를 갖는 스크롤케이싱 내에 혼류임펠러를 장착하고, 상기 케이싱 외부의 구동전동기를 위치하여 혼류임펠러를 회전시킬 수 있게 한 것으로, 혼류임펠러의 구조는 주판의 경사판이 뒤제침각(θ)으로 경사지게 형성되고, 상기 경사진 경사판에 깃이 형성됨으로써, 임펠러의 회전시, 유체가 깃과 깃 사이에서 박리(와류)가 발생되지 않아 흐름이 원활하게 이송되고, 임펠러 토출구에서의 배출방향을 반경방향에서 축방향측으로 변경시켜 유동에너지가 효율적으로 이용되어 임펠러의 작동 효율이 높아져 송풍기의 성능을 크게 향상시키며, 그에 따라 작동점을 변화시킬 수 있는 원심형 혼류송풍기에 관한 것이다.

일반적으로 임펠러는 펌프, 송풍기 또는 압축기의 주요 부분으로, 원주상에 같은 간격으로 배치된 수개의 깃을 가지고 회전되며, 공기나 물 또는 기름 등의 기체나 유체가 구동전동기에 축과 연결되어 회전되는 깃 사이로 흘러나갈 때 에너지가 만들어진다.

그리고 통상적으로 상기 임펠러는 원심형과 축류형으로 구분되며, 원심형은 유체 또는 기체가 회전되는 축에 수직방향으로 흐르고, 축류형은 유체 또는 기체가 회전축의 축방향으로 흐른다. 또한 원심임펠러를 사용하는 송풍기를 원심송풍기, 축류임펠러를 사용하는 송풍기를 축류송풍기라 한다.

도 1은 기존의 원심송풍기의 구성을 보여주며, 구성요소는 원심임펠러(5), 스크롤케이싱(6), 흡입구(7), 회전축(9) 및 구동전동기(8)로 되어 있다.

한편 상기와 같은 송풍기의 핵심구성요소로써 임펠러는 유체의 이송 등에 이용되는데, 유체를 이송하기 위한 용도로 만들어지는 종래의 원심임펠러의 구성을 보면 다음과 같다.

도 2는 종래의 원심임펠러의 정면 투시도이고 도 2는 측단면도인데, 종래의 원심임펠러는 주판(1), 측판(2), 깃(3) 그리고 회전축(4)으로 구성되며, 회전축(4)을 회전시키므로서 유체가 흡입구(S1) 흡입되고, 주판(1)과 측판(2) 및 깃(3)으로 형성된 깃통로를 통하여 임펠러출구(S2)로 토출되므로서 유체에 에너지를 가해준다.

상기 임펠러깃(3)은 주판과 측판사이를 연결하며 다수의 임펠러깃이 방사상으로 배열되고 각 임펠러깃은 약간 휜 판상을 형성한다. 휘어진 형태의 임펠러깃(3)은 안쪽으로 오목하게 휘어진 오목면(3')과 밖으로 볼록하게 휜 볼록면(3")이 나타 난다. 유체는 상기 오목하게 휜 오목면(3')은 볼록면(3")에 향성되는 통로를 통과하면서 압력을 발생시킨다.

도 3은 종래의 원심임펠러의 측단면도로 임펠러의 주판(1)과 측판(2)사이 깃통로에서의 흐름을 보여주며, 측판(2) 내측에서 흐름이 박리되어 재부착되지 않고 임펠러 출구(7)까지 연장되어 주판(1)과 측판(2)사이의 깃통로가 실질적으로 크게 작아지는 현상을 보여준다. 원심임펠러의 깃통로에서 발생하는 이러한 박리현상으로 인하여 임펠러출구(7)에서의 상대속도는 출구 깃각과는 달리 변하게 되며, 이러한 박리현상으로 인한 성능저하는 임펠러의 주판(1)과 측판(2)의 거리가 큰, 즉 임펠러폭이 큰 원심임펠러일수록 크게 나타난다.

이러한 현상으로 인하여 임펠러출구(7)에서 미끄럼속도가 발생되고 미끄럼속도는 임펠러회전 방향의 반대방향으로 발생하기 때문에 임펠러의 압력수두를 감소시키는 원인이 되며, 미끄럼속도가 크게 발생할수록 동일한 압력을 발생시키기 위하여 주속도를 증가시켜야 하므로 임펠러의 성능 및 효용성이 감소하게 된다.

여기서, 상기 원심 임펠러의 성능저하는 임펠러를 구동하기 위한 축동력의 상승과 효용성의 저하로 나타나며, 최종적으로는 원심송풍기의 성능 및 효율저하로 나타나므로 이러한 요인을 일부제거하여 준다면 원심임펠러의 성능을 향상시킬 수 있다는 가능성을 제공하여 준다.

또한, 직경에 대한 출구폭의 비율이 작은 원심임펠러의 경우, 측판(4)의 곡률반경과 주판(1)의 곡률반경의 차이가 작고 깃통로가 길기 때문에 측판입구(2')에서 가속된 흐름은 약간 감소되다가 임펠러출구(S2)에 도달할 때에는 다시 가속되며, 흡입구의 측판입구(2')에서 정압이 감소되어도, 깃통로내에서의 흐름이 전반적으로 감속이 발생하지 않고 가속되므로, 역압력구배가 크게 형성되는 깃통로에서의 압력구배에 불구하고, 측판입구(2')에서 흐름이 박리되지 않는다.

그러나 직경에 대한 출구폭의 비율이 큰 원심임펠러의 경우, 측판(2)의 곡률반경과 주판(1)의 곡률반경의 차이가 크고 깃통로가 짧기 때문에 측판입구(2')에서 가속된 흐름은 임펠러출구(S2)에 도달할 때에는 크게 감속되고, 임펠러출구(S2)에서의 속도분포는 측판입구(2')가 주판입구(8)쪽에 비해 매우 증가한 상태로 배출된다.

이때 측판(2)의 내부벽면을 따르면 유동이 강한 역압력구배가 형성되는 유동현상과유사한 형태의 유동현상이 발생하므로 흐름이 크게 가속되는 측판입구(2')에서 강한 박리현상이 발생하며, 박리된 흐름으로 인하여 측판(2)의 내부벽면의 깃통로가 완전히 차단되어 측판출구(2")에서는 강한 역류영역이 형성된다.

이러한 현상이 발생되면, 박리된 흐름으로 인하여 측판(2)의 내부벽면의 깃통로가 완전히 차단되어 측판출구(2")에서는 반경방향속도가 크게 감소되고, 미끄럼속도가 급격히 증가하여 압력발생을 감소시켜 임펠러의 성능 및 효용성이 크게 저하된다.

그리고, 임펠러 깃통로의 폭이 커질수록 도 2에서와 같이 흐름은 측판에서 박리되어 임펠러 깃통로내에서 소용돌이 흐름이 발생하고, 박리로 인한 에너지의 손실이 발생한다.

또한, 미끄럼속도는 원심임펠러의 성능에 매우 큰 영향을 주는 인자로 미끄럼속도가 증가할수록 원심임펠러의 효용성은 크게 감소한다.

이와 같이 역류영역의 형성 즉 흐름의 박리현상으로 인한 깃통로 일부가 차단되며 역류영역에서의 반경방향속도와 접선방향속도가 감소되어 임펠러의 성능이 저하되는 문제점이 발생한다.

대한민국 공개특허공보 제10-2005-0074360호 대한민국 등록실용신안공보 제20-0241247호

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

기존의 원심임펠러에 비하여 흐름의 조건을 개선하여 주는 혼류임펠러를 채택하여 스크롤케이싱 내에 적용함으로써, 임펠러 토출구에서의 배출방향을 반경방향에서 축방향쪽으로 변경시켜 깃통로에서 흐름의 박리를 방지하여 유동에너지가 효율적으로 이용되어 임펠러의 작동 효율이 높아져 송풍기의 성능을 크게 향상되는 원심형 혼류송풍기를 제공하는데 목적으로 한다.

또한, 혼류임펠러의 회전시, 유체가 깃과 깃 사이에서 박리(와류)가 발생되지 않아 흐름이 원활하게 이송되어 흐름의 박리로 인한 소음을 감소시켜 주고, 적용시 임펠러의 깃통로에서의 흐름을 부드럽게 하여 토출방향을 축방향으로 자연스럽게 변화시켜 손실을 감소하고, 그로 인해 원심송풍기의 효율이 향상되며, 작동점을 변화시킬 수 있는 원심형 혼류송풍기를 제공하는데 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 원심형 혼류송풍기에 있어서,

회전력이 전달되는 회전축과;

상기 회전축이 중앙부에 고정 설치되어 상기 회전축에 의해 회전되는 혼류임펠러와;

상기 혼류임펠러에서 토출되는 흐름을 혼류임펠러의 접선방향으로 모아서 이송하는 스크롤케이싱과;

상기 스크롤케이싱에 관통되도록 부착되어 외부의 유체가 혼류임펠러로 흐름을 유도하는 흡입구;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원심형 혼류송풍기에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 원심형 혼류송풍기는 입구를 갖는 스크롤케이싱 내에 혼류임펠러를 장착하고, 상기 케이싱 외부의 구동전동기를 위치하여 혼류임펠러를 회전시킬 수 있게 한 것으로, 혼류임펠러의 구조는 주판의 경사판이 뒤제침각(θ)으로 경사지게 형성되고, 상기 경사진 경사판에 깃이 형성됨으로써, 임펠러의 회전시, 유체가 깃과 깃 사이에서 박리(와류)가 발생되지 않아 흐름이 원활하게 이송되고, 임펠러 토출구에서의 배출방향을 반경방향에서 축방향측으로 변경시켜 유동에너지가 효율적으로 이용되어 임펠러의 작동 효율이 높아져 송풍기의 성능을 크게 향상시키며, 그에 따라 작동점을 변화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 원심송풍기를 나타낸 측면도이고,
도 2는 종래의 원심임펠러를 나타낸 정면도이고,
도 3은 종래의 원심임펠러를 나타낸 측면도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 본 발명의 일실시예에 따른 원심형 혼류송풍기를 나타낸 측면도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 혼류임펠러를 나타낸 측면도이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다양한 혼류임펠러를 나타낸 평면도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 풍량과 전압의 관계를 나타낸 그래프도이고,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 풍량과 전압효율의 관계를 나타낸 그래프도이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 원심형 혼류송풍기에 있어서,

회전력이 전달되는 회전축과;

상기 회전축이 중앙부에 고정 설치되어 상기 회전축에 의해 회전되는 혼류임펠러와;

상기 혼류임펠러에서 토출되는 흐름을 혼류임펠러의 접선방향으로 모아서 이송하는 스크롤케이싱과;

상기 스크롤케이싱에 관통되도록 부착되어 외부의 유체가 혼류임펠러로 흐름을 유도하는 흡입구;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 본 발명의 일실시예에 따른 원심형 혼류송풍기를 나타낸 측면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 혼류임펠러를 나타낸 측면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다양한 혼류임펠러를 나타낸 평면도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 풍량과 전압의 관계를 나타낸 그래프도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 풍량과 전압효율의 관계를 나타낸 그래프도이다.

도 4 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 원심형 혼류송풍기는 회전력이 전달되는 회전축(10)과, 상기 회전축(10)이 중앙부에 고정 설치되어 상기 회전축(10)에 의해 회전되는 혼류임펠러(50)와, 상기 혼류임펠러(50)에서 토출되는 흐름을 혼류임펠러(50)의 접선방향으로 모아서 이송하는 스크롤케이싱(60)과, 상기 스크롤케이싱(60)에 관통되도록 부착되어 외부의 유체가 혼류임펠러(50)로 흐름을 유도하는 흡입구(70)와, 상기 회전축(10)의 끝단부에는 스크롤케이싱(60)의 외부에 구비되어 회전축(10)을 회전시키는 구동전동기(80)로 구성된다.

상기 회전축(10)은 도 4에 도시한 바와 같이, 일측이 주판(20)의 중앙부에 고정 설치되고, 타측은 케이싱(60) 외측에 설치되어 회전력을 전달하는 축으로써, 상기 회전축(10)의 타측은 케이싱(60) 외측에서 구동 전동기(80) 등의 회전장치에 연결되고, 상기 회전장치에 의해 회전되어 회전력을 주판(20)에 전달한다.

상기 혼류임펠러(50)는 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 주판(20)과, 깃(30)과, 측판(40)으로 구성되는데, 상기 주판(20)은 도 4에 도시한 바와 같이, 원형의 평판으로 형성되어 하단면 중앙부에 회전축(10)이 고정 설치되고, 상기 회전축(10)에 의해 주판(20)이 회전되며, 상기 주판(20)의 외주연은 기준점(C)을 기준으로 뒤제침각(sweep back angle,θ)으로 경사지게 경사판(21)이 형성된다.

여기서, 상기 경사판(21)은 도 5를 참고하여, 수평으로 형성된 주판(20)의 외주연 양끝단부에서 기준점(C)을 기준으로 단면상 "∧" 형태로 형성되어 유체의 흐름이 원활하게 이송된다.

또한, 상기 유체의 흐름이 원활하게 이송되도록 경사판(21)의 뒤제침각(θ)이 주판(20)의 수평선을 기준으로 10 ~ 45도 각도로 형성되어 상기 주판(20)의 회전시, 측판(40)의 흡입구(41)를 통해 유입된 유체가 깃(30) 사이에서 박리(와류)현상이 발생되지 않고, 임펠러 토출구에서의 흐름을 원활하게 배출한다.

한편, 상기 날개 깃(30)은 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 주판(20)의 경사판(21) 일단면 즉, 도 4 내지 도 5에서처럼 경사판(21)의 상부면에 부착되어 주판(20)이 회전축(10)에 의해 회전시, 깃(30)도 동시에 회전되어 측판(40)의 흡입구(41)를 통해 유체가 유입되게 하는 역할을 하며, 유입된 유체를 일측(토출구(32))으로 이송시키는 역할을 한다.

여기서, 상기 날개 깃(30)은 도 5를 참고하여, 경사판(21)의 일단면에 수직으로 돌출 형성되면서 도 6을 참고하여, 주판(20)의 중앙부를 기준으로 방사상으로 다수개가 형성되고, 상기 다수개의 깃(30) 상부면에 측판(40)이 부착되어 깃(30)과 깃(30) 사이에 유체 유로(31)가 형성되며, 상기 유체 유로(31)를 통해 이송된 유체가 배출되도록 유체 유로(31)의 일측에 토출구(32)가 형성된다.

그리고, 상기 측판(40)은 도 5를 참고하여, 깃(30)의 상부면에 구비된다는 것은 경사판(21)의 상부면에 소정간격 이격되어 구비되는 것으로, 상기 경사판(21)의 뒤제침각처럼 측판(40)도 단면상 "∧" 형태로 경사지게 형성된다. 이때, 상기 측판(40)의 경사각은 깃(30)의 수직 폭에 따라 경사판(21)과 동일하거나 다르게 변경될 수 있다. 그로 인해, 상기 유체 유로(31)의 토출구(32)는 다양한 크기로 형성된다.

그런데, 상기 측판(40)의 흡입구(41)는 측판(40)이 경사지게 형성됨으로써, 도 2의 종래 측판(2)의 흡입구(S1) 관경보다 크게 형성되어 많은 양의 유체가 유입될 수 있다.

이렇듯, 상기에서 기술한 혼류임펠러(50)는 유체가 반경방향에서 축방향으로 흐르도록 형성되고, 일반적으로 사용되는 원심송풍기(90)에 적용된다.

한편, 상기 날개 깃(30)은 도 6에 도시한 바와 같이, 역구배 후향곡선깃 혼류임펠러(a), 역구배 익형 혼류임펠러(b) 등 다양한 형태 중 어느 하나를 선택적으로 사용할 수 있다. 또한, 상기 날개 깃(30)의 형태에 따라 원심형 혼류송풍기에 다양한 혼류임펠러가 사용된다.

그리고, 도 7은 원심형 혼류송풍기의 풍량과 정압의 관계를 나타낸 그래프도로써, 원심형 혼류송풍기(90)가 종래의 원심송풍기에 비하여 넓은 범위의 풍량 범위에서 정압이 크게 발생되는 것을 알 수 있다.

또한, 도 8은 원심형 혼류송풍기의 풍량과 전압효율의 관계를 나타낸 그래프도로써, 원심형 혼류송풍기(90)가 종래의 원심송풍기에 비하여 최대전압효율이 높으며 넓은 범위의 풍량 범위에서 정압이 크게 발생되는 것을 알 수 있다.

상기 흡입구(70)는 도 4에 도시한 바와 같이, 스크롤 케이싱(60)의 일측에 형성되되, 상기 스크롤 케이싱(60)의 내부가 외부와 연통되도록 관통 형성되고, 상기 흡입구(70)는 외부의 유체가 혼류임펠러(50)의 회전에 의해 유입시, 상기 유체를 유도하는 역할을 한다.

여기서, 상기 흡입구(70)는 혼류임펠러(50)에 의해 유체가 유입시, 많은 양의 유체가 원활하게 유입되도록 외측으로 확관된 형태로 형성된다. 즉, 외부에서 혼류임펠러(50) 측으로 상광하협(도면상 좌측의 폭이 넓고, 우측의 폭이 좁음 형태) 형태로 형성된다.

10 : 회전축 20 : 주판
21 : 경사판 30 : 날개 깃
31 : 유체 유로 32 : 토출구
40 : 측판 41 : 임펠러입구
50 : 혼류임펠러 60 : 스크롤 케이싱
70 : 흡입구 80 : 구동전동기
90 : 원심형 혼류송풍기

Claims (7)

1. 원심형 혼류송풍기(90)에 있어서,
   회전력이 전달되는 회전축(10)과;
   상기 회전축(10)이 중앙부에 고정 설치되어 상기 회전축(10)에 의해 회전되는 혼류임펠러(50)와;
   상기 혼류임펠러(50)에서 토출되는 흐름을 혼류임펠러(50)의 접선방향으로 모아서 이송하는 스크롤케이싱(60)과;
   상기 스크롤케이싱(60)에 관통되도록 부착되어 외부의 유체가 혼류임펠러(50)로 흐름을 유도하는 흡입구(70);
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원심형 혼류송풍기.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 혼류임펠러(50)는,
   상기 회전축(10)이 중앙부에 고정 설치되어 회전축(10)에 의해 회전되고, 외주연이 기준점(C)을 기준으로 뒤제침각(θ)으로 경사지게 경사판(21)이 형성되어 유체가 원활하게 이송되는 주판(20)과;
   상기 주판(20)의 경사판 일단면에 부착되어 주판(20)이 회전시, 유체를 일측으로 이송시키는 날개 깃(30)과;
   상기 날개 깃(30)의 상부면에 형성되고, 중앙부에 유체가 유입되도록 흡입구(41)가 형성되는 측판(40);
   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원심형 혼류송풍기.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 날개 깃(30)은 경사판(21)의 일단면에 수직으로 돌출 형성되면서 주판(20)의 중앙부를 기준으로 방사상으로 다수개가 형성되고, 상기 다수개의 날개 깃(30) 상부면에 측판(40)이 부착되어 날개 깃(30)과 날개 깃(30) 사이에 유체 유로(31)가 형성되며, 상기 유체 유로(31)를 통해 이송된 유체가 배출되도록 유체 유로(31)의 일측에 토출구(32)가 형성되는 것을 특징으로 하는 원심형 혼류송풍기.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 경사판(21)의 뒤제침각(θ)은 주판(20)의 회전시, 측판(40)의 흡입구(41)를 통해 유입된 유체가 날개 깃(30)에 의해 이송되는 유체가 유체 유로(31)에서 박리(와류)되지 않도록 10 ~ 45도 각도로 형성되어 유체가 원활하게 이송되는 것을 특징으로 하는 원심형 혼류송풍기.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 측판(40)은 중앙부에 임펠러입구(41)가 형성된 원형 판으로 형성되어 원주면이 경사판의 뒤제침각(θ)에 맞춰 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 원심형 혼류송풍기.
   
6. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
   상기 날개 깃(30)은 후향곡선식, 역구배 후향곡선식, 익형식 및 역구배 익형식 중 어느 하나가 선택적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원심형 혼류송풍기.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 회전축(10)의 끝단부에는 스크롤케이싱(6)의 외부에 구비되어 회전축(10)을 회전시키는 구동전동기(80)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 원심형 혼류송풍기.
   

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