TWI381095B - 旋轉壓縮機 - Google Patents

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TWI381095B TW095143322A TW95143322A TWI381095B TW I381095 B TWI381095 B TW I381095B TW 095143322 A TW095143322 A TW 095143322A TW 95143322 A TW95143322 A TW 95143322A TW I381095 B TWI381095 B TW I381095B
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Kazuya Sato
Masaaki Takezawa
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Sanyo Electric Co
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Description

旋轉壓縮機
本發明係有關一種在密閉容器內具備電動元件、由此電動元件之旋轉軸所驅動之旋轉壓縮元件、及以懸臂(cantilever)方式將此旋轉元件之旋轉軸支持成可旋轉自如之軸承的旋轉壓縮機。
以往，此種旋轉壓縮機，例如具備第1及第2旋轉壓縮元件之多段壓縮式旋轉壓縮機，係由收容於密閉容器內之電動元件、及由此電動元件之旋轉軸所驅動之第1及第2旋轉壓縮元件所構成。
電動元件係由沿著密閉容器之上部空間的內周面熔接固定成環狀之定子、及隔著若干間隔而插入設置在該定子之內側的轉子所構成，該轉子係固定在通過中心且朝鉛直方向延伸的旋轉軸。
第1及第2旋轉壓縮元件係由中間隔板、配置在此中間隔板上下之上下缸體、及嵌合於具有180度之相位差而設於旋轉軸之偏心部且偏心旋轉在此等缸體內之滾子、抵接在各滾子以將缸體內分別區隔為低壓室側與高壓室側之葉片(vane)、將上缸體之上側之開口面及下缸體之下側之開口面分別予以閉塞且具有旋轉軸之軸承之上部支撐構件及下部支撐構件、以及分別形成於上下之送出消音室所構成。而且，各送出消音室與各缸體內之高壓室側係藉由送出口而相連通，且送出消音室內設有可開閉自如地閉塞該送出口之送出閥。(參照例如專利文獻1)
[專利文獻1]日本特開2004－19599號公號
習知之旋轉壓縮機之轉子，會產生與壓縮轉矩與電動機之轉矩之差成正比而與旋轉慣性矩(moment of inertia)成反比之旋轉角速度，而此與旋轉慣性矩成反比之旋轉角速度之變動(旋轉角速度之反作用)即為旋轉壓縮機之旋轉振動之原因。而且，由於轉子之旋轉角速度係為與旋轉慣性矩成反比之旋轉角速度相對於時間之積分，且旋轉一次即回歸本來之旋轉角速度，所以，壓縮機之旋轉數愈低則旋轉一次所需之時間愈長，且旋轉一次之間之旋轉角速度之變動幅度愈大，因而產生壓縮機之振動增加的問題。
再者，因旋轉一次之間之旋轉角速度之變動幅度大時，在效率低的旋轉角速度域運轉之比例會變高，以致電動機之效率降低，所以，電動機之旋轉數愈低，則壓縮機之效率愈降低。而且，使壓縮機或電動機愈小型，則旋轉慣性矩愈小，容易導致上述壓縮機振動之增大及效率之降低。
本發明之旋轉壓縮機係在密閉容器內具有電動元件、由此電動元件所驅動之壓縮機構、及以懸臂方式將旋轉元件之旋轉軸支持成可旋轉自如之軸承，且在轉子之下面(壓縮機構側)具有延伸到定子之下方以獲得旋轉慣性矩之質量體。
申請專利範圍第2項之旋轉壓縮機，係在密閉容器內具有電動元件、由此電動元件所驅動之壓縮機構、及以懸臂方式將旋轉元件之旋轉軸支持成可旋轉自如之軸承，在轉子之上面(與壓縮機構相反側)具有延伸到定子之下方以獲得旋轉慣性矩之質量體。
申請專利範圍第3項之旋轉壓縮機，係除了上述之外，將設於轉子之質量體之形狀作成，從定子線圈至必要的絕緣距離為止，係形成為與轉子相同外徑或比轉子外徑細，上述絕緣距離以後，則形成為外徑往密閉容器之內壁側擴大到覆蓋定子線圈的大小之形狀，以獲得所需之旋轉慣性矩。
申請專利範圍第4項之旋轉壓縮機，係除了申請專利範圍第1項至第3項之外，藉由令用以將壓縮氣體從旋轉元件往密閉容器內送出之送出口，位在設於轉子之質量體之最大外徑之1/2以內的位置，以減低送往壓縮機外之油送出量。
如上所詳述，根據本發明，係在密閉型容器內具備電動元件、由此電動元件所驅動之旋轉壓縮元件、及以懸臂方式將此旋轉元件之旋轉軸支持成可旋轉自如之軸承而構成者，藉由將可使轉子獲得旋轉慣性矩之質量體安裝在轉子之上部(與壓縮機構相反側)或下部(壓縮機構側)之端面的任一方，即使在壓縮機之旋轉數低之運轉時，亦可抑制壓縮機之振動增加，同時可提供效率高之壓縮機。而且，所安裝之質量體係延伸到定子側，所以藉由擴大質量體之寬度方向之尺寸，可削減厚度方向之尺寸，使壓縮機整體之高度方向之尺寸小型化。
根據申請專利範圍第3項之發明，除了上述效果之外，藉由將設於轉子之質量體之形狀作成，從定子線圈至必要的絕緣距離為止，係形成為與轉子相同外徑或比轉子外徑細，上述絕緣距離以後，則形成為外徑往密閉容器之內壁側擴大到覆蓋定子線圈的大小之形狀，即可獲得所需之旋轉慣性距。
再者，根據申請專利範圍第4項之發明，則除了有申請專利範圍第1至第3項之效果之外，藉由令用以將壓縮氣體從旋轉元件送出至密閉容器內之送出口，位在設於轉子之質量體之最大外徑之1/2以內的位置，即可利用質量體而使送出氣體內之油分離，減低送往壓縮機外部之油送出量。
本發明係藉由在轉子安裝旋轉慣性體，而能夠實現即使在低轉數域仍可抑制壓縮機之振動增加，同時效率也高之壓縮機。而且，亦可因應壓縮機之小型化所導致之振動增加、效率降低。再者，藉由將設於轉子之質量體之形狀作成，從定子線圈至必要的絕緣距離為止，係形成為與轉子相同外徑或比轉子外徑細，上述絕緣距離以後，則形成為外徑往密閉容器之內壁側擴大到覆蓋定子線圈的大小之形狀，即可獲得所需之旋轉慣性距，同時藉由令用以將壓縮氣體從旋轉元件送出至密閉容器內之送出口，位在設於轉子之質量體之最大外徑之1/2以內的位置，而利用質量體使送出氣體內之油分離，以減低送往壓縮機外部之油送出量。
實施例1
接著，根據圖式詳述本發明之實施例。第1圖係顯示本發明之旋轉壓縮機之實施例之具備第1及第2旋轉壓縮元件32、34，且在轉子24之壓縮機構側設有利用鉚釘(rivet)73而安裝之質量體，亦即旋轉慣性體82之內部高壓型旋轉壓縮機10之縱剖側視圖。第2圖係顯示申請專利範圍第2項之縱剖側視圖。
第1圖中，實施例之旋轉壓縮機10為內部高壓型之旋轉壓縮機10，係在由鋼板所形成之縱型圓筒狀之密閉容器12內，收容有配置在此密閉容器12之內部空間之上側之作為驅動元件的電動元件14、及配置在此電動元件14之下側且由電動元件14之旋轉軸16所驅動之第1及第2旋轉壓縮元件32、34所構成之旋轉壓縮機構部18。實施例之旋轉壓縮機10係使用二氧化碳作為冷媒。
密閉容器12係以底部作為油槽，且由用以收容電動元件14與旋轉壓縮機構部之容器本體12A、及用以閉塞此容器本體12A之上部開口之大致碗狀之端蓋12B所構成，而且，在此端蓋12B之上面形成有圓形之安裝孔12D，在此安裝孔12D安裝有用以對電動元件14供電之端子(配線省略)20。
電動元件14係由沿著密閉容器12之上部空間的內周面焊接固定成環狀之定子22、隔著若干間隔插入設置於此定子22之內側之轉子24、及利用鉚釘73而安裝於該轉子24之旋轉慣性體82所構成，此轉子24及旋轉慣性體82係固定於通過中心且往鉛直方向延伸之旋轉軸16。
上述旋轉慣性體82係作成，從定子線圈28至必要的最低限度之絕緣距離(依所施加之電壓而變動)為止，係形成為與轉子24相同外徑或比轉子24之外徑細，上述絕緣距離以後，則形成為外徑往密閉容器12之內壁側擴大到覆蓋定子線圈28的大小之形狀。藉由使之形成為該外徑擴大之形狀，可以較少材料獲得較大旋轉慣性矩。
此時，旋轉慣性體82之材質係使用銅及銅合金，以鑄模成型品、鍛造成型品、或積層銅及銅合金之板而成的積層體所形成。
上述定子22係具有積層甜圈圈狀之電磁鋼板而成的積層體26、及在此積層體26之齒部以串聯繞組(集中繞組direct winding亦稱串激繞組)方式捲繞之定子線圈28。轉子24亦與定子22相同由電磁鋼板之積層體30所形成。
上述第1旋轉壓縮元件32與第2旋轉壓縮元件34係夾著作為中間隔離構件之中間隔板36，將作為第2段之第2旋轉壓縮元件34配置在密閉容器12內之電動元件14側，而將作為第1段之第1旋轉壓縮元件32配置在與電動元件14相反側。亦即，第1旋轉壓縮元件32與第2旋轉壓縮元件34係由以下構件所構成：構成第1及第2旋轉壓縮元件32、34之作為第1缸體的下缸體40及作為第2缸體的上缸體38；設於各缸體38、40間，且將下缸體40之電動元件14側(上側)之開口部及上缸體38之與電動元件14相反側(下側)之開口部予以閉塞之上述中間隔板36；嵌合於具有180度之相位差而設在旋轉軸16之第1及第2偏心部42、44而分別在上下缸體38、40內偏心旋轉之第1滾子48及第2滾子46；抵接於各滾子46、48且將各缸體38、40內分別區隔成低壓室側與高壓室側之未圖示之葉片；將下缸體40之與電動元件14側相反側(下側)之開口部予以閉塞，且具有旋轉軸16之軸承56A之作為第1支撐構件的下部支撐構件56；將上缸體38之電動元件14側(上側)之開口部予以閉塞，且具有旋轉軸16之軸承54A之作為第2支撐構件的上部支撐構件54，及設於上下支撐構件54、56之軸承54A、56A外側，且在上部支撐構件54安裝用以構成送出消音室62之蓋63，在下部支撐構件56則安裝用以構成中間壓送出消音室64之閉塞板68。
在上述上部支撐構件54及下部支撐構件56，設有經由吸入口160、161分別與上下缸體38、40之內部連通之吸入通路58、60、送出消音室62及中間壓送出消音室64。送出消音室62係如上所述使上部支撐構件54之與上缸體38相反側之面凹陷，並以蓋63將此凹陷部予以閉塞而形成。此外，中間壓送出消音室64係使下部支撐構件56之與下缸體40相反側之面凹陷，並以閉塞板68將此凹陷部予以閉塞，藉由閉塞板68而形成。亦即，送出消音室62係由蓋63所閉塞，而中間壓送出消音室64係由閉塞板68所閉塞。
此時，在上部支撐構件54之中央豎立形成有軸承54A。在軸承54A之外周設有，藉由蓋63而形成之送出消音室62，從未圖示之送出口送出之氣體係經由送出消音室62，從上部軸承54A上部與蓋63之甜甜圈狀之間隙的連通通路65，送出至密閉容器內12。
在下部支撐構件56之中央貫穿形成有軸承56A。該軸承56A係以旋轉軸16為中心，且該中心部形成為具有供旋轉軸16貫穿之孔之大致甜甜圈形狀。在軸承56A之外周設有中間壓送出消音室64。閉塞板68係由甜甜圈狀之圓形鋼板所形成，以螺栓80將周邊部之4個部位由下方固定於下部支撐構件56，以閉塞經由未圖示之送出口與第1旋轉壓縮元件32之下缸體40內部相連通之中間壓送出消音室64的下面開口部。此螺栓80係用以組裝第1及第2旋轉壓縮元件32、34之螺栓，前端則栓合於上缸體38。亦即，在上缸體形成有用以與形成於螺栓80之前端部之螺紋相互螺合的螺紋溝。
在此，說明組裝由第1及第2旋轉壓縮元件32、34所構成之旋轉壓縮機構部18的程序。首先，將蓋63與上部支撐構件54及上缸體38予以定位，然後將螺合於上缸體38之2支上螺栓78、78由蓋63側(上側)往軸心方向(向下)插通，將蓋63、上部支撐構件54及上缸體38予以一體化。藉此，完成第2旋轉壓縮元件34之組裝。
接著，以上述之上螺栓78將一體化之第2旋轉壓縮元件34，由上端側套裝至旋轉軸16。接著，將中間隔板36與下缸體40組裝後，將中間隔板36由下端側套裝至旋轉軸16，並與已組裝之上缸體38定位之後，將螺合於下缸體40之2支未圖示之上螺栓由蓋63側(上側)往軸心方向(向下)插通，然後將中間隔板36、下缸體40及上缸體38予以固定。
然後，將下部支撐構件56由下側套裝至旋轉軸16之後，將閉塞板68同樣由下端部套裝至旋轉軸16，以將下部支撐構件56之凹陷部予以閉塞，將4支下螺栓80由閉塞板68側(下側)往軸心方向(向上)插通，使前端部分別螺合於形成在上述上缸體38之螺紋溝，於是完成第1及第2旋轉壓縮元件32、34之組裝。在旋轉軸16形成有第1及第2偏心部42、44之故，故無法以上述順序以外之方法將各構件組裝於旋轉軸16。因此，閉塞板68係最後才安裝於旋轉軸16。
如此，在旋轉軸16依序安裝第2旋轉壓縮元件34、中間隔板及下缸體40、下部支撐構件56、及閉塞板68，由最後安裝之閉塞板68之下側插通4支螺栓80，並使該螺栓80螺合於上缸體38，於是，可將第1及第2旋轉壓縮元件32、34固定於旋轉軸16。
此時之冷媒係考慮環保、可燃性及無毒性等而採用屬於自然冷媒之前述二氧化碳(CO2 )，至於作為潤滑油之油則採用既存之例如礦物油(mineral oil)、烷基苯油、乙醚油、酯油、聚烷基乙二醇(Poly Alkyl Glycol)等。
在密閉容器12之容器本體12A之側面，與上部支撐構件54與下部支撐構件56之吸入通路58、60、送出消音室64及電動元件14之上側對應的位置，焊接固定有套管140、141、142、冷媒送出管96及充注管97。套管140與141為上下鄰接，套管142則位在套管141之大致對角線上。
在套管140內插入連接有用以將冷媒氣體導入上缸體38之冷媒導入管92之一端，此冷媒導入管92之一端係連通至上缸體38之吸入通路58。此冷媒導入管92係通過密閉容器12之上部而到達套管142，另一端則插入連接於套管142內且連通至中間壓送出消音室64。
在套管141內插入連接有用以將冷媒導入至下缸體40之冷媒導入管94之一端，此冷媒導入管之一端係連通至下缸體40之吸入通路60。冷媒送出管96係焊接固定於容器本體12A，此冷媒送出管96之一端係連通至密閉容器12內。
利用以上之構成，接著說明旋轉壓縮機10之動作。經由端子20及未圖示之配線通電到電動元件14之定子線圈28時，則電動元件14啟動而轉子24會旋轉。由於此旋轉，使嵌合在與旋轉軸16為一體設置之第1及第2偏心部42、44的第1及第2滾子46、48，在上下缸體38、40內偏心旋轉。
由此，經由冷媒導入管94及形成於下部支撐構件56之吸入通路60，從吸入口161吸入下缸體40之低壓室側之低壓(第1段之吸入壓力約為4MPaG左右)的冷媒氣體，係藉由第1滾子48與未圖示之葉片之動作而被壓縮成為中間壓。成為中間壓之冷媒氣體係從下缸體40之高壓室側，經由未圖示之送出口而送出至形成在下部支撐構件56之中間壓送出消音室64內。
然後，送出至中間壓送出消音室64之中間壓之冷媒氣體係通過連通至該中間壓送出消音室64內之冷媒導入管92，並經由形成在上部支撐構件54之吸入通路58，而從吸入口160吸入至上缸體38之低壓室側。
所吸入之中間壓之冷媒氣體係藉由滾子46與未圖示之葉片之動作而進行第2段之壓縮，而成為高溫高壓之冷媒氣體(約為12MPaG左右)。接著，從上缸體38之高壓室側，經由未圖示之送出口，將高溫高壓之冷媒氣體送出至形成在上部支撐構件54之送出消音室62。
然後，送出至送出消音室62之冷媒係從設於蓋63之連通通路65送出至密閉容器12內之後，通過電動元件14之間隙往密閉容器12內上部移動，然後從連接在該密閉容器12上側之冷媒送出管96送出至旋轉壓縮機10之外部。
如此，藉由在轉子24安裝旋轉慣性體82，即可獲得所需之旋轉慣性距，因此可獲得即使在壓縮機之低轉數域仍可抑制旋轉振動，同時效率也高之壓縮機。而且，藉由以銅及銅合金等製成上述旋轉慣性體82，則無需將使用高價材料之轉子24的形狀做大，亦即，即可以低廉之材料獲得減低振動所需之旋轉慣性矩。
實施例2
第3圖及第4圖係顯示本發明之其他實施例，其中，第3圖係顯示本發明之旋轉壓縮機之縱剖側視圖，第4圖係顯示本發明之旋轉慣性體與用以送出氣體之送出口65之位置關係的部分放大圖。本實施例中，與前述實施例相同之部分係賦予相同之元件符號，並省略其說明。如前述實施例中所說明之旋轉壓縮機10中，旋轉慣性體84之形狀係擴大到覆蓋定子線圈28之整體的大小。
用以將送出氣體從壓縮元件18送出至密閉容器12內之送出口65係如第4圖所示，設置在上述旋轉慣性體84之最大外徑1/2以內的位置。
從送出口65送出之含有油之冷媒氣體係碰撞旋轉慣性體84，由於旋轉慣性體之旋轉力而分離為油與冷媒，所分離之油係回流到壓縮機之油槽，而所分離之冷媒則通過電動元件14之間隙往密閉容器12內上部移動，由連接在該密閉容器12上側之冷媒送出管96，送出至旋轉壓縮機10之外部。
如此，由於在旋轉慣性體84之1/2以內之內側設置送出口65，因此可有效活用因旋轉慣性體之旋轉所產生之油分離能力，以謀求油送出量之減低及穩定之油料供給。
本實施例係以具備第1及第2旋轉壓縮元件32、34之內部高壓型旋轉壓縮機10來加以說明，但本發明並不限於此，亦可適用於單缸體之旋轉壓縮機及具備3段以上之旋轉元件之旋轉壓縮機。而且，本發明並不限於內部高壓型之旋轉壓縮機10，亦可將本發明適用於將由第1旋轉壓縮元件所壓縮之冷媒送出至密閉容器內之後，再以第2旋轉壓縮元件進行壓縮之內部中間壓型的旋轉壓縮機。
而且，實施例中，將設於電動元件14側之第2旋轉壓縮元件34作為第2段，將與電動元件14相反側之第1旋轉壓縮元件32作為第1段，並以第2旋轉壓縮元件34來壓縮經第1旋轉壓縮元件32壓縮過之冷媒，但並不限於此，亦可以第1旋轉壓縮元件來壓縮經第2旋轉壓縮元件壓縮過之冷媒。
再者，於多段壓縮機時，如果第1壓縮機構與第2壓縮機構之排除容積有所不同時，配合各壓縮機構之排除容積而亦可變更該旋轉慣性體84之重量平衡，以取得整體之平衡。
本實施例中，係以旋轉軸為縱置型者加以說明，但當然亦可適用於旋轉軸為橫置型之旋轉壓縮機。而且，旋轉壓縮機之冷媒係使用二氧化碳，但亦可使用其他冷媒。
10．．．旋轉壓縮機
12．．．密閉容器
12A．．．容器本體
12B．．．端蓋
12D．．．安裝孔
14．．．電動元件
16．．．旋轉軸
18．．．旋轉壓縮機構部
20．．．端子
22．．．定子
24．．．轉子
26．．．積層體
28．．．定子線圈
30．．．積層體
32．．．第1旋轉壓縮元件
34．．．第2旋轉壓縮元件
36．．．中間隔板
38．．．上缸體
40．．．下缸體
42．．．第1偏心部
44．．．第2偏心部
46．．．第2滾子
48．．．第1滾子
54．．．上部支撐構件
54A．．．上部支撐構件之軸承
56．．．下部支撐構件
56A．．．下部支撐構件之軸承
58．．．吸入通路
60．．．吸入通路
62．．．送出消音室
63．．．蓋
64．．．中間壓送出消音室
65．．．送出口
68．．．閉塞板
70．．．下部支撐構件送出口
73．．．鉚釘
78．．．上螺栓
80．．．下螺栓
82．．．旋轉慣性體
92．．．冷媒導入管
94．．．冷媒導入管
96．．．冷媒送出管
97．．．充注管
140．．．套管
141．．．套管
142．．．套管
160．．．吸入口
161．．．吸入口
第1圖係本發明實施例1之旋轉壓縮機之縱剖視圖(將旋轉慣性體安裝於壓縮機構側之例)。
第2圖係本發明實施例1之旋轉壓縮機之縱剖側視圖(將旋轉慣性體安裝於與壓縮機構相反側之例)。
第3圖係本發明實施例2之旋轉壓縮機之縱剖側視圖。
第4圖係顯示本發明實施例2之旋轉慣性體與送出口的位置之放大圖。
10．．．旋轉壓縮機
12．．．密閉容器
12A．．．容器本體
12B．．．端蓋
12D．．．安裝孔
14．．．電動元件
16．．．旋轉軸
18．．．旋轉壓縮機構部
20．．．端子
22．．．定子
24．．．轉子
26．．．積層體
28．．．定子線圈
30．．．積層體
32．．．第1旋轉壓縮元件
34．．．第2旋轉壓縮元件
36．．．中間隔板
38．．．上缸體
40．．．下缸體
42．．．第1偏心部
44．．．第2偏心部
46．．．第2滾子
48．．．第1滾子
54．．．上部支撐構件
54A．．．上部支撐構件之軸承
56．．．下部支撐構件
56A．．．下部支撐構件之軸承
58、60．．．吸入通路
63．．．蓋
64．．．中間壓送出消音室
68．．．閉塞板
73．．．鉚釘
80．．．下螺栓
82．．．旋轉慣性體
92．．．冷媒導入管
94．．．冷媒導入管
96．．．冷媒送出管
97．．．充注管
140、141、142．．．套管
160、161．．．吸入口

Claims (3)

  1. 一種旋轉壓縮機，係具備：設於密閉容器內，且由定子與轉子所形成之電動元件；由該電動元件所驅動以將冷媒壓縮並送出之旋轉壓縮元件；及連接該旋轉壓縮元件與上述電動元件之轉子，且以軸承加以支持而可旋轉自如之旋轉軸而構成者，其特徵為：在上述電動元件之轉子下面設置有延伸到上述定子之下方以獲得旋轉慣性矩之質量體，此外令用以將壓縮氣體從旋轉元件送出至密閉容器內之送出口，位於設在轉子之質量體之最大外徑之1/2以內的位置。
  2. 一種旋轉壓縮機，係具備：設於密閉容器內，且由定子與轉子所形成之電動元件；由該電動元件所驅動以將冷媒壓縮並送出之旋轉壓縮元件；及連接該旋轉壓縮元件與上述電動元件之轉子，且以軸承加以支持而可旋轉自如之旋轉軸而構成者，其特徵為：在上述電動元件之轉子上面設置有延伸到上述定子之下方以獲得旋轉慣性矩之質量體，此外令用以將壓縮氣體從旋轉元件送出至密閉容器內之送出口，位於設在轉子之質量體之最大外徑之1/2以內的位置。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之旋轉壓縮機，其中，形成電動元件之馬達為串聯繞組方式，且設於轉子之質量體之形狀係作成，從定子線圈至必要的絕緣距離為止，係形成為與轉子相同外徑或比轉子外徑細，上述絕緣距離以後，則形成為外徑往密閉容器之內壁側擴大到覆蓋定子線圈的大小之形狀。
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