DE69410966T2 - Kühlmittelzusammensetzung und Kühlgerät - Google Patents
Kühlmittelzusammensetzung und KühlgerätInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlmittelzusammensetzung und ein Kühlgerät und, genauer gesagt, eine Kühlmittel- Zusammensetzung, die die Ozonschicht nicht zerstört, nichtentflammbar ist, mit Kühlgeräteöl, wie etwa Mineralöl und Alkylbenzol, gut kompatibel ist und eine stabile und einheitliche flüssige Phase zeigt, und ein Kühlgerät, das dieselbe verwendet.
- Das herkömmliche Kühlmittel, das bisher in Kühlgeräte verwendet wird, ist in den meisten Fällen Dichlordifluormethan (im weiteren mit R-12 bezeichnet) oder R-500, das aus einer azeotropen Kühlmittelmischung aus R-12 und 1,1-Difluorethan (im weiteren mit R-152a bezeichnet) besteht. Der Siedepunkt von R-12 beträgt -29,65ºC bei atmosphärischem Druck und derjenige von R-500 beträgt -33,45ºC, die für gewöhnliche herkömmliche Kühlgeräte ideal sind. Selbst wenn die Ansaugtemperatur in einen Kompressor relativ hoch ist, haben sie die Eigenschaft, daß die Austrittstemperatur nicht so hoch ansteigt, das Ölschlamm im Kompressor induziert wird. Darüberhinaus ist R-12 gut mit dem Kühlgeräteöl, wie etwa Mineralöl, des Kompressors kompatibel und spielt eine Rolle bei der Rückführung des Öls im Kühlgerätekreislauf in den Kompressor.
- Diese Kühlmittel haben jedoch eine hohe Latenz zur Zerstörung von Ozon, und sie zerstören die Ozonschicht, wenn sie so in die Atmosphäre abgegeben werden, daß sie die hoch über der Erde liegende Ozonschicht erreichen. Die Zerstörung der Ozonschicht wird durch den Chlorrest (C1) in den Strukturen der Kühlmittel induziert. Dementsprechend werden Kühlmittel, die keinen Chlorrest enthalten, als Ersatzkühlmittel angesehen, wie etwa Difluormethan (im weiteren mit R-32 bezeichnet), Pentafluorethan (im weiteren mit R-125 bezeichnet) und 1,1,1,2- Tetrafluorethan (im weiteren mit R-134a bezeichnet). Der Siedepunkt von R-32 beträgt -51,7ºC bei atmosphärischer Temperatur, derjenige von R-125 beträgt -48,5ºC und derjenige von R-134a beträgt -26,0ºC.
- Diese von Chlorresten freien Kühlmittel R-32, R-125 und R-134a haben eine schlechte Kompatibilität mit üblichem Kühlgeräteöl, wie etwa Mineralöl oder Alkylbenzol, und bewirkten oft Probleme bei der Schmierung des Kompressors aufgrund der Verschlechterung des Rücklaufs von Öl zum Kompressor und Ansaugung von Kühlmitteln, die sich vom Öl getrennt haben, beim Starten nach Abschaltung, etc..
- Demgemäß hat der gegenwärtige Erfinder versucht, diejenigen Kühlmittel, die schlechte Kompatibilität mit Mineralöl oder Alkylbenzol zeigen, mit n-Pentan zu mischen, das hervorragende Kompatilität mit diesen besitzt, und hat entdeckt, daß das Kühlgeräteöl, wie etwa Mineralöl und Alkylbenzol, das aus dem Kompressor in den Kühlmittelkreis austritt, in den Kompressor rückgeführt werden kann, selbst wenn diese Kühlmittelmischung verwendet wird.
- Die Erfindung ist daher dazu gedacht, die obigen Probleme zu lösen, indem eine Kühlmittelzusammensetzung bereitgestellt wird, mit dem Ziel, Kühlgeräteöl, wie etwa Mineralöl und Alkylbenzol, mit einem Kühlmittel, das keine Chlorreste enthält, zu verwenden, indem ein von Chlorresten freies Kühlmittel mit n-Pentan, das einen Siedepunkt von +36,0700 bei atmosphärischem Druck besitzt, vermischt wird, und ein Kühlgerät, das dieselbe verwendet.
- Wenn andererseits ein von Chlorresten freies Kühlmittel und n- Pentan Kühlmittelkreisläufen getrennt zugeführt werden, ist es wegen des Unterschiedes im Dampfdruck zwischen den beiden, die unterschiedliche Siedepunkte haben, sehr schwierig, sie gleichmäßig in die Kühlmittelkreisläufe zuzuführen. Da die Mischung der beiden überdies keine einheitliche flüssige Phase ist, ist der Ölrücklauf zum Kompressor nicht ausreichend. Zusätzlich besteht das Risiko eines flrandes, der induziert werden kann, wenn eine solche Kühlmittelzusammensetzung austritt. Demgemäß ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Probleme dadurch zu lösen, daß ein derartiges von Chlorresten freies Kühlmittel und n-Pentan vorher vermischt werden und sie als eine Kühlmittelzusammensetzung mit einer stabilen und einheitlichen flüssigen Phase eingesetzt verwendet werden.
- Als ein Ergebnis intensiver Untersuchungen der obigen Aufgaben hat der Erfinder entdeckt, daß eine nicht-entflammbare Kühlmittelzusammensetzung mit einer stabilen und einheitlichen flüssigen Phase erhalten werden kann, indem ein Kühlmittel mit schlechter Kompatibilität mit Mineralöl oder Alkylbenzol vorher mit einer spezifizierten Menge n-Pentan, das einen Siedepunkt von 36,0700 bei atmosphärischem Druck und hervorragende Kompatibilität mit Mineralöl oder Alkylbenzol besitzt, vermischt wird, und daß das Kühlgeräteöl, wie etwa Mineralöl und Alkylbenzol, das aus dem Kompressor in den Kühlmittelkreislauf austritt, in den Kompressor rückgeführt werden kann, selbst wenn diese Kühlmittelzusammensetzung eingesetzt wird, wodurch die obigen Probleme gelöst werden und die Erfindung verwirklicht wird.
- Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kühlmittelzusammensetzung zur Verfügung gestellt, die durch die Schritte herstellbar ist:
- Vormischen von n-Pentan mit 1,1,1,2-Tetrafluorethylen und Mischen der Vormischung mit einer Kühlmittelmischung aus Difluormethan und Pentafluorethan, wobei das n-Pentan in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 14 Gew.-% des Gesamtgewichtes vorliegt, das Difluormethan im Bereich von etwa 20 Gew.-% bis 30 Gew.-% des Gesamtgewichtes vorliegt und das 1,1,1,2-Tetrafluorethylen im Bereich von 40 Gew.-% bis 60 Gew.-% des Gesamtgewichtes vorliegt, wobei die Kühlmittelzusammensetzung mit Kühlgeräteöl kompatibel ist und eine stabile und einheitliche flüssige Phase besitzt. Vorzugsweise liegt das n-Pentan in einer Menge im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 7,3 Gew.-% des Gesamtgewichtes vor, bevorzugter in einer Menge von etwa 6 Gew.-% des Gesamtgewichtes.
- Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kühlgerät zur Verfügung gestellt, das einen Kondensator zum Kondensieren und Verflüssigen eines Kühlmittels, einen Verdampfer zum Verdampfen eines verflüssigten Kühlmittels und einen Kompressor zum Verdichten eines verdampften und verdunsteten Kühlmittel und Abgeben in den Kondensator umfaßt, wobei eine Kühlmittelzusammensetzung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung als das durch den Kompressor zu verdichtende Kühlmittel verwendet wird. Vorzugsweise wird Mineralöl oder Alkylbenzolöl als Kühlgeräteöl verwendet. Bevorzugter wird ein Rotationskompressor als der Kompressor verwendet und Alkylbenzolöl als Kühlgeräteöl.
- Da die vorliegende Erfindung somit darin besteht, daß n-Pentan, das hervorragende Kompatibilität mit Kühlgeräteöl, wie etwa Mineralöl und Alkylbenzol besitzt, mit einem von Chlorresten freien Kühlmittel, das schlechte Kompatibilität mit Kühlgeräteöl, wie etwa Mineralöl und Alkylbenzol, besitzt, vermischt wird, kann das Kühlgeräteöl, wie etwa Mineralöl und Alkylbenzol, das aus dem Kompressor in den Kühlmittelkreislauf austritt, im Kompressor zurückerhalten werden.
- Bei der vorliegenden Erfindung wird überdies n-Pentan, das entflammbar und mit Kühlmittel, wie etwa R-32 und R-125, bei gewöhnlicher Temperatur kaum mischbar ist, zuvor in einer vorbestimmten Rate in Kühlmittel R-134a eingemischt und wird anschließend mit Kühlmitteln R-32 und R-125 vermischt, und selbst, wenn die Mischungsrate von n-Pentan mit den Kühlmitteln R-32 und R-125 variiert, ist das Mischverhältnis von n- Pentan innerhalb von 14 Gew.-% beschränkt, und dadurch trennt sich n-Pentan bei gewöhnlicher Temperatur nicht von R-32 und R-125.
- Die Kühlmittelzusammensetzung, in der n-Pentan in R-134a in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 7,3 Gew.-% des Gesamtgewichtes gelöst ist, ist eine nicht-entflammbare Kühlmittelzusammensetzung mit einer stabilen und einheitlichen flüssigen Phase, die nicht ungleichmäßig in der Konzentrationsverteilung wird oder sich in zwei Phase auftrennt, selbst wenn sie für einen längeren Zeitraum aufbewahrt wird. Demgemäß kann die Kühlmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung präzise und stabil in einen Kühlmittelkreislauf zugeführt werden und ist überdies gut mit Kühlgeräteöl kompatibel, und daher kann das Kühlgeräteöl wie etwa Mineralöl und Alkylbenzol, das aus dem Kompressor in den Kühlmittelkreislauf austritt, leicht im Kompressor zurückerhalten werden. Zusätzlich birgt sie, in dem Fall, daß die Kühlmittelzusammensetzung austreten würde, keine Möglichkeit eines Brandes.
- Bei dem Kühlgerät gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen Kondensator zum Kondensieren und Verflüssigen eines Kühlmittels, einen Verdampfer zum Verdampfen eines verflussigten Kühlmittels und einen Kompressor zum Verdichten eines verdampften und verdunsteten Kühlmittels und Abgeben in einen Kondensator umfaßt, kann bei Verwendung irgendeiner der obigen Kühlmittelzusammensetzungen, bei denen n-Pentan mit einer hervorragenden Kompatibilität mit Kühlgeräteöl, wie etwa Mineralöl und Alkylbenzol, mit einem von Chlorresten freien Kühlmittel vermischt is:, als das von dem Kompressor zu verdichtende Kühlmittel, überdies das Kühlgeräteöl, wie etwa Mineralöl und Alkylbenzol, das aus dem Kompressor in den Kühlmittelkreislauf austritt, leicht im Kompressor zurückerhalten werden.
- Die nicht-entflammbare Kühlmittelzusammensetzung, die aus von Chlorresten freiem Kühlmittel und n-Pentan besteht, vermischt in einer spezifischen Rate gemäß der vorliegenden Erfindung, kann in dieselbe Gasflasche eingebracht werden, und daher kann die nicht-entflammbare Kühlmittelzusammensetzung präzise und stabil in den Kühlmittelkreislauf durch eine Zuführeinrichtung, die an den Kühlmittelkreislauf angekoppelt wird, zugeführt werden.
- Die Kombination des Kompressortyps, wie etwa ein Rotationskompressor oder ein Kolbenkompressor, und des Kühlgeräteöltyps wie etwa Mineralöl oder Alkylbenzol, ist bei der vorliegenden Erfindung nicht in besonderer Weise begrenzt. Wenn jedoch ein Rotationskompressor als der Kompressor verwendet wird, teilweise weil der Ölrücklauf in den Kompressor glatt verläuft, ist es erwünscht, ein Alkylbenzolöl als Kühlgeräteöl zu verwenden.
- Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines Kühlgerätes in einer der Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 2 ist ein allgemeines Kühlmittelkreislaufdiagramm;
- Fig. 3 ist eine Kompatibilitätseigenschaftskurve von R-134a und n-Pentan;
- Fig. 4 ist ein Kühlmittelkreislaufdiagramm eines Kühlgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht wesentlicher Teile des Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht wesentlicher Teile eines weiteren Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung; und
- Fig. 7 ist ein Zwei-Elemente-Kühlmittelkreislaufdiagramm, das eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
- Die vorliegende Erfindung wird im weiteren unter Bezugnahme auf Ausführungsformen beschrieben, aber es sollte angemerkt werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen allein beschränkt ist, soweit sie nicht vom wahren Geist der vorliegenden Erfindung abweicht.
- Fig. 1 ist eine Vorderansicht, die ein Kühlgerät in einer der Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
- Fig. 2 ist ein allgemeines Kühlmittelkreislaufdiagramm.
- Bezugszeichen 1 bezeichnet ein Kühlgerät, das einen Kompressor 2 aufweist. Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Kühlmittelzuführeinheit zur Zuführung eines Kühlmittels in den Kompressor 2. Bezugszeichen 4 zeigt einen Kühlmittelbehälter zur Zuführung eines Kühlmittels in die Kühlmittelzuführeinheit 3. Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Zuführeinheit, die die Kühlmittelzuführeinrichtung 3 und den Kühlmittelbehälter 4 umfaßt. Der Kompressor 2 ist in dieser Reihenfolge verbunden mit einem Kondensator 5, Kapillarröhren 6 und einem Verdampfer 7, und dadurch wird ein Kühlmittelkreislauf gebildet.
- Der Kühlmittelkreislauf, der in Fig. 2 dargestellt ist, ist mit einer Kühlmittelmischung aus R-32, R-125, R-134a und n-Pentan gefüllt. Die Zusammensetzung umfaßt 20 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 25 Gew.-%, R-32, 10 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 15 Gew.-%, R-12D, 40 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 50 Gew.-%, R-134a und 0,1 bis 14 Gew.-%, vorzugsweise 10 Gew.-%, n-Pentan.
- Wenn der Mischungsanteil von R-32 geringer ist als 20 Gew.-%, ist der Leistungskoeffizient (COP) vermindert, und wenn er 30 Gew.-% übersteigt, kann es sich entzünden, wenn es in die Atmosphäre austritt. Wenn der Mischungsanteil von R-125 geringer ist als 10 Gew.-%, ist die Austrittstemperatur des Kühlmittels, das aus dem Kompressor 2 austritt, zu hoch, und wenn er 20 Gew.-% übersteigt, ist der COP vermindert, während das Erderwärmungspotential (GWP) ansteigt. Wenn der Mischungsanteil von R-134a geringer ist als 40 Gew.-%, ist der Druck im Kühlmittelkreislauf zu hoch, und wenn er 60 Gew.-% übersteigt, wird die Verdampfungstemperatur hoch.
- Zum Kühlmittel aus R-134a wird zunächst n-Pentan in einem spezifischen Anteil zugemischt und anschließend in das Kühlmittel aus R-32 und R-125 eingemischt. Zu diesem Zeitpunkt wird n- Pentan zum Kühlmittel aus R-134a mit 14 Gew.-% oder mehr zugesetzt und wird zum Kühlmittel aus R-32 und R-125 so zugemischt, daß die Menge an n-Pentan 14 Gew.-% oder weniger beträgt. Das bedeutet, n-Pentan ist gut kompatibel mit Mineralöl oder Alkylbenzol, besitzt aber einen hohen Siedepunkt und ist entflammbar, und wenn daher der Mischungsanteil 14 Gew.-% übersteigt, könnte die erforderliche Kühltemperatur im Verdampfer 7 nicht erreicht werden und es könnte sich entzünden, wenn es in die Atmosphäre austritt. Daher wird n-Pentan in einem spezifischen Anteil mit dem Kühlmittel aus R-134a vermischt und anschließend mit dem Kühlmittel aus R-32 und R-125 vermischt, so daß der Gesamtmischungsanteil von n-Pentan zum Gesamtgewicht 14 Gew.-% nicht übersteigen kann.
- Tatsächlich kann n-Pentan nicht mit einem von Chlorresten freien Kühlmittel, wie R-32 und R-125, vermischt werden, mischt sich aber mit dem Kühlmittel aus R-134a bei gewöhnlicher Temperatur, so daß ein Mischkühlmittel bei Vorliegen des Kühlmittels aus R-134a hergestellt werden kann.
- Indem n-Pentan mit etwa 10 Gew.-% eingemischt wird, kann es die Kühltemperatur optimieren, den Rücklauf von Kühlgeräteöl, wie etwa Mineralöl und Alkylbenzol, zum Kompressor verbessern und das Entzündungsrisiko vermeiden.
- In einer weiteren Ausführungsform ist der Kühlmittelkreislauf in Fig. 2 mit einer Kühlmittelzusammensetzung aus kompatiblem Material gefüllt, bei dem n-Pentan in R-134a in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 7,3 Gew.-% des Gesamtgewichtes gelöst ist. Bevorzugter ist der Kühlmittelkreislauf mit einer Kühlmittelzusammensetzung aus kompatiblem Material gefüllt, bei dem n-Pentan in R-134a mit etwa 6 Gew.-% des Gesamtgewichtes gelöst ist.
- In Fig. 3 ist die obere Region der Kompatibilitätseigenschaftskurve ein Bereich, in dem beide einheitlich und stabil in einer Phase vorliegen, und der untere Bereich ist ein Bereich, in dem beide in zwei Phasen getrennt sind. Aus der Kompatibilitätseigenschaftskurve, die in Fig. 3 dargestellt ist, kann man ersehen, daß die Kühltemperatur im gewöhnlichen Verwendungszustand des Kühlgerätes durch Einstellen des Mischverhältnisses der beiden in einem spezifischen Bereich optimiert werden kann.
- Fig. 4 ist ein Kühlmittelkreislaufdiagramm, das die Zuführeinheit 8 zur Zuführung der Kühlmittelzusammensetzung darstellt, die die Kühlmittelzuführeinrichtung 3 und den Kühlmittelbehälter 4 umfaßt.
- Zum Beispiel wird die Kühlmittelzusammensetzung aus dem kompatiblen Material, bei dem n-Pentan in 1,1,1,2-Tetrafluorethan in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 7,3 Gew.-% des Gesamtgewichtes gelöst ist, in den Kühlmittelbehälter 4 eingebracht und in den Kühlmittelkreislauf durch die Zuführeinheit 8 zugeführt, die die Kühlmittelzuführeinrichtung 3, Zuführleitung usw. umfaßt.
- Die Zusammensetzung weist n-Pentan mit 0,1 Gew.-% bis 7,3 Gew.-% des Gesamtgewichtes, vorzugsweise 0,2 Gew.-% bis 7,3 Gew.-% und bevorzugter etwa 6 Gew.-% auf, wodurch die Kühltemperatur optimiert, der Rücklauf von Kühlgeräteöl, wie etwa Mineralöl und Akylbenzol, zum Kompressor verbessert und das Entzündungsrisiko vermieden wird.
- Wenn der Lösungsanteil von n-Pentan niedriger ist als 0,1 Gew.-%, ist der Ölrücklauf zum Kompressor schlecht. Wenn der Lösungsanteil von n-Pentan höher ist als 7,3 Gew.-%, ist es nicht bevorzugt, weil die Nicht-Entflammbarkeit nicht einheitlich ist, die flüssige Phase nicht gleichförmig ist oder Komponenten sich in zwei Phasen auftrennen können.
- Fig. 5 zeigt ein Beispiel des Kompressors 2 vom Kolbentyp, der in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Der Kompressor umfaßt einen luftdicht abgeschlossenen Behälter 11, einen Kompressorkörper 9, der in diesem Behälter 11 installiert ist, und Kühlgeräteöl 10, das sich im Boden des abgeschlossenen Behälters 11 befindet, zum Schmieren der gleitenden Teile des Kompressorkörpers 9. Das Kühlgeräteöl 10 kann entweder Mineralöl oder Alkylbenzol sein.
- Fig. 6 zeigt ein Beispiel eines Kompressors 2' vom Rotationstyp, der in der Erfindung verwendet werden kann. Der Kompressor umfaßt einen luftdicht abgeschlossenen Behälter 11', einen Kompressorkörper 9', der in diesem Behälter 11' installiert ist, und Kühlgeräteöl 10' das sich im Boden des abgeschlossenen Behälters 11' befindet, zum Schmieren der gleitenden Teile des Kompressorkörpers 9'. Das Kühlgeräteöl 10' kann ein Alkylbenzol sein.
- In der obigen Erläuterung ist ein Einzelelement-Kühlkreislauf dargestellt, aber dieselben Wirkungen werden erhalten, wenn man einen Zwei-Elemente-Kühlkreislauf 14 aufbaut, indem man einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf 16 und einen Niedertemperatur-Kühlkreislauf 12 mit einem Kaskadenkondensator 13 verbindet, wie in Fig. 7 dargestellt, und den Kompressor 15 des Hochtemperatur-Kühlkreislaufes 16 des Zwei-Elemente-Kühlkreislaufes mit der Kühlmittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung und Kühlgeräteöl füllt.
Claims (6)
1. Eine Kühlmlttelzusammensetzung, die herstellbar ist durch
die folgenden Schritte:
Vormischen von n-Pentan mit 1,1,1,2-Tetrafluorethylen und
Mischen der Vormischung mit Kühlmittelmischung aus
Difluormethan und Pentafluorethan, wobei das n-Pentan in einem
Bereich von 0,1 Gew.-% bis 14 Gew.-% des Gesamtgewichtes
vorliegt, das Difluormethan im Bereich von 20 Gew.-% bis
30 Gew.-% des Gesamtgewichtes vorliegt und das 1,1,1,2-
Tetrafluorethylen im Bereich von 40 Gew.-% bis 60 Gew.-%
des Gesamtgewichtes vorliegt, wobei die
Kühlmittelzusammensetzung mit Kühlgeräteöl kompatibel ist und eine
stabile und einheitliche flüssige Phase besitzt.
2. Eine Kühlmhttelzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das
n-Pentan im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 7,3 Gew.-% des
Gesamtgewichtes vorliegt.
3. Eine Kühlzsammensetzung nach Anspruch 2, wobei das n-
Pentan etwa 6 Gew.-% des Gesamtgewichtes ausmacht.
4. Ein Kühlgerät, das einen Kondensator zum Kondensieren und
Verflüssigen eines Kühlmittels, einen Verdampfer zum
Verdampfen eines verflüssigten Kühlmittels und einen
Kompressor zum Verdichten eines verdampften und
verdunsteten Kühlmittels und Abgeben in den Kondensator umfaßt,
wobei eine Kühlmittelzusammensetzung nach Anspruch 1, 2
oder 3 als das durch den Kompressor zu verdichtende
Kühlmittel verwendet wird.
5. Ein Kühlgerät nach Anspruch 4, wobei Mineralöl oder
Alkylbenzolöl als Kühlgeräteöl verwendet wird.
6. Ein Kühlgerät nach Anspruch 5, wobei ein
Rotationskompressor als der Kompressor verwendet wird und
Alkylbenzolöl als Kühlgeräteöl verwendet wird.
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