DE10327078A1 - Rotationswärmeaustauscher und Verfahren zur Abdichtung eines solchen - Google Patents
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Abstract
Bei einem Rotationswärmetauscher (1) mit einem drehbar gelagerten Rotor (3), der einen ersten Strömungssektor (4) für Außen- (5) bzw. Zuluft (6) und einen zweiten Strömungssektor (7) für Ab- (8) bzw. Fortluft (9) aufweist, die er bei einer Drehung durchläuft, und einem Gehäuse (2), das den Rotor (3) an dessen Umfang umgibt, wird zur Verbesserung der Abdichtung das den Rotor (3) an dessen Umfang umgebende Gehäuse (2) mit Gehäuse- bzw. Dichtungsluft gefüllt, wobei der Druck der Gehäuse- bzw. Dichtungsluft höher als der Druck der den Rotor (3) durchströmenden Luftströme (5, 6; 8, 9) ist.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotationswärmeaustauscher mit einem drehbar gelagerten Rotor, der einen ersten Strömungssektor für Außen- bzw. Zuluft und einen zweiten Strömungssektor für Ab- bzw. Fortluft aufweist, die er bei einer Drehung durchläuft, und einem Gehäuse, das den Rotor an dessen Umfang umgibt, und auf ein Verfahren zur Abdichtung eines derartigen Rotationswärmeaustauschers.
- Bei bekannten derartigen Rotationswärmeaustauschern sind zwischen dem Rotor und dem ihm umgebenden Gehäuse an der vorderen Stirnseite des Rotors und an der hinteren Stirnseite des Rotors Umfangsdichtungen vorgesehen, mittels denen der Austritt von Luft aus den den Rotor durchströmenden Luftströmen in das Gehäuse verhindert werden soll. Da sich der Rotor in Bezug auf das ihn umgebende Gehäuse dreht, treten im Betrieb eines derartigen Rotationswärmeaustauschers stets erhebliche Undichtigkeiten zwischen dem Rotor einerseits und dem Gehäuse andererseits auf, welche dazu führen, dass Luft aus den den Rotor durchströmenden Luftströmen aus dem Rotor austritt. Dies kann dazu führen, dass die von dem Rotationswärmeaustauscher zur Verfügung gestellte Zuluft für einen Raum in unerwünschter Weise verunreinigt wird.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotationswärmeaustauscher bzw. ein Verfahren zur Abdichtung eines derartigen Rotationswärmeaustauschers derart weiterzubilden, dass solche Leckagen in ungewollter Richtung nicht mehr auftreten können.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das den Rotor an dessen Umfang umgebende Gehäuse mit Gehäuse- bzw. Dichtungsluft gefüllt ist, und dass der Druck der Gehäuse- bzw. Dichtungsluft höher als der Druck der den Rotor durchströmenden Luftströme ist. Durch die Beaufschlagung des Gehäuses mit unter Überdruck stehender Gehäuse- bzw. Dichtungsluft wird das Druckniveau im Gehäuse stets oberhalb des Druckniveaus von den den Rotor des Rotationswärmeaustauschers durchströmenden Luftströmen gehalten. Hierdurch kann verhindert werden, dass durch das Gehäuse Außen- bzw. Zuluft mit Ab- bzw. Fortluft vermischt wird.
- Zusätzlich können im Falle des erfindungsgemäßen Rotationswärmeaustauschers selbstverständlich auch Umfangsdichtungen vorgesehen sein, mittels denen der Gehäuse- bzw. Dichtungsluftstrom reduziert werden kann. Derartige Umfangsdichtungen sind vorteilhaft am Gehäuse des Rotationswärmeaustauschers befestigbar.
- Der Druck der Gehäuse- bzw. Dichtungsluft kann auf einem konstanten Druckniveau gehalten werden. Hierbei muss berücksichtigt werden, dass dieses konstante Druckniveau oberhalb des Druckniveaus der den Rotor des Rotationswärmeaustauschers durchströmenden Luftströme liegt.
- Alternativ ist es möglich, den Druck der Gehäuse- bzw. Dichtungsluft um einen konstanten Differenzdruck über dem Druck der den Rotor durchströmenden Luftströme zu halten. Bei dieser Vorgehensweise kann die Menge der Gehäuse- bzw. Dichtungsluft, mittels der das Gehäuse beaufschlagt werden muss, optimiert werden, wobei stets ein ausreichender Überdruck innerhalb des Gehäuses zur Verfügung steht.
- Der Überdruck innerhalb des Gehäuses kann vorteilhaft mittels einer externen oder internen Druckquelle erzeugt werden.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform gehört zu dem erfindungsgemäßen Rotationswärmeaustauscher eine Steuer- und Regeleinrichtung, mittels der der Betrieb der Druckquelle entsprechend dem Signal eines den Druck im Gehäuse und/oder eines den Druck der den Rotor durchströmenden Luftströme messenden Druckfühlers steuer- bzw. regelbar ist. Entsprechend wird das Druckniveau der Gehäuse- bzw. Dichtungsluft im Gehäuse in Abhängigkeit vom Druckniveau im Gehäuse, dem ein Solldruck zugrunde gelegt wird, und/oder vom Druckniveau der den Rotor durchströmenden Luftströme gesteuert bzw. geregelt.
- Insbesondere bei solchen Einsatzorten und Anwendungsfällen, bei denen in der Abluft bzw. in der Fortluft Befrachtungen und Zusammensetzungen vorliegen, die z.B. eine Explosionsgefahr hervorrufen können, ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse mit unkritischer Gehäuse- bzw. Dichtungsluft beaufschlagt wird, da dann die kritischen Inhalte der Ab- bzw. Fortluft verdünnt werden können, so dass z.B. in Explosionsbereichen für Antriebsmotoren der Explosionsschutz wegfallen kann.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotationswärmetaustauschers sind an den Stirnflächen des Rotors zwischen den beiden Strömungssektoren diametral verlaufend Luftstromtrennungseinrichtungen angeordnet, die mit dem Gehäuse verbunden und mittels der im Gehäuse vorhandenen Gehäuse- bzw. Dichtungsluft mit Dichtungsluftstrom versorgt werden können. Ein für die Luftstromtrennungseinrichtungen ansonsten erforderlicher Ventilator kann im Falle des erfindungsgemäßen Rotationswärmeaustauschers entfallen. Wenn an einer Stirnfläche des Rotors in demjenigen Bereich des Strömungssektors für Ab- bzw. Fortluft, der – in Drehrichtung des Rotors – unmittelbar vor dem Strömungssektor für Außen- bzw. Zuluft angeordnet ist, eine Spülkeileinrichtung vorgesehen ist, die mit dem Gehäuse verbunden und mittels der im Gehäuse vorhandenen Gehäuse- bzw. Dichtungsluft mit Spülluftstrom versorgbar ist, kann auch für einen separaten Ventilator zur Versorgung der Spülkeileinrichtung verzichtet werden.
- Sofern der erfindungsgemäße Rotationswärmeaustauscher gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung mit einer Temperiervorrichtung versehen ist, mittels der die Gehäuse- bzw. Dichtungsluft, z.B. zum Zwecke des Vereisungsschutzes, temperierbar ist, kann jedwede Vereisung der Umfangsdichtungen verhindert werden, wobei darüber hinaus eine Kondensatbildung im Gehäuse ausgeschlossen werden kann. Die Gehäuse- bzw. Dichtungsluft lässt sich in einfacher Weise der Zuluft- und/oder der Außenluftanlage des Rotationswärmeaustauschers entnehmen.
- Vorteilhaft sind am Gehäuse des erfindungsgemäßen Rotationswärmeaustauschers Düseneinrichtungen vorgesehen, durch die hindurch Gehäuse- bzw. Dichtungsluft auf ein Lager des Rotors gerichtet werden kann. Hierdurch kann mit einem vergleichs weise geringen Aufwand das Lager des Rotors trocken gehalten werden.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 eine Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Rotationswärmeaustauschers; und -
2 eine prinzipielle Darstellung von einen Rotor des erfindungsgemäßen Rotationswärmeaustauschers durchströmenden Luftströmen sowie von Dichtungs- und Spülluftströmen bei dem erfindungsgemäß ausgestalteten Rotationswärmeaustauscher. - Ein in
1 in perspektivischer Darstellung gezeigter erfindungsgemäßer Rotationswärmeaustauscher1 hat ein in der dargestellten Ausführungsform hinsichtlich seiner Außenkontur etwa quadratisches Gehäuse2 . - Das Gehäuse
2 umgibt einen Rotor3 des Rotationswärmeaustauschers1 am Umfang des ersteren. - Der Rotor
3 hat einen ersten Strömungssektor4 , der, wie aus2 hervorgeht, von Außen-5 bzw. Zuluft6 durchströmt wird. Der Luftstrom für die Außenluft5 und die Zuluft6 ist in2 durch Pfeile dargestellt. - Des weiteren besitzt der Rotor
3 einen zweiten Strömungssektor7 , der in Gegenrichtung zur Außen-5 und Zuluft6 von Ab-8 und Fortluft9 durchströmt wird. Der durch die Ab-8 und die Fortluft9 gebildete Luftstrom wird in2 ebenfalls durch Pfeile dargestellt. - Der Rotor
3 des Rotationswärmeaustauschers ist um ein Lager bzw. eine Nabe10 drehbar angeordnet. Die Drehrichtung des Rotors3 wird in1 und2 durch den Pfeil11 gezeigt. - Das Gehäuse
2 ist an eine in den1 und2 nicht gezeigte Druckquelle angeschlossen, mittels der das Gehäuse2 mit Gehäuse- bzw. Dichtungsluft beaufschlagt wird, und zwar mit einem Druck, der höher ist, als das Druckniveau in den den Rotor3 durchströmenden Luftströmen5 ,6 ;8 ,9 . Hierdurch wird ein Austreten von Ab-8 bzw. Fortluft9 aus dem Rotor3 in radial auswärtiger Richtung verhindert. Entsprechend wird auch ein Austreten von Außen-5 und Zuluft6 aus dem Rotor3 in radial auswärtiger Richtung verhindert. Der durch Pfeile12 dargestellte, in Bezug auf den Rotor3 radial einwärts verlaufende Dichtungsluftstrom12 tritt in den aus der Außen-5 bzw. Zuluft6 gebildeten Luftstrom und den aus der Ab-8 und Fortluft9 gebildeten Luftstrom ein. Durch das unter Überdruck stehende Gehäuse2 wird quasi eine kontrollierte Kammerluftdichtung für den Rotationswärmeaustauscher1 geschaffen. - Zwischen dem Umfang des Rotors
3 und der den Rotor3 umgebenden Vorderseite13 des Gehäuses2 sowie der entsprechend vorgesehenen Rückseite14 des Gehäuses2 sind jeweils Umfangsdichtungen15 ,16 vorgesehen, mittels denen die im Betrieb des Rotationswärmeaustauschers1 zwangsläufig auftretenden Undichtigkeiten zwischen dem Gehäuse2 einerseits und dem Rotor3 andererseits möglichst gering gehalten werden sollen. - Diese Umfangsdichtungen
15 ,16 sind zweckmäßigerweise an der Vorderseite13 bzw. an der Rückseite14 des Gehäuses2 befestigt, so dass sich der Außenumfang des Rotors3 in Bezug auf diese Umfangsdichtungen15 ,16 bewegt. - Der Druck der Gehäuse- bzw. Dichtungsluft innerhalb des Gehäuses
2 wird entweder auf einem konstanten Druckniveau gehalten, wobei dieses Druckniveau so gewählt ist, dass es in jedem Fall oberhalb des Druckniveaus der den Rotor3 durchströmenden Luftströme5 ,6 ;8 ,9 liegt. Alternativ ist es möglich, den Druck der Gehäuse- bzw. Dichtungsluft innerhalb des Gehäuses2 so zu steuern bzw. zu regeln, dass dieser Druck immer um einen vorgebbaren Differenzdruck oberhalb des Druckniveaus in den Luftströmen5 ,6 ;8 ,9 liegt, die den Rotor3 durchströmen. - Als Druckquelle kann eine externe oder eine interne Druckquelle vorgesehen sein.
- Mittels einer in den Figuren nicht dargestellten Steuer- und Regelvorrichtung, zu der ein im Gehäuse
2 angeordneter Druckfühler und ein den Druck in der Außen-5 bzw. Zuluft6 sowie in der Ab-8 bzw. Fortluft9 erfassender Druckfühler gehört. Entsprechend den Signalen dieser Druckfühler wird der Druck innerhalb des Gehäuses2 gesteuert bzw. geregelt. Hierbei kann als Zielgröße ein Solldruck innerhalb des Gehäuses2 oder aber ein Differenzdruck zwischen dem Druck im Gehäuse2 und dem Druck innerhalb der Luftströme5 ,6 ;8 ,9 dienen. - Sofern der Rotor
3 des Rotationswärmeaustauschers1 von zumindest einem hinsichtlich seiner Zusammensetzung kritischen Luftstrom durchströmt wird, ist es zweckmäßig, wenn das Ge häuse2 mit unkritischer Gehäuse- bzw. Dichtungsluft beaufschlagt wird. Mittels dieser unkritischen Gehäuse- bzw. Dichtungsluft kann der genannte kritische Luftstrom so verdünnt werden, dass aus der Zusammensetzung des kritischen Luftstroms resultierende Gefahren, z.B. Explosionsgefahr, reduziert werden. - An den beiden Stirnflächen
17 ,18 des Rotors3 ist jeweils eine sich waagerecht und diametral über den Rotor3 erstreckende Luftstromtrennungseinrichtung19 bzw.20 vorgesehen. Die beiden Luftstromtrennungseinrichtungen19 ,20 sind quasi als Mittenholme ausgebildet, deren Innenraum in Verbindung mit dem Innenraum des Gehäuses2 steht, so dass die beiden Luftstromtrennungseinrichtungen19 ,20 mit unter Überdruck stehender Gehäuse- bzw. Dichtungsluft beaufschlagt werden. Aus den beiden Luftstromtrennungseinrichtungen19 ,20 tritt ein durch Pfeile21 gezeigter Dichtungsluftstrom aus, mittels dem an der Stirnfläche17 des Rotors eine Vermischung von Außenluft5 und Fortluft9 und an der Stirnfläche18 des Rotors3 eine Vermischung von Zuluft6 und Abluft8 verhindert wird. - Darüber hinaus ist an der Stirnfläche
17 des Rotors3 unterhalb der Luftstromtrennungseinrichtung19 eine Spülkeileinrichtung22 angeordnet. Die Spülkeileinrichtung richtet einen durch Pfeile23 dargestellten Spülluftstrom durch den sich drehenden Rotor3 , so dass verhindert wird, dass Mitrotationsluft aus dem zweiten Strömungssektor7 , der der Abluft8 und der Fortluft9 zugeordnet ist, in den ersten Strömungssektor4 des Rotors3 gerät, der der Außenluft5 und der Zuluft6 zugeordnet ist. Die Spülkeileinrichtung22 ist bei dem in den1 und2 gezeigten Rotationswärmeaustauscher1 – wie die beiden Luftstromtrennungseinrichtungen19 ,20 an das Gehäuse2 angeschlossen, so dass auch der Spülluftstrom23 durch die Gehäuse- bzw. Dichtungsluft aus dem Gehäuse2 gespeist wird. - Des weiteren ist der in den
1 und2 gezeigte Rotationswärmeaustauscher1 mit einer in den Figuren nicht gezeigten Heizvorrichtung ausgerüstet, mittels der die Gehäuse- bzw. Dichtungsluft aufgeheizt werden kann. Es kann jedoch bei bestimmten Anforderungen auch zweckmäßig sein, allgemein eine Temperiervorrichtung vorzusehen, mittels der die Temperatur der Gehäuse- bzw. Dichtungsluft innerhalb des Gehäuses2 beliebig temperiert werden kann. Die vorstehend erwähnte Heizvorrichtung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn bei bestimmten Temperaturverhältnissen eine Vereisung des Rotationswärmeaustauschers1 verhindert werden soll. - Die Gehäuse- bzw. Dichtungsluft kann der Zuluftanlage oder der Außenluftanlage des Rotationswärmeaustauschers
1 entnommen werden. - Das Gehäuse
2 kann mit in den1 und2 nicht gezeigten Düseneinrichtungen versehen sein, durch die hindurch das Lager bzw. die Nabe10 des Rotors3 des Rotationswärmeaustauschers1 trocken gehalten werden kann. Dies ist insbesondere bei solchen Rotationswärmeaustauschern1 von besonderer Bedeutung, bei denen die den Rotor3 durchströmenden Luftströme5 ,6 ;8 ,9 feuchtigkeitsbeaufschlagt sind.
Claims (23)
- Rotationswärmeaustauscher (
1 ), mit einem drehbar gelagerten Rotor (3 ), der einen ersten Strömungssektor (4 ) für Außen- (5 ) bzw. Zuluft (6 ) und einen zweiten Strömungssektor (7 ) für Ab- (8 ) bzw. Fortluft (9 ) aufweist, die er bei einer Drehung durchläuft, und einem Gehäuse (2 ), das den Rotor (3 ) an dessen Umfang umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das den Rotor (3 ) an dessen Umfang umgebende Gehäuse (2 ) mit Gehäuse- bzw. Dichtungsluft gefüllt ist, und dass der Druck der Gehäuse- bzw. Dichtungsluft höher als der Druck der den Rotor (3 ) durchströmenden Luftströme (5 ,6 ;8 ,9 ) ist. - Rotationswärmeaustauscher nach Anspruch 1, bei dem zwischen dem Umfang des Rotors (
3 ) einerseits und dem Gehäuse (2 ) andererseits Umfangsdichtungen (15 ,16 ) angeordnet sind. - Rotationswärmeaustauscher nach Anspruch 2, bei dem die Umfangsdichtungen (
15 ,16 ) am Gehäuse (2 ) befestigt sind. - Rotationswärmetaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Druck der Gehäuse- bzw. Dichtungsluft auf einem konstanten Druckniveau haltbar ist.
- Rotationswärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Druck der Gehäuse- bzw. Dichtungsluft mit einem konstanten Differenzdruck über dem Druck der den Rotor (
3 ) durchströmenden Luftströme (5 ,6 ;8 ,9 ) haltbar ist. - Rotationswärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer externen oder internen Druckquelle, mittels der der Überdruck im Gehäuse (
2 ) erzeugbar ist. - Rotationswärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Steuer- und Regelvorrichtung, mittels der der Betrieb der Druckquelle entsprechend dem Signal eines den Druck im Gehäuse (
2 ) und/oder eines den Druck der den Rotor (3 ) durchströmenden Luftströme (5 ,6 ;8 ,9 ) messenden Druckfühlers steuer- bzw. regelbar ist. - Rotationswärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dessen Gehäuse (
2 ) mit unkritischer Gehäuse- bzw. Dichtungsluft beaufschlagbar ist. - Rotationswärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit an den Stirnflächen (
17 ,18 ) des Rotors (3 ) zwischen den beiden Strömungssektoren (4 ,7 ) diametral verlaufend angeordneten Luftstromtrennungseinrichtungen (19 ,20 ), die mit dem Gehäuse (2 ) verbunden und mittels der im Gehäuse (2 ) vorhandenen Gehäuse- bzw. Dichtungsluft mit Dichtungsluftstrom (21 ) versorgbar sind. - Rotationswärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem an einer Stirnfläche (
17 ) des Rotors (3 ) in demjenigen Bereich des Strömungssektors (7 ) für Ab- (8 ) bzw. Fortluft (9 ), der – in Drehrichtung (11 ) des Rotors (3 ) – unmittelbar vor dem Strömungssektor (4 ) für Außen- (5 ) bzw. Zuluft (6 ) angeordnet ist, eine Spülkeileinrichtung (22 ) vorgesehen ist, die mit dem Gehäuse (2 ) verbunden und mittels der im Gehäuse (2 ) vorhandenen Gehäuse- bzw. Dichtungsluft mit Spülluftstrom (23 ) versorgbar ist. - Rotationswärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer Temperiervorrichtung, mittels der die Gehäuse- bzw. Dichtungsluft, z.B. zum Zwecke des Vereisungsschutzes, temperierbar ist.
- Rotationswärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Gehäuse- bzw. Dichtungsluft der Zuluft- und/oder der Außenluftanlage des Rotationswärmeaustauschers (
1 ) entnehmbar ist. - Rotationswärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem am Gehäuse (
2 ) Düseneinrichtungen vorgesehen sind, durch die hindurch Gehäuse- bzw. Dichtungsluft auf ein Lager (10 ) des Rotors (3 ) richtbar ist. - Verfahren zur Abdichtung eines Rotationswärmeaustauschers (
1 ), dadurch gekennzeichnet, dass ein einen Rotor (3 ) des Rotationswärmeaustauschers (1 ) am Umfang des Rotors (3 ) umgebendes Gehäuse (2 ) mit Gehäuse- bzw. Dichtungsluft beaufschlagt und der Druck der Gehäuse- bzw. Dichtungsluft im Gehäuse (2 ) oberhalb des Druckniveaus von den Rotor (3 ) des Rotationswärmeaustauschers (1 ) durchströmenden Luftströmen (5 ,6 ;8 ,9 ) gehalten wird. - Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Druckniveau der Gehäuse- bzw. Dichtungsluft im Gehäuse (
2 ) konstant gehalten wird. - Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Druckniveau der Gehäuse- bzw. Dichtungsluft im Gehäuse (
2 ) um einen konstanten Differenzdruck oberhalb des Druckniveaus er den Rotor (3 ) durchströmenden Luftströme (5 ,6 ;8 ,9 ) gehalten wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem das Druckniveau der Gehäuse- bzw. Dichtungsluft im Gehäuse (
2 ) in Abhängigkeit vom Druckniveau im Gehäuse (2 ) und/oder vom Druckniveau der den Rotor (3 ) durchströmenden Luftströme (5 ,6 ;8 ,9 ) gesteuert bzw. geregelt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem das Gehäuse (
2 ) mit unkritischer Gehäuse- bzw. Dichtungsluft beaufschlagt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem an den Stirnflächen (
17 ,18 ) des Rotors (3 ) angeordnete Luftstromtrennungseinrichtungen (19 ,20 ) aus dem Gehäuse (2 ) mit Gehäuse- bzw. Dichtungsluft versorgt werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem eine Spülkeileinrichtung (
22 ) des Rotors (3 ) aus dem Gehäuse (2 ) mit Gehäuse- bzw. Dichtungsluft als Spülluft versorgt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem die Gehäuse- bzw. Dichtungsluft temperiert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, bei dem die Gehäuse- bzw. Dichtungsluft der Zuluft- und/oder Außenluftanlage des Rotationswärmeaustauschers (
1 ) entnommen wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, bei dem Lager (
10 ) des Rotors (3 ) von Gehäuse- bzw. Dichtungsluft beaufschlagt werden.
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