JP2019509436A - 真空断熱パネルを製造する方法 - Google Patents
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本発明は、繊維コア(3)を有する真空断熱パネル(1)を製造するための方法であって、繊維のコア素材を準備するステップと、コア素材の大きい面上に箔部分を配置するステップと、コア(3)を形成するために所定の厚さにコア素材を圧縮するステップであって、圧縮ステップにおいて、コア素材が箔部分の間に配置され、コア(3)の機械的な圧縮が箔スリーブ(2)が封止されるまで維持され、圧縮ステップが熱インパクトなしに室温で製造場所で実施される、ステップと、箔スリーブ(2)を形成するために箔部分を接続するステップであって、箔スリーブ(2)の一部の部分が依然として開いたままである、ステップと、コア(3)を包む箔スリーブ(2)を1ミリバール以下の圧力まで排気するステップと、箔スリーブ(2)を完全に閉鎖するステップであって、箔スリーブ(2)がプラスチック複合材箔から作られる、ステップとを含む、方法に関する。この方法は、機械的な圧縮が1バールより高い圧力で実行されるということによって、識別される。それによって、低い経費で、低い経費によって断熱効果が影響を受けることなく製造され得る真空断熱パネル(1)が得られる。
Description
本発明は、繊維コアを有する真空断熱パネルを製造するための方法であって、繊維のコア素材を準備するステップと、コア素材の大きい面上に箔部分を配置するステップと、コアを形成するために所定の厚さにコア素材を圧縮するステップであって、圧縮ステップにおいて、コア素材が箔部分の間に配置され、その間で機械的に圧縮され、コアの機械的な圧縮が箔スリーブまたはエンベロープが封止されるまで維持され、圧縮ステップが熱インパクトなしに室温の製造場所で実施される、ステップと、箔スリーブを形成するために箔部分を接続するステップであって、箔スリーブの一部の部分が依然として開いたままである、ステップと、コアを包む箔スリーブを1ミリバール以下の圧力まで排気するステップと、箔スリーブを完全に閉鎖するステップであって、箔スリーブがプラスチック複合材箔から作られる、ステップとを含む、方法に関する。
そのような真空断熱パネルは、比較的薄い断熱厚を有する良好な断熱特性によって特徴付けられる。したがって、それらは、利用可能な空間が制限される区域で主に使用される。例として、冷蔵庫、冷凍庫などがここで挙げられなければならない。しかしながら、それに加えて、そのような真空断熱パネルは建築物分野の建築物の断熱にも使用される。
知られている真空断熱パネルは、それらが、排気物に適合される開いた多孔質体のコアを備えるということで、共通している。このコアは、箔スリーブ中に収容され、その状態の真空下で使用可能となる。これにより、気体熱伝導ならびに対流が、当該真空断熱パネル内部で著しく防止され、そのため、熱損失は、固体伝導および熱放射によって主に発生することになる。
コア材料として、例えば、発泡ポリウレタンもしくはポリスチレン、沈降シリカ、焼成シリカなど、様々な開いた多孔質材料が使用される。非常に低い固体伝導に起因して、繊維もコア材料として通常使用される。
箔スリーブが使用される、様々なモードの設計も一般的である。したがって、例えば、150〜200μmのHDPEの層および6〜20μmのアルミニウム層を有する2層箔の形のプラスチック複合箔がしばしば使用される。さらに、例えば、各々がアルミニウム処理をしている20〜50μmのいくつかのプラスチック箔が互いに接続され、その層厚が典型的にはそれぞれ3〜5μm未満である、プラスチック基盤上の多層箔がやはり知られている。そのようなプラスチック複合材箔は、低い費用で設けられ得ること、および少ない努力で処理され得ることといった利点を有する。特に、原則として、箔スリーブの気密封止が、プラスチック材料によりいかなる問題もなしに実施され得る。というのは、適切な溶接継ぎ目または封止継ぎ目が問題なく生成され得るからである。さらに、そのようなプラスチック複合箔は、端側接続区域中に、比較的わずかな熱橋を画定する。純粋プラスチック箔は、拡散抵抗が不十分であることに起因して、ニッチな用途のみで役立っている。それらは、建築物分野など、数年または数十年の真空断熱パネルの利用寿命が要求される用途には、基本的に適さない。
しかるに、そのようなプラスチック複合箔スリーブの欠点は、それらが完全には気密でないことである。時間の経過の中で浸透する気体分子が、真空を壊すことになる。浸透する湿気も、そのような真空断熱パネルの内部において熱伝導をもたらすことになる。したがって、断熱効果が長期間で大幅に減少され得る。そのようなプラスチック箔スリーブの別の欠点は、それらが機械的なダメージに比較的敏感であるということにある。そのような機械的なダメージが輸送期間および処理の経過の中で早くも発生する場合、真空が直ちに失われ、断熱効果が大きく破壊される。
1つの代替物は、例えば、ステンレススチール箔など、金属箔を基本とした箔スリーブである。そのような金属箔は、非常に気密であり、そのため、ほとんど制限のない寿命が達成され得る。その上、それらは、機械的なダメージに対する高い耐性を提供する。
しかし、そのような金属箔スリーブの欠点は、金属の高い熱伝導率に起因して、端領域で非常に重大な熱橋が発生することである。それらは、断熱効果の明確な減少を引き起こす。さらに、そのような金属箔は、提供するのが高価で、処理するのがより複雑である。特に、そのような金属箔スリーブの溶接は、プラスチック箔の場合であるよりも、はるかに大きい労力を伴う。
そのような真空断熱パネルの全体的な設計では、コアが支持体として働き、そのため、それは、従来では、比較的寸法的に安定性のある成形体として提供される。繊維材料がコアとして使用される場合、真空下で分解する結合材を含まない繊維材料が通常採用される。実際の経験は、悪影響が結合材の使用に関連することを示した。有機的な結合材が使用される場合、それらは真空中で分解する可能性があり、そのため、気体熱伝導が増加することに起因して、断熱効果が減少する。無機的な結合材は通常この効果を有さないけれども、それらは取り扱うのが困難で、高価である。
このため、結合材のないミネラルウールを使用し、コアを形成するために熱効果の下でそれを圧縮することへと進んだ。この処理は、鉱物材料のそれぞれの組成物に依存し、原則として400℃と600℃との間の温度範囲で実施され、その軟化点の範囲で行われる。それに伴うのは、一方で原材料の繊維混合、他方である種の融合をもたらす、鉱物繊維の塑性変形である。それによって、比較的寸法的に安定であるが、依然として開いた多孔質コアが達成され得る。そのような手順の例は、米国特許第2,745,173号明細書、欧州特許第1892452(B1)号明細書、独国特許第60124242(T2)号明細書、および欧州特許出願公開第1653146(A1)号明細書といった文書に見いだされる。
そこから知られる手順は、良好な断熱効果を有する真空断熱パネルを達成する効果があることを完全に証明した。それらは、比較的良好な管理可能性によっても特徴付けられる。しかし、これらの手順は、特に、使用される高温に起因する非常に高いエネルギー消費を伴う。このため、そのようなミネラルウールの成形コアの製造は、比較的高価である。さらに、これらの方法ステップは、製造された成形体が、まだ、さらなる使用のため冷却される必要があるので、なおさら時間がかかりもする。
したがって、独国特許出願公開第102013104712(A1)号明細書から、圧縮ステップにおいて、繊維のコア素材が、2つのカバー要素間に配置されて、その間で機械的に圧縮され、コアは、箔スリーブが封止されるまで機械的な圧縮下に保たれ、圧縮ステップは、熱インパクトなしに室温で製造場所で実施される手順が知られている。
したがって、エネルギー的に複雑な高温下圧縮の代わりに、コア素材は、ここで低温状態で圧縮され、このことが、エネルギー要件の大幅な減少をもたらす。圧縮圧力が真空の生成および箔スリーブの封止まで同時に維持されるので、それに伴う、初期の低いコアの寸法安定性は問題とはならない。コア素材を加熱するためでも冷却するためでもない処理時間が考慮に入れられなければならないので、方法は、短時間で実施され得る。
しかし、不利なことに、前記方法は、特にステンレススチール金属箔のような金属箔が使用される場合にだけ、問題なく実施され得る。しかし、プラスチック複合材箔が箔スリーブとして使用されるときは、前記文書の教示にしたがって、非常にフレキシブルな箔スリーブのしわが回避されるように、コア素材の大きい面に追加の支持板が配置されなければならない。このことは、追加の方法ステップを必要とする。
したがって、従来技術の欠点を回避し、真空断熱パネルが、少ない努力で、その大きい面での箔スリーブのしわなしで製造され得る、繊維コアおよびスリーブまたはエンベロープとしてのプラスチック複合材箔を有する真空断熱パネルを製造するための方法を提供することが本発明の目的である。
この目的は、請求項1の特徴を有する方法により解決される。本方法は、特に、機械的な圧縮が1バールより高い圧力で実行されるということによって特徴付けられる。
本発明の中で、驚いたことに、プラスチック複合材箔のしわが、十分に高い圧縮圧が印可されることによって防止され得ることも判明した。十分になめらかな面が設けられるように、1バールよりも高い圧力で、繊維コアの大きい面が既に圧縮されている。したがって、その上に配置される箔部分は、伸びて広がった位置を保つことになる。
このことは、前記圧縮圧が箔スリーブの封止または閉鎖まで維持されることによってもサポートされる。ここで、そこに存在する真空に起因して、コアは、寸法安定した物体として設けられ、その結果、やはり、箔スリーブはその形状を保つことになる。
その結果、これまで使用されていた追加の支持板は、もはや使用する必要がなく、すなわち、取り除かれ得る。それによって、プロセス技術上の努力が非常に減少され、すなわち、方法が大幅に簡略化される。
箔スリーブがプラスチック複合材箔であり、それによって、低い提供費用および熱橋の防止に関するプラスチックスリーブの通常の利点を利用され得ることも有利である。
本発明にしたがう方法の、有利なさらなる発展形態が、従属請求項の主題である。
こうして、機械的な圧縮が、2〜10バールの圧力で実行され得る。本発明の中の実際の試験によって、前記範囲において、箔スリーブの特に有利な表面特性ならびに特に有利な絶縁特性が達成され得、加えて、圧縮ステップのための努力が限定され得ることが明らかになった。この点に関し、特に、4〜8バールの範囲が好ましく、現在の試験によれば、箔部分の特にしわのない面とともに特に好ましい断熱性が、約6バールで達成され得る。
本発明によれば、繊維は、真空中で分解する結合材、特に有機結合材を含まないことがさらに好ましい。
繊維は、真空条件下で分解しないまたは非常にわずかに分解するだけである熱可塑性材料から形成され得る。この種類の好適な繊維は、特に、ポリエチレン、ポリアミド、またはポリプロピレンからなる。
同様に、無機繊維、好ましくはグラスウールもしくはロックウールまたはそれらの混合物など、ガラス繊維織物またはミネラルウールが使用され得る。ガラス繊維織物は、通常、ノズル延伸手順によって製造され、ミネラルウールは、乾式または湿式手順によって製造され得る。有機繊維、無機繊維または有機−無機繊維の混合物も使用され得るが、しかし処理技術の理由のため、あまり好ましくない。
コア素材を準備することが、コア素材を、0.1%未満の残留湿度まで乾燥させることを含む場合は、さらに有利である。ここで、箔スリーブ中に捕捉される湿気の量を特に小さく保つことが可能であり、そのため、熱伝導がさらに減少され、したがって、改善された給湿効果が達成され得る。これは、通常水分散液、例えば油剤が使用される製造期間に、特に無機繊維で役割を果たす。熱可塑性繊維は、通常、水の存在なしで、溶解質量から直接生成され、そのため、乾燥は、通常、必要とされない。
さらに、乾燥ステップは、繊維の軟化温度の少なくとも200K下の温度で行われてよい。乾燥時間およびエネルギー消費を考慮に入れて、含水量に依存し、120℃〜200℃、平均約150℃の乾燥温度が特に効果的であることを実地試験が明らかにした。
さらに、コア素材を準備するステップが、繊維材料のフェルト織物を準備することと、所定の仕上がりサイズにフェルト織物を切断することとを含むことができることも可能である。ここで、コア素材を準備するステップは、非常に良好に従来の処理ラインに統合され得、効果的に実施され得る。必要に応じて、真空断熱パネルのための断熱厚を達成するために、複数の切断されたフェルト織物部分を積み重ねたものを、コアの所望の層として実施され得る。
あるいは、複数のフェルト織物は、互いの上に配置されてもよく、ここでフェルト織物の積み重ねは、所定の仕上がりサイズに切断され得る。
箔スリーブで囲繞されるコアの排気のステップが、0.05ミリバール以下の圧力まで実施される場合は、さらに有利である。このように改善された真空によって、一層良好な断熱効果が達成され得る。箔スリーブ内部の圧力が、排気ステップの経過中に0.01ミリバール以下の値に減少された場合、これは一層増加され得る。
ミネラルウールが、国際公開第2003/098209(A1)号パンフレットに記載される方法にしたがって決定される、20l/分以下のマイクロネアを有する繊維繊度を有する繊維を含む場合、特に良好な支持特性と優れた断熱値を併せ持つコアが達成され得る。実地試験において、15l/分以下のマイクロネアを有する繊維繊度を繊維が有する場合、特に好都合な様式でこれらの利点が達成されることがわかった。
さらに、フェルト織物が、乾燥のステップの前に、800g/m2と2500g/m2との間の、単位面積当たり重量を備える場合、有利であることが判明した。それによって、特に好都合な特性を有するコアが達成され得る。
本発明にしたがう方法は、実施形態によって、以下に詳細に説明されることになる。
図1では、真空断熱パネル1が、断面で概略的に示される。それは、コア3を全体的に囲繞する箔スリーブ2を備える。
図1にしたがう実施形態では、箔スリーブ2は、プラスチック複合材箔として設計され、150μmの厚さを有するHDPE層および6μmの厚さを有するアルミニウム層の2層構造を備える。それは、突き出た端部分において、コア3の横方向端領域で互いに溶接される、2つの箔部分2aおよび2bから形成される。内部圧力が約0.01ミリバールに設定される真空が、箔スリーブ2内部で利用可能である。図1中の概略表現と反対に、したがって箔スリーブ2は、実際にはコア3と緊密に接触し、ここで、コア3は、外部圧力に対する支持体として働く。コア3は、結合材なしのミネラルウール、ここではグラスウールからなる。
以下では、真空断熱パネル1を製造するための方法が、図2に図示される流れ図によって詳細に説明されることになる。
最初に、コア素材が生成される。このために、結合材なしのミネラルウールのフェルト織物が準備される。このフェルト織物は、典型的には、コイル形状で供給される。原則として、箔は、互いの間の層の繊維の混合を防止し、したがって、現在の単位面積当たり重量を維持することに寄与する巻いた層間で利用可能である。図示された実施形態では、このフェルト織物は、約2500g/m2の単位面積当たり重量を有し、12l/分のマイクロネアを有する繊度を有する繊維からなる。
このフェルト織物のミネラルウールは、次いで必要に応じて、残留湿度が0.1%未満の値を有するまで乾燥される。そのために、フェルト織物は、約2分の期間、約150℃の温度で影響を受ける。ミネラルウールのこの乾燥ステップは、フェルト織物それ自体ならびにまた切断されたフェルト織物部分でも実施され得る。
フェルト織物の切断は、それ自体を、そのような真空断熱パネルの典型的な寸法に適応させる、所定の仕上がりサイズに実施される。通常の寸法は、600mm*300mmと1800mm*1200mmとの間の範囲にある。切断は、例えば、帯のこ、回転ナイフ、水ジェット切断、打ち抜きなどといった、好適な知られた方法で実施され得る。
本実施形態では、この様式で切断された複数のフェルト織物部分、ここでは、この様式で切断された3つのフェルト織物部分は、十分なミネラルウール材料、すなわち、所望の断熱厚を作るのに必要な層が得られるまで、互いの上に積み重ねられる。
次いで、いわゆるゲッタ材料、乾燥剤などが、コアの材料の、特定の機能的な改善を達成するために追加される。これらの材料は、ばらばらの粉末、シートなどとして追加され得る。
続いて、箔部分2aおよび2bは、こうして形成されるコア素材の上側および下側に筐体またはエンベロープとして配置される。
次のステップでは、2つの箔部分2aと2bとの間で利用可能なコア素材は、約6バールの圧縮力で圧縮にかけられる。この圧縮は、熱インパクトなしで、すなわち、コアの材料の加熱がなく、したがって、製造場所における室温および/または周囲温度で実施される。この中では、コアの厚さは、約25mmに設定され、コア3の密度は、約300kg/m3に設定される。
さらなるステップでは、箔部分2aおよび2bは、図1の投影から理解されるように、最初に、3つの側端において互いに溶接される。コア3からの溶接継ぎ目の距離は、数ミリメートルに制限され、ここでは、5mm未満になる。
こうして箔スリーブ2が3つの側で閉じられる一方で、コア3は、機械的な圧縮により印加される圧縮圧力下で、その所定の厚さを維持する。
この配置において、コア3は、箔スリーブ2とともに真空設備中に置かれ、箔スリーブ2の内部は、約0.01ミリバールの内圧に排気される。コア3は、箔スリーブ2が閉じられるか封止されるまで、圧縮圧力下で維持する。
最後のステップでは、箔スリーブ2は、残りの開いた側でも閉じられ、したがって、箔部分2aおよび2bの側端が、ここで、完全に互いに溶接される。
こうして所望の真空が箔スリーブ2の内側で得られるので、その上の機械的な圧縮は、後で中止され得る。しかし、圧力平衡、すなわち、真空チャンバのフラッディングまで、機械的な圧縮を維持することが好ましい。この措置により、コア材料の復元力により引き起こされる場合がある、真空中の膨れを回避することが可能である。
設定されたパラメータで、約30mmの製品厚および約250kg/m3のコア3の密度を有する真空断熱パネル1がもたらされる。
1つの処理局から次のものへの、箔部分2aおよび2bを備えるコア素材の移送は、ここでは、好適な可動もしくはスライド可能搬送ベルトまたはローラテーブル、ならびにその間をフィーダまたはスライダによって装置が搬送されるシートまたは板を介して実施される。特に、真空設備の領域中で、これらのプロセスは、ロボット制御される様式で実施され得る。
このようにして形成された真空断熱パネル1は、そこで搬送の準備ができ、送達され得る。
説明された実施形態では、製造方法は、典型的には、製造ラインの外側で不連続に実施される。しかしながら、例えば特定の条件下で、好適なパラメータ(単位面積当たり重量など)を有するフェルト織物が直接生成され得る場合、連続的に運転される製造ラインへの統合も可能である。
説明された実施形態に加えて、本発明は、さらなる設計手法を可能にする。
こうして、2層構造を有するプラスチック複合材箔の代わりに、別の構造を有する複合材箔が箔スリーブ2にやはり使用され得る。別の実施形態では、例えば、複数回のアルミニウム処理をした多層プラスチック複合材箔が使用される。数年間機能するという、持続時間に対する重要でない要件の場合には、単純な多層プラスチック箔も使用され得る。
ここで、グラスウールが、コア3のための材料として提供される。しかし代わりに、ロックウール、シンダウール、またはガラス繊維織物など他の無機繊維も使用され得る。代替または追加として、有機繊維も使用され得る。
さらに、コア3の材料が乾燥ステップを受けることが、厳密に必要とされるわけではない。乾燥の程度も、用途の場合の要件に対応して、必要に応じて変化し得る。したがって、乾燥ステップについてのパラメータも、必要な場合は適合され得る。
コア素材の準備は、何らかの、上に説明されたものとは異なる他の方法でも実施され得る。フェルト織物をコイル形状で提供する必要は特にない。それは例えば、ちょうど生成された鉱物繊維からフェルト織物が製造される形成部分から直接供給されてもよい。複数のフェルト織物部分を積み重ねることは、場合によっては、放棄されてもよい。あるいは、フェルト織物を好適な様式で折り畳むことも可能である。
コアの材料の、特定の機能的改善を達成するためのゲッタ材料、乾燥剤などの追加は、ゲッタ材料が表面上ではなく積み重ねて配置されるように、積み重ねの前に、フェルト織物またはフェルト織物部分上で実施され得る。これは、ゲッタ材料が箔スリーブと直接接触しないという利点を有する。
図示された実施形態では、真空断熱パネル1または1’の排気は、0.01ミリバールの内圧まで実施される。しかし、適用目的がそのように許す場合、例えば0.05ミリバールまたは0.1ミリバールのより大きい内圧を認めることも可能である。一方、例えば、0.001ミリバールへとなお一層内圧を下げることも、特定用途の場合に都合がよい可能性もある。
図示された実施形態では、コア3は、圧縮ステップにおいて、6バールのプレス圧力で圧縮される。しかし、用途の事例に応じて、2バール〜10バールの範囲の別のプレス圧力を事前設定することも可能であり、それによって、プレス処理期間に、対応するコア3の厚さおよび密度が設定することになる。
同様に、必ずしも、12l/分のマイクロネアに対応する、示された繊維繊度を有する繊維を使用する必要はない。多くの用途では、20l/分未満のマイクロネアを有するより粗い繊維を使用することで十分である場合もある。
乾燥ステップの前の、フェルト織物の単位面積当たり重量が、所与の要件に応じて変わることもできる。
Claims (12)
- 繊維のコア(3)を有する真空断熱パネル(1)を製造するための方法であって、
繊維のコア素材を準備するステップと、
前記コア素材の大きい面上に箔部分を配置するステップと、
前記コア(3)を形成するために所定の厚さに前記コア素材を圧縮するステップであって、前記圧縮ステップにおいて、前記コア素材が前記箔部分の間に配置され、その間で機械的に圧縮され、前記コア(3)の前記機械的な圧縮が箔スリーブ(2)が封止されるまで維持され、前記圧縮ステップが熱インパクトなしに室温で製造場所で実施される、ステップと、
前記箔スリーブ(2)を形成するために前記箔部分を接続するステップであって、前記箔スリーブ(2)の一部の部分が依然として開いたままである、ステップと、
前記コア(3)を包む前記箔スリーブ(2)を1ミリバール以下の圧力まで排気するステップと、
前記箔スリーブ(2)を完全に閉鎖するステップであって、
前記箔スリーブ(2)がプラスチック複合材箔から作られる、ステップと
を含み、
前記機械的な圧縮が1バールより大きい圧力で実施されることを特徴とする、方法。 - 前記機械的な圧縮が、2〜10バール、好ましくは4〜8バール、ならびに特に約6バールの圧力で実施されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記繊維が、真空中で崩壊するいかなる結合材も含まないこと、特に有機結合材を含まないことを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 前記繊維が、熱可塑性材料、好ましくは、ポリエチレン、ポリアミド、またはポリプロピレンの有機繊維であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記繊維が、無機繊維、好ましくはミネラルウール、特にグラスウールもしくはロックウールまたは織物ガラス繊維であることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記コア素材を準備する前記ステップが、前記コア素材の前記無機繊維を、0.1%未満の残留湿度まで乾燥させるステップを含むことを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- 乾燥させる前記ステップが、前記繊維の軟化温度の少なくとも200K下の範囲の温度で実施されることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
- 前記コア素材を準備する前記ステップが、繊維のフェルト織物を準備するステップと、所定の仕上がりサイズに前記フェルト織物を切断するステップと、場合によって、複数の切断されたフェルト織物部分を積み重ねるステップとを含むことを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記コア素材を準備する前記ステップが、複数の繊維のフェルト織物を準備するステップと、前記複数のフェルト織物を互いの上に積み重ねるステップと、所定の仕上がりサイズに前記フェルト織物の積み重ねを切断するステップとを含むことを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 箔スリーブ(2)で囲繞される前記コア(3)を排気する前記ステップが、0.05ミリバール以下、特に0.01ミリバール以下の圧力まで実施されることを特徴とする、請求項1から9のいずれかに記載の方法。
- 前記ミネラルウールが、20l/分以下のマイクロネア、特に15l/分以下のマイクロネアに対応する繊維の繊度を有する繊維を含むことを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記フェルト織物が、前記乾燥ステップの前に、800g/m2と2500g/m2との間の、単位面積当たり重量を備えることを特徴とする、請求項8から11のいずれか一項に記載の方法。
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