JP5416165B2 - ダイバータバルブ、および流体流分流法 - Google Patents

Description

本発明は概ね流体バルブに関し、一実施形態によればセラミック弁構成要素、逆止弁、流量計、および流れ調節器を一体化したダイバータバルブ組立体に関する。
本願はSteve O. Mork外により２００３年１０月１７日出願のダイバータバルブ組立体に係る先の米国仮特許出願第６０／５１２，２３３号の優先権を主張する。この先願の全開示内容がここに参考として組み込まれる。

ダイバータバルブは、相対的に大きな流体ハンドリングシステムまたは処理システムの構成要素としてしばしば使用される。典型例として、ダイバータバルブは一つまたはそれ以上の設備片へ流体流を誘導し、またはその設備をバイパスするために作動する。現在利用できる多くのダイバータバルブは幾つかの明らかな欠点を有する。かかるダイバータバルブは、しばしば、経年により、また制御流体に暴露することにより劣化する材料によって構成される。例えば、典型的ダイバータバルブは、そのバルブの可動部と接触しかつそのバルブ内で流体に暴露されるゴム製またはポリマー製シール（seal）を含む。かかるシールは、しばしば、時間の経過により劣化または損傷し、設備（service）からバルブの除去を要求し、かつバルブシールの修理または交換を必要とする。

更に、ダイバータバルブに依存する流体ハンドリングまたは処理システムは、しばしば、分離した流れ調節器、逆止弁、および流量計の設置を必要とし、その結果として流体ハンドリングシステムに付加的ジョイントおよびシールを含み、そして漏れおよび欠陥ジョイントの可能性を大きくする。かかる構成要素の必要性は結果的にシステムに相対的に高い流体圧降下をもたらす。

米国仮特許出願第６０／５１２，２３３号 ＵＳＰ６，４３６，２９９ ＵＳＰ５，８７６，６１０

本発明は当分野に既知のダイバータバルブに対して幾つかの改良を提供する。

本発明によるダイバータバルブは、第一入口、第一出口、第二入口および第二出口を含む弁体、固定ディスク、前記固定ディスクと回転により接触する可動ディスク、および弁棒を含み、前記弁棒は、前記弁棒の回転が前記固定ディスクに対して前記可動ディスクを回転させるように、作動可能に前記可動ディスクに連結され、かつ前記可動ディスクは、第一入口が第一出口と流体的に連通する第一位置、および第二入口が第一出口と流体的に連通する第二位置を含む複数の位置間で回転可能であること特徴とする。

好適形態によれば、前記弁体内に設置されかつ第一入口を通る流体の流れを調節することのできる流れ調節器を更に含む。

好適形態によれば、前記ダイバータバルブは、前記弁体内に設置されかつ第一入口を通る流体の逆流を阻止することのできる逆止弁を更に含む。

好適形態によれば、前記可動ディスクおよび前記固定ディスクの少なくとも一方がセラミック材により形成されている。

好適形態によれば、前記ダイバータバルブは弁室を含む弁箱を更に含み、前記固定ディスクおよび前記可動ディスクは前記弁室内に設置されている。

好適形態によれば、前記ダイバータバルブは、前記弁室および第一入口と流体的に連通する通路を更に含む。

好適形態によれば、前記通路は前記可動ディスクが第一位置のときに第一出口と流体的に連通する。

好適形態によれば、前記通路は第二出口と流体的に連通する。

好適形態によれば、第二入口および第一入口は、前記可動ディスクが第一位置と第二位置間を移動するときに第一出口と流体的に連通する。

好適形態によれば、前記弁棒はタブを含み、かつ前記可動ディスクは前記タブと係合するスロットを有し、かつ前記タブと前記スロットとの係合は、前記弁棒の回転の結果として、前記可動ディスクの回転を可能にする。

好適形態によれば、前記弁棒は突起を含み、かつ前記可動ディスクは前記突起と係合するリセスを有し、かつ前記突起と前記リセスとの係合は、前記弁棒の回転の結果として、前記可動ディスクの回転を可能にする。

好適形態によれば、前記弁棒は一部が弁室内に設置され、かつ一部が弁室の外側に設置されている。

好適形態によれば、前記弁箱は一つまたはそれ以上のスロットを含み、かつ前記固定ディスクは一つまたはそれ以上の前記スロットと係合する一つまたはそれ以上のタブを含み、かつ一つまたはそれ以上のタブと一つまたはそれ以上の前記スロットと係合は、前記固定ディスクが前記弁室内で回転するのを阻止する。

好適形態によれば、前記ダイバータバルブは、第二入口および第二出口のいずれか一方を通る流体の流れを測定する流量計を更に含む。

好適形態によれば、前記ダイバータバルブは、前記流量計に作動可能に連結された流量計センサを更に含み、前記流量計センサは前記流量計と共働して、第二入口および第二出口の少なくとも一方を通る流体の流れを測定する。

本発明は、更に、流体の流れを分流する方法を提供し、前記流体流分流方法は、第一入口チャンネル、第一出口チャンネル、第二入口チャンネル、および第二出口チャンネルを含む弁体の第一入口チャンネルへ流体を供給し、かつ
第一入口チャンネルから第一出口チャンネルへ、または第二入口チャンネルから第一出口チャンネルへ、可動ディスクと回転により接触する固定ディスクを使用して、流体の流れを分流し、
前記可動ディスクは、弁棒の回転が前記可動ディスクを前記固定ディスクに対して回転させるように、前記弁棒に作動可能に連結され、かつ
前記可動ディスクは、第一入口が第一出口と流体的に連通する第一位置、および第二入口が第一出口と流体的に連通する第二位置を含む複数の位置間で回転可能である、ことを特徴とする。

好適な流体流分流方法は、流れ調節器を使用して第一入口を通る流体の流れを調節することを更に含む。

好適な流体流分流方法は、逆止弁を使用して第一出口を通る流体の逆流を阻止することを更に含む。

好適な流体流分流方法は、流量計を使用して第二入口および第二出口の少なくとも一方を通る流れを測定することを更に含む。

一実施形態によれば、ダイバータバルブは複数の入口および出口ポートを有する弁体を含む。ダイバータバルブは二つのセラミックによるバルブセクションを更に含み、二つのバルブセクションは相互に対して回転して、弁体へ浸入する流体の幾つかの出口ポートの一つへの使用者による誘導を可能にする。

他の実施形態によれば、ダイバータバルブは複数の入口および出口ポートを有する弁体を含む。このダイバータバルブは使用者による操縦が可能であり、ダイバータバルブへ浸入する流体を複数の出口ポートのうちの一つまたはそれ以上のポートへ誘導する。この実施形態によれば、弁体は、一つまたはそれ以上の流体調節器、流量計、および逆止弁を更に含む。

第三実施形態によれば、ダイバータバルブ組立体は、複数の入口および出口ポートを有する弁体で構成され、かつ一つまたはそれ以上の流体調節器、流量計、および逆止弁を含む。この形態のダイバータバルブ組立体は、所定量の流体処理量に対して流体圧降下は相対的に低い。

本発明の上述および他の目的、利点、特徴は詳細な説明および添付図面を参照することにより容易に理解かつ評価されるであろう。

ダイバータバルブの一実施形態の立体図である。 ダイバータバルブの一実施形態の分解図である。 ダイバータバルブの一実施形態の断面図である。 固定ディスクの一実施形態の上面図を示す。 図４Ａの側面図である。 図４Ａの下面図である。 図４Ａの断面図である。 可動ディスクの一実施形態の上面図を示す。 図５Ａの側面図である。 図５Ａの下面図である。 図５Ａの断面図である。 弁棒の一実施形態の前面図を示す。 図６Ａの左側面図である。 図６Ａの背面図である。 図６Ａの断面図である。 図６Ａの下面図である。 シールの一実施形態の上面図を示す。 図７Ａの断面図である。 図７Ｂの詳細図を示す。 保持器の一実施形態の上面図を示す。 図８Ａの断面図を示す。 図８Ａの下面図を示す。 ダイバータバルブ組立体の一実施形態を通る流量のグラフを示す。

図１を参照すると、本発明のダイバータバルブ組立体１０は弁体１２、弁棒７０、および保持器８０を含む。弁体１２は、更に、第一入口２０、第一出口３０、第二出口４０、第二入口５０、および弁箱１００を含む。第一入口２０は水供給ライン等の流体源に連結できる構成である。第一出口３０は蛇口、シャワーヘッド、タップ、注ぎ口、差込み口、または当分野で既知の他の流体取付具等の流体固定装置に連結できる構成である。第二出口４０および第二入口５０は流体処理システムに連結できる構成である。ここで、「連結」の用語は一つまたはそれ以上の中間構成要素を介して間接的または直接的に結合されることを意味する。かかる中間構成要素は配管、ホース、導管、取付具、カップリング、またはそれらの組み合わせを含む。

図面、特に図２および３を参照すると、ダイバータバルブ組立体は、更に、固定ディスク６０Ｂ、可動ディスク６０Ａ、およびシール（seal）９０を含み、その各々については更に詳細に後述する。

弁体１２は、更に、弁室１０１、肩部１２０、通路１４、第一入口チャンネル２１、第一出口チャンネル３４、第二出口チャンネル４１、および第二入口チャンネル５４を含む。通路１４は第一入口２０および第二出口４０と第一入口チャンネル２１および第二出口チャンネル４１を介してそれぞれ流体的に連通する。通路１４は、更に後述するように、第一出口チャンネル３４を介して第一出口３０と選択的に流体的に連通する。弁室１０１は更に一つまたはそれ以上のスロット１０５を有する。

弁体１２は典型的には射出成形され、かつDow Chemical Companyによる高圧、高温アイソプラスト（isoplast）で構成されるが、当業者に理解されるように他の製造材料および方法が弁体１２の製造に同様に使用できる。

図示形態の第二出口４０の外面４０Ａおよび第二入口５０の外面５０Ａは、フラッシュ（flash）、***、『境界線』、または弁体１２の成形型片間のシームに起因する他の人工構造を伴うことなく製造される。これは、アイソプラストを弁体１２成形型（図示せず）へ射出する時、またはその前後に、孔４０および５０の外面４０Ａおよび４０Ｂに対応する成形型凹部へパイプまたは他の管状装置（図示せず）へ挿入することにより達成される。パイプまたは他の管状装置は外面４０Ａおよび４０Ｂへ取り付けたりまたは固定されたりしない。

流れ調節器２２は第一入口チャンネル２１内に選択的に全体が配置される。流れ調節器２２は更に後述するようにダイバータバルブ組立体１０を通る流体の流れを調節する。流量計５２が選択的に第二入口チャンネル内に全体が設置される。流量計５２の近傍で弁体１２上に流量計センサ５６が取り付けられる。流量計５２および流量計センサ５６は、後述するように、ダイバータバルブ組立体１０を通る流体の流れをモニタする作用をする。当業者に自明なように、流量計５２は一つまたはそれ以上の第一入口チャンネル２１、第一出口チャンネル３４、または第二出口チャンネル４１内に選択により設置されてよく、流量計５２の近傍に流量計センサが設置される。逆止弁３２が第一出口チャンネル３４内に全体が選択的に設置される。逆止弁３２は、更に詳細に後述するように、ダイバータバルブ組立体１０を通る流体の逆流を阻止する作用をする。

第一出口３０の外部は選択によりねじ切りセクション３０Ａおよび３０Ｂを含む。この実施形態によれば、ねじ切りセクション３０Ｂはねじ切りセクション３０Ａよりも小さい外径を有する。この二つのねじ切りセクションはダイバータバルブ組立体１０の、ねじ切りセクション３０Ａをそのハウジングまたは表面（図示せず）内の孔へ挿入しかつねじ切りセクション３０Ａ上にナット（図示せず）をねじ込むことによりハウジングまたは表面（図示せず）への取り外し自在の取り付けを可能にする。そのようにして、ねじ切りホースまたはパイプ連結部材がねじ切りセクション３０Ｂ上にねじ込まれてよい。

図４Ａ、４Ｂ、４Ｃおよび４Ｄは固定ディスク６０Ｂの上、側、下、断面をそれぞれ示す。図示形態によれば、固定ディスク６０ＢはCeramtec AGによるHilox等の96%アルミナセラミックで構成されるが、当業者に理解されるように他の材料が固定ディスク６０Ｂに同様に使用できる。固定ディスク６０Ｂは複数のタブ１６０、円形孔１６１Ａ−Ｃおよび上面１６８を有する。

図５Ａ、５Ｂ、５Ｃおよび５Ｄは可動ディスク６０Ａの上、側、下および断面図をそれぞれ示す。図示形態によれば、可動ディスク６０ＡはCeramtec AGによるHilox等の96%アルミナセラミックで構成されるが、当業者に理解されるように他の材料が可動ディスク６０Ａに同様に使用できる。可動ディスク６０Ａは更にスロット１６５、円形リセス１６６、Ｃ形リセス１６７および下面１６９を有する。

図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄおよび６Ｅは弁棒７０の前面、左側面、背面、断面、および下面図をそれぞれ示す。弁棒７０は、Acetal M90等のポリマーで構成されるが、当業者に理解されるように他の材料が弁棒に同様に使用できる。弁棒７０は、更に、タブ１７１、突起１７２、およびシャフト１７３を有する。

図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃは、シール（seal）９０の上面、断面、および詳細図を示す。図示形態によれば、シール９０はシリコーンで構成されるが、当業者に理解されるように他の材料がシール９０に同様に使用できる。シール９０は更に外面９１、および円形孔９０Ａおよび９０Ｂ、ならびに概ね楕円形の孔９０Ｃを有する。図７Ｃは孔９０Ａと９０Ｃ間、そして９０Ｂと９０Ｃ間のシール９０の断面の詳細を示す。

図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃを参照すると、保持器８０の上面、断面、および下面のそれぞれが示されている。保持器８０は孔８１および二つまたはそれ以上のタブ８０Ａ／Ｂを有し、タブ８０Ａ／Ｂは弁箱１００の対応する二つまたは以上の肩部１２０と係合し、弁箱１００との保持器８０の差し込みピン式取り付けの迅速解除を可能にする。

図示形態によれば、固定ディスク６０Ｂの孔１６１Ａはシール９０の孔９０Ａ、第一出口チャンネル、および第一出口３０と流体的に連通する。固定ディスク６０Ｂの孔１６１Ｂは、シール９０の孔９０Ｂ、第二入口チャンネル５４、および第二入口５０と流体的に連通する。固定ディスク６０Ｂの孔１６１Ｃはシール９０の孔９０Ｃ、および通路１４と流体的に連通する。更に、可動ディスク６０Ａの下面１６９は固定ディスク６０Ｂの上面１６８と摺動して接触する。シール９０の外面９１は弁室１０１の内面と密接に接触する。

弁棒７０のタブ１７１は可動ディスク６０Ａのスロット１６５と係合する。更に、弁棒７０の突起１７２は可動ディスク６０Ａのリセス１６６と係合する。取り付けられた弁ハンドル（図示せず）によるシャフト１７３の回転に起因してタブ１７１は弁棒７０の中心軸を中心に回転し、結果として固定ディスク６０Ｂに対して可動ディスク６０Ａが回転する。固定ディスク６０Ｂのタブ１６０は弁箱１００内の対応するスロット１０５と係合し、弁体１２に対する固定ディスク１６０Ｂの回転を阻止する。

次にダイバータバルブ組立体１０の作用を説明する。図解目的から、ダイバータバルブ組立体は流体処理システム（図示せず）へ流体を選択的に浸入させるまたは流体処理システムへバイパスするように誘導するダイバータバルブに関して説明する。更に具体的には、図面を参照すると、流体処理システム（図示せず）への入口はダイバータバルブ組立体１０の第二出口４０に連結され、かつ流体処理システム（図示せず）の出口はダイバータバルブ組立体１０の第二入口５０に連結される。当業者に自明なように、本発明のダイバータバルブ組立体は、流体の流れを広範囲の流体ハンドリングまたはプロセッシング装置へ分流するために使用できる。同様に当業者に自明なように、図示形態は流体を二つまたはそれ以上の流体ハンドリングまたはプロセッシング装置へ分流するために容易に改造できる。

ダイバータバルブ組立体１０へ浸入する流体が流体処理システムへ誘導されるべきでないバイパスモード時に、可動ディスク６０Ａは固定ディスク６０Ｂに対して弁棒７０により第一位置へ回転し、第一入口２０を第一出口３０と流体的に連通する位置に置く。流体は入口孔２０でダイバータバルブ組立体１０へ浸入し、第一入口チャンネル２１を通って選択的流れ調節器２２、そして通路１４へ移動する。図示形態において、流れ調節器２２は、図９に示されたように、毎分約１．６から２．６５ガロン（GPM）の範囲の比較的均一流量を約５から１２５ポンド／立方インチ（PSI）の範囲の流入圧力にわたって提供する。ダイバータバルブ組立体１０に使用できる一つの流れ調節器は、Neoperl IncのＥ−ＮＴ５８．６２７３．１流れ調節器であるが、当業者に理解されるように当分野で既知の他の流れ調節器が本発明に容易に使用できる。そこで、流体はシール９０の孔９０Ｃおよび固定ディスク６０Ｂの孔１６１Ｃを連続的に通り、かつ孔１６１Ａを通って可動ディスク６０Ａのリセス１６７により分流される。そこで、流体はシール９０の孔９０Ａ、第一出口チャンネル３４、選択的逆止弁３２、および最後に出口孔３０を通過する。図示形態において、選択的逆止弁３２は流体がダイバータバルブ組立体１０へ孔３０から浸入することを阻止する。ダイバータバルブ組立体１０に使用できる逆止弁の一例はNeoperl IncのＯＶ１５逆止弁であるが、当業者に理解されるように当分野で既知の他の逆止弁が本発明に使用できる。

処理モード時に、可動ディスク６０Ａは弁棒７０により固定ディスク６０Ｂに対して回転して第二位置へ位置決めされ、孔１６１Ａはリセス１６７を通る孔１６１Ｂと流体的に連通する。この配向において、第二入口５０は第一出口３０と流体的に連通し、かつ第一入口２０は後述するように第一出口３０と流体的に連通しない。第一入口２０でダイバータバルブ組立体へ浸入する流体は第一入口チャンネル２１および選択的流れ調節器２２を通過し、通路１４を横切り、第二出口チャンネル４１および第二出口４０を通り、かつダイバータバルブ組立体１０に連結された流体処理システム（図示せず）へ浸入する。ダイバータバルブ組立体１０に連結できる流体処理システムの一例は、Baarman 外による"Water Treatment System With an Inductively Coupled Ballast"に係るＵＳＰ６，４３６，２９９に図示かつ記載され、その主題はここに参考として組み込まれる。

流体処理システム（図示せず）から復帰する処理済流体は第二入口５０を介してダイバータバルブ組立体１０へ浸入する。そこで、流体は第二入口チャンネル５４および選択的流れ調節器５２を通過する。流量計５２は流量計センサ５６に磁気的に結合されていて流量計５２を流体が流れるときに信号を発生する。この信号は当分野で既知の方法を使用して孔５０を通る処理済流体の流量を測定する。センサに磁気により結合されるインライン流量計の一形態はClack外によるＵＳＰ５，８７６，６１０に図示かつ記載され、その主題はここに参考として組み込まれる。

流量計５２を通過した後に、流体はシール９０の孔９０Ｂを通過し、かつ固定ディスク６０Ｂの孔１６１Ｂを経て、可動ディスク６０Ａのリセス１６７により孔１６１Ａへ分流される。そこで、流体はシール９０の孔９０Ａ、第一出口チャンネル３４、選択的逆止弁３２、そして第一出口３０を通過する。

一形態によれば、可動ディスク６０Ａのリセス１６７は、可動ディスク６０Ａが上述のごとく第一位置から第二位置へ移動するときに孔１６１Ａ、１６１Ｂおよび１６１Ｃ間が流体的に連通するように構成される。この形態は、第一入口２０が第一出口３０と流体で連通するまで第二入口５０が第一出口３０から分離されないようにすることによって、ダイバータバルブ組立体１０に連結された水処理システム内の圧力上昇の阻止を助けることができる。

本発明を一定の好適形態との関係で説明し、多くの詳細が解説目的で説明されているが、当業者に明らかなように本発明は変更可能であり、かつ一定の他の詳細が本発明の基本的原理から逸脱することなく大幅に変更可能である。

１０ バルブ組立体
１２ 弁体
７０ 弁棒
２０ 第一入口
３０ 第一出口
４０ 第二出口
５０ 第二入口
６０Ｂ 固定ディスク
６０Ａ 可動ディスク
１００ 弁箱

Claims (16)

1. 第一入口、第一出口、第二入口および第二出口を含む弁体、
   固定ディスク、
   前記固定ディスクと回転により接触する可動ディスク、
   弁棒、および、
   前記弁体の内部に形成され、前記第一入口および前記第二出口と流体的に連通する通路を含み、
   前記弁棒は、前記弁棒の回転が前記固定ディスクに対して前記可動ディスクを回転させるように、作動可能に前記可動ディスクに連結され、かつ
   前記可動ディスクは、第一入口が第一出口と流体的に連通する第一位置、および第二入口が第一出口と流体的に連通する第二位置を含む複数の位置間で回転可能であり、
   前記通路は、前記可動ディスクが第一位置のときに第一出口と流体的に連通する、ダイバータバルブ。
2. 前記弁体内に設置されかつ第一入口を通る流体の流れを調節することのできる流れ調節器を更に含む、請求項１のダイバータバルブ。
3. 前記弁体内に設置されかつ第一入口を通る流体の逆流を阻止することのできる逆止弁を更に含む、請求項１のダイバータバルブ。
4. 前記可動ディスクおよび前記固定ディスクの少なくとも一方がセラミック材により形成されている、請求項１のダイバータバルブ。
5. 弁室を含む弁箱を更に含み、前記固定ディスクおよび前記可動ディスクは前記弁室内に設置されている、請求項１のダイバータバルブ。
6. 第二入口および第一入口は、前記可動ディスクが第一位置と第二位置間を移動するときに第一出口と流体的に連通する、請求項１のダイバータバルブ。
7. 前記弁棒はタブを含み、かつ前記可動ディスクは前記タブと係合するスロットを有し、かつ前記タブと前記スロットとの係合は、前記弁棒の回転の結果として、前記可動ディスクの回転を可能にする、請求項１のダイバータバルブ。
8. 前記弁棒は突起を含み、かつ前記可動ディスクは前記突起と係合するリセスを有し、かつ前記突起と前記リセスとの係合は、前記弁棒の回転の結果として、前記可動ディスクの回転を可能にする、請求項１のダイバータバルブ。
9. 前記弁棒は一部が弁室内に設置され、かつ一部が弁室の外側に設置されている、請求項５のダイバータバルブ。
10. 前記弁箱は一つまたはそれ以上のスロットを含み、かつ前記固定ディスクは一つまたはそれ以上の前記スロットと係合する一つまたはそれ以上のタブを含み、かつ一つまたはそれ以上のタブと一つまたはそれ以上の前記スロットと係合は、前記固定ディスクが前記弁室内で回転するのを阻止する、請求項５のダイバータバルブ。
11. 第二入口および第二出口のいずれか一方を通る流体の流れを測定する流量計を更に含む、請求項１のダイバータバルブ。
12. 前記流量計に作動可能に連結された流量計センサを更に含み、前記流量計センサは前記流量計と共働して、第二入口および第二出口の少なくとも一方を通る流体の流れを測定する、請求項８のダイバータバルブ。
13. 第一入口チャンネル、第一出口チャンネル、第二入口チャンネル、および第二出口チャンネルを含む弁体の第一入口チャンネルへ流体を供給し、かつ
    第一入口チャンネルから第一出口チャンネルへ、可動ディスクと回転により接触する固定ディスクを使用して、前記弁体の内部に形成された、前記第一入口および前記第二出口と流体的に連通する通路を介して、流体の流れを規定し、または、第二入口チャンネルから第一出口チャンネルへ、可動ディスクと回転により接触する固定ディスクを使用して、流体の流れを規定し、
    前記可動ディスクは、弁棒の回転が前記可動ディスクを前記固定ディスクに対して回転させるように、前記弁棒に作動可能に連結され、かつ
    前記可動ディスクは、第一入口が第一出口と流体的に連通する第一位置、および第二入口が第一出口と流体的に連通する第二位置を含む複数の位置間で回転可能である、流体の流れを分流する方法。
14. 流れ調節器を使用して第一入口を通る流体の流れを調節することを更に含む、請求項１３の方法。
15. 逆止弁を使用して第一出口を通る流体の逆流を阻止することを更に含む、請求項１３の方法。
16. 流量計を使用して第二入口および第二出口の少なくとも一方を通る流れを測定することを更に含む、請求項１３の方法。

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