JP6778874B2 - 選別装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の小片が集まった選別対象から特定の材種からなる小片を選別する選別装置に関するものである。

近年、世の中では様々な業界で、多量の材料の中から特定材種物と他材種物とを選別する選別装置が多く使用されている。例えば家電リサイクルの分野では、不要となって破砕された家電から発生する、少なくとも特定材種物を含む様々な材種のプラスチックが混ざった混合プラスチックを、識別装置により材種を検出し、エアノズルによって材種ごとに選択的にパルスエアを吹き付けることで分離回収し、選別を行っている。

従来の選別装置としては、たとえば特許文献１がある。図４は、特許文献１に記載された従来の選別装置を示す図である。

図４において、コンベア１０１は、コンベア１０１上に載置された、材料中に異物を含む選別対象１０２を一方向の搬送方向に搬送する。コンベア１０１の搬送方向のコンベア先端部１０３に到達した選別対象１０２は、ｘ方向に投射され、衝突面１０４に衝突する。衝突後、選別対象１０２は垂直下方に通路１０５の中へ落下する。通路１０５の下部には、選別対象１０２の落下に対して垂直な方向に異物検出装置１０６が配置されており、検出装置１０６は、通路１０５の中の検出装置１０６の検査域まで落下した選別対象１０２が異物か否かを検出する。検出後、選別対象１０２は落下を続け、通路１０５の下端にて、選別対象１０２の落下に対して垂直な方向に配置されたエアノズル１０７によって異物であると検出されたものにはパルスエアが吹き付けられ、落下軌道を分離立坑１０８へ、異物以外はそのまま下降立坑１０９へそれぞれ落下し、それぞれ分離回収され選別される。

コンベア先端部１０３から投射され、衝突面１０４に衝突した選別対象１０２は、地球の引力によって加速され落下するが、選別対象１０２は落下速度と等速逆向きの向かい風を受け、選別対象１０２の形状、面積、又は重量によって千差万別に、空気抵抗力を受けることとなる。この空気抵抗力により、選別対象１０２は各々によって落下経路が異なってしまうため、落下バラツキが生じ、エアノズル１０７からのパルスエアを受ける位置での打落し精度が低くなってしまう。

そこで、従来例では、選別対象１０２の各々が異なる空気抵抗に基づくバラツキを生じさせないために、通路１０５内の空気流が実質的に落下する選別対象１０２と同じ速度となるように、以下のような気流制御を施すことで、選別対象１０２の空気抵抗を低減させている。

まず、空気流を、通路１０５の上方から吸入もしくは下方から排出することで、通路１０５内に上方から下方への鉛直下向きの空気流を生成する。さらに地球の引力により加速しながら落下する選別対象１０２の鉛直下向きの速度分布と同じ速度分布の空気流を生成するために、通路１０５を作る壁１１０と１１１との幅が、落下深さの平方根に依存する関数となるように、壁１１１の形状を作成し、通路１０５の幅が上方から下方にかけて徐々に狭くなるようにする。これにより、空気流の鉛直下向きの速度は、下方に行くにつれ加速され、選別対象１０２の鉛直下向きの速度分布と等しくなり、選別対象１０２が落下中に受ける空気抵抗が０になる。
この作用により、選別対象１０２の形状、面積、又は重量によらず、落下の通路１０５内で空気抵抗力を受けなくなるため、選別対象１０２の落下バラツキが抑制できる。

特開２００５−３０５４３０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、コンベア１０１により搬送され、搬送方向に投射される選別対象１０２はｘ軸方向の速度を持っており、衝突面１０４に衝突した後もコンベア１０１の搬送方向とは逆方向のｘ軸方向の速度を持ったまま通路１０５を落下していく。そのため、空気流を発生させ、選別対象１０２の落下方向の空気抵抗をなくし、落下中に発生する落下バラツキを軽減したとしても、通路１０５への選別対象１０２の供給時に発生する、ｘ軸方向のバラツキを軽減することは出来ない。
以上により、選別対象１０２の通路１０５への供給時に発生する、選別対象１０２のｘ軸方向のバラツキが、通路１０５の下端でのノズル１０７からのパルスエア噴出による選別の精度が低下させてしまうという課題を従来例は有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、選別対象のｘ軸方向への落下バラツキも軽減させる選別装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の１つの態様にかかる選別装置は、
特定材種物と他材種物とが混在する選別対象を鉛直方向に落下させながら前記特定材種物と前記他材種物とに選別する選別装置であって、
前記選別対象を供給して前記鉛直方向の落下直線沿いに前記選別対象を落下させる供給部と、
前記選別対象の前記落下直線に対して等距離で互いに向き合う対称な気流を供給する２枚の気流供給板と、
向かい合う２枚の前記気流供給板の内側の領域で構成する落下経路部と、
前記落下経路部の上部端部をふさぐ蓋と、
前記選別対象の前記落下直線に向けて配置されて、落下中の前記選別対象の組成を識別する識別部と、
前記落下直線に向かって配置されて、パルスエアを噴射する複数の噴射部と、
前記識別部が識別した情報を基に、前記噴射部へ信号を送って前記噴射部の噴射を制御する制御部とを備える。

以上のように、本発明の前記態様にかかる選別装置は、落下する選別対象に対して垂直に、選別対象を挟み込むように２枚の気流供給板により２方向から送風し、その送風を下方向へ排出することで下向きの気流を生成し、選別対象の落下経路に沿って風速を増加させる構成を有している。このような選別装置によれば、これまで制御することができなかった落下方向と例えば垂直な方向への、材料供給時に発生する落下バラツキを軽減することができ、選別対象の形状、面積、又は重量によらず、選別対象中の特定材種物と他材種物とを高精度に選別することが可能になる。

本発明の実施の形態１における選別装置の概略構成図 本発明の実施の形態２における選別装置の概略構成図 本発明の実施の形態３における選別装置の概略構成図 特許文献１に記載された従来の選別装置の概略構成図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施形態における選別装置の概略構成図である。
選別装置は、供給部９と、２枚の気流供給板３Ａ，３Ｂと、落下経路部１と、蓋４と、識別部１１と、複数の噴射部１４と、制御部１３とを備えて構成されている。
供給部９は、選別対象８を落下経路部１内に供給して鉛直方向の落下直線（すなわち、一点鎖線３０で示す直線）沿いに選別対象８を落下させる材料供給部である。
落下経路部１は、向かい合う２枚の例えば縦長の長方形の気流供給板３Ａ，３Ｂの内側の領域で構成する。２枚の気流供給板３Ａ，３Ｂは、供給部９から供給された選別対象８の落下経路部１内の落下直線３０に対して等距離で互いに向き合う対称な気流を落下経路部１内に供給する。
蓋４は、落下経路部１の上部端部を塞ぐ。
識別部１１は、選別対象８の落下直線３０に向けて配置され、具体的には、落下経路部１の上部において、例えば落下直線３０と交差する仮想面上の気流供給板３Ａ、３Ｂの中間部６に向かって配置されている。識別部１１は、落下経路部１内で落下中の選別対象８の組成を識別する。識別部１１は、例えば、赤外光を照射したときの反射光からプラスチックの材種を識別する装置である。識別部１１が識別した情報は制御部１３に送られる。
複数の噴射部１４は、それぞれ一例としてエアノズル１４で構成され、落下経路部１の下端で、落下経路部１の落下直線３０に向かって配置され、エアノズル１４からパルスエアを落下経路部１の下方の領域に対して噴射する。
制御部１３は、識別部１１が識別した情報を基に、噴射部１４へ信号を送って噴射部１４の噴射を制御する。

これらの構成について、以下に詳述する。
図１において、落下経路部１は、向かい合う２枚の気流供給板３Ａ、３Ｂと、上部端部をふさぐ蓋４とで作られる直方体空間の領域で構成される。落下経路部１の蓋４の中央部開口として、材料供給部９の材料供給口１０が蓋４に接続されている。ここで、図１では省略しているが、落下経路部１を形成する直方体空間の領域は、図１の紙面手前方向の面及び紙面奥方向の面３Ｃの２面とも、向かい合う２枚の板により封じられており、これらの２枚の板と２枚の気流供給板３Ａ、３Ｂと蓋４と下面とを含む直方体空間の領域を構成する６面の内、紙面下方向であるｙ軸正方向の１面（すなわち、下面）のみが開放状態になっている。気流供給板３Ａ、３Ｂは、それぞれの全面から落下経路部１の内部に気流を供給する板である。気流供給板３Ａからはｘ軸正方向の気流を、気流供給板３Ｂからはｘ軸負方向の気流をそれぞれ等速で供給する。気流供給板３Ａ、３Ｂには、図示しない流体供給装置に接続された気流供給用の多数のノズル孔が、Ｘ軸方向沿いに互いに対向する複数の位置に設けられている。

前記の互いに向き合う気流は、向かい合う気流供給板３Ａ、３Ｂの中間部６で衝突する。ここで、落下経路部１は、下方向のみを開放している構成のため、それぞれｘ軸正方向及びｘ軸負方向に供給され、中間部６で合流した気流は、ｙ軸正方向（すなわち、落下直線方向）への主流７となる。気流供給板３Ａ、３Ｂの中間部６における主流７のｙ軸正方向の風速は、上部から下部に向かって供給された気流の流量分だけ、主流７の流量が徐々に累積される一方、落下経路部１のｘｚ平面の断面積は上端から下端まで一定であるため、主流７の風速は速度を徐々に増していく。

このような構成にかかる選別装置による選別対象８の選別動作は、以下の通りである。
まず、選別対象８は、材料供給部９の下端と、落下経路部１を構成する２枚の向かい合う気流供給板３Ａ、３Ｂの中間部６との交点である蓋４の材料供給口１０から落下供給される。

続いて、落下経路部１に供給された選別対象８は、落下直後に、落下経路部１の上部において、例えば落下直線３０と交差する仮想面上の気流供給板３Ａ、３Ｂの中間部６に向かって配置された識別部１１により、窓１２を通して、特定材種物８ａであるか、又は他材種物８ｂであるかを識別される。

続いて、選別対象８は落下を続け、その間に識別部１１からの情報を制御部１３が処理し、落下経路部１の下端に中間部６に向かって配置された、パルスエアを噴出するエアノズル１４に信号を送る。選別対象８が、気流供給板３Ａ、３Ｂの中間部６とエアノズル１４の延長線との交点である打落し位置１５に到達したタイミングに合わせ、制御部１３から送られる信号を基に、選択的にパルスエアをエアノズル１４から噴出する。例えば、識別部１１で選別対象８が特定材種物８ａであると判定した場合には、パルスエアをエアノズル１４から噴出して特定材種物８ａの落下軌道を変え、特定材種物用の第１回収箱１６Ａへ分離回収する。一方、識別部１１で選別対象８が他材種物８ｂであると判定した場合には、パルスエアをエアノズル１４から噴出させず、そのまま、中間部６の下方の他材種物用の第２回収箱１６Ｂへ落下させて回収する。

なお、特定材種物８ａにパルスエアを噴出するか、他材種物８ｂにパルスエアを噴出するかは、どちらでもかまわない。

なお、主流７の流れを乱さないために、エアノズル１４の先端は、気流供給板３Ａもしくは３Ｂの下方向への延長線上よりも外側に配置されることが好ましい。
落下する選別対象８は、以下の式（１）に則り、速度を増しながら落下しようとする。

ここで、ｖを選別対象８の落下速度、ｙを選別対象８の落下距離、ｇを重力加速度と定義する。

しかし、選別対象８は、その形状、面積、又は重量によって、それぞれ様々な空気抵抗を受ける。そのため、選別対象８の落下にはｘｚ平面方向のバラツキ又はｙ軸方向のバラツキ（つまり、打落し位置１５に到達するまでの時間バラツキ）が生じてしまう。そのため上述した、徐々に速度を増す主流７を生成し、生成した主流７の中へ選別対象８を落下させることにより、落下に対抗する空気抵抗を軽減させ、空気抵抗による選別対象８の落下バラツキを抑制することができる。

材料供給口１０からの供給時に、選別対象８がｘ軸方向の速度又は気流供給板３Ａ、３Ｂの中間部６からの選別対象８の落下直線３０に交差する方向の位置ズレを持ってしまっていた場合、自由落下と同等の速度分布を持った気流制御だけでは、選別対象８の所望の落下経路である気流供給板３Ａ、３Ｂの中間部６上に、選別対象８の軌道を戻すことはできない。しかし、主流７を生成する気流供給板３Ａ、３Ｂからのｘ軸方向の気流が、選別対象８の位置が中間部６からｘ軸負方向へずれた場合はｘ軸正方向へ押し戻す作用を持ち、ｘ軸正方向へずれた場合にはｘ軸負方向へ押し戻す作用を持つ。このため、位置ズレを持ってしまった選別対象８は、中間部６上に軌道を戻し、打落し位置１５での落下バラツキが軽減される。

以上の結果、選別対象８は、材料供給口１０から落下経路部１内で落下を始めるが、選別対象８の落下直線３０に対して等距離で互いに向き合う対称な気流を２枚の気流供給板３Ａ，３Ｂから供給することにより、選別対象８の落下直線３０に交差する方向の位置ずれを補正することができ、打落し位置１５に到達するまでに生じうる落下バラツキは抑制され、打落し位置１５でのエアノズル１４による打落し精度が向上し、選別精度が向上する。言い換えれば、前記構成によって、落下経路に沿って風速を増加させ、選別対象８が落下による空気抵抗を受けないようにすることを可能にし、かつ選別対象８の供給時に生まれる落下方向と垂直な方向へのバラツキも軽減することができ、選別対象８の打落し精度を向上し、選別対象８の選別制度を向上させることができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における選別装置の構成要素を示す概略図である。図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

前記実施の形態１における気流供給板３Ａ、３Ｂを上下方向（ｙ軸方向）沿いに、以下に述べるような法則で、複数の区域に区分することで、主流７の速度分布を、選別対象８の自由落下の速度分布により合致させることができ、選別対象８に作用する空気抵抗をさらに低減することができる。

前提として、１つの区域から供給される気流の流量ｑは、すべての区域において等しく、気流供給板３Ａ、３Ｂそれぞれからの気流は、中間部６において面対称とする。

選別対象８は空気抵抗が働かなければ、重力加速度ｇによって等加速度直線運動で落下する。ある微小時間間隔Δｔの間に増加する速度増分Δｖは、式（２）で表される。

ここで、ｇは定数であるため、ある一定の時間間隔ごとに、ある一定の速度分加速している。

ここで、１つの区域からの供給流量ｑは、すべての区域において等しいため、主流７が上から下へ１つの区域を経たときの、主流７の流量の増分は等しく、落下経路部１のｘｚ平面による断面積も一定であるため、主流７の速度の増分は、すべての区域通過前後において等しい。つまり、ある区域から１つ下の区域に達するまでの時間間隔Δｔを、落下経路部１の上端から下端にかけて等しくなるように、区域の上下方向の幅を調整する。

図２のように、上から数えてｎ番目（ｎは１以上の整数。）の区域を２_ｎとし、材料供給口１０からｎ番目の区域２_ｎの下端までのｙ軸方向落下距離をｙ_ｎとすると、以下の式（３）となる。

ゆえに、ｎ番目の区域２_ｎの下端と、１つ上のｎ−１番目の区域２_ｎ−１の下端との距離、すなわち、区域２_ｎの上下方向の幅をΔｙ_ｎとすると、以下の式（４）となる。

以上より、ｎ番目の区域２_ｎの上下方向の幅Δｙ_ｎとｎ＋１番目の区域２_ｎ＋１の上下方向の幅Δｙ_ｎ＋１との比Δｙ_ｎ＋１／Δｙ_ｎを以下の式（５）とし、これにならい、気流供給板３Ａ、３Ｂを上下方向に複数個に区分することにより、上下方向に異なる幅の区域に区分する。

これにより、気流供給板３Ａ、３Ｂの上方から下方に向かうにつれ、区域の上下方向の幅は徐々に大きくなっていき、気流供給板３Ａ、３Ｂからの単位高さあたりの気流の供給流量が徐々に減少していくことで、主流７の速度分布が、選別対象８の自由落下速度分布と、より合致するため、落下する選別対象８が受ける空気抵抗を軽減することができ、打落し位置１５に到達するまでに生じうる落下バラツキは抑制され、打落し位置１５でのエアノズル１４での打落し精度が向上し、選別精度が向上する。

なお、気流供給板３Ａ、３Ｂ間の距離Ｄが０ｍｍを越えて１０ｍｍ以下であった場合、主流７が層流となってしまう可能性が高く、その場合、主流７のｘ軸方向の速度勾配が大きくなってしまい、選別対象８の位置が中間部６から少しでもずれてしまった場合、落下速度と主流７との速度が一致せず、空気抵抗を受けてしまう恐れがある。また、区域からの供給気流の流速は、噴出から１００ｍｍ程度で半減してしまい、ｘ軸方向にずれた選別対象８の位置を中間部６に戻そうとする作用が小さくなってしまう。そのため、気流供給板３Ａ、３Ｂ間の距離ＤはＤ≦２００ｍｍとするのが好ましい。
以上より、気流供給板３Ａ、３Ｂ間の距離Ｄは、１０ｍｍ≦Ｄ≦２００ｍｍとするのが好ましい。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における選別装置の構成要素を示す概略図である。図３において、図１及び図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
前記実施の形態１における気流供給板３Ａ、３Ｂを上下方向（ｙ軸方向）に複数の区域に区分し、それぞれの区域からの供給流量を、以下に述べるような法則で、区域ごとに変化させることで、主流７の速度分布を、選別対象８の自由落下の速度分布に、より合致させることができ、選別対象８に作用する空気抵抗をさらに低減することができる。
前提として、すべての区域の上下方向の幅は等しく、気流供給板３Ａ、３Ｂそれぞれからの気流は中間部６において面対称とする。
１つの区域の上下方向の幅をΔｙとする。
選別対象８は空気抵抗が働かなければ、上から数えてｎ番目の区域２_ｎの下端まで自由落下した選別対象８の落下速度Ｖ_ｎは、重力加速度をｇとすると、以下の式（６）となる。

この落下速度Ｖ_ｎと等速の主流を作るためには、落下経路部１のｘｚ平面による断面積をＡとして、ｎ番目の区域２_ｎの下端の高さでの主流の流量Ｑ_ｎは、以下の式（７）となる。

ゆえに、ｎ番目の区域２_ｎの下端の高さでの主流７の流量Ｑ_ｎとｎ＋１番目の区域２_ｎ＋１の下端の高さでの主流７の流量Ｑ_ｎ＋１との差をｎ＋１番目の区域２_ｎ＋１から供給することで、主流７の速度は、自由落下と同じように増していくこととなる。ｎ＋１番目の区域２_ｎ＋１からの供給流量をｑ_ｎ＋１とすると、以下の式（８）となる。

以上により、ｎ番目とｎ＋１番目の区域２_ｎ、２_ｎ＋１からの供給流量ｑ_ｎとｑ_ｎ＋１の比ｑ_ｎ＋１／ｑ_ｎを以下の式（９）とし、これにならい、それぞれの区域からの供給流量を決定する。

これにより、上方から下方に向かうにつれ、区域からの供給流量は少なくなっていき、主流７の速度分布が、選別対象８の自由落下速度分布と、より合致するため、落下する選別対象８が受ける空気抵抗を軽減することができ、打落し位置１５に到達するまでに生じうる落下バラツキは抑制され、打落し位置１５でのエアノズル１４での打落し精度が向上し、選別精度が向上する。

なお、気流供給板３Ａ、３Ｂ間の距離Ｄが０ｍｍを越えて１０ｍｍ以下であった場合、主流７が層流となってしまう可能性が高く、その場合、主流７のｘ軸方向の速度勾配が大きくなってしまい、選別対象８の位置が中間部６から少しでもずれてしまった場合、落下速度と主流７との速度が一致せず、空気抵抗を受けてしまう恐れがある。また、区域からの供給気流の流速は、噴出から１００ｍｍ程度で半減してしまい、ｘ軸方向にずれた選別対象８の位置を中間部６に戻そうとする作用が小さくなってしまう。そのため、気流供給板３Ａ、３Ｂ間の距離ＤはＤ≦２００ｍｍとするのが好ましい。

以上より、気流供給板３Ａ、３Ｂ間の距離Ｄは、１０ｍｍ≦Ｄ≦２００ｍｍとするのが好ましい。

前記実施の形態１〜３の構成によれば、落下する選別対象８に対して垂直に、選別対象８を挟み込むように２枚の気流供給板３Ａ，３Ｂの２方向から送風し、その送風を下方向へ排出することで下向きの気流（すなわち、主流７）を生成し、選別対象８の落下経路に沿って風速を増加させることができる。このように構成すれば、これまで制御することができなかった落下方向と垂直な方向への位置ずれに起因する、材料供給時に発生する落下バラツキを軽減することができ、選別対象８の形状、面積、又は重量によらず、選別対象８中の特定材種物８ａと他材種物８ｂとを高精度に選別することが可能になる。
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明の前記態様にかかる選別装置は、選別対象のｘ軸方向への落下バラツキも軽減させることができ、複数の小片が集まった選別対象から特定材種物の小片を高精度に選別することができ、特定材種物を含む複数種のプラスチックが混じった混合プラスチックから特定材種物のプラスチックを分別回収すること、又は多量の食品又は穀物の中から異物を除去する用途にも適用できる。

１ 落下経路部
２_１、２_２、２_ｎ−１、２_ｎ、２_ｎ＋１ 区域
３Ａ、３Ｂ 気流供給板
３Ｃ 紙面奥方向の面
４ 蓋
６ 中間部
７ 主流
８ 選別対象
８ａ 特定材種物
８ｂ 他材種物
９ 材料供給部
１０ 材料供給口
１１ 識別部
１２ 窓
１３ 制御部
１４ エアノズル
１５ 打落し位置
１６Ａ、１６Ｂ 回収箱
３０ 落下直線

Claims (5)

1. 特定材種物と他材種物とが混在する選別対象を鉛直方向に落下させながら前記特定材種物と前記他材種物とに選別する選別装置であって、
   前記選別対象を供給して前記鉛直方向の落下直線沿いに前記選別対象を落下させる供給部と、
   前記選別対象の前記落下直線に対して等距離で互いに向き合う対称な気流を供給する２枚の気流供給板と、
   向かい合う２枚の前記気流供給板の内側の領域で構成する落下経路部と、
   前記落下経路部の上部端部をふさぐ蓋と、
   前記選別対象の前記落下直線に向けて配置されて、落下中の前記選別対象の組成を識別する識別部と、
   前記落下直線に向かって配置されて、パルスエアを噴射する複数の噴射部と、
   前記識別部が識別した情報を基に、前記噴射部へ信号を送って前記噴射部の噴射を制御する制御部を備える選別装置。
2. 前記気流供給板は、上下方向に複数の区域に区分され、
   前記落下経路部の上部から数えてｎ番目の区域の上下方向の幅をΔｙ_ｎとしたとき、
   ｎ＋１番目の区域の幅Δｙ_ｎ＋１との比が、以下の式
   

   

   で表され、かつすべての区域から供給される気流の流量が等しい、請求項１に記載の選別装置。
3. 前記落下経路部を形成する前記２枚の互いに向き合う気流供給板の板間の距離をＤと定義するときに、１０ｍｍ≦Ｄ≦２００ｍｍである、請求項２に記載の選別装置。
4. 前記気流供給板は、上下方向に複数の区域に区分され、
   前記落下経路部の上部から数えてｎ番目の区域からの供給流量をｑ_ｎと定義したとき、ｎ＋１番目の区域の供給流量ｑ_ｎ＋１との比が、以下の式
   

   

   で表され、かつ前記区域の上下方向の幅はすべて同じである、請求項１に記載の選別装置。
5. 前記落下経路部を形成する前記２枚の互いに向き合う気流供給板の板間の距離をＤと定義するときに、１０ｍｍ≦Ｄ≦２００ｍｍである、請求項４に記載の選別装置。

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