KR0159802B1 - 글라스-세라믹제 가열판을 가열하는 방열기 - Google Patents
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Abstract
이 발명은 전기가열구성요소에 지지되고 장착층 및/또는 단열성 미세공질절연층으로 구성되는 절연체의 표면을 가진 영역을 구비하고 그 절연체 주위에 환상테두리를 형성하는 디쉬형상 엔클로저를 구비하며 특히 글라스-세라믹가열판을 가열하는 방열기에 관한 것이다.
이 방열기는 고도의 다공질의 섬유없는 무기재, 예로서 버미큘라이트로 구성되는 장착층 및/또는 엔클로저 및/또는 미세공질절연층을 가진다.
특히 바람직한 예에서는 섬유없는 방열기를 구성한다.
Description
제1도 및 제2도는 이 발명에 의한 방열기의 디쉬형상 엔클로저(enclosure)에 대칭방사경을 가진 반부분의 횡단면을 각각 나타내며, 제2도는 디쉬형상엔클로저의 저면(5)에 원형개구(6)를 구성한다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 엔클로저측벽(side wall) 2 : 엔클로저(enclosure)
3 : 절연체(insulator) 4 : 표면
5 : 저면(bottom) 6 : 원형개구
7 : 환상요홈
이 발명은 글라스-세라믹 가열판을 가열하는 방열기(radiator)에 관한 것으로, 전기가열구성요소를 지지하며 장착층(mounting layer) 및/또는 단열성미세공질절연층을 구성한 절연체표면을 가진 영역을 구비하고, 그 절연체 주위에 환상테두리(annular surround)를 형성하는 디쉬형상 엔클로저(dish-shaped enclosure)를 구비한 글라스-세라믹제 가열판가열방열기에 관한 것이다.
독일특허 제 30 20 326 C2호의 명세서에서는 글라스-세라믹제 가열판의 방열기에 대하여 기재되어 있는 바, 이 방열기에서는 그 전기가열코일과 금속제 수납디쉬(metal receiving dish)저면사이에 일체로 형성된 단열체가 위치되어있어, 그 단열체는 그 저면상의 미세공질 절연층을 구성하고, 그 가열코일쪽 방향으로 미세공질의 경질 장착층을 구성한다.
그 가열코일은 그 장착층의 상부측상에 접착할 수 있게 결착되어있다.
또, 그 장착층은 그 가열코일면을 지나 돌출되고 글라스-세라믹제 가열판의 지지체로서 작용을 하는 추가로 고밀도화시킨 원주상 보더(circumferential border)를 구비한다.
보강을 위하여 그 절연층과 대향한 장착층은 경화제(hardener)이외에 또 실리케이트섬유부분을 증가시켜 구성하였다.
독일특허 제 28 58 342 C2호 명세서에서는 세라믹보강섬유를 구성하는 절연판에 스테이플(staple)로 전기가열코일을 고정시킨 가열판에 쓰이는 방열기에 대하여 기재되어 있다.
그 스테이플(staple)은 마찰에 의해 절연판에 지지되어 있다.
그 절연판은 금속제 보호팬(pan)에 설정되어 있다.
또, 그 절연판의 가장자리에 설정되어 그 보호팬의 상부에 지위로 돌출되어 있는 보강섬유제 링(ring)을 구성하여, 작동상태에 있을 때 그 링의 표면은 글라스-세라믹제 가열판을 지지한다.
PCT특허공고번호 WO-91/06193호 명세서에서는 세라믹제 가열구성요소 지지체를 구비하여 그 지지체가 그 아래에 설치되어있는 단열체 영역의 10~20%를 커버하는 방열장치(radiator unit)에 대하여 기재되어있다.
그 단열재는 섬유함량 0~50wt%를 가진 미세공질의 단열재를 구성한다.
위 인용특허에서는 방열기의 기계적으로 응력을 받는 구성성분, 특히 그 가열판의 전기가열구성요소와 지지체를 장착시켜 구성한 층은 그 방열기를 조립 및 설치할 때와 작동할 때 기계적응력에 저항하는 강력한 재질로 구성시킬 필요가 있다는 것은 널리 공지되어 있다.
종래에 사용되었던 기계적으로 응력을 받을 수 있는 재질의 단열작용은 이들의 재질의 밀도가 높기 때문에 만족스럽지 못하였고, 또 섬유로 보강시킨 미세공질 절연재를 사용해야하는 결점이 있다.
발암성 석면섬유이외에 다른 광물질섬유 역시 암을 유발시킬 위험이 있기 때문에, 섬유함유재를 섬유없는 유사체(fiber~free analogs)로 대치시켜야 하는 요구가 증가되고 있다.
산업분야에서도 섬유함유재를 사용한 후 반품되는 불리한 점을 해소하기 위하여 섬유없는 대치제품의 연구가 진행중에 있다.
또 다른 결점은 그 전기가열구성요소가 경우에 따라서 단열절연재에 들어가는 금속제 스테이플에 의해 고정되며, 그 스테이플이 단열절연재로 둘러싸인 디쉬형상 엔클로저의 금속제벽과 접촉될 때 단락(short circuits)를 발생시킬 수 있다.
금속제가열구성요소를 그 절연층에 고정하도록 하기 위하여 금속제 가열구성요소가 부분적으로 그 절연층에 가입될 때 전기안정성에 대한 문제점이 발생한다.
또, 금속으로 구성된 엔클로저(enclosure)에 있어서, 금속의 단열효과가 불충분하여 그 결과 발생하는 열손실을 초래한다.
따라서, 이 발명의 목적은 필요할 경우 섬유가 없으며, 특히 단열효과가 양호하고 구조가 간단하여, 제조코스트가 염가이고 기계적으로 응력을 받는 부분의 강도가 높은 방열기(radiator)를 제공하는 데 있다.
이 목적은 장착층 및/또는 단열성의 미세공질 절연층을 구성하는 절연체표면을 가지며, 전기가열구성요소에 지지되는 영역을 가지며 그 절연체 주위에 환상테두리(annular surround)를 형성하는 디쉬형상 엔클로저(dish-shaped enclosure)를 가진 글라스-세라믹제 가열판을 가열하는 방열기에 있어서, 그 장착판 및/또는 그 엔클로저 및/또는 미세공질 절연층이 고도의 다공질의 섬유없는 무기질재로 구성함을 특징으로하는 방열기에 의해 달성된다.
원칙적으로, 종래에 금속으로 제조된 방열기의 디쉬형상엔클로저와, 가끔 사용되고 경화시킨 함섬유재 또는 세라믹재로 구성된 장착층은 고도의 다공질 무기질재로 된 성형체로 대치시킬 수 있다.
동일하게 고도의 다공질재 일부는 제조할 때 단열성의 미세공질 절연층에 혼합시킬 수 있으며, 이 혼합에 의해 그 절연층의 기계적인 하중지지력을 증가시킬 수 있다.
이와 같은 방법으로 하여 보강시킨 절연층을 사용할 때, 그 표면상에 전기가열구성요소를 장착시켜, 그 장착층을 생략할 수 있는 잇점이 있다.
원칙적으로, 그 가열판을 지지하는 독일특허 제 28 58 342 C2호에 기재되어 있는 섬유제링(fiber ring)은 고도의 다공질의 무기재로 된 링(ring)으로 대치시킬수도 있다.
그 고도의 다공질의 무기재는 그 사용에 있어서 그 디쉬형상 엔클로저 또는 그 장착층 또는 단열성 절연층을 반드시 필요로 하지 않으며 단열성 절연층이외에 장착층을 구성하거나 필요할 경우 그 장착층 구성을 생략한 방열기를 추가로 선택할 수 있기 때문에 바람직한 다음 방열기의 일연의 조합을 얻을 수 있다.
a) 단열성의 미세공질의 섬유없는 단열층과 고도의 다공질의 무기재 장착층을 가진 방열기, 특히 바람직하게는 그 디쉬형상 엔클로저는 동일하며 이 경우 금속제엔클로저를 허용하더라도 고도의 다공성 무기재를 구성한다.
b) 제조할 때 고도의 다공질의 무기재를 혼합시켜 보강하며 전기가열구성요소를 장착시키는 단열성의 미세공질의 섬유없는 단열층을 가진 방열기, 이 경우 그 디쉬형상 엔클로저는 고도의 다공질의 무기재로 구성하는 것이 바람직하다.
이 디쉬형상 엔클로저의 특징을 더 명확하게 이해하기위하여 제1도 및 제2도는 각각 이 발명의 방열기의 디쉬형상 엔클로저에 대칭되는 반사체 단면의 반(半)을 나타내며, 그 엔클로저는 고도의 다공질의 무기재와 형성된 엔클로저을 에워싼 절연체, 예로서 미세공질의 단열층으로만 구성된 절연체로 구성되어 있다.
동일한 부호는 동일한 구성성분을 나타낸다.
고도의 다공질의 무기재로 된 디쉬형상 엔클로저를 사용할 경우 작동상태에서 그 절연체(3)를 에워싼 엔클로저(enclosure)(2)의 측벽(1)이 그 가열구성요소의 최고점위에서 바람직하게는 1-20mm정도 돌출되게 그 엔클로저의 형상을 선택하는 것이 바람직하다.
그 작동상태에서는 글라스-세라믹제 가열판이 그 측벽의 표면(4)에 설정시킬 수 있다.
원래, 이와 같은 디쉬형상 엔클로저는 같이 설정시킬 수 있는 2이상의 형상부분으로 구성할 수도 있다.
그 디쉬형상 엔클로저의 또 다른 실시예는 그 저면(5)에 연관되어있다.
이 예는 시트전체형상으로 할 수 있으나 전체형상으로 하지 않을 수도 있다.
제2도에 나타낸 실시예는 디쉬형상 엔클로저의 저면(5)에서 원형개구(6)를 구성시켜 평면도에서 이 저면은 환형(annulus)을 나타낸다.
그 저면이 이와 같이 구성될 경우 그 절연체는 직접 접촉을 하는 저면에서 개구를 충전하도록 형성하는 잇점이 있다.
이 발명에 의해 사용되는 무기재는 고도의 다공질이며 실리콘디옥사이드의 부분이 높다.
그리고, 발포시트 실리케이트(즉, 버미큘라이트:Vermiculite, 운모), 고도의 다공질의 화산암(즉, 퍼라이트: Perlite, 경석: pumice), 규화화석토(silicified fossilearths)(즉, 규조토) 및 식물체회분(즉 벼회분, 옥수수회분)이 있으며, 바람직하게 사용되는 예로는 퍼라이트와 규조토가 있다.
발포버미큘라이트의 사용이 특히 바람직하다.
고도의 다공질의 무기재는 이 그룹의 예의 어떤 혼합비라도 구성할 수 있다.
그러나, 버미큘라이트의 경우, 이 재료를 특정예의 또다른 혼가물없이 사용하는 것이 바람직하다.
디쉬형상 엔클로저 또는 장착층 등의 형성체를 제조하기 위하여 경화바인더(setting binder)를 고도의 다공질 무기재와 혼합한다.
이 혼합물은 다음의 조성을 가진다: 고도의 다공질 무기재 66~99.9wt%, 특히 바람직하게는 70~90wt%, 경화바인더 0.1~40wt%, 특히 바람직하게는 10~30wt%.
단열성 미세공질의 절연층은 바람직한 섬유없는 형상으로 다음조성을 가진다: 미세한 금속산화물 30~100wt%, 특히 바람직하게는 50~89wt%, 유백제(opacifier) 0~50wt%, 특히 바람직하게는 20~40wt%, 무기질 바인더 0~15wt%, 특히 바람직하게는 0.5~2wt%.
그러나, 미세공질 절연층은 특히 사용섬유가 위생상 허용할 수 있거나 인체의 폐로 들어갈 수 없을 경우 섬유함유형상으로 구성할 수도 있다.
섬유함유 미세공질 절연층의 바람직한 조성은 다음과 같다:
미세한 금속산화물 30~100wt%, 특히 바람직하게는 50~89wt%
유백제 0~50wt%, 특히 바람직하게는 20~49wt%
섬유재 0.1~50wt%, 특히 바람직하게는 0.5~2wt%
사용되는 미세한 금속산화물은 BET에 의해 측정한 비표면적 50~700m2/g이 바람직하며, 특히 70~400m3/g이 바람직하다.
전기아크실리카, 저-알칼리 침전실리카, 실리콘디옥사이드 에어로겔(aerogel) 및 알루미늄 산화물 및 위 특정재의 혼합물을 포함하는 소성실리카의 사용이 바람직하다.
특히 소성실리카 또는 알루미늄옥사이드 또는 그 혼합물이 바람직하다.
사용되는 유백제는 1.5~10μm의 적외선 영역에서 최대의 흡수를 갖는 것이 바람직하다.
적당한 유백제의 예로는 일메나이트(ilmenite), 티타늄디옥사이드, 실리콘 카르바이드(silicon carbide), 철(II)/철(III) 혼합산화물, 크로늄 디옥사이드, 지르코늄옥사이드, 2산화망간, 산화철, 2산화규소, 산화알루미늄 및 지르코늄실리케이트 및 그 혼합물이 있다.
일메나이트(ilmenite) 및 지르코늄실리케이트의 사용이 특히 바람직하다.
그 미세공질 절연재에 첨가하는 무기질바인더는 공지되어있다.
이 바인더에는 예로서 미국특허 제 4,985,163호 명세서에서 구체적으로 기재된 바인더가 있다.
바람직하게는 사용되는 무기질바인더에는 알루미늄, 티타늄, 칼슘의 보라이드, 칼슘실리사이드 또는 칼슘 알루미늄실리사이드 등의 실리사이드, 보론카바이드, 마그네슘 옥사이드 칼슘 옥사이드, 바륨옥사이드등 산화물을 그 특정재의 혼합물이 있다.
그 고도의 다공질의 무기질재와 혼합하는 경화바인더에는 모노알루미늄 포스페이트, 실리코포스페이트 등 포스페이트의 수용액 및 알칼리금속물유리 및 실리카졸(silicasol)이 있다.
그 특정재의 혼합물은 또 경화바인더로서 사용할 수 있다.
소듐물유리, 모노알루미늄 포스페이트, 실리코포스페이트 및 그 혼합물이 바람직하다.
섬유재를 단열성절연층에 구성시킬 경우 글라스울(glass wool), 석열글라스섬유, 암면, 현무암면(basslt wool), 슬래그 면(slag wool), 세라믹섬유, 알루미늄산화물 또는 2산화실리콘 섬유 또는 그 특정섬유의 혼합물을 사용할 수 있다.
용융물에서 얻어진 알루미늄산화물 및/또는 2산화실리콘의 섬유가 바람직하다.
그 섬유직경은 0.1~12μm이 바람직하며 그 섬유길이는 1~25mm이 바람직하다.
그 미세공질의 절연층의 제조는 고도의 다공질 무기재의 일정비로 구성되어 있더라도 다음공정을 포함하는 것이 바람직하다.
a) 압력 1~5bar에서 미세한 금속산화물로 구성되는 혼합물의 예비압축고화 (precompaction)
b) 최종압력 8~20바에서 필요한 형상으로 예비압축고화재의 가압
c) 필요할 경우 온도 100~900℃에서 미세공질절연층의 가열
고도의 다공질 무기재로 구성되는 혼합물로부터 디쉬형상 엔클로저 또는 장착층을 제조하기 위하여, 이 혼합물을 필요로 하는 형상으로 가압시켜 밀도 200~700kg/cm3,바람직하게는 250~500kg/cm3으로 압축고화하였다.
온도 20~250℃공기 중에서 그 다음 열처리는 경화하는데 충분하다.
그 디쉬형상 엔클로저가 고도의 다공질무기재로 구성되고 그 저면이 원형개구를 가질 때 특히 바람직한 한 실시예에서,
미세공질재료로 된 단열절연층을 다듬질을 한 디쉬형상 엔클로저에 설정하거나 접착시킨다.
그 특정의 경화바인더는 접착제로서 사용할 수 있다.
고도의 다공질재로 구성한 장착층을 또 구성할 경우, 이것은 그 미세공질 절연층표면상에 시트(sheet)로서 설정 또는 접착되어 있다.
이 미세공질 절연층은 제1의 경우에만 형성되고, 제2의 경우에는 그 장착층과 함께 형성되며, 그 절연체는 디쉬형상 엔클로저에 의해 에워싸여 있다.
그 엔클로저 저면과 대향한 그 절연체의 표면에는 그 방열기의 전기가열 구성요소를 가진다.
처리하는 또 다른 방법은 그 미세공질절연층 혼합물을 금속 또는 고도의 다공질의 무기질재로 구성할 수 있고 폐쇄저면을 가진 예비마무리를 한 디수형상엔클로저내에 도입시키며, 그 미세공정 절연층이 그 엔클로저내에서 바람직한 형상으로 가압시켜 그 엔클로저의 형성특성을 이용하도록 함을 특징으로 한다.
또, 그 미세공질절연층은 첫째로 그 엔클로저에서 예비가압만을 하며, 또 그 예비가압상태에서 그 엔클로저내에 설정 또는 접착시킨 다음 마무리하거나 동일하게 에비가압만을 한 고도의 다공질 무기재로 된 장착층을 그 미세공질 절연층에 설정 또는 접착시킬 수 있다.
최종적으로, 그 다음 절연층 및 장착층은 그 엔클로저에 동시에 가압시켜 절연체를 형성하며, 필요할 경우 열처리를 시킨다.
이 경우, 그 장착층은 가열시에 생성된 수증기가 방해를 받음이 없이 배출될 수 있도록 통공을 구성하는 것이 바람직하다.
또 다른 변형으로, 미세공질절연체의 혼합물을 우선 흐슨한 층(loose layer)으로서 디쉬형상의 엔클로저에 넣은 다음, 이 흐슨한 층을 고도의 다공질 무기재로 된 장착층의 혼합물로 커버시켜 최종적으로 두 혼합물을 동시에 가압시킨다.
그 전기가열구성요소를 그 방열기의 실시예 선택에 따라, 그 저면과 대향한 고도의 다공질 장착층 표면상에서 또는 그 저면과 대향한 미세공질 절연층표면상에서 그 엔클로저의 저면과 대응하는 절연체 표면상에 장착시킨다.
그 절연체 표면은 완전평면으로 구성할 필요는 없다.
예로서, 제조시에 가압한 환상요홈(7)(제2도)형상으로 요홈을 구성하는 것이 바람직하며, 이 요홈내에 그 가열구성요소를 지지시킨다.
그 가열구성요소는 그 절연체의 표면상에 예로서 포스페이트 또는 실리케이트를 기재로 한 무기질접착제를 사용하여 접착시키거나 및/또는 그 절연체의 표면에 그 가열구성요소 주위에서 미세공질 절연층을 침입시킬 수 있는 스테이플을 가압시키거나 및/또는 그 절연체의 표면으로 가열구성요소 부분을 직접가열시켜 부착한다.
필요할 경우, 그 가열구성요소는 그 장착층에 고정시킬 수 있고 동시에 위에서 설명한 바와같이 디쉬형상 엔클로저내에 그 미세공질 절연층과 함께 가압시킬 수 있다.
이 설명에서, 용어 전기가열구성요소는 가열스파이럴(heating spirals), 가열테이프 및 할로겐램프 및 이와 같은 가열구성요소의 조합을 포함시켜 사용한다.
이 발명의 방열기는 글라스-세락믹제 가열판을 가열시키는데 사용하는 것이 바람직하다.
그러나, 동일하게 오븐 가열용으로, 특히 베이킹 오븐(baking oven), 그릴 (grills) 및 가열 또는 할로겐 방열기에 사용할 수 있다.
그 디쉬형상엔클로저를 고도의 다공질무기재로 제조할 경우 그 가열판을 탄력으로 지지하는 다른 통상의 섬유제링(ring)을 제거시킬 수 있다.
그 엔클로저는 전기 절연성이 있어 금속의 열전도성특성을 갖지 않아 종래에 사용되고 있는 금속제 엔클로저보다 더 염가로 제조할 수 있다.
금속제 엔클로저를 특정의 비용없이 기존의 생산라인에서 고도의 다공질재로 된 엔클로저로 대치시킬 수 있다.
그 절연체를 고도의 다공질 무기재로 제조할 경우 완전히 섬유가 없는 방열기를 구성할 수 있다.
그 절연체와 전기가열 구성요소사이에서 그 가열구성요소에 의해 지지된 기계적 접속은, 그 가열구성요소의 열팽창결과 그 절연체상에서 작용하는 힘을 그 고도의 다공질 무기재가 탄성에 의해 흡수할 수 있기 때문에, 그 방사히터가 동작할 때에도 안정성이 있다.
이 발명의 방열기의 일부 실시예를 아래에 설명한다.
[실시예 1]
입자직경 0.2~8mm와 소듐워터글라스(sodium water glass) 20wt%를 가진 발포버미큘라이트 80wt%의 균질혼합물을 단축압력에 의해 가압시켜 디쉬형상엔클로저의 형상을 가진 성형체를 형성하여 실온에서 경화시켰다.
그 디쉬형상엔클로저의 저면은 그 전체영역에 걸쳐 폐쇄하였다.
그 완성한 엔클로저의 밀도는 430kg/m3이었다.
그 다음, 소성실리카 65.0wt%와 지르코늄실리케이트 34.2wt%의 혼합물을 압력 8~20바에 의해 그 완성한 엔클로저에 가압시켰다.
그 다음으로 미국특허 제 4,985,163호에 의해 예비조립을 하며 소성실리카 62.5wt%, 지르코늄 실리케이트 31.7wt%, 알루미늄 실리케이트섬유 5wt% 및 보론카바이드 0.8wt%의 조성물을 가진 장착층을 실리콘포스페이트 접착제에 의해 그 미세공질 절연층의 자유표면에 접착시켰다.
[실시예 2]
입자직경 0.1~5mm를 가지며 벼회분(rice ash) 35wt%, 모노알루미늄 포스페이트(수용액 40% 농도) 15wt%로 구성되는 균질혼합물을 단축 압축에 의해 가압시켜 그 저면이 원형개구를 가진 디쉬형상 엔클로저를 형성하였다.
이 엔클로저에 실시예 1의 조성물을 가진 예비조립한 미세공질 절연층을 설정하였다.
[실시예 3]
소성실리카 65wt%와 지르코늄 실리케이트 35wt%의 혼합물을 저면이 전체영역에 걸쳐 폐쇄한 박판금(sheet metal)의 디쉬형상엔클로저내에 일정한 8~20bar에 의해 가압하였다.
그 엔클로저의 직경은 219mm이었다.
그 형성된 미세공질 절연층상에, 발포버미큘라이트 85wt%와 모노알루미늄 포스페이트 150wt%(40% 농도의 수용액)로 구성된 두께 4mm의 예비가압시킨 구성성분을 가압하였으며, 그 구성성분은 장착층으로서 그 엔클로저벽과의 마찰이 그 장착층을 기계적으로 지지하기에 충분하며 250℃에서 사전에 경화하였다.
그 다음으로 평면테이프의 형상을 가진 전기가열 구성요소의 프트형상 리세스(foot-like recesses)를 압입장치(indentation device)에 의해 그 장착층으로 가압시켰다.
Claims (5)
- 장착층(mounting layer) 및/또는 단열성미세공질 절연층을 구성하는 절연체의표면을 구성하고, 전기가열구성요소를 지지하는 영역을 구비하고, 그 절연체 주위에 환상테두리(annular surround)를 형성하는 디쉬형상 엔클로저(dish-shapedenclosure)를 구비하는 글라스-세라믹제 가열판을 가열하는 방사히터(radiative heater)의 방열기(radiator)에 있어서, 그 장착층 및/또는 그 엔클로저 및/또는 그 미세공질 절연층은 고도의 다공질의 섬유없는 무기재로 구성되고, 그 엔클로저의 저면에는 절연체에 의해 충전되는 원형개구를 구비함을 특징으로하는 방열기.
- 제1항에 있어서, 그 무기재는 발포시트 실리케이트, 고도의 다공질의 화산암(volcanic rocks), 규화 화석토(silicified fossil earths) 및 식물체 회분(plant ashes)으로 구성되는 그룹에서 선택한 어느 하나 또는 그 혼합물임을 특징으로하는 방열기.
- 제1항에 있어서, 그 무기재는 버미큘라이트(vermiculite)임을 특징으로하는 방열기.
- 제1항에 있어서, 그 전기가열구성요소는 그 절연체 표면상에 접착시키며, 스테이플(staple)로 고정시키거나, 이 표면에 부분가압시킴을 특징으로하는 방열기.
- 글라스-세라믹제 가열판(glass-ceramic hotplate), 베이킹 오븐(baking ovens) 및 그릴(grills)을 가열하는데 쓰이는 제1항의 방열기의 사용.
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