KR102073123B1 - 열교환장치 및 이를 포함하는 발전기 - Google Patents

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KR102073123B1
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현대일렉트릭앤에너지시스템(주)
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Abstract

본 발명에 따른 열교환장치는 적어도 일부가 개방된 외함;과, 상기 외함에 구비되고, 제1 유체가 유동되는 중공부 및 상기 중공부에 연결되어 상기 외함의 외부와 통하게 구비된 유입구를 구비하는 냉각플레이트; 및 상기 외함의 개방된 영역에 구비되고, 상기 제1 유체보다 적어도 낮은 온도를 가지는 외부공기를 상기 외함으로 흡입하는 흡입유닛;을 포함하되, 상기 냉각플레이트는, 복수개가 구비되어 상기 외함에서 상호 일정거리 이격되며, 상기 외부공기는, 복수개의 상기 냉각플레이트 사이사이로 유동될 수 있다.

Description

열교환장치 및 이를 포함하는 발전기{Heat Exchanger and Generator having the same}
본 발명은 열교환장치 및 이를 포함하는 발전기에 관한 것이다.
일반적으로 전동기, 발전기 등의 전기장치는 사용에 따른 열이 발생하게 되므로 이러한 열을 외부로 배출하는 장치, 열교환장치, 냉각장치 등이 필요하게 된다.
일예로, 도 1 및 도 2에서 보이는 통상의 열교환장치(10)는 외함(11)에 형성된 다수개의 냉각구멍(12)을 포함하며, 공기 등의 냉매가 냉각구멍(12)을 따라 이동하면서 열을 발생시키는 냉각의 대상물(미도시)과 열교환을 수행하게 된다.
이러한 통상의 열교환장치(10)의 외함(11)이 열을 발생시키는 냉각의 대상물(미도시)과 대면한 상태에서 냉각구멍(12)을 따라 공기 등의 냉매가 흐르게 하면 냉각의 대상물(미도시)에 비해 상대적으로 온도가 낮은 냉매와 상기 대상물(미도시)이 서로 열교환하게 되는데 이와 같은 원리에 의해 상기 대상물(미도시)의 냉각을 수행하게 되는 것이다.
냉매는 상기 대상물(미도시)과 간접적으로 접촉하면서 열교환을 통해 상기 대상물(미도시)을 냉각하는 것이기 때문에 상기 대상물의 효과적인 냉각을 위해서는 냉매와 상기 대상물(미도시)의 간접 접촉면적인 전열면적을 늘리는 것이 매우 중요하다.
그런데 통상의 열교환기(10)는 외함(11)의 내부에 냉각구멍(12)이 몰려 있는 반면, 냉각의 대상물(미도시)은 외함(11)의 외부에 존재하는 구조이므로 냉각의 대상물(미도시)과 냉각구멍(12) 간의 전열면적을 늘리는 것이 매우 어려운 구조라는 문제가 있고, 냉각의 대상물(미도시)의 규격이 커지면 외함(11)의 규격도 이에 맞게 함께 커져야 한다는 문제가 있다.
KR 10-2018-0060255 A (2018.06.07)
본 발명은 냉매와 냉각의 대상물 간의 접촉면적을 늘리고, 냉각효율을 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 동일규격 대비 전기장치의 냉각효율을 향상시키고, 제조원가를 절감하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 열교환장치 및 이를 포함하는 발전기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열교환장치는 적어도 일부가 개방된 외함;과, 상기 외함에 구비되고, 제1 유체가 유동되는 중공부 및 상기 중공부에 연결되어 상기 외함의 외부와 통하게 구비된 유입구를 구비하는 냉각플레이트;와, 상기 외함의 개방된 영역에 구비되고, 상기 제1 유체보다 적어도 낮은 온도를 가지는 외부공기를 상기 외함으로 흡입하는 흡입유닛; 및 상기 외함의 내부 및 상기 냉각플레이트에 구비되어 상기 외부공기 및 상기 제1 유체의 유동을 가이드하는 유동가이드유닛;을 포함하되, 상기 냉각플레이트는, 복수개가 구비되어 상기 외함의 폭방향으로 연속적으로 적층되되, 상기 외함에서 상기 외함의 폭방향으로 상호 일정거리 이격되며, 상기 외부공기는, 복수개의 상기 냉각플레이트 사이사이로 유동되고, 상기 유동가이드유닛은, 상기 냉각플레이트의 외부에 존재하며, 상기 냉각플레이트의 사이사이에서 상기 흡입유닛 방향으로 경사지게 구비되어 상기 외부공기의 유동을 가이드 하는 한 쌍의 경사플레이트; 및 상기 냉각플레이트의 상기 중공부에서 일정 높이상에 있도록 구비되어, 상기 제1 유체의 유동을 가이드 하는 한 쌍의 유동플레이트;를 포함하여 상기 외부공기 및 상기 제1 유체의 유동이 상기 외함의 폭방향으로 번갈아가며 일어나게 할 수 있다.
또한, 상기 유동플레이트는, 상기 냉각플레이트의 상기 유입구에서부터 상기 중공부까지 존재하며, 상기 중공부에 존재하는 영역의 높이가 상기 중공부의 높이보다 낮은 제1 유동플레이트; 및 제2 유동플레이트;를 구비하되, 상기 제1,2 유동플레이트는, 상호 이격되고, 상기 흡입유닛 및 상기 경사플레이트는, 상기 제1,2 유동플레이트 사이에 존재할 수 있다.
또한, 상기 경사플레이트는, 상기 외부공기가 상기 외함으로 유입되는 방향으로 상기 제1 유동플레이트의 후단에서부터 상기 흡입유닛 방향으로 상향 경사지게 구비된 제1 경사플레이트; 및 상기 제1 경사플레이트에 이어져 상기 제2 유동플레이트 방향으로 하향 경사지게 구비된 제2 경사플레이트;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡입유닛은, 상기 냉각플레이트의 상기 유입구의 반대편에 놓이도록 상기 외함에 구비된 흡입팬;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡입유닛은, 상기 외함에 구비되어 상기 흡입팬을 둘러싸는 흡입가이드부재;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 외함은, 적어도 하나의 모서리에서 길이방향으로 돌출된 적어도 하나의 유입판;을 포함할 수 있다.
한편 다른 측면으로서의 본 발명은 적어도 하나의 공기순환팬을 구비하고, 적어도 일측이 개방된 발전기외함; 및 상기 발전기외함의 개방된 상기 일측에 연결된 상기 열교환장치;를 포함하되, 상기 열교환장치는, 상기 냉각플레이트의 상기 유입구가 상기 발전기외함의 개방된 상기 일측과 대면하도록 상기 발전기외함에 연결되고, 상기 제1 유체는, 상기 발전기외함에서 발생된 냉각대상유체인 것을 특징으로 하는 발전기를 제공한다.
이때, 상기 열교환장치는, 상기 외함으로 상기 외부공기가 유입되는 방향으로 상기 제1,2 경사플레이트 및 제1,2 유동플레이트의 전단에 상기 발전기외함의 상기 공기순환팬이 놓이도록 상기 발전기외함에 연결될 수 있다.
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본 발명에 따르면 냉매와 냉각의 대상물 간의 접촉면적이 넓어져 냉각효율이 향상되는 효과가 있다.
또한, 전기장치의 규격이 커지는 것은 방지하면서 동일규격 대비 냉각효율은 향상시킬 수 있어 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 통상의 열교환장치의 사시도이다.
도 2는 통상의 열교환장치의 부분단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 열교환장치의 사시도이다.
도 4는 도 3의 일부 배면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 열교환장치의 종방향 부분단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 열교환장치의 종방향 부분단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 열교환장치의 횡방향 부분단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 열교환장치의 종방향 부분단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 열교환장치의 종방향 부분단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 발전기의 일부 분해사시도이다.
본 발명의 실시예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시 예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.
다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다. 또한, 본 발명에 따른 열교환장치는 스틸(Steel) 재질로 구비될 수 있으나 이 또한 반드시 본 발명에 의해 한정되는 바는 아니다.
도 3에서 보이듯, 본 발명에 따른 열교환장치(100)는 적어도 일부가 개방된 외함(110), 상기 외함에 복수개가 구비되되, 상호 이격되어 상기 외함(110)의 폭방향으로 적층된 냉각플레이트(120) 및 상기 외함(110)의 개방된 영역에 구비되어 상기 외함(110)으로 외부공기를 흡입하는 흡입유닛(130)을 포함할 수 있다.
냉각플레이트(120)는 일측이 개방되어 외부와 통하는 유입구(122)로 구비되는데 이러한 유입구(122)는 상기 외함(110) 상에서 흡입유닛(130)과 반대되는 면에 놓이게 된다.
도 4에는 도 3의 일부 저면도가 도시되어 있는데, 유입구(122)를 정면으로 하여 올려다본 냉각플레이트(120)가 도시되어 있다.
냉각플레이트(120)의 내부는 제1 유체가 유입되어 유동되는 중공부(121)로 구비되며, 상기 중공부(121)는 유입구(122)에 연결되므로 유입구(122)를 통해 유입된 제1 유체는 중공부(121)로 유입될 수 있다.
보다 구체적으로 중공부(121)는 제1 유체가 유입되는 제1 중공부(121a) 및 상기 제1 중공부(121a)에 이웃하게 배치되는 복수개의 제2 중공부(121b)를 포함할 수 있고, 제1 중공부와 제2 중공부는 냉각플레이트(120) 내부에 설치되는 유동플레이트(160)에 의해 구분될 수 있다.
바람직하게 제1 유체는 제1 중공부(121a)를 통해 냉각플레이트(120)로 유입되어 양측의 제2 중공부(121b)를 통해 냉각플레이트(120)의 외부로 배출된다. 이와 같은 제1 유체의 유동이 가능하게 하기 위해 냉각플레이트(120)의 주변에는 별도의 팬부재(미도시) 등이 구비될 수 있으나 이는 반드시 본 발명에 의해 한정되는 것은 아니다.
제1 유체는 냉각대상물(미도시)로부터 유입된 공기로서, 냉각플레이트(120)에 머무는 동안 외부공기와 열교환하고 다시 냉각대상물(미도시)로 공급될 수 있다.
이때, 외부공기를 유입하는 것은 전술한 바와 같이 흡입유닛(도 3의 130)에 의해 수행될 수 있다.
흡입유닛(도 3의 130)에 의해 유입된 외부공기는 제1 유체보다 적어도 낮은 온도를 가지며, 도 4 및 도 5에서 보이듯, 냉각플레이트(120)의 사이사이 공간으로 유입되어 냉각플레이트(120)를 지나는 동안 냉각플레이트(120)의 중공부(121)에 존재하는 제1 유체와 열교환을 하고, 다시 외함(110)의 외부로 배출될 수 있다.
도 5에서 보이듯, 본 발명에 따른 열교환장치(100)는 외함(110)의 내부 및 냉각플레이트(120)에는 외부공기 및 제1 유체의 유동을 가이드하는 유동가이드유닛이 마련될 수 있다.
상기 유동가이드유닛은 상기 냉각플레이트(120) 사이사이에서 상기 흡입유닛(도 3의 130) 방향으로 경사지게 구비되어 상기 외부공기의 유동을 가이드 하는 한 쌍의 경사플레이트(150) 및 상기 냉각플레이트(120)의 상기 중공부(121)에서 일정 높이상에 있도록 구비되어, 상기 제1 유체의 유동을 가이드 하는 한 쌍의 유동플레이트(160)를 포함할 수 있다.
유동플레이트(160)는 냉각플레이트(120)의 상기 유입구(122)에서부터 상기 중공부(121)에 걸쳐 존재하는데 상기 중공부(121)에 존재하는 영역의 높이는 상기 중공부(121)의 높이보다 낮은 제1,2 유동플레이트(161,162)를 구비할 수 있다.
그리고 상기 제1,2 유동플레이트(161,162)는 상호 일정간격 이격될 수 있으며, 제1,2 유동플레이트(161,162) 사이의 공간이 전술한 바와 같이 제1 유체가 유입되는 제1 중공부(121a)이고, 상기 제1 중공부(121a)의 양 옆으로는 제2 중공부(121b)가 되며, 이 공간은 외부공기와 열교환을 한 제1 유체가 다시 냉각플레이트(120)의 외부로 배출되어 냉각대상물(미도시)로 공급되는 곳이다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 제1,2 유동플레이트(161,162)의 높이를 중공부(121)의 높이보다 낮게 함으로써 중공부의 일부 영역을 제1 유체가 방향을 전환할 수 있는 공간으로 활용할 수 있게 된다.
외함(110)의 길이방향으로 상기 제1,2 유동플레이트(161,162)의 사이에는 경사플레이트(150) 및 흡입유닛(도 3의 130)이 존재할 수 있고, 흡입유닛에서 외부공기를 흡입하면 외부공기는 경사플레이트(150)를 따라 흡입유닛(도 3의 130) 방향으로 상승 이동한다.
경사플레이트(150)는 흡입유닛(도 3의 130) 방향으로 상향 경사지게 구비됨에 따라 외부공기의 효율적인 유동을 돕는 역할을 한다.
경사플레이트(150)를 따라 상승 이동하는 외부공기는 냉각플레이트(120)의 중공부(121)에 존재하는 제1 유체와 간접접촉을 통해 열교환을 하고, 최종적으로는 외함(110)의 외부로 배출되게 된다.
도 6 및 도 7에서 보이듯, 복수개의 경사플레이트(150)는 외함(110)의 내부에서 상기 냉각플레이트(120)와 어긋나게 배치되며, 냉각플레이트(120)의 사이사이에 배치된다.
바람직하게, 상기 경사플레이트(150)는 도 6 및 도 9에서 보이듯, 외부공기가 외함(110)으로 유입되는 방향으로 상기 제1 유동플레이트(161)의 후단에서부터 상기 흡입유닛 방향(D2)으로 상향 경사지게 구비된 제1 경사플레이트(151) 및 상기 제1 경사플레이트에 이어져 상기 제2 유동플레이트(162) 방향으로 하향 경사지게 구비된 제2 경사플레이트(152)를 포함할 수 있다.
이에 따르면 외함(110)의 양측에서 동시에 외부공기를 유입할 수 있어 많은 양의 냉매 즉, 외부공기를 신속하게 유입할 수 있는 효과가 있고, 열교환을 마친 외부공기를 외함(110)의 외부로 신속하게 배출될 수 있으므로 냉각효율을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 도 8에서 보이듯, 흡입유닛(130)은 상기 냉각플레이트(120)의 유입구(122)의 반대편에 놓이도록 상기 외함에 구비된 흡입팬(131) 및 상기 외함에 구비되어 상기 흡입팬을 둘러싸는 흡입가이드부재(132)를 포함할 수 있고, 상기 외함(110)은 적어도 하나의 모서리에서 연장된 유입판(111)을 포함할 수 있다.
흡입가이드부재(132)에 따르면 흡입팬(131)에서 공급되는 흡입력이 외부로 유실되지 않으면서 온전히 외함(110)의 내부로 전달되게 할 수 있고, 유입판(111)은 외부공기를 모으는 역할을 하여 외함(110)의 내부로 풍부한 양의 외부공기가 유입되게 할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 열교환장치(100)는 냉각플레이트(120)의 개방된 유입구(122)가 냉각대상물(미도시)과 대면 또는 접촉하게 놓일 수 있다.
그러면 냉각대상물(미도시)로부터 유입된 더운 공기인 제1 유체는 유입구(122)를 지나 제1 중공부(121a)로 유입되는 방향(D1)을 따라갈 수 있다. 그리고 냉각플레이트(120) 내부에 머무는 동안 냉각플레이트(120) 사이사이를 지나는 외부공기와 간접접촉을 통해 열교환을 하게 되고, 유동플레이트(도 7의 160)의 단부에서 방향을 전환하여 제2 중공부(121b)를 통해 냉각플레이트(120)의 외부로 배출될 수 있다.
이때, 제1 유체의 이러한 유동이 가능하게 하기 위해 별도의 팬부재(미도시)가 구비될 수 있음은 물론이며, 제1 유체가 이와 같이 이동하는 동안 냉매인 외부공기는 도 9에서 보이듯 냉각플레이트(120)의 사이사이에서 경사플레이트(150)를 따라 흡입유닛 방향(D2)으로 이동하게 된다.
한편, 도 10에서 보이듯, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 발전기(200)는 적어도 하나의 공기순환팬(211)을 구비하고, 적어도 일측이 개방된 발전기외함(210) 및 상기 발전기 외함의 개방된 상기 일측에 연결된 상기 열교환장치(100)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 열교환장치(100)는 상기 냉각플레이트(120)의 유입구(122)가 발전기외함(210)의 개방된 상기 일측과 대면하도록 상기 발전기외함(210)에 연결될 수 있다.
그리고 이러한 경우, 전술한 제1 유체는 발전기외함(210)에서 발생된 유체일 수 있으며, 이 유체는 냉각의 대상이자 발전기외함(210)에서 발생한 더운 공기일 수 있다.
이러한 경우, 상기 열교환장치(100)는 외함(110)으로 외부공기가 유입되는 방향으로 상기 제1,2 경사플레이트(151,152) 및 제1,2 유동플레이트(161,162)의 전단에 상기 발전기외함(210)의 공기순환팬(211)이 놓이도록 발전기외함(210)에 연결될 수 있다.
이에 따르면 발전기외함(210) 내부의 더운공기가 열교환장치(100)의 제1 중공부(121a)로 유입되어 열교환을 마친 뒤, 제2 중공부(121b)를 통해 다시 발전기외함(210)으로 유입되게 할 수 있다.
더하여, 본 발명의 열교환장치(100)는 발전기 이외에도 전동기 등 다양한 전기장치에 적용되어 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100 : 열교환장치 110 : 외함
120 : 냉각플레이트 121 : 중공부
122 : 유입구 130 : 흡입유닛
131 : 흡입팬 132 : 흡입가이드부재
150 : 경사플레이트 151 : 제1 경사플레이트
152 : 제2 경사플레이트 160 : 유동플레이트
161 : 제1 유동플레이트 162 : 제2 유동플레이트

Claims (10)

  1. 적어도 일부가 개방된 외함;
    상기 외함에 구비되고, 제1 유체가 유동되는 중공부 및 상기 중공부에 연결되어 상기 외함의 외부와 통하게 구비된 유입구를 구비하는 냉각플레이트;
    상기 외함의 개방된 영역에 구비되고, 상기 제1 유체보다 적어도 낮은 온도를 가지는 외부공기를 상기 외함으로 흡입하는 흡입유닛; 및
    상기 외함의 내부 및 상기 냉각플레이트에 구비되어 상기 외부공기 및 상기 제1 유체의 유동을 가이드하는 유동가이드유닛;을 포함하되,
    상기 냉각플레이트는,
    복수개가 구비되어 상기 외함의 폭방향으로 연속적으로 적층되되, 상기 외함에서 상기 외함의 폭방향으로 상호 일정거리 이격되며,
    상기 외부공기는,
    복수개의 상기 냉각플레이트 사이사이로 유동되고,
    상기 유동가이드유닛은,
    상기 냉각플레이트의 외부에 존재하며, 상기 냉각플레이트의 사이사이에서 상기 흡입유닛 방향으로 경사지게 구비되어 상기 외부공기의 유동을 가이드 하는 한 쌍의 경사플레이트; 및
    상기 냉각플레이트의 상기 중공부에서 일정 높이상에 있도록 구비되어, 상기 제1 유체의 유동을 가이드 하는 한 쌍의 유동플레이트;를 포함하여 상기 외부공기 및 상기 제1 유체의 유동이 상기 외함의 폭방향으로 번갈아가며 일어나게 하는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유동플레이트는,
    상기 냉각플레이트의 상기 유입구에서부터 상기 중공부까지 존재하며, 상기 중공부에 존재하는 영역의 높이가 상기 중공부의 높이보다 낮은 제1 유동플레이트; 및 제2 유동플레이트;를 구비하되,
    상기 제1,2 유동플레이트는,
    상호 이격되고,
    상기 흡입유닛 및 상기 경사플레이트는,
    상기 제1,2 유동플레이트 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 경사플레이트는,
    상기 외부공기가 상기 외함으로 유입되는 방향으로 상기 제1 유동플레이트의 후단에서부터 상기 흡입유닛 방향으로 상향 경사지게 구비된 제1 경사플레이트; 및
    상기 제1 경사플레이트에 이어져 상기 제2 유동플레이트 방향으로 하향 경사지게 구비된 제2 경사플레이트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
  6. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡입유닛은,
    상기 냉각플레이트의 상기 유입구의 반대편에 놓이도록 상기 외함에 구비된 흡입팬;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 흡입유닛은,
    상기 외함에 구비되어 상기 흡입팬을 둘러싸는 흡입가이드부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 외함은,
    적어도 하나의 모서리에서 길이방향으로 돌출된 적어도 하나의 유입판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
  9. 적어도 하나의 공기순환팬을 구비하고, 적어도 일측이 개방된 발전기외함; 및
    상기 발전기외함의 개방된 상기 일측에 연결된 제5항의 상기 열교환장치;를 포함하되,
    상기 열교환장치는,
    상기 냉각플레이트의 상기 유입구가 상기 발전기외함의 개방된 상기 일측과 대면하도록 상기 발전기외함에 연결되고,
    상기 제1 유체는,
    상기 발전기외함에서 발생된 냉각대상유체인 것을 특징으로 하는 발전기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열교환장치는,
    상기 외함으로 상기 외부공기가 유입되는 방향으로 상기 제1,2 경사플레이트 및 제1,2 유동플레이트의 전단에 상기 발전기외함의 상기 공기순환팬이 놓이도록 상기 발전기외함에 연결된 것을 특징으로 하는 발전기.
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