JP7192419B2 - 直列式軸流ファン - Google Patents

Description

本発明は、直列式軸流ファンに関する。

従来、所定の中心軸に沿って２つの軸流式の送風ユニットを直列に連結した直列式軸流ファンが知られる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４－２７８３７１号公報

直列式軸流ファンでは、静圧を高められる反面、騒音が大きくなりやすい欠点があった。そのため、低騒音と高静圧を両立した直列式軸流ファンは実現できていなかった。

本発明の１つの態様によれば、中心軸回りに回転される第１インペラと、前記第１インペラを回転させる第１モータ部と、前記第１インペラの外周を囲む第１ケースと、を有する第１ファンと、中心軸回りに回転される第２インペラと、前記第２インペラを回転させる第２モータ部と、前記第２インペラの外周を囲む第２ケースと、を有する第２ファンと、を備え、第１ケースおよび第２ケースは、軸方向において、第１インペラが収容される部分から第２インペラが収容される部分までの間が円筒状であり、軸方向一方側から軸方向他方側に向かって、前記第１ファン及び前記第２ファ ンが順に配置される直列式軸流ファンであって、前記第１ケースおよび前記第２ケースを収容するハウジングを有し、前記第２ケースには、前記第２ケースを径方向に貫通する複数のスリットを有し、前記複 数のスリットは、前記第 ２ケースにおける前記第２インペラの径方向外側に位置し、前記第１ケースおよび前記第 ２ケースの径方向内側に位置する第１空間と、前記第１ケースおよび前記第２ケースと前 記ハウジングとに囲まれる第２空間とは、径方向において、前記複数のスリットのみを介して繋がる、直列式軸流ファンが提供される。

本発明の態様によれば、低騒音かつ高静圧の直列式軸流ファンが提供される。

図１は、実施形態の直列式軸流ファンを示す一部断面を含む斜視図である。 図２は、実施形態の直列式軸流ファンの一部断面を含む側面図である。 図３は、実施形態の直列式軸流ファンの断面図である。 図４は、図３に示すIV-IV線に沿う断面図である。 図５は、変形例１の直列式軸流ファンの断面図である。 図６は、変形例２の直列式軸流ファンを示す斜視図である。

各図においてＺ軸方向は、正の側を上側とし、負の側を下側とする上下方向である。各図に適宜示す仮想軸である中心軸Ｊの軸方向は、Ｚ軸方向、すなわち上下方向と平行である。以下の説明においては、特に断りのない限り、中心軸Ｊの軸方向と平行な方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。

本実施形態において、下側は、軸方向一方側に相当し、上側は、軸方向他方側に相当する。なお、上側および下側とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。

図１は、本実施形態の直列式軸流ファンを示す一部断面を含む斜視図である。図２は、本実施形態の直列式軸流ファンの一部断面を含む側面図である。図３は、本実施形態の直列式軸流ファンの断面図である。

本実施形態の直列式軸流ファン１００は、例えば、空気清浄機の送風装置として用いられる。
図１に示すように、直列式軸流ファン１００は、第１ファン１０と、第２ファン２０と、ハウジング５０と、を備える。ハウジング５０は、上下に開口する角筒状の筐体である。第１ファン１０は、ハウジング５０の下部に収容される。第２ファン２０は、ハウジング５０の上部に収容される。第１ファン１０と第２ファン２０は、軸方向一方側から軸方向他方側に向かって、軸方向に沿って順に配置される。

直列式軸流ファン１００は、ハウジング５０の下面から空気を吸い込み、上面から噴射する。直列式軸流ファン１００において、第１ファン１０は吸気側に配置され、第２ファン２０は排気側に配置される。

図２および図３に示すように、第１ファン１０は、第１インペラ１０Ａと、第１モータ部１１と、第１ケース１２と、複数の第１支持リブ１３と、を備える。
第１インペラ１０Ａは、中心軸Ｊを中心として放射状に等ピッチに配置される複数の第１翼１０ａを有する。第１インペラ１０Ａは、第１モータ部１１により中心軸Ｊ回りに所定方向に回転される。第１インペラ１０Ａにおける第１翼１０ａの数は、本実施形態では７枚であるが、直列式軸流ファン１００の設計に応じて変更可能である。

第１ケース１２は第１インペラ１０Ａの径方向外側を囲む筒状の筐体である。第１ケース１２は、例えば、樹脂または金属製である。第１ケース１２は、軸方向に延びる筒状の周壁部１２Ａを有する。

第１ケース１２は、周壁部１２Ａの内周面によりエアフローＦの流路を構成する。本実施形態の場合、第１ファン１０の吸気側である周壁部１２Ａの下側の端部は、下側に向かうに従って径方向に広がる形状を有する。周壁部１２Ａにおいて、第１インペラ１０Ａを収容する部分から上側の部分は円筒状である。

周壁部１２Ａの上側の開口部に、複数の第１支持リブ１３が配置される。本実施形態の第１ファン１０は、４本の第１支持リブ１３を有する。複数の第１支持リブ１３は、中心軸Ｊを中心として放射状に延びる。第１支持リブ１３の径方向外側の端部は周壁部１２Ａの内周面に接続される。第１支持リブ１３の径方向内側の端部は、第１モータ部１１を支持するモータ支持部１３Ａに接続される。

第１モータ部１１は、図３に示すように、モータ支持部１３Ａの下面に取り付けられる。第１モータ部１１は、本実施形態の場合、インナーロータ型のモータである。第１モータ部１１は、中心軸Ｊを中心とするシャフト１１Ａを有する。シャフト１１Ａは、第１モータ部１１のモータケース１１Ｂから下側へ延びる。シャフト１１Ａの下端部に第１インペラ１０Ａが固定される。第１モータ部１１は、アウターロータ型のモータであってもよい。

第２ファン２０は、第２インペラ２０Ａと、第２モータ部２１と、第２ケース２２と、複数の第２支持リブ２３と、を備える。
第２インペラ２０Ａは、中心軸Ｊを中心として放射状に等ピッチにて配置された複数の第２翼２０ａを有する。第２インペラ２０Ａは、第２モータ部２１により、中心軸Ｊ回りに第１インペラ１０Ａと同じ方向に回転される。これにより、第２インペラ２０Ａは、第１インペラ１０Ａによる空気の流れと同方向の空気の流れを発生させる。すなわち、第１インペラ１０Ａと第２インペラ２０Ａは、いずれも下側から上側への空気の流れを生じさせる。第２インペラ２０Ａにおける第２翼２０ａの数は、本実施形態では５枚であるが、直列式軸流ファン１００の設計に応じて変更可能である。

第２ケース２２は第２インペラ２０Ａの径方向外側を囲む。第２ケース２２は、軸方向に延びる筒状の周壁部２２Ａと、周壁部２２Ａを径方向に貫通する複数のスリット２２Ｂと、を有する。

複数のスリット２２Ｂは、それぞれ、径方向から見て中心軸Ｊと交差する方向に延びる。スリット２２Ｂの長手方向は、第２翼２０ａの径方向の外周端縁の稜線に対して、概ね９０°の角度で交差する。複数のスリット２２Ｂ同士は、互いに平行な方向に延びる。複数のスリット２２Ｂは、周壁部２２Ａを周方向に一周する領域に等間隔に並ぶ。

第２ケース２２は、周壁部２２Ａの内周面によりエアフローＦの流路を構成する。本実施形態の場合、第２ファン２０の排気側である周壁部２２Ａの上側の端部は、上側に向かうに従って径方向に広がる形状を有する。周壁部２２Ａにおいて、第２インペラ２０Ａを収容する部分から下側の部分は円筒状である。

周壁部２２Ａの下側の開口部に、複数の第２支持リブ２３が配置される。本実施形態の第２ファン２０は、４本の第２支持リブ２３を有する。複数の第２支持リブ２３は、中心軸Ｊを中心として放射状に延びる。第２支持リブ２３の径方向外側の端部は周壁部２２Ａの内周面に接続される。第２支持リブ２３の径方向内側の端部は、第２モータ部２１を支持するモータ支持部２３Ａに接続される。

第２モータ部２１は、モータ支持部２３Ａの上面に取り付けられる。第２モータ部２１は、本実施形態の場合、インナーロータ型のモータである。第２モータ部２１は、中心軸Ｊを中心とするシャフト２１Ａを有する。シャフト２１Ａは、第２モータ部２１のモータケース２１Ｂから上側へ延びる。シャフト２１Ａの上端部に第２インペラ２０Ａが固定される。第２モータ部２１は、アウターロータ型のモータであってもよい。

図３に示すように、第１ファン１０と、第２ファン２０とは、周壁部１２Ａの上側の開口部と、周壁部２２Ａの下側の開口部とを突き合わせた状態で軸方向に並んで配置される。周壁部１２Ａの内径と周壁部２２Ａの内径は一致しており、周壁部１２Ａと周壁部２２Ａは、軸方向に連なる１つの流路を構成する。

第１ファン１０のモータ支持部１３Ａと第２ファン２０のモータ支持部２３Ａとは、軸方向に見て、互いに重なり合って配置される。第１ファン１０の複数の第１支持リブ１３と、第２ファン２０の複数の第２支持リブ２３とは、軸方向に見て、少なくとも一部が重なり合って配置される。周方向に隣り合う第１支持リブ１３同士の隙間、および周方向に隣り合う第２支持リブ２３同士の隙間を、軸方向に空気が流通する。

ハウジング５０は、底壁部５１ａを有して上下方向に延びる角筒状の本体部５１と、本体部５１の上側に取り付けられる上蓋部５２と、本体部５１の下側に取り付けられるエアフィルタ５３とを備える。

本体部５１は、下側に向かって開口する第１開口部５０Ａと、上側に向かって開口する第２開口部５０Ｂとを有する。すなわち、ハウジング５０は、軸方向一方側に第１開口部５０Ａを有し、軸方向他方側に第２開口部５０Ｂを有し、エアフィルタ５３は、第１開口部５０Ａに取り付けられる。エアフィルタ５３および本体部５１を備えることで、エアフィルタ５３を介さない風の流入を防ぐことができる。これにより、直列式軸流ファン１００を空気清浄機の送風装置として容易に使用可能となる。なお、直列式軸流ファン１００のエアフローＦが下向きである場合には、エアフィルタ５３は、上側の第２開口部５０Ｂに取り付けられる。

ハウジング５０の本体部５１に第１ファン１０および第２ファン２０が収容される。ハウジング５０の本体部５１の高さは、第１ファン１０と第２ファン２０とを軸方向に重ねた高さに一致する。第１ファン１０の周壁部１２Ａの下端は、底壁部５１ａの上面に接触する。これにより、第１ファン１０の下側の開口部において、ハウジング５０内部との間で径方向に空気の流通が生じることが抑制される。

第２ファン２０の上側の開口部の軸方向位置は、本体部５１の上側の開口部の軸方向位置に一致する。上蓋部５２は、ハウジング５０の第２開口部５０Ｂに取り付けられる。上蓋部５２の下面は、第２ファン２０の周壁部２２Ａの上端および本体部５１の上端と接触する。これにより、第２ファン２０の上側の開口部および本体部５１の上側の開口部において、ハウジング５０内部との間で径方向に空気の流通が生じることが抑制される。

上記の構成により、直列式軸流ファン１００は、図１から図３に示すように、第１ケース１２および第２ケース２２の径方向内側に位置する第１空間１００ａを有する。また、直列式軸流ファン１００は、第１ケース１２および第２ケース２２の外周面と、ハウジング５０の内周面とに囲まれる第２空間１００ｂを有する。第１空間１００ａと第２空間１００ｂとは、第１ケース１２の周壁部１２Ａおよび第２ケース２２の周壁部２２Ａとにより、径方向に区画される。第１空間１００ａと第２空間１００ｂとは、第２ケース２２の複数のスリット２２Ｂのみを介して径方向に繋がる。

上蓋部５２は、軸方向に見て第２ファン２０の開口部の内側に位置する領域に、メッシュ部５２ａを有する。メッシュ部５２ａは、上蓋部５２を軸方向に貫通する多数の貫通孔を有する。メッシュ部５２ａは、第２開口部５０Ｂから第２ファン２０の内部に手指が挿入されるフィンガーガードとして機能する。

本実施形態の直列式軸流ファン１００は、第２ケース２２に複数のスリット２２Ｂを有する。これにより、第１ファン１０および第２ファン２０の動作時に、スリット２２Ｂを介して、第１ファン１０および第２ファン２０の内側の第１空間１００ａと、第１ファン１０および第２ファン２０の外側の第２空間１００ｂとの間で、空気を出し入れすることができる。すなわち、第２ファン２０において、第１ケース１２および第２ケース２２の外側の空気を圧力バッファとして用いることができる。これにより、第２ケース２２内部の圧力が適正範囲内に維持されやすくなり、第２ケース２２に連なる第１ケース１２内部の圧力も調整される。よって、流路内部の圧力変動に起因する騒音の発生を抑えることができる。

本実施形態の直列式軸流ファン１００では、第２ファン２０のみが複数のスリット２２Ｂを有し、第１ファン１０にはスリットは設けられない。これにより、第２ファン２０の複数のスリット２２Ｂから第２空間１００ｂに吐出される空気は、再び複数のスリット２２Ｂを介して第２ケース２２内へ吸入される。
上記の構成に対して、第１ファン１０と第２ファン２０の両方が複数のスリットを有する場合、第２ファン２０のスリット２２Ｂから吐出された空気が、下側へ回り込んで第１ファン１０のスリットから第１ケース１２内へ吸入されてしまう。そのため、ハウジング５０内に、直列式軸流ファン１００のエアフローＦに寄与しない循環風が生じることになり、直列式軸流ファン１００の静圧が低下する。
本実施形態の直列式軸流ファン１００は、第２ファン２０にのみ複数のスリット２２Ｂを備え、複数のスリット２２Ｂのみを介して第１空間１００ａと第２空間１００ｂとの間で空気が出し入れされる構成としたことで、循環風による直列式軸流ファン１００の静圧の低下を抑制できる。本実施形態によれば、低騒音と高静圧を両立した直列式軸流ファン１００が提供される。

本実施形態では、ハウジング５０は、軸方向に延びる角筒状であり、第１ケース１２および第２ケース２２は、軸方向において、少なくとも複数のスリット２２Ｂが設けられる部分が円筒状である。本実施形態では、第１ケース１２および第２ケース２２は、軸方向において、第１インペラ１０Ａが収容される部分から第２インペラ２０Ａが収容される部分までの間が円筒状である。この構成によれば、より高静圧の直列式軸流ファンとすることができる。以下、図４を参照して説明する。

図４は、図３に示すIV-IV線に沿う断面図である。
図４に示すように、円筒状の第２ケース２２と、角筒状の本体部５１との径方向の間隔は、本体部５１の角部において広く、本体部５１の側壁の中央部において狭い。第２ケース２２の外周面と本体部５１の内周面とが最も近づく位置は、周方向における空気の流路が窄まる狭窄部１０５となる。本実施形態の直列式軸流ファン１００では、第１ケース１２および第２ケース２２の外側の第２空間１００ｂは、周方向の４箇所に狭窄部１０５を有する。

第２空間１００ｂは、第１ケース１２および第２ケース２２の外側において周方向に一周繋がっている。そのため、第２空間１００ｂ内では、周方向に空気の流れが生じる。第２ケース２２の外側において周方向の広い範囲に空気が流れると、一部のスリット２２Ｂから吐出された空気が、第２ケース２２の外側を周方向に回り込んで他のスリット２２Ｂから第２ケース２２内に流入する循環風が生じる。このような循環風は、直列式軸流ファン１００のエアフローＦとして利用されないため、直列式軸流ファン１００の静圧特性を低下させる原因となる。

本実施形態では、上記の周方向の循環風を抑制するために、第２空間１００ｂの周方向の複数箇所に、狭窄部１０５を備える。第２空間１００ｂは、４箇所の狭窄部１０５により、周方向において、４つの空間１０１、１０２、１０３、１０４に区画される。これにより、例えば、スリット２２Ｂから空間１０１に吐出された空気の周方向の流れは、狭窄部１０５により阻害され、隣の空間１０２または空間１０４へはほとんど流れることなく、狭窄部１０５近傍の複数のスリット２２Ｂから第２ケース２２内へ吸入される。

このように本実施形態の直列式軸流ファン１００では、第１ケース１２および第２ケース２２の外側において、周方向に区画される４つの空間１０１～１０４内で空気を流通させる。これにより、第１ケース１２および第２ケース２２の外側に、周方向に流れる循環風が生じるのを抑えることができる。よって本実施形態によれば、高静圧の直列式軸流ファン１００が得られる。なお、狭窄部１０５において、第２ケース２２と本体部５１とが接触していてもよい。

本発明者は、本実施形態の構成について静音化についての検証を行った。本実施形態の直列式軸流ファン１００は、複数のスリット２２Ｂを備えない従来構成の直列式軸流ファンと比較して、同等の風量を得られる条件で１．０ｄＢ程度の静音化が可能であることが確認された。

直列式軸流ファン１００において、第１インペラ１０Ａおよび第２インペラ２０Ａのいずれか一方を、送風方向が反対側となるインペラに交換し、第１インペラ１０Ａと第２インペラ２０Ａを互いに反対方向に回転させる二重反転式ファンとしてもよい。二重反転式ファンとすることにより、２つのインペラが同方向に回転する直列式軸流ファンに比べて、高静圧化および大風量化を実現可能である。

（変形例１）
図５は、変形例の直列式軸流ファン２００の断面図である。直列式軸流ファン２００は、上記実施形態と同様の第１ファン１０及び第２ファン２０を収容する円筒状のハウジング２５０を備える。直列式軸流ファン２００は、第１ケース１２および第２ケース２２の径方向内側に位置する第１空間２００ａと、第１ケース１２および第２ケース２２とハウジング５０とに囲まれる第２空間２００ｂとを有する。

変形例１の直列式軸流ファン２００は、ハウジング２５０が軸方向に延びる円筒状であり、第１ケース１２および第２ケース２２が、軸方向において、少なくとも前記複数のスリットが設けられる部分が円筒状である構成を備える。本実施形態では、第１ケース１２および第２ケース２２は、軸方向において、第１インペラ１０Ａが収容される部分から第２インペラ２０Ａが収容される部分までの間が円筒状である。

さらに、直列式軸流ファン２００は、ハウジング２５０の内周面と、第２ケース２２の外周面との間に径方向に架け渡される複数の仕切り板２４０を有する。本実施形態の直列式軸流ファン２００は、周方向に９０°間隔で配置される４枚の仕切り板２４０を有する。仕切り板２４０の枚数は特に限定されない。

図５に示す４枚の仕切り板２４０は、第２空間２００ｂを、周方向に４つの空間２０１、２０２、２０３、２０４に分割する。仕切り板２４０は、例えば、隣り合う空間２０１と空間２０２との間における周方向の空気の流通を遮断する。

変形例の直列式軸流ファン２００によれば、複数の仕切り板２４０によって、第１ケース１２および第２ケース２２の径方向外側の空間が４つの空間２０１～２０４に分割される。これにより、例えば、複数のスリット２２Ｂから第２ケース２２の外側の空間２０１に吐出された空気が、第２ケース２２の外側を通って隣の空間２０２、２０４へ流れるのを防げる。

したがって変形例の直列式軸流ファン２００によれば、第１ケース１２および第２ケース２２の外側の第２空間２００ｂに周方向の循環風が生じるのを抑制でき、循環風による静圧特性の低下を抑えられる。よって直列式軸流ファン２００によれば、静音と高静圧を両立できる。

なお、図１から図４に示した直列式軸流ファン１００に、上記の仕切り板２４０を設けてもよい。例えば、図４に示した狭窄部１０５に、径方向に延びる仕切り板２４０を設けてもよい。この構成によれば、直列式軸流ファン１００において、狭窄部１０５を介する周方向の空気の流通をさらに少なくすることができる。これにより、静圧の低下がさらに抑制され、静音化にも有利になる。

（変形例２）
図６は、変形例２の直列式軸流ファン３００の一部断面を含む斜視図である。直列式軸流ファン３００は、第１ファン３１０と、第２ファン３２０と、第１ファン３１０及び第２ファン３２０を収容するハウジング５０と、を備える。第１ファン３１０は上下に開口する第１ケース３１２を有する。第２ファン３２０は上下に開口する第２ケース３２２を有する。第１ケース３１２と第２ケース３２２とは、第１ケース３１２の上側の開口部と第２ケース３２２の下側の開口部とが接続されることで上下に連結される。

直列式軸流ファン３００は、第１ケース３１２および第２ケース３２２の径方向内側に位置する第１空間３００ａと、第１ケース３１２および第２ケース３２２とハウジング５０とに囲まれる第２空間３００ｂとを有する。

変形例２の直列式軸流ファン３００では、第１空間３００ａと第２空間３００ｂとを径方向に繋ぐ複数のスリット３１２Ｂが、第１ファン３１０の第１ケース３１２に設けられる。すなわち、変形例２の直列式軸流ファン３００は、実施形態の直列式軸流ファン１００に対して、複数のスリットが設けられる位置のみが異なる。

変形例２の構成では、第２ファン３２０の第２ケース３２２がスリットを有さないので、複数のスリット３１２Ｂのみを介して第１空間３００ａと第２空間３００ｂとの間で空気の出入りが生じる。したがって、第２空間３００ｂの内部において上下方向の循環風が生じることはなく、直列式軸流ファン３００の静圧の低下が抑制される。変形例２の構成によれば、低騒音と高静圧を両立した直列式軸流ファン３００が提供される。

なお、変形例２の直列式軸流ファン３００においても、変形例１の構成を適用可能である。

１０，３１０…第１ファン、１０Ａ…第１インペラ、１１…第１モータ部、１２，３１２…第１ケース、２０，３２０…第２ファン、２０Ａ…第２インペラ、２１…第２モータ部、２２，３２２…第２ケース、２２Ｂ，３１２Ｂ…スリット、５０，２５０…ハウジング、５０Ａ…第１開口部、５０Ｂ…第２開口部、５３…エアフィルタ、１００，２００，３００…直列式軸流ファン、１００ａ，２００ａ，３００ａ…第１空間、１００ｂ，２００ｂ，３００ｂ…第２空間、１０１，１０２，１０４，２０１，２０２…空間、２４０…仕切り板、Ｊ…中心軸

Claims (6)

1. 中心軸回りに回転される第１インペラと、前記第１インペラを回転させる第１モータ部と、前記第１インペラの外周を囲む第１ケースと、を有する第１ファンと、
   中心軸回りに回転される第２インペラと、前記第２インペラを回転させる第２モータ部と、前記第２インペラの外周を囲む第２ケースと、を有する第２ファンと、を備え、
   第１ケースおよび第２ケースは、軸方向において、第１インペラが収容される部分から第２インペラが収容される部分までの間が円筒状であり、
   軸方向一方側から軸方向他方側に向かって、前記第１ファン及び前記第２ファンが順に配置される直列式軸流ファンであって、
   前記第１ケースおよび前記第２ケースを収容するハウジングを有し、
   前記第２ケースには、前記第２ケースを径方向に貫通する複数のスリットを有し、
   前記複数のスリットは、前記第２ケースにおける前記第２インペラの径方向外側に位置し、
   前記第１ケースおよび前記第２ ケースの径方向内側に位置する第１空間と、前記第１ケースおよび前記第２ケースと前記ハウジングとに囲まれる第２空間とは、径方向において、前記複数のスリットのみを介して繋がる、直列式軸流ファン。
2. 前記ハウジングは、軸方向に延びる角筒状であり、
   前記第２ケースは、軸方向において、少なくとも前記複数のスリットが設けられる部分が円筒状である、請求項１に記載の直列式軸流ファン。
3. 前記ハウジングは、軸方向に延びる円筒状であり、
   前記第２ケースは、軸方向において、少なくとも前記複数のスリットが設けられる部分が円筒状である、請求項１に記載の直列式軸流ファン。
4. 前記第１ケースおよび前記第２ケースの外周面と前記ハウジングの内周面との間の空間を、周方向に複数の空間に区画する仕切り板を有する、請求項２または３に記載の直列式軸流ファン。
5. 前記第１インペラと前記第２インペラとが互いに逆方向に回転される二重反転ファンである、請求項１から４のいずれか１項に記載の直列式軸流ファン。
6. 前記ハウジングは、軸方向一方側に第１開口部、軸方向他方側に第２開口部を有し、前記第１開口部および前記第２開口部の少なくとも一方に、エアフィルタを有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の直列式軸流ファン。

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