CN111413124A - 一种宽工况运行的冷热水热泵和热源塔热泵低成本试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宽工况运行的冷热水热泵和热源塔热泵低成本试验台，包括冷热量供给系统、机组试验系统以及中间管路阀件系统三部分。其中冷热量供给系统包括工况机、热水箱、冷水箱、冷却塔。机组试验系统包括空调箱、冷侧换热器、热侧换热器、膨胀水箱、电动阀、流量计、水泵。中间管路阀件系统包括蝶阀、水泵。本实验台可实现热源塔热泵一体机和冷热水热泵机组产品在高低温不同工况和冷热量情况下的性能测试以及科研研究。本实验台有效利用被测机冷源，降低工况机能耗，达到节能效果。本实验台优设优配工况机，达到多工况、低成本效果。本实验台填补了本技术领域现有技术的空白。

Description

一种宽工况运行的冷热水热泵和热源塔热泵低成本试验台

技术领域

本发明涉及一种热源塔和冷热水热泵机组两用检测设备，更具体地说，它涉及种低成本高低温工况均适用的冷热水热泵和热源塔热泵机组节能试验台。

背景技术

现有的中央空调冷热源系统都存在着各自的优点及缺陷：水地源热泵兼顾供冷供热，效率高，但受地理条件限制且初投资高，并且随运行时间加长，易出现冷热量不平衡现象，影响换热；冷水机组加锅炉供冷效率高，结构紧凑，但锅炉供热能源利用率低；空气源热泵结构小巧，可兼顾供冷供热，但夏季供冷效率偏低，冬季易结霜；热源塔热泵系统在夏季工况下与传统冷水机组无异，具有供冷效率高的特点，在冬季工况下，系统中的循环工质变为防冻溶液，依靠溶液的低凝固点实现低温环境下从室外空气取热，避免了空气源热泵易结霜的问题，而热源塔与冷却塔为同一装置，减少了初投资。

近年来，热源塔热泵机组产品得到了应用与推广，其需要在制冷性能、制热性能、主机性能以及机组质量方面进行检测以对机组进行优、质量和成本控制，并需要在以上方面、冷冻液成份及飘洒、填料材质以及填料排布等方面进行继续科研和优化，因此急需一种热源塔热泵机组试验台，甚至这种试验台是节能高效和多功能使用的。现有技术中没有提供可靠优质地解决方案。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是解决热源塔热泵机组产品在制冷性能、制热性能、主机性能以及机组质量方面进行检测所需平台的问题，并在以上方面、冷冻液成份及飘洒、填料材质以及填料排布等方面进行继续科研和优化所需平台的问题，以及解决实现热源塔和冷热水热泵机组两用检测以及所需平台问题，且此实验平台具备高效节能以及高低温工况均适用的功能。

本发明的技术方案如下：

一种宽工况运行的冷热水热泵和热源塔热泵低成本试验台，其特征在于：

该试验台包括冷热量供给系统(88)、机组试验系统(76)以及连接两者的中间管路阀件系统；

所述冷热量供给系统(88)包括第一工况机(81)、热水箱(13)、冷却塔(9)、冷水箱(26)、第二工况机(80)；

其中所述热水箱(13)通过第一碟阀(14)/第二蝶阀(16)和第一水泵(17)与第一工况(81)机的第一冷凝器(15)相连；通过第三蝶阀(11)和第二水泵(10)/第四蝶阀(12)与冷却塔(9)相连；通过第五蝶阀(77)和第三水泵(79)/第六蝶阀(78)与第二工况机(80)相连；所述冷水箱(26)通过第七蝶阀(20)和第四水泵(19)/第八蝶阀(22)与第一工况机(81)的蒸发器(18)相连；

所述的机组试验系统(76)包括空调箱(82)、试验空间(8)、热侧换热器(53)、冷侧换热器(69)、第一膨胀水箱(58)、第二膨胀水箱(86)、管道电加热器(73)；

其中所述空调箱(82)通过第九蝶阀(54)和第十蝶阀(55)与热侧换热器(53)相连，通过第十一蝶阀(62)和第十二蝶阀(63)/第十三蝶阀(66)与冷侧换热器(69)相连，通过第十四蝶阀(75)与管道电加热器(73)相连；所述热侧换热器(53)通过第十四蝶阀(52)与被测机相连；

所述冷侧换热器(69)通过第十五蝶阀(64)、第一流量计(87)和第五水泵(65)/第十六蝶阀(67)、第二流量计(85)、第六水泵(68)与被测机相连；所述管道电加热器(73)通过第十七蝶阀(72)与被测机相连；

所述的中间管路阀件系统包括第七水泵(25)和第十八蝶阀(30)/第十九蝶阀(32)；

所述第二工况机(80)包括依次连接形成环路的第二冷凝器(100)、油分(92)、压缩机(90)、气分(91)、直膨式冷机(4)、并联连接的第一膨胀阀(95)和第二膨胀阀(96)，连接到第一膨胀阀(95)和第二膨胀阀(96)后的第一电磁阀(93)和第二电磁阀(94)，以及干燥过滤器(97)、截止阀(98)、储液器(99)；所述第二冷凝器(100)连接所述第三水泵(79)和第六蝶阀(78)。

进一步的，所述冷热量供给系统(88)还通过管道直接与机组试验系统(76)相连。

进一步的，所述冷水箱(26)通过第二十蝶阀(24)与第七水泵(25)相连，通过第二十一蝶阀(27)与第十九蝶

进一步的，所述机组试验系统(76)热水进第一管路上安装有第一膨胀水箱(58)和第二十二蝶阀(60)，冷水进第三管路上安装有第二膨胀水箱(86)；其中所述第二十三蝶阀(71)，热侧换热器(53)并联有第一电动阀(56)，冷侧换热器(69)并联有第二电动阀(61)，热水出第一管路与热水进第一管路之间连有第三电动阀(59)、第一水压差计(57)，冷水出第三管路与冷水进第三管路之间连有第四电动阀(74)、第二水压差计(70)。

进一步的，空调箱(82)包括依次连接的过滤器(1)、空调翅片管冷却器(2)、第一可调加热器(3)、直膨式冷机(4)、第二可调加热器(5)、电加湿(6)、微调加热器(7)。第十蝶阀(55)、第十二蝶阀(63)与空调翅片管冷却器(2)相连，第十三蝶阀(66)、第十四蝶阀(75)与空调翅片管冷却器(2)相连。

本发明的优选方案中，冷热量供给系统一方面通过中间管路阀件系统与机组试验系统相连，一方面通过管道直接与机组试验系统相连。

本发明的优选方案中，冷水箱通过第二十蝶阀与第七水泵相连，通过第二十一蝶阀与第十九蝶阀相连；第二工况机通过管道直接与机组试验系统相连。

本发明的优选方案中，机组试验系统热水进1管路上安装有第一膨胀水箱、第二十二蝶阀，冷水进3管路上安装有第二膨胀水箱、第二十三蝶阀，热侧换热器并联有第一电动阀，冷侧换热器并联有第二电动阀，热水出1管路与热水进1管路之间连有第三电动阀、第一水压差计、冷水出3管路与冷水水进3管路之间连有第四电动阀、第二水压差计。

本发明的优选方案中，空调箱包括过滤器、空调翅片管冷却器、第一可调加热器、直膨式冷机、第二可调加热器、电加湿、微调加热器，第十蝶阀、第十二蝶阀与空调翅片管冷却器相连，第十三蝶阀、第十四蝶阀与空调翅片管冷却器相连。

本发明的优选方案中，试验空间为侧面送风，顶部回风，但不局限于这种送回风方式；所有蝶阀和截止阀为截止通断流体介质的作用，但不局限于此阀；冷侧换热器、热侧换热器为板式换热器，但不局限于这种换热器；第五水泵、第六水泵为变频水泵，第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵为定频水泵，但不局限于定频水泵。

本发明的优选方案中，设备9为冷却塔，但不局限于冷却塔，也可为热源塔或者类似可以提供冷源的设备。

本发明的优选方案中，第一工况机为变频螺杆式，但不局限于变频式和螺杆式，也可为涡旋式、定频式或者类似可以压缩气体、提高气体压力或输送气体的设备。

本发明的优选方案中，第二工况机为活塞式，但不局限于螺杆式，也可为涡旋式或者类似可以压缩气体、提高气体压力或输送气体的设备。

本发明的优选方案中，第二工况机中膨胀阀为电子膨胀阀，但不局限于电子膨胀阀，也可为热力膨胀阀或者类似可以起到节流作用的设备。

本发明的优选方案中，第二工况机中膨胀阀并联两路，分别为高温级膨胀阀和低温级膨胀阀，并分别配有电磁阀，前者负责高温工况下的节流，后者负责低温级工况下的节流。

本发明的优选方案中，第二工况机可以由一台活塞式机组组成也可以由若干台机组并联组成。

本发明的优选方案中，直膨式冷机也可称为蒸发器，为翅片式，也可为其他可对外输出冷量的设备。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

1.本发明可为热源塔热泵机组产品在制冷性能、制热性能、主机性能以及机组质量方面的检测、科研和优化提供平台。

2.本发明可为热源塔热泵机组产品在冷冻液成份及飘洒、填料材质以及填料排布等方面的研究和优化提检测平台。

3.本发明不但可实现热源塔热泵机组的性能检测，也可实现冷热水热泵机组的性能检测，同时为热源塔热泵机组的冷热水热泵主机和热源塔的良好耦合提供了测试科研平台。

4.本发明在热源塔热泵被测机制冷工况测试时，通过引用一部分被测机的冷水来和空调翅片管冷却器中的进风换热，既提高了冷水的温度，又降低了进风的温度，有效利用了被测机的冷源，减少了直膨式冷机的投入，减低了试验台的能量消耗和投资以及运行成本，提高了试验台的总体能效。

5.本发明在热源塔热泵被测机制热工况测试时，通过引用一部分被测机的热水来和空调翅片管冷却器中的进风换热，既降低了热水的温度，又提高了进风的温度，杜绝了空调翅片管冷却器在环境温度低时冰冻冻裂现象，有效利用了被测机的热源，减少了空调箱电加热运行能耗，减少了冷热量供给系统的运行能耗，减低了试验台的能量消耗以及运行成本，提高了试验台的总体能效和安全质量。

6.本发明对于第二工况机引用活塞压缩机和分级电子膨胀阀，既可以满足高温测试工况需求，也可以满足低温测试工况需求，使用灵活，并且相比传统的高低温工况机组分离的设计，大大节约了成本。

7.综上所述，本发明填补了现有技术在热源塔热泵检测方面的空白。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是一种宽工况运行的冷热水热泵和热源塔热泵低成本试验台原理图。

图2是试验台冷热量供给系统原理图。

图3是试验台机组实验系统原理图。

图4是第二工况机统原理图。

图中：过滤器-1、空调翅片管冷却器-2、第一可调加热器-3、直膨式冷机-4、第二可调加热器-5、电加湿-6、微调加热器-7、试验空间-8、冷却塔-9、第二水泵-10、第三蝶阀-11、第四蝶阀-12、热水箱-13、第一碟阀-14、第一冷凝器-15、第二蝶阀-16、第一水泵-17、蒸发器-18、第四水泵-19、第七蝶阀-20、第八蝶阀-22、第二十蝶阀-24、第七水泵-25、冷水箱-26、第二十一蝶阀-27、第十八蝶阀-30、第十九蝶阀-32、热侧换热器-53、第九蝶阀-54、第十蝶阀-55、第一电动阀-56、第一水压差计-57、第一膨胀水箱-58、第三电动阀-59、第二十二蝶阀-60、第二电动阀-61、第十一蝶阀-62、第十二蝶阀-63、第十五蝶阀-64、第五水泵-65、第十三蝶阀-66、第十六蝶阀-67、第六水泵-68、冷侧换热器-69、第二水压差计-70、第二十三蝶阀-71、第十七蝶阀-72、管道电加热器-73、第四电动阀-74、第十四蝶阀-75、机组试验系统-76、第五蝶阀-77、第六蝶阀-78、第三水泵-79、第二工况机-80、第一工况机-81、空调箱-82、第二流量计-85、第二膨胀水箱-86、第一流量计-87、冷热量供给系统-88、压缩机-90、气分-91、油分-92、第一电磁阀-93、第二电磁阀-94、第一膨胀阀-95、第二膨胀阀-96、干燥过滤器-97、第一截止阀98、储液器-99、第二冷凝器-100、第一截止阀98。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的一种低成本高低温工况均适用的冷热水热泵和热源塔热泵机组节能试验台，原理图如图1所示，该试验台包括冷热量供给系统88、机组试验系统76以及中间管路阀件系统三部分。所述的冷热量供给系统88包括第一工况机81、热水箱13、冷却塔9、冷水箱26、第二工况机80；所述的机组试验系统76包括空调箱82、试验空间8、热侧换热器53、冷侧换热器69、第一膨胀水箱58、第二膨胀水箱86、管道电加热器73；所述的中间管路阀件系统包括第七水泵25、第十八蝶阀30、第十九蝶阀32。

本发明的具体连接方法如下。

如图3所示，空调箱82包括过滤器1、空调翅片管冷却器2、第一可调加热器3、直膨式冷机4、第二可调加热器5、电加湿6、微调加热器7。

如图2所示第一工况机81包括第一冷凝器15、蒸发器18。

如图1、图2、图3所示，冷热量供给系统88一方面通过中间管路阀件系统与机组试验系统76相连，一方面通过管道直接与机组试验系统76相连。其中，冷水箱26通过第二十蝶阀24与第七水泵25相连，通过第二十一蝶阀24与第十九蝶阀32相连；热侧换热器53通过第十八蝶阀30与第七水泵25相连，通过管道直接与第十九蝶阀32；第二工况机80通过管道直接与直膨式冷机4相连；

如图2所示，热水箱13通过第一碟阀14、第二蝶阀16、第一水泵17与第一冷凝器15相连，通过第三蝶阀11、第二水泵10、第四蝶阀12与冷却塔9相连，通过第五蝶阀77、第六蝶阀78、第三水泵79与第二工况机80相连；冷水箱26通过第七蝶阀20、第八蝶阀22、第四水泵19与蒸发器18相连。

如图3所示，空调翅片管冷却器2通过第九蝶阀54、第十蝶阀55与热侧换热器53相连，通过第十一蝶阀62、第十二蝶阀63、第十三蝶阀66与冷侧换热器69相连，通过第十四蝶阀75与管道电加热器73相连；热侧换热器53通过第十四蝶阀52与被测机相连；冷侧换热器69通过第十五蝶阀64、第十六蝶阀67、第五水泵65、第六水泵68、第一流量计86、第二流量计85与被测机相连；管道电加热器73通过第十七蝶阀72与被测机相连；热水进第一管路上安装有第一膨胀水箱58、第二十二蝶阀60，冷水进第三管路上安装有第二膨胀水箱86、第二十三蝶阀71，热侧换热器并联有第一电动阀56，冷侧换热器并联有第二电动阀61，热水出第一管路与热水进第一管路之间连有第三电动阀59、第一水压差计57，冷水出第三管路与冷水进第三管路之间连有第四电动阀74、第二水压差计70。

如图4所示，从压缩机90出来的高温高压气态制冷剂，经油分92分离后，进入第二冷凝器100与来自热水箱13的恒温水换热，进入储液器99，再进入第一电磁阀93(第二电磁阀94)，再进入第一膨胀阀95(第二膨胀阀96)节流后，再进入直膨式冷机4与空调箱内进风换热后，进入气分91气液分离后，再进入压缩机90进行压缩，形成一个循环。其中，第六蝶阀78、第三水泵79与第二工况机80中的第二冷凝器100相连。

本发明的一种低成本高低温工况均适用的冷热水热泵和热源塔热泵机组节能试验台，可以实现冷热水热泵机组的制冷制热性能检测，可以实现热源塔热泵机组制冷制热性能检测，比国内具有节能高效性，具体原理及方案如下：

冷热量供应系统：

该系统为机组试验系统76提供冷量和热量。具体的来说热水箱13储存恒温热水，一方面为第二工况机80提供冷源，冷却第二工况机80的高压段制冷剂，另一方面为第一工况机81提供冷源，冷却第一工况机81的高压段制冷剂，其吸收的热量通过冷却塔9由空气带走；冷水箱26储存冷水，为热侧换热器53提供冷源，冷却热侧换热器53中的热水，其吸收的热量通过蒸发器18由低压制冷剂带走；第二工况机80蒸发器中输出的冷水为直膨式冷机4提供冷源，用来冷却直膨式冷机4中的进风。

冷热水热泵机组的制冷制热工况检测及节能高效：

冷热水热泵机组的冷凝器出口连接机组试验系统76热水进第一管路，冷凝器进口连接热水出第一管路，形成热水管路；蒸发器出口连接冷水进第三管路，蒸发器进口连接冷水出第三管路，形成冷水管路。对于热水管路，高温热水中的热量通过冷侧换热器69由低温冷水吸收带走，通过热侧换热器53换热由冷热量供给系统88提供的冷水带走，不定期通过空调翅片管冷却器2换热由进风带走，形成低温热水，并通过电动阀59调节热水流量从而控制出水温度，这样既有效利用了被测机在测试过程中产生的蒸发器中的冷水冷量，节省了因提供该部分冷量而增加的冷热量供给系统88的能耗，又满足了被测机测试工况对冷却水进出口温度的要求，达到了测试和节能的双层效果。对于冷水管路，低温冷水中的冷量通过冷侧换热器69换热由高温热水吸收带走，通过空调翅片管冷却器2换热由进风带走，形成高温水温，并通过电动阀74调节冷水流量以及管道电加热器73加热冷水来控制水温，有效利用了被测机在测试过程中产生的冷凝器中的热水热量，节省了因提供该部分热量而增加的冷热量供给系统88的能耗，又满足了被测机测试工况对冷冻水进出口温度的要求，达到了测试和节能的双层效果。

热源塔热泵机组制冷制热工况检测及节能高效：

对于热源塔热泵机组制冷工况，蒸发器出口连接冷水进第三管路，蒸发器进口连接冷水出第三管路，形成冷水管路，热源塔顶部出风直接通过风机和风道进入空调箱进行处理，处理后空气通过和风机风道从侧面进入热源塔，形成风系统。对于冷水管路，低温冷水中的冷量通过空调翅片管冷却器2换热由进风带走，形成高温水温，通过电动阀74调节冷水流量以及管道电加热器73加热冷水来控制水温，有效利用了回风中的热量，避免了因升高低温冷水温度而增加的冷热量供给系统88的能耗，又满足了被测机测试工况对冷冻水进出口温度的要求，达到了测试和节能的双层效果。对于风系统，进风经过过滤器1过滤进入空调翅片管冷却器2换热，经过可调加热器3升温调节，再经过直膨式冷机4降温除湿，再经过可调加热器适当升温，再经过电加湿6进行湿度调节，再经过微调加热器7进行温度调节，从而使空调箱出风达到试验工况所需要的参数，其有效利用了被测机在测试过程中产生的蒸发器中的冷水冷量，减少了因降低进风温度而增加的直膨式冷机的能耗，达到了测试和节能的双层效果。

高低温测试工况机设计运行原理：

选用运行范围广以及可实现压比大以及高低温工况都可运行的活塞压缩机，针对高温运行工况，选用高温级电子膨胀阀，针对低温级运行工况，选用低温级电子膨胀阀。当进行高温工况测试时，开启高温级电磁阀以及对应膨胀阀；当进行低温工况测试时，开启低温级电磁阀以及对应膨胀阀。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种宽工况运行的冷热水热泵和热源塔热泵低成本试验台，其特征在于：

该试验台包括冷热量供给系统(88)、机组试验系统(76)以及连接两者的中间管路阀件系统；

所述冷热量供给系统(88)包括第一工况机(81)、热水箱(13)、冷却塔(9)、冷水箱(26)、第二工况机(80)；

所述的第一工况机(81)包括相互连接的蒸发器(18)和冷凝器(15)；

其中所述热水箱(13)通过第一碟阀(14)/第二蝶阀(16)和第一水泵(17)与第一工况(81)机的第一冷凝器(15)相连；通过第三蝶阀(11)和第二水泵(10)/第四蝶阀(12)与冷却塔(9)相连；通过第五蝶阀(77)和第三水泵(79)/第六蝶阀(78)与第二工况机(80)相连；所述冷水箱(26)通过第七蝶阀(20)和第四水泵(19)/第八蝶阀(22)与第一工况机(81)的蒸发器(18)相连；

所述的机组试验系统(76)包括空调箱(82)、试验空间(8)、热侧换热器(53)、冷侧换热器(69)、第一膨胀水箱(58)、第二膨胀水箱(86)、管道电加热器(73)；

其中所述空调箱(82)通过第九蝶阀(54)和第十蝶阀(55)与热侧换热器(53)相连，通过第十一蝶阀(62)和第十二蝶阀(63)/第十三蝶阀(66)与冷侧换热器(69)相连，通过第十四蝶阀(75)与管道电加热器(73)相连；所述热侧换热器(53)通过第十四蝶阀(52)与被测机相连；

所述冷侧换热器(69)通过第十五蝶阀(64)、第一流量计(87)和第五水泵(65)/第十六蝶阀(67)、第二流量计(85)、第六水泵(68)与被测机相连；所述管道电加热器(73)通过第十七蝶阀(72)与被测机相连；

所述的中间管路阀件系统包括第七水泵(25)和第十八蝶阀(30)/第十九蝶阀(32)；

所述第二工况机(80)包括依次连接形成环路的第二冷凝器(100)、油分(92)、压缩机(90)、气分(91)、直膨式冷机(4)、并联连接的第一膨胀阀(95)和第二膨胀阀(96)，连接到第一膨胀阀(95)和第二膨胀阀(96)后的第一电磁阀(93)和第二电磁阀(94)，以及干燥过滤器(97)、截止阀(98)、储液器(99)；所述第二冷凝器(100)连接所述第三水泵(79)和第六蝶阀(78)。

2.根据权利要求1所述的一种宽工况运行的冷热水热泵和热源塔热泵低成本试验台，其特征在于：所述冷热量供给系统(88)一方面通过中间管路阀件系统与机组试验系统(76)相连，一方面通过管道直接与机组试验系统(76)相连。

3.根据权利要求2所述的一种宽工况运行的冷热水热泵和热源塔热泵低成本试验台，其特征在于：所述冷水箱(26)通过第二十蝶阀(24)与第七水泵(25)相连，通过第二十一蝶阀(27)与第十九蝶(32)相连；第二工况机(80)通过管道直接与机组试验系统(76)相连。

4.根据权利要求1所述的一种宽工况运行的冷热水热泵和热源塔热泵低成本试验台，其特征在于：所述机组试验系统(76)热水进第一管路上安装有第一膨胀水箱(58)和第二十二蝶阀(60)，冷水进第三管路上安装有第二膨胀水箱(86)；其中所述第二十三蝶阀(71)，热侧换热器(53)并联有第一电动阀(56)，冷侧换热器(69)并联有第二电动阀(61)，热水出第一管路与热水进第一管路之间连有第三电动阀(59)、第一水压差计(57)，冷水出第三管路与冷水进第三管路之间连有第四电动阀(74)、第二水压差计(70)。

5.根据权利要求1所述的一种宽工况运行的冷热水热泵和热源塔热泵低成本试验台，其特征在于：所述空调箱(82)包括依次连接的过滤器(1)、空调翅片管冷却器(2)、第一可调加热器(3)、直膨式冷机(4)、第二可调加热器(5)、电加湿(6)、微调加热器(7)；所述第十蝶阀(55)、第十二蝶阀(63)与空调翅片管冷却器(2)相连，第十三蝶阀(66)、第十四蝶阀(75)与空调翅片管冷却器(2)相连。

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