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JP3312739B2 - 大型ディーゼル機関 - Google Patents

大型ディーゼル機関

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Publication number
JP3312739B2
JP3312739B2 JP18720791A JP18720791A JP3312739B2 JP 3312739 B2 JP3312739 B2 JP 3312739B2 JP 18720791 A JP18720791 A JP 18720791A JP 18720791 A JP18720791 A JP 18720791A JP 3312739 B2 JP3312739 B2 JP 3312739B2
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JP
Japan
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exhaust gas
ring
engine
catalyst
tube
Prior art date
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Application number
JP18720791A
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English (en)
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JPH04232324A (ja
Inventor
ボレンヴァイダー ヤコブ
Original Assignee
ヴェルトジィレ シュヴァイツ アクチエンゲゼルシャフト
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ヴェルトジィレ シュヴァイツ アクチエンゲゼルシャフト filed Critical ヴェルトジィレ シュヴァイツ アクチエンゲゼルシャフト
Publication of JPH04232324A publication Critical patent/JPH04232324A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3312739B2 publication Critical patent/JP3312739B2/ja
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9431—Processes characterised by a specific device
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    • F02B37/12—Control of the pumps
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    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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    • F02F2007/0097—Casings, e.g. crankcases or frames for large diesel engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、幾つかのシリンダと、
該シリンダに結合される排気マニホールドとを有する大
型ディーゼル機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】環境を保護するための規制の厳格さの全
世界的増大により、例えばタンカーの推進用大型ディー
ゼル機関でさえも汚染物質、特に窒素酸化物の放出を低
減する様に適応されねばならない。燃焼炉からの排気ガ
スから主として窒素を除去する一方法は、「選択的な触
媒による低減」（ＳＣＲ）であり、このとき、窒素酸化
物は、アンモニアまたはアンモニア担体によって窒素お
よび水に触媒作用で低減される。ＳＣＲ法における重大
な問題は、ＳＣＲ法が大型ディーゼル機関に適用される
際に市販用触媒に必要な大量の空間であり、従って、触
媒のための空間が機関用空間に加えて占められ、これ
は、機関を含む設置を複雑にし特に船舶の適用に問題を
提供する。
【０００３】
【発明の要約】本発明の目的は、機関用空間に加わる触
媒のための如何なる余地をも必要とすることなく窒素酸
化物の放出が著しく低減される様に、最初に述べた種類
の大型ディーゼル機関を改良することである。
【０００４】この目的のため、本発明によると、シリン
ダから来る排気ガスから窒素酸化物を除去するために、
スタティック・ミキサの形状の触媒が、排気マニホール
ド内に配置され、還元剤の供給源は、排気ガスが触媒に
進入する場所の上流に配置される。スタティック・ミキ
サの形状の触媒の使用により、触媒に必要な空間は、排
気マニホールドに組込まれるのに充分に小さい。これ
は、機関を複雑にするのを回避し、機関のまわりの有用
な空間を低減しない。以下、添付図面を参照して本発明
の実施例を詳細に説明する。
【０００５】
【実施例】図１に示す様に、周知の型式の低速回転２サ
イクル大型ディーゼル機関１は、排気管３によって共通
の排気マニホールド４に各々が結合される直列の幾つか
のシリンダ２、例えば５つのシリンダを有している。円
形断面を有する排気マニホールド４は、シリンダ２の上
方で水平のその円筒形軸線を備えて配置され、排気管３
は、排気マニホールド４に沿って分配されて排気マニホ
ールド内に接線方向に開口する。管路５は、図１の排気
マニホールド４の左端の近くで分岐して、過給機７を直
接に駆動する排気ガスタービン６に達する。タービン６
内で膨脹したガスを大気へ排出する煙道８は、タービン
６と過給機７との間でタービンケーシングに結合され
る。圧縮された新しい空気をシリンダ２の下端（図示せ
ず）に供給する給気冷却器９は、図１で過給機７の下に
設けられる。
【０００６】本発明により、触媒１０は、排気マニホー
ルド４内に配置され、環状空間１１を残して排気マニホ
ールドの断面の中央に充満すると共に排気マニホールド
４の長さのかなりな部分にわたって延びる。触媒１０
は、図８に例として示す様なスタティック・ミキサに構
造において類似する。該触媒は、触媒材料で被覆される
幾つかの垂直な金属シート３１を有し、該シート３１
は、垂直方向に対しシート３１に対して直角に溶接され
る平行なガイド要素３２を有している。シート３１は、
交互にガイド要素３２が交差するように並べられる。こ
の結果、矢印(A) の方向へ触媒を通って流れる排気ガス
は、約９０°で交差する多数の部分流に分けられる。幾
つかのシート３１は、積層体として堆積をなして重ねら
れ、そのような多数の積層体は、排気マニホールド内の
ガス流の方向に次々と配置される。（図８とは異なり）
矢印Ａの方向で円形の輪郭を有する触媒積層体の完全な
セットは、マニホールド４の内部に環状空間１１を形成
する円筒形チューブ１２によって包囲される。
【０００７】触媒１０を収容するチューブ１２は、チュ
ーブ１２の長さに沿って分配される４つの個所において
排気マニホールド４内に保持される。支持リング１４，
１５は、２つの中間個所に配置される。該リングは、同
一であって、図４，５に示す様にリング円板１７と、円
板１７に溶接される外側リング１８と、円板１７に同様
に溶接される内側リング１９とを有している。リング円
板１７は、その表面にわたって分配されガスが環状空間
１１へ流入するのを可能にする多数の円形孔２０を形成
される。外側リング１８は、マニホールド４に溶接さ
れ、一方、リング１９は、チューブ１２に溶接される滑
りリング２１上を軸方向に移動可能である。
【０００８】チューブ１２は、図３の左において例えば
孔なしの閉じたリング円板の形状の支持リング１３によ
って保持される。該リング円板の外周は、排気マニホー
ルド４に溶接され、該リング円板の内周は、チューブ１
２に溶接され、従って、ガスは、環状空間１１から支持
リング１３を経て左へ流れ得ない。図３における排気マ
ニホールド４の左端は、着脱可能に結合されるカバー４
０によって閉じられる。
【０００９】図３を参照すると、環状空間１１からの排
気ガスの流れをスタティック・ミキサ１０の中へ軸線方
向に案内するために、排気マニホールド４内にガイドリ
ング２２が環状空間１１と一線に並んだ状態で配置され
る。図示のように、このガイドリング２２は内側がスタ
ティック・ミキサ１０の中へのガス流の方向に沿ってデ
ィフーザのように広げられる、すなわち、ガイドリング
２２は環状空間１１内のガス流の方向に沿って減少する
内径をもち、ガス流の乱流を減少し低い流動抵抗を達成
する作用を生ずる。更に、ガイドリング２２は、環状空
間１１からスタティック・ミキサ１０に向って通過する
排気ガスの流れの捻りをなくすために、環状空間１１と
連通する複数個のガイドブレード２３を有する。これら
のブレード２３は適当に曲げられたシートメタルから作
られ、ガイドリング２２に溶接された長手方向の内縁を
もち、長手方向の外縁でリング２４に溶接される。図示
のように、外側リング２４は排気ガスマニホールド４に
もたれ、右端で外方に広がるフランジに合併する。この
ようにして、ガイドリング２２、ブレード２３および外
側リング２４は一体構造物を形成し、マニホールド４の
中に挿入することができる。リング２２の左端は若干チ
ューブ１２の中に突入する。 更に、環状空間１１および
ガイドリング ・ ブレード２３からリング２２およびスタ
ティック・ミキサ１０の中へガスの流れを通過させるた
めに、カバー２５がガイドリング２２に対向し、かつ離
れてマニホールド４の右端を被うように取付けられる。
更に、カバー２５にはスタティック・ミキサ１０と同軸
に、カバー２５の中心にガイド円錐２６が設けられる。
図示のようにガイド円錐２６はガイドリング２２に向っ
て先細にされており、排気ガスをガイドリングの中へ効
率良く案内する作用を果たす。更に、カバー２５はリン
グ２４のフランジがクランプされるフランジによって排
気マニホールド４に着脱可能に結合される。カバー２５
が着脱可能であるから、排気マニホールド内部の保守、
点検、修理は簡単である。
【００１０】図６では、水に溶解する還元剤、例えば尿
素は、支持リング１５のリング円板１７にクリップ３４
によって固定されるリング導管３０を経て供給される。
リング導管３０は、ガス流から遠いリング円板１７の側
部に配置され、円板１７の孔２０のほぼ中心を延びる。
リング導管３０のノズル３５は、リング円板１７の周辺
にわたって均等に分配され、ガス流の方向へ還元剤を放
出する。図６の実施例では、ノズル３５は、１つ置きの
孔に設けられる。
【００１１】図７に示す様に、リング導管３０は、環状
チャンバ３６と、内側チャンバ３７とを有する様に二重
壁を有している。環状チャンバ３６は、還元剤源（図示
せず）に結合され、内側チャンバ３７は、冷却水供給源
（図示せず）に結合される。
【００１２】上述の装置は、次の通り作用する。シリン
ダ２で発生する排気ガスは、排気管３を経て排気マニホ
ールド４の環状空間１１へ流入する。次に、該ガスは、
流れガイドリング２２に向って図３で右へ捻れを持って
流れ、このとき、該捻れは、ブレード２３によって無効
化ないし矯正される。次に、該排気ガスは、カバー２５
によって限られるチャンバ内に導かれ、ガイドリング２
２によって包囲されるディフューザチャンバにガイド円
錐２６の扶助によって流入した後、触媒１０を通って流
れる。還元剤は、支持リング１５上のリング導管３０を
経て供給され、従って、窒素酸化物は、触媒において窒
素と、水蒸気とに周知の態様で変換される。従って、排
気ガスは、窒素酸化物を殆含まず、管路５を経て排気ガ
スタービン６に進入し、このとき、排気ガスのエンタル
ピは、機関１に上昇された圧力の新鮮な空気を供給する
ために周知の態様で使用される。
【００１３】図２，図３に示す様に、管路２７は、排気
マニホールド４に結合されて排気ガスタービン６内に開
口し、調節可能な弁２８（図３）を備えている。管路５
も調節可能な弁２９を有している。弁２８，２９によ
り、排気ガスは、触媒１０をバイパス可能であり、即
ち、排気ガスは、弁２８を開いて弁２９を閉じることに
よって環状空間１１から排気ガスタービン６へ直接搬送
可能である。該触媒バイパス操作の未反応還元剤による
環境汚染を防止すると共にノズル３５の閉塞を防止する
様に、還元剤の代りの空気または水は、リング導管３０
の環状チャンバ３６を経て搬送されてもよい。
【００１４】更に、排気ガスタービン６をバイパスする
のを可能にするため、図１において弁３９′を有する管
路３９は、排気マニホールド４に結合されて煙道８内に
開口する。排気ガスタービンを使用しない運転の際、従
って弁３９′が開放されて２つの弁２８，２９が閉鎖さ
れる際、排気ガスは、環状空間１１から管路３９を経て
煙道８へ直接流入する。
【００１５】図９は、還元剤がガイド円錐２６の尖端に
配置される単一のノズル４５を経て供給される実施例を
示す。ノズル４５は、ガイド円錐２６のボア４７内に休
止する円筒形部分と、円錐２６の外側面に続く円錐形部
分とを有するケーシング４６を備えている。ニードル状
閉鎖部材４９は、ケーシング４６内に配置されるインサ
ート４８の中心において軸方向へ可動である。図９にお
ける閉鎖部材４９の左端は、二重円錐の形状であり、図
示の閉鎖位置では、図９における左の円錐４９′は、ケ
ーシング４６の外側円錐形面を延長し、一方、他の円錐
４９″は、ケーシング４６の対応する円錐形座５０と協
働するシール面を形成する。図示の様な閉鎖位置に閉鎖
部材４９を保持するため、コイルばね５１は、二重円錐
から遠い部材４９の端部に設けられ、閉鎖部材に固定さ
れる板５２とインサート４８のボア５３との間に延び
る。還元剤は、コイルばね５１と閉鎖部材４９の二重円
錐との間でインサート４８に形成される環状チャンバ５
４へボア５５を経て供給される。台形ねじの形状のリブ
５６は、環状チャンバ５４と二重円錐との間で閉鎖部材
４９に形成され、閉鎖部材が開放位置にある際に還元剤
に捻りを与える。閉鎖ねじ５７は、ボア５３にねじ込ま
れ、閉鎖部材４９とインサート４８の包囲するガイドボ
アとの間に漏洩する任意の物質を放出するための中心ボ
ア５８を有している。
【００１６】また、部材４８は、環状チャンバ５４に達
するボア５９を有し、水の様な清掃剤は、該ボア５９を
経て供給されてもよい。これは、不作用の際にノズル４
５の種々な別個のチャンバ内で還元剤が結晶し従って閉
鎖部材４９を動かなくするのを防止する。冷却水（図示
せず）を供給するための環状空間６０は、部材４８とケ
ーシング４６との間に設けられる。
【００１７】ノズル４５が作用の際、ボア５５を経て供
給される還元剤の圧力は、開放方向へ閉鎖部材４９を押
圧し、その結果、捻れる還元剤は、リング２２（図３）
によって偏向されるガス流に進入し、混合物が触媒１０
に進入する以前に排気ガスに混合する。
【００１８】上述の大型ディーゼル機械は、船舶の推進
と、定置ディーゼル発電所の発電機の駆動との双方のた
めに使用するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】大型ディーゼル機関の概略の側面図。
【図２】図１の大型ディーゼル機関の上部における概略
の正面図。
【図３】排気マニホールドおよびその中の触媒の概略の
水平断面図。
【図４】支持リングの領域における図３の拡大詳細図。
【図５】図４の詳細の部分的な横断面図。
【図６】還元剤供給装置を有する支持リングの部分的な
図。
【図７】図６の還元剤供給装置の噴射ノズルの図。
【図８】触媒構造の斜視図。
【図９】図６、図７の還元剤供給装置の変形の縦断面
図。
【符号の説明】
１ 大型ディーゼル機関 ２ シリンダ ４ 排気マニホールド ７ 過給機 １０ 触媒 １１ 環状空間 １２ 円筒形チューブ ２２ 流れガイドリング ２３ ブレード ２４ リング ２５ カバー ２６ ガイド円錐 ３０ リング導管 ３５ ノズル ３６ 環状チャンバ ３７ 内側チャンバ ４５ ノズル ４９ ニードル状閉鎖部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−44412（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−302120（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−274742（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−59307（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−12020（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭54−25564（ＪＰ，Ｂ１) 特表 昭63−503236（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/38 F01N 9/00 - 11/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数個のシリンダ（２）と、該シリンダ
    に結合される排気マニホールド（４）とを備える大型デ
    ィーゼル機関において、前記シリンダ（２）から来る排
    気ガスから窒素酸化物を除去するため、スタティック・
    ミキサの形状の触媒（１０）が、前記排気マニホールド
    （４）内に配置され、還元剤の供給源が、該触媒（１
    ０）に排気ガスの進入する場所の上流に配置され、前記
    触媒（１０）を包囲するチューブ（１２）が前記排気マ
    ニホールド（４）内に配置され、前記チューブ（１２）
    とマニホールド（４）との間に前記シリンダ（２）と連
    通する環状空間（１１）を画成し、前記チューブ（１
    ２）は第１端に排気ガスが前記触媒に進入するための開
    口を、第２端に排気ガスが前記触媒から出て行くための
    開口を有し、排気ガスは前記第１端における開口から第
    ２端における開口へ前記チューブ内を流れ、前記チュー
    ブ（１２）は前記第２端の側において閉鎖リング円板
    （１３）によって排気マニホールド（４）内に保持さ
    れ、その結果、排気ガスは前記環状空間（１１）から前
    記チューブの前記第２端へ直接流れることができず、前
    記環状空間（１１）内の排気ガスは前記チューブ（１
    ２）の第１端における前記開口に向けられ、前記排気マ
    ニホールド（４）内には前記チューブの前記第１端に前
    記チューブと一線に並んだ状態でガイドリング（２２）
    が配置され、前記ガイドリング（２２）は、前記環状空
    間（１１）から来る排気ガスの捻れを無効にする外部ブ
    レード（２３）を有し、前記排気ガスは次いで前記排気
    マニホールド（４）の長手方向軸線にほぼ平行に流れる
    ようにしたことを特徴とするディーゼル機関。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の機関において、前記ガ
    イドリング（２２）が、前記排気ガスの流れの方向にお
    いてディフューザの形状に内径が広がることを特徴とす
    る機関。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の機関において、前記ブ
    レード（２３）が、それ等を包囲するリング（２４）に
    外側で固定され、該リングが、該ブレード（２３）およ
    び前記ガイドリング（２２）と共に一体構造を形成する
    ことを特徴とする機関。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の機関において、前記排
    気マニホールド（４）が、前記環状空間（１１）から流
    出するガスを前記ガイドリング（２２）内に導く内側面
    を有する着脱可能なカバー（２５）によって該ガイドリ
    ング（２２）の配置された前記チューブ（１２）の一端
    の側において閉じられることを特徴とする機関。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の機関において、前記ガ
    イドリング（２２）に向って先細りのガイド円錐（２
    ６）が、前記カバー（２５）の内側で該カバーの中心に
    設けられることを特徴とする機関。
  6. 【請求項６】 請求項１から請求項５のいづれか１つの
    項に記載の機関において、周辺に分配される幾つかのノ
    ズル（３５）を有するリング導管（３０）が、還元剤供
    給源として前記環状空間（１１）内に設けられることを
    特徴とする機関。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の機関において、前記リ
    ング導管（３０）が、二重壁を有し、該リング導管の外
    側環状チャンバ（３６）が、前記還元剤を搬送し、一
    方、該リング導管の内側チャンバ（３７）が、冷却剤供
    給源に結合されることを特徴とする機関。
  8. 【請求項８】 請求項４に記載の機関において、前記還
    元剤供給源が、前記カバー（２５）の中心に設けられる
    ことを特徴とする機関。
  9. 【請求項９】 請求項５または請求項８に記載の機関に
    おいて、還元剤の供給を制御する弁（４９）が、前記カ
    バー（２５）のガイド円錐（２６）内に設けられること
    を特徴とする機関。
  10. 【請求項１０】 ターボ過給機（７）を有する請求項１
    から請求項９のいづれか１つの項に記載の機関におい
    て、前記排気マニホールド（４）および触媒（１０）
    が、前記排気ガスの流れの方向において前記ターボ過給
    機（７）の前に配置されることを特徴とする機関。
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