(57)【要約】【課題】熱的に後処理された工程排ガスを、支障なく、かつ装置の多くの部材にとって危険なく冷却できる装置を提供する。【解決手段】上向きに開放された燃焼室を備え、前記燃焼室が反応器ハウジング中に、前記燃焼室の周囲に液体を排出するための空間が形成されるように収容されており、前記燃焼室の開口部の上方に飛沫よけフードが前記開口部から間隔をあけて配置されており、前記反応器ハウジングの上に工程排ガス排出管が配置されており、前記飛沫よけフードの上方に少なくとも１つの衝突エレメントが配置されており、前記衝突エレメントに対して、冷却液噴射ノズルからの平行な冷却液噴流が向けられており、かつ前記衝突エレメントに、冷却液のための少なくとも１つの引き剥がしエッジが形成されている、熱的に後処理された工程排ガスの冷却装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上向きに開放された燃焼室（５）を備え、前記燃焼室（５）が反応器ハウジング（６）中に、前記燃焼室（５）の周囲に液体を排出するための空間（８）が形成されるように収容されており、
前記燃焼室（５）の開口部の上方に飛沫よけフード（４）が前記開口部から間隔をあけて配置されており、
前記反応器ハウジング（６）の上に工程排ガス排出管（７）が配置されており、
前記飛沫よけフード（４）の上方に少なくとも１つの衝突エレメント（２）が配置されており、前記衝突エレメント（２）に対して、冷却液噴射ノズル（３）からの平行な冷却液噴流（１）が向けられており、かつ
前記衝突エレメント（２）に、冷却液のための少なくとも１つの引き剥がしエッジが形成されていることを特徴とする、熱的に後処理された工程排ガスの冷却装置。
【請求項２】
前記衝突エレメント（２）の半径方向外縁が、前記引き剥がしエッジを形成していることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの衝突エレメント（２）が前記飛沫よけフード（４）と前記冷却液噴射ノズル（３）の間に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
前記冷却液噴射ノズル（３）が前記飛沫よけフード（４）と前記少なくとも１つの衝突エレメント（２）の間に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
【請求項５】
前記衝突エレメント（２）が回転対称に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記冷却液噴流（１）が前記衝突エレメント（２）の平坦かつ平面的な面に向けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記冷却液噴射ノズル（３）および前記衝突エレメント（２）が、前記燃焼室（５）の中心軸上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
少なくとも２つの前記衝突エレメント（２）が、それぞれ割り当てられた前記冷却液噴射ノズル（３）とともに前記飛沫よけフード（４）の上方に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
２つより多い前記衝突エレメント（２）が、それぞれ割り当てられた前記冷却液噴射ノズル（３）とともに、相互にそれぞれ等しい角度間隔で、かつ前記燃焼室（５）の中心軸に対して等しい間隔で配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記衝突エレメント（２）が、前記冷却液噴流（１）がぶつかる非回転対称の面を有することを特徴とする請求項８又は９記載の装置。
【請求項１１】
前記飛沫よけフード（４）が垂直方向上向きに凸面状に湾曲されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のうちいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記飛沫よけフード（４）と前記燃焼室（５）の前記開口部の間に断熱エレメントが配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のうちいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
１つ又は複数の前記冷却液噴流（１）が、少なくとも１バールの圧力で１つ又は複数の前記冷却液噴射ノズル（３）から出てくることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のうちいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
前記飛沫よけフード（４）が配置されている区域内では、前記反応器ハウジング（６）の自由な横断面が拡張されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のうちいずれか１項記載の装置。
【請求項１５】
前記冷却液噴流（１）が向けられている前記衝突エレメント（２）の面の大きさが７５〜２０００ｍｍ2の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至請求項１４のうちいずれか１項記載の装置。
【請求項１６】
前記冷却液噴流（１）が向けられている前記衝突エレメント（２）の面の大きさが、前記飛沫よけフード（４）の表面の大きさの１／４より小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のうちいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上向きに開放された燃焼室を備えた、熱的に後処理された工程排ガスの冷却装置であって、この燃焼室が反応器ハウジング中に、該燃焼室の周囲に液体を排出するための空間が形成されているように収容されている熱的に後処理された工程排ガスの冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学的に攻撃性の、又は毒性の物質で汚染された工程排ガスは様々な工程で発生し、その場合、通常、危険物質を分離するか、又はそのような好ましくない性質をもたない他の物質に変換した後で初めて環境に放出するという後処理が適切に行われている。これは、真空設備での表面改質技術の場合に発生する工程排ガスに対しても行われていることである。
【０００３】
このような工程排ガスに含まれる危険物質の大部分は、熱的な後処理によって解離もしくは酸化され、その結果、毒性の、もしくは化学的に攻撃性の物質または化合物からあまり危険ではない物質もしくは化合物をつくる化学的な物質変換が行なわれる。
【０００４】
この場合、その都度の工程排ガスは直接バーナー、あるいは燃料ガス炎ないしはプラズマ中へ送られ、熱的に後処理される。このようにして熱的に後処理された工程排ガスは、直接環境に排出することもできるし、あるいは更なる後処理ステップ、例えば熱的に後処理された工程排ガスから固形成分を分離除去するための分離ステップへ送ることもできる。
【０００５】
特許文献１に記載されているように、ＣＶＤプロセスからの排ガスの浄化装置が公知である。この装置は、垂直方向下に配置されたバーナーを備えた燃焼室を有する。該バーナーに工程排ガスが送り込まれ、供給された燃料ガスで熱的に後処理される。この燃焼室は上向きに開放されており、この燃焼室開口部は上から、この開口部から間隔をあけて配置された飛沫よけでカバーされている。この飛沫よけは円錐形とされている。同様にこの飛沫よけの上にも該飛沫よけから間隔をあけて噴射ノズルが配置されており、この噴射ノズルを用いて、吸着剤が中空の円錐形噴流の形でこの円錐形の飛沫よけに向かって噴射される。
【０００６】
上方で燃焼室から排出される熱的に後処理された工程排ガスは、上方の燃焼室開口部と飛沫よけの間で向きを変えられ、半径方向に外側のブラシ縁部が中に取り付けられた隙間を通って、吸着剤で形成された中空の円錐形噴流の流入領域内に達し、かつ、該吸着剤が上に向かって上記装置から排出される前に、この吸着剤とともに少なくとも部分的に冷却される。
【０００７】
その場合、この燃焼室は円筒形のハウジングに収容されており、その結果、ハウジングと燃焼室の間に輪形隙間が形成されており、この輪形隙間を通して液体の吸着剤は、該吸着剤が本来の燃焼室中に直接流入しうることなく、下に向けて排出されるようになっている。
【０００８】
吸着剤で形成された中空の円錐形噴流が飛沫よけに向かうことによって飛沫よけの冷却が行なわれ、この冷却によって飛沫よけの温度の低下がもたらされる。この場合、燃焼室開口部を向いているこのような飛沫よけの表面で凝縮が発生している限り、その温度を低下させることができる。このような凝縮は望ましくない。なぜなら、この凝縮が飛沫よけに腐食、もしくはキャビテーション作用をもたらし得るからである。しかし、凝縮の結果として形成された液体が飛沫よけから燃焼室中に達することができるという可能性も存在する。
【０００９】
さらに中空の円錐形噴流の形成に適切な噴射ノズルは、このような装置中における条件下では特に危険な部材である。というのは、このような噴射ノズルにおける摩耗もしくは詰まりの結果として、このような中空の円錐形噴流の形状の変化が運転中に発生し、その結果、この円錐形噴流の全周にわたって不均一な状態が生じる可能性があるからである。こうして特定の区域は吸着剤の高められた体積流量で噴霧されることができ、かつ同時に他の区域は吸着剤で覆われることが殆どできないか、あるいは全くできない。
【特許文献１】欧州特許第０３４６８９３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって本発明の課題は、熱的に後処理された工程排ガスを、支障なく、かつ装置の多くの部材にとって危険なく冷却できるようにする装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によればこの課題は、請求項１の特徴を有する装置をもって解決される。本発明の有利な実施の形態および更なる形態は、従属請求項に示された特徴をもって達成することができる。
【００１２】
本発明による熱的に後処理された工程排ガスの冷却装置は、上向きに開放された燃焼室を有し、この燃焼室中にはバーナーが収容されており、かつこのバーナーに直接、ないしはバーナーの炎に熱的に後処理すべき工程排ガスが供給される。この燃焼室は上向きに開放されていて、かつ反応器ハウジング中に収容されており、その際、燃焼室と反応器ハウジングは、該燃焼室の周囲に液体を排出するための空間が形成されているように寸法決定されている。
【００１３】
燃焼室で熱的に後処理された工程排ガスは、燃焼室の上部開口部を通って該燃焼室の外に達する。燃焼室開口部の上方には、この開口部から間隔をあけて飛沫よけフードが配置されており、この飛沫よけフードは、冷却液が、妨げられることなく上から直接燃焼室中に入り込んでしまうことを防止する。そのため、このような飛沫よけフードは、燃焼室開口部の自由な横断面の全体を覆っている。熱的に後処理された工程排ガスは、隙間によって、また飛沫よけフードによって向きが変えられることができ、反応器ハウジング内で上方へ向かい、反応器ハウジングの上にある工程排ガス排出管を通って排出されることができる。
【００１４】
本発明による装置には、飛沫よけフードの上方に少なくとも１つの衝突エレメントが配置されており、この衝突エレメントに、冷却液噴射ノズルからの平行冷却液噴流が向けられている。このような冷却液噴流の方向は、好ましくは燃焼室の中心軸に平行になっている。そして、この衝突エレメントには、冷却液のための少なくとも１つの引き剥がしエッジ（Ａｂｒｉｓｓｋａｎｔｅ）が形成されている。
【００１５】
この平行冷却液噴流（平行噴流）は、わずかな発散のみが許されかつ歪曲され（ｖｅｒｚｅｉｃｈｎｅｎ）得る小さな噴流断面で衝突エレメントの表面にぶつかり、かつ、少なくとも１つの引き剥がしエッジを用いて、冷却液滴が均一に分布した、均一に飛沫よけフードの上方の全周にわたって多数の冷却液滴から形成される霧および／または雲が形成される。その際、個々の冷却液滴のより大きな部分が、半径方向外側に、反応器ハウジングの内壁に向かって加速される。その際、冷却液滴のある一定の部分は、衝突エレメントのそれぞれの面から、それぞれの冷却液滴の加速が、斜め上向きに傾けられた方向で行なわれるように反射することができ、その結果、反応器ハウジングの内部において、飛沫よけフードの上方で、冷却液滴が水平方向に加速され、かつ冷却液滴のある一定の部分は、斜め上向きの方向に加速される。
【００１６】
次いで、冷却液滴は反応器ハウジングの内壁にぶつかり、この内壁を垂直方向下向きに流下し、そして燃焼室を取り囲む空間から液体として排出されることができる。その際、反応器ハウジング壁の冷却が達成され、さらに反応器ハウジングの内壁への物質の付着がこの液体の存在によって、かつ同時に衝突エレメントから出発して形成された冷却液の雲によって回避される。熱的に後処理された工程排ガスは、前記冷却液の雲を通ることによって冷却されて垂直方向上向きに排ガス排出管を通って排出される。工程排ガスはこのようにして冷却されるが、その際、場合によっては、前記冷却液によってこの熱的に後処理された工程排ガスの更なる浄化が達成可能である。
【００１７】
有利な形態の場合には、衝突エレメントの半径方向外縁がこのような引き剥がしエッジを形成し、その際、この引き剥がしエッジは衝突エレメントの他の形態で形成されていてもよい。例えば、本発明によれば、使用すべき衝突エレメントに段付部を備えることが可能であり、この場合、その半径方向外側の端部が引き剥がしエッジを形成することが可能である。しかし、衝突エレメントに、半径方向を取り囲む畝部又は凹部を備えさせることも可能であり、この場合、これらの畝部又は凹部は、引き剥がしエッジの機能を担うことができる。
【００１８】
本発明による装置の有利な実施の形態の場合には、少なくとも１つの衝突エレメントが、飛沫よけフードとそれぞれの冷却液噴射ノズルの間に配置されており、その結果、冷却液噴流は垂直方向上から衝突エレメントにぶつかる。この場合、該衝突エレメントは、飛沫よけフードに直接結合していることができ、衝突エレメントを飛沫よけフードに固定することも確かに可能である。しかしながら、冷却液噴流が最終的に向かっている衝突エレメントのそれぞれの面を、飛沫よけフードから上方に間隔をあけて配置させて、その結果、冷却効果を、衝突エレメントから出発して飛沫よけフードに向かって減少させることが可能である。この場合には、断熱材が衝突エレメントと飛沫よけフード間に配置されていてもよいし、熱伝導の小さな材料から成る衝突エレメントが使用されていてもよい。
【００１９】
また、飛沫よけフードと燃焼室開口部の間に断熱エレメントを配置することが好ましく、この断熱エレメントによって、燃焼室開口部への方向を向いている飛沫よけフードの面における凝縮が回避される。
【００２０】
このような断熱エレメントは、例えば円盤状に形成されており、かつ飛沫よけフードに対して間隔をあけて配置されていてよい。このように、飛沫よけフードの下側表面と断熱エレメントの間のガスギャップが好ましい効果を生ずる。断熱エレメントは、耐熱性の適切な材料から形成されてもよく、その際、耐熱性の金属、合金のほかにセラミックスもこのような断熱エレメントに使用できる。
【００２１】
また、本発明による装置の他の選択肢においては、少なくとも１つの冷却液噴射ノズルを、飛沫よけフードと少なくとも１つの衝突エレメントの間に配置することもでき、この場合には、冷却液噴流が垂直方向上向きにそれぞれの衝突エレメントに向けられる。
【００２２】
本発明において使用する衝突エレメントは、できるだけ回転対称に形成されていることが好ましい。このような回転対称の形状は、１つのみの衝突エレメントが本発明による装置に備えられている場合であって、かつ、この衝突エレメントが燃焼室の中心軸上に配置されている場合に特に好ましいものである。これにより、衝突エレメントのそれぞれの面によって方向変換される冷却液滴の半径方向に均一な分散が、反応器ハウジングの全周にわたって達成可能である。
【００２３】
冷却液噴流が向けられている衝突エレメントのそれぞれの面は、平坦かつ平面的に形成されていることが好ましく、その際、既に言及したように、それ自体平坦な面に、引き剥がしエッジの機能を果たすことができる隆起部もしくは溝状の凹部が存在していてもよい。
【００２４】
しかし、特に、比較的大型の本発明による装置の場合には、１つ以上の、つまり少なくとも２つの衝突エレメントがそれぞれ割り当てられた冷却液噴射ノズルとともに飛沫よけフードの上方に配置されていてもよく、その際、これらの冷却液噴射ノズルは、それぞれの冷却液噴流を、平行に、該冷却液噴流に割り当てられたそれぞれの衝突エレメントに向けられる。
【００２５】
３つ以上の衝突エレメントが本発明による装置に使用される場合は、それら衝突エレメントは冷却液滴のできるだけ均一な分散を維持するために、相互にそれぞれ等しい角度間隔でかつ燃焼室の中心軸に対して等しい間隔で配置されていることが好ましい。
【００２６】
３つ以上の衝突エレメントの場合には、それぞれの冷却液噴流がぶつかる非回転対称の面をこれら衝突エレメントに備えさせることも、より有利である場合があり、その結果、対応する非回転対称の面にぶつかる液体は、ほぼ全ての方向には半径方向に等しくは方向変換されず、こうして、液体の最大の部分が半径方向外側に反応器ハウジングの内壁に向かって加速され、かつ液滴のわずかな部分のみが燃焼室の中心軸に向かって方向変換されることになる。この効果は、例えば付加的にか、又は単独でも、これらの衝突エレメントにおける対応する面が水平面に対して傾けられた角度で形成されていることによって、又は非球形に、例えば放物線の形で丸められて形成されていることによっても達成できる。
【００２７】
燃焼室開口部の上方に配置された飛沫よけフードは、垂直方向上向きに凸面状に湾曲していることが好ましく、より好ましくは、球面形に形成されている。その結果、飛沫よけフードの上側表面にぶつかる冷却液滴の部分もこの表面から流下することができ、かつ反応器ハウジングの内部で燃焼室の周囲に形成された空間内へと流下することができる。
【００２８】
冷却液、特に水は、冷却液噴流として、１つ又は複数の衝突エレメントに、少なくとも１バールの圧力で向けられていることが好ましい。すなわち、冷却液噴流は、少なくとも１バールの圧力で冷却液噴射ノズルから出てくることが好ましい。
【００２９】
この場合、冷却液噴流の横断面は、この冷却液噴流が向けられている衝突エレメントの面より小さくなければならない。（すなわち、わずか数ｍｍ2でなければならない。）冷却液噴流がぶつかる衝突エレメントの面のそれぞれの大きさ（面積）は、７５〜２０００ｍｍ2の範囲内であることが好ましい。また、衝突エレメントの面の大きさは、飛沫よけフードの表面の大きさの１／４より小さいことが好ましい。
【００３０】
また、飛沫よけフードが配置されている区域内では、反応室の自由な横断面が拡張されていることが有利である。このことによって、衝突エレメントのそれぞれの面から出発して加速される冷却液滴は、反応室内部の最大の容積を覆うことができる。その際、反応室の内壁は、反応室の内壁を濡らす冷却液のより有利な流下比率を達成するために、下記の実施例の説明で明らかにされるように、反応室のこの拡張された区域で少なくとも部分的に斜めに形成されていてよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、本発明を実施例により詳しく説明する。図１には、概略的な形で、本発明による有利な実施の形態の装置の部分が示されており、この図には、本発明の装置における特徴的な配置が示されている。
【００３２】
図１には、高温の熱的に後処理された工程排ガス（一点鎖線で示されている）を排出する垂直方向上に配置された燃焼室開口部を有する燃焼室５が概略的に示されている。燃焼室５の下部（ここでは図示されていない）にはバーナーが配置されており、このバーナーを用いて燃料ガスの供給によって後処理すべき工程排ガスが熱的に後処理される。
【００３３】
燃焼室５は反応器ハウジング６内に収容されており、かつ反応器ハウジング６と燃焼室５の外壁の間に空間８が形成されており、この空間８を介して冷却液、及び場合によっては付加的に洗浄液を反応器ハウジング６から排出することができる。
【００３４】
燃焼室５の開口部の上には、垂直方向上向きに凸面状に湾曲し、球面形に形成された飛沫よけフード４が、反応器ハウジング６内に配置されており、かつ、該飛沫よけフード４が、燃焼室開口部の自由な横断面を半径方向へ突出して、全方向について覆うように寸法決定されており、これにより、冷却液もしくは洗浄液が垂直方向上から燃焼室５の中に直接入ることは、少なくとも殆どない。
【００３５】
本実施例では、衝突エレメント２が、飛沫よけフード４の凸面状に湾曲した表面上に直接的に配置されており、かつ該飛沫よけフード４に結合されている。この場合、回転対称のこの衝突エレメント２は、その中心点が燃焼室５の中心軸に芯合わせされるように配置されている。衝突エレメント２には水平になった面があり、冷却液噴流１からなる平行流が、前記面に向かって、同様に芯合わせされて燃焼室５の中心軸上に配置された冷却液噴射ノズル３から噴出される。
【００３６】
衝突エレメント２の対応する表面にぶつかる冷却液噴流１は、この面上で半径方向外側に向かって分散し、そして表面膜となって、衝突エレメント２の引き剥がしエッジを形成する少なくとも半径方向外側の外縁で途切れ、そこから出発して冷却液滴が反応器ハウジング６内に向かって加速され、そして反応器ハウジング６の内壁の一部にぶつかる。衝突エレメント２から出発して加速される冷却液滴の分散は、図１において点線で概略的に示されている。これによって、冷却液滴のより大きい部分が半径方向外側に加速され、その際、その大部分が水平に対してわずかな角度偏差をもってほぼ水平に加速され、また冷却液滴のより少ない部分が斜め上向きの方向に加速されることが明らかである。
【００３７】
そして、この冷却液滴の分散によって形成された冷却液滴の雲または霧に、前もって燃焼室開口部から飛沫よけフード４のところで向きを変えられている熱的に後処理された工程排ガスが導かれ、冷却液滴により冷却される。
【００３８】
熱的に後処理された工程排ガスに、場合によってはなお含有される物質が、付加的に、この冷却液とともに空間８中へと排出されることができる。
【００３９】
冷却液滴は反応器ハウジング６の内壁にぶつかり、そこで冷却液膜を形成し、かつ反応器ハウジング６の内壁を流れ落ちるが、その際、このことによって該内壁が冷却されることができ、場合によっては、熱的に後処理された工程排ガスに含有される物質が、反応器ハウジング６の内壁に沈殿することを防止することができる。
【００４０】
本実施例の場合には、飛沫よけフード４と衝突エレメント２が配置されている反応器ハウジング６の区域は横方向に拡張されており、その結果、該区域には、反応器ハウジング６の他の区域と比較して、より大きい内側の自由横断面が存在する。このことによって、熱的に後処理された工程排ガスが冷却液滴の雲を通って進まなければならない経路を拡大することができ、かつ、冷却液膜を形成する冷却液滴の、反応器ハウジング６の内壁での流下比率を改善することができる。
【００４１】
図１に示された装置の外形状から理解されるように、この区域での反応器ハウジング６の内幅の拡大と、その垂直方向下へ向かっての縮小は、反応器ハウジングの壁を斜めに傾けることによって達成できる。すなわち、垂直方向上部に配置された工程排ガス排出管７から出発して、まず、前記区域での反応器ハウジング６の横方向の拡張は、その壁を斜めに形成することで行なわれ、次いで、飛沫よけフード４が配置されている区域で垂直になっているシリンダ状の壁部分が続いており、次に、そこから再び反応器ハウジング６の内幅もしくは内側の自由横断面の縮小が、反応器ハウジング６の壁を斜めに形成することによって達成される。
【００４２】
本実施例の場合には、冷却液噴射ノズル３の上方にある工程排ガス排出管７中に、吸着カラムも備えられており、この吸着カラム中には吸着エレメント（図１では概略的に示されている）が格子蓋を用いて位置決めされて保持されており、この吸着エレメントに熱的に後処理されてその後冷却された工程排ガスが導通される。このような吸着カラムを通して、すなわち工程排ガス排出管７を通して、熱的に後処理された工程排ガスにおける特定の意図された吸着を実施可能にする洗浄液を本発明による装置中に付加的に導き入れることができる。
【００４３】
この場合、前記洗浄液は、飛沫よけフード４の垂直上向きに湾曲した表面にぶつかり、この表面を流下し、かつ次に、反応器ハウジング６内の燃焼室５の周囲に形成されている空間８を経由して冷却液とともに排出されることができ、かつ反応器ハウジング６の冷却にも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による、熱的に後処理された工程排ガスの冷却装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  冷却液噴流
２  衝突エレメント
３  冷却液噴射ノズル
４  飛沫よけフード
５  燃焼室
６  反応器ハウジング
７  工程排ガス排出管
８  空間
【図１】
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