(57)【要約】【課題】スクリュー脱水機において、圧搾スクリューの脱水前にろ過原液を前段ろ過でき、その分だけろ過原液を効率よく脱水できるうえ、超音波振動を利用して、筒状のろ過スクリーンの全周面が満遍なくしかも確実に清掃できるようにする。【解決手段】回転駆動される圧搾スクリュー９と、円筒状のろ過スクリーン１０と、ろ過スクリーン１０の周囲を囲む外殻ケース２と、ろ過原液を入口室１７へ送給するポンプ５とを備えている。圧搾スクリュー９で脱水する以前に、入口室１７内におけるろ過原液の圧力を、ポンプ５の送給圧力とほぼ一致させて前段ろ過する。外殻ケース２に超音波振動を発振する複数個の超音波発振器４２を、ろ過スクリーン１０と対向する状態で分散配置する。機体外面に設けた駆動機構４でろ過スクリーン１０を低速度で回転駆動する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動される圧搾スクリュー９と、圧搾スクリュー９の外周を囲む円筒状のろ過スクリーン１０と、ろ過スクリーン１０の周囲を囲む外殻ケース２と、ろ過原液を入口室１７へ送給するポンプ５とを備えており、
圧搾スクリュー９で脱水する以前に、入口室１７内におけるろ過原液の圧力を、ポンプ５の送給圧力とほぼ一致させて前段ろ過することを特徴とするスクリュー脱水機。
【請求項２】
ろ過原液の圧力を検出する入口圧力センサー１８が、入口室１７に臨んで配置されており、
入口圧力センサー１８からの出力信号に基づいてポンプ５の運転状態を制御する制御装置４７を備えている請求項１記載のスクリュー脱水機。
【請求項３】
圧搾スクリュー９の搬送終端の出口室２５に臨んで、ケーキ出口１４と、ケーキ出口１４の開量を調整する開量調整弁２４と、出口圧力センサー１９とが設けられており、
出口圧力センサー１９からの出力信号に基づいて開量調整弁２４の開量を制御する制御装置４７を備えている請求項１または２記載のスクリュー脱水機。
【請求項４】
外殻ケース２に、超音波振動を発振する複数個の超音波発振器４２が、ろ過スクリーン１０と対向する状態で分散配置されており、
機体外面に設けた駆動機構４でろ過スクリーン１０を低速度で回転駆動できる請求項１、２または３記載のスクリュー脱水機。
【請求項５】
機体全体が縦長姿勢で配置されて、外殻ケース２の上部にろ液の排液口２１が設けられており、
排液口２１で規定されるろ液の液位Ｌより下側の外殻ケース２の周面に、複数個の超音波発振器４２が、上下に隣接する状態で直線列状に配されている請求項４記載のスクリュー脱水機。
【請求項６】
ろ過スクリーン１０の上下両端に設けた回転リング２９・３０が、外郭ケース２と回転リング２９・３０との間に設けた軸受３１を介して回転自在に支持されており、
駆動機構４が、モーター３６と、ろ過スクリーン１０の下端に固定したスクリーン軸３５と、モーター動力をスクリーン軸３５に伝動する巻掛伝動機構とで構成されている請求項４または５記載のスクリュー脱水機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば重金属を含むメッキ排液や、金属微粒子を含む工場排液などのろ過原液を圧搾脱水するスクリュー脱水機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明では、超音波振動を利用してろ過スクリーンの清掃を行うものであるが、この種のスクリュー脱水機は公知である（例えば、特許文献１参照）。ろ過スクリーンを回転駆動しながら清掃を行うことも公知である（例えば、特許文献２参照）。前者の脱水機では、ろ過スクリーンの外周を覆う外筒の内部に超音波発振器が配されており、清掃時には外筒内に圧搾水を満たした状態で超音波振動子を駆動し、超音波で圧搾水を振動させてスクリーン面から汚泥を剥離除去している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４９７０９号公報（段落番号００１１、図１）
【特許文献２】
特開２００１−１７９４９２号公報（段落番号０００８、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的なスクリュー脱水機におけるろ過原液の供給形態には、落差を利用してろ過原液を流下供給する形態と、ポンプを用いてろ過原液を連続送給し、設定液位を越えたろ過原液は原液タンク側へ戻す形態とがある。後者では、ポンプを用いてろ過原液をろ過室へ強制送給しているものの、圧搾スクリューの入口付近におけるろ過原液の圧力は大気圧程度しかなく、従って、ろ過原液のろ過効率は、圧搾スクリューの圧搾作用のみに依存することとなる。
【０００５】
特許文献１に係るスクリュー脱水機においては、外筒内に圧搾水を充満させた後に超音波振動子を駆動するので、外筒内に圧搾水が充満するまでの間は清掃作業を開始できず即応性に欠ける。超音波振動子が外筒内の一箇所に限って配置されているので、超音波振動子から遠く離れた個所や、ろ過スクリーンの周面全体に超音波を到達させることできず、充分な洗浄効果を得難い。
【０００６】
本発明の目的は、圧搾スクリューの脱水作用に加えて、ろ過原液を送給するポンプの送給圧力を利用してろ過原液を前段ろ過でき、その分だけろ過原液を効率よく脱水できるスクリュー脱水機を提供することにある。本発明の目的は、超音波振動を利用して、筒状のろ過スクリーンの全周面を満遍なくしかも確実に清掃でき、しかも、ろ過スクリーンの目詰まり状況に応じていつでもスクリーン清掃を行えるスクリュー脱水機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のスクリュー脱水機は、図１に示すように、回転駆動される圧搾スクリュー９と、圧搾スクリュー９の外周を囲む円筒状のろ過スクリーン１０と、ろ過スクリーン１０の周囲を囲む外殻ケース２と、ろ過原液を入口室１７へ送給するポンプ５とを備えており、圧搾スクリュー９で脱水する以前に、入口室１７内におけるろ過原液の圧力を、ポンプ５の送給圧力とほぼ一致させて前段ろ過することを特徴とする。
【０００８】
具体的には、ろ過原液の圧力を検出する入口圧力センサー１８が、入口室１７に臨んで配置されており、入口圧力センサー１８からの出力信号に基づいてポンプ５の運転状態を制御する制御装置４７を備えている。
【０００９】
圧搾スクリュー９の搬送終端の出口室２５に臨んで、ケーキ出口１４と、ケーキ出口１４の開量を調整する開量調整弁２４と、出口圧力センサー１９とが設けられており、出口圧力センサー１９からの出力信号に基づいて開量調整弁２４の開量を制御する制御装置４７を備えている。
【００１０】
外殻ケース２に超音波振動を発振する複数個の超音波発振器４２が、ろ過スクリーン１０と対向する状態で分散配置されており、機体外面に設けた駆動機構４でろ過スクリーン１０を低速度で回転駆動できる。
【００１１】
機体全体は縦長姿勢で配置して、外殻ケース２の上部にろ液の排液口２１を設け、排液口２１で規定されるろ液の液位Ｌより下側の外殻ケース２の周面に、複数個の超音波発振器４２を上下に隣接する状態で直線列状に配置することができる。
【００１２】
ろ過スクリーン１０の上下両端に設けた回転リング２９・３０は、外郭ケース２と回転リング２９・３０との間に設けた軸受３１を介して回転自在に支持し、駆動機構４が、モーター３６と、ろ過スクリーン１０の下端に固定したスクリーン軸３５と、モーター動力をスクリーン軸３５に伝動する巻掛伝動機構とで構成されている。
【００１３】
【発明の作用効果】
本発明のスクリュー脱水機では、圧搾スクリュー９で脱水する以前に、入口室１７内におけるろ過原液の圧力を、ポンプ５の送給圧力とほぼ一致させて前段ろ過するので、前段ろ過した分だけ圧搾スクリュー９による圧搾負荷を軽減して、ろ過原液を効率よく脱水できる。
【００１４】
入口室１７に設けた入口圧力センサー１８からの出力信号に基づいてポンプ５の運転状態を制御装置４７で制御して、前段ろ過を行うスクリュー脱水機によれば、入口室１７内の圧力を常に適正な圧力範囲に維持して、前段脱水を常に適正に行える。
【００１５】
出口室２５に設けたケーキ出口１４に、ケーキ出口１４の開量を調整する開量調整弁２４を設け、出口圧力センサー１９からの出力信号に基づいて開量調整弁２４の開量を制御装置４７で制御できるようにしたスクリュー脱水機によれば、出口室２５内の圧力は、常に適正な圧力範囲に維持できるので、例えば、ろ過隙間に固形物が詰まって、ろ過スクリーン１０が早期に目詰まり状態に陥るのを確実に防止できる。開量調整弁２４の開放量を調整することにより、螺旋ブレード２７に作用する背圧を大小に変更調整できるので、脱水ケーキの状況に応じて開量調整弁２４の開放量を随時調整でき、従来のゲート機構によって背圧を設定する場合に比べて、脱水ケーキの硬さあるいは軟らかさを柔軟に変更できる。
【００１６】
外殻ケース２に超音波発振器４２が、ろ過スクリーン１０と対向する状態で分散配置され、機体外面に設けた駆動機構４でろ過スクリーン１０を低速度で回転駆動できるようにしたスクリュー脱水機によれば、ろ過スクリーン１０が目詰まりした場合には、圧搾作業を中断した後、超音波発振器４２と駆動機構４を駆動するだけで、超音波発振器４２で発生した超音波をろ過スクリーン１０の全周囲に対して均等に作用させて、ろ過隙間の洗浄を確実にしかも短時間で行え、さらにろ過スクリーンの目詰まり状況に応じていつでもスクリーン清掃を行って、脱水機能を適正な状態に回復させることができる。
【００１７】
機体全体を縦長姿勢で配置して、外殻ケース２の上部にろ液の排液口２１を設けて、排液口２１で規定されるろ液の液位Ｌより下側の外殻ケース２の周面に、複数個の超音波発振器４２を上下に隣接する状態で直線列状に配置したスクリュー脱水機によれば、ろ液の充満を待つ必要もなく、ろ過隙間の清掃が簡便にしかも即座に行えるうえ、外殻ケース２の周面に配置した複数個の超音波発振器４２でろ過スクリーン１０の周囲を均等にむらなく洗浄して、脱水機能を効果的に回復できる。また、各超音波発振器４２の本体部分を外殻ケース２の周面に配置するので、外殻ケース２やろ過スクリーン１０などを分解する必要もなく、超音波発振器４２の点検や交換等の補修作業が少ない手間で簡単に行える。縦長に構成したスクリュー脱水機は、その設置スペースが少なくて済む利点もある。
【００１８】
ろ過スクリーン１０の上下両端に回転リング２９・３０を設け、外郭ケース２と回転リング２９・３０との間に設けた軸受３１を介して、ろ過スクリーン１０の全体を回転自在に支持すると、駆動機構４で回転駆動されるろ過スクリーン１０を、圧搾スクリュー９とろ過スクリーン１０との圧搾隙間を適正化して、圧搾むらを解消できる。モーター３６と、ろ過スクリーン１０の下端に固定したスクリーン軸３５と、両者間に設けた巻掛伝動機構とで駆動機構４が構成されていると、駆動機構４の殆どを機外に配置できるので、駆動動力をスクリーン軸３５に対して確実に伝動でき、その保守作業も簡便に行える。
【００１９】
【実施例】
図１ないし図６は本発明に係るスクリュー脱水機の実施例を示す。図２においてスクリュー脱水機は、スタンド１に垂直に支持される縦長の外殻ケース２と、外殻ケース２の上端に配置される減速機付きのモーター３と、外殻ケース２の他側端に設けられる駆動機構４と、ろ過原液を加圧送給するポンプ５とからなる。
【００２０】
外殻ケース２は、スタンド１に固定支持される主ケース６と、主ケース６の上下端に固定される上ケース７および下ケース８とに分割してあり、その内部に圧搾スクリュー９とろ過スクリーン１０とを収容してある。上ケース７の上面一側にはろ過原液の入口１３が、下ケース８の下面一側には脱水ケーキの出口、すなわちケーキ出口１４が、それぞれ開口している。
【００２１】
図１において上ケース７は、下向きに開口する筒状のケースからなり、ケース上壁にモーター３が固定され、ケース内に突出するモーター３の出力軸３ａに圧搾スクリュー９の上端の駆動軸９ａが連結されている。駆動軸９ａはケース上壁のボスに装填したベアリング１５で軸支してあり、シールリング１６でシールしてある。上ケース７の内部は、ろ過原液を貯留する入口室１７になっており、その上壁に入口室１７におけるろ過原液の圧力を検知する入口圧力センサー１８が配置されている。
【００２２】
主ケース６は上下両端が開口する筒ケースからなり、周面一箇所に超音波発信器を装着するためのハウジング２０が膨出形成されている。主ケース６の筒壁の上端一側には、ろ液を回収する排液口２１を設けてある。このように、外殻ケース２の上部に排液口２１が設けられていると、外殻ケース２の内部をろ液で常に満たして、図１の符号Ｌで示す液位より下方に位置する、圧搾スクリュー９およびろ過スクリーン１０の殆どの部分と、ハウジング２０の全体とをろ液に浸漬させておくことができる。
【００２３】
下ケース８は、上下面が開口する筒ケース８ａと、筒ケース８ａの下面に固定される底蓋８ｂとで構成してあり、底蓋８ｂの一側にケーキ出口１４を設け、中央のボスに装着したベアリング２３で、後述するスクリーン軸３５を回転自在に軸支している。ケーキ出口１４には開量調整弁２４が装着してあり、図外のエアーシリンダーで開量調整弁２４の開量を調整することにより、圧搾スクリュー９に作用する背圧を大小に調整変更して、圧搾圧力を変更できる。開量調整弁２４は例えばボール弁で構成してある。
【００２４】
下ケース８の内部は脱水ケーキを貯留する出口室２５になっており、底蓋８ｂに脱水ケーキの圧力を検知する出口圧力センサー１９が配置されている。
【００２５】
圧搾スクリュー９は、中空の主軸２６と、その外周囲に固定した螺旋ブレード２７と、主軸２６の上端に突出する駆動軸９ａと、主軸２６の下端に突出する下軸９ｂとからなり、全体が垂直に吊持されている。主軸２６とろ過スクリーン１０との間隔が大きいと、ろ過スクリーン１０に近い側の圧搾対象のみが圧搾されて、主軸２６に近い側の圧搾対象が圧搾されにくい。そこでこの実施例では、主軸２６の外周面とろ過スクリーン１０の内周面との間隔を２０ｍｍとして、圧搾対象を均一に脱水できるようにした。この間隔は圧搾対象によって１０〜３０ｍｍの範囲で選択できる。螺旋ブレード２７は搬送始端から搬送終端へ向かって同径、同ピッチで形成してある。
【００２６】
図４においてろ過スクリーン１０は、耐圧性に優れたウエッジワイヤー１０ａをろ過要素にして、その周面に図外の補強リングを固定して円筒状に形成されており、その上下両端に回転リング２９・３０を固定してある。主ケース６内にろ過スクリーン１０を差し込み、上下の回転リング２９・３０に設けた軸受３１を主ケース６および下ケース８で軸支することにより、ろ過スクリーン１０の全体を回転自在に支持できる。
【００２７】
軸受３１は四ふっかエチレンや超高分子樹脂（ＵＨＭＷ）などを素材とする樹脂製のリングからなり、下側の回転リング３０を支持する軸受３１には、ラジアル荷重を負担する筒壁に加えて、スラスト荷重を受けるフランジが張り出し形成されてある。ろ過スクリーン１０の内面上下の２箇所には、螺旋ブレード２７で圧搾した脱水ケーキのスリップを防ぐ突起３２が、それぞれ対向状に設けてある。螺旋ブレード２７には、突起３２との接当干渉を防ぐ切り欠きを設けてある。符号３３はシールリングである。
【００２８】
ろ過スクリーン１０を回転駆動するために、図６に示すように下側の回転リング３０の内面に十文字状の支持腕３４を固定し、その中央にスクリーン軸３５が固定されている。スクリーン軸３５は圧搾スクリュー９の下端に突出する下軸９ｂの軸受体を兼ねており、軸内面に嵌め込んだ軸受３６で下軸９ｂを軸支している。軸受３６は先の軸受３１と同じ素材で形成してある。
【００２９】
このように、圧搾スクリュー９の下軸９ｂがスクリーン軸３５で支えられていると、圧搾スクリュー９の下側の回転中心がぶれ動くのを規制して、圧搾スクリュー９を適正に回転駆動できる。スクリーン軸３５は、下ケース８の底蓋８ｂを上下に貫通する状態で設けてあり、脱水機の機外に設けた駆動機構４で回転駆動される。
【００３０】
駆動機構４は、モーター３６と、その出力軸に固定した原動ギヤ３７と、スクリーン軸３５に固定した従動ギヤ３８と、両ギヤ３７・３８に巻き掛けたチェーン３９とからなり、ろ過スクリーン１０を圧搾スクリュー９の回転方向とは逆向きに低速度（１〜２ｒｐｍ）で回転駆動する。両ギヤ３７・３８と、両ギヤ３７・３８に巻き掛けたチェーン３９とで巻掛伝動機構が構成されている。
【００３１】
上記構成のスクリュー脱水機において、目詰まり状態に陥ったろ過スクリーン１０のろ過隙間を清掃して脱水機能を回復するために、主ケース６のハウジング２０に多数個（７個）の超音波発振器４２が設けられている。この超音波発信器４０は市販品からなり、各超音波発振器４２は主ケース６の上下長手方向に沿って直線列状に分散配置され、図４に示すようにその発振部４３をハウジング２０内に臨ませて、発振部４３がろ過スクリーン１０の周面と対向するように取り付けてある。発振部４３における超音波の発振角度は６０度の広がりをもっており、ろ過スクリーン１０の外面においては、上下に隣接する超音波発信器４２から発振された超音波の到達領域どうしが上下に重なっている。
【００３２】
従来は、ろ過原液に高分子凝集剤を加えて微粒子を凝集したうえで、この凝集液をスクリュー脱水機で圧搾することにより、微粒子を含まない水分と脱水ケーキとに分離していたが、本発明のスクリュー脱水機においては、高分子凝集剤による前処理を省略して汚泥原液を直接圧搾する。
【００３３】
具体的には、図３に示すごとくろ過原液槽４４に貯留したろ過原液をポンプ５で入口１３を介して入口室１７へ加圧送給し、入口室１７内の液圧をポンプ５の送給圧力と同じ状態に維持することにより、圧搾スクリュー９で圧搾される前のろ過原液をろ過スクリーン１０でろ過する。つまり、前段ろ過を行って、圧搾スクリュー９の脱水負荷を軽減する。
【００３４】
そのために、図１に示す入口圧力センサー１８で入口室１７の圧力を検出し、この検知信号に基づいてポンプ５を制御装置４７で制御している。詳しくは、入口室１７の圧力が一定値を越えた状態では、ポンプ５の送給量を減少し、入口室１７の圧力が一定値未満になると、ポンプ５の送給量を増加するように制御する。符号４８は圧力調整弁であり、ポンプ５の送給圧力が異常に上昇した場合に送給圧を低減するために設けてある。
【００３５】
開量調整弁２４の制御も制御装置４７で同様にして行う。図４に示すように、出口室２５の圧力を出口圧力センサー１９で検知し、出口室２５の圧力が一定値を越えた状態では、開量調整弁２４の開量を増加し、出口室２５の圧力が一定値以下になると、開量調整弁２４の開量を減少するように制御する。
【００３６】
なお、脱水対象によっても異なるが、入口圧力センサー１８の設定圧力は１〜３ｋｇ／ｃｍ２  の範囲で選択でき、出口圧力センサー１９の設定圧力は１．５〜４ｋｇ／ｃｍ２  の範囲で選択でき、常に出口圧力センサー１９の設定圧力のほうが大きく設定される。
【００３７】
前段ろ過された後のろ過原液は、螺旋ブレード２７で出口室２５へ向かって押し込まれ、出口室２５へ到達するまでの間に圧搾脱水される。このとき、搬送終端付近の螺旋ブレード２７に作用する背圧は、開量調整弁２４の絞り作用に伴う通過抵抗によって規定される。開量調整弁２４を通り抜けた脱水ケーキは、ケーキ容器４５に収容される。ろ過スクリーン１０を通り抜けたろ液は、排液口２１から排出されて排液槽４６に回収される。
【００３８】
例えば、排液口２１からのろ液の流量が一定量未満になると、これを図外の流量センサーで検知することにより、ろ過スクリーン１０が目詰まり状態になっていることが判る。その場合には、まずポンプ５によるろ過原液の送給を停止し、さらにモーター３を逆転駆動して脱水ケーキをほぐし含水させて軟らかくする。
【００３９】
この状態で、ろ過スクリーン１０をゆっくりと回転駆動しながら、超音波発振器４２を駆動し、主ケース６内に充満する圧搾水を介して振動波を作用させると、ろ過スクリーン１０の全周面のろ過隙間に付着の固形物が振動を受けて剥離される。振動波を受けたウエッジワイヤー１０ａこれ自体が振動することによっても、ろ過隙間に付着している固形物が振り落とされる。このとき、超音波発振器４２は一斉に駆動してもよいし、隣接する超音波発振器４２を交互に駆動して、振動波がろ過スクリーン１０に対して異なる位置から交互に到達するようにしてもよい。清掃終了後に、ろ過源液をポンプ５でろ過スクリーン１０内へ送給して、圧搾スクリュー９による圧搾を再開する。
【００４０】
上記以外に、外殻ケース２は圧搾スクリュー９の中心軸が斜めに傾く状態で配置してもよく、その場合には排液口２１は主ケース６の上部に設けて、圧搾スクリュー９とろ過スクリーン１０の大半の部分がろ液中に浸漬されるようにする。
【００４１】
超音波発振器４２の配置形態は、図示例で説明した配置形態と異なっていてもよく、例えば主ケース６の周面に螺旋状に分散配置することができる。要は、超音波の到達領域が上下重なる状態で配置されていればよい。超音波発振器４２はその発振部４３が主ケース６の外周面に密着する状態で配置してもよい。本発明のスクリュー脱水機は、土木建設現場、化学工場、食品工場、製紙工場などにおいて含水物を圧搾する用途に使用できる。
【００４２】
圧搾スクリュー９は先すぼまり形状や、末広がり形状になっていてもよい。螺旋ブレード２７はケーキ出口１４に近づくに従ってそのピッチが小さくなるようにすることができる。実施例で説明した外殻ケース２は上下を反転して、ケーキ出口１４を上端に設け、さらに排液口２１をケーキ出口１４の近傍に設けてもよい。
【００４３】
スタンド１の支持対象は主ケース６であってもよいし、上ケース７と主ケース６との双方であってもよい。開量調整弁２４に換えて、筒ケース８ａの開口を塞ぐゲート機構を設け、ばねや流体圧シリンダでゲート体を閉じ付勢してもよい。ろ過スクリーン１０は、必ずしもウエッジワイヤーをろ過要素とする必要はなく、パンチングメタルや、複数種のろ過要素を内外に重ねて形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】スクリュー脱水機の入口室側の縦断側面図
【図２】スクリュー脱水機の概略縦断側面図
【図３】スクリュー脱水機の全体側面図
【図４】スクリュー脱水機の出口室側の縦断側面図
【図５】図４におけるＡ−Ａ線断面図
【図６】図４におけるＢ−Ｂ線断面図
【符号の説明】
２  外殻ケース
４  駆動機構
５  ポンプ
９  圧搾スクリュー
１０  ろ過スクリーン
１４  ケーキ出口
１７  入口室
１８  入口圧力センサー
１９  出口圧力センサー
２１  排液口
２４  開量調整弁
２５  出口室
２９・３０  回転リング
３５  スクリーン軸
３６  モーター
４２  超音波発振器
４７  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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