(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料の火炎燃焼を行う燃焼筒を備えた燃焼器と、
前記燃焼筒の内部に形成される火炎を途中で消す消炎手段と、を備え、
前記消炎手段は、前記火炎の形成途中に燃焼反応を停止させる吹消空気を吹き出す吹消空気供給手段を備えることを特徴とする燃料気化装置。
【請求項２】
請求項１の燃料気化装置において、
前記燃焼器は、
前記燃焼筒内に液体燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記燃焼筒内に燃焼用の空気を供給する燃焼空気供給手段と、
を備えることを特徴とする燃料気化装置。
【請求項３】
請求項２の燃料気化装置において、
前記燃料噴射手段は、可燃液体と不燃流体の混合物を噴射することを特徴とする燃料気化装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかの燃料気化装置は、
前記吹消空気供給手段から吹き出される吹消空気を、前記燃焼筒の下流に向ける吹消空気ガイドを備えることを特徴とする燃料気化装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかの燃料気化装置において、
前記消炎手段は、前記火炎に触れて、その火炎の熱を拡散する消炎部材を備えることを特徴とする燃料気化装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかの燃料気化装置は、
前記吹消空気の混入した燃焼ガスの温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段の検出する温度に基づいて、前記吹消空気供給手段による吹消空気の吹出量を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料気化装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれかの燃料気化装置は、
前記吹消空気の混入した燃焼ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
この酸素濃度検出手段の検出する酸素濃度に基づいて、前記吹消空気供給手段による吹消空気の吹出量を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料気化装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかの燃料気化装置は、
前記吹消空気によって吹き消された未燃焼燃料は、前記燃料気化装置から触媒が担持された触媒燃焼体に供給されるものであり、
前記未燃焼燃料に混入する前記吹消空気によって、前記触媒燃焼体に供給される未燃焼燃料の温度を低下させることを特徴とする燃料気化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料を気化（ガス化）させる燃料気化装置に関するものであり、車両の暖房や車両部品の暖機などに用いられる燃焼装置等に搭載されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の技術として、特開平４−１７７０１１号公報に開示された技術が知られている。この公報に開示される技術は、ａ）高温の燃焼ガスを発生させるための燃焼器と、ｂ）この燃焼器で発生した高温の燃焼ガス中に液体燃料を噴射する気化専用の燃料噴射手段とを備えるものであり、高温の燃焼ガスと、気化専用の燃料噴射手段から噴射された液体燃料と、混合気作成用の空気とを、気化混合容器内で混合させて、気化専用の燃料噴射手段から噴射された液体燃料が気化した混合気を作るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に開示された技術は、燃焼器に燃焼用の燃料を供給する燃料供給手段の他に、気化専用の燃料噴射手段が別途必要となってしまう。このため、燃料気化装置のコストが高くなってしまうとともに、燃料気化装置の構成が複雑となり、さらに体格が大型化する不具合が生じ、車両等への搭載性が劣化してしまう。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、気化専用の燃料噴射手段を廃止して低コスト化を図るとともに、構成の簡便化を図って体格を小型化できる燃料気化装置の提供にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１〜８に記載の発明では、燃焼器の燃焼筒の内部に形成される火炎を途中で消す構成を採用している。火炎が途中で消されることにより、未燃焼燃料（ガス化した気化燃料）を含む未燃焼ガスが得られる。
このように、請求項１〜８に記載の発明では、火炎を途中で消すことにより未燃焼燃料（ガス化した気化燃料）が得られるため、火炎燃焼用の燃料供給手段のみで気化燃料を得ることができ、気化専用の燃料噴射手段を廃止できる。これによって、燃料気化装置のコストを抑えることができる。また、燃料気化装置の構成が簡便となるとともに、燃料気化装置の体格を小型化できる。
また、吹消空気供給手段を用いることにより、未燃焼燃料に吹消空気が混ざった混合気ができる。
【０００５】
なお、請求項２に記載の発明のごとく、燃焼器を、燃焼筒内に液体燃料を噴射する燃料噴射手段と、燃焼筒内に燃焼用の空気を供給する燃焼空気供給手段とを用いて構成しても良い。
【０００６】
また、請求項３に記載の発明のごとく、燃料噴射手段が、可燃液体と不燃流体（水等の不燃性液体であっても良いし、不活性ガス等の不燃性気体であっても良い）の混合物を噴射するように設けられても良い。このように設けられることによって、火炎中の燃焼反応が抑えられるため、消炎手段で消炎された未燃焼ガス中に含まれる未燃焼燃料が残りやすくなり、多量の未燃焼燃料を得ることができる。
【０００７】
また、請求項４に記載の発明のごとく、吹消空気供給手段から吹き出される吹消空気を、燃焼筒の下流に向ける吹消空気ガイドを設けても良い。このように設けることにより、吹消空気ガイドで絞られた火炎を吹消空気によって集中して消すことができ、消炎効果を高めることができる。
【０００８】
また、請求項５に記載の発明のごとく、消炎手段として、火炎に触れて、その火炎の熱を拡散する消炎部材を設けても良い。このように設けることにより、消炎部材に触れた火炎の熱が消炎部材に奪われるため、火炎を消炎させることができる、あるいは火炎の消炎効果を高めることができる。
【０００９】
また、請求項６に記載の発明のごとく、吹消空気の混入した燃焼ガスの温度を温度検出手段で検出し、その温度に基づいて吹消空気供給手段による吹消空気の吹出量を制御手段で制御するように設けても良い。このように設けることにより、未燃焼燃料に吹消空気が混ざった混合気の温度を一定にできる。
【００１０】
また、請求項７に記載の発明のごとく、吹消空気の混入した燃焼ガスの酸素濃度を酸素濃度検出手段で検出し、その酸素濃度に基づいて吹消空気供給手段による吹消空気の吹出量を制御手段で制御するように設けても良い。このように設けることにより、未燃焼燃料に吹消空気が混ざった混合気の酸素濃度を一定にできる。
【００１１】
また、請求項８に記載の発明のごとく、吹消空気によって吹き消された未燃焼燃料（未燃焼燃料に吹消空気が混ざった混合気）を触媒燃焼体に供給するように設けても良い。このように設けることにより、未燃焼燃料に混入する吹消空気によって、触媒燃焼体に供給される混合気の温度が下げられる。このため、触媒燃焼体の加熱を防ぐことができ、触媒燃焼体の耐久性を高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に示す燃料気化装置１は、下流に配置された触媒燃焼体２にガス化した未燃焼燃料（気化燃料）と空気とを混合して供給するものであり、この燃料気化装置１は、液体燃料の火炎燃焼を行う燃焼筒３を備えた燃焼器４と、燃焼筒３の内部に形成された火炎を途中で消す消炎手段５とを備えるものである。
【００１４】
燃焼器４は、燃焼筒３内に軽油等の液体燃料を噴射する燃料噴射手段６（以下、インジェクタ）と、燃焼筒３内に燃焼用の空気を供給する燃焼空気供給手段７と、着火用のスパークプラグ８とを備える。また、消炎手段５は、火炎中に含まれる燃料が完全燃焼しきっていない部分（火炎の形成途中）に、燃焼反応を停止させる吹消空気を吹き出させる吹消空気供給手段９と、火炎中（この実施形態では、吹消空気が供給される部分の直前）に触れて、火炎の熱を拡散する消炎部材１０とを備える。燃料気化装置１の出口直後には、触媒が担持された触媒燃焼体２が設けられており、この部分で混合気を触媒燃焼し、得られた熱が車両の暖房あるいは車両部品の暖機の熱源として用いられる。
【００１５】
インジェクタ６は、その中心軸から所定角度（０〜１２０度）を持って液体燃料を霧状に噴射できる複数の噴射孔を備えるものであり、図２に示すような周知なものを用いたものである。
燃料気化装置１のハウジング１１は、断面が矩形あるいは円形の筒状を呈するものであり、一方（上流側）の端面はプレート１１ａによって塞がれており、他方は混合気出口であり、触媒燃焼体２が接続されている。プレート１１ａで塞がれた上流面の中心部には、インジェクタ６が固定されている。
また、ハウジング１１の上流端を塞ぐプレート１１ａには、インジェクタ６から噴射される噴射燃料の噴射角内にスパーク部がくるようにスパークプラグ８が固定されている。
【００１６】
また、ハウジング１１の上流端を塞ぐプレート１１ａには、燃焼空気供給手段７によって燃焼筒３内に燃焼空気を供給するための燃焼空気供給口７ａが設けられている。なお、燃焼空気供給手段７は、燃焼筒３内へ空気を供給するための燃焼用エアポンプ７ｂを備えるものである。
さらに、ハウジング１１の上流端を塞ぐプレート１１ａには、燃焼筒３の上流端が固定されている。この燃焼筒３は、ハウジング１１の径より小径のものであり、ハウジング１１との間に、全周に亘る吹消空気通路９ａを形成するものである。
【００１７】
吹消空気供給手段９は、上述したように、火炎の形成途中に、燃焼反応を停止させる吹消空気を吹き出させて、火炎を途中で消炎させるものであり、ハウジング１１と燃焼筒３との間に形成される吹消空気通路９ａに吹消用の空気を供給するためのダクト９ｂと、このダクト９ｂ内に吹消空気通路９ａへ向かう空気流を生じさせる吹消用エアポンプ９ｃとを備える。
なお、燃焼筒３の下流側には、吹消空気通路９ａに供給された空気を、火炎途中に吹き付けるための吹消空気供給口９ｄが複数設けられている。また、燃焼筒３の下流端部には、ハウジング１１と燃焼筒３との間の隙間を埋めて、吹消空気通路９ａの下流端を閉塞するドーナツ状のリング９ｅが設けられている。
【００１８】
ここで、触媒燃焼の特徴である低温燃焼を触媒燃焼体２で行うためには、火炎燃焼の３倍程度の空気過剰率の空燃比が必要であり、この実施形態の吹消用エアポンプ９ｃは火炎燃焼の３倍程度の空燃比の混合気が触媒燃焼体２に供給されるように駆動されるものである。
【００１９】
消炎部材１０は、上述したように、火炎に触れて、火炎の熱を拡散することで燃焼反応を抑制して消炎効果を得るものであり、この実施形態では、多数の開口を備えたプレートによって構成されている。
【００２０】
次に、本実施形態にかかる燃料気化装置１の特徴的作動を述べる。
燃料気化装置１が起動されると、インジェクタ６から燃焼筒３内に液体燃料が霧状に噴射されるとともに、燃焼用エアポンプ７ｂが起動して燃焼筒３内に燃焼用空気が供給され、さらにスパークプラグ８が作動して燃焼筒３内に火炎が発生する。
火炎燃焼が安定すると、吹消用エアポンプ９ｃが起動して、吹消空気供給口９ｄから火炎の形成途中に吹消空気が吹き付けられ、火炎は途中で消炎される。
【００２１】
このように、火炎が途中で消されることにより、ハウジング１１の内部において未燃焼燃料（ガス化した気化燃料）を含む未燃焼ガスが得られる。この未燃焼ガスには、吹消空気が混ざり合って濃度分布が均一化するとともに、触媒燃焼に適した空燃比の混合気ができる。
また、混合気には、大量の吹消空気が混入するため、触媒燃焼体２の耐熱性を確保できる温度以下に混合気の温度が下がる。なお、混合気の温度は、触媒燃焼体２に流入して触媒燃焼が発生する温度以上に保たれるものである。そして、触媒燃焼に適した混合気が、触媒燃焼体２に供給されると、混合気中に含まれる未燃焼燃料が触媒燃焼を起こして発熱する。
【００２２】
次に、本実施形態における燃料気化装置１の特徴を述べる。
本実施形態によれば、上述したように、燃焼筒３で形成された火炎を途中で消すことで、未燃焼燃料（ガス化した気化燃料）を得ることができるため、火炎燃焼用のインジェクタ６のみで気化燃料を得ることができる。つまり、気化専用の燃料噴射弁を用いることなく燃料気化装置１が構成される。これによって、燃料気化装置１のコストを抑えることができる。また、燃料気化装置１の構成が簡便となるとともに、燃料気化装置１の体格を小型化できる。
【００２３】
また、消炎手段５として、火炎を途中で吹き消す吹消空気供給手段９を用いているため、未燃焼燃料に吹消空気が混ざった混合気ができる。特にこの実施形態のように、混合気を触媒燃焼体２に供給するような場合では、未燃焼燃料に混入する吹消空気によって、触媒燃焼体２に供給される混合気の温度が下げられるため、触媒燃焼体２の加熱を防ぐことができ、触媒燃焼体２の耐久性を高めることができる。
【００２４】
さらに、火炎に触れて、その火炎の熱を拡散させて燃焼反応を抑制する消炎部材１０を設けているため、消炎部材１０によって火炎の消炎効果が高められており、吹消空気供給手段９と併用されることにより、火炎を途中で確実に消すことができる。
【００２５】
（第２実施形態）
この第２実施形態の燃料気化装置１は、図３に示すように、吹消空気供給手段９から吹き出される吹消空気を、燃焼筒３の下流に向ける吹消空気ガイド１２を設けたものである。
具体的に吹消空気ガイド１２は、吹消空気供給口９ｄの直前の燃焼筒３の内壁に固定された下流側に窄まる円錐形状のリングプレートであり、吹消空気供給口９ｄから吹き込まれた吹消空気を燃焼筒３の下流に向けるように設けられている。このような吹消空気ガイド１２を設けることにより、吹消空気ガイド１２で絞られた火炎を吹消空気で集中して消すことができ、消炎効果を高めることができる。
【００２６】
また、この第２実施形態の燃料気化装置１は、図３に示すように、吹消空気供給口９ｄよりも下流部分に、吹消空気の混入した燃焼ガスの温度を検出する周知の温度検出手段１３（例えば、耐熱性サーミスタ）が配置されている。そして、吹消空気供給手段９による吹消空気の吹出量は、温度検出手段１３の検出する温度に基づき、制御手段１４によって制御されるように設けられている。
【００２７】
制御手段１４は、図４に示すフローチャートに従って吹消用エアポンプ９ｃを制御し、吹消空気の吹出量を制御している。図４のフローチャートを次に説明する。
まず、温度検出手段１３によって、吹消空気の混入した燃焼ガスの温度を検出する（ステップＳ1 ）。次に、検出温度Ｔが低温側所定温度Ｔ1 （例えば、２００℃）より低いか否かの判断を行う（ステップＳ2 ）。この判断結果がYES の場合は、混合気の温度が低いと判断して、吹消用エアポンプ９ｃによる吹消空気量を所定量（例えば、１０％）を減らし（ステップＳ3 ）、その後ステップＳ1 へ戻る。
【００２８】
ステップＳ2 の判断結果がNOの場合は、検出温度Ｔが高温側所定温度Ｔ2 （例えば、２２０℃）より高いか否かの判断を行う（ステップＳ4 ）。この判断結果がNOの場合は、混合気の温度が適温範囲内であると判断して、ステップＳ1 へ戻る。また、ステップＳ4 の判断結果がYES の場合は、混合気の温度が高いと判断して、吹消用エアポンプ９ｃによる吹消空気量を所定量（例えば、１０％）を増加させ（ステップＳ5 ）、その後ステップＳ1 へ戻る。
【００２９】
温度検出手段１３と制御手段１４を用いて上記の制御を行うことにより、外気温度（吹消空気の温度）が変化しても、触媒燃焼体２に供給される混合気の温度を一定にできる。
【００３０】
（第３実施形態）
この第３実施形態の消炎部材１０は、図６に示すような、ハニカム状に配置された格子板１０ａと、その外周部を覆う円筒体１０ｂとからなる円柱状の熱拡散部材であり、この消炎部材１０は図５に示すように、吹消空気ガイド１２の下流端部の開口内に配置されている。
【００３１】
この実施形態の消炎部材１０は、第１実施形態で示した消炎部材１０（多数の開口付のプレート）に比較して火炎の熱の拡散性に優れるため、燃焼反応を抑制する効果が高く、消炎部材１０による消炎効果を高めることができる。
なお、消炎部材１０として、図７に示すような、プレートを隙間を隔てて複数層積層したプレート積層体１０ｃと、その外周部を覆う円筒体１０ｂとからなる熱拡散部材を用いても良い。
【００３２】
また、この第３実施形態の燃料気化装置１は、図５に示すように、吹消空気供給口９ｄよりも下流部分に、吹消空気の混入した燃焼ガスの酸素濃度を検出する周知の酸素濃度検出手段１５（例えば、Ｏ2 センサ）が配置されている。そして、吹消空気供給手段９による吹消空気の吹出量は、酸素濃度検出手段１５の検出する酸素濃度に基づき、制御手段１４によって制御されるように設けられている。
【００３３】
制御手段１４は、図８に示すフローチャートに従って吹消用エアポンプ９ｃを制御し、吹消空気の吹出量を制御している。図８のフローチャートを次に説明する。
まず、酸素濃度検出手段１５によって、吹消空気の混入した燃焼ガスの酸素濃度を検出する（ステップＳ11）。次に、検出酸素濃度Ｃが低濃度側所定酸素濃度Ｃ1 （例えば、酸素濃度１０％）より低いか否かの判断を行う（ステップＳ12）。この判断結果がYES の場合は、混合気の酸素濃度が低いと判断して、吹消用エアポンプ９ｃによる吹消空気量を所定量（例えば、１０％）を増やし（ステップＳ13）、その後ステップＳ11へ戻る。
【００３４】
ステップＳ12の判断結果がNOの場合は、検出酸素濃度Ｃが高濃度側所定酸素濃度Ｃ2 （例えば、酸素濃度１２％）より高いか否かの判断を行う（ステップＳ14）。この判断結果がNOの場合は、混合気の酸素濃度が最適範囲内であると判断して、ステップＳ11へ戻る。また、ステップＳ14の判断結果がYES の場合は、混合気の酸素濃度が高いと判断して、吹消用エアポンプ９ｃによる吹消空気量を所定量（例えば、１０％）を減らし（ステップＳ15）、その後ステップＳ11へ戻る。
【００３５】
酸素濃度検出手段１５と制御手段１４を用いて上記の制御を行うことにより、例えば高地等のように外気の酸素濃度（吹消空気の酸素濃度）が低い場合であっても、触媒燃焼体２に供給される混合気の酸素濃度を一定にできる。
【００３６】
（第４実施形態）
この第４実施形態の燃料気化装置１は、図９に示すように、第１実施形態における触媒燃焼体２を取り除き、インジェクタ６から噴射される燃料を、可燃液体（例えば、ガソリン、軽油、灯油、メタノール等のアルコール燃料など）と不燃液体（不燃流体の一例であって、例えば水など）の混合液としたものである。
上記で示した可燃液体と不燃液体との体積比率は、例えば１：１であって、この体積比率は、可燃液体及び不燃液体の種類等に応じて適宜設定されるものである。なお、この実施形態では、不燃流体の一例として不燃液体を例に示したが、不活性ガス（例えば、アルゴンガス）などの不燃気体を用いても良い。
【００３７】
この実施形態のように、インジェクタ６から噴射される燃料を、可燃液体と不燃液体の混合液とすることにより、火炎中の燃焼反応が抑えられるため、消炎手段５（消炎部材１０および吹消空気供給手段９）によって消炎された未燃焼ガス中に含まれる未燃焼燃料が、上記の第１〜第３実施形態に比較して残りやすくなり、燃料気化装置１によって多量の未燃焼燃料を得ることができる。
【００３８】
また、燃料気化装置１が火炎燃焼装置に適用される場合では、その燃焼装置に供給する混合気として、かなり高濃度の混合気が要求される場合がある。このような場合では、吹消空気による混合気の冷却効果があまり期待できないため、混合気が高温になり、燃焼気化装置１内で発火する懸念がある。このように、吹消空気による冷却効果が期待できない場合などでは、この実施形態が有用であり、混合気が燃焼装置に到達する以前に燃焼する不具合を無くすことができる。
【００３９】
なお、この第４実施形態では、第１実施形態の改良例を用いて説明したが、当然第２、第３実施形態についても適用可能なものであり、噴射燃料を可燃液体と不燃液体の混合液にすることにより、この第４実施形態と同様の効果が得られる。
【００４０】
ここで、上記第１〜４実施形態における燃料気化装置１の運転制御の一例を、図１０のタイムチャートを用いて説明する。図示しない運転スイッチがONされると同時に、インジェクタ６、スパークプラグ８、燃焼用エアポンプ７ｂを作動させ、燃焼器４において最大燃焼能力時よりも小さい火炎燃料を開始させる。具体的に、インジェクタ６は例えば５０ｃｃ／ｍｉｎの燃料を噴射するものであり、燃焼用エアポンプ７ｂは例えば２５０リットル／ｍｉｎの空気を供給するものである。
【００４１】
その後、燃焼器４による火炎燃料が少し安定する所定時間ｔ1 が経過した後に、吹消用エアポンプ９ｃを最大燃焼能力時の設定値よりも小さい値で作動させる。具体的に、吹消用エアポンプ９ｃは例えば７５０リットル／ｍｉｎの空気を供給するものである。
さらにその後、燃焼器４による火炎燃料が定常運転に移行する所定時間ｔ2 が経過すると、インジェクタ６、燃焼用エアポンプ７ｂ、吹消用エアポンプ９ｃを、最大燃焼能力時の設定値まで瞬時に上げる、あるいは徐々に上げるように設けられている。
【００４２】
運転スイッチがOFF されると同時にインジェクタ６を停止させる。その後、ポストパージが完了する所定時間ｔ3 が経過すると、燃焼用エアポンプ７ｂ、吹消用エアポンプ９ｃが停止するものである。なお、スパークプラグ８は、運転スイッチのON後、着火に適した所定時間ｔ4 （例えば８秒間）だけONするものである。
【００４３】
（他の実施形態）
上記の実施例では、着火を行う手段としてスパークプラグ８を例に示したが、グロープラグなど、他の着火手段を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態にかかる燃料気化装置の要部模式図である。
【図２】インジェクタの断面図である。
【図３】第２実施形態にかかる燃料気化装置の要部模式図である。
【図４】吹消空気供給量の制御例を示すフローチャートである。
【図５】第３実施形態にかかる燃料気化装置の要部模式図である。
【図６】消炎部材の斜視図である。
【図７】消炎部材の斜視図である。
【図８】吹消空気供給量の制御例を示すフローチャートである。
【図９】第４実施形態にかかる燃料気化装置の要部模式図である。
【図１０】燃料気化装置の運転例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１  燃料気化装置
２  触媒燃焼体
３  燃焼筒
４  燃焼器
５  消炎手段
６  インジェクタ（燃料噴射手段）
７  燃焼空気供給手段
９  吹消空気供給手段
１０  消炎部材
１２  吹消空気ガイド
１３  温度検出手段
１４  制御手段
１５  酸素濃度検出手段
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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