JPS6022383A - 熱式永久電流スイツチ - Google Patents
熱式永久電流スイツチInfo
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- JPS6022383A JPS6022383A JP58130643A JP13064383A JPS6022383A JP S6022383 A JPS6022383 A JP S6022383A JP 58130643 A JP58130643 A JP 58130643A JP 13064383 A JP13064383 A JP 13064383A JP S6022383 A JPS6022383 A JP S6022383A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current switch
- persistent current
- superconducting
- wire
- lead
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/30—Devices switchable between superconducting and normal states
- H10N60/35—Cryotrons
- H10N60/355—Power cryotrons
Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、超電導磁気浮上式鉄道等に用いられる超電導
磁石とともに使用される熱式永久電流スイッチに係り、
特に、超低温に冷却された超電導線の超電導状態と常電
導状態とをヒータの熱により切換える熱式永久電流スイ
ッチに関する。
磁石とともに使用される熱式永久電流スイッチに係り、
特に、超低温に冷却された超電導線の超電導状態と常電
導状態とをヒータの熱により切換える熱式永久電流スイ
ッチに関する。
従来、熱式永久電流スイッチは、例えば第１図に示すよ
うに超電導磁気浮上式鉄道における超電導磁石の励磁回
路に使用されている。
うに超電導磁気浮上式鉄道における超電導磁石の励磁回
路に使用されている。
第１図において、１は車両に塔載される断熱構造の低温
容器（クライオスタット）であり、内部に、例えば液体
ヘリウムを有し、図示しない圧縮様、冷凍機等を備えた
冷却機器に１９容器内が超低温に保たれる。この低温容
器１内には超電導磁石の超電導コイル２と永久電流スイ
ッチ３とが収納される。超電導コイル２と永久電流スイ
ッチ３はパワーリード線４により並列に接続され、電源
スイッチ５．５ヲ介して励磁電源６から直流電力が供給
される。また永久電流スイッチ３にはスイツチ焼断防止
用の放電抵抗７が並列に接続される。
容器（クライオスタット）であり、内部に、例えば液体
ヘリウムを有し、図示しない圧縮様、冷凍機等を備えた
冷却機器に１９容器内が超低温に保たれる。この低温容
器１内には超電導磁石の超電導コイル２と永久電流スイ
ッチ３とが収納される。超電導コイル２と永久電流スイ
ッチ３はパワーリード線４により並列に接続され、電源
スイッチ５．５ヲ介して励磁電源６から直流電力が供給
される。また永久電流スイッチ３にはスイツチ焼断防止
用の放電抵抗７が並列に接続される。
永久電流スイッチ３は、超電導コイル２に並列接続され
た超電導線１０と、超電導線１０の近傍に配置され該超
電導線１０ヲ加熱するヒータ１１とを具え、スイッチ１
２を介して加熱電源１３からヒータ１１に電流全供給し
、該ヒータ１１の熱により超電導線１０の超電導状態（
オン状態）と常電導状態（オフ状態）の切換えを行なう
ものである。これを模式的に表現すれば第１図中の二点
鎖線で示すようなスイッチＡとなる。また永久電流スイ
ッチ３はスイッチ本体内に収納した超電導線１０ヲ外部
に口出し線１０′として引出し、この口出し線１０′全
パワーリード線４に接続することにより、超電導線１０
と超電導コイル２とを並列に接続する。
た超電導線１０と、超電導線１０の近傍に配置され該超
電導線１０ヲ加熱するヒータ１１とを具え、スイッチ１
２を介して加熱電源１３からヒータ１１に電流全供給し
、該ヒータ１１の熱により超電導線１０の超電導状態（
オン状態）と常電導状態（オフ状態）の切換えを行なう
ものである。これを模式的に表現すれば第１図中の二点
鎖線で示すようなスイッチＡとなる。また永久電流スイ
ッチ３はスイッチ本体内に収納した超電導線１０ヲ外部
に口出し線１０′として引出し、この口出し線１０′全
パワーリード線４に接続することにより、超電導線１０
と超電導コイル２とを並列に接続する。
そして永久電流スイッチ３を用いて超電導コイル１にエ
ネルギーを蓄えるには、まずスイッチ１２をオン状態に
して加熱電源１３全ヒータ１１に印加し、超電導線１０
’（ｊ、常電導抵抗Ｒ１８を有するオフ状態にしておき
、電源スイッチ５，５全所定時間のみ投入する。すると
所定時間、励磁電源６から超電導コイル１へ励磁電流が
供給され、しかる後スイッチ１２ヲオフ状態にすると、
超電導線１０がオン状態となって該超電導線１０と超電
導コイル２とで閉ループが形成され、該超電導コイル２
には励磁電流が永続して供給される。
ネルギーを蓄えるには、まずスイッチ１２をオン状態に
して加熱電源１３全ヒータ１１に印加し、超電導線１０
’（ｊ、常電導抵抗Ｒ１８を有するオフ状態にしておき
、電源スイッチ５，５全所定時間のみ投入する。すると
所定時間、励磁電源６から超電導コイル１へ励磁電流が
供給され、しかる後スイッチ１２ヲオフ状態にすると、
超電導線１０がオン状態となって該超電導線１０と超電
導コイル２とで閉ループが形成され、該超電導コイル２
には励磁電流が永続して供給される。
しかしながら、この種の永久電流スイッチ３にあっては
、スイッチオフ時においても超電導線１０の常電導抵抗
Ｒ，で該永久電流スイッチ３がショートされているため
、次のような問題がある、。
、スイッチオフ時においても超電導線１０の常電導抵抗
Ｒ，で該永久電流スイッチ３がショートされているため
、次のような問題がある、。
永久電流スイッチ３がオフの状態で超電導コイル２を励
消磁する時、コイル両端電圧Ｌ＋により該永久電流スイ
ッチ３に分流が起こるため、永久電流スイッチ３のオフ
時の抵抗ｍが小さい場合には、■永久電流スイッチ３へ
の分流電流が大きくなす、これによりジュール発熱量Ｑ
ｓ （−（”１）４ ）が大きくなって永久電流スイッ
チ３での郁駄なヘリウムの蒸発が多くなる。また励磁速
度Ｉ ＹＯ速くすることができない。
消磁する時、コイル両端電圧Ｌ＋により該永久電流スイ
ッチ３に分流が起こるため、永久電流スイッチ３のオフ
時の抵抗ｍが小さい場合には、■永久電流スイッチ３へ
の分流電流が大きくなす、これによりジュール発熱量Ｑ
ｓ （−（”１）４ ）が大きくなって永久電流スイッ
チ３での郁駄なヘリウムの蒸発が多くなる。また励磁速
度Ｉ ＹＯ速くすることができない。
■超電導コイル２を励磁する際、励磁電源６が所定電流
を出力しても、その一部が永久電流スイッチ３に分流し
ており、この分流電流が超電導コイル２に流れ込むのに
ががる時間が大きい。
を出力しても、その一部が永久電流スイッチ３に分流し
ており、この分流電流が超電導コイル２に流れ込むのに
ががる時間が大きい。
■前記ＣＤ 、■よジバワーリード線４は長時間通電可
能な太いものにせざるを得ないため、パワーリード線４
を介しての低温容器１内への熱侵入量が多くなる。
能な太いものにせざるを得ないため、パワーリード線４
を介しての低温容器１内への熱侵入量が多くなる。
■低温容器ｌは高度の断熱構造をとってお９、前記■、
■のように内部に熱発生または外部から熱侵入があると
、わずかの熱によって超電導コイル２及び永久電流スイ
ッチ３を冷却している液体ヘリウムが蒸発する。すると
蒸発したヘリウムを冷却、再液化して低温容器１に戻し
、超電導コイル２及び永久電流スイッチ３を超低温にし
て超電導状態に保つための冷却機器の負荷が大きくなる
。
■のように内部に熱発生または外部から熱侵入があると
、わずかの熱によって超電導コイル２及び永久電流スイ
ッチ３を冷却している液体ヘリウムが蒸発する。すると
蒸発したヘリウムを冷却、再液化して低温容器１に戻し
、超電導コイル２及び永久電流スイッチ３を超低温にし
て超電導状態に保つための冷却機器の負荷が大きくなる
。
■永久電流状態で超電導コイル２を運転中、永久電流ス
イッチ３が常電導転移（クエンチ）した場合、超電導コ
イル２に蓄積された磁気エネルギをスイッチ焼断防止用
の放電抵抗７と超電導線１０の抵抗へで分けあうが、永
久電流スイッチ３の分担分Ｑ、が次式で示すように大き
くなり、焼断しやすい。
イッチ３が常電導転移（クエンチ）した場合、超電導コ
イル２に蓄積された磁気エネルギをスイッチ焼断防止用
の放電抵抗７と超電導線１０の抵抗へで分けあうが、永
久電流スイッチ３の分担分Ｑ、が次式で示すように大き
くなり、焼断しやすい。
但し、Ｒ８；放電抵抗７の抵抗値
従って、この種の熱式永久電流スイッチ３は、オフ時の
抵抗Ｒｓが高抵抗であればあるほど、励消時間が短く、
かつ冷却機器の負荷も軽減され、クエンチ時における永
久電流スイッチ３の焼４１事故を防止することができる
。
抵抗Ｒｓが高抵抗であればあるほど、励消時間が短く、
かつ冷却機器の負荷も軽減され、クエンチ時における永
久電流スイッチ３の焼４１事故を防止することができる
。
そこで、スイッチオフ時の抵抗Ｒ，Ｉ全大きくするため
、次のような提案がなされている。第２図は熱式永久電
流スイッチの外観図、第３図は第２図中のＩ−Ｉ線部分
断面図である。永久電流スイッチ３は、外側が耐寒性樹
脂等でほぼ円柱状にモールドされ、その内部には超電導
線１０及びヒータ１１等が収容され、超電導線１０の端
末部分である口出し線１０′が口出し線押え２０で固定
されて外部に取り出される。そして超電導線１０は、Ｎ
ｂＴ ｉ 系合金からなる超電導線のフィラメント１０
ａと、ＣｕＮｉ系合金からなる常電導金属の母材１０ｂ
とで構成される。超電導線１０ｂとして用いられている
金属ＣｕＮｉ系合金は、比抵抗が常電導状態の超電導金
属ＮｂＴ ｉ合金と同じ程度で、しかも＠ＣｕＯ比抵抗
の約１０００倍であるから、永久電流スイッチ３のオフ
時抵抗ｎ８’ｆｃ非常に大きくすることができる。
、次のような提案がなされている。第２図は熱式永久電
流スイッチの外観図、第３図は第２図中のＩ−Ｉ線部分
断面図である。永久電流スイッチ３は、外側が耐寒性樹
脂等でほぼ円柱状にモールドされ、その内部には超電導
線１０及びヒータ１１等が収容され、超電導線１０の端
末部分である口出し線１０′が口出し線押え２０で固定
されて外部に取り出される。そして超電導線１０は、Ｎ
ｂＴ ｉ 系合金からなる超電導線のフィラメント１０
ａと、ＣｕＮｉ系合金からなる常電導金属の母材１０ｂ
とで構成される。超電導線１０ｂとして用いられている
金属ＣｕＮｉ系合金は、比抵抗が常電導状態の超電導金
属ＮｂＴ ｉ合金と同じ程度で、しかも＠ＣｕＯ比抵抗
の約１０００倍であるから、永久電流スイッチ３のオフ
時抵抗ｎ８’ｆｃ非常に大きくすることができる。
しかし、超電導線１０の母材１０ｂとして用いられてい
る金属ＣｕＮｉ合金は、銅Ｃｕに比較して熱の拡散が悪
い。このため合金ＣｕＮｉ／ＮｂＴ１の超電導線１０で
構成した熱式水入電流スイッチ３にあっては、該永久電
流スイッチ３及び超電導コイル２を収納した低温容器１
に外部から衝撃、振動等が加わった場合、該永久電流ス
イッチ３の動きにより、永久電流スイッチ３０口出し部
において口出し線１０′と口出し線押え２０との摩擦等
によシ発熱し、この発熱が局部に集中し、順次拡大して
超電導線１０が超電導状態から常電導状態に転移し、永
久電流スイッチ３がオフ状卯になる仁とがあった。すな
わち永久電流スイッチとして非常に不安定なものであっ
た。このため、永久電流スイッチ３の固定を十分に行な
うことが重要であり、固定のために低温容器１を強固に
する必要があった。ところが低温容器１を耐衝撃性や耐
振動性に優れる強固なイｉり造にすると、低温容器１が
大形化しかつ重量も大きくなって、軽量、小形化を図る
うえでの大きな問題となっていた。
る金属ＣｕＮｉ合金は、銅Ｃｕに比較して熱の拡散が悪
い。このため合金ＣｕＮｉ／ＮｂＴ１の超電導線１０で
構成した熱式水入電流スイッチ３にあっては、該永久電
流スイッチ３及び超電導コイル２を収納した低温容器１
に外部から衝撃、振動等が加わった場合、該永久電流ス
イッチ３の動きにより、永久電流スイッチ３０口出し部
において口出し線１０′と口出し線押え２０との摩擦等
によシ発熱し、この発熱が局部に集中し、順次拡大して
超電導線１０が超電導状態から常電導状態に転移し、永
久電流スイッチ３がオフ状卯になる仁とがあった。すな
わち永久電流スイッチとして非常に不安定なものであっ
た。このため、永久電流スイッチ３の固定を十分に行な
うことが重要であり、固定のために低温容器１を強固に
する必要があった。ところが低温容器１を耐衝撃性や耐
振動性に優れる強固なイｉり造にすると、低温容器１が
大形化しかつ重量も大きくなって、軽量、小形化を図る
うえでの大きな問題となっていた。
本発明は、上記問題点を除去するためになされたもので
、永久電流スイッチの口出し部での口出し線と口出し線
押えとの摩擦によって発生する熱が局部に集中すること
を防ぎ、超電導線の超電導状態から常電導状態への転移
全防止した信頼性の高い熱式永久電流スイッチを提供す
るξと全目的とする。
、永久電流スイッチの口出し部での口出し線と口出し線
押えとの摩擦によって発生する熱が局部に集中すること
を防ぎ、超電導線の超電導状態から常電導状態への転移
全防止した信頼性の高い熱式永久電流スイッチを提供す
るξと全目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、超電導線の口出
し部’ｋｃｕ等の熱拡散の優れた金属部材で被イ、この
部分を【Ｍ定するようにしている。
し部’ｋｃｕ等の熱拡散の優れた金属部材で被イ、この
部分を【Ｍ定するようにしている。
以下、添付図面に基づいて本発明の一実施例全説明する
。なお、以下の図面において、前記第１図及び第２図中
の要素と同一のものには同一の符号がイ」されている。
。なお、以下の図面において、前記第１図及び第２図中
の要素と同一のものには同一の符号がイ」されている。
第３図はこの実施例に係る永久電流スイッチの外観図、
第４図は第３図中の１１−■線部分断面図である。この
永久電流スイッチ３は、第１図で示すように、ＮｂＴｉ
系合金等のフィラメント１０ａとＣｕＮｉ系合金等の母
材１０ｂで構成される超電導線１１と、ヒータ１１とを
具え、該超電導線１０は、例えば合成樹脂の巻枠に無誘
導に巻かれエポキシ樹脂等により含浸されている。そし
て該エポキシ樹脂等により超電導線１０及びヒータ１１
がモールドされ、外側がほぼ円柱状に形成されている。
第４図は第３図中の１１−■線部分断面図である。この
永久電流スイッチ３は、第１図で示すように、ＮｂＴｉ
系合金等のフィラメント１０ａとＣｕＮｉ系合金等の母
材１０ｂで構成される超電導線１１と、ヒータ１１とを
具え、該超電導線１０は、例えば合成樹脂の巻枠に無誘
導に巻かれエポキシ樹脂等により含浸されている。そし
て該エポキシ樹脂等により超電導線１０及びヒータ１１
がモールドされ、外側がほぼ円柱状に形成されている。
さらに口出し線１０′は熱拡散の優れたＣｕ等の金属部
材３０で被われ、断面弧状の口出し線押え２０で永久電
流スイッチ本体の外周に固定され外部に取り出される。
材３０で被われ、断面弧状の口出し線押え２０で永久電
流スイッチ本体の外周に固定され外部に取り出される。
ここで超電導線１０と金属部材３０とは半田付け、ある
いは圧接等によシ一体化されている。
いは圧接等によシ一体化されている。
而してこの実施例に係る永久電流スイッチ３０口出し部
において、外部から加わった衝撃、振動等により口出し
線１０′と口出し押え加との間に摩擦が生じ、これによ
り熱が発生したとしても、口出し部の表面に発生した熱
はＣｕ等の金属部側３０の全体のみに拡り、内部の超電
導線１０にはあ゛まり伝わらない。従って摩擦によって
発生した熱が超電導線１０の一部に局部的に集中するこ
とによって起こる超電導状態から常電導状態への転移を
防ぐことができ永久電流スイッチ３の安定化を向上させ
ることができる。また、口出し線１０′が金属部材３０
で被われることによって口出し線１０’の機械的強度が
増し、破口出し線１０′が折れるということも防ぐこと
ができる。なお、永久電流スイッチ３に衝撃、振動等が
加わった場合、永久電流スイッチ本体内の超電導線１０
は、合成樹脂等の巻枠に無誘導に巻かれ、エポキシ樹脂
等により含浸されているため、永久電流スイッチ本体内
部で超電導線１０の摩擦がおこることはない。
において、外部から加わった衝撃、振動等により口出し
線１０′と口出し押え加との間に摩擦が生じ、これによ
り熱が発生したとしても、口出し部の表面に発生した熱
はＣｕ等の金属部側３０の全体のみに拡り、内部の超電
導線１０にはあ゛まり伝わらない。従って摩擦によって
発生した熱が超電導線１０の一部に局部的に集中するこ
とによって起こる超電導状態から常電導状態への転移を
防ぐことができ永久電流スイッチ３の安定化を向上させ
ることができる。また、口出し線１０′が金属部材３０
で被われることによって口出し線１０’の機械的強度が
増し、破口出し線１０′が折れるということも防ぐこと
ができる。なお、永久電流スイッチ３に衝撃、振動等が
加わった場合、永久電流スイッチ本体内の超電導線１０
は、合成樹脂等の巻枠に無誘導に巻かれ、エポキシ樹脂
等により含浸されているため、永久電流スイッチ本体内
部で超電導線１０の摩擦がおこることはない。
上記実施例では、永久電流スィッチ３全超電専磁気浮上
式鉄道における超電導コイル２の励磁回路に用いた例を
示したが、該永久電流スイッチ３を他の回路に使用でき
ることはいうまでもない。
式鉄道における超電導コイル２の励磁回路に用いた例を
示したが、該永久電流スイッチ３を他の回路に使用でき
ることはいうまでもない。
以上説明したように、本発明では、超電導線の口出し部
を熱伝散係数の大きい金属部材で被い、この部分を固定
したので、外部からの＠撃、振動等により口出し部に摩
擦熱が発生しても、この熱が金属部材を介して速やかに
外部に拡散され消失するため、′超電導状態から常電導
状態への転移を防止でき、永久スイッチとしての信頼性
を向上させることができる。
を熱伝散係数の大きい金属部材で被い、この部分を固定
したので、外部からの＠撃、振動等により口出し部に摩
擦熱が発生しても、この熱が金属部材を介して速やかに
外部に拡散され消失するため、′超電導状態から常電導
状態への転移を防止でき、永久スイッチとしての信頼性
を向上させることができる。
第１図は従来の熱式永久電流スイッチの構成を説明する
ための回路図、第２図は第１図中の熱式永久電流スイッ
チの外観図、第３図は第２図中の１−１線部分断面図、
第４図は本発明の一実施例に係る永久電流スイッチの外
観図、第５図は第４図中のＩＩ −ＩＩ線部分断面図で
ある。 １・・・低温容器、２・・・超電導コイル、３・・・永
久電流スイッチ、６・・・励磁電源、１０・・・超電導
線、１０′・・・口出し線、１０ａ・・・超電導線のフ
ィラメント、１０ｈ・・・超電導線の母材、１１・・・
ヒータ、２０・・・口出し線押え９３０・・・金属部材
。 出願人代理人 猪 股 消 Ｐａｌ 圃 ｂ２ 閏 馬３ 図 ５４ 図 熱５ 図
ための回路図、第２図は第１図中の熱式永久電流スイッ
チの外観図、第３図は第２図中の１−１線部分断面図、
第４図は本発明の一実施例に係る永久電流スイッチの外
観図、第５図は第４図中のＩＩ −ＩＩ線部分断面図で
ある。 １・・・低温容器、２・・・超電導コイル、３・・・永
久電流スイッチ、６・・・励磁電源、１０・・・超電導
線、１０′・・・口出し線、１０ａ・・・超電導線のフ
ィラメント、１０ｈ・・・超電導線の母材、１１・・・
ヒータ、２０・・・口出し線押え９３０・・・金属部材
。 出願人代理人 猪 股 消 Ｐａｌ 圃 ｂ２ 閏 馬３ 図 ５４ 図 熱５ 図
Claims (3)
- （１）超低温に冷却された超電導線の超電導状態と常電
導状態の切換えをヒータの“熱により行なう熱式永久電
流スイッチにおいて、 前記超電導線の口出し部を熱伝散係数の大きい金属部材
で被い、この部分を固定したことを特徴とする熱式永久
電流スイッチ。 - （２）超電導線を、ＮｂＴ ｉ系合金からなるフィラメ
ントとこれを被うＣｕＮＩ系合金からなる母材とで構成
した特許請求の範囲第１項記載の熱式永久電流スイッチ
。 - （３）超電導線の口出し部を銅部材で被うようにした特
許請求の範囲第１項記載の熱式永久電流スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58130643A JPS6022383A (ja) | 1983-07-18 | 1983-07-18 | 熱式永久電流スイツチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58130643A JPS6022383A (ja) | 1983-07-18 | 1983-07-18 | 熱式永久電流スイツチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6022383A true JPS6022383A (ja) | 1985-02-04 |
Family
ID=15039151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58130643A Pending JPS6022383A (ja) | 1983-07-18 | 1983-07-18 | 熱式永久電流スイツチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6022383A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5757257A (en) * | 1993-09-20 | 1998-05-26 | Hitachi, Ltd. | Permanent current switch and superconducting magnet system |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5057596A (ja) * | 1973-09-21 | 1975-05-20 | ||
| JPS5181078U (ja) * | 1974-12-20 | 1976-06-28 |
-
1983
- 1983-07-18 JP JP58130643A patent/JPS6022383A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5057596A (ja) * | 1973-09-21 | 1975-05-20 | ||
| JPS5181078U (ja) * | 1974-12-20 | 1976-06-28 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5757257A (en) * | 1993-09-20 | 1998-05-26 | Hitachi, Ltd. | Permanent current switch and superconducting magnet system |
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