浅谈热能电力制冷技术的开发与研究
热电制冷技术
5、热电制冷的基本公式
一对电偶消耗的电功率为：
N0 UI I 2 R I ( P N )T
一对电偶的制冷系数定义为为：单位电功率所能吸收的热量：
1 2 ( P N ) ITC I R KT Q0 2 N0 I 2 R I ( P N )T
二、应用方向
热电制冷具有诸多特点，应用开发几乎涉及所有制冷领域，尤其在制冷量不大， 又要求装置小型化的场合，更有其优越性。它在国防、科研、工农业、气象、医疗卫 生等领域得到了广泛应用，用于仪器仪表、电子元件、药品、疫苗等的冷却、加热和 恒温。如无线电元件恒温器、微机制冷器、红外探测器制冷器、便携式冰箱、旅游汽 车冷热两用箱、半导体空调器、军用和医用制冷帽、白内障摘除器、病理切片冷冻台、 潜艇空调器等。半导体制冷器未来将向大功率与微小型方向发展，尤其在民用和其它 市场开发项目中。
把若干对半导体热电偶在电路上串联起来。而在传热方面则是并联的，这就 构成了一个常见的制冷热电堆。接上直流电源后，这个热电堆的上面是冷端，下 面是热端。借助热交换器等各种传热手段，使热电堆的热端不断散热并且保持一 定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中取吸热降温，这就是热电制冷器的工 作原理。
4、热电制冷与机械压缩式制冷的比较
I Q0 max Q0 max
TC
同时，性能系数对电流求导，则可得制冷系数取最大时的最佳电流：
R (TC ) 2 K T 2R
I OP ( 1
T
1 ZT 1) R 2 1 1 T Z (TH TC ) H 2 TC 1 1 Z (TH TC ) 1 2
3、多级制冷热电堆
一级热电堆在通常情况下只能得到大约60度的温差，为了得到更大的温差和更 低的温度，可用级联的方法制造多级制冷器，第二级热电堆热端贴在第一级热电堆 的冷端上，第一级热电堆实际上起到第二级的散热器的作用，如图所示为三级热电 堆示意图： 设第一，二，三级热电堆的温差和制冷系数分别为
热电材料在制冷领域的应用研究
热电材料在制冷领域的应用研究在现代社会，制冷技术已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
然而，传统的制冷技术往往对环境会产生负面影响，如消耗大量的能源和对大气层臭氧层的破坏。
为了解决这些问题，研究人员开始将目光转向热电材料，这些材料可以将热能转化为电能，从而实现高效环保的制冷。
本文将探讨热电材料在制冷领域的应用研究。
热电材料的基本原理是通过“Seebeck效应”将温度差转化为电能。
这一原理最早由爱尔兰物理学家托马斯·约翰·西贝克于1821年发现。
当两个不同导电性质的物体之间存在温度差时，电子在这两个物体之间会产生电荷差，从而形成一个电势差。
这种电势差可以用于产生电能，进而实现制冷。
热电材料的研究主要集中在发现新的材料和提高其性能上。
目前，常见的热电材料包括铋碲化物、锗硒化物和硅锗合金等。
这些材料具有优异的热电性能，可实现高效制冷。
一方面，研究人员致力于寻找新的热电材料。
例如，最近的研究发现，氧化物热电材料具有潜在的应用价值。
传统上，氧化物被认为是热电材料的热电性能较差，但新的研究表明，通过控制材料的晶体结构和化学成分，可以显著提高氧化物的热电性能。
这一发现对于热电材料的发展具有重要意义，并为制冷技术的进一步改进提供了可能。
另一方面，研究人员还致力于提高热电材料的性能。
其中一种常用的方法是通过合金化改变材料的晶体结构。
例如，添加微量的杂质可以调节热电材料的导电性能和电子结构，从而提高其热电性能。
此外，研究人员还开发了一些新的制备技术，如溶液法和高温热压法，可以制备高性能的热电材料。
这些技术的发展为热电材料的应用提供了更多的可能性。
然而，热电材料在制冷领域的应用还面临一些挑战。
首先，热电材料的制备成本相对较高，限制了其在商业化应用中的推广。
其次，热电材料的性能稳定性有待改善。
在高温和长时间工作下，热电材料往往容易发生退化，影响其制冷效果和寿命。
因此，解决这些问题是当前热电材料研究的重要方向。
集中供热供冷技术发展研究
集中供热供冷技术发展研究集中供热供冷技术是指通过集中式的供热供冷系统，将热能或冷能传送给需要的建筑，从而实现室内温度的调节。
集中供热供冷技术包括地源热泵、空气热泵、余热利用等多种技术手段，可以实现冬季取暖和夏季制冷两种功能，而且能够高效利用能源，减少环境污染。
在国内，集中供热供冷技术已经在一些大中城市得到了应用，比如北京、上海、广州等地，一些新建小区也大多采用了这种技术。
二、集中供热供冷技术的发展趋势1. 节能环保：集中供热供冷技术能够更加高效地利用能源，减少能源浪费，从而达到节能减排的目的。
与传统的分散式取暖比较，集中供热供冷技术可以减少能源消耗20%以上。
2. 综合利用能源：通过余热利用等技术手段，可以将工业废热、排放物等转化为可利用的能源，提高能源利用率。
3. 智能化控制：通过物联网、大数据等技术手段，可以实现对供热供冷系统的智能化管理和控制，提高系统的运行效率，降低运行成本。
4. 多能互补：集中供热供冷技术可以与太阳能、风能等可再生能源相结合，实现多能互补，提高能源的稳定性和可持续性。
5. 多联供技术：多联供技术是指将不同用能部门的热电冷等能源进行互联互通，实现能源的共享利用，从而提高整体的能源利用效率。
1. 技术创新：集中供热供冷技术需要不断进行技术创新，包括更高效的换热器材料、更智能的控制系统、更节能的循环系统等方面的研究。
3. 储能技术：研究集中供热供冷系统的能源储备技术，包括蓄热材料的选择、储能系统的设计等方面的研究，以保证系统在能源高峰期能够正常运行。
4. 排放减排：研究集中供热供冷系统的废气废水处理技术，减少对环境的污染，推动系统的绿色发展。
5. 适应性技术：针对不同地区的气候和用能需求，研究集中供热供冷系统的适应性技术，实现系统的智能调节和优化运行。
1. 中国石家庄：石家庄是我国最早进行集中供热试点的城市之一，目前已经建成了大规模的集中供热供冷系统，覆盖了城区的大部分地区。
热电制冷系统热力学优化分析及节能应用和开发
热电制冷系统热力学优化分析及节能应用和开发一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和环境保护的迫切需求，热电制冷系统作为一种高效、环保的制冷技术，正受到越来越多的关注和研究。
热电制冷技术利用热电材料的热电效应实现热能与电能的相互转换，具有无噪声、无振动、无制冷剂泄漏等优点，因此在许多领域具有广泛的应用前景。
然而，热电制冷系统在能效、成本等方面仍存在一些挑战，限制了其在实际应用中的推广。
本文旨在对热电制冷系统的热力学优化进行深入分析，并探讨其在节能应用和开发方面的潜力。
文章首先介绍了热电制冷技术的基本原理和发展现状，然后重点分析了热电制冷系统的热力学模型和优化方法，包括材料性能优化、系统结构优化、控制策略优化等方面。
在此基础上，文章进一步探讨了热电制冷系统在节能应用和开发中的实际应用案例，如智能家居、数据中心、医疗设备等领域的应用。
通过本文的研究，旨在为热电制冷系统的热力学优化提供理论支持和实践指导，推动热电制冷技术在节能和环保领域的应用和发展。
也希望引起更多研究者和工程师的关注，共同推动热电制冷技术的创新与发展。
二、热电制冷系统热力学基础理论热电制冷，又称热电冷却或佩尔捷效应制冷，是一种基于热电材料（如半导体）中电流和热能之间转换的制冷技术。
这种技术的主要理论基础是热电效应，特别是塞贝克效应和佩尔捷效应。
塞贝克效应描述了当两种不同的导体或半导体连接形成一个闭合回路，并在两个接点处维持不同温度时，回路中将产生电势差的现象。
这个电势差可以通过测量两个接点之间的电压来得到，它的大小取决于两种材料的性质以及接点之间的温度差。
热电制冷系统利用这个效应，通过改变电流方向，使得热量从冷端传递到热端，从而实现制冷效果。
佩尔捷效应则是塞贝克效应的逆过程。
当电流在热电材料中流动时，热量会在材料的两端产生，一端吸热，另一端放热。
通过控制电流的大小和方向，我们可以控制热量在材料两端的分布，从而实现制冷或加热的效果。
热电制冷系统的热力学基础理论主要围绕这两个效应展开。
浅谈热能电力制冷技术的开发与研究
浅谈热能电力制冷技术的开发与研究摘要：热电制冷器，也被称为珀尔帖制冷器，是一种以半导体材料为基础，可以用作小型热泵的电子元件。
通过在热电制冷器的两端加载一个较低的直流电压，热量就会从元件的一端流到另一端。
此时，制冷器的一端温度就会降低，而另一端的温度就会同时上升。
值得注意的是，只要改变电流方向，就可以改变热流的方向，将热量输送到另一端。
所以，在一个热电制冷器上就可以同时实现制冷和加热两种功能。
因此，热电制冷器还可以用于精确的温度控制。
关键词：热电制冷器机械式制冷单元热电技术1热电散热技术的基本原理在目前的热电制冷器件中最常用到的半导体热电材料是碲化铋。
目前工业上已经可以通过掺杂得到p型和n型碲化铋块体或者器件单体。
热电材料的制备方法通常是熔体定向晶化法或者粉末压制成型法。
每种制备方法都具有各自的优势，定向生长的方法更为普遍。
除了碲化铋之外，另外还有包括碲化铅，硅锗合金，铋锑合金等体系分别应用在不同的条件下。
我们可以看出，碲化铋的最大热电优值系数所出现的温度在室温，适合于大多数热电制冷的应用条件。
碲化铋基热电材料：碲化铋晶体具有很多性能特点，使其成为很好的热电材料。
碲化铋晶体具有天然的各相异性。
这导致碲化铋在平行于c轴方向比垂直于c轴方向的电阻要大四倍。
同时，平行于c轴方向的热导比垂直于c轴方向要大2倍。
也就是说，电阻的各向异性现象比热导要明显，所以，最大的热电优值系数出现在平行于c轴的方向上。
由于这种各向异性，在热电单体组成热电制冷器的过程中，晶体生长方向要平行于每个单体的长度或者高度方向而垂直于陶瓷基底。
另外，碲化铋还有一个与晶体结构有关的有趣特征。
碲化铋晶体是由许多相似的六方层状结构组成的。
碲原子和铋原子层被共价键紧密的结合在一起，而碲原子[Te1]和碲原子[Te1]之间是由相对较弱的范德华键连接的。
因此，碲化铋的解理面是沿着[Te1] [Te1]原子层，这与云母的性质非常相似。
幸运的是，解理面一般是与c 轴平行的，所以在热电制冷器中的材料是非常坚固的。
热电制冷器的原理及应用技术
热电制冷器的原理及应用技术热电制冷器是一种利用热电效应实现制冷的设备，它基于热电效应的特性，将电能和热能互相转换，实现制冷效果。
热电制冷器的原理是基于热电效应的两个基本规律：塞贝克效应和庞雪尔效应。
塞贝克效应是指当两个不同金属连接处温差存在时，就会产生电势差。
当电流通过这个连接时，会有热量从冷端吸收，同时释放到热端，从而形成制冷效果。
庞雪尔效应是指当电流通过两个不同材料的交界面时，会产生温差。
利用这个原理，可以实现在电路中产生冷热两端的温差，从而实现制冷效果。
热电制冷器的应用技术主要包括热电材料的选择、电路设计和系统优化等方面。
首先，热电材料的选择对热电制冷器的性能至关重要。
常见的热电材料包括硒化铟、硒化铋、硒化锡等。
这些材料的热电性能直接影响着制冷器的效率和稳定性。
因此，在设计制冷器时，需要根据具体的需求选择合适的热电材料。
电路设计也是热电制冷器应用技术的重要方面。
电路设计的目标是实现最佳的热电转换效率和稳定性。
常见的电路设计包括串联电路和并联电路。
串联电路可以增加电压，提高制冷器的制冷效果，但同时也增加了电流的大小。
并联电路可以增加电流，提高制冷器的制冷效果，但同时也增加了电压的大小。
因此，在设计电路时，需要综合考虑制冷效果和功耗等因素，选择合适的电路方案。
系统的优化也是热电制冷器应用技术的重要内容。
系统的优化包括制冷器的结构设计、散热设计和控制系统设计等方面。
结构设计的目标是实现最佳的热传导和散热效果，以提高制冷器的效率和稳定性。
散热设计的目标是保证制冷器在长时间运行时不会过热，从而影响制冷效果。
控制系统设计的目标是实现对制冷器的精确控制，以满足不同的制冷需求。
热电制冷器的应用领域非常广泛。
首先，热电制冷器可以用于微型制冷设备，如微型冰箱、微型冷藏箱等。
由于热电制冷器具有体积小、结构简单、无噪音和无污染等优点，因此在微型制冷设备中有着广泛的应用前景。
其次，热电制冷器还可以用于航天器、卫星和太空探测器等高温环境下的制冷需求。
燃料电池制冷与供热系统的研究与应用
燃料电池制冷与供热系统的研究与应用随着人们对环境问题和能源问题的日益关注，燃料电池成为了一个备受瞩目的技术。
而在燃料电池技术的研究中，燃料电池制冷与供热系统可以说是一个值得深入研究的领域，本文将就这个领域进行一些探讨。
一、燃料电池制冷系统燃料电池制冷系统的基本原理就是通过燃料电池所产生的废热来驱动制冷机组进行制冷。
在燃料电池中，水的分解产生的氢气和氧气通过氧化还原反应生成电能和水，这个过程会产生一定的热量。
而这个热量可以通过热泵的形式用于制冷系统，实现废热的利用。
在燃料电池制冷系统中，制冷效果取决于所选的热泵的性能。
目前，常用的热泵技术有吸附式热泵和压缩式热泵。
吸附式热泵技术主要是基于吸附剂的吸附脱附过程，需要使用高温热源进行再生。
而压缩式热泵技术则是基于制冷剂的压缩膨胀过程，需要使用压缩机进行制冷。
目前，压缩式热泵技术在制冷效果和环保性方面都有一定的优势，因此也成为了燃料电池制冷系统的主要选择。
燃料电池制冷系统的应用领域也较为广泛。
在汽车领域，燃料电池车辆的制冷系统是整车不可或缺的一部分。
在家庭和商业领域，燃料电池制冷系统可以用于制冷设备和空调设备等方面，实现了对废热的利用。
二、燃料电池供热系统燃料电池供热系统的基本原理是利用燃料电池产生的废热进行供热。
在燃料电池中，废热主要是通过所选热泵对氢氧化物进行再生，进行燃料电池温度的控制。
而这个废热也可以通过燃料电池供热系统进行回收，实现能源的高效利用。
在燃料电池供热系统中，主要的技术是基于地源热泵系统。
地源热泵系统的原理是利用地表、地下水或土壤等地热资源进行换热，实现低品位能源的高效利用。
在燃料电池供热系统中，若将地源热泵技术与燃料电池联合起来，不仅可以实现燃料电池的废热回收，还可以利用地下水温度稳定的优点实现对供热的高效利用。
燃料电池供热系统在家庭和商业领域的应用也十分广泛。
在居民区、公共建筑、商业办公楼等场所，燃料电池供热系统可以用于供暖和热水等方面，实现了对废热的高效利用。
建筑知识：建筑中热电制冷技术的开发和应用
建筑知识：建筑中热电制冷技术的开发和应用随着全球气温不断升高，气候变化的影响愈发显著，建筑能源消耗的问题也越来越突出。
为解决这一问题，热电制冷技术作为新兴的节能技术在建筑领域开始得到了广泛关注。
热电制冷技术简介热电制冷技术是一种利用热电材料产生的电能来实现制冷的技术。
热电材料是一类可以实现热电效应的材料，即在温度差异的作用下可以产生电能的材料。
通常情况下，热电制冷系统由热源、冷源和热电材料组成。
热源为系统提供热量，热电材料将这些热量转换为电能，再将电能用于驱动冷源完成制冷循环。
热电制冷技术的优势热电制冷技术与传统机械式制冷技术相比，具有一系列优势。
首先，热电制冷技术无需使用制冷剂，因此不会产生环境污染和对臭氧层的破坏。
其次，热电制冷系统具有体积小、噪音低、维护简便等特点，可以在不影响建筑整体外观的前提下进行设计和部署。
此外，由于热电材料的特殊性质，热电制冷技术可以充分利用建筑内外环境的温度差异，将低品质能源转化为高品质能源，从而达到节能减排的目的。
热电制冷技术在建筑中的应用热电制冷技术的应用在建筑领域中主要集中在两个方面：一方面是利用热电制冷技术对建筑的室内空调进行改进和升级，另一方面是将热电制冷技术应用于建筑的立面。
在室内空调改进和升级方面，热电制冷技术通常被用于提高空调系统的效率和稳定性。
由于传统空调系统受限于制冷剂的种类和制冷效率，一般存在能耗高、运转时噪音大等问题。
应用热电制冷技术可以有效改善这些问题，实现低能耗、低噪音、高效率的制冷效果。
在建筑立面应用方面，热电制冷技术主要被用于近年兴起的“能源立面”设计中。
能源立面是一种利用建筑立面进行太阳辐射采集、热能转移和温度调节的新技术。
热电制冷技术可以作为能源立面的核心之一，将建筑表面的热能转化为电能，再用电能驱动冷源实现立面的制冷。
热电制冷技术的前景热电制冷技术由于其具有节能、环保、高效等特点，在未来的发展前景十分广阔。
热电材料的研究不断深入，通过改进材料的热电性能和结构设计，可以提高热电效率和稳定性。
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浅谈热能电力制冷技术的开发与研究
中图分类号：tm 文献标识码：a 文章编号：1007-0745（2012）12-0018-01
摘要：热电制冷器，也被称为珀尔帖制冷器，是一种以半导体材
料为基础，可以用作小型热泵的电子元件。
通过在热电制冷器的两
端加载一个较低的直流电压，热量就会从元件的一端流到另一端。
此时，制冷器的一端温度就会降低，而另一端的温度就会同时上升。
值得注意的是，只要改变电流方向，就可以改变热流的方向，将热
量输送到另一端。
所以，在一个热电制冷器上就可以同时实现制冷
和加热两种功能。
因此，热电制冷器还可以用于精确的温度控制。
关键词：热电制冷器机械式制冷单元热电技术
1热电散热技术的基本原理
在目前的热电制冷器件中最常用到的半导体热电材料是碲化铋。
目前工业上已经可以通过掺杂得到p型和n型碲化铋块体或者器件
单体。
热电材料的制备方法通常是熔体定向晶化法或者粉末压制成
型法。
每种制备方法都具有各自的优势，定向生长的方法更为普遍。
除了碲化铋之外，另外还有包括碲化铅，硅锗合金，铋锑合金等体
系分别应用在不同的条件下。
我们可以看出，碲化铋的最大热电优
值系数所出现的温度在室温，适合于大多数热电制冷的应用条件。
碲化铋基热电材料：碲化铋晶体具有很多性能特点，使其成为很好
的热电材料。
碲化铋晶体具有天然的各相异性。
这导致碲化铋在平
行于c轴方向比垂直于c轴方向的电阻要大四倍。
同时，平行于c 轴方向的热导比垂直于c轴方向要大2倍。
也就是说，电阻的各向异性现象比热导要明显，所以，最大的热电优值系数出现在平行于c轴的方向上。
由于这种各向异性，在热电单体组成热电制冷器的过程中，晶体生长方向要平行于每个单体的长度或者高度方向而垂直于陶瓷基底。
另外，碲化铋还有一个与晶体结构有关的有趣特征。
碲化铋晶体是由许多相似的六方层状结构组成的。
碲原子和铋原子层被共价键紧密的结合在一起，而碲原子[te1]和碲原子[te1]之间是由相对较弱的范德华键连接的。
因此，碲化铋的解理面是沿着[te1] [te1]原子层，这与云母的性质非常相似。
幸运的是，解理面一般是与c轴平行的，所以在热电制冷器中的材料是非常坚固的。
通过定向生长得到的碲化铋材料通常是铸锭状态，需要通过切片得到不同厚度的晶圆。
表面进行适当处理以后，这些晶圆被进一步切割，以获得可以组装成热电制冷器的块体。
另外，碲化铋块体，也称为单体，也可以通过粉末压制成型技术制备。
2热电制冷技术的应用
热电制冷器具有很广阔的应用领域，包括军事、医疗、工业、日常消费品、科研/实验室和电信行业等。
从家庭野餐时食物和饮料的冷藏柜到导弹或者航空器上面极其精密的温度控制系统，都已经存在许多具体的应用实例。
与普通的散热器不同，热电制冷器既可以在很宽的环境温度范围内保持物体的温度恒定，又可以将物体的
温度降低到环境温度以下。
可以说，热电制冷器是一个主动的制冷体系而普通散热器只能提供被动制冷。
一般情况下，热电制冷器可以应用在热量转移量从几毫瓦到几千瓦的范围内。
包括大电流和小电流制冷器在内的大部分单级热电制冷器都可以在每平方厘米表面积上传递最大达到3-6瓦的热量（20-40瓦每平方英寸）。
对于多级热电制冷器而言，从热流通路上看，制冷器的安装方式呈并联方式，从而增加总的热输运效果。
过去，千瓦级的大型热电制冷系统主要应用在一些专门的领域里，比如潜水艇和火车上的制冷系统。
现在已经证明，这种级别的热电制冷系统在半导体生产线上同样具有很高的应用价值。
3热电散热技术的优点
在一些只需涉及较低或者中等热量传输，但是需要复杂控温的热控过程中，热电制冷器可以提供很大的帮助，而且，在一些特定的情况下它是唯一的选择。
尽管没有哪种制冷方式是万能的，热电制冷器也并不能应用在所有的领域，但是与其他制冷设备相比，热电制冷器具有很多优势。
其中包括：1）没有运动部件：热电制冷器在工作的时候只用到电能，不会有任何运动的部件，这样一来，它们基本上不需要维护保养。
2）体积和重量很小：一个热电制冷系统的体积和重量要远远小于相应的机械式制冷体系。
除此之外，对于各种严格的应用要求，有各种标准的或特殊的尺寸和布局方式可供选择。
3）可以降温到环境温度以下：传统的散热器需要将温度
升高到环境温度以上才可以使用，与其不同的是热电制冷器具有将物体温度降低到环境温度以下的能力。
4）同一器件可以满足升温和降温的要求：热电制冷器可以通过调整加载的直流电流的方向，调整制冷或者加热模式。
应用这一特点就不必在给定体系内加入另外独立的加热或者制冷功能元件。
4制冷散热器的选择
热电制冷器在工作时是作为一个热泵，将热量从一点转移到另一点，而不是普通的吸热过程或者魔术般的将热量消耗掉的过程。
通电之后，热电制冷器的一面会变冷而另一面变热。
被制冷一面的热量将被传递到热端，完全符合热力学过程。
为了完成一个热流的循环过程，热电制冷器的热端必须要连接在一个合适的散热器上，从而释放掉从冷端传递过来的热量和器件运行过程中产生的焦耳热。
散热器在热电制冷系统中是不可或缺的部分，所以这里必须单独强调一下其重要性。
由于所有的热电制冷器件的使用性能都与散热器的温度有关，所以我们在散热器的选择和设计过程中需要非常认真。
5结语
理想的散热器需要具有吸收无限的热量而不会引起温度增加的能力。
但是这在实际上是不可能达到的，所以设计者必须选择一种散热器在吸收了从热电制冷器件传来的全部热量之后，温度的增加量能够保持在可以接受的范围内。
这里，尽管所谓的“散热器的温
度增加量在可以接受的范围内”是与不同的应用环境相关联的，但是由于热电制冷器的制冷量是随着温差的增加而减小的，所以在设计时一定要尽量减小散热器的温度增加量。
对于目前市场上流通的典型热电制冷器的应用来说，散热器的温度高于室温5-15 ℃是比较常见的。
目前，有很多种散热器可供选择，其中包括自然对流式、强制对流式、和液体冷却式三种。
自然对流式散热器可以在功率非常低的应用条件下使用，特别是当小型热电制冷器的工作电流在2 a以下时。
而对于大部分应用条件来说，自然对流式散热器并不能满足将所需热量全部排出的要求，这时就需要使用强制对流式散热器或者液体冷却式散热器了。
参考文献：
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