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微生物バイオリアクターへのテーラ渦カオス混合の応用と血液濾過装置のための流体解析

研究課題

研究課題/領域番号 19560156
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 流体工学
研究機関室蘭工業大学

研究代表者

河合 秀樹  室蘭工業大学, 工学部, 工学部 (20292071)

研究期間 (年度) 2007 – 2008
研究課題ステータス 完了 (2008年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2008年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2007年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワードTaylor渦 / 固気液分離 / カオス / 混相流 / 微生物流動 / レーザードップラ流速計 / 超音波ドップラ流速計
研究概要

固液混相流や固気混相流における最適な攪拌・混合法を見つけることは, 化学装置やバイオリアクタ, あるいは鉄鋼炉の設計等において重要な指針を与える. 本研究では攪拌混合が比較的緩やかなTaylor vortex flow(TVF)に注目し, 微生物などの増殖率の増加効果や濾過装置への応用を視野に入れた流れの解析に主眼をおいた. TVFは単純な装置であり, 乱流へも段階的に遷移する(スペクトル遷移)ため, カオス混合など, せん断力に弱い微生物や細胞の効果的な混合法の開発に大きく発展すると思われるが, 未解明な点も多い.
本研究では, アスペクト比が小さく(Γ=3), 上下境界端効果を有するTVFを用いて, その固液混合特性を可視化法, 並びに超音波流速分布計測法を用いて解析した. この結果, 渦モードによってカオス混合への遷移状況が大きく異なり, 渦自身が自励振動する場合や, 渦と渦の界面が振動する場合など, そのメカニズムが大きく異なることが明らかになった.また, このTVF装置を利用した光合成微生物増殖用バイオリアクタを試作し, 培養実験を行った. 光合成微生物が強いせん断流れによって破壊された場合の定量的な検出法を開発し, これを用いてTVFの効果を調べたところ, Re=30,000までの速い流れでも微生物は破壊されることなく順調に増殖した. ただし, Re>60,000では細胞破壊が検出される場合が観察され, 不安定な挙動を示した.

報告書

(3件)
  • 2008 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2007 実績報告書
  • 研究成果

    (59件)

すべて 2009 2008 2007

すべて 雑誌論文 (22件) (うち査読あり 22件) 学会発表 (37件)

  • [雑誌論文] The Optimum Plate to Plate Spacing for Maximum Heat Transfer Rate from a Flat Plate Type Heat Exchanger2009

    • 著者名/発表者名
      H. AMBARITA, K. KISHINAMI, M. DAIMARUYA, I. TOKURA, H. KAWAI, J. SUZUKI, M. KOBIYAMA and A. GINTING
    • 雑誌名

      Thermal Science & Engineering vol.17

      ページ: 1-8

    • NAID

      10025228010

    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Optimum Plate to Plate Spacing for Maximum Heat Transfer Rate from a Flat Plate Type Heat Exchanger2009

    • 著者名/発表者名
      H. AMBARITA, K. KISHINAMI, M. DAIMARUYA, I. TOKURA, H. KAWAI, J. SUZUKI, M. KOBIYAMA, and A. GINTING
    • 雑誌名

      Thermal Science & Engineering 17

      ページ: 1-8

    • NAID

      10025228010

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 中心装入粒子の密度や摩擦特性が高炉内固体粒子流れと炉芯挙動に与える影響の数値解析2008

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹, 高橋洋志
    • 雑誌名

      鉄と鋼 第94巻4号

      ページ: 107-114

    • NAID

      110006642507

    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Analysis of the Behavior of Magnetic Fluid in Traveling Magnetic Field Using the ALE GSMAC FEM2008

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Ido, Hideyuki Nakagawa, Takahiro Kunitomo and Hideki Kawai
    • 雑誌名

      International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics Vol.28, No.1-2

      ページ: 33-39

    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Analysis of the Behavior of Magnetic Fluid in Traveling Magnetic Field Using the ALE GSMAC FEM2008

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Ido, Hideyuki Nakagawa, Takahiro Kunitomo, and Hideki Kawai
    • 雑誌名

      International Journal of Applied Electromag netics and Mechanics 28

      ページ: 33-39

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 中心装入粒子の密度や摩擦特性が高炉内固体粒子流れと炉芯挙動に与える影響の数値解析2008

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹, 高橋洋志
    • 雑誌名

      鉄と鋼 94

      ページ: 107-114

    • NAID

      110006642507

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高炉内固体流れとガス静圧の不連続挙動に与える羽口ガス流量と炉芯性状の影響2007

    • 著者名/発表者名
      高橋洋志, 河合秀樹, 福井俊史, 松本勇気, 松井良行
    • 雑誌名

      鉄と鋼 Vol.93 ,No.10

      ページ: 615-624

    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高集塵効率・低圧力損失の複層式グラニュラーフィルター2007

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹, 高橋洋志, 千葉誠一
    • 雑誌名

      化学工学論文集 第33巻5号

      ページ: 427-431

    • NAID

      10019953710

    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study on Flow Field and Heat Transfer Characteristics of Heat Sinks with Continuous, Offset Strip, or Pin Fins Cooled by Laminar Duct Flow2007

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, J., Ambarita, H., Kishinami, K., Daimaruya, M. and Kawai, H.
    • 雑誌名

      Journal of Japan Solar Energy Society Vol.33, No.6

      ページ: 41-49

    • NAID

      10019981036

    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualization of a Limit Cycle Orbit in a Taylor Vortex Flow with a Short Annulus2007

    • 著者名/発表者名
      Kawai, H., Kudo, H. and Takahashi, H.
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Engineering of Japan Vol.40No.11

      ページ: 944-950

    • NAID

      10019982542

    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 水エマルジョン燃料に向けた亜臨界水熱処理による食用油の加水分解特性2007

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹, 鄭永輝, 高橋洋志
    • 雑誌名

      寒地技術論文・報告集 第23巻

      ページ: 46-49

    • NAID

      120004681135

    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 石炭灰を想定した環状グラニュラーフィルターの集塵効率実験と濾材粒子挙動の数値解析2007

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹, 高橋洋志
    • 雑誌名

      寒地技術論文・報告集 第23巻

      ページ: 55-60

    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Maxwellモデルを応用した道産中力小麦生地の発酵時における膨張シミュレーション2007

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹, 田中文武, 山内宏昭, 高橋洋志
    • 雑誌名

      寒地技術論文・報告集 第23巻

      ページ: 61-65

    • NAID

      120004681133

    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectrum Analysis of the Taylor Vortex Flow with a Short Annulus Using the Ultra Sonic Velocity Profiler2007

    • 著者名/発表者名
      Kawai, H., Kikura, H. and Takahashi, H.
    • 雑誌名

      Proc. FEDSM2007, 5th Joint ASME/JSME Fluids Engineering Conference, ASME No.37238(CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高炉内固体流れとガス静圧の不連続挙動に与える羽ロガス流量と炉芯性状の影響-冷間全周模型による実験解析-2007

    • 著者名/発表者名
      高橋洋志, 河合秀樹, 福井俊史, 松本勇気, 松井良行
    • 雑誌名

      鉄と鋼 93

      ページ: 615-624

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高集鹿効率・低圧力損失の複層式グラニュラーフィルター2007

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹, 高橋洋志, 千葉誠一
    • 雑誌名

      化学工学論文集 33

      ページ: 427-431

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study on Flow Field and Heat Transfer Characteristics of Heat Sinks with Continuous, Offset Strip, or Pin Fins Cooled by Laminar Duct Flow2007

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, J., Ambarita, H., Kishinami, K., Daimaruya, M. and Kawai, H.
    • 雑誌名

      Journal of Japan Solar Energy Society 33

      ページ: 41-49

    • NAID

      10019981036

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualization of a Limit Cycle Orbit in a Taylor Vortex Flow with a Short Aunulus2007

    • 著者名/発表者名
      Kawai, H., Kudo, H. and Takahashi, H.
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Engineering of Japan 40

      ページ: 944-950

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 水エマルジョン燃料に向けた亜臨界水勢処理による食用油の加水分解特性2007

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹, 鄭 永輝, 高橋洋志
    • 雑誌名

      寒地技術論文 23

      ページ: 46-49

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 石炭灰を想定した環状グラニュラーフィルターの集塵効率実験と濾材粒子挙動の数値解析2007

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹, 高橋洋志
    • 雑誌名

      寒地技術論文 23

      ページ: 55-60

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Maxwellモデルを応用した道産中力小麦生地の発酵時における膨張シミュレーション2007

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹, 田中文武, 山内宏昭, 高橋洋志
    • 雑誌名

      寒地技術論文 23

      ページ: 61-65

    • NAID

      120004681133

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectrum Analysis of the Taylor Vortex Flow with a Short Annulus Using the Ultra Sonic Velocity Profiler2007

    • 著者名/発表者名
      Kawai, H., Kikura, H. and Takahashi, H.
    • 雑誌名

      Proc. FEDSM2007, ASME

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Cultivation of the Photosynthesis Microorganism in a Taylor-Couette Vortex Flow with a Small Aspect Ratio2008

    • 著者名/発表者名
      H. Kawai, S. Yasui, H. Takahashi, H. Kikura and M. Aritomi
    • 学会等名
      The 6th International Symposium on Measurement Techniques for Multiphase Flows
    • 発表場所
      Okinawa
    • 年月日
      2008-12-05
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 低アスペクト比Taylor渦の数値解析と可視化実験による振動特性について2008

    • 著者名/発表者名
      長井明寛, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      第47回機械学会北海道支部講演会
    • 発表場所
      釧路
    • 年月日
      2008-09-27
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 低アスペクト比固液混相流Taylor渦の超音波による速度計測2008

    • 著者名/発表者名
      小林広精, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      第47回機械学会北海道支部講演会
    • 発表場所
      釧路
    • 年月日
      2008-09-27
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] アスペクト比の小さいTaylor-Couette渦による固液混合相の濾過実験2008

    • 著者名/発表者名
      阿部裕貴, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      第47回機械学会北海道支部講演会
    • 発表場所
      釧路
    • 年月日
      2008-09-27
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] アスペクト比の小さいTaylor-Couette渦流れの解析と光合成微生物バイオリアクタへの応用2008

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹
    • 学会等名
      化学工学会熱物質流体工学セミナ
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2008-09-23
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 高炉3次元モデルにおける下部固体流れに及ぼす羽口条件と炉芯性状の影響2008

    • 著者名/発表者名
      深田久智, 高橋洋志, 河合秀樹
    • 学会等名
      第17回化学工学・粉体工学研究発表会
    • 発表場所
      函館市
    • 年月日
      2008-01-25
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 数値解析と可視化実験によるTaylor渦の流体解析2008

    • 著者名/発表者名
      菊池拓矢, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      第17回化学工学・粉体工学研究発表会
    • 発表場所
      函館市
    • 年月日
      2008-01-25
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] アスベクト比の小さいTaylor-Couette渦による固液混合相の濾過実験2008

    • 著者名/発表者名
      中村 渉, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      第17回化学工学・粉体工学研究発表会
    • 発表場所
      函館市
    • 年月日
      2008-01-25
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Taylor-Couette渦流れ内培養における光合成微生物の光合成能力と増殖特性2008

    • 著者名/発表者名
      賀集 拓, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      第17回化学工学・粉体工学研究発表会
    • 発表場所
      函館市
    • 年月日
      2008-01-25
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] アスペロクト比の小さいTaylor-Couette渦による固液混合相の濾過実験2008

    • 著者名/発表者名
      阿部裕貴, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      日本機械学会北海道支部第47回講演会講演概要集
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] 低アスペロクト比固液混相流Taylor渦の超音波による速度計測2008

    • 著者名/発表者名
      小林広精, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      日本機械学会北海道支部第47回講演会講演概要集
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] 低アスペクト比Taylor渦の数値解析と可視化実験による振動特性について2008

    • 著者名/発表者名
      長井明寛, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      日本機械学会北海道支部第47回講演会講演概要集
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] 光合成微生物を含む低アスペクト比TVFの流れ場計測2008

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹, 安井砂雄, 新部智由, 高橋秀治, 木倉宏成, 有冨正憲
    • 学会等名
      可視化情報学会全国講演会講演要旨集
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] Taylor-Couette渦流れ内における光合成微生物の培養実験2008

    • 著者名/発表者名
      安井砂雄, 木倉宏成, 河合秀樹
    • 学会等名
      第36回可視化情報シンポジウム講演論文集
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] 超音波を用いた孤立混合領域の測定2008

    • 著者名/発表者名
      新部智由, 木倉宏成, 河合秀樹
    • 学会等名
      第36回可視化情報シンポジウム講演論文集
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] Taylor-Couette流れの粒子挙動のシミュレーションと超音波計測2008

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹, 小林広精, 長井明寛, 高橋洋志
    • 学会等名
      化学工学会第40回秋季大会研究発表講演要旨集
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] Taylor-Couette渦流れ内培養における光合成微生物の光合成能力と増殖特性2008

    • 著者名/発表者名
      賀集拓, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      第17回化学工学・粉体工学研究発表会講演要旨集
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] アスペクト比の小さいTaylor-Couette渦による固液混合相の濾過実験2008

    • 著者名/発表者名
      中村渉, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      第17回化学工学・粉体工学研究発表会講演要旨集
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] 数値解析と可視化実験によるTaylor渦の流体解析2008

    • 著者名/発表者名
      菊池拓矢, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      第17回化学工学・粉体工学研究発表会講演要旨集
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] Velocity Measurement of Solid-liquid Phased Taylor-Couette Vortex Flows with a Short Annulus2008

    • 著者名/発表者名
      Hideki Kawai, Hiroshi Takahashi, and Hiroshige Kikura
    • 学会等名
      International Workshop on Process. Intensification 2008
    • 発表場所
      Tokyo
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Taylor-Couette流れの粒子挙動のシミュレーションと超音波計測2008

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹,小林広精,長井明寛,高橋洋志
    • 学会等名
      化学工学会第40回秋季大会
    • 発表場所
      仙台
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 超音波を用いた孤立混合領域の測定2008

    • 著者名/発表者名
      新部智由, 木倉宏成, 河合秀樹
    • 学会等名
      第36回可視化情報シンポジウム
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Taylor-Couette渦流れ内における光合成微生物の培養実験2008

    • 著者名/発表者名
      安井砂雄, 木倉宏成, 河合秀樹
    • 学会等名
      第36回可視化情報シンポジウム
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 光合成微生物を含む低アスペクト比TVFの流れ場計測2008

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹, 安井砂雄, 新部智由, 高橋秀治, 木倉宏成, 有冨正憲
    • 学会等名
      可視化情報学会全国講演会
    • 発表場所
      釧路
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 光合成微生物の低アスペクト比Taylor渦による培養実験2007

    • 著者名/発表者名
      安井砂雄, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      日本機械学会北海道支部第46回講演会
    • 発表場所
      函館市
    • 年月日
      2007-09-29
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 低アスペクト比Taylor渦内における微粒子軌道の発現とその超音波計測2007

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹, 新部智由, 高橋洋志, 木倉宏成
    • 学会等名
      可視化情報学会全国講演会
    • 発表場所
      岐阜市
    • 年月日
      2007-09-26
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 数値解析を用いたTaylor渦の流体解析2007

    • 著者名/発表者名
      菊池拓矢, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      化学工学会第39回秋季大会
    • 発表場所
      札幌市
    • 年月日
      2007-09-13
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 高集塵効率・低圧力損失の複層式グラニュラフィルター2007

    • 著者名/発表者名
      深田久智, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      化学工学会第39回秋季大会
    • 発表場所
      札幌市
    • 年月日
      2007-09-13
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Taylor-Couette渦流れにおける光合成微生物の増殖特性2007

    • 著者名/発表者名
      賀集拓, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      化学工学会第39回秋季大会
    • 発表場所
      札幌市
    • 年月日
      2007-09-13
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] アスベクト比の小さいTaylor渦による固液混合相の濾過実験2007

    • 著者名/発表者名
      中村 渉, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      化学工学会第39回秋季大会
    • 発表場所
      札幌市
    • 年月日
      2007-09-13
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 低アスペクト比Taylor渦内における微粒子軌道の発現とその超音波計測2007

    • 著者名/発表者名
      河合秀樹, 新部智由, 高橋洋志, 木倉宏成
    • 学会等名
      可視化情報学会全国講演会講演要旨集
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] 光合成微生物の低アスペクト比Taylor渦による培養実験2007

    • 著者名/発表者名
      安井砂雄, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      日本機械学会北海道支部第46回講演会講演概要集
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] 数値解析を用いたTaylor渦の流体解析2007

    • 著者名/発表者名
      菊池拓矢, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      化学工学会第39回秋季大会研究発表講演要旨集
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] Taylor-Couette渦流れにおける増殖特性2007

    • 著者名/発表者名
      賀集拓, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      化学工学会第39回秋季大会研究発表講演要旨集
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] アスペクト比の小さいTaylor渦による固液混合相の濾過実験2007

    • 著者名/発表者名
      中村渉, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      化学工学会第39回秋季大会研究発表講演要旨集
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] UVPおよびUTDCを用いたアスペクト比の小さいTaylor渦の速度計測2007

    • 著者名/発表者名
      新部智由, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      日本混相流学会年会講演論文集
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] UVPおよびUTDCを用いたアスペクト比の小さいTaylor渦の速度計測2007

    • 著者名/発表者名
      新部智由, 河合秀樹, 高橋洋志
    • 学会等名
      日本混相流学会
    • 発表場所
      札幌市
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2007-04-01   更新日: 2016-04-21  

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