DE3533099A1

DE3533099A1 - Waermetauscher fuer eine brennstoffbeheizte waermequelle

Info

Publication number: DE3533099A1
Application number: DE19853533099
Authority: DE
Inventors: Peter 5609 Huckeswagen Lübke; Horst 5632 Wermelskirchen Schneider
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1984-09-26
Filing date: 1985-09-17
Publication date: 1986-04-03
Also published as: NL187321B; BE903313A; ATA304384A; NL8502565A; FR2570806B1; DE8526499U1; CH671095A5; FR2570806A1; AT386480B; NL187321C

Description

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Wärmetauscher für eine brennstoffbeheizte Wärmequelle

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für eine brennstoffbeheizte Wärmequelle mit einem Gehäuse, das ein Wärmetauscherelement und Ein- und Auslässe für abzukühlendes Abgas einerseits und aufzuheizende Luft andererseits aufweist. Hierbei ist dieser Wärmetauscher als ein Sekundärwärmetauscher zu verstehen, der im Abgaspfad der brennstoffbeheizten Wärmequelle, die im übrigen als Durchlauf-Wasserheizer, UmI auf -wässef'nei zer oder Kessel ausgebildet sein kann, dem eigentlichen Wärmetauscher nachgeschaltet ist. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß dem Abgas_s das diesen Primärwärmetauscher verläßt, noch ausreichend Wärmeenergie innewohnt, die es auszunutzen gilt, wobei auch die Kondensationswärme noch zur Nutzung kommen soll.

Ein solcher Wärmetauscher nebst brennstöffbeheizter Wär-

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mequelle ist zum Beispiel bekannt aus der DE OS 3244373. Hierbei handelt es sich um eine prinzipielle Ausführung einer Heizungsanlage, die einmal über einen Wasserpfad Radiatoren besitzt, die vom UmI auf-Wasserheizer mit Warmwasser versorgt werden und zum zweiten gibt es eine Umluft- oder Frischluftheizung, die über den näc^ges«..,:T · teten Wärmetauscher versorgt wird. Bei der vorliegenden Erfindung geht es aufgabenmäßig darum, den eigentlichen nachgeschalteten Wärmetauscher baulich auszugestalten und ihn an die brennstoffbeheizte Wärmequelle anzupassen.

Die Aufgabe wird gelöst, indem der Anschluß für den Abgaseinlaß an der Unterseite zentrisch oder exzentrisch, die Luftanschlüsse für Ein- und Auslaß an den Seiten und der Abgasauslaß an der Rückseite des Gehäuses des Wärmetauschers angeordnet sind. Wahlweise kann der Luftauslaß in der Vorderseite 50 angeordnet werden.

Bevorzugt wird der Wärmetauscher baulich mit einem Gas-Wasserheizer vereinigt, der ein Gebläse aufweist. Die bauliche Vereinigung zielt insbesondere darauf ab, das Gehäuse des Wärmetauschers so zu gestalten, daß die Fluchtmaße des Gas-Wasserheizers eingehalten werden und daß der Wärmetauscher oben auf den Kopf des Gas-Wasserheizers aufgesetzt wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Wärmetauscherele-

ment sich aus zwei Elementteilen zusammensetzt, von denen eines zur Abkühlung des Abgases und das andere zur weiteren Abkühlung und Kondensation der Abgase vorgesehen ist.

Hieraus erzielt man als Vorteil, daß nur der Kondensationsbereich aus einer korrosionsresistenten Metalllegierung zu fertigen ist. 7^J

Mit weiteren Vorteilen sind die beiden Teilelemente * ?/

nebeneinander angeordnet und im Kreuzgegenstrom zur J

Luft vom Abgas durchströmt. Hiermit erreicht man, daß die aufzuheizende Frisch- oder Umluft mittels eines einfachen parallelen Rohrbündels sowohl zuerst durch den Kondensationsbereich und dann durch den Abkühlungsbereich des Wärmetauschers hindurchgeführt werden kann '--, und daß man immer eine maximale Temperaturdifferenz zwischen beiden Medien besitzt. Somit ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad und durch die tiefe Eintrittstemperatur der Frischluft auch eine gute Kondensationswirkung.

Weiterhin weist das Abkühlungsteilelement wenigstens zwei Umlenkungen auf. Durch diese Gestaltung kann man das heiße Abgas unten in das Teilelement eingeben und erreicht., daß der Abgasauslaß aus diesem Teilelement im oberen Bereich des Teilelements stattfindet. Schließlich ist es vorteilhaft, wenn das Kondensationselement vom Ab-

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gas in Schwerkraftrichtung durchströmt wird. Diese Maßnahme steht im engen Zusammenhang mit der eben geschilderten Ausgestaltung, hierbei wird das Abtropfen des Kondensats durch den Gleichstrom erleichtert. Das abtropfende Kondensat fließt in die Richtung niedrigeren Temperaturniveaus der Lamellenrohre. Das bedingt aber, ,daß der Abgaseinlaß in den Kondensationsbereich des "Wärmetauschers oben stattfindet.

"Mit weiterem Vorteil bestehen alle Teile im Kondensationsbereich des Wärmetauschers aus einer Aluminium-'Magnesium-Legierung, insbesondere aus einer Legierung der Gruppe ALMGl-3.

Es ist weiterhin sehr zweckmäßig, wersn unterhalb des Kondensationselements eine Kondensatauffangschale angeordnet ist, deren Unterseite im Bereich eines Frischluftpfades zur brennstoffbeheizten Wärmequelle angeordnet ist. Hierdurch erzielt man einerseits eine Vorwärmung der Luft, die anschließend in den Verbrennungsbereich der brennstoffbeheizten Wärmequelle gelangt. Hiermit wird der Wirkungsgrad dieser brennstoffbeheizten Wärmequelle angehoben. Weiterhin erreicht man eine noch weitere Abkühlung des Kondensats in der Kondensatauffangschale. Aus beiden Maßnahmen resultiert eine zusätzliche Energieauswertung.

Besonders vorteilhaft ist es, den Abgaseinlaß und -auslaß von einem ringförmig angeordneten Frischluftein- und -auslaß umgeben zu lassen, wobei die Verbindung dieses Ein- und Auslasses über einen Raum unterhalb der Kondensatauffangschale erfolgt. Durch diese Maßnahme kann man ein von einem Kamin unabhängiges Gerät schaffen, das Iei'diglich durch einen Mauerdurchbruch die Luft aus-der At.-'" mosphäre zur Verbrennung des Brennstoffs im Gerät ansaugt und anschließend die Verbrennungsprodukte nach einer ersten Abkühlung im Primärwärmetauscher und einer zweiten Abkühlung in dem die Erfindung bildenden Sekundärwärmetauscher wieder nach draußen gibt.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der nun folgenden Beschreibung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren eins bis sechs der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur eins die Außenansicht eines Gas-Wasserheizers mit dem Wärmetauscher,

Figur zwei einen Querschnitt durch den eigentlichen Wärmetauscher,

Figur drei eine Draufsicht des Wärmetauschers,

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- 6 Figur vier eine Seitenansicht des Wärmetauschers,

Figur fünf eine Ausbildung des Wärmetauschers mit konzentrischem Luft-/Abgasweg und

Figur sechs eine weitere Ansicht der Ausführung nach Figur fünf.

allen sechs Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

An der Figur eins ist ein Umlauf-Wasserheizer dargestellt, der zur Speisung sowohl einer Warmwasser-Zentralheizungsanlage als auch zum Bereiten warmen Gebrauchswassers dient. Dieser Umlauf-Gas-Wasserheizer besitzt ein Gehäuse 1, was aus emailliertem oder lackiertem Blech besteht, das im wesentlichen quaderförmige Gestalt hat. Dieses Gehäuse hat einen unteren Bereich 2, dessen Vorderseite als Tür ausgebildet ist, nach deren Offnen eine Vielzahl von Regel- und Einstellarmaturen zugänglich wird. Der mittlere Bereich 3 umschließt etwa den Primärwärmetauscher, in dem die Abgase des Brenners in Wärmetausch mit dem aufzuheizenden Wasser gebracht werden. Auf die Bereiche 2 und 3 ist ein Gehäuse 4 aufgesetzt, in dem 'der eigentliche Sekundärwärmetauscher untergebracht ist, •demdas Abgas zugeführt wird, das im Primärwärmetauscher in einer ersten Stufe heruntergekühlt wurde. Das Gehäuse

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4 ist so gestaltet, daß es dieselben Breiten- und Tiefenabmessungen besitzt wie das Gehäuse 1, die Höhe richtet sich nach dem Leistungsbereich, der in dem Wärmetauscher umzusetzen ist. Das Gehäuse 4 ist aus dem gleichen Material gefertigt wie das Gehäuse 1 und ist in der gleichen Art und Weise veredelt, beispielsweise emailliert oder lackiert. Die Oberseite des Gehäuses 4 wird von dem eigentlichen Wärmetauscherelement 5 überragt, was an dieser Stelle aus dem Gehäuse 4 herausschaut. Das Gehäuse 4 weist die gleichen Abmessungen auf wie der Türbereich an der Unterseite des Gehäuses 1 und ist bevorzugt sogar aus den gleichen Teilen hergestellt.

Die Figur zwei zeigt einen Schnitt in senkrechter Richtung durch das Wärmetauscherelement 5, das eine Unterseite 10, eine Oberseite 11 und Seitenv/ände 12 und 13 aufweist. Die Vorderseite, die den Luftauslaß aufnehmen kann, ist zum Teil weggeschnitten, die Hinterwand bildet den Boden 14. Die Hinterseite 14 weist den Abgasauslaß 15 in Form eines Stutzens auf, der an einen Kamin oder einen Mauerkasten angeschlossen ist. Der Abgaseinlaß 16 befindet sich an der Unterseite 10. Er ist dem Abgasauslaß aus dem Gehäuse 1 zugeordnet. Der Abgaseinlaß bildet ein Rohr 17 mit Kreisquerschnitt, das eine erste Wand 18 -nter Freilassung eines Ringspaltes 19 durchdringt und nach Passieren einer zweiten Wandung 20, die parallel

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zur Unterseite 10 verläuft, in einem Winkel von 90° nach rechts umgelenkt wird. Nach der Umlenkung steht der Innenraum 21 des Abgaseinlasses 16 mit einem waagerecht verlaufenden Kanal 22 in Verbindung, der im Bereich des Bodens zur rechten Seitenwand 12 hin verläuft. Im Abstand von der Seitenwand 12 verläuft eine senkrechte Wand 23, an der der Kanal 22 um 90° nach oben abknickend bei 24 verläuft und dort einen Einlaß 25 für ein Abkühlungselement 26 des Wärmetauschers bildet. Der eigentliche Wärmetauscher besteht aus dem Abkühlungselement 26 und aus dem links daneben unmittelbar angeordneten Kondensationselement 27. Das Abkühlungselement 26 dient nur dazu, die Temperatur der durchziehenden Abgase zu erniedrigen, wobei aber hier in der Regel kein Kondensat ausfällt. Das AbkUhlungselement 26 ist ein Lamellenrohrbündel-Wärmetauscher, der zwei Umlenkungen 23 und 29 aufweist, so daß sich drei Kanäle 30, 31 und 32 für das Abgas bilden, die in Serie liegen, wobei der Kanal 30 vom Abgas in Aufwärtsrichtung, der Kanal 31 in Abwärtsrichtung und der Kaaal 32 wieder in Aufwärtsrichtung durchströmt werden. Das Abkühlungselement wird von einer Vielzahl von Rohren 33 durchsetzt, die alle parallel zueinander in waagerechter Richtung verlaufen. In diesen Kanälen wird die Luft von der linken Seitenwand 13 zur rechten Seitenwand 12 transportiert, sie wird hier im

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Kreuzgegenstrom vom Abgas aufgeheizt.

Nach Verlassen des Kanals 32 folgt im Abgasweg eine weitere UmlenkungsstelIe 34, an die sich der Einlaß des Kondensationselements anschließt, was vom Abgas in Abwärtsrichtung durchströmt wird. Hierbei liegen demgemäß die Abtropfrichtung des Kondensats und die Gasströmrichtung gleich, was das Abtropfen des ausgeschiedenen Kondensats erheblich erleichtert. Im Bereich des Kondensationselements liegt an dessen Unterseite, die von einer Abtropfwanne 35 begrenzt wird, der Abgasauslaß 15. Die Kondensatauffangwanne ist geneigt zu einem Mittenbereich 36 hin, an den sich eine Kondensatabflußleitung 37 anschließt. Da der Gas-Wasserheizer mit Erdgas betrieben wird, kann das Kondensat ohne weiteres in die Abwasserleitung gegeben werden. Auf der dem Abkühlelement 26 abgewandten Seite ist das Kondensationselement 27 von einer Wandung 38 begrenzt, die im Abstand zur Seitenwand 13 steht. Zwischen der Seitenwand 13 und der Wand 38 ist eine Lufteinlaßkammer 39 vorgesehen, in der ein Gebläse 40 angeordnet ist. Dieses Gebläse dient ausschließlich zum Transportieren der aufzuheizenden Luft durch den Wärmetauscher. In der Luftkammer kann dem Einlaßstutzen des Gebläses 40 oder der Wärmetauscherwand 38 ein Filter vorgeschaltet sein. Die Einlaßöffnung in die Luftkammer kann an der Seitenwand 13 oder an der Geräteoberseite

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oder an der Rückseite vorgesehen sein. Auf der rechten Seite des Gerätes ist zwischen der Seitenwand 12 und der ,Wand 23 eine Luftauslaßkammer 41 vorgesehen, aus der die Luft in den Aufstellungsraum austritt. Der Luftaustritt ist durch ein Gitter 42 abgeschirmt, das an dem Frontblech 50, der Seitenwand 12 oder an der Oberst", ie cc.·. Gerätes angeordnet sein kann.

Zwischen der Wand 20 und der Kondensatauffangwanne 35 iiC ein Raum 43 gebildet, der seitwärts durch den unteren Bereich der Wand 38 und dem Trennblech 59 begrenzt wird. Dieser Raum 43 steht über eine öffnung 44 in der Wand 20 mit dem Ringraum 19 in Verbindung,. Des weiteren kann der Raum 43 mit einer Luftansaugöffnung in Verb'ndung gebracht werden, die aber ihrerseits nicht mit dem Aufstellungsraum des Gerätes korrespondiert, sondern beispielsweise über einen Mauerkasten mit der Atmosphäre öder über einen gesonderten Karninzug mit asr Atmosphäre über dem Dach des Hauses, in dem das Gerät aufgestellt wird. Somit fließt durch den Raum 43 Frischluft, mit dieser Frischluft wird die Kondensatauffangwanne und damit • das abfließende Kondensat gekühlt,, Hiermit erreicht man eine Aufheizung der dem UmI auf-Wasserheizer zuzuführenden Frischluft und damit eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades "ier Gesarrrcanl age, bestehend aus Umlauf-Wasserheizer und Luftheizung.

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Der Umlauf-Wasserheizer besitzt ein Abgasgebläse, das demgemäß die Luft aus der Atmosphäre über den Raum 43, die öffnung 44 und den Ringraum 19 ansaugt und nach Ausnutzung des Sauerstoffgehalts dieser Luft als Abgas über die 'Öffnung 16 den Kanal 22 die beiden Wärmetauscher-Teilelemente 14 und 26 über den Stutzen 15 wieder an die Atmosphäre zurückgibt. ~_t

Die Figur drei zeigt einen Schnitt durcn den Wärmetauscher 5 in waagerechter Richtung. Hierbei ist demgemäß die Vorderseite 50 zu erkennen, die dem Aufstellungsraum des Gerätes zugewandt ist. Darüber hinaus ist noch zu erkennen, daß der Abgaseinlaß 17 von einem äußeren Rohr 51 umgeben ist, was den Frischluftkanal für den Umlauf-Wasserheizer begrenzt. Man sieht auch, daß der Abgasauslaß 15 zu einem Umlenkgehäuse 52 geführt ist, an das das eigentliche Abgasrohr 53 sich anschließt. Der Ausblasstutzen 54 des Gebläses 40 ist gut zu erkennen, gleichermaßen das Luftfilter 55, das sich an die Wand 38 anlegt, und zwar im Innenrauin der Luftkammer 39.

Aus der Figur vier geht eine Seitenansicht des Gehäuses des Wärmetauschers 5 hervor, und zwar eine Ansicht auf die Lu^tkammer 39. Hierbei ist das Gebläse 40 in Ansicht samt seines Stutzens 54 gut zu erkennen. Es ist weiterhin zu ersehen, daß die Mitte des Abgas-Umlenkkopfes 52 und

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die fiitte des Gebläses 40 auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.

Die AusfUhrungsbeispiele nach den Figuren fünf und sechs stellen eine Variante zu denen nach den Figuren drei und vier dar, da in den Figuren drei und vier ein einfacher ,,> Abgasweg im Bereich der Leitungen 15 und 53 dargestellt ist. Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren fünf und sechs ist aber hier ein konzentrischer Abgasluftweg gezeichnet, ein solches Gerät dient insbesondere zum Anschluß an kaminlose Wohnungen über einen Mauerkasten, der sich in einer Gebäudeaußenwandung befindet. Hierbei ist

t Ader Auslaß aus dem Umlenkkopf 52 als konzentrisches "Doppelrohr ausgebildet, wobei das eigentliche Abgasrohr 53 das innenliegende Rohr bildet, das von einem außen-

. liegenden Rohr 57 umgeben ist. Der Innenraum des Rohres 53 bildet den Abgaskanal, der Ringraum 58 zwischen den Rohren 53 und 57 die Frischluft-Zufuhrleitung. Dieser Ringraum 58 steht mit dem bereits erwähnten Raum 43 in Verbindung, vergleiche Figur zwei. Mit Vorteil ist der Umlenkkopf 52 verdrehbar ausgebildet, so daß das Abgasrohr beziehungsweise die Kombination aus Abgas- und Frischluftrohr um 360° gedreht werden kann₉ so daß entweder der Abgasanschluß alleine oder der kombinierte Abgas- und Frischluftanschluß sowohl nach oben als auch nach beiden Seiten gerichtet werden kann, um ein univer-

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selΊes Anschließen des Gerätes zu ermöglichen

Weiterhin weist der Umlenkkasten 52 ein Deckblech 60 auf, das in der gezeigten Version einen rückwärtigen Luft-Abgas-Anschluß verschließt. Das Deckblech kann bei Bedarf mit den seitlich geführten Querschnitten der Rohre 53 und ^ ■ '- 57 .verta^is'cht-werden;- so daß.sich die Frischluftzufuhr-,;^-^, "und Abgasabfuhrleitung rückwärts anschließt. "~ ~ ^ ~ _u

Claims

.... Joh, .yAiUan.fi.

u. Co.

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Ansprüche

Wärmetauscher für eine brennstoffbeheizte Wärmequelle mit einem Gehäuse, das ein Wärmetauscherelement und Ein- und Auslässe für abzukühlendes Ä'Äbgas einerseits und aufzuheizende Luft andererseits aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der ^Anschluß (17) für den Abgaseinlaß (16) an der Unterseite (10), die

LuftanschTüsse für Ein- und Auslaß an den Seiten (12, 13) und der Abgasauslaß (15) an der Rückseite (14) angeordnet sind.

Die bauliche Vereinigung eines Abgas-Frischluft- beziehungsweise Umluftwärmetauschers mit einem mit einem Gebläse versehenen Gas-Wasserheizer, wobei die Breiten- und Tiefenabmessungen

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des Gehäuses des Wärmetauschers (5) mit dem des Gas-Wasserheizers übereinstimmen.

3. Wärmetauscher für eine brennstoffbeheizte Wärmequelle mit einem Gehäuse, das ein Wärmetauscherelement und Ein- und Auslässe für abzukühlendes Abgas einerseits und aufzuheizende Luft andererseits aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherelement (5) sich aus zwei Elementteilen (26, 27) zusammensetzt, von

'denen eins zur Abkühlung der Abgase ausschließlich und das andere vorwiegend zur Kondensation des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes vorgesehen ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch eins oder drei, da- ,-, durch gekennzeichnet, daß die beiden Teilelemente (26, 27) nebeneinander angeordnet sind und im Kreuzgegenstrom zur Luft vom Abgas durch-

'" strömt sind.

*5. Wärmetauscher nach Anspruch vier, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühlungsteilelement (26) wenigstens zwei Umlenkungen (28, 29) aufweist.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche eins oder vier, dadurch gekennzeichnet, daß das Konden-

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sationselement (27) vom Abgas in Schwerkraftrichtung durchströmt ist.

7. Wärmetauscher nach Anspruch drei oder sechs, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teile im Kondensationsbereich aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung, insbesondere einer der Legierungen ALMGl-3 bestehen.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche eins, drei, sechs oder sieben, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Kondensationselementes (27) eine Kondensatauffangschale (35) angeordnet ist, deren Unterseite im Bereich einer Frischluftzulei tung (43) zur brennstoffbeheizten Wärmequelle angeordnet ist.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche eins bis acht, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaseinlaß- und -auslaß (17, 53) von einem ringförmig angeordneten Frischluftein- und -auslaß (51, 57) umgeben ist, wobei die Verbindung dieses Ein- und Auslasses über einen Raum (43) unterhalb der Kondensatauffangschale erfolgt.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche eins bis neun, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühl -

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element (26) mit dem Abgaseinlaß (16) über einen in der Nähe der Unterseite (10) des Gehäuses (4) , angeordneten waagerechten Kanal (22) verbunden ist und daß sich der Bereich des Abkühlelementes

f (26), dessen Einlaß dem Abgaseinlaß (25) zugewandt ist, unmittelbar benachbart einer Luft-,austritts-Sammelkammer (41) angeordnet ist.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche eins bis zehn, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasauslaß (53) vom Frischlufteinlaß (57) ringförmig umschlossen ist und daß diese Anordnung

seitlich öder rückwärtig ausgeführt werden kann, wobei der nicht benötigte Einlaß-/ Auslaßquerschnitt mit einem Deckblech (60) verschlossen wird.