CN101489450A - 具有对加热水的加热装置的操作进行控制的恒温器的饮料制备机 - Google Patents

Abstract

一种饮料制备机包括煮器(10)，其具有用于容纳一些水的容器(20)和用于加热水的加热元件(30)。在该饮料制备机的操作期间，希望将水温保持在预定范围内。因此，借助于用于对供能给加热元件(30)的电子电路进行闭合或断开的恒温器(40)，来控制该加热元件(30)的操作。为了以足够精确的方式控制恒温器(40)，恒温器(40)的温度检测元件(41)适用于检测容器(20)的壁(26)中连接至该加热元件(30)的部分(31)的温度。由于此位置能够以相对快的速度加热，所以补偿了温度检测的延迟，并且减小了恒温器(40)的滞后效应。

Description

具有对加热水的加热装置的操作进行控制的恒温器的饮料制备机

技术领域

本发明涉及用于分发热液体的设备，该设备包括：

-煮器，其具有用于容纳液体的内部空间，和用于向该液体供热的加热装置；

-供能电路，其包括用于对煮器的加热装置进行供能的加热电路；

以及

-布置在加热电路中并能够断开或闭合加热电路的开关设备与温度检测元件的组合，该组合适用于在检测到的温度高于预定值时断开加热电路，以及在检测到的温度低于预定值时闭合该加热电路。

具体地，本发明适用于制备热饮的设备。

背景技术

在制备热饮的过程中，水温是重要因素。在基于一些磨碎的咖啡豆和热水制备咖啡的过程的情况下，更是如此。在这种情况下，为了得到对磨碎的咖啡豆的良好提取，优选的是：在咖啡制备过程中使用的水温在90度到96度之间。

在很多情况下，咖啡机包括煮器，该煮器具有用于容纳水的内部空间和用于向水供热的加热装置。这种煮器能够以适当温度存储水，并出于进行咖啡冲泡过程的目的而通过引导水通过一些磨碎的咖啡豆来分发热水。

通常，根据现有技术水平，出于控制煮器的加热装置的目的，应用了包括负温度系数传感器(NTC传感器)的控制电路。借助于这样的控制电路，可以检测煮器内部的水温，并且以适用于将水温保持在90度到96度范围内的方式对加热装置进行开和关。归因于NTC传感器的低质量(mass)、高灵敏度和低容限范围，非常可能以高精确度来控制煮器内的水温。甚至在具有包括NTC传感器的控制电路的咖啡机已经批量生产的情况下，也是如此。

发明内容

尽管应用了出于控制咖啡机的煮器内水温的目的而包括NTC传感器的控制电路产生了非常好的结果，但是期待以简单经济可用的恒温器来取代此控制电路，以便降低咖啡机的价格。在这种情况下，布置了恒温器，以基于检测到的煮器内的水温的值来开关煮器的加热装置。

然而，由于与简单恒温器相关联的温度检测的滞后和延迟较大，不可能一方面用恒温器替代控制电路和NTC传感器且另一方面维持对煮器内的水温进行控制所需的精确度。当恒温器用于直接检测水温时，即，在被检测的参数与将被控制的参数一样的情况中，更是如此。

本发明的目的在于一种方案，根据该方案，可以出于以足够精确的方式控制用于制备热饮的饮料制备机的煮器内的水温的目的，而应用简单的恒温器。应当注意，此简单的恒温器可以是这样的恒温器，其例如具有±5度的截止容限，和10度到25度的滞后。

此目的通过一种设备实现，该设备包括：

煮器，其具有用于容纳液体的内部空间和用于向液体供热的加热装置；

供能电路，其包括用于供能给煮器的加热装置的加热电路；以及

布置在加热电路中并能够断开或闭合加热电路的开关设备与温度检测元件的组合，该组合适用于在检测到的温度高于预定值时断开所述加热电路，以及，在检测到的温度低于预定值时闭合所述加热电路；

其中，温度检测元件适用于在能够以煮器内的液体所能够加热的平均速度更高的速度进行加热的煮器位置处检测温度。

根据本发明，用于与出于断开或闭合用于供能给煮器的加热装置的加热电路的目的而使用的开关设备组合的温度检测元件被布置，以能够检测能够在加热装置处于操作状态时比煮器内的液体更快地加热的煮器位置处的温度。特别地，此位置的加热速度比液体的平均加热速度快。

在能够以比煮器内液体所能加热的平均速度更高的速度加热的煮器位置处检测温度，以及基于检测到的温度操作开关设备，这些构思具有很多益处。在以下陈述若干这些益处中。

首先，可以具有用于将开关设备置于开路位置(即，用于关闭该开关设备)的较高的设定点值。因此，可以具有用于将开关设备置于闭合位置(即，用于接通该开关设备)的较高的设定点值，由此弥补了滞后。

第二，可以应用这样的开关设备：其具有相对低的质量，且在其接口处具有相对低的热传导效率。由于这样的事实，即在其处检测温度的位置比煮器内的液体更快地加热，所以由开关设备的质量引起的延迟和开关设备接口处的热传导效率损失得以补偿。

第三，可以使用温度检测元件，从而达到检测煮器的加热装置的温度的目的。在这种情况下，开关设备和温度检测元件的组合可以附加地作为加热器保护，用于在煮器中没有液体时关闭该加热装置，使得不需要为此目的而应用附加的部件。温度检测元件可以直接与煮器的加热装置接触，但是还可以使温度检测元件与煮器中连接至加热装置的容器壁的一部分接触。

总之，通过检测煮器位置(其能够以比煮器内的液体所能加热的平均速度更高的速度加热的煮器位置处的温度，其中此位置的温度直接依赖于煮器的加热装置的操作，便可以与直接检测煮器内的液体的差不多平均温度相比以更高的精确度控制开关设备。因此，当将本发明付诸使用时，可以使用相对简单的恒温器，其中不需要使用具有NTC传感器等的控制电路。

根据实际的可能性，在煮器的加热装置例如通过焊接或者硬焊在煮器内部连接至煮器的容器壁的一部分时，温度检测元件可以这样布置为在煮器外侧与煮器的容器壁的这部分接触。即热装置与煮器的容器壁的该部分之间的连接例如可以借助于热桥建立。然而，加热装置可以直接连接至煮器的容器壁。

在本发明的范围内，温度检测元件还可通过煮器的容器的一部分中的开口与加热装置接触。在这种情况下，开关设备和温度检测元件的组合还适用于作为加热器保护，用于在煮器中没有液体并且一旦接通加热装置则加热装置的温度快速上升至危险高水平时，关闭该加热装置。

根据另一可能性，温度检测元件在接近煮器加热装置的位置被布置在煮器的容器壁中，并且出于将液体引导至温度检测元件的目的，将偏流装置布置在煮器的容器中。在这个根据本发明的设备实施方式中，温度检测元件用于检测位于加热装置周围且加热比煮器内的液体剩余部分高的液体的温度。

有利地，与温度检测元件相关联的煮器的位置不仅能够以比煮器内的液体所能加热的平均速度更高的速度加热，而且还能以比煮器内的液体所能冷却的平均速度更高的速度冷却。

通过检测当加热装置处于不操作状态时比煮器内液体更快冷却的煮器位置处的温度，可以应用涉及相对较大滞后效应的开关设备。由于在其处检测温度的位置比煮器内的液体冷却更快，所以将会在液体温度达到用于接通开关设备的设定点之前，接通开关设备并且供能给煮器的加热装置。这样，开关设备的滞后效应可以得到减小。

当温度检测元件与煮器的容器壁的一部分接触时，容器壁的邻近部分可以具有冷却肋片。这样，确保了煮器的容器壁在该处测量温度的部分的冷却速度高于煮器内的液体的平均冷却速度。

应当注意，在实际中，归因于冷液体比热液体重的事实，煮器的下部比煮器的上部更快地冷却。在与煮器的容器内表面接触的影响下，冷却的液体将会移动到煮器的下部。所以，在煮器的底部形成了较低温度的液体薄层。例如，当水被加热到90度以上，并且被允许自然冷却时，包含水的煮器的顶部和底部间的温差大约在7-12度。鉴于此，有利的是：将温度检测元件定位于煮器下部中接近加热装置的位置处，因为这种位置的加热速度和冷却速度比煮器内的液体的平均加热速度和平均冷却速度高。

在能够以比煮器内的液体所能冷却的平均速度更高的速度冷却的煮器位置处测量温度，对于控制布置在加热电路中的开关设备的精确度有益。优选的是：温度检测元件适用于检测能够以比煮器内的液体所能加热和冷却的平均速度更快的速度加热和冷却的煮器位置处的温度。然而，在执行温度测量的位置处的加热速度和冷却速度之一相对较高的情况下，就已经获得了有益效果。鉴于此，本发明还涉及用于分发热液体的设备，包括：

-煮器，其具有用于容纳液体的内部空间和用于向液体供热的加热装置；

-供能电路，其包括用于供能给煮器的加热装置的加热电路；以及

布置在加热电路中并能够断开或闭合加热电路的开关设备与温度检测元件的组合，该组合适用于在检测到的温度高于预定值时断开所述加热电路，以及在检测到的温度低于预定值时闭合所述加热电路；

其中温度检测元件适用于在能够以比煮器内的液体所能冷却的平均速度更高的速度进行冷却的煮器位置处检测温度。

为了实现根据本发明的相对低价的设备，优选的是：开关设备和温度检测元件的组合是商用的机械恒温器的一部分。在这种情况下，当应用了本发明时，仍然可以以足够精确度控制开关设备的操作，以便将煮器内的液体的温度保持在预定范围内。

参照以下描述的煮器和恒温器的多种组合，将对本发明的上述和其它方面进行阐述，并且所述的上述和其他方面将会变得清楚。

附图说明

现在，将参照附图更详细地解释本发明，在附图中，等同或者类似的部分由相同的附图标记表示，并且其中：

图1是示出了根据本发明的饮料制备机的恒温器检测到的温度与位于该饮料制备机的煮器内的水温之间关系的图示；

图2图示了根据本发明第一优选实施方式的饮料制备机的煮器和恒温器的截面图；

图3图示了根据本发明第二优选实施方式的饮料制备机的煮器和恒温器的截面图；

图4图示了根据本发明第三优选实施方式的饮料制备机的煮器和恒温器的截面图；以及

图5图示了根据本发明第四优选实施方式的饮料制备机的煮器和恒温器的截面图。

具体实施方式

在图1的基础上，阐明了当本发明付诸使用时所获得的效果，图1是示出了位于根据本发明的饮料制备机的煮器内的水的温度与恒温器在该饮料制备机的煮器位置处检测到的温度之间关系的图示。在该图中，代表随着时间的水温的实线由附图标记1指示，代表随着时间的检测到的温度的虚线由附图标记2指示。应当注意，该图示与这样的情况相关：恒温器的温度检测元件适用于检测能够以比位于该煮器内的水所能加热和冷却的平均速度更高的速度来加热和冷却的煮器位置处的温度。

当煮器内的加热过程开始且该煮器的加热装置进入操作状态时，该煮器内的水和在其处检测温度的位置都从共同的初始温度开始加热，其中在其处检测温度的位置的加热速度比水的平均加热速度高。从图1的左手部分A(其与煮器的加热装置的操作状态相关联)可见，在同一时段，所检测到的温度变得比水温高。

当检测到的温度达到恒温器的上限设定点时，煮器的加热装置被关闭。其结果是，煮器内的水和在其处检测温度的位置都被检测到冷却，其中在其处检测温度的位置的冷却速度比水的平均冷却速度高。从图1的中间部分B(其与煮器的加热装置的不操作状态相关联)可见，在同一时段，检测到的温度开始于比水温高的水平而终止于比该水温低的水平。

当检测到的温度达到恒温器的下限设定点时，煮器的加热装置被再次接通，并且煮器内的水和在其处检测温度的位置被再次加热。图1的右手部分C对应于该新加热过程的初始时间段。在饮料制备机操作期间，出于将水温保持在预定范围内的目的，对煮器内的水进行加热的过程和冷却该煮器内的水的过程是交替进行的。例如，该范围可以是90度到96度。

由于检测到用于控制恒温器的温度的位置是这样的位置：具有的加热速度和冷却速度比位于煮器内的水的加热速度和冷却速度更高，所以，事实上考虑了水温的放大型式。图1清楚地示出了：在煮器的加热装置操作的时间段A和C期间，检测到的温度的温度上升大于水温的温度上升，而在煮器的加热装置处于不操作状态的时间段B期间，检测到的温度的温度下降大于水温的温度下降。作为在对加热装置的状态更敏感的位置处检测温度的结果，可以精确地控制恒温器，从而将位于煮器内的水温保持在预定范围内。具体地，由于在其处检测温度的位置能够比水更快地加热，所以补偿了由恒温器质量和恒温器接口处的传热效率损失造成的温度检测延迟。而且，由于在其处检测温度的位置比水更快地冷却，所以煮器的加热装置在水温达到恒温器的下限设定点之前被再次接通，以继续加热过程，从而减小了恒温器的滞后效应。

图2-图5中每一个示出了根据本发明优选实施方式的饮料制备机的煮器10和恒温器40，从而示出了应用本发明措施的实际方式。

图2-图5的每一个中示出的煮器10和恒温器40都是用于制备热饮的饮料制备机的一部分。这种饮料制备机可以是例如能够在一些热水和一些磨碎的咖啡豆的基础上制备咖啡的咖啡机。除了用于容纳水并加热水的煮器10之外，已知类型的咖啡机还包括用于容纳水的水箱、用于容纳磨碎的咖啡豆的冲泡室，以及用于将水从水箱泵送到煮器10、以及从煮器10泵送到冲泡室的泵。在咖啡机操作期间，煮器10内的水被加热，并且保持在对于咖啡冲泡过程而言适当的温度。当泵操作时，将热水从煮器10转移到冲泡室，同时，将冷水从水箱转移到煮器10。在冲泡室中，热水流过磨碎的咖啡豆，便得到了咖啡。

由于本发明仅涉及饮料制备机的煮器10，并且出于将煮器10内的水的温度保持在预定范围内的目的而控制煮器10的加热装置30的方式，所以将不进一步解释根据本发明的饮料制备机的运行。

图2示出了根据本发明第一优选实施方式的饮料制备机的煮器10。煮器10具有用于容纳水的容器20和用于加热水的电加热元件30。容器20的外壳21包括金属的下壳和塑料的上壳23，它们彼此连接。在外壳21的下壳22中，布置了进水口24，而在外壳21的上壳23中，布置了出水口25。

在连接点31处，加热元件30被焊到容器20的外壳21的金属下壳22的直立壁26内部。在直立壁26的外部，布置了恒温器40，其中恒温器40的温度检测元件41在对应于连接点31的位置处与直立壁26接触。因此，恒温器40的温度检测元件41适用于：在加热元件30连接至下壳22的点31的位置处，检测容器20的外壳21的金属下壳22的温度。

恒温器40被布置在用于供能给加热元件30的电子电路中，并且能够从闭合位置却换到开路位置。只要恒温器40处于闭合位置，则用于供能给加热元件30的电子电路便闭合，并且加热元件30开始操作以产生热量。当恒温器40处于开路位置时，则用于供能给电子元件30的电子电路被断开，并且加热元件30进入不操作状态。

当恒温器40处于闭合位置时，并且温度检测元件41检测到的温度达到恒温器40的上限设定点时，恒温器40切换到开路位置。从那一时刻起，加热元件30便不产生任何热量，并且温度检测元件41检测到的温度降低。当此温度达到恒温器40的下限设定点时，恒温器40再次切换回闭合位置。在这个点，加热元件30被供能，使得检测到的温度再次升高。将恒温器40接通或关闭的过程，即，使恒温器置于闭合位置和开路位置的过程一直持续，直到不再需要将煮器10内的水的温度保持在某个水平为止。基于这样的事实，即，检测到的温度是容器20的外壳20的金属下壳22在加热元件30连接至下壳22的点31的位置处的温度，而不是平均水温，所以加热元件30的操作得到了精确地控制，正如前已经解释过的那样。在这方面，出于完整性的目的，需要注意：金属下壳22的加热速度和冷却速度都比煮器10内的水的平均加热速度和平均冷却速度要快。

基于这样的事实，即，检测到的温度直接与加热元件30的温度而不是煮器10内的水温相关，所以恒温器40也适用于作为加热器保护，用于在加热元件30的温度由于煮器10内缺水而变得过高时断开用以供能给加热元件30的电子电路。

图3示出了根据本发明第二优选实施方式的饮料制备机的煮器10，其中该煮器10被以与饮料制备机的操作状态和方向相关联的方向示出。

与图2所示的煮器10相似，根据本发明第二优选实施方式的饮料制备机的煮器10包括容器20和电子加热元件30，其中容器20的外壳21包括下壳22和上壳23，其中入水口24被布置在外壳21的下壳22内，并且其中出水口25被布置在外壳21的上壳23内。煮器10具有倾斜的方向，其中容器20的外壳21的壳22和23的直立壁26与27与垂直方向成一定角度延伸。

恒温器40在煮器10的上部较下的角11处，附接至容器20的外壳21的上壳23外侧。恒温器40的温度检测元件41适用于检测上壳23的直立壁27中通过热桥32连接至加热元件30的部分31的温度。这样，就确保了通过恒温器40的温度检测元件41在其处检测温度的位置以比煮器10内的水更快的速度加热。出于确保通过恒温器40的温度检测元件41在其处检测温度的位置以比煮器10内的水更快的速度冷却，在容器20的外壳21的上壳23外部布置了冷却肋片(cooling fins)28。

为了完整性的目的，应注意：热桥32可以具有任何的形状和大小，并且可以包括任何适当的材料。

图4示出了根据本发明第三实施方式的饮料制备机的煮器10。与图2和图3中的煮器10相似，此煮器10包括容器20和电子加热元件30。

在容器20的外壳21的底部12，布置有开口13，其中恒温器40位于此开口13中，并且其中恒温器40的温度检测元件41与加热元件30直接接触。在所示示例中，O形环15被布置在通过开口13延伸的恒温器40周围，以便避免水从煮器10泄漏。

在饮料制备机的操作期间，加热元件30的加热和冷却可以直接由恒温器40的温度检测元件41检测到，其结果是：正如以上已经解释过的那样，可以用远比基于对煮器10内的水的温度的检测来控制恒温器40更精确的方式，对恒温器40的操作进行控制。

图5示出了根据本发明第四实施方式的饮料制备机的煮器10。与前述煮器10相似，此煮器10包括容器20和电子加热元件30。容器20的外壳21包括塑料下部22和金属上盖23，它们彼此连接。

在此示例中，恒温器40的温度检测元件41并未直接或间接地连接至加热元件30。而是温度检测元件41被布置在容器20的外壳21的塑料下部22的直立壁26中。而且，煮器10包括能够将加热元件30刚刚加热的水引导至恒温器40的温度检测元件41的偏流器42。在图5中，被加热的水的环流通借助于弯曲箭头以图解方式示出。由于刚刚已经由加热元件30加热并且引导到温度检测元件41的水以比煮器10内的水的平均加热速度更快的速度加热，所以恒温器40的操作以更加有利并且精确的方式被控制，如前文所述。

出于完整性的目的，应当注意：在本发明范围内，偏流器42可以具有任何形状，其中重要的在于：偏流器42能够引导热水顺着恒温器40的温度检测元件41离开加热元件30。

对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的范围并不限于前文中讨论的示例，而是可以在不脱离所附权利要求书定义的本发明范围的情况下存在若干改进和修改。尽管已经在附图和说明书中具体示出并描述了本发明，但是这种图示和描述仅仅应当被认为是说明性的或示例性的，而非限制性的。本发明并不限于所公开的实施方式。

其中，加热元件30的形状和煮器10的容器20的外壳21的形状并不重要，并且因此可以在本发明的范围内自由选择，只要没有使本发明的措施应用到煮器10中不可行即可。例如，容器20的外壳21可以包括两个壳22、23，但是也可以制备成一个部件。与很多已知加热元件类似，加热元件30可以包括用于在预定长度上实现足够的加热面积的线圈形部分。

应当理解，尽管将煮器10和恒温器40描绘成饮料制备机的一部分，具体地是适用于制备咖啡的饮料制备机，但是本发明可以应用于适于分发热液体的任何设备。

通过学习附图、说明书和所附权利要求书，实施要求保护的本发明的本领域技术人员可以理解并实现所公开实施方式的其它变体。在权利要求中，词语“包括”并不排除其它步骤或元件，而且非限定性冠词“一”或“一个”并不排除“多个”。以互不相同的独立权利要求陈述某些措施的这一事实并不表示这些措施的组合不能用来获益。权利要求中的任何附图标记不应视为对本发明范围的限制。

在上文中，已经描述了用于制备并提供一些热饮的饮料制备机，其包括煮器10，该煮器10具有用于容纳一些水的容器20和用于加热水的加热元件30。在饮料制备机的操作期间，期待的是将水温保持在预定范围内。因此，借助于对供能给加热元件30的电子电路进行闭合或断开，来控制加热元件30的操作。

为了以足够精确的方式控制恒温器40，恒温器40的温度检测元件41适用于检测煮器10中能够以比煮器10内的水所能加热和冷却的平均速度更高的速度加热和冷却的位置处的温度。这种位置的示例是煮器10的容器20的壁26、27中连接至加热元件30的部分31。在能够以相对快的速度加热的位置处进行温度测量的结果在于：补偿了温度检测的延迟，并且减小了恒温器40的滞后效应。

Claims (11)

1.一种用于分发热液体的设备，包括：

煮器(10)，其具有用于容纳液体的内部空间(20)和用于向所述液体供热的加热装置(30)；

供能电路，其包括加热电路，用于供能给所述煮器(10)的所述加热装置(30)；以及

开关设备(40)与温度检测元件(41)的组合，该开关设备(40)布置在所述加热电路中并能够断开或闭合所述加热电路，该组合适用于在检测到的温度高于预定值时断开所述加热电路，以及在检测到的温度低于预定值时闭合所述加热电路；

其中，所述温度检测元件(41)适用于在所述煮器(10)中能够以比位于所述煮器(10)内的液体所能加热的平均速度更高的速度进行加热的位置处检测温度。

2.根据权利要求1的设备，其中，所述煮器(10)的所述加热装置(30)在所述煮器(10)的内部连接至所述煮器(10)的所述容器(20)的壁(26，27)的部分(31)，以及其中所述温度检测元件(41)在所述煮器(10)的外部与所述煮器(10)的容器(20)的壁(26，27)的所述部分(31)接触。

3.根据权利要求2的设备，其中，所述煮器(10)的所述加热装置(30)与所述煮器(10)的容器(20)的壁(26，27)的所述部分(31)之间的连接是借助于热桥(32)建立的。

4.根据权利要求1的设备，其中，所述温度检测元件(41)通过所述煮器(10)的容器(20)的部分(12)中的开口(13)与所述加热装置(30)接触。

5.根据权利要求1的设备，其中所述温度检测元件(41)在接近于所述煮器(10)的所述加热装置(30)的位置处被布置在所述煮器(10)的所述容器(20)的壁(26)中，以及其中偏流装置(42)布置在所述煮器(10)的所述容器(20)中，从而达到将液体引导至所述温度检测元件(41)的目的。

6.根据权利要求1的设备，其中，与所述温度检测元件(41)相关联的所述煮器(10)的位置还能够以比位于所述煮器(10)内的液体所能冷却的平均速度更高的速度冷却。

7.根据权利要求6的设备，其中，所述温度检测元件(41)与所述煮器(10)的所述容器(20)的壁(27)的部分(31)接触，以及其中所述容器(20)的所述壁(27)的邻近部分设有冷却肋片(28)。

8.根据权利要求1至7任一项的设备，其中，所述开关设备(40)与所述温度检测元件(41)的组合是机械恒温器的部分。

9.一种用于分发热液体的设备，包括：

煮器(10)，其具有用于容纳液体的内部空间(20)和用于向所述液体供热的加热装置(30)；

供能电路，其包括加热电路，用于供能给所述煮器(10)的所述加热装置(30)；以及

开关设备(40)与温度检测元件(41)的组合，该开关设备(40)布置在所述加热电路中并能够断开或闭合所述加热电路，该组合适用于在检测到的温度高于预定值时断开所述加热电路，以及在检测到的温度低于预定值时闭合所述加热电路；

其中所述温度检测元件(41)适用于在所述煮器(10)中能够以比位于所述煮器(10)内的液体所能冷却的平均速度更高的速度进行冷却的位置处检测温度。

10.根据权利要求9的设备，其中，所述温度检测元件(41)与所述煮器(10)的所述容器(20)的壁(27)的部分(31)接触，以及其中所述容器(20)的所述壁(27)的邻近部分设有冷却肋片(28)。

11.根据权利要求9或10的设备，其中，所述温度检测元件(41)与所述煮器(10)的所述容器(20)的外壳(21)的下部(22)接触。

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