CN110694543A - 用于混合流体产品的组分的流体混合系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于混合流体产品的组分的流体混合系统，其包括用于混合组分的混合调节器和包含至少两个独立的管道的供给部，其中能够在第一管道中将基组分供应到混合调节器，在第二管道中将待混合的组分供应到混合调节器，在第二管道中的混合调节器的上游布置第一传感器和BRIX传感器，第一传感器用于确定待混合的组分中的化学化合物的浓度，BRIX传感器用于确定待混合的组分的BRIX值，并且设置控制单元，控制单元能够根据所测量的浓度和所测量的BRIX值通过混合调节器来控制组分的混合过程。
Description
技术领域
本发明涉及用于混合流体产品的组分的流体混合系统和流体产品的混合方法。
背景技术
在现有技术中，特别地在饮料加工工业中，使用流体混合系统和对应的方法，其中在添加一种或多种调味组分(诸如糖浆)的情况下从水生产产品。为了确保由这些组分生产的产品的品质一致，必须尽可能准确地维持待混合的组分(糖浆等)与基组分(诸如水)的混合比。尽管对于糖浆和水的流量的控制是容易调节的，但是糖浆中的调味物质的浓度有时会波动，这可能改变混合的产品的品质。
为此目的，DE 10 2016 107 730 A1提出了测量产品中的光辐射的影响以确定在完成流体产品(即相应组分的混合)之后其组成是什么。尽管这能够可靠地确定产品的组成，但是它可以被证明是不利的，这是因为，如果检测到不正确的混合物，则相应的产品可能被认为是废弃物。
发明内容
目的
因此，基于已知的现有技术，待解决的技术问题是提供一种流体混合系统和对应的方法，利用该方法，能够在使废弃物最小化的同时可靠地确定流体产品的组成。
解决方案
利用如下流体混合系统和如下流体产品的混合方法来实现该目的。
根据本发明的用于混合流体产品的组分的流体混合系统包括用于混合组分的混合调节器和包含至少两个独立的管道的供给部，其中能够在第一管道中将基组分供应到混合调节器，在第二管道中将待混合的组分供应到混合调节器，在第二管道中的混合调节器的上游布置第一传感器和BRIX传感器，第一传感器用于确定待混合的组分中的化学化合物的浓度，BRIX传感器用于确定待混合的组分的BRIX值，并且设置控制单元，控制单元能够根据所测量的浓度和所测量的BRIX值通过混合调节器来控制组分的混合过程。
BRIX值通常是已知的值，其中以白利糖度(degrees BRIX)表示的读数意味着所测量的流体密度对应于蔗糖水溶液的密度，并且意味着每100克溶液包含多少克蔗糖。BRIX信号可能因待混合的组分中存在其它化学化合物而畸变，使得所测量的BRIX值与待混合的组分中的调味物质的实际浓度不对应。通过附加地使用第一传感器来确定待混合的组分中的化学化合物的浓度，可以通过第一传感器的信号来调节实际的BRIX信号，从而可以确定用于调味化学化合物(或者想到的其它化合物)的实际BRIX信号。通过使用第一传感器，于是可以有利地确定待混合的产品中的调味化合物的量，并且可以控制混合调节器。
在一个实施方式中提供，第一传感器是光谱传感器或者包括光谱传感器。借助于光谱传感器可以有选择地查找特定的化学化合物，并且这些传感器还可以输出特定的信号，使得不仅可以确定其它化学化合物的存在，还可以确定它们的量。
在该实施方式的一个发展中，光谱传感器适于检测红外线范围中的至少两个波长范围中的化学化合物的信号。想到的化合物通常在红外线范围中具有有区别的发射和吸收线，使得可以利用相应的测量很好地检测这些想到的化合物。
在另一实施方式中提供，第二管道从缓冲罐通向混合调节器，并且第一传感器和BRIX传感器配置在距缓冲罐如下距离处：该距离对应于沿着管道测量的管道的长度的至少一半，优选地对应于沿着管道测量的管道的长度的至少75％。于是，传感器尽可能地配置在混合调节器处，并且根据所测量的值控制混合调节器与沿着传感器直接通过的流体的量可靠地相关。可以尽可能地最小化无意中错误混合其它组分因而无意中产生废弃物。
此外，可以提供一种灌装系统用于将诸如饮料的流体产品灌装到容器中，其中灌装系统包括至少一个灌装站以及根据前述实施方式中的一个实施方式的流体混合系统，其中至少一个灌装站能够将产品灌装到容器中，流体混合系统连接到灌装站并且能够将产品供应到灌装站。应当理解的是，可以为所有灌装站设置一个流体混合系统，但也可以为各灌装站分别设置一个流体混合系统。对于待生产的产品的每一种组分，可以分别从单个或多个缓冲罐对相应的流体混合系统进行供应。
还可以提供的是，在流体混合系统的下游且灌装站的上游配置缓冲罐，其中能够将预混合的产品从流体混合系统供应到缓冲罐并且保持在缓冲罐中，直到预混合的产品被供应到灌装站以被灌装到容器中。
在该实施方式的一个发展中，缓冲罐被加压，特别地受到待从混合物中移除的气体的压力的影响。
根据本发明的混合方法使用流体混合系统混合由至少两个组分组成的流体产品，流体混合系统的混合调节器使基组分和待混合的组分混合，其中基组分从第一管道被供应到混合调节器，待混合的组分从第二管道被供应到混合调节器，并且控制单元根据待混合的组分中的化学化合物的浓度和待混合的组分中的BRIX值来控制混合调节器，其中待混合的组分中的化学化合物的浓度由布置在第二管道中的第一传感器测量，待混合的组分中的BRIX值由布置在第二管道中的BRIX传感器测量。利用该方法实现了精确地控制组分的混合物以生产流体产品。
在一个实施方式中，控制单元根据所测量的化学化合物的浓度和所测量的BRIX值来实时控制混合调节器。该实时控制意味着第一传感器和BRIX传感器的每个读数都会引起混合调节器的控制动作。该控制动作还可以确定不需要通过混合调节器改变混合比例。实时控制动作还意味着传感器读取值与混合调节器的控制动作之间的延迟尽可能短，延迟优选地处于几毫秒的范围。
这产生了如下优点：产品总是具有在待混合的组分中包含的化合物的适当浓度。
还可以提供的是，基组分的量和对应于BRIX值的待混合的组分的量均通过用于控制混合调节器的控制单元独立地相加，并且控制单元控制混合调节器，以使待混合的组分的量和基组分的量的总和对应于期望的目标值。预定的目标值可以对应于例如完成的产品的期望BRIX值，使得可以有利地相应调节取决于量的控制。
在该实施方式的一个发展中，在预定时间间隔之后和/或在使用预定量的基组分和/或待混合的组分之后，待混合的组分的量的总和值和基组分的量的总和值被减小到基值。这可以例如通过“缩短”目前为止积累的总和或者通过将值设定为预定值来实现。“重置”可以确保物质的量的积累的量或收集的量不显著小于已经测量的物质的量，从而仍然可以产生足够的控制信号。这确保了精确控制。
此外，可以提供的是，第一传感器是光谱传感器或包括光谱传感器，并且通过测量待混合的组分的发射表现(emission behavior)来测量化学化合物的量。这种测量非常准确并且能够实现通过混合调节器的最佳无误差控制。
在该实施方式的一个发展中，光谱传感器在红外线范围中的至少两个波长范围中测量发射表现。
此外，可以提供的是，基组分是水并且待混合的组分是流体糖浆。尽管其它构造是可以想到的，但是该构造在饮料加工工业中是最普遍的，因此可以在混合表现方面被有利地改善。
在一个实施方式中，BRIX传感器测量待混合的组分中的调味化学化合物的BRIX值，并且第一传感器测量能够影响通过BRIX传感器测量的值的至少一种其它化学化合物的存在和量。因此，可以从BRIX传感器的读数有利地计算可能影响通过BRIX传感器测量的值的化学化合物的信号。
为了控制混合调节器，在该实施方式的一个发展中，控制单元使用基于由第一传感器测量的值校正过的由BRIX传感器测量的值来控制混合调节器。
附图说明
图1示出了根据一个实施方式的流体混合系统的示意图，
图2示出了包括根据本发明的流体混合系统的灌装系统的实施方式的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的流体混合系统100。流体混合系统包括第一管道101和第二管道102，第一管道101和第二管道102将待生产的流体产品的组分供应到混合管理器130。然后，该混合调节器混合供应的组分并且能够经由排出部150分送这些组分。在排出管道150中，由在管道101和102中传送的组分构成的产品被沿着所示出的箭头方向传输离开混合管理器，例如，传输到灌装系统的灌装站，以便被灌装到容器中。
根据一个实施方式，第一管道101传输能够形成用于待生产的流体产品的(量的)基础的基组分。该基组分能够为例如水。目前可以想到其它流体。
在第二管道102中传输待混合到基组分的组分。该待混合的组分也可以是流体。然而，目前还可以想到的是诸如CO2或气态流体的气体。当流体在管道102中传输时，该流体可以是诸如典型地用于生产即饮饮料的调味糖浆。
管道101和管道102能够均连接到用于组分(即管道101的基组分和管道102的待混合的组分)的合适的储存罐(还称为缓冲罐)。这些储存罐111和123例如是大的冷却的流体储存器，能够从该流体储存器中取出相应的组分。可选地或附加地，可以提供一个或多个容器或区域，在该一个或多个容器或区域中，基组分(诸如水)在被供应到管道101之前被脱气。
尽管目前未示出，但是可以在排出管道150中或排出管道150之后将灌装站(预混合的产品从灌装站被灌装到容器中)配置在混合调节器的下游，或者可以设置有一个或多个其它缓冲罐(也是缓冲容器)，其中预混合的产品由排出管道传送到该一个或多个其它缓冲罐中并储存在这里例如用于其它用途。还可以提供的是，这种缓冲罐设置在混合调节器和灌装构件之间，使得完成的产品首先通过缓冲罐且可以暂时储存在缓冲罐中，随后从缓冲罐被供应到灌装站。
尽管在目前示出的实施方式中仅示出用于基组分的一个第一管道101和用于待混合的组分的一个第二管道102，但是应当理解的是，可以为传送到其中的基组分设置多于一个管道，并且也可以为待混合的组分设置多于一个管道。例如，除了在图1中示出的第二管道102之外，混合调节器还可以连接有也传送待混合的组分的另一管道。于是，该待混合的组分可以是另一糖浆或气体或任何其它可以想到的流体。
根据本发明，提供的是，第一传感器121配置在第二管道102中(或者配置在传送待混合到基组分的组分的各第二管道中)或连接到相应的管道，并且第一传感器121被构造为测量待混合的组分中的化学化合物。例如，该传感器可以是光谱传感器，光谱传感器可以记录或检测待混合的组分(在特定波长范围中)的发射或吸收表现，并且利用光谱传感器可以确定至少一种化学化合物的存在和浓度。最优选地，化学化合物是糖或在食品工业中用作糖替代品的化合物(例如甜叶菊)。
根据本发明，BRIX传感器122也配置在第二管道中。该BRIX传感器被构造为输出如下信号：该信号适合于以白利糖度确定在管道102中传送的待混合的组分的密度(density)。在该处的白利糖度的读数以如下形式表示所测量的流体的密度：表示与蔗糖水溶液的密度(在每100g溶液中包含多少克的蔗糖)相关的密度。这意味着，例如，就密度而言BRIX值为30°的流体对应于如下蔗糖水溶液：在100g蔗糖和水的溶液中包含30g蔗糖，即仅包含70g水。
为此目的，BRIX传感器测量(可能以物质非特定的方式(substance-unspecificmanner))待混合的组分(或通常是流体)的密度。对于除了水之外含有仅一种额外的物质的流体，测量BRIX值就足以推断包含在流体中的特定物质的量。
然而，由于待混合的组分通常不仅包含调味的化学化合物(香味剂等)，而且还包含糖或如上所述的糖替代品，BRIX信号会因糖或糖替代品的存在而畸变，于是调味化合物的浓度的确定变得不准确。
为此目的，一个实施方式中第一传感器121和BRIX传感器122的读数被供应到控制单元140，控制单元140基于由第一传感器122测量的化学化合物浓度的值以及由BRIX传感器122测量的待混合的组分的BRIX值来控制混合调节器130，以使待混合的组分与基组分101的混合物到流体产品关于待混合的组分中的期望的化合物优选具有恒定的BRIX值，其独立于待混合的组分的BRIX值的波动。
根据本发明，第一传感器121的信号被用于校正由BRIX传感器122测量的待混合的组分的BRIX的值，其中利用第一传感器121的信号在待混合的组分中选择性地确定例如糖或糖替代品(诸如甜叶菊)的浓度。
例如，在一个实施方式中可以为此目的提供的是，由第一传感器121测量的化学化合物的浓度的值被转换成对应的BRIX值，并且借助于控制单元140从在传感器122中测量的待混合的组分的BRIX值中减去该BRIX值，使得现在获得的BRIX值与待混合的组分中的特定化学化合物的BRIX值相对应，特别地，与调味组分或调味化学化合物的BRIX值相对应。一旦已知该BRIX值，待混合的组分与基组分的比就可以通过控制混合调节器来调节，以使所得到的流体产品的BRIX值呈现预定值(仅与特定的化学化合物相关)。
尽管在图1中示出的实施方式中仅设置了一个传感器121，但是还可以设置多个传感器，各传感器选择性地测量待混合的组分中的特定成分的浓度，该浓度例如影响由BRIX传感器122测量的值。然后，可以将所测量的所有这些值用于校正BRIX传感器信号。
传感器121或任何对应的传感器特别优选地被构造为光谱传感器，并且能够因此基于特定的发射或吸收线的测量来选择性地确定待混合的组分中的化学化合物的存在和浓度。因此，能够选择性地确定由BRIX传感器测量的值的校正值，并且能够根据测量的BRIX值来控制或调节混合调节器130。
目前可以想到如下传感器：该传感器特别地能够在红外线范围中以光谱的方式进行测量，特别优选地在红外线范围的至少两个波长范围中以光谱的方式进行测量。红外线范围典型地包括分别处于10-3m至7.8×10-7m或者3×1011Hz至4×1014Hz的范围的波长。两个波长范围可以是该光谱的独立部分或者部分地重叠。利用此可以特别可靠地进行诸如多糖的化学化合物的识别，这是因为测量发射或吸收不仅被限制于一个波长，而是在两个波长范围中。
控制单元依据由第一传感器121和BRIX传感器122以及可选择地由控制单元确定的值基于第一传感器121测量的值、由BRIX传感器122测量的值的计算的校正值优选地实时控制混合调节器。实时控制包括通过控制单元将第一传感器和BRIX传感器的各测量量分配到混合调节器的控制器。基于由通过第一传感器测量的值和由BRIX传感器测量的值构成的一对值，控制单元于是控制根据优选实施方式的混合调节器，以调整待混合的组分与基组分之间的比。可以的是，待混合的组分的(通过由第一传感器121测量的值校正的)BRIX值在多次测量中保持恒定。在这种情况下，控制混合调节器的控制单元不包括待混合的组分与基组分之间的混合比上的改变，只要对应的BRIX值与预定的目标值相对应即可。然而，控制单元执行至少一次关于(由通过第一传感器确定的导出的校正值所校正的)所测量的BRIX值是否对应于目标值的验证。该过程还应该被理解为实时控制混合调节器的一部分。
控制混合调节器实时进行的事实优选地包括在传感器121和122的测量与控制混合调节器130之间给出小于1s、特别地小于0.1s、优选地小于10-2s的时间间隔。于是，可以防止同时生产大量的可能不与目标值对应的流体产品。
目前特别优选的一个实施方式是，第一传感器121和BRIX传感器122被配置为尽可能靠近混合调节器，使得传感器与混合调节器之间的流体体积被最小化，并且由于随后于该体积的待混合的组分的体积的值引起的可能不正确的该体积的混合物被保持为尽可能小。如果例如第二管道102具有沿着第二管道102的路线的从储存罐123的出口到混合调节器130测量的长度l，则第一传感器121和BRIX传感器122可以配置于第二管道102的沿着第二管道102的路线测量的与管道102的长度l的至少一半对应的距离处的区域。特别优选地，传感器121和122被配置为距产品储存罐如下距离处：该距离与沿着管道102测量的与第二管道102的总长度l的至少75％相对应。
为了确保以可能的最有效的方式通过控制单元控制混合调节器130，可以提供的是，控制过程不基于当前的物质流(即每单位时间的物质的量)，而是取决于从待混合的组分和基组分取出的物质的总量。为了确保这一点，以根据所使用的物质的总量控制混合比的方式来控制混合调节器。例如，给定目标BRIX值，完成的流体产品的特定量比例旨在待混合的组分与基组分之间。因此，为了调节物质总和，优选的是，累计待混合的组分的量，特别地累计调味化学化合物的总量，并且独立地累计基组分的量。然后，控制单元使用通过传感器测量的值以如下方式控制待混合的组分的量：使待混合的组分中的调味化合物与基组分之间的总量比总是恒定。例如，如果待混合的组分中的调味化合物的BRIX值由于一些原因而减小，则控制单元使混合调节器中待混合的组分的入流增大并且可能减小基组分的入流，使得待混合的组分中的调味化合物与基组分的比保持恒定。这里特别有利的是，使得对于每一待混合的组分仅呈现一种相关的化学化合物，基于此，进行取决于BRIX值的控制。这使得容易对相关化学化合物的浓度中的波动进行校正。
由于这种寄存器控制(register control)，随着时间的推移会积累非常大量的物质(至少对于基组分为数千克至数吨)，而每秒糖浆的入流典型地仅为数毫升至数升。这可能引起如下事实：仅可以困难地完成基组分与待混合的组分之间的比的准确控制，这是因为难以以高准确性在计算机中计算由于所积累的大的总量而导致的小的差异。于是，特别地形成差异是不准确的。为此原因，积累的总和能够以特定的时间间隔(或者特别优选地在达到物质的特定量之后)减小到特定的基值。该基值可以是任何数。然而，特别优选的是，使基值对应于基组分与待混合的组分之间的比的最小可能倍数。例如，在待混合的组分与基组分的目标混合比为1:3时，待混合的组分的基值可以为1升，基组分的基值可以为3升。其它基值目前也是可以想到的并且可以为方便起见进行选择。
图2示出了在灌装系统200中的根据上述实施方式的流体混合系统的实施方案。灌装系统200包括多个灌装站201和202，并且在目前示出的实施方式中灌装系统200被构造为管道灌装机。待灌装的容器230(例如，瓶、罐等)沿着输送线240被传输，输送线240可以被形成为例如输送带，并且待灌装的容器230的开口区域分别位于灌装站201或202的区域中，使得灌装构件(灌装阀等)可以将流体产品灌装到容器中。在目前示出的实施方式中，各灌装站与根据上述实施方式的流体混合系统211和212相关联。这里，各流体混合系统211和212包括参照图1说明的独立的混合调节器和管道、用于流体混合系统211的储存罐221和222、用于流体混合系统212的储存罐231和232。如已经说明的，基组分以及一个或多个待混合的组分被储存在流体储存罐中。
尽管根据图2的实施方式提供了如下优点：对于各灌装站可以独立地混合流体产品，因此可以对灌装到各个容器的产品定制化，但是该实施方式在材料使用方面相对复杂。
因此，在一个可选实施方式中，灌装系统200仅包括单个流体混合系统，其中图1中示出的管道150供应各灌装站，管道150从混合调节器排出已经由混合调节器完全混合的流体产品。相应地排出部包括多个分支。
图2中示出的实施方式仅是示例性地并且说明了作为灌装系统的管道灌装机。还可以想到借助于根据上述实施方式的相应流体混合系统利用流体产品灌装容器的其它实施方式。例如，灌装系统可以被构造为转盘或被设置为包括这种转盘。可以沿着转盘的周缘以共转的方式配置相应的灌装站，其中为了灌装流体产品的目的而接收容器。然后，容器例如经由合适的供应和排出装置(诸如转动星轮)被供应到转盘并从转盘排出。
Claims (15)
1.一种用于混合流体产品的组分的流体混合系统(100)，其包括用于混合所述组分的混合调节器(130)和包含至少两个独立的管道(101、102)的供给部，其中能够在第一管道(101)中将基组分供应到所述混合调节器，在第二管道(102)中将待混合的组分供应到所述混合调节器，在所述第二管道中的所述混合调节器的上游布置第一传感器(121)和BRIX传感器(122)，所述第一传感器(121)用于确定所述待混合的组分中的化学化合物的浓度，所述BRIX传感器(122)用于确定所述待混合的组分的BRIX值，并且设置控制单元(140)，所述控制单元(140)能够根据所测量的浓度和所测量的BRIX值通过所述混合调节器来控制所述组分的混合过程。
2.根据权利要求1所述的流体混合系统(100)，其特征在于，所述第一传感器(121)是光谱传感器或者包括光谱传感器。
3.根据权利要求2所述的流体混合系统(100)，其特征在于，所述光谱传感器适于检测红外线范围中的至少两个波长范围中的化学化合物的信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的流体混合系统(100)，其特征在于，所述第二管道(122)从缓冲罐(123)通向所述混合调节器(130)，并且所述第一传感器(121)和所述BRIX传感器(122)配置在距所述缓冲罐如下距离处：该距离对应于沿着所述管道测量的所述管道的长度的至少一半，优选地对应于沿着所述管道测量的所述管道的长度的至少75％。
5.一种灌装系统(200)，其用于利用至少一个灌装站(201、202)和根据权利要求1至4中任一项所述的流体混合系统(100)将诸如饮料的流体产品灌装到容器(230)中，其中所述至少一个灌装站(201、202)能够将所述产品灌装到所述容器中，所述流体混合系统连接到所述灌装站并且能够将所述产品供应到所述灌装站。
6.根据权利要求5所述的灌装系统(200)，其特征在于，在所述流体混合系统(100)的下游且所述灌装站(201、202)的上游配置缓冲罐，其中能够将预混合的产品从所述流体混合系统供应到所述缓冲罐并且保持在所述缓冲罐中，直到所述预混合的产品被供应到所述灌装站(201、202)以被灌装到容器中。
7.一种混合方法，其使用流体混合系统(100)混合由至少两个组分构成的流体产品，所述流体混合系统的混合调节器使基组分和待混合的组分混合，其中所述基组分从所述流体混合系统的第一管道(101)被供应到所述混合调节器(130)，所述待混合的组分从所述流体混合系统的第二管道(102)被供应到所述混合调节器，并且所述流体混合系统的控制单元(140)根据所述待混合的组分中的化学化合物的浓度和所述待混合的组分中的BRIX值来控制所述混合调节器，其中所述待混合的组分中的化学化合物的浓度由布置在所述第二管道中的第一传感器(121)测量，所述待混合的组分中的BRIX值由布置在所述第二管道中的BRIX传感器(122)测量。
8.根据权利要求7所述的混合方法，其特征在于，所述控制单元(140)根据所测量的化学化合物的浓度和所测量的BRIX值来实时控制所述混合调节器(130)。
9.根据权利要求7或8所述的混合方法，其特征在于，所述基组分的量和对应于所述BRIX值的待混合的组分的量均通过所述控制单元(140)独立地相加，并且所述控制单元控制所述混合调节器，以使所述待混合的组分的量和所述基组分的量的总和对应于期望的目标值。
10.根据权利要求9所述的混合方法，其特征在于，在预定时间间隔之后和/或在使用预定量的所述基组分和/或所述待混合的组分之后，所述待混合的组分的量的总和值和所述基组分的量的总和值被减小到基值。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的混合方法，其特征在于，所述第一传感器(121)是光谱传感器或包括光谱传感器，并且通过测量所述待混合的组分的发射表现来测量所述化学化合物的量。
12.根据权利要求11所述的混合方法，其特征在于，所述光谱传感器在红外线范围中的至少两个波长范围中测量所述发射表现。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的混合方法，其特征在于，所述基组分是水并且所述待混合的组分是流体糖浆。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的混合方法，其特征在于，所述BRIX传感器(122)测量所述待混合的组分中的调味化学化合物的BRIX值，并且所述第一传感器(121)测量能够影响通过所述BRIX传感器测量的值的至少一种其它化学化合物的存在和量。
15.根据权利要求14所述的混合方法，其特征在于，为了控制所述混合调节器，所述控制单元(140)基于通过所述第一传感器(121)测量的值来校正通过所述BRIX传感器(122)测量的值，并且使用所述BRIX传感器的校正过的值来控制所述混合调节器(130)。
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