DE10101028C2 - Vorrichtung zum Temperieren von Nahrungsmitteln - Google Patents

Vorrichtung zum Temperieren von Nahrungsmitteln

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Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Temperieren von Nahrungsmitteln, insbesondere Getränken, in Fahrzeugen.
Stand der Technik
In Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, aber auch in Luft-, Wasser- und Schienenfahrzeugen ist es häufig wünschenswert, mitgenommene Nahrungsmittel und Getränke zu temperieren. Temperieren bedeutet in diesem Zusammenhang sowohl erwärmen als auch kühlen.
Die Temperierung der Nahrungsmittel erfolgt zweckmäßigerweise mit Hilfe eines Peltier-Elementes. Das Durchfließen eines Gleichstroms durch ein Peltier-Element verursacht, daß sich eine Seite des Elementes erhitzt und sich die gegenüberliegende Seite abkühlt. Der Wärmetransport findet entgegengesetzt zur Stromrichtung statt.
Kühl- und Heizeinrichtungen, die Peltier-Elemente zur Erzeugung einer gewünschten Temperatur verwenden, sind vielfältig bekannt. So beschreibt z. B. die DE 198 55 214 A1 die Kühlung von Getränken, wobei die Temperaturübertragung vom Peltier-Element auf das Getränk durch ein flüssiges Kühlmittel erfolgt, das in einem Kreislauf zwischen der kalten Seite des Peltier-Elementes, einem Speicher und dem Getränk zirkuliert. Nachteilig hierbei ist der große Platzbedarf durch den Kühlkreislauf und vor allem durch den Kühlmittelspeicher. Weiterhin nachteilig ist der erhöhte Materialaufwand durch die Verwendung des Kühlmittels und den Einsatz von Pumpen zur Ermöglichung der Zirkulation des Kühlmittels.
Die DE 196 22 469 beschreibt die Kühlung von Nahrungsmitteln ebenfalls mit Hilfe von Peltier-Elementen, wobei diese an eine metallische Grundplatte angekoppelt sind. Auf diese Grundplatte werden die zu temperierenden Nahrungsmittel gelegt, so daß durch den direkten Kontakt eine Temperaturübertragung erfolgen kann. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß die Temperierung der Nahrungsmittel nur durch den direkten Kontakt von unten erfolgt. Dadurch ist keine einheitliche Temperatur der Nahrungsmittel gewährleistet.
In der DE 197 53 036 A1 wird ein Wärmeisolierbehälter mit Kühlvorrichtung unter Verwendung von Peltier-Elementen, vor allem in Kraftfahrzeugen beschrieben. Die Temperaturübertragung von den Peltier-Elementen auf den Getränkebehälter erfolgt durch ein Wärmeleitpolster, das in direktem Kontakt zu den Peltier-Elementen steht. Das Wärmeleitpolster wird durch einen Spannmechanismus z. B. an eine Getränkedose gedrückt. Die Temperaturübertragung ist in diesem Fall zwar gegeben, allerdings ist der Spannmechanismus in Verbindung mit den wärmeleitenden Elementen relativ aufwendig. Jedesmal, wenn das Getränk aus dem Behälter genommen wird, muß der Spannmechanismus gelöst werden, was eine Ablenkung des Fahrers zur Folge hat. Außerdem ist nur die Kühlung eines Getränkebehälters möglich, weil der Spannmechanismus nur eine relativ geringe geometrische Variation erlaubt. Weiterhin ist durch den direkten Kontakt des Wärmeleitpolsters einerseits mit dem Peltier-Element und andererseits mit dem Getränkebehälter ein Anfrieren des Getränkebehälters an das Wärmeleitpolster möglich, da an der kalten Oberfläche des Peltier-Elementes und damit an der Oberfläche des Wärmeleitpolsters durchaus Temperaturen unter 0°C erreicht werden können.
Aus der DE 296 05 954 U1 ist ein Kühlbehälter für ein Fahrzeug bekannt, der in die Mittelarmlehne des Fahrzeugs integriert wird. Es ist keine Luftdurchströmung des Kühlbehälters vorgesehen. Ein Peltier-Element kann als Kühlelement verwendet werden.
Die DE 198 38 833 A1 beschreibt eine transportable Kühlbox. Im Deckel der transportablen Kühlbox ist eine Kühleinrichtung vorgesehen, die neben einem elektrisch betriebenen Kühlaggregat eine Luftumwälzvorrichtung umfasst. Im Kühlaggregat kann ein Peltier-Element vorgesehen sein. Die Luft wird in zwei getrennten Strömen durch den Deckel geführt, insbesondere in einem oberseitigen Warmluftstrom und einem unterseitigen Kaltluftstrom, der durch die Kühlbox gelenkt wird. Der durch einen Warmluftventilator erzeugte Warmluftstrom gelangt über eine Lufteinlassöffnung in die Oberseite des Deckels, wird mittels des Warmluftventilators vorangetrieben und wird über Lamellen der warmen Seite des Kühlaggregats geführt und durch eine Luftauslassöffnung wieder zur Außenseite gelenkt. Der Kaltluftventilator bewirkt einen Luftstrom im Inneren der Kühlbox, indem über Schlitze in der Unterseite des Deckels Innenluft angesaugt wird, diese durch Lamellen der Kühlseite des Kühlaggregats getrieben wird und durch Schlitze wieder an den Innenraum der Kühlbox zurückgeführt wird.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die bei geringem Platzanspruch eine effiziente Temperierung von Nahrungsmitteln und Getränkebehältnissen unterschiedlicher Größe ermöglicht.
Dieses technische Problem wird erfindungsgemäß von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Temperieren von Nahrungsmitteln und Getränkebehältnissen besteht aus einem Aufnahmebehälter und einem Peltier-Element.
Kennzeichnend für die Vorrichtung ist, daß ein Luftstrom in einem Luftkanal an mindestens einer Seite des Peltier- Elementes vorbeigeleitet wird. Dadurch wird, je nach Wunsch, der Luftstrom erwärmt oder abgekühlt. Dieser warme oder kalte Luftstrom wird anschließend in den Aufnahmebehälter gelenkt und dient dort zur Temperierung der Nahrungsmittel und Getränkebehältnisse.
Der Luftkanal kann einen beliebigen Querschnitt aufweisen, also z. B. rund oder quadratisch, und aus einem beliebigen Material, also z. B. aus einem Kunststoff, gefertigt sein. Weiterhin ist es möglich, den Luftkanal starr oder flexibel zu gestalten, wobei sich eine flexible Ausführung anbietet. Diese erleichtert nämlich die Führung des Luftkanals von dem Peltier-Element zum Aufnahmebehälter. Um zu erreichen, daß der Luftstrom nur an einer Seite des Peltier-Elementes vorbeiströmt, kann dieses paßgenau in die Seitenwand des Luftkanals integriert sein, so daß nur eine Seite des Peltier-Elementes in den Luftkanal hineinragt.
Anstatt eines Peltier-Elementes kann auch eine Peltierelement-Baugruppe aus mehreren Einzelelementen zum Einsatz kommen. Dadurch wird eine wirkungsvollere Temperierung der Nahrungsmittel und Getränkebehältnisse ermöglicht.
Statt eines Aufnahmebehälters können auch mehrere Aufnahmebehälter verwendet werden. Diese können in thermischem Kontakt stehen, indem sie z. B. über eine gut wärmeleitende Zwischenschicht verbunden sind. Sie können aber auch voneinander isoliert stehen, und die temperierte Luft kann separat zu jedem der Aufnahmebehälter geführt werden. Dabei ist es auch denkbar, daß verschiedene Aufnahmebehälter unterschiedlich temperiert werden. Notwendig dafür ist die Verwendung von mehreren unabhängigen Peltier-Elementen, die in mehrere, nicht miteinander verbundene Luftkanäle integriert sind. Form und Größe der Aufnahmebehälter sind beliebig. Es können z. B. runde Aufnahmebehälter verwendet werden, die in ihrem Umfang einer Flasche oder einer Dose angepaßt sind, also z. B. sogenannte Cupholder. Es sind jedoch auch andere Formen, also z. B. rechteckige oder quadratische Ausführungen möglich, die gleichzeitig mehrere Gegenstände aufnehmen können. Zur Aufnahme von Getränkebehältnissen, also z. B. Flaschen oder Dosen, kann es sinnvoll sein, Haltevorrichtungen in den Aufnahmebehältern anzubringen, die die Flaschen oder Dosen gegen ein Umfallen sichern.
Vorzugsweise benötigt man zur Erzeugung des Luftstroms mindestens ein Gebläse. Das kann beispielsweise ein herkömmlicher Lüfter oder Ventilator sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung muß das Gebläse derart in dem Luftkanal angeordnet sein, daß es sich stromaufwärts des bzw. der Peltier-Elemente befindet. Wird nur ein Peltier- Element verwendet, bedeutet das nicht, daß auch nur ein Gebläse verwendet werden muß. Es ist auch möglich, z. B. mehrere Lüfter stromaufwärts eines Peltier-Elementes anzubringen. Werden mehrere unabhängige Peltier-Elemente zur Temperierung verschiedener Aufnahmebehälter verwendet, benötigt man mehrere Gebläseeinrichtungen, die sich in unabhängigen Luftkanälen jeweils stromaufwärts des entsprechenden Peltier-Elementes befinden.
Um die Funktionsfähigkeit von Peltier-Elementen zu gewährleisten, ist es notwendig, die entstehende warme Seite des Peltier-Elementes ausreichend zu kühlen. Wenn diese Seite zu warm wird, ist eine Aufrechterhaltung der Funktion des Peltier-Elementes nicht mehr möglich. Wird das Peltier- Element zum Erwärmen von Nahrungsmitteln oder Getränkebehältnissen verwendet, kann die Kühlung durch die am Peltier-Element vorbeiströmende Luft erfolgen, die anschließend zum Aufnahmebehälter geleitet wird. Durch das Vorbeileiten erwärmt sich der Luftstrom und transportiert damit Wärme vom Peltier-Element ab. Wenn jedoch die Nahrungsmittel gekühlt werden sollen, ist es notwendig, die warme Seite anderweitig vor Überhitzung zu schützen. Vorzugsweise erfolgt dies ebenfalls mit einem Luftstrom. Das Peltier-Element kann so angeordnet sein, daß jeweils ein Luftstrom an den zwei unterschiedlich temperierten Seiten des Peltier-Elementes in zwei unabhängigen Luftkanälen vorbeistreicht. Dazu ist das Peltier-Element so in die gemeinsame Seitenwand der beiden Luftkanäle integriert, daß die eine Seite nur in den einen Luftkanal und die andere Seite nur in den anderen Luftkanal hineinragt. Zu beachten ist dabei, daß man für jeden Luftkanal ein eigenes Gebläse benötigt. In einer Weiterführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es daher besonders vorteilhaft, die Trennung der beiden Luftströme nicht schon stromaufwärts, sondern erst stromabwärts des Peltier-Elementes durchzuführen. Dies kann beispielsweise durch ein Trennelement, also z. B. eine Trennwand erfolgen, die stromabwärts des Peltier-Elementes angebracht ist. Der Luftstrom, der stromaufwärts des Peltier- Elementes von einem Gebläse erzeugt wird, streicht an beiden Seiten des Peltier-Elementes vorbei und wird anschließend durch das Trennelement in einen temperierten Luftstrom und einen Abluftstrom getrennt. Der Abluftstrom kann beispielsweise in einem Auslaßkanal direkt aus dem Fahrzeug gelenkt werden. Diese Anordnung ist sowohl für den Zweck der Erwärmung als auch für den Zweck der Kühlung von Nahrungsmitteln und Getränkebehältnissen geeignet. Der von dem Gebläse erzeugte Luftstrom erfüllt also eine Doppelfunktion, er stellt nämlich einerseits die Temperierung der Nahrungsmittel sicher und gewährt andererseits die Erhaltung der Funktion des Peltier-Elementes. Diese Ausführungsform ist deshalb zu bevorzugen. Die Ableitung der Wärme kann aber auch anderweitig erfolgen. So ist es z. B. möglich, ein Kühlmittel zur Abkühlung der warmen Seite des Peltier-Elementes zu verwenden.
Vorzugsweise ist die Oberfläche des Peltier-Elements mit rippenartigen Körpern versehen. Dies soll zumindest auf der Seite geschehen, an der der Luftstrom vorbeistreicht, der anschließend in den Aufnahmebehälter gelenkt wird. Wenn die Abfuhr der Wärme z. B. mit einem Kühlmittel erfolgt, kann auf das Anbringen der Rippen auf dieser Seite verzichtet werden. Die Rippen dienen zur Vergrößerung der Oberfläche des Peltier-Elementes.
Damit der Luftstrom eine möglichst große Oberfläche des Peltier-Elementes erreicht, sind die rippenartigen Körper vorzugsweise parallel zueinander und parallel zur Strömungsrichtung des Luftstroms ausgerichtet.
Die elektrische Spannung am Peltier-Element ist umpolbar, so daß wahlweise eine Erwärmung oder Kühlung der Nahrungsmittel oder Getränkebehältnisse möglich ist. Vorzugsweise ist dazu das Peltier-Element mit einem Bedienelement verbunden, das dem Fahrer erlaubt, durch z. B. Umlegen eines Schalters die Umpolung der elektrischen Spannung an den elektrischen Anschlüssen des Peltier-Elementes durchzuführen und so auf einfache Art und Weise zwischen Wärmen und Kühlen zu wechseln. Es wäre aber auch denkbar, daß das Peltier-Element drehbar um eine Achse gelagert ist. Dadurch wäre der Austausch der warmen und kalten Seite durch Drehen des Peltier-Elementes möglich.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Aufnahmebehälter, der durch den Luftkanal mit dem Peltier-Element verbunden ist, mit Einlaßdüsen versehen, durch die der temperierte Luftstrom eingeblasen wird. Diese Einlaßdüsen sind sehr variabel in Größe, Form und Anzahl. Sie sollen lediglich relativ gleichmäßig am Aufnahmebehälter verteilt sein. Es sind z. B. runde Düsen mit einem Durchmesser zwischen 0,5 mm und 2 mm denkbar. Es können aber auch quadratische, rechteckige oder andersartig geformte Düsen verwendet werden.
In einer ersten Ausführungsform sind die Einlaßdüsen in der Nähe des Bodens des Aufnahmebehälters angeordnet.
In einer zweiten Ausführungsform sind die Einlaßdüsen in der Nähe des oberen Randes des Aufnahmebehälters angeordnet. Das kann z. B. vorteilhaft sein, wenn der Aufnahmebehälter ausschließlich zum Kühlen von Nahrungsmitteln und Getränkebehältnissen verwendet wird, weil die kalte Luft bestrebt ist, nach unten zu sinken.
Vorzugsweise enthält der Aufnahmebehälter Auslaßdüsen, die eine Abführung des temperierten Luftstroms ermöglichen. Dadurch wird verhindert, daß der Luftstrom ungehindert aus dem Aufnahmebehälter entweicht und die Fahrzeuginsassen in unerwünschter Weise beeinträchtigt.
Die Auslaßdüsen sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie möglichst weit von den Einlaßdüsen entfernt sind. Dadurch wird gewährleistet, daß der temperierte Luftstrom möglichst lange im Aufnahmebehälter verbleibt und so eine ausreichende Temperierung der Nahrungsmittel und Getränke gewährleistet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Auslaßdüsen über eine Rückführleitung mit dem Gebläse, das den Luftstrom erzeugt, verbunden. Dies ermöglicht eine zusätzliche Steigerung der Effizienz. So ist z. B. bei der Kühlung von Nahrungsmitteln der Luftstrom, den das Gebläse in Richtung des Peltier-Elementes transportiert, bereits vorgekühlt, was einerseits einen guten Abtransport der Restwärme ermöglicht und andererseits die Kühlwirkung steigert. Die Rückführleitung kann, wie der Luftkanal, aus unterschiedlichen Materialien in verschiedenen geometrischen Ausführungen bestehen. Vorzugsweise besteht sie aus dem gleichen Material wie der Luftkanal.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Aufnahmebehälter mit einem Deckel versehen. Dieser verstärkt die Effizienz der Temperierung der Nahrungsmittel und Getränke, weil er das Ausströmen der temperierten Luft bzw. das Eindringen von z. B. warmer Luft in einen kalten Aufnahmebehälter verhindert. Außerdem beugt er einer Störung der Fahrzeuginsassen durch den Luftstrom vor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 2 eine schematische Teilansicht aus Fig. 1, bei der man das Peltier-Element mit den rippenartigen Kühlkörpern in Strömungsrichtung des Luftstroms betrachtet.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Kühlen von einem Getränkebehältnis dargestellt. Die wesentlichen Bestandteile der Vorrichtung sind ein Gebläse 1, ein Peltier-Element 2, ein Aufnahmebehälter 3 mit Einlaßdüsen 4 und Auslaßdüsen 5 und ein Luftkanal 6. Dieser beinhaltet eine Kaltluft- Rückführleitung 7, einen Warmluft-Auslaßkanal 8 und ein Trennelement 9.
Das Gebläse 1 befindet sich in dem Luftkanal 6 stromaufwärts des Peltier-Elementes 2. Das Gebläse ist beispielsweise ein einfacher Lüfter, der durch die Drehung seiner Flügel einen Luftstrom erzeugt.
Beispielsweise ist das Peltier-Element 2 so angeordnet, daß seine kalte Seite nach oben und seine warme Seite nach unten weist. Der von dem Gebläse 1 erzeugte Luftstrom strömt an beiden Seiten des Peltier-Elementes 2 vorbei. Beide Seiten des Peltier-Elementes 2 sind mit rippenartigen Körpern 10 versehen. Diese dienen zur Vergrößerung der Oberfläche des Peltier-Elementes 2, so daß der Luftstrom einen möglichst großen Teil des Peltier-Elementes 2 erreicht.
Im Beispiel befindet sich stromabwärts des Peltier-Elementes 2 ein Trennelement 9, das den Luftstrom, der am Peltier- Element 2 vorbeiströmt, in einen Kaltluftstrom und einen Warmluft-Abluftstrom trennt. Der Abluftstrom wird durch den Auslaßkanal 8 abtransportiert. Das Trennelement ist beispielsweise eine einfache Wand aus einem Kunststoffmaterial.
Der Kaltluftstrom wird in dem Luftkanal 6 weiter in Richtung Aufnahmebehälter 3 geleitet. In dem Aufnahmebehälter 3, der beispielsweise nach oben hin offen ist, kann sich ein Getränkebehältnis befinden (nicht dargestellt). Der Aufnahmebehälter 3 besteht aus einem beliebigen Kunststoff. Im Beispiel ist der Aufnahmebehälter 3 im unteren Bereich mit runden Einlaßdüsen 4 versehen. Diese ermöglichen das Einströmen der Kaltluft. Im oberen Bereich des Aufnahmebehälters sind die runden Auslaßdüsen 5 angeordnet. Sowohl die Einlaßdüsen 4 als auch die Auslaßdüsen 5 sind in regelmäßigem Abstand rund um den Aufnahmebehälter 3 angeordnet.
Die Auslaßdüsen 5 sind über die Rückführleitung 7 mit dem Gebläse 1 verbunden. Die Rückführleitung besteht beispielsweise, ebenso wie der gesamte Luftkanal, aus einem Kunststoffmaterial.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines Teilbereichs aus Fig. 1, wenn man in Strömungsrichtung des Luftstroms auf das Peltier-Element 2 blickt. Man sieht deutlich die rippenartigen Körper 10 auf beiden Seiten des Peltier- Elementes, die zur Vergrößerung der Oberfläche und damit zu einem guten Wärmeaustausch mit der vorbeiströmenden Luft führen. Die rippenartigen Körper 10 sind im Beispiel parallel zueinander und parallel zur Strömungsrichtung des Luftstroms angeordnet.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Temperieren von Nahrungsmitteln, insbesondere Getränken, in Fahrzeugen mit
mindestens einem Aufnahmebehälter (3) für die Aufbewahrung von Nahrungsmitteln oder Getränkebehältnissen und
mindestens einem Peltier-Element (2), bei dem durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine warme und eine kalte Oberfläche am Peltier-Element erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Luftstrom, der in einem Luftkanal (6) an mindestens einer temperierten Oberfläche des mindestens einen Peltier- Elements (2) vorbei- und in den Aufnahmebehälter (3) geleitet wird, die Nahrungsmittel oder Getränkebehältnisse temperiert; und
in dem Luftkanal (6) stromabwärts des mindestens einen Peltier-Elementes (2) ein Trennelement (9) angeordnet ist, das den Luftstrom in einen temperierten Luftstrom und einen Abluftstrom trennt, wenn der Luftstrom an beiden Oberflächen des Peltier-Elementes (2) vorbeigeleitet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gebläse (1) zur Erzeugung des Luftstroms vorhanden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Gebläse (1) in dem Luftkanal stromaufwärts des mindestens einen Peltier-Elementes (2) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Peltier-Element (2) zumindest an der Oberfläche, die den temperierten Luftstrom erzeugt, mit rippenartigen Körpern (10) versehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die rippenartigen Körper (10) parallel zueinander und parallel zur Strömungsrichtung des Luftstroms angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Spannung an dem mindestens einen Peltier-Element umpolbar ist und dass damit wahlweise eine Kühlung oder Erwärmung der Nahrungsmittel oder Getränkebehältnisse erreicht werden kann.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebehälter (3) Einlassdüsen (4) zum Einblasen des temperierten Luftstroms enthält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassdüsen (4) in der Nähe des Bodens des Aufnahmebehälters (3) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassdüsen (4) in der Nähe des oberen Randes des Aufnahmebehälters (3) angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebehälter (3) Auslassdüsen (5) zur Abführung des temperierten Luftstroms enthält.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassdüsen (5) so am Aufnahmebehälter (3) angeordnet sind, dass sie möglichst weit von den Einlassdüsen (4) entfernt sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassdüsen (5) und das mindestens eine Gebläse (1) durch eine Rückführleitung (7) verbunden sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebehälter (3) durch einen Deckel verschließbar ist.
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