DE102007034245A1 - Heizsystem, insbesondere für Campingfahrzeuge, und Verfahren zum Betreiben eines derartigen Heizsystems - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizsystem, wie es insbesondere in Campingfahrzeugen vorgesehen werden kann, um sowohl einen Innenraum eines derartigen Fahrzeugs zu erwärmen bzw. warmzuhalten, als auch eine Flüssigkeit, wie z. B. das Brauchwasser, in einem derartigen Fahrzeug zu erwärmen bzw. bei einer gewünschten Temperatur zu halten.
- Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein derartiges Heizsystem bzw. ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Heizsystems, wie es insbesondere in Campingfahrzeugen eingesetzt werden kann, bereitzustellen, mit welchen dafür gesorgt werden kann, dass die Erwärmung eines Raums und die Erwärmung einer Flüssigkeit gleichzeitig und in geeigneter Weise erfolgen können.
- Erfindungsgemäß wird gemäß einem ersten Aspekt diese Aufgabe gelöst durch ein Heizsystem, insbesondere Campingheizsystem, umfassend ein brennstoffbetriebenes Heizgerät mit einem mit Verbrennungsluft und Brennstoff zu versorgenden Brennerbereich, einen ersten Wärmetauscherbereich zur Übertragung von bei der Verbrennung im Brennerbereich entstehender und in den Verbrennungsabgasen transportierter Wärme auf in einen zu erwärmenden Raum einzuleitende Luft, stromabwärts des ersten Wärmetauscherbereichs ein Abgasführungssystem für die den ersten Wärmetauscherbereich verlassenden Verbrennungsabgase, wobei das Abgasführungssystem einen ersten Leitungsbereich zur im Wesentlichen direkten Abgabe der Verbrennungsabgase sowie einen zweiten Leitungsbereich umfasst, wobei der zweite Leitungsbereich zu einem zweiten Wärmetauscherbereich führt oder/und diesen bereitstellt, wobei durch den zweiten Wärmetauscherbereich in den Verbrennungsabgasen transportierte Wärme auf zu erwärmende Flüssigkeit übertragbar ist, sowie eine Ventilanordnung zum wahlweisen Freigeben/Sperren des ersten Leitungsbereichs und des zweiten Leitungsbereichs zur/gegen Durchströmung durch die Verbrennungsabgase.
- Bei dem erfindungsgemäß aufgebauten System wird also die im Brennerbereich bereitgestellte Wärme primär dazu genutzt, die in den zu erwärmenden Raum einzuleitende Luft zu erwärmen. Da der Wärmeübertrag von den Verbrennungsabgasen auf diese Luft jedoch nicht vollständig ist und somit in den Verbrennungsabgasen noch Restwärme transportiert wird, d. h. die Verbrennungsabgase eine über der Umgebungstemperatur liegende Temperatur aufweisen werden, kann mit dem erfindungsgemäßen System weiter dafür gesorgt werden, dass diese Restwärme bei entsprechender Schaltung der Ventilanordnung im zweiten Wärmetauscherbereich genutzt wird, um eine Flüssigkeit, beispielsweise Brauchwasser, zu erwärmen. Ist dies nicht erforderlich, kann durch entsprechende Ansteuerung der Ventilanordnung dafür gesorgt werden, dass die Verbrennungsabgase ohne Durchströmung des zweiten Wärmetauscherbereichs direkt abgegeben werden, beispielsweise zur Umgebung oder in ein Abgasreinigungssystem eines Fahrzeugs.
- Bei dem erfindungsgemäßen Heizsystem kann weiter eine Temperatursensoranordnung vorgesehen sein zur Erfassung der Temperatur der zu erwärmenden Flüssigkeit, wobei dann, wenn die Temperatur der Flüssigkeit in einem vorbestimmten Bereich liegt, der zweite Leitungsbereich gegen Durchströmung im Wesentlichen gesperrt ist und der erste Leitungsbereich zur Durchströmung freigegeben ist. Um im Brennerbereich und bei der Ventilanordnung jeweils die geeigneten Betriebszustände bereitzustellen, kann eine Ansteuervorrichtung vorgesehen sein, welche diese beiden Systembereiche ansteuert.
- Diese Ansteuervorrichtung kann dazu ausgebildet sein, die Ventilanordnung zum Sperren des ersten Leitungsbereichs und zum Freigeben des zweiten Leitungsbereichs anzusteuern, wenn die Temperatur der zu erwärmenden Flüssigkeit nicht in dem vorbestimmten Bereich ist.
- Um vor allem dann, wenn neben der in einen Raum einzuleitenden Luft auch noch eine Flüssigkeit zu erwärmen ist, eine ausreichend schnelle Erwärmung dieser Flüssigkeit sicherzustellen, wird vorgeschlagen, dass die Ansteuervorrichtung dazu ausgebildet ist, den Brennerbereich zur Bereitstellung einer erhöhten Heizleistung anzusteuern, wenn sie die Ventilanordnung zum Freigeben des zweiten Leitungsbereichs und zum Sperren des ersten Leitungsbereichs ansteuert. Es wird somit dafür gesorgt, dass in dieser Betriebsphase eine größere Wärmeenergiemenge bereitgestellt wird, so dass auch eine größere Wärmeenenergiemenge im zweiten Wärmetauscherbereich auf die Flüssigkeit übertragen werden kann.
- Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der zweite Wärmetauscherbereich in einem die zu erwärmende Flüssigkeit enthaltenden Behälter angeordnet ist und einen Leitungsabschnitt des zweiten Leitungsbereichs umfasst. Der Leitungsabschnitt kann dabei mäanderartig, spiralartig, schraubenartig oder wendelartig gewunden sein, um eine größere Wechselwirkungslänge mit der zu erwärmenden Flüssigkeit bereitzustellen.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems, wie es vorangehend beschrieben wurde, welches Verfahren die Maßnahmen umfasst:
- a) Ansteuern des Brennerbereichs in einem Luftheizbetriebsmodus zur Bereitstellung einer zur Erwärmung von in einen Raum einzuleitender Luft erforderlichen Heizleistung,
- b) Ermitteln der Temperatur einer zu erwärmenden Flüssigkeit,
- c) dann, wenn die bei der Maßnahme b) ermittelte Temperatur nicht in einem vorbestimmten Bereich liegt, Ansteuern des Brennerbereichs in einem Luft/Flüssigkeits-Heizbetriebsmodus zur Bereit stellung einer bezüglich des Luftheizbetriebsmodus erhöhten Heizleistung und Ansteuern der Ventilanordnung zum Freigeben des zweiten Leitungsbereichs und zum Sperren des ersten Leitungsbereichs.
- Um dann, wenn eine Erwärmung der Flüssigkeit nicht bzw. nicht mehr erforderlich ist, nicht unnötig Energie zu verbrauchen, wird weiter vorgeschlagen, dass dann, wenn die bei der Maßnahme b) ermittelte Temperatur den vorbestimmten Bereich erreicht, der Brennerbereich wieder zur Bereitstellung einer für den Luftheizbetriebsmodus erforderlichen Heizleistung angesteuert wird und die Ventilanordnung zum Sperren des zweiten Leitungsbereichs und zum Freigeben des ersten Leitungsbereichs angesteuert wird.
- Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende
1 beschrieben, welche eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäß aufgebauten bzw. eines erfindungsgemäß betreibbaren Heizsystems zeigt. - Das Heizsystem
10 kann als in sich geschlossenes Modul bereitgestellt werden, welches beispielsweise in einem Gehäuse12 angeordnet ist. Das Heizsystem10 umfasst als wesentlichen Systembereich ein Heizgerät14 mit einem Brennerbereich16 . Über eine Verbrennungsluftleitung18 fördert ein nicht dargestelltes Verbrennungsluftgebläse Verbrennungsluft in den Brennerbereich16 . Über eine nicht dargestellte Brennstoffleitung wird im Allgemeinen flüssiger Brennstoff ebenfalls in den Brennerbereich16 eingeleitet, mit der Verbrennungsluft vermischt und zur Bereitstellung Wärme transportierender Verbrennungsabgase verbrannt. In einem ersten Wärmetauscherbereich20 wird in diesen Verbrennungsabgasen enthaltene bzw. transportierte Wärme auf die in einen zu erwärmenden Raum, also beispielsweise einen Fahrzeuginnenraum, einzuleitende Luft übertragen. Diese Luft wird über eine Luftansaugleitung22 in den ersten Wärmetauscherbereich20 gefördert, tritt dort in thermische Wechselwirkung mit den zunächst sehr heißen Verbrennungsabgasen und wird über eine Luftabgabeleitung24 dann in Richtung zu dem zu erwärmenden Raum abgegeben. Die beiden Leitungen22 ,24 können im Gehäuse12 jeweilige Öffnungen bereitstellen, an die dann weiter führende Leitungen angeschlossen werden können. - Die Verbrennungsabgase verlassen nach dem Durchströmen des ersten Wärmetauscherbereichs
20 das Heizgerät14 und gelangen in ein Abgasführungssystem26 . Dieses Abgasführungssystem26 verzweigt sich in einem Verzweigungsbereich28 in einen ersten Leitungsbereich30 und einen dazu strömungstechnisch parallel angeordneten zweiten Leitungsbereich32 . Der erste Leitungsbereich30 führt im Wesentlichen direkt nach außen, so dass die durch diesen ersten Leitungsbereich30 strömenden Verbrennungsabgase beispielsweise in ein Abgasreinigungssystem eines Fahrzeugs oder zur Umgebung abgegeben werden können. Der zweite Leitungsbereich32 führt zu einem zweiten Wärmetauscherbereich34 , der in einem Behälter36 für zu erwärmende Flüssigkeit, z. B. das Brauchwasser in einem Campingfahrzeug, vorgesehen ist. Dieser zweite Wärmetauscherbereich34 kann einen in der Darstellung der1 mäanderartig gewundenen Leitungsabschnitt36 des zweiten Leitungsbereichs32 umfassen. - Stromabwärts des Behälters
36 , also auch des zweiten Wärmetauscherbereichs34 , ist eine Ventilanordnung38 vorgesehen. Diese umfasst einen beispielsweise elektromagnetisch arbeitenden Ventilantrieb40 und einen Ventilschieber42 . In Zuordnung zu den beiden Leitungsbereichen30 ,32 weist der Ventilschieber42 Durchgangsöffnungen44 ,46 auf. Bei der in1 dargestellten Positionierung des Ventilschiebers42 gibt die Durchgangsöffnung46 den zweiten Leitungsbereich32 zur Durchströmung durch die Verbrennungsabgase frei, während der Ventilschieber42 den ersten Leitungsbereich30 gegen Durchströmung sperrt. Wird durch den Ventilantrieb40 der Ventilschieber42 nach oben gezogen, so gelangt dieser in eine Stellung, in welcher die Öffnung44 den ersten Leitungsbereich30 zur Durchströmung freigibt, während der zweite Leitungsbereich32 gesperrt ist. - Eine Ansteuervorrichtung
48 gibt für das Heizgerät14 und den Ventilantrieb40 Ansteuersignale aus, um beispielsweise den Ventilschieber42 in der vorangehend beschriebenen Art und Weise zu bewegen und wahlweise einen der beiden Leitungsbereiche30 ,32 gegen Durchströmung zu sperren, während der andere freigegeben ist. Die in Richtung Heizgerät14 geleiteten Ansteuerbefehle sorgen dafür, dass für einen vorgesehenen Heizbetrieb bzw. die dafür erforderliche Heizleistung die richtige Brennstoffmenge und die richtige Verbrennungsluftmenge in den Brennerbereich16 eingeleitet werden. Hier kann beispielsweise ein Ansteuersignal an eine Brennstoffdosierpumpe und ein Ansteuersignal an ein Verbrennungsluftgebläse geleitet werden, um die jeweiligen erforderlichen Fördermengen für den Brennstoff und die Verbrennungsluft bereitzustellen. - An dem Behälter
36 ist ein Temperatursensor50 vorgesehen, dessen Ausgangssignal zur Ansteuervorrichtung48 geleitet wird und die Temperatur der Flüssigkeit im Behälter36 repräsentiert. Wie im Folgenden dargelegt, steuert die Ansteuervorrichtung48 beruhend auf diesem Temperatursignal sowohl die Ventilanordnung38 als auch das Heizgerät14 an. - Es sei zunächst angenommen, dass das Heizsystem
10 in einem Luftheizbetriebsmodus ist, in welchem lediglich die über die Abgabeleitung24 in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft zu erwärmen ist. Abhängig von verschiedenen Einflussgrößen, wie z. B. der Temperatur in dem zu erwärmenden Raum, der Umgebungstemperatur und möglicherweise auch der Luftfeuchtigkeit wird für das Heizgerät14 eine Heizleistung vorgegeben bzw. die für eine erforderliche Heizleistung vorzusehenden Verbrennungsluft- und Brennstoffmengen werden in den Brennerbereich16 eingeleitet und dort verbrannt. Die bei der Verbrennung entstehende Wärme wird im ersten Wärmetauscherbereich20 auf die Luft übertragen, und diese Luft wird durch ein Heizluftgebläse, das durch den gleichen Antrieb angetrieben werden kann, wie das Verbrennungsluftgebläse, in den Fahrzeuginnenraum geleitet. Da das vom Temperatursensor50 gelieferte Signal indiziert, dass die Flüssigkeit im Behälter36 ausreichend warm ist, also diese Temperatur über einem bestimmten Grenzwert liegt, wird die Ventilanordnung38 so angesteuert, dass der zweite Leitungsbereich32 abgesperrt wird bzw. der erste Leitungsbereich30 freigegeben wird. Dies kann ein vollständiges Absperren des zweiten Leitungsbereichs32 bedeuten, kann jedoch aber auch bedeuten, dass durch entsprechende Stellung des Ventilschiebers42 dafür gesorgt ist, dass zumindest ein Anteil des Verbrennungsabgasstroms am Verzweigungsbereich28 auch in den zweiten Leitungsbereich32 einströmen kann. Auf diese Art und Weise kann dafür gesorgt werden, dass die in den Verbrennungsabgasen noch transportierte Restwärme zwangsweise auftretende Wärmeverluste durch den Behälter36 hindurch ausgleicht. - Wird dann beispielsweise aus dem Behälter
36 erwärmte Flüssigkeit entnommen und durch kalte Flüssigkeit ersetzt, so sinkt die Temperatur der im Behälter36 enthaltenen Flüssigkeit, was durch das Signal des Temperatursensors50 erkennbar wird. Die Ansteuervorrichtung48 steuert dann die Ventilanordnung38 derart an, dass die Verbrennungsabgase vorzugsweise vollständig durch den zweiten Leitungsbereich32 strömen. D. h., der erste Leitungsbereich30 wird gegen Durchströmung gesperrt. Die Verbrennungsabgase übertragen die darin noch transportierte Restwärme dann im zweiten Wärmetauscherbereich34 auf die Flüssigkeit im Behälter36 und sorgen somit für deren Erwärmung. Um dabei Wärmeverluste im Strömungsbereich zwischen dem ersten Wärmetauscherbereich20 und dem zweiten Wärmetauscherbereich34 zu vermeiden, ist, wie dies in1 auch erkennbar ist, das Abgasführungssystem26 zwischen dem ersten Wärmetauscherbereich20 und dem Verzweigungsbereich28 und in dem dann folgenden Teil des ersten Leitungsbereichs32 von einer Isolierung52 umgeben. Der auf die Abzweigung28 folgende Bereich des ersten Leitungsbereichs30 ist nicht notwendigerweise isoliert, da die in den dort strömenden Verbrennungsabgase noch transportierte Restwärme nicht weiter genutzt werden soll. - Um bei dem in
1 dargestellten Heizsystem10 dafür zu sorgen, dass die Erwärmung der in dem Behälter36 enthaltenen und, wie durch das Sensorsignal des Temperatursensors50 induziert, zu kalten Flüssigkeit schnell durchgeführt wird, wird in diesem Luft/Flüssigkeits-Heizbetriebsmodus nicht nur die Ventilanordnung38 angesteuert, um die Verbrennungsabgase im Wesentlichen vollständig durch den zweiten Wärmetauscherbereich34 zu leiten, sondern es wird auch das Heizgerät14 angesteuert, um die Heizleistung im Vergleich zu dem Luftheizbetriebsmodus anzuheben. D. h., die Verbrennungsabgase verlassen den Brennerbereich16 im Luft/Flüssigkeits-Heizbetriebsmodus im Vergleich zum Luftheizbetriebsmodus mit erhöhter Temperatur, gleichen Wärmebedarf zur Erwärmung des Fahrzeuginnenraums vorausgesetzt. Die Folge davon ist, dass auch die über das Abgasführungssystem26 bzw. den zweiten Leitungsbereich32 zum zweiten Wärmetauscherbereich34 geleiteten Verbrennungsabgase eine höhere Temperatur aufweisen werden, als im Luftheizbetriebsmodus, so dass auch eine größere Wärmemenge auf die im Behälter36 enthaltene Flüssigkeit übertragen werden kann. - Zeigt das Signal des Temperatursensors
50 an, dass die Flüssigkeit im Behälter36 wieder die gewünschte Temperatur hat, so kann durch entsprechende Ansteuerung der Ventilanordnung38 wieder dafür gesorgt werden, dass zum Vermeiden eines Überhitzens dieser Flüssigkeit zumindest der größere Teil der Verbrennungsabgase über den zweiten Leitungsbereich30 abgegeben wird. Gleichzeitig kann das Heizgerät14 auch wieder derart angesteuert werden, dass die für den Luftheizbetrieb erforderliche Heizleistung bereitgestellt wird. Da in dem Zeitraum, in welchem das Heizsystem10 im Luft/Flüssigkeits-Heizbetriebsmodus betrieben worden ist, auch thermische Änderungen im Bereich des zu erwärmenden Raums, also beispielsweise eines Fahrzeuginnenraums, aufgetreten sein können, ist es selbstverständlich möglich, dass die im Heizgerät14 bereitzustellende Heizleistung nach dem Luft/Flüssigkeits-Heizbetriebsmodus anders ist, als vor dem Luft/Flüssigkeits-Heizbetriebsmodus. - Mit dem erfindungsgemäßen System wird es also möglich, sowohl die in einen Innenraum einzuleitende Luft als auch eine Flüssigkeit, wie z. B. Brauchwasser, ausreichend schnell bzw. in gewünschtem Ausmaß zu tem perieren, ohne dass dabei insbesondere bei der Erwärmung des Innenraums Einbußen in Kauf genommen werden müssen.
Claims (9)
- Heizsystem, insbesondere Campingheizsystem, umfassend: – ein brennstoffbetriebenes Heizgerät (
14 ) mit einem mit Verbrennungsluft und Brennstoff zu versorgenden Brennerbereich (16 ), – einen ersten Wärmetauscherbereich (20 ) zur Übertragung von bei der Verbrennung im Brennerbereich (16 ) entstehender und in den Verbrennungsabgasen transportierter Wärme auf in einen zu erwärmenden Raum einzuleitende Luft, – stromabwärts des ersten Wärmetauscherbereichs (20 ) ein Abgasführungssystem (26 ) für die den ersten Wärmetauscherbereich (20 ) verlassenden Verbrennungsabgase, wobei das Abgasführungssystem (26 ) einen ersten Leitungsbereich (30 ) zur im Wesentlichen direkten Abgabe der Verbrennungsabgase sowie einen zweiten Leitungsbereich (32 ) umfasst, wobei der zweite Leitungsbereich (32 ) zu einem zweiten Wärmetauscherbereich (34 ) führt oder/und diesen bereitstellt, wobei durch den zweiten Wärmetauscherbereich (34 ) in den Verbrennungsabgasen transportierte Wärme auf zu erwärmende Flüssigkeit übertragbar ist, – eine Ventilanordnung (38 ,40 ) zum wahlweisen Freigeben/Sperren des ersten Leitungsbereichs (30 ) und des zweiten Leitungsbereichs (32 ) zur/gegen Durchströmung durch die Verbrennungsabgase. - Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatursensoranordnung (
50 ) vorgesehen ist zur Erfassung der Temperatur der zu erwärmenden Flüssigkeit, wobei dann, wenn die Temperatur der Flüssigkeit in einem vorbestimmten Bereich liegt, der zweite Leitungsbereich (32 ) gegen Durchströmung im Wesentlichen gesperrt ist und der erste Leitungsbe reich (30 ) zur Durchströmung freigegeben ist. - Heizsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuervorrichtung (
48 ) vorgesehen ist zum Ansteuern des Brennerbereichs (16 ) und der Ventilanordnung (38 ,40 ). - Heizsystem nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (
48 ) dazu ausgebildet ist, die Ventilanordnung (38 ,40 ) zum Sperren des ersten Leitungsbereichs (30 ) und zum Freigeben des zweiten Leitungsbereichs (32 ) anzusteuern, wenn die Temperatur der zu erwärmenden Flüssigkeit nicht in dem vorbestimmten Bereich ist. - Heizsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (
48 ) dazu ausgebildet ist, den Brennerbereich (16 ) zur Bereitstellung einer erhöhten Heizleistung anzusteuern, wenn sie die Ventilanordnung (38 ,40 ) zum Freigeben des zweiten Leitungsbereichs (32 ) und zum Sperren des ersten Leitungsbereichs (30 ) ansteuert. - Heizsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscherbereich (
34 ) in einem die zu erwärmende Flüssigkeit enthaltenden Behälter (36 ) angeordnet ist und einen Leitungsabschnitt des zweiten Leitungsbereichs (32 ) umfasst. - Heizsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsabschnitt mäanderartig, spiralartig, staubenartig oder wendelartig gewunden ist.
- Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend die Maßnahmen: a) Ansteuern des Brennerbereichs (
16 ) in einem Luftheizbetriebsmodus zur Bereitstellung einer zur Erwärmung von in einen Raum einzuleitender Luft erforderlichen Heizleistung, b) Ermitteln der Temperatur einer zu erwärmenden Flüssigkeit, c) dann, wenn die bei der Maßnahme b) ermittelte Temperatur nicht in einem vorbestimmten Bereich liegt, Ansteuern des Brennerbereichs (16 ) in einem Luft/Flüssigkeits-Heizbetriebsmodus zur Bereitstellung einer bezüglich des Luftheizbetriebsmodus erhöhten Heizleistung und Ansteuern der Ventilanordnung (38 ,40 ) zum Freigeben des zweiten Leitungsbereichs (32 ) und zum Sperren des ersten Leitungsbereichs (30 ). - Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die bei der Maßnahme b) ermittelte Temperatur den vorbestimmten Bereich erreicht, der Brennerbereich (
16 ) wieder zur Bereitstellung einer für den Luftheizbetriebsmodus erforderlichen Heizleistung angesteuert wird und die Ventilanordnung (38 ,40 ) zum Sperren des zweiten Leitungsbereichs (32 ) und zum Freigeben des ersten Leitungsbereichs (30 ) angesteuert wird.
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DE8915095U1 (de) * | 1988-12-23 | 1990-02-08 | Mariani Mario & C Ati | |
GB2257242A (en) * | 1991-06-15 | 1993-01-06 | Carver & Co | Water and air heating apparatus |
EP0926453A2 (de) * | 1997-12-23 | 1999-06-30 | Truma Gerätetechnik GmbH & Co. | Heizgerät zum Erwärmen von Luft und/oder Wasser |
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2007
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