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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühler, insbesondere einen Laborkühler, insbesondere für einen Verdampfer, insbesondere für einen Rotationsverdampfer, mit einem Glaskolben mit einem Einlass und einem Auslass für durch den Glaskolben geführten Dampf und mit zumindest einem durch das Innere des Glaskolbens verlaufenden Glasrohr für eine Kühlflüssigkeit.
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Laborkühler sind Glasgeräte, die in einem chemischen Labor zur Kondensation von Dämpfen verwendet werden. Bekannte Laborkühler weisen einen Glaskolben auf, durch den der zu kondensierende Dampf geführt wird. Hierzu ist der Glaskolben mit einem Einlass und einem Auslass für den Dampf versehen. Innerhalb des Glaskolbens und durch den Glaskolben hindurch ist ein Glasrohr geführt, durch das eine Kühlflüssigkeit, üblicherweise Wasser, geleitet wird, um den durch den Glaskolben strömenden Dampf zu kühlen und zu kondensieren. Zur Erhöhung der Kühlleistung des Laborkühlers kann ein spiralförmiges Glasrohr verwendet werden. Ein derartiger Laborkühler ist z.B. aus der
WO 2013/050111 A1 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühler der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine höhere Kühlleistung als mit aus dem Stand der Technik bekannten Kühlern erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kühler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass das Glasrohr wenigstens abschnittsweise mit Kühlrippen versehen ist.
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Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass das Glasrohr oder ein zumindest ein Teil hiervon mit Kühlrippen versehen ist. Durch die Kühlrippen kann die Kühloberfläche des Glasrohrs und damit die Kühlleistung des Kühlers signifikant vergrößert werden. Alternativ hierzu kann bei gleichbleibender Kühlleistung die Größe des Kühlers verkleinert und damit der Platzbedarf des Kühlers verringert werden. Ein geringerer Platzbedarf ermöglicht eine kompaktere Bauweise und eine platzsparende Aufstellung der Verdampfer, mit denen der Kühler im Labor verwendet werden kann. Grundsätzlich könnte der Kühler auch für andere Geräte, beispielsweise Medizinprodukte, in Reaktoren, etc. Verwendung finden, bei denen Glas z.B. aufgrund von chemischen Anforderungen gefordert ist.
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Das Glasrohr kann gerade oder spiralförmig ausgebildet sein. Es können auch mehrere Glasrohre vorgesehen sein. Sind mehrere Glasrohre vorgesehen, kann vorgesehen sein, dass ein, mehrere oder alle Glasrohre wenigstens abschnittweise mit Kühlrippen versehen sind. Grundsätzlich kann ein Glasrohr auch verschiedene Arten von Kühlrippen, insbesondere wie sie nachstehend erläutert sind, aufweisen. Das Glasrohr kann auch als Kühlrohr bezeichnet werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Glasrohr in Längsrichtung mehrfach eingeschnürt, wobei die Kühlrippen als insbesondere wulstartige Auswölbungen zwischen den, insbesondere äquidistant ausgebildeten, Einschnürungen ausgebildet sind. Die Begriffe Einschnürung und Auswölbung sind dabei nicht derart zu verstehen, dass das Glasrohr im Bereich einer Einschnürung gegenüber einem ursprünglichen Zustand des Glasrohrs in diesem Bereich verengt oder im Bereich einer Auswölbung gegenüber einem ursprünglichen Zustand des Glasrohrs in diesem Bereich aufgeweitet ist, sondern lediglich im Sinne einer Angabe der Abmessungen dieser beiden Bereich relativ zueinander, d.h. derart, dass das Glasrohr im Bereich einer Einschnürung einen geringen Durchmesser aufweist als im Bereich einer Auswölbung.
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Insbesondere in diesem Zusammenhang betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlers, insbesondere eines Laborkühlers, insbesondere für einen Verdampfer, insbesondere für einen Rotationsverdampfer, mit einem Glaskolben mit einem Einlass und einem Auslass für durch den Glaskolben geführten Dampf und mit zumindest einem durch das Innere des Glaskolbens verlaufenden Glasrohr für eine Kühlflüssigkeit, wobei das Glasrohr wenigstens abschnittsweise mit Kühlrippen verstehen ist, und wobei die Kühlrippen dadurch erzeugt werden, dass ein zunächst glattes Glasrohr an mehreren Stellen entlang seiner Längsachse lokal erhitzt und durch Aufstauchen oder durch Anlegen eines Überdrucks in dem Glasrohr an diesen Stellen jeweils insbesondere wulstartig ausgewölbt wird, oder dass einzelne vorgefertigte Kühlrippensegmente, insbesondere durch lokales Erhitzen, miteinander verbunden werden.
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Alternativ können die Kühlrippen als schraubenlinienförmig umlaufende, insbesondere ein- oder mehrgängige, Auswölbungen ausgebildet sein. Im Sinne dieser Anmeldung entspricht eine Umdrehung der Schraubenlinie einer Auswölbung, mehrere Umdrehungen der Schraubenlinie entsprechen einer entsprechenden Anzahl an mehreren Auswölbungen. Bei dieser Ausführungsform ist insbesondere die Strömungsgeometrie vorteilhaft, so dass ein guter Wärmeaustausch gegeben ist.
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Die Auswölbungen können in Form von Hohlrippen, insbesondere Aufstauchungen, ausgebildet sein. Die Kühlrippen sind dann im Inneren hohl. Die Kühlrippen können daher über ihre zumindest im Wesentlichen gesamte radiale Erstreckung von Innen mit Kühlflüssigkeit gekühlt werden. Die Auswölbungen können durch Aufstauchen oder Aufblasen entstanden sein. Hierbei wird ein Teilbereich des Glases soweit erwärmt, dass das Material in dem gewünschten Bereich verformbar ist.
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Alternativ können die Auswölbungen jedoch auch vollständig zusammengedrückt sein. Die Kühlrippen sind dann im Inneren nicht hohl, sondern es liegen vielmehr zwei Wandabschnitte des Glasrohrs aufeinander. Aufgrund ihrer im Vergleich zu Hohlrippen geringeren Höhe können pro Längeneinheit in Längsrichtung des Glasrohrs jedoch mehr Kühlrippen als bei einer Ausbildung der Auswölbungen als Hohlrippen vorgesehen werden, d.h. die Rippendichte kann erhöht werden.
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Die Kühlrippen können als Stege aus Glas an der Außenseite der Zylinderwand des Glasrohrs ausgebildet sein. Die Stege können als ringförmige Stege bzw. ringförmige Lamellen oder als schraubenlinienförmig umlaufende Stege ausgebildet sein. Im Sinne dieser Anmeldung entspricht eine Umdrehung der Schraubenlinie einem Steg, mehrere Umdrehungen der Schraubenlinie entsprechen einer entsprechenden Anzahl an mehreren Stegen. Derartige Stege besitzen eine geringere Höhe als die vorgenannten zusammengedrückten Auswölbungen, so dass die Rippendichte weiter erhöht werden kann.
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Darüber hinaus kann der Glaskolben wenigstens abschnittsweise, d.h. der Glaskloben oder zumindest ein Teil hiervon, als innenberippter Glaskolben ausgebildet sein bzw. wenigstens abschnittsweise Innenrippen aufweisen. Durch das Vorsehen der Innenrippen kann die Oberfläche des Glaskolbens vergrößert und damit eine erhöhte Wärmeabgabe nach außen hin erreicht werden.
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Der Glaskolben kann dabei in Längsrichtung mehrfach eingeschnürt sein, wobei die insbesondere äquidistant ausgebildeten Einschnürungen die Innenrippen bilden, wie dies auch für die Kühlrippen des Glasrohrs der Fall sein kann.
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Die Innenrippen des Glaskolbens können derart angeordnet sein, dass sie zwischen die Kühlrippen des Glasrohrs eingreifen. Hierdurch kann der Kühler besonders kompakt gebaut werden. Darüber hinaus wird der von dem Dampf durchflossene Querschnitt des Kühlers reduziert und der Weg des Dampfes durch den Kühler hindurch wird verlängert. Beides führt dazu, dass mehr Wärme von dem Dampf abgegeben werden kann.
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Es kann eine Einrichtung zur Kühlung der Innenrippen vorgesehen sein, beispielsweise ein äußerer Kühlmantel, insbesondere aus Glas, der den Glaskolben umgibt. Der äußere Kühlmantel kann mit dem Glasrohr in Fluidverbindung stehen und mit diesem einen gemeinsamen Kühlkreislauf bilden oder kann einen von dem Glasrohr separaten Kühlkreislauf bilden.
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Die Kühlrippen und/oder die Innenrippen können glatt oder jeweils mit zumindest einer Ablaufkehle für Kondensat ausgebildet sein. Der Ablaufeffekt kann dadurch erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich können die jeweiligen Rippen auch geneigt verlaufen, um ein Ablaufen des Kondensats zu gewährleisten.
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Der Glaskolben kann wenigstens abschnittsweise Außenrippen aufweisen, insbesondere für eine Kühlung durch die Umgebungsluft. Dadurch kann die Oberfläche des Glaskolbens und damit die Abstrahlungsfläche des Glaskolbens nach außen vergrößert werden. Grundsätzlich kann dieses Prinzip bzw. können derartige Rippen auch für die Übertragung von Wärme bei Glasheizungen verwendet werden.
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Es können auch mehrere durch das Innere des Glaskolbens verlaufende Glasrohre vorgesehen sein, die jeweils wenigstens abschnittsweise mit Kühlrippen versehen sind, wobei die Glasrohre derart angeordnet sind, dass ihre Kühlrippen ineinander eingreifen. Durch die mehreren Glasrohre kann die Kühlleistung erhöht werden, wobei aufgrund der ineinandergreifenden Anordnung der Glasrohre weiterhin eine kompakte Bauweise des Kühlers gewährleistet werden kann.
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Die Kühlrippen können integral mit dem Glasrohr und aus Glas ausgebildet sein. Hierdurch kann eine besonders kostengünstige Herstellung erreicht werden.
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Alternativ können die Kühlrippen aber auch separat von dem Glasrohr aus einem anderen Material als Glas ausgebildet und fest mit der Außenseite des Glasrohrs verbunden sein. Dies besitzt den Vorteil, dass für die Kühlrippen ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit bzw. mit insbesondere wesentlich höherer Leitfähigkeit als Glas, insbesondere ein Metall oder eine Legierung, gewählt werden kann. Beispielsweise können die Kühlrippen als insbesondere ringförmige Kühllamellen ausgebildet und an der Außenseite des Glasrohrs an diesem befestigt, insbesondere eingeklipst, sein.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Kühler, insbesondere einen Laborkühler, insbesondere für einen Verdampfer, insbesondere für einen Rotationsverdampfer, mit einem Glaskolben mit einem Einlass und einem Auslass für durch den Glaskolben geführten Dampf und mit zumindest einem durch das Innere des Glaskolbens verlaufenden Glasrohr für eine Kühlflüssigkeit, wobei das Glasrohr wenigstens abschnittsweise einen mäanderförmigen Verlauf aufweist. Auch hierdurch kann die Kühloberfläche des Glasrohrs und damit die Kühlleistung des Kühlers vergrößert werden.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Verdampfer, insbesondere einen Rotationsverdampfer, mit einem Kühler, wie er vorstehend beschrieben ist.
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Nicht beschränkende Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen, jeweils ausschnittsweise, im Längsschnitt und in schematischer Darstellung,
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1 einen Kühler gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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2 einen Kühler gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
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3 einen Kühler gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
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4 einen Kühler gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
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5 einen Kühler gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung,
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6 einen Kühler gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung,
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7 einen Kühler gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung, und
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8 einen Kühler gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung.
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In den 1 bis 8 sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente werden dabei mit denselben oder analogen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kühler, insbesondere Laborkühler, für einen Verdampfer, insbesondere einen Rotationsverdampfer, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Kühler umfasst einen Glaskolben 11, durch den zu kondensierender Dampf hindurchgeführt wird. Der Glaskolben 11 weist hierzu einen entsprechenden Einlass und einen entsprechenden Auslass aus, die jedoch jeweils nicht dargestellt sind. Im Inneren des Glaskolbens 11 erstreckt sich ein Glasrohr 13, durch das eine Kühlflüssigkeit, in der Regel Wasser, geleitet wird, um den durch den Glaskolben 11 strömenden Dampf zu kühlen und zu kondensieren.
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Der durch die Glaskolben 11 strömende Dampf und die durch das Glasrohr 13 strömende Kühlflüssigkeit sind jeweils durch entsprechende Pfeile veranschaulicht. In der 1 ist die Strömungsrichtung von Dampf und Kühlflüssigkeit gleichgerichtet. Die Kühlflüssigkeit kann jedoch ebenso nach dem Gegenstromprinzip in den Kühler eingeleitet werden, d.h. die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit ist der Strömungsrichtung des Dampfes entgegengesetzt.
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Um eine möglichst hohe Kühlleistung zu erreichen, ist das Glasrohr 13 – anders als aus dem Stand der Technik bekannt – nicht als glattes Glasrohr ausgebildet, sondern es weist zumindest in einem Teilbereich seiner Erstreckung innerhalb des Glaskolbens 11 Kühlrippen 115 auf, durch die im Vergleich zu einer glatten Ausbildung die Kühloberfläche des Glasrohrs 13 erheblich vergrößert wird.
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Die Kühlrippen 115 sind bei der Ausführungsform gemäß 1 als wulstartige bzw. wulstförmige Auswölbungen des Glasrohrs 13 ausgebildet, wobei zwei benachbarte Kühlrippen 115 jeweils durch eine Einschnürung 117 des Glasrohrs 13 voneinander getrennt sind. Die wulstartigen Auswölbungen 115 sind dabei als Hohlrippen 115 ausgebildet, d.h. sie weisen in ihrem Inneren jeweils einen Hohlraum auf, in den die Kühlflüssigkeit strömen kann, um die Kühlrippen 115 möglichst großflächig zu kühlen. Die Kühlrippen 115 können beispielsweise derart hergestellt werden, dass ein zunächst glattes Glasrohr an den Stellen der späteren Kühlrippen 115 lokal erhitzt wird, und anschließend durch Aufstauchen oder durch Anlegen eines Überdrucks das Glasrohr 13 an diesen Stellen jeweils wulstartig nach außen ausgewölbt wird.
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Bei der zweiten Ausführungsform gemäß 2 sind die Auswölbungen als vollständig zusammengedrückte Auswölbungen 215 ausgebildet. Hierdurch kann die Rippendichte, d.h. die Anzahl der Kühlrippen 215, die zur Kühlung des durch den Glaskolben 11 geleiteten Dampfes beitragen, erhöht werden.
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Bei der dritten Ausführungsform gemäß 3 liegen die Kühlrippen 315 als Hohlrippen 315 vor, die jedoch schraubenlinienförmig um das Glasrohr 13 herum verlaufen. In 1 ist eine Umdrehung der Schraubenlinie gezeigt. Die Hohlrippen 315 sind aus Glas und integral mit dem Glasrohr 13 ausgebildet. Der an sich vorhandene Glaskolben ist in 3 weggelassen.
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Bei der vierten Ausführungsform gemäß 4 verlaufen die Kühlrippen 415 ebenfalls schraubenlinienförmig um das Glasrohr 13 herum. Allerdings sind die Kühlrippen hier nicht als Hohlrippen ausgebildet, sondern als Stege 415. In 4 sind eineinhalb Stege 415 abgebildet.
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Bei der fünften Ausführungsform gemäß 5 sind die Kühlrippen 515 separat von dem Glasrohr 13 ausgebildet und fest mit der Außenseite des Glasrohrs 13 verbunden. Die Kühlrippen 515 sind als ringförmige Lamellen, von denen eine auch in Einzeldarstellung gezeigt ist, und aus einem metallischen Material gebildet, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Glas aufweist. Beispielsweise können die Kühlrippen 515 durch geeignete Maßnahmen an der Außenseite des Glasrohrs 13 eingeklipst oder anderweitig befestigt werden.
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Bei der sechsten Ausführungsform gemäß 6 kommt ein Glasrohr 13 zum Einsatz, wie es aus 1 bekannt ist. Im Unterschied zu dem Kühler gemäß 1 umfasst der Glaskolben 11 gemäß 6 jedoch Innenrippen 619, die als Einschnürungen ausgebildet sind, wobei die Innenrippen 619 zwischen die Kühlrippen 615 des Glasrohrs 13 eingreifen. Durch das Vorsehen und die Anordnung der Innenrippen 619 kann die Kühlleistung des Kühlers erhöht werden. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass um den Glaskolben 11 herum ein äußerer Kühlmantel nach Art eines Intensivkühlers vorgesehen ist, der die Innenrippen von außen kühlt. Dies ist in den Figuren jedoch nicht dargestellt.
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Bei der siebten Ausführungsform gemäß 7 sind zwei parallel zueinander verlaufende Glasrohre 13 vorgesehen, die jeweils durch das Innere des Glaskolbens 11 verlaufen, um jeweils den durch den Glaskolben 11 strömenden Dampf zu kühlen und zu kondensieren. Die Glasrohre 13 sind jeweils wie in 1 ausgebildet und derart zueinander angeordnet, dass ihre Kühlrippen 715 ineinandergreifen, so dass eine kleinbauende Konstruktion des Kühlers möglich ist.
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Bei der achten Ausführungsform gemäß 8 verläuft das Glasrohr 13 mäanderförmig durch den Glaskolben 11. Die Länge des Glasrohrs 13 innerhalb des Glaskolbens 11 und damit die Kühlwirkung des Glasrohrs 13 kann dadurch vergrößert werden.
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In den 1 bis 7 sind lediglich der Übersichtlichkeit der Darstellung halber lediglich eine, zwei oder drei Kühlrippen gezeigt. In der Regel wird ein Glasrohr mehr als die genannte Anzahl an Kühlrippen aufweisen.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Kühlrippen, die vorstehend in verschieden Varianten dargestellt sind, oder die mäanderförmige Ausbildung des Glasrohrs kann die Kühlleistung der Kühler wesentlich erhöht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Glaskolben
- 13
- Glasrohr
- 115
- Auswölbung
- 117
- Einschnürung
- 215
- Auswölbung
- 217
- Einschnürung
- 315
- Auswölbung
- 415
- Steg
- 515
- Lamelle
- 615
- Auswölbung
- 617
- Einschnürung
- 619
- Innenrippe
- 715
- Auswölbung
- 717
- Einschnürung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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