DE19619132C2 - Elektrischer Warmwasserbereiter - Google Patents
Elektrischer WarmwasserbereiterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Warmwasserbereiter mit einem Heizkörper und einem
Warmwasserbehälter in Flachbauweise, der zur Erzeugung von warmem Brauchwasser für
Reinigungszwecke, für die Hygiene und für die tägliche Körperpflege einen Kaltwasserzulauf
und einen zu einem Verbraucher führenden Warmwasserablauf aufweist.
Bekannt sind kleine elektrische Warmwasserspeicher mit einem runden beziehungsweise mehr
oder weniger rechteckigen Wasserbehälter, die je nach den örtlichen Platzverhältnissen
entweder über oder unter einem Waschgefäß oder einem Spülbecken angebracht sind. Die
Wasseranschlüsse befinden sich bei Geräten, welche über dem Becken montiert werden sollen,
unten am Wasserbehälter und bei Geräten, welche unter dem Becken angeordnet werden,
jedoch oben am Behälter, um eine einfache Rohrverbindung zu dem Mischbehälter zu
gewährleisten. Aus diesen Gründen sind bei ein und derselben Gattung wegen der
unterschiedlichen örtlichen Gegebenheiten mindestens zwei verschiedene Baumuster
vorhanden, was einer wirtschaftlichen Fertigung zuwider läuft.
Zahlreiche Vorschläge befassen sich mit der Ausbildung von diesen Warmwasserbereitern,
damit diese nachdem Umrüsten des Heizkörpers wahlweise oberhalb und unterhalb des
Waschbeckens betrieben werden können. Diese Prozeduren sind zum Teil sehr umständlich bei
der Herstellung mit weiteren Kosten verbunden, weil nicht nur die Anschlüsse für den
Kaltwasserzulauf und den Warmwasserablauf, sondern auch die elektrische Anschlußleitung
flexibel über Putz verlegt werden muß. Bei räumlich beengten Platzverhältnissen ist die
Unterbringung des Warmwasserbereiters infolgedessen mit erheblichen Schwierigkeiten
verbunden. Um Platz zu sparen sind bereits elektrisch beheizte Warmwasserbereiter in
Flachbauweise vorgeschlagen worden, wobei in der DE 12 84 600 B der
rechteckige Wasserbehälter nicht mehr als einen nur geringfügig flacheren Querschnitt
aufweist. Dergestalt ist die Flachbauweise durch die Anordnung und Lage des Heizkörpers
begrenzt, wenn ein thermischer Kontakt des hochtemperierten Heizkörpers mit der
Behälterwandung des Warmwasserbehälters sicher vermieden werden soll. In diesem Fall und
zum besseren Durchmischen des zu erwärmenden Behälterinhalts wird in der DD 132 031 A
bei einem nichtmetallischen Wasserbehälter über dem Heizkörper ein thermisch
isolierendes Schutzrohr aus Glas oder Keramik errichtet, das mit zusätzlichen Öffnungen zur
Wasserzirkulation versehen ist.
Um außerdem eine Temperaturschichtung des Behälterinhalts abzuwenden, soll das Schutzrohr
zugleich eine bessere Wärmeströmung des in unmittelbarer Nähe des Heizkörpers erhitzten und
nach oben aufsteigenden Wassers bewirken, das in entgegengesetzter Richtung an den
seitlichen, deutlich kühleren Umfangswänden niedersinkt. Bei Erhitzen des gesamten
Behälterinhalts mittels Wärmeströmung besteht der Nachteil, daß nur ein geringer Teil des
Behälterinhalts in unmittelbaren Kontakt mit dem Heizkörper gelangen kann. Hierbei besteht
die Gefahr des Überhitzens und des schnellen Verkalkens des Heizkörpers, was einen
wesentlich schlechteren Wärmeübergang nach sich zieht. Um diesem Manko bei einem
Warmwasserbereiter zu begegnen, werden in der DE Patentschrift 30 44 079
hyperboloidförmig ausgebildete Einbauteile vorgeschlagen, um eine bemerkenswerte
Kaminwirkung der Leitelemente zu erreichen. Diese Einbauelemente sind mit einer
Flachbauweise nicht vereinbar.
In der DE 19 37 493 A wird eine flacher Warmwasserbereiter beschrieben, bei dem der Behälter
aus zwei konzentrischen Teilen zusammengebaut wird. Der innere Teil besteht aus zwei Hälften
dünnen, verzinnten Kupferbleches, deren Ränder entgegengesetzt aufeinandergelegt werden.
Jeder Teil sieht wie ein rechteckiges, tiefes Tablett mit breiten Rändern aus. Der wasserdichte
Verschluss des inneren Teiles des Behälters wird durch Zusammenfalzen der Ränder beider
Hälften und vorherigen Einfügens einer Dichtung erreicht. Nach dem Umbiegen bilden die
umgebogenen und gebogenen Teile der Ränder ein U. Der Stromkreis wird zuerst mit Litzen
ohne Isolierung vorgeformt, welche an den Enden mit Einschraubösen versehen sind. Diese
Litzen werden zur Isolierung zwischen zwei Kunststoffblatten eingeklemmt, welche
anschließend zusammengeschweißt - oder geklebt werden.
In der DE 40 12 203 A1 ist bei einem flachbauenden Warmwasserbereiter in einem einstückig
geblasenen Innenbehälter aus Kunststoff ein elektrischer Heizkörper angeordnet. Damit der
Warmwasserbereiter eine hinreichende Formstabilität aufweist, ist der Innenbehälter mit einer
Mehrzahl zylinderförmiger Wasserkammern in der Art einer Luftmatratze versehen.
Bei einem anderen Warmwasserspeicher in flacher Form gemäß DE 30 092 092 A1
weist der Wasserbehälter zwei aus einem metallischen Werkstoff geprägte Schalen auf, die im
Querschnitt die Form eines Halbzylinders besitzen und aufeinandergesetzt einen ovalen flachen
Körper bilden, der entlang der schmalseitigen inneren und äußeren Umfangslinien verschweißt
ist. Der flache ringförmige Wasserbehälter findet vor allem in einer Neubauwohnung
Verwendung, in welcher im Badezimmer oder in der Küche wenig Raum zum Einbau eines
Warmwasserspeichers vorhanden ist. Um Platz zu sparen, wird der Warmwasserspeicher von
einer Isolierung umschlossen und nach dem Anbringen an der Wand über dem Waschbecken
anstelle eines Spiegelschrankes an der Vorderseite mit einem Spiegel versehen. Eine solche
Verkleidung soll die Möglichkeit bieten, den Warmwasserspeicher als ein in den
Aufstellungsraum passendes Möbelstück auszubilden. Das hat den Nachteil zur Folge, daß auf
das ursprünglich vorgesehene Möbelstück verzichtet werden muß.
Die Erfindung bezweckt einen extrem flachen, elektrisch beheizbaren Warmwasserbereiter, der
im Gegensatz zu den gebräuchlichen Warmwasserboilern ohne einen zusätzlichen Platzbedarf
in kleinen oder beengten Räumen in Verbindung mit einem Waschtisch oder Reinigungsbecken
einbaubar ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem flachen Warmwasserbereiter
einen nach außen thermisch isolierten Warmwasserbehälter und einen Heizkörper zu schaffen,
bei dem ohne die erforderlichen Leitelemente zum Herbeiführen einer Wasserströmung im
Behälter eine annähernd gleiche Erwärmung des Behälterinhalts ermöglicht und eine
Wärmeschichtung des Wassers vermieden wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen elektrischen Warmwasserbereiter mit
einem Warmwasserbehälter gelöst, der als ein flaches, schalenförmiges Formteil
ausgebildet ist, das aus einer elektrisch isolierenden, warmwasserresistenten
Zusammensetzung besteht und mit mindestens mit einer durch elektrischen Strom
aufheizbaren Heizschicht beschichtet ist, wobei die Heizschicht mit einem zu dem
Formteil kongruierenden Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgestattet ist.
Auf diese Weise können extrem flache Warmwasserbereiter gefertigt werden, die bei einem
geringen Platzbedarf in der Tiefe des Raumes platzsparend einbaubar sind. In bevorzugter
Weise werden die Warmwasserbereiter derart flach ausgebildet oder geformt, daß sie
insbesondere beim Einbau in einen Hohlraum einer in Trockenbauweise im Innenausbau
errichteten Wand eingefügt werden können, oder zum Einbau unter Putz beispielsweise in eine
Nische einer aus Verbundbauplatten aufgebauten Zwischenwand geeignet sind.
Da die extrem flachen Warmwasserbereiter bei geringer Tiefe eine beachtliche Breite und bei
entsprechender Höhe eine nicht zu vernachlässigende Wärmedehnung und Schrumpfung bei
inkonstanten Temperaturen aufweisen, ist es zweckmäßig, wenn eine dem
Ausdehnungskoeffizienten des Formteils adäquate elektrisch heizbaren Heizschicht zur
Anwendung gelangt, die einen mit dem Formteil kongruierenden
Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird dies dadurch bewerkstelligt, daß der
Formkörper aus einem hydraulischen Bindemittel oder einer Bindemittelzusammensetzung
sowie mit einer aus Faser aufgebauten Matrix verstärkt und die elektrisch heizbare Heizschicht
aus einer wäßrigen anorganischen silikathaltigen Bindemittelzubereitung mit einem Zusatz von
elektrisch leitfähigen Teilchen zusammengesetzt ist.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das
Formteil aus einem glasfaserverstärkten Beton hergestellt wird.
Diese Ausgestaltung ermöglicht aus zwei zusammenwirkenden Gründen einen
außergewöhnlich effektiven Einsatz von elektrischer Heizenergie, weil der elektrisch
isolierende Glasfaserbeton nämlich gleichzeitig eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Dadurch sind sehr dünnwandige Formteile herstellbar, die es ermöglichen, daß bei
ausreichender Wärmedämmung die Warmwasserbereiter an beliebiger oder andernfalls
unzugänglicher Stelle einbaubar sind. Andererseits kann der Wasserbehälter derart flach
ausgebildet werden, daß die Heizschichten im Inneren so nahe aneinanderliegen, daß das
dazwischenliegende Wasser gleichmäßig erwärmt wird. Eine Temperaturschichtung zwischen
warmen und kaltem Wasser ist dadurch ausgeschlossen.
Zwar ist es grundsätzlich aus der DE-28 33 025 A1 bekannt, ein plattenartiges
Bauelement aus Glasfaserbeton mit einer Heizschicht zu beheizen, jedoch steht dies in keinem
Zusammenhang mit der vorliegenden Aufgabenstellung bei einem elektrischen
Warmwasserbereiter, indem in der besagten Veröffentlichung vorgeschlagen wird, bei einer zu
beheizenden Innenfläche die Außenfläche zu beheizen. Dieser Vorschlag ist bei einem extrem
flachen Warmwasserbereiter nicht realisierbar und hinsichtlich der Wärmeverluste auch nicht
naheliegend. Außerdem ist aus der DE-34 18 005 A1 zum Beheizen einer
Flüssigkeit ein Sonnenkollektor beschrieben, der unter Verwendung von glasfaserverstärktem
Beton hergestellt ist. Eine Anregung für die vorgeschlagene Lösung ist daraus gleichermaßen
nicht ableitbar, was im nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert
werden soll.
In den zu dem Ausführungsbeispiel gehörenden Zeichnungen zeigt
Fig. 1 einen Warmwasserbereiter in Gebrauchslage im Zusammenhang mit einer Zapfstelle,
Fig. 2 eine ausführbare Ausgangsform eines flachen einseitig offenen Formteils für die
Herstellung eines Warmwasserbehälters,
Fig. 3 die Innenansicht eines mit einer elektrisch leitfähigen Heizschicht beschichteten
Formteils,
Fig. 4 einen aus zwei Formteilen zusammengesetzten Warmwasserbehälter und
Fig. 5 einen Warmwasserbehälter mit einem einzigen Formteil und einer ebenen Abdeckung
in schematischer Darstellung.
Fig. 1 zeigt einen elektrischen Warmwasserbereiter, der oberhalb einer Verbraucherstelle 1
mit Mischbatterie 2 beispielsweise unter Putz in einem Hohlraum einer in Trockenbauweise im
Innenausbau errichteten Wand eingefügt ist. Infolgedessen ist der Warmwasserbereiter an sich
nicht sichtbar und aus diesem Grunde vollständig strichpunktiert dargestellt. Der
Warmwasserbereiter umfaßt einen Warmwasserbehälter 3 mit einem in Fig. 2 dargestellten
Formteil 4 mit einem flachen umlaufenden Rand, der als Flansch 5 ausgebildet ist. Der Flansch
5 weist im regelmäßigen Abstand in Fig. 3 erkennbare Flanschbohrungen 6 für
Verbindungselemente wie zum Beispiel Befestigungsschrauben 7 mit dazugehörigen
Unterlegscheiben 8 auf. Mittels der Befestigungsschrauben 7 kann das Formteil 4 unter
Zwischenlage einer in Fig. 4 erkennbaren Flanschdichtung 9 mit einem auf der Rückseite
angeordneten zweiten Formteil 4 druckdicht verschraubt oder sonstwie in geeigneter Weise
dicht verbunden werden.
Im unteren Behälterteil des Warmwasserbehälters 3 ist in der Nähe des Flansches 5 eine die
Behälterwand durchdringende Zulauföffnung 11 für den Kaltwasserzulauf und in dem oberen
Behälterteil ist dicht unterhalb des Flansches 5 eine Ablauföffnung 12 für einen
Warmwasserablauf vorgesehen. In die Zulauföffnung 11 ist eine Kaltwasserleitung 13 mit
einem elektrisch isolierenden Anschlußstutzen 14 eingebunden, die von einem Zapfventil 15 in
der Mischbatterie 2 bedient wird. Beim Öffnen des Zapfventils 15 strömt Kaltwasser über die
Kaltwasserleitung 13 in den Warmwasserbehälter 3 ein. Beim Eintritt von Kaltwasser wird der
erhitzte Behälterinhalt über eine zu der Mischbatterie 2 führende Warmwasserleitung 16 nach
der Verbraucherstelle 1 verdrängt.
Die Darstellung des Warmwasserbehälters 3 ist im einzelnen aus der Zeichnung in Fig. 2
erkennbar. Der Warmwasserbehälter 3 ist durch eine dünne Behälterwandung gekennzeichnet,
die schalenförmig ein flaches, einseitig offenes Formteil 4 einschließt, das aus einer elektrisch
isolierenden, warmwasserresistenten Zusammensetzung ausgebildet ist. In dem gewählten
Ausführungsbeispiel besitzt das Formteil 4 eine rechteckige Form. Jedoch kann dadurch eine
gegebenenfalls ovale oder kreisrunde Bauweise nicht ausgeschlossen werden.
Um das gewünschte Formteil 4 zu erhalten, bedient man sich am besten einer Negativform 17,
bei der auf der Außenseite 18 die genaue Abbildung der Innenseite des Formteils 4 vorgesehen
ist. Mit Hilfe der Negativform 17 kann eine sehr dünne Behälterwandung durch Aufspritzen
einer dünnen Zementschicht in situ mit Verstärkungsfasern hergestellt werden. Mit der Zugabe
alkaliresistenter, hochzugfester Glasfasern als Verstärkungsfasern zum Zement können sehr
dünnwandige und elektrisch isolierende Formteile 4 hergestellt werden. Neben einer
verbesserten Oberflächenbeschaffenheit und Gefügedichte weist Glasfaserbeton mit statisch
wirksamer Faserzugabe von 3 bis 5 Volumenprozenten eine hohe Zugfestigkeit und
Schlagfestigkeit auf. Die Glasfasern sollen in der Einzelfaser einen Mindestdurchmesser von 10
Mikrometer aufweisen. Sie werden als Spinnfaser hergestellt, vorgeschnitten beziehungsweise
aufgespult zur Betonherstellung geliefert und im Pre-Mix-Verfahren beziehungsweise im
Spritzverfahren in die Mischung eingebracht.
Nach dem Aushärten wird das Formteil 4 gemäß Fig. 2 entschalt und mit den entsprechenden
Flanschbohrungen 6 versehen. Der durch die Ebene des Flansches 5 und die Innenwandung 19
des Formteils 4 umgrenzte Hohlraum besitzt danach innen an den Stirnkanten 20 eine Breite
von 40 cm und an den Längskanten 21 eine Länge von 50 cm. Die Tiefe 22 des gebildeten
Hohlraumes beträgt demnach bei einem 5 Liter Warmwasserbereiter 1,25 cm oder bei einem
10 Liter Warmwasserbereiter 2,5 cm und so weiter, wenn gegenüberliegend zwei Formteile 4
eingesetzt werden. Die geringe Tiefe 22 des Formteils 4 ermöglicht aus diesem Grunde bei
einem üblicherweise nicht so großen Warmwasserbereiter für die tägliche Hygiene den Einbau
unter Putz ohne eine zusätzliche Isolierung zur Wärmedämmung nach außen. In Fig. 4 ist ein
doppelschaliger aus zwei Formteilen 4 bestehender Warmwasserbehälter 3 mit einer zwischen
den Flanschen 5 liegenden Flanschdichtung 9 erkennbar, während in Fig. 5 das Formteil 4 mit
einer ebenen Abdeckung 25 zu einem Warmwasserbehälter 3 vervollständigt ist. In diesem Fall
bieten sich an einer ebenen Wandfläche günstige Befestigungsmöglichkeiten. Außerdem ist auf
diese Weise bei gleichen Formteilen 4 der Rauminhalt des Warmwasserbehälters 3 variierbar.
Zur Warmwasserbereitung und zum Beheizen des Warmwasserbehälters 3 werden auf zwei
gegenüberliegenden Seitenteilen des Formteils 4 beziehungsweise jeweils am Flansch 5 aus
dünnen metallischen Folienstreifen bestehende Stromzuführungselektroden 26 vorgesehen, die
mit einem geeigneten Bindemittel fixiert werden. Als Bindemittel kommt ein mit Wasser
verdünnbares Bindemittel, insbesondere ein Alkalisilikat in Betracht, das desgleichen als
Bindemittel für die elektrisch leitfähige Heizschicht 27 vorgesehen ist. Auf die zwischen den
beiden Stromzuführungselektroden 26 eingeschlossene Fläche wird, wie gemäß Fig. 3
angedeutet, durch Streichen oder Spritzen eine Heizschritt 27 aufgetragen, die dem Fachmann
bekannt und die in der DE 20 18 823 A hinlänglich beschrieben worden ist.
Mit einer dergleichen elektrisch leitfähigen Heizschicht 27 auf der Basis von Graphitteilchen
und einem mit Wasser verdünnbaren Alkalisilikat als Bindemittel ist bei einer Fläche von
40 cm × 50 cm eine Heizleistung von mehreren hundert Watt realisierbar. Bei einer
vorgestellten Heizleistung von 300-500 Watt werden bei zwei im Abstand von 2,5 cm
gegenüberliegenden Heizflächen für die Erwärmung des Wassers höchsten 15 Minuten
erforderlich, wenn der gesamte Behälterinhalt von 15°C auf eine Temperatur von 60°C mit
Hilfe einer Schutzspannung von 60 Volt erwärmt werden soll.
Gegenüber einem herkömmlichen Warmwasserbereiter können beim Erwärmen des Wassers in
wesentlich geringerem Maße Wärmeverluste auftreten, indem diese in der Hauptsache auf die
im Inneren eines konventionellen Warmwasserbereiters aus Gründen einer Wärmeschichtung
erzwungene Warmwasserströmung zurückzuführen sind. Nicht durch die Temperatur, sondern
primär durch die Warmwasserströmung tritt nämlich an der kalten Behälterwandung ein
rascher Wärmeaustausch mit einhergehenden Wärmeverlusten auf, der durch eine starke
Isolierung zwar vermindert, aber ursächlich nicht verhindert werden kann. Demgegenüber ist
bei den vorgeschlagenen eng gegeneinanderstehenden Heizflächen eines extrem flachen
Warmwasserbereiters eine Warmwasserströmung im Inneren des Warmwasserbehälters 3 nicht
vonnöten. Die Wärmeübertragung zwischen der Heizschicht 27 und dem zu erwärmenden
Wasser ist stationär und nicht mit Wärmeverlusten verbunden. Demzufolge vereinfacht oder
erübrigt sich eine periphere Wärmedämmung des Warmwasserbereiters bei geringen
Wärmeverlusten vollständig, wenn der Warmwasserbehälter 3 aus Glasfaserbeton hergestellt
ist.
Wenn höhere Heizleistungen bei einem Warmwasserbehälter 3 mit einem größeren Volumen
beispielsweise zum Duschen erforderlich sind, kann dem durch eine gegenüber Fig. 3
geänderte Anordnung der Stromzuführungselektroden 26, durch Unterteilung oder durch eine
Erhöhung der Betriebsspannung bei Verwendung entsprechender Sicherheitsvorkehrungen
Rechnung getragen werden. Wie im Fig. 3 erkennbar, werden Stromzuführungselektroden 26
vorgesehen, die auf der einen Seite des Flansches 5 einen überstehenden Abschnitt aufweisen.
Die überstehenden Elektrodenabschnitte 28 werden mit ihrem gabelförmigen Endabschnitt 29
nach außen zum Flansch 5 hin abgewinkelt und mittels der bereits vorgesehenen
Befestigungsschraube 7 mit einem Kabelschuh 30 einer Zuführungsleitung 31 für die
Versorgungsspannung in Kontakt gebracht.
Für die Bereitstellung der Versorgungsspannung ist ein Netzgerät 32 mit einem
Niederspannungsausgang vorgesehen, das gegebenenfalls durch einen nicht weiter
dargestellten Temperaturregler gesteuert werden kann, wenn die festgelegte
Betriebstemperatur im Warmwasserbehälter 3 erreicht worden ist. Damit kann der
Warmwasserbereiter gefahrlos im Dauerbetrieb beheizt werden.
Claims (6)
1. Elektrischer Warmwasserbereiter mit einem Warmwasserbehälter (3), der als ein flaches,
schalenförmiges Formteil (4) ausgebildet ist, das aus einer elektrisch isolierenden,
warmwasserresistenten Zusammensetzung besteht und mit mindestens mit einer durch
elektrischen Strom aufheizbaren Heizschicht (27) beschichtet ist, wobei die Heizschicht (27)
mit einem zu dem Formteil (4) kongruierenden Wärmeausdehnungskoeffizienten
ausgestattet ist.
2. Elektrischer Warmwasserbereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Formteil (4) aus einem hydraulischen Bindemittel oder einer Bindemittelzusammensetzung
bestehend sowie mit einer aus Fasern aufgebauten Matrix verstärkt und die elektrisch
beheizbare Heizschicht (27) aus einer wäßrigen anorganischen silikathaltigen
Bindemittelzubereitung mit einem Zusatz von elektrisch leitfähigen Teilchen
zusammengesetzt ist.
3. Elektrischer Warmwasserbereiter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (4) aus einem glasfaserverstärkten Beton
hergestellt ist.
4. Elektrischer Warmwasserbereiter, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige Heizschicht (27) aus einer Mischung
auf der Basis von Graphitteilchen mit einem wasserverdünnbaren Bindemittel auf der Basis
von Alkalisilikaten zusammengesetzt ist.
5. Elektrischer Warmwasserbereiter, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserbehälter (3) aus zwei einseitig offenen und
einander gegenüberliegenden, durch Verbindungselemente (7) miteinander verbundenen
Formteilen (4) aufgebaut ist.
6. Elektrischer Warmwasserbereiter, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserbehälter (3) ein einseitig offenes Formteil (4)
aufweist, welches mit einer gegenüberliegenden, ebenen und gegebenenfalls eine elektrisch
leitfähige Heizschicht (27) einschließende Abdeckung (25) verbunden ist.
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