DE2825509A1

DE2825509A1 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE2825509A1
Application number: DE19782825509
Authority: DE
Inventors: Ralf Krauss
Original assignee: STEINRUECKE WALTER
Current assignee: STEINRUECKE WALTER
Priority date: 1978-02-04
Filing date: 1978-06-10
Publication date: 1979-12-20
Also published as: US4290412A

Description

Walter Steinrücke
Untersachsenhausen 35, 5000 Köln 1

Sonnenkollektor

(Zusatz zu Patent ... Az.: P 28 04 746.3 vom 4. Febr. 1978)

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor, bestehend aus einem wenigstens teilweise lichtdurchlässigen, vakuumdicht verschlossenen Hohlkörper, der einen Absorber enthält und an den eine Vakuumpumpe angeschlossen ist (nach Patent ... Az.: P 28 04 746.3 vom 4. Febr. 1978).

Nach dem Hauptpatent besteht ein Sonnenkollektor aus einem Bodenteil, der mit einer Deckplatte zu einem Hohlkörper vakuumdicht verbunden ist, wobei sowohl der Bodenteil als auch die Deckplatte flach schalenförmig gewölbt sind und der Innenraum des Hohlkörpers durch eine angeschlossene Vakuumpumpe evakuiert werden kann. In dem Hohlraum ist ein Absorber so angeordnet, daß er allseitig dem angelegten Vakuum ausgesetzt ist, wodurch sich eine allseitige Isolationswirkung für den Absorber ergibt. Die flache Schalenform des Sonnenkollektors gestattet seine Integrierung in die Dachhaut eines Gebäudes. Sie setzt jedoch dem für die Evakuierung zur Verfügung stehenden Raum gewisse Grenzen, wodurch die Isolation gegebenenfalls beeinträchtigt wird. Bei der Herstellung wirkt sich verteuernd aus, daß für die Schalenanfertigung Spezialformen benötigt werden und keine Standardteile verwendet werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine weitere Ausbildung des Sonnenkollektors nach dem Hauptpatent zu schaffen, gemäß

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der der Sonnenkollektor in besonderer Weise zur preisgünstigen Montage auf einem Flachdach geeignet und aus Standardteilen aufgebaut ist, und ein höherer Wirkungsgrad des Absorbers durch ein großes evakuiertes Hohlraumvolumen erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hohlkörper als Rohr ausgebildet ist, dessen Enden vakuumdicht verschlossen sind, und daß in den Endverr.chlüssen öffnungen für den Zulauf und den Ablauf des im wesentlichen in der Rohrmitte gehalterten Absorbers sowie für den Anschluß der Vakuumpumpe ausgebildet sind.

Die Rohrform des Sonnenkollektors gestattet seine mit geringem werkzeugmäßigem Aufwaiid preiswürdige Herstellung aus Standardteilen. Außerdem ist das Hohlraumvolumen des Rohres auf beiden Seiten des Absorbers groß, so daß sich eine sehr gute Isolatxonswirkung auch bei Anlegung eines Grobvakuums ergibt. Zum Einbau des Absorbers wird dieser von einer Seite her in das Rohr hineingeschoben. Dann werden bei einem an beiden Seiten offenen Rohr zwei Endverschlüsse in Form von Stirnplatten gegen die Rohrenden angesetzt und vakuumsicher abgedichtet befestigt. Bei einem Rohr, dessen einer Endverschluß aus einem angeformten Wandteil besteht, wird nur eine Stirnplatte angebracht. Eine weitere herstellungsmäßige Erleichterung ergibt sich dadurch, daß sämtliche Anschlußöffnungen nur in den Endverschlüssen ausgebildet sind und der gesamte Rohrmantel von Durchbrechungen frei ist. Die öffnungen können entweder alle in dem einen Endverschluß ausgebildet oder aufgeteilt an den beiden Enden vorgesehen sein.

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Es besteht nicht die Gefahr, daß das Rohr durch Anbringung von öffnungen in seiner Mantelfläche irgendwelche Risse oder Sprünge bekommt, die die Vakuumdichtigkeit des Sonnenkollektors in Frage stellen könnten. Auch erübrigt sich die Ausbildung von Verstärkungszonen für die öffnungen oder von angeformten Verstärkungsaugen im Rohrmantel- Die Lochausbildung in den Endverschlüssen, die im Verhältnis zum Rohrmantel erheblich dicker ausgebildet sein können, ist einfach und bezüglich der Rissebildung unkritisch. Die Anordnung der öffnungen in den Endverschlüssen ist ferner vorteilhaft, weil sie zur Halterung des Absorbers ausgenutzt v/erden, dessen Zu- und Ablaufleitungen in den öffnungen der Endverschlüsse festgelegt sind. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors besteht darin, daß dieser sowohl senkrecht oder schräg stehend als auch waagerecht oder schräg liegend montierbar ist und außerdem eine Winkelanstellung des Absorbers durch Drehung des Rohres um seine Längsachse auf einfache Weise möglich ist. Auf diese Weise kann er den Einstrahlungsverhältnissen und baulichen sowie örtlichen Voraussetzungen am Montageort angepaßt werden. Bei liegender, z.B. waagerechter, Montage ist es gegenüber herkömmlichen Flachdachkollektoren von besonderem Vorteil, daß der erfindungsgemäße Sonnenkollektor dem Wind vergleichsweise äußerst geringe Angriffsflachen bietet, mit der Folge, daß die sonst sehr kostenaufwendigen Halterungen überflüssig sind. Stehend kann der Sonnenkollektor sowohl schräg als auch senkrecht angebracht werden in abhängigkeit von der jeweiligen Architektur. Der Rohrkörper des Sonnenkollektors kann einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser haben, so daß er sich gut und unauffällig anbringen läßt. Da der Absorber in der Mitte des Rohres angebracht ist und auf-

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grund der Krümmung des Rohres über und unter ihm auch bei kleinem Rohrdurchmesser ein im Verhältnis großer evakuierter Raum vorhanden ist, ist die Isolationswirkung des Vakuums in bezug auf die Breite des Absorbers auch bei kleinem Rohrdurchmesser äußerst günstig.Um einen maximalen Durchlaß der Sonneneinstrahlung durch die Rohrwand auf den Absorber zu erreichen, kann die Rohrwand dünn ausgebildet sein. Durch die geometrische Querschnittsgestaltung des Rohres hat dieses trotzdem eine ausreichende Stabilität, um es gegebenenfalls ohne Zwischenabstützung an den beiden Enden aufgehängt zu installieren. Entsprechend ist auch ein dünnwandiges Rohr stabil genug, um dem in seinem Innenraum herrschenden Unterdruck standzuhalten.

Sehr günstige Ergebnisse hinsichtlich der Festigkeit des Rohres und der Isolationswirkung des Vakuums ergeben sich bei einem rotationssymmetrisch, z.B. zylindrisch, gestalteten Rohr. Dabei ist jede Stirnplatte eine kreisförmige Scheibe, die passend in das Rohr hineinragt und mit einem Flanschrand gegen die Außenkante des Rohres anliegt. Zur vakuumdichten Verbindung zwischen Rohr und Stirnplatten können die Stirnplatten mit dem Rohr verklebt oder durch Vergußmasse verschmolzen sein. Auf diese Weise erhält das Rohr an seinen Enden eine innere Aussteifung. Außerdem wird durch den auf das Rohr wirkenden Außendruck durch Anpressung der Rohrenden gegen den in sätzliche Abdichtung hervorgerufen. Ein rotationssymmetrischer Rohrkörper kann im übrigen beliebige Form aufweisen und beispielsweise an wenigstens einem Ende halsartig verengt sein.

Das Rohr und die Endverschlüsse können aus Glas, Acrylglas oder dgl. bestehen. Wenigstens einer der beiden End-

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verschlüsse ist vorzugsweise wenigstens auf einem Teilbereich transparent. Gegebenenfalls kann der andere Endverschluß wenigstens auf einem Teilbereich mit einer Reflektorverspiegelung mit Schutzlackschicht versehen sein. Die Wahl dieser beiden Endverschlußarten hängt davon ab, welche Stellung der Sonnenkollektor in montiertem Zustand haben soll,d.h. ob er stehend oder liegend installiert werden soll.Bei der Kahl der Endverschlußarten ist davon auszugehen, unter welchem Winkel die Sonneneinstrahlung auf den montierten Sonnenkollektor trifft und ob ein reflektorverspiegelter Endverschluß, also ein nicht transparenter Endverschluß, Überschattungen oder Rückspiegelungen auf dem Absorber hervorrufen könnte. In diesem Falle ist ein transparenter Endverschluß zu verwenden, damit auch bei schrägem Einfall der Sonnenstrahlen der Absorber an jeder Stelle seiner Oberfläche von den Sonnenstrahlen voll getroffen wird und optimale Leistungen erbringt.

Das Rohr aus lichtdurchlässigem Material weist auf einer Längshälfte eine Innen- oder Außenverspiegelung mit Schutzlackschicht auf. Es handelt sich dabei um die von dem im Rohr untergebrachten Absorber abgeteilte eine Längshälfte, die bei der Montage des Sonnenkollektors auf der der Sonne abgewandten Seite des Absorbers liegt. Die Verspiegelung bewirkt eine Zurückstrahlung der Restabstrahlung des Absorbers. Bei einer Innenverspiegelung ist die Schutzlackschicht transparent. Bei einer Außenverspiegelung ist sie dunkel, z.B. schwarz oder farbig getönt.

Bei in beiden Endverschlüssen ausgebildeten öffnungen für die Zu- und Abläufe des Absorbers können diese in der Mitte der Endverschlüsse oder auf entgegengesetzten Seiten am Rand der Endverschlüsse vorgesehen sein. Zweck

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dieser Alternativen ist es, von der Stellung des Sonnenkollektors abhängige hydrostatische Probleme, die zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades des Sonnenkollektors führen können, auszuschließen. Hydrostatische Probleme ergeben sich beispielsweise dadurch, daß bei einem liegend montierten Sonnenkollektor mit zur waagerechten Ebene unter einem Winkel angestelltem Absorber die Durchströmung im oberen Teil des Absorbers anders ist als im unteren Teil und diese Ungleichheit wird durch die außermittige Anordnung der Zu- und Abläufe des Absorbers ausgeglichen. Sowohl die zentral in den Endverschlüssen vorgesehenen Öffnungen als auch die zueinander versetzten Öffnungen liegen in der Ebene des Absorbers, wodurch sich dessen Halterung durch gerade Hindurchführung seiner Zu- und Ablaufleitungen durch die Öffnungen vereinfacht.

In alle Öffnungen in den Endverschlüssen sind vorteilhaft nach außen ragende Anschlußstutzen vakuumdicht eingelassen. Bei Einsatz des Sonnenkollektors zur Energieerzeugung und Temperaturen über ca. 120° ist es notwendig, die Anschlußstutzen mittels eines Gewindestopfens aus Hochtemperaturkunststoff in den Endverschlußöffnungen vakuumdicht zu befestigen. Bei niedrigeren Temperaturen genügt es, die Anschlußstutzen durch Vergußmaterial oder dgl. in den Endverschlußöffnungen abgedichtet einzubetten.

Auf der Außenfläche der beiden Endverschlüsse ist jeweils mindestens eine Leiste, vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das Rohr, befestigt, die zum Absorber im wesentlichen parallel gerichtet und mit Gewindebohrungen zur Aufnahme von Montagebolzen versehen ist. Mittels dieser Leisten, die z.B. auf die Endverschlüsse aufgeklebt sind, läßt sich der Sonnenkollektor sehr einfach durch

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Verschraubung auf einem Rahmen oder direkt an einer Dachkonstruktion anbringen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Sonnenkollektors.

Fig. 2 ist ein Querschnitt des Sonnenkollektors nach Fig. 1 in seinem Mittelbereich.

Der Sonnenkollektor gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen aus einem insbesondere zylindrischen Rohr, vorzugsweise aus Acrylglas oder anderem lichtdurchlässigen witterungsbeständigen Material. Das Rohr dient als Sonnenkollektorgehäuse für den Absorber 12, der als Flachabsorber gestaltet und in seinen Abmessungen dem Rohrinnenraum angepaßt ist. Zur Erzielung einer größtmöglichen Breite des Absorbers 12 ist dieser vorteilhaft im wesentlichen in der Längsmitte des Rohres 20 angeordnet (Fig. 2). Die im montierten Zustand nach oben gerichtete Hälfte 21 des Rohres 20 ist durchsichtig belassen, damit die volle Sonneneinstrahlung auf die Absorberfläche 12 zur Einwirkung kommt. Die der Sonne abgewandte Rohrhälfte 22 weist eine InnenverSpiegelung 23 auf, die durch eine nicht gezeichnete transparente Schutzlackschicht abgedeckt ist. Gegebenenfalls kann anstatt der Innenverspiegelung eine Außenverspiegelung an der der Sonne abgewandten Rohrhälfte 22 vorgesehen sein, die durch eine dunkelgetönte äußere Schutzlackschicht abgedeckt ist.

Die beiden Enden des Rohres 20 sind mittels kreisförmiger

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Stirnplatten 24, 25, die ebenfalls aus Acrylglas bestehen können, verschlossen. Jede Stirnplatte ist stopfenartig ausgebildet und weist einen in das Rohrende hineinragenden Teil 26 und einen mit einem Flanschrand 27 gegen die Außenkante des Rohres 20 anliegenden Teil auf. Die Stirnplatten 24 und 25 können in die Rohrenden eingeklebt oder in anderer Weise vakuumdicht mit diesen verbunden sein. Im übrigen wird die Dichtigkeit des Rohrinnenraumes dadurch unterstützt, daß der auf den Rohrenden lastende Außendruck die Rohrwandung in diesem Bereich gegen den Teil 26 der Stirnplatten anpreßt. Der Teil 26 gibt außerdem dem ganzen Rohr 20 inneren abstützenden Halt gegen die nach innen ziehende Wirkung des Vakuums im Rohrinnenraum.

In jeder Stirnplatte 24, 25 sind Öffnungen ausgebildet. Die öffnung in der Stirnplatte 24 dient zum Durchlaß des Zulaufes 28 des Absorbers 12, während die öffnung in der Stirnplatte 25 als Durchlaß für den Ablauf 29 des Absorbers 12 dient. Die Zu- und Abläufe 28, 29 des Absorbers 12 weisen nach außen ragende Anschlußstutzen 28a, 29a auf, die mit einem nicht gezeichneten Außengewinde, Olivenprofilierung oder dgl. versehen sein können. Bei dem gewählten Beispiel sind die Stirnplattenöffnungen für die Zu- und Abläufe 28, 29 in der Mitte der Stirnplatten 24, 25 ausgebildet und liegen in der Ebene des Absorbers 12. Gewindestopfen 30 mit Dichtungen 31, 32 aus Hochtemperaturkunststoff sorgen für eine vakuumabgedichtete Durchführung der Zulauf- und Ablaufleitungen 28, 29. Diese Gewindebuchsen sind insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Sonnenkollektor zur Energieerzeugung eingesetzt wird. Arbeitet der Sonnenkollektor bei niedrigeren Temperaturen, genügt es, die durch die Stirnplatten 24, 25 hindurchge-

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führten Zu- und Abläufe 28, 29 durch Vergußmasse, z.B. geschmolzenes Acrylglas, abzudichten.

In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Zu- und Abläufe nicht in der Mitte der Stirnplatten 24, 25, sondern seitlich anzuordnen. Dieser Fall ist gestrichelt bei 28', 29" angedeutet. Auch diese Anschlüsse liegen in der Ebene des Absorbers 12.

In der Stirnplatte 24 ist eine weitere öffnung ausgebildet, die eine nicht gezeichnete Vakuumpumpe mit dem Innenraum des Rohres 20 verbindet. In diese öffnung ist ebenfalls ein nach außen ragender Anschlußstutzen 33 mittels eines Gewindestopfens 30 vakuumdicht eingesetzt. Diese öffnung für den Vakuumanschlußstutzen 33 kann in der Stirnplatte 24 in bezug auf den Absorber 12 an beliebiger Stelle angebracht sein.

Bei Ausbildung des einen Endverschlusses als an das Rohr angeformter Wandteil kann die Verteilung der Öffnungen entsprechend vorgesehen sein. In beiden Fällen ist es auch möglich, alle öffnungen an nur einem Endverschluß auszubilden.

In Fig. 2 ist schematisch die Anbringung einer Befestigungsleiste 34 auf der Außenfläche der Stirnplatten 24, 25 im Bereich der Verspiegelungszone des Rohres 20 angedeutet. Die Befestigungsleisten bestehen zur Erzielung angepaßten Dehnungsverhaltens vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das Rohr und verlaufen vorzugsweise parallel zur Ebene des Absorbers 12. Jede Leiste 34 kann mehrere Gewindebohrungen 35 aufweisen, in die Befestigungsbolzen zur Montage des Sonnenkollektors an einer Trägerkonstruktion einschraubbar sind.

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Die Stirnplatten 24 und 25 können transparent sein, damit sie nicht Ursache von überschattungen bilden. Dieser Fall ist in der Zeichnung veranschaulicht. Es können jedoch auch die eine Stirnplatte oder beide Stirnplatten wenigstens auf einem Teilbereich Reflektorverspiegelungen mit Schutzlackschicht aufweisen. Dies hängt davon ab, wie und wo der Sonnenkollektor betrieben wird, z.B. ob er liegend oder stehend montiert ist.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

nj Sonnenkollektor, bestehend aus einem wenigstens teilweise lichtdurchlässigen, vakuumdicht verschlossenen Hohlkörper, der einen Absorber enthält und an den eine Vakuumpumpe angeschlossen ist (nach Patent ... Az.: P 28 04 746.3 vom 4. Feb. 1978), dadurch gekennzeichnet , daß der Hohlkörper als Rohr (20) ausgebildet ist, dessen Enden vakuumdicht verschlossen sind, und daß in den Endverschlüssen Öffnungen für den Zulauf (28) und den Ablauf (29) des im wesentlichen in der Rohrmitte gehalterten Absorbers (12), sowie für den Anschluß (33) der Vakuumpumpe ausgebildet sind.
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endverschlüsse der beiden Rohrenden als vakuumdicht eingesetzte Stirnplatten (24, 25) ausgebildet sind.
3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Endverschluß des Rohres durch einen angeformten Wandteil gebildet ist und der andere Endverschluß aus einer vakuumdicht eingesetzten Stirnplatte (2 4 bzw. 25) besteht.

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ORIGINAL INSPECTED
4. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem einen Endverschluß Öffnungen für den Zulauf (28) des Absorbers (12) und den Anschluß (33) der Vakuumpumpe sowie in dem anderen Endverschluß eine öffnung für den Ablauf (29) des Absorbers (12) ausgebildet sind.
5. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die drei öffnungen in einem Endverschluß ausgebildet und der andere Endverschluß von Öffnungen frei ist.
6. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (20) rotationssymmetrisch, vorzugsweise zylindrisch, gestaltet ist und aus Glas, Acrylglas oder anderem lichtdurchlässigem Material besteht.·
7. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 2, 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stirnplatte (24, 25) eine kreisförmige Scheibe ist, die passend in das Rohr (20) hineinragt und mit einem Flanschrand (27) gegen die Außenkante des Rohres (20) anliegt.
8. Sonnenkollektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnplatten (24, 25) aus lichtdurchlässigem Material, vorzugsweise Glas, Acrylglas oder dgl., bestehen und mit den Rohrenden vakuumdicht verklebt bzw. verschmolzen sind.
9. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis. 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Endverschlüsse wenigstens auf einem Teilbereich transparent ist.

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10. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Endverschlüsse wenigstens auf einem Teilbereich mit einer Reflektorverspiegelung mit Schutzlackschicht versehen ist.
11. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen für die Zu- und Abläufe (28, 29) des Absorbers (12) in der Mitte der Endverschlüsse vorgesehen sind.
12. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen für die Zu- und Abläufe (28, 29) des Absorbers (12) auf entgegengesetzten Seiten am Rand der Endverschlüsse vorgesehen sind.
13. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in alle öffnungen in den Endverschlüssen nach außen ragende Anschlußstutzen (28a, 29a, 33) vakuumdicht eingelassen sind.
14. Sonnenkollektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstutzen (28a, 29a, 33) durch Vergußmaterial oder dgl. in den Endverschlußöffnungen vakuumdicht befestigt sind.
15. Sonnenkollektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstutzen (28a, 29a, 33) mittels eines Gewindestopfens (30) mit Dichtungen aus Hochtemperaturkunststoff in den Endverschlußöffnungen vakuumdicht befestigt sind.
16. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenfläche der beiden Endverschlüsse jeweils mindestens eine Leiste (34) aus dem

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gleichen Material wie das Rohr befestigt ist, die mit Gewindebohrungen (35) zur Aufnahme von Montagebolzen versehen ist.
17. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr auf einer Längshälfte eine
Innen- oder Außenverspiegelung mit Schutzlackschicht aufweist.
18. Sonnenkollektor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzlackschicht der Innenverspiegelung transparent ist.
19. Sonnenkollektor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzlackschicht der Außenverspiegelung dunkel
getönt ist.

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