KR101294975B1 - 기포 제거 장치 및 약액 순환 시스템 - Google Patents
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Abstract
약액 순환 시스템은 약액을 저장하는 저장조, 저장조에 저장된 약액을 외부로 순환시키는 순환 라인, 순환 라인에 장착되는 순환 펌프, 순환 라인에 장착되어 통과하는 약액의 농도를 측정하는 농도 측정 장치, 그리고 순환 라인 중 농도 측정 장치 이전에 위치하는 기포 제거 장치를 구비하며, 상기 기포 제거 장치는 순환 라인과 연결된 챔버를 포함하는 몸체, 몸체의 상부에 형성되는 배기부, 및 챔버 내에 형성되어 약액을 우회하도록 하는 격벽을 포함한다.
기포 제거, 약액, 배기 조절, 우회, 격벽
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 순환 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도 1의 기포 제거 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선에 대응하는 기포 제거 장치의 단면도이다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 선에 대응하는 기포 제거 장치의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:약액 순환 시스템 110:세정조
120:순환 펌프 130:순환 라인
140:농도 측정 장치 150:배기 조절 밸브
160:배기 라인 200:기포 제거 장치
210:몸체 220:챔버
230:격벽 240:배기부
본 발명은 기포 제거 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 농도 측정이나 유량 측정 등을 용이하게 하기 위해 순환 라인 내에서 액체와 같이 통과하는 기포를 제거할 수 있는 기포 제거 장치 및 이를 포함하는 약액 순환 시스템에 관한 것이다.
습식 식각 장치 또는 습식 세정 장치 등에는 약액이 사용되며, 일정한 식각 또는 세정 결과를 얻기 위해 약액은 일정한 농도로 유지되어야 한다. 또한, 경우에 따라서는 일정량이 공급되어야 할 경우도 있다. 따라서 습식 세정장치 등에서는 약액이 통과하는 순환 라인에 농도 측정 장치 또는 유량 측정 장치가 장착될 수 있으며, 순환 라인을 통과하는 약액의 농도 또는 유량을 수시로 체크하도록 할 수가 있다. 그런데 약액에 기포(bubble)가 포함되는 경우가 종종 발생할 수 있으며, 농도를 측정하는 데에 방해가 될 수 있으며 경우에 따라서는 유량을 측정하는 데에도 방해가 될 수 있다.
순환 라인을 통과하는 액체에는 여러 가지 이유로 기포가 발생할 수가 있다. 예를 들어, 2종류 이상의 약액을 사용하는 경우 약액들 간의 반응에 의해서 기포가 발생할 수 있으며, 순환 라인 외부로부터 외부 공기가 유입되어 기포가 형성될 수 있으며, 주변 온도 변화에 따라 액체에 녹아 있는 일부 성분이 기화되어 기포가 발생할 수가 있다.
상술한 바와 같이, 순환 라인에 존재하는 기포는 통과하는 액체의 농도나 유량을 정확히 측정하는 데에 방해가 될 수 있으며, 경우에 따라서는 순환 라인 내에서 액체가 이동하는 것 자체를 방해할 수가 있다. 따라서 순환 라인을 통과하는 액체로부터 기포를 효과적으로 제거할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
본 발명은 순환 라인 즉, 유관을 통과하는 액체 및 기포로부터 기포를 효과적으로 분리할 수 있는 기포 제거 장치 및 이를 포함하는 약액 순환 시스템을 제공한다.
본 발명은 순환 라인을 통과하는 액체 및 기포로부터 기포를 분리하되 순환 라인 내의 압력 강하를 최소화할 수 있는 기포 제거 장치 및 이를 포함하는 약액 순환 시스템을 제공한다.
본 발명은 유해하거나 독성이 있는 약액으로부터 기포를 제거하되 약액이 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있는 약액 순환 시스템을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 기포 제거 장치는 순환 라인(pipe or tube)을 통과하는 액체로부터 기포를 제거하기 위한 용도로 사용되며, 이를 위해 기포 제거 장치는 챔버를 형성하는 몸체, 몸체의 상부에 형성된 배기부 및 챔버 내에 형성되어 입구로부터 유입된 액체가 직접 출구까지 이동하지 않고 우회하여 출구로 이동하도록 하는 격벽을 포함한다.
챔버는 액체가 통과하는 순환 라인과 연결되는 입구 및 출구를 포함하며, 입구를 통해 액체가 순환 라인으로부터 유입되고 출구를 통해 액체가 다시 순환 라인으로 배출된다. 기포가 포함된 액체는 입구를 통해 챔버 내로 유입되며, 유입된 액체 및 기포는 일단 격벽에 의해서 출구로 직접 향하는 이동이 차단된다. 따라서 격벽에 의해서 액체는 입구에서 출구까지 이동하는 도중에 격벽을 타고 우회하는 이동을 할 수 있으며, 우회하는 과정에서 기포는 챔버 상부로 이동하여 배기부를 통해 배출될 수 있다.
여기서 격벽은 입구로부터 유입된 액체가 직접 출구까지 이동하여, 출구를 통해 바로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 다이어프램 펌프에 의해서 액체가 공급되는 경우, 액체는 일정 시간을 간격으로 고속 이동과 저속 이동을 반복하기 때문에 기포 제거 장치 내에서 액체는 급격히 유입되어 출구로 바로 배출될 수가 있다. 하지만, 본 발명에서는 격벽이 액체의 직접 이동하는 것을 우회하도록 할 수 있으며, 우회하는 과정에서 기포가 자연스럽게 챔버 상부로 이동할 수가 있다. 이를 위해 격벽은 다양한 형상으로 형성될 수가 있다. 예를 들어, 격벽은 챔버 내에서 거의 수직하게 형성될 수 있으며, 챔버를 두 개의 공간으로 분할할 수도 있다. 이때 격벽의 상단부가 배기부의 바로 하부에 위치하도록 하여, 액체로부터 분리된 기포가 격벽으로 타고 배기부로 이동하도록 기포를 유도 또는 안내할 수도 있다.
배기부는 챔버의 상부에 제공되기 때문에, 기포는 챔버 내에서 상부에 모이게 되며, 배기부를 통해서 외부로 또는 다른 라인으로 배출될 수 있다. 경우에 따라서는 기포의 포집을 용이하게 하기 위해, 배기부 주변의 형상을 오목하게 형성할 수 있으며, 챔버 상부에 모인 공기 또는 기체는 배기부를 통해서 외부로 배출될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 일정한 농도를 갖는 약액을 유지 하기 위해서 약액 순환 시스템은 저장조, 순환 라인, 순환 펌프, 농도 측정 장치 및 기포 제거 장치를 포함할 수 있다. 저장조는 약액을 저장하며, 순환 펌프에 의해서 저장조의 약액은 순환 라인을 따라 외부로 일부 배출된 후 다시 저장조로 복귀할 수 있다. 순환 라인을 따라 이동하는 약액의 농도는 약액이 농도 측정 장치를 통과하면서 측정될 수 있는데, 이때 농도 측정 장치 이전에 기포 제거 장치가 장착될 수 있으며, 기포가 제거된 약액을 통해서 농도 측정 장치는 정확한 농도 값을 얻을 수 있다.
기포 제거 장치는 순환 라인과 연결된 챔버를 포함하는 몸체, 몸체의 상부에 형성되는 배기부, 및 챔버 내에 형성되어 약액을 우회하도록 하는 격벽을 포함한다. 격벽은 챔버의 입구로부터 유입된 약액과 기포가 바로 출구로 진행하는 것을 방해할 수 있으며, 약액은 격벽에 의해서 우회하면서 챔버 내에서 일정시간 이상 정체할 수가 있다. 약액이 챔버 내에 머무는 동안 약액에 포함된 기체 또는 기포는 챔버의 상부로 수집될 수 있으며, 수집된 기체는 배기부를 통해 몸체 외부로 배기될 수 있다.
배기부에는 기포의 배출을 조절할 수 있는 배기 조절 밸브가 제공될 수 있으며, 배기 조절 밸브는 챔버로부터 약액 배출이 용이하게 수행되도록 보조할 수 있다. 또한, 배기 조절 밸브는 챔버 내의 압력을 적어도 대기압보다는 높게 유지하도록 하여 배기부에 의해서 챔버 내의 압력이 급감하는 것을 방지할 수 있다.
더 나아가 배기부와 순환 라인을 연결하는 배기 라인을 더 형성할 수가 있다. 따라서 배기부에서 약액이 유출되는 경우가 발생하여도 다시 순환 라인으로 유 입되도록 하여 약액의 낭비를 막을 수 있으며, 독성이 짙은 약액의 경우 약액이 무방비 상태로 밖으로 유출되는 것을 막을 수도 있다. 이때 배기 라인은 배기부와 농도 측정 장치 이후의 순환 라인을 연결함으로써 배기부를 통해 배출된 약액 및 기포가 농도 측정 후의 약액에 혼합되도록 할 수 있으며, 약액 순환 시스템은 농도를 측정한 이후이기 때문에 농도 측정에는 무관하게 약액을 저장조로 회수할 수가 있다.
여기서 저장조라 함은, 약액을 보관하기 위한 용도로 사용될 수 있지만, 습식세정장치와 같이 약액을 이용하여 과정에서 세정조와 같은 용도로 사용될 수도 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 상기 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 순환 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 약액 순환 시스템(100)은 세정조(110), 순환 펌프(120), 순환 라인(130), 농도 측정 장치(140) 및 기포 제거 장치(200)를 포함한다. 세정조(110)에는 약액이 저장되어 있으며, 순환 펌프(120)에 의해서 세정조(110)에 저장된 약액은 순환 라인(130)을 통해 세정조(110) 외부로 순환할 수 가 있다.
본 실시예에서 세정조(110)에는 SPM(Surfuric acid peroxide mixture) 공정을 위해 황산 약액과 과수용액이 저장될 수 있으며, 세정조가 약 120℃ 이상의 온도로 유지되거나 이들 약액을 혼합하는 과정이 발열반응이기 때문에 약액에는 많은 기포가 발생할 수가 있다. 기포가 포함된 약액은 농도 측정 장치(140)로 유입되기 전에 기포 제거 장치(200)를 통과하게 되며, 기포 제거 장치(200)에 의해서 기포가 약액으로부터 제거된 후이어야 농도 측정 장치(140)는 정확한 농도를 측정할 수가 있다. 만약에 기포가 제거되지 않은 상태로 농도를 측정하게 되면, 약액의 농도가 기포의 통과에 대응하여 급격하게 변화하는 헌팅(hunting) 현상이 발생할 수 있다.
참고로, 본 실시예에 따른 약액 순환 시스템은 농도 측정에 관한 것으로서, 기포 제거 장치(200) 역시 농도 측정 전에 기포를 제거하여 기포가 농도 측정 장치(140)로 유입되는 것을 방지한다. 하지만, 다른 실시예에 따르면, 기포 제거 장치는 유량 측정 이전에 기포를 제거하기 위한 용도로 사용될 수 있으며, 단지 기포를 제거하기 위한 용도만으로도 사용될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 세정조(110)는 사용 용도에 따라 하나 또는 두 개 이상의 공간으로 구획될 수 있으며, 도면에서는 내조(inner bath)와 외조(outer bath)가 구분되고 있다. 순환 라인(130)은 외조에서 약액을 인출한 후, 농도 측정 장치(140)를 통과시킨 다음 다시 외조로 약액을 유입시킨다. 순환 라인(130)은 관 또는 튜브 형상으로 형성될 수 있으며, 일반적으로 순환 라인은 약액과 반응하지 않는 재질로 형성될 수 있다. 일 예로 황산과 과수의 혼합물을 취급하는 순환 라 인은 PFA(Perfluoroalkoxy) 재질로 형성될 수가 있다.
순환 펌프(120)에 의해서 유출된 약액은 기포 제거 장치(200)의 상부에 형성된 입구를 통해 장치 내로 유입되며, 유입된 약액은 기포 제거 장치(200)의 하부에 형성된 출구를 통해 다시 순환 라인(130)을 따라 이동할 수 있다. 이 때 기포 제거 장치(200)에서 분리된 기포는 배기부(240)를 통해 장치 외부로 배출될 수 있다. 기포가 제거된 약액은 순환 라인(130)을 따라 농도 측정 장치(140)로 이동하며, 기포가 제거된 상태에서 안정된 농도를 측정할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 기포 제거 장치(200)에는 농도 측정 장치(140) 이후의 순환 라인(130)과 연결되는 배기 라인(160)을 포함하며, 기포 제거 장치(200)에 의해서 분리된 기포와 일부 약액은 다시 배기 라인(160)을 따라 순환 라인(130) 및 세정조(110)로 공급될 수 있다.
참고로, 순환 펌프(120) 및 농도 측정 장치(140)는 종래의 펌프 및 농도 측정기기를 이용할 수 있으며, 당업자라면 종래의 펌프 및 농도 측정기기를 이용하여 본 실시예에 따른 순환 시스템을 구성할 수 있다. 따라서 순환 펌프, 농도 측정 장치 및 그 기술내용을 알 수 있는 장비에 대한 구체적인 설명을 생략할 수 있다.
도 2는 도 1의 기포 제거 장치를 설명하기 위한 사시도이며, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선에 대응하는 기포 제거 장치의 단면도이고, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 선에 대응하는 기포 제거 장치의 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 기포 제거 장치(200)는 몸체(210), 배기부(240) 및 격벽(230)을 포함하며, 몸체(210)는 챔버(220)를 포함하고, 챔버(220)에는 순환 라인(130)과 약액을 주고 받을 수 있을 정도로 연결된 입구(222) 및 출구(224)가 형성되어 있다.
본 실시예에서 몸체(210)는 원통형 몸체(212) 및 그 상하를 덮는 덮개판(214, 216)을 포함하며, 원통형 몸체(212)와 덮개판(214, 216)에 의해서 몸체(210) 내에는 챔버(220)가 형성될 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 몸체(210)는 하부에 형성된 몸체 지지대(218)를 포함할 수 있으며, 몸체 지지대(218)에 의해서 몸체(210) 아래로 출구에 대응하는 순환 라인(130)을 연결하기 위한 공간을 확보할 수 있다.
몸체(210)에서 상부 덮개판(214)에는 약액의 인입을 위한 입구(222)가 형성되며, 하부 덮개판(216)에는 기포가 제거된 약액의 배출을 위한 출구(224)가 형성된다. 출구(224)를 몸체(210)의 하부에 형성함으로써 기포가 약액과 함께 아래로 이동하지 못하고 위로 이동하도록 할 수 있으며, 입구(222)와 출구(224) 간의 거리를 최대 멀게 유지함으로써, 챔버(220) 내에서 약액이 일정시간 이상 머물도록 할 수가 있다. 입구 및 출구는 덮개판이 형성되 챔버 상부에 형성될 수 있으며, 경우에 따라서는 원통형 몸체가 형성된 챔버 측벽의 상부 또는 하부에 형성될 수가 있다.
도 3을 참조하면, 챔버(220)는 격벽(230)에 의해서 2개의 공간으로 분할되며, 입구(222)가 있는 공간에는 기포가 있는 약액이 공급될 수 있고, 출구(224)가 있는 공간에는 기포가 제거된 약액이 배출되기 이전 상태로 있을 수 있다. 다만, 도 4에 도시된 바와 같이, 격벽(230)은 상부에 형성된 액체 투과공(232)을 포함하 고 있으며, 액체 투과공(232)을 통해서 입구측 챔버에서 출구측 챔버로 약액이 이동할 수 있다. 그 과정에서 약액에 포함된 기포는 격벽(230)의 벽면을 타고 상부로 이동할 수 있으며, 액체 투과공(232)이 형성된 근처에서 배기부(240)가 형성된 챔버(220) 상부에 포집될 수 있다.
또한, 격벽(230)은 챔버(220) 중앙에 위치하며, 챔버(220)로부터 공급되는 약액 중 기포가 배기부(240)에 인접하게 이동하도록 격벽(230)의 상단부가 배기부(240)를 향하도록 배치되어 있다. 격벽의 상단부가 배기부를 향하도록 하기 위해서는 여러 가지 배치 방법 및 여러 가지 격벽 형상이 선택될 수 있지만, 일반적으로 격벽(230)은 챔버(220) 내에서 수직하게 형성되고, 격벽(230)이 배기부(240)의 하부인 중앙 하부에 위치하도록 하여 기포가 격벽(230)을 타고 올라가면서 배기부(240)로 수집되도록 안내할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 격벽은 경사지게 형성될 수도 있고, 평판이 아닌 곡면을 갖는 판 또는 기타 형상으로도 형성될 수 있다. 또한, 챔버를 전체적으로 두 공간으로 분할하지 않아도 입구 및 출구 간의 직접 흐름을 방해할 수 있을 정도의 크기로 형성되는 것도 가능하다.
다시 도 4를 참조하면, 챔버(220)의 천장 즉, 상부 덮개판(214)의 저면에는 오목한 형상의 홈 또는 경사진 공간이 제공될 수 있으며, 이러한 구조를 이용하여 격벽을 타고 올라오는 기포를 쉽게 수집할 수 있다. 이를 위해서 챔버(220)의 천장 일부가 중앙을 향해 경사지게 형성되거나 부분적으로 오목하게 형성되어 기포가 용이하게 모이도록 할 수가 있다.
다시 도 1을 참조하면, 배기부(240) 또는 배기 라인(160)에는 배기 조절 밸브(150)가 장착된다. 배기 조절 밸브(150)는 기포의 배기량을 조절하기 위한 것으로서 기포의 배기량 조절을 통해 배기부(240)를 통해 배출되는 기포 및 약액의 배출량을 조절할 수 있으며, 그와 동시에 챔버(220) 내의 압력도 조절할 수 있어 기포 제거 장치(200)에서 약액의 배출이 원활하게 이루어지도록 할 수도 있다. 배기 조절 밸브 또한 당업자라면 종래의 여러 종류의 밸브에서 적합한 하나를 선택하여 장착할 있는 것이다.
또한, 배기 라인(160)은 농도 측정 장치(140)의 출구 측 순환 라인(130)과 연결되며, 배기부(240)를 통해서 배출된 기포 및 약액은 다시 순환 라인(130)에 혼합될 수 있다. 농도 측정 장치(140)를 통과한 약액에 기포가 혼합되어도 농도 측정에는 무관하며, 기포와 함께 배출된 약액을 다시 재생할 수 있어 약액의 소비를 줄일 수가 있다.
일반적으로 약액은 황산 및 과수의 혼합물과 같이 심한 독성을 가질 수 있기 때문에, 배기부로부터 위험한 약액이 외부로 배출되는 것을 방지할 수도 있으며, 이러한 위험이 없기 때문에 배기 조절 밸브(150)로 조절할 수 있는 범위도 넓게 형성할 수가 있다.
물론, 기포 제거 장치(200)는 배기부(240)가 배기 라인(160)과 같이 다른 라인에 연결되지 않아도 작동이 가능하다. 단, 배기부(240)에 배기 조절 밸브(150)를 장착하여 기포의 배기량을 조절하도록 할 수도 있으며, 배기부(240)에 배기 라인을 연결하여 약액을 다시 회수하거나 다른 저장조로 보관하도록 할 수도 있다. 이는 당업자라면 배기부, 배기 조절 밸브 또는 배기 라인의 용도에 맞도록 용이하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
본 발명의 기포 제거 장치는 순환 라인을 통과하는 액체 및 기포로부터 기포를 효과적으로 분리할 수 있으며, 상기 기포 제거 장치를 이용한 약액 순환 시스템은 기포가 제거된 약액으로부터 정확한 약액의 농도를 측정할 수가 있다.
또한, 본 발명의 약액 순환 시스템은 기포 제거 장치의 배기구에 배기 조절 밸브를 장착하여 라인을 통과하는 액체 및 기포로부터 기포를 분리하되 순환 라인 내의 압력 강하를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 약액 순환 시스템은 유해하거나 독성이 있는 약액으로부터 기포를 효과적으로 제거하되 약액이 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (8)
- 순환 라인을 통과하는 액체로부터 기포를 제거하는 장치에 있어서,입구와 출구가 형성된 챔버를 포함하며, 상기 입구 및 출구를 통해 상기 챔버가 상기 순환 라인과 연결되는 몸체;상기 몸체의 상부에 형성되는 배기부; 및상기 챔버 내에 형성되어 상기 약액이 상기 입구에서 상기 출구로 우회하도록 하는 격벽;을 구비하고,상기 격벽에 의해서 차단된 기포가 상기 배기부로 향하도록 상기 배기부는 상기 격벽의 상단부에 수직 방향으로 이격 배치되고,상기 배기부와 연결된 상기 챔버의 천장은 부분적으로 오목하게 형성되는 것을 특징으로 하는 기포 제거 장치.
- 제1항에 있어서,상기 입구는 상기 몸체의 상부에 형성되며, 상기 출구는 상기 몸체의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 기포 제거 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 격벽은 상기 입구 및 상기 출구 사이에 형성되어 상기 챔버를 두 공간으로 분할하며, 상기 격벽의 상부에는 액체 통과공이 형성된 것을 특징으로 하는 기포 제거 장치.
- 삭제
- 약액을 저장하는 저장조;상기 저장조에 저장된 약액을 외부로 순환시키는 순환 라인;상기 순환 라인에 장착되는 순환 펌프;상기 순환 라인에 장착되어 통과하는 약액의 농도를 측정하는 농도 측정 장치;상기 순환 라인 중 상기 농도 측정 장치 이전에 위치하는 기포 제거 장치;를 포함하며,상기 기포 제거 장치는,입구와 출구가 형성된 챔버를 포함하며, 상기 입구 및 출구를 통해 상기 챔버가 상기 순환 라인과 연결되는 몸체;상기 몸체의 상부에 형성되는 배기부; 및상기 챔버 내에 형성되어 상기 약액이 상기 입구에서 상기 출구로 우회하도록 하는 격벽;을 구비하고,상기 격벽에 의해서 차단된 기포가 상기 배기부로 향하도록 상기 배기부는 상기 격벽의 상단부에 수직 방향으로 이격 배치되고,상기 배기부와 연결된 상기 챔버의 천장은 부분적으로 오목하게 형성되는 것을 특징으로 하는 약액 순환 시스템.
- 제6항에 있어서,상기 배기부에는 배기 조절 밸브가 장착된 것을 특징으로 하는 약액 순환 시스템.
- 제7항에 있어서,상기 배기부와 상기 농도 측정 장치 이후의 상기 순환 라인을 연결하는 배기 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 약액 순환 시스템.
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