CN1245072C - 产生牛奶泡沫和加热牛奶的装置 - Google Patents

Abstract

一种用来产生牛奶泡沫和加热牛奶的装置，包括一牛奶供给容器，一蒸汽发生器和一混合元件。该混合元件包括一第一蒸汽进入通道，一位于第一蒸汽进入通道下游的缩颈，一向缩颈开口的空气进入通道和一牛奶进入通道。牛奶被通过泵供给到混合元件的牛奶进入通道。而且，混合元件设有一主通道，其入口与该缩颈相通，其中牛奶进入通道在其入口的下游向主通道开口。在缩颈和牛奶进入通道的开口之间，第二蒸汽进入通道向主通道开口。

Description

产生牛奶泡沫和加热牛奶的装置

技术领域

本发明涉及一种产生牛奶泡沫和加热牛奶的装置，包括一牛奶供给容器，一蒸汽发生器和一混合元件。

背景技术

这样的装置特别用于浓咖啡机中。其中，牛奶泡沫是热牛奶咖啡的首要之需，而加热的牛奶能用来制备加牛奶的咖啡和热牛奶饮料。

为产生牛奶泡沫，多种所谓的乳化装置是本领域所熟知的。通常，它们包括一个向一吸入腔开口的蒸汽进入通道。该吸入腔与一牛奶供给通道和一空气供给通道连接并相通。通过蒸汽流经该吸入腔，在该吸入腔产生一低压区，结果使牛奶通过牛奶供给通道被吸入该吸入腔，空气通过空气供给通道被吸入该吸入腔。这样的蒸汽/空气/牛奶混和物在随后的乳化室中开始湍流，导致了包含有牛奶和空气的热乳状液。

上述的这种乳化装置，例如被文件EP0195750和EP0755767所公开。然而，这些乳化装置不适合于加热用来制备加牛奶的咖啡和热牛奶饮料的牛奶。原因是在这些装置中牛奶被强迫发泡，这一事实是制备加牛奶的咖啡和热牛奶饮料所不希望的。于是，为了加热牛奶，这样的咖啡机通常包含一分离的蒸汽出口管，该管在其末端具有一蒸汽出口喷嘴。这样的蒸汽出口管浸入包含待加热牛奶的杯子，以使流出喷嘴的蒸汽进入杯中，来加热其中盛有的牛奶。

发明内容

应该理解，这种方法相对地麻烦，咖啡机的操作者难以估计精确的牛奶温度，导致牛奶饮料通常不是过热就是不够热。还有，在具有外部蒸汽出口的机器中，存在操作员被热蒸汽伤害的危险。最后，该外部蒸汽出口难以清洗，特别是因为牛奶主要沉积在蒸汽出口喷嘴的外部；而且还有可能，当蒸汽被关闭后，牛奶被吸入蒸汽出口中难以清除的位置。

所以，本发明的目的之一是提供一种产生牛奶泡沫的装置，包括一牛奶供给容器，一蒸汽发生器和一混合元件，该装置同样适合于加热牛奶。

为达到这一和其它目的，本发明提供一种用来产生牛奶泡沫和加热牛奶的装置，包括一牛奶供给容器，一蒸汽发生器和一混合元件。该混合元件包括一第一蒸汽进入通道，一位于其下游的、并与该第一蒸汽进入通道相通具有比第一蒸汽进入通道直径小的内径的缩颈，一向该缩颈开口并与其相通的的空气进入通道，和一牛奶进入通道。

在该混合元件中还设置一主通道，其包括一入口端和一出口端，其中该入口端与缩颈相通，而且该牛奶进入通道在沿主通道在该主通道入口端下游的一位置处开口并与主通道相通。进一步地，该混合元件包括一第二蒸汽进入通道，该通道沿主通道在位于缩颈和牛奶进入通道开口之间的一点向主通道开口并与其相通。

由于该装置包括一这样的混合元件，即该元件具有一中央主通道，其入口与缩颈相通，其下游与牛奶进入通道相通，其中第二蒸汽进入通道在缩颈和牛奶进入通道之间向主通道开口，结果具有两个优点：一方面，第二蒸汽进入通道的设置基本上增加了用来加热牛奶的蒸汽总量。另一方面，由于上述第二蒸汽进入通道在缩颈和牛奶进入通道之间向主通道开口，能够避免所不希望的牛奶起泡沫，因为由第二蒸汽进入通道供给的蒸汽不与将导致牛奶起泡沫的空气混合。

综上所述，本发明提供一种用于产生牛奶泡沫和加热牛奶的装置，包括一牛奶供给容器，一蒸汽发生器和一混合元件，所述混合元件包括一具有第一内径的第一蒸汽进入通道，一位于所述第一蒸汽进入通道下游并与其相通的缩颈，该缩颈具有比所述第一蒸汽进入通道的所述第一内径小的内径，一空气进入通道向所述缩颈开口并与其相通，一牛奶进入通道，其特征在于，该混合元件还包括一具有第二内径的主通道，其包括一入口端和一出口端，所述入口端与所述缩颈相通，所述牛奶进入通道在沿着主通道在该主通道入口端下游的一位置处向所述主通道开口并与其相通，和向所述主通道开口并与其相通的第二蒸汽进入通道，其开口位置沿着所述主通道并位于所述缩颈和所述牛奶进入通道的开口之间。

另外，优选地，该装置还包括一阀组件，其具有入口和出口，所述入口与所述蒸汽发生器相通，所述出口与所述混合元件相通，还包括用来选择性地控制所述阀组件的控制装置，以使蒸汽仅供给所述第一蒸汽进入通道或仅供给所述第二蒸汽进入通道或同时供给所述第一和第二通道二者。

优选地，所述阀组件的控制装置用来向所述牛奶进入通道供给蒸汽。

优选地，所述阀组件包括至少三个可独立控制的阀。

优选地，所述牛奶进入通道包括一靠近所述主通道的第一部分并具有第一横截面区域，和一远离所述主通道的第二部分并具有第二横截面区域，所述第二横截面区域比所述第一横截面区域小。

本发明给出了一种与一用来产生牛奶泡沫和加热牛奶的装置结合的浓咖啡机，所述装置包括一牛奶供给容器，一蒸汽发生器和一混合元件，并且所述混合元件包括：

具有一第一内径的第一蒸汽进入通道；

位于第一蒸汽进入通道下游并与其相通的一缩颈，其具有的内径比所述第一蒸汽进入通道的所述第一内径小；

一向所述缩颈开口并与其相通的空气进入通道；

一牛奶进入通道；

一具有第二内径的主通道，并且包括一入口端和一出口端，所述入口端与所述缩颈相通，所述牛奶进入通道在沿着主通道并在主通道入口端下游一位置处向所述主通道开口并与其相通；和

向所述主通道开口并与其相通的第二蒸汽进入通道，其开口位置沿着所述主通道并位于所述缩颈和所述牛奶进入通道的开口之间。

本发明还提出了一种制备发泡牛奶和热牛奶的方法，包括下列步骤：

提供一牛奶供给容器，一蒸汽发生器，一阀组件和一混合元件，其中所述混合元件包括：

一具有第一内径的第一蒸汽进入通道；

位于第一蒸汽进入通道下游并与其相通的一缩颈，其具有的内径比所述第一蒸汽进入通道的所述第一内径小；

一向所述缩颈开口并与其相通的空气进入通道；

一牛奶进入通道；

一具有第二内径的主通道，并且包括一入口端和一出口端，所述入口端与所述缩颈相通，所述牛奶进入通道在沿着主通道并在该主通道入口端下游一位置处向所述主通道开口并与其相通；和

向所述主通道开口并与其相通的第二蒸汽进入通道，其开口位置沿着所述主通道并位于所述缩颈和所述牛奶进入通道的开口之间；

从所述牛奶供给容器向所述混合元件的所述牛奶进入通道供给牛奶；和

通过所述阀组件从所述蒸汽发生器选择性地仅供给所述混合元件的第一蒸汽进入通道，或仅供给所述混合元件的第二蒸汽进入通道，或同时供给所述混合元件的所述第一和第二蒸汽进入通道二者。

附图说明

下面，将参考附图，进一步描述根据本发明的装置的实施例，其中：

图1是混合元件的第一实施例的横截面视图；

图2是表示用来产生牛奶泡沫和加热牛奶的整个装置的示意图；和

图3是混合元件的第二实施例的横截面视图。

具体实施方式

如在图1所示的横截面视图中所能看到的，混合元件1被设计成一个元件，并设置一直线流动主通道2，一第一蒸汽进入通道3共轴地向主通道2延伸，一空气进入通道4，该空气进入通道的走向分别垂直于主通道2和第一蒸汽进入通道3的轴线，一第二蒸汽进入通道5，该第二蒸汽进入通道的走向分别倾斜于主通道2和第一蒸汽进入通道3的轴线，一分别垂直于主通道2和第一蒸汽进入通道3延伸的牛奶进入通道6和一与主通道2共轴地延伸的出口通道7。

在第一蒸汽进入通道3和主通道2之间，设置一狭窄部分或缩颈9，用以提供一负压区。因此，第一蒸汽进入通道3的下端(如在图1中所见的)向所述缩颈9开口。空气进入通道4在其下游端，亦即图1中所见的右端，径向地向缩颈9开口，因此由于缩颈9导致的文丘里管效应(Venturi effect)无论何时蒸汽从第一蒸汽进入通道3流入缩颈9，都将通过该空气进入通道4吸入空气。牛奶进入通道6在其下游端，亦即图1中所见的右端，向主通道2开口，其中牛奶进入通道6在其向主通道2开口的端部区域包括一孔11，该孔11的直径比通道6的小。这减小直径的孔11，可能很精确地计量单位时间内供入主通道2内的牛奶量。第二蒸汽进入通道5在缩颈9和牛奶进入通道6之间向主通道2开口，并且如前所述，倾斜于主通道2延伸。最后，主通道2的下游端，亦即下端(如在图1中所见)，轴向地向出口通道7开口，出口通道7具有比主通道2大的直径，并通向混合元件1的底部。

如前述设计的混合元件1很容易被制造，因为前述的所有通道都能用机床加工，例如钻孔。钻孔与其它加工方式相比的一个优点是，能把通道加工在精密公差内。此外，如在图1中清楚所见，混合元件1分别专有地包括直通道和孔，因此能够有意地避免到目前为止通常的或甚至必需的盲腔等。所以，就卫生角度而言，混合元件1易于清洗，并且以这种方式提供了重要的优点。

下面，在表示用于产生牛奶泡沫和加热牛奶的整个装置的示意图的图2的辅助下，混合元件1的操作模式和功能，与其它部件一起，将得到进一步的说明。在本实施例中，所示意的装置构成浓咖啡机的一部分，其中在图中省略了所有其它的部件和元件，因为它们对本发明来说不是基本的。

除混合元件1外，图2中所示意的装置还包括牛奶供给容器13，它通过牛奶供给管14连接到混合元件1的牛奶进入通道6。插入牛奶供给管14的是一泵15，用来向混合元件1强制性地供给牛奶。此外，设置蒸汽发生器17，其通过阀组件18连接到混合元件1。总体上，阀组件18包括四个阀19，20，21和22。一主蒸汽管从蒸汽发生器17通向最低的阀19(如在图2中所见)。四个阀19，20，21和22以这样的方式互相连接，即四个阀19，20，21和22的入口与蒸汽发生器的出口相通。第二个阀20的出口和第三个阀21的出口通过设有节流阀26的管25互相连接。

第一管27通过连接点或节点28从第一阀19的出口，通向混合元件1的第一蒸汽进入通道3。第二阀20的出口通过第二管29与混合元件1的第二蒸汽进入通道5连接。第三管30从第三阀21的出口通向前述的连接点或节点28，结果使第三阀21的出口也与混合元件1的第一蒸汽进入通道3连接。在该第三管30中，插入了另一节流阀31。第四阀22的出口通过第四管33与牛奶供给管14连接。

在空气进入通道4的入口，设置一T形配给元件35。该T形配给元件的支线的下端点通过一未标示的管通向一收集盆36。最后，混合元件1的出口通道7通过一管38连接到具有两个出口的配给元件39。该配给元件39同时也构成浓咖啡机(未示出)的饮料出口，所制备的咖啡也通过此出口分配。用来盛放待制备的某一饮料的杯子被放置在配给元件39之下。应该理解，也可以在配给元件39之下同时放置两个杯子，因为设置了两个出口。还可能的是，为配给元件39设置三个或甚至更多的出口，以便在其下能够同时放置三个或更多的杯子。

下面，将参考图1和2，进一步描述该装置的操作模式。

1、使牛奶发泡

为使牛奶发泡，启动泵15，打开第一阀19。通过启动泵15，牛奶从供给容器13通过牛奶供给管14和牛奶进入通道6被供给到混合元件1的主通道2。通过打开第一阀19，该阀19与管23连接，结果使蒸汽发生器17产生的蒸汽通过第一蒸汽进入通道3流入混合元件1。当牛奶进入主通道2时由泵15计量的牛奶与流经主通道2的蒸汽相遇，当所述蒸汽经过缩颈9构成的低压区域时，所述蒸汽已经与空气混合，因为空气已经由于蒸汽流经缩颈9产生的文丘里管效应通过进入通道4被吸入空气。径向进入主通道2的牛奶在负压作用下，立即与流经主通道2的热蒸汽/空气混合物混合，产生包括空气、蒸汽、浓缩的水和牛奶的热混合物。该混合物在随后的出口通道7膨胀，该出口通道7具有比主通道2的直径增大的直径，并被乳化成同质多微孔的牛奶泡沫。这样的牛奶泡沫通过配给元件39能够流出该装置，并被收集在合适的饮料容器中，如一个预先放置在配给元件39之下的杯子(未示出)。

紧随发泡牛奶的制备之后，进口通道和出口通道通过蒸汽被清洗。一旦关闭泵15，第三和第四阀21、22即被打开。所以，蒸汽流经主通道2，第一蒸汽进入通道3，第二蒸汽进入通道5，牛奶进入通道6和混合元件1的出口通道7，以便从通道中去除可能存在的牛奶残余物。通过设置两个节流阀26和31以及牛奶进入通道6的小直径孔11，蒸汽压力被减小到这样的范围，即避免在配给元件39的出口出现高压蒸汽喷射。避免这样的蒸汽喷射是重要的，因为上述的清洗操作是立即在牛奶发泡操作之后启动的，通过高压蒸汽喷射会惊吓机器的操作者，和/或使收集在杯子中的饮料溅出。

2、加热牛奶

为了加热牛奶，要开启泵15和打开第一、第二阀19，20。通过打开两阀19和20，蒸汽流经第一蒸汽进入通道3和第二蒸汽进入通道5流入混合元件1的主通道2。所以，其中流经第二蒸汽进入通道5的蒸汽量明显大于流经第一蒸汽进入通道3的蒸汽量，因为第一蒸汽进入通道3包括一呈缩颈9的狭窄横截面区域。因此，流经缩颈9的蒸汽流速也被显著地减小，结果在缩颈9中几乎不能建立起任何低压区，因此，也几乎没有任何空气被吸入通过空气进入通道4。利用流经第一和第二蒸汽进入通道3和5而进入主通道2的蒸汽，通过牛奶供给通道6流入主通道2的牛奶被加热，但没有发泡。依靠该装置的特殊设计，牛奶能被加热到约65℃至80℃之间的温度。

如果牛奶仅被加热到大约50℃至65℃，仅通过第二蒸汽进入通道5向主通道2供给蒸汽就足够了。在此情况下，仅打开阀20就可以了。应该理解，也存在其它各种可能，例如通过两个蒸汽进入通道3，5仅是周期性地向主通道2供给蒸汽。于是，通过选择性地操作第一和/或第二阀19，20，能具体地影响牛奶的最终温度。

而且，还可能仅通过第一蒸汽进入通道3，至少周期性地向牛奶供给蒸汽，从而具体地控制牛奶的发泡。应该理解，通过设计和/或确定用来加热和发泡操作的部件的尺寸，能够具体地影响与加热和/或发泡牛奶有关的参数。

一旦所需量的牛奶已被加热，混合元件1的通道即可用蒸汽清洗，如在前面关于牛奶的发泡操作部分中所述的。

利用图2所示和上述讨论的装置，也可从供给容器13向诸如一杯子供给冷牛奶。在此情况下，本发明的装置主要用于利用蒸汽进行后续的通道清洗。

在本文中，措辞“主通道”不强制地指严格意义上的通道，而应该理解为某种腔，如在本领域公知的已有乳化装置中所使用的。重要的事实是，提供任意种类的合适空腔使得蒸汽、空气和牛奶在其中混合，从而产生同质乳化液。在此意义上，其它的“通道”也做如比解释；它们不必是严格的字面意义上的通道。例如，在许多情况下，提供任意种类的空气入口，通过该空气入口使空气能被吸入缩颈9。

与已有的乳化装置相比，其中牛奶是在通过蒸汽流经一限定了直径的区域而产生的前述的文丘里管效应的影响下而被吸入的，通过泵强制地供给牛奶具有这样的优点，即能够供给单位时间内所希望的牛奶量并且牛奶的计量更加精确。

图3表示混合元件另一实施例的横截面视图。与图1所示和前述有关讨论的混合元件1相比，根据图3的混合元件还包括一选择性地开闭空气进入通道4的装置40。该装置40包括一电磁铁41，其连接到滑动地容纳于孔45中的活塞42。活塞42的前侧(即图3中的右侧)设置封闭件43，通过该封闭件空气进入通道可被密封。一压簧44插入电磁铁41和活塞42之间。该压簧将活塞42沿朝向缩颈9的方向偏置，结果当装置40处于静止位置时，即电磁铁41不被激励，由封闭件密封空气进入通道4。孔45在临近空气进入通道4的端部区域设有肩部46。肩部46作为一停止件，活塞42用它的圆环形前表面能够停靠在其上。应该理解，孔45的相对端，即临近电磁铁41的一端，也可有停止件。电磁铁41的启动使活塞42背离空气进入通道4运动而进入图3所示的位置，在该位置空气进入通道4被打开。如果需要，通过一未示出通向活塞42前面的腔的孔，空气能被吸入。

通过设置用来密封空气进入通道4的装置40，能够保证在希望的情况下，例如若冷牛奶流经混合元件1时，关闭空气进入通道4，因而避免牛奶以不希望的方式进入或流出空气进入通道4。所以，能够避免进入空气进入通道4的牛奶在一段时间后变酸和/或变硬而阻塞牛奶进入通道。而且，在每次电磁铁41启动时，空气进入通道4被封闭件43机械地清洁，去除可能留在空气进入通道4中的残余物。优选地，在装置40处于静止位置时空气进入通道4被密封，基本上是针状的封闭件43的端部突出空气进入通道4一小的程度，使空气进入通道完全被封闭件43占据，于是避免不希望的物质可能进入空气进入通道4。

根据本发明装置的优点概括如下：

.能够产生多微孔的牛奶泡沫和热牛奶。

.通过设置两个蒸汽进入通道，能够分别增加和具体地影响用来加热牛奶的蒸汽量。

.能够具体地选择牛奶的最终温度。

.所希望的牛奶的最终温度是可精确地可复制的。

.混合元件的设计紧凑，容易制造。

.混合元件仅包括直的通道，特别地避免任何盲腔。

.不用专门的乳化腔来发泡牛奶。

.混合元件不必紧临饮料出口的上游，因为产生的牛奶泡沫能够沿一延伸的路径流向饮料出口而不影响质量。

.该装置特别适合于结合入浓咖啡机，而且特别是结合到由处理器控制饮料制备的全自动浓咖啡机；所以，这样的全自动机器的适应性增加了。

.由于牛奶是被泵强制供给的，能供给所希望单位时间内的牛奶量，并且计量的精确度提高了。

Claims (17)

1、用于产生牛奶泡沫和加热牛奶的装置，包括一牛奶供给容器，一蒸汽发生器和一混合元件，所述混合元件包括一具有第一内径的第一蒸汽进入通道，一位于所述第一蒸汽进入通道下游并与其相通的缩颈，该缩颈具有比所述第一蒸汽进入通道的所述第一内径小的内径，一空气进入通道向所述缩颈开口并与其相通，一牛奶进入通道，其特征在于，该混合元件还包括一具有第二内径的主通道，其包括一入口端和一出口端，所述入口端与所述缩颈相通，所述牛奶进入通道在沿着主通道在该主通道入口端下游的一位置处向所述主通道开口并与其相通，和向所述主通道开口并与其相通的第二蒸汽进入通道，其开口位置沿着所述主通道并位于所述缩颈和所述牛奶进入通道的开口之间。

2、根据权利要求1的装置，其特征在于，它还包括从所述牛奶供给容器向所述牛奶进入通道强制供给牛奶的装置。

3、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述混合元件还包括一出口通道，该通道与所述主通道的出口端相通，并具有第三内径，该内径大于所述主通道的第二内径。

4、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述第二蒸汽进入通道相对于所述主通道倾斜地延伸。

5、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述第一蒸汽进入通道轴向地向所述缩颈开口，其中所述空气进入通道径向地向所述缩颈开口。

6、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述牛奶进入通道径向地向所述主通道开口。

7、根据权利要求1的装置，其特征在于，它还包括一阀组件，其具有入口和出口，所述入口与所述蒸汽发生器相通，所述出口与所述混合元件相通，还包括用来选择性地控制所述阀组件的控制装置，以使蒸汽仅供给所述第一蒸汽进入通道或仅供给所述第二蒸汽进入通道或同时供给所述第一和第二通道二者。

8、根据权利要求7的装置，其特征在于，所述阀组件的控制装置用来向所述牛奶进入通道供给蒸汽。

9、根据权利要求7或8的装置，其中所述阀组件包括至少三个可独立控制的阀。

10、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述主通道，所述第一蒸汽进入通道，所述第二蒸汽进入通道，所述空气进入通道，所述牛奶进入通道和所述出口通道，都呈直线方向延伸。

11、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述混合元件的主通道是由一孔构成的。

12、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述主通道，所述第一蒸汽进入通道，所述第二蒸汽进入通道，所述空气进入通道，所述牛奶进入通道和所述出口通道，都是由孔构成的。

13、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述牛奶进入通道包括一靠近所述主通道的第一部分并具有第一横截面区域，和一远离所述主通道的第二部分并具有第二横截面区域，所述第二横截面区域比所述第一横截面区域小。

14、根据权利要求1的装置，其特征在于，所述混合元件被设计成一件。

15、根据权利要求1的装置，其特征在于，它还包括用来选择性地密封或打开所述空气进入通道的装置。

16、与一用来产生牛奶泡沫和加热牛奶的装置结合的浓咖啡机，所述装置包括一牛奶供给容器，一蒸汽发生器和一混合元件，并且所述混合元件包括：

具有一第一内径的第一蒸汽进入通道；

位于第一蒸汽进入通道下游并与其相通的一缩颈，其具有的内径比所述第一蒸汽进入通道的所述第一内径小；

一向所述缩颈开口并与其相通的空气进入通道；

一牛奶进入通道；

一具有第二内径的主通道，并且包括一入口端和一出口端，所述入口端与所述缩颈相通，所述牛奶进入通道在沿着主通道并在主通道入口端下游一位置处向所述主通道开口并与其相通；和

向所述主通道开口并与其相通的第二蒸汽进入通道，其开口位置沿着所述主通道并位于所述缩颈和所述牛奶进入通道的开口之间。

17、一种制备发泡牛奶和热牛奶的方法，包括下列步骤：

提供一牛奶供给容器，一蒸汽发生器，一阀组件和一混合元件，其中所述混合元件包括：

一具有第一内径的第一蒸汽进入通道；

位于第一蒸汽进入通道下游并与其相通的一缩颈，其具有的内径比所述第一蒸汽进入通道的所述第一内径小；

一向所述缩颈开口并与其相通的空气进入通道；

一牛奶进入通道；

一具有第二内径的主通道，并且包括一入口端和一出口端，所述入口端与所述缩颈相通，所述牛奶进入通道在沿着主通道并在该主通道入口端下游一位置处向所述主通道开口并与其相通；和

向所述主通道开口并与其相通的第二蒸汽进入通道，其开口位置沿着所述主通道并位于所述缩颈和所述牛奶进入通道的开口之间；

从所述牛奶供给容器向所述混合元件的所述牛奶进入通道供给牛奶；和

通过所述阀组件从所述蒸汽发生器选择性地仅供给所述混合元件的第一蒸汽进入通道，或仅供给所述混合元件的第二蒸汽进入通道，或同时供给所述混合元件的所述第一和第二蒸汽进入通道二者。

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