JP2010243694A - 熱交換器及びプロジェクター - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱交換器81は、中空状に形成され、内部に複数の微細流路Cmを有する。この熱交換器81は、互いに平行して熱交換器81の幅方向に沿って並設され、複数の微細流路Cmを形成する複数の隔壁部813と、熱交換器81内外を連通し、冷却液体を流入出させるための流入部819及び流出部817とを備える。流入部819及び流出部817は、熱交換器81の内側面812A,812Bにおける幅方向の略中央に位置し互いに対向する一対の中央位置P1,P2から、幅方向に沿って互いに逆方向に延び、熱交換器81の外側面818,816まで貫通するようにそれぞれ形成されている。
【選択図】図5
Description
このような液冷装置では、冷却液体により冷却対象を効果的に冷却するために、冷却液体の温度を低減する熱交換器を用いた構成が多用される(例えば、特許文献1参照)。
具体的に、特許文献1に記載の熱交換器は、中空状の直方体形状を有し、直方体形状の一側面に冷却液体を流入出させるための流入部及び流出部がそれぞれ設けられている。また、熱交換器は、内部に冷却液体が流通する水路が形成されている。そして、熱交換器は、内部に流入した冷却液体を水路に沿って流通させることで、冷却液体と水路を構成する隔壁との間で熱交換し、冷却液体の温度を低減させている。
ここで、特許文献1に記載の熱交換器は、略水平方向に画像を投射する、いわゆる正置き姿勢(机等の設置面上に載置した姿勢)でプロジェクターから画像を投射することを前提として設計されたものである。言い換えれば、熱交換器は、正置き姿勢でプロジェクターが設置された際に、熱交換器内部の略全体に亘って気泡が充満しないように設計されている。
具体的に、特許文献1に記載の熱交換器は、直方体形状の一側面において、流入部及び流出部が投射方向にそれぞれ略直交するとともに、投射方向に沿ってそれぞれ並設されている。このため、上方投射姿勢あるいは下方投射姿勢でプロジェクターを設置した際に、熱交換器において、流入部が上方側に位置し、流出部が下方側に位置する姿勢となる場合がある。
すなわち、熱交換器が上記の姿勢となった場合には、冷却液体とともに熱交換器内部に流入した気泡は、熱交換器内部の上方側の空間に移動し、上方側から順次、下方側の流出部の位置まで蓄積されることとなり、熱交換器内部の略全体に亘って気泡が充満してしまう。
したがって、種々の姿勢でも熱交換器内部の略全体に亘って気泡が充満することなく、冷却液体と熱交換器との熱交換効率を安定に維持できる技術が要望されている。
このことにより、例えば、プロジェクターに熱交換器を搭載した際に、プロジェクターが種々の姿勢で設置された場合であっても、以下に示すように、熱交換器内部の略全体に亘って気泡が充満することを防止できる。
例えば、流出部が外装筐体の天面部側に位置するとともに、流入部が外装筐体の底面部側に位置し、冷却液体を投射方向に対して略平行に流入出する姿勢で外装筐体内部に熱交換器を配設する(以下、第1の配設形態と記載)。
熱交換器は、第1の配設形態で配設されると、プロジェクターが正置き姿勢で設置された場合には、流出部(第1中央位置)が上方側に位置するとともに、流入部(第2中央位置)が下方側に位置する姿勢となる。
このため、流入部を介して熱交換器内部に流入した気泡は、浮力により上方側に移動することで、上方側に位置する流出部から冷却液体とともに外部に排出されることとなる。
このため、流入部を介して熱交換器内部に流入した気泡は、浮力により上方側に移動することで、熱交換器内部における上方側の空間に順次、蓄積され、流出部の形成位置(第1中央位置)まで蓄積された後、流出部から冷却液体とともに外部に排出されることとなる。
したがって、プロジェクターが種々の姿勢で設置された場合であっても、冷却液体と熱交換器との熱交換効率を安定に維持でき、冷却液体の温度を効率的に低減して冷却液体により冷却される冷却対象を効果的に冷却できる。
本発明のプロジェクターは、上述した熱交換器を備え、熱交換器が第1の配設形態で配設されるので、上述した熱交換器と同様の作用及び効果を享受できる。
そして、熱交換器は、第2の配設形態で配設されると、プロジェクターが正置き姿勢で設置された場合には、幅方向、及び隔壁の延出方向の双方に直交する厚み方向が上下方向に向く姿勢となる。
ところで、熱交換器としては、一般的に、厚み寸法が幅方向や隔壁の延出方向の各寸法よりも小さくなるように形成されるものである。
すなわち、プロジェクターが正置き姿勢で設置された場合において、熱交換器内部の空間と流出部の孔との上下方向の隙間は非常に小さい。
このため、流入部を介して熱交換器内部に流入した気泡は、浮力により上方側に移動し、熱交換器内部における上方側の空間に順次、蓄積されても、上記のように非常に小さい隙間分の空間にしか蓄積されず、流出部の孔の縁まで蓄積されると、流出部を介して冷却液体とともに外部に排出されることとなる。
なお、熱交換器は、プロジェクターが上方投射姿勢や下方投射姿勢で設置された場合には、第1の配設形態と同様の姿勢となる。
以上のことから、上述した熱交換器と同様の作用及び効果を享受できる。
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクターの構成〕
図1は、第1実施形態におけるプロジェクター1の概略構成を示す図である。具体的に、図1は、プロジェクター1の内部構造を外装筐体2の天面部21(図8参照)側から見た図である。
プロジェクター1は、画像情報に応じた画像を形成してスクリーン(図示略)上に投射し、投影画像を表示する。このプロジェクター1は、図1に示すように、外装を構成する外装筐体2と、光学ユニット3と、液冷装置4(図2参照)等を備える。
この外装筐体2において、天面部21には、一対のハンドル21A(図8参照)が取り付けられている。
一対のハンドル21Aは、プロジェクター1を持ち運ぶ際等に利用者により把持される部材であり、略U字形状を有するように形成されている。そして、一対のハンドル21Aは、互いに平行となり、かつ、前後方向(投射レンズ35からの画像の投射方向に沿う方向)に延出するように、U字形状の両端が天面部21にそれぞれ取り付けられている。
すなわち、本実施形態のプロジェクター1は、天吊り姿勢で設置する際に、正置き姿勢と同一の姿勢(天面部21が上方側に向き底面部22が下方側に向く姿勢)となるように設計されている。
光学ユニット3は、制御装置(図示略)による制御の下、画像情報に応じて画像を形成して投射する。
この光学ユニット3は、図1に示すように、一対の光源装置31A,31Bと、反射ミラー31Cと、レンズアレイ321,322、偏光変換素子323、及び重畳レンズ324を有する照明光学装置32と、ダイクロイックミラー331,332、及び反射ミラー333〜336を有する色分離光学装置33と、光変調素子としての3つの液晶パネル341(赤色光側の液晶パネルを341R、緑色光側の液晶パネルを341G、青色光側の液晶パネルを341Bとする)、3つの入射側偏光板342、3つの射出側偏光板343、及び色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム344を有する光学装置34と、投射光学装置としての投射レンズ35と、これら各部材31A,31B、32〜34を内部に収納する光学部品用筐体36とを備える。
そして、光学ユニット3では、上述した構成により、一対の光源装置31A,31Bから射出された光束は、反射ミラー31Cにより、光学部品用筐体36内部に設定された照明光軸Ax(図1)に沿って反射され、照明光学装置32に照射される。照明光学装置32に照射された光束は、照明光学装置32にて面内照度が均一化されるとともに、色分離光学装置33にてR,G,Bの3つの色光に分離される。分離された各色光は、各液晶パネル341にて画像情報に応じてそれぞれ変調され、色光毎の画像が形成される。色光毎の画像は、プリズム344にて合成され、投射レンズ35にてスクリーン(図示略)に投射される。
図2は、液冷装置4の構成を模式的に示す図である。
液冷装置4は、環状の流路に沿って水やエチレングリコール等の冷却液体を循環させ、該冷却液体により光学素子としての液晶パネル341を冷却する。この液冷装置4は、図2に示すように、3つの光学素子保持部5と、液体圧送部6と、液体蓄積部としてのタンク7と、熱交換ユニット8と、複数の液体循環部材9とを備える。
複数の液体循環部材9は、内部に冷却液体を流通可能とする管状部材で構成され、各部材5〜8を接続し、環状の流路を形成する。
なお、液体循環部材9による各部材5〜8の接続構造については、後述する。
図3は、光学素子保持部5の構造を示す図である。具体的に、図3は、光学素子保持部5を光束入射側から見た平面図である。
3つの光学素子保持部5は、3つの液晶パネル341をそれぞれ保持するとともに、内部に冷却液体が流入出し、該冷却液体により3つの液晶パネル341をそれぞれ冷却する。なお、各光学素子保持部5は、同様の構成であり、以下では1つの光学素子保持部5のみを説明する。この光学素子保持部5は、図3に示すように、液体流通管51と、光学素子支持枠52とを備える。
光学素子支持枠52は、具体的な図示は省略したが、光束射出側において、液晶パネル341の外形形状に対応して光束入射側に向けて窪む凹部を有し、前記凹部にて液晶パネル341を収納保持する。
また、前記凹部の底部分には、図3に示すように、液晶パネル341の画像形成領域に対応した開口部521が形成されている。
さらに、光学素子支持枠52には、具体的な図示は省略したが、前記凹部を囲むように貫通形成された平面視U字状の貫通孔が形成され、該貫通孔に液体流通管51が配設される。
なお、具体的な図示は省略したが、光学素子支持枠52は、光束入射側及び光束射出側の2体に分割形成されており、該2体で液体流通管51を挟持するように構成されている。
以上のように、光学素子保持部5は、液体流通管51が液晶パネル341の側端部に対向するように配設され、液晶パネル341の熱を液晶パネル341〜光学素子支持枠52〜液体流通管51の熱伝達経路を辿って放熱させるように構成されている。
液体圧送部6は、冷却液体を吸入及び圧送するポンプであり、環状の流路に沿って冷却液体を循環させる。
この液体圧送部6は、例えば、中空部材内に羽根車が配置された構成を有し、前記羽根車が回転することで、冷却液体を吸入及び圧送する。
なお、液体圧送部6の構成としては、上述した羽根車を有する構成に限らず、ダイヤフラムを利用した他の構成を採用してもよい。
図4は、タンク7の構成を示す斜視図である。
タンク7は、略直方体状の中空部材で構成され、流入した冷却液体を一時的に蓄積した後に流出する。
このタンク7において、上方側の端面には、図4に示すように、内部に連通し、タンク7に冷却液体を注入するための注入部71が設けられている。
すなわち、液冷装置4を組み立てた後、注入部71を介して冷却液体を注入することで、液冷装置4に冷却液体が充填されることとなる。
なお、図4では、図示を省略したが、注入部71には、冷却液体を注入した後、注入部71を封止するためのキャップが取り付けられる。
また、タンク7において、2つの側面部には、図4に示すように、内部に連通し、冷却液体を流入出するための流入口72及び流出口73が設けられている。
そして、上述したタンク7は、アルミニウム等の金属材料から構成されている。
熱交換ユニット8は、環状の流路に沿って循環する冷却液体の温度を低減する。この熱交換ユニット8は、図2に示すように、熱交換器81と、区画板82と、熱電変換素子としてのペルチェ素子83と、放熱側伝熱部材84とを備える。
図5及び図6は、熱交換器81の構成を示す図である。具体的に、図5は熱交換器81の平面図であり、図6は図5のVI-VI線の断面図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図5に示す鉛直軸(Y軸)、Y軸に直交するX軸及びZ軸を用いて説明する。
熱交換器81は、中空形状を有し、内部を流通する冷却液体と熱交換する。この熱交換器81は、図5または図6に示すように、交換器本体81Aと、遮蔽板81Bとを備える。
この交換器本体81Aにおいて、+X軸方向の板面には、凹状に窪む平面視略矩形状の第1凹部811が形成されている。
また、第1凹部811の底部分には、凹状に窪む平面視矩形状の第2凹部812が形成されている。
この第2凹部812の底部分には、Y軸方向に延出し、互いに平行してZ軸方向(熱交換器81の幅方向)に並設した複数の隔壁部813が立設されている。
なお、複数の隔壁部813は、図6に示すように、第2凹部812の深さ寸法と同一の高さ寸法を有するように形成されている。また、これら隔壁部813は、例えば、数10μm〜数100μm程度の厚み寸法を有し、互いに数10μm〜数100μm程度の間隔を空けて形成されている。
同様に、第2凹部812における−Y軸側の側壁部(熱交換器81の内側面)812Bにおいて、第1中央位置P1に対向する第2中央位置P2には、図5に示すように、−Y軸方向に凹状に窪む流入側凹部815が形成されている。
同様に、交換器本体81Aには、流入側凹部815の側壁から、+Z軸方向に沿って延び、+Z軸側の外面(熱交換器81の外側面)818まで貫通するとともに外面818から+Z軸側に突出し、第2凹部812内部と熱交換器81外部とを連通する流入部819が形成されている。
そして、遮蔽板81Bにて第2凹部812が閉塞されることで、図5または図6に示すように、複数の隔壁部813間に冷却液体が流通する複数の微細流路Cmが形成される。すなわち、熱交換器81は、いわゆる、マイクロチャンネル等の熱交換器で構成されている。
以上の構成により、熱交換器81に流入した冷却液体は、図5に示すように、流入部819を介して−Z軸方向に流通して第2凹部812内部に流入し、−Y軸側から+Y軸側にかけて複数の微細流路Cmを辿って流通した後、流出部817を介して+Z軸方向に流通して熱交換器81外部に流出することとなる。
この区画板82には、図2に示すように、熱交換器81の平面形状よりも小さい矩形形状を有し、ペルチェ素子83を嵌合可能とする開口部821が形成されている。
そして、熱交換器81は、区画板82における一方の板面において、交換器本体81Aにおける−X軸側の板面の略中心領域にて開口部821を閉塞するように開口部821周縁部分に固定される。
このような構成を有するペルチェ素子83において、電力が供給されると、図2に示すように、ペルチェ素子83の一方の端面が熱を吸収する吸熱面831となり、他方の端面が熱を放熱する放熱面832となる。
そして、ペルチェ素子83は、区画板82の開口部821に嵌合され、吸熱面831が熱交換器81(交換器本体81A)に熱伝達可能に接続する。
すなわち、区画板82にて各部材81,83,84を一体化した状態では、熱交換器81〜ペルチェ素子83〜放熱側伝熱部材84の熱伝達経路が形成される。
このため、ペルチェ素子83の駆動により、熱交換器81は、吸熱面831から熱が吸収され、冷却される。また、ペルチェ素子83の放熱面832に生じる熱は、放熱側伝熱部材84を介して外部に放熱される。
次に、液体循環部材9による各部材5〜8の接続構造について説明する。
なお、以下では、説明の便宜上、図2に示すように、3つの光学素子保持部5のうち、赤色光側の液晶パネル341Rを保持する光学素子保持部を赤色光変調素子保持部5R、緑色光側の液晶パネル341Gを保持する光学素子保持部を緑色光変調素子保持部5G、青色光側の液晶パネル341Bを保持する光学素子保持部を青色光変調素子保持部5Bとする。
液体循環部材9は、図2に示すように、第1〜第6液体循環部材9A〜9Fの6本で構成されている。
具体的に、第1液体循環部材9Aは、流入側及び流出側が赤色光変調素子保持部5R及び緑色光変調素子保持部5Gにおける各液体流通管51の一方の端部にそれぞれ接続される。
第2液体循環部材9Bは、流入側が緑色光変調素子保持部5Gにおける液体流通管51の他方の端部に接続され、流出側が青色光変調素子保持部5Bにおける液体流通管51の一方の端部に接続される。
第4液体循環部材9Dは、流入側及び流出側が液体圧送部6及びタンク7における流入口72にそれぞれ接続される。
第5液体循環部材9Eは、流入側及び流出側がタンク7における流出口73及び熱交換器81の流入部819にそれぞれ接続される。
第6液体循環部材9Fは、流入側及び流出側が熱交換器81の流出部817及び赤色光変調素子保持部5Rにおける液体流通管51の他方の端部に接続される。
そして、上述した液冷装置4により、以下に示すように液晶パネル341が冷却される。
すなわち、液晶パネル341にて生じた熱は、光学素子保持部5を介して冷却液体に伝達される。
光学素子保持部5から流出した冷却液体は、流路Cを辿って熱交換器81に流入する。
ここで、熱交換器81は、ペルチェ素子83の駆動により、吸熱面831から熱が吸収されることで冷却されている。このため、熱交換器81に流入した冷却液体は、内部の微細流路Cmを流通する際に、熱交換器81との間で熱交換が行われ、冷却される。
そして、熱交換器81にて冷却された冷却液体は、再度、光学素子保持部5に流入する。
次に、プロジェクター1が種々の姿勢で設置された場合での熱交換器81の姿勢について説明する。
なお、投射レンズ35に対する熱交換器81の位置関係については、以下の通りである。
図7は、投射レンズ35と熱交換器81との位置関係を模式的に示す図である。具体的に、図7は、天面部21側から見た図である。
熱交換器81は、+Y軸側が天面部21側に向くとともに、+Z軸方向が投射レンズ35の投射方向Rに沿う姿勢で外装筐体2内部に配設される。
すなわち、熱交換器81は、流出部817が天面部21側に位置するとともに、流入部819が底面部22側に位置し、冷却液体を投射方向Rに対して略平行に流入出する姿勢で外装筐体2内部に配設される。
図8は、プロジェクター1の種々の姿勢を模式的に示す図である。
図9は、プロジェクター1が種々の姿勢で設置された場合での熱交換器81の姿勢を遮蔽板81B側から見た断面図である。
熱交換器81は、プロジェクター1が図8(A)に示す正置き姿勢(天吊り姿勢も同様)で設置された場合には、流出部817(流出側凹部814)が上方側に位置するとともに、流入部819(流入側凹部815)が下方側に位置する姿勢となる(図9(A))。
このため、流入部819を介して第2凹部812内部に流入した気泡は、浮力により上方側に移動することで、上方側に位置する流出部817から冷却液体とともに外部に排出されることとなる。
このため、流入部819を介して第2凹部812内部に流入した気泡は、浮力により上方側に移動することで、第2凹部812内部における上方側の空間に順次、蓄積され、流出側凹部814の形成位置まで蓄積された後、流出部817から冷却液体とともに外部に排出されることとなる。
本実施形態では、熱交換器81を構成する流出部817及び流入部819は、側壁部812A,812Bの各中央位置P1,P2から、幅方向に沿って互いに逆方向に延び、外面816、818まで貫通するように形成されている。
そして、熱交換器81は、流出部817が天面部21側に位置するとともに、流入部819が底面部22側に位置し、冷却液体を投射方向Rに沿って流入出する姿勢で外装筐体2内部に配設される。
このことにより、プロジェクター1が種々の姿勢で設置された場合であっても、第2凹部812内部には、最大限で第2凹部812内部の略半分の空間にしか気泡が蓄積されず、第2凹部812内部の略全体に亘って気泡が充満することを防止できる。
したがって、プロジェクター1が種々の姿勢で設置された場合であっても、冷却液体と熱交換器81との熱交換効率を安定に維持でき、冷却液体の温度を効率的に低減して冷却液体により冷却される冷却対象を効果的に冷却できる。
したがって、最大限で第2凹部812内部の略半分の空間に気泡が蓄積された場合であっても、上記の熱伝達経路により、冷却液体を十分に冷却することができる。
上述した第1実施形態では、説明を簡略化するために、プロジェクター1の姿勢として、正置き姿勢(天吊り姿勢)、上方投射姿勢、及び下方投射姿勢の3つの姿勢を例に挙げて説明したが、プロジェクター1は正置き姿勢から上方投射姿勢あるいは下方投射姿勢までの間の傾斜した姿勢にも設定できるものであり、このような種々の姿勢であっても上述した効果を奏することができる。
次に、本発明の第2実施形態を図面に基づいて説明する。
以下の説明では、前記第1実施形態と同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
図10は、第2実施形態における投射レンズ35と熱交換器81との位置関係を模式的に示す図である。具体的に、図10は、天面部21側から見た図である。
本実施形態では、図10に示すように、前記第1実施形態に対して、熱交換器81の配設位置が異なるのみである。
すなわち、熱交換器81は、底面部22からの流入部819及び流出部817の各高さ位置が略同一位置となり、冷却液体を投射方向Rに対して略平行に流入出する姿勢で外装筐体2内部に配設されている。
図11は、プロジェクター1が種々の姿勢で設置された場合での熱交換器81の姿勢を示す図である。
なお、図11(A)〜図11(C)では、説明の便宜上、熱交換器81を+Y軸側(図11(A))、遮蔽板81B側(図11(B)、図11(C))からそれぞれ見ている。
ここで、熱交換器81は、厚み寸法が他の方向(Y軸方向、Z軸方向)の寸法よりも小さくなるように形成されている。すなわち、遮蔽板81Bと流出部817の孔817A(図6)との隙間は非常に小さい。
このため、流入部819を介して第2凹部812内部に流入した気泡は、浮力により上方側に移動し、第2凹部812内部における遮蔽板81B側(上方側)の空間に順次、蓄積されても、上記のように非常に小さい隙間分の空間にしか蓄積されず、流出部817の孔817Aまで蓄積されると、流出部817を介して冷却液体とともに外部に排出されることとなる。
以上のように、上述した第2実施形態においては、上述したように熱交換器81を配設した場合であっても、前記第1実施形態と同様の効果を享受できる。
前記各実施形態において、プロジェクター1が種々の姿勢で設置された場合に、いずれの姿勢でも第1中央位置P1が第2中央位置P2より下方側に位置しなければ、前記各実施形態とは異なる形で熱交換器81を外装筐体2内部に配設しても構わない。
例えば、熱交換器81は、平面視矩形形状を有していたが、これに限らず、平面視円形状を有するように形成しても構わない。同様に、第2凹部812も平面視円形状を有するように形成しても構わない。
前記各実施形態において、冷却対象として、液晶パネル341を採用していたが、これに限らず、光源装置31A,31B、偏光変換素子323、入射側偏光板342、射出側偏光板343等の光学素子や、プロジェクター1内部の構成部材に電力を供給する電源装置、あるいは液晶パネル341等を制御する制御装置等を冷却対象としても構わない。
前記各実施形態では、液晶パネル341は、3つ設けられていたが、その数は3つに限らず、1つ、2つ、あるいは、4つ以上であっても構わない。
前記各実施形態において、光変調素子としては、透過型または反射型の液晶パネルの他、マイクロミラーを用いたデバイス等、液晶以外の光変調素子を採用しても構わない。
前記各実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行うフロントタイプのプロジェクターの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行うリアタイプのプロジェクターにも適用可能である。
Claims (3)
- 中空状に形成され、内部に複数の微細流路を有する熱交換器であって、
互いに平行して当該熱交換器の幅方向に沿って並設され、前記複数の微細流路を形成する複数の隔壁部と、
当該熱交換器内外を連通し、冷却液体を流入出させるための流入部及び流出部とを備え、
前記流入部及び前記流出部は、
当該熱交換器の内側面における前記幅方向の略中央に位置し互いに対向する一対の中央位置から、前記幅方向に沿って互いに逆方向に延び、当該熱交換器の外側面まで貫通するようにそれぞれ形成されている
ことを特徴とする熱交換器。 - 冷却液体により冷却対象を冷却する液冷装置と、外装を構成する外装筐体とを備えたプロジェクターであって、
前記液冷装置は、
請求項1に記載の熱交換器を備え、
前記熱交換器は、
前記流出部が前記外装筐体の天面部側に位置するとともに、前記流入部が前記外装筐体の底面部側に位置し、冷却液体を当該プロジェクターからの画像の投射方向に対して略平行に流入出する姿勢で前記外装筐体内部に配設されている
ことを特徴とするプロジェクター。 - 冷却液体により冷却対象を冷却する液冷装置と、外装を構成する外装筐体とを備えたプロジェクターであって、
前記液冷装置は、
請求項1に記載の熱交換器を備え、
前記熱交換器は、
前記外装筐体の底面部からの前記流入部及び前記流出部の各高さ位置が略同一位置となり、冷却液体を当該プロジェクターからの画像の投射方向に対して略平行に流入出する姿勢で前記外装筐体内部に配設されている
ことを特徴とするプロジェクター。
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