DE102017011356A1 - Device for detecting at least one measured variable of fuel, in particular aviation fuel - Google Patents
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Abstract
Die Vorrichtung zur Erfassung wenigstens einer Messgröße von Treibstoff, insbesondere von Flugtreibstoff, hat Sensoren, die Partikel und/oder freies Wasser im Treibstoff erfassen. Mit wenigstens einem weiteren Sensor wird wenigstens eine den Brennwert des Treibstoffes charakterisierende Messgröße erfasst. The device for detecting at least one measured variable of fuel, in particular jet fuel, has sensors which detect particles and / or free water in the fuel. With at least one further sensor, at least one measured variable characterizing the calorific value of the fuel is detected.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung wenigstens einer Messgröße von Treibstoff, insbesondere von Flugtreibstoff, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device for detecting at least one measured variable of fuel, in particular jet fuel, according to the preamble of claim 1.
Die Qualität von Flugtreibstoff hat maßgebliche Bedeutung für den sicheren, sauberen und effizienten Betrieb der Triebwerke von Flugzeugen. Für die Spezifikation von Flugtreibstoff sowie die Messverfahren zu deren Bestimmung bestehen verschiedene Normen. Die Spezifikation des Treibstoffes umfasst zahlreiche Parameter, die insbesondere bei der Treibstoffproduktion berücksichtigt werden müssen. Mit der Freigabe des Treibstoffes für den Vertrieb wird bestätigt, dass die vorgeschriebenen Spezifikationen erfüllt sind. Allerdings kann sich die Produktqualität beim Transport durch Verunreinigung oder Vermischung verändern und muss darum überwacht werden. Dies erfolgt an signifikanten Messpunkten in der Transportkette des Treibstoffes. Üblicherweise erfolgt die Messung bei der Anlieferung an das Tanklager von Flugplätzen sowie unmittelbar vor der Betankung des Flugzeuges. Diese Messungen erfolgen durch offene Probenahme teilweise vor Ort oder im Labor. Problematisch ist das offene Hantieren mit der gefährlichen Treibstoffprobe. Ein häufiger Schwachpunkt ist die subjektive visuelle Bewertung der Probe nach den geltenden Normen.The quality of aviation fuel is critical to the safe, clean and efficient operation of aircraft engines. For the specification of aviation fuel as well as the measuring methods for their determination there are different standards. The specification of the fuel includes numerous parameters that must be taken into account, especially in fuel production. With the release of the fuel for distribution is confirmed that the prescribed specifications are met. However, product quality may change during transport due to contamination or mixing and therefore needs to be monitored. This takes place at significant measuring points in the transport chain of the fuel. Usually, the measurement is carried out at the delivery to the tank farm of airfields and immediately before the refueling of the aircraft. These measurements are made by open sampling partly on site or in the laboratory. The problem is the open handling of the dangerous fuel sample. A frequent weak point is the subjective visual evaluation of the sample according to the applicable standards.
Die in der Transportkette zu überwachenden maßgeblichen Parameter sind die in der Probe enthaltenen Partikel sowie der Anteil von freiem Wasser in der Probe. Darüber hinaus können noch weitere Parameter bestimmt werden.The relevant parameters to be monitored in the transport chain are the particles contained in the sample and the proportion of free water in the sample. In addition, other parameters can be determined.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, dass eine gefahrlose und dennoch zuverlässige Überwachung der Qualität des Treibstoffes gewährleistet ist.The invention has the object of providing the generic device in such a way that a safe and reliable monitoring of the quality of the fuel is guaranteed.
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved in the generic device according to the invention with the characterizing features of claim 1.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich der Brennwert des Treibstoffes erfassen. Bei Flugtreibstoffen erlaubt dieser Wert die Optimierung der Reichweitenberechnung des betankten Flugzeuges. Die den Piloten hierdurch ermittelte Information dient der Sicherheit der Reichweitenberechnung, da mit den tatsächlichen Stoffdaten der Treibstoffladung gerechnet wird und nicht mit Schätzwerten. Außerdem kann diese Information genutzt werden, um die Flugzeugauslastung zu optimieren.With the device according to the invention, the calorific value of the fuel can be detected. For aviation fuels this value allows the optimization of the range calculation of the refueled aircraft. The information determined by the pilots hereby serves the safety of the range calculation, because the actual substance data of the fuel charge is calculated and not with estimated values. In addition, this information can be used to optimize aircraft utilization.
Der Brennwert kann vorteilhaft mittels der Analyse der Stoffeigenschaften des Treibstoffes ermittelt werden.The calorific value can advantageously be determined by means of the analysis of the material properties of the fuel.
Es ist auch möglich, den Brennwert direkt auszuwerten.It is also possible to evaluate the calorific value directly.
Es ist weiter möglich, den Brennwert durch Korrelation verschiedener Stoffdaten zu bestimmen, beispielsweise aus der Dichte des Treibstoffes und Daten einer Destillationsanalyse.It is also possible to determine the calorific value by correlating different substance data, for example from the density of the fuel and data from a distillation analysis.
Vorteilhaft ist die Messgröße, die zur Bestimmung des Brennwertes herangezogen wird, die Dichte des Treibstoffes. Vorteilhaft ist die Vorrichtung mit wenigstens einer Durchflussmesszelle für die zu untersuchende Probe versehen. Hierbei kann die Durchfluss-Messzelle so ausgebildet sein, dass der Treibstoff kontinuierlich durch die Messzelle fließt. Es ist aber auch möglich, die Messzelle so auszubilden, dass sie einen Probenbehälter enthält, der die Probe aufnimmt. Nach der Messung wird der Probenbehälter geöffnet, so dass die Probe aus der Messzelle fließen kann.Advantageously, the measured variable used to determine the calorific value is the density of the fuel. Advantageously, the device is provided with at least one flow measuring cell for the sample to be examined. In this case, the flow measuring cell can be designed so that the fuel flows continuously through the measuring cell. But it is also possible to form the measuring cell so that it contains a sample container which receives the sample. After the measurement, the sample container is opened so that the sample can flow out of the measuring cell.
Die Messung der Probe in der Durchfluss-Messzelle erfolgt in vorteilhafter Weise durch wenigstens ein optisches System.The measurement of the sample in the flow measuring cell is advantageously carried out by at least one optical system.
Vorteilhaft weist das optische System wenigstens eine Lichtquelle auf, die sichtbares Licht abstrahlt. Außerdem hat das optische System wenigstens einen Detektor, der im Bereich der von der Lichtquelle ausgesandten und gegebenenfalls gestreuten Lichtstrahlen liegt. Befinden sich in der Probe beispielsweise Partikel oder Blasen, dann werden die Lichtstrahlen an ihnen gestreut. Der gestreute Anteil der Lichtstrahlen wird vom Detektor erfasst. Der nicht gestreute Teil der Lichtstrahlen gelangt auf einen anderen Detektor. Beide Detektoren sind an die Auswerteeinheit angeschlossen, welche die Detektorsignale auswertet und aus ihnen den Partikelanteil in der Probe bestimmt.Advantageously, the optical system has at least one light source which emits visible light. In addition, the optical system has at least one detector which lies in the region of the light beams emitted and possibly scattered by the light source. If, for example, particles or bubbles are present in the sample, then the light rays are scattered on them. The scattered portion of the light rays is detected by the detector. The non-scattered part of the light rays reaches another detector. Both detectors are connected to the evaluation unit, which evaluates the detector signals and determines from them the particle fraction in the sample.
Das optische System kann als Lichtquelle auch eine NIR-Lichtquelle aufweisen, deren Lichtstrahl die Probe in der Durchfluss-Messzelle durchsetzt und einem NIR-Spektrometer zugeführt wird. Mit dem NIR-Spektrometer werden die Partikel in der Probe erfasst.The optical system can also have an NIR light source as a light source, whose light beam passes through the sample in the flow measuring cell and is fed to an NIR spectrometer. The NIR spectrometer detects the particles in the sample.
Der Detektor und/oder das NIR-Spektrometer sind in vorteilhafter Weise an die Auswerteeinheit bzw. Steuerung angeschlossen. Sie kann die zugeführten Signale auswerten und beispielsweise ein Signal erzeugen, wenn die gemessenen Messgrößen die vorgeschriebenen Grenzwerte überschreiten.The detector and / or the NIR spectrometer are advantageously connected to the evaluation unit or controller. It can evaluate the supplied signals and, for example, generate a signal if the measured quantities exceed the prescribed limits.
Die Steuerung kann auch so ausgebildet sein, dass bei Überschreiten eines zulässigen Grenzwertes beispielsweise ein Ventil in der Förderleitung für den Treibstoff automatisch geschlossen wird, so dass beispielsweise das Tanklager oder das Flugzeug nicht weiter mit dem Treibstoff beliefert werden kann.The controller may also be designed so that when a permissible limit value is exceeded, for example, a valve in the delivery line for the fuel is automatically closed, so that, for example, the tank farm or the Plane can no longer be supplied with the fuel.
Um die Qualitätsüberwachung des Treibstoffes noch weiter zu verbessern, kann die Vorrichtung weitere Sensoren aufweisen, um die Leitfähigkeit und/oder die Farbe und/oder die Viskosität der Probe zu erfassen.In order to further improve the quality control of the fuel, the device may include other sensors to detect the conductivity and / or the color and / or the viscosity of the sample.
Der Treibstoff sollte eine bestimmte Leitfähigkeit haben, um eine statische Aufladung zu vermeiden. Statische Aufladungen bedeuten das Risiko einer Explosion.The fuel should have a certain conductivity to avoid static electricity. Static charges mean the risk of an explosion.
Die Erfassung der Farbe und/oder der Viskosität der Probe ermöglicht eine weitere genauere Bestimmung der Qualität des Treibstoffes.The detection of the color and / or the viscosity of the sample allows a further more accurate determination of the quality of the fuel.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn mit weiteren Sensoren der Anteil von gelöstem und/oder freiem Wasser in der Probe erfasst wird. Die Erfassung des freien Wasseranteiles kann zur Optimierung der Treibstofffilterung herangezogen werden.It is particularly advantageous if the proportion of dissolved and / or free water in the sample is detected with further sensors. The detection of the free water content can be used to optimize the fuel filtration.
Werden sowohl der Anteil an gelöstem als auch an freiem Wasser mittels der Sensoren erfasst, dann kann daraus der Anteil des Gesamtwassers in der Probe bestimmt werden. Damit lässt sich das in großen Höhen bei niedrigen Temperaturen potentiell freiwerdende Wasser im Treibstoff bestimmen. Diese Information bietet mehr Informationsgehalt als die Bestimmung des freien Wassers bei Umgebungsbedingungen am Boden.If the proportion of dissolved and free water is detected by means of the sensors, then the proportion of the total water in the sample can be determined from this. This can be used to determine the potentially released water in the fuel at high altitudes at low temperatures. This information provides more information content than the determination of free water at ambient conditions on the ground.
Die Messung der Partikel in der Probe erfolgt in vorteilhafter Weise durch Lichtstreuung. Diese Lichtstreuung kann unter einem großen Winkel, typischerweise 90°, erfolgen.The measurement of the particles in the sample is advantageously carried out by light scattering. This light scattering can be done at a large angle, typically 90 °.
Die Messung der Partikel kann auch durch Lichttransmission erfolgen. Mittels beispielsweise einer Bildanalyse kann die Bestimmung der Partikel durchgeführt werden.The measurement of the particles can also be done by light transmission. By means of, for example, image analysis, the determination of the particles can be carried out.
Die Vorrichtung ist in vorteilhafter Weise so ausgebildet, dass die Messung des Anteiles an freiem Wasser in der Probe mittels Lichtstreuung oder mittels Lichttransmission erfolgt. Vorteilhaft erfolgt die Lichtstreuung hierbei in einem kleinen Winkel.The device is advantageously designed such that the measurement of the proportion of free water in the sample takes place by means of light scattering or by means of light transmission. Advantageously, the light scattering takes place here in a small angle.
Es ist aber auch möglich, den Anteil an freiem und gelöstem Wasser mittels einer Spektralanalyse in einem Spektralbereich mit spezifischer Absorption von Wasser durchzuführen.However, it is also possible to carry out the proportion of free and dissolved water by means of a spectral analysis in a spectral range with specific absorption of water.
Die Vorrichtung kann vorteilhaft so weitergebildet sein, dass mit ihr die Messung der Farbe der Probe durch Transmission von Licht mittels einer spektralen Analyse durchgeführt wird.The device may advantageously be developed such that it is used to measure the color of the sample by transmitting light by means of a spectral analysis.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung erfolgt die Messung der Viskosität und/oder der Dichte der Probe mittels eines Schwingkörpers.In an advantageous development, the measurement of the viscosity and / or the density of the sample takes place by means of a vibrating body.
Weiter ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung so gestaltet ist, dass die Analyse der Stoffeigenschaften des Treibstoffes durch eine Spektralanalyse in einem Spektralbereich mit spezifischer Absorption der Kohlenwasserstoffe erfolgt.Further, it is advantageous if the device is designed so that the analysis of the material properties of the fuel is carried out by a spectral analysis in a spectral region with specific absorption of the hydrocarbons.
Von Vorteil ist es, wenn die Messung des gelösten Wasseranteiles in der Probe mittels einer hygrophilen Schicht durch Messung der Dielektrizitätskonstanten oder der Brechzahl durchgeführt wird.It is advantageous if the measurement of the dissolved water content in the sample is carried out by means of a hygrophile layer by measuring the dielectric constant or the refractive index.
Die Bestimmung des gesamten Wasseranteiles in der Probe aus freiem und gelöstem Wasser hat den Vorteil, dass damit zuverlässig bestimmt werden kann, wieviel Wasser bei großen Höhen und niedrigen Temperaturen freigesetzt werden kann.The determination of the total water content in the sample of free and dissolved water has the advantage that it can reliably determine how much water can be released at high altitudes and low temperatures.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als stationäre Einrichtung ausgebildet sein. Dann steht sie jederzeit zur Qualitätsüberprüfung des Treibstoffes bereit. Vorteilhaft ist hierbei, wenn die Vorrichtung an der Treibstoffleitung zu einem Tanklager und in einer Treibstoffleitung vom Tanklager zum Bestimmungsort vorgesehen ist.The device according to the invention can be designed as a stationary device. Then it is always ready for quality inspection of the fuel. It is advantageous here if the device is provided on the fuel line to a tank farm and in a fuel line from the tank farm to the destination.
Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, die Vorrichtung als mobiles Gerät auszubilden. In diesem Falle kann der Benutzer die Vorrichtung wahlweise an einer geeigneten Stelle einsetzen, um die Qualität des Treibstoffes zu überprüfen. In diesem Falle kann der Benutzer beispielsweise die Vorrichtung unmittelbar vor dem Betanken des Flugzeuges einsetzen. Die Messung direkt bei der Betankung ergibt einen Zusatznutzen für die Optimierung der Reichweitenberechnung und der Optimierung der Auslastung des Flugzeuges.In principle, however, it is also possible to design the device as a mobile device. In this case, the user may optionally use the device at a suitable location to check the quality of the fuel. In this case, the user can, for example, use the device immediately before refueling the aircraft. The measurement directly at the refueling gives an additional benefit for the optimization of the range calculation and the optimization of the utilization of the aircraft.
Um die Reinheit des Treibstoffes hinsichtlich Partikel und freiem Wasser direkt beim Betanken des Flugzeuges zu gewährleisten, wird der Treibstoff vorteilhaft vor Ort gefiltert. Da sich das Filter mit der Zeit mit den Partikeln und Wasser zusetzt, ist ein Filterwechsel in Zeitabständen notwendig. Damit dieser Filterwechsel in optimalen Zeitabständen vorgenommen werden kann, weist die Vorrichtung wenigstens einen Sensor zur Erfassung des Filterstatus auf. Hierzu kann beispielsweise der Druck vor und hinter dem Filter gemessen werden. Je mehr sich das Filter mit Partikeln oder Wasser zusetzt, desto größer wird der Druckunterschied vor und hinter den Filter. Wird eine vorgegebene Druckdifferenz erreicht, dann ist dies ein Zeichen dafür, dass eine genügende Filterwirkung nicht mehr gegeben ist und das Filter gewechselt werden muss.To ensure the purity of the fuel in terms of particles and free water directly when refueling the aircraft, the fuel is advantageously filtered on site. As the filter becomes contaminated with the particles and water over time, a filter change is required at intervals. In order for this filter change to be carried out at optimum time intervals, the device has at least one sensor for detecting the filter status. For this example, the pressure in front of and behind the filter can be measured. The more the filter becomes entangled with particles or water, the greater the pressure difference in front of and behind the filter. If a predetermined pressure difference is reached, then this is a sign that a sufficient filter effect is no longer present and the filter must be changed.
Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. The subject of the application results not only from the subject matter of the individual claims, but also by all the information and features disclosed in the drawings and the description. They are, even if they are not the subject of the claims, claimed as essential to the invention, as far as they are new individually or in combination over the prior art.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.Further features of the invention will become apparent from the other claims, the description and the drawings.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
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1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Kontrolle der Treibstoffqualität bei der Anlieferung an ein Tanklager, -
2 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Kontrolle der Treibstoffqualität bei der Betankung in ein Flugzeug, -
3 in schematischer Darstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Probenbypassleitung und einer Probensenke, -
4 in schematischer Darstellung eine optische Durchfluss-Messzelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung, -
5 ein zur Bildanalyse dienendes Bild, das mittels eines optischen Systems der Durchfluss-Messzelle gemäß4 erzeugt worden ist, -
6 ein mit Hilfe eines optischen Systems der Durchfluss-Messzelle gemäß4 erzeugtes Absorptions-Wellenlängen-Diagramm.
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1 a schematic representation of a device for controlling the fuel quality during delivery to a tank farm, -
2 a schematic representation of a device for controlling the fuel quality when refueling in an aircraft, -
3 1 shows a schematic representation of the device according to the invention with a sample bypass line and a sample sink, -
4 a schematic representation of an optical flow measuring cell of the device according to the invention, -
5 an image-analysis image obtained by means of an optical system of the flow-through measuring cell according to4 has been generated -
6 a by means of an optical system of the flow cell according to4 generated absorption wavelength diagram.
Mit der im Folgenden beschriebenen Vorrichtung wird automatisch die Qualität von Flugtreibstoff in einer Transportkette überwacht. Als Basisgrößen der Qualitätsüberwachung werden die Partikel und freies Wasser im Flugtreibstoff überwacht. Zusätzlich erfolgt eine Stoffanalyse zur Bestimmung des Brennwertes des Treibstoffes.The device described below automatically monitors the quality of aviation fuel in a transport chain. The basic parameters of quality monitoring are the particles and free water in the aviation fuel. In addition, a substance analysis is carried out to determine the calorific value of the fuel.
Weitere optionale Messgrößen sind die Leitfähigkeit, die Farbe, die Viskosität, die Dichte, gelöstes Wasser, relative Feuchte, die Wasseraktivität und dergleichen. Diese Messgrößen können durch Abgleich mit Chargen-Daten des Treibstoffes zur Plausibilisierung der Transportkette dienen. Daraus ergibt sich ein weiterer Zusatznutzen für den Transport und die Verwendung des Treibstoffs.Other optional measures include conductivity, color, viscosity, density, dissolved water, relative humidity, water activity, and the like. These measured variables can serve as a plausibility check of the transport chain by comparison with batch data of the fuel. This results in a further added benefit for the transport and use of the fuel.
Die Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Flugtreibstoff. Die Vorrichtung kann auch für andere Treibstoffarten eingesetzt werden.The embodiments relate to aviation fuel. The device can also be used for other fuel types.
Die Treibstoffleitung
Die Vorrichtung
Mit der Vorrichtung wird der Treibstoff beim Transportweg vom Tankwagen
Der Tankwagen
In einer Variante weist der Tankwagen
In einer alternativen Variante ist der Tankwagen als Dispenser ohne eigenem Treibstofftank gestaltet. Dies ist ein Tankfahrzeug, das den Treibstoff aus einem Verteilnetzwerk (Pipeline) vor Ort entnimmt und in das Flugzeug füllt. Der Dispenser trägt die Messtechnik für Volumen und Qualität sowie die Vorrichtung zur Filterung des Treibstoffs und Befüllung des Flugzeugs.In an alternative variant of the tanker is designed as a dispenser without its own fuel tank. This is a tanker that takes fuel from a distribution network (pipeline) in the field and fills it into the aircraft. The dispenser carries the measurement technology for volume and quality as well as the device for filtering the fuel and filling the aircraft.
Die Messergebnisse, die sich aufgrund der Messung mit der Vorrichtung
Wird beispielsweise der Brennwert des Treibstoffes mittels der Vorrichtung
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Wird der Treibstoffleitung
Die Sensoren
Solange die gemessenen Werte den gesetzlichen Anforderungen entsprechen, bleibt das Ventil
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Gehäuse
Es besteht die Möglichkeit, dass alle Sensoren
Die Vorrichtung
Es ist auch möglich, die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Die Messvorrichtung
Die Vorrichtung
Die Messzelle
Mit einer Strahlungsquelle
Der durch den Strahlteiler
Die beiden Detektoren
Der nicht gestreute Strahlungsanteil
Die Detektoren
Das Ausführungsbeispiel gemäß
Der am Strahlteiler
Das Absorptionsspektrum
Die Funktionsweise eines NIR-Spektrometers ist bekannt und wird darum auch nicht näher beschrieben. Auch die Auswertung solcher Absorptionsspektren ist bekannt und wird nicht im Einzelnen beschrieben.The operation of an NIR spectrometer is known and therefore will not be described in detail. The evaluation of such absorption spectra is also known and will not be described in detail.
Die Messzelle
Mit der beschriebenen Vorrichtung ist eine automatische Messung/Überwachung der Qualität des Treibstoffes möglich. Vorzugsweise ist der Treibstoff Flugtreibstoff, mit dem Flugzeuge betankt werden. Die Vorrichtung wird innerhalb der Transportkette des Treibstoffes eingesetzt, um die Qualität des Treibstoffes bis zum Bestimmungsort zu überwachen. Typische Messstellen sind, wie anhand der Ausführungsbeispiele beschrieben, der Bereich zwischen dem Tankfahrzeug
Die Vorrichtung ist mit den Sensoren
Insbesondere wird eine Stoffanalyse des Treibstoffes durchgeführt, z.B. mittels der beschriebenen IR-Spektralanalyse. Bei der IR-Spektralanalyse wird beispielsweise der Brennwert der Probe erfasst. Der Pilot des Flugzeuges
Hierzu trägt auch bei, dass mit den Sensoren
Wird in vorteilhafter Ausbildung mit einem der Sensoren
Mit einem der Sensoren
Da die verschiedenen Arten von Sensoren
Mittels des Streuungsverfahrens, wofür sichtbares Licht eingesetzt wird, können Partikel und freies Wasser im Treibstoff gemessen werden. Wie anhand von
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