DE3100021C2 - Fuel cooler for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffkühler für den vom Tank zum Motor strömenden Kraftstoff, bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse, das axial von einem Kühlmittel durchströmt wird, während der Kraftstoff über radiale Anschlüsse axial verlaufende Ringräume im Gehäuse durchströmt. Erfindungsgemäß sind die wärmetauschenden Flächen der Ring räume im Kraftstoffkühler als Wellschläuche ausgebildet und die radial benachbarten Ringräume am einen Ende durch eine Umlenkung miteinander verbunden. Man erhält dadurch hohe Wärmeübergangszahlen bei vergleichsweise geringem Druckverlust für die durchströmenden Medien. Außerdem können zwei radial benachbarte Ringräume vom Kraftstoff nacheinander durchströmt werden, so daß sich die Wärmeübertragungsfläche nahezu verdoppelt. Schließlich können die eingesetzten Wellschläuche auftretende Wärmedehnungen ohne nennenswerten Spannungsaufbau kompensieren.The invention relates to a fuel cooler for the fuel flowing from the tank to the engine, comprising a cylindrical housing through which a coolant flows axially, while the fuel flows through axially extending annular spaces in the housing via radial connections. According to the invention, the heat-exchanging surfaces of the annular spaces in the fuel cooler are designed as corrugated hoses and the radially adjacent annular spaces are connected to one another at one end by a deflection. This results in high coefficients of heat transfer with a comparatively low pressure loss for the media flowing through. In addition, fuel can flow through two radially adjacent annular spaces one after the other, so that the heat transfer surface is almost doubled. Finally, the corrugated hoses used can compensate for thermal expansions that occur without any significant build-up of stress.
Description
durch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (6) dick- 25 tauscher bekannt, dessen wärmeübertragende Flächencharacterized in that the pipe section (6) thick-25 known exchanger, its heat-transferring surfaces
wandig und/oder aus schlecht wärmeleitendem Material hergestellt ist.walled and / or made of poorly thermally conductive material.
4. Kraftstoffl<ühler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellschläuche (4,5) ein eiwasinusför-.nigcs Profil aufweisen. 4. Fuel sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the corrugated hoses (4, 5) have a sinusoidal-nigcs profile.
5. Kraftstoffkühler nach einem jer vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellschläuche (4, 5) durch Abstandhalter radial am Rohrstück (6) abgestützt sind.5. Fuel cooler according to one of the preceding claims, characterized in that the Corrugated hoses (4, 5) are supported radially on the pipe section (6) by spacers.
6. Kraftstoffkühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter schräg zur Strömungsrichtung angestellt sind.6. Fuel cooler according to claim 5, characterized in that the spacers are inclined to Direction of flow are employed.
7. Kraftstoffkühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das eine Ende des inneren Wdlschlauches (4). des Rohrstückes (6), des äußeren Wcllschlauchcs (5) und des zylindrischen Gehäuses (1) an einem koaxial angeordneten, gemeinsamen Anschlußring (17) bedurch gewellte Rohre gebildet sind. Dabei wird das eine Medium auf einen inneren und einen äußeren Ringraum aufgeteilt, während das andere Medium in einen dazwischenliegenden Ringraum strömt. Die Durchströmung7. Fuel cooler according to one of the preceding claims, characterized in that each one end of the inner winding hose (4). the pipe section (6), the outer toilet hose (5) and the cylindrical housing (1) on a coaxially arranged, common connecting ring (17) bedurch corrugated tubes are formed. One medium is applied to an inner and an outer annulus while the other medium is split into an intermediate one Annular space flows. The flow
jo erfolgt jeweils axial, der Anschluß über radiale Stutzen. Die Konstruktion dieses bekannten Wärmetauschers ist relativ aufwendig, da vier Wellrohre verwendet werden müssen. Wärmetechnisch ungünstig ist, daß das äußere wie auch das innere Wellrohr nicht als wärmetauschende Fläche fungieren und das auf zwei Strömungswege aufgeteilte Medium jeweils mit demselben Strömungspfad des anderen Mediums die Wi/üie austauschen muß. Schließlich ist nachteilig, daß der innere Kernraum ein Totraum ist, der nur Platz kostet und wärmetechnisch nichts bringt.jo takes place axially in each case, the connection via radial nozzles. The construction of this known heat exchanger is relatively complex, since four corrugated tubes are used have to. From a thermal point of view, it is unfavorable that the outer as well as the inner corrugated tube are not used as heat exchangers Acting surface and the medium divided into two flow paths each exchange the Wi / üie with the same flow path of the other medium got to. Finally, it is disadvantageous that the inner core space is a dead space that only takes up space and is thermally technical nothing brings.
Hiervon ausgehend, liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, den eingangs beschriebenen Kraftstoffkühler dahingehend zu verbessern, daß er bei einfacher Herstellbarkcit, geringem Materialeinsatz und GeProceeding from this, the task of the present one lies Invention is to improve the fuel cooler described above to the effect that it is easier with Manufacturability, low material consumption and Ge
festigt sind, der zusätzlich die radialen Anschlüsse in 4Ί wicht eine wesentlich höhere Wärmeübertragungslei-are fixed, which in addition to the radial connections in 4Ί weight a significantly higher heat transfer
Form von Querbohrungen (ΙΟλ, Wa) aufweist und der die radialen Anschlüsse umgebende Längsbohrungen (20) für die Durchleitung des Kühlmittels aufweist.Has the form of transverse bores (ΙΟλ, Wa) and which has longitudinal bores (20) surrounding the radial connections for the passage of the coolant.
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffkühler für den vom Tank zum Motor einer Brennkraftmaschine strömenden Kraftstoff, bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse, das axial von einem Kühlmittel durchströmt wird, während der Kraftstoff über radiale Anschlüsse stung aufweist, wobei die Abmessungen des bekannten Kühlers nicht überschritten werden sollen.The invention relates to a fuel cooler for the fuel flowing from the tank to the engine of an internal combustion engine Fuel consisting of a cylindrical housing through which a coolant flows axially is while the fuel is via radial connections has stung, the dimensions of the known cooler should not be exceeded.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ringräumc durch zwei koaxiale, beidseits eines zwischengeordneten Rohrstückes verlaufende WeIlschläuchc gebildet sind und am anderen Ende durch öffnungen des Rohrstückes untereinander verbunden sind, während die radialen Anschlüsse der Ringräume am anderen Ende angeordnet sind und daß der äußere Wellschlauch an seiner Außenseile, der innere Wellschlauch an seiner Innenseite voin Kühlmittel umströmbar ist.This object is achieved according to the invention that the Ringräumc by two coaxial, one on both sides intermediate pipe section running white tubing c are formed and connected to one another at the other end through openings in the pipe section are, while the radial connections of the annular spaces are arranged at the other end and that the outer Corrugated hose on its outer ropes, the inner corrugated hose on its inside can be flown around by coolant is.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß das eine Medium den Wärmetauscher in zwei hintereinandergeschal-This has the advantage that one medium has the heat exchanger in two one behind the other.
axial verlaufende Ringräume im Gehäuse durchströmt.flows through axially extending annular spaces in the housing.
Im Zuge optimaler Verbrennung des Kraftstoffes un- t>o teten Slrömungspfaden durchströmt und sowohl beimIn the course of optimal combustion of the fuel, flow paths flow through underneath and both at
ter minimaler Schadstofterzeugung wird in jüngerer Zeit dazu übergegangen, den Kraftstoff vordem Eintritt in den Vergaser bzw. in die Einspritzpumpe herunterzukühlen. Man ist dabei bestrebt, bei möglichst geringen Abmessungen des Wärmetauschers einen hohen Kühl- t*> effekt, also eine hohe Wärmeübcriragungslcisiung. herbeizuführen. With the minimal generation of pollutants, there has recently been a move towards cooling the fuel down before it enters the carburetor or the injection pump. Efforts are going at the lowest possible dimensions of the heat exchanger a high cooling t *> effect, ie a high Wärmeübcriragungslcisiung. bring about.
Ret einem bekannten Kraftsiofikühlcr der eingangs Hinweg als auch beim Rückweg Wärme jeweils mit einem anderen Strömtingspfad des anderen Mediums austauscht. Die Wärmcüberiragungslcistung wird dadurch wesentlich verbessert.Ret a well-known Kraftsiofikühlcr the initially On the way there as well as on the way back heat exchanges with a different flow path of the other medium. The heat transfer performance is thereby much improved.
Um die beiden benachbarten radialen Kraftstoff-Anschlüsse mit den ihnen zugeordneten Ringräumen zu verbinden, ist der äußere Ringraum zweckmäßig um den für den radialen Anschluß des inneren RingraumesAround the two adjacent radial fuel connections to connect with the annular spaces assigned to them, the outer annular space is expedient to for the radial connection of the inner annular space
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benötigten Platz verkürzt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeil, den Anschlußstutzen des inneren Ringraumes flüssigkeitsdichi durch den äußeren Ringraum hindurchzuführen und beide Ringräume gleich lang zu gestalten, wenn man die beiden Anschlüsse in Umfangsrichtung benachbart anordnen kann und ein Maximum an Ausiauschflä-'he anstrebt.shortened required space. However, there is also the possibility of using the connecting piece of the inner annular space lead liquid-tight through the outer annular space and make both annular spaces the same length, if you can arrange the two connections adjacent in the circumferential direction and a maximum at Ausiauschflä-'he aspires to.
Weiterhin empfiehlt es sich, daß das die beiden Ringräume trennende Rohrstück dickwandig und/oder aus schlecht wärmeleitendem Material hergestellt ist. Dadurch wird der für die Kühlleistung nachteilige innere Wärmeaustausch zwischen den beiden Kraftstoffströmungen im inneren bzw. äußeren Ringraum gering gehalten. It is also recommended that the pipe section separating the two annular spaces is thick-walled and / or made of poorly thermally conductive material is made. This becomes the internal disadvantageous for the cooling performance Heat exchange between the two fuel flows in the inner and outer annulus is kept low.
Für die Ausbildung der Wellschläuche eignet sich besonders ein etwa sinusförmiges Profil. Man vermeidet dadurch die bei tiefen und steilen Flanken zu befürchtende Totraumbildung im Wellental und außerdem fällt bei dicäciu PrOiii uST LyFUCKVCnUSi Kaum ΪΠ5 vJcWiCiil. An approximately sinusoidal profile is particularly suitable for the formation of the corrugated hoses. This avoids the formation of dead space in the trough of the waves, which is to be feared with deep and steep flanks, and in addition there is hardly ΪΠ5 vJcWiCiil with dicäciu PrOiii uST LyFUCKVCnUSi.
Wird von dem Kraftstoffkühler eine hohe üruckbeständigkeit gefordert, so ist es vorteilhaft, die relativ flexiblen Wellschläuche durch Abstandhalter radial abzustützen. Die Anordnung dieser Abstandhalter richtet sich danach, ob im Kühlmittel- oder im Kraftstoffkreislauf der höhere Druck zu erwarten ist und stellt sicher, daß die Ringräume über ihren gesamten Querschnitt gleichmäßig durchströmt werden. Meist genügt es hierfür, wenn die Wellschläuche lokal mit Noppen od. dgl. versehen sind, durch welche sie sich an benachbarten Wänden abstützen können. Sind größere radiale Verstrebungen zur Abstandhaherung notwendig, so können diese zweckmäßigerweise als schräg zur Strömungsrichtung angestellte Flügel ausgebildet sein, um die Verwirbelung der Strömung zu unterstützen und damit den Wärmeübergang zu verbessern.The fuel cooler has a high level of resistance to pressure required, it is advantageous to radially support the relatively flexible corrugated hoses with spacers. The arrangement of these spacers depends on whether in the coolant or in the fuel circuit the higher pressure is to be expected and ensures that the annuli over their entire cross-section be flowed through evenly. It is usually sufficient for this if the corrugated hoses or the like locally with knobs. are provided, through which they can be supported on adjacent walls. Are larger radial struts necessary to keep the distance, these can expediently be arranged at an angle to the direction of flow employed wings be designed to support the turbulence of the flow and thus improving the heat transfer.
Schließlich empfiehlt es sich zur kostengünstigen Herstellung des Kraftstoffkühlers, daß jeweils das eine Ende des inneren Wellschlauches, des die Wellschläuchc trennenden Rohrstückes, des äußeren WellschlauchesFinally, it is recommended for inexpensive production of the fuel cooler that each one End of the inner corrugated hose, of the pipe section separating the corrugated hose, of the outer corrugated hose
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15 Wellenbergen noch ein ausreichend hoher Strömungsquerschnitt zur Verfügung steht. Ist mit erheblicher Außendruckbcanspruchung zu rechnen, so können die Wellschläuche 4 und 5 an ihrer dem Rohrstück 6 zugewandten Seite zweckmäßig mit Abstandhalten!, etwa lokalen Noppen od. dgl. bestückt sein. Diese Noppen können unmittelbar in das Wellschlauchprofi! eingeprägt werden und sich in eingebautem Zustand am Rohrstück 6 abstützen. 15 wave crests a sufficiently high flow cross-section is still available. If considerable external pressure demands are to be expected, the corrugated hoses 4 and 5 can expediently be equipped with spacing on their side facing the pipe section 6, for example local knobs or the like. These knobs can be inserted directly into the corrugated hose professional! are embossed and are supported on the pipe section 6 when installed.
Während sich der innere Ringraum 7 über die gesamte Länge des Rohrstückes 6 erstreckt und an seinem Ende den Anschlußstutzen 10 aufweist, ist der äußere Ringraum 8 mit dem zugehörigen Wellschlauch 5 etwas kürzer ausgebildet, so daß sein Anschluß 11 axial neben dem Anschluß 10 positioniert werden kann. Beide Anschlüsse sind flüssigkeitsdicht in das Gehäuse 1 eingelötet. Hierfür ist das Gehäuse 1 im Durchtrittsbereich der Anschlüsse 10 und 11 flachgedrückt, iamit man eine plane Lötzonc erhält. Entsprechend kann dies auch anWhile the inner annular space 7 extends over the entire length of the pipe section 6 and at his Has the end of the connecting piece 10, the outer annular space 8 with the associated corrugated hose 5 is something made shorter, so that its terminal 11 axially next the terminal 10 can be positioned. Both connections are soldered into the housing 1 in a liquid-tight manner. For this purpose, the housing 1 is pressed flat in the passage area of the connections 10 and 11, so that a plane Lötzonc receives. This can also be done accordingly
2ü der Verlötung der Anschlüsse am Rohrstück 6 bzw. am äußeren Wellschlauch 5 der Fall sein.2ü the soldering of the connections on the pipe section 6 or on the outer corrugated hose 5 be the case.
Erfolgt die Durchströmung des Kühlers mit Kühlmittel von links nach rechts, so ist zweckmäßig der Anschlußstutzcn 10 für den Kraftstoffeinlaß, der Anschlußstutzen 11 für den Kraftstoffauslaß vorgesehen. Dadurch wird der Kraftstoff im inneren Ringraum im Gleichstrom, anschließend im äußeren Ringraum im Gegenstrom zum Kühlmittel heruntergekühlt, wodurch sich die thermodynamisch günstigsten Verhältnisse einstellen. If the coolant flows through the cooler from left to right, the connecting piece is expedient 10 for the fuel inlet, the connecting piece 11 for the fuel outlet. Through this is the fuel in the inner annulus in direct current, then in the outer annulus in Cooled down countercurrent to the coolant, which results in the most favorable thermodynamic conditions.
F i g. 2 zeigt eine konstruktiv günstige Ausbildung an dem die radialen Anschlüsse tragenden Ende des Kraftstoffkühlers. Hierzu dient ein Drehteil 17, das als Anschlußring fungiert und mehrere von innen nach außen axial abgestufte Befestigungsmögiichkeiten für die Anschlußteile bietet. Am inneren Umfang des Drehteiles 17, nahe dessen äußerem Ende, ist unter Zwischenlage eines Distan/.ringes 18 der innere Wellschlauch 4 ange-F i g. 2 shows a structurally favorable design at the end of the fuel cooler that carries the radial connections. A rotating part 17, which functions as a connecting ring and several from the inside to the outside, is used for this purpose offers axially graduated fastening options for the connecting parts. On the inner circumference of the rotating part 17, near its outer end, the inner corrugated hose 4 is attached with a spacer ring 18 in between.
schv. eiüi. Hierzu axial benachbart befindet sich eine und des zylindrischen Gehäuses unter axialer Abstufung 40 Querbohrung 10a für den radialen Anschluß des inneren an einem koaxial angeordneten, gemeinsamen An- Ringraumes 7. Axial weiter nach rechts versetzt ist dasschv. eiüi. There is one axially adjacent to this and the cylindrical housing with axial graduation 40 transverse bore 10a for the radial connection of the inner at a coaxially arranged, common annular space 7. This is axially offset further to the right
Rohrstück 6 in einer entsprechenden Eindrehung des Drehteilcs 17 befestigt, während am inneren Ende des Drehieilcs unier Zwischenlage einer Hülse 19 der äußere Wellschlauch 5 befestigt ist. Dieser bildet mit dem Rohrstück 6 den äußeren Ringraum 8. Dieser äußere Ringraum 8 ist durch eine Querbohrung 11a im Drehteil 17 mit dem radialen Anschluß gemäß F ig. 1 verbunden. Damit auch die Außenseite des äußeren Wellschlauches 5 vom Kühlmittel umströmt wird, weist das Drehieil 17 Längsbohrungen 20 auf, die seitlich an den Querbohrungen 10a und 11a vorbeigehen und am einen Ende über eine Eindrehuug 21 mit der axialen Küriltnittelstrümung in Verbindung stehen, während sie am anderen 5Ί Ende in den Rir.gspalt zwischen dem äußeren WellPipe section 6 fastened in a corresponding recess of the rotary part 17, while the outer corrugated hose 5 is fastened to the inner end of the rotary part with an intermediate layer of a sleeve 19. This forms with the pipe section 6 the outer annular space 8. This outer annular space 8 is through a transverse bore 11a in the rotary part 17 with the radial connection according to FIG. 1 connected. So that the outside of the outer corrugated hose 5 is also flowed around by the coolant, the rotating part 17 has longitudinal bores 20 which laterally pass the transverse bores 10a and 11a and at one end via a screwing 21 with the axial Küriltnittelstrümung, while at the other 5Ί end into the gap between the outer corrugation
schlußring befestigt sind, der zusätzlich die radialen Anschlüsse in Form von Querbohrungen aufweist und der die radialen Anschlüsse umgebende Längsbohrungen für die Durchleitung des Kühlmittels aufweist.are attached to the locking ring, which also has the radial connections in the form of transverse bores and the longitudinal bores surrounding the radial connections has for the passage of the coolant.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert; dabei zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt des Kraftstoffkühlcrs undThe invention is explained below using an exemplary embodiment; thereby shows F i g. 1 shows a longitudinal section of the fuel cooler and
Fig.2 eine konstruktiv günstige Ausgestaltung im Endbereichdes Kühlers.2 shows a structurally favorable embodiment in End of the cooler.
Der in Fig. 1 dargestellte Kraftstoffkühler besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 1, das an seinen beiden Enden mit zylindrischen Anschlußstutzen 2 und 3 für das Kühlmittel versehen ist.The fuel cooler shown in Fig. 1 consists of a substantially cylindrical housing 1, the at both ends with cylindrical connecting pieces 2 and 3 is provided for the coolant.
Im Inneren des Gehäuses 1 befinden sich zwei konzentrisch verlaufende Wellschläuche 4 und 5. Dazwischen ist ein zylindrisches Rohrstück 6 angeordnet, dessen Enden einerseits mit dem inneren Wellschlauch 4, andererseits mit dem äußeren Wellschlauch 5 verlötet schlauch 5 und dem zylindrischen Gehäuse 1 münden. Letzteres schließt sich bündig an den Außenzylinder des Drehteiles 17 an und ist mit ihm verschweißt, Selbstverständlich kann das Drehteil 17 auch so abge-Inside the housing 1 there are two concentric extending corrugated hoses 4 and 5. In between a cylindrical pipe section 6 is arranged, the Ends are soldered to the inner corrugated hose 4 on the one hand and to the outer corrugated hose 5 on the other hand hose 5 and the cylindrical housing 1 open. The latter is flush with the outer cylinder of the Rotary part 17 and is welded to it. Of course, the rotary part 17 can also be removed in this way.
sind, so daß zwei geschlossene, durch das Rohrstück 6 t>o wandelt werden, daß es für eine andere Führung derare, so that two closed, through the pipe section 6 t> o converts that it is for another leadership of the
getrennte Ringräume 7 bzw. 8 entstehen. Beide Ringräume sind am einen Ende des Rohrstückes 6 durch mehrere im RohrstOck angeordnete Öffnungen 9 miteinander verbunden, während sie am anderen Ende radiale Anschlußstutzen IC bzw. 11 für die Zu- bzw. Ableitung des zu kühlenden Kraftstoffes aufweisen.separate annular spaces 7 and 8 arise. Both annular spaces are through at one end of the pipe section 6 several openings 9 arranged in the pipe are connected to one another, while they are radial at the other end Connection piece IC or 11 for the supply and discharge of the fuel to be cooled.
Die Wellschläuche 4 und 5 verlaufen in hinreichendem Abstand zu dem Kolirstück 6. damit auch an den Strömungswege, insbesondere ohne thermischen Kurzschluß zwischen innerem Ringraum 7 und äußerem Ringraum 8 verwendet werden kann. Hierzu braucht lediglich der Ringspalt zwischen dem äußeren Wellen schlauch 5 und dem Gehäuse 1 an die Querbohrung 11a angeschlossen zu werden, wohingegen die Längsbohrungen 20 in den Ringraum zwischen dem äußeren Wellschlauch 5 und dem Rohrstück 6 münden müssenThe corrugated hoses 4 and 5 run at a sufficient distance from the Kolirstück 6. thus also on the Flow paths, in particular without a thermal short circuit between the inner annular space 7 and the outer one Annular space 8 can be used. For this purpose, only the annular gap between the outer wave hose 5 and the housing 1 needs to be connected to the transverse bore 11a to be connected, whereas the longitudinal bores 20 in the annular space between the outer Corrugated hose 5 and the pipe section 6 must open
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und wobei der innere Ringraum 7 an dem nicht dargestellten anderen Ende des Kraftstoffkühlcrs an den Ringspalt zwischen dem äußeren Wellschlauch 5 und dem Gehäuse 1 anzuschließen ist.and wherein the inner annular space 7 at the not shown the other end of the fuel cooler to the annular gap between the outer corrugated hose 5 and the housing 1 is to be connected.
Es liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, den beschriebenen Wärmetauscher auch für andere als die hier genannten Strömungsmedien zu verwenden.It is of course within the scope of the invention, the heat exchanger described for other than to use the flow media mentioned here.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
lolo
3030th
3535
5050
5555
Claims (3)
Schließlich ist durch die FR-PS 4 14 297 ein Wärme-Furthermore, from US-PS 38 82 692 a fuel cooler for vehicles is known which uses the condensate dripping down from the evaporator of an air conditioning system as a coolant. The heat exchange with the fuel takes place in an exemplary embodiment! by a simple cooling bath, in the other embodiment by a two-walled tube. Because of these constructions, the heat transfer efficiency remains quite low.
Finally, FR-PS 4 14 297 is a heat
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1981
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