JP2009525569A - ガス絶縁高圧スイッチのためのスイッチングチャンバ - Google Patents

ガス絶縁高圧スイッチのためのスイッチングチャンバ Download PDF

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アーベーベー・テヒノロギー・アーゲー
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Abstract

【課題】ガス絶縁高圧スイッチング装置のためのスイッチングチャンバ
【解決手段】スイッチングチャンバはガス絶縁高圧スイッチングを意図しており、絶縁ガスで満たされたハウジング(1)と、該ハウジング内に保持されたコンタクト構成(2)とを備える。前記コンタクト構成は、同軸配列において以下の構成要素を備える。軸(5)に沿ってお互いに移動可能な2つのスイッチング部品(3、4)は、それぞれが、アーク接触子(6)と、定格電流接触子を含む管状導体(8)と、絶縁ノズルと、固定されたピストンとシリンダを有する圧縮装置と、を含む。2つの管状導体の移動可能な管状導体(8)はシリンダの壁を有し、シリンダのベース(17)を経由して、電気的な伝導性をもたせて強固に前記2つのアーク接触子の1つ(6)に接続されており、前記絶縁ノズルを持つ。そのようなスイッチングチャンバを製造するために、ねじ接続は、例えばピストンを固定するために、絶縁ノズル、シリンダベース(17)、取り付けフランジの周辺領域に配置されている。このねじ接続は、2つの管状導体の一方(8)あるいはスイッチングチャンバハウジング内に広げるとともに締結することにより、絶縁ノズルと、シリンダベース(17)、第1(15)または第2の取り付けフランジ(19)を固定する、放射状に移動可能なロッキング要素を有する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、特許の請求項1の序文に従ったガス絶縁高圧スイッチング装置のためのスイッチングチャンバに関連している。本発明は、このようなスイッチングチャンバを有するスイッチにも関連している。
上述のタイプのスイッチングチャンバは、一般的に70kVを超える電圧範囲におけるガス絶縁の回路遮断器で使用され、断線電流(disconnection currents)では10kAを超え、例えば、一般的に数バールまでの圧力の六フッ化硫黄及び/または窒素及び/または二酸化炭素に基づくアーク消去性(arc-quenching properties)を持つ絶縁ガスで満たされている。このような回路遮断器は高いあるいは低い短絡電流をスイッチングするように設計されているので、スイッチング動作において、かなりの量のアークガス(arcing gas)が、おそらく爆発の形状で形成されるスイッチングアーク(switching arc)の結果として、放出される。さらに、このアークガスは、スイッチングチャンバに対して機械的、電気的な激しい負担をかける。それゆえ、スイッチング部品と、絶縁ノズルと、スイッチング部品によって作動させられた圧縮装置のような、スイッチングチャンバ内に配置されたすべての構成要素は、お互いに接続され、構成要素が、高い短絡電流が一度長い時間断線されていたとしても、アークの形成の間生じる強い力に耐えるような方法で、スイッチングチャンバハウジング内に支持されている。
最初に述べたタイプの、絶縁ガスとハウジング内に固定された接点構成で満たされたハウジングを有するスイッチングチャンバは、EP0806 049 B1で説明されている。説明されているスイッチングチャンバは、接点構成の2つの定格電流接触子が、それぞれ2つの金属のパイプの冷間変形によって形成されており、スイッチ駆動装置によって作動させられたピストン/シリンダの圧縮装置のピストンと、接点構成の可動式アーク接触子の滑りガイドにある取り付けられた軸受要素(bearing element)は、金属パイプの、例えばカーリングのような塑性変形を用いた冷却変形の金属パイプ内に固定されている。それゆえ、このスイッチングチャンバは、比較的わずかな複雑さで、ねじ接続なしで製造されることが可能である。
発明の概要
特許の請求項で明記されている本発明は、単純な手段を用いて、高いレベルのフィッティング精度(fitting accuracy)で製造される、最初に述べたタイプのスイッチングチャンバを提供する目的に基づいている。
本発明に従ったスイッチングチャンバは、ねじ接続が構成要素の周辺領域に配置されており、放射状に移動可能なロッキング要素を持ち、これは2つの管状導体内の1つまたはスイッチングチャンバハウジング内に広げるとともに、締結することによって、構成要素を取り付ける。それゆえ、上述した構成要素の1つと、2つの管状導体の1つまたはスイッチングチャンバハウジング間の取り外し可能な接続が形成される。これによって、接続された構成要素は、例えば、メンテナンス作業の間、簡単に交換される。さらに、接続は、取り付け(fitting)の間、管状導体またはスイッチングチャンバハウジングに適合され、その結果、避けがたい取り付けの誤りが補償されるとともに、製造の間、スイッチングチャンバ内の構成要素の非常に正確な配置が可能となる。同時に、フォームフィッティング(form-fitting) 及びフォースフィッティング(force-fitting)接続が、さらに構成要素の材料から主として独立した、規定の機械的電気的接続を確実にするために使用される。製造の間、構成要素が正確に整列しており、そのうえ、ねじ接続の補助により管状導体内またはスイッチングチャンバハウジング内に簡単に取り付けられるので、それぞれの場合において、取り付けの複雑さは低い。このような構成要素は、絶縁ノズル、圧縮装置のシリンダベース、スイッチングチャンバのハウジングに圧縮装置のピストンを取り付けるための第1の取り付けフランジ、または、接点構成のアーク接触子に接続されている偏向歯車機構を取り付けるための第2の取り付けフランジである。
もし、広がりと締結効果(spreading and clamping effect)を有するロッキング要素を持つ上述したタイプのねじ接続が、管状導体内またはスイッチングチャンバハウジング内の上述した構成要素の2、3または4つを取り付けるために使用されるとすると、必要とされる接続要素数が低く保たれるので製造コストは減少する。
もし、突起またはくぼみが、スイッチングチャンバハウジング内または2つの管状導体内の1つに形成されるとすると、構成要素はフォームフィッティング接続を用いて、スイッチングチャンバハウジング内または2つの管状導体内の1つに取り付けられる。
主に、シリンダベースまたは2つの取り付けフランジの1つのような金属製の構成要素に有利な第1の実施形態において、ねじ接続のねじは、絶縁ノズル、シリンダベース、第1または第2の取り付けフランジに配置された、軸方向に整列しためねじ内に誘導され、さらに、このねじは、コーンの形状の自由端を持ち、自由端は、2つのくさびの対向しつつ傾いた表面上に支持されている。これら2つのくさびは、分割された円環の形状のロッキング要素の2つの端部に形成されるかあるいは、これら2つのくさびの一方のくさびは第1の円環セグメント内に形成され、第2のくさびは第2の円環セグメント内に形成される。
絶縁ノズルのような絶縁材からなる構成要素において実現することが容易な第2の実施形態において、ねじ接続のねじは、絶縁ノズル、シリンダベース、第1または第2の取り付けフランジの、軸方向に整列した貫通開口部を通して押し込まれ、軸方向に誘導された圧縮リングあるいは圧縮リング上に配置されたナットに形成されるめねじに係合する。ロッキング要素は、絶縁ノズルと、シリンダベースと、第1または第2の取り付けフランジと、圧縮リングとの間に配置され、さらに、くさび効果を用いて外側へ放射状に誘導される。くさび効果は、ロッキング要素内に形成されるくさびによって簡単な方法で生成され、絶縁ノズル、シリンダベース、第1または第2の取り付けフランジ、または圧縮リングの、外部へ傾いた軸受面に誘導される。特に一様なローディングを達成するために、このくさびは、2つの、対向しつつ内方向に傾いたくさびの表面を有し、くさびの第1のくさび表面は、絶縁ノズル、シリンダベース、第1または第2の取り付けフランジの外部へ傾いた軸受面に誘導され、くさびの第2くさび表面は、圧縮リングの外部へ傾いた面に誘導される。
同一の参照記号は、すべての図において機能上同一の部分に関連している。図1に図解されているスイッチングチャンバは、高圧遮断器の一部であり、例えば、250kVの定格電圧の高圧システムにおいて使用されうる。このチャンバーは、例えば、六フッ化硫黄または六フッ化硫黄を含む混合ガスに基づいて圧縮された絶縁ガスで満たされているハウジング1を含み、概して管状で、さらに、チャンバーは、スイッチングチャンバハウジング1によって調節される接点構成2を含み、概して軸方向に左右対称である(axially symmetrical)。接点構成2は、これらは対称の軸5に沿ってお互いに関連して可動式(moveably)に配置されている2つのスイッチング部品3、4を有する。スイッチング部品3と4は、同軸に配置され、それぞれの場合において、アーク接触子(arcing contact)6または7の1つと、電気的に、伝導的にアーク接触子6または7に接続されている管状導体8または9の1つを含む。定格電流接触子10は、管状導体8の中に形成され、定格電流接触子11は、管状導体9の中に形成される。2つのアーク接触子6、7は、絶縁ノズル12によって同軸上に囲まれている。参照記号13は、圧縮装置を示す。圧縮装置13のピストン14は、その一部がスイッチングチャンバハウジング1に堅く取り付けられている取り付けフランジ15に堅く固定され、圧縮装置11のシリンダ16は、移動可能な管状導体8の部分によって形成されている壁と、管状導体8の電気的に伝導的に接続し、アーク接触子6に堅く接続するベース17を有する。アーク接触子7は、管状導体9に取り付けられた取り付けフランジ19内に固定された偏向歯車機構(deflective gear mechanism)18の軸方向に移動可能なロッド内に統合され、ノズル12の排気端部(the exhaust end)に取り付けられている駆動ロッド20を含む。
接点構成2が開くまたは閉じる時、アーク接触子6は、(図解されていない)駆動装置(a drive)の補助により軸5に沿って移動される。管状導体8と、絶縁ノズル12と、ロッド20もまた、同じ方向に移動されるが、アーク接触子7は偏向歯車機構18を経由して反対方向に移動される。この過程で起こり、主に軸方向にアクティブな駆動力は、シリンダベース17と、管状導体8と、絶縁ノズル12とを経由して偏向歯車機構18に直接伝達される。作動中の誘導力(guide force)は、放射状に、取り付けフランジ15と、取り付けフランジ15に固定されたピストン14と、取り付けフランジ19に固定された偏向歯車気候18とによって吸収される。それゆえ、これらの構成要素は、スイッチングチャンバの安全な運転のために、十分に取り付けられる必要がある。同時に、スイッチングチャンバの製造とメンテナンスを容易にするために、(図2ないし図9に示されている)ねじ接続は、ねじ接続が放射状に移動可能なロッキング要素を持つこれらの力伝達構成要素(force-transmitting)と/または力吸収構成要素(force-absorbing)の少なくとも1つの周辺領域に配置されている。このロッキング要素は、2つの管状導体8、9の1つまたはスイッチングチャンバハウジング1内に広がり、さらにその表面に留められる(clamped on)ことにより、これらの要素、すなわち、特に、絶縁ノズル12や、シリンダベース17や、取り付けフランジ15や、取り付けフランジ19を固定する。
図2ないし図7に示された2つの典型的な実施形態において、それぞれの場合でシリンダベース17が力伝達部として提供され、図8に示された典型的な実施形態において、絶縁ノズル12が力伝達部構成要素として提供され、図9に示された典型的な実施形態において、取り付けフランジ15が力伝達部として提供される。図2ないし図5に示された典型的な実施形態において、くぼみ21は管状導体8内に形成され、ロッキング要素(locking element)22は、スイッチングチャンバの製造中に上述のくぼみ21内に広がる。このロッキング要素22は、カットアウトがシリンダベース17の外部のケーシング内に広がるシリンダベース17の環状のカットアウト(cutout)において放射状に動かされる。一方で、図6と図7に示された実施形態において、通常環状の突起23は、管状導体8内に形成され、溝内に誘導されたロッキング要素22は、製造の過程において上述の環状の突起23の背後に係合される。
両方の実施形態において、ねじ接続は、軸5と平行に整列されているシリンダベース17のめねじ内に各々誘導される4つのねじを有する(図3と図5)。ねじ24は、各々コーン25の形状で自由端を含む。コーン25は、2つのくさび26’、26’’の2つの向かい合って傾いた表面上に支持されている。これら2つのくさびは、示されているように、それぞれが4つの同一のセグメントを有するロッキング要素22の、隣接した円環セグメント22’と22’’の各々の一部分である(図3と図5)。取り付けている(fitting)間、シリンダベース17は、管状導体8に押し込まれる(図2と図3)。ねじ24が回されることによって、くさび26’、26’’と、それゆえ、関連した円環セグメント22’と22’’もまた、外側へ放射状に、くぼみ21内に広がり、さらに管状導体8の表面にしっかりと留められる(図4と図5)。その後、シリンダベース17は取り外しできるように管状導体8に取り付けられ、ねじ接続が開けられることにより必要であれば、メンテナンス作業の間、管状導体8から再度取り除くことが可能である。その時、シール27と環状接触部28のような、シリンダベース17の外部のケーシングに配置された要素は、簡単に交換されることが可能である。
ロッキング要素22もまた、4つよりも少ないかあるいはそれ以上の円環セグメント22’、22’’を有する。2つのくさび26’、26’’が、開放環(open ring)の形状、すなわち、おおよそU字型の、ロッキング要素22の2つの端部内に形成されるということもまた考えられる。さらに、たった1つのねじが、この開放環にバラバラに広がるようにするためと、この開放環をしっかりと留めるために提供される。主に重要なのは、ねじ24または、ねじが固く締められる時、ロッキング要素22は外側へ誘導され、くぼみ21内に広がり、さらにしっかりと管状導体8に留められる、ということである。その時、シリンダベース17は、フォームフィッティング接続で軸方向の広がり(spreading-in)により、さらに、フォームフィッティング接続で円周方向における締め付けにより固定される。環状のくぼみ21の代わりに、円周方向に限定された範囲まで延びる1つまたはそれ以上のくぼみまたは壁の開口部が管状導体8内に形成される。さらに、シリンダベース17もまた、フォームフィッティングで円周方向に固定される。もしロッキング要素がU字型であるならば、広がりの間、ねじ接続が取り外され、それゆえシリンダベース17を取り除くのがより容易になる場合、ロッキング要素の広がりの部分をリセットする事前張力(prestressing force)が形成される。
図6と図7で示された実施形態で提供された突起23もまた、ロッキング要素22の広がりと留めの間、フォームフィッティング接続により軸方向に、シリンダベース17を固定する。通常、管状導体8は、銅またはアルミニウムに基づく、容易に低温変形原料を有するので、この突起は単純な手段を用いて管8へと型押しされる。
シリンダベース17と同様の方法において、絶縁ノズル12もまた管状導体8に取り付けられ、取り付けフランジ15はスイッチングチャンバハウジング1に取り付けられ、取り付けフランジ19は管状導体9に取り付けられる。この取り付け技術は、以下の利点を提供する。
異なる原料の構成要素がお互いに接続されることが可能であり、
接続は取り外し可能であり、その結果、構成要素はメンテナンス作業の間、交換されることが可能であり、
接続は、取り付けの間、管状導体8またはスイッチングチャンバハウジング1に適合され、その結果、避けがたい取り付けの誤りが補われることが可能であり、
規定の(defined)、機械的、電気的接続がフォームフィッティングおよびフォースフィッティング接続により確実にされ、
フィッティングの複雑さは、接続される構成要素が製造の間、正確に整列されるとともに、ねじ接続により簡単に固定されるので、低い。
同一の接続要素は、シリンダベース17や、絶縁ノズル12や、取り付けフランジ15と19などの、異なる構成要素を取り付けるために使用されることが可能である。
PTFEで作られるのが好ましい絶縁ノズル12のように、電気的、機械的に荷重を加えた構成要素が非金属の原料を有する場合、図8に示された実施形態に従うと、ねじ24は、絶縁ノズル12の軸方向に整列した通し開口部29を通して接続される。ねじのねじ山は、軸方向に誘導された圧縮リング30内、または圧縮リングに配置されているナット31内に形成されためねじ内にはめ込まれている(図8の右半分)。ロッキング要素22は、絶縁ノズル12と圧縮リング30との間に配置されており、ねじ接続が固く締められる時、外側へ放射状に誘導され、くぼみ21(または代わりに突起の背後)に広がり、さらにその後、管状導体8にしっかりと留められる。ロッキング要素22は、放射状に内部へ方向を持ったくさび(radially inwardly directed wedge)26を有する。くさびは、圧縮リング30の軸受面に誘導される。代わりに、この軸受面もまた、絶縁ノズル12に配置されるか(図8の右半分)、またはくさび26は、向かい合って内部に傾いた2つのくさびの表面を有することが可能である。
取り付けフランジ15または取り付けフランジ19、またはシリンダベース17のような、金属性の構成要素もまた、対応する方法で、スイッチングチャンバハウジング1または管状導体9または8に取り付けられることが可能であるということが図9からわかる。この図は、2度斜角をつけられた(a twice-beveled)くさび26を有するロッキング要素22も示している。図2ないし図7における実施形態に対応すると、ロッキング要素は、開口した円環の形状、または分割された円環の形状になりうる。図9は、環状のばねの形状をしている、弾性的に変形可能なリセット手段もまた示しており、このリセット手段は、ロッキング要素に、内部へ方向を持つわずかなプレストレス力を与え、それゆえ、図9に示される実施形態において、取り付けの間、個々のセグメントの規定の場所を確実とする。
本発明の典型的な実施形態は、下記の図を参照して、より詳細に述べられている。
本発明に従ったスイッチングチャンバを通して、軸に沿って誘導される、部分の平面図である。 図1に示されたスイッチングチャンバの第1の実施形態の部分の、軸に関して直角に案介される図であり、前記部分は、管状導体に取り付けられる前のシリンダベースを含む、図である。 図2に示されたスイッチングチャンバを通って、3−3に沿って案介される部分の矢印方向における平面図である。 シリンダベースが一度固定された状態において、図2に示されたスイッチングチャンバの一部を示している。 図4に示されたスイッチングチャンバを通って、5−5に沿って案介される部分の平面図である。 図1に示されたスイッチングチャンバの第2の実施形態の部分の、軸に沿って直角で誘導される図であり、前記部分は、管状導体に取り付けられる前のシリンダベースを含む図である。 図6に示されたスイッチングチャンバを通して、5−5に沿って誘導される部分の矢印方向における平面図である。 図1に示されたスイッチングチャンバの第3と第4の実施形態の部分の、軸に沿って直角に誘導される図であり、前記部分は絶縁ノズルを含み、絶縁ノズルが管状導体に固定されている、図である。 図1に示されたスイッチングチャンバの第5の実施形態の部分の、軸に関して直角に誘導される図であり、前記部分は取り付けフランジを含み、取り付けフランジがスイッチングチャンバハウジングに固定されている、図である。
符号の説明
1 スイッチングチャンバ
2 コンタクト構成
3、4 スイッチング部品
5 軸
6、7 アーク接触子
8、9 管状導体
10、11 定格電流接触子
12 絶縁ノズル
13 圧縮装置
14 ピストン
15 取り付けフランジ
16 シリンダ
17 シリンダベース
18 偏向歯車機構
19 取り付けフランジ
20 駆動ロッド
21 くぼみ
22 ロッキング要素
22’、22’’ 円環セグメント
23 突起
24 ねじ
25 コーン
26、26’、26’’ くさび
27 シール
28 環状接触部
29 開口部
30 圧縮リング
31 ナット
32 リセット手段

Claims (10)

  1. ガス絶縁高圧スイッチング装置のためのスイッチングチャンバであって、絶縁ガスで満たされたハウジング(1)と、該ハウジング内に保持されたコンタクト構成(2)とを備え、前記コンタクト構成は、同軸配列において、軸(5)に沿ってお互いに移動可能な2つのスイッチング部品(3、4)であって、それぞれが、アーク接触子(6、7)と、該アーク接触子(6、7)に電気的に伝達可能に接続され、前記アーク接触子(6、7)を取り囲む定格電流接触子(10、11)が形成された管状導体(8、9)とを有する2つのスイッチング部品(3、4)と、前記2つのアーク接触子(6、7)を囲む絶縁ノズル(12)と、固定されたピストン(14)とシリンダ(16)を有する圧縮装置(13)と、を含み、
    前記2つの管状導体(8、9)の移動可能な移動可能な第1(8)の管状導体は、前記シリンダ(16)の壁を形成するとともに、前記シリンダ(16)のベース(17)を経由して、電気的な伝導性をもたせて強固に前記2つのアーク接触子(6,7)の第1(6)のアーク接触子に接続されており、前記絶縁ノズル(12)を持ち、
    ねじ接続は、前記絶縁ノズル(12)、前記シリンダベース(17)、前記スイッチングチャンバハウジング(1)に前記ピストン(14)を取り付けるための第1の取り付けフランジ(15)、あるいは、前記第2のアーク接触子(7)に接続されている偏向歯車機構(18)を取り付けるための第2の取り付けフランジ(19)、の周辺領域に配置されており、ねじ接続は、前記2つの管状導体(8、9)の一方あるいは前記スイッチングチャンバハウジング(1)内に広げるとともに締結することにより、前記絶縁ノズル(12)と、前記シリンダベース(17)、前記第1(15)または第2の取り付けフランジ(19)を固定する、放射状に移動可能なロッキング要素を有することを特徴とするスイッチングチャンバ。
  2. 前記スイッチングチャンバハウジング(1)と、前記第1(8)または前記第2の管状導体(9)には突起が形成され、前記ロッキング要素(22)は、前記突起の背後で係合する、ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチングチャンバ。
  3. 前記スイッチングチャンバハウジング(1)と、前記第1(8)または前記第2の管状導体(9)にはくぼみ(21)が形成され、前記ロッキング要素(22)は前記くぼみ内に広がっている、ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチングチャンバ。
  4. ねじ接続のねじ(24)は、前記絶縁ノズル(12)、前記シリンダベース(17)、前記第1(15)または前記第2の取り付けフランジ(19)に配置されている、軸方向に整列しためねじ(nut thread)内に誘導され、コーン(25)の形状の自由端を持ち、該自由端は、2つのくさび(26’、26’’)の対向しつつ傾斜した表面上に支持され、該2つのくさび(26’、26’’)は、共に開口した円環の形状をもつロッキング要素(22)の2つの端部に形成されるか、あるいはこれら2つのくさび(26’、26’’)の一方(26’)が、第1の円環セグメント(22’)内に形成されるとともに、その他方が第2の円環セグメント(22’’)内に形成されており、ロッキング要素(22)のそれぞれにおいて分割された円環の形状を有していることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載のスイッチングチャンバ。
  5. ねじ接続のねじ(24)は、前記絶縁ノズル(12)、前記シリンダベース(17)、前記第1(8)または前記第2の取り付けフランジ(19)の、軸方向に整列した貫通開口部(28)を通して押し込まれ、軸方向に誘導された圧縮リング(30)あるいは圧縮リング(30)上に配置されたナット(31)に形成されるめねじに係合するとともに、前記ロッキング要素(22)は、前記絶縁ノズルと、前記シリンダベースと、前記第1または前記第2の取り付けフランジと、前記圧縮リングとの間に配置され、さらに、くさび効果を用いて外側へ放射状に誘導される、ことを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか1つに記載のスイッチングチャンバ。
  6. くさび(26)は、前記ロッキング要素内に形成され、このくさびは、前記絶縁ノズル、前記シリンダベース、前記第1または前記第2の取り付けフランジ、または前記圧縮リングの、外部へ傾いた軸受面に誘導される、ことを特徴とする請求項5に記載のスイッチングチャンバ。
  7. 前記くさび(26)は、2つの、対向しつつ内方向に傾いたくさびの表面を有し、前記くさびの第1のくさび表面は、前記絶縁ノズル、前記シリンダベース、前記第1(15)または前記第2の取り付けフランジの外部へ傾いた軸受面に誘導され、前記くさびの第2くさび表面は、前記圧縮リング(30)の外部へ傾いた面に誘導される、ことを特徴とする請求項6に記載のスイッチングチャンバ。
  8. 前記ロッキング要素(22)は、開口した円環の形状、または分割された円環の形状である、ことを特徴とする請求項5ないし7のいずれか1つに記載のスイッチングチャンバ。
  9. 前記ねじ接続は、円周方向に偏られ、さらに軸方向に誘導されるように配置された、少なくとも2つのねじ(24)を有している、ことを特徴とする請求項4ないし8のいずれか1つに記載のスイッチングチャンバ。
  10. 前記ロッキング要素(22)は、弾性的に変形可能なリセット手段(32)と相互作用する、ことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載のスイッチングチャンバ。
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