JP2010062004A - Fuel cell power generating system and cooling method for fuel cell power generating system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置の冷却方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell power generator and a cooling method for the fuel cell power generator.
燃料電池発電装置は、改質系機器及び燃料電池等の発電反応プロセスに直接的に寄与する機器(以下、「プロセス機器」という)と、プロセス機器を制御する制御装置及び電力変換装置等の電気系統の機器(以下、「電気機器」という。)を備えている。現在では、プロセス機器及び電気機器を同一のケース(キュービクルを含む。)に収納したパッケージ型の燃料電池発電装置の開発も進められている。このようなパッケージ型の燃料電池発電装置では、プロセス機器を収容するエリアと電気機器を収納するエリアをケース内で分けるのが一般的である。これにより、プロセス機器側で取り扱われる可燃性ガスがケース内で漏洩した場合でも、それらが電気機器の火花等で発火することが抑制され、かつ、プロセス機器の熱が電気機器の動作に影響を及ぼすことを抑制できる。 A fuel cell power generator is a device that directly contributes to a power generation reaction process such as reforming equipment and a fuel cell (hereinafter referred to as “process equipment”), and an electric device such as a control device that controls the process equipment and a power converter. System equipment (hereinafter referred to as “electrical equipment”) is provided. At present, development of a package type fuel cell power generation apparatus in which process equipment and electrical equipment are housed in the same case (including a cubicle) is also in progress. In such a package-type fuel cell power generator, it is common to divide an area for housing process equipment and an area for housing electrical equipment in a case. As a result, even if flammable gas handled on the process equipment side leaks in the case, it is suppressed that they are ignited by sparks of the electric equipment, and the heat of the process equipment affects the operation of the electric equipment. Can be suppressed.
例えば特許文献1には、プロセス機器と電気機器を収容するケースを、外気取り入れ用の換気ファンを備えた上流側パッケージ室と、排気口を備えた下流側パッケージ室に分け、両者をダクトで連結することが開示されている。上流側パッケージ室には電気機器が収容され、下流側パッケージ室にはプロセス機器が収容されている。そして、換気ファンの送風圧力を調節することにより、上流側パッケージ室を外気圧より高い気圧に保ち、かつ、下流側パッケージ室を上流側パッケージ室内の気圧よりは低いが外気圧よりは高い気圧に保つことができる、と記載されている。
For example, in
また特許文献2及び特許文献3には、プロセス機器と電気機器の各収納エリアを仕切壁等で区画し、両エリアの冷却・換気を1つのファンで行う構成と、各収納エリアについて別々に換気して冷却することが開示されている。また特許文献3には、電気機器収納エリアの排気をプロセス機器収納エリアに排気して、耐寒性向上を図った換気構造も開示されている。
しかし、特許文献1のように電気機器収納エリアとプロセス機器収納エリアを連結した場合、部分負荷運転中や待機運転中は、各機器の発熱量が低下する為、寒冷地においては機器が冷却されすぎることがある。これを抑制するためには、部分負荷運転中や待機運転中に換気風量を低減することも考えられる。しかし換気風量を低減すると、部分負荷運転や待機運転から通常運転に切り替わった場合、換気風量が上昇する前に、発電装置の発電量が急上昇して電気系機器(特に電力変換装置)の発熱量が急上昇するため、これら機器の温度を所望する範囲に維持することができなくなる。従って、換気風量は常に一定値以上に維持する必要がある。このため、寒冷地に燃料電池発電装置を設置する場合、部分負荷運転中や待機運転中に機器が冷却されすぎることを抑制するために、保温ヒータを用いる必要があった。このため、燃料電池発電装置のランニングコストが上昇していた。
However, when the electrical device storage area and the process device storage area are connected as in
この問題は、特許文献2や3に記載するように、プロセス機器と電気機器の各収納エリアを別々に冷却・換気する場合においても同様に生じていた。 As described in Patent Documents 2 and 3, this problem occurs in the same manner when each storage area of the process equipment and the electrical equipment is separately cooled and ventilated.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、寒冷地に設置される場合においても、部分負荷運転中や待機運転中に機器が冷却されすぎることを抑制することができ、かつランニングコストが上昇することを抑制できる燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置の冷却方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to prevent the device from being overcooled during partial load operation or standby operation even when installed in a cold region. An object of the present invention is to provide a fuel cell power generator and a method for cooling the fuel cell power generator that can suppress the increase in running cost.
本発明によれば、直流電力を発電する燃料電池と、
前記燃料電池が発電した直流電力を他の電気機器に利用可能な形態に変換する電力変換装置と、
前記燃料電池及び前記電力変換装置を収容する収容ケースと、
を備え、
前記収容ケースは、
前記燃料電池を収容する第1区画と、前記電力変換装置を収容する第2区画と、前記第1区画及び前記第2区画を分離する隔壁と、
を有し、
さらに、
前記収容ケースの前記第1区画に設けられた第1換気手段と、
前記収容ケースの前記第2区画に設けられた第2換気手段と、
前記隔壁に設けられた開口と、
前記電力変換装置に取り付けられ、前記開口を介して前記第2区画から前記第1区画に延伸している放熱部材と、
を備える燃料電池発電装置が提供される。
According to the present invention, a fuel cell for generating DC power;
A power conversion device that converts DC power generated by the fuel cell into a form that can be used for other electrical devices;
A housing case for housing the fuel cell and the power converter;
With
The housing case is
A first compartment containing the fuel cell; a second compartment containing the power converter; a partition separating the first compartment and the second compartment;
Have
further,
First ventilation means provided in the first compartment of the housing case;
Second ventilation means provided in the second compartment of the housing case;
An opening provided in the partition;
A heat dissipating member attached to the power converter and extending from the second section to the first section through the opening;
A fuel cell power generation device is provided.
本発明によれば、直流電力を発電する燃料電池を収容ケースの第1区画に収容し、
前記燃料電池が発電した直流電力を他の電気機器で利用可能な形態に変換する電力変換装置を、前記収容ケースのうち隔壁によって前記第1区画と分離された第2区画に収容し、
前記収容ケースの前記第1区画に第1換気手段を設け、
前記収容ケースの前記第2区画に第2換気手段を設け、
前記隔壁に開口を設け、前記電力変換装置に取り付けられた放熱部材を、前記開口を介して前記第2区画から前記第1区画に延伸させる、燃料電池発電装置の冷却方法が提供される。
According to the present invention, the fuel cell that generates DC power is accommodated in the first compartment of the accommodation case,
A power conversion device that converts direct-current power generated by the fuel cell into a form that can be used by another electrical device is housed in a second compartment separated from the first compartment by a partition in the housing case,
Providing a first ventilation means in the first compartment of the housing case;
Providing a second ventilation means in the second compartment of the housing case;
There is provided a method for cooling a fuel cell power generator, wherein an opening is provided in the partition wall, and a heat radiating member attached to the power converter is extended from the second section to the first section through the opening.
本発明によれば、寒冷地に設置される場合においても、部分負荷運転中や待機運転中に機器が冷却されすぎることを抑制することができ、かつランニングコストが上昇することを抑制できる。 According to the present invention, even when installed in a cold region, it is possible to prevent the device from being cooled excessively during partial load operation or standby operation, and to suppress an increase in running cost.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
図1は、第1の実施形態にかかる燃料電池発電装置の構成を示す図である。この燃料電池発電装置は、燃料電池110、電力変換装置(直交変換装置)210、及び収容ケース300を有している。燃料電池110は、直流電力を発電する。直交変換装置210は、燃料電池が発電した直流電力を他の電気機器に利用可能な形態に変換する。具体的には、直交変換装置210は、燃料電池110が発電した直流電力を交流電力に変換する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a fuel cell power generator according to a first embodiment. The fuel cell power generator includes a
なお、電力変換装置は直交変換装置210に限定されず、例えば燃料電池発電装置が発電した電力の電圧を変換するトランスであっても良いし、可変電圧可変周波数インバータであってもよい。
The power conversion device is not limited to the
収容ケース300は、改質器100、燃料電池110、直交変換装置210、及び制御装置250を収容する。収容ケース300は、改質器100及び燃料電池110を収容する第1区画310と、直交変換装置210及び制御装置250を収容する第2区画320と、第1区画310及び第2区画320を分離する隔壁330とを有している。
The
燃料電池発電装置は、さらに、水系機器としての電池冷却系機器220、水回収系機器230、及び水処理装置240を第2区画320に備える。電池冷却系機器220、水回収系機器230、及び水処理装置240には、燃料電池110を冷却する冷却水が循環している。水処理装置240はイオン交換樹脂を保持しており、冷却水をイオン交換樹脂で処理する。なお、第1区画310内部では、寒冷地に設置する場合でも、防爆換気上、一定風量を確保する必要があり、改質器100及び燃料電池110からの放熱でも下方雰囲気温度が低下する。特に床面付近に敷設される冷却水配管は、十分な断熱施工を行う必要が生じることから、本実施形態のように、燃料電池110や反応器への冷却水供給配管など一部を除き、水系機器を第2区画320内に配置するのが望ましい。
The fuel cell power generator further includes a battery
燃料電池発電装置は、さらに、収容ケース300の第1区画310に設けられた第1換気手段(吸気口134、換気ファン142、及び排気口144)と、収容ケース300の第2区画320に設けられた第2換気手段(換気ファン262、吸気口264、及び排気口266)と、隔壁330に設けられた開口332と、直交変換装置210に取り付けられた放熱部材212を備えている。放熱部材212は、開口332を介して第2区画320から第1区画310に延伸している。放熱部材212は、ヒートシンクであっても良いし、ヒートパイプであっても良い。なお開口332は放熱部材212によってふさがれていても良いし、放熱部材212との間で多少の隙間があってもよい。
The fuel cell power generator is further provided in a first ventilation means (
換気ファン142は、排気口144の内側に設けられており、第1区画310の内部を排気する。そして排気口144から第1区画310の内部が排気されることにより、吸気口134から第1区画310の内部に吸気される。このようにして第1区画310の内部には風が生じるが、放熱部材212は、風の流れにおいて改質器100及び燃料電池110の上流に位置している。
The
また換気ファン262は、吸気口264の内側に設けられており、第2区画320の内部に空気を取り込む。そして吸気口264から第2区画320の内側に空気が取り込まれることにより、排気口266から第2区画320の内部が排気される。このようにして第2区画320の内部には風が生じるが、直交変換装置210は、風の流れにおいて水系機器の上流に位置している。
The
第1区画310は排気によって内部の空気を入れ替え、第2区画320は吸気によって内部の空気を入れ替えている。このため、第2区画320内の圧力は、第1区画310内の圧力より高くなっている。
The
また燃料電池発電装置は、さらに改質器100及び制御装置250を備えている。改質器100は、収容ケース300の第1区画310に収容されており、配管102を介して供給される原料ガスを改質して、改質ガスを生成する。燃料電池110は、この改質ガスを利用して直流電力を発電する。制御装置250は、収容ケース300の第2区画320に収容されており、改質器100、燃料電池110、換気ファン142,262、直交変換装置210、及び水系機器を制御する。
The fuel cell power generator further includes a
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。直交変換装置210で生じた熱は、放熱部材212に伝わる。放熱部材212は、隔壁330に設けられた開口332を介して第1区画310の内部に延伸しており、第1区画310内を流れる風によって冷却される。このため、燃料電池発電装置が部分負荷運転や待機運転をしている間、換気ファン262を停止させても放熱部材212の冷却に関しては問題が生じない。従って、必要に応じて換気ファン262を停止させることにより、機器、たとえば水系機器の冷却水が冷却されすぎて凍結することを抑制できる。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described. The heat generated by the
従って、例えば燃料電池発電装置が部分負荷運転や待機運転をしている間に冷却水を保温するためにヒータを動作させる必要が少なくなり、燃料電池発電装置のランニングコストが上昇することを抑制できる。また、ヒータの数を減らすことができる場合もあり、この場合は、燃料電池発電装置の初期コストを削減できる。 Therefore, for example, it is not necessary to operate the heater to keep the cooling water while the fuel cell power generation device is in partial load operation or standby operation, and it is possible to suppress an increase in running cost of the fuel cell power generation device. . In some cases, the number of heaters can be reduced. In this case, the initial cost of the fuel cell power generator can be reduced.
なお、改質器100及び燃料電池110は運転中に高温になるため、燃料電池発電装置が部分負荷運転や待機運転をしている間に換気ファン142を稼動し続けても、改質器100及び燃料電池110の温度低下は問題にならない。
Since the
また、開口332及び放熱部材212は、第1区画310の内部に生じる風の流れにおいて改質器100及び燃料電池110の上流に位置している。従って、放熱部材212の冷却効率は高くなる。
Further, the
また改質器100及び燃料電池110が収容されている第1区画310と、直交変換装置210及び制御装置250などの電気機器が収容されている第2区画320とは、隔壁330を用いて分離されている。従って、改質器100及び燃料電池110から可燃性ガスが漏洩した場合でも、それらが電気機器の火花等で発火することが抑制される。また、隔壁330には開口332が設けられているが、第2区画320は第1区画310より圧力が高いため、第1区画310内に可燃性ガスが漏洩した場合でも、可燃性ガスが開口332を介して第2区画320内に流入することが抑制される。
In addition, the
また、隔壁330の開口332が放熱部材212によってふさがれている場合、放熱部材212から隔壁330に熱が伝わるため、放熱部材212の放熱効率が高くなる。
Further, when the
図2は、第2の実施形態にかかる燃料電池発電装置の構成を示す図である。この燃料電池発電装置は、第3換気手段としての吸気口434及び換気ファン432を備えている点、及び第1区画310の内部にダクト420が形成されている点を除いて、第1の実施形態と同様の構成である。吸気口434及び換気ファン432は、ダクト420に設けられている。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a fuel cell power generator according to the second embodiment. This fuel cell power generator is the first implementation except that it includes an
ダクト420は、隔壁330の一部を用いて構成されており、吸気口434及び換気ファン432による風を第1区画310と外部の間で通す。そして隔壁330に設けられた開口332は、隔壁330のうちダクト420を構成する部分に設けられており、放熱部材212は、ダクト420の中に延伸する。なお、本図において換気ファン432は、ダクト420内の風の流れにおいて開口332より上流側に設けられているが、開口332より下流側に設けられても良い。
The
本実施形態において、放熱部材212はダクト420の中に延伸しており、かつダクト420の中は換気ファン432によって外部から取り入れられた空気が流れる。ダクト420を流れた空気は、放熱部材212を冷却した後、第1区画310の他の部分に排気される。このため、燃料電池発電装置が部分負荷運転や待機運転をしている間、換気ファン432を動作させ続ければよくなり、換気ファン262を停止させても問題は生じない。従って、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、換気ファン432内における空気の流れを、第1区画310の他の部分より早くすることができるため、放熱部材212の冷却効率を高くすることができる。
In the present embodiment, the
図3は、第3の実施形態にかかる燃料電池発電装置の構成を示す図である。この燃料電池発電装置は、吸気口264及び排気口266それぞれに可変ダンパーを取り付けた点を除いて、第2の実施形態にかかる燃料電池発電装置の構成と同様である。これら可変ダンパーは、制御装置250によって開度が制御される。具体的には、2つの可変ダンパーは、換気ファン262が動作している間は開き、換気ファン262が停止している間は閉じる。さらに、排気口266又は直交変換装置210の近傍に設置された温度計の検出値が設定温度となるように、可変ダンパーの開度及び換気ファン262の回転数が制御される。なお、可変ダンパーは互いに独立して開度が制御されても良い。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the fuel cell power generation device according to the third embodiment. This fuel cell power generator is the same as the configuration of the fuel cell power generator according to the second embodiment except that variable dampers are attached to the
本実施形態によっても、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、換気ファン262が停止している間、例えば燃料電池発電装置が部分負荷運転や待機運転をしていて燃料電池の発電量が所定値以下のときは可変ダンパーが閉じる。従って、燃料電池発電装置が部分負荷運転や待機運転をしている間に電池冷却系機器220、水回収系機器230、及び水処理装置240を流れる冷却水が冷却されすぎることをさらに抑制できる。
According to this embodiment, the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Further, while the
また、換気ファン262が動作している間は2つの可変ダンパーの開度を互いに独立して制御することにより、第2区画320の中の圧力を、精度よく第1区画310の中の圧力より高い状態に維持することができる。
In addition, while the
図4は、第4の実施形態にかかる燃料電池発電装置の構成を示す図である。この燃料電池発電装置は、隔壁330に切替ダンパー334が設けられている点を除いて、第2の実施形態にかかる燃料電池発電装置と同様の構成である。切替ダンパー334は隔壁330の一部であり、ダクト420の排気側の端部の接続先を第1区画310及び第2区画320の間で切り替える。切替ダンパー334の切り替えは、例えば制御装置250によって制御される。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a fuel cell power generator according to the fourth embodiment. This fuel cell power generator has the same configuration as that of the fuel cell power generator according to the second embodiment except that a switching
本実施形態によっても、寒冷地の冬季において、燃料電池発電装置が部分負荷運転や待機運転を行っている間、ダクト420の排気側の端部を第1区画310に接続することにより、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、寒冷地の冬季において、燃料電池発電装置が高負荷運転を行っている間、ダクト420の排気側の端部を第2区画320に接続することにより、直交変換装置210の排熱を用いて水系機器の保温を行うことができる。これにより、保温ヒータで消費される電力量をさらに少なくすることができる。また、夏季においては、ダクト420の排気側の端部を第2区画320に接続することにより、第2区画320内の温度が上昇しすぎることを抑制できる。
Also according to the present embodiment, the second end of the
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。例えば上記した各実施形態において、放熱部材212は直交変換装置210に接続していたが、制御装置250に接続していても良い。また、直交変換装置210及び制御装置250の双方に放熱部材212を設け、隔壁330の開口332を、2つの放熱部材212それぞれに対応して設けても良い。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable. For example, in each of the above-described embodiments, the
100 改質器
102 配管
110 燃料電池
134 吸気口
142 換気ファン
144 排気口
210 直交変換装置
212 放熱部材
220 電池冷却系機器
230 水回収系機器
240 水処理装置
250 制御装置
262 換気ファン
264 吸気口
266 排気口
300 収容ケース
310 第1区画
320 第2区画
330 隔壁
332 開口
334 切替ダンパー
420 ダクト
432 換気ファン
434 吸気口
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記燃料電池が発電した直流電力を他の電気機器に利用可能な形態に変換する電力変換装置と、
前記燃料電池及び前記電力変換装置を収容する収容ケースと、
を備え、
前記収容ケースは、
前記燃料電池を収容する第1区画と、前記電力変換装置を収容する第2区画と、前記第1区画及び前記第2区画を分離する隔壁と、
を有し、
さらに、
前記収容ケースの前記第1区画に設けられた第1換気手段と、
前記収容ケースの前記第2区画に設けられた第2換気手段と、
前記隔壁に設けられた開口と、
前記電力変換装置に取り付けられ、前記開口を介して前記第2区画から前記第1区画に延伸している放熱部材と、
を備える燃料電池発電装置。 A fuel cell for generating DC power;
A power conversion device that converts DC power generated by the fuel cell into a form that can be used for other electrical devices;
A housing case for housing the fuel cell and the power converter;
With
The housing case is
A first compartment containing the fuel cell; a second compartment containing the power converter; a partition separating the first compartment and the second compartment;
Have
further,
First ventilation means provided in the first compartment of the housing case;
Second ventilation means provided in the second compartment of the housing case;
An opening provided in the partition;
A heat dissipating member attached to the power converter and extending from the second section to the first section through the opening;
A fuel cell power generator comprising:
前記第2区画に位置し、前記燃料電池を冷却する冷却水が循環する水系機器をさらに備える燃料電池発電装置。 The fuel cell power generator according to claim 1,
A fuel cell power generator further comprising an aqueous device that is located in the second section and in which cooling water for cooling the fuel cell circulates.
前記第2区画内の圧力は前記第1区画内の圧力より高い燃料電池発電装置。 The fuel cell power generator according to claim 1 or 2,
The fuel cell power generator in which the pressure in the second section is higher than the pressure in the first section.
前記第1区画において前記放熱部材に風を当てる第3換気手段を備える燃料電池発電装置。 The fuel cell power generator according to any one of claims 1 to 3,
A fuel cell power generator comprising third ventilation means for applying wind to the heat dissipation member in the first section.
前記第1区画に設けられ、前記隔壁の一部を用いて構成され、前記第3換気手段による風を前記第1区画と外部の間で通風するダクトを備え、
前記開口は、前記隔壁のうち前記ダクトを構成する部分に設けられている燃料電池発電装置。 The fuel cell power generator according to claim 4,
A duct that is provided in the first section and is configured by using a part of the partition wall, and that allows the air from the third ventilation means to flow between the first section and the outside;
The said opening is a fuel cell power generator provided in the part which comprises the said duct among the said partition.
前記第3換気手段は、外部から前記第1区画内に吸気する吸気手段であり、
前記隔壁のうち前記ダクトの排気側端部に位置する部分に設けられ、前記ダクトの排気側端部の接続先を前記第1区画及び前記第2区画の間で切り替える切替ダンパーを備える燃料電池発電装置。 The fuel cell power generator according to claim 5,
The third ventilation means is an intake means for taking air into the first section from the outside,
A fuel cell power generator comprising a switching damper provided at a portion of the partition located at an exhaust side end of the duct and switching a connection destination of the exhaust side end of the duct between the first section and the second section apparatus.
前記第2換気手段は、
前記収容ケースの前記第2区画に設けられた換気口と、
前記換気口に取り付けられた可変ダンパーと、
前記換気口の内側に取り付けられたファンと、
前記可変ダンパーを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の発電量が所定値以下のときに、前記可変ダンパーを閉じる燃料電池発電装置。 In the fuel cell power generator according to any one of claims 1 to 6,
The second ventilation means includes
A ventilation opening provided in the second compartment of the housing case;
A variable damper attached to the ventilation opening;
A fan attached to the inside of the ventilation opening;
A control unit for controlling the variable damper;
With
The control unit is a fuel cell power generator that closes the variable damper when the power generation amount of the fuel cell is equal to or less than a predetermined value.
前記電力変換装置は、前記燃料電池が発電した直流電力を交流電力に変換する直交変換装置である燃料電池発電装置。 In the fuel cell power generator according to any one of claims 1 to 7,
The power conversion device is a fuel cell power generation device that is an orthogonal conversion device that converts DC power generated by the fuel cell into AC power.
前記燃料電池が発電した直流電力を他の電気機器で利用可能な形態に変換する電力変換装置を、前記収容ケースのうち隔壁によって前記第1区画と分離された第2区画に収容し、
前記収容ケースの前記第1区画に第1換気手段を設け、
前記収容ケースの前記第2区画に第2換気手段を設け、
前記隔壁に開口を設け、前記電力変換装置に取り付けられた放熱部材を、前記開口を介して前記第2区画から前記第1区画に延伸させる、燃料電池発電装置の冷却方法。 A fuel cell that generates direct current power is housed in the first compartment of the housing case,
A power conversion device that converts direct-current power generated by the fuel cell into a form that can be used by another electrical device is housed in a second compartment separated from the first compartment by a partition in the housing case,
Providing a first ventilation means in the first compartment of the housing case;
Providing a second ventilation means in the second compartment of the housing case;
A cooling method for a fuel cell power generator, wherein an opening is provided in the partition wall, and a heat radiating member attached to the power converter is extended from the second section to the first section through the opening.
Priority Applications (1)
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