JPH0828227B2 - 燃料電池の始動装置 - Google Patents
燃料電池の始動装置Info
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- JPH0828227B2 JPH0828227B2 JP63035651A JP3565188A JPH0828227B2 JP H0828227 B2 JPH0828227 B2 JP H0828227B2 JP 63035651 A JP63035651 A JP 63035651A JP 3565188 A JP3565188 A JP 3565188A JP H0828227 B2 JPH0828227 B2 JP H0828227B2
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- burner
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
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- H—ELECTRICITY
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
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- H—ELECTRICITY
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- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
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- H01M8/04022—Heating by combustion
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Description
【発明の詳細な説明】 イ） 産業上の利用分野 本発明は燃料電池パワープラントに係り、特にかかる
パワープラントの迅速始動を達成する装置に関するもの
である。
パワープラントの迅速始動を達成する装置に関するもの
である。
ロ） 発明の背景 燃料電池パワープラント特に可搬式のパワープラント
では、比較的迅速に始動することが望まれる。現状のパ
ワープラントにおいて、始動時間を制限する要因は、燃
料電池スタックの予熱に要する時間である。
では、比較的迅速に始動することが望まれる。現状のパ
ワープラントにおいて、始動時間を制限する要因は、燃
料電池スタックの予熱に要する時間である。
このような現状のシステムで、燃料電池を予熱する一
つの方法は、スタック冷却／加熱ループに対し空気を補
給する空気通路内に外部バーナーを設けることである。
始動期間リフオーマより供給された燃料（改質ガス）
は、始動期間中バーナーに吸引された空気と共にバーナ
ーで燃焼される。ついで得られた加熱空気は循環してい
る空気を加熱し、冷却／加熱ループを介してスタックに
導入さる。この加熱空気の導入は、ループ内に位置して
再循環に用いられるブロワの上流で起る。
つの方法は、スタック冷却／加熱ループに対し空気を補
給する空気通路内に外部バーナーを設けることである。
始動期間リフオーマより供給された燃料（改質ガス）
は、始動期間中バーナーに吸引された空気と共にバーナ
ーで燃焼される。ついで得られた加熱空気は循環してい
る空気を加熱し、冷却／加熱ループを介してスタックに
導入さる。この加熱空気の導入は、ループ内に位置して
再循環に用いられるブロワの上流で起る。
前記予熱構成は、使用可能だがいくらかの欠点があ
り、これを克服すれば始動を速めると同時に他のシステ
ムに利点をもたらす。特に前記加熱構成ではスタック予
熱温度は、ブロワ材とブロワ電気部品の許容温度により
制限される。なぜならこれらは加熱空気温度にさらされ
従ってこれに耐えるものでなければならないからであ
る。典型的にこの方式のブロワは260℃以下の温度に耐
えるよう設計され、これにより加熱空気の温度をこのレ
ベルに制限している。しかしより高い温度はより速い始
動を可能とするが、現状システムでは用いるブロワの温
度特性の向上にかなりの費用をかけてのみ実現できる。
り、これを克服すれば始動を速めると同時に他のシステ
ムに利点をもたらす。特に前記加熱構成ではスタック予
熱温度は、ブロワ材とブロワ電気部品の許容温度により
制限される。なぜならこれらは加熱空気温度にさらされ
従ってこれに耐えるものでなければならないからであ
る。典型的にこの方式のブロワは260℃以下の温度に耐
えるよう設計され、これにより加熱空気の温度をこのレ
ベルに制限している。しかしより高い温度はより速い始
動を可能とするが、現状システムでは用いるブロワの温
度特性の向上にかなりの費用をかけてのみ実現できる。
前記予熱構成で始動時間を減少できないことは又パワ
ープラントにより大きい熱的・電気的要求をもたらす。
これは加熱ループ中の空気の約1/3が排出されるという
事実にもとづき、より長い始動時間が排出空気量の増加
と同時にリフオーマ煙道ガスの増加をもたらし、これら
両方の熱エネルギー損失を構成する。
ープラントにより大きい熱的・電気的要求をもたらす。
これは加熱ループ中の空気の約1/3が排出されるという
事実にもとづき、より長い始動時間が排出空気量の増加
と同時にリフオーマ煙道ガスの増加をもたらし、これら
両方の熱エネルギー損失を構成する。
この予熱構成の他の欠点は、熱的影響をさけるために
バーナーを絶縁する必要性と約1370℃程度の壁温に耐え
うるより耐熱性のバーナー材を用いる必要性を含んでい
る。又外部バーナーは燃焼炎によって騒音を生ずる。
バーナーを絶縁する必要性と約1370℃程度の壁温に耐え
うるより耐熱性のバーナー材を用いる必要性を含んでい
る。又外部バーナーは燃焼炎によって騒音を生ずる。
ハ） 目的 従って本発明の第１の目的は、前記構成の欠点を実質
的に除去する燃料電池パワープラント始動用の装置を提
供することである。
的に除去する燃料電池パワープラント始動用の装置を提
供することである。
本発明の他の目的は、より速い始動を可能とする燃料
電池始動用の装置を提供することである。
電池始動用の装置を提供することである。
本発明のそれ以上の目的は、始動時間がブロワ特性に
影響されず、又始動中バーナー熱影響を抑制し、ブロワ
騒音を下げ、エネルギー消費を減少する燃料電池パワー
プラント始動用の装置を提供することである。
影響されず、又始動中バーナー熱影響を抑制し、ブロワ
騒音を下げ、エネルギー消費を減少する燃料電池パワー
プラント始動用の装置を提供することである。
ニ） 発明の概要 本発明の原理によれば前記目的は、バーナーがスタッ
ク冷却／加熱ループ内のブロワ下流側に配設され、冷却
／加熱ループにガスを補給する入口孔がループ内のブロ
ワ上流側に位置している装置によって実現される。
ク冷却／加熱ループ内のブロワ下流側に配設され、冷却
／加熱ループにガスを補給する入口孔がループ内のブロ
ワ上流側に位置している装置によって実現される。
始動期間バーナーは、このバーナーを通るループ内の
ガスの一部で燃焼される燃料が供給される。バーナーか
らの加熱ガスはループ内の残余のガスに加えられ、これ
により残余のガスが燃料電池スタックの予熱に必要な温
度に加熱される。
ガスの一部で燃焼される燃料が供給される。バーナーか
らの加熱ガスはループ内の残余のガスに加えられ、これ
により残余のガスが燃料電池スタックの予熱に必要な温
度に加熱される。
本装置のこの構成でブロワは、バーナーの上流にある
からガスが始動時加熱されて後、直ちにループ内の加熱
ガスにさらされることはない。結果として加熱ガスの温
度は、もっと迅速な始動を達成するよう著しく増大する
ことができる。更にバーナーをループ内に配置すること
により、バーナーの外壁は加熱される前により低いルー
プガスの一部にさらされる。これはバーナー壁の温度仕
様を下げる。又ループ内への配置によりバーナー騒音が
低減されると共にその温度上昇が抑制される。
からガスが始動時加熱されて後、直ちにループ内の加熱
ガスにさらされることはない。結果として加熱ガスの温
度は、もっと迅速な始動を達成するよう著しく増大する
ことができる。更にバーナーをループ内に配置すること
により、バーナーの外壁は加熱される前により低いルー
プガスの一部にさらされる。これはバーナー壁の温度仕
様を下げる。又ループ内への配置によりバーナー騒音が
低減されると共にその温度上昇が抑制される。
又ブロワをバーナーの上流側で且補給ガス用入口孔の
下流側に配置することにより、ブロワはループ内の実質
的に最も低い温度にさらされ、それによりブロワ寿命を
著しく延長できる。
下流側に配置することにより、ブロワはループ内の実質
的に最も低い温度にさらされ、それによりブロワ寿命を
著しく延長できる。
ホ） 実施例 図には本発明の原理による装置（１）が示されてい
る。装置（１）は、通常運転中スタックを通る冷却ガス
典型的には空気を流す冷却チャンネル（2a）を持った燃
料電池スタック（２）を含む。
る。装置（１）は、通常運転中スタックを通る冷却ガス
典型的には空気を流す冷却チャンネル（2a）を持った燃
料電池スタック（２）を含む。
配管（4a）（4b）（4c）（4d）（4e）からなる再循環
ループ（４）は、スタック（２）にもどる冷却ガスの主
部を再循環する。ガスの残部は配管（4a）の排出孔
（５）を介して排出される。配管（4e）のガス補給孔
（15）は、ループから排出されたガスの補給を可能とす
る。ループ内に位置するブロワ（16）は、冷却ガスの再
循環と孔（15）からの補給ガスの導入を強制する。冷却
ガス用の入口及び出口各マニホルド（６）及び（７）
は、冷却チャンネル（2a）を配管（4e）及び（4a）に連
結する。更にマニホルド（８）及び（９）は、スタック
の反応燃料ガスチャンネル（11）用入口及び出口各マニ
ホルドを構成する。同様にマニホルド（12）及び（13）
はスタックの反応酸化剤ガスチャンネル（14）用入口及
び出口マニホルドを構成する。
ループ（４）は、スタック（２）にもどる冷却ガスの主
部を再循環する。ガスの残部は配管（4a）の排出孔
（５）を介して排出される。配管（4e）のガス補給孔
（15）は、ループから排出されたガスの補給を可能とす
る。ループ内に位置するブロワ（16）は、冷却ガスの再
循環と孔（15）からの補給ガスの導入を強制する。冷却
ガス用の入口及び出口各マニホルド（６）及び（７）
は、冷却チャンネル（2a）を配管（4e）及び（4a）に連
結する。更にマニホルド（８）及び（９）は、スタック
の反応燃料ガスチャンネル（11）用入口及び出口各マニ
ホルドを構成する。同様にマニホルド（12）及び（13）
はスタックの反応酸化剤ガスチャンネル（14）用入口及
び出口マニホルドを構成する。
本発明の原理によれば装置（１）は、更にブロワ（1
6）の寿命を延長する方法でスタックの迅速始動を可能
とするよう用いられる。特に筒状部材として示されてい
るバーナー（17）は、ブロワ（16）下流側でループ
（４）内に配置され、一方ループ（４）への補給ガス用
入口孔（15）はブロワ（16）の上流側に位置している。
6）の寿命を延長する方法でスタックの迅速始動を可能
とするよう用いられる。特に筒状部材として示されてい
るバーナー（17）は、ブロワ（16）下流側でループ
（４）内に配置され、一方ループ（４）への補給ガス用
入口孔（15）はブロワ（16）の上流側に位置している。
バーナー（17）は配管（4e）内の同心的に配置され、
ループ（４）内のガス（３）の一部（3a）を受入れる導
入端（17a）をもつよう示されている。ガス（３）の残
部（3b）は、バーナー外壁にそって流れ、バーナー導出
端（17b）のガスと混合される。バーナーの導入端（17
a）は又バーナー壁と配管（4e）を貫通している導管（1
8）に連結されている。この導管（18）はバルブ（19）
更に導管（21）を介して燃料供給源（22）例えば燃料改
質器に連結されている。この供給源（22）は又導管（2
3）、バルブ（24）、導管（25）及びマニホルド（８）
を介して反応燃料ガスチャンネル（11）に燃料例えば改
質ガスを供給する。一方酸化剤は導管（31）、バルブ
（32）及びブロワ（16）の下流でループ配管（4e）に連
通する導管（33）を経てマニホルド（12）に供給され
る。
ループ（４）内のガス（３）の一部（3a）を受入れる導
入端（17a）をもつよう示されている。ガス（３）の残
部（3b）は、バーナー外壁にそって流れ、バーナー導出
端（17b）のガスと混合される。バーナーの導入端（17
a）は又バーナー壁と配管（4e）を貫通している導管（1
8）に連結されている。この導管（18）はバルブ（19）
更に導管（21）を介して燃料供給源（22）例えば燃料改
質器に連結されている。この供給源（22）は又導管（2
3）、バルブ（24）、導管（25）及びマニホルド（８）
を介して反応燃料ガスチャンネル（11）に燃料例えば改
質ガスを供給する。一方酸化剤は導管（31）、バルブ
（32）及びブロワ（16）の下流でループ配管（4e）に連
通する導管（33）を経てマニホルド（12）に供給され
る。
燃料電池スタック始動中バルブ（24）と（32）は閉じ
られバルブ（19）は開かれる。これは燃料と酸化剤がス
タックに入るのを阻止する。一方燃料（改質ガス）をル
ープ（４）内の酸化剤ガス（空気）の一部（3a）と共に
バーナー（17）の導入端（17a）に供給するのを可能と
する。バーナーでこれらガスが燃焼されて加熱排ガスが
バーナー外を通るガスの残部（3b）を加熱するようバー
ナー導出端（17b）で利用される。ついで加熱ガス（3
b′）はスタック（２）に入りスタックを所望運転温度
に昇温する。この温度に達した時バルブ（19）は閉、バ
ルブ（24）と（32）は開となる。従ってバーナー（17）
は加熱ガスの生成を停止し、ついでループ内のガスは今
や通常運転状態にあるスタック（２）を冷却するよう働
く。
られバルブ（19）は開かれる。これは燃料と酸化剤がス
タックに入るのを阻止する。一方燃料（改質ガス）をル
ープ（４）内の酸化剤ガス（空気）の一部（3a）と共に
バーナー（17）の導入端（17a）に供給するのを可能と
する。バーナーでこれらガスが燃焼されて加熱排ガスが
バーナー外を通るガスの残部（3b）を加熱するようバー
ナー導出端（17b）で利用される。ついで加熱ガス（3
b′）はスタック（２）に入りスタックを所望運転温度
に昇温する。この温度に達した時バルブ（19）は閉、バ
ルブ（24）と（32）は開となる。従ってバーナー（17）
は加熱ガスの生成を停止し、ついでループ内のガスは今
や通常運転状態にあるスタック（２）を冷却するよう働
く。
本装置（１）では始動中スタック（２）に入る加熱ガ
スは、バーナー（17）がブロワ（16）の下流にあるか
ら、従来方式より高くすることができる。これは加熱ガ
ス（3b′）がブロワ（16）に流れるのを阻止し、これに
より加熱ガスの温度はブロワの許容温度から解放され
る。従って加熱ガス温度は約340℃程度にすることがで
き、これに対し従来方式ではかかる温度はブロワ許容性
から約200℃に制限されていた。
スは、バーナー（17）がブロワ（16）の下流にあるか
ら、従来方式より高くすることができる。これは加熱ガ
ス（3b′）がブロワ（16）に流れるのを阻止し、これに
より加熱ガスの温度はブロワの許容温度から解放され
る。従って加熱ガス温度は約340℃程度にすることがで
き、これに対し従来方式ではかかる温度はブロワ許容性
から約200℃に制限されていた。
更に本装置（１）ではブロワ（16）が受ける温度は、
ブロワが入口孔（15）の下流にあり従ってループ内のガ
スが入口孔からブロワに達する前に冷やされるため、著
しく減少する。かくてブロワは従来方式で通常受けてい
た200℃より低い約93℃の温度を受けることになる。
ブロワが入口孔（15）の下流にあり従ってループ内のガ
スが入口孔からブロワに達する前に冷やされるため、著
しく減少する。かくてブロワは従来方式で通常受けてい
た200℃より低い約93℃の温度を受けることになる。
冷却ループ内にバーナーを設置することは、始動中バ
ーナー壁がガス（3b）で冷却されるという付加的利点が
ある。その結果バーナー壁の温度要件は低くなり従って
より容易に充足される。更にループ内のバーナー配置
は、バーナーの受熱性を抑制し、バーナー騒音を低減す
る。
ーナー壁がガス（3b）で冷却されるという付加的利点が
ある。その結果バーナー壁の温度要件は低くなり従って
より容易に充足される。更にループ内のバーナー配置
は、バーナーの受熱性を抑制し、バーナー騒音を低減す
る。
すべての場合において、前述の構成は本発明の適用を
示す多くの可能な特別の実施例を単に説明するものであ
ることが了解される。本発明の意図と範囲を逸脱するこ
となしに本発明の原理にもとづき他の多くの変形構成が
容易に考えられる。
示す多くの可能な特別の実施例を単に説明するものであ
ることが了解される。本発明の意図と範囲を逸脱するこ
となしに本発明の原理にもとづき他の多くの変形構成が
容易に考えられる。
以上実施例は冷却チャンネル（2a）が横切っており、
反応ガスチャンネル（11）（14）とは分離したマニホル
ドにより供給される場合について説明したが、他の構成
や関連構成も用いうる。例えば冷却ガスチャンネルと酸
化剤ガスチャンネルが同一方向で、同一譲渡人に譲渡さ
れた米口特許第4,192,906号に開示されるように、共通
マニホルドにより供給される方式をとることもできる。
反応ガスチャンネル（11）（14）とは分離したマニホル
ドにより供給される場合について説明したが、他の構成
や関連構成も用いうる。例えば冷却ガスチャンネルと酸
化剤ガスチャンネルが同一方向で、同一譲渡人に譲渡さ
れた米口特許第4,192,906号に開示されるように、共通
マニホルドにより供給される方式をとることもできる。
図面は本発明により改善された燃料電池の始動装置を示
す。 1:始動装置、2:燃料電池スタック、2a:通路手段（冷却
／加熱チャンネル）、4:再循環ループ、3:ループ内のガ
ス、5:ガス排出孔、15:ガス補給孔、６、7:冷却ガス用
の入口及び出口マニホルド、８、9:燃料ガス用入口及び
出口マニホルド、12、13:酸化剤ガス用入口及び出口マ
ニホルド、16:ブロワ、17:バーナー、22:燃料供給源
（燃料改質器）、19、24、32:バルブ。
す。 1:始動装置、2:燃料電池スタック、2a:通路手段（冷却
／加熱チャンネル）、4:再循環ループ、3:ループ内のガ
ス、5:ガス排出孔、15:ガス補給孔、６、7:冷却ガス用
の入口及び出口マニホルド、８、9:燃料ガス用入口及び
出口マニホルド、12、13:酸化剤ガス用入口及び出口マ
ニホルド、16:ブロワ、17:バーナー、22:燃料供給源
（燃料改質器）、19、24、32:バルブ。
Claims (4)
- 【請求項１】入口端及び出口端をもち前記入口端から出
口端にスタックを介してガスを流す通路手段を含む燃料
電池スタック、前記出口端から出たガスの主部を前記入
口端にもどす再循環用ループ手段、前記再循環を行うた
め前記ループ内にあるブロア手段、前記ブロア手段の前
記ループ下流側にあって前記ループ内のガスの一部を受
入れる導入端を有し且つ燃料電池スタックの始動期間燃
料供給源からバルブ組立体を通し導管を介して燃料を受
入れ燃焼させるバーナー手段、及び前記ループに補給ガ
スを受入れるため前記ブロアの上流側に設けた前記ルー
プの入口孔手段とからなることを特徴とする燃料電池の
始動装置。 - 【請求項２】前記入口端及び出口端は夫々入口及び出口
マニホルドを含み、前記ループ手段は前記入口及び出口
マニホルドを連結する配管を含んでいることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の燃料電池の始動装置。 - 【請求項３】前記燃料電池スタックは、酸化剤及び燃料
の各反応ガスチャンネルと、前記各反応ガスを夫々前記
酸化剤及び燃料の各反応ガスチャンネルに連通する第１
及び第２マニホルドを含んでいることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の燃料電池の始動装置。 - 【請求項４】前記バーナーは前記配管内に同心的に配置
された筒状部材からなり、前記筒状部材は導入端と導出
端をもち、前記ループ内の前記ガスの一部が前記バーナ
ーの前記導入端に導入され、前記筒状部材のまわりを流
れるガスの残部が、前記筒状部材の前記導出端からのガ
スと混合されるものであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の燃料電池の始動装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/017,356 US4713303A (en) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | Fuel cell apparatus with rapid start-up |
| US017,356 | 1987-02-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63304579A JPS63304579A (ja) | 1988-12-12 |
| JPH0828227B2 true JPH0828227B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=21782125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63035651A Expired - Lifetime JPH0828227B2 (ja) | 1987-02-24 | 1988-02-18 | 燃料電池の始動装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4713303A (ja) |
| JP (1) | JPH0828227B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5332630A (en) * | 1991-11-04 | 1994-07-26 | Hsu Michael S | On-board recharging system for battery powered electric vehicles |
| US5914200A (en) * | 1993-06-14 | 1999-06-22 | Siemens Aktiengesellschaft | High-temperature fuel cell stack arrangement with centrally located exit air space |
| US5858568A (en) * | 1996-09-19 | 1999-01-12 | Ztek Corporation | Fuel cell power supply system |
| US6380637B1 (en) | 1996-09-19 | 2002-04-30 | Ztek Corporation | Off-board station and an electricity exchanging system suitable for use with a mobile vehicle power system |
| DE19642754C2 (de) * | 1996-10-16 | 2001-09-20 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Brennstoffzelle mit konvektionsgetriebenem Stofftransport |
| US6641625B1 (en) | 1999-05-03 | 2003-11-04 | Nuvera Fuel Cells, Inc. | Integrated hydrocarbon reforming system and controls |
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-
1988
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