(57)【要約】【課題】燃料電池スタックを収容したケース内の換気性能の低下が抑制された燃料電池装置を提供することを課題とする。【解決手段】複数の単セル、前記複数の単セルと共に積層され前記複数の単セルに燃料ガスを案内する案内部材、を有した燃料電池スタックと、孔を有し、前記燃料電池スタックを収容したケースと、前記案内部材に接続され前記孔を介して前記ケースの外側に突出し、前記案内部材を介して前記複数の単セルに前記燃料ガスを供給する燃料供給部と、前記燃料供給部と前記孔との間を塞ぎ、前記ケースに固定されているカバー部と、を備え、前記カバー部は、少なくとも一部に液体は透過させないが気体は透過させる透過部を有している、燃料電池装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単セル、前記複数の単セルと共に積層され前記複数の単セルに燃料ガスを案内する案内部材、を有した燃料電池スタックと、
孔を有し、前記燃料電池スタックを収容したケースと、
前記案内部材に接続され前記孔を介して前記ケースの外側に突出し、前記案内部材を介して前記複数の単セルに前記燃料ガスを供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部と前記孔との間を塞ぎ、前記ケースに固定されているカバー部と、を備え、
前記カバー部は、少なくとも一部に液体は透過させないが気体は透過させる透過部を有している、燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックを収容したケース内の換気性を確保するために、液体は透過しないが気体は透過する透過部がケースの一部分に設けられる場合がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３６７６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池スタックは種々の部品から構成されており、部品の種類によっては、他の部分よりも気体が透過しやすい部分が存在する可能性がある。このため、燃料電池スタックから気体が透過しやすい部分とケース側の透過部との距離が離れていると、燃料電池スタックから透過した気体をケース側の透過部を介してケース外へと排出できずに、ケース内の換気性能が低下する可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、燃料電池スタックを収容したケース内の換気性能の低下が抑制された燃料電池装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、複数の単セル、前記複数の単セルと共に積層され前記複数の単セルに燃料ガスを案内する案内部材、を有した燃料電池スタックと、孔を有し、前記燃料電池スタックを収容したケースと、前記案内部材に接続され前記孔を介して前記ケースの外側に突出し、前記案内部材を介して前記複数の単セルに前記燃料ガスを供給する燃料供給部と、前記燃料供給部と前記孔との間を塞ぎ、前記ケースに固定されているカバー部と、を備え、前記カバー部は、少なくとも一部に液体は透過させないが気体は透過させる透過部を有している、燃料電池装置によって達成できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料電池スタックを収容したケース内の換気性能の低下が抑制された燃料電池装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施例での燃料電池装置を示す図である。
【図２】図２は、インジェクタ周辺の構成の断面図である。
【図３】図３は、インジェクタ周辺の構成の分解断面図である。
【図４】図４は、第１変形例でのインジェクタ周辺の構成の断面図である。
【図５】図５は、第１変形例でのインジェクタの基端側から見た図である。
【図６】図６は、第２変形例でのインジェクタ周辺の構成の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本実施例での燃料電池装置１００を示す図である。燃料電池装置１００は、駆動用電源を供給するための装置として、例えば燃料電池自動車や電気自動車などに搭載される。図１のように、燃料電池装置１００は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０を収容したケース６０とを有している。燃料電池スタック１０は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気）の供給を受けて発電を行い、発電に伴う電力を発生する。
【００１０】
燃料電池スタック１０は、固体高分子電解質型であり、プレート５０―０〜５０―ｎの間に複数の単セル２０が積層されたスタック構造を有する。プレート５０―０及び５０―ｎは、一対のエンドプレートとして用いられている。複数の単セル２０は、プレート５０―０〜５０―ｎによって、複数のブロック２０−１〜２０−ｎに分割されている。これらプレート５０―０〜５０―ｎ及びブロック２０−１〜２０−ｎは、ネジ１１０により所定の圧力で積層されてケース６０に固定されている。
【００１１】
複数のブロック２０−１〜２０−ｎそれぞれに、互いに非連通のアノード供給マニホールド２１−１〜２１−ｎが設けられている。また、プレート５０−１〜５０―ｎには、アノード供給マニホールド２１−１〜２１−ｎに燃料ガスを供給するためのインジェクタ３０−１〜３０−ｎが接続されている。プレート５０−１〜５０―ｎは、それぞれインジェクタ３０−１〜３０−ｎから噴射された燃料ガスをアノード供給マニホールド２１−１〜２１−ｎに案内する。従って、プレート５０−１〜５０−ｎは、それぞれブロック２０−１〜２０−ｎを仕切ると共に、燃料ガスをそれぞれブロック２０−１〜２０−ｎに案内している。プレート５０−１〜５０−ｎのそれぞれは、複数の単セル２０と共に積層され複数の単セル２０に燃料ガスを案内する案内部材の一例である。
【００１２】
また、インジェクタ３０−１〜３０−ｎは、詳しくは後述するが、ケース６０に形成された孔を介してそれぞれプレート５０−１〜５０−ｎに接続されている。インジェクタ３０−１〜３０−ｎは、それぞれプレート５０−１〜５０−ｎに接続されケース６０の孔を介してケース６０の外側に突出し、プレート５０−１〜５０−ｎを介してブロック２０−１〜２０−ｎに燃料ガスを供給する燃料供給部の一例である。
【００１３】
インジェクタ３０−１〜３０−ｎには、それぞれデリバリパイプ４０−１〜４０−ｎが接続されている。デリバリパイプ４０−１〜４０−ｎは燃料ガスが充填された燃料タンクに接続されており、インジェクタ３０−１〜３０−ｎのそれぞれに燃料ガスを供給する。
【００１４】
このように、複数の単セル２０を複数のブロック２０−１〜２０−ｎに分割し、ブロック２０−１〜２０−ｎごとにアノード供給マニホールド２１−１〜２１−ｎとインジェクタ３０−１〜３０−ｎとを設けることで、各ブロック内での単セル２０への燃料ガスの供給量のばらつきを抑制できる。また、ブロック２０−１〜２０−ｎごとに燃料ガスの供給量を変更することもできる。また、インジェクタ３０−１〜３０−ｎは、ケース６０の外側からプレート５０−１〜５０−ｎにそれぞれ接続されているため、インジェクタ３０−１〜３０−ｎをもケース内に収容する場合と比較して、ケース６０の大型化が抑制されている。
【００１５】
１つのアノード排出マニホールド２２が、複数のブロック２０−１〜２０−ｎで共有して設けられている。このため、ブロック２０−１〜２０−ｎそれぞれに含まれる単セル２０からの燃料排ガスは１つのアノード排出マニホールド２２に排出される。このように、複数のブロック２０−１〜２０−ｎでアノード排出マニホールド２２を共有させることで、燃料電池スタック１０の構成が複雑化することを抑制できる。燃料電池スタック１０の外部に、アノード排出マニホールド２２に接続された排気流路２４が設けられている。複数のブロック２０−１〜２０−ｎそれぞれに含まれる単セル２０からの燃料排ガスは、アノード排出マニホールド２２及び排気流路２４を介して外部へと排出される。なお、本実施例においては、複数のブロック２０−１〜２０−ｎでアノード排出マニホールド２２を共有させているが、必ずしもこれに限定されない。各ブロック毎にアノード排出マニホールドを分割して、それぞれから個別に単セル２０からの燃料排ガスを外部へと排出させる構成としてもよい。
【００１６】
図２は、インジェクタ３０−１周辺の構成の断面図である。図３は、インジェクタ３０−１周辺の構成の分解断面図である。図２及び図３には、単セル２０等の積層方向Ｄを示している。インジェクタ３０−１は、ケース６０に形成された孔６３−１を介してケース６０の外部からプレート５０−１に接続されており、インジェクタ３０−１の先端部はケース６０内に位置し、インジェクタ３０−１の基端部はケース６０から突出している。尚、図示はしていないが、孔６３−１と同様に、ケース６０にはインジェクタ３０−２〜３０−ｎの挿入をそれぞれ許容する孔が設けられている。
【００１７】
インジェクタ３０−１は、本体部３１、固定片３３、カバー部３６、及び端子部３９を有している。本体部３１は略円筒状であって、孔６３−１を貫通するように設置されている。従って、孔６３−１の直径は、少なくとも本体部３１の直径よりも大きく形成されている。本体部３１の先端部は、プレート５０−１に接続されており、本体部３１の先端部から噴射された燃料ガスがプレート５０−１を介してブロック２０−１へ案内される。プレート５０−１は、単セル２０と略同様に略矩形状に形成され、単セル２０よりも厚く形成されており、凹部５１及び案内路５３を有している。凹部５１は、ブロック２０−１及び２０−２に接触していない外周側面に形成され、本体部３１の先端部が接続されている。案内路５３は、凹部５１とアノード供給マニホールド２１−１を連通させている。本体部３１の先端部と凹部５１の内側のとの間には、燃料ガスの漏れを防ぐゴム製のＯリングＯ５が介在している。
【００１８】
固定片３３は、本体部３１の基端部から本体部３１の軸方向と交差する方向に板状に突出しており、デリバリパイプ４０−１が固定されている。デリバリパイプ４０―１は、本体部４１、供給路４２、及び固定片４３を有している。供給路４２は、本体部４１内に形成され、上述した燃料タンクから燃料ガスが供給され、供給路４２の下流端の内部には本体部３１の基端部が接続されている。供給路４２の下流端と本体部３１の基端部との間にはゴム製のＯリングＯ４が介在している。固定片４３は、インジェクタ３０−１の固定片３３と重なるように突出している。ネジ３ｓが固定片４３に形成された挿入孔４３ｈを貫通して固定片３３に形成されたネジ孔３３ｈに螺合することにより、インジェクタ３０−１とデリバリパイプ４０−１とが固定されている。デリバリパイプ４０−１の供給路４２から供給された燃料ガスは、インジェクタ３０−１から噴射されて凹部５１、案内路５３、及びアノード供給マニホールド２１−１を介してブロック２０−１の各単セル２０へと供給される。
【００１９】
カバー部３６は、本体部３１の先端部と端子部３９との間の側面から径方向外側に突出するように形成されている。カバー部３６は、本体部３１と一体成型されていてもよいし、本体部３１とは個別に成形した後に本体部３１に溶接又は接着されたものであってもよい。カバー部３６は、孔６３−１を塞いでいる。これにより、孔６３−１を介して外部からケース６０内に液体や埃等が浸入することが抑制されている。また、カバー部３６はケース６０に固定されており、具体的には、ネジ６ｓがカバー部３６に形成された挿入孔３６ｈを貫通してケース６０に形成されたネジ孔６６ｈに螺合することにより固定されている。挿入孔３６ｈは、詳しくは後述するがネジ６ｓの頭部の直径よりも短い長さを有した長孔状であり、カバー部３６の外周縁側に複数形成されている。ネジ孔６６ｈは、挿入孔３６ｈに対応するように孔６３−１周りに複数形成されている。カバー部３６がケース６０に固定されていることにより、インジェクタ３０−１はプレート５０−１に固定される。従って、カバー部３６はインジェクタ３０−１をプレート５０−１に固定しつつ孔６３−１を塞いでおり、機能が集約されており、部品点数の増大が抑制されている。
【００２０】
カバー部３６とケース６０との間にはゴム製のＯリングＯ６が介在している。また、カバー部３６には、挿入孔３６ｈやＯリングＯ６よりも内側であって本体部３１周辺に複数の通気孔３６ｒが形成されている。複数の通気孔３６ｒは、少なくとも一部が孔６３−１に重なっており、複数の通気孔３６ｒはそれぞれ透過膜３７により塞がれている。複数の通気孔３６ｒは、本体部３１周りに所定の角度間隔を空けて形成されている。これにより、通気孔３６ｒ周辺でのカバー部３６の剛性の低下が抑制され、カバー部３６が撓むことが抑制されている。透過膜３７は、液体は透過しないが気体は透過する材料で形成され、例えば住友電気工業社製のポアフロン（登録商標）である。通気孔３６ｒ及び透過膜３７は、液体は透過させないが気体は透過させる透過部の一例である。なお、通気孔３６ｒは複数に限定されず、１つであってもよい。通気孔３６ｒの数および面積は、ケース内の換気性能を満足するよう、適宜選択される。
【００２１】
端子部３９は、本体部３１の基端部とカバー部３６との間の側面に設けられケース６０の外側に位置している。端子部３９には、コネクタＣが接続されており、信号線Ｌを介して、インジェクタ３０−１の動作を制御する制御ブロックに電気的に接続されている。
【００２２】
燃料ガスは、インジェクタ３０−１の先端部から噴射されるが、ＯリングＯ５はこのインジェクタ３０−１の先端部に最も近い位置に配置されている。このため、燃料ガスが噴射される度にＯリングＯ５周辺の圧力が高くなり、燃料ガスの一部がＯリングＯ５を介して燃料電池スタック１０の外側へ透過する可能性がある。ＯリングＯ５を介して燃料電池スタック１０の外側に透過した燃料ガスは、ケース６０内で滞留する可能性がある。本実施例では、ＯリングＯ５の近くに、上述したように液体は透過しないが気体は透過する透過膜３７が設けられている。このためＯリングＯ５を介して燃料電池スタック１０の外側に透過した燃料ガスを、透過膜３７を介してケース６０の外部へと早期に排出することができる。このように、ケース６０内の換気性能の低下が抑制されている。
【００２３】
また、上述したように挿入孔３６ｈは積層方向Ｄに延びた長孔状である。この理由について説明する。燃料電池スタック１０では、複数の単セル２０やプレート５０−０〜５０−ｎの厚みのばらつきが累積されて、積層方向Ｄでのプレート５０−１等の位置のばらつきが生じやすい。ここで、ケース６０には予め孔６３−１が形成される。このため、積層方向Ｄでの孔６３−１に対するプレート５０―１の相対位置がばらつくことになる。また、上述したようにプレート５０−１にはインジェクタ３０―１が接続される。従って、積層方向Ｄでの孔６３−１に対するインジェクタ３０−１の相対位置がばらつくことになる。このようなばらつきを吸収してカバー部３６をケース６０に固定できるようにするために、挿入孔３６ｈは積層方向Ｄに延びた長孔状に形成されている。このように、挿入孔３６ｈは、積層方向Ｄでのケース６０に対するインジェクタ３０−１の相対位置のばらつきを吸収する位置ばらつき吸収部として機能する。尚、その他のインジェクタ３０−２〜３０−ｎについても、上記と同様に構成されている。尚、ケース６０に形成された孔６３−１は、インジェクタ３０−１との相対位置のばらつきを吸収するために、インジェクタ３０−１の本体部３１よりもある程度の余裕を有した大きさの円形状であるがこれに限定されず、例えば積層方向Ｄに延びた長孔状でもよい。
【００２４】
尚、孔６３−１の積層方向Ｄでの大きさは、積層方向Ｄでのケース６０に対してプレート５０−１の位置がばらつく範囲よりも大きく形成されている。また、挿入孔３６ｈの積層方向Ｄでの長さは、積層方向Ｄでのケース６０に対してプレート５０−１の位置がばらつく範囲よりも若干大きく形成されている。
【００２５】
本実施例では透過膜３７は、カバー部３６の外面側に固定されているが、カバー部３６の内面側に固定されていてもよい。
【００２６】
次に、複数の変形例について説明する。尚、複数の変形例に関し、上述した実施例と同一の構成については同一の符号を付することにより、重複する説明を省略する。図４は、第１変形例でのインジェクタ３０ａ―１周辺の構成の断面図である。インジェクタ３０ａ―１の本体部３１の外周部には、円板状のフランジ部３６ａが形成されている。フランジ部３６ａの外周部には、インジェクタ３０ａ―１と別体である円環状のカバー部材７０が配置されている。カバー部材７０の内周部とフランジ部３６ａの外周部との間には、ゴム製のＯリングＯ７が介在している。カバー部材７０は、インジェクタ３０ａ―１と孔６３−１との隙間を覆うようにケース６０に固定されており、具体的には、ネジ６ｓがカバー部材７０に形成された挿入孔７６ｈを貫通してケース６０に形成されたネジ孔６６ｈに螺合することにより固定されている。カバー部材７０は、インジェクタ３０ａ−１と孔６３−１との間を塞ぎ、ケース６０に固定されているカバー部の一例である。
【００２７】
挿入孔７６ｈは積層方向Ｄに延びた長孔状に形成されている。このため、第１変形例では、挿入孔７６ｈは積層方向Ｄでのケース６０に対するカバー部材７０の相対位置のばらつきを吸収する位置ばらつき吸収部として機能する。カバー部材７０には、挿入孔７６ｈよりも内側であってインジェクタ３０ａ―１周りに複数の通気孔７６ｒが形成されている。複数の通気孔７６ｒは、少なくとも一部が孔６３−１に重なっており、複数の通気孔７６ｒはそれぞれ透過膜３７により塞がれている。このため、第１変形例においてもケース６０内の換気性能の低下が抑制されている。第１変形例では、通気孔７６ｒ及び透過膜３７は、液体は透過させないが気体は透過させる透過部の一例である。なお、通気孔７６ｒは複数に限定されず、１つであってもよい。
【００２８】
図５は、第１変形例でのインジェクタ３０ａ―１の基端側から見た図である。尚、図５では、燃料電池スタック１０も示しているが、ケース６０については省略してある。プレート５０ａ―１には、凹部５１の近傍にネジ孔５５ｈが形成されている。本体部３１の先端側には、本体部３１の軸方向と交差する方向に突出した固定片３５が形成されている。固定片３５には挿入孔３５ｈが形成されている。ネジが挿入孔３５ｈを貫通してネジ孔５５ｈに螺合することにより、インジェクタ３０ａ―１はプレート５０ａ―１に固定されている。これにより、インジェクタ３０ａ―１は、ケース６０には直接固定はされていないが、プレート５０ａ−１に直接固定されているため、安定して支持されている。第１変形例においては、まず上述のようにインジェクタ３０ａ―１をプレート５０ａ―１に固定した後に、カバー部材７０をケース６０に固定する。
【００２９】
図６は、第２変形例でのインジェクタ３０ｂ−１周辺の構成の断面図である。第２変形例においても、図５のようにインジェクタ３０ｂ―１はプレート５０ｂ―１に固定される。デリバリパイプ４０ｂ−１は、直接にはインジェクタ３０ｂ−１の本体部３１の基端部に固定されていない。デリバリパイプ４０ｂ−１は、本体部４１から孔６３−１の外側のケース６０の面に向かって斜めに延びたステー部４５が形成されている。ステー部４５の先端にはケース６０の面と並行になった固定片４６が形成されている。ネジ６ｓが固定片４６に形成された挿入孔４６ｈを貫通してネジ孔６６ｈに螺合することにより、ステー部４５はケース６０に固定されている。即ち、デリバリパイプ４０ｂ−１はケース６０に固定されている。また、このようにデリバリパイプ４０ｂ―１がケース６０に固定されることにより、インジェクタ３０ｂ−１はプレート５０−１に押圧された状態で維持される。これにより、インジェクタ３０ｂ−１は安定してプレート５０−１に接続されている。なお、ステー部４５の形状は、上述のように斜めに直線状に形成されるものに限定されず、屈曲部を有して形成されてもよい。
【００３０】
インジェクタ３０ｂ−１には、本体部３１の先端部と端子部３９との間の側面から径方向外側に突出したフランジ部３６ｂが形成されている。フランジ部３６ｂは、本体部３１と一体成型されていてもよいし、本体部３１とは個別に成形した後に本体部３１に溶接又は接着されたものであってもよい。フランジ部３６ｂは、円板状又は矩形板状であるが、孔６３−１の全てを覆うことができるだけの大きさは有していない。フランジ部３６ｂと孔６３−１との間は、透過膜３７ｂにより塞がれている。従って第２変形例では、透過膜３７ｂは、インジェクタ３０ｂ−１と孔６３−１との間を塞ぎ、ケース６０に固定されているカバー部の一例であると共に、液体は透過させないが気体は透過させる透過部の一例でもある。
【００３１】
透過膜３７ｂは、中心に孔が設けられた矩形状又は円形状に形成され、外周縁がケース６０に接着され、内周縁がフランジ部３６ｂに接着されている。ここで、透過膜３７ｂは、インジェクタ３０ｂ―１はプレート５０ｂ―１に固定された後に、外周縁がケース６０に接着され内周縁がフランジ部３６ｂに接着される。また、透過膜３７ｂの外周縁と内周縁との間には蛇腹部３８が形成されている。蛇腹部３８は、少なくとも積層方向Ｄに伸縮可能となっている。このため、積層方向Ｄでの孔６３−１に対するインジェクタ３０ｂ−１の位置のばらつきを、透過膜３７ｂの蛇腹部３８により吸収しつつ、孔６３−１を塞ぐことができる。従って、透過膜３７ｂの蛇腹部３８は、位置ばらつき吸収部として機能する。尚、透過膜３７ｂは、裁断された複数の透過膜を蛇腹状に溶着することにより形成されている。
【００３２】
また、上述したようにデリバリパイプ４０ｂ−１はインジェクタ３０ｂ−１に接続されながらケース６０に固定されている。このため、積層方向Ｄでの孔６３−１に対するインジェクタ３０ｂ−１の位置のばらつくと、ケース６０に対するデリバリパイプ４０ｂ−１の固定片４６の位置もばらつくことになる。ここで、上述した挿入孔４６ｈは積層方向Ｄに延びた長孔状である。このため、このような位置のばらつきを吸収してデリバリパイプ４０ｂ−１をケース６０に固定できる。
【００３３】
尚、上述した実施例及び第１変形例において、透過膜３７の代わりに第２変形例での透過膜３７ｂを採用してもよい。上述した実施例及び第１変形例において、デリバリパイプ４０−１の代わりに第２変形例でのデリバリパイプ４０ｂ−１を採用してもよい。この場合、ケース６０には、カバー部３６を固定するためのネジ孔のみならず、デリバリパイプ４０ｂ−１を固定するためのネジ孔を設ける必要がある。また、第２変形例において、デリバリパイプ４０ｂ−１の代わりにデリバリパイプ４０−１を採用してもよい。この場合、ケース６０の孔６６ｈは不要となるため、このような孔が設けられていない又は塞がれているケースを用いる。
【００３４】
上記実施例及び変形例では、燃料供給部の一例としてインジェクタを例に説明したが、これに限定されず、エジェクタであってもよい。また、上記実施例及び変形例では、プレート５０−１は、プレート５０−１の一方側にあるブロック２０−１のみに燃料ガスを案内するが、このようなプレートに限定されない。例えば、両側のブロックに燃料ガスを案内するプレートであってもよい。
【００３５】
上記実施例及び変形例において、ＯリングＯ４、Ｏ５、Ｏ６、及びＯ７の少なくとも一つの代わりに、断面形状がＯ字状以外のリング、例えば断面Ｄ字状、Ｘ字状、又はＴ字状のリングや、全体形状が円形状ではなく略矩形状のガスケット、その他液状ガスケット等のようなシール部材を使用してもよい。
【００３６】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  燃料電池スタック
２０  単セル
２０−１〜２０−ｎ  ブロック
２１−１〜２１−ｎ  アノード供給マニホールド
３０−１〜３０−ｎ  インジェクタ
３６  カバー部
３６ｒ  通気孔
３７  透過膜
５０―０〜５０−ｎ  プレート
６０  ケース
Ｏ５  Ｏリング
【図１】
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【図２】
2018190634.tif 000004
【図３】
2018190634.tif 000005
【図４】
2018190634.tif 000006
【図５】
2018190634.tif 000007
【図６】
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