(57)【要約】【課題】慣性エネルギーの損出を生じさせることがなく、長時間にわたり保持できるとともに建築費用，材料費用を低減させることが可能なフライウェイトを用いた発電装置を提供する。【解決手段】風力手段の風力エネルギー又は太陽電池手段の蓄電電気エネルギー又は波力手段の波力エネルギー又は原子力手段の熱エネルギー等のエネルギー発生手段２と、当該エネルギー発生手段２からのエネルギーに基づき回転して発電する発電機３と、前記エネルギー発生手段２からのエネルギーに基づき回転するフライウェイト４を有し、当該フライウェイト４の慣性力による回転を前記発電機３に伝達して発電させるエネルギー蓄積手段５とを備えた発電装置１において、前記フライウェイト４は回転軸１３を有する円盤状のコンクリートより成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力手段の風力エネルギー又は太陽電池手段の蓄電電気エネルギー又は波力手段の波力エネルギー又は原子力手段の熱エネルギー等のエネルギー発生手段と、当該エネルギー発生手段からのエネルギーに基づき回転して発電する発電機と、
前記エネルギー発生手段からのエネルギーに基づき回転するフライウェイトを有し、当該フライウェイトの慣性力による回転を前記発電機に伝達して発電させるエネルギー蓄積手段とを備えた発電装置において、
前記フライウェイトは回転軸を有する円盤状のコンクリートより成ることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記フライウェイトは、内部にコンクリート補強材を一体化して成るコンクリートを収容して形成されることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記フライウェイトは少なくとも外周に溝を有し、当該溝に充填材を充填して成ることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項４】
前記フライウェイトは中心部から外周の溝方向に延長する複数の補強片を有することを特徴とする請求項３に記載の発電装置。
【請求項５】
前記フライウェイトに、風受け翼を設けたことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライウェイトを用いて慣性エネルギーを蓄積する機能を有した発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力貯蔵装置用のフライウェイトをＦＲＰ（繊維強化プラスチック）や金属の材料で形成することが知られている（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】特開平０９−３０３４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１によれば、金属を材料として大型のフライウェイト（例えば、直径が１００ｍ〜２００ｍ程度）を製造する場合、大型のフライウェイトに対応する大型の専用鋳造設備の構築費用や、材料費用が大幅に増加してしまうという問題が生じていた。また、ＦＲＰを材料として大型のフライウェイトを製造する場合、ＦＲＰを材料として形成されたフライウェイトは、金属の材料で形成されたフライウェイトより軽くなるため同質のエネルギーを蓄積するには高速で回転する必要があり、空気摩擦が大きく慣性エネルギーの損失を生じさせていた。本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので慣性エネルギーの損失を生じさせることがなく長時間にわたり保持できるとともに、建築費用，材料費用を低減させることが可能なフライウェイトを用いた発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る発電装置は、風力手段の風力エネルギー又は太陽電池手段の蓄電電気エネルギー又は波力手段の波力エネルギー又は原子力手段の熱エネルギー等のエネルギー発生手段と、当該エネルギー発生手段からのエネルギーに基づき回転して発電する発電機と、上記エネルギー発生手段からのエネルギーに基づき回転するフライウェイトを有し、当該フライウェイトの慣性力による回転を上記発電機に伝達して発電させるエネルギー蓄積手段とを備えた発電装置において、上記フライウェイトは回転軸を有する円盤状のコンクリートより成るので、金属材料の大型なフライウェイトを形成するための専用鋳造設備を製造する必要がないので、製造コストを抑えることができる。また、フライウェイトはＦＲＰにより形成されたフライウェイトよりも重くなるので、低速の回転でもフライウェイトが蓄積するエネルギーを増加できる。
フライウェイトは、内部にコンクリート補強材を一体化して成るコンクリートを収容して形成されるので、強度が向上し、フライウェイトのゆがみや、ひび割れや、フライウェイトの縁部にフライウェイト自体の自重により生じる撓みを抑制させることができる。
フライウェイトは少なくとも外周に溝を有し、当該溝に充填材を充填して成るので、充填材をコンクリートよりもコストの低い材料を用いればフライウェイト全体をコンクリートで製造するよりもフライウェイトを廉価に製造することができる。
フライウェイトは中心部から外周の溝方向に延長する複数の補強片を有するので、フライウェイトの外周の重量をフライウェイトの内周よりも重くすることができる。このため、フライウェイトを安定して回転させることができるとともに、フライウェイトが蓄積する回転力を増加させることができる。
フライウェイトに、風受け翼を設けたので、フライウェイトが回転力を蓄積するとともにフライウェイトを回転させる風車として作用させることができるので発電装置の構成部品を削減できる。このため、発電装置を容易に製造することができるとともに発電装置を廉価に製造できる。また、風車を設置するための鉄塔などの高さのある建物を構築する必要がないので、発電装置の周囲の景観を損なうことがない。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】フライウェイトを用いた発電装置の模式図（実施形態１）。
【図２】フライウェイトと軸受と伝達歯車との分解斜視図（実施形態１）。
【図３】伝達歯車の接続を示す斜視図（実施形態１）。
【図４】フライウェイトの斜視図（実施形態１）。
【図５】フライウェイトの斜視図（実施形態２）。
【図６】（ａ）は溝を備えたフライウェイトの斜視図、（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面図（実施形態３）。
【図７】溝内に充填材を充填する状態を示すフライウェイトの斜視図（実施形態３）。
【図８】（ａ）は外周部が内周部よりも重いフライウェイトを示す斜視図、（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ断面図（実施形態４）。
【図９】（ａ）は外周部が内周部よりも重いフライウェイトを示す斜視図、（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面図（実施形態４）。
【図１０】（ａ）は外周部が内周部よりも重いフライウェイトを示す斜視図、（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図（実施形態４）。
【図１１】フライウェイトを用いた発電装置の模式図（実施形態６）。
【図１２】フライウェイトを用いた発電装置の模式図（実施形態７）。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
実施形態１
図１に示すように、発電装置１は、エネルギー発生手段２と、当該エネルギー発生手段２からの風力エネルギーに基づき回転力を得て発電する発電機３と、上記エネルギー発生手段２からのエネルギーに基づき回転するフライウェイト４を有し、当該フライウェイト４の慣性力による回転を上記発電機３に伝達して発電させるエネルギー蓄積手段５とを備える。
風力手段としてのエネルギー発生手段２は、本実施形態では、風車１０により得る回転力を、風車軸体９ａから増速機１１，風車軸体９ｂ，伝達歯車３１，回転縦軸２７，伝達歯車３１，第１の回転横軸２８，第１クラッチ２３ａ，ギアボックス２４に伝達する構成と成っている。ギアボックス２４からの回転力は、矢印Ａに示すように後述の回転軸１３の係合部１４を介してエネルギー蓄積手段５に伝達される。また、矢印Ｂに示すように、エネルギー蓄積手段５の回転力は第２の回転横軸２９を介して発電機３に伝達される。従って、風力が強いときは、第１クラッチ２３ａを繋いだ状態とし、かつ第２クラッチ２３ｂを繋いだ状態とすることでエネルギー発生手段２からの回転力は、矢印Ａに示す伝達経路でエネルギー蓄積手段５と発電機３の両方に伝達される。これにより、エネルギー蓄積手段５が回転されてエネルギーが蓄積されるとともに、発電機３が発電をして電力が得られ、送電線１２に送電される。
風力が弱いとき、又は、無風となると、第１クラッチ２３ａを切断した状態とし、第２クラッチ２３ｂを繋いだ状態とする。これにより、エネルギー発生手段２の回転力は遮断され、エネルギー蓄積手段５のみが第２クラッチ２３ｂを介して慣性力によるエネルギーで回転され、矢印Ｂに示す伝達経路で発電機３が駆動される。これにより、エネルギー蓄積手段５の回転力により発電機３が発電されて、送電線１２に送電される。
【０００８】
８はナセルであり、先端に風車１０を有し、内部に風車軸体９ａ，増速機１１，風車軸体９ｂ，伝達歯車３１等を収容する。風車軸体９ｂはナセル８内部に設置された遊星歯車等を用いた増速機１１により回転が増速される。
【０００９】
次に、エネルギー蓄積手段５は、図１，図２，図３に示すように、地面１８に設置された円盤状の基礎部１７と、基礎部１７の中心より突出する回転軸１３と、上記回転軸１３が嵌合する係合部１４と、この係合部１４を中心部に有するフライウェイト４とから成る。
基礎部１７は、上面でフライウェイト４を回転自在に支持するもので、金属，コンクリート構造物等の剛性の高い材料により形成され、下方に筒体１７ｍを有し、筒体１７ｍにはギアボックス２４、回転軸１３、回転横軸２８，２９を収容するための内部空間１７ｎを有する。上記基礎部１７の上面とフライウェイト４の下面との間の中央側に玉軸受３６を有し、上記両者の外周にころ軸受３７を有する。玉軸受３６は上側枠３６ａと下側枠３６ｂとの間に複数介在されるベアリング３６ｃを有する。玉軸受３６の中央の回転軸孔３６ｄから後述の回転軸１３が上方に突出する。上記ころ軸受３７は、周方向に複数等配置されているころ支持台３９ａところ支持台３９ａに回転可能に支持されるころ本体３９ｂとフライウェイト４の外周下面に設置された環状板部３７ａとを有する。玉軸受３６，ころ軸受３７の上にフライウェイト４が載置されるので、フライウェイト４は周方向に回転可能となる。
なお、環状板部３７ａ、玉軸受３６及びころ軸受３７は、摩擦の少ないテフロン（登録商標）等の材料で形成されることが望ましい。フライウェイト４は本例ではコンリートを円盤状に成形して形成させる。基礎部１７も同様である。
【００１０】
上記フライウェイト４の構造について、図４を用いて説明すると、フライウェイト４は円盤状、又は、円柱形状のコンクリート製のコンクリート構造物により形成される。図２に示すようにフライウェイト４の中心軸ａに沿って回転軸１３を有する。
フライウェイト４の中央には、下向き開口の係合部１４を有し、この係合部１４に回転軸１３が嵌合される。なお、フライウェイト４は砂利（細骨材，粗骨材），セメントペースト等のコンクリート材料を混練，混合することで構築される。例えば、径が１００ｍ〜２００ｍ程度、高さが２〜５ｍ程度、重さが数十万トン程度となるように構築される。
【００１１】
係合部１４は、フライウェイト４の中心軸ａに沿ってフライウェイト４の下面より上面に向けて形成された有底の穴部１４ａと、穴部１４ａの延長方向に沿って形成される凹溝１４ｂとにより形成される。
回転軸１３の凸部１３ｂがフライウェイト４の凹溝１４ｂに嵌り合うことで回転軸１３の軸側係合部１３ａがフライウェイト４の係合部１４に嵌り合い、回転軸１３と係合部１４とは回転方向に一体化する。これにより、フライウェイト４からギアボックス２４に回転力（エネルギー発生手段２からのエネルギー、又は、フライウェイト４の慣性力による回転力）を伝達させたり、若しくは、ギアボックス２４からフライウェイト４に回転力を伝達させることができる。
図２，３に示すとおり、ギアボックス２４は第１の回転横軸２８の伝達歯車３１ａと、回転軸１３の下部側に位置する伝達歯車３１ｂと、第２の回転横軸２９の伝達歯車３１ｃと噛み合わせて構成されている。また、風車軸体９ｂと回転縦軸２７との接続、及び、回転縦軸２７と第１の回転横軸２８との接続にも同様に伝達歯車３１ａ，３１ｂが用いられる。
【００１２】
次に発電装置１の動作を説明する。
まず、第１クラッチ２３ａと第２クラッチ２３ｂとを繋いだ状態の発電装置１を説明する。図１に示すように、風車１０で風力を受けることにより、ナセル８内の風車軸体９ａに生じた回転力が、風車軸体９ａと連結された増速機１１により増速されて風車軸体９ｂに伝達される。風車軸体９ｂに伝達された回転力は風車軸体９ｂと伝達歯車３１ａ，３１ｂを介して接続された第１の回転横軸２８に伝達される。第１の回転横軸２８に伝達された回転力は伝達歯車３１ａと伝達歯車３１ｂとを介して接続された回転軸１３に伝達されるとともに、回転軸１３の伝達歯車３１ｂと第２の回転横軸２９の伝達歯車３１ｃを介して接続された第２の回転横軸２９に伝達される。回転軸１３に伝達された回転力はギアボックス２４内の図外の変速部を介して適度な回転力に調整されてフライウェイト４に伝達される。これにより、フライウェイト４は風力を回転力に変換して慣性エネルギーとして蓄積することができる。そして、第２の回転軸２９に伝達された回転力は、発電機３内の図外の接続手段に伝達されることにより発電機３が回転力を電力に変換して発電を行う。発電機３により発電された電力は、送電線１２を介して図外の電力系統に送電される。従って、第１クラッチ２３ａと第２クラッチ２３ｂとを繋いだ場合、エネルギー発生手段２のエネルギーは発電機３により発電を行うとともにフライウェイト４を回転させて慣性エネルギーを蓄積することができる。
次に、風が弱くなったとき、又は無風時に第１クラッチ２３ａを切断して、第２クラッチ２３ｂを繋いだ状態の発電装置１を説明する。
フライウェイト４に蓄積された慣性エネルギーの回転力は回転軸１３の伝達歯車３１ｂと伝達歯車３１ｃを介して接続された第２の回転軸２９に伝達され、発電機３に伝達されることにより発電機３が回転力を電力に変換して発電を行う。発電機３により発電された電力は、送電線１２を介して図外の電力系統に送電される。第１クラッチ２３ａを切断した状態とすることにより、風車１０の回転不足を補償できる。
【００１３】
なお、本実施形態ではフライウェイト４を発電装置１に用いたが、無停電電源装置や、プレス機械や、蓄電装置等に用いたり、回転により電気を発電する発電機の構成部品としてフライウェイト４を用いてもよい。
また、フライウェイト４はナセル８の外部に設けたが、ナセル８内部の風車軸体９ａ，９ｂに回転可能に設置してもよい。
また、クラッチ２３ａ，２３ｂは回転軸１３の中間部に設けてもよい。これによれば、風力により得られた回転力をフライウェイト４に伝えずに直接発電機３に伝達させるということと、風力により得られた回転力をフライウェイト４に蓄積させるとともに発電機３に伝達させることを任意に選択することができる。
また、玉軸受３６はボールベアリング，ボール軸受等を用いればよい。ころ軸受３７は、円筒ころ，円錐ころ，自動調心ころ，ローラーベアリング等を用いればよい。また、軸受として油軸受と空気軸受等のすべり軸受や、回転部分を磁気で支える磁気軸受や、オイルのような流体を使った軸受である流体軸受等を用いてもよい。
【００１４】
本実施形態では、フライウェイト４の慣性力による回転を上記発電機３に伝達して発電させるエネルギー蓄積手段５を備えた発電装置１において、上記フライウェイト４は回転軸１３を有する円盤状のコンクリート製フライウェイト４により成るので、フライウェイト４は金属を材料として形成されたフライウェイト４よりも廉価に製造することができる。また、金属材料の大型なフライウェイト４を形成するための専用鋳造設備を製造する必要がないので、製造コストを抑えることができる。また、本発明のフライウェイト４はＦＲＰにより形成されたフライウェイト４よりも重くなるので、ＦＲＰにより形成されたフライウェイト４よりも回転速度を低下させることができる。これにより、フライウェイト４が受ける空気抵抗が低減するので回転力の損失を抑えることができ、フライウェイト４が蓄積するエネルギーを増加できる。このため、発電装置１は慣性エネルギーの損失を生じさせることがなく、長時間にわたり保持できるとともに建築費用，材料費用を低減させることが可能となる。
また、フライウェイト４は玉軸受３６及びころ軸受３７を介して基礎部１７に支持されたことにより、フライウェイト４をナセル８内部に設置する必要が無いので、ナセル８よりも大きなフライウェイト４を製造することができる。これにより、フライウェイト４を重くさせることができるので、フライウェイト４の回転速度を更に低下させることができ、フライウェイト４が蓄積するエネルギーを増加できる。
【００１５】
実施形態２
本実施形態２では、図５に示すように、エネルギー蓄積手段５のコンクリート製フライウェイト４は、内部にコンクリート補強材４０を備えた。つまり、コンクリート補強材４０とフライウェイト４とを一体化した補強構造物を構築した。コンクリート補強材４０は、棒状や、篭状や、フライウェイト４の曲率に沿った円環状、又は、フライウェイト４の曲率に沿った弧状に加工された鉄筋４０ａなどが用いられる。これにより、鉄筋４０ａの外側に、コンクリート製のフライウェイト４が一体化された鉄筋コンクリート構造物２０Ａが構築される。鉄筋コンクリート構造物２０Ａは、鉄筋４０ａを配置した後、鉄筋を覆うように型枠内にコンクリートを打設することで構築される。
【００１６】
実施形態２によれば、コンクリート製のフライウェイト４は、鉄筋コンクリート構造物２０Ａにより構築されるので、強度が向上する。これにより、フライウェイト４はゆがみや、ひび割れや、フライウェイト４の自重により生じる撓みを抑制させることができる。
【００１７】
実施形態３
図６、図７に示すように、フライウェイト４は円板の底板４０ｂの外周から立ち上がるリング状の外周立上り枠４０ｃと、この外周立上り枠４０ｃより中央寄りに位置するリング状の内周立上り枠４０ｄと、係合部１４を有する中央枠４０ｅから半径方向に突出する６枚の翼板４４，４４を有する。外周立上り枠４０ｃと内周立上り枠４０ｄとの間に溝４１が形成され、翼板４４と翼板４４との間に扇形の凹部４１ａ，４１ａ・・・が形成される。これ等溝４１及び凹部４１ａ，４１ａ・・・には充填材４５が充填される。
充填材４５は、コンクリートの材料、砂，水，砂利，土内のいずれかの材料、又は、これ等の材料を組み合わせた混合材料を用いればよい。例えば、砂，水，砂利，土内のいずれかのコンクリートよりもコストの低い材料を充填材４５として用いれば、フライウェイト４全体をコンクリートで製造するよりも廉価とすることができる。また、充填材４５はコンクリート材料よりも比重の重い材料を用いてもよい。
【００１８】
実施形態３によれば、フライウェイト４の少なくとも外周部４３に溝４１を有し、当該溝４１及び凹部４１ａ，４１ａ・・内に上記フライウェイト４としての充填材４５を充填して成るので、コンクリートよりもコストの低い材料の充填材４５を用いればフライウェイト４全体をコンクリートで製造するよりも廉価に製造することができる。
【００１９】
実施形態４
実施形態４は、図８に示すように、フライウェイト４の上端に一体化したリング蓋５０ａを有したものである。なお、フライウェイト４の中央に係合部１４が形成される。以上の構成によれば、フライウェイト４は回転により大きな遠心力が得られる。
【００２０】
実施形態５
図９（ａ），（ｂ）の実施形態は、図６〜図７の構成において、外周の溝４１に充填材４５を充填したものである。この構成によれば、フライウェイト４は回転により大きな遠心力が得られる。
【００２１】
実施形態６
図１０（ａ），（ｂ）に示す実施形態は、図６，図７において翼板４４を円形の係合部１４の接線方向に突出させて、半径方向に対し傾斜させたものである。この構成においても、フライウェイト４は回転により大きな遠心力が得られる。
【００２２】
実施形態７
実施形態７では、図１１に示すように、発電装置１は、風力置換装置５０と、発電機３とを備えた。風力置換装置５０はエネルギー発生手段２とエネルギー蓄積手段５とが一体化して形成される。すなわち、風力置換装置５０はフライウェイト４と、風力をフライウェイト４の回転力に供給する風受け翼５５とを備えた。
風受け翼５５はフライウェイト４の外面より突出してフライウェイト４に設けられる。風受け翼５５は、板材や、カップ上に湾曲した板など風を受けることができる形状であればよい。これにより、フライウェイト４は、矢印ｃ方向の風を開口内の収容部５５ｂで風を受けることで、矢印ｄに示すように一方方向に回転して回転力としてエネルギーを蓄積することができる。
なお、本形態において、回転軸１３の伝達歯車３１ｂは第２の回転横軸２９の伝達歯車３１ｃとのみ噛み合っている。すなわち、実施形態１の第１の回転横軸２８から風車１０側を取り除いて形成される。
【００２３】
実施形態７によれば、フライウェイト４に、風受け翼５５を設けたので、フライウェイト４が回転力を蓄積するとともにフライウェイト４を回転させる風車として作用させることができるので発電装置１の構成部品を削減できる。このため、発電装置１を容易に製造することができるとともに発電装置１を廉価に製造できる。また、風車１０を設置するための鉄塔７などの高さのある建物を構築する必要がないので、発電装置１の周囲の景観を損なうことがない。
【００２４】
実施形態８
実施形態１のエネルギー発生手段２を太陽電池手段６０により形成した。図１２に示すように、太陽電池手段６０は、太陽電池パネル６１と、モータ６２とを備える。
太陽電池パネル６１は、太陽光や光を利用して発電を行う複数の太陽電池６１ａと、モータ６２と電気的に接続する配線６３と配線６３に接続された図外の蓄電回路とを備える。太陽電池６１ａを構成する太陽電池素子は、例えば、結晶シリコン太陽電池素子，多結晶シリコン太陽電池素子，アモルファスシリコン太陽電池素子，銅インジウムセレナイド太陽電池素子等の化合物半導体太陽電池素子等の材料を用いればよく、互いに直列及び／又は並列に電気的に接続された構成である。
モータ６２は太陽電池パネル６１により得られた電流により第２の回転横軸２９を回転駆動させる。これにより、太陽光や光によりモータ６２が回転することにより、フライウェイト４が回転可能となる。
【００２５】
実施形態８によれば、太陽光や光より得られたエネルギーによりフライウェイト４を回転させることができる。
【００２６】
尚、本発明の発電装置１は、実施形態１の構成、即ち、フライウェイト４の構成は、実施形態２乃至実施形態６のいずれか１つ以上の実施形態の構成を加味したフライウェイト４、又は、実施形態７乃至実施形態８のいずれか１つ以上の実施形態の構成を加味した発電装置の形態であればよい。
【００２７】
エネルギー発生手段２は、実施形態１のように、エネルギーにより得られた回転力をエネルギー蓄積手段５に供給する手段としてそのエネルギーが風力（風力エネルギー）である風力手段の他に、蓄電電気エネルギー（太陽光）である太陽電池手段、又は、波の力（波力エネルギー）である波力手段、又は、原子力（熱エネルギー）である原子力手段により構成してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  発電装置、２  エネルギー発生手段、３  発電機、４  フライウェイト、
５  エネルギー蓄積手段、１３  回転軸、４０  コンクリート補強材、４１  溝、
４５  充填材、５５  風受け翼、６０  太陽電池手段。
【図１】
2011239634.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011239634.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2011239634.tif 000012
【図１１】
2011239634.tif 000013
【図１２】
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