CN213401263U - 一种燃料电池测试设备用气体分配装置及测试设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种燃料电池测试设备用气体分配装置及测试设备，涉及电性能的测试装置的领域，其包括：至少两个设于下炉膛上侧的电堆底座、设于下炉膛上与电堆底座连通的氢气进气管组件、至少一个一端伸入下炉膛内另一端伸出下炉膛且与电堆底座互相连通的空气进气管、与电堆底座连通以排出电堆阴极尾气的阴极尾气管组件和与电堆底座连通以排出电堆阳极尾气的阳极尾气管组件，所述下炉膛具有一密闭空腔；其中，氢气经氢气进气管组件到达至少两所述电堆底座的路径长度相等，空气经空气进气管到达至少两所述电堆底座的路径长度相等。本申请具有测试两个以上电堆时使每个电堆的流入气体流量压力一致，提高了电堆性能测试的效率和准确性的效果。

Description

一种燃料电池测试设备用气体分配装置及测试设备

技术领域

本申请涉及电性能的测试装置的领域，尤其是涉及一种燃料电池测试设备用气体分配装置及测试设备。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料气体和氧气作为发电来源，没有机械传动部件，故没有声污染，且排放出的有害气体极少。

如申请号为2019109595299的中国专利，公开了一种燃料电池测试设备，对燃料电池测试时，能够定位所述燃料电池的电堆，包括：支架；下压板，用于放置所述电堆，固定连接于所述支架的一侧；固定板，固定连接于所述支架的另一侧；油缸，固定设置于所述固定板背离所述下压板的一侧；上压板，设于所述支架内，且设于所述下压板和所述固定板之间，所述油缸能够驱动所述上压板以将所述电堆夹设于所述下压板和所述上压板之间；压力检测表，用于检测所述油缸对所述上压板施加的力。

针对上述中的相关技术，发明人认为上述燃料电池测试设备一次仅能对一个燃料电池进行测试，当同时对两个以上电堆进行测试时，使每个电堆的流入气体流量压力一致是测试设备的一个难点，亟待解决。

实用新型内容

为了使测试时两个以上电堆的流入气体流量压力一致，本申请提供一种燃料电池测试设备用气体分配装置及测试设备。

第一方面，本申请提供一种燃料电池测试设备用气体分配装置，采用如下的技术方案：

一种燃料电池测试设备用气体分配装置，应用于下炉膛上，包括至少两个设于下炉膛上侧的电堆底座、设于下炉膛上与电堆底座连通的氢气进气管组件、至少一个一端伸入下炉膛内另一端伸出下炉膛且与电堆底座互相连通的空气进气管、与电堆底座连通以排出电堆阴极尾气的阴极尾气管组件和与电堆底座连通以排出电堆阳极尾气的阳极尾气管组件，所述下炉膛具有一密闭空腔；

其中，氢气经氢气进气管组件到达至少两所述电堆底座的路径长度相等，空气经空气进气管到达至少两所述电堆底座的路径长度相等。

通过采用上述技术方案，使得两个以上电堆在同一台测试设备上测试时，氢气经氢气进气管组件到达至少两电堆的路径长度相等，空气经空气进气管到达至少两所述电堆底座的路径长度相等，进而使得流入每个电堆的同一种气体的流量以及压力一致，使得两个以上电堆在同一测试设备上测试时工作条件相同，提高了电堆性能测试的效率和准确性。

可选的，所述氢气进气管组件包括一端伸出下炉膛另一端伸入下炉膛内的氢气进管和设于伸入下炉膛内的氢气进管上且与电堆底座连接的氢气进气支管，所述氢气进气支管与电堆底座一一对应，氢气经氢气进管与氢气进气支管到达电堆底座的路径长度相等，至少两所述氢气进气支管的长度相等，所述电堆底座上设有与氢气进管一一对应且互相连通的氢气进口。

通过采用上述技术方案，使得两个以上电堆在同一台测试设备上测试时，氢气经氢气进气管组件到达至少两电堆的路径长度相等，进而使得流入每个电堆的氢气的流量以及压力一致，提高了电堆性能测试的效率和准确性。

可选的，所述电堆底座的数量为四个，所述氢气进管伸入下炉膛内的端部连接有至少一个与四个氢气进气支管连接的过渡管，四所述电堆底座至氢气进管伸入下炉膛内的端部的距离相等。

通过采用上述技术方案，使得四个电堆底座在同一台测试设备上测试时，氢气经氢气进气管组件到达四个电堆底座的路径长度相等，进而使得流入每个电堆的氢气的流量以及压力一致，提高了四个电堆性能同时测试时的效率和准确性。

可选的，所述过渡管的数量为两个，两所述过渡管对称设于氢气进管的两侧，四所述氢气进气支管对称设于氢气进管的两侧，一所述过渡管对应于两个氢气进气支管。

通过采用上述技术方案，使得四个电堆底座在同一台测试设备上测试时，氢气经氢气进气管组件到达四个电堆底座的路径长度相等，进而使得流入每个电堆的氢气的流量以及压力一致，提高了四个电堆性能同时测试时的效率和准确性。

可选的，两所述过渡管均呈水平设置，所述过渡管与氢气进气管互相垂直。

通过采用上述技术方案，过渡管与氢气进管垂直时，方便组装过渡管与氢气进管时进行定位，提高了过渡管与氢气进管的组装效率。

可选的，所述空气进气管的数量为一个，所述空气进气管伸入下炉膛内的部分与下炉膛的密闭空腔互相连通，伸入密闭空腔内的所述电堆底座上设有与密闭空腔互相连通的空气进气口，所述空气进气管伸入下炉膛内的侧壁上设有出气孔，所述出气孔距至少两所述电堆底座的空气进气口的最短距离相等。

通过采用上述技术方案，使得两个以上电堆底座在同一台测试设备上测试时，空气经空气进气管到达两个以上电堆底座的最短路径长度相等，进而使得流入每个电堆的空气的流量以及压力一致，提高了四个电堆性能同时测试时的效率和准确性。

可选的，所述出气孔竖直朝下设置。

通过采用上述技术方案，出气孔竖直朝下设置，使得空气在进入电堆底座之前能够停留在密闭空腔内足够长的时间，以方便对经空气进气管与密闭空腔进入电堆底座的空气进行加热。

可选的，所述阴极尾气管组件包括固定于电堆底座下侧且与电堆底座一一对应的阴极尾气支管和至少一个与阴极尾气支管连接且一端伸出下炉膛的阴极尾气排出管，所述电堆底座上设有与阴极尾气支管一一对应且互相连通的阴极尾气槽。

通过采用上述技术方案，使得两个以上电堆在测试时通过阴极尾气管组件排出阴极尾气的流量和压力保持一致，提高了电堆性能测试的准确性。

可选的，所述阳极尾气管组件包括固定于电堆底座下侧且与电堆底座一一对应的阳极尾气支管和至少一个与阳极尾气支管连接且一端伸出下炉膛的阳极尾气排出管，所述电堆底座上设有与阳极尾气支管一一对应且互相连通的阳极尾气孔。

通过采用上述技术方案，使得两个以上电堆在测试时通过阳极尾气管组件排出阳极尾气的流量和压力保持一致，提高了电堆性能测试的准确性。

第二方面，本申请提供一种燃料电池测试设备，采用如下的技术方案：

一种燃料电池测试设备，包括如上所述的燃料电池测试设备用气体分配装置。

通过采用上述技术方案，使得两个电堆在同一台测试设备上测试时，氢气经氢气进气管组件到达至少两电堆的路径长度相等，空气经空气进气管到达至少两所述电堆底座的路径长度相等，进而使得流入每个电堆的同一种气体的流量以及压力一致，使得两个以上电堆在同一测试设备上测试时工作条件相同，提高了电堆性能测试的效率和准确性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

使得流入每个电堆的同一种气体的流量以及压力一致，使得两个以上电堆在同一测试设备上测试时工作条件尽可能相同，提高了电堆性能测试的效率和准确性。

附图说明

图1是本申请实施例1的一种燃料电池测试设备的结构示意图。

图2是本申请实施例1的上炉膛与压紧机构的俯视图。

图3是图2中A-A向的局部剖视图。

图4是本申请实施例1的下炉膛与气体分配装置、电堆底座的结构示意图。

图5是本申请实施例1的电堆底座与气体分配装置的结构示意图。

图6是本申请实施例1的电堆底座的俯视图。

图7是图6中B-B向的剖视图。

图8是本申请实施例1的上炉膛与升降机构、压紧机构的结构示意图。

图9是本申请实施例2的电堆底座与氢气进气管组件的结构示意图。

图10是本申请实施例3的电堆底座与氢气进气管组件的结构示意图。

附图标记说明：1、支架；11、上侧板；12、支撑板；121、固定板；2、下炉膛；21、密闭空腔；22、顶板；3、电堆底座；31、氢气进口；32、空气进气口；33、阴极尾气槽；34、阳极尾气孔；4、气体分配装置；41、氢气进气管组件；411、氢气进管；4111、过渡管；412、氢气进气支管；42、空气进气管；421、出气孔；43、阴极尾气管组件；431、阴极尾气支管；432、阴极尾气排出管；44、阳极尾气管组件；441、阳极尾气支管；442、阳极尾气排出管；5、上炉膛；51、第一空腔；52、导向套；6、升降机构；61、升降丝杆；62、升降块；63、驱动电机；7、压紧机构；71、绝缘压杆；72、压紧动力源；81、加热组件；811、第一加热丝；9、第二加热机构；91、第二加热丝；10、电堆。

具体实施方式

以下结合附图1-10对本申请作进一步详细说明。

实施例1

本申请实施例公开一种燃料电池测试设备。参照图1、2、3，燃料电池测试设备包括支架1、下炉膛2、电堆底座3、气体分配装置4、上炉膛5、升降机构6和压紧机构7；下炉膛2固定于支架1上，下炉膛2的上侧固定有至少两个电堆底座3，电堆底座3供电堆10放置，气体分配装置4设于下炉膛2上以为电堆底座3上的电堆10输送氢气（或者氢气混合物）和空气，上炉膛5沿竖直方向滑移连接于支架1上，上炉膛5位于下炉膛2的正上方，升降机构6用于驱使上炉膛5升降，压紧机构7用于将电堆10压紧固定于电堆底座3上。

参照图3、4，下炉膛2具有一密闭空腔21，下炉膛2的上侧具有一顶板22，电堆底座3固定于顶板22上且贯穿顶板22，电堆底座3的上侧凸出顶板22的外侧，电堆底座3的下侧经顶板22伸入密闭空腔21内；下炉膛2的底壁与侧壁上均具有保温层。

气体分配装置4包括氢气进气管组件41、空气进气管42、阴极尾气管组件43和阳极尾气管组件44，氢气进气管组件41用于给电堆底座3上的电堆10输送氢气（或者氢气混合物），空气进气管42用于给电堆底座3上的电堆10输送空气，阴极尾气管组件43用于排出电堆10阴极的尾气，阳极尾气管组件44用于排出电堆10阳极的尾气；密闭空腔21内还设有第二加热机构9，第二加热机构9包括至少一个第二加热丝91，此处第二加热丝91均匀设于气体分配装置4的外侧，以对经过氢气进气管组件41的氢气（或者氢气混合物）以及经过空气进气管42的空气进行加热。

参照图4、5，氢气进气管组件41包括与电堆底座3连接的氢气进管411，氢气进管411与第二加热丝91互相平行，氢气进管411的一端伸出下炉膛2，氢气进管411的另一端伸入下炉膛2内，氢气进管411的数量可以与电堆底座3一一对应，也可以为一个；氢气进管411的数量与电堆底座3一一对应时，即通过同样规格的氢气进管411给两个以上电堆底座3上的电堆10输送氢气（或者氢气混合物），以使得测量时两个以上电堆10的工作条件相同。

氢气进管411的数量为一个时，氢气进气管组件41还包括氢气进气支管412，氢气进气支管412的数量与电堆底座3一一对应，所有氢气进气支管412的尺寸规格一致，氢气进管411可以呈水平设置，也可以呈倾斜设置，此处以氢气进管411呈水平设置为例进行介绍，电堆底座3的数量为两个时，两个电堆底座3对称设于氢气进管411的两侧，两个氢气进气支管412对称设于氢气进管411的两侧，氢气进气支管412的一端与氢气进管411连接且互相连通，氢气进气支管412的另一端与电堆底座3连接且互相连通；电堆底座3的数量为四个时，四个电堆底座3两两一组对称设于氢气进管411的两侧，氢气进气管组件41还包括过渡管4111，过渡管4111的数量为两个，两个过渡管4111对称设于氢气进管411的两侧，两个过渡管4111的一端与氢气进管411连接且互相连通，一个过渡管4111对应于两个氢气进气支管412，同一过渡管4111上的两个氢气进气支管412关于过渡管4111对称，四个氢气进气支管412两两一组对称设于氢气进管411的两侧，此处优选两个过渡管4111的一端均连接于氢气进管411伸入下炉膛2内的一端，两个过渡管4111呈同心设置，两个过渡管4111呈水平设置且与氢气进管411互相垂直。

以四个电堆底座3为例进行阐述，阴极尾气管组件43的数量为两个，两个阴极尾气管组件43对称设于氢气进管411的两侧，阴极尾气管组件43包括两个阴极尾气支管431和一个阴极尾气排出管432，阴极尾气支管431与电堆底座3一一对应，阴极尾气支管431固定于电堆底座3的下侧且呈竖直设置，阴极尾气排出管432呈水平设置，阴极尾气排出管432的一端伸出下炉膛2另一端伸入下炉膛2内，一个阴极尾气排出管432与氢气进管411同一侧的两个阴极尾气支管431连通。

以四个电堆底座3为例进行阐述，阳极尾气管组件44的数量为两个，两个阳极尾气管组件44对称设于氢气进管411的两侧，阳极尾气管组件44包括两个阳极尾气支管441和一个阳极尾气排出管442，阳极尾气支管441与电堆底座3一一对应，阳极尾气支管441固定于电堆底座3的下侧且呈竖直设置，阳极尾气排出管442呈水平设置，阳极尾气排出管442的一端伸出下炉膛2另一端伸入下炉膛2内，一个阳极尾气排出管442与氢气进管411同一侧的两个阳极尾气支管441连通。

空气进气管42的一端伸出下炉膛2，空气进气管42的另一端伸入下炉膛2，空气进气管42可以直接与电堆底座3连接，即空气进气管42与电堆底座3一一对应连接，或者通过类似上述氢气进管411、过渡管4111与氢气进气支管412的结构与电堆底座3连接；空气进气管42还可以通过间接的方式与电堆底座3连通，空气进气管42伸入下炉膛2内的侧壁上开设有出气孔421，出气孔421可以竖直朝上设置，也可以竖直朝下设置，此处出气孔421优选竖直朝下开设，出气孔421至两个以上电堆底座3的距离相等。

参照图6、7，电堆底座3上开设有空气进气口32，空气进气口32的下侧与密闭空腔21互相连通，空气进气口32的下侧与电堆10的阴极连通，以通过空气进气管42与空气进气口32将空气输送至电堆10的阴极；电堆底座3上开设有氢气进口31，氢气进口31供氢气进气支管412的上端***，以通过氢气进管411与氢气进气支管412将氢气输送至电堆10的阳极；电堆底座3上开设有阳极尾气孔34，阳极尾气孔34供阳极尾气支管441的上端***，以通过阳极尾气支管441与阳极尾气排出管442将电堆10阳极的尾气排出；电堆底座3上还开设有阴极尾气槽33，阴极尾气槽33供阴极尾气支管431的上端***，以通过阴极尾气支管431与阴极尾气排出管432将电堆10阴极的尾气排出。

参照图3、8，上炉膛5具有一第一空腔51，第一空腔51的开口朝向下炉膛2设置，第一空腔51内设有第一加热机构，第一加热机构用于给电堆10加热，以调节电堆10工作时的温度；第一加热机构包括三个沿竖直方向均匀设置的加热组件81，加热组件81包括至少一个呈环状的第一加热丝811，此处加热组件81优选包括两个沿竖直方向间隔设置的第一加热丝811，第一加热丝811可以为方环状，也可以为圆环状，此处第一加热丝811以方环状为例进行描述，第一加热丝811套设于四个电堆10的外侧，四个电堆10形成的四边形的外接圆与第一加热丝811的外接圆呈同心设置，电堆10距第一加热丝811的最短距离相等，此处四个电堆10一一对应分布于第一加热丝811的拐角处。

上炉膛5的两相对侧壁上均固定有滑块，支架1上固定有呈竖直设置的滑轨，以将上炉膛5沿竖直方向滑移连接于支架1上；升降机构6设于上炉膛5的一侧，升降机构6的数量至少为一个，此处升降机构6的数量优选为两个，两个升降机构6对称设于上炉膛5的两侧，升降机构6包括升降丝杆61、升降块62和驱动电机63，支架1具有呈竖直设置的支撑板12，支撑板12的两端均固定有固定板121，升降丝杆61的两端均通过轴承转动连接于两个固定板121上，升降块62固定于上炉膛5的一侧壁上，升降块62套设于升降丝杆61上且升降丝杆61螺纹连接，驱动电机63固定于支架1上，驱动电机63的输出轴可与升降丝杆61的一端直接固定，以驱使升降丝杆61转动，也可以通过链传动、齿轮传动、带传动驱使升降丝杆61转动，此处驱动电机63优选通过链传动驱使升降丝杆61转动。

压紧机构7与电堆底座3一一对应，压紧机构7包括绝缘压杆71和压紧动力源72；压紧动力源72固定于支架1的上侧板11上，压紧动力源72与电堆底座3一一对应，压紧动力源72可以为气缸、油缸，也可以为步进丝杆电机，此处压紧动力源72优选为气缸，压紧动力源72的活塞杆朝向电堆底座3设置；绝缘压杆71固定于压紧动力源72的活塞杆上，绝缘压杆71穿设于上炉膛5上且与上炉膛5滑移连接，绝缘压杆71与上炉膛5密封连接，绝缘压杆71位于电堆底座3的正上方，以在压紧动力源72的驱使下将电堆10压紧于电堆底座3上。

实施例1的实施原理为：测试时，先将四个电堆10分别一一对应放置于电堆底座3上，之后驱动电机63转动驱使升降丝杆61转动，升降丝杆61驱使升降块62带动上炉膛5向下移动罩合于下炉膛2上，此时第一空腔51呈密闭设置，压紧动力源72的活塞杆伸出驱使绝缘压杆71将电堆10压紧固定于电堆底座3上，然后通过氢气进气管组件41给电堆10输送氢气（或者氢气混合物），使进入每个电堆10的氢气的压力和流量保持一致，通过空气进气管42给电堆10输送氧气，使进入每个电堆10的空气的压力和流量保持一致，通过阴极尾气管组件43将电堆10阴极的尾气排出，使从每个电堆10的阴极排出的尾气的压力和流量保持一致，通过阳极尾气管组件44将电堆10阳极的尾气排出，使从每个电堆10的阳极排出的尾气的压力和流量保持一致，通过密闭空腔21内的第二加热机构9给进入电堆10的氢气（或者氢气混合物）和空气加热，使进入每个电堆10的氢气的温度以及空气的温度保持一致，第一空腔51内的第一加热机构给电堆10加热，使每个电堆10工作时的温度保持一致，以提高电堆10性能的测试效率。

实施例2

与实施例1的不同之处在于，参照图9，过渡管4111的数量为一个，过渡管4111呈竖直设置，过渡管4111的下端与氢气进管411伸入下炉膛2的一端连接，两个以上氢气进气支管412与过渡管4111的连接处位于过渡管4111的同一径向截面上，两个以上氢气进气支管412的尺寸规格相同。

实施例3

与实施例1的不同之处在于，参照图10，氢气进气管组件41包括氢气进管411和氢气进气支管412，氢气进管411呈竖直设置，此时两个以上电堆底座3距氢气进管411伸入下炉膛2内的一端的距离相等，所有氢气进气支管412的尺寸规格相同，所有氢气进气支管412与氢气进管411的连接处位于氢气进管411的同一径向截面上。

本申请中氢气混合物指氢气、一氧化碳、甲烷和保护气体的混合物，保护气体包括氮气。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池测试设备用气体分配装置，应用于下炉膛（2）上，其特征在于：包括至少两个设于下炉膛（2）上侧的电堆底座（3）、设于下炉膛（2）上与电堆底座（3）连通的氢气进气管组件（41）、至少一个一端伸入下炉膛（2）内另一端伸出下炉膛（2）且与电堆底座（3）互相连通的空气进气管（42）、与电堆底座（3）连通以排出电堆（10）阴极尾气的阴极尾气管组件（43）和与电堆底座（3）连通以排出电堆（10）阳极尾气的阳极尾气管组件（44），所述下炉膛（2）具有一密闭空腔（21）；

其中，氢气经氢气进气管组件（41）到达至少两所述电堆底座（3）的路径长度相等，空气经空气进气管（42）到达至少两所述电堆底座（3）的路径长度相等。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试设备用气体分配装置，其特征在于：所述氢气进气管组件（41）包括一端伸出下炉膛（2）另一端伸入下炉膛（2）内的氢气进管（411）和设于伸入下炉膛（2）内的氢气进管（411）上且与电堆底座（3）连接的氢气进气支管（412），所述氢气进气支管（412）与电堆底座（3）一一对应，氢气经氢气进管（411）与氢气进气支管（412）到达电堆底座（3）的路径长度相等，至少两所述氢气进气支管（412）的长度相等，所述电堆底座（3）上设有与氢气进管（411）一一对应且互相连通的氢气进口（31）。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池测试设备用气体分配装置，其特征在于：所述电堆底座（3）的数量为四个，所述氢气进管（411）伸入下炉膛（2）内的端部连接有至少一个与四个氢气进气支管（412）连接的过渡管（4111），四所述电堆底座（3）至氢气进管（411）伸入下炉膛（2）内的端部的距离相等。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池测试设备用气体分配装置，其特征在于：所述过渡管（4111）的数量为两个，两所述过渡管（4111）对称设于氢气进管（411）的两侧，四所述氢气进气支管（412）对称设于氢气进管（411）的两侧，一所述过渡管（4111）对应于两个氢气进气支管（412）。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池测试设备用气体分配装置，其特征在于：两所述过渡管（4111）均呈水平设置，所述过渡管（4111）与氢气进管（411）互相垂直。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试设备用气体分配装置，其特征在于：所述空气进气管（42）的数量为一个，所述空气进气管（42）伸入下炉膛（2）内的部分与下炉膛（2）的密闭空腔（21）互相连通，伸入密闭空腔（21）内的所述电堆底座（3）上设有与密闭空腔（21）互相连通的空气进气口（32），所述空气进气管（42）伸入下炉膛（2）内的侧壁上设有出气孔（421），所述出气孔（421）距至少两所述电堆底座（3）的空气进气口（32）的最短距离相等。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池测试设备用气体分配装置，其特征在于：所述出气孔（421）竖直朝下设置。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试设备用气体分配装置，其特征在于：所述阴极尾气管组件（43）包括固定于电堆底座（3）下侧且与电堆底座（3）一一对应的阴极尾气支管（431）和至少一个与阴极尾气支管（431）连接且一端伸出下炉膛（2）的阴极尾气排出管（432），所述电堆底座（3）上设有与阴极尾气支管（431）一一对应且互相连通的阴极尾气槽（33）。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试设备用气体分配装置，其特征在于：所述阳极尾气管组件（44）包括固定于电堆底座（3）下侧且与电堆底座（3）一一对应的阳极尾气支管（441）和至少一个与阳极尾气支管（441）连接且一端伸出下炉膛（2）的阳极尾气排出管（442），所述电堆底座（3）上设有与阳极尾气支管（441）一一对应且互相连通的阳极尾气孔（34）。

10.一种燃料电池测试设备，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的燃料电池测试设备用气体分配装置（4）。

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