JP2006125593A - 安全弁付きバルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】他物と接触しても安全弁の損傷や装着部等からのガス漏れを防止し、安全作動時には貯蔵ガスをガス回収路から安全な系外へ良好に放出するとともに、低融点合金による周囲への飛散を防止する。
【解決手段】ハウジング(２)の外面に装着穴(８)を設けて、安全弁(18)を装着する。ガス回収路(20)の一端を安全弁(18)のガス放出口(19)に連通連結し、他端を安全な系外に連通する。装着穴(８)の周囲のハウジング(２)に、ガス回収路(20)を構成する回収用配管(42)を保密状に接続し、この回収用配管(42)と装着穴(８)の周壁で安全弁(18)の周囲を覆う。安全弁(18)に合金収容部(27)を形成する。合金収容部(27)に収容した低融点合金(28)で安全弁(18)の封止手段(40)を封止状態に保持する。安全弁(18)に合金回収室(38)を形成し、この合金回収室(38)と上記の合金収容部(27)とを合金排出路(29)で連通する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、安全弁付きバルブ装置に関し、さらに詳しくは、他物と接触しても安全弁の損傷や装着部等からのガス漏れを防止し、また、安全作動時には貯蔵ガスをガス回収路から安全な系外へ良好に放出でき、しかも低融点合金による周囲への飛散を防止できる、安全弁付きバルブ装置に関する。

燃料ガスを水素ガス容器から供給する燃料電池システムにあっては、ガス容器の大容量化と小形化を図るため、例えば３５ＭＰａなど、高圧化される傾向がある。
上記のガス容器へ取り付けたバルブ装置には、通常、ハウジングに安全弁を付設してあるが、従来のバルブ装置には、この安全弁が安全作動した際に、放出した可燃性のガスを安全な系外へ案内するように構成したものがある(例えば、特許文献１参照。)。

上記従来のバルブ装置は、ハウジングの外面のうち、ガス容器への取付部以外の部位に安全弁装着穴を設けて、この装着穴とガス容器の内部空間とをハウジング内に形成したガス逃し路を介して連通し、上記の装着穴に安全弁を装着してある。この安全弁にはガス放出口を形成してあり、このガス放出口と上記のガス逃し路との連通を低融点合金で支持した封止手段で封止してある。そして、上記のガス放出口にガス回収路の一端を連結し、このガス回収路の他端を安全な系外に連通してある。

火災発生時などにバルブ装置の雰囲気が設定温度以上に昇温すると、上記の低融点合金が流動化して安全弁内のガス流路や安全弁の外部空間に排出され、封止手段がその支持を失って開封状態となる。これにより上記のガス逃し路とガス放出口とが連通し、ガス容器内の貯蔵ガスがこのガス放出口からガス回収路を経て安全な系外に放出される。

特開２００３−３２２２６７号公報

上記従来の安全弁付きバルブ装置では、安全弁の一端がハウジングから突出した状態に上記の装着穴に装着され、この突出端に上記のガス放出口が開口されるとともに、この突出端にガス回収路の配管が接続されている。このため、この安全弁の突出端や上記の配管に他物が接触すると、安全弁が損傷して作動不良を生じたり、安全弁とハウジングとの装着部に歪みを生じて、この装着部等からガス洩れを生じたりする虞がある。

また、上記の低融点合金は、安全作動時に流動化して上記のガス流路に排出されると、ガス逃し路とガス回収路との連通が阻害されて貯蔵ガスを安全な系外へ良好に放出できなくなる虞がある。一方、安全作動時に低融点合金が安全弁の外部空間に排出されると、周囲の機器に飛散して固着し、これらの機器に悪影響を与える虞がある。

本発明の技術的課題はこれらの問題点を解消し、他物と接触しても安全弁の損傷や装着部等からのガス漏れを防止し、また、安全作動時には貯蔵ガスをガス回収路から安全な系外へ良好に放出でき、しかも低融点合金による周囲への飛散を防止できる、安全弁付きバルブ装置を提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するため、例えば本発明の実施の形態を示す図１から図５に基づいて説明すると、次のように構成したものである。
即ち、本発明は安全弁付きバルブ装置に関し、ハウジング(２)の外面のうち、ガス容器(３)への取付部(４)以外の部位に安全弁装着穴(８)を設けて、この装着穴(８)とガス容器(３)の内部空間(3a)とをハウジング(２)内に形成したガス逃し路(17)を介して連通し、上記の装着穴(８)に安全弁(18)を装着して、この安全弁(18)にガス放出口(19)を形成するとともに、このガス放出口(19)と上記のガス逃し路(17)との連通を封止手段(40)により開封可能に封止し、上記のガス放出口(19)にガス回収路(20)の一端を連通連結するとともに、このガス回収路(20)の他端(21)を安全な系外に連通した安全弁付きバルブ装置であって、上記の装着穴(８)の周囲のハウジング(２)に上記のガス回収路(20)を構成する回収用配管(42)を保密状に接続して、この回収用配管(42)と装着穴(８)の周壁の少なくとも一方で上記の安全弁(18)の周囲を覆ったことを特徴とする。

上記の回収用配管は安全弁の周囲のハウジングに保密状に接続されるので、安全弁のガス放出口から放出される貯蔵ガスは、バルブ装置の周囲の空間に漏出することなく、ガス回収路を経て安全な系外に放出される。一方、安全弁はこの回収用配管や装着穴の周壁で覆われているので、バルブ装置が他物と接触しても、この安全弁が直接その他物と接触することがなく、安全弁の損傷やハウジングとの装着部等での歪みの発生が防止される。

上記の封止手段は特定の構造に限定されないが、この封止手段を低融点合金で封止状態に保持させたものであってもよい。即ち、上記の安全弁に合金収容部を形成して、この合金収容部に収容した低融点合金で上記の封止手段を封止状態に保持し、上記の安全弁またはその近傍に合金回収室を形成して、この合金回収室と上記の合金収容部とを合金排出路を介して連通することができる。この場合は、安全作動時に低融点合金が流動して合金収容部から合金排出路を経て合金回収室に移動し、安全弁内のガス流路へ排出されたり、安全弁の周囲へ飛散したりすることがなく、好ましい。
なお、上記の低融点合金は封止手段自体を構成してもよく、ピストン状の封止手段を低融点合金で封止姿勢に支持してもよい。また、破封板と組み合わせて用いることも可能である。

上記の合金回収室の周壁に開口部を設け、この開口部を、気体は透過できるが低融点合金は透過が困難である多孔体で覆うと、安全作動時に流動化した低融点合金を合金回収室へ円滑に排出でき、しかも、この合金回収室からガス回収路への合金の流出を防止できるので、ガス逃し路からのガスの放出をこの低融点合金で阻害する虞がなく、好ましい。上記の多孔体は、低融点合金の融点以上の耐熱性があり、気体は透過できるが低融点合金は透過が困難であればよく、例えば目の細かい金網等を用いることができる。

本発明は上記のように構成され作用することから、次の効果を奏する。

(１) 安全弁のガス放出口から放出される貯蔵ガスを、バルブ装置の周囲の空間に漏出することなく、回収用配管によりガス回収路を経て安全な系外に放出できるうえ、この回収用配管や装着穴の周壁で安全弁を覆っていることから、ハウジングや回収用配管が他物と接触しても、安全弁の損傷やハウジングとの装着部等での歪みの発生を防止でき、この損傷による作動不良や安全弁の装着部等からのガス漏れを防止することができる。

(２) 上記の安全弁に合金収容部を形成して、この合金収容部に収容した低融点合金で上記の封止手段を封止状態に保持し、上記の安全弁またはその近傍に合金回収室を形成して、この合金回収室と上記の合金収容部とを合金排出路を介して連通した場合は、安全作動時に流動化した低融点合金が合金回収室に回収されるので、この低融点合金でガス逃し路とガス回収路との連通を阻害することがなく、貯蔵ガスをガス回収路から安全な系外へ良好に放出できる。しかも、安全作動時に低融点合金が安全弁の外部空間へ飛散しないので、この低融点合金により周囲の機器へ悪影響を与えることがない。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１から図３は本発明の第１実施形態を示し、図１は安全弁付きバルブ装置の一部破断図、図２は正常状態の安全弁の断面図、図３は安全作動時の安全弁の断面図である。

図１に示すように、このバルブ装置(１)のハウジング(２)には、図面上の下部にガス容器(３)への取付部(４)が形成してあり、この取付部(４)を水素ガスボンベなどのガス容器(３)の首部(５)に螺着固定し、この取付部(４)の下面にガス入口(６)を開口してある。上記のハウジング(２)の外面には、上記の取付部(４)以外の部位に出口ノズル(７)と安全弁装着穴(８)とが設けてあり、この出口ノズル(７)の先端にガス出口(９)を開口してある。また、上記のハウジング(２)の上面には操作ハンドル(10)が付設してある。

上記のハウジング(２)の内部には、上記のガス入口(６)とガス出口(９)との間に、入口路(11)と閉止弁(12)の閉止弁室(13)と出口路(14)とが順に形成してある。上記の閉止弁室(13)には閉止部材(15)が閉止弁座(16)に対し進退可能に挿入してあり、この閉止部材(15)を前記の操作ハンドル(10)に連動連結してある。この操作ハンドル(10)を操作して閉止部材(15)を閉止弁座(16)に対し接離させることで、閉止弁(12)が開閉される。

上記の入口路(11)の中間部と前記の安全弁装着穴(８)との間に、ガス逃し路(17)が形成してある。従って、このガス逃し路(17)を介して上記の装着穴(８)と前記のガス容器(３)の内部空間(3a)とが連通している。この装着穴(８)には安全弁(18)が装着してあり、上記のガス逃し路(17)を封止してある。この安全弁(18)にはガス放出口(19)が設けてあり、このガス放出口(19)にガス回収路(20)の一端を連通連結し、このガス回収路(20)の他端(21)を安全な系外に開口してある。
上記の安全弁(18)は雰囲気温度が所定の設定温度以上になると安全作動し、これにより上記のガス逃し路(17)の封止が解除されて、上記のガス容器(３)内の貯蔵ガスが、上記の入口路(11)とガス逃し路(17)とガス放出口(19)とを順に経て安全な系外へ放出される。

次に、上記の安全弁の構造について説明する。
図１と図２に示すように、上記の装着穴(８)に装着した安全弁(18)は、筒状の第１本体(22)と第２本体(23)とからなる本体部(24)を備えている。この第１本体(22)の一端内面には、有底筒状の合金保持筒(25)がその底壁(26)を突出した状態に螺着固定してあり、この底壁(26)を取り囲む状態に上記の第２本体(23)が合金保持筒(25)の外面に螺着固定してある。これにより第１本体(22)と第２本体(23)が合金保持筒(25)を介して一体に固定されている。

上記の合金保持筒(25)内には合金収容部である合金収容室(27)が形成してあり、この合金収容室(27)に、例えば結晶温度が１００〜１１０℃程度の低融点合金(28)が収容してある。上記の合金収容室(27)に臨む底壁(26)には合金排出路(29)が透設してある。

上記の第１本体(22)内には作動室(30)が形成してあり、この第１本体(22)の周壁に放出孔(31)を透設して、この放出孔(31)の外端に前記のガス放出口(19)を開口してあり、この放出孔(31)を介して作動室(30)を本体部(24)の外側空間に連通させてある。
上記の作動室(30)内にはピストン状の作動器(32)が収容してある。この作動器(32)は小径の第１バックアップ部(33)と大径の第２バックアップ部(34)とを備えており、この第２バックアップ部(34)を上記の低融点合金(28)で支持することで、この作動器(32)を封止姿勢(Ｘ)に保持してある。上記の作動室(30)内には付勢バネ(35)が配置してあり、この付勢バネ(35)の弾圧力で上記の第２バックアップ部(34)を合金収容室(27)側へ付勢してある。

上記の第２本体(23)は、上記の合金保持筒(25)とは反対側の端部に開口部(36)が形成してあり、この開口部(36)を多孔体である金網(37)で覆ってある。この金網(37)は、気体は容易に透過できるが、上記の低融点合金(28)は昇温して流動化しても透過不能である、若しくは容易に透過することができない、例えば４０メッシュ程度のものが用いられる。この金網(37)と上記の合金保持筒(25)の底壁(26)との間に合金回収室(38)が形成してあり、この合金回収室(38)と前記の合金収容室(27)とが前記の合金排出路(29)を介して連通してある。

前記のハウジング(２)の装着穴(８)には、外側から順に上記の本体部(24)と筒状のスリーブ(39)と封止板(40)とガスケット(41)とが装着してある。この封止板(40)は、上記の本体部(24)でスリーブ(39)を押圧することにより、ガスケット(41)を介してハウジング(２)に保密状に支持してあり、この封止板(40)により上記のガス逃し路(17)と作動室(30)との連通が遮断してある。

上記のスリーブ(39)内には前記の作動器(32)の第１バックアップ部(33)が摺動可能に挿入してあり、この第１バックアップ部(33)の先端で上記の封止板(40)の中央部分が支持してある。即ち、封止手段を構成する封止板(40)は、前記の低融点合金(28)によりこの作動器(32)を介して封止状態に保持してある。

上記の封止板(40)は、この第１バックアップ部(33)による支持を失うと、例えば前記のガス容器(３)の常用圧力よりも低い所定圧力で、上記のガス逃し路(17)に流入する貯蔵ガスの圧力により容易に変形して破断する肉厚に設定してある。
但し本発明では、この封止板を、ガス逃し路に流入する貯蔵ガスの圧力が異常時に昇圧して設定圧力に達した際に破断する肉厚に設定してもよい。また、上記の作動器とスリーブの内面との摺動部でガス逃し路と作動室との連通を十分に遮断できる場合は、この作動器が封止手段を構成するので、上記の封止板を省略してもよい。

上記の安全弁装着穴(８)の外端側内面には、前記のガス回収路(20)を構成する回収用配管(42)の接続金具(43)が保密状に螺着固定してある。これにより、上記の安全弁(18)はこの接続金具(43)と上記の装着穴(８)の周壁で覆われる。
上記の安全弁(18)の周囲には、上記の装着穴(８)の内面や接続金具(43)の内面との間に流通空間(44)が形成してあり、この流通空間(44)を介して前記のガス放出口(19)と上記のガス回収路(20)とが連通してある。また、前記の第２本体(23)に形成した開口部(36)は、この流通空間(44)を介してガス回収路(20)に連通してある。

次に上記の安全弁の作動について説明する。
バルブ装置(１)の雰囲気温度が所定の設定温度よりも低い正常状態にあっては、上記の低融点合金(28)が固相状態にあり、ガス逃し路(17)に加わる貯蔵ガスの圧力に抗して、作動器(32)がこの低融点合金(28)により封止姿勢(Ｘ)に保持される。これにより、上記の封止板(40)は作動器(32)の第１バックアップ部(33)で確りと支持されて破断せず、ガス逃し路(17)の封止状態が維持される。

上記の安全弁(18)は、装着穴(８)の内面と回収用配管(42)の接続金具(43)で覆われており、しかも装着穴(８)や接続金具(43)内で安全弁(18)の周囲に流通空間(44)が形成してあるので、バルブ装置(１)のハウジング(２)や回収用配管(42)に他物が接触しても、その衝撃等から安全弁(18)が良好に保護される。

火災の発生等により、バルブ装置(１)の雰囲気温度が所定の設定温度、例えば１０５℃以上に達すると、上記の低融点合金(28)が溶融して流動化し、上記の付勢バネ(35)等で押圧される作動器(32)により、合金収容室(27)から合金排出路(29)を経て合金回収室(38)へ押し出される。このとき合金回収室(38)内の気体は前記の金網(37)を透過してガス回収路(20)へ流出するので、低融点合金(28)は合金回収室(38)へ円滑に流入する。しかし、この低融点合金(28)は上記の金網(37)を容易に透過できないので、ガス回収路(20)へ流出することがなく、仮に少量が流出しても直ちに固化して金網(37)の開口を塞ぐので多量に流出することはなく、ガス回収路(20)でのガスの流通を阻害する虞がない。

上記の低融点合金(28)が合金収容室(27)から押し出されるとともに、上記の作動器(32)は合金収容室(27)側へ移動して、図３に示すように、開封姿勢(Ｙ)に切り換わる。このとき、作動器(32)の第１バックアップ部(33)は前記のスリーブ(39)内から作動室(30)側へ抜け出て、その先端部が上記の封止板(40)から離隔する。この結果、この封止板(40)は第１バックアップ部(33)による支持を失うので、ガス逃し路(17)内の貯蔵ガス圧力を受けて大きく変形し破断する。これにより安全弁(18)による封止が解除され、前記のガス容器(３)内の貯蔵ガスは、入口路(11)とガス逃し路(17)と作動室(30)とガス放出口(19)と流通空間(44)とを順に経て、前記のガス回収路(20)から安全な系外に放出される。

上記の第１実施形態では、合金回収室を安全弁の内部に形成した。しかし本発明はこの合金回収室を安全弁の外側に形成してもよい。
例えば、図４と図５に示す本発明の第２実施形態では、合金回収室(38)を安全弁(18)外面と装着穴(８)の内面との間に形成してある。

図４に示すように、この第２実施形態の安全弁(18)は筒状の本体部(24)を備えており、前記の第１実施形態と同様、ハウジング(２)に形成した安全弁装着穴(８)には、外側から順に、この本体部(24)とスリーブ(39)と封止板(40)とガスケット(41)が装着してある。なお、この第２実施形態では、上記の安全弁(18)の全体が装着穴(８)内に収容してある。

上記の本体部(24)には、外側端部にガス放出口(19)が開口してあり、この外側端部側の内面に押え筒(45)が螺着固定してある。一方、この本体部(24)の奥側の内部に作動室(30)が形成してあり、この作動室(30)に、筒状部(46)とその奥側に突出するピストン状の第１バックアップ部(33)とを備える作動器(32)が挿入してある。

上記の筒状部(46)は上記の押え筒(45)の内面に摺動可能に挿入してあり、内部に放出路(47)を形成してある。この放出路(47)を介して、上記の作動室(30)とガス放出口(19)とが連通してある。この筒状部(46)の外周面にはフランジ状の第２バックアップ部(34)が形成してある。この第２バックアップ部(34)と上記の押え筒(45)との間に合金収容部(27)が形成してあり、この合金収容部(27)に低融点合金(28)が収容され、この低融点合金(28)により上記の作動器(32)が封止姿勢(Ｘ)に支持してある。上記の本体部(24)のうち、合金収容部(27)の周壁を構成する部位には合金排出路(29)が透設してある。

上記の第１バックアップ部(33)は前記のスリーブ(39)内に摺動可能に挿入してあり、前記の第１実施形態と同様、この第１バックアップ部(33)の先端で、上記の封止板(40)の中央部分が破断しないように支持してある。

上記の安全弁装着穴(８)の外端側内面には、ガス回収路(20)を構成する回収用配管(42)の接続金具(43)が保密状に螺着固定してあり、これにより、上記のガス放出口(19)とガス回収路(20)とが連通連結され、また、上記の安全弁(18)はこの接続金具(43)と上記の装着穴(８)の周壁で覆われる。
上記の装着穴(８)と本体部(24)との間には、接続金具(43)の先端よりも奥側に合金回収室(38)が形成してあり、上記の合金排出路(29)を介して合金収容部(27)に連通してある。この合金回収室(38)の外側で接続金具(43)の内面と本体部(24)との間に流通空間(44)が形成してある。上記の合金回収室(38)には、この流通空間(44)に連通する開口部(36)が設けてあり、前記の第１実施形態と同様、この開口部(36)を金網(37)で覆ってある。

上記の安全弁は、前記の第１実施形態と同様に作動する。
即ち、バルブ装置(１)の雰囲気温度が所定の設定温度よりも低い正常状態にあっては、作動器(32)が低融点合金(28)により封止姿勢(Ｘ)に保持され、上記の封止板(40)によりガス逃し路(17)の封止状態が維持される。また、安全弁(18)は、装着穴(８)の内面と回収用配管(42)の接続金具(43)で覆われており、バルブ装置(１)のハウジング(２)や回収用配管(42)に他物が接触しても、その衝撃等から良好に保護される。

火災の発生等により、バルブ装置(１)の雰囲気温度が所定の設定温度以上に達すると、上記の低融点合金(28)が流動化して、合金収容部(27)から合金排出路(29)を経て合金回収室(38)に押し出され、上記の作動器(32)は押え筒(45)側へ移動して、図５に示すように、開封姿勢(Ｙ)に切り換わる。これと共に、作動器(32)の第１バックアップ部(33)は前記のスリーブ(39)内から作動室(30)側へ抜け出るので、上記の封止板(40)は第１バックアップ部(33)による支持を失い、ガス逃し路(17)内の貯蔵ガス圧力を受けて破断する。これにより安全弁(18)による封止が解除され、前記のガス容器(３)内の貯蔵ガスは、入口路(11)とガス逃し路(17)と作動室(30)と放出路(47)とガス放出口(19)とを順に経て、前記のガス回収路(20)から安全な系外に放出される。

上記の各実施形態で説明した安全弁付きバルブ装置は、本発明の技術的思想を具体化するために例示したものであり、バルブ装置や安全弁の各部の形状、構造、配置、バルブ装置とガス容器との接続構造、ガス容器の形状や貯蔵ガスの種類等を、これらの実施形態のものに限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲内において種々の変更を加え得るものである。

例えば、上記の回収用配管は装着穴の内面に接続金具を螺着固定したが、装着穴をハウジングのノズル部に形成して、このノズル部の外面に接続金具を螺着固定してもよい。
また、上記の安全弁は回収用配管の接続金具と装着穴の周壁とで覆ったが、装着穴の周壁のみで覆っても良く、或いはハウジングから突出させた部分を回収用配管のみで覆ってもよい。
また、例えば上記のガス逃し路は、入口路から分岐する構造に代えて、直接ガス容器の内部空間と連通するように形成してもよい。

本発明の安全弁付きバルブ装置は、他物と接触しても安全弁の損傷や装着部等からのガス漏れを防止でき、安全作動時に貯蔵ガスをガス回収路から安全な系外へ良好に放出できるうえ、低融点合金による周囲への飛散を防止できるので、燃料電池システムに使用される水素ガス容器のバルブ装置をはじめとして、各種のガス容器のバルブ装置に好適に用いられる。

本発明の第１実施形態を示す、安全弁付きバルブ装置の一部破断図である。 第１実施形態の、正常状態の安全弁の断面図である。 第１実施形態の、安全作動時の安全弁の断面図である。 本発明の第２実施形態の、正常状態の安全弁の断面図である。 第２実施形態の、安全作動時の安全弁の断面図である。

符号の説明

１…バルブ装置
２…ハウジング
３…ガス容器
3a…ガス容器(３)の内部空間
４…取付部
８…安全弁装着穴
17…ガス逃し路
18…安全弁
19…ガス放出口
20…ガス回収路
21…ガス回収路(20)の他端
27…合金収容部(合金収容室)
28…低融点合金
29…合金排出路
36…開口部
37…多孔体(金網)
38…合金回収室
40…封止手段(封止板)
42…回収用配管

Claims (3)

1. ハウジング(２)の外面のうち、ガス容器(３)への取付部(４)以外の部位に安全弁装着穴(８)を設けて、この装着穴(８)とガス容器(３)の内部空間(3a)とをハウジング(２)内に形成したガス逃し路(17)を介して連通し、
   上記の装着穴(８)に安全弁(18)を装着して、この安全弁(18)にガス放出口(19)を形成するとともに、このガス放出口(19)と上記のガス逃し路(17)との連通を封止手段(40)により開封可能に封止し、
   上記のガス放出口(19)にガス回収路(20)の一端を連通連結するとともに、このガス回収路(20)の他端(21)を安全な系外に連通した安全弁付きバルブ装置であって、
   上記の装着穴(８)の周囲のハウジング(２)に上記のガス回収路(20)を構成する回収用配管(42)を保密状に接続して、この回収用配管(42)と装着穴(８)の周壁の少なくとも一方で上記の安全弁(18)の周囲を覆ったことを特徴とする、安全弁付きバルブ装置。
2. 上記の安全弁(18)に合金収容部(27)を形成して、この合金収容部(27)に収容した低融点合金(28)で上記の封止手段(40)を封止状態に保持し、
   上記の安全弁(18)またはその近傍に合金回収室(38)を形成して、この合金回収室(38)と上記の合金収容部(27)とを合金排出路(29)を介して連通した、請求項１に記載の安全弁付きバルブ装置。
3. 上記の合金回収室(38)の周壁に開口部(36)を設け、この開口部(36)を、気体は透過できるが低融点合金は透過が困難である多孔体(37)で覆った、請求項２に記載の安全弁付きバルブ装置。

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