JPH02192662A - 燃料電池のシール構造 - Google Patents
燃料電池のシール構造Info
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- JPH02192662A JPH02192662A JP1011403A JP1140389A JPH02192662A JP H02192662 A JPH02192662 A JP H02192662A JP 1011403 A JP1011403 A JP 1011403A JP 1140389 A JP1140389 A JP 1140389A JP H02192662 A JPH02192662 A JP H02192662A
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- Japan
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- seal
- electrode
- liquid
- seal layer
- sealing
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
-
- 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
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は電解液にアルカリ水溶液などを用いた自由電
解液型燃料電池における単位電池とバイポーラプレート
との積層面のガスシール構造に関する。
解液型燃料電池における単位電池とバイポーラプレート
との積層面のガスシール構造に関する。
第３図は従来構造を示す一部破砕断面図、第４図は第３
図におけるシール構造部分の拡大断面図である０図にお
いて、単位電池１は電解液室３（以下液室と略称する）
を包囲する額縁状の絶縁材からなる液室枠２と、液室３
を挟んで対向するよう配された酸化電極４および還元電
８ｉ５との積層体からなり、複数の単位電池１が積層面
にガス不透過性のカーボン板からなるバイポーラプレー
ト７を介在させて交互に積層され、積層体の両端部に集
電板１１．絶縁板１２．締付板１３を配し、締付ボルト
１４．皿ばね１５．およびナフト１６からなる締付部材
によって一対の締付板１３間に締付荷重を加えることに
より、積層燃料電池１０が形成される。
図におけるシール構造部分の拡大断面図である０図にお
いて、単位電池１は電解液室３（以下液室と略称する）
を包囲する額縁状の絶縁材からなる液室枠２と、液室３
を挟んで対向するよう配された酸化電極４および還元電
８ｉ５との積層体からなり、複数の単位電池１が積層面
にガス不透過性のカーボン板からなるバイポーラプレー
ト７を介在させて交互に積層され、積層体の両端部に集
電板１１．絶縁板１２．締付板１３を配し、締付ボルト
１４．皿ばね１５．およびナフト１６からなる締付部材
によって一対の締付板１３間に締付荷重を加えることに
より、積層燃料電池１０が形成される。
液室３には網状の液室スペーサ６が挿入され、酸化電極
４と還元電極５との間隔が所定寸法に保持される。また
、バイポーラプレート７には第４図に示すように酸化電
極４に面する側に酸化ガス室８が、還元電極５に面する
側に還元ガス室９が設けられ、それぞれ積層燃料電池１
０を貫通するガス通路１８および１９に連通して酸化ガ
スおよび還元ガスがそれぞれのガス室８および９を還流
する。
４と還元電極５との間隔が所定寸法に保持される。また
、バイポーラプレート７には第４図に示すように酸化電
極４に面する側に酸化ガス室８が、還元電極５に面する
側に還元ガス室９が設けられ、それぞれ積層燃料電池１
０を貫通するガス通路１８および１９に連通して酸化ガ
スおよび還元ガスがそれぞれのガス室８および９を還流
する。
なお、１７はバイポーラプレート７に形成された冷却空
気の通路である。
気の通路である。
２０は電解液室３に注入された電解液および両ガス室に
供給される酸化ガスおよび還元ガスの漏れを防ぐために
設けられたシール構造部であり、第４図にその拡大断面
図を示すように、酸化電極４および還元電極５それぞれ
の外周を包囲する額縁状のシール層２１と、シール層２
１を電極４または５の周縁部にまたがって挟むよう配さ
れた額縁状のシール層２３および２５で構成される。シ
ール層２０は積層面に締着荷重が加えられたとき、弾力
性を保持して液室枠２とバイポーラプレートとの間に気
密なシール面を形成するとともに、液室枠、電極。
供給される酸化ガスおよび還元ガスの漏れを防ぐために
設けられたシール構造部であり、第４図にその拡大断面
図を示すように、酸化電極４および還元電極５それぞれ
の外周を包囲する額縁状のシール層２１と、シール層２
１を電極４または５の周縁部にまたがって挟むよう配さ
れた額縁状のシール層２３および２５で構成される。シ
ール層２０は積層面に締着荷重が加えられたとき、弾力
性を保持して液室枠２とバイポーラプレートとの間に気
密なシール面を形成するとともに、液室枠、電極。
バイポーラプレート等の厚みの不整を吸収して均等な面
圧を保持してシール面を形成する必要があるので、ポー
ラスなふっ素樹脂シート等の圧縮性を有するシール材が
使用され、シール材が締付ボルト等により積層面に加え
られる締付荷重によって圧縮されて緻密なシール層２０
を形成するとともに、積層面の不整を吸収して面圧が均
等に保持されることにより、電解液に端面が接したシー
ル層２３を介しての液漏れや、ガス室８または９に端面
が接したシール層２５を介してのガス漏れが防止される
。
圧を保持してシール面を形成する必要があるので、ポー
ラスなふっ素樹脂シート等の圧縮性を有するシール材が
使用され、シール材が締付ボルト等により積層面に加え
られる締付荷重によって圧縮されて緻密なシール層２０
を形成するとともに、積層面の不整を吸収して面圧が均
等に保持されることにより、電解液に端面が接したシー
ル層２３を介しての液漏れや、ガス室８または９に端面
が接したシール層２５を介してのガス漏れが防止される
。
従来のシール構造においては、ポーラスなシール材が圧
縮されて空隙が押しつぶされ、緻密なシール層が形成さ
れるものであるが、実際には圧縮された状態においても
例えば還元ガス通路９または還元電極５の透気性を有す
る電極基材に接したシール層２５あるいはシール層２１
、２３のボアや分子鎖の微細な隙間を通って還元ガス
中の例えば水素分子が拡散、ｉ３遇し、積層燃料電池の
外部に漏れるという問題がある。ガス漏れを防ぐ対策と
して締付荷重を増すことも知られているが、この場合に
は締付板１３の剛性を増したり、締付ボルトや皿ばねを
強化する必要があり、燃料電池の大型化が避けられない
という問題がある。また、液室枠。
縮されて空隙が押しつぶされ、緻密なシール層が形成さ
れるものであるが、実際には圧縮された状態においても
例えば還元ガス通路９または還元電極５の透気性を有す
る電極基材に接したシール層２５あるいはシール層２１
、２３のボアや分子鎖の微細な隙間を通って還元ガス
中の例えば水素分子が拡散、ｉ３遇し、積層燃料電池の
外部に漏れるという問題がある。ガス漏れを防ぐ対策と
して締付荷重を増すことも知られているが、この場合に
は締付板１３の剛性を増したり、締付ボルトや皿ばねを
強化する必要があり、燃料電池の大型化が避けられない
という問題がある。また、液室枠。
電極、およびバイポーラプレートなどの厚みの寸法精度
や加工精度を高めることもガス漏れを低減する有効な手
段として知られているが、大きな経済的不利益を招くた
めに、燃料電池の重要な課題である低コスト化を阻害す
るという欠点がある。
や加工精度を高めることもガス漏れを低減する有効な手
段として知られているが、大きな経済的不利益を招くた
めに、燃料電池の重要な課題である低コスト化を阻害す
るという欠点がある。
この発明の目的は、締付荷重を増したり３寸法を高精度
化するなどの対策を必要とせずに、ガスシール性能の高
いシール構造を得ることにある。
化するなどの対策を必要とせずに、ガスシール性能の高
いシール構造を得ることにある。
上記課題を解決するために、この発明によれば、額縁状
の液室枠および液室を挟んで対向する酸化電極および還
元ｔｉからなる単位電池と、ガス不透過板の両面に酸化
ガス室および還元ガス室が形成されたバイポーラプレー
トとがその積層面にポーラスなふっ素樹脂シール材から
なる額縁状のシール層を介在させて交互に積層されたも
のにおいて、前記酸化電極および還元電極の外周を所定
の幅で額縁状に包囲する前記ふっ素樹脂シール材からな
る第１のシール層と、第１のシール層の外周を所定の間
隙を保持して額縁状に包囲する前記ふっ素樹脂シール材
に液状物質をあらかじめ含浸してなる第２のシール層と
、第１および第２のシール層を電極の周縁部にまたがっ
て挟むよう配された前記ふっ素樹脂シール材からなる一
対の第３のシール層とからなり、前記第２のシール層か
ら第３のシール層に液状物質がしみ出してなる含液シー
ル層を備えたものとする。
の液室枠および液室を挟んで対向する酸化電極および還
元ｔｉからなる単位電池と、ガス不透過板の両面に酸化
ガス室および還元ガス室が形成されたバイポーラプレー
トとがその積層面にポーラスなふっ素樹脂シール材から
なる額縁状のシール層を介在させて交互に積層されたも
のにおいて、前記酸化電極および還元電極の外周を所定
の幅で額縁状に包囲する前記ふっ素樹脂シール材からな
る第１のシール層と、第１のシール層の外周を所定の間
隙を保持して額縁状に包囲する前記ふっ素樹脂シール材
に液状物質をあらかじめ含浸してなる第２のシール層と
、第１および第２のシール層を電極の周縁部にまたがっ
て挟むよう配された前記ふっ素樹脂シール材からなる一
対の第３のシール層とからなり、前記第２のシール層か
ら第３のシール層に液状物質がしみ出してなる含液シー
ル層を備えたものとする。
（作用〕
上記手段において、電極の外周を包囲する額縁状の第１
のシール層と、その外側を所定の隙間を保持して包囲す
る額縁状の第２のシール層とに分割し、第２のシール層
のポーラスなふっ素樹脂シートに液状物質としての例え
ばふっ素オイルをあらかじめ含浸した含液シール層とし
たことにより、積層面に面圧を与えることによって第２
のシール層を挟む部分の第３のシール層のポーラスなふ
っ素樹脂シール材にもふっ素オイルが浸透し、ポーラス
なふっ素樹脂シールのボアや分子の隙間を埋めた含液シ
ール層が形成され、含浸シール層の液シール機能によっ
てガス漏れを大幅に低減することができる。また、第１
のシール層と第２のシール層との間に空隙を設けたこと
により、第２のシール層から空隙中ににしみ出たふっ素
オイルは第１のシール層によって電極基材への浸透が阻
止されるので、ふっ素オイルによる電極基材の目詰まり
が阻止され、電極触媒層への反応ガスの供給に与える悪
影響を回避できる。さらに、第３のシール層への液状物
質の供給を第２のシール層を介して１テうことにより、
第３のシール層を介して電極基材や液室にふっ素オイル
が侵入し、燃料電池の発電性能に悪影響を与えることを
回避できる。
のシール層と、その外側を所定の隙間を保持して包囲す
る額縁状の第２のシール層とに分割し、第２のシール層
のポーラスなふっ素樹脂シートに液状物質としての例え
ばふっ素オイルをあらかじめ含浸した含液シール層とし
たことにより、積層面に面圧を与えることによって第２
のシール層を挟む部分の第３のシール層のポーラスなふ
っ素樹脂シール材にもふっ素オイルが浸透し、ポーラス
なふっ素樹脂シールのボアや分子の隙間を埋めた含液シ
ール層が形成され、含浸シール層の液シール機能によっ
てガス漏れを大幅に低減することができる。また、第１
のシール層と第２のシール層との間に空隙を設けたこと
により、第２のシール層から空隙中ににしみ出たふっ素
オイルは第１のシール層によって電極基材への浸透が阻
止されるので、ふっ素オイルによる電極基材の目詰まり
が阻止され、電極触媒層への反応ガスの供給に与える悪
影響を回避できる。さらに、第３のシール層への液状物
質の供給を第２のシール層を介して１テうことにより、
第３のシール層を介して電極基材や液室にふっ素オイル
が侵入し、燃料電池の発電性能に悪影響を与えることを
回避できる。
以下この発明を実施例に基づいて説明する。
第１図はこの発明の実施例構造を示す要部の拡大断面図
、第２図は実施例構造における部材の構成を積層方向に
展開して示す斜視図であり、従来構造と同じ部分には同
一参照符号を用いることにより詳細な説明を省略する０
図において、３０は含液シール層であり、酸化電極４．
還元電極５の外周を額縁状に包囲するポーラスなふっ素
樹脂シートからなる第１のシール層３１と、その外側を
空隙３５を保持して額縁状に包囲する第２のシール層３
２と、第１．第２のシール層３１．３２と、電極４また
は５の周縁部とを挟むよう配されたポーラスなふっ素樹
脂シートからなる一対の第３のシール層３３とで構成さ
れる。第２のシール層３２はポーラスなふっ素樹脂シー
トに液状物質としての例えばふっ素オイル３２Ａをあら
かじめ十分に含浸したものからなり、第１．第２のシー
ル層の厚みを電極のそれより幾分厚く形成しておき、積
層体に締付荷重を加えたとき、ふっ素樹脂シートが面圧
を受けて収縮し、部材２，４．５．７等の積層面の凹凸
に含液シール層３０がよくなじんで所定の面圧を均一か
つ安定して保持するとともに、第２のシール層３２の収
縮によってしみ出たふっ素オイル３２Ａがこれに密着し
ている第３のシール層に浸透することにより、含液シー
ル層３０が形成される。
、第２図は実施例構造における部材の構成を積層方向に
展開して示す斜視図であり、従来構造と同じ部分には同
一参照符号を用いることにより詳細な説明を省略する０
図において、３０は含液シール層であり、酸化電極４．
還元電極５の外周を額縁状に包囲するポーラスなふっ素
樹脂シートからなる第１のシール層３１と、その外側を
空隙３５を保持して額縁状に包囲する第２のシール層３
２と、第１．第２のシール層３１．３２と、電極４また
は５の周縁部とを挟むよう配されたポーラスなふっ素樹
脂シートからなる一対の第３のシール層３３とで構成さ
れる。第２のシール層３２はポーラスなふっ素樹脂シー
トに液状物質としての例えばふっ素オイル３２Ａをあら
かじめ十分に含浸したものからなり、第１．第２のシー
ル層の厚みを電極のそれより幾分厚く形成しておき、積
層体に締付荷重を加えたとき、ふっ素樹脂シートが面圧
を受けて収縮し、部材２，４．５．７等の積層面の凹凸
に含液シール層３０がよくなじんで所定の面圧を均一か
つ安定して保持するとともに、第２のシール層３２の収
縮によってしみ出たふっ素オイル３２Ａがこれに密着し
ている第３のシール層に浸透することにより、含液シー
ル層３０が形成される。
このように構成された実施例シール構造においては、粘
ちゆうなふっ素オイル３２Ａがふっ素樹脂シートのボア
や分子間あるいはシール面の微細な隙間を埋め、その液
シール機能によって反応ガス。
ちゆうなふっ素オイル３２Ａがふっ素樹脂シートのボア
や分子間あるいはシール面の微細な隙間を埋め、その液
シール機能によって反応ガス。
ことに分子量の小さい水素の透過や拡散を阻止するので
、優れたガスシール性能を有するシール構造が得られる
。また、第２のシール層から空隙３５中ににじみ出たふ
っ素オイルは圧縮されて繊密化した第１のシールＦ！３
１によって電極４または５側への浸透が阻止され、かつ
第３のシールＪｌｉ３３の厚み方向に浸透したシリコー
ンオイルも長いリークパスを隔てた電解液室３やガス室
８．９側への浸透が阻止されるので、ふっ素オイルが電
極基材のガス透過性を阻害したり、電解液としてのアル
カリ水溶液やこれに接した電極触媒層を汚損するなどの
悪影響がほぼ完全に回避できる。さらに、液状物質とし
てふっ素オイルを用いたことにより、ふっ素樹脂シール
材を侵したり、その弾力性を阻害するなどの悪影響を排
除できるので、ガスシール性能および積層面の面圧を長
期間安定して保持させることができる。
、優れたガスシール性能を有するシール構造が得られる
。また、第２のシール層から空隙３５中ににじみ出たふ
っ素オイルは圧縮されて繊密化した第１のシールＦ！３
１によって電極４または５側への浸透が阻止され、かつ
第３のシールＪｌｉ３３の厚み方向に浸透したシリコー
ンオイルも長いリークパスを隔てた電解液室３やガス室
８．９側への浸透が阻止されるので、ふっ素オイルが電
極基材のガス透過性を阻害したり、電解液としてのアル
カリ水溶液やこれに接した電極触媒層を汚損するなどの
悪影響がほぼ完全に回避できる。さらに、液状物質とし
てふっ素オイルを用いたことにより、ふっ素樹脂シール
材を侵したり、その弾力性を阻害するなどの悪影響を排
除できるので、ガスシール性能および積層面の面圧を長
期間安定して保持させることができる。
この発明は前述のように、電極の外周を額縁状に包囲す
る第１のシール層と、その外側を空隙を保持して額縁状
に包囲する第２のシール層と、第１、第２のシール層を
電極の外周縁にまたがって挾む一対の第３のシール層を
ポーラスなふっＭＭ脂シール材で形成するとともに、第
２のシール層にあらかじめ液状物質としてのふっ素オイ
ルを含浸しておき、締付荷重によってふっ素オイルの一
部を第３のシール層に浸透させて含液シール層を形成す
るよう構成した。その結果、ポーラスなふっ素樹脂シー
ル材の微細な隙間をふっ素オイルが埋めて液シール機能
を発揮することにより、従来構造におけるガス漏れが排
除されるとともに、空隙の存在等によって電極側１液室
側およびガス室側へのふっ素オイルの浸透が阻止される
ので、燃料電池の性能に悪影響を及ぼすことなくガスシ
ール性能の高いガスシール構造を備えた燃料電池を提供
することができる。また、このガスシール構造は従来構
造におけるシール層の一部を分割して液状物質を含浸す
る簡単な工程変更で優れたシール性能が得られる利点を
有するので、締付荷重を増したり１寸法精度を上げたり
する従来のシール性能の向上対策によって生ずる装置の
大型化や経済的不利益を回避できる利点が得られる。
る第１のシール層と、その外側を空隙を保持して額縁状
に包囲する第２のシール層と、第１、第２のシール層を
電極の外周縁にまたがって挾む一対の第３のシール層を
ポーラスなふっＭＭ脂シール材で形成するとともに、第
２のシール層にあらかじめ液状物質としてのふっ素オイ
ルを含浸しておき、締付荷重によってふっ素オイルの一
部を第３のシール層に浸透させて含液シール層を形成す
るよう構成した。その結果、ポーラスなふっ素樹脂シー
ル材の微細な隙間をふっ素オイルが埋めて液シール機能
を発揮することにより、従来構造におけるガス漏れが排
除されるとともに、空隙の存在等によって電極側１液室
側およびガス室側へのふっ素オイルの浸透が阻止される
ので、燃料電池の性能に悪影響を及ぼすことなくガスシ
ール性能の高いガスシール構造を備えた燃料電池を提供
することができる。また、このガスシール構造は従来構
造におけるシール層の一部を分割して液状物質を含浸す
る簡単な工程変更で優れたシール性能が得られる利点を
有するので、締付荷重を増したり１寸法精度を上げたり
する従来のシール性能の向上対策によって生ずる装置の
大型化や経済的不利益を回避できる利点が得られる。
第１図はこの発明の実施例構造を示す要部の拡大断面図
、第２図は実施例構造における部材の構成を展開して示
す斜視図、第３図は従来構造を示す一部破砕側面図、第
４図は従来構造の要部を示す拡大断面図である。 １：単位電池、２：液室枠、３：電解液室、４二酸化電
極、５：還元電極、７：バイポーラプレート、８，９：
ガス室、ｌＯ：積層燃料電池、２０゜２１．２３，２５
：シール層、３０：含液シール層、３１：第１のシー
ル層、３２：第２０） シー ７Ｌ／層、′３２Ａ：？
ｅｉ、状物質 （ふっ素オイル）、３３：第３のシール
層、第４図
、第２図は実施例構造における部材の構成を展開して示
す斜視図、第３図は従来構造を示す一部破砕側面図、第
４図は従来構造の要部を示す拡大断面図である。 １：単位電池、２：液室枠、３：電解液室、４二酸化電
極、５：還元電極、７：バイポーラプレート、８，９：
ガス室、ｌＯ：積層燃料電池、２０゜２１．２３，２５
：シール層、３０：含液シール層、３１：第１のシー
ル層、３２：第２０） シー ７Ｌ／層、′３２Ａ：？
ｅｉ、状物質 （ふっ素オイル）、３３：第３のシール
層、第４図
Claims (1)
- １）額縁状の液室枠および液室を挟んで対向する酸化電
極および還元電極からなる単位電池と、ガス不透過板の
両面に酸化ガス室および還元ガス室が形成されたバイポ
ーラプレートとがその積層面にポーラスなふっ素樹脂シ
ール材からなる額縁状のシール層を介在させて交互に積
層されたものにおいて、前記酸化電極および還元電極の
外周を所定の幅で額縁状に包囲する前記ふっ素樹脂シー
ル材からなる第１のシール層と、第１のシール層の外周
を所定の間隙を保持して額縁状に包囲する前記ふっ素樹
脂シール材に液状物質をあらかじめ含浸してなる第２の
シール層と、第１および第２のシール層を電極の周縁部
にまたがって挟むよう配された前記ふっ素樹脂シール材
からなる一対の第３のシール層とからなり、前記第２の
シール層から第３のシール層に液状物質がしみ出してな
る含液シール層を備えたことを特徴とする燃料電池のシ
ール構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1011403A JPH02192662A (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 燃料電池のシール構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1011403A JPH02192662A (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 燃料電池のシール構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02192662A true JPH02192662A (ja) | 1990-07-30 |
Family
ID=11777053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1011403A Pending JPH02192662A (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 燃料電池のシール構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02192662A (ja) |
-
1989
- 1989-01-20 JP JP1011403A patent/JPH02192662A/ja active Pending
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