(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒形状の内側を燃料ガスを通過させると共に、上記筒形状の外側を燃焼用空気を通過させるよう構成した燃焼用ヘッダーと、
該燃焼用ヘッダーの外側面に設けた繊維材又は多孔質材からなる通気性部材と、
該通気性部材の外側を覆う筒状の障壁とを有しており、
上記燃焼用ヘッダーには、該燃焼用ヘッダーの内外を連通する燃料噴出孔が軸方向の複数箇所に形成してあり、
上記燃焼用ヘッダーの内側から外側へ上記燃料噴出孔によって噴出されて、上記通気性部材の内側から外側へ流れる燃料ガスと、上記燃焼用ヘッダーの外側と上記通気性部材の内側との間を通過する際に該通気性部材の内側から外側へ流れる燃焼用空気とを、上記通気性部材の表面で混合燃焼させ、上記障壁内で火炎を形成するよう構成したことを特徴とする表面燃焼バーナ。
【請求項２】
請求項１において、上記燃焼用ヘッダーにおける上記筒形状の外側面には、燃焼用空気を通過させる複数の凹部が形成してあり、上記燃料噴出孔は、上記凹部同士の間の凸部に形成してあり、
上記燃焼用ヘッダーの内側には、燃料ガスを供給する燃料管が接続してあり、上記燃焼用ヘッダーの外側には、上記燃料管を覆って上記複数の凹部へ燃焼用空気を供給する空気管が接続してあり、
上記障壁内を通過した燃焼後の排ガスを上記空気管の外側を通過させて、該空気管内の燃焼用空気へ排熱回収させるよう構成したことを特徴とする表面燃焼バーナ。
【請求項３】
請求項２において、上記障壁は、その先端部が閉塞してあり、上記火炎を上記燃料ガス及び上記燃焼用空気の通過方向と反対方向へ形成するよう構成したことを特徴とする表面燃焼バーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと燃焼用空気とを繊維材又は多孔質材から構成した通気性部材の表面で混合燃焼させる表面燃焼バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスと燃焼用空気との燃焼により火炎を形成するバーナとしては、種々のものがある。その中でも、燃料ガスと燃焼用空気とをベンチュリーミキサー等を用いて予め混合させ、この予混合気を一本の配管によって燃焼部分へ導き、燃焼部分に設けた耐熱金属繊維製のメタルニットの表面で燃焼させる技術がある。例えば、特許文献１の無漏洩赤外線ガスバーナーには、金属繊維を圧縮して形成した通気性を有する発熱板の表面において、混合気を燃焼させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１０８７３９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、従来の表面燃焼バーナにおいては、予混合気を用いて燃焼を行っているため、予混合気が噴出される配管の燃焼部分において急激な燃焼が生じるおそれがある。そのため、配管の燃焼部分において局所的に過熱される部分が生じ、耐久性に優れない。また、予混合気を用いているため、配管の燃焼部分の内側へ逆火が生じるおそれもある。
【０００５】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、燃焼用ヘッダーの局所的な過熱、及び燃焼用ヘッダーの内部への逆火を防止し、かつ、筒状の障壁の軸方向に沿って安定した火炎を形成することができる表面燃焼バーナを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、筒形状の内側を燃料ガスを通過させると共に、上記筒形状の外側を燃焼用空気を通過させるよう構成した燃焼用ヘッダーと、
該燃焼用ヘッダーの外側面に設けた繊維材又は多孔質材からなる通気性部材と、
該通気性部材の外側を覆う筒状の障壁とを有しており、
上記燃焼用ヘッダーには、該燃焼用ヘッダーの内外を連通する燃料噴出孔が軸方向の複数箇所に形成してあり、
上記燃焼用ヘッダーの内側から外側へ上記燃料噴出孔によって噴出されて、上記通気性部材の内側から外側へ流れる燃料ガスと、上記燃焼用ヘッダーの外側と上記通気性部材の内側との間を通過する際に該通気性部材の内側から外側へ流れる燃焼用空気とを、上記通気性部材の表面で混合燃焼させ、上記障壁内で火炎を形成するよう構成したことを特徴とする表面燃焼バーナにある（請求項１）。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の表面燃焼バーナは、上記燃焼用ヘッダーを用いて通気性部材の直前まで燃料ガスと燃焼用空気とを別経路で導き、これらを通気性部材の表面において混合燃焼させる。具体的には、燃料ガスは、燃焼用ヘッダーの内側を通過させ、燃焼用空気は、燃焼用ヘッダーの外側を通過させる。そして、燃焼用ヘッダーの外側を通過する燃焼用空気は、適宜外側へ流れ、燃焼用ヘッダーの燃料噴出孔から噴出された燃料ガスと混合されて、通気性部材の表面において混合燃焼される。このとき、通気性部材の表面において、燃料ガスが燃焼用ヘッダーの外側へ流れる燃焼用空気に対して急激に混合されず、緩やかに混合される。
【０００８】
これにより、通気性部材の広い領域において緩慢燃焼が行われ、形成される火炎の温度が低く維持される。そのため、燃焼用ヘッダーが局所的に過熱されることを防止することができ、その耐久性を向上させることができる。また、燃料ガスと燃焼用空気とを予混合気とせず、燃料ガスと燃焼用空気とを通気性部材の直前で混合燃焼させることにより、燃焼用ヘッダーの内部へ逆火が生じることを防止することができる。また、緩慢燃焼が行われることにより、燃焼の際に発生する騒音を低減することもできる。
【０００９】
さらに、本発明においては、筒状の障壁によって通気性部材の外側を覆っており、燃焼用ヘッダーにおける燃焼によって生じた火炎は、筒状の障壁の軸方向に沿って形成することができる。これにより、通気性部材の表面において緩慢燃焼を行いつつ、通常のバーナと同様に筒状の障壁の軸方向に沿って火炎を形成することができる。また、筒状の障壁により、火炎の保炎性を向上させることができる。
【００１０】
それ故、本発明の表面燃焼バーナによれば、燃焼用ヘッダーの局所的な過熱、及び燃焼用ヘッダーの内部への逆火を防止し、かつ、筒状の障壁の軸方向に沿って安定した火炎を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１における、表面燃焼バーナの側方断面を示す説明図。
【図２】実施例１における、燃焼用ヘッダーの周辺を拡大した側方断面を示す説明図。
【図３】実施例１における、燃料噴出孔の形成箇所の横断面を示す説明図。
【図４】実施例２における、表面燃焼バーナの側方断面を示す説明図。
【図５】実施例３における、表面燃焼バーナの側方断面を示す説明図。
【図６】実施例４における、表面燃焼バーナの側方断面を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上述した本発明の表面燃焼バーナにおける好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記燃焼用ヘッダー、上記通気性部材及び上記筒状の障壁は、円筒形状に形成することができ、これ以外にも、四角形断面、多角形断面等の筒形状に形成することもできる。
また、上記繊維材によって構成した通気性部材は、耐熱性の高い金属繊維を布状（ニット状）に編んだメタルニット、耐熱性の高い金属繊維を交錯配置して厚みを持った所定形状に形成した繊維質体等とすることができる。また、上記多孔質材によって構成した通気性部材は、多数の微細な孔が形成された耐熱性の高いセラミックス等の多孔質体とすることができる。
【００１３】
上記燃焼用ヘッダーにおける上記筒形状の外側面には、燃焼用空気を通過させる複数の凹部が形成してあり、上記燃料噴出孔は、上記凹部同士の間の凸部に形成してあり、上記燃焼用ヘッダーの内側には、燃料ガスを供給する燃料管が接続してあり、上記燃焼用ヘッダーの外側には、上記燃料管を覆って上記複数の凹部へ燃焼用空気を供給する空気管が接続してあり、上記障壁内を通過した燃焼後の排ガスを上記空気管の外側を通過させて、該空気管内の燃焼用空気へ排熱回収させるよう構成することが好ましい（請求項２）。
この場合には、燃料噴出孔と凹部とが燃焼用ヘッダーにおける周方向の異なる位置にあることにより、通気性部材の表面において、緩慢燃焼を容易に行うことができる。
また、障壁内に火炎を形成することにより、燃焼後の排ガスから排熱回収して、燃焼用空気を予熱することにより、表面燃焼バーナにおいて、排気損失を抑えて高効率燃焼を行うことができる。
【００１４】
上記複数の燃料噴出孔は、全てを上記燃焼用ヘッダーの凸部に設けることができる。また、複数の燃料噴出孔は、一部を燃焼用ヘッダーの凹部に設け、残りを凸部に設けることもできる。
上記燃焼用ヘッダーの凹部は、燃焼用ヘッダーの軸方向に沿って形成することができる。また、凹部は、例えば、燃焼用ヘッダーの周方向にねじりながら軸方向へ螺旋状に形成することもできる。
【００１５】
また、上記障壁は、その先端部が閉塞してあり、上記火炎を上記燃料ガス及び上記燃焼用空気の通過方向と反対方向へ形成するよう構成することが好ましい（請求項３）。
この場合には、通気性部材の表面において緩慢燃焼させていることにより、障壁の先端部を閉塞させた簡単な工夫により、火炎を燃料ガス及び燃焼用空気の通過方向と反対方向へ形成することができる。また、障壁をラジアントチューブとし、少ない部品点数によって簡単に間接加熱式の排熱回収バーナを形成することができる。
【実施例】
【００１６】
以下に、本発明の表面燃焼バーナにかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
（実施例１）
本例の表面燃焼バーナ１は、図１に示すごとく、筒形状の内側を燃料ガスＦを通過させると共に、筒形状の外側を燃焼用空気Ａを通過させるよう構成した燃焼用ヘッダー２と、燃焼用ヘッダー２の外側面に設けた繊維材又は多孔質材からなる通気性部材２４と、通気性部材２４の外側を覆う筒状の障壁３とを有している。燃焼用ヘッダー２には、燃焼用ヘッダー２の内外を連通する燃料噴出孔２１が軸方向Ｌの複数箇所に形成してある。表面燃焼バーナ１は、燃料噴出孔２１から噴出する燃料ガスＦと燃焼用ヘッダー２の外側へ流れる燃焼用空気Ａとを、通気性部材２４の表面で混合燃焼させ、障壁３内で火炎Ｈを形成するよう構成してある。
【００１７】
以下に、本例の表面燃焼バーナ１につき、図１〜図３を参照して詳説する。
図１は、表面燃焼バーナ１の側方断面を示す図であり、図２は、燃焼用ヘッダー２の周辺を拡大した側方断面を示す図である。図３は、図２における燃料噴出孔２１の形成箇所の横断面（軸方向Ｌに直交する方向の断面）を示す図である。
本例の通気性部材２４は、燃焼用ヘッダー２の外周面に設けた耐熱金属繊維からなるメタルニット２４である。
【００１８】
図２、図３に示すごとく、燃焼用ヘッダー２における円筒形状の外周面には、燃焼用空気Ａを通過させる複数の凹部２２が形成してある。燃料噴出孔２１は、凹部２２同士の間の凸部２３に形成してある。また、燃焼用ヘッダー２の先端部に設けたプレート２０には、燃料Ｆを噴出させる燃料噴出孔２１及び燃焼用空気Ａを噴出させる空気噴出孔２５が設けてある。本例の表面燃焼バーナ１は、燃料噴出孔２１から噴出する燃料ガスＦと凹部２２から外周側へ流れる燃焼用空気Ａとを、メタルニット２４の表面で混合燃焼させ、障壁３内で火炎Ｈを形成するよう構成してある。
図１、図２に示すごとく、本例の燃焼用ヘッダー２には、燃料ガスＦを供給する燃料管４と、燃料管４を覆って燃焼用ヘッダー２における複数の凹部２２へ燃焼用空気Ａを供給する空気管５とが接続してある。
【００１９】
空気管５は、燃焼用ヘッダー２の基端側Ｌ２の部分を覆っており、複数の凹部２２の基端側Ｌ２の部分は、空気管５の先端側Ｌ１の部分によって覆われている。空気管５には、燃焼用空気Ａが流入する空気室５１と、燃焼用空気Ａの流入口５２とが設けてある。
本例のメタルニット２４は、空気管５によって覆われた燃焼用ヘッダー２の基端側Ｌ２の部分を除く先端側Ｌ１の部分の外周に設けてある。メタルニット２４は、その先端側Ｌ１の端部２４１が燃焼用ヘッダー２に溶接してあり、その基端側Ｌ２の端部２４２が空気管５の先端部に溶接してある。
【００２０】
図３に示すごとく、本例の燃焼用ヘッダー２は、円筒形状の外周において、周方向Ｃに略等間隔に凹部２２を繰り返し形成し（本例では８個の凹部２２を周方向Ｃに略等間隔に形成し）、燃料噴出孔２１を各凸部２３における径方向Ｒに向けて形成してなる。また、複数の凹部２２は、燃焼用ヘッダー２の軸方向Ｌに沿って形成してある。
図２に示すごとく、複数の燃料噴出孔２１は、各凸部２３の軸方向Ｌに並ぶように形成してあり、互いに隣接する凸部２３に形成した燃料噴出孔２１は、軸方向Ｌに互いにずれた位置に形成されている。複数の燃料噴出孔２１は、燃焼用ヘッダー２を側方から見た状態において全体的に千鳥状に形成されている。
【００２１】
本例の表面燃焼バーナ１は、燃焼用ヘッダー２を用いてメタルニット２４の直前まで燃料ガスＦと燃焼用空気Ａとを別経路で導き、これらをメタルニット２４の表面において混合燃焼させる。具体的には、燃料ガスＦは、燃焼用ヘッダー２の内周を通過させ、燃焼用空気Ａは、燃焼用ヘッダー２の外周に設けた複数の凹部２２に沿って通過させる。そして、凹部２２を通過する燃焼用空気Ａは、適宜外周側へ流れ、燃焼用ヘッダー２の燃料噴出孔２１から噴出された燃料ガスＦと混合されて、メタルニット２４の表面において混合燃焼される。このとき、燃料噴出孔２１と凹部２２とが燃焼用ヘッダー２における周方向Ｃの異なる位置にあることにより、メタルニット２４の表面において、燃料ガスＦが凹部２２から外周側へ流れる燃焼用空気Ａに対して急激に混合されず、緩やかに混合される。
【００２２】
これにより、メタルニット２４の略全域において緩慢燃焼が行われ、形成される火炎Ｈの温度が低く維持される。そのため、燃焼用ヘッダー２が局所的に過熱されることを防止することができ、その耐久性を向上させることができる。また、燃料ガスＦと燃焼用空気Ａとを予混合気とせず、燃料ガスＦと燃焼用空気Ａとをメタルニット２４の直前で混合燃焼させることにより、燃焼用ヘッダー２の内周側へ逆火が生じることを防止することができる。また、緩慢燃焼が行われることにより、燃焼の際に発生する騒音を低減することもできる。
【００２３】
さらに、本例においては、筒状の障壁３によってメタルニット２４の外周側を覆っており、燃焼用ヘッダー２における燃焼によって生じた火炎Ｈは、筒状の障壁３の軸方向Ｌに沿って形成することができる。これにより、メタルニット２４の表面において緩慢燃焼を行いつつ、通常のバーナと同様に筒状の障壁３の軸方向Ｌに沿って火炎Ｈを形成することができる。また、筒状の障壁３により、火炎Ｈの保炎性を向上させることができる。
【００２４】
それ故、本例の表面燃焼バーナ１は、燃焼用ヘッダー２の局所的な過熱、及び燃焼用ヘッダー２の内周側への逆火を防止し、かつ、筒状の障壁３の軸方向Ｌに沿って安定した火炎Ｈを形成することができる。
【００２５】
次に、正常な火炎を形成するために適切な燃焼用ヘッダー２と障壁３との関係を説明する。
燃焼用ヘッダー２において燃焼を行った直後に障壁３内を通過させる燃焼ガスの流速は、０．５〜１０ｍ／ｓとすることが好ましい。この場合、正常な火炎を形成することができ、用途に応じて、流速が０．５〜３ｍ／ｓの範囲においては、赤火による緩慢燃焼を行うことができ、流速が３〜１０ｍ／ｓの範囲においては、青火による急速燃焼を行うことができる。
流速が０．５ｍ／ｓ未満の場合には、通気性部材（メタルニット等）２４の表面の略全域において燃焼を行うことが困難になり、失火するおそれがある。一方、流速が１０ｍ／ｓ超過の場合には、通気性部材（メタルニット）２４の表面における保炎が困難になり、失火するおそれがある。
【００２６】
また、燃焼用ヘッダー２（通気性部材２４）の外径ｄと障壁３の内径Ｄとの関係は、Ｄ／ｄ＝１．０５〜２．９とすることが好ましい（図１参照）。この場合、正常な火炎を形成することができる。
Ｄ／ｄ＝１．０５未満の場合には、燃焼用ヘッダー２と障壁３との隙間が狭過ぎて、保炎が困難になり、失火するおそれがある。一方、Ｄ／ｄ＝２．９超過の場合には、燃焼用ヘッダー２と障壁３との隙間が広過ぎて、流速が遅くなり、失火するおそれがある。なお、Ｄ／ｄの値は、燃焼用ヘッダー２及び障壁３が円形又は略円形の横断面を有する場合の値とすることができる。
【００２７】
（実施例２）
本例は、筒状の障壁３の使い方によって、排熱回収を行う表面燃焼バーナ１を構成したバリエーションの一つを示す例である。
本例の表面燃焼バーナ１は、先端部が開口した筒状の障壁３を用いて、直火式（直接加熱式）の自己排熱回収バーナを構成している。
具体的には、図４に示すごとく、表面燃焼バーナ１において、空気管５の外周側に排ガスＧを回収するための排ガス管６を設け、この排ガス管６の先端側Ｌ１に排ガスＧを吸入する吸入管７を設けている。排ガス管６には、空気管５を通過する燃焼用空気Ａへ排熱回収した後の排ガスＧを排出する排気口６１が設けてある。
【００２８】
本例においては、表面燃焼バーナ１は、火炎Ｈによって被加熱物の直接加熱を行う加熱炉等に用いることができる。そして、燃焼用ヘッダー２における燃焼を行って、筒状の障壁３の軸方向Ｌの先端側Ｌ１へ向けて火炎Ｈを形成し、加熱炉等の炉内を加熱した後、吸入管７から排ガスＧを回収する。このとき、吸入管７から排ガス管６へ流入する排ガスＧは、空気管５の側壁を介して空気管５内の燃焼用空気Ａと熱交換を行い、排ガスＧの排熱回収が行われる。
【００２９】
そして、燃焼用ヘッダー２の局所的な過熱、及び燃焼用ヘッダー２の内周側への逆火を防止して、安定した火炎Ｈを形成すると共に、排ガスＧの排熱回収を行い、排気損失を抑えた高効率燃焼を行うことができる。
本例においても、その他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３０】
（実施例３）
本例も、筒状の障壁３の使い方によって、排熱回収を行う表面燃焼バーナ１を構成したバリエーションの他の一つを示す例である。
本例の表面燃焼バーナ１は、先端部が閉塞した筒状の障壁３によってラジアントチューブを構成し、間接加熱式の自己排熱回収バーナを構成している。
具体的には、図５に示すごとく、表面燃焼バーナ１において、空気管５の外周側に排ガスＧを回収するための排ガス管６を設け、この排ガス管６の先端側Ｌ１に、先端部が閉塞した筒状の障壁３を接続している。障壁３は、伝熱性、耐熱性に優れたセラミックス、鋳物等からなるラジアントチューブから構成することができる。燃焼用ヘッダー２は、障壁３の先端部に近い位置に設けてある。
そして、本例の表面燃焼バーナ１は、燃焼用ヘッダー２によって形成した火炎Ｈを、燃料ガスＦ及び燃焼用空気Ａの通過方向（先端側Ｌ１）と反対方向（基端側Ｌ２）へ形成するよう構成される。
【００３１】
本例においては、表面燃焼バーナ１は、火炎Ｈによって被加熱物の間接加熱を行う加熱炉、溶湯の溶解保持炉、雰囲気熱処理炉等に用いることができる。表面燃焼バーナ１は、溶湯の溶解保持炉に用いる場合には、溶湯内に浸漬させて用いることができる。そして、燃焼用ヘッダー２における燃焼を行ったときには、炉壁の先端部が閉塞されていることにより、火炎Ｈは、障壁３の軸方向Ｌの基端側Ｌ２へ向けて形成される。そして、障壁３を介して炉内を輻射熱によって間接的に加熱した後、排ガスＧとして排ガス管６から排気される。このとき、排ガス管６を通過する排ガスＧは、空気管５の側壁を介して空気管５内の燃焼用空気Ａと熱交換を行い、排ガスＧの排熱回収が行われる。
【００３２】
また、メタルニット２４の表面において緩慢燃焼させていることにより、障壁３の先端部を閉塞させた簡単な工夫により、火炎Ｈを燃料ガスＦ及び燃焼用空気Ａの通過方向と反対方向へ形成することができる。また、障壁３をラジアントチューブとし、少ない部品点数によって簡単に間接加熱式の自己排熱回収バーナを形成することができる。
そして、燃焼用ヘッダー２の局所的な過熱、及び燃焼用ヘッダー２の内周側への逆火を防止して、安定した火炎Ｈを形成すると共に、排ガスＧの排熱回収を行い、排気損失を抑えた高効率燃焼を行うことができる。
本例においても、その他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
（実施例４）
本例も、筒状の障壁３の使い方によって、排熱回収を行う表面燃焼バーナ１を構成したバリエーションの他の一つを示す例である。
本例の表面燃焼バーナ１は、図６に示すごとく、空気管５の外周側に排ガスＧを回収するための排ガス管６を設け、燃焼用ヘッダー２の外周側に先端部が開口した筒状の内側障壁３Ａを設けると共に、この内側障壁３Ａの外周側に先端部が閉塞した筒状の外側障壁３Ｂをラジアントチューブとして設けている。そして、外側障壁３Ｂの基端側Ｌ２の開口部を排ガス管６の先端側Ｌ１の開口部に接続している。
【００３４】
本例においては、燃焼用ヘッダー２において燃焼を行い、筒状の内側障壁３Ａの軸方向Ｌの先端側Ｌ１へ向けて火炎Ｈを形成する。そして、内側障壁３Ａ内を軸方向Ｌの先端側Ｌ１へ通過する燃焼ガスＩを内側障壁３Ａの先端部において基端側Ｌ２へ折り返し、外側障壁３Ｂの先端部から外側障壁３Ｂ内を軸方向Ｌの基端側Ｌ２へ向けて通過させる。これにより、外側障壁３Ｂからの輻射熱により炉内を間接的に加熱し、空気管５の側壁を介して排ガスＧの排熱回収を行う。
【００３５】
本例においても、燃焼用ヘッダー２の局所的な過熱、及び燃焼用ヘッダー２の内周側への逆火を防止して、安定した火炎Ｈを形成すると共に、排ガスＧの排熱回収を行い、排気損失を抑えた高効率燃焼を行うことができる。
本例においても、その他の構成は上記実施例３と同様であり、上記実施例３と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  表面燃焼バーナ
２  燃焼用ヘッダー
２１  燃料噴出孔
２２  凹部
２３  凸部
２４  通気性部材（メタルニット）
３  障壁
３Ａ  内側障壁
３Ｂ  外側障壁
４  燃料管
５  空気管
６  排ガス管
Ａ  燃焼用空気
Ｆ  燃料ガス
Ｈ  火炎
Ｌ  軸方向
Ｌ１  先端側
Ｌ２  基端側
Ｃ  周方向
Ｒ  径方向
【図１】
0005475374.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005475374.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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