(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気によってベッド材と共に燃料を流動化させながら燃料を燃焼させる火炉の炉壁が、上下方向へ延びる複数の水管と隣接する水管の相互間を接続するフィンとによる水冷壁により形成され、且つ、該水冷壁の内側下部にキャスタブル耐火物が内張りされている流動層ボイラの炉壁構造において、
前記キャスタブル耐火物の上部に、キャスタブル耐火物以下の厚さのプラスチック耐火物からなる摩耗緩衝構造が一体に備えられ、
前記摩耗緩衝構造は、前記水管とフィンの内面形状に沿ってプラスチック耐火物により形成した上部薄肉部と、該上部薄肉部の下端からキャスタブル耐火物に向かって炉内側に張り出すようにプラスチック耐火物により傾斜して形成した張り出し傾斜部とを有し、且つ、前記上部薄肉部と張り出し傾斜部に埋没して水管に固定した埋没緩衝スタッドを有することを特徴とする流動層ボイラの炉壁構造。
【請求項２】
前記摩耗緩衝構造は、プラスチック耐火物により形成した上部薄肉部の上部に露出して水管に備えた露出緩衝スタッドを有することを特徴とする請求項１に記載の流動層ボイラの炉壁構造。
【請求項３】
前記水管とフィンの内面形状に沿ってプラスチック耐火物により形成した上部薄肉部と、該上部薄肉部の下端から下部に向かって炉内側に張り出すようにプラスチック耐火物により傾斜して形成した張り出し傾斜部とを有し、且つ、前記上部薄肉部と張り出し傾斜部に埋没して水管に固定した埋没緩衝スタッドを有する上部摩耗緩衝構造が、前記摩耗緩衝構造の上部に、間隔を隔てて少なくとも１段備えられたことを特徴とする請求項１に記載の流動層ボイラの炉壁構造。
【請求項４】
前記上部摩耗緩衝構造は、プラスチック耐火物により形成した上部薄肉部の上部に露出して水管に備えた露出緩衝スタッドを有することを特徴とする請求項３に記載の流動層ボイラの炉壁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流動層ボイラの炉壁構造、特に、流動する粒子の下降により水冷壁水管が摩耗するのを防止するようにした流動層ボイラの炉壁構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭等の固体燃料を効率良く燃焼させるボイラの一つとして、循環流動層ボイラが知られている。斯かる循環流動層ボイラは、図６〜図８に示すように、その内側下部に設置されている空気分散装置１から吹き出す空気によって、灰や石灰石等から成るベッド材２を矢印２ａ（図７）で示すように流動化しつつ燃料供給口３から供給される燃料を燃焼させるようにした矩形形状の水冷壁１５からなる火炉４と、火炉４の上端後部に接続したダクト５から排出される燃焼ガス６を導入して燃焼ガス６中に含まれるベッド材２や未燃固形分等の粒子を分離するサイクロン７と、サイクロン７で粒子が分離された燃焼ガス６をダクト８により導入して熱エネルギを回収する伝熱管９からなる複数の熱交換器を備えた後部伝熱部１０と、サイクロン７で分離されて下降する粒子を貯留するループシール１１と、該ループシール１１の粒子を再び前記火炉４の空気分散装置１上へ戻す循環路１２とを備えている。
【０００３】
尚、火炉４の空気分散装置１の下部には空気供給ライン１３によって空気が供給され、空気分散装置１から火炉４内に空気を分散して噴出するようになっており、又、ループシール１１の下部には空気供給ライン１４によって空気が供給され、サイクロン７から下降してきた粒子を空気により流動化して循環路１２を介し前記火炉４の空気分散装置１上へ戻すようにしている。９'は火炉４内上部に設けた伝熱管、１６は気液分離タンクである。
【０００４】
上述の循環流動層ボイラでは、空気供給ライン１３により火炉４の空気分散装置１の下部へ空気を供給すると、空気は空気分散装置１により分散して火炉４内へ供給され、ベッド材２を流動化させる。この状態で、燃料供給口３から燃料を火炉４内へ供給すると、燃料はベッド材２と共に空気供給ライン１３からの流動化用の空気によって流動化しつつ燃焼し燃焼ガス６を発生する。
【０００５】
燃焼ガス６は、上昇しつつ火炉４を構成する水冷壁１５の水管内部を流れる流体を加熱した後、ダクト５によりサイクロン７へ導かれ、サイクロン７ではベッド材２や未燃の固形燃料が混合した粒子が分離される。粒子が分離された燃焼ガス６は、ダクト８から後部伝熱部１０へ導入され、後部伝熱部１０内を下降しつつ伝熱管９を流れる流体を加熱若しくは過熱し、後部伝熱部１０下部から排ガスとして排出される。一方、火炉４の水冷壁１５の水管や後部伝熱部１０の伝熱管９等によって発生した蒸気は、図示しない蒸気タービン等へ送られる。サイクロン７で分離された粒子はループシール１１に貯留され、該ループシール１１の粒子は、空気供給ライン１４からの空気により流動化されて循環路１２を介し再び前記火炉４の空気分散装置１上へ戻される。
【０００６】
火炉４を構成している前後・左右の炉壁からなる矩形形状の水冷壁１５は、図９、図１０に示すように、ボイラの前後方向及び幅方向へ所定の間隔で配列されて上下方向にほぼ鉛直に延びる多数の水管１７と、隣り合う水管１７同士を接続するフィン１８とによってパネル状に形成されている。
【０００７】
そして、水冷壁１５の下部内側には、流動化しているベッド材２や未燃固形分等の粒子が落下する際に水管１７に衝突して、該水管１７の周面を摩耗させ減肉するのを防止するための、耐摩耗性に優れた硬質のキャスタブル耐火物１９を内張りしている。このような硬質のキャスタブル耐火物１９を形成するには、先ず、水冷壁１５の内側に間隔を隔てて型枠を設置し、流動性を保持するようにアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、珪素（ＳｉＯ２）等を微粉砕した粉末骨材に水を加えて流動化させ、この流動化物を、スタッドを内面に固定した水冷壁１５と前記型枠との間に流し込んで振動方式等を用いて固く圧密した後、乾燥させ、更に加熱して焼き固めることにより形成している。
【０００８】
火炉４内を流動するベッド材２は、図７に矢印２ａで示すように火炉４の中央部を上昇するように吹き上がり、その後、中央部に比して流動用空気の上昇流が弱い水冷壁１５に近い外側に向かって落下するようになるため、水冷壁１５に沿って落下する粒子の流量が大きくなる傾向がある。更に、水冷壁１５に沿って落下する粒子の量（濃度）は下部ほど大きくなる。又、矩形形状を有している水冷壁１５の四隅部は流動用空気の上昇流が更に弱くなる部分であるために、水冷壁１５の四隅部を落下する粒子の量は最も大きくなっている。
【０００９】
このように、火炉４の空気分散装置１から所定高さ位置までの下部位置Ｌの水冷壁１５は粒子による非常に厳しい摩耗作用を受けることになるため、この下部位置Ｌには耐摩耗性に優れた硬質のキャスタブル耐火物１９を設けて、水冷壁１５における特に水管１７が摩耗するのを防止するようにしている。図６に示す空気分散装置１から火炉頂部までの燃焼室長さが例えば３０メートル前後の火炉４の場合においては、前記キャスタブル耐火物１９を設置する下部位置Ｌの長さは、前記燃焼室長さの約２０％程度、即ち６〜７メートル前後となっている。
【００１０】
上記したように、流動化した粒子が水冷壁１５に沿って落下することにより水管１７が粒子によって摩耗し減肉する問題があるが、前記したように、水冷壁１５内側の最も粒子の落下量が多い内側下部には、キャスタブル耐火物１９を内張りして保護しているので、この部分において水管１７が摩耗して減肉する問題は生じない。
【００１１】
しかし、図１０、図１１に示すように、水管１７の相互間をフィン１８に沿って落下してきた粒子は、キャスタブル耐火物１９の上端に衝突した後、キャスタブル耐火物１９の内側に流下する流れが生じ、このような流れの傾向が生じると粒子は集中してその経路に沿った流れを形成するようになるために、キャスタブル耐火物１９の上端部から水管１７が露出している境界部において水管１７が摩耗して摩耗部２０を生じ、水管１７が減肉されるという問題がある。そして、矩形形状を有している水冷壁１５では、四隅部での粒子の落下量が最も多いために、四隅部における水管１７の摩耗による減肉が最も激しくなっている。
【００１２】
このように水管１７が減肉した場合には、減肉した部分を切り取って新たな水冷壁と交換する等の補修作業が必要となるが、従来においては前記粒子による水管１７の減肉が激しいために、短期間での補修が必要となり、補修費用が増加すると共に、補修のために循環流動層ボイラの運転を停止する期間が増加するという問題を有していた。
【００１３】
又、このような水管１７の摩耗の問題を防止するために、従来より、キャスタブル耐火物１９と水管１７との境界線及び該境界線から所定高さ位置までの間に、耐摩耗金属を溶射することが行われている。しかし、耐摩耗金属を溶射しても、境界線近傍における水管１７の摩耗速度を緩和することはできても、ボイラの運転に伴って耐摩耗金属が劣化して水管１７の局部的な摩耗は進行するために、定期的な点検・補修が必要となっていた。
【００１４】
又、上記したような水管の摩耗を防止するための先行技術文献としては、キャスタブル耐火物の上端部に、フィンの延長線よりも炉外側へ突出した屈曲部材を設けて自由落下空間を形成するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平０９−１２６４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献１においては、フィンに沿って落下してくる粒子は、自由落下空間によりフィンから離れて落下するようになるが、粒子は落下速度を保ったままキャスタブル耐火物の上端に落下することになるため、キャスタブル耐火物の上端に落下した粒子は従来と同様にキャスタブル耐火物と水管との境界線の部分に沿って流れる現象は依然として生じ、このために、キャスタブル耐火物の上端部から水管が露出する境界部において水管が摩耗するという問題を有効に防止できるまでには至っていなかった。
【００１７】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、水冷壁水管の摩耗を効果的に防止して、ボイラの寿命を長期化できる流動層ボイラの炉壁構造を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、空気によってベッド材と共に燃料を流動化させながら燃料を燃焼させる火炉の炉壁が、上下方向へ延びる複数の水管と隣接する水管の相互間を接続するフィンとによる水冷壁により形成され、且つ、該水冷壁の内側下部にキャスタブル耐火物が内張りされている流動層ボイラの炉壁構造において、
前記キャスタブル耐火物の上部に、キャスタブル耐火物以下の厚さのプラスチック耐火物からなる摩耗緩衝構造が一体に備えられ、
前記摩耗緩衝構造は、前記水管とフィンの内面形状に沿ってプラスチック耐火物により形成した上部薄肉部と、該上部薄肉部の下端からキャスタブル耐火物に向かって炉内側に張り出すようにプラスチック耐火物により傾斜して形成した張り出し傾斜部とを有し、且つ、前記上部薄肉部と張り出し傾斜部に埋没して水管に固定した埋没緩衝スタッドを有することを特徴とする流動層ボイラの炉壁構造、に係るものである。
【００２０】
上記流動層ボイラの炉壁構造において、前記摩耗緩衝構造は、プラスチック耐火物により形成した上部薄肉部の上部に露出して水管に備えた露出緩衝スタッドを有することが好ましい。
【００２２】
又、上記流動層ボイラの炉壁構造において、前記水管とフィンの内面形状に沿ってプラスチック耐火物により形成した上部薄肉部と、該上部薄肉部の下端から下部に向かって炉内側に張り出すようにプラスチック耐火物により傾斜して形成した張り出し傾斜部とを有し、且つ、前記上部薄肉部と張り出し傾斜部に埋没して水管に固定した埋没緩衝スタッドを有する上部摩耗緩衝構造が、前記摩耗緩衝構造の上部に、間隔を隔てて少なくとも１段備えられることが好ましい。
【００２４】
又、上記流動層ボイラの炉壁構造において、前記上部摩耗緩衝構造は、プラスチック耐火物により形成した上部薄肉部の上部に露出して水管に備えた露出緩衝スタッドを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の流動層ボイラの炉壁構造によれば、キャスタブル耐火物の上部に、キャスタブル耐火物以下の厚さのプラスチック耐火物を有する摩耗緩衝構造を一体に備えるようにしたので、水冷壁に沿って下方に落下する粒子は摩耗緩衝構造に衝突するようになり、このとき、摩耗緩衝構造を構成しているプラスチック耐火物はキャスタブル耐火物に比して硬度が小さいためにプラスチック耐火物が徐々に摩耗するようになり、このようにプラスチック耐火物が摩耗することによって、プラスチック耐火物から水管が露出する境界部が徐々に下方に移動するようになるため、粒子が水管の一個所に集中して流下することがなくなり、よって、小さな摩耗緩衝構造を設けることで水管が局部的に摩耗する問題を効果的に防止できるという優れた効果を奏し得る。
【００２７】
又、プラスチック耐火物が摩耗した場合には、摩耗した部分にプラスチック耐火物を盛り付けることによって容易に修理できるという効果を有する。
【００２８】
又、キャスタブル耐火物上に一体に備えた前記摩耗緩衝構造の上部に、プラスチック耐火物を有して水冷壁の内面に突出する上部摩耗緩衝構造を、間隔を隔てて少なくとも１段備えるようにしたので、水冷壁内面に沿って落下してくる粒子が上部摩耗緩衝構造により緩衝され減速してキャスタブル耐火物上の摩耗緩衝構造へ落下すると共に、上部摩耗緩衝構造によって粒子が炉内側へ偏向されることでキャスタブル耐火物上の摩耗緩衝構造へ落下する粒子の落下量が減少することにより、最も激しい摩耗を受けるキャスタブル耐火物上の摩耗緩衝構造の摩耗を低減させることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を実施する流動層ボイラの炉壁構造の一部を炉内から見た斜視図である。
【図２】キャスタブル耐火物上に設けた摩耗緩衝構造の一例を示す断面図である。
【図３】図２をＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た切断平面図である。
【図４】図２をＩＶ−ＩＶ方向から見た平面図である。
【図５】摩耗緩衝構造の上部に設けた上部摩耗緩衝構造の一例を示す断面図である。
【図６】循環流動層ボイラの一例を示す側面図である。
【図７】図６をＶＩＩ−ＶＩＩ方向から見た正面図である。
【図８】図６をＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向から見た平面図である。
【図９】従来の水冷壁の斜視図である。
【図１０】図９の側断面図である。
【図１１】キャスタブル耐火物の上端部から水管が露出する境界部で水管が摩耗する状態を示した正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００３１】
図１、図２は発明の基本となる実施例を示すもので、図中、図６〜図１１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００３２】
図１、図２の実施例においては、水冷壁１５の下部内側に従来と同様に形成している硬質のキャスタブル耐火物１９の上部に、キャスタブル耐火物１９以下の厚さを有するプラスチック耐火物２１を備えた摩耗緩衝構造２２を一体に設けている。上記プラスチック耐火物２１は、耐火性骨材と粘土及び粘性材料に水を加えて練った粘土状製品を、エアーランマーや木槌等を用いて水冷壁１５の内面に固着させて任意に整形することで形成することができる。
【００３３】
上記摩耗緩衝構造２２は、上記プラスチック耐火物２１と、該プラスチック耐火物２１の内部に埋没するように水管１７に対して放射方向に固定した複数の埋没緩衝スタッド２３とを有している。又、前記プラスチック耐火物２１は、図２〜図４に示すように、前記水管１７の内面形状に沿うように薄肉に形成した上部薄肉部２４と、該上部薄肉部２４の下端から下側に向かって炉内側に張り出すように緩やかに傾斜した傾斜面２５を有する張り出し傾斜部２６とを有している。
【００３４】
又、図１、図２のプラスチック耐火物２１の上部位置には、水管１７に対して放射方向に固定した複数の露出緩衝スタッド２７が露出して設けられている。
【００３５】
前記摩耗緩衝構造２２を形成するには、キャスタブル耐火物１９の上部における水管１７の内面に埋没緩衝スタッド２３と露出緩衝スタッド２７を予め固定しておく。そして、プラスチック耐火物２１を形成するための粘土状製品を、前記埋没緩衝スタッド２３を埋没させるように水冷壁１５の水管１７とフィン１８の内面に圧着させて形を整え、前記したように、水管１７の内面形状に沿う上部薄肉部２４を形成すると共に、該上部薄肉部２４の下端から下側に向かって炉内側に張り出すように緩やかに傾斜した傾斜面２５が備えられるように張り出し傾斜部２６を形成する。このように粘土状製品によって形成したプラスチック耐火材を乾燥させた後、加熱して焼き固めることによってプラスチック耐火物２１が形成される。
【００３６】
上記摩耗緩衝構造２２は矩形形状を有する水冷壁１５の内面全周に設けるようにしてもよく、又、粒子の落下量が多いために摩耗による減肉が最も激しいことが判明している水冷壁１５の四隅部のみに前記摩耗緩衝構造２２を設けるようにしてもよい。
【００３７】
図６の火炉４の高さが３０メートル前後、キャスタブル耐火物１９の高さが６〜７メートル前後である場合において、キャスタブル耐火物１９上に設ける前記摩耗緩衝構造２２の上下方向の高さ寸法は、２５〜５０センチメートル程度とすることができる。
【００３８】
図１、図２に示した流動層ボイラの炉壁構造においては、キャスタブル耐火物１９の上部に、キャスタブル耐火物１９以下の厚さのプラスチック耐火物２１を有する摩耗緩衝構造２２を一体に備えたので、火炉４内を流動して水冷壁１５の内面に沿って落下してくる粒子は、先ず露出緩衝スタッド２７に衝突して緩衝されることにより速度が減速され、続いて上部薄肉部２４の上端２４ａに衝突して更に減速された後、張り出し傾斜部２６の緩やかに傾斜した傾斜面２５に沿って炉内側に向けられて落下する。
【００３９】
このとき、摩耗緩衝構造２２を構成しているプラスチック耐火物２１はキャスタブル耐火物１９と比較すると曲げ強度が小さいことから、プラスチック耐火物２１は、粒子が衝突する上部薄肉部２４の上端２４ａから徐々に摩耗するようになる。
【００４０】
本発明者らは、過去の実績から、一般のキャスタブル耐火材に対してプラスチック耐火物は摩耗し易いことを得ている。これは、キャスタブル耐火物とプラスチック耐火物について１０００℃の温度条件で曲げ強度試験を行った場合の強度が、キャスタブル耐火物では１４．７ＭＰａであるのに対し、プラスチック耐火物では８．０ＭＰａと約半分程度の強度であることからも推測される。又、このような強度の違いは、キャスタブル耐火物に対してプラスチック耐火物は気泡を含んでいて密度が低いことに関係していると考えられる。
【００４１】
従って、前記したように上部薄肉部２４の上端２４ａが摩耗することにより、上部薄肉部２４の上端２４ａから水管１７が露出する境界部が徐々に下方へ移動して行くことになるため、粒子が水管１７の一個所に集中して流下することがなくなり、よって、小さな摩耗緩衝構造２２を設けることで水管１７が局部的に摩耗するという問題を効果的に防止することができる。
【００４２】
又、上記したように上部薄肉部２４の上端２４ａが摩耗すると内部の埋込緩衝スタッド２３が露出されるようになるため、この露出した埋込緩衝スタッド２３が落下してくる粒子の緩衝を行って上部薄肉部２４の上端２４ａの摩耗を抑制するようになる。
【００４３】
上記したように、プラスチック耐火物２１の例えば上部薄肉部２４の上端２４ａが摩耗した場合には、摩耗した部分にプラスチック耐火物を盛り付けることによって容易に補修することができる。
【００４４】
図１、図５は本発明の他の実施例を示すもので、この実施例では、水冷壁１５の内面における前記キャスタブル耐火物１９上の摩耗緩衝構造２２の上部に、間隔Ｈを隔てて第２段の上部摩耗緩衝構造２８ｂを炉内側に突出するように設け、更に、該第２段の上部摩耗緩衝構造２８ｂの上部に、間隔Ｈを隔てて第１段の上部摩耗緩衝構造２８ａを炉内側に突出するように設けた場合を示している。上部摩耗緩衝構造を設置する段数は一段以上の任意の段数とすることができる。
【００４５】
上記した上部摩耗緩衝構造２８ａ，２８ｂは、前記キャスタブル耐火物１９上に形成された摩耗緩衝構造２２と同様に、プラスチック耐火物２１と、該プラスチック耐火物２１に埋設された埋没緩衝スタッド２３と、露出緩衝スタッド２７とにより構成されている。
【００４６】
又、上部摩耗緩衝構造２８ａ，２８ｂは、前記摩耗緩衝構造２２と同程度の炉内側への張り出し高さと上下高さ寸法を有して形成することができ、又、上部摩耗緩衝構造２８ａ，２８ｂ相互の間隔Ｈの大きさは任意に選定することができる。ここで、図６の火炉４の高さが３０メートル前後、キャスタブル耐火物１９の高さが６〜７メートル前後である場合においては、例えば１メートル前後の間隔Ｈを有して、上部摩耗緩衝構造２８ａ，２８ｂを設けることができる。
【００４７】
前記上部摩耗緩衝構造２８ａ，２８ｂは水冷壁１５の全内周面に環状に形成するようにしてもよく、或いは、矩形形状の水冷壁１５の四隅部を落下する粒子量が最も大きくこの四隅部の水管１７の摩耗が最も激しいことから、水冷壁１５の四隅部のみに前記上部摩耗緩衝構造２８ａ，２８ｂを設けるようにしてもよい。
【００４８】
図１、図３に示した実施例によれば、キャスタブル耐火物１９上に一体に備えた摩耗緩衝構造２２の上部に、プラスチック耐火物２１を有して水冷壁１５の内面に突出する上部摩耗緩衝構造２８ａ，２８ｂを、間隔Ｈを隔てて少なくとも１段備えるようにしたので、水冷壁１５内面に沿って落下してくる粒子が上部摩耗緩衝構造２８ａ，２８ｂにより緩衝され減速してキャスタブル耐火物１９上の摩耗緩衝構造２２へ落下すると共に、上部摩耗緩衝構造２８ａ，２８ｂによって粒子が炉内側へ偏向されることでキャスタブル耐火物１９上の摩耗緩衝構造２２へ落下する粒子の落下量が減少することにより、最も激しい摩耗を受けるキャスタブル耐火物１９上の摩耗緩衝構造２２の摩耗を低減させることができるという効果がある。
【００４９】
又、図１、図３の実施例においても、上部摩耗緩衝構造２８ａ，２８ｂを構成するプラスチック耐火物２１の上部薄肉部２４の上端２４ａが摩耗した場合にも、摩耗した部分にプラスチック耐火物を盛り付けることによって容易に補修することができる。
【００５０】
尚、本発明の流動層ボイラの炉壁構造は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５１】
２  ベッド材
４  火炉
１５  水冷壁
１７  水管
１８  フィン
１９  キャスタブル耐火物
２１  プラスチック耐火物
２２  摩耗緩衝構造
２３  埋没緩衝スタッド
２４  上部薄肉部
２５  傾斜面
２６  張り出し傾斜部
２７  露出緩衝スタッド
２８ａ，２８ｂ        上部摩耗緩衝構造
【図１】
0005549213.tif 000002
【図２】
0005549213.tif 000003
【図３】
0005549213.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0005549213.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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