(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナーアセンブリであって、
・入口面および出口面（５０３）、前記入口面と出口面との間の少なくとも１つの酸化剤通路（５０６、５０７）、ならびに前記入口面と出口面との間の少なくとも１つの燃料ロッド通路（５００、５０１）を有するバーナーユニットであって、前記少なくとも１つの燃料ロッド通路（５００、５０１）を通して前記バーナーユニットにｍ個の燃料ロッドを同時に取り付けられるようになっている（ここでｍ＞１である）バーナーユニットと；
・ｎ個の第１の燃料ロッド（１１０、１１１）（ここでｎ＞１である）であって、各々は、前記複数の燃料ロッド通路（５００、５０１）またはその１つに取り付けることができ、前記バーナーユニットの入口面を経由して前記燃料ロッド通路（５００、５０１）から取り外すことができる第１の燃料ロッド（１１０、１１１）と、
・酸化剤のソースからバーナーユニットへの酸化剤の流れを、前記少なくとも１つの酸化剤通路（５０６、５０７）を通して前記出口面（５０３）の下流に位置する燃焼領域への注入のために輸送することができる酸化剤供給デバイスと、
・第１の燃料ソースから前記バーナーユニットへの第１の燃料の流れを、１つまたは複数の燃料ロッド通路（５００、５０１）を通して前記燃焼領域への注入のために輸送することができる第１の燃料供給デバイスであって、第１の供給ライン（１００）、第１の流量計、第１の分流器（１０１）および第１の分流器をｎ個の第１の燃料ロッド（１１０、１１１）に接続するｎ本の第１の可撓ライン（１２０、１２１）を有し、
ｉ．前記第１の供給ラインは前記第１の燃料の流れを前記第１の燃料ソースから前記第１の分流器へ輸送することができ、
ｉｉ．前記第１の流量計は前記第１の燃料ソースから前記第１の分流器への前記第１の燃料の流量を調節することができ、
ｉｉｉ．前記第１の分流器は前記第１の燃料の流れをｎ本の第１の可撓ラインのｎ本の支流に分けることができる
第１の燃料供給デバイスとを有し、
・前記第１の燃料供給デバイスは前記ｎ本の第１の可撓ラインを１つずつ閉じるまたは開くことを可能にする１つ以上のバルブ（１３０、１３１）を有し、前記ｎ本の第１の可撓ラインのうちｘ本が前記１つ以上のバルブによって閉じられている場合（ここで１≦ｘ≦ｎ−１である）、前記第１の分流器は、前記第１の燃料の流れを、前記燃焼領域へのその注入のために開いているｎ−ｘ本の第１の可撓ラインへ、前記開いている第１の可撓ラインに接続された１つまたは複数の第１の燃料ロッドによって分ける
ことを特徴とするバーナーアセンブリ。
【請求項２】
ｎ＝ｍである請求項１に記載のバーナーアセンブリ。
【請求項３】
ｎ＝ｍ＋１である請求項１に記載のバーナーアセンブリ。
【請求項４】
・ｐ個の第２の燃料ロッド（２１０、２１１）（ここでｐ＞１である）であって、各々は、前記複数の燃料ロッド通路（５００、５０１）またはその１つに取り付けることができ、前記入口面を経由して前記燃料ロッド通路から取り外すことができる第２の燃料ロッドと
・第２の燃料ソースから前記バーナーユニットへの第２の燃料の流れを、１つまたは複数の燃料ロッド通路（５００、５０１）を通して前記燃焼領域（５１２）への注入のために輸送することができる第２の燃料供給デバイスであって、第２の供給ライン（２００）、第２の流量計、第２の分流器（２０１）および第２の分流器をｐ個の第２の燃料ロッドに接続するｐ本の第２の可撓ライン（２２０、２２１）を有し、
ｉ．前記第２の供給ラインは前記第２の燃料の流れを前記第２の燃料ソースから前記第２の分流器へ輸送することができ、
ｉｉ．前記第２の流量計は前記第２の燃料ソースから前記第２の分流器への前記第２の燃料の流量を調節することができ、
ｉｉｉ．前記第２の分流器は前記第２の燃料の流れをｐ本の第２の可撓ラインのｐ本の支流に分けることができる
第２の燃料供給デバイスとをさらに有し、
・前記第２の燃料供給デバイスは前記ｐ本の第２の可撓ラインを１つずつ閉じるまたは開くことを可能にする１つ以上のバルブ（２３０、２３１）を有し、前記ｐ本の第２の可撓ラインのうちｙ本が前記１つ以上のバルブによって閉じられている場合（ここで１≦ｙ≦ｐ−１である）、前記第２の分流器は、前記第２の燃料の流れを、前記燃焼領域へのその注入のために開いているｐ−ｙ本の第２の可撓ラインへ、前記開いている第２の可撓ラインに接続された１つまたは複数の第２の燃料ロッドによって分ける
ことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載のバーナーアセンブリ。
【請求項５】
ｎ＝ｐである請求項４に記載のバーナーアセンブリ。
【請求項６】
ｐ＝ｍである請求項４または５に記載のバーナーアセンブリ。
【請求項７】
ｐ＝ｍ＋１である請求項４または５に記載のバーナーアセンブリ。
【請求項８】
ｍ＝２である請求項１ないし７の何れか１項に記載のバーナーアセンブリ。
【請求項９】
前記酸化剤のソースは酸素含流量が少なくとも８０体積％である酸化剤のソースである請求項１ないし８の何れか１項に記載のバーナーアセンブリ。
【請求項１０】
前記酸化剤のソースは酸素含流量が少なくとも９０体積％である酸化剤のソースである請求項１ないし８の何れか１項に記載のバーナーアセンブリ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０の何れか１項に記載のバーナーアセンブリであって、二段燃焼のためのものであり、前記酸化剤供給デバイスは、酸化剤のソースからバーナーユニットへの複数の酸化剤流を、前記燃焼領域（５１２）への注入のために輸送することができ：
・前記酸化剤流の少なくとも１つは、燃料ロッド通路（５００、５０１）から距離ｄｓ＞０のところに位置する酸化剤通路（５０６、５０７）を通して前記燃焼領域へと注入される補助酸化剤流であり
・前記酸化剤流の少なくとも１つは、
−前記複数の燃料ロッド通路（５００、５０１）またはその１つを通してかまたは
−前記燃料ロッド通路から距離ｄｐのところ（ここで０≦ｄｐ≦ｄｓである）に位置する酸化剤通路を通して
前記燃焼領域へと注入される主酸化剤流であるバーナーアセンブリ。
【請求項１２】
前記酸化剤流の少なくとも１つは複数の燃料ロッド通路（５００、５０１）またはその１つを通して１つまたは複数の燃料ロッド（５００、５０１）の周りに注入される主酸化剤流である請求項１１に記載のバーナーアセンブリ。
【請求項１３】
前記バーナーユニットはいくつかの複数の耐火レンガのアセンブリである請求項１ないし１２の何れか１項に記載のバーナーアセンブリ。
【請求項１４】
前記バーナーユニットは炉の壁に取り付けられており、前記出口面（５０３）の下流の前記燃焼領域（５１２）が前記炉の内側に位置している請求項１ないし１３の何れか１項に記載のバーナーアセンブリ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のバーナーアセンブリを有する炉。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は、適応性の向上したバーナーアセンブリ、特に複式燃料バーナーおよび／または二段燃焼を行うバーナーなどのバーナーアセンブリに関する。
【０００２】
炉、たとえば溶融炉などの中での装入物の加熱に、バーナー、とりわけ二段燃焼を伴うバーナーを使用することは周知の実務である。
【０００３】
バーナーの定期的なメンテナンスは、それが正確に動作するのに不可欠である。バーナーのメンテナンスは通常、インジェクタもしくは燃料ロッドの状態の点検、それらのクリーニングまたはそれらの交換を含んでいる。
【０００４】
このようなメンテナンスは通常、メンテナンス処理の間にバーナーを運転休止させることを必要とする。
【０００５】
１つのバーナーを有する炉の場合、バーナーを運転休止させることは炉の加熱を止めることに相当する。
【０００６】
複数のバーナーを有する炉の場合、そのメンテナンスのためにバーナーの１つを運転休止させることに起因する出力の低下を、この炉の他のバーナーの出力の対応する増加によって補うことが理論的に想定される。しかし、このような処理は、バーナーが運転休止中である間に炉の熱プロファイルの変化をもたらす。
【０００７】
炉の性能にとっておよびこの炉から出てくる製品の品質にとって工業用炉内の温度の範囲を制御することが不可欠であることは明らかである。
【０００８】
上述の結果は、バーナーのメンテナンスがこれを運転休止させるため、工業用炉の１つまたは複数のバーナーを整備する作業は炉の性能および／または製品の品質に一時的に悪影響があることである。さらに、１つまたは複数のバーナーのメンテナンスは炉の安全性およびその長期生産性にとって不可欠である。
【０００９】
したがって、それを整備するときに工業用炉のバーナーの休止時間を少なくとも制限できる必要がある。
【００１０】
工業用炉のオペレータが直面するはずであるもう１つの重要な問題は、燃料、たとえば天然ガスの価格の不安定さである。
【００１１】
それに応じて、工業用炉のオペレータは断続的な燃料供給の契約を結ぶことができることを望む。これはより低コストの燃料をもたらす。しかし、他方、卸売業者は一時的に供給を停止することができる。顧客は供給の停止をあらかじめ通告され、通知時間がより短いほど協定燃料コストが低くなるように契約が協定される。
【００１２】
そのため、工業用炉のオペレータは燃料のタイプを変更すること、たとえば天然ガスから液体燃料へ切り替えることを、非常に短時間のうちにできなければならない。
【００１３】
第１の燃料から第２の燃料へバーナーを切り替えることは通常、燃料インジェクタを交換すること、したがって普通はバーナーを運転休止させることを必要とする。冷たい試薬の場合にはこの作業は数時間かかるかもしれないが、予熱試薬の場合にはそれは数日に延びるかもしれない。
【００１４】
バーナーのメンテナンスに関して上で示した理由のため、１つの燃料から他のものへというような変化がある場合に工業用炉のバーナーの休止時間を制限できる必要がある。
【００１５】
本発明は、バーナーを停止させることなく、さらにバーナーの出力を減少させることなく、燃料ロッドを整備することを可能にするバーナーアセンブリを提案する。
【００１６】
また、本発明は、バーナーを停止させることなく、さらにバーナーの出力を減少させることなく、第１の燃料から第２の燃料へのまたは数種類の燃料の組み合わせへの切り替えおよびその逆を可能にするバーナーアセンブリを提案する。
【００１７】
より詳細には、本発明は、
・バーナーユニットと、
・第１の燃料ロッドと呼ばれるｎ個の燃料ロッドまたは燃料インジェクタ（ここでｎ＞１である）と、
・酸化剤供給デバイスと、
・第１の燃料供給デバイスと
を有するバーナーアセンブリに関する。
【００１８】
本発明によれば、バーナーユニットは入口面および出口面、前記入口面と出口面との間の少なくとも１つの酸化剤通路、ならびに前記入口面と出口面との間の少なくとも１つの燃料ロッド通路を有する。前記バーナーユニットは前記少なくとも１つの燃料ロッド通路を通して前記バーナーユニットにｍ個の燃料ロッドを同時に取り付けられるようになっている（ここでｍ＞１である）。
【００１９】
第１の燃料ロッドの各々は前記複数の燃焼ロッド通路またはその１つに取り付けることができ、前記バーナーユニットの入口面を経由して前記燃料ロッド通路から取り外すことができる。前記ロッドのメンテナンスのためには、ロッドを挿入および取り外すことが、それによってロッド、バーナーユニットおよび特に燃料ロッド通路が損傷されることなくできることが特に重要である。
【００２０】
酸化剤供給デバイスは、酸化剤のソースからバーナーユニットへの酸化剤の流れを、前記少なくとも１つの酸化剤通路を通して前記出口面の下流に位置する燃焼領域への注入のために輸送することができる。
【００２１】
同様に、第１の燃料供給デバイスは、第１の燃料ソースから前記バーナーユニットへの第１の燃料の流れを、１つまたは複数の燃料ロッド通路を通して前記燃焼領域への注入のために輸送することができる。この第１の燃料供給デバイスは、第１の供給ライン、第１の流量計、第１の分流器および第１の分流器をｎ個の第１の燃料ロッドに接続するｎ本の第１の可撓ラインを有する。第１の供給ラインはより詳細には第１の燃料ソースから第１の分流器への前記第１の燃料の流れを輸送することができる。第１の流量計は第１の燃料ソースから第１の分流器への第１の燃料の流量を調節することができ、第１の分流器は第１の燃料の流れをｎ本の可撓ラインでｎ本の支流に分けることができる。
【００２２】
可撓ラインは燃料ロッドを燃料ロッド通路へと挿入することおよび燃料ロッドを前記通路から取り外すことをより容易にする。
【００２３】
本発明によるバーナーアセンブリは特に第１の燃料供給デバイスがｎ本の第１の可撓ラインを１つずつ閉じるまたは開くことを可能にする１つ以上のバルブを有し、前記ｎ本の第１の可撓ラインのうちｘ本が前記１つ以上のバルブによって閉じられている場合（ここで１≦ｘ≦ｎ−１である）、前記第１の分流器は、前記第１の燃料の流れを、前記燃焼領域へのその注入のために開いているｎ−ｘ本の第１の可撓ラインへ、前記開いている第１の可撓ラインに接続された１つまたは複数の第１の燃料ロッドによって分けることを特徴とする。
【００２４】
したがって、本発明によるバーナーアセンブリは、その第１の燃料ロッドのうち１つまたは、必要な場合には、いくつかのメンテナンスの最中に、バーナーアセンブリを運転状態に保持し、前記バーナーアセンブリによって燃焼領域へ供給される出力のレベルを低下させることなくそのようにすることを可能にする。このように、炉内の熱プロファイルへの第１の燃料ロッドのメンテナンスの影響、したがって炉の生産性および／または炉から得られる製品の品質への影響が非常に低減される。
【００２５】
明らかに、前記１つ以上のバルブによって閉じられる第１の可撓ラインの数ｘがｎ−１に等しい場合、第１の燃料の流れの全量が、第１の分流器によって、開いたままになっている第１の可撓ラインに送られる。第１の可撓ラインの全てが閉じられている場合、第１の燃料の流れが燃焼領域に注入されることはない。
【００２６】
各々の第１の可撓ラインは、たとえば、この可撓ラインを開くことおよび閉じることを可能にするバルブを有していてもよい。また、第１の燃料供給デバイスは第１の可撓ラインの１つ以上を選択的に閉じることおよび開くことを可能にするバルブをさらに有してもよい。
【００２７】
バーナーアセンブリは第１の燃料供給デバイスのバルブによるおよび／またはこのもしくはこれらバルブの手動動作の手段による第１の可撓ラインの開閉のための中央制御ユニットを有してもよい。
【００２８】
この文脈では、可撓ラインは、それが燃料の流れを通さない場合には閉じた状態にあると見なされ、可撓ラインは、それが燃料流を該可撓ラインを通して流すことを可能にしている場合には開いた状態にあると見なされる。
【００２９】
第１の燃料は、特に、気体燃料（たとえば天然ガス）でもよいし、液体燃料、たとえば燃料油でもよい。
【００３０】
ある実施形態によれば、第１の燃料ロッドの数ｎはバーナーユニット内の燃料ロッド通路の数ｍに等しい。
【００３１】
他の実施形態によれば、第１の燃料ロッドの数ｎは燃料ロッド通路の数ｍ＋１に等しい。
【００３２】
したがって、ｍ個の第１の燃料ロッドを用いる第１の燃料の燃焼領域への注入を正常運転で有するバーナーアセンブリに対して、この実施形態は、第１の燃料ロッドのうち１つがそのメンテナンスのために対応する第１の可撓ラインを閉じることによって運転休止される際に、メンテナンス下にあるロッドをこのバーナーユニットにおいてｍ＋１番目の第１の燃料ロッドと交換しかつこのｍ＋１番目のロッドに対応する第１の可撓ラインを開くことを可能にし、それにより、第１の燃料ロッドのうち１つのメンテナンスの最中にｍ個の第１の燃料ロッドでバーナー全体を運転することを可能にする。この方法では、第１の燃料ロッドのメンテナンスによる炉内の熱プロファイルへの、ならびにそれによる炉の生産性へのおよび／または炉から得られる製品の品質への影響は、より明らかに低減される、またはさらになくなる。
【００３３】
また、予備の燃料供給デバイスによって予備の燃料ロッドに接続された、予備ソースと呼ばれる燃料のソースを提供することもでき、それによれば、ｍ個の第１の燃料ロッドを用いる第１の燃料の燃焼領域への注入を正常運転で有するバーナーアセンブリに対し、ｍ個の第１のロッドのうち１つがそのメンテナンスのために対応する第１の可撓ラインを閉じることによって運転休止される際に、メンテナンス下にある第１の燃料ロッドをこのバーナーユニットにおいてこの予備の燃料ロッドと交換することが可能となり、それにより第１の燃料ロッドのうち１つのメンテナンスの最中にこのバーナーアセンブリをｍ−１個の第１の燃料ロッドと予備の燃料ロッドとで運転することとが可能となる。このような運転モードは、かなりの数のバーナーアセンブリを有する炉または他の工業設備の場合に特に推奨される。
【００３４】
また予備の燃料は気体燃料でもよいし液体燃料でもよい。予備の燃料は有利には液体燃料である。これは特に、このような燃料の貯蔵および輸送が容易なためである。
【００３５】
予備の燃料は第１の燃料と同じタイプ（気体、液体など）でもよいし異なるタイプでもよい。予備の燃料の組成は第１の燃料の組成に一致していてもよいし異なっていてもよい。
【００３６】
また本発明は上で説明したバーナーアセンブリであって：
・ｐ個の第２の燃料ロッド（ここでｐ＞１である）と、
・第２の燃料供給デバイスと
をさらに有するバーナーアセンブリにも関する。
【００３７】
前記第２の燃料ロッドの各々は、第１の燃料ロッドについて上で既に示したものと同様に、前記複数の燃料ロッド通路にまたはその１つに取り付けることと、入口面を経由して該燃料ロッド通路から取り外すこととができる。
【００３８】
第２の燃料デバイスは、第２のものまたは燃料ソースからバーナーユニットへの第２の燃料の流れを、１つの燃料通路または前記複数の燃料通路を通して燃焼領域への注入のために輸送することができる。第２の燃料供給デバイスは、第２の供給ライン、第２の流量計、第２の分流器、および第２の分流器をｐ個の第２の燃料ロッドに接続するｐ個の第２の可撓ラインを有している。
【００３９】
第２の供給ラインは第２の燃料ソースから第２の分流器への第２の燃料の流れを輸送することができる。第２の流量計は、第２の燃料ソースから第２の分流器への第２の燃料の流量を調節することができる。第２の分流器は、第２の燃料の流れをｐ本の第２の可撓ラインのｐ本の支流に分けることができる。
【００４０】
本発明のこの実施形態によれば、第２の燃料供給デバイスはｐ本の第２の可撓ラインを１つずつ閉じることおよび開くことを可能にする１つ以上のバルブを有しており、それにより、ｐ本の第２の可撓ラインのうちｙ本が前記１つ以上のバルブによって閉じられている場合（ここで１≦ｙ≦ｐ−１である）、第２の分流器は、第２の燃料の流れを、燃焼領域へのその注入のために開いているｐ−ｙ本の第２の可撓ラインへと、前記開いている第２の可撓ラインに接続された１つまたは複数の第２の燃料ロッドによって分ける。
【００４１】
各々の第２の可撓ラインは、たとえば、この可撓ラインを開くことおよび閉じることを可能にするバルブを有することができる。また、第２の燃料供給デバイスは第２の可撓ラインの１つ以上を選択的に閉じることおよび開くことを可能にするバルブをさらに有してもよい。
【００４２】
バーナーアセンブリは、第２の可撓ラインを第２の燃料供給デバイスの１つまたは複数のバルブによっておよび／またはこのもしくはこれらのバルブの手動動作の手段によって開閉するための中央制御ユニットを有してもよい。
【００４３】
第２の燃料は特に気体燃料でもよいし液体燃料でもよい。
【００４４】
第２の燃料は第１の燃料と同じタイプ（気体、液体など）でもよいが、実務では最も多くの場合において異なるタイプであり得る。
【００４５】
予備の燃料が使用される場合、この予備の燃料もまた気体燃料でもよいし液体燃料でもよい。予備の燃料は有利には液体燃料、たとえば燃料油であり、特にこのような燃料の貯蔵および輸送が容易なためである。
【００４６】
第１の燃料ロッドの数ｎは第２の燃料ロッドの数ｐに等しくてもよい。
【００４７】
第２の燃料ロッドの数ｐはバーナーユニットの燃料ロッド通路の数ｍに等しくてもよい。
【００４８】
第１の燃料ロッドに関連して既に上に説明したのと同様に、第２の燃料ロッドの数ｐは燃料ロッド通路の数ｍ＋１に等しくてもよい。
【００４９】
２つの燃料通路（ｍ＝２）を有したバーナーアセンブリは多くの用途にとって、とりわけ溶融炉にとって特に有用であることが分かっている。
【００５０】
本発明によるバーナーアセンブリは空気燃焼において使用されてもよいが、オキシ燃焼での用途にとって特に有用である。それ故に、本発明は、酸化剤のソースが酸素含有量が少なくとも８０体積％、好ましくは少なくとも９０体積％である酸化剤のソースであるバーナーアセンブリに特に関する。
【００５１】
本発明によるバーナーアセンブリはとりわけ二段燃焼に有利である。
【００５２】
燃料の二段燃焼法は燃料の全ての燃焼に必要な量の酸化剤を燃焼領域へと燃料の流れをこの燃焼領域へと注入するところから互いに異なる距離で挿入される少なくとも２つの酸化剤の流れに分けることにある。したがって、少なくとも１つの酸化剤の第１の流れは燃料の流れの非常に近くにまたはそれと共に注入される。燃料の流れに最も近付いて注入されるまたはそれと共に注入されるこのもしくはこれらの流れによって注入される酸化剤は主酸化剤と呼ばれる。特に、それは、燃料のたとえばＮＯxの形成を抑える制御された温度での部分燃焼を可能にする。酸化剤の前記流れまたは他の流れは燃焼領域へと主酸化剤よりも燃料からの距離が大きなところに注入される。このように注入される酸化剤は主酸化剤と反応しなかった燃料の燃焼を達成することを可能にする。このまたはこれらの後者の流れによって注入される酸化剤は補助酸化剤と呼ばれる。
【００５３】
文書ＷＯ０２／０８１９６７号はこのタイプの二段燃焼法を適用することを可能にする方法を記載している。酸化剤は燃料の注入点から互いに異なる距離のところに互いに異なる流量で注入される３つの別個な流れに分けられる。したがって、酸化剤の第１のジェットは高い流量で燃料のジェットの中心に注入される。次に、酸化剤の第２のジェットはより低い流量で燃料のジェットから第１の距離のところに注入される。最後に、酸化剤の第３のジェットは燃料のジェットから第２の距離のところに注入され、この第２の距離は第１の距離よりも大きい。
【００５４】
本発明はそれゆえにバーナーアセンブリであって、酸化剤供給デバイスが酸化剤のソースからバーナーユニットへの複数の酸化剤流を少なくとも１つの酸化剤通路を通して燃焼領域への注入のために輸送することができ、前記酸化剤流の少なくとも１つが、燃料ロッド通路から距離ｄｓ＞０のところに位置する酸化剤通路を通して燃焼領域へと注入される補助酸化剤流であり、前記酸化剤流の少なくとも１つが、燃焼ロッド通路もしくはこれらのうちの１つを通してか、または燃料ロッド通路から距離ｄｐのところ（ここで０≦ｄｐ≦ｄｓである）に位置する酸化剤通路を通して燃焼領域へと注入される主酸化剤流であるバーナーアセンブリにも関する。
【００５５】
火炎を燃焼領域内で可能な限り十分に安定化させることを可能にする１つの実施形態によれば、酸化剤流の少なくとも１つは複数の燃料ロッド通路またはその１つを通して１つまたは複数の燃料ロッドの周りに注入される主酸化剤流である。
【００５６】
燃焼のエネルギー効率を向上させるために、酸化剤を高温、すなわち少なくとも１００℃の、またはさらには数百度の温度で使用することが周知の実務である。
【００５７】
本発明者らは特に、ＥＰ−Ａ−１９９５５４３という出願の中で、十分に酸素を加熱することを可能にする熱交換器を提案している。
【００５８】
熱い酸化剤の運搬は特別な手段、通常は、上述した頻繁なるメンテナンス作業の対象になり難い固定された手段の使用を必要とする。
【００５９】
二段燃焼のための本発明のある実施形態によれば、酸化剤供給デバイスは少なくとも１つの補助酸化剤流をバーナーユニットの上流において少なくとも１００℃の温度まで加熱する手段を有しており、前記酸化剤供給デバイスは少なくとも１つの主酸化剤流を加熱する手段を有していない。したがって、複数の酸化剤ロッド通路もしくはその１つを通してまたは燃料ロッド通路から距離ｄｐのところに位置する１つのもしくは複数の酸化剤通路を通して燃焼領域へと注入される前記主酸化剤は、バーナーユニットの入口において１００℃以上の温度へと加熱も予熱もされない。
【００６０】
本文脈においては、用語「加熱される」と「予熱される」とは互換的に使用される。
【００６１】
好ましくは、補助酸化剤はバーナーユニットの入口において１００℃ないし６５０℃の間、好ましくは１００℃ないし６００℃の間、さらに好ましくは３５０℃ないし５５０℃の間にある温度まで予熱される。
【００６２】
この実施形態は補助酸化剤については予熱された酸化剤の使用によってエネルギー効率を高めることを可能にする一方、主酸化剤については予熱されていない酸化剤を使用することによって本発明によるバーナーの高められた適応性、とりわけ燃料ロッドのメンテナンスおよび／または第１の燃料から第２の燃料へのもしくは複数種の燃料の組み合わせへの切り替えに関する適応性を維持することを可能にする。
【００６３】
システムが予熱された酸化剤の使用に固有なエネルギー収支の利点を有するために、予熱されない主酸化剤は燃料の全ての燃焼に必要な全ての酸化剤のうち非常に僅かな部分のみを提供する。この部分は通常全酸化剤の１０％未満である。有利に、この比率は燃料の完全燃焼を確実にするのに必要な全ての酸化剤の１．５ないし７％の範囲内にある。
【００６４】
熱い酸化剤の使用の利点は加熱されない酸化剤のこの非常に僅かな部分によっては実質的に影響を受けないことが理解される。
【００６５】
加熱も熱せられもしない（予熱もされない）ことによって、（主）酸化剤はそれを炉へと運ぶその通路で支配的となっている本質的な周囲温度条件にあることに気付かれたい。炉の耐火壁を通ると、その温度は必然的に上昇する。熱せられていない（予熱されていない）酸化剤の温度は好ましくは周囲温度であり摂氏１００℃を越えるはずがないが、炉の近傍の温度は炉からある距離のところの雰囲気の温度よりも遥かに高い。
【００６６】
主酸化剤および補助酸化剤は組成が同じでもよいし異なっていてもよい。主酸化剤および補助酸化剤の組成が同一である場合、それらを、同一の酸化剤のソース、たとえば、空気からガスを分離するユニットなどによって提供することができ、補助酸化剤は、バーナーユニットの上流において、前記補助酸化剤の予熱の手段を通る、たとえば、特に熱交換器を通る一方、主酸化剤はバーナーユニットの上流においてそれを予熱する手段を何ら通らない。
【００６７】
バーナーユニットは１つのレンガから構成されていてもよい。またバーナーユニットは有利に複数のレンガ、典型的には耐火レンガのセットから構成されていてもよい。バーナーユニットが複数のレンガから構成されている場合、前記複数のレンガは、特にバーナーアセンブリが炉の壁に取り付ける際に離間されてもよい。複数のレンガから構成されるバーナーユニットの使用は特にさらに離間された燃焼の二段化、すなわち燃料の注入からより遠い距離のところでの補助酸化剤の少なくとも１つのジェットの注入を可能にする。また、複数のレンガから構成されているバーナーユニットは様々な燃料のジェットのさらに離間された注入を可能にする。
【００６８】
既に上に示したように、本発明はバーナーユニットが炉の壁に取り付けられており、出口面の下流にある燃焼領域が炉の内側に位置しているバーナーアセンブリに特に関する。また本発明はこのようなバーナーアセンブリを有する炉にも関する。
【００６９】
また本発明は酸化剤および燃料の燃焼を燃焼領域においておよび特に炉の内側にあるこのような燃焼領域において行うためのこれらバーナーアセンブリの１つ以上の使用と、本発明によるバーナーアセンブリまたは炉を用いるあらゆる燃焼方法とにも関する。
【００７０】
本発明は燃焼領域における二段燃焼ならびに特に１つ以上の加熱されていない主酸化剤流および１つ以上の加熱された補助酸化剤流を用いて二段燃焼を行うための１つ以上のバーナーアセンブリの使用に特に関する。
【００７１】
例
本発明の利点は例として以下に挙げられる図１ないし図６を参照する詳細な説明からより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は本発明による二段燃焼バーナーアセンブリの燃料および酸化剤供給デバイスの運転の概略図である。
【図２】図２は本発明による二段燃焼バーナーアセンブリの１つの実施形態の燃料および酸化剤供給デバイスの運転であって、第１の燃料ロッドに対するメンテナンス処理前およびその最中の第１の分流器に接続された第１の燃料の予備のロッドを用いる運転の概略図である。
【図３】図３は本発明による二段燃焼バーナーアセンブリの１つの実施形態の燃料および酸化剤供給デバイスの運転であって、第１の燃料ロッドに対するメンテナンス処理前およびその最中の第１の分流器に接続された第１の燃料の予備のロッドを用いる運転の概略図である。
【図４】図４は本発明による二段燃焼バーナーアセンブリの１つの実施形態の燃料および酸化剤供給デバイスの運転であって、予備の燃料のソースに接続された予備のロッドを用いる運転の概略図である。
【図５】図５は本発明による二段燃焼バーナーアセンブリの１つの実施形態の燃料および酸化剤供給デバイスの運転であって、第１の燃料から第２の燃料への交換の最中のおよびその後の運転の概略図である。
【図６】図６は本発明による二段燃焼バーナーアセンブリの１つの実施形態の燃料および酸化剤供給デバイスの運転であって、第１の燃料から第２の燃料への交換の最中のおよびその後の運転の概略図である。
【００７３】
図１において、第１の燃料供給デバイスの第１の供給ライン１００は第１の燃料のソース（図示していない）を第１の分流器１０１に接続している。第１の燃料のソースから第１の分流器への第１の燃料の流れは第１の流量計（図示していない）によって調節される。
【００７４】
第１の分流器１０１は２つの第１の可撓ライン１２０および１２１によって２つの第１の燃料ロッド１１０および１１１に接続されている（ｎ＝２）。
【００７５】
２つの第１の燃料ロッド１１０および１１１の各々は、ユニットの入口面と出口面５０３との間の燃料ロッド通路５００、５０１の内側にある（ｍ＝２）。
【００７６】
第１の燃料供給デバイスは第１の可撓ライン１２０および１２１を別個に閉じることおよび開くことを可能にする２つのバルブ１３０および１３１をさらに有している。
【００７７】
第２の燃料供給デバイスの第２の供給ライン２００は第２の燃料のソース（図示していない）を第２の分流器２０１へと接続している。第２の供給デバイスは第２の燃料のソースから第２の分流器への第２の燃料の流れの調節のための第２の流量計（図示していない）を有している。第２の供給デバイスは第２の分流器を２つの第２の燃料ロッド（図示していない）（ｐ＝２）へと接続するために２つの第２の可撓ライン２２０および２２１をさらに有しており、各々の第２の可撓ラインはバルブ２３０および２３１によって閉じることおよび開くことができる。
【００７８】
酸化剤供給デバイスは燃料通路１１０、１１１からそれぞれ距離ｄｓのところに位置する２つの補助酸化剤通路５０６、５０７に補助酸化剤を輸送するための補助酸化剤供給ライン５０４を有している。
【００７９】
酸化剤供給デバイスは主酸化剤供給システムをさらに有している。図に示した実施形態では、主酸化剤供給システムは主酸化剤供給ライン５０８および主酸化剤分流器５０９を有している。主酸化剤分流器５０９はパイプ５１０、５１１によって燃料通路５００および５０１に接続されている。主酸化剤は燃料通路５００および５０１内の燃料ロッド１１０および１１１の周りにある環状領域を通して燃焼領域５１２へと注入される（ｄｐ＝０）。このように燃焼ロッドの周りに注入される主酸化剤は通常「被覆酸化剤」と呼ばれる。２つのバルブ５３０および５３１は２つの主酸化剤パイプ５１０および５１１を開くことおよび閉じることを可能にする。
【００８０】
燃料のタイプを変更するためまたはｍ個（この例ではｍ＝２である）の主燃料ロッドのうち１つのメンテナンスを行うためには、バーナーを火がともった状態におよび一定の出力に保ったままで、以下の工程を行わなければならない：
（ａ）目的とする第１の燃料ロッド１１０（１１１）に対応した第１の可撓ライン１２０（１２１）を閉じる。この閉鎖はバルブ１３０（１３１）を閉じることによって達成される。それにより、第１の燃料、たとえば天然ガスの流れの全てが開いたままのｍ−１本（この例では、ｍ−１＝１である）の第１の可撓ライン１２１（１２０）へおよびそれにより対応するｍ−１個の第１の燃料ロッド１３１（１３０）へと自動的に流れる。バーナーの出力は同様のままである。  
（ｂ）目的とする第１の燃料ロッド１２０（１２１）の周りの被覆酸化剤の流れをこのロッドを燃料ロッド通路５００（５０１）から取り外すことを可能にするためにバルブ５３０（５３１）を用いて主酸化剤のパイプ５１０（５１１）を閉じることによって止める。それにより、被覆酸化剤の流れの全てが運転中のままにあるｍ−１個（この例では、ｍ−１＝１である）の燃料ロッド１２１（１２０）を収容した燃料通路５０１（５００）へと流れる。  
（ｃ）止められた第１の燃料ロッドを取り外して任意に必要なメンテナンスを行う。
【００８１】
単なるメンテナンス作業の場合、当の第１の燃料ロッドのメンテナンスまたは交換の後、逆の手順が行われる：止められた第１の燃料ロッド１１０（１１１）をその燃料ロッド通路５００（５０１）に再挿込し；バルブ５３０（５３１）を用いて主酸化剤パイプ５１０（５１１）を開くことによって被覆酸化剤の流れをこの燃料ロッド通路５００（５０１）内のこの第１の燃料ロッド１１０（１１１）の周りに再開し、バルブ１３０（１３１）を用いてこの第１の燃料ロッド１１０（１１１）に対応する第１の可撓ライン１２０（１２１）を開く。それにより、第１の燃料の流れの全量がｍ本（この例では、ｍ＝２である）の第１の可撓ライン１２１および１２０ならびにそれによりｍ個の第１の燃料ロッド１３１および１３０に自動的に再分流される。
【００８２】
この例に従うと、バーナーアセンブリは第１の燃料ロッドのうち１つのメンテナンスの最中にｍ−１個の第１の燃料ロッドで運転する。バーナーの出力をメンテナンス処理の最中一定のままとすることができ、炉の生産性へのおよび／または炉から得られる製品の品質への影響は大いに抑えられる。
【００８３】
図２に図示したバーナーアセンブリは、特にオペレータが長期のメンテナンスを行うことを望むまたはそうする義務がある場合に、燃料ロッドのメンテナンス処理または変更の炉の生産性へのおよび／または炉から得られる製品の品質への影響をさらに制限することを可能にする。
【００８４】
図２によるバーナーアセンブリの第１の燃料供給デバイスは１つのｍ＋１番目の第１の燃料ロッド１１２と、第１の分流器１０１に接続された１つのｍ＋１番目の第１の可撓ライン１２２と、ｍ＋１番目の第１の可撓ライン１２２を開くことおよび閉じることを可能にする１つのｍ＋１番目のバルブ１３２とを有している（この例ではｍ＋１＝３である）。
【００８５】
メンテナンス処理の前においては、第１の可撓ライン１２２は閉じられておりおよび第１の燃料ロッド１１２は運転を休止している。
【００８６】
たとえば第１の燃料ロッド１１０のメンテナンスの最中、オペレータは、上述の工程（ｃ）の後に以下のことを行ってもよい：
（ｄ）第１の燃料ロッド１１０を同じ燃料のロッド１１２であって、前記燃料の第１の分流器１０１にあらかじめ接続されていたロッド１１２と交換すること；
（ｅ）燃料ロッド通路５００内の被覆酸化剤の流れを、バルブ５３０を用いて主酸化剤のパイプ５１０を開くことによって今度は第１の燃料ロッド１１２の周りに再開すること；および
（ｆ）この第１の燃料ロッド１１２に対応する第１の可撓ライン１２２をバルブ１３２を用いて開くこと。
【００８７】
それにより、図３に示すように、第１の燃料の流れの全量がｍ本（この例では、ｍ＝２である）の第１の可撓ライン１２２および１２１へとならびにそれによりｍ個の第１の燃料ロッド１３２および１３１へと自動的に再分流される。したがって、ロッド１１０のメンテナンスをバーナーアセンブリが正常流量で運転しているなか行うことができる。
【００８８】
図４は本発明によるバーナーアセンブリの他の実施形態を示している。
【００８９】
オペレータがたとえば第１の燃料ロッド１１０の長期的なメンテナンスを行うことを所望しているまたはそうする義務がある場合、オペレータは、上述の工程（ｃ）の後に、以下のことを行ってもよい：
（ｇ）第１の燃料ロッド１１０を、たとえば燃料油のソースなどの予備の燃料のソース（図示していない）に接続された予備の燃料ロッド３１０と交換すること。予備の燃料ロッド３１０は前記予備の燃料の注入のために特別に設計されたロッドである；
（ｈ）燃料ロッド通路５００における被覆酸化剤の流れをバルブ５３０を用いて主酸化剤パイプ５１０を開くことによって今度は予備の燃料ロッド３１０の周りで再開すること；および
（ｉ）予備の燃料ロッドに接続された予備可撓ライン３２０をバルブ３３０を用いて開き予備燃料ロッド３１０への予備燃料の流れおよび開いているｍ−１本の第１の可撓ライン１２１に接続されたｍ−１個（この例ではｍ−１＝１である）の第１の燃料ロッド１１１への第１の燃料の流れをバーナーアセンブリに望まれる出力を得るように調節すること。
【００９０】
予備の燃料としての燃料油、または他の液体燃料の正にその場合、各燃料油ロッド３１０は霧化流体がさらに供給される。それゆえに、可撓ライン４２０はこの霧化流体のためのそれに関連するバルブ４３０をさらに有していなければならない。オペレータは燃料油，この場合予備の燃料である，のバルブ３３０を開く前にバルブ４３０を開く。公称出力を得るために、オペレータは、手動でまたはプログラム制御可能なコントローラによって、燃料２の出力をバーナー出力の半分まで高めながら燃料１の出力を低減させるが、全ては霧化流体の流量範囲の設定値に従う。
【００９１】
それにより、図４に示すように、バーナーアセンブリは一方では第１の燃料の流れおよび他方では予備の燃料の流れの燃焼領域への注入による混合流量で運転する。それによって、バーナーアセンブリが炉の生産性へのおよび／または炉から得られる製品の品質への影響を最小にする混合流量で運転しているなかロッド１１０のメンテナンスを行うことができる。
【００９２】
図１に示した実施形態において第１の燃料を第２の燃料と完全に交換するには、図５および図６において図示するように、ｍ個（この例では、ｍ＝２である）の第１の燃料ロッドのｐ個（この例では、ｍ＝２）の第２の燃料ロッドとの交換のための同様のシナリオに従う必要がある。
【００９３】
上述の工程（ｃ）の後、オペレータは：
（ｊ）第１の燃料ロッド１１０を第２の燃料の第２の分流器２０１に接続された第２の燃料ロッド２１０と交換し、
（ｋ）燃料ロッド通路５００における被覆酸化剤の流れをバルブ５３０を用いて主酸化剤パイプ５１０を開くことにより今度は第２の燃料ロッド２１０の周りで再開し、
（ｌ）開いている第１のおよび第２の可撓ライン１２１および２２０に接続された燃料ロッド１１１および２１０への第１のおよび第２の燃料の流れをバーナーアセンブリに所望される出力を達成するように調節しながら、この第２の燃料ロッド２１０に対応する第２の可撓ライン２２０をバルブ２３０を用いて開く。
【００９４】
それにより、バーナーアセンブリは一方では第１の燃料の流れのおよび他方では第２の燃料の流れの燃焼領域への注入による混合流量で動作する（図５）。
【００９５】
次に、ｍ−１個（この例では、ｍ−１＝２）の他の第１の燃料ロッド１１１を第２の燃料ロッド１２１と交換して、第２の燃料の流れのみ（図６）でのおよび所望される出力でのバーナーアセンブリの運転を達成するために、工程（ｊ）ないし（ｌ）が繰り返される。
【００９６】
それゆえに、本発明によるバーナーアセンブリは、バーナーアセンブリを停止させることなくおよびバーナーアセンブリの出力を減少させることなく、炉の生産性へのおよび／または炉から得られる製品の品質への影響を最小限にして、第１の燃料を第２の燃料へとまたはさらには混合流量の２種類の燃料へと切り替えることを可能にする。
【００９７】
液体燃料のロッドに関連する上述の説明は、第１の燃料ロッドでも第２の燃料ロッドでも予備のロッドでもよい液体燃料のロッド全てに明らかに当てはまる。
以下に、本願の発明の態様を付記する。
［１］バーナーアセンブリであって、・入口面および出口面（５０３）、前記入口面と出口面との間の少なくとも１つの酸化剤通路（５０６、５０７）、ならびに前記入口面と出口面との間の少なくとも１つの燃料ロッド通路（５００、５０１）を有するバーナーユニットであって、前記少なくとも１つの燃料ロッド通路（５００、５０１）を通して前記バーナーユニットにｍ個の燃料ロッドを同時に取り付けられるようになっている（ここでｍ＞１である）バーナーユニットと；・ｎ個の第１の燃料ロッド（１１０、１１１）（ここでｎ＞１である）であって、各々は、前記複数の燃料ロッド通路（５００、５０１）またはその１つに取り付けることができ、前記バーナーユニットの入口面を経由して前記燃料ロッド通路（５００、５０１）から取り外すことができる第１の燃料ロッド（１１０、１１１）と、・酸化剤のソースからバーナーユニットへの酸化剤の流れを、前記少なくとも１つの酸化剤通路（５０６、５０７）を通して前記出口面（５０３）の下流に位置する燃焼領域への注入のために輸送することができる酸化剤供給デバイスと、・第１の燃料ソースから前記バーナーユニットへの第１の燃料の流れを、１つまたは複数の燃料ロッド通路（５００、５０１）を通して前記燃焼領域への注入のために輸送することができる第１の燃料供給デバイスであって、第１の供給ライン（１００）、第１の流量計、第１の分流器（１０１）および第１の分流器をｎ個の第１の燃料ロッド（１１０、１１１）に接続するｎ本の第１の可撓ライン（１２０、１２１）を有し、ｉ．前記第１の供給ラインは前記第１の燃料の流れを前記第１の燃料ソースから前記第１の分流器へ輸送することができ、ｉｉ．前記第１の流量計は前記第１の燃料ソースから前記第１の分流器への前記第１の燃料の流量を調節することができ、ｉｉｉ．前記第１の分流器は前記第１の燃料の流れをｎ本の第１の可撓ラインのｎ本の支流に分けることができる第１の燃料供給デバイスとを有し、・前記第１の燃料供給デバイスは前記ｎ本の第１の可撓ラインを１つずつ閉じるまたは開くことを可能にする１つ以上のバルブ（１３０、１３１）を有し、前記ｎ本の第１の可撓ラインのうちｘ本が前記１つ以上のバルブによって閉じられている場合（ここで１≦ｘ≦ｎ−１である）、前記第１の分流器は、前記第１の燃料の流れを、前記燃焼領域へのその注入のために開いているｎ−ｘ本の第１の可撓ラインへ、前記開いている第１の可撓ラインに接続された１つまたは複数の第１の燃料ロッドによって分けることを特徴とするバーナーアセンブリ。
［２］ｎ＝ｍである［１］に記載のバーナーアセンブリ。
［３］ｎ＝ｍ＋１である［１］に記載のバーナーアセンブリ。
［４］・ｐ個の第２の燃料ロッド（２１０、２１１）（ここでｐ＞１である）であって、各々は、前記複数の燃料ロッド通路（５００、５０１）またはその１つに取り付けることができ、前記入口面を経由して前記燃料ロッド通路から取り外すことができる第２の燃料ロッドと・第２の燃料ソースから前記バーナーユニットへの第２の燃料の流れを、１つまたは複数の燃料ロッド通路（５００、５０１）を通して前記燃焼領域（５１２）への注入のために輸送することができる第２の燃料供給デバイスであって、第２の供給ライン（２００）、第２の流量計、第２の分流器（２０１）および第２の分流器をｐ個の第２の燃料ロッドに接続するｐ本の第２の可撓ライン（２２０、２２１）を有し、ｉ．前記第２の供給ラインは前記第２の燃料の流れを前記第２の燃料ソースから前記第２の分流器へ輸送することができ、ｉｉ．前記第２の流量計は前記第２の燃料ソースから前記第２の分流器への前記第２の燃料の流量を調節することができ、ｉｉｉ．前記第２の分流器は前記第２の燃料の流れをｐ本の第２の可撓ラインのｐ本の支流に分けることができる第２の燃料供給デバイスとをさらに有し、・前記第２の燃料供給デバイスは前記ｐ本の第２の可撓ラインを１つずつ閉じるまたは開くことを可能にする１つ以上のバルブ（２３０、２３１）を有し、前記ｐ本の第２の可撓ラインのうちｙ本が前記１つ以上のバルブによって閉じられている場合（ここで１≦ｙ≦ｐ−１である）、前記第２の分流器は、前記第２の燃料の流れを、前記燃焼領域へのその注入のために開いているｐ−ｙ本の第２の可撓ラインへ、前記開いている第２の可撓ラインに接続された１つまたは複数の第２の燃料ロッドによって分ける
ことを特徴とする［１］ないし［３］の何れか１に記載のバーナーアセンブリ。
［５］ｎ＝ｐである［４］に記載のバーナーアセンブリ。
［６］ｐ＝ｍである［４］または［５］に記載のバーナーアセンブリ。
［７］ｐ＝ｍ＋１である［４］または［５］に記載のバーナーアセンブリ。
［８］ｍ＝２である［１］ないし［７］の何れか１に記載のバーナーアセンブリ。
［９］前記酸化剤のソースは酸素含流量が少なくとも８０体積％、好ましくは少なくとも９０体積％である酸化剤のソースである［１］ないし［８］の何れか１に記載のバーナーアセンブリ。
［１０］［１］ないし［９］の何れか１に記載のバーナーアセンブリであって、二段燃焼のためのものであり、前記酸化剤供給デバイスは、酸化剤のソースからバーナーユニットへの複数の酸化剤流を、前記燃焼領域（５１２）への注入のために輸送することができ：・前記酸化剤流の少なくとも１つは、燃料ロッド通路（５００、５０１）から距離ｄｓ＞０のところに位置する酸化剤通路（５０６、５０７）を通して前記燃焼領域へと注入される補助酸化剤流であり・前記酸化剤流の少なくとも１つは、−前記複数の燃料ロッド通路（５００、５０１）またはその１つを通してかまたは−前記燃料ロッド通路から距離ｄｐのところ（ここで０≦ｄｐ≦ｄｓである）に位置する酸化剤通路を通して前記燃焼領域へと注入される主酸化剤流であるバーナーアセンブリ。
［１１］前記酸化剤流の少なくとも１つは複数の燃料ロッド通路（５００、５０１）またはその１つを通して１つまたは複数の燃料ロッド（５００、５０１）の周りに注入される主酸化剤流である［１２］に記載のバーナーアセンブリ。
［１２］前記バーナーユニットはいくつかの複数の耐火レンガのアセンブリである［１］ないし［１１］の何れか１に記載のバーナーアセンブリ。
［１３］前記バーナーユニットは炉の壁に取り付けられており、前記出口面（５０３）の下流の前記燃焼領域（５１２）が前記炉の内側に位置している［１］ないし［１２］の何れか１に記載のバーナーアセンブリ。
［１４］［１３］に記載のバーナーアセンブリを有する炉。
［１５］［１］ないし［１３］の何れか１に記載のバーナーアセンブリを用いるか、または［１４］に記載の炉を用いる燃焼方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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