(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉煙突からの黒煙発生防止方法であって、コークス炉の各燃焼室位置に炉壁を通してエア吹き込みランスを挿入しておき、隣接する炭化室の乾留ガスが、炭化室・燃焼室を区画する炉壁れんがの損傷部を通じて燃焼室に漏洩するときに、該漏洩燃焼室位置に挿入してあるエア吹き込みランスから所定量の空気を燃焼室に吹き込むことにより、該燃焼室内で漏洩ガスを完全燃焼させることを特徴とするコークス炉煙突からの黒煙発生防止方法。
【請求項２】
前記燃焼室のコークス押し出し側、反押し出し側の燃焼室端フリュー位置に、コークス炉の天井または側壁を介してエア吹き込みランスを挿入することを特徴とする請求項１記載のコークス炉煙突からの黒煙発生防止方法。
【請求項３】
コークス炉の各燃焼室位置に炉壁を通してエア吹き込みランスを挿入するに際し、燃焼室位置のピーピングホール内にエア吹き込みランスを挿入して水平煙道部へのエア吹き込みを行うことを特徴とする請求項１又は２記載のコークス炉煙突からの黒煙発生防止方法。
【請求項４】
コークス炉の各燃焼室位置に炉壁を通してエア吹き込みランスを挿入するに際し、燃焼室位置の側壁に貫通開孔を設け、該貫通開孔を通してエア吹き込みランスを挿入してエア吹き込みを行うことを特徴とする請求項１又は２記載のコークス炉煙突からの黒煙発生防止方法。
【請求項５】
前記燃焼室のピーピングホール内に予め挿入する前記エア吹き込みランスの深さが、５００ｍｍ  以下の深さであることを特徴とする請求項１、２又は３記載のコークス炉煙突からの黒煙発生防止方法。
【請求項６】
前記エア吹き込みランスから吹き込まれる空気の所定量が各燃焼室で３Ｎｍ３／ｍｉｎ  以上であることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のコークス炉煙突からの黒煙発生防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化室の炉壁れんがに生じた損傷部から隣接する燃焼室に漏洩する乾留ガスに起因したコークス炉煙突からの黒煙発生防止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉の炉体下部には畜熱室が配置され、炉体上部には炭化室と燃焼室とが交互に多数配置されており、各炭化室を構成する天井部の長手方向に複数の装入孔が配設してある。コークス押し出し側（押出機設置側）および反押し出し側（コークガイド車設置側）に炉蓋を取り付けた状態で、炭化室の天井部に設けた装入孔から石炭を装入することによって炭化室内に装入炭層を形成する。炭化室内の装入炭は、隣接する燃焼室より炉壁れんがを介して炭化室の両側からの間接加熱により十数時間を掛けて乾留される。
【０００３】
乾留時間中に炭化室内に発生するガスは、装入炭層の上部空間を通過し、コークス押し出し側の炉蓋から偏心した部位に設けた上昇管から回収される。乾留中に発生するガス量は、乾留初期に多く、乾留時間の経過に伴ってしだいに減少し、乾留末期には極めて少なくなる。炭化室内で乾留されたコークスは、コークス押し出し側に配置された押出機による押圧されて反押し出し側に排出される。
【０００４】
ところで、コークス炉は、建設されてから相当の年月を経過したものが多く、炉体の老朽化が進んでいる。とくに、炭化室の炉壁れんがは、反復して１０００℃以上の高温に晒されるため、高温物質により溶損されるのみならず、膨張収縮の反復により亀裂、浸食などの損傷を生じる。とくに、炭化室の炉壁れんがの損傷が進行すると、損傷部が隣の燃焼室に到達して連通し、炭化室で発生した乾留ガスの一部が炉壁れんがの損傷部を介して燃焼室に漏洩するようになる。燃焼室には、その下端部室長手方向に複数のバーナが配列されており、これらバーナに畜熱室を経由して余熱された燃料ガスと空気とが供給され、その燃焼により燃焼室が加熱される。このときバーナに供給する燃料ガスと空気とは、燃焼室内で未燃焼ガスが発生しないように一定の過剰空気率により燃焼される。
【０００５】
しかし、炭化室の炉壁れんがの損傷により乾留ガスが燃焼室に漏洩すると、燃焼室内の燃料ガスが増加することになり、燃焼に必要な空気量の不足により不完全燃焼を生じる。燃焼室内での不完全燃焼が著しくなると燃焼室の排ガスを導くコークス炉煙突から黒煙が発生するようになる。コークス炉煙突から黒煙が発生する場合、そのまま放置すると周辺地域に煤埃が降下し、公害の原因となる。そのため、炭化室の炉壁れんがの損傷部を補修することにより、燃焼室への乾留ガスの漏洩を防止している。なお、炉壁れんがの損傷は、コークス押し出し側、反押し出し側の両端位置での温度変化が他の部分に比べて大きいため、両端位置の燃焼室部分は他の部位に比べ顕著である。
【０００６】
炭化室の炉壁れんが補修方法としては、たとえば炉壁れんがの表面に微粉体の酸化珪素や酸化クロムを超高温でプラズマ溶射させて緻密な表面層を形成させる方法（特開平２−１６０８９６号公報参照）  が提案されている。この補修方法により炭化室から燃焼室への乾留ガスの漏洩を一時的には防止できる。しかし、炉壁れんがの表面に形成された緻密な表面層が、比較的早期に脱落するため損傷部が露出し、再び炭化室の乾留ガスが炉壁れんが損傷部を介して燃焼室へ漏洩するようになり、コークス炉煙突からの黒煙発生を根本的に解決することは困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、炭化室の炉壁損傷により乾留ガスが燃焼室へ漏洩し、コークス炉煙突から黒煙が発生する場合、燃焼室の天井部長手方向に配列された複数のピーピングホール（のぞき窓）に被せてある蓋を開放し、ピーピングホールから炉上に黒煙を放散する凌ぎ処置によって、コークス炉煙突から黒煙が発生するのを防止していた。しかしながら、ピーピングホールの蓋を開放すると、炉上に黒煙がただようため炉上の作業環境を著しく汚染するという問題点が生じた。
【０００８】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決し、コークス炉炭化室の炉壁れんがに生じた損傷部から燃焼室へ乾留ガスが漏洩する場合でも、炉上の作業環境を汚染することなく、かつコークス炉煙突から黒煙が発生するのを防止することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための請求項１記載の本発明は、コークス炉煙突からの黒煙発生防止方法であって、コークス炉の各燃焼室位置に炉壁を通してエア吹き込みランスを挿入しておき、隣接する炭化室の乾留ガスが、炭化室・燃焼室を区画する炉壁れんがの損傷部を通じて燃焼室に漏洩するときに、該漏洩燃焼室位置に挿入してあるエア吹き込みランスから所定量の空気を燃焼室に吹き込むことにより、該燃焼室内で漏洩ガスを完全燃焼させることを特徴とするコークス炉煙突からの黒煙発生防止方法である。
【００１０】
請求項２記載の本発明は、前記燃焼室のコークス押し出し側、反押し出し側の燃焼室端フリュー位置に、コークス炉の天井または側壁を介してエア吹き込みランスを挿入することを特徴とする請求項１記載のコークス炉煙突からの黒煙発生防止方法である。
請求項３記載の本発明は、コークス炉の各燃焼室位置に炉壁を通してエア吹き込みランスを挿入するに際し、燃焼室位置のピーピングホール内にエア吹き込みランスを挿入して水平煙道部へのエア吹き込みを行うことを特徴とする請求項１又は２記載のコークス炉煙突からの黒煙発生防止方法である。
【００１１】
請求項４記載の本発明は、コークス炉の各燃焼室位置に炉壁を通してエア吹き込みランスを挿入するに際し、燃焼室位置の側壁に貫通開孔を設け、該貫通開孔を通してエア吹き込みランスを挿入してエア吹き込みを行うことを特徴とする請求項１又は２記載のコークス炉煙突からの黒煙発生防止方法である。
請求項５記載の本発明は、前記燃焼室のピーピングホール内に予め挿入する前記エア吹き込みランスの深さが、５００ｍｍ  以下の深さであることを特徴とする請求項１、２又は３記載のコークス炉煙突からの黒煙発生防止方法である。
【００１２】
請求項６記載の本発明は、前記エア吹き込みランスから吹き込まれる空気の所定量が各燃焼室で３Ｎｍ３／ｍｉｎ  以上であることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のコークス炉煙突からの黒煙発生防止方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて詳細に説明する。
本発明は、コークス炉１の炉体下部に、畜熱室１０が配置され、炉体上部には燃焼室２と炭化室３（図２参照）とが炉壁れんが９を介して交互に多数配設され、各炭化室３を構成する天井部２８に装炭孔４が設けてある。燃焼室２および畜熱室１０は、仕切り壁１１により分割した２分割構造であり、仕切り壁１１の上端と燃焼室２の天井部２８との間は燃焼ガスの通路になっている。コークス炉１の炉上を水平に横切る方向に走行する装炭車７が配置してあり、装炭車７に搭載した装炭ホッパ８内の石炭を装炭孔４から炭化室３内に装入し、所定の装入炭層５を形成したら装入蓋６を被せる。
【００１４】
燃焼室２内で燃焼させる燃料ガスとして貧ガスを用いる場合には、貧ガスおよび空気を２分割した畜熱室１０の一方側を通過させて余熱した後、燃焼室２内に炉底から立設した複数の多段バーナからなるフリュー１２に導いて燃焼させ、燃焼室２内を昇温する。なお、適時に切替え弁１９を切り換えて、２分割した燃焼室２を燃焼側と燃焼ガス通過側に切り換える。燃料ガスとして富ガスを使用する場合には、畜熱室１０には空気のみを通過させ、富ガスは燃焼室２の炉底に配置したバーナ２０から燃焼室２内に供給する。
【００１５】
炭化室３内に形成された装入炭層５は、炭化室３の両隣りに配設された燃焼室２内の昇温による炉壁れんが９をとおしての伝熱により加熱され、約１７〜２４時間をかけて乾留される。一方側の燃焼室２で燃焼した燃焼ガスは、多段バーナ１２を通って他方の畜熱室１０内に設けた畜熱体を加熱した後、煙道１３を経てコークス炉煙突１４から排出される。
【００１６】
炭化室３内での石炭乾留が終わったら、炭化室３の両側に取り付けてある炉蓋（図示せず）を外した後、炭化室３内の高温コークスをコークス押し出し側に配置した押出機１５が備えるラム１６により反押し出し側に押し出し、コークガイド車１７を介して消火車１８に受け取る。このような操業をコークス炉１の各炉団に対し順次繰り返し行ってコークスが製造される。
【００１７】
コークス炉１を用いてコークスを製造する過程で、炉壁れんが９に生じた亀裂、浸食等による損傷部２１が隣接した燃焼室２に達して連通すると、損傷部２１から炭化室３内の乾留ガスが燃焼室２に漏洩する。漏洩する乾留ガスがごく少量の場合には影響が少ないが、漏洩量が多くなると燃焼室２内での燃料ガスの燃焼に必要な空気量が不足して不完全燃焼する。この不完全燃焼が著しくなると燃焼ガス中に微粒炭素の煤が存在するようになり、コークス炉煙突から黒煙が発生する。コークス炉煙突から黒煙が発生する場合、そのまま放置すると周辺地域に煤埃が降下し、公害の原因となる。
【００１８】
そこで、本発明では、燃焼室位置の天井部２８又は側壁１Ａ，  １Ｂのコークス炉１炉壁を通してエア吹き込みランス２４Ａまたは２４Ｂを挿入し、不完全燃焼域にエアを吹き込むことにより、完全燃焼を行わせるものである。
ここで、炉壁を通してのエア吹き込みランス２４Ａまたは２４Ｂの挿入は、炉壁に貫通孔を設ける他、天井部２８であれば既存のピーピングホール２２を使用して行うことができる。また、側壁１Ａ，  １Ｂに貫通孔を設けてエア吹き込みランス２４Ａの挿入は、コークス炉１の両端のみの端フリュー位置への設置となるが、炭化室３の炉壁れんがは従来技術の説明中で述べたように両端位置が温度変化が最も大きく、他部位に比べ損傷が顕著になる部分であり、この両端のみの設置でも有効である。
【００１９】
一方、両端部の炭化室３の炉壁れんがの損傷のみならず、他部位の損傷も生じている時、側壁１Ａ，  １Ｂに設ける貫通孔位置は、燃焼室の水平煙道部分の位置に開孔すればよい。エア吹き込みランス２４Ａから吹き込まれたエアは不完全燃焼の排ガスと水平煙道で接触することになり、ここで完全燃焼が達成される。
次に、ピーピングホール２２を使用して本発明を行う例について述べる。
【００２０】
まず、燃焼室２の天井部２８で、コークス押し出し側から反押し出し側間、すなわち燃焼室の長手方向に設けてある複数のピーピングホール２２のうち、端部に位置するピーピングホール２２に被せてある蓋２３を取り外し、ここにエア吹き込みランス２４を所定の深さまで挿入する。ピーピングホール２２の上端は、エア吹き込みランス２４に挿入深さを調整するため摺動可能に取り付けたフランジ２５によりシールされる。エア吹き込みランス２４は、ホース２６を介してエア配管２７に接続されており、エア配管２７の取り出し部には流量調整用バルブ３０を設け、またホース２６の途中に流量計３１を配設してある。
【００２１】
エア吹き込みランス２４は、燃焼室２の室長手方向に設けてあるピーピングホール２２のうち、コークス押し出し側および反押し出し側の各端部に位置するピーピングホール２２に挿入してある。これは、炭化室３の炉壁れんがは、コークス押し出し側および反押し出し側の端部での損傷が激しく、燃焼室２への乾留ガスの漏洩は、ほとんどの場合に炉壁れんがの両端部に生じるからである。また、両端部以外の場所に損傷部が発生した場合には、ピーピングホール２２を使用する場合は、損傷部にできるだけ近いピーピングホール２２を選んでエア吹き込みランス２４を挿入することもでき好ましい。各エア吹き込みランス２４には、エア供給ブロア３２からの空気がエア本管２９を経由し、２系列のエア配管２７を介して供給される。なお、エア吹き込みランス２４を挿入していない残りのピーピングホール２２には、蓋２３が被せてあり、また炭化室３に配設した装炭孔４には、装入蓋６が被せてある。
【００２２】
炭化室３の炉壁れんが９に生じた損傷部から炭化室３内の乾留ガスが図２で矢印で示すように隣接する燃焼室２に漏洩し、不完全燃焼によりコークス炉煙突１４から黒煙が発生するようになった場合、あるいは黒煙発生が予測される段階で、該当する燃焼室２のピーピングホール２２に挿入してあるエア吹き込みランス２４に、エア供給ブロア３２から空気をエア本管２９およびエア配管２７を介して供給する。黒煙が発生する時期は、炭化室内石炭の乾留の初期段階であり、炭化室の特定が可能であり、この炭化室に隣接する両燃焼室に上記エア吹き込みをそれぞれ行って乾留ガスが漏洩している燃焼室を特定する。すなわち、エア吹き込みにより黒煙が解消された時が該当燃焼室である。
【００２３】
また、黒煙を解消するための完全燃焼用エア吹き込み量は、次のように求める。
エア吹き込みランス２４に供給する乾留ガスの完全燃焼のための空気流量は、流量計３１によって測定される空気量に基づき流量調整用バルブ３０を遠隔調節または、個々にバルブ３０を調節することにより行われる。この測定され、調節された空気流量は石炭挿入後、該当燃焼室にエア吹き込みが行われ、このようにして、燃焼室２内に吹き込まれる補給空気により漏洩ガスを完全燃焼させ、ひいては所定の空気過剰率で燃焼される燃料ガスを完全燃焼させる。これによりコークス炉煙突１４から、黒煙のないクリーンな燃焼ガスを排出する。
【００２４】
なお、エア吹き込みランス２４として、タイプ１のランス先端を開放したストレート式、タイプ２の先端を閉じランス側面に吹き出しノズルを備えた横孔式およびランス先端を開放すると共に側面に吹き出しノズルを備えたストレート兼横孔式（図５参照）のものをそれぞれ用いて、コークス炉煙突からの黒煙発生の防止効果を実験した。この実験において、燃焼室２の室長手方向両端部に位置するピーピングホール２２（ホール深さ２ｍ）に挿入するエア吹き込みランス２４の挿入深さを種々変更して、コークス炉煙突からの黒煙発生および炉上のピーピングホール２２と蓋２３の隙間からの黒煙漏洩状況を観察した。その観察結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１に示すように、空気吹き込み量を燃焼室で５Ｎｍ３  としてタイプ１のストレート式エア吹き込みランスを用いた場合、挿入深さを５００ｍｍ  以下とすれば、コークス炉煙突１４からの黒煙発生および蓋２３の隙間からの黒煙漏洩を防止することができた。挿入深さが５００ｍｍ  を超えてもコークス炉煙突１４からの黒煙発生は防止できるが、蓋２３の隙間からの黒煙漏洩が生じる場合があった。これは、燃焼室２に比較して炭化室３の方が室の高さが大きく、炭化室３の上端部炉壁れんがに損傷部２１が生じたときには隣接するピーピングホール２２に乾留ガスが漏洩する場合があるからである。
【００２７】
これに対し、横孔式とストレート兼横孔式のエア吹き込みランスを用いると、エア吹き込みランスから吹き出すエアによるガス押し込み効果が減少し、漏洩ガスの完全燃焼が困難になり、コークス炉煙突１４からの黒煙発生が僅かに発生する場合があり、また蓋２３の隙間から黒煙漏洩が生じた。この結果からエア吹き込みランスとしては、ストレートタイプ１が好適であり、またエア吹き込みランスのピーピングホール２２への挿入深さは、５００ｍｍ  以下にするのが好ましい。
【００２８】
さらに、炭化室３から燃焼室２に漏洩している乾留ガスが多い場合における不燃ガス流量とエア吹き込みランス２４に投入する空気流量との関係を、不完全燃焼領域および完全燃焼となる空気過剰領域に層別すると図６に示すように、エア吹き込みランス２４からの空気吹き込み量を燃焼室で３Ｎｍ３／ｍｉｎ  以上にする場合、完全燃焼となる空気過剰領域にすることができることが分かった。したがって、エア吹き込みランス２４から空気を供給する場合、燃焼室で３Ｎｍ３／ｍｉｎ  以上にするのが好ましい。
【００２９】
なお、前記の場合、燃焼室２の室長手方向両端部に配設されたピーピングホール２２にエア吹き込みランス２４を挿入する場合について説明したが、必要に応じその他のピーピングホール２２にエア吹き込みランス２４を挿入することができるのはいうまでもない。この場合、コークス炉１の炉上には装炭車７が走行するので、エア吹き込みランス２４に空気を供給するエア配管２７等が装炭車７の走行等、炉上で行われる種々の作業に支障を与えないように配慮する必要がある。
【００３０】
また、コークス炉１の側壁１Ａ，１Ｂに貫通孔を設け、エア吹き込みランスを設ける時も、前記ストレートタイプが好ましく、ストレートタイプとすればピーピングホールへの施工と同様問題はない。
ところで、炭化室３内の雰囲気圧力は、炭化室３に石炭を装入する時に一時的にマイナス圧になるが、装炭孔４からの石炭装入の終了と共にプラス圧になり、当初は乾留ガスの発生が多量であるため圧力が上昇する。装入炭層５の乾留が進行するとともに乾留ガスの発生が徐々に減少するため炭化室３内の圧力が減少していく。このため、炉壁れんが９に生じた損傷部２１から燃焼室２に漏洩する乾留ガスの漏洩量が減少するので、漏洩量の減少に比例してエア吹き込みランス２４から吹き込む空気量を減少させ、燃料室２内の空気過剰率を適正な範囲に保持する必要がある。一般的には、炭化室３内の圧力が高いのは、乾留開始から６０分までであり、この期間内に炉壁れんがの損傷部２１から漏洩する乾留ガス量が多くなる。
【００３１】
したがって、炭化室３に生じた損傷部２１の大きさにより炭化室３から燃焼室２へのガス漏洩量の経時的な変化度を把握したら、その漏洩量変化度に対応して乾留開始から終了までの期間におけるエア吹き込みランス２４から吹き込む空気量を予め設定しておく。その設定空気吹き込み量に従って空気を吹き込むようにすれば、エア吹き込みランス２４からの空気吹き込み量を自動的に制御できる。または、炭化室３内の圧力の減少により、燃焼室２に漏洩する乾留ガスがなくなった時点でエア吹き込みランス２４からの空気吹き込みを停止すればよい。
【００３２】
なお、炭化室・燃焼室を区画する炉壁れんが９に生じた損傷部２１は拡大する可能性があるので、損傷度に応じてエア吹き込みランス２４から吹き込む空気量を修正していく必要があるのはいうまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、各燃焼室位置にエア吹き込みランスを設け、所定量の空気を供給できるようにしたので、炭化室内の乾留ガスが炉壁れんがの損傷部を介して隣接する燃焼室に漏洩した時発生する黒煙を確実に阻止することができる。
【００３４】
また、ピーピングホールを使用してエア吹き込みランスを挿入した構成の時、コークス炉天井部の既存開口を利用してこれを行うことができるため、設置工事は非常に安価となり、低コストで黒煙発生を確実に防止することができる。
さらに、各燃焼室位置のコークス炉側壁に貫通孔を施工し、この貫通孔にエア吹き込みランスを設け、漏洩する乾留ガスに空気を供給することにより完全燃焼させることができ、これも確実に黒煙発生を防止することができる。
【００３５】
以上述べたように、本発明によれば、コークス炉の燃焼室内における漏洩ガスおよび燃料ガスを併せたガスの不完全燃焼によるコークス炉煙突からの黒煙発生を確実に防止することができ、コークス炉の安定した操業が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】エア吹き込みランスを燃焼室の室長手方向の端部に位置するピーピングホールに挿入した状況を示す断面図である。
【図２】燃焼室と炭化室とを交互に配列したコークス炉における燃焼室のピーピングホールにエア吹き込みランスを挿入した状況を示す断面図である。
【図３】コークス炉の炉上に配置したピーピングホールのエア吹き込みランスに空気を供給するラインを示す全体斜視図である。
【図４】コークス炉全体を示す縦断面図である。
【図５】コークス炉側壁に配置したエア吹き込みランスに空気を供給するラインを示す全体斜視図である。
【図６】側壁にエア吹き込みランスを有するコークス炉全体を示す縦断面図である。
【図７】エア吹き込みランスのタイプを比較して示す説明図である。
【図８】不燃ガス流量と投入エア流量との関係を、不完全燃焼領域および空気過剰領域とに区分して示すグラフである。
【符号の説明】
１  コークス炉
２  燃焼室
３  炭化室
４  装炭孔
５  装入炭層
６  装入蓋
７  装炭車
８  装炭ホッパ
９  炉壁れんが
１０  畜熱室
１１  仕切り壁
１２  フリュー
１３  煙道
１４  コークス炉煙突
１５  押出機
１６  ラム
１７  コークスガイド車
１８  消火車
１９  切替え弁
２０  バーナ
２１  損傷部
２２  ピーピングホール
２３  蓋
２４Ａ、２４Ｂ  エア吹き込みランス
２５  フランジ
２６  ホース
２７  エア配管
２８  天井部
２９  エア本管
３０    流量調整用バルブ
３１    流量計
３２  エア供給ブロア
【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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【図７】
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【図８】
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