(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃料を供給する主バーナと、前記主バーナの鉛直上方に設けられ、可燃性廃棄物を供給する廃棄物バーナとを有するセメント焼成用バーナであって、
前記主バーナの鉛直方向及び水平方向を拘束かつ固定し、前記主バーナを支持する主バーナ支持手段と、
前記主バーナ支持手段とは独立して設けられ、前記廃棄物バーナの鉛直方向及び水平方向を拘束かつ固定する廃棄物バーナ支持手段と、
を備え、
前記廃棄物バーナは、前記主バーナと前記廃棄物バーナとの間に介在し軸方向に延在する耐火物の上に載置され、
前記主バーナ及び前記廃棄物バーナは、互いに軸方向に対して相対移動可能に設けられていること、
を特徴とするセメント焼成用バーナ。
【請求項２】
前記廃棄物バーナの鉛直荷重は、前記廃棄物バーナ支持手段及び前記主バーナで受け持つ請求項１に記載のセメント焼成用バーナ。
【請求項３】
前記廃棄物バーナの鉛直上方に設けられ、他の燃料を供給する他燃料バーナを備える請求項１又は２に記載のセメント焼成用バーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントを焼成するバーナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメント焼成用バーナとして、セメントクリンカを焼成するセメントロータリーキルンに採用されるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１記載のセメント焼成用バーナは、ロータリーキルン内に挿入され微粉炭を供給する主バーナと、廃プラスチック材料等の粉砕粒子を供給する補助燃料バーナとを備えている。補助燃料バーナは、主バーナの上面側に戴置固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３３２２６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、特許文献１記載のセメント焼成用バーナにあっては、バーナそれぞれが互いに固定されているため、熱膨張率の違いに起因してバーナそれぞれに不要な熱応力が加わり、バーナの配置がずれたりバーナが変形したりするおそれがある。バーナの配置のずれやバーナの変形は、火炎を不安定とし、セメントクリンカの焼成に悪影響を与える場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、バーナ間に生じる熱応力の影響を低減することができるセメント焼成用バーナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明に係るセメント焼成用バーナは、主燃料を供給する主バーナと、前記主バーナの鉛直上方に設けられ、可燃性廃棄物を供給する廃棄物バーナとを有するセメント焼成用バーナであって、前記主バーナの鉛直方向及び水平方向を拘束かつ固定し、前記主バーナを支持する主バーナ支持手段と、前記主バーナ支持手段とは独立して設けられ、前記廃棄物バーナの鉛直方向及び水平方向を拘束かつ固定する廃棄物バーナ支持手段と、を備え、前記廃棄物バーナは、前記主バーナと前記廃棄物バーナとの間に介在し軸方向に延在する耐火物の上に載置され、前記主バーナ及び前記廃棄物バーナは、互いに軸方向に対して相対移動可能に設けられていることを特徴として構成される。
【０００７】
本発明に係るセメント焼成用バーナによれば、主バーナとその鉛直上方に配置された廃棄物バーナとが、互いに軸方向に対して相対移動可能に設けられている。このため、主バーナと廃棄物バーナとの間に生じる熱応力の影響を低減することができる。
【００１０】
また、前記廃棄物バーナの鉛直荷重は、前記廃棄物バーナ支持手段及び前記主バーナで受け持つことが好適である。このように構成することで、廃棄物バーナ支持手段の負担を軽減させることが可能となり、廃棄物バーナ支持手段を小型化することができる。
【００１１】
さらに、前記廃棄物バーナの鉛直上方に設けられ、他の燃料を供給する他燃料バーナを備えてもよい。このように構成することで、主バーナの火炎と他燃料バーナの火炎とで可燃性廃棄物を挟み込んで可燃性廃棄物の燃焼のばらつきを抑制することができる。よって、可燃性廃棄物の燃焼性を向上することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、バーナ間に生じる熱応力の影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係るセメント焼成用バーナを用いた装置の構成を示す概要図である。
【図２】図１のセメント焼成用バーナの一部拡大断面図及び正面図である。
【図３】図１のセメント焼成用バーナの支持部を説明する概略図である。
【図４】第２実施形態に係るセメント焼成用バーナの一部拡大断面図及び正面図である。
【図５】図４のセメント焼成用バーナの作用効果を説明する概要図である。
【図６】セメント焼成用バーナの変形例における一部拡大断面図及び正面図である。
【図７】セメント焼成用バーナの変形例における一部拡大断面図及び正面図である。
【図８】セメント焼成用バーナの変形例における一部拡大断面図及び正面図である。
【図９】セメント焼成用バーナの変形例における一部拡大断面図及び正面図である。
【図１０】セメント焼成用バーナの変形例における一部拡大断面図及び正面図である。
【図１１】セメント焼成用バーナの変形例における一部拡大断面図及び正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るセメント焼成用バーナを用いた装置の構成を示す概要図である。図１に示す装置は、セメント製造装置の一部であり、クリンカ焼成工程で用いられるものである。
【００１６】
図１に示すように、クリンカ焼成工程に採用される装置は、略円柱状の回転窯であるロータリーキルン３を備えている。ロータリーキルン３は、セメント原料を焼成しクリンカを生成する。ロータリーキルン３は、窯尻（入口）から窯前（出口）へセメント原料が移動するように傾斜配置されている。ロータリーキルン３の窯尻側には、セメント原料を予備的に加熱するサイクロンを有する予熱部４及びセメント原料を仮焼する仮焼炉５が接続されており、予熱及び仮焼されたセメント原料がロータリーキルン３内部に供給される。キルン内部に供給されたセメント原料は、仮焼されながらロータリーキルン３の回転に応じて窯前側へ移動し、焼成されたクリンカとして排出される。排出されたクリンカは、ロータリーキルン３の窯前側に設けられた冷却部６により冷却される。
【００１７】
ここで、ロータリーキルン３の窯前側には、炉外からロータリーキルン３内部（炉内）へセメント焼成用バーナ１が挿入されて配置されている。図２の（Ａ）は、セメント焼成用バーナ１の一部拡大断面図であり、図２の（Ｂ）は、セメント焼成用バーナ１の正面図である。図２に示すように、セメント焼成用バーナ１は、炉壁２０を貫通して炉内へ挿入されている。セメント焼成用バーナ１は、主燃料を供給する主バーナ１０を備えている。この主バーナ１０は、炉外に設けられ鉛直方向下側から支持する主バーナ支持部（主バーナ支持手段）３１によって、鉛直方向及び水平方向が拘束かつ固定されて支持されている。主バーナ１０は、その表面が耐火物１２によって覆われており、耐火物１２と一体的に形成されている。例えば、主バーナ１０に溶接されたスタッドを埋め込むように耐火物１５を施工することによって互いに固定されて形成されている。なお、主バーナ１０により供給される主燃料としては、例えば石炭（微粉炭）が用いられる。
【００１８】
また、主バーナ１０の鉛直上方には、可燃性廃棄物を供給する廃棄物バーナ１１が炉外からロータリーキルン内部（炉内）へ挿入されて配置されている。この廃棄物バーナ１１は、炉外に主バーナ支持部３１とは独立して設けられ、鉛直方向上側から支持する廃棄物バーナ支持部（廃棄物バーナ支持手段）３０によって、鉛直方向及び水平方向を拘束かつ固定され、この廃棄物バーナ支持部３０により鉛直方向荷重を支持されている。図３は、セメント焼成用バーナの支持部を説明する概略図であり、図３に示すように、主バーナ１０と廃棄物バーナ１１とが、それぞれ独立に設けられた主バーナ支持部３１及び廃棄物バーナ支持部３０によって支持される。また、廃棄物バーナ１１は、耐火物１２に形成された貫通孔１２ａに挿入され、主バーナ１０の表面を覆う耐火物１２上であって、この耐火物１２に対し軸方向に（主バーナ１０の軸方向に）相対移動可能に設けられている。また、耐火物１２の貫通孔１２ａの内径は、廃棄物バーナ１１の外径よりも大きく形成（例えば５〜１０ｍｍ）されている。また、廃棄物バーナ１１により供給される可燃性廃棄物としては、例えば廃プラスチック等が用いられる。
【００１９】
次に、作用効果について説明する。ロータリーキルン３内の熱放射によって、ロータリーキルン３内部に配置されたセメント焼成用バーナ１は高温となる。ここで、ロータリーキルン３の主バーナ１０と廃棄物バーナ１１とは配置位置が異なり、また熱膨張率が異なる場合もあるため、主バーナ１０と廃棄物バーナ１１とは熱膨張量が異なるおそれがある。特に、主バーナ１０の下面側は、ロータリーキルン３の窯前におけるクリンカ放射熱の影響を強く受けるため、熱膨張量の差異は一層大きくなる。
【００２０】
したがって、従来のセメント焼成用バーナのように、主バーナ１０と廃棄物バーナ１１とが一体的に構成され、互いに固定されている場合には、熱膨張量の差異によって周囲を覆う耐火物１２に亀裂が発生し、又は、廃棄物バーナ１１が変形するおそれがある。
【００２１】
これに対して、第１実施形態に係るセメント焼成用バーナ１では、主バーナ１０とその鉛直上方に配置された廃棄物バーナ１１とが、独立した支持部によって支持されつつ互いに軸方向に対して相対移動可能に設けられている。このため、実操業中に、主バーナ１０と廃棄物バーナ１１とで熱膨張量に差異がある場合であっても、廃棄物バーナ１１が耐火物１２の貫通孔１２ａ内部をスライドすることが可能となる。このため、耐火物１２の破損を抑制し、又は、廃棄物バーナ１１の配置ずれや変形を抑制し、バーナ間に生じる熱応力の影響を低減することが可能となる。さらに、廃棄物バーナ１１の耐久性を向上させることができるとともに、簡易な構成で廃棄物バーナ１１を支持し、経済性にも優れた構成とすることができる。
【００２２】
さらに、第１実施形態に係るセメント焼成用バーナ１によれば、廃棄物バーナ１１の鉛直荷重の一部を主バーナ１０が受け持つことが可能となり、廃棄物バーナ支持部３０に加わる負担を低減することが可能となる。従って、廃棄物バーナ支持部３０の小型化を図ることができる。
【００２３】
［第１実施形態の効果］
（１）主燃料を供給する主バーナと、主バーナの鉛直上方に設けられ、可燃性廃棄物を供給する廃棄物バーナとを有するセメント焼成用バーナであって、主バーナ及び廃棄物バーナは、互いに軸方向に対して相対移動可能に設けられていることとした。
（２）また、主バーナの鉛直方向及び水平方向を拘束かつ固定し、主バーナを支持する主バーナ支持手段と、主バーナ支持手段とは独立して設けられ、廃棄物バーナの鉛直方向及び水平方向を拘束かつ固定する廃棄物バーナ支持手段と、を備えることとした。
これにより、主バーナ１０と廃棄物バーナ１１とで熱膨張量に差異がある場合であっても、廃棄物バーナ１１が耐火物１２の貫通孔１２ａ内部を鞘内部のように機能させてスライドすることが可能となる。このため、耐火物１２の破損を抑制し、又は、廃棄物バーナ１１の配置ずれや変形を抑制することができる。よって、バーナ間に生じる熱応力の影響を低減することができる。また、主バーナ支持部３１と廃棄物バーナ支持部３０をそれぞれ独立して設け、主バーナ１０と廃棄物バーナ１１とを別支持とすることで、さらにスライドを促進することができる。
（４）廃棄物バーナの鉛直荷重は、廃棄物バーナ支持手段及び主バーナで受け持つこととした。これにより、廃棄物バーナ１１の鉛直荷重の一部を主バーナ１０が受け持つことが可能となる。よって、廃棄物バーナ支持部３０に加わる負担を低減し、廃棄物バーナ支持部３０の小型化を図ることができる。
【００２４】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。図４は、セメント焼成用バーナの一部拡大断面図及び正面図である。図４に示すセメント焼成用バーナ２は、第１実施形態に係るセメント焼成用バーナ１とほぼ同様に構成されており、相違点を中心に説明する。なお、図４中において、炉外に配置されたバーナ支持部は省略している。
【００２５】
図４に示すように、セメント焼成用バーナ２は、廃棄物バーナ１１の鉛直上方に配置され主燃料とは異なる他燃料を供給する他燃料バーナ４０を備えている。他燃料バーナ４０は、主バーナ支持部３１及び廃棄物バーナ支持部３０とは独立して炉外に設けられた他燃料バーナ支持部（不図示）によって、鉛直方向及び水平方向を拘束かつ固定され、耐火物１２に形成された貫通孔１２ｂに対し相対移動可能に挿入されている。また、他燃料バーナ４０により供給される他燃料としては、例えば肉骨粉等、可燃性廃棄物よりも燃焼性の良好な燃料が用いられる。
【００２６】
このように、第２実施形態に係るセメント焼成用バーナ２では、主バーナ１０、主バーナ１０の鉛直上方に配置された廃棄物バーナ１１及び他燃料バーナ４０が、独立した支持部によって支持されつつ互いに軸方向に対して相対移動可能に設けられている。このため、実操業中に、主バーナ１０、廃棄物バーナ１１及び他燃料バーナ４０のそれぞれの熱膨張量に差異がある場合であっても、廃棄物バーナ１１及び他燃料バーナ４０のそれぞれが耐火物１２の貫通孔１２ａ，１２ｂ内部をスライドすることが可能となる。これにより、バーナ間に生じる熱応力の影響を低減し、耐火物１２の破損を抑制し、又は、廃棄物バーナ１１及び他燃料バーナ４０の配置ズレや変形を抑制して耐久性を向上させることができる。さらに、簡易な構成で廃棄物バーナ１１及び他燃料バーナ４０を支持し、経済性にも優れた構成とすることができる。
【００２７】
また、図５は、セメント焼成用バーナ２の作用効果を説明する概要図である。第２実施形態に係るセメント焼成用バーナ２では、廃棄物バーナ１１の上下を、可燃性廃棄物よりも燃焼速度の速い燃料を用いた主バーナ１０及び他燃料バーナ４０で挟み込んだ構成としている。図中では、簡略化のため、各バーナの配置のみを表示している。また、廃棄物バーナ１１からは廃プラスチックが吹き出され、主バーナ１０からは廃プラスチックよりも燃焼速度の速い微粉炭、他燃料バーナ４０からは廃プラスチックよりも燃焼速度の速い肉骨粉が吹き出されているものとする。
【００２８】
図５に示すように、３つのバーナのうち最下部に位置する主バーナ１０から吹き出された微粉炭、及び最上部に位置する他燃料バーナ４０から吹き出された肉骨粉の燃焼タイミングは、中間部に位置する廃棄物バーナ１１から吹き出された廃プラスチックの燃焼タイミングよりも相対的に早い。このため、廃プラスチックは、主バーナ１０及び他燃料バーナ４０の火炎によって上下から同時に高温で加熱されるため、主バーナ１０及び廃棄物バーナ１１のみでセメント焼成用バーナを構成する場合に比べて迅速に廃プラスチックを燃焼することができる。
【００２９】
ところで、主バーナ１０及び廃棄物バーナ１１のみでセメント焼成用バーナを構成する場合には、廃プラスチックが下側のみ加熱され、上側からは加熱されないため、上側の廃プラスチックの燃焼が遅れるおそれがある。また、廃プラスチックは破砕されたものが採用されるが、大きさにばらつきがあるため、燃焼にばらつきが生じるおそれがある。さらに、廃プラスチックにカーボン繊維等の難燃性材料が混入している場合には、燃焼のばらつきが一層生じるおそれがある。このように、廃プラスチックの燃焼性にばらつきが存在する場合には、吹き出された廃プラスチックは、ロータリーキルン３の空間内で完全に燃焼せずにロータリーキルン３の下側に着地して燃え続け（着地燃焼）、セメント焼成に悪影響を与えるおそれがある。このため、主バーナ１０及び廃棄物バーナ１１のみでセメント焼成用バーナを構成する場合には、吹き込む廃プラスチックの種類や量を制限する必要がある。
【００３０】
これに対して、第２実施形態に係るセメント焼成用バーナ２によれば、廃プラスチックは、主バーナ１０及び他燃料バーナ４０の火炎によって上下から同時に高温で加熱されるため、上側の廃プラスチックの燃焼遅れを改善し均一性に優れた燃焼を実現することができる。また、上下で加熱することにより廃プラスチックの燃焼性が向上するので、ロータリーキルン３の下側における着地燃焼を低減させるとともに、多種多量の廃プラスチックを可燃性廃棄物として採用することができる。
【００３１】
［第２実施形態の効果］
（５）廃棄物バーナの鉛直上方に設けられ、他の燃料を供給する他燃料バーナを備えることとした。これにより、廃プラスチックを上下から同時に高温で加熱し、上側の廃プラスチックの燃焼遅れを改善し均一性に優れた燃焼を実現することができる。また、廃プラスチックの燃焼性が向上するため、ロータリーキルン３の下側における着地燃焼を低減させるとともに、多種多量の廃プラスチックを可燃性廃棄物として採用することができる。
【００３２】
上述した第１実施形態では、主バーナ１０及び廃棄物バーナ１１が一体的に形成された耐火物１２によって保護されている例を説明したが、これに限られるものではない。
【００３３】
（変形例１）
図６の変形例１では、廃棄物バーナ１１を冷却する冷却機構を備えている。なお、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００３４】
図６に示すように、主バーナ１０及び廃棄物バーナ１１は、それぞれの周囲に耐火物を備えていない。そして、主バーナ１０と廃棄物バーナ１１との間には、耐熱材１７が配置されている。主バーナ１０及び廃棄物バーナ１１は、互いに固定されることなく配置され、主バーナ１０及び廃棄物バーナ１１は、独立した支持部によって支持されつつ互いに軸方向に対して相対移動可能に設けられている。このため、実操業中に、主バーナ１０と廃棄物バーナ１１とで熱膨張量に差異がある場合であっても、廃棄物バーナ１１が耐熱材１７上をスライドすることが可能となる。
【００３５】
このように、一体的に形成された耐火物を用いなくても第１実施形態に係るセメント焼成用バーナ１と同様の効果を奏することができる。また、図６に示す変形例では、セメント焼成用バーナ１が廃棄物バーナ１１の冷却機構を備えるため、主バーナ１０と廃棄物バーナ１１との間に生じる熱膨張量の差が一層大きくなる。このような場合、バーナ間に生じる熱応力の影響を低減することができるという効果を一層奏することが可能となる。また、このような冷却機構を第２実施形態に係るセメント焼成用バーナ２に採用してもよい。また、冷却用の媒体は空気に限定されるものではなく、水であってもよい。
【００３６】
また、上述した第１実施形態では、炉外に配置された主バーナ支持部３１及び廃棄物バーナ支持部３０について説明したが、各バーナ支持部の設置態様はこれに限られるものではない。例えば、図６に示すように、廃棄物バーナ支持部３０が鉛直方向下側から廃棄物バーナ１１を支持するものであってもよい。また、図７〜９に示すように、廃棄物バーナ支持部３０が炉壁２０から離れた場所に固定部を介して配置されてもよい。例えば、図７に示すように、炉外であって廃棄物バーナ１１の鉛直上方かつ炉壁２０から離間した位置に、固定部２１が配置されている。主バーナ支持部３１及び廃棄物バーナ支持部３０は、固定部２１に設けられており、主バーナ１０及び廃棄物バーナ１１をそれぞれ吊り下げて支持している。また、図８に示すように、炉外であって主バーナ１０と廃棄物バーナ１１との間で、かつ炉壁２０から離間した位置に、固定部２１が配置されている。主バーナ支持部３１及び廃棄物バーナ支持部３０は、固定部２１に設けられており、主バーナ１０を吊り下げて支持するとともに、廃棄物バーナ１１を鉛直下方から支持している。また、図９に示すように、炉外であって廃棄物バーナ１１の鉛直上方かつ炉壁２０から離間した位置に、固定部２１が配置され、炉外であって主バーナ１０の鉛直上方かつ炉壁２０から離間した位置に、固定部２２が配置されている。主バーナ支持部３１及び廃棄物バーナ支持部３０は、固定部２２，２１にそれぞれ設けられており、主バーナ１０及び廃棄物バーナ１１をそれぞれ吊り下げて支持している。このように各バーナ支持部は、炉外に配置されていればよく、設置態様に限定されるものではない。
【００３７】
［変形例１の効果］
（３）廃棄物バーナを冷却する冷却手段を備えることとした。この場合、廃棄物バーナと廃棄物バーナとの熱膨張率の差が大きくなるため、上記（１）の効果がより顕著となる。
【００３８】
（変形例２）
以下では、図１０，１１を用いて、第２実施形態の変形例を説明する。図１０，１１は、セメント焼成用バーナ２が、円形以外の径方向断面形状である廃棄物バーナ１１を備えるとともに、耐火物が一体的でない変形例を示している。
【００３９】
図１０，１１に示すように、主バーナ１０の鉛直上方に配置された廃棄物バーナ１１は、その径方向断面形状が矩形であって、主バーナ１０の周囲には耐火物１９が設けられている。また、廃棄物バーナ１１の周囲には、耐火物１９と独立した耐火物１８が設けられている。さらに、耐火物１８の貫通孔１８ｂに他燃料バーナ４０が挿入されている。上記第２実施形態と同様、主バーナ１０と、廃棄物バーナ１１及び他燃料バーナ４０とは、互いに固定されることなく独立した支持部によって支持されつつ互いに軸方向に対して相対移動可能に設けられている。このため、実操業中に、主バーナ１０、廃棄物バーナ１１及び他燃料バーナ４０のそれぞれの熱膨張量に差異がある場合であっても、耐火物１８で覆われた廃棄物バーナ１１及び他燃料バーナ４０が耐熱材１７上をスライドし、かつ、他燃料バーナ４０が耐火物１８の貫通孔１８ｂ内部をスライドすることが可能となる。また、図１０では、耐熱材１７が露出しているが、図１１に示すように耐熱材１７が耐火物に覆われていてもよい。
【００４０】
このように、一体的に形成された耐火物を用いなくても第２実施形態に係るセメント焼成用バーナ２と同様の効果を奏することができる。また、上述のとおり、各バーナがスライドするように構成されていればよく、バーナの形状やそのスライド機構に限定されるものではない。また、円形以外の径方向断面形状を有する廃棄物バーナ１１を第１実施形態に係るセメント焼成用バーナ１に採用してもよい。また、第２実施形態では他の燃料として肉骨粉を用いたが、廃プラスチックよりも燃焼速度の速い燃料であれば他のものでもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１，２…セメント焼成用バーナ、１０…主バーナ、１１ａ，１１ｂ…流路、１１…廃棄物バーナ、１２…耐火物、３０…廃棄物バーナ支持部（廃棄物バーナ支持手段）、３１…主バーナ支持部（主バーナ支持手段）、４０…他燃料バーナ。
【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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【図９】
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【図１０】
0005866784.tif 000011
【図１１】
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