(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被予熱流路を流れる液化ガスを、予熱流路を流れる予熱流体によって予熱する予熱用熱交換器と、
該予熱用熱交換器にて予熱された液化ガスを海水または清水によって再ガス化する第１熱交換器と、
を備え、
前記予熱流路には、前記第１熱交換器によって再ガス化されたガスが導かれ、
前記予熱流路を通過して凝縮した液化ガスを海水または清水によって再ガス化する第２熱交換器を備え、
前記予熱流路を通過して凝縮した前記液化ガスは、前記被予熱流路にて予熱された液化ガスと同等の温度とされていることを特徴とする液化ガスの再ガス化装置。
【請求項２】
前記第１熱交換器および前記第２熱交換器は、シェルアンドチューブ式熱交換器とされていることを特徴とする請求項１に記載の液化ガスの再ガス化装置。
【請求項３】
前記予熱用熱交換器には、ボイルオフガスを予冷または凝縮させる冷却流路が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液化ガスの再ガス化装置。
【請求項４】
前記予熱用熱交換器は、プレート式熱交換器とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液化ガスの再ガス化装置。
【請求項５】
予熱用熱交換器を用いて、被予熱流路を流れる液化ガスを、予熱流路を流れる予熱流体によって予熱する予熱工程と、
第１熱交換器を用いて、前記予熱工程にて予熱された液化ガスを海水または清水によって再ガス化する第１再ガス化工程と、
を備え、
前記予熱流路には、前記第１熱交換器によって再ガス化されたガスを導き、
第２熱交換器を用いて、前記予熱流路を通過して凝縮した液化ガスを海水または清水によって再ガス化する第２再ガス化工程を備え、
前記予熱流路を通過して凝縮した前記液化ガスは、前記被予熱流路にて予熱された液化ガスと同等の温度とされていることを特徴とする再ガス化ガス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＮＧ等の液化ガスを再ガス化する再ガス化装置および再ガス化ガス製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
貯蔵タンク内に貯蔵されたＬＮＧ（液化天然ガス）を再ガス化して需要先へ供給するために、再ガス化装置が用いられる。このような再ガス化装置としては、オープンラック式気化器（ＯＲＶ；Open-Rack-type Vaporizer）方式が多用されている（例えば下記特許文献１参照）。このＯＲＶ方式は、熱源として海水を用い、大気中で海水をパネル状に並べた多数の伝熱管の外面に散水することにより、伝熱管内部のＬＮＧを気化させるものである。しかし、多くの海水を必要とするとともに、海水が流れる伝熱面積を確保する必要があるので小型化が困難という問題がある。したがって、ＯＲＶ方式は、ＦＳＲＵ（Floating Storage and Regasification Unit）やＦＰＳＯ（Floating Production, Storage and Offloading）といった洋上浮体や、ＬＮＧ船等の船舶に設置することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１４５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これに対して浮体用や船舶設置用としては、ＯＲＶ方式よりも小型化された再ガス化装置として、図３に示すようなシェルアンドチューブ式熱交換器１００を用いたＳＴＶ（シェルアンドチューブ式気化器）方式による再ガス化装置が使用されている例がある。
そのシェルアンドチューブ熱交換器１００の典型的な構造は、同図に示すように、ＬＮＧが流れ込む上流ヘッダ１０３と、上流ヘッダ１０３に接続され並列に多数設けられた伝熱管１０７と、伝熱管１０７を通過したＬＮＧが流れ込む下流ヘッダ１０５とを備えている。各伝熱管１０７は、円筒状の胴体（シェル）によって囲まれた水室１０９内を貫通するようになっている。この熱交換器の主要な特徴として、水室１０９は、長手方向の略中央部にて、上流側水室１０９ａと下流側水室１０９ｂとに分割されている。上流側水室１０９ａには、ＬＮＧ流れの最上流側（図において左方）から海水（Ｓ．Ｗ．）が導かれ、上流側水室１０９ａの下流側から海水が排出されるようになっている（同図における破線参照）。すなわち、上流側水室１０９ａでは、海水流れとＬＮＧ流れとが並行流となっている。一方、下流側水室１０９ｂでは、ＬＮＧ流れの最下流側（図において右方）から海水が導かれ、下流側水室１０９ｂの上流側から海水が排出されるようになっている（同図における破線参照）。すなわち、下流側水室１０９ｂでは、海水流れとＬＮＧ流れとが対向流となっている。このように、ＬＮＧ温度が最も低い最上流側では並行流として高い温度の海水を用いることで伝熱管外表面における凍結を回避しつつ、ＬＮＧ流れの最下流では対向流とすることでＬＮＧ取出温度を確保するようになっている。
しかし、このような形式のシェルアンドチューブ式熱交換器１００は、図４に示したような、水室を１室としたシェルアンドチューブ式熱交換器１００’に比べて複雑な構造となるため、コストが高いということと、設計が難しいという欠点がある。
【０００５】
そこで、図４に示したような水室を１室としたシェルアンドチューブ式熱交換器１００’を採用するための構成として、ＬＮＧを予め別の手段で予熱する方法がある。例えばＩＦＶ（Intermediate-Fluid-type Vaporizer；中間媒体式気化器）方式が提案されている。このＩＦＶ方式と呼ぶ方法は、シェルアンドチューブ式熱交換器の上流側で、プロパンなどの不凍熱媒体を介して海水などの一次加熱源により間接的に不凍熱媒体により間接的にＬＮＧを予熱する予熱工程が設けられている。この予熱工程により、シェルアンドチューブ式熱交換器のＬＮＧ入口温度を凍結が発生しにくい温度まで上昇させ、水室を１室とした安価なシェルアンドチューブ式熱交換器が採用できるようになっている。しかし、予熱工程にかかる投資が大きいことと、プロパン等の不凍液体を用いるため取扱いやメンテナンスが煩雑であり、また機器構成も複雑になるという欠点があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡便な構成で液化ガスの予熱を行い、簡易な構成の熱交換器によって再ガス化することができる液化ガスの再ガス化装置および再ガス化ガス製造方法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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の液化ガスの再ガス化装置および再ガス化ガス製造方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる液化ガスの再ガス化装置は、被予熱流路を流れる液化ガスを、予熱流路を流れる予熱流体によって予熱する予熱用熱交換器と、該予熱用熱交換器にて予熱された液化ガスを海水または清水によって再ガス化する第１熱交換器とを備え、前記予熱流路には、前記第１熱交換器によって再ガス化されたガスが導かれ、前記予熱流路を通過して凝縮した液化ガスを海水または清水によって再ガス化する第２熱交換器を備え、前記予熱流路を通過して凝縮した前記液化ガスは、前記被予熱流路にて予熱された液化ガスと同等の温度とされていることを特徴とする。
【０００８】
予熱用熱交換器では、第１式熱交換器にて再ガス化されたガスを予熱流路へ導き、液化ガスを予熱することとした。このように、再ガス化された自己の熱を用いて液化ガスを予熱することとし、連続した経路を流れる同一流体にて予熱を行うこととしたので、予熱工程にてプロパン等の他の熱媒体を用いる必要がなく、簡便な構成で予熱工程を形成することができる。
また、第１熱交換器には、予熱用熱交換器によって予熱された液化ガスを導くこととし、第１熱交換器に流入する液化ガス温度を上昇させることとしたので、伝熱管周りで海水または清水などの熱媒体が凍結したり、熱交換面に発生した氷により引き起こされる熱交換性能の悪化のおそれを低減できる。したがって、第１熱交換器としてシェルアンドチューブ式熱交換器を用いた場合には、水室を１室とした簡易な構造のシェルアンドチューブ式熱交換器を採用することができる。
また、第２熱交換器には、予熱用熱交換器の予熱流路を通過して凝縮した液化ガスが導かれる。予熱流路を通過した液化ガスは、予熱流路を流れる際に、被予熱流路を流れる液化ガスに熱を与えて温度が低下するが、被予熱流路を流れる液化ガスよりも高温とされたガス化ガスが予熱流路に導かれる構成となっているので、予熱流路を流れて冷却・凝縮された液化ガスは、予熱用熱交換器に流入する液化ガス温度にまでは冷却されることがないように計画することができる。したがって、第２熱交換器に流入する液化ガス温度を液化ガス温度よりも上昇させることができるので、前述の第１熱交換器と同じく伝熱管周りで海水または清水などの熱媒体が凍結したり、熱交換面に発生した氷により引き起こされる熱交換性能の悪化するおそれを低減できる。したがって、第１熱交換器としてシェルアンドチューブ式熱交換器を用いた場合には、例えば水室を１室とした簡易な構造のシェルアンドチューブ式熱交換器を採用することができる。
なお、予熱用熱交換器の被予熱流路および予熱流路から流出した流体を「液化ガス」と称しているが、液相のみからなる流体だけを意味しているのではなく、熱交換器出口側では既にガス化しているか、所定の湿り度を有する二相流体である場合も含まれる。
また、第１熱交換器および／または第２熱交換器としては、好適には、シェルアンドチューブ式熱交換器が用いられるが、本発明は特にこれに限定されるものではなく、例えば、上述のＯＲＶ方式の熱交換器とすることもできる。さらに、前記予熱流路を通過して凝縮した前記液化ガスを、前記被予熱流路にて予熱された液化ガスと同等の温度としてもよい。
また、第１熱交換器や第２熱交換器の加熱媒体として清水などの２次閉回路による加熱を用いる場合には、不凍液を添加してさらに熱媒水の凍結の対策をすることとしてもよい。
【０００９】
さらに、本発明の液化ガスの再ガス化装置では、前記予熱用熱交換器には、ボイルオフガスを予冷または凝縮させる冷却流路が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
液化ガスを貯蔵するタンク等から発生するボイルオフガスを再液化するための設備が設けられている場合がある。このような場合には、ボイルオフガスを予冷または凝縮させる冷却流路を予熱用熱交換器に設けることにより、ボイルオフガスを冷却すると同時に、液化ガスをより効果的に予熱することができる。
特に、以下に説明するように、複数の独立した流路を形成するマルチフロー化が容易なプレート式熱交換器を予熱用熱交換器として用いることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明の液化ガスの再ガス化装置では、前記予熱用熱交換器は、プレート式熱交換器とされていることを特徴とする。
【００１２】
予熱用熱交換器をプレート式熱交換器とすることにより、コンパクト化することができる。
プレート式熱交換器としては、具体的には、プレートフィン式やプレートコイル式が挙げられ、ステンレス製やアルミ合金製が好適に使用される。
【００１３】
また、本発明の再ガス化ガス製造方法は、予熱用熱交換器を用いて、被予熱流路を流れる液化ガスを、予熱流路を流れる予熱流体によって予熱する予熱工程と、第１熱交換器を用いて、前記予熱工程にて予熱された液化ガスを海水または清水によって再ガス化する第１再ガス化工程とを備え、前記予熱流路には、前記第１熱交換器によって再ガス化されたガスを導き、第２熱交換器を用いて、前記予熱流路を通過して凝縮した液化ガスを海水または清水などの熱媒水によって再ガス化する第２再ガス化工程を備え、前記予熱流路を通過して凝縮した前記液化ガスは、前記被予熱流路にて予熱された液化ガスと同等の温度とされていることを特徴とする。
【００１４】
予熱用熱交換器における予熱工程では、第１熱交換器にて再ガス化されたガスを予熱流路へ導き、液化ガスを予熱することとした。このように、再ガス化された自己の熱を用いて液化ガスを予熱することとし、連続した経路を流れる同一流体にて予熱を行うこととしたので、予熱工程にてプロパン等の他の熱媒体を用いる必要がなく、簡便な構成で予熱工程を形成することができる。
また、第１熱交換器における第１再ガス化工程では、予熱用熱交換器によって予熱された液化ガスを導くこととし、第１熱交換器に流入する液化ガス温度を上昇させることとしたので、伝熱管周りで海水または清水の凍結のおそれを低減できる。したがって、第１熱交換器としてシェルアンドチューブ式熱交換器を用いた場合には、水室を１室とした簡便な構造のシェルアンドチューブ式熱交換器を採用することができる。
また、第２熱交換器における第２再ガス化工程では、予熱用熱交換器の予熱流路を通過して凝縮した液化ガスが導かれる。予熱流路を通過した液化ガスは、予熱流路を流れる際に、被予熱流路を流れる液化ガスに熱を与えて温度が低下するが、被予熱流路を流れる液化ガスよりも高温とされたガス化ガスが予熱流路に導かれる構成となっているので、予熱流路を流れて冷却・凝縮された液化ガスは、予熱用熱交換器に流入する液化ガス温度までは冷却されることがない。したがって、第２熱交換器に流入する液化ガス温度を液化ガス温度よりも上昇させることができるので、伝熱管周りで海水または清水が凍結するおそれを低減できる。したがって、第２熱交換器としてシェルアンドチューブ式熱交換器を用いた場合には、水室を１室とした簡便な構造のシェルアンドチューブ式熱交換器を採用することができる。
なお、予熱用熱交換器の被予熱流路および予熱流路から流出した流体を「液化ガス」と称しているが、液相のみからなる流体だけを意味しているのではなく、特に熱交換器出口ではガス化流体か、または所定の湿り度を有する二相流体も含まれる。
また、第１熱交換器および／または第２熱交換器としては、好適には、シェルアンドチューブ式熱交換器が用いられるが、本発明は特にこれに限定されるものではなく、例えば、上述のＯＲＶ方式の熱交換器とすることもできる。
また、第１熱交換器や第２熱交換器の加熱媒体として清水などの２次閉回路を用いる場合には、不凍液を添加することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
予熱用熱交換器にて、第１熱交換器で再ガス化された自己の熱を用いて液化ガスを予熱することとし、連続した経路を流れる同一流体にて予熱を行うこととしたので、予熱工程にてプロパン等の他の熱媒体を用いる必要がなく、簡便な構成で予熱を行うことができる。
また、液化ガスを予熱することにより、第１熱交換器の伝熱管周りの凍結のおそれを低減することができるので、簡易な構成の熱交換器を採用することができる。
また、第２熱交換器に流入する液化ガス温度を液化ガス温度よりも上昇させることができるので、伝熱管周りで海水または清水が凍結するおそれを低減することができる。したがって、簡易な構造の熱交換器を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる液化ガスの再ガス化装置を示した図である。
【図２】図１の変形例を示した図である。
【図３】水室が２室とされたシェルアンドチューブ式熱交換器を示した縦断面図である。
【図４】水室が１室とされたシェルアンドチューブ式熱交換器を示した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
ＦＳＲＵ（Floating Storage and Regasification Unit）やＦＰＳＯ（Floating Production, Storage and Offloading）といった洋上浮体やＬＮＧ船等の船舶には、ＬＮＧ貯蔵設備（液化ガス貯蔵設備）が設けられている。このＬＮＧ貯蔵設備のＬＮＧ貯蔵タンク（液化ガス貯蔵タンク）から導かれるＬＮＧ（液化ガス）を需要先に供給する際に再ガス化するための再ガス化装置１が図１に示されている。
【００１８】
図１に示すように、再ガス化装置１は、ＬＮＧを予熱する予熱用熱交換器３と、予熱用熱交換器３にて予熱された液化ガスを海水または清水によって再ガス化する第１シェルアンドチューブ式熱交換器（第１熱交換器）５と、予熱用熱交換器３から導かれた液化ガスを海水または清水によって再ガス化する第２シェルアンドチューブ式熱交換器（第２熱交換器）７とを備えている。
【００１９】
予熱用熱交換器３には、ＬＮＧ貯蔵タンクから移送ポンプによって送り出されたＬＮＧが導かれる被予熱流路３ａと、第１シェルアンドチューブ式熱交換器５にて再ガス化されたガス化ガスが導かれる予熱流路３ｂとが設けられている。
予熱用熱交換器３は、プレート式熱交換器とされている。具体的には、プレートフィン式やプレートコイル式が挙げられ、ステンレス製やアルミ合金製が好適に使用される。
予熱用熱交換器３によって、被予熱流路３ａを通過するＬＮＧが、例えば−１６０℃〜−１５５℃から−１００℃〜−４０℃まで予熱される。なお、予熱後の流体を単にＬＮＧ（液化ガスを意味する）と称するが、液相のみからなる流体だけを意味しているのではなく、所定の湿り度を有する二相流体も含まれる。
予熱流路３ｂを通過するガス化ガスは、被予熱流路３ａを通過するＬＮＧを予熱することによって冷却され、例えば約１０℃から−１００℃〜−４０℃まで冷却される。予熱流路３ｂから流出するガス化ガスの温度は、予熱用熱交換器３の設計によって設定可能であるが、被予熱流路３ａから流出するＬＮＧと同等の温度とすることが好ましい。これにより、第１シェルアンドチューブ式熱交換器５と第２シェルアンドチューブ式熱交換器７とを同じ容量とすることができるからである。
【００２０】
第１シェルアンドチューブ式熱交換器５は、図４に示したような水室が１室とされた簡便な構造のシェルアンドチューブ式熱交換器とされている。水室には、海水または清水がＬＮＧ流れに対して対向流となるように導かれるようになっている。この第１シェルアンドチューブ式熱交換器５によって、予熱後のＬＮＧは例えば約１０℃まで加熱されて再ガス化される。
第１シェルアンドチューブ式熱交換器５にて再ガス化されたガス化ガスは、上述したように予熱用熱交換器３の予熱流路３ｂへと導かれる。
【００２１】
第２シェルアンドチューブ式熱交換器７は、第１シェルアンドチューブ式熱交換器５と同様に、図４に示したような水室が１室とされた簡便な構造のシェルアンドチューブ式熱交換器とされている。水室には、海水または清水がＬＮＧ流れに対して対向流となるように導かれるようになっている。この第２シェルアンドチューブ式熱交換器７によって、予熱用熱交換器３にて冷却されて凝縮されたＬＮＧが例えば約１０℃まで加熱されて再ガス化される。なお、予熱用熱交換器３にて冷却された流体を単にＬＮＧ（液化ガスを意味する）と称するが、液相のみからなる流体だけを意味しているのではなく、ガス相、または所定の湿り度を有する二相流体も含まれる。
第２シェルアンドチューブ式熱交換器７にて再ガス化されたガス化ガスは、ＣＮＧ（Compressed natural gas；圧縮天然ガス）マニホールドへと導かれ、その後、需要先へと供給される。
【００２２】
上述した再ガス化装置１は、以下のように用いられ、再ガス化ガスが製造される。
ＬＮＧ貯蔵タンクから移送ポンプによって送り出されたＬＮＧは予熱用熱交換器３の被予熱流路３ａへと導かれ、例えば−１００℃〜−４０℃まで予熱される（予熱工程）。
予熱後のＬＮＧは、第１シェルアンドチューブ式熱交換器５へと導かれ、海水または清水によって例えば約１０℃まで加熱され再ガス化される（第１再ガス化工程）。
再ガス化されたガス化ガスは、予熱用熱交換器３の予熱流路３ｂへと導かれ、被予熱流路３ａを流れるＬＮＧを予熱することによって例えば−１００℃〜−４０℃まで冷却される。
予熱流路３ｂを流出したＬＮＧは、第２シェルアンドチューブ式熱交換器７へと導かれ、海水または清水によって例えば約１０℃まで加熱され再ガス化される（第２再ガス化工程）。
再ガス化されたガス化ガスは、ＣＮＧマニホールドへと導かれ、需要先へと供給される。
【００２３】
本実施形態の再ガス化装置１によれば、以下の作用効果を奏する。
予熱用熱交換器３では、第１シェルアンドチューブ式熱交換器５にて再ガス化されたガスを予熱流路３ｂへ導き、被予熱流路３ａを流れるＬＮＧを予熱することとした。このように、再ガス化された自己の熱を用いてＬＮＧを予熱することとし、連続した経路を流れる同一流体にて予熱を行うこととしたので、予熱工程にてプロパン等の他の熱媒体を用いる必要がなく、簡便な構成で予熱工程を形成することができる。
【００２４】
また、第１シェルアンドチューブ式熱交換器５には、予熱用熱交換器３によって予熱されたＬＮＧを導くこととし、第１シェルアンドチューブ式熱交換器５に流入するＬＮＧ温度を上昇させることとしたので、伝熱管周りで海水または清水の凍結のおそれがない。したがって、水室を１室とした簡便な構造のシェルアンドチューブ式熱交換器を採用することができる。
【００２５】
また、第２シェルアンドチューブ式熱交換器７には、予熱用熱交換器３の予熱流路３ｂを通過した後の凝縮したＬＮＧを導くこととした。予熱流路３ｂを通過したＬＮＧは、予熱流路３ｂを流れる際に、被予熱流路３ａを流れるＬＮＧに熱を与えて温度が低下するが、予熱用熱交換器３の被予熱流路３ａに流入するＬＮＧまでは冷却されない設計とした。したがって、第２シェルアンドチューブ式熱交換器７に流入するＬＮＧ温度を上昇させることができるので、伝熱管周りで海水または清水が凍結するおそれがない。したがって、水室を１室とした簡便な構造のシェルアンドチューブ式熱交換器を採用することができる。特に、本実施形態では、被予熱流路３ａから流出して第１シェルアンドチューブ式熱交換器５へと流れ込むＬＮＧと、予熱流路３ｂから流出して第２シェルアンドチューブ式熱交換器７へ流れ込むＬＮＧ温度とを同等の温度としたので、第１シェルアンドチューブ式熱交換器５と第２シェルアンドチューブ式熱交換器７とを同じ容量とすることができ、低コストにてシェルアンドチューブ式熱交換器を調達することができる。
【００２６】
［変形例］
図２には、本実施形態の再ガス化装置の変形例が示されている。
この再ガス化装置１‘は、予熱用熱交換器３にボイルオフガス（以下「ＢＯＧ」という。）を予冷または凝縮させる冷却流路３ｃが設けられている。その他の構成についいては図１と同様なので同一符号を付しその説明を省略する。
ＢＯＧは、ＬＮＧ貯蔵タンク等から熱侵入によって不可避的に発生するものであり、冷却して再液化する場合がある。ＢＯＧを再液化する場合、再液化設備が再ガス化装置１‘の近傍に設置されている。このような場合には、ＢＯＧを予冷または凝縮させる冷却流路３ｃを予熱用熱交換器３に設ける。冷却流路３ｃを通過して予冷または凝縮されたＢＯＧは、凝縮器または凝縮タンク（Condenser or Condensate tank）へと導かれる。
このように、冷却流路３ｃにてＢＯＧを冷却すると同時に、ＢＯＧによって被予熱流路３ａを流れるＬＮＧをより効果的に予熱することができる。
特に、本実施形態では、予熱用熱交換器３としてプレート式熱交換器を用いており、複数の独立した流路を形成するマルチフロー化が容易なため好適である。
【００２７】
なお、上述した実施形態では、液化ガスとしてＬＮＧを挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＬＰＧ（液化石油ガス）、ＬＥＧ（液化エチレン）等の他の液化ガスであってもよい。
また、上述した実施形態では、第１シェルアンドチューブ式熱交換器および第２シェルアンドチューブ式熱交換器を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の熱交換器であっても予熱による効果を得ることができ、例えば、ＯＲＶ方式の熱交換器としてもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１，１’  再ガス化装置
３  予熱用熱交換器
３ａ  被予熱流路
３ｂ  予熱流路
３ｃ  冷却流路
５  第１シェルアンドチューブ式熱交換器（第１熱交換器）
７  第２シェルアンドチューブ式熱交換器（第２熱交換器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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