(57)【要約】  モジュラーヒーターシステムは、流体導管に含まれる流体を加熱するために、流体導管の長手方向に沿って整列される複数のモジュラーユニットを含む。 モジュラーユニットは、それぞれ、キャリア部材と、キャリア部材上に取り付けられた加熱要素と、キャリア部材及び加熱要素を取り囲む断熱ジャケットとを含む。キャリア部材は、その中に流体導管を収容するための収容スペースを定め、キャリア部材の外面から窪んだ側部スロットを含む。断熱ジャケットは、上半部と下半部とを含む。上半部と下半部は、キャリア部材の側部スロットに自己ロックされる。【選択図】図１９
2019503046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体導管を収容するための収容空間であるキャリア部材と、
前記キャリア部材の表面に配置される加熱要素と、
前記キャリア部材を取り囲み、上部及び下部を含む断熱ジャケットと、
を具備し、
前記上部及び前記下部は、前記上部及び前記下部を互いに固定するための嵌合機能を持つ、
モジュラーヒーターユニット。
【請求項２】
前記キャリア部材と前記断熱ジャケットとの間にエアギャップがある、請求項１のモジュラーヒーターユニット。
【請求項３】
前記エアギャップ内に絶縁材料をさらに具備する、請求項２のモジュラーヒーターユニット。
【請求項４】
前記エアギャップ内に配置され、前記キャリア部材を取り囲むバッフルをさらに具備する、請求項２のモジュラーヒーターユニット。
【請求項５】
前記キャリア部材は、上部ピースと下部ピースとを含み、前記上部ピースと前記下部ピースとは、前記流体導管を収容し、前記流体導管を完全に取り囲む収容スペースを共同で定める、請求項１のモジュラーヒーターユニット。
【請求項６】
複数のシムをさらに具備し、前記断熱ジャケットの前記上部及び前記下部は、前記複数のシムによって、それぞれ、前記キャリア部材の前記上部ピースと前記下部ピースと接続される、請求項５のモジュラーヒーターユニット。
【請求項７】
前記加熱要素との電気的接続に適用される電気コネクタをその内部に含むターミナルボックスをさらに具備する、請求項１のモジュラーヒーターユニット。
【請求項８】
前記ターミナルボックスは、検知装置を挿入するための少なくとも１つの空洞をさらに具備する、請求項７のモジュラーヒーターユニット。
【請求項９】
前記空洞内に配置され、温度センサを収容するサーモウェルをさらに具備する、請求項８のモジュラーヒーターユニット。
【請求項１０】
前記空洞内に配置され、前記ターミナルボックス内で前記サーモウェルを付勢させるスプリングをさらに具備する、請求項９のモジュラーヒーターユニット。
【請求項１１】
前記キャリア部材は、前記加熱要素を収容するための案内スロットを定める上壁を定める、請求項１のモジュラーヒーターユニット。
【請求項１２】
前記加熱要素上に配置された導電性部材をさらに具備する、請求項１のモジュラーヒーターユニット。
【請求項１３】
前記断熱ジャケットの上半部を通って延びて前記導電性部材と係合する導電ピンをさらに具備する、請求項１２のモジュラーヒーターユニット。
【請求項１４】
複数のモジュラーヒーターユニットを互いに接続するために、前記キャリア部材の長手方向の孔に延びる少なくとも１つの整列ロッドをさらに具備する、請求項１のモジュラーヒーターユニット。
【請求項１５】
前記断熱ジャケットは、複数のエアポケットを定める、請求項１のモジュラーヒーターユニット。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、「モジュラーヒーターシステム」という名称で２０１５年１２月１６日に出願された米国仮出願第62/267937号に対する優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般に、パイプラインで使用される電気ヒーターに関し、より具体的には、例えば半導体処理システムなどのような、ガスライン及びパイプラインで使用されるヒーターに関する。
【背景技術】
【０００３】
このセクションの記述は、単に本開示に関連する背景情報を提供するのみであり、先行技術を構成しない場合がある。
【０００４】
例えばオイル井又は水貯蔵器のような供給源からのオイル、ガス、水、その他の流体の供給は、導管などによる流体の移動を必要とする。流体を所定の温度に又は所定の温度以上に維持することに加えて、導管内の流体の自由な又は制限のない流を維持することがしばしば必要とされる。現在、「ヒートトレース」としてこの技術分野で知られるケーブル又はテープの形態の電気ヒーターが、一般的に導管の周りに使用され、導管、さらには、流体に熱が供給される。さらに、導管及びヒートトレースは、断熱ジャケットによって囲まれ、周辺環境への熱損失を低減する。
【０００５】
ヒートトレースケーブルは、比較的単純で低コストであるため、そのような流体導管を加熱するための一般的な手段である。一般的に、ヒートトレースケーブルは、Montierthらによる米国特許第5294780号、Barthらによる米国特許第5086836号、Montierthらによる米国特許第4791277号、Leavinesによる米国特許第4152577号、Hornerによる米国特許第4123837号、Johnsonによる米国特許第3971416号、及び、Bilbroによる米国特許再発行第29332号に示されるように、導管の長さに沿って配置され、又は、導管の周りに巻き付けられ、及び、バンド、保持ストラップ、又は、任意の他の適切な固定により規則的な間隔で固定される。熱トレースケーブルをパイプ又は導管に固定することは、特に、時間が重要なユーティリティライン、連続製造プロセスの交換、などに対して、時間を消費し、負担となることが分かっている。
【０００６】
ユーティリティラインの交換を促進するために、米国特許第6792200号は、予め製作されたヒートトレースパイプを提案しており、古いパイプを交換する必要性が生じる前に、加熱されるパイプと、ヒートトレースと、ヒートトレースを電源に電気的に接続するためのコネクタとが直され、事前に一体的に形成され、目録に記入される。このプレハブ式パイプは、ユーティリティラインの交換に関して時間を節約するが、それはカスタムメイドのヒートトレースパイプを必要とし、それによって、望ましくない在庫スペースと、製造及びメンテナンスの費用とを増加させる。
【概要】
【０００７】
ある形態では、モジュールヒーターシステムは、流体導管に含まれる流体を加熱する流体導管の長手方向にそって整列された複数のモジュラーユニットを含む。モジュラーユニットは、それぞれ、キャリア部材と、キャリア部材に取り付けられた加熱要素と、キャリア部材及び加熱要素を取り囲む断熱ジャケットとを含む。 キャリア部材は、その中に流体導管を収容するための収容スペースを定め、キャリア部材の外面から窪んだ側部スロットを含む。断熱ジャケットは、上半部と下半部とを含む。上半部と下半部は、キャリア部材の側部スロットに自己ロックされる
【０００８】
別の形態では、流体導管を収容するための収容スペースを定めるキャリア部材、キャリア部材の表面に配置される加熱要素、及び、キャリア部材を取り囲む断熱ジャケットを含むモジュラーユニットが提供される。断熱ジャケットは、上部及び下部を含む。上部及び下部は、上部及び下部を互いに固定するための嵌合機能を持つ
【０００９】
さらに別の形態では、モジュラーヒーターシステムは、モジュラーユニット及びエンドキャップを含む。 モジュラーユニットは、流体導管を収容するための収容スペースを定めるキャリア部材と、キャリア部材の表面に配置される加熱要素と、キャリア部材を取り囲む断熱ジャケットとを含む。エンドキャップは、モジュラーユニットの長手方向の端部に取り付けられる。エンドキャップは、隣接するモジュラーユニット又は隣接する取付構造にモジュラーユニットを固定するために、隣接する隣接するモジュラーユニット又は隣接する取付構造の開口部に嵌合するための管状フランジを含む
【００１０】
さらなる適用性の範囲は、本明細書で提供される説明から明らかになるであろう。説明および特定の実施例は、例示のみを目的としており、本開示の範囲を限定するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示は、詳細な説明及び添付図面からより完全に理解されるであろう。
【００１２】
【図１】図１は、本開示の第１の実施形態にしたがって構成されたモジュラーヒーターシステムの斜視図であり、モジュラーヒーターシステムの内部の一部が示されている。
【００１３】
【図２】図２は、本開示の第１の実施形態にしたがって構成されたモジュラーヒーターシステムの斜視断面図である
【００１４】
【図３】図３は、図１の線Ａ−Ａにそったモジュラーヒーターシステムの断面図である。
【００１５】
【図４】図４は、本開示の教示にしたがって構成されたモジュラーヒーターシステムにおいて使用される複数の加熱要素の平面図である。
【００１６】
【図５】図５は、本開示の第２の実施形態にしたがって構成されたモジュラーヒーターシステムの斜視断面図である。
【００１７】
【図６】図６は、本開示の第２の実施形態に係るモジュラーヒーターシステムの別の斜視断面図であり、モジュラーヒーターシステムの内部を露出させるために断熱ジャケットの上半体が除去されている。
【００１８】
【図７】図７は、本開示の第３の実施形態にしたがって構成されたモジュラーヒーターシステムの斜視図である。
【００１９】
【図８】図８は、本開示の第４の実施形態に係る、様々な形態のモジュラーユニットの斜視図であり、キャリア部材が２ピース構造を持ち、断熱ジャケットが平坦な表面を持つ。
【００２０】
【図９】図９は、様々な形態のモジュラーユニットの斜視図であり、キャリア部材が２ピース構造を持ち、断熱ジャケットがフィン付き表面を持つ。
【００２１】
【図１０Ａ】図１０Ａは、図８の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図８の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、図８の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、図８の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図１０Ｅ】図１０Ｅは、図８の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図１０Ｆ】図１０Ｆは、図８の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【００２２】
【図１１】図１１は、図１０Ｆのモジュラーユニットの拡大図である。
【００２３】
【図１２Ａ】図１２Ａは、モジュラーユニットの断熱ジャケットの収容空間に配置された追加の加熱要素の斜視図である。
【００２４】
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２の線Ｂ−Ｂにそった追加の加熱要素の断面図である。
【００２５】
【図１３Ａ】図１３Ａは、図９の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図９の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、図９の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、図９の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図１３Ｅ】図１３Ｅは、図９の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【図１３Ｆ】図１３Ｆは、図９の様々なモジュラーユニットの側面図である。
【００２６】
【図１４】図１４は、図１３Ｆのモジュラーユニットの拡大図である。
【００２７】
【図１５】図１５は、本開示の教示にしたがって構成されたバルブシステムにおけるモジュラーヒーターシステムの適用を示す図である。
【００２８】
【図１６】図１６は、バルブシステムの斜視図であり、モジュラーヒーターシステム内部を露出させるためにバルブシステムのシェルの一部が除去されている。
【００２９】
【図１７】図１７は、バルブシステムの断面図であり、本開示の教示にしたがって構成される図１６の線Ｂ−Ｂにそったモジュラーヒーターシステムが組み立てられる。
【００３０】
【図１８】図１８は、本開示の第５の実施形態に係るモジュラーヒーターシステムの斜視図である。
【００３１】
【図１９】図１９は、図１８の線Ｃ−Ｃにそった、図１８のモジュラーヒーターシステムの断面図である。
【００３２】
【図２０】図２０は、本開示の第６の実施形態に係るモジュラーヒーターシステムの斜視図である。
【００３３】
【図２１】図２１は、図２０のモジュラーヒーターシステムの断面図である。
【００３４】
【図２２】図２２は、本開示の第７の実施形態によ係る複雑な形状を有する配管システムに組み立てることができる複数のモジュラーユニットを含むモジュラーヒーターシステムの斜視図である。
【００３５】
【図２３】図２３は、図２２のモジュラーヒーターシステム及び配管システムの断面図である。
【００３６】
【図２４】図２４は、本開示の第８の実施形態に係るモジュラーヒーターシステムの斜視図である。
【００３７】
【図２５】図２５は、図２４のモジュラーヒーターシステムの断面図である。
【００３８】
【図２６】図２６は、本開示の第９の実施形態に係るモジュラーヒーターシステムの斜視図である。
【００３９】
【図２７】図２７は、図２６のモジュラーヒーターシステムの断面図である。
【００４０】
【図２８】図２８は、図２２に示すターミナルボックスの斜視図である。
【００４１】
【図２９】図２９は、図２８の線Ｄ−Ｄにそった、図２８のターミナルボックスの断面図である。
【００４２】
【図３０】図３０は、ターミナルボックスの変形例の斜視図である。
【００４３】
【図３１】図３１は、図３０の線Ｅ−Ｅにそった、図３０のターミナルボックスの断面図である。
【００４４】
【図３２】図３２は、温度センサが挿入されるターミナルボックスの別の変形例の斜視図である。
【００４５】
【図３３】図３３は、図３２の線Ｆ−Ｆにそった、図３２のターミナルボックスの断面図である。
【００４６】
対応する参照番号は、図面のいくつかの図を通して対応する部分を示す。
【詳細な説明】
【００４７】
以下の説明は、本質的に単に例示的なものであり、本開示、適用、又は、使用を限定するものではない。
【００４８】
本開示に係るヒーターの構造を、より詳細に説明する。最初に、本明細書を通して使用される「導管」という用語は、流体、又は、粉末又はスラリーのような他の材料の移送のためのチューブ、パイプ、及び、他の密閉された又は部分的に閉じた部材を含むが、これに限定されるものではない。本明細書に記載の導管によって運ばれる材料は、固体、液体、及び、気体を含み、例として、半導体処理装置内で移送される流体を含むとしてもよい。このような半導体処理装置に関連する様々な形態の以下の説明は、本質的に単なる例示であり、決して本開示、その適用、又は、使用を限定するものではない。したがって、本開示の教示は、半導体処理装置に限定されず、本開示の範囲内にある任意の導管のシステムに適用することができる。
【００４９】
（第１の実施形態）
【００５０】
図１及び図２を参照すると、モジュラーヒーターシステム１０は、流体導管１４の長手方向Ｘにそって配列された複数のモジュラーユニット１２を含み、流体導管１４に含まれる流体を加熱する。３つのモジュラーユニット１２が図１に示されており、４つのモジュラーユニット１２が図２に示されている。モジュラーユニット１２の数は、加熱される流体導管１４の長さに依存する
【００５１】
モジュラーユニット１２は、それぞれ、流体導管１４を取り囲むキャリア部材１６と、キャリア部材１６に配置された加熱要素１８と、加熱要素１８に配置され、接触する導体２０と、内部絶縁材料２２と、 流体導管１４、キャリア部材１６、加熱要素１８、導体２０、及び、内部絶縁材料２２を囲む断熱ジャケット２４とを含む。断熱ジャケット２４は、複数の導電ピン２６が断熱ジャケット２４の貫通孔に挿入され、加熱要素１８と導体２０とを外部電力源（図示せず）に接続することができるように、導体２０の位置に対応する貫通孔を定める。
【００５２】
図３に示すように、キャリア部材１６は、略逆Ｕ字形状を持ち、上壁３０と、上壁３０から上下に延びる一対の側壁３２とを含む。上壁３０と一対の側壁３２とは、内部に流体導管１４を収容するための収容スペース３６を定める円形の内面３４を共同で形成する。円形の内面３０は、流体導管１４が収容スペース３２に配置された場合に、流体導管１４がキャリア部材１６の円形の内面３４に接触するように、流体導管１４の形状に実質的に一致する。キャリア部材１６の側壁３２は、それぞれ、側壁３２の外面４０から窪んだ側部スロット３８を定める。キャリア部材１６の上壁３０は、内部に加熱要素１８を収容するための案内スロット４２を定めるとしてもよい。
【００５３】
キャリア部材１６は、熱伝導性材料からなり、加熱要素１８から流体導管１４への熱伝達を行う。キャリア部材１６は、良好な熱伝導率を有する金属製であることが好ましい。本実施形態では、キャリア部材１６は、細長い形状を持ち、一体部品として形成されてもよい。キャリア部材１６は、流体導管１４の周りに設けられ、キャリア部材１６への加熱要素１８の取り付け及びキャリア部材１６の周囲の断熱ジャケット２４の取り付けを助ける。キャリア部材１６は、加熱要素１８を支持する機能を持ち、加熱要素１８から流体導管１４に熱を発散させ、断熱ジャケット２４をキャリア部材１６の周りに固定する。
【００５４】
図４に示すように、加熱要素１８は、この例では厚膜抵抗加熱器である抵抗加熱回路が形成された細長いプレート体４４と、細長いプレート体４４の長手方向の側面にそって配置された１対の電力バス４６とを含むとしてもよい。加熱要素１８は、キャリア部材１６の案内スロット４２内に配置され得る限り、任意の形態を取るとしてもよい。
【００５５】
図３に示すように、断熱ジャケット２４は、上半部５０と下半部５２とを含み、それぞれが対向する長手方向側面に１対のロックフランジ５４を定め、キャリア部材１６の側部スロット３８内へロックフランジ５４を挿入することにより、キャリア部材１６の周囲へ自己ロック可能である。
【００５６】
選択的に、必要であれば、及び、任意の加熱要素４５と断熱ジャケット２４のロックフランジ５４との双方を収容するのに十分な深さを持つように側部スロット３８が形成されていれば、参照符号４５で示すような別の加熱要素が、キャリア部材１６の各側部スロット３８に配置されてもよい。
【００５７】
絶縁材料２２は、加熱要素１８と上半部５０との間、及び、キャリア部材１６の下端部と断熱ジャケット２４の下半部２４との間に配置され、断熱ジャケット２４への熱伝達に対してさらに流体導管１４と加熱要素１８とを断熱する。
【００５８】
図２に明示されるように、キャリア部材１６は、それぞれ、キャリア部材１６の長手方向Ｘにそって延在する少なくとも１つの整列孔５６を定めてもよい。複数のモジュラーユニット１２が配置されると、異なるキャリア部材１６の整列孔５６が整列する。整列ロッド６０は、モジュラーユニット１２の整列孔５６を通して挿入され、モジュラーユニット１２を互いに接続し、複数のモジュラーユニット１２の整列を維持してもよい。
【００５９】
（第２の実施形態）
【００６０】
図５を参照すると、本開示の第２の実施形態に係るモジュラーユニット７０は、図１乃至図３のモジュラーユニット１２に変更を加えながら構造的に類似するように示されている。本実施形態において、同様の構成要素には同一の符号を付し、明確化のためにその説明は省略される。
【００６１】
モジュラーユニット７０は、流体導管１４を取り囲むキャリア部材７６と、キャリア部材７６上に配置される加熱要素１８と、加熱要素１８上に配置された少なくとも１つの導電部材８０と、流体導管１４、キャリア部材７６、加熱要素１８、導電部材８０をその中に密封する断熱ジャケット８４とを含む。加熱要素１８は、図１乃至図３のものと同様の構造を持つ。
【００６２】
図１乃至図３のキャリア部材１６と同様に、キャリア部材７６は、上壁９０と、上壁９０から上下に延びる１対の側壁９２とを含む。上壁９０及び側壁９２は、共同で、流体導管１４を収容するための収容スペースを定める。キャリア部材７６の上壁９０は、加熱要素１８がその上に配置された上側平坦面９４を持つ。図１乃至図３のキャリア部材１６のように、キャリア部材９４の側壁９２は、それぞれ、側部スロット３８を定める。
【００６３】
断熱ジャケット８４は、上半部９４と下半部９６とを含む。上半部９４は、上半部９４の内面から窪んだ１対の溝９８を含む。下半部９４は、下半部９４の内面から流体導管１４へ向かって伸びる突出部分９９を含む。突出部分９９は、また、流体導管14と接触してもよく、流体導管１４をキャリア部材７６の収容スペース内で支持する。上半部９４及び下半部９６は、それぞれ、断熱ジャケット８４を通る熱損失を低減するエアポケット９５を含む。
【００６４】
図６に示すように、導電部材８０（又は内部バス）は、加熱要素１８の長手方向サイドに対向する１対の導電板８２を含む。導電板８２は、断熱ジャケット８４の上半部９４の溝９８に収容される。導電板８２は、それぞれ、加熱要素１８の導体バス４６と接触するように下方に伸びる複数のフレキシブルアーム８６を定める。導電板８２は、断熱ジャケット８４の孔８９に対して整列されている複数の孔８８を定める。導電ピン（図示せず）は、導電板８２の孔８８及び断熱ジャケット８４の孔８９を通じて挿入され、導電板８２と係合し、電力を、外部電力源から、導通ピン（図示せず）、導電板８２、フレキシブルアーム８６、電力バス４６を通って、加熱要素１８の抵抗加熱回路へ、供給することができる。
【００６５】
図５及び図６には図示されていないが、加熱要素１８と導電部材８０との間に絶縁材料を備え、加熱要素１８を導電部材８０から電気的に絶縁してもよい。
【００６６】
（第３の実施形態）
【００６７】
図７を参照すると、本開示の第３の実施形態に係るモジュラーユニット１００は、図５及び図６のモジュラーユニットと構造的に類似しており、モジュラーユニット１００がより長く、断熱ジャケット１０２が比較的低い形を持つ点で異なる。
【００６８】
より具体的には、モジュラーユニット１００は、流体導管１４を取り囲むキャリア部材７６と、キャリア部材７６上に配置される加熱要素１８と、加熱要素１８の上方に配置される導電部材８０と、流体導管１４、キャリア部材７６、加熱要素１８、導電部材８０をその中に密閉する断熱ジャケット１０２とを含む。導電部材８０は、１対の導電板８２と、加熱要素１８の電力バス４６に係合する複数の係合アーム８６とを含む。
【００６９】
断熱ジャケット１０２は、上半部１０６と下半部１０８とを含む。下半部１０８は、流体導管１４に向かって突出する突出部１１０を含み、キャリア部材７６の収容スペース内で流体導管１４を支持する。図１乃至図３の断熱ジャケット２４の下半部とは異なり、本実施形態の断熱ジャケット１０２の下半部は、内部絶縁材２２を収容するためのスペースを有しておらず、第１及び第２の実施形態よりも薄い。このため、断熱ジャケット１０２の外形を小さくすることができる。
【００７０】
本開示の教示に係るヒーターシステムのモジュラー構造は、導管システムに容易に適用させることができる比較的低コストのヒーターシステムを提供する。モジュラーユニット１２，７０，１００は、流体導管１４の周囲に比較的容易に取り付けられ、スケーラブルな基本構成ブロックを提供する。モジュラーユニット１２，７０，１００の内部には配線が設けられていない。モジュラーヒーターシステムの外部にのみ配線が設けられているので、断熱ジャケットに設けられた導電ピンを外部電力源に接続することができ、それにより、ワイヤの複雑さを低減する。モジュラーユニット１２，７０，１００は、流体導管１４の長手方向Ｘにそって互いに当接するように容易に整列されて設けられ、審美性を向上させることができる。整列ロッド６０は、複数のモジュラーユニット１２，７０，１００を１つの統合ユニットに統合するために、キャリア部材の整列孔に挿入することができる。
【００７１】
（第４の実施形態）
【００７２】
図８及び図９を参照すると、第４の実施形態に係るモジュラーユニットは、本開示の教示にしたがって様々な形態を持つとしてもよい。図８は、平坦な外面を持つ断熱ジャケットを含むモジュラーユニットの様々な形態を示す。図９は、より安全な操作のためのフィン付き表面を持つ断熱ジャケットを含むモジュラーユニットの様々な形態を示す。
【００７３】
図８及び図９に示すように、キャリア部材は、それぞれ、第１、第２、及び第３の実施形態に示すような上下続きの部品よりむしろ、２つの同じ部品を持つ。各部材は、第１乃至第３の実施形態のいずれかに示すものと類似の加熱要素をサポートするための上壁を持つことができ、第１の実施形態に示したようなガイド溝でもよく、又は、第２及び第３の実施形態で示したような上面の平面でもよい。したがって、２つの同じ部品を持つキャリア部材は、より高性能の適用のために、２つの加熱要素１８を運ぶように構成することができる。
【００７４】
図１０Ａから図１０Ｆを参照すると、モジュラーユニット１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅ，１２０ｆは、それぞれ、キャリア部材と、キャリア部材を取り囲む断熱ジャケットとを含む。キャリア部材は、それぞれ、上部ピース１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄ，１２２ｅ，１２２ｆと、下部ピース１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄ，１２４ｅ，１２４ｆとを含む。１つのキャリア部材における上部ピース１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄ，１２２ｅ，１２２ｆと、下部ピース１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄ，１２４ｅ，１２４ｆとは、同一である。したがって、キャリア部材は、２つの加熱要素１８を運ぶことができる。各キャリア部材の上部ピースと下部ピースとは、断熱ジャケット１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃ，１２８ｄ，１２８ｅ，１２８ｆのロックフランジをその中に収容するための側壁上の側部スロットを共同で定める。断熱ジャケット１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃ，１２８ｄ，１２８ｅ，１２８ｆは、さらに、その中に、上部アセンブリを下部アセンブリに固定するラッチ要素１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ，１３０ｅ，１３０ｆを収容するための収容スペースを定める。
【００７５】
図１１は、図１０Ｆのモジュラーユニット１２０ｆの拡大図であり、モジュラーユニット１２０ｆは、上側部材１２２ｆと下側部材１２４ｆとを含むキャリア部材と、キャリア部材の上側および下側、特に上側部材１２２ｆの上側と下側部材１２４ｆの下側に配置された加熱素子１８と、断熱ジャケット１２８ｆによって定まる収容スペース１３２ｆ内のキャリア部材の右側及び左側のラッチよそ１３０ｆとを含む。断熱ジャケット１２８ｆは、キャリア部材から断熱ジャケット１２８ｆへの熱損失をさらに低減するために良好な断熱材として働く複数のエアポケット１２９を定める。
【００７６】
図１２Ａ及び図１２Ｂを参照すると、加熱要素１８は、ヒートトレースケーブルの形態でもよい。ヒートトレースケーブルは、典型的には、加熱素子として機能する半導電性ポリマー材料２２４によって取り囲まれた１対のバス導体２２２を含む。誘電体又は絶縁体材料２２６は、半導電性ポリマー材料２２４を取り囲み、必要に応じて、接地面のような追加の機能性のために示されているような金属編組材料２２８によって取り囲まれてもよい。さらに、外側ジャケット２３０は、金属組紐材料２２８を包囲してアセンブリ全体を保護し、外側ジャケット２３０は、典型的には、熱可塑性プラスチックなどのような絶縁材料である。
【００７７】
加熱素子１８は、本出願と共通に譲渡され、全体を参照することで本明細書に組み込まれる内容の米国特許第8680443号に開示されているような層状ヒーターを含むがこれに限定されない、任意の形態のヒーターでもよい。加熱要素１８は、また、本出願と共通して譲渡され、全体を参照することで本明細書に組み込まれる内容の米国特許第5714738号に開示されているようなフレキシブル断熱ヒーターなどの任意の基板／絶縁体に埋め込まれた抵抗素子でもよい。
【００７８】
図１３Ａから図１３Ｆを参照すると、モジュラーユニット１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄ，１５０ｆは、モジュラーユニットが外面から伸びるフィンを持つ断熱ジャケット１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄ，１５２ｅ，１５２ｆを含む点を除いて、図１１Ａから図１１Ｆのものと類似な構造を持つ。断熱ジャケット１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄ，１５０ｅ，１５０ｆは、その中に、追加の加熱要素１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃ，１５４ｄ，１５４ｅ，１５４ｆを収容するための収容スペースを定める。図１４は、図１３Ｆのモジュラーユニット１５０ｆの拡大図である。
【００７９】
図１５乃至図１７は、バルブヒーターとしてのモジュラーヒーターシステムの適用を示す。図１５は、バルブ１４の周囲に備えられるモジュラーヒーターシステムを示す。本開示の実施形態のいずれかに開示されたモジュラーヒーターシステムは、アルミニウム熱伝達インターフェース２００に結合される。 図１６及び図１７は、外部シェル２０２が、モジュラーヒーターシステムの周りに成形又は真空成形され、流体導管１４及びモジュラーヒーターシステムをその中に封入することを示す。
【００８０】
（第５の実施形態）
【００８１】
図１８を参照すると、本開示の第５の実施形態に係るモジュラーヒーターシステム２００は、モジュラーユニット２０２と、モジュラーユニット２０２の長手方向端部に配置された１対のエンドキャップ２０４とを含む。モジュラーユニット２０２及びエンドキャップ２０４は、加熱される流体導管（図示せず）を取り囲む。エンドキャップ２０４は、それぞれ、モジュラーユニット２０２に取り付けられたプレート部２０５と、プレート部２０５から突出した管状のフランジ２０８とを持つ。エンドキャップ２０４の管状のフランジ２０８は、モジュラーユニット２０４と隣接するモジュラーユニット（図示せず）又は隣接する取付構造とを接続するように、隣接するモジュラーユニット又は隣接する取付構造の凹部へ固定可能である。
【００８２】
図１９を参照すると、モジュラーユニット２０２は、キャリア部材２１０と、キャリア部材２１０を取り囲む断熱ジャケット２１２と、キャリア部材２１０の少なくとも１つの表面上に配置された少なくとも１つの加熱要素２１４とを含む。キャリア部材２１０は、上部ピース２１６と、流体導管（図示せず）を収容するための収容スペースを共に定める下部ピース２１８とを含む。キャリア部材２１０の上部ピース２１６及び下部ピース２１８は、加熱要素２１４から収容スペース２２０に収容されている流体導管へ熱を放射するために、金属、例えばアルミニウムで作られ、加熱要素２１４から流体導管への熱伝導を促進する。１つの加熱要素２１４がキャリア部材２１０の１つの表面上に配置されるように示されているが、例えば、キャリア部材２１０の上部ピース２１６と下部ピース２１８とのそれぞれに対して１つずつの加熱要素２１４のように、１より多い加熱要素２１４がキャリア部材２１０の１より多い表面上に配置されてもよい。エアギャップ２２２は、キャリア部材２１０と断熱ジャケット２１２との間には定義されており、断熱ジャケット２１２の内部に熱を保つための断熱として作用する。
【００８３】
断熱ジャケット２１２は、上側部分２２４と下側部分２２６とを含む。上側部分２２４及び下側部分２２６は、それぞれ、実質的にＵ字形の断面を定義し、上壁２３０と、上壁２３０の対向端部から延びている１対の側壁２３２とを含む。上側部分２２４及び下側部分２２６は、それぞれ、側壁２３２で１対の自由端２３３を持つ。自由端２３３は、平坦な外面を維持しながら、キャリア部材２１０に向かって内向きに拡大される。拡大された自由端２３３に対向するキャリア部材２１０の側面は、拡大された自由端２３３に合わせるように、わずかに凹状の外面を持つ。
【００８４】
自由端２３３は、突出部２３４又は凹部２３６のいずれかを定める。例として、断熱ジャケット２１２の上側部分２２４及び下側部分２２６は、それぞれ、一方の側壁２３２に突出部２３４を含み、他方の側壁２３２に凹部２３６を含む。上側部分２２４及び下側部分２２６の突出部２３４及び凹部２３６は、上半部２２４の突出部２３４が下部２２６の対向する凹部２３６に固定できるように、及び、下側部分２２６の突出部２３４が上側部分２２４の対向する突出部２３６に固定できるように、相補的な形状を持つ。したがって、上側部分２２４及び下側部分２２６を自己ロックすることができる。あるいは、上側部分２２４は１対の突出部２３４を含むとしてもよく、下側部分２２６は１対の凹部２３６を含むとしてもよく、又は、突出部２３４が対応する凹部２３６に固定可能であり、断熱ジャケット２１２の上側部分２２４と下側部分２２６とを互いに固定する限り、逆でもよい。
【００８５】
モジュラーユニット２０２は、さらに、エアギャップ２２２を横切って配置される複数のシム２３８を含み、キャリア部材２１０を断熱ジャケット２１２に接続し、キャリア部材２１０と断熱ジャケット２１２との間にエアギャップ２２０を維持する。もし接続部材が使用されなければ、突出部２３４を凹部２３６に嵌合することにより、断熱ジャケット２１２の上側部材２２４が断熱ジャケット２１２の下側部材２２６に固定される前に、断熱ジャケット２１２の上側部分２２４とキャリア部材２１０の上部ピース２１６との間で固定されたエアギャップは維持されない場合がある。同様に、もし接続部材が使用されなければ、断熱ジャケット２１２の下半部２２６とキャリア部材２１０の下部ピース２１８との間で固定されたエアギャップは維持されない。したがって、断熱ジャケット２１２の上側部分２２４と下側部分２２６とが互いにロックされる前に、上部ピース２１６と上半部２２４との間、及び、下部ピース２１８と下半部２２６との間で、シム２２２は、固定されたエアギャップ２２２を維持できる。シム２２２は、流体導管の周りにモジュラーユニット２０２を取り付けることを容易にするために、ばね力及び弾性を有する。
【００８６】
モジュラーユニット２０２は、加熱要素２１４を外部電源端子２４４に接続するための導体２４０及びバスバー２４２をさらに含むとしてもよい。電源端子２４４は、断熱ジャケット２１２、特に上側部分２３２の開口部２４６（図１８に示す）を通過して伸び、バスバー２４２と噛みあう。電源端子２４４は、ワイヤ経由で外部の電力供給へ接続される。したがって、ワイヤは、モジュラーユニット２０２の内部よりむしろモジュラーユニット202の外側に設けられ、モジュラーユニット２０２の構造及びモジュラーユニット２０２の流体導管への取り付けを簡単にする。 誘電材料２４３は、加熱要素２１４と対向する面上のバスバー２４２に設けて、バスバー２４２を適所に保持し、バスバー２４２から加熱要素２１４を電気的に絶縁する。
【００８７】
断熱ジャケット２１２を貫通する開口部のいくつかは、電源端子２４４の熱膨張／収縮のためのスペースを提供する細長いスロット２４８の形態でもよい。開口部２４６のいくつかは、センサ（図示せず）の挿入に使用されてもよい。センサのための開口部は、モジュラーユニット２０２の長手方向端部にある必要はなく、モジュラーユニット２０２のどこにでも配置することができる。
【００８８】
（第６の実施形態）
【００８９】
図２０及び図２１を参照すると、第６の実施形態に係るモジュラーヒーターシステム３００は、キャリア部材及び断熱ジャケットの形状と、エンドキャップの構造を除き、図１８及び図１９のモジュラーヒーターシステム２００と類似の構造を持つ。より具体的には、モジュラーヒーターシステム３００は、モジュラーユニット３０２と、モジュラーユニット３０２の長手方向端部に１対のエンドキャップ３０４とを含む。エンドキャップ３０４は、それぞれ、隣接するモジュラーヒーターシステム２００のエンドキャップ２０４の対応する管状のフランジ２０８を収容するための中央開口部３０５を定めるプレート構成を持つ。したがって、図１８のモジュラーヒーターシステム２００は、開口部３０５内へ勘定のフランジ２０８を挿入することによって、図２０のモジュラーヒーターシステム３００に固定できる。モジュラーヒーターシステム３００は、開口部３０５を定める第１のエンドキャップ３０４と、適用に依存して管状のフランジ２０８を定める第２のエンドキャップ２０４とを持つとしてもよい。モジュラーユニット３０４は、実質的に矩形の断面を持つ。
【００９０】
より具体的には、モジュラーユニット３０２は、流体導管を収容する収容スペース３２０を定めるキャリア部材３１０と、キャリア部材３１０を取り囲む断熱ジャケット３１２と、キャリア部材３１０の表面に配置された加熱要素（図示せず）と、キャリア部材３１０と、導電部材３４０と、バスバー３４２と、電源端子３４４と、複数のシム３３８とを含む。加熱要素は、導電部材３４０と接触しており、導電性部材３４０、バスバー３４２、電源端子３４４を通じて、外部電力源（図示せず）と接続される。
【００９１】
第５の実施形態と同様に、断熱ジャケット３１２は、それぞれが突出部３３５及び凹部３３６を定義する上側部分３２４及び下側部分３２６を含む。したがって、断熱ジャケット３１２の上半部３２４及び下半部３２４は、凹部３３６へ突出部３３４を固定することにより、互いにロックすることができる。
【００９２】
第５の実施形態に係る断熱ジャケット２１２とは異なり、断熱ジャケット３１２の上側部分３２４及び下側部分３２６の自由端３３３は、わずかに拡大されているだけである。したがって、キャリア部材３１０は、拡大された自由端３３３に合わせるように、窪んでいない平らな側面外面を持つことができる
【００９３】
（第７の実施形態）
【００９４】
図２２を参照すると、第７の実施形態に係るモジュラーヒーターシステム４００は、複雑な構成を有する複数の流体導管４０１を持つ配管システムを加熱するために使用され得る。モジュラーヒーターシステム４００は、複数の第１のモジュラーユニット４０２、複数の第１のモジュラーユニット４０２の間を接続する第２のモジュラーユニット４０４、第２のモジュラーユニット４０２及び第２のモジュラーユニット４０４の対向する端部にある複数のエンドキャップ４０６を含むとしてもよい。第１のモジュラーユニット及び第２のモジュラーユニット４０４は、図１８のモジュラーユニット２０２、又は、図２０のモジュラーユニット３０２と類似な構造を持つとしてもよい。エンドキャップ４０６は、隣接するモジュラーユニット、隣接するエンドキャップ、又は、隣接する取付構造と噛みあうように構成される。モジュラーヒーターシステム４００は、モジュラーユニット４０２，４０４の外面に取り付けられた複数のターミナルブロック４０８をさらに含むとしてもよい。
【００９５】
図２３を参照すると、端部キャップ４０６は、それぞれ、プレート部４１０と、プレート部４１０から垂直に伸びる突出部４１２とを含む。プレート部４１０は、第２のモジュラーユニット４０４の長手方向端面に取り付けられてもよい。突出部４１２は、第１のモジュラーユニット４０２の断熱ジャケットにおける対応する凹部に対して固定してもよい。したがって、第１及び第２のモジュラーユニット４０２，４０４を互いに接続することができる。
【００９６】
（第８の実施形態）
【００９７】
図２４及び図２５を参照すると、本開示の第８の実施形態に係るモジュラーヒーターシステム５００は、断熱ジャケットの形状及びバッフル部材の包含を除いて、図１８及び図１９のものと構造的に類似する。
【００９８】
より具体的には、モジュラーヒーターシステム５００は、モジュラーユニット５０２と、１対のエンドキャップ５０４とを含む。エンドキャップ５０４は、それぞれ、プレート部５０６と、プレート部５０６から伸びる管状のフランジ５０８とを含む。モジュラーユニット５０２は、キャリア部材５１０、断熱ジャケット５１２、キャリア部材５１０の表面に配置された加熱要素（図示せず）、導電部材５４０、バスバー５４２、複数のシム５３８を含む。絶縁材５４３は、バスバー５４２を断熱ジャケット５１２に固定し、バスバー５４２を加熱要素から電気的に絶縁するために、バスバー５４２に設けられる。キャリア部材５１０は、図１９のものと構造的に類似であり、その詳細な説明は明確であるためここでは省略する。
【００９９】
断熱ジャケット５１２は、断熱ジャケット５１２の上側部分及び下側部分の自由端５３３が内側及び外側の両方に拡大され、断熱ジャケット５１２がわずかに凸面の外側面５４８とわずかに凸面の内側面５５０を持つ点を除いて、図１９の断熱ジャケット２１２と構造的に類似している。キャリア部材５１０は、断熱ジャケット５１２の上側部分及び下側部分の拡大された自由端５３３に対して合わせるために、わずかに凹状の側部外面５５２を持つ。モジュラーユニット５０２は、エアギャップ５２２内に配置されたポリイミドシートの形のバッフル５６０をさらに含み、キャリア部材５１０から断熱ジャケット５１２への熱伝導を妨げる。あるいは、エアギャップ５２２は、泡又は任意の形の断熱材で充填され、キャリア部材５１０から断熱ジャケット５１２への熱伝達を妨ぐとしてもよい。
【０１００】
（第９の実施形態）
【０１０１】
図２６及び図２７を参照すると、本開示の第９の実施形態に係るモジュラーヒーターシステム６００は、キャリア部材６１０及び断熱ジャケット６１２の形状と、バスバーの変形の形とを除き、先の実施形態のモジュラーヒーターシステムと類似の構造を持つ。
【０１０２】
より具体的には、モジュラーユニット６００は、モジュラーユニット６０２、１対のエンドキャップ６０４を含む。モジュラーユニット６０２は、キャリア部材６１０、断熱ジャケット６１２、少なくとも１つの加熱要素６１８、導電部材６４０、第１のバスバー６４１、第２のバスバー６４２を含む。第１のバスバー６４１は、導電部材６４０を介して加熱要素６１８に接続されている。第２のバスバー６４２は、プレート部６４３と延出部６４４とを持つ。延出部６４４は、加熱要素６１８に向かって延び、加熱要素６１８に直接接続され、加熱要素６１８と第２のバスバー６４２のプレート部６４３との間に配置され得る誘電材料（図示せず）とより合うような曲形状を持つ。キャリヤ部材６１０は、キャリア部材６１０の上部ピース及び下部ピースがそれぞれ上部ピース及び下部ピースの側面から突出する１対のフランジ６５０を持つことを除き、図１８乃至図２５に図示されているものと構造的に類似する。複数のシム６３８は、キャリア部材６１０のフランジを、断熱ジャケット６１２の上側部分及び下側部分の拡大した自由端６３３に接続する。
【０１０３】
断熱ジャケット６１２は、形を除き、図１８乃至図２５に関連して開示されたものと構造的に類似する。断熱ジャケット６１２は、それぞれが１対の自由端６３３を定める上側部分及び下側部分を持つ。自由端は外方に向かって拡大され、耳部６６０を定める。
【０１０４】
本実施形態では、キャリア部材６１０はより小さく、キャリア部材６１０と断熱ジャケット６１２との間により大きなエアギャップ６２２を提供する。
【０１０５】
（ターミナルボックス）
図２８及び図２９を参照し、図２２で示すようなターミナルボックスを以下でより詳しく説明する。第１の形態のターミナルボックス７００は、ハウジング７０２と、ハウジング７０２の内部に配置された電気コネクタ７０４とを含むとしてもよい。ハウジング７０２は、ベース７０６とカバー７０８とを含む。ベース７０６及びカバー７０８は、所定の位置に互いにスナップされるように、又は、溶接又はこの技術分野で公知の任意の接着方法で接続さえるように、構成されることができる。ベース７０６は、第１の空洞１０を定める。カバー７０８は、第２の空洞７１４及び側部開口部７１８を定める。側部開口部７１８は、電気コネクタ７０４の１つに隣接して配置される。第２の空洞７１４は、側部開口部７１８と第１の空洞７１０とに開いている。コネクタ７０４は、第１の空洞７１０に備えられるＯリング７１２とともに第１の空洞７１０に配置され、Ｏリング７１２は、第１の空洞７１０内でコネクタ７０４を中心合わせして固定する。コネクタ７０４は、それぞれ、第２の空洞７１４へ向けて突き出る上端部７１６を持つ。リード線（図示せず）は、第２の空洞７１４に配置され、電気コネクタ７０４の上端部７１６を、側部開口部７１８を通って外部電源端子（図示せず）に接続されてもよい。
【０１０６】
図３０及び図３１を参照すると、ターミナルボックス７４０の変形例が示されており、ハウジング７４２及び電気コネクタ７４４を含む。ハウジング７４２は、ベース７４６及びカバー７４８を含む。ベース７４６は、電気コネクタ７４２を収容するための第１の空洞７５０を定める。カバー７４８は、第２の空洞７５２及び側部開口部７５４を定める。第２の空洞７５２は、第１の空洞７５０及び側部開口部７５４に対して開いている。電気コネクタ７４４は、第１の空洞７５０に備えられるＯリング７５６とともに第１の空洞７５０に配置され、Ｏリング７５６は、第１の空洞７５０内で電気コネクタ７４４を中心合わせして固定する。電気コネクタ７４４の上側部分７５８は、第２の空間７５２内に突出する。ワイヤは、第２の空洞７５２内に配置され、側部開口部７５４を通って外部電源端子とかみ合うことができる。側面開口部７５４は、複数の電気コネクタ７４４の間に配置されてもよい。
【０１０７】
図３２及び図３３を参照すると、ターミナルボックス８００の別の変形例は、温度センサ、又は、例えば、圧力センサ、歪みセンサ、及び湿度センサなどの他の検知デバイスを収容及び保護するためのサーモウェルを収容するようにハウジングが構成されていることを除いて、図２８乃至図３１に関連して説明されたものと構造的に類似する。より具体的には、ターミナルボックス８００は、カバー８０４とベース８０６を持つハウジング８０２を含む。ベース８０６は、第1の空洞８０８を定める。カバー８０４は、第１の空洞８０８に対応するスルーホール８１０を定め、スルーホール８１０は第１の空洞８０８内への温度センサ８１２の挿入を可能にする。温度センサ８１２は、熱電対、ＲＴＤ、又は、サーミスタでもよい。カバー８０４は、導体又は端子８１６が配置され得る側部開口部８１４を定める。ターミナルボックス８００は、温度センサ８１２の端部を収容し保護するために、対応する第１の空洞８０８に挿入された複数のサーモウェル８２０をさらに含む。スプリング８２４は、第１の空洞８０８内に配置され、ベース８０６の底壁に対してサーモウェル８２０を付勢してもよい。
【０１０８】
ターミナルボックス７００，７４０，８００を使用することにより、モジュラーユニットの内側に配置される加熱要素は、モジュラーユニットの外面にターミナルボックスを配置することによって、及び、ターミナルボックスの電気コネクタを電気ターミナル２４４，３４４（図１８乃至図２１に示す）へ接続することによって、電源と容易に接続されてもよい。モジュラーユニットの内部にワイヤを使用しないので、モジュラーユニットの流体導管への取り付けを容易にすることができる。
【０１０９】
本開示は、例として説明され図示された実施形態に限定されないことに留意されたい。多種多様な改変が記載されており、多くは当業者の知識の一部である。本開示および本出願の保護の範囲を逸脱することなく、これらの変更及びさらなる変更ならびに技術的均等物による任意の置換が、明細書及び図面に追加されてもよい。
【図１】
2019503046.tif 000003
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
2019503046.tif 000019
【図１２Ｂ】
2019503046.tif 000020
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
2019503046.tif 000041
【図２９】
2019503046.tif 000042
【図３０】
2019503046.tif 000043
【図３１】
2019503046.tif 000044
【図３２】
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【図３３】
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【国際調査報告】
2019503046.tif 000047
2019503046.tif 000048