(57)【要約】  【課題】コークス乾式消火設備における循環ガス中の水分の結露を防止し、熱交換器の腐食およびダスト付着を防止できる操業方法および設備を提供する。  【解決手段】排熱回収ボイラーを出た後の循環ガスを赤熱コークスの冷却塔に導くための循環ガス流路に設けられた循環ガス対熱媒体熱交換器に供給する熱媒体の温度を、コークス乾式消火設備の操業停止期間中に、コークス乾式消火設備の前記循環ガスの水分結露温度以上に保持するコークス乾式消火設備の操業方法および乾式消火設備。コークス乾式消火設備の操業を開始する際に、前記熱媒体の温度を通常操業時における熱媒体の温度以上に上昇させてもよい。操業開始後に、前記熱媒体の温度を循環ガスの水分結露温度以上の温度に制御してもよい。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス乾式消火設備の排熱回収ボイラーを出た後の循環ガスをコークスの冷却塔に導くための循環ガス流路に設けられた循環ガス対熱媒体熱交換器に供給する熱媒体の温度を、コークス乾式消火設備の操業停止期間中に、前記循環ガスの水分露点温度以上に調整することを特徴とするコークス乾式消火設備の操業方法。
【請求項２】
コークス乾式消火設備の排熱回収ボイラーを出た後の循環ガスをコークスの冷却塔に導くための循環ガス流路に設けられた循環ガス対熱媒体熱交換器に供給する熱媒体の温度を、コークス乾式消火設備の操業を開始する以前に、コークス乾式消火設備の通常の操業時における前記熱媒体の温度以上に上昇させることを特徴とするコークス乾式消火設備の操業方法。
【請求項３】
コークス乾式消火設備の排熱回収ボイラーを出た後の循環ガスをコークスの冷却塔に導くための循環ガス流路に設けられた循環ガス対熱媒体熱交換器に供給する熱媒体の温度を、コークス乾式消火設備の操業を開始した後に、前記循環ガスの水分露点温度以上に制御することを特徴とするコークス乾式消火設備の操業方法。
【請求項４】
赤熱コークスを循環ガスにより冷却する冷却塔と、前記赤熱コークスを冷却後の高温の循環ガスから熱回収を行う排熱回収ボイラーと、排熱回収ボイラーを出た後の循環ガスを前記冷却塔に導く循環ガス流路に設けられた循環ガス対熱媒体熱交換器と、前記循環ガス流路に設けられ前記循環ガスを前記冷却塔と前記排熱回収ボイラーとの間で循環させるためのガス循環ブロワーを備えたコークス乾式消火設備において、前記循環ガス対熱媒体熱交換器に供給する熱媒体の温度を乾式消火設備の操業停止時において前記循環ガスの水分露点温度以上に上昇または保持可能な昇温手段を有することを特徴とするコークス乾式消火設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス乾式消火設備の排熱回収ボイラーと冷却塔との間に位置する循環ガス流路に設置された循環ガスと熱媒体との熱交換器内における循環ガスの結露を防止することにより、熱交換器の腐食およびダスト付着を防止するコークス乾式消火設備の操業方法およびコークス乾式消火設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
コークス乾式消火設備は、コークス炉で原料炭を乾留することにより製造されたコークスを赤熱状態で冷却塔内に装入し、冷却塔内で不活性ガスを主成分とする循環ガスにより連続的に消火冷却するとともに、赤熱コークスとの熱交換により高温となった循環ガスを排熱ボイラーに導き、その顕熱を回収する設備である。例えば、下記の図１および図２に示されるコークス乾式消火設備が公知である。
【０００３】
図１は、特許文献１に記載された従来のコークス乾式消火設備の全体構成を示すブロック図である。
【０００４】
コークス乾式消火設備の冷却塔１に装入された赤熱コークスは、窒素などを主成分とする循環ガスと熱交換することにより冷却され、徐々に冷却塔１内を下降し、やがて排出される。冷却塔１の下部から供給された循環ガスは、冷却塔１内を下降するコークスと向流形式で接触しながら上昇する間に、コークスとの熱交換により約８００℃まで昇温され、高温の循環ガスとなって、除塵器２を経由して排熱回収ボイラー３に導かれる。排熱回収ボイラー３では、前記の高温循環ガスは、別途廃熱回収ボイラーに供給されたボイラー給水を加熱し、加熱された給水は、水蒸気として上記管１１から熱回収される。その結果、約２００℃程度まで温度の低下した循環ガスは、循環ガスブロワー４により再び冷却塔１に送り込まれる。
【０００５】
循環ガスは、循環ガスブロワー４により再び冷却塔１に送り込まれる時点においても、なお、約２００℃近い高温であることから、冷却塔１での熱回収効率を改善するために、循環ガス対熱媒体熱交換器５を設置し、この熱交換器５にて、ボイラー給水タンク７から脱気器給水ポンプ８により供給される常温のボイラー給水と循環ガスとを熱交換させることにより、循環ガスの温度を低下させている。しかしながら、循環ガスと常温のボイラー給水とが熱交換すると、循環ガス対熱媒体熱交換器５の伝熱管壁に循環ガス中の水分が結露し、さらに、この結露した水分に循環ガス中の硫黄酸化物が溶け込んで伝熱管の腐食を早めており、また、伝熱管の表面に結露した水分にダストなどが付着し、熱交換器の伝熱効率、すなわち熱交換効率の低下をまねいていた。
【０００６】
上記の問題を解消する方法として、下記に示すように、循環ガス対熱媒体熱交換器に供給されるボイラー給水を昇温することにより、循環ガス対熱媒体熱交換器内での結露を防止する設備や、循環ガス対熱媒体熱交換器に供給する熱媒体をボイラー給水とは独立の閉鎖型循環回路として、常温のボイラー給水温度の影響を直接受けないようにして、循環ガス対熱媒体熱交換器内での結露を防止する設備が提案されている。
【０００７】
図２は、特許文献１に記載された従来の別のコークス乾式消火設備の全体構成を示すブロック図である。同図に示されたコークス乾式消火設備においては、ボイラー給水の流路に循環ガス対熱媒体熱交換器５とは別に熱交換器６を設置し、循環ガス対熱媒体熱交換器５の入側のボイラー給水と出側のボイラー給水との間で熱交換を行わせることによって、循環ガス対熱媒体熱交換器５の入側のボイラー給水を昇温し、循環ガス対熱媒体熱交換器５内での結露を防止する。なお、特許文献２にも同様の熱交換器６を設置したコークス乾式消火設備が開示されている。
【０００８】
図３は、特許文献１に開示されたコークス乾式消火設備に係る発明の全体構成を示すブロック図である。ここで開示された設備は、ボイラー給水の流路に熱交換器６を設け、循環ガス対熱媒体熱交換器５と熱交換器６との間の閉鎖された循環流路内に熱媒体を封入して、閉鎖型循環回路を形成することにより、ボイラー給水を効果的に加熱するとともに、ボイラー給水の温度の影響を直接受けることなく、循環ガス対熱媒体熱交換器５内における結露を防止する設備である。
【０００９】
しかしながら、これらの設備においても、コークス炉の補修中やコークス乾式消火設備におけるボイラーの補修時など、コークス乾式消火設備に熱源が供給されない期間やコークス乾式消火設備の操業開始時には、循環ガスおよび循環ガス対熱媒体熱交換器５に供給される熱媒体が通常操業時に比較して低温であるため、循環ガス対熱媒体熱交換器５内において結露が発生することは避けられず、前記熱交換器５内の伝熱管の腐食や伝熱管表面へのダスト付着の問題を回避することは困難であった。
【００１０】
【特許文献１】特開平３−１１９０９１号公報（特許請求の範囲および第１図〜第３図）
【００１１】
【特許文献２】特開昭６０−２６０６８６号公報（特許請求の範囲および第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、循環ガス経路に設けた循環ガス対熱媒体熱交換器内を流れる熱媒体の温度を、コークス乾式消火設備の操業停止期間中に循環ガスの水分露点温度以上に昇温させることにより、前記熱交換器内におけるに循環ガス中の水分の結露を防止し、熱交換器の腐食防止およびダスト付着を防止するコークス乾式消火設備の操業方法、およびそのためのコークス乾式消火設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上述の課題を解決するために、従来の問題点を踏まえて、コークス乾式消火設備の循環ガス中の水分結露を防止するための操業方法および設備を検討した結果、循環ガス経路に設けられた循環ガス対熱媒体熱交換器に供給される熱媒体を、コークス乾式消火設備の操業停止期間中に昇温することにより、前記熱交換器内におけるに循環ガス中の水分の結露を防止し、課題を解決できるとの知見を得た。
【００１４】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（３）に示すコークス乾式消火設備の操業方法および（４）に示すコークス乾式消火設備にある。
【００１５】
（１）コークス乾式消火設備の排熱回収ボイラーを出た後の循環ガスをコークスの冷却塔に導くための循環ガス流路に設けられた循環ガス対熱媒体熱交換器に供給する熱媒体の温度を、コークス乾式消火設備の操業停止期間中に、前記循環ガスの水分露点温度以上に調整するコークス乾式消火設備の操業方法。
【００１６】
（２）コークス乾式消火設備の排熱回収ボイラーを出た後の循環ガスをコークスの冷却塔に導くための循環ガス流路に設けられた循環ガス対熱媒体熱交換器に供給する熱媒体の温度を、コークス乾式消火設備の操業を開始する以前に、コークス乾式消火設備の通常の操業時における前記熱媒体の温度以上に上昇させるコークス乾式消火設備の操業方法。
【００１７】
（３）コークス乾式消火設備の排熱回収ボイラーを出た後の循環ガスをコークスの冷却塔に導くための循環ガス流路に設けられた循環ガス対熱媒体熱交換器に供給する熱媒体の温度を、コークス乾式消火設備の操業を開始した後に、前記循環ガスの水分露点温度以上に制御するコークス乾式消火設備の操業方法。
（４）赤熱コークスを循環ガスにより冷却する冷却塔と、前記赤熱コークスを冷却後の高温の循環ガスから熱回収を行う排熱回収ボイラーと、排熱回収ボイラーを出た後の循環ガスを前記冷却塔に導く循環ガス流路に設けられた循環ガス対熱媒体熱交換器と、前記循環ガス流路に設けられ前記循環ガスを前記冷却塔と前記排熱回収ボイラーとの間で循環させるためのガス循環ブロワーを備えたコークス乾式消火設備において、前記循環ガス対熱媒体熱交換器に供給する熱媒体の温度を、乾式消火設備の操業停止時において前記循環ガスの水分露点温度以上に昇温または保持可能な昇温手段を有するコークス乾式消火設備。
【００１８】
本発明において、「熱媒体」とは、排熱回収ボイラーから排出された循環ガスを一定の操作温度に冷却するために使用する流体をいい、ボイラー給水用の水およびそれ以外の流体のいずれであってもよい。
【００１９】
「循環ガス対熱媒体熱交換器」とは、排熱回収ボイラーから排出された循環ガスと、ボイラー給水用の水を含めた熱媒体との間で熱交換を行うための熱交換器をいう。
【００２０】
また、「循環ガスの水分露点温度以上」とは、定常操業時に排熱回収ボイラーから排出された循環ガスの水分露点温度以上の温度であること、および、操業再開直後の非定常操業期間において排熱回収ボイラーから排出された比較的低温の循環ガスの水分露点温度以上の温度であることのいずれの場合をも含む。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の方法によれば、循環ガス経路に設けた循環ガス対熱媒体熱交換器内を流れる熱媒体の温度を、コークス乾式消火設備の操業停止期間中に循環ガスの水分露点温度以上に昇温させることにより、前記熱交換器内におけるに循環ガス中の水分の結露を防止し、熱交換器の腐食防止およびダスト付着を防止することができる。また、本発明のコークス乾式消火設備は、前記熱交換器内におけるに循環ガス中の水分の結露を防止するために最適の設備である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、コークス乾式消火設備の排熱回収ボイラーを出た後の循環ガスを赤熱コークスを冷却する冷却塔に導く循環ガス流路に設けた循環ガス対熱媒体熱交換器中を流れる熱媒体の温度を、コークス乾式消火設備の操業停止期間中に、コークス乾式消火設備の前記循環ガスの水分露点温度以上に保持するコークス乾式消火設備の操業方法、およびそのための乾式消火設備である。これらの発明について、以下にさらに詳しく説明する。
【００２３】
図４は、本発明に係るコークス乾式消火設備の例についての全体構成を示すブロック図である。同図に示されるコークス乾式消火設備は、循環ガス対熱媒体熱交換器５に供給される熱媒体が閉鎖型循環回路内を循環するように循環管路が設けられている例である。
【００２４】
循環回路中に、熱媒体を昇温または保温することのできる熱媒体昇温装置１３が設けられており、これにより循環ガス対熱媒体熱交換器５に供給される熱媒体の温度を目標温度以上に昇温または保温する。さらに、コークス乾式消火装置の操業停止期間中であって、循環ガス対熱媒体熱交換器５内において循環ガスから熱媒体に熱交換されない（すなわち熱供給がなされない）期間においても、熱媒体循環ポンプ１２を作動させて熱媒体を継続して循環させ、熱媒体昇温装置１３により熱媒体の温度を目標温度以上の温度に昇温または保持することができる。このようにして、コークス乾式消火設備の操業再開時における循環ガス対熱媒体熱交換器５内での循環ガス中水分の結露を防止することにより、熱交換器の腐食を防止するとともにダストの付着をも低減することが可能となる。
【００２５】
ここで、前記の目標温度以上の温度とは、定常操業時に排熱回収ボイラーから排出された循環ガスの水分露点温度以上の温度であってもよいし、また、操業再開直後の非定常操業期間における循環ガスの水分露点温度以上の温度であってもよい。さらに、目標温度以上の温度とは、定常操業時における熱媒体の温度以上の温度であってもよく、目的に応じて、適宜設定すればよい。
【００２６】
なお、熱媒体昇温装置１３に供給する熱源としては、水蒸気またはコークス炉排ガスなどを用いることができる。また、熱媒体昇温装置１３は、ボイラー給水を加熱する熱交換器６と一体形式のものとしてもよいし、さらに、熱媒体の閉鎖型循環回路の配管の一部または全部を昇温または保温する形式のものであってもよい。
【００２７】
図５は、本発明に係るコークス乾式消火設備の別の例についての全体構成を示すブロック図である。同図に示される設備は、循環ガス対熱媒体熱交換器５に供給される熱媒体が閉鎖型循環回路内を循環する専用の循環管路が設けられていない例である。
【００２８】
循環ガス対熱媒体熱交換器５に供給される熱媒体が許容温度以下に低下する以前に、三方弁１５および１６を切り替えることにより熱媒体の流路を変更して、閉鎖型循環回路を形成し、熱媒体循環ポンプ１２を作動させて循環ガス対熱媒体熱交換器５に供給される熱媒体を循環させながら熱媒体昇温装置１３により昇温または保温する。さらに、閉鎖型循環回路を形成せずに、常時、熱媒体を熱媒体昇温装置１３もしくは配管に設けた保温設備により保温することもできる。上記の操作により、熱媒体に熱供給が行われないコークス乾式消火設備の操業停止中においても熱媒体の昇温または保温が可能となる。このような方法により、前記熱交換器５内における循環ガス中水分の結露を防止し、熱交換器の腐食を防止するとともにダストの付着をも防止できる。
【００２９】
操業停止中のコークス乾式消火設備が操業を再開する際には、循環ガスの温度および循環ガスを昇温するための熱源となる冷却塔１内のコークス温度は低下している。したがって、操業再開時に、循環ガスブロワー４を起動し、コークス乾式消火設備の循環ガスを循環させ始める際には、循環ガス対熱媒体熱交換器５に供給される熱媒体の温度も低下しており、循環ガス対熱媒体熱交換器５内において循環ガス中水分の結露が最も発生しやすい状態となる。したがって、この対策として、循環ガスブロワー４を起動させる以前に熱媒体温度を上昇させておけば、循環ガスブロワー４の起動によって循環ガスの温度が低下し、それにともなって熱媒体温度が低下しても、熱媒体温度が循環ガスの水分露点温度以上の温度を保持するようにすることができ、前記熱交換器５内における結露を防止できる。  
コークス乾式消火設備の操業開始時における熱媒体温度の制御方法としては、例えば、非定常状態における熱収支および伝熱シミュレーション計算などにより、操業開始後における熱媒体温度の最低到達温度を予測し、その温度が循環ガスの水分露点温度以上となるように、予め熱媒体の温度を上昇させておく方法を採用すればよい。また、過去の操業開始後における循環ガス対熱媒体熱交換器５の入側での熱媒体の温度低下量の実測値に基いて、操業開始後の熱媒体の最低到達温度が循環ガスの水分露点温度以上となるように、予め熱媒体を昇温する方法によってもよい。
【００３０】
さらに、上記の方法に加えて、コークス乾式消火設備の操業を開始した後の非定常な期間においても、循環ガス対熱媒体熱交換器５の入側における熱媒体の温度が循環ガスの水分露点温度以上の温度となるように、熱媒体昇温装置１３に供給する熱源としての水蒸気またはコークス炉排ガスなどの温度および供給量を調整することにより、熱媒体の温度を連続的に制御してもよい。
【００３１】
上述の制御方法により、循環ガス対熱媒体熱交換器５内における循環ガス中の水分の結露を防止し、コークス乾式消火設備における熱交換器の腐食を防止して設備の寿命を延長するとともに、ダストの付着を防止して、熱交換の効率を高めることが可能となる。
【実施例】
【００３２】
本発明の効果を確認するため、前記の図４に示したコークス乾式消火設備を使用して、以下に述べる試験を実施し、その結果を評価した。
【００３３】
図４に示されるコークス乾式消火設備は、ボイラー給水系統とは独立した熱媒体の閉鎖型循環回路を有し、その閉鎖回路中には、循環ガス対熱媒体熱交換器５の他に、水蒸気またはコークス炉ガスを熱源とする熱媒体昇温装置１３が設置され、また、熱交換器６にも水蒸気またはコークス炉ガスを熱源とする熱媒体昇温機構が組み込まれている。
【００３４】
コークス乾式消火設備の操業停止中において、熱媒体昇温装置１３および熱交換器６に水蒸気またはコークス炉ガスを供給し、また熱媒体循環ポンプ１２を作動させて、熱媒体を閉鎖循環回路内で循環させながら昇温または保温して、その温度を循環ガスの水分露点温度以上に調整した。上述したとおり、本方法を用いることにより、本コークス乾式消火設備では、操業停止期間中も熱媒体の循環を継続させて、循環ガス対熱媒体熱交換器５内における循環ガス中水分の結露を防止できる。
【００３５】
なお、熱交換器６において、脱気器給水ポンプ８を停止中に水蒸気などにより熱媒体の温度制御をせずに結露が発生した場合であっても、硫黄酸化物やダストが存在するコークス乾式消火設備の循環ガス系統とは別系統であるため、熱交換器６での腐食は進行しない。また、循環ガス対熱媒体熱交換器５についても、供給される熱媒体が通常操業で結露しない温度に保温され続けるため、結露は発生せず、結果として腐食およびダスト付着は発生しない。
【００３６】
本発明の操業方法の効果を確認するため、循環ガス対熱媒体熱交換器５に、該熱交換器と同材質の水冷プローブを設置し、その腐食進行速度を測定した。図６は、コークス乾式消火設備における循環ガス対熱媒体熱交換器の腐食の進行におよぼす本発明の操業方法の実施効果を示す図である。同図は、本発明実施前および実施後を再現した実験設備におけるそれぞれ２ヶ月間における腐食進行速度（ｍｍ／ｄａｙ）を算出し、比較したものである。
【００３７】
図６の結果から、本発明の操業方法を実施することにより、腐食進行速度は、本発明の実施前（比較例）における腐食進行速度の１／５未満にまで低下していることが明らかとなり、本発明の実施効果が確認された。
【００３８】
また、図７には、操業開始時において、本発明の方法を用いてコークス乾式消火設備の操業開始時における循環ガス対熱媒体熱交換器の熱媒体入側における熱媒体の温度を昇温させた場合、および熱媒体の温度を昇温させない状態で操業を開始した場合について、それぞれ、循環ガス対熱媒体熱交換器の熱媒体入側における熱媒体の温度推移を示す。同図において、実線で示した曲線は、乾式消火設備の操業開始前に予め熱媒体を閉鎖回路内において循環させ、熱媒体の温度を通常操業時における熱媒体の温度よりも昇温させた本発明例の試験での熱媒体の温度推移を表し、また、破線で示した曲線は、乾式消火設備の操業開始前に特に熱媒体を昇温させなかった比較例の試験についての熱媒体の温度推移を表している。
【００３９】
本発明例の試験では、コークス乾式消火設備が操業を開始した直後に（すなわち、循環ガスが循環を開始した直後に）、循環ガスの温度の低下に起因して、熱媒体の温度も低下するものの、操業停止中に予め熱媒体が昇温されていたので、熱媒体の温度は、循環ガス中水分の結露防止のための下限温度（Ｔｎ）以上の温度で推移した。したがって、循環ガス対熱媒体熱交換器５内における結露は防止され、ダストの付着も防止可能となる。
【００４０】
これに対して、比較例の試験では、操業停止中に予め熱媒体が昇温されていなかったため、熱媒体の温度は、結露防止のための下限温度（Ｔｎ）を大きく下回った。このように熱媒体の温度が低下した場合には、循環ガス対熱媒体熱交換器５内において結露が発生しやすくなり、したがって、同熱交換器５内の伝熱管の腐食が進行し、またダストが付着して熱交換の効率が低下することになる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の方法によれば、循環ガス経路に設けた循環ガス対熱媒体熱交換器内を流れる熱媒体の温度を、コークス乾式消火設備の操業停止期間中に循環ガスの水分露点温度以上に昇温または保温することにより、前記熱交換器内におけるに循環ガス中の水分の結露を防止し、熱交換器の腐食防止および熱交換器内でのダスト付着を防止することができる。また、本発明のコークス乾式消火設備は、前記熱交換器内におけるに循環ガス中の水分の結露を防止するために最適の設備である。したがって、本発明は、鉄鋼業などにおけるコークス製造過程で使用される乾式消火設備の補修費用の低減および安定操業に広範に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】特許文献１に記載された従来のコークス乾式消火設備の全体構成を示すブロック図である。
【図２】特許文献１に記載された従来の別のコークス乾式消火設備の全体構成を示すブロック図である
【図３】特許文献２に記載された従来のコークス乾式消火設備の全体構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係るコークス乾式消火設備の例についての全体構成を示すブロック図である。
【図５】本発明に係るコークス乾式消火設備の別の例についての全体構成を示すブロック図である。
【図６】コークス乾式消火設備における循環ガス対熱媒体熱交換器の腐食の進行におよぼす本発明の操業方法の実施効果を示す図である。
【図７】コークス乾式消火設備の操業開始時における循環ガス対熱媒体熱交換器の熱媒体入側の温度推移を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１：冷却塔、  ２：除塵器、  ３：排熱回収ボイラー、  ４：循環ガスブロワー、
５：循環ガス対熱媒体熱交換器、  ６：熱交換器、  ７：ボイラー給水タンク、
８：脱気器給水ポンプ、  ９：脱気器、１０：ボイラー給水ポンプ、  １１：蒸気管、
１２：熱媒体循環ポンプ、１３：熱媒体昇温装置、１４：熱媒体昇温装置熱源、
１５、１６：三方弁  
【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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