(57)【要約】【課題】機器寿命停止の直前に点検停止が行われる場合のメンテナンス性と利便性の悪さを改善する。【解決手段】機器寿命到達時期予測手段１０３で予測した機器寿命予測到達時期と点検時期予測手段１０４で予測した点検予測時期とから最終点検判定手段１０５において、次期点検予測時期が機器寿命予測到達時期に最も近いと判断した時には、運転制御手段１０７は、点検予測時期が機器寿命予測到達時期略一致する特別運転計画を作成し、最も近いと判断しなかった時には基本運転計画を作成し、作成した運転計画に基づき燃料電池１０１を運転する燃料電池発電システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池及び前記燃料電池を制御する制御部を備え、予め設定された機器寿命条件を満たした場合に機器寿命停止する燃料電池発電システムであって、
前記制御部は、
前記機器寿命条件に基づいて機器寿命に達する機器寿命到達時期を予測する機器寿命到達時期予測手段と、
前記燃料電池発電システムを構成する部品の少なくとも一部の部品の寿命条件に基づいて前記燃料電池発電システムの点検が必要な時期を予測する点検時期予測手段と、
前記機器寿命到達時期予測手段で予測した前記機器寿命到達時期を基に前記点検時期予測手段で予測した次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に到達する前の最も前記機器寿命到達時期に近い点検時期になるか否かを判定する最終点検判定手段と、
前記燃料電池発電システムの耐用運転時間に基づいて所定の単位時間あたりの許容運転時間の範囲内で前記燃料電池を運転するように基本運転計画を作成する運転制御手段と、を備え、
前記運転制御手段は、前記次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に到達する前の最も前記機器寿命到達時期に近い点検時期にならないと前記最終点検判定手段が判定した場合には、前記基本運転計画に基づいて前記燃料電池を運転し、前記次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に到達する前の最も前記機器寿命到達時期に近い点検時期になると前記最終点検判定手段が判定した場合には、前記次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に略一致するように所定の単位時間あたりの許容運転時間の範囲内で前記燃料電池を運転する特別運転計画を作成して前記特別運転計画に基づいて前記燃料電池を運転する、燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記最終点検判定手段での判定は、過去の運転実績を考慮せずに一義的に判定する、請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記最終点検判定手段での判定は、過去の運転実績を考慮して判定する、請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記運転制御手段は、前記次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に到達する前の最も前記機器寿命到達時期に近い点検時期になると前記最終点検判定手段が判定した場合であっても、前記次回の点検時期と前記機器寿命到達時期とのずれが所定範囲内であれば、前記基本運転計画に基づいて前記燃料電池を運転する、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
空気と燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備え、予め設定された機器寿命条件を満たした場合に機器寿命停止する燃料電池発電システムの制御方法であって、
前記機器寿命条件に基づいて機器寿命に達する機器寿命到達時期を予測する機器寿命到達時期予測手段と、
前記燃料電池発電システムを構成する部品の少なくとも一部の部品の寿命条件に基づいて前記燃料電池発電システムの点検が必要な時期を予測する点検時期予測手段と、
前記機器寿命到達時期予測手段で予測した前記機器寿命到達時期を基に前記点検時期予測手段で予測した次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に到達する前の最も前記機器寿命到達時期に近い点検時期になるか否かを判定する最終点検判定手段と、
前記燃料電池発電システムの耐用運転時間に基づいて所定の単位時間あたりの許容運転時間の範囲内で前記燃料電池を運転するように基本運転計画を作成する運転制御手段と、を備え、
前記運転制御手段は、前記次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に到達する前の最も
前記機器寿命到達時期に近い点検時期にならないと前記最終点検判定手段が判定した場合には、前記基本運転計画に基づいて前記燃料電池を運転し、前記次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に到達する前の最も前記機器寿命到達時期に近い点検時期になると前記最終点検判定手段が判定した場合には、前記次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に略一致するように所定の単位時間あたりの許容運転時間の範囲内で前記燃料電池を運転する特別運転計画を作成して前記特別運転計画に基づいて前記燃料電池を運転する、燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項６】
前記最終点検判定手段での判定は、過去の運転実績を考慮せずに一義的に判定する、請求項５記載の燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項７】
前記最終点検判定手段での判定は、過去の運転実績を考慮して判定する、請求項５記載の燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項８】
前記運転制御手段は、前記次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に到達する前の最も前記機器寿命到達時期に近い点検時期になると前記最終点検判定手段が判定した場合であっても、前記次回の点検時期と前記機器寿命到達時期とのずれが所定範囲内であれば、前記基本運転計画に基づいて前記燃料電池を運転する、請求項５〜７のいずれかに記載の燃料電池発電システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素と酸素を反応させ発電する燃料電池発電システムに関し、特に予め設定された機器寿命条件を満たした場合に機器寿命するように構成された燃料電池発電システム及びその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、累積の運転時間や運転回数を計測する手段と計測された運転時間と運転回数があらかじめ設定された所定の値に達したときに停止し、次回起動させない燃料電池発電システムが開示されている。図３は、特許文献１に記載された従来の燃料電池発電システムを示すものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４０４５８４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、上記のような従来の燃料電池発電システムに代表されているエネルギー供給システムでは、あらかじめ決められた機器寿命条件に合致した時点で機器を停止させる。そのため、一部の部品の交換の時期とは関係なく、機器を停止させていた。
【０００５】
本発明は、無駄なメンテナンス及び部品交換の発生を抑え、ユーザーの利便性を向上する燃料電池発電システムの制御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】
【０００６】
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、無駄なメンテナンス及び部品交換の発生を抑え、ユーザーの利便性を向上するという観点から未だ改善の余地があることを見出した。
【０００７】
即ち、本発明者らは以下の課題を見出した。従来の燃料電池発電システムに代表されているエネルギー供給システムでは、あらかじめ決められた機器寿命条件に合致した時点で機器を停止させる。一方、燃料電池発電システムは、一部の部品の寿命条件に到達した時点で、メンテナンスによる部品交換が行われるまでシステムを停止させる場合がある。一部の部品の寿命による停止と機器寿命による停止とはそれぞれ独立で動作していた。一部の部品の寿命による停止と機器寿命による停止とはそれぞれ独立で動作する為、機器寿命による停止直前に部品の寿命による停止が発生し、メンテナンスによる部品交換を行っても、すぐに機器寿命による停止が行われる場合がある。そのため、無駄なメンテナンス及び部品交換が発生する恐れがあり、ユーザーの利便性を損なう恐れがあった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するために、機器寿命による停止直前に一部部品の寿命による停止が発生する場合に、無駄なメンテナンス及び部品交換が発生することを抑え、ユーザーの利便性を向上させることを目的としている。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明による燃料電池発電システムは、空気と燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池及び前記燃料電池を制御する制御部を備え、予め設定された機器寿命条件を満たした場合に機器寿命停止する燃料電池発電システムであって、
前記制御部は、前記機器寿命条件に基づいて機器寿命に達する機器寿命到達時期を予測する機器寿命到達時期予測手段と、前記燃料電池発電システムを構成する部品の少なくと
も一部の部品の寿命条件に基づいて前記燃料電池発電システムの点検が必要な時期を予測する点検時期予測手段と、前記機器寿命到達時期予測手段で予測した前記機器寿命到達時期を基に前記点検時期予測手段で予測した次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に到達する前の最も前記機器寿命到達時期に近い点検時期になるか否かを判定する最終点検判定手段と、前記燃料電池発電システムの耐用運転時間に基づいて所定の単位時間あたりの許容運転時間の範囲内で前記燃料電池を運転するように基本運転計画を作成する運転制御手段と、を備え、
前記運転制御手段は、前記次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に到達する前の最も前記機器寿命到達時期に近い点検時期にならないと前記最終点検判定手段が判定した場合には、前記基本運転計画に基づいて前記燃料電池を運転し、前記次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に到達する前の最も前記機器寿命到達時期に近い点検時期になると前記最終点検判定手段が判定した場合には、前記次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に略一致するように所定の単位時間あたりの許容運転時間の範囲内で前記燃料電池を運転する特別運転計画を作成して前記特別運転計画に基づいて前記燃料電池を運転する。
【００１０】
上記構成により、本発明の燃料電池発電システムは、機器寿命停止の直前に点検停止が行われないように運転計画を作成することができる。そのため、機器寿命停止直前に点検停止が発生することがなく、無駄なメンテナンス及び部品交換が発生することを抑えることができる。また、機器寿命の直前に、システムが使用できない期間が発生することを防止でき、機器寿命まで停止せずに燃料電池発電システムを使用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、所定の運転パターンに基づいて発電、熱供給などを行う燃料電池発電システムにおいて、一部部品の寿命によるシステムの停止で、有償で部品のメンテナンスが行われた直後に、機器寿命による停止が行われないように運転計画を作成することで、機器寿命の直前で、無駄なメンテナンス及び部品交換が発生することを抑えることができる。また、機器寿命の直前に、システムが使用できない期間が発生することを防止できる。そのため、燃料電池発電システムのユーザーの利便性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる燃料電池発電システムの構成例を示したブロック図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる燃料電池発電システムの動作例を示したフローチャート
【図３】従来の燃料電池発電システムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、空気と燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池及び前記燃料電池を制御する制御部を備え、予め設定された機器寿命条件を満たした場合に機器寿命停止する燃料電池発電システムであって、
前記制御部は、前記機器寿命条件に基づいて機器寿命に達する機器寿命到達時期を予測する機器寿命到達時期予測手段と、前記燃料電池発電システムを構成する部品の少なくとも一部の部品の寿命条件に基づいて前記燃料電池発電システムの点検が必要な時期を予測する点検時期予測手段と、前記機器寿命到達時期予測手段で予測した前記機器寿命到達時期を基に前記点検時期予測手段で予測した次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に到達する前の最も前記機器寿命到達時期に近い点検時期になるか否かを判定する最終点検判定手段と、前記燃料電池発電システムの耐用運転時間に基づいて所定の単位時間あたりの許容運転時間の範囲内で前記燃料電池を運転するように基本運転計画を作成する運転制御手段と、を備え、
前記運転制御手段は、前記次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に到達する前の最も
前記機器寿命到達時期に近い点検時期にならないと前記最終点検判定手段が判定した場合には、前記基本運転計画に基づいて前記燃料電池を運転し、前記次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に到達する前の最も前記機器寿命到達時期に近い点検時期になると前記最終点検判定手段が判定した場合には、前記次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に略一致するように所定の単位時間あたりの許容運転時間の範囲内で前記燃料電池を運転する特別運転計画を作成して前記特別運転計画に基づいて前記燃料電池を運転するものである。
【００１４】
上記構成において、制御部は、点検時期予測手段で予測した次回の点検時期が機器寿命到達時期予測手段で予測した機器寿命到達時期に最も近い点検時期だと判断した場合には、前記機器寿命到達時期に略一致するように特別運転計画を作成し、前記特別運転計画に基づいて前記燃料電池を運転することで、前記機器寿命到達時期直前に前記点検時期に燃料電池発電システムが停止することがないので、機器寿命の直前で、無駄なメンテナンス及び部品交換が発生することを抑えることができる。また、機器寿命の直前に、システムが使用できない期間が発生することを防止できる。
【００１５】
第２の発明は、前記最終点検判定手段での判定は、過去の運転実績を考慮せずに一義的に判定するものである。
【００１６】
第３の発明は、前記最終点検判定手段での判定は、過去の運転実績を考慮して判定するものである。
【００１７】
第４の発明は、前記運転制御手段は、前記次回の点検時期が前記機器寿命到達時期に到達する前の最も前記機器寿命到達時期に近い点検時期になると前記最終点検判定手段が判定した場合でも、前記次回の点検時期と前記機器寿命到達時期とのずれが所定範囲内であれば、前記基本運転計画に基づいて前記燃料電池を運転するものである。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池発電システムのブロック図を示すものである。
【００２０】
図１において、燃料電池発電システム１００の燃料電池１０１の制御部１０２は、機器寿命条件に基づいて機器寿命に達する機器寿命到達時期を予測する機器寿命到達時期予測手段１０３と、燃料電池発電システムを構成する部品の少なくとも一部の部品の寿命条件に基づいて燃料電池発電システムの点検が必要な時期を予測する点検時期予測手段１０４と、機器寿命到達時期予測手段１０３で予測した機器寿命到達時期を基に点検時期予測手段１０４で予測した次回の点検時期が機器寿命到達時期に到達する前の最も機器寿命到達時期に近い点検時期になるか否かを判定する最終点検判定手段１０５と、燃料電池発電システムの耐用運転時間に基づいて所定の単位時間あたりの許容運転時間の範囲内で燃料電池１０１を運転するように基本運転計画を作成する運転制御手段１０７と、を有する。さらに、この運転制御手段１０７は、次回の点検時期が機器寿命到達時期に到達する前の最も機器寿命到達時期に近い点検時期にならないと最終点検判定手段が判定した場合には、基本運転計画に基づいて燃料電池１０１を運転し、次回の点検時期が機器寿命到達時期に到達する前の最も機器寿命到達時期に近い点検時期になると最終点検判定手段が判定した場合には、次回の点検時期が機器寿命到達時期に略一致するように所定の単位時間あたりの許容運転時間の範囲内で燃料電池１０１を運転する特別運転計画を作成して特別運転計画に基づいて燃料電池１０１を運転する。
【００２１】
図１において、燃料電池発電システム１００は水素と酸素を化学反応させ、直接電気エネルギーを発生させると同時に、反応時に発生する熱も回収利用することにより高いエネルギー効果が実現できるシステムである。上記のような燃料電池発電システムにおいて、設計耐用年数に到達した場合、機器寿命に到達したと判断し、機器を停止させる。設計耐用年数は、例えば累積発電時間や、累積発電回数、累積通電時間、部品交換回数が所定の値に到達することで判断しても良い。また、これらの組み合わせのいずれかが早く到達した場合に設計耐用年数と判断しても良い。機器停止には、例えば燃料電池発電システム１００の累積通電時間が１０年相当となった場合に停止させ、燃料電池発電システム１００の総点検を行った後、再度、燃料電池発電システム１００の運転を継続させる場合と、例えば燃料電池発電システム１００の累積通電時間が２０年を経過して、燃料電池発電システム１００を停止し、その後の燃料電池発電システム１００の行わせない場合がある。
【００２２】
機器寿命到達時期予測手段１０３は、設計耐用年数から機器寿命に達する機器寿命到達時期を予測する。
【００２３】
一方、燃料電池１０１は、少なくとも一部の部品の寿命が到達すると、本来の性能を出せなくなる為、部品の寿命に基づいて部品を点検・交換する必要がある。
【００２４】
点検時期予測手段１０４は、部品の寿命条件に基づき部品寿命が到達する時期を予測する。点検時期は、部品の寿命が所定の数値を超えることで判断する。部品寿命は、例えば累積通電時間や、累積発電回数、累積発電時間が、所定の数値を超えることで判断しても良い。
【００２５】
最終点検判定手段１０５は、点検時期予測手段１０４で予測した次回点検時期をもとに次々回の点検時期を予測し、機器寿命到達時期予測手段１０３で予測した機器寿命到達時期が次回点検時期と次々回の点検時期の間にある時、次回の点検時期が機器寿命到達時期に到達する前の最も機器寿命到達時期に近い点検時期になるとと判断する。
【００２６】
一方、最終点検判定手段１０５は、次々回の点検時期が機器寿命到達時期より前である場合には、次回点検時期とならないと判断する。
【００２７】
次々回の点検時期は、次回点検時期からあらかじめ決められた期間後、例えば１年後に部品の寿命が到達すると予測しても良い。
【００２８】
また、次々回の点検時期は、過去の累積発電時間を基に、部品の寿命期間を算出し、算出した寿命期間後に次々回の部品の寿命が到達すると予測しても良い。累積発電時間は、累積発電回数や、累積通電時間で判断しても良い。
【００２９】
また、機器停止後に燃料電池発電システム１００の運転を行わせない場合、次々回の点検時期が危機停止到達時期を超える場合があるが、機器停止到達時期に関わらず、燃料電池発電システム１００が運転を行うものとして、次々回の点検時期を算出する。
【００３０】
運転制御手段１０７は、燃料電池発電システム１００の耐用運転時間に基づいて所定の単位時間あたりの許容運転時間の範囲内で燃料電池１０１を運転するように基本運転計画を作成し、次回の点検時期が機器寿命到達時期に到達する前の最も機器寿命到達時期に近い点検時期にならないと最終点検判定手段が判定した場合には基本運転計画に基づいて燃料電池１０１を運転する。
【００３１】
一方、運転制御手段１０７は、次回の点検時期が機器寿命到達時期に到達する前の最も機器寿命到達時期に近い点検時期になると最終点検判定手段が判定した場合には次回の点
検時期が機器寿命到達時期に略一致するように所定の単位時間、例えば１日あたりの許容運転時間の範囲内で燃料電池１０１を運転する特別運転計画を作成して特別運転計画に基づいて燃料電池１０１を運転する。
【００３２】
次回の点検時期までの累積発電時間を機器寿命到達時期までの累積発電時間に伸ばすことで次回の点検時期が機器寿命到達時期に略一致させる。
【００３３】
次回の点検時期までの累積発電時間を機器寿命到達時期までの期間で均等に配分してもよい。
【００３４】
特別運転計画は、次回の点検時期までの累積発電時間を機器停止到達時期までの累積発電時間に伸ばし、機器停止到達時間までの発電時間に対し、単位時間あたり、例えば１日の発電時間を均等に割り付ける。例えば、次回の点検時期までの発電時間が１８００時間であり、機器停止到達時間が１８０日だった場合、１日当たりの発電時間を均等に割り付け、１日１０時間の発電を許容発電時間とする特別運転計画を立てる。
【００３５】
単位時間は、１日以外の例えば１週間、又は１ヶ月、あるいは季節ごとであってもよい。
【００３６】
一方、一般的に、熱負荷は、夏（例えば６月〜８月の期間）は少なくなり、冬（例えば１２〜２月）は多くなる傾向がある。また、春（例えば３月〜５月）、秋（例えば９月〜１１月）の中間期については、熱負荷は夏より多く、冬より小さい傾向となる。従って、運転時間も夏は短く、冬は長くなり、春秋は夏冬の間くらいになる傾向にある。これらのことにより、特別運転計画も最大運転時間も時期を考慮した設定を行うことが望ましい。
【００３７】
次回の点検時期までの累積発電時間を機器寿命到達時期までの期間をいくつかの期間、例えば季節ごとに配分を変えてもよい。
【００３８】
１年を春、夏、秋、冬に分割し、それぞれの過去１年間の運転時間を求める。なお、３月〜５月を春、６月〜８月を夏、９月〜１１月を秋、１２月〜２月を冬と均等に区切った場合について述べるが、夏を７月〜９月と規定しても、また、秋を１１月、１２月と規定してもかまわない。また、季節で定義を行ったが、１ヶ月単位でも、１週間単位でもかまわない。過去１年間と定義しているが、２年間、あるいは燃料電池発電システムを設置稼動してからの期間としてもかまわない。
【００３９】
過去１年間の運転時間の季節ごとの比率を求める。例えば、春１０００ｈ、夏５００ｈ、秋１０００ｈ、冬１５０００ｈとすると、春、夏、秋、冬の比は、２：１：２：３となるとし、発電予定時間を季節ごとの比率に応じて、単位時間当たり、例えば１日の亜発電時間を計算し、許容発電時間とする。
【００４０】
累積発電時間は累積通電時間や、累積発電回数であっても良い。
【００４１】
一方、機器寿命到達時期と機器寿命到達時期に最も近い点検時期が所定の期間、例えば１年間以上開いている場合、特別運転計画を立て運転した時に、所定の期間、例えば１日の発電時間が所定の時間、例えば１時間以下となる場合など、お客様の使い勝手が著しく低下することが考えられる。お客様の使い勝手が著しく低下する場合、運転制御手段１０７は、次回の点検時期が機器寿命到達時期に到達する前の最も機器寿命到達時期に近い点検時期になると最終点検判定手段が判定した場合でも、次回の点検時期と機器寿命到達時期とのずれが所定範囲内であれば、基本運転計画に基づいて燃料電池１０１を運転する。
【００４２】
図２は、実施形態による燃料電池発電システムの動作例を示したフローチャートである。図２のフローチャートにおいて、機器寿命到達時期予測手段１０３により、燃料電池発電システム１００の機器寿命予測到達時期を算出する（Ｓ１０１）。一方、点検時期予測手段１０４は、燃料電池発電システム１００の次回の部品点検予測時期を算出する（Ｓ１０２）。次回の部品点検予測時期に一定の期間を加えた次々回の部品点検予測時期を算出する（Ｓ１０３）。機器寿命予測到達時期が次回の部品点検予測時期と次々回の部品点検予測時期との間にあるかどうかを判断する（Ｓ１０４）。機器寿命予測到達時期が次回の部品点検予測時期と次々回の部品点検予測時期との間にあると判断した場合（Ｓ１０４、ＹＥＳ）、次回部品点検予測時期までの発電電力量を機器寿命予測到達時期の発電電力量とする（Ｓ１０５）。発電電力量を基に、所定期間の許容運転時間を再計算する（Ｓ１０６）。許容運転時間内での発電を行う特別運転計画を作成する（Ｓ１０７）。特別運転計画に基づき運転制御手段１０７で燃料電池１０１を運転する（Ｓ１０８）。
【００４３】
一方、機器寿命予測到達時期が次回の部品点検予測時期と次々回の部品点検予測時期との間にあると判断しなかった場合には、許容運転時間内での発電を行う基本運転計画を作成する（Ｓ１０９）。
【００４４】
これにより、機器寿命停止の直前に点検停止が行われないように運転計画を作成することで、機器寿命停止直前に点検停止が発生することがないので、機器のメンテナンス性の向上と機器寿命まで停止せずに使用できるためお客様の満足度も向上する。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の燃料電池発電システムによれば、環境負荷を抑え、消費エネルギー削減量を大きく確保できる。例えば、本発明は、家庭用コジェネレーションシステム及び自動車システムに有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１００  燃料電池発電システム
１０１  燃料電池
１０２  制御部
１０３  機器寿命到達時期予測手段
１０４  点検時期予測手段
１０５  最終点検判定手段
１０７  運転制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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