(57)【要約】  製氷機のための熱交換器が、略シリンダ状の内側熱交換面を規定する、略シリンダ状の管状体と、管状体の外面周りに配置された少なくとも１つの冷媒通路を備える少なくとも１つの冷媒回路であって、冷媒回路の少なくとも一部分が、管状体の外面にろう付けされている、冷媒回路と、を備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製氷機のための熱交換器であって、
略シリンダ状の内側熱交換面を規定する、略シリンダ状の管状体と；
前記管状体の外面周りに配置された少なくとも１つの冷媒通路を備える少なくとも１つの冷媒回路であって、前記冷媒回路の少なくとも一部分が、前記管状体の前記外面にろう付けされている、冷媒回路と；
を備えていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記少なくとも１つの冷媒通路が、前記管状体の前記外面周りで周方向に配置された複数の軸方向延在部材によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記少なくとも１つの冷媒通路が、前記管状体の前記外面周りで周方向に配置された複数の径方向延在部材によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記熱交換器が、前記管状体を囲むように位置決めされたスリーブであって、前記スリーブの少なくとも一部分が、ろう付けを介して前記管状体の前記外面に接続されている、スリーブをさらに備え、前記少なくとも１つの冷媒通路が、前記スリーブと前記管状体の前記外面との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記スリーブが、波形部を備え、前記波形部が、谷が前記管状体の前記外面に接続されるように寸法を定められていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記熱交換器が、前記スリーブを囲むように位置決めされた外側スリーブをさらに備えており、前記波形スリーブの山が前記外側スリーブの内面に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
複数の断熱通路が、前記外側スリーブと前記スリーブの前記波形部との間に形成され、前記複数の断熱通路が、断熱材料で充填されていることを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記スリーブが、複数の凹部を備え、前記複数の凹部が、前記管状体の前記外面に接続されるように寸法を定められていることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記複数の凹部のそれぞれが、円形、ジグザグ状及び矩形状のうちの１つであることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
ハウジングであって、氷が作られる流体を受け取るための入口と、前記ハウジングから氷を退出させることを可能にするための出口と、を有するハウジングと；
前記ハウジングの一部を形成する、略シリンダ状の管状体を有する熱交換器であって、前記管状体が、少なくとも１つの熱交換面を規定し、前記熱交換器が、前記管状体の外面周りに配置された少なくとも１つの冷媒通路を備える少なくとも１つの冷媒回路を備え、前記冷媒回路の少なくとも一部分が、前記管状体の前記外面にろう付けされている、熱交換器と；
前記少なくとも１つの熱交換面にわたって動くため且つ冷却された流体を前記熱交換面から取り除くために、前記少なくとも１つの熱交換面と接触し且つ軸周りに可動である少なくとも１つのブレードと；
前記少なくとも１つの熱交換面にわたって前記少なくとも１つのブレードを動かすための駆動部と；
を備えていることを特徴とする製氷機。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの冷媒通路が、前記管状体の前記外面周りで周方向に配置された複数の軸方向延在部材によって形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の製氷機。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの冷媒通路が、前記管状体の前記外面周りで周方向に配置された複数の径方向延在部材によって形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の製氷機。
【請求項１３】
前記熱交換器が、前記管状体を囲むように位置決めされたスリーブを備え、前記スリーブの少なくとも一部分が、ろう付けを介して前記管状体の前記外面に接続されており、前記少なくとも１つの冷媒通路が、前記スリーブと前記管状体の前記外面との間に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の製氷機。
【請求項１４】
金属材料から作られた複数の部材を熱交換面にろう付けする方法であって、
前記熱交換面を粗くするステップと；
粗くされた前記熱交換面にパウダー材料を噴霧するステップであって、前記パウダー材料の少なくとも一部分が、前記金属材料と同じ材料を含んでいる、ステップと；
噴霧された前記熱交換面に前記複数の部材を機械的に固定するステップと；
前記熱交換面及び前記複数の部材をろう付け温度環境に設置するステップと；
前記熱交換面及び前記複数の部材が冷却することを可能にするステップと；
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、製氷機に関し、特に、製氷機のための熱交換器、及び当該熱交換器を含む製氷機に関する。
【背景技術】
【０００２】
製氷機は当技術分野で周知であり、多くの構成が考えられてきた。例えば、Goldsteinの特許文献１は、冷却壁部を有するハウジングを備える製氷機を開示している。共融混合物が、共融混合物の氷点以下に冷却されて氷を形成するために、壁部を通過させられる。ブレードが、流体を壁部から離れるように且つ流体内に動かすために、壁部を連続的にこする。ブレードは、氷が壁部上で結晶化する前に表面がこすられるように、所定の速度で駆動手段によって動かされる。
【０００３】
Goldsteinの特許文献２は、略シリンダ状の内面を規定する、略シリンダ状の管状体を含む熱交換器を備える製氷機を開示している。管状体は、腐食性材料から形成され、管状体を通って延在する少なくとも１つの冷媒通路を有している。端部プレートが、管状体の両端部に設けられている。冷媒入口が、冷媒を少なくとも１つの冷媒通路に送り、冷媒出口が、少なくとも１つの冷媒通路を通過した冷媒を集める。入口が、氷が作られる流体を管状体内に送り、これにより、冷媒が流体から熱を抽出することを可能にし、出口が、管状体から氷を退出させることを可能にする。シリンダ状スリーブが、内面を覆っており、全体として非腐食性材料から形成されている。少なくとも１つのブレードが、スリーブにわたって動くため且つ冷却された流体をスリーブから取り除くために、スリーブと接触し且つ軸周りで可動である。駆動部が、スリーブにわたって少なくとも１つのブレードを動かす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４７９６４４１号明細書
【特許文献２】米国特許第６２８６３３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さまざまな製氷機が考えられてきたが、改良が望まれている。従って、目的は、製氷機のための新たな熱交換器と、当該熱交換器を含む新たな製氷機と、を少なくとも提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
それに応じて、一側面では、製氷機のための熱交換器であって、略シリンダ状の内側熱交換面を規定する、略シリンダ状の管状体と、管状体の外面周りに配置された少なくとも１つの冷媒通路を備える少なくとも１つの冷媒回路であって、冷媒回路の少なくとも一部分が、管状体の外面にろう付けされている、冷媒回路と、を備えている熱交換器が提供される。
【０００７】
一実施形態では、少なくとも１つの冷媒通路が、管状体の外面周りで周方向に配置された複数の軸方向延在部材によって形成されている。別の実施形態では、少なくとも１つの冷媒通路が、管状体の外面周りで周方向に配置された複数の径方向延在部材によって形成されている。
【０００８】
別の側面によれば、ハウジングであって、氷が作られる流体を受け取るための入口と、前記ハウジングから氷を退出させることを可能にするための出口と、を有するハウジングと、前記ハウジングの一部を形成する、略シリンダ状の管状体を有する熱交換器であって、管状体が、少なくとも１つの熱交換面を規定し、熱交換器が、管状体の外面周りに配置された少なくとも１つの冷媒通路を備える少なくとも１つの冷媒回路を備え、冷媒回路の少なくとも一部分が、管状体の外面にろう付けされている、熱交換器と、少なくとも１つの熱交換面にわたって動くため且つ冷却された流体を熱交換面から取り除くために、少なくとも１つの熱交換面と接触し且つ軸周りに可動である少なくとも１つのブレードと、少なくとも１つの熱交換面にわたって少なくとも１つのブレードを動かすための駆動部と、を備えている製氷機が提供される。
【０００９】
別の側面によれば、金属材料から作られた複数の部材を熱交換面にろう付けする方法であって、熱交換面を粗くするステップと、粗くされた熱交換面にパウダー材料を噴霧するステップであって、パウダー材料の少なくとも一部分が、金属材料と同じ材料を含んでいる、ステップと、噴霧された熱交換面に複数の部材を機械的に固定するステップと、熱交換面及び複数の部材をろう付け温度環境に設置するステップと、熱交換面及び複数の部材が冷却することを可能にするステップと、を含む方法が提供される。
【００１０】
実施形態が、添付の図面を参照してより完全にこれから説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】製氷ユニットの概略図である。
【図２】図１の製氷ユニットの熱交換器を形成する部分の等角図である。
【図３Ａ】図２の熱交換器の冷媒回路を形成する部分の等角図である。
【図３Ｂ】図２の熱交換器の冷媒回路を形成する部分の正面図である。
【図４Ａ】図３Ａ及び図３Ｂの冷媒回路の軸方向延在部材を形成する部分の等角図である。
【図４Ｂ】図３Ａ及び図３Ｂの冷媒回路の軸方向延在部材を形成する部分の平面図である。
【図５Ａ】熱交換器の別の実施形態の平面図である。
【図５Ｂ】熱交換器の別の実施形態の等角図である。
【図６Ａ】熱交換器のさらに別の実施形態の平面図である。
【図６Ｂ】熱交換器のさらに別の実施形態の等角図である。
【図７Ａ】熱交換器のさらに別の実施形態の平面図である。
【図７Ｂ】熱交換器のさらに別の実施形態の等角図である。
【図８】熱交換器のさらに別の実施形態の等角図である。
【図９】熱交換器のさらに別の実施形態の等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照すると、製氷ユニットが示されており、製氷ユニットは全体として参照符号１００によって識別されている。製氷ユニット１００は、ブライン溶液入口２０２及び氷−ブラインスラリー出口２０４を有する製氷機２００を備えている。ブラインスラリー入口２０２は、ブライン源（図示せず）から受け取ったブライン溶液又は氷−ブラインスラリーを製氷機２００内に進入させることを可能にする。氷−ブラインスラリー出口２０４は、製氷機２００から氷−ブラインスラリーを退出させることを可能にする。氷−ブラインスラリー出口２０４は、排出導管２０６に接続されている。排出導管２０６は、出口２０８及び再循環導管２１０につながっている。再循環導管２１０は、同様にブライン溶液を受け取る入口導管２１２につながっている。入口導管２１２は、ブライン溶液及び／又は氷−ブラインスラリーをブライン溶液入口２０２に供給する。ポンプ２１４が、氷−ブラインスラリーを再循環させるために、再循環導管２１０に沿って位置決めされている。入口導管２１２に入って、再循環された氷−ブラインスラリーと混合するブライン溶液の量は、製氷ユニット１００によって製造される氷−ブラインスラリーの氷の割合を要求に応じて調節することを可能にするように制御される。
【００１３】
製氷ユニット１００は、コンデンサユニット２５０を備えている。コンデンサユニット２５０は、冷媒入口２６０により製氷機２００に冷媒を供給するように構成されている。コンデンサユニット２５０は、冷媒を冷媒入口２６０に再循環させる前に、冷媒出口２７０により製氷機を出た冷媒を圧縮及び凝縮するように構成されている。
【００１４】
図２に示すように、製氷機２００は、熱交換器３００を備えている。熱交換器３００は、略シリンダ状の内側熱交換面３０４を規定する、略シリンダ状の管状体３０２を備えている。入口ヘッダ４００が、熱交換器本体３０２の底面に接続されている。出口ヘッダ４１０が、熱交換器本体３０２の頂面に接続されている。冷媒回路３１０が、熱交換器本体３０２の外側に接続され、且つ熱交換器本体３０２の外側を取り囲んでいる。冷媒回路は、入口ヘッダ４００及び出口ヘッダ４１０に流体結合されている。
【００１５】
入口ヘッダ４００は、略リング状であり、円形入口通路を形成している。入口ヘッダ４００は、円形入口通路周りで、冷媒入口２６０により受け取った冷媒の進入を方向づけるように構成された入口（図示せず）を備えている。
【００１６】
出口ヘッダ４１０は、略リング状であり、円形出口通路を形成している。出口ヘッダ４１０は、冷媒出口２７０により出口通路から出る冷媒の退出を方向づけるように構成された出口４１２を備えている。
【００１７】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、冷媒回路３１０は、熱交換器本体３０２の外面周りで周方向に配置された複数の軸方向延在部材３１２を備えている。軸方向延在部材３１２の１つは、図４Ａ及び図４Ｂに示してある。この実施形態では、各軸方向延在部材３１２は、入口ヘッダ４００と出口ヘッダ４１０との間で熱交換器本体３０２の長さ延在するように寸法を定められている。図４Ｂに示すように、各軸方向延在部材３１２は、アーチ形状を有する表面３１６を備えている。表面３１６は、熱交換器本体３０２と接触するときに全表面３１６が熱交換器本体３０２の外面と接触するように、アーチ形とされている。各軸方向延在部材３１２は、軸方向延在部材３１２の全長延在する冷媒通路３１４、この実施形態では４つの冷媒通路３１４を備えている。各冷媒通路３１４は、入口３１８及び出口３２０を備えている。入口３１８は、入口ヘッダ４００に流体結合されるように構成されており、出口３２０は、出口ヘッダ４１０に流体結合されるように構成されている。
【００１８】
各軸方向延在部材３１２の表面３１６は、ろう付けを介して熱交換器本体３０２の外面に接続されている。理解されるように、各軸方向延在部材３１２の表面３１６を熱交換器本体３０２の外面にろう付けすることは、動作中に高い熱伝導率を保証する。
【００１９】
この実施形態では、ろう付けプロセスは、４つのステップを含んでいる。サンドブラストステップは、熱交換器本体３０２の外面を粗くするために使用される。例えばインコネルのような溶射が、熱交換器本体３０２の粗くされた表面に適用される。ワイヤアーク溶射プロセスが、溶融したアルミニウム粉末を熱交換器本体３０２の溶射された表面に噴霧するために使用され、それにより、熱交換器本体３０２の外面にアルミニウム層を作り出す。その後、軸方向延在部材３１２が、ギアクランプを使用して熱交換器本体３０２の外面上に機械的に固定される。そして、軸方向延在部材３１２及び熱交換器本体３０２は、予め決定された時間の間、およそ６００℃に設定された真空オーブン内に設置される。ギアクランプは取り除かれ、熱交換器本体３０２及び軸方向延在部材３１２は室温環境に設置され、これにより、熱交換器本体３０２及び軸方向延在部材３１２を冷却することを可能にする。
【００２０】
図示しないが、製氷機２００は、ブレード及びスペーサの装置を備える、熱交換器本体３０２内に位置したブレード組立体（図示せず）を備えている。ブレード組立体は、駆動シャフト（図示せず）を介してモータによって回転させられる。ブレードは、以下で説明するように、熱交換面と接触している。ブレード組立体、モータ及び駆動シャフトの具体的な細部は特許文献１で説明されており、この文献の開示の関連する部分は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００２１】
製氷ユニット１００の動作を説明する。動作中に、ブライン溶液又は氷−ブラインスラリー（以下ではブライン溶液と称される）は、ブライン溶液入口２０２を通じて製氷機２００内に供給される。ブライン溶液は、熱交換面３０４に隣り合って流れる。これが生じる間、冷媒は、入口ヘッダ４００に、且つ入口３１８により冷媒通路３１４のそれぞれに流入する。冷媒は、冷媒通路３１４に沿って流れ、出口３２０により出口ヘッダ４１０内に出る。冷媒が冷媒通路３１４を通って流れるときに、冷媒は、熱交換面３０４を通じて熱を吸収し、蒸発する。従って、熱交換面３０４と接触するブライン溶液は、過冷却される。
【００２２】
熱交換面３０４上での氷の堆積であって、冷媒への熱伝導を妨げ、それにより製氷ユニット１００の効率を減少させる、堆積を回避するために、ブレード組立体は、モータで駆動される駆動シャフトによって回転させられる。具体的に、ブレード組立体は、所定の速度で回転させられ、この所定の速度は、ブレードが、熱交換面３０４上で氷晶が結晶化する前に熱交換面３０４から過冷却されたブライン溶液を取り除くことを可能にするのに十分に速い。従って、過冷却されたブライン溶液は、ブライン溶液中で結晶化し、これにより、ブライン溶液が、ブライン溶液全体にわたって微細な氷晶の形態の二次冷媒として作用することを可能にする。
【００２３】
当業者であれば理解するように、製氷ユニット１００は、基本的に熱交換面３０４全体にわたってブライン溶液と冷媒との間の熱伝導を増大させること及び均一にすることによって、ブライン溶液中の微細な氷粒子が効率的に作られることを可能にする。
【００２４】
上記の実施形態では、冷媒回路が、複数の軸方向延在部材を備えるものとして説明したが、当業者は、いくつかの実施形態では冷媒回路が複数の径方向延在部材を備えてもよいことを理解するであろう。
【００２５】
上記の実施形態では、熱交換器が、熱交換器本体の外面周りで周方向に配置された複数の軸方向延在部材を備える冷媒回路を備えるものとして説明したが、当業者は、別の熱交換器が使用されてもよいことを理解するであろう。
【００２６】
図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、製氷ユニット１００で使用するための熱交換器の別の実施形態が示されており、この実施形態は、全体として参照符号５００によって識別されている。熱交換器５００は、全体として熱交換器３００のものと同様であり、それ自体同等の参照符号は、同等の構成要素を示すために使用される。この実施形態では、波形アルミニウムから作られたスリーブ５１０が、熱交換器本体３０２の周囲を囲むように位置決めされている。見ることができるように、スリーブ５１０の波形部は、正弦曲線状であり、山５１２及び谷５１４を含んでいる。スリーブ５１０は、谷５１４が熱交換器本体３０２の外面と接触するように寸法を定められている。谷５１４は、ろう付けを介して熱交換器本体３０２の外面に接続されている。理解されるように、外側スリーブ５１０の谷５１４をろう付けすることは、動作中に高い熱伝導率を保証する。
【００２７】
冷媒回路５２０は、スリーブ５１０の波形部と熱交換器本体３０２の外面との間に形成された複数の軸方向延在通路５２２によって形成されている。図示しないが、入口ヘッダが、熱交換器本体３０２の底面に接続されており、出口ヘッダが、頂面に接続されている。各軸方向延在通路５２２の一端は、入口ヘッダに流体結合されており、各軸方向延在通路５２２の他端は、出口ヘッダに流体結合されている。
【００２８】
熱交換器５００の動作は、全体として熱交換器３００の動作と同様であり、それ自体の細部は説明しない。
【００２９】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、製氷ユニット１００で使用するための熱交換器の別の実施形態が示され、この実施形態は、全体として参照符号６００によって識別されている。熱交換器６００は、全体として熱交換器５００のものと同様であり、それ自体同等の参照符号は、同等の構成要素を示すために使用される。この実施形態では、アルミニウムから作られた外側スリーブ６１０が、波形アルミニウムからなるスリーブ５１０を囲むように位置決めされている。外側スリーブ６１０は、外側スリーブ６１０の内面６１２がスリーブ５１０の山５１２と接触するように寸法を定められている。内面６１２は、ろう付けを介してスリーブ５１０の山５１２に接続されている。結果として、複数の軸方向延在通路６１４が、スリーブ５１０の波形部と外側スリーブ６１０の内面６１２との間に形成されている。複数の軸方向延在通路６１４は、断熱材料、例えば発泡ポリウレタンフォームで充填されている。
【００３０】
図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、製氷ユニット１００で使用するための熱交換器の別の実施形態が示され、この実施形態は、全体として参照符号７００によって識別されている。熱交換器７００は、全体として熱交換器３００のものと同様であり、それ自体同等の参照符号は、同等の構成要素を示すために使用される。この実施形態では、アルミニウムから作られたスリーブ７１０が、熱交換器本体３０２の周囲を囲むように位置決めされている。スリーブ７１０は、全体として熱交換器本体３０２に向かって延在している複数の円形凹部７１２を備えている。スリーブ７１０及び凹部７１２は、凹部７１２が熱交換器本体３０２の外面と接触するように寸法を定められている。凹部７１２は、ろう付けを介して熱交換器本体３０２の外面に接続されている。
【００３１】
冷媒回路７２０が、スリーブ７１０と熱交換器本体３０２の外面との間に形成された冷媒通路７２２によって形成されている。このように、冷媒通路７２２を通る冷媒の流れは、凹部７１２によって方向づけられている。図示しないが、入口ヘッダが、熱交換器本体３０２の底面に接続されており、出口ヘッダが、頂面に接続されている。冷媒通路７２２の一端は、入口ヘッダに流体結合されており、冷媒通路７２２の他端は、出口ヘッダに流体結合されている。
【００３２】
熱交換器７００の動作は、全体として、熱交換器３００の動作と同様であり、それ自体の細部は説明しない。
【００３３】
図８を参照すると、製氷ユニット１００で使用するための熱交換器の別の実施形態が示され、この実施形態は、全体として参照符号８００によって識別されている。熱交換器８００は、以下を除いて、熱交換器７００と同様である。熱交換器８００は、円形凹部を有するのではなく、複数のジグザグ状の凹部８１２を備えるスリーブ８１０を備えている。
【００３４】
図９を参照すると、製氷ユニットで使用するための熱交換器の別の実施形態が示され、この実施形態は、全体として参照符号９００によって識別されている。熱交換器９００は、以下を除いて、熱交換器７００と同様である。熱交換器９００は、円形凹部を有するのではなく、複数の矩形凹部９１２を備えるスリーブ９１０を備えている。
【００３５】
上記の実施形態では、凹部が円形、ジグザグ状又は矩形状として説明したが、当業者は、凹部のそれぞれがいなかる形状であってもよいことを理解するであろう。
【００３６】
上記の実施形態では、スリーブ及び外側スリーブがアルミニウムから作られるとして説明したが、当業者は、スリーブ及び外側スリーブが他の材料、例えばステンレス鋼から作られてもよいことを理解するであろう。
【００３７】
添付の図面を参照して実施形態が説明されたが、当業者は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく変更及び修正がなされてもよいことを理解するであろう。
【符号の説明】
【００３８】
２００  製氷機、２０２  入口、２０４  出口、３００，５００，６００，７００，８００，９００  熱交換器、３０２  管状体、３０４  熱交換面、３１０，５２０，７２０  冷媒回路、３１２  軸方向延在部材、３１４，７２２  冷媒通路、５１０，７１０，８１０，９１０  スリーブ、５１２  山、５１４  谷、６１０  外側スリーブ、６１２  内面、６１４  断熱通路、７１２，８１２，９１２  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2017533405.tif 000009
【図５Ｂ】
2017533405.tif 000010
【図６Ａ】
2017533405.tif 000011
【図６Ｂ】
2017533405.tif 000012
【図７Ａ】
2017533405.tif 000013
【図７Ｂ】
2017533405.tif 000014
【図８】
2017533405.tif 000015
【図９】
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【国際調査報告】
2017533405.tif 000017
2017533405.tif 000018
2017533405.tif 000019