JPS5820294B2 - 気液混合装置 - Google Patents

気液混合装置

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JPS5820294B2
JPS5820294B2 JP54048092A JP4809279A JPS5820294B2 JP S5820294 B2 JPS5820294 B2 JP S5820294B2 JP 54048092 A JP54048092 A JP 54048092A JP 4809279 A JP4809279 A JP 4809279A JP S5820294 B2 JPS5820294 B2 JP S5820294B2
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propeller
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体と気体とを混合する装置に関し、更に詳し
くは、例えば水処理工程に於ける水に対して気体に合滲
させるための装置に関する。
曝気装置は水に対する溶存酸素量Ｄｏを増やす目的を持
って水を処理する時に使用される。
成る量の溶存酸素は魚や又は他の水中生物が生きるため
に必要である。
溶存酸素は又不快な臭気の発生を防止し、水中の有機物
を分解するために必要である。
生化学的酸素要求量ＢＯＤは水中で有機物を分解する生
物学的過程において、消費された酸素量が目安となる。
高いＢＯＤとは大量の有機廃物が存在し、そのために大
量の溶存酸素が必要であることを示す。
曝気装置は溶存酸素量を増す上；で特に有効であり、従
って高ＢＯＤ状態を形成するために有効である。
廃水処理に使用される曝気装置には大まかに２つの型式
がある。
即ち拡散空気型と機械式とである。
拡散空気型の曝気装置では水に沈めた多孔性拡散器或は
ノズル装置を介して水中に空気又は純粋の酸素を導入す
る。
機械的曝気装置では、大気から導入した空気の溶存率を
増進するために水を撹拌するものである。
機械的曝気装置は更に表面曝気装置とタービン・式曝気
装置とに分けられる。
表面曝気装置は水中にその全部を沈めているか又はその
１部だけを沈めたインペラーが使用されていて、そのイ
ンペラーは水中に空気を、含有させるために活発に水を
撹拌して、空気と水との界面相互間に急速な変化を起さ
せる。
タービン式曝気装置には一般に回転式インペラーが使わ
れていて、そのインペラーは処理されるべき水面よりあ
る距離だけ水中に配置される。
ドラレト管がインペラーの回転軸と同軸に取付けられて
いて、インペラー近傍の液体に空気を供給するようにし
ている。
本発明は水のような液体と気体を混合する装置である。
この装置は中空の外部チューブ部材と、その外部チュー
ブ部材内に同軸的に収容されている中空の内部チューブ
部材とよりなる。
その内部チューブ部材は外部チューブ部材の中空内部内
で回転するように取り付けられている。
外部チューブ部材の、第１の端部付近即ち後端近くにモ
ータ設備が取り付けられ、内部チューブ部材の第１の端
部即ち後端とが回転的に継手により連結されている。
内部チューブ部材には外部チューブ部材の第２の端即ち
前端から前方外方に突出する突出し管部分が形成されて
いる。
プロペラが内部チューブ部材と一体的に回転するように
、内部チューブの前端部分に取り付けられている。
該プロペラは液体中に沈めて取り付けられ、プロペラが
回転すれば、液体を前方に押し出すように推進する。
また内部チューブに気体流入口が設けられ気体が内部チ
ューブ部材の中空内部に流入されるようになっている。
拡散チューブが内部チューブ部材の一部分として構成さ
れ、そしてプロペラの前方外方に向って延びている。
拡散チューブには中空内部があって、その内部は内部チ
ューブ部材の中空内部の一部を構成している。
拡散中部には又外方に向った開く開口部があり、これは
内部チューブ部材の中空内部を介して、プロペラが沈没
する区域の液体中へ気体を噴射するためのものである。
拡散チューブの長さは少くともプロペラ外径寸法の５０
％の長さである。
好ましい実施態様として、ハウジングがモータを取り囲
んで形成されモータの囲りに環状空間から成る導入気体
室が形成されている。
この導入気体室内に気体即ち空気を導入するためにハウ
ジングの後側端面に孔が設けられている。
導入気体室内に引き込まれた空気はその後に内部チュー
ブ部材の中空内部へ流入し、その後にプロペラの回転す
る液中へと噴射される。
液体中に噴射された空気は、従ってモータを通過する時
に予熱される。
外部チューブ部材の外周表面の一部を蔽う渦流防止シー
ルドがプロペラに隣接する外部チューブ部材の外表面に
取り付けられている。
プロペラの回転中前記シールドは液体中に渦流の発生を
防止するように設けられている。
もしもプロペラが回転中に渦流が生ずると、気体或は空
気が液体中に混合されてプロペラ効率は低下する。
内部チューブ部材の内面は円筒状壁面に形成され、その
円筒壁面の全長に沿って０．３８１ｍｍ（０，０１５イ
ンチ）より可成り小さい許容誤差寸法で、その中心軸線
に芯合せされて形成されている。
内部チューブ部材の後端は可撓的な自在運動が可能なよ
うに自在継手を介してモータの回転駆動軸に連結されて
いる。
上記円筒壁の精密な芯合せ許容誤差と共に、自在継手を
使用したことにより振動作用や内部チューブ部材の剪断
破損の発生が少なくなる。
以下本発明を図面に従って詳述する。
第１図に示した気体と液体とを混合する気液混合装置１
０の前端部分が液体１２中に沈められている。
液体１２は一般に廃液又は下水であり、その中へ酸素が
噴射される。
気体としては一般に周囲の大気が利用されるが、この空
気は多数の気泡１４のような状態で液体１２中に溶存さ
れてゆく。
この装置は可搬可能な装置として設計される。
該装置１０は可搬取付台１５から延びる腕部材１８に対
し適宜の締付は固定具１６を使って取付台１５上に支持
され、そして水平に対して傾斜角度２０°をなして液体
１２中に一部を沈めた状態で支えられる。
その傾斜角度２０°は水平方向と垂直方向との間におけ
る適宜の傾斜角度として選定されたものであり、浅い沼
を処理する時には水平から大体２２°の傾斜角度とすれ
ばこの装置を使用する際に特に充分であった。
本発明装置１０には第２図に示すように外部チューブ部
材２２と内部チューブ部材２４とを具備する。
外部チューブ部材２２は中間チューブ２６と、その中間
チューブ２６の第１端即ち後端に取り付けられたモータ
アダプタ２８、及び中間チューブ２６の第２端即ち前端
に取り付けた内部チューブの管軸受ハウジング３０とか
ら成る。
内部チューブ部材２４は長手軸線方向に延びる長尺のチ
ューブ３２とプロペラチューブ３４と拡散チューブ３６
とから構成される。
プロペラチューブ３４には第３図に示すように長尺チュ
ーブ３２の前端４０の内径よりは小さい外径の前端部分
３８がある。
従ってこの前端部分３８はチューブ３２内に嵌合され溶
接のような適当な方法でそれに固定される。
第３図に示したように、そのプロペラチューブ３４の前
端部４２の外径はプロペラチューブ３４の中間部分４４
の外径よりは小さい。
従って、前端部４２と中間部分４４との継ぎ目に肩部４
６が形成されている。
従ってプロペラ４８は前端部分４２の処にあって、かつ
肩部４６に向かって当接している。
拡散チューブ３６の後端内部には内ねじが施こされ、プ
ロペラチューブ３４の外ねじ部に嵌合固定される。
従って拡散チューブ３６の内ねじによって、プロペラ４
８はプロペラチューブ３４の上に保持され、プロペラ４
８は肩部４６と拡散チューブ３６の間１にあって摩擦的
締付は力によって固定化されている。
モータアダプタ２８には第６図及び７図に示すように円
筒部分５０と截頭円錐部分５２とが形成されており、該
截頭円錐部分５２は第１の円錐部分５４と第２の円錐部
分５６とから形成される。
複数個のリブ５８は第２の円錐部分５６上に設けられて
いる。
複数個の支持腕６０がリブ５８から外方へと半径方向に
延びている。
バンドル６２も又モータアダプタ２８から外方に延びて
いる。
バンドル６２は装置１０の位置を調節したり又は運搬時
に装置の掴み部材として使用される。
第６図に示す支持腕６０の中にある最も内側の内側孔６
４を使ってモータ６１が取り付けられる。
又支持腕６０の中にある外側孔６８を使ってハウジング
６６が取り付けられる。
第２図に示すようにハウジング６６はモータ６１を完全
に取り囲んでいる円筒状の外周壁７０と後端壁７２とか
ら形成される。
後端壁γ２には複数個の孔又は長溝７４がある。
その長溝又は孔７４はハウジング６６の内部に引き込ま
れる空気の取入口である。
ハウジング６６とモータ６１との間にはモータ６１を取
り囲む環状の導入気体室７８が形成されている。
モータ６１にはモータ６１が冷却するためのファンユニ
ット８０があり、該ユニットはモータ６１の外周表面を
横切って空気を導入するためのファンである。
その導入気体室７８を通って流れる気体或は空気の動き
を矢印７６で示す。
その導入気体室７８を通過する空気はモータ６１で加熱
される。
空気は導入気体室７Ｂからモータアダプタ２８の中空内
部へと流下する。
モータアダプタ２８は又閉鎖状空間を形成し、空気が外
部チューブ部材２２中空内部を前方に向って流れるよう
に強制される。
長溝状をなす空気流入口８２のような取り入れ装置がチ
ューブ３２の後端側にて成されている。
第４図で矢印８４で示したように、外部チューブ部材２
２の中空内部を流下する加熱された空気は長溝形状の空
気流入口８２を通って内部チューブ部材２４の中空内部
へ流入する。
唯だ１つの空気流入口８２が第２図及び第４図に示され
ているが、しかし少くとも２個の空気取入口８２を内部
チューブ３２の周りに設けるのが好ましい。
従って、後述するように、加熱された空気は内部チュー
ブ部材３２を下流に向って通過し、そして拡散チューブ
３６の開口端部から外方に噴射される。
内部チューブ部材２４は、例えば自在継手８６のような
可撓性継手によってその後端位置において連結され、そ
して外部チューブ部材２２の内部で支持されている。
内部チューブ部材２４の前端は第３図に示すように管軸
受ハウジング３０内に固定された給水軸受８８で支えら
れている。
自在継手８６はモータ６１の回転駆動される回転駆動軸
９０と内部チューブ部材３２の後端とが連結されるが、
給水軸受８８は全体の内部チューブ部材２４が回転して
潤滑されるように設けられるものである。
自在継手８６には第４図に示すようにクロスヘッド９８
によって前方側ヨーク９６に連結された後方側ヨーク９
４がある。
後方側ヨーク９４には中に中心孔１０２を有する頭部分
１００がある。
モータ６１の回転駆動軸９０は孔１０２の内部に嵌合固
定され、回転駆動軸９０の回転を自在継手８６に伝動可
能にされている。
後方側ヨーク９４には一対の対向アーム１０４と１０６
がある。
第１１図に示すようにアウム１０４にはそれを貫通して
いる孔１０９があり、アウム１０６にはそれを貫通して
いる孔１１１がある。
クロスヘッド９８には両端部分１１３と１１５を有する
第１のピンがある。
その端１１３は孔１０９にピボット式に支えられ、端１
１５は孔１１１にピボット式に支えられている。
前方側ヨーク９６には貫通した孔１１２を有する頭部分
１１０がある。
チューブ３２の後端は孔１１２の中に固定され、前方側
ヨーク９６の回転をチューブ３２に伝達する。
前方側ヨーク９６には又一対の対向アーム１１４と１１
６がある。
アーム１１４には貫通した孔１１８があり、アーム１１
６には貫通した孔１２０がある。
クロスヘッド９８には両端部分１２２，１２４がある第
２のピンがある。
端部分１２２は孔１１８の中でピボット式に支えられ、
端部分１２４は孔１２０の中でピボット式に支えられて
いる。
クリップ１２８が端部分１１３，１１５，１２２゜１２
４をそれぞれの孔１０９，１１１，１１８゜１２０の中
に支える役目をしている。
前方側ヨーク９６とそれに取り付いた内部チューブ部材
３２の後端とは従って前述した各ピンの横軸１３０゜１
３２の囲りをピボット式に動くことができる。
ン自在継手８６は内部チューブ部材３２の後端が可撓的
な自在回転作用を許容し、且つ回転駆動軸９０から内部
チューブ部材３２に回転を伝達する。
第１２図に示したように、給水軸受８８にはその長さに
沿って延びている複数の軸受棒部材１３４がある。
軸受棒部材１３４は隣り同志の棒部材１３４の間に隙間
１３６があるような王台に配置されている。
給水軸受８８が水のような液体の中に置かれると、水は
隙間１３６の中へ、そして又プロペラチューブ３４の外
周と軸受棒部材１３４との間を流れることができる。
従って水はプロペラチューブ３４と給水軸受８８との間
の潤滑材となる。
内部チューブ部材３２は正確な許容寸法誤差を以って機
械的に直線的に成形化される。
内部チューブ部材３２はそのチューブ３２が０．３８１
ｉｍ（０，０１５インチ）より少ない許容誤差寸法で第
１０図に示すように軸芯１９２に対して半径１４０の関
係であるように直線化される。
即ち、半径１４０は内部チューブ部材３２の全長に亘っ
て、０．３８１ｍｍ（０，０１５インチ）以下の許容寸
法誤差内にある。
内部チューブ３２が丁度０．３８１ｍ７ｎ（０，０１５
インチ）許容誤差寸法で直線化された時に内部チューブ
部材３２に振動や唸り振動が発生して該チューブが早期
に破損することが解かった。
又０．２５ｍｍ（０，０１インチ）の許容誤差に内部チ
ューブ部材３２を直線化して３４５０回転毎回転時に不
釣合量が７０９ ｇｒ−ｍｍ１オンス−インチの値に管
軸系を動的に釣合わせれば、内部チューブ部材３２の振
動の問題は本質的に解消できることが解った。
０．３８１關（０，０１５インチ）よりかなり小さい許
容誤差寸法で該チューブを直線化すれば、振動の問題は
なくなり、又は緩和することが出来ることを確信した。
自在継手８６のような可撓継手を使用し、更に上述の臨
界的許容誤差寸法とすれば振動をなくする上に役立つ。
ここで述べた型の曝気装置に見られる振動の問題は短時
間の運転の後において内部チューブ部材が剪断されたり
破損する結果となるという問題である。
複数個のフィン（ひれ）１４２が第１２図のように管軸
受ハウジング３０から半径方向外方へ延びている。
各フィン１４２には先端部１４４を有し、渦流防止シー
ルド１４６はフィン１４４の複数個の先端部１１４に取
り付いている。
渦流防止シールド１４６には軸線１９２に対し平行に延
びる一定寸法の長さが定められ、そして円周方法の円弧
状寸法は３６０°より小さく円弧となって延びる一定の
弧状部がある。
第２図、第３図に示したように、渦流防止シールド１４
６にはほぼ一般に截頭７字形をした前端縁１４８がある
。
前端縁１４８の部分はプロペラ４８の上方に延在してい
る。
該シールド１４６はプロペラの回転時にプロペラ近傍の
液体中に起る渦流の発生を防止するものである。
シールド１４６がない場合には液体の渦流がプロペラの
隣接近傍に発生してプロペラによ、って液体を押し出す
推進効率を低下させることになる。
以下本発明の装置の作動を説明する。
本装置１０は水平に対して２０度の傾斜角度を以って液
体１２の中に配置される。
液体１２は一般に有機物質を含み、多量の溶存酸素を必
要とする下水汚物又は廃水である。
モータ６１は図示しない電源により回転駆動される。
モータ６１の回転駆動軸９０は回転し、そしてその回転
は内部チューブ部材２４に伝達される。
プロペラ４８は液体１２中で回転しそして又拡散チュー
ブ３６の開口端によって液体１２を推進し、ベンチュリ
ー効果又は吸引効果によって、内部チューブ部材２４の
中空内部を通って空気を流下させる。
内部チューブ部材２４の中空内部を通って引き込まれた
空気はモータ周囲の導入空気室７８を通過する間に予熱
される。
空気が予熱されることは水が冬期には凍結してしまうよ
うな北国地方では、水中におけるエアレータとして本装
置を使用する際に好ましい。
予熱空気を使えば少くとも水の１部は凍結せず自由状態
に保つことができる。
従ってその凍結してない水の部分は外気と接触し、空気
を水中に溶存させることができる。
もしも水が完全に凍結してしまうと、そうした空気と水
との接触作用はできなくなる。
拡散チューブ３６の長さはプロペラ４８の外径寸法の少
くとも５０％の長さである。
プロペラ４８の外径寸法は線１５０で示し、その線１５
０は軸線１９２に直角でプロペラの回転する平面内にあ
る。
プロペラ４８の外径寸法１５０の少くとも５０％の長さ
だけプロペラの前方側に向って延びているような寸法長
の拡散チューブ３６を使用して、空気の気泡１４をプロ
ペラ４８から光分離れた位置で液体１２の中に放出させ
る。
従ってプロペラ４８は気泡１４が存在しない液体の中で
回転されることになる。
このことは液体１２を推進するプロペラ４８の効率を高
める。
もしも拡散チューブ３６が余り短かすぎると、気泡１４
はプロペラに近かすぎる位置に放出され、それによって
プロペラ４８によって推進される液体と混合されること
になる。
こうした条件は拡散チューブ３６の開口端によって推進
される液体量が結果的に少なくなり、曝気効率が悪くな
る。
７６ｍｍ（３インチ）のプロペラチューブで１２７ｍｍ
（５インチ）のプロペラが使用されていれば満足なこと
が解かった。
拡散チューブ３６の開口端には曲面状の内部彎曲表面３
９がある。
第３図において理由は不明だが、空気の気泡１４は拡散
チューブの開口端部の内部表面が直線状であるよりは曲
線状にいた方が広い区域に亘って空気の気泡１４が拡散
されることが解った。
上述のように、渦流防止シールド１４６によってプロペ
ラ４８の隣接領域における液体の渦流を防止し又装置の
効率を高めている。
装置１０が傾斜角度２０°を以ってプロペラ４８が回転
される液体１２中に配置されれば、大きい正域の液体１
２に亘って空気の気泡１４を分散させる上に役立つ。
図示のものは単に１例に過ぎず、その形、大きさ、部品
の配置は変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
第１図は液中に配置された本発明装置を示す側図面、第
２図は本発明装置の一部を断面で示した部分側面図、第
３図は本発明の装置の下端に当る前方端の拡大断面図、
第４図は内部チューブ部材の後端に取り付いた自在継手
の拡大図、第５図はモータアダプタの端部正面図、第６
図は第５図における６−６線上の断面図、第７図は外部
チューブ部材に連結されたモータアダプタを示す斜視図
、第８図は本発明装置の下端に当る前端部の斜視図、第
９図は本発明装置の下端に当る前端部の正面図、第１０
図は本発明の内部チューブ部材及び外部チューブ部材の
破断断面図、第１１図は第４図における１１−１１線に
沿う断面図、第１２図は第１図の１２−１２線に沿う断
面図をそれぞれ示す。 １０・・・・・・気液混合装置、１２・・・・・・液体
、２２・・・・・・外部チューブ部材、２４・・・・・
・内部チューブ部材、２８・・・・・・モータアダプタ
、３４・・・・・・プロペラチューブ、３６・・・・・
・拡散チューブ、３８・・・・・・後端、４２・・・・
・・前端、４８・・・・・・プロペラ、５２・・・・・
・截頭円錐部、６６・・・・・・ハウジング、７８・・
・・・・導入気体室、８２・・・・・・空気流入口、８
６・・・・・・自在継手、８８・・・・・・給水軸受、
９０・・・・・・回転駆動軸、１４６・・・・・・渦流
防止シールド。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 中空内部を含む外部チューブ部材の前端と後端の両
    端部間に長手方向の軸線が延在され、同じく中空内部を
    形成する内部チューブ部材の前端と後端の両端部間に長
    手方向の軸線が延在され、該内部チューブ部材は前記外
    部チューブ部材の内部において長手方向軸線の周りに回
    転しうるように設けられ、前記外部チューブ部材の後端
    に隣接してモータ設備が付設され前記内部チューブ部材
    の後端に前記モータ軸を連結して内部チューブ部材の回
    転作用を可能にし、また内部チューブ部材の前端は前方
    外方に向けて開口すると共に外部チューブ部材の前端を
    越えて前方外方に突出された管部分にプロペラが取付ら
    れて内部チューブ部材と一体に回転可能にされ、プロペ
    ラが液中に置かれるときその回転作用によって液体を推
    進するように適用され、また前記内部チューブ部材壁体
    に気体流入口が形成され、内部チューブ部材の中空内部
    に気体が外界から導入されうるようにし、更に前記外部
    チューブ部材の前端近くの外側表面にはプロペラの上方
    において外部チューブ部材の周面・を部分的に蔽う渦流
    防止シールドが設けられてプロペラ回転時にプロペラ周
    辺部に生ずる渦流の発生を防止できるようにした気液混
    合装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記外
    部チューブ部材の前端部近くの外側周面にはその半径方
    向に複数個のフィンが突き出して設けられ、該フィンは
    外部チューブ部材から所定の長さに延びる先端縁を有し
    その先端縁に前記シールド部材の内側表面が結着され、
    これによってシールド部材が所定の空間距離を保って外
    側チューブ部材の外側表面に取付けられている気液混合
    装置。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の装置において、前記渦
    流防止シールドは外部チューブ部材の長手軸線方向に一
    定寸法の長さを定めて両端縁を限定すると共に、３６σ
    より少ない角度範囲をもつ円弧状に延在する円周寸法に
    よって形成され、更にプロペラ近くに位置するシールド
    前端縁は截頭Ｖ字形状に切除されている気液混合装置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記プ
    ロペラの前方外端位置に拡散チューブが突き出され内部
    チューブ部材の一部を構成するように形成され、従って
    該拡散チューブの中空内部は中部チューブ部材の中空内
    部の一部分として構成されるものであり、その前方開口
    端はプロペラが埋没する液中に向って内部チューブ部材
    の中空内部を流下する気体を噴射する噴射口をなし、更
    に前記拡散チューブの長さ寸法はプロペラ外径の少くと
    もその５０％となるように構成されている気液混合装置
    。 ５ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記外
    部チューブ部材の後端部には、その外周面から半径方向
    に複数個の支持腕が延ばされておりかつモータと該モー
    タから突き出る駆動回転軸を含むモータ設備を具備し、
    前記支持腕にモータが取付けられ、かつモータの回転駆
    動軸は内部チューブ部材の軸線と略−線状をなして該軸
    線周りに回転可能に配置され、更に上記モータ駆動軸を
    内部チューブ部材に回転自在に結合するための継手部材
    が両者間に介在されて、内部チューブ部材の後端に可撓
    的な自在運動を許すようにモータ駆動軸の回転運動が内
    部チューブ部材に伝達されるように構成された気液混合
    装置。 、６ 特許請求の範囲第５項記載の装置において、前記
    外部チューブ部材の後端近くには、モータを包囲するハ
    ウジングが外部チューブ部材に付属して設けられ該ハウ
    ジング内部にはモータを取巻く導入気体室が形成され、
    またハウジングを取り巻く外界気体を前記導入気体室に
    取り入れるための導入開口が該ハウジングに形成され、
    更に前記導入気体室は外部チューブ部材の内部室間並び
    に内部チューブ部材の気体流入口に連通ずるように構成
    され、これによって前記導入気体室を通過する気体流は
    モータにより加熱作用をうけた後、内部チューブ部材の
    中空内部へ流出されるようにした気液混合装置。 ７ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記内
    部チューブ部材はその中心軸線に沿ってその全長に亘り
    ０．２５４ｍｍ（０，０１インチ）の許容寸法誤差を以
    って成形された内壁を有する円筒状管壁から成る管状体
    として形成され、かつ該管状体は内部チューブ部材を構
    成する大部分の長さ範囲に亘って形成されるものとし、
    更に外部チューブ部材の前端近くには該部材に付属され
    たモータと該モータから突き出る回転駆動軸を含むモー
    タ設備が設けられ、前記モータの駆動回転軸と内部チュ
    ーブ部材の後端部とを自在継手により駆動回転可能に連
    続して、該継手位置において内部チューブ部材の後端は
    可撓的な自在運動作用が可能に構成された気液混合装置
    。
JP54048092A 1978-04-21 1979-04-20 気液混合装置 Expired JPS5820294B2 (ja)

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