JP4335409B2 - ガスタービンの燃料供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼器を蒸気を用いて冷却する蒸気冷却系を有するガスタービンの燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガスタービン燃焼器として、例えば１５００℃級のガスタービンでも低ＮＯXが実現可能な、蒸気冷却式燃焼器が注目を集めている。即ち、燃焼器壁面を蒸気で冷却することにより、それまで壁面冷却に使用していた空気を燃焼用に使用することで、ガスタービンの高温下にもかかわらず予混合燃焼温度を空冷式燃焼器なみに抑えて低ＮＯX化が可能となるのである。
【０００３】
このような蒸気冷却は、例えば図３に示すように、パイロット燃料と燃焼用空気とが反応して拡散火炎を形成するコーン１の周囲に、メイン燃料と燃焼用空気との予混合気体を形成・噴出する予混合火炎形成ノズル２を複数に分割・配置してなるマルチノズル形予混合式燃焼器３の尾筒４の冷却に採用される。
【０００４】
これによれば、冷却蒸気は尾筒４の壁面に形成した冷却ジャケット（図示せず）及びマニホールド６ａ，６ｂ，６ｃにより、先ず、尾筒４の長手方向中間部（マニホールド６ｂ参照）に供給され、ここから図中矢印のようにガス流れの上流側と下流側に分流されて壁面を冷却した後、尾筒４の入口部（マニホールド６ａ参照）と出口部（マニホールド６ｃ参照）から回収されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したような蒸気冷却の燃焼器を有したガスタービンでは、起動前に燃焼器を含めた蒸気（冷却）系統の暖管を行って、起動時の熱応力の増大による配管等の損傷を未然に回避している。
【０００６】
ところが、前記暖管時においても、前記蒸気（冷却）系統のガスタービン本体内部の接続部での蒸気の漏洩は、皆無とすることができない。そのため、ガスタービン本体内部に漏洩した蒸気が、前記燃焼用空気の供給路（図３中の矢印参照）等を通ってパイロット燃料及びメイン燃料の燃料ノズルより同じくパイロット燃料及びメイン燃料の燃料マニホールドに侵入し、結露することとなる。
【０００７】
この結果、ガスタービン起動時に、燃料マニホールドから燃料ノズルに至る枝管の一部が水（結露した蒸気）により部分的に閉塞され、十分に燃料を供給することができないことから、正規の燃焼状態が得られず、ひいてはガスタービンが起動できない状態に至るという問題点があった。
【０００８】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたもので、暖管時に燃料ノズルから燃料マニホールドへ漏洩蒸気が侵入するのを確実に回避して、ガスタービンプラントの信頼性の向上が図れるガスタービンの燃料供給装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するための本発明に係るガスタービンの燃料供給装置は、燃焼器を蒸気を用いて冷却する蒸気冷却系を有するガスタービンにおいて、前記燃焼器の燃料ノズルへ燃料を供給する燃料供給系に流量調節弁を介して蒸気侵入阻止用のガス供給系を接続し、ガスタービン起動前の前記蒸気冷却系の暖管時に、前記燃料ノズルより前記蒸気侵入阻止用ガスを流出させることを特徴とする。
【００１０】
また、前記蒸気侵入阻止用ガスとして別途ノズルパージを行うために設けられた制御空気系からの制御空気を用いることを特徴とする。
【００１１】
また、前記蒸気侵入阻止用ガスとして窒素ガス供給系からの窒素ガスを用いることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスタービンの燃料供給装置を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【００１３】
［第１実施例］
図１は本発明の第１実施例を示すガスタービンの燃料供給系の系統図である。尚、燃焼器の蒸気冷却系は図３を参照して重複する説明は省略する。
【００１４】
図１に示すように、図示しない燃料供給源からの液体等の燃料は、メイン燃料通路１０を通ってメイン燃料マニホールドへ供給され、ここから各マルチノズル形予混合式燃焼器３（図３参照）の複数のメイン燃料ノズルに分配・供給されるようになっている。前記メイン燃料通路１０には、上流側から順に油圧制御弁からなる燃料遮断弁１１、メイン燃料圧力調節弁１２、メイン燃料流量調節弁１３がそれぞれ介装される。
【００１５】
また、前記燃料遮断弁１１とメイン燃料圧力調節弁１２との間のメイン燃料通路１０から分岐したパイロット燃料通路１４を通って前記燃料がパイロット燃料マニホールドへ供給され、ここから各マルチノズル形予混合式燃焼器３のパイロット燃料ノズルに分配・供給されるようになっている。前記パイロット燃料通路１４には、上流側から順に油圧制御弁からなるパイロット燃料圧力調節弁１５、パイロット燃料流量調節弁１６がそれぞれ介装される。尚、前記燃料遮断弁１１直後（下流）のメイン燃料通路１０からは燃料逃し通路１７が分岐され、該燃料逃し通路１７に介装した油圧制御弁からなる燃料逃し弁１８によりガスタービンの稼働停止時に燃料が大気に開放されるようになっている。
【００１６】
そして、本実施例では、油焚きのガスタービン燃焼器では常設のノズルパージ用の制御空気系からの制御空気が、メイン燃料流量調節弁１３下流のメイン燃料通路１０に接続された主空気通路１９を介してメイン燃料マニホールドへ供給され、ここから各マルチノズル形予混合式燃焼器３の複数のメイン燃料ノズルに分配・供給されるようになっている。前記主空気通路１９には、上流側から順に空気式制御弁からなるノズルパージ空気遮断弁２０と手動ニードル弁からなるノズルパージ空気流量調節弁２１とがそれぞれ介装される。
【００１７】
また、前記ノズルパージ空気遮断弁２０とノズルパージ空気流量調節弁２１との間の主空気通路１９から分岐して前記パイロット燃料流量調節弁１６下流のパイロット燃料通路１４に接続された副空気通路２２を通って前記制御空気がパイロット燃料マニホールドへ供給され、ここから各マルチノズル形予混合式燃焼器３のパイロット燃料ノズルに分配・供給されるようになっている。前記副空気通路２２には手動ニードル弁からなるノズルパージ空気流量調節弁２３が介装される。
【００１８】
前記ノズルパージ空気遮断弁２０は、ガスタービン起動前の前述した蒸気冷却系（図３参照）の暖管時に、図示しないコントローラからの信号で自動的に、又は手動で開かれると共に、前記ノズルパージ空気流量調節弁２１，２３は微小開度に設定される。
【００１９】
このように構成されるため、燃料遮断弁１１が閉じられて（メイン燃料圧力調節弁１２、メイン燃料流量調節弁１３、パイロット燃料圧力調節弁１５及びパイロット燃料流量調節弁１６も閉じられる）、メイン燃料ノズル及びパイロット燃料ノズルへの燃料供給が停止されているガスタービン起動前の前述した蒸気冷却系の暖管時には、ノズルパージ空気遮断弁２０が開かれると共にノズルパージ空気流量調節弁２１，２３は微小開度に設定される。
【００２０】
これにより、当該時には、ノズルパージ用の制御空気系からの制御空気が、メイン燃料通路１０を通ってメイン燃料マニホールドへ供給されると共にパイロット燃料通路１４を通ってパイロット燃料マニホールドへ供給され、メイン燃料ノズル及びパイロット燃料ノズルより制御空気が流出される。
【００２１】
この結果、蒸気冷却系から漏洩した蒸気がメイン燃料ノズル及びパイロット燃料ノズルから、メイン燃料マニホールド及びパイロット燃料マニホールド側へ侵入することが無くなり、前述したように侵入蒸気の結露によりメイン燃料ノズル及びパイロット燃料ノズルとメイン燃料マニホールド及びパイロット燃料マニホールドとを結ぶ枝管の一部を閉塞することが未然に回避される。
【００２２】
また、本実施例では、蒸気侵入阻止用のガスとして、既設のノズルパージ用の制御空気系からの制御空気を用いるので、別途専用のガス供給系を設ける場合に比べてコスト低減と省スペース化が図れる。
【００２３】
［第２実施例］
図２は本発明の第２実施例を示すガスタービンの燃料供給系の系統図である。
【００２４】
これは、第１実施例におけるノズルパージ用の制御空気系からの制御空気に代えて、ガスタービン起動前の前述した蒸気冷却系の暖管時には、ガス燃料のガスタービン燃焼器では保安上常設の窒素ガス供給系からの窒素ガスを、メイン燃料流量調節弁１３及びパイロット燃料流量調節弁１６直前（上流）のメイン燃料通路１０及びパイロット燃料通路１４にそれぞれ供給するようにしたものである。
【００２５】
これによれば、前記暖管時にメイン燃料流量調節弁１３及びパイロット燃料流量調節弁１６が微小開度に設定される以外は、第１実施例と同様の作用・効果が得られる。
【００２６】
尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、流量調節弁との兼ね合いで窒素ガス又は制御空気の供給箇所を変更することや蒸気侵入阻止用のガスとして他のガスを用いる等各種変更が可能であることはいうまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて詳細に説明したように、本発明の請求項１に係る発明は、燃焼器を蒸気を用いて冷却する蒸気冷却系を有するガスタービンにおいて、前記燃焼器の燃料ノズルへ燃料を供給する燃料供給系に流量調節弁を介して蒸気侵入阻止用のガス供給系を接続し、ガスタービン起動前の前記蒸気冷却系の暖管時に、前記燃料ノズルより前記蒸気侵入阻止用ガスを流出させることを特徴とするので、暖管時に燃料ノズルから燃料マニホールドへ漏洩蒸気が侵入するのを確実に回避して、ガスタービンプラントの信頼性の向上が図れる。
【００２８】
本発明の請求項２に係る発明は、前記蒸気侵入阻止用ガスとして別途ノズルパージを行うために設けられた制御空気系からの制御空気を用いることを特徴とするので、請求項１に係る発明と同様の効果に加えて、油焚きのガスタービン燃焼器では常設のノズルパージ用の制御空気系からの制御空気を用いるので、別途専用のガス供給系を設ける場合に比べてコスト低減と省スペース化が図れる。
【００２９】
本発明の請求項３に係る発明は、前記蒸気侵入阻止用ガスとして窒素ガス供給系からの窒素ガスを用いることを特徴とするので、請求項１に係る発明と同様の効果に加えて、ガス燃料のガスタービン燃焼器では常設の窒素ガス供給系からの窒素ガスを用いるので、別途専用のガス供給系を設ける場合に比べてコスト低減と省スペース化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すガスタービンの燃料供給系の系統図である。
【図２】本発明の第２実施例を示すガスタービンの燃料供給系の系統図である。
【図３】ガスタービン燃焼器周りの側断面図である。
【符号の説明】
１ コーン
２ 予混合火炎形成ノズル
３ マルチノズル形予混合式燃焼器
４ 尾筒
６ａ，６ｂ，６ｃ マニホールド
１０ メイン燃料通路
１１ 燃料遮断弁
１２ メイン燃料圧力調節弁
１３ メイン燃料流量調節弁
１４ パイロット燃料通路
１５ パイロット燃料圧力調節弁
１６ パイロット燃料流量調節弁
１７ 燃料逃し通路
１８ 燃料逃し弁
１９ 主空気通路
２０ ノズルパージ空気遮断弁
２１ ノズルパージ空気流量調節弁
２２ 副空気通路
２３ ノズルパージ空気流量調節弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼器を蒸気を用いて冷却する蒸気冷却系を有するガスタービンの燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガスタービン燃焼器として、例えば１５００℃級のガスタービンでも低ＮＯXが実現可能な、蒸気冷却式燃焼器が注目を集めている。即ち、燃焼器壁面を蒸気で冷却することにより、それまで壁面冷却に使用していた空気を燃焼用に使用することで、ガスタービンの高温下にもかかわらず予混合燃焼温度を空冷式燃焼器なみに抑えて低ＮＯX化が可能となるのである。
【０００３】
このような蒸気冷却は、例えば図３に示すように、パイロット燃料と燃焼用空気とが反応して拡散火炎を形成するコーン１の周囲に、メイン燃料と燃焼用空気との予混合気体を形成・噴出する予混合火炎形成ノズル２を複数に分割・配置してなるマルチノズル形予混合式燃焼器３の尾筒４の冷却に採用される。
【０００４】
これによれば、冷却蒸気は尾筒４の壁面に形成した冷却ジャケット（図示せず）及びマニホールド６ａ，６ｂ，６ｃにより、先ず、尾筒４の長手方向中間部（マニホールド６ｂ参照）に供給され、ここから図中矢印のようにガス流れの上流側と下流側に分流されて壁面を冷却した後、尾筒４の入口部（マニホールド６ａ参照）と出口部（マニホールド６ｃ参照）から回収されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したような蒸気冷却の燃焼器を有したガスタービンでは、起動前に燃焼器を含めた蒸気（冷却）系統の暖管を行って、起動時の熱応力の増大による配管等の損傷を未然に回避している。
【０００６】
ところが、前記暖管時においても、前記蒸気（冷却）系統のガスタービン本体内部の接続部での蒸気の漏洩は、皆無とすることができない。そのため、ガスタービン本体内部に漏洩した蒸気が、前記燃焼用空気の供給路（図３中の矢印参照）等を通ってパイロット燃料及びメイン燃料の燃料ノズルより同じくパイロット燃料及びメイン燃料の燃料マニホールドに侵入し、結露することとなる。
【０００７】
この結果、ガスタービン起動時に、燃料マニホールドから燃料ノズルに至る枝管の一部が水（結露した蒸気）により部分的に閉塞され、十分に燃料を供給することができないことから、正規の燃焼状態が得られず、ひいてはガスタービンが起動できない状態に至るという問題点があった。
【０００８】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたもので、暖管時に燃料ノズルから燃料マニホールドへ漏洩蒸気が侵入するのを確実に回避して、ガスタービンプラントの信頼性の向上が図れるガスタービンの燃料供給装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するための本発明に係るガスタービンの燃料供給装置は、燃焼器を蒸気を用いて冷却する蒸気冷却系を有するガスタービンにおいて、前記燃焼器の燃料ノズルへ燃料を供給する燃料供給系に流量調節弁を介して蒸気侵入阻止用のガス供給系を接続し、ガスタービン起動前の前記蒸気冷却系の暖管時に、前記燃料ノズルより前記蒸気侵入阻止用ガスを流出させることを特徴とする。
【００１０】
また、前記蒸気侵入阻止用ガスとして別途ノズルパージを行うために設けられた制御空気系からの制御空気を用いることを特徴とする。
【００１１】
また、前記蒸気侵入阻止用ガスとして窒素ガス供給系からの窒素ガスを用いることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスタービンの燃料供給装置を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【００１３】
［第１実施例］
図１は本発明の第１実施例を示すガスタービンの燃料供給系の系統図である。尚、燃焼器の蒸気冷却系は図３を参照して重複する説明は省略する。
【００１４】
図１に示すように、図示しない燃料供給源からの液体等の燃料は、メイン燃料通路１０を通ってメイン燃料マニホールドへ供給され、ここから各マルチノズル形予混合式燃焼器３（図３参照）の複数のメイン燃料ノズルに分配・供給されるようになっている。前記メイン燃料通路１０には、上流側から順に油圧制御弁からなる燃料遮断弁１１、メイン燃料圧力調節弁１２、メイン燃料流量調節弁１３がそれぞれ介装される。
【００１５】
また、前記燃料遮断弁１１とメイン燃料圧力調節弁１２との間のメイン燃料通路１０から分岐したパイロット燃料通路１４を通って前記燃料がパイロット燃料マニホールドへ供給され、ここから各マルチノズル形予混合式燃焼器３のパイロット燃料ノズルに分配・供給されるようになっている。前記パイロット燃料通路１４には、上流側から順に油圧制御弁からなるパイロット燃料圧力調節弁１５、パイロット燃料流量調節弁１６がそれぞれ介装される。尚、前記燃料遮断弁１１直後（下流）のメイン燃料通路１０からは燃料逃し通路１７が分岐され、該燃料逃し通路１７に介装した油圧制御弁からなる燃料逃し弁１８によりガスタービンの稼働停止時に燃料が大気に開放されるようになっている。
【００１６】
そして、本実施例では、油焚きのガスタービン燃焼器では常設のノズルパージ用の制御空気系からの制御空気が、メイン燃料流量調節弁１３下流のメイン燃料通路１０に接続された主空気通路１９を介してメイン燃料マニホールドへ供給され、ここから各マルチノズル形予混合式燃焼器３の複数のメイン燃料ノズルに分配・供給されるようになっている。前記主空気通路１９には、上流側から順に空気式制御弁からなるノズルパージ空気遮断弁２０と手動ニードル弁からなるノズルパージ空気流量調節弁２１とがそれぞれ介装される。
【００１７】
また、前記ノズルパージ空気遮断弁２０とノズルパージ空気流量調節弁２１との間の主空気通路１９から分岐して前記パイロット燃料流量調節弁１６下流のパイロット燃料通路１４に接続された副空気通路２２を通って前記制御空気がパイロット燃料マニホールドへ供給され、ここから各マルチノズル形予混合式燃焼器３のパイロット燃料ノズルに分配・供給されるようになっている。前記副空気通路２２には手動ニードル弁からなるノズルパージ空気流量調節弁２３が介装される。
【００１８】
前記ノズルパージ空気遮断弁２０は、ガスタービン起動前の前述した蒸気冷却系（図３参照）の暖管時に、図示しないコントローラからの信号で自動的に、又は手動で開かれると共に、前記ノズルパージ空気流量調節弁２１，２３は微小開度に設定される。
【００１９】
このように構成されるため、燃料遮断弁１１が閉じられて（メイン燃料圧力調節弁１２、メイン燃料流量調節弁１３、パイロット燃料圧力調節弁１５及びパイロット燃料流量調節弁１６も閉じられる）、メイン燃料ノズル及びパイロット燃料ノズルへの燃料供給が停止されているガスタービン起動前の前述した蒸気冷却系の暖管時には、ノズルパージ空気遮断弁２０が開かれると共にノズルパージ空気流量調節弁２１，２３は微小開度に設定される。
【００２０】
これにより、当該時には、ノズルパージ用の制御空気系からの制御空気が、メイン燃料通路１０を通ってメイン燃料マニホールドへ供給されると共にパイロット燃料通路１４を通ってパイロット燃料マニホールドへ供給され、メイン燃料ノズル及びパイロット燃料ノズルより制御空気が流出される。
【００２１】
この結果、蒸気冷却系から漏洩した蒸気がメイン燃料ノズル及びパイロット燃料ノズルから、メイン燃料マニホールド及びパイロット燃料マニホールド側へ侵入することが無くなり、前述したように侵入蒸気の結露によりメイン燃料ノズル及びパイロット燃料ノズルとメイン燃料マニホールド及びパイロット燃料マニホールドとを結ぶ枝管の一部を閉塞することが未然に回避される。
【００２２】
また、本実施例では、蒸気侵入阻止用のガスとして、既設のノズルパージ用の制御空気系からの制御空気を用いるので、別途専用のガス供給系を設ける場合に比べてコスト低減と省スペース化が図れる。
【００２３】
［第２実施例］
図２は本発明の第２実施例を示すガスタービンの燃料供給系の系統図である。
【００２４】
これは、第１実施例におけるノズルパージ用の制御空気系からの制御空気に代えて、ガスタービン起動前の前述した蒸気冷却系の暖管時には、ガス燃料のガスタービン燃焼器では保安上常設の窒素ガス供給系からの窒素ガスを、メイン燃料流量調節弁１３及びパイロット燃料流量調節弁１６直前（上流）のメイン燃料通路１０及びパイロット燃料通路１４にそれぞれ供給するようにしたものである。
【００２５】
これによれば、前記暖管時にメイン燃料流量調節弁１３及びパイロット燃料流量調節弁１６が微小開度に設定される以外は、第１実施例と同様の作用・効果が得られる。
【００２６】
尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、流量調節弁との兼ね合いで窒素ガス又は制御空気の供給箇所を変更することや蒸気侵入阻止用のガスとして他のガスを用いる等各種変更が可能であることはいうまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて詳細に説明したように、本発明の請求項１に係る発明は、燃焼器を蒸気を用いて冷却する蒸気冷却系を有するガスタービンにおいて、前記燃焼器の燃料ノズルへ燃料を供給する燃料供給系に流量調節弁を介して蒸気侵入阻止用のガス供給系を接続し、ガスタービン起動前の前記蒸気冷却系の暖管時に、前記燃料ノズルより前記蒸気侵入阻止用ガスを流出させることを特徴とするので、暖管時に燃料ノズルから燃料マニホールドへ漏洩蒸気が侵入するのを確実に回避して、ガスタービンプラントの信頼性の向上が図れる。
【００２８】
本発明の請求項２に係る発明は、前記蒸気侵入阻止用ガスとして別途ノズルパージを行うために設けられた制御空気系からの制御空気を用いることを特徴とするので、請求項１に係る発明と同様の効果に加えて、油焚きのガスタービン燃焼器では常設のノズルパージ用の制御空気系からの制御空気を用いるので、別途専用のガス供給系を設ける場合に比べてコスト低減と省スペース化が図れる。
【００２９】
本発明の請求項３に係る発明は、前記蒸気侵入阻止用ガスとして窒素ガス供給系からの窒素ガスを用いることを特徴とするので、請求項１に係る発明と同様の効果に加えて、ガス燃料のガスタービン燃焼器では常設の窒素ガス供給系からの窒素ガスを用いるので、別途専用のガス供給系を設ける場合に比べてコスト低減と省スペース化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すガスタービンの燃料供給系の系統図である。
【図２】本発明の第２実施例を示すガスタービンの燃料供給系の系統図である。
【図３】ガスタービン燃焼器周りの側断面図である。
【符号の説明】
１ コーン
２ 予混合火炎形成ノズル
３ マルチノズル形予混合式燃焼器
４ 尾筒
６ａ，６ｂ，６ｃ マニホールド
１０ メイン燃料通路
１１ 燃料遮断弁
１２ メイン燃料圧力調節弁
１３ メイン燃料流量調節弁
１４ パイロット燃料通路
１５ パイロット燃料圧力調節弁
１６ パイロット燃料流量調節弁
１７ 燃料逃し通路
１８ 燃料逃し弁
１９ 主空気通路
２０ ノズルパージ空気遮断弁
２１ ノズルパージ空気流量調節弁
２２ 副空気通路
２３ ノズルパージ空気流量調節弁
Claims (3)
- 燃焼器を蒸気を用いて冷却する蒸気冷却系を有するガスタービンにおいて、前記燃焼器の燃料ノズルへ燃料を供給する燃料供給系に流量調節弁を介して蒸気侵入阻止用のガス供給系を接続し、ガスタービン起動前の前記蒸気冷却系の暖管時に、前記燃料ノズルより前記蒸気侵入阻止用ガスを流出させることを特徴とするガスタービンの燃料供給装置。
- 前記蒸気侵入阻止用ガスとして別途ノズルパージを行うために設けられた制御空気系からの制御空気を用いることを特徴とする請求項１記載のガスタービンの燃料供給装置。
- 前記蒸気侵入阻止用ガスとして窒素ガス供給系からの窒素ガスを用いることを特徴とする請求項１記載のガスタービンの燃料供給装置。
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| JP2000125496A JP4335409B2 (ja) | 2000-04-26 | 2000-04-26 | ガスタービンの燃料供給装置 |
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2000
- 2000-04-26 JP JP2000125496A patent/JP4335409B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JP2001303973A (ja) | 2001-10-31 |
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