JP2000173637A - 燃料電池発電プラントの起動昇温方法 - Google Patents
燃料電池発電プラントの起動昇温方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 起動時のみに不可欠となる機器を低減して、
プラント建設コストを低減することができる燃料電池発
電プラントの起動昇温方法を提供する。 【解決手段】 タービンで圧縮器を駆動して空気を圧縮
するターボチャージャ１２と、圧縮した空気で燃料を燃
焼させ高温排ガスを発生させる燃焼器２２とを備え、タ
ーボチャージャを自立運転させ、発生した燃焼排ガスの
一部を改質器用の触媒燃焼器２０に供給して触媒燃焼可
能な温度まで昇温し、触媒燃焼器にターボチャージャか
らの空気と別系統からの燃料を供給して触媒燃焼器の燃
焼排ガスで改質器１０と燃料電池１１を昇温する。ま
た、ターボチャージャのタービンを出た排ガスを排熱回
収蒸気発生装置１９に供給して改質用の水蒸気を発生さ
せる。
プラント建設コストを低減することができる燃料電池発
電プラントの起動昇温方法を提供する。 【解決手段】 タービンで圧縮器を駆動して空気を圧縮
するターボチャージャ１２と、圧縮した空気で燃料を燃
焼させ高温排ガスを発生させる燃焼器２２とを備え、タ
ーボチャージャを自立運転させ、発生した燃焼排ガスの
一部を改質器用の触媒燃焼器２０に供給して触媒燃焼可
能な温度まで昇温し、触媒燃焼器にターボチャージャか
らの空気と別系統からの燃料を供給して触媒燃焼器の燃
焼排ガスで改質器１０と燃料電池１１を昇温する。ま
た、ターボチャージャのタービンを出た排ガスを排熱回
収蒸気発生装置１９に供給して改質用の水蒸気を発生さ
せる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電プラ
ントの起動昇温方法に関する。
ントの起動昇温方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率かつ環
境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特徴
を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システム
として注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行わ
れている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃料
電池を用いた発電設備（燃料電池発電プラント）では、
図２に示すように天然ガス等の燃料ガス１を水素を含む
アノードガス２に改質する改質器１０と、アノードガス
２と酸素を含むカソードガス３とから発電する燃料電池
１１とを備えており、改質器１０で作られたアノードガ
ス２は燃料電池１１に供給され、燃料電池内でその大部
分（例えば８０％）を消費した後、アノード排ガス４と
して触媒燃焼器２０に供給される。触媒燃焼器２０では
アノード排ガス中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタ
ン等）がカソード排ガス７の一部７ａにより燃焼し、高
温の燃焼ガスとなって改質器１０の加熱室Ｈに入り、改
質室Ｒｅを加熱し改質室の燃料を改質する。加熱室Ｈを
出た燃焼排ガス５はＣＯ2 リサイクルブロア１７ｃで加
圧され、加圧空気６と合流してカソードガス３となる。
このＣＯ2 リサイクルブロア１７ｃは、改質器で発生し
たＣＯ2 ガスを燃料電池のカソード側に供給してカソー
ド反応に利用するようになっている。燃料電池内でその
一部が反応したカソードガス（カソード排ガス７）の残
り７ｂは、ターボチャージャ１２で圧力を回収され、排
熱回収蒸気発生装置１９による熱回収後に系外に排出さ
れる。なお、図２において、１３ａは燃料予熱器、１６
は起動用ヒータ、１７ｄは空気ブロア、１８は起動用設
備である。
境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特徴
を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システム
として注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行わ
れている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃料
電池を用いた発電設備（燃料電池発電プラント）では、
図２に示すように天然ガス等の燃料ガス１を水素を含む
アノードガス２に改質する改質器１０と、アノードガス
２と酸素を含むカソードガス３とから発電する燃料電池
１１とを備えており、改質器１０で作られたアノードガ
ス２は燃料電池１１に供給され、燃料電池内でその大部
分（例えば８０％）を消費した後、アノード排ガス４と
して触媒燃焼器２０に供給される。触媒燃焼器２０では
アノード排ガス中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタ
ン等）がカソード排ガス７の一部７ａにより燃焼し、高
温の燃焼ガスとなって改質器１０の加熱室Ｈに入り、改
質室Ｒｅを加熱し改質室の燃料を改質する。加熱室Ｈを
出た燃焼排ガス５はＣＯ2 リサイクルブロア１７ｃで加
圧され、加圧空気６と合流してカソードガス３となる。
このＣＯ2 リサイクルブロア１７ｃは、改質器で発生し
たＣＯ2 ガスを燃料電池のカソード側に供給してカソー
ド反応に利用するようになっている。燃料電池内でその
一部が反応したカソードガス（カソード排ガス７）の残
り７ｂは、ターボチャージャ１２で圧力を回収され、排
熱回収蒸気発生装置１９による熱回収後に系外に排出さ
れる。なお、図２において、１３ａは燃料予熱器、１６
は起動用ヒータ、１７ｄは空気ブロア、１８は起動用設
備である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の燃料電
池発電設備では、起動用のヒータ１６（例えば電気ヒー
タ）と改質器の燃焼器を昇温するための起動用設備１８
が必要であった。また、排熱回収蒸気発生装置１９での
蒸気発生を優先させることで改質器１０の昇温を先行さ
せるためにＣＯ2 ブロワ１７ｃの入口から排熱回収蒸気
発生装置１９の入口までの抽気ライン１５が必要であっ
た。そのため、比較的頻度の低い起動時のみのために、
ヒータ１６、起動用設備１８、抽気ライン１５およびこ
れらの付帯設備が必要であり、プラント建設コストを押
し上げる要因となっていた。
池発電設備では、起動用のヒータ１６（例えば電気ヒー
タ）と改質器の燃焼器を昇温するための起動用設備１８
が必要であった。また、排熱回収蒸気発生装置１９での
蒸気発生を優先させることで改質器１０の昇温を先行さ
せるためにＣＯ2 ブロワ１７ｃの入口から排熱回収蒸気
発生装置１９の入口までの抽気ライン１５が必要であっ
た。そのため、比較的頻度の低い起動時のみのために、
ヒータ１６、起動用設備１８、抽気ライン１５およびこ
れらの付帯設備が必要であり、プラント建設コストを押
し上げる要因となっていた。
【０００４】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、起
動時のみに不可欠となる機器を低減して、プラント建設
コストを低減することができる燃料電池発電プラントの
起動昇温方法を提供することにある。
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、起
動時のみに不可欠となる機器を低減して、プラント建設
コストを低減することができる燃料電池発電プラントの
起動昇温方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、タービ
ンで圧縮器を駆動して空気を圧縮するターボチャージャ
（１２）と、圧縮した空気で燃料を燃焼させ高温排ガス
を発生させる燃焼器（２２）とを備え、ターボチャージ
ャを自立運転させ、発生した燃焼排ガスの一部を改質器
用の触媒燃焼器（２０）に供給して触媒燃焼可能な温度
まで昇温し、触媒燃焼器にターボチャージャからの空気
と別系統からの燃料を供給して触媒燃焼器の燃焼排ガス
で改質器（１０）と燃料電池（１１）を昇温する、こと
を特徴とする燃料電池発電プラントの起動昇温方法が提
供される。この方法によれば、上述した従来のヒータ１
６、起動用設備１８、抽気ライン１５を省略し、これら
に代えてターボチャージャ用燃焼器（２２）を設置する
ことにより、ターボチャージャ用燃焼器（２２）で発生
した燃焼排ガスの一部を改質器用の触媒燃焼器（２０）
に供給して触媒燃焼可能な温度まで昇温し、触媒燃焼器
にターボチャージャからの空気と別系統からの燃料を供
給して触媒燃焼器の燃焼排ガスで改質器（１０）と燃料
電池（１１）を昇温することにより、燃料電池発電プラ
ントを所定温度まで昇温し起動することができる。
ンで圧縮器を駆動して空気を圧縮するターボチャージャ
（１２）と、圧縮した空気で燃料を燃焼させ高温排ガス
を発生させる燃焼器（２２）とを備え、ターボチャージ
ャを自立運転させ、発生した燃焼排ガスの一部を改質器
用の触媒燃焼器（２０）に供給して触媒燃焼可能な温度
まで昇温し、触媒燃焼器にターボチャージャからの空気
と別系統からの燃料を供給して触媒燃焼器の燃焼排ガス
で改質器（１０）と燃料電池（１１）を昇温する、こと
を特徴とする燃料電池発電プラントの起動昇温方法が提
供される。この方法によれば、上述した従来のヒータ１
６、起動用設備１８、抽気ライン１５を省略し、これら
に代えてターボチャージャ用燃焼器（２２）を設置する
ことにより、ターボチャージャ用燃焼器（２２）で発生
した燃焼排ガスの一部を改質器用の触媒燃焼器（２０）
に供給して触媒燃焼可能な温度まで昇温し、触媒燃焼器
にターボチャージャからの空気と別系統からの燃料を供
給して触媒燃焼器の燃焼排ガスで改質器（１０）と燃料
電池（１１）を昇温することにより、燃料電池発電プラ
ントを所定温度まで昇温し起動することができる。
【０００６】本発明の好ましい実施形態によれば、ター
ボチャージャのタービンを出た排ガスを排熱回収蒸気発
生装置（１９）に供給して改質用の水蒸気を発生させ
る。この方法により、従来の抽気ライン１５なしに、タ
ーボチャージャの自立運転により発生した燃焼排ガスで
ターボチャージャを駆動し、更にそのタービンを出た排
ガスを排熱回収蒸気発生装置（１９）に供給して改質用
の水蒸気を発生させることができる。
ボチャージャのタービンを出た排ガスを排熱回収蒸気発
生装置（１９）に供給して改質用の水蒸気を発生させ
る。この方法により、従来の抽気ライン１５なしに、タ
ーボチャージャの自立運転により発生した燃焼排ガスで
ターボチャージャを駆動し、更にそのタービンを出た排
ガスを排熱回収蒸気発生装置（１９）に供給して改質用
の水蒸気を発生させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通の
部材には同一の符号を付し重複した説明を省略する。図
１は、本発明の方法を適用する燃料電池発電プラントの
全体構成図である。この図において、図２に示した従来
のプラントからヒータ１６、起動用設備１８、抽気ライ
ン１５、空気ブロア１７ｄおよびこれらの付帯設備が省
略されている。また、図１では、それらの代わりに、タ
ーボチャージャ１２用の燃焼器２２が設けられている。
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通の
部材には同一の符号を付し重複した説明を省略する。図
１は、本発明の方法を適用する燃料電池発電プラントの
全体構成図である。この図において、図２に示した従来
のプラントからヒータ１６、起動用設備１８、抽気ライ
ン１５、空気ブロア１７ｄおよびこれらの付帯設備が省
略されている。また、図１では、それらの代わりに、タ
ーボチャージャ１２用の燃焼器２２が設けられている。
【０００８】更に図１において、２３は燃焼器２２に燃
料ガスを供給する燃料ライン、２４は燃焼器２２に燃焼
用空気を供給する空気ライン、２４ａは空気ラインの流
量を調節する空気流量調節弁、２５は従来の起動用設備
１８の代わりに燃焼器２２の出口側から改質器用の触媒
燃焼器２０に燃焼器２２の燃焼排ガスを供給する予熱ガ
スライン、２５ａは予熱ガスライン２５の流量を調節す
る予熱ガス流量調節弁、２６はカソード排ガス７の一部
７ａを燃焼器２２をバイパスして排熱回収蒸気発生装置
１９に供給する排ガスバイパスライン、２６ａは排ガス
バイパスライン２６の流量を調節するバイパスガス流量
調節弁、２７ａはカソード排ガス７の一部７ａの燃焼器
２２への流入を遮断する排ガス遮断弁、２７ｂはターボ
チャージャ１２による加圧空気の燃料電池への流入を遮
断する加圧空気遮断弁である。
料ガスを供給する燃料ライン、２４は燃焼器２２に燃焼
用空気を供給する空気ライン、２４ａは空気ラインの流
量を調節する空気流量調節弁、２５は従来の起動用設備
１８の代わりに燃焼器２２の出口側から改質器用の触媒
燃焼器２０に燃焼器２２の燃焼排ガスを供給する予熱ガ
スライン、２５ａは予熱ガスライン２５の流量を調節す
る予熱ガス流量調節弁、２６はカソード排ガス７の一部
７ａを燃焼器２２をバイパスして排熱回収蒸気発生装置
１９に供給する排ガスバイパスライン、２６ａは排ガス
バイパスライン２６の流量を調節するバイパスガス流量
調節弁、２７ａはカソード排ガス７の一部７ａの燃焼器
２２への流入を遮断する排ガス遮断弁、２７ｂはターボ
チャージャ１２による加圧空気の燃料電池への流入を遮
断する加圧空気遮断弁である。
【０００９】上述した構成において、ターボチャージャ
１２は、従来と同様にタービンで圧縮器を駆動して空気
を圧縮する機能を有する。また、燃焼器２２は、新たに
設置されたものであり、ターボチャージャ１２で圧縮し
た空気で燃料を燃焼させ高温排ガスを発生させる機能を
有する。更に、排ガス遮断弁２７ａと加圧空気遮断弁２
７ｂは、本発明の方法を実施するために追加された機器
であるが、その他の付帯設備、すなわち燃料ライン２
３、空気ライン２４、空気流量調節弁２４ａ、予熱ガス
ライン２５、予熱ガス流量調節弁２５ａ、排ガスバイパ
スライン２６、及びバイパスガス流量調節弁２６ａは、
従来の燃料電池発電プラントの機器の配置を変更したも
のである。
１２は、従来と同様にタービンで圧縮器を駆動して空気
を圧縮する機能を有する。また、燃焼器２２は、新たに
設置されたものであり、ターボチャージャ１２で圧縮し
た空気で燃料を燃焼させ高温排ガスを発生させる機能を
有する。更に、排ガス遮断弁２７ａと加圧空気遮断弁２
７ｂは、本発明の方法を実施するために追加された機器
であるが、その他の付帯設備、すなわち燃料ライン２
３、空気ライン２４、空気流量調節弁２４ａ、予熱ガス
ライン２５、予熱ガス流量調節弁２５ａ、排ガスバイパ
スライン２６、及びバイパスガス流量調節弁２６ａは、
従来の燃料電池発電プラントの機器の配置を変更したも
のである。
【００１０】上述した構成の燃料電池発電プラントを用
い、本発明の起動昇温方法によれば、ターボチャージャ
１２を自立運転させ、発生した燃焼排ガスの一部を改質
器用の触媒燃焼器２０に供給して触媒燃焼可能な温度ま
で昇温し、触媒燃焼器２０にターボチャージャ１２から
の空気と別系統からの燃料を供給して触媒燃焼器２０の
燃焼排ガスで改質器１０と燃料電池１１を昇温する。更
に、ターボチャージャ１２のタービンを出た排ガスを排
熱回収蒸気発生装置１９に供給して改質用の水蒸気を発
生させる。
い、本発明の起動昇温方法によれば、ターボチャージャ
１２を自立運転させ、発生した燃焼排ガスの一部を改質
器用の触媒燃焼器２０に供給して触媒燃焼可能な温度ま
で昇温し、触媒燃焼器２０にターボチャージャ１２から
の空気と別系統からの燃料を供給して触媒燃焼器２０の
燃焼排ガスで改質器１０と燃料電池１１を昇温する。更
に、ターボチャージャ１２のタービンを出た排ガスを排
熱回収蒸気発生装置１９に供給して改質用の水蒸気を発
生させる。
【００１１】以下、燃料電池発電プラントが完全に停止
している状態からの起動昇温方法を順に詳述する。 （１）まず、ターボチャージャ１２を自立運転させる。
すなわち、排ガス遮断弁２７ａと加圧空気遮断弁２７ｂ
を遮断し、図示しない圧縮空気ラインから燃焼器２２に
加圧空気を供給し、燃料ライン２３から燃料を供給して
燃焼器２２で燃焼させて高温の燃焼排ガスを発生させ、
この燃焼排ガスでターボチャージャ１２を駆動して空気
を圧縮し、この圧縮空気を空気ライン２４を介して燃焼
器２２に供給することによりターボチャージャ１２を自
立運転させることができる。 （２）次に、ターボチャージャ１２の自立運転で発生し
た燃焼排ガスの一部（例えば定格運転時の２０％程度）
を、予熱ガスライン２５及び予熱ガス流量調節弁２５ａ
を介して改質器用の触媒燃焼器２０の上流側に供給して
触媒燃焼可能な温度まで昇温する。この際、触媒燃焼器
２０を通過した燃焼排ガスは、改質器１０（Ｈ側）、Ｃ
Ｏ2 ブロワ１７ｃ、燃料電池１１（Ｃ側）を通り、排ガ
スバイパスライン２６及びバイパスガス流量調節弁２６
ａを通ってターボチャージャ１２のタービンを出た排ガ
スと合流し、排熱回収蒸気発生装置１９を予熱して改質
用の水蒸気を発生させる。 （３）次いで、触媒燃焼器２０にターボチャージャ１２
からの空気と別系統からの燃料を供給して燃料を燃焼さ
せ、その高温の燃焼排ガスで改質器１０と燃料電池１１
を更に起動に必要な温度まで昇温する。
している状態からの起動昇温方法を順に詳述する。 （１）まず、ターボチャージャ１２を自立運転させる。
すなわち、排ガス遮断弁２７ａと加圧空気遮断弁２７ｂ
を遮断し、図示しない圧縮空気ラインから燃焼器２２に
加圧空気を供給し、燃料ライン２３から燃料を供給して
燃焼器２２で燃焼させて高温の燃焼排ガスを発生させ、
この燃焼排ガスでターボチャージャ１２を駆動して空気
を圧縮し、この圧縮空気を空気ライン２４を介して燃焼
器２２に供給することによりターボチャージャ１２を自
立運転させることができる。 （２）次に、ターボチャージャ１２の自立運転で発生し
た燃焼排ガスの一部（例えば定格運転時の２０％程度）
を、予熱ガスライン２５及び予熱ガス流量調節弁２５ａ
を介して改質器用の触媒燃焼器２０の上流側に供給して
触媒燃焼可能な温度まで昇温する。この際、触媒燃焼器
２０を通過した燃焼排ガスは、改質器１０（Ｈ側）、Ｃ
Ｏ2 ブロワ１７ｃ、燃料電池１１（Ｃ側）を通り、排ガ
スバイパスライン２６及びバイパスガス流量調節弁２６
ａを通ってターボチャージャ１２のタービンを出た排ガ
スと合流し、排熱回収蒸気発生装置１９を予熱して改質
用の水蒸気を発生させる。 （３）次いで、触媒燃焼器２０にターボチャージャ１２
からの空気と別系統からの燃料を供給して燃料を燃焼さ
せ、その高温の燃焼排ガスで改質器１０と燃料電池１１
を更に起動に必要な温度まで昇温する。
【００１２】従って、上述した本発明の方法によれば、
従来のヒータ１６、起動用設備１８、抽気ライン１５を
省略し、これらに代えてターボチャージャ用燃焼器２２
を設置することにより、燃料電池発電プラントを所定温
度まで昇温し起動することができる。すなわち、小規模
の圧縮空気供給装置とターボチャージャーに燃焼器を付
加することで起動用のための設備を最小限度にすること
ができる。
従来のヒータ１６、起動用設備１８、抽気ライン１５を
省略し、これらに代えてターボチャージャ用燃焼器２２
を設置することにより、燃料電池発電プラントを所定温
度まで昇温し起動することができる。すなわち、小規模
の圧縮空気供給装置とターボチャージャーに燃焼器を付
加することで起動用のための設備を最小限度にすること
ができる。
【００１３】なお本発明は、上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の変更が可能である。
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の変更が可能である。
【００１４】
【発明の効果】上述したように、本発明の燃料電池発電
プラントの起動昇温方法は、起動時のみに不可欠となる
機器を低減して、プラント建設コストを低減することが
でき、プラント建設コストの大幅な削減と起動方法の簡
素化が可能となる、等の優れた効果を有する。
プラントの起動昇温方法は、起動時のみに不可欠となる
機器を低減して、プラント建設コストを低減することが
でき、プラント建設コストの大幅な削減と起動方法の簡
素化が可能となる、等の優れた効果を有する。
【図１】本発明の方法を適用する燃料電池発電プラント
の全体構成図である。
の全体構成図である。
【図２】従来の燃料電池発電プラントの全体構成図であ
る。
る。
１ 燃料ガス ２ アノードガス ３ カソードガス ４ アノード排ガス ５ 燃焼排ガス ６ 空気ライン ７ カソード排ガス ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ カソード排ガスライン ８ 水蒸気 １０ 改質器 １１ 燃料電池 １２ ターボチャージャ １３ａ 燃料予熱器 １６ 加熱器 １７ａ 燃料ブロア １７ｂ 高温ブロア １７ｃ ＣＯ2 リサイクルブロア １７ｄ 空気ブロア １８ 起動用設備 １９ 排熱回収蒸気発生装置 ２０ 改質器用触媒燃焼器 ２２ ターボチャージャ用燃焼器 ２３ 燃料ライン ２４ 空気ライン ２４ａ 空気流量調節弁 ２５ 予熱ガスライン ２５ａ 予熱ガス流量調節弁 ２６ 排ガスバイパスライン ２６ａ バイパスガス流量調節弁 ２７ａ 排ガス遮断弁 ２７ｂ 加圧空気遮断弁
Claims (2)
- 【請求項１】 タービンで圧縮器を駆動して空気を圧縮
するターボチャージャ（１２）と、圧縮した空気で燃料
を燃焼させ高温排ガスを発生させる燃焼器（２２）とを
備え、ターボチャージャを自立運転させ、発生した燃焼
排ガスの一部を改質器用の触媒燃焼器（２０）に供給し
て触媒燃焼可能な温度まで昇温し、触媒燃焼器にターボ
チャージャからの空気と別系統からの燃料を供給して触
媒燃焼器の燃焼排ガスで改質器（１０）と燃料電池（１
１）を昇温する、ことを特徴とする燃料電池発電プラン
トの起動昇温方法。 - 【請求項２】 ターボチャージャのタービンを出た排ガ
スを排熱回収蒸気発生装置（１９）に供給して改質用の
水蒸気を発生させる、ことを特徴とする請求項１に記載
の燃料電池発電プラントの起動昇温方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10348008A JP2000173637A (ja) | 1998-12-08 | 1998-12-08 | 燃料電池発電プラントの起動昇温方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10348008A JP2000173637A (ja) | 1998-12-08 | 1998-12-08 | 燃料電池発電プラントの起動昇温方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000173637A true JP2000173637A (ja) | 2000-06-23 |
Family
ID=18394123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10348008A Pending JP2000173637A (ja) | 1998-12-08 | 1998-12-08 | 燃料電池発電プラントの起動昇温方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000173637A (ja) |
-
1998
- 1998-12-08 JP JP10348008A patent/JP2000173637A/ja active Pending
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090519 |
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