JP2019513955A - 遠隔操作される圧力作動タンクバルブを用いるシステム - Google Patents

遠隔操作される圧力作動タンクバルブを用いるシステム Download PDF

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Abstract

加圧タンクシステム（１０）は、第１タンク（１２）と、第２タンク（１４）と、マニホールド（２８）と、第１タンク（１２）をマニホールド（２８）に接続する第１導管（３０）と、第２タンク（１４）をマニホールド（２８）に接続する第２導管（３２）と、第２導管（３２）に作動可能に接続される第１圧力作動バルブ（２２）と、マニホールド（２８）と第１圧力作動バルブ（２２）とを接続する第３導管（２４）と、第１圧力作動バルブ（２２）と第２タンク（１４）とを接続する第４導管（３８）と、を備える。第１圧力作動バルブ（２２）は、第３導管（２４）内の流体圧力により作動するように構成される。方法は、第１圧力作動バルブ（２２）を、第２導管（３２）と、マニホールド（２８）に接続する第３導管（２４）と、第２タンク（１４）に接続する第４導管（３８）との間の接合部に作動可能に接続することと、流体圧力レベルが閾値圧力レベルを上回る場合に、第１圧力作動バルブ（２２）を、第３導管（２４）内の流体にて自動的に開くことと、を備える。

Description

発明の詳細な説明
［背景］
ガスパイプラインの不足する世界のいくつかの地域において、天然ガスなどの燃料は、図１に示されるようなトラック上の高圧貯蔵タンクにて供給されうる。貨物トレーラの容量を最大化するために、いくつかの大容量タンクが、いくつかの小容量タンクとアセンブリ内で連結される。マニホールドシステムが、これらの連結されたタンク全てを、一般的な充填ホースを介して加圧及び減圧するために用いられる。
タンク間の連結は、火災の場合に、タンク内の圧力が、タンクから大気中にパージされうるように設計される。周知のパージプロセスにおいて、大型タンクは、大気中にパージする代わりに小型タンクに充填し戻す可能性がある。この結果を回避するために、現状の技術においては、空気圧式アクチュエータがいくつかのシステムにて用いられ、その結果、システム内の圧力が低下する場合に、アクチュエータが、大型タンクを小型タンクから分離するためにバルブを閉じる。しかしながら、一般的に用いられる空気圧式アクチュエータは、貯蔵タンクの高圧に対応するものではなく、それゆえに、レギュレータもまたシステムに含められなければならない。空気圧式アクチュエータと圧力レギュレータとの組み合わせは、現状の周知のシステムをさらに複雑し、費用を増大させる。
［概要］
１つの態様において、加圧タンクシステムは、第１タンクと、第２タンクと、マニホールドと、第１タンクをマニホールドに接続する第１導管と、第２タンクをマニホールドに接続する第２導管と、第２導管に作動可能に接続される第１圧力作動バルブと、マニホールドと第１圧力作動バルブとを接続する第３導管と、第１圧力作動バルブと第２タンクとを接続する第４導管と、を備える。第１圧力作動バルブは、第３導管内の流体圧力により作動するように構成される。
他の態様において、システム内で流体の流れを制御する方法が開示される。本システムは、第１タンクと、第２タンクと、マニホールドと、第１タンクをマニホールドに接続する第１導管と、第２タンクをマニホールドに接続する第２導管と、を備える。本方法は、第１圧力作動バルブを、第２導管と、マニホールドに接続する第３導管と、第２タンクに接続する第４導管との間の接合部に作動可能に接続すること、を備える。さらに、本方法は、流体圧力レベルを有する流体を第３導管に導入することを備える。加えて、本方法は、流体圧力レベルが閾値圧力レベルを上回る場合に、第１圧力作動バルブを流体にて自動的に開くことを備える。
本開示は、その様々な組み合わせにおいて、装置または方法の形態で、次の項目のリストにより特徴づけられてもよい。
１．第１タンクと、
第２タンクと、
マニホールドと、
上記第１タンクを上記マニホールドに接続する第１導管と、
上記第２タンクを上記マニホールドに接続する第２導管と、
上記第２導管に作動可能に接続される第１圧力作動バルブと、
上記マニホールドと上記第１圧力作動バルブとを接続する第３導管であって、上記第１圧力作動バルブは、上記第３導管内の流体圧力により作動するように構成される、上記第３導管と、
上記第１圧力作動バルブと上記第２タンクとを接続する第４導管と、
を備える加圧タンクシステム。
２．上記第１タンクは、上記第２タンクよりも大きい容量を有する、項目１に記載のシステム。
３．上記第１導管に作動可能に接続される第２バルブをさらに備える、項目１〜２の何れかに記載のシステム。
４．上記マニホールドと、上記システムの外部の大気との間の第５導管に作動可能に接続される第３バルブをさらに備える、項目３に記載のシステム。
５．上記マニホールドに接続される流体源をさらに備える、項目１〜４の何れかに記載のシステム。
６．上記マニホールドに接続される流体貯蔵ステーションをさらに備える、項目１〜５の何れかに記載のシステム。
７．上記第１圧力作動バルブは、上記第２及び第４導管の間の流体の流れが双方向となるように構成される、項目１〜６の何れかに記載のシステム。
８．上記第１圧力作動バルブは、上記第３導管内の流体圧力レベルが閾値圧力レベルに達した場合に開く、項目１〜７の何れかに記載のシステム。
９．上記閾値圧力レベルは、約３，６００ｐｓｉから約４，５００ｐｓｉの間である、項目８に記載のシステム。
１０．第１タンクと、第２タンクと、マニホールドと、上記第１タンクを上記マニホールドに接続する第１導管と、上記第２タンクを上記マニホールドに接続する第２導管と、を備えるシステムにおいて流体の流れを制御する方法であって、
第１圧力作動バルブを、上記第２導管と、上記マニホールドに接続する第３導管と、上記第２タンクに接続する第４導管との間の接合部に作動可能に接続することと、
流体圧力レベルを有する流体を第３導管に導入することと、
上記流体圧力レベルが閾値圧力レベルを上回る場合に、上記第１圧力作動バルブを上記流体にて自動的に開くことと、
を備える、方法。
１１．上記流体圧力レベルが上記閾値圧力レベルを下回る場合に、上記第１圧力作動バルブを自動的に閉じること、をさらに備える項目１０に記載の方法。
１２．流体が、上記第１圧力作動バルブを通って、上記第２導管から上記第４導管へ流れる、項目１０〜１１の何れかに記載の方法。
１３．流体が、上記第１圧力作動バルブを通って、上記第４導管から上記第２導管へ流れる、項目１０〜１２の何れかに記載の方法。
１４．上記閾値圧力レベルは、約３，６００ｐｓｉから約４，５００ｐｓｉの間である、項目１０〜１３の何れかに記載の方法。
１５．上記第１圧力作動バルブは、
上記第３導管内の上記流体圧力レベルが、上記第２導管内の流体圧力レベルの約０．６倍より大きいかまたは等しく、且つ、
上記第３導管内の上記流体圧力レベルが、上記第４導管内の流体圧力レベルの約０．６倍より大きいかまたは等しい、
場合に自動的に開く、項目１０〜１４の何れかに記載の方法。
１６．上記第１導管に接続される第２バルブを作動させること、をさらに備える項目１０〜１５の何れかに記載の方法。
１７．上記マニホールドと上記システムの外部の大気との間の第５導管に作動可能に接続される第３バルブを作動させること、をさらに備える項目１６に記載の方法。
１８．流体源を上記マニホールドに接続すること、をさらに備える項目１７に記載の方法。
１９．流体貯蔵ステーションを上記マニホールドに接続すること、をさらに備える項目１７〜１８の何れかに記載の方法。
本概要は、詳細な説明において以下でさらに説明される概念を、単純化された形態で紹介するために提供される。本概要は、開示されるか、または、クレームされる主題の、重要な特徴、または、本質的な特徴を特定することを意図しておらず、また、開示されるか、または、クレームされる主題の、開示される実施形態のそれぞれ、または、全ての実施、を説明することを意図していない。特に、１つの実施形態に関して本明細書で開示される特徴は、他にも同様に適用されるであろう。さらに、本概要は、クレームされる主題の範囲を特定するための補助として用いられることを意図していない。多くの他の新たな利点、特徴、及び、関連性は、この説明が進むにつれて明らかになるであろう。図及び以下に続く説明は、例示的な実施形態をより具体的に例示する。
開示される主題が、添付された図を参照してさらに説明され、同様の構造またはシステム要素は、いくつかの図を通して同様の参照番号で言及される。
複数の圧力容器を積載した周知のセミトレーラコンテナの側面斜視図である。 遠隔操作される圧力作動タンクバルブを用いる、例示的に開示されるシステムの模式図である。 図２のシステムに属する、遠隔操作される圧力作動タンクバルブの例示的な実施形態の斜視図である。
上で特定された図は、開示される主題の１つ以上の実施形態を説明する一方で、本開示で述べられるように他の実施形態もまた想定される。全ての場合において、本開示は、開示される主題を、限定ではなく代表として示す。多数の他の変形及び実施形態が、本開示の原理の範囲及び精神に含まれる当業者により考案されうることが理解されるべきである。
図は、一定の縮尺で描かれていない可能性がある。具体的には、いくつかの特徴は、明確にするために、他の特徴に対して拡大されうる。さらに、上方（ａｂｏｖｅ）、下方（ｂｅｌｏｗ）、上方（ｏｖｅｒ）、下方（ｕｎｄｅｒ）、上部（ｔｏｐ）、底部（ｂｏｔｔｏｍ）、側部（ｓｉｄｅ）、右、左、などの用語が用いられる場合、それらは、説明の理解を容易にするためにのみ用いられると理解されよう。構造物は、別の方向に向けられてもよいと考えられる。
［詳細な説明］
本開示は、例えば火災がパージプロセスを開始させる場合など、システム内の圧力が低下する場合に、タンクを一群のタンクから分離するように作動する、遠隔操作されるスイッチまたはバルブを備えるシステムを説明する。開示されるシステムの他の用途には、タンクまたは一群のタンクの充填またはアンロードの間の使用が含まれる。
図２は、タンク１２がタンク１４よりも大きい容量を有する加圧タンクシステム１０の模式図を示す。バルブ１６、バルブ１８、及びバルブ２０は、例えば手動で操作者により、または、コンピュータ制御により制御される。圧力作動バルブ２２は、ライン２４内の圧力に応じて自動的に開閉する。圧力作動バルブ２２は、操作者、または、コンピュータ制御アクチュエータにより直接的に開閉されないので、例えば、「遠隔操作される」と表現されることもある。操作者が、圧力作動バルブ２２を直接的に開閉する必要がないので、説明されるコンセプトは、到達するのが困難な場所における手動操作を削減し、人的エラーの機会を減少させる。
本開示は、加圧下の気相流体について一般に言及するために「ガス」という語句を用いる。しかしながら、他の流体もまたシステム１０に貯蔵されうることが理解されよう。さらに、本開示は、例えば合成繊維を巻いた圧力容器などの圧力容器について、一般に言及するために「タンク」という語句を用いる。例示的な圧力容器１２、１４の構造に関する詳細は、参照することにより本明細書に援用される「フィラメントワインディングプロセス及び装置」と題する米国特許第４，８３８，９７１号に開示される。しかしながら、他の容器もまた用いられうることが理解されよう。
タンク１２及び１４の充填の例示的なプロセスにおいて、導管２６は、マニホールド２８をガス源（ガス源／ステーション４４として示される）に接続する。手動または別の方法で、大気へのバルブ１８が閉じられ、バルブ１６、２０、及び４６が開かれる。ガス源４４からの加圧流体は、タンク１２を充填するために、マニホールド２８及び開バルブ１６を通り、導管またはライン３０を通り、さらに、開バルブ２０を通って流れる。さらに、ガス源４４からの加圧流体は、マニホールド２８と、導管またはライン２４及び３２とを通って、最初は閉じられる圧力作動バルブ２２へ流れる。導管またはライン２４は、ライン２４内の流体圧力による圧力作動バルブ２２の操作（例えば、開閉）のための専用ラインであり、ライン２４は、マニホールド２８と圧力作動バルブ２２とを接続する。対照的に、導管またはライン３２は、マニホールド２８を介してタンク１４を充填及び空にするためのラインである。
ライン２４内の圧力が、圧力作動バルブ２２にて十分な場合、ライン３２を通る流れがその後タンク１４を充填しうるように、ライン２４内の圧力が圧力作動バルブ２２を開く。タンク１２及び１４が充填された後、操作者は、タンク１２へのバルブ２０を閉じる。操作者は、マニホールド２８と、システム１０の外部の大気とを接続する導管またはライン４８上の大気へのバルブ１８を開く。バルブ１８を開くことは、流通ライン２４、３０、及び３２に圧力の低下を引き起こす。ライン２４内の圧力が低下するので、ライン２４内の圧力は、圧力作動バルブ２２を開いたままにするのに十分でないレベルに低下し、そのため、タンク１４の圧力作動バルブ２２が閉じる。バルブ２０及び圧力作動バルブ２２が閉じられた状態で、タンク１２及び１４は充填されたままである。その後、導管２６がガス源４４から切断されうる。
タンク１２及び１４を減圧及び空にするために、１つの用途での導管２６は、マニホールド２８と、今後の消費のためにガスを貯蔵しうるステーション（ガス源／ステーション４４として示される）との間にある。例示的な方法において、マニホールド２８とステーション４４との間の導管２６沿いの燃料抜きステーションバルブ４６は、最初は閉じられる。操作者は、ライン２４及び３２を加圧するために、大気へのバルブ１８を閉じ、バルブ１６及び２０を開き、ライン３０内のガスが、高圧タンク１２からマニホールド２８を通って流れるようにする。ライン２４内の圧力は、タンク１２内の圧力がタンク１４内の圧力よりも大きい（且つ、圧力作動バルブ２２を開くための他の条件に見合う）場合に圧力作動バルブ２２を開き、それにより、タンク１２からのガスが、ライン３２を通ってタンク１４に流れ込むことを可能にする。この流れは、タンク１２及び１４内が圧力平衡に達すると停止する。燃料抜きステーションバルブ４６が導管２６に沿って開かれるとき、タンク１２及び１４の両方が減圧し、それにより、ガス貯蔵ステーション４４に流れ込む。
タンク１２及び１４が充填されているときの火災の場合に、例えば、タンク１２の内容物をパージして、ライン２４、３０、及び３２内の減圧を引き起こすために、ユーザは、バルブ１６、１８、及び２０を手動で開いてもよく、センサが自動的にバルブ１６、１８、及び２０を開いてもよい。ライン２４の減圧は、ライン２４内の圧力が、圧力作動バルブ２２を開いたままにしておくのに不十分である場合に、圧力作動バルブ２２が自動的に閉じることを引き起こす。この圧力作動バルブ２２の自動的な閉鎖は、それゆえに、小型タンク１４を大型タンク１２から分離し、それにより、タンク１２からタンク１４への加圧ガスの逆流を防止する。好ましくない量のガスがタンク１４に残る場合には、タンク１４は、別の工程でボス３４を通してパージされてもよい。
図１において示されるような多数のタンクのアセンブリにおいて、該タンクのいくつかのためのガス流通ラインは、バルブの開閉のためにアクセスすることが困難となりうる。それゆえに、専用のバルブ作動圧力ライン２４を通るガスの流れにより完全に作動される圧力作動バルブ２２を提供することは、ライン２４内のガスの流れの圧力に応じた圧力作動バルブ２２の自動的な開閉を可能にする。図３を参照すると、このような圧力作動バルブ２２は、バルブ２２のポート３６をライン３２に対して開くかまたは閉じるために、ライン２４内の圧力に応じて作動するバイシング部材（ｂａｉｓｉｎｇ ｍｅｍｂｅｒ）（例えば、ばね）を用いてもよい。適切な圧力作動バルブ２２は、３／４インチ、双方向性の空気圧作動バルブとして、ニュージャージー州ローブリングのＭａｇｎａｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ Ｃｏｒｐ．の一部門であるＣｌａｒｋ Ｃｏｏｐｅｒから商業的に入手可能である。
例示的な実施形態において、圧力作動バルブ２２は、上述した充填及び減圧方法と一致するように、ライン２４内のガスの流れの好ましい圧力値または圧力範囲にてポート３６を開閉するように調整される。この圧力値または範囲は、従来の空気圧式アクチュエータに適合されうる圧力よりも大幅に大きくなりうる。例えば、従来の空気圧式アクチュエータは、一般的に、約５００ｐｓｉ（ポンド毎平方インチ）以下で作動可能である。それゆえに、空気圧式アクチュエータは、一般的に、ラインの圧力を従来の空気圧アクチュエータが用いられうる低い範囲まで低下させる、複雑で扱いにくく、高価な圧力レギュレータと共に用いられる。対照的に、圧力作動バルブ２２は、システム１０において、例えば、加圧天然ガスの貯蔵のための５，０００ｐｓｉに至るような典型的な圧力レベルに耐えることができる機械的な装置でありうる。さらに、バルブ２２は、例えば、加圧天然ガスの貯蔵に適した、カ氏約−５０度からカ氏約１８０度の間の温度で作動しうる。例となる値が加圧天然ガスに与えられる一方、システム１０は、例えば、水素ガスを含む他の流体の貯蔵にも適している。水素ガスの貯蔵のために、圧力作動バルブ２２は、例えば、２２，０００ｐｓｉに至る圧力レベル、及び、カ氏約−５０度からカ氏約１８０度の間の温度に耐えるように設計、または、選択される。圧力及び温度のさらに他の作動範囲が、例えば、ヘリウム、窒素、ネオン、アルゴンなどの他の流体に適しうると考えられる。
図３は、バルブ２２の図を示し、バルブ２２は、システム１０において、（バルブ２２及びタンク１４をマニホールド２８及び大気に流体接続する）ライン３２、ライン２４、及びライン３８の接合部に接続されるように構成される。ライン３２は、バルブ２２のポート３６に接続される。ライン２４は、バルブ２２のポート４０に接続される。ライン３８は、バルブ２２のポート４２に接続される。ライン３２内の流体の圧力は、本明細書ではＰ３２と称される。ライン２４内の流体の圧力は、本明細書ではＰ２４と称される。ライン３８内の流体の圧力は、本明細書ではＰ３８と称される。タンク１２内の流体の圧力は、本明細書ではＰ１２と称される。タンク１４内の流体の圧力は、本明細書ではＰ１４と称される。多くの場合において、Ｐ１２＝Ｐ３２且つＰ１４＝Ｐ３８である。例示的な実施形態において、バルブ２２はポート３６とポート４２との間で双方向性があり、ライン３２からライン３８への流体の流れを可能にし、逆もまた同様にする。例示的な実施形態において、バルブ２２は、通常閉じられる。Ｐ２４が閾値圧力レベル（ＰＴ）に達した場合に、バルブ２２が開き、ライン３２と３８との間の流れを可能にする。例示的な実施形態において、ＰＴは、例えば、約１００ｐｓｉから約４，５００ｐｓｉの間である。さらに、より詳細には、ＰＴは、約３，６００ｐｓｉから約４，５００ｐｓｉの間でありうる。流れの方向は、Ｐ３２及びＰ３８により特定されるであろう。Ｐ３２＞Ｐ３８の場合に、流体は、バルブ２２を通って、ライン３２からライン３８へ流れるであろう。逆に、Ｐ３２＜Ｐ３８の場合に、流体は、バルブ２２を通ってライン３８からライン３２へ流れるであろう。例示的な実施形態において、ＰＴは、バルブ２２が、Ｐ２４ ＞０．６Ｐ３８且つＰ２４ ＞０．６Ｐ３２の場合に開くように設定される。例示的な実施形態において、圧力作動バルブ２２は、Ｐ２４がＰＴを下回る場合に自動的に閉じる。例示的な実施形態において、バルブ２２は、Ｐ２４ ＜０．３５Ｐ３８の場合に閉じたままであり、さらに、バルブ２２は、Ｐ２４ ＜０．４５Ｐ３２の場合に閉じたままである。例示的な比率、０．３５、０．４５、及び０．６０が説明される一方で、他の比率もまた適切でありうることが理解されるべきであり、この比率の値は、バルブの内部構造の構成を変更することにより変更されうる。これらの数値関係は、バルブにおける「遅延」または「不感帯」、つまり、バルブの作動が確定的でない回路上の圧力範囲を表す。これらの範囲は、例えば、摩擦及びばね力を含む様々な要因により影響されうる。
本開示の主題がいくつかの実施形態を参照して説明されてきたが、当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく、形態及び詳細において変更がなされうると認識するであろう。加えて、１つの実施形態に関して開示される任意の特徴は、他の実施形態に援用されてもよく、逆もまた同様とする。例えば、開示されるシステムの特定の実施形態が示される一方で、単一のバルブがタンク１２とマニホールド２８との間の流体接続を制御するように、バルブ１６及び２０のうちの１つが、開示されるシステムの特定の実施において取り除かれうることが考えられる。さらに、他の実施形態においては、例えば、システム１０において、より多くの制御点を提供するために、さらなるバルブが追加されてもよいと考えられる。

Claims (19)

  1. 第１タンクと、
    第２タンクと、
    マニホールドと、
    前記第１タンクを前記マニホールドに接続する第１導管と、
    前記第２タンクを前記マニホールドに接続する第２導管と、
    前記第２導管に作動可能に接続される第１圧力作動バルブと、
    前記マニホールドと前記第１圧力作動バルブとを接続する第３導管であって、前記第１圧力作動バルブは、前記第３導管内の流体圧力により作動するように構成される、前記第３導管と、
    前記第１圧力作動バルブと前記第２タンクとを接続する第４導管と、
    を備える加圧タンクシステム。
  2. 前記第１タンクは、前記第２タンクよりも大きい容量を有する、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記第１導管に作動可能に接続される第２バルブをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記マニホールドと、当該システムの外部の大気との間の第５導管に作動可能に接続される第３バルブをさらに備える、請求項３に記載のシステム。
  5. 前記マニホールドに接続される流体源をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
  6. 前記マニホールドに接続される流体貯蔵ステーションをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
  7. 前記第１圧力作動バルブは、前記第２及び第４導管の間の流体の流れが双方向となるように構成される、請求項１に記載のシステム。
  8. 前記第１圧力作動バルブは、前記第３導管内の流体圧力レベルが閾値圧力レベルに達した場合に開く、請求項１に記載のシステム。
  9. 前記閾値圧力レベルは、約３，６００ｐｓｉから約４，５００ｐｓｉの間である、請求項８に記載のシステム。
  10. 第１タンクと、第２タンクと、マニホールドと、前記第１タンクを前記マニホールドに接続する第１導管と、前記第２タンクを前記マニホールドに接続する第２導管と、を備えるシステムにおいて流体の流れを制御する方法であって、
    第１圧力作動バルブを、前記第２導管と、前記マニホールドに接続する第３導管と、前記第２タンクに接続する第４導管との間の接合部に作動可能に接続することと、
    流体圧力レベルを有する流体を第３導管に導入することと、
    前記流体圧力レベルが閾値圧力レベルを上回る場合に、前記第１圧力作動バルブを前記流体にて自動的に開くことと、
    を備える、方法。
  11. 前記流体圧力レベルが前記閾値圧力レベルを下回る場合に、前記第１圧力作動バルブを自動的に閉じること、をさらに備える請求項１０に記載の方法。
  12. 流体が、前記第１圧力作動バルブを通って、前記第２導管から前記第４導管へ流れる、請求項１０に記載の方法。
  13. 流体が、前記第１圧力作動バルブを通って、前記第４導管から前記第２導管へ流れる、請求項１０に記載の方法。
  14. 前記閾値圧力レベルは、約３，６００ｐｓｉから約４，５００ｐｓｉの間である、請求項１０に記載の方法。
  15. 前記第１圧力作動バルブは、
    前記第３導管内の前記流体圧力レベルが、前記第２導管内の流体圧力レベルの約０．６倍より大きいかまたは等しく、且つ、
    前記第３導管内の前記流体圧力レベルが、前記第４導管内の流体圧力レベルの約０．６倍より大きいかまたは等しい、
    場合に自動的に開く、請求項１０に記載の方法。
  16. 前記第１導管に接続される第２バルブを作動させること、をさらに備える請求項１０に記載の方法。
  17. 前記マニホールドと前記システムの外部の大気との間の第５導管に作動可能に接続される第３バルブを作動させること、をさらに備える請求項１６に記載の方法。
  18. 流体源を前記マニホールドに接続すること、をさらに備える請求項１７に記載の方法。
  19. 流体貯蔵ステーションを前記マニホールドに接続すること、をさらに備える請求項１７に記載の方法。
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