JP2682676B2 - 管支持部を具備する管束 - Google Patents

管支持部を具備する管束

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複数本の管を支持するための装置、熱交換装
置ならに振動容器における熱交換器に係る。
〔従来技術と問題点〕
多くの化学的変換反応に対し反応熱を除去したり若し
くは所望の化学的変換の促進人必要な熱を提供するのに
熱交換が必要である。管束即ち平行状管の束が大面積の
熱交換表面を反応流体に露出させる効果的な手段であ
る。管束に伴う問題は、各管が熱により誘起された反力
のみならず強力な混合及び振動力を受けてもその構造上
の一体性を保持するよう一本一本の管に適切な支持を提
供する必要性である。かかる力は、熱交換面上に送られ
る流体が主として管の長さに直角の方向の向けられる場
合管束の一本一本の管に対して特に重荷を負わすもので
ある。従つて、振動容器の場合など作動中高いレベルの
応力を受ける管束の一本一本の管を支持する適切な装置
を提供する必要がある。
〔発明の目的と構成〕
本発明の特徴とする所によれば、長手方向軸線を有す
る管束を形成する複数本の平行管を有する装置が得られ
る。管は複数の平行管列に配置され、規則正しいまつす
ぐなレーンが管束を通じて管列方向を横切るように形成
されている。第１の複数のレーンが管列の方向に対し＋
θ１の角度で管束を通じて形成され、第２の複数のレー
ンが管列の方向に対し−θ１の角度で管束を通じて形成
される。第３の複数のレーンが管列の方向に対し＋θ２
の角度で管束を通じて形成され、第４の複数のレーンが
管列の方向に対し−θ２の角度で管束を通じて形成され
る。角度θ１は約10゜から約60゜の範囲に選ばれる。角
度θ２は約40゜から約80゜の範囲に選ばれる。θ２はθ
１より大きい。このような管束の場合、支持装置は管束
の管外端をそれぞれ抱擁する第１バンド又はリング及び
第２バンド又はリングより形成される。第１の複数のロ
ツドが第１バンドに取付けられ第１の複数のロツドが第
１バンドに取付けられ第１の複数レーンを通つて延び
る。各ロツドは、ロツドのおかれる各レーンの限界を形
成する管に接触するよう十分に大きな直径を有してい
る。第１の複数のロツドは、管束の管束が第１の複数の
ロツドの少なくとも１本のロツドに接するように第１バ
ンドに取付けられる十分なロツドよりなつている。第２
複数ロツドは第２バンドに取付けられ、第２レーンを通
じて延びる。第２複数の各ロツドはロツドのおかれる各
レーンの限界を形成する管に接触するのに十分な直径の
ものである。第２複数ロツドは、管束の各管が第２複数
ロツドの少なくとも１本のロツドに接触されるように十
分なロッツドよりなつている。上述の複数レーンを形成
するようへだたりをおいて配置せる管束を形成すること
により、ロツドは第１複数レーン及び第２複数レーンを
通じて位置ぎめされ、管束に横方向流体の流れに耐える
改善された能力が得られる。
本発明のもう１つの特徴によれば、撹拌容器内で鉄熱
を撹拌流体と交換するためのプロセスが提供される。こ
のプロセスには、容器の内側壁の全体に円筒形部分を横
切り弦状に整列して延びる平行管の平行列から構成され
る１つ又は多数の管束を通して流体を流す段階が含まれ
る。管束のそれぞれは２列から約列20列の管から形成さ
れ、隣接列にある管は三角ピツチの状態で配置されるよ
うに互いにずれている。各列にある１本１本の管には、
管束にある各管がそれぞれのロツド仕切り材により２側
面を支持されるようにそれぞれ十分なロツドを設けた１
対のロツド仕切り材により半径方向支持が設けられこの
対構成のロツド仕切り材と共に各管の４側面全部が支持
され管束の各管に半径方向支持が与えられる。このロツ
ドの開放ネツトワークにより流体の流れを不当に抱束す
ることのない管支持が得られる。管束を通る大量の横断
流量のため、ロツドをすべてのレーンに位置ぎめするこ
とにより発生する圧力降下は外殻側の流体の長手方向の
流れがる所程は大きくはない。それぞれの仕切り材にお
かれる追加のロツドによりそれぞれの仕切り材にその位
置で束により収容のできる数より遥かに少ない数のロツ
ドを設ける場合りも少ない仕切り材を半径方向支持に設
けることが可能になる。
〔実施例〕
第１図は管束20を形成せる複数の平行管10を示し、管
束20は各管10に平行な長手方向の軸線を有している。第
２図及び第３図において、管10は複数の平行管列22に配
置されている。この管束を通じ管列22の方向を横切るよ
うに規則正しいまつすぐなレーン24,26,28及び30が形成
されている。管は、管束を通じ管列22の方向に対し約＋
θ１の角度で第１複数レーン28が形成され、第２複数レ
ーン30が管列22の方向に対し−θ１の角度で形成されて
いる。又、管列22に対し＋θ２の角度にある管束におけ
る管により第３複数レーン26が形成され、第４の複数レ
ーン24が管列22の方向に対し−θ２の角度で管束を通じ
て形成される。角度θ１は10゜から約60゜の範囲であ
る。角度θ２は約40゜から約80゜の範囲である。又、θ
２はθ１より大きい。
本発明の実施例によれば、束の各管はバンド又はリン
グ部材とハンドに取付けた複数のロツドとより構成され
るロツド仕切り材により支持される。第２図において、
第１バンド21が管束20の外方管の端部を抱擁している。
第１複数のロツド34が１バンド32に取付けられ、第１複
数レーン28を通して延びている。第１複数ロツドのロツ
ドは、第１複数レーン28のそれぞれのレーンの幅を決め
る管10に接触するように十分な直径を有し、管束20の各
管10には第１複数ロツドの少なくとも１本のロツド34が
接している。第３図において、第２バンド36が管束20の
長手方向軸線（第１図参照）に対し第１バンド32から長
手方向にへだてられ、管束の外側の管の側面を抱擁して
いる。第２複数ロツド38が第２バンド36に取付けられか
つ第２複数レーン30を通つて延びる。第２複数ロツドの
それぞれのロツド38も又第２複数レーン30の各レーンの
幅を決める管に接触するのに十分な直径を有している。
束20の各管10は第２複数ロツドの少なくとも１本のロツ
ドに接している。
本発明の実施に当たり、第３複数レーン24及び第４複
数レーン26にそつて延びるロツドを省略するように管束
20を構成することが好ましい。相互にほぼ90゜の角度に
補完的ロツドをセツトして設けることにより管束の構造
上の強度を向上させることができる。従つて、ロツドの
位置する第１複数レーンと第２複数レーンとの間の角度
が約60゜から最大約120゜の範囲に選ばれるのが好まし
い。
管間のへだたりは束20の管10の外径ｄで表わされる。
一般に、少なむとも2Dのへだたりで管列22が管の中心に
測つて引き離される。普通、隣接する管列22間のへだた
りは約2Dから約4dの範囲にある。同じ列における隣接管
は中心間で約1.5Dから約2.5Dの範囲内の距離だけ引き離
される。管列と管列を引き離す距離は一般に同じ列にお
ける隣接管間の距離より大きい。更に、本発明の管束の
構造の場合、各管を三角ピツチで配置し、管束を横切つ
て流れる流体が劣悪な熱交換をもたらすようなレーンの
通過ではなく管上をめぐつて流れ易くなるよう構成する
のが好ましい。
第１図において、管10のそれぞれの列は入口ヘツダ３
及び出口ヘツダ７に接続されている。入口ヘツダ３は所
望の場合例えば清掃の目的で出口ヘヅダ７より下方の管
列の反対端に位置ぎめすることができる。流体入口１か
容器の側壁40を貫通して延び入口ヘツダ３に流体を供給
している。流体出口ポート11が容器壁40を貫いて延び容
器から出口ヘツダ７を介する流体の排出を形成してい
る。立上がりパイプ42により入口ヘヅダ３が管列10を上
部に取付けた分割パイプヘツダ５に接続されている。立
上がりパイプ44により分割パイプヘツダ５は出口ヘツダ
７に接続している。
第４図において、仕切り板46により分割パイプヘツダ
５は入口室48と出口室50とに分けられる。立上がりパイ
プ42により入口室48が入口ヘツダ３に接続されている。
本発明の好適実施例において、各管10には分割パイプヘ
ツダ５に取付けた差込管組立体52が設けられている。こ
の管組立体52には、第１内側54（差込み）とこの差込み
54の周りに同心状におかれ外側管56（さや）が設けられ
る。内側管54の第１端部が板46を貫通する通路に取付け
られている。内側管54の第２端部58は外側端56上のエン
ドキヤツプ60からへだてられている。外側管56は分割パ
イプヘツダ５の側壁を貫くポートに取付けられ、これに
より入口室48から内側管54を介し差込み管組立体52の第
２端部にいたる流路及び差込み管組立体の第２端部から
内側と外側の管54,56の間に形成した環状部62を介して
分割パイプヘツダ５の出口室50にいたる流路が形成され
る。出口室50から流体は立上がり部44を上昇し出口ヘツ
ダ７に流れポート11より装置外に出される。
本発明の管束は撹拌容器で流体で熱交換を行うプロセ
スに使用するのが好ましい。撹拌容器内の流体は管束を
流れ平行管の平行列の各管の間を通る。容器は殻体66の
軸線にそつて配置された撹拌器64により撹拌されるのが
好ましい。第６図が参照される。複数の管束が殻体の長
手方向軸線と殻体の内面との間殻体の内面付近に設置さ
れるのが好ましい。管列は容器の側壁の全体に円筒形部
分を横切つて延びる弦方向にそつて整列されるのが好ま
しい。殻体の内径は、管列の長さの少なくとも2.5倍で
ありかつ好適にな上記管列の長さの2.5倍から５倍の範
囲にあるべきである。一般に、各管束の約２列から約20
列の管及び隣接列における管が三角ピツチで各管が配列
されるようにずらされている。各管束は約３列から約12
列の管で構成するのが好ましい。一本一本の管に１対の
ロツド仕切り材により半径方向支持が設けられ、このロ
ツド仕切り材は既述の如く、管束における各管が各ロツ
ド壁により２側面を支持されロツド壁の対構成全部で各
管の４側面の全部が支持され従つて半径方向の支持が得
られる。
本発明の好適実施例において、第２図に示す如く第１
支持具70が管列22に対し管束20を横切る方向に延び、第
１バンド32を殻体40の内面に接続している。第２支持具
72が同様に管列22に対し横方向に管束20から延び、第２
バンド36を殻体40の内面に接続している（第３図参
照）。追加の支持具74及び若しくは75が第１バンド32又
は第２バンド36の少なくとも１つを殻体を内面に接続し
ている。この支持具74,75は管束20か管列22の方向と方
向平行に延びる。管束20により大きな強度を与えるた
め、複数の張り具78を設け第１バンド32を第２バンド36
に接続することができる。好適実施例の場合、張り具は
管束の第１円周部分の周りに延びる同時回転通路を従い
それにより管束をより大きな耐ねじり性を付与する。
管束をイーストやバクテリヤ製造のための発酵器に使
用する場合には管と管との間の徹底的な掃除を容易なら
しめるよう十分開放された構造にするのが好ましい。従
つて、管束の一本一本の管の間に広いへだたりを設ける
のが好ましい。広くへだてられた管の支持には比較的大
寸法の支持ロツドが必要となる。又、管列間のより大き
な間隔によりもたらされる増加せるロツド径を最小にお
さえるよう各ロツドを管束を通じ大きな傾斜角で位置ぎ
めするのが好ましい。一般に、同一列における隣接管間
のへだたりが約1.5Dから約2.5D（Ｄは管の外径）の範囲
にある場合、管の隣接列の間のへだたりは約2Dから約4D
の範囲にあり、ロツドは約0.5Dから約Ｄの範囲の直径を
有している。
第６図は発酵装置に使用せる本発明の好適実施例を示
している。
第６図に示す容器160には駆動装置139により動かされ
る軸130が設けられている。軸130には２つのインペラ15
6,158が取付けられている。インペラ156,158はそれぞれ
デイスク152,154で構成され、その上部には複数のブレ
ードが取付けられている。当業者の認めるように、容器
の高さ、幅、熱交換装置の寸法いかんによりより多くの
インペラを用いることができる。第６図に示す如く、最
低部のインペラを散布器149に近接して配置し発酵流体
における酸素伝導を容易ならしめることが好ましい。
「近接」とは最底部インペラ及び散布器が互いにインペ
ラ径の約1/3から1/10のへだたりにおかれることを意味
する。
追加インペラをさまざまな相対方位で軸130上に使用
することができる。撹拌軸130上の取付けを容易ならし
めるための多数のインペラを軸にそつて等間隔に配する
ことができ、最上部のインペラ第６図の場合インペラ15
8を容易高さの約60％の粗に位置ぎめするのが好まし
い。
容器160の全体寸法は長さ対直径の比率が一般に約0.
1:1から最大10:1の範囲になるように選定される。好適
には、長さ対直径の比率は約0.3:1から最大5:1の範囲
で、発酵工程の場合長さ対直径の比率は約1:1から最大
4:1の範囲に選ばれるのが最も好ましい。
第６図に示すように、熱交換流体が入口装置142を介
して平行管140に供給される。入口142を流れる熱交換流
体はパイプ171を介してヘツダ172へ更に管140に流入す
る。熱交換流体が管140を通つた後、その流体はヘツダ1
72から集められ出口装置144を介して放出される。それ
ぞれ第１入口と第１出口装置（それぞれ参照番号142と1
44）を有する少なくとも２つのバツフルと平行管140が
本発明容器に使用されている。第６図に示す如く、それ
ぞれのバツフルには平行管列束が含まれる。各バツフル
における管140は、ドーム状の容器頭部を除いた容器の
まつすぐな部分の長さの約25から90％の長さのものが一
般的である。
管束のサイズや束当たりの管数その他により、広範に
変わる数の管束を用いることができる。容器当たり最大
30の束を用いることができ、容器当たり約４から最大24
のバツフルの範囲が好ましい。
一例として、管束を複数の束の積み重ね配列に組立て
各束を発酵容器内に組立てた管束の全長より短く構成す
ることもできる。容器のまつすぐな全長の25から90％に
等しい全長の短小部分よりなる積み重ね形態に管束を組
立てることにより、容器内で行われる変換プロセス中に
おける振動ならびに熱的応力に一段と抵抗性のある短小
管を使用することができる。全体で発酵容器のまつすぐ
な容器長さの約25から90％を占める最大約10個の管束組
立体を積み重ねて所要の加熱及び冷却の能力を得ること
ができる。
ブレード151はデイスク152上にさまざまなように取付
けでき、例えばブレード151をデイスク面に直角になら
びデイスクの垂直軸線からの半径方向突起上に取付け若
しくはブレード151をデイスクの軸線に関し一定角度の
方角でデイスク上に取付けることもできる。これとは別
に、本文図示のデザインとは異なるインペラのデザイン
例えば軸流インペラ、海洋型プロペラ類を使用すること
もできる。
インペラ直径についての上限値は発酵装置のための熱
交換装置を形成する管束の内径により定められる。この
上限地に近いインペラ径によりインペラ当たり最大混合
量が得られる。インペラ径が容器内径の約10％以上であ
るのが好ましく、一般にインペラ形は全容器内径の約50
％を超えない。好適には、全容器内径の約20％から35％
のインペラ径が用いられる。
第６図に示すように、発酵容器160には又第１入口146
と第２入口147ならびにガス入口145が設けられている。
容器160は２つの入口146,147を設けて示されてるが、発
酵装置に対する供給物のすべては、１つだけの入口装置
若しくは色色な供給物成分が別別に導入される複数の入
口装置を介して導入できる。例えば、多くの発酵工程に
対し、栄養成分と炭素及びエネルギ源を別別の供給流と
して導入するのが好ましく、従つて容器160は２本の別
別の入口装置146及び147を設けた好適実施例として第６
図に示されている。この入口146及び147はそれぞれ１つ
の放出ポートを設けて示されているが、多くの放出ポー
トを有する入口を使用することにより供給、物の一段と
散布状の導入が達せられる。更に、入口ポートは発酵容
器の周りの都合の良い個所に位置ぎめでき、しばしばエ
ンジニヤリングの便宜を考えて指定の位置に設けられ
る。
入口145は酸素及び場合により窒素源を発酵容器に導
入するのに用いられる。入口145を介して導入したガス
は散布器149を通り発酵容器内に入る。散布器は発酵容
器の長手方向中心軸線に関して容器内に対称状におか
れ、複数の孔を設けた正面側部を有している。散布器の
直径は散布器の正面側部が好適には近接して下方におか
れる最底部のインペラの直径未満であるのが好ましい。
ガス導入の方法と、散布器異149に近接するインペラ1
56の位置ならびに管束位置のすべては本発明発酵装置が
可能とするきわめて高レベルの酸素伝達に貢献するもの
である。本発明の発酵容器は毎時リツトル当たり酸素ミ
リモル（m mol O2//hr）にして少なくとも約300ミリ
モルの範囲の酸素伝達率が可能である。更に、本発明発
酵容器の熱除去能力は、高レベルの酸素が発酵流体培養
基に役立つ結果発生する大量の熱を除去するのに十分で
ある。従つて、少なくとも約36Kcal//hour台の熱除去
が本発明の発酵装置で可能である。
発酵容器160には又発酵体を除くための装置即ちポー
ト148が設けられている。発酵が連続的に行われた時発
酵体の連続若しくは間欠的抽出がポート148を介して実
施され一方新しい栄養物が入口146,147及び145を介して
供給される。
発酵容器160には更に泡の脱ガスのための少なくとも
１つの装置例えばフイリツプス石油会社に譲渡された米
国第4,373,024号においてハント（Hunt）により開示さ
れた泡消しなどの泡消し若しくは第６図に示す部材162,
164及び166の組立体などを設けるのが望ましい。円錐体
162が軸164上に取付けられこの軸は駆動装置166により
回転する。発泡発酵体の回転円錐体162に対する衝突に
より方が破裂し、液を発酵容器の主部に戻らしめ他方泡
から解放されたガスがライン168を介して発酵器を出
る。本発明の発酵容器に少なくとも１つの泡消しが使用
されているが、一定の発酵工程から予想される量の泡を
処理する十分な泡消し能力が適宜数の泡消しを発酵容器
のドーム部分の周りに配置して得られる。
水性好気性発酵工程には、空気や酸素に富んだ空気、
純粋分子酸素により供給される分子酸素が必要であり、
酸素分圧を具えた発光体を微生物の種が盛に成長若しく
は生化学的に基質を転換するのを助ける点で有効に維持
せしめる。酸化された炭化水素基質を使用することによ
り微生物の成長又は基質の転換に対す全酸素要求量はパ
ラフインを用いた時の必要量から低減することができ
る。
微生物発酵工程に用いられる圧力は広範囲にわたる。
典型的圧力はゲージ圧で約０から10.5kg/cm2（150ps
i）、好適には約０から4.2kg/cm2（60psi）、より好適
には2.45kg/cm2（35psi）から2.8kg/cm2（40psi）の範
囲であり、設備及び運転コスト対酵素溶解度の釣合いが
達成される。大気圧より大きい圧力は水性発酵体におけ
る溶解酸素を増加する傾向があり、此は細胞生長率を上
げるので有利である。同時に、此は高圧により設備及び
運転のコストが増加するという事実により相殺される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の特徴を実施せる管束の縦断面図、 第２図及び第３図は第１図の装置を各指示ラインにそつ
てとつた横断面図、 第４図は指示ラインにそつてとつた第１図の管束装置の
一部分の横断面図、 第５図は第１図装置の一部の概略図、 第６図は特に好適な実施例に使用せる本発明の特徴を示
した破断装置の部品を有した部分断面の概略図である。 10……平行管、22……管列、24,26,28,30……第1,第2,
第3,第４レーン、32……第１バンド、36……第２バン
ド、34,38……第1,第２ロツド、3,7……出入口ヘツダ、
64……撹拌器、40……容器壁、66……殻体、70,72……
支持具、74,75……支持具、78……張り具。

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ） 長手方向軸線を有する管束（20）
    を形成する複数の平行管（10）にして、前記管列の方向
    を横切り前記管束を通って形成される規則正しい真っす
    ぐなレーンを形成した複数の平行管列（22）状に配置さ
    れる複数の平行管（10）、 （ｂ） 前記管束（20）の外側管限界を包囲する第１バ
    ンド（32）、 （ｃ） 該第１バンドに取り付けられかつ第１複数レー
    ン（28）を通って延びる第１複数ロッド（34）にして、
    該第１複数ロッドのそれぞれのロッドが第１複数レーン
    （28）の各レーンの限界を形成する管に接触するのに十
    分な直径を有し、前記管束の各管が第１複数ロッド（3
    4）の少なくとも１本のロッドにより接触せしめられる
    第１複数ロッド（34）、 （ｄ） 前記管束の長手方向軸線に対して前記第１バン
    ド（32）から長手方向に離隔されて、前記管束の外側管
    限界を包囲する第２バンド（36）、 （ｅ） 該第２バンド（36）に取り付けられる前記第２
    複数レーン（30）を通って延びる第２複数ロッド（38）
    にして、該第２複数ロッドのそれぞれのロッドが第２複
    数レーンの各レーンの限界を形成する管に接触するのに
    十分な直径を有し、前記管束の各管が第２複数ロッドの
    少なくとも１本のロッドにより接触せしめられる第２複
    数ロッド（38）、 （ｆ） 前記管束における第３複数レーン（26）および
    第４複数レーン（24）、を包含し、 （ｇ） 前記管（10）が三角ピッチで配置されている、 容器における管支持部を具備する管束であって、 （ｈ） 前記管束における前記第１複数レーン（28）お
    よび前記第２複数レーン（30）が前記管列（22）の方向
    に対してそれぞれ＋θ１および−θ１の角度で形成さ
    れ、θ１が10゜から40゜の範囲にあり、 （ｉ） 前記第３複数レーン（26）および前記第４複数
    レーン（24）が前記管列（22）の方向に対してそれぞれ
    ＋θ２および−θ２の角度で前記管束に形成され、θ２
    が40゜から80゜の範囲にありかつθ２がθ１よりも大き
    く、そして （ｊ） 前記第３および第４複数レーン（26,24）には
    ロッドを有しないことを特徴とする管支持部を具備する
    管束。
  2. 【請求項２】前記管（10）が外径Ｄを有し、管中心間で
    測って少なくとも2Dの距離により管列（22）が分離され
    る請求項１に記載の管支持部を具備する管束。
  3. 【請求項３】管中心間で測って、2Dから4Dの範囲内の距
    離で隣接管列（22）が分離され、1.5Dから2.5の範囲内
    の距離で同一管列における隣接管（10）が分離され、管
    列を分離する距離が同一列における隣接管を分離する距
    離より大きい請求項２に記載の管支持部を具備する管
    束。
  4. 【請求項４】前記管束を囲む殻体（66）を含み、該殻体
    は管束の長手方向軸線を有し、前記管束（20）は殻体の
    長手方向軸線と殻体の円筒状内面との間の殻体内に位置
    決めされ、前記管例（22）が殻体のほぼ円筒形内面を横
    切る弦にそって位置決めされる請求３項に記載の管支持
    部を具備する管束。
  5. 【請求項５】殻体の内径が管列（22）の長さ2.5倍から
    ５倍の範囲にあり、前記管束は更に、殻体（66）の内面
    の周りに円周方向におかれた複数の管束と、殻体の軸線
    にそって位置決めされ複数の管束を通じ横方向の流体の
    流れを引き起こす撹拌器（64）を包含する請求項４に記
    載の管支持部を具備する管束。
  6. 【請求項６】管列に対し横方向に管束より延び第１バン
    ド（32）を殻体（66）のほぼ円筒形内面に接続する第１
    支持具（70）と、管列に対し横方向に管束より延び第２
    バンド（38）を殻体のほぼ円筒形内面に接続する第２支
    持具（72）とを有する請求項５に記載の管支持部を具備
    する管束。
  7. 【請求項７】第１バンド（32）を第２バンド（36）に接
    続する複数の張り具（78）を有し、該複数の張り具は管
    束（20）の一部分の周りにおける同時回転路を画く請求
    項６に記載の管支持部を具備する管束。
  8. 【請求項８】管列（22）のそれぞれに接続する入口ヘッ
    ダ（３）と管列（22）のそれぞれに接続する出口ヘッダ
    （７）とを有する請求項８に記載の管支持部を具備する
    管束。
  9. 【請求項９】それぞれの管列は３から10の管列数の範囲
    を有する請求項８に記載の管支持部を具備する管束。
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