(57)【要約】【課題】燃料電池の運転を停止することなくガス漏れを適切に検知する。【解決手段】ガス供給システムは、ガス供給源からのガスを複数のガス機器に供給可能な主ガス流路に設けられた第１流量計と、主ガス流路から分岐して燃料電池にガスを供給する第１ガス流路を開閉する第１開閉弁と、ガス供給源からのガスを燃料電池に供給する第２ガス流路に設けられた第２流量計と、第２ガス流路を開閉する第２開閉弁と、第１開閉弁を開いて第２開閉弁を閉じた第１状態と、第１開閉弁を閉じて第２開閉弁を開いた第２状態とのいずれかに切り替わるように第１開閉弁と第２開閉弁とを制御する開閉制御部と、第１状態では第２流量計により検出されるガス流量が値０を超えるか否かに基づいてガス漏れを検知し、第２状態では第１流量計により検出されるガス流量が値０にならない状態が継続するか否かに基づいてガス漏れを検知する検知制御部と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを用いて発電する燃料電池を含む複数のガス機器に、ガス供給源からのガスをガスマイコンメータを介して供給するガス供給システムであって、
前記ガス供給源からのガスを前記複数のガス機器に供給可能な主ガス流路に設けられ、該主ガス流を流れるガス流量を検出する第１流量計と、
前記主ガス流路から分岐して前記燃料電池にガスを供給する第１ガス流路を開閉する第１開閉弁と、
前記ガス供給源からのガスを前記燃料電池に供給する第２ガス流路に設けられ、該第２ガス流路を流れるガス流量を検出する第２流量計と、
前記第２ガス流路を開閉する第２開閉弁と、
前記第１開閉弁を開いて前記第２開閉弁を閉じた第１状態と、前記第１開閉弁を閉じて前記第２開閉弁を開いた第２状態とのいずれかに切り替わるように前記第１開閉弁と前記第２開閉弁とを制御する開閉制御部と、
前記第１状態では前記第２流量計により検出されるガス流量が値０を超えるか否かに基づいてガス漏れの有無を検知し、前記第２状態では前記第１流量計により検出されるガス流量が値０にならない状態が継続するか否かに基づいてガス漏れの有無を検知する検知制御部と、
を備えるガス供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載のガス供給システムであって、
前記開閉制御部は、所定期間毎に前記第１状態と前記第２状態とに切り替わるように前記第１開閉弁と前記第２開閉弁とを制御する
ガス供給システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガス供給システムであって、
前記開閉制御部と前記検知制御部とは、前記ガスマイコンメータの制御部であり、
前記第１流量計と前記第２流量計とは、前記ガスマイコンメータ内に設けられている
ガス供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流出口から流出するガスの流量を計測する流量計測部を備え、ガスの漏れを検知可能なガスメータが提案されている。例えば、特許文献１には、ガスメータが１つの流入口と２つの流出口とを有し、流出口の一方が、連続的に一定量のガスを使用するガス機器である燃料電池への定量ガス流路に接続され、流出口の他方が、不定量のガスを使用するガス機器への不定量ガス流路に接続されている。そして、一方の流出口から定量ガス流路へ流出するガスの流量が設定量以上である場合にガス漏れを検知し、他方の流出口から不定量ガス流路へ流出するガスの流量が一定期間にわたり値０にならない場合にガス漏れを検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２００２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したガスメータでは、燃料電池へ供給されるガスが一定量であるという前提で定量ガス流路におけるガス漏れを検知するが、燃料電池の仕様や運転状況によってガスの流量が変動することがあるためガス漏れを適切に検知することが困難な場合がある。そこで、燃料電池の運転を一時停止し定量ガス流路のガスの流量を値０にした状態で、ガス漏れの検知を行うことが考えられる。しかしながら、定期的に燃料電池を停止して起動する必要があるから、燃料電池の運転効率が低下し、停止と起動との繰り返しで燃料電池の各部の劣化が促進されてしまうことがある。
【０００５】
本発明は、燃料電池の運転を停止することなくガス漏れを適切に検知することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明のガス供給システムは、
ガスを用いて発電する燃料電池を含む複数のガス機器に、ガス供給源からのガスをガスマイコンメータを介して供給するガス供給システムであって、
前記ガス供給源からのガスを前記複数のガス機器に供給可能な主ガス流路に設けられ、該主ガス流を流れるガス流量を検出する第１流量計と、
前記主ガス流路から分岐して前記燃料電池にガスを供給する第１ガス流路を開閉する第１開閉弁と、
前記ガス供給源からのガスを前記燃料電池に供給する第２ガス流路に設けられ、該第２ガス流路を流れるガス流量を検出する第２流量計と、
前記第２ガス流路を開閉する第２開閉弁と、
前記第１開閉弁を開いて前記第２開閉弁を閉じた第１状態と、前記第１開閉弁を閉じて前記第２開閉弁を開いた第２状態とのいずれかに切り替わるように前記第１開閉弁と前記第２開閉弁とを制御する開閉制御部と、
前記第１状態では前記第２流量計により検出されるガス流量が値０を超えるか否かに基づいてガス漏れの有無を検知し、前記第２状態では前記第１流量計により検出されるガス流量が値０にならない状態が継続するか否かに基づいてガス漏れの有無を検知する検知制御部と、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
本発明のガス供給システムは、第１開閉弁を開いて第２開閉弁を閉じた第１状態と、第１開閉弁を閉じて第２開閉弁を開いた第２状態とのいずれかに切り替わるように第１開閉弁と第２開閉弁とを制御する。また、第１状態では第２流量計により検出されるガス流量が値０を超えるか否かに基づいてガス漏れの有無を検知し、第２状態では第１流量計により検出されるガス流量が値０にならない状態が継続するか否かに基づいてガス漏れの有無を検知する。第１状態では、第１ガス流路から燃料電池にガスを供給できる一方で、第２ガス流路をガスが流通して燃料電池に供給されることがないから、第２流量計により検出されるガス流量が値０を超えれば第２ガス流路のガス漏れを検知することができる。また、第２状態では、第２ガス流路から燃料電池にガスを供給できる一方で、第１ガス流路をガスが流通して燃料電池に供給されることがなく、燃料電池以外のガス機器に主ガス流路から継続的にガスが供給され続けることもない。このため、第１流量計により検出されるガス流量が値０にならない状態が継続すれば主ガス流路や第１ガス流路、ガス機器などのガス漏れを検知することができる。したがって、第１状態および第２状態のいずれも燃料電池を停止することなくガス漏れを適切に検知するができる。
【０００９】
本発明のガス供給システムにおいて、前記開閉制御部は、所定期間毎に前記第１状態と前記第２状態とに切り替わるように前記第１開閉弁と前記第２開閉弁とを制御するものとしてもよい。こうすれば、所定期間毎にガス漏れ有無の検知対象を切り替えて、ガス漏れを適切に検知することができる。
【００１０】
本発明のガス供給システムにおいて、前記開閉制御部と前記検知制御部とは、前記ガスマイコンメータの制御部であり、前記第１流量計と前記第２流量計とは、前記ガスマイコンメータ内に設けられているものとしてもよい。こうすれば、燃料電池を停止することなくガス漏れを検知するための構成をコンパクトにして、システム構成が複雑となるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ガス供給システム１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】ガスメータ１１の概略構成を示す説明図である。
【図３】ガス供給関連処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】第１状態でガスが流通する様子を示す説明図である。
【図５】第２状態でガスが流通する様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための形態について説明する。
【００１３】
図１はガス供給システム１０の概略構成を示す説明図であり、図２はガスメータ１１の概略構成を示す説明図である。本実施形態のガス供給システム１０は、ガス供給源１から供給されるガス（例えば都市ガス）を、燃料電池システム２やガスコンロ７へ供給するガス流路に設けられる。
【００１４】
燃料電池システム２は、燃料電池ＦＣを有するＦＣユニット３と、給湯ユニット５とを備える。ＦＣユニット３は、改質水を気化して水蒸気を生成する気化器や、ガス供給源１からガス供給システム１０を介して供給されるガスを水蒸気改質により改質する改質器、各種の補機の他、システム全体を制御する制御部４などを備える。ＦＣユニット３は、各種の補機として、ガス（燃料ガス）を気化器に供給する燃料ガス供給系統や燃料電池ＦＣにカソードガスとしてのエア（空気）を供給するエア供給系統、気化器に改質水を供給する改質水供給系統、発電により発生した排熱を回収し図示しない貯湯タンク内に湯水として蓄える排熱回収系統などを備える。また、ＦＣユニット３は、ユニット内のガス漏れを検知可能なガスセンサ３ａを備え、ガスセンサ３ａからの検知信号が制御部４に入力される。給湯ユニット５は、ガス供給源１からガス供給システム１０を経て供給されるガスを燃焼させる図示しないガスバーナ６などを備える。給湯ユニット５は、ＦＣユニット３の貯湯タンクから出水された湯水をガスバーナ６で加熱して要求される水温に調整する。
【００１５】
この燃料電池システム２は、図示しない住宅などに設置されており、ＦＣユニット３により発電した電力を商用電力系統と連系して住宅の電気機器に供給したり、給湯ユニット５により所望の水温に調整した湯水を住宅の温水機器に供給したりする。また、燃料電池システム２では、制御部４が、住宅での電力負荷（消費）に追従する負荷追従によりＦＣユニット３の要求電力を設定し、その要求電力に基づいて発電するように各種の補機を制御する。このため、電力負荷の変動により発電量も変動し、ガス供給システム１０からＦＣユニット３へのガス供給量が一定とならずに変動することになる。
【００１６】
ガス供給システム１０は、ガスマイコンメータ（以下、ガスメータ）１１と、ガスメータ１１に内蔵された第１流量計２１および第２流量計２５と、第１開閉弁２２と、第２開閉弁２６とを備える。ガスメータ１１は、ガス供給源１からガスが供給されるガス供給路３１に接続される１つの流入口１１ａと、２つの流出口１１ｂ，１１ｃとが設けられている。ガスメータ１１は、制御部（マイコン）１２と、遮断弁１３と、ガス流量の積算値を表示する表示部１４とを備える他、図示しない表示ランプやガス漏れによるガスの供給遮断状態から復帰させるための復帰ボタンなどを備える。制御部１２は、図示は省略するが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭなどの記憶部，入出力ポート，通信ポートを備える。遮断弁１３は、ガス供給路３１から流入口１１ａを介して供給されたガスが流れる主ガス流路３２に設けられ、制御部１２からの制御信号に基づいて主ガス流路３２の開閉（開放と閉鎖）を行う電磁弁として構成されている。なお、主ガス流路３２は、流出口１１ｂを介してガスメータ１１からガスを流出させて全てのガス機器にガスを供給可能に配設されており、ＦＣユニット３にガスを供給するＦＣ用第１ガス流路３３と、給湯ユニット５にガスを供給する給湯用ガス流路３４とに分岐している。
【００１７】
第１流量計２１は、例えば熱式流量計として構成されてガスメータ１１内の主ガス流路３２に設けられている。第１流量計２１は、主ガス流路３２を流れるガス流量Ｇ１を検出して制御部１２に送信する。第１開閉弁２２は、主ガス流路３２から分岐したＦＣ用第１ガス流路３３に設けられ、制御部１２からの制御信号に基づいてＦＣ用第１ガス流路３３の開閉を行う電磁弁として構成されている。第２流量計２５は、例えば熱式流量計として構成され、ガスメータ１１内で主ガス流路３２から分岐し、流出口１１ｃを介してガスメータ１１からガスを流出させてＦＣユニット３にガスを供給するＦＣ用第２ガス流路３５に設けられている。第２流量計２５は、ＦＣ用第２ガス流路３５を流れるガス流量Ｇ２を検出して制御部１２に送信する。第２開閉弁２６は、ＦＣ用第２ガス流路３５に設けられ、制御部１２からの制御信号に基づいてＦＣ用第２ガス流路３５の開閉を行う電磁弁として構成されている。なお、ＦＣ用第１ガス流路３３とＦＣ用第２ガス流路３５とは、合流してＦＣユニット３の燃料ガス供給系統にガスを供給する。図示の都合上、第１開閉弁２２や第２開閉弁２６がＦＣユニット３外に設けられ、ＦＣ用第１ガス流路３３とＦＣ用第２ガス流路３５とがＦＣユニット３外で合流するものとした。ただし、これに限られず、第１開閉弁２２や第２開閉弁２６がＦＣユニット３内に設けられ、ＦＣ用第１ガス流路３３とＦＣ用第２ガス流路３５とがＦＣユニット３内で合流するものとしてもよい。
【００１８】
次に、こうして構成されたガス供給システム１０の作動について説明する。図３はガス供給関連処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、ガスメータ１１の制御部１２により実行される。
【００１９】
ガス供給関連処理ルーチンでは、ガスメータ１１の制御部１２は、まず、第１開閉弁２２が閉状態であるか否かを判定する（Ｓ１００）。第１開閉弁２２が閉状態であると判定すると、第１開閉弁２２を開くと共に第２開閉弁２６を閉じた第１状態（第１開閉状態）に切り替える（Ｓ１１０）。そして、第２流量計２５により検出されるガス流量Ｇ２を取得して（Ｓ１２０）、ガス流量Ｇ２が値０を超えるか否か（Ｓ１３０）、所定の開閉状態切替期間が経過したか否か（Ｓ１４０）、をそれぞれ判定する。Ｓ１４０の所定の開閉状態切替期間は、第１状態に切り替えてからの期間として予め定められたものであり、例えば３０日などの１ヶ月程度の期間に定められている。
【００２０】
ここで、図４は第１状態でガスが流通する様子を示す説明図であり、ガスが流通する流路を太線で示す。図示するように、第１開閉弁２２を開いて第２開閉弁２６を閉じた第１状態では、ＦＣ用第２ガス流路３５（第２開閉弁２６）をガスが流通せず、ＦＣユニット３には主ガス流路３２とＦＣ用第１ガス流路３３とを流通したガスが供給される。この第１状態では、通常は第２流量計２５により値０を超えるガス流量Ｇ２が検出されることはないが、ＦＣ用第２ガス流路３５においてガス漏れが生じているとガス流量Ｇ２が値０を超えることになる。
【００２１】
このため、制御部１２は、Ｓ１３０でガス流量Ｇ２が値０を超えると判定すると、ガス漏れを検知し（Ｓ１５０）、所定のガス漏れ対応処理を実行して（Ｓ１６０）、ガス供給関連処理ルーチンを終了する。Ｓ１６０のガス漏れ対応処理では、例えば制御部１２は、遮断弁１３を閉じてガスの供給を遮断する供給遮断状態とし、表示ランプを点灯させてガス漏れを報知する。なお、ガス漏れの異常を解消した後に、使用者などが復帰ボタンを押下すると、制御部１２は遮断弁１３を開いてガス供給関連処理ルーチンを実行する。
【００２２】
一方、制御部１２は、Ｓ１３０でガス流量Ｇ２が値０を超えると判定することなく、Ｓ１４０で所定の開閉状態切替期間が経過したと判定すると、Ｓ１００に戻る。Ｓ１００では、第１開閉弁２２が閉状態でなく開状態であると判定し、第１開閉弁２２を閉じると共に第２開閉弁２６を開いた第２状態（第２開閉状態）に切り替える（Ｓ１７０）。そして、第１流量計２１により検出されるガス流量Ｇ１を取得して（Ｓ１８０）、ガス流量Ｇ１が値０でない状態が一定期間継続するか否か（Ｓ１９０）、所定の開閉状態切替期間が経過したか否か（Ｓ２００）、をそれぞれ判定する。Ｓ２００の所定の開閉状態切替期間は、Ｓ１４０と同じ期間に定められている。
【００２３】
ここで、図５は第２状態でガスが流通する様子を示す説明図であり、ガスが流通する流路を太線で示す。図示するように、第２開閉弁２６を開いて第１開閉弁２２を閉じた第２状態では、通常はＦＣ用第１ガス流路３３（第１開閉弁２２）をガスが流通せず、ＦＣユニット３にはＦＣ用第２ガス流路３５を流通したガスが供給される。また、給湯ユニット５やガスコンロ７などのＦＣユニット３以外のガス機器は、常時使用されるものではないためガスが供給され続けることはない。このため、第２状態では、主ガス流路３２をガスが流通しない状態、即ち第１流量計２１がガス流量Ｇ１として値０を検出する状態が生じることになる。しかし、主ガス流路３２やＦＣ用第１ガス流路３３、給湯用ガス流路３４、給湯ユニット５、ガスコンロ７などでガス漏れが生じていると、ガス流量Ｇ１が値０とならない状態が継続する。このため、ガス流量Ｇ１が値０とならない状態が一定期間継続する場合には、ガス漏れが生じていると判定することができる。なお、一定期間は、例えば数日程度の期間としてもよいし、所定の開閉状態切替期間よりも若干（数日や数時間など）短い程度の期間としてもよい。
【００２４】
制御部１２は、Ｓ１９０でガス流量Ｇ１が値０とならない状態が一定期間継続すると判定すると、ガス漏れを検知し（Ｓ１５０）、所定のガス漏れ対応処理を実行して（Ｓ１６０）、ガス供給関連処理ルーチンを終了する。一方、制御部１２は、Ｓ１９０でガス流量Ｇ１が値０とならない状態が一定期間継続すると判定することなく、Ｓ２００で所定の開閉状態切替期間が経過したと判定すると、Ｓ１００に戻る。Ｓ１００では第１開閉弁２２が閉状態であると判定して、Ｓ１１０に進み第１状態に切り替える。このように、本実施形態では、所定の開閉状態切替期間が経過する毎に、第１状態と第２状態とを切り替えて、各状態に応じたガス漏れ有無の検知を行うのである。また、第１状態と第２状態のいずれもＦＣユニット３にガスを供給可能であるから、ＦＣユニット３の運転を停止することなくガス漏れの有無を適切に検知することができる。
【００２５】
以上説明したガス供給システム１０は、第１状態では第２流量計２５により検出されるガス流量Ｇ２が値０を超えることに基づいてガス漏れを検知し、第２状態では第１流量計２１により検出されるガス流量Ｇ１が値０とならない状態が一定期間継続することに基づいてガス漏れを検知する。したがって、ＦＣユニット３へのガスの供給量が一定でなく変動することがある場合でも、ＦＣユニット３の運転を停止することなく、ガス漏れを適切に検知することができる。
【００２６】
また、開閉状態切替期間（所定期間）毎に第１状態と第２状態とを切り替えるから、開閉状態切替期間毎にガス漏れ有無の検知対象を切り替えて、ガス漏れを適切に検知することができる。
【００２７】
また、第１開閉弁２２と第２開閉弁２６の開閉制御をガスメータ１１の制御部１２が行い、第１流量計２１と第２流量計２５とがガスメータ１１内に設けられているから、ＦＣユニット３の運転を停止することなくガス漏れを検知するための構成をコンパクトにしてシステム構成が複雑となるのを防止することができる。
【００２８】
なお、ＦＣ用第１ガス流路３３とＦＣ用第２ガス流路３５は、ＦＣユニット３内のガス漏れを検知可能なガスセンサ３ａを備えるＦＣユニット３に接続されている。このため、ＦＣユニット３内のガス漏れはガスセンサ３ａにより適切に検知することが可能であるから、ＦＣユニット３内を含むガス供給系全体のガス漏れを適切に検知することができる。
【００２９】
上述した実施形態では、第１流量計２１と第２流量計２５とがガスメータ１１内に設けられているものとしたが、これに限られず、第１流量計２１と第２流量計２５とのうち一方または両方がガスメータ１１外に設けられていてもよい。また、制御部１２は、ガスメータ１１のマイコンとしたが、これに限られず、ガスメータ１１のマイコンとは別の制御部として構成してもよい。例えば、第１開閉弁２２や第２開閉弁２６がＦＣユニット３内に設けられる場合、第１開閉弁２２や第２開閉弁２６の開閉制御をＦＣユニット３の制御部４が行うものとしてもよい。そのようにする場合、ガス供給関連処理ルーチンのＳ１００，Ｓ１１０，Ｓ１４０，Ｓ１７０，Ｓ２００の処理を制御部４が行うものとすればよい。また、開閉状態を切り替える度にＦＣユニット３の制御部４からガスメータ１１の制御部１２に現在の開閉状態を直接または間接に通知するものなどとしてもよい。また、制御部１２は、現在の開閉状態に応じて、実施形態と同様にガス漏れ有無の検知を行うものとすればよい。
【００３０】
実施形態では、同じ開閉状態切替期間（所定期間）毎に第１状態と第２状態とを切り替えるものとしたが、これに限られず、第１状態から第２状態へ切り替える期間と、第２状態から第１状態へ切り替える期間とを異なる期間としてもよい。
【００３１】
本実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。本実施形態では、ＦＣユニット３の燃料電池ＦＣが「燃料電池」に相当し、燃料電池ＦＣや給湯ユニット５のガスバーナ６、ガスコンロ７が「ガス機器」に相当し、ガスメータ１１が「ガスマイコンメータ」に相当し、ガス供給システム１０が「ガス供給システム」に相当し、主ガス流路３２が「主ガス流路」に相当し、第１流量計２１が「第１流量計」に相当し、ＦＣ用第１ガス流路３３が「第１ガス流路」に相当し、第１開閉弁２２が「第１開閉弁」に相当し、ＦＣ用第２ガス流路３５が「第２ガス流路」に相当し、第２流量計２５が「第２流量計」に相当し、第２開閉弁２６が「第２開閉弁」に相当し、ガス供給関連処理ルーチンのＳ１００，Ｓ１１０，Ｓ１４０，Ｓ１７０，Ｓ２００の処理を実行する制御部１２が「開閉制御部」に相当し、ガス供給関連処理ルーチンのＳ１２０，Ｓ１３０，Ｓ１５０，Ｓ１８０，Ｓ１９０の処理を実行する制御部１２が「検知制御部」に相当する。
【００３２】
なお、本実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、本実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、本実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００３３】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等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内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、ガス供給システムや燃料電池システムの製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  ガス供給源、２  燃料電池システム、３  ＦＣユニット、３ａ  ガスセンサ、４  制御部、５  給湯ユニット、６  ガスバーナ、７  ガスコンロ、１０  ガス供給システム、１１  ガスメータ（ガスマイコンメータ）、１１ａ  流入口、１１ｂ  第１流出口、１１ｃ  第２流出口、１２  制御部、１３  遮断弁、１４  表示部、２１  第１流量計、２２  第１開閉弁、２５  第２流量計、２６  第２開閉弁、３１  ガス供給路、３２  主ガス流路、３３  ＦＣ用第１ガス流路、３４  給湯用ガス流路、３５  ＦＣ用第２ガス流路、ＦＣ  燃料電池。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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