(57)【要約】【課題】車両に搭載した太陽電池が発電していない場合に、その原因が太陽電池の異常によるものか否かを判別する。【解決手段】太陽光発電システム１は、車両に搭載されるものであり、複数の太陽電池ブロック１１であって、各太陽電池ブロック１１は複数のストリングを含み、各ストリングの両端にはバイパスダイオードが並列に接続されている複数の太陽電池ブロック１１と、バイパスダイオードの両端電圧を取得する電圧取得部１４と、同一の太陽電池ブロック１１内の複数のバイパスダイオードの両端電圧を所定期間比較し、比較の結果に基づいて、ストリングに異常が発生しているか否かを判定する制御部１７と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される太陽光発電システムであって、
ストリングを有する複数の太陽電池ブロックと、
表示部と、
異常が発生していると判定した前記ストリングが設置されている前記車両における面を前記表示部に表示させる制御部と、
を備える、太陽光発電システム。
【請求項２】
前記ストリングの前記車両上の前記車両における面を記憶する記憶部をさらに備える、請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項３】
前記太陽電池ブロックは、複数の前記ストリングを有し、
各前記ストリングの両端には、バイパスダイオードがそれぞれ並列接続されており、
各前記バイパスダイオードの両端電圧を取得する電圧取得部を、さらに備え、
前記制御部は、各前記両端電圧に基づいて、前記ストリングに異常が発生しているか否かを判定する、請求項１または２に記載の太陽光発電システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記車両が走行中のときに、前記車両における面を前記表示部に表示させる、請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽光発電システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記車両が走行中のときに、前記ストリングの異常を判定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽光発電システム。
【請求項６】
車両に搭載される異常表示装置であって、
ストリングを有する複数の太陽電池ブロックと、
表示部と、
異常が発生していると判定した前記ストリングが設置されている前記車両における面を前記表示部に表示させる制御部と、
を備える、異常表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電システム及び太陽光発電システムを搭載した車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載するための車載用太陽電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
車載用太陽電池の発電電力は、バッテリの充電及び動力用の電源に利用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１８４８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
太陽電池を車両に搭載している場合、太陽電池の受光量は、車両の向きに応じて変化する。例えば、車両のある面に設置された太陽電池が太陽光と反対の方向を向いている場合、その太陽電池は全く発電できない場合がある。そのため、太陽電池が発電していない場合に、太陽電池が太陽光を受光できていないから発電していないのか、太陽電池に故障などの何らかの異常があるから発電していないのかを判別することが困難であった。
【０００６】
かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、車両に搭載した太陽電池が発電していない場合に、その原因が太陽電池の異常によるものか否かを判別することができる太陽光発電システム及び太陽光発電システムを搭載した車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態に係る太陽光発電システムは、車両に搭載される太陽光発電システムであって、ストリングを有する複数の太陽電池ブロックと、表示部と、異常が発生していると判定した前記ストリングが設置されている前記車両における面を前記表示部に表示させる制御部と、を備える。
【０００８】
また、本発明の実施形態に係る異常表示装置は、車両に搭載される異常表示装置であって、ストリングを有する複数の太陽電池ブロックと、表示部と、異常が発生していると判定した前記ストリングが設置されている前記車両における面を前記表示部に表示させる制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態に係る太陽光発電システム及び太陽光発電システムを搭載した車両によれば、車両に搭載した太陽電池が発電していない場合に、その原因が太陽電池の異常によるものか否かを判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムの概略構成を示す図である。
【図２】図１の太陽電池ブロックが車両に設置された様子を示すイメージ図である。
【図３】図１の太陽電池ブロックと電圧取得部の接続の詳細を示す図である。
【図４】車両が走行する経路の一例を示すマップである。
【図５】図４の経路を車両が走行したときの各ストリングのバイパスダイオードの両端電圧の一例を示す図である。
【図６】ルーフ部の各ストリングのバイパスダイオードの両端電圧の時間変化の一例を示す図である。
【図７】図６のバイパスダイオードの両端電圧が通常の発電状態か否かを判定した様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１に示す太陽光発電システム１は、車両に搭載される太陽光発電システムであり、太陽電池ブロック１１−１〜１１−Ｎは、車両の各面の外装に貼り付けられている。
【００１３】
太陽光発電システム１は、太陽電池ブロック１１−１〜１１−Ｎと、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２と、バッテリ１３と、電圧取得部１４と、記憶部１５と、表示部１６と、制御部１７とを備える。
【００１４】
太陽電池ブロック１１は複数のストリングを備え、各ストリングの両端には並列にバイパスダイオードが接続されている。各ストリングは、太陽電池セルを直列に複数枚接続した構成であり、例えば、２０枚程度の太陽電池セルが直列に接続された構成である。図１においては、太陽電池ブロック１１が、太陽電池ブロック１１−１〜太陽電池ブロック１１−ＮまでのＮ個である場合を示しているが、太陽電池ブロック１１は任意の個数であってよい。太陽電池ブロック１１の車両上における設置例などについては後述する。
【００１５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、太陽電池ブロック１１から供給される直流電力を、所定の電圧の直流電力に変換してバッテリ１３に供給する。
【００１６】
バッテリ１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２から供給される直流電力によって充電される。なお、本実施形態では、太陽電池で発電された電力をバッテリ１３に充電しているが、これに限られない。例えば、太陽光発電システム１を搭載した車両がハイブリッド車や電気自動車であれば、動力用モーターに太陽電池で発電された発電電力を供給してもよい。また、発電電力は、車両のエアコンの電動コンプレッサに供給してもよい。上述のような動力用モーターおよび電動コンプレッサは、直流電力で動作するため、太陽電池の発電電力は適切な電圧値に変換して供給される。なお、ＡＣコンセントに接続された外部機器に発電電力を用いる場合には、ＤＣ／ＡＣコンバータを介して交流電力に変換してから供給すればよい。
【００１７】
電圧取得部１４は、太陽電池ブロック１１内の各ストリングの両端に並列に接続されたバイパスダイオードの両端に接続しており、バイパスダイオードの両端電圧（すなわち、ストリングの両端電圧）を取得する。電圧取得部１４は、例えば、所定の時間間隔でバイパスダイオ−ドの両端電圧を取得する。電圧取得部１４が取得したバイパスダイオードの両端電圧は、制御部１７が記憶部１５に格納する。電圧取得部１４は、例えば、マイコンやプロセッサのＡ／Ｄコンバータで構成される。
【００１８】
記憶部１５は、電圧取得部１４が取得したバイパスダイオードの両端電圧を記憶している。また、記憶部１５は、太陽電池ブロック１１内の各ストリングが、車両上のどの位置に設置されているかの情報を記憶している。その他、記憶部１５は、各種情報を記憶している。また、記憶部１５は、必要に応じて書き込みまたは読み出しが可能な記憶素子が用いられていてもよい。記憶部１５は、例えば、マイコンやプロセッサのメモリで構成される。なお、記憶部１５は、制御部１７に組み込まれるような形態であってもよい。また、記憶部１５は、ＵＳＢメモリやＳＤカードのような外部記憶素子として交換が容易な構成としてもよい。
【００１９】
表示部１６は、各種情報を表示する。表示部１６は、例えば、太陽電池ブロック１１内のある特定のストリングに異常がある場合、制御部１７からの制御により、そのストリングが設置されている位置や、そのストリングが異常である旨などを表示する。
【００２０】
制御部１７は、太陽光発電システム１全体を制御及び管理するものであり、例えばプロセッサにより構成することができる。制御部１７は、電圧取得部１４が取得したバイパスダイオードの両端電圧に基づいて、ストリングに異常が発生しているか否かを判定する。
【００２１】
ストリングに異常があり正常に発電していない場合、異常の原因としては、ストリングの故障やストリング表面の汚れなど、種々の原因があり得る。例えば、ストリングの故障の場合には、ストリング内の太陽電池セルの割れ又はヘアクラック、ストリング内の配線の接触不良又は断線などの原因があり得る。また、ストリング表面の汚れの場合には、鳥の糞、枯れ葉、ラベルの貼り付けなどによって汚れていることがあり得る。
【００２２】
制御部１７は、太陽電池ブロック１１内のある特定のストリングに異常の可能性があると判定すると、そのストリングが設置されている位置や、そのストリングが異常である旨などを、表示部１６に表示させる。
【００２３】
制御部１７が、ストリングに異常が発生しているか否かを判定する判定処理の詳細については後述する。
【００２４】
ここで、図２を参照して、太陽電池ブロック１１が車両に設置された様子の一例を示す。図２に示す例においては、図２（ａ）に示すＡ〜Ｅの車両の５つの面に太陽電池ブロック１１がそれぞれ設置されているものとする。車両の５つの面は、Ａがフロント部、Ｂがルーフ部、Ｃがリア部、Ｄが右側面部、Ｅが左側面部である。
【００２５】
図２（ｂ）に、車両の各面Ａ〜Ｅに設置された太陽電池ブロック１１−Ａ〜１１−Ｅ内のストリングのイメージ図を示す。図２（ｂ）に示すように、車両上の各面の面積などに応じて、太陽電池ブロック１１内のストリングの個数は異なっていてもよい。例えば、図２（ｂ）に示す例においては、フロント部に設置された太陽電池ブロック１１−Ａは、Ａ１〜Ａ４の４個のストリングを含み、ルーフ部、リア部、右側面部、左側面部に設置された太陽電池ブロック１１−Ｂ〜１１−Ｅは、それぞれ、６個、２個、３個、３個のストリングを含む。太陽電池ブロック１１内のストリングは、所望の直流電圧を得るために、必要な数のストリングが直列に接続されている。例えば、右側面部に設置された太陽電池ブロック１１−Ｄ内のストリングＤ１〜Ｄ３は全て直列に接続されている。また、例えば、ルーフ部に設置された太陽電池ブロック１１−Ｂ内のストリングは、ストリングＢ１〜Ｂ３及びストリングＢ４〜Ｂ６がそれぞれ直列に接続され、ストリングＢ１〜Ｂ３の直列接続と、ストリングＢ４〜Ｂ６の直列接続とが並列に接続される構成である。なお、図２（ｂ）においては、ストリング間の配線、及びストリングの両端に並列に接続されるバイパスダイオードの図示は省略している。
【００２６】
続いて、図３を参照して、太陽電池ブロック１１と電圧取得部１４との接続を説明する。図３は、一例として、車両の左側面部に設置された太陽電池ブロック１１−Ｅと電圧取得部１４との接続を示し、その他の太陽電池ブロック１１（１１−Ａ〜１１−Ｄ）と、電圧取得部１４との接続は図示を省略している。なお、各太陽電池ブロック１１に電圧取得部１４をそれぞれ設けることによって、個別に異常発生の判定を実行してもよい。このような形態であれば、太陽電池ブロック１１と電圧取得部１４とを接続する配線を各太陽電池ブロック１１で調整することができる。よって、余剰配線を低減することができる。
【００２７】
図３に示すように、太陽電池ブロック１１−Ｅが備える３つのストリングＥ１〜Ｅ３は、直列に接続している。また、各ストリングＥ１〜Ｅ３の両端には、それぞれ、並列にバイパスダイオードＢＤ１〜ＢＤ３が接続されている。バイパスダイオードＢＤ１〜ＢＤ３の両端と電圧取得部１４とは配線で接続されており、電圧取得部１４は、バイパスダイオードＢＤ１〜ＢＤ３の両端電圧を取得することができる。
【００２８】
図３において、太陽電池ブロック１１−Ｅが太陽光の方向を向いており、ストリングＥ１〜Ｅ３が正常に発電している場合、各ストリングの両端、すなわち、各バイパスダイオードの両端には、数ボルト〜１０数ボルト程度の電圧が発生する。この際、バイパスダイオードのアノード端を基準にしてカソード端が正になる電圧を正の電圧とすると、正の電圧として数ボルト〜１０数ボルト程度の電圧が発生する（以後、この方向を正の方向として電圧を記載する）。また、例えば、ストリングＥ３に何らかの異常が発生しており、ストリングＥ３が発電していない場合は、バイパスダイオードＢＤ３に順方向（アノードからカソードへの方向）の電流が流れる。この場合、バイパスダイオードＢＤ３のアノード端を基準にすると、バイパスダイオードＢＤ３のカソード端は０．７ボルト程度小さい値になる。すなわち、バイパスダイオードＢＤ３の両端には−０．７ボルト程度の電圧が発生する。なお、バイパスダイオードＢＤ３に順方向の電流が流れた場合に発生する電圧として−０．７ボルトは一例であり、発生する電圧の値はバイパスダイオードの特性に応じた値となる。また、バイパスダイオードＢＤ３に発生している異常の種類によっては、バイパスダイオードＢＤ３に順方向の電流が流れない場合もあり、両端電圧として負の電圧が発生するのではなく、例えば正の１ボルト程度の電圧が発生するなど、正の電圧ではあるが、通常時に比べて著しく低い電圧が発生する場合もある。
【００２９】
制御部１７は、同一の太陽電池ブロック１１内の複数のバイパスダイオードの両端電圧、すなわち同一面上に設置されている複数のストリングの両端電圧を所定期間比較し、その比較の結果に基づいて、特定のストリングに異常が発生しているかどうかを判定する。ここで、上記の所定期間は、影の影響などにより一時的にバイパスダイオードの両端に通常の発電電圧が発生していない状態を異常と誤判定することを避けるために設定する期間であり、所定期間の長さは予め設定されていてもよいしユーザが設定してもよい。
【００３０】
例えば、図３に示す例において、太陽電池ブロック１１−Ｅが太陽光の方向を向いており、ストリングＥ１及びＥ２が正常で、ストリングＥ３に何らかの異常が発生している場合、バイパスダイオードＢＤ１及びＢＤ２には、数ボルト〜１０数ボルト程度の正の電圧が発生し、バイパスダイオードＢＤ３には、−０．７ボルト程度の負の電圧が発生する。制御部１７は、バイパスダイオードＢＤ１及びＢＤ２の両端電圧は所定の閾値（例えば、１．５ボルト）以上であることがあるにも関わらず、バイパスダイオードＢＤ３の両端電圧は所定期間の間、継続して所定の閾値未満である場合、バイパスダイオードＢＤ３に並列して接続するストリングＥ３に何らかの異常が発生している可能性があると判定する。なお、所定の閾値はストリングの発電特性などに応じて、適宜、適切な値を設定しておけばよい。
【００３１】
太陽電池ブロック１１が太陽光を受光しておらず、太陽電池ブロック１１内の全てのストリングが発電していない状態では、特定のストリングが異常であるか否かを判定することは困難である。このような状態としては、例えば、車両がトンネル内を走行している場合、屋根つきのガレージに車両を停めている場合等が挙げられる。それゆえ、このような状態ではストリングの比較処理を実行しないほうがよい。そこで、制御部１７は、太陽電池ブロック１１内の少なくとも１つのバイパスダイオ−ドの両端電圧が所定の閾値以上になった場合に、その太陽電池ブロック１１内の複数のバイパスダイオードの両端電圧の比較処理を開始するようにしてもよい。
【００３２】
また、夜間の時間帯のような、明らかに太陽光を受光することができない時間帯は、特定のストリングが異常であるか否かを判定することは困難である。そのため、制御部１７は、夜間のような所定の時間帯においては、太陽電池ブロック１１内の複数のバイパスダイオードの両端電圧の比較処理を実行しないようにしてもよい。
【００３３】
なお、図３の構成において、バイパスダイオードに並列に、バイパスダイオードの両端をショートさせることができるリレーを追加した構成としてもよい。この場合、制御部１７は、あるストリングに異常があると判定した場合、そのストリングに並列に接続しているリレーを閉じてショートさせることによって、異常と検出したストリングに並列に接続しているバイパスダイオードに長期間電流を流れにくくすることができる。これにより、バイパスダイオードの過度な発熱を低減できる。これにより、バイパスダイオードの寿命を延ばすことができる。例えば自宅ガレージに車両を停めている場合において、ある特定のストリングに常に影がさしている場合などは、このようなショート用のリレーは、バイパスダイオードの寿命を延ばすために有効である。
【００３４】
図４及び図５を参照して、車両が様々な方向に向かって走行している場合の太陽電池ブロック１１内のバイパスダイオードの両端電圧の一例を示す。図４及び図５においては、太陽電池ブロック１１及び太陽電池ブロック１１内のストリングの配置は、図２に示す配置であるものとする。
【００３５】
車両は、図４において、９：００から９：４０にかけて地点Ａから地点Ｉまで走行するものとする。車両は、９：００に地点Ａを通り、５分後の９：０５に地点Ｂを通り、その後、５分毎に各地点を経由して、９：４０に地点Ｉを通るものとする。
【００３６】
図５は、車両が図４の経路を走行した場合の各地点（地点Ａ〜地点Ｉ）における、太陽電池ブロック１１内の各ストリングの両端電圧（すなわち、バイパスダイオードの両端電圧）の絶対値を示したものである。図５に示す例において、制御部１７が、ストリングが正常の発電をしているか否かの判定をする閾値は、１．５ボルトであるものとする。これは、通常のバイパスダイオードの順電流が流れた場合の両端電圧は、１．５ボルトを超えることはほぼないからである。また、制御部１７がある特定のストリングが異常であるか否かの判定をするための所定期間は３０分であるものとする。
【００３７】
例えば、車両のフロント部に設置された太陽電池ブロック１１−Ａ内のストリングＡ１〜Ａ４におけるバイバスダイオードの両端電圧を参照すると、地点Ｂにおいて、ストリングＡ１〜Ａ４の両端電圧は４ボルトとなり、やや発電電力が小さくなっている。これは、図４に示す例においては、日射方向は、ほぼ東の方向から西の方向に向いているため、車両がほぼ西進している地点Ｂでは、フロント部に設置された太陽電池ブロック１１−Ａ の受光量が減るためと考えられる。また、地点Ｅ及びＦにおいて、ストリングＡ１〜Ａ４の両端電圧は０ボルト程度となっている。これは、地点Ｅ及びＦがトンネル内であるためと考えられる。なお、本実施形態では受光量が減ることで両端電圧が４ボルトまで下がるとしたが、周囲に障害物の無い場所などでは散乱光によって発電するので電圧がほとんど低下しない場合もある。但し、発電電流は減少するため、発電電力は低下する。
【００３８】
図５における太陽電池ブロック１１−Ａ内のストリングの両端電圧を参照すると、地点Ｅ及びＦにおいて、ストリングＡ１〜Ａ４のバイパスダイオードの両端電圧が閾値である１．５ボルト未満となっているが、ある特定のバイパスダイオードだけではなく、ストリングＡ１〜Ａ４の全てのバイパスダイオードの両端電圧が０ボルトとなっているため、制御部１７は、ストリングＡ１〜Ａ４のいずれかに異常が発生しているとは判定しない。
【００３９】
一方、車両の左側面部に設置された太陽電池ブロック１１−Ｅ内のストリングＥ１〜Ｅ３におけるバイバスダイオードの両端電圧を参照すると、地点Ａ（９：００）において、ストリングＥ１及びＥ３の両端電圧は１０ボルトであり閾値以上の電圧となっているが、ストリングＥ２の両端電圧は１ボルトと閾値未満の値である。そして、ストリングＥ２の両端電圧は、その後、地点Ｇ（９：３０）まで所定期間の間、継続して１ボルト又は０ボルトと閾値未満の値である。この場合、制御部１７は、ストリングＥ２に異常があると判定し、その旨、及び、異常発生箇所を表示部１６に表示させる。
【００４０】
続いて、バイパスダイオードの両端電圧の他の例を図６に示す。図６は、図２に示す太陽電池ブロック１１−Ｂ内のストリングＢ１〜Ｂ６の時間変化の一例を示したものである。
【００４１】
図６の測定値について、所定の閾値を例えば１．５ボルトとして、通常の発電をしているか否かを判定したものを図７に示す。図７では、バイパスダイオードの両端電圧が１．５ボルト以上である場合を、通常の発電をしているものとして、記号「○」で表している。また、バイパスダイオードの両端電圧が１．５ボルト未満である場合を、通常の発電をしていないものとして、記号「×」で表している。
【００４２】
図７を参照すると、９：００において、ストリングＢ１〜Ｂ３、Ｂ５及びＢ６の両端電圧は閾値以上の電圧となっているが、ストリングＢ４の両端電圧は閾値未満の値である。そして、ストリングＢ４の両端電圧は、その後、９：３０まで所定期間の間、継続して閾値未満の値である。この場合、制御部１７は、ストリングＢ４に異常があると判定し、その旨、及び、異常発生箇所を表示部１６に表示させる。
【００４３】
なお、上記実施形態においては、図３に示すように、電圧取得部１４は、太陽電池ブロック１１内の全てのバイパスダイオードの両端電圧を取得していたが、太陽電池ブロック１１全体の電圧のみ、例えば、図３の構成では、バイパスダイオードＢＤ１のアノード側と、ＢＤ３のカソード側の電圧のみを取得するようにしてもよい。この場合、制御部１７は、通常発電時のストリングの両端電圧を加算した分の電圧に、太陽電池ブロック１１全体の電圧が満たなければ、いずれかのストリングに異常があると判定する。また、この場合、制御部１７は、通常発電時のストリングの両端電圧を加算した分の電圧と、太陽電池ブロック１１全体の電圧との差分から、異常が発生している可能性があるストリングの個数を判定することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、バイパスダイオードの両端電圧を絶対値の表示に代えて、正なら記号「○」、負なら記号「×」と置き換えて表示してもよい。この場合、異常の原因が配線の接触不良等に起因する低電圧と判別できるため、原因の識別表示を明確にすることができる。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、制御部１７は、同一の太陽電池ブロック１１内の複数のバイパスダイオードの両端電圧を所定期間比較し、その比較の結果に基づいて、ストリングに異常が発生しているか否かを判定する。これにより、車両に搭載される本実施形態の太陽光発電システム１は、発電していないストリングがある場合に、その原因がストリング（太陽電池）の異常によるものか否かを判別することができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、制御部１７は、異常が発生していると判定したストリングの位置を、表示部１６に表示させる。これにより、車両のユーザは、車両のどの位置のストリングに異常が発生したかを知ることができる。これは、大型車両のルーフ部などのような、汚れを目視で確認することが困難な場所に汚れがある場合に特に有効である。
【００４７】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、本発明について装置を中心に説明してきたが、本発明は装置の各構成部が実行するステップを含む方法、装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
【符号の説明】
【００４８】
１  太陽光発電システム
１１  太陽電池ブロック
１２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３  バッテリ
１４  電圧取得部
１５  記憶部
１６  表示部
１７  制御部
ＢＤ１〜ＢＤ３  バイパスダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2020014383.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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