(57)【要約】【課題】ＥＧＲクーラの内部への煤の付着を抑制するとともに、付着した煤を効率よく除去することを実現したＥＧＲクーラの煤除去システムを提供することを目的とする。【解決手段】機関本体２の吸気管３と排気管４と接続するＥＧＲ通路５には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ６が設けられている。熱音響音波発信機１１は、一端側がＥＧＲクーラ６に当接する音響管１２と音波発信部１３とを備えている。音波発信部１３は、蓄熱器１４、高温側熱交換器１５及び低温側熱交換器１６から構成されている。高温側熱交換器１５は、分岐通路４ａを通る排気ガスから熱エネルギーを回収して蓄熱器１４の一端を加熱する。低温側熱交換器１６は、冷却水通路８を流通する冷却水によって蓄熱器１４の他端を冷却する。蓄熱器１４に温度勾配が生じると蓄熱器１４は音波を発信し、音響管１２を振動させる。音響管１２の振動は、ＥＧＲクーラ６に伝達される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路に設けられ、前記排気通路から前記吸気通路に還流される排気ガスを冷却するＥＧＲクーラの煤除去システムにおいて、
内部に蓄熱器が設けられる中空の音響管と、
前記蓄熱器の一端に設けられ、前記排気通路内を流通する前記排気ガスの熱エネルギーを回収して、前記蓄熱器の前記一端を加熱する高温側熱交換器と、
前記蓄熱器の他端に設けられ、前記蓄熱器の前記他端を冷却する低温側熱交換器と
を備え、
前記高温側熱交換器と前記低温側熱交換器との間で前記蓄熱器に温度勾配を生じさせることによって前記音響管内に音波を発生させ、
前記音響管内に発生した前記音波を前記ＥＧＲクーラに伝達して、前記ＥＧＲクーラを振動させることを特徴とするＥＧＲクーラの煤除去システム。
【請求項２】
前記ＥＧＲクーラと前記音響管とが接触する請求項１に記載のＥＧＲクーラの煤除去システム。
【請求項３】
前記音響管は、両端部が閉塞された筒状の部材である請求項１または２に記載のＥＧＲクーラの煤除去システム。
【請求項４】
前記音響管は、ループ状になった筒状の部材である請求項１または２に記載のＥＧＲクーラの煤除去システム。
【請求項５】
前記高温側熱交換器は、前記排気通路をバイパスする通路に接続される請求項１〜４のいずれか１項に記載のＥＧＲクーラの煤除去システム。
【請求項６】
前記高温側熱交換器は、前記ＥＧＲ通路に接続される請求項１〜４のいずれか１項に記載のＥＧＲクーラの煤除去システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はＥＧＲクーラの煤除去システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、排気ガスの一部を排気通路から吸気通路に還流させることによって燃焼温度を低下させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量を低減するＥＧＲ装置が公知である。例えば特許文献１には、吸気通路に還流させる排気ガス、いわゆるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラを備えたＥＧＲ装置が開示されている。ＥＧＲクーラは、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路の途中に設けられており、その内部をＥＧＲガスが流通する。また、ＥＧＲクーラには冷却水循環通路が接続されており、ＥＧＲクーラ内を流通する冷却水によって、高温のＥＧＲガスが冷却される。吸気通路に戻される前にＥＧＲガスを冷却することによって内燃機関の燃焼温度を更に下げ、それにより、ＮＯｘの発生量を低減している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９８１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、内燃機関から排出される排気ガス中には、炭化水素（ＨＣ）等の未燃ガスや粒子状物質（ＰＭ）が含まれており、これらが煤となってＥＧＲクーラの内部に付着すると、熱交換効率が低下するという問題点を有していた。また、一般的にＥＧＲクーラの内部には、表面積を増大させて冷却効率を向上するためのフィン等が設けられているため、付着した煤を除去することが困難であるという問題点を有していた。
【０００５】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、ＥＧＲクーラの内部への煤の付着の抑制、及び付着した煤の除去を効率よく行なうことを実現したＥＧＲクーラの煤除去システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るＥＧＲクーラの煤除去システムは、内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路に設けられ、排気通路から吸気通路に還流される排気ガスを冷却するＥＧＲクーラの煤除去システムにおいて、内部に蓄熱器が設けられる中空の音響管と、蓄熱器の一端に設けられ、排気通路内を流通する排気ガスの熱エネルギーを回収して、蓄熱器の一端を加熱する高温側熱交換器と、蓄熱器の他端に設けられ、蓄熱器の他端を冷却する低温側熱交換器とを備え、高温側熱交換器と低温側熱交換器との間で蓄熱器に温度勾配を生じさせることによって音響管内に音波を発生させ、音響管内に発生した音波をＥＧＲクーラに伝達して、ＥＧＲクーラを振動させることを特徴とするものである。
【０００７】
高温側熱交換器で蓄熱器の一端を加熱し、低温側熱交換器で蓄熱器の他端を冷却することによって、熱音響現象による音波が蓄熱器から音響管内に発信される。音響管内に発信された音波をＥＧＲクーラに伝達して、ＥＧＲクーラを振動させるため、ＥＧＲクーラの内部への煤の付着が振動によって抑制される。また、ＥＧＲクーラの内部に付着した煤も振動によって剥離して除去される。熱音響音波発信機は、排気ガスの熱エネルギーを音波に変換するため、音波を発信するための電源等を必要としない。また、排気ガスの熱エネルギーを回収して音波を発信するので排気ガスの温度が低下し、排気通路から吸気通路に還流される排気ガスであるＥＧＲガスの温度も低下させることができる。したがって、ＥＧＲクーラの内部への煤の付着の抑制、及び付着した煤の除去を効率よく行なうことが可能となる。
【０００８】
ＥＧＲクーラと音響管とが接触してもよい。音響管内に発生した音波による振動を直接的にＥＧＲクーラに伝達できるため、ＥＧＲクーラの内部への煤の付着の抑制、及び付着した煤の除去をさらに効率よく行なうことができる。
【０００９】
音響管は、両端部が閉塞された筒状の部材であってもよい。両端部が閉塞された筒状の音響管内で音波を発信すると、音波が端部で反射することにより増幅された定在波を発生させることができる。そして、音響管の軸方向において、振動が最大となる部位の振動をＥＧＲクーラに伝達することにより、ＥＧＲクーラを最大限に振動させることができるため、煤の付着の抑制、及び付着した煤の除去を最も効率よく行なうことが可能となる。
【００１０】
音響管は、ループ状になった筒状の部材であってもよい。例えば特開平１０−３２５６２５の段落番号［００４４］〜［００４５］に記載されている考えを基にして、複数の蓄熱器をループ内に配置する等を行えば、音波は音響管内を循環する進行波となるため、ＥＧＲクーラを、音響管のどの部位に当接させても所定の振動を与えることができる。したがって、ＥＧＲクーラと熱音響音波発信機とを接触させる位置における配置上の自由度を大きくすることができる。
【００１１】
高温側熱交換器は、排気通路をバイパスする通路に接続されてもよい。
高温側熱交換器は、ＥＧＲ通路に接続されてもよい。ＥＧＲガスの全てが高温側熱交換器を通過するため、その熱エネルギーが高温側熱交換器に回収され、ＥＧＲガスの温度をさらに低下させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、ＥＧＲクーラの内部への煤の付着の抑制、及び付着した煤の除去を効率よく行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、この発明の実施の形態について添付図に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るＥＧＲクーラの煤除去システムを備えた内燃機関１の構成を図１に概略的に示す。
内燃機関１の機関本体２には、その内部に形成された図示しない燃焼室内に吸気ガスを供給するための吸気管３と、燃焼室内に生じた排気ガスを外部に排出するための排気管４とが接続されている。吸気管３と排気管４とはＥＧＲ通路５を介して接続されており、排気管４内を流通する排気ガスの一部が、ＥＧＲガスとして吸気管３に還流されるようになっている。ここで、吸気管３と、吸気管３に接続された図示しない吸気マニホールドとは、内燃機関１における吸気通路を構成する。また、排気管４と、排気管４に接続された図示しない排気マニホールドとは、内燃機関１における排気通路を構成する。ＥＧＲ通路５の途中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ６と、ＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲバルブ７とが設けられている。ＥＧＲクーラ６には、冷却水が流通する冷却水通路８が接続されており、ＥＧＲクーラ６内に導入されたＥＧＲガスと冷却水との間で熱交換を行うことによって、ＥＧＲガスが冷却されるようになっている。また、冷却水通路８の途中にはラジエータ９が設けられており、冷却水通路８内を循環した冷却水が、ラジエータ９で冷却されるようになっている。
【００１４】
内燃機関１は、ＥＧＲクーラ６を振動させるための熱音響音波発信機１１を備えている。熱音響音波発信機１１は、両端が閉塞された円筒形状を有する音響管１２と、音響管１２内に音波を発信するための音波発信部１３とから構成されている。音波発信部１３は、音響管１２の内部に設けられた蓄熱器１４、蓄熱器１４の一端に設けられた高温側熱交換器１５、及び蓄熱器１４の他端に設けられた低温側熱交換器１６から構成されている。高温側熱交換器１５には、排気管４から分岐した分岐通路４ａが接続されており、排気管４内を流通する排気ガスの一部は、排気管４をバイパスする通路である分岐通路４ａに流入して高温側熱交換器１５を通過し、排気管４に戻されるようになっている。一方、低温側熱交換器１６には冷却水通路８が接続されている。
【００１５】
ここで、音波発信部１３の構成について、図２及び図３を用いて説明する。
図２に示すように、音響管１２は第一管部１２ａ、第二管部１２ｂ及び第三管部１２ｃの３つに分割されており、第一管部１２ａと第三管部１２ｃとの間に位置する第二管部１２ｂ内に、蓄熱器１４が設けられている。蓄熱器１４は、例えばステンレス等の金属やセラミックからなる薄板を積層した部材、またはステンレス等の金属やセラミックからなるハニカム状の部材として提供され、その内部には、音響管１２の軸方向に沿って延在する図示しない狭い流路が形成されている。
【００１６】
高温側熱交換器１５は、第一管部１２ａと第二管部１２ｂとの間に一対の断熱部材１７ａ、１７ｂを介して挟持された伝熱板１８と、コ字状の断面形状を有し、断熱部材１７ａ、１７ｂ及び伝熱板１８の外周部を覆うように接合された環状の流路形成部１９とからなる。伝熱板１８は、例えば銅（Ｃｕ）等、高い熱伝導率を有する材料から形成されたハニカム状または格子状の金網であって、蓄熱器１４の一端に接触している。図３に示すように、流路形成部１９は伝熱板１８の外周部に環状の流路１９ａを形成しており、この流路１９ａに分岐通路４ａが接続されている。すなわち、排気管４から分岐通路４ａに流入した排気ガスの熱エネルギーは、伝熱板１８を介して蓄熱器１４の一端に伝達されるようになっている。
【００１７】
低温側熱交換器１６も同様に、第二管部１２ｂと第三管部１２ｃとの間に一対の断熱部材２０ａ、２０ｂを介して挟持された伝熱板２１と、コ字状の断面形状を有し、断熱部材２０ａ、２０ｂ及び伝熱板２１の外周部を覆うように接合された環状の流路形成部材２２を有している。伝熱板２１は、蓄熱器１４の他端に接触している。図４に示すように、流路形成部材２２は伝熱板２１の外周部に環状の流路２２ａを形成しており、この流路２２ａに冷却水通路８が接続されている。すなわち、蓄熱器１４の他端は、伝熱板２１を介して、流路２２ａ内を流通する冷却水によって冷却されるようになっている。
【００１８】
以上のように構成される音波発信部１３において、分岐通路４ａに導入された排気ガスの熱エネルギーは、高温側熱交換器１５を介して蓄熱器１４の一端に伝達され、蓄熱器１４の一端が加熱される。一方、蓄熱器１４の他端は、低温側熱交換器１６を介して、冷却水通路８内を流通する冷却水によって冷却される。したがって、蓄熱器１４の高温側熱交換器１５側の端部は高温となり、低温側熱交換器１６側の端部は低温となり、蓄熱器１４の両端部間に温度勾配が生じる。蓄熱器１４の両端部間に温度勾配が生じると、蓄熱器１４内の作動流体（例えば、大気圧空気や、加圧したヘリウム−アルゴン混合気体等）が自励振動して音波が発生する。音波が発生するメカニズムについては、例えば、特開２００６−２７３８の段落番号［０００２］に記載されている。すなわち、音波発信部１３は、高温側熱交換器１５が回収した排気ガスの熱エネルギーを音エネルギーに変換している。
【００１９】
次に、図５（ａ）、（ｂ）を用いてＥＧＲクーラ６の構成について説明する。
ＥＧＲクーラ６は、矩形の断面形状を有する筒状のシェル３１を有しており、その一端にはＥＧＲガスを導入するための導入部材３２ａが、他端にはＥＧＲガスを排出するための排出部材３２ｂが接合されている。また、シェル３１の外周部には、冷却水通路８に接続される導入口３１ａ及び排出口３１ｂが設けられている。シェル３１の内部には、シェル３１の側壁３１ｃ及び３１ｄを貫通するように、扁平な中空のチューブ３３が複数設けられており、導入部材３２ａから導入されたＥＧＲガスが、チューブ３３内を通って排出部材３２ｂから排出されるようになっている。チューブ３３の内部には、ＥＧＲガスとチューブ３３との接触面積を増大させるためのフィン３５が設けられている。互いに隣り合うチューブ３３の間には隙間３４が形成されており、冷却水が隙間３４を通ることによって、チューブ３３内を流通するＥＧＲガスが冷却されるようになっている。
【００２０】
ここで、図６に示すように、音響管１２の両端部は閉塞されているため、音響管１２内には、音波発信部１３から発信された音波と音響管１２の端部で反射した音波とが重なりあうことによって、波形が進行せずに、あたかもその場で止まって振動しているように見える定在波Ｗが発生する。音響管１２とＥＧＲクーラ６のシェル３１（図５参照）とは、音響管１２の端部から、定在波Ｗの波長λの１／４となる距離を隔てた部位Ｐにおいて接触するように配置されている。
【００２１】
次に、この発明の実施の形態１に係るＥＧＲクーラの煤除去システムの動作について説明する。
図１に示すように、機関本体２の図示しない燃焼室内に吸気ガスが導入されて燃焼すると、燃焼室内に生じた排気ガスは、排気管４を介して外部に排出される。排気管４内を流通する排気ガスの一部は、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路５内に流入し、ＥＧＲクーラ６、ＥＧＲバルブ７を順次通過して吸気管３に還流される。ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ６内を流通する際に冷却水通路８を循環する冷却水によって冷却される。
【００２２】
排気ガスの一部は分岐通路４ａを介して高温側熱交換器１５内に導入され、音響管１２の外周部を通過した後、排気管４内に戻される。高温側熱交換器１５を通過する際に、排気ガスの熱エネルギーは高温側熱交換器１５の伝熱板１８を介して蓄熱器１４の一端に伝達され、蓄熱器１４の一方の端部が加熱される。一方、冷却水通路８を循環する冷却水が低温側熱交換器１６を通過する際に、蓄熱器１４の他方の端部が冷却される。高温側熱交換器１５側の端部が過熱され、低温側熱交換器１６側の端部が冷却されることによって、蓄熱器１４の両端部間に温度勾配が生じる。蓄熱器１４の両端部間に温度勾配が生じると、蓄熱器１４内の作動流体が自励振動して音波が発信される。音響管１２の両端部は閉塞しているため、発信された音波は音響管１２の端部で反射することにより増幅され、図６に示すように、音響管１２の内部には波長λを有する定在波Ｗが発生する。
【００２３】
ここで、ＥＧＲクーラ６と音響管１２とは、音響管１２の端部から定在波Ｗの波長λの１／４となる距離を隔てた部位Ｐ、すなわち音響管１２内の振動が最大となる位置（すなわち定在波Ｗの腹が位置する部分）において当接している。発信された音波による最大限の振動がＥＧＲクーラ６に伝達され、ＥＧＲクーラ６が振動する。このように、ＥＧＲクーラ６が振動することによって、ＥＧＲガス中に含まれる煤が、ＥＧＲクーラ６の内部に付着することが抑制されるとともに、付着していた煤が剥離して除去される。また、高温側熱交換器１５に導入された排気ガスの熱エネルギーは、蓄熱器１４を加熱する際に奪われるため、温度が下がった状態で排気管４に戻され、排気管４内の排気ガスの温度を低下させる。温度が低下した排気ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気管３に還流されるため、ＥＧＲガスの温度をさらに低下させることができる。
【００２４】
このように、高温側熱交換器１５で蓄熱器１４の一端を加熱し、低温側熱交換器１６で蓄熱器１４の他端を冷却することによって、熱音響現象による音波が蓄熱器１４から音響管１２内に発信される。音響管１２内に発信された音波をＥＧＲクーラ６に伝達して、ＥＧＲクーラ６を振動させるため、ＥＧＲクーラ６の内部への煤の付着が振動によって抑制される。また、ＥＧＲクーラ６の内部に付着した煤も振動によって剥離して除去される。熱音響音波発信機１１は、排気ガスの熱エネルギーを音波に変換するため、音波を発信するための電源等を必要としない。また、排気ガスの熱エネルギーを回収して音波を発信するので排気ガスの温度が低下し、排気管４から吸気管３に還流される排気ガスであるＥＧＲガスの温度も低下させることができる。したがって、ＥＧＲクーラ６の内部への煤の付着の抑制、及び付着した煤の除去を効率よく行なうことが可能となる。
【００２５】
また、ＥＧＲクーラ６と音響管１２とを接触させたので、音響管１２内に発生した音波による振動を直接的にＥＧＲクーラ６に伝達できる。したがって、ＥＧＲクーラ６の内部への煤の付着の抑制、及び付着した煤の除去をさらに効率よく行なうことができる。
【００２６】
さらに、音響管１２を両端部が閉塞された筒状の部材としたので、音響管１２内で発信された音波が音響管１２の端部で反射することにより増幅された定在波Ｗを発生させることができる。音響管１２の軸方向において、振動が最大となる部位Ｐの振動をＥＧＲクーラ６に伝達することにより、ＥＧＲクーラ６を最大限に振動させることができるため、煤の付着の抑制、及び付着した煤の除去を最も効率よく行なうことが可能となる。
【００２７】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係るＥＧＲクーラの煤除去システムについて説明する。この実施の形態２に係るＥＧＲクーラの煤除去システムは、実施の形態１に対して、環状の音響管を用いて構成したものである。尚、以下の実施の形態において、図１〜５の参照符号と同一の符号は同一または同様の構成であるので、その詳細な説明は省略する。
図７に示すように、内燃機関４０は、熱音響音波発信機４１を備えている。熱音響音波発信機４１は、ループ状になった筒状の音響管４２と音波発信部１３とから構成されており、ＥＧＲクーラ６と音響管４２とが当接するように配置されている。その他の構成については実施の形態１と同様である。
【００２８】
以上のように構成される内燃機関４０において、蓄熱器１４の一端が高温側熱交換器１５を介して排気ガスによって加熱され、且つ他端側が、低温側熱交換器１６を介して冷却水通路８を循環する冷却水に冷却されると、蓄熱器１４から音響管４２内に、図６の矢印Ｃ１〜Ｃ５に示す矢印の方向に進行する音波が発生する。この音波の振動がＥＧＲクーラ６に伝達されてＥＧＲクーラ６が振動することによって、ＥＧＲガス中に含まれる煤が、ＥＧＲクーラ６の内部に付着することが抑制されるとともに、付着していた煤が剥離して除去される。
【００２９】
このように、音響管４２をループ状の部材としたので、音響管４２内に発信された音波は、音響管１２内を循環する進行波となる。すなわち、ＥＧＲクーラ６を、音響管４２のどの部位に当接させても所定の振動を与えることができる。したがって、ＥＧＲクーラ６と熱音響音波発信機１１とを接触させる位置における配置上の自由度を大きくすることができる。
なお、図７では音響管４２は紙面に対して平行なループ状としたが、紙面に対して垂直な面に平行なループ状としても良い。
【００３０】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係るＥＧＲクーラの煤除去システムについて説明する。この実施の形態３に係るＥＧＲクーラの煤除去システムは、実施の形態１に対して、高温側熱交換器がＥＧＲ通路に接続されるように構成したものである。
図８に示すように、内燃機関５０は、ＥＧＲクーラ６を振動させるための熱音響音波発信機５１を備えている。熱音響音波発信機５１は、実施の形態１における熱音響音波発信機１１と同様に、音響管１２と音波発信部１３とから構成されている。音波発信部１３の高温側熱交換器１５は、吸気管３と排気管４とを接続するＥＧＲ通路５２におけるＥＧＲクーラ６の上流側、すなわち排気管４とＥＧＲクーラ６との間に接続されている。したがって、排気管４からＥＧＲ通路５２に導入されたＥＧＲガスの全ては、まず高温側熱交換器１５を通過した後にＥＧＲクーラ６内に流入する。その他の構成については実施の形態１と同様である。
【００３１】
このように、高温側熱交換器１５をＥＧＲ通路５２に接続したので、ＥＧＲガスの全てが高温側熱交換器１５を通過する。すなわち、ＥＧＲガスの熱エネルギーが高温側熱交換器１５に回収され、ＥＧＲガスの温度をさらに低下させることが可能となる。
【００３２】
なお、上記実施の形態１〜３においては、ＥＧＲクーラの冷却水と音波発信部の冷却水は１個の共通のラジエータにより冷却されていたが、ＥＧＲクーラ用のラジエータとは別に音波発信部用のラジエータを別個に備えていても良い。
【００３３】
また、上記実施の形態１〜３において、低温側熱交換器は冷却水通路内を流通する冷却水によって冷却される水冷式として構成されたが、冷却方法を限定するものではなく、空冷式の構造であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るＥＧＲクーラの煤除去システムを備えた内燃機関の構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１に係るＥＧＲクーラの煤除去システムにおける音波発生部の構成を示す概略図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す概略図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ断面を示す概略図である。
【図５】実施の形態１に係るＥＧＲクーラの煤除去システムにおけるＥＧＲクーラの構成を示す概略図である。
【図６】実施の形態１に係るＥＧＲクーラの煤除去システムの構成を示す概略図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係るＥＧＲクーラの煤除去システムを備えた内燃機関の構成を示す概略図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係るＥＧＲクーラの煤除去システムを備えた内燃機関の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１，４０，５０  内燃機関、３  吸気管、４  排気管、４ａ  分岐通路（通路）、５，５２  ＥＧＲ通路、６  ＥＧＲクーラ、１１，４１，５１  熱音響音波発信機、１２，４２  音響管、１４  蓄熱器、１５  高温側熱交換器、１６  低温側熱交換器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010071238.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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