(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側のケース（１）と、電極（３）と、電極板（２１）を有する電池本体（２）と、を有するパワーバッテリーであって、
内側のケース（４）をさらに有し、
前記外側のケース（１）の外部表面には、外部の熱除去手段が配置され、
前記内側のケース（４）の内部表面には、内部の熱除去手段が配置され、
前記外側のケース（１）及び前記内側のケース（４）の間には、環状断面を有する円筒形状の保持キャビティ（５）が形成され、
前記電極板（２１）は、前記保持キャビティ（５）内に巻かれて存在し、
前記電極（３）は、前記内側のケース（４）の内部のキャビティに配置され、前記内部のキャビティには、前記内部のキャビティを通過する１つ以上の通風路が設けられ、
前記電極（３）は、前記内部のキャビティの上部及び下部にそれぞれ設けられた第１の電極構成要素（３１）及び第２の電極構成要素（３２）を有し、
前記第１の電極構成要素（３１）は２つ以上の電極棒（３１１）及び前記内部のキャビティの中心に配置される連結管（３１０）を有し、
それぞれの電極棒（３１１）は、一方の端部は前記内側のケース（４）の内部表面と連結され、もう一方の端部は前記連結管（３１０）と連結され、
前記電極棒（３１１）は、前記内側のケース（４）の内部表面に沿って均等に配置され、
前記第２の電極構成要素（３２）は前記第１の電極構成要素（３１）と同じ構造を有し、
前記第１の電極構成要素（３１）及び前記第２の電極構成要素（３２）は互いに分離されていることを特徴とするパワーバッテリー。
【請求項２】
前記外側のケースの肉厚は、前記内側のケースの肉厚より大きいことを特徴とする請求項１に記載のパワーバッテリー。
【請求項３】
前記外側のケース（１）及び前記内側のケース（４）は管状構造を形成するように入れ子状に配置され、
前記外部の熱除去手段は、前記外側のケース（１）の径方向に外側へ伸びる複数の外部ラジエータフィン（１１）によって形成され、
前記複数の外部ラジエータフィン（１１）は、前記外側のケース（１）の外部表面に一定間隔で設けられ、
前記保持キャビティ（５）は環状断面の円筒形状を有し、
前記電池本体（２）の前記電極板（２１）は、重畳されかつ多層化された円筒を形成するように巻かれて存在し、
前記内部の熱除去手段は、前記内側のケース（４）の径方向に内側へ伸びる複数の内部ラジエータフィン（４１）によって形成され、
前記複数の内部ラジエータフィン（４１）は、前記内側のケース（４）の内部表面に一定間隔で設けられていることを特徴とする請求項２に記載のパワーバッテリー。
【請求項４】
１つ以上のセンサ（６）が前記内部のキャビティに配置されることを特徴とする請求項１に記載のパワーバッテリー。
【請求項５】
前記外側のケース（１）の肉厚は０．５ｍｍから５００ｍｍの範囲であり、
前記内側のケース（４）の肉厚は０．２ｍｍから１５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のパワーバッテリー。
【請求項６】
前記内部のキャビティには、歯車状の断面を有し前記内部のキャビティを通過する前記通風路が設けられるか、
または前記内部のキャビティには、五つ目型の断面を有し前記内部のキャビティを通過する前記通風路が設けられることを特徴とする請求項１に記載のパワーバッテリー。
【請求項７】
前記内部のキャビティには、ハニカム状の断面を有し前記内部のキャビティを通過する前記通風路が設けられ、
前記通風路は相互に接続されない複数の小さい円筒形状のハニカム穴を有し、
それぞれの小さいハニカム穴の間の壁厚は０．５ｍｍから１ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のパワーバッテリー。
【請求項８】
前記外部の熱除去手段は、前記外側のケース（１）の径方向に外側へ伸びる全体で正方形形状の外部ラジエータフィン（１２）によって形成され、
前記外部ラジエータフィン（１２）は前記外側のケース（１）の外部表面に一定間隔で取り付けられ、
前記外部ラジエータフィン（１２）の外郭の最外部は、全体として直方体表面または立方体表面上に配置され、
全体で直方体または立方体形状を有することを特徴とする請求項１に記載のパワーバッテリー。
【請求項９】
前記内部の熱除去手段は、前記内側のケース（４）の径方向に内側へ伸びる全体で正方形形状の内部ラジエータフィン（４２）によって形成され、
前記内部ラジエータフィン（４２）は前記内側のケース（４）の内部表面に一定間隔で設けられ、
前記内部ラジエータフィン（４２）の内郭の最内部は、全体として直方体または立方体の通風路が形成されるように、直方体表面または立方体表面上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のパワーバッテリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池の技術に関し、特にパワーバッテリーに関する。
【背景技術】
【０００２】
世界経済の発展に伴い、近年国際的な燃油価格は著しく変動している。そして、将来石油資源は減少すると予想されているため、石油はすでに世界経済の発展のボトル・ネックとなっており、新規なエネルギー資源を利用することが経済の発展における新しい傾向となっている。世界の化石エネルギーの枯渇の進展及び環境汚染の増加に伴い、クリーンで再生可能エネルギーへの要求がますます避けられなくなっている。
【０００３】
高効率再生可能エネルギー源のキャリアとして、リチウムイオン電池は電子及び通信産業、特に携帯電話やＰＤＡ等のような個人的な通信ツールにおいて、広く用いられている。カラースクリーン技術、マルチメディアの伝達技術、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）技術及び撮影法は、ここ２年で通信技術の急速な発展とともに、次々に導入されてきた。これによって、リチウムイオン電池の容量、体積、重さ、電気化学性能及び安全性能は高い基準に推し進められた。リチウムイオン電池単体の使用電圧は、通常２．４Ｖから４．５Ｖの範囲である。さらに、電池単体の容量は制限されている。
【０００４】
電気自動車、ＵＰＳ及び通信設備などの応用分野では、リチウムイオン電池の安全性能はより重要であり、大容量及び高出力のリチウムイオン電池が必要とされている。現在、大容量及び高出力のパワーバッテリーは、電池セル単体を直列及び／または並列に接続することによって組立てられている。リチウムイオン電池の安全性能に影響を及ぼす主要因は、作動過程に生じる電池の熱を時間内に除去出来ないことである。それどころか熱は徐々に蓄積され、制御不能となり、最終的には爆発を引き起こし、使用者に危害や損害を与えることとなる。
【０００５】
現在用いられているリチウムイオン電池は固体であるため、熱が良好に除去されない。このためこの分野の人々は、リチウムイオン電池単体の構造が熱の除去に有益であるか否か及び電池の一致性への要求を満たすか否かが主要な研究の１つとなっている。
【０００６】
従来技術における最も一般的なパワーバッテリーは固体から形成され、円または角型の形状を有している。電池のこれらの２つの性質によって、以下に示すように、安全性能の低下、充放電回数の低下及び操作性能の悪化といった欠点が生じる。
【０００７】
角型の電池の内部構造は、多数の電極板によって組立てられたものである。電池の作動過程において、電池の内部イオンは高速で動き、電池内の温度は上昇する。角型の電池の全体的な構造上の欠点のため、角型の電池では内部の熱が除去されにくい。この結果、パワーバッテリーの外側のケース及び内側の電極板が歪み、電池の内側の電極板間の空間が不均等になり、充電性能及び放電性能に影響を及ぼす。さらに内部の熱が除去されないため、性能の不安定化、爆発及び電池寿命の短縮化を招く。
【０００８】
円形の電池の内部構造は、多数の電極板を巻くことによって組立てられたものである。電池の作動過程において、電池の内部イオンは高速で動き、電池内の温度は上昇する。円形の電池の全体的な構造上の欠点のため、円形の電池では内部の熱が除去されにくい。この結果、電池の内側の電極板間の空間が不均等になり、充電性能及び放電性能に影響を及ぼす。さらに内部の熱が除去されないために、性能の不安定化、爆発及び電池寿命の短縮化を招く。
【０００９】
今やパワーバッテリーを大容量、長寿命、高安全性能に発展させることは、全世界の政府や企業間で常識となっている。このようにパワーバッテリーは、２１世紀において電気自動車の最も重要な動力源の１つとなり、人工衛星、航空産業、宇宙産業及びエネルギー貯蔵の分野において広く用いられることが予想される。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、新規構造、高い安全性、優れた熱除去性能及び長い寿命を有するパワーバッテリーを提供することを目的とする。
【００１１】
本発明の目的は、下記の技術的手段によって達成される。
【００１２】
パワーバッテリーは、外側のケースと、電池本体及び電極を有している。電池本体は、電極板を有する。パワーバッテリーはさらに内側のケースを有する。外側のケースの外部表面には、外部の熱除去手段が配置され、内側のケースの内部表面には、内部の熱除去手段が配置される。外側のケース及び内側のケースの間には、環状断面を有する円筒形状の保持キャビティが形成され、電極板は保持キャビティ内に巻かれて存在する。電極は内側のケースの内部のキャビティに配置され、内部のキャビティには、内部のキャビティを通過する１つ以上の通風路が設けられている。
【００１３】
外側のケースの肉厚は、内側のケースの肉厚より大きい。
【００１４】
要約すれば、本発明は以下の効果を有する。
【００１５】
本発明のパワーバッテリーの改善された設計は、熱の除去が少ない、爆発が起こりやすい、使用回数が少ない及び充電に時間がかかるという欠点を有する従来のパワーバッテリーに基づいて行われている。パワーバッテリーは、内部のキャビティなどの形状のように特別な構造を有している。本発明のパワーバッテリーに関して、外側のケースの外部表面には、外部の熱除去手段が配置され、内側のケースの内部表面には、内部の熱除去手段が配置される。そして、内部のキャビティには、内部のキャビティを通過する１つ以上の通風路が設けられている。これによってパワーバッテリーは、作動過程において蓄積された熱を時間内に除去することができ、使用時の安全性を高める。さらに、大容量の熱を除去する必要のある作動環境においては、パワーバッテリーの内部のキャビティに、換気扇、エアコン及びその他の冷蔵装置または冷却装置が配置される。このような構造を有するパワーバッテリーは、適切な環境温度で作用し続けることができ、パワーバッテリーの一致性への要求を減らすことができ、パワーバッテリーの寿命を延ばすことができる。加えて本発明のパワーバッテリーに関して、外側のケースの肉厚は内側のケースの肉厚より大きいため、パワーバッテリー内の温度及び圧力が急激に上昇したとき、内側のケースが最初に破壊され、蒸気が通風路の２つの端部から双方向に排出され、適切な排出方向が定められる限り事故を防ぎ得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るパワーバッテリーを示す上面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るパワーバッテリーを示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るパワーバッテリーの内部のキャビティを部分的に示す上面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るパワーバッテリーを示す立体図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るパワーバッテリーを示す上面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るパワーバッテリーを示す断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るパワーバッテリーの内部のキャビティを部分的に示す上面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るパワーバッテリーを示す立体図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係るパワーバッテリーを示す上面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るパワーバッテリーを示す断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るパワーバッテリーの内部のキャビティを部分的に示す上面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係るパワーバッテリーを示す立体図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係るパワーバッテリーを示す上面図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係るパワーバッテリーを示す断面図である。
【図１５】本発明の第４実施形態に係るパワーバッテリーの内部のキャビティを部分的に示す上面図である。
【図１６】本発明の第４実施形態に係るパワーバッテリーを示す立体図である。
【図１７】本発明の第５実施形態に係るパワーバッテリーを示す上面図である。
【図１８】本発明の第５実施形態に係るパワーバッテリーを示す断面図である。
【図１９】本発明の第５実施形態に係るパワーバッテリーを示す立体図である。
【図２０】本発明の第６実施形態に係るパワーバッテリーを示す上面図である。
【図２１】本発明の第６実施形態に係るパワーバッテリーを示す断面図である。
【図２２】本発明の第６実施形態に係るパワーバッテリーの内部のキャビティを部分的に示す上面図である。
【図２３】本発明の第６実施形態に係るパワーバッテリーを示す立体図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
発明を実施するための最良の形態
本願発明において開示されるパワーバッテリーは、外側のケースと、電池本体及び電極を有している。電池本体は、電極板を有する。パワーバッテリーはさらに内側のケースを有する。外側のケースの外部表面には、外部の熱除去手段が配置され、内側のケースの内部表面には、内部の熱除去手段が配置される。外側のケース及び内側のケースの間には、環状断面を有する円筒形状の保持キャビティが形成され、電極板は保持キャビティ内に巻かれて存在する。電極は内側のケースの内部のキャビティに配置され、内部のキャビティには、内部のキャビティを通過する１つ以上の通風路が設けられている。
【００１８】
外側のケースの肉厚は、内側のケースの肉厚より大きい。
【００１９】
パワーバッテリーは、円、正方形、ひし形または円筒のような様々な形状を有する。内部のキャビティは、円、ハニカム状、正方形または五つ目型の形状を有する。本願発明について以下詳細に説明する。
【００２０】
＜第１実施形態＞
図１、２、３及び４に示すように、第１実施形態に係るパワーバッテリーに関して、外側のケース１及び内側のケース４は、管状構造を形成するように入れ子状に配置される。外部の熱除去手段は、外側のケース１の径方向に外側へ伸びる複数の外部ラジエータフィン１１によって形成される。複数の外部ラジエータフィン１１は、外側のケース１の外部表面に一定間隔で設けられている。保持キャビティ５は、環状断面の円筒形状を有する。電池本体２の電極板２１は、重畳されかつ多層化された円筒を形成するように巻かれて存在する。内部の熱除去手段は、内側のケース４の径方向に内側へ伸びる複数の内部ラジエータフィン４１によって形成される。複数の内部ラジエータフィン４１は、内側のケース４の内部表面に一定間隔で設けられている。内部のキャビティには、歯車状の断面を有し、内部のキャビティを通過する通風路７１が設けられている。
【００２１】
電極３は、内部のキャビティの上部及び下部にそれぞれ設けられた第１の電極構成要素３１及び第２の電極構成要素３２を有する。第１の電極構成要素３１は、１つ以上の電極棒３１１及び内部のキャビティの中心に配置される連結管３１０を有する。本実施形態に係るパワーバッテリーは、２本から１０本の電極棒３１１を有する。好ましくは、３つの電極棒３１１を有する。それぞれの電極棒３１１は、一方の端部は内側のケース４の内部表面と連結され、もう一方の端部は連結管３１０と連結される。３つの電極棒３１１は、内側のケース４の内部表面に沿って均等に配置され、パワーバッテリーをより均等に充放電させる。
【００２２】
第２の電極構成要素３２は、第１の電極構成要素３１と同じ構造を有する。第１の電極構成要素３１及び第２の電極構成要素３２は、互いに分離されている。
【００２３】
１つ以上のセンサ６は、パワーバッテリーの情報を得るために、内部のキャビティに配置される。センサ６は、温度センサ及び／または圧力センサである。
【００２４】
外側のケース１の肉厚Ｌは、０．５ｍｍから５００ｍｍの範囲である。内側のケース４の肉厚Ａは、０．２ｍｍから１５ｍｍの範囲である。
【００２５】
＜第２実施形態＞
図５、６、７及び８に示すように、第２実施形態に係るパワーバッテリーは、第１実施形態と以下の点において異なる。すなわち、内部のキャビティには、五つ目型の断面を有し内側のキャビティを通過する通風路７２が設けられている。そして、内側のケース４の内部表面に不規則な表面が形成され、熱の除去領域が大幅に増大する。
【００２６】
外側のケース１の肉厚Ｌは、０．５ｍｍから５００ｍｍの範囲である。内側のケース４の肉厚Ｂは、０．２ｍｍから１５ｍｍの範囲である。
【００２７】
＜第３実施形態＞
図９、１０、１１及び１２に示すように、第３実施形態に係るパワーバッテリーは、第１実施形態と以下の点において異なる。すなわち、内部のキャビティには、ハニカム状の断面を有し内部のキャビティを通過する通風路７３が設けられている。通風路７３は、相互に接続されない複数の小さい円筒形状のハニカム穴を有する。そして、それぞれの小さいハニカム穴の間の壁厚は０．５ｍｍから１ｍｍの範囲である。
【００２８】
外側のケース１の肉厚Ｌは、０．５ｍｍから５００ｍｍの範囲である。内側のケース４の肉厚Ｃは、０．２ｍｍから１５ｍｍの範囲である。
【００２９】
＜第４実施形態＞
図１３、１４、１５及び１６に示すように、第４実施形態に係るパワーバッテリーは、第１実施形態と以下の点において異なる。すなわち、外部の熱除去手段は、外側のケース１の径方向に外側へ伸びる全体で正方形形状の外部ラジエータフィン１２によって形成される。正方形形状の外部ラジエータフィン１２は、外側のケース１の外部表面に一定間隔で取り付けられる。正方形形状の外部ラジエータフィン１２の外郭の最外部は、全体として直方体表面または立方体表面上に配置され、電池全体で直方体または立方体形状を有する。
【００３０】
パワーバッテリーの上端面には、上端面の４つの角部に配置される１つから４つの上部接続手段８１が設けられている。パワーバッテリーの下端面には、下端面の４つの角部に配置される１つから４つの下部接続手段８２が設けられている。
【００３１】
＜第５実施形態＞
図１７、１８及び１９に示すように、第５実施形態に係るパワーバッテリーは、第１実施形態と以下の点において異なる。すなわち、パワーバッテリーの前部には、前部接続手段８３が設けられ、パワーバッテリーの後部には、後部接続手段８４が設けられている。前部接続手段８３及び後部接続手段８４は外側のケース１に取り付けられている。
【００３２】
前部接続手段８３及び後部接続手段８４は、両方に取り付け穴が設けられている。
【００３３】
＜第６実施形態＞
図２０、２１、２２及び２３に示すように、第６実施形態に係るパワーバッテリーは、第１実施形態と以下の点において異なる。すなわち、内部の熱除去手段は、内側のケース４の径方向に内側へ伸びる全体で正方形形状の内部ラジエータフィン４２によって形成される。正方形形状の内部ラジエータフィン４２は、内側のケース４の内部表面に一定間隔で取り付けられる。正方形形状の内部ラジエータフィン４２の内郭の最内部は、全体として直方体または立方体の通風路７４が形成されるように、直方体表面または立方体表面上に配置されている。
【００３４】
電極３は、内部のキャビティの上部及び下部にそれぞれ設けられた第３の電極構成要素３３及び第４の電極構成要素３４を有する。第３の電極構成要素３３は、１つ以上の電極棒３３２及び内部のキャビティの中心に配置される連絡管３３１を有する。
【００３５】
本実施形態に係るパワーバッテリーは、４つの電極棒３３２を有する。４つの電極棒３３２はそれぞれ、一方の端部は内側のケース４の内部表面と連結され、もう一方の端部は連結管３３１と連結される。４つの電極棒３３２は、内側のケース４の内部表面に沿って均等に配置され、これによって、パワーバッテリーをより均等に充放電させる。
【００３６】
第４の電極構成要素３４は、第３の電極構成要素３３と同じ構造を有する。第４の電極構成要素３４及び第３の電極構成要素３３は互いに分離されている。
【００３７】
本発明のパワーバッテリーは以下の特徴を有する。
【００３８】
１．内側のケースの肉厚
内側のケースの肉厚は、パワーバッテリーの出力によって調整が可能であり、外側のケースの肉厚よりも小さい。内側のケースの肉厚は０．２ｍｍから１５ｍｍの範囲である。そして、外側のケースの肉厚は０．５ｍｍから５００ｍｍの範囲である。本発明は、高速で移動するイオンによって生じた熱が除去されないことに起因して、パワーバッテリーが爆発する問題を解決する。たとえ爆発が起きたとしても、内部のエネルギーは内部のキャビティに向かって開放され、周囲環境に有害な影響を生じさせない。
【００３９】
２．内部のキャビティに設けられたセンサ
センサは、リアルタイムにパワーバッテリーの温度及び圧力を計測するため、内部のキャビティの中心に配置される。例えば温度が高すぎるとき、センサはパワーバッテリーの温度を下げるため、空冷、水冷またはその他の冷却手段の実行を指示する。温度が低すぎるときは、センサはパワーバッテリーの温度を一定に維持するため、温風暖房、温水暖房またはその他の加熱手段の実行を指示する。これによって、パワーバッテリーは適切な温度で作動し、安定した出力電圧及び出力電流が保証され、パワーバッテリーの作動性能及び安全性が向上する。
【００４０】
３．正極及び負極
本発明の正極及び負極は、実際の要求に応じて、内部のキャビティまたはパワーバッテリーの外側のいずれかの場所に配置される。電極はほとんど、パワーバッテリーの内部のキャビティに配置され、外側から見ることができない。このため、パワーバッテリーは見た目の美しさが保証され、パワーバッテリーを厳しい環境の影響から防ぐことができる。電極棒の数は、実際の要求に応じて決定される。電極棒は、内部のキャビティに配置される。正極及び負極のそれぞれから取り出される電極棒の数は、２本から１０本までの範囲である。電極棒の主な機能は、パワーバッテリーを均等に充放電させること、充電時間を短縮させること、パワーバッテリーの寿命及び作動性能を向上させることである。
【００４１】
４．内部のキャビティのラジエータフィン
本発明のパワーバッテリーには、内部のキャビティにラジエータフィンが設けられており、ラジエータフィンは様々な形状を有する。パワーバッテリーの温度が上昇するとき、ラジエータフィンは他の冷却手段と協力して熱を開放し、パワーバッテリーにとって優れた作動環境を提供する。
【００４２】
５．外側のケースの構造
本発明のパワーバッテリーの外側のケースは、円、正方形またはひし形の形状を有する。ラジエータフィン及び異なる環境にて取り付けられる接続手段は、パワーバッテリーの外側のケースに設けられる。
【００４３】
６．直列のパワーバッテリー及び並列のパワーバッテリー
もし、ある電気機器のため、複数のパワーバッテリーを直列及び／または並列に接続する必要があるとき、外側から電力ケーブルを見ることは不可能である。パワーバッテリーの設計によって、パワーバッテリーの厳しい環境の影響を大きく減らすことができる。
【００４４】
上記した好ましい実施形態は制限されるものではない。発明の範囲内において様々な変更及び改変がされることは、当業者によって理解される。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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