(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生器、凝縮器、吸収器及び蒸発器を含む室外機と、該蒸発器内の蒸発コイルの下端と下降管及びＵ字管を経由して少なくとも一つの室内機に接続された二次冷媒の冷媒液管と、該冷媒液管の前記Ｕ字管に配置された冷媒ポンプと、前記蒸発コイルの上端とそれぞれの室内機とに接続された冷媒ガス管とを備えた吸収式冷温熱発生装置において、前記冷媒ポンプとそれぞれの室内機との間の前記冷媒液管に液位レベルスイッチを設け、前記冷媒ガス管に前記蒸発コイルの上端より突出する立上り管を形成し、該立上り管と前記冷媒液管との間にバイパス管を接続し、該バイパス管に前記立上り管へ近接させて冷媒電磁弁を配置し、暖房時に、該冷媒電磁弁を全開に制御するとともに、冷媒液量の低下による前記液位レベルスイッチの作動又は前記室外機の燃焼停止で前記冷媒ポンプを停止し、冷房時に、前記冷媒電磁弁を高負荷運転で全閉し、かつ低負荷運転又は停止運転で全開にする制御手段を備えたことを特徴とする吸収式冷温熱発生装置。
【請求項２】
室外機に含まれる蒸発器と該蒸発器より低位置の少なくとも一つの室内機との間に、冷媒ポンプを介して二次冷媒を自然循環させるように冷媒液管及び冷媒ガス管を備えた吸収式冷温熱発生装置において、前記冷媒ポンプとそれぞれの室内機との間の前記冷媒液管に液位レベルスイッチを設け、前記冷媒ガス管に前記蒸発器の上端より突出する立上り管を形成し、該立上り管と前記冷媒液管との間にバイパス管を接続するとともに、該バイパス管に冷媒電磁弁を配置し、冷媒電磁弁は、暖房時に全開されるとともに、冷房時に高負荷運転で全閉され、かつ低負荷運転及び運転停止で全開に制御されることを特徴とする吸収式冷温熱発生装置。
【請求項３】
バイパス管及び冷媒電磁弁の口径は、蒸発器内の蒸発コイルとほぼ等しい圧力損失を生じるように決められることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸収式冷温熱発生装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸収式冷温熱発生装置を備えてなることを特徴とする空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内機と室外機とを備えた空調装置に係り、特に相変化する二次冷媒を用いた吸収式冷温熱発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の吸収式冷温熱発生装置においては、図３に示す構成の吸収冷温水機（室外機）を用いた空調装置が知られている。空調装置は、冷温熱を発生する吸収冷温水機１００と、この吸収冷温水機１００に冷却水管４０，４１で接続され冷却水を冷却するクーリングタワー４２と、冷却水管４１に介装され冷却水をクーリングタワー４２から吸収冷温水機１００に循環させる冷却水循環ポンプ１４と、吸収冷温水機１００に冷温水管４３，４４で接続され空調対象空間に配置されて空間の空気との熱交換を行う図示しない空調用室内機（室内機）と、冷温水管４３に介装され冷温水管４３，４４に充填された二次冷媒を吸収冷温水機１００と空調用室内機との間に循環させる冷温水循環ポンプ１５とを含んで構成されている。
【０００３】
空調用室内機に対して、クーリングタワー４２と併せて通常、室外機と呼ばれる吸収冷温水機１００は、燃料を燃焼させその熱で希溶液を加熱する高温再生器１と、この高温再生器１で加熱された希溶液から冷媒蒸気と中間濃溶液とを分離する分離器２と、分離された冷媒蒸気を熱源として中間濃溶液を加熱してさらに二次冷媒蒸気を発生させる低温再生器３と、低温再生器３を通過した冷媒蒸気及び低温再生器３で発生した二次冷媒蒸気を冷却して凝縮液化させ液冷媒を生成する凝縮器４と、凝縮器４で生成された液冷媒を内装した冷媒分配器６Ｂから同じく内装した蒸発コイル上に滴下蒸発させ蒸発コイル中の二次冷媒を冷却する蒸発器６と、蒸発器６で蒸発した冷媒蒸気を濃溶液に吸収させ希溶液を生成する吸収器５と、希溶液を加圧し低温溶液熱交換器８及び高温溶液熱交換器７の被加熱流体側を経て高温再生器１に送りこむ溶液循環ポンプ９と、分離器２の底部と蒸発器６の底部を冷暖切換弁１０を介して連通する管路１０Ａと、低温溶液熱交換器８の加熱流体出側を吸収器５の上部に接続する濃溶液管８Ａと、濃溶液管８Ａと吸収器５の下部を溶液バイパス弁１３を介して接続する管路１３Ａと、濃溶液管８Ａと蒸発器５に内装された冷媒分配器６Ｂを凍結防止弁１２を介して連通する管路１２Ａと、冷媒分配器６Ｂに装着され冷媒分配器６Ｂ内の冷媒の温度を検知する蒸発器温度センサ１７と、凝縮器４から冷媒分配器６Ｂに液冷媒を導く水冷媒管１１Ｂと、水冷媒管１１Ｂに並列に接続され水冷媒比例弁１１を介装する管路１１Ａとを含んで構成されている。
【０００４】
また、分離器２で分離された中間濃溶液が高温溶液熱交換器７の加熱流体側を経て低温再生器３に導かれ、低温再生器３で冷媒を蒸発させて濃溶液となったのち、低温溶液熱交換器８の加熱流体側を経て濃溶液管８Ａに導かれるように管路が構成されている。吸収器５及び凝縮器４にはそれぞれ冷却水コイルが内装され、吸収器５の冷却水コイルの出口は凝縮器４の冷却水コイルの入り口に接続されていて、吸収器５の冷却水コイルの入り口は冷却水管４１に、凝縮器４の冷却水コイルの出口は冷却水管４０に、それぞれ接続されている。冷温水管４３は蒸発器６の蒸発コイル６Ａの入り側に、冷温水管４４は蒸発器６の蒸発コイル６Ａの出側に、それぞれ接続され、冷温水管４４の蒸発コイル出口近傍には二次冷媒の温度を検知する冷水出口温度センサ１６が装着されている。
【０００５】
室内機と室外機との間で循環して熱を搬送する二次冷媒として、相変化をしない流体、一般に液体が用いられてきたが、近年、二次冷媒に相変化を行わせることにより、単位流量あたりの熱搬送量を増加させるものが開発されている。図４はそのような構成の例を示すもので、図３に示す構成のうち、冷温水管４３，４４に代えて冷媒液管５０及び冷媒ガス管５１が蒸発コイル６Ａの下端及び上端にそれぞれ接続されている。冷媒液管５０及び冷媒ガス管５１の他端は、蒸発コイル６Ａよりも下方に配置された複数の室内機５２，５３の数だけ分岐しており、冷媒液管５０の分岐端は、室内機５２，５３にそれぞれ内装された熱交換器の下側入り口に膨張弁５４，５５を介して接続され、冷媒ガス管５１の分岐端は、熱交換器の上側入り口にそれぞれ接続されている。冷媒液管５０と蒸発コイル６Ａとの接続部近傍には、二次冷媒の温度を検出して電気信号としてコントローラ５９に出力する冷媒液温度センサ２１が装着されている。
【０００６】
冷媒液管５０は、途中に室内機５２，５３よりも低位置に配置された部分（Ｕ字管）があり、そこに冷媒液を加圧して蒸発コイル６Ａに送りこむ冷媒ポンプ５７が装着されている。冷媒ポンプ５７の吐出側には、逆止弁５８が設けられ、この逆止弁５８の出側と冷媒ポンプ５７の吸い込み側とは、冷暖切換弁５６を介して接続されている。相変化する二次冷媒（以下単に冷媒ともいう）として、ＨＦＣ−１３４ａが冷媒液管に充填されている。他の構成は図３の説明と同じであるので、説明は省略する。
【０００７】
図４に示す空調装置の冷房時の動作は次の通りである。冷房時には、冷暖切換弁５６は開かれている。冷媒蒸気（ＨＦＣ−１３４ａ）は、蒸発器６の蒸発コイル６Ａで冷却凝縮されて冷媒液となり、重力により、冷媒液管５０を下方に流れ、膨張弁５４，５５を経て各室内機５２，５３の熱交換器に流入する。熱交換器に流入した冷媒液は、空調対象空間の空気の熱を奪って蒸発し、冷媒蒸気となって冷媒ガス管５１を経て上昇し蒸発器６の蒸発コイル６Ａに流入する。室外機１００は冷房モードで運転されているから、蒸発器６の蒸発コイル６Ａは、その表面に滴下される水冷媒の蒸発により冷却され、蒸発コイル６Ａに流入してきた冷媒蒸気（ＨＦＣ−１３４ａ）は、凝縮液化する。この凝縮液化により、蒸発コイル６Ａ内部の圧力が低下し、室内機５２，５３の熱交換器で蒸発した冷媒蒸気は蒸発器６に吸引される。蒸発コイル６Ａ内部で凝縮液化した冷媒液は重力で室内機５２，５３に流入するから、冷房時の冷媒（ＨＦＣ−１３４ａ）は、自然循環し、冷媒ポンプによる冷媒の駆動を行う必要がない。
【０００８】
冷房運転が開始されると、前記のように、蒸発コイル６Ａ内部の圧力が低下し、冷媒ガス管５１内の飽和冷媒蒸気が圧力差により蒸発コイル６Ａ内に流入する。蒸発コイル６Ａ内で凝縮して生成された冷媒液は、冷媒液管５０内を自重で流下し、冷媒液ヘッド（液柱）が上昇してくる。冷媒の自然循環が成立するためには、（冷媒液ヘッド）−（冷媒ガスヘッド）が冷媒循環経路の全圧力損失以上であればよい。つまり、次式を満足する液ヘッドが形成されるまでは冷媒の自然循環は開始されない。このことは、冷房運転開始時点で蒸発器６に供給される熱負荷が少ないことを意味する。
【０００９】
【数１】
0003559919.tif 000002
【００１０】
暖房時には、冷暖切換弁５６は閉じられている。冷媒液（ＨＦＣ−１３４ａ）は、蒸発器６の蒸発コイル６Ａで加熱されて冷媒蒸気となり、冷媒ガス管５１を下方に流れ、各室内機５２，５３の熱交換器に流入する。熱交換器に流入した冷媒蒸気は、空調対象空間の空気に熱を奪われて凝縮液化し、冷媒液となって冷媒液管を下方に流れて冷媒ポンプ５７入り側に流入する。冷媒液は冷媒ポンプ５７で加圧され、蒸発器６の蒸発コイル６Ａに流入して前記のサイクルを繰り返す。このとき、室外機１００は暖房モードで運転され、蒸発器６には分離器２で分離された高温の溶液が導かれ、蒸発コイル６Ａはこの熱により加熱される。
【００１１】
ここで、冷房運転時にＨｉｇｈ−Ｌｏｗ−ＯＦＦの段階制御を行うと、冷媒ガス管内と冷媒液管内の圧力が変動する。Ｈｉｇｈ運転時は、冷媒ガス管内と冷媒液管内との圧力差もあり、飽和冷媒蒸気が冷媒液管内で滞留することはない。一方、Ｌｏｗ〜ＯＦＦ運転時は、過冷却となり、蒸発コイル内に冷媒液が溜り、蒸発コイルが液封された状態となり冷媒ガス管と冷媒液管との圧力差が少なくなるため、通常の冷媒液ヘッドがとれない。このため、自然循環させる駆動力が弱くなる。
【００１２】
また暖房時にはＨｉｇｈ（高負荷）−Ｌｏｗ（低負荷）−ＯＦＦ（停止）運転で蒸発コイル内の冷媒の液面高さが異なる。Ｌｏｗ運転時は、負荷が少なく室内機の運転台数が少ないと、冷房時に一番圧力の低い室外機の蒸発器コイル内に、室内機の冷媒保有量に相当する量の冷媒が溜ってきて、蒸発器内の液面が上昇する。（ただしそれでもＬｏｗ運転時の必要伝熱面積は確保されている。）そしてＯＦＦ運転では、さらに液面が上昇して冷媒ガス管に流入する恐れがあり、また冷媒液管内に冷媒ガスが混在していて液面が不安定になる恐れがある。そこで冷媒液管と冷媒ガス管との間に冷媒のバイパス管を設け、このバイパス管に二方弁である冷媒電磁弁を設ける。そして、冷媒電磁弁を暖房運転時の全てのモードで開し、かつ冷房運転時に全てのモードで閉し、冷媒液内の冷媒ガスをバイパス管を経て冷媒ガス管へ逃がし、かつ液面の変化を液面レベルスイッチで検出して冷媒ポンプの発停を行うことが考えられる。しかし、冷媒ポンプ側の液面レベルスイッチとともに冷媒ポンプのＯＮ−ＯＦＦ発停を２個所の液面レベルスイッチで制御することになり、頻繁な発停となって安定した運転ができない。システムとして安定した運転をするためには、暖房時に冷媒ポンプが連続して運転される方がよく、冷媒ポンプ保護のため、冷媒ポンプの上流側にレシーバーを設置して液面レベルを監視してキャビテーションのない運転制御が必須要件である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような吸収式冷温熱発生装置にあっては、冷房時のＨｉｇｈ運転では、冷媒ガス管内と冷媒液管内との圧力差があり、飽和冷媒蒸気が冷媒液管内で滞留することはない。一方、Ｌｏｗ〜ＯＦＦ運転時は、過冷却となり、蒸発コイル内に冷媒液が溜り、蒸発コイルが液封された状態となり、冷媒ガス管と冷媒液管との圧力差が少なくなるため、通常の冷媒液ヘッドがとれない。このため、自然循環させる駆動力が弱くなる問題がある。
【００１４】
また暖房時のＬｏｗ運転で蒸発器内の液面が上昇し、ＯＦＦ運転では、さらに上昇して冷媒液が冷媒ガス管に流入する。また冷媒液管内に冷媒ガスが混入していて液面が不安定になる問題がある。さらに暖房時に冷媒ポンプの発停を２個所の液面レベルスイッチで制御すると、頻繁な発停となって安定した運転ができない問題がある。
【００１５】
本発明の目的は、相変化する二次冷媒を用いて冷房時に自然循環させ、暖房時に冷媒ポンプを連続運転させることのできる吸収式冷温熱発生装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る吸収式冷温熱発生装置は、再生器、凝縮器、吸収器及び蒸発器を含む室外機と、蒸発器内の蒸発コイルの下端と下降管及びＵ字管を経由して少なくとも一つの室内機に接続された二次冷媒の冷媒液管と、冷媒液管のＵ字管に配置された冷媒ポンプと、蒸発コイルの上端とそれぞれの室内機とに接続された冷媒ガス管とを備えた吸収式冷温熱発生装置において、冷媒ポンプとそれぞれの室内機との間の冷媒液管に液位レベルスイッチを設け、冷媒ガス管に蒸発コイルの上端より突出する立上り管を形成し、立上り管と冷媒液管との間にバイパス管を接続し、バイパス管に立上り管へ近接させて冷媒電磁弁を配置し、暖房時に、冷媒電磁弁を全開に制御するとともに、冷媒液量の低下による液位レベルスイッチの作動又は室外機の燃焼停止で冷媒ポンプを停止し、冷房時に、冷媒電磁弁を高負荷運転で全閉し、かつ低負荷運転又は停止運転で全開にする制御手段を備えた構成とする。
【００１７】
そして室外機に含まれる蒸発器と蒸発器より低位置の少なくとも一つの室内機との間に、冷媒ポンプを介して二次冷媒を自然循環させるように冷媒液管及び冷媒ガス管を備えた吸収式冷温熱発生装置において、冷媒ポンプとそれぞれの室内機との間の冷媒液管に液位レベルスイッチを設け、冷媒ガス管に蒸発器の上端より突出する立上り管を形成し、立上り管と冷媒液管との間にバイパス管を接続するとともに、バイパス管に冷媒電磁弁を配置した構成でもよい。
【００１８】
このとき、冷媒電磁弁は、暖房時に全開されるとともに、冷房時に高負荷運転で全閉され、かつ低負荷運転及び運転停止で全開に制御される構成とする。
【００１９】
さらにバイパス管及び冷媒電磁弁の口径は、蒸発器内の蒸発コイルとほぼ等しい圧力損失を生じるように決められる構成でもよい。
【００２０】
そして空調装置においては、前記いずれか一つの吸収式冷温熱発生装置を備えてなる構成とする。
【００２１】
本発明によれば、暖房時のＨｉｇｈ運転では蒸発器管内で冷媒を蒸発させるために液面は最も低い位置にある。Ｌｏｗ運転では負荷が少ない分、蒸発器の上下間の位置に液面がある。ＯＦＦ運転では液面はさらに上昇するが、冷媒ガス管の立上り管より下部に冷媒液面が保持されるため、冷媒ガス管へ流入しない。
【００２２】
冷房時のＨｉｇｈ運転では、冷媒電磁弁を閉とし、Ｌｏｗ運転では冷媒電磁弁を開とし、滞留する冷媒ガスをバイパス管を通して上方へ逃がし、冷媒液管内に冷媒ガスを含まない冷媒液ヘッドを形成することにより、自然循環サイクルが早く形成される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１を参照しながら説明する。図１に示すように、高温再生器１及び低温再生器３等の再生器、分離器２、凝縮器４、吸収器５、蒸発器６、高温溶液熱交換器７及び低温溶液熱交換器８等を含む室外機１００と、蒸発器６内の蒸発コイル６Ａの下端と下降管５０Ａ及びＵ字管５０Ｂを経由して一つ以上の室内機５２，５３に接続された二次冷媒の冷媒液管５０と、冷媒液管５０のＵ字管５０Ｂに配置された冷媒ポンプ５７と、蒸発コイル６Ａの上端とそれぞれの室内機５２，５３とに接続された冷媒ガス管５１とを備えた吸収式冷温熱発生装置であって、冷媒ポンプ５７とそれぞれの室内機５２，５３との間の冷媒液管５０にその管内の液面を検出する液位レベルスイッチ７０を設け、冷媒ガス管５１に蒸発コイル６Ａの上端より突出する立上り管５１Ａを形成し、立上り管５１Ａと冷媒液管５０との間にバイパス管６４Ａ，６４Ｂを設け、バイパス管６４Ａ，６４Ｂに立上り管５１Ａへ近接させて冷媒電磁弁６０を配置し、暖房時に、冷媒電磁弁６０を全開に制御するとともに、低負荷〜停止（Ｌｏｗ〜ＯＦＦ）運転では負荷が少ないため、室内機５２，５３の膨張弁５４，５５の弁開度が小さくなり、冷媒液量が絞られるため液面低下による液位レベルスイッチ７０の作動又は室外機１００の高温再生器１での燃焼停止で冷媒ポンプ５７を停止し、冷房時に、冷媒電磁弁６０を高負荷（Ｈｉｇｈ）運転で全閉し、かつ低負荷運転又は停止運転で全開にする制御手段（コントローラ）５９を備えた構成とする。
【００２４】
そして図２に示すように、蒸発コイル６Ａの上端より上方に位置するレシーバー管６２と、蒸発コイル６Ａの下端とほぼ同一位置のレシーバー管６３とを設け、それぞれのレシーバー管６２，６３にバイパス管６４Ａ，６４Ｂ及び冷媒電磁弁６０を接続させ、蒸発コイル６Ａとほぼ等しい圧力損失を生じるようにバイパス管６４Ａ，６４Ｂ及び冷媒電磁弁６０の口径を決定する。この構造により暖房時に液面が安定し、バイパス管６４Ａに液面レベルスイッチを設けて液面高さにより冷媒ポンプ５７を起動発停制御する必要がなくなる。
【００２５】
本実施例の暖房時の動作を説明する。暖房時のＨｉｇｈ−Ｌｏｗ−ＯＦＦ運転では蒸発器６内の液面高さが異なり、Ｈｉｇｈ運転時は全負荷と考えると、全ての蒸発器伝熱面積を必要とし、蒸発器管６Ａ内で冷媒液を蒸発させるために液面は最も低いＡ０の位置にある。Ｌｏｗ運転時は負荷が少なく室内機５２，５３の運転台数が少ない。したがって、冷房時に一番圧力の低い室外機１００の蒸発器コイル６Ａ内に、室内機５２，５３の冷媒保有量に相当する量の冷媒液が溜ってきて蒸発器６内の液面が上昇し、蒸発器６の上下間の位置Ａ１に液面がある。ＯＦＦ運転時に液面はさらに上昇するが、その液面が冷媒ガス取り出し高さＡ３以下であれば、システム上、冷媒ガス管５１へ流入しない。すなわち室外機１００の高温再生器１の燃焼停止時に、冷媒ポンプ５７が停止する制御であればよい。能力制御で、Ｌｏｗ→ＯＦＦ運転の場合、負荷が少ないため、室内機５２，５３の膨張弁５４，５５は弁開度が小さくなって冷媒液量が絞られ、液面レベルスイッチ７０が作動すると、冷媒ポンプ５７を停止させる。その間、図示されるｈ３の間に液面があっても問題はない。室外機１００の高温再生器１の燃焼が始まると、蒸発により液面が低下してくる。暖房時は、冷媒電磁弁６０が開動作であり、バイパス管６４Ａ，６４Ｂをできるだけ小さい管径にして抵抗を大きくする。管径が大きくて蒸発コイル６Ａとの圧力差が大きいとその分、液面が押し上げられる。液面が高さＡ３の位置にならないように押さえることが必要である。
【００２６】
次に冷房時の動作を説明する。Ｈｉｇｈ運転時は全負荷分の能力が必要となるため、冷媒電磁弁６０を閉して冷媒ガスがバイパスしないようにするが、Ｌｏｗ運転時は冷媒電磁弁６０を開とし、レシーバー管６３内に滞留する冷媒ガスをバイパス管６４Ａ，６４Ｂを通して上方へ逃がし、均圧管作用で、冷媒液管５０内に冷媒ガスを含まない冷媒液ヘッド（液柱）を形成することにより本来の冷媒液圧力が形成され、冷媒液の落し込み効果で自然循環サイクルが早く形成される。したがってＬｏｗ運転時としては、バイパス管６４Ａ，６４Ｂは圧力損失が小さくなるようにできるだけ大きい口径が望ましい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、冷媒ガス管に立上り管と、立上り管と冷媒液管との間にバイパス管及び冷媒電磁弁を設けたため、冷房時の低負荷運転で冷媒ガスの液封が除去されて負荷の変化時間が短縮され、暖房時についても冷媒ポンプの制御が簡素化されて発停頻度が低減されるとともに、暖房時の安定運転が保持され、装置がコンパクトになる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】図１の要部を示す図である。
【図３】従来の室外機を示す図である。
【図４】従来の空調装置を示す図である。
【符号の説明】
１  高温再生器                    ２  分離器
３  低温再生器                    ４  凝縮器
５  吸収器                        ６  蒸発器
６Ｂ  冷媒分配器                  ７  高温溶液熱交換器
８  低温溶液熱交換器              ８Ａ  濃溶液管
９  溶液循環ポンプ                １０  冷暖切換弁
１０Ａ  管路                      １１  水冷媒比例弁
１１Ａ  管路                      １１Ｂ  水冷媒管
１２  凍結防止弁                  １２Ａ  管路
１３  溶液バイパス弁              １３Ａ  管路
１４  冷却水循環ポンプ            １５  冷温水循環ポンプ
１６  冷水出口温度センサ          １７  蒸発器温度センサ
２１  冷媒液温度センサ            ２２  溶液バイパス弁
２５  冷却水入口温度センサ        ４０，４１  冷却水管
４２  クーリングタワー            ４２Ａ  送風機
４３，４４  冷温水管              ５０  冷媒液管
５１  冷媒ガス管                  ５１Ａ  立上り管
５２，５３  室内機                ５４，５５  膨張弁
５６  冷暖切換弁                  ５７  冷媒ポンプ
５８  逆止弁                      ５９  コントローラ
６０  冷媒電磁弁                  ６４Ａ，６４Ｂ  バイパス管
７０  液面レベルスイッチ          ７１  ポンプコントローラ
１００  室外機
【図１】
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【図２】
0003559919.tif 000004
【図３】
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【図４】
0003559919.tif 000006