(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却して水和物スラリーを製造する方法であって、
伝熱面を介して上記の水溶液を冷却し、この伝熱面上に水和物の層を生成する工程と、
上記の伝熱面上に生成された水和物の層の上にさらに水和数の高い水和物の層を生成する工程と、
上記の水和物層の表面部分に生成された水和数の高い水和物を剥離するともに、上記の伝熱面上に水和物層の少なくとも一部を残存させる工程とを備えたことを特徴とする水和物スラリーの製造方法。
【請求項２】
前記の水和数の高い水和物を剥離する工程は、前記の伝熱面上に付着した水和物層の表面近傍を機械的に剥離してこの水和物層の表面近傍の水和数の高い水和物を剥離するものであることを特徴とする請求項１の水和物スラリーの製造方法。
【請求項３】
ゲスト化合物を含んだ水溶液に接触した伝熱面と、この伝熱面に沿って移動し、この伝熱面上に付着した水和物層を機械的に剥離させるとともにこの水和物層の少なくとも一部を上記の伝熱面上に残存させる剥離部材を備えた剥離機構とを備えたことを特徴とする水和物スラリーの製造装置。
【請求項４】
前記の伝熱面は円筒状をなし、この内周面に前記の水溶液が接触するものであり、また前記の剥離機構は、上記の円筒状の伝熱面の内周面に沿って回転する剥離羽根部材を備えていることを特徴とする請求項３の水和物スラリーの製造装置。
【請求項５】
前記の剥離機構の剥離部材と前記の伝熱面との間には所定の間隙が形成され、この間隙により前記の伝熱面上に前記の水和物層の少なくとも一部を残存させるものであることを特徴とする請求項３の水和物スラリーの製造装置。
【請求項６】
前記の剥離機構の剥離部材は可撓性を有し、前記の伝熱面に沿って移動してこの伝熱面上の水和物層を剥離する際の抵抗によって湾曲し、これにより前記の伝熱面上に水和物層の少なくとも一部を残存させるものであることを特徴とする請求項３の水和物スラリーの製造装置。
【請求項７】
前記の伝熱面には、凹凸部が形成されており、前記の剥離部材によりこの伝熱面上の水和物層が剥離される際に上記の凹凸部の凹部内に水和物層の少なくとも一部が残存するものであることを特徴とする水和物スラリーの製造装置。
【請求項８】
前記の剥離機構の剥離部材のうち前記の伝熱面に対向する部分には複数の切欠部が形成されており、この剥離部材により前記の伝熱面上の水和物層を剥離する際に上記の切欠部に対応した部分に前記の伝熱面上の水和物層の少なくとも一部が残存されるものであることを特徴とする請求項３の水和物スラリーの製造装置。
【請求項９】
前記の伝熱面には、網部材が貼付けられており、前記の剥離機構の剥離部材によりこの伝熱面上の水和物層が剥離される際に、上記の網部材の目の中に水和物層の少なくとも一部が残存することを特徴とする請求項３の水和物スラリーの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却して水和物スラリーを製造する方法および装置に関する。さらに特定すれば、本発明は水和数の相違する２種類の水和物を生成するようなゲスト化合物を使用した場合において、特性の安定した水和物スラリーを効率的に製造する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各種の塩類等のゲスト化合物を含む水溶液を冷却することによって包接水和物が生成されることが知られている。このような水和物は、０°Ｃ以上の温度で生成することができ、また水溶液中に微細な粒子となって分散し流動性の高い水和物スラリーを生成することができ、たとえば空調設備の蓄冷材、または冷熱の搬送媒体として優れた特性を有している。
【０００３】
ところで、本発明者等の研究、調査によれば、上記のような水溶液を冷却して水和物を生成する際に、２種類または複数種類の水和物が生成される場合があることが判明した。
【０００４】
たとえば、このゲスト化合物として臭化テトラｎ−ブチルアンモニウム（ＴＢＡＢ）を使用した場合に、このＴＢＡＢの水溶液を冷却してゆくと、このＴＢＡＢの１分子に結合した水分子の数、すなわち水和数が２６の水和物（以下、この水和物を第１水和物と称する）と、水和数が３６の水和物（以下、この水和物を第２水和物と称する）が生成されることが判明した。
【０００５】
この第１水和物と第２水和物とは、その潜熱量、密度、その他の物性が相違している。図１には、これら第１水和物と第２水和物の水溶液濃度−生成温度の特性の相違を示す。この図１において、Ｅ−Ｂ−Ｇ−Ｈで示される曲線が第１水和物の特性であり、またＧ−Ｃ−Ｆで示される曲線が第２水和物の特性である。
【０００６】
この図１から明らかなように、この第２水和物は約８°Ｃ以下の温度で生成される。また、この第２水和物は、第１水和物に対して潜熱量が大きく、また密度は小さい。
【０００７】
また、８°Ｃ以下の温度では、第１水和物と第２水和物とが安定的に共存することはなく、水溶液の濃度および温度の条件により、いずれか一方のみが存在する。しかし、製造時等においては、過渡的に両者が混在することがある。
【０００８】
たとえば、水溶液を冷却して水和物を製造する場合には、水溶液を冷却してゆくと、まず水和数の小さい第１水和物が生成され、この第１水和物が周囲の水と包晶反応を生じて水和数の大きい第２水和物に変化する。なお、この第２水和物が融解する場合には、まずこの第２水和物が第１水和物に変化し、次にこの第１水和物が融解する傾向がある。
【０００９】
したがって、この水和物スラリーの製造時において、第１水和物と第２水和物の粒子が共に混在している場合がある。この第１水和物の粒子は、上述のように周囲の水溶液の水と包晶反応して第２水和物に変化するが、上記のようにこの第２水和物は第１水和物より密度が小さいので、第１水和物が第２水和物に変化する場合には、体積が膨張する。
【００１０】
したがって、製造時における水和物スラリーに第１水和物の粒子が混在していると、この第１水和物の粒子が第２水和物に変化する前に、スラリー製造装置の配管や各種の機器内、または負荷側の機器等に流通してしまう場合が想定される。このような場合に、これらの配管や機器内で第１水和物の粒子が第２水和物の粒子に変化して膨張すると、配管や機器の閉塞が生じる場合がある。
【００１１】
特に、伝熱面上に形成された水和物層を機械的に剥離する形式の水和物スラリー製造装置においては、製造時に上記のような第１水和物の粒子が大量に生成されるという問題がある。
【００１２】
すなわち、水溶液を冷却する場合には、熱交換器の伝熱面を介してこの水溶液を冷却する。この場合に、生成された水和物は、この伝熱面上に層状に付着する。このような水和物層は、伝熱面の熱交換の効率を低下させるので、たとえばこの伝熱面を円筒状に形成し、この円筒状の伝熱面に摺接しながら回転する掻取羽根等の剥離部材でこの水和物層を剥離することがなされる。
【００１３】
この場合に、上記の伝熱面上に生成されるのは第１水和物である。したがって、この第１水和物の層を機械的に剥離して水溶液中に分散させると、大量の第１水和物の粒子が水溶液中に浮遊することになる。このため、これら第１水和物の粒子が上記のように配管や機器内まで流れ、これらを閉塞する可能性が高くなると言う問題がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の事情に基づいてなされたもので、水和物スラリーの製造時において水和数の小さい水和物粒子の生成を減少させ、より安定した特性の水和物スラリーを製造する方法および装置を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明の方法は、ゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却して水和物スラリーを製造する方法であって、伝熱面を介して上記の水溶液を冷却し、この伝熱面上に水和物の層を生成する工程と、上記の伝熱面上に生成された水和物の層の上に水和数の高い水和物の層を生成する工程と、上記の水和物層の表面部分に生成された水和数の高い水和物を剥離するとともに、上記の伝熱面上に上記の水和物層の少なくとも一部を残存させる工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
上記のような伝熱面上に最初に形成されるのは、前述したように、水和数の小さい水和物である。しかし、この水和数の小さい水和物の層の上にさらに生成されてゆく水和物は水和物の大きい水和物である。この理由としては、この水和数の小さい水和物の表面が、周囲の水と包晶反応して水和数の高い水和物に変化するとともに、このように水和数の大きい水和物の上にさらに生成される水和物はこれを核として生成されるので、最初から水和数の高い水和物が生成されるためと考えられる。
【００１７】
したがって、伝熱面上に水和物を残存させておけば、この上に生成される水和物は水和数の大きい水和物となり、このような水和物を剥離することにより、水和数の小さい水和物粒子をほとんど含まない水和物スラリーを製造することができる。
【００１８】
また、請求項２に記載の方法は、前記の水和数の高い水和物を剥離する工程は、前記の伝熱面上に付着した水和物層の表面近傍を機械的に剥離してこの水和物層の表面近傍の水和数の高い水和物を剥離するものである。
【００１９】
したがって、この水和物層の表面近傍すなわち水和数の大きい水和物の部分のみを正確かつ確実に剥離することができる。また、この方法は、既存の水和物スラリーの製造装置に小改造を加えるだけで実施できる利点がある。
【００２０】
また、請求項３に記載の本発明の装置は、ゲスト化合物を含んだ水溶液に接触した伝熱面と、この伝熱面に沿って移動し、この伝熱面上に付着した水和物層を機械的に剥離させるとともにこの水和物層の少なくとも一部を上記の伝熱面上に残存させる剥離部材を備えた剥離機構とを備えたものである。
【００２１】
したがって、水和物層を機械的に剥離するので、この水和物層の表面近傍すなわち水和数の大きい水和物の部分を正確かつ確実に剥離することができるとともに、構造が簡単でかつ作動が確実で信頼性が高い。
【００２２】
また、請求項４に記載の装置は、前記の伝熱面は円筒状をなし、この内周面に前記の水溶液が接触するものであり、また前記の剥離機構は、上記の円筒状の伝熱面の内周面に沿って回転する剥離羽根部材を備えていることを特徴とするものである。したがって、構造が簡単であり、また作動も確実である。
【００２３】
また、請求項５に記載の装置は、前記の剥離機構の剥離部材と前記の伝熱面との間には所定の間隙が形成され、この間隙により前記の伝熱面上に前記の水和物層の少なくとも一部を残存させるものである。
【００２４】
したがって、構造が簡単であるとともに、作動の信頼性が高い。また、このものは、上記の間隙を適切に設定することにより、伝熱面上の水和物層の表面近傍の水和数の大きい水和物の部分を正確に剥離することができる。また、伝熱面の全面に水和物の薄い層が残存するので、この層の面積が大きく、この上に生成される水和数の大きい水和物の生成量が大きく、効率が高い。
【００２５】
また、請求項６に記載の装置は、前記の剥離機構の剥離部材は可撓性を有し、前記の伝熱面に沿って移動してこの伝熱面上の水和物層を剥離する際の抵抗によって湾曲し、これにより前記の伝熱面上に水和物層の少なくとも一部を残存させるものである。
【００２６】
したがって、この剥離部材の可撓性や弾性率を適宜設定しておくことにより、この剥離部材と伝熱面との間の隙間の調整等が不要となり、常に安定した状態で水和物層の表面の所定部分を確実に剥離することができる。
【００２７】
また、請求項７に記載の装置は、前記の伝熱面には、凹凸部が形成されており、前記の剥離部材によりこの伝熱面上の水和物層が剥離される際に上記の凹凸部の凹部内に水和物層の少なくとも一部が残存するものである。
【００２８】
したがって、上記の剥離部材をこの伝熱面に摺接させておいても、この凹部内に常に所定量の水和物層が残存するので、調整作業等も容易であり、また信頼性も高い。
【００２９】
また、請求項８に記載の装置は、前記の剥離機構の剥離部材のうち前記の伝熱面に対向する部分には複数の切欠部が形成されており、この剥離部材により前記の伝熱面上の水和物層を剥離する際に上記の切欠部に対応した部分に前記の伝熱面上の水和物層の少なくとも一部が残存されるものである。
【００３０】
したがって、この切欠部に対応して伝熱面上に常に所定量の水和物層が残存し、信頼性が高いとともに、調整作業等も容易である。また、このものは、伝熱面に凹凸や溝等を加工する必要もなく、装置の製造コストも低い。
【００３１】
また、請求項９に記載の装置は、前記の伝熱面には、網部材が貼付けられており、前記の剥離機構の剥離部材によりこの伝熱面上の水和物層が剥離される際に、上記の網部材の目の中に水和物層の少なくとも一部が残存するものである。
【００３２】
したがって、伝熱面上に所定量の水和物層を確実に残存させることができる。またこの網部材は残存した水和物層内に埋設されるので、この網部材を金属材料で形成することにより、この残存した水和物層の熱伝導率を高め、効率向上させることができる。また、この網部材は、摩耗した場合に簡単に交換することができる利点がある。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図２，３および５を参照して本発明の第１の実施形態の方法および装置を説明する。図２には、この第１の実施形態の装置の概略的な構成を示す。この実施形態のものは、前述したＴＢＡＢをゲスト化合物として含んだ水溶液を冷却して水和物スラリーを製造する装置である。
【００３４】
図中の１は、水和物スラリー製造用の生成熱交換器である。この生成熱交換器１は、円筒状をなし、その内周面が伝熱面２として形成されている。また、この伝熱面２の周囲には、冷媒が流通する冷却ジャケット３が配置されている。そして、この冷却ジャケット３には、冷凍装置４から冷媒またはブラインがポンプ５により流通され、上記の伝熱面２を前述した第２水和物が形成される８°Ｃ以下の温度、たとえば４°Ｃ以下の温度まで冷却する。
【００３５】
また、６は水和物タンクであって、上記のＴＢＡＢの水溶液が貯溜され、また生成された水和物スラリーが貯蔵される。そして、この水和物タンク６からは、ポンプ７により水溶液が上記の生成熱交換器１に送られ、この生成熱交換器１で生成された水和物スラリーは再びこの水和物タンク６に戻され、貯蔵される。
【００３６】
なお、実際の装置では、たとえばこの水和物スラリーを負荷側に供給する機構やその他の部分が付加されるが、上記の図２のものは、説明のために簡略化してある。
【００３７】
そして、上記の円筒状の生成熱交換器１内には、剥離機構が設けられている。この実施形態では、この剥離機構は剥離羽根体８を備えている。この剥離羽根体８は、この生成熱交換器１内に回転自在に設けられ、回転駆動機構９により所定の回転数で回転駆動される。
【００３８】
また、この回転羽根体８の外周には、複数の剥離羽根部材１０が放射状に突設されている。この実施形態では、これらの剥離羽根部材１０はこの円筒状の生成熱交換器１の軸方向に沿った直線的な形状のものであるが、螺旋状、その他の形状のものでも良い。そして、これらの剥離羽根部材１０の先端縁部は、図３に示すように、円筒状の伝熱面２の内周面に対して所定の間隙を存して対向しており、この伝熱面２上に生成された水和物層を機械的に剥離除去するように構成されている。
【００３９】
次に、上記の装置の作動およびこの装置により実施される方法について説明する。図３は、この生成熱交換器１の一部の横断面図である。前述のように、この生成熱交換器１の伝熱面２上には、まず第１水和物Ｓ１の層が形成され、この層Ｓ１の上に前述のようにさらに第２水和物Ｓ２の層が形成される。
【００４０】
そして、前記の剥離羽根体８の回転により、その剥離羽根部材１０が伝熱面２に沿って移動し、この水和物の層を機械的に剥離する。この場合に、上記の剥離羽根部材１０の先端縁と伝熱面２との間には所定の隙間が形成されているので、この水和物の層のうちの表面部分、すなわち第２水和物層Ｓ２の部分のみが剥離され、水溶液中に分散される。そして、上記の伝熱面２上には上記の隙間に対応した厚さで水和物の層が残存される。
【００４１】
この伝熱面２上に残存される水和物の層は、この水和物の層の基底部分すなわち第１水和物の層であるが、この第１水和物層Ｓ１の上には前述のように第２水和物の層Ｓ２が生成されてゆく。そして、この第２水和物層Ｓ２が形成された後に、次の剥離羽根部材１０が上記と同様にこの第２水和物層Ｓ２を剥離し、また伝熱面２上には第１水和物層Ｓ１が残存される。
【００４２】
このような作動を繰り返し、上記の伝熱面２上の水和物層のうち、その表面近傍の第２水和物層Ｓ２の部分のみを剥離して水溶液中に粒子状に分散させて水和物スラリーを形成し、伝熱面２上には常に第１水和物層Ｓ１が残存され、この上に第２水和物層が形成されてゆく。
【００４３】
なお、上記の説明は、理解を容易にするためにこの装置の運転開始の初期の状態を説明したが、この装置の定常運転状態では、この伝熱面２上に残存された水和物層は周囲の水溶液の水と包晶反応して次第に第２水和物に変化してゆく。したがって、定常運転状態では、上記の残存する水和物層は第１水和物ではなく、少なくともその表面近傍は第２水和物に変化しているものである。
【００４４】
また、一般に水和物の熱伝導率は低いので、上記の残存する水和物層によって熱交換効率が低下する。しかし、上記のように、この残存する水和物の層の厚さは薄くても良い。実際の装置では、この生成熱交換器１の構造や寸法等にもよるが、この残存する水和物の層は１ｍｍまたは数ｍｍ程度でよく、熱交換効率の低下は極めてわずかである。なお、この残存する水和物の層の厚さは、上記の剥離羽根部材１０時と伝熱面２との間の隙間を設定することにより、任意に調整可能である。
【００４５】
また、上記のように、残存する水和物層の表面が第２水和物に変化すれば、その上に生成される水和物はこの第２水和物を核として形成されるため、直接第２水和物が生成される。この第２水和物が直接生成される温度は、第１水和物が生成される温度より高い。よって、その分だけこの伝熱面２の冷却温度を高くすることができ、この分だけ前記の冷凍装置４の効率を高めることができるので、この水和物スラリー製造装置全体の効率を高めることも可能である。
【００４６】
なお、図５には、上記の効果を確認するために行った実験の結果を示す。この実験は、水溶液として前記のＴＢＡＢ水溶液を使用し、また上記の実施形態と同様の構造の装置を使用して行ったものであるが、特性の把握のため、生成熱交換器内の水溶液は循環させおらず、水溶液の初期温度１３°Ｃから実験を開始している。この図５中の曲線ａは、伝熱面上に生成される水和物をすべて剥離羽根部材で剥離した場合のもの、曲線ｂは伝熱面上に水和物の薄い層を残存させた場合のものである。なお、この図中のＰ１点は、最初に水和物が生成される際の水溶液の過冷却による温度変化である。
【００４７】
この図５から明らかなように、伝熱面に水和物を残存させない場合（曲線ａ）では、Ｐ１点で第１水和物が生成され始めてからも、水溶液温度が約３°Ｃに低下するまで第１水和物が生成され続け、Ｐ２点においてこの第１水和物が第２水和物に変化するが、この後も第１水和物が生成され続けるため、水溶液温度は低下を続ける。したがって、より低い温度まで冷却しないと水和物が生成されないことを示している。
【００４８】
これに対して伝熱面上に水和物を残留した場合（曲線ｂ）には、Ｐ１点で伝熱面上に第１水和物が生成された後に、この残存した水和物層の表面が第２水和物に変化するために水溶液温度の低下が少なく（より高い温度で水和物が生成される）、Ｐ２点において残留している第１水和物層がすべて第２水和物に変化し、以降は定常状態でこの層の上に第２水和物が直接生成され続けることが示されている。したがって、上記の方法および装置によれば、水溶液温度が約８°Ｃと高い温度で第２水和物を安定して生成し続けることができる。
【００４９】
なお、本発明は上記の実施形態には限定されない。たとえば、図４には本発明の第２の実施形態を示す。このものは、剥離羽根部材１１を可撓性の部材としたものである。この可撓性の剥離羽根部材１１は、薄鋼板、合成樹脂、合成ゴム等の材料で形成されており、所定の弾性で湾曲するように構成されている。なお、この実施形態は上記の点以外は前記の第１の実施形態と同様である。
【００５０】
この実施形態のものは、伝熱面２上の水和物層を剥離する際の抵抗により、この剥離羽根部材１１が図４に示すように湾曲し、この伝熱面２上に水和物の層Ｓ１を残留させる。この実施形態のものは、剥離羽根部材１１の湾曲により、伝熱面２上に自動的に所定の厚さの水和物層が残留されるので、調整作業等が容易で、信頼性も高い。
【００５１】
また、図６には本発明の第３の実施形態を示す。この図６は、前記の生成熱交換器の一部の縦断面図である。この実施形態のものは、伝熱面２に微細な周方向の溝１３を多数形成し、この伝熱面２を凹凸面としたものである。なお、この実施形態も上記の点以外は前記の第１の実施形態と同様の構成である。
【００５２】
この実施形態のものは、上記の溝１３内に水和物層が残留する。そして、この水和物が前述のように第２水和物Ｓ２に変化すると、これを核としてこれら溝１３の近傍の伝熱面２上にも直接第２水和物が生成される。
【００５３】
この実施形態のものは、剥離羽根部材１０をこの伝熱面２に摺接させて、この溝１３以外の部分の伝熱面２上の水和物を完全に剥離しても、上記のように第２水和物を直接生成できる。したがって、伝熱面２の伝熱効率の低下が防止され、効率をより高めることができる。
【００５４】
なお、この実施形態において、伝熱面には必ずしも溝を形成する必要はなく、この伝熱面を粗面に形成して凹凸を形成してもよく、またはその他の形態の凹凸面に形成してもよい。
【００５５】
また、図７には本発明の第４の実施形態を示す。このものは、剥離羽根部材１０の先端縁部に微細な切欠部１４を多数形成したものである。このものは、上記の切欠部１４に対応した部分の伝熱面２上に水和物層が残留するもので、その作用等は上記の第３の実施形態と同様である。
【００５６】
また、図８には、本発明の第５の実施形態を示す。このものは、伝熱面２に目の細かい網部材１６を貼り付けたものである。この網部材１６は、熱伝導率の高い金属材料で形成することが好ましい。
【００５７】
この実施形態のものは、この網部材１６の目の中に水和物層が残留する。この実施形態のものは、前記の第３の実施形態のように伝熱面を凹凸面に加工する必要がないので、装置の製造コストを低減することができる。また、この網部材１６は、残留した水和物層の内部に埋設されるので、この水和物層の熱伝導率を高め、熱交換効率を向上させる利点もある。
【００５８】
なお、本発明は上記の各実施形態にも限定されない。たとえば、上記の実施形態の装置は、円筒形の生成熱交換器を使用したものであるが、その他の生成熱交換器を用いたものでも良い。
【００５９】
【発明の効果】
上述の如く本発明の方法によれば、伝熱面上に水和物を残存させておくことにより、この上に生成される水和物は水和数の大きい水和物となり、このような水和物を剥離することにより、水和数の小さい水和物粒子をほとんど含まない安定した水和物スラリーを製造することができ、また効率を向上させることもできる等の効果がある。
【００６０】
また、本発明の装置によれば、水和物層を機械的に剥離するので、この水和物層の表面近傍すなわち水和数の大きい水和物の部分を正確かつ確実に剥離することができるとともに、構造が簡単でかつ作動が確実で信頼性が高い等、その効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１水和物および第２水和物の水溶液濃度と生成温度の特性を示す線図。
【図２】第１の実施形態の装置の概略図。
【図３】第１の実施形態の装置の生成熱交換器の一部の横断面図。
【図４】第２の実施形態の装置の生成熱交換器の一部の横断面図。
【図５】本発明の効果を確認する実験の結果を示す線図。
【図６】第３の実施形態の装置の生成熱交換器の一部の縦断面図。
【図７】第４の実施形態の装置の生成熱交換器の一部の縦断面図。
【図８】第５の実施形態の装置の生成熱交換器の一部の縦断面図。
【符号の説明】
１  生成熱交換器
２  伝熱面
４  冷凍装置
１０  剥離羽根部材
【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】
0003551063.tif 000009