(57)【要約】【課題】本発明の課題は、放熱時に、発熱反応に供する物質を迅速に拡散することが可能な蓄熱装置を提供することにある。【解決手段】上記課題を解決するために、蓄熱時には、蓄熱媒体を加熱して蓄熱生成物と生成気体に分離し、放熱時には、蓄熱生成物と反応気体を反応して蓄熱媒体を生成する蓄熱装置において、蓄熱媒体を収納する収納部と、蓄熱時に、蓄熱媒体から分離した生成気体を収納部から大気に開放する大気開放口と、放熱時に、蓄熱生成物と反応する反応気体を収納部に供給する給気口と、収納部から気体を排出する排気口と、を備えた蓄熱装置を提供する。この蓄熱装置によれば、気体を排出するための排気口を有するため、放熱時に、収納部の内圧を低下することができる。これにより、発熱反応に供する物質を気体の状態として収納部内に供給することができるため、収納部内を迅速に拡散することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱時には、蓄熱媒体を加熱して蓄熱生成物と生成気体に分離し、放熱時には、前記蓄熱生成物と反応気体を反応して前記蓄熱媒体を生成する蓄熱装置において、
前記蓄熱媒体を収納する収納部と、
蓄熱時に、前記蓄熱媒体から発生する前記生成気体を、前記収納部から大気に開放する大気開放口と、
放熱時に、前記蓄熱生成物と反応する前記反応気体を、前記収納部に供給する給気口と、
前記収納部から気体を排出する排気口と、を備えたことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
前記大気開放口と前記給気口は、同一の通気口を使用することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記給気口及び前記排気口の間に、前記蓄熱媒体が介在することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の蓄熱装置と、
前記給気口に接続され、放熱反応用の反応気体を供給する供給部と、
前記排気口に接続され、前記収納部及び前記供給部の内圧を調整する内圧調整部と、を備えたことを特徴とする放熱システム。
【請求項５】
請求項４に記載の放熱システムの使用方法であって、
前記収納部の内圧を低下する工程と、
放熱反応用の反応気体を前記供給部から前記収納部に供給する工程と、
前記蓄熱生成物と前記反応気体を反応させる工程と、を備えたことを特徴とする放熱システムの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃熱等の発生する熱供給地において熱を貯蔵し、これを熱需要地で放熱するための蓄熱装置に関する。また、この蓄熱装置を用いて熱需要地で放熱するための放熱システム及びその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場やごみ焼却場等においては、膨大な量の廃熱が発生するため、これらの廃熱を蓄熱媒体に貯蔵して、熱を必要とする場所まで利用する方法が知られている。例えば、特許文献１には、蓄熱媒体としてＣａ（ＯＨ）2を用いる熱輸送方法が開示されている。Ｃａ（ＯＨ）2は、工場等の廃熱で加熱されると水蒸気を発生してＣａＯとなり、一方、ＣａＯに水を供給すると逆の発熱反応が起こる。すなわち、特許文献１に開示される熱輸送方法は、工場等の廃熱でＣａ（ＯＨ）2を加熱してＣａＯを生成し、このＣａＯを熱需要地に輸送して熱が必要なときに水を供給して放熱する方法である。
【０００３】
この熱輸送方法に用いられる熱貯蔵装置としては、蓄熱媒体を充填した蓄熱媒体槽と、蓄熱媒体を加熱することにより発生した水蒸気を冷却して液化貯蔵する受液槽を備え、蓄熱媒体槽と受液槽を連絡配管により連結した装置が開示されている。
また、受液槽を有さずシンプルな熱貯蔵装置も開示されている。この装置は、加熱により発生した水蒸気を蓄熱媒体槽から外部に放出し、熱需要地において、水を調達するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−４７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の蓄熱装置では、水蒸気を水の状態に液化したものを蓄熱媒体槽に供給して発熱反応を起こしていた。しかしながら、蓄熱媒体を収納する収納部に液体を供給すると、液体が収納部内に拡散するまでに多大な時間を要する。発熱に供する物質を迅速に拡散しないと、収納部の内部において局所的に発熱反応が生じるため、収納部内の位置によって温度の異なる領域が生じる。そして、この発熱反応の偏在は、熱需要地における熱の伝導の効率を低下しかねない。
そこで、本発明の課題は、放熱時に、発熱反応に供する物質を迅速に拡散することが可能な蓄熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題について鋭意検討した結果、発熱反応に供する物質を気体として供給することにより、当該物質を迅速に拡散できることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の蓄熱装置、放熱システム及びその使用方法である。
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の蓄熱装置は、蓄熱時には、蓄熱媒体を加熱して蓄熱生成物と生成気体に分離し、放熱時には、前記蓄熱生成物と反応気体を反応して前記蓄熱媒体を生成する蓄熱装置であって、前記蓄熱媒体を収納する収納部と、蓄熱時に、前記蓄熱媒体から発生する前記生成気体を、前記収納部から大気に開放する大気開放口と、放熱時に、前記蓄熱生成物と反応する前記反応気体を、前記収納部に供給する給気口と、前記収納部から気体を排出する排気口と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
この蓄熱装置によれば、収納部から気体を排出する排気口を有しているため、放熱時に収納部の内圧を低下することができる。収納部の内圧を低下すると、発熱反応に供する物質が気化され、反応気体として収納部に供給することが可能となる。反応気体は、液体の状態と比べて拡散性に優れるため、発熱反応の偏在を抑制することができる。
【０００９】
また、この蓄熱装置は、大気開放口を有しているため、蓄熱時には、蓄熱媒体から発生した生成気体が収納部の外部に放出される。そして、放熱時には、生成気体と同一物質を熱需要地で調達し、反応気体として供給することができる。そのため、生成気体を液化して輸送する必要がなく、装置のコンパクト化や、輸送コストの抑制等の効果を奏する。
【００１０】
更に、本発明の蓄熱装置の一実施態様としては、上記蓄熱媒体収容装置において、大気開放口と給気口が、同一の通気口を使用するという特徴を有する。
この特徴によれば、通気口の個数が減少するため、蓄熱装置を簡素な構造物とすることができる。
【００１１】
更に、本発明の蓄熱装置の一実施態様としては、上記蓄熱媒体収容装置において、給気口及び排気口の間に、蓄熱媒体が介在するという特徴を有する。
この特徴によれば、放熱時に給気口から供給された反応気体が、排気口から排出される前に蓄熱生成物を通過するため、発熱反応によって反応気体が消費される。そのため、反応気体が真空ポンプ等の内圧調整部に流入して、劣化、故障等を引き起こすリスクを低減することができる。
【００１２】
本発明の放熱システムは、上記の本発明の蓄熱装置と、給気口に接続され、放熱反応用の反応気体を供給する供給部と、排気口に接続され、収納部及び供給部の内圧を調整する内圧調整部と、を備えたことを特徴とする。
この放熱システムによれば、上記蓄熱装置を利用するため、収納部の内部に反応気体を迅速に拡散することができる。迅速に拡散することにより、局所的な発熱反応が抑制されるため、熱の発生量が調整しやすい放熱システムを提供することができる。
【００１３】
本発明の放熱システムの使用方法は、上記の本発明の放熱システムの使用方法であって、収納部の内圧を低下する工程と、放熱反応用の反応気体を供給部から収納部に供給する工程と、蓄熱生成物と反応気体を反応させる工程と、を備えたことを特徴とする。
この放熱システムの使用方法によれば、局所的な発熱反応が抑制されるため、放熱システムにおける熱の発生量を調整しやすいという効果がある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の蓄熱装置、放熱システム及びその使用方法によれば、発熱反応に供する物質を迅速に拡散することができる。これにより、放熱時の局所的な発熱反応が抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一の実施態様の蓄熱装置の構造を示す概略説明図である。
【図２】本発明の第一の実施態様の蓄熱装置を備えた放熱システムの構造を示す概略説明図である。
【図３】本発明の第二の実施態様の蓄熱装置の構造を示す概略説明図である。
【図４】本発明の第三の実施態様の蓄熱装置の構造を示す概略説明図である。
【図５】本発明の第四の実施態様の蓄熱装置の構造を示す概略説明図である。
【図６】本発明の第五の実施態様の蓄熱装置の構造を示す概略説明図である。
【図７】本発明の第六の実施態様の蓄熱装置の構造を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、蓄熱装置及び放熱システムの使用方法についての詳細な説明は、各装置の構成及び操作の説明において記載されたものとする。
【００１７】
［蓄熱装置］
本発明の蓄熱装置は、蓄熱時には、蓄熱媒体を加熱して蓄熱生成物と生成気体に分離し、放熱時には、前記蓄熱生成物と反応気体を反応して前記蓄熱媒体を生成する蓄熱装置であり、工場やごみ焼却場等から発生する廃熱を蓄熱媒体に貯蔵して、熱を必要とする熱需要地まで輸送する装置である。なお、生成気体と反応気体は同一種類の物質であるが、生成気体は蓄熱時に蓄熱媒体から分離後に大気に放出されるため、反応気体として再利用するものではない。
【００１８】
本発明の蓄熱装置の構成としては、蓄熱媒体を収納する収納部と、蓄熱時に蓄熱媒体から分離する生成気体を大気に開放する大気開放口と、放熱時に蓄熱生成物と反応する反応気体を収納部に供給する給気口と、収納部から気体を排出するための排気口と、を備えている。
【００１９】
〔第一の実施態様〕
図１は、本発明の第一の実施態様の蓄熱装置１ａの構造を示す概略説明図である。この蓄熱装置１ａは、蓄熱媒体４を収納する収納部２を有し、収納部２の内部には熱風などの熱源が通過する熱交換部３が設けられている。また、収納部２には、蓄熱時に蓄熱媒体４から発生する生成気体を大気中に開放するための大気開口部５と、放熱時に蓄熱媒体４と反応する反応気体を供給するための給気口６、放熱操作の際に収納部２の気体を排出して、収納部２の内圧を低下するための排気口７を有している。
以下に、各構成について詳細に説明する。
【００２０】
（蓄熱媒体）
蓄熱媒体４とは、加熱時に蓄熱生成物と生成気体に分離され、また、この逆の反応により熱を放出する化学物質である。例えば、蓄熱生成物と生成気体として、酸化カルシウム（ＣａＯ）と水蒸気（Ｈ2Ｏ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）と水蒸気（Ｈ2Ｏ）、臭化カルシウム（ＣａＢｒ2）と水蒸気（Ｈ2Ｏ）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ2）と水蒸気（Ｈ2Ｏ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と水蒸気（Ｈ2Ｏ）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ2）と水蒸気（Ｈ2Ｏ）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ2）と水蒸気（Ｈ2Ｏ）、塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ2）とアンモニア（ＮＨ3）、臭化ストロンチウム（ＳｒＢｒ2）とアンモニア（ＮＨ3）等が挙げられる。放熱時に調達が容易であるという観点から、蓄熱媒体４は、生成気体及び反応気体として水蒸気を利用するものであることが好ましい。
【００２１】
（収納部）
収納部２は、蓄熱媒体４を収納するための構成であり、密閉可能な構造物からなる。収納部２には、内部に収納された蓄熱媒体４と外部との熱の伝達を行うための熱交換部３、該熱交換部３に熱源を供給するための熱源供給口８、熱交換部３から熱源を排出するための熱源排出口９を有する。
【００２２】
熱交換部３は、内部に収納された蓄熱媒体４と外部との熱の伝達を行うことができれば、どのような形状のものでもよく、例えば、収納部２の内部に蛇行して設置された熱交換チューブや、２重円筒型の収納部の内筒部などにより構成される。また、収納部２の外壁を介して熱交換を行ってもよい。
【００２３】
熱源としては、蓄熱媒体４に熱を供給することができる温度のものであればよく、気体や液体等の流体や、固体でもよい。熱の伝達の効率に優れるという観点から、流体を使用することが好ましい。更に取り扱い性に優れるという観点でみれば、気体を使用することが特に好ましい。
【００２４】
収納部２には、気体を通気するための通気口として、蓄熱時に蓄熱媒体から発生した生成気体を大気に放出するための大気開放口５、放熱時に蓄熱生成物と反応する反応気体を供給するための給気口６、放熱時に収納部２の内圧を低下するために気体を排気する排気口７を備えている。なお、第一の実施態様の蓄熱装置１ａでは、大気開放口５と給気口６は同一の通気口を使用している。
【００２５】
また、大気開放口５と給気口６は、バルブＶ２によって開閉可能であり、排気口７は、バルブＶ１によって開閉可能である。蓄熱後は、大気中に含まれる反応気体によって意図しない放熱が生じないように、すべてのバルブを閉口して輸送する。
【００２６】
大気開放口５は、蓄熱時に開放され、蓄熱媒体から発生した生成気体を収納部２の外部に排出するための構成である。該大気開放口５を有することにより、生成気体は外部に放出されるため、生成気体を凝集して回収する受液槽を設ける必要がない。また、生成気体を熱供給地から熱需要地に輸送する必要もない。そのため、装置のコンパクト化、輸送コストの低下等の利点がある。
【００２７】
給気口６は、放熱時に開放され、反応気体を収納部２に供給するための構成であり、放熱時には、反応気体を供給するための供給部と連結する。
【００２８】
排気口７は、放熱時（放熱反応前又は放熱反応時）に気体を排気するための構成であり、収納部２の内圧を低下するものである。収納部２の内圧を低下することにより、発熱反応に供する物質の沸点が低下するため、低温において該物質を気体の状態とすることができる。なお、収納部２の内圧は、前記物質の放熱開始時の温度における蒸気圧以下に設定すればよい。発熱反応に供する物質を気体の状態で供給することにより、反応気体を収納部２の内部まで迅速に拡散することができる。
【００２９】
第一の実施態様の蓄熱装置では、排気口７が収納部２の外壁に直接連結している。これにより、給気口６と排気口７の間に蓄熱媒体４が介在した構成となる。この構成では、放熱時に給気口から供給された反応気体が、排気口から排出される前に蓄熱生成物を通過する。よって、反応気体は発熱反応により消費されるため、反応気体が真空ポンプ等の内圧調整部に流入して、劣化、故障等を引き起こすリスクを低減することができる。
なお、大気開放口５や給気口６から分岐して連結してもよく、分岐した構成については、他の実施態様において詳述する。
【００３０】
［蓄熱時の蓄熱装置の操作］
蓄熱時には、熱源供給口８及び熱源排出口９を開口し、熱源を熱交換部３に流通する。また、バルブＶ２を開口し、大気開放口５を大気に開放する。これにより、熱交換部３に供給された熱源により蓄熱媒体４が加熱され、蓄熱生成物と生成気体に分離する。分離された蓄熱生成物は収納部２の内部に残り、生成気体は大気開放口５から大気中に放出される。このとき、排気口７のバルブＶ１の開閉は特に制限されないが、バルブＶ１を開口することにより、排気口７を大気開放口５として利用することができる。
【００３１】
蓄熱媒体４の反応が進行し、所定量の蓄熱生成物により熱を蓄熱すると、熱源供給口８及び熱源排出口９を閉口して、熱源の流通を停止する。次に、バルブＶ１、Ｖ２を閉じた状態で、収納部２を常温まで低下させる。常温まで低下させる手段としては、そのまま蓄熱装置を放置して放熱してもよいし、熱交換部３に冷却水を供給してもよい。収納部２が高温の間にバルブＶ１、Ｖ２を閉口し、密閉状態で常温まで低下することにより、温度低下時の内圧の降下による外部気体の流入を防止できる。また、収納部２を密閉状態とすることにより、収納部２の内圧が低下した状態となるため、放熱時における内圧を低下する操作を短縮化することができる。
【００３２】
［放熱システム］
本発明の放熱システムは、熱需要地において、上記の本発明の蓄熱装置から熱を発生するためのシステムである。
本発明の放熱システムの構成としては、上記の本発明の蓄熱装置と、給気口に接続され、放熱反応用の反応気体を供給する供給部と、排気口に接続され、収納部及び供給部の内圧を調整する内圧調整部と、を備えている。
【００３３】
図２は、本発明の第一の実施態様の蓄熱装置１ａを備えた放熱システム１０の構造を示す概略説明図である。この放熱システム１０は、第一の実施態様の蓄熱装置１ａと、排気口７に連結した内圧調整部１２と、給気口６に連結した供給部１１を備えた構成である。
【００３４】
（内圧調整部）
内圧調整部１２は、排気口７に連結した真空ポンプＰである。内圧調整部１２は、収納部２の内圧を低下することができる減圧器であればよく、例えば、油回転式の真空ポンプ、ロータリーポンプ、ダイアフラム式の真空ポンプ、アスピレーター式の減圧ポンプ等が挙げられる。
内圧調整部１２により、収納部２及び供給部１１の内圧を発熱反応に供する物質の蒸気圧以下まで低下すると、該物質を気体の状態とすることができる。
【００３５】
（供給部）
供給部１１は、発熱反応に供される物質を液状反応物１３として貯留した構成であり、供給部１１の上部の気相部と給気口６が配管により連結されている。また、供給部１１と給気口６を繋ぐ配管には、バルブＶ３が設置されている。
なお、供給部１１は、密閉可能な構成である。
【００３６】
［放熱時の放熱システムの操作］
放熱時には、大気開放口５の開閉を制御するバルブＶ２を閉口し、排気口７の開閉を制御するバルブＶ１、供給部１１と給気口６を繋ぐ配管に設置されたバルブＶ３をそれぞれ開口する。次に内圧調整部１２を作動し、収納部２と供給部１１の内圧を低下させることにより、該内圧が液状反応部１３の蒸気圧を下回ると液状反応部１３は気化して反応気体として収納部２に供給される。反応気体は、収納部２内の蓄熱生成物と接触して発熱反応がおこる。この放熱システム１０は、蓄熱生成物と反応する物質が反応気体として供給されるため、収納部２の内部を迅速に拡散して発熱反応の偏在を抑制することができる。
【００３７】
放熱システムの操作における別の態様としては、バルブＶ３は、閉口した状態で収納部２の内圧を低下してもよい。その場合には、収納部２の内圧を十分に低下した後に、バルブＶ３を開口すればよい。
また、液状反応物１３が気化するまで内圧が低下したら、バルブＶ１を閉口し、気体の排出を停止してもよい。
【００３８】
［蓄熱装置のその他の態様］
以下に、蓄熱装置の別の態様について例示する。
〔第二の実施態様〕
図３は、本発明の第二の実施態様の蓄熱装置１ｂの構造を示す概略説明図である。
この蓄熱装置１ｂは、第一の実施態様の蓄熱装置１ａにおいて、排気口７を大気開放口５及び給気口６から分岐した構成に変更したものである。この蓄熱装置１ｂによれば、収納部２に通気口が少ないため、気密性の高い蓄熱装置を提供することができる。
【００３９】
第二の実施態様の蓄熱装置１ｂを放熱システムに適用した場合には、大気開放口５の開閉を制御するバルブＶ２、供給部１１と給気口６を繋ぐ配管に設置されたバルブＶ３の開閉操作を調整することにより、収納部２と供給部１１の内圧を同時に低下したり、別々に低下したりすることができる。第二の実施態様の蓄熱装置１ｂでは、供給口６と排気口７の間に蓄熱媒体４が介在せず、供給部１１の内圧を内圧調整部１２により直接低下することができる。この構成によれば、供給部１１に含まれる液状反応物以外の気体（例えば、空気）を除去することができるため、蓄熱媒体４と反応気体の発熱反応を効率よく実施することができる。
【００４０】
放熱操作としては、例えば、収納部２と供給部１１の内圧を同時又は別々に低下し、供給部１１の内圧を液状反応物１３の蒸気圧以下とすることにより液状反応物１３が気化する。その後、内圧調整部１２に通じる配管のバルブＶ１を閉口し、続いて、収納部２と供給部１１を連通させると、気化した液状反応物（反応気体）は、収納部２に流入して蓄熱媒体４と反応して発熱する。そして、反応が開始すると、反応気体が消費されるため、自然と反応気体が供給部１１から収納部２に流入し、発熱反応が継続して生じる。
また、別の放熱操作としては、供給部１１に通じる配管のバルブＶ３を閉口した状態で収納部２の内圧を十分に低下させ、その後、内圧調整部１２に通じる配管のバルブＶ１を閉口し、続いて収納部２と供給部１１を連通させてもよい。この放熱操作によれば、反応気体が真空ポンプ等の内圧調整部１２に流入しないため、真空ポンプの劣化等のトラブルの発生を抑制することができる。
【００４１】
〔第三の実施態様〕
図４は、本発明の第三の実施態様の蓄熱装置１ｃの構造を示す概略説明図である。
この蓄熱装置１ｃは、第一の実施態様の蓄熱装置１ａにおいて、大気開放口５と給気口６をそれぞれ別の通気口により構成したものである。
【００４２】
〔第四の実施態様〕
図５は、本発明の第四の実施態様の蓄熱装置１ｄの構造を示す概略説明図である。
この蓄熱装置１ｄは、第三の実施態様の蓄熱装置１ｃにおいて、排気口７を大気開放口５から分岐した構成に変更したものである。
この蓄熱装置１ｄを適用した放熱システムでは、給気口６と排気口７の間に蓄熱媒体４が介在するため、反応気体が真空ポンプ等の内圧調整部１２に流入して、劣化、故障等を引き起こすリスクを低減することができる。
【００４３】
〔第五の実施態様〕
図６は、本発明の第五の実施態様の蓄熱装置１ｅの構造を示す概略説明図である。
この蓄熱装置１ｅは、第三の実施態様の蓄熱装置１ｃにおいて、排気口７を給気口６から分岐した構成に変更したものである。
この蓄熱装置１ｅを適用した放熱システムでは、上記第二の実施態様の蓄熱装置１ｂのように、供給部１１に含まれる液状反応物以外の気体（例えば、空気）を除去することができる。また、バルブＶ３を閉口した状態で収納部２の内部の圧力を低下し、その後、バルブＶ３を開口して反応気体を導入してもよい。この場合には、真空ポンプ等の内圧調整部１２への反応気体の流入を抑制することができる。
【００４４】
〔第六の実施態様〕
図７は、本発明の第六の実施態様の蓄熱装置１ｆの構造を示す概略説明図である。
この蓄熱装置１ｆは、第一の実施態様の蓄熱装置１ａにおいて、収納部２の内部に設けられた熱交換部３を有しない構成に変更したものである。この装置では、収納部２の外壁を介して熱交換が行われる。この蓄熱装置１ｆによれば、極めて簡素な構造物により形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の蓄熱装置の用途は、工場やごみ焼却場等から発生する廃熱を有効利用する方法に利用される。例えば、廃熱が発生する熱供給地において本発明の蓄熱装置を蓄熱し、熱が必要な熱需要地に蓄熱装置を輸送して放熱する方法に利用する。また、昼に蓄熱して、夜に放熱するというように、同一の設置場所において、廃熱が発生する時間帯に蓄熱して、熱が要求される時間帯に放熱する方法に利用することもできる。
【符号の説明】
【００４６】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ…蓄熱装置、２…収納部、３…熱交換部、４…蓄熱媒体、４１…蓄熱生成物、５…大気開放口、６…給気口、７…排気口、８…熱源供給口、９…熱源排出口、１０…放熱システム、１１…供給部、１２…内圧調整部、１３…液状反応物、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…バルブ、Ｈ…熱源
【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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