(57)【要約】【課題】常に所定の処理流量が得られるような運転を行うことができる水質改質システムを提供することを目的とする。【解決手段】機器への給水の水質を改質する水質改質システムであって、給水中の不純物を逆浸透膜により除去する逆浸透膜部と、給水を前記逆浸透膜部へ供給するポンプと、前記ポンプの回転数を出力周波数に応じて可変させるインバータと、前記逆浸透膜部への給水，前記逆浸透膜部からの透過水，または前記逆浸透膜部からの濃縮水の水温を検知する温度センサと、前記インバータへ指令信号を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記逆浸透膜部を通過する給水の平均透過流束と、前記温度センサの検出値とに基づいてポンプ運転圧力を算出し、このポンプ運転圧力に基づいてポンプ運転周波数を算出し、このポンプ運転周波数に対応した指令信号を前記インバータへ出力することを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器への給水の水質を改質する水質改質システムであって、
給水中の不純物を逆浸透膜により除去し、生産された透過水を前記機器へ供給する逆浸透膜部と、
給水を前記逆浸透膜部へ供給するポンプと、
前記ポンプの回転数を出力周波数に応じて可変させるインバータと、
前記逆浸透膜部への給水，前記逆浸透膜部からの透過水，または前記逆浸透膜部からの濃縮水の水温を検知する温度センサと、
前記インバータへ指令信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記逆浸透膜部を通過する給水の平均透過流束と、前記温度センサの検出値とに基づいて、式（１）によりポンプ運転圧力を算出し、このポンプ運転圧力に基づいて、式（２）によりポンプ運転周波数を算出し、このポンプ運転周波数に対応した指令信号を前記インバータへ出力することを特徴とする水質改質システム。
ポンプ運転圧力＝｛定格流量／（平均透過流束×温度補正係数）｝＋装置差圧＋出口背圧＋浸透圧−原水圧力  ・・・（１）
ポンプ運転周波数＝Ａ×（ポンプ運転圧力）２＋Ｂ×（ポンプ運転圧力）＋Ｃ  ・・・（２）
（式（２）中、Ａ，Ｂ，Ｃは所定の係数である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水使用機器や熱機器等の機器への給水の水質を改質する水質改質システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の水質改質システムとしては、純水を製造する純水製造装置（たとえば、特許文献１）を含むシステムが知られている。純水製造装置は、一般に、逆浸透膜を利用したものが多く用いられている。このような構成の純水製造装置は、逆浸透膜の溶媒は通すが溶質は透過させないという性質を利用して、被処理水の浸透圧より高い圧力をかけて、溶媒である水だけを選択的に透過させ、採取するようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２２０４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記逆浸透膜は、水温により水の粘性や膜特性が変化するため、濾過処理流量が大きく変化してしまうという問題点を有する。濾過処理流量は、水温が低くなるほど低下するため、低温時でも定格流量を確保するためには、前記逆浸透膜の下流側の給水ラインに定流量弁を設けるとともに、前記逆浸透膜へ給水を供給する加圧ポンプの運転圧力を予め高く設定する必要がある。したがって、高温時には過剰な運転圧力となるため、年間を通じると、ほとんどがエネルギーロスになっている。
【０００５】
この発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、その解決しようとする課題は、常に所定の処理流量が得られるような運転を行うことができる水質改質システムを提供することを目的とし、ひいては省エネ運転に寄与する水質改質システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、機器への給水の水質を改質する水質改質システムであって、給水中の不純物を逆浸透膜により除去し、生産された透過水を前記機器へ供給する逆浸透膜部と、給水を前記逆浸透膜部へ供給するポンプと、前記ポンプの回転数を出力周波数に応じて可変させるインバータと、前記逆浸透膜部への給水，前記逆浸透膜部からの透過水，または前記逆浸透膜部からの濃縮水の水温を検知する温度センサと、前記インバータへ指令信号を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記逆浸透膜部を通過する給水の平均透過流束と、前記温度センサの検出値とに基づいて、式（１）によりポンプ運転圧力を算出し、このポンプ運転圧力に基づいて、式（２）によりポンプ運転周波数を算出し、このポンプ運転周波数に対応した指令信号を前記インバータへ出力することを特徴とする。
ポンプ運転圧力＝｛定格流量／（平均透過流束×温度補正係数）｝＋装置差圧＋出口背圧＋浸透圧−原水圧力  ・・・（１）
ポンプ運転周波数＝Ａ×（ポンプ運転圧力）２＋Ｂ×（ポンプ運転圧力）＋Ｃ  ・・・（２）
（式（２）中、Ａ，Ｂ，Ｃは所定の係数である。）
【０００７】
請求項１に係る水質改質システムによれば、ポンプの運転は、インバータにより行われる。制御部により、平均透過流束と温度センサの検出値とに基づいてポンプ運転圧力が算出され、このポンプ運転圧力に基づいて算出されたポンプ運転周波数に基づいて、インバータへ指令信号が出力される。これにより、水温変動などで処理流量が変化するような場合であっても、インバータによりポンプの回転数が調節され、常に所定の処理流量が得られるような運転が行われる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る水質改質システムによれば、水温変動などで処理流量が変化するような場合であっても、インバータによりポンプの回転数が調節され、常に所定の処理流量が得られるような運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）はこの発明の水質改質システムの一実施形態を示す構成図であり、（ｂ）は圧力センサに関する補足説明図である。
【図２】この発明の水質改質システムの他の実施形態を示す構成図である。
【図３】ポンプの制御に係る説明図である。
【図４】制御部の一処理を示すフローチャートである。
【図５】バックアップ制御におけるポンプの制御に係る説明図である。
【図６】バックアップ制御における制御部の一処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
つぎに、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）は、この発明の水質改質システムの一実施形態を示す構成図であり、図１（ｂ）は、圧力センサに関する補足説明図である。また、図２は、この発明の水質改質システムの他の実施形態を示す構成図であり、図３は、ポンプの制御に係る説明図であり、さらに図４は、制御部の一処理を示すフローチャートである。
【００１１】
図１において、水質改質システム２１は、水使用機器（機器）２２への給水の水質を改質するためのシステムであって、前記水使用機器２２へ給水を供給する給水ライン２３と、給水中の不純物を除去する逆浸透膜部２４と、給水を前記逆浸透膜部２４へ供給するポンプ２５と、前記逆浸透膜部２４を通過した透過水の流量を検知する流量センサ２６と、前記ポンプ２５の回転数を出力周波数に応じて可変させるインバータ２７と、前記流量センサ２６からの流量検知信号に基づいて、前記インバータ２７へ指令信号を出力し、さらに他の制御も行う制御部２８と、給水の水温を検知する温度センサ２９と、給水の圧力を検知する圧力センサ３０とを備えて構成されている。以下、それぞれについて説明する。
【００１２】
前記給水ライン２３は、水の供給源３１から前記水使用機器２２へ給水を流すためのラインであって、その中間には、前記逆浸透膜部２４，前記ポンプ２５，前記流量センサ２６，前記温度センサ２９および前記圧力センサ３０がそれぞれ接続されている。前記供給源３１には、水道水，工業用水，地下水等の水源から供給される被処理水が貯留されている。この被処理水は、前記水質改質システム２１により水質が改質され、前記水使用機器２２へ供給されるようになっている。
【００１３】
前記水使用機器２２としては、半導体製造で用いられる部品洗浄装置，医療現場で用いられる医療器具洗浄装置等の各種洗浄装置などが挙げられる。
【００１４】
前記逆浸透膜部２４は、給水中の不純物を除去するために、分子量が数十程度の物質を濾別可能な逆浸透膜（ＲＯ膜）を有する筒状の逆浸透膜モジュール（図示省略）を多数備えて構成されている。前記逆浸透膜は、たとえばポリアミド系複合合成膜を用いて形成されている。前記逆浸透膜は、各社から市販されており、容易に入手することができる。
【００１５】
さて、前記逆浸透膜部２４の一側へは、前記ポンプ２５から送り出された給水が流入するようになっている。前記逆浸透膜部２４内へ流入した給水は、前記逆浸透膜モジュールにより不純物が捕捉されるようになっている。前記逆浸透膜部２４の他側からは、透過水と濃縮水とがそれぞれ流出するようになっている。そして、透過水は、前記給水ライン２３を流れて、給水として前記水使用機器２２へ供給されるようになっている。一方、濃縮水は、その一部が排水ライン３２側へ流れるとともに、残部が循環水ライン３３を流れて前記ポンプ２５の上流側へ還流されるようになっている。
【００１６】
前記ポンプ２５と前記供給源３１との間には、給水中のゴミ等を除去するためのプレフィルタ（図示省略）が設けられている。そして、前記ポンプ２５は、前記プレフィルタの下流側の前記給水ライン２３を流れる，ゴミ等が除去された給水を前記逆浸透膜部２４へ供給するためのものであって、その回転数は、前記ポンプ２５と接続された前記インバータ２７から出力される出力周波数に応じて可変するように構成されている（定流量制御がなされる。定流量制御については後述する。）。前記インバータ２７は、前記制御部２８と接続され、前記制御部２８からの指令信号により作動するように構成されている。
【００１７】
前記流量センサ２６は、前記逆浸透膜部２４からの透過水の流量を検知し、流量検知信号を前記制御部２８へ出力するものであって、バルーンＡで示される位置，すなわち前記逆浸透膜部２４の下流側の前記給水ライン２３に接続されている。前記流量センサ２６からの流量検知信号は、前記インバータ２７への指令信号の生成に用いられるようになっている。
【００１８】
前記逆浸透膜部２４の上流側の前記給水ライン２３，前記逆浸透膜部２４の下流側の前記給水ライン２３および前記排水ライン３２に接続されるバルーンＢは、前記温度センサ２９の位置を示している。前記温度センサ２９は、これら三つの位置のいずれかに接続されており、給水，透過水または濃縮水の温度を検知して温度検知信号を前記制御部２８へ出力するように構成されている。
【００１９】
前記逆浸透膜部２４の上流側の前記給水ライン２３に接続されるバルーンＣは、前記圧力センサ（運転圧力センサ）３０の位置を示している。前記圧力センサ３０は、前記逆浸透膜部２４の上流側の給水の圧力を検知して圧力検知信号を前記制御部２８へ出力するように構成されている。ここで、前記圧力センサ３０は、図１（ｂ）に示されるように、前記逆浸透膜部２４の給水の圧力を検知する前記圧力センサ３０と、前記逆浸透膜部２４を通過した濃縮水の圧力を検知する圧力センサ３０′（バルーンＣ′）とを設けるように構成してもよい。そして、これらの前記圧力センサ３０，３０′から出力される圧力検知信号に基づいて、前記制御部２８で平均圧力［（給水の圧力＋濃縮水の圧力）／２］を求め、この値を利用してもよい。また、前記逆浸透膜部２４を通過した透過水の圧力を検知する圧力センサ３０″（バルーンＣ″）を、前記圧力センサ３０および前記圧力センサ３０′の他に設けるように構成してもよい。そして、前記平均圧力から透過水の圧力を差し引いて、前記逆浸透膜部２４の前記逆浸透膜の有効圧力［｛（給水の圧力＋濃縮水の圧力）／２｝−透過水の圧力］を求め、この値を利用してもよい。さらに、前記圧力センサ３０および前記圧力センサ３０″を設けるように構成し、給水の圧力から透過水の圧力を差し引いて前記逆浸透膜部２４の前記逆浸透膜の有効圧力［給水の圧力−透過水の圧力］を求め、この値を利用してもよい。
【００２０】
前記温度センサ２９および前記圧力センサ３０は、前記流量センサ２６に異常があったときに、前記流量センサ２６に代わってバックアップ対応をする重要な役割を有している（詳細については、後述する。）。
【００２１】
前記制御部２８は、いわゆるマイクロコンピュータであって、具体的には、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭおよびインターフェース（それぞれ図示省略）を備えて構成されている。前記ＲＯＭには、プログラムや固定データ等が格納されている。前記ＣＰＵは、中央演算処理装置であり、前記ＲＯＭに予め格納された制御プログラムにしたがって作動するようになっている。前記ＲＡＭは、前記ＣＰＵの処理の過程で利用する各種のデータを格納するデータエリアと、処理の際に使用するワークエリアとを有している。その他、各種の設定値情報等が格納される電気的消去／書換え可能な読み出し専用のメモリも備えられている。
【００２２】
前記インターフェースには、前記流量センサ２６，前記インバータ２７，前記温度センサ２９および前記圧力センサ３０がそれぞれ接続されている。また、前記インターフェースには、異常を通報するための通報手段３４や、警報を発する警報手段（図示省略）も接続されている。
【００２３】
つぎに、図２を参照しながら、この発明の水質改質システムの他の実施形態を説明する。図２において、前記と同じ構成部材については同一の符号を付して示してあり、以下ではその説明を省略する。
【００２４】
図２において、水質改質システム４１は、水使用機器や熱機器等の機器４２への給水の水質を改質するためのシステムであって、前記給水ライン２３と、給水中の不純物を除去する前記逆浸透膜部２４と、給水を前記逆浸透膜部２４へ供給する前記ポンプ２５と、バルーンＡのいずれかの位置に接続されて給水の流量を検知する前記流量センサ２６と、前記ポンプ２５の回転数を出力周波数に応じて可変させる前記インバータ２７と、前記流量センサ２６からの流量検知信号に基づき前記インバータ２７へ指令信号を出力し、さらに他の制御も行う前記制御部２８と、バルーンＢのいずれかの位置に接続されて給水の温度を検知する前記温度センサ２９と、バルーンＣの位置に接続された前記圧力センサ３０と、前記逆浸透膜部２４の下流側に接続されて給水中の溶存気体を除去する溶存気体除去処理部４３とを備えて構成されている。すなわち、前記水質改質システム４１は、図１の実施形態に対して、溶存気体除去処理部４３を増やした構成になっている。
【００２５】
前記溶存気体除去処理部４３は、給水に含まれる溶存気体を除去することができるように構成されている。もう少し詳しく説明（図示省略）すると、たとえば中空糸状の気体濾過膜を筒状のハウジング内に収容した複数の脱気モジュールと、水封式真空ポンプと、前記脱気モジュールおよび前記水封式真空ポンプを繋ぐ真空ラインと、前記逆浸透膜部２４から回収した濃縮水を貯留する封水タンクと、前記水封式真空ポンプおよび前記封水タンクを繋ぐ封水循環ラインとを備えて構成されている。
【００２６】
前記脱気モジュールには、前記給水ライン２３が接続されており、また前記真空ラインが接続されている。前記水封式真空ポンプは、前記各脱気モジュールから溶存気体を吸引するためのものであって、前記真空ラインと前記封水循環ラインとが接続されている。前記封水循環ラインは、前記封水タンクから前記水封式真空ポンプへ封水を供給するとともに、吸引した気体と封水との混合流体を前記封水タンクへ排出することができるように構成されている。
【００２７】
前記流量センサ２６は、ここでは溶存気体を除去した後の流量を検知し、流量検知信号を前記制御部２８へ出力するように構成されている。ここにおいて、前記流量センサ２６は、前記逆浸透膜部２４と前記溶存気体除去処理部４３との間に接続してもよい。
【００２８】
前記機器４２としては、前記したように、水使用機器や熱機器等が挙げられる。前記水使用機器としては、半導体製造で用いられる部品洗浄装置、医療現場で用いられる医療器具洗浄装置等の各種洗浄装置などが挙げられ、前記熱機器としては、蒸気ボイラ，温水ボイラ，クーリングタワー，給湯器等が挙げられる。
【００２９】
続いて、図３を参照しながら前記定流量制御（前記インバータ２７によるＰＩＤフィードバック制御）について説明する。この制御は、前記インバータ２７のＰＩＤ制御機能（Ｐ制御：比例制御，Ｉ制御：積分制御，Ｄ制御：微分制御）を使用し、実処理流量が目標値となるように、インバータ周波数を制御する機能である。前記逆浸透膜は、水温により水の粘性や膜特性が変化するため、処理流量が大きく変化する。具体的には、水温が低くなるほど処理流量は低下するため、冬場など水温が低下してしまうと、処理流量は基準温度（たとえば、２５℃）で設定した定格処理流量に比べて低くなる。処理流量と操作圧力は、ほぼ比例関係があり、水温による処理流量の低下分に応じて圧力を上げることで定格処理流量を得ることが可能になる。ところで、低温時に定格処理流量を得るように予めポンプ運転圧力を高く設定しておき、透過水の流れる側には定流量弁を設けることで一定流量を確保する方法が考えられる。しかしながら、この方法は冬場以外、過剰な運転となるためエネルギー的に非常にロスが大きくなる。そこで、前記水質改質システム２１，４１においては、設定した目標処理流量となるようにＰＩＤ制御にて周波数を可変することで、常に理想的な運転を行い省エネを図っている。
【００３０】
ＰＩＤ制御は、図３に示されるように、前記流量センサ２６からの流量検知信号を受けて前記制御部２８が指令信号を前記インバータ２７へ出力する。前記インバータ２７は、この指令信号をフィードバック値として目標値と比較を行い、その間に偏差があると、偏差をゼロにするように動作する（通常制御）。
【００３１】
ところで、常に理想的な運転を行うために、前記制御部２８は、つぎのような制御を行う必要がある。図４において、前記制御部２８は、前記通常制御を行いつつ（ステップＳ１）、前記流量センサ２６の異常有無を監視する（ステップＳ２）。この監視は、前記流量センサ２６からの信号有無で判断する。前記流量センサ２６からの信号があるときには、断線等の異常がないものと判断（ステップＳ２でＮ）し、通常制御を続ける。一方、前記流量センサ２６からの信号が途絶えているときには、断線等の異常があるものと判断（ステップＳ２でＹ）し、ステップＳ３の処理へ移行する。このとき、異常があった旨を前記通報手段３４を介して通報する（この時点で通報することにより復旧の作業が早まる。）。ステップＳ３の処理では、前記流量センサ２６の故障等の異常時におけるバックアップ制御が行われる。
【００３２】
ステップＳ３におけるバックアップ制御の一例について、図５および図６を参照して具体的に説明する。図５は、バックアップ制御における前記ポンプ２５の制御に係る説明図であり、また図６は、バックアップ制御における制御部の一処理を示すフローチャートである。
【００３３】
ステップＳ３のバックアップ制御において、前記温度センサ２９からの温度検知信号が前記制御部２８へ入力されると、前記制御部２８は、前記温度検知信号を処理し、前記インバータ２７へ指令信号の出力を行う。前記インバータ２７は、この指令信号に基づいて前記ポンプ２５を制御する。
【００３４】
前記制御部２８における前記温度検知信号の処理について、図６を参照して具体的に説明する。前記制御部２８は、まず前記逆浸透膜部２４を通過する給水の所定透過流束と前記温度センサ２９の検出値とに基づいて前記ポンプ２５の運転圧力（以下、「ポンプ運転圧力」と云う。）を算出する（ステップＳ１０）。つぎに、このポンプ運転圧力に基づいて前記ポンプ２５の運転周波数（以下、「ポンプ運転周波数」と云う。）を算出し（ステップＳ１１）、さらにこのポンプ運転周波数に基づいて電流値を算出する（ステップＳ１２）。そして、前記制御部２８は、このポンプ運転周波数に対応した電流値を指令信号として前記インバータ２７へ出力する（ステップＳ１３）。これにより、目標処理流量となるように、前記ポンプ２５が運転される。
【００３５】
ステップＳ１０における前記ポンプ運転圧力の算出について具体的に説明する。
このポンプ運転圧力は、逆浸透膜部を通過する給水の平均透過流束と、温度センサの検出値とに基づいて、式（１）により算出される。
ポンプ運転圧力＝｛定格流量／（平均透過流束×温度補正係数）｝＋装置差圧＋出口背圧＋浸透圧−原水圧力  ・・・（１）
ここで、前記定格流量は、単位時間あたりに前記逆浸透膜部２４を通過させようとする透過水の流量，すなわち目標処理流量であり、平均透過流束は、前記所定透過流束に相当するものであって、基準温度（たとえば２５℃）において、単位時間および単位圧力あたりに前記逆浸透膜部２４を通過する透過水の流量の平均値である。また、前記温度補正係数は、前記温度センサ２９の検出値に基づいて算出される所定の値である。そして、前記装置差圧は、前記水質改質システム２１の稼動開始時における前記逆浸透膜部２４の入口側と出口側との間の水圧差であり、前記出口背圧は、前記逆浸透膜部２４の出口側の背圧であり、さらに前記浸透圧は、前記逆浸透膜の一次側にかかる給水の浸透圧である。
【００３６】
ステップＳ１１における前記ポンプ運転周波数の算出について具体的に説明する。
このポンプ運転周波数は、ステップＳ１０において算出された前記ポンプ運転圧力をＰとすると、式（２）により算出される。
ポンプ運転周波数＝Ａ×Ｐ２＋Ｂ×Ｐ＋Ｃ  ・・・（２）
ここで、Ａ，Ｂ，Ｃは所定の係数である。
【００３７】
ステップＳ１２における前記電流値の算出について具体的に説明する。
この電流値は、ステップＳ１１で算出された前記ポンプ運転周波数をＦとすると、式（３）により算出される。
電流値＝（Ｆ／Ｘ）×Ｙ＋Ｚ  ・・・（３）
ここで、Ｘ，Ｙ，Ｚは所定の係数である。
【００３８】
以上、バックアップ制御の一例について説明したが、この発明においては、前記のようなバックアップ制御に限られるものではない。たとえば、前記制御部２８は、前記温度センサ２９からの温度検知信号に基づき（または、前記温度センサ２９からの温度検知信号および前記圧力センサ３０からの圧力検知信号に基づき）、予め定めた，たとえば温度に対応する電流値（または、温度および圧力に対応する電流値）を指令信号として前記インバータ２７へ出力し、このインバータ２７によって前記ポンプ２５を制御してもよい。
【００３９】
以上、図１ないし図６を参照しながら説明してきたように、前記水質改質システム２１，４１は、前記インバータ２７のＰＩＤ制御機能を使用して、実処理流量が目標値となるようにインバータ周波数を制御することから、省エネ運転に寄与することができる。
【００４０】
この実施形態における前記水質改質システム２１，４１は、通常時には前記インバータ２７のＰＩＤ制御機能を使用した定流量制御を行い、バックアップ制御として、前記温度センサ２９および／または前記圧力センサ３０を使用した定流量制御を行うようにしているが、この発明はこのような構成に限定されるものではない。すなわち、通常時は、前記温度センサ２９および／または前記圧力センサ３０を使用した定流量制御を行い、バックアップ制御として前記インバータ２７のＰＩＤ制御機能を使用した定流量制御を行ってもよい。この場合、前記制御部２８は、前記温度センサ２９および／または前記圧力センサ３０の異常有無を監視し、前記温度センサ２９または前記圧力センサ３０に異常があったときには、バックアップ制御として、前記流量センサ２６からの流量検知信号に基づいて、前記インバータ２７のＰＩＤ制御機能を使用した定流量制御を行う。
その他、この発明は、その主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。
【符号の説明】
【００４１】
２１  水質改質システム
２２  水使用機器（機器）
２３  給水ライン
２４  逆浸透膜部
２５  ポンプ
２７  インバータ
２８  制御部
２９  温度センサ
３０  圧力センサ
３１  供給源
３２  排水ライン
３３  循環水ライン
３４  通報手段
４１  水質改質システム
４２  機器
４３  溶存気体除去処理部
【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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