(57)【要約】【課題】簡素な装置構成で冷却効率のよい蒸発冷却壁体を提供することである。【解決手段】本発明にかかる蒸発冷却壁体は、給水部１と、給水部１から上部方向に延びるように設けられ、給水部１に貯水された水３を水面から１ｍ以上の高さに揚水可能な高揚水性多孔質体４と、を備え、高揚水性多孔質体４が吸い上げた水を表面より蒸発させることで周囲の空気を冷却する。高揚水性多孔質体４は、例えば気孔が一方向に配向した貫通孔を有するセラミック材料である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水部と、
前記給水部から上部方向に延びるように設けられ、前記給水部に貯水された水を水面から１ｍ以上の高さに揚水可能な高揚水性多孔質体と、を備え、
前記高揚水性多孔質体が吸い上げた水を表面より蒸発させることで周囲の空気を冷却する、
蒸発冷却壁体。
【請求項２】
前記高揚水性多孔質体は、気孔が一方向に配向した貫通孔を有するセラミック材料である、請求項１に記載の蒸発冷却壁体。
【請求項３】
前記高揚水性多孔質体がパイプ状である、請求項１または２に記載の蒸発冷却壁体。
【請求項４】
前記高揚水性多孔質体の高さは１．２ｍ以上である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蒸発冷却壁体。
【請求項５】
前記高揚水性多孔質体の高さは１．２ｍ以上１．８ｍ以下である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蒸発冷却壁体。
【請求項６】
前記高揚水性多孔質体が上部方向からみて千鳥状に配置されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の蒸発冷却壁体。
【請求項７】
前記高揚水性多孔質体が１０ｃｍ以上水に浸されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の蒸発冷却壁体。
【請求項８】
前記給水部は、給水口と、当該給水口から供給された水を堰き止める所定の高さを備える堰と、当該堰からあふれ出た水を排出する排出口と、を備える閉水路を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の蒸発冷却壁体。
【請求項９】
前記高揚水性多孔質体の根元部分のうち前記堰により堰き止められた水と接触しない部分が所定の長さ前記閉水路内に収納されている、請求項８に記載の蒸発冷却壁体。
【請求項１０】
前記堰の上端から前記閉水路内部の上面までの長さは、前記堰の上端から前記高揚水性多孔質体の上端までの長さに基づき決定される、請求項９に記載の蒸発冷却壁体。
【請求項１１】
前記堰は着脱可能な部材で構成されている、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の蒸発冷却壁体。
【請求項１２】
前記給水口は前記堰の高さよりも低い位置に設けられている、請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の蒸発冷却壁体。
【請求項１３】
前記堰の高さは降水量に基づき決定される、請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の蒸発冷却壁体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸発冷却壁体に関し、特に水を表面より蒸発させることで周囲の空気を冷却する多孔質体を備える蒸発冷却壁体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヒートアイランド現象に代表される都市熱環境の悪化が大きな社会問題となっている。ヒートアイランドの形成要因の一つとして、都市域においてコンクリート・アスファルト等の人工被覆面が増大すると同時に緑や水面が失われ蒸発冷却効果が減少したことが挙げられる。よって、都市熱環境の改善手法の一つとして、水の蒸発潜熱による冷却効果を利用した各種システムが高い関心を集めている。
【０００３】
特許文献１には蒸発冷却壁体に関する技術が開示されている。図６は特許文献１に開示されている蒸発冷却壁体を説明するための図である。図６に示すように特許文献１にかかる蒸発冷却壁体は、冷却ユニット１３１、１３２、１３３を有する。各冷却ユニット１３１、１３２、１３３は、内面及び外面が開放された形態の枠１４０と、枠１４０の底部に形成されたトレー状の水槽１３６と、下部を水槽１３６内の水１５０に浸漬させる状態で互いに平行且つ互いの間に所定の隙間を形成する状態で水槽１３６から立ち上がる円筒形状の多数の吸水性多孔質体１３８とを備えている。そして、各冷却ユニット１３１、１３２、１３３の水槽１３６には、壁体１２０の内部において上下方向に延びる配管１４１、１４２、１４３により水が供給される。
【０００４】
つまり、中段の冷却ユニット１３２に下端部が連結された配管１４２は、最上段の冷却ユニット１３１における水槽１３６からのオーバーフロー水を中段の冷却ユニット１３２の水槽１３６に導くように設けられている。また、下段の冷却ユニット１３３に下端部が連結された配管１４３は、中段の冷却ユニット１３２における水槽１３６からのオーバーフロー水を下段の冷却ユニット１３３における水槽１３６に導くように設けられている。また、下段の冷却ユニット１３３における水槽１３６からのオーバーフロー水は、配管１６２から排水される。
【０００５】
一方、最上段の冷却ユニット１３１に下端部が連結された配管１４１は、その最上段の冷却ユニット１３１の上側において壁体１２０内部に配置された貯水タンク１４４内部の水１５０を最上段の冷却ユニット１３１の水槽１３６へ導くように設けられている。最上段の冷却ユニット１３１に連結された配管１４１にはバルブ１４６が設けられている。貯水タンク１４４の上側の天井にはすり鉢状の集水部１４８が設けられており、この集水部１４８にて雨水１５１が集められ、貯水タンク１４４に貯水される。
【０００６】
冷却ユニット１３１、１３２、１３３の枠１４０の内面開放部及び外面開放部には多数の羽板１５２が設けられており、通気可能とされている。また、壁体１２０の外パネルにも羽板１３５が設けられており、通気可能とされている。図６の白抜き矢印は空気が流れる方向を示している。そして、特許文献１にかかる蒸発冷却壁体を用いることで、各冷却ユニット１３１、１３２、１３３に設けられた吸水性多孔質体１３８間の隙間を流れる空気が、水分保持により冷えた状態にある吸水性多孔質体１３８自体による冷却効果により、更には吸水性多孔質体１３８の表面から蒸発する水分の蒸発潜熱による冷却効果により、冷却される。
【０００７】
また、特許文献２には冷房装置に関する技術が開示されている。図７は特許文献２に開示されている冷房装置を備えた建物の縦断面図である。図７に示す冷房装置は主として、冷却パネル２２０、給水装置２３０および冷風供給部２４０を備える。建物２１０の前壁２１３は、ほぼ全面が冷却パネル２２０となっている。後壁２１４、床２１５および天井２１６に、それぞれ断熱材（図示しない）が挟み込まれている。
【０００８】
冷却パネル２２０は、吸水性の多孔質部材２２３からなっている。多孔質部材２２３は、素焼で作られている。給水装置２３０は、給水ポンプ２３１を備えており、給水ポンプ２３１の入口側は給水タンク２３２に、出口側は給水管２３３にそれぞれ接続されている。そして、給水管２３３から分岐した分岐管２３４から冷却パネル２２０の多孔質部材２２３に給水される。屋根２１２で受けた雨水は、樋２３５および雨水管２３６を経て給水タンク２３２に集められる。多孔質部材２２３に設けられた湿度センサからの湿度計測信号は、信号線２３８を介して給水ポンプコントローラ２３９に出力される。
【０００９】
冷風供給部２４０は、冷却パネル背面の冷却面２２６と隔壁２４１との間に形成された、上下方向に延びる室内冷却流路２４２からなっている。室内冷却流路２４２の上端の開口部が空気流入口２４３となっており、下端の開口部が空気流出口２４４となっている。室内冷却流路２４２内を流れる空気は、冷却パネル冷却面２２６で冷却される。多孔質部材２２３の表層部の水分は、太陽光線Ｓの照射、あるいは外気などにより加熱されて気化され、その気化熱によって冷却パネル２２０が冷却される。室内冷却流路２４２の空気は、冷却パネル冷却面２２６に接触して冷却される。冷却された空気は下降して、室内冷却流路２４２の空気流出口２４４から冷房室２１１に流入し、冷房室２１１内を冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−２７９７０７号公報
【特許文献２】特開２００３−８３６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１にかかる蒸発冷却壁体では、吸水性多孔質体１３８の揚水能力が低いため（３０〜４０ｃｍ程度）、給水路を多層（図７では、冷却ユニット１３１、１３２、１３３）にする必要があった。このため蒸発冷却壁体の構成が複雑になるという問題があった。
また、特許文献２にかかる冷房装置では、多孔質部材２２３に水を供給する際に給水ポンプ２３１を設ける必要があるという問題があった。
また、従来の蒸発冷却壁体では、日射熱を多く受けている壁面での活発な蒸発により壁面への給水が蒸発に追いつかず、一部の壁面が乾燥した状態となり、その表面温度が上昇し蒸発冷却効果が低減するという問題があった。
【００１２】
上記課題に鑑み、本発明の目的は簡素な装置構成で冷却効率のよい蒸発冷却壁体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明にかかる蒸発冷却壁体は、給水部と、前記給水部から上部方向に延びるように設けられ、前記給水部に貯水された水を水面から１ｍ以上の高さに揚水可能な高揚水性多孔質体と、を備え、前記高揚水性多孔質体が吸い上げた水を表面より蒸発させることで周囲の空気を冷却する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により簡素な装置構成で冷却効率のよい蒸発冷却壁体を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１にかかる蒸発冷却壁体を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかる蒸発冷却壁体を示す断面図である。
【図３】実施の形態１にかかる蒸発冷却壁体に用いられる高揚水性多孔質体の時間に対する揚水高さを示す図である。
【図４】実施の形態１にかかる蒸発冷却壁体に用いられる高揚水性多孔質体の配置を説明するための上面図である。
【図５】実施の形態２にかかる蒸発冷却壁体を説明するための断面図である。（ａ）は蒸発冷却壁体を横方向からみた断面図であり、（ｂ）は蒸発冷却壁体を上方向からみた断面図である。
【図６】特許文献１にかかる蒸発冷却壁体を説明するための断面図である。
【図７】特許文献２にかかる蒸発冷却壁体を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１
以下、図面を参照して発明の実施の形態１について説明する。図１は、本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体を示す斜視図である。図１に示す蒸発冷却壁体は給水部１と給水部１から上部方向に延びるように設けられ、給水部１に貯水された水に浸されると共に、当該水を水面から１ｍ以上の高さに揚水可能な高揚水性多孔質体４と、を備える。給水部１には配管５から水が供給され、配管６から水が排出される。高揚水性多孔質体４は、給水部１内に一定量貯水された水を吸い上げ、吸い上げた水を高揚水性多孔質体４の表面から蒸発させることができる構造体である。このような構成を有する蒸発冷却壁体により、直達日射を遮蔽することができ、また、高揚水性多孔質体４の表面からの水の蒸発により壁面温度が下げられ、外気湿球温度に近い冷放射面が形成される。更に、壁体を通過した空気（風）が冷却され、冷気が創り出される。以下で、本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体について詳細に説明する。
【００１７】
図２は本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体を説明するための断面図である。図２に示すように本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体は、給水部１と給水部１から上部方向に延びるように設けられ、給水部１に貯水された水３に浸されると共に、当該水を水面から１ｍ以上の高さ（ｈ）に揚水可能な高揚水性多孔質体４と、を備える。
【００１８】
給水部１は高揚水性多孔質体４に水３を供給することができる機能を有するものであればどのようなものであってもよい。図２では、トレー状の給水部１に満たされた水３に高揚水性多孔質４を浸す構成としているが、例えばパイプ状の高揚水性多孔質体４の下端に配管継手を取り付け、給水ホースと接続する構成としてもよい。また、高揚水性多孔質体４が水に浸される長さは、高揚水性多孔質体４が水を１ｍ以上の高さまで吸い上げることができるような長さとすることができる。例えば、高揚水性多孔質体４は１０ｃｍ以上の長さ水に浸すようにすることができる。高揚水性多孔質体４の根元部分を１０ｃｍ以上水に浸すことで、十分な揚水力を得ることができる。
【００１９】
また、高揚水性多孔質体４は給水部１に貯水された水を水面から１ｍ以上の高さに揚水可能な材料であればどのような材料であってもよい。例えば、高揚水性多孔質体４として、気孔が一方向に配向した貫通孔を有するセラミック材料を用いることができる。このような高揚水性多孔質体４は毛管引力により水３を吸い上げることができる。例えば１．２ｍの高さを有する高揚水性多孔質体４を用いると、給水部１に貯水された水を１ｍ以上の高さまで吸い上げることができる。また、例えば１．８ｍの高さを有する高揚水性多孔質体４を用いると、給水部１に貯水された水を１．３ｍ以上の高さまで吸い上げることができる。なお、人間の身長程度の高さまでに水を吸い上げる場合を考慮すると、例えば高揚水性多孔質体４の高さは１．２ｍ以上１．８ｍ以下とすることができる。
【００２０】
このような高揚水性多孔質体４は、セラミック坏土に分解性の高アスペクト比の気孔形成剤を混合し、押出成形によりセラミック坏土の成形および気孔形成剤の配向を行った後、乾燥、焼結を行うことにより所定の孔径を有する一方向の貫通孔を導入することで形成することができる。気孔形成剤としては、たとえば炭素繊維を用い、その径および長さを適宜選択することにより、所望の孔径を有する貫通孔を得ることができる。また、セラミック材料としては、例えば酸化アルミニウムや酸化シリコンを用いることができる。押出成形には、たとえば、胴部、テーパ部および口金部からなるピストン式押出し成形機であって、口金部の内径が胴部の内径より小さいものを用いることができる。
【００２１】
図３は、本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体に用いられる長さ１．２ｍの高揚水性多孔質体４の時間に対する揚水高さを示す図である。この場合、高揚水性多孔質体４の下端を高さ１０ｃｍまで水中に浸した後の揚水高さを目視および近赤外線水分計により測定した。揚水高さの測定方法としては、まず、目視(表面濡れ具合から)で水が上昇した大体の高さを決める。そこに近赤外線水分計の測定点を当てて、上下方向へ測定点を微移動しながら近赤外線水分計の指示値の変化を観測する。その指示値が高揚水性多孔質体の気乾時の指示値位になり始める時点での高さを揚水高さとする。測定場所は、（１）無風で温湿度が安定している室内、（２）日射が遮蔽されており、風通しの良いピロティ、（３）周囲に遮蔽物がなく、日中日射が常に当たっている屋外とした。なお、測定日は風が比較的弱くかつ日射量が比較的多い夏季晴天日であった。
【００２２】
図３に示すように、高揚水性多孔質体４の浸水開始から１時間経過後の揚水高さは、三つの場所において３６ｃｍ前後であった。それ以降は蒸発量が最も少ない室内での揚水高さが高くなり、次いではピロティの方が高くなる結果となった。１２時間浸水後の揚水高さは室内・ピロティ・屋外ではそれぞれ８８．２ｃｍ、７８．７ｃｍ、７５．９ｃｍとなった。また、揚水高さが１００ｃｍに達すにはそれぞれ１８時間、２８時間、３２時間を必要とした。なお、図３に示した高揚水性多孔質体の揚水高さの試験結果は一例であり、高揚水性多孔質体の製造方法等によりその特性は変化する。
【００２３】
また、高揚水性多孔質体４の本数は、得ようとする冷気の程度に基づき決定することができる。図４は本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体に用いられる高揚水性多孔質体４の配置を説明するための上面図である。例えば、図４に示すように、高揚水性多孔質体を千鳥状に配置することができる。このように千鳥状に配置することで、風が高揚水性多孔質体４にあたる面積を増やすことができ、効率的に冷気を得ることができる。
【００２４】
このように、本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体では、水面から１ｍ以上の高さに揚水可能な高揚水性多孔質体４を用いているので、特許文献１に示したように給水路を多層にする必要がなくなる。また、特許文献２にかかる冷房装置のように給水のための給水ポンプを設ける必要がなくなる。このため、蒸発冷却壁体の装置構成を簡素化することができ、また冷却効率のよい蒸発冷却壁体を提供することができる。
また、本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体を用いることで、給水ポンプを用いることなく地下や地表面に設置された貯水槽に蓄えられた雨水や水道水等を蒸発用の水として用いることがでる。また、本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体を用いることで、長期にわたり安定的に蒸発冷却性能を維持することができる。
【００２５】
実施の形態２
次に、図５を用いて本発明の実施の形態２にかかる蒸発冷却壁体について説明する。図５（ａ）は本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体を横方向からみた断面図であり、図５（ｂ）は本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体を上方向からみた断面図である（蓋１２は省略している）。本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体は、給水口８と、給水口８から供給された水を堰き止める所定の高さを備える堰２と、堰２からあふれ出た水を排出する排出口９と、を備える給水部（以下、閉水路ともいう）１で構成することができる。また、高揚水性多孔質体４は、堰２により堰き止められた水３に浸されると共に、閉水路１から上部に延びるように設置されている。高揚水性多孔質体４は、堰２により堰き止められた水３を１ｍ以上の高さまで吸い上げると共に、吸い上げた水を表面より蒸発させることで周囲の空気を冷却する。パイプ状の高揚水性多孔質体４を用いる場合は、空洞１１を経由して閉水路１内に塵等が侵入することを防ぐために蓋１２を設けてもよい。また、閉水路１と高揚水性多孔質体４の接続部分を封止材やパッキンなどで封止してもよい。
【００２６】
本実施の形態にかかる給水装置の閉水路１の給水口８には配管５から水が供給される。このとき、給水口８には配管５からフィルターを介して水が供給されてもよい。例えば、配管５は家屋に設けられている雨樋と接続されており、雨樋で集めた雨水を給水口８から閉水路１に供給することができる。また、本実施の形態にかかる給水装置の閉水路１には堰２が設けられており、給水口８から供給された水を堰き止めることで、閉水路１内に一定量の水３を溜めることができる。閉水路１内に溜める水３の量は堰２の高さｈｓで決めることができる。
【００２７】
例えば、堰２の高さｈｓは蒸発冷却壁体を使用する地域の連続無降雨日数など降雨パターンに基づき決定することができる。例えば、夏季降雨間隔が短い地域では堰２の高さｈｓを低めに設定する。堰２の高さｈｓを低めに設定することで、水３が閉水路１内に長期間溜まることを防止することができ、つまり、水３の循環を促進することができ、閉水路１内の水３に細菌が繁殖したり、水３が腐ったりすることを防止することができる。また、例えば夏季降雨間隔が長い地域では堰２の高さｈｓを高めに設定することで、閉水路１内に溜めることができる水の量を多くすることができ、水３が不足することを防止できる。
【００２８】
堰２は例えば着脱可能な部材からできており、降雨パターンに基づき適切な高さｈｓを有する堰を取り付けることで、堰２の高さｈｓを調整することができる。また、堰２を可能な限り排水口９寄りに設置することで、閉水路１内に溜める水の量を多くすることができる。また、給水口８の位置を堰２の高さよりも低い位置に設けることで、給水用の配管５内にも配管５の容積に対応した量の水を貯水することができる。
【００２９】
また、本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体の閉水路１は排水口９を備える。排水口９からは堰２からあふれ出た水が排水される。排水口９には配管６が設けられており、排水口９からの排水は下水等に排水される。
【００３０】
また、高揚水性多孔質体４は、閉水路１から上部に延びるように、水３と接するように設置されており、閉水路１内に貯水された水３を吸い上げる。そして、高揚水性多孔質体４は吸い上げた水を表面より蒸発させることで周囲の空気を冷却する。高揚水性多孔質体４は、例えば１．２ｍの高さを有し、実施の形態１で説明したように１ｍ以上の高さまで、閉水路１内に貯水された水３を吸い上げることができる材料で構成することができる。
【００３１】
また、本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体では、高揚水性多孔質体４の根元部分のうち堰２により堰き止められた水３と接触しない部分が、所定の長さ給水装置の閉水路１内に収納されている。高揚水性多孔質体４は吸い上げた水が根元部分で染み出すため、染み出した水を排水する機構が必要となる。本実施の形態では、高揚水性多孔質体４の根元部分を一定の長さ閉水路１内に入れることで、高揚水性多孔質体４から染み出した水を閉水路１内に戻すことができる。これにより、水の染み出しにより冷却に使用される水が無駄になることを防止することができる。また、染み出した水の飛散を防止することができ、また新たに排水受けを設ける必要がなくなる。
【００３２】
高揚水性多孔質体４から水が染み出す範囲は、例えば閉水路１内の水面（堰２の上端）から高揚水性多孔質体４の上端までの長さにより決定することができる。よって、使用する高揚水性多孔質体４の閉水路１内の水面から高揚水性多孔質体４の上端までの長さに基づき、閉水路１内の最高水位（堰２の上端）から閉水路内部の上面までの長さｈａを調整することができる。
【００３３】
また、本実施の形態では高揚水性多孔質体４として、例えば空洞１１の無い高揚水性多孔質体４を用いてもよい。このように空洞のない円柱状の高揚水性多孔質体４を用いることで、高揚水性多孔質体４の保水量を増すことができ給水装置の閉水路１の必要容量を減少させコンパクトにすることができる。
【００３４】
以上で説明したように、本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体は閉水路１内に堰２を設けているので、給水口８から供給された水（例えば雨水）を閉水路内に貯水することができる。よって、例えば配管５の途中、つまり閉水路１の上流側に、貯水タンクを別途設ける必要がないので蒸発冷却壁体の設置コストやスペースを削減することができる。また、蒸発冷却壁体を設置する場合は、給水装置の給水口を給水用の配管に接続し排水口を排水用の配管に接続するだけで設置することができる。よって、従来よりも容易に蒸発冷却壁体を設置することができる。
【００３５】
また、本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体を用いた場合は、閉水路１内に貯水された水を高揚水性多孔質体４が吸い上げるため、高揚水性多孔質体４に常に適量の水を供給することができる。また、閉水路１内の堰２の高さで貯水量を決定することができるので、設置する地域の降水量や高揚水性多孔質体４の本数に基づき、容易に貯水量を調整することができる。更に、高揚水性多孔質体４を用いて閉水路１内に貯水された水を吸い上げているため、ポンプ等を使用する必要がなくなり蒸発冷却壁体の構成を簡素化することができる。
【００３６】
本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体は閉水路１内に水が貯水されているので、水路から水が蒸発することがないため効率的に水を使用することができる。また、閉水路１内に異物が混入することも防止することができる。また、閉水路１に雨水が供給されるたびに閉水路１内の雨水が新たな雨水と入れ替わるため、貯水された雨水の水質悪化、細菌の繁殖等を防止することができる。
【００３７】
本実施の形態にかかる蒸発冷却壁体では高揚水性多孔質体４の根元部分を一定の長さ給水装置の閉水路１内に設けている。これにより、水の染み出しにより冷却に使用される水が無駄になることを防止することができる。また、染み出した水の飛散を防止することができ、また新たに排水受けを設ける必要がなくなる。
【００３８】
以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００３９】
１  給水部（閉水路）
２  堰
３  水
４  高揚水性多孔質体
５、６、７  配管
８  給水口
９  排水口
１１  空洞
１２  蓋
【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１】
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