(57)【要約】【課題】熱交換効率が高く、その結果淡水の製造効率が高い膜蒸留装置を提供する。【解決手段】第１枠体３には、第１流通室３ａの上端から下端まで平行に延びる第１隔壁部３ｂを形成する。これにより、第１流通室３ａの内部を上下方向へ互いに平行に延びる複数の第１通路３ｃに区分する。第２枠体５には、第２流通室５ａの上端から下端まで延びる第２隔壁部５ｂを形成する。これにより、第２流通室５ａの内部を上下方向へ互いに平行に延びる複数の第２通路５ｃに区分する。第１通路３ｃには、その下端部から上端部に向かって高温海水を流す。第２通路５ｃには、その上端部から下端部に向かって低温の淡水を流す。【選択図】図１
2011206643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に第１流通室を有する第１枠体と、上記第１枠体の一方の面に設けられて上記第１流通室を覆う膜体と、内部に第２流通室を有する第２枠体とを備え、上記第１流通室と上記第１流通室とが上記膜体を間にして互いに対向するよう、上記第１枠体と上記第２枠体とが上記膜体を間にして互いに対向して配置され、上記第１枠体には、上記第１流通室の内面にそれぞれ開口する第１流入口及び第１流出口が形成され、上記第２枠体には、上記第２流通室の内面にそれぞれ開口する第２流入口及び第２流出口が形成され、高温流体が、上記第１流入口から上記第１流通室に流入し、上記第１流通室内を通って上記第１流出口から流出し、上記高温流体より低温である低温流体が、上記第２流入口から上記第２流通室に流入し、上記第２流通室内を通って上記第２流出口から流出する膜反応装置において、
上記第１枠体に上記第１流通室の一端部から他端部まで延びる第１隔壁部が形成されることにより、上記第１流通室が、互いに独立し、かつ互いに平行に延びる複数の第１通路に区分され、各第１通路の一端部及び他端部に上記第１流入口及び上記第１流出口がそれぞれ開口させられ、
上記第２枠体に上記第２流通室の一端部から他端部まで上記第１隔壁部と平行に延びる第２隔壁部が形成されることにより、上記第２流通室が、互いに独立し、かつ互いに平行に延びる複数の第２通路に区分され、上記第１流出口が形成された上記第１通路の端部と同一側に位置する各第２通路の一端部に上記第２流入口が開口させられ、上記第１流入口が形成された上記第１通路の端部と同一側に位置する各第２通路の他端部に上記第２流出口が開口させられていることを特徴とする膜反応装置。
【請求項２】
上記第１枠体には、第１網体が埋設され、この第１網体が上記第１隔壁部の全体及び上記第１通路の内部全体にわたって配置され、
上記第２枠体には、第２網体が埋設され、この第２網体が上記第２隔壁部の全体及び上記第２通路の内部全体にわたって配置されていることを特徴とする請求項１に記載の膜反応装置。
【請求項３】
上記第１枠体及び上記第１隔壁部がゴムによって互いに一体に形成され、上記第２枠体及び上記第２隔壁部がゴムによって互いに一体に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の膜反応装置。
【請求項４】
第１及び第２制御手段をさらに備え、上記第１制御手段は、各第１流入口に他の第１流入口に対し独立した形態で高温流体をそれぞれ供給可能であるとともに、各第１流入口への高温流体の供給量をそれぞれ調節可能であり、上記第２制御手段は、各第２流入口に他の第２流入口に対し独立した形態で低温流体をそれぞれ供給可能であるとともに、各第２流入口への低温流体の供給量をそれぞれ調節可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の膜反応装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの一つに記載の膜反応装置において、
上記高温流体が水を溶媒とする高温溶液であり、上記膜体が、上記高温溶液の水蒸気の透過を許容し、かつ上記高温溶液の他の構成物質の透過を阻止する蒸留膜であり、上記蒸留膜を透過した水蒸気が上記冷却流体によって冷却されて液体の水とされることを特徴とする膜蒸留装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱交換器、電気透析装置及び膜蒸留装置等の膜反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、膜蒸留装置は、特許文献１に記載されているように、第１枠体、第２枠体及び蒸留膜（膜体）を備えている。図２１は、そのような膜蒸留装置の概略構成を示す。膜蒸留装置の第１枠体Ａは、平面視長方形の枠状をなしており、その内部が第１流通室Ａ１になっている。第１流通室Ａ１を構成する内面には、第１流入口Ａ２及び第１流出口Ａ３が形成されている。第１流入孔Ａ２及び第１流出口Ａ３は、第１流通室Ａ１の二つの角部を結ぶ対角線Ｌ１上の一端部と他端部とにそれぞれ配置されている。第１流入口Ａ２には、原料水たる高温海水が供給される。そして、そこから第１流通室Ａ１に流入する。第１流通室Ａ１内に流入した海水は、図１３において実線で示すように、扇状に広がりながら対角線Ｌ１の他端側に向かって流れた後、狭まりながら対角線Ｌ１に沿って流れる。その後、第１流出口Ａ３から外部に流出する。
【０００３】
第１枠体Ａの一方の面には、蒸留膜（図示せず）が第１流通室Ａ１に臨んで設けられている。この蒸留膜は、気体の透過は許容するが、液体及び固体の透過を阻止する。したがって、高温の海水が第１流通室Ａ１内を流れるときには、高温の海水から発生する水蒸気が蒸留膜を透過して第１流通室Ａ１から外部に出る。
【０００４】
第２枠体Ｂは、第１枠体Ａと同一形状及び同一寸法を有しており、第１枠体Ａと同一姿勢で配置されている。しかも、第２枠体Ｂは、第１枠体Ａと蒸留膜を介して対向するよう、図１３において第１枠体Ａの裏側に配置されている。第２枠体Ｂには、第１枠体Ａの第１流通室Ａ１、第１流入口Ａ２及び第１流出口Ａ３に対応する第２流通室Ｂ１、第２流入口Ｂ２及び第２流出口Ｂ３が形成されている。ただし、第２流入口Ｂ２及び第２流出口Ｂ３は、第１流入口Ａ２及び第１流出口Ａ３が配置された対角線Ｌ１と交差する他の対角線Ｌ２上の一端部と他端部とにそれぞれ配置されている。
【０００５】
第２流通室Ｂ１には、冷却水たる低温の海水が第２流入口Ｂ２から流入する。第２流通室Ｂ１内に流入した海水は、図１３において破線で示すように、扇状に広がりながら対角線Ｌ２に沿って流れ、その後狭まりながら対角線Ｌ２に沿って流れる。そして、第２流出口Ｂ３から流出する。低温の海水は、第２流通室Ｂ１内を流れるときに、蒸留膜を透過した水蒸気を冷却して凝縮させる。これによって、淡水が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−１９７２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の膜蒸留装置においては、高温海水が対角線Ｌ１に沿って流れ、低温海水が対角線Ｌ２に沿って流れるので、第１流通室Ａ１及び第２流通室Ｂ１のうち、両対角線Ｌ１，Ｌ２が交差する交差部及びその近傍を含む部分（円Ｃで囲まれる部分）では、熱交換が行われるが、円Ｃの外側に位置する部分では、熱交換がほとんど行われない。しかも、円Ｃ内の部分においても、高温海水と低温海水とが、交差する方向に流れており、互いに逆方向に流れていない。つまり、対向流になっていない。このため、熱効率が悪く、淡水の製造効率が低いという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の問題を解決するために、この発明に係る膜反応装置は、内部に第１流通室を有する第１枠体と、上記第１枠体の一方の面に設けられて上記第１流通室を覆う膜体と、内部に第２流通室を有する第２枠体とを備え、上記第１流通室と上記第１流通室とが上記膜体を間にして互いに対向するよう、上記第１枠体と上記第２枠体とが上記膜体を間にして互いに対向して配置され、上記第１枠体には、上記第１流通室の内面にそれぞれ開口する第１流入口及び第１流出口が形成され、上記第２枠体には、上記第２流通室の内面にそれぞれ開口する第２流入口及び第２流出口が形成され、高温流体が、上記第１流入口から上記第１流通室に流入し、上記第１流通室内を通って上記第１流出口から流出し、上記高温流体より低温である低温流体が、上記第２流入口から上記第２流通室に流入し、上記第２流通室内を通って上記第２流出口から流出する膜反応装置において、上記第１枠体に上記第１流通室の一端部から他端部まで延びる第１隔壁部が形成されることにより、上記第１流通室が、互いに独立し、かつ互いに平行に延びる複数の第１通路に区分され、各第１通路の一端部及び他端部に上記第１流入口及び上記第１流出口がそれぞれ開口させられ、上記第２枠体に上記第２流通室の一端部から他端部まで上記第１隔壁部と平行に延びる第２隔壁部が形成されることにより、上記第２流通室が、互いに独立し、かつ互いに平行に延びる複数の第２通路に区分され、上記第１流出口が形成された上記第１通路の端部と同一側に位置する各第２通路の一端部に上記第２流入口が開口させられ、上記第１流入口が形成された上記第１通路の端部と同一側に位置する各第２通路の他端部に上記第２流出口が開口させられていることを特徴としている。
この場合、上記第１枠体には、第１網体が埋設され、この第１網体が上記第１隔壁部の全体及び上記第１通路の内部全体にわたって配置され、上記第２枠体には、第２網体が埋設され、この第２網体が上記第２隔壁部の全体及び上記第２通路の内部全体にわたって配置されていることが望ましい。
上記第１枠体及び上記第１隔壁部がゴムによって互いに一体に形成され、上記第２枠体及び上記第２隔壁部がゴムによって互いに一体に形成されていることが望ましい。
第１及び第２制御手段をさらに備え、上記第１制御手段は、各第１流入口に他の第１流入口に対し独立した形態で高温流体をそれぞれ供給可能であるとともに、各第１流入口への高温流体の供給量をそれぞれ調節可能であり、上記第２制御手段は、各第２流入口に他の第２流入口に対し独立した形態で低温流体をそれぞれ供給可能であるとともに、各第２流入口への低温流体の供給量をそれぞれ調節可能であることが望ましい。
また、この発明に係る膜蒸留装置は、請求項１〜３のいずれかの一つに記載の膜反応装置において、上記高温流体が水を溶媒とする高温溶液であり、上記膜体が、上記高温溶液の水蒸気の透過を許容し、かつ上記高温溶液の他の構成物質の透過を阻止する蒸留膜であり、上記蒸留膜を透過した水蒸気が上記冷却流体によって冷却されて液体の水とされることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上記特徴構成を有するこの発明によれば、第１流通室を第１隔壁部で区分することによって形成された複数の第１通路と、第２流通室を第２隔壁部で区分することによって形成された複数の第２通路とが互いに平行になっている。しかも、高温流体は、第１通路内をその長手方向の一端側から他端側へ向かって流れる。一方、低温流体は、第２通路内をその長手方向の他端側から一端側へ向かって流れる。したがって、高温流体と低温流体とは、ほぼ対向流となって流れる。よって、熱交換効率を向上させることができる。しかも、第１流通室及び第２流通室を複数に区分することによって第１及び第２通路が形成されているので、第１及び第２通路の幅が第１流通室及び第２流通室の幅より大幅に狭くなっている。したがって、高温流体及び低温流体は、それぞれ第１及び第２通路の内部をほぼ全体にわたって流れる。よって、熱交換効率をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、この発明の第１実施の形態を示す平面図である。
【図２】図２は、図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図３】図３は、図１のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図４】図４は、図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図５】図５は、図２のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図６】図６は、この発明の第２実施の形態を示す平面図である。
【図７】図７は、同実施の形態の図４と同様の断面図である。
【図８】図８は、同実施の形態の図５と同様の断面図である。
【図９】図９は、この発明の第３実施の形態の図４と同様の断面図である。
【図１０】図１０は、同実施の形態の図５と同様の断面図である。
【図１１】図１１は、この発明の第４実施の形態を示す平面図である。
【図１２】図１２は、同実施の形態の図４と同様の断面図である。
【図１３】図１３は、同実施の形態の図５と同様の断面図である。
【図１４】図１４は、この発明の第５実施の形態を示す平面図である。
【図１５】図１５は、図１４のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１６】図１６は、図１４のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図１７】図１７は、図１４のＺ−Ｚ線に沿う断面図である。
【図１８】図１８は、図１５のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１９】図１９は、図１５のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図２０】図２０は、図１５のＺ−Ｚ線に沿う断面図である。
【図２１】図２１は、従来の膜蒸留装置の一例の概略構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
図１〜図５は、この発明の第１実施の形態を示す。この実施の形態は、この発明を膜反応装置の一例としての膜蒸留装置１に適用したものである。勿論、この発明は、膜蒸留装置１以外の膜反応装置、例えば熱交換器や電気透析装置にも適用可能である。
【００１２】
まず、膜蒸留装置１の構成及び作用を概略的に説明すると、図２及び図３に示すように、膜蒸留装置１は、上板２、上第１枠体（第１枠体）３、上蒸留膜（膜体）４、第２枠体５、下蒸留膜（膜体）４′下第１枠体（第１枠体）３′及び下板６を有している。これらの部材２〜６は、図２及び図３において上から下（以下、この実施の形態において上下は、特に断わらない限り、図２及び図３における上下を意味するものとする。）に向かって順次重ねられている。
【００１３】
上第１枠体３は、その内部に第１流通室３ａを有している。この第１流通室３ａには、上板２に設けられた第１ポートＰ１から６０°Ｃ程度に加熱された高温海水（溶液）が流入する。第１流通室３ａに流入した高温海水は、第１流通室３ａを通過した後、上板２に設けられた第２ポートＰ２から外部に排出される。第１流通室３ａには、水を溶媒とする溶液であれば、海水以外のものを流入させてもよい。
【００１４】
第２部材５は、その内部に第２流通室５ａを有している。この第２流通室５ａには、上板２に設けられた第３ポートＰ３から低温の淡水が流入する。第２流通室５ａに流入した淡水は、第２流通室５ａを通過した後、上板２に設けられた第４ポートＰ４から外部に流出する。
【００１５】
下第１枠体３′は、第１枠体３と同様に構成されており、その内部に第１流通室３ａを有している。第１流通室３ａ内には、第１ポートＰ１から高温海水が流入し、その内部を通過した後、第２ポートＰ２から外部に流出する。
【００１６】
なお、第１〜第４ポートＰ１〜Ｐ４は、上板２の異なる箇所にそれぞれ配置されている。特に、この実施の形態では、上板２の４つの隅部にそれぞれ配置されている。すなわち、図１に示すように、第１ポートＰ１は左下に位置する隅部に配置され、第２ポートＰ２は右上に位置する隅部に配置され、第３ポートＰ３は左上に位置する隅部に配置され、第４ポートＰ４は右下に位置する隅部に配置されている。
【００１７】
第１流通室３ａ，３ａ内を高温海水が流れるときには、高温海水から発生する水蒸気が上下の蒸留膜４，４′をそれぞれ透過して第２流通室５ａ内に入り込む。第２流通室５ａ内に入り込んだ水蒸気は、第２流通室５ａ内を流れる淡水によって直ちに冷却されて凝縮し、淡水と一緒に流れる。したがって、第４ポートＰ４から流出する淡水の量は、第３ポートＰ３から第２流通室５ａ内に流入する淡水の量より多くなっており、その増量分が膜製造装置１によって製造された淡水として取り出される。
【００１８】
増量分以外の淡水は、冷却手段（図示せず）によって再度冷却された後、第３ポートＰ３に戻される。一方、第２ポートＰ２から流出した高温海水は、取り出された淡水の分だけ第１ポートＰ１から第１流通室３ａ内に流入した高温海水の量より少なくなっており、その減少分だけ新たな海水が追加され、その後加熱手段（図示せず）によって再度加熱されて第１ポートＰ１に戻される。第２ポートＰ２から流出した高温海水については、再度利用することなく廃棄してもよい。ただし、その場合には、高温海水を廃棄する前にその熱を利用して他の新たな海水を加熱することが望ましい。そして、廃棄すべき高温海水によって加熱された新たな海水は、加熱手段（図示せず）によって所定の温度までさらに加熱された後、第１ポートＰ１に送られる。
【００１９】
次に、上記概略構成及び作用を有する膜蒸留装置１をさらに詳細に説明する。
上板２は、下板６と共に膜蒸留装置１全体の形状を一定の形状に維持するためのものであり、剛性の高い樹脂その他の材料によって平板状に形成されている。特に、この実施の形態では、上板２を上下方向（第１、第２枠体３，５の対向方向）から見たときの形状、つまり平面視形状が長方形に形成されている。上板２の平面視形状は、他の形状にしてもよい。また、上板２は、第１流通室３ａ内を流れる高温海水その他の高温の溶液に接触する。そこで、上板２は、それらの溶液に対して耐食性を有する材料で構成したり、あるいは第１流通室３ａに臨む上板２の下面に溶液に対する耐食性が高く、かつシール性に優れた材料からなる被覆層を設けたりすることが望ましい。
【００２０】
上第１枠体３は、その内部に上下に開口する第１流通室３ａが形成されることによって枠状をなしており、平面視において上板２と同一の外形状を有している。しかも、第１枠体３は、上板２と同一の姿勢で配置されている。したがって、第１枠体３の上面全体が上板２の下面に接触している。これにより、第１流通室３ａの上端開口部が閉じられている。第１枠体３は、その第１流通室３ａ内を高温海水等の溶液が流れることから、溶液に対する耐食性に優れている材料によって構成することが望ましく、樹脂その他の材料によって構成されている。特に、この実施の形態では、シール材としてのパッキンを製造する際に用いられるゴムによって第１枠体３が構成されている。なお、上第１枠体３の厚さは、例えば１．５ｍｍ程度であり、図面上は、第１部材３の厚さが、その長さ及び幅に対して誇張されている。第１枠体３は、必ずしもその平面視形状を上板２と同一にする必要がなく、第１流通室３ａが上板２によって遮蔽される限り、上板２と異なる形状にしてもよい。また、第１流通室３ａは、その上端部を第１枠体３の上面に開口させることなく、閉じた状態で形成してもよい。
【００２１】
図１及び図４に示すように、第１枠体３には、複数の第１隔壁部３ｂが形成されている。第１隔壁部３ｂは、１つだけ形成してもよい。第１隔壁部３ｂは、第１流通室３ａをその左右方向の一端から他端まで横断しており、その両端部が第１枠体３に一体に連なっている。つまり、第１隔壁部３ｂは、第１枠体３に一体に形成されている。第１隔壁部３ｂは、第１枠体３と別体に形成してもよい。第１隔壁部３ｂの厚さ（上下方向の寸法）は、第１枠体３の厚さと同一になっている。したがって、第１隔壁部３ｂの上下の両面は、第１枠体３の上下の面とそれぞれ同一平面上に位置している。
【００２２】
第１隔壁部３ｂが形成されることにより、第１流通室３ａの内部が複数の第１通路３ｃに区分されている。各第１通路３ｃは、第１流通室３ａの左右方向の一端から他端まで互いに平行に延びている。しかも、各第１通路３ｃは、他の第１通路３ｃに対し第１隔壁部３ｂによって隔てられることにより、互いに独立した状態になっている。第１通路３ｃの長手方向と直交する方向（図４において上下方向）の両端に配置された二つの第１通路３ｃの幅は、その二つ第１通路３ｃの間に配置された他の第１通路３ｃの幅より広くなっている。ただし、各第１通路３ｃの幅は、必ずしもこのような関係にする必要がなく、逆の関係にしてもよく、全ての第１通路３ｃの幅を同一にしてもよく、あるいは全ての第１通路３ｃの幅を互いに異なる幅にしてもよい。いずれの場合においても、第１通路３ｃの幅は、それと長さとの比（幅／長さ）が１／２〜１／５又はそれ以下になるようにすることが望ましい。
【００２３】
図４に示すように、第１通路３ｃの左内面には、第１流入口３ｄが開口している。第１流入口３ｄは、第１通路３ｃの左内面の図４における上端部に配置されているが、逆側の端部（下側の端部）に配置してもよく、中央部に配置してもよい。第１流入口３ｄは、第１枠体３に形成された第１流入通路３ｅに連通している。第１流入通路３ｅは、第１流入孔７に連通している。第１流入孔７は、図２に示すように、上板２の上面から上第１部材３、上蒸留膜４、第２部材５、下上流膜４′及び下第１部材３′まで貫通しており、その上端開口部が第１ポートＰ１に連通している。したがって、各第１通路３ｃには、高温海水が第１ポートＰ１、第１流入孔７、第１流入通路３ｅ及び第１流入口３ｄを介して流入する。なお、第１流入孔７の下端開口部は、下板６によって閉じられている。
【００２４】
図４に示すように、第１通路３ｃの右内面には、第１流出口３ｆが開口している。第１流出口３ｆは、第１流入口３ｄと逆側の端部（図４の下端部）に配置されているが、第１流入口３ｆと同一の端部に配置してもよく、中央部に配置してもよい。第１流出口３ｆは、第１枠体３に形成された第１流出通路３ｇに連通している。第１流出通路３ｇは、第１流出孔８に連通している。第１流出孔８は、図３に示すように、上板２の上面から上第１部材３、上蒸留膜４、第２部材５、下上流膜４′及び下第１部材３′まで貫通しており、その上端開口部が第２ポートＰ２に連通している。したがって、第１通路３ｃ内をその左端部から右端部まで流れて第１流出口３ｆに入り込んだ高温海水は、第１流出通路３ｇ、第１流出孔８を介して第２ポートＰ２に達し、第２ポートＰ２から外部に流出する。
【００２５】
図２〜図４に示すように、第１枠体３の内部には、第１網体９が埋設されている。第１網体９は、第１部材３と同一か若干薄い厚さを有している。第１網体９の平面視形状は、第１部材３の平面視形状とほぼ同一に設定されている。しかも、第１網体９は、第１部材３と同一の姿勢で配置されている。したがって、第１網体９は、第１部材３全体にわたって埋設されており、その一部が第１隔壁部３ｂ内に埋設され、他の一部が第１通路３ｃの内部全体に露出している。よって、第１網体９は、高温海水に接する。そこで、第１網体９は、高温海水に対する耐食性に優れた材料で構成するのが望ましく、特にＰＥＴやポリエチレンで構成することが望ましい。
【００２６】
第１網体９は、第１部材３に対し例えば次のようにして埋設することができる。すなわち、第１枠体３をその厚さ方向に二等分してなる半体と同一寸法を有するゴム製の二つの素材（図示せず）を用意する。二つの素材を構成するゴムは、加硫前の状態にしておく。二つの素材は、互いに離間して対向させる。そして、二つの素材間に第１網体９を配置する。その後、二つの素材を互いに接近させ、第１網体９を介して互いに接触させて一体化する。このとき、第１網体９を構成する線材が二つの素材の内部に入り込むとともに、各素材が第１網体９の網目内に入り込む。その後、一体化した素材を加硫する。これによって、第１網体９が埋設された第１枠体３を製造することができる。勿論、このときには、第１隔壁部３ｂ及び第１通路３ｃも同時に形成され、第１隔壁部３ｂ内に第１網体９の一部が埋設され、他の一部が第１通路３ｃ内に露出する。
【００２７】
上蒸留膜４及び下蒸留膜４′は、気体の透過を許容し、液体及び固体の透過を阻止するという性質を有する透過膜、例えば多孔質の膜で構成されている。蒸留膜４，４′の材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の剛性樹脂が用いられる。蒸留膜４，４′は、互いに同一形状、同一寸法を有しており、第１枠体３と同一の平面視形状に形成されている。したがって、上蒸留膜４は、第１枠体３の下面全体及び第２枠体５の上面全体に接触させられている。一方、下蒸留膜４′は、第２枠体５の下面全体及び下第１枠体３′の上面全体に接触させられている。蒸留膜４，４′の厚さは、通常、１０μｍ〜５００μｍ程度であり、図面上では蒸留膜４，４′の厚さが、その長さ及び幅に対して誇張されている。
【００２８】
第２枠体５は、その内部に上下に開口する第２流通室５ａが形成されることによって枠状をなしており、平面視において上板２と同一の外形状を有している。しかも、第２枠体５は、第１枠体３と同一の姿勢で配置されている。したがって、第２枠体５は、その上面全体が第１枠体３の下面全体と上蒸留膜４を介して上下に対向しており、第２枠体５の上面全体が、第１枠体３の下面全体に上蒸留膜４を介して接触している。第１枠体５の下面には、下蒸留膜４′が設けられている。第２枠体５の上下の面に上蒸留膜４及び下蒸留膜４′がそれぞれ設けられているので、第２枠体５は、高温海水等の溶液に接触することがなく、淡水が接触するだけである。したがって、第２枠体５は、海水等の溶液に対する耐食性に優れた材料で構成する必要がないが、この実施の形態では第１枠体３を構成する材料と同一の材料によって構成されている。つまり、ゴムによって構成されている。第２枠体５の厚さは、例えば１．５ｍｍ程度であるが、図面上は、その長さ及び幅に対して誇張されている。
【００２９】
第２枠体５の第２流通室５の上下の開口部は、上蒸留膜４及び下蒸留膜４′によって閉じられている。第２流通室５ａは、第１流通室３ａと同一の平面視形状に形成されている。しかも、第２流通室５ａは、平面視したとき、第１流通室３ａと同一位置に同一姿勢で配置されている。したがって、第２流通室５ａ全体が、第１流通室３ａ全体と上蒸留膜４（下蒸留膜４′）を介して上下に対向している。第２流通室５ａ全体と第１流通室３ａ全体とが対向する限り、第１枠体３（３′）と第２枠対５とは、互いに異なる外形状に形成してもよい。
【００３０】
図５に示すように、第２枠体５には、複数（この実施の形態では第１隔壁部３ｃと同数）の第２隔壁部５ｂが形成されている。第２隔壁部３ｂは、１つだけ形成してもよい。第２隔壁部３ｂは、第２流通室５ａをその左右方向の一端から他端まで横断しており、その両端部が第２枠体５に一体に連なっている。つまり、第２隔壁部５ｂは、第２枠体５に一体に形成されている。第２隔壁部５ｂは、第２枠体５と別体に形成してもよい。第２隔壁部５ｂの厚さ（上下方向の寸法）は、第２枠体５の厚さと同一になっている。したがって、第２隔壁部５ｂの上下の両面は、第２枠体５の上下の面とそれぞれ同一平面上に位置している。
【００３１】
第２隔壁部５ｂが形成されることにより、第２流通室５ａの内部が複数の第２通路５ｃに区分されている。勿論、第２通路５ｃの数は、第１通路３ｃの数と同数である。各第２通路５ｃは、第２流通室５ａの左右方向の一端から他端まで互いに平行に延びている。しかも、各第２通路５ｃは、他の第２通路５ｃに対し第２隔壁部５ｂによって隔てられることにより、互いに独立した状態になっている。
【００３２】
第２隔壁部５ｂは、平面視において第１隔壁部３ｂと同一形状を有しており、第１隔壁部３ｂと同一位置に配置されている。この結果、各第２通路５ｃも、平面視において各第１通路３ｃと同一形状になっており、同一位置に配置されている。したがって、各第２通路５ｃは、各第１通路３ｃとそれぞれ上下方向に対向している。
【００３３】
図５に示すように、第２通路５ｃの右内面には、第２流入口５ｄが開口している。第２流入口５ｄは、第２通路５ｃの右内面の図５における上端部に配置されているが、逆側の端部（下側の端部）に配置してもよく、中央部に配置してもよい。第２流入口５ｄは、第２部材５に形成された第２流入通路５ｅに連通している。第２流入通路５ｅは、第２流入孔１０に連通している。第２流入孔１０は、図２に示すように、上板２の上面から上第１枠体３、上蒸留膜４及び第２枠体５まで貫通しており、その上端開口部が第３ポートＰ３に連通している。したがって、第２通路５ｃの左端部には、低温の淡水が第３ポートＰ３から第２流入孔１０、第２流入通路５ｅ及び第２流入口５ｄを介して流入する。なお、第２流入孔１０の下端開口部は、下蒸留膜４′によって閉じられている。
【００３４】
第２通路５ｃの左内面には、第２流出口５ｆが開口している。第２流出口５ｆは、図５の上下方向において第２流入口５ｄと逆側の端部に配置されているが、同一側の端部に配置してもよく、中央部に配置してもよい。第２流出口５ｆは、第２枠体５に形成された第２流出通路５ｇに連通している。第２流出通路５ｇは、第２流出孔１１に連通している。第２流出孔１１は、図３に示すように、上板２の上面から上第１枠体３、上蒸留膜４及び第２枠体５まで貫通しており、その上端部が第４ポートＰ４に連通している。したがって、第２通路５ｃ内をその右端部から左端部まで流れて第２流出口５ｆに入り込んだ淡水は、第２流出通路５ｇ、第２流出孔１１を介して第４ポートＰ４に達し、第４ポートＰ４から外部に流出する。なお、第２流出孔１１の下端開口部は、下蒸留膜４′によって閉じられている。
【００３５】
図２、図３及び図５に示すように、第２枠体５の内部には、第２網体１２が埋設されている。第２網体１２は、第２部枠体５の厚さと同一か若干薄い厚さを有している。第２網体１２の平面視形状は、第２部材５の平面視形状とほぼ同一に設定されている。しかも、第２網体１２は、第２枠体５と同一の姿勢で配置されている。したがって、第２網体１２は、第２部材５全体にわたって埋設されており、その一部が第２隔壁部５ｂ内に埋設され、他の一部が各第２通路５ｃの内部全体に露出している。第２網体１２は、淡水に接するだけであり、高温海水に接することがない。そこで、第２網体１２は、高温海水等の溶液に対する耐食性に優れた材料で構成する必要がないが、この実施の形態では第１網体９と同一の材料で構成されている。なお、第２網体１２は、第１網体９を第１枠体３に埋設する場合と同様の方法によって第２枠体５に埋設することができる。
【００３６】
下第１枠体３′は、第２流入孔１０及び第２流出孔１１が形成されていない点を除き第１枠体３と同一に構成されている。したがって、第１枠体３′も、第１流通室３ａ、第１隔壁部３ｂ、第１通路３ｃ、第１流入口３ｄ、第１流入通路３ｅ、第１流出口３ｆ及び第１流出通路３ｇを有している。そして、各第１通路３ｃの左端部が、第１流入口３ｄ及び第１流入通路３ｅを介して第１流入孔７に連通し、さらに第１流入孔７を介して第１ポートＰ１に連通している。各第１通路３ｃの右端部が、第１流出口３ｆ及び第１流出通路３ｇを介して第１流出孔８に連通し、さらに第１流出孔８を介して第２ポートＰ２に連通している。なお、下第１枠体３′の第１流通室３ａの上端開口部は、下第１蒸留膜４′によって遮蔽され、下端開口部は下板６によって遮蔽されている。
【００３７】
下板６は、上記のように、上板２と共に、膜蒸留装置１全体の形状を一定の形状に維持するものであり、上板２と同様の材料によって構成されている。しかも、下板５は、平面視形状が上板２と同一形状に形成されている。この結果、この実施の形態の膜蒸留装置１においては、上板２、上第１枠体（第１枠体）３、上蒸留膜（膜体）４、第２枠体５、下蒸留膜（膜体）４′、下第１枠体（第１枠体）３′及び下板６の平面視における外形状が互いに同一形状とされている。ただし、必ずしもそのように構成する必要がなく、互いに異なる形状にしてもよい。
【００３８】
上記上板２、上第１枠体３、上蒸留膜４、第２枠体５、下蒸留膜４′、下第１枠体３′及び下板６は、互いに隣接する部材どうしが接着固定されている。これによって、膜蒸留装置１全体が一定の形状に形成されている。上記上板２、上第１枠体３、上蒸留膜４、第２枠体５、下蒸留膜４′、下第１枠体３′及び下板６は、隣接するものどうしを接着固定することに代えて、上板２から下板６まで貫通するボルト挿通孔（図示せず）を複数形成し、各ボルト挿通孔にボルト（図示せず）を挿通するともに、このボルトにナット（図示せず）を螺合させて締め付けることにより、各部材を相互に固定してもよい。
【００３９】
上記構成の膜蒸留装置において、第１ポートＰ１に高温海水を供給すると、その高温海水は、第１流入孔７及び第１流入通路３ｅを通って第１流入口３ｄに入り込み、そこから第１通路３ｃの左端部に流入する。第１通路３ｃの左端部に流入した高温海水は、図１及び図４に示すように、第１通路３ｃの長手方向にほぼ沿って右端部まで流れる。そして、第１流出口３ｆに入り込む。第１流出口３ｆに入り込んだ高温海水は、第１流出通路３ｇ及び第１流出孔８を通って第２ポートＰ２へ至り、そこから外部に排出される。
【００４０】
一方、第３ポートＰ３に低温の淡水を供給すると、その淡水は、第２流入孔１０、第２流入通路５ｅ及び第２流入口５ｄを通って第２通路５ｃの右端部に流入する。第２通路５ｃの右端部に流入した淡水は、図１及び図５に示すように、第２通路５ｃの長手方向に沿って左端部にまで流れる。そして、第２流出口５ｆに入り込む。第２流出口５ｆに入り込んだ淡水は、第２流出通路５ｇ及び第２流出孔１１を通って第４ポートＰ４へ至り、そこから外部に排出される。
【００４１】
ここで、第１通路３ｃ内を流れる高温海水と、第２通路５ｃ内を流れる淡水とは、第１及び第２通路３ｃ，５ｃの長手方向の両端部を除く中間部において、互いにほぼ平行に、しかも逆方向へ流れる。つまり、高温海水と淡水とは、いわゆる対向流となって流れる。したがって、高温海水と淡水との間の熱交換効率が向上し、淡水の製造効率を向上させることができる。しかも、高温海水と淡水との熱交換は、第１及び第２通路３ｃ，５ｃのほぼ全域において行われる。したがって、淡水の製造効率をより一層向上させることができる。
【００４２】
また、第１通路３ｃ内に第１網体９が設けられているので、高温海水は第１通路３ｃ内を常時良好な状態で流れるようにすることができる。すなわち、第１通路３ｃ内の圧力と第２通路５ｃ内の圧力との差圧によって上蒸留膜４が上板２側に押された場合において、仮に第１網体９が設けられていないと、上蒸留膜４が上板２に接することがある。その状態では、上蒸留膜４と上板２との接触部及びその近傍においては、第１通路３ｃの流路面積が零ないしは非常に小さくなる。この結果、第１通路３ｃの流通抵抗が大きくなり、高温海水の良好な流通が阻害される。この点、第１通路３ｃに第１網体９が設けられたこの実施の形態の膜蒸留装置１においては、上蒸留膜４が差圧によって押されたとしても上板２に接触することがなく、第１網体９に接触するだけである。第１網体９は、多数の網目を有する。したがって、上蒸留膜４が第１網体９に接触したとしても、高温海水は第１網体９の網目を通って流れることができる。よって、高温海水の円滑な流通を確保することができる。これは、第１網体９が第２通路５ｃ側に押される場合、及び第２網体１１が第１通路３ｃ側又は第２通路５ｃ側に押される場合も同様である。
【００４３】
さらに、上下の第１枠体３，３′の第１隔壁部３ｂが上板２及び下板６にそれぞれ接触するとともに、第２枠体５の第２隔壁部５ｂが上下の第１枠体３，３′の第１隔壁部３ｂに接触するので、第１枠体３，３′及び第２枠体５の中央部が上下方向に潰れるような事態を未然に防止することができる。
【００４４】
次に、この発明の他の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態については、上記実施の形態と異なる構成だけを説明することとし、上記実施の形態と同様な部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
図６〜図８は、この発明の第２実施の形態を示す。この実施の形態は、上記第１実施の形態を改良したものであり、図６に示すように、第１通路３ｃ内を流れる高温海水と第２通路５ｃ内を流れる淡水とがほほ全流域において対向流になっている。このようにするために、図７に示すように、第１枠体３は第１実施の形態と同様に構成されているが、図８に示すように、第２枠体５においては、第２流入口５ｄ及び第２流出口５ｆが、上記第１実施の形態のそれらと上下逆に配置されている。すなわち、第２流入口５ｄが第２通路５ｃの図８における下端部に配置され、第２流出口５ｆが第２通路５ｃの図８における上端部に配置されている。この結果、第１、第２枠体３，５の対向方向から見たとき、第１流入口３ｄと第２流出口５ｆとが同一位置に位置し、第１流出口３ｆと第２流入口５ｄとが同一位置に位置するようになっている。
【００４６】
この実施の形態の膜蒸留装置１においては、図６に示すように、高温海水と淡水とがそれらの流域全体にわたって対向流となる。したがって、高温海水と淡水との間の熱交換効率がさらに向上し、淡水の製造効率をより一層向上させることができる。
【００４７】
図９及び図１０は、この発明の第３実施の形態を示す。この実施の形態は、上記第１実施の形態を変形したものであり、第１流入口３ｄ及び第１流出口３ｆが第１通路３ｃの幅の中央部に配置されている。同様に、第２流入口５ｄ及び第２流出口５ｆが第２通路５ｃの幅方向の中央部に配置されている。
【００４８】
図９に示すように、第１流入口３ｄから第１通路３ｃの内部に流入した高温海水の一部は、第１通路３ｃの中央部をその長手方向に沿って流れて第１流出口３ｆに至る。他の一部は、第１通路３ｃに入った後、直ちに幅方向の一端側と他端側に広がる。そして、第１通路３ｃに沿って流れる。その後、第１流出口３ｆの手前で第１通路３ｃの方向の中央側に向きを変え、第１流出口３ｆに至る。一方、第２流入口５ｄから第２通路５ｃを通って第２流出口５ｆに至る淡水は、図７に示すように、高温海水とは流れの方向が逆ではあるが、高温海水が第１通路３ｃ内を流れる場合と同様にして第２通路５ｃ内を流れる。したがって、高温海水と淡水とは、対向流となって流れる。
【００４９】
図１１〜図１３は、この発明の第４実施の形態を示す。この実施の形態においては、膜蒸留装置１に代えて膜蒸留装置１Ａが用いられ、さらに第１及び第２制御装置Ｓ１，Ｓ２が用いられている。
【００５０】
図１１に示すように、膜蒸留装置１Ａにおいては、第１ポートＰ１及び第１流入孔７が第１流入口３ｄと同数だけ設けられている。そして、各第１流入口３ｄが各第１流入孔７にそれぞれ連通され、各第１流入孔７が各第１ポートＰ１にそれぞれ連通されている。同様に、第２ポートＰ２及び第１流出孔８が第１流出口３ｆと同数だけ設けられている。各第１流出口３ｆが各第１流出孔８にそれぞれ連通され、各第１流出孔８が各第２ポートＰ２にそれぞれ連通されている。
【００５１】
また、第３ポートＰ３及び第２流入孔１０が第２流入口５ｄと同数だけ設けられている。そして、各第２流入口が各第２流入孔１０にそれぞれ連通され、各第２流入孔１０が各第３ポートＰ３にそれぞれ連通されている。同様に、第４ポートＰ４及び第２流出孔１１が第２流出口５Ｆと同数だけ設けられている。各第２流出口５ｄが各第２流出孔１１にそれぞれ連通され、各第２流出孔１１が各第４ポートＰ４にそれぞれ連通されている。
【００５２】
第１制御装置Ｓ１は、ポンプ等からなる第１供給源Ｄ１から送られてくる高温海水を各第１ポートＰ１に供給するためのものであり、第１ポートＰ１と同数の吐出ポートＳ１ａを有している。各吐出ポートＳ１ａは、各第１ポートＰ１にそれぞれ接続されている。第１制御装置Ｓ１は、開閉弁や流量制御弁等の制御手段を有しており、高温海水を吐出させる吐出ポートＳ１ａを選択する機能、及び各吐出ポートＳ１ａから吐出される高温海水の吐出量を制御する機能を有している。したがって、この実施の形態では、全ての第１通路３ｃに高温海水を流すことも可能であり、任意の一部の第１通路３ｃにのみ高温海水を流すことも可能である。しかも、各第１通路３ｃ内を流れる高温海水の流量を任意に調節することができる。なお、各第１通路３ｃを通って各第２ポートＰ２に至った高温海水は、第１供給源Ｄ１に戻してもよく、廃棄してもよい。
【００５３】
第２制御装置Ｓ２は、第２通路５ｃ内を流れる淡水を制御する点を除き。第１制御装置Ｓ１と同様に構成されている。したがって、第２制御装置Ｓ２は、第３ポートＰ３と同数の吐出ポートＳ２ａを有しており、各吐出ポートＳ１ａは、各第３ポートＰ３にそれぞれ接続されている。第２制御装置Ｓ２は、開閉弁や流量制御弁等の制御手段を有しており、ポンプ等の第２供給源Ｄ２から送られてくる淡水を吐出させる吐出ポートＳ１ａを選択する機能、及び各吐出ポートＳ１ａから吐出される淡水の吐出量を制御する機能を有している。したがって、この実施の形態では、全ての第２通路５ｃに淡水を流すことも可能であり、任意の一部の第２通路５ｃにのみ高温海水を流すことも可能である。勿論、一部の第２通路５ｃにのみ淡水を流す場合、高温海水が流れる第１通路３ｃと対向する、第２通路５ｃが選択される。また、各第２通路５ｃ内を流れる高温海水の流量を任意に調節することができる。この場合にも、第２通路５ｃ内を流れる淡水の流量は、第１通路３ｃ内を流れる高温海水の流量に応じて適宜に調節される。第なお、各第２通路５ｃを通って各第４ポートＰ４に至った淡水は、上記のように、その一部が取り出された後、第２供給源Ｄ２に戻される。
【００５４】
この実施の形態においては、高温海水が流れる第１通路３ｃ及び淡水が流れる第２通路５ｃを任意に選択することができるとともに、第１通路３ｃ内を流れる高温海水の流量及び第２通路５ｃ内を流れる淡水の流量を調節することができるので、淡水の製造量を所望の量に容易に調節することができる。
【００５５】
なお、第２〜第４実施の形態における第１実施の形態の改良及び変形は、互いに組み合わせることも可能であり、次に述べる第５実施の形態にも適用可能である。
【００５６】
図１４〜図２０は、この発明の第５実施の形態を示す。この実施の形態の膜蒸留装置（膜反応装置）１Ｂにおいては、図１５〜図１７に示すように、第２枠体５の厚さ方向（図１５〜図１７において左右方向；以下、この実施の形態において左右方向という。）の両面に、不透過膜１３，１３がそれぞれ固着されている。この二つの不透過膜１３，１３によって第２枠体５の全ての第２通路５ｃの両端開口部が閉じられている。不透過膜１３は、気体、液体及び固体の透過を阻止し、かつ良好な熱伝導性を有する材質によって構成されている。不透過膜１３は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂フィルムによって構成されているが、他の材料からなるフィルムによって構成してもよい。
【００５７】
また、図１５〜図１７に示すように、上第１枠体３と第２枠体５との間、及び下第１枠体３′と第２枠体５との間には、第３枠体１４がそれぞれ配置されている。第３枠体１４は、図１４及び図２０から明らかなように、その外形状が上下の第１枠体３，３′及び第２枠体５の外形状と同一になっており、第２枠体５と同一材料によって構成されている。第３枠体１４は、第２枠体５と異なる材料によって構成してもよい。第３枠体１４は、第１流通室３ａ及び第２流通室５ａと平面視形状が同一である凝縮室１４ａを有している。凝縮室１４ａには、隔壁部が設けられておらず、凝縮室１４ａ全体が一つの室とされている。しかし、必ずしもこのように構成する必要がなく、凝縮室１４ａにも、第１、第２隔壁部３ｂ、５ｂと同一寸法を有し、かつ第１、第２枠体３，５の対向方向から見たときに同一位置に位置する隔壁部を形成してもよい。第３枠体１４には、第３網体１７が設けられている。第３網体１７は、第１、第２網体９，１２が第１、第２枠体３，５にそれぞれ設けられた状態と同様の状態で第３枠体１４に設けられている。したがって、第３網体１７は、凝縮室１４ａの内部全体に設けられている。
【００５８】
上側の第３枠体１４は、上第１枠体３に上蒸留膜４を介して固定されるとともに、第２枠体５に不透過膜１３を介して第２枠体５に固定されている。したがって、上側の第３枠体１４の凝縮室１４ａは、上蒸留膜４及び不透過膜１３に接触している。下側の第３枠体１４は、下第１枠体３′に下蒸留膜４′を介して固定されるとともに、第２枠体５に不透過膜１３を介して固定されている。したがって、下側の第３枠体１４の凝縮室１４ａは、下蒸留膜４′及び不透過膜１３に接触している。
【００５９】
凝縮室１４ａを区画する内面には、水抜き口１４ｂ及びガス抜き口１４ｃが形成されている。図２０に示すように、水抜き口１４ｂは、凝縮室１４ａの内面のうちの下側の内面の左右方向の中央部に開口するように配置されている。水抜き凹部１４ｂは、第１排出孔１５に連通しており、第１排出孔１５は、上板２に設けられた第５ポートＰ５に連通している。一方、ガス抜き口１４ｃは、凝縮室１４ａの内面のうちの上側の内面の左右方向の中央部に開口するように配置されている。ガス抜き口１４ｃは、第２排出孔１６に連通しており、第２排出孔１６は、上板２に設けられた第６ポートＰ６に連通している。
【００６０】
上記構成の膜蒸留装置１Ａにおいては、高温海水が第１通路３ｃを流れると、高温海水から発生した水蒸気が蒸留膜４（４′）を透過して凝縮室１４ａ内に流入する。凝縮室１５ａ内に流入した水蒸気は、第２通路５ｃ内を流れる淡水によって冷却されて液体の水になる。この水は、水抜き口１４ｂ、第１排出孔１５を介して第５ポートＰ５に至り、そこから外部に淡水として取り出される。一方、蒸留膜４（４′）を透過した気体のうち凝縮されない気体は、ガス抜き口１４ｃ、第２排出孔１６を介して第６ポートＰ６に至り、そこから外部に排出される。
【００６１】
なお、この発明は、上記の実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲において各種の変形例を採用することができる。
例えば、上記の実施の形態においては、上板２、下板６及びそれらの間に配置された各部材を一つのブロックとし、そのブロックを膜蒸留装置１（１Ａ，１Ｂ）としているが、そのようなブロックを前後、左右及び上下に並べてそれら全体を膜蒸留装置としてもよい。
また、上記の実施の形態においては、高温海水（溶液）から淡水を製造するために膜体として蒸留膜４，４′が用いられているが、この発明を例えば熱交換機に用いる場合には、蒸留膜４，４′に代えて不透過膜が膜体として用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
この発明は、膜蒸留装置、熱交換器及び電気透析装置等の各種の膜反応装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
Ｓ１    第１制御装置
Ｓ２    第２制御装置
１    膜蒸留装置（膜反応装置）
１Ａ    膜蒸留装置（膜反応装置）
１Ｂ    膜蒸留装置（膜反応装置）
３    上第１枠体（第１枠体）
３′    下第１枠体（第１枠体）
３ａ    第１流通室
３ｂ    第１隔壁部
３ｃ    第１通路
３ｄ    第１流入口
３ｆ    第１流出口
４    上蒸留膜（膜体）
４′    下蒸留膜（膜体）
５    第２枠体
５ａ    第２流通室
５ｂ    第２隔壁部
５ｃ    第２通路
５ｄ    第２流入口
５ｆ    第２流出口
９    第１網体
１２    第２網体
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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