(57)【要約】【課題】歩留まりが良く効率的な熱交換特性を発揮可能な熱交換器の生産に資するといった、熱交換器の製造方法を提供する。【解決手段】熱交換対象である流体を流す内部流路１１を有し且つ外力を受けた場合又は支えが無い場合に全体又は一部が変形し得る配管１を、前記変形を防止するための支持体２に支持させた状態で収容体４の収容部４Ｓに収容し、熱源と配管１との間で熱を伝熱させる熱伝導用の金属６を前記収容部４Ｓに鋳込んで形成するようにした。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換対象である流体を流す内部流路を有し且つ外力を受けた場合又は支えが無い場合に全体又は一部が変形し得る配管を、前記変形を防止するための支持体に支持させた状態で収容体の収容部に収容し、熱源と配管との間で熱を伝熱させる熱伝導用の金属を前記収容部に鋳込んで形成することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項２】
前記支持体が、前記熱伝導用の金属によって前記配管とともに鋳込まれる鋳込み部と、鋳込まれない非鋳込み部とを具備していることを特徴とする請求項１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項３】
前記非鋳込み部を、鋳込み後に非鋳込み部から分離させることを特徴とする請求項２記載の熱交換器の製造方法。
【請求項４】
前記非鋳込み部が、前記配管の前記収容部への収容時に、手などで操作可能なものであることを特徴とする請求項２または３記載の熱交換器の製造方法。
【請求項５】
前記支持体が、対向して配される一対の鋳込み部と、これら鋳込み部の基端側間に配されて成る非鋳込み部と、を有する略Ｕ字形状のものであることを特徴とする請求項２乃至４いずれか記載の熱交換器の製造方法。
【請求項６】
前記配管が、大径部と小径部とを略規則的に交互に繰り返して配して成るフレキシブルパイプであり、
前記支持体が、前記小径部の少なくとも一部を挿入保持できる挿入保持部を有していることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７】
前記配管が、スパイラル構造を成すものであることを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８】
前記支持体が、前記配管のスパイラル軸心方向と平行する方向における複数の異なる位置をそれぞれ保持可能な複数の保持部を備えていることを特徴とする請求項７記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９】
熱交換対象である流体を流す内部流路を有し且つ外力を受けた場合又は支えが無い場合に全体又は一部が変形し得る配管と、
前記配管を前記変形を防止しながら支持する支持体と、
前記配管に対して熱の授受を行う熱源と、
前記熱源と前記支持体に支持された状態の配管とを収容するための収容部を備え、組み付けのために前記収容部に収容した前記熱源及び前記配管を熱伝導用の金属で鋳込むことで固定する収容体とを具備して成ることを特徴とする熱交換器。
【請求項１０】
気化対象である液体を流す内部流路を有し且つ外力を受けた場合又は支えが無い場合に全体又は一部が変形し得る配管と、
前記配管を前記変形を防止しながら支持する支持体と、
前記配管を加熱するヒータと、
前記ヒータと前記支持体に支持された状態の配管とを収容するための収容部を備え、組み付けのために前記収容部に収容した前記ヒータ及び前記配管を熱伝導用の金属で鋳込むことで固定する収容体とを具備して成ることを特徴とする気化器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器の製造方法及び熱交換器、気化器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱交換器として流体同士の熱の交換を行うものや、ヒータによって流体を加熱したり、電子冷却器によって流体を冷却するものが知られている。また、ヒータを用いて液体を加熱して、これを気化するようにした熱交換器の一態様としての気化器が多くの分野で用いられている。
【０００３】
具体的にこの種の気化器は、気化対象となる液体を流すステンテス製の配管と、この配管を加熱するヒータと、配管の温度を測定する温度センサと、これら配管・ヒータ・温度センサをアルミニウムにて鋳込んで形成されるアルミブロックとを具備してなり、液体を配管の一端から流入し、気化された気体を他端から流出するように構成されている。
【０００４】
そして、配管をスパイラルを描くように構成するとともに、ヒータを配管によって形成されたスパイラルの中に配置することで、ヒータの熱をアルミニウムを介して直接的に配管に伝熱させ、ヒータによる効率的な加熱を実現している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０９００７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の構成では、例えば、アルミニウムを鋳込む際に、鋳込まれたアルミニウムによって配管が押され、これにより配管の位置が所定の配置位置からずれてしまう場合がある。このように、配管位置が所定の配置位置からずれてしまうと、その位置を修正するのは略不可能であり、歩留まりが悪化するといった問題点を有している。そして、配管の一部同士が近づいたり或いは配管の一部とヒータとが近づいたりしてしまうことで均一な伝熱ができなくなり、結果、効率的に加熱することができなくなるといった問題点を有している。
【０００７】
このような問題は、配管が、外力を受けた場合又は支えが無い場合に全体又は一部が変形し得るものであるときに顕著に現れる。
【０００８】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、主たる目的は、歩留まりが良く効率的な熱交換特性を発揮可能な熱交換器の生産に資するといった、熱交換器の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明に係る熱交換器の製造方法は、熱交換対象である流体を流す内部流路を有し且つ外力を受けた場合又は支えが無い場合に全体又は一部が変形し得る配管を、前記変形を防止するための支持体に支持させた状態で収容体の収容部に収容し、熱源と配管との間で熱を伝熱させる熱伝導用の金属を前記収容部に鋳込んで形成することを特徴とする。
【００１０】
このようなものによれば、熱伝導用の金属を鋳込んだ際に、その鋳込まれた熱伝導用の金属によって配管が押されても、支持体が配管の変形を防止するため、これにより配管の位置が所定の配置位置からずれてしまうといった不具合を防止できる。したがって、配管の配置位置不良を防止して歩留まりを向上させることができ、また、配管の一部同士が近づいたり或いは配管の一部と熱源とが近づいたりすることを防止して、均一な伝熱を行うことが可能となる。
【００１１】
すなわち、歩留まりが良く効率的な熱交換特性を発揮可能な熱交換器の生産に資するといった、熱交換器の製造方法を提供することができる。
【００１２】
本発明の望ましい態様としては、前記支持体が、前記熱伝導用の金属によって前記配管とともに鋳込まれる鋳込み部と、鋳込まれない非鋳込み部とを具備しているものが挙げられる。
【００１３】
このとき、前記非鋳込み部を、鋳込み後に非鋳込み部から分離させることができるのであれば、配管の収容時には、非鋳込み部を把持するなどしてその収容を容易に行うことができる一方、収容後には、当該非鋳込み部を鋳込み部から分離（例えば切断）させることで、熱交換器の軽量化を実現できる。
【００１４】
本発明の望ましい態様としては、前記非鋳込み部が、前記配管の前記収容部への収容時に、手などで操作可能なものが挙げられる。
【００１５】
ここで、「手などで操作可能」とは、例えば、非鋳込み部に手指をかけて非鋳込み部を操って動かすといった人間の直接操作に加え、冶具などを用いて操作するといった機械器具を用いて操作することをも含む広義の概念である。
【００１６】
本発明の支持体の望ましい態様としては、前記支持体が、対向して配される一対の鋳込み部と、これら鋳込み部の基端側間に配されて成る非鋳込み部と、を有する略Ｕ字形状のものが挙げられる。
【００１７】
前記配管が、大径部と小径部とを略規則的に交互に繰り返して配して成るフレキシブルパイプであり、前記支持体が、前記小径部の少なくとも一部を挿入保持できる挿入保持部を有しているのであれば、例えば、ストレートパイプに比べ、肉厚を薄くできしかも表面積を大きくできるため、良好な熱伝導特性を得られる。また、大径部と小径部とが流体に乱流を生じさせるため、良好な熱伝導に資する。
【００１８】
前記配管が、スパイラル構造を成すものであれば、収容部の体積が小さくても、配管長を十分確保することができ、例えば、液体である流体の気化を十分に行うことができる。
【００１９】
前記支持体が、前記配管のスパイラル軸心方向と平行する方向における複数の異なる位置をそれぞれ保持可能な複数の保持部を備えているのであれば、熱伝導用の金属の鋳込みによって生じる配管の位置ずれを、効果的に防止することができる。また、保持部によって、配管を所定の配置位置に留めることができるので、所期の伝熱特性の発揮に資する。
【００２０】
本発明の熱交換器の望ましい態様としては、この熱交換器が、熱交換対象である流体を流す内部流路を有し且つ外力を受けた場合又は支えが無い場合に全体又は一部が変形し得る配管と、前記配管を前記変形を防止しながら支持する支持体と、前記配管に対して熱の授受を行う熱源と、前記熱源と前記支持体に支持された状態の配管とを収容するための収容部を備え、組み付けのために前記収容部に収容した前記熱源及び前記配管を熱伝導用の金属で鋳込むことで固定する収容体とを具備して成るものが挙げられる。
【００２１】
このようなものであれば、熱伝導用の金属を鋳込んだ際に、その鋳込まれた熱伝導用の金属によって配管が押されても、支持体が配管の変形を防止するため、これにより配管の位置が所定の配置位置からずれてしまうといった不具合を防止できる。したがって、配管の配置位置不良を防止して歩留まりを向上させることができ、また、配管の一部同士が近づいたり或いは配管の一部と熱源とが近づいたりすることを防止して、均一な伝熱を行うことが可能となる。
【００２２】
すなわち、歩留まりが良く効率的な熱交換特性を発揮可能な熱交換器を提供することができる。
【００２３】
本発明の気化器の望ましい態様としては、この気化器が、気化対象である液体を流す内部流路を有し且つ外力を受けた場合又は支えが無い場合に全体又は一部が変形し得る配管と、前記配管を前記変形を防止しながら支持する支持体と、前記配管を加熱するヒータと、前記ヒータと前記支持体に支持された状態の配管とを収容するための収容部を備え、組み付けのために前記収容部に収容した前記ヒータ及び前記配管を熱伝導用の金属で鋳込むことで固定する収容体とを具備して成るものが挙げられる。
【００２４】
このようなものであれば、熱伝導用の金属を鋳込んだ際に、その鋳込まれた熱伝導用の金属によって配管が押されても、支持体が配管の変形を防止するため、これにより配管の位置が所定の配置位置からずれてしまうといった不具合を防止できる。したがって、配管の配置位置不良を防止して歩留まりを向上させることができ、また、配管の一部同士が近づいたり或いは配管の一部とヒータとが近づいたりすることを防止して、均一な伝熱を行うことが可能となる。
【００２５】
すなわち、歩留まりが良く効率的に液体を気化可能な気化器を提供することができる。
【発明の効果】
【００２６】
このように本発明に係る熱交換器の製造方法は、熱伝導用の金属を鋳込んだ際に、その鋳込まれた熱伝導用の金属によって配管が押されても、支持体が配管の変形を防止するため、これにより配管の位置が所定の配置位置からずれてしまうといった不具合を防止できる。したがって、配管の配置位置不良を防止して歩留まりを向上させることができ、また、配管の一部同士が近づいたり或いは配管の一部とヒータとが近づいたりすることを防止して、均一な伝熱を行うことが可能となる。
【００２７】
すなわち、歩留まりが良く効率的な熱交換特性を発揮可能な熱交換器の生産に資するといった、熱交換器の製造方法を提供することができる。
【００２８】
また、本発明の熱交換器は、熱伝導用の金属を鋳込んだ際に、その鋳込まれた熱伝導用の金属によって配管が押されても、支持体が配管の変形を防止するため、これにより配管の位置が所定の配置位置からずれてしまうといった不具合を防止できる。したがって、配管の配置位置不良を防止して歩留まりを向上させることができ、また、配管の一部同士が近づいたり或いは配管の一部と熱源とが近づいたりすることを防止して、均一な伝熱を行うことが可能となる。
【００２９】
すなわち、歩留まりが良く効率的な熱交換特性を発揮可能な熱交換器を提供することができる。
【００３０】
また、本発明の気化器は、熱伝導用の金属を鋳込んだ際に、その鋳込まれた熱伝導用の金属によって配管が押されても、支持体が配管の変形を防止するため、これにより配管の位置が所定の配置位置からずれてしまうといった不具合を防止できる。したがって、配管の配置位置不良を防止して歩留まりを向上させることができ、また、配管の一部同士が近づいたり或いは配管の一部とヒータとが近づいたりすることを防止して、均一な伝熱を行うことが可能となる。
【００３１】
すなわち、歩留まりが良く効率的に液体を気化可能な気化器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る気化器の構造断面図。
【図２】同実施形態における気化器の構造断面図。
【図３】同実施形態における配管の構造断面図。
【図４】同実施形態における支持体を示す図。
【図５】同実施形態における配管と支持体とを取り付けた状態を示す図。
【図６】同実施形態における収容体の構造断面図。
【図７】同実施形態における配管及び支持体を収容体に取り付けた上体を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００３４】
本実施形態の気化器Ａは、図１、図２、図３などに示すように、気化対象である液体を内部流路１１に流入しこの内部流路１１で気化させた気体を流出させる配管１と、前記配管１を支持する支持体２と、前記配管１を加熱するヒータ３と、前記ヒータ３および前記支持体２に支持された状態の配管１を収容するための収容部４Ｓを備えている収容体４と、前記配管１の温度を測定する温度センサ５（図示せず）と、ヒータ３の熱を配管１に伝える熱伝導用の金属６と、前記収容体４の外側に空気層を介して配した外カバー７（図示せず）と、を具備して成るものである。以下、各部を具体的に説明する。
【００３５】
配管１は、図３に示すように、大径部１Ｘ（直径１／４インチ程度）と小径部１Ｙとを略規則的に交互に繰り返して配して成るフレキシブルパイプを用い、これを中心径略７０ｍｍで数回程度巻いたスパイラル構造を成すものであって、本実施形態では、配管１の肉厚を０．１５ｍｍとし、且つ、配管１の材質を液体に対して耐腐食性を有するステンレス製のものとしている。しかして、フレキシブルパイプでありしかも肉厚を従来のストレート管の肉厚（１ｍｍ）よりも薄くしているので、配管１は、外力を受けた場合又は支持体２などの支えが無い場合に全体又は一部が容易に変形し得ることとなる。
【００３６】
支持体２は、図４に示すように、熱伝導用の金属６によって配管１とともに鋳込まれる一対の鋳込み部２１ａ、２１ｂ（以下、「鋳込み部２１」と総称する）と、熱伝導用の金属６によって鋳込まれず且つ鋳込み部２１の基端側間に配される非鋳込み部２２とを具備する略Ｕ字薄板状のものであって、本実施形態では、耐腐食性を有し且つ熱伝導用の金属６よりも高い融点を有するステンレス製としている。
【００３７】
このうち、鋳込み部２１のそれぞれの外縁部には、配管１の小径部１Ｙの一部を挿入保持できる複数の挿入保持部２１１を設けている。ここで、挿入保持部２１１は、その一部を外部空間に開放させた部分円弧状を有するものとしている。そして挿入保持部２１１の内径２１１ａを、配管１の小径部１Ｙの外径と略一致させている。また、複数の挿入保持部２１１のうち隣接する挿入保持部２１１同士を、所定ピッチ２１１ｐで離間するように配置している。
【００３８】
なお、非鋳込み部２２は、熱伝導用の金属６で鋳込んだ後に、当該非鋳込み部２２を鋳込み部２１から切断するようにしている。しかして、製品としての気化器Ａは、非鋳込み部２２及び鋳込み部２１のうち鋳込み部２１のみを有することとなる（図１参照）。
【００３９】
ヒータ３は、図１、図２などに示すように、１本のヒータ３を収容体４の収容部４Ｓ内で２往復するように折り畳んでなるシースヒータと称されるものであって、前記配管１のスパイラルの中に位置させている。そして、本実施形態では、ヒータ３に、容量が１ｋＷのものを用いているが、実施態様に応じて適宜変更可能である。
【００４０】
収容体４は、図１、図２、図６などに示すように、略矩形状を成す頂壁４１及び頂壁４１の各周縁からそれぞれ略直角に屈曲させた側壁４２を一体的に具備するとともに、後述する収容部４Ｓを開放または閉塞可能な底壁４３を具備する略箱体形状で金属製のものである。そして、底壁４３を側壁４２から取り外すなどして収容部４３を開放し、各壁４１、４２で囲まれる収容部４Ｓに配管１などを収容した上で、熱伝導用の金属６を鋳込むことによって配管１などを所定位置に固定できるようにしている。なお、本実施形態では、各壁４１、４２、４３の内周に沿って、例えばポリイミドフォームなどの断熱材４Ｄを配している。
【００４１】
温度センサ５は、配管１の近傍または配管１に接触するように配置されており、特に例えば配管１の下流側における配管１の温度を測定するものである。温度センサ５によって測定された温度が所定の温度以下になるように、図示しない制御回路によって、ヒータ３に供給する電力を調節するようにしている。ここで、ヒータ３によって液体に加えられる熱量は、その温度が液体を気化させる以上の化学反応を起こさせることがない程度に、制御回路によって温度調節されるようにしている。
【００４２】
熱伝導用の金属６は、溶融させたものを収容体４の収容部４Ｓに対して流し込むことにより、収容部４Ｓでヒータ３と支持体２に支持させた配管１と等を鋳込んで固定するようにしたものである。本実施形態では、この熱伝導用の金属６にアルミニウムを用い、約７００度に溶融させて鋳込むようにしている。このように、熱伝導用の金属６としてアルミニウムを用いることにより、軽量かつ安価で、容易に熱伝導率を上げることができる。
【００４３】
以上のように構成される気化器Ａについてその製造方法について説明する。
【００４４】
まず、配管１を、鋳込み部２１に設けた挿入保持部２１１を利用して支持体２に支持させる。
【００４５】
すると、支持体２は、配管１の一部同士が近づいたり或いは配管１の一部とヒータ３とが近づいたりすること等を防止するので、配管１は、この支持体２に支持されながら所望のスパイラル状態をとることができる（図５参照）。
【００４６】
次に、配管１を支持体２に支持させた状態で収容体４の収容部４Ｓに収容する。このとき、支持体２の挿入保持部２１１が、配管１の脱落を防止するので、移動時の傾きや振動などによって、配管１のスパイラル構造が崩れることはない。また、支持体２の非鋳込み部２２を持つことができるため、配管１を、収容部４Ｓの所定位置に容易に位置付けることができる（図７参照）。
【００４７】
そして、熱伝導用の金属６の鋳込みを行う。なお、鋳込みの際には、図７に示す状態から、天地を逆にして行うことは言うまでもない。
【００４８】
約７００度程度にすることで溶融させた熱伝導用の金属６を、収容部４Ｓに対して流し込む。
【００４９】
すると、配管１は、この流し込まれた熱伝導用の金属６の湯流れによる力などを受けるが、配管１は、挿入保持部２１１に保持されているので、支持体２から脱落することなく、スパイラル状態を保つ。また、例えば、非鋳込み部２２を固定しておけば、支持体２が、熱伝導用の金属６の湯流れによる力などを受けて移動することもない。
【００５０】
しかして、熱伝導用の金属６で鋳込む際に、支持体２を利用して、配管１、ヒータ３、温度センサ５を、所望の位置にて鋳込むことができる。また、スパイラル状の配管１であっても、極めて容易に且つ完全に隙間なく熱伝導用の金属６で固定することができる。さらに、配管１とヒータ３との熱伝達の効率を所望のものとすることができる。
【００５１】
このようにして鋳込みを終えた後、非鋳込み部２２を鋳込み部２１から切断し、そして、底壁４３等を取り付けて製品として完成させる（図１参照）。
【００５２】
したがって、本実施形態に係る気化器Ａの製造方法によれば、熱伝導用の金属６を鋳込んだ際に、その鋳込まれた熱伝導用の金属６によって配管１が押されても、支持体２が配管１の変形を防止するため、これにより配管１の位置が所定の配置位置からずれてしまうといった不具合を防止できる。したがって、配管１の配置位置不良を防止して歩留まりを向上させることができ、また、配管１の一部同士が近づいたり或いは配管１の一部とヒータ３とが近づいたりすることなどを防止して、均一な伝熱を行うことが可能となる。
【００５３】
すなわち、歩留まりが良く効率的に液体を気化できる気化器Ａを提供することができる。
【００５４】
なお、前記非鋳込み部２２を、鋳込み後に非鋳込み部２２から切断させることができるので、配管１の収容時には、非鋳込み部２２を把持するなどしてその収容を容易に行うことができる一方、収容後には、当該非鋳込み部２２を鋳込み部２１から切断させて、気化器Ａの軽量化を実現できる。
【００５５】
前記支持体２が、対向して配される一対の鋳込み部２１と、これら鋳込み部２１の基端側間に配されて成る非鋳込み部２２と、を有する略Ｕ字形状のものとしているので、その取り扱いを簡便に行える。
【００５６】
前記配管１が、大径部１Ｘと小径部１Ｙとを略規則的に交互に繰り返して配して成るフレキシブルパイプであり、前記支持体２が、前記小径部１Ｙの少なくとも一部を挿入保持できる挿入保持部２１１を有しているので、ストレートパイプに比べ、肉厚を薄くできしかも表面積を大きくできるため、良好な熱伝導特性を得られる。また、大径部１Ｘと小径部１Ｙとが流体に乱流を生じさせるため、良好な熱伝導に資する。そして、熱伝導用の金属６の鋳込みによって生じる配管１の位置ずれを、効果的に防止することができる。また、挿入保持部２１１によって、配管１を所定の配置位置に留めることができるので、所期の伝熱特性の発揮に資する。
【００５７】
前記配管１が、スパイラル構造を成すものとしているため、収容部４Ｓの体積が小さくても、配管１長を十分確保することができ、例えば、液体である流体の気化を十分に行うことができる。
【００５８】
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
【００５９】
例えば、上述した実施形態では、熱交換器の一例として、ヒータ３によって液体を加熱し気化する気化器Ａを例示しているが、本発明は気化器Ａではない別の熱交換器にも適用できる。
【００６０】
また、熱伝導用の金属６にアルミニウムを用いているが、これに限らず、より高い高い熱伝導率を有する銀、銅、金などを用いることができる。
【００６１】
また、配管１をスパイラル構造としているが、例えば、直管状のものとするなど、実施態様に応じて適宜形状にすることができる。
【００６２】
また、支持体２全体を、鋳込み部２１とすることを妨げない。
【００６３】
また、支持体２の構成も本実施形態のものに限られるものではない。
【００６４】
また、配管１はフレキシブルパイプに限らず、例えばストレートパイプであってもこれが外力を受けた場合又は支えが無い場合に全体又は一部が変形し得るものであれば、当該熱交換器に用いることができる。
【００６５】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
Ａ・・・・・熱交換器（気化器）
１・・・・・配管
１Ｘ・・・・大径部
１Ｙ・・・・小径部
２・・・・・支持体
３・・・・・熱源（ヒータ）
４・・・・・収容体
４Ｓ・・・・収容部
６・・・・・熱伝導用の金属
１１・・・・内部流路
２１・・・・鋳込み部
２２・・・・非鋳込み部
２１１・・・保持部（挿入保持部）
【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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【図７】
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