(57)【要約】【課題】取り外し自在に設置されたタンクの交換が容易となる燃料電池車を提供する。【解決手段】燃料電池車１は、水素ガスが充填された第１〜第４タンク３１〜３４が、車外６に開口可能なフロント収納部１１に、取り外し自在に設置されている。燃料電池車１は、各タンクに充填された水素ガスの量を測定するガス量測定部５１〜５４と、燃料電池４への水素ガスを供給すべきタンクを、順に選択し、選択したタンクに充填された水素ガスを燃料電池４に供給するように、第１〜第４タンク３１〜３４の水素ガスの供給を制御する制御部５と、を備える。制御部５は、選択したタンクに対して、ガス量測定部で測定された水素ガスの量が所定量以下となった時に、選択したタンクから、次に選択したタンクに、燃料電池４への水素ガスの供給を切換える。制御部５は、第１〜第４タンク３１〜３４の選択を、車外側に近い位置に設置されたタンクから順に行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池への供給用の水素ガスが充填された複数のタンクが、車外に開口可能な収納部に、取り外し自在に設置された燃料電池車であって、
前記燃料電池車は、前記各タンクに充填された水素ガスの量を測定するガス量測定部と、
前記燃料電池への水素ガスを供給すべき前記タンクを、順に選択し、選択したタンクに充填された水素ガスを前記燃料電池に供給するように、前記複数のタンクの水素ガスの供給を制御する制御部と、を備えており、
前記制御部は、前記選択したタンクに対して、前記ガス量測定部で測定された水素ガスの量が所定量以下となったときに、前記選択したタンクから、次に選択したタンクに、前記燃料電池への水素ガスの供給を切換えるものであり、
前記制御部は、前記複数のタンクの選択を、前記車外側に近い位置に設置されたタンクから順に行うことを特徴とする燃料電池車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガスが充填された複数のタンクを備えた燃料電池車に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池から供給される電力によって走行する燃料電池車について広く研究開発が行われている。燃料電池には、空気中の酸素ガスと、燃料電池車に搭載されたタンクから供給される水素ガスとが供給され、燃料電池を発電させることができる。このタンクには、燃料電池車から取り外し可能なカセット方式のものが知られている。
【０００３】
カセット方式のタンクを燃料電池車に複数搭載した場合には、１つずつ順にタンクが使用され、燃料電池に水素ガスが供給される。具体的には、タンク内の水素ガスが完全に消費されると、そのタンクは使用済とされ、水素ガスが充填された別のタンクが使用される。使用済のタンクは、所定のタイミングで、水素ガスが充填された新しいタンクに交換される。
【０００４】
このような水素ガスが充填されたタンクを搭載した燃料電池車として、たとえば特許文献１には、以下に示す燃料電池車が提案されている。この燃料電池車には、取り外し可能な複数のタンクが設置されている。各タンクでは、タンク内の水素ガスの残量が測定され、水素ガス残量が無い、すなわち、交換が必要となったタンクは、車内の表示装置に表示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−９２８４５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、このようなタンクは、燃料電池車に複数搭載されるため、たとえば、使用済のタンクを交換する際に、交換が不要なタンク（すなわち水素ガスが充填されたタンク）が設置された位置によっては、そのタンクの交換に手間や時間がかかることがある。また、新しく交換するタンクは、水素ガスが充填されているため、使用済のタンクよりも重く、その交換作業の負担が大きい。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、本発明では、取り外し自在に設置されたタンクが使用済となった際に、そのタンクの交換作業が容易となる燃料電池車を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、発明者らが、鋭意検討を重ねた結果、複数のタンクを車両に搭載した場合、車両から取り外しし易い位置に設置されたタンクから順に、タンクに充填された水素ガスを優先的に消費すれば、その交換作業が容易になると考えた。
【０００９】
本発明は、このような考えに基づいてなされたものであり、本発明に係る燃料電池車は、燃料電池への供給用の水素ガスが充填された複数のタンクが、車外に開口可能な収納部に、取り外し自在に設置された燃料電池車であって、前記燃料電池車は、前記各タンクに充填された水素ガスの量を測定するガス量測定部と、前記燃料電池への水素ガスを供給すべき前記タンクを、順に選択し、選択したタンクに充填された水素ガスを前記燃料電池に供給するように、前記複数のタンクの水素ガスの供給を制御する制御部と、を備えており、前記制御部は、前記選択したタンクに対して、前記ガス量測定部で測定された水素ガスの量が所定量以下となったときに、前記選択したタンクから、次に選択したタンクに、前記燃料電池への水素ガスの供給を切換えるものであり、前記制御部は、前記複数のタンクの選択を、前記車外側に近い位置に設置されたタンクから順に行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、取り外し自在に設置された複数のタンクにおいて、車外側に近い位置に設置されたタンクから順に水素ガスを燃料電池に供給する。これにより、車外側に近い位置、すなわち、手が届き易く交換し易い位置に設置されたタンクから優先的に水素ガスを使い切ることができ、水素ガスを使い切ったタンクを、水素ガスが充填された新しいタンクに交換する作業が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は、本実施形態に係る燃料電池車に設置されたタンクの配置状態を説明するための模式的な平面図であり、（ｂ）は、（ａ）を側面図である。
【図２】本実施形態の燃料電池車に搭載された燃料電池システムの模式的な構成を説明するための図である。
【図３】図２に示す第１〜第４タンクから燃料電池へ水素ガスを供給する方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】（ａ）は、本実施形態の変形例に係る燃料電池車に設置されたタンクの配置状態を説明するための模式的な平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の側面図である。
【図５】（ａ）は、参考例に係る燃料電池車に設置されたタンクの配置状態を説明するための模式的な平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図１〜５を参照しながら、本発明に係る１つの実施形態、その変形例、および参考例について説明する。
【００１３】
１．本実施形態の燃料電池車１について
図１（ａ）は、本実施形態に係る燃料電池車１に設置された第１〜第４タンク（タンク）３１〜３４の配置状態を説明するための模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。図２は、本実施形態の燃料電池車１に搭載された燃料電池システム１０の模式的な構成を説明するための図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池車１は、その室内２の床部に配置された燃料電池４と、燃料電池４に水素ガスを供給する第１〜第４タンク３１〜３４と、を備えている。本実施形態では、燃料電池車１は、前方側に、第１〜第４タンク３１〜３４を設置するフロント収納部（収納部）１１と、その後方側に、たとえばトランクなどに相当するリア収納部１３とを備えている。なお、燃料電池４と、第１〜第４タンク３１〜３４と、その他の機器等により、燃料電池システム１０が構成される（たとえば図２参照）。
【００１５】
燃料電池４は、第１〜第４タンク３１〜３４から供給される水素ガスと、空気中の酸素ガスとを、燃料電池４内で反応させることで発電するものである。この発電した電力は、フロント収納部１１に配置されたモータ（不図示）に供給される。モータに電力が供給されると、このモータが駆動し、燃料電池車１を走行させることができる。
【００１６】
上述したように、フロント収納部１１は、室内２の前方側に設けられており、フロント収納部１１の近傍には、フロントフード１２が枢着されている。フロント収納部１１に対して、フロントフード１２を枢動させることにより、フロント収納部１１に形成された開口部を開閉自在に覆うことができる。このようにして、フロント収納部１１は、車外６に対して開口可能（開口自在）となる。
【００１７】
同様に、上述したように、リア収納部１３は、室内２の後方側に設けられており、リア収納部１３の近傍には、リアフード１４が枢着されている。リアフード１４を枢動させることにより、リア収納部１３に形成された開口部を開閉自在に覆うことができる。このようにして、車外６に対して開口可能（開口自在）となる。
【００１８】
本実施形態では、フロント収納部１１には、第１〜第４タンク３１〜３４のうち、第１および第２タンク３１、３２は、第３および第４タンク３３、３４に比べて、車外６に近い位置（具体的には、フロント収納部１１の開口部に近い位置）に配置されている。第１〜第４タンク３１〜３４は、フロント収納部１１に取り外し自在に設置されている。したがって、第１および第２タンク３１、３２は、車外６に近い位置にあるため、第３および第４タンク３３、３４よりも、フロント収納部１１に取付け易く、フロント収納部１１から取り外し易い。
【００１９】
本実施形態では、第１および第２タンク３１、３２の取付けおよび取り外しのし易さは、同程度であり、第３および第４タンク３３、３４の取付けおよび取り外しのし易さは、同程度であるが、なお、第１および第２タンク３１、３２のうち、どちらか一方に対して他方が取付けおよび取り外しがし易い場合には、第１タンク３１がその他方に該当し、第２タンク３２がその一方に該当する。第３および第４タンク３３、３４も同様である。
【００２０】
図２に示す燃料電池システム１０は、燃料電池車１に搭載されるシステムである。なお、図１では、図２に示す制御部５、ガス量測定部５１〜５４、開閉弁４１〜４４等を省略している。
【００２１】
燃料電池システム１０は、上述した燃料電池４および第１〜第４タンク３１〜３４と、ガス量測定部５１〜５４と、制御部５と、を少なくとも備えている。また、第１〜第４タンク３１〜３４と燃料電池４とは、これらに対応する開閉弁４１〜４４を介して接続されている。
【００２２】
開閉弁４１〜４４は、制御部５から出力される制御信号により弁の開閉が制御される。開閉弁４１〜４４が開弁している場合には、第１〜第４タンク３１〜３４から燃料電池４に、水素ガスが供給される。開閉弁４１〜４４が閉弁している場合には、第１〜第４タンク３１〜３４から燃料電池４への水素ガスの供給は行われない。なお、後述するように、燃料電池４に水素ガスを供給する際には、制御部５により、開閉弁４１〜４４のいずれか１つの開閉弁のみを開弁し、その他の開閉弁は、閉弁する。
【００２３】
ガス量測定部５１〜５４は、第１〜第４タンク３１〜３４に充填された水素ガスの量を測定し、測定したガス量の測定信号を制御部５に送信（出力）する装置である。本実施形態では、各ガス量測定部５１〜５４は、これに対応する第１〜第４タンク３１〜３４の底部に配置されており、第１〜第４タンク３１〜３４の重量を測定し、この測定した値を、検出信号として制御部５に送信する。
【００２４】
なお、本実施形態では上述したように、ガス量測定部５１〜５４は、第１〜第４タンク３１〜３４の測定した重量を、制御部５に出力している。しかしながら、たとえば、ガス量測定部５１〜５４が、水素ガス未充填時の第１〜第４タンク３１〜３４の重量と、ガス量測定部５１〜５４で測定した重量から、タンク内の水素ガスの量（残量）を算出（測定）してもよい。また、ガス量測定部５１〜５４が、第１〜第４タンク３１〜３４の内圧を測定し、検出した圧力から、水素ガスの量を推定してもよい。
【００２５】
制御部５は、燃料電池４への水素ガスを供給すべき第１〜第４タンク３１〜３４を、順に選択し、選択したタンクに充填された水素ガスを燃料電池４に供給するように、そのタンクの水素ガスの供給を制御する。
【００２６】
具体的には、制御部５には、予め、使用するべき（水素ガスを放出すべき）タンクの順が、記憶されており、本実施形態では、第１〜第４タンク３１〜３４が、その使用順序として、記憶されている。
【００２７】
制御部５は、選択したタンク（例えば第１タンク３１）に対して、ガス量測定部（例えばガス量測定部５１）で測定された水素ガスの量が所定量以下となったときに、選択したタンク（例えば第１タンク３１）から、次に選択したタンク（例えば第２タンク３２）に、燃料電池４への水素ガスの供給を切換えるように制御する。水素ガスの供給の切換えは、制御部５が、開閉弁４１〜４４の開閉を制御することにより実行される。なお、ここでいう所定量とは、燃料電池４が発電するのに十分な水素ガスの量が、第１〜第３タンク３１〜３３に充填されていないと判断される水素ガスの量である。
【００２８】
さらに、制御部５は、選択したタンクから、次に選択したタンクへの切換えた情報、および、後述する走行可能距離が所定距離以下であることの情報を、運転者が認識できる位置に配置された表示装置（不図示）へ出力する。
【００２９】
なお、制御部５は、ハードウェアとして、ＣＰＵ等の演算装置（図示せず）と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置（図示せず）と、を備えている。たとえば、記憶装置では、キーボードなどから制御部５に入力された第１〜第４タンク３１〜３４の使用順序、および、水素ガスの量を判定するための所定量に相当する数値等が記憶されている。演算装置では、ガス量測定部の測定された水素ガスの量が所定量以下となる条件の判定処理などがなされる。
【００３０】
本実施形態では、上述したように、第１および第２タンク３１、３２が第３および第４タンク３３、３４より車外６に近い位置に設置されている。制御部５は、第１タンク３１→第２タンク３２→第３タンク３３→第４タンク３４の順に選択し、選択したタンクから順に水素ガスを使い切るとともに、使い切ったタンクから次のタンクに、燃料電池４への水素ガスの供給を切換える。したがって、制御部５では、車外６側に近い位置に設置されたタンクから順に、優先的にタンクに充填された水素ガスを使い切ることができる。この結果、水素ガスを使い切ったタンクを、水素ガスが充填された新しいタンクに交換する作業が容易となる。
【００３１】
２．本実施形態の燃料電池車１の動作および効果について
以上説明した燃料電池車１の構成を踏まえて、図３を参照して本実施形態の水素ガス供給制御のフローを説明する。図３は、図２に示す第１〜第４タンク３１〜３４から燃料電池４へ水素ガスを供給する方法を説明するためのフローチャートである。以下、図４の各ステップに沿って説明する。
【００３２】
ステップＳ１１では、第２〜第４タンク３２〜３４の水素ガスは未使用であり、まず、制御部５は、車外６側に近いタンクとして第１タンク３１を選択し、開閉弁４１を開弁する制御信号を開閉弁４１へ送信する。開閉弁４１がすでに開弁している場合には、この制御信号を開閉弁４１へ継続して送信する。なお、このとき、制御部５は、その他の開閉弁４２〜４４には、制御信号を送信せず、開閉弁４２〜４４は閉弁状態にある。
【００３３】
これにより、開閉弁４１が開弁し、第１タンク３１から燃料電池４に水素ガスを供給でき、燃料電池４で電力を発電することができる。この電力により、モータ（不図示）が駆動し、燃料電池車１を走行させることができる。第１タンク３１の使用中（水素ガスの供給中）、ガス量測定部５１は、第１タンク３１の重量を検出し、検出信号を制御部５へ送信する。制御部５には、ガス量測定部５１から使用中の第１タンク３１の重量に相当する検出信号が受信される。次に、ステップＳ１２へ進む。
【００３４】
ステップＳ１２では、制御部５は、検出信号から、第１タンク３１の水素ガスの量（残量）を算出し、算出した水素ガスの量が所定量以下か否かを判定する。例えば、水素ガスが未充填の第１タンク３１の重量を、キーボード等の入力装置（不図示）を介してあらかじめ入力しておき、この重量と、検出信号により測定された重量から、制御部５は、第１タンク３１の水素ガスの量（残量）を算出する。また、水素ガスの量を判定する所定量の値も、予め制御部５に入力される。
【００３５】
制御部５が、水素ガスの量が所定量以下ではないと判定すると、ステップＳ１１へ戻る。一方、水素ガスの量が所定量以下であると判定する場合にはステップＳ１３へ進む。
【００３６】
ステップＳ１３では、制御部５は、開閉弁４１への制御信号の送信を終了し、開閉弁４１を閉弁する。これと同時に、車外６側に近いタンクとして、第２タンク３２を選択し、制御部５は、開閉弁４２へ制御信号を送信し、開閉弁４２を開弁する。
【００３７】
これにより、開閉弁４１が閉弁するため、第１タンク３１から燃料電池４への水素ガスの供給が停止し、開閉弁４２が開弁するため、第２タンク３２から燃料電池４への水素ガスの供給が開始される。このようにして、開閉弁４１から開閉弁４２への切換えが実行されるため、第１タンク３１から第２タンク３２に、燃料電池４への水素ガスの供給を切換えることができる。このとき、制御部５は、表示装置（不図示）にこの切換えの情報を表示する信号を送信する。具体的には、第１タンク３１が空になったことを、車内のインパネ等に表示する。次に、ステップＳ２１へ進む。
【００３８】
ステップＳ２１では、ガス量測定部５２が、水素ガスの供給中の第２タンク３２の重量を検出し、検出信号を制御部５へ送信し、制御部５には、ガス量測定部５２から使用中の第２タンク３２の重量に相当する検出信号が受信される。次にステップＳ２２へ進む。
【００３９】
ステップＳ２２では、ステップＳ１２と同じように、第２タンク３２の水素ガスの量が所定量以下か否かの判定を行う。水素ガスの量が所定量以下ではないと判定する場合は、ステップＳ２１へ戻る。一方、水素ガスの量が所定量以下であると判定する場合にはステップＳ２３へ進む。
【００４０】
ステップＳ２３では、制御部５が、第３タンク３３を選択し、ステップＳ１３と同じように、開閉弁４２から開閉弁４３への開弁の切換えを行い、第２タンク３２から第３タンク３３に、燃料電池４への水素ガスの供給を切換える。これにより、第３タンク３３から燃料電池４への水素ガスの供給が開始され、燃料電池４の発電が継続できる。また、制御部５は、表示装置（不図示）にこの切換えの情報を表示する信号を送信する。具体的には、第２タンク３２が空になったことを、車内のインパネ等に表示する。次にステップＳ３１へ進む。
【００４１】
ステップＳ３１では、ガス量測定部５３が、水素ガスの供給中の第３タンク３３の重量を検出し、検出信号を制御部５へ送信し、制御部５には、ガス量測定部５３から使用中の第３タンク３３の重量に相当する検出信号が受信される。次にステップＳ３２へ進む。
【００４２】
ステップＳ３２では、制御部５は使用中の第３タンク３３の重量をガス量測定部５３から取得する。制御部５が行う水素ガスの量が所定量以下か否かの判定はステップＳ１２と同様である。水素ガスの量が所定量以下ではないと判定する場合は、ステップＳ３１へ戻る。一方、水素ガスの量が所定量以下であると判定する場合にはステップＳ３３へ進む。
【００４３】
ステップＳ３３では、制御部５が、第４タンク３４を選択し、ステップＳ１３と同じように、開閉弁４３から開閉弁４４への開弁の切換えを行い、第３タンク３３から第４タンク３４に、燃料電池４への水素ガスの供給を切換える。これにより、第４タンク３４から燃料電池４へ水素ガスの供給が開始され、燃料電池４の発電が継続できる。また、制御部５は、表示装置（不図示）にこの切換えの情報を表示する信号を送信する。具体的には、第３タンク３３が空になったことを、車内のインパネ等に表示する。次にステップＳ４１へ進む。
【００４４】
ステップＳ４１では、ガス量測定部５４が、水素ガスの供給中の第４タンク３４の重量を検出し、検出信号を制御部５へ送信し、制御部５には、ガス量測定部５４から使用中の第４タンク３４の重量に相当する検出信号が受信される。次にステップＳ４２へ進む。
【００４５】
ステップＳ４２では、制御部５は、ガス量測定部５４から使用中の第４タンク３４の重量を取得する。次いで、ここではステップＳ１２とは異なり、制御部５は、走行可能距離が所定距離（たとえば１００ｋｍ）以下か否かを判定する。
【００４６】
制御部５が、走行可能距離が所定距離以下ではないと判定すると、ステップＳ４１へ戻る。一方、制御部５が、走行可能距離が所定距離以下であると判定する場合にはステップＳ４３へ進む。
【００４７】
ステップＳ４３では、制御部５は、上述した表示装置がアラームを表示するよう、出力信号を表示装置に送信する。これにより、運転者は水素ガスがすべて消費される前にタンクを交換できる。
【００４８】
ここで、本実施形態では、例えばステップＳ２３において、タンクの切換え表示を認識した運転者は、水素ガスを使い切った第１タンク３１や第２タンク３２を新しいタンクと交換することができる。
【００４９】
第１タンク３１を交換する際には、第１タンク３１のシャット弁（不図示）を閉じ、第１タンク３１を開閉弁４１が接続している配管から外す。次いで、バンド（不図示）で固定されている第１タンク３１のバンドを緩め、第１タンク３１をフロント収納部１１から持ち上げ車外６へ取り出す。次に、新しい第１タンク３１を車外６からフロント収納部１１に収納し、バンドを用いてフロント収納部１１に固定し、開閉弁４１が接続している配管に連結し、第１タンク３１のシャット弁を開ける。最後に水素ガスの漏れがないかを確認する。
【００５０】
本実施形態によれば、上述した、たとえばステップＳ２３において、取り外し自在に設置された第１〜第４タンク３１〜３４において、車外側に近い位置に設置された第１および第２タンク３１、３２の水素ガスを優先的に使い切る。したがって、第３および第４タンクよりも、手の届きやすい位置に設置された第１および第２タンク３１、３２を交換するため、タンクの交換作業が容易となる。
【００５１】
なお、本実施形態では、第１〜第４タンク３１〜３４はフロント収納部１１に設置されているが、たとえば、リア収納部１３の方が、他の部品と干渉が少なくフロント収納部１１よりも、タンクを交換しやすい場合は、第１〜第４タンク３１〜３４を、リア収納部１３に設置してもよい。
【００５２】
＜本実施形態の変形例＞
図４（ａ）は、本実施形態の変形例に係る燃料電池車１に設置された第１〜第４タンク３１〜３４の配置状態を説明するための模式的な平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の側面図である。
【００５３】
本実施形態では、第１〜第４タンク３１〜３４は水平方向に設置されているが、図４に示すように、フロント収納部１１の車外６の近くとなるフロント収納部１１の上部に、第１および第２タンク３１、３２が設置されている。一方、第３および第４タンク３３、３４は、第１および第２タンク３１、３２の下方に設置されている。
【００５４】
このような場合であっても、制御部５は、第３および第４タンク３３、３４に比べて、車外６側に近い第１および第２タンク３１、３２の水素ガスをこの順に優先的に使い切るため、同様の効果を期待することができる。
【００５５】
また、リア収納部１３の方が、他の部品と干渉が少なくフロント収納部１１よりも、タンクを交換しやすい場合は、第１〜第４タンク３１〜３４を、リア収納部１３に設置してもよい。
【００５６】
＜参考例＞
図５（ａ）は、参考例に係る燃料電池車１に設置された第１〜第４タンク３１〜３４の配置状態を説明するための模式的な平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の側面図である。
【００５７】
この参考例では、図５に示すように、第１および第２タンク３１、３２がリア収納部１３に設置され、第３および第４タンク３３、３４が、フロント収納部１１に設置されている。リア収納部１３に収納された第１および第２タンク３１、３２は、フロント収納部１１に収納された第３および第４タンク３３、３４よりも、車両から取り外し易い。
【００５８】
この結果、制御部５は、第３および第４タンク３３、３４に比べて、車両から取り外し易い第１および第２タンク３１、３２の水素ガスを優先的に使い切るため、同様の効果を期待することができる。
【００５９】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【００６０】
たとえば、本実施形態では、４つのタンクを配置したが、車外６に開口可能な収納部に、取り外し自在に設置され、車外側に近い位置に設置されるタンクが存在するのであれば、設置されるタンクの個数は特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６１】
１：燃料電池車、４：燃料電池、５：制御部、１０：燃料電池システム、１１：フロント収納部（収納部）、１２：フロントフード、１３：リア収納部、１４：リアフード、３１〜３４：第１〜第４タンク、５１〜５４：ガス量測定部
【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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