(57)【要約】【課題】蓄熱量の向上が図られる蓄熱器を提供する。【解決手段】蓄熱器１は、ケース１０内に複数の蓄熱材料２０が充填されるとともに、ケース１０内を熱媒体Ｒが流通可能に構成されている。複数の蓄熱材料２０は、第１の融点Ｔ１を有する第１蓄熱材料２１と、第１の融点Ｔ１よりも高い第２の融点Ｔ２を有する第２蓄熱材料２２とを含む。ケース１０の内側には、第１蓄熱材料２１が充填された第１領域１１と、第２蓄熱材料が充填された第２領域１２とが形成されている。そして、第１領域１１におけるケース１０の外部との間の熱抵抗は、第２領域１２におけるケース１０の外部との間の熱抵抗よりも低い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース（１０）内に複数の蓄熱材料（２０）が充填されるとともに、ケース内を熱媒体（Ｒ）が流通可能に構成された蓄熱器（１）であって、
上記複数の蓄熱材料は、第１の融点（Ｔ１）を有する第１蓄熱材料（２１）と、上記第１の融点よりも高い第２の融点（Ｔ２）を有する第２蓄熱材料（２２）とを含み、
上記ケースの内側には、上記第１蓄熱材料が充填された第１領域（１１）と、上記第２蓄熱材料が充填された第２領域（１２）とが形成されており、
上記第１領域における上記ケースの外部との間の熱抵抗は、上記第２領域における上記ケースの外部との間の熱抵抗よりも小さい、蓄熱器。
【請求項２】
上記ケースは、上記熱媒体を上記ケース内に導入させる導入部（３１）と、上記熱媒体を上記ケースから導出させる導出部（３２）とが接続される接続部（４０）を有し、
上記第１領域は上記第２領域よりも、上記接続部に近い位置に位置している、請求項１に記載の蓄熱器。
【請求項３】
上記ケースは、上記第１領域及び第２領域の外側に熱の透過を抑制する断熱層（１５）を有する、請求項１又は２に記載の蓄熱器。
【請求項４】
上記断熱層は真空状態に維持されている、請求項３に記載の蓄熱器。
【請求項５】
上記第１蓄熱材料及び上記第２蓄熱材料は、それぞれ封止材料（２０１、２０２）で封止されてなる封止体（２１０、２２０）からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄熱器。
【請求項６】
上記第１蓄熱材料及び上記第２蓄熱材料はいずれもパラフィン系材料である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄熱器。
【請求項７】
上記第１蓄熱材料及び上記第２蓄熱材料はいずれも水和物系材料である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄熱器。
【請求項８】
上記第１領域と上記第２領域との間には仕切り部材（１４２）が設けられている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の蓄熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄熱器として、ケース内に蓄熱材料を充填するとともにケース内に熱媒体を流通させるものが利用されている。例えば、特許文献１には、蓄熱材料がカプセルに封入されてなる複数の蓄熱カプセルを断熱性を有するケース内に充填することにより、蓄熱材料を所定の密度で充填した蓄熱器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５８２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示の構成では、同一の蓄熱材料がケース内に充填されており、ケース内において熱媒体の導入出部に近い領域はケースの外部との間の熱抵抗が低くなっている。そのため、かかる領域から蓄熱材料に蓄えた熱が漏出しやすくなっており、蓄熱器全体として蓄熱量の低下を引き起こしていた。
【０００５】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、蓄熱量の向上が図られる蓄熱器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、ケース（１０）内に複数の蓄熱材料（２０）が充填されるとともに、ケース内を熱媒体（Ｒ）が流通可能に構成された蓄熱器（１）であって、
上記複数の蓄熱材料は、第１の融点（Ｔ１）を有する第１蓄熱材料（２１）と、上記第１の融点よりも高い第２の融点（Ｔ２）を有する第２蓄熱材料（２２）とを含み、
上記ケースの内側には、上記第１蓄熱材料が充填された第１領域（１１）と、上記第２蓄熱材料が充填された第２領域（１２）とが形成されており、
上記第１領域における上記ケースの外部との間の熱抵抗は、上記第２領域における上記ケースの外部との間の熱抵抗よりも低い、蓄熱器にある。
【発明の効果】
【０００７】
上記蓄熱器においては、ケースの外部との間の熱抵抗が低い第１領域に融点の低い第１蓄熱材料が充填され、ケースの外部との間の熱抵抗が高い第２領域に融点の高い第２蓄熱材料が充填されている。これにより、ケース内において蓄熱材料の融点の分布に偏りがある状態となっている。そして、第１領域は第２領域に比べて熱抵抗が低いため、第２領域に比べて熱の漏出が生じやすい。しかし、第１領域に位置する第１蓄熱材料は融点が低いため、固相と液相との間で相転移している状態では外気温との温度差が比較的小さい。そのため、第１領域に融点の高い蓄熱材料を充填させた場合に比べて、第１領域において漏出される熱量は少なくなる。その結果、蓄熱器全体として熱の漏出を低減することができ、蓄熱量の向上が図られる。
【０００８】
以上のごとく、本発明によれば、蓄熱量の向上が図られる蓄熱器を提供することができる。
【０００９】
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１における、蓄熱器の構成を示す断面概念図。
【図２】実施形態１における、蓄熱材料の温度変化を示す概念図。
【図３】実施形態１における、蓄熱材料の封止状態を示す概念断面図。
【図４】変形形態１における、蓄熱器の構成を示す断面概念図。
【図５】実施形態２における、蓄熱器の構成を示す断面概念図。
【図６】実施形態３における、蓄熱器の構成を示す断面概念図。
【図７】実施形態３における、仕切り部材の斜視図。
【図８】実施形態４における、蓄熱器の構成を示す断面概念図。
【図９】実施形態５における、蓄熱器の構成を示す断面概念図。
【図１０】変形形態２における、蓄熱器の構成を示す断面概念図。
【図１１】実施形態６における、蓄熱器の構成を示す断面概念図。
【図１２】実施形態６における、蓄熱材料の温度変化を示す概念図。
【図１３】変形形態３における、蓄熱器の構成を示す断面概念図。
【図１４】図１４における、断熱層の一部拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施形態１）
上述の蓄熱器１の実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。
本実施形態の蓄熱器１は、ケース１０内に複数の蓄熱材料２０が充填されるとともに、ケース１０内を熱媒体Ｒが流通可能に構成されている。
複数の蓄熱材料２０は、第１の融点Ｔ１を有する第１蓄熱材料２１と、第１の融点Ｔ１よりも高い第２の融点Ｔ２を有する第２蓄熱材料２２とを含む。
ケース１０の内側には、第１蓄熱材料２１が充填された第１領域１１と、第２蓄熱材料が充填された第２領域１２とが形成されている。
そして、第１領域１１におけるケース１０の外部との間の熱抵抗は、第２領域１２におけるケース１０の外部との間の熱抵抗よりも低い。
【００１２】
以下、本実施形態の蓄熱器１について、詳述する。
本実施形態の蓄熱器１は、車両に搭載され、図１に示すように、エンジン冷却液が熱媒体Ｒとしてケース１０内を循環可能に構成されている。
【００１３】
図１に示すように、ケース１０は外径が略円柱状をなしている。そして、ケース１０は外容器１３と外容器１３の内部に設けられた内容器１４とを有し、外容器１３と内容器１４との間に断熱層１５が形成されている。断熱層１５は密閉されており、実質的に真空状態に維持された空間となっている。これにより、断熱層１５によって内容器１４の内側と外容器１３の外側との間の熱の透過が抑制されている。ケース１０の長手方向Ｙの一端には、内容器１４の内側空間に連通する開口部を有する接続部４０が設けられている。本実施形態では、蓄熱器１は長手方向Ｙが重力方向と平行となるように設置されており、接続部４０は重力方向の下方側に位置している。
【００１４】
図１に示すように、接続部４０には導入部３１及び導出部３２が接続されている。導入部３１は熱媒体Ｒをケース１０内に導入させ、導出部３２は熱媒体Ｒをケース１０から導出させる。本実施形態では、ケース１０は管状の導出部３２の外周側に導入部３１が管状に形成された二重構造をなす二重管３０を有している。そして、ケース１０内において、導出部３２の一端３２１は、後述するケース１０内の第２領域１２に位置している。
【００１５】
図１に示すように、ケース１０の内容器１４の内側には後述の第１蓄熱材料２１が充填される第１領域１１と、第２蓄熱材料２２が充填される第２領域１２との２つの領域からなる空間が形成されている。本実施形態では内容器１４の内側空間の容積は約１．０Ｌである。そして、第１領域１１におけるケース１０の外部との間の熱抵抗は、第２領域１２におけるケース１０の外部との間の熱抵抗よりも小さい。第１領域１１及び第２領域１２における熱抵抗は、例えば、ケース１０の外部に位置する導入部３１及び導出部３２との間の熱抵抗とすることができる。そして、第１領域１１及び第２領域１２における熱抵抗は、接続部４０からの距離によって比較することができる。接続部４０は導入部３１及び導出部３２が接続されているため、接続部４０に近いほど導入部３１及び導出部３２を介した固体熱伝導や、導入部３１及び導出部３２を流通する流体を介した流体熱伝導によって熱が放出されやすい。従って、ケース１０内において接続部４０に近い領域ほど熱抵抗が小さいこととなる。そして、本実施形態では、ケース１０内を長手方向Ｙに直交する方向に二分して、接続部４０に近い側の領域を熱抵抗の小さい第１領域１１とし、接続部４０から遠い側の領域を熱抵抗の大きい第２領域１２としている。そして、本実施形態では、第１領域１１と第２領域１２との境界部１４１は水平になっている。
【００１６】
図１に示すように、ケース１０内には、第１蓄熱材料２１と第２蓄熱材料２２とを含む蓄熱材料２０が充填されている。第１蓄熱材料２１は第１領域１１に充填されており、第２蓄熱材料２２は第２領域１２に充填されている。図２に示すように、第１蓄熱材料２１は第１の融点Ｔ１を有し、第２蓄熱材料２２は第１の融点Ｔ１よりも高い第２の融点Ｔ２を有する。そして、図２に示すように、第１の融点Ｔ１と第２の融点Ｔ２は、ともに最低外気温よりも大きい値とすることができ、例えば、−３０℃以上とすることができる。さらに、第１の融点Ｔ１と第２の融点Ｔ２は、使用時における蓄熱器１の温度である目標出力温度Ｔ０が両者の間となるように設定できる。
【００１７】
さらに、第１の融点Ｔ１と第２の融点Ｔ２は、両者の差ΔＴが所定の値となるように、適宜設定することができる。例えば、内燃機関等の排気ガスの熱を利用する場合は、排気熱の最高温度を９００℃とし、最低外気温を−３０℃としたときは、０℃＜ΔＴ≦９３０℃とすることができる。また、内燃機関等を冷却するための冷却媒体を熱源として利用する場合には、冷却媒体の最高温度を１２０℃とし、最低外気温を−３０℃としたときは０℃＜ΔＴ＜１５０℃とすることができる。そして、１４０℃≦ΔＴ≦１５０℃とすることが好ましく、９０℃≦ΔＴ≦１００℃とすることがより好ましく、１０℃≦ΔＴ≦２０℃とすることが一層好ましい。そして、本実施形態では、第１の融点Ｔ１は５０℃であって、第２の融点Ｔ２は７０°であり、ΔＴを２０℃としている。
【００１８】
第１蓄熱材料２１及び第２蓄熱材料２２の材質は限定されないが、本実施形態では、第１蓄熱材料２１及び第２蓄熱材料２２として、互いに融点が異なるように調製されたパラフィン系蓄熱材料を採用している。また、第１蓄熱材料２１及び第２蓄熱材料２２として、パラフィン系蓄熱材料より潜熱量の多い、水和物系蓄熱材料を採用することができる。
【００１９】
図３（ａ）に示すように、第１蓄熱材料２１は封止材料２０１により封止されて第１封止体２１０を形成している。同様に、図３（ｂ）に示すように、第２蓄熱材料２２も封止材料２０２に封止されて第２封止体２２０を形成している。そして、図１に示すように、第１領域１１には複数の第１封止体２１０が充填されており、第２領域１２には複数の第２封止体２２０が充填されている。
【００２０】
融点の高い第２蓄熱材料２２は融点の低い第１蓄熱材料２１よりも蓄積可能な熱量が多い。そのため、蓄熱器１全体として蓄熱量の増大を図るために、第２蓄熱材料２２が充填される第２領域１２の容量が、第１蓄熱材料２１が充填される第１領域１１の容量以上であることが好ましい。本実施形態では、図１に示すように、第１領域１１と第２領域１２との体積比が３：７となるように、第１領域１１と第２領域１２との境界部１４１を設定している。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の蓄熱器１は、熱媒体Ｒが導入部３１を介して接続部４０からケース１０の内容器１４内に導入されて、第１領域１１及び第２領域１２を通過して導出部３２を介して接続部４０からケース１０の外部に導出されるように構成されている。
【００２２】
次に、本実施形態の蓄熱器１における作用効果について、詳述する。
蓄熱器１によれば、ケース１０の外部との間の熱抵抗が低い第１領域１１に融点の低い第１蓄熱材料２１が充填され、ケース１０の外部との間の熱抵抗が高い第２領域１２に融点の高い第２蓄熱材料２２が充填されている。これにより、ケース１０内において蓄熱材料２０の融点の分布に偏りがある状態となっている。そして、第１領域１１は第２領域１２に比べて熱抵抗が低いため、第２領域１２に比べて熱の漏出が生じやすい。しかし、第１領域１１に位置する第１蓄熱材料２１は融点が低いため、固相と液相との間で相転移している状態では外気温との温度差が比較的小さい。そのため、第１領域１１に融点の高い蓄熱材料を充填させた場合に比べて、第１領域１１において漏出される熱量は少なくなる。その結果、蓄熱器１全体として熱の漏出を低減することができ、蓄熱量の向上が図られる。
【００２３】
また、本実施形態では、ケース１０は、熱媒体Ｒをケース１０内に導入させる導入部３１と、熱媒体Ｒをケース１０から導出させる導出部３２とが接続される接続部４０を有する。第１領域１１は第２領域１２よりも、接続部４０に近い位置に位置している。そのため、第１領域１１は第２領域１２よりも確実にケース１０の外部との間の熱抵抗が小さくなり、当該第１領域１１に融点の低い第１蓄熱材料２１を充填することにより、蓄熱量の向上が一層図られる。
【００２４】
また、本実施形態では、接続部４０は、ケース１０の一端側の一か所にのみ設けられている。これにより、接続部４０を複数の箇所に設ける場合に比べて、接続部４０を介した熱の放出が抑制されるため、蓄熱量の向上に寄与する。
【００２５】
また、本実施形態では、ケース１０は、第１領域１１及び第２領域１２の外側に熱の透過を抑制する断熱層１５を有する。これにより、第１領域１１及び第２領域１２に充填された蓄熱材料２０に蓄積された熱がケース１０の外表面に伝達されることが抑制されてケース１０の外部への放熱が低減されるため、蓄熱量の向上が図られる。
【００２６】
また、本実施形態では、断熱層１５は真空層からなる。これにより、ケース１０の外部への放熱が一層低減されるため、蓄熱量の向上が一層図られる。
【００２７】
また、本実施形態では、第１蓄熱材料２１及び第２蓄熱材料２２は、それぞれ封止材料２０１、２０２で封止されてなる封止体２１０、２２０からなる。これにより、第１蓄熱材料２１及び第２蓄熱材料２２が第１領域１１及び第２領域１２にそれぞれ充填された状態を維持しやすく、ケース１０内で第１蓄熱材料２１と第２蓄熱材料２２とが混ざることを抑制でき、蓄熱材料２０における融点の分布の偏りを維持することができる。その結果、蓄熱量の向上が図られる。
【００２８】
また、本実施形態では、第１蓄熱材料２１及び第２蓄熱材料２２はいずれもパラフィン系材料である。これにより、使用温度範囲で十分な蓄熱量が得られやすいため、蓄熱量の向上が一層図られる。
【００２９】
また、第１蓄熱材料２１及び第２蓄熱材料２２はいずれも水和物系材料であってもよい。この場合にも、使用温度範囲で十分な蓄熱量が得られやすいため、蓄熱量の向上が一層図られる。
【００３０】
なお、本実施形態では、蓄熱器１は、図１に示すようにケース１０の一端側に設けた接続部４０が重力方向下方に位置するようにして設置したが、これに替えて、図４に示すように、接続部４０が水平方向の端部に位置するようにして蓄熱器１は設置してもよい。この場合は、蓄熱器１の設置場所に十分な高さを確保することが困難な場合にも蓄熱器１を設置しやすくなる。
【００３１】
なお、本実施形態において、蓄熱材料２０に蓄熱された状態でケース１０内から熱媒体Ｒを抜き取ることとしてもよい。このようにすれば、蓄熱材料２０に蓄積された熱が、熱媒体Ｒを介して外部に放出されることを防止することができ、蓄熱量の向上を図ることができる。なお、蓄熱材料２０から熱を取り出す際には再度ケース１０内に熱媒体Ｒを導入すればよい。
【００３２】
以上のごとく、本実施形態によれば、蓄熱量の向上が図られる蓄熱器１を提供することができる。
【００３３】
（実施形態２）
本実施形態では、図５に示すように、ケース１０の長手方向Ｙを水平方向に平行とし、長手方向Ｙの一端側に第１接続部４１を設けるとともに、反対の他端側に第２接続部４２を設けている。そして、第１接続部４１には導入部３１が接続されており、第２接続部４２には導出部３２が接続されている。ケース１０の内部の内容器１４内側には、第１接続部４１に近い領域と第２接続部４２に近い領域とがそれぞれ第１領域１１となっており、ケース１０の長手方向Ｙの中央領域、すなわち両端の第１領域１１の間が第２領域１２となっている。従って、第１領域１１と第２領域１２との境界部１４１が二か所に形成されている。そして、両端の第１領域１１にはいずれも第１蓄熱材料２１が充填されており、第２領域１２には第２蓄熱材料２２が充填されている。なお、実施形態１と同等の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
本実施形態では、実施形態１の場合におけるケース１０の一端側にのみ接続部４０を設けたことによる作用効果を除いて、実施形態１と同等の作用効果を奏する。
【００３５】
（実施形態３）
本実施形態では、図６に示すように、ケース１０内において、第１領域１１と第２領域１２との間に仕切り部材１４２が設けられている。図７に示すように、仕切り部材１４２はメッシュ状をなしている。その他の構成は実施形態１と同等であって同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３６】
本実施形態では、当該仕切り部材１４２によって、第１領域１１に設けられた第１蓄熱材料２１と第２蓄熱材料２２とが混ざることが防止される。そして、仕切り部材１４２はメッシュ状であるため、仕切り部材１４２は熱媒体Ｒが透過可能となっている。なお、本実施形態においても実施形態１と同等の作用効果を奏する。
【００３７】
（実施形態４）
本実施形態では、図８に示すように、第１領域１１と第２領域１２との間に第３領域１６が設けられている。本実施形態では、第１領域１１に第１蓄熱材料２１が充填されており、第２領域１２に第２蓄熱材料２２が充填されているとともに、第３領域１６には第１蓄熱材料２１と第２蓄熱材料２２とが混在した状態で充填されている。本実施形態においても、蓄熱材料２０の融点の分布に偏りが生じており、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【００３８】
（実施形態５）
本実施形態では、図９に示すように、第１蓄熱材料２１が充填された第１領域１１と、第２蓄熱材料２２が充填された第２領域１２との境界部１４１が長手方向Ｙに対して斜めになっている。図１０に示す変形形態２では、第１蓄熱材料２１が充填された第１領域１１と、第２蓄熱材料２２が充填された第２領域１２との境界部１４１が円弧状になっている。本実施形態５及び変形形態２においても、蓄熱材料２０の融点の分布に偏りが生じており、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【００３９】
（実施形態６）
本実施形態では、図１１に示すように、第１領域１１と第２領域１２との間の第３領域１６には、第３の融点Ｔ３を有する第３蓄熱材料２３が充填されている。図１２に示すように、第３の融点Ｔ３は、第１の融点Ｔ１よりも高く、第２の融点Ｔ２より低い。本実施形態では、第１領域１１〜第３領域１６におけるケース１０の外部との間の熱抵抗は、接続部４０にもっと近い領域である第１領域１１が最も小さく、次いで接続部４０に近い領域である第３領域１６が次に小さく、接続部４０から最も遠い領域である第２領域１２が最も大きい。従って、第１領域１１〜第３領域１６におけるケース１０の外部との間の熱抵抗は、接続部４０から離れるにつれて大きくなっている。そして、これに対応して、第１領域１１〜第３領域１６に充填された第１蓄熱材料２１〜第３蓄熱材料２３の融点Ｔ１〜Ｔ３も、接続部４０から離れるにつれて高くなっている。これにより、実施形態１と同等の作用効果を奏することができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、第１領域１１〜第３領域１６に第１蓄熱材料２１〜第３蓄熱材料２３をそれぞれ充填したが、さらに、第１領域１１と第２領域１２との間に、図示しない第４蓄熱材料が充填された第４領域、第５蓄熱材料が充填された第５領域を設けるとともに、接続部４０から離れるにつれて各蓄熱材料の融点が高くなるようにしてもよい。この場合も、ケース１０内の各領域は、接続部４０から離れるにつれてケース１０の外部との間の熱抵抗が高くなるため、実施形態１と同等の作用効果を奏することができる。
【００４１】
なお、実施形態１では、図１に示すように、ケース１０は、外容器１３、内容器１４及び断熱層１５とからなることとしたが、これに替えて、図１３に示す変形形態３のように、内容器１４の外側に真空断熱材１５０からなる断熱層１５を設けることとしてもよい。変形形態３では、図１４に示すように、真空断熱材１５０は、グラスウールやウレタンフォームなどの多孔質材料からなる芯材１５１と、芯材１５１の内側面及び外側面を被覆するラミネートフィルムからなる外包材１５２とを有する多層構造体である。そして、外包材１５２は、樹脂基材を溶着させた樹脂基材層１５３と、金属材料からなるガスバリア層１５４とを有する。なお、図示しないが、真空断熱材１５０は、外包材１５２により芯材１５１とともにガス吸着性材料からなるゲッター剤が被覆されている。これにより、断熱層１５は、真空状態に維持されている。そして、当該変形形態３においても、実施形態１と同等の作用効果を奏することができる。
【００４２】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態３における仕切り部材１４２を、他の実施形態や変形形態における境界部に設けることとしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  蓄熱器
１０  ケース
１１  第１領域
１２  第２領域
１５  断熱層
２０  蓄熱材料
２１  第１蓄熱材料
２２  第２蓄熱材料
３１  導入部
３２  導出部
４０  接続部
１４２  仕切り部材
２１０、２２０  封止体
【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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