(57)【要約】【課題】簡易な構成で原水に十分な攪拌作用を及ぼして特性が改善された処理水を得ることができる水の撹拌装置を提供することを目的とする。【解決手段】原水を攪拌して水の特性が改善された処理水を得る水の撹拌装置１において、一端部に原水を導入する導水口６が設けられ他端部に処理水を排出する排水口８が設けられ、一端部から他端部に向かう流れ方向に水を流動させる容器３と、容器３を導水口６と排水口８との間で複数の区画に仕切る複数の仕切り板と、仕切り板に形成され、流れ方向における上流側の区画から隣接する下流側の区画へ水を流動させる複数の流動孔１０とを備えた構成とし、一の区画の上流側、下流側のぞれぞれに位置する仕切り板に形成された複数の流動孔１０の配列位置および孔サイズを組み合わせた配列パターンを、仕切り板毎に異なる配列パターンに設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を攪拌することにより水の特性が改善された処理水を得る水の撹拌装置であって、
一端部に前記原水を導入する導水口が設けられ他端部に前記処理水を排出する排水口が設けられ、前記一端部から他端部に向かう流れ方向に水を流動させる容器と、
前記容器を、前記導水口と前記排水口との間で複数の区画に仕切る複数の仕切り板と、
前記仕切り板に形成され、前記流れ方向における上流側の前記区画から隣接する下流側の前記区画へ水を流動させる複数の流動孔とを備え、
一の前記区画の上流側に位置する前記仕切り板に形成された前記複数の流動孔と、前記区画の下流側に位置する前記仕切り板に形成された前記複数の流動孔とは、流動孔の配列位置および孔サイズを組み合わせた配列パターンが異なることを特徴とする水の攪拌装置。
【請求項２】
前記配列パターンは、
直線状に配列された複数の流動孔よりなる第１の流動孔列、同心円状に配列された複数の流動孔よりなる第２の流動孔列、任意形状の曲線状に配列された複数の流動孔よりなる第３の流動孔列、複数の流動孔が所定の領域内に形成された流動孔群のうちの少なくとも１つを含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水の攪拌装置。
【請求項３】
前記仕切り板は前記容器に対して着脱自在であり、前記容器内における前記仕切り板の配置間隔および前記配列パターンが異なる複数の前記仕切り板の配置順序が可変であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の水の撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水道水などの原水を攪拌することにより水の特性が改善された処理水を得る水の撹拌装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水の特性を改善する活水器として、従来よりセラミックなどの濾材を収容した処理槽内で水を流動させる構成が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献例では、下部に給水口、上部に導出口が形成されたケース内に濾材を充填し、給水口から水道水を導入して濾材中を通過させて、上部の導出口から排出する。そして水が濾材中を通過する際に、使用する濾材の特性に応じた作用によって水道水を活性化するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３０４５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上述の特許文献例を含め、従来技術には以下のような課題があった。まず従来技術では水の特性改善に専用の濾材を必要としており、使用時間の経過により濾材が劣化すると活性化の作用が低下する。このため、濾材の定期的な交換など、手間と費用を要するメンテナンスが必須となる。また水の改質における攪拌の効果の面から見れば、濾材を用いる従来技術では水は濾材に接触しながら周囲で流動しているものの、水そのものの改質に必要な物理的作用の元となる攪拌作用は及んでいない。ここで攪拌作用を付与することを目的として、処理槽内で水を流動させる水循環機能を設けることも考えられるが、単なる水の流動では水の改質を可能とするような攪拌作用を得ることはできない。このように、従来技術においては、簡便な構成によって水の特性を改善することが困難であるという課題があった。
【０００５】
そこで本発明は、簡易な構成で原水に十分な攪拌作用を及ぼして特性が改善された処理水を得ることができる水の撹拌装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の水の撹拌装置は、原水を攪拌することにより水の特性が改善された処理水を得る水の撹拌装置であって、一端部に前記原水を導入する導水口が設けられ他端部に前記処理水を排出する排水口が設けられ、前記一端部から他端部に向かう流れ方向に水を流動させる容器と、前記容器を、前記導水口と前記排水口との間で複数の区画に仕切る複数の仕切り板と、前記仕切り板に形成され、前記流れ方向における上流側の前記区画から隣接する下流側の前記区画へ水を流動させる複数の流動孔とを備え、一の前記区画の上流側に位置する前記仕切り板に形成された前記複数の流動孔と、前記区画の下流側に位置する前記仕切り板に形成された前記複数の流動孔とは、流動孔の配列位置および孔サイズを組み合わせた配列パターンが異なる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡易な構成で原水に十分な攪拌作用を及ぼして特性が改善された処理水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態の水の撹拌装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の水の撹拌装置の断面図
【図３】本発明の一実施の形態の水の撹拌装置に用いられる仕切り板の斜視図
【図４】本発明の一実施の形態の水の撹拌装置に用いられる仕切り板における流動孔の配列を示す平面図
【図５】本発明の一実施の形態の水の撹拌装置に用いられる仕切り板における流動孔の配列を示す平面図
【図６】本発明の一実施の形態の水の撹拌装置に用いられる仕切り板における流動孔の配列を示す平面図
【図７】本発明の一実施の形態の水の撹拌装置における流動孔の配列パターンの説明図
【図８】本発明の一実施の形態の水の撹拌装置における水の流動形態の説明図
【図９】本発明の一実施の形態の水の撹拌装置における噴流による水の攪拌効果の説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、水の撹拌装置１の外観および機能を説明する。水の撹拌装置１は、水道水などの原水を攪拌することにより水の特性が改善された処理水を得る機能を有する。図１に示すように、水の撹拌装置１は、内部で処理対象の水を流動させる略円柱形状の撹拌処理部２を主体としている。撹拌処理部２は有底の円筒体形状の容器３の上部を蓋部材４で閉塞し、蓋部材４をキャップ部材５によって容器３に固定装着する構成となっている。
【００１０】
容器３の下端部近傍の側面には導水口６が設けられており、導水口６に締結された継手部材６ａは水道栓などの原水供給源７に接続されている。蓋部材４の上面には排水口８が設けられており、排水口８に締結された継手部材８ａは貯水槽などの処理水貯留器９に接続されている。原水供給源７を作動させることにより、導水口６を介して容器３の内部に所定圧力の原水が供給される。供給された原水は、容器３の内部を上方に流動することにより攪拌される。攪拌によって改質された処理水は、排水口８を介して処理水貯留器９に送られて貯留される。
【００１１】
次に図２を参照して、撹拌処理部２の内部構造を説明する。図２において、容器３は底部３ｂを有する円筒部３ａの上端部に、外ねじ部が形成されたフランジ部３ｃを設けて構成されている。円筒部３ａの上端部には蓋部材４の下面に設けられた凸部４ａが嵌合し、この状態ではフランジ部３ｃの上面に配置されたＯリング３ｄに蓋部材４の外縁部の下面が当接する。容器３における円筒部３ａの高さ寸法や径サイズは、撹拌処理部２に求められる処理能力、すなわち単位時間あたりの水の流量に基づいて適宜設定される。
【００１２】
蓋部材４を押さえ込むキャップ部材５は、蓋部材４の上面に当接する外縁部５ａの外周に締結部５ｂを設けた形状となっている。締結部５ｂにはフランジ部３ｃの外ねじ部と螺合締結される内ねじ部が設けられており、締結部５ｂをフランジ部３ｃに締結することにより、キャップ部材５は蓋部材４を容器３に対して押し付けて固定する。このとき、蓋部材４がＯリング３ｄを押し付けることにより、蓋部材４とフランジ部３ｃの当たり面がシールされる。
【００１３】
容器３の内部は、導水口６と排水口８との間で、複数の仕切り板（ここでは第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２および第３の仕切り板１３の３つ）によって、複数の区画（ここでは第１区画Ｓ１、第２区画Ｓ２、第３区画Ｓ３および第４区画Ｓ４の４つの区画）に仕切られている。第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３には、それぞれについて規定された配列パターンで複数の流動孔１０が形成されている。
【００１４】
上述構成の容器３において、下部（一端部）に位置する第１区画Ｓ１の側面には、原水供給源７（図１参照）から供給される原水（矢印ａ）を導入する導水口６が設けられている。容器３に導入された原水は、円筒部３ａ内において上流側である一端部から下流側である他端部へ向かう流れ方向（矢印ｂ）へ流動する。この流動において、第１区画Ｓ１〜第４区画Ｓ４を仕切る第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３にそれぞれ形成された複数の流動孔１０は、流れ方向（矢印ｂ）における上流側の区画から、隣接する下流側の区画へ水を流動させる。
【００１５】
そしてこの水の流動過程において、第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３のそれぞれの流動孔１０を通過して流動することにより、原水は水の特性が改質された処理水に順次変質する。本実施の形態における水の改質効果は、流動孔１０を介して下流側の区画へ流動する際の流動形態、すなわち改質対象の水が液中噴流の形態で下流側の区画へ噴射されることによるミクロ的な水の攪拌作用によって得られる。容器３の上部（他端部）に位置する第４区画Ｓ４の上面には、排水口８が設けられている。第４区画Ｓ４に到達した処理水は排水口８を介して排出され（矢印ｃ）、処理水貯留器９（図１参照）に貯留される。
【００１６】
ここで第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３を容器３に装着する方法について説明する。本実施の形態に示す例では、図３に示すように、第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３の下面にそれぞれ突設された複数（ここでは４本）の第１の脚部材２１、第２の脚部材２２、第３の脚部材２３、同様に蓋部材４の下面に突設された第４の脚部材２４によって、第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３を円筒部３ａの内部で所定位置に保持するようにしている。
【００１７】
すなわち、第１の脚部材２１、第２の脚部材２２、第３の脚部材２３および第４の脚部材２４の長さ寸法により、円筒部３ａ内における第１区画Ｓ１〜第４区画Ｓ４の区画寸法Ｄ１〜Ｄ４を、それぞれ所望の寸法に設定することができる。本実施の形態に示す例では、第２区画Ｓ２〜第４区画Ｓ４の区画寸法Ｄ２〜区画寸法Ｄ４を同一寸法とし、第１区画Ｓ１の区画寸法Ｄ１のみを他の区画よりも大きく設定した例を示している。
【００１８】
なお円筒部３ａの内部において、第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３を所定位置に配置して第１区画Ｓ１〜第４区画Ｓ４を形成する構成としては、本実施の形態に示す例以外にも、各種の形態を採用することができる。例えば、第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３および蓋部材４の下面に第１の脚部材２１、第２の脚部材２２、第３の脚部材２３および第４の脚部材２４を突設する替わりに、円筒部３ａの内周に嵌合する径サイズで長さが区画寸法Ｄ２〜区画寸法Ｄ４のリング状のスペーサを、第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３および蓋部材４のそれぞれの間に介在させるようにしてもよい。
【００１９】
上述のいずれの構成においても、第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３は、いずれも容器３に対して着脱自在となっている。また第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３の配置間隔、すなわち第１区画Ｓ１〜第４区画Ｓ４の区画寸法Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は、所望の寸法に設定が可変となっている。さらに第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３は着脱自在となっていることから、これら仕切り板の配置順序についても可変となっている。
【００２０】
これにより、原水を流動孔１０の配列パターンが異なる第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３を順次通過させて水の特性を改質する水処理操作において、区画寸法Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４の変更や、第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３の配置順序の入れ替えなどを反復して試行することが可能となっている。これにより、所望の改質効果を得るための条件出しを容易に行うことができる。
【００２１】
次に、上述の第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３における流動孔１０の配列パターンについて説明する。前述のように、本実施の形態における水の攪拌による改質効果は、上流側の区画から流動孔１０を介して下流側の区画へ液中噴流の形態で噴射されることによる不規則な非定常流動状態により得られる。この様な水の改質方法では、容器３の内部における水の流動が定常状態となることを排除する必要がある。
【００２２】
このため本実施の形態においては、容器３内を仕切って設けられた１つの区画について、上流側に位置する仕切り板に形成された複数の流動孔１０と、この区画の下流側に位置する仕切り板に形成された複数の流動孔１０とは、流動孔１０の配列位置および孔サイズｄ（図７参照）を組み合わせた配列パターンが異なるように、第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３における流動孔１０の配列パターンを決定している。
【００２３】
まず図４を参照して、第１の仕切り板１１に採用されている配列パターンについて説明する。図４に示す第１の仕切り板１１の上面には、複数（ここでは５つ）の流動孔１０が所定の領域（ここでは円形領域）内に形成された流動孔群Ｇ１０が、複数配置されている。ここでは、流動孔群Ｇ１０は、第１の仕切り板１１の中心に配置された流動孔群Ｇ１０を周囲から複数（ここでは５つ）の流動孔群Ｇ１０で囲んだ配置形態となっている。流動孔１０の孔サイズｄは、同一サイズであっても、また流動孔群Ｇ１０内における流動孔１０の位置によって異ならせるようにしてもよい。
【００２４】
次に図５を参照して、第２の仕切り板１２に採用されている配列パターンについて説明する。図５に示す第２の仕切り板１２の上面には、第２の仕切り板１２の中心から任意等配（ここでは８等配）の放射状に第１の流動孔列Ｌ１０が配置されている。第１の流動孔列Ｌ１０は、直線状に配列された複数の流動孔１０より成る。第１の流動孔列Ｌ１０における流動孔１０の孔サイズは、大小２つのサイズを混在させた形態となっている。さらに第２の仕切り板１２には、第２の仕切り板１２の外形と中心点が共通の同心円状に配列された複数の流動孔１０よりなる第２の流動孔列Ｃ１０が配置されている。ここに示す例では、同心円の形寸法が異なる２種類の第２の流動孔列Ｃ１０を混在させた配置形態となっている。
【００２５】
次に図６を参照して、第３の仕切り板１３に採用されている配列パターンについて説明する。図６に示す第３の仕切り板１３の上面には、第３の仕切り板１３の中心領域から第３の仕切り板１３の外縁部に向かって湾曲しながら延出した複数（ここでは８本）の第３の流動孔列ＣＶ１０が配置されている。第３の流動孔列ＣＶ１０は、任意形状の曲線状に配列された複数の流動孔１０より成る。ここでは第３の流動孔列ＣＶ１０を構成する流動孔１０として共通の孔サイズのものを配列した例を示しているが、異なる孔サイズの流動孔１０を混在させてもよい。
【００２６】
上述の図４、図５、図６に示す第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３は、容器３の内部にに装着される仕切り板における流動孔１０の配列パターンを例示している。ここに示した配列パターン以外にも、種々のバリエーションが可能であるが、基本的には、図７に示す基本の配列パターンの変形か、これらを組み合わせた配列パターンが用いられる。これらの基本の配列パターンには、図７（ａ）に示す第１の流動孔列Ｌ１０、図７（ｂ）に示す第２の流動孔列Ｃ１０、図７（ｃ）に示す第３の流動孔列ＣＶ１０、図７（ｄ）に示す流動孔群Ｇ１０が挙げられる。
【００２７】
第１の流動孔列Ｌ１０は、直線状に配列された複数の流動孔よりなる。第２の流動孔列Ｃ１０は、直線状に配列された複数の流動孔よりなる。第３の流動孔列ＣＶ１０は、任意形状の曲線状に配列された複数の流動孔よりなる。流動孔群Ｇ１０は、複数の流動孔が所定の領域内に形成された配列パターンを示す。そして実際の仕切り板は、図７に示す配列パターンのうちの少なくとも１つを含んで構成される。またこれらの配列パターンにおける流動孔１０の孔サイズｄは、供給される原水の供給圧、必要とされる処理水の流量などの条件を勘案して決定される。
【００２８】
これらの基本の配列パターンを用いて、実際に使用される第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３における流動孔１０の配列パターンを決定する際には、図８に示すような流動状態の条件が満たされるよう、流動孔１０の配置を設定する。すなわち、容器３において上流側の第１区画Ｓ１に導入された原水（矢印ｄ）は、第１の仕切り板１１の流動孔１０を通過して第２区画Ｓ２に流動する（矢印ｅ）。次いで第２区画Ｓ２内の水は第２の仕切り板１２の流動孔１０を通過して第３区画Ｓ３に流動する（矢印ｆ）。
【００２９】
このとき、第２区画Ｓ２内における水の流動が極力大きな攪拌作用を発生させるよう、第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２における流動孔１０の配列を設定する。すなわち第２区画Ｓ２の上流側の第１の仕切り板１１における流動孔１０からの液中噴流（矢印ｅ参照）が、第２区画Ｓ２の下流側の第２の仕切り板１２における流動孔１０の位置と異なる位置に噴射されるようにする。
【００３０】
第３区画Ｓ３の上流側の第２の仕切り板１２および第３区画Ｓ３の下流側の第３の仕切り板１３における流動孔１０の配列についても、同様の考慮がなされる。このように第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３における流動孔１０の配列を設定することにより、容器３の各区画内における水の流動状態を攪拌作用が極大となるような状態に設定することが可能となる。
【００３１】
次に図９を参照して、本実施の形態に示す水の撹拌装置１における水の改質効果について説明する。なお、以下の記述はあくまでも本実施の形態に構成に基づく推測であり、厳密な技術的知見に基づいて実証されたものではないことを付記する。
【００３２】
図９は、容器３の内部において第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３に形成された流動孔１０を介して、上流側区画Ｓ（Ｕ）から下流側区画Ｓ（Ｄ）に液中噴流の形態で水が流動する状態を示している。上流側区画Ｓ（Ｕ）内の水は、下流側区画Ｓ（Ｄ）との圧力差によって流動孔１０の内部へ流入する（矢印ｉ）。このとき、下流側区画Ｓ（Ｄ）は既に水によって満たされており、流動孔１０の内部へ流入した水は液中噴流Ｊの形態で下流側区画Ｓ（Ｄ）内の水中に噴出する（矢印ｊ）。そして圧力差に応じた距離だけ噴流の形で下流側区画Ｓ（Ｄ）を流動した後、拡散して（矢印ｋ）周囲の水と一体化する。
【００３３】
このような液中噴流Ｊでは、流動孔１０のエッジから円環状の環状渦Ｖｃが多数生成される。そしてこれらの環状渦Ｖｃは液中噴流Ｊとともに移動する過程で合体を繰り返すことにより大きな環状渦Ｖｃに成長し、その後に崩壊して消滅する。このような環状渦Ｖｃの生成から消滅に到る過程では、環状渦Ｖｃからは微細な渦が発生し、液中噴流Ｊの周囲に拡散する。
【００３４】
微細な渦は水をミクロ的に攪拌して水分子を均質化する改質作用を有していることから、本実施の形態に示す水の撹拌装置１のように、多数の流動孔１０が形成された仕切り板を複数段で備えた構成の容器３内を流動する水には、上述の改質作用が及ぶ。すなわち第１の仕切り板１１、第２の仕切り板１２、第３の仕切り板１３のそれぞれにおいて、流動孔１０毎の液中噴流Ｊの周囲で生成される環状渦Ｖｃは、周囲の流動孔１０による環状渦Ｖｃとの干渉により、さらに複雑な微細渦を生成し、より高い攪拌効果を得る。
【００３５】
そして本実施の形態に示す水の撹拌装置１では、第１区画Ｓ１〜第４区画Ｓ４内には濾材など水の流動を妨げる異物が存在しないため、液中噴流Ｊの生成が妨げられることがない。さらに図８にて説明したように、本実施の形態においては、上流側の仕切り板の流動孔１０からの液中噴流Ｊが、下流側の仕切り板における流動孔１０の位置と異なる位置に噴射されるように流動孔１０の配列パターンが設定されていることから、容器３の各区画内における水の流動による攪拌作用を高めることが可能となっている。
【００３６】
上述の水の撹拌装置１による改質効果は、あくまでも水の撹拌装置１の構成より推論可能な推測に基づくものである。しかしながら、本実施の形態に示す水の撹拌装置１によって原水（水道水）を攪拌処理することにより、処理対象の水の酸化還元電位を低下させること、すなわち原水の還元が可能であることが確認されている。発明者による試行では、酸化還元電位が約４５０ｍｖであった原水が、水の撹拌装置１によって処理することによりその酸化還元電位が約１５０ｍｖ程度に低下しており、還元効果が実証的に確認されている。
【００３７】
上記説明したように、本実施の形態に示す水の撹拌装置１は、原水を攪拌することにより水の特性が改善された処理水を得る水の撹拌装置であって、一端部に原水を導入する導水口６が設けられ他端部に処理水を排出する排水口８が設けられ、一端部から他端部に向かう流れ方向に水を流動させる容器３と、容器３を導水口６と排水口８との間で複数の区画に仕切る複数の仕切り板と、仕切り板に形成され、流れ方向における上流側の区画から隣接する下流側の区画へ水を流動させる複数の流動孔１０とを備えた構成としている。
【００３８】
そしてこの構成において、一の区画の上流側に位置する仕切り板に形成された複数の流動孔１０と、区画の下流側に位置する仕切り板に形成された複数の流動孔１０とは、流動孔１０の配列位置および孔サイズを組み合わせた配列パターンが異なることを特徴としている。これにより、容器３の各区画内における水の流動状態を攪拌作用が極大となるような状態に設定することができ、簡易な構成で原水に十分な攪拌作用を及ぼして特性が改善された処理水を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の水の撹拌装置は、簡易な構成で原水に十分な攪拌作用を及ぼして特性が改善された処理水を得ることができるという効果を有し、水道水などの原水の水の特性を改善する水処理分野において有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１  水の撹拌装置
３  容器
４  蓋部材
６  導水口
８  排水口
１０  流動孔
１１  第１の仕切り板
１２  第２の仕切り板
１３  第３の仕切り板
Ｌ１０  第１の流動孔列
Ｃ１０  第２の流動孔列
ＣＶ１０  第３の流動孔列
Ｇ１０  流動孔群
Ｓ１  第１区画
Ｓ２  第２区画
Ｓ３  第３区画
Ｓ４  第４区画
【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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