(57)【要約】【課題】従来と比較し、汎用性の向上、コストの低減を可能にする空調用放射パネル及び天井放射型空調システムを提供する。【解決手段】冷温媒が流通する冷温媒配管４と、高伝熱材料を用いて形成されるとともに、冷温媒配管４を嵌合させて保持する嵌合保持部１１、及び嵌合保持部１１と一体に繋がって天井面を形成する放熱部１２を有する放射パネル本体１３とを備えて空調用放熱パネル１０を構成する。また、この空調用放射パネル１０を天井部の一部に組み込んで天井放射型空調システムを構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷温媒が流通する冷温媒配管と、
高伝熱材料を用いて形成されるとともに、前記冷温媒配管を嵌合させて保持する嵌合保持部、及び前記嵌合保持部と一体に繋がって天井面を形成する放熱部を有する放射パネル本体とを備えていることを特徴とする空調用放射パネル。
【請求項２】
請求項１記載の空調用放射パネルにおいて、
前記放射パネル本体が、前記嵌合保持部及び前記放熱部を有する複数の放射パネル片と、前記複数の放射パネル片を一体に連結して保持するための連結保持部材とを備え、
隣り合う前記放射パネル片の間に隙間を設けて構成されていることを特徴とする空調用放射パネル。
【請求項３】
請求項２記載の空調用放射パネルにおいて、
前記隙間の大きさが５ｍｍ以上であることを特徴とする空調用放射パネル。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の空調用放射パネルを天井部の一部に組み込んで構成されていることを特徴とする天井放射型空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調用放射パネル及びこれを備えた天井放射型空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、中央熱源機によって調製された冷水又は温水を大容量のポンプにより建物全体に分配供給するセントラル方式の空調システムや、比較的小規模の空調機を各所に分散配置した個別方式の空調システムがオフィスビルなどに多用されている。
【０００３】
一方、互いに第１冷温媒配管で接続された室外機と室内機を有する個別方式の空冷ヒートポンプパッケージ型の空調機（エアコン）と、第１冷温媒配管に接続された熱交換器ユニットと、熱交換器ユニットと第２冷温媒配管で接続された天井放射パネルとを備えた空調システムが提案、実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この天井放射型の空調システムでは、熱交換器ユニットで、第１冷媒配管内を流通する冷温媒と第２冷温媒配管内を流通する冷温媒とを熱交換し、第２冷温媒配管の冷温媒が冷脚又は加温され、調製された冷温媒が第２冷温媒配管内を流通して天井放射パネルに供給される。これにより、空調機から冷風又は温風が居室部等に給気され、天井輻射パネルによって輻射冷暖房を行うことができる。
【０００５】
このような空調システムは、高い省エネルギー性を有し、ＺＥＢ（ゼブ：ゼロ・エネルギー・ビル）実現のために必要な技術として認知され、また、快適な空間を提供できることからオフィスビルなどに適用することで生産性等の向上に貢献するなど、大きな期待を集めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１５２９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の天井放射型の空調システムにおいては、例えば、放射パネルが配管、天井パネル、天井パネルと配管内の冷温媒との伝熱を促進させるためのヒートシンクからなり、天井部全体を形成するように放射パネルを敷設して構成されている。このため、テナントオフィスビルなどに適用する場合には、間仕切への対応など居室部の設えの可変性に柔軟に対応することが難しい。
【０００８】
また、従来の放射パネルは高価である上、例えば冷却能力が６０〜８０Ｗ／ｍ２（室温：２６℃、冷温媒（冷水）温度：１７℃）程度であり、大きなパネルでないと高負荷への対応が困難であった。
【０００９】
このため、汎用性の向上、コストの低減を図り、例えば、グリッド天井相当の性能にして天井輻射冷暖房を行えるようにすることが強く望まれていた。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、従来と比較し、汎用性の向上、コストの低減を可能にする空調用放射パネル及び天井放射型空調システム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】
【００１１】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１２】
本発明の空調用放射パネルは、冷温媒が流通する冷温媒配管と、高伝熱材料を用いて形成されるとともに、前記冷温媒配管を嵌合させて保持する嵌合保持部、及び前記嵌合保持部と一体に繋がって天井面を形成する放熱部を有する放射パネル本体とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の空調用放射パネルにおいては、前記放射パネル本体が、前記嵌合保持部及び前記放熱部を有する複数の放射パネル片と、前記複数の放射パネル片を一体に連結して保持するための連結保持部材とを備え、隣り合う前記放射パネル片の間に隙間を設けて構成されていることが望ましい。
【００１４】
本発明の空調用放射パネルにおいては、前記隙間の大きさが５ｍｍ以上であることがより望ましい。
【００１５】
本発明の天井放射型空調システムは、上記のいずれかの空調用放射パネルを天井部の一部に組み込んで構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の空調用放射パネル及びこれを備えた天井放射型空調システムにおいては、放射パネル本体（天井パネル）に直接冷温媒配管を取り付け、従来の放射パネルのヒートシンクを不要にしている。これにより、冷温媒配管を流通する冷温媒と放射パネル本体の間で効率的に熱交換が行われ、放射パネルの伝熱性能を向上させることができる。
【００１７】
また、比較的小さなパネルとしても放射パネル本体と接触する冷温媒配管の長さを確保することができ、確実に伝熱性能を向上させることができ、空調システムの負荷処理能力を向上させることが可能になる。
【００１８】
従来のヒートシンクを省略した形で放射パネルが構成されているため、材料削減によるコストダウンを図ることも可能になる。
【００１９】
さらに、隣り合う放射パネル片の間に隙間を設けた状態で、複数の放射パネル片を連結保持部材で一体に連結保持して形成することにより、冷温媒配管が配設される側の天井裏空間と居室部側の空間を放射パネルの隙間で連通させることができ、例えば、天井裏空間の冷気を放射パネルの隙間から居室部等に導入することができる。すなわち、熱交換、熱放射する表面積を大きくすることができ、対流熱伝達の促進を図ることが可能になる。よって、さらに確実に放射パネルの伝熱性能を向上させることができ、空調システムの負荷処理能力を向上させることが可能になる。
【００２０】
したがって、本発明の空調用放射パネル及びこれを備えた天井放射型空調システムによれば、従来と比較し、汎用性を向上させることができるとともに、コストを低減することが可能になる。
【００２１】
また、本発明の空調用放射パネル及びこれを備えた天井放射型空調システムにおいては、従来のグリッド天井（吊り天井）に対応させることができるとともに、一般的なグリッド天井とほぼ同程度の施工性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る天井放射型空調システムを示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る空調用放射パネルを示す平面図である。
【図３】図２のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図４】図２のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図５】建築モジュールを示す平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る空調用放射パネルを備えた天井部の構成パターンを示す図である。
【図７】実証実験における天井条件を示す平面図である。
【図８】実証実験における天井条件を示す断面図である。
【図９】実証実験における空間温度測定点配置を示す平面図である。
【図１０】実証実験の結果であり、鉛直温度分布を示す図である。
【図１１】実証実験の結果であり、試験室の形状の違いによる鉛直温度分布を示す図である。
【図１２】実証実験の結果であり、放射パネルのスリット（隙間）の有無による鉛直温度分布を示す図である。
【図１３】実証実験の結果であり、気流分布を示す図である。
【図１４】実証実験の結果であり、パネル近傍の空気温度を示す図である。
【図１５】実証実験の結果であり、放射パネルの能力線を示す図である。
【図１６】実証実験の結果であり、対流熱伝達量を示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係る天井放射型空調システムのスリット幅の影響を確認するために用いた解析モデルを示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が断面図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係る天井放射型空調システムのスリット幅の影響を確認するために行った解析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図１から図１８を参照し、本発明の一実施形態に係る空調用放射パネル及びこれを備えた天井放射型空調システムについて説明する。
【００２４】
本実施形態の天井放射型空調システム１は、例えば、図１に示すように、熱交換器ユニット（熱交換器）３と、グリッド天井などの天井部５の一部を形成するように設けられた放射パネル（空調用放射パネル）１０と、熱源（例えば、空冷ヒートポンプ）に接続された第１冷温水配管２と、熱交換ユニット３を介して放射パネル１０に接続される第２冷温媒配管（冷温媒配管）４とを備えて構成されている。
【００２５】
この天井放射型の空調システム１では、熱交換器ユニット３で第１冷温媒配管２内を流通する冷温媒の水と第２冷温媒配管４内を流通する冷温媒の水とで熱交換を行い、第２冷温媒配管４の冷温媒が所定の温度に調製される。
【００２６】
一方、本実施形態の放射パネル１０は、図２から図４（図１）に示すように、アルミニウムなどの高伝熱材料を用いて形成されるとともに、アルミニウム三層管などの第２冷温媒配管４をその外周面が面接触するように嵌合させて保持する嵌合保持部１１、及び嵌合保持部１１と一体に繋がって天井面を形成する放熱部１２を有する放射パネル本体１３とを備えて構成されている。
【００２７】
また、本実施形態の放射パネル１０は、放射パネル本体１３が嵌合保持部１１及び放熱部１２を有する平面視矩形状で同形同大の複数の放射パネル片１４を、嵌合保持部１１の延設方向に沿う長手方向を同方向に合わせ、且つ長手方向の一端部同士、他端部同士の位置を合わせて並設し、これら複数の放射パネル片１４を連結保持部材１５で一体に連結保持して形成されている。
【００２８】
さらに、隣り合う放射パネル片１４の間に例えば１０ｍｍの隙間Ｈを設けて放射パネル１０が形成されている。
【００２９】
そして、本実施形態の天井放射型空調システム１の具体例としては、図１及び図５に示すように、最も一般的な３．６ｍ×３．６ｍの複数の建築モジュール１６で天井部５を構成し、各建築モジュール１６に本実施形態の放射パネル１０を組み込み、天井部５全体に対する放射パネル１０の敷設率を約３０％とする。建築モジュール１６／天井部５の他の部分は岩綿吸音板などの従来の天井材１７とする。また、一般的なオフィスの実負荷である２６Ｗ／ｍ２（人体：６Ｗ／ｍ２、ＯＡ機器：１０Ｗ／ｍ２、照明１８：１０Ｗ／ｍ２を放射パネル１０で処理し、放射パネル１０の能力を９０Ｗ／ｍ２と設定する。すなわち、この一例では、本実施形態の放射パネル１０の能力（伝熱性能）が従来の放射パネルよりも１０％程度高くする必要がある。
【００３０】
これに対し、本実施形態の放射パネル１０は、放射パネル本体（天井パネル）１３に直接第２冷温媒配管４を取り付け、従来の放射パネルのヒートシンクを不要にしている。これにより、第２冷温媒配管４を流通する冷温媒と放射パネル本体１３の間で効率的に熱交換が行われ、放射パネル１０の伝熱性能を向上させることができる。
【００３１】
また、比較的小さなパネルとしても放射パネル本体１３と接触する第２冷温媒配管４の長さを確保することができ、確実に伝熱性能を向上させることができ、空調システム１の負荷処理能力を向上させることが可能になる。
【００３２】
従来のヒートシンクを省略した形で放射パネル１０が構成されているため、材料削減によるコストダウンを図ることも可能になる。
【００３３】
さらに、本実施形態の放射パネル１０は、隣り合う放射パネル片１４の間に例えば５ｍｍの隙間（スリット）Ｈを設けた状態で、複数の放射パネル片１４を連結保持部材１５で一体に連結保持して形成されている。これにより、第２冷温媒配管４が配設される側の天井裏空間と居室部側の空間を放射パネル１０の隙間Ｈで連通させることができ、例えば、天井裏空間の冷気を放射パネル１０の隙間Ｈから居室部等に導入できる。よって、天井裏空間の冷気の移流（気流）よって対流熱伝達の促進を図ることが可能になり、さらに確実に放射パネル１０の伝熱性能を向上させることができ、空調システム１の負荷処理能力を向上させることが可能になる。
【００３４】
［実施例］
ここで、本実施形態の放射パネル１０の能力、優位性を確認するために行った実証実験について説明する。
【００３５】
本実証実験における実験施設は、図６に示すように、天井高さが２．８ｍ、天井裏高さ（天井懐）が１．２ｍである。環境試験室を２つの試験室に分割し、放射パネル１０以外の部分の天井材１７を試験室Ｉはガラス繊維パルプ混抄シート（ガラス繊維シート）１７ａ、試験室ＩＩは岩綿吸音板（岩吸板）１７ｂとした。これらの天井材１７は取外し可能であり、放射パネル１０のみを設置した条件（スケルトン）とすることもできる。
【００３６】
放射パネル１０の敷設率は３３％とした。放射パネル１０への冷温媒給排系統は４枚連結の系統と６枚連結の系統とし、試験室Ｉは４系統、試験室ＩＩは２系統としている。
【００３７】
表１に実験条件を示す。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
各放射パネル系統における流量を固定し、試験室内のＦＬ＋１．１ｍでの空気温度が２６℃となるように模擬負荷の発熱量を調整した。冷温媒の冷水の送水温度はいずれのパターンも１６℃である。
【００４０】
実験のパラメータは天井条件（図８）とした。
【００４１】
［天井条件の影響］
天井条件として、図８に示す５つの条件を設定した。
ガラス繊維シートは岩吸板に対して熱貫流率が２倍であり、天井裏と居室の伝熱による天井裏の冷熱利用が促進され、負荷処理能力が向上すると考えられる。
放射パネル１０以外の天井材１７を岩吸板としたパターンに関しては、スリットＨを閉塞した条件（スリット無）とパネル上部に断熱材１９を設置した条件（上部断熱）についても確認した。スリット無ではスリットＨの効果（天井裏冷熱利用と対流熱伝達促進）が阻害されるため、放射パネル１０の負荷処理能力が低下すると考えられる。また、パネル上部断熱で放射パネル１０の天井裏への放熱が阻害され、放射パネル１０の負荷処理能力が低下すると考えられる。
スケルトンに関しては、天井裏と居室空間を区切らないため、放射パネル１０の天井裏への放熱が居室側の負荷処理に寄与して、負荷処理能力が向上すると考えられる。
【００４２】
次に、本実証実験において、図１に放射パネル１０に接続する配管、放射パネル表面の測定点配置図を示す。これらにより、放射パネル１０の処理熱量、放射パネル１０の放熱量を測定・推定することが可能である。図９に空気温度、壁面温度、気流（風向・風速）の測定点配置図を示す。これらにより、試験室の空気温度分布の把握が可能になる。その他、サーモカメラにより、放射パネルの表面温度分布等の把握も行った。
【００４３】
以下、実験結果について説明する。
【００４４】
［鉛直温度分布］
図１０に、放射パネル１０以外の天井材１７をガラス繊維シートとし、負荷位置を照明ライン１８とした場合の鉛直温度分布を示す。測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの位置は、試験室の全体の温度を確認できるように適宜分散させて設定した。また、代表パターンとして１系統当たりの冷水流量を３．０Ｌ／ｍｉｎとした結果を示す。温度分布はいずれも１系統当たりの流量は３．０Ｌ／ｍｉｎである。
【００４５】
図１１に、スケルトンとし、試験室の面積が大きい場合と小さい場合の鉛直温度分布を示す。両者に大きな違いは見られなかった。いずれもパネル近傍の温度が低く、パネルにより冷却された空気が下降していることが確認された。
【００４６】
図１２に天井材１７を岩吸板とし、スリット有とスリット無の場合の鉛直温度分布を示す。スリット有の方が天井裏（ＦＬ＋３．４ｍ）の温度が０．３℃高く、スリットＨを経由して居室と天井裏空気が循環し、スリットＨが天井裏の冷熱利用に寄与していることが確認された。
【００４７】
図１０から図１２の結果に関し、天井条件の違いに着目し、天井裏の空気温度を比較すると岩吸板+上部断熱、スケルトン、ガラス繊維シート、岩吸板（スリット有）、岩吸板（スリット無）の順番で温度が低い。岩吸板+上部断熱が他のパターンよりも高いのは放射パネル１０の天井裏への放熱が阻害されたためである。その他の条件に関しては、天井裏と居室の通気性や熱貫流率が関係し、このような結果になったと考えられる。
【００４８】
［気流分布］
図１３に超音波風速計により測定した気流分布を示す。
【００４９】
天井の条件をスケルトンとすると、パネル下での気流が見られる（図１３（ｃ））。スケルトン以外では模擬負荷の上昇気流が放射パネル１０の方向へ左右に分かれ、負荷の無い箇所及び壁面近傍で下降気流が形成された。また、スリット有のほうが無よりも全体的な気流が大きくなることが確認された。スリットＨを設け、天井裏と居室の通気がある状態とすることで、放射パネル１０の対流が促進されることが確認された。風速に関してはいずれの場合もＦＬ＋１．７ｍ以下の居住域では０．１ｍ／ｓ以下で、静穏な環境となっている。
【００５０】
［パネル近傍温度］
図１４に天井近傍（ＦＬ＋２．７５ｍ）の空気温度の測定結果を示す。この図では室温（ＦＬ＋１．１ｍでの平均温度）との温度差で値を示している。また、値が正であれば室温よりも温度が高く、負であれば室温よりも温度が低い。
【００５１】
スケルトンではパネル直下で温度が低くなった。パネル裏に熱気を導入し、直接スリットから冷気が下降している現象が起きたためであると考えられる（図１４（ｃ））。
【００５２】
スケルトン以外では模擬負荷による熱気が天井付近（各グラフの中央）でとどまり、放射パネルの表面と天井裏の冷気と熱交換され、負荷から離れたパネルの端部で温度が低くなった。気流分布とパネル近傍温度の測定結果より、模擬負荷から発生する熱気とパネルとの対流熱伝達により冷却されている状況が確認できた。
【００５３】
次に、種々の条件が放射パネル１０の能力に及ぼす影響について分析するとともに、対流熱伝達を促進させることをねらいとした放射パネルがねらい通りに負荷を処理できているかどうかを検証した結果を示す。
【００５４】
図１５にＥＮ１４２４０に基づいた放射パネル１０の能力線図、表２に能力線図から求めた回帰直線から△Ｔ＝９．０℃での処理熱量を示す。
【００５５】
【表２】
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【００５６】
［天井条件の違い］
処理熱量は、天井条件に関して、岩吸板+上部断熱＜岩吸板+スリット無＜岩吸板≒ガラス繊維シート＜スケルトンの順番で大きくなっている。
【００５７】
天井材１７の違いに関しては、負荷位置が照明ライン１８とした場合において、ガラス繊維シートよりも岩吸板の方が大きくなった。また、負荷位置をパネル直下とした場合においては、顕著な差は見られなかった。このように天井材１７の熱貫流率による負荷処理能力への影響は見られなかった。スリットＨの効果に関しては、スリット有の方が、スリット無よりも処理熱量が大きくなり、スリットＨを設けることにより天井裏の冷熱利用と対流促進効果の両作用効果を合わせて奏功可能であることが確認された。
【００５８】
放射パネル１０上に断熱を施すと、処理熱量が低下することが示された。天井裏への放熱が阻害されることが影響していると考えられた。設定した実験条件の中でスケルトンの処理熱量が一番大きく、天井裏への放熱が居室の負荷処理に寄与したものと言える。
【００５９】
［対流熱伝達率］
図１６に居室側の対流熱伝達量をｙ軸に、空気温度（ＦＬ＋１．１ｍ）とパネル表面温度との温度差をｘ軸にプロットした散布図を示す。表３は実験条件ごとに算出した対流熱伝達率（図１６においてｙ切片を０として、１次式で回帰した近似式の傾き）を示している。
【００６０】
【表３】
2019045010.tif 000005
【００６１】
対流熱伝達率は、前述の処理熱量の順番と対応しており、岩吸板+スリット無＜岩吸板≒ガラス繊維シート＜スケルトンの順番で大きく、放射パネルの対流熱伝達の促進が負荷処理能力向上に大きく寄与することが確認された。
【００６２】
スリットの有無に関しては、有の方が１．５倍程度大きくなっており、スリットによる対流促進効果が実証された。
【００６３】
したがって、以上の実証実験結果から、本実施形態の天井放射型空調システム１においては、本実施形態の空調用放射パネル１０を備えることによって対流熱伝達の促進を図れることが実証された。
【００６４】
ここで、本実施形態の空調用放射パネル（及びこれを備えた天井放射型空調システム）、上記実証実験では、以下に示すように、スリットＨの幅を変え、ＣＦＤ（computational fluid dynamics）を用いた熱流体解析による検討の結果に基づいて、スリット幅を１０ｍｍとした。
【００６５】
スリットＨに関する検討では、図１７（ａ）、図１７（ｂ）に示すように放射パネル１０を設けるとともに、居室に３０６Ｗの発熱体２０を配置した。また、放射パネル１０の表面温度を１９．８℃で固定条件とした。そして、スリットＨの幅を０ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２５ｍｍと段階的に変化させ、居室の温度を計算した。
【００６６】
図１８は、スリット幅の影響を確認した結果であり、スリット幅と室温の関係を示している。この図から、スリットＨがない場合の空気温度（２６．４℃）と比較して、スリット幅が５ｍｍでは０．４℃、１０ｍｍでは１．６°、１５ｍｍでは２．１℃、２５ｍｍでは２．２℃低下しており、各々のケースで冷却効果が見込めることが確認された。また、１０ｍｍ以上では冷却効果が同等とみなすことができ、本実施形態の空調用放射パネル（天井放射型空調システム）、上記実証実験ではスリット幅を１０ｍｍとした。
【００６７】
以上、本発明に係る空調用放射パネル及びこれを備えた天井放射型空調システムの一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１      天井放射型空調システム
２      第１冷温媒配管
３      熱交換器ユニット
４      第２冷温媒配管（冷温媒配管）
５      天井部
１０    放射パネル（空調用放射パネル）
１１    嵌合保持部
１２    放熱部
１３    放射パネル本体
１４    放射パネル片
１５    連結保持部材
１６    建築モジュール
１７    天井材
１７ａ  ガラス繊維パルプ混抄シート（ガラス繊維シート）
１７ｂ  岩綿吸音板（岩吸板）
１８    照明
１９    断熱材
２０    発熱体
Ｈ      隙間（スリット）
【図１】
2019045010.tif 000006
【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】
2019045010.tif 000015
【図１１】
2019045010.tif 000016
【図１２】
2019045010.tif 000017
【図１３】
2019045010.tif 000018
【図１４】
2019045010.tif 000019
【図１５】
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【図１６】
2019045010.tif 000021
【図１７】
2019045010.tif 000022
【図１８】
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