(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜を含む膜エレメントを筒状の圧力容器内に装填する方法であって、
前記圧力容器内で前記膜エレメントが潤滑性のボードに乗せられるように前記膜エレメントを前記圧力容器内に挿入し、前記ボードを前記圧力容器の内周面上に滑らせながら前記膜エレメントを前記圧力容器の軸方向に移動させ、
前記膜エレメントは、前記分離膜を取り囲む外装材を含み、
前記ボードは、前記外装材を支持するように配置される、膜エレメント装填方法。
【請求項２】
分離膜を含む膜エレメントを筒状の圧力容器内に装填する方法であって、
前記圧力容器内で前記膜エレメントが潤滑性のボードに乗せられるように前記膜エレメントを前記圧力容器内に挿入し、前記ボードを前記圧力容器の内周面上に滑らせながら前記膜エレメントを前記圧力容器の軸方向に移動させ、
前記膜エレメントは、前記分離膜を挟んで配置された一対の端部材を含み、
前記ボードは、前記一対の端部材のそれぞれを支持するように配置され、
前記ボートは、前記一対の端部材の一方の真下に位置する主部、前記主部から前記膜エレメントの端面を超えて外側に延びる外側張り出し部、及び前記主部から内側に延びる内側張り出し部を有する、膜エレメント装填方法。
【請求項３】
前記一対の端部材のうちの少なくとも一方の端部材の外周面には、全周に亘って径方向外側に開口する環状溝が形成されており、
前記ボードには、前記環状溝に嵌め込まれることによってリング状となる棒状のシール部材が取り付けられている、請求項２に記載の膜エレメント装填方法。
【請求項４】
前記シール部材の双方の先端部は、前記圧力容器の軸方向に互いに重ね合せ可能な形状に形成されている、請求項３に記載の膜エレメント装填方法。
【請求項５】
前記外側張り出し部の先端には、指をかけるための穴が形成されている、請求項２〜４のいずれか１項に記載の膜エレメント装填方法。
【請求項６】
筒状の圧力容器と、
前記圧力容器内に装填された、分離膜を含む膜エレメントと、
前記膜エレメントと前記圧力容器の内周面との間に配置された、前記膜エレメントを乗せた状態で前記圧力容器の内周面上を摺動可能な潤滑性のボードと、を備え、
前記膜エレメントは、前記分離膜を取り囲む外装材を含み、
前記ボードは、前記外装材を支持するように配置される、分離膜モジュール。
【請求項７】
筒状の圧力容器と、
前記圧力容器内に装填された、分離膜を含む膜エレメントと、
前記膜エレメントと前記圧力容器の内周面との間に配置された、前記膜エレメントを乗せた状態で前記圧力容器の内周面上を摺動可能な潤滑性のボードと、を備え、
前記膜エレメントは、前記分離膜を挟んで配置された一対の端部材を含み、
前記ボードは、前記一対の端部材のそれぞれを支持するように配置され、
前記ボートは、前記一対の端部材の一方の真下に位置する主部、前記主部から前記膜エレメントの端面を超えて外側に延びる外側張り出し部、及び前記主部から内側に延びる内側張り出し部を有する、分離膜モジュール。
【請求項８】
前記一対の端部材のうちの少なくとも一方の端部材の外周面には、全周に亘って径方向外側に開口する環状溝が形成されており、
前記ボードには、前記環状溝に嵌め込まれることによってリング状となる棒状のシール部材が取り付けられている、請求項７に記載の分離膜モジュール。
【請求項９】
前記シール部材の双方の先端部は、前記圧力容器の軸方向に互いに重ね合せ可能な形状に形成されている、請求項８に記載の分離膜モジュール。
【請求項１０】
前記外側張り出し部の先端には、指をかけるための穴が形成されている、請求項７〜９のいずれか１項に記載の分離膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状の圧力容器内に膜エレメントを装填する方法、およびこの方法により得られる分離膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば海水淡水化処理や超純水の製造などに用いられる分離膜モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。この分離膜モジュールでは、一般的に、筒状の圧力容器内に複数本の膜エレメントが一列に装填される。そして、分離膜モジュールの一方の端部から圧力容器内に原水が供給されると、その原水が膜エレメントの分離膜によって透過水と濃縮水とに分離され、それらが分離膜モジュールの他方の端部から別々に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２０１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来は外径が８インチの膜エレメントが主流であったが、近年では外径が１６〜２４インチと大型の膜エレメントが開発されてきている。しかしながら、このような大型の膜エレメントは重量が従来と比べて格段に大きいために、膜エレメントを圧力容器内に装填したり圧力容器から取り出したりすることが困難である。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、膜エレメントを圧力容器内に装填する際の作業性を向上させることができる方法を提供するとともに、この方法により得られる分離膜モジュール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】
前記課題を解決するために、本発明は、分離膜を含む膜エレメントを筒状の圧力容器内に装填する方法であって、前記圧力容器内で前記膜エレメントが潤滑性のボードに乗せられるように前記膜エレメントを前記圧力容器内に挿入し、前記ボードを前記圧力容器の内周面上に滑らせながら前記膜エレメントを前記圧力容器の軸方向に移動させる、膜エレメント装填方法を提供する。
【０００７】
また、本発明は、筒状の圧力容器と、前記圧力容器内に装填された、分離膜を含む膜エレメントと、前記膜エレメントと前記圧力容器の内周面との間に配置された、前記膜エレメントを乗せた状態で前記圧力容器の内周面上を摺動可能な潤滑性のボードと、を備える、分離膜モジュールを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
上記の装填方法によれば、ボードにより圧力容器内で膜エレメントを容易に移動させることができるため、膜エレメントを圧力容器内に装填する際の作業性を向上させることができる。また、圧力容器から膜エレメントを取り出す際には、装填時に使用したボードを同じように使用して膜エレメントを容易に移動させることができるため、膜エレメントを圧力容器から取り出す際の作業性をも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る分離膜モジュールの正面断面図
【図２】図１のII−II線に沿った側面断面図
【図３】膜エレメントの一例であるスパイラル型膜エレメントの構成図
【図４】（ａ）〜（ｄ）はボードの断面形状のパターンを示す図
【図５】第１実施形態において圧力容器内に膜エレメントを装填する途中の状態を示す図
【図６】本発明の第２実施形態において圧力容器内に膜エレメントを装填した後の状態を示す図
【図７】（ａ）は第２実施形態に用いられるボードの平面図、（ｂ）は同ボードの正面図
【図８】シール部材の双方の先端部の拡大図
【図９】本発明の第３実施形態において圧力容器内に膜エレメントを装填した後の状態を示す図
【図１０】（ａ）は第３実施形態に用いられるボードの平面図、（ｂ）は同ボードの正面断面図
【図１１】変形例のボードの平面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００１１】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る分離膜モジュール１を示す。この分離膜モジュール１は、ベッセルと呼ばれる筒状の圧力容器７と、圧力容器７内に装填された複数本の膜エレメント２とを備えている。
【００１２】
圧力容器７の両端には、円盤状のキャップ８，９が取り付けられている。一方（図１では左側）のキャップ８には、原水を圧力容器７内に供給するための供給管８１が中心からずれた位置に設けられている。他方（図１では右側）のキャップ９には、透過水を取り出すための第１排出管９１が中心に設けられており、濃縮水を取り出すための第２排出管９２が中心からずれた位置に設けられている。すなわち、圧力容器７内には、一方のキャップ８から他方のキャップ９に向かう原水の流れが形成される。なお、供給管８１および第２排出管９２は、圧力容器７に設けられていてもよい。
【００１３】
本実施形態では、膜エレメント２として、スパイラル型の逆浸透膜エレメントが用いられている。ただし、膜エレメント２は、例えばスパイラル型の限外濾過膜エレメントであってもよいし、その他の円筒形エレメントであってもよい。
【００１４】
各膜エレメント２は、集水管として機能する中心管２１と、中心管２１の回りに巻き回された積層体２２と、積層体２２を挟んで配置された一対の端部材３と、積層体２２を取り囲む外装材２８とを有している。一対の端部材３は、積層体２２がテレスコピック状に伸張することを防止する役割も果たす。
【００１５】
本実施形態では、一対の端部材３のうちの上流側の端部材３に、シール部材として、膜エレメント２と圧力容器７の内周面７ａとの隙間を原水の上流側の圧力を利用してシールする断面略Ｕ字状のパッキン５が装着されている。また、本実施形態では、各端部材３が中心管２１にそれらの端面が略一致するように固定されていて、隣り合う膜エレメント２同士が連結器６１によって連結されたときに端部材３同士が密着するようになっている。なお、最上流側に位置する膜エレメント２の中心管２１にはプラグ６２が取り付けられ、最下流側に位置する膜エレメント２の中心管２１は第２の連結器６３によって第１排出管９１と連結される。
【００１６】
図３に示すように、各膜エレメント２の中心管２１には、内部に濾過水を流入させる複数の導入孔が形成されている。
【００１７】
積層体２２は、巻き回される方向が一方の対辺方向となる矩形状をなしており、透過水流路材２４の両面に分離膜２３が重ね合わされた膜リーフと、原水流路材２５とを含む。膜リーフは、一方向に開口する袋状となるように分離膜２３同士が３辺で接合された構成を有しており、その開口が中心管２１の導入孔と連通している。透過水流路材２４は、例えば樹脂からなる網であり、互いに接合される分離膜同士の間に透過水を流すための流路を形成する。原水流路材２５は、例えば樹脂からなる網（透過水流路材２４よりも網目の大きな網）であり、巻き回される膜リーフの周回部分同士の間に原水を流すための流路を形成する。
【００１８】
分離膜２３を構成する材料としては、低圧化に優れた芳香族ポリアミド系、透過性に優れたポリビニルアルコール系、ナノフィルトレーション膜に好適なスルホン化ポリエーテルスルホン系などが挙げられる。
【００１９】
図１に戻って、一対の端部材３は、相互に同一の形状を有している。具体的に、各端部材３は、中心管２１の端部に外側から嵌合する内側筒部３１と、内側筒部３１を離間しながら取り囲む、内側筒部３１と同心の外側筒部３２とを有している。内側筒部３１と外側筒部３２は、放射状に配置された複数のリブ（図示せず）によって互いに連結されている。リブ同士の間の空間は、端部材３を貫通して原水を流通させる流通口を構成する。
【００２０】
外側筒部３２の外周面には、全周に亘って径方向外側に開口する環状溝３５が形成されており、この環状溝３５内にパッキン５が配置されている。また、外側筒部３２には、外装材２８を保持するための段差が形成されている。このため、外装材２８は、一対の端部材３に挟持される。
【００２１】
ただし、一対の端部材３は、必ずしも相互に同一の形状を有している必要はなく、例えば、下流側の端部材３には環状溝３５が形成されていなくてもよい。あるいは、パッキン５が下流側の端部材３のみに装着されていて、上流側の端部材３には環状溝３５が形成されていなくてもよい。
【００２２】
さらに、本実施形態では、各膜エレメント２と圧力容器７の内周面７ａとの間に潤滑性のボード４Ａが配置されている。このボード４Ａは、膜エレメント２を乗せた状態で圧力容器７の内周面７ａ上を摺動可能なものである。
【００２３】
ボード４Ａは、例えばポリプロピレン（ＰＰ）などの自己潤滑性のある樹脂で構成されていてもよい。あるいは、ボード４Ａは、基材に自己潤滑性のある樹脂がコーティングされたものであってもよい。そのような樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン、ポリエチレン、ポリアセタール、ナイロンなどが挙げられる。
【００２４】
ボード４Ａは、外装材２８を支持するように配置される。本実施形態では、ボード４Ａは、扁平な矩形板状をなしており、図２に示すように圧力容器７の内周面７ａに沿って湾曲した状態に維持されている。ボード４Ａの長さは、外装材２８の軸長と同じかそれよりも僅かに短い程度であることが好ましい。ボード４Ａの幅は、円筒状となるように外装材２８の周長と一致していてもよいが、外装材２８の下側部分を覆うように外装材２８の周長の１／３〜１／２であることが好ましい。また、ボード４Ａは、圧力容器７の内径と外装材２８の外径との差と略等しいまたはそれよりも僅かに小さい厚さを有している。
【００２５】
図４（ａ）に示すように、ボード４Ａにおける圧力容器７の内周面７ａに接触する摺動面４ａは、フラットであってもよい。ただし、圧力容器７の内周面７ａに対する摩擦係数を低減させるという観点からは、摺動面４ａには凹凸が形成されていることが好ましい。例えば、摺動面４ａは、図４（ｂ）に示すように半球状の突起を有する形状であってもよいし、図４（ｃ）に示すように三角形状の突起を有する形状であってもよいし、図４（ｄ）に示すように四角形状の突起を有する形状であってもよい。
【００２６】
次に、図５を参照して、ボード４Ａを使用して膜エレメント２を圧力容器７内に装填する方法を説明する。
【００２７】
まず、膜エレメント２に下方に当該膜エレメント２を下方から包むようにボード４Ａを配置した状態で、より詳しくは、外装材２８の下側部分に密着するようにボード４Ａを湾曲させた状態で、膜エレメント２を圧力容器７内に挿入する。これにより、圧力容器７内で膜エレメント２がボード４Ａに乗せられる。
【００２８】
ついで、ボード４Ａを圧力容器７の内周面７ａ上に滑らせながら膜エレメント２を圧力容器７の軸方向に移動させて、膜エレメント２を正規の位置に配置する。
【００２９】
このような方法で膜エレメント２を圧力容器７内に装填すれば、ボード４Ａにより圧力容器７内で膜エレメント２を容易に移動させることができるため、膜エレメント２を圧力容器７内に装填する際の作業性を向上させることができる。また、メンテナンス時などに圧力容器７から膜エレメント２を取り出す際には、装填時に使用したボード４Ａを同じように使用して膜エレメント２を容易に移動させることができるため、膜エレメント２を圧力容器７から取り出す際の作業性をも向上させることができる。
【００３０】
なお、膜エレメント２は必ずしも一対の端部材３を有している必要はなく、例えば、積層体２２および外装材２８が中心管２１の全長に亘って設けられていてもよい。
【００３１】
（第２実施形態）
次に、図６ならびに図７（ａ）および（ｂ）を参照して、本発明の第２実施形態に係る分離膜モジュールを説明する。なお、第２実施形態の分離膜モジュールは、第１実施形態の分離膜モジュール１と比べて使用するボードが異なるだけであるので、以下ではボードについてのみを説明する。この点は、後述する第３実施形態でも同様である。また、本実施形態では、図６での原水の流れ方向が図１と同様に左から右であることを前提とするが、図６での原水の流れ方向は図１とは逆に右から左であってもよい。
【００３２】
本実施形態では、膜エレメント２と圧力容器７の内周面７ａとの間に、第１ボード４Ｂと第２ボード４Ｃの２種類の潤滑性のボードが配置されている。第１ボード４Ｂおよび第２ボード４Ｃは、各膜エレメント２の一対の端部材３のそれぞれを支持するように配置される。
【００３３】
具体的には、第２ボード４Ｃは、最下流側に位置する膜エレメント２における下流側の端部材３に対応して配置され、第１ボード４Ｂは、それ以外の膜エレメント２の端部材３に対応して配置される。なお、第１ボード４Ｂは、隣り合う膜エレメント２の互いに対向する端部材３の双方を支持し得る大きさを有しており、隣り合う膜エレメント２で共有される。
【００３４】
第１ボード４Ｂおよび第２ボード４Ｃは、第１実施形態のボード４Ａと同様の材料で構成され、扁平な矩形板状をなしている。第１ボード４Ｂおよび第２ボード４Ｃの幅は、円筒状となるように端部材３の周長と一致していてもよいが、端部材３の下側部分を覆うように端部材３の周長の１／３〜１／２であることが好ましい。また、第１ボード４Ｂおよび第２ボード４Ｃは、圧力容器７の内径と端部材３の外径との差と略等しい厚さを有している。
【００３５】
第１ボード４Ｂには、例えばゴムからなる棒状のシール部材４２が取り付けられている。すなわち、第１ボード４Ｂおよびシール部材４２は、本発明のシーリングボードを構成する。シール部材４２は、第１ボード４Ｂと別に作製された後に第１ボード４Ｂに接合されてもよいが、第１ボード４Ｂと一体的に成型することも可能である。
【００３６】
第１ボード４Ｂは、より詳しくは、各膜エレメント２における上流側の端部材３の真下に位置する主部４１ａと、主部４１ａから膜エレメント２の端面を超えて外側に延びる外側張り出し部４１ｂと、主部４１ａから内側に延びる内側張り出し部４１ｃとからなる。上述したシール部材４２は、主部４１ａに固定される。
【００３７】
外側張り出し部４１ｂの長さは、端部材３の厚さよりも十分に大きく設定されている。これにより、第１ボード４Ｂは、上述したように、各膜エレメント２における上流側の端部材３だけでなく、この膜エレメント２に隣接する膜エレメント２における下流側の端部材３をも支持できる。
【００３８】
さらに、本実施形態では、外装材２８を支持するための台座部４３が内側張り出し部４１ｃに設けられている。台座部４３は、第１ボード４Ｂと一体的に成型されてもよいし、第１ボード４Ｂと別に作製された後に第１ボード４Ｂに接合されてもよい。なお、台座部４３は、外側張り出し部４１ｂに設けられていてもよい。
【００３９】
上述したシール部材４２は、各膜エレメント２における上流側の端部材３の環状溝３５に嵌め込まれることによって、膜エレメント２と圧力容器７の内周面との隙間をシール可能なリング状となる。
【００４０】
シール部材４２の双方の先端部４２ａ，４２ｂは、圧力容器７の軸方向に互いに重ね合せ可能な形状に形成されていることが好ましい。これを実現するには、例えば、図８に示すように先端部４２ａ，４２ｂ同士が係合可能となるようにそれらを軸方向の反対側から削って、互いに重なり合う薄肉部４２ｃ，４２ｄを形成すればよい。ただし、薄肉部４２ｃ，４２ｄの合計の厚さは、削っていないところの厚さと同じかよれよりも大きいことが好ましい。
【００４１】
一方、第２ボード４Ｃには、当該第２ボード４Ｃの全幅に亘って端部材３の環状溝３５に嵌り込む突条部４９のみが設けられている。
【００４２】
次に、第１ボード４Ｂおよび第２ボード４Ｃを使用して膜エレメント２を圧力容器７内に装填する方法を説明する。なお、以下では、一例として図６の左側から右側に向かって最下流側に位置する膜エレメント２を最初に装填する方法を説明するが、図６の右側から左側に向かって最上流側に位置する膜エレメント２を最初に装填することも可能である。
【００４３】
まず、最下流側に位置する膜エレメント２の下流側の端部材３の下方に当該端部材３を下方から包むように第２ボード４Ｃを配置するとともに、上流側の端部材３の下方に当該端部材３を下方から包むように第１ボード４Ｂを配置する。また、第１ボード４Ｂに取り付けられたシール部材４２を端部材３の環状溝３５に嵌め込んでリング状にする。その状態で、膜エレメント２を第２ボード４Ｃ側から圧力容器７内に挿入する。これにより、圧力容器７内で膜エレメント２が第２ボード４Ｃおよび第１ボード４Ｂに乗せられる。
【００４４】
次に、最下流側に位置する膜エレメント２（以下、「第１の膜エレメント２」という。）に隣接する膜エレメント２（以下、「第２の膜エレメント２」という。）の下流側の端部材３を、既に圧力容器７内に挿入された、圧力容器７の内周面７ａに沿って湾曲した状態の第１ボード４Ｂに乗せる。また、先ほどと同様にして、上流側の端部材３の下方に第１ボード４Ｂを配置する。そして、第２ボード４Ｃおよび第１ボード４Ｂを圧力容器７の内周面７ａ上に滑らせながら第１の膜エレメント２を圧力容器７の軸方向に移動させるとともに、第２の膜エレメント２を圧力容器７内に挿入する。
【００４５】
上記の作業を繰り返すことにより、全ての膜エレメント２を圧力容器７内に装填することができる。なお、隣り合う膜エレメント２を圧力容器７の外側で連結し、それらの互いに対向する端部材３の双方を同時に第１ボード４Ｂで包み込むようにしてもよい。
【００４６】
本実施形態でも、第１実施形態と同様に、膜エレメント２を圧力容器７内に装填する際の作業性および膜エレメント２を圧力容器７から取り出す際の作業性の双方を向上させることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、棒状のシール部材４２が採用されている。例えば、図１に示すような当初からリング状のパッキン５では、パッキン５を環状溝３５よりも径の大きな部分を通過させる必要があるため、パッキン５の装着にかなりの労力を要する。これに対し、棒状のシール部材４２であれば、シール部材４２を環状溝３５に沿って曲げるだけで簡単に装着することができる。
【００４８】
さらに、本実施形態では、外側張り出し部４１ｂが膜エレメント２の端面を超えて延びているので、上流側の膜エレメント２を取り出せば、外側張り出し部４１ｂが露出する。このため、膜エレメント２の取り出し時には、外側張り出し部４１ｂの先端を掴んで膜エレメント２を引き出すことができ、膜エレメント２を圧力容器７から取り出す際の作業性をさらに向上させることができる。
【００４９】
さらには、内側張り出し部４１ｃには台座部４３が設けられているので、外側張り出し部４１ｂを引っ張る際に台座部４３が端部材３に係合する役割を果たす。
【００５０】
（第３実施形態）
次に、図９ならびに図１０（ａ）および（ｂ）を参照して、本発明の第３実施形態に係る分離膜モジュールを説明する。本実施形態では、第１ボード４１Ｂの代わりに、形状が少し変わっただけの第３ボード４Ｄが用いられている。本実施形態のその他の構成は、第２実施形態と同様である。
【００５１】
具体的に、第３ボード４Ｄでは、外側張り出し部４１ｂが、先端を掴んで持ち上げることができるように十分長く、かつ、先端に向かって先細りとなる形状に形成されている。また、外側張り出し部４１ｂの先端には、指をかけるための穴４４が形成されている。
【００５２】
このような構成であれば、外側張り出し部４１ｂの先端を掴んで膜エレメント２を引き出す際に、外側張り出し部４１ｂの先端に容易に力をかけることができる。
【００５３】
（その他の実施形態）
前記第２および第３実施形態では、第１ボード４Ｂまたは第３ボード４Ｄにシール部材４２が１つだけ取り付けられていたが、図１１に示すように、シール部材４２は、隣り合う膜エレメント２の互いに対向する双方の端部材３の環状溝３５に嵌り込むように、第１ボード４Ｂまたは第３ボード４Ｄに２つ取り付けられていてもよい。このようになっていれば、連結器６１（図１参照）を用いなくても第１ボード４Ｂまたは第３ボード４Ｄによって隣り合う膜エレメント２同士を連結することが可能になる。
【００５４】
また、圧力容器７内に装填される膜エレメント２の本数は必ずしも複数本である必要はなく、１本であってもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１    分離膜モジュール
２    膜エレメント
３    端部材
３５  環状溝
４Ａ〜４Ｄ  ボード
４１ａ  主部
４１ｂ  外側張り出し部
４２  シール部材
４２ａ，４２ｂ  先端部
４４  穴
【図１】
0005683314.tif 000002
【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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