(57)【要約】【課題】冷媒を均等に分流させかつ回転方向に指向性が無く冷媒取入流路内に設置するのに手間が低減されるプレート熱交換器及び冷凍サイクルシステムを提供する。【解決手段】略水平方向に積層されたプレートを介して、冷媒の通る冷媒分流路と冷媒と熱交換される別の流体の通る別流体分流路とが交互に形成されかつプレートの下部を積層方向に貫通して形成され一端が開口し他端が閉口された管状の冷媒取入流路を備えたプレート熱交換器において、冷媒取入流路内にこれから各冷媒分流路への冷媒流入量を開口側から閉口側への冷媒分流路で均一にする冷媒分配手段を設け、冷媒分配手段は筒体側面の一部の湾曲した筒片部材を頂点から底辺への垂線が筒体の軸線と平行な二等辺三角形に形成した二等辺三角形状筒片を筒型となるよう多数枚組み合わせ二等辺三角形状筒体の外径が全長に渡り冷媒取入流路の内径に近い外径となる形態を有する。【選択図】図１４
2008190863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略水平方向に積層されたプレートを介して、冷媒の通る冷媒分流路と、前記冷媒と熱交換される別の流体の通る別流体分流路とが交互に形成されると共に、前記プレートの下部を当該プレートの積層方向に貫通して形成され、一方端が開口し他方端が閉口された管状の冷媒取入流路を備えたプレート熱交換器において、
前記冷媒取入流路内に、当該冷媒取入流路から前記各冷媒分流路への冷媒の流入量を、開口側の冷媒分流路から閉口側の冷媒分流路にかけて均一にする冷媒分配手段を設け、
前記冷媒分配手段は、筒体の側面の一部を構成する湾曲した筒片部材を、頂点から底辺に向かう垂線が前記筒体の軸線と平行な二等辺三角形に形成した二等辺三角形状筒片を、筒型となるよう多数枚組み合わせて、組み合わされた二等辺三角形状筒体の外径が、当該二等辺三角形状筒体の全長にわたって、冷媒取入流路の内径に近い外径を持つ形態であることを特徴とするプレート熱交換器。
【請求項２】
二等辺三角形状筒体は、少なくとも３枚の同形の二等辺三角形状筒片の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載のプレート熱交換器。
【請求項３】
略水平方向に積層されたプレートを介して、冷媒の通る冷媒分流路と、前記冷媒と熱交換される別の流体の通る別流体分流路とが交互に形成されると共に、前記プレートの下部を当該プレートの積層方向に貫通して形成され、一方端が開口し他方端が閉口された管状の冷媒取入流路を備えたプレート熱交換器において、
前記冷媒取入流路内に、流入する冷媒の流れの抵抗となって当該冷媒を構成する液冷媒とガス冷媒とを混合する冷媒混合手段を設けたことを特徴とするプレート熱交換器。
【請求項４】
冷媒混合手段は、冷媒取入流路の内径に近い外径を有する環状体であることを特徴とする請求項３に記載のプレート熱交換器。
【請求項５】
環状体は、開口側から閉口側にかけて適宜間隔に複数配置されたことを特徴とする請求項４に記載のプレート熱交換器。
【請求項６】
複数配置された各環状体の内円の径は、開口側から閉口側への配置の順に小さいことを特徴とする請求項５に記載のプレート熱交換器。
【請求項７】
冷媒混合手段は、冷媒取入流路内を満たすよう円柱状に形成された多孔質透過部材であることを特徴とする請求項３に記載のプレート熱交換器。
【請求項８】
多孔質透過部材は、開口側から閉口側にかけて次第に空隙率が小さいことを特徴とする請求項７に記載のプレート熱交換器。
【請求項９】
多孔質透過部材は、開口側から閉口側にかけて段階的に空隙率が小さいことを特徴とする請求項７に記載のプレート熱交換器。
【請求項１０】
冷媒混合手段は、冷媒取入流路の内径に近い外径を有するよう形成された多孔質の円盤体であることを特徴とする請求項３に記載のプレート熱交換器。
【請求項１１】
円盤体は、開口側から閉口側にかけて適宜間隔に複数配置されたことを特徴とする請求項１０に記載のプレート熱交換器。
【請求項１２】
複数配置された各円盤体の空隙率は、開口側から閉口側への配置の順に小さいことを特徴とする請求項１１に記載のプレート熱交換器。
【請求項１３】
略水平方向に積層されたプレートを介して、冷媒の通る冷媒分流路と、前記冷媒と熱交換される別の流体の通る別流体分流路とが交互に形成されると共に、前記プレートの下部を当該プレートの積層方向に貫通して形成され、一方端が開口し他方端が閉口された管状の冷媒取入流路を備えたプレート熱交換器において、
前記冷媒取入流路内に、流入する冷媒の流れ方向を変える冷媒流れ方向変更手段を設けたことを特徴とするプレート熱交換器。
【請求項１４】
冷媒流れ方向変更手段は、テープ状部材の長手方向を軸として捩りを加えた形状の捩りテープ体であることを特徴とする請求項１３に記載のプレート熱交換器。
【請求項１５】
捩りテープ体は、開口側から閉口側にかけて、捩りのピッチ及びテープ幅の何れか一方又は双方が異なることを特徴とする請求項１４に記載のプレート熱交換器。
【請求項１６】
冷媒流れ方向変更手段は、開口側から閉口側にかけて適宜間隔に複数配置された案内板であることを特徴とする請求項１３に記載のプレート熱交換器。
【請求項１７】
冷媒流れ方向変更手段は、開口側から閉口側にかけて適宜間隔に複数配置された円錐状案内部材であることを特徴とする請求項１３に記載のプレート熱交換器。
【請求項１８】
冷媒取入流路の開口側から閉口側にかけて適宜間隔に複数配置された冷媒混合制手段を構成する各構成部材は、連結手段を介して一体化されたことを特徴とする請求項５、請求項６、請求項１０乃至請求項１２の何れか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項１９】
冷媒取入流路の開口側から閉口側にかけて適宜間隔に複数配置された冷媒流れ方向変更手段を構成する各構成部材は、連結手段を介して一体化されたことを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載のプレート熱交換器。
【請求項２０】
冷媒分配手段は、開口側から冷媒取入流路に挿脱自在に挿入され、当該冷媒分配手段と一体に設けられた固定具を介して前記該開口部に着脱自在に装着されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプレート熱交換器。
【請求項２１】
冷媒混合手段は、開口側から冷媒取入流路に挿脱自在に挿入され、当該冷媒分配手段と一体に設けられた固定具を介して前記該開口部に着脱自在に装着されることを特徴とする請求項３乃至請求項１２、及び請求項１８の何れか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項２２】
冷媒流れ変更手段は、開口側から冷媒取入流路に挿脱自在に挿入され、当該冷媒分配手段と一体に設けられた固定具を介して前記該開口部に着脱自在に装着されることを特徴とする請求項１３乃至請求項１７、及び請求項１９の何れか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項２３】
請求項１乃至請求項２２の何れか１項に記載のプレート熱交換器を備えたことを特徴とする冷凍サイクルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレート熱交換器とそのプレート熱交換器を備えた冷凍サイクルシステムとに関し、詳しくは、プレート熱交換器の冷媒取入流路における冷媒分流路への冷媒流れの均等化手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプレート熱交換器の冷媒取入流路における冷媒分流路への冷媒流れの均等化手段を、図３４乃至図３６に基づいて説明する。これらの図は、下記特許文献１に開示されたもので、図３４はプレート熱交換器の正面一部断面図、図３５はプレート熱交換器の側面図、図３６はプレート熱交換器の冷媒取入流路付近の詳細を示す部分正面側断面図である。
図３４乃至図３６において、図中の符号１０は冷却装置としてのプレート熱交換器であって、前部のカバー１０ａと後部のカバー１０ｂとの間に、縦に置かれた所要枚数のプレート１０ｃが略水平方向に多数積層されて、冷媒が通る冷媒分流路１２と、この冷媒分流路１２を流れる冷媒と熱交換される別の流体としての、例えばブラインの通る別流体分流路(以下、ブライン流路ともいう)１１とがプレート１０ｃを介して交互に形成されている。
【０００３】
この熱交換器１０の上部には、各ブライン流路１１の上端に沿って、各ブライン流路１１と連通するブライン取入流路１３ａが、又、各冷媒分流路１２の上端に沿って各冷媒分流路１２と連通する冷媒排出流路１４ｂとがそれぞれ形成されている。
一方、この冷却装置の下部には各ブライン流路１１の下端に沿って各ブライン流路１１と連通するブライン排出流路１３ｂ(図３４参照)が、又、各冷媒分流路１２の下端に沿って各冷媒分流路１２と連通する冷媒取入流路１４ａとがそれぞれ形成されている(図３４参照)。この冷媒取入流路１４ａは、多数積層されたプレートを積層方向に貫通する管状に形成されており、管の一方端が開口し他方端が閉口されている。
尚、ブライン取入流路１３ａの一端は上部Ａ側ノズル１１ａとして、ブライン排出流路１３ｂの一端は下部Ａ側ノズル１１ｂとして、それぞれプレートの積層方向の一方側に突き出るように形成されている。
又、同様に、冷媒取入流路１４ａの一端は下部Ｂ側ノズル１２ａとして、冷媒排出流路１４ｂの一端は上部Ｂ側ノズル１２ｂとして、それぞれプレートの積層方向の一方側に突き出るように形成されている(図３４、図３５参照)。
【０００４】
図３６において、符号１９は冷媒取入流路１４ａ内に設けられた筒状の冷媒管である。この冷媒管１９の冷媒取入口１９ａとしての一方端側の開口が下部Ｂ側ノズル１２ａの開口即ち冷媒取入流路１４ａの開口部に一致するように設置されている。この冷媒管１９の他端は閉口されており、その全長は冷媒取入流路１４ａの長さにほぼ等しい。又、冷媒管１９の胴部にはプレート１０ｃの積層方向即ち当該管１９の延在方向に細幅のスリット１９ｂが複数形成されている(図３６参照)。
【０００５】
再び図３４乃至図３６において、冷媒取入口１９ａから冷媒管１９に流入した冷媒は、胴部のスリット１９ｂから冷媒取入流路１４ａ内に放出され、そこで分配されて各冷媒分流路１２へと流れ込む(図３４では下から上へ流れる)。そして、この各冷媒分流路１２を流れ、冷媒排出流路１４ｂを経て、上部Ｂ側ノズル１２ｂから出て行く。
他方、ブラインは、上部Ａ側ノズル１１ａからブライン取入流路(非図示)に流入し、そこから各ブライン流路１１を流れて(図３４では上から下へ流れる)、ブライン排出流路１３ｂを経て、下部Ａ側ノズル１１ｂから出て行く。
【０００６】
さて、上記の冷媒管１９内おいて、流入した冷媒は、冷媒取入口１９ａとしての開口側から閉口端側(奥)へと向かって流れながら、胴部の各スリット１９ｂから冷媒取入流路１４ａへと放出される。
冷媒取入流路１４ａへと放出された冷媒は、各冷媒分流路１２に分かれて、上方へと流れながら、隣接するブライン流路１１を対向して流れる別流体としてのブラインと熱交換して、ブラインを冷ブライン化させた後、冷媒ガスとなって冷媒排出流路１４ｂを経て上部Ｂ側ノズル１２ｂから流出する。
【０００７】
【特許文献１】実開平１０−２６７５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の上記技術では、胴部に複数のスリットが形成された冷媒管を冷媒取入流路内に用いることで、各冷媒分流路へ流れる冷媒量を均等化させようとしていたのである。
しかし、通常のプレート熱交換器では、冷媒取入流路内の冷媒は流速が早く、液状の冷媒が冷媒取入流路の奥の方即ち閉口端側に多く偏って流れ込んでしまう傾向がある。
【０００９】
にも拘わらず、従来の上記手段では、冷媒管の周面に、管の長手方向に細長いスリットが設けられているだけであるため、取込まれた冷媒が冷媒取入流路の奥(閉口側)の方に偏って多く流れ込んでしまうという課題を解消することができない。
このため、冷媒取入流路から各冷媒分流路への流入量の分配を均等にすることがでず、別流体との熱交換効率を十分に改善させることができなかった。
本発明は、かかる課題を解決し、熱交換効率の高いプレート熱交換器及びそれを用いた冷凍サイクルシステムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、略水平方向に積層されたプレートを介して、冷媒の通る冷媒分流路と、前記冷媒と熱交換される別の流体の通る別流体分流路とが交互に形成されると共に、前記プレートの下部を当該プレートの積層方向に貫通して形成され、一方端が開口し他方端が閉口された管状の冷媒取入流路を備えたプレート熱交換器において、前記冷媒取入流路内に、当該冷媒取入流路から前記各冷媒分流路への冷媒の流入量を、開口側の冷媒分流路から閉口側の冷媒分流路にかけて均一にする冷媒分配手段を設け、前記冷媒分配手段は、筒体の側面の一部を構成する湾曲した筒片部材を、頂点から底辺に向かう垂線が前記筒体の軸線と平行な二等辺三角形に形成した二等辺三角形状筒片を、筒型となるよう多数枚組み合わせて、組み合わされた二等辺三角形状筒体の外径が、当該二等辺三角形状筒体の全長にわたって、冷媒取入流路の内径に近い外径を持つ形態であることを特徴とするプレート熱交換器にある。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、冷媒分配手段や冷媒混合手段や冷媒流れ変更手段等により、冷媒取入流路から冷媒分流路への冷媒の流れを均一化することができ、熱交換性能が高いプレート熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクルシステムを提供できる。
又、プレート熱交換器の冷媒取入流路内に、冷媒の流速や乾き度などに適した最適な手段が設置されたプレート熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクルシステムを提供できる。
【００１２】
又、回転方向に対する指向性が無いので、冷媒取入流路内に設置する際の手間が低減されるプレート熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクルシステムを提供できる。
【００１３】
又、円柱体を用いた発明、円錐体を用いた発明によれば、何れも、冷媒取入流路の容積を低減させるので、冷媒の所要量が削減されたプレート熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクルシステムを提供できる。
【００１４】
又、冷媒混合手段として多孔質透過部材を用いているので、冷媒の流動音が低減されたプレート熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクルシステムを提供できる。
【００１５】
又、冷媒分配手段と固定具が一体化され、冷媒混合手段や冷媒流れ変更手段では当該手段を構成する構成部材が連結手段を介して一体化された上、更に固定具とも一体化されているので、プレート熱交換器の冷媒取入流路への装着作業を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
実施の形態１は、略水平方向に積層されたプレートを介して、冷媒の通る冷媒分流路と、この冷媒と熱交換される別の流体の通る別流体分流路とが交互に形成されると共に、前記プレートの下部を当該プレートの積層方向に貫通して形成され、一方端が開口し他方端が閉口された管状の冷媒取入流路を備えたプレート熱交換器における上記の冷媒取入流路内に、冷媒取入流路から各冷媒分流路への冷媒の流入量を、開口側の冷媒分流路から閉口側の冷媒分流路にかけて均一にする冷媒分配手段を設け、上記の冷媒取入流路と各冷媒分流路との連通部を、冷媒取入流路の周面を環状に巡って開口する環状開口とした構成のものである。
【００１７】
先ず、プレート熱交換器の基本構造を、図１乃至図５に基づいて説明する。図１はプレート熱交換器の斜視図、図２はプレート熱交換器の組立構成図、図３はプレート熱交換器の正面一部断面図、図４は冷却システムのブロック図、図５は冷媒の分配が不均一な状態を示す説明図である。
【００１８】
図１乃至図５において、１０はプレート熱交換器であり、１１ａはブライン流入口(従来例では上部Ａ側ノズル)、１１ｂはブライン流出口(従来例では下部Ａ側ノズル)、１２ａは冷媒流入口(従来例では下部Ｂ側ノズル)、１２ｂは冷媒流出口(従来例では上部Ｂ側ノズル)である。
【００１９】
プレート熱交換器１０は、前部カバープレート１５ａ(従来例では１０ａ)と後部カバープレート１５ｂ(従来例では１０ｂ)との間に、複数のプレート１６ａ、１６ｂ、１６ｃ・・・(以下、プレート１６という)が所要枚数積層され(図１、図２参照)、この多数のプレート１６からなる積層部と縁部とが蒸着ブレージングにて一体化され、熱交換されるブラインが通るブライン流路１１と冷媒が通る冷媒分流路１２とが、積層されたプレート１６間に交互に形成されている(図１、図３参照)。
【００２０】
図３において、上記積層部の下部には、各ブライン流路１１の下端に沿って各ブライン流路１１と連通するブライン排出流路１３ｂが、又、各冷媒分流路１２の下端に沿って各冷媒分流路１２と連通する冷媒取入流路１４ａがそれぞれ形成されている。
冷媒取入流路１４ａは、多数積層されたプレート１６を積層方向に貫通する管状に形成されており、その一方端が開口して冷媒流入口１２ａとされ、他方端は閉口されている。この冷媒取入流路１４ａと各冷媒分流路１２との連通部は、冷媒取入流路１４ａの周面を環状に巡って開口する環状開口としてある。
【００２１】
さて、冷媒流入口１２ａから流入した冷媒は、冷媒取入流路１４ａを通ってプレート１６に挟まれた各冷媒分流路１２へと分流即ち分配され、各冷媒分流路１２を流れる間に、隣接するブライン流路１１を流れるブライン(以下、別流体ともいう)と熱交換しながら蒸発し、冷媒排出流路１４ｂを経て冷媒流出口１２ｂから流出される。
他方、ブライン流入口１１ａから流入したブラインは、ブライン取入流路(非図示)を通って、各ブライン流路１１に分配され、隣接する冷媒分流路１２を流れる冷媒との熱交換によって冷却された後、ブライン排出流路１３ｂを経てブライン流出口１１ｂから流出される(図３参照)。
【００２２】
図４において、上記のプレート熱交換器１０を冷却システムに連結した場合について説明する。図中の符号１は圧縮機、２は凝縮器、３は膨張弁、４は冷媒を循環させるための冷媒回路、５はブライン回路である。
圧縮機１で圧縮されたガス冷媒は凝縮器２で凝縮されて液冷媒となり、膨張弁３を通って減圧され、プレート熱交換器１０に入る。プレート熱交換器１０内部では前述のような動作を経た後、プレート熱交換器１０から出た冷媒は再び圧縮機１に戻る。
他方、プレート熱交換器１０のブライン回路２には各種空調・冷却装置(非図示)が接続されており、プレート熱交換器１０で冷却されたブラインによって、冷房・冷凍の負荷をまかなう。
膨張弁３で減圧されて冷媒取入流路１４ａに流入する冷媒は、液冷媒とガス冷媒とが混合した二相状態である場合があり、この二相状態の際に、プレート熱交換器１０内での各冷媒分流路１２への冷媒分配の不均一が発生し易い。
【００２３】
図５において、この冷媒の不均一分配が生じる例を示す。
冷媒取入口１４ａの開口側の冷媒流入口１２ａから流入する冷媒は、或る程度の流速を持っており、ガス冷媒に比べて密度の大きい液冷媒は、運動エネルギーが大きいため、冷媒取入口１４ａの奥即ち閉口側まで到達してしまい、閉口側近くに位置する冷媒分流路 (以下、閉口側冷媒分流路という)１２程流入し易くなり、開口側近くに位置する冷媒分流路(以下、開口側冷媒分流路という)１２程流入し難くなる。
逆に、密度の小さいガス冷媒は、開口側近くに位置する冷媒分流路１２程流入し易くなり、開口側近くに位置する冷媒分流路１２程流入し難くなる。
【００２４】
この冷媒取入流路１４ａにおける冷媒分流路１２への冷媒流れの不均一化現象は、図３６の従来例で示したスリット孔１９ｂを形成した冷媒管１９を冷媒取入流路１４ａに装置しても解消できない。即ち、液冷媒がガス冷媒に比べて冷媒取入流路１４ａの奥(閉口側)の方へより集まり易いという傾向を改善することはできない。
【００２５】
図６は、図５に示すような冷媒の不均一分配が生じた場合の、各冷媒分流路１２へ分配される冷媒流量の第１の説明図であり、横軸は冷媒分流路１２の位置、縦軸は冷媒流量を示す。
上記のように、密度の大きい液冷媒は、閉口側冷媒分流路１２へ大量に流れ、開口側冷媒分流路１２へは少量しか流ないので、図６に示されるような、冷媒分流路１２の位置による冷媒流量の不均一さが発生し、結果としてプレート熱交換器１０の熱交換効率を悪化させる。
【００２６】
このため、この実施の形態１では、冷媒取入流路１４ａ内に、冷媒取入流路１４ａから各冷媒分流路１２への冷媒の流入量を、冷媒取入流路１４ａの開口側冷媒分流路１２から閉口側冷媒分流路１２にかけて均一にする冷媒分配手段を設けている。
この冷媒分配手段の一例を図７乃至図１１に基づいて説明する。図７は冷媒分配手段の設置状態を示す断面図、図８は冷媒分配手段の平面図、図９は冷媒分配手段の３つの個所における各横断面図、図１０は冷媒の分配状体を示す第２の説明図、図１１は冷媒の分流量を示す第２の説明図である。
【００２７】
図７及び図８において、符号１７は冷媒分配手段としての斜断筒体である。この斜断筒体１７は、冷媒取入流路１４ａの内径に近い外径を有した筒体が斜めに切られ、その切り口が長い楕円を描くよう斜断されたものである。
上記の楕円は、その長径が開口側冷媒分流路１２から閉口側冷媒分流路１２に及ぶ長さをもち、少なくともその長径の一方端が最も閉口側に位置する冷媒分流路１２に及んでいる。
【００２８】
又、斜断筒体１７の全長は、この形態１では、冷媒取入流路１４ａの長さにほぼ等しくしているが、使用環境に応じて適宜の長さとしてよい。
又、斜断筒体１７の設置は、プレート熱交換器１０の組み立ての際に冷媒取入流路１４ａ内に形成してもよいし、後述のように、プレート熱交換器を組み立てた後にその開口側から挿入して所定位置に設置してもよい。
【００２９】
この冷媒分配手段は、上記のように、外径が冷媒取入流路１４ａの内径とほぼ等しい管状のパイプを斜めに切断した形状の斜断筒体１７であるから、冷媒取入流路１４ａの開口側から閉口側に並ぶ各冷媒分流路１２の環状開口に対して、斜断筒体１７の外周面が当接或いは近接するため、開口側から閉口側に並ぶ各冷媒分流路１２の環状開口の開口面積が、開口側から閉口側に並ぶ順に、次第に小さくなるようその一部が塞さがれる。
【００３０】
換言すると、図８及び図９において、冷媒取入流路１４ａから各冷媒分流路１２への連通部としての環状開口の開口面積、即ち流入面積は、通常では、３６０度の方向に環状開放されているが、上記のように、冷媒分配手段としての斜断筒体１７を設置することにより、斜断筒体１７の外周面によって、上記環状開口の一部が塞がれ、例えば、図８の断面指示線ｘ−ｘ、ｙ−ｙ、ｚ−ｚで示した図９のｘ−ｘ断面、ｙ−ｙ断面、ｚ−ｚ断面で示すように、冷媒取入流路１４ａの奥即ち閉口側へ行くに従って冷媒取入流路１４ａから冷媒分流路１２への環状開口の開口面積が小さくなって、冷媒が流入し難くなり、冷媒の流入量を減少させるよう規制している。
【００３１】
図１０の斜断筒体１７の周囲の冷媒の流れを示す図と、図１１の斜断筒体１７によって冷媒分配が改善された状況を示す説明図に基づいて、その作用効果を詳述する。尚、図１１における横軸は冷媒分流路１２の位置、縦軸は冷媒の流入量を示す。
図１０において、冷媒取入流路１４ａ内に斜断筒体１７を装着することで、ガスと液の二相状態で流入した冷媒は、従来に比べて、液冷媒が開口側の冷媒分流路１２にも十分に流入するので、図１１に示すように各冷媒分流路１２への冷媒流入量を、上記楕円の形状を使用環境に応じて適宜形成することによって、均一化させることができる。
従って、これにより、冷媒の分配が改善され、各冷媒分流路１２に均等に冷媒が流れるので、結果的にプレート熱交換器１０の熱交換効率を向上させることができる。
【００３２】
上記実施の形態１では、冷媒分配手段としての斜断筒体１７は、図７に示す如く、筒体を直線的な平面で切断した切り口形状としてあるが、切り口の形状はこの平面に限定されず、例えば、図１２や図１３に示すように、曲面としてもよい。図１２の切り口の面は、切り口の長径方向の断面において凸曲面としたものであり、図１３の切り口の面は、切り口の長径方向の断面において凹曲面としたものである。
要するに、楕円の切り口の面や形状は、冷媒の流速、流量や乾き度等の使用環境に応じて、各冷媒分流路１２への流入量が均一化されるように、冷媒取入流路１４ａと各冷媒分流路１２との連通部における流入面積を、開口側冷媒分流路１２から閉口側冷媒分流路１２へと次第に小さく、狭くなって行くように形成すればよい。
【００３３】
上記の冷媒分配手段としては、上記のように、冷媒取入流路１４ａから各冷媒分流路１２への連通部における流入面積、従って当該連結部における冷媒分流路１２への流入量を調整できる形態のものであればよい。
従って、図１４に示すように、冷媒分配手段として、筒体が略王冠形に形成された二等辺三角形状筒体１８としてもよい。
【００３４】
二等辺三角形状筒体１８は、筒体の側面の一部を構成する湾曲した筒片部材を素材として、三角形の頂点から底辺に向かう垂線が前記筒体の軸線と平行となるよう、前記筒片部材を二等辺三角形に形成した同形の二等辺三角形状筒片を、筒型となるよう多数枚、少なくとも３枚以上組み合わせて、組み合わされた二等辺三角形状筒体１８の外径が、当該二等辺三角形状筒体１８の全長にわたって、冷媒取入流路１４ａの内径に近い外径を持つ形態としたものである。
更には、底辺の短い二等辺三角形を４枚以上として、多数枚を組み合わせて形成してもよい。
冷媒分配手段としてこのような二等辺三角形状筒体１８を用いても、上記と同様の作用効果が発揮できるだけでなく、更に次のような作用効果も発揮される。
例えば、仮に、組み立てられたプレート熱交換器１０の冷媒取入流路１４ａ内に挿入して設置する場合に、当該冷媒取入流路１４ａの軸を中心とする回転方向に対して、例えば垂直上方に向けたいという最適な角度があったとすると、上記のような斜断筒体１７であれば、切り口が一面しかないため、その最適角度若しくはそれに近い角度に調整するに当たって、逆転状態とならないように注意を要するため、設置に手間が生じる。
【００３５】
これに対して、冷媒分配手段としての二等辺三角形状筒体１８の場合には、多数の二等辺三角形状筒片で構成することにより、回転方向に対する装着角度による悪影響が少なくなるので、回転方向に対する自由度が増して、装着の際における角度調整が容易となり、設置作業を迅速に行うことができる。
図示の例では、３枚の二等辺三角形状筒片で二等辺三角形状筒体１８を構成しているが、回転方向に対する自由度は、多数枚の二等辺三角形状筒片筒体で構成する程増すので、これに限らず、６枚或いは８枚と、枚数は多い程よい。
【００３６】
次に、上記のような冷媒分配手段を、組み立てられたプレート熱交換器１０の冷媒取入流路１４ａ内に、その開口側から挿脱自在に挿入して装着する装置を、図１５及び図１６に基づいて説明する。図１５は冷媒流入口１２ａの詳細を示す断面図、図１６は冷媒分配手段に一体に設けられた固定具を介しての装着を示す断面図である。
図１５において、通常のプレート熱交換器１０の冷媒取入流路１４ａの開口部としての冷媒流入口１２ａは、図示のように、外周にネジ山が切られており、これを利用して冷媒供給用配管が接続される。図中２０は冷媒流入口１２ａへの配管を接続させるナットであり、２１は冷媒供給用配管である。
【００３７】
さて、ここで上記のような冷媒分配手段(斜断筒体１７や二等辺三角形状筒体１８等)を冷媒取入流路１４ａに実際に装着する手段を考えた場合、例えばプレート熱交換器１０自体を改造・加工して装着する手段もあるが、これでは、プレート熱交換器１０本体への加工を必要とするため、手間や費用の点から好適な手段とは言えない。
そこで、この実施の形態１では、図１６に示すように、上記の冷媒流入口１２ａのネジ山を利用した装着装置としての固定具２２を用いることとした。これを、二等辺三角形状筒体１８(以下、冷媒分配手段１８ともいう)を例にして説明する。
【００３８】
図１６において、装着装置としての固定具２２は、ナット状のもので、一方端側の内周面に、上記の冷媒流入口１２ａ外周のネジ山(雄ネジ)に対する雌ネジが切られ、他方端側の外周面に、上記冷媒流入口１２ａのネジ山と同一の雄ネジが切られた形態としたものである。
尚、図中の符号２３は冷媒分配手段１８を固定具２２に一体的に支持させる連結手段としての連結支持部材である。
【００３９】
装着装置を上記のような形態に構成した固定具２２を用いて冷媒分配手段１８を装着すれば、冷媒供給用配管２１を接続する部分はプレート熱交換器１０の冷媒流入口１２と同等のネジ部を有しているため、通常と同じ方法で冷媒供給用配管２１を接続することが可能となる。即ち、図１５に示すナット２０と冷媒供給用配管２１のままでの装着が可能となる。
しかも、この手段によれば、プレート熱交換器１０自体には何等の加工も、改造も要さない。これは、手間や工程削減という意味でも効果的である。
【００４０】
この実施の形態１において、上記のように、冷媒分配手段として斜断筒体１７を示したが、このような筒体に限らず、この斜断筒体１７の場合と同様に、円柱を斜めに切断した斜断円柱体２４であってもよい。これを図１７及び図１８に基づいて説明する。図１７は斜断円柱体２４の側面図、図１８は斜断円柱体２４の平面図である。
図１７及び図１８に示すように、斜断円柱体２４は、冷媒取入流路１４ａの内径とほぼ等しい外径の円柱を斜めに切断した形状であって、筒体を円柱とした点だけが異なり、その他の構成及び作用効果の全ては、上記の斜断筒体１７と同様である。
【００４１】
即ち、この冷媒分配手段としての斜断円柱体２４を冷媒取入流路１４ａ内に装着すると、冷媒取入流路１４ａ自体が奥に行く程、次第に狭くなり、容積が小さくなる。
しかも、冷媒取入流路１４ａの開口側から閉口側にかけての各冷媒分流路１２の環状開口の開口面積、即ち、冷媒取入流路１４ａから冷媒分流路１２への流入面積が狭くなるため、冷媒流入口１２ａの開口側から閉口側に位置する冷媒分流路１２程、次第に流入抵抗が増加し、冷媒が流れ難くなる。
従って、この斜断円柱体２４によれば、斜断筒体１７の場合と同様に、斜断円柱体２４の切り口等の形態を適宜に形成することにより、冷媒の分配が均等化されて、熱交換効率を向上させることができる。
【００４２】
更に又、次のような特有の作用効果を発揮する。
即ち、この斜断円柱体２４によれば、斜断筒体１７や二等辺三角形状筒体１８と異なり、中身の詰まった円柱で形成されているため、その体積分だけ冷媒取入流路１４ａの容積を低減させることができるので、結果として、冷媒回路全体の所要冷媒量を、従来に比べて、より削減することができる。
【００４３】
実施の形態２．
実施の形態２は、上記実施の形態１のプレート熱交換器１０の冷媒取入流路１４ａ内に流入する冷媒の流れの抵抗となって、当該冷媒を構成する液冷媒とガス冷媒とを混合する冷媒混合手段を設けた構成としたものである。以下、これを図１９乃至図２５に基づいて説明する。尚、プレート熱交換器１０は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略し、以下、冷媒取入流路１４ａ内に設置される冷媒混合手段につて説明する。
【００４４】
図１９乃至図２０で示す冷媒混合手段２５は、冷媒取入流路１４ａの内径に近い外径を有する環状体２６であり、この環状体２６は冷媒取入流路１４ａの開口側から閉口側にかけて適宜間隔に複数配置，図では４枚の環状体２６ａ〜２６ｄが配置されている。
適宜間隔に複数配置された環状体２６ａ〜２６ｄの内円の径は何れも同径としているが、図２１で示す冷媒混合手段２８のように、開口側から閉口側への配置の順に小さい径となるよう、内径が異なるように形成された環状体を配置してもよい。
尚、環状体２６の設置枚数は、勿論、４枚に限らず、適宜枚数とればよい。又、配置間隔も図示のように等間隔に限定するものではなく、使用環境に応じて適宜設定すればよい。
【００４５】
図中の符号２７は複数の環状体２６ａ〜２６ｄを一体化するための連結手段としての連結支持部材であり、上記実施の形態１の連結手段としての連結支持部材２３と同様である。
実施の形態２においては、この連結支持部材２７を介して、複数の環状体２６ａ〜２６ｄから成る冷媒混合手段２５を一体化させ、更に、この冷媒混合手段２５を、図示してはいないが、上記実施の形態１における装着装置としての固定具２２を介して、プレート熱交換器１０に装着されている。
【００４６】
図２０において、冷媒取入流路１４ａ内に上記のような冷媒混合手段２５，２８を設置すると、図示のように、冷媒は、流れに対して複数の環状体２６ａ〜２６ｄによる抵抗を各所にて受けるため、液冷媒が冷媒取入流路１４ａの閉口側に片寄って流れ込むことがなく、各冷媒分流路１２に冷媒を均等に流入させることができる。
【００４７】
又、各所における抵抗によって、冷媒の流れは一部で滞流し一部で流速を増して乱流化されるので、冷媒を構成する液冷媒とガス冷媒とがより混合され、均一化された状態にて、各冷媒分流路(実施の形態１における符号１２)に供給される。これにより、従来に比べて、冷媒分配が均一化し、熱交換効率を向上させることができる。
又、複数配置される環状体の内径を変化させることによって、例えば開口側から閉口側への配置の順に内径を小さくすると、液冷媒の閉口側への片寄った流れ込みを効率よく解消することができる。
【００４８】
図２２乃至図２５で示す冷媒混合手段２９，３０，３２．３５は、冷媒が透過可能な多孔質透過部材を、冷媒取入流路１４ａの内径に近い外径を有する円柱体２９、３０或いは円盤体３３ａ〜３３ｄに構成して設置したものであって、上記の冷媒混合手段２５，２８と同様の作用効果を発揮させることができる。
即ち、設置された円柱体２９、３０或いは円盤体３３ａ〜３３ｄが、冷媒の流れに対して抵抗となるので、冷媒を構成する液冷媒とガス冷媒とがより混合され均一化されて各冷媒分流路(１２)に流入するので、冷媒分配が均一化され、熱交換効率を向上させることができる。
【００４９】
図２２の冷媒混合手段としての円柱体２９は、全体を均一の空隙率とした多孔質透過部材で構成されているが、図２３の冷媒混合手段としての円柱体３０のように、開口側から閉口側にかけて空隙率が順に段階的に小さくなるよう異なる構成とし、例えば４種類の空隙率の異なる円柱体３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを一体化させて冷媒混合手段３０を構成してもよい。
この例では、４個の円柱体３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを同じ長さに形成しているが、勿論、使用環境に応じて適宜異なる長さとしてもよい。
このような構成によって、より効果的な冷媒の混合が可能になり、プレート熱交換器１０の熱交換効率を向上させることができる。
尚、一本の円柱体２９において、開口側から閉口側へかけて空隙率が次第に小さくなるように構成しても上記と同様の作用効果を発揮させることができる。
【００５０】
図２４及び図２５において、上記の円柱体２９，３０の場合には、冷媒取入流路内１４ａの全体を満たすよう配置されているが、図２４に示すように、多孔質透過部材を輪切り状に形成して複数の円盤体３３(３３ａ〜３３ｄ)で構成してもよい。
これら複数の円盤体３３を、冷媒の流速や乾き度等の使用環境に応じて適宜、適当間隔にて配置することで、上記と同様の作用効果をより効率的に発揮させることができる。
又、上記の円柱体２９，３０と比べると、少量の多孔質透過部材を用いて冷媒混合手段を構成することができる。
【００５１】
図中の符号３４は、各円盤体３３ａ〜３３ｄを一体化させ冷媒混合手段３２，３５を構成するための連結手段としての連結支持部材３４であり、上記した連結支持部材２３，２７と同様である。
又、図示されていない当該連結支持部材を介して上記の装着装置としての固定具２２を用いてプレート熱交換器１０の冷媒取入流路１４ａに装着される点も同様である。
【００５２】
更に又、上記の各冷媒混合手段２５、２８、２９、３０、３２、３５は、何れも、回転方向に対する指向性がないため、冷媒分配手段１８で説明したのと同様に、冷媒取入流路１４ａの内部に設置する際、その向きを調整する必要が無く、従って、製造・組立上の手間を軽減することができる。
しかも、一般に多孔質透過部材は流体の流動音を低減させる特性を持つので、上記の各冷媒混合手段２９、３０、３２、３５を用いることにより、騒音の低いプレート熱交換器１０を提供することができる。
【００５３】
実施の形態３．
実施の形態３は、上記実施の形態１のプレート熱交換器１０の冷媒取入流路１４ａ内に、冷媒の流れ方向を変える冷媒流れ方向変更手段を設けた構成としたものである。以下、これを図２６乃至図３３に基づいて説明する。
尚、プレート熱交換器１０は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略し、以下、冷媒取入流路１４ａ内に設置される冷媒流れ方向変更手段について説明する。
【００５４】
図２６に示す捩りテープ体３６は、テープ状部材の長手方向を軸として捩りを加え、冷媒取入流路１４ａの内径とほぼ等しい外径の捩りテープ体を構成して冷媒流れ方向変更手段としたものである。
この捩りテープ体３６を、冷媒取入流路１４ａの内部に装着することで、冷媒流入口１２ａから冷媒取入流路１４ａに沿った冷媒の流れ方向に、回転方向の流れを発生させ、その遠心力によって、各冷媒分流路１２への冷媒の流入を促進させることができる。
【００５５】
従って、図２７に示すように、冷媒流入口１２ａから流入した冷媒が、冷媒流入口１２ａ即ち開口側に近く位置する冷媒分流路１２にも流入し易くなるため、結果として、各冷媒分流路１２への冷媒分配を均一にすることができ、プレート熱交換器１０の熱交換効率を向上させることができる。
尚、図２６ではテープの捩り回転数を５回としているが、勿論、これに限定されず、使用環境に応じた回数とすればよい。
【００５６】
図２６に示す捩りテープ体３６のピッチ(ねじれ１回転分の長さ)やテープの幅は概ね均等としているが、使用環境に応じては、図２８に示す捩りテープ体３６のように冷媒の流れ方向に対してピッチを変更したり、或いは又、図２９に示す捩りテープ体３６のようにテープ幅を変更したり、或いは更に、ピッチ及びレープ幅ともに異なるように形成してもよい(非図示)。
【００５７】
図３０に示す冷媒流れ方向変更手段３７は、開口側から閉口側にかけて、円形に形成された複数の案内板を、斜め方向に傾けた状態にて適宜間隔を空けて配置した構成のものである。図示されていないが、これら６枚の案内板３７も、上記と同様の連結支持部材(２３，２７，３４)を介して一体化した構成としておくと装着作業が容易となる。
上記のように、冷媒取入流路１４ａ内に複数の案内板３７を上記のように配置することにより、上記捩りテープ体３６と同様の作用効果が発揮される。
この円形の案内板３７は、勿論平面に限る必要はなく、例えば図３１に示す案内板３８のように、傾き方向に湾曲させた曲面としてもよい。
【００５８】
図３２に示す冷媒流れ方向変更手段３９は、円錐形或いは円錐体に形成された案内部材(以下、円錐状案内部材ともいう)４０を複数個間隔を置いて配置させた構成としたものである。この各円錐状案内部材４０は、頂点を開口側に向け、当該円錐の底面側を閉口側方向に向けて、同一軸線に適当間隔を空けて一列に並べた配置としてある。
尚、図３３に示すように、使用環境に応じて上記の円錐形や円錐体を適宜変形させ、例えば、図３３に示すように、円錐体の表面に頂点から底辺側に向けて曲面を設けた形態としてもよい。
【００５９】
上記のように、冷媒取入流路１４ａ内に複数の円錐状案内部材４０を配置することにより、上記の捩りテープ体３６や案内板３７と同様の作用効果を発揮させることができる。
又、上記捩りテープ体３６や円錐状案内部材４０、４２では、いずれも回転方向に対する指向性がないため、上記実施の形態１において説明した冷媒分配手段１８の場合と同様に、冷媒取入流路１４ａの内部に設置する際、その向きを調整する必要が無く、従って製造・組立上の手間を軽減させる。
【００６０】
図３２中の符号４１は各円錐状案内部材４０を一体化させるための連結支持部材であり、上記実施の形態１及び２の連結支持部材と同様に、この連結支持部材４１を介して、複数の円錐状案内部材４０を一体化させて冷媒流れ変更手段３９を構成している。
又、この冷媒流れ変更手段３９では、図示されてはいないが、上記実施の形態１における装着装置としての固定具２２を介して、プレート熱交換器１０に装着されている。
又、冷媒流れ方向変更手段を図３２や図３３に示すような構成にすることによって、その体積分だけ冷媒取入流路１４ａの容積が低減し、結果として冷媒回路全体の冷媒量を削減できるという効果も得ることができる。
【００６１】
上記実施の形態１及び形態３において、冷媒と熱交換する別流体の例としてブラインを用いて説明したが、勿論、これに限定されず、熱交換可能な適当な媒体であってもよい。
又、上記実施の形態１及び形態３で示した冷媒分配手段や冷媒混合手段や冷媒流れ方向変更手段を備えたプレート熱交換器を有する冷凍サイクルシステムにおいても、装備された冷媒分配手段や冷媒混合手段や冷媒流れ方向変更手段に応じた作用効果を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施の形態１のプレート熱交換器の斜視図である。
【図２】プレート熱交換器の組立構成図である。
【図３】プレート熱交換器の正面一部断面図である。
【図４】冷却システムのブロック図である。
【図５】冷媒の分配が不均一な状態を示す説明図である。
【図６】各冷媒分流路への分流量を示す第１の説明図である。
【図７】冷媒分配手段の設置状態を示す断面図である。
【図８】冷媒分配手段の平面図である。
【図９】冷媒分配手段の３つの個所における横断面図である。
【図１０】冷媒の分配状体を示す第２の説明図である。
【図１１】冷媒の分流量を示す第２の説明図である。
【図１２】凸曲面の切り口を示す側面図である。
【図１３】凹曲面の切り口を示す側面図である。
【図１４】二等辺三角形状筒体を示す側面図である。
【図１５】冷媒流入口の詳細を示す断面図である。
【図１６】冷媒分配手段に一体に設けられた固定具を介しての装着を示す断面図である。
【図１７】斜断円柱体の側面図である。
【図１８】斜断円柱体の平面図である。
【図１９】環状体の斜視図である。
【図２０】冷媒混合手段の作用説明図である。
【図２１】別の環状体の斜視図である。
【図２２】円柱体の斜視図である。
【図２３】別の円柱体の斜視図である。
【図２４】円盤体の斜視図である。
【図２５】別の円盤体の斜視図である。
【図２６】捩りテープ体の側面図である。
【図２７】冷媒流れ方向変更手段の作用説明図である。
【図２８】別の捩りテープ体の側面図である。
【図２９】更に別の捩りテープ体の側面図である。
【図３０】案内板とその作用説明図である。
【図３１】別の案内板の斜視図である。
【図３２】円錐体の斜視図である。
【図３３】別の円錐体の斜視図である。
【図３４】従来のプレート熱交換器の正面一部断面図である。
【図３５】従来のプレート熱交換器の側面図である。
【図３６】従来のプレート熱交換器の冷媒取入流路付近の詳細を示す部分正面側断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
４  冷媒回路、５  ブライン回路、１０  プレート熱交換器、１０ｃ  プレート、１１  ブライン流路、１２  冷媒分流路、１２ａ  冷媒流入口、１２ｂ  冷媒流出口、１４ａ  冷媒取入流路、１７、１８、２４  冷媒分配手段、２１  冷媒供給用配管、２２  固定具(装着装置)、２３、２７、３４、４１  連結支持部材、２５、２８、２９、３０、３２、３５  冷媒混合手段、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ  環状体、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ  多孔質透過部材、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ  円盤状の多孔質透過部材、３６、３７、３９  冷媒流れ方向変更手段、３８  案内板、４０  円錐状案内部材。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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