(57)【要約】【課題】ヒートポンプ式空気調和機において、長期間にわたって安定的に加湿量を確保すること。【解決手段】ヒートポンプ式空気調和機６０は、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器６、膨張弁１０及び室内熱交換器３を冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成し、冷房運転及び暖房加湿運転が可能である。このヒートポンプ式空気調和機６０は、暖房加湿運転時における主膨張弁の上流側に設けられ、室内熱交換器３からの冷媒を減圧する副膨張弁１０と、暖房加湿運転時おける副膨張弁の下流側で且つ主膨張弁５の上流側に設けられ、副膨張弁１０からの冷媒を流すことにより外気を冷却して凝縮水を生成する副室外熱交換器９と、副室外熱交換器９で生成した凝縮水を溜める水受け皿と、水受け皿に溜めた凝縮水中に浸漬して凝縮水を直接加熱して蒸発させる電気ヒーターと、電気ヒーターにより蒸発された蒸気を室内機へ導くダクトとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、四方弁、主室外熱交換器、主膨張弁、主室外ファンを具備する室外機と、室内熱交換器、室内ファンを具備する室内機とを備え、前記圧縮機、前記四方弁、前記主室外熱交換器、前記主膨張弁及び前記室内熱交換器を冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成し、冷房運転及び暖房加湿運転が可能なヒートポンプ式空気調和機において、
前記冷凍サイクルの一部として暖房加湿運転時における前記主膨張弁の上流側に設けられ、前記室内熱交換器からの冷媒を減圧する副膨張弁と、
前記冷凍サイクルの一部として暖房加湿運転時おける前記副膨張弁の下流側で且つ前記主膨張弁の上流側に設けられ、前記副膨張弁からの冷媒を流すことにより外気を冷却して凝縮水を生成する副室外熱交換器と、
前記副室外熱交換器で生成した凝縮水を溜める水受け皿と、
前記水受け皿に溜めた凝縮水中に浸漬して凝縮水を直接加熱して蒸発させる電気ヒーターと、
前記電気ヒーターにより蒸発された蒸気を前記室内機へ導くダクトとを備えた
ことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
【請求項２】
請求項１において、前記ダクト内の蒸気を室内機へ強制的に送り出す加湿用ファンを備え、前記加湿用ファンは風量を調節できる機能を備えたことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
【請求項３】
請求項１において、前記副膨張弁、前記副室外熱交換器、前記水受け皿及び前記電気ヒーターを備えた副室外機を構成したことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
【請求項４】
請求項３において、前記副室外機を前記主室外機の上部に設置して一体化したことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
【請求項５】
請求項３において、前記副室外熱交換器の空気流方向に対して風上側に、空気清浄機能を備えたフィルターあるいは空気清浄装置を設置したことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
【請求項６】
請求項５において、前記フィルターあるいは前記空気清浄装置を一定期間後あるいは特定の信号受信で自動的に清掃する機能を備えたことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式空気調和機に係り、特に暖房加湿運転が可能なヒートポンプ式空気調和機に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
一般家庭で多く使用されているヒートポンプ式空気調和機は、室内機と室外機とが別体で構成され、室内機内には、室内空気と冷媒を熱交換させるための室内熱交換器と、室内空気を送り出す室内ファンとが設置され、室外機内には、外気と冷媒を熱交換させるための室外熱交換器と、外気を通風する送風機と、冷媒を循環させる圧縮機と、冷媒を減圧する膨張弁等が設置されている。これらの室内機と室外機との間に接続配管を用いて冷媒流路を接続することで、室内機と室外機の間を冷媒が行き来して冷凍サイクルが成り立っている。
【０００３】
この構成のヒートポンプ式空気調和機において、四方弁により冷媒の流れ方向を変えることによって冷房運転及び暖房運転を行っている。現在のヒートポンプ式空気調和機のほとんどは、冷房運転及び暖房運転が中心になって制御が行われている。しかしながら、従来からヒートポンプ式空気調和機といいながら暖房加湿運転ができないものがほとんどであった。
【０００４】
従来の暖房加湿運転が可能なヒートポンプ式空気調和機としては、特開２００１−９９４５２号公報（特許文献１）に示されたものがある。
【０００５】
このヒートポンプ式空気調和機は、室内機と室外機と加湿装置とによって構成されている。室内機は室内熱交換器と室内ファンを備えている。室外機は圧縮機、膨張機構、室外熱交換器、室外ファン等を備えている。室内機と室外機とは、一対の連絡配管によって接続されている。室内熱交換器と共に圧縮機、膨張機構及び室外熱交換器が連絡配管等によって接続されて、冷凍サイクルが構成されている。この冷凍サイクルは四方弁によって冷凍サイクル動作とヒートポンプ動作とが切り換えられる。加湿装置は、外気に含まれる水分をゼオライトに一旦吸着させ、高湿となったゼオライトをヒーターにより加熱してゼオライトから水分を取出して加湿用空気を生成する加湿ユニットと、室内に開口して加湿用空気を加湿ユニットから室内に導く空気ダクトとを備え、加湿用空気を室内に送り込んで室内を加湿するようになっている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−９９４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したゼオライトを使用したヒートポンプ式空気調和機では、ゼオライトの時系列的な劣化により、水分吸着量が減少することが考えられる。また、外気温度が低い（特に外気温度がマイナス）場合や外機湿度が低い場合において、ゼオライトによる水分吸着量が大幅に低下することが考えられ、安定した加湿量を維持することが困難であると考えられる。
【０００８】
本発明の目的は、長期間にわたって安定的に加湿量を確保することができるヒートポンプ式空気調和機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の目的を達成するために、本発明は、圧縮機、四方弁、主室外熱交換器、主膨張弁、主室外ファンを具備する室外機と、室内熱交換器、室内ファンを具備する室内機とを備え、前記圧縮機、前記四方弁、前記主室外熱交換器、前記主膨張弁及び前記室内熱交換器を冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成し、冷房運転及び暖房加湿運転が可能なヒートポンプ式空気調和機において、前記冷凍サイクルの一部として暖房加湿運転時における前記主膨張弁の上流側に設けられ、前記室内熱交換器からの冷媒を減圧する副膨張弁と、前記冷凍サイクルの一部として暖房加湿運転時おける前記副膨張弁の下流側で且つ前記主膨張弁の上流側に設けられ、前記副膨張弁からの冷媒を流すことにより外気を冷却して凝縮水を生成する副室外熱交換器と、前記副室外熱交換器で生成した凝縮水を溜める水受け皿と、前記水受け皿に溜めた凝縮水中に浸漬して凝縮水を直接加熱して蒸発させる電気ヒーターと、前記電気ヒーターにより蒸発された蒸気を前記室内機へ導くダクトとを備えたものである。
【００１０】
係る本発明におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記ダクト内の蒸気を室内機へ強制的に送り出す加湿用ファンを備え、前記加湿用ファンは風量を調節できる機能を備えたこと。
（２）前記副膨張弁、前記副室外熱交換器、前記水受け皿及び前記電気ヒーターを備えた副室外機を構成したこと。
（３）前記副室外機を前記主室外機の上部に設置して一体化したこと。
（４）前記副室外熱交換器の空気流方向に対して風上側に、空気清浄機能を備えたフィルターあるいは空気清浄装置を設置したこと。
（５）前記フィルターあるいは前記空気清浄装置を一定期間後あるいは特定の信号受信で自動的に清掃する機能を備えたこと。
【発明の効果】
【００１１】
かかる本発明のヒートポンプ式空気調和機によれば、長期間にわたって安定的に加湿量を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。なお、本発明は、それぞれの実施形態を適宜に組み合わせることにより、さらに効果的なものとすることを含む。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態のヒートポンプ式空気調和機を図１から図４を用いて説明する。
【００１３】
本実施形態のヒートポンプ式空気調和機６０の全体に関して図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態のヒートポンプ式空気調和機６０の構成図である。
【００１４】
ヒートポンプ式空気調和機６０は、室外機３０と、室内機４０と、副室外機５０と、これらを連繋する接続装置とから構成され、冷房運転、暖房運転が可能である。暖房運転には暖房単独運転と暖房加湿運転とが含まれる。ここで、暖房加湿運転とは、暖房時に室内の加湿を行う運転のことである。これらの各運転モードはリモコン（図示せず）の操作により設定可能である。また、接続装置は、各機器３０、４０、５０を連絡する冷媒配管、電気配線、信号配線、及び副室外機５０と室内機４０とを連繋するダクトからなる。
【００１５】
リモコンには、冷房運転、暖房単独運転及び暖房加湿運転の各運転モードを個別に設定できる個別運転設定ボタンと、これらの運転モードを自動的に選択できる自動運転設定ボタンとが設けられている。自動運転設定ボタンが操作された場合には、室内の温度や湿度などを検出するセンサーの検出結果に基づいて、各運転モードが自動的に選択される。なお、暖房運転時に加湿を行う加湿ボタンを設け、暖房運転モードを設定した状態で加湿ボタンを操作することにより、暖房加湿運転が行われるようにしてもよい。
【００１６】
室外機３０は、室外に配置され、圧縮機１、四方弁２、主室外熱交換器６、主膨張弁５、室外空気である外気を室外熱交換器６に通風する主室外ファン７を具備して構成されている。
【００１７】
室内機４０は、室内の壁面上部などに配置され、室内熱交換器３、この室内熱交換器３に室内空気を通風する室内ファン４を具備して構成されている。なお、室内熱交換器３を２つに分割すると共に、除湿用減圧装置を備えて、公知の除湿運転もできるようにしてもよい。
【００１８】
副室外機５０は、副室外筐体５１内に副膨張弁１０、副室外熱交換器９を具備して構成され、室外機３０と上下または左右に並置して、或いは室外機３０から離れて室外に配置される。副室外熱交換器９は、主室外熱交換器６と共に室外熱交換器を構成するものであり、プレートフィンと冷媒配管とから構成されている。
【００１９】
冷凍サイクルは、圧縮機１、四方弁２、主室外熱交換器６、主膨張弁５、副室外熱交換器９、副膨張弁１０、室内熱交換器３を冷媒配管で接続して構成されている。この冷凍サイクルにおいて、四方弁２を実線に示すように動作することにより、圧縮機１、四方弁２、主室外熱交換器６、主膨張弁５、副室外熱交換器９、副膨張弁１０、室内熱交換器３、四方弁２、圧縮機１の順に冷媒を循環する冷房サイクルが構成される。また、四方弁２を点線に示すように動作することにより、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、副膨張弁１０、副室外熱交換器９、主膨張弁５、主室外熱交換器６、四方弁２、圧縮機１の順に冷媒を循環する暖房サイクルが構成される。
【００２０】
冷房運転時は、主膨張弁５を全開状態に、副膨張弁１０を絞り状態にし、四方弁２を実線状態とした冷房サイクルで運転される。この冷房運転時において、冷媒は、圧縮機１で圧縮され、四方弁２を通り、主室外熱交換器６で外気に放熱して凝縮され、全開の主膨張弁５を通り、副室外熱交換器９で外気にさらに放熱して凝縮され、副膨張弁１０で絞られて減圧され、室内熱交換器３で室内空気から吸熱して蒸発され、四方弁２を通り、圧縮機１に戻される。かかる冷媒の循環が継続されることにより室内の冷房が行われる。
【００２１】
暖房単独運転時は、主膨張弁５を全開状態に、副膨張弁１０を絞り状態にし、四方弁２を点線状態とした暖房サイクルで運転される。この暖房単独運転において、冷媒は、圧縮機１で圧縮され、四方弁２を通り、室内熱交換器３で室内空気に放熱して凝縮され、副膨張弁１０で絞られて減圧され、副室外熱交換器９で外気から吸熱して蒸発され、全開の主膨張弁５を通り、主室外熱交換器６でさらに外気に放熱して蒸発され、四方弁２を通り、圧縮機１に戻される。かかる冷媒の循環が継続されることにより、加湿を伴わない室内の暖房が行われる。
【００２２】
暖房加湿運転時は、主膨張弁５及び副膨張弁１０を共に絞り状態にし、四方弁２を点線状態とした暖房サイクルで運転される。この暖房加湿運転において、冷媒は、圧縮機１で圧縮され、四方弁２を通り、室内熱交換器３で室内空気に放熱して凝縮され、副膨張弁１０で絞られて減圧され、副室外熱交換器９で外気から吸熱して蒸発され、主膨張弁５でさらに絞られて減圧され、主室外熱交換器６でさらに外気から吸熱して蒸発され、四方弁２を通り、圧縮機１に戻される。かかる冷媒の循環が継続されることにより、副室外熱交換器９の表面に凝縮水が生成され、この凝縮水を利用して加湿を伴った室内の暖房が行われる。このように、冷凍サイクルに設けた副室外熱交換器９により凝縮水を生成することにより、長期間にわたって安定的に加湿量を確保することができる。即ち、副膨張弁１０を絞ることで配管内の冷媒を減圧し、加湿に必要な水分を副室外熱交換器９にて凝縮させることができる。また、絞り量を調節することにより、時系列的にも安定した水分量を確保することができる。
【００２３】
次に、暖房加湿運転時における副室外熱交換器９に生成される凝縮水を利用した加湿に関して図２を参照しながら説明する。図２は図１の副室外機５０の断面概略図である。
【００２４】
副室外機５０は、加湿装置を構成するものであり、外気を凝縮して凝縮水を生成する副室外熱交換器９と、副室外熱交換器９で生成した凝縮水を溜める水受け皿１１と、この水受け皿１１に溜めた凝縮水を加熱して蒸発させる加熱手段である電気ヒーター１２と、電気ヒーター１２により蒸発された蒸気を室内機４０へ導くダクト１３と、ダクト１３内の蒸気を室内機４０へ強制的に送り出す加湿用ファン１４とから構成されている。
【００２５】
副室外熱交換器９は、暖房加湿運転時おける副膨張弁１０の下流側で且つ主膨張弁５の上流側に設置され、副膨張弁１０で減圧された冷媒が流れることにより、外気を冷却して凝縮水を生成する。ここで、副膨張弁１０の絞り量は、外気から必要量の凝縮水が生成できるように、外気温度や外気湿度に基づいて制御装置（図示せず）により制御される。また、主膨張弁５及び副膨張弁１０の絞り量は、外気がマイナスの温度になった場合でも、副室外熱交換器９への着霜を抑制しつつ凝縮水の生成を可能とするように制御される。
【００２６】
水受け皿１１は、副室外熱交換器９から滴下する凝縮水を受けることができるように副室外熱交換器９の下方に配置され、この凝縮水を所定量貯留して必要な加湿量が確保できる深さを有している。水受け皿１１は、副室外熱交換器９より幅広に形成され、副室外熱交換器９より外側に位置する部分を蒸気生成部１１ａとしている。
【００２７】
電気ヒーター１２は、水受け皿１１に溜めた凝縮水を加熱して蒸発させるものであり、凝縮水を直接加熱できるように蒸気生成部１１ａ内に設置されている。これにより凝縮水を効率よく加熱することができる。
【００２８】
ダクト１３は、筒状に形成されて、蒸気生成部１１ａの上部に設置されている。ダクト１３の副熱交換器側の壁面１３ａの下端部は、水受け皿１１の底面近傍まで延びて形成されている。これによって、蒸気生成部１１ａ内の凝縮水を電気ヒーター１２により効率よく加熱して蒸気とすることができる。ダクト１３の反副熱交換器側の壁面１３ｂの下部の貯留した凝縮水の水面に近い位置に、外気取り入れ口１５が設けられている。この外気取り入れ口１５は露受け皿１１の側面に設けてもよい。ダクト１３の上端開口には、副室外機５０と室内機４０を連繋するダクトが接続されている。
【００２９】
加湿用ファン１４は、外気取り入れ口１５から外気を取り入れて、蒸気生成部１１ａで蒸発された蒸気と共に室内機４０へ送り出すものであり、ダクト１３内の上部に設置されている。外気取り入れ口１５を設けたことにより、加湿用ファン１４にて蒸気を室内に送る場合に、スムーズに室内空間に蒸気を送ることが出来る。
【００３０】
室外空気の温度が低くなると（すなわち、室外空気がマイナス温度になると）、副室外熱交換器９に着霜し、水分をとりこむのが困難になることがある。その場合、本実施形態による補水方法では、副膨張弁１０にて冷凍サイクルを制御し副室外熱交換器９に着霜させ、図示しないが温度センサー等により着霜の度合いを検知し、副膨張弁１０による制御から主膨張弁５による制御に変更することにより、それまで蒸発器である主室外熱交換器６の補助熱交換器として使用していた副室外熱交換器９を凝縮器として作用させることが出来、ある程度温度の高い冷媒を副室外熱交換器９内に送りこむことができ、着霜した霜を溶かし水分として露受け皿１１に送ることが出来る。したがって、室外空気の温度がマイナスの状態においても、加湿運転をすることが可能となる。
【００３１】
一方、上記した方法にて副室外熱交換器９を作用させることにより、通常の暖房運転時に冷媒配管の一部となっていた副室外熱交換器９を主室外熱交換器６の補助的な役割をさせることができることから、暖房性能の向上も図れる。
【００３２】
本実施形態によれば、従来のヒートポンプ式空気調和機に加湿用副室外機５０を追加するだけで加湿が可能なヒートポンプ式空気調和機にすることができる。また、通常の暖房単独運転及び冷房運転においても、副室外機５０は室外熱交換器６の補助的な役割を果たすことから、暖房性能あるいは冷房性能を向上させることも可能である。
（第２〜第６実施形態）
次に、本発明の第２〜第６実施形態について図３〜図７を用いて説明する。この第２〜第６実施形態は、以下に述べる点で対比する実施形態と相違するものであり、その他の点については対比する実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
【００３３】
図３は本発明の第２実施形態における副室外機５０の断面概略図である。この第２実施形態は、第１実施形態に比較して、水受け皿１１の凝縮水生成部１１ａのみを深く形成したものである。これにより、凝縮水生成部１１ａの凝縮水の量を確保して確実な加湿を行うことができる。
【００３４】
図４は本発明の第３実施形態における副室外機５０の断面概略図である。この第３実施形態は、第２実施形態に比較して、水受け皿１１の底面全体を凝縮水生成部１１ａに行くに従って徐々に深くなるように形成したものである。これにより、凝縮水生成部１１ａへ凝縮水をスムースに導くことができる。
【００３５】
図５は本発明の第４実施形態のヒートポンプ式空気調和機６０の構成図である。この第４実施形態は、第２実施形態に比較して、副室外機５０内に設置された副室外熱交換器９に外気からの空気を強制的に送る副室外ファン１６を設置したものである。第１実施形態では、副室外機５０の設置場所や副室外機５０の形状などにより、取れる水分の量が安定しない可能性がある。第２実施形態のように強制的に外気を送ることにより、外気を有効に取り入れることができ、安定して加湿量の増加を図ることができる。そして、副室外機５０の内部に室外の空気を強制的に循環させる加湿用ファン１４を設置し、副膨張弁１０の絞り量と副室外ファン１６の風量を調節することにより、外気からの水分除去量をコントロールすることができ、部屋の大きさの違いによる必要加湿量の違いで副室外機５０の構成を変える必要がなくなる。また、外気温度あるいは副室外熱交換器９の温度に対する副室外ファン１６の回転数を関連づける制御を行うことにより、副室外ファン１６を効率良く運転することができる。
【００３６】
図６は本発明の第５実施形態における室外機３０及び副室外機５０の設置状態を説明する斜視図である。
【００３７】
この第５実施形態では、副室外機５０を主室外機３０の上部に設置し、副室外機５０と主室外機３０を一体化することにより、室外機３０と副室外機５０の全体としてのコンパクト化を図ることができる。また、工場の生産段階で副室外機５０を室外機３０に組み込むことができるため、据え付け時における後付のわずらわしさを解消できる。
【００３８】
また、副室外機５０が主室外機３０に組み込まれることにより、副室外機５０と主室外機３０をつなぐ接続配管を工場生産段階でつなぎ、生産過程で冷媒漏れをチェックすることができるため、据え付け時での冷媒漏れ不良も低減することができる。
【００３９】
さらに、主室外熱交換器６の補助熱交換器として副室外熱交換器９を作用させるとき、主室外熱交換器６と副室外熱交換器９の間にある接続配管を極力短くすることにより、熱交換器間の圧力損失を低減できるため、冷房運転や暖房運転の際に副室外熱交換器９を有効に活用することができ、性能向上にもつながる。
【００４０】
図７は本発明の第６実施形態における副室外機５０の断面概略図である。
【００４１】
一般家庭に使用されるヒートポンプ式空気調和機において、使用後の室外機を見ると、塵やほこり等が付着しており、特に室外熱交換器の表面にほこりが累積していることが多い。そこで、この第６実施形態では、副室外熱交換器９の空気流方向に対して風上側に、空気清浄機能を備えたフィルター１８あるいは空気清浄装置１９あるいは両方を設置したものである。かかる構成とすることにより、概ね塵やほこりを除去した空気を副室外熱交換器９に送ることができ、副室外熱交換器９の捕水性能の低下を抑えることができる。また、副室外熱交換器９に送られる空気を清潔な状態にすることによりそこで捕水する水分を清潔に保つことができ、その水分を電気ヒーター１２で加熱することで、清潔な空気で室内を加湿することができる。
【００４２】
なお、この第６実施形態では、フィルター１８や空気清浄装置１９に塵やほこりが付着することが考えられる。フィルター１８や空気清浄装置１９が塵やほこりで目詰まりを起こすと、副室外熱交換器９に送られる空気量が低下し、必要な水分を確保するために設置当初よりも多くのエネルギーが必要となる。そこでフィルター１８あるいは空気清浄装置１９を一定期間後あるいは特定の信号受信または電源投入時に自動的に清掃することにより、フィルター１８や空気清浄装置１９での塵やほこりによる目詰まりを解消し、無駄なエネルギーを使うことをなくすことが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態のヒートポンプ式空気調和機の構成図である。
【図２】図１における副室外機の断面概略図である。
【図３】本発明の第２実施形態における副室外機の断面概略図である。
【図４】本発明の第３実施形態における副室外機の断面概略図である。
【図５】本発明の第４実施形態のヒートポンプ式空気調和機の構成図である。
【図６】本発明の第５実施形態における室外機及び副室外機の設置状態を説明する斜視図である。
【図７】本発明の第６実施形態における副室外機の断面概略図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…圧縮機、２…四方弁、３…室内熱交換器、４…室内ファン、５…膨張弁、６…室外熱交換器、７…室外ファン、９…副室外熱交換器、１０…副膨張弁、１１…水受け皿、１１ａ…蒸気生成部、１２…電気ヒーター、１３…ダクト、１３ａ、１３ｂ…壁面、１４…加湿用ファン、１５…外気取り入れ口、１６…副室外ファン、１８…フィルター、１９…空気清浄装置、３０…室外機、４０…室内機、５０…副室外機、５１…副室外筐体、６０…ヒートポンプ式空気調和機。
【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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