(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デッキ（１４）を備え且つフレーム（４）を支持するように構成された基盤（１）を具備した風力発電所において、
前記フレーム（４）は、個別に取り外し可能な風力発電機（１３）を受容し且つ支持するように構成された、複数の区画（２６）を具備し、
さらに、前記デッキと前記区画との間を、前記風力発電機（１３）を移動させるように構成され且つ配置されている発電機搬送手段（３２、３５）を具備し、
前記発電機搬送手段は発電機搬送器（３２）を具備し、該発電機搬送器は前記フレーム（４）上において発電機移送手段（３５）と解放可能に接続可能であり、前記発電機搬送器（３２）は、風力発電機（１３）を保持、支持、および取り扱うように構成され且つ配置されており、
前記発電機搬送器（３２）はさらに傾斜アセンブリ（３４）を具備し、前記傾斜アセンブリ（３４）を用いて、前記風力発電機（１３）を水平向きから直立の向きに起こすことが可能であることを特徴とする風力発電所。
【請求項２】
前記デッキ（１４）上を移動し、且つ前記発電機搬送器（３２）を支持するように配置された台車（３１）をさらに具備していることを特徴とする請求項１に記載の発電所。
【請求項３】
前記発電機搬送器（３２）は作業者キャビン（３３）を具備していることを特徴とする請求項１または２に記載の発電所。
【請求項４】
前記基盤（１）は、少なくとも１つの主外殻（２）により支持された浮揚式基盤であり、前記主外殻はタレット停泊器（６、７）を通じて海底に連結可能であり、それにより前記風力発電所は風向に追従可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発電所。
【請求項５】
前記主外殻（２）の各側に１つずつ配置された張出浮材（３）をさらに具備し、それにより前記主外殻および張出浮材は三胴船構成を形成していることを特徴とする請求項４に記載の発電所。
【請求項６】
停泊ライン（７）を介して海底に連結可能なスイベル継手（６）をさらに具備し、それにより前記発電所は風向に追従可能であることを特徴とする請求項４または５に記載の発電所。
【請求項７】
前記風力発電機（１３）のための格納エリア（３６）をさらに具備していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の発電所。
【請求項８】
前記デッキ（１４）上を移動し、且つ前記発電機搬送器（３２）を支持するように配置された台車（３１）をさらに具備しており、
前記格納エリア（３６）と前記フレーム（４）との間に延びたレールトラック（３０）をさらに具備し、前記台車（３１）は前記レールトラック（３０）上を移動するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の発電所。
【請求項９】
前記風力発電機（１３）は、前記区画（２６）の形状に適合した外側形状を有するハウジング（１６）を具備することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の発電所。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段に詳述されたような、電気エネルギを発生させるための風力発電所に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電技術は、特に３枚ブレード風力タービンに関して、近年顕著な発展を見せている。最大の最新式風力タービンは、１５０メートルのロータ直径を有し、約６ＭＷの設定された出力を発生させる。これらの大型タービンに付随した問題は、超音速の先端速度による振動である。
【０００３】
ベッツの法則によれば、従来の風力タービンの最大効率は５９．３％である。実際に、今日の風力発電所の効率は３５％〜４０％の間である。複数の風力発電所は、浅瀬の海底上に設置されており、浮揚式発電所がさらなる沿岸における使用のために開発されている。従来の風力タービンはかなりの騒音を生じ、鳥類の生命に重度の危険をもたらしている。
【０００４】
多様なタイプの付様式風力発電所が存在している。先行技術は、浮揚式風力発電所を開示した特許文献１を含んでおり、その風力発電機は、停泊ラインによって停泊位置に停泊した浮揚体の上部に搭載されており、風力発電機により発生する電力は、ケーブルに供給される。先行技術は、沖合風力発電機のための基盤を開示した特許文献２も含んでいる。この基盤は自己浮揚式であり、且つ基盤構造を具備した強化コンクリートの安定構造であり、基盤構造上には中空の略円筒形タワー構造が配置され、基盤構造の最小横方向寸法よりも小さい下部外径を有し、それはタワー構造のその直径が、タワー構造の上部に向かって上向きに漸次的に減少しているためである。先行技術は、フレーム内に搭載された風車を含んだ搭載技術を開示した特許文献３も含んでいる。そのフレームには浮揚体が設けられ、風に向かって風車を転回させるために、浮揚体は垂直軸の周りに回転可能である。風車を直立に維持するために、例えば海底に固定された本体のような支持手段が、風車の面から所定の距離だけ離れて配置されている。
【０００５】
従来のパイロン搭載型発電機を備えた、先行技術による風力発電所は、強風の中では限定された性能特性を有し、それらの特性は保守集中であり、修理または改修が必要となった場合に、完全に停止されなければならない。したがって、運転および保守がより容易な、且つ強風の負荷を処理可能な風力発電所が必要とされている。
【０００６】
先行技術は、浮揚式基盤、フレームおよびフレーム内に設けられた複数の風力発電機を具備した、浮揚式風力発電装置を開示した特許文献４も含んでいる。風力発電機は、上側および下側トラニオンシャフトを介してフレームに個々に搭載され、発電機が風と個別に整列することを可能にしている。組み立ての際、風力発電機は、フレームが浮揚式基盤に設置される前に最初にフレームに搭載されるか、またはその逆となる。発電機ユニットは、各風車に接続される。浮揚式基盤の位置は、碇を用いて固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１１２１１５号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２０１０／０１９０５０号パンフレット
【特許文献３】国際公開第９９／０２８５６号パンフレット
【特許文献４】英国特許出願公開第２４６１７７２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は先行技術の改良であり、それに加えて他の利点を提供している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、主請求項において説明され且つ特徴付けられており、一方で従属請求項は本発明の他の特徴を記載している。
【００１０】
したがって、デッキを備え且つフレームを支持するように構成された基盤を具備した風力発電所が提供されており、その発電所は、
−  フレームが、個々に取外し可能な風力発電機を受容し且つ支持するように構成された、複数の発電機ステーションを具備し、
−  発電機搬送手段が、デッキと発電機ステーションとの間を、風力発電機を移動させるように構成され且つ配置されている、ことにより特徴付けられている。
【００１１】
一実施形態においては、発電機搬送手段は発電機搬送器を具備し、発電機搬送器は前記フレーム上において発電機移送手段に解放可能に接続可能であり、発電機搬送器は、風力発電機を保持、支持、および取り扱うように構成され且つ配置されている。発電所は、デッキ上を移動し且つ発電機搬送器を支持するために配置された台車を具備していてもよい。
【００１２】
一実施形態においては、風力発電機はハウジングを具備し、ハウジング内には、タービンが回転可能に配置されており、タービンは、周囲リムにより相互接続された複数のブレードを具備し、リムは複数の磁石を具備し、且つハウジングは、周囲リムに接近して配置された複数のコイルを具備している。磁石は、磁力を調節可能な電磁石であってもよい。磁石は永久磁石であってもよい。コイルは、コイルとリムとの間の距離を調節するように移動可能な可動式コイルであってもよい。発電機ハウジング、リム、およびブレードは、非磁性材料製である。一実施形態においては、ハウジング、リム、およびブレードは、例えば押出アルミニウムプロファイルのようなアルミニウム製である。
【００１３】
一実施形態においては、基盤は少なくとも１つの主外殻により支持された浮揚式基盤であり、主外殻はタレット停泊器を介して海底に連結可能であり、それにより発電所は風向に追従可能である。風力発電所は、風力発電機のための格納領域を具備していてもよい。
【００１４】
本発明の発電所は連続的に運転可能、したがって連続的に電力を生成可能であり、保守または強風による停止の必要がない。
【００１５】
本発明は、１つ以上の風力発電機が修理または交換のために取り外されている間でも、そのような発電所が運転中であるように、多少なりとも連続運転が可能である。複数の予備の発電機が、常に基盤上で入手可能であってもよく、運転を阻害されないことを確実にし得る。
【００１６】
本発明のこれらのまたは他の特徴は、実施形態の選択的形式の以下の記載から明確になるであろう。それらの実施形態は、添付の概略図を参照して非限定的な例として与えられている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の発電所の実施形態を示した側面図である。
【図２】図１に示された発電所を示した平面図である。
【図３】図１に示された発電所を示した正面図である。
【図４】電磁石を備えた、風力発電機の第１実施形態を示した正面図である。
【図５】永久磁石を備えた、風力発電機の第２実施形態を示した正面図である。
【図６】本発明の発電所の第２実施形態を示した、上からの斜視図である。
【図７】波止場地域における組み立ての際且つ風力発電機が搭載される前の、図６に示された発電所を示した斜視図である。
【図８】デッキ上に格納された複数の風力発電機も示した、図７に示された発電所を示した別の斜視図である。
【図９】台車および発電機搬送器により運搬された風力発電機を示した、図８に示された発電所の風力発電機搭載行程のステップを示した斜視図である。
【図１０】傾斜アセンブリが風力発電機を水平向きから起こす行程中である状態を示した、図９のステップに続いたステップを示した図である。
【図１１】傾斜アセンブリが風力発電機を直立した向きに起こし、且つ発電機移送手段が発電機搬送器に接続された状態を示した、図１０のステップに続いたステップを示した図である。
【図１２】発電機移送手段が、（風力発電機を保持した）発電機搬送器を釣り上げた状態を示した、図１１のステップに続いたステップを示した図である。
【図１３】発電機移送手段が、（風力発電機を保持した）発電機搬送器を指定された発電機ステーションへと釣り上げた状態を示した、図１２のステップに続いたステップを示した図である。
【図１４】風力発電機が発電機ステーション内に挿入され、これにより（戻り始めた）発電機搬送器から荷卸しされた状態を示した、図１３のステップに続いたステップを示した図である。
【図１５】発電機ステーションに搭載された風力発電機、セイルの上部とデッキとの間を移動する発電機搬送器、およびデッキのレール上に載置された台車を示した、風力発電機の第２実施形態を示した斜視図である。
【図１６】風力発電機の第２実施形態を示した斜視図である。
【図１７】ハウジングに配置された複数のコイルを備えた、カバーが取り外された図１６に示された風力発電機を示した別の斜視図である。
【図１８】運転状態にある、風力発電機の第２実施形態を示した斜視図である。
【図１９】図１７に示された風力発電機を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の記載は、「水平な」、「垂直な」、「横向きの」、「後および前」、「上および下」、「上方」、「下方」、「内側」、「外側」、「前方」、および「後方」のような用語を使用し得る。これらの用語は、図に示された視点および向きを一般的に参照しており、本発明の通常使用に関連している。用語は読者の利便性のみのために使用され、限定されるものではない。
【００１９】
最初に図１を参照すると、風力発電所は、海面Ｓの上に浮揚するように構成され且つ１つ以上の外殻を具備した基盤１を具備している。図示された実施形態においては、基盤は主外殻２および主外殻の各側の１つの張出浮材３を具備し、それ自体公知の三胴船の構成とされている。三胴船基盤は、１つの大きい主荷船、およびその各側にそれぞれ１つずつ配置された２つのより小さい荷船から有利に構成されている。主外殻には船尾（すなわち後）側推進機８が設けられている。３つの外殻（例えば荷船）は、海面レベルＳの上において、所定の幅および高さを備えたデッキ構造１４（図２参照）により好適に接続されている。海面レベルよりも上のデッキ高さは、デッキへの波の力を回避するような好適な大きさとされるべきである。
【００２０】
停泊ライン７（または類似したもの、例えばロープおよび／または鎖）は、主外殻の船首（すなわち前）端部においてスイベル継手６から、先行技術によりそれ自体公知のタイプの１つ以上の碇へと延びている。したがって、基盤はスイベルの周りに３６０°回転可能であり、風および流れの動向を示し得る。
【００２１】
フレーム４（これ以降「セイル」としても参照される）は、基盤上に直立し、外殻の長手軸に対して横向きであり、且つ上向きの垂直距離だけ延びている。セイル４は概して外殻およびデッキに溶接されており、傾斜部材５ａ（後部の主外殻２に接続されている）および複数の水平部材５ｂを具備した支柱５により補強されている。セイル４は格子構造を具備し、この格子構造は、複数の区画２６を形成した複数の垂直コラム２５ａおよび水平コラム２５ｂを備え（図３参照）、各区画は個別の風力発電機１３を受容するように構成されている。したがって、これらの区画はこれ以降発電機ステーション２６として参照され、図３は、個々の区画２６内に装備された風力発電機１３の幾つかのみを示している。
【００２２】
支柱５は風向追従効果に寄与しており、これにより基盤は、卓越風１０に対して有利な向きを常に有する。船尾側に搭載された推進機８（電力、油圧、またはエンジンにより動力供給される）は、使用される必要がある。
【００２３】
基盤には、主外殻の船尾部に、送出されたボートの容易なアクセスが可能な設備（図示略）およびヘリパッド９が設置されている。個人シェルタ、サービス用建造物、および生活区域（図示略）が、必要に応じて設置されていてもよい。
【００２４】
図４は、発電機ステーション２６（図３参照）内に装備されるために構成された風力発電機１３の一実施形態を示している。発電機１３はハウジング１６を具備し、発電機ステーション２６の形状に適合した外形を有する。図示された実施形態においては、これらの形状は正方形であるが、本発明はそのような形状に限定されない。
【００２５】
タービン１７はボス１８を介して、ハウジング１６により剛的に支持された支持梁１９に回転可能に装着されている。タービン１７は、周囲リム２７により相互接続された複数のタービンブレード２８（４つが図４に示されている）を具備している。複数の電磁石２０（２つのみが図４に示されている）が、リム２７の内側に接続されている。当業者は、２つよりも多くの磁石が必要とされ得ることを理解するだろう。磁石２０は好適に電磁石であり、それにより磁力が調節され得る。複数の電気コイル２１は、タービンリム２７に向かって且つ接近して、ハウジング１６内（図４においては、４つのコイルがハウジングのコーナーに各１つ）に配置されている。
【００２６】
運転においては、風がタービン１７を回転させた場合、（リム２７と共に回転する）電磁石２０はコイル２１と相互作用し、磁気誘導によりコイル２１内に電流を発生させ、それ自体は公知の法則である。磁石の極性に依存して、交流電流（ＡＣ）または直流電流（ＤＣ）のいずれかが生じ得ることを、当業者は理解するだろう。実用的には、発電所は直流電流の電力を生じさせ、それは海底ケーブル（図示略）を通じて沿岸に送電される前に高圧に変換される。
【００２７】
電磁石の使用により、回転するタービンの抵抗を調節して、これによりどれだけの電気エネルギを生成するかを調節することが可能である。しかし、電磁石の磁気抵抗は、どれだけの風の動的エネルギが電気エネルギに変換されるか、およびどれだけの風の動的エネルギが阻害されることなく風力発電機を通過し、したがってセイルを通過するかということも、直接調節する。このことは、すなわち発電所の停泊システムに直接影響している。
【００２８】
図５は、風力発電機１３の第２実施形態を示しており、この発電機は、（前述の図４を参照して記載された電磁石２０の代わりに）複数の永久磁石２２を備えている。永久磁石２２（図５において２つのみが示されている）は、リム２７の内側に接続されている。２つよりも多くの磁石が必要とされ得ることを、当業者は理解するだろう。この実施形態においては、移動可能な電気コイル２３はハウジング１６内に配置され（図５においては、ハウジングの各コーナーに１つずつ配置されている）、タービンリム２７に面し且つ接近している。移動可能なコイル２３は、図５に矢印Ｍで示されたように前後に移動してもよく、したがって、永久磁石２２の間の距離を調節し、ひいては電磁石を備えた場合と同様の効果を達成している。
【００２９】
図３に戻ると、個々の発電機ステーション２６内に装備された複数の風力発電機１３が示されており、本発明は、連続的な運転および電気の生成が可能であることが理解される。１つの発電機１３が修理、改修される必要がある場合または交換されなければならない場合、対象の発電機１３は取り外され（または再装備され）、一方で残りの発電機は運転を続ける。このモジュール構成は、創作された発電所を以上に多目的な、頑丈な、且つ信頼性の高いものとする。
【００３０】
図１は、そのような取り外しおよび交換の方法の１つを示している。ウィンチ１１がセイル４の上部に配置され、ワイヤ１１ａを介して作業基盤１２に接続されている。作業基盤は一人以上の作業者のための空間および接続手段（図示略）を含み、これにより、発電機１３は作業基盤１２に取り付けられて、デッキ１４に下降（またはそこから上昇）され得る。
【００３１】
創作された発電所は、非常に大型のものとして建設され得る。例えば、セイル４は２００ｍ×２００ｍ（すなわち４００００ｍ２）またはそれ以上の表面積を有し得る。しかしながら、本発明はそのような寸法に限定されない。創作された発電所は、すべての考えられる天候状態の下で運転可能であり、且つ電気エネルギを生成することが可能である。先行技術の風力発電所における発電は、風速１１〜１２ｍ／ｓにおいて一般的にピークとなり、風速が２０ｍ／ｓを越えると停止する。しかしながら、創作された発電所により、先に記載されたセイル表面積を有することは、発明者の計算によれば最大生成を維持し、風速２０ｍ／ｓを越える風エネルギを完全に使用して、そして安定して、且つより高い風速であっても一定の発電を行い得る。本発明の発電所（４００００のｍ２セイル表面積を有する）が、２０ｍ／ｓの風速において約１００ＭＷの発電を行い得ることを、計算は示していた。
【００３２】
図６は、創作された発電所１の第２実施形態を示しており、デッキ１４を支持した主外殻２および張出浮材外殻（図示略）、ならびに複数の風力発電機１３を保持したセイル４を具備している。図７および図８において、発電所は岸壁２９に組み立てられている。第１実施形態のように、セイル４は、全体的に水平梁および垂直梁２６ａ、２６ｂにより形成された複数の発電機ステーション２６を具備している。デッキ１４は発電機格納エリア３６、クレーン（随意的に、図示略）、および発電機格納エリアとセイル４との間に（平行に）配置されたレールトラック３０を具備している。図８は、格納エリア３６内に格納された複数の風力発電機１３およびレール３０上に載置された台車３１を示している。
【００３３】
図９を参照すると、（レールトラック３０上を走行する）台車３１は発電機搬送器３２を搬送し、すなわち発電機搬送器は風力発電機１３を搬送する。風力発電機１３は、格納エリア３６から取り出されている。図９においては、台車３１はセイルの基部に位置しており、発電機搭載行程の開始が準備できている。図１０においては、発電機搬送器３２の傾斜アセンブリ３４が、風力発電機１３を水平向きから起こす行程中である。図１１においては、傾斜アセンブリ３４が、風力タービン発電機１３を直立の向きに起こした状態であり、セイル上の発電機移送手段３５は、発電機搬送器に連結されている。これらの発電機移送手段３５はラック−ピニオンシステム、ワイヤ−ウィンチシステム、または他の任意の公知の吊り上げシステムであってよい。図１１は、発電機搬送器３２が作業者キャビン３３を具備していることも示しており、このキャビンから発電機の装備および取り外しが制御され得る。
【００３４】
図１２においては、（風力発電機１３を保持した）発電機移送手段３５は発電機搬送器３２の吊り上げを開始しており、図１３においては、発電機搬送器は指定された発電機ステーションに到達している。この位置にある場合、アクチュエータ（図示略）は風力発電機を発電機ステーション内に前進させ、ステーション内に発電機は受容され、支持されて、且つ連結され、それは図１４にも見られている（必要とされるコネクタ、ケーブル等は図示略）。したがって、風力発電機は発電機搬送器３２から取り外され、搬送器はデッキレベルへと下降し得る。これは図１５に示されており、その図では、風力発電機は発電機ステーション内に装備され、発電機搬送器はデッキ上のレールに載置された台車に向かって移動している。
【００３５】
図１６、図１７、および図１９は、風力発電機１３の第２実施形態を示している。ハウジング１６（優先的な実施形態においてはアルミニウム製）は、発電機ステーション２６の形状と適合した外側形状を有する。図示された実施形態においては、これらの形状は正方形であるが、本発明はそのような形状に限定されない。タービン１７は、ボス１８を介して支持構造１９に回転可能に取り付けられ、そしてハウジング１６により堅固に支持されている。タービン１７は、周囲リム２７により相互接続された複数のタービンブレード２８（これらは図１６および図１７に示されている）を具備している。複数の磁石（図示略）が、リム２７に接続されまたは埋め込まれている。これらの磁石は電磁石であり、それにより磁力が調節可能であるか、または図４および図５を参照して先に記載されたように、永久磁石である。複数の電気コイル３７が、タービンリム２７に面して且つ接近して、ハウジング１６内に（図１７においては４つのコイルであり、ハウジングのコーナーに各１つが）配置されている。構成、可能な変形、および運転は、図４および図５を参照して先に記載されたようなものである。発電機ハウジング、リム、およびブレードは、非磁性材料製である。一実施形態においては、この材料は、例えばアルミニウム押出しプロファイル形式のアルミニウムである。
【００３６】
電力ケーブル、制御ケーブル、変圧器、ならびに発電機キャリアおよび搬送システムを含んだ、発電所の運転に必要な他のデバイスは、これらの構成が先行技術において公知であるので、図示されていない。
【００３７】
本発明の発電所は浮揚式基盤に関して記載されたが、本発明は浮揚式基盤上に設置されるものに限定されない。
【符号の説明】
【００３８】
１  ・・・基盤
２  ・・・主外殻
３  ・・・張出浮材
４  ・・・フレーム（セイル）
５  ・・・支柱
６  ・・・スイベル継手
７  ・・・停泊ライン
８  ・・・推進機
９  ・・・ヘリパッド
１０  ・・・風
１１  ・・・ウィンチ
１１ａ  ・・・ワイヤ
１２  ・・・作業基盤
１３  ・・・風力発電機
１４  ・・・デッキ構造
１６  ・・・ハウジング
１７  ・・・タービン
１８  ・・・ボス
１９  ・・・支持梁
２０  ・・・電磁石
２１  ・・・電磁コイル
２２  ・・・永久磁石
２５ａ  ・・・垂直コラム
２５ｂ  ・・・水平コラム
２６  ・・・発電機ステーション
２７  ・・・周囲リム
２８  ・・・タービンブレード
２９  ・・・岸壁
３０  ・・・レールトラック
３１  ・・・台車
３２  ・・・発電機搬送器
３３  ・・・運転者キャビン
３４  ・・・傾斜アセンブリ
３５  ・・・発電機移送手段
３６  ・・・発電機格納エリア
【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】
0006749332.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
0006749332.tif 000020