(57)【要約】【課題】熱交換効率が高く、流体の圧力損失を増加させることなく任意形状に成形することができ、しかも簡単で安価に構成できる熱交換器の提供。【解決手段】流体用流路プレートに流体用流路を複数備えた流体用流路群を複数形成し、ヘッダープレートには、複数の流体用流路群のそれぞれに対応させて流体の供給又は排出に供するヘッダー貫通孔を設けると共に、高温流体用と低温流体用の積層流路ユニットで前記ヘッダー貫通孔を異なった形状に形成し、一の積層流路ユニットに高温流体を、前記一の積層流路ユニットに積層する他の積層流路ユニットに低温流体を流して熱交換をおこなうようにしたことを特徴とする。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体用流路プレートと、該流体用流路プレートの流路へ流体の供給又は排出を行うヘッダープレートと、前記流体用流路プレートに流路を形成させる中間プレートとを積層すると共に、前記ヘッダープレートのヘッダー貫通孔へ流体を供給又は排出する貫通孔を各プレートに形成した積層流路ユニットを高温流体用と低温流体用とに用意して積層した熱交換器において、
前記流体用流路プレートは複数の流路で形成した流路群を複数備え、前記ヘッダープレートには、前記複数の流路群のそれぞれに対応させ、高温流体と低温流体を供給又は排出する異なった貫通孔に対応させて形成したヘッダー貫通孔を設け、前記貫通孔を介して一の積層流路ユニットに高温流体を、前記一の積層流路ユニットに積層した他の積層流路ユニットに低温流体を流して熱交換をおこなうことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記流体用流路とヘッダー貫通孔を打ち抜いて形成したことを特徴とする請求項１に記載した熱交換器。
【請求項３】
前記ヘッダープレートに設けたヘッダー貫通孔のそれぞれは、前記流体用流路プレートにおける対応する流路群を形成する複数の流路に対して流体の供給又は排出を行うことを特徴とする請求項１に記載した熱交換器。
【請求項４】
前記ヘッダープレートに設けたヘッダー貫通孔のそれぞれへの流体の供給又は排出を、前記熱交換器の端部に設けられ、複数のヘッダー貫通孔に対して流体を供給又は排出する流体供給集積用管及び流体排出集積用管を有する集積管ヘッダーでおこなうことを特徴とする請求項１に記載した熱交換器。
【請求項５】
前記ヘッダープレートに設けたヘッダー貫通孔のそれぞれへの流体の供給又は排出を、前記熱交換器の端部に設けられ、複数のヘッダー貫通孔に対して流体を供給又は排出する流体供給集積用貫通孔及び流体排出集積用貫通孔を有する流体集積用プレートでおこなうことを特徴とする請求項１に記載した熱交換器。
【請求項６】
前記積層流路ユニットにおける各プレートを、拡散接合またはろう付けにて接合して形成したことを特徴とする請求項１に記載した熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散電源用改質器などに利用する熱交換器に関し、特に、容易に、安価に製造できるようにした熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内部流における層流熱伝達率は、流路断面寸法が小さくなると増大することが知られている。また、流路断面寸法が小さくなると単位面積あたりの熱交換に供することができる表面積も増大する。この熱伝達率の増大と熱交換表面積の増大により熱交換器の性能を大きく向上させることができる。従ってマイクロチャネルのような流路断面寸法が小さな熱交換器を利用すると、例えば分散電源用改質器における熱交換器や、半導体素子冷却用のヒートシンク、あるいは空調機器における熱交換器などを小型、かつ高性能に作成することが可能となる。
【０００３】
そのため例えば特開平６−１１１８３８号公報には、図３に示したように、流体流路３５を形成した平板３６を複数用意し、一の平板３６の流体流路３５に改質触媒層を、一の平板３６の流体流路３５に燃焼触媒層を形成してこれら平板３６を交互に積層し、改質触媒を形成した流体流路３５には炭化水素気を含む化合物と水の混合物からなる燃料を供給すると共に燃焼触媒を形成した流体流路３５には燃料と空気などの酸素含有気体を供給し、触媒燃焼反応を起こさせて発熱させてこの熱で改質反応を起こさせ、水素を発生させるようにした改質器が示されている。
【０００４】
しかしながら、この図３のような特開平６−１１１８３８号公報に示した構造の改質器では、流体が流れる流路３５を切削加工、加圧成型、エッチングなどによって形成していたため、平板３６が薄い場合は切削加工や加圧成型では流体流路３６の形成が困難であり、また、エッチングで流体流路３６を形成する方法では加工時間がかかると共に加工コスト高になり、さらにプレートが薄い場合はエッチングによる加工も困難であるという問題があった。
【０００５】
そのため特開平２０００−２４９４８６号公報には、図４に示したように、高温用流路プレート４０と低温用流路プレート４１における流路４２、４３が互いに直交するよう打ち抜きで作成し、互いの流路プレート４０、４１間にヘッダー貫通孔４５、４６を設けた隔壁プレート４４を挟んで積層した積層式熱交換器が示されている。
【０００６】
また特開平２０００−１６１８８９号公報には、図５に示したように、第１の流路プレート５０に高温用流路５１を、第２の流路プレート５２に低温用流路５３をそれぞれ打ち抜きで略Ｕ字状の折り返し形状で形成し、互いの流路プレート５０、５２間に隔壁プレート５４を挟んで積層した積層式熱交換器が示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこれら特開平２０００−２４９４８６号公報、特開平２０００−１６１８８９号公報に示された装置は、特開平２０００−２４９４８６号公報の装置が高温流体と低温流体が互いに直角方向に流れる直交流式であり、単位体積あたりの交換熱量が小さくて熱交換効率が悪く、特開平２０００−１６１８８９号公報の装置は、高温流体が流れる流路５１及び低温流体が流れる流路５３が略Ｕ字状の折り返し形状を有した対向流型なので、単位体積あたりの交換熱量は大きくなるが流体の圧力損失が大きくなるため流路を長くすることができず、その分伝熱面積を大きくするために熱交換器高さを高くしなければならない。従って熱交換器の形状が縦長（細い棒状）になり、装置に組み込むことが困難であると同時に強度的に弱いという問題がある。
【０００８】
そのため本発明においては、熱交換効率が高く、流体の圧力損失を増加させることなく任意形状に成形することができ、しかも簡単で安価に構成できる熱交換器を提供することが課題である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載した発明は、
流体用流路プレートと、該流体用流路プレートの流路へ流体の供給又は排出を行うヘッダープレートと、前記流体用流路プレートに流路を形成させる中間プレートとを積層すると共に、前記ヘッダープレートのヘッダー貫通孔へ流体を供給又は排出する貫通孔を各プレートに形成した積層流路ユニットを高温流体用と低温流体用とに用意して積層した熱交換器において、
前記流体用流路プレートは複数の流路で形成した流路群を複数備え、前記ヘッダープレートには、前記複数の流路群のそれぞれに対応させ、高温流体と低温流体を供給又は排出する異なった貫通孔に対応させて形成したヘッダー貫通孔を設け、前記貫通孔を介して一の積層流路ユニットに高温流体を、前記一の積層流路ユニットに積層する他の積層流路ユニットに低温流体を流して熱交換をおこなうことを特徴とする。
【００１０】
このように、流体用流路プレートに複数の流路で形成した流路群を複数形成すると共に、ヘッダープレートに流体用流路プレートに形成された複数の流体用流路群のそれぞれに対応させて流体の供給又は排出に供するヘッダー貫通孔を設けることにより、単一の流体用流路プレートに多数の流路を形成されて熱交換する伝熱面積が非常に大きくなり、かつ、複数の流体流路は短く構成できると共にそれぞれ別個に流体を供給でき、流体の圧力損失を増加させることなく任意形状の熱交換器を構成することが可能となって、効率的に熱交換を行うことができる熱交換器を提供できる。
【００１１】
そしてこれらプレートの流体流路とヘッダー貫通孔は、請求項２に記載したように、
前記流体用流路とヘッダー貫通孔を打ち抜いて形成したことを特徴とする。
【００１２】
このように流体用プレートの流体用流路、及び流体用流路に流体を供給、排出するヘッダープレートの貫通孔をエッチングではなく、プレス加工による打ち抜きで作成することにより、短時間で大量生産が可能となると共に、製造コストが安くでき、安価な熱交換器を提供できる。
【００１３】
そして請求項３に記載した発明は、
前記ヘッダープレートに設けたヘッダー貫通孔のそれぞれは、前記流体用流路プレートにおける対応する流路群を形成する複数の流路に対して流体の供給又は排出を行うことを特徴とする。
【００１４】
このようにヘッダープレートに設けたヘッダー貫通孔のそれぞれは、前記流体用流路プレートにおける対応する流体用流路群の複数の流体用流路に対して流体の供給又は排出を行うから、ヘッダー貫通孔は流体流路群の数だけ用意すればよく、ヘッダープレートに無駄なスペースを生じることなく熱交換器をコンパクトに構成することができる。
【００１５】
さらに請求項４及び５に記載した発明は、
前記ヘッダープレートに設けたヘッダー貫通孔のそれぞれへの流体の供給又は排出を、前記熱交換器の端部に設けられ、複数のヘッダー貫通孔に対して流体を供給又は排出する流体供給集積用管及び流体排出集積用管を有する集積管ヘッダーでおこなうことを特徴とする。
及び、
前記ヘッダープレートに設けたヘッダー貫通孔のそれぞれへの流体の供給又は排出を、前記熱交換器の端部に設けられ、複数のヘッダー貫通孔に対して流体を供給又は排出する流体供給集積用貫通孔及び流体排出集積用貫通孔を有する流体集積用プレートでおこなうことを特徴とする。
【００１６】
このように、ヘッダープレートに設けた複数のヘッダー貫通孔への流体の供給又は排出を、熱交換器端部に設けた流体供給集積用管及び流体排出集積用管、または流体集積用プレートでおこなうことにより、複数に分離した流体を一つの集積管または集積用貫通孔で分配供給もしくは集積してからの排出が可能となるため、熱交換器コストが低くなる。また、複数の集積管または集積用貫通孔をつなぐことにより、流体の圧力損失を増加させることなくプレート幅を大きくすることができ、任意形状の熱交換器を作製できる。
【００１７】
そして積層流路ユニットは請求項６に記載したように、
前記積層流路ユニットにおける各プレートを、拡散接合またはろう付けにて接合して形成したことを特徴とする。
【００１８】
このように積層流路ユニットにおける各プレートを、拡散接合またはろう付けにて接合することにより、容易に積層型熱交換器を構成することができ、熱交換器を簡単で安価に提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２０】
図１は本発明になる熱交換器の第１実施例の形態を示した概略構成図、図２は本発明になる熱交換器の第２実施例の形態を示した概略構成図である。
【００２１】
図中１は下面のエンドプレート、２、６は、ヘッダー貫通孔１１、１２、１７、１８、流体をヘッダー貫通孔１１、１２、１７、１８へ供給又は排出する貫通孔１４、１５、１９、２０などを有するヘッダープレートで、この流体をヘッダー貫通孔１１、１２、１７、１８へ供給又は排出する貫通孔１４、１５、１９、２０は、以下に説明する流体用流路プレート３、５、中間プレート４などにも同じ位置に設けられる。３、５は流体用流路１３、１６を有する流体用流路プレート、４は中間プレート、７は流体供給又は排出集積用管２１、２２、２３、２４を有する上面のエンドプレート、８、９は流体供給又は排出集積用貫通孔２５、２６、２７、２８を有する流体集積用プレート、１０は流体の供給又は排出用管２９、３０、３１、３２を有した上面のエンドプレートである。
【００２２】
本発明は図に示したように、流体用流路プレート３、５に、流体用流路１３、１６を複数備えた流体用流路群を打ち抜きで複数形成し、流体用流路プレート３における流体用流路群のそれぞれに、流体を供給又は排出するヘッダー貫通孔１１、１２を対応させて打ち抜きで設けたヘッダープレート２と中間プレート４とによって一の積層流路ユニットを構成し、また流体用流路プレート５における流体用流路群のそれぞれに、流体を供給又は排出するヘッダー貫通孔１７、１８を対応させて打ち抜きで設けたヘッダープレート６と中間プレート４とによってさらに他の積層流路ユニットを構成し、一の積層流路ユニットを例えば高温流体用に、さらに他の積層流路ユニットを低温流体用として積層し、熱交換器を構成したものである。
【００２３】
このように流体用流路プレート３、５に流体用流路１３、１６を複数備えた流体用流路群を複数形成し、かつ、ヘッダープレート２、６に設けたヘッダー貫通孔１１、１２、１７、１８をこれら流体流路群のそれぞれに対応させて設けることにより、単一の流体用流路プレート３または５に多数の流路を形成することができるから熱交換する伝熱面積が非常に大きくなり、かつ、複数の流体流路１３、１６はそれぞれ短く構成できると共にそれぞれ別個に流体を供給でき、流体の圧力損失を増加させることなく任意形状の熱交換器を構成することが可能となって、効率的に熱交換を行うことができる熱交換器を提供できる。
【００２４】
そして本発明の第１の実施例である図１においては、熱交換器の端部に、ヘッダー貫通孔１１、１２、１７、１８のそれぞれへ貫通孔１４、１５、１９、２０を介し、流体の供給又は排出をおこなう流体供給又は排出集積用管２１、２２、２３、２４を有する集積管ヘッダーとしての上面エンドプレート７を設けたものである。
【００２５】
また本発明の第２の実施例である図２においては、熱交換器の端部に、ヘッダー貫通孔１１、１２、１７、１８のそれぞれへ貫通孔１４、１５、１９、２０を介し、流体の供給又は排出をおこなう流体供給又は排出集積用貫通孔２５、２６、２７、２８を有する流体供給又は排出集積用プレート８、９を設けたものである。
【００２６】
今例えば、図１、図２における流体用流路プレート３に高温流体を、流体用流路プレート５に低温流体を流して熱交換を行う場合、ヘッダープレート２におけるヘッダー貫通孔１１を高温流体供給用とするとヘッダー貫通孔１２は高温流体排出用となる。またヘッダープレート６におけるヘッダー貫通孔１７を低温流体供給用とするとヘッダー貫通孔１８は高温流体排出用となる。そして中間プレート４における貫通孔１４は、ヘッダープレート２におけるヘッダー貫通孔１１を通して流体用流路プレート３の流体用流路１３に高温流体を供給し、中間プレート４における貫通孔１５は、ヘッダープレート２におけるヘッダー貫通孔１２を通して流体用流路プレート３の流体用流路１３から高温流体が排出される。また中間プレート４における貫通孔１９は、ヘッダープレート６におけるヘッダー貫通孔１７を通して流体用流路プレート５の流体用流路１６に低温流体を供給し、中間プレート４における貫通孔２０は、ヘッダープレート６におけるヘッダー貫通孔１８を通して流体用流路プレート５の流体用流路１６から低温流体が排出される。
【００２７】
そして、図１における本発明の第１実施例の上面エンドプレート７上に設けた流体供給集積用管２１からは中間プレート４の貫通孔１４へ高温流体を供給し、同じく中間プレート４の貫通孔１５からは流体排出集積用管２１へ高温流体を排出する。また同じく上面エンドプレート７上に設けた流体供給集積用管２３からは中間プレート４の貫通孔１９へ低温流体を供給し、同じく中間プレート４の貫通孔２０からは流体排出集積用管２４へ低温流体を排出する。
【００２８】
また、図２に示した本発明の第２実施例の上面エンドプレート１０における流体の供給管２９からは、流体供給集積用プレート８上に設けた流体供給集積用貫通孔２５を通して中間プレート４の貫通孔１４へ高温流体を供給し、中間プレート４の貫通孔１５からは流体供給集積用プレート８上に設けた流体排出集積用貫通孔２６を通して上面エンドプレート１０に設けた流体の排出管３０へ高温流体が排出される。さらに、上面エンドプレート１０における流体の供給管３１からは、流体供給集積用プレート９上に設けた流体供給集積用貫通孔２７を通して中間プレート４の貫通孔１９へ低温流体を供給し、中間プレート４の貫通孔２０からは流体供給集積用プレート９上に設けた流体排出集積用貫通孔２８を通して上面エンドプレート１０に設けた流体の排出管３２へ低温流体が排出される。
【００２９】
そのため、図１に示した本発明の第１実施例では、上面エンドプレート７上に設けた流体供給集積用管２１から高温流体を供給すると、その高温流体は、中間プレート４、ヘッダープレート６、流体用流路プレート５、中間プレート４、流体用流路プレート３にそれぞれ設けた貫通孔１４を通し、ヘッダープレート２における高温流体供給用ヘッダー貫通孔１１から流体用流路プレート３の流体用流路１３に供給される。そしてこの流体用流路１３を通った高温流体は、今度はヘッダープレート２における高温流体排出用ヘッダー貫通孔１２から、流体用流路プレート３、中間プレート４、流体用流路プレート５、ヘッダープレート６、中間プレート４に設けた貫通孔１５を通し、上面エンドプレート７上に設けた流体排出集積用管２２から排出される。そしてこれは低温流体でも全く同様であり、上面エンドプレート７上に設けた流体供給集積用管２３から低温流体を供給すると、その低温流体は、中間プレート４に設けた貫通孔１９を通し、ヘッダープレート６における低温流体供給用ヘッダー貫通孔１７から流体用流路プレート５の流体用流路１６に供給される。そしてこの流体用流路１６を通った低温流体は、今度はヘッダープレート６における低温流体排出用ヘッダー貫通孔１８から、中間プレート４に設けた貫通孔２０を通し、上面エンドプレート７上に設けた流体排出集積用管２４から排出される。
【００３０】
また、図２に示した本発明の第２実施例では、上面エンドプレート１０上に設けた流体供給用管２９から高温流体を供給すると、その高温流体は流体供給又は排出集積用プレート９に設けられた貫通孔１４を通し、流体供給又は排出集積用プレート８に設けられた流体供給集積用貫通孔２５に供給され、さらに中間プレート４、ヘッダープレート６、流体用流路プレート５、中間プレート４、流体用流路プレート３にそれぞれ設けた貫通孔１４を通し、ヘッダープレート２における高温流体供給用ヘッダー貫通孔１１から流体用流路プレート３の流体用流路１３に供給される。そしてこの流体用流路１３を通った高温流体は、今度はヘッダープレート２における高温流体排出用ヘッダー貫通孔１２から、流体用流路プレート３、中間プレート４、流体用流路プレート５、ヘッダープレート６、中間プレート４に設けた貫通孔１５を通して流体供給又は排出集積用プレート８に設けられた流体供給集積用貫通孔２６で集められ、流体供給又は排出集積用プレート９に設けられた貫通孔１５によって上面エンドプレート１０上に設けた流体排出用管３０から排出される。
【００３１】
そしてこれは低温流体でも全く同様であり、上面エンドプレート１０上に設けた流体供給用管３１から低温流体を供給すると、その低温流体は流体供給又は排出集積用プレート９に設けられた流体供給集積用貫通孔２７に供給され、流体供給又は排出集積用プレート８、中間プレート４に設けた貫通孔１９を通し、ヘッダープレート６における低温流体供給用ヘッダー貫通孔１７から流体用流路プレート５の流体用流路１６に供給される。そしてこの流体用流路１６を通った低温流体は、今度はヘッダープレート６における低温流体排出用ヘッダー貫通孔１８から、中間プレート４、流体供給又は排出集積用プレート８に設けた貫通孔２０を通し、流体供給又は排出集積用プレート９に設けられた流体供給集積用貫通孔２８から上面エンドプレート１０上に設けた流体排出用管３２によって排出される。
【００３２】
なお、図１、図２に示した実施例において、ヘッダープレート２の下にさらに積層流路ユニットを設けている場合、低温流体は、流体用流路プレート５、中間プレート４、流体用流路プレート３、ヘッダープレート２に設けられた貫通孔１９、２０を通してさらに下の積層流路ユニットに送られ、又は戻され、高温流体も、同様にしてこれらプレートに設けられた貫通孔１４、１５を通して送られ、又は戻されることは言うまでもない。
【００３３】
このように熱交換器を構成することにより、単一の流体用流路プレートに多数の流路を形成したことによって熱交換する伝熱面積が非常に大きくなり、かつ、複数の流体流路は短く構成できると共にそれぞれ別個に流体を供給でき、流体の圧力損失を増加させることなく任意形状の熱交換器を構成することが可能となって効率的に熱交換を行うことができる熱交換器を提供できる。
【００３４】
なお、以上の説明では、流体用流路プレート３、５における各流路群の流路を３つで示し、流路群を各プレートで４つの場合を示したが、これらの値は種々変更できることは自明である。また、積層流路ユニットも２つの場合を示したが、この積層流路ユニットはいくつ積層しても良く、さらに以上の説明では、本発明を単に熱交換器として説明してきたが、前記したように流体用流路に改質触媒や燃焼触媒を配して分散電源用改質器を構成したり、半導体素子冷却用のヒートシンク、あるいは空調機器における熱交換器などにも利用できることは自明である。
【００３５】
【発明の効果】
以上記載の如く請求項１に記載した本発明によれば、流体用流路プレートに複数の流路で形成した流路群を複数形成すると共に、ヘッダープレートに流体用流路プレートに形成された複数の流体用流路群のそれぞれに対応させて流体の供給又は排出に供するヘッダー貫通孔を設けることにより、単一の流体用流路プレートに多数の流路を形成されて熱交換する伝熱面積が非常に大きくなり、かつ、複数の流体流路は短く構成できると共にそれぞれ別個に流体を供給でき、流体の圧力損失を増加させることなく任意形状の熱交換器を構成することが可能となって、効率的に熱交換を行うことができる熱交換器を提供できる。
【００３６】
そして請求項２に記載した本発明によれば、流体用プレートの流体用流路、及び流体用流路に流体を供給、排出するヘッダープレートの貫通孔をエッチングではなく、プレス加工による打ち抜きで作成することにより、短時間で大量生産が可能となると共に、製造コストが安くでき、安価な熱交換器を提供できる。
【００３７】
さらに請求項３に記載した本発明によれば、ヘッダープレートに設けたヘッダー貫通孔のそれぞれは、前記流体用流路プレートにおける対応する流体用流路群の複数の流体用流路に対して流体の供給又は排出を行うから、ヘッダー貫通孔は流体流路群の数だけ用意すればよく、ヘッダープレートに無駄なスペースを生じることなく熱交換器をコンパクトに構成することができる。
【００３８】
そして請求項４及び５に記載した本発明によれば、ヘッダープレートに設けた複数のヘッダー貫通孔への流体の供給又は排出を、熱交換器端部に設けた流体供給集積用管及び流体排出集積用管、または流体集積用プレートでおこなうことにより、複数に分離した流体を一つの集積管または集積用貫通孔で分配供給もしくは集積してからの排出が可能となるため、熱交換器コストが低くなる。また、複数の集積管または集積用貫通孔をつなぐことにより、流体の圧力損失を増加させることなくプレート幅を大きくすることができ、任意形状の熱交換器を作製できる。
【００３９】
また請求項６に記載した本発明によれば、積層流路ユニットにおける各プレートを、拡散接合またはろう付けにて接合することにより、容易に積層型熱交換器を構成することができ、熱交換器を簡単で安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる熱交換器の第１実施例の形態を示した概略構成図である。
【図２】本発明になる熱交換器の第２実施例の形態を示した概略構成図である。
【図３】従来の熱交換器を構成する流体流路の形成方法を説明するための図である。
【図４】従来の熱交換器の一例概略を示した図である。
【図５】従来の熱交換器の一例概略を示した図である。
【符号の説明】
１　下面エンドプレート
２、６　ヘッダープレート
３、５　流体用流路プレート
４　中間プレート
７　上面エンドプレート
１１、１２、１７、１８　ヘッダー貫通孔
１３、１６　流体用流路
１４、１５、１９、２０　貫通孔
２１、２２、２３、２４　流体供給又は排出集積用管
【図１】
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【図２】
2004028379.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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