(57)【要約】【課題】ペルチェ素子を使用した温調装置において、ペルチェ素子の一方及び他方の部分に熱交換体を備えた場合、ペルチェ素子に掛ける所定の電圧を変更せずに、温調装置の性能を高めることができるように構成する。【解決手段】ペルチェ素子６の吸熱側又は放熱側となる一方の部分に第１熱交換体７を備えて、ペルチェ素子６の放熱側又は吸熱側となる他方の部分に第２熱交換体８を備え、第１及び第２熱交換体７，８に空気を供給するファン４を備えて、第１熱交換体７の熱交換面積よりも、第２熱交換体８の熱交換面積を大きなものに設定する。第１熱交換体７で熱交換された空気を対象物に供給し、第２熱交換体８で熱交換された空気を外部に排出する。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペルチェ素子の吸熱側又は放熱側となる一方の部分に第１熱交換体を備え、前記ペルチェ素子の放熱側又は吸熱側となる他方の部分に第２熱交換体を備えて、前記第１及び第２熱交換体に空気を供給するファンを備え、
前記第１熱交換体の熱交換面積よりも、前記第２熱交換体の熱交換面積を大きなものに設定すると共に、
前記第１熱交換体で熱交換された空気を対象物に供給するように構成し、前記第２熱交換体で熱交換された空気を外部に排出するように構成してある温調装置。
【請求項２】
前記第２熱交換体の熱交換面積を前記第１熱交換体の熱交換面積の約２〜４倍に設定してある請求項１に記載の温調装置。
【請求項３】
前記第１熱交換体で熱交換された空気を対象物に供給する第１排気経路の断面積よりも、前記第２熱交換体で熱交換された空気を外部に排出する第２排気経路の断面積を大きなものに設定してある請求項１又は２に記載の温調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペルチェ素子を使用して、熱交換された空気（冷風又は温風）を対象物に供給するように構成された温調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ペルチェ素子は所定の電圧を掛けることによってペルチェ素子の一方の部分で吸熱が行われ、ペルチェ素子の他方の部分で放熱が行われる特性を備えており、電圧の正負を入れ換えると、ペルチェ素子の一方の部分で放熱が行われ、ペルチェ素子の他方の部分で吸熱が行われる。
【０００３】
これにより温調装置において、ペルチェ素子及びファンを備え、ファンによりペルチェ素子の一方の部分に空気を供給し熱交換することによって、熱交換された空気（冷風又は温風）を得て、熱交換された空気（冷風又は温風）を対象物に供給するように構成されたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術に記載のような温調装置において、ペルチェ素子の一方及び他方の部分に熱交換体（例えば多数のフィンを備えたもの）を備えて、ペルチェ素子の一方及び他方の部分（熱交換体）での空気との熱交換が、効率良く行われるように構成されたものがある。
本発明はペルチェ素子を使用した温調装置において、ペルチェ素子の一方及び他方の部分に熱交換体を備えた場合、温調装置の性能を高めることができるように構成することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
［Ｉ］
温調装置において、ペルチェ素子の吸熱側又は放熱側となる一方の部分に第１熱交換体を備え、ペルチェ素子の放熱側又は吸熱側となる他方の部分に第２熱交換体を備えて、第１及び第２熱交換体に空気を供給するファンを備え、第１熱交換体で熱交換された空気を対象物に供給するように構成し、第２熱交換体で熱交換された空気を外部に排出するように構成したとする。
【０００６】
ペルチェ素子に所定の電圧を掛けて、例えば図６（イ）に示すように第１熱交換体を吸熱側とし第２熱交換体を放熱側とすると、第１熱交換体から第２熱交換体に熱Ｑ１が移動するのに加えて、ペルチェ素子自身の消費電力に基づく熱Ｑ２が発生し、熱Ｑ２が第２熱交換体に移動する。逆に例えば図６（ロ）に示すように第１熱交換体を放熱側とし第２熱交換体を吸熱側とすると、第２熱交換体から第１熱交換体に熱Ｑ１が移動するのに加えて、ペルチェ素子自身の消費電力に基づく熱Ｑ２が発生し、熱Ｑ２が第１熱交換体に移動する。
【０００７】
［ＩＩ］
前項［Ｉ］に記載の状態において、例えば図６（イ）（ロ）に示すように、第１熱交換体の熱交換面積と第２熱交換体の熱交換面積とを同じものに設定することが考えられ、第１及び第２熱交換体の熱交換面積を同じものに設定した場合の実験結果を、図７（イ）（ロ）の一点鎖線Ａ１，Ａ２に示している。
実験においてはペルチェ素子に所定の電圧（例えば１２Ｖ）を掛けた状態で、ファンにより常温（約２０℃）の空気を第１及び第２熱交換体に供給して、第１及び第２熱交換体と空気との温度差を計測している。
【０００８】
これにより、第１熱交換体を吸熱側とし第２熱交換体を放熱側とした状態（第１熱交換体からの冷風を対象物に供給する状態）では、図７（イ）の一点鎖線Ａ１に示すように第１熱交換体の温度差は「約−５℃」であり、一点鎖線Ａ２に示すように第２熱交換体の温度差は「約＋２５℃」であった。
次に第１熱交換体を放熱側とし第２熱交換体を吸熱側とした状態（第１熱交換体からの温風を対象物に供給する状態）では、図７（ロ）の一点鎖線Ａ１に示すように第１熱交換体の温度差は「約＋２５℃」であり、一点鎖線Ａ２に示すように第２熱交換体の温度差は「約−５℃」であった。
【０００９】
以上のように、第１及び第２熱交換体の熱交換面積を同じものに設定すると、第１熱交換体を吸熱側とし第２熱交換体を放熱側とした状態（第１熱交換体からの冷風を対象物に供給する状態）、及び第１熱交換体を放熱側とし第２熱交換体を吸熱側とした状態（第１熱交換体からの温風を対象物に供給する状態）において、例えば図６（イ）（ロ）に示すように、第１熱交換体から第２熱交換体（又は第２熱交換体から第１熱交換体）に移動する熱Ｑ１、及びペルチェ素子自身の消費電力に基づく熱Ｑ２の分布が逆転するだけで、略同じような実験結果が得られる。
【００１０】
［ＩＩＩ］
前項［Ｉ］［ＩＩ］に記載の状態に対して、請求項１の特徴によると、第１熱交換体の熱交換面積よりも、第２熱交換体の熱交換面積を大きなものに設定している。
請求項１の特徴によると、例えば図５（イ）に示すようにペルチェ素子に所定の電圧を掛けて、第１熱交換体を吸熱側とし第２熱交換体を放熱側とした場合（第１熱交換体からの冷風を対象物に供給する状態）、第１熱交換体から第２熱交換体に熱Ｑ１が移動し、ペルチェ素子自身の消費電力に基づく熱Ｑ２が第２熱交換体に移動すると、第２熱交換体の熱交換面積が大きいことにより、第２熱交換体での前述の熱Ｑ１，Ｑ２の放熱が充分に行われて、第２熱交換体の温度が前項［Ｉ］［ＩＩ］に記載の状態よりも下降し、第１熱交換体の温度も前項［Ｉ］［ＩＩ］に記載の状態よりも下降することになる。
このように第１熱交換体の温度を充分に下げることができれば、第１熱交換体から対象物に供給する冷風の温度を充分に下げることができる。
【００１１】
請求項１の特徴において、前述とは逆に図５（ロ）に示すように、第１熱交換体を放熱側とし第２熱交換体を吸熱側とした場合（第１熱交換体からの温風を対象物に供給する状態）、第２熱交換体から第１熱交換体に熱Ｑ１が移動し、ペルチェ素子自身の消費電力に基づく熱Ｑ２が第１熱交換体に移動すると、第１熱交換体の熱交換面積が小さいことによって、第１熱交換体の温度が前項［Ｉ］［ＩＩ］に記載の状態よりも上昇し、第２熱交換体の熱交換面積が大きいことによって、第２熱交換体の温度は前項［Ｉ］［ＩＩ］に記載の状態からあまり上昇しない。
このように第１熱交換体の温度を充分に上げることができれば、第１熱交換体から対象物に供給する温風の温度を充分に上げることができる。
【００１２】
［ＩＶ］
請求項２の特徴によると、請求項１の特徴のように第１熱交換体の熱交換面積よりも、第２熱交換体の熱交換面積を大きなものに設定する場合、第２熱交換体の熱交換面積を第１熱交換体の熱交換面積の約２〜４倍に設定しており、第２熱交換体の熱交換面積を第１熱交換体の熱交換面積の約３倍に設定した場合の実験結果を、図７（イ）（ロ）の実線Ｂ１，Ｂ２に示している。
実験においては前項［ＩＩ］の記載と同様に、ペルチェ素子に所定の電圧（例えば１２Ｖ）を掛けた状態で、ファンにより常温（約２０℃）の空気を第１及び第２熱交換体に供給して、第１及び第２熱交換体と空気との温度差を計測している。
【００１３】
これにより、第１熱交換体を吸熱側とし第２熱交換体を放熱側とした状態（第１熱交換体からの冷風を対象物に供給する状態）では、図７（イ）の実線Ｂ１に示すように第１熱交換体の温度差は「約−２０℃」であり、実線Ｂ２に示すように第２熱交換体の温度差は「約＋１５℃」であった。
次に第１熱交換体を放熱側とし第２熱交換体を吸熱側とした状態（第１熱交換体からの温風を対象物に供給する状態）では、図７（ロ）の実線Ｂ１に示すように第１熱交換体の温度差は「約＋５５℃」であり、実線Ｂ２に示すように第２熱交換体の温度差は「約−３℃」であった。
【００１４】
［Ｖ］
請求項２の特徴において、第２熱交換体の熱交換面積を第１熱交換体の熱交換面積の１倍から４倍に設定した場合（第１及び第２熱交換体の熱交換面積の比を１から４に設定した場合）の実験結果を、図８（イ）（ロ）に示している。実験においては前項［ＩＩ］［ＩＶ］の記載と同様に、ペルチェ素子に所定の電圧（例えば１２Ｖ）を掛けた状態で、ファンにより常温（約２０℃）の空気を第１及び第２熱交換体に供給して、第１及び第２熱交換体と空気との温度差を計測している。
【００１５】
これにより、第１熱交換体を吸熱側とし第２熱交換体を放熱側とした状態（第１熱交換体からの冷風を対象物に供給する状態）では、図８（イ）の実線Ｃ１に示すように、第２熱交換体の熱交換面積を第１熱交換体の熱交換面積の約２〜４倍に設定していると、第１熱交換体の温度差が「約−１５℃〜−２０℃」、実線Ｃ２に示すように第２熱交換体の温度差が「約＋１８℃〜＋１５℃」と言うように、比較的良好で安定した結果が得られている。
次に第１熱交換体を放熱側とし第２熱交換体を吸熱側とした状態（第１熱交換体からの温風を対象物に供給する状態）では、図８（ロ）の実線Ｄ１に示すように第１熱交換体の温度差が「約＋４５℃〜＋５５℃」、実線Ｄ２に示すように第２熱交換体の温度差が「約−５℃〜−３℃」と言うように、比較的良好で安定した結果が得られている。
【００１６】
以上のように、第２熱交換体の熱交換面積を第１熱交換体の熱交換面積の約２〜４倍に設定すると、第１熱交換体を吸熱側とし第２熱交換体を放熱側とした状態（第１熱交換体からの冷風を対象物に供給する状態）において、第１熱交換体の温度を充分に下げることができる。逆に、第１熱交換体を放熱側とし第２熱交換体を吸熱側とした状態（第１熱交換体からの温風を対象物に供給する状態）において、第１熱交換体の温度を充分に上げることができる。
この場合、前項［ＩＶ］の記載及び図７（イ）（ロ）の実線Ｂ１，Ｂ２、図８の実線Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２に示すように、第２熱交換体の熱交換面積を第１熱交換体の熱交換面積の約３〜４倍に設定すると、さらに好ましい結果が得られている。
【００１７】
［ＶＩ］
請求項３の特徴によると、請求項１又は２の場合と同様に前項［ＩＩＩ］［ＩＶ］［Ｖ］に記載の「作用」を備えており、これに加えて以下のような「作用」を備えている。
請求項３の特徴によると第１熱交換体で熱交換された空気を対象物に供給する第１排気経路の断面積よりも、第２熱交換体で熱交換された空気を外部に排出する第２排気経路の断面積を大きなものに設定している。
【００１８】
これにより、請求項３の特徴によると、第２熱交換体で熱交換された空気が排出され易い状態となっており、特に第１熱交換体を吸熱側とし第２熱交換体を放熱側とした状態（第１熱交換体からの冷風を対象物に供給する状態）において、第２熱交換体での前項［ＩＩＩ］に記載の熱Ｑ１，Ｑ２の放熱が促進されて、第１熱交換体の温度を充分に下げることができるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２に温調装置の全体が示されており、温調装置の全体が第１ケース１及び第２ケース２によって覆われている。第１ケース１の中央にモータ３が固定されて、モータ３の駆動軸に円盤部材４ａが取り付けられ、円盤部材４ａに多数のフィン４ｂが備えられて、ターボファン４が構成されており、モータ３により回転軸芯Ｐ１周りにターボファン４が回転駆動される。第２ケース２において回転軸芯Ｐ１に対向する部分に、吸気口２ｃが設けられている。
【００２０】
図１及び図２に示すように、薄い平板状の断熱材５が第１及び第２ケース１，２の間に挟み込まれており、断熱材５においてターボファン４の部分が円状に開口されている。薄い平板状でリング状のペルチェ素子６が断熱材５の内側に取り付けられており、ペルチェ素子６の内側にも薄い平板状でリング状の断熱材５が取り付けられている。これにより、第１及び第２ケース１，２において、ターボファン４を除く部分が、断熱材５及びペルチェ素子６によって仕切られた状態となっている。
【００２１】
図１及び図２に示すように、第１ケース１側において、断熱材５及びペルチェ素子６に接するように、薄い平板状のリング状で金属製（例えばアルミ合金等）のベース部材７ａが固定され、ベース部材７ａに金属製（例えばアルミ合金等）の多数のピン７ｂが備えられて、第１熱交換体７が構成されている。第２ケース２側において、断熱材５及びペルチェ素子６に接するように、薄い平板状のリング状で金属製（例えばアルミ合金等）のベース部材８ａが固定され、ベース部材８ａに金属製（例えばアルミ合金等）の多数のピン８ｂが備えられて、第２熱交換体８が構成されている。
【００２２】
図１及び図２に示すように、第１及び第２熱交換体７，８において、ピン７ｂ，８ｂが所定の間隔（回転軸芯Ｐ１の半径方向）を置いて一列状に並んでおり、ピン７ｂ、８ｂの列が所定の間隔（回転軸芯Ｐ１の円周方向）を置いて、回転軸芯Ｐ１に対し放射状に配置されている。第２ケース２側に第２熱交換体８が配置されることにより、第２熱交換体８の位置が、第１熱交換体７の位置よりも吸気口２ｃに近い側になっている。
【００２３】
図２に示すように、第１及び第２熱交換体７，８の内径及び外径、第１及び第２熱交換体７，８のピン７ｂ，８ｂの数は同じに設定されているが、第１熱交換体７の高さＨ１よりも、第２熱交換体８の高さＨ２が高いものに設定されている（第１熱交換体７の高さＨ１と第２熱交換体８の高さＨ２との比が、例えば１：３）。
【００２４】
図１及び図２に示すように、第１及び第２ケース１，２の外周部の一部分からターボファン４の回転の接線方向に、第１及び第２排気経路１ａ，２ａが延出されており、第１及び第２排気経路１ａ，２ａも、第１及び第２ケース１，２と同様に断熱材５によって仕切られている。ターボファン４の回転の接線方向と直交する方向（回転軸芯Ｐ１と平行）の第１排気口１ｂが、第１排気経路１ａに備えられており、ターボファン４の回転の接線方向（回転軸芯Ｐ１と直交する方向）の第２排気口２ｂが、第２排気経路２ａに備えられている。
【００２５】
図１の矢印Ｘ１に示すように、ターボファン４は図１の紙面時計方向に回転駆動されるのであり、第１及び第２ケース１，２と第１及び第２熱交換体７，８の外周部との間隔（回転軸芯Ｐ１の半径方向の間隔）が、矢印Ｘ１の方向に沿って次第に大きくなり第１及び第２排気経路１ａ，２ａに達するように構成されている。
【００２６】
前述のように、第１熱交換体７の高さＨ１よりも、第２熱交換体８の高さＨ２が高いものに設定されている点により、第１ケース１と第１熱交換体７の外周部との間の空間の断面積（回転軸芯Ｐ１の半径方向の断面積）よりも、第２ケース２と第２熱交換体８の外周部との間の空間の断面積（回転軸芯Ｐ１の半径方向の断面積）が、大きなものなっている。これと同様に第１排気経路１ａの断面積よりも、第２排気経路２ａの断面積が大きなものになっている。
【００２７】
以上の構造により図２に示すように、ペルチェ素子６において第１熱交換体７の部分が吸熱側となり、第２熱交換体８の部分が放熱側となるように、ペルチェ素子６に所定の電圧を掛けたとする。この状態でターボファン４が回転駆動されると、空気が吸気口２ｃから吸入され、分岐して第１及び第２熱交換体７，８に放射状に流れる。第１熱交換体７に流れた空気が、第１熱交換体７との熱交換によって冷風となり、第１排気経路１ａを通って第１排気口１ｂから排出される。第２熱交換体８に流れた空気が第２熱交換体８との熱交換によって温風となり、第２排気経路２ａを通って第２排気口２ｂから排出される。
【００２８】
前述とは逆にペルチェ素子６において第１熱交換体７の部分が放熱側となり、第２熱交換体８の部分が吸熱側となるように、ペルチェ素子６に所定の電圧を掛けると、温風が第１排気口１ｂから排出され、冷風が第２排気口２ｂから排出される。ペルチェ素子６に所定の電圧を掛けなければ、温調装置の熱交換機能が停止して、常温の送風が第１排気口１ｂから排出される。
【００２９】
［発明の実施の第１別形態］
前述の［発明の実施の形態］においてはターボファン４を使用しているが、図３及び図４に示すようにターボファン４に代えて、シロッコファン９を使用してもよい。ターボファン４を使用する場合、図２に示すようにターボファン４の外周部を、第１及び第２熱交換体７，８に接近させることが好ましいが、シロッコファン９を使用した場合には、図４に示すようにシロッコファン９の外周部を、第１及び第２熱交換体７，８から少し離すことが好ましい。
【００３０】
［発明の実施の第２別形態］
前述の［発明の実施の形態］及び［発明の実施の第１別形態］において、以下の［１］〜［４］に記載のように構成してもよい。
【００３１】
［１］　第１及び第２熱交換体７，８の内径及び外径、第１及び第２熱交換体７，８のピン７ｂ，８ｂの数を同じに設定した状態で、第１熱交換体７の高さＨ１と第２熱交換体８の高さＨ２との比を、例えば１：２〜１：４に設定する。
【００３２】
［２］　第１及び第２熱交換体７，８の内径、第１及び第２熱交換体７，８のピン７ｂ，８ｂの数及び高さＨ１，Ｈ２を同じに設定した状態で、第１熱交換体７の横幅よりも、第２熱交換体８の横幅を大きなものに設定する（第１熱交換体７の横幅と第２熱交換体８の横幅との比が、例えば１：２〜１：４）。
【００３３】
［３］　第１及び第２熱交換体７，８の内径及び外径、第１及び第２熱交換体７，８の高さＨ１，Ｈ２を同じに設定した状態で、第１熱交換体７のピン７ｂの数よりも、第２熱交換体８のピン８ｂの数を多いものに設定する（第１熱交換体７のピン７ｂの数と第２熱交換体８のピン８ｂの数との比が、例えば１：２〜１：４）。
【００３４】
［４］　［発明の実施の形態］において第１熱交換体７の高さＨ１と第２熱交換体８の高さＨ２との比を例えば１：２に設定した場合や、前項［２］において第１熱交換体７の横幅と第２熱交換体８の横幅との比を例えば１：２に設定した場合、前項［３］において第１熱交換体７のピン７ｂの数と第２熱交換体８のピン８ｂの数との比を例えば１：２に設定した場合、第１及び第２熱交換体７，８の材質を変更して、第１熱交換体の７の熱伝導率よりも、第２熱交換体８の熱伝導率を高いものに設定する。
【００３５】
［発明の実施の第３別形態］
前述の［発明の実施の形態］及び［発明の実施の第１別形態］、［発明の実施の第２別形態］において、ターボファン４及びシロッコファン９の外周部に、リング状のペルチェ素子６、第１及び第２熱交換体７，８を配置するように構成するのではなく、プロペラ状のファンの下手側に、平面視で長方形状のペルチェ素子６、第１及び第２熱交換体７，８を配置するように構成してもよい。これにより、吸入された空気がファンから第１及び第２熱交換体７，８を通って直線的に排出される。
【００３６】
［発明の実施の第４別形態］
前述の［発明の実施の形態］及び［発明の実施の第１別形態］〜［発明の実施の第３別形態］において、ターボファン４（シロッコファン９、プロペラ状のファン）の上手側にペルチェ素子６、第１及び第２熱交換体７，８を配置して、吸入された空気が第１及び第２熱交換体７，８から、ターボファン４（シロッコファン９、プロペラ状のファン）を通って排出されるように構成してもよい。
第１及び第２熱交換体７，８に対して、１つのターボファン４（シロッコファン９、プロペラ状のファン）を備えるのではなく、第１及び第２熱交換体７，８の各々に、ターボファン４（シロッコファン９、プロペラ状のファン）を備えるように構成してもよい。
第１及び第２熱交換体７，８において、ピン７ｂ，８ｂに代えて平板状のフィンや波板状のコルゲートフィンをベース部材７ａ，８ａに備えて、第１及び第２熱交換体７，８を構成してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１（請求項２）の特徴によると、ペルチェ素子を使用した温調装置において、ペルチェ素子の一方及び他方の部分に熱交換体を備えた場合、第１熱交換体の熱交換面積よりも第２熱交換体の熱交換面積を大きなものに設定することにより、第１熱交換体の温度を充分に下げて第１熱交換体から対象物に供給する冷風の温度を充分に下げることができ、第１熱交換体の温度を充分に上げて第１熱交換体から対象物に供給する温風の温度を充分に上げることができるようになって、温調装置の性能を高めることができるようになった。
【００３８】
請求項３の特徴によると、請求項１又は２の場合と同様に前述の請求項１又は２の「発明の効果」を備えており、この「発明の効果」に加えて以下のような「発明の効果」を備えている。
請求項３の特徴によると、第２熱交換体で熱交換された空気が排出され易い状態になるように構成することにより、特に第１熱交換体を吸熱側とし第２熱交換体を放熱側とした状態（第１熱交換体からの冷風を対象物に供給する状態）において、第２熱交換体での熱の放熱が促進されて、第１熱交換体の温度を充分に下げることができるようになり、温調装置において特に冷風を対象物に供給する性能を高めることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】温調装置の横断平面図
【図２】温調装置の縦断正面図
【図３】発明の実施の第１別形態における温調装置の横断平面図
【図４】発明の実施の第１別形態における温調装置の縦断正面図
【図５】本発明のように第１熱交換体の熱交換面積よりも第２熱交換体の熱交換面積を大きなものに設定した場合において、熱の移動状態を示す図
【図６】第１熱交換体の熱交換面積と第２熱交換体の熱交換面積とを同じものに設定した場合において、熱の移動状態を示す図
【図７】本発明のように第１熱交換体の熱交換面積よりも第２熱交換体の熱交換面積を大きなものに設定した場合（第２熱交換体の熱交換面積を第１熱交換体の熱交換面積の約３倍に設定した場合）、及び第１熱交換体の熱交換面積と第２熱交換体の熱交換面積とを同じものに設定した場合において、実験結果を示す図
【図８】第２熱交換体の熱交換面積を第１熱交換体の熱交換面積の１倍から４倍に設定した場合の実験結果を示す図
【符号の説明】
１ａ　　　第１排気経路
２ａ　　　第２排気経路
４，９　　ファン
６　　　　ペルチェ素子
７　　　　第１熱交換体
８　　　　第２熱交換体
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004020100.tif 000005
【図４】
2004020100.tif 000006
【図５】
2004020100.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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